JP4670965B2

JP4670965B2 - ヒートポンプ給湯器

Info

Publication number: JP4670965B2
Application number: JP2009005631A
Authority: JP
Inventors: 立一平本; 興隆渡邊; 哲二七種; 正樹豊島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2009074797A

Description

この発明は、貯湯タンク内の水を沸き上げるヒートポンプ給湯器に関するものである。

図５は、従来のヒートポンプ給湯器を示すシステム構成図である。図５において、１は貯湯タンク、２は貯湯タンク１内に設けられて水を加熱する発熱体、３は貯湯タンク１の下方の外壁部に取り付けられて、そのタンク１内の水の温度を検出する温度検出器である。４は貯湯タンク１内の水を加熱するヒートポンプ式加熱装置であり、圧縮機５、凝縮器６、減圧装置７、蒸発器８を順次連結した冷媒回路から構成する。

また、ヒートポンプ式加熱装置４を構成する凝縮器６に接続する配管を介して水を循環する循環ポンプ９および水の循環流量を調整する流量調整弁１０が設けられる。さらに、貯湯タンク１の上方に位置する出口部に接続される配管を介して混合弁１１が設けられる。１２は温度検出器３からの出力に基づいて発熱体２、ヒートポンプ式加熱装置４、循環ポンプ９の動作を断続的に行わせる制御部である。

次に、こうした構成を有するヒートポンプ給湯器の沸き上げ動作について、図５に示すシステム構成図を併用して説明する。貯湯タンク１内にその下部から水を供給して満タン状態に至った後で、沸き上げ動作を開始する。これにより、圧縮機５が運転を開始し、圧縮された一次冷媒ガスは配管を通じて凝縮器６の方に流れる。そして、凝縮器６から出た一次冷媒ガスの圧力は減圧装置７によって低下する状態となり、低圧レベルに維持された二次冷媒ガスは蒸発器８の方へと流れる。こうした冷媒の流れにより、凝縮器６側は高温状態、蒸発器８側が低温状態となる。次に、貯湯タンク１内の水はその下部から抜け出て、循環ポンプ９から流量調整弁１０を通過し、さらに高温状態に維持される凝縮器６を経て貯湯タンク１の中央部から入り込む。

そして、貯湯タンク１内の水は再びその下部から抜け出て、循環ポンプ９から凝縮器６を通過して貯湯タンク１の中央部から入り込む。こうした水の循環動作により、貯湯タンク１内の水は凝縮器６を通り所定温度に加熱され、貯湯タンク１内で水との温度差により上部から積層される。なお、発熱体２は圧縮機５などの故障により凝縮器６において加熱できない又は外気温度により所定の高温水が供給できないことを防止するために設けられている。次に、貯湯タンク１内には高温水が作られて、その高温水は混合弁１１の高温水側（図５中のＡ部）へ、さらに水源からの水は混合弁１１の低温水側（図５中のＢ部）にそれぞれ流れていく。そして、混合弁１１により適温状態の温水が作られて例えば浴槽側や蛇口側へ供給される。

従来のヒートポンプ給湯器は、前述のように貯湯タンク内に高温水を貯め、必要に応じて混合弁から出た温水を浴槽側および蛇口側へ供給するシステム構成となっている。しかし、貯湯タンク内の高温水を例えば浴槽側や蛇口側などで多量に使用した場合に、その使用量に相当する水が貯湯タンク内に供給される。これにより、貯湯タンク内の高温水の温度は低くなり、混合弁から設定温度よりも低い温水が出る即ち“湯切れ”という問題を生じる。

この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、貯湯タンク内の高温水を浴槽側および蛇口側などで多量に使用した場合でも、常に混合弁から設定温度に保たれた温水が出るようにして“湯切れ”を未然に防止することを目的としたものである。

貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を循環させる第１の流路と、第１の流路に設けた循環ポンプと、第１の流路の途中でその循環水を加熱するヒートポンプ式加熱装置と、貯湯タンク内に貯えた高温水を温水混合弁の高温水側に供給する第２の流路と、を備えたヒートポンプ給湯器において、第１の流路に設けた第１の電動切換弁と、第２の流路に設けた第２の電動切換弁と、を備え、ヒートポンプ式加熱装置で加熱された水は、第１の流路から貯湯タンクへ直に流れるとともに、貯湯タンクからの水を第２の流路を経由させて混合弁へ流れるようにした。

貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を循環させる第１の流路と、第１の流路に設けた循環ポンプと、第１の流路の途中でその循環水を加熱するヒートポンプ式加熱装置と、貯湯タンク内に貯えた高温水を温水混合弁の高温水側に供給する第２の流路と、水源側からの低温水を温水混合弁の低温水側に供給する第３の流路と、を備えたヒートポンプ給湯器において、第１の流路に設けた第１の電動切換弁と、第２の流路に設けた第２の電動切換弁と、第３の流路に設けた第３の電動切換弁と、第１の電動切換弁と第２の電動切換弁とを結ぶ第４の流路と、第１の電動切換弁と第３の電動切換弁とを結ぶ第５の流路と、を備え、ヒートポンプ式加熱装置で加熱された水は、第１の流路から貯湯タンクへ直に流れるとともに、貯湯タンクからの水を第２の流路を経由させて混合弁へ流れるようにした。

この発明のヒートポンプ給湯器は、上述のように構成されているので、“湯切れ”を未然に防止することが可能である。

この発明のヒートポンプ給湯器に係る実施の形態１を示すシステム構成図である。実施の形態１を示す他のシステム構成図である。実施の形態１におけるシステム構成の動作の流れを示すフローチャート図である。実施の形態１を示すさらに他のシステム構成図である。従来のヒートポンプ給湯器のシステム構成図である。

実施の形態１．
図１と図２は、この発明のヒートポンプ給湯器に係る実施の形態１を示すシステム構成図、図３はそのシステム構成の動作の流れを示すフローチャート図である。図１と図２において、従来例と同一の符号は同一または相当部分を示す。１３は貯湯タンク１の中央部と凝縮器６との間に配管を介して接続する第１の電動切換弁、１４は貯湯タンク１の出口部と混合弁１１の高温水側（図１、図２中のＣ部）との間に配管を介して接続する第２の電動切換弁、１５は水源側と混合弁１１の低温水側（図１、図２中のＤ部）との間に配管を介して接続する第３の電動切換弁である。

次に、ヒートポンプ給湯器の沸き上げ動作を図１と図２に示すシステム構成図および図３に示すフローチャート図を併用して説明する。図１において、貯湯タンク１内の下部から水を供給して満タン状態に至った後で沸き上げ動作を開始した場合に（ステップＳ１００）、凝縮器６は加熱状態になると共に循環ポンプ９は貯湯タンク１内の水を循環させる一連の動作、即ち沸き上げ動作が実行される（ステップＳ１０１）。これにより、貯湯タンク１内の水はその下部から第１の流路ＦＰ₁に抜け出て、循環ポンプ９から流量調整弁１０の方へと流れていく。そして、その水は高温状態の凝縮器６を通過して第１の電動切換弁１３のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて貯湯タンク１の中央部から入り込む。それ以降は、前述の動作内容を繰り返す。

次に、こうした貯湯タンク１内の水を循環させて加熱する過程で沸き上げ温度Ｔｓを検出し（ステップＳ１０２）、制御部１２は沸き上げ温度Ｔｓが所定温度Ｔ₁例えば９０℃になったかどうかを判断する（ステップＳ１０３）。ここで、仮にＮＯ即ち沸き上げ温度Ｔｓが所定温度Ｔ₁に至らない場合は前述の動作を繰り返す。また、仮にＹＥＳの場合は沸き上げ温度Ｔｓが所定温度Ｔ₁に至ったので、その温度Ｔ₁に保たれるように凝縮器６などを制御すると共に、“湯切れ”防止の動作が開始する（ステップＳ１０４）。この過程で、貯湯タンク１内の９０℃相当の高温水はその出口部から第２の流路ＦＰ₂に抜け出て、第２の電動切換弁１４のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて混合弁１１の高温水側（図１中のＣ部）へ、水源からの水は第３の流路ＦＰ₃により第３の電動切換弁１５のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて混合弁１１の低温水側（図１中のＤ部）へ、それぞれ流れていく。

