JP3849691B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯機の第１の従来例として図１３に示すものがあり、すなわち、圧縮機１、凝縮器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、上記凝縮器２との間で熱交換を行う熱交換部を接続した給湯回路と、貯湯槽１内の上部に設けたヒータ７と、貯湯槽５の上部および中央部とから各々接続された湯水制御装置８、電動開閉弁９とからなり、上記圧縮機１によるヒートポンプ運転で貯湯槽５内部全体を低温湯に沸き上げ、さらに深夜電力を利用して、ヒータ７にて貯湯槽５上部を高温湯に加熱する。

そして、通常は電動開閉弁９を閉じて低温湯を貯湯槽５の中央部から湯水制御装置８を介して利用し、高温湯が必要な場合には、電動開閉弁９を開成して高温熱を湯水制御装置８を介して利用するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、一般的な電気温水器を用いた第２の従来例として図１４に記載のものがあり、貯湯槽５の出口に湯水制御装置８を設け、この貯湯槽５に内蔵されたヒータ１０で沸き上げた高温湯と減圧弁１１からの給水をこの湯水制御装置８により適温に混合した後浴槽に注湯するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１−２２５８３８号公報 特開平４−６３４５号公報

しかしながら、上記従来例では、ヒータを用いた加熱が主体となっており、ヒートポンプによる加熱が補助的となっており高効率化の面で今一歩の改善が望まれていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、省エネルギー化をはかることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機を有する冷媒循環回路と、貯湯槽の湯水循環用に配置され、途中に前記冷媒循環回路との間で熱交換を行う水熱交換器を接続した水循環路と、前記水循環路の水熱交換器よりも下流側に配置された出力可変の加熱器と、水循環路に貯湯槽の下部から上部へ湯水を強制循環させ、加熱された湯水を貯湯槽の上方から温度成層的に貯湯するための循環ポンプと、前記水循環路の水熱交換器の出口側と加熱器との間および前記加熱器の出口側に設けた第１，第２の温度検知器と具備し、前記水循環路の循環水量を前記第１の温度検知器の信号に基づいて、加熱器の出力調整を第２の温度検知器の信号に基づいてそれぞれ行うようにし、かつ前記水循環路を循環する湯水加熱が水熱交換器と加熱器との双方によりなされているとき、前記第２の温度検知器の信号に基づいて前記加熱器の出力を規制するようにしたものである。

したがって、通常は高効率なヒートポンプ給湯が実現でき、また給湯負荷の変化に対してヒートポンプと加熱器とで的確な対応が可能となる。

以上の説明から明らかなように本発明のヒートポンプ給湯機によれば、通常は高効率なヒートポンプ給湯が実現でき、また給湯負荷の変化に対してヒートポンプと加熱器とで的確な対応ができるもので、特に、ヒートポンプと加熱器の併用運転時にも加熱器の動作をできるだけ規制し、ヒートポンプが主体となるようにしているため、運転が非常に効率的なものとなる。

本発明の実施の形態は、圧縮機を有する冷媒循環回路と、貯湯槽の湯水循環用に配置され、途中に前記冷媒循環回路との間で熱交換を行う水熱交換器を接続した水循環路と、前記水循環路の水熱交換器よりも下流側に配置された出力可変の加熱器と、水循環路に貯湯槽の下部から上部へ湯水を強制循環させ、加熱された湯水を貯湯槽の上方から温度成層的に貯湯するための循環ポンプと、前記水循環路の水熱交換器の出口側と加熱器との間および前記加熱器の出口側に設けた第１，第２の温度検知器と具備し、前記水循環路の循環水量を前記第１の温度検知器の信号に基づいて、加熱器の出力調整を第２の温度検知器の信号に基づいてそれぞれ行うようにし、かつ前記水循環路を循環する湯水加熱が水熱交換器と加熱器との双方によりなされているとき、前記第２の温度検知器の信号に基づいて前記加熱器の出力を規制するようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧装置、４は蒸発器であり、前記圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、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、１２はこの前記貯湯槽５の下部の湯水を同上部へ強制循環させるための循環ポンプ、１３は水熱交換器であり、前記凝縮器２と熱交換をおこなう。

