JP2003262397A - 給湯装置 - Google Patents
給湯装置Info
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- JP2003262397A JP2003262397A JP2002063971A JP2002063971A JP2003262397A JP 2003262397 A JP2003262397 A JP 2003262397A JP 2002063971 A JP2002063971 A JP 2002063971A JP 2002063971 A JP2002063971 A JP 2002063971A JP 2003262397 A JP2003262397 A JP 2003262397A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超臨界型のヒートポンプを加熱源として使用
し、中間温度域が形成され難い、給湯装置を得る。 【解決手段】 貯湯槽下部2aより冷水を取り出し、ヒ
ートポンプに備えられる熱交換器9で加熱して、温水を
貯湯槽上部へ返す給湯装置を構成するに、熱交換器9に
おいて、ヒートポンプの冷媒が超臨界領域で凝縮すべく
構成し、熱交換器における、冷水入口温度と温水出口温
度との中間の温度にある中間温度部11に、貯湯槽内よ
り、冷水と前記温水との中間温度の中間温水を導く中間
温水導入手段Dを備える。
し、中間温度域が形成され難い、給湯装置を得る。 【解決手段】 貯湯槽下部2aより冷水を取り出し、ヒ
ートポンプに備えられる熱交換器9で加熱して、温水を
貯湯槽上部へ返す給湯装置を構成するに、熱交換器9に
おいて、ヒートポンプの冷媒が超臨界領域で凝縮すべく
構成し、熱交換器における、冷水入口温度と温水出口温
度との中間の温度にある中間温度部11に、貯湯槽内よ
り、冷水と前記温水との中間温度の中間温水を導く中間
温水導入手段Dを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貯湯槽下部の槽内
水を取り出し、ヒートポンプに備えられる熱交換器で加
熱して、温水を貯湯槽上部へ返す構成の給湯装置に関す
る。
水を取り出し、ヒートポンプに備えられる熱交換器で加
熱して、温水を貯湯槽上部へ返す構成の給湯装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】通常のボイラやヒータを使った給湯装置
は、図5に示す様に、貯湯槽の下部にヒータHを通し、
対流によって貯湯槽内の水全体を一様に加熱する。
は、図5に示す様に、貯湯槽の下部にヒータHを通し、
対流によって貯湯槽内の水全体を一様に加熱する。
【0003】この均一加熱法とは異なる貯湯方法とし
て、所謂、ピストンフロー方式がある。この方式は、図
6(イ)に示すように、貯湯槽下部より冷水を引き出し
て熱交換器で加熱し、貯湯槽上部へ返し、温水と冷水と
の境界とを維持しながら貯湯していく方式であり、熱交
換器はヒートポンプの凝縮器とされる。この構成が必要
とされる理由は、ヒートポンプでは、圧縮機を出た高圧
の冷媒を凝縮させることによって熱を得るが、図5の構
造では、貯湯槽内部の水の温度が高くなると冷媒を凝縮
させることができなくなるからである。
て、所謂、ピストンフロー方式がある。この方式は、図
6(イ)に示すように、貯湯槽下部より冷水を引き出し
て熱交換器で加熱し、貯湯槽上部へ返し、温水と冷水と
の境界とを維持しながら貯湯していく方式であり、熱交
換器はヒートポンプの凝縮器とされる。この構成が必要
とされる理由は、ヒートポンプでは、圧縮機を出た高圧
の冷媒を凝縮させることによって熱を得るが、図5の構
造では、貯湯槽内部の水の温度が高くなると冷媒を凝縮
させることができなくなるからである。
【0004】この種の給湯装置にあっては、貯湯槽下部
に冷水供給路を介して冷水が供給され、貯湯槽上部から
温水取出路を介して温水が取出されて、所定の用に供さ
れる。
に冷水供給路を介して冷水が供給され、貯湯槽上部から
温水取出路を介して温水が取出されて、所定の用に供さ
れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】最初、冷水であったも
のを加熱するには図6(イ)の手法でよいが、何度も使
っているうち、あるいは長い間、給湯を行わない時、湯
(温水)の温度が冷水に伝わって図6(ロ)のような冷
水と温水の境界に中間温度域が発生してしまう。
のを加熱するには図6(イ)の手法でよいが、何度も使
っているうち、あるいは長い間、給湯を行わない時、湯
(温水)の温度が冷水に伝わって図6(ロ)のような冷
水と温水の境界に中間温度域が発生してしまう。
【0006】さて、給湯装置に採用されるヒートポンプ
としては、現今の自然冷媒を積極的に使用するとの技術
動向から、所謂、超臨界型のものが採用されつつある。
この種の超臨界型のものにあっては、二酸化炭素(CO
2)が冷媒とされる場合があるが、この冷媒は、図4に
示すように超臨界圧以上の領域を凝縮域とする。この種
のヒートポンプでは特に凝縮器冷媒入口温度T1と冷媒
出口温度T2の温度差が大きく、上記境界部分が拡大す
