JPH01137157A - ヒートポンプ給湯機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ヒートポンプ装置を用いた給湯システムに関
するものである。

従来の技術 従来、ヒートポンプを用いた給湯機には、第４図に示す
ようなものがあり、これは貯湯槽内の給湯水なヒートポ
ンプ装置の凝縮器を一度通過させるだけで設定温度まで
上昇させ貯湯槽上部へ貯湯し給湯へ利用するものである
。

以下その動作について第４図を基に説明する。

第４図は、従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。

ｌは、作動媒体（Ｒｌ　２）を圧縮するための圧縮機で
あり、吐出されたＲ１２の高温高圧のガスは、管路２を
通り凝縮器３へ流入し凝縮熱を給湯水へ伝え液化する。

液化したガスは、管路４を通り膨張弁５で減圧され蒸発
器６内で大気等の熱源と熱交換し蒸発ガス化し管路７を
通り再び圧縮機ｌて吸入・圧縮される。給湯水は、貯湯
槽８内に貯えられており、凝縮器３内にある給湯水が高
温高圧のＲ１２により加熱される。給湯水が設定温度に
達したと温度センサ９で判断されたならポンプ１０によ
り貯湯槽８内の給湯水を凝縮器３へ送り、順次設定温度
まで加熱され貯湯槽８の上部へ管路１１で送られる。給
湯水の沸き上がりの判断は、貯湯槽８内の温度センサ１
２により判定される。給湯栓１３から給湯されると給水
管１４から市水が流入し、温度センサ１２が低温を検知
すると再び圧縮機が起動する。給湯は、市水圧を利用し
て行なわれるため貯湯槽８を耐圧・密閉構造としている
。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この方式であると貯湯槽内の給湯水を加熱する
ためにはポンプが必要であり、凝縮器本体及び水管路か
らの放熱を防止するための充分な断熱が必要である。更
に、貯湯槽内の給濶水沸き上げ温度を高くすると性能が
低下する。又貯湯槽全体の温度を高くしなければならな
い。などの問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、給湯水加熱のためのポン
プを不要にし、放熱ロスが少なく高温の沸き上げが可能
でしかも高性能なヒートポンプ給７８機を提供するもの
である。

間、頂点を解決するための手段 貯湯槽内上部に第１の凝縮用２重管式熱交換器を設け、
前記第１の凝縮用２重管式熱交換器の外管の一方を給湯
栓に接続し、前記貯湯槽内下部に第２の凝縮用２重管式
熱交換器を設け、首記第２の凝縮用２市管式熱交換器の
外管の一方を給水管に接続し、前記第１の凝縮用２重管
式熱交換器の内管と過冷却用熱交換器、圧縮機、蒸発器
、膨張弁を構成要素とした第１のヒートポンプサイクル
とを接続し、首記第２の凝縮用２重管式熱交換器の内管
と圧縮機、蒸発器、膨張弁を構成要素とした第２のヒー
トポンプサイクルとを接続し、前記第１のヒートポンプ
サイクルは、前記第２のヒートポンプサイクルの蒸発熱
により過冷却が行なわれるように、第１、第２のヒート
ポンプサイクルを構成するものである。

作用 これにより、第１の凝縮用２重管式熱交換器は、貯湯槽
上部の給湯水をより高温に加熱し、第２の凝縮用２重管
式熱交換器は、貯湯槽全体の給湯水を加熱する。給湯栓
が閏けられると給水管から水が第２の凝縮用２重管式熱
交換器のパンチングメタルで構成された外管内を通り流
束が拡散されながら熱交換され貯湯槽内へはいり貯湯槽
内の温度成層を乱すことわない。給湯水は、第１の凝縮
用２重管式熱交換器の外管内を通り熱交換され更に高温
となり出湯される。出湯されているときは、第１のヒー
トポンプサイクルおよび第２のヒートポンプサイクルが
並列に運転され、第１のヒートポンプサイクルの凝縮後
の？α冷媒が持つ顕熱を第２のヒートポンプサイクルの
熱源の一部とし有効利用する。第１のヒートポンプサイ
クルからの廃熱を利用する事により高効率が図られる。

貯湯槽からの自然放熱による温度低下時の加熱には、温
度センサの働きにより第１および第２の凝縮用２）Ｒ管
式熱交換器の運転が選択される。自然放熱による加熱は
、自然対流で行ない、出湯による加熱は、強制対流（一
部自然対流）で行なわれるためポンプが不要となる。

