(57)【要約】【課題】集熱器としての蒸発器の除霜運転を確実に行うことができるヒートポンプ給湯装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプユニット３と、沸上用循環路９と、除霜用循環路１４とを備え、ヒートポンプユニット３の集熱器としての蒸発器２４の除霜時ヒートポンプユニット３を逆サイクル運転させるとともに、前記沸上用循環路９を通じて貯湯槽５上部から貯湯槽５内の湯水を取出し除霜用循環路１４を通じて貯湯槽５下部へ湯水を循環させ、この湯水の熱を沸上用循環路９の水熱交換器１２とヒートポンプユニット３の冷媒熱交換器２２との間で熱交換させ、蒸発器２４を放熱器として作用させ蒸発器２４の除霜を行う。貯湯槽５上部には必ず沸き上げられた湯水は存在し蒸発器の除霜は確実に行われるとともに、冷めた湯水は湯水混合層より下部の貯湯槽５下部へ戻され貯湯槽５内の湯水と混じることがない。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、冷媒熱交換器、集熱器としての蒸発器等を順次直列接続され冷媒が循環されるヒートポンプユニットと、三方弁、水熱交換器、切換弁等を順次接続され貯湯槽の下部から上部に貯湯槽内の湯水を循環され前記冷媒熱交換器と熱交換される水熱交換器にて熱交換された湯水を貯湯槽の上部から積層させる沸上用循環路と、第１の分岐路、前記三方弁、前記水熱交換器、前記切換弁、第２の分岐路を順次接続される除霜用循環路とを備え、集熱器としての蒸発器の除霜時ヒートポンプユニットを逆サイクル運転させるとともに、前記沸上用循環路を通じて前記貯湯槽上部から貯湯槽内の湯水を取出し前記除霜用循環路を通じて貯湯槽下部へ湯水を循環させ、この湯水の熱を前記水熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒熱交換器に熱交換し蒸発器を放熱器として作用させ蒸発器の除霜を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯槽下部に、前記三方弁、前記水熱交換器、前記切換弁、前記第２の分岐路を順次接続される前記水熱交換器冷却用の冷却水循環路を設け、前記蒸発器の除霜後、前記貯湯槽下部から冷えた湯水を取出し前記冷却水循環路を通じて貯湯槽下部に冷えた湯水を循環させ前記水熱交換器を冷却し、その後ヒートポンプユニットを運転するとともに、前記沸上用循環路を動作させて前記貯湯槽内の湯水を沸き上げ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装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、貯湯槽内の上部の湯水を利用して集熱器としての蒸発器の除霜を行うようにしたヒートポンプ給湯装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、ヒートポンプ給湯装置の集熱器としての蒸発器の除霜運転は、例えば特開平８−１５２１９３号公報のに記載されているように、大気熱を利用するヒートポンプ、即ち、集熱器、圧縮機、四方弁、熱交換器等が配管接続されて成る集熱回路と、貯湯槽、ポンプ、及び電動の切換弁である三方弁、熱交換器等を配管接続して成る給湯回路が形成され、そして、熱交換器と貯湯槽とは湯を熱交換器から貯湯槽へと流す往き配管（Ｐ０、Ｐ１）と、貯湯槽側から熱交換器へ水を流す戻り配管で接続され、往き配管Ｐ１の途中から戻り配管Ｐ５へ連通するバイパス配管Ｐ３が三方弁を介して接続される集熱器の除霜回路が接続されている。
【０００３】
そして、通常の沸上運転時は、集熱回路は四方弁を正転状態に維持し、熱媒は圧縮機、熱交換器、集熱器の順に循環して集熱運転が行われ、一方、給湯回路は、三方弁を切換えて往き配管Ｐ１を選択し、貯湯槽内の湯水はポンプを通って、熱交換器により温められ、三方弁から往き配管Ｐ１を通って貯湯槽の上部から順次湯を蓄えてゆく通常運転が行われる。
