JPS6051615B2

JPS6051615B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JPS6051615B2
Application number: JP53164353A
Authority: JP
Inventors: 雄二吉田; 敏今林; 紘一郎山口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1985-11-14
Also published as: JPS5589653A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、圧縮機を用いた冷凍サイクルの凝縮熱を利
用して給湯する給湯装置に関し、その目的は圧縮機の運
転条件を規制する高圧圧力を同一としながら給湯温度を
高温水化し得る給湯装置を提供することである。

従来の、圧縮機を用いた冷凍サイクルの凝縮熱を利用
して給湯する給湯装置の一例を第１図に示す。

第１図において、１は圧縮機、２は凝縮器として作用す
る給湯用水熱交換器、３は絞り、４は蒸発器として作用
する空気熱交換器であり、一連の冷媒配管で接続するこ
とにより冷凍サイクルを構成している。５は空気ファン
、６は給湯用水熱交換器２中の冷媒と熱交換するための
水循環回路である。

さて給湯用熱交換器２の出口水温をできるだけ高くする
ためには、凝縮過程の冷媒飽和温度すなわち高圧圧力を
できるだけ高く設定することにより可能となるが、圧縮
機１にとつてはモータ（図示せず）の絶縁性の問題等に
より許容しうる高圧圧力に限界がある。従つて従来給湯
水の高温化の一つの手段として、流量調整弁７を設けて
、常に高圧圧力を検知しながら、圧力が下がれば循環水
量を絞ることにより、一定の圧力を保持しながら高温水
化する方法等が提案されていた。本発明はかかる給湯
装置において、ほぼ同一の高圧圧力でも、より高温水化
し得る手段を提供するものであり、以下その一実施例を
図面に基づいて説明する。第２図において、１１は圧
縮機、１２は凝縮器として作用する給湯用水熱交換器、
１３は絞り、１４は蒸発器として作用する空気熱交換器
であり、一連の冷媒配管で接続することにより冷凍サイ
クルを構成している。

１５は空気ファン、１６は給湯用水熱交換器１２中の冷
媒と熱交換するための水循環回路、１７は流量調整弁で
ある。

本実施例の特徴とする所は、冷凍サイクルの低圧側とな
る冷媒回路の一部を用いて水対冷媒熱交換器１８を構成
し、該水対冷媒熱交換器１８を、給湯用水熱交換器１２
への水循環回路１６の入口側に設けたことにある。すな
わち水循環回路１６の入口水温を一担冷却すれば、高圧
圧力は低下するが、流量調整弁１７の作用により循環水
量を絞ることにより、一定の高圧圧力を維持することに
なる。この際当初の入口水温のときに得られる出口水温
よりも、一担冷却して循環水量を絞つて同一の高圧圧力
を維持した方がより高温水化できるものであり、その原
理を以下に説明する。第１図及び第２図の給湯用水熱交
換器２及び１２は各々凝縮器として作用するが、冷媒の
状態変化から見ればガス域、二相域（ガスと液の混合）
、及び液域に分離されることになる。

