JP2003148809A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプ式集熱器の運転の成績係数を低
下させることなく貯湯槽内全体の湯水を高温で、略均一
の温度とし、貯湯槽内全体の湯水を有効に利用すること
ができる貯湯式給湯装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機７、凝縮器６及び蒸発器９等を有
し、冷媒が循環されるヒートポンプ式集熱器を設ける。
循環ポンプ５により循環され貯湯槽の下部の水を凝縮機
６との熱交換によって温め、この温められた湯水を貯湯
槽１の上部より供給し、貯湯槽１の上部より積層貯湯す
ることにより貯湯槽内全体の水を沸き上げる循環配管２
０を設ける。貯湯槽１全体の水の沸き上げの最後に貯湯
槽１の下部に湯水混合層が形成される。貯湯槽１の水は
設定温度より若干高い湯温で沸かしておき、貯湯槽１下
部から循環配管２０へ導入する湯水混合層の水温が規定
値よりも上昇しヒーポン入水温検知センサまたは、湯温
検知センサが検知したらヒートポンプ式集熱器４の運転
を停止し、循環ポンプ５だけを運転して湯水混合層の湯
水を貯湯槽１上部から供給することで混合し、貯湯槽１
内全体を設定温度に沸き上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、ヒートポンプ式集熱器で集熱し
た熱で貯湯槽の水を沸き上る貯湯式給湯装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ヒートポンプ式集熱器で集熱した熱
で貯湯槽の水全体を沸き上る貯湯式給湯装置は、図６に
示されるように、圧縮機７、熱交換を行なう凝縮器６、
膨張弁８、集熱を促進させるための送風ファン１１と、
この送風ファン１１駆動用のモータ１２とを備えた蒸発
器９、及び気液分離器１０等を順次直列接続する閉回路
にて構成され冷媒が循環するヒートポンプ式集熱器４
と、このヒートポンプ式集熱器４により大気熱を集熱
し、貯湯槽１内の水の沸き上げは、貯湯槽１内の水を循
環ポンプ５により貯湯槽１の下部より上部に循環させる
循環配管２０に、ヒートポンプ式集熱器４の凝縮器６と
熱交換させることで、貯湯槽１内の水全体の沸き上げを
行なっていた。そして、通常、貯湯槽１の表面複数箇所
に設けられた湯温検知センサ３の中、最下部に設けた湯
温検知センサ３が規定値になることで沸き上りを検知し
てヒートポンプ式集熱器４の運転を停止するようにして
いた。また、このようにして沸き上げられた湯水は給湯
管１５の蛇口を開くことにより浴槽等へ給湯され同時
に、給水管２より貯湯槽１内下部へ新たな水を供給する
ようになっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のヒー
トポンプ式集熱器により貯湯槽の水を沸き上げる貯湯式
給湯装置は、図６に示されるように沸き上げ途上におい
ては、貯湯槽１内の上部より順に約９０℃の湯水の層、
湯水混合層、冬季においては約５℃の水の層が形成さ
れ、この沸き上げ途上においては貯湯槽１下部の水温が
低いためヒートポンプ式集熱器４は効率よく運転され
る。しかし、図７のように沸き上がりを検知する貯湯槽
１の最下部の湯温検知センサ３が規定値になるまでヒー
トポンプ式集熱器４の運転を継続すると、この湯水混合
層の水がヒートポンプ式集熱器４の熱交換器６に入り、
最後には高温の湯水、例えば約８０℃の湯水が入る。と
ころで、ヒートポンプ式集熱器の効率を示す成績係数
（ＣＯＰ）は消費電力に対して何倍の熱量を集熱したか
で表わされるので、例えば、毎分１リットルの水温５℃
の水を９０℃の湯水に沸かす場合に消費電力が１５００
Ｗとすると、１分間当たりの集熱した熱量は湯水の温度
差（９０−５）×水量１リットル×水の比重１×４２０
０ジュール（Ｊ）＝３５７０００Ｊで、一方この熱量を
得るために使用した電力量は１５００Ｗ×６０秒＝９０
０００Ｊとなり、成績係数（ＣＯＰ）は集熱した熱量÷
電力量＝３５７０００Ｊ÷９００００Ｊ＝３．７９で約
４であるが、沸き上げまじかで湯温８０℃程度がヒート
ポンプ式集熱器４に入ると熱量＝（９０−８０）×１×
１×４２００Ｊ＝４２０００Ｊで、消費電力が１５００
Ｗとすると成績係数（ＣＯＰ）＝４２０００Ｊ÷９００
００Ｊ＝０．４７まで低下する。

