JPH0124508Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ヒートポンプ式給湯機、詳しくは冷
凍装置の冷媒回路に給湯用熱交換器を介装し、冷
凍サイクルにおける凝縮熱を利用して貯湯槽内の
水を加温するごとくした給湯機に関する。

従来、冷凍サイクルの凝縮熱を利用して温水を
形成して給湯するごとくしたヒートポンプ式給湯
機は、実開昭53−40570号公報に示されている通
りすでに知られている。

この給湯機は、第１図に示したごとく、冷凍装
置における圧縮機Ｃの吐出管Ａに給湯用熱交換器
Ｅを介装し、この熱交換器Ｅに、貯湯槽Ｂから延
びる１対の第１及び第２水配管W₁，W₂を接続す
ると共に、前記第１水配管W₁にポンプＰを介装
し、前記貯湯槽Ｂの底部から吸入した水を、前記
熱交換器Ｅで加温し、前記貯湯槽Ｂの中間部に戻
して、該貯湯槽Ｂ内の水を加温し、給湯管Ｄから
出湯するごとく成したものである。

しかしながら、以上の如く構成する給湯機にお
いて、前記貯湯槽Ｂの水を加温する場合、前記熱
交換器Ｅにおける加熱で、該熱交換器Ｅを通過す
る水は加温されるが、前記貯湯槽Ｂ内の水は、ほ
ぼ均一に上昇するので出湯温度になるまで時間が
かかるし、ましてや、この出湯温度を冷凍装置に
おける凝縮圧力飽和温度乃至吐出ガス温度近く迄
迅速に高くすることは全くできなかつたのであ
り、また、大量の湯を消費した場合、次の出湯ま
で長時間待つ必要があつた。

しかして、以上の如き問題に対しては、前記第
２水配管W₂を貯湯槽Ｂの上部に接続すると共に、
前記熱交換器Ｅを通過する水の流量を減少し、か
つ、前記熱交換器Ｅの伝熱面積を大きくすること
により、貯湯槽Ｂの上部から高温の湯を貯湯し、
短時間で高温の湯を供給するようにすることも考
えられるが、このようにする場合、前記熱交換器
Ｅの通過水流を減少しなければならず、冷凍装置
の成績係数が悪くなり、また、前記熱交換器Ｅが
大型となつて不経済となる問題が生ずるのであ
る。

本考案の目的は、給湯用熱交換器における冷媒
と貯湯槽の底部から流入する水との流れを対向流
とし、小流量の水を冷媒の顕熱により加熱するご
とくして貯湯槽の上部に流入させると共に、冷媒
の潜熱により加熱する水を小流量化せずに貯湯槽
の底部に流入させ、もつて冷凍装置の成績係数を
下げることなく、また、給湯用熱交換器を大形に
することなく、短時間で十分に高温の給湯が行な
えるようにする点にある。

本考案の構成は、冷凍装置の冷媒回路に給湯用
熱交換器を介装して、該熱交換器の冷媒通路と水
通路とを対向させ、前記熱交換器の冷媒出口側に
対向する水通路の入口に、貯湯槽の底部から延び
る第１水配管を、また、冷媒入口側に対向する水
通路の出口に、前記貯湯槽の上部から延びる第２
水配管をそれぞれ接続すると共に、該第１水配管
にポンプを介装し、前記冷媒の流れと水の流れと
を対向流とする一方、前記水通路の途中で、前記
冷媒のほぼ飽和ガスとなる部分に、前記貯湯槽の
底部から延びる第３水配管を接続し、かつ、前記
第２水配管に抵抗体と、前記貯湯槽における上部
の温度が前記第３水配管を通る下部の温度より一
定値以上高くなつたとき閉じる電磁弁とを介装し
たことにより短時間で給湯を可能にしたことを特
徴とするものである。

次に本考案給湯機の実施例を第２図に基づいて
説明する。

第２図において、１は、圧縮機１０、蒸発器１
１、膨張弁１２を備えた冷凍装置であつて、この
冷媒回路、即ち、前記圧縮機１０の吐出口と膨張
弁１２との間には給湯用熱交換器２を介装するの
である。

この熱交換器２は、前記冷媒回路の吐出ガス管
１４と前記膨張弁１２に通ずる液管１５とに接続
する冷媒通路２１と、貯湯槽３の底部から延びる
第１水配管４と、上部から延びる第２水配管５と
に接続する水通路２２とを備え、これら冷媒通路
２１を流れる冷媒と、水通路２２を流れる水とを
対向流として熱交換させ、前記冷媒を凝縮させる
と共に、前記水を加熱するのである。

