JP4048180B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプを加熱手段として、水を加熱してタンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に係り、特に、冷凍サイクルを除霜運転する場合に対処する貯湯タンクの構造に関する。

一般に、ヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクルを用いて給湯用の水を加熱し、その加熱された水を貯湯タンクに蓄える構成になっている。この場合、給湯用の水を加熱するための水熱交換器は、冷凍サイクルを形成する冷媒コイルと貯湯タンクの液体を環流させる水コイルとでなり、冷媒コイルの冷媒と水コイルの水との間で熱交換する構成になっている。この冷媒と水との熱交換中、冷凍サイクルを構成する熱交換器３には、外気温や湿度が関係して霜が付着する。熱交換器３に霜が付着すると外気との熱交換効率が低下するため、これを除去する除霜運転が行われる。

除霜運転中は、貯湯タンクの沸き上げが停止されるので、所定時間内の沸き上げが完了しなかったり、貯湯湯量が少なくなり、湯切れを起こし易くなったりする。そこで、除霜運転後の冷凍サイクルの加熱能力を、除霜運転前よりも増大させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−９７８４７号公報

しかしながら、上述した従来のヒートポンプ給湯機の除霜運転時には、水熱交換器において、冷媒コイルで蒸発する冷媒が水コイルを通る温水の熱を吸収する。すなわち、熱交換器の除霜に要する熱を、水コイルを流れる温水より吸収する。このとき、貯湯タンクの温水を水コイルに流入させてはいるが、貯湯タンクが湯切れの状態で湯温が低く原水に近い状態にあったとすると、水コイルが凍結して除霜ができ難かったり、場合によって水コイルが破損したりするという問題があった。

また、除霜運転中に、貯湯タンクから温水が吸い出されて水コイルで冷却された水が貯湯タンクに戻されるときでも、所望の温度の温水を給湯できるように貯湯タンクの給湯口からの給湯量を抑制せざるを得なかった。このため、除霜運転を必要としない状況であっても給湯量が少な目に制限されてしまうという問題もあった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、除霜運転時に熱交換器を確実に除霜することができ、かつ、水コイルの破損を未然に防止することのできるヒートポンプ給湯機を提供することにある。

本発明の他の目的は除霜運転に必要のないときに、給湯することのできる貯湯量を増加することのできるヒートポンプ給湯機を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。

すなわち、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、熱交換器、膨張弁及び水熱交換器よりなる冷凍サイクルを用いて水を加熱し、加熱された温水を貯湯タンクに蓄えるヒートポンプ給湯機において、前記冷凍サイクルを除霜運転する期間に使用される温水量以上の温水が上部に貯留される部位の前記貯湯タンクの側部に給湯口を設け、さらに、前記貯湯タンクの最上部に設けた第２の給湯口と、前記貯湯タンクの側部に設けた前記給湯口と最上部に設けた前記第２の給湯口とで温水を切り替えて給湯する切替供給手段と、を備えたものとして構成される。

上記のように構成したことにより、除霜運転時に熱交換器を確実に除霜することができ、かつ、水コイルの破損を未然に防止することのできるヒートポンプ給湯機が提供される。

以下、本発明を図面に示す好適な実施例によって詳細に説明する。

図１は本発明に係るヒートポンプ給湯機の冷凍サイクル及び貯湯タンク部の系統図である。同図において、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張弁４、水熱交換器５を構成する冷媒コイル５ａが冷媒配管で接続されて冷凍サイクルを形成している。また、水熱交換器５を構成する水コイル５ｂ、循環ポンプ６、第１三方弁７、第２三方弁８、貯湯タンク９、ミキシングバルブ１０、給水口１１、給湯口１２が水配管で接続されて貯湯タンク部を構成している。

このうち、冷凍サイクルは、圧縮機１の吐出側と吸入側とに四方弁２が接続されている。四方弁２は冷媒の循環経路を切り替える機能を有している。除霜運転時には、図示したように、四方弁２からの冷媒の流出口が、熱交換器３及び膨張弁４を介して、水熱交換器５の冷媒コイル５ａの一端に接続され、この冷媒コイル５ａの他端が四方弁２の冷媒の流入口に接続されている。

一方、貯湯タンク部においては、水熱交換器５の水コイル５ｂの一端が循環ポンプ６の吐出側に接続されている。循環ポンプ６の吸入側は第１三方弁７の共通端に接続され、水コイル５ｂの他端は第２三方弁８の共通端に接続されている。第１三方弁７の一方の切替端は貯湯タンク９の上部ｂに接続され、他方の切替端は貯湯タンク９の下部ｄに接続されている。第２三方弁８の一方の切替端は貯湯タンク９の上部ａに接続され、他方の切替端は貯湯タンク９の下部ｅに接続されている。

また、貯湯タンク９は、冷凍サイクルを除霜運転する期間に使用される温水量以上の温水（斜線で示した）が上部に貯留される部位の貯湯タンク９の側部に給湯口ｇを備え、下部に給水口ｆを備えている。このうち、給湯口ｇはミキシングバルブ１０の一方の流入口に接続され、給水口ｆはミキシングバルブ１０の他方の流入口と給水口１１に接続されている。ミキシングバルブ１０の流出口は給湯口１２に接続されている。

