JP2020118395A

JP2020118395A - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP2020118395A
Application number: JP2019011258A
Authority: JP
Inventors: 啓輔 ▲高▼山; Keisuke Takayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: JP7257799B2

Abstract

【課題】ヒートポンプ熱源機の立ち上がり時間を短縮できる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。【解決手段】貯湯式給湯装置は、圧縮機、放熱器及び蒸発器を有するヒートポンプ熱源機と、ヒートポンプ熱源機により加熱された温水を貯留する第１貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機及び第１貯湯タンクを収容する筐体と、第１貯湯タンクの周囲に設けられた断熱部材と、を備え、第１貯湯タンク及び圧縮機は、断熱部材によって囲まれた１つの空間に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機と、貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機及び貯湯タンクを収容する筐体と、を備えた貯湯式給湯装置に関するものである。

特許文献１には、一体型のヒートポンプ式給湯機が記載されている。このヒートポンプ式給湯機の本体ユニット内には、空気−冷媒熱交換器を含む冷媒サイクルと、貯湯タンクを含む給湯サイクルと、が一体に収納されている。本体ユニット内において、空気−冷媒熱交換器が配置された空間と、貯湯タンクが配置された空間とは、仕切板によって区画されている。仕切板の貯湯タンク側の面には、仕切板断熱材が貼られている。貯湯タンクの周囲には、仕切板断熱材とは別にタンク断熱材が巻かれている。仕切板断熱材及びタンク断熱材が設けられることにより、貯湯タンクから仕切板への放熱が抑えられる。

特開２００７−１９２４６１号公報

しかしながら、特許文献１では、圧縮機から周囲への放熱については考慮されていない。一般に、貯湯タンクを備えた貯湯式給湯装置では、貯湯タンク内の蓄熱量に基づいて、ヒートポンプ熱源機の運転及び停止が繰り返される。ヒートポンプ熱源機の運転中には、圧縮機の温度は高温になる。一方、ヒートポンプ熱源機が停止すると、圧縮機の熱が周囲に放熱され、圧縮機の温度は周囲温度まで低下する。圧縮機の温度が周囲温度まで低下した場合、ヒートポンプ熱源機の運転が再び開始されるときには、圧縮機自体の温度を上昇させるための熱が必要になる。このため、ヒートポンプ熱源機の運転が開始されてから所定の加熱能力を発揮するまでには時間を要する。したがって、特許文献１に記載されたような給湯装置では、ヒートポンプ熱源機の立ち上がり時間が長くなってしまうという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ヒートポンプ熱源機の立ち上がり時間を短縮できる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯装置は、圧縮機、放熱器及び蒸発器を有するヒートポンプ熱源機と、前記ヒートポンプ熱源機により加熱された温水を貯留する第１貯湯タンクと、前記ヒートポンプ熱源機及び前記第１貯湯タンクを収容する筐体と、前記第１貯湯タンクの周囲に設けられた断熱部材と、を備え、前記第１貯湯タンク及び前記圧縮機は、前記断熱部材によって囲まれた１つの空間に配置されているものである。

本発明によれば、ヒートポンプ熱源機の停止中であっても、貯湯タンクからの放熱により、圧縮機の温度が高温に維持される。したがって、本発明によれば、ヒートポンプ熱源機の立ち上がり時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の概略構成を示す回路図である。本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す正面図である。本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す左側面図である。本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す上面図である。本発明の実施の形態１の変形例に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す上面図である。本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置の概略構成を示す回路図である。本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す正面図である。本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す左側面図である。本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す上面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の概略構成を示す回路図である。図１に示すように、貯湯式給湯装置は、ヒートポンプ熱源機１０と、貯湯タンク２０と、ヒートポンプ熱源機１０及び貯湯タンク２０を収容する筐体４０と、を有している。本実施の形態の貯湯式給湯装置は、ヒートポンプ熱源機１０及び貯湯タンク２０が１つの筐体４０に収容された一体型である。

ヒートポンプ熱源機１０は、圧縮機１１、放熱器１２、膨張弁１３及び蒸発器１４が冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路１５を有している。冷媒が冷媒回路１５を循環することにより、ヒートポンプサイクルが実行される。冷媒回路１５を循環する冷媒には、ＣＯ_２、ＨＦＣ、ＨＣ又はＨＦＯ等が用いられる。ただし、冷媒は特にこれらに限定されるものではない。また、ヒートポンプ熱源機１０は、蒸発器１４に空気を供給する送風機１６を有している。

