JPH0460341A - 給湯機 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、空気熱源のヒートポンプ方式の給熱源を備え
た給湯機に関する。

（従来の技術） 従来のヒートポンプ方式の給湯機は、例えば実公昭５７
−４６５３２号公報に記載されているように、貯水槽の
内部を仕切板により上下２室に分け、冷凍サイクルの凝
縮回路に並列に接続した２つの凝縮器をそれぞれの室に
配置するとともに、貯水槽の上側室に管路を介して出湯
栓を接続し、冷凍サイクルを流れる冷媒の凝縮熱を利用
して貯水槽に収容された水道水を温め、貯水槽の上側室
の温水を出湯栓から取り出すようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上記形式のヒートポンプ方式の給湯機では、冷凍サイク
ルの凝縮回路に並列に接続した凝縮器を別々に作動する
ようにしているので、制御系統が複雑になり、しかも貯
水槽の下側室は予熱室として作用するたけである。

また家庭で使用する給湯機では、使用割合の大部分は風
呂や皿洗いで使える比較的低温（４０℃〜４５℃）の温
水であり、炊事や洗顔で使える比較的高温（５０℃〜１
００℃）の温水の使用割合は全体の１０％〜２０％程度
であることが分かつている。

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、ヒートポ
ンプ方式の加熱手段を利用して、貯水槽の内部に温度の
異なる２つの温水室を形成し、これら２つの室から取り
出す温水の混合比を選定することで、広範囲の温水を取
り出し得るようにした給湯機を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の給湯機は、内部空間を水平仕切り板により上下
２室に分けた貯水槽と、直列に接続した２つの凝縮器を
有し一方の凝縮器を貯水槽の上側室に他方の凝縮器を貯
水槽の下側室に配置し上側室に設けた凝縮器側を圧縮機
の吐出側に接続した冷凍サイクルの凝縮回路と、貯水槽
の上側室に管路に設けた弁装置を介して接続された出湯
栓と、貯水槽の下側室と上記管路の弁装置の下流側とを
弁装置を介して結ぶ接続管とを有して構成される。

（作　用） 本発明の給湯機においては、水平仕切り板に仕切られた
貯水槽の上側室と下側室に収容された水を、冷凍サイク
ルの凝縮回路の直列に接続した２つの凝縮器により圧縮
機の吐出側からでる高温の冷媒により加熱することで、
冷媒過熱域で加熱した高温水と冷媒凝縮域で加熱した低
温水とを形成し、これら２つの室から取り出す温水の混
合比を選定することで、広範囲の温水を出湯栓から取り
出すようにする。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面につき説明する。

第１図において、符号１は給湯機の貯水槽を示し、この
貯水槽１は内壁と外壁との間に断熱層を設けて構成され
ている。上記貯水槽１の内部空間容積は、約３６０リツ
トルであり、その内部空間容積は、水平仕切り板２によ
り上側室６０リツトル、下側室３００リツトルになるよ
うに分けられている。上記貯水槽１の上側室３と下側室
４とは水平仕切り板２に設けた開口５を介して互いに連
通している。そして上記貯水槽１の上側室３と下側室４
には、冷凍サイクルを構成する凝縮回路６の直列に接続
した２つの凝縮器７，８が配置され、連結部７ａが上記
開口５に位置している。

すなわち上記凝縮回路６は、貯水槽１の上側室３に設け
た凝縮器７側を圧縮機９の吐出側に接続するとともに、
貯水槽１の下側室４に設けた凝縮器７側を膨張弁１０お
よび空気熱交換器１１を介して圧縮機９の吸込側に接続
され冷凍サイクルを構成し、システムコントロールボッ
クス１７により、上側室３の湯温および下側室４の湯温
を設定温度に保つようにしている。上側室３の湯温はた
とえば６０℃〜７０℃の範囲であり、下側室４の湯温は
たとえば４０℃〜４６℃の範囲である。

一方上記貯水槽１の上側室３の上部に一端を接続した管
路１２には、出湯バルブ１３および出湯栓１４が配置さ
れ、出湯バルブ１３および出湯栓１４を開くことで、上
側室３の高温温水を取り出すようにしている。また貯水
槽の下側室４の上部に一端を接続した接続管１５は出湯
バルブ］６を介して貯水槽１の上側室３に接続された管
路１２の出湯バルブ１３と出湯栓１４の間に接続されて
いる。上記出湯バルブ１３および出湯バルブ１６の開度
は、システムコントロールボックス１７に設けた制御装
置により制御される。

