JP2014231942A - Water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で開示する技術は、水加熱装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a water heating apparatus.
特許文献1に、水加熱装置が開示されている。この水加熱装置は、空気と冷媒の間で熱交換する蒸発器と、冷媒を加圧する圧縮機と、冷媒と水の間で熱交換する凝縮器と、冷媒を減圧する減圧機構と、蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構の順に冷媒を循環させる冷媒経路と、水を導入する水導入口と、水を導出する水導出口と、水導入口から凝縮器を経由して水導出口へ水を送る水経路と、水経路に組み込まれたポンプを備えている。このような水加熱装置では、ヒートポンプを利用して、空気から熱を吸収して、水を加熱する。このような水加熱装置では、高いエネルギー効率で水を加熱することができる。 Patent Document 1 discloses a water heating device. The water heating device includes an evaporator that exchanges heat between air and a refrigerant, a compressor that pressurizes the refrigerant, a condenser that exchanges heat between the refrigerant and water, a decompression mechanism that decompresses the refrigerant, and an evaporator. , A refrigerant path for circulating the refrigerant in the order of the compressor, the condenser, and the pressure reducing mechanism, a water inlet for introducing water, a water outlet for extracting water, and a water outlet through the condenser from the water inlet It has a water path that sends water to the water and a pump that is built into the water path. In such a water heating device, heat is absorbed from air using a heat pump to heat water. In such a water heating apparatus, water can be heated with high energy efficiency.
冬季などの外気温が低い状況で、水加熱装置の内部に水が滞留していると、水が凍結してしまうおそれがある。そのため、水加熱装置を長期間使用しない場合には、水抜きをしておく必要がある。 If the water stays inside the water heating device in a situation where the outside air temperature is low such as in winter, the water may freeze. Therefore, when the water heating device is not used for a long period of time, it is necessary to drain water.
特許文献1の水加熱装置において水抜きをする場合、水導入口や水導出口から水抜きをしようとしても、凝縮器の内部に水が滞留してしまい、エアブロー等による残水除去処理が必須となる。より簡便な手法で水抜きを行うことが可能な技術が期待されている。 When water is drained in the water heating device of Patent Document 1, water remains in the condenser even when trying to drain water from the water inlet or water outlet, and residual water removal processing by air blow or the like is essential. It becomes. A technique that can drain water by a simpler method is expected.
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、ヒートポンプを利用する水加熱装置において、簡便な手法で水抜きを行うことが可能な技術を提供する。 The present specification provides a technique for solving the above problems. In this specification, in the water heating apparatus using a heat pump, the technique which can drain water with a simple method is provided.
本明細書が開示する水加熱装置は、空気と冷媒の間で熱交換する蒸発器と、冷媒を加圧する圧縮機と、冷媒と水の間で熱交換する凝縮器と、冷媒を減圧する減圧機構と、蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構の順に冷媒を循環させる冷媒経路と、水を導入する水導入口と、水を導出する水導出口と、水導入口から凝縮器を経由して水導出口へ水を送る水経路と、水経路に組み込まれたポンプを備えている。その水加熱装置では、凝縮器が、水導入口、水導出口およびポンプよりも上方に配置されている。 A water heating device disclosed in this specification includes an evaporator that exchanges heat between air and a refrigerant, a compressor that pressurizes the refrigerant, a condenser that exchanges heat between the refrigerant and water, and a decompression that depressurizes the refrigerant. A mechanism, an evaporator, a compressor, a condenser, a pressure reducing mechanism, a refrigerant path for circulating the refrigerant, a water inlet for introducing water, a water outlet for extracting water, and a condenser from the water inlet And a water path for sending water to the water outlet and a pump incorporated in the water path. In the water heating apparatus, the condenser is disposed above the water inlet, the water outlet and the pump.
上記した水加熱装置では、凝縮器が水導入口、水導出口およびポンプよりも上方に配置されている。このため、水抜きを行う際に、凝縮器の内部に水が滞留してしまうことがなく、簡便な手法で水抜きを行うことができる。 In the water heating apparatus described above, the condenser is disposed above the water inlet, the water outlet and the pump. For this reason, when draining water, water does not stay in the condenser, and draining can be performed by a simple method.
