JPS621647Y2

JPS621647Y2 -

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Publication number: JPS621647Y2
Application number: JP1982085132U
Authority: JP
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1982-06-07
Publication date: 1987-01-14
Also published as: JPS58186344U

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、以上のごと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
がかかるし、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
溜でき、短時間で高温の湯を供給できるのである
が、前記熱交換器Ｅの通過水流を減少するため、
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、かつ該貯湯槽の水中に直接的に、冷凍装置の
凝縮器を並列状に二分割して配置し、これら二つ
の凝縮器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
側の凝縮器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53
−85642号公報により知られている。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る
のであつた。また、凝縮器を直接、貯湯槽の水中
に介装しているため、貯湯槽の水温上昇に伴つ
て、凝縮温度の上昇を招き、冷媒回路における高
圧圧力が上昇して効率が悪化するという問題も起
こるのであつた。

本考案の目的は、取り扱い容易で運転効率の悪
化を防止できながら、貯湯槽の底部から吸入して
給湯用熱交換器により加熱熱する水量を、貯湯槽
の上部水温が低いとき小量化して、貯湯槽の上部
に、該上部水温が設定温度になる迄流入させ、し
かる後、小量化させずに貯湯槽の底部に流入さ
せ、もつて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、短時間で十分に高温の給湯が行なえると共
に、所望温度の給湯を多量に行なええるようにす
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、該熱交換器に貯湯槽の底部か
ら延びる第１水配管と、上部から延びる第２水配
管とをそれぞれ接続し、これら水配管の一方にポ
ンプを介装して、前記貯湯槽の底部の水を、前記
第１水配管から吸込み、前記熱交換器を経て第２
水配管から前記貯湯槽の上部に戻す水の第１循環
路を形成すると共に、前記ポンプの吐出側となる
前記第２水配管の途中に、前記貯湯槽の底部から
延びる第３水配管を接続して、前記貯湯槽の底部
の水を、前記第１水配管から吸込み、前記熱交換
器を経て第３水配管から前記貯湯槽の底部に戻す
水の第２循環路を形成する一方、前記熱交換器を
通過して加熱された温水の貯湯槽への戻りを、貯
湯槽の上部の水の温度により、前記第２水配管と
第３水配管とに切換えて、水循環経路を、前記第
１循環路と第２循環路とに選択する選択機構を設
け、かつ、前記第２水配管からの前記貯湯槽の上
部への戻り系に、絞りを設けたことにより、取扱
いが容易で、かつ、効率の低下を防止できながら
短時間で高温の給湯と、所望温度での多量の給湯
と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。

また、前記第１水配管４には、ポンプ６を、ま
た前記第２水配管５には絞り７をそれぞれ介装
し、このポンプ６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から絞り７により小流量にして前記貯湯槽３の
上部に吐出する第１循環路を形成して、斯く吐出
する加熱水により、貯湯槽３の上部に温水を集め
て、該上部の水を急速に給湯可能温度に加温すべ
く成すのである。ところで、前記絞り７の抵抗値
は、前記小流量値が、前記熱交換器２における最
適水量の例えば10乃至15％になるごとく設定する
のである。

また、前記ポンプ６の吐出側となる前記第２水
配管５における前記水通路２１と絞り７との間
に、前記貯湯槽３の底部から延びる第３水配管８
を接続して、該第３水配管８と第２水配管５と
を、選択機構９により選択的に開通すべく成すの
である。

この選択機構９は、１つの入口９ａと、２つの
出口９ｂ，９ｃとをもつた三方弁を用い、この三
方弁を前記貯湯槽３内に設けるサーモスタツト
th₁の水温感温部th₁₁によりコントロールするごと
く成すもので、前記入口９ａを、前記第２水配管
５における前記水通路２１に、また出口９ｂを絞
り７に連通させるごとく介装すると共に、三方弁
の出口９ｃに前記第３水配管８の端部を接続する
のである。一方、前記水温感温部th₁₁は、前記貯
湯槽３の上下中間位置に設置するのであつて、こ
の水温感温部th₁₁により、該感温部th₁₁周りの水
温がサーモスタツトth₁の設定温度より低いと
き、三方弁の入口９ａ、出口９ｂ間を選択開通さ
せて、前記第１循環路の第２水配管５を開通さ
せ、また、前記水温が設定温度に達したとき、三
方弁の入口９ａ、出口９ｃ間を選択開通させて、
前記ポンプ６の駆動により、前記貯湯槽３の底部
から吸入し、前記熱交換器２の水通路２２に流入
して、第２水配管５の途中から前記第３水配管８
を介して貯湯槽３の底部に吐出する第２循環路を
形成して、前記貯湯槽下方の水を加温すべく成す
のである。そして、この貯湯槽下方には、該下方
の水温が所望温度になつたとき、前記圧縮機１０
を停止させるサーモスタツトth₂の感温体th₂₂を設
けるのである。

