(57)【要約】【課題】ヒートポンプサイクルの高い稼働効率を維持しつつ，新鮮な温水を供給することのできるヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】冷媒配管１０１に流通する冷媒と水配管１０２に流通する水との間で熱交換を行う水熱交換器１２を有するヒートポンプサイクル１０と，前記水熱交換器１２によって加熱された後の前記水配管１０２内の温水を貯湯する貯湯タンク２１と，を備えてなるヒートポンプ式給湯機Ｘは，給水口２４から給水された水を，前記貯湯タンク２１内を通過するように配された給湯配管２２１において，前記貯湯タンク２１内の温水との間で熱交換を行うことにより加熱して給湯口２５から給湯する直接給湯経路２２を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配管に流通する冷媒と第２の配管に流通する水との間で熱交換を行う水熱交換器を有するヒートポンプサイクルと，前記水熱交換器によって加熱された後の前記第２の配管内の温水を貯湯する貯湯タンクと，を備えてなるヒートポンプ式給湯機であって，
所定の給水源から給水された水を，前記貯湯タンク内の温水との間で隔壁を介して熱交換を行うことにより加熱して給湯する直接給湯経路を備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記第１の配管及び前記第２の配管が，一方が他方に内蔵される２重管構造を成す請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記直接給湯経路が，前記貯湯タンク内を通過するように配された給湯配管を含んでなる請求項１又は２のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記直接給湯経路が，前記貯湯タンク内に内蔵された給湯用タンクを含んでなる請求項１又は２のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記貯湯タンクに貯湯された温水を熱媒体として用いる加熱サイクルを更に備えてなる請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ヒートポンプサイクルに循環される冷媒との間で熱交換を行うことにより水を加熱するヒートポンプ式給湯機に関し，特に，ヒートポンプサイクルにおいて加熱された温水を貯湯する貯湯タンクを有するヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，圧縮機や膨張弁，熱交換器などで構成されたヒートポンプサイクルに循環される冷媒との間で熱交換を行うことにより水を加熱して，風呂や台所などに給湯するヒートポンプ式給湯機がある（例えば，特許文献１参照）。このようなヒートポンプ式給湯機では，冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器において，冷媒と水とを熱的に結合する必要がある。ここに，図３は，水熱交換器における配管構造の一例を示す図である。
例えば，図３（ａ）に示すように，冷媒が流通される冷媒配管１０１を，水が流通される水配管１０２に内蔵させる構造が採用される。この場合には，冷媒配管１０１の全周において冷媒と水との熱交換を行うことができるため高い熱交換効率を得ることができる。しかし，このような構成では，冷媒配管１０１が破損した場合に，水配管１０２内の水に冷媒及び冷凍機油が混入してしまうおそれがある。
そこで，図３（ｂ）に示すように，冷媒配管１０１と水配管１０２との間に，空気が存在する空気配管１０３を設けることが考えられる。即ち，冷媒配管１０１を，水配管１０２に内蔵された空気配管１０３に内蔵することにより３重管構造を形成している。したがって，冷媒配管１０１が破損しても冷媒が水配管１０２内の水に混入しない。但し，３重管構造では，冷媒と水との熱交換が空気配管１０１を介して行われるため熱交換効率が悪くなる。
また，図３（ｃ）に示すように，冷媒配管１０１と水配管１０２とを外接させることも考えられる。この場合にも，冷媒配管１０１が破損しても冷媒が水配管１０２内の水に混入することはないが，冷媒と水との熱交換効率はパイプどうしが，点にて接触しているため更に悪くなる。
【０００３】
ところで，特許文献１に示されているように，ヒートポンプサイクルにおいて加熱された後の温水を貯湯する貯湯タンクを有する貯湯式のヒートポンプ式給湯機では，ヒートポンプサイクルの稼働効率を上げるため，例えば深夜時間帯などに，ヒートポンプサイクルが稼働されて水が加熱され，加熱後の温水が貯湯タンクに貯湯される。そして，給湯が要求された場合には，貯湯タンクに貯湯された温水が給湯される。これにより，給湯の度にヒートポンプサイクルを稼働する必要がないため，該ヒートポンプサイクルの稼働効率は上がる。
