JP2007192461A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクの放熱量を減ずることにより、使用性の向上と小型化を実現できる一体型のヒートポンプ式給湯機を提供すること。
【解決手段】圧縮機５、放熱器６、減圧手段７および蒸発器１４を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒サイクルと、前記放熱器６と熱交換を行う水−冷媒熱交換器１８と、前記水−冷媒熱交換器１８で加熱された温水を貯湯する貯湯タンク１９と、温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管２２とを一体の本体ユニット１内に配設し、前記蒸発器１４を前記本体ユニット１の一方の側方側に配し、前記貯湯タンク１９を前記本体ユニット１の他方側に配し、前記蒸発器１４と前記貯湯タンク１９とを区画するための仕切板２３を設け、前記仕切板２３の前記貯湯タンク１９の対向面に断熱構成２３ａを配したもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ方式の給湯機に関するものである。

従来、給湯機としては、ガスや石油を燃料として用い、その燃焼熱で水道水を加熱する給湯機が使用されてきた。これらは、速湯性に優れているという利点がある半面、ガス、石油といった燃料が必要でその供給が不可欠であること、燃焼後の排気ガスが大気に放出され大気汚染を招くこと、燃焼させるので不安全性を常に内在していること、燃焼時の音が大きいことなどの課題があった。特に近年増えている、エネルギー源を全て電気で行うというオール電化の住宅やマンションでは、燃料を供給する方法がないため、使用できないケースも増えてきている。

そこで、貯湯タンクを備えた貯湯式のヒートポンプ式給湯機が開発されている。これは、燃焼による給湯機の問題を解決し、オール電化の住宅、マンションでも新たなインフラ整備を必要としないで手軽に設置することができ、ヒートポンプ式であるため、入力に対する能力は３倍以上確保することが可能となり熱効率が良く、運転に際しては安価な深夜電力を用いて、貯湯タンクに高温の湯を貯めることが可能となり、ランニングコストも安価となるなどと言う特長を持ち、徐々に普及してきている。

このような給湯機として、例えば図５に示すようなヒートポンプ式給湯機がある。このヒートポンプ式給湯機は、に、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２を備え、それぞれ別の本体ユニットである。給湯サイクル７１を含む貯湯ユニットと冷媒サイクル７２を含むヒートポンプユニットの二箱に入れられている。この給湯サイクル７１は、底壁に設けられた給水口７３と上壁に設けられた給湯口７４を有する貯湯タンク７５と、水熱交換路７６と、水循環用ポンプ７７とを備え、水熱交換路７６と水循環用ポンプ７７が、貯湯タンク７５の取水口７８と湯入口７９とを連結する循環路８０に介設されている。

また、冷媒サイクル７２は、圧縮機８１と、熱交換路７６を構成する水−冷媒熱交換器８２と、減圧機構８３と、空気熱交換器として蒸発器８４とを順に冷媒通路８５で接続して構成する冷媒サイクルを備える。更に、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２は、室外側に配設されている連絡配管８６、８７にて連結される。そして、給水口７３から給水し、水循環用ポンプ７７にて循環路７８に流出させた低温水を水−冷媒熱交換器８２（即ち、水熱交換路７６）で沸き上げ、給湯口７４から出湯する構成となっている。

そして、このヒートポンプ式給湯機は、夜間の安価な電力を利用してエネルギー効率の良い冷媒サイクル（ヒートポンプ回路）７２を運転し、貯湯タンク７５内の水を水順間ポンプ７７で循環させながら水−冷媒熱交換器８２で所定の湯温になるまで温め、所定の湯温に達したことを検知して、冷媒サイクル７２の運転を停止するようにしている。通常給湯口７４で湯を使用する際には、貯湯タンク７５内の湯温より低温の水道水と混合して、使用者の所望する適切な温度にして、温水を供給することになるので、貯湯タンク７５に貯湯する湯の温度はできるだけ高くする方が良く、それにより温度を下げるために加える水道水の量を多くして、貯湯タンク７５から取り出す湯の量を少なくするようにして、湯切れなどの不具合が生じにくいようにしている（例えば、特許文献１参照）。

