JP2004245512A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部28からなり、中温水を出湯する中温水出湯管33を中温水貯留部28に設けて中温水を出湯することによって、中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のCOPを改善し、ランニングコストを抑えることができるヒートポンプ給湯装置。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は放熱手段を備えるヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の給湯装置としては、例えば特許文献1に記載されているようなものがあった。図6は、特許文献1に記載された従来の風呂追焚き機能を備えた給湯装置を示すものである。
【0003】
この給湯装置は図6に示すように、貯湯槽1と、ヒートポンプ熱源2と、風呂追い焚き熱交換器3からなり、ヒートポンプ熱源2によって加熱され蓄えられた貯湯槽1の高温水を温水循環回路4によって風呂追焚き熱交換器3に循環させ、浴槽水循環回路5によって浴槽6から風呂追焚き熱交換器3に循環される浴槽6の水を高温水の熱で加熱することによって風呂追焚き運転を行う。そして、風呂追焚き熱交換器3で放熱によって温度が低下した中温水は貯湯槽1の中間部の中間部戻し口7から戻される。また、中間部に中間部出湯管8が設けられ、貯湯槽1の中間部にある温水を出湯することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−243275号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、放熱後の中温水が貯湯槽1に戻された時に生じる流れで中温水が貯湯槽1内に広がり、高温水や水と混ざって貯湯槽1の温度分布が悪化する。その結果、貯湯槽1に戻された中温水の量以上の混合層が中間部戻し口7の近傍にできてしまう。また、この混合層は風呂追焚き運転時の貯湯槽1内の流れによって中間部戻し口7から貯湯槽1上部に向かって広がっていく。中間部出湯管8によって出湯できるのは中間部出湯管8の接続位置より下の温水であるが、中温水戻り口の位置と中間部出湯管8の位置がほぼ同じであるので、中温水が貯湯槽1に戻ることによって生じた混合層の温水のうち中間部出湯管8によって出湯できる量が限られ、貯湯槽1に水と高温水との間の温度の温水が多量に残ってしまい、沸き上げ運転時に多量の水と高温水との間の温度の温水を沸き上げなければならなくなる。ヒートポンプ熱源2は入水温度が高くなるとCOPが低下するため、同じ熱量を沸き上げる場合でも、より多くのエネルギーが必要になる。
【0006】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯のために中温水を貯留しておき、給湯時に中温水を出湯して沸き上げ時に残る中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のCOPを改善し、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
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装置は、ヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱された高温水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に蓄えられた高温水を循環させて放熱を行う放熱手段と、放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部からなり、中温水出湯管によって中温水を出湯するヒートポンプ給湯装置とする。
【0008】
これによって、給湯のために中温水を貯留しておき、給湯時に出湯して、沸き上げ時に残る中温水を減らすことで、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のCOPを改善し、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、ヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱された高温水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に蓄えられた高温水を循環させて放熱を行う放熱手段と、放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部からなり、中温水出湯管によって中温水を出湯するヒートポンプ給湯装置とする。
【0010】
この発明によれば、給湯のために中温水を貯留しておき、給湯時に出湯することで、沸き上げ時に残る中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げを効率よく行うことができる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、貯湯槽に中温水を戻す中温水戻し口に水平方向拡散手段を設けたヒートポンプ給湯装置とする。
【0012】
この発明によれば、水平方向に拡散させることによって中温水戻し口近傍の水と混ぜることなく中温水を貯湯槽に戻すことができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、中温水による温度層を形成するように中温水を貯湯槽に戻し、貯湯槽への中温水戻し口より上側に中温水出湯管を接続したヒートポンプ給湯装置とする。
