JP4898368B2

JP4898368B2 - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP4898368B2
Application number: JP2006255501A
Authority: JP
Inventors: 真典上田; 亮荒木; 雄志加勢
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2008075958A

Description

この発明は、ヒートポンプ式給湯機の停電等による給電停止時の凍結防止に関するものである。

従来からヒートポンプによって水を温め貯湯タンクに貯湯するヒートポンプ式給湯機が使用されている。ここで外部の温度が低下した時に、ヒートポンプと貯湯タンクとを接続する循環配管内および冷媒−水熱交換器内に残留する湯水が冷えて凍結することを防止するために、循環配管にヒータを設置することが実施されている。その一方で循環ポンプを運転して湯水を循環させることで凍結防止を行うようにしているものがあった。（例えば、特許文献１参照。）
２００２−０４８３９９号公報

ところでこの従来のものは停電等の給電停止により電源が途切れた場合、循環配管に配置したヒータの作動や循環ポンプを運転して湯水を循環させる凍結防止運転は不可能となり、外気温度が氷点下である時に給電が停止した場合には、ヒートポンプと貯湯タンクとを接続する循環配管内および冷媒−水熱交換器の水通路内に残留する湯水が冷えて凍結するおそれがあると言う大きな問題点を有するものであった。

この発明は上記課題を解決するために、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段内に収納される冷媒−水熱交換器とを湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒−水熱交換器に供給するヒーポン往き管と前記冷媒−水熱交換器で熱交換された湯水を前記貯湯タンクに戻すヒーポン戻り管とから構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプとを備えたヒートポンプ式給湯機に於いて、前記ヒーポン往き管に設けられ給電時は開弁し給電停止時には閉弁する流出防止手段と、前記ヒーポン戻り管に設けられ前記貯湯タンクから前記冷媒−水熱交換器側への湯水の逆流を阻止する逆止弁と、前記流出防止手段よりも下流側且つ前記逆止弁よりも上流側にある前記ヒートポンプ式加熱手段内の前記ヒーポン循環回路または前記冷媒−水熱交換器を構成する水通路の中で、高さ位置が最下部となる位置に、給電時は排水路を閉弁し給電停止時には排水路を開弁する開閉手段とを備え、給電停止時には、前記開閉手段が排水路を開弁すると共に、前記流出防止手段が閉弁し、前記ヒートポンプ式加熱手段内の前記ヒーポン循環回路内および前記冷媒−水熱交換器を構成する水通路内の湯水を排水すると共に、前記貯湯タンクからの湯水の流出を防ぐものとした。

この発明によれば、停電等で給電停止した場合には、流出防止手段よりも下流側且つ逆止弁よりも上流側にあるヒートポンプ式加熱手段内のヒーポン循環回路または冷媒−水熱交換器を構成する水通路の中で、高さ位置が最下部となる位置に備えた開閉手段が排水路を開弁することで、ヒートポンプ式加熱手段内のヒーポン循環回路内および冷媒−水熱交換器の水通路内に残留する湯水を排水でき、さらに、流出防止手段の閉弁とヒーポン戻り管に設けられ貯湯タンクから冷媒−水熱交換器側への湯水の逆流を阻止する逆止弁によって、貯湯タンク内の湯水の流出を防ぎ、もし外気温度が氷点下である時に停電等で給電停止した場合でも、ヒートポンプ式加熱手段内のヒーポン循環回路内および冷媒−水熱交換器の水通路内に残留する湯水の排水を行い凍結を防止することができると共に、貯湯タンク内の湯水を無駄に流出することがないものである。

次にこの発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯機を図１に基づき説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１内の温水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、３は前記ヒートポンプ式加熱手段２の凝縮器としての冷媒−水熱交換器、４はヒーポン循環回路で、前記貯湯タンク１の底部と冷媒−水熱交換器３とを結び貯湯タンク１内の湯水を冷媒−水熱交換器３に供給するヒーポン往き管５と、冷媒−水熱交換器３と貯湯タンク１上部とを結び冷媒−水熱交換器３で熱交換された温水を貯湯タンク１上部に戻すヒーポン戻り管６とから構成され、７は前記ヒーポン循環回路４に設けられて貯湯タンク１の湯水を循環させるヒーポン循環ポンプである。

８は貯湯タンク１の下端に接続され前記貯湯タンク１に水を給水する入水管、９は前記貯湯タンク１の上端に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管、１０は前記入水管８から分岐された給水管、１１は前記出湯管９からの出湯と給水管１０からの給水を混合して設定温度の湯を供給する給湯混合弁である。

ここで前記ヒートポンプ式加熱手段２は、凝縮器としての前記冷媒−水熱交換器３と圧縮機１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４とで構成され、このヒートポンプ式加熱手段２の冷媒には二酸化炭素が用いられ超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。

