JPH03211359A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はヒートポンプ利用の給湯装置に関する。

従来の技術 近年、電気温水器にヒートポンプを利用して省エネルギ
ーおよび、小型化をねらいにした給湯装置が主流となっ
てきている。

従来、この種のヒートポンプ利用の給湯装置は第２図に
示す回路構成のものが一般的であった。

図に示すように、圧縮器２１、四方弁２２、凝縮器２３
、減圧装置２４、前記減圧装置２４と並列に設けた逆止
弁２５および空気熱交換器２６を順次連結した冷媒密閉
回路と、内部に電気ヒータ２８を有する貯湯槽２９、貯
湯槽２９の水を循環する水循環ポンプ３０、前記凝縮器
２３と熱交換関係を有するヒートポンプ加熱熱交換器３
１、そして前記貯湯槽２９上部に順次連結した給湯回路
とで構成し、前記冷媒回路によるヒートポンプの凝縮熱
で前記凝縮器２３とヒートポンプ加熱熱交換器３１を介
して水を加熱して前記貯湯槽２９の上部から徐々に貯え
るシステムである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来のヒートポンプ給湯装置
では、冬季の外気温が低下した場合には、空気熱交換器
２６に着霜が生し加熱能力が低下することがある。これ
を防止するため、四方弁２２で冷媒回路の冷媒循環方向
を逆にして、前記ヒートポンプ加熱熱交換器３１で温水
から熱を奪い、圧縮機２１を介して空気熱交換器２６の
放出熱により回路に付着した霜を融解する。したがって
、このとき前記ヒートポンプ加熱熱交換器３１で熱を奪
われて低温となった水が前記貯湯槽２９の上部の高温部
に流入するため、出湯可能な温度より低下するという課
題があった。また、給湯負荷に対し、前記貯湯槽２９内
の湯温、湯量不足が生じた場合でも、前記ヒータ２８で
貯湯槽２９内の容量全体を加熱しなければならないため
、時間を要するとともに出湯に必要以上の容量を加熱す
るため、経済的ではない。

本発明はこのような上記課題を解決するもので、貯湯槽
上部に高温水を常に冷却させることなく流入させ、また
給湯負荷に対応した給湯熱量が供給できるヒートポンプ
給湯装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、圧縮機と、四方
弁と、凝縮器と、減圧装置と、前記減圧装置と並列に配
設した逆止弁と、空気熱交換器とを順次連結した冷媒密
閉回路を有し、前記空気熱交換器の冷媒入口部に設けた
第１の温度検知器と、第２の温度検知器を上部に有する
貯湯槽と、前記貯湯槽下部と接続する水循環ポンプと、
前記凝縮器と熱交換関係を有するヒートポンプ加熱熱交
換器と、一端を前記ヒートポンプ加熱熱交換器に接続し
、他端を前記貯湯槽上部と接続する電気ヒータ加熱熱交
換器を順次連結した給湯回路と、前記ヒートポンプ加熱
熱交換器と前記電気ヒータ加熱熱交換器の中間に設けた
第３の温度検知器とで構成し、前記第１の温度検知器の
信号によって前記四方弁の冷媒の流れ方向を切換えると
ともに、前記電気ヒータ加熱熱交換器に設けた電気ヒー
タに通電する。そして、前記ヒートポンプ加熱熱交換器
から流出した水温を検知する前記第３の温度検知器と前
記第２の温度検知器で検出した水温の温度差の信号から
前記電気ヒータの入力を制御するようにした。

