JP5045386B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルと、貯湯タンクや水回路を具備したヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯機としては、冷凍サイクルを具備したヒートポンプユニットとタンク回路を具備したタンクユニットから構成された分離型ヒートポンプ給湯機がある。

以下に、従来の分離型ヒートポンプ給湯機について説明する。図４は、従来の分離型ヒートポンプ給湯機の外観図、図５はその従来のヒートポンプ給湯機の回路構成図である。

図５に示すように従来の分離型ヒートポンプ式給湯機は、圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、減圧手段３、空気−冷媒熱交換器４などで構成した冷凍サイクルを具備したヒートポンプユニットと、貯湯タンク６、混合弁７−ａ、７−ｂ、電磁弁８、給湯用循環ポンプ９、減圧弁１０、三方弁１１、逃し弁１２、排水弁１３で構成されたタンク回路を具備したタンクユニットより構成され、冷凍サイクルで湯を生成して貯湯タンクに貯湯し、その貯湯を蛇口や浴槽に給湯するものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−７８０４１号公報

しかしながら、上記従来のヒートポンプ給湯機は、効率が良くランニングコスト（電気代）が安いという反面、タンクユニットが大きく、狭いところには設置し難いという課題があった。その課題を解決するために湯切れ耐力を確保してタンクユニットを小さくするには、貯湯タンクの小型化と、ヒートポンプユニットの加熱能力を増大する必要があるが、ここで貯湯タンクを小さくすると昼間の追い焚きが必要になり、夜間電力に比べてランニングコストが高くなるという課題があった。

また、ヒートポンプユニットの加熱能力を増大すると、消費電力が増大して電流容量を上げる必要があり、契約電力量アップや、電気工事が伴うなどで工事性が悪くなるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決すものであり、貯湯タンクの容積を低減することなく、機器の小型化を実現するヒートポンプ給湯機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機は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器を環状に接続して形成した冷凍サイクルと、前記水−冷媒熱交換器に接続され横断面が略円形のメイン貯湯タンクとを備え、前記メイン貯湯タンクの外装部材の側板と前板または後板とが形成する隅部で、かつ、前記メイン貯湯タンクの近傍に、前記メイン貯湯タンクより小容量のサブ貯湯タンクを配設したことを特徴とするもので、同一タンク容積におけるタンクユニットの小型化を図ることができるとともに、タンクユニットの設置性向上を図ることができる。

本発明によれば、貯湯タンクの容積を低減することなく、機器の小型化を実現するヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器を環状に接続して形成した冷凍サイクルと、前記水−冷媒熱交換器に接続され横断面が略円形のメイン貯湯タンクとを備え、前記メイン貯湯タンクの外装部材の側板と前板または後板とが形成する隅部で、かつ、前記メイン貯湯タンクの近傍に、前記メイン貯湯タンクより小容量のサブ貯湯タンクを配設したことを特徴とするもので、機器本体の体積当たりのタンク容積（タンクの充填密度）をアップすることができ、機器本体の小型化を図ることができるとともに、設置性向上を図ることができる。

第２の発明は、サブ貯湯タンクの横断面形状は、略円形であることを特徴とするもので、サブ貯湯タンクの耐圧性を向上することができるとともに、低コストで製造することができる。また、機器本体の体積当たりのタンク容積をアップすることができ、タンクユニットの小型化を図ることができとともに、設置性向上を図ることができる。

第３の発明は、サブ貯湯タンクの横断面形状は、略四角形であることを特徴とするもので、略円筒形にするよりもタンクの充填効率をアップすることができ、機器本体の小型化を図ることができとともに、設置性向上を図ることができる。

第４の発明は、サブ貯湯タンクは、メイン貯湯タンクの外装部材の側板と前板または後板とが形成する隅部に沿って配設されたことを特徴とするもので、略円形や略四角形にするよりもタンクの充填密度をアップすることができ、機器本体のさらなる小型化を図ることができるとともに、設置性向上を図ることができる。

第５の発明は、メイン貯湯タンクとサブ貯湯タンクの少なくともどちらか一方は、潜熱蓄熱材を有することを特徴とするもので、タンクの単位容積当たりの蓄熱量を水よりアップすることができ、機器本体の小型化を図ることができるとともに、設置性向上を図ることができる。

