JP3800721B2 - ヒートポンプ式湯沸かし装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプ式湯沸かし装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプは図９に示すものが知られている。図９において、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは水加熱器２に流入し、ここで貯湯タンクＴから送られてきた水を加熱する。そして、加熱された水は貯湯タンクＴに戻る。一方、水加熱器２で凝縮液化した冷媒は減圧手段３で減圧されて蒸発器４に流入し、ここで大気熱、太陽熱を吸熱して蒸発ガス化して圧縮機１に戻る。このサイクルを繰り返しながら貯湯タンクＴに多量の湯を貯湯する。そして、湯を使用する時には貯湯タンクＴから出湯する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記するシステムでは貯湯タンクＴおよび貯湯タンクＴに具備する減圧弁などの水配管部材が必要となる。そのため、設置スペース、貯湯タンクＴ自身の重量、設置部の耐荷重など設置上、施工上の問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題を解消するものであり、出水信号を受けてヒートポンプで加熱または冷却した水を、そのまま端末から出水し、貯湯タンクの必要性がなくて、任意の温度の水を提供でき、省スペース化、軽量化をはかることができるヒートポンプ式湯沸かし装置を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、圧縮機と、給水管からの給水に熱交換関係を有する熱交換器と、減圧手段と、蒸発器と、前記熱交換器で加熱した水をそのまま端末へ出湯する経路と、端末が開放されたことを検出する出水検出手段と、前記出水検出手段の信号を受けて前記圧縮機の運転開始をおこなう運転制御手段と、端末からの出湯の休止時に前記圧縮機の間欠運転をおこなう間欠運転制御手段とを有し、出水の休止時において前記圧縮機の温度が所定温度に低下した場合には前記間欠運転制御手段により前記圧縮機を暖機運転することを特徴とするヒートポンプ式湯沸かし装置としたものであり、以上の構成により、端末のカランが開放されたことを出水検出手段で検出して運転制御手段へ信号を送り、運転制御手段は圧縮機を運転開始する。そして、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒ガスで熱交換器を介して、給水管から送られてきた水を加熱または冷却する。そして、加熱または冷却した水を端末カランから出水する。従って、出水を検出して、すぐに圧縮機を運転して熱交換器で加熱または冷却して、端末カランで出水させるとともに、出水の休止時において圧縮機を暖機運転するので、圧縮機の運転の立ち上げが速くなり、熱交換性が向上する。また、従来のような大きな貯湯タンクの必要性がなくて、省スペース化、軽量化をはかることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は各請求項記載の形態で実施できるもので本請求項１に記載のように、圧縮機と、給水管からの給水に熱交換関係を有する熱交換器と、減圧手段と、蒸発器と、前記熱交換器で加熱した水をそのまま端末へ出湯する経路と、端末が開放されたことを検出する出水検出手段と、前記出水検出手段の信号を受けて前記圧縮機の運転開始をおこなう運転制御手段と、端末からの出湯の休止時に前記圧縮機の間欠運転をおこなう間欠運転制御手段とを有し、出水の休止時において前記圧縮機の温度が所定温度に低下した場合には前記間欠運転制御手段により前記圧縮機を暖機運転することを特徴とするヒートポンプ式湯沸かし装置とすることにより、端末のカランが開放されたことを出水温度検出手段で検出して運転制御手段へ信号を送り、運転制御手段は圧縮機を運転する。そして、圧縮機の運転により熱交換器の作動により出水は加熱または冷却されて端末カランで出水させるとともに、出水の休止時において圧縮機を暖機運転するので、圧縮機の運転の立ち上げが速くなり、熱交換性が向上する。また、従来のような大きな貯湯タンクの必要性がなくて、省スペース化、軽量化をはかることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明のように、圧縮機の運転周波数を制御する周波数制御手段と、間欠運転制御手段の信号を受けて周波数制御手段へ圧縮機の最低周波数の運転制御信号を発信する圧縮機制御手段を備えることにより、圧縮機の耐久性向上と省エネルギー化が達成できる。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明のように、圧縮機の高圧側と低圧側を接続するバイパス管に設けた開閉弁と、圧縮機の運転停止直後に開閉弁を開放制御する開閉弁制御手段を備えることにより運転停止直後、開閉弁を開放して圧縮機の高圧側と低圧側の圧力をバランスさせて高圧側と低圧側を等しくすることができる。従って、いつ出水信号を検出しても圧縮機をスムーズに運転起動することができる。また、圧縮機のモーターに異常負荷がかからないため、モータのトルク不足、焼損もない。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明のように、熱交換器の水上流側で、かつ圧縮機の外周に蓄熱器を設けることにより、圧縮機運転時に圧縮機本体からの放熱を蓄熱器で蓄熱して、出湯時に給水管から流れてきた低水の加熱に利用することができる。