JP2003336896A - ヒートポンプ給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプユニットの運転効率を良くし
て、ヒートポンプユニットの成績計数（Ｃ０Ｐ）を向上
させることができるヒートポンプ給湯器を提供する。 【解決手段】 貯湯槽５の下部から上部に貯湯槽内の湯
水を循環させる沸上用循環路９と、この沸上用循環路９
に設けられる沸上用熱交換器１５を通じて沸上用循環路
９内を流通する湯水を沸き上げるヒートポンプユニット
３を設ける。沸上用循環路９に並列的に設けられ放熱用
熱交換器２０を有する放熱用循環路２３を設ける。この
放熱用熱交換器２０の放熱により加熱されるシスターン
２４と、このシスターンの熱と熱交換される温水循環路
２８と、この温水循環路２８に接続される温水熱利用機
器３１とを設ける。沸上用循環路９の出口側と放熱用循
環路２３の戻り側との接続部分に流量調節弁３２を設け
る。温水熱利用機器３１に利用された後の戻り側の湯水
に、貯湯槽１内下部の水を流量調節弁３２で混合して低
温化し、この低温化された湯水をヒートポンプユニット
３に入力させヒートポンプユニット３運転効率良くし
て、成績係数を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、ヒートポンプユニットで集熱し
た熱で貯湯槽の水を沸上げ給湯に利用したり、ヒートポ
ンプユニットで集熱した熱を放熱用熱交換器から放熱し
て温水熱利用機器に利用できるようにしたヒートポンプ
給湯器に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ヒートポンプ給湯器においては、湯
を貯湯する貯湯槽を備え、この貯湯槽の下部から上部に
貯湯槽内の湯水を循環させる沸上用循環路を設け、この
沸上用循環路にヒートポンプユニットの沸上用熱交換器
を配設している。そして、このヒートポンプユニットの
作動により沸上用熱交換器が加熱され、この沸上用熱交
換器にて熱交換されて所定の沸上温度に沸上げられた沸
上用循環路の湯が貯湯槽の上部に送り込まれ、貯湯槽の
上部側から湯が層状に貯湯される。そして、この層状に
貯湯された湯は浴槽や台所に給湯され利用される。一
方、ヒートポンプユニットの作動により沸き上げられた
湯は、沸上用循環路に並列的に設けられ放熱用熱交換器
を有する放熱用循環路に循環され、この放熱用熱交換器
の放熱でシスターン内の湯水を加熱し、この加熱された
シスターン内の湯水に温水循環路内の湯水を循環熱交換
させて、たとえば、床暖房機、パネルヒータなどの温水
熱利用機器に利用されるヒートポンプ給湯器が提案され
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、シスターン内
の湯水に温水循環路内の湯水を循環熱交換させて床暖房
機、パネルヒータなどの温水熱利用機器に利用された後
の戻り側の湯水が充分に冷めない状態でヒートポンプユ
ニットに入力されると、ヒートポンプユニットの運転は
圧縮機が過負荷状態となり運転を停止させたり、また、
そのまま運転させると成績係数（ＣＯＰ）の低下になる
などの問題がある。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、ヒートポンプユニットにより加熱され、床暖房
機、パネルヒータなどの温水熱利用機器に利用された後
の戻り側の湯水に、貯湯槽内下部の水を混合して低温化
し、この低温化された湯水をヒートポンプユニットに入
力させることにより、ヒートポンプユニットの運転効率
良くして、ヒートポンプユニットの成績係数を向上させ
ることができるヒートポンプ給湯器を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のヒートポ
ンプ給湯器は、貯湯槽と、この貯湯槽の下部から上部に
貯湯槽内の湯水を循環させる沸上用循環路と、この沸上
用循環路に設けられる沸上用熱交換器を通じて沸上用循
環路を流通する湯水を沸き上げるヒートポンプユニット
と、前記沸上用循環路に並列的に設けられ放熱用熱交換
器を有する放熱用循環路と、この放熱用熱交換器の放熱
により加熱されるシスターンと、このシスターンの熱と
熱交換される温水循環路と、この温水循環路に接続され
る温水熱利用機器とを備えたヒートポンプ給湯器におい
て、前記沸上用循環路の出口側と前記放熱用循環路の戻
り側との接続部分に流量調節弁を設けたものである。

