(57)【要約】      （修正有）【課題】家庭用から業務用まで各種用途に利用できる寒冷地向きの多機能型ヒートポンプ式給湯・暖房装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ式給湯・暖房装置において、ヒートポンプユニットの熱交換器を、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設して、当該冷媒熱交換器から貯湯槽内のお湯と直接熱交換してお湯を高温に加熱保持し、前記貯湯蓄熱ユニットから加熱循環路を削除した。また、冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにした。【選択図】      図１
2006153307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に放熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、
貯湯槽から前記熱交換器へ温水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせであるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、
前記ヒートポンプユニットの熱交換器を、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設して、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器から貯湯槽内に収納されているお湯と直接熱交換してお湯を高温に加熱保持し得るようにするとともに、
前記貯湯蓄熱ユニットから前記加熱循環路を削除し、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯・暖房装置。
【請求項２】
大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に放熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、
貯湯槽から前記熱交換器へ温水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせであるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、
ヒートポンプユニットを屋外に設置し、貯湯蓄熱ユニットを屋内に設置するが、その際、前記ヒートポンプユニットを構成する熱交換器の部分だけを分離して屋内に設置し、屋外に設置した他の構成部材と屋内に設置した熱交換器とを冷媒管で連結して冷媒循環路を形成するようにしたことを特徴とする寒冷地用ヒートポンプ式給湯・暖房装置。
【請求項３】
大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に放熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、
貯湯槽から前記熱交換器へ温水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽の上部には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせてなるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、
前記貯湯蓄熱ユニットから前期加熱循環路を削除すると共に貯湯槽の下部に設けた給水口の近傍上方で、流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散し、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩やかに上昇し、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を起こし、当該貯湯槽の上部に配設した給湯システムおよび／または給熱システムに、常に貯湯槽内の上方にある高い温度のお湯を供給できるようにし、
前記ヒートポンプユニットの熱交換器は、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設するように構成し、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器から貯湯槽内に充填されているお湯と直接熱交換してお湯を高温に加熱し得るようにするとともに、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯・暖房装置。
【請求項４】
大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に加熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、
貯湯槽から前記熱交換器へ温水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽の上部には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせてなるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、