その中で、ヒートポンプユニットと貯湯ユニットを一体型としたものも考案されており、例えば、図６は、そのようなヒートポンプ式給湯機の概略構成図を示している。

図６に示すヒートポンプ式給湯機は、冷媒サイクルや給湯サイクルを全て一つのユニット内に収納した一体型で構成されており、それぞれの配管の接続に関しては記載されていないが、冷媒サイクル１１０を構成する圧縮機１１２、放熱器である水−冷媒熱交換器１１３、蒸発器１１４、蒸発器に送風する送風ファン１１５を本体ユニットの左方に配し、給湯サイクル１１１を構成する貯湯タンク１１６、給水管１１７、給湯管１１８を右方に配した一体型で構成されている。また、水循環ポンプ１１９、１２０は、水−冷媒熱交換器１１３の下方に配され、冷媒サイクル１１０と給湯サイクル１１２を結び付けている。また、冷媒サイクル１１０と給湯サイクル１１２の間は、１２１で仕切られている（例えば、特許許文献２参照）。
特開２００３−２２２３９２号公報 特開２００５−１１４３１４号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、給湯サイクルと冷媒サイクルが分かれているので、それぞれが別個に必要であり、また、それぞれをユニット化した場合、それらのユニット寸法が大きく、かつ重量も重いために、設置場所が限られるという面があった。また、連絡配管を室外側に配設するので、凍結防水等が必要であり、施工性やコスト性に課題を有していた。

また、ファミリーで使用する場合を想定するとそのタンク湯量としては、65℃以上のお湯を３７０Ｌ以上貯湯することが必要となり、貯湯タンクの容量一杯に湯を貯めた場合を考えると、その質量は、貯湯ユニット、ヒートポンプユニット合わせて４3０ｋｇを超える重さになるので、設置場所の基礎工こと、補強を行なって充分な強度を確保しなければならなかった。特にマンションのバルコニーに設置しようとすれば、バルコニーの耐荷重強度増さなくてはならず、マンションの建築費用が高くなることもあった。さらには、ヒートポンプ式給湯機を顧客の設置場所に運搬する際にも２個のユニットを運搬しなければならず、その費用や手間を多く要するものであった。また、連絡配管を室外側に配設するので、凍結防水等が必要であり、施工性やコスト性に課題を有していた。

さらに、貯湯タンク内の湯量が限られるため、人が多く集まった際などには使用湯量が多くなり、貯湯タンク内の湯量がなくなってしまう場合があり、その際には再度沸き上げを行うことが必要となるが、元来深夜電力を用いて、小能力で長時間かけて湯を貯めるという商品であるために、貯湯するまでに相当長い時間を要すること、さらに、昼間の電力を用いて運転を行うため、深夜電力利用のメリットがなくなり、電気代が多くかかることなど、使い勝手に課題があった。

また、特許文献２に示されるヒートポンプ式給湯機は、冷媒サイクル１１０や給湯サイクル１１１を全て一つのユニット内に収納した一体型で構成されており、配管接続が少ないなど施工性は優れているが、本体サイズを重視すると、貯湯タンク１１６の大きさをあまり大きくすることができないために、湯切れに対する耐力が不十分であり、一度に大量の湯を使用した際（例えば、風呂に湯を貼った後で、シャワーを使用するような場合）に、湯切れしてしまう可能性が高く、それを防ぐには、貯湯タンク１１４の大きさを大きくすることは、本体サイズを大きくすることにつながり、一体型としてコンパクトにするという本来趣旨とは異なる方向に進むことになっていた。

それを避けるために、冷媒サイクル１１０側を小さくまとめることは、ヒートポンプ能力の低下を意味しており、貯湯タンク１１６内の湯量がなくなってしまう場合に、再度沸き上げを行おうとしても、その能力不足で沸き上げが追いつかず、湯切れしてしまうという課題を内在させていた。それを防ぐには今度は、冷媒サイクルを大きくすることが必要
となり、本体寸法が大きくなってしまう。そのように、マンションのベランダ等への設置は非常に困難で、必ずしも一体型のメリットを発揮できるものではなかった。

さらに、冷媒サイクル１１０と給湯サイクルの間を１２１で仕切ってはいるが、この仕切が不十分であると、蒸発器１１４から送られる冷気によって、貯湯タンク１１６が冷却されて、貯湯タンク１１６内の湯温が低下してしまい、湯切れしやすくなるという課題も有していた。

したがって本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、貯湯タンクの放熱量を減ずることにより、使用性の向上と小型化を実現できる一体型のヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。

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式給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管とを一体の本体ユニット内に配設し、前記蒸発器を前記本体ユニットの一方の側方側に配し、前記貯湯タンクを前記本体ユニットの他方側に配し、前記蒸発器と前記貯湯タンクとを区画するための仕切板を設け、前記仕切板の前記貯湯タンクの対向面に断熱構成を配したことを特徴とするものである。

