JP5176474B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯装置に関する。 The present invention relates to a hot water storage type heat pump hot water supply apparatus.
従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、図2に示すものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heat pump hot-water supply apparatus has what is shown in FIG. 2 (for example, refer patent document 1).
図2に示すように、この給湯機は貯湯槽2と、ヒートポンプ3による加熱源を備え、貯湯槽2の下部から沸上げ管11でヒートポンプ3と接続し、ヒートポンプ3から貯湯槽2上部へ接続している。
As shown in FIG. 2, this hot water heater includes a hot water storage tank 2 and a heat source by a
また、浴槽6内の湯水を加熱するための風呂加熱熱交換器19において、利用側は風呂循環ポンプ27により、浴槽13内の湯水を循環するように接続され、また熱源側は循環ポンプ17により貯湯槽2上部の高温の湯を循環して貯湯槽2の下部に環流している。
Further, in the bath
この様に、風呂循環ポンプ27と循環ポンプ17を動作させることにより熱源側の高温水と利用側の低温水が風呂加熱熱交換器19で熱交換することにより浴槽6内の湯水の保温あるいは追い焚きが行われる。また、熱源側の高温水は貯湯槽2の上部より循環ポンプ17により風呂加熱熱交換器19に送られ、利用側の低温水と熱交換した後、貯湯槽2下部付近に環流される。
しかしながら、上記構成では、風呂加熱熱交換器19での熱交換より30〜50℃程度の中温水が貯湯槽2に貯まっていく。中温水は湯温が低いため風呂の追い焚きに用いることはできない。また、中温水をそのまま貯留しておくと貯湯槽2内の蓄熱量が減少するため湯切れの原因となる。そのため、中温水をヒートポンプ3で加熱することになるが、湯水の温度が高いためヒートポンプ3の効率低下を招くと言う課題があった。
However, in the above configuration, medium temperature water of about 30 to 50 ° C. is stored in the hot water tank 2 by heat exchange in the bath
本発明は前記従来の課題を解決するもので、貯湯槽内の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を実施できるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the heat pump hot water supply apparatus which can prevent the water temperature rise in a hot water storage tank, and can implement hot water supply operation with high energy efficiency.
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装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、第一循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順に介して貯湯槽内の水を加熱する給湯回路と、前記給湯回路の前記給湯用熱交換器下流側に設けた三方弁と、前記三方弁と前記給湯回路の前記第一循環ポンプの上流側とを接続したバイパス回路と、前記バイパス回路に設けた放熱手段と、前記放熱手段に第二循環ポンプを介して接続形成した加熱回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサと、前記加熱回路に設けられ前記放熱手段に流入する熱媒体の温度を検知する温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時および/または前記蒸発器に生成される霜を溶かす除霜運転時に、前記吐出温度センサの検出温度と前記温度センサの検出温度とを比較し、前記吐出温度センサの検出温度より、前記温度センサの検出温度の方が高い場合、前記三方弁にて前記給湯用熱交換器の下流側と前記バイパス回路とを連通させるとともに、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプとを動作させることを特徴とするもので、貯湯槽内の温水の温度を低下させることがなく、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 In order to solve the above-described conventional problems, a heat pump hot water supply apparatus of the present invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a hot water heat exchanger, a decompression device, and an evaporator are sequentially connected, a first circulation pump, and the hot water heat exchange. A hot water supply circuit for heating the water in the hot water tank through the heater in turn, a three-way valve provided downstream of the hot water supply heat exchanger in the hot water supply circuit, the three-way valve and the first circulation pump of the hot water supply circuit A bypass circuit connected to the upstream side, a heat dissipating means provided in the bypass circuit, a heating circuit connected to the heat dissipating means via a second circulation pump, and a discharge temperature for detecting a discharge refrigerant temperature of the compressor A sensor, a temperature sensor for detecting the temperature of the heat medium flowing into the heat radiating means provided in the heating circuit, and a control device, and the control device is provided at the time of starting the compressor and / or in the evaporator. The generated frost During the defrosting operation, the detected temperature of the discharge temperature sensor is compared with the detected temperature of the temperature sensor, and if the detected temperature of the temperature sensor is higher than the detected temperature of the discharge temperature sensor, the three-way valve The hot water supply heat exchanger is in communication with the bypass circuit and the first circulation pump and the second circulation pump are operated, and the temperature of the hot water in the hot water storage tank The temperature of the hot water tank can be prevented from rising and the energy efficient hot water supply operation can be performed.