前記ヒートポンプユニットの熱交換器を、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設するように構成し、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器と貯湯槽内に充填されている水とが直接熱交換して高温湯水にし得るようにするとともに、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにし、
前記貯湯蓄熱ユニットから前期加熱循環路を削除すると共に貯湯槽の下部に設けた給水口の上方近傍で流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散し、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩やかに上昇し、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を起こるようになし、
当該貯湯槽の上部から高温給湯管を延出配管して、これを二つに分岐して、その一方は、水温調整用の混合三方弁を有する給湯装置とを連結して、貯湯槽内の高温水を源として、お湯を供給し得るようにした給湯システムとなし、他方は、水温調整用の混合三方弁を有する風呂装置と連結して、貯湯槽内の高温水を源として、風呂の中にお湯を供給し得るようにした風呂給湯システムとなし、
当該貯湯槽内の上半部には、水熱交換器を組み込みこの水熱交換器から高温水往管と低温水還管を延出配管して、これらを二組に分岐し、その一方は、床暖房装置と連結して水熱交換器で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して床暖房システムとなし、他方は、暖房装置と連結して水熱交換器で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して温水暖房システムとなしたことを特徴とする多機能型ヒートポンプ式給湯・暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然冷媒ＣＯ２やフロン系冷媒ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ等を用いたヒートポンプ式給湯・暖房装置に関する。特に本発明は、給湯設備、風呂給湯設備、床暖房設備、温水暖房設備として家庭用から業務用まで各種用途に利用できる寒冷地向きの多機能型ヒートポンプ式給湯・暖房装置として好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプ式給湯・暖房装置が製造販売されている。当該ヒートポンプ式給湯・暖房装置は、一般に図８に示すようにヒートポンプユニットと貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせからなる。
【０００３】
当該ヒートポンプユニットＨは、図８に示すように大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器Ａと、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機Ｂと、水の充填された熱交換器Ｃ内に放熱用冷媒管部Ｄと吸熱用水管部Ｅを内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器Ｃと、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁Ｆとを冷媒管Ｇａで順次連結して冷媒循環路Ｇを形成してなるものである。
【０００４】
また、前記貯湯蓄熱ユニットＩは、貯湯槽Ｊから前記熱交換器Ｃへ温水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯・蓄熱し得るようにする加熱循環路Ｋを形成するとともに、当該貯湯槽の上部には、図示しないが、必要に応じて給湯システムＬおよび／または給熱システムＭを装備し得るようにしたものである。
【０００５】
当該ヒートポンプ式給湯・暖房装置は、前記ヒートポンプユニットＨで熱交換して得られた高温水を貯湯槽Ｊに貯湯・蓄熱し、この貯湯槽Ｊの高温水を給湯システムＬを介して給湯や風呂給湯をしようとするとともに、給熱システムＭを介して前記高温水と熱交換して得られた暖房用温水を用いて温水暖房を行うものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、従来のヒートポンプユニットＨには、次のような技術的課題がある。
第１に、熱交換器Ｃは、水の充填された熱交換器内に放熱用冷媒管部Ｄ（冷媒一次側）と吸熱用水管部Ｅ（温水二次側）を内装配管され、高温の圧縮冷媒から熱交換により給水を加熱して温水を造る作用をするが、この場合、冷媒一次側と温水二次側との間には、３℃以上の温度差が必要となり、熱損失による温度の低下をもたらすことになる。つまり従来のヒートポンプユニットＨは、あまりエネルギーの消費効率（ＣＯＰ）が良くないものであった。
【０００７】
第２に、ヒートポンプユニットＨと貯湯蓄熱ユニットＩとの間は、温水管Ｋａで接続され、温水循環ポンプＮで温水が循環加熱され、設定温度に達した時点で、ヒートポンプユニットＨと温水循環ポンプＮは停止するが、ヒートポンプユニットＨと貯湯蓄熱ユニットＩとの間は温水管Ｋａで接続配管されているので、寒冷地においては屋外露出によって凍結する恐れがある。そのため、温水管の凍結防止のために、夜間などの不使用時に温水循環ポンプを稼動させたり、配管凍結防止のため電気ヒーターで暖めるなど、消費電力が大きくなる。
【０００８】
