JP5217715B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式の給湯装置に関し、特に流路を切り換えるための装置に関するものである。

従来、この種の給湯装置は、図７に示されているように、湯水を貯える貯湯槽１と、加熱手段であるヒートポンプ熱源２とを備えており、給水源から供給された水は給水管３を通って分岐され、それぞれ貯湯槽２の下部と給湯混合弁４の水側に供給されている。

そして貯湯槽１の下部から入水された水は貯湯槽１に貯まり、貯湯槽１の下部とヒートポンプ熱源２がヒートポンプ往き配管６で接続されており、貯湯槽１に貯えられた湯水は、貯湯槽１の下部からヒートポンプ往き配管６を経て、沸き上げポンプ５を介してヒートポンプ熱源２に供給される。

一方、ヒートポンプ熱源２にはコンプレッサー７が内蔵され、ヒートポンプ熱源２に入水された湯水を熱交換して温度を上げ、生成した高温水はヒートポンプ戻り配管８を経て、タンク上戻り配管１１から貯湯槽１の上部に戻る構成となっている。

しかしながら、ヒートポンプ熱源２の立ち上がり時などには、ヒートポンプ熱源２で生成される湯が上がりきっていない状態で貯湯槽１の上部に戻されてしまうと、貯湯槽１の上部が低温水で満たされてしまうという課題を有していたため、従来の給湯装置においては、ヒートポンプ戻り配管８とヒートポンプ上戻り配管１１との間に三方弁１０が設けられており、三方弁１０の一方向に貯湯槽１の下部へと湯水を送るためのタンク下戻り配管９を設けており、三方弁１０を切り換えることによってタンク上戻り配管１１もしくはタンク下戻り配管９のいずれかの流路を選択できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

次に、三方弁１０の動作について説明する。ヒートポンプ熱源２の入口には、入水温度を測定するための入水温度センサー１２と、ヒートポンプ熱源２の出口には、出湯温度を測定するための出湯温度センサー１３が設けられており、測定された温度データは、制御基板１４に送られる。

出湯温度センサー１３が低い（例えば、６０度未満）場合、貯湯槽１の上部にヒートポンプ熱源２から出てくる湯水を戻してしまうと、貯湯槽１の上部に貯えられている高温水と混ざり合ってしまい、貯湯槽１の上部の湯水の温度が低下してしまうので、給湯装置全体の効率が低下してしまう。そこで、出湯温度センサー１３が低い場合には、三方弁１０を切り換えることによって、ヒートポンプ熱源２から出てくる湯水を貯湯槽１の下部へ戻している。

また、出湯温度センサー１３が高い（例えば、６０度以上）場合には三方弁１０を切り換えることによって、ヒートポンプ熱源２から出てくる湯水をタンク上戻り配管１１を経て貯湯槽１の上部に供給する。そして貯湯槽１の上部に貯えられた高温水は、貯湯槽１の天部にある出湯配管から出湯し、給湯混合弁４で湯と水とが混合される。そして給湯混合弁４の下流側にある給湯温度センサー１５で検知する温度が、ユーザーが設定した給湯温度となるように、給湯混合弁４がフィードバック制御される。

次に、従来の三方弁１０の構成について説明する。図８、図９は、三方弁１０の要部断面図である。図８、図９において、三方弁１０は、ヒートポンプ戻り管８が接続されるヒートポンプ戻り口１８、タンク下戻り配管９が接続されるタンク下戻り口２０、タンク上戻り配管１１が接続されるタンク上戻り口２１の３つの開放口を有し、それぞれ３つの配管に接続されて流路を形成している。

