JP5402291B2

JP5402291B2 - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP5402291B2
Application number: JP2009146371A
Authority: JP
Inventors: 稔則杉木; 健太郎寺師; 国博森下; 宗野本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2011002177A

Description

本発明は、水及び湯水を貯留するヒートポンプ式給湯機に関するものである。より詳しくは、タンク外部に設けられた加熱源により水を加熱して生成した前記湯水を貯留するヒートポンプ式給湯機に関するものである。

一般に給湯機では、水道水や地下水等の水を加熱して湯水を生成するが、水道水や地下水等の水は、通常、カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分を含んでいる。この硬度成分を含む水を加熱部で加熱すると、高温となる加熱部の水流路出口部近傍にスケール（例えば炭酸カルシウム）が析出する。炭酸カルシウムの水への溶解度は、水温が高くなると小さくなる性質を持っているため、水温が上昇して飽和溶解度が低下すると、その溶解度差分の炭酸カルシウムがスケールとして析出する。特に、沸き上げ動作時において、加熱部の水入口の温度と水出口の温度との温度差が大きい場合に、このスケールは増加する。

このスケールは、給湯水回路に設けたポンプによって、加熱部により沸き上げられた水と一緒に、タンク上部からタンク内部へ流入する。ここで、ポンプの運転が停止すると、タンク内部に流入したスケールがタンク底部に堆積し、タンク底部に設けた加熱部への吸入穴を塞いでしまう。

従来技術では、このような不具合を解消するため、吸入穴の高さをタンク底部より上方に位置するように吸入管を設けている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１７００２７号公報（第５頁、図２）

しかしながら、上記先行技術では、工場出荷時の水漏れ検査後にタンク内部の残水が吸入管の吸入穴位置まで残るため、残水の排水ができないという問題があった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、工場出荷検査後にタンク内部に水が残らない給湯機タンクを得ることを目的とする。

圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器を備えるヒートポンプユニットと、底部から内部に向かって突出し、タンク内部の底面と同じ高さの側面に排水穴が設けられた吸入管を有するタンクと、吸入管からタンク内の水を吸入し、水冷媒熱交換器を経由してタンク上部の貯湯管に送水するポンプとを備える。

排水穴を設けたことにより、工場出荷検査後にタンク内部に水が残らない効果がある。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１に係るタンク要部の断面図である。本発明の実施の形態２に係るタンク要部の断面図である。本発明の実施の形態３に係るタンク要部の断面図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の一例であるヒートポンプ式給湯機５０の全体構成を示す概略構成図である。ヒートポンプ式給湯機５０は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを備えている。ヒートポンプユニット１内には、圧縮機３、水冷媒熱交換器４、膨張弁５及び蒸発器６を順次環状に接続し、冷媒が循環する冷凍サイクル１００と、蒸発器６に外気を送風するファン７とが搭載されている。

一方、タンクユニット２内には、水を貯留するタンク９と、タンク９の底部に設けられた吸入管９ｂから水冷媒熱交換器４に水を送水するポンプ８と、ポンプ８により送水された水を加熱する水冷媒熱交換器４と、水冷媒熱交換器４により加熱された水をタンク９の上部からタンク９内に戻す貯湯管９ａと、が順次環状に接続されて給湯水回路２００が構成されている。また、ポンプ８と吸入管９ｂとの間には、排水切換弁２１を介して排水管２０が接続されている。なお、図１では、ポンプ８がタンクユニット２側に設置されているが、必ずしもこのようにする必要はなく、ヒートポンプユニット１側に搭載してもよい。

また、図１には、一般的な給湯機を構成する装置も一例として記載している。３０は給水管であり、給水管３０の経路内の給水圧力を所定の圧力以下に減圧する減圧弁３１を経由してタンク９内へ水を供給している。３２はタンク９上部と接続された混合給湯管、３３は給水切換弁３６を介して給水管３０に接続された混合給水管である。３４は、給湯混合弁であり、混合給湯管３２からの高温水と、混合給水管３３からの水とを混合して、給湯管３５を経由して給湯する。これらの装置により、給湯水回路２００のタンク９に貯留した一定温度のお湯を使用し給湯を行っている。

また、ヒートポンプユニット１内には、制御手段としての制御装置１１が設けられている。制御装置１１は、温度センサ（図示せず）などによる計測情報や、ヒートポンプ式給湯機５０使用者からリモコン装置などにより指示される運転指令情報の内容に基づいて、圧縮機３の運転方法、膨張弁５の開度、ファン７の運転方法、ポンプ８の運転方法などを制御する機能を有している。

図１は基本的な回路だけを説明しており、図１の構成に他の目的の構造を付加してもよい。また、このヒートポンプ式給湯機５０の冷媒としては、高温出湯ができる冷媒、例えば、二酸化炭素、Ｒ４１０Ａ、プロパンなどの冷媒が適しているが、特にこれらに限定されるものではない。

次にタンク９要部の構造について説明する。
図２は、タンク９要部の断面図である。タンク９底部には吸入管９ｂと給水管３０が接続されている。吸入管９ｂは、タンク９の底部からタンク９の内部に、その一端が突出するように設けられており、その端部には、吸入穴９ｂａが設けられている。また、吸入管９ｂの側面のタンク９底面と同じ高さの位置には、排水穴９ｂｂが設けられている。

