JP6097930B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater.
従来、この種のヒートポンプ給湯機は、例えば、図13のようなものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heat pump water heater is, for example, as shown in FIG. 13 (see, for example, Patent Document 1).
図13は、特許文献1に記載された従来のヒートポンプ給湯機を示すものである。 FIG. 13 shows a conventional heat pump water heater described in Patent Document 1. As shown in FIG.
図13に示すように、圧縮機104、水冷媒熱交換器105、減圧手段106、空気熱交換器(蒸発器)107を冷媒配管で管状に接続してヒートポンプサイクルを形成している。 As shown in FIG. 13, a compressor 104, a water-refrigerant heat exchanger 105, a decompression means 106, and an air heat exchanger (evaporator) 107 are connected in a tubular shape with a refrigerant pipe to form a heat pump cycle.
貯湯タンク103の底部、ポンプ119、水冷媒熱交換器105が、HP配管118で順次接続されている。また、水冷媒熱交換器105の出口湯温(以下、出湯温度と呼ぶ)は、HP配管118の途中に設置された出湯温度センサ121により検知する。 The bottom of the hot water storage tank 103, the pump 119, and the water / refrigerant heat exchanger 105 are sequentially connected by an HP pipe 118. Further, the outlet hot water temperature of the water-refrigerant heat exchanger 105 (hereinafter referred to as hot water temperature) is detected by a hot water temperature sensor 121 installed in the middle of the HP pipe 118.
貯湯運転モード時には、貯湯タンク103の底部の水がポンプ119により水冷媒熱交換器105に搬送され、ここでヒートポンプサイクルの冷媒との熱交換により自身は加熱されて温水となり、HP配管118、出湯管120を経由して貯湯タンク103上部に戻される。 In the hot water storage operation mode, water at the bottom of the hot water storage tank 103 is transferred to the water / refrigerant heat exchanger 105 by the pump 119, where it is heated to become hot water by heat exchange with the refrigerant in the heat pump cycle, and the HP pipe 118, hot water supply It returns to the upper part of the hot water storage tank 103 via the pipe 120.
この時の、出湯温度やポンプ119の回転数、ヒートポンプサイクルの各部品の運転制御は、制御装置125により行われている。 At this time, the hot water temperature, the rotation speed of the pump 119, and the operation control of each component of the heat pump cycle are performed by the control device 125.
貯湯タンク103の上部には出湯管120が接続されており、貯湯タンク103の底部には給水管109が接続されている。 A hot water discharge pipe 120 is connected to the top of the hot water storage tank 103, and a water supply pipe 109 is connected to the bottom of the hot water storage tank 103.
給湯混合弁111は、出湯管120から供給される貯湯タンク上部の温水と給水管109から供給される水とを混合して所定温度の温水を、給湯配管113を経由して給湯端末114から給湯させる。給湯混合弁111出口の温水温度は、給湯配管113の途中に設置された給湯温度センサ122により検知する。 The hot water mixing valve 111 mixes the hot water in the upper part of the hot water storage tank supplied from the hot water supply pipe 120 and the water supplied from the water supply pipe 109 to supply hot water at a predetermined temperature from the hot water supply terminal 114 via the hot water supply pipe 113. Let The hot water temperature at the outlet of the hot water supply mixing valve 111 is detected by a hot water supply temperature sensor 122 installed in the middle of the hot water supply pipe 113.
また、湯はり混合弁112は、出湯管120から供給される貯湯タンク上部の温水と給水管109から供給される水とを混合して所定温度の温水を湯はり配管115、湯はり開閉弁116を経由して浴槽117に給湯する。 The hot water mixing valve 112 mixes the hot water in the upper part of the hot water storage tank supplied from the hot water pipe 120 and the water supplied from the water supply pipe 109 to supply hot water at a predetermined temperature to the hot water pipe 115 and the hot water on / off valve 116. Hot water is supplied to the bathtub 117 via
湯はり混合弁112出口の温水温度は、湯はり配管115の途中に設置された湯はり温度センサ123により検知する。また、浴槽117の水位は、湯はり配管115の途中に設置された湯はり圧力センサ129により検知する。 The hot water temperature at the outlet of the hot water mixing valve 112 is detected by a hot water temperature sensor 123 installed in the middle of the hot water pipe 115. Further, the water level of the bathtub 117 is detected by a hot water pressure sensor 129 installed in the hot water pipe 115.
また、浴槽117への湯はり運転については、特に、湯はり運転モードを有しており、湯はり運転モード開始時には、ヒートポンプサイクルを起動するとともに、湯はり開閉弁116を開き、HP配管118を通った温度の低いお湯と貯湯タンク103からのお湯が出湯管120で合流し、湯はり混合弁112、湯はり配管115を通り、浴槽117へ供給される。 In addition, the hot water operation to the bathtub 117 has a hot water operation mode, and at the start of the hot water operation mode, the heat pump cycle is started, the hot water on / off valve 116 is opened, and the HP pipe 118 is connected. The hot water passed through and the hot water from the hot water storage tank 103 join together in the hot water discharge pipe 120, and are supplied to the bathtub 117 through the hot water mixing valve 112 and the hot water pipe 115.
また、湯はり運転モード時の出湯温度を、貯湯運転モード時の出湯温度よりも低くする、かつ、加熱能力を低くすることによって、ヒートポンプサイクルの成績係数(以下COPと呼ぶ)が、貯湯運転モード時のCOPよりも向上するため、効率の良い湯はり運転を行うことができる。 In addition, the coefficient of performance of the heat pump cycle (hereinafter referred to as COP) is reduced by reducing the temperature of the hot water in the hot water operation mode to the temperature of the hot water in the hot water operation mode and lowering the heating capacity. Since the COP is improved over time, an efficient hot water operation can be performed.
しかしながら、前記従来の構成では、湯はり運転モード時は、HP配管118を通った温度の低いお湯と貯湯タンク103からのお湯が出湯管120で合流することとなるが、合流部には流量比を調整する装置も設置しておらず、流量比は成り行きになってしまう。 However, in the conventional configuration, in the hot water operation mode, hot water having a low temperature that has passed through the HP pipe 118 and hot water from the hot water storage tank 103 are merged in the hot water discharge pipe 120, but the flow rate is not increased in the merge portion. A device for adjusting the flow rate is not installed, and the flow rate ratio becomes a result.
そのため、HP配管118を通った温度の低いお湯の流量が多い場合や、貯湯タンク103からのお湯が通常より低くなった場合、目標湯はり温度に到達せず、浴槽117には設定した温度より低いお湯が張られることとなり、使用者の快適性を損なうという課題を有していた。 Therefore, when the flow rate of hot water having a low temperature passing through the HP pipe 118 is large, or when the hot water from the hot water storage tank 103 is lower than normal, the target hot water temperature is not reached and the bathtub 117 has a temperature higher than the set temperature. Low hot water would be filled, and there was a problem of impairing user comfort.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the heat pump water heater excellent in energy saving property, without impairing a user's comfort.
