(57)【要約】【課題】低外気温での運転時の消費電力を低減する。【解決手段】  低外気温での貯湯運転時に前記蒸発器に発生する霜を取り除く除霜運転手段を備えたものにおいて、前記蒸発器１４の下方に排水口２３を設け、この排水口２３と蒸発器１４の間に凍結防止熱交換器２４を備え、この凍結防止熱交換器２４と前記出湯管１０を、開閉弁２６を介してドレン熱交入管２５にて接続し、前記凍結防止熱交換器２４と、貯湯タンクと循環ポンプ１６の間の入水管９をドレン熱交出管２７にて接続し、前記除霜運転に応じて前記開閉弁２６を制御する凍結防止手段を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯した貯湯タンクを内蔵する貯湯タンクユニットと、圧縮機と膨脹弁と蒸発器等を備え、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けられ湯水を循環させる循環ポンプとを備え、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環ポンプの駆動により前記循環回路を介して前記加熱手段に循環させて加熱し、再び貯湯タンクに戻すことで貯湯を行うと共に、低外気温での貯湯運転時に前記蒸発器に発生する霜を取り除く除霜運転手段を備えたものに於いて、前記蒸発器の下方に排水口を設け、この排水口と蒸発器の間に凍結防止熱交換器を備え、この凍結防止熱交換器と前記出湯管をドレン熱交入管にて接続すると共に、前記貯湯タンクと循環ポンプの間の入水管をドレン熱交出管にて凍結防止熱交換器と接続し、前記ドレン熱交入管又はドレン熱交出管に開閉弁を備え、前記除霜運転に応じて開閉弁を制御する凍結防止手段を備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯機等の貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のものにおいては、例えば、本出願人が先に出願した、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けられ湯水を循環させる循環ポンプとを備え、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環ポンプの駆動により前記循環回路を介して前記加熱手段に循環させて加熱し、再び貯湯タンクに戻すようにしたものにおいて、前記前記循環回路に温度センサを設け、この温度センサの出力に応じて前記容積形ポンプの能力を制御するようにし、循環ポンプの流量制御範囲の上限から下限まで圧力損失の影響を受け難く、循環流量を安定してコントロールすることができ、そのため、湯水を加熱する際の加熱手段の制御が容易となり、高温っの湯を安定して生成することができ、貯湯タンクの容量を最大限に利用して湯を貯えることができる貯湯式給湯装置があった。（例えば、特許文献１参照）
また、この種の貯湯式給湯装置では低外気温での貯湯運転時に前記蒸発器に発生する霜が多量になった場合、熱交換器の能力が低下してしまうために、定期的に熱交換器に付着した霜を加熱して溶かす除霜運転が必要であるが、この除霜運転で発生した水は蒸発器下方に備えた排水口から排水される。しかし低外気温であるためにいったん溶けた水が排水口へ至るまでの間に再び凍り始め排水口が塞がれてしまい排水ができなくなる。そこでこの現象を防止するために蒸発器と排水口の間に電気ヒータが設けられていた。
【特許文献１】特開２００３−２９４３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この従来のものは約１００ｗの電気ヒータによって直接凍結防止用の電力を使用するので低外気温時には消費電力が大きくなり、著しくエネルギー消費効率（ＣＯＰ）の低下を招く原因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯した貯湯タンクを内蔵する貯湯タンクユニットと、圧縮機と膨脹弁と蒸発器等を備え、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する循環回路と、前記循環回路途中に設けられ湯水を循環させる循環ポンプとを備え、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環ポンプの駆動により前記循環回路を介して前記加熱手段に循環させて加熱し、再び貯湯タンクに戻すことで貯湯を行うと共に、低外気温での貯湯運転時に前記蒸発器に発生する霜を取り除く除霜運転手段を備えたものに於いて、前記蒸発器の下方に排水口を設け、この排水口と蒸発器の間に凍結防止熱交換器を備え、この凍結防止熱交換器と前記出湯管をドレン熱交入管にて接続すると共に、前記貯湯タンクと循環ポンプの間の入水管をドレン熱交出管にて凍結防止熱交換器と接続し、前記ドレン熱交入管又はドレン熱交出管に開閉弁を備え、前記除霜運転に応じて開閉弁を制御する凍結防止手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、ドレン水凍結防止用の電気ヒータを凍結防止熱交換器に変えることで低外気温時の消費電力を低く抑え、低外気温時のＣＯＰの低下を最小限に抑えることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、６は浴槽である。
【０００８】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に給湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成する入水管９と、上部にヒーポン循環回路を構成する出湯管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によって入水管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて出湯管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が給湯管７から給湯されるものである。