尚、第２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６を駆
動することにより行なうのであつて、第１循環路
及び第２循環路が水温感温部th₁により選択的に
開通して、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１循環路による水の循環は、絞り
７により貯湯槽３の底部から小流量を吸入して前
記熱交換器２における冷媒通路２１の出口に対向
する水通路２２の入口に流入して、冷媒の凝縮潜
熱により加熱された後、吐出ガス冷媒の凝縮顕熱
により加熱され、貯湯槽３の上部に吐出され、該
上部の水集中的に加熱する。

そのため、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、短時間で高温の
給湯が可能になるのである。

そして、前記貯湯槽３の上部の水温が前記設定
温度になると、貯湯槽３の下部の水が第１循環路
を循環するのであつて、この循環は、貯湯槽３の
底部から、熱交換器２にとつて、最適水量の水を
吸入して熱交換器２の水通路２２を流通し、冷媒
の凝縮熱により加熱さて、貯湯槽３の底部に吐出
され、貯湯槽３における大量の水を所望温度に加
熱できるのである。

因みに、前記感温部th₁₁の設定温度を45℃乃至
65℃としておくことにより、貯湯槽３における上
部の水温をこの45℃乃至65℃に急速加熱できると
共に、斯く加熱した部分より下位の大量の水も所
望温度に加熱できるのである。

以上のごとく、貯湯槽３の上部における水温を
設定温度に加熱する場合、その加熱時間は全体の
加熱時間にくらべて、きわめて短時間にできると
共に、前記貯湯槽３の上部の加熱後は、下部の加
熱に切換えられるのであつて、前記熱交換器２に
は、上部加熱後において最適流量を流すことがで
きるから、全体として冷凍装置１の成積係数を減
少することなく運転させ得るのである。しかも、
上部加熱後には、貯湯槽３の底部に加熱水を吐出
するので、上部に滞溜する高温水が、この吐出加
熱水により撹拌されて低温化することはなく、安
定に設定温度に保持されるのである。

ところで、以上の説明は、貯湯槽３の上部を設
定温度に加熱した後、下部を加熱すべくした全水
加運転の場合であるが、以下第３図の電気回路に
示す通り、切換操作により、貯湯槽３の上部を設
定温度に加熱した後、直ちに運転を停止する上部
水加温運転に切換えるようにできるのである。

即ち、電源線路間に、前記下部のサーモスタツ
トth₂と圧縮機１０のモータMCの電磁開閉器MS
との第１直列回路と、前記上部のサーモスタツト
th₁と前記三方弁９との第２直列回路と、前記電
磁開閉器MSの常開接点MSaと前記圧縮機１０の
モータMCとの第３直列回路と、電磁開閉器MS
の常開接点MSaと前記フアンモータMFとの第４
直列回路と、電磁開閉器MSの常開接点MSaと前
記ポンプ６のモータMPとの第５直列回路とを、
それぞれ並列に接続すると共に、端子t₁，t₂間端
子t₁，t₃間との導通を手動により切換可能とした
切換スイツチSW₁を前記第１直列回路に設け、こ
の切換スイツチSW₁の切換端子t₂，t₃の一方t₂を
電源に、他方t₃を上部のサーモスタツトth₁の低
温時閉成する接点に接続するのである。ところ
で、前記三方弁９は、通電により入口９ａ、出口
９ｂ間が開通し、非通電により入口９ａ、出口９
ｃ間が開通するごとく切換わる三方電磁弁を用い
るである。

尚、CBは漏電ブレーカ、SW₂は電源スイツチ
である。

以上の構成において、前記切換スイツチSW₁を
第３図のごとく端子t₁，t₂間が導通するごとく切
換操作しておくことにより、貯湯槽３の上部がサ
ーモスタツトth₁の設定温度迄加熱された後、下
部がサーモスタツトth₂の設定温度迄加熱され
て、電磁開閉器MSの非励磁により運転が停止さ
れる全水加温運転を行なえ、また前記切換スイツ
チSW₁を、端子t₁，t₂が導通するごとく切換操作
しておくことにより、貯湯槽３の上部がサーモス
タツトth₁の設定温度迄加熱されると、該サーモ
スタツトth₁が開いて直ちに運転が停止される上
部加温運転を行なえるのである。

従つて、少量の高温水のみ欲しい場合には、後
者の運転を行なうことにより、短時間で運転を停
止できるのであり、また、大量の高温水が欲しい
場合には、前者の運転を行なうことにより、高温
水を短時間で得られながら、大量の高温水も得ら
れるのである。しかも、これらの運転は、いずれ
も運転途中で何らの操作行なう必要がなく、切換
スイツチSW₁を予め操作するだけで選択できるの
であつて、手間をかけずに必要な温水の給湯を行
なえると共に、無駄な運転を防止でき、全体にみ
て、給湯コスト低減できる。