上記の水加熱装置は、凝縮器の最上部に連通する空気抜き口と、水経路に連通する水抜き口をさらに備えるように構成することができる。 The water heating device can be configured to further include an air vent that communicates with the uppermost portion of the condenser and a water vent that communicates with the water path.
上記の水加熱装置によれば、空気抜き口を大気に開放することで、凝縮器の内部の水が、水頭圧によって水抜き口から排出される。エアブロー等の処置を行うことなく、極めて容易に水抜きを行うことができる。 According to said water heating apparatus, the water inside a condenser is discharged | emitted from a drain port by a water head pressure by open | releasing an air vent port to air | atmosphere. Water can be drained very easily without taking measures such as air blow.
上記の水加熱装置は、凝縮器の内側の空間に減圧機構が収容されているように構成することができる。 Said water heating apparatus can be comprised so that the pressure reduction mechanism may be accommodated in the space inside a condenser.
上記の水加熱装置によれば、装置の内部の限られた空間を有効に活用することができる。 According to said water heating apparatus, the limited space inside an apparatus can be utilized effectively.
上記の水加熱装置は、圧縮機から凝縮器を経て減圧機構に至る冷媒経路の区間と、減圧機構から蒸発器に至る冷媒経路の区間を、減圧機構を介することなく互いに接続する除霜経路と、除霜経路を開通/閉鎖する除霜弁をさらに備えており、凝縮器の内側の空間に除霜弁が収容されているように構成することができる。 The water heating device described above includes a section of a refrigerant path from the compressor through the condenser to the decompression mechanism, and a section of the refrigerant path from the decompression mechanism to the evaporator, and a defrosting path that connects the sections without passing through the decompression mechanism. Further, a defrosting valve for opening / closing the defrosting path is further provided, and the defrosting valve is accommodated in the space inside the condenser.
上記の水加熱装置では、除霜弁の開閉によって、蒸発器の表面に着いた霜を取り除く除霜運転が可能である。上記の水加熱装置によれば、除霜弁を凝縮器の内側の空間に収容することで、装置の内部の限られた空間を有効に活用することができる。 In the above water heating apparatus, a defrosting operation for removing frost on the surface of the evaporator is possible by opening and closing the defrost valve. According to said water heating apparatus, the limited space inside an apparatus can be effectively utilized by accommodating a defrost valve in the space inside a condenser.
本明細書で開示される水加熱装置によれば、簡便な手法で水抜きを行うことができる。 According to the water heating apparatus disclosed in this specification, water can be drained by a simple technique.
図面を参照して実施例の給湯装置10について説明する。給湯装置10は、カラン(図示せず)や浴槽といった給湯箇所へ温水を供給する装置である。図1に示すように、給湯装置10は、温水を貯める貯湯タンク18と、貯湯タンク18の温水を循環加熱するヒートポンプ30と、補助熱源であるガス熱源機12を備えている。なお、給湯装置10は、貯湯タンク18に貯めた温水の熱を暖房にも利用する給湯暖房装置であってもよい。また、給湯装置10は、貯湯タンク18を必ずしも有する必要はなく、ヒートポンプ30で加熱した温水を給湯箇所(あるいは暖房箇所)へ直接的に供給するものであってもよい。
