JP5198236B2

JP5198236B2 - ヒートポンプ式給湯器

Info

Publication number: JP5198236B2
Application number: JP2008316583A
Authority: JP
Inventors: 真典上田; 隆志眞柄; 光輝田村
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: JP2010139175A

Description

この発明は大気熱等をヒートポンプ回路の熱源とした、ヒートポンプ式の加熱手段で給湯水を加熱するヒートポンプ式給湯器に関するものである。

従来より、この種のヒートポンプ式給湯器としては、図４に示すようなものがあった。
１０１は内部に貯湯タンク１０２を備えた貯湯タンクユニット、１０３はヒートポンプ式加熱手段を内部に備えたヒートポンプユニット、１０４は床暖房等で熱を与える暖房用放熱器である。

前記貯湯タンクユニット１０１内部において、入水管１０５から給水して出湯管１０６から給湯する前記貯湯タンク１０２は、前記ヒートポンプユニット１０３とヒーポン循環回路１０７で接続されており湯水が循環可能である。また、暖房用の熱を作成する暖房用熱交換器１０８は、前記貯湯タンク１０２と湯水が循環可能に接続する１次側暖房循環回路１０９を形成し、前記１次側暖房循環回路１０９途中に１次側暖房循環ポンプ１１０を備えている。

前記ヒートポンプユニット１０３内部には、圧縮機１１１とヒートポンプ水熱交換器１１２と膨張弁１１３と強制空冷式の蒸発器１１４で構成されるヒートポンプ回路があり、前記圧縮機１１１や前記膨張弁１１３等によって前記ヒートポンプ回路を駆動制御するヒーポン制御部１１５と、前記ヒーポン循環回路１０７内の湯水を搬送するヒーポン循環ポンプ１１６とが設けられている。

そして、前記暖房用放熱器１０４と前記暖房用熱交換器１０８を湯水が循環可能に接続する２次側暖房循環回路１１７と、前記２次側暖房循環回路１１７途中に２次側暖房循環ポンプ１１８を備えており、前記２次側暖房循環ポンプを駆動させる事でこの回路内を前記暖房用熱交換器１０８で加熱された湯水が循環することで暖房運転が可能になる。（例えば、特許文献１）

また、前記暖房用熱交換器は前記１次側暖房循環回路と前記２次側暖房循環回路の配管をそれぞれコイル形状に巻いて隣接させ、交互に配置して熱交換を行う構造とし、製造コストの低減及び省スペース化を図ったものがあった。（例えば、特許文献２）
特開２００４−３６９５８号公報特開２００５−３１５５５３号公報

ところが、この従来の暖房用熱交換器は伝熱性能があまり良くないため、伝熱性能のよいプレート式熱交換器を用いることが考えられる。しかし、プレート式熱交換器のような多パス構造で高温水が通水する流路が狭いものでは流速が減衰されるためスケールが発生しやすい環境にあり、これが蓄積されることで熱交内が内部閉塞を起こし暖房運転に支障をきたすことがあった。

この発明はこれらの点に着目し上記課題を解決するために、特にその構成を、請求項１では、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、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ水熱交換器と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ水熱交換器の間をヒーポン往き管とヒーポン戻り管によって湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、このヒーポン循環回路途中に設けられ湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、湯水と熱交換を行い暖房用の熱量を得る暖房用熱交換器と、前記貯湯タンクと前記暖房用熱交換器の１次側で湯水が循環可能となるよう１次側暖房熱交往き管と１次側暖房熱交戻り管によってなる１次側暖房熱交循環回路と、前記１次側暖房熱交循環回路途中に設けられ湯水を搬送する１次側暖房熱交循環ポンプと、前記ヒーポン戻り管を通過する湯水の流路を前記貯湯タンクの上部と前記１次側暖房熱交往き管に切り替えることが可能な切替弁を備えたものに於いて、前記ヒーポン循環ポンプか前記１次側暖房熱交循環ポンプが駆動開始から所定時間経過したことを検知したら、前記貯湯タンクの上部を介さず前記１次側暖房熱交往き管にすべての湯水が流入するように前記切替弁を切り替えて、前記ヒーポン循環ポンプを最大出力で駆動させて、ヒートポンプ水熱交換器や暖房用熱交換器に付着するスケール等を同時に除去するものである。

