(57)【要約】      （修正有）【課題】従来公知のヒートポンプ式給湯装置におけるよりも、さらに衛生的で且つ熱効率的にもすぐれたヒートポンプ式給湯装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプユニット２の放熱側熱交換器４によって加熱される水Ｗを貯留するとともにその内部に前記貯留水Ｗと熱交換して内部を貫流する貫流水Ｗを加熱する水タンク内熱交換器１０を設けた貯水タンク１とをそなえるとともに、前記貯水タンク１内における前記低位置側水配管２１の開口２１ａより高位の中間高さ位置に、前記貯水タンク１内の上下方向水流動を規制するバッフル部材４１Ａを設けた。  バッフル部材は貯水タンク１内空間を上下方向に区画する横設板状体４１Ａと貯水タンク１内空間を径方向に区画する縦設板状体の一方又は両方で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機（３）と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器（４）と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器（６）とをそなえたヒートポンプユニット（２）と、該ヒートポンプユニット（２）に対して低位置側水配管（２１）と高位置側水配管（２２）によって接続され前記放熱側熱交換器（４）によって加熱される水（Ｗ1）を貯留するとともにその内部に前記貯留水（Ｗ1）と熱交換して内部を貫流する貫流水（Ｗ2）を加熱する水タンク内熱交換器（１０）を設けた貯水タンク（１）とをそなえるとともに、前記貯水タンク（１）内における前記低位置側水配管（２１）の開口（２１ａ）より高位の中間高さ位置に、前記貯水タンク（１）内の上下方向水流動を規制するバッフル部材（４１Ａ，４１Ｂ）を設けたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
バッフル部材が貯水タンク（１）内空間を上下方向に区画する横設板状体（４１Ａ）で構成されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
バッフル部材が貯水タンク（１）内空間を径方向に区画する縦設板状体（４１Ｂ）で構成されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
バッフル部材が貯水タンク（１）内空間を上下方向に区画する横設板状体（４１Ａ）と貯水タンク（１）内空間を径方向に区画する縦設板状体（４１Ｂ）とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
貯水タンク（１）内に貯留されている貯留水（Ｗ1）と水タンク内熱交換器（１０）内を貫流する貫流水（Ｗ2）との間の熱交換によって温度変化する貯留水（Ｗ1）の温度が、貯水タンク（１）内の下方側において低く、貯水タンク（１）内の上方側において高くなるように前記水タンク内熱交換器（１０）が構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項６】
水タンク内熱交換器（１０）が管状体で構成されており、該水タンク内熱交換器（１０）の下部側部分（１０Ｂ）の管内径を上部側部分（１０Ａ）の管内径よりも細径として管内水流速度が前記管上部側部分（１０Ａ）より前記管下部側部分（１０Ｂ）において大きくなるようにしたことを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項７】
水タンク内熱交換器（１０）が管状体で構成されており、該水タンク内熱交換器（１０）の下部側部分（１０Ｂ）が内面溝付管とされていることを特徴とする請求項５又は６記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項８】
水タンク内熱交換器（１０）がコイル管状体で構成されており、そのコイル密度が水タンク内熱交換器（１０）の上部側部分（１０Ａ）より下部側部分（１０Ｂ）において高密度とされていることを特徴とする請求項５，６又は７記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項９】
