JP2008249164A - 給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】給湯装置100は、冷凍サイクルからなる蓄熱回路10と、熱媒体を加熱する加熱手段3および熱媒体が保有する温熱を蓄積する蓄熱手段2を具備する蓄熱回路30と、水の循環または通過が切替自在であって、循環する水によって熱源回路10からの受熱を蓄熱回路30に放熱すると共に、通過する水を熱源回路10または蓄熱回路30の一方または両方からの受熱によって湯にする水回路10と、を備えている。熱媒体Nは、蓄熱手段2を構成する潜熱蓄熱材の融点よりも高い凝縮温度を持つ。
【選択図】図1
Description
そこで、融点が100℃以下である糖アルコール(エリスリトールとトレイトールの混合物、エリスリトールとキシリトールの混合物、糖アルコールと尿素との混合物)を含む潜熱蓄熱材を用いる給湯装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
熱媒体が循環し、前記熱媒体を加熱する加熱手段および前記熱媒体が保有する温熱を蓄積する蓄熱手段を具備する蓄熱回路と、
水の循環または通過が切替自在であって、循環する水によって前記熱源回路からの受熱を前記蓄熱回路に放熱すると共に、通過する水を前記熱源回路または前記蓄熱回路の一方または両方からの受熱によって湯にする水回路と、
を備えたことを特徴とする。
図1は本発明の実施形態1に係る給湯装置の構成を示す構成図である。図1において、給湯装置100は、冷媒Rが循環する冷凍サイクルからなる熱源回路10と、熱媒体Nが循環し、熱媒体Nを加熱する第四熱交換手段(加熱手段に同じ)4および熱媒体Nが保有する温熱を蓄積する第三熱交換手段(蓄熱手段に同じ)3を具備する蓄熱回路30と、
水Mの循環または通過が切替自在であって、循環する水Mによって熱源回路10からの受熱を蓄熱回路30に放熱すると共に、通過する水を熱源回路10または蓄熱回路30の一方または両方からの受熱によって湯Yにする水回路20と、を備えている。
なお、以下の説明において実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
熱源回路(ヒートポンプに同じ)10は、冷媒Rを圧縮する圧縮機11と、圧縮機11において圧縮された冷媒Rを冷却する第一熱交換手段(放熱側熱交換手段に同じ)1を構成する凝縮部12と、凝縮部12を通過した冷媒Rを膨張させる膨張手段13と、膨張手段13において膨張した冷媒Rを加熱する蒸発器(吸熱側熱交換手段に同じ)14と、を有している。そして、圧縮機11と凝縮部12と膨張手段13と蒸発器14とは、冷媒Rが循環するように冷媒配管15によって順次連結されている。
水回路20は、水道管101に設置された入口開閉弁21と、入口開閉弁21の下流に設置された水ポンプ(水循環手段に同じ)22と、第一熱交換手段1を構成する水受熱部23と、凝縮部12と、第二熱交換手段2を構成する水放熱部25と、水放熱部25の下流に設置された出口三方弁26と、を有している。
そして、水ポンプ22の出側と出口三方弁26の入口と水通過配管24によって連結され(途中に、水受熱部23と水放熱部25とが設けられている)、出口三方弁26の一方の出口と水ポンプ22の入側とが水バイパス配管27によって連結されている。なお、出口三方弁26の他方の出口には給湯配管102が接続されている。
蓄熱回路30は、熱媒体Nを循環させる熱媒体ポンプ31と、第二熱交換手段2を構成する熱媒体受熱部32と、第四熱交換手段(加熱手段に同じ)4を構成する熱媒体加熱部33と、第三熱交換手段3を構成する熱媒体放熱部34と、を有している。そして、熱媒体ポンプ31と熱媒体受熱部32と熱媒体加熱部33と熱媒体放熱部34とは、熱媒体Nが循環するように熱媒体配管35によって順次連結されている。
第一熱交換手段1は、熱源回路10の凝縮部12と水回路20の水受熱部23とが伝熱自在に接続されている。したがって、圧縮機11において圧縮されて高温高圧になった冷媒Rは凝縮部12において温熱を放出(放熱)し、一方、水受熱部23を流れる水Mは前記放出された温熱を受け取り、加熱され湯Yとなる。
なお、水放熱部25を水Mまたは低温の湯Yが流れ、熱媒体受熱部32を流れる熱媒体Nの温度が、水Mまたは低温の湯Yの温度より低いとき、熱媒体Nが放熱側になり、水Mまたは低温の湯Yが加熱されることになる。
なお、熱媒体放熱部34を流れる熱媒体Nの温度が、潜熱蓄熱材Sの温度より低いとき、潜熱蓄熱材Sが放熱側となり、熱媒体Nが加熱されることになる。