また請求項２では、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、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ水熱交換器と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ水熱交換器の間をヒーポン往き管とヒーポン戻り管によって湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、このヒーポン循環回路途中に設けられ湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、湯水と熱交換を行い暖房用の熱量を得る暖房用熱交換器と、前記貯湯タンクと前記暖房用熱交換器の１次側で湯水が循環可能となるよう１次側暖房熱交往き管と１次側暖房熱交戻り管によってなる１次側暖房熱交循環回路と、前記１次側暖房熱交循環回路途中に設けられ湯水を搬送する１次側暖房熱交循環ポンプと、前記ヒーポン戻り管を通過する湯水の流れを前記貯湯タンクの上部と前記１次側暖房熱交往き管に切り替えることが可能な切替弁を備えたものに於いて、前記ヒーポン循環ポンプか前記１次側暖房熱交循環ポンプが駆動開始から所定時間経過したことを検知したら、前記貯湯タンクの上部を介さず前記１次側暖房熱交往き管にすべての湯水が流入するように前記切替弁を切り替えて、前記１次側暖房熱交循環ポンプを最大出力で駆動させて、ヒートポンプ水熱交換器や暖房用熱交換器に付着するスケール等を同時に除去するものである。

この発明によれば、ヒーポン水熱交換器及び暖房用熱交換器の配管に溜まり内部閉塞を引き起こすスケール等のつまり要因物質を同時に除去でき、ヒーポン循環ポンプや１次側暖房循環ポンプが駆動した時間によって定期的なクリーニング作業が開始されることから、より確実にスケール等のつまり要因物質の除去作業が行える。

次にこの発明の一実施形態である貯湯式給湯装置を図面に基づき説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２等を収納する貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニットで、内部には圧縮機４と凝縮器としてのヒートポンプ水熱交換器５と膨張弁６と強制空冷式の蒸発器７とで構成され、このヒートポンプユニット３には冷媒として二酸化炭素が用いられて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。また、前記圧縮機４や膨張弁６等の駆動を制御することによりヒートポンプサイクルを制御するヒーポン制御部８を設けている。

９は前記貯湯タンク２下部と前記ヒートポンプ水熱交換器５を接続するヒーポン往き管で、１０は前記ヒートポンプ水熱交換器５と前記貯湯タンク２上部を接続するヒーポン戻り管であり、前記ヒーポン往き管９と前記ヒーポン戻り管１０でヒーポン循環回路１１を形成している。１２は前記ヒーポン往き管９の途中に設けられ前記ヒーポン循環回路１１内の湯水を搬送可能にするヒーポン循環ポンプである。

そして、ヒートポンプ沸き上げ運転を行う際には、制御手段８はヒートポンプサイクルの圧縮機４、膨張弁６、及び蒸発器７を適当な条件で作動させると共に、ヒーポン循環ポンプ１２を駆動させて、貯湯タンク２の下部からヒーポン往き管９を通した湯水を所望の沸き上げ設定温度に沸き上げ、ヒーポン戻り管１０を通して貯湯タンク２の上部に戻すものである。

１３は前記貯湯タンク２と暖房用熱交換器１４を接続する１次側暖房熱交往き管で、１５は前記貯湯タンク２と前記暖房用熱交換器１４を接続する１次側暖房熱交戻り管であり、１次側暖房熱交往き管１３と１次側暖房熱交戻り管１５とで１次側暖房循環回路１６を形成している。１７は前記１次側暖房熱交戻り管１５の途中に設けられ前記１次側暖房循環回路１６内の湯水を搬送可能にする１次側暖房循環ポンプである。

１８は前記ヒーポン戻り管１０内を通過する湯水を前記貯湯タンク２側と前記１次側暖房循環回路１６側との一方に流れるよう流路を切り替えられると共に、その弁開度を調節することで貯湯タンク２側と１次側暖房循環回路１６側の双方に流れる湯水の流量配分を調節可能な切替弁である。また、１９は前記切替弁１８によって前記１次側暖房循環回路１６に流入させた湯水を前記１次側暖房熱交往き管１３と中温水出湯管２０とに流路を切り替え可能な三方弁である。

２１は前記貯湯タンク２に市水を供給する入水管で、２２は前記貯湯タンク２の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管である。

２３は前記暖房用熱交換器１４の２次側に２次側暖房熱交往き管２４と２次側暖房熱交戻り管２５で接続された暖房用放熱器で、前記２次側暖房熱交往き管２４と前記２次側暖房熱交戻り管２５とで２次側暖房循環回路２６を形成している。２７は前記２次側暖房熱交往き管２４の途中に設けられ前記２次側暖循環回路２６内の湯水を搬送可能とする２次側暖房循環ポンプである。