【特許文献１】特開２００６−５７９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前述のような貯湯式のヒートポンプ式給湯機では，貯湯タンクに温水を貯湯した後，実際に貯湯タンク内の温水を使用するまでに長時間が経過してしまう場合がある。そのため，図３（ｂ），（ｃ）に示したような３重管構造や外接構造を採用して，冷媒配管１０１の破損時に冷媒が水に混入することを防止することができたとしても，貯湯タンクから給湯される温水が新鮮なものであるとは限らず，飲料に供することはできない。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，ヒートポンプサイクルの高い稼働効率を維持しつつ，飲料に供することのできる新鮮な温水を供給することのできるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は，第１の配管に流通する冷媒と第２の配管に流通する水との間で熱交換を行う水熱交換器を有するヒートポンプサイクルと，前記水熱交換器によって加熱された後の前記第２の配管内の温水を貯湯する貯湯タンクと，を備えてなるヒートポンプ式給湯機に適用されるものであって，所定の給水源から給水された水を，前記貯湯タンク内の温水との間で隔壁を介して熱交換を行うことにより加熱して給湯する直接給湯経路を備えてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯機として構成される。
このように構成されたヒートポンプ式給湯機では，前記所定の給水源から給水された水を，前記直接給湯経路によって加熱して直接給湯することが可能であるため，常に新鮮な温水を給湯することができる。
しかも，前記直接給湯経路では，従来のように冷媒との間で直接熱交換が行われるのではなく，前記貯湯タンク内の水との間で熱交換が行われるため，前記第１の配管が破損したとしても給湯する温水への冷媒・冷凍機油の混入が防止される。したがって，前記第１の配管及び前記第２の配管が，一方が他方に内蔵される２重管構造を成す構成を採用することが可能であり，前記水熱交換器において冷媒と水との高い熱交換効率を得ることができる。
さらに，前記ヒートポンプ式給湯機では，例えば深夜時間帯などに予め前記ヒートポンプサイクルによって加熱した後の温水を前記貯湯タンクに貯湯させておくことができるため，給湯の度に前記ヒートポンプサイクルを稼働させる必要がなく，前述した貯湯式のヒートポンプ式給湯機と同様に前記ヒートポンプサイクルの高い稼働効率を維持することができる。
【０００６】
ところで，前記直接給湯経路は，例えば前記貯湯タンク内を通過するように配された給湯配管を含んで構成される。この場合，前記所定の給水源から給水された水は，前記給湯配管内を流れることにより該給湯配管を前記隔壁として，前記貯湯タンク内の温水との間で熱交換が行われることによって加熱される。
また，前記直接給湯経路が，前記貯湯タンクに内蔵された給湯用タンクを含んで構成されることも考えられる。この場合，前記所定の給水源から給水された水は，前記給湯用タンク内を流れることにより該給湯用タンクの筐体を前記隔壁として，前記貯湯タンク内の温水との間で熱交換が行われることによって加熱される。
なお，前記貯湯タンクに貯湯された温水を熱媒体として用いる加熱サイクルを更に備えることも可能である。例えば，前記加熱サイクルは，床暖房や浴室乾燥機などに用いられる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば，前記所定の給水源から給水された水を，前記直接給湯経路によって加熱して直接給湯することが可能であるため，常に新鮮な温水を給湯することができる。しかも，前記直接給湯経路では，従来のように冷媒との間で直接熱交換が行われるのではなく，前記貯湯タンク内の水との間で熱交換が行われるため，前記第１の配管が破損したとしても給湯する温水への冷媒の混入が防止される。したがって，前記第１の配管及び前記第２の配管が，一方が他方に内蔵される２重管構造を成す構成を採用することが可能であり，前記水熱交換器において冷媒と水との高い熱交換効率を得ることができる。さらに，前記ヒートポンプ式給湯機では，例えば深夜時間帯などに予め前記ヒートポンプサイクルによって加熱した後の温水を前記貯湯タンクに貯湯させておくことができるため，給湯の度に前記ヒートポンプサイクルを稼働させる必要がなく，前述した貯湯式のヒートポンプ式給湯機と同様に前記ヒートポンプサイクルの高い稼働効率を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成を示す模式図である。
まず，図１を用いて，ヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成について説明する。
図１に示すように，ヒートポンプ式給湯機Ｘは，大別すると，ヒートポンプユニット１及び貯湯タンクユニット２を備えている。ヒートポンプユニット１に設けられた水熱交換器１２と，貯湯タンクユニット２に設けられた貯湯タンク２１とは，水が流通される水配管３によって接続されている。なお，ヒートポンプユニット１及び貯湯タンクユニット２は，制御系統や電気系統の接続もあるがここではその説明を省略する。
【０００９】
ヒートポンプユニット１は，圧縮機１１，水熱交換器１２，膨張弁１３及び空気熱交換器１４が順に接続されたヒートポンプサイクル１０と，水熱交換器１２及び貯湯タンク２１の間に接続された水配管３内の水を循環させるための循環ポンプ１５と，当該ヒートポンプサイクル１を統括的に制御する不図示のヒートポンプ制御部とを備えている。
