JP3931912B2

JP3931912B2 - 給湯機

Info

Publication number: JP3931912B2
Application number: JP2005156777A
Authority: JP
Inventors: 一彦丸本; 竹司渡辺; 昌宏尾浜; 誠一安木; 立群毛; 哲英倉本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: JP2006329569A

Description

本発明は加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行う貯湯式給湯装置に関するものである。

従来のこの種の貯湯式給湯装置としては、例えば、図２に示すようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図２は、前記公報に記載された従来の給湯機を示すものである。図２に示すように、この給湯機は貯湯タンク８と、ヒートポンプ６による加熱源１を備え、貯湯タンク８の下部から沸上げ管９でヒートポンプ６と接続し、ヒートポンプ６から貯湯タンク上部へ接続している。

暖房ユニット１３を運転する時には熱源側ポンプ１１と利用側ポンプ１２を動作させ、熱源側回路３０では貯湯タンク８内の最上部より高温の湯を暖房熱交換器１４に循環する。暖房熱交換器１４を循環すると高温の湯は温度が下がって熱源側ポンプ１１を経て貯湯タンク８に環流する。

この時、環流温度センサー３３によって熱源側ポンプ１１より吐出された湯の温度が検知され、さらに環流温度センサー３３によって検知された温度と貯湯温度検知手段１７が検知した貯湯タンク８内の温度によって切換手段１０を制御する。

即ち、貯湯温度検知手段１７で検知した湯温は、環流温度センサー３３が検知した湯温とほぼ同一である部位に流れるよう切換手段１０を切り換えて環流させる。利用側回路３１では暖房熱交換器１４で加熱された湯が暖房ユニット１３循環して暖房を行う。
特開２００３−１１４０５３号公報

しかしながら、上記構成では、暖房ユニット１３にて暖房するとき、暖房熱交換器１４へは常に貯湯タンク８の最上部の高温の湯を循環させることになるため、高温の湯が常に中温の湯になることになり、中温水が貯湯タンク８内に拡がることになる。

中温の湯水を再度ヒートポンプ６で加熱する場合、熱交換効率が下がるため、沸き上げ効率が低下すると言う問題点がある。さらに、従来の発明では中温水（約３０度から６５度の湯水）域が拡がるため中温水を再度沸き上げる時間が長くなるため給湯機の効率が低下すると言う問題点があった。

本発明の目的は、暖房ユニット１３の温度を検知して熱交換可能な貯湯タンク８内の中温水を選択して暖房ユニット１３を加熱することにより、高温水による暖房ユニット１３の加熱を低減することにより中温水の貯湯タンク８内での拡散を抑制し、中温水の再沸き上げ時間を短縮することで、効率の良い給湯機を提供することにある。

この目的を達成するために本発明の給湯機は、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を循環させることによって前記貯湯タンク内の水を加熱源により加熱し、加熱された高温の湯を前記貯湯タンク内に貯める給湯機において、前記貯湯タンク側面上下方向に複数の出湯口と、前記複数の出湯口のうち、いずれかの出湯口から取り出され、前記複数の出湯口のうち、いずれかの出湯口に戻る熱源側回路と、暖房ユニットを介して湯が循環する利用側回路と、前記熱源側回路と前記利用側回路とを熱交換する暖房熱交換器と、前記出湯口を切り換える切換手段と、前記出湯口の湯温に相当する温度を検知する貯湯温度検知手段と、前記暖房ユニットの湯温を検知する暖房ユニット温度検知手段と、前記熱源側回路の前記暖房熱交換器の下流側の湯温を検知する環流温度検知手段とを備え、前記貯
湯温度検知手段と前記暖房ユニット温度検知手段との検知値の差を比較し、前記検知値の差が最小である出湯口から出湯するように、また、前記貯湯温度検知手段と前記環流温度検知手段との検知値の差を比較し、前記検知値の差が最小である出湯口に湯が戻るように、前記切換手段を選択し切り換える構成するようにした。

これによって、暖房ユニットと熱交換可能な貯湯タンク内の中温水を選択して、暖房ユニットを加熱でき、貯湯タンク内の中温水の拡散を低減できる。

これによって、環流水の貯湯タンクへの戻り位置を選択でき、貯湯タンク内の湯温に近い位置に環流水を戻すことができるので貯湯タンク内で中温水が広がるのを抑制できる。

本発明の給湯機は、貯湯タンク内の中温水を選択して、暖房ユニットを加熱に貯湯タンク内の中温水を利用できるので、新たに高温水の熱を吸収して中温水にすることを抑制することで貯湯タンク内の中温水の拡散を防止できる。

また、タンクへの戻り位置を選択でき、貯湯タンク内の湯温に近い位置に環流水を戻すことができるので貯湯タンク内で中温水が広がるのを抑制でき、より高い効率のヒートポンプの運転が実現できる。