２８は記憶、演算、計算等の機能を有するマイコンからなる給湯制御部で、前記ヒーポン循環ポンプ１２と前記１次側暖房循環ポンプ１７の駆動開始からの積算時間をカウントし、ここでは２４時間の駆動をカウントすると、どちらかの循環ポンプを駆動させるものであり、前記切替弁１８と前記三方弁１９を各運転状態に合わせて弁開度の調節を行う制御が可能である。

次に、暖房運転を行う際の各部の動きを説明する。
まず、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転をおこなわず、貯湯タンク２内の湯水のみを利用して行う場合がある。切替弁１８の弁開度を調節して貯湯タンク２上部と１次側暖房熱交往き管１３とを湯水が通水可能となるようにする。さらに、三方弁１９の弁開度を１次側暖房熱交往き管１３方向に対して全開にする。そして、１次側暖房循環ポンプ１７を駆動させることによって貯湯タンク２と１次側暖房循環回路内を湯水が流動することで暖房運転が可能となる。

また、貯湯タンク２内の湯量が少ない場合は、切替弁１８の貯湯タンク２方向への流路と三方弁１９の中温水出湯管２０方向への流路を遮断してヒーポン戻り管１０から１次側暖房熱交往き管１３へすべての湯水が流入することで、ヒーポン循環回路１１と１次側暖房循環回路１６を貯湯タンク２上部を介さず接続する回路を形成する。そして、ヒーポン循環ポンプ１２と１次側暖房循環ポンプ１７を駆動させて形成された回路内を湯水が循環することで暖房運転が可能となる。

また、貯湯タンク２内の湯量が少なくかつ給湯をする必要がありタンク内の湯量を増加させたい場合は、切替弁１８の弁開度を調節してヒーポン戻り管１０から貯湯タンク２と１次側暖房熱交往き管１３に湯水が流入可能となるようにする。そして、三方弁１９を１次側暖房熱交往き管１３方向に弁開度を全開にして、ヒートポンプ循環ポンプ１２と１次側暖房循環ポンプ１７を駆動させて貯湯タンク２と暖房用熱交換器１４に湯水が搬送されることで、湯水の貯湯と暖房運転が可能となる。

次に、図３のフローチャートを基にスケール等のつまり要因物質除去作業運転について説明する。
ステップ１で１次側暖房循環ポンプ１７を駆動させ１次側暖房循環回路１６に湯水を循環させる暖房運転を行っている積算時間が所定時間、ここでは２４時間経過したかを判断する。また、ヒートポンプユニット３内にあるヒーポン循環ポンプ１２が駆動することでヒーポン循環回路１１に湯水を循環させるヒートポンプ沸き上げ運転を行っている時間の積算時間が所定時間、ここでは２４時間経過したかをステップ２で判断する。また、ステップ３で貯湯タンク２内へ湯水を供給するためにヒートポンプ沸き上げ動作を行っていた際に所定時間の経過を検知した場合は、ヒートポンプ沸き上げ動作を優先させて継続し、動作完了を確認してから次のステップに移る制御とする。

ステップ１か２の一方の所定時間が経過していると判断され、ステップ３でヒートポンプ沸き上げ動作が完了していることを検知したら、ステップ４で切替弁１８を貯湯タンク方向の流路を遮断する状態とし、更に三方弁１９を切り替えて中温水出湯管２０方向の流路を遮断することでヒーポン循環回路１１と１次側暖房循環回路１６を貯湯タンク２の上部を介さず循環可能な回路が形成される。弁開度の調節が終了したら、ステップ５でヒーポン循環ポンプ１２か１次側暖房循環ポンプ１７を最大出力で駆動させることで、スケール等のつまり要因物質を除去作業する運転が開始される。

ステップ６で循環ポンプが最大出力で駆動してから設定時間である１分間が経過したことを判断したら、ステップ７で駆動していた循環ポンプの出力を所定時間経過前の運転状態に合わせて調整する。そして、ステップ８で切替弁１８と三方弁１９の弁開度を調節して所定時間経過前の状態に戻し、暖房運転あるいは暖房運転時に必要となる場合はヒートポンプ沸き上げ運転による湯水の供給を再開する。