作用 本発明は上記した構成によって、貯湯槽下部の低温水は
水循環ポンプの駆動により、ヒートポンプ加熱熱交換器
に流入し、ここでこの循環水は冷媒回路に設けた凝縮器
の凝縮熱を受熱して昇温し、次に設けられた電気ヒータ
加熱熱交換器を通って、前記貯湯槽の上部より再び貯湯
槽内に流入する。この循環の繰り返しにより貯湯槽内の
水温は上昇する。このとき、冬季の外気温が低下して空
気熱交換器に着霜が生じ冷媒回路の加熱能力が低下した
場合、第１の温度検知器によって着霜状態を検知して、
この検知信号により四方弁の冷媒の流れ方向を切換える
と同時に、電気ヒータ加熱熱交換器の電気ヒータに通電
を制御する。その際に、冷媒回路の本来凝縮作用を行な
う前記凝縮器は蒸発作用を行なう蒸発器に変わり、この
中の冷媒は前記ヒートポンプ加熱熱交換器を介して前記
貯湯槽から水循環ポンプによって送られてきた温水より
熱を奪って蒸発ガス化し、前記四方弁を通って前記圧縮
機に流入する。そして、このガス状の冷媒はその中で圧
縮されて前記空気熱交換器に流入し、ここで、この空気
熱交換器の凝縮作用による熱と前記の温水から奪った熱
と圧縮機の圧縮熱を放熱して前記の霜を融解し、同時に
凝縮液化して前記逆止弁を通り、前記ヒートポンプ加熱
熱交換器に内設した凝縮器に戻る。一方、給湯回路では
、前記ヒートポンプ加熱熱交換器で熱を奪われ温度低下
した水を前記第３の温度検知器で検知して、前記貯湯槽
上部に設けた第２の温度検知器の検知温度と等しくなる
ように前記電気ヒータの入力を制御する。したがって、
前記貯湯槽上部に存在する高温水に冷却された水が流入
することがないようになる。また、給湯負荷に対して蓄
熱量が不足した場合、っまり湯温が低い場合には、前記
ヒートポンプ加熱熱交換器で加熱された温水をさらに前
記電気ヒータ加熱熱交換器で加熱することによって、よ
り高い温水が得られ、そのまま端末への出湯も可能とな
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図を参照しながら
説明する。

図において、実線矢印はヒートポンプ加熱運転時の冷媒
の流れ方向を、−点鎖線矢印は除霜運転時の冷媒の流れ
方向を示す。冷媒回路ＩＡ（ヒートポンプ）は圧縮機１
と、ヒートポンプ加熱運転除霜運転の冷媒の流れ方向を
図に示す両矢印方向に切換える四方弁２と、そしてヒー
トポンプ加熱運転時は凝縮作用をして、ヒートポンプ除
霜運転時は蒸発作用を行なう凝縮器３とを連結し、さら
に、この凝縮器３に減圧装置４とともにこの減圧装置４
と並列に設け、かつ、ヒートポンプ除霜運転時には図に
示す一点鎖線矢印方向に冷媒を流す逆止弁５とを連結し
、これら減圧装置４と逆止弁５とを冷媒の吸熱と放熱の
両件用を有する空気熱交換器６を順次連結して密閉回路
にし、冷媒を封入している。そして、前記空気熱交換器
６の冷媒入口部、つまり前記冷媒回路ＩＡのヒートポン
プ加熱運転時の前記空気熱交換器６の冷媒入口部に第１
の温度検知器７を設けて、この第１の温度検知器７の検
知信号により、前記四方弁２の切換え動作と後述給湯回
路９Ａの電気ヒータ８の入力を制御している。

一方、給湯回路９Ａは、温水を貯蔵する貯湯槽９の下部
に貯湯槽９内の水を循環する水循環ポンプ１０を接続し
、この水循環ポンプ１０の出口部は、前記冷媒回路ＩＡ
に設けた凝縮器３を内設して凝縮器３と熱交換関係を有
するヒートポンプ加熱熱交換器１１を接続している。そ
して、このヒートポンプ加熱熱交換器１１の他端に、電
気ヒータ８などを内蔵した電気ヒータ加熱熱交換器１２
を連結し、さらに、この電気ヒータ加熱熱交換器１２の
他端を前記貯湯槽９上部に接続して、水の循環回路とと
もに出湯できる構成にしている。そして、前記貯湯槽９
の上部に第２の温度検知器を設けるとともに、前記ヒー
トポンプ加熱熱交換器１１と電気ヒータ加熱熱交換器１
２の間に第３の温度検知器を設け、前記第２の温度検知
器１３と前記第３の温度検知器１４の検出温度差の信号
によって前記電気ヒータ８の入力を制御している。

