JP3019731B2 - 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
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３
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、ここで前記循
環ポンプ６から送られてきた水を加熱する。そのため、
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。一方、前記冷媒対
水熱交換器２で加熱された湯は前記貯湯槽５の上部から
しだいに湯をたくわえていく。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成では、沸き上げ運転時間の経過ととも
に前記貯湯槽内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生
じ、その層は次第に拡大していく。図４は、前記貯湯槽
内の湯と水の混合層の温度分布を示す。これは、高温湯
と低温水の熱伝導および対流により発生するものであ
り、高温湯から低温水へ伝熱され、その境界部分で高温
湯は温度低下し、逆に低温水は温度上昇する。従って、
沸き上げ運転完了近くになると、前記冷媒対水熱交換器
２に流入する水温は高くなる。そのため、前記圧縮機の
吐出圧力は高くなり、モータの巻線温度の上昇など圧縮
機の耐久性が課題となってくる。これを防止するには、
前記冷媒対水熱交換器２を大きくする必要がある。よっ
て、前記冷媒対水熱交換器２へ流入する水が高温になる
と沸き上げ運転することができない。

【０００４】本発明の第１の目的は圧縮機の耐久性を確
保しつつ冷媒対水熱交換器へ流入す る水が高温でも運転
可能とすることである。 また、第２の課題として、冬
季など給湯負荷が大きい場合、前記貯湯槽の下部には低
温水がたくわえられることになり、前記貯湯槽の容量を
有効に利用できない。本発明の第２の目的は貯湯槽の容
量を有効に利用して貯湯することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第１の目的
を達成するため、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を順次接続した給湯回
路と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器入口温度を
検知して、所定温度に達した時に信号を送信する第１温
度検知器と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器出口
の湯温を検知して、検知した湯温およびこの湯温の設定
温度を送信する第２信号および第２信号より低い設定温
度を送信する第３信号を有する第２温度検知器と、前記
第２温度検知器の検知する湯温が第２信号の設定温度と
一致するように前記循環ポンプの回転数を制御し、前記
第１温度検知器の信号を受けて、前記第２温度検知器の
検知する湯温が第２信号の設定温度から第３信号の設定
温度となるように切り換えて前記循環ポンプの回転数を
制御する制御器からなる。

【０００６】また、第２の目的を達成するために、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、加熱器を順次接続した給湯回路と、前記給湯
回路の前記冷媒対水熱交換器入口温度を検知して、所定
温度に達した時に信号を送信する第１温度検知器と、前
記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器出口の湯温を検知し
て、この湯温の設定温度を送信する第２信号および第２
信号より高い設定温度に湯温が達した時に送信する第４
信号を有する第３温度検知器と、前記加熱器出口の湯温
を検知して、検知した湯温およびこの湯温の設定温度を
送信する第５信号および第５信号より高い設定温度に湯
温が達した時に送信する第６信号を有する第４温度検知
器と運転制御器からなり、前記運転制御器は前記加熱器
が非通電時は前記第３温度検知器の検知する湯温が第２
信号の設定温度と一致するように、また、通電時は前記
第４温度検知器の検知する湯温が第５信号の設定温度と
一致するように前記循環ポンプの回転数を制御し、前記
第１温度検知器の信号および前記第３温度検知器の第４
信号のいづれかが送信された時、前記圧縮機を運転停止
および前記加熱器を運転し、前記第４温度検知器の第６
信号を受けて前記加熱器を運転停止する制御を行う構成
としてある。