図2は、図1に示す給湯装置における蓄熱運転時の動作を説明する構成図である。図2において、熱源回路10において、圧縮機11により高温高圧に圧縮された冷媒は、第一熱交換手段1で放熱を行った後、膨張手段13で低温低圧に減圧され、蒸発器14で吸熱を行い、圧縮機11へと吸入される。このとき、水回路20における入口開閉弁21は閉とし、かつ、出口三方弁26により水M(湯Yを含む)が水バイパス配管27に流れ込み、水回路20を循環するようにする。
図3は、図1に示す給湯装置における給湯運転時の動作を説明する構成図である。図3において、水回路20における入口開閉弁21を開にし、かつ、出口三方弁26により湯Yが給湯配管102に供給されるようにする(水バイパス配管27に流入しない)。
一方、蓄熱回路30を循環する熱媒体Nは、第三熱交換手段3で潜熱蓄熱材Sの凝固熱により加熱された後、第二熱交換手段2に流入する。そして、水回路20を流れる水Wは、第二熱交換手段2に流入した熱媒体Nにより加熱され、湯Yとして給湯配管102に供給される。
すなわち、給湯時に、熱源回路10を停止することができるから、たとえば、夜間等の電気料金が低額になる時間帯に蓄熱しておけば(図2参照)、給湯コストが安価になる。
図4は、図1に示す給湯装置における給湯運転時のその他の動作を説明する構成図である。通常、熱源回路10は運転停止状態であるが、給湯能力が不足しているとき等は、図4に示すように、まず、第一熱交換手段1で、熱源回路10からの放熱を用いて水通過配管24を流れる水Mを中温まで加熱し、その後、第二熱交換手段2において高温の湯Yまで加熱する。すなわち、第一熱交換手段1における冷媒Rの放熱と、熱媒体N(第四熱交換手段4および第三熱交換手段3において加熱されている)の第二熱交換手段2における放熱と、によって給湯不足を補うことが出来る。
図5は、図1に示す給湯装置における給湯運転時のその他の動作を説明する構成図である。図5に示すように、熱源回路10を運転させ、蓄熱回路30を停止(熱媒体ポンプ31を停止に同じ)させることで、熱源回路10側からの放熱のみで湯Yを生成し、給湯することも可能である。
図6〜図8は、図1に示す給湯装置における第三熱交換手段の構造を説明する模式図である。
図6において、第三熱交換手段3xは、熱媒体配管35に連通した筒状容器(熱媒体放熱部に同じ)34xと、筒状容器34xの内部に配置された複数のカプセル(潜熱蓄熱材容器に同じ)36xと、カプセル36xに充填された潜熱蓄熱材Sと、を有している。したがって、筒状容器34xに熱媒体Nを流すことによって、熱交換を行うことができる。
なお、筒状容器34xの形状は円筒でも良いし、四角筒でも良いし、他の形状でも良い。また、カプセル36xの形状は円筒でも良いし、球でも良いし、他の形状でも良い。
なお、伝熱管34yは図7に示すように、潜熱蓄熱材容器36y中を蛇行しながら流れる曲げタイプの伝熱管でも良く、直線的に流れる直管タイプの伝熱管でも良い。
なお、充填管36zの断面形状は図8に示すようにひし形でも良いし、円または矩形でも良いし、他の形状でも良い。また、伝熱管34zの断面形状は円でも良いし、楕円や四角でも良いし、他の形状でも良い。
さらに、伝熱管34zは管壁の中に形成されたものに限定するものではなく、伝熱管34zの内面または外面に伝熱自在に設置されたものであってもよい。
また、潜熱蓄熱材Sと水Mの熱交換も間接的に行うシステムとしているため、融点が100℃以上の潜熱蓄熱材であっても、水は沸騰しない。
よって、融点が100℃以上であるが、潜熱量の大きいエリスリトールなどの潜熱蓄熱材を使用することができる。
図9は本発明の実施形態2に係る給湯装置の構成を示す構成図である。実施の形態1における給湯装置100では、給湯だけについて説明を行ったが、実施形態2における給湯装置200は、給湯と冷房とを同時に行うことができる。
図9において、給湯装置200を構成する熱源回路(ヒートポンプに同じ)210は、冷媒Rを圧縮する圧縮機11と、圧縮機11において圧縮された冷媒Rを冷却する第一熱交換手段(放熱側熱交換手段に同じ)1を構成する凝縮部12と、凝縮部12を通過した冷媒Rを膨張させる一対の膨張手段13a、13bと、膨張手段13a、13bにおいて膨張した冷媒Rをそれぞれ加熱する蒸発器(吸熱側熱交換手段に同じ)14a、14bと、を有している。
一方、冷房運転を行う場合は、膨張手段13aと膨張手段13bとを同時に調節し、蒸発器14b(冷房用熱交換手段に同じ)に冷媒Rを流し、冷房用ファン14fを運転する。このときも、給湯単独運転を行う場合と同様に、室外99に配置された蒸発器14aにおいて吸熱することにより冷凍サイクルが形成される。
