JP2011094883A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプと熱交換機を併用するハイブリッド型の給湯装置であって、小型化可能であり、設置場所の制約が少ない給湯装置を提供する。
【解決手段】蒸発器８を備えたヒートポンプ回路と、燃料が供給されて燃焼する燃焼装置１５を収容可能な筺体１１を有し、筺体１１は内外を連通する外気を吸い込むための蒸発器用の吸気部と、燃焼ガスを排気するための排気部とを有し、吸気部と排気部は筺体１１を構成する異なる面にそれぞれ位置しており、前記吸気部の近傍に蒸発器８を配した給湯装置１の提供。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプと燃焼装置を併用するハイブリッド式給湯装置に関するものであり、特に小型化可能であって設置場所の制約が少ないハイブリッド式給湯装置に関するものである。

近年、ヒートポンプと燃焼装置を使用して、ヒートポンプによる給湯量不足を燃焼装置によって補うことのできる給湯装置が知られている。そのような給湯装置として、例えば、特許文献１に開示されている給湯装置がある。

特開２０００−１１１１５４号公報

特許文献１に開示されている発明は、蒸発器を有するヒートポンプユニットと、燃焼後の排気を導出する排気部等を設けた燃焼ユニットを備えた給湯装置である。そして、給湯時には常にヒートポンプユニットを運転し、ヒートポンプユニットの給湯能力に対する不足分を燃焼ユニット運転で補うものである。

このような給湯装置は、ヒートポンプユニットと燃焼ユニットを個別の筺体内に配して設置することが通例である。しかし、このような配置方法によると、広い設置場所が必要となってしまうという問題があった。

そこで、本発明者らは１つの筺体内にヒートポンプユニットと燃焼ユニットを１つの筺体内に設置して小型化することを考えた。

しかしながら、１つの筺体内にヒートポンプユニットと燃焼ユニットを近接して配した場合、外気を吸い込むための蒸発器の送風機が、燃焼装置から排出される燃焼ガスを吸い込んでしまう。そのことにより、燃焼ガスが蒸発器で熱交換されることにより酸化されたドレンが発生して蒸発器に溜まってしまい、ドレンによって蒸発器が腐食されてしまうという問題がある。
また、ヒートポンプユニットと燃焼ユニットを離して配置すると、筺体が大きくなり、設置場所が制限されるという問題がある。さらに、ヒートポンプユニットと燃焼ユニットを接続するための配管等が長くなることで、取り付け費用が増加したり、配管からの放熱による熱の損失が大きくなるという問題がある。加えて、筺体が大きくなったり、配管等が長くなりすぎることにより、外観の美しさが損なわれるという問題がある。

そこで本発明は、ヒートポンプと熱交換機を併用するハイブリッド型の給湯装置であって、小型化可能であり、設置場所の制約が少ない給湯装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、蒸発器を備えたヒートポンプ回路と、燃料が供給されて燃焼する燃焼装置とを備え、ヒートポンプ回路又は／及び燃焼装置により湯水を加熱して給湯に供することが可能な給湯装置であって、前記ヒートポンプ回路と燃焼装置とを収容可能な筺体を有し、前記筺体は内外を連通する外気を吸い込むための蒸発器用の吸気部と、燃焼ガスを排気するための排気部とを有し、吸気部と排気部は筺体を構成する異なる面にそれぞれ位置していることを特徴とする給湯装置である。

本発明の給湯装置は、蒸発器を備えたヒートポンプ回路と燃焼装置が同一の筺体内に収容され、筺体を構成する異なる面に蒸発器用の吸気部と排気部とが設けられている。そして、蒸発器は吸気部を介して筺体外部の空気を吸気することが可能であって、燃焼装置は排気部を介して筺体外部へ燃焼ガスを排出可能となっている。
即ち、吸気部と排気部が異なる面に設けられていることにより、空気を吸気する方向とは異なる方向に燃焼ガスを排出するため、燃焼ガスが外気と共に吸気部へ吸気される問題を抑制することができる。これにより、燃焼ガスにより発生する酸化されたドレンが蒸発器内を腐食するという問題を防止できる。
従って、本発明の給湯装置によれば、ヒートポンプ回路と、燃焼装置とを同一の筺体内に収容することができる。そのため、ヒートポンプ回路と燃焼装置を１つのユニットとして構成することができるため、両者を接近させつつ、全体の大きさを小型化することができる。

