JPH01163553A - 給湯装置 - 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） この発明は冷凍サイクルの凝縮熱を利用した給湯装置に
関するものである。

（従来の技術） 上記のような給湯装置の具体例は、例えば特開昭５５−
８９６５３号公報に記載されている。第７図にその装置
構成を示しており、同図において、３１は給湯熱源ユニ
ットであって、この給湯熱源ユニット３１内に、圧縮機
３２、擬縮器として作用する給湯用熱交換器３３、絞り
３４、蒸発器として作用する空気熱交換器３５を一連の
冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成している。一方
、図において３６は貯湯クンクであって、この貯湯タン
ク３６における下部位置には給水配管３７が、また上部
位置には給湯配管３８がそれぞれ接続され、さらに」二
記貯湯タンク３６の下部側と上部側とを上記給湯用熱交
換器３３にそれぞれ接続した水循環配管３９が設けられ
ている。この水循環配管３９にはポンプ４０が介設され
ており、このポンプ４０を作動することによって、上記
貯湯タンク３６内の貯湯水が下部側から上記給湯用熱交
換器３３を介して上部側へと循環し、この際に上記冷凍
サイクルにおける給湯用熱交換器３３での凝縮熱によっ
て、循環水の加熱が行われる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記従来の給湯装置においては、設定温度に達
した湯を給湯配管３８から供給し得るようになるまでに
長時間を要するという問題がある。

例えば１０°Ｃ程度の水が貯湯タンク３６内全体に充填
されて運転が開始された場合に、まず下部側の水から給
湯用熱交換器３３へと送られて、上記給湯用熱交換器３
３内を通過時にある程度温度上昇した後、貯湯タンク３
６の上部側に戻される訳であるが、この加熱水が例えば
６０°Ｃ程度の設定温度に達するには、その下側の水が
全て上記給湯用熱交換器３３を通して上部側へと移送さ
れた後に、再び下部側から上記給湯用熱交換器３３へと
送られるような繰返しが必要である。このような循環が
継続されて貯湯タンク３６内全体が設定温度近くに達す
るまでは、給湯配管３８の接続されている上部側の湯温
も設定温度に達せず、したがって設定温度の湯が供給で
きるようになるまでに長時間を必要とするのである。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、設定温度に達した湯の供給をより迅速になし得る給
湯装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の給湯装置は、圧縮機に蒸発器と給湯用
熱交換器１１とを接続して成る冷凍サイクルの上記給湯
用熱交換器１１における凝縮熱を利用した給湯装置であ
って、下部側に給水口２を、また上部側に給湯口３をそ
れぞれ有する貯湯タンク１を設ける一方、この貯湯タン
ク１よりも容量の小さな補助タンク６を上記給湯用熱交
換器１１に接続してこの補助タンク６から上記給湯用熱
交換器１１を循環する水を加熱すべく構成し、さらに上
記補助タンク６における給水口８側と給湯口１２とを上
記貯湯タンク１の給水口２側と給湯口３側とにそれぞれ
接続すると共に、上記貯湯タンク１内の下部側の貯湯水
を上記補助タンク６に供給すると略同時にこの補助タン
ク６内の湯を上記貯湯タンク１の上部側に移送する置換
を間欠的に制御する置換手段１４を備えている。

（作用） 上記の給湯装置においては、貯湯タンク１よりも容量の
小さな補助クンクロを設け、この補助タンク６内の湯を
給湯用熱交換器１１へと循環させて加熱するようになさ
れている。したがって、まずこの補助タンク６内の湯を
設定温度まで加熱した後、置換手段１４によってこの加
熱湯を貯湯タンク１の上部側へ移送するように構成する
ことによって、その後、新たに上記補助クンクロで設定
温度に加熱された湯が順次貯湯タンク１の上部側に移送
されてくる場合にも、貯湯タンク１内での上下方向の湯
温の逆転を生じることがないので、殆ど対流が生じず、
したがって給湯口３側に設定温度状態の湯を貯溜するこ
とができる。この結果、貯湯タンク１内全体が設定温度
に達するまで待つことなく、上記給湯口３から設定温度
の湯を供給することが可能となり、従来よりも設定温度
の湯の迅速な供給を行うことができる。