第３に、従来のヒートポンプ式給湯・暖房装置の場合は、給湯用の熱源と暖房用の熱源が、別に必要であった。そのための熱源用の設備を設けるための余分なコストが必要となる。
【０００９】
第４に、従来のヒートポンプ式給湯・暖房装置における貯湯槽Ｊへの低温水の給水、排水は当該貯湯槽Ｊの底部に配設されており、高温水の給入湯、配送湯は、当該貯湯槽Ｊの天井部Ｏに配設されている。そして、貯湯槽内へ充填されている温水を加熱するときは、加熱循環路Ｇと熱交換器Ｃと温水循環ポンプＮにより温水循環を繰り返し、強制的に対流を起こさせることになる。従って、加熱時には上方から下方へ強制対流が起こるのに対し、高温水を貯湯槽から給湯装置に送水するときは下方から上方へ流れが起こる。このため、貯湯槽内に乱流が起き、貯湯槽内壁面、熱交換器内壁面、配管内壁面などに付着する湯垢、塩類析出物、酸化物被膜などのスケールが、乱流によって剥離され沈殿、堆積することなく給湯に含まれて出湯される構造になっている。
【００１０】
本発明は、上記のような技術的課題を解消するために、ヒートポンプユニットの熱交換器を分離して貯湯蓄熱ユニットの貯湯槽下半部に組み込み、冷媒熱交換器から水に直接熱交換してお湯を高温に加熱するようにして、エネルギーの消費効率（ＣＯＰ）を高くするとともに、冷媒の漏洩を緊急遮断して安全性を確保し、同時に外気に晒されやすいヒートポンプユニットと貯湯蓄熱ユニットとの間を連結する配管を寒さに強い冷媒管として、寒冷地においても不用意に凍結しないようにして、実用的で省エネルギーで安全性の高いヒートポンプ式給湯・暖房装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
特許を受けようとする第１発明は、大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に放熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、貯湯槽から前記熱交換器へ給水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせであるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、前記ヒートポンプユニットの熱交換器を、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設して、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器から貯湯槽内に収納されているお湯と直接熱交換してお湯を高温に加熱保持し得るようにするとともに、前記貯湯蓄熱ユニットから前記加熱循環路を削除し、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯・暖房装置である。
【００１２】
当該第１発明は、ヒートポンプ式給湯・暖房装置の基本発明である。ヒートポンプユニットの熱交換器を分離して貯湯蓄熱ユニットの貯湯槽下半部に組み込み、冷媒熱交換器から水に直接熱交換してお湯を高温に加熱するようにしたこと、冷媒の漏洩を緊急遮断するようにして安全性を確保したこと、ヒートポンプユニットと貯湯蓄熱ユニットとの間を連結する配管を寒さに強い冷媒管として、寒冷地においても凍結しないことを基本構成として、実用的で省エネルギーで安全性の高いヒートポンプ式給湯・暖房装置を具現化したものである。
【００１３】
特に、ヒートポンプユニットの冷媒熱交換器を多管式水熱交換器にして、貯湯蓄熱ユニットの貯湯槽下半部に組み込むことで、従来の貯湯蓄熱ユニットから前記加熱循環路を削除することができることと、同時に熱交換器の放熱用冷媒管部と吸熱用水管部との温度差による熱損失と循環ポンプの消費電力の省力ができる。また、貯湯蓄熱ユニットから前記加熱循環路を削除したので、貯湯槽内に強制対流が起こることがなくなった。
【００１４】
また、屋外設置のヒートポンプユニットと、屋内設置の貯湯蓄熱ユニットの貯湯槽は、冷媒管で接続されている。冷媒は、凝固点が−１６０℃〜−１８０℃と低く凍結の恐れがない。従来のヒートポンプ式給湯・暖房装置の場合には、屋外設置のヒートポンプユニットと屋内設置の貯湯蓄熱ユニットの貯湯槽との間を水配管で接続されているため、凍結する恐れが多分にある。凍結防止のための温水循環ポンプで温水を流動させるか電気ヒーターで凍結防止を図っていた電力消費量が削減される。
【００１５】
ヒートポンプユニットに使用する冷媒は、自然冷媒としてＣＯ２、フロン系冷媒としてＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ等を使用することが出来る。ただし、ＣＦＣとＨＣＦＣはオゾン層保護の目的からモントリオール議定書によって、全廃が決定されており、わが国では２０２０年で生産中止となるので、実用的には、代替フロンＲ４１０Ａ（ＨＦＣ）か自然冷媒ＣＯ２を使用するのが望ましい。この代替フロンＲ４１０Ａ（ＨＦＣ）か自然冷媒ＣＯ２を使用した場合、９０℃の高温水を得ることが出来る。
【００１６】
特許を受けようとする第２発明は、大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に放熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、貯湯槽から前記熱交換器へ給水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせであるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、ヒートポンプユニットを屋外に設置し、貯湯蓄熱ユニットを屋内に設置するが、その際、前記ヒートポンプユニットを構成する熱交換器の部分だけを分離して屋内に設置し、屋外に設置した他の構成部材と屋内に設置した熱交換器とを冷媒管で連結して冷媒循環路を形成するようにしたことを特徴とする寒冷地用ヒートポンプ式給湯・暖房装置である。
