JP4158694B2 - Hot water storage type heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は、貯湯槽内の湯水をヒートポンプ回路で沸き上げて高温水として貯湯槽内に貯湯すると共に、その貯湯槽内の高温水を設定された温度にして給湯する貯湯式ヒートポンプ給湯装置に関するものであり、特に貯湯槽の途中から中温水を取り出せる構造のものに関する。 The present invention relates to a hot water storage type heat pump hot water supply device that boils hot water in a hot water storage tank by a heat pump circuit and stores the hot water in the hot water storage tank as high temperature water, and supplies hot water at a set temperature. In particular, the present invention relates to a structure in which medium temperature water can be taken out from the middle of a hot water tank.
貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、例えば、貯湯槽内にある高温水の熱量を利用して、暖房や風呂の追炊きなどをした場合、給湯槽内に温度の低下した中温水が残り、この中温水を取り出さない場合はそれを二度沸かしすることとなってヒートポンプ回路のエネルギー消費効率(以下、COPと記す)が悪化する。このような不具合を軽減するため、近年、特許文献1に示すように中温水を取り出せる構造のものがある。 In a hot water storage type heat pump hot water supply device, for example, when the amount of heat of high temperature water in the hot water tank is used to heat or reheat the bath, medium temperature water with a reduced temperature remains in the hot water tank. If not taken out, it will be boiled twice and the energy consumption efficiency (hereinafter referred to as COP) of the heat pump circuit will deteriorate. In order to alleviate such problems, in recent years, there is a structure in which medium-temperature water can be taken out as shown in Patent Document 1.
貯湯槽内の中温水を取り出すことは、深夜の沸き上げ時にヒートポンプ回路のCOPが悪化する領域の残湯(沸き上げ温度90℃の場合、65〜30℃)を減らす効果があり、できるだけ優先的に取り出して使ってしまうことが望ましい。中温水を理想的に取り出すと、残湯は貯湯槽上部に65℃以上の高温水と、それ以下は給水温度の低温水とに分離され、二度沸かしする残湯は無くなる。 Taking out the warm water in the hot water tank has the effect of reducing the remaining hot water (65-30 ° C when the boiling temperature is 90 ° C) in the area where the COP of the heat pump circuit deteriorates when boiling in the middle of the night. It is desirable to take it out and use it. When the medium-temperature water is taken out ideally, the remaining hot water is separated at the upper part of the hot water tank into high temperature water of 65 ° C. or higher and the lower temperature is divided into low temperature water at the feed water temperature, and there is no residual hot water boiled twice.
図9の(a)は従来の貯湯式ヒートポンプ給湯装置において高温水が充分に存在する状況の貯湯槽16と給湯回路を示す部分模式図であり、(b)はその状況での中温水混合弁(第2混合弁)34の作動を説明するタイムチャートである。従来の給湯温度制御では、中温水混合弁34を貯湯槽16上部の高温水出湯路(第1出湯路)12側に連通させた状態で待機させておき、まず貯湯槽16上部から高温水を供給して(例えば10〜15秒)給湯混合弁(第1混合弁)27の開度を安定させ、その後に貯湯槽16の側方に設けた中温水出湯路(第2出湯路)35からの温水を徐々に混ぜて緩やかに温調して給湯混合弁27へ所定温度の温水を供給するようになっている。
しかしながら上記従来の方法においては、中温水出湯路35から取り出せる温水の温度が正確に分らないことと、たとえ給湯設定温度以上の温度の温水を中温水出湯路35から取り出せる状態であっても中温水出湯口(第2出湯口)33近くに境界層があると、それを通過する時に冷水を出してしまうというおそれがあり、これを避けるため、図9に示すような中温水出湯路35から供給する温水の温度が給湯混合弁27に供給する温度よりも充分に高い場合においても、まずは貯湯槽16上部の高温水を出湯するようにしている。
However, in the above-described conventional method, the temperature of the hot water that can be taken out from the intermediate temperature
これにより、貯湯槽16上部の高温水を使う必要が無い場合においても給湯するたびに高温水が出湯されることとなり、本来優先的に取り出して使いたい中温水出湯路35からの取り出し量が増えないという問題がある。
As a result, even when it is not necessary to use the high-temperature water at the top of the hot
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、給湯時の温水を中温水出湯路から優先的に取り出して使う貯湯式ヒートポンプ給湯装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a hot water storage type heat pump hot water supply apparatus that uses hot water during hot water supply by preferentially taking it out from an intermediate hot water outlet. is there.
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1ないし請求項3に記載の発明では、制御手段(37)は、給湯設定温度(ST)より所定温度(Δt)だけ高い温度を切り替え判定温度(KT)とし、給湯待機時に貯湯温度検出手段(36)で検出される第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が切り替え判定温度(KT)以上の場合は第2混合手段(34)を第2出湯路(35)側に連通した状態として待機させ、それ以外の場合は第2混合手段(34)を第1出湯路(12)側に連通した状態として待機させるとともに、
出湯時は第2混合手段(34)の下流側に設けた混合温度センサ(42)によって検出される温度に応じて、第2混合手段(34)の開度を制御することを特徴としている。
The present invention, in order to achieve the above object, employing the technical means described below. That is, in the invention according to claims 1 to 3, the control means (37) sets a temperature higher by a predetermined temperature (Δt) than the hot water supply set temperature (ST) as the switching determination temperature (KT), and stores hot water during standby for hot water supply. When the temperature of the hot water that can be taken out from the second hot water outlet (33) detected by the temperature detecting means (36) is equal to or higher than the switching determination temperature (KT), the second mixing means (34) is moved to the second hot water outlet (35) side. While waiting as a communicated state, otherwise, the second mixing means (34) is waited as a state communicating with the first hot water outlet (12) side ,
When the hot water is discharged, the opening degree of the second mixing means (34) is controlled according to the temperature detected by the mixing temperature sensor (42) provided on the downstream side of the second mixing means (34) .