さて流量調整弁７及び１７の作用により同一の高圧圧力
を保持すれば、ほぼ同一の冷凍サイクルを構成すること
が可能となり、給湯用水熱交換器２及び１２内における
ガス域、二相域、液域の遷移点もほ−ぼ同一となる。従
つて給湯用水熱交換器２及び１２における冷媒の入口点
をＡ１ガス域から二相域への遷移点をＢ１二相域から液
域への遷移点をＣ１冷媒の出口点をＤとする。また第１
図における水側の入口点をＥ、（Ｃ）点に対応する水側
をＦ、（Ｂ）点に対応する水側をＧ１水側の出口点をＨ
とする。さらに本発明の一実施例を示す第２図における
給湯用水熱交換器１２への水側の入口点を１１（Ｃ）点
に対応する水側をＪ、（Ｂ）点に対応する水側をＫ１水
側の出口点をＬとする。ここで給湯用水熱交換器２及び
１２における距離と温度との特性を図示すると第３図の
如くになる。すなわち第１図に示す従来の給湯装置にお
いては、液域及びガス域における冷媒側熱伝達率が小さ
いため、やや勾配は小となるが、図示の如く、（Ｅ）点
から（Ｆ）点に向かうにつれて、冷媒の凝縮熱を奪い水
温は次第に上昇するものである。これに対し第２図に示
す給湯装置の如く、水循環回路１６における入口水温を
一担冷却し、流量調整弁１７により同一の高圧圧力を維
持する如く循環水量を減少すれば、冷媒側熱伝達率は第
１図における従来例とほぼ同一となるものの、水側熱伝
達率は循環水量の減少により減少し、従つて熱通過率も
減少したものとなる。しかるに給湯用水熱交換器におい
ては、冷媒側熱伝達率と水側熱伝達率の数値オーダがほ
ぼ同等のため、水側熱伝達率の減少は、熱通過率の減少
の半分にしか寄与しない。これに対し、循環水量の減少
はそのまま熱交換量に寄与するため、逆に温度勾配とし
てに増大したものとなる。このことをたとえば二相域に
ついてのみ説明すれば、熱交換熱量＝熱通過率×水側伝
達面積×対数平均温度差＝循環水量×比熱（＝１）×（
出口水温一人口水温）ここで、したがつてこの両辺の対数をはずせばなる関係式が得られる。

この式において、右辺第２項（バイパスファクターに相
当する）が減少するからである。従つて、第１図に示す
従来のものに比してより大なる温度勾配により水温は上
昇し、二相域とガス域の遷移点Ｂに対応する水側（Ｋ）
点においては、従来例における（Ｇ）点とほぼ同一又は
若干低い程度の温度に保持されることが可能となる。こ
こでさらに冷媒のガス域と熱交換されることが可能とな
るため、冷媒側熱伝達率の低下により温度勾配はやや減
少するものの、従来例に比して大なる温度勾配をもつた
め、水温上昇曲線は逆転することにより、給湯用水熱交
換器１２の出口点Ｌにおいては、従来例の出口点Ｈより
もより大なる水温を得ることが可能となるものである。
すなわち給湯用水熱交換器の入口水温を（Ｅ）点から（
１）点に低下しても、高圧圧力を一定となる如く、循環
水量を絞ることにより、出口水温は逆に（Ｈ）から（Ｌ
）点点へ上昇させることが可能となるものである。かか
る原理を利用してある一定の冷凍サイクルを構成した実
験において、入口水温を約１０ｄｅｇ低下させ、高圧圧
力を一定となる如く循環水量を調整した場合、出口水温
においては逆に２〜３（Ｉｅｇの温度上昇を得ることが
可能となつたものであり、給湯用水としてより高温水化
した有意差のある結果となることが判明した。なお第２
図における本発明の実施例においては、１つの冷凍サイ
クルにおいて常に低圧側となる冷媒回路を用いて入口水
温を低下させる如く構成したが、上記説明においても明
らかな如く、別の冷凍サイクルを用いて入口水温を低下
させてもよい。

かかる高温水化を図つた給湯装置の一実施例を第４図に
示す。

第４図において２１は給湯熱源ユニット、２２は圧縮機
、２３は凝縮器として作用する給湯用水熱交換器、２４
は絞り、２５は蒸発器として作用する空気熱交換器であ
り、一連の冷媒配管で接続することにより冷凍サイクル
を構成している。２６は空気ファン、２７は給湯用水熱
交換器２３中の冷媒と熱交換するための水循環回路、２
８は流量調整弁、２９は水対冷媒熱交換器、３０は循環
ポンプ、３１は蓄熱槽、３２は給湯管、３３は給水管で
あり、高温水化された給湯用水は、蓄熱槽３１の上部か
ら貯湯され、水道水の加圧により押し上げ式に給湯され
るごとく構成されている。

また第５図に示した実施例は給湯装置と冷暖房装置の組
み合せ装置であり、４１は給湯熱源ユニット、４２は圧
縮機、４３は凝縮器として作用する給湯用水熱交換器、
４４は絞り、４５は蒸発器として作用する空気熱交換器
であり、一連の冷媒配管で接続することにより冷凍サイ
クルを構成している。