そして、循環ポンプ１２および水熱交換器１３は貯湯槽５の下部と上部を連通する水循環路を構成する。１４は温度検知器であり、水熱交換器１３の出口に設けられ、媒体温度を検出して信号を発する。１５は湯温設定手段であり、沸き上げ湯温を設定し、複数の信号を有する。

１６は回転数制御器であり、前記温度検知器１４の信号が湯温設定手段１５の信号に一致するように循環ポンプ１２の回転数を制御する。１７はミキシングバルブであり、貯湯槽５の上部から取り出す湯と減圧弁１１で減圧されて貯湯槽５の下部に給水される水を混合し、任意に湯温調整する。

つぎに、上記構成において動作を説明する。給湯負荷が多い場合には、湯温設定手段１５により高温湯の沸き上げ設定をおこない、給湯負荷が少ない場合には中温水の沸き上げ設定をおこなう。そして、圧縮機１から吐出された高温高圧の過熱ガスは凝縮器２に流入し、ここで循環ポンプ１２から送られ水熱交換器１３に流入した水を加熱する。その際に、放熱作用で凝縮液化して減圧装置３に流入し、ここで減圧されて蒸発器４に流入する。

そして、大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、貯湯槽５の下部から流出した水は循環ポンプ１２を介して水熱交換器１３に流入し、冷媒の凝縮熱で加熱され、貯湯槽５の上部にたくわえられる。この運転を繰り返しながら前記貯湯槽５内の上部からしだいに全体を貯湯する。

この場合に、ヒートポンプで沸き上げた前日の中温水の残湯があるところへ、高温湯の沸き上げ運転をおこなうと、前日の中温水の残湯の上部に高温湯が貯湯される。すなわち、貯湯槽５内には異なる温度の湯層が貯湯される。つまり、温度成層型の貯湯がなされるものである。

そして、貯湯槽５から出湯される場合に、ミキシングバルブ１７は貯湯槽５の上部高温湯と水道水を混合し、端末で使われる湯温に下げて端末機器へ送るため、端末での出湯温度は安定している。

よって、残湯温度と沸き上げ温度が異なっても給湯負荷および経済性を追求した運転を選択することができる。また、端末機器までの配管系の熱損失が少なくなるため、貯湯槽の小型化および省エネルギー化がはかれる。そして、端末での湯温調整も不要となり利便性も向上する。

（実施例２）
図２において、実施例１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。１８は湯量検知手段であり、貯湯槽５に複数設けられ、貯湯槽内の湯の温度を検出して信号を発する。１９は制御器であり、湯量検知手段１８の信号に基づき、湯温設定手段１５の温度設定をおこなうものである。

上記構成において動作を説明する。沸き上げ運転の開始直前に制御器１９は貯湯槽５内に設けた複数の湯量検知手段１８の残湯量を検出信号から湯温設定手段１５の設定温度を設定する。

すなわち、前日の残湯量より多い場合には、湯温設定手段１５の温度設定を低くする。逆に、残湯量が少ない場合には、温度設定を高くする。制御器１９による湯温設定手段１５の設定温度の制御は当初の湯温設定手段１５で設定されている温度を変更することにより行う（例えば、６５℃の温度設定を５０℃に変更する）場合や、湯量検出手段１８により検知された湯量に基づいて自動的に湯温設定手段１５の設定温度を決定する場合でもよい。

そして、沸き上げ運転を開始し、温度検知器１４の信号が湯温設定手段１５の信号と一致するように回転数制御器１６が循環ポンプ１２の回転数を制御して設定温度に沸き上げる。その後、ミキシングバルブ１７で適温に下げて端末機器へ送る。

従って、残湯温度と沸き上げ温度が異なっても端末での出湯温度は安定しているため、使用された給湯熱量に応じて、湯温設定を自動的におこなうことができる。

（実施例３）
図３において、実施例１，２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。

２０は複数のミキシングバルブであり、各々は前記貯湯槽５から取り出す湯と同貯湯槽５下部に給水する水を混合して任意に湯温調整をおこなう。

上記構成において動作を説明する。貯湯槽５内に沸き上げられた湯を出湯する際に、キッチンおよび風呂追い焚きなど、使用する湯温が異なる条件で同時におこなわれた場合、複数のミキシングバルブ２０は端末からの要望に応じた湯温に調整し供給する。

