JP2008309410A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浴槽の残湯が有する熱エネルギーを有効に利用することで一段と省エネルギー化を図ることができ、環境にも配慮したヒートポンプ式給湯装置の提供を課題とする。
【解決手段】ヒートポンプによる熱交換を利用して貯湯タンク２１の湯水を加熱し給湯を行うヒートポンプ式給湯装置１であって、該装置１は、少なくとも熱交換を行うヒートポンプユニット１０と、湯水を溜め置く貯湯ユニット２０と、浴槽３０とから構成され、ヒートポンプユニット１０での熱媒の気化に浴槽３０の残湯熱を利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、浴槽の残湯熱を利用するヒートポンプ式給湯装置に関する。

従来、ヒートポンプ式給湯システムとしては、下記特許文献１に示すものがある。
このヒートポンプ式給湯システムは、ヒートポンプを利用して給湯を行うことで省エネルギー化を図ることができるメリットがある。
特公昭６３−１０３４０号公報

しかしながら上記特許文献１に示すヒートポンプ式給湯システムでは、浴槽の残湯を排水するため、熱エネルギーの損失が大きいという問題があった。

そこで本発明は上記従来における問題点を解決し、浴槽の残湯が有する熱エネルギーを有効に利用することで一段と省エネルギー化を図ることができ、環境にも配慮したヒートポンプ式給湯装置の提供を課題とする。

本発明のヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプによる熱交換を利用して貯湯タンクの湯水を加熱し給湯を行うヒートポンプ式給湯装置であって、該装置は、少なくとも熱交換を行うヒートポンプユニットと、湯水を溜め置く貯湯ユニットと、浴槽とから構成され、ヒートポンプユニットでの熱媒の気化に浴槽の残湯熱を利用することを第１の特徴としている。
また本発明のヒートポンプ式給湯装置は、上記第１の特徴に加えて、ヒートポンプユニットは、少なくとも浴槽の残湯から熱を回収して熱媒を気化させる気化器と、気化させた熱媒を圧縮させる圧縮器と、圧縮させた熱媒を貯湯タンクの湯水へと熱交換させる凝集器とを備えた熱媒回路を有することを第２の特徴としている。
また本発明のヒートポンプ式給湯装置は、上記第１又は第２の特徴に加えて、貯湯ユニットは、少なくとも貯湯タンク下部の低温水を貯湯タンク上部へと移動させる熱交換ポンプを備える熱交換回路と、貯湯タンク上部の高温水を貯湯タンク下部へと移動させる循環ポンプを備える循環回路とを有し、前記熱交換回路はヒートポンプユニットの凝集器において熱媒回路と熱交換関係にあり、前記循環回路は浴槽の追い焚き回路と熱交換関係にあることを第３の特徴としている。
また本発明のヒートポンプ式給湯装置は、上記第３の特徴に加えて、浴槽は、循環回路と熱交換関係にある追い焚きポンプを備える追い焚き回路と、浴槽の湯水をヒートポンプユニットへ導く熱交換ポンプを有する熱交換回路とを備え、追い焚き運転とヒートポンプユニットの熱媒気化運転とを前記追い焚き回路と熱交換回路との流路切り替えで行うようにしたことを第４の特徴としている。

上記本発明の第１の特徴によれば、ヒートポンプによる熱交換を利用することで省エネルギー化を図ることのできる給湯装置とすることができる。またヒートポンプユニットでの熱媒の気化に浴槽の残湯熱を利用する構成としてあることから、浴槽の残湯が有する熱エネルギーを有効に利用することができる。よって一段と省エネルギー化を図ることができ、環境にも配慮したヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

上記本発明の第２の特徴によれば、上記本発明の第１の特徴による作用効果に加えて、ヒートポンプユニットは、浴槽の残湯から熱を回収して熱媒を気化させる気化器を有する構成としてあることから、浴槽の残湯が有する熱エネルギーを熱媒の気化に有効に利用することができる。また気化させた熱媒を圧縮させる圧縮器を有する構成としてあることから、気化させた熱媒を圧縮させることで熱媒を高温高圧化させることができる。また圧縮させた熱媒を貯湯タンクの湯水へと熱交換させる凝縮器を有する構成としてあることから、圧縮されて高温高圧となった熱媒の熱エネルギーを貯湯タンクの湯水へと効率的に熱交換させることができる。

