JP3843683B2

JP3843683B2 - ヒートポンプ給湯システム

Info

Publication number: JP3843683B2
Application number: JP2000028658A
Authority: JP
Inventors: 竹司渡辺; 昌宏尾浜; 吉継西山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001221501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプによる給湯システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプは特公昭６２−２２３８０号公報に示す如きものがある。以下、従来の技術について図面に基づき説明する。図１０は従来のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図１０において、圧縮機１によるヒートポンプ運転時に凝縮器２で貯湯タンク６の水を加熱し、同じ循環流量の水をさらに補助加熱器７で追焚きして貯湯する。そして、ヒートポンプ運転と補助加熱器７の併用運転時には循環流量をヒートポンプ単独運転時より多くして凝縮器２出口の加熱温水温度を下げて運転する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヒートポンプシステムでは、ヒートポンプ単独運転時の加熱温水温度に比べて、ヒートポンプ運転と補助加熱器７の併用運転時はヒートポンプで加熱する温度が下がるため、ヒートポンプを利用して沸き上げる熱量が低減する。よって、補助加熱器の効率よりも高効率のヒートポンプを充分活用できないため、運転効率が低下する。そして、補助熱源で加熱した湯が貯湯タンクに流入するまでに配管系から放熱する。さらに、補助加熱器を水循環回路に具備するため流通損失抵抗が大きくなり、循環ポンプの大型化となる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するものであり、ヒートポンプ運転を最大に活かし、かつ配管系からの放熱損失を低減して省エネルギー化、高能力化、即湯化および流通損失抵抗の低減化をはかることを主目的とするものである。
【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、冷媒給湯熱交換器、減圧手段、大気熱あるいは太陽熱を集熱する蒸発器からなるヒートポンプ回路と、上部に熱源を内蔵した貯湯タンクと、貯湯タンク下部の水を熱源の上部へ循環する循環ポンプを具備する給湯回路途中に設けた冷媒給湯熱交換器と熱交換関係を有する水給湯熱交換器と、給湯回路の循環流量を制御する流量制御手段と、水給湯熱交換器出口の湯温を検出する中間温度検出手段と、中間温度検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと一致するように流量制御手段の制御をおこなう制御手段を備えたヒートポンプ給湯システムであり、以上の構成により、設定温度をヒートポンプ回路による運転で沸き上げ可能な限界温度とした場合、ヒートポンプ回路による運転において、貯湯タンク下部の水を水給湯熱交換器出口で設定温度に沸き上げて貯湯タンクの上部に流入させる。そして、貯湯タンクの上部に設けた熱源で流入した水をさらに高温まで加熱する。よって、ヒートポンプ回路で加熱する水循環回路と別に設けた熱源を用いてヒートポンプ加熱された水を即加熱するため、熱源と同時運転する場合でも設定温度に沸き上げることができる。
【０００６】
そして、高温加熱する熱源を貯湯タンクに内蔵するため給湯回路系からの放熱損失は少ない。従って、高効率の熱源同時運転と高能力化が実現できる。そして、高温湯を短時間で貯湯タンクの上部に貯湯できるため即湯化が達成できる。さらに、給湯回路に熱源を装備しないため、給湯回路の低圧力損失化と簡素化、省スペース化がはかれる。また、熱源を貯湯タンクに内蔵するため、熱源の加熱密度を小さくして加熱表面温度を下げることができる。そのため、スケール水、腐食水に対する熱源の高寿命高信頼が達成できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮機、冷媒給湯熱交換器、減圧手段、大気熱あるいは太陽熱を集熱する蒸発器からなるヒートポンプ回路と、上部に熱源を内蔵した貯湯タンクと、貯湯タンク下部の水を熱源の上部へ循環する循環ポンプを具備する給湯回路途中に設けた冷媒給湯熱交換器と熱交換関係を有する水給湯熱交換器と、給湯回路の循環流量を制御する流量制御手段と、水給湯熱交換器出口の湯温を検出する中間温度検出手段と、中間温度検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと一致するように流量制御手段の制御をおこなう制御手段を備え、設定温度をヒートポンプ回路による運転で沸き上げ可能な限界温度とした場合、ヒートポンプ回路による運転において、貯湯タンク下部の水を水給湯熱交換器出口で設定温度に沸き上げて貯湯タンクの上部に流入させる。