【０００６】そして、この構成により、ヒートポンプユ
ニットの運転により沸上用熱交換器を通じて沸上用循環
路を流通する湯水を沸き上げて貯湯槽内の湯水が沸上げ
られる。一方、ヒートポンプユニットの運転により放熱
用循環路内の湯水が加熱され、放熱用熱交換器で放熱さ
れ、床暖房機、パネルヒータなどの温水熱利用機器に利
用される。そして、温水熱利用機器に利用された後の戻
り側の湯水に、貯湯槽内下部の水を流量調節弁で混合し
て低温化し、この低温化された湯水をヒートポンプユニ
ットに入力させることにより、ヒートポンプユニットの
運転効率良くして、ヒートポンプユニットの成績係数を
向上させ、浴槽内の湯水の沸上げと、温水熱利用機器の
利用が効率良く行なえる。

【０００７】請求項２記載のヒートポンプ給湯器は、請
求項１記載のヒートポンプ給湯器において、放熱用循環
路の戻り側と貯湯槽下部との間に開閉弁を有するバイパ
ス路を設けたものである。

【０００８】そして、この構成により、温水熱利用機器
のみの利用時に、バイパス路側の開閉弁を開放して温水
熱利用機器に利用された後の戻り側の湯水を貯湯槽の下
部に戻すとともに、貯湯槽下部の低温水をヒートポンプ
ユニットに入力循環させることにより、ヒートポンプユ
ニットの運転効率良くして、ヒートポンプユニットの成
績係数を向上させることができ、温水熱利用機器の利用
が効率良く行なえる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１０】

【実施例】図１に示すように、ヒートポンプ給湯器１
は、貯湯ユニット２と、ヒートポンプユニット３と、温
水熱熱交換ユニット４とを備えている。

【００１１】貯湯ユニット２は、貯湯槽５を備え、この
貯湯槽５は、先止押上式の給湯方式を採用しており、貯
湯槽５の下部には減圧弁６を介して水道水を給水する給
水管７が接続されているとともに、上部には沸き上げた
湯を風呂場などの給湯先に給湯する給湯管８が接続され
ている。

【００１２】貯湯槽５には、貯湯槽５の下部から出て貯
湯槽５の上部に戻る沸上用循環路９が接続されている。
この沸上用循環路９の中間部は貯湯ユニット２から出て
ヒートポンプユニット３内に配置され、このヒートポン
プユニット３内において貯湯槽５の下部の湯水を沸上用
循環路９内に強制的に引き込んで貯湯槽５の上部に循環
させる沸上用循環ポンプ１０が配設されている。

【００１３】貯湯槽５の側面下部には、貯湯槽５の下部
側に一定量の水領域を残して沸上げる貯湯槽５の湯水温
度を検知する湯温センサ１１が配設されている。また、
１２は補助ヒータで、この補助ヒータ１２はヒートポン
プユニット３で沸上げができない場合に通電して貯湯槽
５内の湯水の沸上げを行う時に使用される。

【００１４】ヒートポンプユニット３は、冷媒が充填さ
れた冷媒回路１３を有し、この冷媒回路１３には、圧縮
機１４、凝縮器として機能する沸上用熱交換器１５、膨
張弁１６および蒸発器１７が順に接続されている。ま
た、沸上用熱交換器１５には沸上用循環路９の中間部が
挿通され、この沸上用循環路９内を流通する湯水と沸上
用熱交換器１５内の冷媒との間で熱交換して湯水を所定
の沸上温度に沸き上げる。また、蒸発器１７には、外気
を蒸発器１７に送る送風ファン１８および、この送風フ
ァン１８を回転させる送風モータ１９を備えている。

