JP4262657B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明はヒートポンプ回路を利用した給湯機に関する。 The present invention relates to a water heater using a heat pump circuit.
従来の給湯機には貯湯槽を持たずにガス等を燃焼させて、その強力な燃焼熱で瞬間的に水を沸き上げて湯を供給する燃焼式給湯機や、大容量の貯湯槽を持ち夜間割引の安い深夜電力を利用して、夜の間に電気ヒータで加熱した大量の湯を貯湯槽に貯蔵し、日中に貯湯槽に貯蔵した湯を使う電気温水器等があった。 Conventional water heaters do not have hot water storage tanks, but have a combustion water heater that burns gas, etc., instantaneously boiles water with its powerful combustion heat, and supplies hot water, and a large capacity hot water storage tank. There were electric water heaters that used a cheap nighttime power at night to store a large amount of hot water heated by an electric heater during the night in a hot water tank and use the hot water stored in the hot water tank during the day.
しかし、最近では電気温水器に比較してエネルギー効率が300〜500%も良いと云われるヒートポンプ給湯機が普及し始めてきた。ヒートポンプ給湯機は熱源に冷媒の状態変化を利用しているので、電気ヒータ加熱の数倍エネルギー効率が良く、またガス等を燃焼しないのでCO2を排出せず環境にやさしい給湯機と云われている。しかし、ガス等を燃焼したときのように強力な熱量がないため、電気温水器と同様に大容量の貯湯槽を設け、夜間の安価な電力を使って夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯槽に貯蔵し、日中は貯蔵した湯を使うと云う方法が一般的であった。したがって、従来のヒートポンプ給湯機ではヒートポンプ回路と、ヒートポンプ回路で沸かした湯を大量に貯蔵しておく貯湯槽をそれぞれ別個の装置として設け、配管等で接続して給湯機として機能させていた。 However, recently, heat pump water heaters that are said to have an energy efficiency of 300 to 500% better than electric water heaters have begun to spread. The heat pump water heater uses the state change of the refrigerant as a heat source, so it is said to be environmentally friendly water heater that is several times more energy efficient than electric heater heating and that does not burn gas etc. and therefore does not emit CO2. . However, since there is no strong amount of heat as when gas is burned, a large-capacity hot water tank is provided like an electric water heater, and hot water is boiled in the heat pump circuit at night using cheap electricity. It was common to store in a hot water tank and use the stored hot water during the day. Therefore, in a conventional heat pump water heater, a heat pump circuit and a hot water tank for storing a large amount of hot water boiled in the heat pump circuit are provided as separate devices, and connected by piping or the like to function as a water heater.
この例として特開平9−126547号公報に記載されたヒートポンプ給湯機が知られている。圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器から構成されたヒートポンプ回路と、大容量の貯湯槽を備え、貯湯槽の下部から循環ポンプを介してヒートポンプ回路の凝縮器となる水熱交換器に水配管を接続し、水熱交換器の出口と貯湯槽の上部に温水配管を接続して沸上げ回路を設けている。 As an example of this, a heat pump water heater described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-126547 is known. A heat pump circuit composed of a compressor, a condenser, a decompression device, and an evaporator, and a large-capacity hot water storage tank, and water from a lower part of the hot water tank to a water heat exchanger that becomes a condenser of the heat pump circuit via a circulation pump Piping is connected, and a boiling water circuit is provided by connecting hot water piping to the outlet of the water heat exchanger and the upper part of the hot water tank.
そして、夜間の安価な電力を利用してエネルギー効率の良いヒートポンプ回路を運転し、貯湯槽内の水を循環ポンプで循環させながら水熱交換器で所定の湯温になるまで徐々に温め、所定の湯温に達したことを温度検知器で検知してヒートポンプ回路の運転を停止している。 Then, an energy efficient heat pump circuit is operated using cheap electric power at night, and the water in the hot water tank is gradually warmed up to a predetermined hot water temperature with a hydrothermal exchanger while circulating the water in the circulation pump. The temperature of the hot water is detected by a temperature detector and the operation of the heat pump circuit is stopped.
日中、使用端末で湯を使用する際には貯湯槽上部から取り出した湯と水道水とをミキシングバルブで混合することで適当な温度にして供給する。 During the day, when hot water is used at the terminal used, hot water taken out from the upper part of the hot water tank and tap water are mixed at a suitable temperature by mixing with a mixing valve.
なお、貯湯槽の湯温が低下したときは、出湯経路については詳細記載されていないが、貯湯槽の湯を水熱交換器及びヒータで再加熱して使用端末に供給することが記載されている。 In addition, when the hot water temperature of the hot water tank decreases, there is no detailed description about the hot water supply route, but it is described that the hot water in the hot water tank is reheated with a water heat exchanger and a heater and supplied to the terminal for use. Yes.