【0014】
この発明によれば、中温水戻し口から上側に中温水による温度層を形成し、中温水戻し口より上側に接続した中温水出湯管から中温水を出湯することで中温水を効率よく減らすことができる。
【0015】
請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、貯湯槽内部に隔壁を設けて中温水貯留部を形成し、中温水貯留部上部に中温水出湯管を接続したヒートポンプ給湯装置とする。
【0016】
この発明によれば、中温水貯留部が隔壁によって仕切られて形成されているので、確実に中温水を貯留することができ、中温水が存在する場合には、中温水出湯管によって確実に出湯に利用することができる。
【0017】
請求項5に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、中温水貯留部として、中温水貯留槽を設け、中温水貯留槽上部に中温水出湯管を接続したヒートポンプ給湯装置とする。
【0018】
この発明によれば、貯湯槽と別に中温水貯留槽が設けられているので、確実に中温水を貯留することができ、中温水が存在する場合には、中温水出湯管によって確実に出湯に利用することができる。また、貯湯槽と中温水貯留部の配置を自由に設定することができる。
【0019】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0020】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。まず、基本的な構成について説明する。大気熱を集熱して加熱するヒートポンプ熱源21によって加熱された高温水を、給湯と暖房を行うために貯湯槽22に貯湯する。そして、貯湯された温水の持つ熱を用いて暖房を行うため、温水を放熱手段としての暖房熱交換器23に供給するように温水循環回路24によって貯湯槽22上部、暖房熱交換器23、温水循環ポンプ25を順に接続して、貯湯槽22の底部より上側に放熱後の中温水を戻す中温水戻し口26を設けている。この中温水戻し口26には水平方向拡散手段27を設けており、中温水を水平方向に拡散させて貯湯槽22に戻して中温水温度層28を形成するようになっている。また、温風によって室内の暖房を行う暖房用室内機29に暖房熱交換器23で加熱された不凍液を供給するように不凍液循環回路30によって暖房熱交換器23、暖房用室内機29、不凍液循環ポンプ31、暖房熱交換器23と戻るように順に接続している。次に、給湯のための出湯に関して、貯湯槽22底部に水道水を供給する給水管32を接続しており、中温水戻し口26より上側に中温水出湯管33を接続している。また、貯湯槽22上部には補助出湯管34を設けており、中温水出湯管33に接続し、その接続部に混合弁35が設けている。次に、沸き上げに関して、沸き上げ循環回路36によって貯湯槽22の底部とヒートポンプ熱源21、貯湯槽22上部を順に接続している。
【0021】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用について、まず、貯湯された高温水の持つ熱を用いた暖房運転について説明する。温水循環ポンプ25の駆動によって貯湯槽22上部からの高温水を暖房熱交換器23に供給して不凍液循環回路30の不凍液を加熱する。そして、不凍液循環ポンプ31の駆動によって不凍液循環回路30を通って加熱された不凍液を暖房用室内機に供給して温風として室内にその熱を放出することによって暖房を行う。このとき、常に高温水を貯湯槽22から取出して暖房熱交換器23に供給するので加熱能力を安定させることができる。また、暖房熱交換器23で熱交換を行った後の不凍液の温度を高温に保つ事ができるので、除湿などの高温の温風が必要となる暖房運転を行うことができる。そして、暖房熱交換器23での熱交換によって温度が低下した温水を温水循環回路24によって中温水戻し口26から貯湯槽22上部に戻す。このとき、中温水戻し口26に設けた水平方向拡散手段27によって中温水を貯湯槽22内部に水平方向に拡散して戻すので、貯湯槽22内の温度分布を乱すことなく中温水を戻すことができる。よって、暖房運転を行うにつれて、中温水戻し口26から貯湯槽22上部に向かって暖房運転に用いた量とほぼ同じ量の中温水による中温水温度層28が形成されていき、これを中温水貯留部として貯湯槽22に中温水を貯留する。
【0022】
給湯時、中温水温度層28の中温水を中温水出湯管33から出湯して貯湯槽22内の中温水を減らすことができる。また、中温水の温度より高い温度の出湯が必要な場合は、貯湯槽22上部に設けた補助出湯管34からの高温水を混合弁35によって中温水出湯管33に混ぜることによって温度を上昇させて出湯することができる。このように温度レベルが低い給湯負荷に対して主に中温水、温度レベルの高い暖房負荷に対して高温水といったように、負荷に必要な温度レベルに応じて貯湯槽22内の熱を利用することができるので、必要な全体の負荷に対して必要な貯湯槽22の大きさを小さくすることができる。
【0023】
貯湯槽22の温度が低下した水を加熱する、沸き上げ運転時、貯湯槽22の底部から沸き上げ循環回路36によって水と中温水を底から取出してヒートポンプ熱源21で高温に加熱して貯湯槽22上部に順次戻して貯湯を行う。ヒートポンプ熱源21は入力エネルギーと大気から集めた熱によって加熱を行うため、入力エネルギー以上の熱量の加熱を行うことができる効率の良い熱源である。しかし、運転条件の影響を受け、図2に示すように、沸き上げ温度を一定とした場合、ヒートポンプ熱源21への入水温度が上昇すると、入力エネルギーと加熱能力との比であるCOPが低下する。つまり、同じ熱量を沸き上げる場合、水から沸き上げる場合に比べて中温水から沸き上げる場合の方がCOPは低下する。しかし、給湯時の出湯によって暖房運転によって生成される中温水の多くが利用されるので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【0024】
