專利名稱：熱泵熱水供給裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可以將利用水制冷劑熱交換器加熱過的熱水直接向出水末端供給的熱泵熱水供給裝置。
背景技術：
一般地，熱泵熱水供給裝置通過在電力便宜的夜間使加熱裝置工作，并將熱水注滿貯熱水箱貯存起來，來供給白天使用。并且，一般，是將給水加熱的熱源單元的加熱能力和貯存被加熱過的熱水的貯熱水箱容量1對1的組合使用，按照貯熱水容量設定熱泵制冷劑回路的加熱能力。即，在這樣的熱水供給裝置中，在相對于小貯熱水容量而熱泵加熱能力大的情況下，由于以超出需要的大能力短時間燒熱，故不得不進行效率低下的運轉，與此相反，相對于大貯熱水容量而熱泵加熱能力小的情況下，不能在規定的時間內使貯熱水箱內全部的水都燒熱。
因此，提出了一種裝置(參照專利文獻1)，該裝置具有根據貯熱水箱的貯熱水容量設定機構的設定、對熱泵制冷劑回路的加熱能力進行設定的能力設定機構，設定與熱源單元組合的貯熱水單元的貯熱水容量相適的規定的加熱能力，來運轉熱泵制冷劑回路。
這樣，相對于一個技術規格的熱泵熱源單元，即使組合貯熱水容量不同的貯熱水單元，也可以實現不降低效率的運轉，并能夠確保需要的熱水量。
專利文獻特開2003-247748號公報(第3頁、第1圖)發明內容然而，專利文獻1的熱水供給裝置，絲毫沒有考慮設置性、施工性和使用者的使用便利性。在此，關于設置性，由于是貯熱水式，需要大容量的貯熱水箱，需要大的設置面積和足夠的地面強度，很難安裝在集合住宅那樣狹窄的場所或強度不夠大的場所。另外，關于施工性，必須要進行用于強化地面強度的基礎工程。
再者，關于使用者的使用便利性，例如，在外部氣體溫度低的冬天熱水的使用量增加時，由于熱水量不足，貯熱水箱的熱水用完，而一旦引起熱水斷流，到再使規定量的熱水燒熱需要很長時間。并且，由于長時間貯藏比周圍溫度高的大量的熱水，從貯熱水箱的大表面散熱而浪費能量，故必須對由此導致的溫度下降的部分在夜間以一定裕量地進行加溫。
本發明以提供一種具有良好的設置性、施工性、和使用便利性的熱泵熱水供給裝置作為課題。
為了解決上述課題，本發明的熱泵供給裝置，其特征在于，具有加熱單元，其具有利用熱泵循環對供給的非加熱水進行加熱的加熱機構和控制該加熱機構的控制回路；貯熱水單元，其具有連接具備溫度傳感器的貯熱水箱和供水管的非熱水導出口；以及利用所述加熱機構所加熱過的非加熱水和所述貯熱水箱內的熱水、供給基于所述控制回路指令的溫度的熱水的供給熱水回路；通過非加熱水配管、加熱水配管和控制布線連接所述加熱單元和所述貯熱水單元。
根據該結構，加熱單元可以集約加熱所必需的結構，并且還可以集約驅動熱泵循環的驅動電源那樣的電氣布線，而設置性和施工性良好。另外，集約了供水和非加熱水的導出以及用加熱單元加熱后的熱水的導入和熱水的供給等、水流一圈的貯熱水單元，如果設置在水配管集中了的場所附近，就進一步增加了施工性，根據被稱為所謂弱電的傳感器和電磁閥等電氣品的布線結構、用容易引繞的控制布線只與加熱單元連接，所以設置性和施工性良好。
除上述結構外，還可以采用這樣的構成所述加熱單元，還具有向加熱機構供給非加熱水的非加熱水泵，所述控制回路，當沒有來自所述熱水供給回路的出熱水時，驅動所述非加熱水泵對所述貯熱水箱內的熱水進行加熱。
為了進一步解決上述課題，本發明的熱泵熱水供給裝置，具有熱泵制冷劑回路，其通過制冷劑管道分別連接壓縮機、進行與由該壓縮機壓縮的制冷劑和水間的熱交換的水制冷劑熱交換器、對熱交換后的制冷劑進行減壓的減壓裝置、進行與減壓后的制冷劑和空氣的熱交換的蒸發器；熱水供給回路，其通過水管道連接供水口、對供給的水進行分配的旁通閥、供水單向閥、對分配的水進行加熱的所述水制冷劑熱交換器、通過第1流量調整閥輸出加熱后的熱水的出熱水口；供水回路，其通過水管道連接所述供水口、所述旁通閥、使所述熱水供給回路的所述第1流量調整閥和所述出熱水口之間分配后殘留的水合流的流路；貯熱水箱追焚回路，其通過水管道連接從所述