JP2007218502A - 冷風供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプから出る排冷風を利用することにより省エネに貢献でき、しかも快適な温度環境に調整可能な冷風供給装置提供する。
【解決手段】空気用熱交換器において大気から吸熱した冷媒をコンプレッサで圧縮することによって高温化し、水加熱用熱交換器において高温化した冷媒によって市水を加熱して得た湯を貯湯タンクに貯湯し、必要時に貯湯タンクから給湯するヒートポンプ式給湯機に付設される冷風供給装置であって、前記空気用熱交換器において冷媒に熱交換することによって冷却された排冷風を、建物の屋内へ導いて冷房する冷気供給部と、屋内へ導入される排冷風の冷房能力を調整する調整手段とを具えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機の運転時に発生する冷気を利用した冷風供給装置に関する。

従来より、フロンガスを用いたヒートポンプ式給湯機が使用されていたが、フロン系冷媒はオゾン層を破壊することから使用が禁止され、二酸化炭素等の自然冷媒を使用したヒートポンプ式給湯機が開発され、普及が進んでいる。

ところでこのヒートポンプ式給湯機は、大気と熱交換して得たエネルギーで市水を加熱してお湯を貯湯するものであり、一方吸熱されて低温化した空気はそのまま排気されている。一方ＣＯ₂ を使用するヒートポンプ式給湯機は、従来のフロン系冷媒使用ヒートポンプ式給湯機に比べ、エネルギー効率が高いことから、高温のお湯を得ることができるとともに、排気される冷気も相当低温になっている。そこで、この冷気をダクトを通して屋内のトイレ、洗面所、脱衣所、風呂場等に供給し、スポット的に簡易冷房するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−８９８８３号公報

しかしながら、洗面所、脱衣所、風呂場などの局部的な冷房では有効性に乏しいため、配管などの設備コストを含めてトータルで勘案すると、省エネ効果が小さいものであった。しかも近年電力会社との契約により、電力需要の減る午後１１時から午前７時までの間、約３分の１程度の低廉なコストで電力供給を受けることができる深夜電力料金制度を利用してヒートポンプ式給湯機を稼動するケースが増加している。この場合には、人が就寝して殆ど利用されない時間帯に洗面所などを冷房することになるため、有効性が殆どないという問題がある。

本発明は、空気用熱交換器において冷媒に熱交換することによって冷却された冷気を、建物の屋内へ導いて冷房する冷気供給部、及び屋内へ導入される冷気の冷房能力を調整する調整手段を具えることを基本とし、ヒートポンプから出る排冷風を利用することによって省エネに貢献でき、しかも快適な温度環境に調整可能な冷風供給装置の提供を課題としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、空気用熱交換器において大気から吸熱した冷媒をコンプレッサで圧縮することによって高温化し、水加熱用熱交換器において高温化した冷媒によって市水を加熱して得た湯を貯湯タンクに貯湯し、必要時に貯湯タンクから給湯するヒートポンプ式給湯機に付設される冷風供給装置であって、前記空気用熱交換器において冷媒に熱交換することによって冷却された冷気を、建物の屋内へ導いて冷房する冷気供給部と、屋内へ導入される冷気の冷房能力を調整する調整手段とを具えることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、前記建物は、前記ヒートポンプ給湯機は、空気用熱交換器、コンプレッサ、及び水加熱用熱交換器からなるヒートポンプユニットを有し、前記貯湯タンクは１階部分に設置されるとともに前記ヒートポンプユニットとの間を配管され、前記冷気供給部は、ヒートポンプユニットが設置された階層の屋内に向けて冷気を送ることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、前記冷気供給部は、ヒートポンプユニットから送出される冷気を受ける受風チャンバーと、この受風チャンバーから冷風を屋内に送気する供給管路とを具え、前記調整手段は、ヒートポンプユニットから送出される冷気全体に対して、供給管路へ導く供給冷風量の割合を可変調整しうる風量調整部により構成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、前記調整手段は、空気用熱交換器に大気を供給する送風ファンの送風量を加減するファン調整部により構成され、また請求項５に係る発明においては、前記調整手段は、冷媒を圧縮するコンプレッサの運転速度を加減するコンプレッサ調整部により構成されることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、空気熱交換器から排出される冷気を屋内に導いて冷房に活用するものであるため、エネルギーを別途消費することがなく省エネに貢献できる。特に深夜電力を使用する場合、午後１１時から午前７時までの時間帯は、夏場でも気温が低下しているため、排冷風のエネルギー程度で充分に室温調整できる。しかも調整手段によって冷え過ぎを防止して快適な温度環境に調整することが可能であり、特に夏場安眠を得るため２５〜２８℃程度の室温に維持する場合などに好適に使用できる。

