JPH03211360A - 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３図に
示す回路構成のものが一般的であった。

すなわち図に示すように、冷媒回路は圧縮機２１゜四方
弁２２．凝縮器２３．減圧装置２４および空気熱交換器
２５を順次連結した閉回路とし、給湯回路は内部にヒー
タ２９を有する貯湯槽２６、貯湯槽２６の下部と接続す
る水循環ポンプ２７および前記凝縮器２３と熱交換関係
を有するヒートポンプ加熱熱交換器２８を順次連結して
構成し、冷媒回路によるヒートポンプの凝縮熱で凝縮器
２３とヒートポンプ加熱熱交換器２８を介して水を加熱
して貯湯槽２６の上部に循環する。そして、ヒートポン
プ加熱熱交換器２８の出口湯温を検知する温度検知器３
１の信号により水循環ポンプ２７の循環量をそのポンプ
の回転数などで制御して設定湯温をつくるようにしてい
る。また、給湯負荷が大きく貯湯槽２６の蓄熱量では熱
量不足の場合とか、ヒートポンプ加熱能力が不足の場合
には、ヒータ２９を人にして貯湯槽内の水を高温にする
装置である。

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、ヒートポンプ加熱熱交換器２８の出口部の水温を
ある一定の高温度に設定するため、前記出口部の水の温
度上昇によって冷媒回路の高圧側も高圧となって凝縮器
２３の加熱能力が減少し、運転効率が悪くなる欠点があ
った。また給湯負荷に対して湯温不足の場合は、ヒータ
２９で貯湯槽２６の全体を加熱しなければならない。

したがって、必要な湯量以上にヒータ２９およびヒート
ポンプで加熱しなければならず、経済性および、給湯負
荷への対応に時間を要する問題があった。

本発明はこのような上記課題を解決するもので、運転効
率向上と、貯湯槽の小型化を図ることのできるヒートポ
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解決するために、圧縮機と、減圧装
置と、空気熱交換器とを順次連続して密閉回路にしたヒ
ートポンプの冷媒回路を有し、貯湯槽と、この貯湯槽下
部に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、他端を前記貯湯槽の上
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ヒータ
加熱熱交換器の中間に設けた温度検知器の信号によって
、前記水循環ポンプの水量をコントロールする構成とし
た。

さらに、前記温度検知器は設定値Ｔ１とＴ２（Ｔ＋＜Ｔ
２）を有し、設定値Ｔ１より循環水温が低い場合には、
前記水循環ポンプによって水量を多くし、前記循環水温
が前記設定値ＴＩ！：達すると、その循環水温が設定値
Ｔ２となるように水循環ポンプの水量をコントロールす
るようにしている。

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、前記貯湯槽上部より再び貯湯槽内
に循環する。この循環の繰り返しにより貯湯槽内の水温
は徐々に上昇する。このとき、循環水の水温が温度検知
器の設定値ＴＩに達しない間は前記水循環ポンプが水を
多く循環するため、ヒートポンプ加熱熱交換器による水
温の上昇率は低く、その結果前記冷媒回路の高圧側も圧
力が低くなって、ヒートポンプの加熱能力が増加すると
同時に運転効率か高くなる。さらに、徐々に昇温して貯
湯槽内の水温が前記温度検知器の設定値Ｔ１に達すると
、温度検知器の信号によって前記水循環ポンプは水の循
環量を少なくするため、前記冷媒回路の高圧側の圧力が
高まり高圧の冷媒過熱ガス域のエンタルピーが利用でき
るようになり、前記凝縮器の凝縮熱による温度より高い
水温を得ることができる。

そしてこの場合に、前記貯湯槽上部の温度が前記温度検
知器の設定貯湯値Ｔ２になるように、前記水循環ポンプ
の水量をコントロールすることによって、前記冷媒過熱
ガス域のエンタルピーの活用が図られる。また、前記貯
湯槽内の湯１温をさらに高温化する場合とか、前記貯湯
槽内の湯が出湯されて不足し、給水によって水温が低く
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
できる。また、加熱直接端末での出湯も可能きなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図および第２図を
参照しながら説明する。

図に示すように、冷媒回路ＩＡ（ヒートポンプ）は圧縮
機１．四方弁２．凝縮器３．減圧装置４および空気熱交
換器５、そして再び前記四方弁２と順次連合して密閉回
路にし、この回路内に冷媒を封入している。

一方、給湯回路６Ａは、温水を貯蔵する貯湯槽６の下部
に貯湯槽６内の水を循環する水循環ポンプ７を接続し、
この水循環ポンプ７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８を接続している。

そして、このヒートポンプ加熱熱交換器８の他端に電気
ヒータ９などを内蔵した電気ヒータ加熱熱交換器１０を
連結し、さらにこの電気ヒータ加熱熱交換器１０の他端
を前記貯湯槽６の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、前記ヒートポンプ加熱熱交換器８と電気ヒータ
加熱熱交換器１０の間の回路内には循環水の水温を検知
し、かつ温度設定値Ｔ１とＴ２（Ｔ　＋　＜　Ｔ　２　
）を有する温度検知器１１が設けられ、この設定値Ｔ１
．Ｔ２の信号によって前記水循環ヒートポンプ７の出力
が制御される。