尚、請求項1ないし請求項3は、前提構成が異なるものである。従来は制御の同一性や簡略化を考えたうえ、常に最悪状態として境界層が第2出湯口(33)の直下にある場合でも冷水を出さないよう、常時高温水の出る第1出湯路(12)側に連通した状態で待機するように制御していた。しかし、この記載の発明によれば、第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が給湯設定温度(ST)への温度調節に使える温水温度であれば最初から第2出湯路(35)側に連通した状態で第2混合手段(34)を待機させるものであり、中温水出湯路(35)からの取り出し量を格段に増やすことができる。このように、貯湯槽(16)内の中温水を優先的に使うことより沸き上げ時のCOPを悪化させない。 In addition, Claim 1 thru | or Claim 3 differs in a premise structure. Conventionally, in consideration of the sameness and simplification of control, the first hot water passage always with high temperature water (so that cold water is not discharged even when the boundary layer is directly below the second hot water outlet (33) as the worst state) 12) It was controlled to stand by in a state where it communicated with the side. However, according to the described invention, if the temperature of the hot water that can be taken out from the second hot water outlet (33) is a hot water temperature that can be used for temperature adjustment to the hot water supply set temperature (ST), the second hot water outlet (35) side from the beginning. In this state, the second mixing means (34) is put on standby, and the amount taken out from the intermediate temperature hot water outlet (35) can be remarkably increased. Thus, the COP at the time of boiling is not deteriorated by preferentially using the medium temperature water in the hot water tank (16).
また、請求項4に記載の発明では、貯湯温度検出手段(36)の1つとして、貯湯槽(16)内の第2出湯口(33)と同じ水平高さから僅かに低い水平高さまでの範囲内に貯湯温度検出手段(36c)を設けたことを特徴としている。従来は貯湯温度検出手段(36)が第2出湯口(33)の高さに無いため第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が正確に分らず、冷水を出さないために高温水から出湯させていた。しかし、この請求項4に記載の発明によれば、第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が正確に分るようになるうえ、中温水を殆ど残らないところまで取り出すことができるようになり、二度沸かしする残湯を無くすことができる。 Moreover, in invention of Claim 4, as one of the hot water storage temperature detection means (36), from the same horizontal height as the 2nd hot water outlet (33) in a hot water storage tank (16) to a slightly lower horizontal height. The hot water storage temperature detection means (36c) is provided in the range. Conventionally, since the hot water storage temperature detecting means (36) is not at the height of the second hot water outlet (33), the temperature of the hot water that can be taken out from the second hot water outlet (33) is not accurately known, and since hot water is not discharged, the hot water is discharged from the hot water. I was letting out hot water. However, according to the fourth aspect of the present invention, the temperature of the hot water that can be taken out from the second hot water outlet (33) can be accurately determined, and the medium hot water can be taken out to a point that hardly remains. It is possible to eliminate the remaining hot water that is boiled twice.
また、請求項5に記載の発明では、制御手段(37)は、切り替え判定温度(KT)にヒステリシス特性を持たせたことを特徴としている。この請求項5に記載の発明によれば、出湯待機時に第2混合手段(34)を切り替え判定温度(KT)の1点のみで切り替えると、貯湯温度検出手段(36c)でのバラツキなどで第1出湯路(12)側と第2出湯路(35)側とを繰り返す状態が発生するが、切り替え判定温度(KT)にヒステリシス特性を持たせることにより、これを防ぐことができる。
In the invention according to
また、請求項6に記載の発明では、第1混合手段(27)より給湯する給湯流量を検出する給湯流量検出手段(41)を設けると共に、給湯中に給湯流量検出手段(41)にて検出される給湯流量が所定値以下となった場合、制御手段(37)は、貯湯温度検出手段(36)で検出される第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が切り替え判定温度(KT)以上の場合は第2混合手段(34)を第2出湯路(35)側に連通した状態とし、それ以外の場合は第2混合手段(34)を第1出湯路(12)側に連通した状態とすることを特徴としている。
In the invention described in
これは、給湯流量が少なくなるとフィードバック制御が不安定になるためであり、この請求項6に記載の発明によれば、給湯中に給湯流量が所定値以下に減少した場合、貯湯温度検出手段(36)で検出される温度に応じて、第2混合手段(34)を第2出湯路(35)側もしくは第1出湯路(12)側に固定することで温度調節を安定させることができる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
This is because the feedback control becomes unstable when the hot water supply flow rate decreases. According to the invention described in
(第1実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1〜図7を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図であり、太線部は給湯に関係する水路部を示している。1はヒートポンプユニット、2は貯湯タンク(貯湯槽)ユニット、3は給湯混合水栓、4は床暖房パネルなどの暖房負荷端末である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a hot water storage type heat pump hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention, and a thick line part shows a water channel part related to hot water supply. 1 is a heat pump unit, 2 is a hot water storage tank (hot water tank) unit, 3 is a hot water mixing tap, 4 is a heating load terminal such as a floor heating panel.