【０００４】このように、ヒートポンプ式集熱器４に入
る水温が上昇すると成績係数がどんどん低下するので、
湯水混合層を沸かそうとすると、沸き上げまでの成績係
数が低下する。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、ヒートポンプ式集熱器の成績係数（ＣＯＰ）の低
下を抑えて、貯湯槽内下部の湯水混合層の湯水も高温度
として給湯に有効利用できる貯湯式給湯装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の貯湯式給
湯装置は、圧縮機、凝縮器及び蒸発器等を順次直列接続
する閉回路にて構成され冷媒が循環されるヒートポンプ
式集熱器と、貯湯槽と、この貯湯槽は下部から給水し上
部より給湯が行われる給湯配管と、循環ポンプにより循
環され貯湯槽の下部の水を前記凝縮器との熱交換によっ
て温め、この温められた湯水を貯湯槽の上部より供給
し、貯湯槽の上部より積層貯湯することにより貯湯槽全
体の水を沸き上げる循環配管と、この貯湯槽の全体の水
の沸き上げの最後に貯湯槽の下部に形成される湯水混合
層とを有する貯湯式給湯装置において、貯湯槽の水は設
定温度より若干高い湯温で沸かしておき、貯湯槽下部か
ら循環配管へ導入する湯水混合層の水温が規定値よりも
上昇したらヒートポンプ式集熱器の運転を停止し、前記
循環ポンプだけを運転して湯水混合層の水を貯湯槽上部
から供給することで混合し、貯湯槽内全体を設定温度に
沸き上げるようにしたものである。

【０００７】そして、この構成により、ヒートポンプ式
集熱器の運転の成績係数を低下させることなく貯湯槽内
全体の湯水は高温、かつ、均一の温度となり、貯湯槽内
全体の湯水を有効に利用することができる。

【０００８】請求項２記載の貯湯式給湯装置は、請求項
１記載の貯湯式給湯装置において、ヒートポンプ式集熱
器の運転停止は、ヒーポン入水温検知センサまたは、湯
温検知センサにより貯湯槽下部から循環配管へ導入する
水温を検知することで行われるものである。

【０００９】そして、この構成によりヒートポンプ式集
熱器の運転停止は、ヒーポン入水温検知センサまたは、
湯温検知センサにより代用され確実に行われる。

【００１０】請求項３記載の請求項１記載の貯湯式給湯
装置において、前記循環配管と並列に循環ポンプを有し
たバイパス配管を設け、貯湯槽下部から循環配管へ導入
する水温が規定値よりも上昇したら三方弁を切換えバイ
パス配管側に水を流すようにし、補助循環ポンプだけを
運転して湯水混合層の湯水を貯湯槽上部から供給するこ
とで混合し、貯湯槽内全体を設定温度に沸き上げ、循環
配管に水を流さないようにしたものである。

【００１１】そして、この構成により、ヒートポンプ式
集熱器の運転の成績係数を低下させることなく貯湯槽内
全体の湯水は略均一の温度となり、貯湯槽内全体の湯水
を有効に利用することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１３】

【実施例】図１は貯湯式給湯装置の構成図を示し、この
貯湯式給湯装置は、圧縮機７、熱交換器としての凝縮器
６、減圧のための膨張弁８、集熱を促進させるための送
風ファン１１と、この送風ファン１１駆動用のモータ１
２とを備えた蒸発器９、気液分離器１０とを順次直列接
続する閉回路に冷媒が循環するヒートポン式集熱器４
と、貯湯槽１と、この貯湯槽１内の水を循環ポンプ５を
有し、この循環ポンプ５により貯湯槽１下部より貯湯槽
１上部に循環させる循環配管２０と、貯湯槽１下部より
水道水を導入させる給水管２と、貯湯槽１内の沸き上が
った湯水を洗面所や浴槽に給湯する給湯管１５とよりな
る給湯配管と、貯湯槽１の表面に設けられた複数の湯温
検知センサ３と、前記循環ポンプ５の下流側であって熱
交換器となる凝縮器６へ入る前の水温を検知するヒーポ
ン入水温検知センサ１３と、熱交換器で温められた湯水
の温度を検知するヒーポン出湯センサ１４とから構成さ
れている。なお、前記ヒーポン出湯センサ１４はヒート
ポンプ集熱器４で温められて出る湯の温度を検知して貯
湯槽１内へ送る湯水温度を常に目標温度に調整する。

