JP2013137147A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯口から湯が吐出されるまでの時間を短縮することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することを課題とする。
【解決手段】蛇口Ｋから湯を吐出させるためのヒートポンプ式給湯装置１であって、圧縮機３１、利用側熱交換器３２、膨張弁３３、及び熱源側熱交換３４を有するヒートポンプユニット３と、湯水を貯留する貯湯タンク２１と、湯水を貯留する貯湯サブタンク２２と、貯湯タンク２１に貯湯された湯水を貯湯サブタンク２２へと供給する供給流路２５と、貯湯サブタンク２２内に設置された給湯用熱交換器２７と、給湯用熱交換器２７に接続された給湯流路２８と、給湯用熱交換器２７に接続され給湯用熱交換器２７に水を供給する給水流路２３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

ヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプユニットの利用側熱交換器によって加熱されてできた高温水を貯湯タンクに貯留し、この貯湯タンクに貯留する高温水を給湯に利用する構成となっている。この貯湯タンク内の高温水の使用量は、浴室内におけるものが最も多いため、貯湯タンクは浴室近傍に配置されている。そして、洗面所や台所などは、配管を介して貯湯タンク内の高温水が供給されるように設計されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−２８７２７８号公報

ところで、上述したようなヒートポンプ式給湯装置では、貯湯タンクから洗面所や台所などの各種給湯口までを繋ぐ配管が長くなり、その配管の長さは例えば１０ｍを超える場合もある。このように貯湯タンクから給湯口までの配管が長くなると、湯が給湯口から吐出されるまで時間が掛かり、その間に流れる水が無駄になってしまうなどの問題があった。そこで、本発明は、給湯口から湯が吐出されるまでの時間を短縮することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することを課題とする。

本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、給湯口から湯を吐出させるためのヒートポンプ式給湯装置であって、圧縮機、利用側熱交換器、減圧機構、及び熱源側熱交換器を有するヒートポンプユニットと、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を前記利用側熱交換器へ送るとともに、前記利用側熱交換器にて加熱された湯水を前記貯湯タンクに戻す循環流路と、湯水を貯留する貯湯サブタンクと、前記貯湯タンクに貯湯された湯水を前記貯湯サブタンクへと供給する供給流路と、前記貯湯サブタンク内に設置された給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器に接続された、前記給湯口に繋がる給湯流路と、前記給湯用熱交換器に接続され、前記給湯用熱交換器に水を供給する給水流路と、を備えている。

上記ヒートポンプ式給湯装置によれば、貯湯サブタンクを給湯口近傍に設置することで、給湯口から湯が吐出され始める時間を短縮することができる。詳細には、給水流路からの水が貯湯サブタンク内の給湯用熱交換器内を流れることで貯湯サブタンク内の温水と熱交換を行い、温水となって給湯口から吐出される。

上記ヒートポンプ式給湯装置は、種々の構成をとることができ、例えば、給水流路からの水を前記給湯用熱交換器又は前記貯湯サブタンクのどちらかに供給するよう流路を切り替える第１の切り替え手段と、前記給湯流路へ、前記給湯用熱交換器又は前記貯湯サブタンクのどちらかから湯が供給されるよう流路を切り替える第２の切り替え手段と、をさらに備えた構成とすることができる。この構成によれば、上述したように給湯用熱交換器において給水流路からの水に放熱することで温度が低下した貯湯タンク内の温水を給湯口へと供給することができる。

なお、第１及び第２の切り替え手段を備えた構成とする場合は、貯湯サブタンク内の湯水の温度を検知する温度センサと、前記温度センサにより検知された湯水の温度によって前記第１及び第２の切り替え手段による流路を切り替える制御手段と、をさらに備えてもよい。

また、上記第１の切り替え手段は、前記貯湯サブタンクに接続されるとともに第１の切替弁を介して前記給水流路に接続された第１のバイパス流路とすることができる。

また、上記第２の切り替え手段は、前記貯湯サブタンクに接続されるとともに第２の切替弁を介して前記給湯流路に接続された第２のバイパス流路とすることができる。

また、貯湯サブタンク内の湯水を貯湯タンクへと戻す戻し流路をさらに備えた構成としてもよい。

本発明に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、給湯口から湯が吐出されるまでの時間を短縮することができる。

