JPS621646Y2 - - 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内の水はほゞ
均一に上昇するので出湯温度になるまで時間が
かゝるし、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
溜し、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。一方また、貯湯槽の上下方向に対応し、
かつ該貯湯槽の胴体に直接的に、冷媒吐出管から
延びる熱交換コイルを上下二分割して配置し、こ
れら二つのコイルに各々電磁弁を介装して、水温
が低いときには、前記電磁弁の切換操作をして貯
湯槽上部側のコイルのみに冷媒を流して上部側の
水を集中的に加温するごとくしたものは、例えば
実開昭56−151838号公報に知られている。ところ
が、この公報記載のものでは、冷媒循環側を二系
統と成しているため、冷媒側の配管構成が複雑と
なり、据付時に高度な冷媒接続作業が必要となつ
て、その取り扱いが非常に厄介となる問題が起こ
るのであつた。また、電磁弁を用いているため、
その制御回路も必要となり、構成も複雑となる問
題があつた。

本考案の目的は、取り扱い容易で構成を簡素化
できながら、貯湯槽上部と底部との間に形成する
水の第１循環路の他に、貯湯槽上部から吸入し、
上部に吐出する第２循環路を形成し、貯湯槽上部
の湯温が低いときには、前記第２循環路で循環さ
せ、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、該熱交換器に貯湯槽の底部
から延びる第１水配管と、前記貯湯槽の上部から
延びる第２水配管とを接続し、これら水配管の一
方にポンプを介装して前記貯湯槽の底部から吸入
し、上部に吐出する水の第１循環路を形成すると
共に、前記第１水配管に抵抗体を介装する一方、
前記貯湯槽の上部に開口する第３水配管を形成し
て、該第３水配管を前記第１水配管の抵抗体と前
記熱交換器の水入口側との間であつて、かつ、前
記ポンプの上流側に接続して、前記貯湯槽の上部
から吸入し、前記第２水配管介して前記貯湯槽の
上部に吐出する第２循環路を形成し、さらに、前
記第３水配管の途中配管に接続される通路を開閉
する弁本体と、該弁本体に連結され、かつ、前記
通路を流通する水の温度変化により変形する感温
部とから成り、前記感温部の周囲の水が設定温度
以上になると該感温部の変形により弁本体が通路
を閉じ、設定温度以下になると前記変形により弁
本体が通路を開くサーモバルブを、前記第３水配
管に介装したことにより、取り扱いが容易で、か
つ、構成も簡素化できながら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には抵抗体６及びポンプ
７を介装し、このポンプ７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、前記貯湯槽３の上部で開口
する第３水配管８を接続すると共に、この第３水
配管８を、前記第１水配管４の抵抗体６の出口と
前記ポンプ７の吸入口との間に接続し、前記ポン
プ７の駆動により、前記第３水配管８を介して前
記貯湯槽３の上部から吸入し、前記熱交換器２の
水通路２２を経て前記第２水配管５から前記貯湯
槽３の上部に吐出する第２循環路を形成するので
ある。

そして、この第２循環路における前記第３水配
管８に、水温の上昇で弁開度を閉側に調節するサ
ーモバルブ９を介装し、このサーモバルブ９の開
動作により、前記第２循環路による水の循環を可
能にするのである。

前記サーモバルブ９は、水温の変化に対し弁開
度をリニアに調整できるようにするもので、第４
図のごとく、弁箱９０に、通路９５を開閉する弁
本体９２と、該弁本体９２に連結され、かつ、前
記通路９５を流通する水の温度変化により変形す
る感温部９１とを内装し、前記感温部９１の周囲
の水が設定温度以上になると、該感温部９１の変
形（膨張作用）により弁本体９２をバネ９３に抗
して移動させて前記通路９５を閉じ、設定温度以
下になると前記変形（復元作用）により弁本体９
２が通路９５を開くごとく成したものを用いるの
である。

尚、第４図に示したサーモバルブ９は、貯湯槽
３の外部に設けているから、前記弁箱９０に小孔
９４を設け、常時微少流量が流れるようにすれ
ば、弁閉時、感温部９１の周りが冷却されて前記
弁本体９２が誤動作することはない。

また、前記第３水配管８は、第２図のごとく貯
湯槽３の外部に配管してもよいが、第３図のごと
く貯湯槽３の内部に配管してもよい。

この場合、前記サーモバルブ９は貯湯槽３に収
納されるから、全閉可能としても、誤動作をなく
し得るのである。

尚、第２，３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７を駆
動することにより行なうのであつて、貯湯槽３内
の上部水温が低いと、前記サーモバルブ９が開
き、第１循環路のみならず、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２循環路による水の循環は、貯湯
槽３の上部から吸入して上部に吐出するものであ
るから、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。

又、以上の如く貯湯槽３の上部水温がサーモバ
ルブ９の設定温度になると、該サーモバルブ９が
閉じ、前記第２循環路による循環がなくなり、第
１循環路のみによる水の循環で、前記貯湯槽３の
下部の加温が行なえるのである。

従つて、貯湯槽３内の全水を、サーモバルブ９
の設定温度になるまで加温する場合、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、上記温度が前記設定温度になつても、
前記熱交換器２には前記設定温度より低い温度の
水を流すことができるので、冷凍装置１の成績係
数を減少することなく、全水加温が可能になるの
である。