したがって、各端末で異なる湯温で出湯および出湯停止がおこなわれても出湯温度は安定するため、利便性が向上する。

（実施例４）
図４において、実施例１〜３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。

２１は出湯温度設定手段であり、端末の出湯温度を設定する。２２は制御器であり、出湯時に前記出湯温度設定手段２１よりも高温湯の信号からしだいに前記出湯温度設定手段２１の信号に一致させる信号をミキシングバルブ１７に発信する。

上記構成において動作を説明する。出湯温度設定手段２１により端末の出湯温度が設定される。そして、出湯直後は制御器２２が出湯温設定手段２１の信号より少し高温湯の信号を前記ミキシングバルブ１７に発信し、その後、出湯温度設定手段２１の信号に一致させる信号を発信する。従って、端末から出湯する湯温の立ち上げははやくなる。

（実施例５）
図５において、実施例１〜４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。

２３は加熱器であり、水熱交換器１３の下流に設けられている。２４は湯量検知手段であり、貯湯槽５に複数設けられている。２５は加熱制御器であり、湯量検知手段２４の信号を受けて加熱器２３を通電する。

２６は時間積算手段であり、湯量検知手段２４の信号を受けて加熱器２３の通電時間を積算する。２７は記憶手段であり、前回の時間積算手段２６を記憶する。２８は湯量比較手段であり、前回と運転開始直前の湯量検知手段２４の信号を比較し、一定温度以上の湯量の変化量信号を発信する。２９は運転時間制御手段であり、記憶手段２７と湯量比較手段２８から加熱器２３の通電時間を設定するものである。

上記構成において動作を説明する。沸き上げ運転の開始直前に湯量検知手段２４は貯湯槽５内の残湯量を検出し、湯量比較手段２８に信号を送る。そして、ここで前回の残湯量と今回の残湯量を比較し、運転時間制御手段２９に信号を発信する。

また、記憶手段２７は前回の加熱器２３の通電時間の信号を運転時間制御手段２９へ発信する。そして、運転時間制御手段２９は記憶手段２７と湯量比較手段２８の信号から今回の沸き上げ運転時の加熱器２３の通電時間を設定する。

すなわち、前日と今日の残湯量を比較し、残湯量が多い場合には、加熱器２３の通電時間を少なく設定する。逆に残湯量が少ない場合には、通電時間を多く設定する。そして、沸き上げ運転を開始し、圧縮機１を用いたヒートポンプで貯湯槽５の上部から順次、沸き上げた湯を貯湯する。

そして、湯量検知手段２４の位置まで湯が貯湯されると、前記湯量検知手段２４は加熱制御器２５に信号を送り、加熱器２３が通電開始される。

前記時間積算手段２６が加熱器２３の通電時間を積算し、運転時間制御手段２９で設定された通電時間まで通電される。

前記貯湯槽５内には異なる温度の湯層で貯湯されるが、前記ミキシングバルブ１７は貯湯槽５上部から取り出す湯と貯湯槽５下部に給水される水を混合し、端末で使われる湯温に下げて端末機器に送るため、安定した出湯温度が得られる。

また、使用湯量に応じて沸き上げ湯量を可変することができるため、消費電力が削減できる。

（実施例６）
図６において、実施例１〜５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。

３０は追い焚き運転手段であり、手動で追い焚き運転を設定する。３１は運転制御器であり、追い焚き運転手段３０の信号を受けて圧縮機１および加熱器２３の併用運転をおこなう。

上記構成において動作を説明する。緊急に多量の湯が必要となった場合に、追い焚き運転手段３０の信号を受け、運転制御器３１は圧縮機１および加熱器２３を通電し、併用運転をおこなう。よって、高加熱能力で追い焚き運転ができる。

また、貯湯槽５内の残湯温度と異なる温度で追い焚きをおこなっても、出湯時に、ミキシングバルブ１７は端末で使われる湯温に下げて端末機器に送るようにしているので、沸き上げ時間の短縮化および出湯温度の安定化がはかれる。