請求項２に記載の発明は、前記吸気部が前記排気部より下側に配されることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、吸気部が前記排気部より下側に配されている。そのため、高温の燃焼ガスが筺体外部への排出後に上昇することで、燃焼ガスの吸気部からの吸気を抑制することができる。そのため、上記した燃焼ガスにより発生する酸化されたドレンが蒸発器内を腐食する問題をより確実に防ぐことができる。

請求項３に記載の発明は、前記筺体は略直方体状であり、前記蒸発器は、筺体を構成する面の内、隣接する２面以上の方向から吸気可能な位置に配されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、筺体が略直方体状であり、筺体を構成する面の内で隣接する２面以上の方向から吸気可能な位置に配されている。
そのため、前記２面以上の面の任意の面に吸気部を配置可能となっている。即ち、吸気部を設置する位置の制約を少なくすることができる。したがって、設置場所の状況やデザイン上の都合に合わせて、吸気部の配置位置を容易に変更できる。そのことにより、設置場所の制約を減少可能であって、デザイン性の高い給湯装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、前記吸気部が複数設けられており、各吸気部が前記筺体を構成する異なる面に配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置では、吸気部を複数設けることにより、蒸発器への外気供給能力を高めることもできる。

本発明は、ヒートポンプ回路と燃焼装置を近接させて全体の大きさを小型化しても、燃焼ガスにより発生する酸化されたドレンによる蒸発器内の腐食を防止できる給湯装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る給湯装置を示す系統図である。 本発明の第１の実施形態に係る給湯装置の外観を示す斜視図である。 図２の給湯装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る給湯装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る給湯装置の外観を示す斜視図である。 本発明の給湯装置の外観の一例を示す断面図である。

以下に本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における上下左右の位置関係は、特に断りが無い限り通常の設置状態を基準とする。図１，２に示すように、本発明の第１の実施形態における給湯装置１は、主にヒートポンプ回路２、貯湯タンク３、燃焼装置１５、熱交換器１６から構成されており、これらは筺体１１の内部に配されている。以下具体的に説明する。

ヒートポンプ回路２は、公知のヒートポンプと同様に、圧縮機５と凝縮器６と膨張弁７と蒸発器８が配管を用いて環状の回路を構成したものであり、当該回路内に相変化する熱媒体が封入されている。

圧縮機５は、公知の密閉形圧縮機である。

凝縮器６は、ヒートポンプ回路２を循環する熱媒体が通過する流路と後述する加熱用流路５０が内部に設けられており、当該熱媒体と加熱用流路５０内の水との間で熱交換させるものである。

蒸発器８は気液熱交換器であり、熱媒体が通過する熱媒体通過流路を持ち、その周囲に図示しないフィンを有している。また、蒸発器８には送風機２４が設けられており、送風機２４によって、蒸発器８へ空気が供給される。

つまり、ヒートポンプ回路２は、圧縮機５、凝縮器６、膨張弁７、蒸発器８が環状に配管結合されたものであり、圧縮機５を運転することにより、内部のガス状熱媒体が圧縮され、凝縮器６に入る。そして熱媒体は、凝縮器６で熱を奪われて液化する。液化した熱媒体は膨張弁７から放出され、蒸発器８内で体積が膨張して周囲の大気（外気）から熱を奪う。そして熱媒体は再び気化して圧縮機５に戻る。

貯湯タンク３は、内部に温度成層を構成させて湯水を貯留させるものであり、貯湯タンク３内に貯留される湯水は頂部側に近づくほど高温であり、貯湯タンク３内には頂部側から底部側に向けて徐々に低温になる層状の温度分布が形成される。貯湯タンク３の頂部および底部のそれぞれには、湯水の出入りが可能な頂部開口および底部開口が設けられている。
貯湯タンク３には、高さ方向に複数の図示しない温度センサが設けられており、これらの温度センサによって貯湯タンク３内に貯留されている湯水の高さ方向の温度分布が検知され、貯湯タンク３に貯留されている湯水の量を検出することができる。

燃焼装置１５は、図示しない燃料供給源から、燃料ガスが供給されて燃焼するもので、給湯流路５２内の湯水を加熱することができる。また、燃焼装置１５には、燃焼ガスを外部に排出するための排出口１５ａと、内部で燃料ガスを燃焼する際に外気を吸気するための吸気口１５ｂが設けられている。