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、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記水冷媒熱交換器に配設した出湯温度検知手段と、貯湯温度検知手段と、制御手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードと、少なくとも前記貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低い温度の湯を前記ヒートポンプサイクルにて加熱生成しながら、浴槽に注湯する湯はり運転モードと、を有し、前記湯はり運転モードは、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、一旦、前記貯湯タンク内に流入させ、前記貯湯タンク内の湯と混合させた後、前記浴槽側へ供給する運転モードであり、前記貯湯温度検知手段の検知温度が所定値以下の場合には、前記湯はり運転モードにて前記浴槽への注湯を開始し、一方、前記貯湯温度検知手段の検知温度が所定値より高い場合には、前記圧縮機は運転させず、前記貯湯タンク内に貯湯されている湯を用いて前記浴槽への注湯を開始することを特徴するものとなる。 In order to solve the conventional problems, a heat pump water heater of the present invention stores a heat pump cycle in which a compressor, a water refrigerant heat exchanger, a decompression unit, and an evaporator are connected, and hot water heated in the heat pump cycle. A hot water storage operation comprising a hot water storage tank, a hot water temperature detection means disposed in the water refrigerant heat exchanger, a hot water storage temperature detection means, and a control means, and stores hot water heated by the heat pump cycle in the hot water storage tank. mode and, while generating heat at least the hot water storage the low temperature hot water than the hot water temperature in the operation mode the heat pump cycle includes a hot beam operation mode for pouring the bath, and the melt-beam operation mode is the hot water heated by the heat pump cycle, once the hot water storage to flow into the tank after mixing with the hot water of the hot water storage tank, the bath side If the detected temperature of the hot water storage temperature detection means is a predetermined value or less, pouring into the bathtub is started in the hot water operation mode, while the detection of the hot water storage temperature detection means When the temperature is higher than a predetermined value, the compressor is not operated, and the hot water stored in the hot water storage tank is used to start pouring water into the bathtub .
これによって、湯はり運転モード時において、ヒートポンプサイクルにて加熱した湯は、一旦、貯湯タンクに入り、貯湯タンク内のお湯と混合され、浴槽に供給されるため、設定した温度より低いお湯が、浴槽に張られることがなくなり、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 As a result, in the hot water operation mode, the hot water heated in the heat pump cycle once enters the hot water storage tank, is mixed with the hot water in the hot water storage tank, and is supplied to the bathtub. The heat pump water heater excellent in energy saving can be provided without being stretched on the bathtub and without impairing the comfort of the user.
本発明によれば、常に設定した温度のお湯を張ることが可能となり、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to fill hot water of the temperature always set, and the heat pump water heater excellent in energy saving property can be provided, without impairing a user's comfort.
第1の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記水冷媒熱交換器に配設した出湯温度検知手段と、貯湯温度検知手段と、制御手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードと、少なくとも前記貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低い温度の湯を前記ヒートポンプサイクルにて加熱生成しながら、浴槽に注湯する湯はり運転モードと、を有し、前記湯はり運転モードは、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、一旦、前記貯湯タンク内に流入させ、前記貯湯タンク内の湯と混合させた後、前記浴槽側へ供給する運転モードであり、前記貯湯温度検知手段の検知温度が所定値以下の場合には、前記湯はり運転モードにて前記浴槽への注湯を開始し、一方、前記貯湯温度検知手段の検知温度が所定値より高い場合には、前記圧縮機は運転させず、前記貯湯タンク内に貯湯されている湯を用いて前記浴槽への注湯を開始することを特徴するヒートポンプ給湯機である。 A first aspect of the invention is arranged in a heat pump cycle in which a compressor, a water refrigerant heat exchanger, a decompression unit, and an evaporator are connected, a hot water storage tank for storing hot water heated in the heat pump cycle, and the water refrigerant heat exchanger. A hot water storage temperature detection means , a hot water storage temperature detection means, and a control means, a hot water storage operation mode for storing hot water heated in the heat pump cycle in the hot water storage tank, and at least a hot water temperature in the hot water storage operation mode while heating generates an even lower temperature hot water in said heat pump cycle includes a hot beam operation mode for pouring the bath, and the melt-beam operation mode is the hot water heated by the heat pump cycle, once the allowed to flow into the hot water storage tank, said after mixed with hot water in the hot water storage tank, a driving mode for supplying to the tub side, the hot-water storage temperature detecting means When the detected temperature is less than or equal to a predetermined value, pouring into the bathtub is started in the hot water operation mode. On the other hand, when the detected temperature of the hot water storage temperature detecting means is higher than a predetermined value, the compressor Is a heat pump water heater that starts pouring into the bathtub using hot water stored in the hot water storage tank without operating .
これにより、湯はり運転モード時において、ヒートポンプサイクルにて加熱した湯は、一旦、貯湯タンクに入り、貯湯タンク内のお湯と混合され、浴槽に供給されるため、設定した温度より低いお湯が、浴槽に張られることがなくなり、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 Thereby, in the hot water operation mode, the hot water heated in the heat pump cycle once enters the hot water storage tank, is mixed with the hot water in the hot water storage tank, and is supplied to the bathtub. The heat pump water heater excellent in energy saving can be provided without being stretched on the bathtub and without impairing the comfort of the user.
第2の発明は、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルにて加熱した湯を、前記貯湯タンク内に流入させる湯はり戻し配管と、前記貯湯タンクの上部と下部との間に接続された中温出湯管とを備え、前記湯はり戻し配管は、前記中温出湯管よりも前記貯湯タンクの上方側に接続されていることを特徴とするものである。 2nd invention was connected between the hot water return piping which flows the hot water heated in the said heat pump cycle into the said hot water storage tank, and the upper part and the lower part of the said hot water storage tank in the said hot water operation mode The hot water return pipe is connected to the upper side of the hot water storage tank from the intermediate temperature hot water pipe.
これにより、湯はり運転モード時において、ヒートポンプサイクルにて加熱した湯が、一旦、貯湯タンクに入ることで、若干悪くなった貯湯タンク内の湯の温度成層を中温出湯により改善されるため、その後に行われる夜間沸き上げ運転の運転効率が低下することなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 As a result, in hot water operation mode, hot water heated in the heat pump cycle once enters the hot water storage tank, so that the temperature stratification of hot water in the hot water storage tank, which has become slightly worse, is improved by the medium temperature hot water. Thus, a heat pump water heater excellent in energy saving can be provided without lowering the operating efficiency of the night boiling operation performed at the same time.
第3の発明は、前記湯はり運転モードにおいて、前記ヒートポンプサイクルの加熱能力は、前記貯湯運転モードにおける加熱能力と同等、または、それよりも大きいことを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the hot water operation mode, the heating capacity of the heat pump cycle is equal to or greater than the heating capacity in the hot water storage operation mode.
これにより、湯はり運転モード時において、最低限の圧縮比を確保し、圧縮機の信頼性を向上できるとともに、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 Thereby, in the hot water operation mode, a minimum compression ratio can be ensured, the reliability of the compressor can be improved, and a heat pump water heater excellent in energy saving can be provided.
第4の発明は、前記湯はり運転モードにおいて、前記圧縮機の回転数は、前記貯湯運転モード時における前記圧縮機の回転数と同等、または、それより高いことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the hot water operation mode, the rotational speed of the compressor is equal to or higher than the rotational speed of the compressor in the hot water storage operation mode.
これにより、湯はり運転モード時において、最低限の圧縮比を確保し、圧縮機の信頼性を向上できるとともに、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 Thereby, in the hot water operation mode, a minimum compression ratio can be ensured, the reliability of the compressor can be improved, and a heat pump water heater excellent in energy saving can be provided.
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成を示す図である。前記ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット2aと貯湯ユニット2bとから構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat pump water heater in the first embodiment of the present invention. The heat pump water heater is composed of a heat pump unit 2a and a hot water storage unit 2b.
ヒートポンプユニット2aには、圧縮機4、水冷媒熱交換器5、膨張弁等の減圧手段6、空気熱交換器である蒸発器7を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル1が設けられており、冷媒配管内部には冷媒が封入されている。8は、蒸発器7に空気を供給するファンである。 The heat pump unit 2a is provided with a heat pump cycle 1 in which a compressor 4, a water-refrigerant heat exchanger 5, a decompression means 6 such as an expansion valve, and an evaporator 7 which is an air heat exchanger are connected in an annular shape with a refrigerant pipe. A refrigerant is sealed inside the refrigerant pipe. A fan 8 supplies air to the evaporator 7.
