(57)【要約】【課題】ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のＣＯＰを改善し、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とする。【解決手段】放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部２８からなり、中温水を出湯する中温水出湯管３３を中温水貯留部２８に設けて中温水を出湯することによって、中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のＣＯＰを改善し、ランニングコストを抑えることができるヒートポンプ給湯装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱された高温水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に蓄えられた高温水を循環させて放熱を行う放熱手段と、放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部からなり、中温水を出湯する中温水出湯管を中温水貯留部に設けたヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
貯湯槽に中温水を戻す中温水戻し口に水平方向拡散手段を設けた請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
中温水による温度層を形成するように中温水を貯湯槽に戻し、貯湯槽への中温水戻し口より上側に中温水出湯管を接続した請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
貯湯槽内部に隔壁を設けて中温水貯留部を形成し、中温水貯留部上部に中温水出湯管を接続した請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
中温水貯留部として、貯湯槽とは別に中温水貯留槽を設け、中温水貯留槽上部に中温水出湯管を接続した請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放熱手段を備えるヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の給湯装置としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがあった。図６は、特許文献１に記載された従来の風呂追焚き機能を備えた給湯装置を示すものである。
【０００３】
この給湯装置は図６に示すように、貯湯槽１と、ヒートポンプ熱源２と、風呂追い焚き熱交換器３からなり、ヒートポンプ熱源２によって加熱され蓄えられた貯湯槽１の高温水を温水循環回路４によって風呂追焚き熱交換器３に循環させ、浴槽水循環回路５によって浴槽６から風呂追焚き熱交換器３に循環される浴槽６の水を高温水の熱で加熱することによって風呂追焚き運転を行う。そして、風呂追焚き熱交換器３で放熱によって温度が低下した中温水は貯湯槽１の中間部の中間部戻し口７から戻される。また、中間部に中間部出湯管８が設けられ、貯湯槽１の中間部にある温水を出湯することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４３２７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、放熱後の中温水が貯湯槽１に戻された時に生じる流れで中温水が貯湯槽１内に広がり、高温水や水と混ざって貯湯槽１の温度分布が悪化する。その結果、貯湯槽１に戻された中温水の量以上の混合層が中間部戻し口７の近傍にできてしまう。また、この混合層は風呂追焚き運転時の貯湯槽１内の流れによって中間部戻し口７から貯湯槽１上部に向かって広がっていく。中間部出湯管８によって出湯できるのは中間部出湯管８の接続位置より下の温水であるが、中温水戻り口の位置と中間部出湯管８の位置がほぼ同じであるので、中温水が貯湯槽１に戻ることによって生じた混合層の温水のうち中間部出湯管８によって出湯できる量が限られ、貯湯槽１に水と高温水との間の温度の温水が多量に残ってしまい、沸き上げ運転時に多量の水と高温水との間の温度の温水を沸き上げなければならなくなる。ヒートポンプ熱源２は入水温度が高くなるとＣＯＰが低下するため、同じ熱量を沸き上げる場合でも、より多くのエネルギーが必要になる。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、給湯のために中温水を貯留しておき、給湯時に中温水を出湯して沸き上げ時に残る中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のＣＯＰを改善し、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱された高温水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に蓄えられた高温水を循環させて放熱を行う放熱手段と、放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部からなり、中温水出湯管によって中温水を出湯するヒートポンプ給湯装置とする。
【０００８】
