(57)【要約】【課題】寒冷地での除霜能力を向上させる。【解決手段】圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧器、蒸発器を有する冷凍回路と、この冷凍回路の冷媒対水熱交換器で加熱された水を貯留可能に循環する貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置に於いて、前記貯湯タンク２の下部と冷媒対水熱交換器とを接続するヒーポン往き管１０と、前記冷媒対水熱交換器と貯湯タンク２の上部とを接続するヒーポン戻り管１３を備え、前記貯湯タンクとヒーポン往き管と冷媒対水熱交換器とヒーポン戻り管を連通してヒーポン循環回路１４を形成し、前記ヒーポン往き管とヒーポン戻り管とを除霜バイパス管２５にて接続することで除霜バイパス回路２７を形成し、この除霜バイパス回路２７に補助タンク２６を設け、前記除霜バイパス回路２７にヒーポン循環ポンプ１１とヒーポン循環回路と除霜バイパス回路２７を切り換える切換手段２４を設けたものである。【選択図】図１
2007333340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧器、蒸発器を有する冷凍回路と、この冷凍回路の冷媒対水熱交換器で加熱された水を貯留可能に循環する貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置に於いて、前記貯湯タンクの下部と冷媒対水熱交換器とを接続するヒーポン往き管と、前記冷媒対水熱交換器と貯湯タンクの上部とを接続するヒーポン戻り管を備え、前記貯湯タンクとヒーポン往き管と冷媒対水熱交換器とヒーポン戻り管を連通してヒーポン循環回路を形成し、前記ヒーポン往き管とヒーポン戻り管とを除霜バイパス管にて接続することで除霜バイパス回路を形成し、この除霜バイパス回路に補助タンクを設け、前記除霜バイパス回路にヒーポン循環ポンプとヒーポン循環回路と除霜バイパス回路とを切り換える切換手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記蒸発器又は蒸発器入口側の冷媒配管に蒸発温度センサを設け、前記冷媒対水熱交換器の入口側配管に入水センサを設け、前記蒸発温度センサが所定の除霜条件を満たした場合に前記切換手段を作動して除霜バイパス回路を連通させた状態で冷凍回路を運転し、前記補助タンクに温水を貯め、前記入水センサが所定温度に達したら切換手段を切り換えて補助タンクに蓄えられた温水で蒸発器の除霜を行う制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記入水センサが所定温度に達したら、前記減圧器を開いて除霜運転を開始すると共に、前記切換手段を切り換えて補助タンクに蓄えられた温水でも蒸発器の除霜を行う制御部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は冬期間蒸発器に付着する霜を除去する除霜運転の機能を備えたヒートポンプ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は、例えば、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流水との熱交換をする冷媒対水熱交換器と、前記冷媒対水熱交換器から流出する冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁から流出する冷媒を蒸発させて冷媒に熱を吸収させる蒸発器とを兼ね備えるヒートポンプサイクルにて給湯用流水を加熱する給湯器であって、前記蒸発器において空気中の水分が凝結して除霜運転の際、発生する水滴を受け、排水するドレンパンと、前記ドレンパンで水滴が凍結・成長することを冷媒対水熱交換器に流入する給湯用流水配管の一部を用いて防ぐ機構をドレンパンに配することで、低外気温時の温度条件下でヒートポンプサイクルの除霜運転をする際に、ドレンパン上で水滴が凍結・成長することを給湯用流水配管の一部を前記ドレンパンに配することで防止している。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−２１８８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、この従来のものは、ドレンパンの凍結の心配はないが、寒冷地域で使用した場合に、給湯装置の使用状態にもよるが、低外気温や降雪等の悪条件が重なった場合には、通常の除霜運転では蒸発器の霜が溶けきらずに残り、長時間の運転で残った霜の量が更に多くなりついには蒸発器による熱交換ができなくなることで、異常停止が発生する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１では、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧器、蒸発器を有する冷凍回路と、この冷凍回路の冷媒対水熱交換器で加熱された水を貯留可能に循環する貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置に於いて、前記貯湯タンクの下部と冷媒対水熱交換器とを接続するヒーポン往き管と、前記冷媒対水熱交換器と貯湯タンクの上部とを接続するヒーポン戻り管を備え、前記貯湯タンクとヒーポン往き管と冷媒対水熱交換器とヒーポン戻り管を連通してヒーポン循環回路を形成し、前記ヒーポン往き管とヒーポン戻り管とを除霜バイパス管にて接続することで除霜バイパス回路を形成し、この除霜バイパス回路に補助タンクを設け、前記除霜バイパス回路にヒーポン循環ポンプとヒーポン循環回路と除霜バイパス回路とを切り換える切換手段を設けたものである。
