JP3690156B2 - 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ルギー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６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７に示すように圧縮機１０、凝縮器１１、減圧器１２、蒸発器１３が順次閉回路で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型給湯機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、ヒートポンプ型給湯機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。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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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、省エネルギーの点では好ましくなくまた水道水温度以下の冷水用途にはまったく対応できない。一方、ヒートポンプ型給湯機１９は、逆に省エネルギー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７に示すように沸き上げたお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。もしその貯湯タンク１５がない状態で使用しようとした場合は、給湯できる流量が少なく風呂給湯等の大流量用途には対応できず、圧縮機１０の温度が立ち上がるまでに数分から数十分を要し、すぐに湯を供給するという点では大きな課題を有している。また湯切れ防止のために高出力のヒータ１７が必要で、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、ヒートポンプ型給湯機の特徴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。
【０００５】
【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、冷媒サイクルを切換える四方弁と、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冷媒流路の冷媒と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・冷媒熱交換器とが順次閉回路を形成するように接続されたヒートポンプユニットと、給水管に接続された熱交換部と、熱交換部の出口に接続した出湯管と、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から成り、冷温水供給管と出湯管を接続または分離する混合手段と、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制御部とを有し、制御部に燃焼ユニットの給湯運転と四方弁を切換えてヒートポンプユニットの給湯運転または冷水運転並びに両ユニットによる同時給湯運転を行う選択手段を設けると共に、圧縮器の周囲に設けた加熱部と出湯管とを流路遮断手段を介して加熱流路で接続し、ヒートポンプユニットと燃焼ユニットとの同時給湯運転選択時は運転開始から一定時間は燃焼ユニットの運転を行うと同時に、流路遮断手段を開放し加熱流路により出湯管と加熱部とを連通し加熱部へ湯を供給し、一定時間経過後は流路遮断手段を閉止し、ヒートポンプユニットの給湯運転を行い、必要能力に対する不足分を燃焼ユニット運転で行う構成としたもので、ヒートポンプユニット運転時の即湯性の改善と温水と冷水が単独または同時に供給できるようにしたものである。
【０００６】
上記発明によれば、給湯運転の選択が行われた場合、風呂給湯やシャワー給湯のような大流量、即湯性を必要とする給湯用途に対しては、先ずは燃焼ユニット運転で対応でき、その結果貯湯タンクやヒータが不要となり、またヒートポンプユニット運転も一定時間燃焼ユニットから供給される温水で圧縮機が加熱されるため給湯供給開始が早まり、途中から同時給湯ができるようになり徐々に燃焼ユニット側からの給湯能力を抑制することができる。一方、使用頻度の高い台所、洗面等の小流量用途時に対してはヒートポンプユニット運転による給湯だけで主に対応できるため、上記大流量時の省エネルギー分を加えて全給湯エネルギーからみると大きな省エネルギー効果を得ることができる。また二系統の供給管を設置し混合手段で出湯管と冷温水供給管を分離すれば、例え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、特に冷水運転を選択することにより水道水温度以下の低温度の冷水を端末から供給できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧縮機と、冷媒サイクルを切換える四方弁と、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水流路の入口に給水管、出口に冷温水供給管が接続され冷媒流路の冷媒と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・冷媒熱交換器とが順次閉回路を形成するように接続されたヒートポンプユニットと、給水管に接続された熱交換部と、熱交換部の出口に接続した出湯管と、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から成り、冷温水供給管と出湯管を接続または分離する混合手段と、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制御部とを有し、制御部に燃焼ユニットの給湯運転と四方弁を切換えてヒートポンプユニットの給湯運転または冷水運転並びに両ユニットによる同時給湯運転を行う選択手段を設けると共に、圧縮器の周囲に設けた加熱部と出湯管とを流路遮断手段を介して加熱流路で接続したものである。
