JP4073142B2

JP4073142B2 - ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP4073142B2
Application number: JP2000069807A
Authority: JP
Inventors: 英明向田; 義徳遠谷; 清小山; 禎大滝澤; 茂弥石垣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001255007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプサイクルを利用して給湯が行えるようにしたヒートポンプ給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯装置としては、ガス、灯油、電気を熱源として市水を加熱して利用する構成が一般的である。
【０００３】
このような構成に対して、近年冷媒回路を用い大気の熱を汲上げて水を加熱するために運転効率が良いヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が開発されている。
【０００４】
図３は、特公平４−６８５１号公報において開示されている給湯装置の構成図で、冷媒回路１１０と貯湯部１２０とを主要構成としている。
【０００５】
冷媒回路１１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１１、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１１２、凝縮した冷媒を減圧させる膨張弁１１３、冷媒を膨張蒸発させる蒸発器１１４等を有している。
【０００６】
また、貯湯部１２０は、給湯水や風呂用水等の利用水を貯留する貯湯槽１２１、利用水が循環して凝縮器１１２を循環する冷媒と熱交換させることにより当該利用水を加熱させる受熱器１２２、貯湯槽１２１の利用水を受熱器１２２を介して循環させる送水ポンプ１２３等を有している。
【０００７】
なお、冷媒回路１１０で得られる温度より高温な湯を必要としたりする場合があるので、かかる場合には電気ヒータ１２７に通電して補助加熱するようになっている。
【０００８】
このような構成で、冷媒回路１１０では、圧縮機１１１により圧縮されて高温高圧となった冷媒は凝縮器１１２に循環し、ここで温水熱交換器１２６に設けられた受熱器１２２を循環する利用水と熱交換して凝縮する。
【０００９】
その後、凝縮した冷媒は、膨張弁１１３で減圧され、蒸発器１１４で蒸発する。このときの蒸発に要する熱は大気から供給される。
【００１０】
一方、貯湯槽１２１に貯留された利用水は、当該貯湯槽１２１の底部側から送水ポンプ１２３により受熱器１２２を介して貯湯槽１２１の上部側に送られ、当該受熱器１２２を通過する際に冷媒と熱交換して加熱されてお湯になる。
【００１１】
このようにして貯湯槽１２１に貯湯されたお湯は、給水口１２４から加圧給水される市水の圧力で取水口１２５から吐出されて利用される。
【００１２】
なお、冬場等においては蒸発器１１４に霜や氷が着氷して外気と冷媒との熱交換効率を低下させてしまうので、このような場合には例えば冷媒の循環方向を逆にして蒸発器１１４に圧縮機１１１からの高温高圧の冷媒を循環させて着氷した氷等を除去する除霜運転が行われる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、貯湯槽に所定量の利用水が貯留されていない状態で冷媒回路が運転されると、例え貯留されている利用水が所定の温度になっても、これを利用できない問題があった。
【００１４】
即ち、貯湯槽には常に満杯の利用水が貯留され、かつ、所定の圧力が加わえられている。そして、貯湯槽に貯留された利用水を利用すると、利用された分だけ市水等が貯湯槽に補われ、当該市水の圧力を利用して貯湯槽に圧力が加えられている。
【００１５】
従って、貯湯槽に利用水が満杯に貯留されていないと、冷媒回路による利用水の加熱は可能であるが、それを利用することができなくなってしまい、無駄な貯湯を行うことになる。
【００１６】
無論、このような状態をユーザが知ることは困難で、一般に冷媒回路の運転音等により貯湯が行われていると判断してしまい、対応が遅れてしまう問題もある。
【００１７】
