(57)【要約】【課題】ヒートポンプユニットによる貯湯タンクの水の沸き上げにより発生する膨張水の熱を有効利用することができ、コスト高や設置施工時の煩雑化を招くことのない貯湯式給湯システムを得ること。【解決手段】貯湯タンク２と、前記貯湯タンク２とは別ユニットとして設置され、前記貯湯タンク２の水を吸込管５ｃを通して吸込み、湯に沸き上げて吐出管５ｄを通して前記貯湯タンク２に戻し、ヒートポンプサイクルにより前記貯湯タンク２の水を沸き上げるヒートポンプユニット７と、を備える貯湯式給湯システム１００において、沸き上げによる膨張水の排出部１３を前記吐出管５ｄに設け、排出された前記膨張水の熱を前記ヒートポンプユニット７の吸熱側機器１４に熱回収させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクとは別ユニットとして設置され、前記貯湯タンクの水を吸込管を通して吸込み、湯に沸き上げて吐出管を通して前記貯湯タンクに戻し、ヒートポンプサイクルにより前記貯湯タンクの水を沸き上げるヒートポンプユニットと、
を備える貯湯式給湯システムにおいて、
沸き上げによる膨張水の排出部を前記吐出管に設け、排出された前記膨張水の熱を前記ヒートポンプユニットの吸熱側機器に熱回収させることを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項２】
前記吸熱側機器が、蒸発器であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
前記膨張水の排出部を、前記ヒートポンプユニットの凝縮器の直後に設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項４】
前記膨張水の排出部は、沸き上げによる析出溶存空気を前記膨張水に優先させて排出する気液分離器を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項５】
前記膨張水の排出部を、前記ヒートポンプユニットの前記吐出管に設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項６】
前記ヒートポンプユニットの冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の貯湯式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクとヒートポンプユニットを備える貯湯式給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の貯湯式給湯システムは、貯湯タンクの水をヒートポンプユニットで沸き上げ、貯湯タンクに戻して貯湯する際の沸き上げによる膨張水を、貯湯タンク上部に設けた逃し弁からヒートポンプユニットまで導き、ヒートポンプユニットの蒸発器へ散水して熱回収を行い、沸き上げ効率の向上を図っていた（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−００９７２３号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−２３３４４４号公報（第１０頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、沸き上げによる膨張水を貯湯タンク上部からヒートポンプユニットの蒸発器まで導くための配管が必要であった。すなわち、たとえ貯湯タンクとヒートポンプユニットとを一つのケーシングに収納したものであっても、膨張水を貯湯タンク上部から蒸発器まで導く専用の長い配管を設ける必要が生じ、製品全体としてコスト高になるという問題があった。
【０００５】
また、貯湯タンクとヒートポンプユニットとが別々のケーシングに収納され別々に設置された一般的な貯湯式給湯システムの場合、通常であれば、貯湯タンクとヒートポンプユニットとを接続する配管は、貯湯タンク下部からヒートポンプユニットへ水を吸込む吸込管とヒートポンプユニットで沸き上げた湯を貯湯タンクへ戻す吐出管の２本で済むが、前述の従来の貯湯式給湯システムでは、この２本の管に加え、膨張水を貯湯タンク上部からヒートポンプユニットの蒸発器へ導くための配管が１本余分に必要となり、高コスト化及び設置施工時の煩雑化だけでなく、配管を流れる膨張水が途中で放熱し、蒸発器への供給熱量が少なくなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートポンプユニットによる貯湯タンクの水の沸き上げにより発生する膨張水の熱を有効利用することができ、コスト高や設置施工時の煩雑化を招くことのない貯湯式給湯システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、貯湯タンクと、前記貯湯タンクとは別ユニットとして設置され、前記貯湯タンクの水を吸込管を通して吸込み、湯に沸き上げて吐出管を通して前記貯湯タンクに戻し、ヒートポンプサイクルにより前記貯湯タンクの水を沸き上げるヒートポンプユニットと、を備える貯湯式給湯システムにおいて、沸き上げによる膨張水の排出部を前記吐出管に設け、排出された前記膨張水の熱を前記ヒートポンプユニットの吸熱側機器に熱回収させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、膨張水の熱の放散を最小限に抑え、低コストで設置施工性に優れた貯湯式給湯システムが得られる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる貯湯式給湯システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態