【０００８】
そして、制御部に各ユニットの単独給湯運転または同時給湯運転とヒートポンプユニットの冷水運転が選択できる選択手段を設けたことにより、同時給湯運転選択時は給湯温度が可変にできることは勿論であるが、冷水運転を選択することにより今まで得られなかった水道水温度以下の低温度の冷水が供給可能となり、台所での調理時に多い冷水用途に即応でき、その他洗顔や入浴時での各種効果も期待できる。また混合手段により出湯管と冷温水供給管を分離することにより最大二つの供給流路が得られるため温度が異なる給湯や給湯と冷水等、同時に異なる温度の水が供給できる。さらに同時給湯運転が選択され給湯開始時から一定時間は燃焼ユニットからの湯の一部が加熱部へ供給されるため、圧縮機が暖められることになりヒートポンプユニットの給湯供給時間の立上げを速くすることができる。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給湯運転で満足できる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、省エネルギー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コンパクト化が図れ、設置も簡単となり工事性も大幅に向上することができる。
【０００９】
また、両ユニットの同時給湯運転選択時は運転開始から一定時間は燃焼ユニットの運転を行うと同時に、流路遮断手段を開放し加熱流路により出湯管と加熱部とを連通し加熱部へ湯を供給し、一定時間経過後は流路遮断手段を閉止し、ヒートポンプユニットの給湯運転を行い、要求能力に対する不足分を燃焼ユニットの運転で補うものである。
【００１０】
そして、選択手段により両ユニットの同時給湯運転が選択された場合、給湯開始時から一定時間は燃焼ユニットの運転を行うと同時に、流路遮断手段を開放し加熱流路から加熱部へ湯を供給することによって圧縮機の温度を上昇させ、一定時間経過後は流路遮断手段を閉止しヒートポンプユニットが起動される。給湯開始時に給湯を行っていた燃焼ユニットは、要求される能力からヒートポンプユニットで供給される給湯能力を差し引いた能力へ徐々に絞り込まれ、一方ヒートポンプユニット単独運転で賄える小流量になった場合は停止され、その間混合手段で出湯管と冷温水供給管が接続され所望される温度と流量の湯が供給される。
【００１１】
また圧縮機の吐出温度を検出する温度検出手段を有し、その温度検出手段より検出した温度が設定値以上になるまで流路遮断手段を開放したものである。
【００１２】
そして、温度検出手段の検出値と予め決められている設定温度との比較により流路遮断手段の開閉動作が制御され、出湯管から湯を加熱部へ供給するか停止するかが行なわれるが、圧縮機の実際の吐出温度を検出できるためヒートポンプユニット運転の立上り時の性能が安定化できる。
【００１３】
さらに加熱部は面接触する筒状体からなるものである。
【００１４】
そして、加熱部が配管で巻付ける構成に比べ圧縮機の表面に高密度に接することができるためより速く暖められる。
【００１５】
また加熱部に蓄熱材を設けたものである。
【００１６】
そして、給湯運転が長時間使用されない場合でも圧縮機が蓄熱材により保温されているため立ち上がりを速くすることができる。
【００１７】
【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。
【００１８】
（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構成図である。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と、圧縮機２３の吸入側と四方弁２４との間に逆止弁２５が設けられ、四方弁２４から水・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冷媒の流れが給湯運転選択時で、破線矢印で示す冷媒の流れが冷水運転選択時の回路である。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には水流路３１が設けられており、入口側を給水管３２、出口側を冷温水供給管３３に接続されている。また給水管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、冷温水供給管３３には水流路３１からの出水温度を検出する出水サーミスタ３６が取付けられ、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。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を有する燃焼部４０、入口側に給水管３２と出口側に出湯管４１を有する熱交換部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は途中分岐され一方を圧縮機２３の周囲に設けた加熱部４４と流路遮断手段４５を有する加熱流路４６で接続され、もう一方は混合手段３７と接続しそこで冷温水供給管３３との接続または分離が行われる。さらに混合手段３７の出口に接続される供給管路４７によって、端末の供給栓４８へと接続される。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、その他入水温度を検出する入水サーミスタ４９と、出湯管４１には出湯温度を検出する出湯サーミスタ５０が設けられている。また燃焼部４０には燃焼ファン３９の他に燃料供給をオン、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するガスブロック５１が接続されている。また各ユニットは商用電源５２から電力を供給され、各種センサーの信号を取込み各種アクチュエータを作動させ、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制御部５３を有し、この制御部５３には給湯運転と冷水運転を選択する選択手段５４を設けている。さらに端末側には冷温水供給装置本体のリモコン５５を有している。