そして、貯湯タンクの上部に設けた熱源で流入した水をさらに高温まで加熱する。よって、ヒートポンプ回路で加熱する水循環回路と別に設けた熱源を用いてヒートポンプ加熱された水を即加熱するため、熱源と同時運転する場合でも設定温度に沸き上げることができる。そして、高温加熱する熱源を貯湯タンクに内蔵するため給湯回路系からの放熱損失は少ない。従って、高効率の熱源同時運転と高能力化が実現できる。そして、高温湯を短時間で貯湯タンクの上部に貯湯できるため即湯化が達成できる。さらに、給湯回路に熱源を装備しないため、給湯回路の低圧力損失化と簡素化、省スペース化がはかれる。また、熱源を貯湯タンクに内蔵するため、熱源の加熱密度を小さくして加熱表面温度を下げることができる。そのため、スケール水、腐食水に対する熱源の高寿命高信頼が達成できる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、熱源より上部水位の貯湯タンク内の水温を検出する湯温検出手段と、湯温検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａより高温である設定温度信号Ｂと一致するように熱源の出力を制御する熱源制御手段を備え、圧縮機を用いたヒートポンプ回路による運転と熱源を通電する併用運転において、貯湯タンクの上部に絶えず設定温度の高温湯を貯湯するとともに貯湯タンク、ヒータの機器の信頼性向上を実現する。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、湯温検出手段の温度信号が所定温度信号に達することを検出して熱源の通電をおこなう熱源通電制御手段を備え、機器の設置後に貯湯タンク内に給水して試運転する場合、最初にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、貯湯タンク上部に設けた湯温検出手段の温度信号が所定温度に達することを検出して熱源の通電を可能とする。従って、試運転時のヒータの空焚き運転を防止して、ヒータ断線を解消して機器の信頼性を向上する。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、熱源と略同水位の貯湯タンク内の水温を検出する水温検出手段と、運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、水温検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと略同温度信号に達した時に熱源を通電する運転制御手段を備え、ヒートポンプ回路による運転と熱源を通電する併用運転において、設定温度Ａに加熱された湯が熱源と略同水位に達した時に熱源の通電をおこない、ヒートポンプ運転による加熱量の割合を増大して、システムの沸き上げ運転効率を一層向上する。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、水給湯熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段と、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、入水温度検出手段の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、熱源を通電する熱源運転制御手段を備え、ヒートポンプ回路による運転と熱源を通電する併用運転において、ヒートポンプで沸き上げて貯湯タンク上部に流した湯が貯湯タンクの下から水給湯熱交換器に流れ始めると、ヒートポンプ運転を停止し、熱源を通電して、循環ポンプを運転しながらヒートポンプで沸き上げた湯を貯湯タンク内で高温まで加熱する。従って、ヒートポンプと熱源を最初から同時運転する場合に比べ、高温湯の環境下で熱源のヒータを通電する時間を短縮してヒータの高寿命化を達成する。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、貯湯タンク内の予め設定された位置の湯温を検出する残湯温度検出手段と、運転開始時に残湯温度検出手段の信号を検出して、所定温度信号より高温の時には熱源を運転しないで、ヒートポンプ回路による単独運転をおこなう運転制御手段を備え、深夜に沸き上げ運転を開始する場合、貯湯タンク内の予め設定された位置の湯温を検出する残湯温度検出手段の信号を検出して、所定温度より低温を示す信号の時は、ヒートポンプ運転と熱源の運転を併用して貯湯する。逆に、所定温度より高温を示す信号の時は、熱源を運転しないで、ヒートポンプ回路による単独運転で貯湯する。従って、給湯負荷を満足するとともに高効率の沸き上げ運転を実現する。