ヒートポンプユニット1は、コンプレッサ(圧縮機)5と、凝縮器としての水冷媒熱交換器6と、減圧器7と、蒸発器8で構成されたヒートポンプ回路9と、給湯用水を水冷媒熱交換器6に循環させるヒートポンプ循環ポンプ10と、それらの作動を制御するヒートポンプ制御部11とを備えている。また、ヒートポンプ回路9内には冷媒として二酸化炭素が用いられており、超臨界ヒートポンプサイクルを構成している。尚、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約90℃の高温まで沸き上げることが可能である。
The heat pump unit 1 includes a
水冷媒熱交換器6は、冷媒と給湯用水とが対向して流れる対向流方式を採用している。超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで給湯用水を加熱することができ、給湯用水の水冷媒熱交換器6入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように減圧器7またはコンプレッサ5を制御している。このため、給湯用水の水冷媒熱交換器6の入口温度が5〜20℃程度の低い温度であるとCOP(エネルギー消費効率)が3.0以上のとても良い状態で給湯用水を加熱することが可能である。
The water-
貯湯タンクユニット2は、上端に高温水出湯路(第1出湯路)12と連なる高温水出湯口(第1出湯口)13を有し、下端に給水路14と連なる給水口15を有した貯湯タンク(貯湯槽)16を備えている。この貯湯タンク16の下部にはヒートポンプ往き口17と、上部にはヒートポンプ戻り口18とが設けられ、ヒートポンプユニット1の水冷媒熱交換器6に連通するヒートポンプ循環回路19によって貯湯タンク16内の湯水が循環可能に接続されている。尚、この貯湯タンク16は約370L程度の容量を保有しているものである。
The hot water
20は床暖パネル4の加熱源としての暖房用熱交換器で、その一次側には貯湯タンク16上部に連通する高温水取出口21と貯湯タンク16下部の中温水戻り口22とを暖房用循環ポンプ23を備えた暖房用循環回路24で貯湯タンク16内の湯水が循環可能に接続されている。また、二次側には床暖パネル4と循環可能に接続する二次側回路25と、二次側循環ポンプ26とが備えられている。
次に、27は高温水出湯路12からの湯水と給水路14からの低温水を混合する電動混合弁により構成された給湯混合弁(第1混合手段)であり、その下流の給湯路28に設けた給湯温度センサ29で検出した湯温が、リモコン30でユーザーが設定した給湯設定温度STとなるように混合比率を制御するものである。このリモコン30は、給湯温度設定スイッチ31を有しており、給湯温度を35〜60℃の範囲で任意に設定可能としていると共に、暖房を開始させる暖房スイッチ32を有している。
Next,
33は貯湯タンク16の中間高さ位置に設けた中温水出湯口(第2出湯口)で、高温水出湯路12の高温水出湯口13と給湯混合弁27との間に設けた中温水混合弁(第2混合手段)34の入力側に中温水出湯路(第2出湯路)35を介して接続されている。この中温水出湯口33および中温水出湯路35は、暖房用熱交換器20で二次側と熱交換して温度低下した中温水を貯湯タンク16から出湯するもので、この中温水を中温水混合弁34にて高温水出湯路12を流れる高温水と混合して給湯混合弁27に供給するものである。
An intermediate hot water outlet 33 (second outlet) provided at an intermediate height position of the hot
尚、中温水混合弁34は電動混合弁などであり、その下流に設けた混合温度センサ42の検出する温度に応じ、リモコン30で設定した任意の給湯設定温度STより所定温度Δtだけ高い温度となるよう、後述の給湯制御部(制御手段)37にて開度を制御して混合比率(混合温度)を調節できる混合弁となっている。
The intermediate hot
36(36a〜36e)は、貯湯タンク16の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、これらの貯湯温度センサ36がどの高さ位置まで所定温度(例えば80℃)以上を検出しているかによって、貯湯タンク16内にどれだけの湯量が残っているかを検知するものである。
A plurality of hot water storage temperature sensors 36 (36a to 36e) are arranged in the vertical direction of the hot
尚、本実施形態の特徴として、貯湯温度センサ36の1つとして、タンク16内の中温水出湯口33と同じ水平高さから僅かに低い水平高さまでの範囲内に貯湯温度センサの1つとして中温水温度センサ36cを設けている。設置位置は中温水出湯口33の直下が理想的であるが、下側であれば中温水の取り出し量は低下するが利用できる。ちなみに中温水出湯口33よりも上にある貯湯温度センサ36を使用すると中温水出湯口33に温水と低温水の境界層が来た時に給湯側に冷水を出してしまい問題である。
As a feature of the present embodiment, as one of the hot water
37は、貯湯タンクユニット2内のセンサの入力を受けアクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部である。この給湯制御部37にリモコン30が無線または有線により接続され、ユーザーが任意の給湯設定温度STを設定できるようにしているものである。尚、38は貯湯タンク16の過圧を防止する過圧防止弁、39は給水の温度を検出する給水温度センサ、40は給水の圧力を減圧する減圧弁、41は給湯する温水の流量をカウントする流量カウンタ(給湯流量検出手段)である。
A hot water
次に、この実施形態における作動概要を説明する。まず、沸き上げ運転について説明する。深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ36が貯湯タンク16内に翌日に必要な湯量が残っていないことを検出すると、給湯制御部37はヒートポンプ制御部11に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒートポンプ制御部11は、コンプレッサ5を起動した後にヒートポンプ循環ポンプ10を駆動して、貯湯タンク16下部のヒートポンプ往き口17から取り出した5〜20℃程度の低温水を水冷媒熱交換器6で90℃程度の高温に加熱し、ヒートポンプ循環回路19を介して貯湯タンク16上部のヒートポンプ戻り口18から貯湯タンク16内に戻してやる。
Next, an outline of operation in this embodiment will be described. First, the boiling operation will be described. When the hot water
これにより、貯湯タンク16の上部から高温水が順次積層して貯湯されてゆく。貯湯温度センサ36が必要な湯量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部37はヒートポンプ制御部11に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒートポンプ制御部11はコンプレッサ5を停止すると共にヒートポンプ循環ポンプ10も停止して沸き上げ動作を終了する。
Thereby, hot water is sequentially stacked from the upper part of the hot
