JP2008215800A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯配管１８からケーシング１５に伝わる熱伝導に起因する熱損失を少なくし、極めて効率良く沸き上げ運転ができるヒートポンプ給湯機を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを水側配管１１とお湯側配管１２とで接続し、タンクユニット２に水を供給する給水配管１４とタンクユニット２から湯を取り出す給湯配管１８とを備えたヒートポンプ給湯機において、給湯配管接続部１３とケーシング１５との間に断熱材１６ａを備えたことにより、給湯配管１８からケーシング１５を介して空気中に放熱する熱損失を低減すると共に、ヒートポンプユニット２による極めて効率の良い沸き上げ運転が可能となり、省エネルギー化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプを用いて沸き上げたお湯を、貯湯タンクに貯えて給湯に利用するヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、ヒートポンプを用いて沸き上げたお湯を、給湯に利用するヒートポンプ給湯機として、図３に示すようなものがある。

以下、図３を用いて説明する。

このヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット１０２とを、水側配管１１１とお湯側配管１１２とを用いて接続することで構成している。

ヒートポンプユニット１は、圧縮機３と、給湯熱交換器４と、膨張弁５と、蒸発器６とを順次環状に接続してヒートポンプサイクルを構成している。

また、タンクユニット１０２は、ケーシング１１５内に、貯湯タンク１０８と、ポンプ１０９と、温調弁１１０とを備えている。

さらに、給水配管１１７は給水配管接続部１１４を介して、給湯配管１１８は給湯配管接続部１１３を介してケーシング１１５にそれぞれ接続している。

このような構成において、水道管などの水源から供給された水は、給水配管１１７から給水配管接続部１１４を経由してケーシング１１５内へと導かれ、一方は貯湯タンク１０８、他方は温調弁１１０へと分岐されている。

貯湯タンク１０８内に貯められた水は、ポンプ１０９により水側配管１１１を介して給湯熱交換器４に搬送される。

この給湯熱交換器４には、圧縮機３で高温高圧となった冷媒が流れ込んでいる。

このヒートポンプサイクル側の高温高圧となった冷媒と、水側配管１１１から流入した水は、給湯熱交換器４にて熱交換を行う。

その結果、冷媒から吸熱した水は、高温のお湯となり、お湯側配管１１２を介して貯湯タンク１０８に貯えられる。

一方、水へと放熱した冷媒は、膨張弁５と蒸発器６とを経由して再び圧縮機３へと戻る。

その後、貯湯タンク１０８に貯えられたお湯は、給水配管接続部１１４を経由した後、分岐した水と温調弁１１０にて混合されて所定温度のお湯となり、給湯配管１１８からカランやシャワーなどから成る給湯端末１９へと導かれて、適温のお湯として利用される（例えば、非特許文献１参照）。
空気調和・衛生工学，第７８巻第６号，Ｐ．１５〜Ｐ．１８

しかしながら、上記従来の構成では、温調弁１１０にて所定温度に調節されたお湯が給湯配管１１８を介して給湯する際に、給湯配管１１８から給湯配管接続部１１３を経由してタンクユニット１０２のケーシング１１５へと熱伝達することになる。

このタンクユニット１０２のケーシング１１５に伝えられた熱は、タンクユニット１０２のケーシング１１５本体から空気中へと放熱されるため、熱損失が生じる。

一般的に、お湯側配管１１２や水側配管１１１、給水配管１１７、給湯配管１１８に用いる配管には、これら配管内を流れる流体から各配管そのものへと伝達した熱が、外部に放熱することにより生じる熱損失を防止するために、配管外周に断熱材が施してある。

しかしながら、タンクユニット１０２のケーシング１１５は、前述した配管のように内部を流体が流れるものではないために、熱損失の防止を目的とする断熱材を施すことはない。

さらに、給湯配管接続部１１３からタンクユニット１０２のケーシング１１５へと伝達した熱の一部は、給水配管接続部１１４を介して給水配管１１７内の水に伝わるものがあり、その結果として貯湯タンク１０８内の水、即ち給湯熱交換器４の入口水温が上昇することになる。

