JP5058036B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、風呂水追い焚き回路を備えたヒートポンプ式給湯装置に関する。

従来、「ヒートポンプユニットで加圧されて高温になった冷媒が高温側熱交換器の一次側を通過し、貯湯タンク下部から供給された水が該高温側熱交換器の二次側を通過して得られた高温水を該貯湯タンク上部に戻して貯留し、必要に応じて浴槽に浴水として供給するヒートポンプ式給湯設備において、前記浴槽中の浴水を二次側に循環させて加熱する追い焚き用熱交換器が設けられ、該追い焚き用熱交換器の一次側には前記貯湯タンク上部からの高温水を流入させると共に、該追い焚き用熱交換器の一次側の熱交換後の温水を前記高温側熱交換器の二次側に戻している」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−５３２０４号公報（第３−５頁、図１）

従来の構成においては、通常運転時においては貯湯タンク下部の水を冷媒−水熱交換器（高温側熱交換器）の給水側に接続して加熱し、追い焚き運転時においては追い焚き用熱交換器の一次側出口の温水を冷媒−水熱交換器に接続して再加熱して、貯湯タンクに高温水を貯留していた。したがって、貯湯タンク下部の水温が高い場合、または、追い焚き用熱交換器の一次側出口の水温が高い場合には、比較的温度の高い温水が冷媒−水熱交換器に供給されることになる。このため、冷媒−水熱交換器での加熱効率が悪くなってしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、追い焚き用熱交換器で熱交換した後の温水を、効率よく冷媒−水熱交換器で再加熱することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供するものである。

この発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、冷媒−水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンク及び前記温水タンク内の温水を循環させて加熱する風呂水追い焚き熱交換器を有するタンクユニットと、前記冷媒−水熱交換器と前記温水タンクの間に接続された温水循環装置とを有するヒートポンプ式給湯装置であって、前記冷媒−水熱交換器の入口の水温を検出する第一の検出手段と、前記温水タンク下部の水と前記風呂水追い焚き熱交換器の出口側の温水とを混合して前記冷媒−水熱交換器へ導く混合弁と、制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第一の検出手段の検出値が、前記冷媒−水熱交換器の加熱効率に関する冷媒物性に応じて定められる所定値まで低下するように前記混合弁の開度を制御することを特徴とするものである。

この発明のヒートポンプ式給湯装置は、追い焚き用熱交換器で熱交換した後の温水を所定温度以下に低下させてから冷媒−水熱交換器で加熱するので、効率よく冷媒−水熱交換器を稼働させることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図であり、ヒートポンプユニット１００、タンクユニット２００、ユーザが運転操作などを行う操作部１１から構成されている。

図１において、ヒートポンプユニット１００は、圧縮機１、冷媒−水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を冷媒配管１５によって環状に接続された冷媒回路と、前記圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力検出装置５と、ファンモータ６と、ファン７とを備えている。また、温度検出手段として、冷媒−水熱交換器２の沸上げ温度検出手段８と、冷媒−水熱交換器２の給水温度検出手段９（本発明に係る第一の水温検出手段）と、外気温度検出手段１７とを備えている。また、ヒートポンプユニット制御部１３を備え、ヒートポンプユニット制御部１３は、前記圧力検出装置５、沸上げ温度検出手段８、給水温度検出手段９、及び外気温度検出手段１７からの信号を受信し、圧縮機１の回転数制御、減圧装置３の開度制御、ファンモータ６の回転数制御を行う。

タンクユニット２００は、冷媒−水熱交換器２で加熱された湯水を貯湯する温水タンク１４と、風呂水の追い焚きを行う風呂水追い焚き熱交換器３１と、風呂水循環装置３２と、冷媒−水熱交換器２と温水タンク１４の間に配置された温水循環装置１０と、温水循環配管１６と、冷媒−水熱交換器２と温水タンク１４と風呂水追い焚き熱交換器３１とに接続された混合弁３３と、温水タンク１４と混合弁３３とを接続する風呂水追い焚き配管３７とを備える。また、温度検出手段として、タンク内水温検出装置３４（本発明に係る第二の水温検出手段）、風呂水追い焚き熱交換器を通過した後の水温を検出する追い焚き後水温検出装置３５（本発明に係る第三の水温検出手段）、混合弁３３を通過した後の水温を検出する混合後水温検出装置３６（本発明に係る第四の水温検出手段）を備えている。また、タンクユニット制御部１２を備え、タンクユニット制御部１２は、タンク内水温検出装置３４、追い焚き後水温検出装置３５、混合後水温検出装置３６からの信号を受信するとともに、温水循環装置１０の回転数制御、混合弁３３の開閉制御、及び操作部１１との間で信号の送受信を行う。