ると冷媒の温度をT2まで下げることができず、サイク
ルを維持できなくなる。
としては、現今の自然冷媒を積極的に使用するとの技術
動向から、所謂、超臨界型のものが採用されつつある。
この種の超臨界型のものにあっては、二酸化炭素(CO
2)が冷媒とされる場合があるが、この冷媒は、図4に
示すように超臨界圧以上の領域を凝縮域とする。この種
のヒートポンプでは特に凝縮器冷媒入口温度T1と冷媒
出口温度T2の温度差が大きく、上記境界部分が拡大す
ると冷媒の温度をT2まで下げることができず、サイク
ルを維持できなくなる。
【0007】本発明の目的は、超臨界型のヒートポンプ
を加熱源として使用する給湯装置において、上記中間温
度域が形成され難く、例え中間温度域が過度に形成され
ても、正常に作動し得る給湯装置を得ることにある。
を加熱源として使用する給湯装置において、上記中間温
度域が形成され難く、例え中間温度域が過度に形成され
ても、正常に作動し得る給湯装置を得ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による、貯湯槽下部より冷水を取り出し、ヒー
トポンプに備えられる熱交換器で加熱して、温水を貯湯
槽上部へ返す給湯装置の特徴構成は、請求項1に記載さ
れているように、前記熱交換器において、前記ヒートポ
ンプの冷媒が超臨界領域で凝縮すべく構成され、前記熱
交換器における、冷水入口温度と温水出口温度との中間
の温度にある中間温度部に、貯湯槽内より、前記冷水と
前記温水との中間温度の中間温水を導く中間温水導入手
段を備えることにある。
の本発明による、貯湯槽下部より冷水を取り出し、ヒー
トポンプに備えられる熱交換器で加熱して、温水を貯湯
槽上部へ返す給湯装置の特徴構成は、請求項1に記載さ
れているように、前記熱交換器において、前記ヒートポ
ンプの冷媒が超臨界領域で凝縮すべく構成され、前記熱
交換器における、冷水入口温度と温水出口温度との中間
の温度にある中間温度部に、貯湯槽内より、前記冷水と
前記温水との中間温度の中間温水を導く中間温水導入手
段を備えることにある。
【0009】この給湯装置に備えられるヒートポンプの
冷媒は、超臨界域で凝縮し、その過程で、温度が低下す
る。一方、受熱側の水については、冷媒の降温、凝縮に
従って放出される熱を受け、原則、熱交換器の冷水入口
から温水出口に移流しながら、順次、加熱されることと
なる。
冷媒は、超臨界域で凝縮し、その過程で、温度が低下す
る。一方、受熱側の水については、冷媒の降温、凝縮に
従って放出される熱を受け、原則、熱交換器の冷水入口
から温水出口に移流しながら、順次、加熱されることと
なる。
【0010】そして、特徴構成に記載のごとく中間温水
を貯湯槽内から取り出して、熱交換器の中間温度部位に
導入すると、その導入部より下手側の温度域(水の移流
方向で下手側で温度が上昇する側)で加熱が可能とな
る。
を貯湯槽内から取り出して、熱交換器の中間温度部位に
導入すると、その導入部より下手側の温度域(水の移流
方向で下手側で温度が上昇する側)で加熱が可能とな
る。
【0011】一方、貯湯槽内で、この中間温水より下側
に位置する水に関しては、その冷水状態を維持すること
となり、同時に熱交換器における冷媒凝縮の用に耐え得
るものとなる。結果、ヒートポンプの凝縮器としては、
その凝縮を良好に行え、確実にサイクルを維持して良好
な動作を確保できる。
に位置する水に関しては、その冷水状態を維持すること
となり、同時に熱交換器における冷媒凝縮の用に耐え得
るものとなる。結果、ヒートポンプの凝縮器としては、
その凝縮を良好に行え、確実にサイクルを維持して良好
な動作を確保できる。
【0012】上記の構成において、請求項2に記載され
ているように、前記熱交換器が、高温側熱交換部と低温
側熱交換部とを備えて構成され、前記中間温水導入手段
により、前記中間温水が、前記貯湯槽内から前記高温側
熱交換部に導入されることが好ましい。
ているように、前記熱交換器が、高温側熱交換部と低温
側熱交換部とを備えて構成され、前記中間温水導入手段
により、前記中間温水が、前記貯湯槽内から前記高温側
熱交換部に導入されることが好ましい。
【0013】この構成にあっては、熱交換器(ヒートポ
ンプ側では凝縮器)を温度的に二段構成として、中間温
水を高温側熱交換器に導入することで、最も簡単な構成
で、本願の目的を達成できる。
ンプ側では凝縮器)を温度的に二段構成として、中間温
水を高温側熱交換器に導入することで、最も簡単な構成
で、本願の目的を達成できる。
【0014】さて、ピストンフロー型の給湯装置にあっ
ては、原則、貯湯槽の上部に給湯用の温水が、貯湯槽の
下部に冷水(これは給湯状況に従って適宜補給される)
が、位置されるが、温水の使用状況に従って、温水と冷
水との境界域(この部位に中間温水が位置する)は槽内
で上下に移動する。従って、中間温度の水を熱交換器の
中間部位に導入する場合、基本的に、熱交換器側の導入
部で予め設定されている温度の中間温水を貯湯槽から取
り出すことが、熱交換器(凝縮器)の動作上、必要とさ
れる。
ては、原則、貯湯槽の上部に給湯用の温水が、貯湯槽の
下部に冷水(これは給湯状況に従って適宜補給される)
が、位置されるが、温水の使用状況に従って、温水と冷
