JP6043958B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプサイクルで加熱したお湯を貯湯タンクに貯湯しておき、そのお湯を給湯するものが普及しており、また、これに貯湯タンクに貯湯されているお湯を用いて温水を生成し、その温水により床暖房を行う等の暖房機能が付加されたタイプも発売されている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１に記載のヒートポンプ給湯機において、床暖房パネルの敷設面積が設定値以上の場合や、暖房パネルの断熱不備等の場合に、常に床暖房の床表面温度を安定温度に保つと、ヒートポンプサイクルの加熱能力よりも大きな暖房能力が必要となり、長時間使用した場合に、温水を加熱するための貯湯タンクに貯湯されているお湯が湯切れを起こしてしまう。

その湯切れを防止するために、床暖房用の温水を、貯湯タンクに貯湯されているお湯により加熱するための暖房用熱交換器の容量に応じて、貯湯タンクに貯湯されているお湯を、暖房用熱交換器を介して循環させる暖房一次側循環ポンプをオンオフ運転させることで、効率良く暖房用熱交換器において熱交換できる。

その結果、床暖房用の温水に放熱後、暖房用熱交換器から貯湯タンクに戻る湯温をより低く抑えられるため、ヒートポンプサイクルで加熱したお湯を貯湯タンクに貯湯する沸き上げ運転時の、ヒートポンプサイクルのＣＯＰを高くすることができる。

特開２００７−８５６６３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ヒートポンプサイクルで加熱したお湯を貯湯タンクに貯湯する沸き上げ運転時において析出した空気（溶存酸素）が、貯湯タンク上部に滞留するため、沸き上げ運転後の、最初の床暖房運転時に、床暖房用の温水を加熱するために、貯湯タンクに貯湯されているお湯を、暖房一次側循環ポンプを運転させ、暖房用熱交換器に送る場合、暖房一次側循環ポンプに空気が混入してしまい、暖房一次側循環ポンプは空気をそのまま押し出すことができず、エア噛み運転となってしまい、暖房運転を実施できなくなるという課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、安定した暖房運転を実現できるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器から形成されるヒートポンプサイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱された湯を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯を暖房一次側循環ポンプにより循環させ、暖房用熱交換器にて放熱させる暖房一次回路と、前記暖房用熱交換器にて受熱した湯を暖房二次側循環ポンプにより循環させ、放熱手段にて放熱させる暖房二次
回路と、前記暖房用熱交換器から前記放熱手段に流れる湯の温度を検出する温度検出手段と、制御手段とを備え、暖房運転開始後、前記温度検出手段の検出温度が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転させることを特徴とするものである。

これにより、沸き上げ運転後の、最初の床暖房運転時に、床暖房用の温水を加熱するために、貯湯タンクに貯湯されているお湯を、暖房一次側循環ポンプを運転させ、暖房用熱交換器に送る場合、暖房一次側循環ポンプに空気が混入してしまっても、前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転することで、暖房一次側循環ポンプから空気を押し出すことができ、安定した暖房運転を実現できるヒートポンプ給湯機を提供できる。

本発明によれば、安定した暖房運転を実現できるヒートポンプ給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同ヒートポンプ給湯機の運転動作のタイムチャート

第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器から形成されるヒートポンプサイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱された湯を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯を暖房一次側循環ポンプにより循環させ、暖房用熱交換器にて放熱させる暖房一次回路と、前記暖房用熱交換器にて受熱した湯を暖房二次側循環ポンプにより循環させ、放熱手段にて放熱させる暖房二次回路と、前記暖房用熱交換器から前記放熱手段に流れる湯の温度を検出する温度検出手段と、制御手段とを備え、暖房運転開始後、前記温度検出手段の検出温度が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転させることを特徴とするヒートポンプ給湯機である。

これにより、沸き上げ運転後の、最初の床暖房運転時に、床暖房用の温水を加熱するために、貯湯タンクに貯湯されているお湯を、暖房一次側循環ポンプを運転させ、暖房用熱交換器に送る場合、暖房一次側循環ポンプに空気が混入してしまっても、前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転することで、暖房一次側循環ポンプから空気を押し出すことができ、安定した暖房運転を実現できるヒートポンプ給湯機を提供できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転させる運転開始後、所定時間経過時および／または前記温度検出手段の検出温度が所定値より高くになった時、前記制御手段は、通常運転に変更することを特徴とするものである。

これにより、暖房一次側循環ポンプから空気を押し出すことができたら、通常運転に移行することで、安定した暖房運転を実現できるヒートポンプ給湯機を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、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。

（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図を示すもので
ある。

図１において、ヒートポンプサイクルは、二酸化炭素冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する圧縮機１、その吐出冷媒と水とを熱交換しお湯を生成する水冷媒熱交換器２、水と熱交換した後の冷媒を減圧させる減圧手段である膨張弁３、そして、減圧後の冷媒に吸熱させる空気熱交換器である蒸発器４で構成されている。

５は、水冷媒熱交換器２にて加熱生成されたお湯を貯湯する貯湯タンクで、下部から給水管５ａを通って給水し、上部の出湯管５ｂから端末へ出湯する。

貯湯タンク５には、湯温を検出するためのタンク湯温検出手段６（６ａ〜６ｅ）が配設されており、貯えられている湯量と湯温を常に検出することができる。

７は、貯湯タンク５内の水を、水冷媒熱交換器２を介して循環させる沸き上げ循環ポンプで、水冷媒熱交換器２において、圧縮機１からの吐出冷媒と貯湯タンク５からの水とを対向流で熱交換する構成としている。