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、貯湯タンク内の上下の湯温を検出する複数の残湯温度検出手段と、過去数日から現在の残湯温度検出手段の検出信号を記憶して熱源の通電時間を設定する熱源時間設定手段と、深夜電力利用の深夜時間帯通電終了時刻から熱源時間設定手段の時間を逆算して熱源の通電開始時刻を演算する熱源通電時刻設定手段と、時刻を計時するクロックと、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、入水温度検出手段の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、熱源通電時刻設定手段およびクロックの信号に基づき熱源を通電する運転制御手段を備え、深夜に沸き上げ運転を開始する時、貯湯タンク内の湯温分布を検出して、熱源の通電開始時間を制御して、給湯負荷に追随しながら、省エネ化を実現する。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、圧縮機と冷媒給湯熱交換器のヒートポンプ回路途中に冷媒流路切換え手段を設けて、圧縮機、蒸発器、減圧手段、冷媒給湯熱交換器の順に冷媒を流す除霜運転回路と、ヒートポンプ回路の蒸発器入口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、除霜運転回路に切換える除霜制御手段と、熱源を強制的に通電する優先通電制御手段と、給湯回路の循環水量を最大となるように流量制御手段を制御する最大流量制御手段と、冷媒温度検出手段の検出信号が所定温度以下に達した時に、除霜制御手段と優先通電制御手段および最大流量制御手段に送信する運転制御手段を備え、冬季の沸き上げ運転中において、ヒートポンプ回路の蒸発器の表面に着霜が生じたことを蒸発器入口の冷媒温度で検出して、冷媒切換え手段の冷媒流れ方向を除霜運転回路に切換え、給湯回路の循環水量を最大にして、熱源を通電する。従って、短時間で除霜するため、ヒートポンプ加熱能力および効率が向上する。そして、水給湯熱交換器を流れる循環水量を最大に流すため、水給湯熱交換器内の凍結を解消する。また、低温となつた水を熱源で強制加熱するため、貯湯タンク上部の湯温が短時間で回復する。
【００１５】
【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。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をするものについては同一符号を付し、一部説明を省略する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図１において、実線矢印は冷媒回路の冷媒の流れ方向を表し、破線は給湯回路の水の流れ方向を表す。１は圧縮機、２は冷媒給湯熱交換器、３は減圧手段、４は大気熱あるいは太陽熱を集熱する蒸発器であり、ヒートポンプ回路５を形成する。６は貯湯タンクであり、上部にヒータなどの熱源７を内蔵する。８は循環ポンプであり、貯湯タンク６下部の水を熱源７の上部へ循環する。９は水給湯熱交換器であり、循環ポンプ８を具備する給湯回路１０の途中に設けられて、冷媒給湯熱交換器２と熱交換関係を有する。１１は流量制御手段であり、給湯回路１０の循環流量を制御する。１２は中間温度検出手段であり、水給湯熱交換器９出口の湯温を検出する。１３は制御手段であり、中間温度検出手段１２の温度検出信号が設定温度信号Ａと一致するように流量制御手段１１の制御をおこなう。そして、設定湯温Ａをヒートポンプ回路による運転で加熱できる最高温度とする。
【００１７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。最初に圧縮機１を運転するヒートポンプ回路による単独運転について述べる。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒が冷媒給湯熱交換器２に流れ、水給湯熱交換器９に流れてきた貯湯タンク６下部の水を加熱する。そして、加熱された水が設定湯温Ａとなるように給湯回路１０の循環流量を制御して、貯湯タンク６の熱源７より上部に流れる。一方、冷媒給湯熱交換器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へ流入し、ここで大気熱あるいは太陽熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１へ戻る。
【００１８】
