JP4410957B2

JP4410957B2 - Hybrid water heater and method

Info

Publication number: JP4410957B2
Application number: JP2001087755A
Authority: JP
Inventors: 朝久小川; 信雄田中
Original assignee: 株式会社ラブアース・テクノロジー
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP2002286286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプとガス給湯器を利用したハイブリッド型給湯装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、家庭用の給湯装置としてはガス給湯器や電気温水器がある。ガス給湯器は、ガスを燃焼させて給水を加熱しつつ浴槽等に給湯する一方、浴槽からのお湯を加熱して戻し保温するのに使用される。電気温水器は、貯湯タンク内の水を電気ヒータで加熱して貯湯しておき、必要に応じて貯湯タンクから浴槽等に給湯する一方、浴槽からのお湯を別の電気ヒータで加熱して戻し保温するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ガス給湯器は、給水の加熱に費やされずに放出される燃焼ガスが多いので、その成績係数ＣＯＰ（または加熱効率）は、電気温水器における電気ヒータの成績係数を１とすると０．８２である。給湯装置のエネルギー効率を１次エネルギー（電力）の使用量に対する使用熱量の比と定義すると、ガス給湯器では、電力の使用量が少ないので、成績係数が低くても、エネルギー効率は良い。これに対し、電気温水器では、電気ヒータにおける電力の使用量が多いので、電気ヒータの成績係数が高くても、エネルギー効率が悪い。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、成績係数の高いヒートポンプと１次エネルギー使用量の少ないガス給湯器とを組み合わせたエネルギー効率の良いハイブリッド型給湯器および方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明にかかるハイブリッド型給湯装置は、吸水口と給湯口を有する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の水を加熱する凝縮部を有するヒートポンプと、前記貯湯タンクの給水口から分岐して給湯口に至るバイパス管路と、該バイパス管路に設けられて当該バイパス管路を通過する水を加熱する小型給湯器とを備え、前記ヒートポンプに第２の凝縮部を設けるとともに、該第２の凝縮部により保温を必要とする消費場所からのお湯を加熱する保温部をさらに設け、前記凝縮部と前記第２の凝縮部を直列に接続し、前記第２の凝縮部を前記凝縮部より上流側に配置したものである。
【０００６】
ヒートポンプの成績係数は、図４に示すように、凝縮部出口の水温が低いほど成績係数が高くなることが知られている。そこで成績係数が高くなるように、ヒートポンプの凝縮部出口の水温が低い範囲で運転して、貯湯タンク内の水を低めの温度に加熱しておき、それ以上の温度へは小型給湯器で加熱する。このようにすることで、１次エネルギーの使用量を抑えて、エネルギー効率を高くすることができる。
【０００７】
また、前記ヒートポンプに第２の凝縮部を設けるとともに、該第２の凝縮部により保温を必要とする消費場所からのお湯を加熱する保温部をさらに設けたので、この保温部でも、１次エネルギーの使用量の少ないヒートポンプを使用するので、エネルギー効率を高くすることができる。
【０００８】
さらに、前記凝縮部と前記第２の凝縮部を直列に接続し、前記第２の凝縮部を前記凝縮部より上流側に配置したので、第２の凝縮部の冷媒のスーパーヒート部で保温を高温度に加熱することができる。
【０００９】
