(57)【要約】【課題】効率的な凍結防止運転を行う。【解決手段】貯湯タンク２の下部と冷媒対水熱交換器５とを接続するヒーポン往き管９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１２と、貯湯タンクの下部と水道を接続する給水管１１と、前記ヒーポン往き管に循環ポンプ１０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、前記ヒーポン戻り管に三方弁１３を設け、この三方弁と給水管をバイパス管１４にて接続することで凍結防止バイパス回路を形成し、前記三方弁にてヒーポン循環回路と、凍結防止バイパス回路と、ヒーポン循環回路と凍結防止バイパス回路を同時に連通する回路を切り換え可能としたものである。【選択図】  図２
2009074736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプユニット内に圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧器、蒸発器を有する冷凍回路を備え、タンクユニット内に前記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させ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と、貯湯タンクの下部と水道を接続する給水管と、前記ヒーポン往き管に循環ポンプを備え、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、前記ヒーポン戻り管に三方弁を設け、この三方弁と給水管をバイパス管にて接続することで凍結防止バイパス回路を形成し、前記三方弁にてヒーポン循環回路と、凍結防止バイパス回路と、ヒーポン循環回路と凍結防止バイパス回路を同時に連通する回路を切り換え可能としたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
沸き上げ運転停止中には、前記ヒートポンプユニットの蒸発器への送風経路に備えた外気温センサ、または前記ヒーポン循環回路に備えた循環水温度センサ、または前記給水管に備えた給水温度センサの値が第１の所定温度より低い時、前記凍結防止バイパス回路のみでの運転を行い、前記凍結防止バイパス回路の凍結防止運転が所定時間経過した時には、ヒーポン循環回路と凍結防止バイパス回路を同時に連通する回路を切り換えて運転する運転制御装置とを備え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】
沸き上げ運転停止中には、前記ヒートポンプユニットの蒸発器への送風経路に備えた外気温センサ、または前記ヒーポン循環回路に備えた循環水温度センサ、または前記給水管に備えた給水温度センサの値が第１の所定温度と、第１の所定温度より低い第２の所定温度の間では前記凍結防止バイパス回路での運転を行い、または前記センサの値が第２の所定温度より低い時には前記ヒーポン循環回路と凍結防止バイパス回路を同時に連通して運転する運転制御装置とを備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプユニットで生成された温水を貯留すると共に、所定の給湯箇所に給湯するための貯湯タンクを備えたヒートポンプ式給湯装置に関するもので、特にヒートポンプユニットおよび貯湯タンクを環状に接続する配管等の凍結防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種の給湯装置では、熱量を供給するヒーポンユニットと、このヒートポンプユニットで生成された温水を貯留すると共に、所定の給湯箇所に給湯するための貯湯タンクと、前記ヒートポンプユニットで生成された温水を、前記貯湯タンクに循環供給する循環ポンプと、前記ヒートポンプユニットより流出した温水を、前記貯湯タンクを経て再び前記ヒートポンプユニットに戻すための第１温水循環経路と、前記ヒートポンプユニットより流出した温水を、前記貯湯タンクを迂回して再び前記ヒートポンプユニットに戻すための第２温水循環経路と、前記第１温水循環経路と前記第２温水循環経路とを切り替える三方弁と、外気温度または循環水温度を検出する温度検出手段を有し、沸き上げ運転の停止中に前記第２温水循環経路に切り替えるように前記経路切替手段を制御すると共に、前記温度検出手段によって検出される温度が所定値以下の時には、少なくとも前記循環ポンプの運転を開始する運転制御装置とを備えることで、沸き上げ運転の停止中で低外気温時における温水循環経路の凍結を防止するものであった。