操作部１１は、ユーザが湯水の温度設定や出湯指示などを行うためのスイッチなどを備えたリモコンや操作パネルなどである。

図１において、上記のように構成したヒートポンプ式給湯装置における通常の沸上げ運転動作について説明する。操作部１１またはタンクユニット２００からの沸上げ運転指示がヒートポンプユニット制御部１３に伝えられると、ヒートポンプユニット１００は沸上げ運転を行う。ヒートポンプユニット１００に備えられたヒートポンプユニット制御部１３は、圧力検出装置５、沸上げ温度検出手段８、給水温度検出手段９の検出値などに基づいて、圧縮機１の回転数制御、減圧装置３の開度制御、ファンモータ６の回転数制御を行う。また、ヒートポンプユニット制御部１３とタンクユニット制御部１２との間で沸上げ温度検出手段８の検出値の送受信を行い、タンクユニット制御部１２は、沸上げ温度検出手段８で検出した温度が目標沸上げ温度になるよう、温水循環装置１０の回転数を制御する。
以上のように制御されるヒートポンプ式給湯装置において、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は冷媒−水熱交換器２で給水回路側へ放熱しながら温度低下する。放熱して冷媒−水熱交換器２を通過した高圧低温の冷媒は、減圧装置３で減圧される。減圧装置３を通過した冷媒は蒸発器４に流入し、そこで外気空気から吸熱する。蒸発器４を出た低圧冷媒は圧縮機１に吸入されて循環し冷凍サイクルを形成する。
一方、温水タンク１４の下部の水は、温水循環装置１０の駆動により冷媒−水熱交換器２へ導かれる。ここで、冷媒−水熱交換器２からの放熱によって水が加熱され、加熱された湯水は温水循環配管１６を通って温水タンク１４の上部に戻されて蓄熱される。

次に、追い焚き運転動作について説明する。操作部１１からの追い焚き運転指示がタンクユニット制御部１２に伝えられると、温水タンク１４に貯湯されたタンク上部の高温の湯は、温水循環装置１０の駆動により風呂水追い焚き熱交換器３１に循環される。一方で、図示しない浴槽内の風呂水も、風呂水循環装置３２の駆動により風呂水追い焚き熱交換器３１に導かれる。風呂水追い焚き熱交換器３１において、温水タンク１４から導かれてきた高温の湯は風呂水と熱交換し、温度を低下させた高温の湯（以下、中温水と称す）は、風呂水追い焚き配管３７を経由して混合弁３３へ導かれる。混合弁３３は、後述の制御方法に従って中温水と温水タンク１４下部から給水される水とを混合する。混合弁３３で混合された水は冷媒−水熱交換器２へ導かれて再加熱され、温水循環配管１６を経由して温水タンク１４の上部に戻されて蓄熱される。

次に、混合弁３３の制御方法について説明する。
風呂水と熱交換した後の中温水は、風呂水追い焚き配管３７を経由して、混合弁３３へ導かれる。タンクユニット制御部１２は、ヒートポンプユニット制御部１３から給水温度検出手段９の検出温度を取得し、給水温度検出手段９の検出温度が「所定の値」となるよう、混合弁３３を制御して中温水と水の混合比率を調整する。
ここで、前記「所定の値」について説明する。ヒートポンプユニット１００で用いられる冷媒においては、加熱される側（本実施の形態１では水）の温度によって加熱効率が異なる。例えば、冷媒として二酸化炭素を使用した場合、加熱される側である水の温度が４０℃を超えると加熱効率が悪化し始めるため、加熱効率を悪化させないためには水の温度を４０℃以下にする必要がある。このように、冷媒物性に応じて定められる、加熱効率を悪化させないような水の温度を「所定の値」とする。
または、冷媒−水熱交換器２の出口に設置された沸上げ温度検出手段８の検出温度をヒートポンプユニット制御部１３から取得し、この値と給水温度検出手段９の検出温度との差が３０℃以上となるように混合弁３３を制御し、中温水と水の混合比率を調整してもよい。

以上のように、混合弁３３を制御して風呂水追い焚き熱交換器３１で熱交換した後の中温水と水とを混合することで、冷媒−水熱交換器２へ導かれる水の温度を低下させることができる。このため、冷媒−水熱交換器２において効率の良い運転を維持することができる。
また、追い焚き後の中温水を直接温水タンク１４に戻さず、冷媒−水熱交換器で再加熱してから温水タンク１４に循環させるので、温水タンク１４内の貯湯熱量を効率的に確保することができる。