本発明によれば、貯湯タンクの放熱量を減ずることにより、使用性の向上と小型化を実現できる一体型のヒートポンプ式給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管とを一体の本体ユニット内に配設し、前記蒸発器を前記本体ユニットの一方の側方側に配し、前記貯湯タンクを前記本体ユニットの他方側に配し、前記蒸発器と前記貯湯タンクとを区画するための仕切板を設け、前記仕切板の前記貯湯タンクの対向面に断熱構成を配したもので、これにより本体ユニットに比し、貯湯タンクのサイズを極力大きくして、湯切れに対する耐力を向上させたとしても、実運転の際に、蒸発器からで送風ファンで送られてくる冷気に、貯湯タンクが冷却されることがなくなり、貯湯タンク内の湯温の低下による、湯切れ体力の低下を避けることができ、コンパクトで、使用性の良いヒートポンプ式給湯機とすることができる。

第２の発明は、第１の発明のヒートポンプ式給湯機において、仕切板の貯湯タンクの対向面に、仕切板断熱材を設けたことを特徴とするもので、同じく本体ユニットに比し、貯湯タンクのサイズを極力大きくして、湯切れに対する耐力を向上させたとしても、実運転の際に、蒸発器からで送風ファンで送られてくる冷気に、貯湯タンクが冷却されることがなくなり、貯湯タンク内の湯温の低下による、湯切れ体力の低下を避けることができ、コンパクトで、使用性の良いヒートポンプ式給湯機とすることができるとともに、仕切板が圧縮機や送風ファンの振動で異常な音を発することがなく、低騒音のヒートポンプ式給湯機とすることができる。また、輸送時や、設置時等に機器に横方向の荷重がかかり、貯湯タンクに偏荷重がかかった際にも、この仕切板断熱材が緩衝材としての役割を有することでより、外装に打痕や傷の発生を抑えることが可能となり、施工性に優れたヒートポンプ式給湯機とすることができる。

第３の発明は、第１の発明のヒートポンプ式給湯機において、仕切板の貯湯タンクの対向面に、空気層を設けるように間隙を設けて、板金を配したことを特徴とするもので、同じく本体ユニットに比し、貯湯タンクのサイズを極力大きくして、湯切れに対する耐力を向上させたとしても、実運転の際に、蒸発器からで送風ファンで送られてくる冷気に、貯湯タンクが冷却されることがなくなり、貯湯タンク内の湯温の低下による、湯切れ体力の低下を避けることができ、コンパクトで、使用性の良いヒートポンプ式給湯機とすることができる。

第４の発明は、第１の発明のヒートポンプ式給湯機において、仕切板の貯湯タンクの対向面に、真空断熱材を設けたことを特徴とするもので、同じく本体ユニットに比し、貯湯タンクのサイズを極力大きくして、湯切れに対する耐力を向上させたとしても、実運転の際に、蒸発器からで送風ファンで送られてくる冷気に、貯湯タンクが冷却されることがなくなり、貯湯タンク内の湯温の低下による、湯切れ体力の低下を避けることができ、コンパクトで、使用性の良いヒートポンプ式給湯機とすることができるとともに、真空断熱材により、その容積を小さくすることができ、ひいては本体ユニットのコンパクト化にすることができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明のヒートポンプ式給湯機において、貯湯タンクに、タンク断熱材として高圧縮性真空断熱材を設けたことを特徴とするもので、貯湯タンクと仕切板の仕切板断熱材、あるいは空気層を設けた板金、あるいは真空断熱材との距離を短くすることができ、本体ユニットのコンパクト化、あるいは、本体ユニットの寸法を変えなければ、貯湯タンクの大型化ができ、前者では施工性、設置性の向上、後者では湯切れ耐力向上による、使用性の良化を図ることができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明のヒートポンプ式給湯機において、水−冷媒熱交換器で加熱された温水は、貯湯タンクに給湯されるとともに、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水するように構成したことを特徴とするもので、リアルタイム給湯を可能とし、使用者が給湯したいときに給湯ができる速湯性能を確保することができ、使い勝手の良いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。換言すれば、この速湯性能の確保によって、貯湯タンクの容量を貯湯式のヒートポンプ式給湯機のそれよりも小さいものとすることができ、設置性の大幅な向上、コストダウン、使用性の向上を実現できることにもなる。

第７の発明は、第１〜第６のいずれかの発明のヒートポンプ式給湯機において、冷媒として炭酸ガスを用いて構成したもので、高温給湯の際の熱効率を高めるとともに、冷媒が外部に漏れても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しく、リサイクル性にも優れたヒートポンプ式給湯機とすることができる。

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

図１は、本発明のヒートポンプ式給湯機の概略斜視図、図２は回路構成図、図３は平面詳細内観図を示す。

図１より、本体ユニット１内には、冷媒サイクル２と給湯サイクル３が一体に収納して構成され、主に冷媒サイクル２は本体ユニット１の略左方に、給湯サイクル３は本体ユニット１の略右方に配設されている。