水との境界域(この部位に中間温水が位置する)は槽内
で上下に移動する。従って、中間温度の水を熱交換器の
中間部位に導入する場合、基本的に、熱交換器側の導入
部で予め設定されている温度の中間温水を貯湯槽から取
り出すことが、熱交換器(凝縮器)の動作上、必要とさ
れる。
【0015】そこで、上記した中間温水導入手段を構成
する場合、請求項3または4に記載されているように構
成する。 1 温度を検出して中間温水を適切に取り出す構成 請求項3に記載されているように、前記中間温水導入手
段を構成するに、前記中間温水を取り出す中間温水取り
出し部を、前記貯湯槽内に上下方向移動自在に備え、前
記中間温水取り出し部近傍の水温を検出する水温検出手
段を備え、前記水温検出手段の検出結果に基づいて、前
記中間温水取り出し部の上下方向位置を調節する調節機
構を備える。
する場合、請求項3または4に記載されているように構
成する。 1 温度を検出して中間温水を適切に取り出す構成 請求項3に記載されているように、前記中間温水導入手
段を構成するに、前記中間温水を取り出す中間温水取り
出し部を、前記貯湯槽内に上下方向移動自在に備え、前
記中間温水取り出し部近傍の水温を検出する水温検出手
段を備え、前記水温検出手段の検出結果に基づいて、前
記中間温水取り出し部の上下方向位置を調節する調節機
構を備える。
【0016】この構成にあっては、中間温水取り出し部
の近傍の水温を検出して、この検出温度に応じて、この
部位の槽内における上下方向位置を適切に制御すること
で、結果的に、所定の中間温度の中間温水を取り出し
て、熱交換器側で、その能力を十分に発揮できる運転状
態を確保できる。
の近傍の水温を検出して、この検出温度に応じて、この
部位の槽内における上下方向位置を適切に制御すること
で、結果的に、所定の中間温度の中間温水を取り出し
て、熱交換器側で、その能力を十分に発揮できる運転状
態を確保できる。
【0017】2 貯湯槽内の水の比重を利用して中間温
水を適切に取り出す構成 請求項4に記載されているように、前記温水の比重より
大きく、前記冷水の比重より小さい比重の邪魔板を温水
と冷水との境界に浮動自在に備え、前記中間温水導入手
段を構成するに、前記中間温水を取り出す中間温水取り
出し部を、前記邪魔板に設ける。
水を適切に取り出す構成 請求項4に記載されているように、前記温水の比重より
大きく、前記冷水の比重より小さい比重の邪魔板を温水
と冷水との境界に浮動自在に備え、前記中間温水導入手
段を構成するに、前記中間温水を取り出す中間温水取り
出し部を、前記邪魔板に設ける。
【0018】水の比重は、その温度に従って変化する。
従って、邪魔板の比重を適切に設定することで、温水と
冷水との境界域に、邪魔板を浮動状態で配置させること
が可能であり、これに、中間温水取り出し部を設けるこ
とで、適切な中間温水を取り出して、熱交換器側の作動
に適する中間温水を適切に取り出すことができる。
従って、邪魔板の比重を適切に設定することで、温水と
冷水との境界域に、邪魔板を浮動状態で配置させること
が可能であり、これに、中間温水取り出し部を設けるこ
とで、適切な中間温水を取り出して、熱交換器側の作動
に適する中間温水を適切に取り出すことができる。
【0019】さて、これまで説明してきた構成におい
て、請求項5に記載されているように、前記熱交換器に
おける冷媒流路の低温側冷媒流路部を、前記冷媒の凝縮
温度以下に冷却する冷却手段を備えることが好ましい。
て、請求項5に記載されているように、前記熱交換器に
おける冷媒流路の低温側冷媒流路部を、前記冷媒の凝縮
温度以下に冷却する冷却手段を備えることが好ましい。
【0020】ヒートポンプを加熱源とする給湯装置にあ
っては、ポンプ側のサイクルを確実に維持することで動
作を確保できるが、何らかの理由により貯湯槽下部まで
本願にいう中間温度の中間温水となった場合、熱交換器
における冷媒の凝縮を効率的におこなえない状況が発生
しうる。しかしながら、上記のように、冷却手段を備え
て、冷媒の凝縮を確実に起こせるようにしておくこと
で、このような非常の場合にも対応できる。
っては、ポンプ側のサイクルを確実に維持することで動
作を確保できるが、何らかの理由により貯湯槽下部まで
本願にいう中間温度の中間温水となった場合、熱交換器
における冷媒の凝縮を効率的におこなえない状況が発生
しうる。しかしながら、上記のように、冷却手段を備え
て、冷媒の凝縮を確実に起こせるようにしておくこと
で、このような非常の場合にも対応できる。
【0021】さて、これまで説明してきた給湯装置にあ
っては、貯湯槽内から中間温水を取り出して、これを別
途加熱するものとしたが、同じく、ヒートポンプの動作
を確保するために、凝縮器である熱交換器の低温側温度
を確保しても、動作を保証することができる。
っては、貯湯槽内から中間温水を取り出して、これを別
途加熱するものとしたが、同じく、ヒートポンプの動作
を確保するために、凝縮器である熱交換器の低温側温度
を確保しても、動作を保証することができる。
【0022】即ち、貯湯槽下部の槽内水を取り出し、ヒ
ートポンプに備えられる熱交換器で加熱して、温水を貯
湯槽上部へ返す給湯装置を構成するに、請求項6に記載
