JP2982615B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートポンプ利用給湯機
の信頼性向上および貯湯熱量向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートポンプ利用の給湯機は図２
に示す如く、圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装置
３、蒸発器４からなる冷媒回路と、貯湯槽５、循環ポン
プ６、前記冷媒対水熱交換器２を接続した給湯回路から
なり、前記圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス
冷媒は前記冷媒対水熱交換器２に流入し、ここで凝縮熱
を利用して、前記循環ポンプ６から送られてきた水を加
熱し、前記貯湯槽５に蓄える。一方、前記冷媒対水熱交
換器２で凝縮液化した冷媒は前記減圧装置３で減圧さ
れ、前記蒸発器４に流入する。そして、ここで大気熱を
吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１にもどる。この
際、前記圧縮機１の高温度に於ける耐久性を考慮する
と、前記貯湯槽５に蓄える湯温は高温にはできない。従
って、十分な湯量を得るためには前記貯湯槽５は大きく
なることになる。それを防止するため、図２に示す如
く、前記冷媒対水熱交換器２から流出した湯を加熱器７
で高温まで加熱し、前記貯湯槽５の上部からしだいに高
温の湯をたくわえていくことが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、前記加熱器７の入力が一定の場合、前
記加熱器７の出口湯温を一定にする際に前記冷媒対水熱
交換器２から流出する湯温は給水温度および前記冷媒対
水熱交換器２の交換熱量で変化する。例えば、外気温度
が高くなると前記冷媒対水熱交換器２による加熱量が増
加して、前記冷媒対水熱交換器２から流出する湯温は高
くなり、前記圧縮機１を損なうほどの高温になる恐れも
生じる。仮に、前記加熱器７の入力が２ｋＷ一定で、前
記加熱器７の出口湯温８５℃にする場合、冬季の給水温
度５℃、前記冷媒対水熱交換器２の加熱量が２ｋＷ時に
は、前記冷媒対水熱交換器２から流出する湯温は４５℃
である。しかし、中間季には給水温度２０℃、前記冷媒
対水熱交換器２の加熱量が４ｋＷと増加するため、前記
冷媒対水熱交換器２から流出する湯温は６３℃まで上昇
する。また、前記貯湯槽５の上部からしだいに高温湯を
たくわえていくため、前記貯湯槽５内で高温湯と、給水
された低温水の熱伝導により高温湯は温度低下、低温水
は温度上昇して、高温湯と低温水が混合した混合層が生
じる。従って、沸き上げ完了前では、実際の給水温度よ
り高くなった混合層の水が前記冷媒対水熱交換器２に流
入しはじめる。仮に、上記中間季の条件において、前記
冷媒対水熱交換器２の入口水温が給水温度２０℃から混
合層の湯３５℃になると前記冷媒対水熱交換器２から流
出する湯温は６３℃が６８℃にもなる。このように、湯
温が高くなると前記圧縮機１の吐出圧力は高くなり、モ
ーターの巻線温度の上昇となり、圧縮機の信頼性が課題
となる。

【０００４】また、信頼性を確保するには、前記貯湯槽
５から前記冷媒対水熱交換器２に流れる水温が低い状態
のうちで運転を停止せざるをえない。その際には、前記
貯湯槽５にたくわえる熱量は減少し、給湯負荷を満足さ
せることができない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点を解決
するため、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発
器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポン
プ、前記冷媒対水熱交換器、ヒーター内蔵の加熱器を順
次接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の下流に
設けた第１温度検知器と、前記加熱器の下流に設けた第
２温度検知器と、前記第１温度検知器あるいは前記第２
温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を制御する
回転数制御部と、前記貯湯槽の沸き上げ湯温を設定する
湯温設定器と、前記湯温設定器の信号で前記ヒーターへ
の通電状態を選択するとともに前記回転数制御部へ送信
する信号を前記第１温度検知器あるいは前記第２温度検
知器の信号のいづれかを決める優先制御部と、前記回転
数制御部へ送信する信号が前記第２温度検知器の信号を
優先する状態においても前記第１温度検知器の信号が所
定温度以上になると前記ヒーターへの通電を停止し、前
記第１温度検知器による循環ポンプの回転数制御を行う
ように切り換える第１制御部と、前記第１温度検知器あ
るいは前記第２温度検知器の信号で前記圧縮機および前
記ヒーターの通電を制御する運転制御部からなる。