このサイクルを繰り返しながら、貯湯タンク６内の上部から下部へ設定湯温Ａの湯を貯湯して、全量貯湯する。次に圧縮機１を用いたヒートポンプ回路５による運転と熱源７を通電する併用運転について述べる。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒が冷媒給湯熱交換器２に流れ、貯湯タンク６下部ｔｏ水給湯熱交換器９へ流れてきた水を加熱する。そして、加熱された水が設定湯温Ａとなるように給湯回路１０の循環流量を制御して、貯湯タンク６の熱源７より上部に流れる。そして、貯湯タンク６の上部に流れた湯を熱源７でさらに高温まで加熱する。一方、冷媒給湯熱交換器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へ流入し、ここで大気熱あるいは太陽熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１へ戻る。このサイクルを繰り返しながら、貯湯タンク内の上部から下部へ高温湯を貯湯して、全量貯湯する。従って、ヒートポンプで加熱可能な最高温度まで加熱できるため、高効率貯湯運転が実現できる。そして、高温加熱する熱源を貯湯タンクに内蔵するため給湯回路系からの放熱損失は少ない。さらに、ヒートポンプで加熱された湯を貯湯タンク上部の熱源でさらに高温まで追焚きして高能力化と即湯化を実現するため、湯切れの心配がなくなる。そして、熱源を貯湯タンクに内蔵するため、ヒータを多少大きくしてヒータのワット密度を下げてヒータの表面温度を低くするこどできるため、硬度の高いスケール水によるヒータ表面のスケール付着防止および酸性水によるヒータ腐蝕防止をはかり、高信頼高寿命化を実現する。
【００１９】
尚、図２に示す如く、流量制御手段１１の代わりに流量制御型の循環ポンプ１４を用いて、中間温度検出手段１２の温度検出信号が設定温度信号Ａと一致するように循環ポンプ１４の流量制御をおこなうポンプ制御手段１５を用いても同様の効果がある。
【００２０】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図３において、１６は湯温検出手段であり、熱源より上部水位の貯湯タンク内の水温を検出する。１７は熱源制御手段であり、湯温検出手段１６の温度検出信号が設定温度信号Ａより高温である設定温度信号Ｂと一致するように熱源７を間欠運転あるいは出力を可変して制御する。
【００２１】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。圧縮機１を用いたヒートポンプ回路５による運転と熱源７を通電する併用運転について述べる。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒が冷媒給湯熱交換器２に流れ、貯湯タンク６下部から水給湯熱交換器へ流れてきた水を加熱する。そして、加熱された水が設定湯温Ａとなるように給湯回路１０の循環流量を制御して、貯湯タンク６の熱源７より上部に流れる。そして、熱源７を間欠運転あるいは出力を可変して設定温度Ｂとなるように加熱しながら貯湯タンク６上部から貯湯する。従って、貯湯タンクの上部に絶えず設定温度の高温湯を貯湯できる。そして、異常な高温湯になることもないため、貯湯タンク、ヒータの機器の信頼性向上が実現する。
【００２２】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図４において、１８は熱源通電制御手段であり、運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、湯温検出手段１６の温度信号が所定温度信号に達することを検出して熱源の通電をおこなう。
【００２３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。機器の設置後に貯湯タンク内に給水して試運転する時、最初にヒートポンプ回路５による単独運転をおこない、ヒートポンプで加熱された湯が貯湯タンク６上部に流入する。この時、貯湯タンク６内が満水の場合には、貯湯タンク６上部の水温が上昇する。そして、貯湯タンク６の最上部に設けた湯温検出手段１６の温度信号が所定温度に達すると熱源７の通電を可能とする。一方、貯湯タンク６内の水位が湯温検出手段１６の設置位置より下部である場合、すなわち満水になっていない場合、ヒートポンプで加熱された湯が貯湯タンク６内の最高水面に落下するため、湯温検出手段１６の温度信号が所定温度に達しない。その場合には熱源７の通電をしないようにする。従って、試運転時にヒータの空運転を防止することができるため、ヒータを断線させることがなくなり、機器の信頼性が向上する。
【００２４】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図５において、１９は水温検出手段であり、熱源７と略同水位の貯湯タンク６内の水温を検出する。２０は運転制御手段であり、運転開始時にヒートポンプ回路５による単独運転をおこない、水温検出手段１９の温度検出信号が設定温度信号Ａと略同温度信号に達した時に熱源７を通電する。
