JP5269062B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態1を図1に示す。図1は本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を示す概略図である。
ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット1と、タンクユニット2とを備えている。ヒートポンプユニット1内には、圧縮機3、水冷媒熱交換器4、膨張弁5及び蒸発器6を順次環状に接続し、冷媒が循環する冷凍サイクル100と、蒸発器6に外気を送風するファン7とが搭載されている。一方、タンクユニット2内には、負荷側媒体である水を水冷媒熱交換器4に送水するポンプ8と、ポンプ8により送水されて水冷媒熱交換器4で加熱された水を貯留するタンク9とが搭載されている。そして、水冷媒熱交換器4と、タンク9と、ポンプ8とを、接続配管10a〜10fで接続することによって給湯水回路200が構成されている。なお、ポンプ8は、必ずしもタンクユニット2に設置する必要はなく、ヒートポンプユニット1側に搭載してもよい。
まず、回転数等で制御される圧縮機3の運転容量及びポンプ8の回転数は、外気温度センサ11cで計測検知される周囲の外気温度や入水温度センサ11aで計測検知される給水温度の情報等に基づいて調整される。つまり、それらの情報に基づいて、加熱能力及び出湯温度センサ11bで計測検知される水冷媒熱交換器4の水出口における水の温度(出湯温度)が、予め定められた目標値となるように調整制御されるのである。その目標出湯温度は、使用者からリモコンにて指示される運転指令情報から設定されるか、あるいはリモコン内もしくは計測制御装置12に設けられたマイコンにて過去の給湯使用量から算出される蓄熱エネルギーを確保できるように設定される。また、目標出湯温度は、あらかじめ範囲が決められており、例えば65℃から90℃の範囲に設定されている。
図2に示すように、炭酸カルシウムの水への溶解度は、水温が高くなると小さくなる性質を持っている。このため、水温が例えば温度T1から温度T2へ上昇して飽和溶解度が低下すると、その溶解度差分の炭酸カルシウムが析出する。よって、沸き上げ動作時に、水冷媒熱交換器4の水入口の温度と水出口の温度との温度差が大きい場合に増加する。しかしながら、ヒートポンプ給湯機の運転中は、上記従来技術でも説明したように、水冷媒熱交換器4に水が流通しているため溶解度差によりスケール析出しても、その多くは水冷媒熱交換器4から排出され、水冷媒熱交換器4に付着して堆積する量は多くはない。しかしながら、ヒートポンプ給湯機の運転後、水の流通が停止すると、析出したスケールが接続配管内面に付着しやすくなり、堆積が促進される。
計測制御装置12は、沸き上げを停止と判断した場合、まず、圧縮機3の動作を停止する。そして、まず、ポンプ回転数をβ(沸上げ運転時の回転数より大)[rpm]で動作させる(ST1)。ここで、このスケール生成防止運転では、圧縮機3の動作は停止されているため、水冷媒熱交換器4の水出口側の接続配管10a〜10c内の高温水は、タンク9底部の取水口からポンプ8で搬送されてきた低温水と混ざることで温度が低下する。すなわち、ポンプ動作を継続して給湯水回路200内で水を循環させることによって、水冷媒熱交換器4の水出口の温度を徐々に低下させることができる。このように、接続配管10a〜10c内に存在する高温水をなくすことで、スケール発生を抑制する効果がある。
実施の形態1では、タンク9の下部側に溜められた低温水をポンプ8で水冷媒熱交換器4に導き、水冷媒熱交換器4の水出口側の接続配管10a〜10c内の水の温度を低下させ、タンク9の上部側に流入させている。このため、タンク9の上部側に溜められた高温水の温度が、タンク9上部から流入される水によって低下してしまう。そこで、実施の形態2では、タンク9の上部の高温水の温度低下を防止するようにしたものである。
実施の形態2は、水冷媒熱交換器4の水出口から流出した水を、タンク9を介さず、ポンプ8の入口側にバイパスさせるバイパス配管20を設けるとともに、分岐部に流路切替弁21を配置したものである。なお、接続配管10cのうち、接続配管10bと流路切替弁21との間の接続配管を10caとする。流路切替弁21は、バイパス配管20の入口側に設けられ、給湯水回路200内の水の流れを、タンク9側(図4のA側)とバイパス配管側(図4のB側)に切り替えるものである。実施の形態2において、その他の構成は、図1に示した実施の形態1と同様のため、説明を省略する。また、ヒートポンプ給湯機の運転動作、運転制御動作も実施の形態1と同様なため、説明を省略する。
計測制御装置12は、沸き上げを停止と判断した場合、まず、圧縮機3の動作を停止する。そして、実施の形態2のスケール生成防止運転では、まず流路切替弁21をB側、すなわちバイパス配管20側へ切替える(ST1a)。そして、ポンプ8を、実施の形態1と同様にβ[rpm]の回転数で動作させる(ST1)。これにより、水冷媒熱交換器4の水出口側の高温水は、タンク9底部の取水口9bからポンプ8で搬送されてきた低温水と混ざることで温度が低下する。そして、流路切替弁21を介してバイパス配管20側へ流入する。このように、水冷媒熱交換器4の水出口側の水を、タンク9内に流入させず、流路切替弁21を介してバイパス配管20側に流入させることで、タンク9の上部の高温水の温度低下を防止できる。また、バイパス配管20に流入した水は、実施の形態1と同様に水冷媒熱交換器4に流入し、水冷媒熱交換器4、流路切替弁21及びポンプ8を循環することにより、温度が徐々に低下する。これ以降の動作は、図2に示した実施の形態1と同様なので説明を省略する。
実施の形態2では、スケール生成防止運転に際し、タンク9内に水を流入させないようにしたことで、タンク9内の温度低下を防止し、タンク9内の温度を維持するようにしていた。本実施の形態3では、実施の形態2と同様にタンク9内の温度維持を図ることに加え、実施の形態2に比べて、スケール生成防止運転時の給湯水回路200内の水の温度低下効率を向上しようとするものである。