されているように、前記熱交換器において、前記ヒート
ポンプの冷媒が超臨界領域で凝縮すべく構成され、前記
熱交換器の冷媒流路が、低温側冷媒流路部と、その下流
側に繋がる高温側冷媒流路部とを備えるとともに、前記
低温側冷媒流路部を、前記冷媒の凝縮温度以下に冷却す
る冷却手段を備え、前記貯湯槽下部から取り出される槽
内水を、水温に従って、前記低温側冷媒流路部に対応す
る低温側熱交換部、若しくは前記高温側冷媒流路部に対
応する高温側熱交換部に選択して直接導入可能に構成す
る。
ートポンプに備えられる熱交換器で加熱して、温水を貯
湯槽上部へ返す給湯装置を構成するに、請求項6に記載
されているように、前記熱交換器において、前記ヒート
ポンプの冷媒が超臨界領域で凝縮すべく構成され、前記
熱交換器の冷媒流路が、低温側冷媒流路部と、その下流
側に繋がる高温側冷媒流路部とを備えるとともに、前記
低温側冷媒流路部を、前記冷媒の凝縮温度以下に冷却す
る冷却手段を備え、前記貯湯槽下部から取り出される槽
内水を、水温に従って、前記低温側冷媒流路部に対応す
る低温側熱交換部、若しくは前記高温側冷媒流路部に対
応する高温側熱交換部に選択して直接導入可能に構成す
る。
【0023】この構成にあっては、例えば、前記低温側
冷媒流路部若しくは前記高温側冷媒流路部の選択をおこ
なう水温を、冷媒が凝縮可能な最高温度とすることがで
きることとなる。そして、給湯槽内の水の加熱に関して
は、加熱対象の槽内水の水温が凝縮可能最高温度より低
い場合は、低温側冷媒流路部に対応する低温側熱交換
部、若しくは前記高温側冷媒流路部に対応する高温側熱
交換部の両方で加熱し、高い場合は、高温側冷媒流路部
に対応する高温側熱交換部で、その加熱を行うことがで
きる。
冷媒流路部若しくは前記高温側冷媒流路部の選択をおこ
なう水温を、冷媒が凝縮可能な最高温度とすることがで
きることとなる。そして、給湯槽内の水の加熱に関して
は、加熱対象の槽内水の水温が凝縮可能最高温度より低
い場合は、低温側冷媒流路部に対応する低温側熱交換
部、若しくは前記高温側冷媒流路部に対応する高温側熱
交換部の両方で加熱し、高い場合は、高温側冷媒流路部
に対応する高温側熱交換部で、その加熱を行うことがで
きる。
【0024】一方、ヒートポンプ側の冷媒のサイクル形
成は、冷却手段により設定される温度に起因して、この
凝縮器により確実に確保することができる。結果、ヒー
トポンプを加熱用に使用する給湯装置にあって、ヒート
ポンプ側のサイクル維持を確実なものとして、貯槽槽内
の水温が比較的高くなっている場合にも良好な動作状態
を確保できる。
成は、冷却手段により設定される温度に起因して、この
凝縮器により確実に確保することができる。結果、ヒー
トポンプを加熱用に使用する給湯装置にあって、ヒート
ポンプ側のサイクル維持を確実なものとして、貯槽槽内
の水温が比較的高くなっている場合にも良好な動作状態
を確保できる。
【0025】
【発明の実施の形態】本願の実施の形態を図面に基づい
て説明する。図1に、本願の給湯装置1の使用状態を示
した。この給湯装置1は、立設されて使用される貯湯槽
2と加熱用のヒートポンプ3を備えて構成されており、
その貯湯槽2から混合水栓4a、浴槽4bに対するカラ
ン7に給湯するものである。
て説明する。図1に、本願の給湯装置1の使用状態を示
した。この給湯装置1は、立設されて使用される貯湯槽
2と加熱用のヒートポンプ3を備えて構成されており、
その貯湯槽2から混合水栓4a、浴槽4bに対するカラ
ン7に給湯するものである。
【0026】前記貯湯槽3には、冷水供給路5を介して
冷水が、貯湯槽下部2aに供給される。一方,温水の供
給は、貯湯槽2、上部側に位置する温水取出路6からと
される。上記した温水取出路6には、貯湯槽3の天井部
位から湯が取出される。
冷水が、貯湯槽下部2aに供給される。一方,温水の供
給は、貯湯槽2、上部側に位置する温水取出路6からと
される。上記した温水取出路6には、貯湯槽3の天井部
位から湯が取出される。
【0027】一方、貯湯槽2内の冷水の加熱は、基本的
に、ヒートポンプ3によるものとされている。ヒートポ
ンプ3は、良く知られているように、所定の冷媒回路C
に、冷媒を圧縮する圧縮機C1、冷媒と被加熱体(本願
の場合は槽内水)とを熱交換させることにより当該被加
熱体を加熱する凝縮器C2、冷媒を減圧または絞る減圧
装置C3、冷媒と外気とを熱交換させて当該冷媒を蒸発
させる蒸発器C4等を有して構成されている。ヒートポ
ンプ3の冷媒は二酸化炭素であり、冷媒は超臨界域で凝
縮する。
に、ヒートポンプ3によるものとされている。ヒートポ
ンプ3は、良く知られているように、所定の冷媒回路C
に、冷媒を圧縮する圧縮機C1、冷媒と被加熱体(本願
の場合は槽内水)とを熱交換させることにより当該被加
熱体を加熱する凝縮器C2、冷媒を減圧または絞る減圧
装置C3、冷媒と外気とを熱交換させて当該冷媒を蒸発
させる蒸発器C4等を有して構成されている。ヒートポ
ンプ3の冷媒は二酸化炭素であり、冷媒は超臨界域で凝
縮する。
【0028】貯湯槽2内の水の加熱構造について説明す
ると、貯湯槽2と前記凝縮器の受熱側媒体流路8との間
に循環路が構成されている。即ち、貯湯槽下部2aから