この冷媒サイクル２は、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路が構成されており、本体ユニット１の底部にある基板４に、縦置き形の圧縮機５と、放熱器６が載置されている。また、減圧手段である電動膨張弁７が、圧縮機５と放熱器６の間に配置されており、圧縮機５、放熱器６、膨張弁７は本体ユニット１の左下方に配置されている。そして、放熱器６の上方には、上方から見てＬ字状であり、後方が幅広の形状となっている中間基板８があり、基板３とは一定の間隙が設けられている。この間隙を設けるために、中間基板８は、同じく略Ｌ字状となっている中間基板支え板９で支えられている。

圧縮機５は、中間基板支え板９の略Ｌ字状の内方に配されていることになり、この中間基板支え板９には、圧縮機５と相対する垂直面に防音材１０が貼り付けられている。また、中間基板支え板９により、基板４と中間基板８は一定の間隙が設けられており、放熱器６を、略Ｌ字状の中間基板支え板９の外方、中間基板８の下方に配しており、放熱器６の位置規制と固定を行っている。また、冷媒サイクル２の各部品をつなぐ、冷媒配管の中で、放熱器への放熱器入口配管１１と放熱器出口配管１２も、中間基板支え板９に沿
って配管されており、過大な配管の振動が生じても、防音材１０に当接することになり、配管への損傷を防ぐことができるようになっている。

また、圧縮機５は中間基板支え板９上方、つまり中間基板８よりも上方まで飛び出しており、その飛び出した圧縮機５や、冷媒サイクル２を構成する部品を覆うように、箱状の圧縮機カバー１３が、中間基板８に載置されている。略Ｌ字状の中間基板８の上方には、冷媒サイクル３を構成する空気−冷媒熱交換器１４が載置されており、同じく略Ｌ字状で構成されている。空気−冷媒熱交換器１４の内方には、送風手段である送風ファン１５があり、空気−冷媒熱交換器１４から、風を吸引し、蒸発能力を高め、ヒートポンプ加熱能力を高めるようになっている。その際に、空気−冷媒熱交換器1４は蒸発器となるために、冷風が排出されることになる。１６は送風ファン１５を回転させるためのファンモータであり、１７は送風ファン１５、ファンモータ１６を保持しているファンモータ台であり、このファンモータ台１７は、圧縮機カバー１３に載置されている。

１８は本体ユニット１の端部に配された給湯サイクル３に含まれる水−冷媒熱交換器（放熱器）であり、放熱器６と水−冷媒交換器１８は一体形状となっている。この水−冷媒熱交換器１８の右方には、中間基板支え板９があり、上方には中間基板８があり、前方、左方、後方には本体ユニット１を構成する筐体があり、水−冷媒熱交換器１８は位置決めされており、保持されている。

本体ユニット１の右方には、水−冷媒熱交換器１８を除く、主となる給湯サイクル３を構成する部品が設けられており、１９は水−冷媒熱交換器１８で加熱された水道水を貯めておくための貯湯タンクであり、缶体状になっている。この貯湯タンク１９には保温性能を高めるために、タンク断熱材１９ａ（詳細は図３で記載）が巻かれている。特に今回の発明では、本体ユニット１のサイズをよりコンパクトにするために、高圧縮性真空断熱材を巻き付けてあり、その厚みは１０ｍｍ程度に抑えている。その高圧縮性真空断熱材で巻かれた貯湯タンクの１９の前方には、給湯回路２０が配されている。２１は貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８に水道水を入水する入水管、２２は貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８から温水を給湯端末（蛇口３０ａや風呂４４、図２で図示）に給湯する給湯管である。

２３は、空気−冷媒熱交換器１４および送風ファン１５と、高圧縮性真空断熱材で巻かれた貯湯タンク１９、つまりは冷媒サイクル２と給湯サイクル３を仕切るための仕切板であり、後方は空気−冷媒熱交換器１４に接続され、前方は本体ユニット１に接続されており、貯湯タンク１９を外部にさらさない様に仕切っている。この仕切板２３には、貯湯タンク１９の対向面に、仕切板断熱材２３ａ（斜線で記載）が貼ってあり、貯湯タンク１９に巻かれたタンク断熱材と近接して配してある。