【０００４】
また、集熱器の除霜運転時は集熱回路の四方弁を正転状態から反転状態に切換えるとともに、給湯回路の三方弁をバイパス配管Ｐ３を選択するように切換え、これにより、集熱回路においては、熱媒は熱交換器、圧縮機、集熱器、熱交換器の順に循環する。一方、給湯回路側においては、三方弁、ポンプ、熱交換器、三方弁のように循環して除霜運転が行われる。これにより、熱交換器により給湯回路側の湯水から熱を奪い、この熱を利用して集熱器に着霜した霜を除くことができるようになっている。したがって、除霜運転時、貯湯槽内の湯を用いることがないので、貯湯槽内の湯の温度低下を招くことなく、湯の温度を元の温度以上にするための手段や時間が不要となる。
【０００５】
しかし、このように、貯湯槽内の湯の熱を利用することなく給湯回路側の湯水の熱を利用して集熱器に着霜した霜の除霜運転を行うようにすると、貯湯槽の上部から湯水を積層させて沸上げる方式の給湯装置においては、給湯回路側には常に湯が存在するとは限らず除霜運転が確実に行われない場合がある等の問題点が生じる。
【０００６】
これに対し、貯湯槽の湯水を使用して集熱器としての蒸発器の除霜運転を行うものが存在する。即ち、特開平１０−８９８１６号公報に記載されているように、下端部に取水口を設けた貯湯タンクと、蒸発器としての室外熱交換機と水熱交換器とを有してなる冷媒回路と、上記水熱交換器に対して熱交換可能に設けられ、貯湯タンク内の湯水を流通させる熱交換路とを備え、給湯要求に応じて上記水熱交換器を凝縮器として機能させると共に、熱交換路に上記取水口から流出させた湯水を流通させ、貯湯タンク内に湯水を貯溜する給湯運転を行う一方、除霜要求に応じて室外熱交換機を凝縮器として機能させて除霜運転を行うヒートポンプシステムにおいて、貯湯タンクの中間部に取湯口を設ける共に、貯湯タンクから熱交換器への湯水の流出を取水口を経由して行う第１切替状態と、流出を取湯口を経由して熱交換器からの返流水を取湯口の下側に設けた流入口に流入して行う第２切替状態とを切替える流路切替手段を設け、給湯要求があったときは流路切替手段を第１切替状態とする一方、除霜要求があったときは流路切替手段を第２切替状態として取湯口から流出した湯水を湯水を熱交換路に流通させると共に、水熱交換器を蒸発器として機能させ返流水を取湯口の下側に設けた流入口に返流させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１０−８９８１６号公報に記載された除霜運転は、貯湯タンクの中間部に設けた取湯口から貯湯タンク内の湯を取り出し、その温熱を水熱交換器において冷媒に付与し、この温熱によって蒸発器としての室外熱交換機の除霜を行い、水熱交換器からの返流水は、取湯口の下側に設けられた流入口から貯湯タンクに戻すようになっているため、貯湯タンクの上部から湯水を積層させて沸上げる方式の給湯装置においては、常に貯湯タンクの中間部に湯水が存在するとは限らず、また、水熱交換器からの返流水を取湯口の下側に設けられた流入口に戻すため、貯湯タンクの中間部の湯水と返流水とが混じり合い湯水の温度低下を招く問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、集熱器としての蒸発器の除霜運転は、貯湯槽の上部から湯水を積層させて沸上げる方式の給湯装置において、沸上用循環路を通じて貯湯槽上部から貯湯槽内の湯水を取出し、この湯水の熱を水熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒熱交換器に熱交換し蒸発器を放熱器として作用させ蒸発器の除霜を行った後の沸上用循環路内の冷めた湯水を湯水混合層より下部の貯湯槽下部へ戻すようにしているため、必ず貯湯槽上部には湯水は存在し蒸発器の除霜運転は確実に行われるとともに、除霜後の返流水は貯