前記保温部は、減圧された缶体内に缶水を永久的に収容して缶水貯溜部と気層部に分離し、前記缶水貯溜部に前記第２の凝縮部を挿入し、前記気層部に消費場所からのお湯が通る熱交換チューブを挿入してなるものを使用することができる。このような保温部は、缶体内に缶水が入れ替わることがないので、缶体に水あかやスケールの付着がない。また、循環チューブは缶水と接触せず、気層部の蒸気とのみ接触するので、汚れが無く、熱交換性能が高く維持される。
【００１０】
前記小型給湯器は、前記保温部の気層部に挿入した熱交換チューブとしてもよいし、ガス給湯器としてもよい。
【００１１】
前記貯湯タンク内の水を前記ヒートポンプの凝縮部により約６０℃まで加熱した後、前記小型給湯器により約９０℃まで加熱して沸き上げることが好ましい。このようにすることで、通常のお湯の使用時には、ヒートポンプの運転で貯湯タンクの約６０℃のお湯を使用し、風呂のお湯はりのように大量に使用する時には、小型給湯器により約９０℃まで加熱して使用することができる。
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、本発明にかかるハイブリッド型給湯方法は、貯湯タンク内の水をヒートポンプにより所定の第１温度まで加熱する第１加熱工程と、小型給湯器により前記第１温度より高い所定の第２温度まで加熱する第２加熱工程とにより沸き上げ、通常給湯時に、前記ヒートポンプにより前記第１温度より低い所定の第３温度に加熱するものである。ここで、前記第１加熱工程におけるヒートポンプは深夜電力を利用して運転することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態にかかるハイブリッド型給湯装置を示す。このハイブリッド型給湯装置は、給湯側の貯湯タンク１と、ヒートポンプ２と、ガス給湯器３と、保温側の真空式蓄熱部４と、制御部５とからなっている。
【００１５】
貯湯タンク１は、風呂のお湯はりに必要なお湯を貯湯できる容量（例えば１２０リッター）を有する縦長の円筒容器で、下端の給水口６から水が給水され、上端の給湯口７から電磁弁（不図示）を介して図示しない風呂等の給湯場所に給湯されるようになっている。貯湯タンク１の壁には、内部の水の温度を検出する温度センサ９が取り付けられている。貯湯タンク１の下方には、加熱部１０が設けられている。この加熱部１０は、貯湯タンク１の壁を貫通して挿入された後述するヒートポンプ２の第１凝縮部１３ａからなり、該第１凝縮部１３ａの冷媒の放熱によって内部の水を加熱できるようになっている。貯湯タンク１の外側には、給水口６から分岐して電磁弁８および第１循環ポンプ１１を介して給湯口７に至るバイパス管１２が配設されている。電磁弁８は、バイパス管１２の流路を開閉し、またその流量を制御するものである。
【００１６】
ヒートポンプ２は、図示しない圧縮機、凝縮器、キャピラリーチューブおよび蒸発器に冷媒を循環させる公知の冷凍サイクルからなり、その凝縮器は並列に接続された第１凝縮部１３ａと第２凝縮部１３ｂからなっている。第１凝縮部１３ａは、前記貯湯タンク１の内部に挿入され、第２凝縮部１３ｂは後述する真空式蓄熱部４の内部に加熱部１０として挿入されている。ヒートポンプ２の図示しない蒸発器には、蒸発器への着霜を防止し、あるいは除霜をするために、前記バイパス管路１２から分岐して配設されたデフロスト用管路１４が近接して配置されている。
【００１７】
ガス給湯器３は、前記バイパス管路１２に設けられ、ガスを燃焼させてバイパス管路１２内を通過する水を加熱する公知のものである。なお、このガス給湯器３に代えて石油給湯器を使用してもよい。
【００１８】
真空式蓄熱部４は、缶体１５と、加熱部１６と、熱交換チューブ１７とからなっている。缶体１５は、約２０リッター程度の容量の完全密閉され減圧された容器で、内部には缶水が永久的に収容され、缶水貯溜部１８と気層部１９に分離されている。加熱部１６は、前記缶水貯溜部１８に挿入された前記ヒートポンプ２の第２凝縮部１３ｂからなっている。熱交換チューブ１７は、前記気層部１９に挿入され、風呂からのお湯が第２循環ポンプ２０を介して循環するようになっている。缶体１５の壁には、内部の水の温度を検出する温度センサ２１が取り付けられている。
【００１９】
制御部５は、前記温度センサ９，２１からの温度に基づいて、前記電磁弁８、第１循環ポンプ１１、ヒートポンプ２、ガス給湯器３、第２循環ポンプ２０を制御するものである。
