JP4238860B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

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Description

本発明は、貯湯タンクを備え、貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用したヒートポンプ給湯装置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装置が提案されている。この装置において、貯湯タンクの断熱材としてはグラスウールを使用することが一般的であり、特に明記された文献はない。また、ガスを利用した給湯装置において貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、放熱によりエネルギーロスを低減する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
図5は前記公報に記載された従来のガスを利用した即時出湯機能付き給湯装置のシステム構成図である。図5において、即時出湯機能付き給湯装置は、給湯器1と、カラン、シャワー等給湯端末2とを接続する給湯配管3とを備え、給湯配管3の給湯端末2近傍に貯湯タンク4を備えている。給湯器1は、水管5から供給される水とガスバーナ6により加熱される熱交換器7に通水して湯とし、得られた湯を給湯配管3を介して給湯端末2に供給する。給湯器1は、電源スイッチ8、図示しない設定手段等を備える給湯リモコン9により遠隔操作される。
給湯配管3は、貯湯タンク4の上流で分岐し貯湯タンク4を迂回するバイパス管10を備え、バイパス管10は貯湯タンク4と給湯端末2との間に設けられたミキシングバルブ11を介して給湯配管3に再合流している。また、給湯配管3は、バイパス管10の上流側に水量センサ12、ミキシングバルブ11の下流側に出湯サーミスタ13を備えている。
貯湯タンク4は、電源装置14に接続されたヒータ15を備えると共に、入口側に入水サーミスタ16、内部に貯湯サーミスタ17を備えている。また、貯湯タンク4は、放熱によりエネルギーロスを低減するために、図示しない真空断熱材により被覆されている。
さらに、マイクロコンピュータを含む電子回路ユニット(図示せず)により構成された即時出湯制御装置18を備えている。即時出湯制御装置18は通信ケーブル19により給湯リモコン9に接続されており、給湯リモコン9から得られる情報と、水量センサ12、出湯サーミスタ13、入水サーミスタ16、貯湯サーミスタ17の検出情報とにより、電源装置14を介してヒータ15による貯湯タンク4内の湯の加熱を制御すると共に、ミキシングバルブ11による貯湯タンク4内で加熱された湯とバイパス管10から供給される冷水との混合を制御する。
また、即時出湯制御装置18は、即時出湯制御機能の選択スイッチ20、待ち時間設定装置21、ブザー等の報知装置22を備えている。
特開2002−277055号公報
しかしながら、前記従来の構成では、貯湯タンクは、放熱によりエネルギーロスを低減するために、真空断熱材により被覆されているという記載のみで貼り付け方の記載はない。真空断熱材は、芯材を外袋に挿入し、内部を減圧にして密封し作製する。この外袋は、金属を使用している場合、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付け方によっては外袋を介して熱伝導により放熱され、所望の断熱性能が得られない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、ヒートポンプサイクルと前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄える貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、前記貯湯タンクに前記真空断熱材を貼り付ける際、一部密着させずに貼り付けることを特徴とするヒートポンプ給湯装置であって、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止するヒートポンプ給湯装置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装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄え、胴部に残湯量を検出するサーミスタを配設した貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクの断熱材として、前記貯湯タンクの上部と下部にはグラスウール断熱材または発泡スチロールの断熱材を、前記貯湯タンクの前記サーミスタが配設されていない胴部には外袋を金属を使用して形成した真空断熱材を、前記サーミスタが配設されている胴部には前記サーミスタのメンテナンスができるような前記真空断熱材とは別部材で開閉構成を備えた断熱材を使用し、前記真空断熱材を前記貯湯タンクに一部密着させずに巻き付けることで、前記貯湯タンクと前記真空断熱材との間に隙間を形成し、かつ、前記隙間からの放熱を防止するように、前記真空断熱材と前記上部断熱材、前記下部断熱材とを固定する構成としたことを特徴とするものである。
これによって、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。また、真空断熱材と貯湯タンクの間の高温の空気が外部に流れることを防止でき、対流による放熱が防止でき、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
また、サーミスタ等のメンテナンスも容易にでき、かつ、真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
本発明によれば、貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、前記貯湯タンクに前記真空断熱材を貼り付ける際、一部密着させずに貼り付けているので、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できるヒートポンプ給湯装置を提供できる。