貯湯ユニット2bには、貯湯タンク3の底部、沸き上げ往き配管32、水冷媒熱交換器5、沸き上げ戻り配管33、四方切替弁18a、貯湯タンク3を環状に接続して沸き上げ回路が設けられている。 The hot water storage unit 2b is provided with a boiling circuit by connecting the bottom of the hot water storage tank 3, the boiling forward pipe 32, the water refrigerant heat exchanger 5, the boiling return pipe 33, the four-way switching valve 18a, and the hot water storage tank 3 in an annular shape. It has been.
沸き上げ往き配管32の途中には、貯湯タンク3の底部の水を水冷媒熱交換器5に搬送する沸き上げポンプ21が接続されている。 A boiling pump 21 that conveys the water at the bottom of the hot water storage tank 3 to the water-refrigerant heat exchanger 5 is connected to the middle of the boiling piping 32.
四方切替弁18aの入口側には沸き上げ戻り配管33が接続されている。四方切替弁18aの出口側は沸き上げバイパス管34により貯湯タンク3の底部と接続されており、四方切替弁18aの他の出口側は沸き上げ管35、第1出湯管9を介して貯湯タンク3の上部に接続されており、四方切替弁18aの他のもう1つの出口側は湯はり戻し管36を介して貯湯タンク3の上部に接続されている。 A boiling return pipe 33 is connected to the inlet side of the four-way switching valve 18a. The outlet side of the four-way switching valve 18a is connected to the bottom of the hot water storage tank 3 by a boiling bypass pipe 34, and the other outlet side of the four-way switching valve 18a is connected to the hot water storage tank via the heating pipe 35 and the first hot water discharge pipe 9. The other outlet side of the four-way switching valve 18a is connected to the upper part of the hot water storage tank 3 via a hot water return pipe 36.
すなわち、沸き上げポンプ21により搬送された沸き上げ戻り配管33内の温水は、四方切替弁18aにより、貯湯タンク3の底部に戻る場合と、貯湯タンク3の上部(第1出湯管9または、湯はり戻し管36)に戻る場合とを切り替えることができるようになっている。 That is, the hot water in the boiling return pipe 33 conveyed by the boiling pump 21 is returned to the bottom of the hot water storage tank 3 by the four-way switching valve 18a, and the upper part of the hot water storage tank 3 (the first outlet pipe 9 or hot water). It is possible to switch between returning to the return pipe 36).
また、水冷媒熱交換器5の出口の水温を検知する出湯温度センサである出湯温度検知手段42が備えられている。 Further, a tapping temperature detecting means 42 that is a tapping temperature sensor that detects the water temperature at the outlet of the water-refrigerant heat exchanger 5 is provided.
貯湯タンク3の壁面には貯湯温度検知手段としての複数の残湯サーミスタ(温度センサ)40a〜40eが設置されており、残湯サーミスタ40a〜40eの温度により、貯湯タンク3内の蓄熱熱量を把握することができる。 A plurality of remaining hot water thermistors (temperature sensors) 40a to 40e as hot water storage temperature detecting means are installed on the wall surface of the hot water storage tank 3, and the amount of heat stored in the hot water storage tank 3 is grasped based on the temperature of the remaining hot water thermistors 40a to 40e. can do.
水道からの水は、減圧弁20が途中に接続された給水管11を経由して、貯湯タンク3
や後述する第3混合弁14、第1混合弁15へと供給される。給水管11は、給水分岐部12で第2給水分岐管12a、第3給水分岐管12b、第1給水分岐管12cに分岐しており、第2給水分岐管12aは、貯湯タンク3の底部に、第3給水分岐管12bは第3混合弁14に、第1給水分岐管12cは第1混合弁15にそれぞれ接続されている。
Water from the water supply passes through the water supply pipe 11 to which the pressure reducing valve 20 is connected midway, and the hot water storage tank 3
Or a third mixing valve 14 and a first mixing valve 15 which will be described later. The water supply pipe 11 branches into a second water supply branch pipe 12 a, a third water supply branch pipe 12 b, and a first water supply branch pipe 12 c at the water supply branch section 12, and the second water supply branch pipe 12 a is formed at the bottom of the hot water storage tank 3. The third water supply branch pipe 12 b is connected to the third mixing valve 14, and the first water supply branch pipe 12 c is connected to the first mixing valve 15.
貯湯タンク3の上部には第1出湯管9が、貯湯タンク3の上下方向において第1出湯管9が接続された位置と貯湯タンク3の底部との間には中温出湯管10がそれぞれ接続されている。第1出湯管9の他端は、出湯分岐管16と追いだき配管25とに分岐しており、出湯分岐管16は第2混合弁13に、追いだき配管25は風呂熱交換器24に接続されている。 A first hot water discharge pipe 9 is connected to the upper part of the hot water storage tank 3, and an intermediate temperature hot water supply pipe 10 is connected between the position where the first hot water discharge pipe 9 is connected in the vertical direction of the hot water storage tank 3 and the bottom of the hot water storage tank 3. ing. The other end of the first hot water discharge pipe 9 is branched into a hot water branch pipe 16 and a follower pipe 25, the hot water branch pipe 16 is connected to the second mixing valve 13, and the follower pipe 25 is connected to the bath heat exchanger 24. Has been.
給湯回路は、貯湯タンク3内の温水と水道から供給される水とを、第2混合弁13、第3混合弁14、第1混合弁15で混合して所定温度の温水にして、カランやシャワーなどの給湯端末(図示していない)や浴槽に給湯する回路である。 The hot water supply circuit mixes the hot water in the hot water storage tank 3 and the water supplied from the water supply with the second mixing valve 13, the third mixing valve 14, and the first mixing valve 15 to obtain hot water at a predetermined temperature. It is a circuit for supplying hot water to a hot water supply terminal (not shown) such as a shower or a bathtub.
第2混合弁13は、第1出湯管9から供給される温水と中温出湯管10から供給される温水とを混合して出湯合流管17から流出させる。出湯合流管17は第1出湯合流管分岐管17aと第2出湯合流管分岐管17bとに分岐しており、第1出湯合流管分岐管17aは第3混合弁14に、第2出湯合流管分岐管17bは第1混合弁15にそれぞれ接続されている。 The second mixing valve 13 mixes the hot water supplied from the first hot water discharge pipe 9 and the hot water supplied from the intermediate hot water hot water pipe 10 and causes the hot water to flow out from the hot water joining pipe 17. The outgoing hot water junction pipe 17 branches into a first outgoing hot water joint pipe branch pipe 17a and a second outgoing hot water joint pipe branch pipe 17b. The first outgoing hot water joint pipe branch pipe 17a is connected to the third mixing valve 14 and the second outgoing hot water joint pipe. The branch pipes 17b are connected to the first mixing valve 15, respectively.
第3混合弁14は、第1出湯合流管分岐管17aから供給される温水と第3給水分岐管12bから供給される水とを混合して給湯管28から流出させ、カランやシャワーなどの給湯端末(図示していない)から所定温度の温水を給湯させる。 The third mixing valve 14 mixes hot water supplied from the first outlet hot water merging pipe branch pipe 17a and water supplied from the third water supply branch pipe 12b, and causes the hot water to flow out from the hot water pipe 28 to supply hot water such as a currant or shower. Hot water of a predetermined temperature is supplied from a terminal (not shown).
第3混合弁14の出口側に接続された給湯管28には第1給湯温度検知手段としての給湯温度センサ43aが設置されており、給湯端末から給湯する際には、給湯温度センサ43aの検知温度が目標設定温度(使用者がリモコン50より設定する)になるように、制御手段51により第3混合弁14の混合比を制御する。 The hot water supply pipe 28 connected to the outlet side of the third mixing valve 14 is provided with a hot water supply temperature sensor 43a as a first hot water supply temperature detection means. When hot water is supplied from a hot water supply terminal, the hot water supply temperature sensor 43a detects the hot water supply temperature sensor 43a. The control unit 51 controls the mixing ratio of the third mixing valve 14 so that the temperature becomes the target set temperature (set by the user from the remote controller 50).