【０００５】
また、請求項２では、前記蒸発器又は蒸発器入口側の冷媒配管に蒸発温度センサを設け、前記冷媒対水熱交換器の入口側配管に入水センサを設け、前記蒸発温度センサが所定の除霜条件を満たした場合に前記切換手段を作動して除霜バイパス回路を連通させた状態で冷凍回路を運転し、前記補助タンクに温水を貯め、前記入水センサが所定温度に達したら切換手段を切り換えて補助タンクに蓄えられた温水で蒸発器の除霜を行う制御部を設けたものである。
【０００６】
また、請求項３では、前記入水センサが所定温度に達したら、前記減圧器を開いて除霜運転を開始すると共に、前記切換手段を切り換えて補助タンクに蓄えられた温水でも蒸発器の除霜を行う制御部を設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、除霜能力を大きく向上することができ、寒冷地域での使用で低外気温や降雪等の悪条件が重なった場合でもスムーズな除霜運転を行うことができ、蒸発器の霜が原因で発生する異常停止を防止す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】
【０００８】
以下に本発明を実施するために好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
次に、本発明の実施例１について図１〜２に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２等を収納する貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２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で、内部には圧縮機４と凝縮器としての冷媒対水熱交換器５と減圧器としての電子膨張弁６と強制空冷式の蒸発器７とで構成され、このヒートポンプユニット３には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界冷凍回路を構成しているものである。また、前記圧縮機４や電子膨張弁６等により冷凍回路を駆動制御するヒーポン制御部８を設けている。
【００１０】
前記ヒートポンプユニット３は背面と左側面に格子状の空気吸込口を、前面に略円形で格子状のガードを形成した空気吹出口を備え、前記吸込口の内側にはフィンチューブ式の熱交換器から成る前記蒸発器７を、前記吹出口の内側には送風ファン９を備え、前記吸込口と蒸発器７と送風ファン１１と吹出口を連通して送風経路を形成している。
【００１１】
１０は前記貯湯タンク２の下部と冷媒対水熱交換器５を接続するヒーポン往き管で、ヒーポン循環ポンプ１１が取り付けられ、このヒーポン循環ポンプ１１と前記貯湯タンク２の間には第１三方弁１２を設けている。１３は前記冷媒対水熱交換器５と貯湯タンク２の上部を接続するヒーポン戻り管で、前記貯湯タンク２とヒーポン往き管１０と冷媒対水熱交換器５とヒーポン戻り管１３を連通してヒーポン循環回路１４を形成している。
【００１２】
１５は前記貯湯タンク２の下部に接続され貯湯タンク２に水を給水する入水管。１６は前記貯湯タンク２の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管。１７は前記貯湯タンク２の中間位置に接続された中間出湯管。１８は前記出湯管１６からの湯水と前記中間出湯管１７からの湯水とを任意の温度になるよう混合する中間混合弁。１９は前記入水管１５から分岐された給水管。２０は前記中間混合弁１８からの湯水と前記給水管１９からの給水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁である。
【００１３】
２１は前記ヒーポン循環回路１４に第１三方弁１２を介してバイパスするよう接続された暖房バイパス管。２２は前記暖房バイパス管２１途中に設けられ、その二次側に放熱部（図示せず）が接続された暖房用熱交換器。２３は前記暖房バイパス管２１途中で前記暖房用熱交換器２２の下流側に前記貯湯タンク２の中間位置に接続された中間戻し管である。前記第１三方弁１２はヒーポン往き管１０のヒートポンプユニット３側を、ヒーポン往き管１０の貯湯タンク２側に連通するか暖房バイパス管２１側に連通するかを切換える電動三方弁より構成されている。なお、この第１三方弁１２は前記ヒーポン循環回路２４のヒーポン戻り管１３側に設けてもよいものである。
【００１４】
２４は前記暖房バイパス管２１よりもヒートポンプユニット３側のヒーポン戻り管１３に備えた切換手段としての第２三方弁で、この第２三方弁２４よりヒーポン往き管１０へ除霜バイパス管２５を設けている。２６はヒーポン往き管１０の除霜バイパス管２５とヒーポン循環ポンプ１１の間に設け、内部に約５リットルの温水を蓄える補助タンクで、ヒーポン往き管１０の補助タンク２６とヒーポン循環ポンプ１１と冷媒対水熱交換器５と除霜バイパス管２５を連通して除霜バイパス回路２７を形成している。
【００１５】
２８は前記冷媒対水熱交換器５の入口配管、又はヒーポン往き管１０の冷媒対水熱交換器５入口近傍に取り付けた入水センサで、サーミスタセンサ等によって配管の温度を検知するものである。２９は前記冷媒対水熱交換器５の出口配管、又はヒーポン戻り管１３の冷媒対水熱交換器５入口近傍に取り付けた沸上センサで、前記入水センサ２８と同様にサーミスタセンサ等によって配管の温度を検知するものである。３０は前記蒸発器７又は蒸発器７入口近傍の冷媒配管に取り付けた蒸発温度センサで、サーミスタセンサ等によって冷媒配管の温度を検知するものである。
