JP4295241B2 - Water heater - Google Patents
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Description
本発明は、給湯装置に関するものである。詳しくは、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽に貯湯しておき、貯湯槽に貯湯されている水を給湯するとともに、必要時にはバーナーで加熱して給湯する給湯装置に関するものである。
貯湯槽には通常は温水が貯湯されているが、温水を使い切った状態では冷水が蓄えられている。ここでは、両者を区別しないで共通的に「貯湯されている」という。また、温水と冷水を区別することなく「水」と総称することにする。「水」は「湯」に対立する意味での「水」でなく、温水であることもあれば冷水であることもある。
The present invention relates to a hot water supply apparatus. More specifically, the present invention relates to a hot water supply apparatus that stores water heated by a heat pump in a hot water storage tank, supplies hot water stored in the hot water storage tank, and heats the hot water by a burner when necessary.
Hot water is usually stored in the hot water tank, but cold water is stored when the hot water is used up. Here, it is said that the hot water is commonly stored without distinguishing between the two. Further, the hot water and the cold water are collectively referred to as “water” without being distinguished. “Water” is not “water” in a sense opposite to “hot water”, and may be hot water or cold water.
ヒートポンプは、外気の熱エネルギーを利用して水を加熱することから、水を加熱するのに要するランニングコストが安価にすむという長所をもっている反面、加熱に時間を要することから予め加熱して貯湯しておかなければならず、貯湯槽の設置場所を必要とする短所を持っている。貯湯しておいた温水が冷却されてしまうことも問題であり、保温能力に優れた貯湯槽を必要とし、設備の導入コストが高くなるという短所も持っている。
ガスバーナーや灯油バーナー等の燃焼バーナーを利用する給湯装置は、水を加熱するのに要するランニングコストが割高になるという短所をもっている反面、短時間に加熱できることから貯湯槽を必要としない。給湯装置の設置面積が小さくてすみ、設備の導入コストが安価であるという長所を持っている。
The heat pump uses the heat energy of the outside air to heat the water, so the running cost required to heat the water can be reduced. It has a disadvantage that requires a place to install a hot water tank. It is also a problem that the hot water stored in the hot water is cooled, which requires a hot water storage tank with excellent heat retention capacity and has a disadvantage that the cost of introducing the equipment becomes high.
A hot water supply device that uses a combustion burner such as a gas burner or a kerosene burner has the disadvantage that the running cost required to heat water is high, but does not require a hot water tank because it can be heated in a short time. The installation area of the hot water supply device is small, and the introduction cost of the equipment is low.
そこで、両者を組み合わせて用いることによって、両者の長所を利用するハイブリッド式の給湯装置が提案されており、特許文献1に開示されている。特許文献1の技術は、ヒートポンプと、貯湯槽と、貯湯槽とヒートポンプの間で水を循環するポンプと、貯湯槽から送り出された水を必要時に加熱して給湯するバーナーを備えている。
Then, the hybrid type hot water supply apparatus which utilizes both advantages by using both in combination is proposed, and is disclosed in
ヒートポンプとバーナーを組合わせて用いるハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておいた温水を使い切った後もバーナーを利用して給湯できることから、貯湯槽に貯湯しておく蓄熱量が少なくてもよい。小型の貯湯槽で足り、貯湯槽の設置面積が確保できないという状況が発生する場合を顕著に減少することができる。
ハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておいた温水温度が必要温度に満たない場合にはバーナーを利用して加熱できることから、貯湯槽に貯湯しておく温水の温度が低くてもよい。貯湯槽に貯湯しておく蓄熱量が少なくてもよいことも、貯湯槽に貯湯しておく温水の温度を低くするのに有用である(バーナーを用いない場合には、大型の貯湯槽に高温の温水を貯湯することによって必要な蓄熱量を確保しておく必要がある)。ハイブリッド式給湯装置では、貯湯槽に貯湯しておく温水温度が低くてもよいことから、貯湯槽の保温能力は低くてすむ。何よりも、高温の温水に加熱するヒートポンプの効率と低温の温水に加熱するヒートポンプの効率を比較すると、前者は後者よりも顕著に低く、ヒートポンプで低温の温水に加熱して貯湯しておくハイブリッド式給湯装置では、ヒートポンプを高効率で活用することができる。さらに、バーナーを用いない場合には、ヒートポンプで90℃程度の高温に加熱する必要があるので、ヒートポンプの熱媒体が限られてくる。実際的には炭酸ガスを利用する他はない。炭酸ガスを利用する場合には、相変化が利用できず、潜熱が利用できないことから効率が低い。それに対して、ハイブリッド式給湯装置では、45℃程度の低温に加熱すれば足りることから、代替フロン等を熱媒体に利用することができ、潜熱を利用して高い効率で加熱することができる。
In a hybrid water heater that uses a combination of a heat pump and a burner, hot water stored in the hot water tank can be used to supply hot water even after the hot water has been used up, so even if the amount of heat stored in the hot water tank is small Good. The case where a small hot water tank is enough and the installation area of a hot water tank cannot be ensured can be reduced significantly.
In the hybrid hot water supply apparatus, when the hot water temperature stored in the hot water tank is less than the required temperature, it can be heated using a burner, so the temperature of the hot water stored in the hot water tank may be low. The fact that the amount of heat stored in the hot water tank may be small is also useful for lowering the temperature of the hot water stored in the hot water tank. The necessary amount of heat storage must be ensured by storing hot water in the water). In the hybrid hot water supply apparatus, the hot water temperature stored in the hot water storage tank may be low, so that the heat storage capacity of the hot water storage tank is low. Above all, when comparing the efficiency of heat pumps heated to high temperature hot water and the efficiency of heat pumps heated to low temperature hot water, the former is significantly lower than the latter, and the hybrid type that heats and stores hot water at low temperature hot water with the heat pump In the hot water supply apparatus, the heat pump can be utilized with high efficiency. Furthermore, when a burner is not used, it is necessary to heat to a high temperature of about 90 ° C. with a heat pump, so the heat medium of the heat pump is limited. In practice, there is no other way than using carbon dioxide. When carbon dioxide is used, the efficiency is low because phase change cannot be used and latent heat cannot be used. On the other hand, in the hybrid hot water supply apparatus, it is sufficient to heat to a low temperature of about 45 ° C. Therefore, alternative chlorofluorocarbon or the like can be used as a heat medium and can be heated with high efficiency using latent heat.