１５は冷媒−水熱交換器３を構成する湯水が通る水通路、１６は給電時に閉弁し停電等の給電停止時には排水路１７を開弁する開閉手段としての電磁弁、１８は給電時は開弁し停電等の給電停止時には閉弁することで貯湯タンク１から湯水の流出を防ぐ流出防止手段としての電磁弁、１９は前記貯湯タンク１から前記冷媒−水熱交換器３側への湯水の逆流を阻止する逆流防止手段としての逆止弁、２０は前記冷媒−水熱交換器３の水通路１５内や前記ヒーポン循環回路４内に溜まる空気を排出する空気排出手段としての空気抜き弁である。

２１は、前記給湯混合弁１１の駆動を制御し、さらに前記ヒートポンプ式加熱手段２の構成要素と前記ヒーポン循環ポンプ７の駆動を制御することで冷媒−水熱交換器３に流入してきた湯水を所望の沸き上げ温度まで沸き上げるようにしている制御手段で、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている。

なお、図２（ａ）、（ｂ）は前記電磁弁１６の給電時の作動、停電等の給電停止時の作動を示したものである。前記電磁弁１６は給電時にはコイル２２に電流が流れ、先端に弁体２３が直結した可動鉄片であるプランジャ２４に電磁力がここでは下方向に加わり弁は閉弁する。その際、バネ２５はプランジャ２４によって縮められた状態となる。ここで停電等で給電が停止されるとコイル２２に電流は流れないので電磁力は発生せず、縮められたバネ２５が元の状態に戻ろうとする力がプランジャ２４に上方向に働くことで弁は開弁する。

即ち、給電時は電磁力により閉弁し停電等の給電停止時にはバネ２５の力によって開弁する構成となっている。本実施形態では電磁弁１６には弁体２３とプランジャ２４が一体となった直動式の電磁弁を用いたが、給電時は閉弁し停電等の給電停止時には開弁する電磁弁であれば直動式でなくとも採用することができる。

また、図３（ａ）、（ｂ）は前記電磁弁１８の給電時の作動、停電等の給電停止時の作動を示したもので図２と同一部分には同一符号を付すものとする。前記電磁弁１８は給電時にはコイル２２に電流が流れ、先端に弁体２３が直結した可動鉄片であるプランジャ２４に電磁力がここでは上方向に加わり弁は開弁する。その際、バネ２５はプランジャ２４によって縮められた状態となる。ここで停電等で給電が停止されるとコイル２２に電流は流れないので電磁力は発生せず、縮められたバネ２５が元の状態に戻ろうとする力がプランジャ２４に下方向に働くことで弁を閉弁する。

即ち、給電時は電磁力により開弁し停電等の給電停止時にはバネ２５の力によって閉弁する構成となっている。本実施形態では電磁弁１８には弁体２３とプランジャ２４が一体となった直動式の電磁弁を用いたが、給電時は開弁し停電等の給電停止時は閉弁する電磁弁であれば直動式でなくとも採用することができる。

次に、図１に示す一実施形態の作動において、貯湯タンク１内にヒートポンプ式加熱手段２で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御手段２１は深夜時刻になると時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始すると共に、ヒートポンプ式加熱手段２およびヒーポン循環ポンプ７の駆動して、貯湯タンク１の底部から取り出した湯水をヒートポンプ式加熱手段２により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク１の上部に積層させるように貯湯する。そして所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ７およびヒートポンプ式加熱手段２を停止して貯湯運転を終了する。

次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管８から貯湯タンク１内に給水されると同時に出湯管９から高温水が出湯される。このとき、貯湯タンク１の底部には低温の給水が高温水と入れ替わりで貯められる。そして、この出湯管９からの高温水は給湯混合弁１１に流入し、前記制御手段２０により制御される給湯混合弁１１によって給水管１０からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。

次に、停電等で給電停止した場合の作動について説明する。
電力供給側の事情や落雷、事故等で電力を供給できない場合、ヒーポン循環回路４を構成するヒーポン往き管５に備えられた電磁弁１６が図２（ａ）、（ｂ）に示した作動により停電等の給電停止時には弁を開弁し排水路１７から排水でき、もし外気温度が氷点下である時に停電等で給電が停止した場合でも、前記ヒーポン循環回路４内と冷媒−水熱交換器３の水通路１５内と貯湯タンク１内に残留する湯水の排水を行い凍結を防止することができるものである。

この時、電磁弁１６はヒーポン循環回路４および冷媒−水熱交換器３の水通路１５の中で高さ位置が最下部であるところに備えることで、前記ヒーポン循環回路４内と冷媒−水熱交換器３の水通路１５内と貯湯タンク１内に残留する湯水を残さず排水できる。

