JP2007051830A - 蓄熱式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで設置スペースが少なくて済み、従来と同等の給湯性能を得ることが出来る蓄熱式給湯装置を提供する。
【解決手段】水を循環させて加熱するヒートポンプユニット４と、該ヒートポンプユニット４で加熱された湯水が循環する放熱用熱交換器５と、該放熱用熱交換器５を内方に備えると共に、蓄熱材２を充填した蓄熱缶体３と、該蓄熱缶体３内で蓄熱材２の放熱で給水を加熱して給湯を行う給湯用熱交換器９とで構成され、更に前記放熱用熱交換器５で放熱後の湯水からの熱を得る補助タンク１４を備えたので、給湯終了時の残湯量にもよるが、万一蓄熱材に蓄熱しきれない残熱がある場合には、放熱用熱交換器５を通過後の湯水が補助タンク１４内の補助熱交換器１５を通過することで、残熱によって補助タンク１４内の貯湯水が加熱されることにより、残熱を無駄なく利用出来、機器全体のＣＯＰも向上させることが出来るものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、蓄熱材を利用した給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の給湯装置では、深夜電力等を利用してヒートポンプユニットで加熱された温水を貯湯タンクに貯湯し、昼間や夜の給湯で使用して極力ランニングコストを削減し、効率が良く経済的な給湯を行うものであった。（例えば、特許文献１参照）
特開２００１−３９０８７８号公報

ところでこの従来のものでは、湯切れをせず又途中で沸き増し運転などをしないようにする為に、どうしても貯湯タンクを大きなものにしてしまうと、断熱材も大きくなり、結果として器具全体が大型となって、設置場所も取るし扱いずらいと言う問題点を有するものであった。

この発明はこの点に着目し、上記欠点を解決する為、特にその構成を、請求項１では、水を循環させて加熱するヒートポンプユニットと、該ヒートポンプユニットで加熱された湯水が循環する放熱用熱交換器と、該放熱用熱交換器を内方に備えると共に、蓄熱材を充填した蓄熱缶体と、該蓄熱缶体内で蓄熱材の放熱で給水を加熱して給湯を行う給湯用熱交換器とで構成され、更に前記放熱用熱交換器で放熱後の湯水からの熱を得る補助タンクを備えたものである。

請求項２では、前記補助タンクは、内方の湯水を蓄熱缶体に流通させる連通管と接続し、この連通管途中には、蓄熱缶体をバイパスして補助タンク内の湯水を直接給湯管に供給する流路切替手段を備えたものである。

請求項１の発明によれば、水よりも大量の熱エネルギーを吸熱、放熱することが出来る蓄熱材を利用したことで、少量の蓄熱材で従来のものと同等の能力の給湯を行うことが出来、蓄熱缶体も極めて小さなもので良く、更に給湯終了時の残湯量にもよるが、万一蓄熱材に蓄熱しきれない残熱がある場合には、放熱用熱交換器を通過後の湯水が補助タンク内の補助熱交換器を通過することで、残熱によって補助タンク内の貯湯水が加熱されることにより、残熱を無駄なく利用出来、機器全体のＣＯＰも向上させることが出来るものである。

請求項２の発明によれば、残熱で高温に加熱された補助タンク内の湯水を、蓄熱缶体をバイパスして直接給湯用の湯水として使用出来、給水温度が低く設定温度の給湯が得にくい時には便利であり、極めて使用勝手が良いものである。

次にこの発明の蓄熱式給湯装置の一実施形態について説明する。
この蓄熱式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に沸き上げた湯水を介して蓄熱し、この蓄熱を利用して湯水再び沸き上げて給湯に用いるもので、１は蓄熱材２を充填した蓄熱缶体３を有した蓄熱ユニット、４は湯水を加熱し蓄熱材２にこれを蓄熱させるヒートポンプユニットである。