【００１９】
次に動作について説明する。選択手段５４により両ユニットの同時給湯運転が選択された場合、以下に示すような制御が制御部５３により行われる。先ず電源オフ時に給水管３２を閉止している水制御弁３５Bが電源オンと同時に全開状態になる。次に供給栓４８が開栓されると水道水が給水管３２より燃焼ユニット３８へ供給される。燃焼ユニット３８として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５１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する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４９、出湯サーミスタ５０からの検出値によりガスブロック５１や水制御弁３５B、燃焼ファン３９を最適燃焼状態に保ち要求される温度の湯が得られるよう運転制御が行われる。その結果、湯は出湯管４１より混合手段３７を介して供給管路４７から供給栓４８へと供給される。一方、同時にヒートポンプユニット２２の運転に対する制御部５３の制御は、燃焼ユニット３８が給湯を開始すると同時に電磁弁や比例制御弁等からなる流路遮断手段４５を開放するが、その際出湯管４１から供給される湯の流れは加熱流路４６側へ一部が導かれ、圧縮機２３の周囲に巻き付けた管路からなる加熱部４４を通過して再度出湯管４１へ戻り圧縮機２３が供給湯温レベルになると流路遮断手段４５を閉止し、そして四方弁２４を給湯運転側に切換え、送風機３０、圧縮機２３を順次起動させ、冷媒を図１中に示す実線矢印方向に送り出す。次に水制御弁３５Aを全開し流量センサー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、出水サーミスタ３６との検出値と要求温度とを比較して要求温度になるよう水・冷媒熱交換器２６に流す水量を水制御弁３５Aによって制御し、冷温水供給管３３より混合手段３７を介して供給管路４７から供給栓４８へ供給する。上記二つのユニットから供給される湯は、混合手段３７に設けた二つの電磁弁の開閉状態で、単一の供給管路４７で同一温度の給湯を行うか、複数の供給管路４７を設置して異なる温度の給湯を行うか利用者側で選択できるが、給湯用途が大流量の場合は、通常冷温水供給管３３と出湯管４１を通して単一の供給管路４７で供給栓４８より供給される。また供給管路４７をもう一つ設置した場合は、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。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、選択手段５４によりヒートポンプユニット２２の冷水運転のみが選択された場合、先ず水制御弁３５Ｂが閉止され流量センサー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、ヒートポンプユニット２２のみが運転される。図１中破線矢印で示す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熱を奪い、空気・冷媒熱交換器２８で送風機３０により放熱するため、水道水温度以下の冷水が冷温水供給管３３より供給管路４７を通り通常の供給栓４８から供給される。
【００２０】
（実施例２）
図２は本発明の実施例における冷温水供給装置の制御フローチャートである。
【００２１】
両ユニットの同時給湯運転が選択されると給湯開始からの一定時間は図１に示す燃焼ユニット３８による給湯運転を行うと同時に、実施例１と同様、流路遮断手段４５を開放しその間加熱部４４により圧縮機２３の温度を上昇させる。一定時間経過後は流路遮断手段４５を閉止して通常のヒートポンプユニット２２の給湯運転が開始され、流量センサー３４A、３４Ｂの検知水量の合計値が流量設定値より多ければ、ヒートポンプユニット２２の運転を最大出力で動作させ、不足分を燃焼ユニット３８の運転で補う。逆に検知水量が流量設定値より少なければ燃焼ユニット３８は停止されヒートポンプユニット２２の単独運転が行われる。
【００２２】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３における冷温水供給装置の制御フローチャートである。
【００２３】
実施例１と異なる点は、図１に示す流量遮断手段４５の開閉を圧縮機２３の温度で行うもので、圧縮機２３の吐出側に設けた温度検出手段５６の検出値が、予め設定された温度設定値と比較され、検出値が温度設定値以上になったら流量遮断手段４５を閉止するものである。
【００２４】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４における冷温水供給装置の要部断面図である。
【００２５】
実施例１の構成と異なる点は、圧縮機２３を加熱する加熱部４４をドーナツ状の部材で構成し圧縮機２３の周囲を囲むようにした点である。例えば、加熱部４４の材料として接触面以外を樹脂等の断熱性材料で形成することにより放熱が抑制され保温性も得られる。
