JP4935537B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレート式熱交換器を風呂追いだき用熱交換器に利用したヒートポンプ給湯装置に関する。

従来から、ヒートポンプサイクルを利用した給湯装置は種々提案されており、例えば、ヒートポンプサイクルを利用した熱交換器で加熱した温水を貯湯タンクに貯留し、この貯留した温水と浴槽保温のための保温回路を流通する温水とを熱交換するプレート式熱交換器を有する給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のこの種のプレ−ト式熱交換器は、複数の経路を有し、各々の経路に通じる出入口を設け、その出入口の形状は、同じ形状（円形）で、同じ径（同投影面積）で、同じ容積で形成されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１４７５８３号公報 特開平１０−２８８４８０号公報

特許文献１に記載されていつヒートポンプ給湯装置において、その風呂追いだき用に特許文献２に記載されているプレ−ト式熱交換器を採用した場合は、高温流体用のタンク側は清水で、低温流体用の風呂側は浴槽水が通過することになる。
しかし、プレ−ト式熱交換器の出入口は、同じ形状（円形）で、同じ径（同投影面積）で、同じ容積で形成されているため、高温流体用のタンク側と低温流体用の風呂側とで、通過する水の条件が違い、低温流体用の風呂側の経路には、頭髪等に代表される髪の毛等のゴミ、スケール、ぬめり等が付着して経路を塞ぐ可能性が高く、特に、入口部に詰まりやすいと言った課題があった。

本発明はこのような課題を解決するもので、低温流体用の風呂側の入口部の容積を大きくする事で、高寿命のヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と放熱器とを有し、冷媒として二酸化炭素を用い、前記圧縮機によって高圧側では臨界圧を越える状態で運転するヒートポンプ回路と、貯湯タンクの下部の水を前記放熱器で加熱した後に前記貯湯タンクの上部に戻す貯湯回路と、前記貯湯タンクの温水をプレート式熱交換器に導入して前記プレート式熱交換器で冷却された温水を前記貯湯タンクに戻すタンク側送水回路と、浴槽内の水を前記プレート式熱交換器に導入して前記プレート式熱交換器で加熱された温水を前記浴槽内に戻す風呂側送水回路とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、
前記プレート式熱交換器は、前記タンク側送水回路と前記風呂側送水回路の配管との接続口をプレートの素材よりも腐食に弱い素材で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、プレート式熱交換器は、貯湯タンクからの温水を流すタンク側入口部の容積よりも、浴槽水を流す風呂側入口部の容積を大きく構成したことにより、浴槽水に含まれるゴミ、スケール、ぬめり等が付着する面積・容積をアップさせて、頭髪等に代表される詰まり、ぬめり付着、スケール付着などによる詰り能力が向上し、高寿命のヒートポンプ給湯装置を提供できる。

実施の形態１.
以下、本発明の実施例について図面とともに詳細に説明する。
図１は、本発明によるヒートポンプ給湯装置の実施の形態１における回路構成図である。本実施の形態１によるヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ回路１とタンクユニット２とを備えている。ヒートポンプ回路１は、圧縮機３、放熱器４、膨張弁５、及び蒸発器６を順に配管７で接続して構成され、ケース８内に収められている。このヒートポンプ回路１は自然冷媒である二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。

前記タンクユニット２は、ケース９内に貯湯タンク１０および風呂追いだき用のプレート式熱交換器１１を内蔵している。貯湯タンク１０としては、上部に高温水が下部に低温水が温度層ごとに分離して蓄えられる積層式貯湯タンクが使用され、プレート式熱交換器１１としては、複数の伝熱プレートを積層したものを縦置きで使用する。

前記プレート式熱交換器１１は水流が対向して流れる水一水熱交換器で、上部にタンク側入口１１１および風呂側出口１１４が、下部にタンク側出口１１２および風呂側入口１１３が設けられており、上部のタンク側入口１１１から供給された温水は下部のタンク側出口１１２から排出され、下部の風呂側入口１１３から供給された浴槽水は上部の風呂側出口１１４から排出される。
貯湯タンク１０には、上部に温水導出口１０１および温水導入口１０３が、下部に水導入口１０２および水導出口１０４が設けられている。