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００３−１３９４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでこの従来のものでは、第２温水循環経路での凍結防止運転が一定時間継続した場合、三方弁を第１温水循環経路側切り換えて凍結防止運転を行った場合、貯湯タンク上部から冷水が流入されるのでタンク高温部が混合され内部温度が低下する問題があった。そして上部に冷水が貯まることで出湯温度が変動するおそれがあった。
また貯湯タンク上部へに冷水の流入を抑えるために、循環ポンプの流量を落として流入速度を極端に低下した場合にはヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットを接続し、外気に直接接する配管部分が凍結するおそれが有った。
また第１第２温水循環経路を交互に凍結防止運転を行った場合には、循環ポンプの駆動時間が多くなり循環ポンプの耐久性が低下する問題があった。
【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、特にその構成を、ヒートポンプユニット内に圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧器、蒸発器を有する冷凍回路を備え、タンクユニット内に前記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させ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と、貯湯タンクの下部と水道を接続する給水管と、前記ヒーポン往き管に循環ポンプを備え、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、前記ヒーポン戻り管に三方弁を設け、この三方弁と給水管をバイパス管にて接続することで凍結防止バイパス回路を形成し、前記三方弁にてヒーポン循環回路と、凍結防止バイパス回路と、ヒーポン循環回路と凍結防止バイパス回路を同時に連通する回路を切り換え可能としたものである。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、低外気温時における沸き上げ運転の停止中にヒートポンプ式給湯装置のヒーポン循環回路や凍結防止バイパス回路の各配管の効率的な凍結防止、および凍結防止運転時の貯湯タンク上部への冷水の入り込みを最小限に抑え、出湯温度の変動を少なくするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次にこの発明の一実施形態を図面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−水熱交換器５と減圧装置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の冷凍サイクル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。また、前記圧縮機４や電子膨張弁６等によりヒートポンプサイクルを駆動制御するヒーポン制御部８を設けている。
【０００７】
９は前記貯湯タンク２の下部と冷媒−水熱交換器５を接続するヒーポン往き管で、循環ポンプ１０が取り付けられている。
１１は前記貯湯タンク１の下部に水道を接続し、水道水を供給する給水管である。
１２は前記冷媒−水熱交換器５と貯湯タンク２の上部とを接続するヒーポン戻り管で、タンクユニット１内の前記ヒーポン戻り管１２には三方弁１３を設け、この三方弁１３と前記給水管１１を接続してバイパス管１４を備えている。