熱交換器１６は、公知の熱交換器であって、加熱用流路５０を流れる湯水から、床暖房等の暖房端末との間を循環する熱媒体（主に湯水）との間で熱交換させるものである。

筺体１１は外観が略直方体状の部材である。そして、図２に示されるように、筺体１１の表面には、後述する蒸発器用吸気部２０（吸気部）と燃焼装置用排気部２１（排気部）の２つの開口２０ａ及び開口２１ａが設けられている。このとき、開口２０ａは筺体１１を構成する隣接する２面である天面と側面にそれぞれ一つずつ設けられており、開口２１ａは正面に設けられている。換言すると、これら２つの開口２０ａと開口２１ａは異なる面にそれぞれ設けられており、１つの面に設けられる開口の数は１つのみとなっている。
さらに、筺体１１の表面には外部と内部を貫通する孔である通風孔２９が設けられている。この通風孔２９の直径は、前述の送風機２４の長手方向の長さと略同じになっている。加えて、図３に示される様に、筺体１１は内部中心部分よりやや上方よりの位置に仕切が設けられている。
また、筺体１１の表面には、後述する燃焼装置用吸気部３２の開口３２ａが設けられている。この開口３２ａは、筺体１１の正面であって前述の開口２１ａの下側に位置している。

蒸発器用吸気部２０は、図２，３に示されるように、筺体１１を構成する天面及び側面（図２における左側側面側）に設けられた開口２０ａと、筺体１１の内部の空間であって、開口２０ａを有する面と蒸発器８との間の空間である空間２０ｂによって形成されている。

燃焼装置用排気部２１は、図２，３に示されるように、筺体１１を構成する側面（図２における正面側）に設けられた開口２１ａと、筺体１１の内部の空間であって、開口２１ａを有する面と燃焼装置１５の排出口１５ａとの間の空間である空間２１ｂによって形成されている。

燃焼装置用吸気部３２は、図２，３に示されるように、筺体１１を構成する側面（図２における正面側）に設けられた開口３２ａと、筺体１１の内部の空間であって、開口３２ａを有する面と燃焼装置１５の吸気口１５ｂとの間の空間である空間３２ｂによって形成されている。

次に、第１の実施形態の給湯装置１の組み立て構造について説明する。

図２に示される様に、第１の実施形態の給湯装置１においては、筺体１１内部の右側側面近傍に貯湯タンク３が配されており、左側側面近傍であって下部側に燃焼装置１５が配されている。そして、筺体１１内部の左側側面近傍であって、上部側にヒートポンプ回路２の各部材が配されている。より具体的には、筺体１１の左上にある角であって、手前側の角近傍に蒸発器８が位置するように配置されている。なお、蒸発器８と燃焼装置１５が設けられている場所は、図３に示されるように、筺体１１によって仕切られている。
なお図２においては、蒸発器８以外のヒートポンプ回路の各部材、及び湯や熱媒体の流路となるパイプ状の部材を作図の都合上省略している。

燃焼装置１５の排出口１５ａは筺体１１の燃焼装置用排気部２１と連通している。そのため、燃焼装置１５から吹き出された燃焼ガスは、燃焼装置用排気部２１を通って筺体１１外部へ排出可能となっている。
また、燃焼装置１５の吸気口１５ｂは筺体１１の燃焼装置用吸気部３２と連通しており、燃焼装置１５が内部で燃料ガスを燃焼する際に、外部から吸気可能となっている。
そして、燃焼装置１５は給湯流路５２内に流れる水を加熱可能な状態に配置されている。

さらに、蒸発器用吸気部２０の近傍に蒸発器８が配されており、蒸発器８は筺体１１の蒸発器用吸気部２０を介して外部と繋がっている。そして、蒸発器８の近傍には送風機２４が設けられており、筺体１１の送風機２４近傍には、通風孔２９が位置している。したがって、送風機２４によって開口２０ａから筺体１１内に外気が吸い込まれると、空気（吸い込まれた外気）は空間２０ｂを通って蒸発器８に接触し、蒸発器８の熱媒体との間で熱交換を行った後、通風孔２９から外部へ排出される。

ここで、図２,３に示されるように、２つの開口２０ａは筺体１１の天面及び側面に設けられおり、筺体１１内部の背面（図３における左側の面）近傍には十分な広さを有する吸気スペースである蒸発器用吸気部２０が配されている。そのことにより、給湯装置１は背面を壁に密着した状態で吸気可能な状態になっている。

続いて、第１の実施形態の給湯装置１の動作について説明する。本発明の給湯装置１は大きく分けて貯留動作、暖房動作、給湯動作の３つの動作が可能であり、以下それぞれの動作について図１を参照しながら説明する。

