JP5215692B2

JP5215692B2 - ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP5215692B2
Application number: JP2008058091A
Authority: JP
Inventors: 永治桑原
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: JP2009216266A

Description

本発明はヒートポンプ給湯装置に係り、特に浴槽の湯を追い焚きする追い焚き回路を備えたヒートポンプ給湯装置に関する。

従来、ヒートポンプ式給湯装置では、貯湯タンクの貯湯温水を用いて浴槽水の追い焚きができる給湯装置が多く用いられ、この種の給湯装置では、種々の省エネルギーの方策がなされている。

例えば、追い焚き運転において、外部熱交換器で熱交換された後の中温湯が、貯湯タンクに戻されることなく、ヒートポンプ側に戻される循環経路となり、貯湯タンク内には、追い焚き運転で低温となった中温湯が流入せず、貯湯タンク内に中温湯の生成がなされず、浴槽水の追い焚き時、貯湯タンクの中温湯の生成を抑え、追い焚き中の貯湯タンク内の湯量の確保と夜間の沸上効率の向上を図るヒートポンプ式給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１のヒートポンプ式給湯装置は、浴槽水の残り湯は排水されており、浴槽の残り湯（排水）から熱が回収されない。

また、風呂循環回路の熱交換器の下流側に一方を大気開放とした三方弁設け、この三方弁を熱交換器と大気開放を連通するように切り替えることにより、熱交換器を通過し温度の下がった湯を浴槽に戻さないため、熱交換する浴槽の湯温が低下せず、効率良くタンクの水に浴槽の湯の熱回収ができるヒートポンプ式給湯装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２のヒートポンプ式給湯装置は、浴槽の残り湯から熱を回収できるが、追い焚きはできない。
特開２００７−１１３８３６号公報特開２００６−１０５５２９号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、追い焚きが可能で、浴槽の残り湯から熱の回収が可能なヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ回路と、このヒートポンプ回路に設けられた給湯用熱交換器と、この給湯用熱交換器により沸かした湯を貯める貯湯タンクと、浴槽の湯を追い焚き熱交換器にて加熱する追い焚き回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、前記貯湯タンクの上部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成と、前記貯湯タンクの下部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成を有し、前記貯湯タンク下部から取り出した水を前記追い焚き熱交換器で浴槽の残り湯と熱交換させ、この熱交換された水を前記給湯用熱交換器へ流入させることを特徴とする。

また、本発明に係るヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ回路と、このヒートポンプ回路に設けられた給湯用熱交換器と、この給湯用熱交換器により沸かした湯を貯める貯湯タンクと、浴槽の湯を追い焚き熱交換器にて加熱する追い焚き回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、前記貯湯タンクの上部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成と、前記貯湯タンクの下部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成を有し、浴槽の残り湯と前記給湯用熱交換器に流入する水とを熱交換させる熱回収用熱交換器を備えたことを特徴とする。

本発明に係るヒートポンプ給湯装置によれば、追い焚きが可能で、浴槽の残り湯から熱の回収が可能なヒートポンプ式給湯装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について図面を参照して説明する。なお、本第１実施形態は請求項１に係る発明の実施形態である。

図１は第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成図である。

本第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１は、ヒートポンプ回路１１を備えたヒートポンプユニット１０と、ヒートポンプ回路１１に設けた給湯用熱交換器１２で生成された湯を貯める貯湯タンク２１を備えた貯湯ユニット２０とから構成される。浴槽ユニット５１は、貯湯ユニット２０から湯の供給を受ける浴槽５１を備える。

ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１３、給湯用熱交換器（冷媒側）１２、冷媒流量を調整する膨張弁１４、空気熱交換器１５を順次配管接続してなるヒートポンプ回路１１を備える。

貯湯ユニット２０は、給湯用熱交換器（水側）１２、この水熱交換器１２に接続された給湯用ポンプ２２、水熱交換器１２および給湯用ポンプ２２と並列に接続され、水熱交換器１２で生成された湯を貯める貯湯タンク２１を備える。

さらに、貯湯タンク２１と並列すなわち、水熱交換器１２および給湯用ポンプ２２とも並列に三方弁２３、給湯混合弁２４を備えた給湯回路２５が設けられる。

この給湯回路２５には貯湯タンク２１の中間部２１ｂと三方弁２３を連通する中間温度採湯管２６が設けられる。また、貯湯タンク２１のタンク底部２１ｃ、三方弁２３と給湯混合弁２４間の合流位置ｐ１間には、直列に設けられる追い焚き用ポンプ２７と追い焚きおよび熱回収用の追い焚き熱交換器の一例である追い焚き熱回収熱交換器２８が設けられる。