上記本発明の第３の特徴によれば、上記第１又は第２の特徴による作用効果に加えて、貯湯ユニットは、貯湯タンク下部の低温水を貯湯タンク上部へと移動させる熱交換ポンプを備える熱交換回路を有する構成としてあることから、熱交換ポンプを稼働させることで貯湯タンク下部の低温水を貯湯タンク上部へと迅速に移動させることができる。また貯湯タンク上部の高温水を貯湯タンク下部へと移動させる循環ポンプを備える循環回路を有する構成としてあることから、循環ポンプを稼働させることで貯湯タンク上部の高温水を貯湯タンク下部へと容易に移動させることができる。
また熱交換回路はヒートポンプユニットの凝集器において熱媒回路と熱交換関係にある構成としてあることから、凝集器において熱媒が有する熱エネルギーを確実且つ効率的に熱交換回路を流れる低温水へと熱交換させることができる。
また循環回路は浴槽の追い焚き回路と熱交換関係にある構成としてあることから、貯湯タンク上部の高温水が有する熱エネルギーを確実且つ効率的に追い焚き回路を流れる湯水へと熱交換させることができる。

上記本発明の第４の特徴によれば、上記第３の特徴による作用効果に加えて、浴槽は、循環回路と熱交換関係にある追い焚きポンプを有する追い焚き回路を備えている構成としてあるので、追い焚きポンプを稼働させることで、貯湯タンクの高温水が持つ熱エネルギーを確実且つ効率的に追い焚き回路を流れる浴槽の湯水へと熱交換させることができる。よって高温水が持つ熱エネルギーを有効に利用して、追い焚き運転を行うことができる。
また浴槽は、浴槽の湯水をヒートポンプユニットへ導く熱交換ポンプを有する熱交換回路を備えた構成としてあるので、熱交換ポンプを稼働させることで、浴槽の湯水を迅速にヒートポンプユニットへと導くことができる。
更に追い焚き運転とヒートポンプユニットの熱媒気化運転とを追い焚き回路と熱交換回路との流路切り替えで行うよう構成しているので、追い焚き回路と熱交換回路の流路を切り替えるだけで、容易に且つ確実に追い焚き運転と熱媒気化運転の切り替えができる。

以下の図面を参照して、本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図、図２は本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。

まず図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置１について説明する。
ヒートポンプ式給湯装置１は、ヒートポンプユニットで貯湯ユニットの湯水を加熱して浴槽へ給湯する給湯装置であって、ヒートポンプユニットでの熱媒の気化に浴槽の残湯が有する熱エネルギーを利用する給湯装置である。このヒートポンプ式給湯装置１は、ヒートポンプユニット１０と、貯湯ユニット２０と、混合弁３０と、減圧逆止弁４０と、浴槽５０と、電磁弁６０とから構成される。

前記ヒートポンプユニット１０は、浴槽５０の残り湯が有する熱エネルギーを回収し、利用して熱媒を高温化させ、熱媒が有する熱エネルギーを貯湯ユニット２０の湯水へと熱交換させて湯水を加熱するためのものである。
このヒートポンプユニット１０は、気化器１１と、圧縮器１２と、凝集器１３と、熱媒回路１４とから構成される。

前記気化器１１は、浴槽５０から送られてきた残湯が有する熱エネルギーを用いて熱媒回路１４の中を循環する熱媒を気化させるためのものである。このような構成とすることで、残湯が有する熱エネルギーを有効に利用できる。また熱媒を気化させることで、熱媒を低温低圧なガスとすることができる。
なお熱媒の気化に利用された残湯は、ヒートポンプユニット１０から排水される構成としている。このような構成とすることで、熱エネルギーを放出して低温となった残湯は浴槽５０に再び戻されることがない。従って低温の残湯が戻ることで、浴槽５０の湯温が低下してしまうのを確実に防止することができる。