熱水供給回路分出的分歧配管、通過第2流量調整閥連接的貯熱水箱、在所述熱水供給回路的旁通閥和供水單向閥間從所述貯熱水箱的下部使熱水合流的流路、與所述熱水供給回路的供水單向閥并連的循環泵、所述熱水供給回路的水制冷劑熱交換器；控制回路；浴池遙控器；廚房遙控器；和各傳感器；由運轉控制機構構成，該運轉控制機構根據所述各遙控器的操作·設定和各傳感器的檢測值，所述控制回路運轉控制所述熱泵制冷劑回路、熱水供給回路、供水回路、貯熱水箱追焚回路的部件；該熱泵熱水供給裝置具有控制機構，該控制機構在熱泵制冷劑回路在逐漸升溫的過程中，在調整第1流量調整閥和第2流量調整閥的開度的同時，從箱出熱水切換成同時出熱水，當熱泵制冷劑回路進一步充分升溫時，從同時出熱水切換成直接出熱水，其特征在于，通過供水側連接配管、熱水供給側連接配管、低電壓控制配管連接熱源單元和貯熱水單元，該熱源單元由熱泵制冷劑回路、熱水供給回路的供水單向閥和水制冷劑熱交換器、貯熱水箱追焚回路的循環泵、運轉控制機構的控制回路和各傳感器構成，該貯熱水單元由根據所述運轉控制機構指令進行直接出熱水和箱出熱水及同時出熱水切換的熱水供給回路、供水回路、貯熱水箱追焚回路、所述運轉控制機構的各傳感器構成。
根據上述結構，由于在熱泵制冷劑回路升溫后，從用水制冷劑熱交換器加熱后的熱水和箱內熱水的混合出水，切換成只直接出熱水，所以可以減少貯熱水箱內貯存的熱水的使用量，減小貯熱水箱容量，可以使之輕量化，因此，可以將和熱源單元分離的貯熱水單元設置在狹窄的場所或具有正常強度的場所。該情況下，由于貯熱水單元通過低電壓控制布線與熱源單元的控制回路連接，所以不需要在貯熱水箱測確保專用電源。
并且，為了達成本發明的目的，在上述結構的基礎上，還具有由設定貯熱水單元的貯熱水容量的貯熱水容量設定機構、存儲連續供給熱水的最大負載的連續最大負荷存儲機構、算出所需要的直接出熱水能力的直接出熱水能力運算機構，將熱源單元的熱泵加熱能力設定為規定值的熱泵加熱能力設定機構，來控制壓縮機運轉臺數和壓縮機轉數。
根據上述結構，使用者可根據使用者的生活方式或人數構成、設置面積等選擇貯熱水單元的貯熱水容量，同時，熱泵制冷劑回路備有多臺由逆變器控制可以控制轉數的壓縮機，因此可以通過熱泵加熱能力設定機構、根據貯熱水容量將熱泵加熱能力設定成規定的值，必要時可以熱水不斷地供給需要量的熱水。
并且，由于具有將循環泵的水循環量控制為不打亂貯熱水箱內溫度的兩層分布的規定循環量的循環泵控制機構，所以即使因使用者的房屋狀況而熱源單元、貯熱水單元、和連接配管的設置狀況不同、造成水配管的壓力損失離散的情況下，也可以將水循環量控制為最佳，因此，可以維持熱泵的高效率。
并且，在外部氣溫、或滯留在貯熱水箱追焚回路的水管道內的水的溫度下降到比第一規定溫度低的情況下，使所述貯熱水箱追焚回路的水循環，在下降到低于比第一規定溫度還低的第二規定溫度的情況下，使熱泵制冷劑回路運轉，使所述貯熱水箱追焚回路的水循環，由此，可以防止水管道內水的凍結。
并且，使熱泵熱水供給裝置的熱源單元的加熱能力為10～15kW，且貯熱水單元的貯熱水容量為20～200L左右，這樣，可以使熱泵制冷劑回路的壓縮機為1臺，可以以低電耗確保直接出熱水能力、正常使用時的連續出熱水能力，也可以縮短貯熱水箱燒熱時間，能夠以更小型、輕量、低成本提供設置性、施工性、和使用者的使用便利性俱佳的熱水供給裝置。
并且，當熱泵制冷劑回路中使用的制冷劑為二氧化碳時，超臨界狀態的制冷劑的特性對于高溫的熱水供給加熱或成為加熱介質的熱水的加熱可以做到是合適的。
根據本發明，能夠消除熱水告磬，并且能夠提高設置性、施工性和使用者的使用便利性。涉及一種將熱源部和貯熱水部分離，提高了設置性、施工性和使用者的使用便利性的熱泵熱水供給裝置。
圖1是表示本實施方式的熱泵熱水供給裝置的一例的部件結構圖；圖2是表示本實施方式的熱泵熱水供給裝置的一例的功能結構圖；圖3是表示本實施方式的熱泵熱水供給裝置的一例的水循環量特性圖；圖4是表示本實施方式的熱泵熱水供給裝置的一例的出熱水能力特性圖。
