JP2008241177A - Heat pump type hot water supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器とをそなえたヒートポンプユニットによって貯水タンク内の貯留水を加熱するようにしたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump including a compressor that compresses a refrigerant, a heat-dissipation side heat exchanger that condenses the compressed refrigerant to dissipate heat, and a heat-absorption-side heat exchanger that absorbs heat from the air by evaporating the condensed refrigerant. The present invention relates to a heat pump type hot water supply apparatus that heats stored water in a water storage tank by a unit.
図5には、冷媒を圧縮する圧縮機3と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器4と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器6とをそなえたヒートポンプユニット2によって貯水タンク1内の貯留水Wを加熱するようにしたヒートポンプ式給湯装置の従来例が示されている。この従来公知のヒートポンプ式給湯装置では、貯水タンク1とヒートポンプユニット2の放熱側熱交換器4とは低位置側水配管21と高位置側水配管22によって接続され、貯水タンク1内の貯留水W1をポンプ23によって放熱側熱交換器4側に送給して該貯留水W1を加熱するようにしている。一方、貯水タンク1に対しては、給水配管7により補給水(通常は水道水)W0が送給され、貯水タンク1内で加温・貯留されている貯留水W1は給湯配管8から取り出されて風呂、台所、シャワー等の用途に使用されるようになっている。なお、図5において符号30は貯水タンク1から供給される温水を熱源とする暖房用ラジエータ、31,32はその連絡配管、33は温水循環用ポンプである。
FIG. 5 shows a
ところで、本願発明者によれば、このような従来公知のヒートポンプ式給湯装置には次のような改善点があることが知見された。 By the way, according to the inventors of the present application, it has been found that such a conventionally known heat pump type hot water supply apparatus has the following improvements.
(ア) 貯水タンク1には給湯装置の長期にわたる使用中に徐々にスケールが蓄積されてくるが、従来はそのスケールを含んだ貯留水W1がそのまま風呂、台所、シャワー等のように人体に直接供給される用途に使用されている(もちろん、この従来例のヒートポンプ式給湯装置で供給される温水であっても、衛生上何らかの問題があるということではないが、ユーザーによっては、これをたとえば飲用に使用する場合などには一定の抵抗感をもつことがある)。
(A) Although the scale gradually accumulates in the
(イ) 一般的に、ヒートポンプユニット2の放熱側熱交換器4においては、凝縮冷媒と、被加熱水(貯留水W1)との間の温度差が大きい程被加熱水に対する加熱効率が良くなるが、図5に示す従来公知のヒートポンプ式給湯装置では貯水タンク1内の貯留水W1の自由対流によって、あるいはラジエータ30との間の循環水流による強制対流によってタンク内の水温度が平均化され、その結果、ヒートポンプユニット2側の放熱側熱交換器4において凝縮冷媒と被加熱水との温度差が大きくとれない。
(A) Generally, in the heat-radiation side heat exchanger 4 of the heat pump unit 2, the heating efficiency for the heated water is better as the temperature difference between the condensed refrigerant and the heated water (reserved water W 1 ) is larger. However, in the conventionally known heat pump type hot water supply apparatus shown in FIG. 5, the water temperature in the tank is averaged by free convection of the stored water W 1 in the
本願発明は、従来のヒートポンプ式給湯装置に対する上記のような知見にもとずいてなされたもので、より衛生的で且つ熱効率的にもすぐれたヒートポンプ式給湯装置を提案しようとするものである。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge about the conventional heat pump type hot water supply apparatus, and intends to propose a heat pump type hot water supply apparatus that is more hygienic and excellent in heat efficiency.
なお、本願発明者が調査した範囲では、衛生的見地と熱効率的見地の両面からヒートポンプ式給湯装置について何らかの改良を加えようとすることを課題とした公知の文献は発見することができなかった。 In addition, in the range which this inventor investigated, the well-known literature which made it a subject to add some improvement about a heat pump type hot-water supply apparatus from both the sanitary viewpoint and the thermal efficient viewpoint was not discovered.