ハイブリッド式給湯装置の長所を活用するためには、小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておく必要があり、貯湯しておいた温水が不足しやすいという問題がある。その問題は、バーナーを用いることによって解決される。もう一つの問題に、小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておくだけだと、ヒートポンプによって高効率に加熱する長所を十分には活用できず、結局はバーナーのみを利用する給湯装置の効率と大差ないのではないかということが懸念される。しかしながら実際に温水を必要とするのは、例えば洗面であり、食器洗浄であり、シャワーであり、45℃以下の温水で足りることが多い。また連続して50リットル以上も必要とすることはまれであり、浴槽への湯張りを除外すれば、一度の給湯量が50リットル以下であることが多い。従って、小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておくだけで、多くの給湯要求に対応することができる。小型の貯湯槽に比較的低温の温水を貯湯しておくだけで、ヒートポンプによって高効率に加熱する利点を十分に享受できる。ハイブリッド式給湯装置は、設置しやすく、給湯のためのランニングコストを低減することができる。 In order to utilize the advantages of the hybrid hot water supply apparatus, it is necessary to store hot water having a relatively low temperature in a small hot water tank, and there is a problem that the hot water stored is likely to be insufficient. The problem is solved by using a burner. Another problem is that if you only store hot water at a relatively low temperature in a small hot water tank, you will not be able to take full advantage of the high-efficiency heating by the heat pump, and eventually use only a burner. There is concern that it may not be very different from the efficiency of However, what actually needs hot water is, for example, a washing surface, dishwashing, a shower, and hot water of 45 ° C. or less is often sufficient. Moreover, it is rare that 50 liters or more are required continuously, and the amount of hot water supplied at one time is often 50 liters or less if the hot water filling to the bathtub is excluded. Therefore, it is possible to meet many hot water supply requirements simply by storing hot water of relatively low temperature in a small hot water tank. By simply storing hot water of relatively low temperature in a small hot water tank, it is possible to fully enjoy the advantage of heating with high efficiency by a heat pump. The hybrid hot water supply apparatus is easy to install and can reduce the running cost for hot water supply.
特許文献1に開示されているハイブリッド式給湯装置は、小型の貯湯槽に所定温度の温水が貯湯されている状態を作り出すために、貯湯槽の下部から送り出された水をヒートポンプで所定温度にまで加熱し、所定温度にまで加熱された温水を貯湯槽の上部に戻す。この場合、貯湯槽の上部に所定温度の温水が貯湯され、貯湯槽の下部に冷水が貯湯され、両者が混じりあわない状態(以下では温度成層状態という)で貯湯が進んでいく。貯湯量が増大するについて温水と冷水の境界が下方に移動し、貯湯槽の最下端まで移動したときに最大に貯湯される。特許文献1に開示されているハイブリッド式給湯装置は、貯湯槽の下部から送り出された水をヒートポンプで所定温度にまで加熱し、貯湯槽の下部に貯湯されている水の温度が所定温度にまで上昇した時に、ヒートポンプの運転を停止する。
貯湯槽の温水が温度成層状態をなしていると、貯湯量が少なくなった状態でも所定温度の温水を給湯することができ、バーナー加熱を必要とする状況の発生を抑制することができる。
In order to create a state in which hot water of a predetermined temperature is stored in a small hot water tank, the hybrid hot water device disclosed in
If the hot water in the hot water tank is in a temperature stratified state, hot water at a predetermined temperature can be supplied even when the amount of hot water is reduced, and the occurrence of a situation requiring burner heating can be suppressed.
ヒートポンプは、外気の熱エネルギーを利用して水を加熱することから、1.0以上のCOP(水の加熱エネルギー/圧縮機の消費エネルギー)を得ることができ、エネルギー効率が高い。しかしながら、そのCOPはすべての場合に高いわけでなく、ヒートポンプで加熱する水の温度によって敏感に変化する特性を有している。水を低温度の温水に加熱する場合のCOPが高いのに対し、水を高温度の温水に加熱する場合のCOPは敏感に低下する。
特許文献1のハイブリッド式給湯装置は、ヒートポンプで45℃程度の低温の温水に加熱することから、80℃程度の高温の温水に加熱する場合に比較すると、高いCOPを得ることができる。それでも水道水が熱交換器を通過する間に水道水を45℃程度の温水に加熱することから、例えば15℃の水道水を20℃に加熱する場合や、20℃の水を25℃に加熱する場合に比較すると、COPが低い。ヒートポンプによって15℃の水を45℃に加熱する場合のCOPは、15℃の水を20℃に加熱する場合のCOPや、20℃の水を25℃に加熱する場合のCOPよりも、明確に低い。
本発明は、ヒートポンプを用いて貯湯槽に貯湯する間のCOPをさらに増大させるために創作されたものであり、ハイブリッド式給湯装置の熱効率を向上させる。
Since the heat pump uses the heat energy of the outside air to heat water, it can obtain a COP of 1.0 or more (water heating energy / compressor energy consumption), and has high energy efficiency. However, the COP is not high in all cases, and has a characteristic that changes sensitively depending on the temperature of water heated by a heat pump. While COP is high when water is heated to low temperature hot water, COP when water is heated to high temperature hot water is sensitively reduced.
Since the hybrid hot water supply apparatus of
The present invention was created to further increase the COP during hot water storage in a hot water storage tank using a heat pump, and improves the thermal efficiency of the hybrid hot water supply apparatus.
本発明の給湯装置は、熱媒体を「熱媒体と外気の間で熱交換する第1熱交換器と、熱媒体を圧縮する圧縮機と、熱媒体と水の間で熱交換する第2熱交換器と、熱媒体の圧力を解放する減圧弁」を一巡する通路を循環させるヒートポンプを利用する。本発明の給湯装置は、ヒートポンプと、貯湯槽と、貯湯槽の下部から第2熱交換器に送水するとともに第2熱交換器で加熱された水を貯湯槽の上部に戻す水循環ポンプと、貯湯槽の上部から送り出された水を必要時に加熱するバーナーを備えている。
本明細書で開示する給湯装置は、貯湯槽内の全ての水を第2熱交換器に複数回循環させて段階的に目標の温度にまで昇温させるコントローラを有することを特徴としている。このコントローラは、貯湯槽内の全ての水が第2熱交換器を通過する毎に、圧縮機の圧縮比を増大させることで第2熱交換器での熱交換量を一定レベルに維持することによって、複数回の各回において同じ温度だけ水を昇温させる。例えば、15℃の水を20℃に加熱して貯湯槽に戻す現象が生じ、20℃に加熱された水で貯湯槽が満たされると、次いで20℃の水を25℃に加熱して貯湯槽に戻す現象が生じる。この場合、加熱の初期段階で特に高いCOPが得られる。特許文献1の技術のように、例えば15℃の水道水を45℃に加熱する場合に比して、格段に高いCOPを得ることができる。本方式でも、最後には40℃の水を45℃に加熱する必要があり、その段階では特許文献1の技術による場合のCOPと同程度のCOPしか得られないが、それに先立つ加熱段階では、特許文献1の技術による場合のCOPのよりも格段に高いCOPを利用して加熱することができる。
また、例えば15℃の水を20℃に加熱する現象、20℃の水を25℃に加熱する現象、25℃の水を30℃に加熱する現象が経時的に切換わっていく場合、COPは徐々に低下していく。COPが高ければ圧縮機の圧縮比が小さくても水を効率的に加熱することができる。COPが高い間は圧縮機の圧縮比が小さくてもよいのに対し、COPが低下するのに対応して圧縮機の圧縮比を増大させないと水を所定温度にまで加熱するのに長時間を要してしまう。水の温度が上昇するのに追随して圧縮機の圧縮比を増大させると、貯湯槽に貯湯するまでの時間を実用的なレベルに抑えながら、ヒートポンプによる高い加熱効率を活用することができる。ヒートポンプによって水を効率的に加熱する利点を有効に享受することができる。
本明細書で開示する給湯装置では、ヒートポンプによって加熱された温水の温度は管理していなくてもよい。例えば15℃の水を20℃に加熱する現象、20℃の水を25℃に加熱する現象、25℃の水を30℃に加熱する現象は経時的に切り換わっていく。
The hot water supply apparatus of the present invention uses a heat medium that is “a first heat exchanger that exchanges heat between the heat medium and outside air, a compressor that compresses the heat medium, and a second heat that exchanges heat between the heat medium and water. A heat pump is used that circulates through a passage that goes through a exchanger and a pressure reducing valve that releases the pressure of the heat medium. A hot water supply apparatus of the present invention includes a heat pump, a hot water storage tank, a water circulation pump that supplies water from the lower part of the hot water storage tank to the second heat exchanger and returns water heated by the second heat exchanger to the upper part of the hot water storage tank, and hot water storage It is equipped with a burner that heats the water delivered from the upper part of the tank when necessary.