【００１４】また、これら、湯温検知センサ３、ヒーポ
ン入水温検知センサ１３、ヒーポン出湯センサ１４より
の信号は図示しない制御装置に送られヒートポン式集熱
器、循環配管の循環ポンプ５などの運転を制御するよう
になっている。

【００１５】次に、本実施の形態の作用を説明する。

【００１６】圧縮機７が駆動される。これにより図１矢
印で示すように、冷媒は、圧縮機７、凝縮器６、膨張弁
８、蒸発器９、気液分離器１０の順に流れる。蒸発器９
で大気熱を集熱し気化された冷媒は圧縮機７に送られ、
圧縮機７で圧縮されて出た高温高圧の冷媒ガスは、凝縮
器６で循環配管２０内の水と熱交換される。

【００１７】この時、循環配管２０の循環ポンプ５が駆
動され、１点鎖線で示すように貯湯槽１下部の水が循環
配管を通じて貯湯槽１上部に入り、これを繰り返して貯
湯槽１の上部から設定温度の約９０℃より高い例えば約
９２℃で沸かし、約９２℃の層と、給水管２からの給水
温度約５℃の層との間に数１０リットルの湯水混合層が
存在する形で沸き上げが行われる。この湯水混合層の温
度分布は給水温度約５℃から沸き上げ温度近辺の湯温約
９０℃に形成される。

【００１８】次に沸き上げの最終段階には、図２に示さ
れるように貯湯槽１下部に湯水混合層が残る。この湯水
混合層がきたことを貯湯槽１の下部の湯温検知センサ３
またはヒーポン入水温検知センサ１３で貯湯槽１の下部
からでる湯水の温度を検知し、例えば給水温度以上、例
えば中位の約５０℃の規定値となったら、図３で示され
るようにヒートポン式集熱器４の運転を停止し、循環ポ
ンプ５だけを運転することで、貯湯槽１下部の湯水混合
層を貯湯槽１上部から供給し、約９２℃の湯水と混合し
て図４に示されるように全体の湯水を約９０℃にする。

【００１９】すなわち、貯湯槽１の容量３００リットル
とし、湯水混合層の湯温が約５０℃〜約９０℃（平均７
０℃）で２０リットルあるとすると９２℃の湯水が残り
２８０リットルとなり、（７０℃×２０リットル＋９２
℃×２８０リットル）÷３００＝９０．５℃で約９０℃
となる。そして、沸き上がりの検知は貯湯槽１下部の湯
温検知センサ３または、ヒーポン入水温センサ１３で貯
湯槽１下部からでる湯水の温度を検知し、この温度が貯
湯槽１の他の湯温検知センサ３と同じ位の温度になった
ら沸き上がりと判断して循環ポンプ５の運転を停止す
る。

【００２０】これは、従来技術で説明したように、沸き
上げ運転を継続することで高温の湯水例えば約８０℃で
入ってくると、ヒートポン式集熱器の効率を示す成績係
数（ＣＯＰ）が、毎分１リットルの水温５℃の水を９０
℃の湯水に沸かす場合に消費電力が１５００Ｗとする
と、成績係数（ＣＯＰ）＝集熱した熱量÷電力量＝湯水
の温度差（９０−５）×水量１リットル×水の比重１×
４２００ジュール（Ｊ）÷（１５００Ｗ×６０秒）＝
３．９７、一方、８０℃まで上昇すると成績係数（ＣＯ
Ｐ）＝（９０-８０）×１×１×４２００÷（１５００
×６０）＝０．４７まで低下するが、これを最高５０℃
程度で止めると成績係数（ＣＯＰ）＝（９０-５０）×
１×１×４２００÷（１５００×６０）＝１．８７とな
り、水温５℃よりは低下するものの８０℃の湯水混合層
を沸き上げる場合よりも約４倍と効率がよく、電気ヒー
タでは１のところを１．８７倍の熱量をとることができ
る。

【００２１】このように、ヒートポン式集熱器４に入る
湯水混合層の水温を５０℃程度に抑えることでヒートポ
ン式集熱器４の成績係数が低下するのを抑えることがで
き、かつ貯湯槽１内全体の湯水温度を約９０℃の高温、
かつ、均一にすることができる。

【００２２】次に図５に他の実施の形態を示して説明す
る。

【００２３】なお、貯湯式給湯装置の構成は、前記した
実施の形態の図１に示した貯湯式給湯装置と同一部分は
同一符号を付して説明は省略する。

【００２４】この貯湯式給湯装置は、循環配管２０の循
環ポンプ５より上流側に三方切換弁１６を設けるととも
に、循環ポンプ１７を設けて貯湯槽１の上部へ配管され
るバイパス配管１８を設けて構成される。