そして３つの開放口のいずれの口同士を通水させるかを切り換えるためのボールバルブ１９が設けられており、ボールバルブ１９に設けられたＬ字の流路を切り換えることで、
ヒートポンプ戻り口１８とタンク下戻り口２０とを連通する流路、もしくはヒートポンプ戻り口１８とタンク上戻り口２１とを連通する流路とを切り換えることができる。図８は、タンク下戻り口２０とヒートポンプ戻り口１８とが連通するようにボールバルブ１９を駆動した図であり、ヒーポン戻り口１８とタンク上戻り口２１とは、ボールバルブ１９とパッキン２２とで閉止されて湯水が流れなくなっている。また図９は、タンク上戻り口２１とヒートポンプ戻り口１８とが連通するようにボールバルブ１９を駆動した図であり、ヒーポン戻り口１８とタンク下戻り口２０とはボールバルブ１９とパッキン２２とで閉止されて湯水が流れなくなっている。

次に、三方弁の駆動について説明する。ボールバルブ１９とステム２３はスリット嵌合で連結されており、ステム２３とボールバルブ１９は同時に回転する。流路を切り換える場合は、モーター２４を回転させ、モーター２４の回転をギア２５によって減速させギア２５に連結されているステム２３を回転させることにより、ボールバルブ１９を所定の位置まで回転させることが可能となる。前記モーター２４は制御基板１４に接続され、モーターの発進、停止が制御される。
特開２００６−１７４１７号公報

しかしながら、前記従来の給湯装置においては、三方弁１０の駆動にモーターを使用しているため、電力が消費されてしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、流路切替時に電力を消費することのない給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部へ送る流路切換手段とを備え、前記流路切換手段は、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と、前記貯湯槽の下部と接続されたタンク下戻り口と、前記タンク下戻り口に対向して設けられ、前記貯湯槽の上部と接続されたタンク上戻り口と、前記タンク下戻り口と前記タンク上戻り口との間に配設され、支持具と前記支持具の両側面に設けられた複数の閉止弁とを具備し、一部が軸受に内挿されている作動軸と、前記複数の閉止弁より径の大きい前記支持具を前記タンク下戻り口側と前記タンク上戻り口側とから支持する複数のバネとを有し、前記複数のバネのうち、少なくとも一方は形状記憶バネであり、前記加熱手段にて加熱された湯が所定温度より高い場合には、前記複数のバネ圧の差により、前記作動軸が前記タンク下戻り口側にスライド移動することで、前記支持具の前記タンク下戻り口側に設けられた閉止弁が、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と前記タンク下戻り口とを連通を塞ぐとともに、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と前記貯湯槽の上部と接続されたタンク上戻り口とが連通する構成としたことにより、加熱手段によって加熱された温水の温度に応じて流路を切り替えることが可能な構成となるため、流路切替時に電力を消費することがなく、省電力化さらには低コスト化を実現することができる。

本発明は、流路切替時に電力を消費することのない給湯装置を提供することができる。

第１の発明の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部へ送る流路切
換手段とを備え、前記流路切換手段は、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と、前記貯湯槽の下部と接続されたタンク下戻り口と、前記タンク下戻り口に対向して設けられ、前記貯湯槽の上部と接続されたタンク上戻り口と、前記タンク下戻り口と前記タンク上戻り口との間に配設され、支持具と前記支持具の両側面に設けられた複数の閉止弁とを具備し、一部が軸受に内挿されている作動軸と、前記複数の閉止弁より径の大きい前記支持具を前記タンク下戻り口側と前記タンク上戻り口側とから支持する複数のバネとを有し、前記複数のバネのうち、少なくとも一方は形状記憶バネであり、前記加熱手段にて加熱された湯が所定温度より高い場合には、前記複数のバネ圧の差により、前記作動軸が前記タンク下戻り口側にスライド移動することで、前記支持具の前記タンク下戻り口側に設けられた閉止弁が、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と前記タンク下戻り口とを連通を塞ぐとともに、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と前記貯湯槽の上部と接続されたタンク上戻り口とが連通する構成としたことを特徴とする給湯装置で、加熱手段によって加熱された温水の温度に応じて流路を切り替えることが可能な構成となるため、流路切替時に電力を消費することがなく、省電力化さらには低コスト化を実現することができる。