The hot water supply device disclosed in the present specification is characterized by having a controller that circulates all the water in the hot water storage tank through the second heat exchanger a plurality of times and gradually raises the temperature to a target temperature. This controller maintains the heat exchange amount in the second heat exchanger at a constant level by increasing the compression ratio of the compressor every time all the water in the hot water tank passes through the second heat exchanger. Thus, the temperature of the water is raised by the same temperature in each of a plurality of times. For example, when a phenomenon occurs in which 15 ° C. water is heated to 20 ° C. and returned to the hot water tank, and the hot water tank is filled with water heated to 20 ° C., then the 20 ° C. water is heated to 25 ° C. The phenomenon to return to occurs. In this case, a particularly high COP is obtained in the initial stage of heating. As in the technique of
Further, for example, the phenomenon of heating the 15 ℃ water to 20 ° C., a phenomenon that heat the 20 ° C. water to 25 ° C., if a phenomenon of heating the 25 ° C. water to 30 ° C. is gradually changed over time switching, COP is It gradually decreases. If COP is high, water can be efficiently heated even if the compression ratio of the compressor is small. While the COP is high, the compression ratio of the compressor may be small. On the other hand, if the compression ratio of the compressor is not increased in response to the decrease in COP, it takes a long time to heat the water to a predetermined temperature. I need it. If the compression ratio of the compressor is increased as the temperature of the water increases, the high heating efficiency by the heat pump can be utilized while suppressing the time until hot water is stored in the hot water tank to a practical level. The advantage of efficiently heating water by the heat pump can be enjoyed effectively.
In the hot water supply device disclosed herein, hot water temperature which has been heated by the heat pump may not be managed. For example, the phenomenon of heating 15 ° C. water to 20 ° C., the phenomenon of heating 20 ° C. water to 25 ° C., and the phenomenon of heating 25 ° C. water to 30 ° C. change over time .
第2熱交換器での熱交換量を一定レベルに維持することは、ヒートポンプによる加熱量を一定レベルに維持することに等しい。この場合、ヒートポンプによって加熱された温水の温度は管理されず、ヒートポンプによって加熱される前の水の温度によって変動する。この方式によると、例えば15℃の水を20℃に加熱する現象、20℃の水を25℃に加熱する現象、25℃の水を30℃に加熱する現象と時系列的に切換わっていき、40℃の水を45℃に加熱する現象まで進行して貯湯が完了する。
第2熱交換器での熱交換量が一定レベルに維持されるように圧縮機の運転状態を制御することによって、ヒートポンプの利点を最大限に活用し、安価なランニングコストで貯湯することが可能となる。熱交換量が一定レベルに維持されるように圧縮機の運転状態を制御するためには、加熱状態の進行に合わせて圧縮機の運転状態を切換えるプログラムを予め用意しておいてもよいし、フィードバック制御するようにしておいてもよい。
上記の給湯装置は、第2熱交換器における単位時間当たりの熱交換量が一定レベルに維持されるように圧縮機の運転状態を制御するコントローラを有していてもよい。
Maintaining the amount of heat exchange in the second heat exchanger at a constant level is equivalent to maintaining the pressurized heat Ru good in the heat pump at a constant level. In this case, the temperature of the hot water heated by the heat pump is not controlled and varies depending on the temperature of the water before being heated by the heat pump. According to this system, for example, the phenomenon of heating 15 ° C. water to 20 ° C., the phenomenon of heating 20 ° C. water to 25 ° C., and the phenomenon of heating 25 ° C. water to 30 ° C. are switched in time series. The hot water storage is completed by proceeding to the phenomenon of heating 40 ° C. water to 45 ° C.
By heat exchange amount in the second heat exchanger to control the operating state of the compressor so as to maintain a constant level, can be the advantages of the heat pump to make the most, to the hot water storage at low running costs It becomes. In order to control the operation state of the compressor so that the heat exchange amount is maintained at a constant level, a program for switching the operation state of the compressor according to the progress of the heating state may be prepared in advance. Feedback control may be performed.
The hot water supply device may include a controller that controls the operation state of the compressor so that the heat exchange amount per unit time in the second heat exchanger is maintained at a constant level.
前記したように、ヒートポンプで加熱する水の温度が高いほどCOPは低下する。ヒートポンプで加熱する水の温度は、ヒートポンプで加熱する前の水の温度が高いほど高くなる。第2熱交換器に送水する水の温度が上昇するのに追随して圧縮機の圧縮比を増大させると、第2熱交換器での単位時間当たりの熱交換量を一定レベルに維持することが可能となる。
給湯装置は、第2熱交換器に送水する水の温度が上昇するのに追随して圧縮機の圧縮比を増大させるコントローラを有していてもよい。
As described above, the COP decreases as the temperature of the water heated by the heat pump increases. The temperature of the water heated with a heat pump becomes so high that the temperature of the water before heating with a heat pump is high. If the compression ratio of the compressor is increased as the temperature of water sent to the second heat exchanger rises, the heat exchange amount per unit time in the second heat exchanger is maintained at a constant level. Is possible.
Feeding YuSo location may be have a controller that temperature of the water that the water supply to the second heat exchanger to increase the compression ratio of the followers to the compressor to increase.
