JP3663939B2 - 冷温水供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は温水と冷水を供給できる省エネタイプの冷温水供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の給湯装置は、一つの例としては図７に示すように燃焼部１と熱交換器部２と排気部３が順次密接され、燃焼部１には燃料供給部４と空気供給部５が接続され、熱交換器部２には、入口を水供給部６を介した入水管７と出口を出湯管８で接続した燃焼型給湯機９がある。またもう一つの例としては図８に示すように圧縮機１０、凝縮器１１、減圧器１２、蒸発器１３が順次閉回路に接続された冷媒回路１４と、貯湯タンク１５、循環ポンプ１６、凝縮器１１、ヒータ１７が接続された水回路１８から構成されるヒートポンプ給湯機１９がある。
【０００３】
上記構成の燃焼型給湯機９は燃焼部１で発生させた高温の熱を、熱交換器部２で入水管７から供給される水と熱交換し、出湯管８より湯として端末の複数の給湯栓２０に供給するものである。一方、ヒートポンプ給湯機１９のものは、圧縮機１０より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は凝縮器１１に流入し、ここで循環ポンプ１６から送られてきた水を凝縮熱で加熱し貯湯タンク１５に貯えるもので、外気温度が低い場合はヒータ１７を兼用して高温の沸き上げを行っていた。
【０００４】
また、凝縮器１１で凝縮液化した冷媒は減圧器１２で減圧され蒸発器１３に流入し、ファン２１で集められた大気熱を吸熱して蒸発ガス化し再び圧縮機１０に戻るサイクルで運転されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の燃焼型給湯機９は大流量出湯能力と即湯性及びコンパクト性という点では優れているが、エネルギー効率が悪くまた調理等で必要な水道水以下の冷水用途にはまったく対応できない。一方、ヒートポンプ給湯機１９は、逆にエネルギー効率という点では優れており、また冷水供給も可能であるが、電気温水器と同様、風呂給湯やシャワー給湯に対応するため図８に示すように沸き上げた湯をいったん貯湯する３００リットルから４６０リットル程度の大きな貯湯タンク１５が必要で、そのため設置スペースが大きくなり、設置できる場所が限定される。また湯切れ防止のために高出力のヒータ１７を有しており、１００V電源が使用できず特別に２００Ｖの電源工事が必要となる。さらに外気温度が低い冬季等は大気からの吸熱効率が低下し、ヒートポンプ給湯機の特長である効率面での効果を十分に引き出せないという課題を有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、圧縮機と、前記圧縮機により供給される冷媒が流れる冷媒流路と、この冷媒流路が接続されると共に、水流路を有し前記水流路の入口に給水管、出口に冷温水供給管が接続され前記冷媒路の冷媒と前記水流路を流れる水との間で熱交換を行う水・冷媒熱交換器と、減圧器と、空気・冷媒熱交換器とを有し、温水を供給する給湯運転と冷水を供給する冷水運転とを切換可能であるヒートポンプユニットと、前記給水管に水の入口が接続された熱交換部と、前記熱交換部の出口に接続した出湯管と、燃焼部を備えた燃焼ユニットとを有し、前記冷温水供給管と前記出湯管を接続または分離することにより、複数の給湯栓で同一温度の給湯を同時に行うか、複数の給湯栓で異なる温度の給湯を同時に行うかを選択可能な混合手段を設けた冷温水供給装置としたものである。
【０００７】
上記発明によれば、燃焼ユニットの燃焼時は風呂給湯やシャワー給湯等の大流量を必要とする給湯用途の場合、燃焼ユニットによる給湯を中心に行うことができるため貯湯タンクやヒータは不要で、またヒートポンプユニットによる給湯も同時に利用できるため３０％程度は燃焼ユニット側からの給湯量が抑えられる。
【０００８】