他方上記貯水槽１の上側室３の上部には、湯温検知サー
モ１８が、貯水槽１の下側室４には、上下方向に間隔を
置いて３つの湯温検知サーモ１９゜２０．２１が配設さ
れている。これら４つの湯温検知サーモ１８，１９，２
０．２１の検知信号は上記システムコントロールボック
スの制御装置に送られる。上記３つの湯温検知サーモ１
９．２０゜２１の検知温度は、貯水槽１内の温水の自然
対流により、下側が低く上側が高い異なる温度を検出す
ることになる。

上記システムコントロールボックスに設けた制御装置に
よる出湯温度の制御は、出湯温度調節パネル２２により
行なう。出湯温度調節パネル２２には、第２図および第
３図に示すように、湯温設定器２３、低温温度設定器２
４、高温温度設定器２５およびサーモ切換器２６が設け
られており、湯温設定器２３に設けたスライドつまみ２
７により低温から高温までの湯温のうちの所望の湯温を
設定する。この場合低温を設定する志、下側室４の温水
となり、高温を設定すると、上側室４の温水となり、中
間の温度設定すると、スライドつまみ２７の位置により
弁開度決定手段２８からでる制御信号で出湯バルブ１３
および出湯バルブ１６の開度を調節して高温水と低温水
との混合比を選定して所望の温度の温水を出水する。ま
た低温温度設定器２４に設けたスライドつまみ２９によ
り下側室４の湯温を４０℃、４３℃、４６℃のいずれか
になるように設定できるようになっている。

制御する。この湯温の制御はスライドつまみ２つの設定
値信号を温度比較手段３０に送り、ここでこの設定値信
号をセンサ選択手段３１から送られた信号と比較し、制
御信号を圧縮機制御手段３２を送り、圧縮機９をオンオ
フ制御する。このセンサ選択手段３１には、使用しよう
とする時間帯を判断するために、時計３６からの信号か
送られる。

また高温温度設定器２５に設けたスライドつまみ３３に
より上側室３の湯温を６０℃、６５℃、７０℃いずれか
になるように設定できるようになっている。この湯温の
制御はスライドつまみ３３の設定値信号を温度比較手段
３４に送り、ここでこの設定値信号を検知サーモ１８（
サーモＤ）から送られた信号と比較し、制御信号を圧縮
機制御手段３２を送り、圧縮機９をオンオフ制御する。

圧縮機制御手段３２は、温度比較手段３０と温度比較手
段３４の両方の出力のオン指令のＯＲをとるようになっ
ており、両方の比較結果か満足されて始めて圧縮機９は
オフとなる。

さらにサーモ切換器２６に設けたスライドつまみ３５に
より、外気温の日中と朝や夜とて異なることおよび使用
者の温水使用時間帯の個人差を考慮して、３つの湯温検
知サーモ１９．　２０．　２１のうちのどの湯温検知サ
ーモて温度を検知するかを選択する。スライドつまみ３
５は、温水使用の夜とそれ以外の時間帯の使用割合を表
すもので、１００位置では夜の温水使用かほぼ１００％
の設定位置で、７０位置では夜の温水使用がほぼ７００
％の設定位置で、５０位置では朝シャワーの使用等で夜
以外の温水使用量が多く夜の温水使用がほぼ５０％の設
定位置であることを示している。サーモ選択手段と動作
タイムチャートとの関係を第４図に示す。

すなわち、スライドつまみ３５を１００位置とした場合
には、外気温が高くなる日中（午前１０時から午後５時
）ではセンサ選択手段３１により下側室３の最下位の検
知サーモ２１（サーモＡ）の信号を選択し、通常湯を使
用する時間帯（午後５時から午後１０時）ではセンサ選
択手段３１により下側室３の中間位の検知サーモ２０（
サーモＢ）の信号を選択し、時間帯（午後１０時から午
前１０時）ではセンサ選択手段３１により下側室３の最
上位の検知サーモ１９（サーモＣ）の信号を選択する。

