(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクとヒートポンプを接続し、もしくは一体収容して、ヒートポンプの凝縮部冷媒熱を放熱せしめる伝熱管をタンク内部に収納し、前記伝熱管に貯湯タンクの上部より下部へヒートポンプの高温吐出ガスをタンク内部の水の温度分布と逆の温度分布で流入せしめる如くなす一方、タンク内部の伝熱管外周に対流制御ガイドと、伝熱管中心部に芯ガイドを夫々配設し、貯湯タンク底部の冷水を前記両ガイドの間隙に吸い込み温度を上昇させながらタンク最上部へ導き、タンク内に、上部より下部に向かって順次、貯湯せしめるようなしたことを特徴とする直接凝縮貯湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直接凝縮貯湯システムに係り、詳しくはヒートポンプ放熱部を貯湯タンクに配設することにより、伝熱管部と、対流促進部とを組み合わせて自然対流によりタンク上部より下部に向かって貯湯してゆく直接凝縮貯湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来にあっては、ヒートポンプ本体に凝縮（放熱）器を内蔵し、ヒートポンプとタンクを水配管で接続して凝縮器にタンク底部の水をポンプで送り込み、タンク上部へ接続し、貯湯することが行われていた。
【０００３】
図４はかかる従来のヒートポンプ給湯機のフロー図であり、凝縮器もしくはガスクーラー等の水熱交換器２２よりなる放熱部はヒートポンプ側にあって、圧縮機２１より吐出された吐出冷媒ガスを上記水熱交換器２２で放熱し、冷却されたガスを冷媒液として膨脹弁２３、送風機２５付設空気熱交換器２４に導き、蒸発させて圧縮機２１に吸入ガスとして還戻させる一方、前記水熱交換器２２にタンク２６に接続する水配管が連結されていて、タンク底部の水道より給水された冷水をポンプ２７により上記水熱交換器２２出口の温水温度がほぼ一定になるように流量調節弁２８により給水して、タンク２６上部へ配管接続により導き、上部より貯湯してゆくようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の貯湯方式では、ヒートポンプとタンクが水配管で接続されているためにポンプと配管工事が必要であることと、タンクと熱源機が離れていることによる放熱ロスが発生し、防熱施工が欠かせないと共に、ポンプは電力を消費し、制御を必要とした。
【０００５】
また、タンク側を加熱するとしても、タンク全体を加熱するタイプが考えられるが、このタイプではタンク全体に対流が起こり、伝熱管の位置まで沸上がると、伝熱管の温度（冷媒圧力）を上げないと内部の水温を上げることができなくなる。
その結果、ヒートポンプは圧力上昇して異常高圧となり、運転継続ができないか、運転効率（ＣＯＰ）が大幅に低下する。
しかも、もう１つの問題としてタンク全体が次第に水温上昇するために、上部の水温上昇が遅くなり、適温となるまでの時間が長くかかり、一寸湯を使用したいという場合にも全体が沸上がるまで使えない不便さがある。
【０００６】
本発明は上述の如き実状に対し、特にヒートポンプ放熱部を貯湯タンクに配置又は収納せしめることにより、伝熱管部と対流促進部とを組み合わせて自然対流により積層沸上を行わせ、ヒートポンプ部の小型化と共に全体スペースの小型化、機器コストの低廉化をはかり、放熱ロスの低下、ＣＯＰの向上を達成することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記目的に適合する本発明の特徴は、貯湯タンクとヒートポンプを接続し、もしくは一体収容して、ヒートポンプの凝縮部冷媒熱を放熱せしめる伝熱管をタンク内部に収納し、該伝熱管に貯湯タンクの上部より下部へヒートポンプの高温吐出ガスをタンク内部の水の温度分布と逆の温度分布で流入せしめる如くなす一方、タンク内部の伝熱管外周に対流制御ガイドと、伝熱管中心部に芯ガイドを夫々配設し、貯湯タンク底部の冷水を前記両ガイドの間隙に吸い込み温度を上昇させながらタンク最上部へ導き、タンク内に、その上部より下部に向かって自然対流により順次、積層沸上させて貯湯せしめるようになした直接凝縮貯湯装置にある。
【００１１】
【作用】
上記本発明の直接凝縮貯湯システムによれば、貯湯タンク内に伝熱管と、対流制御ガイドを収容することにより、伝熱管内部を流れる冷媒はタンク上部に最高温度の吐出ガスが入り、下部へと流れてゆく。つまりタンク内部の水の温度分布と、冷媒温度分布は逆となって対向流を形成する。このとき、対流制御ガイドの下側はタンク底部に位置し、上部はタンク上部に位置してタンク底部の水道より給水された冷水を自然対流促進により対流制御ガイド下部より該ガイドと伝熱管の隙間に吸い込み、タンク上部へ貯湯してゆく。
この自然対流は対流制御ガイドと芯ガイドにの隙間に配置された伝熱管で加熱され、軽くなった水が次第に温度上昇しながら上昇することにより発生する。
対流制御ガイド出口はタンク上部に配置され、タンク上部の温水温度はほぼ一定となる。かくて、貯湯はタンク上部より下部へ向かって貯湯されてゆく。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施態様を説明する。
【００１３】