（実施例７）
図７において、実施例１〜６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。

３２はミキシングバルブであり、貯湯槽５から取り出す湯と同貯湯槽５下部に給水する水を混合して任意に湯温調整をおこなうとともに、温度を検出して信号を発信する。

３３は運転制御器であり、ミキシングバルブ３２の信号と出湯温度設定手段２１の信号を比較し、圧縮機１および加熱器２３を通電する。

上記構成において動作を説明する。出湯が開始されると、ミキシングバルブ３２が出湯温度を検出し、運転制御器３３に信号を送る。

前記運転制御器３３はミキシングバルブ３２の信号と出湯温度設定手段２１の信号を比較する。

残湯量が少なくなって出湯温度が低下しはじめると、ミキシングバルブ３２の信号は出湯温度設定手段２１の信号よりも低温の信号を発信する。それを認識して運転制御器３３は圧縮機１および加熱器２３を通電し、併用運転をおこなう。

よって、残湯量の低減を自動的に検出し、自動的に高加熱能力で追い焚き運転をおこなうため、利便性向上と湯切れを防止することができる。

（実施例８）
図８において、実施例１〜７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。

３４は制御器であり、ミキシングバルブ３２の信号を検出して湯温設定手段１５の信号を出湯温度設定手段２１の信号と等しくなるように切り換える。

上記構成において、水熱交換器１３の出口媒体温度を温度検知器１４で検出し、その信号が湯温設定手段１５の信号と一致するように回転数制御器１６は循環ポンプ１２の回転数を制御しながら追い焚き運転をおこなう。

そして、追い焚き運転中に出湯が開始されると、前記ミキシングバルブ３２が出湯温度を検出し、制御器３４に信号を送る。

ここで、制御器３４はミキシングバルブ３２の信号と出湯温度設定手段２１の信号を比較する。そして、残湯量が少なくなって出湯温度が低下しはじめると、制御器３４は湯温設定手段１５の信号を出湯温度設定手段２１の信号と一致するように切り換える。

そのため、回転数制御器１６は水熱交換器１３の出口媒体温度が出湯温度設定手段２１の信号と一致するように循環ポンプ１２の回転数を制御する。これにより、前記水熱交換器１３で沸き上げられた湯は出湯される湯温と同じ温度となり、そのまま出湯される。

（実施例９）
図９において、実施例１〜８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。

３５は湯量検知手段であり、貯湯槽５に設けられ、温度を検出して信号を発信する。３６は運転制御器であり、湯量検知手段３５の信号を受けて圧縮機１を通電し、ヒートポンプによる単独運転をおこなう。

上記構成において、貯湯槽５から出湯されると、湯面は上部に押し上げられ、湯面が湯量検知手段３５の位置に達すると、湯量検知手段３５は運転制御器３６に信号を送り、圧縮機１を通電し、ヒートポンプによる単独運転をおこなう。

そして、ミキシングバルブ１７は利用する湯温に下げて端末機器に送るため、残湯温度と追い焚き温度が異なっても出湯温度は安定する。よって、省電力で追い焚き運転をおこなうことができるようになる。

（実施例１０）
図１０において、実施例１〜９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。

３７は加熱器であり、水熱交換器１３と貯湯槽５上部の給湯回路途中に設けられ、複数のヒータなどで構成され出力可変ができる。３８は第１の温度検知器であり、水熱交換器１３の出口に設けられ、そこを流れる媒体温度を検出し、信号を発生する。

３９は第２の温度検知器であり、加熱器３７の出口に設けられ、そこを流れる媒体温度を検出し、信号を発生する。４０は回転数制御器であり、第１の温度検知器３８の信号を受けて循環ポンプ１２の回転数を制御する。４１は制御器であり、第２の温度検知器３９の信号を受けて加熱器３７の出力を制御する。

上記構成において、ヒートポンプ運転と加熱器の併用運転時にヒートポンプでの沸き上げ湯温、すなわち水熱交換器１３の出口湯温を第１の温度検知器３８で検出し、その信号を回転数制御器４０に送り、ここで、前記循環ポンプ１２の回転数を制御して、ヒートポンプでの沸き上げ湯温が所定温度になるようにする。