【０００８】
前記三方弁１３はヒートポンプユニット３側の戻り管１２ａと接続される上流側接続口１３ａと、貯湯タンク２上部側の戻り管１２ｂと接続される下流側接続口１３ｂと、前記バイパス管１４と接続されるバイパス側接続口１３ｃを備え、深夜に行われる沸き上げ運転時には上流側接続口１３ａと下流側接続口１３ｂを連通して、貯湯タンク１→循環ポンプ１０→ヒーポン往き管９→冷媒−水熱交換器５→戻り管１２ａ→三方弁１３→戻り管１２ｂ→貯湯タンク２のヒーポン循環回路１５によって沸き上げ運転を行うものである。
【０００９】
１６は凍結防止バイパス回路で、三方弁１３の上流側接続口１３ａとバイパス側接続口１３ｃを連通して、貯湯タンク１→循環ポンプ１０→ヒーポン往き管９→冷媒−水熱交換器５→戻り管１２ａ→三方弁１３→バイパス管１４→給水管１１→貯湯タンク２の順番で貯湯タンク２下部の水を循環することで、タンクユニット１とヒートポンプユニット３の間のヒーポン往き管９、ヒーポン戻り管１２で一番温度が低下して凍結のおそれが大きい部分の凍結防止を行うものである。
【００１０】
前記三方弁１３は上流側接続口１３ａと下流側接続口１３ｂとバイパス側接続口１３ｃの３方向を同時に連通する機能を備えるものである。外気温が低くいとき配管の凍結は、まず温水循環経路の一番温度の低いところから凍結するので、ヒーポン往き管９とヒーポン戻り管１２の外気に直接接する部分の温度が低くなるので通常の凍結防止運転では、凍結防止バイパス回路１６に貯湯タンク１下部の水を循環することでバイパス回路１６の凍結防止を行う。
【００１１】
タンクユニット１内は外気よりも約５℃温度が高いために、外気と直接接する配管よりは凍結の可能性は低くなる。そこで三方弁１３の３方向の接続口を同時に連通することで、温度の低い配管部分は大きな流量で、比較的温度の高いタンクユニット１内の配管は約半分の流量で水を流す事によって効率的に配管の凍結防止を行うことができるものである。
【００１２】
１７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。１８は前記給水管１１から出湯側へ水道水を導く給水バイパス管。１９は前記出湯管１７からの湯水と前記給水バイパス管１８からの水道水を給湯設定温度に混合する給湯混合弁。２０は前記給湯混合弁１９から給湯栓２１に湯を供給する給湯管。２２は給湯管２０に設けた給湯温度センサ。２３は給湯管２０に設けた給湯流量センサ。２４は前記給水管１１に備えた給水温度センサ。２５は前記給水管１１に備えた減圧弁。２６は前記給水管１１に備え、タンク２内の水が水道側に逆流することを防止する逆止弁。２７は前記出湯管１７に接続された過圧逃し弁。２８は台所等に設置され、給湯装置の運転停止や給湯温度の設定や各種運転モードの設定を行うリモコンで、前記貯湯タンクユニット１と接続されている。２９は前記ヒーポン制御部８やリモコン２８と接続され給湯装置全体の制御を行う給湯制御装置である。
【００１３】
３０は前記貯湯タンク２の側面上下方向に多数のサーミスタセンサを備えた貯湯温度センサで、貯湯タンク２内の温水の温度と湯量を検知するものである。
【００１４】
３１は前記蒸発器７の熱交換を行うためにプロペラファンにて送風する送風機。３２は前記蒸発器７の風上側に設けられ、外気温を測定する外気温センサ。３３は前記冷媒−水熱交換器５とヒーポン往き管９の接続部分に設けた熱交入口温度センサで、加熱する前の冷水温度を検知する。３４は前記冷媒−水熱交換器５とヒーポン戻り管１２接続部分に設けた熱交出口温度センサで、加熱後の温水温度を検知するものである。
【００１５】
前記リモコン２８には押圧式の電源スイッチ３５、給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ３６、浴槽（図示せず）への湯張りを指示する湯張りスイッチ３７、湯張り量を設定する湯張り量設定スイッチ３８、及び給湯可能な残時間を表示させる残時間表示スイッチ３９とを有した操作部４０と、ドットマトリクス型の蛍光表示管よりなる表示部４１と、これら操作部４０及び表示部４１を制御すると共に、前記給湯制御部２９と通信を行うマイクロコンピュータを主に構成されたリモコン制御部（図示せず）を備えており、通常運転時は前記表示部４１に操作部４０で設定された給湯設定温度や時刻情報および貯湯温度センサ２２で検知する残り貯湯量等が表示されるものである。なお、前記表示部４１はドットマトリクス型の液晶表示部としても良い。
