JPH0271051A - 温水製造用の一貫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り見よ立且里ユ１ 本発明は、温水製造用の一貫装置に係る。

１釆り弦１ 例えば、暖房設備および／または衛生設備のような温水
製造用の一貫装置である、ガス燃焼式バーナー、ガス・
オイル燃焼式バーナー、電熱器および／またはソーラー
エネルギー利用手段、すなわちソーラーパネルまたは温
室効果利用手段のような１つまたはそれ以上の補助熱源
を組み込んである、ヒートポンプを使用した一貫装置は
従来から既に提案されてきている。一般的に言って、そ
うした−貫装置は非常に熱効率が高く、有限のエネルギ
ー源からもたらされる熱を有効に利用してエネルギーを
大幅に節約することができる。しかしながらこうした−
貫装置を運転するにあたり、熱源からの熱をいかに効率
よく利用するかについて未だ問題が残されている。例え
ば、ヒートポンプの冷却回路を流れる冷却ガスは、ガス
燃焼バーナーまたはガス・オイル燃焼バーナーに接近し
た箇所で過熱される恐れがある。冷却ガスを過熱してし
まうと、冷却ガスの物理的・化学的特性に大きな変化が
生じ、特に駆動装置への電力供給が事故により中断する
ような場合には、回路内の冷却流体に及ぼす影響は大き
い。

また周知のように、空気／水式のヒートポンプは０℃を
数度上回る温度条件の下で最も効率が高い。しかしなが
ら、温度が０℃以下になるとヒートポンプの蒸発器が結
氷により氷で覆われてしまい、補助熱エネルギーを加え
て溶かさない限り氷の除去が困難である。

本発明の目的は、ヒートポンプを通じて流れる冷却流体
の流速を熱負荷に応じて迅速に制御し、連続的な給湯を
行なえるようにした、温水製造用の一貫装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、蒸発器への氷結を確実に防止でき
る一貫装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、ヒートポンプの作動が他の熱源に
優先して行なわれ、バーナーの燃焼またはその他経費の
高（つく運転操作を最小限に留め、熱エネルギー源を有
効に活用することのできる一貫装置を提供することにあ
る。

本発明のその他の目的は、製造コストが安（、しかも壊
れにくく信頼性の高い運転を行なえる、温水製造用の一
貫装置を提供することにある。

本発明のこれらの目的および他の目的は、以下に記載の
装置の説明から明らかである。これら−連の目的は、コ
ンブ１ノツサを備えたヒートポンプと、凝縮器と、冷却
流体を搬送するために設置されたパイプ系の途中に直列
に連結されている膨張弁および蒸発器と、内部にヒート
ポンプの前記凝縮器の配置されているボイラーと、少な
くとも１つの温室効果熱源とを組み合わせてなる温水製
造用の一貫装置により達成される。この温水製造用の一
貫装置は、ヒートポンプの前記蒸発器を収容する蒸発器
チャンバがボイラーの下流側に配置され、しかも前記ボ
イラーに流体連絡していてこのボイラーから燃焼ガスま
たは排煙を受けるようにされており、また蒸発器チャン
バは温室効果熱源にも流体連絡していて、燃焼ガスが蒸
発器に熱を供給することに加えて、この温室効果熱源か
ら温風の供給を受けることを特徴としている。

前記ボイラーは、バーナーを収容する内側炉を形成して
いる周囲のタンクと、バーナから上方で前記炉の内部に
少なくとも一部が配置されている球根状のタンクとを有
し、前記蒸発器を収容した前記チャンバが炉の上部に配
置されている。

本発明の他の特徴並びに利点は、添付図面に基づいた好
ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかである。こ
の好ましい実施例は単なる一例を示したものにすぎない
。

１血舅 図面を参照する。温水を製造する図示の一貫装置は、ベ
ースｌ、好ましくは円筒状をした中間胴体２、円筒状胴
体２の上部に配置されたカバーまたはドーム３を備えて
いる。

