(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱剤に対する蓄熱が進行し、被加熱流体の温度が上昇するような運転条件においても、ヒートポンプユニットの成績係数を高く保つことができる蓄熱式給湯機を提供できるようにする。【解決手段】蓄熱式給湯機のヒートポンプユニット６は、圧縮機１、流体加熱用熱交換器２、減圧手段３、冷媒対空気熱交換器４、送風ファン５、高圧側冷媒温度検知手段１１、低圧側冷媒温度検知手段１２により構成されており、被加熱流体１８温度が上昇し、蓄熱装置出口温度検知手段１６が所定温度以上を検知した場合、流量制御手段１７にて被加熱流体１８を前記冷媒対空気熱交換器４と熱交換させた後、蓄熱装置１０に戻すことによって、蓄熱装置１０に流入する被加熱流体１８温度を低減し、成績係数の悪化を緩和することができる。【選択図】図１
2008070019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱剤を充填した蓄熱装置と、圧縮機と、流体加熱用熱交換器と、減圧手段と、冷媒対空気熱交換器とから構成されるヒートポンプユニットを備え、前記蓄熱装置と前記流体加熱用熱交換器との接続部と、前記冷媒対空気熱交換器とを熱交換させる構成としたことを特徴とする蓄熱式給湯機。
【請求項２】
蓄熱剤を充填した蓄熱装置と、圧縮機と、流体加熱用熱交換器と、減圧手段と、冷媒対空気熱交換器とから構成されるヒートポンプユニットを備え、前記蓄熱装置と前記流体加熱用熱交換器との接続部と、前記冷媒対空気熱交換器と前記圧縮機との接続部とを熱交換させる構成としたことを特徴とする蓄熱式給湯機。
【請求項３】
蓄熱装置出口に温度検知手段と流量制御手段とを設け、前記温度検知手段の検知値が所定値より低い場合には、前記蓄熱装置出口から流体加熱用熱交換器に直接被加熱流体が流れるように、前記温度検知手段の検知値が所定値以上の場合には、前記蓄熱装置出口から冷媒対空気熱交換器を介して流体加熱用熱交換器に被加熱流体が流れる構成としたことを特徴とする請求項１記載の蓄熱式給湯機。
【請求項４】
蓄熱装置出口に温度検知手段と流量制御手段とを設け、前記温度検知手段の検知値が所定値より低い場合には、前記蓄熱装置出口から流体加熱用熱交換器に直接被加熱流体が流れるように、前記温度検知手段の検知値が所定値以上の場合には、前記蓄熱装置出口から冷媒対空気熱交換器と圧縮機とを接続する接続部と熱交換した後、前記流体加熱用熱交換器に被加熱流体が流れる構成としたことを特徴とする請求項２記載の蓄熱式給湯機。
【請求項５】
冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱式給湯機。
【請求項６】
蓄熱剤の主成分が酢酸ナトリウム三水塩であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱剤を搭載した蓄熱式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、給湯機としてはガスや電気ヒーターを用いて水を加熱する方式のものが大勢的であるが、中でもエネルギー利用の平準化及び低コストであるという利点から深夜電力を利用したヒートポンプにて湯を沸き上げ、その湯を貯湯タンクに貯留し昼間に使用するという貯湯式給湯機が徐々に一般世帯に普及していっている。ただし、一般家庭の１日に使用するだけの湯をまかなおうとするとその容積が非常に大きくなり、設置スペースに余裕のある家庭でないと使用できないという問題がある。
【０００３】
このため、小容量の蓄熱装置を搭載しリアルタイムに湯を沸き上げながら不足分を蓄熱装置によって補う一体型給湯機が提案されているが、水の顕熱を利用して蓄熱しているため蓄熱量が小さく、湯切れを防ぐためには蓄熱装置の容積が大きくなってしまうという問題があり、潜熱蓄熱剤を利用して蓄熱装置のスペースを小さくしようとする試みがなされている。
【０００４】