前記圧縮器１２は、気化器１１により低温低圧なガスとされた熱媒を圧縮させるためのものである。このように低温低圧なガスとされた熱媒を圧縮させることで、熱媒を高温高圧なガスへと変換させることができる。
圧縮器としては、ターボ圧縮器、スクリュー圧縮器、ロータリー圧縮器等、通常用いられる圧縮器であれば如何なるものであってもよい。

前記凝集器１３は、貯湯ユニット２０の低温水の流路（後述の熱交換回路２２）と熱交換関係にあり、圧縮器１２により高温高圧なガスとされた熱媒を凝集させ、貯湯ユニット２０の低温水へと熱交換させるためのものである。このように凝集器１３を貯湯ユニット２０の低温水の流路と熱交換関係に配置することで、凝集器１３と低温水との間で確実且つ効率的に熱交換を行わせることができる。また高温高圧なガスとされた熱媒を凝集させることで、熱媒を中温高圧な液体へと変換させ、このとき生じる凝集熱で低温水を確実に高温化させることができる。

前記熱媒回路１４は熱媒を循環させるための回路であり、熱媒が気化器１１、圧縮器１２、凝集器１３の全てを図１に示す矢印方向に循環するように配置されている。このような構成とすることで、熱媒の気化、圧縮、凝集を連続して行わせることができる。

熱媒としては、二酸化炭素、フロン等のハロゲン化炭化水素系熱媒や、プロパン、ブタン等の炭化水素系熱媒や、アンモニア等の元素及び無機化合物系熱媒等、通常用いられる熱媒であれば如何なるものであってもよいが、環境面、安全性、コスト面から二酸化炭素が望ましい。

前記貯湯ユニット２０は、湯水を貯め置き、必要に応じて湯水を循環させると共に給湯を行わせるためのものであり、貯湯タンク２１と、熱交換回路２２と、給湯回路２３と、お湯張り回路２４と、給水回路２５とから構成される。

前記貯湯タンク２１は、湯水を貯め置くタンクである。

前記熱交換回路２２は、貯湯タンク２１内の低温水と凝集器１３内の熱媒との間で熱交換を行わせるための回路であり、回路中に熱交換ポンプ２２ａを備え、凝集器１３と熱交換関係にある。熱交換ポンプ２２ａを稼働させることで、低温水を図１に示す矢印方向に移動させ、凝集器１３において熱媒との間で確実に熱交換を行わせることができる。よって低温水を確実に高温化させることができる。更に高温化された湯水を確実に貯湯タンク２１へと移動させることができる。

前記給湯回路２３は、貯湯タンク２１に貯め置かれた高温水を、図１に示す矢印方向に浴槽５０へと移動させ、蛇口から注水を行わせるための回路である。

前記お湯張り回路２４は、貯湯タンク２１に溜め置かれた高温水を、図１に示す矢印方向に浴槽５０の下部へと移動させ、浴槽５０の下部から注水を行わせるための回路である。

前記給水回路２５は、貯湯タンク２１及び浴槽５０へと給水を行わせるための回路である。

前記混合弁３０は、お湯張り回路２４を流れる高温水と、給水回路２５を流れる水とを混合させるための弁である。このように混合弁３０を設けることで、お湯張り回路２４において貯湯タンク２１に溜め置かれた高温水の水温を入浴に適温な温度へと変換させることができる。

前記減圧逆止弁４０は、給水回路２５を流れる水が逆流することを防ぐための弁である。

前記浴槽５０は、貯湯タンク２１の上部に貯め置かれた高温水を注水し、貯め置くための容器である。この浴槽５０は、入浴後の残湯を気化器１１へ導く熱交換回路５１と連通されている。このような構成とすることで、ヒートポンプユニット１０の熱媒気化運転に供することができる。即ち、入浴後の残湯を効率的に気化器１１へと導き、残湯が有する熱エネルギーを有効に気化器１１で利用することができる。