そして、ヒートポンプでさらに高温湯に加熱して出湯する。従って、圧縮機本体の放熱を蓄熱して給水のプレヒートに利用するとともに、蓄熱温度よりも高温湯で出湯するため、省エネルギー化および高温高能力化が達成できる。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明のように、熱交換器の水出口管および圧縮機の吐出管と熱交換関係を有する蓄熱器を備えることにより、出水休止時の間欠運転において、圧縮機運転時の吐出冷媒の凝縮熱を蓄熱器で蓄熱して、出湯時に、給水加熱に利用する。よつて、出湯時の即湯性が向上する。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明のように、圧縮機と熱交換器の冷媒管途中に設けた四方切換え弁と、給水管の給水温度を検出する給水温度検出手段と、出水温度を設定する出水温度設定手段と、給水温度検出手段と出水温度設定手段の信号から四方切換え弁を切り換える切換え制御手段を備えることにより、給水温度と端末で利用する出水温度を検出して、四方切換え弁を切り換え、給水の温度より低温の水が必要な場合には熱交換器を蒸発器として作用させ、給水を冷却して低温水で出水する。また、給水の温度よりも高い温度の湯が必要な場合には熱交換器を凝縮器として作用させ、給水を加熱して高温湯で出湯する。従って、低温水から高温水まで季節に関係なく端末カランから必要な温度の水を出水することができるため、利便性が向上する。
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００１３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図１において、１は圧縮機、２は給水に熱交換関係を有する熱交換器としての水加熱器であり、圧縮機１の冷媒吐出側と接続され、凝縮器として作用する。３は減圧手段、４は蒸発器であり、圧縮機１の冷媒吸入側と接続され、大気熱、太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発作用をする。５は出水検出手段であり、水加熱器２の水経路に設けられ、端末での出水を検出する。６は運転制御手段であり、出湯検出手段５の信号を受けて圧縮機１の運転制御をおこなう。７は端末カラン、８は給水管であり、給水管８からの給水と水加熱器２とは熱交換関係を有する。
【００１４】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図１に示す実施例において、端末カラン７が開放されたことを出水検出手段５が検出して運転制御手段６に信号を送り、運転制御手段６は圧縮機１に信号を送り、圧縮機１が運転する。そして、圧縮機１から吐出される高温高圧の冷媒ガスは水加熱器２へ流入し、給水管８から送られてきた水を加熱する。そして、加熱された水は端末カラン７から出湯する。一方、水加熱器２で凝縮液化した冷媒は減圧手段３で減圧されて蒸発器４に流入し、ここで大気熱、太陽熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に戻る。従って、出水を検出して、すぐに圧縮機１からの高温高圧の冷媒ガスが水加熱器２に流入し、水を加熱し、そのまま端末カランから出湯利用するため、従来例のように大きな貯湯タンクに湯を暖めておく必要がない。また、貯湯により起こる貯湯放熱もなくなり省エネルギーとなる。
【００１５】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図２において、９は周波数制御手段であり、圧縮機１の運転周波数を制御する。１０は温度検出手段であり、水加熱器２の出口水温を検出する。１１は出水温度設定手段としての湯温設定手段であり、使用者が任意に出湯温度を設定する。１２は運転制御手段であり、温度検出手段１０の信号と湯温設定手段１１の信号を受けて周波数制御手段９へ信号を発信する。
【００１６】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図２に示す実施例において、出湯時に圧縮機１から吐出する高温高圧の冷媒ガスは水加熱器２で水を加熱する。そして、温度検出手段１０は水加熱器２の出口湯温を検出し、運転制御手段１２へ信号を送る。そして、温度検出手段１０の信号が湯温設定手段１１の信号よりも低温信号を発した場合には、運転制御手段１２は周波数制御手段９へ信号を送り、周波数制御手段９が圧縮機１の運転周波数を大きくするように制御する。よって、加熱能力が増加するため、水加熱器２の出口湯温が上昇する。逆に、温度検出手段１０の信号が湯温設定手段１１の信号よりも高温信号を発した場合には、圧縮機１の運転周波数を小さくして加熱能力を減少させる。よって、水加熱器２の出口湯温が下がる。従って、水加熱器出口湯温が湯温設定値となるように圧縮機の運転周波数を制御して加熱能力を変えるため、負荷に応じて湯温の可変ができるようになり、利便性が向上する。
【００１７】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図３において、１３は間欠運転制御手段であり、出水検出手段５の信号がオフ時に圧縮機１の間欠運転をおこなう。１４は圧縮機温度検出手段であり、圧縮機１の本体表面温度を検出する。１５は冷媒圧力検出手段であり、圧縮機１の冷媒吐出口の圧力を検出する。