【００１６】
ここで、給湯装置の電源は時間帯別電灯であり、夜間（ここでは２３時から翌７時まで）が割安な電力料金設定となっているもので、この割安な夜間電力を用いて夜間に一日に必要な貯湯熱量を沸かし上げて使用するものであり、また、この時間帯別電灯では昼間（７時から２３時まで）にも電力は供給され、残湯量が少なくなったときに追加の沸き増しが行われるものである。
【００１７】
そして、夜間時間帯になると前記給湯制御部２９が翌日に必要な貯湯熱量を演算し、この目標となる貯湯熱量を夜間時間帯の終了時までに沸き上げるようヒーポン制御部８に指示してヒートポンプ回路を作動させ、ヒーポン循環回路１５の循環ポンプ１０を駆動開始する。そして、循環ポンプ１０の駆動により貯湯タンク２下部から取り出された湯水がヒーポン往き管９を通り冷媒−水熱交換器５に流入して加熱され、ヒーポン戻り管１２を介して貯湯タンク２の上部に戻されることにより高温の湯が貯湯される。
【００１８】
更に貯湯タンク２の側面に設けられた貯湯温度センサ３０が所定の量の高温水が貯湯されたことを検出するか、または、熱交入口温度センサ３３が所定温度以上を検出すると、給湯制御部２９がヒーポン制御部８へ加熱動作の停止を指令し、ヒーポン循環回路１５と循環ポンプ１０の作動が停止され、夜間時間帯の終了時までに貯湯動作を終了するものである。
【００１９】
なお、ここで貯湯タンク２内に貯湯される熱量は給湯制御部２９により、過去数日分の給湯負荷から適切と思われる熱量を目標貯湯熱量として算出されるもので、貯湯される湯水の温度は季節（または給水温度センサ２４で検出する給水温度）および目標貯湯熱量の大小によって６０℃〜９０℃の範囲で変動するものである。
【００２０】
次に給湯栓２１を開くと、給水管１１からの給水圧により貯湯タンク２上部の高温水が出湯管１７に押し出され、給湯制御部２９により制御される給湯混合弁１９にて、給水バイパス管１８の低温水と給湯温度センサ２２の検出する温度が、前記リモコン２８の操作部４０で設定された給湯設定温度になるように混合されて、給湯管２０を介して給湯されるものである。
【００２１】
もしも給湯量が通常よりも多くなってしまい、昼間電力時間帯にて貯湯温度センサ３０で検出する残り貯湯量が少なくなったことを給湯制御部２９が検知し、貯湯タンク２内に貯湯された湯の湯切れが予想される場合は、その時点にて昼間電力を利用して必要な熱量の沸き増しが行われるものである。
【００２２】
次に図２によって、沸き上げ運転停止中の凍結防止運転の第１の実施例について説明する。Ｓ１にて沸き上げ運転が停止しているときのみに凍結防止運転を行う。沸き上げ運転中には貯湯を行うためにヒーポン循環回路１５に温水が循環し、貯湯タンク２にも高温の湯が増加していくので、ヒーポン循環回路１５が凍結する心配は必要ない。Ｓ２にて外気温センサ３２や熱交入口温度センサ３３、給水温度センサ２４等の各温度センサの読込を行う。
【００２３】
次にＳ３にて外気温センサ３２の現在値Ｔが所定温度Ｔ１（例えば３℃）より低いかを比較する。Ｙesの場合はＳ４へ進み、ＮｏではＳ２へ戻る。Ｓ４では三方弁１３を上流側接続口１３ａとバイパス側接続口１３ｃが連通するようにバイパス管１４側に切り換え、循環ポンプ１０を運転すれば、凍結防止バイパス回路１６に貯湯タンク２下部の水が循環を始める。そしてタイマｔをスタートさせる。Ｓ５ではタイマtが第１の所定時間t1（この実施例では２時間）経過したかを比較して、Ｙesの場合はＳ６に進み、Ｎｏの場合はＳ５に留まる。
【００２４】