圖中1...熱泵制冷劑回路3...熱水供給回路5...運轉控制機構14...水制冷劑熱交換器33...旁通閥45...循環泵47...供水單向閥60...出熱水流量調整閥70...箱流量調整閥75...貯熱水箱A...熱源單元B...貯熱水單元具體實施方式
下面，參照
本發明的實施方式。
實施例1圖1是表示使用本發明構成的熱泵熱水供給裝置的部件結構圖。如圖所示，熱泵熱水供給裝置的部件結構，具有熱泵制冷劑回路1；熱水供給回路3；以及運轉控制機構5。并且，在設置方式上，由熱源單元A和貯熱水單元B構成，并通過供水側連接配管91、熱水供給側連接配管93、和低電壓控制布線95互相連接。并且，熱源單元A與各遙控器及電源(未圖示)連接，貯熱水單元B與供水及出熱水配管連接。
熱泵制冷劑回路，采用由2個制冷劑回路構成的2循環方式，由第一閉合回路和第二閉合回路構成，該第一閉合回路依次連接有壓縮機11a、水制冷劑熱交換器14、減壓裝置17a、蒸發器22a，該第二閉合回路依次連接有壓縮機11b、水制冷劑熱交換器14、減壓裝置17b、蒸發器22b，在各回路中密封有制冷劑。壓縮機11a、11b是容量可控制的，在進行大量熱水供給的情況下可以以大容量運轉。在此，壓縮機11a、11b通過PWM(脈寬調制)控制、電壓控制(例如PAM控制)和它們的組合控制，可以從低速(例如1000轉/分)到高速(例如8000轉/分)自由控制轉數。水制冷劑熱交換器14由制冷劑側傳熱管和供水側傳熱管構成，在該制冷劑側傳熱管和給水側傳熱管之間進行熱交換。蒸發器22a、22b由進行空氣和制冷劑的熱交換的空氣制冷劑熱交換器構成。
熱水供給回路3，由直接出熱水回路、箱出熱水回路、貯熱水箱追焚回路構成。直接出熱水回路，設于貯熱水單元B上的供水口，通過具有減壓閥和檢測供水的供水水量傳感器(均未圖示)的配管31，并通過旁通閥33、配管35、配管38、供水側連接配管91，依次連接到熱源單元A。進而，通過配管42、供水單向閥47、配管49、水制冷劑熱交換器的供水側傳熱管51、52、熱水供給配管54、熱水供給側配管93，再通過水配管依次連接貯熱水單元B的配管56、配管58、出熱水流量調整閥60、配管62、配管64而構成。在此，旁通閥33，不僅向直接出熱水回路的水管道供水，而且是為對出熱水的水溫進行調節可以經分歧配管36向出熱水配管64分配水的比例閥。另外，，供水單向閥47，是只向一個方向流水，防止逆流。
在上述結構中，當出熱水末端的水龍頭打開時，由于水道壓力從供水口流入的水流，在旁通閥33、分歧配管36、出熱水配管64的路徑流動時，供水水量傳感器檢測供水，由運轉控制機構5打開出熱水流量調節閥60，使熱泵制冷劑回路1開始運轉，同時，通過水道壓力將水導向水制冷劑熱交換器14進行熱交換，使加熱后的熱水能夠直接出熱水。另外，出熱水量可以通過調整出熱水流量調整閥60的開度，來自由調整。
箱出熱水回路，設于貯熱水單元B上的供水口，通過具有減壓閥和檢測供水的供水水量傳感器(均未圖示)的配管31連接至旁通閥33，通過配管35、配管40依次連接至貯熱水箱75，進而，經箱上部的配管72和箱流量調整閥70、經水配管依次連接到所述直接出熱水回路。在上述結構中，當與直接出熱水回路同樣地檢測供水時，由運轉控制機構5打開出熱水流量調整閥60和箱流量調整閥70，使熱泵制冷劑回路1開始運轉，同時，利用水道壓力通過配管40將水導向貯熱水箱75，從貯熱水箱75的下面將水向上提升，由此，可以輸出貯存在上部的熱水。并且，可以通過調整出熱水流量調整閥60和箱流量調整閥70，自由調整出熱水量。
