JPH049976B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ヒートポンプシステムの凝縮熱を
利用して貯湯槽内に温水を蓄えるヒートポンプ給
湯装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種のヒートポンプ給湯装置には、凝
縮器による湯水の加熱方式として、大別して二つ
の方式が採用されている。一つは凝縮器である熱
交換器を貯湯槽外部に配設し、この熱交換器に冷
媒と貯湯槽内の湯水を循環ポンプにより導いて熱
交換させる方式で、熱交換器は２重管構造のもの
が用いられる。他の一つは熱交換器を貯湯槽内部
に配設し、貯湯槽内で湯水を加熱する方式であ
る。

第５図は、熱交換器を貯湯槽外部に配設した従
来のヒートポンプ給湯装置を示すシステム系統図
である。これは、例えば実開昭58−167862号公報
等に開示されているもので、図において、１は冷
媒を圧縮して循環させる圧縮機、２は貯湯槽３の
外部に配設された冷媒凝縮器である２重管構造の
熱交換器、４は冷媒の絞り機構、５は冷媒蒸発
器、６はこの冷媒蒸発器５と対向して配置された
送風機で、上記圧縮機１、熱交換器２、絞り機構
４及び冷媒蒸発器５と共に冷凍サイクルを構成し
ている。７は貯湯槽３の下部８と熱交換器２との
間に接続された循環ポンプ、９は貯湯槽３の上端
部の湯水出口１０に接続された給湯配管で、熱交
換器２と接続されており、端部には出湯口１１が
取り付けられている。１２は貯湯槽３の下端部に
接続された給水口である。

上記のように構成された給湯装置において、圧
縮機１及び循環ポンプ７を運転させると貯湯槽３
内の湯水温度が上昇し、給湯配管９から出湯口１
１を通して加熱された湯水が供給される。すなわ
ち、循環ポンプ７により熱交換器２に導かれた貯
湯槽３内の湯水は、熱交換器２を通過する際に冷
媒の凝縮熱によつて昇温され、再び貯湯槽３内に
戻される。この循環サイクルを繰り返すことによ
り貯湯槽３内の湯水は所定の温度に達し、出湯口
１１から昇温された湯水を受け取ることができ
る。その際、貯湯槽３内における湯水の流れは所
謂ビストン流となり、貯湯槽３上部より昇温され
た湯水が貯えられ、しかも熱交換器２の出湯配管
は給湯配管９と接続されているため、装置の運転
が行われると直ぐに貯湯槽３上部から、あるいは
直接熱交換器２から昇温された湯水の供給が可能
となり、突発的な給湯負荷にも対処することがで
きる。また、循環ポンプ７により湯水を強制的に
循環させているため、熱交換器２での熱交換形態
は強制対流方式となり、熱交換性能（熱伝達率）
が良く、熱交換器２を小型化することができる。

また、第６図は貯湯槽内部に熱交換器を配設し
た従来例を示す図で、第５図と同一符号は同一機
能を有した相当部分を示している。図中１３は貯
湯槽３の下部に配設された熱交換器である。

この従来例では、熱交換器１３が貯湯槽３の下
部に配設されているので湯水を強制循環させる循
環ポンプは不要となる。すなわち、貯湯槽３内の
湯水の流れは自然対流となり、湯水は貯湯槽３内
全体にわたつて均一に加熱される。そして、貯湯
槽３内で昇温された湯水は給湯配管９から出湯口
１１を通して供給される。このように、熱交換器
１３を直接貯湯槽３内部に配設して湯水を加熱し
ているので、熱交換器１３の設置スペースがシス
テムのケーシング内で不要となり、また上述した
ように循環ポンプが不要であるため、その消費電
力が節約できると共に、貯湯槽３外での配管がな
くなり、その分放熱損失を小さくすることができ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の第５図、第６図に示した
ような従来のヒートポンプ給湯装置にあつては、
それぞれ設置スペースあるいは放熱損失などの点
で問題点があつた。すなわち、貯湯槽３外部に熱
交換器２を配設したものにおいては、熱交換器２
及び循環ポンプ７の設置スペースが必要となり、
そのための湯水配管も必要となる問題点があり、
さらに熱交換器２外表面及び配管からの放熱損失
が大きく、循環ポンプ７の運転に伴う消費電力が
大きく、システムの運転性能（トータル成績系
数）を低下させるという問題点があつた。また、
貯湯槽３内部に熱交換器１３を配設したものにお
いては、貯湯槽３内の湯水温度が低い場合、短時
間の給湯運転では十分昇温されず給湯に利用でき
る温度に達しないので、突発的は給湯負荷に対処
できないという問題点があつた。