また、給湯装置は、最初は冷水を貯湯していた貯湯槽の下部に貯湯されている水の温度が所定温度に上昇するまでの間に、貯湯槽の容積を複数倍した水量が第2熱交換器を通過するものでもよい。特許文献1の技術では、第2熱交換器を通過する間に、例えば15℃の水道水を45℃に加熱する。即ち、最初は冷水を貯湯していた貯湯槽の下部に貯湯されている水の温度が所定温度に上昇するまでの間に、貯湯槽の容積に等しい水量が第2熱交換器を通過する。この給湯装置と比較すると、上記した給湯装置はエネルギー効率(COP)が高い。
Further, the sheet YuSo location is initially until a temperature of the water is hot water storage in the lower portion of the hot water storage tank which has been hot-water cold water rises to a predetermined temperature, the amount of water to a multiple of the volume of the hot water storage tank is first It may pass through two heat exchangers . In
本発明の給湯装置は、貯湯槽の水を複数回に亘ってヒートポンプで加熱する。段階的に徐々に加熱していく。ヒートポンプは低温の水をわずかに加熱するときに優れた加熱効率を発揮する。発明の給湯装置は、貯湯槽の水をヒートポンプで段階的に徐々に加熱していくために、水を効率的に加熱するヒートポンプの利点を有効に享受することができる。
ハイブリッド式給湯装置の熱効率を向上させることができる。
The hot water supply apparatus of the present invention heats the water in the hot water tank multiple times with a heat pump. Heat gradually over time. The heat pump exhibits excellent heating efficiency when slightly heating low temperature water. Since the hot water supply apparatus of the invention gradually heats the water in the hot water storage tank step by step with the heat pump, it can effectively enjoy the advantages of the heat pump that efficiently heats the water.
The thermal efficiency of the hybrid hot water supply apparatus can be improved.
本発明の好適な実施形態を例示する。
(形態1)
貯湯槽の最高貯湯温度が50℃以下であるとともに、熱媒体が代替フロンであり、貯湯槽の容量が給湯する浴槽の容積の半分程度であることを特徴とする請求項に記載の給湯装置。
貯湯槽の最高貯湯温度が50℃以下であると、代替フロンを用いるヒートポンプで水を効率良く加熱することができる。一般的に、給湯量が多いのは、浴槽への湯張りである。貯湯槽の容量が給湯する浴槽の容積の半分程度であれば、浴槽への湯張り以外の大半の給湯要求に応えることができる。貯湯槽の容量を浴槽の容積の半分程度とすることによって、貯湯槽がフルに貯湯されるまでの時間を短縮できるとともに、給湯装置の小型化が可能になる。
The preferred embodiment of this invention is illustrated.
(Form 1)
The hot water supply apparatus according to
When the maximum hot water storage temperature of the hot water storage tank is 50 ° C. or lower, the water can be efficiently heated with a heat pump using an alternative fluorocarbon. In general, hot water supply to a bathtub is large. If the capacity of the hot water storage tank is about half of the volume of the hot water bath, most hot water demands other than hot water filling the bath can be met. By setting the capacity of the hot water storage tank to about half the volume of the bathtub, it is possible to shorten the time until the hot water storage tank is fully stored, and to reduce the size of the hot water supply apparatus.
本発明の給湯装置に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、給湯装置10は、ヒートポンプ12、給水部17、貯湯部14、バーナー15部、コントローラ16等を備えている。
ヒートポンプ12は、外気熱交換器(第1熱交換器)20、圧縮機23、給湯熱交換器(第2熱交換器)21、減圧弁24、循環往路30、循環復路31等を有している。
外気熱交換器20は熱交換ファン22を備えており、熱交換ファン22は電動モータ25と電動モータ25の駆動軸に取り付けられたファン26を持っている。ファン26は、電動モータ25に駆動されて回転する。ファン26が回転すると、外気が外気熱交換器20に吹き付けられる。外気熱交換器20は、内部に設けられている熱媒体流路27を通過する熱媒体と外気との間で熱交換を行う。本給湯装置10は、熱媒体に代替フロンの一種であるHFC(ハイドロフルオロカーボン)を用いている。HFC以外の熱媒体(例えば、HFC以外の代替フロンや、二酸化炭素等)を用いることもできる。
One embodiment of the hot water supply apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the hot
The
The outside
循環往路30は、外気熱交換器20の熱媒体流路27の出口部32と、給湯熱交換器21の熱媒体流路36の入口部33とを接続している。圧縮機23が、循環往路30に介装されており、外気熱交換器20を出た熱媒体を圧縮し、給湯熱交換器21に送り込む。第1センサ37が循環往路30に装着されており、外気熱交換器20から流出した熱媒体の温度を検出する。
循環復路31は、給湯熱交換器21の熱媒体流路36の出口部40と外気熱交換器20の熱媒体流路27の入口部34を接続している。減圧弁24が、循環復路31に介装されており、開度を調整することによって上流側と下流側の圧力差を変化させる。減圧弁24は、圧縮機23で加圧された熱媒体の圧力を解放する。第2センサ41と第3センサ42が、循環復路31に装着されている。第2センサ41は、給湯熱交換器21から流出した熱媒体の温度を検出する。第3センサ42は、外気熱交換器20に流入する熱媒体の温度を検出する。
The
The
給水部17は、第1流路50、流量センサ45、第2流路54、逃がし弁46、第4センサ61を備えている。
第1流路50の一端51には、水道水が供給されている。第1流路50の他端53は、第2流路54の途中に接続されている。流量センサ45は、第1流路50に介装されており、第1流路50を流れる水の量を検出する。
第2流路54の一端52には、逃がし弁46が取り付けられている。第2流路54の他端55は、貯湯槽60(後述する)の下端部に接続されている。逃がし弁46は、第2流路54内の水圧が所定値以上になったときに開き、第2流路54内の圧力を外部に開放する。逃がし弁46が設けられていることによって、第2流路54に連通している貯湯槽60の内圧が過大になるのが防止されている。第4センサ61は、第2流路54を流れる水の温度を検出する。
The
Tap water is supplied to one
A
貯湯部14は、貯湯槽60、第5センサ72、第1流量調整弁48、第3流路62、ポンプ47、第4流路67、第6センサ66、第5流路71、第7センサ65、第6流路73、第8センサ75、第2流量調整弁76、第7流路80、第9センサ81等を備えている。
貯湯槽60は縦長状であり、円形状の長手直角方向断面を持っている。貯湯槽60の容量は、50リットルである。第5センサ72は、貯湯槽60に装着されており、その内部の水の温度を検出する。
第3流路62は、第2流路54の途中の部位と、給湯熱交換器21の水流路38の入口部68とを接続している。ポンプ47と第1流量調整弁48が、第3流路62に介装されている。ポンプ47は、上流側(第1流量調整弁48側)の水を吸い込み、下流側(給湯熱交換器21側)に送り出す。第1流量調整弁48は、開度を変化させることによって、通過する水の量を調整する。
The hot
The hot
The
第4流路67は、給湯熱交換器21の水流路38の出口部70と、第5流路71の途中の貯湯槽60に近い部位とを接続している。第6センサ66は、第4流路67に介装されている。第6センサ66は、第4流路67を流れる水の温度を検出する。
第5流路71は、貯湯槽60の上端部と、バーナー部15に設けられているバーナー熱交換器69(後述する)の一端63を接続している。第7センサ65は、第5流路71の途中の第4流路67が接続されている部位に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。