【０００７】

【作用】本発明は上記した構成によって、前記第２温度
検知器の検知する湯温が第２信号と一致するように前記
循環ポンプの回転数を制御して、前記貯湯槽に給水され
た水をヒートポンプの凝縮熱で加熱し、前記貯湯槽の上
部からたくわえていく。そして、沸き上げ完了近くにな
ると混合層の湯が前記冷媒対水熱交換器に流入しはじめ
る。そして、前記冷媒対水熱交換器を流れる冷媒の凝縮
温度と水温（流入水温と流出水温の平均温度）との温度
差は小さくなるため、同じ加熱能力、同じ前記冷媒対水
熱交換器出口の湯温を維持するために冷媒の凝縮温度が
上昇して水温との温度差を維持しようとする。すなわ
ち、冷媒の凝縮温度に相当する冷媒飽和圧力が上昇す
る。そして、前記冷媒対水熱交換器に流入する水温が高
くなるにつれて冷媒の圧力も上昇し、前記圧縮機のモ−
タ−の信頼性を損なうほどに圧力が上昇する。それを防
止するため、所定温度の高温湯が流入したことを前記第
１温度検知器が検出して前記制御器に送信し、前記制御
器は前記第２温度検知器の検知する湯温が第２信号の設
定温度から第３信号の低い設定温度となるように切り換
えて前記循環ポンプの回転数を増加し、前記貯湯槽下部
および前記冷媒対水熱交換器へ流入する水が高温となる
まで運転を継続する。従って、前記冷媒対水熱交換器で
沸き上げる温度が下がり、冷媒の凝縮温度と水温との温
度差は大きくなるため、冷媒の凝縮温度は下がり、前記
圧縮機の吐出圧力および温度は低下し、耐久性が向上す
る。また、混合層の運転において、高温となった混合層
の湯が前記冷媒対水熱交換器に流入した場合、あるいは
前記循環ポンプが最高回転数で運転しても前記冷媒対水
熱交換器の出口温度が上昇した場合、前記圧縮機の吐出
圧力および温度が上昇する。その場合、前記第１温度検
知器の信号あるいは前記第３温度検知器の第４信号が前
記運転制御器に送信され、前記圧縮機を運転停止すると
ともに前記加熱器を運転する。そして、前記第４温度検
知器の第５信号で前記循環ポンプの回転数を制御して、
前記貯湯槽の上部から湯をたくわえていく。さらに、混
合層の湯が高温になると前記加熱器の出口温度は上昇し
はじめ、前記第４温度検知器の第６信号に達すると前記
加熱器を運転停止する。従って、高温の混合層まで加熱
運転できることになり前記貯湯槽の容量全体を効果的に
利用でき、貯湯熱量が向上する。また、前記圧縮機およ
び前記加熱器の耐久性も向上する。そして、ここで、前
記圧縮機を運転停止させる信号を前記第１温度検知器の
信号および前記第３温度検知器の第４信号のいづれかに
しているため、前記給湯回路系の配管長の自由度は向上
する。すなわち、貯湯槽とヒ−トポンプ機器を接続する
給湯回路の配管が長配管の場合には、給湯回路の水循環
系の損失抵抗が増加するため、前記循環ポンプで流すこ
とができる最高流量は減少する。よって、加熱量が同じ
場合には、前記冷媒対水熱交換器入口水温と出口湯温の
温度差と循環流量は反比例するため、配管が短い場合と
比較して入口水温を同温度とするならば、出口の沸き上
げ湯温は高くなる。すなわち、前記冷媒対水熱交換器に
流入する水温が比較的低温時に出口温度は前記第３温度
検知器の第４信号が送信する温度に達する。一方、貯湯
槽下部から前記冷媒対水熱交換器へ流入する水温は前記
貯湯槽上部から貯湯されて混合層となった温度であるた
め、配管長さの影響は受けない。従って、給湯回路の配
管が長配管の場合には、前記冷媒対水熱交換器出口湯温
を検知して送信する前記第３温度検知器の第４信号が前
記第１温度検知器の信号より先に前記運転制御器に送信
される傾向である。逆に、配管長が短いと前記循環ポン
プの最高流量は増加するため、前記冷媒対水熱交換器に
流入する水温が高温になるまで運転できる。従って、前
記第３温度検知器の第４信号が送信される前に、前記第
１温度検知器の信号が前記運転制御器に送信される。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図１、図２を参照して
説明する。

【０００９】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は順次接続され
給湯回路を構成する。７は第１温度検知器であり、前記
給湯回路の前記冷媒対水熱交換器２の入口温度を検知し
て、所定温度に達した時に信号を送信する。８は第２温
度検知器であり、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器
２の出口の湯温を検知して、検知した湯温およびこの湯
温の設定温度を送信する第２信号および第２信号より低
い設定温度を送信する第３信号を有する。９は制御器で
あり、前記第２温度検知器８の検知する湯温が第２信号
の設定温度と一致するように前記循環ポンプ６の回転数
を制御し、前記第１温度検知器７の信号を受けて、前記
第２温度検知器８の検知する湯温が第２信号の設定温度
から第３信号の設定温度となるように切り換えて前記循
環ポンプ６の回転数を制御する。

【００１０】つぎに、上記構成の第１の実施例の動作に
ついて説明する。最初に前記貯湯槽５に給水された水を
沸き上げる運転について述べる。この場合、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、前記減圧装置３で減圧されて前記蒸発器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。

【００１１】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２温度検知器８が検知し、前記制御器
９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の上部から湯をたくわえ湯面
はしだいに前記貯湯槽５の下部に下がってくる。この運
転中に前記貯湯槽５内では、上部の湯と給水された水が
熱伝導で熱交換し、湯水混合層を形成し、時間経過とと
もに混合層は拡大する。そして、沸き上げ完了近くにな
ると前記貯湯槽５内の湯水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。そして、流入温度が所定温
度に達したことを前記第１温度検知器７が検出して前記
制御器９に送信し、前記制御器９は前記第２温度検知器
の検知する湯温が第２信号の設定温度から第３信号の設
定温度となるように切り換えて前記循環ポンプ６の回転
数を制御する。従って、前記冷媒対水熱交換器で沸き上
げる温度が下がり、冷媒の凝縮温度と水温との温度差は
大きくなるため、冷媒の凝縮温度は下がり、前記圧縮機
の吐出圧力および温度は低下し、耐久性が向上する。