なお、構成はこの実施例に限ったものではなく同様の効果が得られるものであればよい。例えば、放熱手段を貯湯槽22の高温水を直接循環させる床暖房パネルや浴槽の水を循環させて加熱する風呂水熱交換器としても同様の効果が得られる。また、このような放熱手段を複数有する多機能のヒートポンプ給湯装置であっても良い。ここで、放熱手段とは具体的には床暖房パネルであったり、風呂水熱交換器であったり、浴室乾燥のための熱交換器であったりする。つまり、給湯機能の他に、床暖房機能や、風呂追い焚き機能、さらには浴室乾燥機能などの機能を複数有するものである。
【0025】
(実施例2)
図3は本発明の実施例2におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。基本的な構成は図1に示す実施例1と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【0026】
まず、基本的な構成において実施例1と異なる点について説明する。貯湯槽22内部を断熱壁37によって上下に分割して、上側を高温水貯湯部38、下側を中温水貯留部39としている。高温水貯湯部38の底部と中温水貯留部39の底部を接続管40によって接続している。貯湯槽22上部である高温水貯湯部38から温水循環回路24によって暖房熱交換器23に高温水を供給する構成は同じであるが、暖房熱交換器23で熱交換を行った後の中温水を中温水貯留部39上部に戻す構成としている。接続管40の高温水貯湯部38側と中温水戻し口26に水平方向拡散手段27をそれぞれ設けている。そして、中温水貯留部39上部に中温水出湯管33を接続している。また、沸き上げ循環回路36の貯湯槽22への戻りを電磁弁41を経た後、中温水出湯管33と補助出湯管34との合流部より下流に接続している。この電磁弁41は沸き上げ運転時以外は閉止している。また、貯湯槽を断熱壁37によって分割しているので高温水貯湯部38と中温水貯留部39の間の熱伝導を抑制する効果がある。
【0027】
次に、以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用を異なる点を中心に説明する。まず、暖房運転について、温水循環回路24によって貯湯槽22の高温水を暖房熱交換器23に供給するのは同じであるが、熱交換を行った後の中温水を温水循環回路24によって中温水貯留部39上部に戻す。中温水貯留部39の底部と高温水貯湯部38の底部を接続管40によって接続しているので、暖房運転時の温水の流れに伴って、中温水貯留部39の底部から貯湯槽22の底部への流れが生じる。このとき、接続管40の高温水貯湯部38側に設けた水平方向拡散手段27によって中温水貯留部39からの流れによって高温水貯湯部38の温度分布を乱さないようにしている。中温水貯留部39に戻された中温水は暖房運転を行うにつれて、中温水貯留部39上部から下方向に貯留されていく。
【0028】
給湯時、中温水貯留部39に貯留された中温水を中温水出湯管33から出湯する。中温水貯留部39に戻される中温水は中温水貯留部39上部から下方向に貯留されていき、中温水を出湯する中温水出湯管33を中温水貯留部39の上部に接続しているので、中温水貯留部39に貯留している中温水の量にかかわらず、中温水を貯留している時は常に中温水を出湯することができる。また、給湯負荷が多い場合には、中温水貯留部39に貯留している中温水をすべて出湯することが可能であり、中温水が残らない。また、電磁弁41を閉止して給水管32から沸き上げ循環回路36を通る水の流れを遮断している。
【0029】
沸き上げ運転時には電磁弁41を開いて、混合弁35によって沸き上げ循環回路36と連通する出湯管を中温水出湯管33と補助出湯管34に切替えることで中温水貯留部39と高温水貯湯部38のどちらを沸き上げるか選択する。暖房運転によって生成され、沸き上げ時のCOPを低下させる中温水を給湯時にできるだけ出湯するので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【0030】
(実施例3)
図4は本発明の実施例3におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。基本的な構成は図3に示す実施例2と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【0031】
まず、基本的な構成において実施例2と異なる点について説明する。貯湯槽22を縦方向に仕切った断熱壁37によって横方向に高温水貯湯部38と中温水貯留部39に分割している。貯湯槽22底部近傍は断熱壁37によって分割されていないので、高温水貯湯部38の底部と中温水貯留部39の底部がつながっている。高温水貯湯部38上部から温水循環回路24によって暖房熱交換器23に高温水を供給し、暖房熱交換器23で熱交換を行った後の中温水を中温水貯留部39上部に戻す構成としている。そして、中温水貯留部39上部に中温水出湯管33を接続している。
【0032】
次に、以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用を実施例2と異なる点を中心に説明する。まず、暖房運転について、温水循環回路24によって高温水貯湯部38の高温水を暖房熱交換器23に供給し、熱交換を行った後の中温水を温水循環回路24によって水平方向拡散手段27を通して中温水貯留部39上部に戻すのは同じである。中温水貯留部39の底部と高温水貯湯部38の底部がつながっているので、暖房運転時の温水の流れに伴って、中温水貯留部39の底部から貯湯槽22の底部への流れが生じる。よって、中温水貯留部39に戻された中温水は暖房運転を行うにつれて、中温水貯留部39上部から下方向に貯留されていく。また、高温水貯湯部38の底部と中温水貯留部39の底部が直接つながっているので、接続管における放熱や、破損による水漏れを防止することができる。