本願発明は、先ず第1の特徴として、貯水タンク内の温水を直接人体に接触する用途に使用するのでなく、人体に直接接触する用途については貯水タンク内に設けた水タンク内熱交換器によって間接的に加熱された温水を利用する。また、第2の特徴として、貯水タンク内に対して同貯水タンク内の水温が平均化されるのを抑制する手段を加えることにより、貯水タンク内において下方側(ヒートポンプユニットの放熱側熱交換器入口側)の水温が上方側の水温より所定温度以上低温度に維持されるようにする(その結果、ヒートポンプユニットの放熱側熱交換器において凝縮冷媒と被加熱水との間の温度差が可及的に大きくとれるようにする)。そして上記の特徴を実現する具体的手段として、本願発明のヒートポンプ式給湯装置においては、図1に例示するように、冷媒を圧縮する圧縮機3と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器4と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器6とをそなえたヒートポンプユニット2と、該ヒートポンプユニット2に対して低位置側水配管21と高位置側水配管22によって接続され前記放熱側熱交換器4によって加熱される水W1を貯留するとともにその内部に前記貯留水W1と熱交換して内部を貫流する貫流水W2を加熱する水タンク内熱交換器10を設けた貯水タンク1とをそなえるとともに、前記貯水タンク1内における前記低位置側水配管21の開口21aより高位の中間高さ位置に、前記貯水タンク1内の上下方向水流動を規制するバッフル部材(たとえば、後述する横設板状体41A、縦設板状体41B等で構成される)を設けたことを特徴とするものである。
In the present invention, as a first feature, the hot water in the water storage tank is not used for the purpose of directly contacting the human body, but for the purpose of direct contact with the human body, the heat exchanger in the water tank provided in the water tank is used. Use indirectly heated hot water. In addition, as a second feature, by adding a means for suppressing the water temperature in the water storage tank from being averaged with respect to the water storage tank, a lower side in the water storage tank (a heat radiation side heat exchanger of the heat pump unit). Ensure that the water temperature on the inlet side is maintained at a predetermined temperature or lower than the water temperature on the upper side (as a result, there is a temperature difference between the condensed refrigerant and the water to be heated in the heat dissipation side heat exchanger of the heat pump unit). To be as large as possible). As specific means for realizing the above features, in the heat pump type hot water supply apparatus of the present invention, as illustrated in FIG. 1, the
上記のように構成された本願発明のヒートポンプ式給湯装置においては、風呂、台所、シャワー等のように直接人体に向けて供給される温水は、貯水タンク1に設けられた水タンク内熱交換器10内を貫流する貫流水W2によって得られ、従来のヒートポンプ式給湯装置のように貯水タンク1内に滞留している(スケールを含んだ)タンク内貯留水W1が直接人体に向けて供給されることはない。
In the heat pump type hot water supply apparatus of the present invention configured as described above, the hot water supplied directly to the human body such as a bath, kitchen, shower, etc. is a heat exchanger in the water tank provided in the
また、低位置側水配管21の開口21aより高位において貯水タンク1内の中間位置に設けられているバッフル部材は貯水タンク1内における上下方向水流動を規制し、貯水タンク1内の貯留水W1の水温の平均化を抑制するから貯水タンク1内においては、上方(頂部)側の水温より下方(底部)側の水温が可及的に低く保たれ、ヒートポンプユニット2の放熱側熱交換器4に対して比較的低温度の被加熱水を送給することができ、その結果ヒートポンプユニット2による加熱効率を向上させることができる。