（実施例） 次にこの発明の給湯装置の具体的な実施例について、図
面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図には一実施例における給湯装置の要部模式図を示
している。同図において、１は貯湯タンクであって、こ
の貯湯タンク１にはその下端部に給水口２が、また上端
部に給湯口３がそれぞれ形成されており、」二記給水口
２ば給水配管４に、また上記給湯口３は給湯配管５にそ
れぞれ接続されている。上記貯湯タンク１内の貯湯水は
、上記給湯配管５先端側のカラン（図示せず）が開弁さ
れるときには、上記給水配管４を通して作用する水道水
の加圧力により、押し上げ式に給湯されるようになされ
ている。

一方、第１図において、６は、上記貯湯タンク１よりも
容量の小さな補助タンクであって、この補助タンク６に
はその下端側位置に取水ロアと給水口８とが設けられて
おり、これらの取水ロアと給水口８とは加熱用往管９と
加熱用復管１０とによって給湯用熱交換器１１に接続さ
れ、上記補助タンク６と給湯用熱交換器１１との間で水
循環径路が構成されている。上記給湯用熱交換器１１は
、冷凍ザイクルにおける凝縮器として作用するものであ
って、図示しない圧縮機、蒸発器、減圧機構等に冷媒配
管によって接続されている。すなわち上記圧縮機を運転
して冷媒循環がなされる際には、上記給湯用熱交換器１
１において冷媒の凝縮を生じ、その凝縮熱がこの給湯用
熱交換器１１内を循環する湯水に付与され、この湯水を
加熱するようになされている。

そして上記補助クンクロの上部側に形成されている給湯
口１２は給湯接続管１３によって上記給湯配管５に接続
されている。また上記加熱用往管９には、上記補助タン
ク６側から、置換手段となる三方弁１４と循環ポンプ１
５とが順次介設されており、上記三方弁１４はさらに給
水接続管１６によって上記給水配管４に接続されている
。上記三方弁１４は、ポンプ１５への接続状態を、補助
タンク６の取水ロア側と貯湯タンク１の給水口２側との
間で切換えるものである。なお上記貯湯タンク１には、
図示してばいないが、上下方向に合計４箇のサーミスタ
が設けられており、これらのサーミスタによって、貯湯
タンク１内の湯温を各水位毎に検出し得るようになされ
ており、また補助タンク６にも、内部湯温を検出するた
めのサーミスタが取付けられている。

次に上記構成の給湯装置の作動状態について説明する。

初めに貯湯タンク１内全体が例えば１０°Ｃ程度の給水
水温状態にある場合からの加熱運転について説明する。

このとき三方弁１４を補助クンクロの取水ロア側に位置
させてポンプ１５の運転と冷凍ザイクルの運転とが開始
される。この状態においでは、補助タンク６内の水が取
水ロアからポンプ１５の作用によって吸引され、給湯用
熱交換器１１に送られて加熱され、さらに加熱用復管１
０から給水口８を通して補助タンク６内へと返流される
循環が継続される。この運転の継続によって補助タンク
６内の湯温が設定温度に達した場合、すなわち第２図に
示している沸き上げ工程図においで、同図（ａ）に達し
た場合には、三方弁１４によって、ポンプ１５は貯湯タ
ンク１の給水口２側への接続状態に切換えられる。この
結果、貯湯タンク１内の下部側の水が上記ポンプ１５に
より吸引され、加熱用往管９、給湯用熱交換器１１、加
熱用復管１０を経て補助タンク６の給水口８を通してこ
の補助タンク６内に流入する。この水の流入によって、
それまでの補助タンク６内の加熱湯は上方へと押し上げ
られ、第２図（ｂ）に示すように、補助タンク６の給湯
口１２から給湯接続管１３を経て貯湯タンク１の上部側
へ流入する。この状態を所定時間継続することによって
、第２図（Ｃ）に示すように、補助タンク６で設定温度
まで加熱された湯が貯湯タンク１の上部位置に、また同
時に、それまで貯湯タンク１の下部側に存在していた水
が補助クンクロ内へとそれぞれ移送される置換が行われ
る。そしてこの置換の終了を見込んだ時間経過後に、再
び三方弁１４によってポンプ１５への接続を補助タンク
６の取水ロア側に切換えることによって、補助タンク６
と給湯用熱交換器１１との間の水の循環が行われ、補助
タンク６内の水の加熱が行われる。この加熱の間、貯湯
タンク１内においては、上部側に設定温度の湯が、また
下部側にそれよりも温度の低い水が位置しているので対
流を生ずることはなく、設定温度に略維持された湯が給
湯口３側に保持されている。したがって、この段階で給
湯配管５から設定温度の湯を供給することが可能である
。