【００１２】つぎに、第２の実施例について説明する。
図２において、第１の実施例と同じ構成、動作するもの
については、同一符号とし、説明を省略する。１０は加
熱器であり、前記冷媒対水熱交換器２と前記貯湯槽５の
接続管途中に設けられている。１１は第３温度検知器で
あり、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器２の出口の
湯温を検知して、この湯温の設定温度を送信する第２信
号および第２信号より高い設定温度に湯温が達した時に
送信する第４信号を有する。１２は第４温度検知器であ
り、前記加熱器１０の出口の湯温を検知して、検知した
湯温およびこの湯温の設定温度を送信する第５信号およ
び第５信号より高い設定温度に湯温が達した時に送信す
る第６信号を有する。１３は運転制御器であり、前記加
熱器１０が非通電時は前記第３温度検知器１１の検知す
る湯温が第２信号の設定温度と一致するように、また、
通電時は前記第４温度検知器１２の検知する湯温が第５
信号の設定温度と一致するように前記循環ポンプ６の回
転数を制御し、前記第１温度検知器７の信号および前記
第３温度検知器１１の第４信号のいづれかが送信された
時、前記圧縮機１を運転停止および前記加熱器１０を運
転し前記第４温度検知器１２の第６信号を受けて前記加
熱器１０を運転停止する制御を行う。

【００１３】つぎに、上記構成の実施例の動作について
説明する。混合層の運転において、高温となった混合層
の湯が前記冷媒対水熱交換器２に流入すると、前記循環
ポンプ６の回転数は増加し、いづれ最高回転数に達す
る。その後、前記冷媒対水熱交換器２の出口温度が上昇
しはじめる。それを前記第１温度検知器７の信号あるい
は前記第３温度検知器１１の第４信号が検知し、前記運
転制御器１３に送信され、前記圧縮機１を運転停止する
とともに前記加熱器１０を運転する。そして、前記第４
温度検知器１２の第５信号で前記循環ポンプ６の回転数
を制御して、前記貯湯槽５の上部からたくわえていく。
さらに、混合層の湯が高温になると前記加熱器１０の出
口温度が上昇しはじめ、前記第４温度検知器の第６信号
に達すると前記加熱器１０の運転を停止する。従って、
高温の混合層まで加熱運転できることになり前記貯湯槽
５の容量全体を効果的に利用でき、貯湯熱量が向上す
る。また、前記圧縮機１および前記加熱器１０の耐久性
も向上する。

【００１４】ここで、前記圧縮機１を運転停止させる信
号を前記第１温度検知器７の信号および前記第３温度検
知器１１の第４信号のいづれかにしているため、前記給
湯回路系の配管長の自由度は向上する。すなわち、配管
長が長いと水循環系の損失抵抗が増加するため前記循環
ポンプ６の最高流量が減少し、前記冷媒対水熱交換器の
入口水温を一定とするならば、配管長が短い場合と比較
して、出口の沸き上げ湯温は高くなる。すなわち、前記
冷媒対水熱交換器に流入する水温が比較的低温時に出口
温度は前記第３温度検知器の第４信号が送信する温度に
達するため、前記第３温度検知器１１の第４信号が前記
第１温度検知器７の信号より先に前記運転制御器１３に
送信される。逆に、配管長が短いと前記循環ポンプ６の
最高流量は増加するため、前記冷媒対水熱交換器に流入
する水温が高温になるまで運転できる。従って、前記第
３温度検知器１１の第４信号になる前に、前記第１温度
検知器７の信号が前記運転制御器１３に送信される。

【００１５】

【発明の効果】以上実施例で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を順次接続した給湯
回路と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器入口温度
を検知して、所定温度に達した時に信号を送信する第１
温度検知器と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器出
口の湯温を検知して、検知した湯温およびこの湯温の設
定温度を送信する第２信号および第２信号より低い設定
温度を送信する第３信号を有する第２温度検知器と、前
記第２温度検知器の検知する湯温が第２信号の設定温度
と一致するように前記循環ポンプの回転数を制御し、前
記第１温度検知器の信号を受けて、前記第２温度検知器
の検知する湯温が第２信号の設定温度から第３信号の設
定温度となるように切り換えて前記循環ポンプの回転数
を制御する制御器を備え、前記貯湯槽内の混合層を沸き
上げる運転において、沸き上げ完了近くになると混合層
の湯が前記冷媒対水熱交換器に流入しはじめる。それを
前記第１温度検知器が検出し、前記制御器は前記第２温
度検知器の第２信号から第３信号に切り換えて前記循環
ポンプの回転数を制御する。従って、前記冷媒対水熱交
換器で沸き上げる温度が低くなるため、前記圧縮機の吐
出圧力および温度は低下し、耐久性が向上する。