【０００９】
前記ヒートポンプユニット３は、回転数可変の圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記入水管９および出湯管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させる循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１７とを備えており、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
前記圧縮機１１又はヒートポンプユニット３の電源には電流センサ１８が設けられ圧縮機１１又はヒートポンプユニット３全体の電流値ｄ１を常に検出するものである。
【００１０】
１９は前記入水管９又は冷媒−水熱交換器１２入り口に取り付けられた入水温センサで、冷媒−水熱交換器１２で加熱する前の水温をサーミスタセンサ等により検知するものである。
２０は前記出湯管１０又は冷媒−水熱交換器１２出口に取り付けられた出湯温センサで、冷媒−水熱交換器１２で加熱後の湯温をサーミスタセンサ等によって検知するものである。
【００１１】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度ｂと冷媒の出口温度ａとの温度差ｔに応じて前記膨張弁１３または圧縮機１１の回転数を制御すると共に、前記循環ポンプ１６の流量ｃを制御するＣＯＰ制御手段２１を設けたことで、ＣＯＰがとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１２】
前記ヒーポン制御部１７には、蒸発器１４に霜が発生する低外気温時の運転で、蒸発器１４の能力が著しく低下する事を防止するために、膨脹弁１３を開く等の動作によって定期的に除霜運転を行う除霜制御手段２２を備えている。
２３は前記蒸発器１４の下方に設けられた排水口で、この排水口２３と蒸発器１４の間の排水経路には凍結防止熱交換器２４が設けられている。
【００１３】
この凍結防止熱交換器２４は内部に温水を通水させる事で前記排水口２３を含む排水経路の凍結を防止するもので、一方の配管であるドレン熱交入管２５を開閉弁２６を介して前記出湯管１０と接続し、他方の配管であるドレン熱交出管２７を前記循環ポンプ１６の上流側の入水管９と接続することで、循環ポンプ１６運転時の開閉弁２６の開動作に応じて出湯管１０から開閉弁２６、凍結防止熱交換器２４、入水管９へと温水が流れ、凍結防止熱交換器２４が温水により加熱され、排水口２３等の凍結を防止するものである。
【００１４】
また前記開閉弁２６の作動は除霜運転終了後１０分間行われるものであるが、ヒーポンユニット３の状態や気温に応じて変化させる等の制御や、除霜運転終了後所定時間から一定時間作動させる事もできるものである。
【００１５】
次に、２８は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、貯湯タンク２内の上部に配置されていると共に、この熱交換器２８にはふろ往き管２９およびふろ循環ポンプ３０を備えたふろ戻り管３１よりなるふろ循環回路３２が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追い焚きが行われるものである。
【００１６】
３３はふろ戻り管３１を介して熱交換器２８に流入する浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、３４は熱交換器２８を流出してふろ往き管２９を介して浴槽６へ流れる浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサである。
【００１７】
次に、３５は給湯管７からの湯と給水管８から分岐された給水バイパス管３６からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管７に設けた給湯温度センサ３７で検出した湯温がリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００１８】
３８は給湯管７から分岐されてふろ戻り管３１に連通された湯張り管で、この湯張り管３８には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３９と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ４０と、浴槽水が給湯管７へ逆流するのを防止する逆止弁４１とが設けられているものである。
【００１９】
次に、４２は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅと呼び、この貯湯温度センサ４２が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２０】
４３は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部４３に前記リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。
【００２１】
また、前記給湯制御部４３には、前記複数の貯湯温度センサ４２ａ〜４２ｅの出力が入力され、これらの検出温度を基に貯湯タンク２内の残熱量が足りているかを判断する残熱量判断部４４が設けられている。
【００２２】
前記リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４５、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ４６がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をリモコン５の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ４７と、浴槽水を追い焚きさせる追い焚きスイッチ４８と、貯湯タンク２内の湯水を昼間時間帯においても一定量沸き増しさせる沸き増しスイッチ４９とが設けられているものである。また、このリモコン５にはドットマトリクスの表示部５０と、ブザー音や音声案内を出力するスピーカ５１と、これらを制御するリモコン制御部５２とが設けられているものである。