槽内水が取出されて、前記受熱側媒体流路8に至り、こ
の部位で加熱されて貯湯槽上部2bに温水として戻され
る。冷水とは常温の水をいい、温水とは60〜90℃の
湯をいう。
ると、貯湯槽2と前記凝縮器の受熱側媒体流路8との間
に循環路が構成されている。即ち、貯湯槽下部2aから
槽内水が取出されて、前記受熱側媒体流路8に至り、こ
の部位で加熱されて貯湯槽上部2bに温水として戻され
る。冷水とは常温の水をいい、温水とは60〜90℃の
湯をいう。
【0029】本願にあっては、上記した目的を達成する
ために、凝縮器として働く熱交換器9を多段のものとす
る。このように多段構造を採用するものでありながら、
第一、第二の実施の形態は、本願にいう中間温水導入手
段Dを備え、低温側の冷媒の凝縮を確保するものであ
る。一方、第三の実施の形態に示すものでは、低温側の
熱交換器9aに冷却水流路10(冷却手段の一種)を備
えることで、低温側の冷媒の凝縮を確保するものであ
る。以下、それぞれの実施の形態に関して具体的に説明
する。
ために、凝縮器として働く熱交換器9を多段のものとす
る。このように多段構造を採用するものでありながら、
第一、第二の実施の形態は、本願にいう中間温水導入手
段Dを備え、低温側の冷媒の凝縮を確保するものであ
る。一方、第三の実施の形態に示すものでは、低温側の
熱交換器9aに冷却水流路10(冷却手段の一種)を備
えることで、低温側の冷媒の凝縮を確保するものであ
る。以下、それぞれの実施の形態に関して具体的に説明
する。
【0030】1. 第一の実施の形態
この実施の形態を図1に示す。前記熱交換器9は、低温
側熱交換部9aと、この下流側に繋がる高温側熱交換部
9bとを備えて構成されており、図示するようにヒート
ポンプ3の冷媒は、図上、高温側熱交換部9bから低温
側熱交換部9a側へと移流され、冷却、凝縮される。一
方、貯湯槽下部2aより取り出された冷水は、低温側熱
交換部9aから高温側熱交換部9bへと移流され、加熱
される。
側熱交換部9aと、この下流側に繋がる高温側熱交換部
9bとを備えて構成されており、図示するようにヒート
ポンプ3の冷媒は、図上、高温側熱交換部9bから低温
側熱交換部9a側へと移流され、冷却、凝縮される。一
方、貯湯槽下部2aより取り出された冷水は、低温側熱
交換部9aから高温側熱交換部9bへと移流され、加熱
される。
【0031】さらに、熱交換器9における、冷水入口温
度T2と温水出口温度T1との中間の温度にある中間温
度部11(具体的には高温側熱交換部9bと低温側熱交
換部9aとの接続路部9c)に、貯湯槽2内より、前記
冷水と前記温水との中間温度の中間温水を導く中間温水
導入手段Dが備えられている。このを中間温水導入手段
Dは、前記貯湯槽2内の槽内水を熱交換器9に移流され
る導管路(具体的にはホース12)を備えて構成されて
おり、このホース12の先端が、索具13を介して貯湯
槽2外に備えられるモータMにより、上下方向に移動可
能とされている。さらに、ホース12の先端には、その
近傍の水温を検出する温度検出器14が備えられてお
り、この温度検出器14により検出結果が、前記モータ
Mの制御装置15に送られ、ホース先端の位置を、槽内
水温度が所定の温度である位置に維持するように構成さ
れている。
度T2と温水出口温度T1との中間の温度にある中間温
度部11(具体的には高温側熱交換部9bと低温側熱交
換部9aとの接続路部9c)に、貯湯槽2内より、前記
冷水と前記温水との中間温度の中間温水を導く中間温水
導入手段Dが備えられている。このを中間温水導入手段
Dは、前記貯湯槽2内の槽内水を熱交換器9に移流され
る導管路(具体的にはホース12)を備えて構成されて
おり、このホース12の先端が、索具13を介して貯湯
槽2外に備えられるモータMにより、上下方向に移動可
能とされている。さらに、ホース12の先端には、その
近傍の水温を検出する温度検出器14が備えられてお
り、この温度検出器14により検出結果が、前記モータ
Mの制御装置15に送られ、ホース先端の位置を、槽内
水温度が所定の温度である位置に維持するように構成さ
れている。
【0032】ここで、この所定の温度とは、所謂、冷水
と温水との中間の温度であり、上記低温側冷媒流路16
aの出口、高温側冷媒流路16bの入口温度として設定
される温度(中間温度)である。
と温水との中間の温度であり、上記低温側冷媒流路16
aの出口、高温側冷媒流路16bの入口温度として設定
される温度(中間温度)である。
【0033】この実施の形態では、中間温水が中間温水
取り出し部により取り出され、熱交換器の所定部位に導
かれて、この中間温水が加熱されて、温水として貯湯槽
2の上部に返される。
取り出し部により取り出され、熱交換器の所定部位に導
かれて、この中間温水が加熱されて、温水として貯湯槽
2の上部に返される。
【0034】即ち、図1に示すように、冷水はabcの
ラインを通じて加熱される。一方、冷水と温水の境界に
ある中間温水は、dbラインを通じて高温側熱交換器9
bにのみ通ずる。結果、冷水の温度は、比較的低温に維
持され、境界部より上側の部位に十分高い温度の温水が
たまり、給湯の用に供される。
ラインを通じて加熱される。一方、冷水と温水の境界に