これによって、給湯のために中温水を貯留しておき、給湯時に出湯して、沸き上げ時に残る中温水を減らすことで、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のＣＯＰを改善し、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、ヒートポンプ熱源と、ヒートポンプ熱源で加熱された高温水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽に蓄えられた高温水を循環させて放熱を行う放熱手段と、放熱手段での放熱によって温度が低下した中温水を貯留する中温水貯留部からなり、中温水出湯管によって中温水を出湯するヒートポンプ給湯装置とする。
【００１０】
この発明によれば、給湯のために中温水を貯留しておき、給湯時に出湯することで、沸き上げ時に残る中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げを効率よく行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、貯湯槽に中温水を戻す中温水戻し口に水平方向拡散手段を設けたヒートポンプ給湯装置とする。
【００１２】
この発明によれば、水平方向に拡散させることによって中温水戻し口近傍の水と混ぜることなく中温水を貯湯槽に戻すことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、中温水による温度層を形成するように中温水を貯湯槽に戻し、貯湯槽への中温水戻し口より上側に中温水出湯管を接続したヒートポンプ給湯装置とする。
【００１４】
この発明によれば、中温水戻し口から上側に中温水による温度層を形成し、中温水戻し口より上側に接続した中温水出湯管から中温水を出湯することで中温水を効率よく減らすことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、貯湯槽内部に隔壁を設けて中温水貯留部を形成し、中温水貯留部上部に中温水出湯管を接続したヒートポンプ給湯装置とする。
【００１６】
この発明によれば、中温水貯留部が隔壁によって仕切られて形成されているので、確実に中温水を貯留することができ、中温水が存在する場合には、中温水出湯管によって確実に出湯に利用することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、中温水貯留部として、中温水貯留槽を設け、中温水貯留槽上部に中温水出湯管を接続したヒートポンプ給湯装置とする。
【００１８】
この発明によれば、貯湯槽と別に中温水貯留槽が設けられているので、確実に中温水を貯留することができ、中温水が存在する場合には、中温水出湯管によって確実に出湯に利用することができる。また、貯湯槽と中温水貯留部の配置を自由に設定することができる。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。まず、基本的な構成について説明する。大気熱を集熱して加熱するヒートポンプ熱源２１によって加熱された高温水を、給湯と暖房を行うために貯湯槽２２に貯湯する。そして、貯湯された温水の持つ熱を用いて暖房を行うため、温水を放熱手段としての暖房熱交換器２３に供給するように温水循環回路２４によって貯湯槽２２上部、暖房熱交換器２３、温水循環ポンプ２５を順に接続して、貯湯槽２２の底部より上側に放熱後の中温水を戻す中温水戻し口２６を設けている。この中温水戻し口２６には水平方向拡散手段２７を設けており、中温水を水平方向に拡散させて貯湯槽２２に戻して中温水温度層２８を形成するようになっている。また、温風によって室内の暖房を行う暖房用室内機２９に暖房熱交換器２３で加熱された不凍液を供給するように不凍液循環回路３０によって暖房熱交換器２３、暖房用室内機２９、不凍液循環ポンプ３１、暖房熱交換器２３と戻るように順に接続している。次に、給湯のための出湯に関して、貯湯槽２２底部に水道水を供給する給水管３２を接続しており、中温水戻し口２６より上側に中温水出湯管３３を接続している。また、貯湯槽２２上部には補助出湯管３４を設けており、中温水出湯管３３に接続し、その接続部に混合弁３５が設けている。次に、沸き上げに関して、沸き上げ循環回路３６によって貯湯槽２２の底部とヒートポンプ熱源２１、貯湯槽２２上部を順に接続している。
【００２１】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用について、まず、貯湯された高温水の持つ熱を用いた暖房運転について説明する。温水循環ポンプ２５の駆動によって貯湯槽２２上部からの高温水を暖房熱交換器２３に供給して不凍液循環回路３０の不凍液を加熱する。そして、不凍液循環ポンプ３１の駆動によって不凍液循環回路３０を通って加熱された不凍液を暖房用室内機に供給して温風として室内にその熱を放出することによって暖房を行う。このとき、常に高温水を貯湯槽２２から取出して暖房熱交換器２３に供給するので加熱能力を安定させることができる。また、暖房熱交換器２３で熱交換を行った後の不凍液の温度を高温に保つ事ができるので、除湿などの高温の温風が必要となる暖房運転を行うことができる。そして、暖房熱交換器２３での熱交換によって温度が低下した温水を温水循環回路２４によって中温水戻し口２６から貯湯槽２２上部に戻す。このとき、中温水戻し口２６に設けた水平方向拡散手段２７によって中温水を貯湯槽２２内部に水平方向に拡散して戻すので、貯湯槽２２内の温度分布を乱すことなく中温水を戻すことができる。よって、暖房運転を行うにつれて、中温水戻し口２６から貯湯槽２２上部に向かって暖房運転に用いた量とほぼ同じ量の中温水による中温水温度層２８が形成されていき、これを中温水貯留部として貯湯槽２２に中温水を貯留する。
【００２２】
