JPS6218813B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ヒートポンプを使用した熱利用装置
に関する。

冷凍サイクルを用いた加熱装置として省エネル
ギ性に優れた機械式、化学式のヒートポンプが広
く利用されている。

しかし、この種のヒートポンプは住宅用の冷暖
房装置としては普及実用化されているが、水加熱
による温水製造装置としての利用は実験的段階で
ある。

即ち、水の加熱の場合、住宅内での使用状況に
おいて風呂或いは給湯・シヤワー等の負荷が大き
く通常25000kcal／ｈ程の加熱能力が要求され
る。この点都市ガス等の燃焼による加熱装置は省
エネルギ性には劣るものの、燃焼出力密度が高く
安価、コンパクトに製造できる。これに対し、ヒ
ートポンプによる加熱は燃焼出力密度が小さく、
短時間で温水を得るべく25000kcal／ｈ程度の能
力を備えるものは極めて高価かつ大型となり家庭
用に採用するのは困難である。

ところで、風呂或いは給湯・シヤワー等生活用
温水としてはせいぜい50℃程度あれば充分にまか
なうことができる。特に風呂の場合は入浴時以外
は殆ど利用されず、いわゆる空時間の方が長いの
であるから、この空時間を利用してエネルギ経済
的に有効な加熱保温ができるのであれば実用上殆
ど問題はない。又、特に高温（80〜90℃）な温水
を必要とする場合でも、予めヒートポンプにより
50℃程度に暖められて貯湯されたものを引き出し
て更に燃焼加熱する方式とすれば加熱時間を短縮
できると共に、エネルギ的に得策であることは明
らかである。

一方、ヒートポンプは成績係数を高水準で維持
しようとすると凝縮温度をできるだけ低く維持す
ることが必要であるが、50℃程度の温水で充分な
ものにあつてはヒートポンプの成績係数を高水準
に維持し、かつ、省エネルギ性を満たした上での
利用が充分可能である。そして、これらの条件を
満足するヒートポンプとしては住宅用冷暖房シス
テムに使用する小型のもので充分である。又、一
方では、前記住宅用冷暖房システムにおいて、屋
外側に設置される熱交換器は、屋内での熱利用に
何ら供することなく放置されているのが実状であ
る。

さらに、異なる機能をもつ熱交換器を屋内と屋
外とに選択的に連通させて冷・暖房を切り換える
ようにしたものがあるが、このものでは冷房時と
暖房時とで屋内側の通風口を切り換える必要があ
る等、通路や弁機構の構成が複雑となり、かつ、
複数の部屋で冷・暖房の送風を行う場合、送風管
が２本ずつ必要となる等スペース、コスト的に不
利であつた。

本発明は以上のような点に着目してなされたも
ので、ヒートポンプの熱交換器を浴槽や貯湯槽等
の水槽に配設すると共に、これと同一機能をもつ
熱交換器とこれとは反対の機能をもつ熱交換器を
夫々屋内及び屋外に選択的に連通するよう切換自
由に形成された２つの通風路に配設し、かつ、最
小数の空気出入口と弁とで上記通風路の切り換え
を行えるようにした構成とし、もつてコンパクト
にして省エネルギ性に優れ、しかも、水加熱機能
と冷暖房機能とを兼ね備え、かつ従来無駄に排出
されていた熱を可及的に有効利用できるようにし
た極めて利用価値の高い熱利用装置を得ることを
目的としたものである。

以下に本発明を図示実施例に基づいて説明す
る。図において、１は住宅の浴室に設置された浴
槽であり、該浴槽１内空間の一部が仕切壁２によ
つて仕切られ、該仕切壁２の上・下部には夫々温
水循環用の孔２ａ，２ｂが開口されている。そし
て該浴槽１の仕切壁２で仕切られた小空間３に熱
交換コイルからなる熱交換器４を配管する。該熱
交換器４の管路両端は、浴槽１外壁を液密に貫通
して外部に突き出す。尚、浴槽１外壁は断熱材で
形成され、その開口面を覆う蓋５も同じく断熱材
で形成されている。これにより蓋５を閉めた浴槽
１は保温機能を維持することができる。