しかしながら、貯湯槽に貯蔵した湯で浴槽に湯を満たすことを考えると貯湯槽の容量は浴槽と同様200L近くになり、さらにその他の湯の使用に対してある程度余裕を見ると500L必要となるケースもある。貯湯槽の容量一杯に湯をためた場合、その質量は200kg乃至500kgを超えることになる。したがってヒートポンプ給湯機は地盤を堅固なものとするために基礎工事を行い、しかも十分な広さの設置スペースでなければ設置することができなかった。 However, considering that the hot water stored in the hot water tank is filled with hot water in the bathtub, the capacity of the hot water tank is close to 200L as in the bathtub, and 500L is necessary if there is some margin for the use of other hot water. There is also. When hot water is stored to the full capacity of the hot water storage tank, its mass exceeds 200 kg to 500 kg. Therefore, heat pump water heaters could not be installed unless the foundation work was done to make the ground solid, and the installation space was large enough.
さらに、大量の湯を沸き上げるためには大量のエネルギーが必要になり、また、高温の湯として貯蔵することは外気温度との差が大きくなり、放熱による熱損失が大きくなるため更に余分なエネルギーを使用することになっていた。 Furthermore, in order to boil a large amount of hot water, a large amount of energy is required, and storing it as high-temperature hot water increases the difference from the outside air temperature and increases heat loss due to heat dissipation. Was supposed to use.
このため、アパートやマンションのベランダのような狭い場所や強度の不十分な場所には据え付けることができなかった。 For this reason, it could not be installed in a narrow place such as a veranda of an apartment or a condominium or a place with insufficient strength.
また、従来のヒートポンプ給湯機は夜間の安い電気料金を利用して、夜中にヒートポンプ回路を運転して高温の湯にして貯湯槽に貯え、日中はヒートポンプ回路を運転しないで貯湯槽に貯まっている湯を使用するという使い方を基本的に行っているため、時には貯湯槽の湯を使いきってしまい、直ぐに沸き上げることができず湯切れを起こすことがあった。上記特開平9−126547号公報に記載のヒートポンプ給湯機においても、電気温水器と同様夜間電力を利用して貯湯し、湯が不足したときに追炊き運転を行うもので、この追炊き運転は補助的なものである。 Also, conventional heat pump water heaters use cheap electricity charges at night, operate the heat pump circuit at night to store hot water in the hot water tank, and store it in the hot water tank without operating the heat pump circuit during the day. Since the basic usage is to use hot water, the hot water in the hot water tank is sometimes used up, and the water cannot be immediately heated up, resulting in running out of hot water. In the heat pump water heater described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-126547, hot water is stored using electric power at night as in an electric water heater, and additional cooking operation is performed when hot water is insufficient. It is auxiliary.
また、外気温度より温度の高い大量の湯を貯蔵するため貯湯槽の表面から熱が放射されてエネルギーの無駄使いになり、それによって温度が下がる分、夜の間に余裕を持って温めておく必要があった。 Also, in order to store a large amount of hot water at a temperature higher than the outside air temperature, heat is radiated from the surface of the hot water tank, resulting in wasted energy, and warming it up in the evening as the temperature drops. There was a need.
本発明の目的は、設置に必要なスペースや質量が小さいエネルギー効率の良いヒートポンプ給湯機を提供するものである。 An object of the present invention is to provide an energy efficient heat pump water heater with a small space and mass required for installation.
上記目的は、圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒と給水管から導入した水とを熱交換する第1熱交換器と、この第1熱交換器からの冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置と前記圧縮機の間に設けられた第2熱交換器とを有するヒートポンプ回路と、
前記ヒートポンプ回路の立ち上がり後、前記給水管から導入された水を、前記第1熱交換器によって昇温して、使用端末に給湯することができる瞬間直接給湯回路と、
前記瞬間直接給湯回路が立ち上がる間、前記使用端末への給湯を補助する給湯タンクと、
前記給水管から前記第1熱交換器を介して加熱された湯水と前記給湯タンクに貯められた湯を混合する混合手段とを備え、
前記冷媒を二酸化炭素とし、前記給湯タンクの貯湯容量を前記冷媒をCFC系フロン冷媒における貯湯容量よりも少なく100リットル以下とすることで前記ヒートポンプ回路と前記給湯タンクとを箱体内に収納可能とし、前記給湯タンクは前記箱体内において前記ヒートポンプ回路の横に設置されることにより達成される。
The object is to provide a first heat exchanger for exchanging heat between the compressor, the refrigerant discharged from the compressor and the water introduced from the water supply pipe, and a decompression device for decompressing the refrigerant from the first heat exchanger. A heat pump circuit having a second heat exchanger provided between the decompressor and the compressor;
After the rise of the heat pump circuit, the water introduced from the water supply pipe is heated by the first heat exchanger, and the instantaneous direct hot water supply circuit that can supply hot water to the use terminal;
While the instantaneous direct hot water supply circuit starts up, a hot water supply tank that assists hot water supply to the use terminal ,
Mixing means for mixing hot water heated from the water supply pipe through the first heat exchanger and hot water stored in the hot water tank,
The refrigerant is carbon dioxide, and the hot water storage capacity of the hot water tank is less than the hot water storage capacity of the CFC-based chlorofluorocarbon refrigerant to 100 liters or less, so that the heat pump circuit and the hot water tank can be stored in a box. The hot water tank is achieved by being installed beside the heat pump circuit in the box.