湯槽内の湯水と混じり合うことがなく貯湯槽内の湯温の低下を招くことがないヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、四方弁、冷媒熱交換器、集熱器としての蒸発器等を順次直列接続され冷媒が循環されるヒートポンプユニットと、三方弁、水熱交換器、切換弁等を順次接続され貯湯槽の下部から上部に貯湯槽内の湯水を循環され前記冷媒熱交換器と熱交換される水熱交換器にて熱交換された湯水を貯湯槽の上部から積層させる沸上用循環路と、第１の分岐路、前記三方弁、前記水熱交換器、前記切換弁、第２の分岐路を順次接続される除霜用循環路とを備え、集熱器としての蒸発器の除霜時ヒートポンプユニットを逆サイクル運転させるとともに、前記沸上用循環路を通じて前記貯湯槽上部から貯湯槽内の湯水を取出し前記除霜用循環路を通じて貯湯槽下部へ湯水を循環させ、この湯水の熱を前記水熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒熱交換器に熱交換し蒸発器を放熱器として作用させ蒸発器の除霜を行うようにしたものである。
【００１０】
そして、この構成により、必ず貯湯槽上部には湯水は存在し蒸発器の除霜運転は確実に行われるとともに、除霜後の返流水は貯湯槽内の湯水と混じり合うことがなく貯湯槽内の湯温の低下を招くことがないヒートポンプ給湯装置が得られる。
【００１１】
請求項２記載のヒートポンプ給湯装置は、前記貯湯槽下部に、前記三方弁、前記水熱交換器、前記切換弁、前記第２の分岐路を順次接続される前記水熱交換器冷却用の冷却水循環路を設け、前記蒸発器の除霜後、前記貯湯槽下部から冷えた湯水を取出し前記冷却水循環路を通じて貯湯槽下部に冷えた湯水を循環させ前記水熱交換器を冷却し、その後ヒートポンプユニットを運転するとともに、前記沸上用循環路を動作させて前記貯湯槽内の湯水を沸き上げるようにしたものである。
【００１２】
そして、この構成により、集熱器としての蒸発器除霜後の沸上用循環路の温められた水熱交換器は直ちに冷却水循環路内を流通する貯湯槽内下部側の冷えた湯水により冷却され、ヒートポンプユニットの圧縮機が過負荷状態から解消され正常な貯湯槽内の湯水の沸上運転が行える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
【実施例】
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、貯湯ユニット２と、ヒートポンプユニット３と、暖房ユニット４とを備えている。
【００１５】
貯湯ユニット２は、貯湯槽５を備え、この貯湯槽５は、先止押上式の給湯方式を採用しており、貯湯槽５の下部には減圧弁６を介して水道水を給水する給水管７が接続されているとともに、上部には沸き上げた湯を台所や風呂場などの給湯先に給湯する給湯管８が接続されている。
【００１６】
貯湯槽５には、貯湯槽５の下部から出て貯湯槽５の上部に戻る沸上用循環路９が接続されている。この沸上用循環路９には貯湯槽５の下側から三方弁１０と、この沸上用循環路９の中間部は貯湯ユニット２から出てヒートポンプユニット３内に配置され、このヒートポンプユニット３内において貯湯槽５の下部の湯水を沸上用循環路９内に強制的に引き込んで貯湯槽５の上部に循環させる沸上用循環ポンプ１１と水熱交換器１２とが配設され、また、水熱交換器１２と貯湯槽５ととの間には流量調節器としての切換弁１３とが配設されている。
【００１７】
また、貯湯槽５の上部から湯水を取り出し貯湯槽５の下部に湯水を循環させる除霜用循環路１４が接続されている。この除霜用循環路１４には貯湯槽５の上部から第１の分岐路１５、三方弁１０、沸上用循環ポンプ１１、水熱交換器１２、切換弁１３、暖房用熱交換器１８、第２の分岐路１６、貯湯槽５下部とが順次接続されている。
【００１８】