次に、暖房運転について説明する。リモコン30の暖房スイッチ32がONされると、給湯制御部37は暖房用循環ポンプ23および二次側循環ポンプ26を駆動し、高温水取出口21から取り出した70〜90℃程度の高温水を暖房用熱交換器20に流入させ、二次側回路25の温水と熱交換させ、熱交換により30〜50℃程度に温度低下した中温水が中温水戻り口22から貯湯タンク16下部に戻る。
Next, the heating operation will be described. When the
これにより、高温水と入れ替わる形で高温水と中温水の境界面を押し上げるようにして中温水が貯湯されてゆく。二次側では、暖房用熱交換器20にて加熱された温水が床暖房パネル4に流入し、被暖房空間を暖房して再度暖房用熱交換器20に循環するものである。そして、リモコン30の暖房スイッチ32がOFFされると、給湯制御部37は暖房用循環ポンプ23および二次側循環ポンプ26を停止させて暖房運転を終了する。
Thereby, the hot water is stored so as to push up the boundary surface of the hot water and the intermediate hot water in the form of replacing the hot water. On the secondary side, hot water heated by the
次に、給湯運転の概要について説明する。給湯混合水栓3を開くと、給水路14からの給水圧により貯湯タンク16内の高温水および中温水が押し出される。高温水は上端部の高温水出湯口13から押し出され、中温水は中温水出湯口33より押し出される。押し出された70〜90℃程度の高温水および30〜50℃程度の中温水は、それぞれ高温水出湯路12および中温水出湯路35を介して中温水混合弁34へ流入し、ユーザーがリモコン30で設定した給湯設定温度STより所定温度だけ高い温度の温水に混合される。
Next, an outline of the hot water supply operation will be described. When the hot-water supply faucet 3 is opened, high-temperature water and medium-temperature water in the hot
混合された温水は給湯混合弁27へ流入して給水路14からの5〜20℃程度の低温水と混合され、給湯設定温度STに調節されて給湯混合水栓3から給湯される。このように中温水混合弁34を電動混合弁として、リモコン30で設定した任意の給湯設定温度STより所定温度だけ高い温度になるよう混合比率を調節するようにしてあるので、中温水をその時々の任意の給湯設定温度STに応じて使うことができるようになっている。
The mixed hot water flows into the hot water
例えば任意の給湯設定温度STが50℃であれば、中温水混合弁34の混合温度を50℃より略5℃高い55℃にし、55℃に混合した温水を給湯混合弁27で任意の給湯設定温度STである50℃に調整して給湯を行う。また、任意の給湯設定温度STが初期設定値の42℃であれば、中温水混合弁34の混合温度を42℃より略5℃高い47℃にし、47℃に混合した温水を給湯混合弁27で任意の給湯設定温度STである42℃に調整して給湯を行う。このように、その時々の任意の給湯設定温度STに応じて中温水を使って給湯を行うことができるようになっている。
For example, if an arbitrary hot water supply set temperature ST is 50 ° C., the mixing temperature of the intermediate hot
このとき中温水戻り口22は、貯湯タンク16最下端の給水口15および下部のヒートポンプ往き口17よりも高い位置の貯湯タンク16に設けているため、暖房運転により中温水戻り口22から中温水が貯湯タンク16の下部に戻されても、給湯水の使用により貯湯タンク16下端から給水路14からの低温水が流入することで貯湯タンク16の最下端には低温水が確保されることとなり、次回の沸き上げの際には必ず低温水から沸き上げることとなる。また、高温水取出し口21は高温水出湯口13から連なる高温水出湯路12の途中に設けられていて、貯湯タンク16の開口部を減らすようになっている。
At this time, the intermediate hot
また、中温水出湯口33が中温水戻り口22よりも高い位置に設けられているので、中温水戻り口22と中温水出湯口33との間にある程度の容量を確保でき、暖房用熱交換器20で温度低下した中温水をその容量分だけ一時的に貯めておくことができることとなり、中温水出湯口33より高い位置に貯められてしまう中温水の量を少なくすることができる。
Further, since the intermediate
具体的には、中温水出湯口33が貯湯タンク16の中間高さ位置程度にあるので、中温水戻り口22と中温水出湯口33との間に約90〜120L程度の容量を確保でき、暖房用熱交換器20で温度低下した中温水をその容量分だけ一時的に貯めておくことができることとなり、中温水出湯口33より高い位置に貯められてしまう中温水の量を少なくすることができる。すなわち中温水出湯口33から取り出すことができない中温水を極力少なくすることができる。
Specifically, since the intermediate temperature
本実施形態では上記のように中温水戻り口22よりも高い位置に中温水出湯口33が設けられているため、この高さの差分の容量だけ中温水の発生から利用までの容量的あるいは時間的余裕ができ、中温水をある程度の容量分発生させてから時間的間隔をおいて給湯を行っても中温水を給湯に用いることができる。
In the present embodiment, the intermediate
このように、給湯の際に暖房熱源として利用された中温水を高温水よりも優先して貯湯タンク16の途中から取り出して給湯するので、高温水を給湯しきるまで中温水を給湯できないと行った不具合がなく、給湯を行う度に貯湯タンク16内の中温水が減って給水路14からの低温水に入れ替わって、深夜の沸き上げ動作を行う時には沸き上げ効率の悪い中温水ではなく、温度の低い低温水をヒートポンプ回路9で沸き上げることとなり、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ式給湯装置としてのCOPが良くなる。
In this way, since the hot water used as a heating heat source during hot water supply is taken out from the hot
また、中温水混合弁34は給湯混合弁27で調整する給湯設定温度STより略5℃高い温度の温水に混合し、その後に給湯混合弁27にて給湯設定温度STに混合して給湯するので、ユーザー側で特別な操作をすることなくリモコン30で設定した任意の給湯設定温度STの湯を常に確実に給湯できる。
Further, the intermediate hot
次に、本発明に係る制御部分について説明する。図2は、本発明での待機時の考え方を示すフローチャートである。給湯制御部37は、給湯設定温度STより所定温度Δt(本実施形態では10℃)だけ高い温度を切り替え判定温度KTとしている。所定温度Δtを設定する理由は、水の領域が中温水出湯口33付近に無い様にするための余裕代である。そして給湯待機時に、まずステップS1で、中温水温度センサ36cで検出される中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が、切り替え判定温度KT以上か否かを判定している。
Next, the control part according to the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the concept during standby in the present invention. The hot water