第1の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄え、胴部に残湯量を検出するサーミスタを配設した貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクの断熱材として、前記貯湯タンクの上部と下部にはグラスウール断熱材または発泡スチロールの断熱材を、前記貯湯タンクの前記サーミスタが配設されていない胴部には外袋を金属を使用して形成した真空断熱材を、前記サーミスタが配設されている胴部には前記サーミスタのメンテナンスができるような前記真空断熱材とは別部材で開閉構成を備えた断熱材を使用し、前記真空断熱材を前記貯湯タンクに一部密着させずに巻き付けることで、前記貯湯タンクと前記真空断熱材との間に隙間を形成し、かつ、前記隙間からの放熱を防止するように、前記真空断熱材と前記上部断熱材、前記下部断熱材とを固定する構成としたことを特徴と
するものである。
従って、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。また、真空断熱材と貯湯タンクの間の高温の空気が外部に流れることを防止でき、対流による放熱が防止でき、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
また、サーミスタ等のメンテナンスも容易にでき、かつ、真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
第2の発明は、特に、第1の発明のヒートポンプ給湯装置において、前記真空断熱材において、前記貯湯タンクに貼り付ける側に凹部を設けている。
従って、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける際、真空断熱材の貼り付ける側に凹部を設けているため貯湯タンクに一部密着させずに貼り付けることが可能となり、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
第3の発明は、特に、第1の発明のヒートポンプ給湯装置において、前記真空断熱材を前記貯湯タンクに貼り付ける場合、前記真空断熱材と前記貯湯タンクの間を両面テープで貼り付けている。
従って、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける際、貯湯タンクと真空断熱材との間を両面テープで貼り付けているため隙間を確保しつつ貼り付けることが可能となり、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか一つの発明において、ヒートポンプサイクルを複数備えている。
従って、沸き上げ能力に応じてヒートポンプサイクルの運転台数を切り換え、幅広い能力において効率の良い運転が可能となる。
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか一つの発明において、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している。
従って、高温の湯を生成することができ、また貯湯タンクを併用する場合には高温の湯を貯湯できるので貯湯タンクを小型化できる。
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装置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装置の冷凍回路について説明する。
ヒートポンプサイクル30は、圧縮機31、給湯用熱交換器32、膨張弁33、及び蒸発器34を順に配管で接続して構成されている。また、ヒートポンプサイクル30に対応する蒸発器34に送風するためのファン35を設けている。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、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装置の給湯回路について説明する。
貯湯タンク41は、真空断熱材A42で断熱されている。貯湯タンク41の第一底部配管43は、減圧弁44を介して水道管等の水供給配管45に接続されている。また、貯湯タンク41の第二底部配管46は、循環ポンプ47を介して給湯用熱交換器32の水用配管32Aの流入側と接続されている。また、給湯用熱交換器32の水用配管32Aの出口側には、出湯温度センサ12Bを設置している。また、貯湯タンク41の第一上部配管48は、三方弁49を介して給湯用熱交換器32の水用配管32A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、三方弁49に接続されている。また、貯湯タンク41の第二上部配管51は、キッチン、又は洗面所等の蛇口や風呂端末(図示せず)に接続されている。
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装置の貯湯運転動作について説明する。
使用者が蛇口を開くと第二上部配管51から出湯され、貯湯タンク41の残湯量が少なくなると、ヒートポンプサイクル30が運転を開始する。
圧縮機31で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器32で放熱し、膨張弁33で減圧された後、蒸発器34にて吸熱し、ガス状態で圧縮機31に吸入される。ファン35は、圧縮機31の運転状態に応じた回転数に設定される。
循環ポンプ47により貯湯タンク41からの水は、貯湯タンク41の第二底部配管46を通り、給湯用熱交換器32の水用配管32Aに導かれ、高温の湯に加熱され、三方弁49を介し、貯湯タンク41に流入する。三方弁49において、貯湯タンク41の第一上部配管48に接続するか、貯湯タンク41の第三底部配管50に接続するかの判断は、給湯用熱交換器32の水用配管32Aの出口側に設置している出湯温度センサ32Bの温度によって行う。
貯湯タンク41の湯量が一杯になると圧縮機31と循環ポンプ47を停止し、貯湯運転を終了する。
図2(a)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装置の貯湯タンクの概略正面図、図2(b)は断面AA図である。