圧縮機１１は、冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒を吐出する流体機械である。圧縮機１１としては、必要な能力に応じて回転数が調整されるインバータタイプの圧縮機が用いられる。放熱器１２は、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器である。放熱器１２は、冷媒を流通させる冷媒流路と水を流通させる水流路とを備えている。膨張弁１３は、冷媒を減圧させる弁である。膨張弁１３の開度は、圧縮機１１に吸入される冷媒の過熱度、又は圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が目標値に近づくように調節される。蒸発器１４は、冷媒と空気との熱交換を行う空気熱交換器である。蒸発器１４としては、冷媒を流通させるチューブにフィンが設けられたフィンチューブ型熱交換器が用いられる。送風機１６は、空気を送風する流体機械である。送風機１６としては、例えばプロペラファンが用いられる。送風機１６は、空気の流れにおいて蒸発器１４の下流側に配置されている。

貯湯タンク２０は、ヒートポンプ熱源機１０により加熱された温水を貯留するタンクである。貯湯タンク２０内の水には、上下方向に温度成層が形成される。貯湯タンク２０の上部には高温の温水が貯留され、貯湯タンク２０の下部には低温の水が貯留される。貯湯タンク２０には、貯湯タンク２０内の水の温度を検出する複数の貯湯温度センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが設けられている。複数の貯湯温度センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、貯湯タンク２０の外壁面のうち互いに異なる高さ位置に取り付けられている。貯湯タンク２０は、貯湯式給湯装置に設けられた水回路の一部である。

貯湯式給湯装置に設けられた水回路には、貯湯タンク２０の他に、給水配管２２、給湯配管２３、２４、入水配管２５、出湯配管２６、給湯混合弁２８及び水ポンプ３０が含まれる。給水配管２２、給湯配管２３、２４、入水配管２５、出湯配管２６、給湯混合弁２８及び水ポンプ３０も筐体４０内に収容されている。

給水配管２２は、１つの上流端と２つの下流端とを備える分岐構造を有している。給水配管２２の上流端は、外部から水が供給される給水端２７に接続されている。給水配管２２の一方の下流端は、貯湯タンク２０の底部に接続されている。給水配管２２の他方の下流端は、混合三方弁構造を有する給湯混合弁２８の一方の流入口に接続されている。

給湯配管２３の一端は、貯湯タンク２０の上部に接続されている。給湯配管２３の他端は、給湯混合弁２８の他方の流入口に接続されている。給湯配管２４の一端は、給湯混合弁２８の流出口に接続されている。給湯配管２４の他端は、外部に温水を供給する給湯端２９に接続されている。給湯端２９は、貯湯式給湯装置の外部に設けられるシャワー、カラン又は浴槽などの給湯端末に接続される。

貯湯タンク２０とヒートポンプ熱源機１０の放熱器１２との間は、入水配管２５及び出湯配管２６のそれぞれを介して接続されている。入水配管２５の一端は、貯湯タンク２０の底部に接続されている。入水配管２５の他端は、放熱器１２の水流路に接続されている。入水配管２５には、水を圧送する水ポンプ３０が設けられている。出湯配管２６の一端は、貯湯タンク２０の上部に接続されている。出湯配管２６の他端は、放熱器１２の水流路に接続されている。入水配管２５及び出湯配管２６は、放熱器１２の水流路と共に、沸上げ循環回路を構成する。

水ポンプ３０及びヒートポンプ熱源機１０が動作することにより、貯湯タンク２０の下部に貯留されている低温の水は、入水配管２５を通って放熱器１２に流入し、放熱器１２で加熱されて高温の温水となり、出湯配管２６を通って貯湯タンク２０の上部に戻される。入水配管２５には、貯湯タンク２０の底部から流出して放熱器１２に流入する水の温度を検出する入水温度センサ３１が設けられている。出湯配管２６には、放熱器１２から流出して貯湯タンク２０の上部に流入する温水の温度を検出する出湯温度センサ３２が設けられている。

また、貯湯式給湯装置には、外気温度を検出する外気温度センサ３３と、貯湯式給湯装置の全体を制御する制御装置５０と、制御装置５０と通信可能に接続されたリモコン５１と、が設けられている。制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御装置５０は、リモコン５１からの操作信号、又は各温度センサからの検出信号に基づき、貯湯式給湯装置全体の動作を制御するように構成されている。リモコン５１は、ユーザの操作に基づく操作信号を制御装置５０に出力するように構成されている。リモコン５１は、筐体４０の外壁面に取り付けられていてもよいし、筐体４０の外部に筐体４０とは独立して設けられていてもよい。

次に、貯湯式給湯装置の動作について簡単に説明する。貯湯式給湯装置で実行される運転には、主に貯湯運転及び給湯運転がある。まず、貯湯運転について説明する。貯湯運転は、貯湯タンク２０の下部に貯留されている低温の水を沸き上げて高温の温水とし、貯湯タンク２０の上部に戻す運転である。