次に、このヒートポンプ式給湯機５０での運転動作について説明する。ここでは、沸き上げ運転について説明する。沸き上げ運転とは、冷凍サイクル１００と給湯水回路２００とを動作させ、タンク９下部の吸入管９ｂからポンプ８で低温水を流出させて水冷媒熱交換器４に送水し、水冷媒熱交換器４で冷媒と熱交換することにより沸き上げてタンク９上部の貯湯管９ａからタンク９内に戻す動作である。

ヒートポンプユニット１の冷凍サイクル１００において、圧縮機３から吐出された高温高圧のガス冷媒は水冷媒熱交換器４で給湯水回路２００側へ放熱（水を加熱）しながら温度低下する。このとき高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。つまり、冷媒から放熱された熱を負荷側媒体（ここでは、給湯水回路２００を流れる水）に与えることで給湯加熱（沸き上げ）を行う。給湯加熱をして水冷媒熱交換器４から流出した高圧低温の冷媒は、膨張弁５を通過する。

膨張弁５を通過した冷媒は、ここで低圧気液二相の状態に減圧される。膨張弁５を通過した冷媒は蒸発器６に流入し、そこで外気空気から吸熱し、蒸発ガス化される。蒸発器６を出た低圧冷媒は圧縮機３に吸入されて循環し冷凍サイクル１００を形成する。

また、給湯水回路２００側では、タンク９内の水が、ポンプ８によりタンク９の底部の吸入管９ｂに導かれ、水冷媒熱交換器４内に送水される。そして、ここで冷媒と熱交換して加熱（沸き上げ）され、タンク９上部の貯湯管９ａからタンク９内に流入する。これにより、タンク９内は高温水で満たされた状態となる。

このようなタンク９は、工場出荷時には、タンク９内部を満水にした状態で、溶接部や組立部品の水漏れ検査を行う。検査後には、残水は排水切換弁２１を切り換えることにより排水管２０を通って排水されるが、ここで排水穴９ｂｂがない場合には、吸入管９ｂがタンク９内部の上方へ伸びていることによって、検査後の排水は吸入管９ｂの吸入穴９ｂａの位置までしか行えず、吸入穴９ｂａより下部の水は残水としてタンク９内部に残ってしまう。しかし、吸入管９ｂの側面にタンク底面と同じ高さの位置に排水穴９ｂｂを設けたことにより、排出穴９ｂｂから全ての水が排水され、タンク９内部に水は残らない。

一方、ヒートポンプ式給湯機５０の運転が停止したときには、水が流通しなくなるため、タンク９内部の高温層から析出したスケールは、タンク９底部へスケールの自重で降り注ぐことになる。スケールはタンク９底部に堆積していき、やがて排水穴９ｂｂは閉塞されてしまうが、給湯水回路２００への通水は、吸入管９ｂの吸入穴９ｂａで行うことが可能であり支障はない。

上述のように、実施の形態１によれば、吸入管９ｂ側面のタンク９底面と同じ高さの位置に排水穴９ｂｂを設けることで、工場出荷検査後にタンク内部に水が残らない効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、吸入管９ｂの側面に排水穴９ｂｂを設けたが、排水穴９ｂｂをメッシュ９ｃで覆う構成としてもよい。

図３は、本発明の実施の形態２に係るタンク９要部の断面図である。他の構成要素は実施の形態１と同様であるため省略する。スケールはスケールの自重によって、タンク９下部に堆積するが、排水穴９ｂｂをメッシュ９ｃで覆うことにより、工場出荷後にタンク９内に水が残らないようにすることができるとともに、堆積したスケールが排水穴９ｂｂから吸入管９ｂの内部へ入ることを防ぐことが出来る。

実施の形態３．
タンク９の底部が湾曲しており、かつ吸入管９ｂをタンク９の最下部（最も低い位置となり残水の溜まりやすいところ）から挿入しない場合においては、排水穴９ｂｂの開口向きをタンク９の最下部に向けるように形成してもよい。

図４は、本発明の実施の形態３に係るタンク９要部の断面図である。他の構成要素は実施の形態１と同様であるため省略する。この場合、吸入管９ｂをタンク９の最下部から挿入していないが、排水穴９ｂｂがタンク９の最下部の方向を向いているので、より多くの残水を排水しやすい構成となっている。

１ヒートポンプユニット
２タンクユニット
３圧縮機
４水冷媒熱交換器
５膨張弁
６蒸発器
７ファン
８ポンプ
９タンク
９ａ貯湯管
９ｂ吸入管
９ｂａ吸入穴
９ｂｂ排水穴
９ｃメッシュ
１１制御装置
２０排水管
２１排水切換弁
３０給水管
３１減圧弁
３２混合給湯管
３３混合給水管
３４給湯混合弁
３５給湯管
３６給水切換弁
５０ヒートポンプ式給湯機
１００冷凍サイクル
２００給湯水回路

Claims

圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器を備えるヒートポンプユニットと、
底部から内部に向かって突出し、前記タンク内部の底面と同じ高さの側面に排水穴が設けられた吸入管を有するタンクと、
前記吸入管から前記タンク内の水を吸入し、前記水冷媒熱交換器を経由して前記タンク上部の貯湯管に送水するポンプと、
を備えるヒートポンプ式給湯機。
前記排水穴は、メッシュで覆われていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
前記排水穴は、前記タンクの最下部を向くように開口されていることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式給湯機。