又、前記第１水配管４には、ポンプ６を、また
前記第２水配管５には抵抗体７をそれぞれ介装
し、この抵抗体７と直列に電磁弁SVを設けると
共に、貯湯槽３の上部と、第３水配管８とに感温
部９１，９２を設けてこのポンプ６の駆動によ
り、前記貯湯槽３の底部から吸入し、前記第１水
配管４を介して前記熱交換器２の水通路２２を経
て、前記第２水配管５から抵抗体７により小流量
にして、前記貯湯槽３の上部に吐出する第１循環
路を形成するのである。

また、前記貯湯槽３には、前記第１及び第２水
配管４，５とは別に、前記水通路２２の途中で、
前記冷媒のほぼ飽和ガスとなる部分、換言すれ
ば、冷媒の顕熱加熱から潜熱加熱に移る部分に、
前記貯湯槽３の底部から延びる第３水配管８を接
続し、前記ポンプ６の駆動により、前記貯湯槽３
の底部から吸入し、前記熱交換器２の水通路２２
に流入して、途中から前記第３水配管８を介して
貯湯槽３の底部に吐出する第２循環路を形成する
のである。

そして、前記第３水配管８を前記水通路２２に
接続する位置は、前記第３水配管８の抵抗値との
関係で設定するのであるが、要は、前記第３水配
管８に分流した残りの水が凝縮圧力飽和温度以上
の過熱冷媒ガスで昇温可能となる位置、即ち、水
通路２２における入口側部から前記接続位置まで
と、接続位置から出口側部までとにおける各熱交
換量の比率が凝縮熱量の潜熱と顕熱との比に成す
のである。

尚、第２図において、３１は給水管、３２は出
湯管である。

本考案給湯機は以上の如く構成するもので、貯
湯槽３内の水を加温する場合、前記冷凍装置１の
圧縮機１０を駆動すると共に、前記ポンプ６を駆
動することにより行なうのであつて、第１循環路
及び第２循環路を介して貯湯槽３内の水が前記熱
交換器２との間を循環するのである。

しかして、第１循環路による水の循環は、貯湯
槽３の底部から吸入して前記熱交換器２における
冷媒通路２１の出口に対向する水通路２２の入口
に流入するのであつて、潜熱加熱と顕熱加熱とで
加熱される。即ち、第３水配管８の接続位置に達
するまでは潜熱加熱されると共に、この位置から
第２循環路における第３水配管８に流れる水から
分れて水通路２２の出口側に流れるのであつて、
この水は、前記抵抗体７により小流量化され、し
かも、この水通路２２の出口側に対向する冷媒通
路２１には、冷凍回路における最高温度の吐出ガ
ス冷媒が流入するので、水通路２２の出口側を流
れる水は、吐出ガス温度近く迄顕熱加熱されて貯
湯槽３の上部に吐出され、該上部の水を集中的に
加熱するのである。

又、冷媒は顕熱変化して前記凝縮圧力飽和温度
迄低下される。そのため、前記貯湯槽３の上部に
おける水温は、全体を平均的に上昇させる場合に
比較して急速に、しかも、十分高温に上昇させら
れるのであつて、短時間で給湯が可能になるので
ある。

また一方、水通路２２における第３水配管８の
接続位置から該第３水配管８に流れる加熱水は、
貯湯槽３の底部に吐出され、貯湯槽３の下部の加
温が行なえるのである。

そして、貯湯槽３の上部水温と下部水温との温
度差が一定値αより大きくなつたときに、電磁弁
SVを閉じて、上部に吐出する加熱水の水温低下
による上部水温の低下を防止するのである。尚、
前記一定値αは、第３図乃至第８図の場合には16
℃に設定することになる。また、第２図の如く、
抵抗体７と電磁弁SVとを直列に接続すべくしな
くとも、抵抗機能をもつた電磁弁のみを設けるよ
うにしてもよい。

つぎに、具体的に、貯湯槽３における湯の沸上
り状態を試算すると、貯湯槽３の容量を300、
熱交換器２の総加熱能力を3500Kcal／ｈ、顕熱
による加熱能力を500Kcal／ｈ、第１水配管４、
第２水配管５、第３水配管８の流量をそれぞれ
10.5／min，0.5／min，10／minとし、運
転時間が零のとき、第３図のごとく水温を15℃と
した場合、運転時間が0.5hのとき、第４図のごと
く最上部15の水温が36℃迄昇温すると共に、下
部の水温が20℃迄昇温する。また、運転時間が
1.0hのとき、第５図のごとく最上部15の水温が
41℃迄昇温し、その下層の15の水温が36℃迄昇
温すると共に、下部の水温が25℃迄昇温する。さ
らに、運転時間が1.5h，2.0h，5.0hと経過すると、
それにつれて、第６、第７、第８図に示すごとく
最上部15の水温が46℃，51℃，81℃に、またそ
の下層の15の水温が41℃，46℃，76℃に、さら
に、その下層の15の水温が36℃，41℃，71℃に
それぞれ昇温すると共に、下部の水温が30℃，35
℃，65℃に昇温するのである。