図2(a)(b)において、貯湯タンク41の胴部に真空断熱材A42を、上部および下部にグラスウール断熱材43を用いる構成とした。44はテープであり、真空断熱材A42と貯湯タンク41の間の空気の流れを遮断するように貼り付けている。42Aは、真空断熱材A42に設けた凹部で、この凹部により貯湯タンク41に真空断熱材A42を巻いても一部密着せず、貯湯タンク41と真空断熱材A42の間に隙間ができる。
以上のように本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける際、真空断熱材に凹部を設けているため、貯湯タンクに一部密着させずに貼り付けることが可能となり、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
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、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル10を備えたヒートポンプ給湯装置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。
なお、貯湯タンク41の上部および下部をグラスウール断熱材43で説明したが、発泡スチロール等の断熱材を使用してもよい。
(実施の形態2)
図3(a)は、本発明の第2の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の貯湯タンクの概略正面図、図3(b)は断面AA図である。
図3(a)(b)において、図3(a)の左図は、貯湯タンク41に両面テープ42Bを貼り付けた図である。図3(a)の右図は、さらに断熱材を貼り付けた図であり、貯湯タンク41の胴部に真空断熱材A42を、上部および下部にグラスウール断熱材43を用いる構成とした。貯湯タンク41に真空断熱材A42を貼り付ける際、両面テープ42Bを用いて貼り付けている。従って、貯湯タンク41と真空断熱材A42との間に隙間を設けることが可能となると共に、真空断熱材A42と貯湯タンク41の間の高温の空気が外部に流れることが防止できる。さらに、その上に実施の形態1で示したようにテープ44(図示せず)で貼り付けると効果が増す。
42Cは、真空断熱材A42とは別に設けられた真空断熱材Bであり、真空断熱材A42に対して開閉自在な構成となっている。これは、貯湯タンク41の側面に備え付けた残湯サーミスタのメンテナンスを行い易くするためのものであり、メンテナンス時には真空断熱材B42Cを開いて残湯サーミスタのメンテナンスを行うと共に、メンテナンス時以外には真空断熱材B42Cを閉じることにより、真空断熱材A42により覆いきれていない貯湯タンク41の表面部分を覆うようになっている。なお、真空断熱材B42Cは図3(b)に示されているように、真空断熱材A42により覆いきれていない貯湯タンク41の露呈部分よりも大きめの寸法とし、露呈部分の上に重なるように設計されていることから、真空断熱材B42Cの一部分が真空断熱材A42に対して前方に出る構成となる。これは、真空断熱材B42Cの一部分が前方に出ることにより、真空断熱材B42Cが開閉しやすくなるだけでなく、貯湯タンク41と真空断熱材B42Cの間にわずかな凹部が形成されることから、外袋からの伝導熱量を緩和できるものである。
また、真空断熱材A42には凹部42A(図示せず)を設けており、貯湯タンク41と真空断熱材A42は一部密着していない。また、真空断熱材B42Cは、左側はテープで貼り付け(図示せず)、真空断熱材A42と重なっている右側はマジックテープ(登録商標)(図示せず)等により貼り付け、断熱性とメンテナンス性を考えた仕様としている。
以上のように本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける際、真空断熱材A42と貯湯タンク41の間の高温の空気が外部に流れない様に貼り付ける。従って、真空断熱材と貯湯タンクの間の高温の空気が外部に流れることを防止でき、対流による放熱が防止でき、所望
の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
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、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル10を備えたヒートポンプ給湯装置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。
なお、貯湯タンク41の上部および下部をグラスウール断熱材43で説明したが、発泡スチロール等の断熱材を使用してもよい。
また、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける手段として両面テープ、マジックテープ(登録商標)で説明したが、所定の目的が達せられれば、その他の方法を用いてもよい。
(実施の形態3)
図4(a)は、本発明の第3の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の貯湯タンクの概略正面図、図4(b)は断面AA図である。
図4(a)(b)において、図4(a)の左図は、貯湯タンク41に両面テープ42Bを貼り付けた図である。図4(a)の右図は、さらに断熱材を貼り付けた図であり、貯湯タンク41の胴部に真空断熱材A42を、上部および下部にグラスウール断熱材43を用いる構成とした。貯湯タンク41に真空断熱材A42を貼り付ける際、両面テープ42Bを用いて貼り付けている。従って、貯湯タンク41と真空断熱材A42との間に隙間を設けることが可能となると共に、真空断熱材A42と貯湯タンク41の間の高温の空気が外部に流れることが防止できる。さらに、その上に実施の形態1で示したようにテープ44(図示せず)で貼り付けると効果が増す。