【００１７】
当該第２発明は、前記ヒートポンプユニットを構成する熱交換器の部分だけを分離して屋内に設置し、屋外に設置した他の構成部材と屋内に設置した熱交換器とを冷媒管で連結して冷媒循環路を形成するようにしたことが特徴である。外気に露呈するヒートポンプユニットと貯湯蓄熱ユニットとの間を連結する配管を寒さに強い冷媒管としたので、寒冷地においても凍結しないことになった。寒冷地用のヒートポンプ式給湯・暖房装置として好適である。
【００１８】
特許を受けようとする第３発明は、大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に放熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、貯湯槽から前記熱交換器へ給水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽の上部には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせてなるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、前記貯湯蓄熱ユニットから前期加熱循環路を削除すると共に貯湯槽の下部に設けた給水口の近傍上方で、流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散し、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩やかに上昇し、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を起こし、当該貯湯槽の上部に配設した給湯システムおよび／または給熱システムに、常に貯湯槽内の上方にある高い温度のお湯を供給できるようにし、前記ヒートポンプユニットの熱交換器は、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設するように構成し、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器から貯湯槽内に充填されているお湯と直接熱交換してお湯を高温に加熱し得るようにするとともに、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯・暖房装置である。
【００１９】
当該第３発明は、第１発明の貯湯蓄熱ユニットにおける貯湯槽の下部に、流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散した後、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩速流で上昇する。これによって収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を発生させる。またその時、沈殿蓄積したスケールを攪拌、損失することなく、給湯に混入することもない。
【００２０】
なお、給湯時に、補給水が緩速流拡散壁の作用によって、底部から上部に向かって水平に押し上げ効果で上昇するが、このとき、槽内温水温度と補給水温度との間には、２０℃以上の温度差があると、お湯と水の間に温度境界層が生じ構内上部は高温水を維持するので、給湯には支障がない。
【００２１】
特許を受けようとする第４発明は、大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に加熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、貯湯槽から前記熱交換器へ給水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽の上部には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせてなるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、次のように特徴を構成したものとする。
【００２２】
第１に、前記ヒートポンプユニットの熱交換器を、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設するように構成し、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器と貯湯槽内に充填されている水とが直接熱交換して高温湯水になし得るようにするとともに、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにする。
【００２３】
第２に、前記貯湯蓄熱ユニットから前期加熱循環路を削除すると共に、貯湯槽の下部に設けた給水口の上方近傍で流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散し、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩やかに上昇し、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用が起こるようになす。