【００２５】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。ヒートポンプ回路による運転開始後、設定温度Ａに加熱された湯が貯湯タンク６の上に貯湯される。そして、運転時間経過とともに湯面は下に下がり、熱源７と略同水位に達した時に水温検出手段１９で検出して熱源７の通電をおこなう。そして、熱源７より上の貯湯タンク内の設定温度Ａの湯を追焚き加熱して高温に沸き上げる。従って、熱源で加熱する湯は常にヒートポンプ回路で設定温度Ａに加熱された湯となるため、ヒートポンプ運転による加熱量の割合が増大して、システムの沸き上げ運転効率が著しく向上する。
【００２６】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図６において、２１は入水温度検出手段であり、水給湯熱交換器入口の水温を検出する。２２は熱源運転制御手段であり、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、入水温度検出手段２１の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、熱源を通電する。所定温度とはヒートポンプ回路の高圧あるいは圧縮機吐出温度の上昇限界でヒートポンプ運転できる給水温度の限界温度を表わす。
【００２７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。ヒートポンプ回路５による運転と熱源７を通電する併用運転において、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、設定温度Ａの湯を貯湯タンク６の上から貯湯する。そして、ヒートポンプで沸き上げた湯が貯湯タンクの下から水給湯熱交換器９に流れ始めると、ヒートポンプ運転を停止して、熱源７を通電する。そして、循環ポンプ８を用いて貯湯タンク６の下から上へヒートポンプで沸き上げた湯を循環しながら熱源７で貯湯タンク６内で高温に加熱する。従って、ヒートポンプと熱源を最初から同時運転する場合に、熱源が最初から運転終了まで追焚きした高温湯の環境下で通電するためヒータ表面温度が高温となる時間が長いため、酸性水、スケール水に対して腐蝕あるいはスケール付着の発生量が多いのに対して、ヒートポンプ単独運転時は中間温度の環境下で熱源は非通電であるため、高温湯の環境下で通電する時間が短時間となるため、ヒータの高寿命化が達成する。
【００２８】
（実施例６）
図７は本発明の実施例６のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図７において、２３は残湯温度検出手段であり、貯湯タンク６内の予め設定された位置の湯温を検出する。例えば、ヒートポンプ運転と熱源運転を併用した時の沸き上げ湯温を９０℃とした場合に、給水温度１５℃、貯湯タンク３００Ｌに対して９０℃の湯が２００Ｌ使用される家庭あるいは季節において、給湯負荷は（９０−１５）×２００／８６０＝１７．４kWである。この負荷をヒートポンプ運転で６５℃に沸き上げる場合には、１７．４×８６０／（６５−１５）＝３００Ｌを沸き上げれば給湯負荷に対応する。よって、貯湯タンクの上部から１００Ｌの貯湯量位置に残湯温度検出手段を設ける。２４は運転制御手段であり、運転開始時に残湯温度検出手段２３の信号を検出して、所定温度信号より高温の時には熱源７を運転しないで、ヒートポンプ回路５による単独運転をおこなう。
【００２９】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。前日にヒートポンプ運転と熱源運転を併用して沸き上げた９０℃の湯を貯湯タンク６から出湯して利用する。そして、当日の深夜に沸き上げ運転を開始する場合、貯湯タンク内の残湯温度検出手段２３の信号を検出して、所定温度より低温を示す信号の時は、ヒートポンプ運転と熱源７の運転を併用して設定温度Ｂ（例えば、９０℃）となるように流量制御手段１１および熱源制御手段１７の制御をおこない、設定温度Ｂの湯を貯湯タンク６に貯湯する。逆に、所定温度より高温を示す信号の時は、熱源７を運転しないで、ヒートポンプ回路による単独運転をおこない、設定温度Ｂより低温の設定温度Ａ（例えば、６５℃）となるように流量制御手段１１の制御をおこない、設定温度Ａの湯を貯湯タンク６に貯湯する。従って、給湯負荷を満足するとともに高効率の沸き上げ運転を実現する。
【００３０】
（実施例７）
図８は本発明の実施例７のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図８において、２５は残湯温度検出手段であり、貯湯タンク内の上下の複数の湯温を検出する。２６は熱源時間設定手段であり、過去数日から現在の残湯温度検出手段２５の検出信号を記憶して、熱源７の通電時間を設定する。２７は熱源通電時刻設定手段であり、深夜電力利用の深夜時間帯通電終了時刻（朝７時あるいは８時）から熱源時間設定手段２６の時間を逆算して熱源７の通電開始時刻を演算する。２８はクロック、２９は運転制御手段であり、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、入水温度検出手段２１の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、熱源通電時刻設定手段２７とクロック２８の信号に基づき熱源７を通電する。
