JPH0814436B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

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をヒート
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。１は、
作動媒体（R12）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１で吸入・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12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、貯湯槽内の給湯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湯機を提供するもの
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
栓が開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
後の液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重管式
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20
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内へ開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のヒートポンプサイク
ル28のR12（高沸点冷媒）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R22（低沸点冷媒）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、圧縮機38、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41,4
2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2
0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33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ヒートポンプサイクル28の
圧縮機34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重管式
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で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38
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38に
吸入される。これは、第１のヒートポンプサイクル28で
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での出湯
がない場合の自然対流による給湯水の流れ図を示す。図
に示すように低温の水は、高温の内管32により加熱さ
れ、外管30のパンチングメタルを自然対流で通過する。
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。そこで貯湯槽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
29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と強制対流（一部自然対流）によ
る熱交換しながら温度上昇し一部は、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20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器が実現でき
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、又、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り熱
交換の効率が向上する。また出湯時には、給湯水を更に
加熱できより高温の給湯が可能となる。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
換開始までの立上りが早くなる。

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湯機が実現できる。また貯湯槽
内に凝縮用２重管式熱交換器を上下に設けているため放
熱ロスがなく、外管にはパンチングメタルを用いている
ため、出湯時には給湯水の昇温と給水の加熱が強制対流
と自然対流で行え、熱交換効率が向上し、更に給湯水加
熱のためのポンプが不要となる。また、下部の凝縮用２
重管式熱交換器においては、外管にパンチングメタルに
より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。という格別の効果を発揮する。

【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
のヒートポンプ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、2
9……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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−190662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−114045（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−36256（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、他端を前記貯湯槽内に開口
   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、他端を前記貯湯槽内に開口し、前
   記第１の凝縮用２重管式熱交換器と前記第２の凝縮用２
   重管式熱交換器の外管はパンチングメタルで構成され、
   前記第１の凝縮用２重管式熱交換器の内管と過冷却熱交
   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
   素として第２のヒートポンプサイクルを接続し、前記第
   １のヒートポンプサイクルの過冷却熱交換器は、前記第
   １の凝縮用２重管式熱交換器と膨張弁の間に設け、前記
   第２のヒートポンプサイクルの蒸発熱により第１のヒー
   トポンプサイクルの過冷却が行われるように、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
   ヒートパンプ給湯機。
2. 【請求項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。