JP2007192440A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の給湯機は、圧縮機を真空断熱材で断熱したことで、断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制でき、圧縮機回りのスペース有効利用することで、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】複合断熱材５１により圧縮機２を覆い、複合断熱材５１は通常の断熱材より薄い形状である真空断熱材５２と、圧縮機２から発せられる騒音を吸音する吸音断熱材５３と、圧縮機２の揺れを緩和する防振材５４により構成されるので、圧縮機２回りのスペースを有効利用でき、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機として有用である。
【選択図】図１

Description

本発明は加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。

図３は従来の技術による給湯機である。図３は、従来のヒートポンプ給湯機を示すものである。このヒートポンプ給湯機は貯湯タンク８と、ヒートポンプ６による加熱源１を備え、貯湯タンク８の下部から沸上げ管９でヒートポンプ６と接続し、ヒートポンプ６から貯湯タンク上部へ接続している。ヒートポンプ６は圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、空気熱交換器５を環状に接続して構成される。

沸き上げ運転では、ヒートポンプ６の圧縮機２で加圧された高温高圧のガス冷媒が放熱器３に送られる。この時、圧縮機２は断熱材５０で巻いているため圧縮機２からの放熱を低減できる。

沸き上げポンプ７で搬送されてきた貯湯タンク８の底部の冷水と熱交換して低温冷媒となる。そして、放熱器３で冷水に放熱した冷媒は減圧装置４で減圧され、二相の冷媒となる。そして空気熱交換器５に送られて大気と熱交換し低温のガス冷媒となり圧縮機２に循環する。

一方、貯湯タンク８の底部の冷水は沸き上げポンプ７で放熱器３に搬送され冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって沸き上げ管９を通って貯湯タンクの上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく高温の湯は貯湯タンク８内上部より積層していき貯湯タンク８内を高温の湯が溜まることになる。

そして、貯湯温度検知手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより湯量が検知され１０ｄが所定の温度以上となったとき沸き上げ運転を終了する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２２１０８８号公報

しかしながら、上記の従来技術では、グラスウールや軟質ウレタンフォーム等の断熱材が使用されているが、これらの断熱材は断熱性能が低いためより大きな効果を得るためには断熱材の厚さをより厚くする必要があるため圧縮機回りのスペースの有効利用が困難であると言う課題があった。

本発明の目的は、圧縮機の断熱材として高性能な真空断熱材を用いることにより断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制することで、圧縮機回りのスペース有効利用することによりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の給湯機は、圧縮機を真空断熱材で覆うようにして断熱したので、断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制することで、圧縮機回りのスペース有効利用できる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機を真空断熱材で断熱したので、断熱厚さを抑え
ながら圧縮機からの放熱を抑制することで、圧縮機回りのスペース有効利用することによりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段及び空気熱交換器を接続してなるヒートポンプと、放熱器により加熱された水を貯湯または出湯するヒートポンプ給湯器において、圧縮機を真空断熱材で覆うことによって断熱することを特長とするものであるので、断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制することで、圧縮機回りのスペース有効利用できる。

第２の発明は、特に第1の発明の真空断熱材において、真空断熱材とともに吸音効果と断熱効果を兼ねた吸音断熱材を備えるものであるので、断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制することで、圧縮機回りのスペース有効利用できると共に、圧縮機からの騒音を低減できる。

第３の発明は、特に第1の発明の真空断熱材において、真空断熱材とともに、吸音効果と断熱効果とを兼ねた吸音断熱材及び防振材を備えるものであるので、圧縮機回りのスペース有効利用できると共に、圧縮機からの騒音、振動を低減できる。

第４の発明は、特に第２または３の発明において、吸音断熱材を圧縮機と真空断熱材との間に設けたもので、真空断熱材の表面温度を低減し、真空断熱材の耐用期間を延ばすことができる。

第５の発明は、特に第１から第４の発明において、ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたものであり、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているものなので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。

（実施の形態）
以下、実施の形態による給湯機について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態おけるヒートポンプ給湯機の回路図である。

装置の概要は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱源１であるヒートポンプ６を備え、ヒートポンプ６によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯して給湯に利用する。

先ず、加熱源１であるヒートポンプ６の構成について説明する。ヒートポンプ６は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、冷媒を減圧する減圧手段４、冷媒を蒸発気化する空気熱交換器５で構成されている。そして、圧縮機２は複合断熱材５１にて覆われている。

また、このヒートポンプ６においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５で大気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。

この時、大気温度センサー３６にて検知した大気温度により圧縮機２の回転数を決定し、運転タイマー３７により連続運転時間を検知する。

一方、湯の沸き上げに関する構成として、沸上げ管９は貯湯タンク８の下部からヒート
ポンプ６の放熱器３と接続し、ダイレクト混合弁４１を経て貯湯タンク８上部へ接続している。ここで、沸上げ管９が接続されている貯湯タンク上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。

そして、貯湯タンク８からヒートポンプ６に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、沸上げ管９の途中に出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。

また、ヒートポンプ６において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９の放熱器３入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を沸上げ管９における放熱器３出口近傍に設けている。さらに、貯湯タンク８の温度分布を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度検知手段１０ａ〜１０ｄを備えている。