２４は風呂のお湯を追い炊きするための風呂熱交換器であり、風呂と接続された浴槽入湯管２５を介して、圧縮機５の前方に配された風呂循環水ポンプ２６で風呂からお湯を引き込み、そのお湯と、貯湯タンク１９から追炊きポンプ２７で引き込んだ貯湯タンク１９内の高温水とを熱交換して、浴槽出湯管２８で風呂へ戻すことにより、風呂の追炊きを行う。つまり、風呂熱交換器２４は、水−水熱交換器となっているわけである。風呂循環水ポンプ２６は、入浴後で汚れている風呂のお湯を引き込むために、その動力は過大なものとなる。そのため、風呂循環水ポンプ２６は動力の大きな水ポンプが使用される。それに対して、この風呂循環水ポンプ２６も基板３に載置ており、強度面で十分な箇所に配していると共に、圧縮機５の手前であり、防音材１０を貼付けたＬ字状の中間基板支え板９の内方に配してあり、風呂循環水ポンプ２６の駆動音を防音し。本体ユニット１の外部へ大きな音が漏れてしまうことを防いでいる。また、圧縮機カバー１３の内方にもあるので、圧縮機カバー１３にて、音が外部へ漏れることを防いでいることになる。

また、この風呂熱交換器２４は、仕切板２３の上方に取り付けられており、貯湯タンク１９のタンク断熱材とは間隙を設けて配されており、貯湯タンク１９とはタンク配管１９ａだけで、つながっていることになっている。また、仕切板２３の上方に取り付けられているのは、貯湯タンク１９の上方の高温のお湯を、追炊きポンプ２７で引き込むことにより、短時間で追炊きが行えるようにするためである。仕切板２３の仕切板断熱材２３ａにて、風呂熱交換器保温されるようにもなっている。

追い炊きポンプ２７は、風呂循環水ポンプ２６の上方であり、風呂熱交換器２４の近傍に配されている。また、浴槽出湯管２８からは、貯湯タンク１９からのお湯も供給され、風呂のお湯はりも行う。

次に、図２で、図１で示した各要素部品の回路構成図について詳しく説明する。図２に付与している番号は、図１と同じである
図２において、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機は、本体ユニット１内に冷媒サイクル２と給湯サイクル３とを一体に収納して構成されている。

冷媒サイクル２は、本体ユニット１内部に配設された圧縮機５と、放熱器６と、例えば電動膨張弁から成る減圧手段７と、Ｌ字形状の空気−冷媒熱交換器１４とが冷媒配管２９で接続されて構成されている。また、空気−冷媒熱交換器１４に風を当て、蒸発能力を高めるための送風ファン１５が設けられている。

一方、給湯回路は、放熱器６と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器１８（例えば、放熱器６と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）と、水−冷媒熱交換器１８にて得た温水を貯める貯湯タンク１９と、貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８に水道水を入水する入水管２１と、貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８から温水を蛇口３０ａやシャワー３０ｂの給湯端末に給湯する給湯管２２と、貯湯タンク１９内の低温の水を送水する給湯循環水ポンプ３１から構成されている。

更に、上記給湯回路の構成について説明する。

タンク入水管３２は、入水管２１から水道水を貯湯タンク１９に送る配管であり、途中にタンク入水逆止弁３３が設けられている。水道水供給管３４は、入水管２１から放熱器６（水−冷媒熱交換器１８）に水道水を直接供給する配管であり、この水道水給水管３４に逆止弁３５が設けられている。熱交給水管３６は、貯湯タンク１９から水−冷媒熱交換器１８に、給湯循環水ポンプ２６の運転により、貯湯タンク１９内の下方に貯まった低温水を送る配管であり、貯湯管３７は、水−冷媒熱交換器１８で暖めた水道水を、貯湯タンク１９や、元混合弁３８に送る配管であり、貯湯タンク側配管３７ａの途中には貯湯三方弁３９が、また元混合弁側配管３７ｂの途中には逆止弁Ａ４０が設けられている。

また、タンク給湯管４１は、貯湯タンク１９から高温水（通常は６０℃〜９０℃）を元混合弁３８へ給湯する配管であり、元混合弁３８は、貯湯管３７（元混合弁側配管３７ｂ）とタンク給湯管４１とから来る温水や水を混合させる弁であり、逆止弁Ａ４０は、元混合弁３８手前に設けられた弁である。また、給湯混合弁４２は、元混合弁３３を通過した温水と、入水管２１から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得、蛇口３０ａやシャワー３０ｂに供給する弁であり、給湯混合弁４２と入水管２１の間には逆流防止の逆止弁Ｂ４２ａ、４２ｂが設けられている。