また、前記給湯タンクの貯湯容量を60リットルより少なくしたヒートポンプ給湯機とすることにより達成される。
Also achieved by a pre-Symbol heat pump water heater with a hot water storage capacity of the water heater tank less than 60 liters.
本発明によれば、設置に必要なスペースや質量が小さいエネルギー効率の良いヒートポンプ給湯機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an energy efficient heat pump water heater with a small space and mass required for installation.
以下、本発明の実施例を図によって説明する。図1は本発明のヒートポンプ給湯機の1実施例である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the heat pump water heater of the present invention.
まず、冷凍サイクルから説明する。それぞれの機器は冷媒配管で接続されていて、その中に冷媒を封入して密封し、ヒートポンプ回路10を構成しており、給湯に必要な大能力を実現させるため、さらにもう1つのヒートポンプ回路10aを追加した2つのヒートポンプ回路からなる。なお、本実施例においては、2つのヒートポンプ回路により給湯器を構成したが、圧縮機や熱交換器の性能、給湯能力によって1つの回路でも3つ以上の回路を用いても良い。
First, the refrigeration cycle will be described. Each device is connected with a refrigerant pipe, and the refrigerant is sealed in the refrigerant pipe to form a
圧縮機1及び圧縮機1aにより圧縮された冷媒(二酸化炭素)は、熱交換器2に流入される。熱交換器2は、冷媒を凝縮させる凝縮器3、3aと湯水を沸き上げる水熱交換器11さらに浴槽水熱交換器44が一体に組込まれている。熱交換器2から流れ出た冷媒は減圧装置5、減圧装置5aの作用によって減圧され低温低圧の冷媒となる。そして、蒸発器6、蒸発器6aにおいて、送風機9及び送風機9aによって送風される外気から熱を吸収して、アキュムレーター7、アキュムレーター7aを介して再び圧縮機1及び圧縮機1aに吸入される。
The refrigerant (carbon dioxide) compressed by the
8及び8aはバイパス弁で、これを開くことによって圧縮機1及び圧縮機1aから吐出される高温高圧の冷媒を蒸発器6及び6aに通流させることで、蒸発器6及び6aに付着した霜を融解させる(除霜制御)。この除霜制御のタイミングは、2つの冷媒回路同時であっても良いし、ずらしても良い。ずらした場合は、能力が多少低下するが間断無く給湯ができるという効果がある。
8 and 8a are bypass valves. By opening the bypass valve, high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 1a is passed through the
次に、水道管16から水を取り入れ、熱交換器2を介して直接利用側に給湯し、または後述するように内部で水を循環させることで所定の温度に沸かし上げる水循環回路22の給湯回路について説明する。
Next, a hot water supply circuit of the
この水循環回路22には、熱交換器2、減圧逆止弁17、流量センサー21、逆止弁48、49、給湯タンク13、循環ポンプ15、給湯タンク13からの湯と水熱交換器11からの出湯を混合するミキシングバルブ61、ミキシングバルブ61からの湯と水を混合するミキシングバルブ62、湯の流量を調整する流量調整弁63を水配管で接続して構成している。
The
また、浴槽水回路は熱交換器2と、注湯電磁弁51、逆止弁50、水位センサー60、浴槽用の循環ポンプ46で構成されている。
The bathtub water circuit is composed of the
本実施例に係るヒートポンプ給湯機は、従来のように大型の貯湯槽を用いることなく小型軽量な給湯機とする。すなわち、ヒートポンプ回路10の高温の冷媒と水循環回路22の水を水熱交換器11にて熱交換することで湯を沸かす給湯機において、給水管16から導入された水を水熱交換器11によって昇温してそのまま使用端末27に給湯する瞬間式とすることで、従来の大型の貯湯タンクを不要とすることができる。また、ヒートポンプ回路10の運転開始直後の圧力条件が安定するまでは水を温めるのに充分な凝縮熱を発生させることができないので、その立ち上がりの短時間は給湯タンク13に貯蔵している湯と水熱交換器11からの水を混合して給湯することで、設定温度を保ちつつ給湯タンク13の小型化を図ることができる。そして、ヒートポンプ回路10の運転が安定し、設定温度の湯を沸かし上げる状態になったとき、給湯タンク13に貯湯されている湯の使用を止めて直接給湯するようにした。以下、詳細に説明する。
The heat pump water heater according to the present embodiment is a small and light water heater without using a large hot water tank as in the prior art. That is, in a water heater that boils hot water by exchanging heat between the high-temperature refrigerant in the
ヒートポンプ給湯機への水の供給を説明する。給水管16から供給された水は、減圧逆止弁17に流入し、この先一方は給水管19を介して給湯タンク13に、もう一方は水熱交換器11との間に接続された水配管を介して熱交換器2に分流する。また、使用端末27への給湯はミキシングバルブ61、62、流量調整弁63を通り設定温度にされ供給される。
The supply of water to the heat pump water heater will be described. Water supplied from the