第1混合弁15は、第2出湯合流管分岐管17bから供給される温水と第1給水分岐管12cから供給される水とを混合して風呂注湯管27から流出させ、注湯弁19、風呂往き配管29、風呂戻り配管30を介して所定温度の温水を浴槽31に注湯させる。 The first mixing valve 15 mixes the hot water supplied from the second outlet hot water junction branch pipe 17b and the water supplied from the first water supply branch pipe 12c and causes the hot water to flow out from the bath pouring pipe 27. Then, hot water having a predetermined temperature is poured into the bathtub 31 through the bath going-out pipe 29 and the bath return pipe 30.
第1混合弁15の出口側に接続された風呂注湯管27には第2給湯温度検知手段としての風呂給湯温度センサ43bが設置されており、浴槽31に給湯する際には、風呂給湯温度センサ43bの検知温度が目標設定温度(使用者がリモコン50より設定する)になるように、制御手段51により第3混合弁14の混合比を制御する。 The bath pouring pipe 27 connected to the outlet side of the first mixing valve 15 is provided with a bath hot water temperature sensor 43b as a second hot water temperature detecting means. The control unit 51 controls the mixing ratio of the third mixing valve 14 so that the detected temperature of the sensor 43b becomes the target set temperature (set by the user from the remote controller 50).
風呂追いだき回路は、貯湯タンク3の温水と浴槽31の温水とを風呂熱交換器24で熱交換することにより、浴槽31の温水を所定温度に加熱することができる。 The bath chasing circuit can heat the hot water in the bathtub 31 to a predetermined temperature by exchanging heat between the hot water in the hot water storage tank 3 and the hot water in the bathtub 31 by the bath heat exchanger 24.
風呂追いだき回路は、貯湯タンク3、第1出湯管9、追いだき配管25、風呂熱交換器24、追いだきポンプ22、追いだき戻り管26、貯湯タンク3を環状に接続するとともに、浴槽31、風呂戻り配管30、風呂循環ポンプ23、風呂熱交換器24、風呂往き配管29、浴槽31を環状に接続して構成されているまた、風呂戻り配管30の途中には、浴槽31内の温水温度を検出する浴槽温度検知手段としての風呂温度センサ45、及び浴槽水位検知手段としての水位センサ46が設置されている。 The bath chasing circuit connects the hot water storage tank 3, the first hot water discharge pipe 9, the chasing pipe 25, the bath heat exchanger 24, the chasing pump 22, the chasing return pipe 26, and the hot water tank 3 in a ring shape, and a bathtub 31 The bath return pipe 30, the bath circulation pump 23, the bath heat exchanger 24, the bath return pipe 29, and the bathtub 31 are connected in a ring shape. A bath temperature sensor 45 as a bathtub temperature detecting means for detecting temperature and a water level sensor 46 as a bathtub water level detecting means are installed.
また、本発明のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプサイクル1で加熱(沸き上げる)
した温水を貯湯タンク3に蓄える貯湯運転モードと、浴槽31に所定温度の湯を所定量だけ湯はりする風呂自動湯はり運転を開始する場合に、ヒートポンプサイクル1を起動するとともに、注湯弁19を開き、水冷媒熱交換器5から供給された温水と第1出湯管9から供給された温水とを混合した後に、第2混合弁13、第1混合弁15、風呂注湯管27を経由して浴槽31に注湯する湯はり運転モードとを備えている。
Moreover, the heat pump water heater of the present invention is heated (heated up) in the heat pump cycle 1.
When the hot water storage operation mode in which the hot water is stored in the hot water storage tank 3 and the bath automatic hot water operation in which hot water of a predetermined temperature is applied to the bathtub 31 by a predetermined amount are started, the heat pump cycle 1 is started and the pouring valve 19 is started. And after mixing the hot water supplied from the water refrigerant heat exchanger 5 and the hot water supplied from the first hot water discharge pipe 9, the second mixing valve 13, the first mixing valve 15, and the bath pouring pipe 27 are passed through. And a hot water operation mode for pouring into the bathtub 31.
湯はり運転モードは設定操作手段としてのリモコン50を操作する(例えば、風呂自動湯はりボタンを押す)ことで運転を開始させることができる。 In the hot water operation mode, the operation can be started by operating the remote controller 50 as a setting operation means (for example, pressing a bath automatic hot water button).
貯湯運転モードや湯はり運転モードにおける各機器の運転制御は、制御手段によって行われる。 Operation control of each device in the hot water storage operation mode and the hot water operation mode is performed by the control means.
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、ヒートポンプ給湯機の運転モードの動作を説明する。 About the heat pump water heater comprised as mentioned above, operation | movement of the operation mode of a heat pump water heater is demonstrated.
貯湯運転モードは、貯湯タンク3の底部の水をヒートポンプサイクル1で加熱した後に、貯湯タンク3の上部に貯湯するモードである。安価な電力を利用して深夜(23時〜翌朝7時)に運転するのが通常であるが、貯湯タンク3内の湯量が減少して湯切れのリスクが生じた場合には、昼間時間帯(7時〜23時)に運転することもある。 The hot water storage operation mode is a mode in which the water at the bottom of the hot water storage tank 3 is heated by the heat pump cycle 1 and then stored in the upper part of the hot water storage tank 3. It is normal to use cheap electricity at midnight (23:00 to 7:00 the next morning), but if the amount of hot water in the hot water storage tank 3 decreases and the risk of running out of hot water arises, the daytime There is a case of driving from (7 o'clock to 23 o'clock).
貯湯運転時、ヒートポンプユニット2aのヒートポンプサイクル1内に封入された冷媒は低圧のガス状態で圧縮機4に吸入され、高温高圧状態に圧縮された後に、水冷媒熱交換器5に搬送されて、貯湯タンク3から搬送された水と熱交換して、自身は低温高圧状態となる。 During the hot water storage operation, the refrigerant sealed in the heat pump cycle 1 of the heat pump unit 2a is sucked into the compressor 4 in a low-pressure gas state, compressed into a high-temperature and high-pressure state, and then transferred to the water-refrigerant heat exchanger 5. It exchanges heat with the water transported from the hot water storage tank 3 and becomes itself in a low temperature and high pressure state.
その後、冷媒は膨張弁等の減圧手段6で低温低圧状態に膨張した気液二相冷媒となり、蒸発器7で、ファン8により送風された外気から吸熱して低圧のガス冷媒となり、圧縮機4に吸入されるという動作を繰り返す。 Thereafter, the refrigerant becomes a gas-liquid two-phase refrigerant expanded to a low-temperature and low-pressure state by the decompression means 6 such as an expansion valve, and the evaporator 7 absorbs heat from the outside air blown by the fan 8 to become a low-pressure gas refrigerant. Repeatedly inhaling.
一方、貯湯タンク3の底部の水は、沸き上げポンプ21により沸き上げ往き配管32を介して水冷媒熱交換器5に搬送され、前記ヒートポンプサイクル1の冷媒と熱交換して自身は加熱されて温水となる。その後、加熱された温水は、沸き上げ戻り配管33、四方切替弁18aを介し貯湯タンク3の上部または底部に戻される。 On the other hand, the water at the bottom of the hot water storage tank 3 is conveyed to the water / refrigerant heat exchanger 5 via the boiling forward pipe 32 by the boiling pump 21, and is heated by exchanging heat with the refrigerant of the heat pump cycle 1. It becomes warm water. Thereafter, the heated hot water is returned to the top or bottom of the hot water storage tank 3 through the boiling return pipe 33 and the four-way switching valve 18a.