第２図（ｄ）には、補助タンク６内の湯が再び設定温度
に達した状態を示しており、この状態で上記と同様に三
方弁１４を切換えることによって、この加熱湯が第２図
（ｅ）に示すように、貯湯タンク１の上部側に移送され
る置換が行われる。この移送湯も設定温度まで加熱され
ているものであるので、貯湯タンク１の上部側に流入す
る場合にもそれまでの貯湯タンク１内の湯に対して対流
を生ずるような温度関係は生じず、したがって先の加熱
湯を押し下げて、その上部側に貯溜されることとなる。

このように貯湯タンクｌ内において対流等による撹拌が
生しない結果、貯湯タンク１の上部側に設定温度の加熱
湯が、また下部側に給水水温状態の水がほぼ分離して存
在する状態に維持することができる。同様に、設定温度
の湯が使用されて、その使用量と同等の水が給水配管４
から補充される場合にも、この補充水による貯湯タンク
１の撹拌は殆ど生ずることがなく、この補充水の水温状
態のままで上記補助クンクロに移送させることが可能で
あり、したがって補助タンク６から給湯用熱交換器１１
へと循環させて加熱を行う加熱サイクルは、第３図（ａ
）に示すように、例えば１０°Ｃの低温状態から６５°
Ｃの設定温度までの加熱の繰返しとなる。この結果、第
３図（ｂ）に示すように、冷凍サイクルを従来（図中破
線）よりも高い成績係数に維持した運転（図中実線）と
することができる。つまり冷凍サイクルにおいては、凝
縮器として作用する給湯用熱交換器を流通する湯温か高
くなる程、エネルギ効率ＥＥＲは低下するものとなるが
、従来装置において、幾分かの給湯のあとに貯湯タンク
の下部側に流入した水を加熱するような運転が行われる
場合には、前記したように、貯湯タンク内の湯水全体が
循環する構成となされているので、それまでの設定温度
状態の湯と流入水との撹拌を生じて、設定温度近くの温
度状態に均一化され、この高温湯に対する加熱が行われ
ることとなるため、従来はＥＥＲの低い運転となってし
まう。これに比べて、上記においては給水水温状態に維
持された水が補助タンク６に流入し、これに対する加熱
がなされるので、より高い成績係数を与え得る加熱運転
が可能となっている。

第４図にはこの発明の第２実施例における給湯装置の要
部模式図を示している。この第２実施例においては、上
記第１実施例の構成に、さらに電気ヒータ２０を貯湯タ
ンク１に取付けている。特に上記電気ヒータ２０を深夜
電力用電気ヒータとすることによって、冷凍サイクルに
よる加熱と、上記電気ヒータ２０による加熱を湯温に応
じて使い分けることにより、加熱運転経費を低減するこ
とが可能である。例えば湯温が４０°Ｃ程度までの加熱
においては、冷凍サイクルにおいて高いＥＥＲで加熱運
転ができるので、深夜電力を利用した電気ヒータ２０に
よるよりも安い経費で加熱できる。

一方、４０°Ｃを超えると冷凍サイクルのＥＥＲが低下
することによって、電気ヒータ２０による加熱経費の方
が安（なる。そこで夜間に、翌日に供する湯を貯湯タン
ク１内に貯溜すべく加熱運転を開始する際に、まず第１
段階の設定温度として、例えば４０°Ｃを設定し、この
温度に達するまでは、前記と同様に冷凍サイクルによる
加熱を行い、貯湯タンク１内に上記設定温度の湯を貯溜
する。この段階では、前記と同様に、上記設定温度での
湯を迅速に供給し得ると共、に、高いＥＥＲで加熱が行
われる。次いで冷凍サイクルの運転を停止すると共に、
上記電気ヒータ２０によって４０°Ｃ以上の第２設定温
度（例えば６５°Ｃ）までの加熱を行うように構成する
のである。この結果、冷凍サイクルが高いＥＥＲの維持
された運転範囲となることによって、経費を低減するこ
とができる。また電気ヒータによる加熱によって、冷凍
サイクルでは得られない、例えば８０°Ｃ程度までの加
熱も可能であり、この結果、−日の使用量を見込んで設
置する貯湯タンク１をより低容量の小形のものとするこ
とも可能となる。