まず、第１の動作である貯湯タンク３への湯水の貯留（貯留動作）について説明する。第１の動作では、給湯装置１に供給された水がポンプ２５によって加熱用流路５０に流れ込み、凝縮機６によって、ヒートポンプ回路２を循環する熱媒体により加熱される。そして、三方弁２７を貯湯流路５１側に連通した状態に切り替えることで、加熱された水（湯水）が貯湯流路５１に流れ込み、貯湯タンク３に貯留されていく。

次に、第２の動作である暖房用熱媒体への伝熱（暖房動作）について説明する。前記した第１の動作と同様に、給湯装置１に供給された水が、凝縮機６によって、ヒートポンプ回路２を循環する熱媒体により加熱される。そして、加熱された水（湯水）は熱交換器１６で暖房用流路５４を流れる熱媒体を加熱する。このとき加熱された水（湯水）は熱媒体に熱を奪われて温度が低下する。そして、三方弁２７を循環流路５３側に連通した状態に切り替えることで、水が循環流路５３に流れ込み、再び加熱用流路５０に流れ込む。即ち、水は加熱用流路５０と循環流路５３の間を循環し続け、その間ヒートポンプ回路２から受け取った熱を、暖房用流路５４を流れる熱媒体に受け渡す動作を継続して行う。
なお、暖房用流路５４は図示しない暖房端末と接続されており、暖房用流路５４を流れる熱媒体の熱が暖房に使用される。

次に、第３の動作である給湯時の動作（給湯動作）について説明する。第３の動作では、給水源から給湯装置１に供給された水が、貯湯タンク３内の湯水を低部開口側から押し上げることで、貯湯タンク３に蓄えられた湯水を頂部開口側から温水流路５５に流す。そして、給湯装置１に供給された水が冷水流路５６を流れて温水流路５５を流れる水（湯水）と給湯流路５２で合流する。このとき、三方比例弁２６によって湯水と水の割合が調整され、適温（摂氏３８度〜４５度）の湯水（水）が給湯流路５２に流れ込む。そして、必要な温度の湯水が給湯流路５２を介して給湯装置１の使用者に供給される。

ここで、第３の動作において、貯湯タンク３に蓄えた高温の水（湯水）がなくなる等の理由により、給湯流路５２内に所定の温度の湯水を流せない場合について説明する。この場合、燃焼装置１５が給湯流路５２内の水を加熱することで、所定の温度の水（湯水）を供給する。つまり給湯装置１は、供給された水（冷水）を冷水流路５６から給湯流路５２へ流入させることで、貯湯タンク３を介さずに給湯可能となっている。
このとき給湯装置１は、ヒートポンプ回路２と燃焼装置１５を同時に稼働することができるので、上記した燃焼装置１５による給湯と、貯湯タンク３への湯水の貯留（第１の動作）、又は暖房用熱媒体への伝熱（第２の動作）を同時に行うことができる。

続いて、ヒートポンプ回路２と燃焼装置１５を同時に稼働した際の給湯装置１の動作についてさらに詳しく説明する。

ヒートポンプ回路２を稼働する場合、蒸発器８に外気を送りこむため、送風機２４が稼働する。すると、図２，３に示されるように２つの開口２０ａから筺体１１の内部に向かう方向（矢印Ｘ１で示される方向）及び筺体１１の内部から外部へ向かう方向（矢印Ｘ２で示される方向）への空気の流れができる。即ち、送風機２４の動作によって、外部から筺体１１の内部に開口２０ａを通って空気が取り込まれ、取り込まれた空気が蒸発器８近傍を通過し、通風孔２９を通って筺体１１の外部へ排出される。

また、燃焼装置１５を稼働する場合、燃焼装置１５は開口３２ａから外気を取り込み、内部で燃料ガスを燃焼して湯水を加熱する。このとき、湯水の加熱に使用した燃焼ガスが燃焼装置１５から排出される。ここで、燃焼装置１５は内部に燃焼用の空気を送り込む送風機を有しているため、燃焼ガスを任意の方向に向かって、勢い良く排出することができる。そのことにより、燃焼装置１５から排出された燃焼ガスは、開口２１ａを通って、筺体１１の内部から外部へ向かう方向（矢印Ｙ１で示される方向）へ排出される。換言すると、矢印Ｙ１で示される方向に燃焼ガスによる気体の流れが形成される。