図１は本発明に係るヒートポンプ式給湯装置の実施形態を示すシステム構成図である。 図２は本実施形態に係る貯湯サブタンク周辺の詳細を示す概要図である。 図３は他の実施形態に係る貯湯サブタンク周辺の詳細を示す概要図である。

以下、本発明に係るヒートポンプ式給湯装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図中の矢印は湯水や冷媒の流れ方向を示す。

図１に示すように、ヒートポンプ式給湯装置１は、給湯ユニット２と、ヒートポンプユニット３とから主に構成されている。

［給湯ユニット］
給湯ユニット２は、屋外であって浴槽Bの近傍に設置された貯湯タンク２１と、この貯湯タンク２１から離れた場所（本実施形態では２階の洗面所）に設置された貯湯サブタンク２２と、を有している。

貯湯タンク２１は、内部に高温水を貯留することを主な目的とするものであって、内部の高温水の温度を維持するために保温性を有している。貯湯タンク２１の容量は、特に限定されるものではないが、一般的に１８０〜５５０L程度である。貯湯タンク２１の下部には、給水源（図示省略）に接続された給水流路２３が接続されており、この給水流路２３から貯湯タンク２１内に水が供給されるように構成されている。

貯湯タンク２１には、追い焚き用熱交換器２４が併設されている。追い焚き用熱交換器２４は、浴槽Ｂから配管を介して送られてくる湯水を貯湯タンク２１内の高温水と熱交換させるためのものであり、この追い焚き用熱交換器２４によって加熱された湯水は配管を介して浴槽Ｂに戻される。

貯湯サブタンク２２は、貯湯タンク２１と同様、内部に高温水を貯留することができるよう構成されており、貯留した高温水の温度を維持するために保温性を有している。この貯湯サブタンク２２は、供給流路２５を介して貯湯タンク２１と接続されることによって貯湯タンク２１から高温水が供給される。また、貯湯サブタンク２２は、戻し流路２６を介して貯湯タンク２１と接続されることによって、内部に貯留する高温水の温度が低下することで生成された低温水を貯湯タンク２１に戻すように構成されている。なお、貯湯サブタンク２２は、貯湯タンク２１よりも小さい容量を有しており、特に限定されるものではないが、例えば、その容量を１５〜３０Ｌとすることができる。

図２に示すように、貯湯サブタンク２２の内部には給湯用熱交換器２７が設置されている。この給湯用熱交換器２７には、蛇口（給湯口）Ｋに繋がる給湯流路２８や、給水流路２３が接続されている。また、第１のバイパス流路２０１ａが、貯湯サブタンク２２に接続され、且つ給水流路２３に三方弁（第１の切替弁）２９ａを介して接続されている。そして、第２のバイパス流路２０１ｂが、貯湯サブタンク２２に接続され、且つ給湯流路２８に三方弁（第２の切替弁）２９ｂを介して接続されている。また、貯湯サブタンク２２内に貯留する温水の温度を検知するために温度センサ（図示省略）が設置されるとともに、この温度センサによって検知されたデータに基づいて各三方弁を制御して流れ方向の切り替えを制御する制御手段（図示省略）が設置されている。

［ヒートポンプユニット］
ヒートポンプユニット３は、圧縮機３１、利用側熱交換器３２、膨張弁３３（減圧機構）、熱源側熱交換器３４が冷媒配管によってこの順で環状に接続されており、この内部を冷媒が循環している。なお、冷媒としては、二酸化炭素を例示することができるが特にこれに限定されるものではない。

圧縮機３１は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮して高圧・高温とし利用側熱交換器３２側へと吐出するように構成されている。

