JP5314316B2 - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、湯水を貯えて加熱し、その貯えて加熱した湯水を給湯する貯湯式給湯システムに関するものである。

従来から、貯湯式給湯システムにおいて、貯湯タンクに貯えた湯水をヒートポンプユニットにより加熱するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

このような貯湯式給湯システムについて、図５を参照して以下に説明する。この貯湯式給湯システム６０は、貯湯タンク７１とヒートポンプユニット７２とを備え、これらは送り配管８１及び戻し配管８２を介して接続されている。また、戻し配管８２から逃し配管８３が分岐しており、逃し配管８３に逃し弁８４が設けられている。貯湯タンク７１に貯えられた湯水は、ヒートポンプユニット７２に設けられた循環ポンプ９１によって、送り配管８１及び戻し配管８２を経由して、貯湯タンク７１とヒートポンプユニット７２との間で循環され、ヒートポンプユニット７２によって加熱される。ヒートポンプユニット７２は、空気−冷媒熱交換器９２により冷媒が空気から得た熱を用いて、冷媒−水熱交換器９３を介して貯湯タンク７１の湯水を加熱する。

貯湯タンク７１の湯水を加熱したときには、貯湯タンク７１の湯水の体積が膨張し、その体積膨張分の湯水である膨張水が逃し配管８３から逃し弁８４を介して排水される。例えば、貯湯タンク７１の低温の湯水を９０°Ｃまで沸かし上げる際には、貯湯タンク７１の容量の略３〜４％の膨張水が発生する。逃し弁８４を介して排水された膨張水は、ドレンホース９４を経由して排水口９５に廃棄される。
特開２００６−５７８７１号公報

上述した貯湯式給湯システム６０においては、貯湯タンク７１の湯水を加熱したときの膨張水は、そのまま廃棄しており、無駄になっている。一方、ヒートポンプユニット７２は、冷媒の特性上、空気−冷媒熱交換器９２の周囲の気温が高過ぎると、熱交換効率が低下する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、貯湯タンクの湯水を加熱したときに貯湯タンクから排水される膨張水を有効に利用して、ヒートポンプユニットの熱交換効率を高めることができる貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、湯水を貯蔵する貯湯タンクと、貯湯タンクの湯水を加熱するヒートポンプユニットと、貯湯タンクの湯水を加熱したときの膨張水を貯湯タンクから排水するための逃し弁とを備え、ヒートポンプユニットは、空気−冷媒熱交換器により冷媒が空気から得た熱を用いて冷媒−水熱交換器を介して貯湯タンクの湯水を加熱する貯湯式給湯システムにおいて、逃し弁を介して排水された膨張水をヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器に散水する散水手段を備え、散水手段は、逃し弁を介して排水された膨張水を一旦貯水し、その貯水した膨張水をヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器の周囲の気温が所定温度以上のときに散水するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の貯湯式給湯システムにおいて、散水手段は、貯水した膨張水を霧状に噴霧して散水するものである。

請求項１の発明によれば、湯水を加熱したときに貯湯タンクから排水された膨張水をヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器に散水することにより、その散水された膨張水が気化するときの気化熱によって、空気−冷媒熱交換器の周囲の気温が低下し、ヒートポンプユニットの熱交換効率が高められる。つまり、湯水を加熱したときに貯湯タンクから排水される膨張水を有効に利用して、ヒートポンプユニットの熱交換効率を高めることができる。しかも、貯湯タンクから排水された膨張水を一旦貯水して気温が所定温度以上のときに散水することにより、膨張水を無駄に散水することがなく、より一層、貯湯タンクから排水される膨張水を有効に利用して、ヒートポンプユニットの熱交換効率の向上を高めることができる。

請求項２の発明によれば、膨張水を霧状に噴霧して散水することにより、膨張水を効率的に気化させて、膨張水が気化するときの気化熱を効率的に利用することができ、より一層、ヒートポンプユニットの熱交換効率を高めることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態による貯湯式給湯システムについて図面を参照して説明する。図１は、貯湯式給湯システムの構成を示す。貯湯式給湯システム１は、湯水を貯えて加熱し、その貯えて加熱した湯水を給湯するシステムである。

貯湯式給湯システム１は、湯水を貯蔵する貯湯タンク２と、湯水を加熱する熱源機であるヒートポンプユニット３と、貯湯タンク２とヒートポンプユニット３との間で湯水を循環させるための送り配管１１及び戻し配管１２と、貯湯タンク２の湯水を加熱したときの膨張水（体積膨張分の湯水）を貯湯タンク２から排水するための逃し配管１３及び逃し弁（安全弁）１４と、貯湯タンク２から排水された膨張水を放水するドレンホース１５とを備えている。