本発明によれば、貯湯槽内の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を実施できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump hot water supply apparatus which can prevent the water temperature rise in a hot water storage tank and can implement the hot water supply operation with high energy efficiency can be provided.
第1の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒回路と、第一循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を順に介して貯湯槽内の水を加熱する給湯回路と、前記給湯回路の前記給湯用熱交換器下流側に設けた三方弁と、前記三方弁と前記給湯回
路の前記第一循環ポンプの上流側とを接続したバイパス回路と、前記バイパス回路に設けた放熱手段と、前記放熱手段に第二循環ポンプを介して接続形成した加熱回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサと、前記加熱回路に設けられ前記放熱手段に流入する熱媒体の温度を検知する温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時および/または前記蒸発器に生成される霜を溶かす除霜運転時に、前記吐出温度センサの検出温度と前記温度センサの検出温度とを比較し、前記吐出温度センサの検出温度より、前記温度センサの検出温度の方が高い場合、前記三方弁にて前記給湯用熱交換器の下流側と前記バイパス回路とを連通させるとともに、前記第一循環ポンプと前記第二循環ポンプとを動作させることを特徴とするもので、貯湯槽内の温水の温度を低下させることがなく、貯湯槽下部の水温上昇を防止し、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。
1st invention heats the water in a hot water tank through the refrigerant circuit which connected the compressor, the hot water supply heat exchanger, the decompression device, and the evaporator sequentially, the 1st circulation pump, and the said hot water supply heat exchanger in order. A hot water supply circuit, a three-way valve provided downstream of the hot water supply heat exchanger of the hot water supply circuit, a bypass circuit connecting the three-way valve and the upstream side of the first circulation pump of the hot water supply circuit, and the bypass A heat dissipating means provided in the circuit; a heating circuit connected to the heat dissipating means via a second circulation pump; a discharge temperature sensor for detecting a discharge refrigerant temperature of the compressor; and the heat dissipating means provided in the heating circuit. A temperature sensor for detecting the temperature of the heat medium flowing into the engine, and a control device, the control device at the start of the compressor and / or at the time of defrosting operation to melt frost generated in the evaporator The detection temperature of the discharge temperature sensor When the temperature detected by the temperature sensor is higher than the temperature detected by the discharge temperature sensor, the downstream side of the heat exchanger for hot water supply and the bypass circuit are compared with the temperature detected by the temperature sensor. And the first circulation pump and the second circulation pump are operated, without increasing the temperature of the hot water in the hot water tank, This can prevent hot water operation with high energy efficiency.
また、よりエネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。また、風呂の残り湯の排熱の利用ができ、エネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。 Further, hot water supply operation with higher energy efficiency can be performed. In addition, exhaust heat from the remaining hot water in the bath can be used, and hot water supply operation with high energy efficiency can be performed.
第2の発明は、冷媒回路の冷媒として炭酸ガスを用いたので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。 Since the second invention uses carbon dioxide as the refrigerant in the refrigerant circuit, it achieves high temperature of hot water supply with high efficiency, and even if the refrigerant leaks to the outside, the influence on global warming is extremely high. Less.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
なお、各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。 In each embodiment, portions having the same configuration and the same operation are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a heat pump water heater in the first embodiment of the present invention.