水タンク内熱交換器（１０）がコイル管状体で構成されており、且つそのコイル管状体の一部を上下方向に高度差の小さい渦巻状とすることにより当該渦巻状部分（１０Ｃ）が貯水タンク内貯留水（Ｗ1）の上下方向流動に対する抵抗体となるようにされていることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器とをそなえたヒートポンプユニットによって貯水タンク内の貯留水を加熱するようにしたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５には、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器４と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器６とをそなえたヒートポンプユニット２によって貯水タンク１内の貯留水Ｗを加熱するようにしたヒートポンプ式給湯装置の従来例が示されている。この従来公知のヒートポンプ式給湯装置では、貯水タンク１とヒートポンプユニット２の放熱側熱交換器４とは低位置側水配管２１と高位置側水配管２２によって接続され、貯水タンク１内の貯留水Ｗ1をポンプ２３によって放熱側熱交換器４側に送給して該貯留水Ｗ1を加熱するようにしている。一方、貯水タンク１に対しては、給水配管７により補給水（通常は水道水）Ｗ0が送給され、貯水タンク１内で加温・貯留されている貯留水Ｗ1は給湯配管８から取り出されて風呂、台所、シャワー等の用途に使用されるようになっている。なお、図５において符号３０は貯水タンク１から供給される温水を熱源とする暖房用ラジエータ、３１，３２はその連絡配管、３３は温水循環用ポンプである。
【０００３】
ところで、本願発明者によれば、このような従来公知のヒートポンプ式給湯装置には次のような改善点があることが知見された。
【０００４】
（ア）  貯水タンク１には給湯装置の長期にわたる使用中に徐々にスケールが蓄積されてくるが、従来はそのスケールを含んだ貯留水Ｗ1がそのまま風呂、台所、シャワー等のように人体に直接供給される用途に使用されている（もちろん、この従来例のヒートポンプ式給湯装置で供給される温水であっても、衛生上何らかの問題があるということではないが、ユーザーによっては、これをたとえば飲用に使用する場合などには一定の抵抗感をもつことがある）。
【０００５】
（イ）  一般的に、ヒートポンプユニット２の放熱側熱交換器４においては、凝縮冷媒と、被加熱水（貯留水Ｗ1）との間の温度差が大きい程被加熱水に対する加熱効率が良くなるが、図５に示す従来公知のヒートポンプ式給湯装置では貯水タンク１内の貯留水Ｗ1の自由対流によって、あるいはラジエータ３０との間の循環水流による強制対流によってタンク内の水温度が平均化され、その結果、ヒートポンプユニット２側の放熱側熱交換器４において凝縮冷媒と被加熱水との温度差が大きくとれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、従来のヒートポンプ式給湯装置に対する上記のような知見にもとずいてなされたもので、より衛生的で且つ熱効率的にもすぐれたヒートポンプ式給湯装置を提案しようとするものである。
【０００７】
なお、本願発明者が調査した範囲では、衛生的見地と熱効率的見地の両面からヒートポンプ式給湯装置について何らかの改良を加えようとすることを課題とした公知の文献は発見することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、先ず第１の特徴として、貯水タンク内の温水を直接人体に接触する用途に使用するのでなく、人体に直接接触する用途については貯水タンク内に設けた水タンク内熱交換器によって間接的に加熱された温水を利用する。また、第２の特徴として、貯水タンク内に対して同貯水タンク内の水温が平均化されるのを抑制する手段を加えることにより、貯水タンク内において下方側（ヒートポンプユニットの放熱側熱交換器入口側）の水温が上方側の水温より所定温度以上低温度に維持されるようにする（その結果、ヒートポンプユニットの放熱側熱交換器において凝縮冷媒と被加熱水との間の温度差が可及的に大きくとれるようにする）。そして上記の特徴を実現する具体的手段として、本願発明のヒートポンプ式給湯装置においては、図１に例示するように、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器４と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器６とをそなえたヒートポンプユニット２と、該ヒートポンプユニット２に対して低位置側水配管２１と高位置側水配管２２によって接続され前記放熱側熱交換器４によって加熱される水Ｗ1を貯留するとともにその内部に前記貯留水Ｗ1と熱交換して内部を貫流する貫流水Ｗ2を加熱する水タンク内熱交換器１０を設けた貯水タンク１とをそなえるとともに、前記貯水タンク１内における前記低位置側水配管２１の開口２１ａより高位の中間高さ位置に、前記貯水タンク１内の上下方向水流動を規制するバッフル部材（たとえば、後述する横設板状体４１Ａ、縦設板状体４１Ｂ等で構成される）を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように構成された本願発明のヒートポンプ式給湯装置においては、風呂、台所、シャワー等のように直接人体に向けて供給される温水は、貯水タンク１に設けられた水タンク内熱交換器１０内を貫流する貫流水Ｗ2によって得られ、従来のヒートポンプ式給湯装置のように貯水タンク１内に滞留している（スケールを含んだ）タンク内貯留水Ｗ1が直接人体に向けて供給されることはない。