貯湯運転の実行中には、制御装置５０の制御によりヒートポンプ熱源機１０が動作する。圧縮機１１で高温高圧に圧縮された冷媒は、放熱器１２に流入する。放熱器１２に流入した冷媒は、水との熱交換により冷却される。放熱器１２で冷却された冷媒は、膨張弁１３で減圧され、低温低圧の二相冷媒となって蒸発器１４に流入する。蒸発器１４に流入した二相冷媒は、空気との熱交換により加熱されて蒸発し、ガス冷媒となる。蒸発器１４で蒸発したガス冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再び圧縮される。貯湯運転中の冷媒回路１５では、以上のようなヒートポンプサイクルが連続的に実行される。

また、貯湯運転の実行中には、制御装置５０の制御により水ポンプ３０が動作する。貯湯タンク２０の下部に貯留されている低温の水は、水ポンプ３０に吸い込まれて加圧され、入水配管２５を通って放熱器１２に流入する。放熱器１２に流入した水は、冷媒との熱交換により加熱され、高温の温水となる。放熱器１２で加熱された温水は、出湯配管２６を通って貯湯タンク２０の上部に戻る。

貯湯運転では、例えば、ユーザが設定した給湯設定温度に応じて、目標貯湯温度が決められる。目標貯湯温度は、例えば６５℃である。制御装置５０は、ユーザの操作により設定された給湯設定温度の情報をリモコン５１から取得し、その情報に基づいて目標貯湯温度を決定する。制御装置５０は、出湯温度センサ３２の検出温度が目標貯湯温度に近づくように水ポンプ３０の回転数を制御する。

貯湯タンク２０の蓄熱量は、貯湯温度センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの検出信号に基づいて制御装置５０により演算される。制御装置５０は、貯湯タンク２０の蓄熱量が下限閾値を下回った場合、貯湯運転を開始する。また、制御装置５０は、貯湯運転によって貯湯タンク２０の蓄熱量が目標蓄熱量に到達した場合、貯湯運転を停止する。目標蓄熱量は、例えば、現在からある決まった時間が経過するまでの時間帯で予測される給湯負荷と、現在の貯湯タンク２０の蓄熱量と、の差に基づいて制御装置５０により算出される。制御装置５０は、過去数日間の時間毎の給湯負荷を学習し、学習結果に基づいて上記給湯負荷を予測するようにしてもよい。

次に、給湯運転について説明する。給湯運転は、温水が使用されるときの運転である。給湯運転の実行中には、貯湯タンク２０の上部から給湯配管２３を介して供給される高温の温水と、給水端２７から給水配管２２を介して供給される低温の水とが、給湯混合弁２８で混合される。制御装置５０は、給湯端２９から流出する温水の温度がリモコン５１で設定された設定温度に近づくように、給湯混合弁２８を制御する。高温の温水が貯湯タンク２０の上部から流出すると、低温の水が給水配管２２を介して貯湯タンク２０の下部に供給される。

次に、貯湯式給湯装置の具体的な構造について説明する。図２は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す正面図である。図３は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す左側面図である。図４は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す上面図である。図２の上下方向及び図３の上下方向は、貯湯式給湯装置の高さ方向を表している。図２の左右方向及び図４の左右方向は、貯湯式給湯装置の幅方向を表している。図３の左右方向及び図４の上下方向は、貯湯式給湯装置の奥行方向を表している。貯湯式給湯装置の高さ方向は、鉛直上下方向に沿っている。貯湯式給湯装置の幅方向及び奥行方向は、いずれも水平面に沿っており、かつ互いに直交している。図３の右方及び図４の下方は、貯湯式給湯装置の前方を表している。

図２〜図４に示すように、貯湯式給湯装置は、板金等を用いて箱形に形成された筐体４０を有している。筐体４０の内部には、蒸発器１４のベースとなる平板状の蒸発器ベース４２と、圧縮機１１及び放熱器１２等のベースとなる平板状のヒートポンプ要素ベース４３と、が設けられている。蒸発器ベース４２及びヒートポンプ要素ベース４３はいずれも、貯湯式給湯装置の高さ方向で中心付近となる高さ位置に水平に配置されている。蒸発器ベース４２及びヒートポンプ要素ベース４３は、貯湯式給湯装置の幅方向で互いに隣接して配置されている。