ところで、ヒートポンプの特性上、給湯熱交換器４の入口水温が上昇すると、ヒートポンプサイクルの運転効率（ＣＯＰ）が低下してしまう。

即ち、給湯配管１１８から給湯配管接続部１１３を介してタンクユニット１０２のケーシング１１５へと伝わった熱が、タンクユニット１０２のケーシング１１５の本体表面から空気中へと放熱されるだけでなく、貯湯タンク１０８内へ流入する水の温度を上昇させることになるため、ヒートポンプサイクルの運転効率（ＣＯＰ）の低下をも招くという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、給湯配管からタンクユニットのケーシングを介した熱損失を低減し、ヒートポンプユニットの運転効率を低下することなく沸き上げ運転が可能なヒートポンプ給湯機を提供することを目的とするものである。

上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、貯湯タンクに水を供給する給水配管と、貯湯タンクからお湯を取出す給湯配管と、貯湯タンクの外部に覆設したケーシングとを有するタンクユニットと、貯湯タンクから水側配管を介して供給された水を、お湯へと加熱するための熱を生成するヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニットと、ヒートポンプサイクルにて加熱されたお湯を貯湯タンクへと戻すお湯側配管とを具備し、ケーシングよりも外側に突出した給湯配管の端部に、給湯端末と連絡する給湯側連絡配管と接続するための給湯配管接続部を設け、この給湯配管接続部とケーシングとの間に第１の熱伝導防止手段を設けるというものである。

これにより、貯湯タンクに貯えたお湯を使用する際に、給湯配管から給湯配管接続部を経由してタンクユニットのケーシングへと熱が伝わることを防止することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、ケーシングよりも外側に突出した給湯配管の端部に、給湯端末と連絡する給湯側連絡配管と接続するための給湯配管接続部を設け、この給湯配
管接続部とケーシングとの間に第１の熱伝導防止手段を設けるというものである。

これにより、給湯配管から給湯配管接続部を経由してタンクユニットのケーシングへと熱が伝わることを防止することができ、その結果、給湯配管からタンクユニットのケーシングを介して空気中に放熱する熱損失を低減することができる。

本発明は、ケーシングよりも外側に突出した給湯配管の端部に、給湯端末と連絡する給湯側連絡配管と接続するための給湯配管接続部を設け、この給湯配管接続部とケーシングとの間に第１の熱伝導防止手段を設けるというものである。

このような構成とすることにより、給湯配管にお湯が流れる際に、この給湯配管から給湯配管接続部を介してケーシングへと熱が伝わることを防止することが可能となる。

その結果、従来、給湯配管からケーシングへと熱が伝わり、その熱がケーシングから空気中へと放熱することで生じていた熱損失を低減することができ、ヒートポンプ給湯機としての省エネルギー化を図ることができる。

さらに本発明は、前記ケーシングよりも外側に突出した前記給水配管の端部に、水源と連絡する給水側連絡配管と接続するための給水配管接続部を設け、この給水配管接続部と前記ケーシングとの間に第２の熱伝導防止手段を設けるというものである。

このような構成とすることにより、給湯配管にお湯が流れることで、給湯配管からケーシングへと伝わった熱が、給水配管接続部を介して給水配管へと伝達されていた熱の伝わりを防止することができる。

その結果、貯湯タンクへと流入する水の温度が上昇することを防止することができる。

すなわち、従来、温度が上昇した水を貯湯タンクに貯め、この水を、水側配管を介してヒートポンプユニットへと供給することで生じていた、ヒートポンプサイクルの効率低下を防止することが可能となる。

従って、ヒートポンプユニットを高効率で動作させ、効率よく貯湯タンクから供給された水を沸き上げることが可能となり、ヒートポンプ給湯機として省エネルギー化を図ることができる。

さらに本発明は、ケーシングよりも外側に突出した給湯配管の端部に、給湯端末と連絡する給湯側連絡配管と接続するための給湯配管接続部を設け、この給湯配管接続部とケーシングとの間に第１の熱伝導防止手段を設けるとともに、ケーシングよりも外側に突出した給水配管の端部に、水源と連絡する給水側連絡配管と接続するための給水配管接続部を設け、この給水配管接続部とケーシングとの間に第２の熱伝導防止手段を設けるというものである。

