热水供给装置的制作方法

专利名称：热水供给装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热水供给装置。尤其涉及一种包括蒸气压縮式冷冻 循环的制冷剂回路与热水贮存箱的热水供给装置。
背景技术：
到目前为止，已知有包括蒸气压縮式冷冻循环的制冷剂回路与热水 贮存箱的热水供给装置。该热水供给装置，在制冷剂回路的放热器内将 从热水贮存箱的下部取出的箱中水加热而使该箱中水成为高温水以后， 再将该高温水返回到热水贮存箱的上部。于是，所述热水供给装置将热 量储蓄在热水贮存箱内，再将该热量供到提供热水、制暖等利用侧。
在所述热水贮存箱内，由于箱中水的水温所造成的密度差而从热水 贮存箱的上部到下部形成高温水层、中温水层以及低温水层。在从热水 忙存箱的下部取出低温水层的低温水的情况下，该低温水在制冷剂回路 的放热器中流动，放热器的出口温度低，制冷剂回路被确保了规定的
COP。但有时候热水贮存箱内的中温水被取出。在该情况下，放热器的
出口温度上升，制冷剂回路的COP下降。而且，已知在以二氧化碳作
制冷剂的情况下，由于中温水在放热器中流动所造成的COP的下降比使
用其它氟利昂制冷剂等的情况要大。
于是，研究探讨了通过防止中温水流入制冷剂回路的放热器，让 低温水可靠地流入制冷剂回路的放热器中，以防止制冷剂回路的COP下 降的热水供给装置(例如专利文献1)。在该热水供给装置中设置有流水 路径，在寒冷地等室外空气低温的环境下，从热水贮存箱的中间部取出 中温水，使该中温水成为与室外空气进行了热交换的低温水后，再使该 低温水返回热水贮存箱中。这样一来，热水贮存箱内的中温水便减少， 从而能够使低温水流入制冷剂回路的放热器中。因此能够防止制冷剂回
路的COP下降。
《专利文献1》日本公开特许公报特开2005—69608号公报

发明内容
一发明要解决的问题一
然而，上述专利文献1中的热水供给装置，因为中温水被室外空气 冷却，所以在室外空气温度高的情况下，中温水不能被充分冷却，这就 是一个问题。而且，在室外空气温度过低的情况下，问题就又是中温水 被过份地冷却而冻结。换句话说，在专利文献1中的热水供给装置中， 因为热水贮存箱内的中温水的冷却处理直接受室外空气温度的影响，所 以有时侯不能对中温水进行适当的冷却处理。
本发明正是为解决所述问题而研究开发出来的，其目的在于对热
水贮存箱内的箱中水进行适当的冷却处理，且不受室外空气温度的影响，
来防止制冷剂回路的COP下降。
一用以解决问题的技术方案一
第一方面的发明以一种热水供给装置为对象。该热水供给装置包括
制冷剂回路20与热水贮存箱11，将所述热水贮存箱11储蓄的热量供向 利用侧，该制冷剂回路20具有放热器21与蒸发器22并进行蒸气压縮式 冷冻循环，该热水贮存箱11的下部经由取出管13连接在所述放热器21 上、该热水贮存箱11的上部经由返回管14连接在所述放热器21上且贮 存已在所述放热器21中被加热的高温水。该热水供给装置包括辅助蒸 发器23，设置在所述制冷剂回路20中，以及冷却回路15，连接在所述 热水贮存箱11的下部，在所述辅助蒸发器23将热水贮存箱11内下部的 箱中水冷却并使该已冷却的箱中水返回热水贮存箱11的下部。
在该第一方面的发明中，在所述冷却回路15中，在所述辅助蒸发器 23对从所述热水贮存箱11内的下部取出的箱中水进行冷却后，再将它返 回所述热水贮存箱11的下部。结果是，含有该被冷却的箱中水的低温箱 中水经由所述取出管13流入所述放热器21。
第二方面的发明以一种热水供给装置为对象。该热水供给装置，包
括制冷剂回路20与热水贮存箱11，将所述热水贮存箱11储蓄的热量供
向利用侧，该制冷剂回路20具有放热器21与蒸发器22并进行蒸气压縮 式冷冻循环，该热水贮存箱11的下部经由取出管13连接在所述放热器 21上、该热水贮存箱11的上部经由返回管14连接在所述放热器21上且 jfc存已在所述放热器21中被加热的髙温水。在所述制冷剂回路20中设 置有对从所述热水贮存箱11流入取出管13的箱中水进行冷却的辅助蒸 发器23。
在该第二方面的发明中，在将所述热水贮存箱ll内下部的箱中水取 出到所述取出管13之后，再在所述辅助蒸发器23中进行冷却，这样该 冷却的箱中水便流入所述放热器21中。
第三方面的发明是这样的，在第一方面的发明中，所述辅助蒸发器 23串联连接在所述蒸发器22上且被布置在所述蒸发器22的流出一侧。
第八方面的发明是这样的，在第二方面的发明中，所述辅助蒸发器 23串联连接在所述蒸发器22上且被布置在所述蒸发器22的流出一侧。
在该第三方面的发明及第八方面的发明中，在所述制冷剂回路20 中，在所述辅助蒸发器23中用在所述蒸发器22中流动的制冷剂对箱中 水进行冷却。
第四方面的发明是这样的，在第三方面的发明中，所述制冷剂回路 20包括连接在所述辅助蒸发器23的流入一侧与流出一侧的旁通回路 28，以及根据从所述蒸发器22流出的制冷剂的温度对所述制冷剂回路20 进行切换，使得从所述蒸发器22流出的制冷剂全部流入所述旁通回路28 的切换机构51。
第四方面的发明是这样的，在第三方面的发明中，所述制冷剂回路 20包括连接在所述辅助蒸发器23的流入一侧与流出一侧的旁通回路 28，以及根据从所述蒸发器22流出的制冷剂的温度对所述制冷剂回路20 进行切换，使得从所述蒸发器22流出的制冷剂全部流入所述旁通回路28 的切换机构51。
第九方面的发明是这样的，在第八方面的发明中，所述制冷剂回路 20包括连接在所述辅助蒸发器23的流入一侧与流出一侧的旁通回路