一方、前記浴槽１内の熱交換器４の一端に直列
に接続された同一の機能をもつ熱交換器６と、該
熱交換器６の他端に膨張弁７を介して一端を接続
した反対の機能をもつ熱交換器８とを、夫々ダク
トユニツト９の屋内及び屋外に選択的に連通する
ように切換自由に形成された２つの通風路に配設
する。該ダクトユニツト９の具体的な構成につい
ては後述する。

そして、前記熱交換器４の他端と、熱交換器８
の他端とを４方弁１０を介してコンプレツサ１１
の吸入口及び吐出口に切換自由に接続することに
より閉回路が形成される。該閉回路内には熱媒体
としてのフロンが封入され、このフロンをコンプ
レツサ１１で循環させることにより全体としてヒ
ートポンプを構成している。

ここで、モータ１２で駆動されるコンプレツサ
１１は従来より家庭用冷暖房装置に使用されてい
る出力1KW前後の小型のものが使用され、これ
に伴ないヒートポンプシステム全体が小型化され
る。

次に、前記ダクトユニツト９の具体的な実施例
を第２図に基づいて説明する。該ダクトユニツト
９は中央部に窓１３を開口した矩形枠箱型の本体
１４を、例えば浴室等の屋内外を仕切る外壁に嵌
めこんで取り付けられる。本体１４の屋内に面し
た壁の底部と頂部には夫々屋内側の空気入口１５
及び空気出口１６が開口され、これらに対向する
屋外に面した壁部分には夫々屋外側の空気入口１
７及び空気出口１８が開口されている。ここで、
屋内側の空気入口１５及び空気出口１６はダクト
１９，２０を介して部屋内に通じている。又、両
空気入口１５，１７の間及び両空気出口１６，１
８の間には夫々通風路切換弁２１，２２が水平方
向回動自由に中心部を軸支して取り付けられてい
る。切換弁２１，２２は夫々の支軸相互が窓１３
との干渉を避けて屈曲形成された軸２３を介して
連結され、本体１４項壁を貫通させた上側の切換
弁２２の支軸をこれに連結した手動レバー２４又
はモータ等を介して回転させることにより、軸２
３を介して２つの切換弁２１，２２を同一回転方
向に連動させて後述する２つの通風路を切換制御
できるようになつている。

そして、窓１３を挾んで両側の本体１４内部空
間に夫々、前記熱交換器６，８及びこれら熱交換
器６，８を経由して下方から上方に空気を送風す
るフアン２５，２６が取り付けられる。又、窓１
３の底壁と切換弁２５との間に形成される本体１
４内部空間には前記コンプレツサ１１が配設され
る。尚、コンプレツサ１１と各熱交換器４，６，
８は第１図に示した如くダクトユニツト１４の内
外を通した配管により連結されているが、第２図
では省略してある。

次に本実施例装置の作用を説明する。まず、通
常入浴の空時間となる昼間等に風呂を沸かす場合
には浴槽１に水を張り蓋５を閉めた後４方弁１０
を第１図で実線位置にセツトする。一方、夏期等
気温の高い時に冷房したい場合にはダクトユニツ
ト９の切換弁２１，２２を実線位置にセツトす
る。この状態でモータ１２のスイツチを入れてコ
ンプレツサ１１を駆動させると共にフアン２５，
２６のスイツチを入れて、これを駆動させる。こ
の場合、コンプレツサ１１の吐出口に４方弁１０
を介して接続される浴槽１内の熱交換器４及びこ
れと直列に接続された熱交換器６が凝縮器として
機能し、コンプレツサ１１の吸込口に接続される
熱交換器８が蒸発器として機能すると共に、熱交
換器８が介装された通風路Ｂがダクト１９，２０
を介して部屋側に連通し、他方の熱交換器６が介
装された通風路Ａが空気入口１７及び空気出口１
８を介して屋外に通じる。