なお、混合弁３３の制御方法については、上記方法に限定されるものではなく、以下、混合弁３３を制御する別の２つの方法について説明する。

上述の通り、風呂水と熱交換した後の中温水は、風呂水追い焚き配管３７を経由して、混合弁３３へ導かれる。タンクユニット制御部１２は、ヒートポンプユニット制御部１３から給水温度検出手段９の検出温度を取得する。そして、タンク内水温検出装置３４と、追い焚き後水温検出装置３５が検出した温度に基づいて、給水温度検出手段９の温度が所定の値になるよう、混合弁３３を制御して中温水と水の混合比率を調整する。この所定の値については、前述の通りである。

以上のように、タンク内水温検出装置３４と追い焚き後水温検出装置３５の検出温度を用いることで、より高精度な混合弁３３の制御が可能となり、冷媒−水熱交換器２へ導かれる水の湯温調整をより高精度に行うことができる。このため、冷媒−水熱交換器２において効率の良い運転を維持することができる。
また、タンク内水温検出装置３４は、一般的に、温水タンク１４の残湯量を検出するために予め設置されているものであるため、新たに設置するコストは不要であり、現状のシステムを活用しつつ安価で精度の良い混合弁３３の制御が可能となる。
また、追い焚き後の中温水を直接温水タンク１４に戻さず、冷媒−水熱交換器で再加熱してから温水タンク１４に循環させるので、温水タンク１４内の貯湯熱量を効率的に確保することができる。

また、混合弁３３の別の制御方法について説明する。
上述の通り、風呂水と熱交換した後の中温水は、風呂水追い焚き配管３７を経由して、混合弁３３へ導かれる。タンクユニット制御部１２は、ヒートポンプユニット制御部１３により給水温度検出手段９の検出温度を取得する。そして、混合弁３３にて混合した後の水温を検出する混合後水温検出装置３６と、追い焚き後水温検出装置３５の検出温度に基づいて、給水温度検出手段９の温度が所定の値になるよう、混合弁３３を制御して中温水と水の混合比率を調整する。この所定の値については、前述の通りである。

以上のように、混合後水温検出装置３６と追い焚き後水温検出装置３５の検出温度を用いることで、より高精度な混合弁３３の制御が可能となり、冷媒−水熱交換器２へ導かれる水の湯温調整をより高精度に行うことができる。このため、冷媒−水熱交換器２において効率の良い運転を維持することができる。
また、追い焚き後の中温水を直接温水タンク１４に戻さず、冷媒−水熱交換器で再加熱してから温水タンク１４に循環させるので、温水タンク１４内の貯湯熱量を効率的に確保することができる。

なお、混合弁３３の制御方法については、上記で示したいずれを用いてもよい。また、混合弁３３を制御する際に、追い焚き後水温検出装置３５や混合後水温検出装置３６を用いない場合には、これらの検出装置を設けない構成としてもよい。

この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 冷媒−水熱交換器、３ 減圧装置、４ 蒸発器、５ 圧力検出装置、６ ファンモータ、７ ファン、８ 沸上げ温度検出手段、９ 給水温度検出手段、１０ 温水循環装置、１１ 操作部、１２ タンクユニット制御部、１３ ヒートポンプユニット制御部、１４ 温水タンク、１５ 冷媒配管、１６ 温水循環配管、１７ 外気温度検出手段、３１ 風呂水追い焚き熱交換器、３２ 風呂水循環装置、３３ 混合弁、３４ タンク内水温検出装置、３５ 追い焚き後水温検出装置、３６ 混合後水温検出装置、３７ 風呂水追い焚き配管、１００ ヒートポンプユニット、２００ タンクユニット。

Claims (3)

1. 圧縮機、冷媒−水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路を有するヒートポンプユニットと、
   前記冷媒−水熱交換器で加熱された温水を貯湯する温水タンク及び前記温水タンク内の温水を循環させて加熱する風呂水追い焚き熱交換器を有するタンクユニットと、
   前記冷媒−水熱交換器と前記温水タンクの間に接続された温水循環装置と
   を有するヒートポンプ式給湯装置であって、
   前記冷媒−水熱交換器の入口の水温を検出する第一の水温検出手段と、
   前記温水タンク下部の水と前記風呂水追い焚き熱交換器の出口側の温水とを混合して前記冷媒−水熱交換器へ導く混合弁と、
   前記第一の水温検出手段の検出値が、前記冷媒−水熱交換器の加熱効率に関する冷媒物性に応じて定められる所定値まで低下するように前記混合弁の開度を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記温水タンク内の水温を検出する第二の水温検出手段と、
   前記風呂水追い焚き熱交換器の出口側の水温を検出する第三の水温検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第二の水温検出手段の検出値と前記第三の水温検出手段の検出値に基づいて前記混合弁の開度を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記風呂水追い焚き熱交換器の出口側の水温を検出する第三の水温検出手段と、
   前記混合弁で混合した後の水温を検出する第四の水温検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第三の水温検出手段の検出値と前記第四の水温検出手段の検出値に基づいて前記混合弁の開度を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。

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