図１は、本発明にかかる貯湯式給湯システムの実施の形態の構成を示す図である。図１に示すように、貯湯式給湯システム１００は、タンクユニット１とヒートポンプユニット７とを備えている。タンクユニット１とヒートポンプユニット７とは、加熱循環回路５により接続されている。以下に、タンクユニット１とヒートポンプユニット７のそれぞれの構成と作用について説明する。
【００１１】
図１に示すように、タンクユニット１のケーシング１ａには、貯湯タンク２が内蔵され、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に給水する給水管３が接続され、貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２の貯湯を外部に給湯する給湯管４が接続されている。ヒートポンプユニット７は、タンクユニット１に設置された制御装置３０の指令により、貯湯タンク２に給水された水をヒートポンプサイクルにより沸き上げる。
【００１２】
加熱循環回路５は、貯湯タンク２の下部からヒートポンプユニット７へ水を吸込む吸込管５ｃと、ヒートポンプユニット７から貯湯タンク２の上部へ沸き上げた湯を吐き出す吐出管５ｄとから成っている。
【００１３】
吸込管５ｃはヒートポンプユニット７の循環ポンプ９の吸込側に接続され、ヒートポンプユニット７が沸き上げ運転されると、循環ポンプ９が作動して、図１の矢印ｂで示すように、貯湯タンク２の下部から吸込管５ｃを通してヒートポンプユニット７に水を吸込み、循環ポンプ９の吐出側に接続された凝縮器８に水を供給する。
【００１４】
蒸発器１４により外気と熱交換して加熱された冷媒としての二酸化炭素を凝縮器８に供給し、凝縮器８で貯湯タンク２から吸込んだ水を沸き上げ、目標沸き上げ温度に加熱し、図１の矢印ａで示すように、吐出管５ｄを通して貯湯タンク２の上部に吐き出す。
【００１５】
このとき、貯湯タンク２からヒートポンプユニット７に吸込まれる水の温度は、吸込管５ｃの貯湯タンク２側に設置された温度センサ５ａにより検出され、ヒートポンプユニット７から貯湯タンク２に戻される湯の温度は、吐出管５ｄの貯湯タンク２側に設置された温度センサ５ｂにより検出される。
【００１６】
吐出管５ｄの凝縮器８の吐出側直後には、沸き上げによる水の温度上昇により溶解度が低下して発生（析出）する溶存空気を分離する気液分離器１０が接続されている。気液分離器１０は、図１に示すように、吐出管５ｂの一部の断面積を拡大して沸き上げた湯の流速を下げ、かつ、気泡の上昇と逆方向の流れを作ることにより、沸き上げた湯内の空気を分離するものである（他の方法もある。）。
【００１７】
本発明の実施の形態では、気液分離器１０により分離された空気、及び、水の沸き上げにより体積膨張した膨張水を、気液分離器１０から蒸発器１４の上方まで導くための排出管１２を設け、加熱循環回路５（吐出管５ｄ）と蒸発器１４とを熱的に接続している。
【００１８】
また、気液分離器１０と排出管１２との間には、水の体積膨張による加熱循環回路５の圧力上昇を、析出溶存空気及び膨張水を排出管１２へ排出することにより抑える、逃し弁１１が接続されている。気液分離器１０は、析出溶存空気を膨張水に優先させて逃し弁１１から排出する。気液分離器１０、逃し弁１１及び排出管１２は、膨張水の排出部１３を構成している。膨張水の排出部１３は、ヒートポンプユニット７のケーシング７ａ内の吐出管５ａに設けられており、排出部１３全体がケーシング７ａ内に収容されている。
【００１９】
貯湯タンク２からの給湯は、給湯管４に接続された図示しない住宅配管を通して蛇口等から行われる。制御装置３０は、操作部３１で設定された目標沸き上げ温度と、温度センサ５ａ、５ｂの検出値と、に基づいてヒートポンプユニット７を制御し、貯湯タンク２の水を目標沸き上げ温度に沸き上げる。
【００２０】
次に、本実施の形態の貯湯式給湯システム１００の作用について説明する。給水管３から供給される市水は、図示しない減圧弁により所定の圧力に減圧され、貯湯タンク２に給水される。貯湯タンク２は、常に、所定の圧力の満水状態となっている。
【００２１】
貯湯タンク２に給水された水の沸き上げは、主に、深夜電力時間帯（一般に、２３時から翌朝７時までの時間帯）に行われる。貯湯タンク２の水は、制御部３０から沸き上げ指令を受けたヒートポンプユニット７の循環ポンプ９により、貯湯タンク２の下部から吸込管５ｃを通してヒートポンプユニット７に吸込まれる。
【００２２】
ヒートポンプユニット７の蒸発器１４により冷媒としての二酸化炭素に外気の熱を取込み、取込んだ熱により凝縮器８を介して吸込んだ水を加熱し、温度センサ５ｂの検出温度が、予め設定された目標沸き上げ温度になるように、制御装置３０によりヒートポンプユニット７を制御して沸き上げを行なう。
【００２３】
なお、目標沸き上げ温度は、使用者が操作部３１を操作することにより任意の温度に設定され、制御装置３０の判断部３０ａが、記憶部３０ｂに記憶された、設定された目標沸き上げ温度に対応する沸き上げ動作を選択設定する。
【００２４】