実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図において、２０は貯湯槽であり、貯湯槽２
０内の上部に第１の凝縮用２重管式熱交換器２１が設け
られ、パンチングメタルで構成された外管２２の一方の
接続口２３は、貯湯槽２０内へ閉放され内部には給湯水
が流れる。他の一方の接続口２４には、管路２５を介し
給湯栓２６が接続されている。内管２７には第１のヒー
トボンブサイクル２８のＲ１２が流れる。貯湯槽２０の
下部には第２の凝縮用２重管式熱交換器２９が設けられ
ており、外管３０はパンチングメタルで構成され貯湯槽
２０内へ開放されている。その外管３０内は給湯水で満
たされ一方は給水管３１と接続されている。内管３２に
は第２のヒートポンプサイクル３３のＲ１２が流れる。

第１のヒートポンプサイクル２８は、圧縮機３４、過冷
却用熱交換器３５、膨張弁３６、蒸発器３７、で構成さ
れ、第２のヒートポンプサイクル３３は、圧縮８１３８
、過冷却用熱交換器３５、膨張弁３９、蒸発器４０、で
構成されている。４１．４２は、温度センサである。

次に、この一実施例の構成における作用を説明する。貯
湯槽２０内の給湯水の温度が低い場合、温度センサ４１
，４２が機能し第１および第２のヒートポンプサイクル
２８．３３が運転される。

その時給湯栓２６から出湯されてない場合、貯湯槽２０
内の給湯水を上下２個の凝縮用２重管式熱交換器２１．
２９で自然対流により加熱を行なうため貯湯槽２０内の
給湯水温度は上部が高く下部が低いという温度分布がで
きる。従って貯湯槽２０の上部では高温の給湯水が速く
得られる。

第１のヒートポンプサイクル２８では、給湯水をより高
温に沸き上げるため第２のヒートポンプサイクル３５の
作動媒体（例えばＲ２２）より蒸気圧の低い作動媒体（
例えばＲ１２）を用いている。第１のヒートポンプサイ
クル２８の圧縮１ａ３４を起動させ高温高圧のＲ１２ガ
スを吐出すと、吐出されたガスは、吐出管４３を通り第
１の凝縮用２屯管式熱交換器２１の内管２７へ流入する
。

そこで、給湯水と自然対流による熱交換を行ない、高温
高圧の冷媒ガスは凝縮液化するが給湯水温が高いため液
化した冷媒の温度は高ものとなる。高温の液冷媒は、管
路４４を通り過冷却熱交換器３５で第２のヒートポンプ
サイクル３３へ顕熱を伝え温度が低下する。その後、膨
張弁３６により減圧され蒸発器３７て大気熱などと熱交
換し圧縮機３４に吸入される。

第２のヒートポンプサイクル３３においては、圧縮機３
８から吐出されたガスは、吐出管４５を通り第２の凝縮
用２重管式熱交換器２９の内管３２へ流入する。そこで
、給湯水と自然対流による熱交換を行ない、高温高圧の
冷媒ガスは、凝縮液化し膨張弁３９により減圧され過冷
却熱交換器３５で第１のヒートポンプサイクル２８の顕
熱を奪い蒸発する。更に、蒸発器４０で大気熱などと熱
交換し圧縮機３日に吸入される。これは、第１のヒート
ポンプサイクル２８て貯湯槽２０の上部を高温に沸き上
げる時に給湯水と熱交換が終った液冷媒の廃熱を第２の
ヒートポンプサイクル３３の熱源とするものである。従
って、第２のヒートポンプサイクル３３は、低圧が高く
でき高性能化が可能となる。また第１のヒートポンプサ
イクル２８には、作動媒体として蒸気圧の低いＲ１２を
用いているため高温沸き上げにおいても大きな性能低下
はない。

次に、貯湯槽２０側の作用について説明する。

まず出湯されてない場合、加熱が開始されると第１およ
び第２の凝縮用２重管式熱交換器２１，２９の外管２２
．３０は、パンチングメタルで構成されているため加熱
された給湯水は比較的簡単に外管２２，３０を通過する
。

第２図に、第２の凝縮用２重管式熱交換器２９での自然
対流による給湯水の流れ図を示す。次に、給湯栓２６か
ら出湯された場合、圧縮機３４から吐出された高温高圧
の冷媒ガスは、第１の凝縮用２重管式熱交換器２１の内
管２７へ流入する。そこて貯湯槽２０内へ開放された口
２３およびパンチングメタルから流入した外管２２内を
流れる給湯水と強制対流による熱交換を行ない給湯水は
更に温度上昇され出湯される。また給水管３１から流入
する低温の給湯水は、第２の凝縮用２重管式熱交換器２
９の内管３２と熱交換される。第３図に、出湯時におけ
る第２の凝縮用２重管式熱交換器２９での給湯水流れ図
を示す。