【００２３】
また、前記表示部５０の一部領域には、貯湯タンク２内の残湯量を視覚的に表示する貯湯量表示部５３が設けられているもので、前記残熱量判断部４４にて算出される残湯量に応じて貯湯タンク２を模した図形内に残湯を示すバー表示の点灯数を変化させるものである。
【００２４】
なお、５４は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、５５は給水の圧力を減圧する減圧弁、５６は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、５７は給水の温度を検出する給水温度センサである。
５８は前記蒸発器１４の風上側に設けられた外気温センサで、サーミスタセンサ等から成り外気温を検知するものである。
【００２５】
前記ＣＯＰ制御手段２１は加熱手段としてのヒートポンプユニット３の電流値ｄ１や、出湯温センサ２０の値ａと入水温センサ１９の値ｂとの温度差ｔ、前記循環ポンプ１６の流量ｃからｔ×ｃ／ｄ１の演算を行う事で概略のＣＯＰを算出して所定値ｘを維持するべく、圧縮機１１の回転数と膨脹弁１３の開度をコントロールするものである。
【００２６】
次に、この実施例１の作動を説明する。深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４２が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部４３はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された入水管９から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で６５〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された出湯管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ４２や出湯温センサ２０が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部４３はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００２７】
外気温の低い時にはこの貯湯運転中に徐々に蒸発器１４に霜が発生し、蒸発器１４を覆うことで蒸発器１４の熱交換効率が低下するため、膨脹弁１３を開放する等を行い蒸発器１４を一時的に加熱して霜を取り除く除霜運転が必要になる、そして除霜運転で発生したドレン水が再度凍結してドレンパン等の排水経路や排水口２３が塞がれる事を防止するために、蒸発器１４の下方に備えた凍結防止熱交換器２４へ出湯管１０から導いた高温水を通水して凍結を防止した後に熱交換後の水を入水管９へもどすものである。
【００２８】
凍結防止手段の作動について詳しく説明すれば、除霜制御手段２２によって所定時間の除霜運転が終了後に開閉弁２６を開にすれば、循環ポンプ１６の運転により出湯管１０からドレン熱交入管２５、凍結防止熱交換器２４、ドレン熱交出管２７、入水管９の順に温水が流れることで凍結防止熱交換器２４が加熱される、そして除霜水の排水が終了する所定時間後（約１０分後）に開閉弁２６を閉じて凍結防止熱交換器２４への通水を終了し、この動作を除霜運転終了後に毎回繰り返す事で、排水経路や排水口２３の凍結を防止するするものである。
【００２９】
次に、給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２に貯められた高温水が給湯管７を介して給湯混合弁３５へ流入し、給水バイパス管３６からの低温水と混合され、給湯制御部４３により給湯混合弁３５の混合比率が調整されて給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３０】
次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、リモコン５のふろ自動スイッチ４７が操作されると、給湯制御部４３が湯張り弁３９を開弁する。そして、給湯混合弁３５によってふろ設定温度に調整された湯水が湯張り管３８からふろ戻り管３１を介して浴槽６へ湯張りされ、湯張り管３８途中に設けられたふろ流量カウンタ４０が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部４３が湯張り弁３９を閉弁して湯張り運転を終了するものである。
【００３１】
なお、本発明の上記の実施例１に限定されるものではなく、この実施例では前記所定時間は除霜運転終了後としたが、除霜運転終了前から開閉弁２６を開いても良く、あるいは除霜運転終了一定時間経過後に開閉弁２６を開いて所定時間凍結防止の運転を行うことができるものである。
また、上記の実施例１では開閉弁２６をドレン熱交入管２５に設けたが、開閉弁２６をドレン熱交出管２７に設けても同じ効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例の貯湯式給湯装置の概略構成図。
【図２】同実施例の要部ブロック図。
【符号の説明】
【００３３】
１  貯湯タンクユニット
２  貯湯タンク
３  ヒートポンプユニト
１４  蒸発器
１６  循環ポンプ
２４  凍結防止熱交換器
２５  ドレン熱交入管
２６  開閉弁
２７  ドレン熱交出管
【図１】
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【図２】
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