Ｓ６では三方弁１３を上流側接続口１３ａと下流側接続口１３ｂとバイパス側接続口１３ｃが３方向で連通し、バイパス管１４側と戻り管１２ｂ側に同時に水が流れる運転を第２の所定時間ｔ２（この実施例では３０秒間）行うことで、戻り管１２ｂにも約半部の流量の水が流れ凍結を防止するものである。貯湯タンクユニット１内の温度と外気温は約５℃ほどの温度差有るので、戻り管１２ｂとバイパス管１４は外気に直接さらされる配管部分よりも凍結の条件は良いので半分の流量でも凍結防止ができるものである。また、この運転によって貯湯タンク２上部に入り込む冷水は極めて少量であるために貯湯タンク２内の温水へ与える影響も極めて少ないものである。
【００２５】
次にＳ７では外気温センサ３２の値Ｔが所定温度Ｔ１（３℃）より大きくなったかを比較し、ＹｅｓであればＳ８へ進み、ＮｏであればＳ２に戻る。Ｓ８では凍結防止運転が必要ないとの判断から循環ポンプ１０を停止して、タイマｔも停止し、Ｓ２に戻るものである。
【００２６】
このように、ヒーポン循環回路１５や凍結防止バイパス回路１６の各配管の効率的な凍結防止と、凍結防止運転時の貯湯タンク２上部への冷水の入り込みを最小限に抑えることができ、出湯温度の変動の少なくできるものである。
またこの実施例では外気温センサ３２の値を基に凍結防止の制御を行ったが、外気温センサ３２に変えて熱交入口温度センサ３３や給水温度センサ２４の値を使用しても同じ効果が得られるものである。
【００２７】
次に図３によって、第２の実施例について説明する。Ｓ９にて沸き上げ運転が停止しているときのみに凍結防止運転を行う。次にＳ１０にて外気温センサ３２や熱交入口温度センサ３３、給水温度センサ２４等の各温度センサの読込を行う。
【００２８】
次にＳ１１にて外気温センサ３２の現在値Ｔが所定温度Ｔ１（例えば３℃）より低いかを比較する。Ｙesの場合はＳ１２へ進み、ＮｏではＳ１０へ戻る。Ｓ１２では三方弁１３を上流側接続口１３ａとバイパス側接続口１３ｃが連通するようにバイパス管１４側に切り換え、循環ポンプ１０を運転すれば、凍結防止バイパス回路１６に貯湯タンク２下部の水が循環を始める。Ｓ１３では外気温センサ３２が第１の所定温度Ｔ１（３℃）より低い第２の所定温度Ｔ２（例えば−３℃）より低くなくかを比較し、Ｙｅｓの場合はＳ１４へ進み、Ｎｏの場合はＳ１０へ戻る。
【００２９】
次にＳ１４では、三方弁１３を上流側接続口１３ａと下流側接続口１３ｂとバイパス側接続口１３ｃが３方向で連通し、バイパス管１４側と戻り管１２ｂ側に同時に水が流れる運転を行うことで、戻り管１２ｂにも約半部の流量の水が流れ凍結を防止するものである。貯湯タンクユニット１内の温度と外気温は約５℃ほどの温度差有るので、戻り管１２ｂとバイパス管１４は外気に直接さらされる配管部分よりも凍結の条件は良いので半分の流量でも凍結防止ができるものである。また、この運転によって貯湯タンク２上部に入り込む冷水は極めて少量であるために貯湯タンク２内の温水へ与える影響も極めて少ないものである。
【００３０】
次にＳ１５では現在の外気温Ｔと第１の所定温度Ｔ１、第２の所定温度Ｔ２を比較して、両温度の間にある時に、Ｓ１２へ戻り、そうでないときはＳ１４へ戻る。このように、ヒーポン循環回路１５や凍結防止バイパス回路１６の各配管の効率的な凍結防止と、凍結防止運転時の貯湯タンク２上部への冷水の入り込みを最小限に抑えることができ、出湯温度の変動の少なくできるものである。
またこの実施例では外気温センサ３２の値を基に凍結防止の制御を行ったが、外気温センサ３２に変えて熱交入口温度センサ３３や給水温度センサ２４の値を使用しても同じ効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施形態の貯湯式給湯装置の概略構成図。
【図２】同第１実施例のフローチャート。
【図３】同第２実施例のフローチャート。
【符号の説明】
【００３２】
１  貯湯タンクユニット
２  貯湯タンク
３  ヒートポンプユニット
５  冷媒−水熱交換器
８  ヒーポン制御部
９  ヒーポン往き管
１０  循環ポンプ
１２  ヒーポン戻り管
１３  三方弁
１４  バイパス管
１５  ヒーポン循環回路
１６  凍結防止バイパス回路
２９  給湯制御部
３２  外気温センサ
【図１】
2009074736.tif 000003
【図２】
2009074736.tif 000004
【図３】
2009074736.tif 000005