図５に従来の蓄熱式給湯機の構成図を示す。ヒートポンプを利用した蓄熱式給湯機の場合、圧縮機１で高温・高圧に加熱された冷媒は流体加熱用熱交換器２で循環ポンプ１９にて蓄熱装置１０から送られてきた被加熱流体１８と熱交換される。この結果、被加熱流体１８は加熱され、同時に冷媒温度は低下する。温度の下がった冷媒は減圧手段３を通じることにより低温・低圧の液冷媒に変化し、冷媒対空気熱交換器４へ送られる。前記冷媒対空気熱交換器４では送風ファン５によって強制的に大気から熱を奪うことにより内部の冷媒は蒸発し、気化する。気化した冷媒は再び圧縮機１に吸い込まれ、高温・高圧に加熱され、同様のサイクルを繰り返す。
【０００５】
ここで、加熱された被加熱流体１８は再び蓄熱装置１０に戻され、蓄熱装置１０内に設置されている潜熱蓄熱剤７を加熱するために伝熱壁９を通じて熱交換を行うことにより、潜熱蓄熱剤７は加熱され、同時に被加熱流体１８温度は低下する。温度の低下した被加熱流体１８は再び流体加熱用熱交換器２に送られ、加熱された冷媒と熱交換を行うことにより高温状態となり、同様のサイクルを繰り返す。
【０００６】
この運転を繰り返していくにつれ、蓄熱装置１０内の潜熱蓄熱剤７は固体から液体へと相変化を行い、蓄熱される。この熱はコントローラー（図示せず）にて設定された温度で出湯するために水道等から送られてきた水と伝熱壁９を通じて熱交換を行うことにより加熱され、混合弁１５で水道水と混ぜられ、所定の温度で各部の蛇口へ送られ、利用される。
【０００７】
この潜熱蓄熱剤７に蓄熱を行うためには融点よりも高い被加熱流体１８と熱交換を行うことによって蓄熱を行うが、蓄熱が進むにつれ熱交換を行った後の被加熱流体１８の温度が上昇し、潜熱蓄熱剤７の融点付近で被加熱流体１８の温度変化が小さくなるという現象を示す。このため、潜熱蓄熱剤７に充分蓄熱を行おうとすると被加熱流体１８の温度が比較的高い領域で運転を行う時間が長くなる。流体加熱用熱交換器２内では冷媒と被加熱流体１８は対向流にて熱交換が行われており、被加熱流体１８温度が上昇すると減圧手段３入口に流入する冷媒温度が上昇するため、圧縮機１の吐出圧力が上昇し、圧縮機１の消費電力が増加するため、ヒートポンプユニット６の成績係数（以後、ＣＯＰとする）としては悪くなる。この課題を解決するために、液ガス熱交換器やアキュームレータを搭載する
ことで、改善を図ろうとしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３２５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の蓄熱装置では、液ガス熱交換器とアキュームレータにより冷媒循環量の調整をしているため、部品を設置するためのスペースを必要とし、給湯機が大型化するという課題を有する。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、大型化するのを防止するとともに省エネルギー化を図ることができる蓄熱式給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱式給湯機は、蓄熱剤を充填した蓄熱装置と、圧縮機と、流体加熱用熱交換器と、減圧手段と、冷媒対空気熱交換器とから構成されるヒートポンプユニットを備え、前記蓄熱装置と前記流体加熱用熱交換器との接続部と、前記冷媒対空気熱交換器とを熱交換させる構成としたことを特徴とするもので、流体加熱用熱交換器に流入する被加熱流体を低減することができ、同時に冷媒対空気熱交換器を加熱することによりヒートポンプを構成する圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、ヒートポンプユニットのＣＯＰを高く保つことを可能とし、給湯機全体の省エネルギー化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヒートポンプユニットのＣＯＰを高く保つことを可能とし、給湯機全体の省エネルギー化を図れる蓄熱式給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、蓄熱剤を充填した蓄熱装置と、圧縮機と、流体加熱用熱交換器と、減圧手段と、冷媒対空気熱交換器とから構成されるヒートポンプユニットを備え、前記蓄熱装置と前記流体加熱用熱交換器との接続部と、前記冷媒対空気熱交換器とを熱交換させる構成としたことを特徴とするもので、被加熱流体の温度上昇を低減することができ、同時に冷媒対空気熱交換器を加熱することによりヒートポンプを構成する圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、ヒートポンプユニットのＣＯＰを高く保つことを可能とし、給湯機全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００１３】