尚、前記三方電磁弁９は、非導通により入口９
ａ、出口９ｂ間が開通し、通電により入口９ａ、
出口９ｃ間が開通するごとく切換わるようにして
もよく、斯くした場合には、第４図に示すごと
く、前記サーモスタツトth₁を単極双投型に形成
し、低温時閉成する接点に前記切換スイツチSW₁
の切換端子t₂，t₃の他方t₃を接続し、高温時閉成
する接点に三方電磁弁９を直列に接続するのであ
る。

また、以上の説明では、前記ポンプ６は第１水
配管４に設けたが、三方弁の入口９ａと、水通路
２２との間の第２水配管５に設けてもよい。

また、以上の説明では、前記選択機構９として
三方弁を用いたが、２つの二方弁を用いてもよ
い。即ち、絞り７と水通路２２との間の第２水配
管５に第３水配管８の端部を接続し、この接続個
所の貯湯槽３側の第２水配管５と、第３水配管８
とにそれぞれ二方弁を設けて、両水配管５，８水
温加熱部th₁₁により選択的に開通すべくしてもよ
い。

また、前記絞り７は、キヤピラリーチユーブを
用いてもよいし、また二方弁または三方弁内部に
設けるようにしてもよい。

以上のごと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、選択手段９により第１
水循環路を選択して、貯湯槽３の底部の水を、熱
交換器２を経て、絞り７を介して少量化と成して
貯湯槽３の上部に循環させることにより、該貯湯
槽３の上部の水温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
十分高温度の給湯が行えるのである。

また、この第１循環路による循環により、前記
貯湯槽３の上部の水温が高くなると、前記選択手
段９により第２循環路を選択して、貯湯槽３の底
部の水を、熱交換器２を経て、第３水循環路８を
介して前記絞り７を通さない本来の最適水量に増
量して、貯湯槽３の底部に循環させることによ
り、該貯湯槽３の上部の高温水を攬拌することな
く設定温度に安定的に保持できながら、該貯湯槽
３の上部側高温水の下位側の低温水の加温が行
え、所望温度の大量給湯が行えるのである。

しかも、前記貯湯槽３の上部の水の温度上昇を
急速に行うのにあたり、水循環側を第１及び第２
水循環路の二系統構成と成したから、つまりは、
冷媒循環側即ち凝縮器側を二系統と成したもので
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
になるといつた問題は全く起こらないのであつ
て、その取り扱いも容易なものと成し得るに至つ
たのである。

更にまた、前記貯湯槽３の上部の水の温度上昇
を急速に行うのにあたり、貯湯槽３と熱交換器２
との間を水配管４，５を介して接続し、これら水
配管４，５を流通する水と前記熱交換器２とを熱
交換させたから、つまりは、冷媒側の凝縮器を直
接的に貯湯槽の水中に介装するものでは全くない
のであるから、凝縮器を直接的に貯湯槽の水中に
介装する場合に生じる問題、即ち貯湯槽内の水温
の上昇に伴つて、凝縮温度が上昇し、冷凍装置に
おける高圧圧力が上昇して効率が低下するといつ
た問題も起こらないのであつて、全体として効率
の良い給湯運転ができるに至つたのである。

しかも以上のごとく、貯湯槽３の上部水温を設
定温度に、また上部水下位の水温を所望温度に加
熱運転する場合、全体の加熱時間中に占める上部
加熱の時間は、小さく、また、下部加熱において
は前記熱交換器にその最適流量を流すことができ
るので、冷凍装置１の成積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、第４
図は電気回路図である。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……ポンプ、７……絞り、８……第３水配
管、９……選択機構。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

冷凍装置１の冷媒回路に給湯用熱交換器２を介
装し、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、上部から延びる第２水配管５と
をそれぞれ接続し、これら水配管４，５の一方に
ポンプ６を介装して、前記貯湯槽３の底部の水
を、前記第１水配管４から吸込み、前記熱交換器
２を経て第２水配管５から前記貯湯槽３の上部に
戻す水の第１循環路を形成すると共に、前記ポン
プ６の吐出側となる前記第２水配管５の途中に、
前記貯湯槽３の底部から延びる第３水配管８を接
続して、前記貯湯槽３の底部の水を、前記第１水
配管４から吸込み、前記熱交換器２を経て第３水
配管８から前記貯湯槽３の底部に戻す水の第２循
環路を形成する一方、前記熱交換器２を通過して
加熱された温水の貯湯槽３への戻りを、貯湯槽３
に上部の水の温度により、前記第２水配管５と第
３水配管８とに切換えて、水循環径路を、前記第
１循環路と第２循環路とに選択する選択機構９を
設け、かつ、前記第２水配管５からの前記貯湯槽
３の上部への戻り系に、絞り７を設けたことを特
徴とするヒートポンプ式給湯機。