A hot
貯湯タンク18には、給水管16と出湯管14が接続されている。給水管16は、貯湯タンク18へ上水を供給する管路である。給水管16は、貯湯タンク18の底部に接続されている。図示省略するが、給水管16には、各種のセンサや弁などが設けられている。出湯管14は、貯湯タンク18から給湯箇所へ温水を送る管路である。出湯管14は、貯湯タンク18の上部に接続されている。図示省略するが、出湯管14にも、各種のセンサや弁などが設けられている。
A
ガス熱源機12は、出湯管14の経路上に設けられている。ガス熱源機12は、貯湯タンク18からの温水の温度が、必要とされる温度を下回るときに、燃料ガスを燃焼することによって当該温水を加熱することができる。それにより、給湯装置10は、大量又は高温の給湯要求があり、貯湯タンク18の温水量及び温水温度では不十分である場合に、ガス熱源機12を稼働させることによって、不足する熱量を補うことができる。あるいは、外気温が極めて低いときなど、ヒートポンプ30の能力が著しく低下する場合でも、ガス熱源機12を稼働させることによって、必要とされる給湯を行うことができる。
The gas
ヒートポンプ30(水加熱装置に相当する)は、大気から採熱して水を加熱するヒートポンプである。ヒートポンプ30は、加熱往路22と加熱復路20を通じて、貯湯タンク18に接続されている。加熱往路22は、貯湯タンク18内の水を、ヒートポンプ30に送る管路である。加熱復路20は、ヒートポンプ30で加熱された温水を、貯湯タンク18へ戻す管路である。加熱往路22と加熱復路20は一連に接続されており、貯湯タンク18とヒートポンプ30との間で水を循環させる循環経路を構成している。加熱往路22には、循環ポンプ60が設けられている。循環ポンプ60は、後述するヒートポンプ30のコントローラ70によって制御される。図示省略するが、加熱往路22及び加熱復路20には、各種のセンサや弁などが設けられている。
The heat pump 30 (corresponding to a water heating device) is a heat pump that heats water by collecting heat from the atmosphere. The
ヒートポンプ30は、蒸発器32と、圧縮機34と、凝縮器36と、膨張弁38(減圧機構に相当する)とを備えている。蒸発器32と圧縮機34と凝縮器36と膨張弁38の間は、冷媒経路42、44、46、48によって順に接続されており、冷媒を循環させる循環経路が構成されている。また、ヒートポンプ30は、各部の動作を制御するコントローラ70を備えている。
The
蒸発器32は、空気中の熱を冷媒に吸熱させる熱交換器である。蒸発器32には、室外ファン54によって送風が行われる。室外ファン54は、ファンモータ56によって駆動される。蒸発器32では、膨張弁38を通過した霧状の冷媒が、空気中の熱を吸収して蒸発する。一例ではあるが、本実施例では、冷媒として二酸化炭素を採用している。ただし、冷媒の種類については特に限定されない。ファンモータ56は、コントローラ70へ電気的に接続されており、その動作、即ち、室外ファン54の動作が、コントローラ70によって制御される。
The
圧縮機34は、蒸発器32の出口側に接続されており、蒸発器32からの冷媒を圧縮する。蒸発器32で気化した冷媒は、圧縮されることによって、高温高圧の状態になる。圧縮機34の構造、方式については、特に限定されない。圧縮機34はコントローラ70へ電気的に接続されており、圧縮機34の動作はコントローラ70によって制御される。
The
凝縮器36は、圧縮機34の出口側に接続されている。凝縮器36は、冷媒と水との間で熱交換を行う熱交換器である。凝縮器36には、加熱往路22を通じて、貯湯タンク18の水が送られる。凝縮器36では、圧縮機34からの冷媒が凝縮しながら放熱し、その放熱によって貯湯タンク18からの水が加熱される。加熱後の水は、加熱復路20を通じて、貯湯タンク18に戻される。それにより、貯湯タンク18に温水が貯められる。
The
膨張弁38は、凝縮器36の出口側に接続されている。本実施例の膨張弁38は、一例ではあるが、その開度を電気的に調整可能な電子膨張弁である。膨張弁38はコントローラ70へ電気的に接続されており、膨張弁38の動作はコントローラ70によって制御される。凝縮器36からの冷媒は、膨張弁38を通過することによって、急速に膨張する(ミスト状になる)。膨張弁38の出口側は、蒸発器32の入口側に接続されており、低温低圧となった(ミスト状の)冷媒が蒸発器32に送られる。蒸発器32では、前述のとおり、大気から採熱することによって冷媒が気化される。以上の冷凍サイクルにより、ヒートポンプ30は、大気の熱を利用して貯湯タンク18内の水を加熱することができる。
The
ヒートポンプ30では、上記した冷凍サイクルの結果、蒸発器32に霜が付着することがある。蒸発器32への着霜は、ヒートポンプ30の熱効率を有意に低下させる。そのことから、本実施例のヒートポンプ30では、除霜経路50と除霜弁52が付加されている。また、コントローラ70には、蒸発器32に付着した霜を除去するための除霜運転を実行するプログラムやデータが記憶されている。
In the