そこで、本発明は、上述した無駄な貯湯運転を防止すると共に、ユーザが迅速な対応を行えるようにしたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、圧縮機、該圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒で利用水を加熱する凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、貯湯槽内の利用水を前記貯湯槽の下部より取出し前記凝縮器を介して前記貯湯槽の上部へ循環させる温水回路とを有するヒートポンプ給湯装置において、前記冷媒回路内における冷媒の少なくとも温度又は圧力のいずれか一方が軽負荷を示す範囲に至った場合には、前記圧縮機の周波数を補正して圧縮機の能力を適正値まで引き上げると共に、当該圧縮機の運転能力が所定能力以下で、かつ、前記凝縮器での冷媒温度が所定温度以上のときには、前記圧縮機を停止させる制御部を設けたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプ給湯装置の構成図で、冷媒回路１、貯湯部２及びこれらの動きを制御する制御部３を主要構成としている。
【００２２】
冷媒回路１は、冷媒Ｒを圧縮する圧縮機１１、冷媒Ｒを凝縮させる凝縮器１２、冷媒Ｒを減圧又は絞る減圧装置１３、冷媒Ｒと外気とを熱交換させて当該冷媒Ｒを蒸発させる蒸発器１４等を有している。
【００２３】
また、貯湯部２は利用水を貯湯する断熱構造の貯湯槽２１、利用水Ｗが循環すると共に凝縮器と熱接触するように設けられた受熱器２２、貯湯槽２１の利用水Ｗを受熱器２２を介して循環させる循環ポンプ２３、該循環ポンプ２３で循環させる利用水の循環量を調整する流量調整弁２４、受熱器２２から貯湯槽２１に戻る利用水の温度を検出する吐出温度検出器２５等を有し、貯湯槽の底部側には電気ヒータ４７が適宜設けられて、特に高温の湯を貯湯したいような場合に用いられる。
【００２４】
なお、凝縮器１２と受熱器２２はそれぞれ熱伝導特性の優れたパイプ（銅パイプ等）等により形成され、これらが熱交換可能に密着されて温水熱交換器２６を形成している。無論、このような密接構造でなく、種々の構造、例えば受熱器２２のパイプに凝縮器１２のパイプを挿入して形成された２重管構造であっても良い。
【００２５】
そして、冷媒回路１において、冷媒は圧縮機１１で圧縮されて高温高圧となって凝縮器１２に供給される。この凝縮器１２と熱接触する受熱器２２には貯湯槽２１の底部に設けられた循環供給口４１から貯湯槽２１内の利用水が循環ポンプ２３で圧送されて供給されるようになっているので、凝縮器１２を循環する冷媒は当該受熱器２２に供給される利用水に熱を与えて凝縮し、減圧装置により減圧又は絞られて、蒸発器１４で蒸発して圧縮機に戻る。このとき、冷媒は外気から蒸発熱を奪う（汲上げる）ことにより蒸発する。
【００２６】
一方、受熱器２２で凝縮器１２の冷媒から熱を受けて約６０℃にまで加熱された利用水は、貯湯槽２１の上部に設けられた循環吐出口４２から当該貯湯槽２１に戻り、貯湯槽２１の上部から順に約６０℃の湯が溜るようになる。
【００２７】
貯湯槽の内壁には、所定位置に槽内温度検出器４３〜４６が上下方向に並んで設けられて、これらの槽内温度検出器４３〜４６が全て所定の温度以上になると、貯湯槽２１内が所定温度のお湯で満たされ、貯湯が完了したと判断する。
【００２８】
なお、貯湯槽２１に利用水を注入する際は、止水栓５１、減圧弁５２、逆止弁５３等を経て貯湯槽２１の底部に設けられた貯留給水口４９から市水が供給される。
【００２９】
この止水栓５１は、通常開いた状態で使用されていて、利用水が利用されるとその分だけ補給されるようになっていて、これにより貯湯槽は常に満タンの状態が維持されるようになっている。
【００３０】
また減圧弁は、市水等の水圧を調整して貯湯槽内が常に一定の減圧後の圧力となるようにし、当該圧力で当該貯湯槽に貯湯されている利用水が蛇口等から吐出されて取水できるようになっている。
【００３１】
貯湯槽に貯湯されたお湯を例えばシャワーや蛇口等の取水器３５から取水する場合には、利用水が湯取出口４８から当該貯湯槽の内圧により圧送されて、電動混合弁５４で市水等と混合されて設定温度（３０℃〜６０℃）に調整された後取水される。
【００３２】
なお、冬場のように、外気温が低い場合には、貯湯槽２１に貯湯した利用水Ｗが冷えてしまい、給湯時に所望の温度より低くなっている場合もある。そこで、外気温が例えば１５℃以下の場合には、電気ヒータ４７を駆動するようにして、貯湯温度が適宜高くなるようにしている。
【００３３】
ところで、このようなヒートポンプ給湯器では利用水Ｗを利用すると、その分だけ市水等が貯留給水口４９から貯湯槽２１に供給されて、常に当該貯湯槽２１に利用水Ｗが一杯になるようにすると共に、当該貯湯槽２１内の圧力を所定の圧力になるようにして、当該圧力で利用水Ｗが蛇口等の取水器３５から取水できるようになっている。