【００２０】
次に、前記構成からなるハイブリッド型給湯器の動作を説明する。
【００２１】
まず、貯湯タンク１に給水を行い満杯にする。図２に示すように、午前４時から７時までの間の深夜電力を利用してヒートポンプ２を駆動し、貯湯タンク１内の水を加熱する。熱膨張したお湯は膨張弁等により逃さずに、デフロスタ用管路１４に通してヒートポンプ２の図示しない蒸発器の着霜を防止し、あるいは除霜する。貯湯タンク１内の水が図２（ｃ）中ａで示すように最高約６０℃に達すると、しばらくこの状態で放置して貯湯する。貯湯タンク１内のお湯は、放熱して６０℃から例えば図２（ｃ）中ｃで示すように５５℃に低下するが、通常の使用には差し支えない。この間にお湯が使用されると、使用されたお湯の分だけ給水が行われるので、図２（ｃ）中ｂで示すように、貯湯タンク１内は上部の５５℃のお湯と、下部の例えば１５℃の水とに分離された状態になる。貯湯タンク１内のお湯の割合いが減少すると、ヒートポンプ２を駆動して、貯湯タンク１内を約５５℃のお湯に維持する。
【００２２】
お湯が大量に使用される時刻に近づき、例えば午後４時になると、第１循環ポンプ１１を駆動して貯湯タンク１内の水をバイパス管路１２を通して循環させるとともに、ガス給湯器３を駆動してバイパス管路１２内を通過するお湯を加熱し、図２（ｃ）中ｄで示すように、貯湯タンク１内のお湯を９０℃まで昇温させる。この状態で、貯湯タンク１内のお湯を風呂に給湯し、お湯はりを行う。このお湯はりが完了すると、貯湯タンク１内は、図２（ｃ）中ｅで示すように、上部に僅かな９０℃のお湯が残り、下部には１５℃の水が溜まる。そこで、ヒートポンプ２を駆動して、図２（ｃ）中ｆで示すように、貯湯タンク１内の水を約５５℃まで加熱して貯湯する。その後、風呂以外の使用場所にお湯が給湯されて、図２（ｃ）中ｇで示すように、上部の５５℃のお湯が少なくなると、図２（ｃ）中ｈで示すように、ヒートポンプ２を駆動して、貯湯タンク１内を約５５℃のお湯に維持し、これを繰り返す。
【００２３】
通常使用時、貯湯タンク１内のお湯が満杯状態から、図３に示すように、上から１／３のＡ位置までお湯が使用されると、ヒートポンプ２を運転して貯湯タンク１内の水を加熱し、これにより１／２のＢ位置までお湯が増加すると、ヒートポンプ２の運転を停止する。ここで、水温をＴ_０、給水量をＷ_０とすると、使用湯量Ｗは、次式で示される。
Ｗ＝Ｗ_０×（４０−Ｔ_０）／４０
沸き上げ温度はＴ_１は、次式で示される。
Ｔ_１＝（４０−Ｔ_０）×Ｗ／１２０
基準沸き上げ温度をＴ_２とすると、Ｔ_１≦Ｔ_２の場合は沸き上げ温度をＴ_２とし、Ｔ１＞Ｔ２の場合は沸き上げ温度をＴ_１とする。ただし、Ｔ_１は９０℃以上にはしない。
【００２４】
一方、前記ヒートポンプ２の運転時に、ヒートポンプ２の第２凝縮部１３ｂによって真空式蓄熱部４の缶水を加熱して、約６０℃に維持するとともに、気層部１９に蒸気を充満させておく。そして、風呂にお湯はりしたお湯の温度が低下すると、第２循環ポンプ２０を駆動して循環させ、真空式蓄熱部５の気層部１９に充満した蒸気との熱交換によって昇温させ保温する。
【００２５】
ヒートポンプ２は、図４に示すように、凝縮器出口温度が低いほど成績係数（ＣＯＰ）が高く、凝縮器出口温度が高いほど成績係数（ＣＯＰ）が低くなることが知られている。本発明では、凝縮器出口温度が５０から６０°の範囲内でヒートポンプ２を運転して、貯湯タンク１内の水を最高約６０℃に加熱する。したがって、成績係数（ＣＯＰ）は５から４の範囲内に留めている。
【００２６】
表１は、本発明にかかるハイブリッド型給湯装置のエネルギー効率と、従来のガス給湯器、電気温水器のエネルギー効率を示す。この表１において、給湯に使用する熱量は、水温を１５℃として４０℃のお湯を一日に７００リッター使用するとして算出した。１次エネルギーの使用量は、送電損失等を考慮した機器使用端での発電効率を３７％と仮定した。この表に示すように、本発明にかかるハイブリッド型給湯装置のエネルギー効率は、従来のガス給湯器、電気温水器よりもはるかに高く、大幅な省エネルギー効果が得られることが分かる。
【００２７】