水冷媒熱交換器5出口温水の温度は、ヒートポンプサイクル1起動してすぐに目標出湯温度に到達する訳ではなく、しばらく時間を要する。出湯温度検知手段42で検出した温度(以下、検出温度と呼ぶ)が目標出湯温度に対して低い間(例えば、目標出湯温度と検出温度との温度差が所定値以上の場合)は、沸き上げ戻り配管33の温水は、四方切替弁18aにより、沸き上げバイパス管34を介して貯湯タンク3の底部に戻される。 The temperature of the hot water at the outlet of the water-refrigerant heat exchanger 5 does not reach the target hot water temperature immediately after the heat pump cycle 1 is started, but takes some time. While the temperature detected by the hot water temperature detection means 42 (hereinafter referred to as the detected temperature) is lower than the target hot water temperature (for example, when the temperature difference between the target hot water temperature and the detected temperature is greater than or equal to a predetermined value), boiling is performed. The hot water in the return pipe 33 is returned to the bottom of the hot water storage tank 3 through the boiling bypass pipe 34 by the four-way switching valve 18a.
その後、検出温度が目標出湯温度に近づいた場合(例えば、目標出湯温度と検出温度との温度差が所定値未満になった場合)に、四方切替弁18aを切り替えて沸き上げ戻り配管33の温水を沸き上げ管35、第1出湯管9を介して貯湯タンク3の上部に戻す。以上の動作により、ヒートポンプサイクル1で加熱された高温の温が貯湯タンク3内に貯湯される。 Thereafter, when the detected temperature approaches the target hot water temperature (for example, when the temperature difference between the target hot water temperature and the detected temperature becomes less than a predetermined value), the four-way switching valve 18a is switched to warm water in the boiling return pipe 33. Is returned to the upper part of the hot water storage tank 3 through the boiling pipe 35 and the first hot water discharge pipe 9. With the above operation, the hot temperature heated in the heat pump cycle 1 is stored in the hot water storage tank 3.
次に、給湯回路における第2混合弁13による中温出湯の動作について説明する。図2は、貯湯タンク3内を全量沸き上げた状態から所定湯量を給湯した後の貯湯タンク3内温度分布の一例を示したものである。図2中の実線が中温出湯を行った場合、破線が中温出湯を行わなかった場合を示している。 Next, the operation of the medium temperature hot water by the second mixing valve 13 in the hot water supply circuit will be described. FIG. 2 shows an example of the temperature distribution in the hot water storage tank 3 after supplying a predetermined amount of hot water from a state where the entire amount of the hot water storage tank 3 is boiled. The solid line in FIG. 2 indicates the case where the medium temperature hot water is performed, and the broken line indicates the case where the medium temperature hot water is not performed.
給湯端末、または浴槽31に、使用者が設定した目標給湯温度T1(℃)で給湯する場合、貯湯タンク3上部から第1出湯管9、出湯分岐管16を経由して供給される温水と、貯湯タンク3の略中央部から中温出湯管10を経由して供給される温水とを第2混合弁13で混合して、目標給湯温度T1よりも所定温度差δT(K)だけ高い温度の温水として出湯合流管17に流出させる。 When hot water is supplied to the hot water supply terminal or the bathtub 31 at the target hot water supply temperature T1 (° C.) set by the user, hot water supplied from the upper part of the hot water storage tank 3 via the first hot water discharge pipe 9 and the hot water branch pipe 16; Hot water supplied from a substantially central portion of the hot water storage tank 3 via the intermediate hot water discharge pipe 10 is mixed by the second mixing valve 13, and hot water having a temperature higher than the target hot water supply temperature T1 by a predetermined temperature difference δT (K). As shown in FIG.
給湯端末に目標給湯温度T1(℃)で給湯する場合は、第2混合弁13から出湯合流管17、第1出湯合流管分岐管17aを経由して供給されるT1+δT(℃)の温水と、給水管11から第2給水分岐管12bを経由して供給される水とを第3混合弁14で混合して、給湯温度センサ43aの検知温度が目標給湯温度T1になるように第3混合弁14の混合比を制御手段51により制御する。 When hot water is supplied to the hot water supply terminal at the target hot water supply temperature T1 (° C.), hot water of T1 + δT (° C.) supplied from the second mixing valve 13 via the hot water joining pipe 17 and the first hot water joining pipe branch pipe 17a; The third mixing valve is mixed with the water supplied from the water supply pipe 11 via the second water supply branch pipe 12b by the third mixing valve 14 so that the detected temperature of the hot water supply temperature sensor 43a becomes the target hot water supply temperature T1. 14 is controlled by the control means 51.
また、浴槽31に目標給湯温度T1(℃)で給湯する場合は、第2混合弁13から出湯合流管17、第2出湯合流管分岐管17bを経由して供給されるT1+δT(℃)の温水と、給水管11から第1給水分岐管12cを経由して供給される水とを第1混合弁15で混合して、風呂給湯温度センサ43bの検知温度が目標給湯温度T1になるように第1混合弁15の混合比を制御手段51により制御する。 When hot water is supplied to the bathtub 31 at the target hot water supply temperature T1 (° C.), the hot water of T1 + δT (° C.) supplied from the second mixing valve 13 via the hot water joining pipe 17 and the second hot water joining pipe branch pipe 17b. And the water supplied from the water supply pipe 11 via the first water supply branch pipe 12c are mixed by the first mixing valve 15 so that the detected temperature of the bath hot water temperature sensor 43b becomes the target hot water temperature T1. The mixing ratio of the 1 mixing valve 15 is controlled by the control means 51.
なお、本実施の形態では、第2混合弁13出口側に温度センサを設置せずに、第1出湯管9から供給される温水温度と中温出湯管10から供給される温水温度とを残湯サーミスタ40a〜40eで検出して、出口温度がT1+δT(℃)になるように制御しているが、第2混合弁13出口に第2混合弁出口温度センサを追加して、この第2混合弁出口温度センサで検出した温度が、T1+δT(K)になるように第2混合弁13を制御してもよい。 In the present embodiment, the hot water temperature supplied from the first hot water discharge pipe 9 and the hot water temperature supplied from the intermediate hot water hot water pipe 10 are used as the remaining hot water without installing a temperature sensor on the outlet side of the second mixing valve 13. The temperature is detected by the thermistors 40a to 40e and the outlet temperature is controlled to be T1 + δT (° C.). A second mixing valve outlet temperature sensor is added to the outlet of the second mixing valve 13, and this second mixing valve is controlled. The second mixing valve 13 may be controlled so that the temperature detected by the outlet temperature sensor becomes T1 + δT (K).
以上の動作により、貯湯タンク3内上部の高温の湯と貯湯タンク3内底部の低温の水との境界層(以下、中温層と呼び、中温層に存在する温水を中温と呼ぶ)の中温が中温出湯管10から貯湯タンク3外に排出されるため、図2に示すように、貯湯タンク3底部の水温上昇(ΔT)を抑制することができる。 With the above operation, the medium temperature of the boundary layer between the hot water in the upper part of the hot water storage tank 3 and the low temperature water in the bottom of the hot water storage tank 3 (hereinafter referred to as the intermediate temperature layer, the hot water existing in the intermediate temperature layer is referred to as the intermediate temperature) Since it is discharged out of the hot water storage tank 3 from the medium temperature hot water discharge pipe 10, it is possible to suppress an increase in the water temperature (ΔT) at the bottom of the hot water storage tank 3 as shown in FIG.
ヒートポンプサイクル1の特性として、沸き上げ運転時の入水温度、即ち、水冷媒熱交換器5の入口水温が高くなるほど成績係数(COP)が低下することが知られている。従って、中温出湯により貯湯タンク3底部の水温上昇を抑制することにより、沸き上げ運転時のヒートポンプサイクル1のCOPを向上させることができ、省エネルギーを図ることができる。 As a characteristic of the heat pump cycle 1, it is known that the coefficient of performance (COP) decreases as the incoming water temperature during the boiling operation, that is, the inlet water temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5 increases. Therefore, by suppressing the rise in the water temperature at the bottom of the hot water storage tank 3 by the medium temperature hot water, it is possible to improve the COP of the heat pump cycle 1 during the boiling operation and to save energy.
次に、浴槽31への湯はり運転について説明する。 Next, hot water operation to the bathtub 31 will be described.