そして、給湯混合弁４２にて最適温度となった温水が、給湯管２２を介して、蛇口３０ａやシャワー３０ｂに給湯される。

４３は風呂注湯混合弁であり、同じく元混合弁３８を通過した温水と、入水管２１から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得、風呂４４に注湯する弁であり、風呂注湯混合弁４３と入水管２１の間には逆流防止の逆止弁Ｃ４３ｂが設けられている。風呂注湯混合弁４３にて最適温度となった温水が、風呂注湯管４５を介し、逆流防止弁４５ａを通過して、風呂４４に注湯され、風呂に湯をはることになる。

２４は風呂熱交換器であり、風呂注湯混合弁４３から風呂４４へとお湯が向かう際に通過することになる。風呂熱交換器２４は、風呂４４内のお湯を追炊きする際に用いる熱交換器であり、風呂４４から、浴槽出湯管２５を介して、風呂循環水ポンプ２６で風呂からお湯を引き込み、そのお湯と、貯湯タンク１９から追炊きポンプ２７で引き込んだ貯湯タンク１９内の高温水とを熱交換して、浴槽入湯管２８で風呂へ戻すことにより、風呂４４の温度を一定に保つ保温運転や、風呂４４の湯量を足さなくても湯温を上昇させる追炊き運転を行う。つまり、風呂熱交換器２４は、水−水熱交換器となっているわけである。

また、４６は入水流量計であり、入水流量を測定する計器であり、給湯流量計４７は給湯流量を測定する計器である。排出弁４８は、寒冷地等にて長期間使用しない場合に、凍結防止等でタンク内の水を抜くために用いる弁であり、制御弁４９は入水流量を制御する弁である。５０aは貯湯タンク１９の圧力逃がし弁、５０ｂは貯湯タンク１９の缶体保護弁である。

また、制御装置５１は、冷媒サイクルの高圧側の冷媒温度を検出し、その温度の高低から冷媒サイクルの立ち上がり状態を判定し、元混合弁３８や給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３の開度を制御する手段である。

これらの部品を本体ユニット内に配したのが図１の概略斜視図である。

図３で、図１、図２で示したヒートポンプ式給湯機の上面内観図であり、図３に付与している番号は、図１、図２と同じである。

本体ユニット１内の左方には、冷媒サイクル２が配されており、圧縮機５と、放熱器６
（水−冷媒熱交換器１８）が載置されており、その圧縮機５と放熱器６と、減圧手段である電動膨張弁７と、Ｌ字状の空気−冷媒熱交換器１４が環状に結ばれ、冷媒サイクル２を構成している。放熱器６と一体化された水−冷媒熱交換器１８の上方には、略Ｌ字状の中間基板８があり、この中間基板に空気−冷媒熱交換器１４が載置されている。

本体ユニット１の右方には、主となる給湯サイクル３を構成する部品が設けられており、１９は貯湯タンク、１９ａは貯湯タンク１９に巻かれたタンク断熱材であり、斜め格子斜線で記載されている。このタンク断熱材１９ａは、高圧縮性真空断熱材であり、その厚みは１０ｍｍ程度に抑えている。そのため、本体ユニット１のサイズに比して、貯湯タンク１９の容積を可能な範囲で大きくすることが可能となっている。

高圧縮性真空断熱材であるタンク断熱材１９ａで巻かれた貯湯タンクの１９の前方には、給湯回路２０が配されている。２３は、冷媒サイクル２内の、空気−冷媒熱交換器１４と、給湯サイクル３内の貯湯タンク１９を区画するための仕切板であり、仕切板２３の、貯湯タンクの対向面には、仕切板断熱材２３ａ（斜線で記載）が貼られている。

以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ式給湯機の動作を説明する。

圧縮機５を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器５（水−冷媒熱交換器１８）に送られ、水道水供給管３４を通ってきた水道水と熱交換して放熱する。
これにより、貯湯管３７、元混合弁３８に流れる水道水は高温に加熱される。放熱器６（水−冷媒熱交換器１８）から流出する冷媒は、減圧手段７にて減圧膨張され、空気−冷媒熱交換器１４に送られ、送風ファン１５にて送られた空気と熱交換して、空気−冷媒熱交換器１４を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度圧縮機５に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、徐々に加熱された水道水は、元混合弁側配管３７ｂ、元混合弁３１を通り、蛇口３０ａ、シャワー３０ｂに給湯したり、風呂４４に注湯される。

そして、冷媒サイクル２は立ち上がりが遅く、速湯性に劣っているため、貯湯タンク１９によってその立ち上がりの悪さを補っている。すなわち、冷媒サイクル２が立上り、所定の給湯温度となるまでの間は、高温に保たれた貯湯タンク１９からタンク給湯管４１を通過してきた温水と、まだ立ち上がっていない水−冷媒熱交換器１８を通過してきた水（徐々に温度が上がり高温となる水）とを、元混合弁３８で混合し、さらに給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３で入水管２１を通ってきた水道水と混合して、所定の温度の給湯あるいは注湯を行う。