【００２８】
図１（ｂ）は、以上説明した図１（ａ）のハイブリッド型給湯装置の変形例を示す。図１（ａ）のハイブリッド型給湯装置は、貯湯タンク１内に加熱部１０を設けて貯湯タンク１内の水を対流熱伝達によって加熱するものであるが、この図１（ｂ）のハイブリッド型給湯装置は、加熱部１０を貯湯タンク１の外側にあるバイパス管１２の内部に設けて、貯湯タンク１内の水を循環させながら強制熱伝達により加熱するものである。この装置の動作は、貯湯タンク１内の水を加熱するために、貯湯タンク１内の水をバイパス管１２に通して循環させながら行う以外は、以上説明した動作と同一であるので、説明を省略する。
【００２９】
図５は、本発明の第２実施形態にかかるハイブリッド型給湯装置を示す。この第２実施形態のハイブリッド型給湯装置は、特記以外は、前記第１実施形態のものと実質的に同一であり、対応する部分には同一符号を附して説明を省略する。
【００３０】
このハイブリッド型給湯装置は、貯湯タンク１の加熱部１０を外部のバイパス管路１２（以下、第１バイパス管路という）に設置するとともに、該第１バイパス管路１２にさらに第２のバイパス管路２２を設けて三方弁２３によって第１バイパス管路１２と切換可能にし、第２バイパス管路２２に熱交換チューブ２４を設けて、この熱交換チューブ２４を真空式蓄熱部４の気層部１９に挿入したものである。そして、貯湯タンク１の加熱部１０の第１凝縮部１３ａは真空式蓄熱部４の第２凝縮器１３ｂと直列に接続され、真空式蓄熱部４の第２凝縮器１３ｂのほうが貯湯タンク１の加熱部１０の第１凝縮部１３ｂよりも上流側に位置している。真空式蓄熱部４の缶水貯溜部１８には、加熱部１６のほかに、ガスまたは石油による補助加熱手段２５が設けられている。
【００３１】
前記ハイブリッド型給湯装置では、貯湯タンク１内の水は、外部の加熱部１０によって約６０℃まで加熱し、真空式蓄熱部４の熱交換チューブ２４によって貯湯タンク１内のお湯を約９０℃まで加熱する。また、第２凝縮部１３ｂは第１凝縮部１３ａより上流側に配置されているので、第２凝縮部１３ｂの冷媒のスーパーヒート部で真空式蓄熱部４の缶水を高温度に加熱することができ、風呂のお湯を安定して保温することができる。通常使用時のヒートポンプ２の動作は、前記第１実施形態のものと同様であるので、説明を省略する。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、成績係数の高いヒートポンプと１次エネルギー使用量の少ないガス給湯器とを組み合わせたので大幅な省エネルギー効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態のハイブリッド型給湯装置の概略図、（ｂ）はその変形例のハイブリッド型給湯装置の概略図。
【図２】（ａ）はヒートポンプとガス給湯器のタイムチャート、（ｂ）はタンク内温度の時間的変化、（ｃ）はタンク内温度分布の時間的変化を示す図。
【図３】タンク内のお湯と水の状態を示す図。
【図４】ヒートポンプの凝縮器出口温度と成績係数の関係を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態のハイブリッド型給湯装置の概略図。
【符号の説明】
１貯湯タンク
２ヒートポンプ
３ガス給湯器
４真空式蓄熱部
５制御部
６給水口
７給湯口
１０加熱部
１２バイパス管路
１３ａ第１凝縮部
１３ｂ第２凝縮部
１５缶体
１６加熱部
１７熱交換チューブ
１８缶水貯溜部
１９気層部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid hot water supply apparatus and method using a heat pump and a gas water heater.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are a gas water heater and an electric water heater as a domestic water heater. The gas water heater is used to heat the hot water from the bathtub and keep it warm while supplying the hot water to the bathtub and the like while burning the gas and heating the feed water. The electric water heater heats the water in the hot water storage tank with an electric heater to store hot water, and supplies hot water from the hot water storage tank to the bathtub etc. as needed, while heating the hot water from the bathtub with another electric heater to return it. It is designed to keep warm.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the gas water heater has a large amount of combustion gas released without being spent for heating the feed water, the coefficient of performance COP (or heating efficiency) is 0.82 when the coefficient of performance of the electric heater in the electric water heater is 1. . If the energy efficiency of a hot water supply device is defined as the ratio of the amount of heat used to the amount of primary energy (electric power) used, the gas water heater uses a small amount of power, so that the energy efficiency is good even if the coefficient of performance is low. On the other hand, since the electric water heater uses a large amount of electric power in the electric heater, the energy efficiency is poor even if the coefficient of performance of the electric heater is high.
[0004]
