JP4898368B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
この発明は、ヒートポンプ式給湯機の停電等による給電停止時の凍結防止に関するものである。 The present invention relates to prevention of freezing when power supply is stopped due to a power failure or the like of a heat pump type hot water heater.
従来からヒートポンプによって水を温め貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式給湯機が使用されている。ここで外部の温度が低下した時に、ヒートポンプと貯湯タンクとを接続する循環配管内および冷媒−水熱交換器内に残留する湯水が冷えて凍結することを防止するために、循環配管にヒータを設置することが実施されている。その一方で循環ポンプを運転して湯水を循環させることで凍結防止を行うようにしているものがあった。(例えば、特許文献1参照。)
ところでこの従来のものは停電等の給電停止により電源が途切れた場合、循環配管に配置したヒータの作動や循環ポンプを運転して湯水を循環させる凍結防止運転は不可能となり、外気温度が氷点下である時に給電が停止した場合には、ヒートポンプと貯湯タンクとを接続する循環配管内および冷媒−水熱交換器の水通路内に残留する湯水が冷えて凍結するおそれがあると言う大きな問題点を有するものであった。 By the way, in this conventional system, when the power supply is interrupted due to power interruption such as a power failure, the operation of the heater arranged in the circulation pipe and the freeze prevention operation that circulates hot water by operating the circulation pump becomes impossible, and the outside air temperature is below freezing point. If power supply is stopped at a certain time, there is a big problem that the hot water remaining in the circulation pipe connecting the heat pump and the hot water storage tank and the water passage of the refrigerant-water heat exchanger may be cooled and frozen. I had it.
この発明は上記課題を解決するために、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段内に収納される冷媒−水熱交換器とを湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒−水熱交換器に供給するヒーポン往き管と前記冷媒−水熱交換器で熱交換された湯水を前記貯湯タンクに戻すヒーポン戻り管とから構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプとを備えたヒートポンプ式給湯機に於いて、前記ヒーポン往き管に設けられ給電時は開弁し給電停止時には閉弁する流出防止手段と、前記ヒーポン戻り管に設けられ前記貯湯タンクから前記冷媒−水熱交換器側への湯水の逆流を阻止する逆止弁と、前記流出防止手段よりも下流側且つ前記逆止弁よりも上流側にある前記ヒートポンプ式加熱手段内の前記ヒーポン循環回路または前記冷媒−水熱交換器を構成する水通路の中で、高さ位置が最下部となる位置に、給電時は排水路を閉弁し給電停止時には排水路を開弁する開閉手段とを備え、給電停止時には、前記開閉手段が排水路を開弁すると共に、前記流出防止手段が閉弁し、前記ヒートポンプ式加熱手段内の前記ヒーポン循環回路内および前記冷媒−水熱交換器を構成する水通路内の湯水を排水すると共に、前記貯湯タンクからの湯水の流出を防ぐものとした。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a hot water storage tank that stores hot water by connecting a water inlet pipe and a hot water discharge pipe, heat pump heating means that heats hot water in the hot water storage tank, the hot water storage tank, and the heat pump heating. A refrigerant-water heat exchanger housed in the means is connected so that hot water can circulate , and a heat pump forward pipe for supplying hot water in the hot water storage tank to the refrigerant-water heat exchanger and the refrigerant-water heat exchanger In a heat pump type hot water heater comprising a heat pump circulation circuit comprising a heat pump return pipe for returning hot water exchanged in the above to the hot water storage tank , and a heat pump circulation pump provided in the heat pump circulation circuit for circulating hot water. the Hipon forward power feeding provided on tube and outflow preventing means for closing at the time of valve opening and feeding stops, the refrigerant from the hot water storage tank is provided in the Hipon return pipe - hydrothermal A check valve for preventing back flow of hot water to the converter side, and the heat pump circulation circuit or the refrigerant in the heat pump heating means located downstream of the outflow prevention means and upstream of the check valve among the water passage constituting the water heat exchanger, to a position where the height position becomes the bottom, when the feed is at closes the drainage feed stop and a closing means for opening the drain passage, the feed stop Sometimes, the opening / closing means opens the drainage channel, and the outflow prevention means closes, in the heat pump circulation circuit in the heat pump heating means and in the water passage constituting the refrigerant-water heat exchanger. The hot water was drained and the outflow of hot water from the hot water storage tank was prevented .