【００１０】
また、低位置側水配管２１の開口２１ａより高位において貯水タンク１内の中間位置に設けられているバッフル部材は貯水タンク１内における上下方向水流動を規制し、貯水タンク１内の貯留水Ｗ1の水温の平均化を抑制するから貯水タンク１内においては、上方（頂部）側の水温より下方（底部）側の水温が可及的に低く保たれ、ヒートポンプユニット２の放熱側熱交換器４に対して比較的低温度の被加熱水を送給することができ、その結果ヒートポンプユニット２による加熱効率を向上させることができる。
【００１１】
バッフル部材は、図１及び図４に例示するように貯水タンク１内空間を上下方向に区画する横設板状体４１Ａであったり、図２に例示するように貯水タンク１内空間を径方向に区画する縦設板状体４１Ｂであったり、あるいは図３に例示するように、横設板状体４１Ａと縦設板状体４１Ｂの組合せであったりしてもよい。
【００１２】
図１、図３及び図４に例示する横設板状体４１Ａは、たとえば合成樹脂やステンレス鋼製の円板状多孔板（または無孔板）とすることができ、その数も貯水タンク１内における低位置側水配管２１の開口２１ａより高位の中間高さ位置において１枚だけ設けても、また多段状に複数枚設けてもよい。
【００１３】
図２および図３に例示する縦設板状体４１Ｂは、たとえば合成樹脂やステンレス鋼製の円筒状多孔板（あるいは無孔板）とすることができ、その数も貯水タンク１内における低位置側水配管２１の開口２１ａより高位の中間高さ位置において１本だけ設けてもよく、また同心円状に複数本設けてもよい。縦設板状体４１Ｂが貯水タンク１内における上下方向水流動を規制するバッフル部材として機能するのは、縦設板状体４１Ｂが貯水タンク１内の空間を径方向に細区画することにより貯水タンク１内の上下方向水流動（対流）が縦設板状体４１Ｂのない場合より抑制されることによる。
【００１４】
なお、縦設板状体４１Ｂは円筒状だけでなく、垂直平板状であっても、貯水タンク１内空間を径方向に細区画して貯水タンク１内の上下方向水流動を抑制する作用が得られる。
【００１５】
以上は、貯水タンク１内にバッフル部材（４１Ａ，４１Ｂ）を設けることにより貯水タンク１内における上下方向水流動を抑制して貯水タンク１内における貯留水Ｗ1に上下温度差（上方側部分Ｗ1aより下方側部分Ｗ1bの方が低温度）を生じさせるようにしたものであるが、本願発明のヒートポンプ式給湯装置においては、上記バッフル部材の上記作用に加えて、水タンク内熱交換器１０それ自体の作用によっても貯水タンク１内の貯留水Ｗ1に対する上下温度差（上方側高温・下方側低温）生成作用を助長することもできる。以下、その具体化について説明する。
【００１６】
水タンク内熱交換器１０により貯留水Ｗ1に対する上下温度差生成作用を助長するための具体化の一例を図１に示すヒートポンプ式給湯装置について説明すると、この図１に示すヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器１０への給水側管路７を貯水タンク１内の底部付近まで直管状に垂設し、その下端から出口側の出湯側管路８までをコイル管状体の水タンク内熱交換器１０とした構成とする一方、同水タンク内熱交換器１０を、管内径が比較的大径の上部側部分１０Ａと同上部側部分１０Ａに対して管内径が比較的小径の下部側部分１０Ｂとを管継手１０Ｄで接続する構成としている。このようにすると、水タンク内熱交換器１０内を流通する貫流水Ｗ2は、管内径が比較的小径の下部側部分１０Ｂにおいて管内径が比較的大径の上部側部分１０Ａにおけるよりも管内流速が早くなり、貯水タンク内貯留水Ｗ1の下部側部分Ｗ1bとの間の熱交換作用がより増大化され、貯水タンク内貯留水Ｗ1の下部側部分Ｗ1bからの吸熱作用（除熱作用）が上方側部分Ｗ1aの吸熱作用（除熱作用）より大きくなって、結果的に貯水タンク内貯留水Ｗ1の温度が上部側部分Ｗ1aよりも下部側部分Ｗ1bにおいて低くなるように作用する。
【００１７】