その運転時に、加熱器３７の出口温度が高くなると第２の温度検知器３９が湯温を検出して、制御器４１に信号を送り、前記加熱器３７の出力を低減する。よって、併用運転時のヒートポンプでの沸き上げ湯温は、ヒートポンプ単独運転と同じ湯温になるため、高効率で沸き上げ運転ができる。

（実施例１１）
図１１において、実施例１〜１０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。

４２は開閉弁であり、循環ポンプ１２、水熱交換器１３の給湯回路中に設けられている。４３は制御器であり、圧縮機１の運転停止時に開閉弁４２を閉にする。

上記構成において、運転停止直後、運転中に湯となった水熱交換器１３の出口と貯湯槽５間の湯が放熱して温度低下し、密度が大きくなるため、給湯回路を下降する自然循環力が発生し、貯湯槽５の上部から湯が逆流しようとする。

しかし、制御器４３は運転停止時に前記開閉弁４２を閉とするため、自然循環を防止することができる。その結果、前記貯湯槽５内の湯が給湯回路に逆流し、放熱することもない。

（実施例１２）
図１２において、実施例１〜１１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。

４４は熱源であり、貯湯槽５に内蔵、あるいは貯湯槽５の上部と下部を連通する水循環路に設けられている。４５は湯量検知手段であり、前記貯湯槽５に設けられ、温度を検出して信号を発生する。４６は人体認識手段であり、浴室内に設けられ、人体を認識して人数を積算カウントして信号を発生する。４７は運転制御器であり、湯量検知手段４５および人体認識手段４６の信号から熱源４４および循環ポンプ１２の運転を制御する。

上記構成において、貯湯槽５から出湯されて残湯量が前記湯量検知手段４５の位置に達すると、湯量検知手段４５は運転制御器４７に信号を送る。また人体認識手段４６は浴室内に設けられ、入浴した人数を積算カウントし、前記運転制御器４７に信号を送る。

そして、前記運転制御器４７は湯量検知手段４５の信号を受けた時の人体認識手段４６の信号から、追い焚き運転をおこなうか否かの選択をする。例えば、最後の入浴者であるならば、湯量検知手段４５の位置の残湯量で充分であるため、追い焚き運転はしない。よって、無駄な追い焚き運転を防止することができるため、消費電力が節約できるとともに、電力負荷の平準化を促進する深夜時間帯に貯湯槽の沸き上げ運転をおこなうことができるものである。

なお、最後の入浴者か否かは予定された入浴者の人数を当初入力することにより行う。

以上のように、本発明によれば、高効率な給湯機を提供できるものであり、例えば、家庭の台所用、風呂用などに適しているものである。

本発明の実施例１を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例２を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例３を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例４を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例５を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例６を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例７を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例８を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例９を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例１０を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例１１を示すヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施例１２を示す給湯機の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図 従来の給湯機の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
５ 貯湯槽
１２ 循環ポンプ
１３ 水熱交換器
３７ 加熱器
３８ 第１の温度検知器
３９ 第２の温度検知器

Claims (2)

1. 圧縮機を有する冷媒循環回路と、貯湯槽の湯水循環用に配置され、途中に前記冷媒循環回路との間で熱交換を行う水熱交換器を接続した水循環路と、前記水循環路の水熱交換器よりも下流側に配置された出力可変の加熱器と、水循環路に貯湯槽の下部から上部へ湯水を強制循環させ、加熱された湯水を貯湯槽の上方から温度成層的に貯湯するための循環ポンプと、前記水循環路の水熱交換器の出口側と加熱器との間および前記加熱器の出口側に設けた第１，第２の温度検知器と具備し、前記水循環路の循環水量を前記第１の温度検知器の信号に基づいて、加熱器の出力調整を第２の温度検知器の信号に基づいてそれぞれ行うようにし、かつ前記水循環路を循環する湯水加熱が水熱交換器と加熱器との双方によりなされているとき、前記第２の温度検知器の信号に基づいて前記加熱器の出力を規制するようにしたヒートポンプ給湯機。
2. 循環ポンプの回転数により水循環路の循環水量を制御するようにした請求項１記載のヒートポンプ給湯機。

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