本実施例に示すヒートポンプ給湯機は、基本的に給水管16から供給された水を熱交換器2によって使用者が設定した温度に上昇させ、使用端末27に給湯する瞬間湯沸し器を想定している。このため、冷凍サイクルの能力が高い場合や水熱交換器11の性能が高ければ、給湯タンク13を設ける必要がない。このため、重量や設置スペースを取っていた従来の電気温水器よりも飛躍的にコンパクトな給湯機になる可能性がある。
The heat pump water heater shown in the present embodiment basically assumes an instantaneous water heater that raises the water supplied from the
しかし、給水される水の温度が低い、冷凍サイクルが安定してなく熱交換器2が十分に温まっていないといった理由から、給湯温度が設定温度に達しない場合がある。
However, the hot water supply temperature may not reach the set temperature because the temperature of the supplied water is low, the refrigeration cycle is not stable, and the
そこで、本実施例では、必要最小限の給湯タンク13を設置し、熱交換器2から出力される水の温度が設定温度に達するまで、補助的に給湯タンク13に貯められた湯を使用して使用端末27における給湯温度を確保するものである。
Therefore, in this embodiment, the minimum necessary hot
場合によってはいつまでも熱交換器2から出力される湯の温度が上昇しない場合も考えられる。この場合、使用端末27での湯の使用が中断したときに、給湯タンク13内に所定の高い温度の湯を貯湯することで、次の湯の使用時に設定温度の湯の給湯を確保することができる。各部の動作については、以下の説明により次第に明らかになる。
In some cases, the temperature of the hot water output from the
ミキシングバルブ61は、前述したようにヒートポンプ回路運転開始直後、熱交換器2(水熱交換器11)から出てくる湯の温度が充分に上がりきらないときに、補助的に給湯タンク13の湯を混合して設定温度となった湯を使用端末27に供給するためのバルブである。なお、ミキシングバルブ61と給湯タンク13とは給湯管20によって接続されている。
As described above, the mixing valve 61 assists the hot water in the hot
また、ミキシングバルブ62は、ミキシングバルブ61から供給される湯の温度が設定温度よりも高い場合、給水管16から供給される水と混合することで湯温を低下させ設定温度にする機能を有している。
Further, the mixing valve 62 has a function of lowering the hot water temperature to the set temperature by mixing with the water supplied from the
さらに、流量調整弁63は、給湯量が予定の総量を超えないように流量を規制する機能を有する弁である。 Furthermore, the flow rate adjusting valve 63 is a valve having a function of regulating the flow rate so that the amount of hot water supply does not exceed the planned total amount.
また各部には、給水温度センサー52、水熱交換器出口水温センサー53、混合された給湯タンクの湯と水熱交換器出口水の温度を測る水温センサー54、最終的な出湯水温を測定する出湯温度センサー55、給湯タンク13の残湯量を測定するためのタンク温度センサー56(a、b、c)が、また冷凍サイクル側には、蒸発器6、6aの中間温度を測定する蒸発器温度センサー58、58aが、圧縮機1の吸込み温度を感知する吸込み温度センサー59、59aが配置されている。
In addition, each part includes a water temperature sensor 52, a water heat exchanger outlet
そしてヒートポンプ回路10、10a、給湯タンク13を含めた水循環回路22およびその他の機器が後述する箱体23の中に収納されている。
The
使用端末27として、キッチン等の蛇口24、浴室のシャワー25、また注湯電磁弁51と逆止弁50で区切られた浴槽26等が設けられている。この逆止弁50は、給水管16から供給された湯水に浴槽26の湯水が衛生上混ざらないようにするための弁である。なお、本実施例では特に明記していないが必要に応じて水用の端末がそれぞれの端末に付設されることになる。
As the use terminal 27, a
本実施例に係るヒートポンプ給湯機はこのような構成を備え、以下説明するような動作を行う。ヒートポンプ給湯機は電気温水器に比較してエネルギー効率が300〜500%良いと云われている。このヒートポンプ回路10を利用して、瞬間湯沸器のように直接、使用端末に湯を供給しようとするものである。しかし、前にも説明したようにヒートポンプ回路10は運転開始直後からヒートポンプ回路が安定するまでの間は、水熱交換器11で水を温めるのに必要な凝縮熱を充分に供給することができず、使用端末27に温かな湯を直接供給することができない。本実施例のヒートポンプ給湯機ではその立ち上がりの数分間を、小容量の給湯タンク13内に貯蔵している高温の湯を補助的に供給して使用するものである。
The heat pump water heater according to the present embodiment has such a configuration and performs an operation as described below. A heat pump water heater is said to be 300-500% better in energy efficiency than an electric water heater. The