さらに、貯湯タンク２１と並列に熱回収切換弁２９を備えた熱回収回路３０が設けられ、この熱回収切換弁２９の一端側は追い焚き熱回収熱交換器２８と給湯回路２５の位置ｐ１間に連通され、他端側は給水回路３５に連通される。

また、貯湯タンク２１と並列に湯張り混合弁３１を備えた湯張り管３２が設けられ、湯張り管３２は湯張り混合弁３１で分岐し、湯張り弁３３、湯張り分岐管３４を介して、浴槽５１に連通される。

さらに、給湯回路２５には、給水回路３５により水道水が給水される。

また、貯湯ユニット２０には、追い焚き回路の一例である追い焚き循環回路３６が設けられ、この追い焚き循環回路３６は、追い焚き熱回収熱交換器２８で追い焚きされた湯を、湯張り分岐管３４を介して浴槽５１に送り、循環ポンプ３７を介して追い焚き熱回収熱交換器２８に戻す働きをする。

浴槽ユニット５０には、給湯混合弁２４に連通する給湯管５２に設けられ、浴槽５１の上方に位置する給湯栓５３および洗い場の上方に位置するシャワーヘッド５４が設けられ、さらに、浴槽５１には排水管５５が連通される。

次に本第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の動作について、運転モード別に説明する。

「風呂湯張り運転」
風呂湯張り運転について説明する。

図２に示すように、ヒートポンプ給湯装置１はヒートポンプ回路１１において、圧縮機１３から吐出された高温高圧のガス冷媒は、給湯用熱交換器１２に流れ、給湯回路２５へ放熱しながら凝縮され、冷媒から放熱された熱を給湯回路２５の水に与えて湯生成する。

生成された湯は、貯湯タンク２１に貯えられ、湯温はタンク上部２１ａないしタンク中間部２１ｂで約９０℃、タンク底部２１ｃでは約１０℃である。

このような湯温状態で、湯張り要求があると、湯温約９０℃のタンク上部２１ａの湯を、三方弁２３、給湯回路２５および湯張り管３２を介して、湯張り混合弁３１に送湯する。一方、給水回路３５を介して水道水を湯張り混合弁３１に給水し、この湯張り混合弁３１で混合して、所定温度とし、湯張り弁３３、湯張り分岐管３４を介して浴槽５１に送り、湯張りする。このときの湯温は約４３℃である。

この湯張りにより、貯湯タンク２１から出湯し、貯湯タンク２１内の湯量が減少するので、給水回路３５から貯湯タンク２１に水道水が給水される。

「風呂保温あるいは追い焚き運転」
風呂保温あるいは追い焚き運転について説明する。

図３に示すように、浴槽５１の湯温が例えば約３５℃に低下すると、循環ポンプ３７が運転され、浴槽５１の湯が追い焚き熱回収熱交換器２８に送られる。一方、タンク上部２１ａから、約９０℃の高温の湯が合流位置ｐ１を介して追い焚き熱回収熱交換器２８に送られ、浴槽５１からの低温の湯と熱交換され、湯張り分岐管３４を介して浴槽５１に送られ、湯の温度を上昇させて、再び約４３℃まで高める。このとき、熱回収切換弁２９は閉止されている。また、低温の湯と熱交換して低温になった湯は、追い焚き用ポンプ２７を介してタンク底部２２ｃから貯湯タンク２１に戻る。

「熱回収運転」
熱回収運転について説明する。

図４に示すように、風呂の使用が完全に終了し、熱回収運転モードにすると、熱回収切換弁２９が開放され、三方弁２３が閉止される。

また、追い焚き用ポンプ２７が運転され、約１０℃の低温の湯が、給水回路３５、熱回収切換弁２９、追い焚き熱回収熱交換器２８に送られる。

一方、約３５℃と比較的高温の浴槽５１の残り湯は、循環ポンプ３７を介して追い焚き熱回収熱交換器２８に送られ、約１０℃と低温の湯と熱交換して、この低温の湯を約１５℃に加熱する。約１５℃に加熱された湯は、追い焚き用ポンプ２７を介して、タンク底部２１ｃから貯湯タンク２１に戻る。比較的高温の湯は、熱交換して浴槽５１に戻り、約３０℃に低下する。

追い焚き熱回収熱交換器を、従来のように追い焚き熱交換器のみに使用するのとは異なり、追い焚きおよび熱回収に使用する２つの機能を持たせるので、給湯機が簡素化され、安価になる。

このような熱回収運転を行うことで、浴槽５１内の残り湯を用いて貯湯タンク２１内の湯を加熱するので、浴槽５１内の残り湯が蓄える熱量を有効に回収できる。

「深夜電力貯湯運転」
深夜電力貯湯運転について説明する。

深夜電力貯湯運転は上記熱回収運転が行われた後に継続して行われる。

図５に示すように、熱回収運転が継続して行なわれと、浴槽５１内の残り湯は約２０℃の温度に低下し、貯湯タンク２１内のタンク中間部２１ｂないしタンク底部２１ｃの湯は、浴槽５１内の残り湯の湯温と同じ約２０度に上昇する。