第２の発明の給湯装置は、特に第１の発明において、前記複数のバネとして、温度特性が互いに異なる２種類の形状記憶バネを用いることにより、温度特性が互いに異なる２種類の形状記憶バネを使用するので、１つ当たりの形状記憶バネのサイズを小さくすることができ、流路切替手段の構造をコンパクトにすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における給湯装置の構成図である。なお、図７に示す従来の実施の形態と同じ構成部位については、同じ符号を付してその説明を省略する。なお、本実施の形態と従来の実施の形態との構成の差異は、図７に示す三方弁１０の代わりに、流路切替手段である流路切替装置１００を用いたことである。

以上のように構成された給湯装置において、次に、流路切替装置１００の構成について説明する。

図２、図３は、本発明の実施の形態１における流路切替装置１００の断面図を示す。流路切替装置１００の外壁は、左ボディ２６と右ボディ２７で構成され、接合部分にはＯリング２８でシールされている。そして、従来の給湯装置に使用されていた三方弁１０と同じように、ヒートポンプ戻り管８が接続されるヒートポンプ戻り口１８、タンク下戻り配管９が接続されるタンク下戻り口２０、タンク上戻り配管１１が接続されるタンク上戻り口２１の３つの開放口を有し、それぞれ３つの配管に接続されて流路を形成している。

右ボディ２７には、軸受け２９が設けられており、軸受け２９の中に作動軸３０が内挿され、図２の紙面に向かって左右方向にスライドするように取り付けられている。作動軸３０は、閉止弁としてパッキンＡ３１およびパッキンＢ３２を有しており、作動軸３０が左右にスライドして動くことで、パッキンＡ３１でタンク上戻り口２１に連通する流路を塞ぎ、パッキンＢ３２でタンク下戻り口２０に連通する流路を塞ぐ構成となっている。

図４は、作動軸３０の要部拡大図である。図４に示すように、作動軸３０には支持具４０を備えており、支持具４０と左ボディ２６、支持具４０と右ボディ２７とをバネで連結する構成となっている。なお支持具４０の形状は、特に決まった形状に限定されるわけではないが、本実施の形態では、略円形状を成しており、その径Ｈは、タンク下戻り口２０およびタンク上戻り口２１へと連通する流路の径ｈよりも大きい値となっている。

そして支持具４０と左ボディ２６とは形状記憶バネ３３で連結されており、支持具４０と右ボディ２７とはバネ３４で連結されている。なお、本実施の形態では形状記憶バネ３３を上下に２本設けて、左ボディと支持具４０とを連結しているが、形状記憶バネ３３の本数およびバネ３４の本数は２本に限定されることなく、２本以上の複数本のバネを用いて連結してもよい。

以上のように構成された流路切替装置１００を用いた本実施の形態の給湯装置について、以下その動作および作用を説明する。

本実施の形態の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽１と、加熱手段であるヒートポンプ熱源２を備えており、貯湯槽１の底部には、給水源からの水を供給する給水管３が接続されている。また、貯湯槽１の下部とヒートポンプ熱源２とは、沸き上げポンプ５を介してヒートポンプ往き配管６で接続されており、沸き上げポンプ５を駆動することで、ヒートポンプ熱源２に貯湯槽１の底部にある低温水を送っている。

ヒートポンプ熱源２は、水と冷媒とが熱交換を行う水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、冷媒が大気から熱を吸熱する蒸発器、冷媒を圧縮するコンプレッサー７を有し、順次冷媒配管で環状に接続されてヒートポンプ回路を形成している。そして冷媒水熱交換器で、コンプレッサー７で圧縮されて高温高圧となった冷媒と、貯湯槽１の底部から送られてくる低温水との間で熱交換を行い、高温水を生成する。