この発明によれば、停電等で給電停止した場合には、流出防止手段よりも下流側且つ逆止弁よりも上流側にあるヒートポンプ式加熱手段内のヒーポン循環回路または冷媒−水熱交換器を構成する水通路の中で、高さ位置が最下部となる位置に備えた開閉手段が排水路を開弁することで、ヒートポンプ式加熱手段内のヒーポン循環回路内および冷媒−水熱交換器の水通路内に残留する湯水を排水でき、さらに、流出防止手段の閉弁とヒーポン戻り管に設けられ貯湯タンクから冷媒−水熱交換器側への湯水の逆流を阻止する逆止弁によって、貯湯タンク内の湯水の流出を防ぎ、もし外気温度が氷点下である時に停電等で給電停止した場合でも、ヒートポンプ式加熱手段内のヒーポン循環回路内および冷媒−水熱交換器の水通路内に残留する湯水の排水を行い凍結を防止することができると共に、貯湯タンク内の湯水を無駄に流出することがないものである。 According to this invention, when the power supply is stopped due to a power failure or the like, the heat pump circulation circuit or the refrigerant-water heat exchanger in the heat pump type heating means located downstream from the outflow prevention means and upstream from the check valve is provided. Opening / closing means provided at a position where the height position is at the lowest position in the water passage constituting the valve opens the drainage channel, so that the heat pump circulation circuit in the heat pump heating means and the refrigerant-water heat exchanger Hot water remaining in the water passage can be drained, and a hot water storage is provided by a check valve that is provided on the valve of the outflow prevention means and on the return pipe of the heat pump and prevents reverse flow of hot water from the hot water storage tank to the refrigerant-water heat exchanger side. Prevents outflow of hot water in the tank, and remains in the heat pump circulation circuit in the heat pump heating means and in the water passage of the refrigerant-water heat exchanger even if the power supply is stopped due to a power failure or the like when the outside air temperature is below freezing. Hot water It is possible to prevent freezing perform water, but never wastefully discharging the hot water in the hot water storage tank.
次にこの発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯機を図1に基づき説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク、2は貯湯タンク1内の温水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、3は前記ヒートポンプ式加熱手段2の凝縮器としての冷媒−水熱交換器、4はヒーポン循環回路で、前記貯湯タンク1の底部と冷媒−水熱交換器3とを結び貯湯タンク1内の湯水を冷媒−水熱交換器3に供給するヒーポン往き管5と、冷媒−水熱交換器3と貯湯タンク1上部とを結び冷媒−水熱交換器3で熱交換された温水を貯湯タンク1上部に戻すヒーポン戻り管6とから構成され、7は前記ヒーポン循環回路4に設けられて貯湯タンク1の湯水を循環させるヒーポン循環ポンプである。
Next, a heat pump type water heater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
1 is a hot water storage tank for storing hot water, 2 is a heat pump heating means for heating the hot water in the hot
8は貯湯タンク1の下端に接続され前記貯湯タンク1に水を給水する入水管、9は前記貯湯タンク1の上端に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管、10は前記入水管8から分岐された給水管、11は前記出湯管9からの出湯と給水管10からの給水を混合して設定温度の湯を供給する給湯混合弁である。
8 is a water inlet pipe connected to the lower end of the hot
ここで前記ヒートポンプ式加熱手段2は、凝縮器としての前記冷媒−水熱交換器3と圧縮機12と電子膨張弁13と強制空冷式の蒸発器14とで構成され、このヒートポンプ式加熱手段2の冷媒には二酸化炭素が用いられ超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。
Here, the heat pump heating means 2 includes the refrigerant-
15は冷媒−水熱交換器3を構成する湯水が通る水通路、16は給電時に閉弁し停電等の給電停止時には排水路17を開弁する開閉手段としての電磁弁、18は給電時は開弁し停電等の給電停止時には閉弁することで貯湯タンク1から湯水の流出を防ぐ流出防止手段としての電磁弁、19は前記貯湯タンク1から前記冷媒−水熱交換器3側への湯水の逆流を阻止する逆流防止手段としての逆止弁、20は前記冷媒−水熱交換器3の水通路15内や前記ヒーポン循環回路4内に溜まる空気を排出する空気排出手段としての空気抜き弁である。
15 is a water passage through which hot and cold water constituting the refrigerant-
