JP2007248003A - 給湯熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源機を屋外などに設置する場合にも、熱源機と密閉型タンク間に長い水配管を設ける必要がなく、据付場所の自由度が大きく、寒冷地対策が可能な給湯熱源機を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ給湯装置の水熱交換器２６で湯を生成し供給する給湯熱源機１と、水熱交換器で生成した湯を供給して貯留する密閉型タンク４と、密閉型タンクから供給される湯を貯留する開放型タンク７と、開放型タンクの湯を供給する給湯管路１３とを備え、本給湯熱源機は、圧縮機１９、熱源側空気熱交換器２１等を第１の筐体２５に収容してなる熱源ユニット１６と、水熱交換器２６を第２の筐体２９に収容してなる水熱交換ユニット１７を備え、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を一体化あるいは分離して配置可能に構成させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は例えば病院、老人福祉施設、ホテルなどの比較的多量の湯を使用する大容量給湯システムに係り、特に給湯システム構成機器の設置自由度を拡大することが出来る給湯システムに関する。

従来、ファミリーレストラン、老人福祉施設あるいはビジネスホテルなど大量に湯を使用する業態に使用される給湯システムとして、多数の熱源機と密閉型タンクを組み合わせたヒートポンプ給湯機が提案されている。

特許文献１の図４には熱源機を取り付けた複数の密閉型タンクと、電気ヒータを取り付けた開放型タンクを直列に組み合わせた給湯システムが提案されている。

このような密閉型タンクを多数使用システムは大きな据付スペースが必要であるとともに、大容量システムとしての価格が高くなる問題がある。

また、このようなシステムに使用される従来の給湯システムは、図１０に示すように、ヒートポンプサイクル７２を備えた熱源機７３と密閉型タンク７４を組み合わせ、熱源機７３で生成した湯を湯供給ポンプ７５、水配管７６を介して密閉タンク７４に貯留し、給湯栓から給湯している。

そして、熱源機７３は筐体８２内に、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機７７、四方弁７８、減圧機構７９、熱源側熱交換器８０、水熱交換器８３等のサイクル構成要素８１を収容している。

このような給湯システム７１では、熱源機７３と密閉型タンク７４を水配管７６で連通しているため、湯供給ポンプ７５のポンプ容量の関係上、水配管７６の長さには制約があり、従って、据付場所が限定される。また、熱源機７３は屋外に設置する場合、水配管を屋外に敷設する必要があり、これに加えて、寒冷地においては、凍結防止が必要となる。
特開平６−１８０９２号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、大容量の給湯ができ、給湯システム構成機器の設置自由度を拡大することが出来るとともに据付けが容易で、省エネルギー性に優れた給湯システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る給湯システムは、圧縮機、水熱交換器、減圧機構、熱源側空気熱交換器を順次配管接続した冷媒回路を構成するヒートポンプ給湯装置の水熱交換器で湯を生成し供給する給湯熱源機と、この給湯熱源機の水熱交換ユニットと水配管を介して接続し、水熱交換器で生成した湯を供給して貯留する密閉型タンクと、この密閉型タンクと水配管を介して接続し密閉型タンクから供給される湯を貯留する開放型タンクと、この開放型タンクに接続され給湯ポンプにより開放型タンクの湯を供給する給湯管路とを備え、給湯熱源機は、上記圧縮機、熱源側空気熱交換器、減圧機構を筐体内に収納した熱源ユニットと、水熱交換器を筐体内に収納した水熱交換ユニットとより構成するとともに、該熱源ユニットと水熱交換ユニットとを冷媒配管で連結して筐体を結合して一体化あるいは分離して配置可能に構成させたことを特徴とする。

本発明に係る給湯熱源機によれば、ヒートポンプ給湯熱源機と、水熱交換器で生成した湯を供給して貯留する密閉型タンクと、密閉型タンクから供給される湯を貯留する開放型タンクとから構成する給湯システムにより、据付けが容易で、大容量の給湯ができ、圧縮機、減圧機構、熱源側熱交換器等を収容する熱源ユニットと水熱交換器を収納する水熱交換ユニットとに分離可能とし、冷媒配管を用いて接続することで、熱源機を屋外などに設置する場合にも、熱源機と密閉型タンク間に長い水配管を設ける必要がなく、寒冷地などにおいては、凍結する可能性のある水熱交換ユニットなどの水配管部分を屋外設置される熱源機と分離して屋内に設置することが可能となるなど給湯熱源機の各ユニットの配置位置の自由度を拡大した給湯システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る給湯熱源機を給湯システムに組み込んだ例により添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る給湯熱源機を組み込んだ給湯システムの概念図である。