ある中間温水は、dbラインを通じて高温側熱交換器9
bにのみ通ずる。結果、冷水の温度は、比較的低温に維
持され、境界部より上側の部位に十分高い温度の温水が
たまり、給湯の用に供される。
【0035】2.第二の実施の形態
この実施の形態にあっては、図2に示すように、貯湯槽
2の中に邪魔板17が浮動自在に収納されている。この
邪魔板17は、上側に位置する温水よりも比重が大き
く、下側に位置する冷水よりも比重が小さく構成されて
いる。
2の中に邪魔板17が浮動自在に収納されている。この
邪魔板17は、上側に位置する温水よりも比重が大き
く、下側に位置する冷水よりも比重が小さく構成されて
いる。
【0036】この邪魔板17は、中空構造の本体17a
と、この本体17aに取付けられた比重調整用重り17
bとを備えて構成されている。この邪魔板17の外形
は、貯湯槽2の断面に対してわずかに小さくされてお
り、一部、水の上下方向の移動を許容しながら、なお、
温水と冷水との間における混合攪拌を抑制し、断熱能を
発揮できるものである。
と、この本体17aに取付けられた比重調整用重り17
bとを備えて構成されている。この邪魔板17の外形
は、貯湯槽2の断面に対してわずかに小さくされてお
り、一部、水の上下方向の移動を許容しながら、なお、
温水と冷水との間における混合攪拌を抑制し、断熱能を
発揮できるものである。
【0037】この構成を採用することで、邪魔板17
は、温水と冷水との境界部分に浮遊し、水の相互移動及
び熱の移動を妨げることとなり、貯湯槽2内を、比較的
高温で均一な温水層と、低温の冷水層に遮断する効果を
発揮する。
は、温水と冷水との境界部分に浮遊し、水の相互移動及
び熱の移動を妨げることとなり、貯湯槽2内を、比較的
高温で均一な温水層と、低温の冷水層に遮断する効果を
発揮する。
【0038】さらに、この邪魔板17には、温水と冷水
との間の温度にある中間温水を取り出す中間温水取り出
し部が備えられている。即ち、上記の実施の形態と同じ
ようにホース12が備えられており、このホース12の
先端が前記邪魔板17の下面に設けてある。結果、この
実施の形態の場合は、邪魔板17の浮動伴ってホース1
2の先端が上下方向に移動し、上記の実施の形態と同様
に、中間温水導入手段Dとしての役割を果たすことがで
きる。
との間の温度にある中間温水を取り出す中間温水取り出
し部が備えられている。即ち、上記の実施の形態と同じ
ようにホース12が備えられており、このホース12の
先端が前記邪魔板17の下面に設けてある。結果、この
実施の形態の場合は、邪魔板17の浮動伴ってホース1
2の先端が上下方向に移動し、上記の実施の形態と同様
に、中間温水導入手段Dとしての役割を果たすことがで
きる。
【0039】3.第三の実施の形態
これまで説明してきた実施の形態にあっては、中間温水
導入手段Dを設ける場合を示したが、ヒートポンプ3に
よる加熱能を、冷水に対し、さらには中間温水に対し
て、適切に発揮させながら、同時に凝縮を確実に起こさ
せる構造としては、以下のような構造を採用することも
できる。
導入手段Dを設ける場合を示したが、ヒートポンプ3に
よる加熱能を、冷水に対し、さらには中間温水に対し
て、適切に発揮させながら、同時に凝縮を確実に起こさ
せる構造としては、以下のような構造を採用することも
できる。
【0040】図3に示すように、この実施の形態にあっ
ても、熱交換器9の冷媒流路が、高温側冷媒流路16b
と低温側冷媒流路16aと備えるとともに、前記低温側
冷媒流路16aを、前記冷媒の凝縮温度以下に冷却する
冷却手段Eを備え、前記貯湯槽下部2aから取り出され
る槽内水を、水温に従って、前記低温側冷媒流路16a
に対応する低温側熱交換器9a、若しくは前記高温側冷
媒流路16bに対応する高温側熱交換器9bに選択して
直接導入可能にする。
ても、熱交換器9の冷媒流路が、高温側冷媒流路16b
と低温側冷媒流路16aと備えるとともに、前記低温側
冷媒流路16aを、前記冷媒の凝縮温度以下に冷却する
冷却手段Eを備え、前記貯湯槽下部2aから取り出され
る槽内水を、水温に従って、前記低温側冷媒流路16a
に対応する低温側熱交換器9a、若しくは前記高温側冷
媒流路16bに対応する高温側熱交換器9bに選択して
直接導入可能にする。
【0041】さらに具体的に説明すると、熱交換器9
(冷媒側からは凝縮器)は、高温側と低温側とに分割さ
れている。低温側の熱交換器9aには、冷却水が流れる
冷却水路10が備えられており、この冷却水により、低
温側熱交換器9a内を流れる冷媒は、常に、凝縮する。
一方、貯湯槽下部2aからの槽内水の取り出し部位に、
その部位での温度を検出する温度検出器Tが備えられて
いる。さらに、三方弁19が備えられており、この弁1
9により、低温側熱交換器9a、もしくは、低温側若し
くは高温側の熱交換器9a,9bに選択的に、槽内水を
移流可能に構成されている。
(冷媒側からは凝縮器)は、高温側と低温側とに分割さ
れている。低温側の熱交換器9aには、冷却水が流れる
冷却水路10が備えられており、この冷却水により、低
温側熱交換器9a内を流れる冷媒は、常に、凝縮する。
一方、貯湯槽下部2aからの槽内水の取り出し部位に、
その部位での温度を検出する温度検出器Tが備えられて