【００２４】
第３に、当該貯湯槽の上部から高温給湯管を延出配管して、これを二つに分岐して、その一方は、水温調整用の混合三方弁を有する給湯装置とを連結して、貯湯槽内の高温水を源として、お湯を供給し得るようにした給湯システムとなし、他方は、水温調整用の混合三方弁を有する風呂装置と連結して、貯湯槽内の高温水を源として、風呂の中にお湯を供給し得るようにした風呂給湯システムとなす。
【００２５】
第４に、当該貯湯槽内の上半部には、水熱交換器を組み込みこの水熱交換器から高温水往管と低温水還管を延出配管して、これらを二組に分岐し、その一方は、床暖房装置と連結して水熱交換器で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して床暖房システムとなし、他方は、暖房装置と連結して水熱交換器で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結してなる温水暖房システムとなす。
【００２６】
以上、第４発明は、ヒートポンプユニットと貯湯蓄熱ユニットからなるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、前記第１〜第４に記載する特徴ある構成を併設するようにしたことを特徴とする多機能型ヒートポンプ式給湯・暖房装置である。
【００２７】
当該第４発明は、ヒートポンプユニットの熱交換器を貯湯槽内の下半部に組み込むようになすとともに、冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を迅速に遮断して安全を確保し、貯湯槽の下部に緩速流拡散壁を設けて、給水口から流入する冷水または温度の低い水を拡散した後、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩速流で水平に上昇するようになし、上部の高温水を押し上げて乱流を防止し、出湯するお湯の温度を高く維持するようにした。
【００２８】
従って、高温給湯を前提とする給湯システムや風呂給湯システムが、安定して機能することができるようになった。具体的には、例えば、給湯システムにおける給湯温度は、通常４０℃前後で使用されるが貯湯槽内の温度は夜間蓄熱時６０℃以上９０℃までであり、昼間は６０℃以上を保持するので給湯には支障がない。給湯温度は水と湯との混合三方弁によって３５℃〜５０℃の間の任意の温度設定が可能である。また、風呂給湯システムでは、入浴者の好みにより３５℃〜４５℃間の任意の温度設定が出来る様に水と湯との混合三方弁によって温度調節後給湯することができる。
【００２９】
第４発明の貯湯槽内の安定した温度の温水を熱源として利用するため、貯湯槽内の上半部に水熱交換器を組み込んで、この水熱交換器から高温水往管と低温水還管を延出配管し、暖房装置の放熱器と連結して暖房システムとなした。当該暖房システムは、更に二つに分かれており、一方を床暖房システムとなし、他方を温水暖房システムとした。一般に暖房装置は、室内温度を所定の設定温度に保持させるためのものであるが、本発明にかかる熱源の温度が安定していることが、各暖房装置の放熱器へ安定した一定温度の熱供給を可能にしているのである。
【発明の効果】
【００３０】
第１発明は、ヒートポンプユニットの熱交換器を分離して貯湯蓄熱ユニットの貯湯槽下半部に組み込み、冷媒熱交換器から水に直接熱交換してお湯を高温に加熱するようにして、エネルギーの消費効率（ＣＯＰ）を高くすることができるようにした。また同時に、冷媒の漏洩を緊急遮断して安全性を確保し、同時に外気に晒されやすいヒートポンプユニットと貯湯蓄熱ユニットとの間を連結する配管を寒さに強い冷媒管として、寒冷地においても不用意に凍結しないようにした。即ち、本発明は、エネルギーの消費効率（ＣＯＰ）を高く、安全性の高いヒートポンプ式給湯・暖房装置を提供せんとするものである。
【００３１】
第２発明は、前記ヒートポンプユニットを構成する熱交換器の部分だけを分離して屋内に設置し、屋外に設置した他の構成部材と屋内に設置した熱交換器とを冷媒管で連結して冷媒循環路を形成するようにしたことにより、外気に露呈する配管を寒さに強い冷媒管とし、寒冷地においても凍結しないようにしたものである。
【００３２】
第３発明は、貯湯蓄熱ユニットにおける貯湯槽の下部に、流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散した後、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩速流で上昇するようにしたものである。これによって収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を発生させとともに、沈殿蓄積したスケールを攪拌、損失することなく、給湯に混入することもない。
【００３３】
第４発明は、貯湯槽内の安定した高温水を熱源として利用すべく、貯湯槽内の上半部に水熱交換器を組み込んで、この水熱交換器から高温水往管と低温水還管を延出配管しその先に暖房装置の放熱器と連結して暖房システムとなす。本発明の場合、当該暖房システムを更に二つに分けて、一方を床暖房システムとなし、他方を温水暖房システムを構築したものである。また、本発明は、当該貯湯槽内の安定した高温水を熱源として当該貯湯槽内の上部から高温水を配分給湯することで給湯システムとなし、これを二系統に分け、給湯と浴槽自動湯張りとして利用できるようにした。
【００３４】