次に冷媒サイクルが立ち上がってくると、元混合弁３８の開度を調整し、貯湯タンク１９からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器１８からの温水を適温に混合し、給湯混合弁４２や、風呂注湯混合弁４３に送り、給湯混合弁４２や風呂注湯混合弁４３で入水管２１を通ってきた水道水と混合して給湯する。

最終的には、元混合弁３８の開度を調整して、タンク給湯管３１側を閉じて、貯湯タンク１９からタンク給湯管４１を通過してきた温水は用いず、入水管２１、水道水供給管３４、逆止弁３５を通ってきた水道水を冷媒サイクル２の水−冷媒熱交換器１８で加熱して得た温水を、元混合弁３８を介して、給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３へ送り、入水管２１を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口３０ａ、シャワー３０ｂへの給湯や、風呂４４への注湯を行う。即ち、制御装置５１によって、冷媒サイクル２の立ち上がり状態を把握し、元混合弁３８や給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３の開度を調整し、所定温度の温水を給湯端末に供給する制御が行われる。

また、使用者が、蛇口３０ａ、シャワー３０ｂを閉じるか、あるいは風呂４４に適量のお湯が溜まって給湯する必要がなくなると、給湯循環水ポンプ３１を駆動させ、三方弁３９を開き、次回の給湯運転のために、貯湯タンク１９に高温の温水を貯湯する貯湯運転が行われる。

このように冷媒サイクル２の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク１９に貯めた温水を用いて給湯端末（蛇口３０ａ、シャワー３０ｂ、風呂４４）へ給湯、注湯したり、貯湯タンク１９を介さずに水−冷媒熱交換器１８で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としている。これにより本実施の形態では、リアルタイム給湯を可能とし、使用者が給湯したいときに給湯ができる速湯性能を確保することができ、使い勝手の良いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。換言すれば、この速湯性能の確保によって、貯湯タンク１９の容量を貯湯式のヒートポンプ式給湯機のそれよりも小さいものとすることができ、設置性の大幅な向上、コストダウン、使用性の向上を実現できることにもなる。

特に貯湯タンク１９の貯湯量を多くすることができれば、低温時の際に、ヒートポンプ加熱能力が減じたとしても、湯切れすることがなくなり、使用性の良いヒートポンプ式給湯機とすることが可能となる。

この際に、図３で分かるように、本発明のヒートポンプ式給湯機は、冷媒サイクル２内の特に空気−冷媒熱交換器１４の大きさと、給湯サイクル３内の、冷媒サイクルで加熱された温水を貯めるための、貯湯タンク１９の大きさで本体ユニット１のサイズが概略決まってしまっている。能力を上げつつ、貯湯量を増やすには、本体ユニット１内で、空気−冷媒熱交換器１４を大きくしつつ、貯湯タンク１９を極限まで大きくすることが必要となる。

そのため、貯湯タンク１９には、タンク断熱材１９ａとして高圧縮性真空断熱材を巻き付けており、貯湯タンク１９と仕切板２３の距離を短くすることができ、本体ユニット１のコンパクト化、あるいは、本体ユニット１の寸法を変えなければ、貯湯タンク１９の大型化ができ、本体ユニット１のコンパクト化にては設置自由度の向上による施工性の向上をや、搬送性の向上を実現できる。また、貯湯タンク１９の大型化ができれば、湯切れ耐力の向上を図ることが可能となり、使用性の向上を図ることができる。

また、圧縮機５などを運転して、冷媒サイクル１を動作させた時は、空気−冷媒熱交換器１４は蒸発器となるために、送風ファン１５からは、本体ユニット１外へ冷風が吹出されることとなる。その際に、空気−冷媒熱交換器１４と接しており、送風ファン１５の側方にある仕切板２３は冷却されることになる。そのため、その仕切板２３の近傍にある、貯湯タンク１９も冷やされてしまい、内部の湯温が低下する恐れがある。これは、本体ユニット１を大きくして、仕切板２３と貯湯タンク１９を離しておけば防ぐことは可能であるが、本体ユニット１が大きくなるか、貯湯タンク１９の容量が小さくなるかの犠牲を伴ってします。