一方、使用頻度の高い台所、洗面等の小流量用途時の場合はヒートポンプユニットによる給湯で主に対応できるため、上記大流量時の省エネ分を加えて全給湯エネルギーからみると大きな省エネ効果を得ることができる。また混合手段で出湯管と冷温水供給管を分離すれば風呂と台所で異なる温度用途の要求に対しても同時に供給でき、特に水道水より低温度の冷水が得られるため台所での調理や洗顔等新しい用途が期待できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、圧縮機と、前記圧縮機により供給される冷媒が流れる冷媒流路と、この冷媒流路が接続されると共に、水流路を有し前記水流路の入口に給水管、出口に冷温水供給管が接続され前記冷媒路の冷媒と前記水流路を流れる水との間で熱交換を行う水・冷媒熱交換器と、減圧器と、空気・冷媒熱交換器とを有し、温水を供給する給湯運転と冷水を供給する冷水運転とを切換可能であるヒートポンプユニットと、前記給水管に水の入口が接続された熱交換部と、前記熱交換部の出口に接続した出湯管と、燃焼部を備えた燃焼ユニットとを有し、前記冷温水供給管と前記出湯管を接続または分離することにより、複数の給湯栓で同一温度の給湯を同時に行うか、複数の給湯栓で異なる温度の給湯を同時に行うかを選択可能な混合手段を設けた冷温水供給装置としたものである。
【００１０】
そして、給湯用途に応じて使用するお湯の温度や流量が異なるが、特に今まで得られなかった水道水より低温度の冷水が供給可能となるため、台所での調理時に氷を使っていた作業が冷水に置きかえられたり、その他洗顔や入浴時での各種効果も期待できる。また風呂やシャワー等、大流量の高温のお湯を必要とする場合は、燃焼ユニット運転だけで従来通りの性能が得られるが、同時にヒートポンプユニットによる給湯運転で全給湯量の３０％程度を補うことができる。
【００１１】
一方、用途として使用頻度が高い台所、洗濯、手洗い、洗顔等の５リットル以下の小流量を使用する場合は、ヒートポンプユニットだけの単独運転で満足するお湯を供給することができる。従って、給湯エネルギーを例えばすべての給湯モードを燃焼ユニット単独で使用した場合と比較すると、ヒートポンプユニットのエネルギー効率が高い分、省エネ効果の向上を図ることができる。また貯湯タンクやヒータを必要としないため貯湯タンクがない分コンパクト化が図れ、設置が簡単となり工事性も大幅に向上することができる。さらに最大二つの供給流路が得られるため温度レベルが異なる給湯が端末へ供給できる。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明に加え、燃焼ファンを有した燃焼部と、燃焼後の排気を外部へ導出する排気部を備えた燃焼ユニットとを有し、前記空気・冷媒熱交換器を前記排気部からの排出流れ内に臨ませ、前記冷温水供給管と前記出湯管と連通したものである。
【００１３】
そして、空気・冷媒熱交換器を排気部流れに臨ませることによって、燃焼ユニットから排出される高温の廃熱を吸熱できるために大気熱以上の高温環境で常にヒートポンプユニットの運転が可能となり、季節に関係なく年間安定してヒートポンプユニットによる給湯運転を行うことができる。また空気・冷媒熱交換器へ空気を送る送風機が燃焼ファンで共用化できるため装置自体がコンパクト化される。
【００１４】
また第３の発明は、第２の発明に加え、燃焼ユニットの熱交換部とヒートポンプユニットの空気・冷媒熱交換器を共用化したものである。
【００１５】
そして、燃焼ユニットの熱交換部とヒートポンプユニットの空気・冷媒熱交換器を共用化したため、空気・冷媒熱交換器をさらに高温雰囲気中に設けることとなり、空気・冷媒熱交換器をよりコンパクト化でき、一方、逆に空気・冷媒熱交換器の大きさを変えない場合はヒートポンプユニットの能力を大きくすることができる。また、冷媒配管以外の空気・冷媒熱交換器を構成するフィン等の部品が不要となり、例えば燃焼ユニットとヒートポンプユニットを一つのケース内収納するようなことも可能となり、より装置のコンパクト化を実現できる。さらに廃熱の有効利用による高効率化に加えて、燃焼ユニット側からみると、高温の排気ガスが空気・冷媒熱交換器で吸熱されるため、低温化されて放出され安全面での向上が図れる。
【００１６】
また、第４の発明は、第１〜３いずれか１つの発明に加え、圧縮機の吐出側に設けた冷媒サイクルを切換える四方弁を有するヒートポンプユニットと燃焼ユニットの運転制御を行う給湯制御部を設け、前記給湯制御部を端末で動作するリモコンに、四方弁を切換えて給湯運転と冷水運転とを切換える選択ボタンを設けたものである。
【００１７】
そして、給湯運転と冷水運転はヒートポンプユニットの運転サイクルが逆になるため、使用者がリモコンにより温度設定と同様にその場で利用時に選択してもらうことで制御が簡単で済み、各ユニット間で間違いのない動作を行うことができる。
【００１８】