斯くのごとく、貯湯槽３の上部の水は、下部の
水にくらべて、運転時間が、例えば0.5h経過した
とき、既に16℃高温化して、21℃に亘り昇温する
のであり、昇温がきわめて早く行なえるのであ
る。

以上のごとく、貯湯槽３の上部水温を迅速に十
分な高温迄加温する場合、前記熱交換器２には、
常にほゞその最適流量を流すことができながら、
上部水温が十分な前記高温になつても、前記熱交
換器２には、前記凝縮圧力飽和温度より低い温度
の水を流入させられるので、冷凍装置１の成績係
数を減少することなく、上部水温の急速高温化が
可能になるのである。

以上のごとく、本考案は給湯用熱交換器２にお
ける冷媒と貯湯槽３の底部から流入する水との流
れを対向流とし、かつ、冷媒の顕熱により加熱す
る出口側の水を抵抗体７により小流量にして貯湯
槽３の上部に吐出させると共に、冷媒の潜熱によ
り加熱する水を小流量化せずに貯湯槽３の底部に
流入させるように成したので、貯湯槽３の上部に
吐出する小流量の水は、冷媒の潜熱により加温さ
れると共に、高温の顕熱により集中的に加熱さ
れ、従つて、上部水温をきわめて迅速に凝縮圧力
飽和温度乃至吐出ガス温度近くの高温度迄昇温で
き、始動時及び大量の湯を消費した場合でも、短
時間に十分高温度の給湯が可能となるのである。

しかも、給湯用熱交換器２を通す水の流量を減
少し、かつ、前記熱交換器２の伝熱面積を増大し
て上部の急速加温を行なうごとくしたものでない
から、冷凍装置の成績係数が低下することはない
し、前記熱交換器２を大形にする必要もないので
ある。

さらに、貯湯槽３における上部の温度が第３水
配管８を通る下部の温度より一定値以上高くなつ
たとき閉じる電磁弁SVを第２水配管５に介装し
たので、該電磁弁SVを閉じることによつて、上
部に吐出する加熱水の温度低下による上部水温の
低下を防止することができるのである。すなわ
ち、第５図を例に挙げて説明すると、貯湯槽３に
おける最上部の水温が41℃で、下部の水温が25℃
となつたとき、貯湯槽３からその最上部の加熱水
の一部を出湯管３２を通じて使用すると、給水管
３１から出湯量に対応する給水が行なわれるが、
斯く給水される水温が15℃とすると、この給水に
より、下部の水温が低下し、例えば20℃となる。
そして、この20℃の水を前記熱交換器２で加熱す
るとき、その加熱量から16℃上昇することになる
ので、吐出水温は36℃となる。

しかしながら、最上部の水温は41℃であるの
で、36℃の加熱水を最上部に吐出すると、上部水
温の低下を招くことになるのである。そこで、前
記電磁弁SVを閉じることによつて貯湯槽３の上
部に加熱水が吐出するのを停止でき、この結果、
前記上部水温の低下を防止することができるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す配管系統図、第２図は本
考案の実施例を示す配管系統図、第３乃至第８図
は、貯湯槽における湯の沸上り状態を示す説明図
である。 １……冷凍装置、２……給湯用熱交換器、２１
……冷媒通路、２２……水通路、３……貯湯槽、
４……第１水配管、５……第２水配管、６……ポ
ンプ、７……抵抗体、８……第３水配管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 冷凍装置１の冷媒回路に給湯用熱交換器２を介
   装して、該熱交換器２の冷媒通路２１と水通路２
   ２とを対向させ、前記熱交換器２の冷媒出口側に
   対向する水通路２２の入口に、貯湯槽３の底部か
   ら延びる第１水配管４を、また、冷媒入口側に対
   向する水通路２２の出口に、前記貯湯槽３の上部
   から延びる第２水配管５をそれぞれ接続すると共
   に、該第１水配管４にポンプ６を介装し、前記冷
   媒の流れと水の流れとを対向流とする一方、前記
   水通路２２の途中で、前記冷媒のほゞ飽和ガスと
   なる部分に、前記貯湯槽３の底部から延びる第３
   水配管８を接続し、かつ、前記第２水配管５に抵
   抗体７と、前記貯湯槽３における上部の温度が前
   記第３水配管８を通る下部の温度より一定値以上
   高くなつたとき閉じる電磁弁SVとを介装したこ
   とを特徴とするヒートポンプ式給湯機。