Further, a baffle member provided at an intermediate position in the
バッフル部材は、図1及び図4に例示するように貯水タンク1内空間を上下方向に区画する横設板状体41Aであったり、図2に例示するように貯水タンク1内空間を径方向に区画する縦設板状体41Bであったり、あるいは図3に例示するように、横設板状体41Aと縦設板状体41Bの組合せであったりしてもよい。
The baffle member is a horizontal plate-
図1、図3及び図4に例示する横設板状体41Aは、たとえば合成樹脂やステンレス鋼製の円板状多孔板(または無孔板)とすることができ、その数も貯水タンク1内における低位置側水配管21の開口21aより高位の中間高さ位置において1枚だけ設けても、また多段状に複数枚設けてもよい。
The horizontal plate-
図2および図3に例示する縦設板状体41Bは、たとえば合成樹脂やステンレス鋼製の円筒状多孔板(あるいは無孔板)とすることができ、その数も貯水タンク1内における低位置側水配管21の開口21aより高位の中間高さ位置において1本だけ設けてもよく、また同心円状に複数本設けてもよい。縦設板状体41Bが貯水タンク1内における上下方向水流動を規制するバッフル部材として機能するのは、縦設板状体41Bが貯水タンク1内の空間を径方向に細区画することにより貯水タンク1内の上下方向水流動(対流)が縦設板状体41Bのない場合より抑制されることによる。
The vertical plate-
なお、縦設板状体41Bは円筒状だけでなく、垂直平板状であっても、貯水タンク1内空間を径方向に細区画して貯水タンク1内の上下方向水流動を抑制する作用が得られる。
In addition, even if the vertical plate-
以上は、貯水タンク1内にバッフル部材(41A,41B)を設けることにより貯水タンク1内における上下方向水流動を抑制して貯水タンク1内における貯留水W1に上下温度差(上方側部分W1aより下方側部分W1bの方が低温度)を生じさせるようにしたものであるが、本願発明のヒートポンプ式給湯装置においては、上記バッフル部材の上記作用に加えて、水タンク内熱交換器10それ自体の作用によっても貯水タンク1内の貯留水W1に対する上下温度差(上方側高温・下方側低温)生成作用を助長することもできる。以下、その具体化について説明する。
As described above, by providing baffle members (41A, 41B) in the
水タンク内熱交換器10により貯留水W1に対する上下温度差生成作用を助長するための具体化の一例を図1に示すヒートポンプ式給湯装置について説明すると、この図1に示すヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器10への給水側管路7を貯水タンク1内の底部付近まで直管状に垂設し、その下端から出口側の出湯側管路8までをコイル管状体の水タンク内熱交換器10とした構成とする一方、同水タンク内熱交換器10を、管内径が比較的大径の上部側部分10Aと同上部側部分10Aに対して管内径が比較的小径の下部側部分10Bとを管継手10Dで接続する構成としている。このようにすると、水タンク内熱交換器10内を流通する貫流水W2は、管内径が比較的小径の下部側部分10Bにおいて管内径が比較的大径の上部側部分10Aにおけるよりも管内流速が早くなり、貯水タンク内貯留水W1の下部側部分W1bとの間の熱交換作用がより増大化され、貯水タンク内貯留水W1の下部側部分W1bからの吸熱作用(除熱作用)が上方側部分W1aの吸熱作用(除熱作用)より大きくなって、結果的に貯水タンク内貯留水W1の温度が上部側部分W1aよりも下部側部分W1bにおいて低くなるように作用する。
An example of the embodiment for promoting the vertical temperature difference generating action on the stored water W 1 by the
次に図4を参照して、 水タンク内熱交換器10により貯水タンク内貯留水W1に対する上下温度差生成作用を助長するための具体化の他の例を示すと、図4に示すヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器10への給水側管路7を貯水タンク1内の底部付近まで直管状に垂設し、その下端から出口側の出湯側管路8までをコイル管状体の水タンク内熱交換器10とする点は図1に示すヒートポンプ式給湯装置と同様であるが、図4に示すヒートポンプ式給湯装置においては、コイル管状体とした水タンク内熱交換器10におけるコイル密度をその上部側部分10Aより下部側部分10Bにおいて高密度とし(同一高さ寸法内においてコイル数を多くする)、それにより、貯水タンク内貯留水W1と水タンク内熱交換器10内を貫流する貫流水(被加熱水)W2との間の熱交換作用が、水タンク内熱交換器10の上部側部分10Aよりも下部側部分10Bにおいてより大きくなり、その結果、貯水タンク内貯留水W1に対する吸熱(除熱)作用が同貯留水W1の上方側部分W1aよりも下方側部分W1bにおいて大きく、延いては貯水タンク内貯留水W1の下方側部分W1bにおける温度降下作用が、上方側部分W1aよりも大きくなるようにしている。