このように本発明は、貯湯槽内の高温水を熱源でとして複数の暖房システムとしても、また、複数の給湯システムとしても、多目的に利用することができ、しかもそのイニシャルコスト、ランニングコスト共に経済的であり、省エネルギーに寄与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機と、水の充填された水熱交換器内に加熱用冷媒管部と吸熱用水管部を内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器と、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁とを冷媒管で順次連結して冷媒循環路を形成してなるヒートポンプユニットと、貯湯槽から前記熱交換器へ温水管を循環するように配管し、熱交換器で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路を形成するとともに、当該貯湯槽の上部には必要に応じて給湯システムおよび／または給熱システムを装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニットとの組み合わせてなるヒートポンプ式給湯・暖房装置において、次のような特徴を有するものである。
【００３６】
まず、前記ヒートポンプユニットの熱交換器を、冷媒循環路の一部を貯湯蓄熱ユニット内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器を配設するように構成し、当該冷媒熱交換器を前記貯湯槽内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器と貯湯槽内に充填されている水とが直接熱交換して高温湯水にし得るようにした。
【００３７】
同時に、前記ヒートポンプユニットから貯湯蓄熱ユニットに延出する冷媒循環路を構成する冷媒管の途中に圧力検出器と冷媒緊急遮断弁を設け、当該圧力検出器が冷媒循環路内の圧力低下を検知したとき前記冷媒緊急遮断弁を作動して冷媒の漏洩を遮断するようにして、安全性を確保した。
【００３８】
前記貯湯蓄熱ユニットから前記加熱循環路を削除し、貯湯槽の下部に設けた給水口の上方近傍で流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁を設け、給水口から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁に当たって拡散し、貯湯槽の底部に沿って滞留し緩やかに上昇し、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を起こるようになした。
【００３９】
当該貯湯槽の上部から高温給湯管を延出配管して、これを二つに分岐して、その一方は、水温調整用の混合三方弁を有する給湯装置とを連結して、貯湯槽内の高温水を源として、お湯を供給し得るようにした給湯システムとなし、他方は、水温調整用の混合三方弁を有する風呂装置と連結して、貯湯槽内の高温水を源として、風呂の中にお湯を供給し得るようにした風呂給湯システムとなした。
【００４０】
当該貯湯槽内の上半部には、水熱交換器を組み込みこの水熱交換器から高温水往管と低温水還管を延出配管して、これらを二組に分岐し、その一方は、床暖房装置と連結して水熱交換器で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して床暖房システムとなし、他方は、暖房装置と連結して水熱交換器で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して温水暖房システムとなしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯・暖房装置である。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置を図示実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の一実施例の構成を示す縦断側面説明図であり、図２は、貯湯槽に設けた緩速流拡散壁を示す要部縦断説明図であり、図３は、同緩速流拡散壁の平面図であり、図４は、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の給湯システムの配管を示す平面図であり、図５は、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の給湯システムの配管を示す側面図であり、図６は、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の暖房システムの配管を示す平面図であり、図７は、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の暖房システムの配管を示す側面図であり、図８は、従来のヒートポンプ式給湯・暖房装置の基本構成を示す説明図である。
【００４２】
図１に示したヒートポンプ式給湯・暖房装置の基本構成は、ヒートポンプユニット１と貯湯蓄熱ユニット２との組み合わせてなるものである。
【００４３】
当該ヒートポンプユニット１は、大気から吸熱して冷媒を温める空気熱交換器３（Ａ）と、冷媒を圧縮して高温にする圧縮機４（Ｂ）と、水の充填された熱交換器内に加熱用冷媒管部Ｄと吸熱用水管部Ｅを内装配管され高温の圧縮冷媒から水熱交換により給水を加熱してお湯をつくるようにした熱交換器Ｃと、圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にする膨張弁５（Ｆ）とを冷媒管６（Ｇａ）で順次連結して冷媒循環路７（Ｇ）を形成してなるものである。
