JP4715439B2

JP4715439B2 - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP4715439B2
Application number: JP2005296307A
Authority: JP
Inventors: 伸二渡辺; 和人中谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: JP2007107750A

Description

本発明は、冷凍サイクルとタンク回路を一つの筐体に備えた一体型ヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来の一体型ヒートポンプ給湯機として、冷凍サイクルとタンク回路を備えた「瞬間式ヒートポンプ給湯機」が商品化されている。例えば、以下に示されるような瞬間式ヒートポンプ給湯機がある（例えば、非特許文献１参照）。

図６は、従来の一体型ヒートポンプ給湯機の回路構成図である。

図６に示す一体型ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、２１、水−冷媒熱交換器２、２２、減圧弁３、２３、空気−冷媒熱交換器４、２４および送風機５、２５などで構成された
２個の冷凍サイクルと、貯湯タンク６、混合弁７、電磁弁８、給湯用循環ポンプ９および風呂追炊き用循環ポンプ１０などを配管で接続して構成されたタンク回路とを備え、冷凍サイクルで湯を生成して浴槽１１や蛇口１２に直接給湯し、またはタンク回路から貯湯を給湯するものである。そして、この一体型ヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクルやタンク回路を全て１個のユニット内に収納した一体型で構成されている。
週刊エアコン流通人２００３年５月１５日号（ＶＯＬ．２４−Ｎｏ．８９６）

しかしながら、上記従来の構成では、水−冷媒熱交換器２、２２のパス数が可変できないために、高温沸き上げ、例えば６５℃沸き上げ時の効率を優先して水−冷媒熱交換器２、２２を最適化すると、同一能力時の流量は低下するので、水−冷媒熱交換器２、２２の水側の断面積（管径）を小さくして水流速を稼ぐ必要がある。

この水−冷媒熱交換器２、２２の仕様のままで直接出湯などの低温沸き上げ、たとえば４２℃沸き上げ運転を行うと水側の圧損が大きくなり、所定の水流量が出ないため、特にシャワー時に問題が生じる。

また、低温沸き上げの水圧損を優先して水−冷媒熱交換器２、２２を最適化すると、水−冷媒熱交換器２、２２の水側の断面積（管径）を大きくすると、高温沸き上げ時には水流速が小さくなり、効率が低下して電気代がかかるという課題を有していた。

したがって本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高温沸き上げ時の効率を維持しつつ、低温沸き上げ時の水側圧損の低減を図ることができるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、複数の水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器で構成された冷凍サイクルと、前記複数の水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクを有するタンク回路とを、同一の筐体内に具備し、切換手段を動作させることで、前記複数の熱交換器を直列に流れる水流路と、前記複数の熱交換器を並列に流れる水流路とに変更する構成としたことを特徴とするもので、高温沸き上げ時の効率向上を図りつつ、低温沸き上げ時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ時の水流量を確保することができる。

本発明によれば、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ時の水流量を確保することができるヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、複数の水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器で構成された冷凍サイクルと、前記複数の水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクを有するタンク回路とを、同一の筐体内に具備し、切換手段を動作させることで、前記複数の熱交換器を直列に流れる水流路と、前記複数の熱交換器を並列に流れる水流路とに変更する構成としたことにより、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。

第２の発明は、冷媒として二酸化炭素を充填することにより、水循環量が少ない貯湯時などの高温沸き上げ運転時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト出湯時などの低温沸き上げ運転時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができるとともに、安全性の高い、かつ地球環境に優しい一体型ヒートポンプ給湯機を提供することができる。

（参考例１）
図１は、本発明の第１の参考例における一体型ヒートポンプ給湯機の回路構成図、図２（ａ）は、同一体型ヒートポンプ給湯機の内部を透視した正面透視図、図２（ｂ）は、同一体型ヒートポンプ式給湯機の平面透視図である。

図１、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す第１の参考例における一体型ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、減圧弁３および空気−冷媒熱交換器４を環状に接続した冷媒回路に冷媒を充填して構成された冷凍サイクルを有している。また、貯湯タンク６、混合弁７−ａ、７−ｂ、７−ｃ、電磁弁８、給湯用循環ポンプ９などを配管で接続して構成されたタンク回路を具備している。さらに水−冷媒熱交換器２は、水側配管の途中から水側配管の出口に接続するバイパス管を設け、そのバイパス管に電磁弁１６が配設されている。なお、送風機５は空気−冷媒熱交換器４に空気を送る機能を果たし、水−冷媒熱交換器２は凝縮器として、空気−冷媒熱交換器４は蒸発器として機能する。

そして、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本参考例の一体型ヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクルとタンク回路を１個のユニットに収納し、そのユニットの上部に電装品収納スペースを設けて、冷凍サイクルの圧縮機１、減圧弁３、送風機５および前記タンク回路の混合弁７、電磁弁８、給湯用循環ポンプ９などの制御装置を収納する電装品収納箱１７を配設する構造にしたものである。

以上のように構成された一体型ヒートポンプ給湯機において、以下その動作を説明する。

まず、貯湯タンク６に貯湯する場合について説明する。

貯湯タンク６の残湯量を検出し、残湯量が少なくなると、圧縮機１、送風機５および給湯用循環ポンプ９を運転し、貯湯運転を開始する。冷凍サイクルでは、圧縮機１で圧縮された冷媒は、水−冷媒熱交換器２で放熱して凝縮し、減圧弁３に流入して膨張し、空気−冷媒熱交換器４で送風機５にて送られた空気と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。タンク回路では、水−冷媒熱交換器２で水を加熱して湯を生成し、この湯を貯湯側に切り換えられた三方弁１１を介して貯湯タンク６の上部から貯湯する。