第２の発明は、蓄熱剤を充填した蓄熱装置と、圧縮機と、流体加熱用熱交換器と、減圧手段と、冷媒対空気熱交換器とから構成されるヒートポンプユニットを備え、前記蓄熱装置と前記流体加熱用熱交換器との接続部と、前記冷媒対空気熱交換器と前記圧縮機との接続部とを熱交換させる構成としたことを特徴とするもので、被加熱流体の温度上昇を低減することができ、同時に圧縮機入口の冷媒温度及び加熱度を調整することができ、ヒートポンプユニットのＣＯＰを高く保つことを可能とし、給湯機全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
第３の発明は、蓄熱装置出口に温度検知手段と流量制御手段とを設け、前記温度検知手段の検知値が所定値より低い場合には、前記蓄熱装置出口から流体加熱用熱交換器に直接被加熱流体が流れるように、前記温度検知手段の検知値が所定値以上の場合には、前記蓄熱装置出口から冷媒対空気熱交換器を介して流体加熱用熱交換器に被加熱流体が流れる構成としたことを特徴とするもので、流体加熱用熱交換器に流入する被加熱流体温度の上昇を防止し、ヒートポンプユニットのＣＯＰを高く保つことを可能とし、給湯機全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００１５】
第４の発明は、蓄熱装置出口に温度検知手段と流量制御手段とを設け、前記温度検知手段の検知値が所定値より低い場合には、前記蓄熱装置出口から流体加熱用熱交換器に直接被加熱流体が流れるように、前記温度検知手段の検知値が所定値以上の場合には、前記蓄熱装置出口から冷媒対空気熱交換器と圧縮機とを接続する接続部と熱交換した後、前記流体加熱用熱交換器に被加熱流体が流れる構成としたことを特徴とするもので、流体加熱用熱交換器に流入する被加熱流体温度の上昇を防止し、ヒートポンプユニットのＣＯＰを高く保つことを可能とし、給湯機全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００１６】
第５の発明は、冷媒に二酸化炭素を使用することにより、高温高効率の加熱運転と地球環境保全を実現することができる。
【００１７】
第６の発明は、蓄熱剤に主成分が酢酸ナトリウム三水塩である蓄熱剤を使用することにより、高効率な蓄熱運転及び放熱運転を実現することができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の構成図である。
【００２０】
本発明の蓄熱式給湯機に用いる冷媒としては、従来広く用いられているＲ２２等のフロン系冷媒でも良いが、オゾン層保全及び地球温暖化防止等の環境保護的側面から近年盛んに研究されている自然冷媒である二酸化炭素冷媒の方が、より大きな効果を得ることが可能である。以下では、冷媒として二酸化炭素を用いるが、その他の冷媒であってもよいものである。
【００２１】
蓄熱式給湯機は、大きく圧縮機１、流体加熱用熱交換器２、減圧手段３、冷媒対空気熱交換器４、送風ファン５からなるヒートポンプユニット６と、潜熱蓄熱剤７を充填した蓄熱容器８と伝熱壁９からなる蓄熱装置１０によって構成されている。
【００２２】
高圧側冷媒温度検知手段１１は減圧手段３入口の配管に取り付けられており、低圧側冷媒温度検知手段１２は圧縮機１入口の配管に取り付けられている。
【００２３】
水温検知手段１３は蓄熱装置１０の水側入口に設置されており、水道から直接供給される入水温度を検出する。湯温検知手段１４は蓄熱装置１０の水側出口に設置されており、潜熱蓄熱剤７と熱交換することにより加熱された湯と水道水が混合された出湯温度を検出する。制御手段（図示せず）は室内に設置されているコントローラー（図示せず）で設定された温度と前記湯温検知手段１８で検知している温度が等しくなるように混合弁１５での水と湯との混合割合を制御する。