いる。さらに、三方弁19が備えられており、この弁1
9により、低温側熱交換器9a、もしくは、低温側若し
くは高温側の熱交換器9a,9bに選択的に、槽内水を
移流可能に構成されている。
【0042】この流路選択は、三方弁19に対して設け
られている制御装置20によるものとされており、上記
温度検出器Tにより検出される温度が、所定温より低い
場合は、低温側熱交換器9aに、高い場合は、高温側熱
交換器9bに直接送るものとされる。
られている制御装置20によるものとされており、上記
温度検出器Tにより検出される温度が、所定温より低い
場合は、低温側熱交換器9aに、高い場合は、高温側熱
交換器9bに直接送るものとされる。
【0043】即ち、貯湯槽下部2aから取り出された水
の温度が常時監視され、温度が上がったら、図上、ab
cからadbcのラインに切り替えられる。この構造に
あっては、冷水温度がヒートポンプ3の動作に適した温
度域内にある場合には、効率の高いヒートポンプ3を加
熱に使用でき、貯湯槽下部2aより取り出される水の温
度が上昇して、ヒートポンプ3の動作が十分に確保でき
ない状況になった場合には、槽内水の加熱を高温側での
みで行わしめ、冷媒の凝縮は冷却水によるものとして、
貯湯槽内の水の状況にかかわらず、良好な動作状態を継
続することができる。
の温度が常時監視され、温度が上がったら、図上、ab
cからadbcのラインに切り替えられる。この構造に
あっては、冷水温度がヒートポンプ3の動作に適した温
度域内にある場合には、効率の高いヒートポンプ3を加
熱に使用でき、貯湯槽下部2aより取り出される水の温
度が上昇して、ヒートポンプ3の動作が十分に確保でき
ない状況になった場合には、槽内水の加熱を高温側での
みで行わしめ、冷媒の凝縮は冷却水によるものとして、
貯湯槽内の水の状況にかかわらず、良好な動作状態を継
続することができる。
【0044】〔別実施の形態〕本願の別実施の形態を以
下に説明する。 (1) 上記の実施の形態にあっては、ヒートポンプの
冷媒が二酸化炭素である例を示しが、冷媒としては、超
臨界域でその凝縮が行われるものに対して、本願構成を
採用できる。 (2) 上記の実施の形態にあっては、ヒートポンプ側
で凝縮器として作動する熱交換器を温度別に分割構成す
るに、交換器を別のものとしたが、単一の熱交換器の低
温側部位と高温側部位とを別個に利用するものとしても
良い。
下に説明する。 (1) 上記の実施の形態にあっては、ヒートポンプの
冷媒が二酸化炭素である例を示しが、冷媒としては、超
臨界域でその凝縮が行われるものに対して、本願構成を
採用できる。 (2) 上記の実施の形態にあっては、ヒートポンプ側
で凝縮器として作動する熱交換器を温度別に分割構成す
るに、交換器を別のものとしたが、単一の熱交換器の低
温側部位と高温側部位とを別個に利用するものとしても
良い。
【0045】
【発明の効果】従って、以上の方法により、高効率なヒ
ートポンプを利用しながら、貯湯槽に継続的に貯湯でき
る給湯装置を得ることができる。
ートポンプを利用しながら、貯湯槽に継続的に貯湯でき
る給湯装置を得ることができる。
【図1】本願第一実施の形態の給湯装置の構成を示す図
【図2】本願第二実施の形態の給湯装置の構成を示す図
【図3】本願第三実施の形態の給湯装置の構成を示す図
【図4】超臨界領域を凝縮域とするヒートポンプのサイ
クルを示す図
クルを示す図
【図5】ヒータ加熱構成の給湯装置の構成を示す図
【図6】ヒートポンプを利用した従来の貯湯装置の構
成、及び中間温度域の形成状態を示す図
成、及び中間温度域の形成状態を示す図
1 給湯装置
2 貯湯槽
2a 貯湯槽下部
2b 貯湯槽上部
3 ヒートポンプ
8 受熱側流体流路
9 熱交換器(凝縮器)
9a 低温側熱交換器
9b 高温側熱交換器
9c 接続流路
10 冷却水流路
11 中間温度部
12 ホース
14 温度検出器
15 制御装置
16a 低温側冷媒流路
16b 高温側冷媒流路
17 邪魔板
19 三方弁
20 制御装置
C 冷媒回路
C2 凝縮器
T 温度検出器
Claims (6)
- 【請求項1】 貯湯槽下部より冷水を取り出し、ヒート
ポンプに備えられる熱交換器で加熱して、温水を貯湯槽
上部へ返す給湯装置であって、 前記熱交換器において、前記ヒートポンプの冷媒が超臨
界領域で凝縮すべく構成され、 前記熱交換器における、冷水入口温度と温水出口温度と
の中間の温度にある中間温度部に、貯湯槽内より、前記
冷水と前記温水との中間温度の中間温水を導く中間温水
導入手段を備えた給湯装置。 - 【請求項2】 前記熱交換器が、高温側熱交換部と低温
側熱交換部とを備えて構成され、前記中間温水導入手段
により、前記中間温水が、前記貯湯槽内から前記高温側
熱交換部に導入される請求項1記載の給湯装置。 - 【請求項3】 前記中間温水導入手段を構成するに、 前記中間温水を取り出す中間温水取り出し部を、前記貯
湯槽内に上下方向移動自在に備えるとともに、 前記中間温水取り出し部近傍の水温を検出する水温検出
手段を備え、 前記水温検出手段の検出結果に基づいて、前記中間温水
取り出し部の上下方向位置を調節する調節機構を備えた
請求項1または2記載の給湯装置。 - 【請求項4】 前記温水の比重より大きく、前記冷水の