貯熱水箱追焚回路，通過貯熱水單元B的貯熱水箱75、配管40、配管38、供水側連接配管91連接到熱源單元A。進而，通過配管42、循環泵45、配管49、水制冷劑熱交換器的供水側傳熱管51、52、熱水供給配管54、熱水供給側連接配管93，再次連接到貯熱水單元B的配管56，經箱流量調整閥70通過配管72依次連接到貯熱水箱75。在上述結構中，利用運轉控制機構5，進行熱泵制冷劑回路1的運轉，在水制冷劑熱交換器14的溫度充分升高后箱流量調整閥70打開、當使循環泵45運轉時，經由水配管將貯熱水箱75下部的低溫水導向水制冷劑熱交換器14，再次加熱后，再作為充分升溫了的熱水貯存在貯熱水箱75的上部。在此，貯熱水箱75構成為呈圓筒狀沿縱長方向形成的小容量箱，是以往貯熱水方式的貯熱水箱的1/10～1/2左右的小貯熱水箱，在用直接出熱水回路的水制冷劑熱交換器14加熱的熱水的溫度低的情況下，是貯存可以與來自直接出熱水回路的熱水混合的高溫的熱水。
運轉控制機構5中，控制回路101存在于熱源單元A的內部，根據浴池遙控器器103、廚房遙控器器104的操作設定和各傳感器的檢測值，進行熱泵制冷劑回路101的運轉·停止及壓縮機11a、11b的轉數控制，同時，通過控制循環泵45的運轉·停止、旁通閥33、出熱水流量調整閥60、箱流量調整閥70，進行直接出熱水運轉、箱出熱水運轉、同時出熱水運轉、貯熱水箱追焚運轉。另外，各傳感器中包括檢測各部的溫度狀態的溫度傳感器、檢測壓力的壓力傳感器、檢測水量的水量傳感器。
在此，當供水水量傳感器檢測出的流量未達到規定值時，只進行箱出熱水運轉，在規定值以上時，如上所述從箱出熱水運裝經同時出熱水運轉切換成只進行直接出熱水運轉。并且，進行如下控制控制壓縮機11a、11b的轉數，以使在運轉剛開始后為縮短加熱啟動時間以規定的高速轉數運轉。另外，在出熱水末端的熱水供給使用后，具有進行貯熱水箱追焚運轉后停止運轉的功能。
其次，參照圖1對實施本發明的熱泵熱水供給裝置的運轉動作概要進行說明。打開出熱水末端的水龍頭，未圖示，或當進行浴槽的熱水注入時，運轉控制機構5如上所述檢測出供水，使壓縮機11a、11b起動，使熱泵制冷劑回路3開始運轉，通過直接出熱水回路的供水口、旁通閥33、供水單向閥47、水制冷劑熱交換器14、出熱水流量調整閥60、出熱水配管64，進行直接出熱水運轉，同時，通過箱出熱水回路的供水口、旁通閥33、貯熱水箱75、箱流量調整閥70、分支配管72、出熱水流量調整閥60、出熱水配管64等的箱出熱水回路進行箱出熱水運轉。這時，通過調整箱流量調整閥70和出熱水流量調整閥60的閥的開度，可以慢慢減少箱出熱水量而增加直接出熱水量。
在此，熱泵制冷劑回路1，將用壓縮機11a、11b壓縮的高溫制冷劑送至水制冷劑熱交換器，對從供水配管49流入的水進行加熱并流向熱水供給配管54出。在運轉啟動時，運轉控制機構5在達到高溫穩定狀態所需要的規定時間內、將壓縮機的轉數控制成比正常高速的旋轉，將熱水供給運轉的啟動時間縮短至2～3分鐘左右。然后，在運轉剛開始后的規定時間內，進行了從貯熱水箱供給熱水的箱出熱水運轉之后，運轉控制機構5動作，停止箱出熱水運轉，切換成只進行直接出熱水運轉。另外，運轉控制機構5，在貯熱水箱75的殘余熱水量為規定值以下時，停止箱出熱水運轉，切換成只進行直接出熱水運轉。這時，熱泵制冷劑回路1的加熱能力為大約25～30kW左右，通過2循環方式實現。另外，由于是利用熱泵的加熱方式，即使加熱能力為25～30kW左右，而需要的耗電卻只為5～6kW左右。
再者，當熱水使用結束關閉出熱水末端的水龍頭時，在熱水使用后在進行箱出熱水運轉和直接出熱水運轉的情況下，立即停止所述兩種運轉，如果只有直接出熱水運轉，則停止直接出熱水運轉。進而，運轉控制機構5，開始貯熱水箱追焚的運轉，在通過溫度傳感器等檢測到貯熱水結束并判定為貯熱水結束后終止運轉。如上所述，在運轉控制機構5中，在所有運轉中終止作為目標的運轉后，必須在貯熱水結束之前進行貯熱水箱追焚運轉。