【００３４】
従って、利用水Ｗが取水器３５等から取水できない場合には、少なくとも貯湯槽２１に利用水Ｗが一杯になっていないので、利用者は何らかの異常が発生していることを知ることができるが、このためには取水器３５を操作しなければならず、当該操作を行うことなく貯湯を開始した場合には空焚状態が発生してしまう。
【００３５】
空焚状態になると、冷媒回路１の低圧側圧力が高くなり、圧縮機１１の負荷が大きくなるので、図示しない保護回路が低圧側圧力の上昇に応じて動作して当該圧縮機１１の駆動周波数を下げる。
【００３６】
しかし、このような場合に保護回路が働き冷媒回路１を停止させるまでは時間がかかるので、例えば貯湯槽２１に循環させる利用水Ｗが残っていない場合には、当該貯湯槽２１に設けられている槽内温度検出器４３〜４６がいつまでも所定の温度を検出できなくなり、冷媒回路１は無駄な運転を長時間継続してしまう事態も発生し得る。
【００３７】
そこで、本発明では、係る事態を未然に防ぐために、図２に示すような手順で、空焚状態であるか否かを検出している。
【００３８】
即ち、圧縮機１１及び循環ポンプ２３の駆動が開始されて貯湯運転が始ると（ステップＳ１）、凝縮器１２の温度が所定温度Ｔｎ（例えばＴｎ＝５０℃）以上であるか否かの判断が行われる（ステップＳ２）。
【００３９】
凝縮器１２の温度が所定温度以上になる場合としては、凝縮器１２で冷媒の熱が十分に利用水に伝達されていない状態（空焚状態）が考えられる。
【００４０】
そこで、凝縮器１２の温度が所定温度以上の場合には、圧縮機１１の駆動周波数が所定周波数Ｈｍ（例えば、Ｈｍ＝４０Ｈｚ）以下まで下がっているか否かの判断を行う（ステップＳ３）。
【００４１】
所定周波数以下の場合には空焚状態と判断して、圧縮機１１等を停止させて貯湯運転を停止し（ステップＳ４）、またその旨を表示器５により表示等して利用者に知らせ（ステップＳ５）、図示しないメインルーチンに復帰する。
【００４２】
一方、凝縮器１２の温度が所定温度以下の場合には、外気温に対応した圧縮機１１の適正な駆動周波数が設定される（ステップＳ７）。この駆動周波数は、外気温が変化した時又は運転開始時にのみ設定される。
【００４３】
その後、圧縮機１１が軽負荷の状態か否かの判断を行い（ステップＳ８）、軽負荷の場合には圧縮機１１の周波数を補正して圧縮機１１の能力を適正値まで引上げるようにする（ステップＳ９）。
【００４４】
このようにして圧縮機１１が常に適正な能力で運転されるようにして、貯湯が終了したか否かの判断を行い（ステップＳ１０）、図示しないメインルーチンに復帰する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、空焚運転と判断した場合には貯湯運転を停止させるように制御する制御部を設けたので、当該空焚による無駄な貯湯運転が防止できるようになると共に、ユーザが迅速な対応を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプ給湯装置の構成図である。
【図２】空焚状態を判断して貯湯運転を停止させる等の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】従来の技術の説明に適用される給湯装置の構成図である。
【符号の説明】
１冷媒回路
２貯湯部
３制御部
１１圧縮機
１２凝縮器
１３減圧装置
１４蒸発器
２１貯湯槽
２２受熱器
２３循環ポンプ
４３〜４６槽内温度検出器
４７電気ヒータ

Claims

圧縮機、該圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒で利用水を加熱する凝縮器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、貯湯槽内の利用水を前記貯湯槽の下部より取出し前記凝縮器を介して前記貯湯槽の上部へ循環させる温水回路とを有するヒートポンプ給湯装置において、
前記冷媒回路内における冷媒の少なくとも温度又は圧力のいずれか一方が軽負荷を示す範囲に至った場合には、前記圧縮機の周波数を補正して圧縮機の能力を適正値まで引き上げると共に、当該圧縮機の運転能力が所定能力以下で、かつ、前記凝縮器での冷媒温度が所定温度以上のときには、前記圧縮機を停止させる制御部を設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。