JP2006258367A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧器３、蒸発器４からなるヒートポンプと、放熱器２の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンク６と、その下部に給水する給水流路９と、その上部から出湯する出湯流路１１と、給水流路９の一部から分岐した分岐給水流路１２および出湯流路１１と接続され、各々の流路からの水および湯を所定温度に混合する混合弁１３とを有し、さらに、貯湯タンク６からの出湯を防止する出湯防止手段１５を有するものであるため、混合弁１３が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気熱等をヒートポンプ回路の熱源として、冷媒で水を加熱するヒートポンプ給湯機に関する。

従来、この種のヒートポンプ給湯機としては、図３にその構成図を示すようなものが提案されている。以下、従来の技術について、図３を参照しながら説明する（例えば、特許文献１参照）。

図３において、１は圧縮機、２は冷媒水熱交換器、３は膨張弁、４は大気熱等を集熱する蒸発器であり、これらを順次接続してヒートポンプ回路５を構成する。一方、６は貯湯タンク、７は水ポンプであり、これらと冷媒水熱交換器２を順次接続して水回路８を構成する。

ヒートポンプを用いて給湯加熱運転を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。一方、貯湯タンク６下部の水は、循環用の水ポンプ７によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱され、貯湯タンク６上部に流入する。冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。

一方、ヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク６への給水や、貯湯タンク６から外部への給湯を行うために、給水流路９、減圧弁１０、出湯流路１１、分岐給水流路１２、混合弁１３、給湯流路１４を備えている。

貯湯タンク６への給水は、一般の上水管等から、給水流路９により、減圧弁１０を通じて行われる。また、貯湯タンク６からの給湯は、分岐給水流路１２を経由して供給された水と、貯湯タンク６の上部から出湯流路１１を経由して出湯された湯とが、混合弁１３により適温となるように混合され、給湯流路１４を介して外部に供されるものである。
特開平５−１１８５７２号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題がある。例えば、水と湯とを適温に混合する混合弁１３が、不測の停電や故障による動作不能や動作不良により適温に混合することが困難となる場合、貯湯タンク上部の湯が、水との混合により温度調整つまり温度低下されることなく、そのままの温度で給湯されてしまう可能性があり、省エネ性や安全性の低下を招くという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器からなるヒートポンプと、前記放熱器の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部に給水する給水流路と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯流路と、前記給水流路の一部から分岐した分岐給水流路および前記出湯流路と接続され、各々の流路からの水および湯を所定温度に混合する混合弁とを有し、さらに、前記貯湯タンクからの出湯を防止する出湯防止手段を有するものである。

これによって、出湯防止手段により貯湯タンクからの出湯を防止することで、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク上部からの不測の高温給湯を回避し、省エネ性や安全性の向上を実現することができる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器からなるヒートポンプと、前記放熱器の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部に給水する給水流路と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯流路と、前記給水流路の一部から分岐した分岐給水流路および前記出湯流路と接続され、各々の流路からの水および湯を所定温度に混合する混合弁とを有し、さらに、前記貯湯タンクからの出湯を防止する出湯防止手段を有するヒートポンプ給湯機であり、出湯防止手段により貯湯タンクからの出湯を防止することで、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の構成において、混合弁の出口側に給湯温度検出手段を有し、その検出温度が所定温度以上のとき、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止するものであり、混合弁の異常をその出口側の給湯温度を検出することで直接的に検出し、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止することで、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の構成において、出湯防止手段が、貯湯タンクへの給水流路に設けられた電磁弁からなるものであり、きわめて簡単な方法で、貯湯タンクからの出湯を防止することができ、出湯流路と比較して低温の給水流路に電磁弁を設けるため、出湯防止手段の耐久性を確保することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明の構成において、停電すなわち非通電時には、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止するものであり、例えば、不測の停電等による混合弁の動作不能時にも、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止することで、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

第５の発明は、特に、第４の発明の構成において、出湯防止手段が、貯湯タンクへの給水流路に設けられ非通電時に閉塞状態となる電磁弁からなるものであり、きわめて簡単な方法で、貯湯タンクからの出湯を確実に防止することができ、さらに、出湯流路と比較して低温の給水流路に電磁弁を設けるため、出湯防止手段の耐久性を確保することができる。