除霜経路50は、圧縮機34の出口側を、凝縮器36及び膨張弁38をバイパスして、蒸発器32の入口側に接続する冷媒の経路である。除霜経路50の上流端は、圧縮機34と凝縮器36を接続する冷媒経路の区間44に接続されており、除霜経路50の下流端は、膨張弁38と蒸発器32を接続する冷媒経路の区間48に接続されている。除霜弁52は、除霜経路50上に設けられており、除霜経路50を開通/閉鎖するための開閉弁である。除霜弁52は、その開閉を電気的に制御可能な電子制御弁である。除霜弁52は、コントローラ70へ電気的に接続されており、除霜弁52の動作はコントローラ70によって制御される。
The defrosting
コントローラ70は、除霜弁52を開閉することによって、除霜運転を実行する。圧縮機34から凝縮器36を経て膨張弁38に至る冷媒経路の区間44、46は、高圧の区間であって高温の冷媒が存在している。従って、除霜弁52が開弁されることで、高温高圧の冷媒が蒸発器32へ直接的に送り込まれる。それにより、蒸発器32の温度を上昇させて、蒸発器32に付着した霜を融解させる。
The
図2および図3は、ヒートポンプ30の機械的な構成を示している。なお、図2および図3では、図示の明瞭化のために、主要な構成部品のみを図示しており、全ての配管等が図示されているわけではないことに注意されたい。
2 and 3 show the mechanical configuration of the
図2に示すように、ヒートポンプ30は、ハウジング100に収容されている。ハウジング100の内部は、仕切り壁102、104によって、空気熱交換室106と、機械室108と、水熱交換室110に区画されている。空気熱交換室106には、室外ファン54、ファンモータ56および蒸発器32等が収容されている。機械室108には、圧縮機34等が収容されている。水熱交換室110には、凝縮器36、膨張弁38(図3参照)、除霜弁52(図3参照)、循環ポンプ60等が収容されている。なお、コントローラ70は、機械室108の最上部に配置された電装基板部112に収容されている。仕切り壁102、104は、ハウジング100の底部近傍でそれぞれ開口している。
As shown in FIG. 2, the
凝縮器36は、水熱交換室110の上部に配置されている。図4に示すように、本実施例の凝縮器36は、水が流れる水管と冷媒が流れる冷媒管を、互いに隣接させながら、らせん状に二重に捲回した形状を有している。図3に示すように、凝縮器36の内側に形成される空間に、膨張弁38と除霜弁52が収容されている。なお、凝縮器36の最上部には、空気抜き経路114が連通している。図2に示すように、空気抜き経路114は、ハウジング100の側面に形成された空気抜き口116を介して大気に連通している。通常は、空気抜き口116は閉止されている。
The
図2や図4に示すように、凝縮器36に水を導入する加熱往路22は、ハウジング100の側面に形成された水導入口118から、水熱交換室110の下部を経由して、水熱交換室110の上部の凝縮器36に接続している。凝縮器36から水を導出する加熱復路20は、水熱交換室110の上部の凝縮器36から、水熱交換室110の下部を経由して、ハウジング100の側面に形成された水導出口120に接続している。循環ポンプ60は、水熱交換室110の下部の加熱往路22に組み込まれている。なお、水導入口118には、加熱往路22からの水抜きのための水抜き口122が別途設けられており、水導出口120には、加熱復路20からの水抜きのための水抜き口124が別途設けられている。また、ハウジング100の側面には、循環ポンプ60からの水抜きのための水抜き口126が形成されている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 4, the
本実施例のヒートポンプ30では、水導入口118、水導出口120、循環ポンプ60、およびそれぞれの水抜き口122、124、126が、何れも凝縮器36よりも下方に配置されている。このような構成とすることで、空気抜き口116を大気に開放することで、凝縮器36の内部の水が、水頭圧によって水抜き口122、124、126から排出される。エアブロー等の処置を行うことなく、凝縮器36からの水抜きを極めて容易に行うことができる。
In the
本実施例のヒートポンプ30では、凝縮器36の内側の空間に、膨張弁38と除霜弁52が収容されている。このような構成とすることで、ハウジング100の内部の限られた空間を有効に活用することができる。
In the
本実施例のヒートポンプ30では、機械室108と水熱交換室110の間に仕切り壁104が設けられている。このような構成とすることによって、仮に水熱交換室110の凝縮器36や循環ポンプ60、およびそれらの周辺の加熱往路22や加熱復路20において、水漏れが生じた場合であっても、機械室108の上部に配置された電装基板部112への水の飛散を抑制することができる。また、本実施例のヒートポンプ30では、ハウジング100の底部近傍において、仕切り壁102、104に開口が設けられている。このような構成とすることによって、水熱交換室110において発生した漏水を、空気熱交換室106において発生するドレンの排水口128を介して排出することができる。
In the
以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的な有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。また本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的な有用性を持つものである。 As mentioned above, although the Example was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:給湯装置