このような構成とすることにより、給湯配管にお湯が流れる際に、この給湯配管から給湯配管接続部を介してケーシングへと熱が伝わることを防止するとともに、ケーシングから給水配管接続部を介して給水配管内に流れる水に熱が伝わることを防止することが可能となる。

よって、従来、給湯配管から給湯配管接続部を介してケーシングへと熱が伝わることで生じていた、ケーシングから空気中への放熱を防ぐことで熱損失を低減することができ、
さらに、ケーシングから給水配管接続部を介して給水配管へと熱が伝わることで生じていた、貯湯タンク内の水の温度の上昇に伴う、ヒートポンプサイクルの効率低下を防止することができる。

その結果、ヒートポンプ給湯機としての省エネルギー化を図ることができる。

さらに、本発明は、熱伝導防止手段として、発泡ウレタン系の断熱材を用いるというものである。

本構成とすることにより、給湯配管、あるいは給水配管とケーシングとの熱の伝わりを低コストで遮断することが可能となる。

その結果、給湯配管からタンクユニットのケーシングを介して空気中に放熱する熱損失を低コストで低減できるだけでなく、ヒートポンプユニットによる高効率な沸き上げ運転が可能となり、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、本発明は、熱伝導防止手段として、ノンアスベスト系の繊維断熱材を用いるというものである。

本構成とすることにより、給湯配管、あるいは給水配管とケーシングとの熱の伝わりを低コストで遮断することが可能となり、断熱材の耐久性をも高めることができる。

その結果、給湯配管からタンクユニットのケーシングを介して空気中に放熱する熱損失を低コストかつ耐久性に優れた構成で低減できるだけでなく、ヒートポンプユニットによる高効率な沸き上げ運転が可能となり、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、本発明は、熱伝導防止手段として、パッキン状のゴム成型品を用いるというものである。

本構成とすることにより、給湯配管、あるいは給水配管とケーシングとの熱の伝わりを低コストで遮断することが可能となり、断熱材の加工性も向上する。

その結果、給湯配管からタンクユニットのケーシングを介して空気中に放熱する熱損失を低コストかつ加工性に優れた構成で低減できるだけでなく、ヒートポンプユニットによる高効率な沸き上げ運転が可能となり、省エネルギー化を図ることができる。

また本発明は、上述した発明のヒートポンプ給湯機のヒートポンプサイクルを、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとし、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により給湯熱交換器内の水を加熱することにより、給湯熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯熱交換器内の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。

従って、給湯熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、熱交換効率を高くできるというものである。

さらに本発明は、上述したヒートポンプ給湯機において、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することで製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。

また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−
４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しいヒートポンプ給湯機を提供できる。

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）
図１は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯機の構成図である。

図１において、ヒートポンプ給湯機は、水を加熱する熱を生み出すヒートポンプユニット１と、水およびお湯を貯える貯湯タンク８を備えたタンクユニット２との間を、貯湯タンク８内の水をヒートポンプユニット１へと搬送する水側配管１１と、ヒートポンプユニット１内で加熱されたお湯を貯湯タンク８内へと搬送するお湯側配管１２とで接続することにより構成している。

タンクユニット２のケーシング１５には、第１の熱伝導防止手段として断熱材１６ａを介して給湯配管接続部１３が、第２の熱伝導防止手段として断熱材１６ｂを介して給水配管接続部１４がそれぞれ設置されている。

このうち、給湯配管接続部１３について、図２を用いて説明する。

図２は、タンクユニット２のケーシング１５に対する給湯配管接続部１３の設置状態を示す断面図である。

本実施の形態１において、ケーシング１５の外側にある給湯配管１８の端部には、給湯端末１９へとつながる給湯側連絡配管１８ａと接続するために給湯配管接続部１３が設けられている。

より詳細に説明すると、給湯配管１８端部には接続部材１３ａが、給湯側連絡配管１８ａ端部には接続部材１３ｂが設けられており、この接続部材１３ａ、１３ｂを嵌合することで給湯配管接続部１３を構成している。

なお、給水配管１７も本構成と同様にすることで、同様の効果を得ることができる。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下その動作、作用を説明する。

なお、従来のヒートポンプ給湯機として説明した部分と同じ機能を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を援用する。

