(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と、貯湯槽と、集熱器と、
前記熱交換器より前記貯湯槽側へ湯を流す往き配管と、
貯湯槽側から前記熱交換器へ湯水を流す戻り配管とから成る給湯装置であって、
前記貯湯槽の湯の温度を低下させずに、除霜運転を行うべく、
前記往き配管の途中から前記戻り配管へ連通するバイパス配管を切換弁を介して接続し、
該切換弁の切換えにより前記往き配管の湯水を前記バイパス配管を通して循環させ、
前記熱交換機により湯水から熱を奪い、この熱を利用し前記集熱器に着霜した霜を除くことを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記集熱器の外気温等を検出する、温度センサ及び湿度センサとを備えた請求項１に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、太陽熱を利用する集熱器やヒートポンプ式の集熱器を利用する給湯装置に関し、特に集熱器などに着霜した場合に行う除霜運転時に好適な給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
従来より、図３に示すように、太陽熱を利用する集熱器５１、四方弁６４、及び圧縮機５２等から成る集熱回路５３と、貯湯槽５４、循環ポンプ５５、及び三方弁６１等から成る給湯回路５６と、集熱回路５３と給湯回路５６との間で熱交換する熱交換器５７とを設けた給湯装置Ｓ０が知られている。ここで、貯湯槽５４の最下部には熱交換器５７へ送水するための送り口５８が設けられ、この送り口５８の近傍には熱交換器５７から水が戻るための第１戻り口５９が設けられ、また、貯湯槽５４の最上部には熱交換器５７から水が戻るための第２戻り口６０が設けられており、第１戻り口５９と第２戻り口６０とを選択する三方弁６１を備えている。さらに、通常の集熱運転時には第２戻り口６０を選択し、集熱運転の立上り時、除霜運転時、または凍結防止運転時には、第１戻り口５９を選択するように、三方弁６１を切換える制御器６２を備えたものとなっている（例えば、特公平６−５０１９６号公報参照）。
【０００３】
ところで、上記給湯装置Ｓ０では、集熱器５１に着霜が生じると、集熱器５１の入口に設けられた蒸発温度センサー６３の検知信号により、四方弁６４を反転させて集熱回路５３における逆サイクル運転を行わせ、熱交換器５７から熱を吸収し集熱器５１へその熱を放出することにより集熱器５１に付着した霜を取り除くようにしている。
【０００４】
このとき、給湯回路５６において、熱交換器５７の出口湯温が非常に低下するので、熱交換器５７の出口付近に設けられた湯温センサ６５が湯温の低下を検知すると、制御器６２は三方弁６１を第２戻り口６０側から第１戻り口５９側に切換えて、貯湯槽５４の下部から湯を熱交換器５へ送り出すようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記除霜運転により貯湯槽５４内の水を循環させることになるので、この循環により前に沸き上げた湯が冷却されてしまったり、冷却された湯を再度沸き上げる必要が生じるために、そのための設備や消費電力が余分に必要になるなど問題である。さらに、このような貯湯槽５４内の水を循環させる構成は、循環口を多く必要とするので構造が複雑になるなどの問題点も有している。
【０００６】
そこで、本発明では例えば除霜運転時などにおいても貯湯槽下部の湯の温度が低下することのなく、除霜を効果的に行わせることが可能な給湯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の給湯装置は、熱交換器と、貯湯槽と、集熱器と、前記熱交換器より前記貯湯槽側へ湯を流す往き配管と、貯湯槽側から前記熱交換器へ湯水を流す戻り配管とから成る給湯装置であって、前記貯湯槽の湯の温度を低下させずに、除霜運転を行うべく、前記往き配管の途中から前記戻り配管へ連通するバイパス配管を切換弁を介して接続し、該切換弁の切換えにより前記往き配管の湯水を前記バイパス配管を通して循環させ、前記熱交換機により湯水から熱を奪い、この熱を利用し前記集熱器に着霜した霜を除くことを特徴とする。
また、前記集熱器の外気温等を検出する温度センサ、及び湿度センサと、を備えた方がよい。
【０００８】
ここで、例えば集熱器と熱交換器等を配管接続して熱媒を循環させる集熱回路（集熱器のみでもよい）と給湯回路との間で熱交換させるようにしてもよい。この場合、集熱器への着霜を検知する着霜検知手段を設け、この着霜検知手段からの検知信号でもって切換弁を切換え制御するようにしてもよい。また、この着霜検知手段として外気温や集熱器自体の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出信号に応じて切換弁を制御するようにしてもよい。