また、筐体４０の内部は、少なくとも貯湯タンク２０及び圧縮機１１が配置される第１区画６１と、少なくとも蒸発器１４が配置される第２区画６２と、に分かれている。筐体４０の内部には、筐体４０の内部を第１区画６１と第２区画６２とに仕切る仕切板４１が設けられている。第１区画６１及び第２区画６２は、少なくとも水平方向において、仕切板４１によって互いに仕切られている。仕切板４１は、貯湯式給湯装置の高さ方向及び奥行方向に沿うように配置されている。仕切板４１の下端部は、蒸発器ベース４２の右側端部に接続されている。第１区画６１は、筐体４０を構成する板金、及び仕切板４１によって囲まれている。第１区画６１には、貯湯タンク２０及び圧縮機１１の他に、放熱器１２、後述する第１断熱部材７１、及び後述する第２断熱部材７２等が配置されている。第２区画６２は、四方の側面のうち２面に形成された吸込口６３と、四方の側面のうち１面に形成された吹出口６４と、において外部に開放されている。第２区画６２には、蒸発器１４の他に、送風機１６が配置されている。

貯湯タンク２０は、概ね円筒状で縦長の形状を有している。以下、貯湯タンク２０のうち相対的に上方に位置する部分を上方部２０ａといい、貯湯タンク２０のうち上方部２０ａよりも下方に位置する部分を下方部２０ｂという場合がある。本実施の形態では、上方部２０ａはヒートポンプ要素ベース４３よりも上方に位置しており、下方部２０ｂはヒートポンプ要素ベース４３よりも下方に位置している。上方部２０ａの内部に貯留される温水は、下方部２０ｂの内部に貯留される温水よりも高い温度を有する。貯湯タンク２０の前面側は、ヒートポンプ要素ベース４３と隣接している。ヒートポンプ要素ベース４３上には、少なくとも圧縮機１１及び放熱器１２が固定されている。

第１区画６１のうち、貯湯タンク２０の上方部２０ａの周囲には、第１断熱部材７１が設けられている。第１断熱部材７１は、上方部２０ａの上面と、上方部２０ａの円筒状の側面の全周と、を外側から囲むように設けられている。また、第１断熱部材７１は、貯湯タンク２０の上方部２０ａだけでなく、ヒートポンプ要素ベース４３上の圧縮機１１及び放熱器１２をも囲むように設けられている。すなわち、貯湯タンク２０、圧縮機１１及び放熱器１２は、第１断熱部材７１によって囲まれた１つの断熱空間７３に配置されている。上方部２０ａが位置する高さ範囲では、断熱空間７３が全周にわたって第１断熱部材７１により囲まれている。断熱空間７３内において、貯湯タンク２０と圧縮機１１とは、断熱部材を挟まずに隣り合っている。また、断熱空間７３において、貯湯タンク２０と放熱器１２とは、断熱部材を挟まずに隣り合っている。圧縮機１１の表面及び放熱器１２の表面はいずれも、貯湯運転中に高温になる。圧縮機１１及び放熱器１２は、貯湯タンク２０の上方部２０ａと共に、第１断熱部材７１によって保温される。また、水回路を構成する配管のうち、少なくとも出湯配管２６（図２〜図４では図示せず）は、断熱空間７３に配置されている。断熱空間７３内において、圧縮機１１は、断熱部材とは異なる部材である吸音部材１１ａによって囲まれていてもよい。

第１断熱部材７１は、後述する第２断熱部材７２よりも高い断熱性能を有している。すなわち、高温の温水が貯留される上方部２０ａは、断熱性能の高い第１断熱部材７１によって囲まれる。例えば、第１断熱部材７１の単位面積あたりの熱通過率は、第２断熱部材７２の単位面積あたりの熱通過率よりも小さくなっている。また、第１断熱部材７１の単位厚さあたりの熱伝導率は、第２断熱部材７２の単位厚さあたりの熱伝導率よりも小さくなっている。第１断熱部材７１は、例えば、少なくとも１つの真空断熱材により構成されている。真空断熱材は、外包材と、外包材の内部に収容された芯材とを備え、外包材の内部が減圧密封された構成を有する断熱部材である。

第１区画６１のうち、貯湯タンク２０の下方部２０ｂの周囲には、第２断熱部材７２が設けられている。第２断熱部材７２は、下方部２０ｂの円筒状の側面の全周を囲むように設けられている。第２断熱部材７２は、例えば、ビーズ法発泡スチロール（ＥＰＳ）、グラスウール又は発泡ウレタン等を用いて形成されている。第２断熱部材７２の断熱性能は、第１断熱部材７１の断熱性能よりも低い。ただし、第２断熱部材７２は、第１断熱部材７１よりも安価である。

第１断熱部材７１及び第２断熱部材７２は、第１断熱部材７１と第２断熱部材７２との継ぎ目に隙間が形成されないように設置されることが望ましい。第１断熱部材７１及び第２断熱部材７２は、第１断熱部材７１と第２断熱部材７２との継ぎ目で互いに重なるように設置されるようにしてもよい。第１断熱部材７１及び第２断熱部材７２のそれぞれは、一体的に形成されていてもよいし、分割された複数のパーツが組み合わされた構成であってもよい。また、第１断熱部材７１及び第２断熱部材７２のそれぞれは、複数種類の断熱材が組み合わされて形成されていてもよい。例えば、第１断熱部材７１は、真空断熱材とＥＰＳとが組み合わされて形成されていてもよい。また、第２断熱部材７２は、ＥＰＳとグラスウールとが組み合わされて形成されていてもよい。