図１は本発明直接凝縮貯湯装置の１例を示す概要図であり、図において、１は圧縮機、２は凝縮器もしくはガスクーラーよりなる凝縮部（放熱部）、３は膨脹弁、４は送風機５を併設した空気熱交換器、６は貯湯タンクであり、冷媒ガスは圧縮機１によって圧縮されて高温の吐出ガスとなってガス配管ａを通り、凝縮部２で凝縮後、冷媒配管ｂを通り、膨脹弁３を経て空気熱交換器４で蒸発されて吸入ガスとして圧縮機１に還流されてヒートポンプ構成を形成している。
【００１４】
そして、本発明においては特にヒートポンプと貯湯タンク６は一応分離され、上記の圧縮機１、膨脹弁３、空気熱交換器４はヒートポンプ側Ａに収納されているが、凝縮部２、即ち、放熱部はタンク側Ｂの貯湯タンク６内に収容されて冷媒熱を貯湯タンク６内で直接放熱し、お湯を作るように冷媒熱を放熱するための伝熱管７はタンク内に収設されている。
【００１５】
一方、図２に示す装置は、上記図１の装置が、ヒートポンプ側Ａとタンク側Ｂが分離された型となっているのに対し、ヒートポンプと貯湯タンクが一体となって収設されている型式である。
この場合も貯湯タンク６内に凝縮部の伝熱管７が収容されている点は前記と同様である。
【００１６】
しかして、上記各装置において、凝縮部２の伝熱管７には貯湯タンク６の上部より下部へ向かってヒートポンプの高温の吐出ガスが流入するようになっていると共に、伝熱管７の外周を囲んで対流制御ガイド８が下側はタンク６底部に位置し、上部はタンク６上部に位置するように設けられており、伝熱管７の中心部には上記対流制御ガイドに対応してタンク６底部位置よりタンク６上部まで芯ガイド９が貫通して挿設されている。
【００１７】
そして、以上の凝縮部２において、上記タンク６の上部より下部に向かって高温の吐出ガスが流れるのに対向してタンク６の下部には水道等より給水管１０を通じ冷水が給水され、この冷水は対流制御ガイド８に沿って伝熱管７により加熱され、比重が軽くなり、対流制御ガイド８と芯ガイド９の間を通って上昇し、上昇しながら次第に高温の湯となり、タンク最上部へ導かれ、上部より下部に向かって順番に貯湯され、タンク内の水の温度分布と冷媒温度分布は逆となって対向流を形成する。
【００１８】
これにより、タンク６上部のお湯はほぼ均等な温度で底部の冷水とは大きな温度となっており、タンク内部には上部と底部の間の中間温度層は僅かしか存在しない積層沸上方式となる。
即ち、この方式ではタンク内の対流制御ガイド内部で自然対流が起こり、図３に示すように伝熱管７の最下部位置の冷水を常に対流制御ガイド７内に吸い込んで伝熱管７に供給することができる。
従って伝熱管７の温度（冷媒圧力）はタンク底部まで湯が沸上るまて安定した運転を継続し、タンク上部の給湯配管１１を通じて湯を取りだし使用するとき、当然、タンク上部より使用する温水の温度は均一で、一寸、お湯を使いたい場合にも上部の適温水の使用が可能である。
【００２２】
本発明は以上のようにヒートポンプの凝縮部放熱を直接、貯湯タンクの冷水の加熱に利用する直接凝縮貯湯システムであり、その目的を逸脱しない範囲において更に種々の変形が可能であることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、貯湯タンクとヒートポンプを接続し、もしくは一体として冷媒配管をタンク側に接続し、冷媒熱を放熱するための伝熱管を直接、タンク内部に収納し、対流制御ガイドを前記伝熱管に対応して設け伝熱管中心部に芯ガイドを配してタンク上部に最高温度の吐出ガスを入れ、下部へ流すようにしたものであり、タンク内の対流制御ガイド内部で自然対流が起こり、貯湯タンク底部の冷水は伝熱管により加熱されて上昇しながら高温の湯となり、上部より下部に向かって順番に貯湯されるので、伝熱管の温度はタンク底部まで沸上がるまで安定した運転ができると共に、タンク上部より使用する湯の温度はほぼ均一となり、運転効率（ＣＯＰ）も安定し良好となる効果を有している。
【００２４】
しかも、本発明によれば、ヒートポンプ部の小型化もしくはタンク一体型とし易く、タンク側に放熱部を収納することにより全体スペースを小型化でき、設置スペース面で有利となり、機器コストも低廉化することができる外、放熱ロスが大幅に低下することと、ポンプ動力を不要とすることができ、ＣＯＰが向上し、また、ポンプのエアがみ、騒音、水配管凍結などの事故がなくなり、保守の手間も大幅に低減することができる顕著な効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る装置の１例を示す概要図である。
【図２】  本発明にかかる一体収容型装置の１例を示す概要図である。
【図３】  貯湯タンク下部における対流制御ガイド部の拡大図で、併せて水の流れを示す。
【図４】  従来のヒートポンプ給湯機例を示す概要図である。
【符号の説明】
Ａ  ヒートポンプ側
Ｂ  タンク側
１  圧縮機
２  凝縮部（放熱部）
３  膨脹弁
４  空気熱交換器
６  貯湯タンク
７  伝熱部
８  対流制御ガイド
９  芯ガイド
１０  給水部
１１  給湯部
【図１】
0004041633.tif 000002
【図２】
0004041633.tif 000003
【図３】
0004041633.tif 000004
【図４】
0004041633.tif 000005