JP2002243274A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプ式給湯装置のエネルギ効率を向
上させることができる、ヒートポンプ式給湯装置を提供
する。 【解決手段】 圧縮機１６、ヒートポンプ熱交換器１
８、及び冷媒対水熱交換器２７を含む、自然冷媒を用い
た冷媒回路を備え、上記冷媒対水熱交換器２７で加熱さ
れた湯を給湯タンク２６に貯留可能とし、この給湯タン
ク２６の天部２６Ａに第一開閉弁９１を有した天部出湯
配管４０を接続し、上記給湯タンク２６の天部と底部と
のほぼ中間部２６Ｃに第二開閉弁９２を有した中間部出
湯配管３３を接続し、上記給湯タンクの上記中間部２６
Ｃの湯温に応じて、上記第一、第二開閉弁９１，９２を
開閉制御する制御手段１５Ｂを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒熱により水を
加熱して、湯を給湯タンクに貯溜可能としたヒートポン
プ式給湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、給湯用熱交換器が冷媒熱により水
を加熱して給湯タンクに湯を貯溜可能としたヒートポン
プ式給湯装置が提案されている。

【０００３】この種のものでは、上記冷媒が二酸化炭素
を多く含有する冷媒の場合、フロン系冷媒に比べ冷媒圧
力が高いために、給湯タンクに貯溜される湯の温度が、
例えば９０℃程度にまで上昇する。

【０００４】一般に、ヒートポンプ式給湯装置では、給
湯タンクの天部の湯温が他に比べて高くなることから、
この天部に出湯配管を接続し、これを通じて給湯される
湯に水を混ぜて適温にした上で給湯する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、給湯タ
ンクの湯温が高い場合、給湯時にはこの湯に対し多量の
水道水を混ぜて湯温を下げる必要があり、このヒートポ
ンプ式給湯装置のエネルギ効率が低下するという問題が
ある。

【０００６】本発明の目的は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、ヒートポンプ式給湯装置のエネルギ
効率を向上させることができる、ヒートポンプ式給湯装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、圧縮機、ヒートポンプ熱
交換器、及び冷媒対水熱交換器を含む、自然冷媒を用い
た冷媒回路を備え、上記冷媒対水熱交換器で加熱された
湯を給湯タンクに貯留可能とし、この給湯タンクの天部
に第一開閉弁を有した天部出湯配管を接続し、上記給湯
タンクの天部と底部との中間部に第二開閉弁を有した中
間部出湯配管を接続し、上記給湯タンクの上記中間部の
湯温に応じて、上記第一、第二開閉弁を選択的に開閉制
御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載のも
のにおいて、上記天部出湯配管と上記中間部出湯配管と
は、第一、第二開閉弁の下流で合流し、この合流した給
湯配管に、この給湯配管からの湯と水道水とを混合して
給湯する混合制御弁を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】本発明では、自然冷媒を用いた冷媒回路を
備えたため、フロン系冷媒を用いた冷媒回路に比べて、
給湯タンクに貯留される湯の温度は上昇する。よって、
中間部出湯配管を通じて給湯される湯温もかなり高くな
る。給湯タンクの中間部の湯温に応じて、第一、第二開
閉弁を開閉制御することにより、中間部出湯配管を通じ
て給湯される湯、或いは天部出湯配管を通じて給湯され
る湯のいずれかを選択できるため、無駄に水道水を混ぜ
る必要がなくなり、本給湯装置のエネルギ効率を向上さ
せることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づき説明する。

【００１１】図１は、本発明に係るヒートポンプ式給湯
装置の一実施形態を示し、給湯タンク内の水を加熱し、
同タンク内に湯を貯溜するときの回路図である。

【００１２】この図１に示すように、ヒートポンプ式給
湯装置１０は、ヒートポンプユニット１１、給湯ユニッ
ト１２、蛇口１３、浴槽１４、並びに制御装置１５Ａ及
び１５Ｂを有して構成される。

【００１３】ヒートポンプユニット１１は、圧縮機１
６、給湯用熱交換器（冷媒対水熱交換器）２７、ヒート
ポンプ熱交換器１８及びアキュムレータ１７が冷媒配管
１９に順次配設されて構成される。圧縮機１６が冷媒を
圧縮する。また、上記給湯用熱交換器２７は、圧縮機１
６から吐出された冷媒の熱により湯または水を加熱す
る。この実施形態において、冷媒は、例えば二酸化炭素
を多く含有する冷媒等の自然冷媒である。二酸化炭素を
多量に含有する冷媒の場合には、通常、フロン系冷媒に
比べ冷媒圧力が高くなる。