第6流路73は、バーナー部15のバーナー熱交換器69の他端64と、第2流路54の途中であって、第3流路62が接続されているのと同じ部位に連通している。第8センサ75は、バーナー熱交換器69の他端64近傍の第6流路73に装着されており、その内部を流れる水の温度を検出する。第2流量調整弁76は、第6流路73に介装されており、その開度を変化させることによって、第6流路73を流れる水の量を調整する。
第7流路80は、第6流路73の、第8センサ75が装着されている部位と第2流量調整弁76が装着されている部位の間の位置82から分岐している。第7流路80の下流側は、給湯栓や風呂と連通している。第9センサ81は、第7流路80を流れる水の温度を検出する。
The
The
The
The
バーナー部15は、バーナー熱交換器69、バーナー78、バーナーファン79を備えている。
既に説明したように、バーナー熱交換器69の一端63は、第5流路71に接続されている。バーナー熱交換器69の他端64は、第6流路73に接続されている。バーナー78は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器69を流れる水を加熱する。バーナーファン79は、バーナー78に燃焼用の空気を送風する。
コントローラ16には、リモコン18が操作されたことによる操作信号と、流量センサ45、センサ37、41、42、61、65、66、72、75、81の検出値が入力される。コントローラ16は、それらの入力を、格納している制御プログラムで処理することによって、熱交換ファン22、圧縮機23、減圧弁24、流量調整弁48、76、バーナー78、バーナーファン79を制御する。
The
As already described, one
The
給湯装置10の動作について説明する。
ヒートポンプ12の外気熱交換器20の熱媒体流路27には、循環復路31から液体状の熱媒体が流入する。熱媒体流路27を流れる熱媒体は、外気から吸熱することによって蒸発する。熱媒体(HFC)の蒸発温度は10℃である。よって、熱媒体流路27を流出する熱媒体の温度は10℃になる。熱交換ファン22が外気熱交換器20に外気を吹き付けているので、外気熱交換器20の熱交換効率が向上している。
外気熱交換器20の熱媒体流路27を流出した熱媒体は、循環往路30を流れるとともに、圧縮機23によって圧縮される。圧縮機23に圧縮された熱媒体は、ガス状のまま温度が高くなる。温度が高くなった熱媒体は、給湯熱交換器21の熱媒体流路36に流入する。詳しくは後述するが、給湯熱交換器21の水流路38には、熱媒体流路36を通過する熱媒体よりも低温の水が流れている。熱媒体流路36を通過する熱媒体は、水流路38を通過する水に冷却されて(熱交換を行って)、ガス状から液体状に変化する。水流路38を通過する水は、熱媒体流路36を通過する熱媒体に加熱されて温度が高くなる。
熱媒体流路36を流出した液体状の熱媒体は、循環復路31を流れる。循環復路31を流れる熱媒体は、減圧弁24を通過することによって膨張する(圧力が低くなる)。膨張した熱媒体は、温度が低下する。そして、熱媒体は、循環復路31から外気熱交換器20の熱媒体流路27に流入する。
コントローラ16は、センサ37、41、42が検出した熱媒体温度に基づいて、熱交換ファン22、圧縮機23、減圧弁24を制御することによって、センサ37、41、42が設けられている部位の熱媒体温度を、所望の値に調整する。
The operation of the hot
A liquid heat medium flows from the
The heat medium flowing out of the heat
The liquid heat medium flowing out of the heat
The
貯湯槽60に貯湯する動作について、図1、図2、図3を用いて説明する。このときには、給湯栓が開かれたり、風呂への湯張り等が行われていない。すなわち第7流路80を通過して水が給湯装置10の外部に流出していないものとする。図1で塗りつぶされている流路は、熱媒体や水が流通していることを示している。熱媒体や水の流通方向は、矢印で示している。
貯湯部14の第1流量調整弁48が開くとともにポンプ47が駆動されると、貯湯槽60の下部から第2流路54に水が吸い出される。第2流路54に吸い出された水は、第3流路62を通過して給湯熱交換器20の水流路38に流入する。水流路38を通過する水は、熱媒体流路36を流れている高温の熱媒体によって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した水は、第4流路67を流れ、第5流路71の一部を経由して貯湯槽60の上部に戻る。貯湯槽60から吸い出された水が給湯熱交換器20を通過することによって温度が上昇し、貯湯槽60に戻される循環が繰り返されることにより、貯湯槽60に高温水(湯)が貯湯される。
The operation of storing hot water in the hot
When the first flow
貯湯槽60に貯湯する過程、およびその途中におけるヒートポンプ12のCOP(エネルギー消費効率)等について、図2を参照しながら説明する。なお、貯湯開始時における貯湯槽60の水の温度は15℃であるとする。
図2の最も左側の欄は、貯湯槽60内の水の循環回数を示している。例えば、最初に貯湯槽60の容積分の水が吸い出され、その全ての水が貯湯槽60に戻る途中を、1回目の循環と数える。
循環回数の右側の欄、およびさらに右側の欄は、それぞれ給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度を示している。給湯熱交熱媒体流出温度とは、給湯熱交換器21の熱媒体流路36から流出した熱媒体の温度、すなわち第2センサ41によって検出される熱媒体の温度である。外気熱交熱媒体流入温度とは、外気熱交換器20に流入する熱媒体の温度、すなわち第3センサ42によって検出される熱媒体の温度である。この熱媒体の温度は、外気よりも低い(10℃であるとする)。
図2に良く示すように、給湯熱交熱媒体流出温度は、貯湯槽60の水が1回循環する毎に、6℃高く変更される。例えば、循環回数の1回目では給湯熱交熱媒体流出温度は22.8℃であり、それが循環回数の2回目では28.8℃に変更される。給湯熱交熱媒体流出温度の変更は、圧縮機23の圧縮比を高くする(運転強さを強くする)とともに、減圧弁24の開度を調整することによって行われる。外気熱交熱媒体流入温度は、循環回数にかかわらず一定である。従って、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差は、循環回数が多くなる毎に6℃ずつ大きくなる。
圧縮機21の圧縮比を高くするタイミングは、循環毎に行わなくてもよい。貯湯中に、圧縮機の圧縮比を徐々に高くすることもできる。
The process of storing hot water in the hot
The leftmost column in FIG. 2 indicates the number of times of water circulation in the
The column on the right side of the number of circulations and the column on the right side show the hot water supply heat exchange heat medium outflow temperature and the outdoor air heat exchange medium inflow temperature, respectively. The hot water supply heat exchange medium outflow temperature is the temperature of the heat medium flowing out from the heat
As shown in FIG. 2, the hot water supply heat exchange heat medium outflow temperature is changed by 6 ° C. every time the water in the hot
The timing for increasing the compression ratio of the
外気熱交熱媒体流入温度の右側の欄、およびさらに右側の欄は、それぞれ給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度を示している。給湯熱交水流入温度とは、貯湯槽60から吸い出され、給湯熱交換器21の水流路38に流入する水の温度である。給湯熱交水流入温度は、第4センサ61によって検出される。第4センサ61は、第2流路54の他端55の近傍部位に装着されており、給湯熱交換器21に水が流入する部位(入口部68)と位置的に離れているが、両者の部位を流れる水の温度差は僅かであるため、その検出値を給湯熱交水流入温度として利用することができる。詳しくは後述するが、第4センサ61は、貯湯槽60に給水するときに、その温度を検出するのにも利用される。給湯熱交水流出温度とは、給湯熱交換器21の水流路38から流出し、貯湯槽60に戻る水の温度である。給湯熱交水流出温度は、第6センサ66によって検出される。
例えば、循環回数の1回目の途中では、貯湯槽60に入れられていた加熱前の水が給湯熱交換器21に流入するので、給湯熱交水流入温度は15℃である。給湯熱交換器21に流入した水は、加熱されて温度が上昇するので、給湯熱交水流出温度は21℃になる。循環回数の1回目が終了すると、貯湯槽60内の水は、全て21℃になる。そして、循環回数の2回目では、その水が給湯熱交換器21に流入するので、給湯熱交水流入温度は21℃になる。