在上述的結構、控制中，熱水供給運轉的啟動時，放出貯存在貯熱水箱內的熱水，補充作為熱泵熱水供給裝置的特征的啟動時的熱泵能力不足，由于在一旦熱泵制冷劑回路升溫后，從供水口供水，將由水制冷劑熱交換器加熱的熱水直接放出，同時，在熱水供給動作終止后，一定要進行貯熱水箱追焚，以備下一次出熱水動作，所以，可以將貯熱水容量作成與各使用者的生活方式或可設置的面積相適應的、需要最小限度的大小。因此，貯熱水單元被小型、輕量化，可以設置在集體住宅的管道空間、儀器盒、或者室內未利用的空間等，地面的強度也不需要特別強化。而且，由于只通過2根水配管和低電壓控制布線與熱源單元進行連接，所以施工簡單至極。即，通過將主要的電氣回路和需要電力的設備及電源回路集中于一個地方，所以能夠減輕在電氣工程上的負擔。另外，選擇設置場所，例如以提高出熱水的即刻應答性為目的，將箱單元設置在離熱水的利用部位近的場所，只通過控制布線和水配管與熱源單元連接，所以設置上的負擔非常小。
實施方式2如上述所說明，各使用者根據希望，可以選擇與貯熱水容量的大小對應的貯熱水單元。在此，我們考慮選擇了貯熱水容量為50L和100L時的兩種情況。在貯熱水式的情況下，使注滿貯熱水容量的熱水在規定的時間內以最好的效率燒熱固然重要，但是在具有直接出熱水功能的情況下，重要的是不受時刻的制約、任何時候都能夠以最高的效率實現無斷熱水的熱水供給。一般地，貯熱水箱內的貯熱水溫度從衛生方面來講被控制在60℃或60℃以上，直接出熱水的熱水溫度為38℃～45℃左右，在考慮到熱泵制冷劑回路的效率和貯熱水時的散熱損失的情況下，盡量進行直接出熱水效率會更高。
在此，在圖2中，運轉控制機構5，具有存儲使用者連續發生的熱水供給負荷的最大值的機構125，扣除由貯熱水箱補充的負荷分擔量121，算出用直接出熱水供給的所必需的能力127，利用能力設定機構將該能力設定為最大能力，可以利用轉數控制機構130控制熱泵制冷劑回路的壓縮機的運轉轉數。另外，連續最大負荷存儲機構125的初始值，假定浴槽的熱水注滿和淋浴使用的熱水量，在通常時期將17℃的水300L加熱成42℃所需的熱量，為以大約8700W加熱15分鐘的35kW。例如，在以貯熱水溫度65℃貯熱水容量為50L的情況下，與17℃的水46L混合，可以補充42℃的熱水96L，所以，直接出熱水能力必須為能夠在15分鐘內供給42℃的熱水204L的24kW左右。同樣，在貯熱水容量為100L的情況下，與17℃的水92L混合，可以補充42℃的熱水192L，所以，直接出熱水能力，決定為能夠在15分鐘內供給42℃的熱水108L的13kW左右。這樣，在熱水供給負荷相同的情況下，當貯熱水容量小時，最大能力被設定得高，但是如上所述，由于熱泵制冷劑回路由2循環構成，壓縮機的運轉臺數和轉數可以自由控制，所以，與最大能力的大小無關，可以進行運轉控制。另外，根據實際運轉，在最大負荷變化了的情況下，被更新為新負荷，但是根據學習效果，可以設定對熱泵效率最佳的最大能力和壓縮機的轉數。
實施例3其次，參照圖3對循環泵45的水循環量的控制進行說明。如上所述，在每次進行出熱水時都進行貯熱水箱追焚運轉，所以其次數對整體效率有很大的影響。在用水制冷劑熱交換器對貯熱水箱下部的低溫水進行再加熱的情況下，貯熱水箱追焚運轉時的熱泵效率被維持在高效率的狀態。然而，當確保貯熱水箱內的熱水和低溫水的二層分布的分界層(熱水·水混合層)被打亂時，貯熱水箱內下部的低溫水的溫度上升，進入水制冷劑熱交換器的水溫上升，熱泵效率極端降低。因此，既要確保貯熱水箱內的二層分布，又要進行追焚運轉是非常重要的，特別是在貯熱水箱變為小型時，其重要度變得更高。為了確保貯熱水箱內的二層分布，必須控制循環泵的動作，準確地控制水循環量，使其盡量不攪拌分界層。
然而，在實際的安裝狀態中，根據熱源單元和貯熱水單元間的連接配管的長度、彎曲數的不同等，水配管內的壓力損失變化，未必能夠進行確保貯熱水箱內的二層分布的適當的運轉。例如，在交流泵中，如圖3所示，在安裝狀態的壓力負荷為P1時，由于以相當于用實線表示的50HZ、60HZ的水循環特性曲線的交點的水循環量V50、V60的一定的循環量突然開始循環，所以，特別是在小型的貯熱水箱中分界層被攪拌擾亂，進入水制冷劑熱交換器中的水溫上升，因此，不得不進行效率低下的運轉。