また、第５の発明は、第４の発明に加え、給湯制御部は、ヒートポンプユニット給湯運転時の給湯開始時は燃焼ユニットを優先して運転し、運転中のユニットを流れる水量値から次の運転選択を行うようにしたものである。
【００１９】
そして、給湯用途が給湯開始時に何が要求されるか分からないため、給湯開始時には大流量出湯に対応できる燃焼ユニットを優先して運転し、運転中の燃焼ユニットを流れる水量値で予め設定した流量設定値と比較して、ユニットを切換えるようにしたものである。従って、大流量時は燃焼ユニットとヒートポンプユニットが同時に運転し、小流量時はヒートポンプユニットが単独運転することとなるため、燃焼ユニット側の能力は広い範囲がいらなくなり、燃焼ユニット自体の制御仕様が簡単で済み、能力切換や異常音の発生対策等それに伴う各種課題も減少して信頼性も向上できる。また水量値の判定から各ユニットを切り換えるだけの制御でよいため給湯制御部が簡単化できる。
【００２０】
また、第６の発明は、第４の発明に加え、給湯制御部は、ヒートポンプユニット給湯運転時の給湯開始時は燃焼ユニットを優先して運転し、空気・冷媒熱交換器出口の冷媒流路の温度条件で燃焼ユニットの加熱能力を可変するものである。
【００２１】
そして、ヒートポンプユニット側の冷媒回路設計は、通常システムに組込む前に予め使用する圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧器のサイクルが環境条件に対して支障なく動作するように冷媒封入量等の仕様が決められるが、燃焼廃熱環境による空気・冷媒熱交換器の温度最適化を得るよう空気・冷媒熱交換器出口の温度が常に設定値以下にする加熱能力制御を行うため、ヒートポンプユニットの高効率運転が可能になると共に、空気・冷媒熱交換器を直接加熱してもヒートポンプユニットの異常運転が防止できる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における冷温水供給装置の系統図である。冷温水供給装置は大きく二つのユニットから構成されるもので、一つはヒートポンプユニット２２で、圧縮機２３とその吐出側に冷媒サイクルを切換える四方弁２４また圧縮機２３の吸入側と四方弁２４の間に逆止弁２５が設けられ、水・冷媒熱交換器２６、減圧器２７、空気・冷媒熱交換器２８が順次閉回路の冷媒流路２９で接続され、その冷媒流路２９にはサイクルで予め所定の性能が得られるように決められた冷媒量が封入されている。図中実線矢印で示す回路が給湯運転で、破線矢印で示す回路が冷水運転である。空気・冷媒熱交換器２８の前面には大気熱を集熱または空気・冷媒熱交換器２８の熱を放熱する送風機３０が配置され、また水・冷媒熱交換器２６には冷媒の流れと対向する水流路３１が設けられており、入口側に給水管３２、出口側に冷温水供給管３３を有し、給水管３２には水量を検出する流量センサー３４Aと閉止機能を有しかつ水量を制御する水制御弁３５Aが設けられ、冷温水供給管３３は給湯温度を検出する給湯サーミスタ３６と、下流側で複数の電磁弁等で構成される混合手段３７に接続される。
【００２４】
一方、もう一つのユニットである燃焼ユニット３８は、燃焼ファン３９を有した燃焼部４０、入口の給水管３２と出口側の出湯管４１を有した熱交換部４２、燃焼後の排気ガスを排出する排気部４３で構成され、出湯管４１は混合手段３７に接続され内部で冷温水供給管３３とで接続または分離が行われる。燃焼ユニット３８の給水管３２にも水量を検出する流量センサー３４Bと水制御弁３５Bが設けられ、その他入水温を検出する入水サーミスタ４４と、出湯管４１に出湯温度を検出する出湯サーミスタ４５が設けられている。また燃焼部４０には燃料供給をオン、オフする元電磁弁や供給量を比例制御する比例弁等を有したガスブロック４６と燃焼ファン３９が接続されている。
【００２５】
次に動作について説明する。先ず給湯運転時の場合、電源オフ時に給水管３２を閉止している水制御弁３５A、３５Bが電源オンと同時に全開開度状態になる。
【００２６】
次に給湯栓４７が開栓されると水道水が給水管３２よりそれぞれのユニットへ供給される。それぞれ個々の動作について説明すると、先ず燃焼ユニット３８による運転はガス給湯機の例で示すと、流量センサー３４Bで最低動作流量以上の水量値が検出されると、燃焼ファン３９が始動し、点火状態に入りガスブロック４６の元電磁弁、比例弁が開かれ燃焼部４０で着火し燃焼を開始する。そして熱交換部４２で給水管３２から供給される水を多数のフィンを有したパイプ内に通して熱交換を行い、流量センサー３４B、入水サーミスタ４４、出湯サーミスタ４５からの検出値によりガスブロック４６や水制御弁３５B、燃焼ファン３９を最適燃焼状態で設定温度のお湯が得られる給湯制御を行い出湯管４１より給湯配管４８を通して給湯栓４７へ供給する。