次に、制御部１２は沸き上げ温度Ｔｓが所定温度Ｔ₂例えば８０℃以下であるかどうかを判断する（ステップＳ１０５）。なお、所定温度Ｔ₂は貯湯タンク１内の残湯が混合弁１１に流れ、混合弁１１から出た温水が“湯切れ”寸前となることを想定した温度閾値である。ここで、仮にＮＯ即ち沸き上げ温度Ｔｓは８０℃以下でないと判定された場合は、凝縮器６による追い沸き上げ動作を開始しない。また、仮にＹＥＳ即ち沸き上げ温度Ｔｓが８０℃以下であると判定された場合は、貯湯タンク１内の高温水を使用者が浴槽側や蛇口側で多量に使用したことにより“湯切れ”を起こす可能性が大きいと判断し、凝縮器６による追い沸き上げ動作が実行される（ステップＳ１０６）。なお、この追い沸き上げ動作は高温水の温度を９０℃に維持することは無理があり、それ以下の温度に保つことが前提である。

次に、図２に示すように第１の電動切換弁１３や第２の電動切換弁１４が切り換えられ（ステップＳ１０７）、水源からの水は循環ポンプ９から流量調整弁１０を通じて高温状態に維持される凝縮器６の方へと流れていく。そして、凝縮器６で加熱された高温水は第１の電動切換弁１３のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて第４ａの流路ＦＰ_4aに、さらには第２の電動切換弁１４のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて混合弁１１の高温水側（図２中のＣ部）に流れる。このとき、水源からの水が第３の電動切換弁１５のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて混合弁１１の低温水側（図２中のＤ部）に流れるので、混合弁１１からは設定温度通りの温水が出湯される。

次に、制御部１２は使用者が貯湯タンク１内の高温水を殆ど使用しない時間帯、即ち深夜時間帯に入ったかどうかを判断する（ステップＳ１０８）。ここで、仮にＮＯ即ち深夜時間帯外の場合は沸き上げ温度Ｔｓが所定温度Ｔ₂以下であるかどうかを判断する（ステップＳ１０５）。これ以降は、前述と同様である。また、仮にＹＥＳ即ち深夜時間帯の場合は第１の電動切換弁１３や第２の電動切換弁１４が図１に示すような状態に切り換えられる（ステップＳ１０９）。そして、深夜時間帯に貯湯タンク１内の“湯切れ”状態の温水を所定の流路を通じて高温状態に維持する凝縮器６を通過させて貯湯タンク１内へ戻すという沸き上げ動作が実行される（ステップＳ１０１）。これによって、貯湯タンク１内に再び高温水を貯えることができる。

こうした構成を有するヒートポンプ給湯器は、貯湯タンク１内の高温水を使用者が多量に使用して“湯切れ”を起こす可能性が大きいと判断した場合に、凝縮器６を通過した高温水を貯湯タンク１内に戻すことがなく、混合弁１１の高温水側へ直接流すようにしたことで、“湯切れ”の事態を未然に防止することができる。貯湯タンク１を大型化しなくても“湯切れ”を防止し易くなることから、当該ヒートポンプ給湯器では、貯湯タンクを大型化する場合に比べて小型化や省エネルギー化を図り図り易いと共に、廃棄時の環境への負荷を低減させ易い。