スライドつまみ３５を７０位置とした場合には、日中（
午前１０時から午後５時）では下側室３の最下位の検知
サーモ２１（サーモＡ）の信号を選択し、時間帯（午後
５時から午前０時）ては下側室３の中間位の検知サーモ
２０（サーモＢ）の信号を選択し、時間帯（午前０時か
ら午前６時）では最上位の検知サーモ１９（サーモＣ）
の信号を選択し、時間帯（午前０時から午前６時）では
中間位の検知サーモ２０（サーモＢ）の信号を選択する
。スライドつまみ３５を５０位置とした場合には、日中
（午前１０時から午後５時）では下側室３の最下位の検
知サーモ２１（サーモＡ）の信号を選択し、時間帯（午
後５時から午前１０時）では下側室３の中間位の検知サ
ーモ２０（サーモＢ）の信号を選択する。

しかして、下側室３から温水を取り出した量に応じた量
が、水道管に直結された市水取入れ口４０から下側室３
に水を送り込まれるので、検知サーモ２１（サーモＡ）
をセンサ選択手段３１で選択した場合には、下側室３の
温水が下側室３の下面３ａから検知サーモ２１まての量
使用されると、センサ選択手段３１から送られた信号に
より、圧縮機制御手段３２を介して冷凍サイクルの圧縮
機９が作動して下側室３の水が温められる。また検知サ
ーモ２０（サーモＢ）をセンサ選択手段３１で選択した
場合には、下側室３の温水か下側室３の下面３ａから検
知サーモ２０までの量使用されるまで冷凍サイクルの圧
縮機９を作動させないようにする。さらに、午後１０時
から午前１０時のように外気温の低い時間帯では、冷凍
サイクルのエネルギー効率が低下するので、できるだけ
冷凍サイクルを作動させないように、極力上方の検知サ
ーモ１９（サーモＣ）または検知サーモ２０（サーモＢ
）の信号を選択することになっている。

つぎに作用を説明する。

まず、市水取入れ口４０を図示しない弁装置を介して開
き、貯水槽１の内部に水道水を充填し、第３図に示すよ
うに、出湯温度調節パネル２２に設けた湯温設定器２３
のスライドつまみ２７を５０℃に、低温温度設定器２４
のスライドつまみ２９を４３℃に、高温温度設定器２５
のスライドつまみ３３を６５℃に、サーモ切換器２６の
スライドつまみ３５を７０に設定する。

これにより、圧縮機９かオン状態となり、冷凍サイクル
を作動すると、圧縮機９からでる高温高圧のガス冷媒は
、貯水槽１の上側室３に位置する凝縮回路６の凝縮器７
に送られ、ここで熱交換される。ここてはガス冷媒は冷
媒過熱域（７０℃〜８０℃）で水道水との間て熱交換さ
れ、水道水を温水にする。貯水槽１の上側室３の凝縮器
７て熱交換されたガス冷媒は、貯水槽１の下側室４に位
置する凝縮器７と直列の凝縮器８に送られ、ここで熱交
換される。ここではガス冷奴は冷媒凝縮域（４５℃〜５
５℃）で水道水との間で熱交換され、水道水を温水にす
る。貯水槽１の下側室４の凝縮器８で熱交換されたガス
冷媒は、膨張弁１０を介して熱交換器１１を通り、ここ
で吸熱して蒸発し、ガスとなって圧縮機９に戻る。高温
高圧のガス冷媒が冷凍サイクルを循環することにより、
貯水槽１の上側室３の温水の温度か設定温度６５℃に達
すると、上側室３に設けた湯温検知サーモ］８の検知信
号がシステムコントロールボックス］７の温度比較手段
３４を介して圧縮機制御手段３２に送られる。一方現在
時刻が午前１０時から午後５時の時間帯であれば、下側
室４に設けた湯温検知サーモ２１がセンサ選択手段３１
によって選択され、この湯温検知サーモ２１の検知信号
が４３℃に達すると、システムコントロールボックス１
７の温度比較手段３０を介して圧縮機制御手段３２に送
られる。この圧縮機制御手段３２においては、上側室３
に設けた湯温検知サーモ１８の信号および下側室４に設
けた湯温検知サーモ２１の信号の両方を受信した時に、
圧縮機９を停止する制御信号をだして冷凍サイクルが止
まる。これにより上側室３の温水は温度６５℃以上を保
ち、また下側室６の温水は温度４３℃以上を保つことに
なる。