ベース１は、支柱４、例えば正方形の四隅に配置した位
置関係にある４本の支柱と、支柱を越えて突き出してい
る梁材５からなる支持フレームを備えている。

ベースは、チャンバ７を形作る外壁６を備えていると都
合がよい。前記チャンバ７は、装置の様々な構成要素と
装置パネル８に連絡する制御機器とを収容している。

第３図は、チャンバ７の内側に設置された水循環ポンプ
９と、各々の電気ファン１３．１４により璧６に設けた
グリッド１２を通して吸引した外部雰囲気の空気を受は
取るように配置されている２つの空気／冷却流体熱交換
器１０．１１と、冷媒または熱搬送媒体用のコンプレッ
サ１５とを示している。

支柱４は、縦軸線を備えた円筒状の中間胴体２用の定着
支持天板として機能するフランジの付いた天井４ａを備
えている。前記胴体２は金属製の内側環状タンク１６を
備えている。この内側環状タンク１６は、端部の開口し
た円筒状の炉１７と接している。タンク１６内には２つ
のコイル１８．１９が沈設されている。コイル１８は炉
１７の壁に隣接して配置され、銅製スペーサ２０により
炉の壁から間隔を開けられ（第４図）、また外部のユー
ザー用の回路、例えば衛生水システムに流体連絡されて
いる。コイル１８はタンク１６内の水から熱を吸収する
ことのできる水／水式熱交換器を構成しており、下側パ
イプ２１から水を供給され、上側パイプ２３を通じて排
水される。

外側コイル１９は、コンプレッサ１５を備えたヒートポ
ンプの冷媒用の凝縮器として機能する。この外側コイル
１９は、入口パイプ２４と出口パイプ２５を備えている
。

給水パイプ２６、タンク中央部の給湯パイプ２７および
タンク上部の温水用の給湯パイプ２８がタンク１６に設
置されている。

炉１７の下側部分にはガスバー・ナー等のバーナー２９
が取り付けられ、また炉の上側部分には第２のタンクま
たはボイラー３０が収容されている。このボイラーは、
複数例えば３個の球面フラスコ３１を備えている。これ
ら球面フラスコ３１は互いに間隔をあけられ、また軸方
向ダクト３２を通じて互いに流体連絡した状態に配置さ
れている。ボイラー３０は入口パイプ３４を通じて水の
供給を受け、下部の給湯パイプ３５と上部の給湯パイプ
３６を通じて温水を供給している。環状プレート３７が
球面フラスコ３１の間に配置されており、箇々の環状プ
レート３７はサポートまたはスペーサ３８により所定位
置に保持されている。

環状プレート３７は、バーナー２９からくる高温燃焼ガ
スのディフレクタとして機能している。

燃焼ガスは上昇するにつれて、下側環状プレート３７に
より下側球面フラスコ３１の下部表面３９に向けて向き
を変えられ、球面フラスコと炉１７の壁との間の第１の
狭い環状ギャップまたは隙間４０を通じて横向きに流れ
るようにされ、そして圧縮される。燃焼ガスはギャップ
４０を通り過ぎてから再び膨張し、第２の環状プレート
３７により中央ダクト３２の方向に向きを変えられる。

その結果、燃焼ガスはダクト３２と後続の球面フラスコ
３１の下側表面に沿って移動した後筒２の環状ギャップ
４０に侵入してい（。さらに燃焼ガスは最後の環状プレ
ート３７を通り抜けて上側球面フラスコをなぞり、チャ
ンバ４２の天井を構成する釣鐘形の天井４１の下側に集
められる。

釣鐘形の天井４１は、スペーサ４３を介してタンク１６
の上部に載っている。前記スペーサ４３は周囲スロット
４５を形成しており、燃焼ガスはこの周囲スロットを通
り抜け、ドーム３内の上側チャンバ４６に向って流れて
い（。