水熱交換器１２には，ヒートポンプサイクル１０に循環される冷媒が流通される冷媒配管１０１（第１の配管に相当）と，水配管３に循環される水が流通される水配管１０２（第２の配管に相当）とが設けられている。水熱交換器１２では，冷媒配管１０１内の冷媒と水配管１０２内の水との間で熱交換が行われる。
ここに，冷媒は，例えば冷媒の特性として水を高温（９０℃程度）まで加熱することができるＣＯ2冷媒である。なお，ＣＯ2冷媒の他に，例えばＲ４１０Ａ，Ｒ４０７Ｃ／Ｅ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７Ａ，Ｒ１３４ａ等の冷媒を用いてもかまわない。
【００１０】
ここで，図３（ａ）を用いて，水熱交換器１２内における配管構造について説明する。
図３（ａ）に示すように，水熱交換器１２では，冷媒配管１０１が，水配管１０２に内蔵されることにより２重管構造が形成されている。これにより，水熱交換器１２では，冷媒配管１０１内の冷媒と水配管１０２内の水とが熱的に結合されて熱交換が行われる。なお，水配管１０２が冷媒配管１０１に内蔵される構成であってもかまわない。
このように構成された水熱交換器１２では，前述したように，冷媒配管１０１及び水配管１０２が空気配管１０３を介在する３重管構造（図３（ｂ）参照）や，冷媒配管１０１及び水配管１０２が外接する外接構造（図３（ｃ）参照）などを採用した場合に比べて高い熱交換効率を得ることができる。
また，後述するように，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，貯湯タンク２１内の温水が給湯されるのではなく，その温水と熱交換された新鮮な温水が給湯されるため，冷媒配管１０１が破損したとしても，給湯される温水への冷媒の混入は防止される。
【００１１】
一方，図１に示すように，貯湯タンクユニット２は，貯湯タンク２１と，直接給湯経路２２と，加熱サイクル２３と，当該貯湯タンクユニット２を統括的に制御する不図示のタンク制御部とを備えている。
貯湯タンク２１は，水熱交換器１２によって加熱された後，水配管１０２から水配管３を経て流入される温水を貯湯するものである。
直接給湯経路２２は，給水口２４（所定の給水源の一例）から給水された水を給湯口２５に導くものである。直接給湯経路２２には，貯湯タンク２１内を通過するように配された給湯配管２２１と，該給湯配管２２１から給湯口２５に流れる温水に給水口２４からの水を混合するための給湯混合弁２２２とが含まれている。給湯混合弁２２２の開閉は，タンク制御部（不図示）によって，予め設定された給湯温水に基づいて制御される。
【００１２】
以下，まず，ヒートポンプ式給湯機Ｘにおける貯湯運転について説明し，その後，ヒートポンプ式給湯機Ｘにおける給湯運転について説明する。
ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，深夜時間帯などに貯湯運転が実行される。貯湯運転では，ヒートポンプ制御部（不図示）によって，圧縮機１１及び循環ポンプ１５が駆動される。
これにより，ヒートポンプサイクル１０では図示する矢印方向に冷媒が循環され，水配管３では図示する矢印方向に水が循環される。
具体的に，ヒートポンプサイクル１０では，圧縮機１１において圧縮して吐出された高温高圧のＣＯ2冷媒が，水熱交換器１２において水配管３内を流れる水と熱交換されて冷却された後，膨張弁１３において膨張する。その後，膨張弁１３で膨張した低温低圧のＣＯ2冷媒は，空気熱交換器１４において送風ファンで送風される室外の空気と熱交換されて吸熱し気化した後，再度圧縮機１１に流入する。一方，水配管３内の水は，水熱交換器１２における冷媒との熱交換によって９０℃程度まで加熱された後，貯湯タンク２１に戻る。
その後，貯湯タンク２１内の温水の温度が既定値に達した場合や所定の運転時間が経過した場合には，ヒートポンプ制御部（不図示）によって，圧縮機１１及び循環ポンプ１５の駆動が停止されることにより，当該貯湯運転は終了される。
【００１３】
次に，ヒートポンプ式給湯機Ｘにおける給湯運転について説明する。
まず，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，ユーザによる所定の操作部への操作によって給湯が要求されると，タンク制御部（不図示）によって，給水口２４が開かれることにより，該給水口２４から直接給湯経路２２の給湯配管２２１への給水が開始される。
そして，直接給湯経路２２では，給湯配管２２１内を流れる水が，貯湯タンク２１内を通過するときに，該給湯配管２２１（隔壁の一例）を介して貯湯タンク２１内の温水との間で熱交換されることにより加熱され，給湯口２５から給湯される。なお，このとき，タンク制御部（不図示）は，給湯混合弁２２２の開閉を制御して給水口２４からの水を混合させることにより給湯温度を調節する。