【００１８】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図３に示す実施例において、出湯休止時に、間欠運転制御手段１３は圧縮機１を間欠運転する。そして、圧縮機１の停止時において、圧縮機１の本体温度が所定温度に低下したことを圧縮機温度検出手段１４が検出して間欠運転制御手段１３へ信号を送り、圧縮機１を運転する。そのため、圧縮機１の本体温度は上昇するとともに冷媒吐出圧力が上昇する。そして、所定圧力まで上昇すると冷媒圧力検出手段１５が冷媒圧力を検出して、間欠運転制御手段１３へ信号を送り、圧縮機１は停止する。この繰り返しをおこない、圧縮機１を絶えず暖機する。従って、圧縮機１の立ち上げが速くなるため、出湯時に水加熱器２の出口湯温は急速に上昇し、即湯性が向上する。なお、冷媒圧力検出手段１５の代わりに圧縮機吐出冷媒温度を検出しても同様の効果を得ることができる。また、間欠運転の間隔はタイマーで計測しても同様の効果を得ることができる。
【００１９】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図４において、１６は圧縮機制御手段であり、間欠運転制御手段１３の信号を受けて圧縮機１を最低運転周波数で制御する信号を周波数制御手段９へ送る。
【００２０】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図４に示す実施例において、出湯休止時に、間欠運転制御手段１３の信号を受けて圧縮機制御手段１６は周波数制御手段９へ信号を送り、圧縮機１を最低運転周波数で間欠運転する。従って、圧縮機の回転数は小さくなるため、駆動部の損傷は軽減されて圧縮機の耐久性が向上するとともに省エネルギーとなる。
【００２１】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図５において、実線矢印は運転停止直後の冷媒の流れを示す。１７はバイパス管であり、圧縮機１の高圧側と低圧側を接続する。１８は開閉弁であり、バイパス管１７に備えられている。１９は開閉弁制御手段であり、圧縮機１の運転停止直後に開閉弁１８を開放制御する。
【００２２】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図５に示す実施例において、運転停止直後、開閉弁制御手段１９は開閉弁１８を開放する。そのため、運転停止時に圧縮機１の高圧側から低圧側へ冷媒はバイパス管１７を通って流れ、高圧側と低圧側の圧力はバランスする。従って、圧縮機１の高圧側と低圧側は等しくなるため、いつ出湯信号を検出しても圧縮機１をスムーズに運転起動できる。また、圧縮機のモータに異常負荷が生じることもないため、モータのトルク不足や焼損もない。
【００２３】
（実施例６）
図６は本発明の実施例６におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図６において、実線矢印は給水の流れを示す。２０は蓄熱器であり、水加熱器２の水上流側、かつ圧縮機１の外周に設けられ、水経路と熱交換関係を有する。
【００２４】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図６に示す実施例において、蓄熱器２０は圧縮機１の運転時に圧縮機本体からの放熱を蓄熱する。そして、出湯時において、給水管から流れてきた低温水は蓄熱器２０を通る際に蓄熱された熱で加熱される。その後、水加熱器２に流入し、さらに高温湯に加熱されて出湯する。従って、圧縮機１の放熱を蓄熱して給水をプレヒートし、さらに蓄熱器２０の蓄熱温度よりも高温湯で出湯するため、省エネルギー化および高温高能力化が達成できる。
【００２５】
（実施例７）
図７は本発明の実施例７におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図７において、２１は蓄熱器であり、水加熱器２の水出口管および圧縮機１の吐出管と熱交換関係を有する。
【００２６】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図７に示す実施例において、出湯休止時の間欠運転において、圧縮機１の運転時に吐出冷媒の凝縮熱は蓄熱器２１で蓄熱される。そして、出湯時に給水管から流れてきた低温水が蓄熱器２１を通る際に蓄熱された熱で加熱されて出湯する。よって、出湯時の即湯性が向上する。また、圧縮機１の凝縮熱を蓄熱器２１で蓄熱するため、圧縮機１の高圧の上昇スピードは緩やかとなり、間欠運転の頻度は少なくなり、機器の信頼性は向上する。
【００２７】
（実施例８）
図８は本発明の実施例８におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成図である。図８において、実線矢印は給水温度よりも低温水を出水する場合の冷媒流れ方向を示す。また、破線矢印は給水温度よりも高温水を出水する場合の冷媒流れ方向を示す。２２は四方切換え弁であり、圧縮機１と水加熱器２の冷媒管途中に設けられている。２３は給水温度検出温度であり、給水管の給水温度を検出する。２４は切換え制御手段であり、給水温度検出手段２３と湯温設定手段１１の信号から四方切換え弁２２を切り換える。