図1において、圧縮機31、給湯用熱交換器32、絞り装置33、蒸発器34を順に環状に接続し、冷媒として炭酸ガスを封入して冷媒循環回路を形成し、蒸発器34は、外気を送風するためのファン35を備えている。また、貯湯槽41、貯湯槽下部の取水口42、第一循環ポンプである循環ポンプ43、給湯用熱交換器32、三方弁44、貯湯槽上部の温水戻り口45を順次接続した給湯回路46と、三方弁44と貯湯槽下部の取水口42と循環ポンプ43の間の配管に放熱器である風呂加熱熱交換器48を介して接続するバイパス回路47を構成しており、圧縮機31より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は給湯用熱交換器32に流入し、ここで循環ポンプ43から送られてきた水を加熱するようになっている。
In FIG. 1, a
また、浴槽50内の湯水を加熱するための風呂加熱熱交換器48において、利用側は第二循環ポンプである風呂循環ポンプ49により、浴槽50内の湯水を循環するように接続し、加熱回路を形成している。
Moreover, in the bath
さらに、給湯用熱交換器32に流入する入水温度を検知する入水温度センサ51と給湯用熱交換器32から流出する出湯温度を検知する出湯温度センサ52と風呂加熱熱交換器48に流入する入水温度を検知する風呂湯温度センサ53と風呂加熱熱交換器48から風呂へ戻る湯温を検知する風呂還流温度センサ54と室外気温を検知する室外気温センサ55、圧縮機31の吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ56、蒸発器34の出口冷媒温度を検出する蒸発器出口温度センサ57を設け、圧縮機31の運転周波数や絞り装置33の開度、ファン35の回転数、循環ポンプ43および風呂循環ポンプ49の回転数を制御
する制御装置58を設置している。冷媒は二酸化炭素を用いている。
Furthermore, the incoming
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat pump hot-water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
通常の運転時では、ヒートポンプ給湯装置の運転を開始すると、循環ポンプ43、ファン35が運転され、入水温度センサ51により貯湯槽41から給湯用熱交換器32に流入する入水温度が計測され、室外気温センサ55により室外気温が計測され、吐出温度センサ56により圧縮機31の吐出冷媒温度が計測され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機31の運転周波数、絞り装置33の初期開度P1はあらかじめ設定されたテーブルから選択し、決定され、圧縮機31の運転が開始される。
In normal operation, when the operation of the heat pump hot water supply device is started, the
圧縮機31より吐出された冷媒は、圧縮機31運転開始時は低温低圧の冷媒であるが、圧縮機31の回転数の増加に伴い、次第に高温高圧の過熱ガス冷媒となる。この時リモコンにより風呂排熱利用運転を選択された場合、浴槽の温水の温度を検出し、吐出温度と比較し吐出温度より浴槽の温水の温度が高い場合、風呂循環ポンプ49と循環ポンプ43を作動させ、風呂加熱熱交換器48で温度の高い浴槽の温水とバイパス回路47を流れる低温の水と熱交換し、バイパス回路47で加熱された温水を給湯熱交換器に流し、温度の低い冷媒と熱交換することで、早く吐出温度を上昇させることができる。この間に、浴槽の湯温と吐出温度を比較し、吐出温度が高くなった場合は風呂循環ポンプ49を停止し、風呂の熱利用を停止する。
The refrigerant discharged from the
そして、高温高圧となった冷媒は給湯用熱交換器32に流入し、ここで循環ポンプ43から送られてきた水と熱交換し加熱する。そして、冷媒は中温高圧となり、絞り装置33で減圧された後、蒸発器34に流入し、ここでファン35で送風された外気と熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機31にもどる。一方、循環ポンプ43で送られた給湯水は給湯用熱交換器32で加熱され、湯温度が給湯設定温度(例えば80℃)より第一の所定値(例えば10deg)ほど低い温度(70℃)より低い(例えば65℃)場合、温水は三方弁44は給湯用熱交換器32とバイパス回路47を連通させるように制御され、バイパス回路47を経て循環ポンプ43に戻される。
The high-temperature and high-pressure refrigerant flows into the hot water