図１に示すように、はじめに、給湯熱源機の熱源ユニットと水熱交換ユニットを近接した状態で設置する例で説明する。

第１実施形態の給湯熱源機１は、湯を生成するヒートポンプサイクル２を備え、給湯システム３に組み込まれて使用され、通常、給湯システム３は給湯熱源機１とこの給湯熱源機１で生成した湯を貯留する密閉型タンク４とが比較的近接して設置される。

給湯熱源機１は水配管５を介して接続された密閉型タンク４と、この密閉型タンク４と給湯管６を介して接続され密閉型タンク４から供給される湯を貯留する開放型タンク７と、この開放型タンク７に接続され給湯ポンプ８により開放型タンク７の湯を供給する給湯管路９と、この給湯管路９に接続された多数の給湯栓１０、循環ポンプ１１及び再加熱装置１２を備えた給湯用循環路１３を備える。なお、密閉型タンク４には外部給水管路１４、減圧弁１５を介して適宜水が補給される。

また、給湯熱源機１は熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７からなり、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を冷媒配管１８で接続して形成されるヒートポンプサイクル２を備える。

熱源ユニット１６は、圧縮機１９、四方弁２０、熱源側熱交換器２１、減圧機構２２、第１の冷媒配管継手２３などを第１の筐体２５に収容してなり、水熱交換ユニット１７は、水熱交換器２６、第２の冷媒配管継手２７及び給水ポンプ２８を第２の筐体２９に収容してなり、圧縮機１９、四方弁２０、水熱交換器２６、減圧機構２２、熱源側熱交換器２１、四方弁２０、圧縮機１９が両管継手２３、２７を介して冷媒配管１８を用いて順次配管接続されたヒートポンプサイクル２を形成する。

例えば、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を近接した状態で、さらに、水熱交換ユニット１７に比較的近接した状態で密閉型タンク４、開放型タンク７の全てを地上或いは建物の屋上に設置する。

この場合、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７とは、ヒートポンプサイクル２の両管継手２３、２７間を短い冷媒配管１８で接続し、さらに、水熱交換ユニット１７と密閉タンク４とは、水熱交換ユニット１７側の第１の水配管接続口３０、密閉タンク４側の第２の水配管接続口３１間を、比較的短い湯管５ｈと水管５ｗからなる水配管５で接続し、密閉型タンク４と開放型タンク７とは、給湯管６で接続する。

従って、水配管５は、長い配管が必要なく、給湯システム全体を一箇所に集中して配置できる。

また、給湯熱源機の熱源ユニットと水熱交換ユニットを遠隔した状態で設置する例を図２により説明する。

例えば、図２は、給湯を１階を中心に実施するため、密閉型タンク４及び開放型タンク７を地上に設置し、水熱交換ユニット１７を密閉型タンク４を近接して配置すると共に、熱源ユニット１６のみ、他の空調機の室外機(図示せず)等と共に屋上に設置するケースを示している。

この場合、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７との間を接続する冷媒配管１８を長く構成させ、水熱交換器２６と密閉型タンク４を接続する水配管５、および密閉型タンク４と開放型タンク７を接続する給湯管６を比較的短く構成させる。

従って、冷媒が流れる配管１８は、比較的容易に所定の高さおよび長さに対応できるため熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７との間が離れていても、性能的に影響を与える事が少ないため、給湯システムの据付場所の設置許容範囲を拡大することが出来る。また、冷媒管は、水配管のように寒冷地においても、凍結することがないため、凍結防止策を必要としない。

なお、給湯熱源機の熱源ユニットと水熱交換ユニットを遠隔した状態で設置する例は、図２に示すもののみではなく、例えば、図２の設置例とは逆に、熱源ユニットを地上に設置し、水熱交換ユニットと密閉型タンク４及び開放型タンク７を建物の屋上に設置するものでも同様である。この場合は、開放型タンク７を建物の屋上に設置することで、各階への湯の供給を上方から行えると言った効果がある。