送り配管１１は、貯湯タンク２の底部及びヒートポンプユニット３に接続されており、戻し配管１２は、ヒートポンプユニット３及び貯湯タンク２の上部に接続されている。逃し配管１３は、戻し配管１２から分岐しており、逃し弁１４は、逃し配管１３に設けられている。ドレンホース１５は、逃し配管１３に接続されており、逃し弁１４を介して逃し配管１３から排水される膨張水（すなわち貯湯タンク２から排水される膨張水）を放水口１５ａから放水する。ドレンホース１５を用いて、貯湯タンク２から排水される膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水するようになっている。この構成の詳細については後述する。空気−冷媒熱交換器３１に散水するとは、空気−冷媒熱交換器３１に直接に水を掛ける（直接に散水する）こと、及び空気−冷媒熱交換器３１の周囲に水を撒く（周囲に散水する）ことを含んでいる。

また、貯湯式給湯システム１は、貯湯タンク２に湯水を供給するための給水配管２１と、高温に加熱された湯水を出湯するための高温出湯配管２２と、高温に加熱された湯水と加熱される前の低温の湯水とを混合して出湯するための混合出湯配管２３、高温分岐配管２４、低温分岐配管２５、及び混合弁２６とを備えている。

給水配管２１は、貯湯タンク２の底部に接続されている。高温出湯配管２２は、貯湯タンク２の上部に接続されている。混合出湯配管２３は、混合弁２６を介して高温分岐配管２４及び低温分岐配管２５に接続されており、高温分岐配管２４は、高温出湯配管２２から分岐しており、低温分岐配管２５は、給水配管２１から分岐している。

ヒートポンプユニット３は、空気と冷媒との間で熱交換する空気−冷媒熱交換器３１と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮器３２と、冷媒と湯水との間で熱交換する冷媒−水熱交換器３３と、冷媒を膨張させて低温にする膨張器３４とを備えている。

また、ヒートポンプユニット３は、貯湯タンク２とヒートポンプユニット３との間で湯水を循環させるための循環ポンプ３５を備えている。循環ポンプ３５は、送り配管１１に設けられており、貯湯タンク２からヒートポンプユニット３に湯水を流すように、水流を発生させる。

ヒートポンプユニット３の動作は、（１）膨張器３４によって冷媒を膨張させて低温にし、（２）空気−冷媒熱交換器３１によって空気と低温の冷媒との間で熱交換し（冷媒が空気から熱を得て）、（３）圧縮器３２によって冷媒を圧縮して高温にし、（４）冷媒−水熱交換器３３によって高温の冷媒と湯水との間で熱交換する（湯水が冷媒から熱を得る）、というサイクルを繰り返して湯水を加熱する。つまり、ヒートポンプユニット３は、空気−冷媒熱交換器３１により冷媒が空気から得た熱を用いて、冷媒−水熱交換器３３を介して、貯湯タンク２の湯水を加熱する。

図２は、本実施形態における貯湯タンク２から排水される膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水する構成を示す。ヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１は、冷媒が流通するチューブ（不図示）に伝熱フィン３１ａを有し、伝熱フィン３１ａは、ヒートポンプユニット３の背面に露出している。ドレンホース１５は、放水口１５ａを空気−冷媒熱交換器３１の伝熱フィン３１ａに向けて伝熱フィン３１ａに近接させて配設されている。

このような構成において、逃し弁１４を介して貯湯タンク２から排水された膨張水は、ドレンホース１５を経由してドレンホース１５の放水口１５ａから放水され、ヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の伝熱フィン３１ａに掛けられる。すなわち、貯湯タンク２から排水された膨張水をドレンホース１５の放水口１５ａから放水してヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の伝熱フィン３１ａに掛ける。ドレンホース１５によって、膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水する散水手段が構成されている。

上記のように構成された貯湯式給湯システム１によれば、湯水を加熱したときに貯湯タンク２から排水された膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水することにより、その散水された膨張水が気化するときの気化熱によって、空気−冷媒熱交換器３１の周囲の気温が低下し、ヒートポンプユニット３の熱交換効率が高められる。つまり、湯水を加熱したときに貯湯タンク２から排水される膨張水を有効に利用して、ヒートポンプユニット３の熱交換効率を高めることができる。

図３は、貯湯タンク２から排水される膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水する構成の変形例を示す。この変形例では、上記図２の構成に加え、貯湯タンク２から排水された膨張水を貯水する膨張水貯水槽４１と、膨張水貯水槽４１に貯水した膨張水を放水する複数の放水管４２と、ヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲の気温を測定する温度センサ４３とを備えている。