【００１５】温水熱熱交換ユニット４は、沸上用循環路
９に並列的に接続される放熱用熱交換器２０、熱交循環
ポンプ２１および、熱交温度センサ２２を備えた放熱用
循環路２３と、放熱用熱交換器２０を内蔵し、この放熱
用熱交換器２０の放熱により熱交換して加熱される上方
を大気に開放したシスターン２４、温水循環ポンプ２
５、放熱用循環路２３内の温水温度を検知する温水温度
検知センサ２６および、フロースイッチ２７を備えた温
水循環路２８と、シスターン２４に電磁弁２９を通じて
水道水を給水する給水路３０とから構成されている。そ
して、温水循環路２８に床暖房機、パネルヒータなどの
温水熱利用機器３１が接続される。

【００１６】３２は流量調節弁で、この流量調節弁３２
は、沸上用循環路９の出口側と放熱用循環路２３の戻り
側との接続部分に設けられ、放熱用循環路２３の戻り側
の配管よりヒートポンプユニット３の沸上用熱交換器１
５に入力される湯水に、貯湯槽５下部の低温水を所定量
混合して低温化させるものである。

【００１７】３３はバイパス路で、このバイパス路３３
は、放熱用循環路２３の戻り側と貯湯槽５下部との間に
開閉弁３４を介して接続され、温水循環路２８に床暖房
機、パネルヒータなどの温水熱利用機器３１の利用時
に、開閉弁３４を開放して貯湯槽５下部の水をヒートポ
ンプユニット３の沸上用熱交換器１５に入力循環させる
ものであ。

【００１８】３５はリモコンを示し、このリモコン３５
は、台所などの壁面に配設されて貯湯ユニット２、ヒー
トポンプユニット３および、温水熱熱交換ユニット４を
動作するもので、これら各ユニットを始動させたり切変
えるスイッチ類、これらの運転状態を表示する表示手段
などを有している。

【００１９】３６は運転制御手段としての制御装置で、
この制御装置３６は、リモコン３５の操作で流量調節弁
３２を切換えて、ヒートポンプユニット３に貯湯ユニッ
ト２を接続して貯湯槽５の湯水の沸上げを制御したり、
ヒートポンプユニット３に、貯湯ユニット２と温水熱熱
交換ユニット４の両方を接続して貯湯槽５の湯水を沸上
げながら、温水熱熱交換ユニット４を運転して温水熱利
用機器を運転したり、ヒートポンプユニット３に、温水
熱熱交換ユニット４を接続して温水熱熱交換ユニット４
のみを運転する制御を行なうようになっている。

【００２０】また、制御装置３６は、貯湯槽５の湯水の
沸上げ時に、湯温センサ１１が沸上げを検知して湯温信
号を入力し、沸上げを完了させたり、温水熱熱交換ユニ
ット４を運転させて温水熱利用機器を運転する時に、熱
交温度センサ２２が放熱用循環路２３の湯水の温度低下
を検知して湯温信号を入力し、熱交循環ポンプ２１を駆
動させたり、温水温度検知センサ２６が温水循環路２８
の温水温度の低下を検知して温水温度信号を入力し、温
水循環ポンプ２５を駆動させるなどの制御を行なうよう
になっている。

【００２１】次に、本実施の形態の作用を説明する。

【００２２】先ず、図１により貯湯槽５内の水を沸上げ
る作用について説明する。

【００２３】給水管７から貯湯槽５内に水道水が貯留さ
れる。そして、リモコン３５の操作により制御装置３６
が制御され、ヒートポンプユニット３の圧縮機１４を駆
動する。これにより矢印で示すように、冷媒は、冷媒回
路１３の圧縮機１、凝縮器１５、膨張弁１６、蒸発器１
７の順に流れる。蒸発器７で大気熱を集熱し気化された
冷媒は圧縮機１４に送られ、圧縮機１４で圧縮されて出
た高温高圧の冷媒ガスは、沸上用熱交換器１５で沸上用
循環路９内の水と熱交換される。