それに対して、仕切板２３に仕切板断熱材２３ａを貼っておけば、冷却された仕切板２３から、貯湯タンク１９への熱伝導が遮断され、貯湯タンク１９が冷却されることはなくなり、貯湯タンク１９内の湯温の低下を防ぐことができ、本体ユニット１のコンパクト化、あるいは、本体ユニット１の寸法を変えなければ、貯湯タンク１９の大型化ができ、本体ユニット１のコンパクト化にては設置自由度の向上による施工性の向上をや、搬送性の向上を実現できる。また、貯湯タンク１９の大型化ができれば、湯切れ耐力の向上を図ることが可能となり、特に低温時の使用性の向上を図ることができる。

また、仕切板２３に仕切板断熱材２３を貼ることにより、送風ファン１５や圧縮機５の振動によって生じる仕切板２３の振動を軽減することができ、本体ユニット１の振動低減、ひいては異常音の発生防止による低騒音化を図ることができる。さらに、本体ユニット１を搬送する際に、貯湯タンク１９に巻かれたタンク断熱材１９ａは高圧縮性真空断熱材であるが、これが仕切板２３と接触、あるいは擦れにより、真空が破壊されるような不具合を防ぐために、仕切板断熱材２３ａがクッションの役割を果たすこともできる。

図４で示しているヒートポンプ式給湯機の上面内観図は、仕切板２３に、仕切板板金２３ｂをスポット溶接などで一体にしたものであり、仕切板２３と仕切板板金２３ｂの間に、断熱空気層を設けている。このような構成としても、今まで記載してきたものと同じ効果が得られる。

また、仕切板断熱材２３ａを、タンク断熱材と同じく真空断熱材とすれば、その厚さを小さくすることができるので、貯湯タンク１９との距離を短くでき、本体ユニット１のサイズをよりコンパクトにすることができる。

また、本実施の形態では、冷媒として炭酸ガスを用いたヒートポンプ式給湯機としている。これにより冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒循環回路であり、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により冷媒−水熱交換器の水流路の流水を加熱する構成となり、冷媒−水熱交換器の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ので、冷媒−水熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、冷媒−水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、かつ熱交換効率を高くできる。

加えて、炭酸ガスであるので、万一冷媒が外部に漏れたとしても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しいヒートポンプ式給湯機とすることができる。

本発明のヒートポンプ式給湯機は、蒸発器である空気−冷媒熱交換器、送風ファンと貯湯タンクを区画するための仕切板を設け、この仕切板の貯湯タンクの対向面を、仕切板断熱材を貼る、あるいは空気層を設けるように間隙を設けて断熱したことにより、本体ユニットの寸法を小型化しつつ、貯湯タンクの容量を大きくすることが可能となり、実使用の際に湯切れが生じなくなり、使い勝手の良い給湯機とすることができる。特に、運転の際の貯湯タンクの放熱量を減ずることにより、湯切れに対する耐力を向上することが可能となり、使用性に優れたヒートポンプ式給湯機を提供することが可能となる。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで温水を生成して給湯するヒートポンプ式給湯機に適用され、例えば、家庭用の瞬間湯沸し器や、業務用の給湯装置などに適している。

本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の斜視図 同ヒートポンプ式給湯機の回路構成図 同ヒートポンプ式給湯機の上面内観図 同ヒートポンプ式給湯機の上面内観図 従来のヒートポンプ式給湯機の回路構成図 従来のヒートポンプ式給湯機の斜視図

符号の説明

１ 本体ユニット
２ 冷媒サイクル
３ 給湯サイクル
５ 圧縮機
６ 放熱器（水−冷媒熱交換器）
７ 減圧装置（電動膨張弁）
１４ 蒸発器（空気−冷媒熱交換器）
１５ 送風ファン
１８ 水−冷媒熱交換器
１９ 貯湯タンク
１９ａ タンク断熱材
２１ 入水管
２２ 給湯管
２３ 仕切板
２３ａ 仕切板断熱材

Claims (7)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒サイクルと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯タンクと、温水を給湯端末へ通水するように接続した給湯管とを一体の本体ユニット内に配設し、前記蒸発器を前記本体ユニットの一方の側方側に配し、前記貯湯タンクを前記本体ユニットの他方側に配し、前記蒸発器と前記貯湯タンクとを区画するための仕切板を設け、前記仕切板の前記貯湯タンクの対向面に断熱構成を配したことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 仕切板の貯湯タンクの対向面に、仕切板断熱材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式給湯機。
3. 仕切板の貯湯タンクの対向面に、空気層を設けるように間隙を設けて、板金を配し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機。
4. 仕切板の貯湯タンクの対向面に、真空断熱材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式給湯機。
5. 貯湯タンクに、タンク断熱材として高圧縮性真空断熱材を配したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
6. 水−冷媒熱交換器で加熱された温水は、貯湯タンクに給湯されるとともに、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
7. 冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。

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