第６の発明は、特に、第４の発明の構成において、出湯防止手段が、非通電時に少なくとも湯の流通を防止する混合弁からなるものであり、新たな構成要素を追加することなく、簡単な構成で高温出湯防止を実現することができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６の発明の構成において、冷媒の圧力がその臨界圧力以上であるものであり、ヒートポンプ給湯機の放熱器である冷媒水熱交換器を流れる冷媒が、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率の高い省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７の発明の構成において、冷媒が二酸化炭素であるものであり、自然に広くする存在する物質を冷媒として用いるため、不測に機内から放出されるような場合も、オゾン層を破壊することなく、地球環境にやさしい安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。

ヒートポンプ給湯機は、一般に、圧縮機１、放熱器としての冷媒水熱交換器２、減圧器としての膨張弁３、大気熱等を集熱する蒸発器４を順次接続したヒートポンプ回路５と、貯湯タンク６、水ポンプ７、前記した冷媒水熱交換器２を順次接続した水回路８とから構成される。

一方、このヒートポンプ給湯機は、貯湯タンク６への給水や、貯湯タンク６から外部への給湯を行うために、貯湯タンク６の下部に給水する給水流路９、貯湯タンク６の上部から出湯する出湯流路１１、給水流路９の一部から分岐した分岐給水流路１２、出湯流路１１および分岐給水流路１２とが接続され各々の流路からの水および湯を所定温度に混合する混合弁１３、カラン等に混合された温水を供給する給湯流路１４を備えている。

さらに、貯湯タンク６に流入する部分の給水流路９には出湯防止手段１５が設けられ、貯湯タンク６への給水を防止することで、貯湯タンク６上部から出湯流路１１を通じての出湯を防止する。また、混合弁１３出口側の給湯流路１４には、混合後の給湯温度を検出する給湯温度検出手段１６を有する。なお、出湯防止手段１５としては、例えば、ニードル式の電磁弁やボール式の電動弁が挙げられる。

このようなヒートポンプ給湯機により、水の加熱を行う場合、まず、蒸発器４において、送風ファンや集熱パネル等により大気熱や太陽熱等を集熱し、その内部を流れる冷媒を蒸発ガス化する。この冷媒は圧縮機１に吸引され、機械的に圧縮されて、高温高圧の冷媒として冷媒水熱交換器２に流入する。一方、貯湯タンク６下部の水は、循環用の水ポンプ７によって搬送され、冷媒水熱交換器２に流入し、ここで、高温高圧の冷媒によって加熱され、貯湯タンク６上部に流入する。冷媒水熱交換器２で放熱した冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４に流入する。冷媒は、ここで再び大気熱等から吸熱し、次の圧縮機１に供される。

貯湯タンク６への給水は、一般の上水管等から、給水流路９により、減圧弁１０および減圧弁１０の出口側と貯湯タンク６との間に設けた出湯防止手段１５を通じて行われる。減圧弁１０は、上水管の圧力に対して、貯湯タンク６内部を所定の圧力以下に保持し、その耐圧を保持・保証するためのものである。一方、貯湯タンク６に蓄えられた湯を用いた給湯は、給水流路９から分岐された分岐給水流路１２を経由して供給された水と、貯湯タンク６の上部から出湯流路１１を経由して出湯された湯とが、混合弁１３により混合され、給湯流路１４を介して、カラン等から外部に供されるものである。混合弁１３は、水と湯との混合比を変えることにより、その出口側に設けられた給湯温度検出手段１６で検出された給湯温度が、所定の温度となるように混合比を調整し、適温の湯を外部に給湯できるものである。