４６は空気ファン、４７は給湯用水熱交換器４３中の冷
媒と熱交換するための水循環回路、４８は流量調整弁で
ある。

また４９及び５０はヒートポンプ装置の室外ユニット及
び室内ユニットであり、圧縮機５１、四方弁５２、室外
熱交換器５３、絞り５牡室内熱交換器５５等により冷凍
サイクルを構成している。本実施例においては四方弁５
２から圧縮機５１に到る常に低圧となる冷媒回路を用い
て、水対冷媒熱交換器５６を構成し、蓄熱槽５７、循環
ポンプ５８、水対冷媒熱交換器５６、給湯用水熱交換器
４３、流量調整弁１８を直列接続し水循環回路４７を構
成する事により、高温水化を図つている。また５９は給
湯熱源ユニット４１の空気熱交換器４５と室外ユニット
４９の室外熱交換器５３を接続する風洞であり、６０は
空気流路切換用のダンパーである。すなわち冷房運転時
には、給湯熱源ユニット４１の空気熱交換器４５での冷
熱を、室外熱交換器５３で熱回収させることにより、冷
房能力を向上させることが可能となるものであり、暖房
運転時には、各々独立した空気流路により運転させ、水
対冷媒熱交換器５６での冷媒加熱により充分な暖房能力
を保持することが可能となるものである。以上説明した
ように、本発明にかかる給湯装置によれば、運転条件が
規制される圧縮機の高圧圧力を一定としながら、給湯に
適したより高温水を得ることができる。また、１つの冷
凍サイクルを用いて、給湯用熱交換器の入口水温を低下
させる手段を構成すれば、コンパクトな高温水化給湯ユ
ニットを構成することができる。

また、冷暖房装置を構成する別個の冷凍サイクルを用い
て、給湯用熱交換器の入口水温を低下せる手段を構成す
れば、高温水化と暖房能力の保持を同時に実現でき、ま
た、冷暖房装置の冷房運転時に、給湯ユニットの冷熱を
熱回収させることにより、冷房能力を向上させることも
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の給湯装置の冷凍サイクルの構成図、第２
図〜第５図は本発明の実施例を示し、第２図は冷凍サイ
クルの構成図、第３図は給湯用水熱交換器内における冷
媒および水の温度変化を示す説明図、第４図は給湯装置
の全体構成図、第５図は本発明にかかる給湯装置を用い
た冷暖房給湯装置の全体構成図である。１１，２２，４２・・・・・・圧縮機、１２，２３，４
３・・・・・・給湯用水熱交換器、１３，２４，４４・
・絞り、１４，２５，４５・・・・・空気熱交換器、１
６，２７，４７・・・・・・水循環回路、１７，２８，
４８・・・・・・流量調整弁、１８，２９，５６・・・
・・・水対冷媒熱交換器、３０，５８・・・・・・循環
ポンプ、３１，５７・・・・・・蓄熱槽。

Claims

【特許請求の範囲】１冷凍サイクルの凝縮熱を利用した給湯装置において
、給湯用水熱交換器の入口水温を低下させる水対冷媒熱
交換器と、冷凍サイクルの高圧圧力をほぼ一定に保持す
るように水循環回路の流量を調整する流量調整弁とを設
けたことを特徴とする給湯装置。２水対冷媒熱交換器の冷媒側通路は、給湯装置を構成
する冷凍サイクルの常に低圧側となる冷媒回路を用いて
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の給湯装置。３水対冷媒熱交換器の冷媒側通路は、給湯装置とは別
個の冷暖房装置を構成する冷凍サイクルの常に低圧側と
なる冷媒回路を用いて構成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の給湯装置。４給湯装置を構成する冷凍サイクルの冷熱は、前記給
湯装置とは別個の冷暖房装置の冷房運転時に該冷暖房装
置の室外熱交換器で熱回収される如く構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の給湯装置。