The present invention has been made in view of such problems, and provides an energy-efficient hybrid water heater and method combining a heat pump with a high coefficient of performance and a gas water heater with a small amount of primary energy consumption. Let it be an issue.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above problems, a hybrid hot water supply apparatus according to the present invention includes a hot water storage tank having a water inlet and a hot water inlet, a heat pump having a condensing unit for heating water in the hot water storage tank, and the hot water storage tank. A bypass conduit that branches from the water supply port to the hot water supply port, and a small water heater that is provided in the bypass conduit and heats water passing through the bypass conduit, and the heat pump includes a second condensing unit And further providing a heat-retaining part for heating hot water from a consumption place requiring heat insulation by the second condensing part, connecting the condensing part and the second condensing part in series, The condensing part is arranged upstream of the condensing part .
[0006]
As shown in FIG. 4, the coefficient of performance of the heat pump is known to increase as the water temperature at the outlet of the condensing unit decreases. Therefore, in order to increase the coefficient of performance, the water temperature at the outlet of the heat pump condenser is low, and the water in the hot water storage tank is heated to a lower temperature and heated to a higher temperature with a small water heater. To do. By doing in this way, the usage-amount of primary energy can be suppressed and energy efficiency can be made high.
[0007]
Further, the provision of the second condensing unit to the heat pump, so further provided with a retaining section for heating the hot water from the consumption location in need of warmth by condensation section of the second, in this retaining section, the primary energy Since a heat pump with a small amount of use is used, energy efficiency can be increased.
[0008]
Furthermore, connecting the said a condensing portion second condensing section in series, since the second condenser portion is arranged on the upstream side of the condenser unit, kept at superheat of the refrigerant in the second condenser section Can be heated to a high temperature.
[0009]
The heat retaining unit permanently stores the can water in the decompressed can body, separates the can water into a can water storage portion and a gas layer portion, inserts the second condensing portion into the can water storage portion, and A layer formed by inserting a heat exchange tube through which hot water from a consumption place passes into the layer portion can be used. In such a heat retaining part, since the can water is not replaced in the can, there is no adhesion of scale or scale to the can. Further, since the circulation tube does not come into contact with the can water but only comes into contact with the vapor in the gas layer portion, there is no contamination and the heat exchange performance is maintained high.
[0010]
The small water heater may be a heat exchange tube inserted into the air layer of the heat retaining unit, or a gas water heater.
[0011]
It is preferable that the water in the hot water storage tank is heated to about 60 ° C. by the condensing part of the heat pump and then heated to about 90 ° C. by the small hot water heater. In this way, when using normal hot water, about 60 ° C hot water in the hot water storage tank is used in the operation of the heat pump, and when using a large amount like hot water in a bath, it is about 90 ° C with a small water heater. Can be used by heating up to.
[0012]
As means for solving the above problems, the hybrid hot water supply method according to the present invention includes a first heating step of heating water in a hot water storage tank to a predetermined first temperature by a heat pump, and the first temperature by a small water heater. In the second heating step of heating to a higher predetermined second temperature, the water is boiled and heated to a predetermined third temperature lower than the first temperature by the heat pump during normal hot water supply . Here, the heat pump in the first heating step is preferably operated using midnight power.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