28，以及根据从所述蒸发器22流出的制冷剂的温度对所述制冷剂回路20 进行切换，使得从所述蒸发器22流出的制冷剂全部流入所述旁通回路28 的切换机构51。
在该第四方面的发明及第九方面的发明中，当在所述蒸发器22中流 动的制冷剂的温度在所规定的温度以下时，从所述蒸发器流出的制冷剂 全部流入所述旁通回路28，防止了所述辅助蒸发器23中的箱中水冻结。
第五方面的发明是这样的，在第一方面的发明中，所述辅助蒸发器 23与所述蒸发器22并联连接。
第十方面的发明是这样的，在第二方面的发明中，所述辅助蒸发器 23与所述蒸发器22并联连接。
在该第五方面的发明及第十方面的发明中，因为在所述放热器21中 流动的制冷剂的一部分流过所述辅助蒸发器23，所以箱中水被可靠地冷 却。
第六方面的发明是这样的，在第一方面的发明中，包括除霜运转机 构52，利用在所述辅助蒸发器23得到的箱中水的热量对所述蒸发器22 除霜。
第十一方面的发明是这样的，在第二方面的发明中，包括除霜运转 机构52，利用在所述辅助蒸发器23得到的箱中水的热量对所述蒸发器 22除霜。
在该第六方面的发明及第十一方面的发明中，当在所述蒸发器22上 附着有霜时，借助所述除霜运转机构52的控制，利用在所述辅助蒸发器 23中得到的箱中水的热量，进行对所述辅助蒸发器23除霜的除霜运转。
第十三方面的发明以热水供给装置为对象。该热水供给装置包括制 冷剂回路20、热水贮存箱ll以及利用侧回路39，该制冷剂回路20具有 放热器21与蒸发器22并进行蒸气压縮式冷冻循环，该热水贮存箱11的 下部经由取出管13连接在所述放热器21上、该热水贮存箱11的上部经 由返回管14连接在所述放热器21上且贮存已在所述放热器21中被加热 的高温水，该利用侧回路39包括连接在所述热水贮存箱11的上部与 下部的一级回路32、连接在该一级回路32上的中间热交换器33以及二级回路34，该二级回路34连接在该中间热交换器33上，热媒体循环并 将与所述热水贮存箱的高温水进行了热交换的热媒体供到利用侧。在所 述利用侧回路39的二级回路34中的中间热交换器33的流入一侧设置有 用以对热媒体进行冷却的冷却机构40。
在该第十三方面的发明中，在所述二级回路34中由冷却机构40冷 却的热媒体对在所述一级回路32中从热水贮存箱11的上部取出的高温 水进行冷却，再使它返回所述热水贮存箱11的下部。结果是，含有己被 冷却的箱中水的低温箱中水经由所述取出管13流入所述放热器21。
第十四方面的发明是这样的，在第十三方面的发明中，所述冷却机 构40是一个用以将供向室内的室外空气(OA)加热的换气用热交换器 40。
在该第十四方面的发明中。在所述换气用热交换器40中，由室外空 气(OA)将在所述二级回路34中流动的热媒体进行冷却，由供向室内 的室外空气(OA)将在所述循环水回路34中流动的热媒体加热。
第七方面的发明是这样的，在第一方面的发明中，所述制冷剂回路 20中的制冷剂是二氧化碳。第十二方面的发明是这样的，在第二方面的 发明中，所述制冷剂回路20中的制冷剂是二氧化碳。第十五方面的发明 是这样的，在第十三方面的发明中，所述制冷剂回路20中的制冷剂是二 氧化碳。
在该第七方面的发明、第十二方面的发明以及第十五方面的发明中， 在填充有二氧化碳作制冷剂的制冷剂回路20中，通过进行第一、第二以 及第十三方面所示的箱中水进行冷却，便向所述制冷剂回路20的放热器 21提供低温的箱中水。
一发明的效果一
根据所述第一方面的发明，在所述冷却回路15中，从所述热水贮存 箱11内的下部取出箱中水并在所述辅助蒸发器23冷却后，再将它返回 所述热水贮存箱11的下部。因此，能够将含有该被冷却的箱中水的低温 的箱中水经由所述取出管13流入所述放热器21中。这样一来，在所述 放热器21中，因为制冷剂与该低温的箱中水进行热交换而被充分地冷却，
所以能够防止制冷剂回路20的COP下降。
根据所述第二方面的发明，将所述热水贮存箱11内的下部的箱中水
取出到取出管13中，并在所述辅助蒸发器23冷却，所以能够将该被冷 却的低温的箱中水供到制冷剂回路20的放热器21中。这样一来，在所 述放热器21中，因为制冷剂与该低温的箱中水进行热交换而被充分地冷 却，所以能够防止制冷剂回路20的COP下降。
根据所述第三方面的发明及第八方面的发明，因为将所述辅助蒸发 器23串联连接在蒸发器22的流出一侧，所以能够让制冷剂在所述蒸发 器22中蒸发后，再在所述辅助蒸发器23中利用箱中水的热量使其蒸发。 这样一来，便能够使在制冷剂回路20的蒸发工序中的蒸发能力提高，同 时能够谋求所述蒸发器22的小型化。
根据所述第四方面的发明及第九方面的发明，因为使所述制冷剂回 路20包括所述旁通回路28，以及根据从所述蒸发器22流出的制冷剂的 温度对所述制冷剂回路20进行切换，使得从所述蒸发器22流出的制冷 剂全部流入所述旁通回路28的切换机构51，所以当从所述蒸发器22流 出的制冷剂的温度在规定的温度以下时，能够使从所述蒸发器22流出的 制冷剂全部流入所述旁通回路2S，使规定温度以下的制冷剂不在所述辅 助蒸发器23中流动。这样一来，在所述辅助蒸发器23中，便能够防止 被制冷剂冷却的箱中水被过度地冷却而冻结。
根据所述第五方面的发明及第十方面的发明，因为使所述蒸发器22 与所述辅助蒸发器23并联连接，所以在所述蒸发器22中流动的制冷剂 不会流入所述辅助蒸发器23中。这样一来，在辅助蒸发器23中，便能 够不受从所述蒸发器22中流出的制冷剂的温度的影响，总是对在所述取 出管13或者所述冷却回路15中流动的箱中水进行冷却。
