(57)【要約】【課題】  従来のヒートポンプ式給湯機は、大きな貯湯タンクを有し、昼間使用する必要分全量を夜間に沸かし高温貯蔵しておくため、貯湯タンクからの放熱損失が大きく、給湯機の大型化に伴う運搬、設置等にも多くの課題があった。【解決手段】  上記課題を解決する手段として、ヒートポンプ回路と、冷媒対水熱交換器と、貯湯タンクと、直接給湯回路と、給湯制御部と、ヒートポンプ制御部を備えたヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクの周囲に真空断熱材を設置することにより、コンパクト化及び高断熱性を達成する。また、真空断熱材の周りに冷媒対水熱交換器を設置することにより、周囲温度が上昇し貯湯タンクからの放熱をより一層防止することが出来る。【選択図】  図２
2005315480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を接続したヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の凝縮器が放出する熱で給水伝熱管内の水を加熱する冷媒対水熱交換器と、前記冷媒対水熱交換器によって温められた水を貯めておく貯湯タンクと、前記冷媒対水熱交換器で温められた水を前記冷媒対水熱交換器から直接使用側端末に供給する直接給湯回路と、前記直接給湯回路を制御する給湯制御部とヒートポンプ回路の運転を制御するヒートポンプ制御部を備えたヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクの周囲に真空断熱材を設置したことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記真空断熱材の外周に冷媒対水熱交換器を設置したことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記貯湯タンクの脚部に前記真空断熱材及び冷媒対水熱交換器を支える支持板を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項２記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
複数のヒートポンプ回路と、共通の冷媒対水熱交換器と、共通の貯湯タンクと、共通の直接給湯回路を有することを特徴とする請求項1乃至請求項３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、ヒートポンプ式給湯機に係わり、冷媒対熱交換器で加熱された水を直接使用側端末に供給する瞬間給湯方式に適合したヒートポンプ式給湯機の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の給湯器には、貯湯タンクを持たずにガス等を燃焼させ、その強力な燃焼熱で瞬間的に水を沸き上げて湯を供給する燃焼式給湯器や、大容量の貯湯タンクを持ち夜間割引の安い電力を利用して、夜の間に電気ヒータで加熱した大量の湯を貯湯タンクに貯蔵し、日中に貯湯タンクに貯蔵した湯を使う電気温水器があった。そして、最近では電気温水器に比較してエネルギー効率が良いと云われるヒートポンプ式給湯機が普及し始めてきた。
【０００３】
上記ヒートポンプ式給湯機は、電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な電力を使って夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵し、貯蔵した湯を日中に使うタイプが一般的である。このヒートポンプ式給湯機は熱源に冷媒の状態変化を利用しているので、電気ヒータ加熱よりエネルギー効率が数倍良く、又ガス等を燃焼しないのでＣＯ２を排出せず地球環境にやさしい給湯機と云われている。
【０００４】
係る従来のヒートポンプ式給湯機としては、特開２００２−３５７３６４号公報に開示されたものがある。この従来技術に示されたヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器から構成されたヒートポンプ回路と、大容量の貯湯タンク、水冷媒熱交換器、貯湯タンクの水を冷媒対水熱交換器に循環する循環ポンプから構成された沸上げ回路とを備えた構成となっている。