請求項２に係る発明のように、１階部分に設置した貯湯タンクと、ヒートポンプユニットとの間に配管するとともに、ヒートポンプユニットを設置した階層の屋内に向けて冷気を送るように構成すると、冷気を短い経路を通してヒートポンプユニットからストレートに導入できるため、冷房効率を向上できる。

請求項３に係る発明のように、ヒートポンプユニットから送出される冷気を受ける受風チャンバーを設けるとともに供給管路を通して冷風を屋内に送気するように構成すると、必要な冷気を漏らすことなく効率的に送気できる。しかも、供給管路へ導く供給冷風量の割合を可変調整しうる風量調整部を設けるため、外気温度、屋内の状況などによって変化する必要冷房能力に合わせて、冷気の供給量を任意に調整できる。

請求項４に係る発明のように、空気用熱交換器に大気を供給する送風ファンの送風量を加減するファン調整部を設けると、排冷風の風量に加えて、その温度をコントロールできるため、冷房条件に適合した温度の冷風を送気して快適な空調がおこなえ、また請求項５に係る発明のように、コンプレッサの運転速度を加減するコンプレッサ調整部により排冷風の温度を調整すると、冷熱源を捨てることなく有効に冷房に活用できる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。本発明の冷風供給装置１は図１に示すように、建物７の設備として設置されるヒートポンプ式給湯機６に対して付設されるものであり、排冷風を屋内へ導く冷気供給部８と、冷房の能力をコントロールする調整手段９とを含んで構成され、特に夏季の夜間における寝室の温度を下げるため好適に使用できるものである。

前記冷風供給装置１を設置する建物７としては、商業施設、オフィス、学校、工場などを含むが、夜間就寝する寝室を設けた住宅、ホテルなどに設置するのが好適である。また前記ヒートポンプ式給湯機６は、図２に示すように、ヒートポンプと、貯湯タンク５とで構成され、市水をヒートポンプによって加熱して得た湯を貯湯タンク５に一旦貯湯して、必要時に貯湯タンクから浴室、厨房、洗面所などへ給湯されるものである。

前記ヒートポンプは、二酸化炭素、炭化水素などの冷媒が膨張、圧縮を繰り返す循環経路が形成され、コンプレッサ３を含む凝縮器での放熱作用を利用した加熱装置として用いられる。しかして空気用熱交換器２において大気から吸熱した冷媒を、コンプレッサ３で圧縮することによって高温化し、水加熱用熱交換器４において高温化した冷媒が市水を加熱して得られた湯を貯湯タンク５に貯湯している。

このようなヒートポンプは、出力／入力が２〜４程度の成績係数を持ち、高い省エネルギー効果が得られる上、電力会社との契約により、電力需要の減る午後１１時から午前７時までの間、約３分の１程度の低廉なコストで電力供給を受けることができる深夜電力料金制度を利用すると、ランニングコストが合わせて約９分の１程度に大幅に節減できる。更には火を使わないため、火災と不完全燃焼による中毒の危険性が減り、万一切り忘れても、タイマーで自動的に電源オフするなど高い安全性を備え、しかも二酸化炭素排出など燃焼ガスによる空気汚染、燃焼時に生じる水蒸気による結露などが防止できることから、屋内の環境が向上するなどの利点が多く、今後一層の普及が見込まれている。