根据所述第六方面的发明及第H~—方面的发明，因为设置有利用在 所述辅助蒸发器23中得到的箱中水的热量来对所述蒸发器22除霜的除 霜运转机构52，所以不用另外设置提供用以进行除霜运转的热量的热源 机构，便能够进行对所述辅助蒸发器23除霜的除霜运转。
根据所述第十三方面的发明，因为在所述二级回路34的中间热交换
器33的流出一侧设置有冷却机构40，所以能够可靠地对在所述二级回路 34中流动的热媒体进行冷却。这样一来，能够在所述一级回路32中，在 中间热交换器33中让对从所述热水贮存箱11的上部取出的高温水与该 被冷却的热媒体进行热交换，使高温水成为低温的箱中水之后，在将它 返回热水贮存箱ll的下部，所以低温水滞留在热水贮存箱ll内的下部。 结果是，因为能够将低温的箱中水供到制冷剂回路20的放热器21中， 所以能够防止制冷剂回路20的COP下降。
根据所述第十四方面的发明，因为使所述冷却机构40是用以对供到 室内的室外空气(OA)加热的换气用热交换器40，所以在所述换气用热 交换器40中，能够用在所述二级回路34中流动的热媒体^t供到室内的 室外空气(OA)加热，同时能够由室外空气(OA)将热媒体冷却。而 且，因为不用另外设置换气用热交换器40，所以能够谋求成本下降。
根据所述第七方面的发明、第十二方面的发明以及第十五方面的发 明，因为使所述制冷剂回路20的制冷剂为二氧化碳，所以与其它制冷剂 相比，因为制冷剂在放热器21中没有被充分冷却而造成的COP的下降 更大，所以能够更明显地发挥出防止COP下降的效果。
附图的简单说明


图1是第一个实施例所涉及的热水供给装置的概略构成图。
图2是以二氧化碳作为制冷剂用的制冷剂回路中的蒸气压縮式冷冻 循环的莫里尔水蒸气熵焓图压力一热焓线图。
图3是以R410A作制冷剂用的制冷剂回路中的蒸气压縮式冷冻循环 的莫里尔水蒸气熵焓图压力 一 热焓线图。
图4是第一个实施例的变形例所涉及的热水供给装置的概略构成图。
图5是第二个实施例所涉及的热水供给装置的概略构成图。 图6是第三个实施例所涉及的热水供给装置的概略构成图。 符号说明
1 热水供给装置11热水贮存箱
13取出管
14返回管
20制冷剂回路
21放热器
22蒸发器
23辅助蒸发器
28旁通回路
32温水回路(一级回路)
33中间热交换器
34循环水回路(二级回路)
39利用侧回路
40换气用热交换器(冷却机构)
51流路切换部(切换机构)
52除霜运转部(除霜运转机构)
具体实施例方式
参考附图详细说明本发明的实施例。 (本发明的第一个实施例)
如图1所示，该实施例的热水供给装置1由热源机组3与热水贮存 机组2构成。该热水供给装置1包括制冷剂回路20、热水贮存箱ll、利 用侧回路39以及控制器50。
所述制冷剂回路20被收纳在热源机组3中。所述制冷剂回路20包 括压縮机25、放热器21、电动膨胀阀26、蒸发器22、电磁阀27b以及 辅助蒸发器23，它们依序串联连接起来构成闭回路。所述制冷剂回路20 中充有二氧化碳作为制冷剂。
所述放热器21是所谓的平板式热交换器，包括被相互隔离开的多条 第一流路21a和多条第二流路21b。所述蒸发器22是所谓的管片型热交 换器。.
所述压縮机25的喷出侧连接在放热器21的第一流路21a的一端， 所述放热器21的第一流路21a的另一端经由电动膨胀阀26连接在蒸发 器22的一端。所述蒸发器22的另一端经由电磁阀27a和辅助蒸发器23 连接在压縮机25的吸入侧。
所述热水贮存箱11形成为近似圆筒状，取出管13、返回管14、供 水管30、热水供给管37以及所述利用侧回路39的温水回路32连接起来。
所述取出管13及所述返回管14跨越热源机组3和热水贮存机组2 而设。所述热水贮存箱11包括取出口 13a与返回口 14a。该取出口 13a 设置在热水贮存箱11的底部，所述返回口 14a设置在热水贮存箱11的侧 面上部。所述取出管13的一端连接在所述取出口 13a，该取出管13的另 一端连接在所述放热器21的第二流路21b的一端。在所述取出管13中 所述热水贮存箱11的取出口 13a附近设置有泵12。另一方面，所述返回 管14的一端连接在所述返回口 14a，该返回管14的另一端连接在所述放 热器21的第二流路21b的另一端。
所述热水贮存箱11包括供水入口 30a与热水出口 37a。该供水入口 30a设置在所述热水贮存箱11的底部，所述热水出口 37a设置在所述热 水贮存箱11的上面。而且，所述供水管30连接在所述热水贮存箱11的 供水入口 30a，所述热水供给管37连接在所述热水贮存箱11的热水出口 37a上。
所述利用侧回路39由所述温水回路32与循环水回路34构成。所述 热水贮存箱11包括高温水出口 32a与温水返回口 32b。该高温水出口 32a 设置在热水贮存箱11的侧面上部，所述温水返回口 32b设置在热水贮存 箱11的侧面下部。
所述温水回路32连接在热水贮存箱11的高温水出口 32a与温水返 回口 32b，所述温水回路32构成连接在所述热水贮存箱11的上部与下部 的一级回路。所述温水回路32包括中间热交换器33与泵35。所述中间 热交换器33，由所谓的平板式热交换器构成且包括被相互隔离开的多条 第一流路33a与多条第二流路33b。所述热水贮存箱11的高温水出口 32a 连接在中间热交换器33的第一流路33a的一端，该第一流路33a的另一.