尚、前記第１循環路の第１水配管４には、抵抗
体６を介装したのは、サーモバルブ９の抵抗を考
慮し、該サーモバルブ９が開いたとき、第２循環
路により水の循環が行なえるようにするためで、
前記抵抗体６の抵抗R₁は、ポンプ性能と前記サ
ーモバルブ９の抵抗R₂との関係で設定するので
あつて、必らずしもR₁＞R₂にする必要はない。

今、貯湯槽３の全水を360、前記熱交換器２
の加熱能力を3000kcal／ｈ、サーモバルブ９が開
いているときのポンプ７の流量を10／minと
し、また、給水管３１から給水される水の温度を
15℃、サーモバルブ９の設定温度を45℃とした条
件のもとで前記貯湯槽３における上部の60を１
時間で45℃にしたい場合、この60を45℃に加温
するための加熱能力は、 60×（45゜−15゜）＝1800kcalh となるから、下部及び上部の加熱能力が、第１循
環路の流量Q₁、第２循環路の流量Q₂にほゞ比例
すると仮定すれば、前記第２循環路の流量Q₂
が、Q₂＝10×１８００／３０００＝６／minとなり、
第１循環 路の流量Q₁が10−６＝４／minとなるように、
前記抵抗R₁，R₂の比を設定すればよい。この場
合、前記流量Q₁，Q₂の比は、Ｑ_２／Ｑ_１＝６／４である
から Ｒ_１／Ｒ_２＝６／４となり、前記抵抗体６の抵抗R₁は、 R₁＝2.25R₂ とするのである。

以上の条件のもとで運転する場合、貯湯槽３の
上部では、第５図のごとく１時間で45℃に上昇で
きるのであり、この１時間内における下部の温度
上昇は、上部の上昇値30℃に対し僅か４℃であ
る。

又、以上の如く抵抗体６の抵抗R₁を、2.25R₂に
設定した場合、前記サーモバルブ９の全閉時、流
量が例えば９／minと多少低下するが、前記熱
交換器２の性能に影響を与えることは殆んどな
く、従つて成績係数の低下も殆んどない。

尚、以上説明した実施例において、前記ポンプ
７は第１水配管４に介装したが、第２水配管５で
もよい。

以上の如く本願考案によれば、貯湯槽３の上部
の水温が低いときには、サーモバルブ９の感温部
９１の変形により第３水配管８を開いて、前記貯
湯槽３の上部の水を第２水循環路を用いて循環す
ることにより、該貯湯槽３の上部の水を急速に高
めることができ、始動時及び大量の湯を消費した
場合でも短時間に給湯が可能となるのであり、ま
た、前記貯湯槽３の上部の水温が高くなると、前
記感温部９１の変形により第３水配管８を閉じ
て、第１水循環路のみによる水の循環で、前記貯
湯槽３の下部の加温が行えるのである。

しかも、前記貯湯槽３の上部の温度上昇を急速
に行うのにあたり、水循環制を第１及び第２水循
環路の二系統構成と成し、この二つの水循環路を
前記一個のバルブ９の感温部９１の変形により切
換えるごとくしたから、つまりは、冷媒循環側を
二系統と成しこれを電磁弁とその制御回路とによ
り切換えるものでは全くないのであるから、冷媒
循環側を二系統に分ける場合に生じる問題、即ち
冷媒配管構成が複雑となつて装置の据付時に冷媒
の接続作業が厄介となるといつた問題も起こらな
いのであるし、また、複雑な切換手段を講じる必
要もなく、一個のバルブ９のみで自動的に切換え
制御が行え、全体として取り扱いが容易で、か
つ、構成も簡素化できるに至つたのである。

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。

【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
考案の一実施例を示す配管系統図、第３図は別の
実施例を示す配管系統図、第４図はサーモバルブ
の一例を示す断面図、第５図は貯湯槽における上
部と下部との平均温度上昇特性図である。 １……冷凍装置、２……給湯用熱交換器、３…
…貯湯槽、４……第１水配管、５……第２水配
管、６……抵抗体、７……ポンプ、８……第３水
配管、９……サーモバルブ、９１……感温部、９
２……弁本体、９５……通路。

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に、貯湯槽３の底部から延び
   る第１水配管４と、前記貯湯槽３の上部から延び
   る第２水配管５とを接続し、これら水配管４，５
   の一方にポンプ７を介装して前記貯湯槽３の底部
   から吸入し、上部に吐出する水の第１循環路を形
   成すると共に、前記第１水配管４に抵抗体６を介
   装する一方、前記貯湯槽３の上部に開口する第３
   水配管８を形成して、該第３水配管８を前記第１
   水配管４の抵抗体６と前記熱交換器２の水入口側
   との間であつて、かつ、前記ポンプ７の上流側に
   接続して、前記貯湯槽３の上部から吸入し、前記
   第２水配管５介して前記貯湯槽３の上部に吐出す
   る第２循環路を形成し、さらに、通路９５を開閉
   する弁本体９２と、該弁本体９２に連結され、か
   つ、前記通路９５を流通する水の温度変化により
   変形する感温部９１とから成り、前記感温部９１
   の周囲の水が設定温度以上になると該感温部９１
   の変形により弁本体９２が通路９５を閉じ、設定
   温度以下になると前記変形により弁本体９２が通
   路９５を開くサーモバルブ９を、前記第３水配管
   ８に介装したことを特徴とするヒートポンプ式給
   湯機。