【００１４】前記した給湯ユニット１２は、給湯タンク
２６及び浴槽用熱交換器（水対水熱交換器）２８、並び
に蛇口給湯ライン７１及び浴槽注湯ライン７２等を有し
て構成される。

【００１５】上記給湯タンク２６は、給湯用熱交換器２
７を用いて冷媒熱により加熱された湯を貯溜するもので
ある。この給湯タンク２６と給湯用熱交換器２７とは、
給湯用循環ポンプ３４、流量調整弁３５、第１切換電磁
弁７３を備えた給湯用水配管３６によりループ状に連結
されて、第１切換電磁弁７３の開操作時に、図１の太線
に示すように、水が循環する給湯用水循環回路Ｎが構成
される。

【００１６】冷媒に、二酸化炭素を多く含有する冷媒を
用いた場合、上記のように、フロン系冷媒に比べ冷媒圧
力が高くなり、給湯用熱交換器２７に貯留される湯の温
度は９０℃程度にまで上昇する。

【００１７】ヒートポンプユニット１１と給湯ユニット
１２間は、給湯用水配管３６によりループ状に連結され
るため、従来と比較した場合、高圧の冷媒配管（例えば
冷媒配管１９）は外部に露出せず、ヒートポンプ式給湯
装置の安全性を向上させることができる。

【００１８】給湯タンク２６の底部２６Ｂには、減圧逆
止弁３７を配設した第１水道水配管３８が接続されて、
給湯タンク２６内へ常に水道水が供給可能とされる。し
たがって、給湯タンク２６内に常時水道水圧が作用す
る。

【００１９】また、この給湯タンク２６の天部２６Ａに
は第一開閉弁９１を有した天部出湯配管４０が接続さ
れ、上記給湯タンク２６の天部２６Ａと底部２６Ｂとの
ほぼ中間部２６Ｃには第二開閉弁９２を有した中間部出
湯配管３３が接続される。これら配管４０，３３に接続
された第一、第二開閉弁９１，９２は、給湯タンク２６
の中間部２６Ｃに設置された温度センサ９４によって検
知される湯温に応じ、制御装置１５Ｂを介して選択的に
開閉制御される。

【００２０】給湯用循環ポンプ３４の稼働により、給湯
タンク２６の底部２６Ｂの水が給湯用熱交換器２７に送
給されると、この給湯用熱交換器２７は、送給された水
を、ヒートポンプユニット１１の圧縮機１６から吐出さ
れた冷媒ガスの熱によって加熱する。この加熱された湯
または水は、第１切換電磁弁７３の開操作時に、流量調
整弁３５により流量調整され、給湯タンク２６の天部２
６Ａへ導かれ、給湯タンク２６内に上限約９０℃の湯が
貯溜可能とされる。

【００２１】上記圧力逃し弁３９は、湯または水が過剰
に加熱されて、給湯タンク２６内の圧力が過大となった
時に、この圧力を解放するものである。

【００２２】上記浴槽用熱交換器２８は、給湯タンク２
６内の湯を循環させて浴槽１４内の湯を追い焚きする水
対水熱交換器である。給湯タンク２６内の湯は、天部２
６Ａから導出された循環配管１０１中のポンプ１０２の
駆動により汲み出される。この汲み出された湯は、循環
配管１０１を経て、浴槽用熱交換器２８に導かれて、浴
槽１４内の湯または水を加熱（追い焚き）した後に、第
２切換電磁弁７４、及び戻り配管１０３を経て、給湯タ
ンク２６の天部２６Ａと底部２６Ｂとの中間部２６Ｃに
接続される。

【００２３】つまり、浴槽用熱交換器２８は、給湯タン
ク２６内の湯を導く導入水配管７５と、浴槽１４内の湯
または水を導く第１浴槽用水配管５１との接触によっ
て、これらの導入水配管７５と第１浴槽用水配管５１内
とをそれぞれ流れる湯または水を熱交換可能とするよう
に構成されたものである。導入水配管７５と第１浴槽用
水配管５１は、浴槽用熱交換器２８を構成する部分にお
いては、偏平管形状に形成されて接触面積が増大され
る。

【００２４】また、浴槽用熱交換器２８と浴槽１４とを
連通する上記第１浴槽用水配管５１は、浴槽用循環ポン
プ４６、フィルタ４７、水位センサ４８、サーミスタ４
９及びフロースイッチ５０を備える。