【０００６】また、貯湯熱量の増加をはかるため、前記
冷媒対水熱交換器の上流に第３温度検知器を設け、前記
第１温度検知器および前記第３温度検知器の信号で前記
圧縮機あるいは前記ヒーターの通電を制御する第２制御
部からなる。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、前記湯温設定器の
信号を受けて前記優先制御部は前記ヒーターの通電を選
択し、設定湯温が比較的低い場合には前記ヒーターは非
通電にするとともに前記第１温度検知器の信号で前記冷
媒対水熱交換器の出口湯温が一定となるように前記循環
ポンプの回転数を制御する。そして、運転継続中に前記
冷媒対水熱交換器の出口湯温が設定より高くなると、そ
れを前記第１温度検知器が検知して前記運転制御部に信
号を送り、前記圧縮機を停止する。つぎに、設定湯温が
高い場合においては、前記ヒーターに通電するとともに
前記第２温度検知器の信号で前記加熱器の出口湯温が一
定となるように前記循環ポンプの回転数を制御する。そ
して、運転継続中に前記加熱器の出口湯温が設定より高
くなると、それを前記第２温度検知器が検知して前記運
転制御部に信号を送り、前記圧縮機および前記ヒーター
への通電を停止する。この場合、前記加熱器の出口湯温
が一定に制御されるにもかかわらず、外気温度が高いた
め前記冷媒対水熱交換器の加熱量が大きくなり、前記冷
媒対水熱交換器の出口湯温が設定より高くなると、それ
を前記第１温度検知器が検知して前記第１制御部に送
り、前記ヒーターを非通電とし、かつ前記第１温度検知
器の信号により循環ポンプの回転数を制御する。そし
て、前記圧縮機によるヒートポンプ単独運転に切り換わ
り運転を継続し、再び前記第１温度検知器が湯温の高く
なったことを検知して前記圧縮機の運転を停止する。

【０００８】次に、前記ヒーターに通電した運転におい
て、外気温度が高く前記冷媒対水熱交換器の加熱量が大
きい場合、あるいは初期給水温度より高い混合層の湯が
前記冷媒対水熱交換器に流入する場合においては、前記
冷媒対水熱交換器出口の温度が設定より高くなったこと
を前記第１温度検知器で、一方、前記冷媒対水熱交換器
入口の温度を前記第３温度検知器で検知して、前記第２
制御部に信号を送る。そして、前記第３温度検知器の信
号が初期給水温度と同じ場合には、前記第２制御部は前
記冷媒対水熱交換器出口の温度が設定より高くなったこ
とを混合層の影響ではなく、前記冷媒対水熱交換器の加
熱量が大であると認識して前記ヒーターを非通電とし、
前記圧縮機によるヒートポンプ単独の運転のみをおこな
う。また、前記第３温度検知器が初期給水温度より高く
なりその信号を前記第２制御部に送った場合には、混合
層の湯の沸き上げ運転と判断して、前記圧縮機を停止
し、前記ヒーター単独運転を継続する。従って、前記貯
湯槽の下部が高温となるまで運転可能となり、貯湯熱量
が増加する。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を図１を参照して説明す
る。

【００１０】図１において、１は圧縮機、２は冷媒対水
熱交換器、３は減圧装置、４は蒸発器であり、前記圧縮
機１、前記冷媒対水熱交換器２、前記減圧装置３、前記
蒸発器４は順次接続され、冷媒循環回路を構成する。５
は貯湯槽、６は循環ポンプ、７はヒーター８を内蔵した
加熱器であり、前記貯湯槽５、前記循環ポンプ６、前記
冷媒対水熱交換器２、前記加熱器７は順次接続され給湯
回路を構成する。９は第１温度検知器であり、前記冷媒
対水熱交換器の下流に、１０は第２温度検知器であり、
前記加熱器７の下流に設けられている。１１は回転数制
御部であり、前記第１温度検知器９および前記第２温度
検知器１０の信号で前記循環ポンプ６の回転数を制御す
る。１２は湯温設定器であり、前記貯湯槽５の沸き上げ
湯温を設定する。１３は優先制御部であり、前記湯温設
定器１２の信号で前記ヒーター８の通電状態を選択する
とともに前記回転数制御部１１へ送信する信号を前記第
１温度検知器９あるいは前記第２温度検知器１０の信号
のいづれを優先させるかを決める。１４は第１制御部で
あり、前記回転数制御部へ送信する信号が前記第２温度
検知器１０の信号を優先する状態においても前記第１温
度検知器９の信号が所定温度以上になると前記ヒーター
８への通電を停止し、前記第１温度検知器９による循環
ポンプ６の回転数制御を行うように切り換える。１５は
運転制御部であり、前記第１温度検知器９あるいは前記
第２温度検知器１０の信号で前記圧縮機１および前記ヒ
ーター８の通電を制御する。１６は第３温度検知器であ
り、前記冷媒対水熱交換器２の上流に設けられている。
１７は第２制御部であり、前記第１温度検知器９および
前記第３温度検知器１６の信号で前記圧縮機１あるいは
前記ヒーター８の通電を制御する。

