JP2010203718A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】浴槽水を沸き上げたり追炊きしたりする場合に、貯湯手段に貯湯された高温水を利用することで、運転効率が良く、かつ、省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプサイクル３１と、前記ヒートポンプサイクル３１の給湯用熱交換器３３にて加熱された液体を貯湯する貯湯手段４１と、前記貯湯手段４１に接続された風呂用熱交換器５２と、前記風呂用熱交換器５２に接続された循環手段４７とを備え、前記貯湯手段４１に貯湯された湯水を前記給湯用熱交換器３３にて加熱し前記貯湯手段４１に貯湯する貯湯運転時も、前記風呂用熱交換器５２にて浴槽の湯水を加熱する風呂加熱運転時も、前記貯湯手段４１、前記風呂用熱交換器５２、前記循環手段４７、前記給湯用熱交換器３３、前記貯湯手段４１の順で湯水が流れる構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来から、種々のヒートポンプサイクルを利用した給湯機が提案されおり、図２に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。

図２は前記公報に記載された従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図２において、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２等を収納する貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプ式加熱手段で、内部には圧縮機４と凝縮器としての冷媒−水熱交換器５と電子膨張弁６と強制空冷式の蒸発器７とで構成され、このヒートポンプ式加熱手段３には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。また、圧縮機４や電子膨張弁６等によりヒートポンプサイクルを駆動制御するヒーポン制御部８を設けている。

９は貯湯タンク２の底部と冷媒−水熱交換器５を接続するヒーポン往き管で、ヒーポン循環ポンプ１０が取り付けられ、ヒーポン循環ポンプ１０と貯湯タンク２の間の上流側には、冷媒−水熱交換器５と貯湯タンク２底部とを連通するか、バイパス管１１を介して貯湯タンク２上部と連通するかを切り替える第１三方弁１２が備えられている。

１３はヒーポン往き管９と共にヒーポン循環回路１４を構成するヒーポン戻り管で、端部には、冷媒−水熱交換器５を通過後の湯水を連通管１５を介して貯湯タンク２上部に戻すか、風呂や暖房放熱器（図示せず）が接続した２次側循環回路１６と熱交換する外熱交換器１７を有した加熱管１８を介して貯湯タンク２下部に戻すかを切り替える第２三方弁１９が備えられている。

外熱交換器１７には、貯湯タンク２に貯湯された温水が循環したり、或いは、ヒートポンプ式加熱手段３で加熱されたばかりの温水を循環させ、２次側循環回路１６と熱交換させて温度低下した温水を、加熱管１８の一端が接続した貯湯タンク２下部に戻すもので、この外熱交換器１７と加熱管１８とで１次側循環回路２０を構成するものであり、ここで２次側循環回路１６は風呂の循環回路を構成し、途中には風呂循環ポンプ２１を有しているものである。

貯湯タンク２に貯湯された温水を利用して２次側循環回路１６の加熱について説明すれば、第１三方弁１２をバイパス管１１とヒーポン循環ポンプ１０とが連通するように切り替えて、貯湯タンク２上部から高温水を取り出せるようにすると共に、第２三方弁１９を加熱管１８側の連通に切り替えて、ヒーポン循環ポンプ１０及び風呂循環ポンプ２１を駆動することで、貯湯タンク２上部からの高温水をヒーポン循環ポンプ１０によって、外熱交換器１７に流通させ風呂循環ポンプ２１により循環してくる浴槽水を加熱して、風呂を沸き上げたり追炊きを行うもので、外熱交換器１７で温度低下した温水は加熱管１８を介して貯湯タンク２下部に戻され順次この循環を繰り返すものである。
特開２００８−３２２８２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、貯湯タンク２に貯湯された温水を利用して風呂を沸き上げたり追炊きを行う場合、貯湯タンク２上部から高温水は、冷媒−水熱交換器５を
通り、その後外熱交換器１７に流入するため、冷媒−水熱交換器５で放熱し、そこで温度が低下したお湯が外熱交換器１７に流入するので、風呂の沸き上げや追炊きの時間が増加するといった運転効率が悪くなるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、浴槽水を沸き上げたり追炊きしたりする場合に、貯湯手段に貯湯された高温水を利用することで、運転効率が良く、かつ、省エネ性に優れたヒートポンプ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給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、及び蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器にて加熱された液体を貯湯する貯湯手段と、前記貯湯手段に接続された風呂用熱交換器と、前記風呂用熱交換器に接続された循環手段とを備え、前記貯湯手段に貯湯された湯水を前記給湯用熱交換器にて加熱し前記貯湯手段に貯湯する貯湯運転時も、前記風呂用熱交換器にて浴槽の湯水を加熱する風呂加熱運転時も、前記貯湯手段、前記風呂用熱交換器、前記循環手段、前記給湯用熱交換器、前記貯湯手段の順で湯水が流れる構成としたことを特徴とするもので、貯湯手段に貯湯された温水を利用して浴槽水を沸き上げたり追炊きを行う場合に、貯湯手段上部から高温水を、風呂用熱交換器に直接流入する回路にしているため、風呂の沸き上げや追炊きの時間が減少することで、運転効率が良く、省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。