第６の発明は、メイン貯湯タンクとサブ貯湯タンクとを一体で断熱する構成としたことを特徴とするもので、効率よく断熱をすることができ、機器本体の小型化を図ることができるとともに、設置性向上を図ることができる。

第７の発明は、冷凍サイクルに、二酸化炭素を充填したことを特徴とするもので、従来のＲ４１０Ａなどのフロンに対して温暖化係数を低減でき、貯湯タンクを小さくして小型化を図るとともに、地球環境に優しいヒートポンプ給湯機を提供することができる。

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、この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機のタンクユニットの断面図、図２は同ヒートポンプ給湯機の回路構成図である。

図１、図２に示す第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、水−冷媒熱交換器２、減圧手段３、空気−冷媒熱交換器４などを環状に接続して冷媒を充填して構成されたヒートポンプユニットと、円筒形のメイン貯湯タンク６−ａ、弟１サブ貯湯タンク６−ｂ、第２サブ貯湯タンク６−ｃ、混合弁７−ａ、７−ｂ、電磁弁８、循環ポンプ９、減圧弁１０、三方弁１１、逃がし弁１２、排水弁１３を配管で接続して構成されたタンクユニットを具備している。

そして、図１に示すように、タンクユニット１０１の内部には、メイン貯湯タンク６−ａとタンクユニット外装部材の後板１０１−ａと側板１０１−ｂ、１０１−ｃで仕切られた空間の少なくともどちらか一方に、前記円筒形のメイン貯湯タンク６−ａより容積が小さない略円筒形のサブタンク６−ｂ、６−ｃが、メイン貯湯タンク６−ａと並列に設けられてる。

さらに、前記メイン貯湯タンク６−ａは断熱材２０−ａ、サブ貯湯タンク６−ｂは断熱材２０−ｂ、サブ貯湯タンク２０−ｃは断熱材２０−ｃでそれぞれ断熱されている。

なお、送風機５は、空気−冷媒熱交換器４に空気を送る機能を果たし、水−冷媒熱交換器２は凝縮器として、空気−冷媒熱交換器４は蒸発器として機能する。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機において、図１、図２を用いて、以下その動作を説明する。

まず、貯湯タンク６に貯湯する場合（貯湯運転）について説明する。

サーミスタ（図示せず）などで貯湯タンク６−ａ、ｂ、ｃの残湯量を検出し、残湯量が少なくなると、圧縮機１、送風機５および給湯用循環ポンプ９を運転して貯湯運転を開始する。冷凍サイクルでは、圧縮機１で圧縮された冷媒は、水−冷媒熱交換器２で放熱して凝縮し、減圧手段３に流入して膨張し、空気−冷媒熱交換器４で送風機５にて送られた空気と熱交換して蒸発し、ガス冷媒となる。

このガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。タンク回路では、水−冷媒熱交換器２で水を加熱して湯を生成し、この湯を貯湯側に切り換えられた三方弁１１を介してメイン貯湯タンク６−ａの上部から貯湯する。

次に、給湯(出湯)をする場合（給湯運転）について説明する。

蛇口１４を開けると、タンク／水回路の水圧が低下してメイン貯湯タンク６−ａの下部から水が流入し、メイン貯湯タンク６−ａの上部から湯が押し出され、混合弁７−ａにより水と混合されて目標温度にされ、蛇口１４から出湯される。ここで、貯湯タンク６の残湯量が少なくなると、給湯と並行して圧縮機１および送風機５を運転して貯湯運転を開する。そして、蛇口１４を閉じると、圧縮機１などを停止して給湯運転を終了する。

次に、風呂注湯をする場合（風呂注湯運転）について説明する。

リモコンの風呂注湯スイッチ（図示せず）を押すと、電磁弁８が開き上記給湯運転と同様に、タンク／水回路の水圧が低下して、メイン貯湯タンク６−ａの下部から水が流入し、貯湯タンク６−ａの上部から湯が押し出され、混合弁７−ｂにより水と混合されて目標温度にされ、風呂１５から注湯される。ここで、残湯量が少なくなると、風呂注湯と並行して、圧縮機１および送風機５を運転して貯湯運転を開始する。