利用側熱交換器３２は、圧縮機３１の下流側と配管を介して接続するとともに、貯湯タンク２１から延びる循環流路２１１と接続されている。この利用側熱交換器３２は、その内部において、冷媒と、貯湯タンク２１から送られてくる水とを熱交換させるように構成されており、例えば、冷媒が流れる流路と低温水が流れる流路との２つの流路が形成された熱交換器（例えば二重管式熱交換器など）によって構成することができる。なお、利用側熱交換器３２内において水と冷媒とが熱交換することによって、水が加熱されて高温水となり貯湯タンク２１に戻されて貯湯タンク２１の上部に貯留される。

膨張弁３３は、冷媒を急激に減圧して温度を下げるとともに圧力も下げるように構成されており、利用側熱交換器３２の下流側に配管を介して接続されている。

熱源側熱交換器３４は、内部を流れる冷媒を外部の空気と熱交換させるように構成されており、例えば、フィン式熱交換器などによって構成することができる。この熱源側熱交換器３４は、膨張弁３３の下流側に配管を介して接続されるとともに、上述した圧縮機３１に冷媒を送るように圧縮機３１の上流側に配管を介して接続されている。

［作動方法］
次に上述したように構成されたヒートポンプ式給湯装置１の作動方法について説明する。

まず、貯湯タンク２１内に高温水を貯留するとともに、この貯湯タンク２１内の高温水を貯湯サブタンク２２に送り貯湯サブタンク２２内にも高温水を貯留する。詳細には、まず、給水流路２３を介して貯湯タンク２１内に水を貯留する。なお、この給水流路２３から送られてくる水の温度は、特に限定されるものではないが一般的に５〜２０度程度である。そして、この貯湯タンク２１内に貯留した水を、循環流路２１１を介してヒートポンプユニット３の利用側熱交換器３２へと送り、冷媒と熱交換させることで加熱して高温水とする。このように生成された高温水は、循環流路２１１を介して貯湯タンク２１の上部から貯湯タンク２１へと戻される。以上のサイクルを繰り返すことで、貯湯タンク２１内は、上部に高温水が貯留する状態となる。なお、貯湯タンク２１内の高温水の温度は、特に限定されるものではないが一般的に６５〜９０度程度である。そして、貯湯タンク２１の上部に貯留した高温水を、高温水供給流路２５を介して貯湯サブタンク２２へと供給する。

以上のようにして貯湯サブタンク２２内に貯留した高温水を使用して蛇口Ｋから湯を吐出させる。詳細に説明すると、まず、吐出当初は、給水流路２３から送られてくる水が、給湯用熱交換器２７を流れる間に貯湯サブタンク２２内の高温水と熱交換を行うことで加熱され、４０〜５０度程度の中温水となって蛇口Ｋから吐出される。なお、このとき、貯湯タンク２１から貯湯サブタンク２２内への高温水の供給はストップされている。

上記吐出を繰り返す、若しくは長時間続けることで貯湯サブタンク２２内の高温水が徐々に下がる。この高温水の温度が予め設定しておいた第１の設定温度（例えば約５０度）となったことを温度センサが検知すると、制御手段によって各三方弁２９ａ、２９ｂによる流れ方向が切り替えられる。すなわち、給水流路２３からの水が第１のバイパス流路２０１ａを介して貯湯サブタンク２２内へと送られ、約４５〜５０度となった貯湯サブタンク２２内の中温水が第２のバイパス流路２０１ｂを介して蛇口Ｋから吐出されるように、各三方弁２９ａ、２９ｂによる流れ方向を切り替える。なお、このとき、貯湯タンク２１から貯湯サブタンク２２内への高温水の供給は再開される。そして、さらに貯湯サブタンク２２内の中温水の温度が下がり、予め設定しておいた第２の設定温度（例えば約４０度）よりも低くなったことを温度センサが検知すれば、貯湯サブタンク２２内の低温水を戻し流路２６を介して貯湯タンク２１に戻すとともに、貯湯タンク２１から供給流路２５を介して高温水を貯湯サブタンク２２へと供給し、再度、上述したサイクルを繰り返す。