The right-hand column and the right-hand column of the outside air heat exchange medium inflow temperature indicate the hot water supply heat exchange water inflow temperature and the hot water supply heat exchange water outflow temperature, respectively. The hot water supply heat exchange water inflow temperature is the temperature of water sucked out from the hot
For example, in the middle of the first circulation, the water before heating that has been put in the hot
給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は、循環回数毎に変化しない。例えば、循環回数の1回目においては、給湯熱交水流入温度は15℃であり、給湯熱交水流出温度は21℃である。従って、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は6℃である。例えば、循環回数の4回目においては、給湯熱交水流入温度は33℃であり、給湯熱交水流出温度は39℃である。従って、この場合でも、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は6℃である。
循環回数毎に、給湯熱交熱媒体流出温度が6℃ずつ高く変更されることによって、それ毎に給湯熱交水流出温度も6℃ずつ高くなる。例えば、循環回数の2回目では、給湯熱交水流出温度は27℃であり、それが循環回数の3回目では、それよりも6℃高い33℃になる。循環回数の5回目が終了すると、貯湯槽60内の水は全て45℃になる。
The temperature difference between the hot water supply hot water inflow temperature and the hot water supply heat exchange water outflow temperature does not change for each circulation. For example, in the first circulation, the hot water hot water exchange water inflow temperature is 15 ° C., and the hot water hot water exchange water outflow temperature is 21 ° C. Therefore, the temperature difference between the hot water hot water exchange water inflow temperature and the hot water hot water exchange water outflow temperature is 6 ° C. For example, in the fourth circulation, the hot water hot water exchange water inflow temperature is 33 ° C., and the hot water hot water exchange water outflow temperature is 39 ° C. Accordingly, even in this case, the temperature difference between the hot water hot water exchange inflow temperature and the hot water hot water exchange outflow temperature is 6 ° C.
By changing the hot water supply heat exchange medium outflow temperature by 6 ° C. every time the circulation is performed, the hot water supply heat exchange water outflow temperature is also increased by 6 ° C. each time. For example, at the second circulation, the hot water heat exchange water outflow temperature is 27 ° C., and at the third circulation, it is 33 ° C., 6 ° C. higher than that. When the fifth circulation cycle is completed, all the water in the
給湯熱交水流出温度の右側の欄には、熱交換量が示されている。熱交換量とは、給湯熱交換器21で行われた熱媒体と水との熱交換量を意味している。上述したように、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差は、貯湯槽60の水の循環回数毎に変化しない。従って、熱交換量も、循環回数の1〜5回目を通じて一定である。
熱交換量(Qとする)は、次式で与えられる。
Q=c×W×Δt;
「c」は水の比熱であり、「c=4.19kJ/(kg・K)」である。
「W」は、給湯熱交換器21を通過する水の量である。貯湯槽60の容量は50リットルなので、「W=50kg」である。
「Δt」は、給湯熱交水流入温度と給湯熱交水流出温度の温度差である。従って、「Δt=6℃」である。
次式から、熱交換量として「1257kJ」が求まる。
Q=4.19×50×6=1257kJ;
The amount of heat exchange is shown in the column on the right side of the hot water supply hot water outflow temperature. The amount of heat exchange means the amount of heat exchange between the heat medium and water performed in the hot water
The heat exchange amount (Q) is given by the following equation.
Q = c × W × Δt;
“C” is the specific heat of water, and “c = 4.19 kJ / (kg · K)”.
“W” is the amount of water passing through the hot water
“Δt” is a temperature difference between the hot water hot water exchange inflow temperature and the hot water hot water exchange water outflow temperature. Therefore, “Δt = 6 ° C.”.
From the following equation, “1257 kJ” is obtained as the heat exchange amount.
Q = 4.19 × 50 × 6 = 1257 kJ;
熱交換量の右側の欄には、圧縮機23の消費電力(圧縮機消費電力)が、「Wh」と「kJ」のそれぞれの単位で示されている。この欄で明らかなように、圧縮機消費電力は、貯湯槽60の水の循環回数が多くなるほど、大きくなっている。圧縮機23は、循環回数が多くなるほど、その出口温度を高くすることによって給湯熱交水流出温度を上昇させるために、熱媒体をより高圧縮する必要があるからである。
圧縮機消費電力の右側の欄には、ヒートポンプ12のCOP(ヒートポンプCOP)が示されている。ヒートポンプCOPは、熱交換量を圧縮機消費電力で除することによって求まる。例えば、循環回数の3回目では、圧縮機消費電力は「140.4kJ」である。熱交換量は「1257kJ」であるので、ヒートポンプCOPは次のようになる。
COP(3回目)=1257/140.4=8.95;
また、熱交換量のトータルは「6285kJ」であり、圧縮機消費電力のトータルは「712.8kJ」なので、トータルのヒートポンプCOPは、次のようになる。
COP(トータル)=6285/712.8=8.82;
In the column on the right side of the heat exchange amount, the power consumption (compressor power consumption) of the
In the column on the right side of the compressor power consumption, the COP of the heat pump 12 (heat pump COP) is shown. The heat pump COP is obtained by dividing the heat exchange amount by the compressor power consumption. For example, at the third circulation, the compressor power consumption is “140.4 kJ”. Since the heat exchange amount is “1257 kJ”, the heat pump COP is as follows.
COP (third time) = 1257 / 140.4 = 8.95;
Further, since the total heat exchange amount is “6285 kJ” and the total power consumption of the compressor is “712.8 kJ”, the total heat pump COP is as follows.