次に上記構成における動作を説明する。

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５
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、このようにして冷媒
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、貯湯槽６の下部の低温水は水循環ポンプ７の駆動
によって送られ前記凝縮器３を内設したヒートポンプ加
熱熱交換器８に流入する。

そして、この中で前記凝縮器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１０を
通って前記貯湯槽６の上部に帰り、貯湯槽６内への流入
と出湯に供えられる。

この際に、前記ヒートポンプ加熱熱交換器８の出口の水
温が前記温度検知器１１の設定値Ｔ１より低い場合には
、その温度検知器１１の信号によって前記水循環ポンプ
７の水量が最大になるように駆動制御されるため、前記
ヒートポンプ加熱熱交換器８内の流入水量は最大となっ
て前記凝縮器３の昇温および水温が低くなり、前記凝縮
器３の高圧冷媒ガスは圧力が低くなる。したがって、加
熱能力が増加するとともに前記圧縮機１での圧縮動力は
小さくなり運転効率が良くなる。また、この運転の継続
により前記貯湯槽６の内部湯温は全体が均一にかつ徐々
に上昇する（図のａ）。そして、前記ヒートポンプ加熱
熱交換器８の出口水温が前記温度検知器１１の設定値Ｔ
１に達すると（図のａ＋）、さらにその温度が設定値Ｔ
２（ＴＩ＜Ｔ２）になるように前記水循環ポンプ７の流
量がコントロールされて、高温水かつ（りだされる（図
のａ２）。この場合には、冷媒回路の高圧の冷媒過熱ガ
ス域のエンタルピーを利用して、高圧の凝縮作用による
発熱温度（図のｂ）より高い温水（図のａ２）を得る。

そして、前記貯湯槽６の上部から流入して徐々に貯湯槽
６内に貯えられる。なお、図に示すように加熱能力（Ｑ
Ｃ）、運転効率（ＣＯＰ）は設定値がＴ１までは貯湯槽
全体水温（ａ）の上昇とともに下降し、貯水槽全体水温
（ａ）がＴＩに達したとき循環水量の減少によって凝縮
器３の温度が上昇し、加熱能力（ＱＣ）、運転効率（Ｃ
ＯＰ）はさらに低下する様子を示している。また、前記
貯湯槽６内の湯温をさらに高温化したり、前記貯湯槽６
内の湯が出湯されて不足し、追加水が入って湯水温が下
がった場合には、前記ヒートポンプ加熱熱交換器８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１０
で加熱してより高温にし、前記貯湯槽６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、必要な温度の湯量だけに電気ヒータ１０を通電す
ればよ（、経済的であり、前記貯湯槽６も小型化できる
。

発明の効果 以上の実施例の説明からも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、凝縮器、減王装置
、空気熱交換器を順次連結した冷媒密閉回路と、貯湯槽
、水循環ポンプ、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、一端を前記ヒートポンプ加熱熱
交換器と、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
に温度検知器を設けてその信号で循環ポンプの水量を制
御するように構成したことにより、たとえば、前記ヒー
トポンプ加熱熱交換器の出口水温が前記温度検知器の設
定値より低い場合には、前記水循環ポンプの水量を多く
して、冷媒回路の高圧側の圧力を低くして徐々に加熱す
るので、加熱能力の増大と運転効率の向上を図ることが
でき、前記貯湯槽内の容量全体を使用可能な湯温に早く
沸き上げることができる。

また、前記ヒートポンプ加熱熱交換器の出口水温が前記
温度検知器の設定値に達すると、この設定値よりさらに
高い設定値の湯温になるように。

前記水循環ポンプの流量をコントロールして、高温沸き
上げをして、前記貯湯槽内の上部から徐／７に貯えるこ
とができるので、従来に比し運転効率も上り、高温水も
確保できる。

さらに高い湯水温が必要な場合とか、貯湯槽内の湯水温
が出湯によって低くなった場合にも、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り、より高い温水が
得られるようにしているため、給湯負荷に対応して必要
な給湯熱量が素早く確保てきる。したがって、熱量が経
済的になり、かつ前記貯湯槽の小型化も図ることができ
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図は同装置の運転時間に対する加熱能力
、運転効率、冷媒回路の凝縮温度および貯水槽水温性能
特イ１図、第３図は従来のヒートポンプ給湯装置の回路
構成図である。 ■・・・・・・圧縮機、３・・・・・・凝縮器、４・旧
・・減圧装置、訃−・・＝空気熱交換器、６・・・・・
・貯湯槽、７・・・川水循環ポンプ、８・・・・・・ヒ
ートポンプ加熱熱交換器、１０・・・・・・電気ヒータ
加熱熱交換器、１１・旧・温度検知器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、空気熱交換器
   とを順次連結した冷媒密閉回路を有し、貯湯槽と、この
   貯湯槽下部に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られ、信号によっ
   て前記水循環ポンプの水量を制御する温度検知器よりな
   るヒートポンプ給湯装置。
2. （２）温度検知器は設定値Ｔ＿１とＴ＿２（Ｔ＿１＜Ｔ
   ＿２）を有し、前記設定値Ｔ＿１より循環水温が低い場
   合には、水循環ポンプの水量を多くし、前記循環水温が
   前記設定値Ｔ＿１に達すると、その循環水温が設定値Ｔ
   ＿２となるように水循環ポンプの水量をコントロールす
   る請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。