第２区画６２には、蒸発器１４と、空気の流れで蒸発器１４の下流側に位置する送風機１６と、が配置されている。蒸発器１４は、蒸発器ベース４２上に固定されている。蒸発器１４は、互いに隣り合う２面に形成された吸込口６３に沿うように、上面視でＬ字状に曲げられている。送風機１６によって吸込口６３から第２区画６２に吸い込まれた空気は、蒸発器１４を通過して冷媒との熱交換により冷却され、吹出口６４から外部に吹き出される。第２区画６２内の空間は、蒸発器１４で冷却された空気が流通する風路となる。仕切板４１の一方の表面は第２区画６２に面していることから、仕切板４１は、第１区画６１を囲む部材の中で比較的低い表面温度を有する。したがって、断熱空間７３から仕切板４１への放熱を防ぐために、少なくとも、断熱空間７３と仕切板４１との間には、第１断熱部材７１が配置されるのが望ましい。断熱空間７３と仕切板４１との間とは、例えば、仕切板４１と垂直な方向から見たとき、仕切板４１、貯湯タンク２０、圧縮機１１および放熱器１２が重なり、仕切板４１の手前側かつ貯湯タンク２０の奥側に位置する部分のことである。

また、断熱空間７３と仕切板４１との間には、第１断熱部材７１であるか否かに関わらず、断熱性能の高い真空断熱材が配置されるのが望ましい。つまり、断熱空間７３と仕切板４１との間に配置される真空断熱材は、第１断熱部材７１の一部であってもよいし、第１断熱部材７１とは別に設けられてもよい。

図２〜図４に示す構成では、ヒートポンプ要素ベース４３と蒸発器ベース４２とが同じ高さ位置に設けられている。このため、第１断熱部材７１の下端部は、仕切板４１の下端部と同じ高さ位置に配置されている。しかしながら、ヒートポンプ要素ベース４３は、蒸発器ベース４２よりも低い高さ位置に設けられていてもよい。これにより、第１断熱部材７１の下端部を仕切板４１の下端部よりも低い高さ位置に配置することができる。貯湯タンク２０には、浴槽への湯張りやシャワーの使用などの大きい給湯負荷に備えて高温の温水が貯留されている。このため、給湯負荷と貯湯温度とに基づいて必要な貯湯量を予め設定しておき、貯湯タンク２０の上端部からその貯湯量に相当する高さ位置までの範囲が第１断熱部材７１によって囲まれるようにしてもよい。

以上の構成により得られる効果について説明する。本実施の形態では、ヒートポンプ熱源機１０の運転中に表面が高温となる圧縮機１１及び放熱器１２が第１断熱部材７１で囲まれているため、貯湯運転中における圧縮機１１及び放熱器１２からの放熱ロスを低減できる。

また、ヒートポンプ熱源機１０が長時間停止されると、圧縮機１１及び放熱器１２が周囲温度まで冷却される。圧縮機１１及び放熱器１２はいずれも、主に鉄又は銅などの金属製の部品によって構成されているため、大きい熱容量を有する。このため、ヒートポンプ熱源機１０の運転が再び開始されるときには、圧縮機１１自体及び放熱器１２自体の温度を上昇させるための熱が必要になる。特に、圧縮機１１は、圧縮機１１自身の温度が上昇しないと能力を発揮できない場合がある。このため、ヒートポンプ熱源機１０の立ち上がり時間が長くなってしまう場合があった。ここで、ヒートポンプ熱源機１０の立ち上がり時間とは、ヒートポンプ熱源機１０の運転が開始されてからヒートポンプ熱源機１０が所定の加熱能力を発揮するまでの時間、すなわち、貯湯運転が開始されてから貯湯タンク２０に供給される温水が所定の出湯温度に到達するまでの時間のことである。

本実施の形態では、圧縮機１１及び放熱器１２が、貯湯タンク２０の上方部２０ａと共に一体的に第１断熱部材７１によって囲まれている。すなわち、圧縮機１１及び放熱器１２は、貯湯タンク２０の上方部２０ａと共に断熱空間７３内に配置されている。このため、ヒートポンプ熱源機１０の停止中であっても、貯湯タンク２０の上方部２０ａから断熱空間７３内への放熱により、圧縮機１１及び放熱器１２の温度が高温に維持される。したがって、ヒートポンプ熱源機１０の立ち上がり時間を短縮することができる。