【００２４】一方、流量調節弁３２が沸上用循環路９側
に切換えられるとともに、循環ポンプ１０が駆動され、
矢印で示すように貯湯槽５下部の水が沸上用循環路９側
を通じて沸上用熱交換器１５で沸上用循環路９内の水が
熱交換され矢印で示すよう湯水となって貯湯槽１上部に
入り、これを繰返して貯湯槽５の上部から設定温度の約
６０℃〜９０℃の湯水が順次積層され貯湯槽５の水が沸
き上げられる。そして、湯温センサ１１が、沸上げ時の
湯水温度を検知する湯温センサ１１の位置で沸上げを検
知したら沸上げが完了する。したがって、貯湯槽５の下
部に一定量の水領域が形成される。

【００２５】なお、この貯湯槽５内の水の沸上げ時には
流量調節弁３２が沸上用循環路９側に切換っているた
め、放熱用循環路２３側に湯水は流れない。そして、こ
のように、貯湯槽５内に積層された湯水は、給湯管８を
通じて例えば台所や浴槽に送られ給湯に供される。

【００２６】次に、ヒートポンプユニット３を運転し、
貯湯槽５内の湯水を沸上げながら、床暖房機、パネルヒ
ータなどの温水熱利用機器３１を利用する作用について
図２により説明する。

【００２７】リモコン３５の操作により制御装置３６が
制御され、電磁弁２９を開放して給水路３０から水道水
をシスターン２４内に所定量給水する。また、制御装置
３６が流量調節弁３２を動作させて、貯湯槽１下部領域
から出る水量と放熱用循環路２３の戻り側の湯量が適度
の混合比で混合され所定の湯温になって流量調節弁３２
に入るように流量調節弁３２の開放角度が調節される。
そして、制御装置３６によりヒートポンプユニット３、
貯湯ユニット２および、温水熱熱交換ユニット４が夫々
運転制御される。

【００２８】すなわち、ヒートポンプユニット３が貯湯
槽５内の水の沸上げ時に説明したと同様な作用により冷
媒回路１３を動作させる。そして、沸上用循環ポンプ１
０が駆動され貯湯槽５下部より出た水は沸上用熱交換器
１５で熱交換され、この熱交換されて約６０℃〜９０℃
に沸上げられた湯水は沸上用循環路９を上昇し、沸上用
循環路９の上部で分岐し、一部は貯湯槽５の上部より積
層貯湯される。

【００２９】一方、沸上用循環路９から分岐された湯水
は、放熱用循環路２３内に流れ放熱用熱交換器２０から
放熱される熱により熱交換されてシスターン２４内の水
が約約６０℃の湯温に加熱される。そして、この放熱用
熱交換器２０からの放熱により加熱されたシスターン２
４内の湯水と熱交換された温水循環路２８内の湯水によ
り床暖房機やパネルヒータなど温水熱利用機器３１から
放熱して室内の暖房に供される。そして、この温水熱利
用機器３１からの放熱により温水循環路２８内の温水温
度の低下を温水温度検知センサ２６が検知したら、温水
循環ポンプ２５が駆動されシスターン２４内に冷めた温
水が送くられる。これにより、冷めた温水は温水循環路
２８内の温水は再びシスターン２４内で加熱されて温水
熱利用機器３１から放熱される。