従つて、まず凝縮器として機能する熱交換器４
により浴槽１内の水が50℃程度まで温められる。
この場合従来の燃焼式風呂釜ではガス漏れやガス
爆発を生じたりさらには不注意により加熱し過ぎ
て浴槽１内を異常に加熱したり、沸騰させたりす
る事故を招き、このような場合特に幼児や老人で
は火傷を負いやすく、さらには風呂釜の過加熱に
より火災に至る危険があつたがヒートポンプによ
る本発明装置では、熱交換器４を流れるフロンの
温度は入浴温度（約42℃）より10℃程度高いだけ
であり、不注意による人身、物の危険が避けられ
極めて安全性が高い。さらにダクトユニツト９外
壁にヒートポンプ駆動スイツチを設けておけば、
入浴時には熱交換器４を追い焚き装置として利用
することができる。

一方、これと併行して蒸発器として機能する熱
交換器８により冷却された空気がフアン２６によ
つて図中鎖線矢印方向に送風され、ダクト１９，
２０を介して部屋内を循環するため、部屋内の冷
房が行なわれる。換言すれば従来ヒートポンプに
よる冷房時屋外に無駄に排出されていた熱を利用
して風呂水加熱を行なうことができ、極めて合理
的な熱利用システムとなる。

尚、この場合、当初は浴槽１の熱交換器４によ
る放熱量が大きいが、風呂水の温度が上昇するに
つれて熱交換器６の放熱量が増大し、ヒートポン
プの成積係数即ち冷房効率は略一定に保たれる。

次に、冬期等寒冷時においては、同じく浴槽１
に水を張り４方弁１０を前記実線位置にセツトし
たまま切換弁２１，２２を図示鎖線位置に切換え
た状態でコンプレツサ１１と２つのフアン２５，
２６を駆動させると、風呂水加熱と部屋内の暖房
とを併行して行なえる。即ち、前記と同様凝縮器
として機能する熱交換器４により風呂水の加熱が
行なわれると共に、切換弁２１，２２位置により
熱交換器６が介装された通風路Ａがダクト１９，
２０を介して部屋側に連通するため、該熱交換器
６で暖められた空気がフアン２５により部屋内に
循環され部屋内が暖房される。又、屋外の空気は
フアン２６により空気入口１７から取り入れられ
蒸発器として機能する熱交換器８により冷去され
た後、空気出口１８から排出される。

そして、この場合には、凝縮器として機能する
２つの熱交換器４，６はこれらを流れるフロンの
温度と湯温度又は部屋温度との差に応じて両者の
組合わせにおける熱交換効率が最も高められるよ
うに作動するため風呂水加熱と部屋暖房とを効率
よくかつ経済的に行なうことができる。

又、同じく冷寒時に風呂使用後暖房を行なう場
合は、浴槽１内の残湯を抜くことなく４方弁１０
を図示点線位置に切換えると共に、切換弁２１，
２２も実線位置に切換えた状態でコンプレツサ１
１とフアン２５，２６を駆動する。

このようにすれば今度はコンプレツサ１１の吸
込口、吐出口との接続がこれまでの場合とは逆に
なるため熱交換器４，６が蒸発器して機能し、熱
交換器８が凝縮器として機能する。従つて、熱交
換器８で暖められた空気がフアン２６により部屋
内に送風されて暖房が行なわれるのであるが、こ
の場合特に蒸発器として機能する熱交換器４にお
いて高温に保温された浴槽１内の残湯から熱が効
果的に供給されることによりフロンの蒸発が促進
され、暖房効率が高められる。

次に、冷暖房は行なわず、風呂だけを沸かした
い場合には４方弁１０位置は実線位置、切換弁２
１，２２は鎖線位置にセツトし、この時部屋に通
じる通風路Ａ側のフアン２５の駆動を停止し、他
方のフアン２６だけ駆動する。この場合、熱交換
器６で暖められた空気は部屋へ送風はされない
が、部屋内への自然流入を完全に遮断するために
は、ダクト１９，２０に通じる部屋内の空気出入
口を開閉できるようにすればよい。