適当な断熱材料からなる断熱層４７がタンク１６の外壁
の廻りに設置されている。以下に詳しく説明するように
、１本またはそれ以上の雨水排水用のパイプ４８が前記
断熱層を通り抜けている。

グラファイト処理した薄いプレート４９で断熱ジャケッ
トまたは断熱層４７を取り囲み、さらにこのプレート４
９を外壁５０で覆うことができる。外壁５０は１例えば
ガラスやプレキシガラス等の透明材料、または半透明材
料、あるいは金属や合金等の不透明材料から作られてい
る。こうして薄いプレート４９と壁５０の間には隙間ま
たはスペース５１が形成され、このスペースを通り抜け
る空気は温室効果により加熱される。また壁５０が不透
明であれば、輻射熱効果により直接に加熱される。ここ
で使用した用語「温室効果」は、幾つかの空気加熱現象
を意味している。薄いプレート４９は、断熱ジャケット
４７と共に内側ギャップまたは隙間５２を形成している
。この隙間５２を通り抜ける空気は、太陽の輻射熱を吸
収する薄いプレート４９に接触して加熱される。

隙間またはギャップ５１．５２は底の部分がチャンバ７
に開口しており、ファン１３．１４によりグリッド１２
を通じて吸引した周囲雰囲気の空気を受は入れるように
なっている。これら隙間は上向きに延びてチャンバ４６
につながっている。

隙間はこの隙間を通り抜けながら熱を吸収した温風をチ
ャンバに排出し、また温風は炉１７からきた燃焼ガスと
混ざり合うようになる。

ドーム３は、チャンバ４６を形作る不透明材料の外側ケ
ーシング５３を備えている。このチャンバ内には、ヒー
トポンプ用の蒸発器５４と、クレーンまたはホイストを
用いて装置を持ち上げる際に利用するアンカー５６が配
置されている。ケーシング５３は上部に中央開口５７を
備えている（第２図）。燃焼ガスと隙間５１．５２から
送られてくる空気は蒸発器５４を通り抜けて熱の一部を
放出し、中央開口５７から排出される。

空気と燃焼ガスが蒸発器に熱を供給するため、蒸発器が
氷結するのを阻止でき、氷結を防ぐためにサイクルを逆
転させて無駄なエネルギーを消費することもなく、また
凍結防止電熱器は不要になる。

マイナス２０℃の周囲温度で行なった実証テストにより
、問題な（安定した運転を行なえることが確かめられた
。チャンバ４６内に発生する結露水、または開口５７か
ら侵入する雨水はパイプ４８により取り除かれる。パイ
プ４８は排水をベースｌに送り、この箇所で水は殆どが
蒸発により消失するか、または外部底容器内に溜められ
る。

前述した装置は、バーナによって生じる熱エネルギーを
利用する代わりに、工場や熱源から排出される温排水か
ら回収した熱を利用することもできる。

本発明に係る装置は、温暖な温度の季節（春、秋）に効
率のよい運転を行なうことができる。こうした季節には
ヒートポンプが活躍し、バーナーの燃焼を極力避けるこ
とができるためである。装置の効率について、ある程度
は気象状態の影響を受けることは当然である。

適当な出力のコンプレッサ１５を使用すれば、温度の高
い季節（夏）に前述した装置を空調機として使用するこ
ともできる。こうした切換えを行なうにあたって、スイ
ッチ５９が操作される。このスイッチは制御パネル８に
取り付けられた自動制御スイッチとすることもでき、冬
・夏いずれの季節でも同じサーモスタット６０を用いて
制御が行なわれる。