【００２５】この第１浴槽用水配管５１により、浴槽用
熱交換器２８と浴槽１４との間で湯または水が循環する
浴槽用水循環回路Ｐが構成される。

【００２６】水位センサ４８は、第１浴槽用水配管５１
を介して浴槽１４に連通していることから、この浴槽１
４内の湯または水の水位を検出する。また、サーミスタ
４９は、浴槽用水循環回路Ｐを湯または水が循環してい
る時、その湯温を検知して、浴槽１４内の湯温を間接的
に検出する。また、フロースイッチ５０は、浴槽用水循
環回路Ｐを湯または水が循環していることを検出する。
更に、フィルタ４７は、浴槽１４内に配設されたフィル
タ５６とともに、湯を濾過する。

【００２７】浴槽１４内に後述の如く注湯がなされて、
この浴槽１４内に湯が張られ、この浴槽１４内の湯を追
い焚きする時、循環ポンプ１０２及び浴槽用循環ポンプ
４６が稼動される。すると、図４の太線に示すように、
給湯タンク２６内の湯と、浴槽１４内の湯が、共に浴槽
用熱交換器２８内へ流入し、ここで熱交換し、浴槽１４
内の湯が、給湯タンク２６内の湯によって追い焚きされ
る。浴槽用熱交換器２８で仕事をした湯は、その熱交換
により約５０℃に温度低下して、水配管１０３を経て、
給湯タンク２６の中間部２６Ｃに流入する。

【００２８】上記蛇口給湯ライン７１は、図２の太線Ｑ
に示すように、給湯配管５９、混合制御弁５７及びフロ
ーセンサ５８を備えて構成される。給湯タンク２６に
は、第１水道水配管３８を介して水道水圧が作用してい
ることから、蛇口１３を開くことにより、給湯タンク２
６内の湯が蛇口１３へ供給可能とされる。

【００２９】上記フローセンサ５８は、給湯配管５９内
を流れる湯量を検出する。また、混合制御弁５７は、図
２の太線Ｒに示すように、第２水道水配管６２を介して
第１水道水配管３８の減圧逆止弁３７下流側に接続され
る。

【００３０】従って、混合制御弁５７の開度制御によ
り、給湯配管５９からの湯と第２水道水配管６２からの
水道水とが混合されて、蛇口１３から給湯される湯が約
６０℃以下、例えば４２℃に調整される。

【００３１】上記浴槽注湯ライン７２は、図３の太線Ｓ
に示すように、給湯配管５９におけるフローセンサ５８
下流側と、第１浴槽用水配管５１における浴槽用循環ポ
ンプ４６、フロースイッチ５０間とを第２浴槽用水配管
６８により接続することにより構成され、給湯タンク２
６内の湯を浴槽１４へ注湯可能とする。この第２浴槽用
水配管６８には、給湯配管５９の側からフローセンサ６
４、注湯用電磁弁６５、リリーフ手段６６、逆止弁６
７、電磁弁５４が順次配設されている。

【００３２】ここで、フローセンサ６４は、第２浴槽用
水配管６８内を流れる湯量を検出する。また、リリーフ
手段６６及び逆止弁６７は、過剰に加熱された湯が第２
浴槽用水配管６８内を流れたときに、その圧力を逃がす
ものである。電磁弁５４は、風呂への給湯時に開かれ、
追い焚き時に閉じられる。

【００３３】浴槽用循環ポンプ４６を停止させた状態
で、注湯用電磁弁６５，５４を開操作すると、図３の太
線Ｓに示すように、給湯タンク２６内の湯が、給湯配管
５９の一部及び第２浴槽用水配管６８を流れて第１浴槽
用水配管５１内に至り、この第１浴槽用水配管５１内で
フロースイッチ５０、サーミスタ４９、水位センサ４８
及びフィルタ４７を経て浴槽１４へ注湯される。

【００３４】浴槽１４内に給湯タンク２６から適量の湯
が注湯されたことが水位センサ４８により検出された段
階で、注湯用電磁弁６５，５４が閉操作される。その
後、浴槽１４内の湯温が適温以下に低下したことがサー
ミスタ４９により検知されたときに、上記のように、浴
槽１４内の湯または水が加熱（追い焚き）され、浴槽１
４内の湯が保温される。

【００３５】このように、給湯タンク２６から浴槽１４
へ適温の湯を適量注湯し、その後所定時間、浴槽１４内
の湯を適温に加熱（追い焚き）して保温動作する運転
を、浴槽自動運転と称する。