利用者が貯水Ｗｉ１の温水を取り出す場合、湯温設定器
２３のスライドつまみ２７を所定位置にセットすること
により、検知サーモ１８（サーモＤ）から送られた信号
ｄ　’Ｃと検知サーモ１９（サーモＣ）から送られた信
号ｃ　”Ｃと湯温設定器２３から設定温度信号制御信号
ｙ　’ｃは弁開度決定手段２８に送られ、ここで出湯バ
ルブ１３および出湯バルブ１６の弁開度が演算され、出
湯バルブ１３の弁開度がｙ　−ｃ　／　ｄ　−ｃに、出
湯バルブ１６の弁開度がｄ−ｙ／ｄ−Ｃに設定される。

たとえば利用者がｙ−５０℃の温水を必要とする場合に
は、この設定条件で出湯栓１４を開く。

すると、ここで検知サーモ１８の検出温度をｄ＝７０、
ｃ−３０とすると、出湯バルブ１３の弁開度（ｙ−ｃ／
ｄ−ｃ）　−（５０−３０／７０３０）−０，５に応し
た量の高温水か上側室３から管路１２に送り出され、ま
た出湯バルブ１６の弁開度（ｄ−ｙ／ｄ−ｃ）＝　（７
０−５０／７０３０）−０，５に応じた量の低温水か下
側室６から接続管を介して管路１２に送り出され、管路
１２において混合され、高温水と低温水との混合比を選
定することて５０℃の温度の温水を出水する。

つぎに、利用者が風呂や皿洗い等の比較的温度の低い温
水を必要とする場合には、湯温設定器２３のスライドっ
まみ２７を低温り位置にセットする。スライドっまみ２
７が低温り位置にあると、出湯バルブ１３が閉じ、出湯
バルブ１６が開いた状態となる。この設定条件で出湯栓
１４を開くと、下側室６の低い温度の温水が接続管から
出湯バルブ１６を介して管路１２に送り出され、ここか
ら低温の温水が出水する。

また、利用者が洗顔や炊事等の比較的温度の高い温水を
必要とする場合には、湯温設定器２３のスライドつまみ
２７を高温Ｈ位置にセットする。

スライドつまみ２７が高温Ｈ位置にあると、出湯バルブ
１３が開き、出湯バルブ］６が閉した状態となる。この
設定条件で出湯栓１４を開くと、上側室３の高い温度の
温水が出湯バルブ１３を介して管路１２に送り出され、
ここから高温の温水が出水する。

一方スライドつまみ３５を１００位置とした場合には、
第４図に示すように、外気温が高くなる日中（午前１０
時から午後５時）てはセンサ選択手段３１により下側室
３の最下位の検知サーモ２］　（サーモＡ）の信号を選
択するのて、検知サーモ２１か下側室６の湯温か４３℃
以下を検知すると、圧縮機制御手段を介して冷凍サイク
ルを作動させ、湯を使用する時間帯（午後５時から午後
１０時）てはセンサ選択手段３１により下側室３の中間
位の検知サーモ２０（サーモＢ）の信号を選択するので
、検知サーモ２１が下側室６の湯温か４３℃以下を検知
すると、冷凍サイクルを作動させ、また時間帯（午後１
０時から午前１０時）ではセンサ選択手段３１により下
側室３の最上位の検知サーモ１９（サーモＣ）の信号を
選択するので、検知サーモ１９が下側室６の湯温か４３
℃以下を検知すると、冷凍サイクルか作動させる。