さらに、湯温度が給湯設定温度(例えば80℃)より第一の所定値(例えば10deg)ほど低い温度(70℃)より高くなると三方弁44は給湯用熱交換器32と貯湯槽上部の温水戻り口45を連通させるように制御され、湯は貯湯槽41の上部に流入し、上から次第に貯湯されて行き、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽41内に湯が貯まって行く。沸き上げ運転完了近くになると、貯湯槽41下部より循環ポンプ43を経て流入する水温は高くなり、入水温度が設定値以上になると、貯湯槽41に湯が貯まったと判断し、圧縮機31、循環ポンプ43、ファン35の運転を停止し、沸上を完了する。
Further, when the hot water temperature becomes higher than a temperature (70 ° C.) lower than a preset hot water supply temperature (for example, 80 ° C.) by a first predetermined value (for example, 10 deg), the three-way valve 44 returns the hot water to the hot water
次に、風呂温度がリモコンの設定温度より低下したり、リモコンにより風呂加熱運転を選択され、ヒートポンプ給湯装置の運転が開始されると、風呂循環ポンプ49、ファン35が運転され、風呂湯温度センサ53により風呂13から風呂加熱熱交換器48に流入する風呂湯温度が計測され、室外気温センサ55により室外気温が計測され、吐出温度センサ56により圧縮機31の吐出冷媒温度が計測され、風呂湯温度、室外気温、風呂目標温度により、圧縮機31の運転周波数、絞り装置33の初期開度P1はあらかじめ設定されたテーブルから選択し、決定され、圧縮機31と循環ポンプ43の運転が開始される。
Next, when the bath temperature falls below the set temperature of the remote control or the bath heating operation is selected by the remote control and the operation of the heat pump hot water supply device is started, the
圧縮機31より吐出された高温高圧の冷媒は給湯用熱交換器32に流入し、ここで循環ポンプ43から送られてきた水と熱交換し加熱する。そして、冷媒は中温高圧となり、絞り装置33で減圧された後、蒸発器34に流入し、ここでファン35で送風された外気と
熱交換して蒸発ガス化し、圧縮機31にもどる。
The high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
一方、循環ポンプ43で送られた給湯水は給湯用熱交換器32で加熱され、三方弁44は給湯用熱交換器32とバイパス回路47を連通させるように制御され、バイパス回路47に流入し風呂加熱熱交換器48を経て循環ポンプ43に戻される。この時循環ポンプ43は風呂目標温度より一定値(例えば10deg)高い温度となるように、流量を制御する。また風呂加熱熱交換器48では、冷媒回路により加熱された温水と風呂湯を熱交換して、風呂湯を加熱する。風呂湯温度が風呂目標温度以上になると、風呂の加熱が完了したと判断し、圧縮機31、循環ポンプ43、風呂循環ポンプ49、ファン35の運転を停止し、風呂加熱運転を完了する。
On the other hand, the hot water supplied by the
その結果、従来の機器に新たな構成部品を追加することなく、また、貯湯槽41の湯を利用して風呂を加熱せず、ヒートポンプにより、浴槽50内の湯水を加熱することにより、貯湯槽41内の温水の温度を低下させることがない。
As a result, the hot water storage tank can be obtained by heating the hot water in the bathtub 50 with a heat pump without adding new components to the conventional device, without using the hot water of the hot
次に、室外気温が低く蒸発器34に霜が生成し、その霜を溶かす除霜運転を行う場合、循環ポンプ43、ファン35を停止し、給湯運転を停止し、絞り装置33を開き、給湯用熱交換器32での吐出冷媒の放熱をできるだけ防ぎ、高温高圧の冷媒を蒸発器34に流し、蒸発器34の温度を上昇させ除霜する。
Next, when the outdoor temperature is low and frost is generated in the
この時、三方弁44は給湯用熱交換器32とバイパス回路47を連通させるように制御し、運転される。除霜運転中は蒸発器34に高温の冷媒を流入させて除霜を行うため、冷媒は吸熱して蒸発することができず、液冷媒の状態で圧縮機31に吸入され、圧縮機31から吸熱して蒸発するため、圧縮機31の吐出温度は次第に低下する。その結果、給湯用熱交換器32には圧縮機31の吐出冷媒が流れるため、給湯熱交換器32の温度は吐出冷媒温度と同じ温度となる。