一方、深夜時間帯になると、ヒートポンプユニット１０の運転が開始され、圧縮機１３で圧縮された高温、高圧の冷媒は、給湯用熱交換器１２に送られ、タンク底部２１ｃから送られてくる約２０℃の湯と熱交換して、約９０℃に加熱して、タンク上部２１ａに貯える。

このような深夜電力貯湯運転では、予め熱回収運転で、約３０℃に低下した浴槽５１の湯を用いてタンク中間部２１ｂないしタンク底部２１ｃの湯の湯温を約２０度に上昇させた後にヒートポンプユニット１０の運転を開始するので、深夜電力貯湯運転の消費電力量を低減できる。

また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について説明する。

なお、本第２実施形態は請求項１に係る発明の実施形態である。

本第２実施形態は、第１実施形態の追い焚き循環回路から分岐する熱回収排湯回路を設ける。

例えば、図６に示すように、追い焚き循環回路３６に追い焚き循環弁３８を設けるとともに、この追い焚き循環弁３８に並列に設けられる熱回収排湯弁３９を備えた熱回収排湯回路４０を設け、この熱回収排湯回路４０で追い焚き熱回収熱交換器２８の出口と排水管５５を連通する。

従って、熱回収運転において、風呂の使用が完全に終了し、熱回収運転モードにすると、熱回収切換弁２９および追い焚き循環弁３８が開放され、三方弁２３が閉止される。

また、追い焚き用ポンプ２７が運転され、タンク下部の湯が追い焚き熱回収熱交換器２８を通って熱交換されて加熱され、追い焚き用ポンプ２７を介してタンク下部から貯湯タンク２１に戻る。

なお、他の構成は図１に示すヒートポンプ式給湯装置と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

この熱回収運転において、循環ポンプ３７の回転数は、追い焚き熱回収熱交換器２８における循環回路３６の出口温度と熱回収回路３０の入口温度の温度差が所定温度例えば２℃になるように制御される。これにより、浴槽５１の残り湯の排湯温度をタンク下部の湯温近くまで下げることができ、より熱回収量が増加する。

また、本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について説明する。

なお、本第３実施形態は請求項２に係る発明の実施形態である。

本第３実施形態は、第１実施形態におけるタンク底部と給湯回路を連通する貯湯循環回路に第２の熱回収切換弁を設ける。

例えば、図７に示すように、タンク底部２１ｃと給湯回路２５を連通する貯湯循環回路３９には第２の熱回収切換弁４０が設けられ、熱回収回路３０の入口側はタンク底部２１ｃに直接連通される。

従って、熱回収貯湯運転において、風呂の使用が完全に終了し、熱回収貯湯運転モードにすると、熱回収切換弁２９が開放され、第２の熱回収切換弁４０および三方弁２３が閉止され、また、追い焚き用ポンプ２７が運転され、タンク下部の湯が追い焚き熱回収熱交換器２８を通って、約４３℃と高温の浴槽５１の残り湯と熱交換して加熱され、給湯回路２５に戻り、給湯用ポンプ２２を介して、給湯用熱交換器１２に送られる。

一方、ヒートポンプユニット１０の圧縮機１３で圧縮された高温、高圧の冷媒は、給湯用熱交換器１２に送られ、高温の浴槽５１の残り湯と熱交換して加熱された湯と熱交換して加熱し、約９０℃の湯として、タンク上部２１ａに貯える。

なお、通常貯湯運転時は、熱回収切換弁２９および三方弁２３を閉止し、追い焚き用ポンプ２７の運転を停止し、第２の熱回収切換弁４０を開放して、給湯用ポンプ２２を運転し、タンク下部の湯が第２の熱回収切換弁４０を介して給湯用熱交換器１２に送られ、冷媒と熱交換して、高温に加熱され、約９０℃の湯として、タンク上部２１ａに貯える。

これにより、従来無駄に捨てていた湯を貯湯運転時の予熱に使用することにより、有効な熱回収を行なうことができる。

また、本発明の第４実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について説明する。

なお、本第４実施形態は請求項３に係る発明の実施形態である。

本第３実施形態は、第１実施形態が給湯回路の給湯用熱交換器と給湯用ポンプ間に熱回収熱交換器を設ける。

例えば、図８に示すように、給湯回路２５の給湯用熱交換器１２と給湯用ポンプ２２間に熱回収熱交換器４１を設け、熱回収熱交換器４１の入口側を熱回収回路４２に設けた熱回収切換弁４３を介して追い焚き循環回路３６に接続し、出口側を排水管５５に連通し、さらに、追い焚き循環回路３６に追い焚き切換弁４４を設ける。