【００３６】本実施形態では、自然冷媒を用いた冷媒回
路を備えたため、フロン系冷媒を用いた冷媒回路に比べ
て、給湯タンク２６に貯留される湯の温度は９０℃程度
にまで上昇する。これによれば、給湯タンク２６内の湯
を循環させることによって、この湯温で浴槽１４内の湯
を追い焚きすることができる。従って、給湯せずに風呂
を追い焚きする場合、ヒートポンプユニット１１を運転
する必要がなく、エネルギ効率を向上させることができ
る。

【００３７】前記制御装置１５Ａは、ヒートポンプユニ
ット１１に設置されて、圧縮機１６の運転（容量制御を
含む）及び停止を制御する。また、前記制御装置１５Ｂ
は給湯ユニット１２に設置されて、給湯用循環ポンプ３
４及び浴槽用循環ポンプ４６の稼働または停止、第１切
換電磁弁７３、第２切換電磁弁７４、注湯用電磁弁６５
及び５４の開閉、流量調整弁３５及び混合制御弁５７の
開度等を制御する。この制御装置１５Ｂは、ヒートポン
プユニット１１の制御装置１５Ａと通信線７８により接
続されて、双方向の通信が可能とされるとともに、リモ
ートコントローラ７９に有線または無線状態で接続され
る。

【００３８】以上のように構成されたことから、上記実
施の形態によれば、例えば、次のような効果を奏する。

【００３９】冷媒熱により水を加熱して給湯タンク２６
に湯を貯溜可能とする給湯用熱交換器２７が、冷媒を圧
縮する圧縮機１６を備えたヒートポンプユニット１１内
に配置され、給湯タンク２６が給湯ユニット１２内に配
置され、給湯用熱交換器２７により加熱された湯の熱に
よって、浴槽用熱交換器２８が浴槽１４内の湯または水
を加熱して保温可能とするよう構成されたことから、高
圧の冷媒が流れる冷媒配管１９がヒートポンプユニット
１１内にのみ配設され、ヒートポンプユニット１１と給
湯ユニット１２との間に配設されることがないので、こ
れら高圧の冷媒配管が外部に露出することを防止でき、
ヒートポンプ式給湯装置１０の安全性を向上させること
ができる。

【００４０】浴槽用熱交換器２８は、給湯タンク２６内
の湯を導く導入水配管７５と、浴槽１４内の湯または水
を導く第１浴槽用水配管５１との、浴槽用熱交換器２８
に対応する部分での接触により、両配管（導入水配管７
５及び第１浴槽用水配管５１）内を流れる湯または水を
熱交換可能とするよう構成されたことから、風呂の追い
焚き時にヒートポンプユニット１１を稼働する必要がな
く、エネルギ効率が向上する。また、両配管（導入水配
管７５及び第１浴槽用水配管５１）の内、一方の配管が
たとえ損傷しても、他方の配管がその影響を受けること
がない。例えば、第１浴槽用水配管５１が破損しても、
この第１浴槽用水配管５１内の、例えば汚染された湯ま
たは水が導入水配管７５内の湯または水に混入すること
がないため、この第１浴槽用水配管５１を経て給湯タン
ク２６内へ汚染された湯が流入しないので、給湯タンク
２６内の湯または水を常に清浄に確保できる。

【００４１】自然冷媒を用いた冷媒回路を備えたため、
フロン系冷媒を用いた冷媒回路に比べて、給湯タンク２
６に貯留される湯の温度は９０℃程度にまで上昇する。
これによれば、給湯タンク２６のほぼ中間部２６Ｃの湯
温も、５０℃程度に維持されることが多い。そうであれ
ば、蛇口１３での必要温度は４２〜４３℃程度が多いた
め、中間部２６Ｃの湯をそのまま使用することが可能で
ある。

【００４２】本実施形態では、給湯タンク２６の天部２
６Ａには第一開閉弁９１を有した天部出湯配管４０が接
続され、上記給湯タンク２６の天部２６Ａと底部２６Ｂ
とのほぼ中間部２６Ｃには第二開閉弁９２を有した中間
部出湯配管３３が接続され、これら配管４０，３３に接
続された第一、第二開閉弁９１，９２は、給湯タンク２
６の中間部２６Ｃに設置された温度センサ９４によって
検知される湯温に応じ、制御装置１５Ｂを介して開閉制
御される。