給湯時、中温水温度層２８の中温水を中温水出湯管３３から出湯して貯湯槽２２内の中温水を減らすことができる。また、中温水の温度より高い温度の出湯が必要な場合は、貯湯槽２２上部に設けた補助出湯管３４からの高温水を混合弁３５によって中温水出湯管３３に混ぜることによって温度を上昇させて出湯することができる。このように温度レベルが低い給湯負荷に対して主に中温水、温度レベルの高い暖房負荷に対して高温水といったように、負荷に必要な温度レベルに応じて貯湯槽２２内の熱を利用することができるので、必要な全体の負荷に対して必要な貯湯槽２２の大きさを小さくすることができる。
【００２３】
貯湯槽２２の温度が低下した水を加熱する、沸き上げ運転時、貯湯槽２２の底部から沸き上げ循環回路３６によって水と中温水を底から取出してヒートポンプ熱源２１で高温に加熱して貯湯槽２２上部に順次戻して貯湯を行う。ヒートポンプ熱源２１は入力エネルギーと大気から集めた熱によって加熱を行うため、入力エネルギー以上の熱量の加熱を行うことができる効率の良い熱源である。しかし、運転条件の影響を受け、図２に示すように、沸き上げ温度を一定とした場合、ヒートポンプ熱源２１への入水温度が上昇すると、入力エネルギーと加熱能力との比であるＣＯＰが低下する。つまり、同じ熱量を沸き上げる場合、水から沸き上げる場合に比べて中温水から沸き上げる場合の方がＣＯＰは低下する。しかし、給湯時の出湯によって暖房運転によって生成される中温水の多くが利用されるので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【００２４】
なお、構成はこの実施例に限ったものではなく同様の効果が得られるものであればよい。例えば、放熱手段を貯湯槽２２の高温水を直接循環させる床暖房パネルや浴槽の水を循環させて加熱する風呂水熱交換器としても同様の効果が得られる。また、このような放熱手段を複数有する多機能のヒートポンプ給湯装置であっても良い。ここで、放熱手段とは具体的には床暖房パネルであったり、風呂水熱交換器であったり、浴室乾燥のための熱交換器であったりする。つまり、給湯機能の他に、床暖房機能や、風呂追い焚き機能、さらには浴室乾燥機能などの機能を複数有するものである。
【００２５】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。基本的な構成は図１に示す実施例１と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００２６】
まず、基本的な構成において実施例１と異なる点について説明する。貯湯槽２２内部を断熱壁３７によって上下に分割して、上側を高温水貯湯部３８、下側を中温水貯留部３９としている。高温水貯湯部３８の底部と中温水貯留部３９の底部を接続管４０によって接続している。貯湯槽２２上部である高温水貯湯部３８から温水循環回路２４によって暖房熱交換器２３に高温水を供給する構成は同じであるが、暖房熱交換器２３で熱交換を行った後の中温水を中温水貯留部３９上部に戻す構成としている。接続管４０の高温水貯湯部３８側と中温水戻し口２６に水平方向拡散手段２７をそれぞれ設けている。そして、中温水貯留部３９上部に中温水出湯管３３を接続している。また、沸き上げ循環回路３６の貯湯槽２２への戻りを電磁弁４１を経た後、中温水出湯管３３と補助出湯管３４との合流部より下流に接続している。この電磁弁４１は沸き上げ運転時以外は閉止している。また、貯湯槽を断熱壁３７によって分割しているので高温水貯湯部３８と中温水貯留部３９の間の熱伝導を抑制する効果がある。
【００２７】
次に、以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用を異なる点を中心に説明する。まず、暖房運転について、温水循環回路２４によって貯湯槽２２の高温水を暖房熱交換器２３に供給するのは同じであるが、熱交換を行った後の中温水を温水循環回路２４によって中温水貯留部３９上部に戻す。中温水貯留部３９の底部と高温水貯湯部３８の底部を接続管４０によって接続しているので、暖房運転時の温水の流れに伴って、中温水貯留部３９の底部から貯湯槽２２の底部への流れが生じる。このとき、接続管４０の高温水貯湯部３８側に設けた水平方向拡散手段２７によって中温水貯留部３９からの流れによって高温水貯湯部３８の温度分布を乱さないようにしている。中温水貯留部３９に戻された中温水は暖房運転を行うにつれて、中温水貯留部３９上部から下方向に貯留されていく。
【００２８】
給湯時、中温水貯留部３９に貯留された中温水を中温水出湯管３３から出湯する。中温水貯留部３９に戻される中温水は中温水貯留部３９上部から下方向に貯留されていき、中温水を出湯する中温水出湯管３３を中温水貯留部３９の上部に接続しているので、中温水貯留部３９に貯留している中温水の量にかかわらず、中温水を貯留している時は常に中温水を出湯することができる。また、給湯負荷が多い場合には、中温水貯留部３９に貯留している中温水をすべて出湯することが可能であり、中温水が残らない。また、電磁弁４１を閉止して給水管３２から沸き上げ循環回路３６を通る水の流れを遮断している。
【００２９】
沸き上げ運転時には電磁弁４１を開いて、混合弁３５によって沸き上げ循環回路３６と連通する出湯管を中温水出湯管３３と補助出湯管３４に切替えることで中温水貯留部３９と高温水貯湯部３８のどちらを沸き上げるか選択する。暖房運転によって生成され、沸き上げ時のＣＯＰを低下させる中温水を給湯時にできるだけ出湯するので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【００３０】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。基本的な構成は図３に示す実施例２と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００３１】