【００２４】
蓄熱装置１０出口の配管には蓄熱装置出口温度検知手段１６と流量制御手段１７を設置しており、蓄熱装置１０出口の被加熱流体１８の温度によって流量制御手段１７を調整し、被加熱流体１８の流路を変更する。
【００２５】
上記の蓄熱式給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、流体加熱用熱交換器２に流入し、ここで被加熱流体１８と対向流にて熱交換を行うことで被加熱流体１８を加熱する。二酸化炭素冷媒は凝縮域がなく超臨界域で熱交換されるため、冷媒温度は前記流体加熱用熱交換器２内で緩やかに低下し、前記放熱用熱交換器３を通じて前記減圧手段３で減圧され、前記冷媒対空気熱交換器４に流入し、ここで大気熱を吸
熱して蒸発ガス化して前記圧縮機１へ戻る。加熱された被加熱流体１８は循環ポンプ１９により蓄熱装置１０に送られ、伝熱壁９を通じて潜熱蓄熱剤７と熱交換を行うことにより、潜熱蓄熱剤７を加熱する。
【００２６】
熱交換によって一定温度よりも温度の低下したことを蓄熱装置出口温度検知手段１６が検知した場合、流量制御手段１７を切り替え、被加熱流体１８は再び流体加熱用熱交換器２に送られる。この動作を繰り返すことにより、常温では固体である潜熱蓄熱剤９は固体から液体へと相変化を行うことにより蓄熱される。蓄熱された熱は必要に応じて水道から供給される水と熱交換することで潜熱蓄熱剤７から顕熱または潜熱を奪い湯を生成し、また水道水と混合することにより適温へ調整され利用部へ供給される。
【００２７】
上記の運転を繰り返し、潜熱蓄熱剤７の温度が上昇すると、蓄熱装置１０出口の被加熱流体１８の温度が上昇するため、流体加熱用熱交換器２入口に入る被加熱流体１８の温度も上昇することになる。被加熱流体１８の温度が上昇し、蓄熱装置出口温度検知手段１６が所定以上の温度（例えば３０℃）を検知した場合、流量制御手段１７によって流路を切り替え、被加熱流体１８を冷媒対空気熱交換器４に送る。
【００２８】
冷媒対空気熱交換器４に送られた被加熱流体１８は低温の冷媒と熱交換を行うことにより温度が低下し、再び流体加熱用熱交換器２に送られ、再加熱される。冷媒はこの作用により、流体加熱用熱交換器２に流入する被加熱流体１８の温度を一定温度以下に抑えることが可能となり、ヒートポンプユニット６のＣＯＰ悪化を緩和することができる。
【００２９】
また、冷媒対空気熱交換器４による放熱に被加熱流体１８を使用することにより、圧縮機１吸込圧力を上昇させることができ、圧縮機１の消費電力を低減させることができると共に、送風ファン５の使用を減らすことによる消費電力低減を図ることができ、従来よりもＣＯＰを向上させることができる。
【００３０】
さらに運転を継続し、低圧側冷媒温度検知手段１２が所定以上の温度（例えば２０℃）を検知した場合には、流量制御手段１７により冷媒対空気熱交換器４に送られる被加熱流体１８の流量を減らす（例えば−１０％）と共に流体加熱用熱交換器２に送られる被加熱流体１８の流量を増やす（例えば＋１０％）ことで、圧縮機１の冷媒吸込温度を調整し、圧縮機１吐出温度が異常に上昇することを防止する。ここで蓄熱装置出口温度検知手段１６が所定の温度（例えば６０℃）を検知するまで、流量制御手段１７にて被加熱流体１８の流量の調整を行う。
【００３１】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における蓄熱式給湯機の構成図である。
【００３３】
内部に被加熱流体１８が流れる被加熱流体用配管２０が流量制御手段１７を介して冷媒対空気熱交換器４に接続される代わりに流量制御手段１７を介して冷媒対空気熱交換器４と圧縮機１を接続する冷媒吸込管２１と熱交換を行っている以外は実施の形態１と同様の構成としている。
【００３４】
上記の蓄熱式給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、流体加熱用熱交換器２に流入し、ここで被加熱流体１８と対向流にて熱交換を行うことで被加熱流体１８を加熱する。二酸化炭素冷媒は凝縮域がなく超臨界域で熱交換されるため、冷媒温度は前記流体加熱用熱交換器２内で緩やかに低下し、前記放熱用熱交換器３を通