【０００５】
このヒートポンプ式給湯機は、夜間の安価な電力を利用してエネルギー効率の良いヒートポンプ回路を運転して湯を貯湯タンクに貯めるので、貯湯タンク内の水を循環ポンプで循環させながら冷媒対水熱交換器で所定の湯温になるまで徐々に温め、所定の湯温に達したことを温度検知器で検知した後、ヒートポンプ回路の運転を停止するようにしている。日中、使用端末で湯を使用する際にはミキシングバルブで利用水(例えば上水)と混合して適当な温度に薄めて供給する。貯湯タンクに貯蔵する湯の温度を出来るだけ高くすることにより、薄める利用水の量を多くし、貯湯タンクから取り出す湯の量を少なくするようにしている。
【０００６】
また、特開２００２−３５７３６４号公報に記載のヒートポンプ給湯機は、電気温水器と同様夜間電力を利用して貯湯するタイプであるものの、貯湯タンクの中の湯量の低下や温度の低下で、設定された出湯温度が得られないときには、ヒートポンプ回路を運転させて貯湯タンクの湯を追焚きしたり、場合によっては電気ヒータを用いた加熱器とヒートポンプ回路とを併用して追焚き運転を行なうようにできる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５７３６４号公報（図３参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のヒートポンプ式給湯機は高温の湯を大量に給湯タンクに貯えるタイプであるため、ヒートポンプ回路の効率が十分に高いところで使用されていないと共に、大きな貯湯タンクの表面から多くの熱が放射されてエネルギーの無駄を生じており、これらによってエネルギー効率の低下を招いていた。
【０００９】
また、大容量の貯湯タンクを有することで、大きなスペースが必要であると共に、給湯機の運搬、設置などに多くの課題を有していた。
【００１０】
更に、従来のヒートポンプ式給湯機は大容量の貯湯タンクを有するため、貯湯タンクを保温する断熱材も大きくなってしまい、コンパクト化が困難な構造であった。
【００１１】
そこで、本発明では、断熱性能に優れた真空断熱材を貯湯タンクの周りに取りつけることによって断熱厚さを薄くでき貯湯タンク部容積を小型化できる。また、真空断熱材の周りに冷媒対水熱交換器を設置することによってさらに断熱性能を向上させ、コンパクト且つエネルギー効率の良いヒートポンプ式給湯機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】
【００１２】
前記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を接続したヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の凝縮器が放出する熱で給水伝熱管内の水を加熱する冷媒対水熱交換器と、前記冷媒対水熱交換器によって温められた水を貯めておく貯湯タンクと、前記冷媒対水熱交換器で温められた水を前記冷媒対水熱交換器から直接使用側端末に供給する直接給湯回路と、前記直接給湯回路を制御する給湯制御部と前記ヒートポンプ回路の運転を制御するヒートポンプ制御部を備えたヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクの周囲に真空断熱材を設置した構成にある。
【００１３】
前記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機は、請求項１に加え、前記真空断熱材の外周に冷媒対水熱交換器を設置した構成にある。
【００１４】
前記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機は、前記請求項１又は請求項２に加え、前記貯湯タンクの脚に前記真空断熱材及び冷媒対水熱交換器を支える支持板を設けた構成にある。
【００１５】
前記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機は、前記請求項１乃至請求項３に加え、複数のヒートポンプ回路と、共通の冷媒対水熱交換器と、共通の貯湯タンクと、共通の直接給湯回路を有する構成にある。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、前記ヒートポンプ回路と、冷媒対水熱交換器と、貯湯タンクと、直接給湯回路と、給湯制御部と、ヒートポンプ制御部を備えたヒートポンプ式給湯機において、前記貯湯タンクの周囲に真空断熱材を設置するものであるから、