12:ガス熱源機
14:出湯管
16:給水管
18:貯湯タンク
20:加熱復路
22:加熱往路
30:ヒートポンプ
32:蒸発器
34:圧縮機
36:凝縮器
38:膨張弁
42、44、46、48:冷媒経路
50:除霜経路
52:除霜弁
54:室外ファン
56:ファンモータ
60:循環ポンプ
70:コントローラ
100:ハウジング
102:仕切り壁
104:仕切り壁
106:空気熱交換室
108:機械室
110:水熱交換室
112:電装基板部
114:空気抜き経路
116:空気抜き口
118:水導入口
120:水導出口
122:水抜き口
124:水抜き口
126:水抜き口
128:排水口
10: Hot water supply device 12: Gas heat source unit 14: Hot water pipe 16: Water supply pipe 18: Hot water storage tank 20: Heating return path 22: Heating forward path 30: Heat pump 32: Evaporator 34: Compressor 36: Condenser 38:
Claims (4)
冷媒を加圧する圧縮機と、
冷媒と水の間で熱交換する凝縮器と、
冷媒を減圧する減圧機構と、
蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構の順に冷媒を循環させる冷媒経路と、
水を導入する水導入口と、
水を導出する水導出口と、
水導入口から凝縮器を経由して水導出口へ水を送る水経路と、
水経路に組み込まれたポンプを備えており、
凝縮器が、水導入口、水導出口およびポンプよりも上方に配置されている、水加熱装置。 An evaporator that exchanges heat between air and refrigerant;
A compressor for pressurizing the refrigerant;
A condenser for exchanging heat between the refrigerant and water;
A decompression mechanism for decompressing the refrigerant;
A refrigerant path for circulating the refrigerant in the order of an evaporator, a compressor, a condenser, and a decompression mechanism;
A water inlet for introducing water;
A water outlet for extracting water;
A water path for sending water from the water inlet to the water outlet through the condenser;
With a pump built into the water path,
A water heating apparatus in which a condenser is disposed above a water inlet, a water outlet, and a pump.
水経路に連通する水抜き口をさらに備える、請求項1の水加熱装置。 An air vent that communicates with the top of the condenser;
The water heating apparatus according to claim 1, further comprising a water drain port communicating with the water path.
除霜経路を開通/閉鎖する除霜弁をさらに備えており、
凝縮器の内側の空間に除霜弁が収容されている請求項1から3の何れか一項のヒートポンプ装置。 A defrosting path that connects a section of the refrigerant path from the compressor through the condenser to the decompression mechanism and a section of the refrigerant path from the decompression mechanism to the evaporator without passing through the decompression mechanism;
A defrost valve for opening / closing the defrost path,
The heat pump device according to any one of claims 1 to 3, wherein a defrost valve is accommodated in a space inside the condenser.
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