まず、給湯タンク13の容量について説明する。極端な場合は除くとして、一般家庭でのシャワーの水量は11.8リットル/分であり、台所が8.5リットル/分であり、洗面所が7.5リットル/分であり、連続使用時間が、シャワーが9.7分、台所が13.4分である。同時に使う場合を考慮しないとすると、必要な連続した湯の供給量は約114リットルである。給湯温度を40℃とし、給湯タンク13に貯湯されている湯温をサルモレナ菌等が死滅する温度といわれている60℃とし、熱交換器2から供給される水の温度を最悪の状態を考えて8℃と仮定する。この条件で、給湯タンク13に貯湯しなければならない湯量を計算すると、約70リットルである。しかし、熱交換器2から供給される水の温度が常に8℃は考えることができないので、これよりも10℃高いおよそ18℃になっていれば給湯タンク13の容量は60リットルで済む。
First, the capacity of the hot
また、現在市販されているパッケージエアコンの室外機の大きさを家庭用給湯機として許容される大きさとすると、高さ1.4m、幅0.9m、奥行き0.3m位であり、給湯タンク13の形状を円筒形状とし、給湯タンク13を室外機の箱体内に収納するとした場合、許容し得る最大の大きさは、給湯タンク13の直径が0.3mであり、高さが1.4mである。この容量は0.1立方メートル(100リットル)である。
Further, if the size of the outdoor unit of the packaged air conditioner currently on the market is an allowable size for a domestic water heater, the height is about 1.4 m, the width is 0.9 m, and the depth is about 0.3 m. When the
以上を纏めると、給湯タンク13の貯湯容量として60リットルから100リットルの範囲が望ましい。この範囲に給湯タンク13の貯湯容量を収めると、上記したように湯の使用に支障を来たさない範囲で、パッケージエアコンやルームエアコンのように室外機を一つの箱の中に収納することができる。すなわち、給湯タンク13を、主な構成要素である圧縮機1、室外熱交換器6、水熱交換器11及び減圧装置5と共に一つの筐体内に収納することができる。
In summary, the hot water storage capacity of the hot
ところで、CFC系フロン冷媒を用いた冷凍サイクルでは、60℃がほぼ最高に沸き上げた場合の温度となるが、冷媒として二酸化炭素(CO2)を用いるとさらに湯温を上昇させることができ、これを上昇させた分だけ、給湯タンク13の貯湯容量を少なくしても良い。
By the way, in a refrigeration cycle using a CFC-based chlorofluorocarbon refrigerant, 60 ° C. is the temperature at which the boiling is almost maximized, but if carbon dioxide (CO 2) is used as the refrigerant, the hot water temperature can be further increased. The hot water storage capacity of the hot
さて、風呂26以外の使用端末が利用された場合、流量センサー21が端末の使用を感知し、圧縮機1を起動してヒートポンプ回路10の運転を開始する。運転初期の段階では、ヒートポンプ回路10は、まだ立ち上がり状態であるため、給湯タンク10を利用した給湯運転となる。給水管16から導水された水は、減圧弁17、給水管19を介して給湯タンク13の下部に至る。給湯タンク13では、その下部から水が供給され、その水圧により給湯タンク13の上部に貯まっていた高温の湯は給湯管20に押し出される。
When a terminal other than the bath 26 is used, the
一方、給水管16からの水は冷凍サイクル10により水を加熱するため水熱交換器11に流れる水回路に分かれる。給湯タンク13からの湯と水熱交換器11からの出湯を混合するミキシングバルブ61で設定された温度になるように温度センサー54で温度を感知し、貯湯タンク13からの湯と、冷凍サイクル10より加熱された水熱交換器11からの水の量で調整する。この運転初期の場合、水熱交換器11を通過してくる水は十分に温められていないため給湯タンク13からの湯の量が多く、水熱交換器11を流れる水の量は少なくなる(混合運転モード)。ここで運転初期段階において、水熱交換器11を流れる水の量を少なくした場合、少量の水のため温度を急激に上昇させる事ができる。
On the other hand, the water from the
なお、この混合運転モードにて、使用端末27の湯の温度が高すぎる(設定値以上となる場合)、ミキシングバルブ62が開かれ給水管16からの水が混合され湯温が調節される。
In this mixing operation mode, when the temperature of the hot water of the use terminal 27 is too high (when it is equal to or higher than the set value), the mixing valve 62 is opened and the water from the
運転が継続するとヒートポンプ回路10は徐々に安定し始め、水熱交換器11から出湯される湯の温度も高温となり、給湯タンク13からの湯と水熱交換器11からの出湯を混合するミキシングバルブ61は、徐々に給湯タンク13からの出湯を絞り込んでゆき、水冷媒熱交換器11からの出湯温度が設定温度となった場合に、給湯タンク13からの出湯を全閉しヒートポンプ回路10より加熱された水熱交換器11を通過した湯のみで端末に湯を供給できるようになる(瞬間湯沸しモード)。
As the operation continues, the
この時設定された温度で端末に湯を供給するために、温度センサー55で温度を感知し、水熱交換器11から出湯しミキシングバルブ61を通過した湯と、バイパスされた水を混合するミキシングバルブ62で、設定された湯を端末に供給する。特に夏場など給水管16から供給される水の温度が高い場合、水熱交換器11から出力される湯の温度が設定温度より高くなる。このとき設定温度になるようにミキシングバルブ62を調節することで適宜水を混合して端末に湯を供給する(水混合モード)。
In order to supply hot water to the terminal at the set temperature at this time, the temperature sensor 55 senses the temperature, mixes the hot water discharged from the