所以，在本發明中，由運轉控制機構5的循環泵轉數控制機構，在循環開始時壓力負荷為P1的情況下，以虛線a表示的特性開始運轉，控制成能夠在不擾亂分界層的情況下開始循環的水循環量V1，然后，應與熱泵效率為最大的規定水循環量相一致地進行使循環量慢慢變化的轉矩控制，在到用虛線b表示的特性的運轉的最大設定循環量VN的范圍內調整轉矩，可以將水循環量控制為規定的水循環量。因此，即使在因安裝狀態而導致水配管的壓力損失變化的情況下，也能夠通過循環泵控制機構控制為規定的循環量，可成為不擾亂貯熱水箱內的分界層的、理想的熱水循環，故可維持箱追焚時的高效率，所以，可以提高熱泵熱水供給裝置的綜合效率。作為實現該控制的方法，有如下方法使用DC驅動泵的方法；使用逆變器控制泵的方法；以及仍用AC泵、而利用箱流量調整閥70的開度調整循環量的方法等。
實施例4其次，在本發明中，由于貯熱水單元的小型·輕量化，在設置場所上可以選擇各種場所，同時，有的設置場所，熱水供給回路整體的水配管的引繞部分變多，所以，高效地進行水配管的防凍是很重要的。在圖1中，由于熱源單元A需要從外部空氣中汲取熱，所以一般被設置在室外。另一方面，貯熱水單元B，是根據使用者的希望來選擇設置場所，但是在陽臺等空間狹小的集體住宅等中，多設置于室內的衛生間附近的管道空間、玄關附近的儀器盒內，在獨戶住宅中多設置于室外。另外，關于水配管的凍結，地域差別很大。
像這樣為了根據安裝狀況和安裝地域高效地采用措施不同的水配管的防凍機構，在外部氣體溫度傳感器(未圖示)和供水溫度傳感器(未圖示)的檢測溫度的邏輯和，比由運轉控制機構5決定的第一規定溫度低的情況下，通過打開箱流量調整閥70，使循環泵45運轉，來使貯熱水箱追焚回路內的水配管的水循環以實現防凍。另外，在該情況下，調整箱流量調整閥70的開度，調整循環泵45的循環水量，這樣，即使是小型的貯熱水箱，也能夠將分界層的攪拌抑制到最低限度。
再者，在所述外部氣體溫度傳感器和所述供水溫度傳感器檢測的溫度的邏輯和比由運轉控制機構5決定的第二規定溫度低的情況下，使熱泵制冷劑回路運轉，同時，使貯熱水箱追焚回路內的水配管的水循環，以實現防凍。在該情況下，通過調整箱流量調整閥70的開度，調整循環泵45的循環水量，也可以將貯熱水箱內的分界層的攪拌抑制到最低限度。根據以上的結構、控制，可以根據安裝狀況和安裝地域高效地采用不同的水配管的防凍機構。
實施例5其次，特別對適合人數少的熱水供給的熱水供給裝置進行說明。隨著核心家庭化、少子女化等社會性變化、單身赴任等的勞動環境的變化，引發面向人數少的熱水供給裝置的必要性。特別是以單身赴任住戶為中心，開始需要不使用火的安全小型且低耗電的熱泵熱水供給裝置。在本發明的熱水供給裝置中，具有直接出熱水功能，即使在集體住宅的管道空間或儀表盒等狹窄且不需要特別的強度的場所也可以安裝貯熱水單元，日益被廣泛使用。可是，像熱泵熱水供給裝置這樣的電氣式熱水供給或冷、暖氣設備、烹飪等全部通過電氣進行的全電氣化住宅中，從運轉(工作)成本方面考慮理想的是在10kVA或10kVA以下供給契約電氣容量。
本發明的熱泵熱水供給裝置，為了確保直接出熱水能力，將熱泵制冷劑回路設為2循環式，假定輸出為30kW，但是即使在制冷系數(COP)為5.0時，也需要消耗電氣容量6kVA，成為被普及的障礙。所以，作為單身赴任住戶或人數少的住戶的熱水供給裝置，可以用1臺壓縮機確保直接出熱水能力的熱泵熱水供給裝置正逐漸受到關注。即，熱泵制冷劑回路的熱水供給加熱能力為10～15kW左右，貯熱水單元的貯熱水容量為20～200L左右，符合使用者的生活方式且可選擇的熱水供給裝置，對于單身赴任的住戶或人數少的住戶是合適的。
對本發明的熱泵熱水供給裝置進行說明。圖4表示各種熱泵熱水供給裝置的直接出熱水能力、30分鐘連續出熱水能力、20分鐘連續出熱水能力、貯熱水箱燒熱時間。直接輸出能力，表示在貯熱水箱內不貯存熱水、直接放出用水制冷劑熱交換器加熱的熱水的能力，一般貯熱水式能力小，而瞬間沸水式則能力大。30分鐘連續出熱水能力，表示用水制冷劑熱交換器加熱直接放出的熱水、和放出打算30分鐘使用結束的在貯熱水箱內貯存的熱水的情況下的合計的出熱水能力，貯熱水容量越大，該能力越大。20分鐘連續出熱水能力也為相同的定義，貯熱水容量越大其20分鐘連續出熱水能力更大。另一方面，貯熱水箱燒熱時間，表示注滿貯熱水箱的水升溫至規定溫度的熱水所需要的時間，貯熱水容量越大、熱水供給加熱能力越小，則燒熱越需要時間，一般貯熱水式熱水供給裝置中燒熱所需要的時間長。