本形態では、図２、３に示すように、空気用熱交換器２、コンプレッサ３、水加熱用熱交換器４、及び膨張弁２１が環状に配管され、空気用熱交換器２に送風する送風ファン１４とともに、矩形箱状のハウジング２２に収容されてヒートポンプユニット１０を構成している。このヒートポンプユニット１０では、送風ファン１４の回転によって、ハウジング２２の一側部の空気取入口２８から外の空気が吸引され、この空気が空気用熱交換器２内を流れる冷媒に熱を与えることによって冷風となり、ハウジング２２の他側部に設けられた平行スリット状の排冷気口２６から排冷風として吹き出される。

また本形態では図１に示すように、建物７は２階建てのものが例示される。そして前記貯湯タンク５は、１階部分の地盤面に形成されたベース盤２４に設置され、他方前記ヒートポンプユニット１０は、２階部分のベランダ２５に設置される。このように大重量の貯湯タンク５は１階部分に設置し、比較的軽量なヒートポンプユニット１０のみを２階以上の階層に設置するため、建物に特別な補強を要することなく安定した状態で設置できる点で好ましい。

なお貯湯タンク５とヒートポンプユニット１０との間には、上下にのびるパイプ２３が配管され、ヒートポンプユニット１０の水加熱用熱交換器４と、貯湯タンク５との間を市水が循環することによって加熱されて高温の湯となり、これが貯湯タンク５内に蓄えられる。そして、貯湯タンク５から屋内に向けてのびる給湯管３５を通じて、浴室、洗面所、台所などへ給湯される。

前記冷気供給部８は図３に示すように、前記排冷風を受ける受風チャンバー１１と、この受風チャンバー１１から排冷風を屋内へ送る供給管路１２とから構成され、前記ヒートポンプユニット１０の空気用熱交換器２で、冷媒に熱交換して冷却された排冷風を建物７のヒートポンプユニット１０が設置された階層、即ち本形態では２階部分の屋内へ導くものである。このようにヒートポンプユニット１０を設置した階層（本形態では２階部分）に排冷風を送るように構成すると、排冷風をヒートポンプユニットから短い経路で直接屋内に導入できるため、熱ロスを減じて冷房効率が向上する。他方ヒートポンプユニット１０は、風通しが良い上層階の高位に設置されることから冷媒を効率的に冷却できるため、その運転効率が向上する点で好ましい。

受風チャンバー１１は、図３に示すように、ヒートポンプユニット１０の排冷気口２６の外側面に沿って取り付けられ、この排冷気口２６に向く側が開口したボックス状に形成される。また前記供給管路１２は、受風チャンバー１１の背板２９の中央から建物７の外壁３０を貫通して屋内へのびる丸パイプ３１により構成され、排冷気口２６から吹出すとともに受風チャンバー１１で収集された排冷風を屋内へ供給している。このようにして、空気用熱交換器２から排出される排冷風を建物７内に取り入れて冷房するため、エネルギーを別途消費することがないことから、コストの節約、及び地球環境保全に貢献できる。特に深夜電力を使って運転する午後１１時から午前７時までの時間帯は、気温が低下しているため、特に夏季に安眠を得るために良い２５〜２８℃程度の室温に維持する際は、排冷風のエネルギー程度で充分に温度調整できる。しかも本形態では、ヒートポンプユニットから送出される排冷風を受風チャンバー１１が受け、供給管路１２を通して屋内に送気するように構成しているため、排冷風を漏らすことなく効率的に送気できる点で好ましい。

