(57)【要約】【課題】  ヒートポンプで大温度差昇温を行い、且つ、ヒートポンプの冬季冷却運転の影響を蓄熱槽本体に受けず、且つ、蓄熱湯を水補給の影響を受けずにそのままの温度で使用可能で、且つ、建物内等二次側循環による熱損失の補助を可能にした循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニット及び給湯蓄熱方法を開発・提供する事にある。【解決手段】  循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニットの給水した蓄熱槽内下部の水と循環槽内のお湯を比例式電動三方弁のそれぞれの入口を経由して出口から混合排出させ、且つ、混合された混合水をヒートポンプで吸水し加熱してお湯を排出し、循環槽給入口から排出口を経由して蓄熱槽給入口へ温水を補給する事で、循環槽内上部と蓄熱槽内上部にお湯を温存させて蓄熱槽内に所定範囲の水とお湯の混合層を生じさせて、蓄熱効率の高い温度成層蓄熱を可能にし、且つ、昼間給湯使用時も温度成層を保持して所定温度の湯を最後まで使い切る事を可能にしたもの。【選択図】  図１
2009210164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプと高効率貯湯槽の組み合わせにより、高温貯湯による給湯循環運転を可能にした蓄熱給湯器であって、該蓄熱給湯器は主として蓄熱槽（１）と、循環槽（２）と、ヒートポンプ（３）とユニット制御盤（４）をそれぞれ設け、且つ、循環槽給入口（２ａ）とヒートポンプ排出口（３ａ）間、及び循環槽排出口（２ｃ）と蓄熱槽給入口（１ａ）をそれぞれ接続し、且つ、ヒートポンプ給入口（３ｂ）と蓄熱槽排出口（１ｄ）、及びヒートポンプ給入口（３ｂ）と循環槽排出口（２ｄ）間に、比例式電動三方弁（５）を設けてそれぞれ分配接続した事を特徴とする循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニット。
【請求項２】
給水した蓄熱槽（１）内下部の水と循環槽（２）内のお湯を比例式電動三方弁（５）のそれぞれの入口（５ａ）・（５ｂ）を経由して出口（５ｃ）から混合排出させ、且つ、混合された混合水をヒートポンプ（３）で吸水し加熱してお湯を排出し、循環槽給入口（２ａ）から排出口（２ｃ）を経由して蓄熱槽給入口（１ａ）へお湯（ＨＷ）を補給する事で、循環槽（２）内上部と蓄熱槽（１）内上部にお湯を温存させて蓄熱槽（１）内に所定範囲（Ｘ）の水（Ｗ）とお湯（ＨＷ）の混合層（ＭＳ）を生じさせて、蓄熱効率の高い温度成層蓄熱を可能にし、且つ、昼間給湯使用時も温度成層を保持して所定温度の湯を最後まで使い切る事を可能にした事を特徴とする給湯蓄熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプと高効率貯湯槽の組み合わせにより、高温貯湯による給湯循環運転を可能にした循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニット及び給湯蓄熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、１０馬力以上の給湯用大型ヒートポンプは、入口と出口の温度差が５℃程度の循環形で設計され、且つ、循環水量が１００リットル／毎分以上と成る為、タンク内に１００リットル／毎分以上の水流が生じて、温度差（水の比重差）による温度成層蓄熱が出来ない。
【０００３】
又、蓄熱を行ったとしても、お湯を使用すると水が補給され、温度低下を生じ、６５℃から５５℃までの１０℃程度しか蓄熱分としては使用出来ず、蓄熱効率が極めて低いものであった。
【０００４】
又、これまでに出願されている給湯蓄熱ユニットに関する特許文献を参考の為、紹介する。（特許文献１参照。）
【特許文献１】特願２００６−０４６６８７
【０００５】
上記特許文献は、熱源機によって高温に沸かし上げた湯を一定の温度に調整後、給湯循環せしめる際に使用する貯湯式電気湯水混合昇温器に関するものである為、本発明とは構造的にも蓄熱方法も異なる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、上記課題を解決する為に、この発明は循環加温型のヒートポンプで大温度差昇温を行い、且つ、ヒートポンプの冬季デフロスト運転時の冷却運転の影響を蓄熱槽本体に受けず、且つ、蓄熱されたお湯を水の補給の影響を受けずにそのままの温度で使用可能で、且つ、建物内等二次側循環による熱損失の補助を可能にした循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニット及び給湯蓄熱方法を開発・提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決する為の手段として、主として蓄熱槽と、循環槽と、ヒートポンプとユニット制御盤をそれぞれ設け、且つ、循環槽給入口とヒートポンプ排出口間、及び循環槽排出口と蓄熱槽給入口をそれぞれ接続し、且つ、ヒートポンプ給入口と蓄熱槽排出口、及びヒートポンプ給入口と循環槽排出口間に比例式電動三方弁を設けてそれぞれ分配接続した事を特徴とするものである。