なお、前述の沸き上げ温度Ｔｓが所定温度Ｔ₂以下であるかどうかを判断する過程で（ステップＳ１０５）、仮にＹＥＳ即ち“湯切れ”を起こす可能性が大きい場合は、図４に示すように第１の電動切換弁１３や第３の電動切換弁１５を切り換える。そして、凝縮器６を通過した高温水を第１の電動切換弁１３のＩＮ側からＯＵＴ側を通じて第４ｂの流路ＦＰ_4bへ、さらには第３の電動切換弁１５のＩＮ側からＯＵＴ側へと流す。次に、その高温水を混合弁１１の低温水側（図４中のＤ部）に流し、一方貯湯タンク１内の高温水を第２の電動切換弁１４のＩＮ側からＯＵＴ側を通過させて混合弁１１の高温水側（図４中のＣ部）へ流すように構成しても良い。

１貯湯タンク、２発熱体、３温度検出器、４ヒートポンプ式加熱装置、５圧縮機、６凝縮器、７減圧装置、８蒸発器、９循環ポンプ、１０流量調整弁、１１混合弁、１２制御部、１３第１の電動切換弁、１４第２の電動切換弁、１５第３の電動切換弁、ＦＰ₁ 第１の流路、ＦＰ₂ 第２の流路、ＦＰ₃ 第３の流路、ＦＰ_4a 第４ａの流路、ＦＰ_4b 第４ｂの流路。

Claims

貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を循環させる第１の流路と、
前記第１の流路に設けた循環ポンプと、
前記第１の流路の途中でその循環水を加熱するヒートポンプ式加熱装置と、
前記貯湯タンク内に貯えた高温水を温水混合弁の高温水側に供給する第２の流路と、
を備えたヒートポンプ給湯器において、
前記第１の流路に設けた第１の電動切換弁と、
前記第２の流路に設けた第２の電動切換弁と、
を備え、
前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された水は、前記第１の流路から前記貯湯タンクへ直に流れるとともに、前記貯湯タンクからの水を前記第２の流路を経由させて前記混合弁へ流れるようにした、
ことを特徴とするヒートポンプ給湯器。
前記貯湯タンク内の高温水の温度を検出する温度検出器と、
前記第１、第２の電動切換弁を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記温度検出器からの出力に基づいて、前記第１、第２の電動切換弁を制御し、前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された高温水を前記第１の流路から前記貯湯タンクへ流すとともに、前記貯湯タンクからの水を前記第２の流路を経由させて前記混合弁へ流す、
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯器。
貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を循環させる第１の流路と、
第１の流路に設けた循環ポンプと、
第１の流路の途中でその循環水を加熱するヒートポンプ式加熱装置と、
前記貯湯タンク内に貯えた高温水を温水混合弁の高温水側に供給する第２の流路と、
水源側からの低温水を温水混合弁の低温水側に供給する第３の流路と、
を備えたヒートポンプ給湯器において、
前記第１の流路に設けた第１の電動切換弁と、
前記第２の流路に設けた第２の電動切換弁と、
前記第３の流路に設けた第３の電動切換弁と、
前記第１の電動切換弁と前記第２の電動切換弁とを結ぶ第４の流路と、
前記第１の電動切換弁と前記第３の電動切換弁とを結ぶ第５の流路と、
を備え、
前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された水は、前記第１の流路から前記貯湯タンクへ直に流れるとともに、前記貯湯タンクからの水を前記第２の流路を経由させて前記混合弁へ流れるようにした、
ことを特徴とするヒートポンプ給湯器。
前記貯湯タンク内の高温水の温度を検出する温度検出器と、
前記第１〜第３の電動切換弁を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記温度検出器からの出力に基づいて、前記第１〜第３の電動切換弁を制御し、前記ヒートポンプ式加熱装置で加熱された高温水を前記第１の流路から前記貯湯タンクへ流すとともに、前記貯湯タンクからの水を前記第２の流路を経由させて前記混合弁へ流す、
ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯器。