端经由泵35连接在温水返回口 32b上。
所述循环水回路34，是充填有水作为热媒体的热媒体回路且被连接 在所述中间热交换器33的第二流路33b的两端，包括制暖用放热器38 与泵36。具体而言，所述循环水回路34的制暖用放热器38的一端连接 在所述中间热交换器33的第二流路33b的一端，所述制暖用放热器38 的另一端经由泵36连接在中间热交换器33的另一端。换句话说，所述 循环水回路34构成将经由中间热交换器33与从所述热水贮存箱11流入 温水回路32的高温水进行热交换的水供向利用侧的二级回路。所述制暖 用放热器38中的制暖对象是例如地板制暖、浴槽的再次加热等，制暖对 象的种类、个数不限。
接下来，对本发明的特征即所述辅助蒸发器23、连接在热水贮存箱 11的冷却回路15迸行说明。
所述辅助蒸发器23，是所谓的平板式热交换器且包括被相互隔离开 的多条第一流路23a与多条第二流路23b。所述辅助蒸发器23的第一流 路23a的一端经由电磁阀27a连接在蒸发器22，所述第一流路23a的另 一端连接在压縮机25的吸入侧。补充说明一下，电磁阀27a构成为能够 开、关。
所述冷却回路15跨越热源机组3与热水贮存机组2而设。所述热水 贮存箱11包括中温水出口 15a与低温水返回口 15b，该中温水出口 15a 设置在热水贮存箱ll的侧面下部，所述低温水返回口 15b设置在所述热 水贮存箱11的底面。所述冷却回路15连接在所述热水贮存箱11的中温 水出口 15a与低温水返回口 15b而设，包括泵18。
具体而言，在所述冷却回路15中，热水贮存箱11的中温水出口 15a 连接在所述辅助蒸发器23的第二流路23b的一端，该第二流路23b的另 一端经由泵18连接在所述热水贮存箱11的低温水返回口 15b。补充说明 一下，所述热水贮存箱11中的中温水出口 15a与低温水返回口 15b的位 置高度只要在所述热水贮存箱ll的下部即可，没有特别的限定。但是， 最好是，所述中温水出口 15a的位置比所述低温水返回口 15b的位置高。
在所述制冷剂回路20中，设置有连接在电磁阀27b的流入一侧与辅
助蒸发器23的流出一侧的旁通回路28。该旁通回路28中设置有旁通阀 27a。所述蒸发器22借助所述旁通回路28将辅助蒸发器23旁路，连接 在压縮机25的吸入侧。补充说明一下，所述旁通阔27a构成为能够开、关。
所述控制器50是用以使热水供给装置1运转的运转机构，包括流路 切换部51与除霜运转部52。
所述流路切换部51构成切换机构，根据从制冷剂回路20的蒸发器 22流出的制冷剂的温度对所述制冷剂回路20进行切换，使得从所述蒸发 器22流出的制冷剂全部流入所述辅助蒸发器23及所述旁通回路28中之 任一个回路。
所述除霜运转部52构成除霜运转手段，利用在所述辅助蒸发器23 得到的箱中水的热量对所述蒸发器22除霜。
补充说明一下，虽然未示，在所述蒸发器22的制冷剂出口附近设置 有用以测量制冷剂温度的温度计。
一运转动作一
所述热水供给装置1进行供热水运转、利用运转以及除霜运转。 所述供热水运转是将热量储蓄在所述热水贮存箱11内的运转。所述 利用运转是将储蓄在所述热水贮存箱ll内的热量供向利用侧的运转。所 述除霜运转是在制冷剂回路20中将已附着了霜的蒸发器22除霜的除霜 运转。下面，依序对进行所述三个运转时的动作进行说明。 (供热水运转) 首先，对热水供给装置1的供热水运转进行说明。 若使所述压縮机25运转，则制冷剂回路20内的制冷剂循环而进行 蒸气压縮式冷冻循环。在该制冷剂回路20中进行包括超临界状态的区域 的冷冻运转。
所述制冷剂回路20由所述流路切换部51切换着进行第一运转和第 二运转。该第一运转是，从所述蒸发器22流出的制冷剂的温度在所述规 定温度例如0度以上的情况，制冷剂流过所述蒸发器22后在辅助蒸发器 23中流动。另一方面，所述第二运转是，从所述蒸发器22流出的制冷剂
的温度低于所述规定温度的情况，制冷剂流过所述蒸发器22后在旁通回 路28中流动。
具体而言，在进行第一运转时，借助所述流路切换部51的控制旁通 阀27a成为完全关闭状态，电磁阀27b成为完全打开状态。于是，在所 述制冷剂回路20中，从压縮机25喷出的制冷剂流过放热器21的第一流 路21a，将热量释放给在第二流路21b中流动的箱中水。在放热器21中 放热了的制冷剂，在通过电动膨胀阀26之际被减压，流过蒸发器22从 室外空气吸热。从所述蒸发器22流出的制冷剂流过辅助蒸发器23的第 一流路23a，从在第二流路23b中流动的中温水吸热而蒸发。制冷剂这样 在蒸发器22与辅助蒸发器23中分阶段地蒸发后，被吸入压缩机25。这 样一来，在进行第一运转的时候，所述制冷剂回路20便构成以室外空气、 在辅助蒸发器23的第二流路23b中流动的中温水为热源的热泵。
在进行第二运转时，借助所述流路切换部51的控制，旁通阀27a成 为完全打开状态，电磁阀27b成为完全关闭状态。于是，在蒸发器22中 流动的制冷剂全部流入旁通回路28。换句话说，在所述制冷剂回路20中， 制冷剂不流入辅助蒸发器23的第一流路23a。这样一来，在进行第二运 转的时候，所述制冷剂回路20便构成仅仅以室外空气为热源的热泵。
补充说明一下，因为从蒸发器22流出的制冷剂的温度受到制冷剂在 蒸发器22中进行热交换的室外空气的温度的影响，所以可以通过事先察 看从蒸发器22流出的制冷剂的温度与室外空气温度的相关关系等，根据 室外空气温度对制冷剂回路的流路进行切换。
在所述热水贮存箱11中，因为低温水从该热水贮存箱11的底部的 供水入口 30a经由供水管30供来，所以低温水滞留在热水贮存箱11内 的下部。若设置在所述热水贮存箱11的取出管13的泵12开始运转，则 滞留在所述热水贮存箱ll内的下部的低温水便从取出口 13a流出到取出 管13。之后，该低温水在取出管13中流动，流入放热器21的第二流路 21b，被在该第一流路21a中流动的制冷剂加热后成为髙温水。该高温水 流过所述返回管14，从所述热水贮存箱11的返回口 14a返回到热水贮存 箱11内。这样一来，高温水便滞留在热水贮存箱11的上部。补充说明