第１の発明は、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を循環させることによって前記貯湯タンク内の水を加熱源により加熱し、加熱された高温の湯を前記貯湯タンク内に貯める給湯機において、前記貯湯タンク側面上下方向に複数の出湯口と、前記複数の出湯口のうち、いずれかの出湯口から取り出され、前記複数の出湯口のうち、いずれかの出湯口に戻る熱源側回路と、暖房ユニットを介して湯が循環する利用側回路と、前記熱源側回路と前記利用側回路とを熱交換する暖房熱交換器と、前記出湯口を切り換える切換手段と、前記出湯口の湯温に相当する温度を検知する貯湯温度検知手段と、前記暖房ユニットの湯温を検知する暖房ユニット温度検知手段と、前記熱源側回路の前記暖房熱交換器の下流側の湯温を検知する環流温度検知手段とを備え、前記貯湯温度検知手段と前記暖房ユニット温度検知手段との検知値の差を比較し、前記検知値の差が最小である出湯口から出湯するように、また、前記貯湯温度検知手段と前記環流温度検知手段との検知値の差を比較し、前記検知値の差が最小である出湯口に湯が戻るように、前記切換手段を選択し切り換える構成するようにした。

第２の発明は、特に第１の発明において、加熱源は圧縮機を含むヒートポンプとした。これによって、大気熱を主な熱源とした効率の良い加熱ができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いた。

これにより、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と潜熱蓄熱材とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。

（実施の形態）
以下、実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態おける給湯機の回路図である。

装置の概要は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱源１であるヒートポンプ６を備え、ヒートポンプ６によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯して給湯に利用する。

先ず、加熱源１であるヒートポンプ６の構成について説明する。ヒートポンプ６は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、冷媒を減圧する減圧手段４、冷媒を蒸発気化する吸熱器５で構成されている。

このヒートポンプ６は、圧縮機２の吐出側より放熱器３を介して減圧手段４に接続し、さらに圧縮機２の吸入側に接続している。

また、このヒートポンプ６においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、吸熱器５で空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。

一方、湯の沸き上げに関する構成は、沸上げ管９は貯湯タンク８の下部からヒートポンプ６と接続し、ヒートポンプ６から貯湯タンク８上部へ接続している。

沸上げ管９が接続されている貯湯タンク上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。

貯湯タンク８からヒートポンプ６に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、沸上げ管９の途中に出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。

また、ヒートポンプ６において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９のヒートポンプ６（放熱器３）入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を沸上げ管９におけるヒートポンプ６出口近傍に設けている。そして、貯湯タンク８の温度分布を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度センサー１７を備えている。

給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。また、給水温度を検知するため給水温度センサー１８を備えている。

貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低湯水を任意の比率で混合可能な混合弁２３が設けられている。

混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に給湯端末２４が接続されている。

給湯端末２４が給湯のために開けられると、貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。給湯温度に関して、給水
バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８からの高湯水と給水からの低湯水を混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。この時の混合比は、給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、所定の給湯温度に保たれる。貯湯タンク８内の高湯水と水を混ぜて温度を低下させることによって給湯を行うので、貯湯タンク内の高湯水温度を給湯温度である４０℃から５０℃程度よりも大幅に高く、６５℃から９０℃程度として、貯湯タンク８の蓄熱密度を大きくすることが可能になる。

暖房ユニット１３利用の運転回路の構成に関しては、利用側回路３１において、暖房ユニット１３内の湯水を利用側ポンプ１２により暖房熱交換器１４に循環させている。また、暖房ユニット１３の温度を検知するために暖房ユニットセンサー３２を設けている。

出湯口３４は、貯湯タンク８内の湯水の取り出し及び環流の戻りに使用し、貯湯タンク８側方に略垂直方向で、貯湯温度検出手段１７の近傍３カ所に取り付けられている。また、出湯口３４には、貯湯タンク８内の湯水の取り出し、環流の戻りの位置を変更するための切換手段１０が設置されている。

そして、貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により暖房熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流する。

また、暖房熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知するための環流温度センサー３３が取り付けられており、暖房熱交換器１４を循環した湯水を貯湯タンク８下部へ環流する時に開成する熱源用電磁弁２９を備えている。

以上のように構成された給湯機において、以下、図１に基づいて動作、作用について説明する。

ヒートポンプ６では、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、吸熱器５において空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。この時、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水は沸上げポンプ７により放熱器３に送られ放熱器３の熱を吸熱して加熱される。

即ち、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水をヒートポンプ６により加熱し、貯湯タンク８に戻す貯湯運転においては、沸上げポンプ７を駆動し、貯湯タンク８からの低湯水を加熱し、加熱された湯は沸き上げ管９を通って貯湯タンク８の上部に送られる。

そして、出湯温度センサー１６によりヒートポンプ６で加熱された水の温度を検知し、沸上げポンプ７の出力を変えることで、ヒートポンプ６からの出湯温度を制御して目標の温度となるように加熱を行う。

なお、給水温度センサー１８は、図１のように貯湯タンク８下部に取り付けられているが、貯湯タンク８内部に形成される高温と低温の層のうち、低温層の湯水の温度を測れる程度の位置であればよい。