比重より小さい比重の邪魔板を温水と冷水との間に浮動
自在に備え、 前記中間温水導入手段を構成するに、前記中間温水を取
り出す中間温水取り出し部を、前記邪魔板に設けてある
請求項1または2記載の給湯装置。 - 【請求項5】 前記熱交換器における冷媒流路の低温側
冷媒流路部を、前記冷媒の凝縮温度以下に冷却する冷却
手段を備える請求項1〜4のいずれか1項記載の給湯装
置。 - 【請求項6】 貯湯槽下部の槽内水を取り出し、ヒート
ポンプに備えられる熱交換器で加熱して、温水を貯湯槽
上部へ返す給湯装置であって、 前記熱交換器において、前記ヒートポンプの冷媒が超臨
界領域で凝縮すべく構成され、 前記熱交換器の冷媒流路が、低温側冷媒流路部と、下流
側に繋がる高温側冷媒流路部とを備えるとともに、前記
低温側冷媒流路部を、前記冷媒の凝縮温度以下に冷却す
る冷却手段を備え、 前記貯湯槽下部から取り出される槽内水を、水温に従っ
て、前記低温側冷媒流路部に対応する低温側熱交換部、
若しくは前記高温側冷媒流路部に対応する高温側熱交換
部に選択して直接導入可能に構成されている給湯装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002063971A JP2003262397A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 給湯装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002063971A JP2003262397A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 給湯装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003262397A true JP2003262397A (ja) | 2003-09-19 |
Family
ID=29196985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002063971A Pending JP2003262397A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 給湯装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003262397A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007066579A1 (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | ヒートポンプ給湯機 |
JP2011137617A (ja) * | 2009-12-29 | 2011-07-14 | Hitachi Appliances Inc | ヒートポンプ給湯機 |
WO2015056333A1 (ja) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
CN105546810A (zh) * | 2016-02-18 | 2016-05-04 | 杭州富阳尚科科技有限公司 | 一种外加热的横置储水式热水器 |
WO2022230034A1 (ja) * | 2021-04-27 | 2022-11-03 | 三菱電機株式会社 | 空気調和装置 |
-
2002
- 2002-03-08 JP JP2002063971A patent/JP2003262397A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007066579A1 (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | ヒートポンプ給湯機 |
JP2011137617A (ja) * | 2009-12-29 | 2011-07-14 | Hitachi Appliances Inc | ヒートポンプ給湯機 |
WO2015056333A1 (ja) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JP5999273B2 (ja) * | 2013-10-17 | 2016-09-28 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
JPWO2015056333A1 (ja) * | 2013-10-17 | 2017-03-09 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
CN105546810A (zh) * | 2016-02-18 | 2016-05-04 | 杭州富阳尚科科技有限公司 | 一种外加热的横置储水式热水器 |
WO2022230034A1 (ja) * | 2021-04-27 | 2022-11-03 | 三菱電機株式会社 | 空気調和装置 |
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