又、本装置による安全性、経済性を利用したも
のとして浴室を乾燥室として利用することが挙げ
られる。即ち、通常浴室は居室に比べて狭いもの
であるから、風呂水を排水して熱交換器４を露出
せしめ、これにより風呂水を沸かす場合と同様４
方弁を実線位置にセツトしてヒートポンプを駆動
させると、該熱交換器４が空気加熱器として機能
し、比較的短時間で浴室１内を暖める。従つてこ
れにより浴室内を洗濯物の乾燥室として利用する
ことができるのである。この場合浴室には通常換
気窓や換気扇があるので、洗濯物からの蒸発によ
る湿り空気は換気窓や換気扇を利用して交換で
き、又、浴室内温度も温度検知器によるヒートポ
ンプ制御等で適宜にすることで効果的な利用がで
きる。尚、この場合、切換弁２１，２２及びフア
ン２５，２６の操作は冷暖房の使用に応じてセツ
トすればよい。

第３図は本発明の別の実施例を示し、前記の構
成に加え、浴槽１内の熱交換器４と並列にバイパ
ス管２７を接続し、かつ、該バイパス管２７の一
方の接続部にバイパス管２７と熱交換器４とを選
択的に開通自由な通路切換弁２８を設けたもので
ある。

即ち、切換弁２８の操作により熱交換器４側を
開通させた場合は前記実施例と同様の機能を備え
るが、バイパス管２７を開通させれば、フロンは
熱交換器４を経由することなく熱交換器６を経由
するため浴槽１の加熱を行なうことなく冷暖房を
独立して行なうことができ、特に暖房運転時は効
率よく短時間で部屋内を暖房することができる。

第４図には本発明の更に別の実施例を示し、浴
槽１に設けた熱交換器４と、前記実施例に示した
ダクトユニツト９に設けた一方の熱交換器６とを
並列に接続し、その一方の接続部に両熱交換器
４，６を選択的に開通させる切換弁２９を設けた
ものである。この場合浴槽の加熱と暖房とは互い
に独立して行なわれる。又、切換弁２９の代りに
両熱交換器４，６へのフロンの流量割合を調節可
能な流量調節弁を設ければ風呂加熱と暖房とを同
時に行ない、その利用度に応じてフロンの流量割
合を変えて２つの熱交換器の熱交換能力を調整す
ることができる。

又、以上示した実施例では熱交換器の一つを浴
槽に配設する構成としたが、浴槽以外の貯湯槽に
配設してもよい。この場合、前記したようにヒー
トポンプで50℃程度に暖められた湯を貯湯槽に貯
え、適宜引き出してシヤワーとして使用したり、
更に加熱し高温の湯として使用してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、水加熱
機能と冷暖房機能とを兼ね備え、又、各熱交換器
を可及的に有効に熱利用でき、かつ、通風路の切
換を空気出入口及び切換弁の個数が最小で済むコ
ンパクトで信頼性の高いダクトユニツトを使用す
る構成としたため、総合的な住宅用熱利用装置と
してコンパクトにして低価格で製造でき、しかも
省エネルギ性に優れる等極めて多くの特長を備え
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は同上の実施例に使用するダクトユニツトの構
成図、第３図は本発明の第二の実施例を示す構成
図、第４図は本発明の第三の実施例を示す構成図
である。 １…浴槽、４，６，８…熱交換器、９…ダクト
ユニツト、１１…コンプレツサ、２１，２２…通
風路切換弁、Ａ，Ｂ…通風路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ヒートポンプの熱交換器の一つを水槽に配設
   すると共に、これと同一の機能をもつ熱交換器
   と、反対の機能をもつ熱交換器とを夫々中央部に
   介装した一対の通風路の両端部相互を夫々連通路
   を介して連通接続し、前記一対の連通路の相対向
   する壁部に夫々屋外に連通する空気出入口と、屋
   内に連通する空気出入口とを開口し、かつ、前記
   各対向する屋外側の空気出入口と屋内側の空気出
   入口との間に、各空気出入口を異なる通風路に連
   通させるように画成し、かつ、２つの切換位置で
   各空気出入口が連通する通風路を切り換えるよう
   に作動する通風路切換弁を介装してなるダクトユ
   ニツトを設けて構成したことを特徴とする熱利用
   装置。