また、貯湯槽５下部には、貯湯槽５下部から出て貯湯槽５下部に湯水を循環させる冷却水循環路１７が接続されている。この冷却水循環路１７には三方弁１０、沸上用循環ポンプ１１、水熱交換器１２、切換弁１３、暖房用熱交換器１８、第２の分岐路１６とが順次配設されている。
【００１９】
ヒートポンプユニット３は、冷媒が充填された冷媒循環路１９を有し、この冷媒循環路１９には、圧縮機２０、四方弁２１、凝縮器として機能し沸上用循環路９内を流通する湯水を水熱交換器１２との間で熱交換して湯水を所定の沸上温度に沸上げる冷媒熱交換器２２、膨張弁２３および集熱器としての蒸発器２４が順に接続されている。また、蒸発器２４には、蒸発器２４の温度を検知する温度センサ２５、外気を蒸発器２４に送る送風ファン２６および、この送風ファン２６を回転させる送風モータ２７を備えている。
【００２０】
暖房ユニット４は、熱媒が充填された暖房循環路２８を有し、この暖房循環路２８は、暖房用熱交換器１８、床暖房、パネルヒータ等の放熱部２９ａ、放熱部２９ｂ、上方を大気に開放したシスターン３０、暖房用循環ポンプ３１が順に接続されている。また、シスターン３０に電磁弁３２を通じて水道水を供給する給水路３３が接続されている。
【００２１】
３４はリモコンを示し、このリモコン３４は、台所などの壁面に配設されて貯湯ユニット２、ヒートポンプユニット３および、暖房ユニット４を動作させるもので、これら各ユニットを始動させたり切換えたりする切変スイッチ類、これらの運転状態を表示する表示手段などを有している。
【００２２】
３５は運転制御手段としての制御装置で、この制御装置３５は、リモコン３４の操作で三方弁１０、切換弁１３を適宜切り換えて沸上用循環路９を循環動作させるとともヒートポンプユニット３を動作させて貯湯槽５の湯水の沸上制御を行ったり、温度センサ２５の温度信号により除霜運転の制御をを行ったり、暖房循環路２８に切換えて暖房運転を行なうようになっている。
【００２３】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２４】
先ず、図２により貯湯槽５内の水を沸上げる作用について説明する。
【００２５】
給水管７から貯湯槽５内に水道水が貯留される。そして、リモコン３４の操作により制御装置３５が制御され、三方弁１０が沸上用循環路９側に切換えられるとともに、流量調節弁１３が沸上用循環路９側に１００％の量の湯水が流れるよう調節される。そして、ヒートポンプユニット３の圧縮機２０が駆動される。これにより矢印で示すように、冷媒は、冷媒回路１９の圧縮機２０、四方弁２１、凝縮器として機能する冷媒熱交換器２２、膨張弁２３、蒸発器２４の順に流れる。蒸発器２０で大気熱を集熱し気化された冷媒は圧縮機２０に送られ、圧縮機２０で圧縮されて出た高温高圧の冷媒ガスは、冷媒熱交換器２２で熱交換される。
【００２６】
一方、沸上用循環路９の沸上用循環ポンプ１１が駆動され、矢印で示すように貯湯槽５下部の水が沸上用循環路９側を通じて水熱交換器１２と冷媒熱交換器２２との間で沸上用循環路９内の水が熱交換され湯水となって貯湯槽５上部に入り、これを繰返して貯湯槽５の上部から設定温度の約８０℃の湯水が順次積層され貯湯槽５内の水が沸上げられる。そして、このように、貯湯槽５内に積層された湯水は、給湯管８を通じて例えば台所や浴槽に送られ給湯に利用される。
【００２７】
次に、図３により集熱器としての蒸発器の除霜運転の作用について説明する。
【００２８】
温度センサ２５が蒸発器２０の温度が所定温度以下にあることを検知すると、制御装置２８が制御され、三方弁１０が第１の分岐路１５側に切換えられるとともに、流量調節弁１３が第２の分岐路１６側に１００％の量の湯水が流れるよう調節される。これにより除霜用循環路１４が形成される。そして、貯湯ユニット２は沸上用循環ポンプ１１が駆動され貯湯槽５の上部より貯湯槽５内の湯水を取り出し、この湯水は第１の分岐路１５、三方弁１０、水熱交換器１２、流量調節弁１３、暖房用熱交換器１８、第２の分岐路１６、貯湯槽５下部の順に流れる。