図3は、湯はり開始時における制御フローチャートを示している。図3において、使用者による風呂湯はり指令がリモコン50を介して入力される(step1)と、残湯量を把握するために貯湯タンク3の壁面に設置している残湯サーミスタ40a〜40eの温度が検出される(step2)。次に、残湯量が多いか、少ないかの判断するために、残湯サーミスタ40dの温度が予め決定しておいた温度より高いか、低いかが比較される(step3)。 FIG. 3 shows a control flowchart at the start of hot water. In FIG. 3, when a hot water bath command is input by the user via the remote controller 50 (step 1), the temperature of the remaining hot water thermistors 40a to 40e installed on the wall surface of the hot water storage tank 3 in order to grasp the remaining hot water amount. Is detected (step 2). Next, in order to determine whether the amount of remaining hot water is large or small, it is compared whether the temperature of the remaining hot water thermistor 40d is higher or lower than a predetermined temperature (step 3).
例えば、step3で、残湯サーミスタ40dの温度(T40d)が60℃以下の場合、残湯量が少ないと判断され、ヒートポンプサイクル1の圧縮機4を運転(step4)し、貯湯タンク3からのお湯とヒートポンプで沸き上げたお湯の両方を使って風呂湯はりをするいわゆる湯はり運転モードで風呂湯はりを開始する(step6)。 For example, when the temperature (T40d) of the remaining hot water thermistor 40d is 60 ° C. or less at step 3, it is determined that the amount of remaining hot water is small, the compressor 4 of the heat pump cycle 1 is operated (step 4), and the hot water from the hot water storage tank 3 is Bath hot water is started in a so-called hot water operation mode in which both hot water boiled by the heat pump is used to heat the bath (step 6).
一方、step3で、残湯サーミスタ40dの温度(T40d)が60℃より高い場合、残湯量が多いと判断され、ヒートポンプサイクル1の圧縮機4は運転せず(step5)、貯湯タンク3からのお湯のみで風呂湯はりをするいわゆる通常湯はり運転モードを開始する(step6)。 On the other hand, when the temperature of the remaining hot water thermistor 40d (T40d) is higher than 60 ° C. at step 3, it is determined that the amount of remaining hot water is large, and the compressor 4 of the heat pump cycle 1 does not operate (step 5). The so-called normal hot water operation mode in which the hot water bath is heated only (step 6).
図4は、湯はり運転モードにおける制御シーケンスを示している。図4において、使用者による風呂湯はり指令がリモコン50を介して入力されると、図3で示した様に残湯量が検出され、残湯量が少ないと判断した場合、圧縮機4が起動することで、ヒートポンプサイクル1が起動して沸き上げポンプ21が運転される。 FIG. 4 shows a control sequence in the hot water operation mode. In FIG. 4, when a bath hot water command is input by the user via the remote controller 50, the remaining hot water amount is detected as shown in FIG. 3, and when it is determined that the remaining hot water amount is small, the compressor 4 is activated. Thus, the heat pump cycle 1 is started and the boiling pump 21 is operated.
また、注湯弁19を開くとともに、四方切替弁18aを、沸き上げ戻り配管33と湯はり戻り管36とが連通するように切り替える。 In addition, the pouring valve 19 is opened, and the four-way switching valve 18a is switched so that the boiling return pipe 33 and the hot water return pipe 36 communicate with each other.
この操作により、貯湯タンク3底部の水は沸き上げポンプ21で水冷媒熱交換器5に搬送され、ここでヒートポンプサイクル1の冷媒と熱交換して自身は加熱された後に沸き上げ戻り配管33、四方切替弁18a、湯はり戻り管36を通り、一旦、貯湯タンク3内に入る。その後、貯湯タンク3内のお湯と混合され、第1出湯管9、第2混合弁13、第1混合弁15、風呂注湯管27、注湯弁19、風呂往き配管29また風呂戻り配管30を経由して浴槽31に注湯される。 By this operation, the water at the bottom of the hot water storage tank 3 is conveyed to the water / refrigerant heat exchanger 5 by the boiling pump 21, where it is heated and exchanged with the refrigerant of the heat pump cycle 1, and then heated to the boiling return pipe 33. It passes through the four-way switching valve 18 a and the hot water return pipe 36 and once enters the hot water storage tank 3. Thereafter, it is mixed with hot water in the hot water storage tank 3, and the first outlet pipe 9, the second mixing valve 13, the first mixing valve 15, the bath pouring pipe 27, the pouring valve 19, the bath outlet pipe 29, and the bath return pipe 30. The hot water is poured into the bathtub 31 via
ヒートポンプサイクル1の起動当初は、水冷媒熱交換器5の出口水温はすぐには上昇しないが、湯はり戻り管36を通過後に、一旦、貯湯タンク3に入り、貯湯タンク3内のお湯と混合され、第1出湯管9を経由して供給される温水と混合されるため、目標給湯温度よりも低下することはない。 At the beginning of the heat pump cycle 1, the outlet water temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5 does not rise immediately, but after passing through the hot water return pipe 36, it once enters the hot water storage tank 3 and mixes with the hot water in the hot water storage tank 3. Then, since it is mixed with the hot water supplied via the first hot water discharge pipe 9, it does not fall below the target hot water supply temperature.
図5は、ヒートポンプサイクルの成績係数(COP)と出湯温度との関係を示したものである。ここで、貯湯運転モードにおけるヒートポンプサイクルの成績係数(COP)をCOPAで、湯はり運転モードにおけるヒートポンプサイクルの成績係数(COP)をCOPBで表すこととする。 FIG. 5 shows the relationship between the coefficient of performance (COP) of the heat pump cycle and the tapping temperature. Here, the coefficient of performance (COP) of the heat pump cycle in the hot water storage operation mode is represented by COPA, and the coefficient of performance (COP) of the heat pump cycle in the hot water operation mode is represented by COPB.
貯湯運転モードにおける出湯温度(出湯温度検知手段42の検知温度)は、通常65℃〜90℃が一般的であるが、湯はり運転モードにおける出湯温度を貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低く(例えば、35℃)なるように運転させることにより、COPBをCOPAよりも向上させることができ、省エネルギーを図ることができる。 The hot water temperature in the hot water storage operation mode (detected temperature of the hot water temperature detection means 42) is generally 65 ° C. to 90 ° C., but the hot water temperature in the hot water operation mode is lower than the hot water temperature in the hot water operation mode (for example, , 35 ° C.), COPB can be improved over COPA and energy can be saved.
湯はり運転モードにおける出湯温度を貯湯運転モードにおける出湯温度よりも低くするための具体的手段としては、沸き上げポンプ21の回転数を貯湯運転モード時よりも大きくすることで、流量を増大させることにより、水冷媒熱交換器5の出口温度を貯湯運転モード時の出湯温度よりも低下させることができる。 As a specific means for lowering the hot water temperature in the hot water operation mode to be lower than the hot water temperature in the hot water operation mode, increasing the flow rate by increasing the rotation speed of the boiling pump 21 than in the hot water operation mode. Thus, the outlet temperature of the water-refrigerant heat exchanger 5 can be made lower than the outlet temperature in the hot water storage operation mode.
図6は、湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクル1の加熱能力と圧縮比の関係を示したものである。圧縮機4の回転数が同じ場合、圧縮比が大きくなるほど吐出圧力が高くなるとともに、吐出温度も高くなり加熱能力は高くなるので、若干ではあるが右上がりの特性となる(実線)。 FIG. 6 shows the relationship between the heating capacity of the heat pump cycle 1 and the compression ratio in the hot water operation mode. When the rotation speed of the compressor 4 is the same, the higher the compression ratio, the higher the discharge pressure, and the higher the discharge temperature and the higher the heating capacity. However, the characteristics increase slightly to the right (solid line).