なお、ヒーポン循環ポンプ１２か１次側暖房循環ポンプ１７が駆動開始してからの積算時間が所定時間に達したとき、所定時間に達した循環ポンプの積算時間のカウントを取り消すと同時に、所定時間に達しなかった循環ポンプに関しても駆動開始からの積算時間のカウントを取り消して、つまり要因物質除去作業運転終了後に再度所定時間までのカウントを開始することで、２つの循環ポンプにおける駆動開始からの積算時間の差によって起こり得るつまり要因物質除去作業運転が短時間で連続して行われる無駄を防ぎ、より効率的な制御が可能である。

従って、長時間の高温運転によりヒートポンプ水熱交換器５や暖房用熱交換器１４に付着し硬化するスケール等のつまり要因物質について、ヒーポン循環ポンプ１２や１次側暖房循環ポンプ１７を最大出力で駆動させ、湯水の流速による壁面剪断応力でつまり要因物質を除去する事が可能となり、熱交換器内の内部閉塞やヒートポンプの異常加熱を防ぐことができるので機器の故障等が防止できる。

さらに、ヒーポン循環回路１１と１次側暖房循環回路１６とを切替弁１８を操作して貯湯タンク２の上部を介さない循環回路が形成されることで、各循環回路中にあるスケール等のつまり要因物質を一括で除去でき効率的である。

さらに、つまり要因物質除去作業運転には貯湯タンク２下部にある中低温水を使用するので、タンク内の熱量消費は一切生じないため経済的である。

本発明の一実施例の概略構成図。同電気回路の要部ブロック図。つまり要因物質除去作業運転時を表すフローチャート。従来例の概略構成図。

符号の説明

１貯湯タンクユニット
２貯湯タンク
３ヒートポンプユニット
５ヒートポンプ水熱交換器
１０ヒーポン戻り管
１１ヒーポン循環回路
１２ヒーポン循環ポンプ
１３１次側暖房熱交往き管
１４暖房用熱交換器
１６１次側暖房循環回路
１７１次側暖房循環ポンプ
１８切替弁
２１入水管
２２出湯管
２３暖房用放熱器
２６２次側暖房循環回路
２７２次側暖房循環ポンプ

Claims

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、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ水熱交換器と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ水熱交換器の間をヒーポン往き管とヒーポン戻り管によって湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、このヒーポン循環回路途中に設けられ湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、湯水と熱交換を行い暖房用の熱量を得る暖房用熱交換器と、前記貯湯タンクと前記暖房用熱交換器の１次側で湯水が循環可能となるよう１次側暖房熱交往き管と１次側暖房熱交戻り管によってなる１次側暖房熱交循環回路と、前記１次側暖房熱交循環回路途中に設けられ湯水を搬送する１次側暖房熱交循環ポンプと、前記ヒーポン戻り管を通過する湯水の流路を前記貯湯タンクの上部と前記１次側暖房熱交往き管に切り替えることが可能な切替弁を備えたものに於いて、前記ヒーポン循環ポンプか前記１次側暖房熱交循環ポンプが駆動開始から所定時間経過したことを検知したら、前記貯湯タンクの上部を介さず前記１次側暖房熱交往き管にすべての湯水が流入するように前記切替弁を切り替えて、前記ヒーポン循環ポンプを最大出力で駆動させて、ヒートポンプ水熱交換器や暖房用熱交換器に付着するスケール等を同時に除去する事を特徴とするヒートポンプ式給湯器。
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、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ水熱交換器と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ水熱交換器の間をヒーポン往き管とヒーポン戻り管によって湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、このヒーポン循環回路途中に設けられ湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、湯水と熱交換を行い暖房用の熱量を得る暖房用熱交換器と、前記貯湯タンクと前記暖房用熱交換器の１次側で湯水が循環可能となるよう１次側暖房熱交往き管と１次側暖房熱交戻り管によってなる１次側暖房熱交循環回路と、前記１次側暖房熱交循環回路途中に設けられ湯水を搬送する１次側暖房熱交循環ポンプと、前記ヒーポン戻り管を通過する湯水の流れを前記貯湯タンクの上部と前記１次側暖房熱交往き管に切り替えることが可能な切替弁を備えたものに於いて、前記ヒーポン循環ポンプか前記１次側暖房熱交循環ポンプが駆動開始から所定時間経過したことを検知したら、前記貯湯タンクの上部を介さず前記１次側暖房熱交往き管にすべての湯水が流入するように前記切替弁を切り替えて、前記１次側暖房熱交循環ポンプを最大出力で駆動させて、ヒートポンプ水熱交換器や暖房用熱交換器に付着するスケール等を同時に除去する事を特徴とするヒートポンプ式給湯器。