また、給湯熱源機１は熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７に予め分離されているが、図３に示すように、１つの底板３３に、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を載置して一体的に取り付けておけば、工場出荷時、物流上便利であり、さらに、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を近接した状態で設置する場合には、底板３３に取り付けたまま設置でき、設置作業が容易になる。なお、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を離間した状態で設置する場合には、水熱交換ユニット１７を取付底板３３から取り外して設置する。

次に、第１実施形態の給湯熱源機を用いた給湯システムの沸き上げ運転に付いて説明する。

図１及び図２に示すように、ヒートポンプサイクル２は、圧縮機１９で高温、高圧に圧縮された冷媒が、冷媒配管１８を介して、水熱交換器２６に流入して凝縮し放熱する。凝縮され液化した冷媒は、膨張弁などで構成する減圧装置２２で減圧され、熱源側熱交換器２１に流入した冷媒は蒸発し、大気から熱を奪ってガス化し、圧縮機１９の吸込側に導入される運転が行われる。

一方、水熱交換器２６には、水管５ｗを介して、密閉型タンク４から水が供給され、この比較的低温の水は、上記水熱交換器２６でヒートポンプサイクル２の高温、高圧の冷媒と熱交換して、高温の湯に沸き上げられ、湯管５ｈを介して、密閉型タンク４に供給される。

さらに、密閉型タンク４に供給された湯が所定量貯まると、密閉型タンク４より開放型タンク７に湯が供給され、開放型タンク７に供給された湯は、給湯栓１０の給湯要求により、給湯ポンプ８により、給湯用循環路１３に供給され、さらに給湯用循環路１３に形成する給湯栓１０から所望の温度の湯が提供される。

また、給湯が終了し次の給湯要求があるまで、給湯用循環路１３に湯が滞留し、湯が所定の温度より低くなると、再加熱装置１２を作動させて加熱し、所定の温度以上に保つ。

上記のように給湯熱源機１で沸き上げた湯は、密閉型タンク４に供給されて、この密閉型タンク４内に湯を貯留し、密閉型タンク４内で所定温度以上の湯が貯えられたところで、開放型タンク７に供給され、この開放型タンク７に湯を貯留するようにしたため、給湯熱源機１は単体では大容量のものでなくても、システムの容量に応じて複数台を並列接続することで大容量システム対応が可能となる。

第１実施形態の給湯熱源機によれば、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７を分離し、冷媒配管で接続する事で、熱源ユニット１６と水熱交換ユニット１７との設置距離を自由に設定することができ、熱源機１を屋外などに設置し、密閉型タンク４を屋内など分離して配置する場合にも、熱源機１と密閉型タンク４間に長い水配管を設ける必要がなく、据付場所の自由度が大きく、寒冷地にも適する給湯熱源機が実現する。

次に、本発明の第２実施形態に係る給湯熱源機について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態の水熱交換器２６の水加熱管２６ａと密閉型タンク４からの水配管との流路の接続を選択的に切換えるバイパス路を設ける。

図４に示すように、第２実施形態の給湯熱源機４１は、水熱交換器２６の水加熱管２６ａの入口側の水管５ｗと給水ポンプ２８との間に第１の３方弁４３を、また水加熱管２６ａの出口側と湯管５ｈとの間に第２の３方弁４４を夫々介在させ、さらに、この両３方弁４３、４４の切換え流路に第１のバイパス４６及び第２のバイパス４７が設けられる構成としている。この両３方弁４３、４４の連動した切換えにより、通常は水熱交換器２６の水加熱管２６ａの水の流れを、水管５ｗが入口側、湯管５ｈが出口側と連通するように構成し、除湿運転時は、両３方弁４３、４４の切換えにより水加熱管２６ａの水の流れを、湯管５ｈが入口側、水管５ｗが出口側と連通するように構成する。

この構成により、図４中、沸き上げ運転時は、実線矢印に示す水の流れのように密閉タンク４からの水を水管５ｗから水熱交換器２６の水加熱管２６ａに導き加熱して湯管５ｈを介して密閉タンク４に戻すように運転され、熱源機４１の熱源側熱交換器２１の除霜運転時は、点線矢印に示す水の流れのように密閉タンク４の湯を湯管５ｈから水熱交換器２６の水加熱管２６ａに導き、湯により水熱交換器２６に流れる冷媒を加熱する。