Fig.1 (a) shows the hybrid type hot water supply apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. The hybrid hot water supply apparatus includes a hot water storage tank 1 on the hot water supply side, a heat pump 2, a gas water heater 3, a vacuum heat storage unit 4 on the heat retaining side, and a control unit 5.
[0015]
The hot water storage tank 1 is a vertically long cylindrical container having a capacity (for example, 120 liters) capable of storing hot water necessary for hot water in a bath. Water is supplied from a water supply port 6 at the lower end, and an electromagnetic valve ( Hot water is supplied to a hot water supply place such as a bath ( not shown) via a not shown) . A temperature sensor 9 that detects the temperature of the internal water is attached to the wall of the hot water storage tank 1. Below the hot water storage tank 1, a heating unit 10 is provided. The heating unit 10 includes a first condensing unit 13a of a heat pump 2 to be described later inserted through the wall of the hot water storage tank 1, and heats the internal water by heat radiation of the refrigerant in the first condensing unit 13a. It has become. A bypass pipe 12 that branches from the water supply port 6 and reaches the hot water supply port 7 via the electromagnetic valve 8 and the first circulation pump 11 is disposed outside the hot water storage tank 1. The electromagnetic valve 8 opens and closes the flow path of the bypass pipe 12 and controls its flow rate.
[0016]
The heat pump 2 includes a known refrigeration cycle in which a refrigerant is circulated through a compressor, a condenser, a capillary tube, and an evaporator (not shown). The condenser includes a first condensing unit 13a and a second condensing unit 13b connected in parallel. It has become. The first condensing unit 13a is inserted into the hot water storage tank 1, and the second condensing unit 13b is inserted as a heating unit 10 into the vacuum heat storage unit 4 described later. An evaporator (not shown) of the heat pump 2 is adjacent to a defrost pipe 14 that is branched from the bypass pipe 12 to prevent frost formation on the evaporator or to perform defrosting. Has been placed.
[0017]
The gas water heater 3 is provided in the bypass pipe 12 and is a known one that heats water passing through the bypass pipe 12 by burning gas. An oil water heater may be used instead of the gas water heater 3.
[0018]
The vacuum heat storage unit 4 includes a can body 15, a heating unit 16, and a heat exchange tube 17. The can body 15 is a completely sealed and decompressed container having a capacity of about 20 liters. The can water is permanently stored in the can body 15 and separated into a can water reservoir 18 and an air layer 19. The heating unit 16 includes a second condensing unit 13 b of the heat pump 2 inserted into the canned water storage unit 18. The heat exchange tube 17 is inserted into the gas layer part 19 so that hot water from the bath circulates through the second circulation pump 20. A temperature sensor 21 that detects the temperature of the internal water is attached to the wall of the can body 15.
[0019]
The controller 5 controls the electromagnetic valve 8, the first circulation pump 11, the heat pump 2, the gas water heater 3, and the second circulation pump 20 based on the temperature from the