【００１６】また、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、加熱器を順次接続し
た給湯回路と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器入
口温度を検知して、所定温度に達した時に信号を送信す
る第１温度検知器と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交
換器出口の湯温を検知して、検知した湯温およびこの湯
温の設定温度を送信する第２信号および第２信号より高
い設定温度に湯温が達した時に送信する第４信号を有す
る第３温度検知器と、前記加熱器出口の湯温を検知し
て、検知した湯温およびこの湯温の設定温度を送信する
第５信号および第５信号より高い設定温度に湯温が達し
た時に送信する第６信号を有する第４温度検知器と運転
制御器を備え、混合層の運転において、高温となった混
合層の湯が前記冷媒対水熱交換器に流入した場合、ある
いは前記循環ポンプが最高回転数で運転しても前記冷媒
対水熱交換器の出口温度が上昇した場合、前記圧縮機の
吐出圧力および温度が上昇する。その場合、前記第１温
度検知器の信号あるいは前記第３温度検知器の第４信号
が前記運転制御器に送信され、前記圧縮機を運転停止す
るとともに前記加熱器を運転する。そして前記第３温度
検知器の第５信号で前記循環ポンプの回転数を制御し
て、前記貯湯槽の上部からたくわえていく。さらに、混
合層の湯が高温になると前記加熱器の出口温度は上昇し
はじめ、前記第４温度検知器の第６信号に達すると前記
加熱器を運転停止する。従って、高温の混合層まで加熱
運転できることになり前記貯湯槽の容量全体を効果的に
利用でき、貯湯熱量が向上する。また、前記圧縮機およ
び前記加熱器の耐久性も向上する。そして、ここで、前
記圧縮機を運転停止させる信号を前記第１温度検知器の
信号あるいは前記第３温度検知器の第４信号のいづれか
にしているため、前記給湯回路系の配管長の自由度は向
上する。

【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】本発明の他の実施例におけるヒートポンプ給湯
機の構成図

【図３】従来のヒートポンプ給湯機の構成図

【図４】貯湯槽内の温度分布を示す図

【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 第１温度検知器 ８ 第２温度検知器 ９ 制御器 １０ 加熱器 １１ 第３温度検知器 １２ 第４温度検知器 １３ 運転制御器

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を順次接続した給湯回路と、
   前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器入口温度を検知し
   て、所定温度に達した時に信号を送信する第１温度検知
   器と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器出口の湯温
   を検知して、検知した湯温およびこの湯温の設定温度を
   送信する第２信号および第２信号より低い設定温度を送
   信する第３信号を有する第２温度検知器と、前記第２温
   度検知器の検知する湯温が第２信号の設定温度と一致す
   るように前記循環ポンプの回転数を制御し、前記第１温
   度検知器の信号を受けて、前記第２温度検知器の検知す
   る湯温が第２信号の設定温度から第３信号の設定温度と
   なるように切り換えて前記循環ポンプの回転数を制御す
   る制御器からなるヒートポンプ給湯機。
2. 【請求項２】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、加熱器を順次接続した給湯
   回路と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器入口温度
   を検知して、所定温度に達した時に信号を送信する第１
   温度検知器と、前記給湯回路の前記冷媒対水熱交換器出
   口の湯温を検知して、検知した湯温およびこの湯温の設
   定温度を送信する第２信号および第２信号より高い設定
   温度に湯温が達した時に送信する第４信号を有する第３
   温度検知器と、前記加熱器出口の湯温を検知して、検知
   した湯温およびこの湯温の設定温度を送信する第５信号
   および第５信号より高い設定温度に湯温が達した時に送
   信する第６信号を有する第４温度検知器と運転制御器か
   らなり、前記運転制御器は前記加熱器が非通電時は前記
   第３温度検知器の検知する湯温が第２信号の設定温度と
   一致するように、また、通電時は前記第４温度検知器の
   検知する湯温が第５信号の設定温度と一致するように前
   記循環ポンプの回転数を制御し、前記第１温度検知器の
   信号および前記第３温度検知器の第４信号のいづれかが
   送信された時、前記圧縮機を運転停止および前記加熱器
   を運転し、前記第４温度検知器の第６信号を受けて前記
   加熱器を運転停止する制御を行うヒートポンプ給湯機。