【００３０】一方、温水熱利用機器３１の利用に供され
約５０℃に冷めた放熱用循環路２３内の戻り側の湯水
は、放熱用循環路２３内の戻り側の湯水温度の低下を熱
交温度センサ２２が検知したら熱交循環ポンプ２１を駆
動し、湯量調節弁３２を通じ、貯湯槽５の下部に貯留さ
れている冷水と混合されてヒートポンプユニット３の沸
上用熱交換器１５に入り沸上用熱交換器１５で再加熱し
て沸上循環路９から放熱用循環路２３を通じて放熱用熱
交換器２０からシスターン２４内の温水が再加熱され
る。

【００３１】この場合、放熱用循環路２３内の戻り側か
ら沸上用熱交換器１５に戻される湯水温度は約５０℃程
度であり、そのままヒートポンプユニット３の沸上用熱
交換器１５に入れると、ヒートポンプユニット３の運転
は圧縮機１４が過負荷状態となり運転を停止させたり、
またヒートポンプユニット３の成績係数（ＣＯＰ）が悪
くなる。しかし、ヒートポンプユニット３の沸上用熱交
換器１５に入る湯水を貯湯槽５の下部に貯留されてい
る、例えば約１０℃の冷水と混合して約３０℃の湯水温
度にして入るようにしたため、ヒートポンプユニット３
の圧縮機１４の運転は成績係数（ＣＯＰ）を大きくして
運転効率を向上させることができる。なお、ヒートポン
プユニット３の沸上用熱交換器１５に入る湯水温度は低
ければ低いほど、ヒートポンプユニット３の成績係数
（ＣＯＰ）が向上する。

【００３２】次に、ヒートポンプユニット３を運転し、
床暖房機、パネルヒータなどの温水熱利用機器３１のみ
を運転して利用する作用について図３により説明する。

【００３３】リモコン３５の操作により制御装置３６が
制御され、流量調節弁３２を動作させて、貯湯槽５下部
とヒートポンプユニット３の沸上用熱交換器１５のみが
流通するように切換える。また、制御装置３６がバイパ
ス路３３の電磁弁３４を開放する。そして、制御装置３
６によりヒートポンプユニット３および、温水熱熱交換
ユニット４が夫々運転制御される。

【００３４】すなわち、ヒートポンプユニット３が貯湯
槽５内の水の沸上げ時に説明したと同様な作用により冷
媒回路１３を動作させる。そして、沸上用循環ポンプ１
０が駆動され貯湯槽５下部より出た水は沸上用熱交換器
１５で熱交換され、この熱交換されて約６０℃〜９０℃
に沸上げられた湯水は沸上用循環路９を上昇し、放熱用
循環路２３に入り放熱用循環路２３内に流れ放熱用熱交
換器２０から放熱される熱により熱交換されてシスター
ン２４内の水が約６０℃の湯温に加熱される。そして、
この放熱用熱交換器２０からの放熱により加熱されたシ
スターン２４内の湯水と熱交換された温水循環路２８内
の湯水により床暖房機やパネルヒータなど温水熱利用機
器３１から放熱して室内の暖房に供される。そして、こ
の温水熱利用機器３１からの放熱により温水循環路２８
内の温水温度の低下を温水温度検知センサ２６が検知し
たら、温水循環ポンプ２５が駆動されシスターン２４内
に冷めた温水が送くられる。これにより、温水循環路２
８内の冷めた温水は再びシスターン２４内で加熱されて
温水熱利用機器３１から放熱される。

【００３５】一方、温水熱利用機器３１の利用に供され
約５０℃に冷めた放熱用循環路２３内の戻り側の湯水
は、放熱用循環路２３内の戻り側の湯水温度の低下を熱
交温度センサ２２が検知したら熱交循環ポンプ２１を駆
動し、開放された電磁弁３４を通じてバイパス路３３か
ら貯湯槽５下部に戻される。そして、湯量調節弁３２を
通じ、貯湯槽５の下部に貯留されている冷水をヒートポ
ンプユニット３の沸上用熱交換器１５に入れ、沸上用熱
交換器１５で再加熱して沸上循環路９から放熱用循環路
２３を通じて放熱用熱交換器２０からシスターン２４内
の温水が再加熱される。