圖4的直接輸出能力，表示在外部氣溫為16℃的中間期內、將17℃的水加熱至42℃時的每分鐘的出熱水量，在輸出為4.5kW、貯熱水容量為300L的貯熱水式中，為不到3L，而在輸出為10kW的瞬間沸水型中，約為6L，在輸出為15kW的瞬間沸水型中，約為9L，在瞬間沸水型中在使用1栓出熱水末端可以確保無障礙的流量。相反，在貯熱水式的情況下，在萬一發生熱水切斷時，只能每分鐘出熱水不到3L，是致命的缺陷。為了防止該缺陷，在貯熱水式中，要超出需要地長時間地進行大量的熱水貯存。
并且，圖4的30分鐘連續出熱水能力、20分鐘連續出熱水能力，進行在該時間內將貯熱水箱內的65℃的熱水全部使用完的計算，貯熱水式熱水供給裝置最好，但是關于30分鐘連續出熱水能力，輸出15kW、貯熱水容量200L的瞬間沸水型和貯熱水容量300L的貯熱水式具有同等程度的能力。在此，在單身赴任住戶或人數少的住戶中，家庭人數少，同時打開多個出熱水末端的幾率低，所以認為如果能夠確保20分鐘連續出熱水能力為10L/分就沒有問題，即使是輸出10kW貯熱水容量為50L的瞬間沸水型熱水供給裝置也不會產生使用困難。
而且，圖4的貯熱水箱燒熱時間，表示將滿箱的17℃水在各輸出升溫至65℃所需的時間，用輸出為10kW貯熱水容量為200L的瞬間沸水型超過1個小時，但是在其他的瞬間沸水型中全部在1小時之內。與此相對，貯熱水式需要近4個小時，萬一出現熱水斷流的情況，在近4個小時的時間內不能使用熱水，這成為致命的缺陷。
如上所述，在熱水加熱能力為10～15kW左右、貯熱水單元的貯熱水容量為20～200L左右的瞬間沸水型熱泵熱水供給裝置中，能夠提供正好適合于單身赴任住戶或人數少的住戶，也適合關心節省能源和節約光熱費的家庭的、小型、輕量的熱水容給裝置。特別是，對于回家時間晚、在夜里10點以后、熱水注滿浴槽等使用大量的熱水的單身赴任住戶中，通過有效利用按時間帶的電力合同的夜間費用，可以獲得和貯熱水式同樣便宜的運轉成本。
實施方式6其次，在圖1的熱泵制冷劑回路1中使用的制冷劑為二氧化碳的情況下，作為制冷劑的二氧化碳氣，體被壓縮機11a、11b壓縮，壓力和溫度，為二氧化碳的臨界壓力、臨界溫度以上的超臨界狀態。眾所周知，在通過對流使該高溫制冷劑和被加熱流體的水進行熱交換的情況下，在從水制冷劑熱交換器14的制冷劑傳熱管的制冷劑入口和制冷劑出口之間，及從供水傳熱管的供水入口和供水出口之間，加熱流體的制冷劑和被加熱流體的水之間的溫度差在各部分大致均勻，進行非常高效的加熱。這樣，通過將適合用于被加熱流體的加熱的二氧化碳作為制冷劑使用，本發明就可以得到更好的效果。
權利要求
1.一種熱泵熱水供給裝置，其特征在于，具有加熱單元，其具有利用熱泵循環對所供給的非加熱水進行加熱的加熱機構和控制該加熱機構的控制回路；和貯熱水單元，其具有連接具備溫度傳感器的貯熱水箱和供水管的非熱水導出口、以及利用所述加熱機構所加熱過的非加熱水和所述貯熱水箱內的熱水、供給基于所述控制回路指令的溫度的熱水的供給熱水回路；通過非加熱水配管、加熱水配管和控制布線連接所述加熱單元和所述貯熱水單元。
2.根據權利要求1中所述的熱泵熱水供給裝置，其特征在于，所述加熱單元，具有向加熱機構供給非加熱水的非加熱水泵；所述控制回路，在沒有來自所述熱水供給回路的出熱水時，驅動所述非加熱水泵，對所述貯熱水箱內的熱水進行加熱。
