JP2000257954A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は風呂の排熱を貯湯槽の加熱でき、
且つ、同一の熱交換回路を用いて風呂水の加熱を行え、
熱エネルギの有効利用とシステムの簡便さ得ることを目
的とした風呂排熱利用ヒートポンプ給湯機を提供する。 【解決手段】 風呂排熱を回収し、貯湯槽の加熱源と
して利用する風呂排熱利用貯湯槽加熱回路と、貯湯槽よ
りの循環水を熱源として、浴槽水あるいは浴槽よりの循
環水を加熱する貯湯槽利用浴槽加熱回路により構成さ
れ、浴槽水あるいは浴槽よりの循環水の加熱あるいは排
熱の回収を同一の熱交換器を通して行うこととした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートポンプ方式に
よる浴室の除湿乾燥と風呂加熱およびその排熱利用をし
て貯湯槽を加熱する給湯機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、特開平５−３４０６６に見られ
る様に、風呂の浴槽水の排熱を回収し、これを浴室ある
いは貯湯槽へ搬送し乾燥、貯湯槽加熱源として利用する
風呂排熱利用貯湯槽乾燥加熱回路Ａ、及び風呂排熱利用
乾燥加熱回路Ｃと、浴室乾燥モードのうち冷却除湿時に
はその排熱を貯湯槽加熱源として利用する風呂乾燥排熱
利用貯湯槽加熱回路Ｂと、これらを作動させる乾燥運転
制御装置で構成され、有効な乾燥と貯湯加熱特性が得ら
れるシステムが提案されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、風呂の浴槽水の排熱を回収する風呂排熱利
用貯湯槽乾燥加熱回路Ａ、と風呂の浴槽水を加熱する手
段が同一でなく前記風呂排熱利用貯湯槽乾燥加熱回路
Ａ、と別の浴槽水を加熱する機構を設置する必要があっ
た。

【０００４】一方従来のヒートポンプ方式の給湯機は電
気温水機に比べてランニングコストが安い等の特長をも
っている。しかし、冬季の集熱量が低いため実負荷に対
し不足気味となりヒータ等補助熱源を必要としていた。
この結果電気温水機等、他の給湯機と比べて差別性が少
ないという課題があった。また、ガス、ヒートポンプ方
式の風呂追い焚き装置は風呂の湯温が冷めるのを防止す
る目的で開発されたものであり、入浴完了と同時に湯が
廃水か放置されている例が多く、熱量的に無駄があっ
た。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、風呂
の排熱を貯湯槽の加熱ができ、且つ、同一の熱交換回路
を用いて風呂水の加熱を行え、熱エネルギの有効利用と
システムの簡便さを得ることを目的とした風呂排熱利用
ヒートポンプ給湯機を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用・効果】請求項
１のヒートポンプ給湯機は、同一の熱交換器を通して、
風呂の排熱回収あるいは風呂水の追い炊き加熱をできる
ようにしたものである。熱交換器の位置としては、風呂
水あるいは風呂水の循環水に接するように配置が好まし
い。その結果、従来別途に必要としていた風呂水の加熱
回路が不要となり、簡便なヒートポンプ給湯機ができ
る。

【０００７】請求項２のヒートポンプ給湯機は、風呂水
を循環する経路の途中に流路を切替る切替え弁を設置す
ることにより、風呂の排熱回収を行った後、風呂水を別
の経路、例えばトイレ用の洗浄水として利用するとか、
排水へ流す事を可能とするものである。その結果、従来
は風呂水の排熱しか利用できていなかったが、排熱回収
後に風呂水自身も利用することができるようになる。

【０００８】請求項３のヒートポンプ給湯機は、風呂水
を循環する経路の途中に流路を切替る切替え弁を設置
し、その１つの流路が排水経路へと接続されている様に
したものである。その結果、従来は風呂水の排熱を回収
する際、一度排熱回収した風呂水で温度の低い水を浴槽
へと戻す方法、即ち回収すべき風呂水の温度を徐々に下
げていく方法でエネルギ効率が悪い方法しか利用できて
いなかったが、本発明では、排熱回収後に風呂水を排水
する事ができ、浴槽へ戻すことがないため、浴槽の風呂
水の温度を高いままに保つことができ、熱回収の効率が
良くなる。