深夜時間帯の貯湯運転時、追い焚き循環回路３６を閉止し、熱回収切換弁４３を開放し、循環ポンプ３７を運転して、タンク下部からの低温の湯と、浴槽５１からの高温の残り湯とを熱回収熱交換器４１で熱交換し、タンク下部からの湯を予め加熱し、給湯用熱交換器１２で冷媒と熱交換して加熱し、約９０℃の湯として、タンク上部２１ａに貯える。

一方、熱回収熱交換器４１で熱交換して低温になった浴槽５１からの残り湯を排水管５５に排出する。

このとき、循環ポンプ３７の回転数は、熱回収熱交換器４１における冷媒出口温度と熱回収回路４２の入口温度差が一定になるように制御し、浴槽５１の湯面が所定のレベル以下になると、循環ポンプ３７を停止し、また、貯湯運転が先に停止すれば、循環ポンプ３７も停止する。

これにより、従来無駄に捨てていた浴槽５１の湯を貯湯運転時の予熱に使用することにより、有効な熱回収を行なうことができる。また、熱回収熱交換器４１における冷媒出口温度と熱回収回路４２の入口温度差が一定になるように制御することで、排湯温度を冷水に近づけることができて、残湯からの回収熱量を増大させることができ、さらに、給湯用熱交換器１２の入口湯温が高くなりすぎて、ヒートポンプ回路１１の効率が低下するのを緩和できる。

また、本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について説明する。

なお、本第５実施形態は請求項３に係る発明の実施形態である。

本第５実施形態は、第４実施形態が熱回収熱交換器の出口側を排水管に連通するのに対して、熱回収熱交換器の出口側を追い焚き循環回路に連通する。

例えば、図９に示すように、熱回収熱交換器４１の出口側を追い焚き循環回路３６の湯張り弁３３と浴槽５１間に接続する。

上記各実施形態のヒートポンプ給湯装置によれば、追い焚きが可能で、浴槽の残り湯から熱の回収が可能なヒートポンプ式給湯装置が実現する。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成図。本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の風呂湯張り運転時の動作説明図。本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の風呂保温あるいは追い焚き運転時の動作説明図。本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の熱回収運転時の動作説明図。本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の深夜電力貯湯運転時の動作説明図。本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成図。本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成図。本発明の第４実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成図。本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成図。

符号の説明

１…ヒートポンプ式給湯機、１０…ヒートポンプユニット、１１…ヒートポンプ回路、１２…給湯用熱交換器、１３…圧縮機、１４…膨張弁、１５…空気熱交換器、２０…貯湯ユニット、２１…貯湯タンク、２１ａ…タンク上部、２１ｂ…タンク中間部、２１ｃ…タンク底部、２２…給湯用ポンプ、２３…三方弁、２４…給湯混合弁、２５…給湯回路、２６…中間温度採湯管、２７…追い焚き用ポンプ、２８…追い焚き熱回収熱交換器、２９…熱回収切換弁、３０…熱回収回路、３１…湯張り混合弁、３２…湯張り管、３３…湯張り弁、３４…湯張り分岐管、３５…給水回路、３６…追い焚き循環回路、３７…循環ポンプ、３８…追い焚き循環弁、３９…貯湯循環回路、４０…第２の熱回収切換弁、４１…熱回収熱交換器、４２…熱回収回路、４３…熱回収切換弁、４４…追い焚き切換弁、５０…浴槽ユニット、５１…浴槽、５２…給湯管、５３…給湯栓、５４…シャワーヘッド、５５…排水管。

Claims

ヒートポンプ回路と、
このヒートポンプ回路に設けられた給湯用熱交換器と、
この給湯用熱交換器により沸かした湯を貯める貯湯タンクと、
浴槽の湯を追い焚き熱交換器にて加熱する追い焚き回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、
前記貯湯タンクの上部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成と、
前記貯湯タンクの下部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成を有し、
前記貯湯タンク下部から取り出した水を前記追い焚き熱交換器で浴槽の残り湯と熱交換させ、この熱交換された水を前記給湯用熱交換器へ流入させることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
ヒートポンプ回路と、
このヒートポンプ回路に設けられた給湯用熱交換器と、
この給湯用熱交換器により沸かした湯を貯める貯湯タンクと、
浴槽の湯を追い焚き熱交換器にて加熱する追い焚き回路とを備えたヒートポンプ給湯装置において、
前記貯湯タンクの上部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成と、
前記貯湯タンクの下部から取り出した湯を前記追い炊き熱交換器を介して前記貯湯タンクの下部に戻す構成を有し、
浴槽の残り湯と前記給湯用熱交換器に流入する水とを熱交換させる熱回収用熱交換器を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。