ヒートポンプユニット１には、圧縮機３、給湯熱交換器４、膨張弁５、蒸発器６を環状に接続したヒートポンプサイクルが備えられている。

まず、圧縮機３で圧縮された後、圧縮機３から給湯熱交換器４へと吐出される高温高圧のガス状態の冷媒は、給湯熱交換器４において貯湯タンク８から水側配管１１を通って搬送された水と熱交換することで液または液ガス二相状態となり、膨張弁５で減圧されて低温低圧の液ガス二相の冷媒となる。

その後、蒸発器６において、送風機７により蒸発器６に供給された空気と低温低圧の液ガス二相の冷媒とが熱交換し、冷媒は空気より吸熱して圧縮機３に戻るというヒートポンプサイクルの動作を繰り返す。

一方、タンクユニット２には、お湯を貯える貯湯タンク８と、貯湯タンク８内の水をヒートポンプユニット１に搬送する循環ポンプ９と，貯湯タンク８内のお湯とタンクユニット２外から供給される水とを混合して所定温度のお湯を作り出す温調弁１０とが備えられている。

貯湯タンク８底部の水は、循環ポンプ９によって水側配管１１を介して給湯熱交換器４に搬送され、ここでヒートポンプサイクルの冷媒と熱交換する。

そして、高温のお湯となった後、お湯側配管１２を通って貯湯タンク８の上部へと戻される。

タンクユニット２の給湯配管接続部１３とタンクユニット２のケーシング１５との間には、第１の熱伝導防止手段として、例えば発泡ウレタン系の材料から成る断熱材１６ａが備えられている。

その結果、貯湯タンク８の上部から供給されるお湯と、タンクユニット２の外部にある水道などの水源から供給される水とが温調弁１０で調整され、所定温度になったお湯が給湯配管１８を介して給湯端末１９へと供給される際に、給湯配管接続部１３からタンクユニット２のケーシング１５へと熱が伝わることを防止することができる。

従って、従来、給湯配管接続部１３からケーシング１５へと伝熱し、ケーシング１５から空気中に放熱されることで生じていた熱損失を低減することが可能となる。

同様に、ケーシング１５と給水配管１７に設けた給水配管接続部１４との間に第２の熱伝達防止手段として断熱材１６ｂを設けた場合、給湯配管１８に設けた給湯配管接続部１３とケーシング１５との間に断熱材１６ａが施されない場合でも、ケーシング１５から給水配管１７に伝達される熱を遮断することができる。

つまり、給湯配管１８内を流れるお湯の熱が、ケーシング１５を介して給水配管１７内を流れる水へと伝わることを防止することができる。

その結果、従来、生じていた貯湯タンク８へ供給される水の給水温度の上昇を防止することができる。

従って、貯湯タンク８から水側配管１１を経由して給湯熱交換器４へと供給される水の温度、すなわち、給湯熱交換器４の入口水温の上昇を防止できるため、ヒートポンプユニット１による高効率な沸き上げ運転が可能となるのである。

当然のことながら、図１に示すように、給湯配管１８に断熱材１６ａを、給水配管１７に断熱材１６ｂを各々施せば、より効果的であることはいうまでもない。

以上の説明から明らかなように、本発明のヒートポンプ給湯機では、給湯配管１８内のお湯の熱が、ケーシング１５へと伝わることで生じていた空気中に放熱される熱損失を低減できるとともに、給湯配管１８内のお湯の熱が、ケーシング１５を経由して給水配管１７内の水に伝わり、給水温度を上昇させることで生じていたヒートポンプユニット１の沸き上げ運転効率の低下を防止することができるのである。

なお、上述した実施の形態１では、熱伝導防止手段として発泡ウレタン系の断熱材を使用しているが、この他にもセラミック系断熱材や真空断熱材の他、ノンアスベスト系の繊
維断熱材、ゴムなどを使用してもよい。

つまり、発泡ウレタン系断熱材は、比較的安価で加工性が良いため、ヒートポンプ給湯機の材料コストや組み立てコストを抑えることができる。

しかも、発泡ウレタン系断熱材には振動吸収効果があるため、ケーシング１５の振動を防止して騒音の発生を抑制することもできる。

また、セラミック系断熱材は強度や耐久性に優れており、真空断熱材は価格が高いものの断熱性能が優れている。ノンアスベスト系の繊維断熱材は耐久性と断熱性を兼ね備えており、ゴムは断熱性能に加えて加工性に優れ安価である。このように、断熱材の種類に応じて様々な効果を期待できる。