前記受風チャンバー１１には、図３、４に示すように、背板２９からヒートポンプユニット１０の排冷気口２６にむけてのびる一対のガイド板３２、３２が設けられ、更に背板２９のガイド板３２、３２の外側の領域には、平行スリット状の排出口３４が形成される。前記ガイド板３２は、その基辺部を背板２９に蝶着することにより、排冷気口２６側が揺動可能に取付けられ、さらに双方のガイド板３２、３２の中央部を螺子シャフト３３が挿通している。この螺子シャフト３３には、左右２方向の螺子溝（図示せず）が螺刻されるとともに、各螺子溝が双方のガイド板３２、３２に各々螺装している。その結果、螺子シャフト３３を回転操作すると、双方のガイド板３２、３２は各々異なる方向へ向け傾動するため、双方のガイド板３２、３２の拡開巾Ｗを調整することができる。しかして、この拡開巾Ｗを増減することによって、排冷気口２６から排出される冷気の内、供給管路１２を通して屋内に供給する比率を変えて冷房能力をコントロールできる。そのため外気温度、屋内の状況などによって異なってくる必要な冷房能力に応じて、冷気の取込み量を調整でき、例えば夜間に寝室へ冷気を導く時には、冷え過ぎを防止して快適な温度環境を得ることができる。なお本形態では、前記双方のガイド板３２、３２と、螺子シャフト３３とからなる風量調整部１３によって調整手段９が構成される。

なお排冷風の活用は、ヒートポンプのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を低下させない範囲で行なわれる。そしてＣＯＰに影響を与えることなく利用できる排冷風の風量は、ヒートポンプ式給湯機６の給湯能力、或いはヒートポンプの発熱容量などによって異なる。因みに前記本形態は、ヒートポンプユニット１０の送風ファン１４による風圧を利用して、排冷風を屋内へ導入するものである。そこで図４に示すように、受風チャンバー１１は、ヒートポンプユニット１０の排冷気口２６の略半分の領域に向き合う大きさに形成することによって、全体排冷風量１３００ｍ³ ／Ｈの内、６００ｍ³ ／Ｈを冷気供給部８へと導き、残る７００ｍ³ ／Ｈは大気へ放出している。従って空気抵抗の増加が、小さく抑えられることからＣＯＰの低下がないため、ヒートポンプ式給湯機６自体の運転に支障を生じることがない。

図５は他の実施形態を例示している。以下異なる内容について説明し、それ以外は図中に表れた主要構成に同じ符号を付すだけとする。本形態では、ヒートポンプユニット１０のハウジング２２の一側面において、その片側の領域にのみ平行スリット状の排冷気口２６が形成され、これに並んだ残りの領域には、開口を設けない無開口部３６が形成される。そして受風チャンバー１１が排冷気口２６に向き合う位置と、無開口部３６に向き合う位置との間を往復動可能に設けられる。しかして受風チャンバー１１が、排冷気口２６に向き合う位置にある時は、排冷風が全て冷気供給部８へ導入され、他方無開口部３６に向き合う位置にある時は、排冷風の供給が停止される。また受風チャンバー１１が排冷気口２６及び無開口部３６の両側に跨って位置する時は、各々に向き合う面積の比率によって冷気供給部８へ供給される冷気の割合が調整される。このように本形態では、冷気供給部８、及び無開口部３６の間を移動可能に構成された受風チャンバー１１によって風量調整部１３が形成される。

また図６には、更に他の実施形態が例示される。本形態の風量調整部１３は、ハウジング２２の排冷気口２６に等間隔に、しかも角度可変に設けられたガラリ３７によって形成される。即ち、ガラリ３７が排冷風の流れをガイドする角度を変えることにより、受風チャンバー１１へ流れ込む風量が増減し、屋内の冷房能力を調整できる。