【００２５】そして、この貯湯式給湯装置は、本実施例
同様に、湯水混合層がきたことを貯湯槽１の下部の湯温
検知センサ３またはヒーポン入水温検知センサ１３で貯
湯槽１の下部からでる湯水温度が約５０℃の規定値を検
知したら、ヒートポン式集熱器４の運転を停止するとと
もに、三方切換弁１６を切換えてバイパス配管２０の補
助循環ポンプ１７を駆動し、直接貯湯槽１下部の湯水混
合層を貯湯槽１上部から供給し、約９２℃の湯水と混合
して全体の湯水を約９０℃にする。これによっても、本
実施例と同様な効果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の貯湯式給湯装置によれ
ば、ヒートポンプ式集熱器の運転の成績係数を低下させ
ることなく貯湯槽内全体の湯水は略均一の温度となり、
貯湯槽内全体の湯水を有効に利用することができる。

【００２７】請求項２記載の貯湯式給湯装置によれば、
ヒーポン入水温検知センサまたは、湯温検知センサによ
り代用され、ヒートポンプ式集熱器の運転停止は、確実
に行われる

【００２８】請求項３記載の貯湯式給湯装置によれば、
ヒートポンプ式集熱器の運転の成績係数を低下させるこ
となく貯湯槽内全体の湯水は高温、かつ均一の温度とな
り、貯湯槽内全体の湯水を有効に利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す貯湯式給湯装置の構
成及び沸き上げ状態を説明する説明図である。

【図２】同上、沸き上げ最終段階を説明する説明図であ
る。

【図３】同上、循環配管だけを運転している状態を説明
する説明図である。

【図４】同上、貯湯槽内全体が同一湯水温度にある状態
を説明する説明図である。。

【図５】同上、他の実施の形態を示す、構成及び沸き上
げ状態を説明する説明図である。

【図６】従来の貯湯式給湯装置の構成及び沸き上げ状態
を説明する説明図である。

【図７】従来の貯湯式給湯装置の沸き上げ状態を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１ 貯湯槽 ３ 湯温検知センサ ４ ヒートポンプ集熱器 ５ 循環ポンプ ６ 熱交換器としての凝縮器 ７ 圧縮器 ９ 蒸発器 １３ ヒーポン入水温検知センサ １８ バイパス配管 ２０ 循環配管

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月１４日（２００１．１１．
１４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

フロントページの続き (72)発明者 片山 馨 群馬県前橋市古市町180番地 東芝機器株 式会社内 (72)発明者 町田 栄一 群馬県前橋市古市町180番地 東芝機器株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器及び蒸発器等を順次直列
   接続する閉回路にて構成され冷媒が循環されるヒートポ
   ンプ式集熱器と、貯湯槽と、この貯湯槽は下部から給水
   し上部より給湯が行われる給湯配管と、循環ポンプによ
   り循環され貯湯槽の下部の水を前記凝縮器との熱交換に
   よって温め、この温められた湯を貯湯槽の上部より供給
   し、貯湯槽の上部より積層貯湯することにより貯湯槽全
   体の水を沸き上げる循環配管と、この貯湯槽の全体の水
   の沸き上げの最後に貯湯槽の下部に形成される湯水混合
   層とを有する貯湯式給湯装置において、貯湯槽の水は設
   定温度より若干高い湯温で沸かしておき、貯湯槽下部か
   ら循環配管へ導入する湯水混合層の水温が規定値よりも
   上昇したらヒートポンプ式集熱器の運転を停止し、前記
   循環ポンプだけを運転して湯水混合層の湯水を貯湯槽上
   部から供給することで混合し、貯湯槽内全体を設定温度
   に沸き上げることを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 【請求項２】 ヒートポンプ式集熱器の運転停止は、ヒ
   ーポン入水温検知センサ、または湯温検知センサにより
   貯湯槽下部から循環配管へ導入する水温を検知すること
   で行われることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の貯湯式給湯装置におい
   て、前記循環配管と並列に補助循環ポンプを有したバイ
   パス配管を設け、貯湯槽下部から循環配管へ導入する水
   温が規定値よりも上昇したら三方弁を切換えバイパス配
   管側に水を流すようにし、補助循環ポンプだけを運転し
   て湯水混合層の湯水を貯湯槽上部から供給することで混
   合し、貯湯槽内全体を設定温度に沸き上げ、循環配管側
   に水を流さないようにしたことを特徴とする貯湯式給湯
   装置。