前記熱交換回路５１は、浴槽５０の残湯を気化器１１へ導くための回路であり、熱交換ポンプ５１ａを備え、気化器１１と熱交換関係にある。よって熱交換ポンプ５１ａを稼働させることで、浴槽５０の残湯を図１に示す矢印方向に気化器１１へと迅速に導くことができると共に、残湯が有する熱エネルギーを有効に気化器１１で利用することができる。
なお気化器１１で熱エネルギーを放出し、低温となった残湯は、そのまま外部へ排水される。よって熱エネルギーを放出して低温となった残湯は浴槽５０に再び戻されることがないので、低温となった残湯が戻されることによる浴槽５０の湯温の低下を確実に防止することができる。

前記電磁弁６０は、図１に示すように熱交換回路５１上に備えられ、浴槽５０と連通させる湯水の流路をお湯張り回路２４と熱交換回路５１との間で切り替えるための弁である。このように電磁弁６０を備えることで、浴槽５０と連通させる回路を迅速に切り替えることができる。
電磁弁としては、直動式、パイロット式等、通常用いられる電磁弁であれば如何なるものであってもよい。また熱交換回路５１を構成する管の数により二方弁、三方弁等適宜変更可能である。

次に図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置について説明する。
ヒートポンプ式給湯装置２は、前記ヒートポンプ式給湯装置１における貯湯ユニット２０に循環回路２６を設けている。また循環回路２６と熱交換関係にある追い焚き回路２７を浴槽５０と連通させ、熱交換器９０で熱交換を行わせる構成としている。また浴槽５０の残湯を気化器１１で利用した後、そのまま排水せずに再び浴槽５０へ戻す熱交換回路７０を備えた構成としている。
その他の構成については、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置１と同じである。同一部材、同一機能を果たすものには同一番号を付して、以下の説明を省略する。

前記循環回路２６は、貯湯タンク２１の上部に貯め置かれた高温水を貯湯タンク２１の下部へと移動させるための回路であり、循環ポンプ２６ａを備え、追い焚き回路２７と熱交換器９０によって相互に熱交換される。循環ポンプ２６ａを稼働させることで、貯湯タンク２１の上部に貯め置かれた高温の湯水を、図２に示す矢印方向に貯湯タンク２１の下部へと移動させることができる。またその移動過程で、高温水が持つ熱エネルギーを、熱交換器９０において効率的に追い焚き回路２７を流れる湯水へと熱交換させることができる。よって追い焚き回路２７を流れる湯水を確実に高温化させることができる。

前記追い焚き回路２７は、風呂の追い焚き運転を行うための回路であって、浴槽５０に貯め置かれた温水が温度低下したときに、湯水の追い焚きを行わせるための回路である。この追い焚き回路２７は追い焚きポンプ２７ａを備え、循環回路２６と熱交換器９０により熱交換される。このような構成とすることで、追い焚きポンプ５０ａを稼働させることで湯温が低下した浴槽５０の湯水を、図２に示す矢印方向に追い焚き回路２７へと迅速に導いて循環させることができる。またその循環過程で、貯湯タンク２１に貯め置かれた高温水が持つ熱エネルギーを、効率的に湯温が低下した湯水へと熱交換させることができる。よって浴槽５０の湯水を迅速且つ確実に追い焚きさせることができる。またこの追い焚き回路２７は、熱交換回路７０と連通されている。

前記熱交換回路７０は気化器１１へ導かれた浴槽５０の残湯を再び浴槽５０へと戻すための回路である。このような構成とすることで、気化器１１において熱媒との間で熱交換されて低温となった残湯を、更に利用することができる。

前記熱交換回路７０には電磁弁８０が設けられている。該電磁弁８０は、浴槽５０に貯め置かれた湯水の流路を熱交換回路７０と追い焚き回路２７との間で切り替えるための弁である。このように電磁弁８０を備えることで、熱交換回路７０と追い焚き回路２７とを構成する管をそれぞれ分離させて浴槽５０に連通させずとも、熱交換回路７０と追い焚き回路２７とを構成する管を相互に連通させた状態で浴槽５０と連通させることができる。よって浴槽５０と連通させる管の数を抑えることができ、コスト面に配慮したヒートポンプ式給湯装置２とすることができる。