貯湯タンクとヒートポンプ熱源機とが分離された分離型の貯湯式給湯装置の場合、貯湯タンクを大型化しやすい。このため、分離型の貯湯式給湯装置では、深夜電力を利用して、１日の給湯熱量の大部分を一度に沸き上げることができる。これに対し、本実施の形態のように貯湯タンク２０とヒートポンプ熱源機１０とが一体となった一体型の貯湯式給湯装置は、必要な設置面積が小さいことから、狭い場所に設置されることが多い。これにより、一体型の貯湯式給湯装置では、分離型の貯湯式給湯装置と比較すると貯湯タンク２０を大型化するのが困難であるため、使用される給湯熱量に対して貯湯運転の実行回数が多くなり、ヒートポンプ熱源機１０の運転及び停止の頻度が高くなる。したがって、ヒートポンプ熱源機１０の立ち上がり時間を短縮できることは、一体型の貯湯式給湯装置では特に有効となる。

一方で、貯湯タンク２０の上方部２０ａが位置する高さ範囲では、断熱空間７３が全周にわたって第１断熱部材７１により囲まれている。これにより、断熱空間７３の内部から外部への放熱は抑えられるため、貯湯式給湯装置の放熱ロスの増加を防ぐことができる。

また、本実施の形態では、圧縮機１１の温度を常に外気温度よりも高くすることができるため、圧縮機１１の容器内で冷媒が液化するのを防ぐことができる。これにより、液化した冷媒によって圧縮機１１の容器内の冷凍機油が希釈されてしまうのを防止できるため、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

高圧シェルタイプの圧縮機１１では、容器内に高圧の冷媒が存在するため、容器の表面が高温となる。したがって、本実施の形態は、高圧シェルタイプの圧縮機１１が用いられる場合に特に有効である。

さらに、本実施の形態では、水回路を構成する配管のうち最も高温となる出湯配管２６が、第１断熱部材７１によって囲まれた断熱空間７３に配置されている。このため、貯湯式給湯装置の放熱ロスをより効果的に低減することができる。

図５は、本実施の形態の変形例に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す上面図である。図４に示した構成では、貯湯タンク２０の上方部２０ａが位置する高さ範囲内で断熱空間７３が全周にわたって第１断熱部材７１により囲まれている。つまり、図４に示した構成では、上方部２０ａが位置する高さ範囲内で断熱空間７３を囲む断熱部材は全て、断熱性能の高い第１断熱部材７１である。

これに対し、図５に示す本変形例の構成では、上方部２０ａが位置する高さ範囲内で断熱空間７３が全周にわたって断熱部材により囲まれているものの、その断熱部材の一部は、第１断熱部材７１よりも断熱性能の低い第２断熱部材７４となっている。第２断熱部材７４は、例えば、下方部２０ｂの周囲に設けられた第２断熱部材７２と同一の材料を用いて形成されている。本変形例では、貯湯タンク２０の外周面のうち、仕切板４１と向かい合う部分は、第１断熱部材７１によって囲まれている。また、貯湯タンク２０の外周面のうち、圧縮機１１又は放熱器１２と隣接する前面側の部分は、圧縮機１１及び放熱器１２と共に、第１断熱部材７１によって囲まれている。貯湯タンク２０の外周面のうち、仕切板４１とは向かい合わず、かつ圧縮機１１及び放熱器１２のいずれとも隣接しない背面側の部分は、第２断熱部材７４によって囲まれている。

本変形例では、少なくとも断熱空間７３と仕切板４１との間に位置する断熱部材は、第１断熱部材７１となっている。本変形例の構成によっても、図２〜図４に示した構成と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置は、圧縮機１１、放熱器１２及び蒸発器１４を有するヒートポンプ熱源機１０と、ヒートポンプ熱源機１０により加熱された温水を貯留する貯湯タンク２０と、ヒートポンプ熱源機１０及び貯湯タンク２０を収容する筐体４０と、貯湯タンク２０の周囲に設けられた第１断熱部材７１と、を備えている。貯湯タンク２０及び圧縮機１１は、第１断熱部材７１によって囲まれた１つの断熱空間７３に配置されている。ここで、貯湯タンク２０は、第１貯湯タンクの一例である。第１断熱部材７１は、断熱部材の一例である。断熱空間７３は、空間の一例である。

この構成によれば、ヒートポンプ熱源機１０の停止中であっても、貯湯タンク２０から断熱空間７３内への放熱により、圧縮機１１の温度が高温に維持される。したがって、本実施の形態によれば、ヒートポンプ熱源機１０の立ち上がり時間を短縮することができる。

また、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置において、第１断熱部材７１は、少なくとも一部に真空断熱材を含んでいる。この構成によれば、第１断熱部材７１の断熱性能をより高めることができる。