3.一種熱泵熱水供給裝置，其特征在于，具有熱泵制冷劑回路，其通過制冷劑管道分別連接壓縮機、進行由該壓縮機壓縮的制冷劑和水間的熱交換的水制冷劑熱交換器、對熱交換后的制冷劑進行減壓的減壓裝置、以及進行減壓后的制冷劑和空氣間的熱交換的蒸發器；熱水供給回路，其通過水管道連接供水口、對供給的水進行分配的旁通閥、供水單向閥、對分配的水進行加熱的所述水制冷劑熱交換器、以及通過第1流量調整閥輸出加熱后的熱水的出熱水口；供水回路，其通過水管道連接所述供水口、所述旁通閥、以及使在所述熱水供給回路的所述第1流量調整閥和所述出熱水口之間所分配的殘留的水合流的流路；貯熱水箱追焚回路，其通過水管道連接從所述熱水供給回路分出的分支配管、通過第2流量調整閥連接的貯熱水箱、在所述熱水供給回路的旁通閥和供水單向閥間從所述貯熱水箱的下部使熱水合流的流路、與所述熱水供給回路的供水單向閥并列連接的循環泵、以及所述熱水供給回路的水制冷劑熱交換器；控制回路；浴池遙控器和廚房遙控器；以及各傳感器；由運轉控制機構構成，該運轉控制機構根據所述各遙控器的操作·設定和各傳感器的檢測值，所述控制回路運轉控制所述熱泵制冷劑回路、熱水供給回路、供水回路、貯熱水箱追焚回路的部件；該熱泵熱水供給裝置，具有直接出熱水功能，其在打開出熱水末端的期間，從所述熱水供給回路的供水口進入的水由所述熱泵制冷劑回路的水制冷劑熱交換器進行加熱、并由所述出熱水口供給；箱出熱水功能，其在打開出熱水末端的期間，從所述出熱水口供給貯存在所述貯熱水箱內的熱水；和同時出熱水功能，其將直接出熱水和箱出熱水的兩種出熱水合并，從所述出熱水口供給；通過供水側連接配管、熱水供給側連接配管、低電壓控制配管，連接有熱源單元，其由所述熱泵制冷劑回路、所述熱水供給回路的供水單向閥和水制冷劑熱交換器、所述貯熱水箱追焚回路的循環泵、所述運轉控制機構的控制回路和各傳感器構成；和貯熱水單元，其由根據所述運轉控制機構指令進行直接出熱水和箱出熱水及同時出熱水切換的所述熱水供給回路、所述供水回路、所述貯熱水箱追焚回路、所述運轉控制機構的各傳感器構成。
4.根據權利要求1所述的熱泵熱水供給裝置，其特征在于，具有由貯熱水容量設定機構，其設定貯熱水單元的貯熱水容量；連續最大負荷存儲機構，其存儲連續供給的熱水的最大大負荷；和直接出熱水能力運算機構，其算出所需要的直接出熱水能力；將熱源單元的熱泵加熱能力設定為規定值的熱泵加熱能力設定機構，來控制壓縮機運轉臺數和壓縮機轉數。
5.根據權利要求1所述的熱泵熱水供給裝置，其特征在于，具有循環泵控制機構，其與連接貯熱水單元和熱源單元的水配管的壓力損失無關，將循環泵的水循環量控制為不擾亂貯熱水箱內的溫度的二層分布的規定的循環量。
6.根據權利要求1所述的熱泵熱水供給裝置，其特征在于，在外部氣溫、或滯留在貯熱水箱追焚回路的水管道內的水的溫度下降到比第一規定溫度低的情況下，使所述貯熱水箱追焚回路的水循環，在下降到低于比第一規定溫度還低的第二規定溫度的情況下，使熱泵制冷劑回路運轉，使所述貯熱水箱追焚回路的水循環，來進行水管道內水的防凍。
7.根據權利要求1所述的熱泵熱水供給裝置，其特征在于，所述熱泵熱水供給裝置的熱源單元的加熱能力為10～15kW，且貯熱水單元的貯熱水容量為20～200L。
8.根據權利要求1至5的任意一項所述的熱泵熱水供給裝置，其特征在于，所述熱泵制冷劑回路中使用的制冷劑為二氧化碳。
全文摘要
本發明的熱水供給裝置，具有熱泵制冷劑回路，其通過制冷劑管道連接壓縮機、水制冷劑熱交換器、減壓裝置和蒸發器；熱水供給回路，其通過水管道連接供水口、旁通閥、供水單向閥、水制冷劑熱交換器和通過第1流量調整閥輸出加熱后的熱水的出熱水口；供水回路；以及貯熱水箱追焚回路，其通過水管道連接從所述熱水供給回路分出的分歧配管和將來自貯熱水箱的水送至水制冷劑熱交換器的循環泵；該熱水供給裝置，其特征在于，通過水配管和低電壓控制布線連接了對水進行加熱的熱源單元和貯熱水單元，故此，可以提供設置性、施工性、使用便利性均優的瞬間燒水壺形熱泵熱水供給裝置。
文檔編號F24H1/00GK1782613SQ200510055429
公開日2006年6月7日 申請日期2005年3月17日 優先權日2004年12月3日
發明者松林秀, 舟越砂穗, 石山明彥, 齊藤健一, 權守仁彥 申請人:日立家用電器公司