プレート式熱交換器１１の上部のタンク側入口１１１には、貯湯タンク１０の上部の温水導出口１０１から配管１２を通って温水が供給され、プレート式熱交換器１１で熱交換後、下部のタンク側出口１１２から排出される。排出された水はタンク側送水ポンプ１３により配管１４を通って貯湯タンク１０の下部の水導入口１０２から貯湯タンク１０内に戻される。配管１２、プレート式熱交換器１１、タンク側送水ポンプ１３および配管１４によりプレート式熱交換器１１の一次側送水回路が形成される。

一方、プレート式熱交換器１１の下部の風呂側入口１１３には、浴槽１５からの湯水が風呂側送水ポンプ１６により配管１７を通って供給され、プレート式熱交換器１１で熱交換されて加温された温水となる。その後、上部の風呂側出口１１４から排出された温水は配管１８を通って浴槽１５内に戻される。配管１７、風呂側送水ポンプ１６、プレート式熱交換器１１および配管１８によりプレート式熱交換器１１の二次側送水回路が形成される。

また、貯湯タンク１０の下部の水導出口１０４からの水は、沸き上げ用送水ポンプ１９により配管２０を通ってヒートポンプ回路１の放熱器４に供給され、放熱器４で加熱された後、配管２１を通って貯湯タンク１０の上部の温水導入口１０３から貯湯タンク１０内に戻される。沸き上げ用送水ポンプ１９、配管２０、放熱器４および配管２１により貯湯回路を構成する。

給水弁２２は、貯湯タンク１０内の高温水が給湯用として用いられた場合（給湯回路は図示せず）、開放されて貯湯タンク１０の水導出口１０４から市水を貯湯タンク１０内に給水する。

図２は、プレート式熱交換器２３の外観図で、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図で、図４は、図３のＣ-Ｃ線断面図で、図５は、図２のＢ−Ｂ線断面図で、図６は、図５のＤ−Ｄ線断面図である。
プレ−ト式熱交換器１１は、複数枚のプレ−トＡ１１ａとプレ−トＢ１１ｂからなり、各々のプレ−ト１１ａとプレ−トＢ１１ｂ間は銅ろうによりろう付けされ気密性が保たれており、タンク側経路層１１ｆと風呂側経路層１１ｇの２つの違った経路層を有している。

又、天面のプレ−トＡ１１ａには、タンク側入口１１１、タンク側出口１１２、風呂側入口１１３、風呂側出口１１４の４つの接続口を持ち、クロスして熱交換するように構成され、さらに４つの接続口には、共通のニップルが同様に銅ろう付けされ同じく気密性を保たれている。

上記タンク側入口１１１、タンク側出口１１２、風呂側入口１１３、風呂側出口１１４と対向するプレートＡ１１ａ，１１ｂには、タンク側の温水を流す複数の層と連通する出入口穴１１Ｃと、風呂側の浴槽水を流す複数の層と連通する出入口穴１１ｄが形成されている。そして、前記タンク側出入口穴１１ｃの開口面積に対し、前記風呂側出入口穴１１ｄの開口面積は数倍の大きさを有して形成されており、これにより、浴槽水が流通する風呂側出入口部の容積を前記貯湯タンク１０の温水が流通するタンク側入口部の容積よりも大きく構成されている。また、複数層のタンク側経路層１１ｆと複数層の風呂側経路層１１ｇの間には区割壁１１ｅを有している。

つぎに、動作を説明する。
図１において、貯湯運転信号により、ヒートポンプ回路１が運転され、冷媒は圧縮機３で圧縮され高温高圧となり、放熱器４で冷却され、膨張弁５により減圧され、蒸発器６により大気から吸熱して蒸発し、圧縮機３に戻る。一方、貯湯タンク１０の下部の水導出口１０４から沸き上げ用送水ポンプ１９により放熱器４に水が供給され、供給された水は、放熱器４で加熱される。そして、加熱され高温となった温水は貯湯タンク１０の上部の温水導入口１０３から流入する。従って、高温水は、貯湯タンク１０の上部から順次貯湯される。