【００４４】
次に従来の前記貯湯蓄熱ユニット２（Ｉ）は、貯湯槽８（Ｊ）から前記熱交換器９（Ｃ）へ温水管Ｋａを循環するように配管し、熱交換器９（Ｃ）で給水を加熱してお湯にしたものを貯湯槽８（Ｊ）に送水して貯湯蓄熱し得るようにした加熱循環路Ｋを形成するものである。そして、当該貯湯槽８（Ｊ）の上部には必要に応じて給湯システム１０および／または給熱システム１１を装備し得るようにした貯湯蓄熱ユニット２との組み合わせ得るように構成されている。このような従来からあるヒートポンプ式給湯・暖房装置を次のように改良したものである。
【００４５】
まず、前記ヒートポンプユニット１の熱交換器９は、冷媒循環路７の一部を貯湯蓄熱ユニット２内にまで延出した先端部に冷媒熱交換器１２を配設するように構成し、当該冷媒熱交換器１２を前記貯湯槽８内の下半部に組み込むようになし、当該冷媒熱交換器１２と貯湯槽８内に充填されている水とが直接熱交換して高温湯水になし得るようにした。
【００４６】
従って、図１に示すように、ヒートポンプユニット１の冷媒循環路７は、空気熱交換器３で大気から吸熱して冷媒を温めたうえ、圧縮機４で冷媒を圧縮してほぼ９０℃位の高温にする。その上で、前記貯湯槽８内の下半部に組み込んだ冷媒熱交換器９を介して貯湯槽８内に充填されている水とが直接熱交換して高温水に加熱した後、膨張弁５にもどり圧縮冷媒を膨張させて低圧状態にしながら空気熱交換器３に戻り、この循環を繰り返すことにより、設定された温度の高温水にする。
【００４７】
冷媒循環路７の一部の冷媒熱交換器９が劣化または亀裂などが原因で冷媒が貯湯槽８内に漏洩すると、冷媒往管６ａと冷媒還管６ｂ内の圧力が急降下する。このような場合でも、前記ヒートポンプユニット１から貯湯蓄熱ユニット２に延出する冷媒循環路７を構成する冷媒管６の途中に圧力検出器１３と冷媒緊急遮断弁１４,１４を設けてあるので、当該圧力検出器１３が冷媒循環路７内の圧力低下を検知して前記冷媒緊急遮断弁１４,１４を作動させて、瞬時に冷媒の漏洩を遮断する。本発明は、これによって安全性を確保するようにしたものである。
【００４８】
なお、この際冷媒熱交換器９を、多管式水熱交換器１２となすのが望ましい。当該多管式水熱交換器１２は、冷媒往管管寄せ１２ａと冷媒還管管寄せ１２ｂと、冷媒管用取付板１２ｃから構成され、当該冷媒往管６ａと冷媒還管６ｂは冷媒管用取付板１２ｃで支持され、冷媒往管６ａは冷媒往管管寄せ１２ａで細管に分割され、必要な伝熱面積を確保し、貯湯槽８内の水と熱交換した後、冷却された冷媒は冷媒還管管寄せ１２ｂに集められ、冷媒還管６ｂを経て、ヒートポンプユニット１の膨張弁５から空気熱交換器３に戻る構成となっている。
【００４９】
また、前記貯湯蓄熱ユニット２から前記加熱循環路ｋを削除すると共に、貯湯槽８の下部に設けた給水口１５の上方近傍で流入する水が衝当する位置に緩速流拡散壁１６を設け、給水口１５から流入する冷水または温度の低い水が緩速流拡散壁１６に当たって拡散し、貯湯槽の底部に沿って滞留１７し、その後緩やかに上昇して、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる作用を起こるようになした。
【００５０】
次に、当該貯湯槽８の上部から高温給湯管１８を延出配管して、これを温水給湯管１８ａと風呂給湯管１８ｂ二つに分岐し、その一方の温水給湯管１８ａは、水温調整用混合三方弁１９を有する給湯装置２０とを連結して、貯湯槽８内の高温水を源として、お湯を供給し得るようにした温水給湯システム２１となし、他方は、水温調整用混合三方弁２２を有する風呂装置２３と連結して、貯湯槽８内の高温水を源として、風呂の中にお湯を供給し得るようにした風呂給湯システム２４となした。
【００５１】
当該給湯システム２１による給湯は、給湯温度検出器２５で温度を検出し、給湯用の水温調整用三方弁１９で湯水混合用給湯管２６の給水と混合され設定温度を保ち給湯する構成である。また風呂給湯システム２４は、高温給湯管１８から給湯管１８ａと風呂給湯管１８ｂに分岐され、風呂給湯温度検出器２７で温度を検出し風呂給湯用の水温調整用三方弁２２で湯水混合用給湯管２６からの給水と混合され設定温度を保ち給湯し、風呂湯張用流量計２８で設定した流量が浴槽に達した時点で風呂張用電磁弁２９が作動し給湯を停止するように構成する。
【００５２】
前記高温給湯管１８に取付ける負圧弁付逃し弁３０は貯湯槽８内の水が高温になったときに生じる体積膨張による貯湯槽８内の圧力上昇を逃すと同時に貯湯槽８内が負圧になったときに、大気を吸い込み貯湯槽８を保護し安全を計るように構成した。
【００５３】
給湯時の補給水は給水用減圧弁３１で適度な水圧、通常１７０kpa程度に減圧され、貯湯槽８と湯水混合用給湯管２６に分岐される。貯湯槽８のに補給する給水口１５から吹出した水は、緩速流拡散壁１６に当たり、貯湯槽８の底部に沿って拡散し、滞留する１７とともに、収納されている高い温度のお湯を上部に向かってほぼ水平に押し上げる。貯湯槽８の中の水は冷媒熱交換器９（多管式水熱交換器１２）によって加熱され、上部は高温になる。給湯時には、下部からの水圧による押し上げ効果で上部の高温水から給湯されるので効果がある。
【００５４】
なお、給水温度検出器３２は給水温度表示用であり、貯湯槽下部温度検出器３３は、ヒートポンプユニット１の始動用であり、貯湯槽中部温度検出器３４は蓄熱量検出用であり、貯湯槽上部温度検出器３５は蓄熱量検出用とヒートポンプユニット１停止用である。