【００３６】この場合、ヒートポンプユニット３の沸上
用熱交換器１５に入る湯水は貯湯槽５の下部に貯留され
ている、例えば約１０℃の冷水がヒートポンプユニット
３の沸上用熱交換器１５に入るため、ヒートポンプユニ
ット３の圧縮機１４の運転は成績係数（ＣＯＰ）を大き
くして運転効率を向上させることができる。

【発明の効果】請求項１記載のヒートポンプ給湯器によ
れば、ヒートポンプユニットの運転により放熱用熱交換
器が加熱され、貯湯槽の湯水の沸上および、床暖房機、
パネルヒータなどの温水熱利用機器に利用される。ま
た、温水熱利用機器に利用された後の戻り側の湯水に、
貯湯槽内下部の水を流量調節弁で混合して低温化し、こ
の低温化された湯水をヒートポンプユニットに入力させ
ることにより、ヒートポンプユニットの運転効率良くし
て、ヒートポンプユニットの成績係数を向上させ、浴槽
内の湯水の沸上げと、温水熱利用機器の利用が効率良く
行なえる。

【００３７】請求項２記載のヒートポンプ給湯器によれ
ば、温水熱利用機器のみの利用時に、バイパス路側の開
閉弁を開放して温水熱利用機器に利用された後の戻り側
の湯水を浴槽の下部に戻すとともに、貯湯槽下部の低温
水をヒートポンプユニットに入力循環させることによ
り、ヒートポンプユニットの運転効率良くして、ヒート
ポンプユニットの成績係数を向上させることができ、温
水熱利用機器の利用が効率良く行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すヒートポンプ給湯器
の構成及び、貯湯槽内の水の沸上げ状態を説明する説明
図である。

【図２】同上、ヒートポンプ給湯器を貯湯槽内の水の沸
上げと、温水熱利用機器を同時に利用している状態を説
明する説明図である。

【図３】同上、ヒートポンプ給湯器を温水熱利用機器の
みに利用している状態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ ヒートポンプ給湯器 ２ 貯湯ユニット ３ ヒートポンプユニット ４ 温水熱熱交換ユニット ５ 貯湯槽 ８ 給湯管 ９ 沸上用循環路 １０ 沸上用循環ポンプ １１ 湯温センサ １３ 冷媒回路 ２０ 放熱用熱交換器 ２１ 熱交循環ポンプ ２２ 熱交温度センサ ２３ 放熱用循環路 ２４ シスターン ２５ 温水循環ポンプ ２６ 温水温度検知センサ ２８ 温水循環路 ３１ 温水熱利用機器 ３２ 流量調節弁 ３３ バイパス路 ３４ 開閉弁

フロントページの続き (72)発明者 町田 栄一 群馬県前橋市古市町180番地 東芝機器株 式会社内 Ｆターム(参考） 3L070 BB14 BC03 BC14 BC22 BC32 CC05 CC07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯湯槽と、この貯湯槽の下部から上部に
   貯湯槽内の湯水を循環させる沸上用循環路と、この沸上
   用循環路に設けられる沸上用熱交換器を通じて沸上用循
   環路を流通する湯水を沸き上げるヒートポンプユニット
   と、前記沸上用循環路に並列的に設けられ放熱用熱交換
   器を有する放熱用循環路と、この放熱用熱交換器の放熱
   により加熱されるシスターンと、このシスターンの熱と
   熱交換される温水循環路と、この温水循環路に接続され
   る温水熱利用機器とを備えたヒートポンプ給湯器におい
   て、前記沸上用循環路の出口側と前記放熱用循環路の戻
   り側との接続部分に流量調節弁を設けたことを特徴とす
   るヒートポンプ給湯器。
2. 【請求項２】 前記放熱用循環路の戻り側と前記貯湯槽
   下部との間に開閉弁を有するバイパス路を設けたことを
   特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯器。