一下，该高温水的温度是例如60 90度，并没有特别的限定。
在所述热水贮存箱ll中，由供水管30将低温水从底部供来，高温 水由返回管14从侧面上部流入，且水温引起水的密度差，因为这两方面
的原因从热水贮存箱ll内的上部到下部形成箱中水的高温水层、中温水 层及低温水层。所述中温水层例如是既不能用来供给热水、也不能用来
制暖的30 40度左右的中温水层，且位于从比热水贮存箱11的中间高 度稍微往下的位置到下部这一部分位置上，对温度、位置没有限定。高 温水层是温度比中温水高的水层，低温水层是温度比中温水低的水层。
在所述冷却回路15中，若让泵18运转，则滞留在所述热水贮存箱 11内的中温水层的中温水便从所述热水贮存箱ll的下部侧面的中温水出 口 15a流出，流入辅助蒸发器23的第二流路23b。该中温水被在所述第 一流路23a中流动的制冷剂冷却而成为低温水。该低温水从所述热水J)e 存箱11的低温水返回口 15b流入该热水贮存箱11。这样一来，在所述热 水贮存箱11内中温水减少，同时低温水滞留在下部。
补充说明一下，在进行所述制冷剂回路20的第二运转时，因为制冷 剂不流入辅助蒸发器23的第一流路23a，所以可以让冷却回路15的泵 18停止。
(利用运转)
接下来，对所述热水供给装置1的利用运转进行说明。
在所述利用运转中，进行将热水贮存箱11内的高温水直接供向利用 侧的运转、与在利用侧回路39中将热水贮存箱11内的高温水的热量间 接地供给制暖对象的运转。
在将高温水直接供到利用侧的运转中，高温水从所述热水贮存箱11 的热水出口 37a流过热水供给管37被供向利用侧。
将热量供到制暖对象的运转由所述利用侧回路39进行。具体而言， 若让所述温水回路32的泵35运转，则高温水从热水贮存箱11的高温水 出口32a流出，流入中间热交换器33的第一流路33a。所述高温水在所 述中间热交换器33的第一流路33a中流动并向在第二流路33b中流动的 循环水放热而被冷却，且被从所述热水贮存箱11的温水返回口 32b返回 到该热水贮存箱H内。
在所述循环水回路34中，若让泵36运转，则循环水开始循环。具 体而言，在所述循环水回路34中，循环水从中间热交换器33的第二流 路33b的一端流出后，在制暖用放热器38中放热而温度下降。之后，该 温度已下降的循环水从所述中间热交换器33的另一端流入第二流路33b， 被在第一流路33a中流动的高温水加热。之后，该已被加热的循环水便 再次在制暖用放热器38中流动，重复该循环。
在所述制暖用放热器38中的制暖对象是地板制暖、浴槽的再次加热 等较低负荷的情况下，因为循环水在所述制暖用放热器38中的放热变少， 所以循环水不会被冷却多少。因此，该温度下降较少的循环水便流入中 间热交换器33的第二流路33b。结果是，温水回路32的高温水即使在温 水回路32中向循环水放热，也不会被充分地冷却，而成为温度下降少的 中温水流入热水贮存箱11内。这样一来，热水贮存箱11内的中温水便 增加。
(除霜运转)
接下来，说明借助除霜运转部52进行的对制冷剂回路20的除霜运转。
若由制冷剂回路20继续进行供热水运转，在室外空气是低温的情况 下，蒸发器22上附着霜，而阻碍了制冷剂与室外空气进行热交换。于是， 在所述热水供给装置1中，例如每隔一定时间便进行一次除霜运转。
在进行除霜运转时，取出管13的泵12停止运转，箱中水停止在取 出管13、放热器21的第二流路21b、返回管14内流动。而且，冷却回 路15的泵18在运转，箱中水在冷却回路15中流动。
若除霜运转开始，则在所述制冷剂回路20中，由除霜运转部52使 旁通阀27a处于完全关闭状态，电磁阀27b与电动膨胀阀26处于完全打 开状态。于是，若压缩机25开始运转，则制冷剂在制冷剂回路20中循 环。制冷剂在辅助蒸发器23的第一流路23a中流动，从在第二流路23b 中流动的中温水中吸热而成为高温的制冷剂后，被吸入压縮机25并被压 縮，而成为温度更高的制冷剂。之后，制冷剂在放热器21的第一流路21a
中流动，因为在该第二流路21b中的箱中水的流动停止所以制冷剂维持
着该高温的状态流向电动膨胀阀27。因为电动膨胀阀27处于完全打开状 态，所以制冷剂在它的温度几乎不下降的情况下流入蒸发器22中。这样 一来，高温的制冷剂便流入所述蒸发器22，该制冷剂将附着在该蒸发器 22上的霜熔化而被冷却。之后，制冷剂从所述蒸发器22流出，流入所述 辅助蒸发器23的第一流路23a。
一第一个实施例的效果一 ^
在该实施例中，在冷却回路15中，从所述热水贮存箱11的下部侧 面的中温水出口 15a取出中温水，在制冷剂回路20的辅助蒸发器23中 冷却而成为低温水，在将该低温水从所述热水贮存箱ll的底部的低温水 返回口 15b返回到该热水贮存箱11内。因此，能够使热水贮存箱11内 的中温水可靠地减少，同时能够仅使低温水滞留在热水贮存箱ll内的下 部。这样一来，因为能够可靠地将低温水从热水贮存箱ll底部的取出口 13a取出到取出管13，所以能够将低温水可靠地供给制冷剂回路20中放 热器21的第二流路21b。结果是，因为在制冷剂回路20中，在放热器 21的第一流路21a中流动的制冷剂可靠地被在第二流路21b中流动的低 温水冷却，所以能够防止所述制冷剂回路20的COP下降。
因为使用二氧化碳作为制冷剂回路20的制冷剂，所以与使用其它的 氟利昂制冷剂等的情况相比，能够更显著地发挥出防止COP下降的效果。
也就是说，图2及图3示出的是二氧化碳及R410A的蒸气压縮式冷 冻循环的莫里尔水蒸气熵焓图压力一热焓线图。如图2及图3所示，制 冷剂回路20的制冷剂被压縮机25压縮到A点之后，在放热器中被冷却 到B点。之后，被压縮到C点的制冷剂在蒸发器22中被加热到D点后 返回压縮机25中。在是低温水的情况下，放热器21的出口是B点，但 在是中温水的情况下，则成为E点，被减压到F点之后，在蒸发器22中 被加热到D点，返回压縮机25。