【００１６】
３１は前記三方弁１２・２４や循環ポンプ１４、送風ファン１１等の駆動制御を行うと共に、前記ヒーポン制御部８に指令を発し、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている制御部である。
【００１７】
ここで、貯湯タンク２内にヒートポンプユニット３で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御部３１は深夜時刻になると電力単価が安価な深夜時間帯内で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始し、三方弁１２・２４をヒートポンプユニット３と貯湯タンク２とが連通するように切換え、ヒーポン循環ポンプ１１とヒートポンプユニット３を駆動および起動して、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水をヒートポンプユニット３により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク２の上部に積層させるように貯湯する。そして、所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ１１およびヒートポンプユニット３を停止して貯湯運転を終了する。
【００１８】
次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管１５から貯湯タンク２内に給水されると同時に出湯管１６から貯湯温水が出湯される。このとき、中間混合弁１８の混合比率により中間出湯管１７からも貯湯温水が出湯され、中間混合弁１８によってある温度に混合される。そして、この中間混合弁１８からの湯水は給湯混合弁２０に流入し、給水管１９からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。
【００１９】
次に、暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、前記制御部３１は暖房の二次側の運転を開始すると共に、第１三方弁１２を暖房バイパス管２１とヒーポン循環回路１４のヒートポンプユニット３側とが連通するように切換え、ヒーポン循環ポンプ１１とヒートポンプユニット３を駆動及び起動して、ヒートポンプユニット３で沸き上げた高温水を暖房用熱交換器２２に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度ヒートポンプユニット３に直接循環させて再度加熱して暖房を行う。
【００２０】
次に、暖房運転と給湯運転とが同時に行われる併用運転について説明する。
暖房運転中に給湯運転の要求が発生すると、前記制御部３１は第１三方弁１２を貯湯タンク２とヒートポンプユニット３とが連通するように切換える。ヒートポンプユニット３で加熱された温水は暖房用熱交換器２２を通過し、二次側との熱交換により温度低下した温水が中間戻し管２３を介して貯湯タンク２の中間部に戻される。そして、貯湯タンク２の下部に貯められている湯水および入水管１５から貯湯タンク２の下部に流入した冷水がヒーポン往き管１０を介してヒートポンプユニット３に循環されて加熱される。一方、貯湯タンク２の中間部に戻された温水は、制御部３１でコントロールされる中間混合弁１８の混合比率に応じた量が中間出湯管１７を介して出湯され、給湯混合弁２０によって給湯設定温度の湯として給湯される。
【００２１】
次に、図２によって貯湯運転時の除霜運転について説明する。
寒冷地域の冬期間、制御部３１は深夜時刻になると朝の所定時刻までに沸き上がるように前記の貯湯運転を開始する。蒸発温度センサ３０が−１５℃以下を継続すれば、制御部３１は除霜条件が成立し、蒸発器７に霜が多く発生して除霜が必要と判断し、第２三方弁２４を除霜バイパス回路２７側に切り換えれば、冷媒対水熱交換器５で加熱され除霜バイパス回路２７を循環する温水は除々に上昇し補助タンク２６内に温水が蓄えられる。そして入水センサ２８の温度が６０℃に成ると、除霜に必要な熱量が充分蓄えられたと判断し、膨張弁６を開いて蒸発器７に熱い冷媒を送って蒸発器７に付着した霜を溶かす除霜運転を蒸発温度センサ３０が約１０℃になるまで（最大１５分間）行う。そして第２三方弁２４をヒーポン循環回路１４側に切り換えると共に、膨張弁６を通常の開度まで閉じて貯湯運転に戻り貯湯運転を継続し、除霜条件が再度成立すれば、再度除霜運転を繰り返し、所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ１１およびヒートポンプユニット３を停止して貯湯運転を終了する。
【００２２】
このように、補助タンク２６と除霜バイパス回路２７を設けることで、除霜能力を大きく向上することができ、寒冷地域での使用で低外気温や降雪等の悪条件が重なった場合でもスムーズな除霜運転を行うことができ、蒸発器の霜が原因で発生する異常停止を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施例の概略構成図。
【図２】同運転シーケンス図。
【符号の説明】
【００２４】
２  貯湯タンク
６  膨張弁（減圧器）
７  蒸発器
１０  ヒーポン往き管
１１  ヒーポン循環ポンプ
１２  第１三方弁
１３  ヒーポン戻り管
２４  第２三方弁
２５  除霜バイパス管
２６  補助タンク
２７  除霜バイパス回路
２８  入水センサ
３０  蒸発温度センサ
３１  制御部
【図１】
2007333340.tif 000003
【図２】
2007333340.tif 000004