JP2006125655A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧器３、蒸発器４からなるヒートポンプと、放熱器２の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンク６と、供給水と貯湯タンク６の湯とを適温となるように混合し給湯する混合弁１４と、供給水がこの混合弁１４を迂回するためのバイパス流路１６と、このバイパス流路１６を開閉するバイパス弁１７を有し、バイパス弁１７によりバイパス流路１６を開放することで、混合弁１４を介さずに、貯湯タンク６上部からの湯と供給水とを混合することができ、混合弁１４が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気熱等をヒートポンプ回路の熱源として、冷媒で水を加熱するヒートポンプ給湯機に関する。

従来、この種のヒートポンプ給湯機としては、図２にその構成図を示すようなものが提案されている。以下、従来の技術について、図２を参照しながら説明する（例えば、特許文献１参照）。

図２において、ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、冷媒水熱交換器２、膨張弁３、大気熱等を集熱する蒸発器４を順次接続して構成されたヒートポンプ回路５と、貯湯タンク６、水ポンプ７、冷媒水熱交換器２を順次接続して構成される水回路８とから構成される。

ヒートポンプを用いて給湯加熱運転を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。一方、貯湯タンク６下部の水は、循環用の水ポンプ７によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱され、貯湯タンク６上部に流入する。

冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。

一方、ヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク６への給水や、貯湯タンク６から外部への給湯を行うために、給水入口管９、減圧弁１０、第１および第２の給水管１１および１２、出湯管１３、混合弁１４、給湯出口管１５を備えている。

貯湯タンク６への給水は、一般の上水管に接続された給水入口管９から、減圧弁１０、第１の給水管１１を経由して行われる。また、貯湯タンク６からの給湯は、給水入口管９、減圧弁１０、第２の給水管１２を経由して供給された水と、貯湯タンク６の上部から出湯管１３を経由して供給された湯とが、混合弁１４により適温となるように混合され、給湯出口管１５を介して外部に供されるものである。
特開平５−１１８５７２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題がある。例えば、水と湯とを適温に混合する混合弁１４が、不測の停電や故障による動作不能や動作不良により適温に混合することが困難となる場合、貯湯タンク上部の湯が、水との混合により温度調整つまり温度低下されることなく、そのままの温度で給湯されてしまう可能性があり、省エネ性や安全性の低下を招くという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器からなるヒートポンプと、前記放熱器の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、供給水と貯湯タンクの湯とを混合し給湯する混合弁と、前記供給水がこの混合弁を迂回するためのバイパス流路と、このバイパス流路を開閉するバイパス弁を備えるものである。

これによって、バイパス弁によりバイパス流路を開放することで、混合弁を介さずに、貯湯タンク上部からの湯と供給水とを混合することができ、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク上部からの不測の高温給湯を回避し、省エネ性や安全性の向上を実現することができる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器からなるヒートポンプと、前記放熱器の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、供給水と貯湯タンクの湯とを混合し給湯する混合弁と、前記供給水がこの混合弁を迂回するためのバイパス流路と、このバイパス流路を開閉するバイパス弁を備えるヒートポンプ給湯機であり、バイパス弁によりバイパス流路を開放することで、混合弁を介さずに、貯湯タンク上部からの湯と供給水とを混合することができ、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の構成において、混合弁の出口側に給湯温度検出手段を有し、その検出温度が所定温度以上のとき、バイパス弁を開放するものであり、混合弁の異常をその出口側の給湯温度を検出することで直接的に検出し、バイパス弁によりバイパス流路を開放することで、貯湯タンク上部からの湯と供給水とを混合することができ、同様に、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の構成において、バイパス弁が非通電時には開放状態である電磁弁からなるとするものであり、例えば、不測の停電等による混合弁の動作不能時にも、バイパス弁が非通電時に開状態であり、バイパス流路が開放されるため、同様に、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の構成において、給湯水の流動を検出する流動検出手段を有し、給湯水の流動を検出したとき、バイパス弁に通電し閉塞状態とするものであり、水の流動する給湯時のみバイパス弁に通電を行い、バイパス流路を閉塞することで、必要最低限の通電でバイパス弁の機能が実現され、省エネ性の向上が図られる。

第５の発明は、特に、第３の発明の構成において、水のみの出湯を行うとき、バイパス弁を開放するものであり、水の流れが分岐され、流路による水流の圧力損失が低減されるため、十分な流量を確保することができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５の発明の構成において、バイパス弁の通路抵抗が、少なくとも混合弁の通路抵抗よりも小さいものであり、貯湯タンク上部から混合弁を経由して流れる湯量に対して、バイパス流路を経由する水量を多くすることができるため、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部からの湯に十分な水を混合させ、給湯温度を低下させることができ、より一層省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６の発明の構成において、冷媒の圧力がその臨界圧力以上であるものであり、ヒートポンプ給湯機の放熱器である冷媒水熱交換器を流れる冷媒が、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率の高い省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７の発明の構成において、冷媒が二酸化炭素であるものであり、自然に広くする存在する物質を冷媒として用いるため、不測に機内から放出されるような場合も、オゾン層を破壊することなく、地球環境にやさしい安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。