ここで、出湯防止手段１５により貯湯タンク６からの出湯を防止することで、混合弁１３が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなる。また、混合弁１３の出口側に給湯温度検出手段１６を設け、その検出温度が所定温度以上のとき、出湯防止手段１５が貯湯タンク６からの出湯を防止するものとすれば、混合弁１３の異常をその出口側の給湯温度を検出することで直接的に検出し、出湯防止手段１５により貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。特に、出湯防止手段１５を、貯湯タンク６への給水流路９に設けた電磁弁とすることで、きわめて簡単な方法で、貯湯タンク６からの出湯を防止することができ、さらに、出湯流路１１と比較して低温の給水流路９に電磁弁を設けるため、出湯防止手段１５の長期的な耐久信頼性を確保することが容易となる。

なお、ヒートポンプ給湯機に用いる冷媒としては、Ｒ４１０ａ等のフロン系冷媒、プロパン等の炭化水素系冷媒、二酸化炭素冷媒が挙げられる。ここで、特に、二酸化炭素は、自然に広くする存在する物質であり、不測に機内から放出されるような場合も、可燃性がなく安全で、オゾン層を破壊することなく、地球環境にやさしい安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

また、二酸化炭素のように、冷媒の動作圧力が臨界圧力以上となるものを用いれば、ヒートポンプ給湯機の放熱器を流れる冷媒が、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率の高い省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

したがって、本発明の実施の形態１によれば、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態のヒートポンプ給湯機の構成とその作用は、実施の形態１で説明したものと略同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なるのは、停電すなわち非通電時には、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止する点である。

例えば、不測の停電等による混合弁１３の動作不能時にも、出湯防止手段１５が貯湯タンク６からの出湯を防止することで、貯湯タンク６上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。特に、出湯防止手段１５が、貯湯タンク６への給水流路９に設けられ非通電時に閉塞状態となる電磁弁であれば、きわめて簡単な方法で、貯湯タンク６からの出湯を確実に防止することができ、さらに、出湯流路１１と比較して低温の給水流路９に電磁弁を設けるため、出湯防止手段１５の長期的な耐久信頼性を確保することが容易となる。

（実施の形態３）
図２は、本発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯機の構成図である。本実施の形態のヒートポンプ給湯機の構成とその作用は、実施の形態１で説明したものと略同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。従来と異なるのは、出湯防止手段が、非通電時に少なくとも湯の流通を防止する混合弁２３からなる点である。

このような混合弁２３は、通電時にコンデンサに電荷を蓄え、非通電時にはその電荷により混合弁を湯の流通を防止するように駆動したり、通電時にはスプリング等に力を蓄え、非通電時にはそのスプリング力により混合弁を湯の流通を防止するように駆動したりするような構成としてやれば、容易に実現することができる。これによれば、新たな構成要素を追加することなく、簡単な構成で高温出湯防止を実現することができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、混合弁が不測の停電や故障により動作不能や動作不良となる場合も、貯湯タンク上部の湯がそのままの温度で直接給湯されることがなくなり、省エネ性や安全性に優れたヒートポンプ給湯機を容易に実現することができる。

本発明の実施の形態１および２におけるヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯機の構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧器
４ 蒸発器
６ 貯湯タンク
９ 給水流路
１１ 出湯流路
１３ 混合弁
１５ 出湯防止手段
１６ 給湯温度検出手段

Claims (8)

1. 圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器からなるヒートポンプと、前記放熱器の熱で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部に給水する給水流路と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯流路と、前記給水流路の一部から分岐した分岐給水流路および前記出湯流路と接続され、各々の流路からの水および湯を所定温度に混合する混合弁と、前記貯湯タンクからの出湯を防止する出湯防止手段とを有するヒートポンプ給湯機。
2. 混合弁の出口側に給湯温度検出手段を有し、その検出温度が所定温度以上のとき、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 出湯防止手段が、貯湯タンクへの給水流路に設けられた電磁弁からなる請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 非通電時には、出湯防止手段が貯湯タンクからの出湯を防止する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
5. 出湯防止手段が、貯湯タンクへの給水流路に設けられ非通電時に閉塞状態となる電磁弁からなる請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
6. 出湯防止手段が、非通電時に少なくとも湯の流通を防止する混合弁からなる請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
7. 冷媒の圧力がその臨界圧力以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 冷媒が二酸化炭素である請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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