なお、貯湯タンク９内の水を加熱する場合には、貯湯タンク９の下部ｄから取水し、水熱交換器５で加熱して貯湯タンク９の上部ａに戻すように、四方弁２、第１三方弁７及び第２三方弁８はそれぞれ図示した状態と反対側に切り換えられた循環経路が形成されるが、この構成及び動作については周知であるのでその説明を省略する。

そこで、上記のように構成されたヒートポンプ給湯機の、除霜運転時の動作について以下に説明する。四方弁２は図示した状態に切り換えられているため、圧縮機１を運転することによって冷媒は、矢印Ａに示したように、圧縮機１→四方弁２→熱交換器３→膨張弁４→冷媒コイル５ａ→四方弁２→圧縮機１の経路で循環し、熱交換器３は凝縮器として機能し、冷媒コイル５ａは蒸発器として機能する。

一方、第１三方弁７及び第２三方弁８の流路も図示したように設定される。これは、給水口１１から流入させた水を貯湯タンク９に貯留し、貯留中に加熱した後、ミキシングバルブ１０にて原水と混合して所望の温度の温水を給湯口１２から流出させる場合を示している。そこで、循環ポンプ６を運転することによって、貯湯タンク９に貯留された水は、矢印Ｂに示したように、貯湯タンク９の上部ｂ→第１三方弁７→循環ポンプ６→水コイル５ｂ→第２三方弁８→貯湯タンク９の下部ｅの経路で循環する。このとき、水熱交換器５において、冷媒コイル５ａにおける冷媒の蒸発による顕熱によって水コイル５ｂを通過する水が冷却される。

ここで、例えば、除霜時間を１０分とし、除霜に必要な温水が毎分４リットルであるとすると、除霜のために４０リットルの温水を確保する必要がある。周知の如く、対流によって温度のより高い温水は上部に集まる。従来はこの上部の温水を除霜に使用すると共に、給湯も同時に行っていたため、上部に集中した温度の高い温水が除霜を完了する前に流出せしめられ、この部分の温度低下が著しかった。

本実施例においては、図中に斜線で示したように、例えば、４０リットルの温水がその上部に貯留されるように位置決めされた貯湯タンク９の側部に給湯口ｇを設け、この給湯口ｇから給湯している。このように構成することによって、除霜運転中に給湯口ｇから給湯が行われたとしても、常に温度の高い温水が水コイル５ｂに供給されるため熱交換器３を確実に除霜することができ、かつ、水コイル５ｂの破損を未然に防止することができる。なお、給湯口ｇからの給湯温度が除霜に廻される温水よりも温度が若干低めであったとしても、ミキシングバルブ１０における原水との混合量の調整によって所望の温度の給湯が可能である。

かくして、第１実施例によれば、除霜時に給湯が行われたとしても、斜線部の温水が除霜用として確保されるため、除霜運転時に熱交換器を確実に除霜することができ、かつ、水コイルの破損を未然に防止することができる。

図２は本発明に係るヒートポンプ給湯機の第２実施例の構成を示す冷凍サイクル及び貯湯タンク部の系統図であり、図中、第１実施例を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施例は図１に示す給湯口ｇを設けると共に、貯湯タンク９の上部に給湯口ｃを設け、さらに、これらの給湯口を切替端にそれぞれ接続する第３三方弁１３を設け、この第３三方弁１３の共通端をミキシングバルブ１０に接続した点が第１実施例と構成を異にし、これ以外は第１実施例と全て同一に構成されている。

上記のように構成された第２実施例の動作について、特に第１実施例と構成を異にする部分について説明する。この実施例は除霜運転が必要でないとき、例えば、外気温が１０℃を超えるとき、又は、貯湯運転時の蒸発温度が２℃を超えるとき、第３三方弁１３を給湯口ｇから給湯口ｃに切り替えることよって、斜線部の温水をも給湯に使用することができるようにしている。このため、給湯することのできる貯湯量を増加することができるという効果も得られる。

他の実施例

なお、上記実施例は、除霜時間を１０分とし、除霜に必要な温水が毎分４リットルで、除霜のために４０リットルの温水を確保する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷凍サイクルを除霜運転する期間に使用される温水量以上の温水が上部に貯留される部位の貯湯タンクの側部に給湯口を設けることは、機種や型格の異なる殆どのヒートポンプ給湯機に適用することができる。

本発明に係るヒートポンプ給湯機の第１実施例の構成を示す冷凍サイクル及び貯湯タンク部の系統図。 本発明に係るヒートポンプ給湯機の第２実施例の構成を示す冷凍サイクル及び貯湯タンク部の系統図。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 熱交換器
４ 膨張弁
５ 水熱交換器
５ａ 冷媒コイル
５ｂ 水コイル
６ 循環ポンプ
７ 第１三方弁
８ 第２三方弁
９ 貯湯タンク
１０ ミキシングバルブ
１３ 第３三方弁

Claims (1)

1. 圧縮機、熱交換器、膨張弁及び水熱交換器よりなる冷凍サイクルを用いて水を加熱し、加熱された温水を貯湯タンクに蓄えるヒートポンプ給湯機において、
   前記冷凍サイクルを除霜運転する期間に使用される温水量以上の温水が上部に貯留される部位の前記貯湯タンクの側部に給湯口を設け、
   さらに、前記貯湯タンクの最上部に設けた第２の給湯口と、前記貯湯タンクの側部に設けた前記給湯口と最上部に設けた前記第２の給湯口とで温水を切り替えて給湯する切替供給手段と、を備えた
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯機。

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