【００２９】
一方、ヒートポンプユニット３は、温度センサ２５の検知信号により制御装置２８が制御され、四方弁２１が反転され冷媒は冷媒熱交換器２２、四方弁２１、圧縮機２０、蒸発器２４、膨張弁２３の順に流れる。そして、この冷媒の循環により水熱交換器１２の熱が冷媒熱交換器２２に熱交換され集熱器としての蒸発器２４から放熱され蒸発器２４に付着した霜が除去される。
【００３０】
この、集熱器としての蒸発器の除霜運転に際しては、貯湯槽５上部の湯水を取り出し使用ているため、必ず貯湯槽５上部には沸き上げられた湯水が存在し除霜が確実に行われるとともに、除霜後の冷めた湯水は貯湯槽５下部の湯水混合層より下部に循環されるため、貯湯槽５内の湯水と混合されることがない。
【００３１】
次に、図４により集熱器としての後の水熱交換器の冷却作用について説明する。
【００３２】
前記蒸発器除霜運転により水熱交換器１２が加熱され水熱交換器１２を流れる湯水の温度が高いと通常の貯湯槽５内の湯水の沸上運転に戻る時ヒートポンプユニット３の圧縮機２０が過負荷状態になりヒートポンプユニット３の成績係数が低下するかヒートポンプユニット３が停止する。そのため、蒸発器除霜運転終了後水熱交換器１２を冷却する必要性が生じる。即ち、温度センサ２５が蒸発器２４の温度が所定温度以上にあることを検知すると、制御装置３５は切換弁１３を第２の分岐路１６側に切り換え冷却水循環路１７が形成される。これにより貯湯槽５内下部の冷えた湯水が貯湯槽５下部から出て三方弁１０、水熱交換器１２、切換弁１３、暖房熱交換器１８、貯湯槽５下部の順に流れ、この冷めた貯湯槽５下部の湯水により直ちに冷却水循環路１７が冷却され通常の貯湯槽５内の湯水の沸上運転に備えられる。
【００３３】
次に、図５により暖房運転開始時の作用について説明する。
【００３４】
リモコン３４の操作により制御装置３５が制御され、電磁弁３２が開かれ給水路３３を通じてシスターン３０に水道水が供給される。次に、三方弁１０が第１の分岐路１５側に切換えられるとともに、流量調節弁１３が第２の分岐路１６側に１００％の量の湯水が流れるよう切り換え調節される。そして、この切り換えにより、貯湯槽５の上部、第１の分岐路１５、三方弁１０、水熱交換器１２、流量調節弁１３、暖房用熱交換器１８、第２の分岐路１６、貯湯槽５下部の順に接続される暖房運転始時の第１の暖房用循環路３６が形成される。そして、沸上用循環ポンプ１０が駆動され、例えば、外気温度が１０℃未満の場合は貯湯槽５内の約８０℃の湯水２００Ｌを貯湯槽５上部より第１の暖房用循環路３６を通じて矢印で示すように流通させる。一方、暖房ユニット４の暖房用循環ポンプ３１が駆動され暖房用循環路２８内の熱媒が循環される。そして、第１の暖房用循環路３６内を流通する約８０℃の湯水の熱が暖房用熱交換器１８ですぐに熱交換されて放熱部２９ａ、放熱部２９ｂから分散して放熱されて暖房運転が開始される。また、この暖房用熱交換器１８で熱交換されて約７０℃に冷やされた湯水は貯湯槽５の下部に戻される。そして、貯湯槽５上部より湯水を取り出す第１の暖房用循環路３６を通じた暖房運転が例えば、約５０分間繰返される。
【００３５】
次に、図６により暖房運転安定時の作用について説明する。
【００３６】
貯湯槽５上部より湯水を取り出す第１の暖房用循環路３６を通じた暖房運転が５０分間経過すると、制御装置３５の制御により貯湯槽５下部から湯水を取り出し貯湯槽５下部へ湯水を戻す暖房運転が行われる。すなわち、制御装置３５の制御により三方弁１０が水熱交換器１２側に切換えられるとともに、流量調節弁１３が暖房用熱交換器１８を介する第２の分岐路１６側に１００％の量の湯水が流れるように切り換えられる。そして、この切り換えにより貯湯槽５下部、三方弁１０、水熱交換器１２、流量調節弁１３、暖房用熱交換器１８、第２の分岐路１６、貯湯槽５下部を順次接続する第２の暖房用循環路３７が形成される。
【００３７】