本発明によれば、浴槽水を沸き上げたり追炊きしたりする場合に、貯湯手段に貯湯された高温水を利用することで、運転効率が良く、かつ、省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、及び蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器にて加熱された液体を貯湯する貯湯手段と、前記貯湯手段に接続された風呂用熱交換器と、前記風呂用熱交換器に接続された循環手段とを備え、前記貯湯手段に貯湯された湯水を前記給湯用熱交換器にて加熱し前記貯湯手段に貯湯する貯湯運転時も、前記風呂用熱交換器にて浴槽の湯水を加熱する風呂加熱運転時も、前記貯湯手段、前記風呂用熱交換器、前記循環手段、前記給湯用熱交換器、前記貯湯手段の順で湯水が流れる構成としたことを特徴とするもので、貯湯手段に貯湯された温水を利用して浴槽水を沸き上げたり追炊きを行う場合に、貯湯手段上部から高温水を、風呂用熱交換器に直接流入する回路にしているため、風呂の沸き上げや追炊きの時間が減少することで、運転効率が良く、省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ給湯機において、第１切換手段と、第２切換手段とを備え、貯湯手段上部、前記第１切換手段、風呂用熱交換器、循環手段、給湯用熱交換器、前記第２切換手段、前記貯湯手段上部を接続し、前記貯湯手段下部と前記第１切換手段、前記貯湯手段下部と前記第２切換手段とを接続するとともに、前記第１切換手段は、前記風呂用熱交換器の上流側を、前記貯湯手段上部と連通するか、あるいは、前記貯湯手段下部と連通するかを切り替え、前記第２切換手段は、前記給湯用熱交換器の下流側を、前記貯湯手段上部と連通するか、あるいは、前記貯湯手段下部と連通するかを切り替える構成としたことを特徴とするもので、貯湯手段に貯湯された温水を利用して浴槽水を沸き上げたり追炊きを行う場合、貯湯手段上部から高温水を、風呂熱交換器に直接流入する回路にしているため、風呂の沸き上げや追炊きの時間が減少することで、運転効率が良く、省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明のヒートポンプ給湯機において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するもので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。

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、本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、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図である。

図１において、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の冷凍回路について説明する。

ヒートポンプサイクル３１は、圧縮機３２、給湯用熱交換器３３、減圧手段である膨張弁３４、及び蒸発器３５を配管で接続している。また、蒸発器３５に送風するためのファン３６を設けている。

本実施の形態によるヒートポンプ給湯機は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。

次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の給湯回路について説明する。

貯湯手段である貯湯タンク４１の第一底部配管４２は、減圧弁４３を介して水道管等の水供給配管４４に接続されている。また、貯湯タンク４１の第二底部配管４５は、第１切換手段である第１三方弁４６、風呂用熱交換器５２の第一水用配管５２Ａ、循環手段である循環ポンプ４７を介して給湯用熱交換器３３の水用配管３３Ａの流入側と接続されている。

また、貯湯タンク４１の第一上部配管４８は、第２切換手段である第２三方弁４９を介して給湯用熱交換器３３の水用配管３３Ａの流出側と接続されている。また、貯湯タンク４１の第三底部配管５０は、第２三方弁４９に接続されている。なお、本発明の実施の形態による貯湯タンク４１は、積層式の貯湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。

貯湯タンク４１の第二上部配管５１は、第１三方弁４６と接続されている。また、風呂用熱交換器５２の第二水用配管５２Ｂは、風呂用循環ポンプ５３、浴槽５４と接続し浴槽用循環配管を形成している。

次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の貯湯運転動作について説明する。

貯湯運転とは、給湯用熱交換器３３で放熱された熱により加熱された湯を貯湯タンク４１に流入させることである。以下に具体的な説明を行う。

まず、貯湯タンク４１に設置している残湯センサー（図示せず）にて残湯量が少ないと判断すると、第１三方弁４６は、貯湯タンク４１の第二底部配管４５と風呂用熱交換器５２の第一水用配管５２Ａの流入側を連通するように、第２三方弁４９は、給湯用熱交換器３３の水用配管３３Ａの流出側と貯湯タンク４１の第三底部配管５０を連通するように設
定され、ヒートポンプサイクル３１が運転を開始する。

圧縮機３２で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器３３で放熱し、膨張弁３４で減圧された後、蒸発器３５にて吸熱し、ガス状態で圧縮機３２に吸入される。循環ポンプ４７により貯湯タンク４１からの水は、第二底部配管４５、第１三方弁４６、風呂用熱交換器５２の第一水用配管５２Ａを通り、給湯用熱交換器３３の水用配管３３Ａに導かれ、給湯用熱交換器３３で加熱され、水用配管３３Ａの流出側に設置している温度センサー（図示せず）が所定温度以下の場合、第２三方弁４９、第三底部配管５０を介して、貯湯タンク４１の底部に戻る。

一方、水用配管３３Ａの流出側に設置している温度センサー（図示せず）が所定温度を越えると、第２三方弁４９、第一上部配管４８を介して、貯湯タンク４１の上部に流入し、貯湯運転を継続する。