temperature sensors

9 and 21.
[0020]
Next, the operation of the hybrid water heater having the above configuration will be described.
[0021]
First, the hot water storage tank 1 is filled with water. As shown in FIG. 2, the heat pump 2 is driven using midnight power between 4 am and 7 am to heat the water in the hot water storage tank 1. The hot-expanded hot water is not escaped by an expansion valve or the like, but is passed through the defroster conduit 14 to prevent or defrost an evaporator (not shown) of the heat pump 2. When the water in the hot water storage tank 1 reaches a maximum of about 60 ° C. as indicated by a in FIG. 2C, the hot water storage tank 1 is left in this state for a while to store hot water. The hot water in the hot water storage tank 1 dissipates heat and drops from 60 ° C. to, for example, 55 ° C. as indicated by c in FIG. 2 (c), but there is no problem with normal use. If hot water is used during this time, water is supplied for the amount of hot water used. Therefore, as shown by b in FIG. 2C, the hot water storage tank 1 has an upper 55 ° C. It becomes a state separated into 15 ° C. water. When the proportion of hot water in the hot water storage tank 1 decreases, the heat pump 2 is driven to maintain the hot water storage tank 1 at about 55 ° C. hot water.
[0022]
When the time when hot water is used in large quantities, for example, at 4 pm, the first circulation pump 11 is driven to circulate the water in the hot water storage tank 1 through the bypass line 12 and the gas water heater 3 is driven. The hot water passing through the bypass conduit 12 is heated, and the hot water in the hot water storage tank 1 is heated to 90 ° C. as indicated by d in FIG. In this state, hot water in the hot water storage tank 1 is supplied to the bath and hot water is applied. When this hot water filling is completed, as shown by e in FIG. 2 (c), a slight amount of hot water of 90 ° C. remains in the upper part and 15 ° C. of water accumulates in the lower part. Therefore, the heat pump 2 is driven, and the water in the hot water storage tank 1 is heated to about 55 ° C. and stored as indicated by f in FIG. After that, when hot water is supplied to a place of use other than the bath and the upper 55 ° C. hot water decreases as shown by g in FIG. 2 (c), the heat pump 2 as shown by h in FIG. 2 (c). To keep the hot water storage tank 1 at about 55 ° C. and repeat this.
[0023]
During normal use, when hot water in the hot water storage tank 1 is full and hot water is used from the top to the position A of 1/3 as shown in FIG. 3, the heat pump 2 is operated and the water in the hot water storage tank 1 is turned on. When the hot water increases to a position B of 1/2, the operation of the heat pump 2 is stopped. Here, assuming that the water temperature is T ₀ and the water supply amount is W ₀ , the amount of hot water used W is expressed by the following equation.
W = W ₀ × (40−T ₀ ) / 40
Boiling temperature T ₁ is given by the following equation.
T ₁ = (40−T ₀ ) × W / 120
When the reference water heating temperature is _{T 2,} the temperature boiling For _{T 1} ≦ _{T 2} and _{T 2,} the temperature boiling For T1> T2 and _{T 1.} However, _{T 1} is not in the more than 90 ℃.
[0024]
On the other hand, during operation of the heat pump 2, the canned water of the vacuum heat storage unit 4 is heated by the second condensing unit 13b of the heat pump 2 and maintained at about 60 ° C., and the gas layer unit 19 is filled with steam. . When the temperature of the hot water applied to the bath decreases, the second circulation pump 20 is driven to circulate, and the temperature is raised by heat exchange with the vapor filled in the gas layer portion 19 of the vacuum heat storage unit 5 to keep the temperature warm. .
[0025]
The heat pump 2, as shown in FIG. 4, the condenser outlet temperature is low enough coefficient of performance (COP) is high, the coefficient of performance higher condenser outlet temperature (COP) is known to be low. In the present invention, the heat pump 2 is operated within the range of the condenser outlet temperature of 50 to 60 ° to heat the water in the hot water storage tank 1 to a maximum of about 60 ° C. Therefore, the coefficient of performance (COP) is kept within the range of 5 to 4.
[0026]
Table 1 shows the energy efficiency of the hybrid hot water supply apparatus according to the present invention and the energy efficiency of the conventional gas water heater and electric water heater. In Table 1, the amount of heat used for hot water supply was calculated on the assumption that the water temperature was 15 ° C and 700 liters of hot water of 40 ° C was used per day. As for the usage amount of primary energy, the power generation efficiency at the end of equipment use considering the transmission loss etc. was assumed to be 37%. As shown in this table, it can be seen that the energy efficiency of the hybrid hot water supply apparatus according to the present invention is much higher than that of the conventional gas water heater and electric water heater, and a significant energy saving effect is obtained.
[0027]