貯湯タンクの湯は、直接給湯回路の出湯温度が使用端末での使用温度（一般的には３８〜４２℃）に達するまでの短時間使用であり、貯湯タンクの小形化が図れると共に、貯湯タンクに貯える湯の温度は余分に高温にする必要がなく、使用端末で使用する温度に近い温度で貯湯すればよく、外気との温度差が少なくて済み、貯湯タンクからの熱損出を少なくできる。
【００１７】
また、貯湯タンクの周囲には、薄くて断熱性のよい真空断熱材を設置することにより、小型コンパクトでしかも熱漏洩の少ないヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【００１８】
次に請求項２の発明によれば、前記真空断熱材の外周に冷媒対水熱交換器を設置するものであるから、冷媒対水熱交換器の放熱によって真空断熱材の周囲の温度が高められるので、貯湯タンクと真空断熱材及び真空断熱材の外周温度との差が少なくなり、貯湯タンクからの放熱量が減少し、貯湯タンク内の湯水の温度低下を防ぐことができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によれば、前記貯湯タンクの脚に前記真空断熱材及び冷媒対水熱交換器を支える支持板を設けるものであるから、貯湯タンク、真空断熱材、及び冷媒対水熱交換器の位置関係が一体的にして適切に固定でき、コンパクトで断熱効果を充分に発揮できると共に、耐振動や耐強度に優れたヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【００２０】
また、請求項４の発明によれば、複数のヒートポンプ回路と、共通の冷媒対水熱交換器と、共通の貯湯タンクと、共通の直接給湯回路を有するものであるから、直接給湯回路の加熱能力を倍増し、貯湯タンク内の湯を使用する時間が短くて済み、より一層の貯湯タンクの小化が図れると共に、使用側端末での大量の湯の連続使用があっても対応できる、大容量形のヒートポンプ式給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明のー実施例について、図１を用いて説明する。
【００２２】
図１において本発明の実施例におけるヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ回路１、２によって水を加熱して給湯する給湯回路３（後述する浴槽１９は含まれていない）と、ヒートポンプ回路１、２を制御するヒートポンプ制御部Ａ、Ｂ及び給湯回路３を制御する給湯制御部Ｃとを備えており、一つの箱体内にこれらを収納する。
【００２３】
ヒートポンプ回路１、２は、圧縮機４、凝縮器６ａ、減圧装置７、蒸発器８で構成される。なお、蒸発器８に外気を通風するようにファン８ａが配置されている。
【００２４】
２方弁５は、弁を切り換えることによって圧縮機４から吐出される高温高圧の冷媒を蒸発器８に通流させ、蒸発器８に付着した霜を融解させる除霜制御に使用される。
【００２５】
圧縮機４は、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらを組み合わせた回転数制御により、低速（例えば２０００回転／分）から高速（例えば８０００回転／分）まで制御される。特に、冷媒対水熱交換器６から直接給湯する場合には、ヒートポンプ制御部Ａ、Ｂは圧縮機４を高速運転する。
【００２６】
なお、ヒートポンプ式給湯機の全体構成としては、図１に示すように、複数のヒートポンプ回路１、２に対し、共通の冷媒対水熱交換器６、貯湯タンク１０、及び直接給湯回路３０を有する構成とする。
【００２７】
次に、水道管から水を取り入れ、冷媒対水熱交換器６を介して使用側端末に給湯し、又は後述するように内部で水を循環させることで所定の温度（例えば４２℃）に沸かし上げる給湯回路３について説明する。
【００２８】
この給湯回路３には、減圧逆止弁１１、冷媒対水熱交換器６、貯湯タンク１０、循環ポンプ１３、貯湯タンク１０からの湯と冷媒対水熱交換器６からの出湯を混合するミキシングバルブ１４、ミキシングバルブ１４からの湯と給水管２７からの水を混合するミキシングバルブ１５、湯の流量を調整する流量調整弁１６を水配管で接続して構成されている。