その判定結果がYESで、中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が、切り替え判定温度KT以上である場合には、ステップS2へ進んで中温水混合弁34を中温水出湯路35側に連通した状態として待機させている。また、ステップS1での判定結果がNOで、中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が、切り替え判定温度KTよりも低い場合には、ステップS3へ進んで中温水混合弁34を高温水出湯路12側に連通した状態として待機させるようにしている。
When the determination result is YES and the temperature of the hot water that can be taken out from the intermediate temperature
図3は、切り替え判定温度KTのヒステリシス特性例を示すグラフである。尚、実機で給湯制御部37は、切り替え判定温度KTに図3に示すようなヒステリシス特性を持たせている。例えば切り替え判定温度KTが50℃とすると、中温水温度センサ36cで検出される温度が切り替え判定温度KT+3℃の53度以上になると中温水出湯路35側に切り替え、逆は切り替え判定温度KT−2℃の48度以下になると高温水出湯路12側に切り替えるようになっている。
FIG. 3 is a graph showing an example of hysteresis characteristics of the switching determination temperature KT. In the actual machine, the hot
次に、図4〜図6で異なる状態での作動例を説明する。まず図4の(a)は中温水出湯口33に高温水が充分に存在する状況の貯湯タンク16と給湯回路の部分模式図であり、(b)はその状況での中温水混合弁34の作動を説明するタイムチャートである。中温水出湯口33から取り出す温水の温度は中温水出湯口33と同じ高さに設けた中温水温度センサ36cにより検出できる。本例では給湯混合弁25より50℃に温調して出湯するのに対して、中温水温度センサ36cでは80℃が検出されている。このように中温水出湯口33に高温水が充分に存在する状況の場合は、中温水出湯口33からのみ温水を取り出すようにし、貯湯タンク16上部の高温水は使用しない。
Next, an example of operation in different states will be described with reference to FIGS. 4A is a partial schematic view of the hot
図5の(a)は中温水出湯口33の直下に給湯設定温度ST以下の湯が存在する状況の貯湯タンク16と給湯回路を示す部分模式図であり、(b)はその状況での中温水混合弁34の作動を説明するタイムチャートである。本例の場合は中温水出湯口33にはまだ、切り替え判定温度KT以上の温水があり、中温水混合弁34は中温水をすぐに取り出せる様に中温水出湯路35側で待機させている。出湯されたら、中温水温度センサ36cの検出温度に応じてフィードバック制御を実施する。
(A) of FIG. 5 is a partial schematic view showing the hot
中温水出湯口33の温度が給湯設定温度ST+5℃より低下してきたら、貯湯タンク16上部の高温水と混合して給湯混合弁27に供給する中温水温度を給湯設定温度ST+5℃で制御する。このことにより、高温水が必要な時にのみ貯湯タンク16上部の高温水を活用するので、可能な限り中温水出湯口33以下の温水を取り出すことができる。
When the temperature of the intermediate temperature
図6の(a)は中温水出湯口33に充分な温度の湯が存在しない状況の貯湯タンク16と給湯回路を示す部分模式図であり、(b)はその状況での中温水混合弁34の作動を説明するタイムチャートである。図6の場合は、中温水出湯口33以下に給湯混合弁27に供給する温度の温水が無いため、出湯前に予め、中温水出湯口33の温度を監視して中温水混合弁34は高温水出湯路12側に待機させておいて給湯をスタートする。本例の場合は、中温水出湯口33に付近に水がある可能性があり、貯湯タンク16上部高温水をしばらく流して(例えば10〜15秒)、給湯混合弁27の開度が安定してから緩やかに温調するものである。
FIG. 6A is a partial schematic view showing the hot
次に図7は、本発明での給湯時の考え方を示すフローチャートである。まず、給湯混合弁27より給湯する給湯流量を検出する給湯流量検出手段として流量カウンタ41を設けている。そしてステップS11では、給湯中に流量カウンタ41にて検出される給湯流量が所定値以下(例えば1L/min.以下)であるか否かを判定している。
Next, FIG. 7 is a flowchart showing the concept of hot water supply in the present invention. First, a
その判定結果がNOで給湯流量が所定値以上であればステップS11の判定を繰り返す。また、ステップS11での判定結果がYESで、給湯流量が所定値以下となった場合はステップS12に進み、待機時と同様に中温水温度センサ36cで検出される中温水出湯口33から取り出す温水の温度が、切り替え判定温度KT以上か否かを判定を行う。
その判定結果がYESで、中温水出湯口33から取り出す温水の温度が、切り替え判定温度KT以上である場合には、ステップS13へ進んで中温水混合弁34を中温水出湯路35側に連通した状態で固定する。また、ステップS12での判定結果がNOで、中温水出湯口33から取り出す温水の温度が、切り替え判定温度KTよりも低い場合には、ステップS14へ進んで中温水混合弁34を高温水出湯路12側に連通した状態で固定するものである。
If the determination result is NO and the hot water supply flow rate is equal to or greater than a predetermined value, the determination in step S11 is repeated. If the determination result in step S11 is YES and the hot water supply flow rate is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to step S12, and the hot water taken out from the intermediate
When the determination result is YES and the temperature of the hot water taken out from the intermediate temperature
次に、本実施形態での特徴を説明する。まず、給湯制御部37は、給湯設定温度STより所定温度Δtだけ高い温度を切り替え判定温度KTとし、給湯待機時に貯湯温度検出センサ36で検出される中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が切り替え判定温度KT以上の場合は中温水混合弁34を中温水出湯路35側に連通した状態として待機させ、それ以外の場合は中温水混合弁34を高温水出湯路12側に連通した状態として待機させるようにしている。
Next, features in the present embodiment will be described. First, the hot water