なお、冷凍サイクル10を圧縮機1の回転数を制御できるインバータ制御とすれば、水熱交換器11の出湯温度を温度センサー53で感知し、圧縮機1の回転数を制御し設定された水温になるようにすることができる。
If the
さらに、冷凍サイクル10自身は、蒸発器6の中間に配置された温度センサー58と圧縮機吸込み温度センサーの差が一定になるように膨張弁5が調整される。
Further, in the
そして使用端末が閉められた場合、流量センサー21がそれを感知し、給湯タンク13の湯温が設定値以下である場合、給湯タンク13の追炊き運転に移行する。
When the use terminal is closed, the
給湯タンクの追炊き運転は、冷凍サイクル10を運転させたまま、水熱交換器出口温度が高温(貯湯温度)になるのを待ち、ポンプ15を運転させる。これにより給湯タンク13の下部にたまった水は、水熱交換器11に至り高温の湯となり、逆止弁49を介して給湯タンク13の上部に戻される。この逆止弁49は上記通常給湯時でタンクよりの出湯がミキシングバルブ61で全閉となった時の給湯タンク13からの出湯を防ぐ役割を果たす。
In the hot water supply tank additional cooking operation, while the
また、この時の水熱交換器出口温度は圧縮機1の回転数、循環ポンプ15の流量を変化させることにより行い、タンク温度センサー56により給湯タンク沸上げ完了を感知し、給湯タンク13の追炊きを終了し、待機状態となる。
Further, the outlet temperature of the water heat exchanger at this time is changed by changing the number of revolutions of the
なお、給湯タンク13から端末への出湯は、給水管16からの水の供給により行われるため、満タン状態が保たれ、給湯タンク13内の湯量が減少することは原則的にない。据付完了時や長期間使用しないときに給湯タンク13内の湯を抜いた後の使用開始時は給湯タンク13内に湯がないので給水(給湯)する必要がある。この場合、使用端末27のシャワー25や蛇口24を開放すると、給水管16からの水は、水熱交換器11を介して使用端末11に流れる。このとき、出湯温度センサー55の検出値は低温を検出するため、ミキシングバルブ62は、湯側のみとなる(給水管16からの水は混合されない)。また、出湯温度センサー54の検出値も低温となるため、ミキシングバルブ61は水熱交換器11からの湯と給湯タンク20からの水とが混合されるように開く。しかし、給湯タンク13内には未だ水が張られていないので水がミキシングバルブ61を介して給湯タンク13から出力されない。そして、ミキシングバルブ61が給湯タンク13側も開いたことにより、空気が抜けるようになったため、給水管16からの水は水熱交換器11に流れると共に給湯タンク13にも流れ込む。そして、満タンになったときに使用側端末27の栓を止めると先に説明した給湯タンク13の追炊きが開始される。
In addition, since the hot water supply from the hot
ところで、冷凍サイクル10の圧縮機1をインバータ化したとしても冷凍サイクルには、最低能力と最高能力が存在してしまう。給湯に必要とされる能力は、給水温度センサー52、流量センサー21、設定出湯温度で推測することができる。
By the way, even if the
もし、必要給湯能力が冷凍サイクルの最低能力以下の場合、冷凍サイクル10は運転することなく、通常給湯時と同様の回路(水熱交換器11からの湯(水)と給湯タンク13からの湯とを混合する運転回路)を使用し給湯タンク13のみで設定温度で出湯させる。タンク内の残湯量(湯温が低くなった)が少なくなった場合にタンク追炊き運転を行いタンクに湯を補給する運転とする。
If the required hot water supply capacity is less than or equal to the minimum capacity of the refrigeration cycle, the
ガス給湯機のような瞬間湯沸し機は、補助タンクを持ち合わせていないため、最低能力以下では給湯することができない(使用側端末の混合栓で温度調整する)が、本実施例では、給湯タンク13を持っているためこのような場合でも端末に設定温度で給湯することができる。
Instantaneous water heaters such as gas water heaters do not have auxiliary tanks, and therefore cannot supply hot water below the minimum capacity (the temperature is adjusted with a mixing plug on the use side terminal), but in this embodiment,
また、給湯能力が、冷凍サイクル10の最大能力を超えてしまった場合は、流量調整弁63を絞り流量を調整することで設定出湯温度にして出湯させる構造とする。
When the hot water supply capacity exceeds the maximum capacity of the
通常ヒートポンプ式の給湯機は深夜電力を利用し、300リットル以上の大型タンクに70℃〜90℃に水を沸上げ貯湯することになり、高温で沸き上げなくてはいけないため熱効率は低下するが、本発明によれば、端末で必要とする湯の温度(例えば一般に使用される42℃)で湯を沸き上げるため、他のヒートポンプ式給湯機と比較し熱効率は非常に良くなる。 Usually, heat pump type hot water heaters use midnight electric power and boil and store hot water in a large tank of 300 liters or more at 70 ° C to 90 ° C. According to the present invention, since the hot water is boiled at the temperature of hot water required at the terminal (for example, 42 ° C., which is generally used), the thermal efficiency is very good compared to other heat pump type hot water heaters.