【００２８】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図８に示す実施例において、夏季など給水温度よりも低温水を端末で出水する場合について述べる。この場合、湯温設定手段１１の信号が給水温度検出手段２３の信号よりも低温の信号であることを切換え制御手段２４は検出して、図８の実線矢印方向へ冷媒が流れるように四方切換え弁２２を切り換える。そして、圧縮機１から吐出した冷媒は四方切換え弁２２を通り、蒸発器４へ流入する。ここで、大気へ放熱して凝縮液化して減圧手段３へ流れ、減圧されて水加熱器２へ流入する。そして、給水管を通る水から吸熱して、蒸発ガス化し、四方切換え弁２２を通り、圧縮機１へ戻る。一方、給水管を通る水は吸熱されて低温水となり、端末カラン７から出水する。次に、給水温度よりも高温水を端末で出水する場合について述べる。この場合には、湯温設定手段１１の信号が給水温度検出手段２３の信号よりも高温の信号であることを切換え制御手段２４は検出して、図８の破線矢印方向へ冷媒が流れるように四方切換え弁２２を切り換える。そして、圧縮機１から吐出した冷媒は四方切換え弁２２を通り、水加熱器２へ流入する。ここで、給水管を通る水へ放熱して凝縮液化して減圧手段３へ流れ、減圧されて蒸発器４へ流入する。そして、大気熱から吸熱して、蒸発ガス化し、四方切換え弁２２を通り、圧縮機１へ戻る。一方、給水管を通る水は加熱されて湯となり出湯する。よって、端末カラン７では低温水から高温水まで季節に関係なく欲しい温度の水を出水することができることになり、利便性が向上する。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかのように、本発明によれば、出水を検出して、すぐに圧縮機を運転して、端末カランで出水するため、従来のような大きな貯湯タンクの必要性がなくて、省スペース化、軽量化をはかることができる。また、出湯休止時に、圧縮機を間欠運転して暖機するので、圧縮機の立ち上げが速くなり、出湯時に即湯性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図２】 本発明の実施例２におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図３】 本発明の実施例３におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図４】 本発明の実施例４におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図５】 本発明の実施例５におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図６】 本発明の実施例６におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図７】 本発明の実施例７におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図８】 本発明の実施例８におけるヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【図９】 従来のヒートポンプ式湯沸かし装置の構成説明図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 水加熱器（熱交換器）
３ 減圧手段
４ 蒸発器
５ 出水検出手段
６ 運転制御手段
７ 端末カラン
８ 給水管
９ 周波数制御手段
１０ 温度検出手段
１１ 湯温設定手段（出水温度設定手段）
１２ 運転制御手段
１３ 間欠運転制御手段
１４ 圧縮機温度検出手段
１５ 冷媒圧力検出手段
１６ 圧縮機制御手段
１７ バイパス管
１８ 開閉弁
１９ 開閉弁制御手段
２０、２１ 蓄熱器
２２ 四方切換え弁
２３ 給水温度検出手段
２４ 切換え制御手段

Claims (6)

1. 圧縮機と、給水管からの給水に熱交換関係を有する熱交換器と、減圧手段と、蒸発器と、前記熱交換器で加熱した水をそのまま端末へ出湯する経路と、端末が開放されたことを検出する出水検出手段と、前記出水検出手段の信号を受けて前記圧縮機の運転開始をおこなう運転制御手段と、端末からの出湯の休止時に前記圧縮機の間欠運転をおこなう間欠運転制御手段とを有し、出湯の休止時において前記圧縮機の温度が所定温度に低下した場合には前記間欠運転制御手段により前記圧縮機を暖機運転することを特徴とするヒートポンプ式湯沸かし装置。
2. 圧縮機の運転周波数を制御する周波数制御手段と、間欠運転制御手段の信号を受けて前記周波数制御手段へ圧縮機の最低周波数の運転制御信号を発信する圧縮機制御手段を有する請求項１記載のヒートポンプ式湯沸かし装置。
3. 圧縮機の高圧側と低圧側を接続するバイパス管に設けた開閉弁と、前記圧縮機の運転停止直後に前記開発弁を開放制御する開閉弁制御手段を有する請求項１記載のヒートポンプ式湯沸かし装置。
4. 熱交換器の水上流側でかつ圧縮機の外周に蓄熱器を設けた請求項１記載のヒートポンプ式湯沸かし装置。
5. 熱交換器の水出口管および圧縮機の吐出管と熱交換関係を有する蓄熱器を備えた請求項１記載のヒートポンプ式湯沸かし装置。
6. 圧縮機と熱交換器の冷媒管の途中に設けた四方切換え弁と、給水管の給水温度を検出する給水温度検出手段と、出水温度を設定する出水湯度設定手段と、前記給水温度検出手段と前記出水湯度設定手段の信号から前記四方切換え弁を切り換える切換え制御手段を有する請求項１〜５のいずれか１項記載のヒートポンプ式湯沸かし装置。

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