次に、給水をする場合について説明する。

蛇口１４を開けると、圧縮機１および送風機５を運転して給湯運転を開始する。

ここで冷凍サイクルが起動し、水−冷媒熱交換器２で湯が生成されるまでは、貯湯タンク６の下部に水圧により水が流入し、貯湯タンク６の上部から湯が押し出され、混合弁７−ｃにより水と混合されて目標温度にされ、蛇口１４から出湯される。冷凍サイクルが立上がって水−冷媒熱交換器２で湯が生成されると、貯湯タンク６の湯を使用せずに、水−冷媒熱交換器２で生成された湯は、直接混合弁７−ａ、７−ｃにより水と混合されて目標温度にされて蛇口１４より出湯される（ダイレクト給湯）。そして、蛇口１４を閉じると
、圧縮機１などを停止して給湯運転を終了する。

次に、風呂注湯をする場合について説明する。

リモコン等のスイッチを押すと、電磁弁８が開いて圧縮機１および送風機５を運転して風呂注湯運転を開始する。風呂注湯運転についても上記給湯運転と同様に、冷凍サイクルが立上がって水−冷媒熱交換器２で湯が生成されるまでは、貯湯タンク６の下部に水圧で水が流入し、貯湯タンク６の上部から湯が押し出され、混合弁７−ｂにより水と混合されて目標温度にされ、電磁弁８を介して風呂１５に注湯される。冷凍サイクルが立上がって水−冷媒熱交換器２で湯が生成されると、貯湯タンク６の湯を使用せずに、水−冷媒熱交換器２で生成された湯は、直接混合弁７−ａ、７−ｂにより水と混合されて目標温度にされ、電磁弁８を介して風呂１５に注湯される（ダイレクト注湯）。そして、風呂１５に一定量の湯を張り終えると、圧縮機１などを停止して風呂注湯運転を終了する。

ここで、切換手段である電磁弁１６の動作について説明する。

前記貯湯運転などの高温沸き上げ時には電磁弁１６を閉とし、ダイレクト給湯運転やダイレクト注湯運転などの低温沸き上げ時には電磁弁１６を開とする。

以上のような本参考例の一体型ヒートポンプ給湯機によれば、ダイレクト給湯運転などの低温沸き上げ時と、貯湯運転などの高温沸き上げ時で前記電磁弁１６を制御して流路を可変することにより、水循環量が少ない貯湯運転時などの高温沸き上げ時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト給湯運転時などの低温沸き上げ時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。

（実施の形態１）
図３は、本発明の第１の実施の形態における一体型ヒートポンプ給湯機の回路構成図、図４、図５は、同図一体型ヒートポンプ給湯機の水−冷媒熱交換器の拡大図である。

図３に示す第１の実施の形態における一体型ヒートポンプ給湯機は、第１の参考例と水−冷媒熱交換器の構成が異なるのみであり、その部分について図４と図５を用いて説明する。

図４に示すように水−冷媒熱交換器２ｂは、冷媒流路と水流路は２パスで構成され、水流路の出口側と入口側にバイパス流路２ｂ−１が設けられ、それぞれの分岐点には三方弁１８、１９が設けられている。

以上のように構成された一体型ヒートポンプ給湯機において、その動作は前記第１の参考例と同様であり省略し、異なるところの電磁弁１６の動作についてのみ説明する。貯湯運転などの高温沸き上げ時には三方弁１８、１９を図４に示すように設定し、バイパス流路２ｂ−１に流れるようにして、水流路を１パスとし、ダイレクト給湯運転やダイレクト注湯運転などの低温沸き上げ時には三方弁１８、１９を図５に示すように設定し、水流路を２パスとする。

以上のような本実施の形態の一体型ヒートポンプ給湯機によれば、ダイレクト給湯運転などの低温沸き上げ時と、貯湯運転などの高温沸き上げ時で前記三方弁１８、１９を制御して流路のパス数を可変することにより、水循環量が少ない貯湯運転時などの高温沸き上げ時の効率向上を図りつつ、水循環量が多いダイレクト給湯運転時などの低温沸き上げ時の水側圧損低減を図ることができ、低温沸き上げ運転時の水流量を確保することができる。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで湯を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の瞬間湯沸し器や、業務用の給湯装置などに適している。

本発明の参考例１におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図（ａ）本発明の参考例１におけるヒートポンプ給湯機の正面透視図（ｂ）本発明の参考例１におけるヒートポンプ給湯機の平面透視図本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図本発明の実施の形態１における水−冷媒熱交換機の拡大図本発明の実施の形態１における他の水−冷媒熱交換機の拡大図従来のヒートポンプ給湯機の回路構成図

１圧縮機
２水−冷媒熱交換器
３減圧弁
４空気−冷媒熱交換器
５送風機
６貯湯タンク
７混合弁
８電磁弁
９給湯用循環ポンプ
１４蛇口
１５浴槽
１６電磁弁
１８、１９三方弁

Claims

圧縮機、複数の水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器で構成された冷凍サイクルと、前記複数の水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクを有するタンク回路とを、同一の筐体内に具備し、切換手段を動作させることで、前記複数の熱交換器を直列に流れる水流路と、前記複数の熱交換器を並列に流れる水流路とに変更する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
冷凍サイクルに、冷媒として二酸化炭素を充填したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。