【０００９】
なお、外気温等を検出する温度センサは集熱器自体、例えばヒートポンプ式の集熱器であればフィン等集熱器を構成するもの、もしくはその近傍に設けるのが好適であり、外気温の検出でもって集熱器への着霜を検出することができる。そして、例えば温度センサが所定温度以上の検出信号を発する場合には、切換弁をバイパス配管を選択するように制御し、所定温度より高い温度の検出信号を発する場合には、切換弁が往き配管を選択するように制御して、集熱器の着霜状態に応じて湯水の循環状態を制御する。なお、湿度センサを備えるようにして、より確実に着霜を検知するようにして、温度と湿度の両方の検出信号に応じて切換弁を制御するようにしてもよい。
【００１０】
また、給湯回路内の湯水の循環の停止や切換弁の通常運転への切換え制御を行うために、給湯回路における熱交換器の入口にも温度センサを設けて、この温度センサからの所定温度以上の検出信号でもって切換え制御を行うようにしてもよい。
【００１１】
【作用】
上記構成の給湯装置によれば、例えば、熱交換器側の除霜運転時などにおいて、熱交換器の出口湯温が非常に低下することがあっても、貯湯槽内の湯の温度を低下させることがなく、熱交換器側の除霜運転を正常に行わせることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明に係る一実施例を図面に基づき詳細に説明する。
まず、図１に示す給湯装置Ｓの構成について説明する。主に大気熱を利用するヒートポンプ式の集熱器１、圧縮機２、四方弁３、熱交換器１１等が配管接続されて成る集熱回路Ａが構成されており、ここで、４は集熱器１の集熱効率を上げるために、集熱器１を構成する不図示のフィンへ送風するように設けられたファンであり、集熱器１のフィンの近傍にはフィンへの着霜を検知するための温度センサＴ１が設けられている。なお、５は熱媒の流量調整を行うための膨張弁、６は気化熱を発生させて圧縮機２の加熱を防止するためのインジェクションキャピラリ、７は圧縮機２に液体が入らないようにするための気液分離器である。なお、この温度センサＴ１は着霜を検出するために用いるものであって、集熱器１のフィンに直接設けてフィンの温度を測定してもよく、また集熱器１のフィン以外の箇所に設置するようにしてもよい。ここで、集熱器１のフィンもしくはその近傍に設置するのは着霜をもっともよく確認できるためである。また、温度センサ以外に湿度センサを設けて温度と湿度の両方の検出信号でもって集熱器への着霜を検出するようにしてもよい。
【００１３】
また、主に貯湯槽８、ポンプ９、及び電動の切換弁である三方弁１０、熱交換器１１等を配管接続して成る給湯回路Ｂが設けられており、熱交換器１１は集熱回路Ａと給湯回路Ｂとの間で熱交換させるものである。ここで、熱交換器１１と貯湯槽８とは湯水を熱交換器１１から貯湯槽８側へ流す往き配管（Ｐ０，Ｐ１）と貯湯槽８側から熱交換器１１側へ湯水を流す戻り配管Ｐ５とで配管接続されており、往き配管Ｐ１の途中から戻り配管Ｐ５へ連通するバイパス配管Ｐ３が三方弁１０を介して接続されている。
【００１４】
貯湯槽８の最下部には、水道に減圧弁１２を介して連結された給水口Ｈ１と、長期の停止などの際に回路内の湯水を抜くための排水弁１３を介して、貯湯槽８から排水を行うための排水口Ｈ２とが設けられている。貯湯槽８の最上部には熱交換器１１から三方弁１０を介して導出された往き配管Ｐ１に接続された注入口Ｈ３が設けられ、制御器１４による三方弁１０の切り換え制御によって、熱交換器１１を経由した湯水は往き配管Ｐ１かポンプ９側の接続されたバイパスＰ３のいずれかに導かれる。
【００１５】
熱交換器１１の湯水の出口側の往き配管Ｐ０には水温を検出する温度センサＴ２が設けられており、これら温度センサの検出信号に応じて制御器１４による三方弁１０の切り換え制御が行われる。また、制御器１４はポンプ９にも接続されており、ポンプ９の発停を制御するようにもしている。なお、往き配管Ｐ１には給湯用の給湯配管Ｐ２が接続されており、この給湯配管Ｐ２から給湯できるようにしている。
【００１６】
次に、給湯装置Ｓの運転動作について説明する。まず通常の沸上運転の開始時について説明する。まず給水により貯湯槽８に水を満杯にする。そして制御器１４の作動により、図１に示すような四方弁３を正転状態に維持して、集熱器１→圧縮機２→熱交換器１１→集熱器１・・・のごとく熱媒が図示の矢印のように循環して集熱回路Ａにおいて集熱運転が行われるが、特に冬期等、外気温が低い場合、集熱運転の開始時においては、給湯回路Ｂ内の構成部材が冷えているために、熱交換器１１の出口側に設けられた温度センサＴ２による設定温度以下の検出信号でもって、制御器１４により三方弁１０を切換える。すなわち、三方弁１０は配管Ｐ３を選択するように切換えられ、水は三方弁１０→ポンプ９→熱交換器１１→三方弁１０・・・のごとく循環する。この循環は温度センサＴ２が所定温度以上を検出するまで、もしくは数分間だけ行う。