这里，因为COP是在相对于制冷剂的压缩动力的放热器的放热量， 所以若分别令在A、 B、 D、 E点的热焓是hA、 hB、 hD、 hE，则在低温 水流入放热器的情况下的COP成为(hA—hB) / (hA—hD);在中温水
流入放热器的情况下的COP成为(hA—hE) / (hA—hD)。如图2及图 3所示，与使用R410作制冷剂相比，在使用二氧化碳作制冷剂时，中温 水的情况下的放热量(hA—hE)比低温水的情况下的放热量(hA—hB) 小很多。因此，中温水流入放热器时COP的下降就大。由于二氧化碳的 这样的特性，而能够更显著地发挥出防止COP下降的效果。
在所述制冷剂回路20中，通过设置辅助蒸发器23，利用热水贮存 箱11内的中温水作为该辅助蒸发器23中的热源，便能够谋求使蒸发工 序中的蒸发能力提高，同时也能够谋求蒸发器22的小型化。
因为在热水供给装置中，借助将制冷剂回路20中的辅助蒸发器23 的流入一侧与流出一侧的旁路的旁通回路28与流路切换部51，根据从蒸 发器22流出的制冷剂的温度使制冷剂全部在旁通回路28中流动，所以 在从蒸发器22流出的制冷剂温度在规定温度以下的情况下，所述热水供 给装置能够使从该蒸发器22流出的制冷剂全部流入旁通回路28。这样一 来，便能够防止低温制冷剂流入辅助蒸发器23的第一流路23a，在该第 二流路23b中流动的冷却回路15中的中温水被过度地冷却而冻结。
因为在热水供给装置1中，借助除霜运转部52的控制，在所述辅助 蒸发器23的第一流路23a中流动的制冷剂利用从在第二流路23b中流动 的中温水得到的热量进行除霜运转，所以所述热水供给装置1能够有效 地对蒸发器22除霜，同时还能够使热水贮存箱11内的中温水减少。而 且，因为无需另外设置蒸发器22的除霜运转机构，所以能够谋求成本的 减少。
一第一个实施例的变形例一
如图4所示，在该变形例中，将蒸发器22与辅助蒸发器23并列连 接起来，代替在所述第一个实施例的制冷剂回路20中将辅助蒸发器23 串联连接在蒸发器22的下游的做法。
具体而言，在所述制冷剂回路20中，所述压縮机25的喷出侧连接 在放热器21的第一流路21a的一端，所述放热器21的第一流路21a的 另一端分支为两个制冷剂流路。该已分支的制冷剂流路的一个回路中依 序设置有第一电动膨胀阀26a与蒸发器22。在另一个回路中依序设置有
第二电动膨胀阀26b与辅助蒸发器23。也就是说，所述放热器21经由第 一电动膨胀阀26a连接在蒸发器22的一端，经由电动膨胀阀26b连接在 辅助蒸发器23的第一流路23a的一端。所述蒸发器22的另一端与所述 辅助蒸发器23的第一流路23a的另一端合流，连接在所述压縮机25的 吸入侧。
在该变形例中，也从结构上保证冷却水回路17的中温水流入辅助蒸 发器23的第二流路23b中。这样一来，在辅助蒸发器23中，利用在第 一流路23a中流动的制冷剂与在第二流路23b中流动的中温水进行热交 换，在第一流路23a中流动的制冷剂蒸发，在第二流路23b中流动的中 温水被冷却。
因为蒸发器22与辅助蒸发器23并列连接，所以即使在因为室外空 气温度是低温，从蒸发器22流出的制冷剂变成规定温度以下的情况下， 也没有该规定温度以下的制冷剂流入辅助蒸发器23之虞。这样一来，便 无需设置不使制冷剂流入辅助蒸发器23的旁通回路。
这样一来，因为在辅助蒸发器23的第一流路23a中，制冷剂不受从 蒸发器22流出的制冷剂的温度的影响，总是在流动，所以能够一直将在 第二流路23b流动的冷却回路17的中温水冷却。因此，能够可靠地使所 述热水贮存箱11内的中温水减少，在该热水贮存箱11内的下部仅滞留 低^_水。结果是，因为只有低温水流入连接在热水贮存箱11的底部的取 出口 13a的取出管13中，所以低温水流入制冷剂回路20的放热器21的 第二流路21b，能够将在第一流路21a中流动的制冷剂冷却。因此能够防 止制冷剂回路20的COP下降。
其它构成、作用及效果与第一个实施例一样。 (发明的第二个实施例)
所述第一个实施例是这样的，取出热水贮存箱ll内的中温水，在制 冷剂回路20的辅助蒸发器23中将该中温水冷却使其成为低温水后再使 其返回热水贮存箱11的底部。该第二个实施例取代第一个实施例的做法， 没有设置冷却回路15，而是使从热水贮存箱11流入取出管13的箱中水 在制冷剂回路20的辅助蒸发器23中冷却后，再供给所述制冷剂回路20
的放热器21。
具体而言，如图5所示，所述辅助蒸发器23设置在所述取出管13 的途中。所述热水贮存箱11的取出口 13a经由取出管13连接在辅助蒸 发器23的第二流路23b的一端。该第二流路23b的另一端经由取出管13 连接在所述放热器21的第二流路21b的一端。所述放热器21的第二流 路21b的另一端经由返回管14连接在热水贮存箱11的返回口 14a上。
所述热水贮存箱ll内的下部的箱中水，从取出口 13a流入取出管13， 再流入辅助蒸发器23的第二流路23b。所述箱中水被在第一流路23a中 流动的制冷剂冷却成为低温水之后，在放热器21的第二流路21b中流动。
在所述放热器21中，该低温水被在第一流路21a中流动的制冷剂加 热后成为高温水，在第一流路21a中流动的制冷剂被在第二流路21b中 流动的低温水可靠地冷却。从放热器21的第二流路21b流出的高温水流 过返回管14，从返回口 14贮存到热水贮存箱11内。
补充说明一下，在图5所示的制冷剂回路中，与所述第一个实施例 一样，辅助蒸发器23串联连接在蒸发器22的下游，但与所述第一个实 施例的变形例一样，可以将蒸发器22与辅助蒸发器23并列连接起来。
其它构成、作用及效果与第一个实施例一样。
一第二个实施例的效果一
