JP4339293B2 - 蓄熱式給湯装置 - Google Patents
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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、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を流通後の湯水を補助タンク内の補助熱交換器に流通させ、補助タンク内の湯水を加熱させてからヒートポンプユニットに戻し、又給湯初期はこの補助タンクの高温水を使用してから、蓄熱缶体内の蓄熱を給湯に使用するようにしたものである。
この発明によれば、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、全体をコンパクトに出来て設置スペースを少なくて済み、しかも扱い易く設置も容易に行われるものであり、蓄熱缶体内の蓄熱利用はこの補助タンク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。
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。
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、入水管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。
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。
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。
尚、補助タンク１４を給湯用熱交換器９を介すことなく流路切替手段を介して給湯管１１に直接接続すれば、蓄熱缶体３内の蓄熱がなくなり再び蓄熱されるまでの間、この補助タンク１４内に溜められた高温水をしたりと言うように、応急的や補助的に温水が必要な時に利用することが出来、蓄熱式の不具合を緩和出来、極めて使用勝手が良くなるものである。
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
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
Claims (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を流通後の湯水を補助タンク内の補助熱交換器に流通させ、補助タンク内の湯水を加熱させてからヒートポンプユニットに戻し、又給湯初期はこの補助タンクの高温水を使用してから、蓄熱缶体内の蓄熱を給湯に使用するようにした事を特徴とする蓄熱式給湯装置。
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