次に図４を参照して、  水タンク内熱交換器１０により貯水タンク内貯留水Ｗ1に対する上下温度差生成作用を助長するための具体化の他の例を示すと、図４に示すヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器１０への給水側管路７を貯水タンク１内の底部付近まで直管状に垂設し、その下端から出口側の出湯側管路８までをコイル管状体の水タンク内熱交換器１０とする点は図１に示すヒートポンプ式給湯装置と同様であるが、図４に示すヒートポンプ式給湯装置においては、コイル管状体とした水タンク内熱交換器１０におけるコイル密度をその上部側部分１０Ａより下部側部分１０Ｂにおいて高密度とし（同一高さ寸法内においてコイル数を多くする）、それにより、貯水タンク内貯留水Ｗ1と水タンク内熱交換器１０内を貫流する貫流水（被加熱水）Ｗ2との間の熱交換作用が、水タンク内熱交換器１０の上部側部分１０Ａよりも下部側部分１０Ｂにおいてより大きくなり、その結果、貯水タンク内貯留水Ｗ1に対する吸熱（除熱）作用が同貯留水Ｗ1の上方側部分Ｗ1aよりも下方側部分Ｗ1bにおいて大きく、延いては貯水タンク内貯留水Ｗ1の下方側部分Ｗ1bにおける温度降下作用が、上方側部分Ｗ1aよりも大きくなるようにしている。
【００１８】
また、図４に示すヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器１０の一部（下部側部分１０Ｂの最下端側部分）１０Ｃを上下方向に高度差の小さい渦巻状１０Ｃとすることにより、当該渦巻状部分１０Ｃが貯水タンク内貯留水Ｗ1の上下方向流動に対する抵抗体となる（それにより貯水タンク１内水温の平均化が抑制される）ようにしている。
【００１９】
なお、図１ないし図４に示す各ヒートポンプ式給湯装置においては、水タンク内熱交換器１０の下部側部分１０Ｂ側を熱交換作用のすぐれた内面溝付管として、それにより、水タンク内熱交換器１０の下部側部分１０Ｂにおける熱交換作用がさらに助長されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明のヒートポンプ式給湯装置は、上記の図１ないし図４に例示するように、冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する放熱側熱交換器４と、凝縮した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器６とをそなえたヒートポンプユニット２を有するとともに、該ヒートポンプユニット２に対して低位置側水配管２１と高位置側水配管２２によって接続され前記放熱側熱交換器４によって加熱される水Ｗ1を貯留する貯水タンク１内に、前記貯留水Ｗ1と熱交換して内部を貫流する貫流水Ｗ2を加熱する水タンク内熱交換器１０を設けて該水タンク内熱交換器１０によって加熱された温水（Ｗ2）を風呂、台所、シャワー等のように直接人体に向けて供給される用途に使用可能としたものであるから、従来のヒートポンプ式給湯装置のようにごく微量ながらでもスケールを含有する可能性のある貯水タンク１内の貯留水Ｗ1が直接人体に向けて供給される場合に比べて、より一層抵抗感なく衛生的に温水を利用し得る効果がある。
【００２１】
また、本願発明のヒートポンプ式給湯装置は、貯水タンク１内における低位置側水配管２１の開口２１ａより高位の中間高さ位置に、同貯水タンク１内の上下方向水流動を規制するバッフル部材（たとえば、る横設板状体４１Ａ、縦設板状体４１Ｂ等で構成される）を設けたものであるから、貯水タンク１内において貯留水Ｗ1の下方側部分Ｗ1bを比較的低温度に維持することができ、ヒートポンプユニット２側の放熱側熱交換器４との間の熱交換効率を向上させる得る効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
続いて図１ないし図４を参照して本願発明の好適ないくつかの実施例を説明すると、図１及び図４には貯水タンク１内に横設板状体４１Ａからなるバッフル部材を設けた実施例、図２には貯水タンク１内に円筒状の縦設板状体４１Ｂからなるバッフル部材を設けた実施例、図３には貯水タンク１内に横設板状体４１Ａからなるバッフル部材と上下２個の円筒状の縦設板状体４１Ｂ，４１Ｂからなるバッフル部材とを設けた実施例がそれぞれ示されている。図１、図３、図４の実施例のヒートポンプ式給湯装置における横設板状体４１Ａは多くの場合、ステンレス鋼製又は合成樹脂製の多孔板で構成されるが、貯水タンク１内における上下方向水流動を抑制し得るものであれば、必ずしも多孔板でなくてもよく、たとえば貯水タンク１の内径よりやや小径の無孔円板でもよい。
【００２３】
図２および図３の実施例のヒートポンプ式給湯装置における縦設板状体４１Ｂも多くの場合、ステンレス鋼製又は合成樹脂の円筒体で構成されるが、貯水タンク１内を径方向に細区画して貯水タンク１内における上下方向水流動を抑制し得るものであれば必ずしも円筒体でなくても、縦平板状体であってもよい。
【００２４】