【０００９】また、同様に熱回収を行いながら、排水す
るので、排水に要する時間が非常に短くでき、排熱回収
のため風呂を使用できない時間が非常に短くできて、生
活に支障を起こすことがない。

【００１０】請求項４のヒートポンプ給湯機は、風呂水
を循環する経路の途中に循環水の温度を測定する装置を
設置し、その測定された温度によって、排熱回収の運転
であるとか風呂水の加熱であるとかのヒートポンプ給湯
機の運転を制御するものである。従来は風呂水の排熱を
回収する際、温度の低い状態を作った場合に浴槽の水が
局部的に氷になる場合が発生していた。その結果、特
に、循環経路の配管にて氷へと凝固した場合、その体積
膨張によって配管が破損しシステムが機能不全に陥る重
大な問題を生じていた。本発明によって、循環経路の循
環水の温度を確認しながら、排熱回収等ができるため上
記の様な問題を防ぐことができる。

【００１１】また寒冷地に於いては、浴槽水が凝固する
温度近くになった場合、ヒートポンプにより循環水を加
熱し、浴槽の風呂水の温度をある程度以上に保つことが
でき、システムの機能不全を防ぐ事ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次ぎに本発明の実施例を図１を参
照して述べる、

【００１３】図１は、ヒートポンプ給湯機の構成図であ
る。これは風呂排熱を回収し、貯湯槽の加熱源として利
用する風呂排熱利用貯湯槽加熱回路Ａと、貯湯槽よりの
循環水を熱源として、浴槽水あるいは浴槽よりの循環水
を加熱する貯湯槽利用浴槽加熱回路Ｂと家屋の外の空気
を冷やした排熱を利用して貯湯槽の加熱を行う外部熱源
利用貯湯槽加熱回路Ｃと外部熱源利用浴槽加熱回路Ｄよ
り構成されている。

【００１４】風呂排熱利用貯湯槽加熱回路Ａは、冷媒を
圧縮し圧走する圧縮機１、これより第１切替え弁１１、
貯湯槽水熱交換器３、第３切替え弁１３、浴槽水熱交換
器２、第２切替え弁１２、前記圧縮機１に戻る回路で構
成される。

【００１５】貯湯槽利用浴槽加熱回路Ｂは、冷媒を圧縮
し圧走する圧縮機１、これより第１切替え弁１１、浴槽
水熱交換器２、第５切替え弁１５、貯湯槽水熱交換器
３、第２切替え弁１２、前記圧縮機１に戻る回路で構成
される。

【００１６】外部熱源利用貯湯槽加熱回路Ｃは、冷媒を
圧縮し圧走する圧縮機１、これより第１切替え弁１１、
貯湯槽水熱交換器３、第４切替え弁１４、外部熱源熱交
換器６、第２切替え弁１２、前記圧縮機１に戻る回路で
構成される。

【００１７】外部熱源利用浴槽加熱回路Ｄは、冷媒を圧
縮し圧走する圧縮機１、これより第１切替え弁１１、浴
槽水熱交換器２、第４切替え弁１４、外部熱源熱交換器
６、第２切替え弁１２、前記圧縮機１に戻る回路で構成
される。

【００１８】まずは貯湯槽に蓄えられた水を温める方法
について説明する。本発明は、外部熱源利用貯湯槽加熱
回路Ｃを働かせ、圧縮機１により冷媒を圧縮して、冷媒
の温度を上げ、第１切替え弁１１を通って、貯湯槽水熱
交換器３に於いて、冷媒より熱を貯湯槽熱交換ユニット
１２１内及び該ユニットに接続されている貯湯槽の水を
移動させ貯湯槽水を暖める。熱を移動させられた冷媒は
その後、第４切替え弁１４を通り外部熱源熱交換器６へ
と圧送される。その外部熱源熱交換器６により、外部よ
り熱を回収し、第２切替え弁１２を通って、前記圧縮機
１に戻る回路で運転される。

【００１９】ここで外部熱源としては、外気の空気の
熱、外気及び家屋の内部に存在する空気に含まれる水蒸
気の潜熱、あるいは生活排水に於ける水の顕熱等、色々
利用できる。本実施例では、外気の空気の熱あるいは空
気に含まれる潜熱を代表にして話をする。前記方法によ
り貯湯槽の水は、外気より熱を回収して、温度を上げて
湯として貯湯される。