すなわち、下側室３から温水を取り出した量に応じた量
か、水道管に直結された市水取入れ口４０から下側室３
に水を送り込まれるが、検知サモ２１（サーモＡ）をセ
ンサ選択手段３１て選択した場合には、下側室３の温水
が下側室３の下面３ａから検知サーモ２１まての量たけ
使用した時に、センサ選択手段３１から送られた信号に
より、圧縮機制御手段３２を介して冷凍サイクルの圧縮
機９が作動して下側室３の水を温め、検知サモ２０（サ
ーモＢ）をセンサ選択手段３１で選択した場合には、下
側室３の温水か下側室３の下面３ａから検知サーモ２０
まての量たけ使用されるまで冷凍サイクルの圧縮機９を
作動させないようにし、さらに午後１０時から午前１０
時のように外気温の低い時間帯では、冷凍サイクルのエ
ネルギー効率が低下するので、できるだけ冷凍サイクル
を作動させないように、最上位の検知サーモ１９（サー
モＣ）の信号を選択する。なおスライドつまみ３５を７
０位置とした場合には、日中（午前１０時から午後５時
）では下側室３の最下位の検知サーモ２１（サーモＡ）
の信号を選択し、時間帯（午後５時から午前０時）では
下側室３の中間位の検知サーモ２０（サーモＢ）の信号
を選択し、時間帯（午前０時から午前６時）ては最上位
の検知サーモ１９（サーモＣ）の信号を選択し、時間帯
（午前０時から午前６時）では中間位の検知サーモ２０
（サーモＢ）の信号を選択し、スライドつまみ３５を５
０位置とした場合には、日中（午前１０時から午後５時
）では下側室３の最下位の検知サーモ２１（サーモＡ）
の信号を選択し、時間帯（午後５時から午前１０時）で
は下側室３の中間位の検知サーモ２０（サーモＢ）の信
号を選択する。

しかして、下側室３から温水を取り出した量に応じた量
が、水道管に直結された市水取入れ口４０から下側室３
に水を送り込まれるので、検知サーモ２１（サーモＡ）
をセンサ選択手段３１で選択した場合には、下側室３の
温水が下側室３の下面３ａから検知サーモ２１まての量
使用されると、センサ選択手段３１から送られた信号に
より、圧縮機制御手段３２を介して冷凍サイクルの圧縮
機９が作動して下側室３の水が温められる。また検知サ
ーモ２０（サーモＢ）をセンサ選択手段３１で選択した
場合には、下側室３の温水が下側室３の下面３ａから検
知サーモ２０までの量使用されるまで冷凍サイクルの圧
縮機９を作動させないようにする。さらに、午後１０時
から午前１０時のように外気温の低い時間帯では、冷凍
サイクルのエネルギー効率が低下するので、できるだけ
冷凍サイクルを作動させないように、最上位の検知サー
モ１９（サーモＣ）の信号を選択する。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、貯水槽の内部空間を
水平仕切り板により上下２室に分け、冷凍サイクルの凝
縮回路の直列に接続した２つの凝縮器の一方の凝縮器を
貯水槽の上側室に他方の凝縮器を貯水槽の下側室に配置
し上側室に設けた凝縮器側を圧縮機の吐出側に接続する
とともに、貯水槽の上側室に弁装置を介して出湯栓を接
続し、貯水槽の下側室と上記管路の弁装置の下流側とを
弁装置を介して接続管て結んたので、圧縮機の吐出側か
らでる高温の冷媒により加熱することで、冷媒過熱域で
加熱した高温水と冷媒凝縮域で加熱した低温水とを形成
し、これら２つの室から取り出す温水の混合比を選定す
ることで、圧縮機を特別の高圧縮比運転とすることなく
、広範囲の温水を出湯栓から取り出すことかてき、しか
も冷凍サイクルの作動を日中の高い外気温度に合わせる
ことによりヒートポンプのエネルギー効率を高め、消費
電力の節約か可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による給湯機の全体系統を示す図、第２
図は温度調節パネルを示す図、第３図は。 本発明による給湯機の制御系統を示す図、第４図はセン
サ選択手段と動作タイムチャートとの関係を示す図であ
る。 １・・・貯水槽、２・・水平仕切板、３・上側室、６・
・下側室、７・・・凝縮器、８・・凝縮器、９・・・圧
縮機、１２・・・管路、１３・・弁装置、１４・・・出
湯栓、１６・・・弁装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部空間を水平仕切板により上下２室に分けた貯水槽と
   、直列に接続した２つの凝縮器を有し一方の凝縮器を貯
   水槽の上側室に他方の凝縮器を貯水槽の下側室に配置し
   上側室に設けた凝縮器側を圧縮機の吐出側に接続した冷
   凍サイクルの凝縮回路と、貯水槽の上側室に管路に設け
   た弁装置を介して接続された出湯栓と、貯水槽の下側室
   と上記管路の弁装置の下流側とを弁装置を介して結ぶ接
   続管とを有する給湯機。