一方、ヒートポンプ熱源２から貯湯槽１に戻ってくるヒートポンプ戻り配管８と、湯水を貯湯槽１の上部に戻すためのタンク上戻り配管１１とを接続している箇所に流路切替装置１００が設けられており、流路切替装置１００のヒートポンプ戻り口１８にヒートポンプ戻り配管８を接続し、タンク上戻り口２１にタンク上戻り配管１１が接続されている。さらに、流路切替装置１００のタンク下戻り口２０にタンク下戻り配管９を接続して、貯湯槽１の底部に温水を戻す構成となっている。

そして、本実施の形態の流路切替装置１００に取り付けている形状記憶バネ３３は、湯水の温度が６０度より低い場合には縮んでおり、湯水の温度が６０度を超えると伸びでバネ３４の荷重を超えるように構成されている。

図２には、ヒートポンプ熱源２の立ち上がり時などの流路切替装置１００の状態図を示し、図３には、ヒートポンプ熱源２が立ち上がって所定時間経過後の流路切替装置１００の状態図を示している。

図２に示すように、ヒートポンプ熱源２の立ち上がり時には、温水の温度が上がっていないため、ヒートポンプ戻り口１８から入り、パッキンＢ３２と右ボディ２７に空いている穴３５を通り、タンク下戻り口２０を出て貯湯槽１の下部に戻る。

この時、ヒートポンプ熱源２からの出湯された湯水の温度が６０℃より低いため、形状記憶バネ３３は縮まっており、作動軸３０にはほとんど力が加わっていないが、バネ３４が作動軸３０を左方向の力で常に押しているため、パッキンＡ３１が左ボディ２６の開口孔を塞ぐように押さえつけられ、水の流れを遮断している。

したがって、ヒートポンプ熱源２から戻ってくる湯水は、タンク上戻り口２１側には出ず、パッキンＢ３２と右ボディ２７に空いている穴３５を通り、タンク下戻り口２０を出て貯湯槽１の下部に戻るようになっている。

また、図３に示すように、ヒートポンプ熱源２が立ち上がってから所定時間経過後には、生成される温水が高温となっているため、ヒートポンプ戻り口１８から入り、パッキンＡ３１が左ボディ２６の開口孔を塞いでいた状態を脱し、湯水がタンク上戻り口２１に流れ込む状態となる。

この時、ヒートポンプ熱源２からの出湯された湯水の温度は６０度よりも高いため、形状記憶バネ３３は伸びて、バネ３４の荷重を超えて、パッキンＢ３２を右ボディ２７の開口孔を塞ぐように押さえつける。

したがって、タンク下戻り口２０は閉止され、反対側のパッキンＡ３１と左ボディ２６の開口孔が開くためヒートポンプ熱源２から戻ってきた湯はタンク上戻り口２１から貯湯槽１の上部に戻る。

以上のように、本発明の給湯装置は、温度センサーなどで湯水の温度を計測しながら、流路を切り換える必要がないため、複雑な制御を必要とすることなく、ひいては流路を切り替えるための制御装置も不要となるためコストを削減することができ、その時の温度に応じて、流路が切り替わるため、流路切替のための電力を消費することなく、効率よく貯湯槽に高温水を貯えることができる。

また、本実施の形態では、形状記憶バネ３３と普通のバネ３４とを用いて流路切替装置１００を構成したが、図５、図６に示すように、形状記憶バネＡ３６と形状記憶バネＢ３７を用いて構成してもよい。図５には、ヒートポンプ熱源２の立ち上がり時などの流路切替装置１００の状態図を示し、図６には、ヒートポンプ熱源２が立ち上がって所定時間経過後の流路切替装置１００の状態図を示している。

図２および図３と異なる点は、形状記憶バネＡ３６および形状記憶バネＢ３７で作動軸３０を動作させる点である。ヒートポンプ熱源２から戻ってくる湯水の温度が６０℃より低い場合には、形状記憶バネＡ３６は縮まり、形状記憶バネＢ３７は伸びて、左ボディ２６の開口孔をパッキンＡ３１が塞ぎ、ヒートポンプ熱源２から戻ってきた湯はタンク下戻り口２０から貯湯槽１の下部に戻る。