【００１７】
ここで、集熱回路Ａにおける集熱運転とは集熱器１より出た低温低圧の蒸気が圧縮機２により高温高圧の蒸気にされ、これが熱交換器１１に入って放熱を行って液体となり、この熱を給湯回路Ｂ側へ伝達する。そして、この液体が膨張弁５によって再び低温低圧の蒸気にされて集熱器１に入り、このような作動が繰り返されることをいう。
【００１８】
この給湯回路Ｂの循環により、各々の部材の温度が上昇したことを温度センサＴ２により検出すると、制御器１４は三方弁１０を切換えてバイパス配管Ｐ３に代えて往き配管Ｐ１を選択するように制御され、湯水は矢印のごとく循環する。これにより、貯湯槽８内の湯水はポンプ９を通って、熱交換器１１により温められ、三方弁１０から往き配管Ｐ１を通って注入口Ｈ３から貯湯槽８内へ順次湯を注入させて湯を蓄えてゆく通常運転が行われる。
【００１９】
次に、集熱器１の除霜運転について説明する。温度センサＴ１により外気温が所定温度以下の検出信号が制御器１４に発せられると、制御器１４は集熱回路Ａの四方弁３を正転状態から反転状態に制御するとともに、給湯回路Ｂの三方弁１０をバイパス配管Ｐ３を選択するように切換える。これにより、集熱回路Ａにおいては、熱媒は熱交換器１１→圧縮機２→集熱器１→熱交換器１１・・・のように図示の矢印のごとくに循環する。すなわち、集熱器１より出た高温高圧の液体が膨張弁５により低温低圧の液体にされ、これが熱交換器１１に入って給湯回路Ｂ側の熱を奪って低温低圧の蒸気となり、圧縮機２により再び高温高圧の蒸気にされて集熱器１に入り、このような作動が繰り返される。
【００２０】
一方、給湯回路Ｂにおいては、湯水は三方弁１０→ポンプ９→熱交換器１１→三方弁１０・・・のように図示の矢印のごとく循環していわゆる除霜運転が行われる。これにより、熱交換器１１により給湯回路Ｂ側の湯水から熱を奪い、この熱を利用して集熱器１に着霜した霜を除くことができる。
【００２１】
ここで、温度センサＴ１の温度検出により外気温が約−５℃以下の場合に除霜運転を開始し、この温度センサＴ１が約１０℃を検出したら正常運転に切換えるように制御器１４の制御を行うようにする。
【００２２】
なお、本実施例では貯湯槽の最下部に設けた給水口に連通する配管に接続する三方弁１０から導出された配管Ｐ３の構成について説明したが、このバイパス配管Ｐ３の代わりに三方弁１０からポンプ９に直接連結される破線で示したバイパス配管Ｐ４を設けても同様な効果を奏することが可能である。また、集熱器として主に大気熱を利用するヒートポンプ式のものを使用した例について説明したが、主に太陽熱を利用する太陽熱集熱器を利用したものに適用させてもよく、また、切換弁として電動式の三方弁を用いた例を示したが、例えばワックスサーモ式などの温度式のものを使用してもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更し実施が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の給湯装置によれば、集熱運転開始時、除霜運転時等において熱源として貯湯槽内を湯を用いることがないので、貯湯槽内の湯の温度を低下させることがなく、また従来のように湯の温度を元の温度以上にするための手段や時間が不要となるので、そのための設備コストが不要となる上、消費電力も少なくて済む優れた給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る給湯装置の通常運転時を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る給湯装置の除霜運転時を示す概略構成図である。
【図３】従来の給湯装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ・・・  集熱器              ２  ・・・  圧縮機
３  ・・・  四方弁              ８  ・・・  貯湯槽
９  ・・・  ポンプ            １０  ・・・  三方弁（切換弁）
１１  ・・・  熱交換器
Ｓ  ・・・  給湯装置
Ｐ０，Ｐ１  ・・・  往き配管
Ｐ３，Ｐ４  ・・・  バイパス配管
Ｐ５        ・・・  戻り配管
Ｔ１，Ｔ２  ・・・  温度センサ
【図１】
0003651942.tif 000002
【図２】
0003651942.tif 000003
【図３】
0003651942.tif 000004