続いて図１ないし図４の各実施例における共通事項について説明すると、各実施例のヒートポンプ式給湯装置における貯水タンク１は、内径５００ｍｍ、高さ１２５０ｍｍ、容量２４５Ｌである。この貯水タンク１に対して低位置側水配管２１と高位置側水配管２２を介してヒートポンプユニット２の放熱側熱交換器４が接続されている。ヒートポンプユニット２は冷媒（ＣＯ2）を圧縮する圧縮機３と、圧縮された冷媒を凝縮させて放熱する（貯水タンク１内の貯留水Ｗ1を加熱する）放熱側熱交換器４と、放熱側熱交換器４で、凝縮した冷媒を減圧する膨張機構５と、減圧した冷媒を蒸発させて空気から吸熱する吸熱側熱交換器６とをそなえている。
【００２５】
貯水タンク１内の貯留水Ｗ1はポンプ２３によってヒートポンプユニット２の放熱側熱交換器４へ送給され、８５．０℃の温水となって貯水タンク１内へ還流する。この貯水タンク１内の貯留水（温水）Ｗ1は貯水タンク１内に設けられている水タンク内熱交換器１０内を貫流する貫流水Ｗ2を加熱する一方、管路３１，３２によって接続されている暖房用ラジエータ３０へ向けてポンプ３３により送給され、暖房用熱源としても利用し得るようになっている。各実施例のヒートポンプ式給湯装置においては、このラジエータ３０は９．３ＫＷの暖房能力とされている（８５．０℃の温水を５．０Ｌ／ｍで送給する場合）。
【００２６】
水タンク内熱交換器１０は、貯水タンク１内の底部付近まで垂設された給水側管路７に連続するコイル管状体で構成され、その上端側の出湯側管路８に連続している。給水側管路７から流入する給水Ｗ0は水タンク内熱交換器１０を貫流する間に貯水タンク１内貯留水Ｗ1と熱交換して８５℃の温水（被加熱水）Ｗ2となって出湯側管路８から取り出される。給水側管路７と出湯側管路８の間はバイパス管９とサーモバルブ１１を介して接続されており、サーモバルブ１１の作用により給湯管１２から４２．０℃の給湯水Ｗ3が取り出されるようになっている。なお、図１ないし図４において符号４０は補助熱源となる電気ヒータを示している。
【００２７】
続いて図１ないし図４に示す各実施例ごとの水タンク内熱交換器１０の独自の構成について説明すると、図１及び図３に示す実施例のヒートポンプ式給湯装置では、コイル管状体からなる水タンク内熱交換器１０の一部（下部側部分）１０Ｂの管内径を上部側部分１０Ａの管内径より細径として、水タンク内熱交換器１０内を貫流する貫流水Ｗ2の流速が下部側部分１０Ｂにおいて上部側部分１０Ａよりも速くなるようにして、それにより貯水タンク１内貯留水Ｗ1のうちの下方側部分Ｗ1bに対する熱交換作用（除熱作用）が貯留水上方側部分Ｗ1aよりも大きくなるようにしている。
【００２８】
次に図２に示す実施例のヒートポンプ式給湯装置について水タンク内熱交換器１０の構成を説明すると、この実施例のヒートポンプ式給湯装置では、コイル管状体からなる水タンク内熱交換器１０の下部側部分１０Ｂについて下端側から一定範囲を内面溝付管とし、それにより同部分周辺の貯留水下方側部分Ｗ1bに対する熱交換作用（除熱作用）が大きくなるようにしている。
【００２９】
次に図４に示す実施例のヒートポンプ式給湯装置における水タンク内熱交換器１０の構成について説明すると、この実施例における水タンク内熱交換器１０は、そのコイル管状体の下部側部分１０Ｂの下端部１０Ｃについてそのコイル密度を水タンク内熱交換器上部側部分１０Ａにおけるコイル密度よりも大きく（コイル間間隔を小さく且つ渦巻状に）している。それにより水タンク内熱交換器下端部（渦巻状部分）１０Ｃにおいてコイル密度の大きさそれ自体による貯留水下方側部分Ｗ1bからの吸熱（除熱）作用が大きくなって貯留水下方側部分Ｗ1bに対する温度降下作用が大きくなるとともに、当該渦巻状部分１０Ｃが貯水タンク１内における上下方向水流動を抑制するように作用し、貯水タンク１内の貯留水下方側部分Ｗ1bを可及的に低温度に維持するように作用する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本願発明の第１の実施例にかかるヒートポンプ式給湯装置の説明図である。
【図２】本願発明の第２の実施例にかかるヒートポンプ式給湯装置の説明図である。
【図３】本願発明の第３の実施例にかかるヒートポンプ式給湯装置の説明図である。
【図４】本願発明の第４の実施例にかかるヒートポンプ式給湯装置の説明図である。
【図５】従来公知のヒートポンプ式給湯装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１は貯水タンク、２はヒートポンプユニット、３は圧縮機、４は放熱側熱交換器、５は膨張機構、６は吸熱側熱交換器、７は給水側管路、８は出湯側管路、９はバイパス管、１０は水タンク内熱交換器、１１はサーモバルブ、１２は給湯管、２１は低位置側水配管、２２は高位置側水配管、３０はラジエータ、４０は補助ヒータ、４１Ａ，４１Ｂはバッフル部材、Ｗ1は貯水タンク内貯留水、Ｗ2は貫流水である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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