【００２０】次に、使用者は貯湯槽に蓄えられた湯を、
図示しない配管により、浴槽へと供給し、浴槽水とし
て、利用することができる。しかしながら、浴槽に溜め
られた湯は、浴室内の空気中への放熱あるいは、浴槽壁
を通しての熱伝導により、熱エネルギが失われ湯の温度
が下がってしまう。

【００２１】そのような場合、使用者は外部熱源利用浴
槽加熱回路Ｄを働かせ、圧縮機１により冷媒を圧縮し
て、冷媒の温度を上げ、第１切替え弁１１を通って、浴
槽水熱交換器２に於いて、冷媒より熱を浴槽熱交換ユニ
ット１２２内及び該ユニットに接続されている浴槽の水
へと移動させ浴槽水を暖める。熱を移動させられた冷媒
はその後、第４切替え弁１４を通り外部熱源熱交換器６
へと圧送される。その外部熱源熱交換器６により、外部
より熱を回収し、第２切替え弁１２を通って、前記圧縮
機１に戻る回路で運転される。

【００２２】前記の方法でも、浴槽水の加熱は可能であ
るが、長時間放置した場合や、外気の気温が低い等によ
り大きな容量の加熱が必要な場合、外気熱交換による方
法では熱移動量が少なく設定した温度まで加熱するのに
長時間掛かる。その結果、使用者はその間浴槽を利用す
るのに低い温度の浴槽水につかるかあるいは設定した温
度になるまで待つかのどちらにしても大変な不便を強い
られることが多かった。

【００２３】本発明に於いては、前記の外部熱源利用浴
槽加熱回路Ｄのほかに、貯湯槽利用浴槽加熱回路Ｂを働
かせて圧縮機１により冷媒を圧縮して、冷媒の温度を上
げ、第１切替え弁１１を通って、浴槽水熱交換器２に於
いて、冷媒より熱を浴槽熱交換ユニット１２２内及び該
ユニットに接続されている浴槽の水へと移動させ浴槽水
を暖める。熱を移動させられた冷媒はその後、第５切替
え弁１５を通り貯湯槽水熱交換器３により貯湯槽にて暖
められた水を使って冷媒を加熱する、その後、第２切替
え弁１２、前記圧縮機１に戻る回路で運転される。

【００２４】ここで、冷媒の熱の回収する熱源がある程
度暖められた貯湯槽の水を使うことにより圧縮機は冷媒
を加熱させるために大きな圧縮比率を必要とせず、冷媒
の圧送を行うだけで良いため大容量の熱の移動が即ち浴
槽水の加熱が可能である。

【００２５】次に、浴槽水から排熱を回収して、貯湯槽
の水を加熱する方法について説明する。使用者は、浴槽
を利用した後、浴槽の利用が必要ない場合、図示しない
入力装置を操作して、風呂排熱利用貯湯槽加熱回路Ａを
働かせ圧縮機１により冷媒を圧縮して、冷媒の温度を上
げ、第１切替え弁１１を通って、貯湯槽水熱交換器３に
於いて、冷媒より熱を貯湯槽熱交換ユニット１２１内及
び該ユニットに接続されている貯湯槽の水へと移動させ
貯湯槽水を暖める。熱を移動させられた冷媒はその後、
第３切替え弁１３を通り浴槽水熱交換器２により浴槽に
て暖められた水を使って冷媒を加熱する、その後、第２
切替え弁１２、前記圧縮機１に戻る回路で運転される。

【００２６】本発明では、上記の如く、浴槽水を加熱す
る場合も浴槽水より熱を回収する場合も同一の熱交換器
である浴槽水熱交換器２を使用して行うようにしてあ
る。その結果、従来は別途必要であった浴槽水の加熱を
行うための装置が不要になり非常に簡便なシステムとな
った。

【００２７】更に、本発明では浴槽水熱交換ユニット１
２２の浴槽水循環経路の途中に於いて、循環水流路切替
え弁２１が設置されており、浴槽水循環ポンプ１１２に
より浴槽水を浴槽１０２より吸い込み、浴槽水熱交換器
２を通して、浴槽の排熱を回収した後、循環水流路切替
え弁２１を経由して、別の場所、例えばトイレの洗浄タ
ンクへ送水する事ができる。その結果、本発明に於いて
は、浴槽水の排熱利用だけでなく、浴槽水も再利用する
事が可能である。