暖房ユニット１３の利用運転は、貯湯タンク８内の湯水の熱を暖房ユニット１３を流れる湯水に放熱することで行っている。

暖房ユニットセンサー３２によって所定の温度より低く、加熱が必要であると判断された場合、熱源側回路３０では暖房ユニットセンサー３２の検知した湯温と貯湯温度検知手
段１７ａ、１７ｃ、１７ｅの温度とを比較し、暖房ユニットセンサー３２の検知温度よりも高く、かつ暖房ユニットセンサー３２の検知温度と貯湯温度検知手段１７（１７ａ、１７ｃ、１７ｅ）との温度差が最も少ない貯湯温度検知手段１７と対応する切換手段１０を選択する。具体的には、暖房ユニットセンサー３２の検知湯温と貯湯温度検知手段１７ａの検知した温度（＞暖房ユニットセンサー３２の検知温度）との差が最も小さいときは切換手段１０ａを選択する。以下同様に、暖房ユニットセンサー３２の検知した湯温と貯湯温度検知手段１７ｃの検知した温度（＞暖房ユニットセンサー３２の検知温度）との差が最も小さいときは切換手段１０ｂを選択し、暖房ユニットセンサー３２の検知した湯温と貯湯温度検知手段１７ｅの検知した温度（＞暖房ユニットセンサー３２の検知温度）との差が最も小さいときは切換手段１０ｃを選択する。そして、選択された切換手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃに対応する出湯口３４ａ、３４ｂ、３４ｃより貯湯タンク８内の湯を暖房熱交換器１４へ循環するように水路を切り換える。

暖房熱交換器１４で放熱した湯水は温度が低下し熱源側ポンプ１１を経て、その湯温を環流温度センサー３３にて検知する。検知された湯水の温度と貯湯温度検知手段１７ａ、１７ｃ、１７ｅを比較しその差が最も小さな貯湯温度検知手段１７ａ、１７ｃ、１７ｅの位置に最も近い切換手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃを選択し、切換手段１０に対応する出湯口３４を通じて貯湯タンク８に戻される。例えば、切換手段１０ｂが選択されれば出湯口３４ｂを通じ、切換手段１０ｃが選択されれば出湯口３４ｃを通じ貯湯タンク８に戻される。

また、最下部の切り換え手段１０ｃから暖房熱交換器１４へ貯湯タンク８の湯が出湯するよう選択された場合、暖房熱交換器１４で放熱した湯水は開成された熱源用電磁弁２９を通して、貯湯タンク８下部から貯湯タンク８内へ流入する。

一方、利用側回路３１では暖房ユニット１３内の湯水を利用側ポンプ１２により暖房熱交換器１４に循環させ熱源側回路３０の熱は、暖房ユニット１３内の湯水に吸収させることによって上昇させている。この一連の動作は暖房ユニットセンサー３２によって所定の温度に達したと判断されるまで持続される。

この様に、利用側回路３１の湯水と熱交換可能な貯湯タンク内の中温水を選択して、暖房ユニット１３を加熱に貯湯タンク８内の中温水を利用できるので、新たに高温水の熱を吸収して中温水にすることを抑制することで貯湯タンク８内の中温水の拡散を防止できる。

また、タンク８への戻り位置を選択でき、貯湯タンク８内の湯温に近い位置に環流水を戻すことができるので貯湯タンク内で中温水が広がるのを抑制でき、より高い効率のヒートポンプ６の運転が実現できる。

以上のように、本発明にかかる給湯機は、暖房ユニットと熱交換可能な貯湯タンク内の中温水を選択して、暖房ユニットの湯水を加熱することで、貯湯タンク内で中温水が広がるのを抑制でき、より高い効率のヒートポンプ６の運転が実現できる給湯機として有用である。

本発明の実施の形態における給湯機の回路図従来の給湯機の回路図

符号の説明

１加熱源
２圧縮機
６ヒートポンプ
７沸上げポンプ
８貯湯タンク
１０切換手段
１３暖房ユニット
１７貯湯温度検知手段
３４出湯口

Claims

沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を循環させることによって前記貯湯タンク内の水を加熱源により加熱し、加熱された高温の湯を前記貯湯タンク内に貯める給湯機において、前記貯湯タンク側面上下方向に複数の出湯口と、前記複数の出湯口のうち、いずれかの出湯口から取り出され、前記複数の出湯口のうち、いずれかの出湯口に戻る熱源側回路と、暖房ユニットを介して湯が循環する利用側回路と、前記熱源側回路と前記利用側回路とを熱交換する暖房熱交換器と、前記出湯口を切り換える切換手段と、前記出湯口の湯温に相当する温度を検知する貯湯温度検知手段と、前記暖房ユニットの湯温を検知する暖房ユニット温度検知手段と、前記熱源側回路の前記暖房熱交換器の下流側の湯温を検知する環流温度検知手段とを備え、前記貯湯温度検知手段と前記暖房ユニット温度検知手段との検知値の差を比較し、前記検知値の差が最小である出湯口から出湯するように、また、前記貯湯温度検知手段と前記環流温度検知手段との検知値の差を比較し、前記検知値の差が最小である出湯口に湯が戻るように、前記切換手段を選択し切り換える構成としたことを特徴とする給湯機。
加熱源は圧縮機を含むヒートポンプであることを特長とする請求項１記載の給湯機。
ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたことを特徴とする請求項２記載の給湯機。