【００１１】上記構成において、最初に前記貯湯槽５の
沸き上げ湯温が低く設定され、ヒートポンプ単独で湯温
がえられる場合について述べる。この場合、前記湯温設
定器１２の信号を受けて前記ヒーター８の通電は停止さ
れる。そして、前記圧縮機１から吐出された高温高圧の
過熱ガス冷媒は前記冷媒対水熱交換器２に流入し、ここ
で前記循環ポンプ６から送られてきた水を加熱する。そ
の際に放熱作用で凝縮液化した冷媒は前記減圧装置３で
減圧され、前記蒸発器４に流入する。そして、大気熱を
吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１にもどる。一方、
前記貯湯槽５の下部から流出した水は前記循環ポンプ６
を介して前記冷媒対水熱交換器２に流入し、冷媒の凝縮
熱で加熱され、前記貯湯槽５の上部にたくわえられる。
ここで、前記冷媒対水熱交換器２の出口湯温を前記第１
温度検知器９が検知し、前記回転数制御部１１に信号を
送り、出口湯温が設定湯温になるように前記循環ポンプ
６の回転数を制御する。そして、この運転を続けなが
ら、前記貯湯槽５に設定湯温の湯をたくわえる。

【００１２】次ぎに、沸き上げ湯温が高く設定された場
合について述べる。この場合、前記湯温設定器１２の信
号を受けて前記ヒーター８は通電される。そして、前記
冷媒対水熱交換器２で加熱された水を前記加熱器７でさ
らに高温に加熱し、前記貯湯槽５の上部にたくわえられ
る。ここで、前記加熱器７の出口湯温を前記第２温度検
知器１０が検知し、前記回転数制御部１１に信号を送
り、出口湯温が設定湯温になるように前記循環ポンプ６
の回転数を制御する。ここで、前記冷媒対水熱交換器２
で加熱された水が異常に高温になった場合、それを前記
第１温度検知器９が検知し、前記第１制御部１４に信号
を送り、前記ヒーター８への通電を停止する。そして、
前記冷媒対水熱交換器２での単一加熱運転に切り換わり
前記第１温度検知器９の信号による前記循環ポンプ６の
回転数制御運転となる。従って、前記冷媒対水熱交換器
２の出口湯温が異常に高温となることもなく、前記圧縮
機１の信頼性が向上する。

【００１３】次ぎに、貯湯熱量の増加をはかる場合につ
いて述べる。この場合、前記冷媒対水熱交換器２で加熱
された水が異常に高温になった場合、それを前記第１温
度検知器９が検知するとともに前記冷媒対水熱交換器２
の入口の水温を前記第３温度検知器１６で検知し、前記
第１温度検知器９および前記第３温度検知器１６の信号
が前記第２制御部１７に送られる。そして、前記第３温
度検知器１６の信号から前記冷媒対水熱交換器２の入口
水温が初期給水温度と同じ場合には、前記第２制御部１
７を介して前記ヒーター８への通電を停止し、前記冷媒
対水熱交換器２での単一加熱運転に切り換わる。一方、
前記冷媒対水熱交換器２の入口水温が初期給水温度より
高い場合には、前記第２制御部１７を介して前記圧縮機
１を停止し、前記ヒーター８の単独運転となる。従っ
て、前記貯湯槽５の下部が高温となるまで運転可能とな
り、貯湯熱量が増加する。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のヒートポン
プ給湯機は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸
発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポン
プ、前記冷媒対水熱交換器、ヒーター内蔵の加熱器を順
次接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の下流に
設けた第１温度検知器と、前記加熱器の下流に設けた第
２温度検知器と、前記第１温度検知器あるいは前記第２
温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を制御する
回転数制御部と、前記貯湯槽の沸き上げ湯温を設定する
湯温設定器と、前記湯温設定器の信号で前記ヒーターへ
の通電状態を選択するとともに前記回転数制御部へ送信
する信号を前記第１温度検知器あるいは前記第２温度検
知器の信号のいづれかを決める優先制御部と、前記回転
数制御部へ送信する信号が前記第２温度検知器の信号を
優先する状態においても前記第１温度検知器の信号が所
定温度以上になると前記ヒーターへの通電を停止し、前
記第１温度検知器による循環ポンプの回転数制御を行う
ように切り換える第１制御部と、前記第１温度検知器あ
るいは前記第２温度検知器の信号で前記圧縮機および前
記ヒーターの通電を制御する運転制御部を備え、前記湯
温設定器の信号で前記優先制御部は前記ヒーターの通電
状態を選択し、設定湯温が比較的低い場合には前記ヒー
ターを非通電するとともに前記第１温度検知器の信号で
前記冷媒対水熱交換器の出口湯温が一定となるように前
記循環ポンプの回転数を制御する。また、設定湯温が高
い場合においては、前記ヒーターを通電するとともに前
記第２温度検知器の信号で前記加熱器の出口湯温が一定
となるように前記循環ポンプの回転数を制御する。そし
て、運転継続中に前記加熱器の出口湯温が設定より高く
なると、それを前記第２温度検知器が検知して前記運転
制御部に信号を送り、前記圧縮機および前記ヒーターへ
の通電を停止する。この場合、前記加熱器の出口湯温が
一定に制御されるにもかかわらず、前記冷媒対水熱交換
器の出口湯温が設定より高くなると、それを前記第１温
度検知器が検知して前記第１制御部に送り、前記ヒータ
ーを非通電とし、かつ前記第１温度検知器の信号により
循環ポンプの回転数を制御する。そして、前記圧縮機に
よるヒートポンプ単独運転に切り換わり運転を継続し、
再び前記第１温度検知器が湯温の高くなったことを検知
して前記圧縮機の運転を停止する。従って、前記冷媒対
水熱交換器の出口湯温が異常に高くなることもなく、前
記圧縮機の信頼性は向上する。