また、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置において、放熱器１２は、１つの断熱空間７３に配置されている。この構成によれば、ヒートポンプ熱源機１０の停止中であっても放熱器１２の温度が高温に維持されるため、ヒートポンプ熱源機１０の立ち上がり時間をさらに短縮することができる。

また、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置は、筐体４０の内部を貯湯タンク２０及び圧縮機１１が配置される第１区画６１と蒸発器１４が配置される第２区画６２とに仕切る仕切板４１と、断熱空間７３と仕切板４１との間に設けられた真空断熱材と、をさらに備えている。真空断熱材は、例えば第１断熱部材７１の一部である。この構成によれば、断熱空間７３から仕切板４１への放熱をより効果的に防ぐことができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置について説明する。図６は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の概略構成を示す回路図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置は、実施の形態１と比較すると、貯湯タンク２０が第１貯湯タンク８１と第２貯湯タンク８２とに分けられている点で異なっている。第１貯湯タンク８１は、比較的高温の温水を貯留する貯湯タンクである。第２貯湯タンク８２は、第１貯湯タンク８１に貯留される温水よりも温度の低い温水を貯留する貯湯タンクである。第１貯湯タンク８１及び第２貯湯タンク８２は、貯湯式給湯装置に設けられた水回路において互いに直列に接続されている。第１貯湯タンク８１の底部と第２貯湯タンク８２の上部との間は、接続配管８３を介して接続されている。給水配管２２及び入水配管２５は、第２貯湯タンク８２の底部に接続されている。給湯配管２３及び出湯配管２６は、第１貯湯タンク８１の上部に接続されている。

貯湯運転が行われるときには、第１貯湯タンク８１の下部に貯留されている温水が接続配管８３を介して第２貯湯タンク８２の上部に供給される。一方、給湯運転が行われるときには、第２貯湯タンク８２の上部に貯留されている温水が接続配管８３を介して第１貯湯タンク８１の下部に供給される。その他の動作は、実施の形態１と同様である。これにより、第１貯湯タンク８１の底部に貯留される温水の温度は、第２貯湯タンク８２の上部に貯留される温水の温度とほぼ等しくなる。したがって、第１貯湯タンク８１内の水及び第２貯湯タンク８２内の水には、連続した温度成層が形成される。

図７は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す正面図である。図８は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す左側面図である。図９は、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置の内部構造を模式的に示す上面図である。図７〜図９に示すように、第１貯湯タンク８１及び第２貯湯タンク８２は、いずれも筐体４０内の第１区画６１に配置されている。第１貯湯タンク８１及び第２貯湯タンク８２は、水平方向で互いに並列して配置されている。例えば、第１貯湯タンク８１のタンク容量は、第２貯湯タンク８２のタンク容量よりも大きくなっている。第１貯湯タンク８１の高さ寸法は、第２貯湯タンク８２の高さ寸法よりも大きくなっている。第１貯湯タンク８１の直径は、第２貯湯タンク８２の直径よりも大きくなっている。

第１区画６１において、第１貯湯タンク８１の上方には、ヒートポンプ要素ベース４３が設けられている。ヒートポンプ要素ベース４３は、第１貯湯タンク８１の上面に取り付けられている。ヒートポンプ要素ベース４３上には、圧縮機１１及び放熱器１２が固定されている。

第１貯湯タンク８１の周囲には、断熱性能の高い第１断熱部材７１が設けられている。第１断熱部材７１は、第１貯湯タンク８１の全周を囲むだけでなく、ヒートポンプ要素ベース４３上の圧縮機１１及び放熱器１２をも囲むように設けられている。すなわち、第１貯湯タンク８１、圧縮機１１及び放熱器１２は、第１断熱部材７１によって囲まれた１つの断熱空間７３に配置されている。

第２貯湯タンク８２の周囲には、第１断熱部材７１よりも断熱性能の低い第２断熱部材７２が設けられている。第２断熱部材７２は、第２貯湯タンク８２の上面及び全周を囲むように設けられている。

第２貯湯タンク８２の上方には、蒸発器ベース４２が設けられている。蒸発器ベース４２上には、蒸発器１４が固定されている。蒸発器１４及び送風機１６が配置される第２区画６２は、第２貯湯タンク８２の上方に設けられている。第２区画６２は、少なくとも水平方向において、仕切板４１によって第１区画６１から仕切られている。蒸発器ベース４２は、第２断熱部材７２を挟んで第２貯湯タンク８２の上面と近接している。第２貯湯タンク８２に貯留される温水は第１貯湯タンク８１に貯留される温水よりも低温であるため、蒸発器ベース４２と第２貯湯タンク８２との間は第２断熱部材７２によって十分に断熱される。