また、上記と同様に、図４中、ヒートポンプサイクル２は、沸き上げ運転時は、実線矢印に示すように冷媒が流れ、水熱交換器２６を凝縮器、熱源側熱交換器２１を蒸発器として作用させることで、室外の空気熱源を吸収する運転を行い、また除霜運転時は、四方弁２０の切換えにより逆サイクルとし、水熱交換器２６を蒸発器、熱源側熱交換器２１を凝縮器として作用させることで、密閉タンク４の湯の熱源を利用する運転を行う。

これにより、除霜運転時、凝縮器として作用し着霜した熱源側熱交換器２１に高温、高圧の冷媒を流し、蒸発器として作用する水熱交換器２６を密閉型タンク４からの湯により加熱することで、迅速な除霜が行える。

なお、熱源ユニットと水熱交換ユニットは、近接した状態で設置、分離して遠隔した状態に設置することが出来ることは、第１実施形態と同様である。

他の構成は図１に示す給湯熱源機と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

次に、本発明の第３実施形態に係る給湯熱源機について説明する。

本第３実施形態は、第２実施形態が１個の給湯熱源機を用いるのに対して、複数個の給湯熱源機を用いる。

図５に示すように、第３実施形態の給湯熱源機５１は、複数個例えば２個の給湯熱源機５１Ａ、５１Ｂに図４の第２実施形態の給湯熱源機４１で説明した第１、第２の３方弁４３、４４と同等の機能を有する第１の３方弁４３ａ、４３ｂと、第２の３方弁４４ａ、４４ｂとを備え、さらに、各給湯熱源機５１Ａ、５１Ｂを密閉型タンク４に対して並列に接続する。

これにより、凝縮器として作用し着霜した熱源側熱交換器２１ａ、２１ｂに高温、高圧の冷媒を流し、蒸発器として作用する水熱交換器２６ａ、２６ｂを密閉型タンク４からの湯により加熱することで実施する除霜運転を各熱源機毎に順番に行い他の熱源機を沸き上げ運転することで、迅速な除霜が行えるとともに、熱源機は大容量のものでなくても、システムの容量に応じて複数台を並列接続することで除霜運転時でも密閉型タンク４の湯の温度低下を抑えることが出来ると共に、大容量のシステム対応が可能となる。

また、本発明の第４実施形態に係る給湯熱源機について説明する。

本第４実施形態は、第１実施形態の水熱交換ユニットに密閉型タンクとして機能する比較的小容量の密閉型タンクを内蔵させたものである。

例えば、密閉型タンクを給湯熱源機に近接した状態で設置した例で示す。

図６及び図７に示すように、第４実施形態の給湯熱源機６１は、熱源ユニット１６と、この熱源ユニット１６に近接設置された水熱交換ユニット１７からなり、この水熱交換ユニット１７には円筒形状の密閉型タンク６２を組み込み、冷媒と湯水が対向流に流れるように配された冷媒管６３ｒと水加熱管６３ｈで構成される水熱交換器６３が伝熱的に密着した状態で密閉型タンク６２に巻装される。また、水熱交換器６３と密閉型タンク６２を断熱材６４により覆い、沸き上げ効率の向上を図っている。

密閉型タンク６２には、上部に水加熱管６３ｈと連通する湯受口６２ａ、開放型タンクへの給湯管６と連通する給湯口６２ｂが設けられ、下部には外部給水管路１４と連通する給水受口６２ｃ、水加熱管６３ｈと連通する除霜時湯受口６２ｄが設けられている。

水熱交換ユニット１７における水の流路は次のように形成される。

例えば、沸き上げ時の流路として、図８に示すように、減圧弁１５を介して外部給水管路１４に接続される第１の３方弁４３は、給水ポンプ２８を介して水加熱管６３ｈの入口に接続され、この水加熱管６３ｈの出口は第２の３方弁４４に接続され、この第２の３方弁４４は給湯口６２ａに接続される。従って、沸き上げ時、第１の３方弁４３を介して給水された水は給水ポンプ２８により、水加熱管６３ｈに導入され、高温、高圧の冷媒が流れる冷媒配管６３ｒと熱交換して、沸き上げられ、第２の３方弁４４、湯受口６２ａを介して、密閉型タンク６２に貯留される。