[0028]
FIG.1 (b) shows the modification of the hybrid type hot water supply apparatus of Fig.1 (a) demonstrated above. The hybrid type hot water supply apparatus of FIG. 1A is provided with a heating unit 10 in the hot water storage tank 1 to heat the water in the hot water storage tank 1 by convection heat transfer. In the hot water supply apparatus, the heating unit 10 is provided inside the bypass pipe 12 outside the hot water storage tank 1 and heated by forced heat transfer while circulating the water in the hot water storage tank 1. The operation of this apparatus is the same as the operation described above except that the water in the hot water storage tank 1 is circulated through the bypass pipe 12 in order to heat the water in the hot water storage tank 1. Omitted.
[0029]
FIG. 5 shows a hybrid hot water supply apparatus according to a second embodiment of the present invention. The hybrid type hot water supply apparatus of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, except for special notes, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0030]
In this hybrid hot water supply apparatus, the heating unit 10 of the hot water storage tank 1 is installed in an external bypass pipe 12 (hereinafter referred to as a first bypass pipe), and a second bypass pipe is further connected to the first bypass pipe 12. A passage 22 is provided to be switched to the first bypass conduit 12 by a three-way valve 23, a heat exchange tube 24 is provided in the second bypass conduit 22, and the heat exchange tube 24 is connected to the gas layer portion of the vacuum heat storage unit 4. 19 is inserted. And the 1st condensation part 13a of the heating part 10 of the hot water storage tank 1 is connected in series with the 2nd condenser 13b of the vacuum-type heat storage part 4, and the 2nd condenser 13b of the vacuum-type heat storage part 4 is more of the hot water storage tank 1. The heating unit 10 is located on the upstream side of the first condensing unit 13b. In addition to the heating unit 16, the canned water storage unit 18 of the vacuum heat storage unit 4 is provided with auxiliary heating means 25 using gas or oil.
[0031]
In the hybrid hot water supply apparatus, the water in the hot water storage tank 1 is heated to about 60 ° C. by the external heating unit 10, and the hot water in the hot water storage tank 1 is heated to about 90 ° C. by the heat exchange tube 24 of the vacuum heat storage unit 4. Heat. Moreover, since the 2nd condensing part 13b is arrange | positioned upstream from the 1st condensing part 13a, the can water of the vacuum-type heat storage part 4 is heated to high temperature by the superheat part of the refrigerant | coolant of the 2nd condensing part 13b. Can keep the hot water in the bath stable. Since the operation of the heat pump 2 during normal use is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0032]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, since a heat pump with a high coefficient of performance and a gas water heater with a small amount of primary energy use are combined, a significant energy saving effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic view of a hybrid type hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic view of a hybrid type hot water supply apparatus according to a modification thereof.
2A is a time chart of a heat pump and a gas water heater, FIG. 2B is a diagram showing a temporal change in temperature in the tank, and FIG. 2C is a diagram showing a temporal change in temperature distribution in the tank.
FIG. 3 is a view showing a state of hot water and water in a tank.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the condenser outlet temperature of the heat pump and the coefficient of performance.
FIG. 5 is a schematic view of a hybrid hot water supply device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water storage tank 2 Heat pump 3 Gas water heater 4 Vacuum type thermal storage part 5 Control part 6 Water supply port 7 Hot water supply port 10 Heating part 12 Bypass line 13a 1st condensing part 13b 2nd condensing part 15 Can body 16 Heating part 17 Heat exchange tube 18 Can water reservoir 19 Air layer

Claims

A hot water storage tank having a water inlet and a hot water outlet;
A heat pump having a condensing part for heating water in the hot water storage tank;
A bypass pipe branching from the hot water supply port of the hot water storage tank to the hot water supply port;
A small water heater that is provided in the bypass line and heats water passing through the bypass line;
The heat pump is provided with a second condensing part, and further provided with a heat retaining part for heating hot water from a consumption place requiring heat insulation by the second condensing part,
The hybrid hot water supply apparatus, wherein the condensing unit and the second condensing unit are connected in series, and the second condensing unit is arranged upstream of the condensing unit .

The heat retaining unit permanently stores the can water in the decompressed can body and separates the can water into a can water storage portion and an air layer portion, and inserts the second condensing portion into the can water storage portion. The hybrid hot water supply apparatus according to claim 1 , wherein a heat exchange tube through which hot water from a consumption place passes is inserted into the layer portion.

The hybrid hot water supply apparatus according to claim 2 , wherein the small water heater is a heat exchange tube inserted into an air layer portion of the heat retaining portion.

Hybrid water heater according to claim 1 or 2, wherein the small water heater characterized in that it is a gas water heater.

Wherein said after the water in the hot water storage tank and heated to about 60 ° C. by the condensation part of the heat pump, any one of claims 1-4, characterized in that raising boiling and heated to about 90 ° C. by the small water heater Hybrid water heater.

The water in the hot water storage tank boiling a first heating step of heating to a predetermined first temperature by the heat pump, by a second heating step of heating the compact water heater to a second temperature of a predetermined higher than the first temperature, usually A hybrid hot-water supply method , comprising heating to a predetermined third temperature lower than the first temperature by the heat pump during hot water supply.

The hybrid hot water supply method according to claim 6 , wherein the heat pump in the first heating step is operated using midnight power.