従来は制御の同一性や簡略化を考えたうえ、常に最悪状態として境界層が中温水出湯口33の直下にある場合でも冷水を出さないよう、常時高温水の出る高温水出湯路12側に連通した状態で待機するように制御していた。しかし、これによれば、中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が給湯設定温度STへの温度調節に使える温水温度であれば最初から中温水出湯路35側に連通した状態で中温水混合弁34を待機させるものであり、中温水出湯路35からの取り出し量を格段に増やすことができる。このように、貯湯タンク16内の中温水を優先的に使うことより沸き上げ時のCOPを悪化させない。
Conventionally, considering the sameness and simplification of the control, as a worst-case condition, even when the boundary layer is directly below the intermediate temperature
また、貯湯温度センサ36の1つとして、貯湯タンク16内の中温水出湯口33と同じ水平高さから僅かに低い水平高さまでの範囲内に中温水温度センサ36cを設けている。従来は貯湯温度センサ36が中温水出湯口33の高さに無いため中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が正確に分らず、冷水を出さないために高温水から出湯させていた。しかし、これによれば、中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が正確に分るようになるうえ、中温水を殆ど残らないところまで取り出すことができるようになり、二度沸かしする残湯を無くすことができる。
As one of the hot water
また、給湯制御部37は、切り替え判定温度KTにヒステリシス特性を持たせている。これによれば、出湯待機時に中温水混合弁34を切り替え判定温度KTの1点のみで切り替えると、貯湯温度センサ36cでのバラツキなどで高温水出湯路12側と中温水出湯路35側とを繰り返す状態が発生するが、切り替え判定温度KTにヒステリシス特性を持たせることにより、これを防ぐことができる。
Moreover, the hot water
また、給湯混合弁27より給湯する給湯流量を検出する流量カウンタ41を設けると共に、給湯中に流量カウンタ41にて検出される給湯流量が所定値以下となった場合、給湯制御部37は、中温水温度センサ36cで検出される中温水出湯口33から取り出せる温水の温度が切り替え判定温度KT以上の場合は中温水混合弁34を中温水出湯路35側に連通した状態とし、それ以外の場合は中温水混合弁34を高温水出湯路12側に連通した状態とするようにしている。
Moreover, while providing the
これは、給湯流量が少なくなるとフィードバック制御が不安定になるためであり、これによれば、給湯中に給湯流量が所定値以下に減少した場合、中温水温度センサ36cで検出される温度に応じて、中温水混合弁34を中温水出湯路35側もしくは高温水出湯路12側に固定することで温度調節を安定させることができる。
This is because the feedback control becomes unstable when the hot water supply flow rate decreases. According to this, when the hot water supply flow rate decreases to a predetermined value or less during hot water supply, it depends on the temperature detected by the medium hot
尚、通常の貯湯式ヒートポンプ給湯装置では75℃以下の温水は再度沸き上げるようにしているが、本実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯装置では中温水でも使えるため、60℃以下の温水のみ再度沸き上げるようにして沸き上げの負荷を軽減している。 In addition, in a normal hot water storage type heat pump water heater, hot water of 75 ° C. or less is boiled again. However, in the hot water storage type heat pump water heater of this embodiment, it can be used even in medium temperature water, so that only hot water of 60 ° C. or lower is boiled up again. In this way, the boiling load is reduced.
(第2実施形態)
図8は、本発明の第2実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の全体概略構成を示す模式図である。上述した第1実施形態では貯湯タンク16上部に設けた高温水取出口21から取り出した高温水の熱量を床暖房に利用すると共に、温度低下した中温水を貯湯タンク16下部に設けた中温水戻り口22に戻す熱利用循環回路24を設けていたが、本実施形態では、貯湯タンク16内部に熱交換手段としての蛇管43を配置して、貯湯タンク16内部の温水にて蛇管43内部を流通する流体を加熱して、その流体の得た熱量を外部で利用する熱利用循環回路24としている点が異なる。具体的には蛇管43に浴水を流通させて風呂の追焚きや保温に利用している。本発明はこのような構成の貯湯式ヒートポンプ給湯装置においても有効である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing an overall schematic configuration of a hot water storage type heat pump hot water supply apparatus in a second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the amount of heat of the hot water taken out from the
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、熱利用循環回路24を暖房や浴水の加熱などに用いているが、熱利用の方法や構成を限るものではないうえ、熱利用循環回路24がない貯湯式ヒートポンプ給湯装置であっても良い。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the heat
5…コンプレッサ(圧縮機)
6…水冷媒熱交換器(凝縮器)
8…蒸発器
9…ヒートポンプ回路
12…高温水出湯路(第1出湯路)
13…高温水出湯口(第1出湯口)
14…給水路
15…給水口
16…貯湯タンク(貯湯槽)
17…ヒートポンプ往き口
18…ヒートポンプ戻り口
19…ヒートポンプ循環回路
21…高温水取出口
22…中温水戻り口
24…熱利用循環回路
27…給湯混合弁(第1混合手段)
33…中温水出湯口(第2出湯口)
34…中温水混合弁(第2混合手段)
35…中温水出湯路(第2出湯路)
36…貯湯温度センサ(貯湯温度検出手段)
36c…中温水温度センサ(貯湯温度検出手段)
37…給湯制御部(制御手段)
41…流量カウンタ(給湯流量検出手段)
43…蛇管(熱交換手段)
KT…切り替え判定温度
ST…給湯設定温度
Δt…所定温度
5 ... Compressor
6. Water refrigerant heat exchanger (condenser)
8 ...
13 ... Hot water outlet (first outlet)
14 ...