ドレンホース１５の放水口１５ａは、膨張水貯水槽４１に接続されており、逃し弁１４を介して貯湯タンク２から排水された膨張水は、ドレンホース１５を経由して膨張水貯水槽４１に流入するようになっている。膨張水貯水槽４１は、ヒートポンプユニット３の上部に配置されている。放水管４２には、不図示の放水弁が設けられており、この放水弁は、不図示の制御部による制御のもと、温度センサ４３により測定される気温が所定温度未満のときに閉じられ、温度センサ４３により測定される気温が所定温度以上のときに開かれるようになっている。放水弁が閉じているときには、ドレンホース１５を経由して膨張水貯水槽４１に流入した膨張水は、放水管４２から放水されず、膨張水貯水槽４１に貯水される。放水弁が開くことにより、膨張水貯水槽４１に貯水されている膨張水は、膨張水の重さによって、放水管４２から放水される。

この変形例において、ヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲の気温が所定温度未満のときに、貯湯タンク２から排水された膨張水を膨張水貯水槽４１に一旦貯水し、ヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲の気温が所定温度以上のときに、膨張水貯水槽４１に貯水している膨張水を放水管４２からヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲に放水して散水する。ドレンホース１５、膨張水貯水槽４１、放水管４２、及び温度センサ４３によって、膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水する散水手段が構成されている。

この変形例によれば、貯湯タンク２から排水された膨張水を一旦貯水して気温が所定温度以上のときに散水することにより、膨張水を無駄に散水することがなく、より一層、貯湯タンク２から排水される膨張水を有効に利用して、ヒートポンプユニット３の熱交換効率を高めることができる。

図４は、貯湯タンク２から排水される膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水する構成の別の変形例を示す。この変形例では、上記図３の放水管４２に代えて、膨張水貯水槽４１に貯水した膨張水を霧状に噴霧するためのポンプ４４及びノズル４５を備えている。

この変形例において、ヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲の気温が所定温度以上のときに、膨張水貯水槽４１に貯水している膨張水をポンプ４４及びノズル４５によりヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲に霧状に噴霧して散水する。ドレンホース１５、膨張水貯水槽４１、温度センサ４２、ポンプ４４、及びノズル４５によって、膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１に散水する散水手段が構成されている。

この変形例によれば、膨張水を霧状に噴霧して散水することにより、散水した膨張水を効率的に気化させて、膨張水が気化するときの気化熱を効率的に利用することができ、より一層、ヒートポンプユニット３の熱交換効率を高めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、貯湯タンク２から排水された膨張水をドレンホース１５の放水口１５ａからヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の周囲に放水するようにしてもよい。また、一旦貯水した膨張水をヒートポンプユニット３の空気−冷媒熱交換器３１の伝熱フィン３１ａに掛けるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯システムのシステム構成図。 同貯湯式給湯システムの貯湯タンクから排水される膨張水をヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器に散水する構成を示す図。 同貯湯式給湯システムの貯湯タンクから排水される膨張水をヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器に散水する構成の変形例を示す図。 同貯湯式給湯システムの貯湯タンクから排水される膨張水をヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器に散水する構成の別の変形例を示す図。 従来の貯湯式給湯システムのシステム構成図。

符号の説明

１ 貯湯式給湯システム
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
１１ 送り配管
１２ 戻し配管
１３ 逃し配管
１４ 逃し弁
１５ ドレンホース
１５ａ 放水口
２１ 給水配管
２２ 高温出湯配管
２３ 混合出湯配管
２４ 高温分岐配管
２５ 低温分岐配管
２６ 混合弁
３１ 空気−冷媒熱交換器
３１ａ 伝熱フィン
３２ 圧縮器
３３ 冷媒−水熱交換器
３４ 膨張器
３５ 循環ポンプ
４１ 膨張水貯水槽
４２ 放水管
４３ 温度センサ
４４ ポンプ
４５ ノズル

Claims (2)

1. 湯水を貯蔵する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯水を加熱するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの湯水を加熱したときの膨張水を前記貯湯タンクから排水するための逃し弁とを備え、前記ヒートポンプユニットは、空気−冷媒熱交換器により冷媒が空気から得た熱を用いて冷媒−水熱交換器を介して前記貯湯タンクの湯水を加熱する貯湯式給湯システムにおいて、
   前記逃し弁を介して排水された膨張水を前記ヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器に散水する散水手段を備え、
   前記散水手段は、前記逃し弁を介して排水された膨張水を一旦貯水し、その貯水した膨張水を前記ヒートポンプユニットの空気−冷媒熱交換器の周囲の気温が所定温度以上のときに散水することを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 前記散水手段は、前記貯水した膨張水を霧状に噴霧して散水することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。

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