在该实施例中，从热水贮存箱11的取出口 13a流入取出管13的箱 中水，流过辅助蒸发器23的第二流路23b，被在第一流路23a中流动的 制冷剂冷却后可靠地成为低温水，从而能够将该低温水直接供到放热器 21的第二流路21b。这样一来，因为在放热器21的第一流路21a中流动 的制冷剂被在该第二流路21b中流动的低温水可靠地冷却，所以能够可 靠地防止制冷剂回路20的COP下降。
在该实施例中，因为不用设置冷却回路17，便将从辅助蒸发器23 的第二流路23b流出的低温水直接供到放热器21，所以能够使工序简化， 同时还能够谋求成本下降。
因为已在辅助蒸发器23中冷却而生成的低温水不返回热水贮存箱 11，所以没有在该热水贮存箱ll内该低温水与中温水混合之虞。这样一
来，因为被可靠地冷却的箱中水流入放热器21中，所以能够可靠地防止
制冷剂回路20的COP下降。
(发明的第三个实施例)
如图6所示，该实施例中，在制冷剂回路20中没有设置辅助蒸发器 23，在利用侧回路39的循环水回路34中中间热交换器33的流入一侧设 置了换气用热交换器40。代替了所述第一个实施例的做法，即借助由制 冷剂回路20的辅助蒸发器23对热水贮存箱11内的箱中水进行冷却来将 低温的箱中水供给放热器21。所述换气用热交换器40构成为将供到室 内的室外空气(OA)加热，同时由该室外空气(OA)将循环水冷却的 冷却机构。
具体而言，在循环水回路34中中间热交换器33的流入一侧设置有 换气用热交换器40。己在制暖用放热器38中放热的循环水流过所述换气 用热交换器40后，经由泵36流入中间热交换器33的第二流路33b。
在这样的结构下，因为制暖对象是例如地板制暖、浴槽的再次加热 那样较低的负荷，所以即使在循环水在制暖用放热器38中没有充分放热 的情况下，循环水在它流过换气用热交换器40之际被己经取入到室内的 室外空气(OA)冷却，而成为低温的循环水。该低温的循环水流入中间 热交换器33的第二流路33b，被流过第一流路33a的高温水加热，被送 到制暖用放热器38中。
另一方面，在温水回路32中，高温水在所述中间热交换器33的第 一流路33a中流动，被在该第二流路33b中流动的循环水冷却。在该实 施例中，因为在第二流路33b中流动的循环水通过在换气用热交换器40 中流动而被冷却，成为低温的循环水，所以在第二流路33b中流动的高 温水成为被充分冷却的低温水。该低温水从所述热水贮存箱11的温水返 回口 32b流入热水贮存箱11内，低温水滞留在热水贮存箱11内的下部。
补充说明一下，在该实施例中，因为中温水不从温水回路33流入热 水贮存箱11的温水返回口 32b，低温水流入热水贮存箱11的温水返回口 32b，所以在制冷剂回路20中没有设置辅助蒸发器23。但是，在热水贮 存箱ll内由于水温带来的密度差、从下部供来水且从上部供来高温水而形成有高温水层、中温水层以及低温水层。为了取出该中温水并将它冷 却，可以在制冷剂回路20中设置辅助蒸发器23。 一第三个实施例的效果一
在该实施例中，因为在循环水回路34中中间热交换器33的流入一 侧设置了换气用热交换器40，所以即使在循环水在制暖用放热器38中没 有充分放热的情况下，该循环水也能够在换气用热交换器40中被取入到 室内的室外空气(OA)冷却而使其成为低温的循环水。这样一来，在温 水回路32的高温水在中间热交换器33的第一流路33a中流动之际，被 在该第二流路33b中流动的低温的循环水充分地冷却。于是，因为借助 温水回路32能够让低温水从热水贮存箱11的侧面下部的温水返回口 32b 返回到热水贮存箱11 ，所以能够使低温水滞留在热水贮存箱11内的下部。 结果是，低温水从热水贮存箱11的底部的取出口 13a流出到取出管13， 低温水流入制冷剂回路20的放热器21中的第二流路21b中。在第一流 路21a中流动的制冷剂被该低温水充分地冷却，而能够防止制冷剂回路 20的COP下降。
因为在循环水回路34的换气用热交换器40中，利用已在制暖用放 热器38中放热的循环水的余热来将换气用室外空气(OA)加热，所以 无需另外设置将换气用室外空气(OA)加热的热源。从而能够谋求成本 的减少。
其它结构、作用及效果与第一个实施例一样。
(其它实施例) 上述各个实施例还可以采用以下结构。
在所述第一个实施例中，充有二氧化碳作为制冷剂回路20的制冷 齐lj，但在所述第一、第二及第七方面的发明中，可以充填二氧化碳以外 的制冷剂。在该情况下，也能够防止蒸气压縮式冷冻循环的制冷剂回路 的COP下降。
在所述第一个实施例的冷却回路15中，取出所述热水贮存箱11的 中温水，并作为已在所述辅助蒸发器23中冷却的低温水返回到所述热水 贮存箱11 ，但是对从冷却回路15取出的中温水的温度并没有特别的限制。
而且还可以取出低温水。在从冷却回路15取出低温水的情况下，使其作 为在所述辅助蒸发器23中被进一步冷却的低温水。
在所述第一个实施例中，设置有旁通回路28与流路切换部51，根 据从蒸发器22流出的制冷剂的温度使制冷剂全部在旁通回路28中流动， 但是所述第一方面的发明中可以是这样的，不设置旁通回路28与流路切 换部51，让在蒸发器22中流动的制冷剂总是在辅助蒸发器23中流动。 而且，设置了除霜运转部52进行了除霜运转，但在所述第一方面的发明 中，还可以不设除霜运转部52，让制冷剂回路20总是进行蒸气压縮式冷 冻循环。
在所述利用侧回路39的循环水回路34中，作为制暖用放热器38的 制暖对象，示出了地板制暖、对浴槽再次加热的例子，但制暖对象并不 限于此。而且，循环水回路34的冷却机构，并不限于换气用热交换器40， 还可以是例如不进行换气的室内空调机。
对所述第一个实施例的热水供给装置l的制冷剂回路20、热水贮存 箱11的结构没有什么限制。制冷剂回路20只要是进行蒸气压縮式冷冻 循环的制冷剂回路即可。只要放热器21与辅助蒸发器23是让制冷剂与 箱中水进行热交换的构成即可，不是平板式热交换器亦可，蒸发器22不 是管片式热交换器亦可。