浴槽26に給湯、お湯張りをする場合、上記同様の給湯運転をし、注湯電磁弁51を開くことにより、浴槽26に湯を張る。また浴槽26への注湯が途切れた場合浴槽26の湯が逆流してしまうことが考えられるので、衛生面を考慮して、逆止弁50によりこれを防いでいる。
When hot water or hot water is filled in the bathtub 26, the hot water supply operation is performed in the same manner as described above, and hot water is filled in the bathtub 26 by opening the hot
また、浴槽27への注湯、お湯張りは180リットル以上ものお湯を張るため、上記の給湯運転の場合と変え、運転初期では、給湯タンク13の湯を使用せずに、ヒートポンプ回路10を運転し、直接水熱交換器11の水を注湯する運転としても良い。これは浴槽26に湯を張るためには180リットル以上の湯が必要であり、冷凍サイクル10の立ち上がり時間は、全体に対してわずかであるためである。浴槽26の水位は水位センサー60で監視しているため、設定水位となった場合に浴槽への注湯、お湯張り運転を中止する。
Moreover, since the hot water filling of the bathtub 27 is over 180 liters of hot water, the
次に風呂の追炊きについて説明する。従来の風呂釜と同様に既に浴槽26に、水が張ってあり、これを沸かそうとした場合、大きなタンクに貯湯してある電気温水器等では浴槽に張ってある水を沸かすことができなかった。 Next, additional cooking of the bath will be described. Like the conventional bath, water is already in the bathtub 26, and if you try to boil it, you cannot boil the water in the bathtub with an electric water heater or the like stored in a large tank. It was.
しかし、本実施例では、冷媒を凝縮させる凝縮器3と湯水を沸き上げる水熱交換器11さらに浴槽水熱交換器44が一体に組込まれている熱交換器2としているため、ヒートポンプ回路10を運転し、循環ポンプ46を運転させ浴槽26に張られた水を循環させることにより、浴槽内の水を沸上げることができる。即ち、浴槽26に張られた水は、循環ポンプ46によって浴槽水熱交換器に送られ昇温され、再び浴槽26に戻される。そして、浴槽水熱交換器44の上流側に設けられ、浴槽内の水温を検出する風呂温度センサー57の検出値が、設定温度になったとき、ヒートポンプ回路(主に圧縮機1)及び循環ポンプ46の運転を止める機能を有している。すなわち、自動的に浴槽内の湯温を設定値に保つ自動機能を持たせている。
However, in the present embodiment, the
上記の様に、浴槽26に対して注湯、お湯張り、またお湯沸しができることから、浴槽26の湯が少なくなった場合のお湯足し、お湯がぬるくなった場合の追焚き等多彩な風呂自動機能を有する。 As described above, the bath 26 can be poured, filled with hot water, and can be reheated. Therefore, various bath automatics such as adding hot water when the hot water in the bathtub 26 is low and reheating when the hot water becomes cold are available. It has a function.
また運転初期の過渡時期の時間と水の温度の関係を実験した特性曲線を図2に示す。 Further, FIG. 2 shows a characteristic curve obtained by experimenting the relationship between the time of the transition period in the initial operation and the temperature of the water.
一般家庭における使用端末27で使用する湯の温度や湯の量は約40〜42℃で6〜8リットル/分と云われている。これを元に冬季の外気条件を加味して実験では、供給する水の温度を8℃にしている。 It is said that the temperature of hot water and the amount of hot water used at the use terminal 27 in a general household are about 6 to 8 liters / minute at about 40 to 42 ° C. Based on this, the temperature of the supplied water is set to 8 ° C. in the experiment in consideration of the outdoor air condition in winter.
グラフは、ヒートポンプ回路10を運転すると同時に水熱交換器11に水を供給した時、水熱交換器11出口の水温の変化を表わしたものである。水熱交換器11の入口に8℃の水を供給して、水熱交換器11の出口の湯温が42℃になるまで約7分間を要することが分かる。
The graph represents a change in the water temperature at the outlet of the
キッチンの蛇口24やシャワー25で湯温が上がるまでの7分間を、待ち続けることは我慢できない。
I can't stand waiting for 7 minutes for the hot water to rise in the
本実施例ではこの実験を元に、約30リットルの小容量の給湯タンク13(現実的には、余裕をもって90リットル)を設け、約60℃の湯を貯蔵している。
In this embodiment, based on this experiment, a hot
使用端末では60℃の湯に、初期値として8℃の水熱交換器11からの水道水を加えて42℃に薄めて使用することになるので、例え水熱交換器11からの水温が、8℃のまま変化しなくても60℃の湯が30リットルあれば約5分間を補償することができる。また、この程度の大きさの給湯タンクならばヒートポンプ回路箱体の中に一体に収納できるので、従来のヒートポンプ給湯機のように広い設置スペースを必要とすることもなく、また質量も小さいので強固な地盤をも必要としないので、アパートやマンションのベランダ等にも設置が可能になる。
At the terminal used, tap water from the 8 ° C.