実施の形態3は、水冷媒熱交換器4の水出口から流出した水を、タンク9の中央部より下方に設けたバイパス戻し口9cからタンク9内に戻すためのバイパス配管30を設けるとともに、分岐部に流路切替弁31を配置したものである。流路切替弁31は、バイパス配管30の入口側に設けられ、給湯水回路200内の水の流れを、タンク側(図6のA側)とバイパス配管側(図6のB側)に切り替えるものである。実施の形態3において、その他の構成は、図1と同様のため、説明を省略する。また、ヒートポンプ給湯機の運転動作、運転制御動作も実施の形態1と同様なため、説明を省略する。
実施の形態3のスケール生成防止運転は、実施の形態2と同様に、圧縮機3の動作を停止後、流路切替弁31をB側、すなわちバイパス配管30側へ切替える(ST1a)。そして、ポンプ8を、実施の形態1と同様にβ[rpm]の回転数で動作させる(ST2)。これにより、水冷媒熱交換器4の水出口側の高温水は、タンク9底部の取水口9bからポンプ8で搬送されてきた低温水と混ざることで温度が低下する。そして、流路切替弁31及びバイパス配管30を介してタンク9のバイパス戻し口9cからタンク9内部に流入する。ここで、タンク9の下部側の温度は、上部側に比べて元々低温であるため、実施の形態1のように、タンク9の上部に流入させる場合に比べ、タンク9内の温度低下を防止することができる。そして、ポンプ8によってタンク9下部の低温水が、水冷媒熱交換器4へと搬送され、その低温水が、水冷媒熱交換器4の出口と流路切替弁31間の接続配管10a、10b、10ca内に流入し、接続配管10a、10b、10ca内の高温水の温度を低下させる。そして、この温度低下した水が、タンク下部のバイパス戻し口9cからタンク9内に戻される。
Claims (8)
- 圧縮機を有する冷凍サイクルと、
該冷凍サイクルを流れる冷媒と内部を流れる水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器による熱交換により沸き上げられた水をタンクに貯湯する給湯水回路と、
前記水冷媒熱交換器の水入口側の入水温度を計測する入水温度検出手段と、
前記水冷媒熱交換器の水出口側の出湯温度を計測する出湯温度検出手段と、
前記冷凍サイクルの前記圧縮機及び前記給湯水回路に設けたポンプを動作させ、前記タンクの水を前記ポンプにより前記水冷媒熱交換器に送水し、前記水冷媒熱交換器における前記冷媒との熱交換により沸き上げて前記タンクに戻す沸き上げ運転と、該沸き上げ運転停止時に、前記圧縮機を停止させて前記ポンプの動作を継続させるスケール生成防止運転とを行う制御手段とを備え、
該制御手段は、前記スケール生成防止運転において、前記出湯温度と前記入水温度との温度差を判定し、前記ポンプの動作を継続中に前記温度差が所定値以下となると、前記ポンプの動作を停止することを特徴とするヒートポンプ給湯機。 - 前記給湯水回路は、前記タンク底部の取水口から前記ポンプで低温水を流出させて前記水冷媒熱交換器に送水し、該水冷媒熱交換器により前記低温水を沸き上げて前記タンク上部の貯湯口に戻す回路であり、前記給湯水回路は、前記水冷媒熱交換器の水出口から流出した水を前記ポンプの入口側にバイパスさせるバイパス配管と、前記水冷媒熱交換器の水出口後の流路を、前記タンク側又は前記バイパス配管側に切り替える流路切替弁とを更に備え、前記制御手段は、前記スケール生成防止運転の際に、前記流路切替弁を前記タンク側から前記バイパス配管側に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記給湯水回路は、前記タンク底部の取水口から前記ポンプで低温水を流出させ、前記水冷媒熱交換器により前記低温水を沸き上げて前記タンク上部の貯湯口に戻す回路であり、前記給湯水回路は、前記水冷媒熱交換器の水出口から流出した水を、前記タンクの中央部より下方に設けられたバイパス戻し口から前記タンク内に戻すためのバイパス配管と、前記水冷媒熱交換器の水出口後の流路を、前記タンクの貯湯口側又は前記バイパス戻し口側に切り替える流路切替弁とを更に備え、前記制御手段は、前記スケール生成防止運転の際に、前記流路切替弁を前記タンク側から前記バイパス配管側に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記制御手段は、前記スケール生成防止運転において、前記出湯温度と前記入水温度との温度差が前記所定値以下となり、その後、所定時間経過後に、前記ポンプの動作を停止することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記沸き上げ運転時の前記水冷媒熱交換器の目標出湯温度に応じて前記所定値を可変とし、前記目標出湯温度が高くなるにつれて前記所定値を小さくしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記沸き上げ運転時の前記水冷媒熱交換器の目標出湯温度に応じて前記所定時間を可変とし、前記目標出湯温度が高くなるにつれて前記所定時間を長くしたことを特徴とする請求項4又は請求項4に従属する請求項5記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記冷凍サイクルと前記給湯水回路とを接続する配管長の長さが長くなるにつれて前記所定時間を長くしたことを特徴とする請求項4又は請求項4に従属する請求項5記載のヒートポンプ給湯機。
- 前記スケール生成防止運転における前記ポンプの回転数を、前記沸き上げ運転時よりも上げることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れかに記載のヒートポンプ給湯機。
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