连接在所述热水贮存箱11的取出管13只要连接在热水贮存箱11的 下部即可，返回管14连接在热水贮存箱11的上部即可。对连接位置没 有特别的限制。在所述第一个实施例及第二个实施例中，对连接在热水 贮存箱11的温水回路32的连接位置没有限制，而且，在第一个实施例 中，没有利用侧回路39，温水回路32不连接在热水贮存箱11上亦可。
补充说明一下，以上实施例示出的是本质上最好的例子，但是本发 明并不意味着限制它的应用物或者是它的用途范围。
工业实用性
综上所述，本发明对包括进行蒸气压缩式冷冻循环的制冷剂回路以 及热水贮存箱的热水供给装置很有用。
权利要求
1、一种热水供给装置，包括制冷剂回路(20)与热水贮存箱(11)，将所述热水贮存箱(11)储蓄的热量供向利用侧，该制冷剂回路(20)具有放热器(21)与蒸发器(22)并进行蒸气压缩式冷冻循环，该热水贮存箱(11)的下部经由取出管(13)连接在所述放热器(21)上、该热水贮存箱11的上部经由返回管(14)连接在所述放热器(21)上且贮存已在所述放热器(21)中被加热的高温水，其特征在于包括辅助蒸发器(23)，设置在所述制冷剂回路(20)中，以及冷却回路(15)，连接在所述热水贮存箱(11)的下部，在所述辅助蒸发器(23)将热水贮存箱(11)内下部的箱中水冷却并使该已冷却的箱中水返回热水贮存箱(11)的下部。
2、 一种热水供给装置，包括制冷剂回路(20)与热水贮存箱(11)， 将所述热水贮存箱(11)储蓄的热量供向利用侧，该制冷剂回路(20) 具有放热器(21)与蒸发器(22)并进行蒸气压縮式冷冻循环，该热水 贮存箱(11)的下部经由取出管(13)连接在所述放热器(21)上、该 热水贮存箱ll的上部经由返回管(14)连接在所述放热器(21)上且贮 存己在所述放热器(21)中被加热的高温水，其特征在于包括辅助蒸发器(23)，设置在所述制冷剂回路(20)中，对从所 述热水贮存箱(11)流入取出管(13)的箱中水进行冷却。
3、 根据权利要求l所述的热水供给装置，其特征在于 所述辅助蒸发器(23)串联连接在所述蒸发器(22)上且被布置在所述蒸发器(22)的流出一侧。
4、 根据权利要求3所述的热水供给装置，其特征在于 所述制冷剂回路(20)包括连接在所述辅助蒸发器(23)的流入一侧与流出一侧的旁通回路(28)，以及根据从所述蒸发器(22)流出的 制冷剂的温度对所述制冷剂回路(20)进行切换，使得从所述蒸发器(22) 流出的制冷剂全部流入所述旁通回路(28)的切换机构(51)。
5、 根据权利要求1所述的热水供给装置，其特征在于所述辅助蒸发器(23)与所述蒸发器(22)并联连接。
6、 根据权利要求l所述的热水供给装置，其特征在于包括除霜运转机构(52)，利用在所述辅助蒸发器(23)得到的箱中 水的热量对所述蒸发器(22)除霜。
7、 根据权利要求l所述的热水供给装置，其特征在于所述制冷剂回路(20)中的制冷剂是二氧化碳。
8、 根据权利要求2所述的热水供给装置，其特征在于 所述辅助蒸发器(23)串联连接在所述蒸发器(22)上且被布置在所述蒸发器(22)的流出一侧。
9、 根据权利要求8所述的热水供给装置，其特征在于 所述制冷剂回路(20)包括连接在所述辅助蒸发器(23)的流入一侧与流出一侧的旁通回路(28)，以及根据从所述蒸发器(22)流出的 制冷剂的温度对所述制冷剂回路(20)进行切换，使得从所述蒸发器(22) 流出的制冷剂全部流入所述旁通回路(28)的切换机构(51)。
10、 根据权利要求2所述的热水供给装置，其特征在于 所述辅助蒸发器(23)与所述蒸发器(22)并联连接。
11、 根据权利要求2所述的热水供给装置，其特征在于 包括除霜运转机构(52)，利用在所述辅助蒸发器(23)得到的箱中水的热量对所述蒸发器(22)除霜。
12、 根据权利要求2所述的热水供给装置，其特征在于 所述制冷剂回路(20)中的制冷剂是二氧化碳。
13、 一种热水供给装置，包括制冷剂回路(20)、热水贮存箱(11) 以及利用侧回路(39)，该制冷剂回路(20)具有放热器(21)与蒸发器(22)并进行蒸气压縮式冷冻循环，该热水贮存箱(11)的下部经由取 出管(13)连接在所述放热器(21)上、该热水贮存箱ll的上部经由返 回管(14)连接在所述放热器(21)上且贮存已在所述放热器(21)中 被加热的高温水，该利用侧回路(39)包括连接在所述热水贮存箱(ll) 的上部与下部的一级回路(32)、连接在该一级回路(32)上的中间热交换器(33)以及二级回路(34)，该二级回路(34)连接在该中间热交换 器(33)上，热媒体循环并将与所述热水贮存箱的高温水进行了热交换 的热媒体供到利用侧，其特征在于在所述利用侧回路(39)的二级回路(34)中的中间热交换器(33) 的流入一侧设置有用以对热媒体进行冷却的冷却机构(40)。
14、 根据权利要求13所述的热水供给装置，其特征在于 所述冷却机构(40)是一个用以将供向室内的室外空气(OA)加热的换气用热交换器(40)。
15、 根据权利要求13所述的热水供给装置，其特征在于 所述制冷剂回路(20)中的制冷剂是二氧化碳。
全文摘要
本发明公开了一种热水供给装置。该热水供给装置(1)包括具有热水贮存箱(11)、放热器(21)、蒸发器(22)以及辅助蒸发器(23)且进行蒸发压缩式冷冻循环的制冷剂回路(20)。在放热器(21)内将从热水贮存箱(11)的下部取出的箱中水加热而使该箱中水成为高温水以后，再使该高温水返回热水贮存箱(11)的上部，高温水便贮存在热水贮存箱(11)内。而且，将冷却回路(15)连接在热水贮存箱(11)的下部，在制冷剂回路(20)的辅助蒸发器(23)中将热水贮存箱(11)内下部的箱中水冷却后再让该箱中水返回热水贮存箱(11)的下部。
文档编号F24H1/00GK101208564SQ20068002292
公开日2008年6月25日 申请日期2006年6月22日 优先权日2005年6月29日
发明者中山浩 申请人:大金工业株式会社