給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。また、給水温度を検知するため給水温度センサー１８を備えている。

貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低湯水を任意の比率で混合可能な給湯用混合弁２３が設けられている。

給湯用混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に蛇口やシャワーに代表される給湯端末２４が接続されている。

利用者が給湯のために給湯端末２４を開けると、先ず貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。同時にヒートポンプ６が運転されダイレクト混合弁４１にて、ヒートポンプ６の放熱器３にて加熱された湯水と貯湯タンク８内の高温の湯を混合して給湯管２１に送られる。その後、出湯温度センサー１６にて検知した温度が上昇するに従い、貯湯タンク８からの出湯割合を減少させていく。この時、流量センサー１７で放熱器３を通った湯の流量が計測される。

給湯に関しては、放熱器３で加熱された湯水と、給水バイパス管２２から給水される低温の水とを混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。この時の混合比は給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、所定の給湯温度に保たれる。

浴槽１３への注湯に関する構成としては、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられている。給湯と同様に、浴槽１３への注湯と同時にヒートポンプ６が運転されダイレクト混合弁４１にて、ヒートポンプ６の放熱器３にて加熱された湯水と貯湯タンク８内の高温の湯を混合して給湯管２１に送られる。その後、出湯温度センサー１６にて検知した温度が上昇するに従い、貯湯タンク８からの出湯割合を減少させていく。この時、流量センサー１７で放熱器３を通った湯の流量が計測される。

給湯管２１からの湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３４が設けられている。

また、注湯管２８は注湯電磁弁２７を備え、利用者はリモコン（図示しない）により注湯を指示すると注湯電磁弁２７を任意に開成して自動的に注湯を開始し、浴槽１３に注湯を行った後自動的に注湯電磁弁２７を閉止して終了する。

浴槽１３内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路３１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させている。また、浴槽内１３の温度を検知するために風呂湯温センサー３２を設けている。

熱源側回路３０では貯湯タンク８の上部より高温の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環し、利用側回路３１の低温の湯水と熱交換して、利用側回路３１の湯水の温度を上昇させた後、貯湯タンク８の低温部に環流する。

また、風呂熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知し利用側ポンプ１１の流量を制御するための環流温度センサー３３が取り付けられている。

また、暖房用放熱器３９の運転においては、暖房用電磁弁３８を開成し、ダイレクト混合弁４１を沸き上げ管９側に湯水が流通しないように切り換える。ヒートポンプ６を運転して、沸き上げポンプ７により搬送された貯湯タンク８下部の低温の湯水を放熱器３にて高温の湯として、暖房用放熱器３９に送る。

暖房用放熱器３９では雰囲気に放熱し、低温となった湯水を再び貯湯タンク８の低温部に還流する。

次に、圧縮機２の断熱について図３を用いながら説明する。図３は本発明の複合断熱材５１の概略図であり、内面が圧縮機２との接触面となる。

図３にも示されているように、複合断熱材５１の構成は圧縮機２に近い方から、吸音効果のある吸音断熱材５３、真空断熱材５２そして最も外側の面に防振材５４を配置している。

圧縮機２で加圧された高温高圧のガス冷媒が放熱器３に送られるため、圧縮機２の表面も１００℃程度の高温となる。この時、複合断熱材５１は圧縮機２を覆っているため圧縮機２表面からの放熱を低減できる。また、複合断熱材５１に真空断熱材５２を使用しているため、その分だけ通常の断熱材より薄くなるので吸音断熱材５３や、防振材５４を設けることができる。

また、圧縮機２表面との接触部には例えばグラスウールのような吸音効果と断熱効果を兼ねた材料を用いることで、圧縮機からの騒音を低減すると共に、真空断熱材の表面温度を低減できる。また、最も外側の面に防振材５４を配置しているため、圧縮機からの振動も低減できる。

以上のように、本発明にかかる給湯機は、断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制することで、圧縮機回りのスペースを有効利用でき、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機として有用である。

本発明の実施の形態における給湯機の回路図 本発明の複合断熱材の概略図 従来の給湯機の回路図

符号の説明

２ 圧縮機
６ ヒートポンプ
５１ 複合断熱材
５２ 真空断熱材
５３ 吸音断熱材
５４ 防振材

Claims (5)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段及び空気熱交換器を接続してなるヒートポンプと、前記放熱器により加熱された水を貯湯または出湯するヒートポンプ給湯器において、前記圧縮機を真空断熱材で覆うことによって断熱することを特長とするヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機を覆う真空断熱材は、真空断熱材とともに吸音効果と断熱効果を兼ねた吸音断熱材を備えることを特長とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 圧縮機を覆う真空断熱材は、真空断熱材とともに、吸音効果と断熱効果とを兼ねた吸音断熱材及び防振材を備えることを特長とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 吸音断熱材を圧縮機と真空断熱材との間に設けたことを特長とする請求項２または３記載のヒートポンプ給湯機。
5. ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたことを特長とする請求項１〜４のいずれか1項に記載のヒートポンプ給湯機。

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