【００３１】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。深夜に沸き上げ運転を開始する時、貯湯タンク６内の複数の残湯温度検出手段２５の信号を検出する。そして、所定温度より高温を示す信号の検出位置が前日より下の位置の場合に、熱源７の通電時間を前日よりも少なく設定する。すなわち、熱源７の通電開始時刻を遅らせて、貯湯タンク６からの放熱量を低減する。そして、貯湯熱量を少なくして無駄なエネルギー消費を抑制する。逆に、残湯温度検出手段２５の信号から所定温度より高温を示す検出位置が前日より上の位置の場合には、熱源７の通電時間を前日よりも多く設定する。すなわち、熱源７の通開始時刻を早めて、給湯負荷に追随する。従って、給湯負荷に追随しながら、省エネ化を実現する。
【００３２】
（実施例８）
図９は本発明の実施例８のヒートポンプ給湯システムの構成図である。図９において、３０は冷媒流路切換え手段であり、圧縮機１と冷媒給湯熱交換器２のヒートポンプ回路途中に設けて、圧縮機１、蒸発器４、減圧手段３、冷媒給湯熱交換器２の順に冷媒を流す除霜運転回路３１を構成する。３２は冷媒温度検出手段であり、ヒートポンプ回路の蒸発器４入口の冷媒温度を検出する。３３は除霜制御手段であり、冷媒流路切換え手段３０に送信して除霜運転回路３１に切換える。３４は優先通電制御手段であり、熱源７を強制的に通電する。３５は最大流量制御手段であり、給湯回路１０の循環水量を最大となるように流量制御手段１１を制御する。３６は運転制御手段であり、冷媒温度検出手段３２の検出信号が所定温度以下に達した時に、除霜制御手段３３と優先通電制御手段３４および最大流量制御手段３５に送信する。
【００３３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。冬季の沸き上げ運転中において、ヒートポンプ回路の蒸発器４の表面に着霜が生じて、蒸発温度が低下したことを蒸発器４入口の冷媒温度検出手段で検出して、冷媒流路切換え手段３０の冷媒流れ方向を除霜運転回路３１に切換え、給湯回路１０の循環水量を最大にするとともに、熱源７を通電する。そして、圧縮機１から吐出する冷媒の凝縮熱で蒸発器４の表面の霜を除霜し、冷媒給湯熱交換器２に冷媒が流れる。ここで、水給湯熱交換器９を流れる水から集熱して圧縮機１に吸入する。一方、水給湯熱交換器９から流出した水は温度を下げて貯湯タンク６の上部に流れ熱源７で加熱される。従って、短時間で除霜するため、ヒートポンプ加熱能力および効率が向上する。そして、水給湯熱交換器を流れる循環水量を最大に流すため、水給湯熱交換器内の凍結を解消する。また、低温となつた水を熱源で強制加熱するため、貯湯タンク上部の湯温が短時間で回復する。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかのように、請求項１記載の発明によれば、圧縮機、冷媒給湯熱交換器、減圧手段、大気熱あるいは太陽熱を集熱する蒸発器からなるヒートポンプ回路と、上部に熱源を内蔵した貯湯タンクと、貯湯タンク下部の水を熱源の上部へ循環する循環ポンプを具備する給湯回路途中に設けた冷媒給湯熱交換器と熱交換関係を有する水給湯熱交換器と、給湯回路の循環流量を制御する流量制御手段と、水給湯熱交換器出口の湯温を検出する中間温度検出手段と、中間温度検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと一致するように流量制御手段の制御をおこなう制御手段を備え、高効率の熱源同時運転と給湯回路系からの放熱損失低減および高能力化と即湯化を実現する。そして、給湯回路の低圧力損失化と簡素化、省スペース化がはかれる。また、スケール水、腐食水に対する熱源の高寿命高信頼化を達成する。
【００３５】
また、請求項２に記載の発明によれば、熱源より上部水位の貯湯タンク内の水温を検出する湯温検出手段と、湯温検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａより高温である設定温度信号Ｂと一致するように熱源の出力を制御する熱源制御手段を備え、圧縮機を用いたヒートポンプ回路による運転と熱源を通電する併用運転において、貯湯タンクの上部に絶えず設定温度の高温湯を貯湯するとともに貯湯タンク、ヒータの機器の信頼性向上を実現する。
【００３６】
また、請求項３に記載の発明によれば、運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、湯温検出手段の温度信号が所定温度信号に達することを検出して熱源の通電をおこなう熱源通電制御手段を備え、機器の設置後に試運転する場合のヒータの空焚き運転を防止して、ヒータ断線を解消して機器の信頼性を向上する。
【００３７】