21は、前記給湯混合弁11の駆動を制御し、さらに前記ヒートポンプ式加熱手段2の構成要素と前記ヒーポン循環ポンプ7の駆動を制御することで冷媒−水熱交換器3に流入してきた湯水を所望の沸き上げ温度まで沸き上げるようにしている制御手段で、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている。
21 controls the drive of the hot water supply mixing valve 11 and further controls the components of the heat pump type heating means 2 and the drive of the heat pump circulation pump 7 to supply hot water flowing into the refrigerant-
なお、図2(a)、(b)は前記電磁弁16の給電時の作動、停電等の給電停止時の作動を示したものである。前記電磁弁16は給電時にはコイル22に電流が流れ、先端に弁体23が直結した可動鉄片であるプランジャ24に電磁力がここでは下方向に加わり弁は閉弁する。その際、バネ25はプランジャ24によって縮められた状態となる。ここで停電等で給電が停止されるとコイル22に電流は流れないので電磁力は発生せず、縮められたバネ25が元の状態に戻ろうとする力がプランジャ24に上方向に働くことで弁は開弁する。
2A and 2B show the operation of the solenoid valve 16 during power feeding and the operation when power feeding is stopped such as a power failure. In the electromagnetic valve 16, a current flows through the
即ち、給電時は電磁力により閉弁し停電等の給電停止時にはバネ25の力によって開弁する構成となっている。本実施形態では電磁弁16には弁体23とプランジャ24が一体となった直動式の電磁弁を用いたが、給電時は閉弁し停電等の給電停止時には開弁する電磁弁であれば直動式でなくとも採用することができる。
In other words, the valve is closed by electromagnetic force during power supply, and is opened by the force of the
また、図3(a)、(b)は前記電磁弁18の給電時の作動、停電等の給電停止時の作動を示したもので図2と同一部分には同一符号を付すものとする。前記電磁弁18は給電時にはコイル22に電流が流れ、先端に弁体23が直結した可動鉄片であるプランジャ24に電磁力がここでは上方向に加わり弁は開弁する。その際、バネ25はプランジャ24によって縮められた状態となる。ここで停電等で給電が停止されるとコイル22に電流は流れないので電磁力は発生せず、縮められたバネ25が元の状態に戻ろうとする力がプランジャ24に下方向に働くことで弁を閉弁する。
3 (a) and 3 (b) show the operation of the
即ち、給電時は電磁力により開弁し停電等の給電停止時にはバネ25の力によって閉弁する構成となっている。本実施形態では電磁弁18には弁体23とプランジャ24が一体となった直動式の電磁弁を用いたが、給電時は開弁し停電等の給電停止時は閉弁する電磁弁であれば直動式でなくとも採用することができる。
In other words, the valve is opened by electromagnetic force during power supply, and is closed by the force of the
次に、図1に示す一実施形態の作動において、貯湯タンク1内にヒートポンプ式加熱手段2で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御手段21は深夜時刻になると時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始すると共に、ヒートポンプ式加熱手段2およびヒーポン循環ポンプ7の駆動して、貯湯タンク1の底部から取り出した湯水をヒートポンプ式加熱手段2により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク1の上部に積層させるように貯湯する。そして所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ7およびヒートポンプ式加熱手段2を停止して貯湯運転を終了する。
Next, a hot water storage operation in which hot water stored in the hot
The control means 21 starts the hot water storage operation so that the unit price of the contracted power for each time zone will be boiled by a predetermined time in the morning in the late night time when the midnight time comes, and the heat pump type heating means 2 and the heat pump circulation pump 7 The hot water is driven and heated from the bottom of the hot
次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管8から貯湯タンク1内に給水されると同時に出湯管9から高温水が出湯される。このとき、貯湯タンク1の底部には低温の給水が高温水と入れ替わりで貯められる。そして、この出湯管9からの高温水は給湯混合弁11に流入し、前記制御手段20により制御される給湯混合弁11によって給水管10からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。
Next, a hot water supply operation when the user opens the hot water tap to supply hot water will be described.
When the hot-water tap is opened, hot water is discharged from the hot
次に、停電等で給電停止した場合の作動について説明する。
電力供給側の事情や落雷、事故等で電力を供給できない場合、ヒーポン循環回路4を構成するヒーポン往き管5に備えられた電磁弁16が図2(a)、(b)に示した作動により停電等の給電停止時には弁を開弁し排水路17から排水でき、もし外気温度が氷点下である時に停電等で給電が停止した場合でも、前記ヒーポン循環回路4内と冷媒−水熱交換器3の水通路15内と貯湯タンク1内に残留する湯水の排水を行い凍結を防止することができるものである。
Next, the operation when power supply is stopped due to a power failure or the like will be described.