さらに、出湯温度が同じ場合、加熱能力に関係なく吐出圧力はほぼ同じであるが、加熱能力が高くなるほど、圧縮機4の回転数が高くなり吸入圧力は低くなるため、圧縮比は大きくなり、右上がりの特性となる(一点鎖線)。 Furthermore, when the tapping temperature is the same, the discharge pressure is almost the same regardless of the heating capacity, but the higher the heating capacity, the higher the rotation speed of the compressor 4 and the lower the suction pressure, so the compression ratio increases. It becomes the characteristic of rising to the right (dashed line).
例えば、圧縮機4の信頼性を確保できる圧縮比をd(破線)とすると、加熱能力が低いほど、圧縮機4の回転数は低くできるが、出湯温度は高くする必要があることがわかる。 For example, if the compression ratio that can ensure the reliability of the compressor 4 is d (broken line), it can be seen that the lower the heating capacity, the lower the rotation speed of the compressor 4 but the higher the hot water temperature.
図7は、湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクル1の加熱能力と湯はり運転モードにおけるヒートポンプサイクルの成績係数(COP)であるCOPBの関係を示したものである。図6における圧縮比dにおいて、COPBは、貯湯運転モード時における加熱能力が、4.5(kW)の場合、その加熱能力より低いe1(kW)がピークとなる。 FIG. 7 shows the relationship between the heating capacity of the heat pump cycle 1 in the hot water operation mode and COPB, which is the coefficient of performance (COP) of the heat pump cycle in the hot water operation mode. In the compression ratio d in FIG. 6, when the heating capacity in the hot water storage operation mode is 4.5 (kW), COPB peaks at e1 (kW) lower than the heating capacity.
しかしながら、湯はり運転モード時は、貯湯タンク3からのお湯とヒートポンプサイクル1からのお湯を併用するため、ヒートポンプサイクル1の加熱能力が低い場合、貯湯タンク3からのお湯を多く必要とすることとなる。 However, in the hot water operation mode, hot water from the hot water storage tank 3 and hot water from the heat pump cycle 1 are used in combination, so that if the heating capacity of the heat pump cycle 1 is low, a large amount of hot water from the hot water storage tank 3 is required. Become.
図8は、湯はり運転モード時におけるヒートポンプサイクル1の加熱能力と風呂注湯COPの関係を示したものである。ここで、風呂注湯COPは、(数1)で示される。 FIG. 8 shows the relationship between the heating capacity of the heat pump cycle 1 and the bath pouring COP in the hot water operation mode. Here, the bath pouring COP is represented by (Equation 1).
風呂注湯COPは、貯湯運転モードにおけるCOPA(例えば、加熱能力が4.5kW)、湯はり時に貯湯タンク3から使用した熱量、湯はり運転モードにおけるCOPB(例えば、加熱能力を3.0kW、3.5kW、4.0kW、4.5kW、5.0kW)と湯はり時にヒートポンプサイクル1で沸き上げた熱量および湯はり熱量で表される。 The bath pouring COP has a COPA in the hot water storage operation mode (for example, a heating capacity of 4.5 kW), an amount of heat used from the hot water storage tank 3 during hot water filling, and a COPB in the hot water operation mode (for example, a heating capacity of 3.0 kW, 3 .5 kW, 4.0 kW, 4.5 kW, 5.0 kW) and expressed by the amount of heat boiled in the heat pump cycle 1 and the amount of hot water.
ここで、湯はり熱量は、浴槽31にはったお湯の熱量であり、貯湯タンク3から使用した熱量とヒートポンプサイクル1で沸き上げた熱量の合計で表される。また、ヒートポンプサイクル1で沸き上げた熱量は、ヒートポンプサイクル1の加熱能力と運転時間の積で算出する。したがって、貯湯タンク3から使用した熱量は、浴槽31にはったお湯の熱量とヒートポンプサイクル1で沸き上げた熱量の差として算出する。 Here, the hot water heat amount is the heat amount of hot water that has entered the bathtub 31, and is represented by the sum of the heat amount used from the hot water storage tank 3 and the heat amount boiled in the heat pump cycle 1. The amount of heat boiled in the heat pump cycle 1 is calculated by the product of the heating capacity of the heat pump cycle 1 and the operation time. Therefore, the amount of heat used from the hot water storage tank 3 is calculated as the difference between the amount of heat of the hot water that has entered the bathtub 31 and the amount of heat that has been boiled in the heat pump cycle 1.
図8をみるとわかるように、風呂注湯COPは、貯湯運転モード時における加熱能力が、4.5(kW)の場合、その加熱能力より大きいe2(kW)がピークとなる。 As can be seen from FIG. 8, when the heating capacity in the hot water storage operation mode is 4.5 (kW), the bath pouring COP peaks at e2 (kW), which is larger than the heating capacity.
図9は、湯はり運転モード時における圧縮機4の回転数と風呂注湯COPの関係を示したものである。これは、図8と同様に例えば、圧縮機回転数を30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hzに変化させ、それぞれの回転数に対する加熱能力から風呂注湯COPを算出したものである。 FIG. 9 shows the relationship between the rotational speed of the compressor 4 and the bath pouring COP in the hot water operation mode. As in FIG. 8, for example, the compressor rotation speed is changed to 30 Hz, 35 Hz, 40 Hz, 45 Hz, and 50 Hz, and the bath pouring COP is calculated from the heating ability for each rotation speed.
図9をみるとわかるように、風呂注湯COPは、貯湯運転モード時における圧縮機4の回転数が、例えば、45(Hz)の場合、その回転数より高いe3(Hz)がピークとなる。 As can be seen from FIG. 9, in the hot water pouring COP, when the rotation speed of the compressor 4 in the hot water storage operation mode is 45 (Hz), for example, e3 (Hz) higher than the rotation speed reaches a peak. .
次に、湯はり運転モードの停止時について説明する。 Next, the stop time of the hot water operation mode will be described.
図10は、湯はり運転モードの停止時における制御フローチャートを示している。図10において、湯はり運転モードで風呂湯はり中(step1)において、水位センサ46などにおいて、所定の湯量がはられた場合、風呂湯はり完了を検出する(step2)と、残湯量を把握するために貯湯タンク3の壁面に設置している残湯サーミスタ40a〜40eの温度が検出される(step3)。 FIG. 10 shows a control flowchart when the hot water operation mode is stopped. In FIG. 10, when a predetermined amount of hot water is applied by the water level sensor 46 or the like during a hot water bath operation (step 1) in the hot water operation mode, when the hot water hot water completion is detected (step 2), the remaining hot water amount is grasped. Therefore, the temperature of the remaining hot water thermistors 40a to 40e installed on the wall surface of the hot water storage tank 3 is detected (step 3).
次に、残湯量が多いか、少ないかの判断するために、残湯サーミスタ40bの温度が予め決定しておいた温度より高いか、低いかが比較される(step4)。例えば、step4で、残湯サーミスタ40bの温度(T40b)が60℃未満の場合、残湯量が少ないと判断され、ヒートポンプの運転を停止せずに、湯はり運転モードから貯湯運転モードに移行される(step5)。貯湯運転モードにおいて、所定の条件を満たした場合、貯湯運転が完了し(step6)、ヒートポンプサイクル1の圧縮機4の運転を停止する(step7)。 Next, in order to determine whether the amount of remaining hot water is large or small, it is compared whether the temperature of the remaining hot water thermistor 40b is higher or lower than a predetermined temperature (step 4). For example, in step 4, when the temperature (T40b) of the remaining hot water thermistor 40b is less than 60 ° C., it is determined that the amount of remaining hot water is small, and the hot pump operation mode is shifted to the hot water storage operation mode without stopping the operation of the heat pump. (Step 5). In the hot water storage operation mode, when a predetermined condition is satisfied, the hot water storage operation is completed (step 6), and the operation of the compressor 4 of the heat pump cycle 1 is stopped (step 7).
