(57)【要約】【課題】ヒートポンプのエネルギー効率を低下させることなく湯温の低下した低温水を加熱することができ、効率的な運転が可能なヒートポンプ暖房・給湯機を提供する。【解決手段】貯湯タンクユニット、ヒートポンプユニット、暖房ユニットを備えたヒートポンプ暖房・給湯機であって、所定の温度で相転移する潜熱蓄熱材を備えた蓄熱部が、貯湯タンクユニットからヒートポンプユニットへの給水管と、外部水道を貯湯タンクユニットに補給する給水管との双方に接するように配置されているヒートポンプ暖房・給湯機。前記ヒートポンプユニットはＣＯ２を冷媒とするヒートポンプユニットであり、前記潜熱蓄熱材は相転移点が２０〜３０℃の潜熱蓄熱材である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクユニット、ヒートポンプユニット、暖房ユニットを備えたヒートポンプ暖房・給湯機であって、
所定の温度で相転移する潜熱蓄熱材を備えた蓄熱部が、前記貯湯タンクユニットから前記ヒートポンプユニットへの給水管と、外部水道を貯湯タンクユニットに補給する給水管との双方に接するように配置されていることを特徴とするヒートポンプ暖房・給湯機。
【請求項２】
前記ヒートポンプユニットは、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプユニットであることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ暖房・給湯機。
【請求項３】
前記潜熱蓄熱材は、相転移点が２０〜３０℃の潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ暖房・給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機能に暖房機能が付加された多機能タイプのヒートポンプ暖房・給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フロンやＣＯ２（二酸化炭素）等を冷媒として用いたヒートポンプ給湯機に暖房機能が付加された多機能タイプのヒートポンプ暖房・給湯機が注目されている（非特許文献１、２）。
【０００３】
このようなヒートポンプ暖房・給湯機の基本的な構成を図３に示す。図３は、従来のヒートポンプ暖房・給湯機の要部の概略を模式的に示したものであり、ヒートポンプ暖房・給湯機は、貯湯タンクユニット１、ヒートポンプユニット２、暖房ユニット３を備えており、さらに図示しないこれらの制御部を備えている。
【０００４】
貯湯タンクユニット１は６０〜９０℃程度の温度の湯を貯える貯湯槽であり、上部には貯えられた湯を浴槽、シャワー、台所の水栓等の給湯端末１ｅに供給する給水管１ｄが、下部には使用されて減少した湯量に見合う補給水を水道から供給する給水管１ｂが接続されている。さらに、貯湯タンクユニット１には、湯温の低下した低温水をヒートポンプユニット２に送ると共に、ヒートポンプユニット２により加熱された高温水を貯湯タンクユニット１に戻すための給水管１ｃが接続されている。
【０００５】
ヒートポンプユニット２は、フロンやＣＯ２等を冷媒とするヒートポンプであって、貯湯タンクユニット１の下部より送られてきた低温水を、ヒートポンプの稼働により熱せられた冷媒と熱交換させて、例えば冷媒がフロンの場合には６０℃程度、ＣＯ２の場合には９０℃程度まで加熱するものである。
【０００６】
暖房ユニット３は、床暖房パネルやパネルラジエター等の暖房負荷であり、熱媒体が充填された熱媒体循環路３ａが接続されている。この熱媒体は、貯湯タンクユニット１内に設けられた熱交換部３ｂにおいて貯湯タンクユニット１内に貯えられた湯と熱交換されて５０〜７０℃に暖められて熱媒体循環路３ａを介して暖房ユニット３に送られ、暖房ユニット３において放熱することにより暖房が行われる。放熱された熱媒体は３５〜５５℃に温度が低下し、熱媒体循環路３ａを介して熱交換部３ｂに送られ、再び５０〜７０℃に暖められる。
【０００７】
しかし、厳冬期等のように長時間連続して暖房運転が行われると、熱媒体は長時間連続して貯湯タンクユニット１と暖房ユニット３とを循環することとなる。この結果、貯湯タンクユニット１内の湯温はこの連続的な熱交換に消費され、徐々に低下していく。そして、最終的には、熱媒体の戻り温度である３５〜５５℃にまで低下する恐れがある。
【０００８】
このように貯湯タンクユニット１内の湯温が低下すると、熱媒体の暖房ユニット３への送り温度も低下するため暖房能力が低下すると共に、給湯端末１ｅへの給水温度も低下する。
【０００９】
そこで、水温の低下した温水（低温水）をヒートポンプユニット２に送り加熱する必要があるが、ヒートポンプユニット２は内蔵している冷媒ガスの特性上、エンタルピーが大きい程、即ち、送られてきた低温水と加熱された高温水との温度差（以下、「加熱温度差」ともいう）が大きい程、エネルギー効率が良くなるため、基本的に１０℃の低温から加温する場合に最も効率的となるように設計されている。
【００１０】
このため、ヒートポンプユニット２へ送られる水温が３５〜５５℃のような中間的な温度の場合には、加熱温度差が小さくなるため、エネルギー効率が低下し、消費電力の増加を招く。例えば、冷媒がＣＯ２の場合、１０℃からの加熱に比べ、１／５程度にまでエネルギー効率が低下する。
【００１１】