しかし、電磁弁１６を備えただけではヒーポン循環回路４内および冷媒−水熱交換器３の水通路１５内の湯水のみならず、貯湯タンク１内の湯水まで排水してしまう。そこでヒーポン往き管５と貯湯タンク１との接続部近傍に電磁弁１８、ヒーポン戻り管６と貯湯タンク１との接続部近傍に逆止弁１９をそれぞれ設け、前記電磁弁１８は図３（ａ）、（ｂ）に示した作動により停電等の給電停止時には弁を閉弁することで貯湯タンク１内の湯水の流出を防ぎ、前記逆止弁１９は前記貯湯タンク１から前記冷媒−水熱交換器３側へ湯水が逆流するのを防ぐことで、停電等の給電停止時には前記貯湯タンク１内の湯水を無駄に流出することなく、前記ヒーポン循環回路４内および前記冷媒−水熱交換器３の水通路１５内に残留する湯水の排水を行い凍結を防止することができるものである。

ここで、電磁弁１６はヒーポン循環回路４内および冷媒−水熱交換器３の水通路１５内に残留する湯水を残さず排水するために、ヒーポン循環回路４中で高さ位置が最下部で、且つ前記冷媒−水熱交換器３と電磁弁１８との間に備えられるのが良く、さらにヒートポンプ式加熱手段２内に収納されているヒーポン循環回路４中に備えると、組み立て時にヒートポンプ式加熱手段２として組み付けられ、配管作業時に取り付けるような手間がいらず便利である。

また、冷媒−水熱交換器３の水通路１５が高さ位置で最下部である場合には該冷媒−水熱交換器３の水通路１５の最下部に電磁弁１６を備えても良い。

また、冷媒−水熱交換器３の水通路１５が高さ位置で最下部でない場合でも、電磁弁１６を該冷媒−水熱交換器３の水通路１５に備えても良く、この場合は前記冷媒−水熱交換器３の水通路１５の最下部に電磁弁１６を備え、最悪でも前記冷媒−水熱交換器３の水通路１５内の水が抜け、前記冷媒−水熱交換器３の水通路１５の凍結を防止できれば良いものである。

さらに、ヒーポン循環回路４内に空気抜き弁２０が備えてあることによって、排水時には空気抜き弁２０内部の水位が下がり弁が開弁され空気を取り込み、取り込まれた空気と残留する湯水が入れ替わることでヒーポン循環回路４内および冷媒−水熱交換器３の水通路１５内に残留する湯水を速やかに排水することができるものである。

また、空気抜き弁２０は冷媒−水熱交換器３の水通路１５内や前記ヒーポン循環回路４内に溜まる空気を排出するためヒーポン循環回路４の中で高さ位置が最上部で、且つ前記冷媒−水熱交換器３と逆止弁１９との間に備えられるのが良く、さらにヒートポンプ式加熱手段２内に収納されているヒーポン循環回路４中に備えると、組み立て時にヒートポンプ式加熱手段２として組み付けられ、配管作業時に取り付けるような手間がいらず便利である。

また、冷媒−水熱交換器３の水通路１５が高さ位置で最上部である場合には該冷媒−水熱交換器３の水通路１５の最上部に空気抜き弁２０を備えても良い。

この発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯機を示す概略構成図。同開閉手段を構成する電磁弁の一例を示す断面図。同開閉手段と逆動作する電磁弁の一例を示す断面図。

符号の説明

１貯湯タンク
２ヒートポンプ式加熱手段
３冷媒−水熱交換器
４ヒーポン循環回路
７ヒーポン循環ポンプ
８入水管
９出湯管
１５冷媒−水熱交換器を構成する水通路
１６開閉手段（電磁弁）
１７排水路

Claims

入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段内に収納される冷媒−水熱交換器とを湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク内の湯水を前記冷媒−水熱交換器に供給するヒーポン往き管と前記冷媒−水熱交換器で熱交換された湯水を前記貯湯タンクに戻すヒーポン戻り管とから構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプとを備えたヒートポンプ式給湯機に於いて、前記ヒーポン往き管に設けられ給電時は開弁し給電停止時には閉弁する流出防止手段と、前記ヒーポン戻り管に設けられ前記貯湯タンクから前記冷媒−水熱交換器側への湯水の逆流を阻止する逆止弁と、前記流出防止手段よりも下流側且つ前記逆止弁よりも上流側にある前記ヒートポンプ式加熱手段内の前記ヒーポン循環回路または前記冷媒−水熱交換器を構成する水通路の中で、高さ位置が最下部となる位置に、給電時は排水路を閉弁し給電停止時には排水路を開弁する開閉手段とを備え、給電停止時には、前記開閉手段が排水路を開弁すると共に、前記流出防止手段が閉弁し、前記ヒートポンプ式加熱手段内の前記ヒーポン循環回路内および前記冷媒−水熱交換器を構成する水通路内の湯水を排水すると共に、前記貯湯タンクからの湯水の流出を防ぐようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。