【０００８】
又、給水した蓄熱槽内下部の水と循環槽内のお湯を比例式電動三方弁のそれぞれの入口を経由して出口から混合排出させ、且つ、混合された混合水をヒートポンプで吸水し加熱してお湯を排出し、循環槽給入口から排出口を経由して蓄熱槽給入口へお湯を補給する事で、循環槽内上部と蓄熱槽内上部にお湯を温存させて蓄熱槽内に所定範囲の水とお湯の混合層を生じさせて、蓄熱効率の高い温度成層蓄熱を可能にし、且つ、昼間給湯使用時も温度成層を保持して所定温度のお湯を最後まで使い切る事を可能にした事を特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の効果として、主として蓄熱槽と、循環槽と、ヒートポンプとユニット制御盤をそれぞれ設け、且つ、循環槽給入口とヒートポンプ排出口間及び循環槽排出口と蓄熱槽給入口をそれぞれ接続し、且つ、ヒートポンプ給入口と蓄熱槽排出口及びヒートポンプ給入口と循環槽排出口間に比例式電動三方弁を設けてそれぞれ分配接続し、又、給水した蓄熱槽内下部の水と循環槽内のお湯を比例式電動三方弁のそれぞれの入口を経由して出口から混合排出させ、且つ、混合された混合水をヒートポンプで吸水し加熱してお湯を排出し、循環槽給入口から排出口を経由して蓄熱槽給入口へ温水を補給する事で、循環槽内上部と蓄熱槽内上部にお湯を温存させて蓄熱槽内に所定範囲の水とお湯の混合層を生じさせて、蓄熱効率の高い温度成層蓄熱を可能にし、且つ、昼間給湯使用時も温度成層を保持して所定温度の湯を最後まで使い切る事を可能にした事で、従来の開放型蓄熱槽と違い、空気との接触がないので空気感染が無い安全なお湯の供給を可能にし、且つ、蓄熱効率が高く、設置スペースが少なくて済む。又、給湯は以前のボイラー時代から密閉型が主流であり、ヒートポンプ給湯でも本来の安全性の高い密閉型に戻る事が出来る等、極めて有益なる効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の最良の形態として、蓄熱槽内部上下の温度差（水と湯の比重差）による温度成層蓄熱を可能にして蓄熱槽効率を１００％に近づける為、蓄熱槽始端と終端の温度差（６５℃〜６０℃）と５℃まで蓄熱する。又、各配管の一端又は両端部にストップバルブを設けてメインテナンス性の向上を図り、且つ、ヒートポンプの出入口部には振動を吸収する為のフレキシブル継手を設ける事で耐久性の向上を図るが重要である。
【実施例１】
【００１１】
そこで、この発明の一実施例を図１〜図３に基づいて詳述すると、ヒートポンプと高効率貯湯槽の組み合わせにより、高温貯湯による給湯循環運転を可能にした蓄熱給湯器であって、該蓄熱給湯器は主として蓄熱槽（１）と、循環槽（２）と、ヒートポンプ（３）とユニット制御盤（４）をそれぞれ設け、且つ、循環槽給入口（２ａ）とヒートポンプ排出口（３ａ）間及び循環槽排出口（２ｃ）と蓄熱槽給入口（１ａ）をそれぞれ接続し、且つ、ヒートポンプ給入口（３ｂ）と蓄熱槽排出口（１ｄ）及びヒートポンプ給入口（３ｂ）と、循環槽排出口（２ｄ）間に、比例式電動三方弁（５）を設けてそれぞれ分配接続した事を特徴とする循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニットから構成される。
【００１２】
次に、この発明の詳細について説明すると、循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニットは図１（Ａ）（Ｂ）に示す様に、タンクの寸法形状が直径Φ１７００ｍｍ×高さ２７３０ｍｍの蓄熱槽（１）と、タンクの寸法形状が直径Φ１００５ｍｍ×高さ１９５６ｍｍの循環槽（２）と、縦１２９０ｍｍ×横８４０ｍｍ×高さ２０９１ｍｍの給湯一次ポンプ（３ｃ）と逆止弁（３ｄ）を内蔵配管したヒートポンプ（３）と、縦５００ｍｍ×横２５０ｍｍ×高さ約９００ｍｍのユニット制御盤（４）をそれぞれ設け、且つ、循環槽給入口（２ａ）とヒートポンプ排出口（３ａ）間及び循環槽排出口（２ｃ）と蓄熱槽給入口（１ａ）をパイプ配管等の接続部材でそれぞれ接続し、且つ、ヒートポンプ給入口（３ｂ）と蓄熱槽排出口（１ｄ）及びヒートポンプ給入口（３ｂ）と循環槽排出口（２ｄ）間に比例式電動三方弁（５）を設けて分配接続し、且つ、該蓄熱槽（１）のタンク本体上部には自動空気抜き弁（６）とバキュームブレーカー（７）をそれぞれ設け、且つ、該循環槽（２）のタンク本体上部にはバキュームブレーカー（７）を設け、又、各接続部材の一端又は両端部にメインテナンス用のストップバルブ（１０）をそれぞれ設けている。