COP (total) = 6285 / 712.8 = 8.82;
図3は、給湯熱交熱媒体流出温度(T1)と外気熱交熱媒体流入温度(T2)の差(T1−T2)とヒートポンプCOPの関係を、グラフとして示したものである。給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差が大きいほど、ヒートポンプCOPは低下する。本実施例の給湯装置10は、貯湯槽60の水が循環する毎に、圧縮機23をより高圧縮運転することによって、給湯熱交熱媒体流出温度を6℃ずつ高くする(段階的に高くする)。このため、循環回数が少ない、すなわち、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差が小さいときには、高いヒートポンプCOPを得ることとができる。従って、図2に示すように、トータルのヒートポンプCOPが「8.82」であるという優れたエネルギー効率を実現している。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the difference (T1−T2) between the hot water supply heat exchange medium outflow temperature (T1) and the outside air heat exchange medium inflow temperature (T2) and the heat pump COP. The heat pump COP decreases as the difference between the hot water heat exchange heat medium outflow temperature and the outside air heat exchange heat medium inflow temperature increases. The hot
以上説明したように、本発明の給湯装置10は、貯湯槽60の水が循環する毎に、給湯熱交熱媒体流出温度と外気熱交熱媒体流入温度の差を大きくし、最終的に45℃の水を貯湯槽60に貯える。
これに対して、従来の給湯装置では、貯湯槽内の水の温度を上昇させる過程で、貯湯槽の水を1回以上循環させていない。貯湯槽の水を1回以上循環させていないのは、貯湯槽の上方に高温の温度成層を形成したいからである。従って、例えば、最終的に45℃の水を貯湯槽に貯える場合、45℃の温度成層が、貯湯槽内を徐々に降下してゆく。低温の温度成層の上に高温の温度成層を形成しておけば、貯湯槽内の水が全て高温になっていなくても、高温の温度成層を使って給湯することができる。しかしながら、その場合には、45℃の温度成層を作り出すために、貯湯開始時点から、圧縮機を、図2の循環回数の5回目で行っているように、高圧縮運転する必要がある。従って、ヒートポンプCOPが「5.72」であるという、低いエネルギー効率に甘んじなければならない。
As described above, the hot
On the other hand, in the conventional hot water supply apparatus, the water in the hot water tank is not circulated more than once in the process of increasing the temperature of the water in the hot water tank. The reason why the water in the hot water tank is not circulated at least once is that it is desired to form a high temperature stratification above the hot water tank. Therefore, for example, when 45 ° C. water is finally stored in the hot water storage tank, the 45 ° C. temperature stratification gradually descends in the hot water storage tank. If a high temperature stratification is formed on a low temperature stratification, hot water can be supplied using the high temperature stratification even if all the water in the hot water storage tank is not hot. However, in that case, in order to create a temperature stratification of 45 ° C., it is necessary to perform a high compression operation from the start of hot water storage, as in the fifth cycle of the circulation in FIG. Therefore, the low energy efficiency that the heat pump COP is “5.72” must be satisfied.
給湯装置10が給湯を実行するときの動作を、以下の(1)、(2)、(3)それぞれの場合について説明する。
(1)貯湯槽60に貯湯されている水(湯)の温度が給湯要求温度よりも高い場合。
図4に示すように、貯湯槽60には45℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は38℃であるとする。給湯要求温度は、使用者がリモコン18を操作することによって設定されている。
第1流路50には、水道の水圧が加わっている。このため、給湯栓が開けられたり、風呂に湯張りが行われたりすると、第7流路80から水が流出する。流出した水を補うために、給水部17の第1流路50に水が流入する。第1流路50を流れる水の流量は、流量センサ45によって検出される。第1流路50に流入した水は、第2流路54を流れるとともに、途中で第3流路62と第6流路73にも流入する。
第2流路54を流れ、第3流路62と第6流路73に流入しなかった分の水は、貯湯槽60に給水される。給水される水の温度は、第4センサ61によって検出される。第2流路54から貯湯槽60に給水されることによって、貯湯槽60の上部から45℃の水が第5流路71に送り出される。
The operation when the hot
(1) When the temperature of the hot water stored in the hot
As shown in FIG. 4, it is assumed that 45 ° C. water is stored in the
A water pressure of tap water is applied to the
The amount of water that has flowed through the
一方、第2流路54から第3流路62に流入した水は、開かれている第1流量調整弁48と、駆動されていないポンプ47を通過する。ヒートポンプ12は、運転されている。第3流路62を流れた水は、給湯熱交換器21を通過することによって加熱され、第4流路67に流入する。このときに、第4流路67を流れる水の温度を、給湯要求温度と同じ38℃になるように調整する。具体的には、第4流路67に設けられている第6センサ66の検出温度が、38℃になるようにする。第4流路67を流れる水の温度を調整するにあたっては、圧縮機23の圧縮比と、減圧弁24の開度と、第1流量調整弁48の開度を調整する。
貯湯槽60から送り出されて第5流路71を流れる45℃の水に、第4流路67を流れる38℃の水が混合する。従って、第5流路71を流れてバーナー部15のバーナー熱交換器69に流入する水の温度は、38℃〜45℃の間の値になる。バーナー78は動作していない。このため、バーナー熱交換器69から第6流路73に、38℃〜45℃の間の温度の水が流入する。以下、バーナー熱交換器69から第6流路73に流入する水を「バーナー流出水」と言う。
バーナー流出水は、第2流路54から第6流路73に流入した水(以下、「水道混合水」と言う)と合流し、給湯要求温度である38℃に調整される。その調整にあたっては、第8センサ75と第9センサ81の検出温度に基づいて、第2流量調整弁76の開度が変化する。38℃に調整された水は、第7流路80を流れ、給湯栓や風呂に給湯される。
On the other hand, the water flowing into the
38 ° C. water flowing through the
The burner outflow water merges with the water flowing into the
上述したように、貯湯槽60から送り出された45℃の水に、ヒートポンプ12で加熱された38℃の水が混合する。このため、貯湯槽60から送り出される水(湯)の量を節約することができる。ヒートポンプ12で加熱される水の温度を、38℃以上にすることもできる。この場合にも、貯湯槽60から送り出される水の量を節約することができるが、ヒートポンCOPは低下する。ヒートポンプ12で加熱される水の温度を、38℃以下にすることもできる。この場合には、貯湯槽60から送り出された水と、ヒートポンプ12で加熱された水とが混合した温度が給湯要求温度よりも高ければ、貯湯槽から送り出される水の量を節約することができるとともに、ヒートポンプCOPもより高くなる。
As described above, 38 ° C. water heated by the
(2)貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合。
図5に示すように、貯湯槽60には、15℃の水、すなわち水道水と同温度の水が入れられているとする。このような状態は、貯湯槽60に貯湯されていた温水(湯)が全て消費されてしまうと発生する。給湯要求温度は、42℃であるとする。この場合には、第6流路73に介装されている第2流量調整弁76を全閉にする。このため、第1流路50から第2流路54に流入した水は、貯湯槽60に給水されるとともに、第3流路62にも流入する。第2流路54から貯湯槽60に給水されることによって、貯湯槽60から15℃の水が第5流路71に送り出される。ヒートポンプ12は、低圧縮運転されている(弱く運転されている)。第3流路62に流入した水は、給湯熱交換器21を通過することによって加熱されて温度が21℃になり、第4流路67に流入する。