この発明は、このような従来のものの問題点に
着目してなされ、各々の長所を生かしつつ同時に
欠点を解消したもので、設置スペースが小さく放
熱損失が低減し、突発的な給湯負荷にも対処可能
なヒートポンプ給湯装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

貯湯槽内部に冷媒凝縮器である熱交換器を配設
し、この貯湯槽と接続された給湯配管から湯水を
供給するようにしたヒートポンプ給湯装置におい
て、熱交換器が、冷媒が循環する外管の内部に貯
湯槽内に一端が開口した内管を配設して形成さ
れ、この熱交換器の内管の他端から熱交換された
湯水を吸引して貯湯槽内に吐出する循環ポンプが
設けられている。

〔作用〕

循環ポンプにより貯湯槽内の湯水は熱交換器の
内管に導かれ、この内管を通過する際に外管を通
る冷媒の凝縮熱によつて昇温される。また、貯湯
槽内では直接外管に触れて昇温されるので、熱効
率が良く、突発的な給湯負荷に対処できる。熱交
換器は貯湯槽内部に配設されているので、設置ス
ペースが小さくなり、放熱損失も低減する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面について説明す
る。なお、前述した従来例と同一機能をもつ相当
部分には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。

第１図は、この発明の第１実施例を示すシステ
ム系統図である。図において、１４は貯湯槽３内
部に配設された冷媒凝縮器である２重管構造の熱
交換器であり、第２図にその詳細構造を示してあ
る。すなわち、この熱交換器は、冷媒１５が循環
する外管１６の内部に湯水１７が循環する内管１
８が同心的に配設されている。そして、貯湯槽３
内の上部１９及び下部８に位置するヘツダ部２
０，２１において外管１６と内管１８とが分岐し
ており、下部８のヘツダ部２１から分岐した内管
１８の一端には貯湯槽３内に開口した湯水１７の
入口部２２が設けられている。また、外管１６の
外周囲にはフイン２３が形成されており、このよ
うに形成された熱交換器１４は螺旋状に巻回され
て上述したように貯湯槽３内部に配設されてい
る。

７は貯湯槽３外に設置された循環ポンプで、吸
込側は熱交換器１４のヘツダ部２０から分岐した
内管１８の他端と湯水出口管２４によつて接続さ
れ、吐出側に接続された吐出配管２５の出口部２
６は貯湯槽３の上部１９に配置されている。ま
た、上記ヘツダ部２０から分岐した外管１６に接
続された冷媒入口管２７は、圧縮機１に接続され
た冷媒吐出管２８と一体的に接続され、下部８の
ヘツダ部２１から分岐した外管１６に接続された
冷媒出口管２９は絞り機構４と接続されている。
３０は圧縮機１と冷媒蒸発器５との間に介装され
た冷媒吸入管である。

上記のように構成されたヒートポンプ給湯装置
において、圧縮機１及び循環ポンプ７が駆動され
ると貯湯槽３内の湯水温度が上昇し、出湯口１１
から昇温された湯水が供給される。先ず、圧縮機
１の駆動により冷媒１５が圧縮され、この冷媒１
５は吐出管２８を通して貯湯槽３内の熱交換器１
４に送られる。そして、熱交換器１４の外管１６
を通過した冷媒１５は出口管２９から絞り機構４
へ導かれて減圧され、更に冷媒蒸発器５に導かれ
て蒸発される。その後吸入管３０を経て圧縮機１
に戻り、この冷媒サイクルを繰り返す。

一方、循環ポンプ７の駆動により貯湯槽３内の
湯水１７は、矢印Ａで示すように入口部２２から
吸込まれて熱交換器１４の内管１８を通り冷媒１
５の凝縮熱によつて昇温される。この熱交換され
た湯水１７は、出口管２４を経て循環ポンプ７内
に入り、矢印Ｂで示すように貯湯槽３内の上部１
９に吐出される。

ここで、上記の熱交換器１４においては、外管
１６に冷媒１５が流動しているので、外管１６の
外周囲で貯湯槽３内の湯水１７が加熱され、自然
対流状態で熱交換が行われる。その際、外管１６
の外周囲にはフイン２３が形成され、かつ熱交換
器１４は螺旋状に巻回されているので、熱交換器
１４の外表面から貯湯槽３内の湯水１７が効率良
く均一に加熱昇温される。

また、循環ポンプ７により熱交換器１４の内管
１８を強制循環する湯水１７は、強制対流状態で
熱交換が行われ、このとき昇温された湯水１７が
貯湯槽３上部１９に戻されるため、貯湯槽３内の
湯水１７の流動はピストン流状態となる。