図10において、給湯装置200xは、凝縮部12の下流に、膨張手段13aと、蒸発器14aと、蒸発器14bと、が直列に配置され、蒸発器14bに対峙して冷房用ファン14fが設けられている。
したがって、給湯単独運転を行う場合は冷房用ファン14fを停止し、冷房運転を行う場合は冷房用ファン14fを運転する。以上により、給湯と同時に冷房が可能な装置となる。
図11は本発明の実施形態3に係る給湯装置の構成を示す構成図である。実施の形態2における給湯装置200は、給湯と同時に冷房を行うものであったが、実施形態3における給湯装置300は、給湯と暖房とを同時に行うことができる。
図11において、給湯装置300を構成する熱源回路(ヒートポンプに同じ)310は、冷媒Rを圧縮する圧縮機11と、圧縮機11において圧縮された冷媒Rを冷却する一対の凝縮部12a、12bと、凝縮部12a、12bを通過した冷媒Rを膨張させる膨張手段13と、膨張手段13において膨張した冷媒Rを加熱する蒸発器(吸熱側熱交換手段に同じ)14と、を有している。凝縮部12aと凝縮部12bとは、圧縮機11と膨張手段13との中間に並行して配置され、凝縮部12aは第一熱交換手段1を形成している。
このとき、凝縮部12bは室内に配置され、室内の暖房用熱交換手段として使用され、凝縮部12aは室外99に配置される。
なお、室外99に配置された蒸発器14では、給湯単独運転を行う場合であっても、暖房運転を行う場合であっても吸熱を行う。
図12において、給湯装置300xは、圧縮機11の下流に、凝縮部12aと凝縮部12bとが1順次直列に配置され、凝縮部12bの下流に膨張手段13が接続されている。そして、凝縮部12aは第一熱交換手段1を形成している。
また、凝縮部12bの上流には暖房用開閉弁12vが設置され、凝縮部12bに対峙して暖房用ファン12fが設けられている。
したがって、給湯単独運転を行うときは暖房用ファン12fを停止し、暖房運転を行う場合は暖房用ファン12fを運転する。以上により、給湯と同時に暖房が可能な装置となる。
図13は本発明の実施形態4に係る給湯装置の構成を示す構成図である。実施の形態2における給湯装置200は、給湯と同時に冷房を行うものであり、実施形態3における給湯装置300は、給湯と暖房とを同時に行うことができるものであったが、実施形態4における給湯装置400は、給湯と同時に室内の冷房および暖房のどちらでもできるものである。なお、実施の形態3と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
そして、四方弁16のAポートと第一熱交換手段1を構成する凝縮部12の出側とがA配管17aによって接続され、四方弁16のBポートと室内配置された第五熱交換器5の入側とがB配管17bによって接続され、四方弁16のCポートと屋外配置された蒸発器14の入側とがC配管17cによって接続され、四方弁16のDポートと膨張手段13の出側とがD配管17dによって接続されている。
図14は、図13に示す給湯装置における暖房運転時の動作を説明する構成図である。
図14において、暖房運転を行う場合は、凝縮器として機能する第五熱交換器5に高温高圧の冷媒が流れるよう四方弁16を切り替え、送風ファン5fを運転する。なお、給湯単独運転を行う場合は、送風ファン5fを停止する。
すなわち、圧縮機11において圧縮された高温高圧の冷媒Rは冷媒配管15aを経由して第一熱交換手段1を構成する凝縮部12に流入し、凝縮部12を通過した冷媒RはA配管17aを経由して四方弁16のAポートに流入し、BポートからB配管17bを経由して第五熱交換器5に流入する。そして、第五熱交換器5において送風ファン5fによって送られた室内空気に温熱を放出する。
図15は、図13に示す給湯装置における冷房運転時の動作を説明する構成図である。
図15において、冷房運転を行う場合は、蒸発器として機能する第五熱交換器5に低温低圧の冷媒が流れるよう四方弁16を切り替え、送風ファン5fを運転する。なお、給湯単独運転を行う場合は、送風ファン5fを停止する。
すなわち、圧縮機11において圧縮された高温高圧の冷媒Rは冷媒配管15aを経由して第一熱交換手段1を構成する凝縮部12に流入し、凝縮部12を通過した冷媒RはA配管17aを経由して四方弁16のAポートに流入し、DポートからD配管17dを経由して膨張手段13に流入して膨張され低温低圧になる。
膨張手段13において膨張され低温低圧の冷媒Rは、冷媒配管15bを経由して第五熱交換器5に流入する。そして、第五熱交換器5において送風ファン5fによって送られた室内空気に冷熱を放出する。