また、請求項４に記載の発明によれば、熱源と略同水位の貯湯タンク内の水温を検出する水温検出手段と、運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、水温検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと略同温度信号に達した時に熱源を通電する運転制御手段を備え、ヒートポンプ回路による運転と熱源を通電する併用運転において、ヒートポンプ運転による加熱量の割合を増大して、システムの沸き上げ運転効率を著しく向上する。
【００３８】
また、請求項５に記載の発明によれば、水給湯熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段と、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、入水温度検出手段の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、熱源を通電する熱源運転制御手段を備え、高温湯の環境下で熱源のヒータを通電する時間を短縮してヒータの高寿命化を達成する。
【００３９】
また、請求項６に記載の発明によれば、貯湯タンク内の予め設定された位置の湯温を検出する残湯温度検出手段と、運転開始時に残湯温度検出手段の信号を検出して、所定温度信号より高温の時には熱源を運転しないで、ヒートポンプ回路による単独運転をおこなう運転制御手段を備え、深夜に沸き上げ運転を開始する場合、貯湯タンク内の予め設定された位置の湯温を検出する残湯温度検出手段の信号を検出して、給湯負荷を満足するとともに高効率の沸き上げ運転を実現する。
【００４０】
また、請求項７に記載の発明は、貯湯タンク内の上下の湯温を検出する複数の残湯温度検出手段と、過去数日から現在の残湯温度検出手段の検出信号を記憶して熱源の通電時間を設定する熱源時間設定手段と、深夜電力利用の深夜時間帯通電終了時刻から熱源時間設定手段の時間を逆算して熱源の通電開始時刻を演算する熱源通電時刻設定手段と、時刻を計時するクロックと、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、入水温度検出手段の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、熱源通電時刻設定手段およびクロックの信号に基づき熱源を通電する運転制御手段を備え、深夜に沸き上げ運転を開始する時、貯湯タンク内の湯温分布を検出して、熱源の通電開始時間を制御して、給湯負荷に追随しながら、省エネ化を実現する。
【００４１】
また、請求項８に記載の発明は、圧縮機と冷媒給湯熱交換器のヒートポンプ回路途中に冷媒流路切換え手段を設けて、圧縮機、蒸発器、減圧手段、冷媒給湯熱交換器の順に冷媒を流す除霜運転回路と、ヒートポンプ回路の蒸発器入口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、除霜運転回路に切換える除霜制御手段と、熱源を強制的に通電する優先通電制御手段と、給湯回路の循環水量を最大となるように流量制御手段を制御する最大流量制御手段と、冷媒温度検出手段の検出信号が所定温度以下に達した時に、除霜制御手段と優先通電制御手段および最大流量制御手段に送信する運転制御手段を備え、冬季の沸き上げ運転時において、短時間で除霜してヒートポンプ加熱能力および運転効率を向上するとともに水給湯熱交換器内の凍結を解消する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図２】本発明の実施例１の他のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図３】本発明の実施例２のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図４】本発明の実施例３のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図５】本発明の実施例４のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図６】本発明の実施例５のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図７】本発明の実施例６のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図８】本発明の実施例７のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図９】本発明の実施例８のヒートポンプ給湯システムの構成図
【図１０】従来のヒートポンプ給湯システムの構成図
【符号の説明】
１圧縮機
２冷媒給湯熱交換器
３減圧手段
４蒸発器
５ヒートポンプ回路
６貯湯タンク
７熱源
８循環ポンプ
９水給湯熱交換器
１０給湯回路