第３図において、給水管３１から外管３０内へ流入した
低温の給湯水は、内管３２と熱交換しながら温度上痒し
一部は、パンチングメタルで構成された外管３０の小穴
５２を通り貯湯槽２０内へ流入する。従って給水管３１
からの流束は、パンチングメタルで拡散され、貯湯槽２
０内の給湯水は、温度成層される。

温度センサ４１，４２の作用は、温度センサ４１が高温
沸き上げ用であり第１のヒートポンプサイクル２８の運
転制御用である。温度センサ４２は、低温沸き上げ用で
あり第２のヒートポンプサイクル３３の運転制御用であ
る。

以上、説明したように第１のヒートポンプサイクル２８
の廃熱を第２のヒートポンプサイクル３３の熱源として
有効利用するため高効率なヒートポンプ給湯機が実現で
きる。出湯されていないときの加熱においては、貯湯槽
２０内温度センサ４１．４２の作用により第１あるいは
第２の凝縮用２重管式熱交換器２１．２９を用い自然対
流により給湯水を加熱し、叉、出湯時においては、貯湯
槽２０内の第１．第２の凝縮用２重管式熱交換器２１．
２９により強制対流（一部自然対流）により給湯水を加
熱するものである。また出湯時には、給湯水を更に加熱
できより高温の給？号が可能となる。従って、給湯水を
加熱するためのポンプが不要である。第１．第２の凝縮
用２重管式熱交換器２１．２９の外管２２．３０は、パ
ンチングメタルで構成されているため自然対流による熱
交換に対して大きな抵抗となることもなく、外管３０に
おいては、流束を拡散する効果もある。また第１゜第２
の凝縮用２重管式熱交換器２１．２９が貯湯槽２０内に
設けられているため外気への放熱ロスがなく常に給湯水
温度と同じであり熱交換開始までのヴ上りが早くなる。

発明の効果 本発明は、第１のヒートポンプサイクルの廃熱を第２の
ヒートポンプサイクルの熱源として有効利用するため高
効率なヒートポンプ給′ｔ′：ｉ機が実現できる。！！
？湯槽内に凝縮用２重管式熱交換器を−Ｌ下にそれぞれ
設けているため放熱ロスはなく、出ｆＨｊ時に給湯水の
芹温と給水の加熱が同時に行なえ、給湯水加熱のための
ポンプが不要となる。更に、に下部の凝縮用２重管式熱
交換器の外管にパンチングメタルを用いているため自然
対流による熱交換時においては、対流が速やかに行なわ
れ、下部の凝縮用２重管式熱交換器においては、給水に
よる流束を拡散でき貯湯槽内の温度成層が保てるヒート
ポンプ給湯機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のヒートポンプ給湯機の構成
図、第２図は同ヒートポンプ給湯機の第２の凝縮用２重
管式熱交換器での自然対流による給湯水の流れ図、第３
図は同ヒートポンプ給湯機の出湯時における第２の凝縮
用２重管式熱交換器での給湯水流れ図、第４図は従来例
のヒートボン、ブ給湯機の構成図である。 ２０・・・貯湯槽、２１・・・第１の凝縮用２重管式熱
交換器、２２，３０−◆外管、２８・・−第１のヒート
ポンプサイクル、２９・・・第２の凝縮用２重管式熱交
換器、３３・・・第２のヒートポンプサイクル、３５・
・・過冷却熱交換器。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名医　　　　
　　　　　　　　　　　　　〜区　　　　　　　　　　
　　　　− 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）貯湯槽内上部に第１の凝縮用２重管式熱交換器を
   設け、前記第１の凝縮用２重管式熱交換器の外管の一方
   を給湯栓に接続し、前記貯湯槽内下部に第２の凝縮用２
   重管式熱交換器を設け、前記第２の凝縮用２重管式熱交
   換器の外管の一方を給水管に接続し、前記第１の凝縮用
   ２重管式熱交換器の内管と過冷却用熱交換器、圧縮機、
   蒸発器、膨張弁を構成要素とした第１のヒートポンプサ
   イクルとを接続し、前記第２の凝縮用２重管式熱交換器
   の内管と圧縮機、蒸発器、膨張弁を構成要素とした第２
   のヒートポンプサイクルとを接続し、前記第１のヒート
   ポンプサイクルは、前記第２のヒートポンプサイクルの
   蒸発熱により過冷却が行なわれるように、第１、第２の
   ヒートポンプサイクルを構成したことを特徴としたヒー
   トポンプ給湯機。
2. （２）第１のヒートポンプサイクルには、第２のヒート
   ポンプサイクルの作動媒体の蒸気圧より低い蒸気圧特性
   の作動媒体を用い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機。
3. （３）第１および第２の凝縮用２重管式熱交換器の外管
   は、貯湯槽内部がパンチングメタルで構成されたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のヒ
   ートポンプ給湯機。