前記蓄熱材２は、ナトリウム系水和剤で凝固状態から融解状態へと相を変化させることによって生じる潜熱を利用するもので、９０℃近い高温レベルで温水の約１０倍に相当する画期的な大量の熱エネルギーを吸熱・放熱することが出来るものである。

前記蓄熱ユニット１の蓄熱缶体２には、蓄熱材２と共にヒートポンプユニット４で加熱された湯水の熱を放熱する放熱用熱交換器５が内装されており、更にこの放熱用熱交換器５には吸熱されて温度低下した湯水をヒートポンプユニット４へ戻すヒーポン戻し管６及び、ヒートポンプユニット４で再加熱された湯水を放熱用熱交換器５へ送るヒーポン往き管７が接続され、ヒートポンプユニット４内にはこの循環を行うための循環ポンプ８が備えられている。

９は円筒状に巻回されて蓄熱缶体２内下部に備えられた給湯用熱交換器で、連通管１０から流入した低温水を蓄熱材２に蓄熱された熱の放熱で加温し、給湯管１１を介して適宜給湯するものである。

１２は円筒状に巻回されて蓄熱缶体３内上部に備えられた風呂用熱交換器で、風呂循環回路１３を介して浴槽（図示せず）と連通し、蓄熱材２に蓄熱された熱の放熱で風呂の追い焚きや保温を行うものである。

１４は円筒状で内容量７０Ｌ程度の補助タンクで、この補助タンク１４内には前記ヒーポン戻し管６の途中が螺旋状の補助熱交換器１５として備えられ、蓄熱材２で吸熱しきれなかった熱を利用して貯湯している湯水の温度を上げて、給湯用に使用するものであり、底部には給水管１６及び排水管１７が接続し、上部には給湯用熱交換器９に接続した入水管１０の他端が接続していると共に、他方にはエアー抜き弁１８が設けられている。

１９はヒーポン戻し管６途中でヒートポンプユニット４の手前に備えられた三方弁で、ヒーポン戻し管６を連通状態として湯水の戻り路を形成する状態と、給水管１６から分岐した補水管２０をヒートポンプユニット４側のヒーポン戻し管６と連通させて水の補給を行う状態とに適宜切り替えられるものである。

２１は同じくヒーポン戻し管６途中に備えられた圧力調整手段で、放熱用熱交換器５の循環路中の圧力を調整するものである。
２２は給湯管１１からの温水と、給水管１６から分岐した給水バイパス管２３からの給水とをミキシングして設定温度の給湯を行うミキシング弁である。

前記ヒートポンプユニット４は、圧縮機２４と凝縮器としての冷媒−水熱交換器２５と電子膨張弁２６と強制空冷式の蒸発器２７で構成されたヒートポンプ回路２８と、湯水を前記ヒーポン往き管７及びヒーポン戻り管６を介して冷媒−水熱交換器２５に循環させる循環ポンプ８と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部２９とを備えており、ヒートポンプ回路２８内には冷媒として二酸化炭素が用いられて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。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで加熱が可能なものである。

ここで、前記冷媒−水熱交換器２５は冷媒と被加熱水たる湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することが出来、被加熱水の冷媒−水熱交換器２５入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁２６または圧縮機２４を制御することで、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

３０は補助タンク１４と蓄熱缶体３とを連通する連通管１０途中に備えられた流路切替手段で、蓄熱缶体３をバイパスするように連通管１０と給湯管１１とを連結するバイパス管３１と、通常時は蓄熱缶体３を給湯管１１と連通させ、給水温度が極端に低い時には蓄熱缶体３側を閉じ補助タンク１４と給湯管１１とを連通させる三方弁３２とで構成されている。