次に給湯タンク13の組込み位置について説明する。給湯タンク13の組込み位置は図3のようにヒートポンプ回路10の下部に設ける構造、図4のようにヒートポンプ回路10の上部に設ける構造、あるいは図5のようにヒートポンプ回路10の横に設ける構造等が考えられる。
Next, the installation position of the
図3のようにヒートポンプ回路10の下部に設けた場合には湯の入った給湯タンク13が箱体の下部にあるためヒートポンプ給湯機の安定性が良くなり、また、製造工程においても給湯タンク13の上に順々に組み立てることができるので作業性が良く、サービスにおいても箱体23を外すだけで内部の機器を簡単に点検できるのでサービス性が向上する。なお、30は制御回路であって、圧縮機1、減圧装置5、各種ミキシングバルブ、ファン9等を各種センサー等の出力に基づいて制御するものである。以下の図についても同様である。
When it is provided at the lower part of the
しかし、箱体の下部に設けた場合には、高温の湯を貯蔵した給湯タンク13が地面に近いため、給湯タンク13の表面から放熱量が多くなり余分なエネルギーを浪費することになる。これを避けるため、組立て性、サービス性を多少犠牲にして給湯タンク13を図4に示すようにヒートポンプ回路10の上部に設けることが考えられる。この場合には、ヒートポンプ回路10で発生した熱が給湯タンク13を包むようになるため、給湯タンク13からの余分な放熱を減らすことができる。
However, when it is provided at the lower part of the box, the hot
また、図5に示すように、ヒートポンプ回路10の横に設置して組立て性、サービス性を確保したまま、給湯タンク13からの無駄な放熱量を押さえることも可能である。
In addition, as shown in FIG. 5, it is possible to suppress the wasteful heat radiation from the hot
あるいは図6のように、箱体の中に一体に収納することを止め、ヒートポンプ回路10を納めた箱体の脇に給湯タンク13を設置することも考えられる。この場合、冷媒に関するヒートポンプ回路10と給湯に関する水廻り部分が別個になり、それぞれ平行して製品を生産することができので、製品の生産性が良くなり、据付けにおいてもそれぞれ別個に作業ができるので据付け工事が容易となり、サービスにおいてはサービスの作業性をより改善することができる。
Alternatively, as shown in FIG. 6, it is also conceivable to stop the housing from being integrated into the box and to install the hot
1…圧縮機、2…熱交換器、3…凝縮器、5…減圧装置、6…蒸発器(室外熱
交換器)、7…アキュムレータ、8…バイパス弁、9…送風機、10…ヒートポ
ンプ回路、11…水熱交換器、13…給湯タンク、15…循環ポンプ、16…給
水管、17…減圧弁、19…給水管、20…給湯管、21…流量計、22…水循
環回路23…外箱、24…蛇口、25…シャワー、26…浴槽、27…使用端末
、30…制御回路、53…水熱交換器出口温度センサ、56…給湯タンク温度セ
ンサー、61、62…ミキシングバルブ、63…流量調整弁。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ヒートポンプ回路の立ち上がり後、前記給水管から導入された水を、前記第1熱交換器によって昇温して、使用端末に給湯することができる瞬間直接給湯回路と、
前記瞬間直接給湯回路が立ち上がる間、前記使用端末への給湯を補助する給湯タンクと、
前記給水管から前記第1熱交換器を介して加熱された湯水と前記給湯タンクに貯められた湯を混合する混合手段とを備え、
前記冷媒を二酸化炭素とし、前記給湯タンクの貯湯容量を前記冷媒をCFC系フロン冷媒における貯湯容量よりも少なく100リットル以下とすることで前記ヒートポンプ回路と前記給湯タンクとを箱体内に収納可能とし、前記給湯タンクは前記箱体内において前記ヒートポンプ回路の横に設置されることを特徴とするヒートポンプ給湯機。 A compressor, a first heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor and water introduced from the water supply pipe, a decompression device that decompresses the refrigerant from the first heat exchanger, and the decompression device And a heat pump circuit having a second heat exchanger provided between the compressors,
After the rise of the heat pump circuit, the water introduced from the water supply pipe is heated by the first heat exchanger, and the instantaneous direct hot water supply circuit that can supply hot water to the use terminal;
While the instantaneous direct hot water supply circuit starts up, a hot water supply tank that assists hot water supply to the use terminal ,
Mixing means for mixing hot water heated from the water supply pipe via the first heat exchanger and hot water stored in the hot water tank,
The refrigerant is carbon dioxide, and the hot water storage capacity of the hot water tank is less than the hot water storage capacity of the CFC-based chlorofluorocarbon refrigerant to 100 liters or less, so that the heat pump circuit and the hot water tank can be stored in a box. The heat pump water heater is characterized in that the hot water tank is installed beside the heat pump circuit in the box.
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