When power cannot be supplied due to circumstances on the power supply side, lightning strikes, accidents, etc., the electromagnetic valve 16 provided in the heat pump
この時、電磁弁16はヒーポン循環回路4および冷媒−水熱交換器3の水通路15の中で高さ位置が最下部であるところに備えることで、前記ヒーポン循環回路4内と冷媒−水熱交換器3の水通路15内と貯湯タンク1内に残留する湯水を残さず排水できる。
At this time, the solenoid valve 16 is provided in the heat
しかし、電磁弁16を備えただけではヒーポン循環回路4内および冷媒−水熱交換器3の水通路15内の湯水のみならず、貯湯タンク1内の湯水まで排水してしまう。そこでヒーポン往き管5と貯湯タンク1との接続部近傍に電磁弁18、ヒーポン戻り管6と貯湯タンク1との接続部近傍に逆止弁19をそれぞれ設け、前記電磁弁18は図3(a)、(b)に示した作動により停電等の給電停止時には弁を閉弁することで貯湯タンク1内の湯水の流出を防ぎ、前記逆止弁19は前記貯湯タンク1から前記冷媒−水熱交換器3側へ湯水が逆流するのを防ぐことで、停電等の給電停止時には前記貯湯タンク1内の湯水を無駄に流出することなく、前記ヒーポン循環回路4内および前記冷媒−水熱交換器3の水通路15内に残留する湯水の排水を行い凍結を防止することができるものである。
However, if only the electromagnetic valve 16 is provided, not only hot water in the heat
ここで、電磁弁16はヒーポン循環回路4内および冷媒−水熱交換器3の水通路15内に残留する湯水を残さず排水するために、ヒーポン循環回路4中で高さ位置が最下部で、且つ前記冷媒−水熱交換器3と電磁弁18との間に備えられるのが良く、さらにヒートポンプ式加熱手段2内に収納されているヒーポン循環回路4中に備えると、組み立て時にヒートポンプ式加熱手段2として組み付けられ、配管作業時に取り付けるような手間がいらず便利である。
Here, the electromagnetic valve 16 drains all hot water remaining in the heat
また、冷媒−水熱交換器3の水通路15が高さ位置で最下部である場合には該冷媒−水熱交換器3の水通路15の最下部に電磁弁16を備えても良い。
Further, when the water passage 15 of the refrigerant-
また、冷媒−水熱交換器3の水通路15が高さ位置で最下部でない場合でも、電磁弁16を該冷媒−水熱交換器3の水通路15に備えても良く、この場合は前記冷媒−水熱交換器3の水通路15の最下部に電磁弁16を備え、最悪でも前記冷媒−水熱交換器3の水通路15内の水が抜け、前記冷媒−水熱交換器3の水通路15の凍結を防止できれば良いものである。
Further, even when the water passage 15 of the refrigerant-
さらに、ヒーポン循環回路4内に空気抜き弁20が備えてあることによって、排水時には空気抜き弁20内部の水位が下がり弁が開弁され空気を取り込み、取り込まれた空気と残留する湯水が入れ替わることでヒーポン循環回路4内および冷媒−水熱交換器3の水通路15内に残留する湯水を速やかに排水することができるものである。
Further, since the
また、空気抜き弁20は冷媒−水熱交換器3の水通路15内や前記ヒーポン循環回路4内に溜まる空気を排出するためヒーポン循環回路4の中で高さ位置が最上部で、且つ前記冷媒−水熱交換器3と逆止弁19との間に備えられるのが良く、さらにヒートポンプ式加熱手段2内に収納されているヒーポン循環回路4中に備えると、組み立て時にヒートポンプ式加熱手段2として組み付けられ、配管作業時に取り付けるような手間がいらず便利である。
The
また、冷媒−水熱交換器3の水通路15が高さ位置で最上部である場合には該冷媒−水熱交換器3の水通路15の最上部に空気抜き弁20を備えても良い。
Further, when the water passage 15 of the refrigerant-
1 貯湯タンク
2 ヒートポンプ式加熱手段
3 冷媒−水熱交換器
4 ヒーポン循環回路
7 ヒーポン循環ポンプ
8 入水管
9 出湯管
15 冷媒−水熱交換器を構成する水通路
16 開閉手段(電磁弁)
17 排水路
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