前述した一貫装置は、高温（８０℃）、中温（５０℃）
および低温（３０℃）の暖房装置に適していると言える
。実際の使用に当たり、高温装置として使用する場合に
は先ずヒートポンプを戻り方式で用いて装置温度を上げ
ておき（６０℃）、さらにバーナーを使用して供給温度
を必要な温度レベルまで上昇させることができる。中温
または低温装置として使用する場合には、ヒートポンプ
を送り方式かまたは戻り方式で操作して必要な温度エネ
ルギーの全てを賄うことができる。

ただし、ヒートポンプが性能を充分に発揮できない場合
に限り、バーナーを作動させることができる。

このように、本発明に係る装置商品は、高温燃焼ガスの
熱を最大限利用できるように構成されている。高温燃焼
ガスは先ず内側ボイラーの広い表面３７により圧縮と膨
張にさらされ、さらに蒸発器５４を通じて流れている冷
媒に熱を供給している。

タンク内の水は、バーナーの燃焼熱とヒートポンプの冷
媒の凝縮熱により加熱される。また（装置を空調器に切
り替えて運転する場合には、蒸発器５４は役割を変えて
凝縮器としＣ作用するため）：空調しようとする環境内
に配置したラジェータを備えている密封回路が放出した
熱により、タンク内の水を加熱することもできる。熱の
吸収が飽和状態になり、適当な制御サーモスタットによ
る制御が所定のレベルに達すれば温風の吹出しが開始さ
れ、余分の温水または衛生水は排出される。ユーザーが
温水または衛生水を使用すれば、熱の放出は行なわれな
くなり再びヒートポンプの熱交換が開始される。また必
要に応じてバーナーが青火され、最小限必要な熱量を確
保するようにしている。

装置のスイッチを切り替えて空調器ユニットとして機能
させる場合には、（燃費のかからない）周囲雰囲気の熱
を適宜利用して衛生温水を最終温度まで加熱でき、また
配管系の内部の水温で冷媒を凝縮させるため、ヒートポ
ンプの効率を著しく高められる。