ここで、２つの開口２０ａと開口２１ａは筺体１１の別の面に設けられている。そのため、筺体内部に外気を取り込む方向（矢印Ｘ１で示される方向）と燃焼ガスを排出する方向（矢印Ｙ１で示される方向）を異なる方向にすることができる。したがって、排出された燃焼ガスが送風機２４により取り込まれることがなく、また、送風機２４により取り込まれる空気に混ざることがない。したがって、蒸発器８と燃焼装置１５を近くに配置した状態でヒートポンプ回路２と燃焼装置１５を同時に稼働しても、給湯装置１を安全に稼働することができる。

なお、以下では第２の実施形態と第３の実施形態を順に説明するが、第１の実施形態における給湯装置１と同様の構造及び材料等、同様の説明については、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態の給湯装置４１は、図４に示されるように、燃焼装置用排気部２１の開口２１ａが蒸発器用吸気部２０の開口２０ａの上部分になるように配置したものである。また、開口２０ａを天面でなく側面及び背面に設置し、背面の開口２０ａの開口形状を正面視が正方形となるように変更したものである。

本実施形態の給湯装置４１によると、開口２１ａから排出された高温の排気が上方に向かうため、筺体１１の下部側に設けられた開口２０ａから吸気されることがない。そのため、より確実に燃焼ガスの吸気部からの吸気を抑制することができる。

第３の実施形態の給湯装置４２は、図５に示されるように、燃焼装置用排気部２１の開口２１ａが筺体１１の側面部分に設けられている。また、開口２０ａが隣接する２つの面（背面と側面）に設けられた一つの大きな開口となっている。このとき、開口２０ａの一部が設けられている側面と開口２１ａが設けられた側面は対向する側面となっている。

本実施形態の給湯装置４２によると、開口２１ａと開口２０ａが筺体１１の略対向する位置にある。つまり、開口２１ａと開口２０ａが離れた位置にあるため、より確実に燃焼ガスの吸気部からの吸気を抑制することができる。

上記した各実施形態で示されるように、開口２０ａの形状及び数、配置する位置は適宜変更可能である。例えば上記した実施例の他にも、開口２０ａを筺体１１の対向する２面に設けてもよいし、開口２０ａを２面だけでなく３面以上に設けてもよい。
また、図６に示されるように、開口２０ａと開口２１ａの開口方向が異なるように同一の曲面上に配してもよい。即ち、筺体上の２箇所以上の局所部分において、筺体内部から筺体外部へ向かう方向が異なっている場合、それぞれの局所部分を異なる面として開口を配置してもよい。

上記した各実施形態では、筺体１１を略直方体状の形状としたが筺体の形状はこれに限るものではない。例えば、立方体状であってもよいし、円柱状であってもよい。筺体１１の形状は任意に設定してよい。

上記した各実施形態では、燃焼装置用吸気部３２の開口３２ａを開口２１ａと同一の面に、燃焼装置１５の吸気口１５ｂと対向するように設けたが、開口３２ａの配置位置はこれに限るものではない。
例えば、開口２１ａと異なる面であって、開口２０ａと同一の面に設けてもよい。また、１つだけでなく複数設けてもよい。
要は、燃焼装置１５を筺体１１内に配した際に、筺体１１が燃料ガスの燃焼に必要な外気が燃焼装置１５に供給可能な状態となっていればよい。

１ 給湯装置
２ ヒートポンプ回路
８ 蒸発器
１１ 筺体
１５ 燃焼装置
２０ 蒸発器用吸気部（吸気部）
２１ 燃焼装置用排気部（排気部）

Claims (4)

1. 蒸発器を備えたヒートポンプ回路と、燃料が供給されて燃焼する燃焼装置とを備え、ヒートポンプ回路又は／及び燃焼装置により湯水を加熱して給湯に供することが可能な給湯装置であって、
   前記ヒートポンプ回路と燃焼装置とを収容可能な筺体を有し、
   前記筺体は内外を連通する外気を吸い込むための蒸発器用の吸気部と、燃焼ガスを排気するための排気部とを有し、吸気部と排気部は筺体を構成する異なる面にそれぞれ位置していることを特徴とする給湯装置。
2. 前記吸気部が前記排気部より下側に配されることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記筺体は略直方体状であり、
   前記蒸発器は、筺体を構成する面の内、隣接する２面以上の方向から吸気可能な位置に配されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の給湯装置。
4. 前記吸気部が複数設けられており、各吸気部が前記筺体を構成する異なる面に配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯装置。

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