そして、風呂１５に一定量の湯を張り終えると電磁弁８を閉じて、圧縮機１などを停止して風呂注湯運転を終了する。

以上のように、本実施例の形態においては、断面が略円形のメイン貯湯タンク６−ａの後方の２つの空間の少なくともどちらか一方に、前記メイン貯湯タンク６−ａより小容量で断面が略円形のサブ貯湯タンク６−ｂ、６−ｃを設ける構成にすることにより、サブ貯
湯タンクを比較的低コストで製作することができる。また、機器本体の体積当たりのタンク容積をアップすることができ、機器本体の小型化を図ることができとともに、設置性向上を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、メイン貯湯タンク６−ａの外装部材の側板１０１−ｃと後板１０１−ａとが形成する隅部で、かつ、メイン貯湯タンク６−ａの近傍にサブタンク６−ｃを設けているが、メイン貯湯タンク６−ａの外装部材の側板１０１−ｃと前板１０１−ｄとが形成する隅部で、かつ、メイン貯湯タンク６−ａの近傍にサブタンクを設けても良い。
（実施の形態２）
図３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機のタンクユニットの断面図である。

本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、第１の実施の形態とは一部構成が異なるのみであり、異なる点のみ説明し、その動作については説明を省略する。

図３に示すように、第１の実施の形態と異なる点は、サブ貯湯タンク６０−ｂ、６０−ｃの形状が、円筒形のメイン貯湯タンク６−ａとタンクユニット１０１の外装部材の側板１０１−ｂ、１０１−ｃと後板１０１−ａで仕切られた前記メイン貯湯タンク６−ａの後方の２つの空間の形状に合わせた形状で構成されている。

さらに、前記メイン貯湯タンク６−ａと前記サブ貯湯タンク６０−ｂ、６０−ｃの周りに、断熱材２０−ｄが巻かれている。

以上のように、本実施例の形態においては、サブ貯湯タンクを上記構成にすることにより、円筒形や略直方体にするよりもタンクの充填効率をアップすることができ、タンクユニットのさらなる小型化を図ることができるとともに、設置性向上を図ることができる。

以上のように、本実施例の形態においては、サブ貯湯タンクを上記構成にすることにより、円筒形や略直方体にするよりもタンクの充填効率をアップすることができ、タンク回路部、しいては給湯機本体のさらなる小型化を図ることができるとともに、設置性向上を図ることができる。

上記説明においては、サブ貯湯タンクに水を沸かして蓄える貯湯方式について説明したが、サブ貯湯タンクに潜熱蓄熱材を充填すると、さらにタンクの充填効率を向上でき、タンク回路の小型化、本体の小型化を図ることができる。

また、上記説明においてはメイン貯湯タンクを１つ使用するタイプについて説明したが、メイン貯湯タンクを２つ使う、所謂、ツインタンクに適用しても良い。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで湯を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の給湯機や、業務用の給湯装置などに適している。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機のタンクユニットの断面図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機のタンクユニットの断面図 （ａ）従来のヒートポンプ給湯機のヒートポンプユニットの概観図（ｂ）従来のヒートポンプ給湯機のタンクユニットの概観図 従来のヒートポンプ給湯機の回路構成図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 水−冷媒熱交換器
３ 減圧弁
４ 空気−冷媒熱交換器
５ 送風機
６ 貯湯タンク
７ 混合弁
８ 電磁弁
９ 給湯用循環ポンプ
１４ 蛇口
１５ 浴槽
２０ 断熱材
１０１ タンクユニット

Claims (7)

1. 圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器を環状に接続して形成した冷凍サイクルと、前記水−冷媒熱交換器に接続され横断面が略円形のメイン貯湯タンクとを備え、前記メイン貯湯タンクの外装部材の側板と前板または後板とが形成する隅部で、かつ、前記メイン貯湯タンクの近傍に、前記メイン貯湯タンクより小容量のサブ貯湯タンクを配設したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. サブ貯湯タンクの横断面形状は、略円形であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. サブ貯湯タンクの横断面形状は、略四角形であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. サブ貯湯タンクは、メイン貯湯タンクの外装部材の側板と前板または後板とが形成する隅部に沿って配設されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. メイン貯湯タンクとサブ貯湯タンクの少なくともどちらか一方は、潜熱蓄熱材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. メイン貯湯タンクとサブ貯湯タンクとを一体で断熱する構成としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 冷凍サイクルに、二酸化炭素を充填したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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