42Dは、真空断熱材A42とは別に設けられた真空断熱材Cであり、真空断熱材A42に対して開閉自在な構成となっている。これは、貯湯タンク41の側面に備え付けた残湯サーミスタのメンテナンスを行い易くするためのものであり、メンテナンス時には真空断熱材C42Dを開いて残湯サーミスタのメンテナンスを行うと共に、メンテナンス時以外には真空断熱材C42Dを閉じることにより、真空断熱材A42により覆いきれていない貯湯タンク41の表面部分を覆うようになっている。なお、真空断熱材C42Dは図4(b)に示されているように、真空断熱材A42により覆いきれていない貯湯タンク41の露呈部分よりも大きめの寸法とし、露呈部分の上に重なるように設計されていることから、真空断熱材C42Dの一部分が真空断熱材A42に対して前方に出る構成となる。これは、真空断熱材C42Dの一部分が前方に出ることにより、真空断熱材C42Dが開閉しやすくなるだけでなく、貯湯タンク41と真空断熱材C42Dの間にわずかな凹部が形成されることから、外袋からの伝導熱量を緩和できるものである。また、真空断熱材C42Dは、上下2分割としているので、一層容易にメンテナンスが行える。
また、真空断熱材A42には凹部42A(図示せず)を設けており、貯湯タンク41と真空断熱材A42は一部密着していない。また、真空断熱材C42Dは、左右ともマジックテープ(登録商標)(図示せず)等により貼り付け、さらに断熱性とメンテナンス性を考えた仕様としている。
以上のように本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける際、真空断熱材A42と貯湯タンク41の間の高温の空気が外部に流れない様に貼り付ける。従って、真空断熱材と貯湯タンクの間の高温の空気が外部に流れることを防止でき、対流による放熱が防止でき、所望
の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できる。
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、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル10を備えたヒートポンプ給湯装置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。
なお、貯湯タンク41の上部および下部をグラスウール断熱材43で説明したが、発泡スチロール等の断熱材を使用してもよい。
なお、残湯サーミスタ等のメンテナンス用に真空断熱材C42Dは上下2分割として説明したが、さらに分割してもよい。また、サーミスタごとに対応してメンテナンスが可能となるための開閉可能な扉を真空断熱材A42に対して設け、扉を開けてメンテナンスできる仕様としてもよい。
また、貯湯タンクに真空断熱材を貼り付ける手段として両面テープ、マジックテープ(登録商標)で説明したが、所定の目的が達せられれば、その他の方法を用いてもよい。
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、貯湯タンクの断熱材として真空断熱材を使用し、前記貯湯タンクに前記真空断熱材を貼り付ける際、一部密着させずに貼り付けているので、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる貼り付け方としているため、所望の断熱性能が得られ小型化ができ、湯切れを防止できるので、温水を貯湯し、その温水を利用した暖房等の性能向上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装置の回路構成図 (a)本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の貯湯タンクの概略正面図(b)図2(a)の断面AA図 (a)本発明の第2の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の貯湯タンクの概略正面図(b)図3(a)の断面AA図 (a)本発明の第3の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の貯湯タンクの概略正面図(b)図4(a)の断面AA図 従来のガスを利用した即時出湯機能付き給湯装置のシステム構成図
符号の説明
30 ヒートポンプサイクル
31 圧縮機
32 給湯用熱交換器
33 膨張弁
34 蒸発器
41 貯湯タンク
42 真空断熱材A

Claims (5)

  1. 圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を蓄え、胴部に残湯量を検出するサーミスタを配設した貯湯タンクとを備え、前記貯湯タンクの断熱材として、前記貯湯タンクの上部と下部にはグラスウール断熱材または発泡スチロールの断熱材を、前記貯湯タンクの前記サーミスタが配設されていない胴部には外袋を金属を使用して形成した真空断熱材を、前記サーミスタが配設されている胴部には前記サーミスタのメンテナンスができるような前記真空断熱材とは別部材で開閉構成を備えた断熱材を使用し、前記真空断熱材を前記貯湯タンクに一部密着させずに巻き付けることで、前記貯湯タンクと前記真空断熱材との間に隙間を形成し、かつ、前記隙間からの放熱を防止するように、前記真空断熱材と前記上部断熱材、前記下部断熱材とを固定する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
  2. 前記真空断熱材において、前記貯湯タンクに貼り付ける側に凹部を設けることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯装置。
  3. 前記真空断熱材を前記貯湯タンクに貼り付ける場合、前記真空断熱材と前記貯湯タンクの間を両面テープで貼り付けることを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ給湯装置。
  4. 前記ヒートポンプサイクルを複数備えた請求項1〜3のいずれか1項に記載のヒートポンプ給湯装置。
  5. 前記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請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒートポンプ給湯装置。
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