ヒートポンプ熱源２から戻ってくる湯水の温度が６０℃より高い場合には、形状記憶バネＡ３６は伸び、形状記憶バネＢ３７は縮まり、右ボディ２７の開口孔をパッキンＢ３２が塞ぎ、ヒートポンプ熱源２から戻ってきた湯はタンク上戻り口２１から貯湯槽１の上部に戻る。

片方を通常のバネを使用した実施例の場合には、形状記憶バネが伸びる場合、反対側のバネの力と閉止力をあわせた力のバネ圧に、形状記憶バネの力に設定する必要がある。しかしながら、どちらのバネにも形状記憶バネを使用した場合には、特性の異なる形状記憶バネをむかえ合わせで使用することにより、相対するバネの力を考慮に入れなくてもよくなり、一つのバネの荷重を小さくすることが可能となり、バネの全長も短くでき、三方弁を小さく設計することが可能となる。

以上のように、本発明に係る給湯装置は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒートポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機などの各種ヒートポンプ給湯機に適用できる。

本発明の実施の形態における給湯装置の構成図 同実施の形態における流路切替装置の構成図 同実施の形態における流路切替装置の構成図 同実施の形態における作動軸の構成図 同実施の形態における流路切替装置の構成図 同実施の形態における流路切替装置の構成図 従来の実施の形態における給湯装置の構成図 同実施の形態における三方弁の構成図 同実施の形態における三方弁の構成図

１ 貯湯槽
２ ヒートポンプ熱源
３ 給水管
４ 給湯混合弁
５ 沸き上げポンプ
６ ヒートポンプ往き管
７ コンプレッサー
８ ヒートポンプ戻り管
９ タンク下戻り配管
１０ 三方弁
１１ タンク上戻り配管
１２ 入水温度センサー
１３ 出湯温度センサー
１４ 制御基板
１５ 給湯温度センサー
１６ 流量センサー
１７ 蛇口
１８ ヒートポンプ戻り口
１９ ボールバルブ
２０ タンク下戻り口
２１ タンク上戻り口
２２ パッキン
２３ ステム
２４ モーター
２５ ギア
２６ 左ボディ
２７ 右ボディ
２８ Ｏリング
２９ 軸受け
３０ 作動軸
３１ パッキンＡ
３２ パッキンＢ
３３ 形状記憶バネ
３４ バネ
３５ 穴
３６ 形状記憶バネＡ
３７ 形状記憶バネＢ
４０ 支持具
１００ 流路切替装置

Claims (2)

1. 湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部へ送る流路切換手段とを備え、前記流路切換手段は、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と、前記貯湯槽の下部と接続されたタンク下戻り口と、前記タンク下戻り口に対向して設けられ、前記貯湯槽の上部と接続されたタンク上戻り口と、前記タンク下戻り口と前記タンク上戻り口との間に配設され、支持具と前記支持具の両側面に設けられた複数の閉止弁とを具備し、一部が軸受に内挿されている作動軸と、前記複数の閉止弁より径の大きい前記支持具を前記タンク下戻り口側と前記タンク上戻り口側とから支持する複数のバネとを有し、前記複数のバネのうち、少なくとも一方は形状記憶バネであり、前記加熱手段にて加熱された湯が所定温度より高い場合には、前記複数のバネ圧の差により、前記作動軸が前記タンク下戻り口側にスライド移動することで、前記支持具の前記タンク下戻り口側に設けられた閉止弁が、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と前記タンク下戻り口とを連通を塞ぐとともに、前記加熱手段にて加熱された湯の入り口と前記貯湯槽の上部と接続されたタンク上戻り口とが連通する構成としたことを特徴とする給湯装置。
2. 前記複数のバネとして、温度特性が互いに異なる２種類の形状記憶バネを用いることを特徴とした請求項１に記載の給湯装置。

Images