本実施の形態では、貯湯タンクが第１貯湯タンク８１と第２貯湯タンク８２とに分けられているため、第１貯湯タンク８１及び第２貯湯タンク８２のそれぞれの高さ寸法を小さくすることができる。これにより、筐体４０の高さ寸法の増大を抑えつつ、圧縮機１１及び放熱器１２を第１貯湯タンク８１の上方に配置することができる。したがって、第１貯湯タンク８１、圧縮機１１及び放熱器１２が第１断熱部材７１によって一体的に囲まれる場合であっても、貯湯式給湯装置の奥行寸法、すなわち図８中の左右方向の寸法が拡大してしまうことを防ぐことができる。

また、本実施の形態では、圧縮機１１及び放熱器１２が第１貯湯タンク８１の上方に配置されている。このため、ヒートポンプ熱源機１０の停止中には、第１貯湯タンク８１の表面から断熱空間７３に放出されて対流により上昇する熱が、圧縮機１１及び放熱器１２に効率良く伝達される。したがって、圧縮機１１及び放熱器１２の温度を効果的に維持することができる。

また、本実施の形態では、図７に示すような貯湯式給湯装置の正面視において、それぞれの表面が高温となる第１貯湯タンク８１、圧縮機１１及び放熱器１２は、筐体４０の左右方向の一方寄りに集中して配置されている。また、それぞれの表面がさほど高温にならない第２貯湯タンク８２及び蒸発器１４は、筐体４０の左右方向の他方寄りに集中して配置されている。したがって、第１断熱部材７１及び第２断熱部材７２をいずれも単純な構造とすることができるため、貯湯式給湯装置の製造コストを削減することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置は、第１区画６１に第１貯湯タンク８１と並列して配置され、第１貯湯タンク８１に貯留される温水よりも温度の低い温水を貯留する第２貯湯タンク８２をさらに備えている。圧縮機１１は、第１貯湯タンク８１の上方に配置されている。この構成によれば、第１貯湯タンク８１の表面から断熱空間７３に放出される熱が、対流による上昇によって圧縮機１１に効率良く伝達される。したがって、圧縮機１１の温度を効果的に維持することができる。

また、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置において、第２区画６２は、第２貯湯タンク８２の上方に配置されている。第２貯湯タンク８２の表面と第２区画６２との温度差は、第１貯湯タンク８１の表面と第２区画６２との温度差よりも小さい。したがって、上記構成によれば、貯湯式給湯装置の放熱ロスを低減することができる。

１０ヒートポンプ熱源機、１１圧縮機、１１ａ吸音部材、１２放熱器、１３膨張弁、１４蒸発器、１５冷媒回路、１６送風機、２０貯湯タンク、２０ａ上方部、２０ｂ下方部、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ貯湯温度センサ、２２給水配管、２３、２４給湯配管、２５入水配管、２６出湯配管、２７給水端、２８給湯混合弁、２９給湯端、３０水ポンプ、３１入水温度センサ、３２出湯温度センサ、３３外気温度センサ、４０筐体、４１仕切板、４２蒸発器ベース、４３ヒートポンプ要素ベース、５０制御装置、５１リモコン、６１第１区画、６２第２区画、６３吸込口、６４吹出口、７１第１断熱部材、７２第２断熱部材、７３断熱空間、７４第２断熱部材、８１第１貯湯タンク、８２第２貯湯タンク、８３接続配管。

Claims

圧縮機、放熱器及び蒸発器を有するヒートポンプ熱源機と、
前記ヒートポンプ熱源機により加熱された温水を貯留する第１貯湯タンクと、
前記ヒートポンプ熱源機及び前記第１貯湯タンクを収容する筐体と、
前記第１貯湯タンクの周囲に設けられた断熱部材と、
を備え、
前記第１貯湯タンク及び前記圧縮機は、前記断熱部材によって囲まれた１つの空間に配置されている貯湯式給湯装置。
前記断熱部材は、少なくとも一部に真空断熱材を含んでいる請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記放熱器は、前記１つの空間に配置されている請求項１又は請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
前記筐体の内部を前記第１貯湯タンク及び前記圧縮機が配置される第１区画と前記蒸発器が配置される第２区画とに仕切る仕切板と、
前記１つの空間と前記仕切板との間に設けられた真空断熱材と、
をさらに備える請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
前記第１区画に前記第１貯湯タンクと並列して配置され、前記第１貯湯タンクに貯留される温水よりも温度の低い温水を貯留する第２貯湯タンクをさらに備え、
前記圧縮機は、前記第１貯湯タンクの上方に配置されている請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
前記第２区画は、前記第２貯湯タンクの上方に配置されている請求項５に記載の貯湯式給湯装置。