At this time, the three-way valve 44 is controlled and operated so that the hot
この時リモコンにより風呂排熱利用運転を選択された場合、浴槽の温水の温度を検出し、吐出温度と比較し吐出温度より浴槽の温水の温度が高い場合、風呂循環ポンプ49と循環ポンプ43を作動させ、風呂加熱熱交換器48で温度の高い浴槽の温水とバイパス回路47を流れる低温の水と熱交換し、バイパス回路47で加熱された温水を給湯熱交換器に流し、温度が低下した冷媒と熱交換することで、浴槽の温水の熱を利用して蒸発器34の霜を早く溶かすことができる。
At this time, when the bath exhaust heat utilization operation is selected by the remote controller, the temperature of the hot water in the bathtub is detected, and when the temperature of the hot water in the bathtub is higher than the discharge temperature, the
蒸発器34の霜が溶け、蒸発器34出口配管の冷媒温度が上昇し、蒸発器出口温度センサ57の出力値が設定値(例えば5℃)以上となると、除霜運転は終了する。除霜運転の間に、浴槽の湯温と吐出温度を比較し、吐出温度が高くなった場合は風呂循環ポンプ49や循環ポンプ43を停止し、風呂の熱利用を停止する。
When the frost of the
除霜運転が終了すると、循環ポンプ43、ファン35が運転され、入水温度、室外気温、吐出冷媒温度と出湯目標温度により、圧縮機31の運転周波数および、絞り装置33の初期開度P1はあらかじめ設定されたテーブルから選択され、決定され、給湯運転が再開される。この時、三方弁44は給湯用熱交換器32とバイパス回路47を連通させるように制御される。この時の湯温は、給湯設定温度(例えば80℃)より低いが、圧縮機31や給湯用熱交換器32の温度はすぐに上昇し、湯温も上昇し、給湯設定温度(例えば80℃)より高くなると、三方弁44は切り替えられ、貯湯槽上部の温水戻り口45に連通させる。
When the defrosting operation is completed, the
その結果、浴槽の湯の排熱を利用して除霜を行い、除霜時間を短縮することで平均エネルギー効率を向上させることができ、効率の高い給湯運転を行うことができる。 As a result, defrosting is performed using the exhaust heat of the hot water in the bathtub, and the average energy efficiency can be improved by shortening the defrosting time, and a highly efficient hot water supply operation can be performed.
また、貯湯槽41下部の水温上昇を防止することができるため、ヒートポンプ6でよりエネルギー効率の高い給湯運転を行うことができる。
Moreover, since the water temperature rise of the hot
なお、本実施の形態においては、放熱器を風呂加熱熱交換器48として説明したが、床暖房機等に用いる加熱熱交換器でも良い。
In the present embodiment, the radiator is described as the bath
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、エネルギー効率の高い給湯運転が可能となるため、高温の湯を利用した空調機等の用途にも適用できる。 As described above, the heat pump hot water supply apparatus according to the present invention can perform hot water supply operation with high energy efficiency, and thus can be applied to uses such as an air conditioner using high-temperature hot water.
31 圧縮機
32 給湯用熱交換器
33 絞り装置(減圧装置)
34 蒸発器
35 ファン
41 貯湯槽
42 貯湯槽下部の取水口
43 循環ポンプ
44 三方弁
45 貯湯槽上部の温水戻り口
46 給湯回路
47 バイパス回路
48 風呂加熱熱交換器
49 風呂循環ポンプ
50 浴槽
51 入水温度センサ
52 出湯温度センサ
53 風呂温度センサ
54 風呂戻り温度センサ
55 室外気温センサ
56 吐出温度センサ
57 蒸発器出口温度センサ
58 制御装置
31
34
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