【００２９】
また、浴槽水回路は冷媒対水熱交換器６と注湯電磁弁１７、浴槽用の循環ポンプ１８で構成されている。
【００３０】
本実施例の給湯機は、ヒートポンプ回路１、２の高温冷媒と、給水管２７から導入された水を冷媒対水熱交換器６にて熱交換することによって昇温し、そのまま使用端末に直接給湯する方式とすることで、従来の大型の貯湯タンクを不要とすることができる。
【００３１】
ヒートポンプ運転開始直後の圧力条件が安定するまでは水を温めるのに充分な凝縮熱を発生させることができないが、その立ち上がりの短時間は貯湯タンク１０に貯蔵している湯と冷媒対水熱交換器６からの水を混合して設定温度を保ちつつ給湯することで、貯湯タンク１０の小型化を図ることができる。そして、ヒートポンプ回路１、２の運転が安定し、設定温度の湯を沸かし上げる状態になった時、貯湯タンク１０に貯蔵されている湯の使用を止めて直接給湯するようにする。
【００３２】
次にヒートポンプ給湯機への水の供給を説明する。水道等の水源から供給された利用水は、減圧逆止弁１１に流入し、この先給水管２７を介して、一方は貯湯タンク１０に、もう一方は冷媒対水熱交換器６へ分流される。また、使用端末への給湯はミキシングバルブ１４、流量調整弁１６を通り設定温度にされ供給される。各部の動作については、以下に述べる。
【００３３】
ミキシングバルブ１４は、前述したようにヒートポンプ回路運転開始直後、冷媒対水熱交換器６から出てくる湯の温度が使用端末で使用する湯の設定温度に達しない間は、補助的に貯湯タンク１０の湯を混合して設定温度となった湯を使用端末に供給するためのバルブである。尚、ミキシングバルブ１４と貯湯タンク１０とは給湯管２８によって接続されている。
【００３４】
ミキシングバルブ１５は、ミキシングバルブ１４から供給される湯の温度が設定温度よりも高い場合、給水管２７から供給される水と混合することで湯温を低下させ設定温度にする。
【００３５】
流量調整弁１６は、給湯量が予定の総量を超えないように流量を制御する弁である。
【００３６】
また各部には、給水温度センサ２０、冷媒対水熱交換器６からの水の温度を検出する水熱交換器出口水温センサ２１、混合された貯湯タンク１０の湯と水熱交換器出口水の温度を測る水温センサ２２、最終的な給湯水温を測定する給湯温度センサ２３、貯湯タンク１０の残湯量を測定するためのタンク温度センサ２４、２５、２６が、また冷凍サイクル側には、蒸発器８の中間温度を測定する蒸発器温度センサ８ｂが、圧縮機４の吸込み温度を感知する吸込み温度センサ９が配置されている。
【００３７】
そしてヒートポンプ回路１、２、貯湯タンク１０を含めた給湯回路３および浴槽１９以外のその他の機器が後述する箱体の中に収納されている。
【００３８】
次に使用端末が利用された場合の各部の動作について説明する。使用端末から給湯が開始すると、流量センサ１２が端末の使用を感知し、圧縮機４を起動してヒートポンプ回路１、２の運転を開始する。
【００３９】
運転初期の段階では、ヒートポンプ回路１、２は、まだ立ち上がり状態であるため、貯湯タンク１０を利用した給湯運転となる。給水管２７から導水された水は、減圧逆止弁１１、給水管２７を介して貯湯タンク１０の下部に至る。貯湯タンク１０では、その下部から水が供給され、その水圧により貯湯タンク１０の上部に貯まっていた高温の湯は給湯管２８に押し出される。
【００４０】
一方、給水管２７からの水は冷凍サイクルにより水を加熱するため冷媒対水熱交換器６に流れる水回路に分かれる。貯湯タンク１０からの湯と冷媒対水熱交換器６からの給湯を混合するミキシングバルブ１４で設定された温度になるように温度センサ２２で温度を感知し、貯湯タンク１０からの湯と、冷凍サイクルより加熱された冷媒対水熱交換器６からの水の量で調整する。この運転初期の場合、冷媒対水冷媒熱交換器６を通過してくる水は十分に温められていないため貯湯タンク１０からの湯の量が多く、冷媒対水熱交換器６を流れる水の量は少なくなる（混合運転モード）。ここで運転初期段階において、冷媒対水熱交換器６を流れる水の量を少なくした場合、少量の水のため温度を急激に上昇させることができる。
【００４１】
尚、この混合運転モードにて、使用端末の湯の温度が高すぎると（設定値以上なる場合）、ミキシングバルブ１５が開かれ給水管２７からの水が混合され湯温が調節される。