次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機における貯湯タンク４１に貯湯された温水を利用した風呂加熱運転動作について説明する。

第１三方弁４６は、第二上部配管５１と風呂用熱交換器５２の第一水用配管５２Ａを連通するように、第２三方弁４９は、給湯用熱交換器３３の水用配管３３Ａの流出側と貯湯タンク４１の第三底部配管５０を連通するように設定される。

従って、貯湯タンク４１の第二上部配管５１からの高温水は、第１三方弁４６を介し、風呂用熱交換器５２で熱交換し、循環ポンプ４７、給湯用熱交換器３３、第２三方弁４９、第三底部配管５０を通り、貯湯タンク４１の底部を循環する。一方、浴槽５４からの温度の低いお湯または水は、風呂用循環ポンプ５３を通り、風呂用熱交換器５２で熱交換し、加熱されたお湯が浴槽５４に流入し、浴槽５４のお湯の温度が上昇する。

次に、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機におけるヒートポンプサイクル３１を利用した風呂加熱運転動作について説明する。

第１三方弁４６は、第二上部配管５１と風呂用熱交換器５２の第一水用配管５２Ａを連通するように、第２三方弁４９は、給湯用熱交換器３３の水用配管３３Ａの流出側と貯湯タンク４１の第一上部配管４８を連通するように設定される。従って、ヒートポンプサイクル３１が運転を開始し、給湯用熱交換器３３で加熱されたお湯が、第２三方弁４９を通り一度、貯湯タンク４１に流入し、第二上部配管５１、第１三方弁４６を通り、風呂用熱交換器５２で熱交換し、循環ポンプ４７で給湯用熱交換器３３に流入し、温水が循環する。

一方、浴槽５４からの温度の低いお湯または水は、循環ポンプ５３を通り、風呂用熱交換器５２で熱交換し、加熱された水が浴槽５４に流入し、浴槽５４のお湯の温度が上昇する。

従って、循環ポンプ４１を兼用し、第１三方弁４６、第２三方弁４９の切り替えで貯湯運転、貯湯タンク４１に貯湯された温水を利用した風呂加熱運転、ヒートポンプサイクル３１を利用した風呂加熱運転を行うことができる。貯湯タンク４１に貯湯された温水を利用した風呂加熱運転を行う場合、貯湯タンク４１上部から高温水をまず、風呂用熱交換器に流入する回路にしているため、風呂の沸き上げや追炊きの時間が減少し運転効率が良く、省エネ性に優れている。

また、本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒とし
てＲ４１０Ａ冷媒やＨＣ冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。

また、風呂用熱交換器５２の変わりに、例えば床暖房や温風機器などの暖房用熱交換器として利用することもできる。

また、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル３１を備えたヒートポンプ給湯機を用いて説明したが、２つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。

また、本実施の形態では、第一上部配管４８と第二上部配管５１、および第二底部配管４５と第三底部配管５０は、貯湯タンク４１の別々の位置から取り出しているが、同じ位置から取り出してもよい。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクに貯湯された温水を利用した風呂加熱運転を行う場合、運転効率が良く、省エネ性に優れているので、温水を利用した暖房等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図 従来のヒートポンプ給湯機の構成図

３１ ヒートポンプサイクル
３２ 圧縮機
３３ 給湯用熱交換器
３４ 減圧手段（膨張弁）
３５ 蒸発器
４１ 貯湯手段（貯湯タンク）
４６ 第１切換手段（第１三方弁）
４７ 循環手段（循環ポンプ）
４９ 第２切換手段（第２三方弁）
５２ 風呂用熱交換器

Claims (3)

1. 圧縮機、給湯用熱交換器、減圧手段、及び蒸発器を接続したヒートポンプサイクルと、前記給湯用熱交換器にて加熱された液体を貯湯する貯湯手段と、前記貯湯手段に接続された風呂用熱交換器と、前記風呂用熱交換器に接続された循環手段とを備え、前記貯湯手段に貯湯された湯水を前記給湯用熱交換器にて加熱し前記貯湯手段に貯湯する貯湯運転時も、前記風呂用熱交換器にて浴槽の湯水を加熱する風呂加熱運転時も、前記貯湯手段、前記風呂用熱交換器、前記循環手段、前記給湯用熱交換器、前記貯湯手段の順で湯水が流れる構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 第１切換手段と、第２切換手段とを備え、貯湯手段上部、前記第１切換手段、風呂用熱交換器、循環手段、給湯用熱交換器、前記第２切換手段、前記貯湯手段上部を接続し、前記貯湯手段下部と前記第１切換手段、前記貯湯手段下部と前記第２切換手段とを接続するとともに、前記第１切換手段は、前記風呂用熱交換器の上流側を、前記貯湯手段上部と連通するか、あるいは、前記貯湯手段下部と連通するかを切り替え、前記第２切換手段は、前記給湯用熱交換器の下流側を、前記貯湯手段上部と連通するか、あるいは、前記貯湯手段下部と連通するかを切り替える構成としたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。

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