なお、ヒートポンプ12は、高圧縮運転しても、それ自体のみでは給湯要求に応じることができない。上述したように、ヒートポンプ12は、貯湯槽60に45℃の水を貯湯する能力を有しているが、これは時間をかけて貯湯することによって可能になっている。従って、貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低い場合には、バーナー部15を動作させる必要がある。
(2) When the temperature of the hot water stored in the hot
As shown in FIG. 5, it is assumed that the
In addition, even if the
貯湯槽60から送り出されて第5流路71を流れる15℃の水に、第4流路67を流れる21℃の水が合流する。従って、第5流路71を流れてバーナー部15のバーナー熱交換器69に流入する水の温度は、15℃〜21℃の間の値になる。バーナー78は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器69を加熱する。その加熱強さが調整されることによって、バーナー流出水の温度は42℃になる。バーナー流出水は、さらに第7流路80に流れ込む。よって、第7流路80から給湯栓等に42℃の給湯が行われる。
ヒートポンプ12は、低圧縮運転された状態では、高いヒートポンプCOPを実現できる。従って、バーナー78を燃焼させる場合であっても、バーナー78の燃焼のみを行うよりも、それに加えてヒートポンプ12を高いヒートポンプCOPで運転する方が、トータルとして給湯装置10のエネルギー効率を向上させることができる。
The 21 ° C. water flowing through the
The
(3)バーナー78がミニマム燃焼して貯湯槽60から送り出される水を加熱すると、バーナー流出水の温度が給湯要求温度を超えてしまう場合。
バーナー78がミニマム燃焼するとバーナー流出水の温度が給湯要求温度を超えてしまう事象は、貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも僅かに低い場合に発生する。「ミニマム燃焼」とは、バーナー78が最も弱く燃焼している状態を言う。
図6に示すように、貯湯槽60には、38℃の水が貯湯されており、給湯要求温度は42℃であるとする。貯湯槽60に貯湯されている水の温度が給湯要求温度よりも低いので、バーナー78を燃焼させなければならない。
(3) When the
When the
As shown in FIG. 6, it is assumed that 38 ° C. water is stored in the hot
バーナー78がミニマム燃焼すると、バーナー流出水の温度が給湯要求温度を超える場合には、第6流路73に介装されている第2流量調整弁76を開く。従って、第1流路50から第2流路54に流入した水は、途中で第3流路62と第6流路73にも流入する。ヒートポンプ12は低圧縮運転されている。第3流路62に流入した水は、給湯熱交換器21を通過することによって加熱されて温度が21℃になり、第4流路67に流入する。
第4流路67を通過した水は、第5流路71で貯湯槽60から送り出された38℃の水に合流する。従って、第5流路71を流れてバーナー部15のバーナー熱交換器69に流入する水の温度は、21℃〜38℃の間の値になる。ここでは、バーナー熱交換器69に流入する水の温度は、35℃であるとする。バーナー熱交換器69がバーナー78に加熱されることによって、バーナー流出水の温度は45℃になる。バーナー流出水は、水道混合水と混合する。水道混合水の量は、第2流量調整弁76によって調整されている。バーナー流出水と水量が調整された水道混合水が混合することによって、第7流路80から給湯栓等に42℃の給湯が行われる。
When the
The water that has passed through the
第7流路80から給湯される水量は、給湯栓の開度や、風呂への湯張り量によって規制されている。従って、バーナー流出水の水量よりも、水道混合水の水量をできるだけ多くした方が、貯湯槽60から送り出される水量を節約することができる。
上述したように、ヒートポンプ12を低圧縮運転することによって、貯湯槽60から送り出された38℃の水に21℃の水を混合することができる。従って、水道水の温度である15℃の水を混合するよりも、バーナー部15に流入する水の温度が高くなる。このため、バーナー流出水の温度も高くなる。よって、給湯要求温度である42℃を維持するためには、水道混合水の水量をより多くしなければならない。よって、貯湯槽60から送り出される水の量を節約することができる。ヒートポンプ12を高圧縮運転すると、ヒートポンプCOPは低下するが、貯湯槽60から送り出される水量を節約することができる。
The amount of hot water supplied from the
As described above, by performing the low compression operation of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:給湯装置
12:ヒートポンプ
14:貯湯部
15:バーナー部
16:コントローラ
17:給水部
18:リモコン
20:外気熱交換器
21:給湯熱交換器
22:熱交換ファン
23:圧縮機
24:減圧弁
25:電動モータ
26:ファン
27:熱媒体流路
30:循環往路
31:循環復路
32:出口部
33、34:入口部
36:熱媒体流路
37:第1センサ
38:水流路
40:出口部
41:第2センサ
42:第3センサ
45:流量センサ
46:逃がし弁
47:ポンプ
48:第1流量調整弁
50:第1流路
51、52:一端
53:他端
54:第2流路
55:他端
60:貯湯槽
61:第4センサ
62:第3流路
63:一端
64:他端
65:第7センサ
66:第6センサ
67:第4流路
68:入口部
69:バーナー熱交換器
70:出口部
71:第5流路
72:第5センサ
73:第6流路
75:第8センサ
76:第2流量調整弁
78:バーナー
79:バーナーファン
80:第7流路
81:第9センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Hot water supply apparatus 12: Heat pump 14: Hot water storage part 15: Burner part 16: Controller 17: Water supply part 18: Remote control 20: Outside air heat exchanger 21: Hot water heat exchanger 22: Heat exchange fan 23: Compressor 24: Pressure reducing valve 25: Electric motor 26: Fan 27: Heat medium flow path 30: Circulation forward path 31: Circulation return path 32:
Claims (1)
貯湯槽と、
貯湯槽の下部から第2熱交換器に送水するとともに、第2熱交換器で加熱された水を貯湯槽の上部に戻す水循環ポンプと、
貯湯槽の上部から送り出された水を必要時に加熱するバーナーと、
貯湯槽内の全ての水を第2熱交換器に複数回循環させて段階的に目標の温度にまで昇温させるコントローラを有しており、
コントローラは、貯湯槽内の全ての水が第2熱交換器を通過する毎に、圧縮機の圧縮比を増大させることで第2熱交換器での熱交換量を一定レベルに維持することによって、前記複数回の各回において同じ温度だけ水を昇温させることを特徴とする給湯装置。 The heat medium is “a first heat exchanger that exchanges heat between the heat medium and the outside air, a compressor that compresses the heat medium, a second heat exchanger that exchanges heat between the heat medium and water, A heat pump that circulates through a passage that goes through a pressure reducing valve that releases pressure,
A hot water tank,
A water circulation pump for feeding water from the lower part of the hot water tank to the second heat exchanger and returning water heated by the second heat exchanger to the upper part of the hot water tank;
A burner that heats the water delivered from the top of the hot water tank when necessary;
All of the water in the hot water tank and have a controller to warm to a temperature of stepwise target cycled several times to the second heat exchanger,
The controller maintains the amount of heat exchange in the second heat exchanger at a constant level by increasing the compression ratio of the compressor every time all the water in the hot water tank passes through the second heat exchanger. The hot water supply apparatus is characterized in that water is raised by the same temperature at each of the plurality of times .
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