ヒートポンプ給湯機は、一般に、圧縮機１、放熱器としての冷媒水熱交換器２、減圧器としての膨張弁３、大気熱等を集熱する蒸発器４を順次接続したヒートポンプ回路５と、貯湯タンク６、水ポンプ７、前記した冷媒水熱交換器２を順次接続した水回路８とから構成される。

一方、このヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク６への給水や、貯湯タンク６から外部への給湯を行うために、給水入口管９、減圧弁１０、第１および第２の給水管１１および１２、出湯管１３、混合弁１４、給湯出口管１５を備えている。さらに、給水入口管９からの供給水が混合弁１４を迂回するためのバイパス流路１６とこのバイパス流路１６を開閉するバイパス弁１７、また、混合弁１４の出口側に給湯温度検出手段１８および水の流動を検出する流動検出手段１９を有する。なお。バイパス弁１６は、例えば、非通電時に開放状態となる電磁弁である。

このようなヒートポンプ給湯機により、水の加熱を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。

一方、貯湯タンク６下部の水は、循環用の水ポンプ７によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱され、貯湯タンク６上部に流入する。冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。

貯湯タンク６への給水は、一般の上水管に接続された給水入口管９から、減圧弁１０、第１の給水管１１を経由して行われる。減圧弁１０は、上水管の圧力に対して、貯湯タンク６内部を所定の圧力以下に保持し、その耐圧を保持・保証するためのものである。

一方、貯湯タンク６からの給湯は、給水入口管９、減圧弁１０、第２の給水管１２を経由して供給された水と、貯湯タンク６の上部から出湯管１３を経由して供給された湯とが、混合弁１４により混合され、給湯出口管１５を介して外部に供されるものである。

混合弁１４は、水と湯との混合比を変えることにより、その出口側に設けられた給湯温度検出手段１８で検出された給湯温度が、所定の温度となるように混合比を調整し、適温の湯を外部に給湯できるものである。

ここで、バイパス弁１７によりバイパス流路１６を開放することで、混合弁１４を介さずに、貯湯タンク６上部からの湯と、第２の給水管１２から供給される水とを混合することができ、混合弁１４が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなる。

特に、混合弁１４の異常を、その出口側の給湯温度検出手段１８による給湯温度を検出することで直接的に検出し、バイパス弁１７によりバイパス流路１６を開放することで、貯湯タンク６上部からの湯と供給水とを混合することができ、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

また、バイパス弁１７を非通電時には開放状態である電磁弁としてやれば、例えば、不測の停電等による混合弁１４の動作不能時にも、バイパス弁１７が非通電時に開状態であり、バイパス流路１６が開放されるため、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

さらに、水の流動を検出する流量センサ等の流動検出手段１９を設け、ユーザーがカラン（図示せず）を開放して給湯が行われることで生じる水の流動を検出したとき、バイパス弁１７に通電してバイパス流路１６を閉塞する。つまり、水の流動する給湯時のみバイパス弁１７に通電を行い、バイパス流路１６を閉塞することで、必要最低限の通電でバイパス弁１７の機能が実現され、省エネ性の向上が図られる。

また、水のみの出湯を行うときは、バイパス弁１７を開放するようにしてやれば、水の流れが第１の給水流路１２とバイパス流路１６とに分岐され、流路による水流の圧力損失が低減されるため、十分な流量を確保することができる。

加えて、バイパス弁１７の通路抵抗を、少なくとも混合弁１４の通路抵抗よりも小さいものとしてやれば、貯湯タンク６上部から混合弁１４を経由して流れる湯量に対して、バイパス流路１６を経由する水量を多くすることができるため、混合弁１４が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク６上部からの湯に十分な水を混合させ、給湯温度を低下させることができ、より一層省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

なお、ヒートポンプ給湯機に用いる冷媒としては、Ｒ４１０ａ等のフロン系冷媒、プロパン等の炭化水素系冷媒、二酸化炭素冷媒が挙げられる。ここで、特に、二酸化炭素は、自然に広くする存在する物質であり、不測に機内から放出されるような場合も、可燃性がなく安全で、オゾン層を破壊することなく、地球環境にやさしい安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

また、二酸化炭素のように、冷媒の動作圧力が臨界圧力以上となるものを用いれば、ヒートポンプ給湯機の放熱器を流れる冷媒が、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率の高い省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

したがって、本発明の実施の形態１によれば、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧器
４ 蒸発器
６ 貯湯タンク
１４ 混合弁
１６ バイパス流路
１７ バイパス弁
１８ 給湯温度検出手段
１９ 流動検知手段

Claims (8)

1. 圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器からなるヒートポンプと、前記放熱器の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、供給水と貯湯タンクの湯とを混合する混合弁と、前記供給水が前記混合弁を迂回するためのバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉するバイパス弁を備えるヒートポンプ給湯機。
2. 混合弁の出口側に給湯温度検出手段を有し、前記給湯温度検出手段の検出温度が所定温度以上のとき、バイパス弁を開放する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. バイパス弁が非通電である時、開放状態とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 給湯水の流動を検出する流動検出手段を有し、前記給湯水の流動を検出したとき、バイパス弁を閉塞状態とする請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
5. 水のみの出湯を行うとき、バイパス弁を開放する請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
6. バイパス弁の通路抵抗は、少なくとも混合弁の通路抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 冷媒の圧力は、前記冷媒の臨界圧力以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 冷媒が二酸化炭素である請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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