前述した一貫装置は、装置請求の範囲内で如何ようにも
修正しまた変更することができる。例えば、ドーム３内
の蒸発器５４の下部に１つまたはそれ以上の電気ファン
７０を設置し、これを電気ファン１３．１４と一緒に使
用したり、これらファンの代わりに使用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、−貫装置の正面図である。 第２図は、第１図の装置の平面図である。 第３図は、第１図の装置の縦方向軸線に沿った断面説明
図である。 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿った概略断面図で
ある。 １・・・ベース；２・・・円筒状胴体；３・・・ドーム
；４・・・支柱；４ａ・・・フランジの付いた天井；５
・・・梁材；６・・・外壁；７・・・チャンバ；８・・
・装置パネル；９・・・水循環ポンプ；１０．１１・・
・熱交換器；１２・・・グリッド；１３．１４・・・電
気ファン；１５・・・コンプレッサ；１６・・・内側環
状タンク；１７・・・円筒状の炉；１８．１９・・・コ
イル；２０・・・スペーサ；２１・・・下側パイプ；２
３・・・上側パイプ：２４・・・入口パイプ：２５・・
・出口パイプ；２６・・・給水パイプ；２７・・・タン
ク中央部の給湯パイプ；２８・・・タンク上部の給湯パ
イプ：２９・・・バーナー、３０・・・第２のタンクま
たはボイラー、３１・・・球体フラスコ；３２・・・ダ
クト；３４・・・給水用の入口パイプ；３５　　・下部
の給湯パイプ；３６・・・上部の給湯パイプ；３７・・
・環状プレート：４０・・・環状の隙間；４１・・・釣
鐘形の天井；４２・・・チャンバ；４６・・・上側チャ
ンバ；４７・・・断熱層：４８・・・雨水の排水パイプ
；４９・・・太陽の輻射熱を吸収するプレート；５１．
５２・・・隙間；５３・・・外側ケーシング；５４・・
・蒸発器；５７・・・中央開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コンプレッサ（１５）を備えたヒートポンプと、凝
   縮器（１９）と、冷却流体を搬送するために設置された
   パイプ系の途中に直列に連結されている膨張弁および蒸
   発器（５４）と、ボイラー（１６、１７、３０）と、内
   部に前記ヒートポンプの凝縮器の配置されている少なく
   とも１つの温室効果熱源（４９、５２）とを組み合わせ
   てなる温水製造用の一貫装置にして、前記ヒートポンプ
   の蒸発器（５４）を収容する蒸発器チャンバ（４６）が
   前記ボイラー（１６、１７、３０）の下流側に配置され
   、しかも前記ボイラーに流体連絡していてこのボイラー
   から燃焼ガスまたは排煙を受けるようにされており、ま
   た蒸発器チャンバは温室効果熱源（４９−５２）にも流
   体連絡していて、前記燃焼ガスが蒸発器（５４）に熱を
   供給することに加えて、この温室効果熱源から温風の供
   給を受けることを特徴とする温水製造装置。 ２、請求項１記載の装置において、前記ボイラーが、バ
   ーナー（２９）を収容する内側炉（１７）を内部に形成
   している周囲を断熱したタンク（１６）と、前記炉の内
   部に少なくとも一部が配置され、前記バーナーから生じ
   た燃焼ガスが取り囲むようにした球根状のタンク（３０
   ）とを有することを特徴とする装置。 ３、請求項２記載の装置において、前記球根状のタンク
   （３０）が、隣接する球根（３１）の間に少なくとも１
   つのディフレクタ（３７）を有し、前記炉（１７）を伴
   い、燃焼ガス用の交互に狭くなり広くなる通路の曲がり
   くねった経路を形成していることを特徴とする装置。 ４、請求項３記載の装置において、前記球根状のタンク
   （３０）は、前記炉（１７）の下流側に釣鐘形をしたエ
   レメント（４１）を有し、このエレメントが燃焼ガスを
   集めてこれを攪拌する回収チャンバ（４２）を形成して
   いることを特徴とする装置。 ５、請求項１記載の装置において、前記温室効果熱源（
   ４９−５２）は、周囲のタンク（１６）の外側断熱材（
   ４７）の廻りに配置されこの断熱材から間隔をおいて設
   置されていて、断熱材と共に連続するギャップまたは隙
   間（５１、５２）を形成している透明または不透明な材
   料からなる外壁（５０）を有し、前記ギャップまたは隙
   間の下側端部は周囲雰囲気に連絡し、また上側端部が前
   記蒸発器チャンバ（４６）に連絡していることを特徴と
   する装置。 ６、請求項５記載の装置において、前記隙間は、薄い仕
   切りプレート（４９）により内側チャンバ（５２）と外
   側チャンバ（５１）に分割され、前記薄い仕切りプレー
   トは、周囲の大陽光を吸収する黒体として機能する前記
   外壁（５０）に対面した黒色の外壁を備えており、前記
   内側ギャップ（５２）内の空気が主に前記黒色の薄いプ
   レート（４９）により加熱されるのに対し、前記外側ギ
   ャップ（５１）内の空気は主に温室効果により加熱され
   ることを特徴とする装置。 ７、請求項１記載の装置において、前記蒸発器チャンバ
   （４６）は、外部に連絡している一方の端部を備えた不
   透明な外側ケーシング（５３）によって形作られており
   、前記温室効果熱源から送られてくる前記蒸発器（５４
   ）を通り抜けた燃焼ガスと温風を排出するようにしてあ
   ることを特徴とする装置。 ８、請求項１記載の装置において、前記蒸発器チャンバ
   （４６）は、凝結水と雨水を排水する少なくとも１本の
   パイプ（４８）に流体連絡していることを特徴とする装
   置。 ９、請求項１記載の装置において、凝結水排水用のパイ
   プ（４８）は、前記周囲のタンク（１６）の断熱材（４
   ７）内に埋設されていることを特徴とする装置。