DESCRIPTION OF
33 ... Medium hot water outlet (second outlet)
34. Medium warm water mixing valve (second mixing means)
35 ... Medium hot water hot spring (second hot spring)
36 ... Hot water storage temperature sensor (hot water storage temperature detection means)
36c ... Medium hot water temperature sensor (hot water storage temperature detection means)
37 ... Hot water supply control unit (control means)
41 ... Flow rate counter (hot water flow rate detection means)
43 ... Snake tube (heat exchange means)
KT ... Switching determination temperature ST ... Hot water supply set temperature Δt ... Predetermined temperature
Claims (6)
圧縮機(5)、凝縮器(6)、蒸発器(8)を有したヒートポンプ回路(9)と、
前記貯湯槽(16)下部に設けたヒートポンプ往き口(17)から取り出した低温水を前記凝縮器(6)によって加熱し、加熱した高温水を前記貯湯槽(16)上部に設けたヒートポンプ戻り口(18)から前記貯湯槽(16)内に戻すヒートポンプ循環回路(19)と、
前記第1出湯口(13)よりも低い位置に設けて前記貯湯槽(16)内の温水を第2出湯路(35)から流出させる第2出湯口(33)と、
前記第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度を検出することのできる貯湯温度検出手段(36)と、
前記第1出湯口(13)から流出する高温水と前記第2出湯口(33)から流出する温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度以上高い温度に調節する第2混合手段(34)と、
前記第2混合手段(34)から流出する温水と前記給水路(14)から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する第1混合手段(27)と、
これらの作動を制御する制御手段(37)とを備えた貯湯式式給湯装置であって、
前記制御手段(37)は、給湯設定温度(ST)より所定温度(Δt)だけ高い温度を切り替え判定温度(KT)とし、給湯待機時に前記貯湯温度検出手段(36)で検出される前記第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が前記切り替え判定温度(KT)以上の場合は前記第2混合手段(34)を前記第2出湯路(35)側に連通した状態として待機させ、それ以外の場合は前記第2混合手段(34)を第1出湯路(12)側に連通した状態として待機させるとともに、
出湯時は前記第2混合手段(34)の下流側に設けた混合温度センサ(42)によって検出される温度に応じて、前記第2混合手段(34)の開度を制御することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。 A first hot water outlet (13) which has a water supply port (15) into which low-temperature water supplied from the water supply channel (14) flows in at the lower end and discharges hot water stored in the hot water from the first hot water path (12). A hot water tank (16) at the upper end,
A heat pump circuit (9) having a compressor (5), a condenser (6), an evaporator (8);
The low temperature water taken out from the heat pump outlet (17) provided in the lower part of the hot water tank (16) is heated by the condenser (6), and the heated high temperature water is provided in the upper part of the hot water tank (16). A heat pump circuit (19) for returning from (18) into the hot water tank (16);
A second hot water outlet (33) provided at a position lower than the first hot water outlet (13) and allowing the hot water in the hot water storage tank (16) to flow out of the second hot water outlet (35);
Hot water storage temperature detection means (36) capable of detecting the temperature of hot water that can be taken out from the second outlet (33);
High temperature water flowing out from the first hot water outlet (13) and hot water flowing out from the second hot water outlet (33) are mixed to adjust to a temperature higher than a preset hot water supply temperature by a predetermined temperature (34). )When,
First mixing means (27) for mixing hot water flowing out from the second mixing means (34) and low-temperature water supplied from the water supply channel (14) to adjust the hot water supply set temperature;
A hot water storage type hot water supply apparatus comprising a control means (37) for controlling these operations,
The control means (37) sets a temperature that is higher than the hot water supply set temperature (ST) by a predetermined temperature (Δt) as a switching determination temperature (KT), and is detected by the hot water storage temperature detection means (36) during hot water supply standby. When the temperature of the hot water that can be taken out from the hot water outlet (33) is equal to or higher than the switching determination temperature (KT), the second mixing means (34) is made to stand by as being in communication with the second hot water outlet (35) side, and otherwise In this case, the second mixing means (34) is put on standby as a state communicating with the first hot water outlet (12) side ,
When the hot water is discharged, the opening degree of the second mixing means (34) is controlled according to the temperature detected by the mixing temperature sensor (42) provided on the downstream side of the second mixing means (34). Hot water storage type heat pump water heater.
圧縮機(5)、凝縮器(6)、蒸発器(8)を有したヒートポンプ回路(9)と、
前記貯湯槽(16)下部に設けたヒートポンプ往き口(17)から取り出した低温水を前記凝縮器(6)によって加熱し、加熱した高温水を前記貯湯槽(16)上部に設けたヒートポンプ戻り口(18)から前記貯湯槽(16)内に戻すヒートポンプ循環回路(19)と、
前記貯湯槽(16)上部に設けた高温水取出口(21)から取り出した高温水の熱量を利用すると共に、温度低下した中温水を前記貯湯槽(16)下部に設けた中温水戻り口(22)に戻す熱利用循環回路(24)と、
前記中温水戻り口(22)よりも高く且つ前記第1出湯口(13)よりも低い位置に設けて前記貯湯槽(16)内の温水を第2出湯路(35)から流出させる第2出湯口(33)と、
前記第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度を検出することのできる貯湯温度検出手段(36)と、
前記第1出湯口(13)から流出する高温水と前記第2出湯口(33)から流出する温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度以上高い温度に調節する第2混合手段(34)と、
前記第2混合手段(34)から流出する温水と前記給水路(14)から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する第1混合手段(27)と、
これらの作動を制御する制御手段(37)とを備えた貯湯式式給湯装置であって、
前記制御手段(37)は、給湯設定温度(ST)より所定温度(Δt)だけ高い温度を切り替え判定温度(KT)とし、給湯待機時に前記貯湯温度検出手段(36)で検出される前記第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が前記切り替え判定温度(KT)以上の場合は前記第2混合手段(34)を前記第2出湯路(35)側に連通した状態として待機させ、それ以外の場合は前記第2混合手段(34)を第1出湯路(12)側に連通した状態として待機させるとともに、
出湯時は前記第2混合手段(34)の下流側に設けた混合温度センサ(42)によって検出される温度に応じて、前記第2混合手段(34)の開度を制御することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。 A first hot water outlet (13) which has a water supply port (15) into which low-temperature water supplied from the water supply channel (14) flows in at the lower end and discharges hot water stored in the hot water from the first hot water path (12). A hot water tank (16) at the upper end,
A heat pump circuit (9) having a compressor (5), a condenser (6), an evaporator (8);
The low temperature water taken out from the heat pump outlet (17) provided in the lower part of the hot water tank (16) is heated by the condenser (6), and the heated high temperature water is provided in the upper part of the hot water tank (16). A heat pump circuit (19) for returning from (18) into the hot water tank (16);
