JP4236542B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

この発明は、暖房運転されたヒートポンプの室外機（蒸発器）の高熱部に水熱交換器を装着し、熱交換で得られた温水を貯湯タンクに貯め、家庭での台所、風呂、洗面所等へ給湯することを目的としたエネルギー効率のよいヒートポンプ式給湯機に関するものである。

近年、省エネルギの観点から、夜間割引電力を利用して、夜間にヒートポンプと水熱交換器でお湯を沸かし貯湯タンクに設定したお湯を貯めて各所へお湯を供給する、ヒートポンプ式給湯機が普及し始めている。

ヒートポンプ式給湯機は、下記特許文献１に示されるように、セパレートエアコンの場合と同じように、水熱交換器を備えるヒートポンプユニットと、お湯を貯める貯湯タンクを備える貯湯タンクユニットを備えている。加熱されるお湯は、貯湯タンク内に貯えられるが、水が体積膨張するため、貯湯タンクの上方には、逃し弁を有する排水湯路が設けられ、この排水湯路から高温の温水を廃棄している。

しかし、この高温の温水は、ヒートポンプ式給湯機において加熱されたものであるため、そのまま廃棄するのは、ヒートポンプ式給湯機の熱効率を低下させる要因となる。
特開２００３―１４８８０３号公報

この発明の課題は、ヒートポンプ式給湯機において、排水湯路から高温の温水を廃棄している点にある。したがって、この発明の目的は、排水湯路から廃棄される高温の温水を利用することにより熱効率の向上を可能とする、ヒートポンプ式給湯機を提供することにある。

この発明に基づいたヒートポンプ式給湯機においては、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および、ヒートポンプ側空気熱交換器を含むヒートポンプユニットと、ポンプ、水熱交換器、および、貯湯タンクを含む貯湯タンクユニットとを備え、上記ヒートポンプユニットによる上記貯湯タンク内の水の加熱時に、体積膨張による水を上記貯湯タンク内から外部に排出するための排水手段を上記貯湯タンクに有する、ヒートポンプ式給湯機であって、上記排水手段は、この排水手段から排水される温水の有する熱を利用して、上記ヒートポンプユニットの構成部品を加熱するための加熱手段を含み、上記加熱手段は、加熱手段側空気熱交換器を有し、上記加熱手段側空気熱交換器から得られる温風により、上記ヒートポンプユニットの構成部品を加熱することを特徴とする。

また、好ましくは、上記加熱手段は、送風ファンを含み、上記加熱手段側空気熱交換器および上記送風ファンにより温風を発生させることを特徴とする。

また、好ましくは、当該ヒートポンプ式給湯機は、上記ヒートポンプユニットの構成部品に付着した霜を取り除くための除霜運転モードを有し、上記加熱手段は、上記排水手段から排水される温水を貯めるための補助貯湯タンクを有し、上記除霜運転モードにおいて、上記補助貯湯タンク内の温水を用いて上記加熱手段により上記ヒートポンプユニットの除霜を行なうことを特徴とする。

この発明に基づいたヒートポンプ式給湯機によれば、従来廃棄されていた温水の有する熱を、ヒートポンプユニットの構成部品を加熱するための熱入力として利用することで、ヒートポンプユニットの熱効率が改善される。また、冬季などには、ヒートポンプユニット側の除霜運転時に除霜用熱源として利用することもできる。その結果、冬期のシステム効率の大幅な改善、省エネを図ることができる。特に、上記ヒートポンプユニットの構成部品として上記ヒートポンプ側空気熱交換器を暖めることが効果的である。

以下、この発明に基づいた各実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機について図を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
（システム構成）
まず、図１および図２を参照して、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機のシステム構成について説明する。なお、図１は、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機のシステム構成を示す概念図であり、図２は、本実施の形態におけるヒートポンプユニットのシステム構成を示す概念図である。

本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンクユニットと、ヒートポンプユニット８とに大別することができる。貯湯タンクユニットは、貯湯タンク１、給水口３、循環ポンプ９、ヒートポンプユニット８内に設けられる凝縮器８２と熱交換する水熱交換器１３、給湯口２、および、混合弁６を冷温水配管で連結して構成する給湯回路を有している。この給湯回路には、水道水圧を減圧するための止水栓４および減圧逆止弁５を有する給水路２０が配管されている。また、排水手段として、この給湯回路の貯湯タンク１のお湯側に、温水が体積膨張した場合の逃し弁７を有する排水湯路２１が設けられている。さらに、この排水湯路２１には、加熱手段側空気熱交換器１０が設けられ、この加熱手段側空気熱交換器１０に送られる高温水から熱を奪い、低温水に変換して廃棄する。

図２に示すように、ヒートポンプユニット８は、圧縮機８１、凝縮器８２、膨張弁８３、および、ヒートポンプ側空気熱交換器８４を冷媒配管で連結して構成するヒートポンプ回路を有している。また、ヒートポンプ側空気熱交換器８４には、この空気熱交換器８４において大気からの吸熱を促すための送風ファン８５が近接配置されている。また、本実施の形態における特徴的構成として、ヒートポンプ側空気熱交換器８４に並列するように、上記加熱手段側空気熱交換器１０と、加熱手段側空気熱交換器１０から奪った熱を温風にしてヒートポンプ側空気熱交換器８４に送風するための送風ファン１０Ｆが設けられている。