次に上記構成における動作を説明する。

まずヒートポンプ加熱運転時については、冷媒回路ＩＡ
の圧縮機１が駆動すると冷媒が圧縮されて高温高圧の冷
媒ガスが発生する。この冷媒ガスは四方弁２を通って、
凝縮器３に流入し、ここで凝縮による液化作用を受けて
熱を発生する。そして、この液化した冷媒は減圧装置４
に流入して低圧となり、空気熱交換器６に流入して、空
気熱を吸熱し、蒸発ガス化して、前記四方弁２を介して
前記圧縮機１にもどり、冷媒回路ＩＡのヒートポンプ運
転の１サイクルを完了する。一方、給湯回路９Ａでは、
水循環ポンプ１０の駆動によって送られてきた貯湯槽９
下部の低温水はヒートポンプ加熱熱交換器１１に流入し
、この中で凝縮器３から発生する凝縮熱を受けて昇温し
、次に設けた電気ヒータ加熱熱交換器１２を通って、前
記貯湯槽９の上部に流入および外部に出湯する。そして
、これらの運転の継続によって前記貯湯槽９の水を沸き
上げていくようにしている。

次に、除霜運転時の動作については、上記のヒートポン
プ加熱運転時において、冬季など外気温が低い場合には
、前記空気熱交換器６を流れる冷媒の温度が低いため、
前記空気熱交換器６に霜が付き、熱交換特性が低下する
。この着霜の状態でさらに運転を継続すると、冷媒温度
が徐々に低下してこの冷媒の吸熱が少なくなり運転効率
が低下する。したがって、この現象を防止するため、着
霜によって変化した空気熱交換器６の冷媒温度をその冷
媒入口側に設けた第１の温度検知器７で検知し、この検
知信号によって前記四方弁２の冷媒の流れ方向を図の一
点鎖線方向に切換え制御し、同時に前記電気ヒータ８の
入力を制御して通電を開始する。この際、ガス状の冷媒
は前記圧縮機１で圧縮されて前記四方弁２を通り、前記
空気熱交換器６に流入する。そして、ここで空気熱交換
器６の凝縮作用を受けて凝縮熱を放熱し、前記空気熱交
換器６に付着した霜を融解（除霜）して同時に前記ガス
状の冷媒は凝縮作用によって液化し、前記逆止弁５を通
って前記凝縮器３に流入する。ここで、この冷媒は前記
ヒートポンプ加熱熱交換器１１を介して、前記貯湯槽９
から送られてきた温水より熱を奪い、蒸発ガス化した冷
媒となって前記四方弁２を通り前記圧縮機１にもどる。

一方、給湯回路９Ａでは、前記ヒートポンプ加熱熱交換
器１１で熱を奪われ低温となった水が前記電気ヒータ加
熱熱交換器１２に流入する。ここで、前記電気ヒータ８
は前述の第１の温度検知器７の信号により通電されてい
るためにこの流入水を加熱することになる。その際に、
前記第３の温度検知器１４はヒートポンプ加熱熱交換器
１１の出口の低い水温を検知すると同時に前記第２の温
度検知器１３による貯湯槽９上部の湯温の検知結果と比
較して、各々の温度が等しくなるように前記電気ヒータ
８の入力が制御されるため、前記電気ヒータ加熱熱交換
器１２で加熱された温水は、前記貯湯槽９上部の高温水
を冷却させることなく、その中に流入させることができ
る。

また、前記貯湯槽９内の湯温をさらに高温化する場合と
か、前記貯湯槽９内の湯が出湯されて不足し、湯温が低
くなった場合には、前記ヒートポンプ加熱熱交換器１１
で加熱した温水をさらに前記電気ヒータ加熱熱交換器１
２で加熱して高温度にし、前記貯湯槽９に貯えたり、あ
るいは、そのまま端末に出湯することもできる。したが
って、出湯などの必要な湯量だけヒータ通電をするよう
にしているため、経済的であるとともに前記貯湯槽９を
小型化することができる。