Next, referring to FIG. 4, another example of the embodiment for facilitating the action of generating the vertical temperature difference with respect to the stored water W 1 in the storage tank by the
また、図4に示すヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器10の一部(下部側部分10Bの最下端側部分)10Cを上下方向に高度差の小さい渦巻状10Cとすることにより、当該渦巻状部分10Cが貯水タンク内貯留水W1の上下方向流動に対する抵抗体となる(それにより貯水タンク1内水温の平均化が抑制される)ようにしている。
In the heat pump type hot water supply apparatus shown in FIG. 4, a part of the
なお、図1ないし図4に示す各ヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器10の下部側部分10B側を熱交換作用のすぐれた内面溝付管として、それにより、水タンク内熱交換器10の下部側部分10Bにおける熱交換作用がさらに助長されるようにしてもよい。
In addition, in each heat pump type hot water supply apparatus shown in FIG. 1 to FIG. 4, the
本願発明のヒートポンプ式給湯装置は、上記の図1ないし図4に例示するように、冷媒を圧縮する圧縮機3と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器4と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器6とをそなえたヒートポンプユニット2を有するとともに、該ヒートポンプユニット2に対して低位置側水配管21と高位置側水配管22によって接続され前記放熱側熱交換器4によって加熱される水W1を貯留する貯水タンク1内に、前記貯留水W1と熱交換して内部を貫流する貫流水W2を加熱する水タンク内熱交換器10を設けて該水タンク内熱交換器10によって加熱された温水(W2)を風呂、台所、シャワー等のように直接人体に向けて供給される用途に使用可能としたものであるから、従来のヒートポンプ式給湯装置のようにごく微量ながらでもスケールを含有する可能性のある貯水タンク1内の貯留水W1が直接人体に向けて供給される場合に比べて、より一層抵抗感なく衛生的に温水を利用し得る効果がある。
The heat pump hot water supply apparatus of the present invention includes a
また、本願発明のヒートポンプ式給湯装置は、貯水タンク1内における低位置側水配管21の開口21aより高位の中間高さ位置に、同貯水タンク1内の上下方向水流動を規制するバッフル部材(たとえば、る横設板状体41A、縦設板状体41B等で構成される)を設けたものであるから、貯水タンク1内において貯留水W1の下方側部分W1bを比較的低温度に維持することができ、ヒートポンプユニット2側の放熱側熱交換器4との間の熱交換効率を向上させる得る効果がある。
In addition, the heat pump type hot water supply apparatus of the present invention has a baffle member that regulates the vertical water flow in the
続いて図1ないし図4を参照して本願発明の好適ないくつかの実施例を説明すると、図1及び図4には貯水タンク1内に横設板状体41Aからなるバッフル部材を設けた実施例、図2には貯水タンク1内に円筒状の縦設板状体41Bからなるバッフル部材を設けた実施例、図3には貯水タンク1内に横設板状体41Aからなるバッフル部材と上下2個の円筒状の縦設板状体41B,41Bからなるバッフル部材とを設けた実施例がそれぞれ示されている。図1、図3、図4の実施例のヒートポンプ式給湯装置における横設板状体41Aは多くの場合、ステンレス鋼製又は合成樹脂製の多孔板で構成されるが、貯水タンク1内における上下方向水流動を抑制し得るものであれば、必ずしも多孔板でなくてもよく、たとえば貯水タンク1の内径よりやや小径の無孔円板でもよい。
Subsequently, several preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In FIG. 1 and FIG. 4, a baffle member made of a lateral plate-
図2および図3の実施例のヒートポンプ式給湯装置における縦設板状体41Bも多くの場合、ステンレス鋼製又は合成樹脂の円筒体で構成されるが、貯水タンク1内を径方向に細区画して貯水タンク1内における上下方向水流動を抑制し得るものであれば必ずしも円筒体でなくても、縦平板状体であってもよい。
The vertical plate-
続いて図1ないし図4の各実施例における共通事項について説明すると、各実施例のヒートポンプ式給湯装置における貯水タンク1は、内径500mm、高さ1250mm、容量245Lである。この貯水タンク1に対して低位置側水配管21と高位置側水配管22を介してヒートポンプユニット2の放熱側熱交換器4が接続されている。ヒートポンプユニット2は冷媒(CO2)を圧縮する圧縮機3と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する(貯水タンク1内の貯留水W1を加熱する)放熱側熱交換器4と、放熱側熱交換器4で、凝縮した冷媒を減圧する膨張機構5と、減圧した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器6とをそなえている。