風呂追いだきを実施する場合、タンクユニット２のタンク側送水回路においては、貯湯タンク１０内の上部高温水を、温水導出口１０１から出湯し、配管１２を介してプレート式熱交換器１１の上部のタンク側入口１１１から供給され、プレート式熱交換器１１を通って下部のタンク側出口１１２から配管１３を介して水導入口１０２から貯湯タンク１０内の下部に流入される。この結果、給湯用としての利用量が少なく、貯湯タンク１０の底部に市水がほとんど供給されず、貯湯タンク１０内に相当量の熱量が蓄積された状態で風呂追いだきを実施した場合でも、熱交換能力の高いプレート式熱交換器１１によって十分に熱交換を行うことができるため、貯湯タンク１０の下部を低温状態に保つことができる。なお、この送水動作はタンク側送水ポンプ１３により行われる。

風呂側送水回路においては、浴槽１５からの水が配管１７を介してプレート式熱交換器１１に下部の風呂側入口１１３から供給され、プレート式熱交換器１１を通って上部の風呂側出口１１４から配管１８を通って浴槽１５に戻される。この送水動作は風呂側送水ポンプ１６により行われる。

このように、タンク側送水回路の高温水を上部から供給して風呂側送水回路の低温水を下部から供給すると、熱は上方に伝わりやすいため、プレート式熱交換器１１の上部を、より高温の状態として熱交換量を高めることができる。また、プレート式熱交換器１１の下部を、より低温の状態として貯湯タンク１０に戻す温水をより低温にすることができる。
前述したように、貯湯タンク１０の下部に貯水された水は、ヒートポンプ回路１の放熱器４に供給されて熱交換される。

本実施の形態１のように、タンク側の温水を流す複数の層との出入口穴１１ｃと、風呂側の浴槽水を流す複数の層との出入口穴１１ｄの形状を異ならしめ、浴槽水を流す出入口穴１１ｄの開口面積をタンク側の出入口穴１１ｃの開口面積よりも大きく構成して、浴槽水を流す出入口部の容積をタンク側の出入口部の容積よりも大きくして、ゴミ、スケール、ぬめり等が付着する面積・容積をアップさせることにより、浴槽水に混入している頭髪等による異物の詰まり、ぬめり付着、スケール付着などによる詰まり能力を向上させ、高寿命のヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
なお、本実施の形態１によれば、浴槽１５の水を送水する風呂側送水ポンプ１６をプレート式熱交換器１１の上流側に配設している。したがって、浴槽水に混入している髪の毛などの異物がプレート式熱交換器１１に詰まることを少なくすることができる。

実施の形態２．
図７〜図１０は、この発明の実施の形態２を表す図で、前述して実施の形態１の図３〜図６に相当する部分の断面図である。

上記実施の形態１では、タンク側出口１１２と風呂側入口１１３の区割壁１１ｅは均等の位置（中央）に構成されているが、この実施の形態２のプレ−ト式熱交換器１１では、各々の出入口部の面積配分を風呂側出入口部側が大きくなる様、区割壁１１ｅの位置を中央からタンク側出入口部側にずらす事で、風呂側出入口穴１１ｄ部により大きな容積を確保でき、より高寿命のヒートポンプ給湯装置を提供する事が出来る。

すなわち、本実施の形態２においては、タンク側出入口部の容積と風呂側出入口部の容積を区割壁１１ｅを中央よりずらすことで、高温水側であるタンク側入口１１１及びタンク側出口１１２の出入口部の容積よりも低温側である風呂側入口１１３及び風呂側出口１１４の出入口部の容積を大きくし構成しているものである。
そして、タンク側経路と風呂側経路の各出入口部は、交互に配設されたプレ−トＡ１１ａとプレ−トＢ１１ｂの構成により、区割壁１１ｅが中央よりタンク側入口１１１側及びタンク側出口１１２側に位置し、タンク側経路より風呂側経路が容積が大きくなるように振り分けられている。

また、風呂側出入口穴１１ｂはできるだけ大きな面積を有する事で、風呂側入口部の容積も大きくする事が出来、頭髪等に代表される詰まり、ぬめり付着、スケール付着などによる詰りの寿命を長くする事が出来ると共に、配管抵抗の少ないプレ−ト式熱交換器を提供できる。