【００２６】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５における冷温水供給装置の要部断面図である。
【００２７】
実施例１または実施例４の構成と異なる点は、圧縮機２３を加熱する加熱部４４に蓄熱手段５７を設けた点で、圧縮機２３の周囲をこの蓄熱手段５７である蓄熱材で囲むようにしたものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、燃焼ユニット、ヒートポンプユニットそれぞれ単独運転による給湯の他に、両ユニットの同時給湯運転、燃焼ユニット給湯運転とヒートポンプユニット冷水運転の組合わせ等、二つの温度レベルを有する供給水が得られるもので、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用途の拡大効果が得られる。また温度が異なる湯を同時に給湯できるため利用者の利便性が大きく向上する。さらに、圧縮機を燃焼ユニットから供給される湯で暖め保温する制御によりヒートポンプユニットの立上り性能を大きく向上させることができ要求温度の湯に対する即湯化が改善できる。
【００２９】
また、請求項２記載の発明によれば、ヒートポンプユニットと燃焼ユニットとの同時給湯運転時の制御部による運転制御は、給湯開始から一定時間は燃焼ユニットを運転し、その間ヒートポンプユニットを加熱部で加熱し、一定時間経過後はヒートポンプユニットによる給湯運転を優先し、不足分を燃焼ユニット運転で補うもので、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ため、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給湯運転で満足できるため、大幅な省エネルギー効果を得ることができる。また燃焼ユニットの仕様として広範囲の能力制御までは必要でなくなり、燃焼ユニット自体の制御仕様が簡単化できる。その結果、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を向上できる。さらに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。
【００３０】
また、請求項３記載の発明によれば、圧縮機の吐出温度を直接検出することにより圧縮機の吐出温度検出値と温度設定値との比較が行われるため、圧縮機の立上り時の加熱状態が一定しヒートポンプユニットの運転動作が安定化できると共に二回目以降の立上りが速くできる。
【００３１】
また、請求項４記載の発明によれば、加熱部を圧縮機と面接触するように筒状態に形成し、圧縮機表面全体を包み込むことにより、加熱促進と放熱抑制効果が得られる。
【００３２】
また、請求項５記載の発明によれば、圧縮機表面に蓄熱材を設けた加熱部で包み込むことにより一度加熱されると圧縮機周囲の温度環境が高温に保たれるため、燃焼ユニット運転が頻繁に行われない状態でもヒートポンプユニットの立上りをより速くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における冷温水供給装置の構成図
【図２】 本発明の実施例２における冷温水供給装置のフローチャート
【図３】 本発明の実施例３における冷温水供給装置のフローチャート
【図４】 本発明の実施例４における冷温水供給装置の要部断面図
【図５】 本発明の実施例５における冷温水供給装置の要部断面図
【図６】 従来の燃焼型給湯機の構成図
【図７】 従来のヒートポンプ型給湯機の構成図
【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
４４ 加熱部
４５ 流路遮断手段
４６ 加熱流路
５３ 制御部
５４ 選択手段
５６ 温度検出手段
５７ 蓄熱手段

Claims (4)

1. 圧縮機と、冷媒サイクルを切換える四方弁と、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流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・冷媒熱交換器とが順次閉回路を形成するように接続されたヒートポンプユニットと、前記給水管に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から成り、前記冷温水供給管と前記出湯管を接続または分離する混合手段と、前記ヒートポンプユニットと前記燃焼ユニットの運転制御を行う制御部とを有し、前記制御部に前記燃焼ユニットの給湯運転と前記四方弁を切換えて前記ヒートポンプユニットの給湯運転または冷水運転並びに両ユニットによる同時給湯運転を行う選択手段を設けると共に、前記圧縮器の周囲に設けた加熱部と前記出湯管とを流路遮断手段を介して加熱流路で接続し、ヒートポンプユニットと燃焼ユニットとの同時給湯運転選択時は運転開始から一定時間は燃焼ユニットの運転を行うと同時に、前記流路遮断手段を開放し加熱流路により出湯管と加熱部とを連通し前記加熱部へ湯を供給し、一定時間経過後は前記流路遮断手段を閉止し、ヒートポンプユニットの給湯運転を行い、必要能力に対する不足分を燃焼ユニット運転で行う構成とした冷温水供給装置。
2. 圧縮機の吐出温度を検出する温度検出手段を有し、前記温度検出手段より検出した温度が設定値以上になるまで流路遮断手段を開放した請求項１記載の冷温水供給装置。
3. 加熱部は面接触する筒状体からなる請求項１又は請求項２に記載の冷温水供給装置。
4. 加熱部に蓄熱材を設けた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷温水供給装置。

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