While using the amount of heat of the high-temperature water taken out from the high-temperature water outlet (21) provided at the upper part of the hot water storage tank (16), the medium-temperature water return port provided at the lower part of the hot water storage tank (16) is used for the medium-temperature water return port ( 22) a heat utilization circulation circuit (24) to be returned to
A second outlet which is provided at a position higher than the intermediate hot water return port (22) and lower than the first hot water outlet (13) and causes the hot water in the hot water storage tank (16) to flow out from the second hot water outlet (35). With a gate (33),
Hot water storage temperature detection means (36) capable of detecting the temperature of hot water that can be taken out from the second outlet (33);
High temperature water flowing out from the first hot water outlet (13) and hot water flowing out from the second hot water outlet (33) are mixed to adjust to a temperature higher than a preset hot water supply temperature by a predetermined temperature (34). )When,
First mixing means (27) for mixing hot water flowing out from the second mixing means (34) and low-temperature water supplied from the water supply channel (14) to adjust the hot water supply set temperature;
A hot water storage type hot water supply apparatus comprising a control means (37) for controlling these operations,
The control means (37) sets a temperature that is higher than the hot water supply set temperature (ST) by a predetermined temperature (Δt) as a switching determination temperature (KT), and is detected by the hot water storage temperature detection means (36) during hot water supply standby. When the temperature of the hot water that can be taken out from the hot water outlet (33) is equal to or higher than the switching determination temperature (KT), the second mixing means (34) is made to stand by in a state of communicating with the second hot water outlet (35) side, and otherwise In this case, the second mixing means (34) is kept in a standby state as being in communication with the first hot water outlet (12) side ,
When the hot water is discharged, the opening degree of the second mixing means (34) is controlled according to the temperature detected by the mixing temperature sensor (42) provided on the downstream side of the second mixing means (34). Hot water storage type heat pump water heater.
圧縮機(5)、凝縮器(6)、蒸発器(8)を有したヒートポンプ回路(9)と、
前記貯湯槽(16)下部に設けたヒートポンプ往き口(17)から取り出した低温水を前記凝縮器(6)によって加熱し、加熱した高温水を前記貯湯槽(16)上部に設けたヒートポンプ戻り口(18)から前記貯湯槽(16)内に戻すヒートポンプ循環回路(19)と、
前記貯湯槽(16)内部に熱交換手段(43)を配置して前記貯湯槽(16)内部の温水にて前記熱交換手段(43)内部を流通する流体を加熱してその流体の得た熱量を外部で利用する熱利用循環回路(24)と、
前記第1出湯口(13)よりも低い位置に設けて前記貯湯槽(16)内の温水を第2出湯路(35)から流出させる第2出湯口(33)と、
前記第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度を検出することのできる貯湯温度検出手段(36)と、
前記第1出湯口(13)から流出する高温水と前記第2出湯口(33)から流出する温水とを混合して給湯設定温度よりも所定温度以上高い温度に調節する第2混合手段(34)と、
前記第2混合手段(34)から流出する温水と前記給水路(14)から供給される低温水とを混合して給湯設定温度に調節する第1混合手段(27)と、
これらの作動を制御する制御手段(37)とを備えた貯湯式式給湯装置であって、
前記制御手段(37)は、給湯設定温度(ST)より所定温度(Δt)だけ高い温度を切り替え判定温度(KT)とし、給湯待機時に前記貯湯温度検出手段(36)で検出される前記第2出湯口(33)から取り出せる温水の温度が前記切り替え判定温度(KT)以上の場合は前記第2混合手段(34)を前記第2出湯路(35)側に連通した状態として待機させ、それ以外の場合は前記第2混合手段(34)を第1出湯路(12)側に連通した状態として待機させるとともに、
出湯時は前記第2混合手段(34)の下流側に設けた混合温度センサ(42)によって検出される温度に応じて、前記第2混合手段(34)の開度を制御することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。 A first hot water outlet (13) which has a water supply port (15) into which low-temperature water supplied from the water supply channel (14) flows in at the lower end and discharges hot water stored in the hot water from the first hot water path (12). A hot water tank (16) at the upper end,
A heat pump circuit (9) having a compressor (5), a condenser (6), an evaporator (8);
The low temperature water taken out from the heat pump outlet (17) provided in the lower part of the hot water tank (16) is heated by the condenser (6), and the heated high temperature water is provided in the upper part of the hot water tank (16). A heat pump circuit (19) for returning from (18) into the hot water tank (16);
The heat exchange means (43) is disposed inside the hot water tank (16), and the fluid flowing through the heat exchange means (43) is heated with hot water inside the hot water tank (16) to obtain the fluid. A heat-use circulation circuit (24) that uses heat outside,
A second hot water outlet (33) provided at a position lower than the first hot water outlet (13) and allowing the hot water in the hot water storage tank (16) to flow out of the second hot water outlet (35);
Hot water storage temperature detection means (36) capable of detecting the temperature of hot water that can be taken out from the second outlet (33);
High temperature water flowing out from the first hot water outlet (13) and hot water flowing out from the second hot water outlet (33) are mixed to adjust to a temperature higher than a preset hot water supply temperature by a predetermined temperature (34). )When,
First mixing means (27) for mixing hot water flowing out from the second mixing means (34) and low-temperature water supplied from the water supply channel (14) to adjust the hot water supply set temperature;
A hot water storage type hot water supply apparatus comprising a control means (37) for controlling these operations,
The control means (37) sets a temperature that is higher than the hot water supply set temperature (ST) by a predetermined temperature (Δt) as a switching determination temperature (KT), and is detected by the hot water storage temperature detection means (36) during hot water supply standby. When the temperature of the hot water that can be taken out from the hot water outlet (33) is equal to or higher than the switching determination temperature (KT), the second mixing means (34) is made to stand by as being in communication with the second hot water outlet (35) side, and otherwise In this case, the second mixing means (34) is put on standby as a state communicating with the first hot water outlet (12) side ,
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