設定された目標沸き上げ温度の出湯（温度センサ５ｂで検出）になるように、水の加熱昇温が行われ、貯湯タンク２の上部に戻す動作を継続的に行なう（図１中、矢印ａ、ｂ参照）。このようにして、貯湯タンク２の上部から加熱昇温された湯が少量づつ貯湯タンク２に貯湯され、約８時間（２３時〜７時）かけて貯湯タンク２に充填され、温度センサ５ａの検出湯温が目標沸き上げ温度になると、タンク全量の沸き上げが行われたと制御装置３０の判断部３０ａが判断し、沸き上げ運転を停止する。
【００２５】
以上のように、ヒートポンプ方式による沸き上げは、ヒートポンプユニット７の蒸発器１４から外気の熱をヒートポンプサイクルにより汲み上げ、この熱を凝縮器８により貯湯タンク２から吸込まれた水に伝えることにより行われる。
【００２６】
この一連の沸き上げ動作により、従来の貯湯式給湯システムにおいて発生する問題と、本発明の実施の形態による改善方法を図１を用いて説明する。
【００２７】
一連の沸き上げ動作中に、水が温度上昇して体積膨張し、加熱循環回路の内圧が上昇する。また、水の温度上昇により、空気の溶解度低下による溶存空気の析出が生じる。
【００２８】
従来の貯湯式給湯システムにおいては、貯湯タンクの上部に逃し弁を設け、沸き上げによる水の体積膨張から生じる膨張水の排出と、貯湯タンク上部に析出する溶存空気の排出とを逃し弁から同時に行い、この逃し弁から排出した湯（膨張水）をヒートポンプユニットの蒸発器まで導き、膨張水の廃熱を蒸発器にかける（熱回収させる）ことにより、膨張水が持つ熱エネルギーを蒸発器で回収し、システム全体の効率改善を行っている。
【００２９】
上記した従来の貯湯式給湯システムの場合、沸き上げにより発生した膨張水をタンクユニットからヒートポンプユニットの蒸発器まで導く必要があり、一般的な、貯湯タンクとヒートポンプユニットとが分離して設置されているシステムでは、貯湯タンクからヒートポンプユニットまでの専用配管を必要とし、コスト高及び配管施工の煩わしさを伴うだけでなく、専用配管において膨張水が放熱し、再利用されるべき膨張水の熱エネルギーを無駄にしているという問題がある。
【００３０】
一方、本発明の実施の形態によれば、上述のような問題は発生しない。本実施の形態の貯湯式給湯システム１００の作用とその効果について図１を参照して説明する。図１に示すように、沸き上げにより析出する溶存空気は、ヒートポンプユニット７の凝縮器８の吐出側直後に接続された気液分離器１０に蓄えられる。また、沸き上げによる膨張水は、気液分離器１０に接続された逃し弁１１から排出管１２を通って蒸発器１４に向けて排出される。
【００３１】
このとき、気液分離器１０には、析出した溶存空気が溜まっているので、逃し弁１１からの膨張水の排出に先立ち、析出した溶存空気を先に排出した後、膨張水を蒸発器１４に向けて排出し、熱エネルギーを回収利用することになる。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態においては、貯湯タンク２とヒートポンプユニット７間に膨張水を導くための配管が不要であり、従来の貯湯式給湯システムのような、貯湯タンク〜ヒートポンプユニット間の膨張水用の配管によるコスト高と設置施工の煩わしさ、及び、配管からの膨張水の放熱ロス等を抑えることができる。
【００３３】
また、上記の実施の形態では、蒸発器１４に膨張水を直接かける態様を示したが、膨張水や析出溶存空気が持つ熱エネルギーを吸熱側機器としての蒸発器１４に伝達するための他の吸熱側機器、例えば、蒸発器１４のフィン等と熱的に接続するなどの態様としてもよく、このような場合にも、上記と同様の効果を奏する。
【００３４】
また、蒸発器１４に限らず、ヒートポンプサイクルにおける任意の吸熱側機器と熱交換をしてもよく、この場合にも、上記と同様の効果を奏する。
【００３５】
また、気液分離器１０は、大きなものでなくてもよく、凝縮器８に接続された吐出管５ｄの鉛直部の上側の位置に逃し弁１１を接続するようにすれば、循環する水の析出溶存空気が自然に鉛直部の上部に集まり選択的に排出されるので、必ずしも大掛かりな気液分離器１０でなくとも、析出した溶存空気を逃し弁１１に集められるようにしてあればよく、この場合にも、上記と同様の効果を奏する。
【００３６】
以上説明したように、沸き上げにより析出する溶存空気と膨張水を排出する逃し弁１１と、これらを蒸発器１４に導く排出管１２とから成る膨張水の排出部１３をヒートポンプユニット７のケーシング７ａ内に設けたので、貯湯タンク２とヒートポンプユニット７間に膨張水を導くための配管が不要であり、従来の貯湯式給湯システムのような、貯湯タンク〜ヒートポンプユニット間の膨張水用の配管によるコスト高と施工の煩わしさ、及び、配管による膨張水の放熱ロス等を抑えることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯システムは、省エネルギーシステムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の貯湯式給湯システムの実施の形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  タンクユニット
１ａ  ケーシング
２  貯湯タンク
３  給水管
４  給湯管
５  加熱循環回路
５ｃ  吸込管
５ｄ  吐出管
５ａ，５ｂ  温度センサ
７  ヒートポンプユニット
７ａ  ケーシング
８  凝縮器
９  循環ポンプ
１０  気液分離器
１１  逃し弁
１２  排出管
１３  膨張水の排出部
１４  蒸発器
３０  制御装置
３０ａ  判断部
３０ｂ  記憶部
３１  操作部
【図１】
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