【００２７】
一方、ヒートポンプユニット２２による運転は、流量センサー３４Aで予め設定されている最低動作流量以上の水量値が検出されると、先ず送風機３０が駆動し次に圧縮機２３が起動され、設定温度になるよう給湯サーミスタ３６の検出値と比較して水・冷媒熱交換器２６に流す水量を水制御弁３５Aで制御し、冷温水供給管３３より給湯配管４８を通して給湯栓４７へ供給する。その際、混合手段３７に設けた二つの電磁弁の開閉状態で、単一給湯配管４８で同一温度の給湯を行うか、平行して異なる温度の給湯を行うかが決定される。単一給湯配管４８の場合は、給湯用途が大流量の場合は両ユニット同時運転が行われ、両ユニットから湯が作られ冷温水供給管３３と出湯管４１を通して単一給湯配管４８を通り給湯栓４７より供給される。また給湯配管４８をもう一つ設けた場合は、燃焼ユニット３８からの給湯とヒートポンプユニット２２からの給湯を独立して供給できるようになるため、例えば風呂と台所で同時に異なる温度の給湯を行うことができる。
【００２８】
一方、小流量用途の場合はヒートポンプユニット２２による給湯量を優先して利用する。次に、冷水運転時の場合は、給湯運転と逆サイクルで冷媒が循環し、水・冷媒熱交換器２６で水流路３１に供給される水道水から吸熱し、空気・冷媒熱交換器２８で送風機３０により放熱される。また冷水は冷温水供給管３３より給湯配管４８を通り給湯栓４７より供給される。
【００２９】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の冷温水供給装置の構成図である。
【００３０】
実施例１と異なる点は、空気・冷媒熱交換器２８を燃焼ユニット３８の排気部４３からの排出流れ内に臨ませ、送風機３０に代り燃焼ファン３９を利用し、供給流路として温水供給管３３と出湯管４１を連通したことである。これにより空気・冷媒熱交換器２８が燃焼ユニット３８から生じる高温の廃熱を得られるため、大気熱以上の効率で熱交換される。空気・冷媒熱交換器２８の出口側に蒸発サーミスタ４９を設けることにより廃熱を吸熱する空気・冷媒熱交換器２８内の冷媒ガスの過熱度を最適化できる。また両ユニットが動作中は燃焼後の高温の排気ガスは空気・冷媒熱交換器２８で吸熱され排気部４３よりユニット外へ放出される。
【００３１】
一方、冷水運転時は燃焼ユニット３８の燃焼は行われず燃焼ファン３９のみ動作し空気・冷媒熱交換器２８の放熱用空気を供給する。
【００３２】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３の冷温水供給装置の構成図である。
【００３３】
実施例２と異なる点は、空気・冷媒熱交換器２８と燃焼ユニット３８の熱交換部４２を共用化したところである。熱交換部４２の伝熱面積を増やしたフィンを共用し、その一部の銅管パイプを冷媒流路２９と接続して空気・冷媒熱交換器２８として使用している。
【００３４】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４の冷温水供給装置の構成図である。
【００３５】
商用電源からの電力供給と各種センサーの信号を取込みと各種アクチュエータへの操作出力を行い燃焼ユニット３８とヒートポンプユニット２２の運転動作を制御する給湯制御部５０を設け、さらに端末側には冷温水供給装置本体のリモコン５１に四方弁２４を切換えて給湯運転と冷水運転とを切換える選択ボタン５２を設けたものである。
【００３６】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５の冷温水供給装置の制御フローチャートである。
給湯制御部５０は、先ず選択ボタン５２で給湯運転が選択された状態の場合、そこで開栓されると給湯開始時は燃焼ユニット３８を優先して運転し、燃焼ユニット３８の流量センサー３４Bの水量値を取込んで流量設定値と比較し、設定値以上の大流量であれば引続き燃焼ユニット３８運転を継続し、その後ヒートポンプユニット２２も開始する。また設定値以下の小流量時は水制御弁３５Bを閉止し、燃焼ユニット３８運転を停止動作に制御し、ヒートポンプユニット２２運転だけに切替えていくもので、その後も運転中のユニットを流れる水量値から次の運転選択を行うようにしたものである。