【００１３】
又、ヒートポンプ（３）の出入口部には、耐震性向上を図る為、振動を吸収する配ホースを使用している。
【００１４】
又、蓄熱槽（１）及び循環槽（２）上部には、自動空気抜き弁（６）とバキュームブレーカー（７）をそれぞれ必要に応じて設け、又、蓄熱槽（１）下部給水口には安全弁（８）を設け、更にヒートポンプ（３）の給湯一次ポンプ（３ｃ）入口側にはゴミの混入を防止する為のＹ型ストレーナー（９）と、給湯一次ポンプ（３ｃ）出口側には逆流防止用の逆止弁（３ｄ）をそれぞれ設けている。
【００１５】
次に、この発明の給湯蓄熱方法について説明すると、給水した蓄熱槽（１）内下部の水と循環槽（２）内のお湯を比例式電動三方弁（５）のそれぞれの入口（５ａ）・（５ｂ）を経由して出口（５ｃ）から混合排出させ、且つ、混合された混合水をヒートポンプ（３）で吸水し加熱して６５℃のお湯を排出し、循環槽給入口（２ａ）から排出口（２ｃ）を経由して蓄熱槽給入口（１ａ）へお湯（ＨＷ）を補給する事で、循環槽（２）内上部と蓄熱槽（１）内上部にお湯（ＨＷ）を温存させて蓄熱槽（１）内に約３０ｃｍ幅の水（Ｗ）とお湯（ＨＷ）の混合層（ＭＳ）（６５℃〜７℃）を生じさせて、蓄熱効率の高い温度成層蓄熱を可能にし、且つ、昼間給湯使用時も温度成層を保持して所定温度（６５℃）の湯を最後まで使い切る事を可能にしたものである。
【００１６】
次に、具体的に運転モード別（蓄熱運転と昼間運転）に動作説明をすると、まず、図２（Ａ）に示す蓄熱運転モード時はユニット内のタイマーが２２時になると、蓄熱槽のＴ１が６０℃以下の時、運転を開始する。そして、Ｔ１が６３℃以上になるか、或いは８時になると停止する。この時給湯循環も夜間運転可能である。又、図２（Ｂ）に示す昼間運転モード時は通常循環槽のＴ６が５７℃で運転を開始し、６０℃で停止する。そして、追い炊き時は蓄熱槽のＴ５が５０℃になると運転を開始し、Ｔ４が６３℃になると運転を停止する。
【実施例２】
【００１７】
本発明のその他の実施例として、図４に示す様に複数台の大容量蓄熱槽とヒートポンプ及び１台の小容量循環槽をそれぞれ連設した大容量給湯循環システムも業務用エコキュートとして開発済みである。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
この発明の循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニットは、ヒートポンプで大温度差昇温を行い、且つ、ヒートポンプの冬季冷却運転の影響を蓄熱槽本体に受けず、且つ、蓄熱されたお湯を水の補給の影響を受けずにそのままの温度で使用可能で、且つ、建物内等二次側循環による熱損失の補助を可能にした事で、多くの給湯機関係市場に寄与する点で産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施例を示し、（Ａ）は循環機能付密閉型給湯蓄熱ユニットの平面図で、（Ｂ）は正面図である。
【図２】この発明の一実施例を示し、（Ａ）は蓄熱運転モード時の動作説明図で、（Ｂ）は昼間運転モード時の動作説明図である。
【図３】この発明の一実施例を示し、蓄熱槽内の詳細図である。
【図４】その他の実施例を示し、密閉型給湯蓄熱ユニット複数台設置時の配管系統図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  蓄熱槽
１ａ  蓄熱槽給入口
１ｂ  蓄熱槽空気抜き弁取付口
１ｃ  蓄熱槽安全弁取付口
１ｄ  蓄熱槽
２  循環槽
２ａ  循環槽給入口
２ｂ  循環槽湯出口
２ｃ  循環槽・蓄熱槽間接続口
２ｄ  循環槽・比例式電動三方弁間接続口
２ｅ  循環槽湯入口
３  ヒートポンプ
３'  ヒートポンプ
３ａ  ヒートポンプ排出口
３ｂ  ヒートポンプ給入口
３ｃ  給湯一次ポンプ
３ｄ  逆止弁
４  ユニット制御盤
５  比例式電動三方弁
６  自動空気抜き弁
７  バキュームブレーカー
８  安全弁
９  Ｙ型ストレーナー
１０  ストップバルブ
１１  接続部材
ＨＷ  お湯
Ｗ  水
ＭＳ  混合層
Ｘ  所定範囲
【図１】
2009210164.tif 000003
【図２】
2009210164.tif 000004
【図３】
2009210164.tif 000005
【図４】
2009210164.tif 000006