Next, common items in the embodiments of FIGS. 1 to 4 will be described. The
貯水タンク1内の貯留水W1はポンプ23によってヒートポンプユニット2の放熱側熱交換器4へ送給され、85.0℃の温水となって貯水タンク1内へ還流する。この貯水タンク1内の貯留水(温水)W1は貯水タンク1内に設けられている水タンク内熱交換器10内を貫流する貫流水W2を加熱する一方、管路31,32によって接続されている暖房用ラジエータ30へ向けてポンプ33により送給され、暖房用熱源としても利用し得るようになっている。各実施例のヒートポンプ式給湯装置においては、このラジエータ30は9.3KWの暖房能力とされている(85.0℃の温水を5.0L/mで送給する場合)。
Stored water W 1 in the
水タンク内熱交換器10は、貯水タンク1内の底部付近まで垂設された給水側管路7に連続するコイル管状体で構成され、その上端側の出湯側管路8に連続している。給水側管路7から流入する給水W0は水タンク内熱交換器10を貫流する間に貯水タンク1内貯留水W1と熱交換して85℃の温水(被加熱水)W2となって出湯側管路8から取り出される。給水側管路7と出湯側管路8の間はバイパス管9とサーモバルブ11を介して接続されており、サーモバルブ11の作用により給湯管12から42.0℃の給湯水W3が取り出されるようになっている。なお、図1ないし図4において符号40は補助熱源となる電気ヒータを示している。
The
続いて図1ないし図4に示す各実施例ごとの水タンク内熱交換器10の独自の構成について説明すると、図1及び図3に示す実施例のヒートポンプ式給湯装置では、コイル管状体からなる水タンク内熱交換器10の一部(下部側部分)10Bの管内径を上部側部分10Aの管内径より細径として、水タンク内熱交換器10内を貫流する貫流水W2の流速が下部側部分10Bにおいて上部側部分10Aよりも速くなるようにして、それにより貯水タンク1内貯留水W1のうちの下方側部分W1bに対する熱交換作用(除熱作用)が貯留水上方側部分W1aよりも大きくなるようにしている。
Next, the unique configuration of the water
次に図2に示す実施例のヒートポンプ式給湯装置について水タンク内熱交換器10の構成を説明すると、この実施例のヒートポンプ式給湯装置では、コイル管状体からなる水タンク内熱交換器10の下部側部分10Bについて下端側から一定範囲を内面溝付管とし、それにより同部分周辺の貯留水下方側部分W1bに対する熱交換作用(除熱作用)が大きくなるようにしている。
Next, the structure of the
次に図4に示す実施例のヒートポンプ式給湯装置における水タンク内熱交換器10の構成について説明すると、この実施例における水タンク内熱交換器10は、そのコイル管状体の下部側部分10Bの下端部10Cについてそのコイル密度を水タンク内熱交換器上部側部分10Aにおけるコイル密度よりも大きく(コイル間間隔を小さく且つ渦巻状に)している。それにより水タンク内熱交換器下端部(渦巻状部分)10Cにおいてコイル密度の大きさそれ自体による貯留水下方側部分W1bからの吸熱(除熱)作用が大きくなって貯留水下方側部分W1bに対する温度降下作用が大きくなるとともに、当該渦巻状部分10Cが貯水タンク1内における上下方向水流動を抑制するように作用し、貯水タンク1内の貯留水下方側部分W1bを可及的に低温度に維持するように作用する。
Next, the structure of the
1は貯水タンク、2はヒートポンプユニット、3は圧縮機、4は放熱側熱交換器、5は膨張機構、6は吸熱側熱交換器、7は給水側管路、8は出湯側管路、9はバイパス管、10は水タンク内熱交換器、11はサーモバルブ、12は給湯管、21は低位置側水配管、22は高位置側水配管、30はラジエータ、40は補助ヒータ、41A,41Bはバッフル部材、W1は貯水タンク内貯留水、W2は貫流水である。 1 is a water storage tank, 2 is a heat pump unit, 3 is a compressor, 4 is a heat radiation side heat exchanger, 5 is an expansion mechanism, 6 is a heat absorption side heat exchanger, 7 is a water supply side line, 8 is a hot water side line, 9 is a bypass pipe, 10 is a heat exchanger in the water tank, 11 is a thermo valve, 12 is a hot water supply pipe, 21 is a low-position side water pipe, 22 is a high-position side water pipe, 30 is a radiator, 40 is an auxiliary heater, 41A , 41B are baffle members, W 1 is water stored in the water storage tank, and W 2 is flow-through water.
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