したがって、冷凍サイクルが形成されることになる。なお、凝縮部12における温熱の放出(放熱)と、第五熱交換器5における冷熱の放出(吸熱)とがバランスする場合には、蒸発器14において冷熱を放出する必要がなくなるから、別途、蒸発器14をバイパスする配管を設け、四方弁16のDポートから圧縮機11に冷媒を直接戻してもよい。
Claims (12)
- 冷媒が循環する冷凍サイクルからなる熱源回路と、
熱媒体が循環し、前記熱媒体を加熱する加熱手段および前記熱媒体が保有する温熱を蓄積する蓄熱手段を具備する蓄熱回路と、
水の循環または通過が切替自在であって、循環する水によって前記熱源回路からの受熱を前記蓄熱回路に放熱すると共に、通過する水を前記熱源回路または前記蓄熱回路の一方または両方からの受熱によって湯にする水回路と、
を備えたことを特徴とする給湯装置。 - 前記蓄熱手段が、前記熱媒体の凝縮温度よりも低い融点を持つ潜熱蓄熱材によって構成されることを特徴とする請求項1記載の給湯装置。
- 前記潜熱蓄熱材の融点が100℃以上であることを特徴とする請求項2記載の給湯装置。
- 前記蓄熱手段が、前記熱媒体が流通する第一容器と、前記潜熱蓄熱材を充填した第二容器と、から構成され
前記第一容器内に前記第二容器が配置され、または前記第二容器内に前記第一容器が配置されることによって、前記熱媒体と前記潜熱蓄熱材とが熱交換を行うことを特徴とする請求項2乃至3の何れかに記載の給湯装置。 - 前記蓄熱手段が、前記熱媒体が流通する第一容器と、前記潜熱蓄熱材を充填した第二容器と、から構成され
前記第一容器と前記第二容器とが伝熱自在に当接することによって、前記熱媒体と前記潜熱蓄熱材とが熱交換を行うことを特徴とする請求項2乃至3の何れかに記載の給湯装置。 - 蓄熱運転時において、前記熱源回路からの放熱により前記水回路を循環する水を加熱し、該加熱された水からの放熱により前記蓄熱回路を循環している前記熱媒体を加熱し、該加熱された熱媒体からの放熱により前記潜熱蓄熱材を加熱して蓄熱することを特徴とした請求項2乃至5の何れかに記載の給湯装置。
- 給湯運転時において、前記潜熱蓄熱材の凝固熱によって加熱された前記熱媒体により前記水回路を通過する水を加熱することを特徴とした請求項2乃至6の何れかに記載の給湯装置。
- 給湯運転時において、前記蓄熱回路を循環する前記熱媒体の循環量が変更自在であって、該循環量の変更によって前記加熱された水の温度が調節されることを特徴とした請求項7記載の給湯装置。
- 給湯運転時において、前記熱源回路からの受熱と、前記蓄熱回路からの受熱と、によって前記水回路を通過する水が加熱されることを特徴とした請求項1乃至8の何れかに記載の給湯装置。
- 前記冷凍サイクルが、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を冷却する放熱側熱交換手段と、該凝縮器を通過した冷媒を膨張させる膨張手段と、該膨張手段において膨張した冷媒を加熱する複数台の吸熱側熱交換手段と、を有し、
前記複数の吸熱側熱交換手段のうち少なくとも1台を室内空間に配置して、該室内空間を冷房可能にすることを特徴とした請求項1乃至9の何れかに記載の給湯装置。 - 前記冷凍サイクルが、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を冷却する複数台の放熱側熱交換手段と、該凝縮器を通過した冷媒を膨張させる膨張手段と、該膨張手段において膨張した冷媒を加熱する吸熱側熱交換手段と、を有し、
前記複数の放熱側熱交換手段のうち少なくとも1台を室内空間に配置して、該室内空間を暖房可能にすることを特徴とした請求項1乃至9の何れかに記載の給湯装置。 - 前記冷凍サイクルが、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を冷却する複数台の放熱側熱交換手段と、該凝縮器を通過した冷媒を膨張させる膨張手段と、該膨張手段において膨張した冷媒を加熱する複数台の吸熱側熱交換手段と、室内空間に配置された放熱自在および吸熱自在な両用熱交換手段と、冷媒の流れを切り替える四方弁と、を有し
前記四方弁の切り替えによって、前記放熱側熱交換手段を通過した冷媒を前記両用熱交換手段に流入させて放熱させ、該放熱後の冷媒を前記膨張手段に流入させ、
あるいは、前記四方弁の切り替えによって、前記放熱側熱交換手段を通過した冷媒を前記膨張手段に流入させて膨張させ、該膨張した冷媒を前記両用熱交換手段に流入させて吸熱させることによって、
前記室内空間を暖房または冷房可能にすることを特徴とした請求項1乃至9の何れかに記載の給湯装置。
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