また、実施の形態１及び実施の形態２において、プレート式熱交換器１１は、フレ−トＡ１１ａに銅ろう材によりろう付けされたニップルの素材を、熱交換面を構成するフレ−トＡ１１ａ、フレ−トＢ１１ｂの素材と違う素材で構成し、腐食に対し、出入口部の材質が腐食に弱い材料を使用することで、腐食の起きやすい場所を限定することが出来、プレ−トＡ１１ａ、プレ−トＢ１１ｂ側での腐食による温水と浴槽水のクロスコネクションの発生が起きないようにすることができる。
なお、本発明は、実施の形態１及び実施の形態２においては、風呂側入口部と出口部の両方の容積をタンク側出入口部の容積よりも大きく構成したが、もちろん、風呂側入口部の容積だけをタンク側入口部の容積よりも大きくする構成としてもよい。

本発明によるヒートポンプ給湯装置の実施の形態１における回路構成図 本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の外観図 図２のＡ−Ａ線断面図 図３のＣ−Ｃ線断面図 図２のＢ−Ｂ線断面図 図５のＤ−Ｄ線断面図 本発明の実施の形態２における図２のＡ−Ａ線断面図 本発明の実施の形態２における図８のＣ−Ｃ線断面図 本発明の実施の形態２における図２のＢ−Ｂ線断面図 本発明の実施の形態２における図９のＤ−Ｄ線断面図

符号の説明

１ ヒートポンプ回路
２ タンクユニット
３ 圧縮機
４ 放熱器
５ 膨張弁
６ 蒸発器
１０ 貯湯タンク
１１ プレート式熱交換器
１１ａ プレートＡ
１１ｂ プレートＢ
１１ｃ タンク側出入口穴
１１ｄ 風呂側出入口穴
１１ｅ 区割壁
１１ｆ タンク側経路層
１１ｇ 風呂側経路層
１３ タンク側送水ポンプ
１５ 浴槽
１６ 風呂側送水ポンプ
１９ 沸き上げ用送水ポンプ
１１１ タンク側入口
１１２ タンク側出口
１１３ 風呂側入口
１１４ 風呂側出口

Claims (5)

1. 圧縮機と放熱器とを有し、冷媒として二酸化炭素を用い、前記圧縮機によって高圧側では臨界圧を越える状態で運転するヒートポンプ回路と、貯湯タンクの下部の水を前記放熱器で加熱した後に前記貯湯タンクの上部に戻す貯湯回路と、前記貯湯タンクの温水をプレート式熱交換器に導入して前記プレート式熱交換器で冷却された温水を前記貯湯タンクに戻すタンク側送水回路と、浴槽内の水を前記プレート式熱交換器に導入して前記プレート式熱交換器で加熱された温水を前記浴槽内に戻す風呂側送水回路とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、
   前記プレート式熱交換器は、前記タンク側送水回路と前記風呂側送水回路の配管との接続口をプレートの素材よりも腐食に弱い素材で構成したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 前記プレート式熱交換器は、少なくとも浴槽水を導入する風呂側入口部の容積を前記貯湯タンクの温水を導入するタンク側入口部の容積よりも大きく構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 前記プレート式熱交換器は、浴槽水を導入する風呂側入口穴の開口面積を前記貯湯タンクの温水を導入するタンク側入口穴の開口面積よりも大きくして、浴槽水を導入する風呂側入口部の容積を前記貯湯タンクの温水を導入するタンク側入口部の容積よりも大きく構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 前記プレート式熱交換器は、浴槽水を導入する風呂側出入口穴の開口面積を前記貯湯タンクの温水を導入するタンク側出入口穴の開口面積よりも大きくして、浴槽水を導入する風呂側出入口部の容積を前記貯湯タンクの温水を導入するタンク側出入口部の容積よりも大きく構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 前記プレート式熱交換器は、タンク側経路層と風呂側経路層に区割する区割壁を風呂側経路層側が大きくなるように中央よりタンク側経路層側にずらしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置。

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