まず、基本的な構成において実施例２と異なる点について説明する。貯湯槽２２を縦方向に仕切った断熱壁３７によって横方向に高温水貯湯部３８と中温水貯留部３９に分割している。貯湯槽２２底部近傍は断熱壁３７によって分割されていないので、高温水貯湯部３８の底部と中温水貯留部３９の底部がつながっている。高温水貯湯部３８上部から温水循環回路２４によって暖房熱交換器２３に高温水を供給し、暖房熱交換器２３で熱交換を行った後の中温水を中温水貯留部３９上部に戻す構成としている。そして、中温水貯留部３９上部に中温水出湯管３３を接続している。
【００３２】
次に、以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、以下にその動作、作用を実施例２と異なる点を中心に説明する。まず、暖房運転について、温水循環回路２４によって高温水貯湯部３８の高温水を暖房熱交換器２３に供給し、熱交換を行った後の中温水を温水循環回路２４によって水平方向拡散手段２７を通して中温水貯留部３９上部に戻すのは同じである。中温水貯留部３９の底部と高温水貯湯部３８の底部がつながっているので、暖房運転時の温水の流れに伴って、中温水貯留部３９の底部から貯湯槽２２の底部への流れが生じる。よって、中温水貯留部３９に戻された中温水は暖房運転を行うにつれて、中温水貯留部３９上部から下方向に貯留されていく。また、高温水貯湯部３８の底部と中温水貯留部３９の底部が直接つながっているので、接続管における放熱や、破損による水漏れを防止することができる。
【００３３】
給湯時は実施例２と同様に、中温水貯留部３９に貯留された中温水を中温水出湯管３３から出湯する。中温水貯留部３９に戻される中温水は中温水貯留部３９上部から下方向に貯留されていき、中温水を出湯する中温水出湯管３３を中温水貯留部３９の上部に接続しているので、中温水貯留部３９に貯留している中温水の量にかかわらず、中温水を貯留している時は常に中温水を出湯することができる。また、給湯負荷が多い場合には、中温水貯留部３９に貯留している中温水をすべて出湯することが可能であり、中温水が残らない。
【００３４】
沸き上げ運転時も実施例２と同様に、電磁弁４１を開いて混合弁３５によって沸き上げ循環回路３６と連通する出湯管を中温水出湯管３３と補助出湯管３４に切替えることで中温水貯留部３９と高温水貯湯部３８のどちらを沸き上げるか選択する。暖房運転によって生成され、沸き上げ時のＣＯＰを低下させる中温水を給湯時にできるだけ出湯するので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【００３５】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。基本的な構成は図３に示す実施例３と同じであり、基本的に同一符号は同一部材を示し、同一機能を有しているので、詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００３６】
まず、基本的な構成において実施例３と異なる点について説明する。高温水貯湯槽４２と中温水貯留槽４３の２つの槽によって貯湯槽を構成している。高温水貯湯槽４２の底部と中温水貯留槽４３の底部を接続管４０で接続している。高温水貯湯槽４２上部から温水循環回路２４によって暖房熱交換器２３に高温水を供給し、暖房熱交換器２３で熱交換を行った後の中温水を水平方向拡散手段２７を通して中温水貯留槽４３上部に戻す構成としている。そして、中温水貯留槽４３上部に中温水出湯管３３を接続している。
【００３７】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置において、暖房運転、給湯時の出湯、沸き上げ運転時についての動作、作用は実施例３とほぼ同じであり、異なる点としては、高温水貯湯槽４２と中温水貯留槽４３の２つの槽によって構成されているので、２つの槽の位置関係を自由に設置することができ、設置場所によっては２つの槽を離して設置することで限られたスペースに設置することも可能である。そして、暖房運転によって生成され、沸き上げ時のＣＯＰを低下させる中温水を給湯時にできるだけ出湯するので、ランニングコストを抑えたヒートポンプ給湯装置とすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中温水貯留部に中温水を貯留し、給湯時に出湯することによって、中温水を減らして、ヒートポンプ熱源による沸き上げ運転時のＣＯＰを改善し、ランニングコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施例１におけるヒートポンプ熱源の入水温度とＣＯＰの関係を表したグラフ
【図３】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図４】本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図５】本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図６】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
２１  ヒートポンプ熱源
２２  貯湯槽
２３  暖房熱交換器
２６  中温水戻し口
２７  水平方向拡散手段
２８  中温水温度層（中温水貯留部）
３３  中温水出湯管
３７  断熱壁（隔壁）
３９  中温水貯留部
４２  中温水貯留槽（中温水貯留部）
【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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【図６】
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