【００１５】次ぎに、前記冷媒対水熱交換器の上流に第
３温度検知器を設け、前記第１温度検知器および前記第
３温度検知器の信号で前記圧縮機あるいは前記ヒーター
の通電を制御する第２制御部を備えることにより、前記
冷媒対水熱交換器の出口湯温が設定より高くなった場合
において、前記第１温度検知器の信号とともに、前記第
３温度検知器の信号を受けて前記第２制御部は前記圧縮
機あるいは前記ヒーターの通電を制御する。ここで、前
記冷媒対水熱交換器の流入水温が初期給水温度と同じ場
合には、前記第２制御部１７を介して前記ヒーター８へ
の通電を停止し、前記冷媒対水熱交換器２での単一加熱
運転に切り換わる。一方、前記冷媒対水熱交換器２の入
口水温が初期給水温度より高い場合には、前記第２制御
部１７を介して前記圧縮機１を停止し、前記ヒーター８
の単独運転となる。従って、前記貯湯槽５の下部が高温
となるまで運転可能となり、貯湯熱量が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるヒートポンプ給湯機
の構成図

【図２】従来のヒートポンプ給湯機の構成図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 冷媒対水熱交換器 ３ 減圧装置 ４ 蒸発器 ５ 貯湯槽 ６ 循環ポンプ ７ 加熱器 ８ ヒーター ９ 第１温度検知器 １０ 第２温度検知器 １１ 回転数制御部 １２ 湯温設定器 １３ 優先制御部 １４ 第１制御部 １５ 運転制御部 １６ 第３温度検知器 １７ 第２制御部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸
   発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポン
   プ、前記冷媒対水熱交換器、ヒーター内蔵の加熱器を順
   次接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の下流に
   設けた第１温度検知器と、前記加熱器の下流に設けた第
   ２温度検知器と、前記第１温度検知器あるいは前記第２
   温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を制御する
   回転数制御部と、前記貯湯槽の沸き上げ湯温を設定する
   湯温設定器と、前記湯温設定器の信号で前記ヒーターへ
   の通電状態を選択するとともに前記回転数制御部へ送信
   する信号を前記第１温度検知器あるいは前記第２温度検
   知器の信号のいづれかを決める優先制御部と、前記回転
   数制御部へ送信する信号が前記第２温度検知器の信号を
   優先する状態においても前記第１温度検知器の信号が所
   定温度以上になると前記ヒーターへの通電を停止し、前
   記第１温度検知器による循環ポンプの回転数制御を行う
   ように切り換える第１制御部と、前記第１温度検知器あ
   るいは前記第２温度検知器の信号で前記圧縮機および前
   記ヒーターの通電を制御する運転制御部からなるヒート
   ポンプ給湯機。
2. 【請求項２】前記冷媒対水熱交換器の上流に第３温度検
   知器を設け、前記第１温度検知器および前記第３温度検
   知器の信号で前記圧縮機あるいは前記ヒーターの通電を
   制御する第２制御部からなる請求項１記載のヒートポン
   プ給湯機。