発明の効果 以上の実施例の説明から明らかなように本発明のヒート
ポンプ給湯装置によれば、圧縮機と、四方弁と、凝縮器
と、減圧装置と、前記減圧装置と並列に配設した逆止弁
と、空気熱交換器とを順次連結した冷媒密閉回路を有し
、前記空気熱交換器の冷媒入口部に設けた第１の温度検
知器と、第２の温度検知器を上部に有する貯湯槽と、前
記貯湯槽下部と接続する水循環ポンプと、前記凝縮器と
熱交換関係を有するヒートポンプ加熱熱交換器と、一端
を前記ヒートポンプ加熱熱交換器に接続し、他端を前記
貯湯槽上部と接続する電気ヒータ加熱熱交換器を順次連
結した給湯回路と、前記ヒートポンプ加熱熱交換器と前
記電気ヒータ加熱熱交換器の中間に設けた第３の温度検
知器とで構成し、前記第１の温度検知器の信号によって
前記四方弁の冷媒の流れ方向を切換えるとともに、前記
電気ヒータ加熱熱交換器に設けた電気ヒータに通電し、
さらに、前記第２の温度検知器と前記第３の温度検知器
によって各々検知した温度差の信号から前記電気ヒータ
の入力を制御する構成とすることにより、冬季など外気
温が低下して空気熱交換器が着霜しても、第１の温度検
知器の信号によって除霜運転が行われるとともに、除霧
運転中もヒートポンプ加熱熱交換器内で温度低下した湯
がそのまま貯湯槽上部に流されずに常に貯湯槽上部の湯
温と同しになるように貯湯槽前に設けた電気ヒータ加熱
熱交換器の電気ヒータと第２．第３の温度検知器の信号
により昇温制御されるため、冬季などの外気温の低下に
関係なく一定の湯温を得ることができる。

またより高い給湯温度を得たい場合とか、出湯によって
水が供給され貯湯槽内の湯温が低下した場合には、ヒー
トポンプ加熱熱交換器で加熱された温水をさらに電気ヒ
ータ加熱熱交換器で加熱することができるとともに、出
湯に必要な温度や量に応じて加熱ができるため、経済的
であり、貯湯槽の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のヒートポンプ給湯装置の回
路構成図、第２図は従来のヒートポンプ給湯装置の回路
構成図である。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・四方弁、３・・
・・・・凝縮器、４・・・・・・減圧装置、５・・・・
・・逆止弁、６・・・・・・空気熱交換器、７・・・・
・・第１の温度検知器、８・・・・・・電気ヒータ、９
・・・・・・貯湯槽、１０・・・・・・水循環ポンプ、
１１・・・・・・ヒートポンプ加熱熱交換器、１２・・
・・・・電気ヒータ加熱熱交換器、１３・・・・・・第
２の温度検知器、１４・・・・・・第３の温度検知器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、減圧装置と、前記減
   圧装置と並列に配設した逆止弁と、空気熱交換器とを順
   次連結した冷媒密閉回路を備え、前記空気熱交換器の冷
   媒入口部に設けた第１の温度検知器と、第２の温度検知
   器を上部に有する貯湯槽と、前記貯湯槽下部と接続する
   水循環ポンプと、前記凝縮器と熱交換関係を有するヒー
   トポンプ加熱熱交換器と、一端を前記ヒートポンプ加熱
   熱交換器に接続し、他端を前記貯湯槽上部と接続する電
   気ヒータ加熱熱交換器を順次連結した給湯回路を備え、
   前記ヒートポンプ加熱熱交換器と前記電気ヒータ加熱熱
   交換器の中間に第３の温度検知器を設け、前記第１の温
   度検知器の信号によって前記四方弁の冷媒の流れ方向を
   切換えるとともに、前記電気ヒータ加熱熱交換器に設け
   た電気ヒータに通電し、さらに、前記第２の温度検知器
   と前記第３の温度検知器によって各々検知した温度差の
   信号から前記電気ヒータの入力を制御するようにしたヒ
   ートポンプ給湯装置。