【００２８】更に、その再利用に際して、浴槽水を高い
温度のまま再利用した場合、浴槽水の細菌の繁殖速度が
速く、循環経路の汚れが大きい問題があったが、本発明
に於いては、浴槽水の温度を下げてから再利用するた
め、細菌の繁殖が押さえられ前記の問題も防ぐことがで
きるようになった。

【００２９】前記の如く、浴槽水をその循環経路より熱
を回収した後、循環経路の外へ排熱を回収し低温になっ
た浴槽水を出すため、浴槽１０２にある浴槽水の温度が
下がる事がなく、排熱を回収する効率が低下しない利点
もあった。図２に浴槽水を浴槽へ循環させた場合とさせ
ない場合の排熱回収に要するエネルギ効率の比較を行っ
た結果を示す。図２より明らかな様に、本発明によっ
て、エネルギ効率を高く維持する事が可能となった。

【００３０】前記の循環水流路切替え弁を操作する事に
よって、使用者は排熱を回収した後、再利用せず排水す
る事も可能となっている。そのため、排熱回収と同時に
排水する事ができるようになり、従来の排熱を回収した
後排水する事時と比較した場合、格段の時間の短縮をす
る事ができるようになった。その結果を図３に示す。図
３によれば、時間の短縮による使用者の利便性の向上
は、明らかとなった。

【００３１】また、本発明では浴槽水熱交換ユニット１
２２の浴槽水循環経路の途中に於いて、循環水の温度を
測定する循環水温度測定装置２２が設置してあり、その
温度を基に排熱の回収運転を行うかどうかの判断を制御
装置が行うようになっている。本発明では、排熱を回収
した後の浴槽水の温度が５℃以下の場合、排熱回収を止
める様な機構となっており、更に、３℃以下なった場合
貯湯槽利用浴槽加熱回路Ｂを働かせて、配管中の浴槽水
が凝固しない様な機構となっている。その結果、従来は
排熱を回収した後の浴槽水が凝固あるいは凝固したもの
との混合物となり、循環経路の途中にある各器具を痛め
る事があったが、本発明によりそれを防ぐことができる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる、システムの全体構成図

【図２】浴槽水を浴槽へ循環させた場合とさせない場合
の排熱回収に要するエネルギ効率の比較を行った結果

【図３】排熱回収と同時に排水する場合と従来の排熱を
回収した後排水する場合、排水に要する時間を比較した
結果

【符号の説明】

１ ：圧縮機 ２ ：浴槽水熱交換器 ３ ：貯湯槽水熱交換器 ４ ：空気冷却熱交換器 ５ ：空気加熱熱交換器 ６ ：外気熱交換器 １１ ：第１切替え弁 １２ ：第２切替え弁 １３ ：第３切替え弁 １４ ：第４切替え弁 １５ ：第５切替え弁 ２１ ：循環水流路切替え弁 ２２ ：循環水温度測定装置 １０１ ：貯湯タンク １０２ ：浴槽 １０３ ，１０４：室外機 １１１ ：貯湯循環ポンプ １１２ ：浴槽水循環ポンプ １２１ ：貯湯熱交換ユニット １２２ ：浴槽水熱交換ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風呂排熱を回収し、貯湯槽の加熱源とし
   て利用する風呂排熱利用貯湯槽加熱回路と、貯湯槽より
   の循環水を熱源として、浴槽水あるいは浴槽よりの循環
   水を加熱する貯湯槽利用浴槽加熱回路により構成され、
   浴槽水あるいは浴槽よりの循環水の加熱あるいは排熱の
   回収を同一の熱交換器を通して行うことを特徴とするヒ
   ートポンプ給湯機。
2. 【請求項２】 請求項１の浴槽水を循環する回路の途中
   の経路において、外部の制御信号により流路を切替える
   弁が設置されていることを特徴とする請求項１記載のヒ
   ートポンプ給湯機。
3. 【請求項３】 請求項２の流路の一方が、排水経路へと
   接続され、排熱を回収しながら排水する事を特徴とする
   請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 【請求項４】 請求項１の浴槽水を循環する回路の途中
   の経路において、循環水の温度を測定する装置が設置さ
   れ、その温度によってヒートポンプの運転を制御する事
   を特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。