調整手段９には、前記各種形態を例示したように、排冷風全体の中で、屋内へ供給する比率を加減して冷房能力をコントロールする風量調整部１３のほか、ヒートポンプで発生する排冷風自体の風量、或いはその温度をコントロールする実施形態が含まれる。例えば図２に示すように、送風ファン１４の回転速度のコントロールにより送風量を調整しうるファン調整部１５によって調整手段９が形成される。この種の調整手段９では、送風ファン１４の送風量を絞り込むと低温の排送風が得られるため、都市部の熱帯夜など、夜間になっても外気温が高い場合、優れた冷房効果が得られる点で好ましい。但し送風量の調整は、ヒートポンプのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を低下させない範囲で行なうものであることは、前記の風量調整部１３と同様である。

この他、コンプレッサ３の運転速度をコントロールするコンプレッサ調整部１６によって調整手段９を形成することができる。このコンプレッサ調整部１６を用いて、コンプレッサ３を高速運転すると、空気用熱交換器２において低温の排冷風が得られる。逆に弱冷房を選択するとコンプレッサ３の運転がスローダウンすることにより空気用熱交換器２での温度が少し高くなり、就寝時などに好適な涼感空調が得られる。この時には水加熱用熱交換器４での熱交換もスローダウンするが、夜間電力利用の時間内の運転により必要な湯量が貯湯される。コンプレッサ調整部１６を用いた調整においても、ヒートポンプのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を低下させない範囲で行なわれることは同様である。

尚、叙上の説明は本発明の実施の形態を例示したものである。従って本発明の技術的範囲はこれに何ら限定されるものではなく、前記した実施の形態の他にも、各種の変形例が含まれる。

本発明の一実施の形態を例示する断面図である。 その要部拡大図である。 その要部分解斜視図である。 その使用状態を説明する略図である。 他の実施形態を例示する略図である。 更に他の実施形態を例示する略図である。

符号の説明

１ 冷風供給装置
２ 空気用熱交換器
３ コンプレッサ
４ 水加熱用熱交換器
５ 貯湯タンク
６ ヒートポンプ式給湯機
７ 建物
８ 冷気供給部
９ 調整手段
１０ ヒートポンプユニット
１１ 受風チャンバー
１２ 供給管路
１３ 風量調整部
１４ 送風ファン
１５ ファン調整部
１６ コンプレッサ調整部

Claims (5)

1. 空気用熱交換器において大気から吸熱した冷媒をコンプレッサで圧縮することによって高温化し、水加熱用熱交換器において高温化した冷媒によって市水を加熱して得た湯を貯湯タンクに貯湯し、必要時に貯湯タンクから給湯するヒートポンプ式給湯機に付設される冷風供給装置であって、
   前記空気用熱交換器において冷媒に熱交換することによって冷却された冷気を、建物の屋内へ導いて冷房する冷気供給部と、屋内へ導入される冷気の冷房能力を調整する調整手段とを具えることを特徴とする冷風供給装置。
2. 前記ヒートポンプ給湯機は、空気用熱交換器、コンプレッサ、及び水加熱用熱交換器からなるヒートポンプユニットを有し、
   前記貯湯タンクは１階部分に設置されるとともに前記ヒートポンプユニットとの間を配管され、
   前記冷気供給部は、ヒートポンプユニットが設置された階層の屋内に向けて冷気を送ることを特徴とする請求項１記載の冷風供給装置。
3. 前記冷気供給部は、ヒートポンプユニットから送出される冷気を受ける受風チャンバーと、この受風チャンバーから冷風を屋内に送気する供給管路とを具え、
   前記調整手段は、ヒートポンプユニットから送出される冷気全体に対して、供給管路へ導く供給冷風量の割合を可変調整しうる風量調整部により構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の冷風供給装置。
4. 前記調整手段は、空気用熱交換器に大気を供給する送風ファンの送風量を加減するファン調整部により構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の冷風供給装置。
5. 前記調整手段は、冷媒を圧縮するコンプレッサの運転速度を加減するコンプレッサ調整部により構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の冷風供給装置。

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