このように、２重管構造の熱交換器１４を貯湯
槽３内部に配設してあるので、外管１６の内表面
及び内管１８の外表面の両面において各々自然対
流状態及び強制対流状態で熱交換が行われ、熱交
換器１４の熱伝達面積が多く取れる。従つて、熱
交換器１４を小型化することができ、しかも貯湯
槽３内部に配設するのでその分設置スペースが小
さくなると共に、余分な配管が不要となり、放熱
損失が小さくなる。すなわち、熱交換器１４の効
率が向上するので従来に比して小型化、つまり長
さを短くすることができ、これにより配管抵抗も
小さくなる。また、上記強制対流状態での熱交換
量は全熱交換（自然対流及び強制対流）量の1/2
程度となるため、循環ポンプ７による湯水１７の
循環量は従来例（第５図参照）と比較して約1/2
程度にすることができ、循環ポンプ７の容量も極
端に低減できる。更に、循環ポンプ７により、昇
温された湯水１７を内管１８から吸引して貯湯槽
３上部１９に戻しているので、給湯運転を行えば
直ちに出湯口１１から十分加熱された湯水１７を
得ることができ、突発的な給湯負荷に対処するこ
とがより容易となる。

第３図は、この発明の第２実施例を示すシステ
ム系統図である。この実施例は循環ポンプ７の吐
出配管２５を貯湯槽３外部にて給湯配管９と接続
したもので、循環ポンプ７により吸引された湯水
１７は、矢印Ｃで示すように給湯配管９を経て貯
湯槽３上部１９に戻される。

このように構成することにより、貯湯槽３への
湯水１７及び冷媒１５の出入口となる配管用貫通
口を少なくすることができ、製造上での省略化が
図れる。

また、第４図にはこの発明の第３実施例を示し
てある。この実施例は、熱交換器１４の外管１６
と循環ポンプ７に接続された内管１８とが分岐す
る上部ヘツダ部２０を貯湯槽３外部に突出させ、
かつ上記第２実施例（第３図参照）と同様循環ポ
ンプ７の吐出配管２５を給湯配管９と接続したも
のである。

このような構成においては、貯湯槽３に設ける
配管用貫通口を更に少なくすることができると共
に、運転中に上記ヘツダ部２０から冷媒洩れが発
生した時など、その損傷箇所の発見及び保修等が
容易である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、２重
管構造の熱交換器を貯湯槽内部に配設し、かつ循
環ポンプにより貯湯槽内の湯水を熱交換器の内管
を通して循環させるようにしたため、熱交換器の
熱伝達効率が良く小型化できると共に、熱交換器
を貯湯槽外部へ配設した場合の配管が省略できる
ので、設置スペースが小さくなり、放熱損失も小
さく、システムの運転性能が向上するという効果
があり、また突発的な給湯負荷に対処することが
でき、循環ポンプの容積も小さくすることができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すシステム
系統図、第２図は第１図の熱交換器の詳細構造を
示す一部断面図、第３図はこの発明の第２実施例
を示すシステム系統図、第４図はこの発明の第３
実施例を示すシステム系統図、第５図及び第６図
は従来例を示すシステム系統図で、第５図は貯湯
槽外部に熱交換器を配設した例を示す図、第６図
は貯湯槽内部に熱交換器を配設した例を示す図で
ある。 ３……貯湯槽、７……循環ポンプ、８……貯湯
槽の下部、９……給湯配管、１４……冷媒凝縮機
である熱交換器、１５……冷媒、１６……外管、
１７……湯水、１８……内管、１９……貯湯槽の
上部、２０，２１……ヘツダ部、２５……吐出配
管、２６……出口部。 なお、図中同一符号は同一機能をもつ相当部分
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 貯湯槽内部に冷媒凝縮器である熱交換器を配
   設し、この貯湯槽と接続された給湯配管から湯水
   を供給するようにしたヒートポンプ給湯装置にお
   いて、前記熱交換器を、冷媒が循環する外管と、
   この外管の内部に配置され且つ貯湯槽内に一端が
   開口した内管とで構成し、この熱交換器の内管の
   他端から熱交換された湯水を吸引して貯湯槽内に
   吐出する循環ポンプを設けたことを特徴とするヒ
   ートポンプ給湯装置。 ２ 熱交換器の内管の貯湯槽内に開口した一端部
   を貯湯槽下部に配設し、かつ循環ポンプの吐出配
   管の吐出口を貯湯槽上部に配設したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ給
   湯装置。 ３ 循環ポンプの吐出配管を、貯湯槽外部で給湯
   配管に接続したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のヒートポンプ給湯装置。 ４ 熱交換器は、外管と循環ポンプに接続された
   内管とが分岐する部分が貯湯槽外部に突出して設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のヒートポンプ給湯装置。