そして、沸上用循環ポンプ１１および暖房用循環ポンプ３１が駆動され第２の暖房用循環路３７および暖房用循環路２８の循環が開始される。そして、暖房用循環路３７を通じた暖房運転が繰り返し行われると貯湯槽５下部の湯水温度が徐々に低下する。そして、水熱交換器１２の入口側に設けた図示しない温度センサが例えば５０℃を検知するとヒートポンプユニット３が運転を開始し、ヒートポンプユニット３の運転により第２の暖房用循環路３７内の湯水が冷媒熱交換器２２の熱により水熱交換器１２に熱交換し、貯湯槽５下部から出た湯水を再度沸上げ、この沸上げられた湯水の熱が暖房用熱交換器１８で熱交換されて暖房運転開始時と同様の作用により暖房ユニット４が運転され暖房運転が行われる。
【００３８】
そして、このヒートポンプユニット３の運転により沸上げられた第２の暖房用循環路３７内の湯水温度が温度センサで例えば５５℃を検知するとヒートポンプユニット３の運転は停止される。以後ヒートポンプユニット３は温度センサが検知する温度が湯温５０℃で運転し、５５℃で停止するサイクルを繰り返して暖房運転が継続運転される。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載のヒートポンプ給湯装置によれば、沸上用循環路を通じて貯湯槽上部から貯湯槽内の湯水を取出し、この湯水の熱を水熱交換器にてヒートポンプユニットの冷媒熱交換器に熱交換し蒸発器を放熱器として作用させ蒸発器の除霜を行った後の沸上用循環路内の冷めた湯水を湯水混合層より下部の貯湯槽下部へ戻すようにしているため、必ず貯湯槽上部には湯水は存在し蒸発器の除霜運転は確実に行われるとともに、除霜後の返流水は貯湯槽内の湯水と混じり合うことがなく貯湯槽内の湯温の低下を招くことがない。
【００４０】
請求項２記載のヒートポンプ給湯装置によれば、蒸発器除霜後の沸上用循環路の温められた水熱交換器は直ちに冷却水循環路内を流通する貯湯槽内下部側の冷えた湯水により冷却され、ヒーユニットの圧縮機が過負荷状態から解消され正常な貯湯槽内の湯水の沸上運転が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すヒートポンプ給湯装置の構成を説明する説明図である。
【図２】同上、ヒートポンプ給湯装置の沸上げ時の作用を説明する説明図である。
【図３】同上、ヒートポンプ給湯装置の蒸発器除霜時の作用を説明する説明図である。
【図４】同上、ヒートポンプ給湯装置の水熱交換器冷却時の作用を説明する説明図である。
【図５】同上、ヒートポンプ給湯装置の暖房運転初期の作用を説明する説明図である。
【図６】同上、ヒートポンプ給湯装置の暖房運転安定時の作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
１    ヒートポンプ給湯装置
２    貯湯ユニット
３    ヒートポンプユニット
４    暖房ユニット
５    貯湯槽
９    沸上用循環路
１０    三方弁
１１    沸上用循環ポンプ
１２    水熱交換器
１３    流量調節器としての切換弁
１４    除霜用循環路
１５    第１の分岐路
１６    第２の分岐路
１７    冷却水循環路
１８    暖房用熱交換器
１９    冷媒循環路
２０    圧縮機
２１    四方弁
２２    冷媒用熱交換器
２３    膨張弁
２４    集熱器としての蒸発器
２５    温度センサ
２８    暖房循環路
２９ａ，２９ｂ    放熱部
３０    シスターン
３１    暖房用循環ポンプ
３４    リモコン
３５    制御装置
３６    第１の暖房用循環路
３７    第２の暖房用循環路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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