一方、除霜時の流路として、図９に示すように、第１の３方弁４３と第２の３方弁４４とを切り換えることで、湯受口６２ａと第１のバイパス６５を介して接続される第１の３方弁４３は、給水ポンプ２８を介して水加熱管６３ｈの入口に接続され、この水加熱管６３ｈの出口は第２の３方弁４４に接続され、この第２の３方弁４４は第２のバイパス６６を介して除霜時湯受口６２ｄに接続される。従って、除霜時、密閉タンク６２内の湯を湯受口６２ａを介して第１のバイパス６５に流れ、さらに、第１の３方弁４３、給水ポンプ２８を介して、水加熱管６３ｈの入口に導入され、低温、低圧の冷媒が流れる冷媒管６３ｒと熱交換して、湯温が低下し、第２の３方弁４４、第２のバイパス６６を介して除霜時湯受口６２ｄから密閉型タンク６２に流入する。沸き上げ運転時に、着霜した熱源側熱交換器２１に高温、高圧の冷媒を流して行う逆サイクル除霜運転時、蒸発器として作用する冷媒管６３ｒの熱源として作用させる事で、迅速な除霜を行うことができる。

また、水熱交換器６３と密閉型タンク６２が一体的に設けられるので、熱源ユニット１６を水熱交換ユニット１７から遠隔して設置する場合にも、水熱交換器６３と密閉型タンク６２間に長い水配管を必要とせず、給湯システムの据付場所が限定されず、寒冷地において、凍結することがなく凍結防止策を必要としない。

本発明の第１実施形態に係る給湯熱源機を組み込んだ給湯システムの概念図。 本発明の第１実施形態に係る給湯熱源機の設置状態を示す概念図。 本発明の第１実施形態に係る給湯熱源機の出荷時の概念図。 本発明の第２実施形態に係る給湯熱源機の概念図。 本発明の第３実施形態に係る給湯熱源機の概念図。 本発明の第４実施形態に係る給湯熱源機の概念図。 本発明の第４実施形態に係る給湯熱源機の水熱交換ユニットの概念図。 本発明の第４実施形態に係る給湯熱源機の沸き上げ時の湯水の流れを示す概念図。 本発明の第４実施形態に係る給湯熱源機の除霜時の湯水の流れを示す概念図。 従来の給湯熱源機を組み込んだ給湯システムの概念図。

符号の説明

１…給湯熱源機、２…ヒートポンプサイクル、３…給湯システム、４…密閉型タンク、５…水配管、５ｈ…湯管、５ｗ…水管、６…給湯管、７…開放型タンク、８…給湯ポンプ、１４…外部給水管路、１６…熱源ユニット、１７…水熱交換ユニット、１８…冷媒配管、２１…熱源側熱交換器、２５…第１の筐体、２６…水熱交換器、２９…第２の筐体、３３…底板。

Claims (5)

1. 圧縮機、水熱交換器、減圧機構、熱源側空気熱交換器を順次配管接続した冷媒回路を構成するヒートポンプ給湯装置の水熱交換器で湯を生成し供給する給湯熱源機と、
   この給湯熱源機の水熱交換ユニットと水配管を介して接続し、水熱交換器で生成した湯を供給して貯留する密閉型タンクと、
   この密閉型タンクと水配管を介して接続し密閉型タンクから供給される湯を貯留する開放型タンクと、
   この開放型タンクに接続され給湯ポンプにより開放型タンクの湯を供給する給湯管路とを備え、
   給湯熱源機は、上記圧縮機、熱源側空気熱交換器、減圧機構を筐体内に収納した熱源ユニットと、
   水熱交換器を筐体内に収納した水熱交換ユニットとより構成するとともに、
   該熱源ユニットと水熱交換ユニットとを冷媒配管で連結して筐体を結合して一体化あるいは分離して配置可能に構成させたことを特徴とする給湯システム。
2. 上記密閉型タンクを筐体に収納したタンクユニットとして、水熱交換ユニットおよび開放型タンクと水配管で接続して成ることを特徴とする請求項1に記載の給湯システム。
3. 前記水熱交換ユニットに、上記密閉型タンクを内蔵させたことを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
4. 前記水熱交換器は上記密閉型タンクの周囲に配置されることを特徴とする請求項３に記載の給湯熱源機。
5. 前記熱源ユニット及び前記水熱交換ユニットを１つの底板上に配置し、前記水熱交換ユニットを底板上から分割可能に構成させたことを特徴とする請求項１に記載の給湯熱源機。

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