【００４２】
運転が継続するとヒートポンプ回路１、２は徐々に安定し始め、冷媒対水熱交換器６から給湯される湯の温度も高温となり、貯湯タンク１０からの湯と冷媒対水熱交換器６からの給湯を混合するミキシングバルブ１４は、徐々に貯湯タンク１０からの給湯を絞り込んでゆき、冷媒対水熱交換器６からの給湯温度が設定温度となった場合に、貯湯タンク１０からの給湯を全閉しヒートポンプ回路１、２より加熱された冷媒対水熱交換器６を通過した湯のみで使用端末に湯を供給できるようになる（瞬間湯沸しモード）。
【００４３】
この時設定された温度で端末に湯を供給するために、温度センサ２２で温度を感知し、冷媒対水熱交換器６から出湯しミキシングバルブ１４を通過した湯と、バイパスされた水を混合するミキシングバルブ１５で、設定された湯を端末に供給する。特に夏場など給水管２７から供給される水の温度が高い場合、冷媒対水熱交換器６から出力される湯の温度が設定温度より高くなる。このとき設定温度になるようにミキシングバルブ１５を調節することで適宜水を混合して端末に湯を供給する（水混合モード）。
【００４４】
浴槽１９に給湯、お湯はりする場合、前述同様の運転（混合運転モード、瞬間湯沸しモード、水混合モード）をし、注湯電磁弁１７を開くことにより、浴槽１９に湯を張る。
【００４５】
貯湯タンクの追焚き運転は、ヒートポンプ回路１、２を運転させたまま、水熱交換器出口水温センサ２１が高温（貯湯温度）になるのを待ち、循環ポンプ１３を運転させる。これにより貯湯タンク１０の下部にたまった水は、冷媒対水熱交換器６に至り高温の湯となり、ミキシングバルブ１４を介して貯湯タンク１０の上部に戻される。
【００４６】
又、この時の水熱交換器出口水温センサ２１は圧縮機４の回転数、循環ポンプ１３の流量を変化させることにより行い、タンク温度センサ２６により貯湯タンク沸上げ完了を感知し、貯湯タンク１０の追焚き運転を終了し、待機状態となる。
【００４７】
この貯湯タンクの追焚き運転が終了し、待機状態となると、貯湯タンク１０からの放熱により、少しずつ湯温が下がることとなる。
【００４８】
本実施例では、図２に示してあるように、湯温が下がるのを少しでも低減させることが出来るように、貯湯タンクの周りに断熱性能が良い真空断熱材３１を密着させるように設置し、真空断熱材３１の周りに冷媒対水熱交換器６を設置することにより、貯湯タンク部容積さらには給湯機自体もコンパクトに出来る。さらに、真空断熱材３１の周りに冷媒対水熱交換器６を設置することにより、貯湯タンク１０からの放熱を防止でき断熱効果を向上させることが出来る。
【００４９】
又、貯湯タンク１０の脚３３に支持板３２を固定し、貯湯タンク１０、真空断熱材３１、冷媒対水熱交換器６を一体的に支持することにより、適正な寸法関係を構成することができ、コンパクト化、断熱性向上を図ると共に、耐振動性、耐強度の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例を示すヒートポンプ式給湯機の構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す貯湯タンク部の正面図である。
【図３】図２に示す貯湯タンク部の上面図。
【図４】図３に示す貯油タンク部のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１、２…ヒートポンプ回路、３…直接給湯回路、４…圧縮機、５…二方弁、６…冷媒対水熱交換器、６ａ…凝縮器、６…給水伝熱管、７…減圧装置、８…蒸発器、９…吸込み温度センサ、１０…貯湯タンク、１１…減圧逆止弁、１２…流量センサ、１３、１８…循環ポンプ、１４、１５…ミキシングバルブ、１６…流量調整弁、１７…注湯電磁弁、１９…浴槽、２０…給水温度センサ、２１…水熱交換器出口水温センサ、２２、２３…温度センサ、２４、２５、２６…タンク温度センサ、２７…給水管、２８…給湯管、２９…除霜回路、３０…給湯回路、３１…真空断熱材、３２…支持板、３３…脚。
【図１】
2005315480.tif 000003
【図２】
2005315480.tif 000004
【図３】
2005315480.tif 000005
【図４】
2005315480.tif 000006