【００５５】
当該貯湯槽８内の上半部には、水熱交換器３６を組み込みこの水熱交換器３６から高温水往管３７と低温水還管３８を延出配管して、これらを更に床暖房往管４５ａと床暖房還管４５ｂとの二組に分岐し、その一方は、床暖房装置３９と連結して水熱交換器３６で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して床暖房システム４０となし、他方は、温水暖房装置４１と連結して水熱交換器３６で暖められた温水を熱源としてこれが循環するように連結して温水暖房システム４２となした。
【００５６】
３４
当該床暖房システム４０は、床暖房往管４５ａを経て床暖房用温度検出器４６による設定温度によって床暖房用温度調整三方弁４３が作動し、一定温度の温水が床暖房用温水循環ポンプ４４によって床暖房用往管寄せ５３で分岐され床暖房装置３９に送られる。放熱された温水は床暖房還管４５ｂを介して水熱交換器３６に戻る循環を繰り返し床暖房となる。
【００５７】
前記温水暖房システム４２は、温水暖房往管４７ａを経て温水暖房用温度検出器４８による設定温度によって温水暖房用温度調整三方弁４９が作動し、一定温度の温水暖房用温水循環ポンプ５０によって温水暖房用往管寄せ５１で分岐され温水暖房装置４１に送られる。放熱された温水は温水暖房還管寄せ５４を介して水熱交換器３６に戻る循環を繰り返し温水暖房となる。
【００５８】
暖房用逆止弁５５、５５は温水暖房回路と床暖房用回路が混合することを防止するためであり、密閉式膨張タンク５６は温水暖房用配管、床暖房配管、床暖房装置３９、温水暖房装置４１床の中に含まれる温水が膨張した時の膨張分量を吸収し、安全を図るものである。
【００５９】
当該床暖房、温水暖房は、建築面積により熱損失が異なるので、条件に応じて温水流量を変化させる必要がある。流量を３〜４段階に変化できる床暖房用温水循環ポンプ４４や温水暖房用温水循環ポンプ５０を付属することで条件に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の一実施例の構成を示す縦断側面説明図である。
【図２】貯湯槽に設けた緩速流拡散壁を示す要部縦断説明図である。
【図３】同緩速流拡散壁の平面図である。
【図４】本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の給湯システムの配管を示す平面図である。
【図５】本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の給湯システムの配管を示す側面図である。
【図６】本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の暖房システムの配管を示す平面図である。
【図７】本発明にかかるヒートポンプ式給湯・暖房装置の暖房システムの配管を示す側面図である。
【図８】従来のヒートポンプ式給湯・暖房装置の基本構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１：ヒートポンプユニット（Ｈ）
２：貯湯蓄熱ユニット（Ｉ）
３：空気熱交換器（Ａ）
４：圧縮機（Ｂ）
５：膨張弁（Ｆ）
６：冷媒管（Ｇａ）
６ａ：冷媒往管
６ｂ：冷媒還管
７：冷媒循環路（Ｇ）
８：貯湯槽（Ｊ）
９：冷媒熱交換器（Ｃ）
１０：給湯システム
１１：給熱システム
１２：多管式水熱交換器
１２ａ：冷媒往管管寄せ
１２ｂ：冷媒還管管寄せ
１２ｃ：冷媒管用取付板
１３：圧力検出器
１４：冷媒緊急遮断弁
１５：給水口
１６：緩速流拡散壁
１７：滞留
１８：高温給湯管
１８ａ：温水給湯管
１８ｂ：風呂給湯管
１９：水温調整用混合三方弁
２０：給湯装置
２１：温水給湯システム
２２：水温調整用混合三方弁
２３：風呂装置
２４：風呂給湯システム
２５：給湯温度検出器
２６：湯水混合用給湯管
２７：風呂給湯温度検出器
２８：風呂湯張用流量計
２９：風呂張用電磁弁
３０：負圧弁付逃し弁
３１：給水用減圧弁
３２：給水温度検出器
３３：貯湯槽下部温度検出器
３４：貯湯槽中部温度検出器
３５：貯湯槽上部温度検出器
３６：水熱交換器
３７：高温水往管
３８：低温水還管
３９：床暖房装置
４０：床暖房システム
４１：温水暖房装置
４２：温水暖房システム
４３：床暖房用温度調整三方弁
４４：床暖房用温水循環ポンプ
４５ａ：床暖房往管
４５ｂ：床暖房還管
４６：床暖房用温度検出器
４７ａ：温水暖房往管
４７ｂ：温水暖房還管
４８：温水暖房用温度検出器
４９：温水暖房用温度調整三方弁
５０：温水暖房用温水循環ポンプ
５１：温水暖房用往管寄せ
５２：温水暖房還管寄せ
５３：床暖房用往管寄せ
５４：温水暖房還管寄せ
５５：暖房用逆止弁
５６：密閉式膨張タンク
Ａ：空気熱交換器
Ｂ：圧縮機
Ｃ：熱交換器
Ｄ：放熱用冷媒管部
Ｅ：吸熱用水管部
Ｆ：膨張弁
Ｇ：冷媒循環路
Ｇａ：冷媒管
Ｈ：ヒートポンプユニット
Ｉ：貯湯蓄熱ユニット
Ｊ：貯湯槽
Ｋ：加熱循環路
Ｋａ：温水管
Ｌ：給湯システム
Ｍ：貯湯蓄熱ユニット
Ｎ：温水循環ポンプ
【図１】
2006153307.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006153307.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006153307.tif 000007
【図６】
2006153307.tif 000008
【図７】
2006153307.tif 000009
【図８】
2006153307.tif 000010