第５図にはこの発明の第３実施例を示している。

この実施例においては、貯湯タンク１ａ・・１ａを複数
並列に設けると共に、各貯湯タンク１ａの給水口にはそ
れぞれ開閉弁２１・・２１を設けて、これらの開閉弁２
１の開閉状態を切換えていくことにより、給水・給湯の
作動をなすタンクを択一的に選択するように構成してい
る。先の実施例のように１木のタンクで構成した場合と
同一の内容量とする場合には、上記のように複数タンク
の分割構成とすることによって、各貯湯タンクの径を小
さくすることができ、この結果、貯湯タンクユニットを
より薄形に構成することが可能となり、例えばマンショ
ンのベランダ等に設置する場合に壁面に密着させて据付
けることによって、行動範囲の制約が低減され、居住性
を大きく損なうことのないようにすることができる。ま
た上記のように分割構成とする場合には、各貯湯タンク
ｌａ内における各貯湯水間の熱伝導も殆ど生じなくなり
、先の実施例のように一つの貯湯タンク内での上部側と
下部側とにそれぞれ設定温度状態の湯と水とを分離状態
として維持する場合に比べて、各貯湯クンク間でより確
実な分離状態が得られることとなり、この結果、貯溜水
をより精度良く設定温度状態で保持することが可能とな
り、また冷凍サイクルにおけるＥＥＲを向上することが
可能である。さらに各貯湯タンク毎に設定湯温を変えて
貯溜することも可能となり、この結果、使用者の利用快
適性を向上することもできる。

第６図には、上記第３実施例において、さらに補助タン
ク６に電気ヒータ２５を取着し、この電気ヒータ２５を
補助熱源として構成したさらに別の実施例を示している
。この構成において、例えば補助タンク６内の湯温が例
えば４０°Ｃ程度となるまでは冷凍サイクルによって加
熱し、それ以上に昇温させるときには電気ヒータ２５に
よる加熱に切換えるようにすることによって、加熱のた
めのエネルギ効率をより向上させることが可能となる。

特に、前記した深夜電力用電気ヒータで構成することに
よって、上記効果はより一層顕著なものとなる。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の給湯装置においては、貯湯タン
クよりも小さな容量の補助タンクを設け、この補助タン
ク内の湯水を設定温度まで加熱した後、この加熱湯を貯
湯タンクの上部側に移送するようになされているので、
貯湯タンク内で対流を殆ど生じず、上部側には上記加熱
湯が、また下部側には給水水温状態の水が互いに分離し
て存在することとなり、この結果、上部側の給湯口を通
して、従来よりも迅速に設定温度に達した湯を供給する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例における給湯装置の要部
構成を示す模式図、第２図（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）（
ｅ）は上記装置における貯湯タンク内の湯水の沸き上げ
工程を示す説明図、第３図（ａ）は上記装置における補
助タンク内の湯水の温度変化を示すグラフ、第３図（ｂ
）は上記湯水の温度変化を与える際の冷凍サイクルの成
績係数の変化を示すグラフ、第４図、第５図、第６図は
、それぞれこの発明の第２実施例、第３実施例、第４実
施例における給湯装置の要部構成を示す模式図、第７図
は従来の給湯装置における構成模式図である。 １・・・貯湯タンク、２．８・・・給水口、３．１２・
・・給湯口、６・・・補助タンク、１１・・・給湯用熱
交換器、１４・・・三方弁（置換手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機に蒸発器と給湯用熱交換器（１１）とを接続
   して成る冷凍サイクルの上記給湯用熱交換器（１１）に
   おける凝縮熱を利用した給湯装置であって、下部側に給
   水口（２）を、また上部側に給湯口（３）をそれぞれ有
   する貯湯タンク（１）を設ける一方、この貯湯タンク（
   １）よりも容量の小さな補助タンク（６）を上記給湯用
   熱交換器（１１）に接続してこの補助タンク（６）から
   上記給湯用熱交換器（１１）を循環する水を加熱すべく
   構成し、さらに上記補助タンク（６）における給水口（
   ８）側と給湯口（１２）とを上記貯湯タンク（１）の給
   水口（２）側と給湯口（３）側とにそれぞれ接続すると
   共に、上記貯湯タンク（１）内の下部側の貯湯水を上記
   補助タンク（６）に供給すると略同時にこの補助タンク
   （６）内の湯を上記貯湯タンク（１）の上部側に移送す
   る置換を間欠的に制御する置換手段（１４）を備えてい
   ることを特徴とする給湯装置。 ２、上記貯湯タンク（１）内に、さらに電気ヒータ（２
   ０）を設け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、上記貯湯タンク（１）を、各給湯口側と各給水口側
   とがそれぞれ相互に接続された複数の貯湯タンクで構成
   し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、上記補助タンク（６）内に、さらに電気ヒータ（２
   ５）を設けていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第３項記載の給湯装置。