一方、step4で、残湯サーミスタ40bの温度(T40b)が60℃以上の場合、残湯量が多いと判断され、ヒートポンプサイクル1の圧縮機4の運転を停止する(step7)。 On the other hand, when the temperature (T40b) of the remaining hot water thermistor 40b is 60 ° C. or more at step 4, it is determined that the amount of remaining hot water is large, and the operation of the compressor 4 of the heat pump cycle 1 is stopped (step 7).
したがって、残湯量が少ない場合、湯はり運転モードから貯湯運転モードへ圧縮機を停止させることなく移行させるので、その後、新たに貯湯運転モードで運転させる場合に比べ、起動ロスを低減できる。また、残湯量が多い場合、湯はり運転モードが完了するとともに圧縮機の運転を停止するため、湯余りによるエネルギーロスを低減できる。 Therefore, when the amount of remaining hot water is small, the compressor is shifted from the hot water operation mode to the hot water storage operation mode without stopping, so that the start-up loss can be reduced as compared with the case of newly operating in the hot water storage operation mode. Further, when the amount of remaining hot water is large, the hot water operation mode is completed and the operation of the compressor is stopped, so that energy loss due to excess hot water can be reduced.
図11(a)は、中温出湯回路がある場合の貯湯タンク内の温度分布の変化を示した図である。61は湯はり運転モードで湯はりを行う前の温度分布、62は湯はり運転モードで湯はりを行った後の温度分布、63はその後、給湯と沸き上げ運転を行った後の温度分布を示す。 Fig.11 (a) is the figure which showed the change of the temperature distribution in the hot water storage tank in case there exists an intermediate temperature hot-water supply circuit. 61 is the temperature distribution before performing hot water in the hot water operation mode, 62 is the temperature distribution after performing hot water in the hot water operation mode, and 63 is the temperature distribution after performing hot water supply and boiling operation thereafter. Show.
湯はり運転モードで湯はりを行うことにより貯湯タンク3の上部は温度が低下する(61→62)。その後、中温出湯を行いながら給湯、沸き上げ運転を行うことにより、温度分布の角度はα→β(β>α)へと変化する(62→63)。これは、湯はり運転モードで湯はりを行うことにより若干悪くなった温度分布を中温出湯により改善できたことを意味しており、その後に行われる夜間沸き上げ運転の運転効率の低下を回避でき、省エネルギー性が損なわれることはない。 By performing hot water heating in the hot water operation mode, the temperature of the upper part of the hot water storage tank 3 decreases (61 → 62). Thereafter, by performing hot water supply and boiling operation while performing medium temperature hot water, the angle of the temperature distribution changes from α → β (β> α) (62 → 63). This means that the temperature distribution, which was slightly worsened by hot water in hot water operation mode, could be improved by medium temperature hot water, and the reduction in operating efficiency of the subsequent night boiling operation can be avoided. The energy saving performance is not impaired.
図11(b)は、中温出湯回路がない場合の貯湯タンク内の温度分布の変化を示した図である。61は湯はり運転モードで湯はりを行う前の温度分布、64は湯はり運転モードで湯はりを行った後の温度分布、65はその後、給湯と沸き上げ運転を行った後の温度分布を示す。 FIG.11 (b) is the figure which showed the change of the temperature distribution in the hot water storage tank when there is no intermediate temperature hot-water supply circuit. 61 is the temperature distribution before performing hot water in the hot water operation mode, 64 is the temperature distribution after performing hot water in the hot water operation mode, and 65 is the temperature distribution after performing hot water supply and boiling operation thereafter. Show.
湯はり運転モードで湯はりを行うことにより貯湯タンク3の上部は温度が低下する(61→64)。その後、給湯、沸き上げ運転を行っても、温度分布の角度はγ(β>α>γ)は変化しない(64→65)。これは、中温出湯回路がないため、湯はり運転モードで湯はりを行うことにより若干悪くなった温度分布が改善できなかったことを意味しており、その後に行われる夜間沸き上げ運転の運転効率の低下を招き、省エネルギー性が損なわれることとなる。 By performing hot water heating in the hot water operation mode, the temperature of the upper part of the hot water storage tank 3 decreases (61 → 64). Thereafter, even if hot water supply or boiling operation is performed, the angle of temperature distribution does not change γ (β> α> γ) (64 → 65). This means that since there was no medium temperature hot water supply circuit, the temperature distribution that was slightly worsened by performing hot water in hot water operation mode could not be improved. As a result, the energy saving performance is impaired.
したがって、中温出湯回路を備えているため、湯はり運転モードで湯はりを行い、若干崩れた貯湯タンク3の温度分布を改善することができ、ヒートポンプユニット2の運転効率の低下を回避でき、省エネルギー性が損なわれることはない。 Accordingly, since the intermediate temperature hot water supply circuit is provided, the hot water is poured in the hot water operation mode, the temperature distribution of the hot water storage tank 3 that is slightly broken can be improved, the lowering of the operation efficiency of the heat pump unit 2 can be avoided, and the energy is saved. Sex is not impaired.
(実施の形態2)
図12は、本発明の第2の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 12 is a configuration diagram of a heat pump water heater in the second embodiment of the present invention.
第2の実施の形態が、第1の実施の形態と異なる点は、湯はり戻し管36を沸き上げ管35と共用することにより削減、それに伴い四方切替弁18aを三方切替弁18bに置き替えたところである。 The difference of the second embodiment from the first embodiment is that the hot water return pipe 36 is shared with the boiling pipe 35, and the four-way switching valve 18a is replaced with the three-way switching valve 18b. That's right.
このように、本発明の第2の実施の形態によれば、湯はり戻し管36を削減することができ、低コストで同じ効果を得ることができる。 Thus, according to the 2nd Embodiment of this invention, the hot water return pipe | tube 36 can be reduced and the same effect can be acquired at low cost.
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、使用者の快適性を損なうことなく、省エネルギー性に優れているため、家庭用の給湯装置に適用できるほか、熱源と貯湯タンクを有するシステムにおいて業務用などにも適用できる。 As described above, since the heat pump water heater according to the present invention is excellent in energy saving without impairing the comfort of the user, it can be applied to a hot water supply device for home use, and in a system having a heat source and a hot water storage tank. It can also be applied to business use.
1 ヒートポンプサイクル
3 貯湯タンク
4 圧縮機
5 水冷媒熱交換器
6 減圧手段
7 蒸発器
9 第1出湯管
10 中温出湯管
11 給水管
12 給水分岐部
13 第2混合弁(中間混合弁)
14 第3混合弁(給湯混合弁)
15 第1混合弁(風呂混合弁)
16 出湯分岐管
17 出湯合流管
18a 四方切替弁
19 注湯弁
20 減圧弁
21 沸き上げポンプ
27 風呂注湯管
28 給湯管
31 浴槽
32 沸き上げ往き配管
33 沸き上げ戻り配管
40a〜40e 貯湯温度検知手段(残湯サーミスタ)
41 入水温度検知手段
42 出湯温度検知手段(出湯温度センサ)
51 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat pump cycle 3 Hot water storage tank 4 Compressor 5 Water refrigerant | coolant heat exchanger 6 Pressure reducing means 7 Evaporator 9 1st hot water pipe 10 Medium temperature hot water pipe 11 Water supply pipe 12 Water supply branch part 13 2nd mixing valve (intermediate mixing valve)
14 Third mixing valve (hot water mixing valve)
15 First mixing valve (bath mixing valve)
16 Hot water branch pipe 17 Hot water junction pipe 18a Four-way switching valve 19 Hot water valve 20 Pressure reducing valve 21 Boiling pump 27 Bath pouring pipe 28 Hot water pipe 31 Bath 32 Heating pipe 33 Heating return pipe 40a-40e Hot water storage temperature detection means (Remaining hot water thermistor)
41 Incoming water temperature detecting means 42 Hot water temperature detecting means (hot water temperature sensor)
51 Control means
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