図２にその一例を示す。図２は、ＣＯ２ヒートポンプユニットへの給水温度とエネルギー効率との関係を説明するグラフであり、所定の給水温度におけるＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績関数：熱交換量と消費電力との比）と外気温度との関係を示している。図２より、ヒートポンプユニットへの給水温度が４０℃の場合のＣＯＰは、３０℃の場合に比べ小さなＣＯＰとなり、エネルギー効率が悪いことが分かる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】”エコキュート床暖房の本当の話”、［ｏｎｌｉｎｅ］、有限会社遠山電器、［平成２１年５月２５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｈｙａｍａｄｅｎｋｉ．ｊｐ／ｅｋｏｋｙｕ−ｔｏｎｏｈａｎａｓｉ．ｈｔｍ〉
【非特許文献２】”暖房給湯一体型（北海道電力管内向け）”、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社  日立製作所、［平成２１年５月２５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｋａｄｅｎｆａｎ．ｈｉｔａｃｈｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｈｏｔ／ｌｉｎｅｕｐ／ａｌｌｏｎｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑み、ヒートポンプのエネルギー効率を低下させることなく湯温の低下した低温水を加熱することができ、効率的な運転が可能なヒートポンプ暖房・給湯機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上記課題の解決につき鋭意検討した結果、以下に示す各請求項の発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１５】
請求項１に記載の発明は、
貯湯タンクユニット、ヒートポンプユニット、暖房ユニットを備えたヒートポンプ暖房・給湯機であって、
所定の温度で相転移する潜熱蓄熱材を備えた蓄熱部が、前記貯湯タンクユニットから前記ヒートポンプユニットへの給水管と、外部水道を貯湯タンクユニットに補給する給水管との双方に接するように配置されていることを特徴とするヒートポンプ暖房・給湯機である。
【００１６】
本請求項の発明においては、蓄熱部を、貯湯タンクユニットからヒートポンプユニットへの給水管と、外部水道を貯湯タンクユニットに補給する給水管との双方に接するように配置しているため、貯湯タンクユニットからヒートポンプユニットへ送られる中間的な温度の低温水は、蓄熱部に備えられた潜熱蓄熱材により熱が奪われてさらに水温を低下させる。この結果、ヒートポンプユニットにおいて加熱温度差をより大きくすることができ、ヒートポンプユニットのエネルギー効率を高めることができる。
【００１７】
一方、このとき蓄熱部に取り込まれた熱は、外部から貯湯タンクユニットへ給水される際に放出されて、厳冬期等には０℃近くまで低下することもある外部水道（補給水）の水温を上昇させる。
【００１８】
このように、本発明においては、蓄熱部が熱交換機能を発揮して中間的な温度の低温水の熱エネルギーを吸収してより低温にしてヒートポンプユニットに送ることによりヒートポンプユニットのエネルギー効率を高めると共に、吸収した熱エネルギーを無駄なく利用して補給水を加温しているため、ヒートポンプ暖房・給湯機を効率的に運転することができる。
【００１９】
潜熱蓄熱材としては、貯湯タンクユニットからヒートポンプユニットへ送られる温水の温度と、外部から貯湯タンクユニットへ送られる補給水の水温との間に相転移点を有する材料であれば特に限定されないが、転移熱のより大きい材料が好ましい。
【００２０】
なお、このように蓄熱部を設けることにより、暖房期以外の季節においても、ヒートポンプユニットでは一定の水温の温水を加温することになるため、給湯機として安定した運転が可能となる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、
前記ヒートポンプユニットは、ＣＯ２を冷媒とするヒートポンプユニットであることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ暖房・給湯機である。
【００２２】
前述したように、ヒートポンプユニットはエンタルピーが大きい程、即ち送られてきた低温水と加熱された高温水との温度差（加熱温度差）が大きい程、エネルギー効率が良くなるように設定されている。即ち、ＣＯ２冷媒では９０℃程度にまで加熱するため、フロン冷媒の６０℃程度までに比べ加温範囲が広く（加熱温度差が大きい）、ヒートポンプユニットのエネルギー効率をより高めることができ、ランニングコストを安くすることができる。
【００２３】
また、ＣＯ２冷媒はフロンに比べて地球温暖化への影響が少ない自然冷媒であり、環境にやさしいヒートポンプ暖房・給湯機を提供することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、
前記潜熱蓄熱材は、相転移点が２０〜３０℃の潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ暖房・給湯機である。
【００２５】