【００３７】
（実施例６）
図６は本発明の実施例６の冷温水供給装置の制御フローチャートである。
【００３８】
給湯制御部５０は、選択ボタン５２で給湯運転が選択された状態の場合、燃焼ユニット３８運転に引続きヒートポンプユニット２２運転も開始されるが、運転中空気・冷媒熱交換器２８の出口温度を蒸発サーミスタ４９で検出して、その値が設定上限値以下となるようにガスブロック４６を構成する比例弁等や燃焼ファン３９を制御して燃焼ユニット３８の過熱能力を可変するようにしたものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の給湯栓で同時に異なる温度の給湯を行うことができるため、利用者の利便性が大きく向上する。さらに、大流量時は燃焼ユニット運転と同時にヒートポンプユニットによる給湯運転で補助し、用途として使用頻度が高い小流量の場合は、ヒートポンプユニットだけの単独給湯で満足できるため、大幅な省エネ効果を得ることができる。また燃焼ユニットの即湯性により貯湯タンクやヒータが不要となり大幅なコンパクト化が図れ、従来設置できなかった住宅でも利用可能となり、２００V電源工事が必要なヒータ設置も必要としないため、電源工事やタンク設置における工事性も大幅に簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の冷温水供給装置の構成図
【図２】 本発明の実施例２の冷温水供給装置の構成図
【図３】 本発明の実施例３の冷温水供給装置の構成図
【図４】 本発明の実施例４の冷温水供給装置の構成図
【図５】 本発明の実施例５の冷温水供給装置のフローチャート
【図６】 本発明の実施例６の冷温水供給装置のフローチャート
【図７】 従来の燃焼型給湯機の構成図
【図８】 従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【符号の説明】
２２ ヒートポンプユニット
２３ 圧縮機
２４ 四方弁
２６ 水・冷媒熱交換器
２７ 減圧器
２８ 空気・冷媒熱交換器
２９ 冷媒流路
３０ 送風機
３１ 水流路
３２ 給水管
３３ 冷温水供給管
３７ 混合手段
３８ 燃焼ユニット
３９ 燃焼ファン
４０ 燃焼部
４１ 出湯管
４２ 熱交換部
４３ 排気部
４０ 給湯制御部
４５ リモコン
５０ 選択ボタン

Claims (6)

1. 圧縮機と、前記圧縮機により供給される冷媒が流れる冷媒流路と、この冷媒流路が接続されると共に、水流路を有し前記水流路の入口に給水管、出口に冷温水供給管が接続され前記冷媒路の冷媒と前記水流路を流れる水との間で熱交換を行う水・冷媒熱交換器と、減圧器と、空気・冷媒熱交換器とを有し、温水を供給する給湯運転と冷水を供給する冷水運転とを切換可能であるヒートポンプユニットと、前記給水管に水の入口が接続された熱交換部と、前記熱交換部の出口に接続した出湯管と、燃焼部を備えた燃焼ユニットとを有し、前記冷温水供給管と前記出湯管を接続または分離することにより、複数の給湯栓で同一温度の給湯を同時に行うか、複数の給湯栓で異なる温度の給湯を同時に行うかを選択可能な混合手段を設けた冷温水供給装置。
2. 燃焼ファンを有した燃焼部と、燃焼後の排気を外部へ導出する排気部を備えた燃焼ユニットとを有し、空気・冷媒熱交換器を前記排気部からの排出流れ内に臨ませ、冷温水供給管と出湯管と連通した請求項１記載の冷温水供給装置。
3. 燃焼ユニットの熱交換部とヒートポンプユニットの空気・冷媒熱交換器を共用化した請求項２記載の冷温水供給装置。
4. 圧縮機の吐出側に設けた冷媒サイクルを切換える四方弁を有するヒートポンプユニットと燃焼ユニットの運転制御を行う給湯制御部を設け、前記給湯制御部を端末で動作するリモコンに、四方弁を切換えて給湯運転と冷水運転とを切換える選択ボタンを設けた請求項１〜３のいずれか１項記載の冷温水供給装置。
5. 給湯制御部は、ヒートポンプユニットの給湯開始時には燃焼ユニットを優先して運転し、前記燃焼ユニットを流れる水量値から次の運転選択を行う請求項４記載の冷温水供給装置。
6. 給湯制御部は、ヒートポンプユニットの給湯開始時は燃焼ユニットを優先して運転し、空気・冷媒熱交換器出口の冷媒流路の温度条件で前記燃焼ユニットの加熱能力を可変する請求項４記載の冷温水供給装置。

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