【0033】
給湯時は実施例2と同様に、中温水貯留部39に貯留された中温水を中温水出湯管33から出湯する。中温水貯留部39に戻される中温水は中温水貯留部39上部から下方向に貯留されていき、中温水を出湯する中温水出湯管33を中温水貯留部39の上部に接続しているので、中温水貯留部39に貯留している中温水の量にかかわらず、中温水を貯留している時は常に中温水を出湯することができる。また、給湯負荷が多い場合には、中温水貯留部39に貯留している中温水をすべて出湯することが可能であり、中温水が残らない。
【0034】
沸き上げ運転時も実施例2と同様に、電磁弁41を開いて混合弁35によって沸き上げ循環回路36と連通する出湯管を中温水出湯管33と補助出湯管34に切替えることで中温水貯留部39と高温水貯湯部38のどちらを沸き上げるか選択する。暖房運転によって生成され、沸き上げ時のCOPを低下させる中温水を給湯時にできるだけ出湯するので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【0035】
(実施例4)
図5は本発明の実施例4におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。基本的な構成は図3に示す実施例3と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【0036】
まず、基本的な構成において実施例3と異なる点について説明する。高温水貯湯槽42と中温水貯留槽43の2つの槽によって貯湯槽を構成している。高温水貯湯槽42の底部と中温水貯留槽43の底部を接続管40で接続している。高温水貯湯槽42上部から温水循環回路24によって暖房熱交換器23に高温水を供給し、暖房熱交換器23で熱交換を行った後の中温水を水平方向拡散手段27を通して中温水貯留槽43上部に戻す構成としている。そして、中温水貯留槽43上部に中温水出湯管33を接続している。
【0037】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、暖房運転、給湯時の出湯、沸き上げ運転時についての動作、作用は実施例3とほぼ同じであり、異なる点としては、高温水貯湯槽42と中温水貯留槽43の2つの槽によって構成されているので、2つの槽の位置関係を自由に設置することができ、設置場所によっては2つの槽を離して設置することで限られたスペースに設置することも可能である。そして、暖房運転によって生成され、沸き上げ時のCOPを低下させる中温水を給湯時にできるだけ出湯するので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中温水貯留部に中温水を貯留し、給湯時に出湯することによって、中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のCOPを改善し、ランニングコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図2】本発明の実施例1におけるヒートポンプ熱源の入水温度とCOPの関係を表したグラフ
【図3】本発明の実施例2におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図4】本発明の実施例3におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図5】本発明の実施例4におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図6】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
21 ヒートポンプ熱源
22 貯湯槽
23 暖房熱交換器
26 中温水戻し口
27 水平方向拡散手段
28 中温水温度層(中温水貯留部)
33 中温水出湯管
37 断熱壁(隔壁)
39 中温水貯留部
42 中温水貯留槽(中温水貯留部)
Claims (5)
- ヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱された高温水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に蓄えられた高温水を循環させて放熱を行う放熱手段と、放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部からなり、中温水を出湯する中温水出湯管を中温水貯留部に設けたヒートポンプ給湯装置。
- 貯湯槽に中温水を戻す中温水戻し口に水平方向拡散手段を設けた請求項1に記載のヒートポンプ給湯装置。
- 中温水による温度層を形成するように中温水を貯湯槽に戻し、貯湯槽への中温水戻し口より上側に中温水出湯管を接続した請求項1または2に記載のヒートポンプ給湯装置。
- 貯湯槽内部に隔壁を設けて中温水貯留部を形成し、中温水貯留部上部に中温水出湯管を接続した請求項1または2に記載のヒートポンプ給湯装置。
- 中温水貯留部として、貯湯槽とは別に中温水貯留槽を設け、中温水貯留槽上部に中温水出湯管を接続した請求項1または2に記載のヒートポンプ給湯装置。
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