本請求項の発明は、前記した潜熱蓄熱材を規定するものである。前記したように、厳冬期等に長時間連続して暖房運転を行った場合、ヒートポンプユニットへ送られる低温水の水温は３５〜５５℃のような中間的な温度となる。そして、この時期の補給水の水温は０℃近くまで低下している。
【００２６】
このような温度状態の低温水と補給水との間で短時間に交換できる熱量と、ヒートポンプユニットへ送られる低温水の望ましい水温、補給水の水温等を考慮すると、相転移点が２０〜３０℃の潜熱蓄熱材を備えた蓄熱部を配置することにより、貯湯タンクユニットからヒートポンプユニットへ２０〜３０℃程度の温水を送り、一方、補給水についても２０℃前後に加温して貯湯タンクユニットに供給することができる。このため、エネルギーを無駄なく効率的に利用することができる。
【００２７】
このような潜熱蓄熱材としては、具体的には、例えば、塩化カルシウムＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ［相転移点：２９℃（融点）、転移熱：１７１ｋＪ／ｋｇ（２５６ｋＪ／ｄｍ３）］やポリエチレングリコールＮｏ．６００（ＰＥＧ−６００）ＨＣＨ２ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎＯＨ［相転移点：１８〜２２℃（融点）、転移熱：１４６ｋＪ／ｋｇ（１７２ｋＪ／ｄｍ３）］等を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ヒートポンプのエネルギー効率を低下させることなく湯温の低下した低温水を加熱することができ、効率的な運転が可能なヒートポンプ暖房・給湯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るヒートポンプ暖房・給湯機の要部の概略を模式的に示す図である。
【図２】ヒートポンプユニットへの給水温度とエネルギー効率との関係を説明するグラフである。
【図３】従来のヒートポンプ暖房・給湯機の要部の概略を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００３１】
図１に本発明に係るヒートポンプ暖房・給湯機の要部の概略を模式的に示す。従来のヒートポンプ暖房・給湯機の要部の概略を模式的に示す図３と対比して分かるように、蓄熱部４以外の構成は従来と変わりない。このため、以下の説明においては、上述した図３の説明と重複する説明は避け、蓄熱部４と関連する説明のみを行う。
【００３２】
図１に示すように、蓄熱部４は、貯湯タンクユニット１からヒートポンプユニット２への給水管１ｃと、外部水道から貯湯タンクユニットへの給水管１ｂとの双方に接するように配置されている。
【００３３】
そして、この蓄熱部４は相転移点が２０〜３０℃の潜熱蓄熱材を備えている。
【００３４】
上述したように、従来のヒートポンプ暖房・給湯機を用いて連続的な暖房運転を行った場合、熱交換部３ｂにおいて熱媒体循環路３ａ内の熱媒体と貯湯タンクユニット１内に貯えられた湯との間で始終熱交換が行われるため、貯湯タンクユニット１内の湯温が３５〜５５℃にまで低下する。
【００３５】
そこで、貯湯タンクユニット１内の湯温を上昇させるために、貯湯タンクユニット１の下部より給水管１ｃを介してヒートポンプユニット２に３５〜５５℃の低温水を送り出す。
【００３６】
このとき、給水管１ｃの途中に蓄熱部４が配置されているため、送り出された３５〜５５℃の低温水は蓄熱部４により熱を吸収されて２０〜３０℃へとさらに水温を低下してヒートポンプユニット２に送られる。
【００３７】
ヒートポンプユニット２では、水温が２０〜３０℃の低温水を６０〜９０℃に加熱するため、３５〜５５℃の低温水をそのまま送った場合に比べ、ヒートポンプユニット２におけるエネルギー効率の低下を抑制することができる。
【００３８】
ヒートポンプユニット２により６０〜９０℃に加熱された高温水は、給水管１ｃを介して貯湯タンクユニット１の上部より貯湯タンクユニット１に返され、貯湯タンクユニット１内の湯温を上昇させる。
【００３９】
蓄熱部４に吸収された熱は貯えられ、その後、給水管１ｂを介して外部水道から貯湯タンクユニット１へ補給水（水道水）が供給される際、補給水に放出される。これにより、外気温近い水温の水道水を２０℃前後にまで加温して貯湯タンクユニット１へ補給することができる。
【００４０】
このように、蓄熱部４が熱交換機能を発揮して中間的な温度の低温水の熱エネルギーを吸収してより低温にしてヒートポンプユニット２に送ることによりヒートポンプユニット２のエネルギー効率を高めると共に、吸収した熱エネルギーを無駄なく利用して補給水を加温しているため、ヒートポンプ暖房・給湯機を効率的に運転することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１                      貯湯タンクユニット
１ｂ、１ｃ、１ｄ        給水管
１ｅ                    給湯端末
２                      ヒートポンプユニット
３                      暖房ユニット
３ａ                    熱媒体循環路
３ｂ                    熱交換部
４                      蓄熱部
【図１】
2011007418.tif 000003
【図２】
2011007418.tif 000004
【図３】
2011007418.tif 000005