（動作）
次に、上記システム構成からなるヒートポンプ式給湯機の動作について説明する。なお、ヒートポンプ式給湯機の使用目的から、深夜電力や時間帯別電灯契約電力等の割引電力を用いる。貯湯タンク１内の水はヒートポンプユニットにより加熱され高温水になって蓄えられる。高温水は約６５°Ｃ〜９０°Ｃと高温であるため台所、洗面所で使用する場合は混合弁６で給湯口２からの高温水と減圧逆止弁５から供給された水道水を混合し適温（たとえば３０°Ｃ〜４８°Ｃ、５０°Ｃ、６０°Ｃ）にして各台所、洗面所等へ供給される。

上記ヒートポンプユニットによる加熱について述べると、止水栓４から供給された水は減圧逆止弁５を介して貯湯タンク１内に充満される。貯湯タンク１内の水は給水口３から循環ポンプ９によりヒートポンプユニット８の水熱交換器１３で約９０°Ｃにまで加熱される。貯湯タンク１上部の給湯口２に供給され貯湯タンク１上部より高温水が貯湯されていく。常温の水が高温水（たとえば、１５°Ｃから９０°Ｃ）になると約４％体膨張により体積が増加する。増加した高温水は逃し弁７を介して排水湯路２１に案内される。高温水は加熱手段側熱交換器１０で熱交換されて常温になり排水される。加熱手段側熱交換器１０で得られた熱は、送風ファン１０Ｆにより温風となり、ヒートポンプ側空気熱交換器８４に供給される。

このように、従来廃棄されていた高温水の有する熱を、ヒートポンプユニットの構成部品であるヒートポンプ側空気熱交換器８４を加熱するための熱入力として利用することで、ヒートポンプユニット８の熱効率が改善される。

（実施の形態２）
冬期において外気温度が下がり、ヒートポンプユニット８（特に、ヒートポンプ側空気熱交換器８４）への着霜が考えられる。この着霜対策として、除霜運転を行なう必要がある。このような、除霜運転モードを備えるヒートポンプ式給湯機に本発明を適用した実施の形態を、図３を参照しながら説明する。なお、上記実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機と同一または相当部分については、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰返さないこととする。なお、図３は、本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機のシステム構成を示す概念図である。

本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機においては、排水湯路２１において、逃し弁７と加熱手段側熱交換器１０との間に補助貯湯タンク１１および電磁弁１２が設けられている。電磁弁１２は、外気温度検知サーミスタ３０により検知した温度情報に基づき開閉が制御される。

補助貯湯タンク１１には、従来廃棄されていた高温水が貯えられる。一方、外気温度検知サーミスタ３０により検知した温度情報が、設定温度よりも低い場合には、除霜運転モードとして電磁弁１２が開弁される。これにより、補助貯湯タンク１１に貯えられた高温水が、加熱手段側熱交換器１０に流される。その結果、温風がヒートポンプ側空気熱交換器８４に供給され、ヒートポンプ側空気熱交換器８４の除霜が開始される。

このように、除霜運転モードを備えるヒートポンプ式給湯機において、冬季などには、ヒートポンプユニット側の除霜運転時に除霜用熱源として利用することもできる。その結果、冬期のシステム効率の大幅な改善、省エネを図ることができる。

なお、ヒートポンプ式給湯機においては、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットとが、別の筐体に収容されるセパレートタイプだけでなく、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットとが単一の筐体に収容された一体型タイプであっても、本発明を適用することは可能である。

したがって、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機のシステム構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるヒートポンプユニットのシステム構成を示す概念図である。 実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯機のシステム構成を示す概念図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク、２ 給湯口、３ 給水口、４ 止水栓、５ 減圧逆止弁、６ 混合弁、７ 逃し弁、８ ヒートポンプユニット、９ 循環ポンプ、１０ 加熱手段側空気熱交換器、１０Ｆ 送風ファン、１１ 補助貯湯タンク、１２ 電磁弁、１３ 水熱交換器、２０ 給水路、２１ 排水湯路、３０ 外気温度検知サーミスタ、８１ 圧縮機、８２ 凝縮器、８３ 膨張弁、８４ ヒートポンプ側空気熱交換器、８５ 送風ファン。

Claims (4)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、および、ヒートポンプ側空気熱交換器を含むヒートポンプユニットと、ポンプ、水熱交換器、および、貯湯タンクを含む貯湯タンクユニットとを備え、前記ヒートポンプユニットによる前記貯湯タンク内の水の加熱時に、体積膨張による水を前記貯湯タンク内から外部に排出するための排水手段を前記貯湯タンクに有する、ヒートポンプ式給湯機であって、
   前記排水手段は、この排水手段から排水される温水の有する熱を利用して、前記ヒートポンプユニットの構成部品を加熱するための加熱手段を含み、
   前記加熱手段は、加熱手段側空気熱交換器を有し、前記加熱手段側空気熱交換器から得られる温風により、前記ヒートポンプユニットの構成部品を加熱する、ことを特徴とする、ヒートポンプ式給湯機。
2. 前記加熱手段は、送風ファンを含み、
   前記加熱手段側空気熱交換器および前記送風ファンにより温風を発生させ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機。
3. 当該ヒートポンプ式給湯機は、前記ヒートポンプユニットの構成部品に付着した霜を取り除くための除霜運転モードを有し、
   前記加熱手段は、前記排水手段から排水される温水を貯めるための補助貯湯タンクを有し、
   前記除霜運転モードにおいて、前記補助貯湯タンク内の温水を用いて前記加熱手段により前記ヒートポンプユニットの除霜を行なうことを特徴とする、請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 前記ヒートポンプユニットの構成部品は、前記ヒートポンプ側空気熱交換器である、請求項１から３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。

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