さらに、給湯配管接続部１３をケーシング１５へ固定する際に、金属ビスやボルト（図示していない）を使用することが一般的であるが、金属ビスやボルトの代わりにセラミック系ビスやボルトを使用すれば、ビスやボルトを介して生じる熱伝導による損失を更に低減することが可能になる。

もちろん、ビスやボルトに代えて、接着剤を用いて固定しても良い。

この場合、接着剤で固定することにより、ビスやボルト部分を介した熱伝導がなくなるため、更なる熱損失低減を図ることができる。

また、実施の形態１では、ヒートポンプサイクルを、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、もちろん高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。

また、この場合、冷媒としてはフロンガス、アンモニアなどを用いてもよい。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、貯湯型や瞬間式のヒートポンプ給湯機に対しても有効である。

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 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の給湯配管接続部断面図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

１ ヒートポンプユニット
２ タンクユニット
３ 圧縮機
４ 給湯熱交換器
５ 膨張弁
６ 蒸発器
７ 送風機
８ 貯湯タンク
９ 循環ポンプ
１０ 温調弁
１１ 水側配管
１２ お湯側配管
１３ 給湯配管接続部
１４ 給水配管接続部
１５ ケーシング
１６ａ、１６ｂ 断熱材（第１、第２の熱伝導防止手段）
１７ 給水配管
１７ａ 給水側連絡配管
１８ 給湯配管
１８ａ 給湯側連絡配管
１９ 給湯端末

Claims (8)

1. 貯湯タンクに水を供給する給水配管と、前記貯湯タンクからお湯を取出す給湯配管と、前記貯湯タンクの外部に覆設したケーシングとを有するタンクユニットと、前記貯湯タンクから水側配管を介して供給された水を、お湯へと加熱するための熱を生成するヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱された前記お湯を前記貯湯タンクへと戻すお湯側配管とを具備し、前記ケーシングよりも外側に突出した前記給湯配管の端部に、給湯端末と連絡する給湯側連絡配管と接続するための給湯配管接続部を設け、この給湯配管接続部と前記ケーシングとの間に第１の熱伝導防止手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 貯湯タンクに水を供給する給水配管と、前記貯湯タンクからお湯を取出す給湯配管と、前記貯湯タンクの外部に覆設したケーシングとを有するタンクユニットと、前記貯湯タンクから水側配管を介して供給された水を、お湯へと加熱するための熱を生成するヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱された前記お湯を前記貯湯タンクへと戻すお湯側配管とを具備し、前記ケーシングよりも外側に突出した前記給水配管の端部に、水源と連絡する給水側連絡配管と接続するための給水配管接続部を設け、この給水配管接続部と前記ケーシングとの間に第２の熱伝導防止手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
3. 貯湯タンクに水を供給する給水配管と、前記貯湯タンクからお湯を取出す給湯配管と、前記貯湯タンクの外部に覆設したケーシングとを有するタンクユニットと、前記貯湯タンクから水側配管を介して供給された水を、お湯へと加熱するための熱を生成するヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプサイクルにて加熱された前記お湯を前記貯湯タンクへと戻すお湯側配管とを具備し、前記ケーシングよりも外側に突出した前記給湯配管の端部に、給湯端末と連絡する給湯側連絡配管と接続するための給湯配管接続部を設け、この給湯配管接続部と前記ケーシングとの間に第１の熱伝導防止手段を設けるとともに、前記ケーシングよりも外側に突出した前記給水配管の端部に、水源と連絡する給水側連絡配管と接続するための給水配管接続部を設け、この給水配管接続部と前記ケーシングとの間に第２の熱伝導防止手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
4. 前記熱伝導防止手段は、発泡ウレタン系の断熱材としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記熱伝導防止手段は、ノンアスベスト系の繊維断熱材としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 前記熱伝導防止手段は、パッキン状のゴム成型品としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 前記ヒートポンプユニットのヒートポンプサイクルは、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 前記ヒートポンプサイクルにて使用する冷媒が、二酸化炭素であることを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ給湯機。

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