次にこの一実施形態の作動を説明する。
まず、深夜電力時間帯ではヒートポンプユニット４が駆動開始すると共に、循環ポンプ８も駆動し、冷媒−水熱交換器２５で高温に加熱された湯水は、ヒーポン往き管７を介して蓄熱缶体３内の放熱用熱交換器５に流入し、ここを流通する間に蓄熱材２が熱を吸熱し徐々に蓄熱して行く、そして吸熱されて温度低下した湯水は、ヒーポン戻り管６を通り補助熱交換器１５に入り、まだ残熱がある時には補助タンク１４内の湯水を加熱してから、ヒートポンプユニット４に戻り再び加熱されて順次循環を繰り返すものであり、残熱を使い切ることで、ヒートポンプユニット４へ戻る湯水を低温出来、ＣＯＰを向上させることが出来るものである。

更に蓄熱缶体３内の蓄熱材２は、凝固状態から吸熱を開始し、融解するまでは熱エネルギーを吸収するが、約９０℃近くに達し融解（相変化）する段階で蓄熱（吸熱）量は大きく急増して白濁化する。融解、白濁後も吸熱量は少ないが吸熱し、完全に融解した時に潜熱量は最大となるものであり、深夜電力時間帯では蓄熱缶体３には多くの熱が蓄熱され、又補助タンク１４にも高温の温水が貯湯される。

次に昼間や夜間での給湯使用時では、給湯栓（図示せず）を開くと補助タンク１４から入水管１０を介して蓄熱缶体３内の給湯用熱交換器９を湯水が流通し、蓄熱材２に蓄熱した熱の放熱を受けて、湯水が加熱されミキシング弁２２で設定温度にミキシングされて給湯管１１から給湯されるものである。

更にこの給湯初期では、補助タンク１４内に溜められた高温水が使用されるので、蓄熱缶体３内の蓄熱利用はこの補助タンク１４内の高温水が全て使用されてなくなるまでは、使用されることがなく、無駄が無く効率良く利用されるものである。

又風呂の追い焚き及び保温では、風呂用熱交換器１２内を浴槽水が流通することにより、蓄熱材２に蓄熱された熱の放熱で加熱され、風呂を設定された温度に沸き上げるものである。

一方万一蓄熱缶体３内の蓄熱量が足りなくなって来た場合には、再度ヒートポンプユニット４を駆動させて、蓄熱運転を行って蓄熱量を補充すれば良く、容易に補充出来、極めて使用勝手が良いものである。

又補助タンク１４内に高温水が貯湯されている状態で、給水温度が極端に低いことを給水温度センサ（図示せず）が検知すると、流路切替手段３０を給湯管１１と蓄熱缶体３との連通の通常状態から、補助タンク１４と給湯管１１とを連通させるように切り替わることで、残熱で加熱された補助タンク１４内の高温水を給湯用として使用し、蓄熱缶体３内の蓄熱使用を極力避けると共に、補助タンク１４内の高温水を積極的に使用して効率の良い給湯が行えるようにするものである。

この発明の一実施形態を示す蓄熱式給湯装置の概略構成図。

符号の説明

２ 蓄熱材
３ 蓄熱缶体
４ ヒートポンプユニット
５ 放熱用熱交換器
９ 給湯用熱交換器
１４ 補助タンク
１５ 補助熱交換器

Claims (2)

1. 水を循環させて加熱するヒートポンプユニットと、該ヒートポンプユニットで加熱された湯水が循環する放熱用熱交換器と、該放熱用熱交換器を内方に備えると共に、蓄熱材を充填した蓄熱缶体と、該蓄熱缶体内で蓄熱材の放熱で給水を加熱して給湯を行う給湯用熱交換器とで構成され、更に前記放熱用熱交換器で放熱後の湯水からの熱を得る補助タンクを備えた事を特徴とする蓄熱式給湯装置。
2. 前記補助タンクは、内方の湯水を蓄熱缶体に流通させる連通管と接続し、この連通管途中には、蓄熱缶体をバイパスして補助タンク内の湯水を直接給湯管に供給する流路切替手段を備えた事を特徴とする請求項１記載の蓄熱式給湯装置。

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