じて前記減圧手段３で減圧され、前記冷媒対空気熱交換器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化して前記圧縮機１へ戻る。
【００３５】
加熱された被加熱流体１８は循環ポンプ１９により蓄熱装置１０に送られ、伝熱壁９を通じて潜熱蓄熱剤７と熱交換を行うことにより、潜熱蓄熱剤７を加熱する。熱交換によって一定温度よりも温度の低下したことを蓄熱装置出口温度検知手段１６が検知した場合、流量制御手段１７を切り替え、被加熱流体１８は再び流体加熱用熱交換器２に送られる。
【００３６】
この動作を繰り返すことにより、常温では固体である潜熱蓄熱剤７は固体から液体へと相変化を行うことにより蓄熱される。蓄熱された熱は必要に応じて水道から供給される水と熱交換することで潜熱蓄熱剤７から顕熱または潜熱を奪い湯を生成し、また水道水と混合することにより適温へ調整され利用部へ供給される。
【００３７】
上記の運転を繰り返し、潜熱蓄熱剤７の温度が上昇すると、蓄熱装置１０出口の被加熱流体１８の温度が上昇するため、流体加熱用熱交換器２入口に入る被加熱流体１８の温度も上昇することになる。被加熱流体１８の温度が上昇し、蓄熱装置出口温度検知手段１６が所定以上の温度（例えば３０℃）を検知した場合、流量制御手段１７によって流路を切り替え、被加熱流体１８を冷媒対空気熱交換器４と圧縮機１を接続する配管に送る。
【００３８】
冷媒対空気熱交換器４と圧縮機１を接続する配管に送られた被加熱流体１８は配管を介して低温の冷媒と熱交換を行うことにより温度が低下し、再び流体加熱用熱交換器２に送られ、再加熱される。
【００３９】
この作用により、流体加熱用熱交換器２に流入する被加熱流体１８の温度を一定温度以下に抑えることが可能となり、ヒートポンプユニット６のＣＯＰ悪化を緩和することができる。また、冷媒対空気熱交換器４で充分に冷媒が蒸発しきれず、圧縮機１に液冷媒が戻るような状態のときには被加熱流体１８の温度により冷媒を完全に蒸発させ、適正な過熱度を保つことにより、従来よりもＣＯＰを向上させることができる。
【００４０】
さらに運転を継続し、低圧側冷媒温度検知手段１２が所定以上の温度（例えば２０℃）を検知した場合には、流量制御手段１７により被加熱流体用配管２０に送られる被加熱流体１８の流量を減らす（例えば−１０％）と共に流体加熱用熱交換器２に送られる被加熱流体１８の流量を増やす（例えば＋１０％）ことで、圧縮機１の冷媒吸込温度を調整し、圧縮機１吐出温度が異常に上昇することを防止する。ここで蓄熱装置出口温度検知手段１６が所定の温度（例えば６０℃）を検知するまで、流量制御手段１７にて被加熱流体１８の流量の調整を行う。
【００４１】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる蓄熱式給湯機は、負荷変動によるＣＯＰ悪化要因を調整することにより冷却システムの運転状態を適正に保つことが可能となるため、冷蔵庫、エアコン等の冷却システムを有する他の媒体にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の流量制御に関するフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における蓄熱式給湯機の構成図
【図４】本発明の実施の形態２における蓄熱式給湯機の流量制御に関するフローチャート
【図５】従来の蓄熱式給湯機の構成図
【符号の説明】
【００４４】
１  圧縮機
２  流体加熱用熱交換器
３  減圧手段
４  冷媒対空気熱交換器
６  ヒートポンプユニット
７  潜熱蓄熱剤
８  蓄熱容器
９  伝熱壁
１０  蓄熱装置
１６  蓄熱装置出口温度検知手段
１７  流量制御手段
２０  被加熱流体用配管
２１  冷媒吸込管
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008070019.tif 000005
【図４】
2008070019.tif 000006
【図５】
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