【００４３】例えば、温度センサ９４によって検知され
た湯温が、５０℃程度であったとすれば、その湯温は蛇
口１３での必要温度近くに到達している。この場合、第
一開閉弁９１を閉じ、第二開閉弁９２を開く。これによ
り、中間部２６Ｃの湯を蛇口１３から取り出すことが可
能になる。

【００４４】この場合、混合制御弁５７の開度制御によ
り、給湯配管５９からの湯と第２水道水配管６２からの
水道水とが混合されて、蛇口１３から給湯される湯の温
度が、例えば４２℃に調整される。混合制御弁５７に
は、ステッピングモータ等を使用した電動弁が用いら
れ、混合精度が高く維持される。

【００４５】中間部２６Ｃの湯温が、例えば蛇口１３で
必要とされる湯温よりも低い場合、第二開閉弁９２を閉
じ、第一開閉弁９１を開く。これにより、天部２６Ａの
湯が取り出される。この場合も、混合制御弁５７の開度
制御により、給湯配管５９からの湯と第２水道水配管６
２からの水道水とが混合されて、蛇口１３から給湯され
る湯の温度は、例えば４２℃に調整される。

【００４６】本実施形態によれば、給湯タンク２６内の
湯を使用する場合、給湯タンク２６の中間部２６Ｃの湯
温に応じて、第一、第二開閉弁９１，９２を開閉制御す
るため、例えば、蛇口１３或いは浴槽１４等で必要とさ
れる湯温に近い湯温を持つ湯を取り出すことができる。
そのため、エネルギの無駄が省かれて、本給湯装置１０
のエネルギ効率を向上させることができる。

【００４７】以上、本発明を上記実施の形態に基づいて
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００４８】

【発明の効果】本発明では、自然冷媒を用いた冷媒回路
を備えたため、フロン系冷媒を用いた冷媒回路に比べ
て、給湯タンクに貯留される湯の温度は上昇する。よっ
て、中間部出湯配管を通じて給湯される湯温もかなり高
くなる。給湯タンクの中間部の湯温に応じて、第一、第
二開閉弁を開閉制御することにより、中間部出湯配管を
通じて給湯される湯、或いは天部出湯配管を通じて給湯
される湯のいずれかを選択できるため、無駄に水道水を
混ぜる必要がなくなり、本給湯装置のエネルギ効率を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒートポンプ式給湯装置における
一実施形態を示し、給湯タンク内の水を加熱し、同タン
ク内に湯を貯溜するときの回路図である。

【図２】図１において、蛇口へ給湯するときの回路図で
ある。

【図３】図１において、浴槽へ注湯するときの回路図で
ある。

【図４】図１において、浴槽内の湯または水を加熱（追
い焚き）して保温するときの回路図である。

【符号の説明】

１０ ヒートポンプ式給湯装置 １１ ヒートポンプユニット １２ 給湯ユニット １３ 蛇口 １４ 浴槽 １５Ｂ 制御装置 １６ 圧縮機 １９ 冷媒配管 ２６ 給湯タンク ２６Ａ 天部 ２６Ｂ 底部 ２６Ｃ 中間部 ２７ 給湯用熱交換器（冷媒対水熱交換器） ２８ 浴槽用熱交換器（水対水熱交換器） ３３ 中間部出湯配管 ３６ 給湯用水配管 ４０ 天部出湯配管 ５９ 合流配管 ９１ 第一開閉弁 ９２ 第二開閉弁 ９４ 温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠谷 義徳 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 小山 清 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 滝澤 禎大 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 式地 千明 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 石垣 茂弥 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 井崎 博和 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 向山 洋 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 桑原 修 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山崎 晴久 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 今井 悟 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、ヒートポンプ熱交換器、及び冷
   媒対水熱交換器を含む、自然冷媒を用いた冷媒回路を備
   え、上記冷媒対水熱交換器で加熱された湯を給湯タンク
   に貯留可能とし、この給湯タンクの天部に第一開閉弁を
   有した天部出湯配管を接続し、上記給湯タンクの天部と
   底部との中間部に第二開閉弁を有した中間部出湯配管を
   接続し、上記給湯タンクの上記中間部の湯温に応じて、
   上記第一、第二開閉弁を選択的に開閉制御する制御手段
   を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 【請求項２】 上記天部出湯配管と上記中間部出湯配管
   とは、第一、第二開閉弁の下流で合流し、この合流した
   給湯配管に、この給湯配管からの湯と水道水とを混合し
   て給湯する混合制御弁を備えたことを特徴とする請求項
   １記載のヒートポンプ式給湯装置。