すなわち、貯湯タンク５の下部から沸き上げ循環ポンプ７、水冷媒熱交換器２、貯湯タンク５の上部を順次接続する加熱回路を構成している。

９は出湯温度検出手段であり、水冷媒熱交換器２で加熱された湯温を検出するため、水冷媒熱交換器２の出口に設けられており、出湯温度検出手段９の検出温度が、所定温度となるように沸き上げ循環ポンプ７の回転数を制御して、加熱回路の循環流量を制御している。

１７は放熱手段となる、例えば床暖房パネルであり、貯湯タンク５上部の温水を熱源として暖房する。つまり、本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、給湯機能と暖房機能の２つの機能を備えた多機能給湯機である。

１１は暖房用熱交換器であり、貯湯タンク５上部から貯湯タンク５中間部あるいは下部に循環する貯湯タンク５内の温水と、放熱手段１７を循環する暖房循環液とを熱交換するものである。

なお、本実施の形態では以下の説明において、貯湯タンク５上部から貯湯タンク５中間部あるいは下部に循環する途中に暖房用熱交換器１１を備えた回路を暖房一次回路と称する。

１２は暖房一次側循環ポンプであり、流量可変のポンプ、または一定の流量でのオンオフ運転をするポンプで構成し、貯湯タンク５上部の温水を、暖房用熱交換器１１に循環して貯湯タンク５中間部あるいは下部に戻す構成としている。

１３は暖房二次側循環ポンプであり、暖房用熱交換器１１と放熱手段１７の間の暖房用循環液、例えば水や不凍液を循環する。

１４は暖房用熱交換器１１から放熱手段１７に流入する暖房用循環液の温度を検出する暖房往き温度検出手段、１５は放熱手段１７から暖房用熱交換器１１に戻る暖房用循環液の温度を検出する暖房戻り温度検出手段である。

なお、本実施の形態では以下の説明において、放熱手段１７、暖房用熱交換器１１、暖房二次側循環ポンプ１３を備えた回路を暖房二次側回路と称する。

通常、暖房二次側循環ポンプ１３は一定速のＡＣポンプか、放熱手段の負荷に合わせたＤＣポンプの一定速にて運転が行われるため、制御手段（図示せず）は、暖房往き温度検出手段１４の検出温度が所定温度になるように、暖房一次側循環ポンプ１２の流量を制御する。これにより、放熱手段１７に対して安定した熱量の供給を行うことができる。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用について説明する。本発明の第１の実施の形態におけるタイミングチャートを図２に示す。

まず、冷時からの暖房立ち上がりにおいては、放熱手段１７の表面温度を早急に暖めるため、運転起動時からしばらくの間は、放熱手段１７への温水往き温度をある一定の高温に保つように、暖房運転を行う。

この時、温水往き温度を高温に保つように運転しているにも関らず、暖房往き温度検出手段１４の検出温度が所定値（例えば、２０℃）以下の時には、暖房一次側循環ポンプ１２がエア噛み運転になっていると判断し、制御手段（図示せず）により、所定時間（例えば、３分）が経過するまで、暖房一次側循環ポンプ１２の循環流量を上昇させ（例えば、５Ｌ／ｍｉｎ）エア抜き運転を行う。

所定時間（例えば、３分）経過後、または、暖房往き温度検出手段１４の検出温度が所定値（例えば、２０℃）より高くなった時、または、所定時間（例えば、３分）経過後で暖房往き温度検出手段１４の検出温度が所定値（例えば、２０℃）より高くなった時には、暖房一次側循環ポンプ１２の循環流量を通常流量（例えば、２Ｌ／ｍｉｎ）に変更する。

なお、暖房一次側循環ポンプ１２の循環流量を通常流量に変更する温度は、暖房一次側循環ポンプ１２の循環流量を上昇させる温度と同一でなくて、それよりも高くてもよい。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、暖房往き温度が所定の温度に上昇するまで暖房一次側循環ポンプ１２の循環流量を上昇させ、暖房一次側循環ポンプ１２内に入った空気を押し出し、エア噛み運転になることを防止することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、安定した暖房運転を実現できる効果を有するため、家庭用・業務用問わず暖房機能を有するヒートポンプ給湯機に適用できる。

１ 圧縮機
２ 水冷媒熱交換器
３ 膨張弁（減圧手段）
４ 蒸発器
５ 貯湯タンク
６ａ〜６ｅ タンク湯温検出手段
７ 沸き上げ循環ポンプ
９ 出湯温度検出手段
１１ 暖房用熱交換器
１２ 暖房一次側循環ポンプ
１３ 暖房二次側循環ポンプ
１４ 暖房往き温度検出手段
１７ 放熱手段

Claims (2)

1. 圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器から形成されるヒートポンプサイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱された湯を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯を暖房一次側循環ポンプにより循環させ、暖房用熱交換器にて放熱させる暖房一次回路と、前記暖房用熱交換器にて受熱した湯を暖房二次側循環ポンプにより循環させ、放熱手段にて放熱させる暖房二次回路と、前記暖房用熱交換器から前記放熱手段に流れる湯の温度を検出する温度検出手段と、制御手段とを備え、暖房運転開始後、前記温度検出手段の検出温度が所定値以下の場合に、前記制御手段は、前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転させることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記暖房一次側循環ポンプによる湯の循環流量を、通常運転時よりも大きくして運転させる運転開始後、所定時間経過時および／または前記温度検出手段の検出温度が所定値より高くになった時、前記制御手段は、通常運転に変更することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。