以上、本実施形態によれば、貯湯サブタンク２２を使用することで、２階の洗面所のような貯湯タンク２１から離れた場所であっても数秒程度で蛇口Kから温水を吐出することができる。

なお、貯湯タンク２１の上部に貯留した高温水を利用して浴槽Ｂの湯水を追い焚きする場合は、配管を介して浴槽Ｂ内の湯水を追い焚き用熱交換器２４へと送る。追い焚き用熱交換器２４において浴槽Ｂ内の湯水は高温水と熱交換することで加熱され、この加熱された湯水は配管を介して浴槽Ｂへと戻される。このサイクルが繰り返されることで浴槽Ｂ内の湯水の温度が上昇する。ここで、浴槽Ｂ内の湯水の温度が目的とする温度となった時点で、この追い焚き用熱交換器２４における追い焚きを停止する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば上記実施形態では貯湯サブタンク２２は２階の洗面台近傍に設置された１つのみであったが、この貯湯サブタンク２２を台所や他の洗面台の近傍にそれぞれ設置できるよう複数備えていてもよい。この場合は、貯湯サブタンク２２周辺の構造を上記実施形態と同様とする。

また、上記実施形態では、三方弁２９ａ、２９ｂによって流路を切り替えていたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、給水流路２３、給湯流路２８、及び各バイパス流路２０１ａ，２０１ｂに開閉弁２０２をそれぞれ設置し、この各開閉弁２０２の開閉によって流路を切り替えることもできる。

また、上記実施形態では、湯を吐出させるための給湯口として蛇口Kを例示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えばシャワーヘッドなどであってもよい。

１ ヒートポンプ式給湯装置
２ 給湯ユニット
２１ 貯湯タンク
２２ 貯湯サブタンク
２３ 給水流路
２５ 供給流路
２６ 戻し流路
２７ 給湯用熱交換器
２８ 給湯流路
２９ 三方弁（切替弁）
３ ヒートポンプユニット
３１ 圧縮機
３２ 利用側熱交換器
３３ 膨張弁（減圧機構）
３４ 熱源側熱交換器
K 蛇口（給湯口）

Claims (6)

1. 給湯口から湯を吐出させるためのヒートポンプ式給湯装置であって、
   圧縮機、利用側熱交換器、減圧機構、及び熱源側熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
   湯水を貯留する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の湯水を前記利用側熱交換器へ送るとともに、前記利用側熱交換器にて加熱された湯水を前記貯湯タンクに戻す循環流路と、
   湯水を貯留する貯湯サブタンクと、
   前記貯湯タンクに貯湯された湯水を前記貯湯サブタンクへと供給する供給流路と、
   前記貯湯サブタンク内に設置された給湯用熱交換器と、
   前記給湯用熱交換器に接続された、前記給湯口に繋がる給湯流路と、
   前記給湯用熱交換器に接続され、前記給湯用熱交換器に水を供給する給水流路と、
   を備えた、ヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記給水流路からの水を前記給湯用熱交換器又は前記貯湯サブタンクのどちらかに供給するよう流路を切り替える第１の切り替え手段と、
   前記給湯流路へ、前記給湯用熱交換器又は前記貯湯サブタンクのどちらかから湯が供給されるよう流路を切り替える第２の切り替え手段と、
   をさらに備えた、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記貯湯サブタンク内の湯水の温度を検知する温度センサと、
   前記温度センサにより検知された湯水の温度によって前記第１及び第２の切り替え手段による流路を切り替える制御手段と、
   をさらに備えた、請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記第１の切り替え手段は、前記貯湯サブタンクに接続されるとともに、第１の切替弁を介して前記給水流路に接続された第１のバイパス流路である、請求項２又は３に記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記第２の切り替え手段は、前記貯湯サブタンクに接続されるとともに、第２の切替弁を介して前記給湯流路に接続された第２のバイパス流路である、請求項２〜４のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記貯湯サブタンク内の湯水を前記貯湯タンクへと戻す戻し流路をさらに備えた、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯装置。