このように，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，給水口２４から給水された水を，直接給湯経路２２における貯湯タンク２１内の温水との熱効交換によって加熱して直接給湯することが可能であるため，常に新鮮な温水を給湯することができる。しかも，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，例えば深夜時間帯などに予めヒートポンプサイクル１０によって加熱した後の温水を貯湯タンク２１に貯湯させておくことができるため，給湯の度にヒートポンプサイクル１０を稼働させる必要がなく，従来の貯湯式のヒートポンプ式給湯機と同様にヒートポンプサイクル１０の高い稼働効率を維持することができる。
【００１４】
ところで，加熱サイクル２３は，貯湯タンク２１に貯湯された温水を熱媒体として用いるものであって，例えば不図示の床暖房装置や浴室乾燥機などに接続されている。
加熱サイクル２３では，図示する矢印方向に貯湯タンク２１内の温水が循環され，床暖房装置や浴室乾燥機で熱交換された後の温水は貯湯タンク２１の下部に戻る。加熱サイクル２３が接続された床暖房装置や浴室乾燥機では，加熱サイクル２３内を循環する温水との熱交換によって得られる熱によって床暖房や浴室乾燥が行われる。即ち，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，貯湯タンク２１内の温水が給湯されることがないため，その温水を床暖房装置や浴室乾燥機などに用いられる加熱サイクル２３に利用することができる。
【００１５】
また，加熱サイクル２３は，タンク制御部（不図示）によって流量が制御される制御弁２３１，２３２を備えている。制御弁２３１，２３２は，加熱サイクル２３を貯湯タンクユニット２に接続するときに，該加熱サイクル２３内に水を充満させるために用いられる。
さらに，制御弁２３１，２３２は，加熱サイクル２３に循環する温水の温度調整に用いられる。具体的には，ポンプ制御部（不図示）によって，制御弁２３１，２３２の開閉が制御されることにより，加熱サイクル２３と貯湯タンク２１との間の水の循環量が制御される。例えば，加熱サイクル２３内の温水の温度が高すぎる場合には，加熱サイクル２３から貯湯タンク２１に向けて戻る温水を，加熱サイクル２３に戻して循環させるように，制御弁２３１，２３２が切り替えられる。
【実施例】
【００１６】
ここに，図２は，本実施例に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ１の概略構成を示す模式図である。なお，実施の形態で説明したヒートポンプ式給湯機Ｘと同様の構成については同じ符号を用いてその説明を省略する。
実施の形態では，直接給湯経路２２が，貯湯タンク２１内を通過するように配された給湯配管２２１を含む構成を例に挙げて説明した。ここでは，直接給湯経路２２の他の例について説明する。
図２に示すように，本実施例に係るヒートポンプ式給湯機Ｘ１では，直接給湯経路２２に，給湯配管２２１に換えて貯湯タンク２１に内蔵された給湯用タンク２２３が含まれている。ここに，給湯用タンク２２３は，貯湯タンク２１内に隔壁２２３ａを設けることによって，該貯湯タンク２１と一体形成されたものである。但し，貯湯タンク２１と給湯用タンク２２３との間は，水の流通ができないように隔壁２２３ａによって完全に隔離されている。
このように構成されたヒートポンプ式給湯機Ｘ１では，貯湯タンク２１内の温水と給湯用タンク２２３内の水との間で隔壁２２３ａ（隔壁の一例）を介して熱交換が行われることにより，給湯用タンク２２３内の水が加熱される。
【００１７】
したがって，ヒートポンプ式給湯機Ｘ１では，タンク制御部（不図示）によって給水口２４が開かれて，給湯用タンク２２３の下部に水が供給されることによって，該給湯用タンク２２３の上部から給湯口２５に向けて温水が給湯される。ここで，貯湯タンク２１に内蔵される給湯用タンク２２３は，該貯湯タンク２１に比べて容量が小さいため，該貯湯タンク２１内の温水を給湯していた従来装置に比べれば，新鮮な温水を給湯することができる。
なお，ここでは，貯湯タンク２１内に隔壁２２３ａを配することにより形成された給湯用タンク２２３について説明したが，貯湯タンク２１とは独立して形成された給湯用タンク２２３を貯湯タンク２１内に収容することも考えられる。この場合には，その給湯用タンクの筐体全体で貯湯タンク２１内の温水との熱交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施例に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成を示す模式図。
【図３】水熱交換器内の配管構造の一例を示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１…ヒートポンプユニット
２…貯湯タンクユニット
３…水配管
１１…圧縮機
１２…水熱交換器
１３…膨張弁
１４…空気熱交換器
１５…循環ポンプ
２１…貯湯タンク
２２…直接給湯経路
２３…加熱サイクル
２４…給水口
２５…給湯口
１０１…冷媒配管（第１の配管に相当）
１０２…水配管（第２の配管に相当）
２２１…給湯配管
２２２…給湯混合弁
２２３…給湯用タンク
２２３…隔壁
２３１，２３２…制御弁
Ｘ，Ｘ１…ヒートポンプ式給湯機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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