また電磁弁８０を切り替えるだけで、浴槽５０に貯め置かれた湯水の流路を、ヒートポンプユニット１０の熱媒気化運転用の熱交換回路７０と風呂の追い焚き運転用の追い焚き回路２７との間で迅速に切り替えることができる。
電磁弁としては、直動式、パイロット式等、通常用いられる電磁弁であれば如何なるものであってもよい。また熱交換回路７０を構成する管の数により二方弁、三方弁等適宜変更可能である。

以上のように、本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、浴槽の残湯が有する熱エネルギーを有効に利用することで一段と省エネルギー化を図ることができ、環境にも配慮したヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

なお本発明は上記第１、第２の実施形態に限られるものではなく、任意好適な様々な変更が可能である。例えば本実施形態においては、熱交換回路、循環回路、追い焚き回路に、それぞれ湯水を移動させるポンプのみを備える構成としているが、これに加えて流水速度センサーを付加するような構成とすることもできる。このような構成とすることで、回路内を移動する湯水の速度を常に熱交換に最適な速度に保つことが可能となり、より一層効率的な熱交換を行わせることが可能となる。
また熱媒回路、熱交換回路、循環回路、追い焚き回路において、熱交換を行う部分では全て直線上の管が相互に平行に近接する構成としているが、このような構成とはせず、熱交換を行う部分の管の形状を螺旋状にして相互に組み合わせたり、凹凸を有する形状にすることもできる。このような構成とすることで、熱交換を行う部分における管の表面積を大きくすることができる。よって、放熱面、吸熱面を大きくさせることができ、一段と熱交換効率を向上させることができる。
また各回路を構成する管の数や太さ、ポンプの数等も適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。

符号の説明

１、２ ヒートポンプ式給湯装置
１０ ヒートポンプユニット
１１ 気化器
１２ 圧縮器
１３ 凝集器
１４ 熱媒回路
２０ 貯湯ユニット
２１ 貯湯タンク
２２ 熱交換回路
２２ａ 熱交換ポンプ
２３ 給湯回路
２４ お湯張り回路
２５ 給水回路
２６ 循環回路
２６ａ 循環ポンプ
２７ 追い焚き回路
２７ａ 追い焚きポンプ
３０ 混合弁
４０ 減圧逆止弁
５０ 浴槽
５１ 熱交換回路
５１ａ 熱交換ポンプ
６０ 電磁弁
７０ 熱交換回路
７０ａ 熱交換ポンプ
８０ 電磁弁
９０ 熱交換器

Claims (4)

1. ヒートポンプによる熱交換を利用して貯湯タンクの湯水を加熱し給湯を行うヒートポンプ式給湯装置であって、該装置は、少なくとも熱交換を行うヒートポンプユニットと、湯水を溜め置く貯湯ユニットと、浴槽とから構成され、ヒートポンプユニットでの熱媒の気化に浴槽の残湯熱を利用することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. ヒートポンプユニットは、少なくとも浴槽の残湯から熱を回収して熱媒を気化させる気化器と、気化させた熱媒を圧縮させる圧縮器と、圧縮させた熱媒を貯湯タンクの湯水へと熱交換させる凝集器とを備えた熱媒回路を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 貯湯ユニットは、少なくとも貯湯タンク下部の低温水を貯湯タンク上部へと移動させる熱交換ポンプを備える熱交換回路と、貯湯タンク上部の高温水を貯湯タンク下部へと移動させる循環ポンプを備える循環回路とを有し、前記熱交換回路はヒートポンプユニットの凝集器において熱媒回路と熱交換関係にあり、前記循環回路は浴槽の追い焚き回路と熱交換関係にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 浴槽は、循環回路と熱交換関係にある追い焚きポンプを備える追い焚き回路と、浴槽の湯水をヒートポンプユニットへ導く熱交換ポンプを有する熱交換回路とを備え、追い焚き運転とヒートポンプユニットの熱媒気化運転とを前記追い焚き回路と熱交換回路との流路切り替えで行うようにしたことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯装置。

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