１１流量制御手段
１２中間温度検出手段
１３制御手段
１４循環ポンプ
１５ポンプ制御手段
１６湯温検出手段
１７熱源制御手段
１８熱源通電制御手段
１９水温検出手段
２０、２４、２９、３６運転制御手段
２１入水温度検出手段
２２熱源運転制御手段
２３、２５残湯温度検出手段
２６熱源時間設定手段
２７熱源通電時刻設定手段
２８クロック
３０冷媒流路切換え手段
３１除霜運転回路
３２冷媒温度検出手段
３３除霜制御手段
３４優先通電制御手段
３５最大流量制御手段

Claims

圧縮機、冷媒給湯熱交換器、減圧手段、大気熱あるいは太陽熱を集熱する蒸発器からなるヒートポンプ回路と、上部に熱源を内蔵した貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部の水を前記熱源の上部へ循環する循環ポンプを具備する給湯回路途中に設けた前記冷媒給湯熱交換器と熱交換関係を有する水給湯熱交換器と、給湯回路の循環流量を制御する流量制御手段と、水給湯熱交換器出口の湯温を検出する中間温度検出手段と、前記中間温度検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと一致するように前記流量制御手段の制御をおこなう制御手段を備えたヒートポンプ給湯システム。
熱源より上部水位の貯湯タンク内の水温を検出する湯温検出手段と、前記湯温検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａより高温である設定温度信号Ｂと一致するように前記熱源の出力を制御する熱源制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯システム。
運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、前記湯温検出手段の温度信号が所定温度信号に達することを検出して熱源の通電をおこなう熱源通電制御手段を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯システム。
熱源と略同水位の貯湯タンク内の水温を検出する水温検出手段と、運転開始時にヒートポンプ回路による単独運転をおこない、前記水温検出手段の温度検出信号が設定温度信号Ａと略同温度信号に達した時に熱源を通電する運転制御手段を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯システム。
水給湯熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段と、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、前記入水温度検出手段の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して熱源を通電する熱源運転制御手段を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯システム。
貯湯タンク内の予め設定された位置の湯温を検出する残湯温度検出手段と、運転開始時に前記残湯温度検出手段の信号を検出して、所定温度信号より高温の時には熱源を運転しないで、ヒートポンプ回路による単独運転をおこなう運転制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯システム。
貯湯タンク内の上下の湯温を検出する複数の残湯温度検出手段と、過去数日から現在の前記残湯温度検出手段の検出信号を記憶して熱源の通電時間を設定する熱源時間設定手段と、深夜電力利用の深夜時間帯通電終了時刻から前記熱源時間設定手段の時間を逆算して熱源の通電開始時刻を演算する熱源通電時刻設定手段と、時刻を計時するクロックと、運転開始時はヒートポンプ回路による単独運転をおこない、前記入水温度検出手段の温度信号が所定温度に達した時にヒートポンプ運転を停止して、前記熱源通電時刻設定手段および前記クロックの信号に基づき熱源を通電する運転制御手段を備えた請求項１または２または５記載のヒートポンプ給湯システム。
圧縮機と冷媒給湯熱交換器のヒートポンプ回路途中に冷媒流路切換え手段を設けて、圧縮機、蒸発器、減圧手段、冷媒給湯熱交換器の順に冷媒を流す除霜運転回路と、ヒートポンプ回路の蒸発器入口の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、前記除霜運転回路に切換える除霜制御手段と、熱源を強制的に通電する優先通電制御手段と、給湯回路の循環水量を最大となるように流量制御手段を制御する最大流量制御手段と、前記冷媒温度検出手段の検出信号が所定温度以下に達した時に、前記除霜制御手段と前記優先通電制御手段および前記最大流量制御手段に送信する運転制御手段を備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯システム。