(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートポンプ等の加熱部で加熱された水を、タンクを介することなく、温水使用箇所に供給することにより、タンクを省略することができ、小型化および軽量化を図ることができ、さらに、タンクによる熱損失の増大を抑制することができるヒートポンプ式給湯器を提供する。【解決手段】水供給部１１に接続され、水または温水が流通する流路１０と、ヒートポンプ循環回路１２と、ヒートポンプ循環回路１２に設けられ、太陽電池１３と電力供給部１７とからの電力により駆動する加熱部１４と、第１熱交換器１５と、補助加熱器１８と、第２熱媒体Ｂが循環する太陽熱集熱器循環回路１９と、太陽熱集熱器循環回路１９に設けられ、第２熱媒体Ｂを加熱する太陽熱集熱器２１と、太陽熱集熱器２１により加熱された第２熱媒体Ｂと、流路１０内の水との間で熱交換する第２熱交換器２２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が供給される水供給部に接続され、前記水または温水が流通する流路と、
第１熱媒体が循環するヒートポンプ循環回路と、
前記ヒートポンプ循環回路に設けられ、太陽電池と電力供給部とからの電力により駆動する加熱部と、
前記加熱部により加熱された第１熱媒体と前記流路内を流れる前記水との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
太陽電池と電源供給部とにより駆動され、前記流路内を流れる水を加熱する補助加熱器と、
第２熱媒体が循環する太陽熱集熱器循環回路と、
前記太陽熱集熱器循環回路に設けられ、前記第２熱媒体を加熱する太陽熱集熱器と、
前記太陽熱集熱器により加熱された前記第２熱媒体と、前記流路内の水との間で熱交換する第２熱交換器と、
を備えたヒートポンプ式給湯器。
【請求項２】
前記補助加熱器および前記第２熱交換器は、前記第１熱交換器より前記流通路の下流側に設けられた、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯器。
【請求項３】
前記補助加熱器は、前記第１熱交換器より、前記流通路の下流側に配置され、
前記第２熱交換器は、前記補助加熱器より、前記流通路の下流側に配置され、
前記補助加熱器から流出する水の温度が、所定温度より低くなると、前記電力供給部から前記補助加熱器と前記加熱部との少なくとも一方に電力を供給するように前記電力供給部を制御する制御部と、
をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯器。
【請求項４】
前記流路を流れる温水を貯えるタンクを介することなく、前記流路内の温水を温水使用箇所に供給する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ヒートポンプ式給湯器、特に、太陽電池からの電力および太陽熱集熱器からの太陽熱を用いて水を加熱して、洗面所や台所等で用いるお湯を供給するヒートポンプ式給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、太陽熱集熱器等を用いて、太陽熱によって、貯留タンク内に貯留された水を加熱して、お湯を供給する給湯器が知られている。たとえば、特開２００４−９２９３４号公報には、お湯が貯留されるタンクと、太陽熱エネルギーを集める太陽熱集熱器と、この太陽熱集熱器により加熱された熱媒体を用いて、タンク内に貯留されたお湯を加熱する熱交換器とを備えたヒートポンプ式給湯器が記載されている。
【０００３】
その一方で、近年、電気温水器よりもエネルギー効率が３００％から５００％程度もよいと言われるヒートポンプが用いられたヒートポンプ式給湯器が普及している。たとえば、特開２００４−２７１１６４号公報には、お湯が貯留されるタンクと、太陽電池と、太陽電池からの電力により駆動するヒートポンプとを備えたヒートポンプ式給湯器が記載されている。しかし、上記のようなヒートポンプ式給湯器においては、ガス等を燃焼したときのように強力な熱量を得ることができないため、瞬間給湯を行うことが困難なものとなっている。
【０００４】
そこで、特開２００２−２２２７０号公報には、太陽熱集熱器と、ガス給湯器と、石油給湯器と、お湯が貯留されるタンクとを備えた給湯器が提案されている。この給湯器においては、瞬間給湯が必要となった場合には、タンク内に貯留されたお湯をガス給湯器および石油給湯器により水を加熱して給湯する。すなわち、この特開２００２−２２２７０号公報に記載された給湯器においては、タンク内にお湯を予め貯留することにより、安定的に給湯すると共に、ガス給湯器や石油給湯器を用いることにより、瞬間給湯を行うこととしている。
【０００５】
しかし、上記給湯器においては、浴槽にお湯を満たすことを考えると、タンクの容量は、少なくとも、２００Ｌ程度を確保する必要があり、さらに、余裕を取る必要があることから、タンクの容量は、２００Ｌから５００Ｌ程度となる。このようなタンクにお湯を満たすと、その重量は、２００Ｋｇから５００Ｋｇ程度となる。このため、基礎工事を行い、ヒートポンプ式給湯器が設置される地盤を堅固なものとする必要がある。さらに、上記ヒートポンプ式給湯器の設置場所は、十分なスペースを確保する必要がある。
【０００６】
そこで、近年、タンクの容量の低減が図られた給湯器が提案されている。たとえば、特開２００３−２７９１３３号公報および、特開２００５−３７１２３号公報には圧縮器を２つ設けることにより、熱媒体を短時間のうちに加熱して、この熱媒体と、水との熱交換効を行い、瞬時に給湯可能としている。しかし、圧縮器の駆動が安定するまでの間や、供給される水の温度が低い場合には、瞬時に給湯することが困難である場合があるため、予めタンク内に必要最小限のお湯を貯留することとしている。
【特許文献１】特開２００４−９２９３４号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１１６４号公報
【特許文献３】特開２００２−２２２７０号公報
【特許文献４】特開２００３−２７９１３３号公報
【特許文献５】特開２００５−３７１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、上記従来の給湯器においては、お湯を貯留するタンクが必要であるため、給湯器の設置場所のスペースを確保する必要があり、また、地盤を強化する必要があるという問題があった。特に、タンク内にお湯を貯留する場合には、外気の温度とお湯との温度差が大きくなり、放熱による熱損失が大きくなり、さらに余分なエネルギーが必要となるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートポンプ等の加熱部で加熱された水を、タンクを介することなく、温水使用箇所に供給することにより、タンクを省略することができ、小型化および軽量化を図ることができ、さらに、タンク内に貯留された温水が外部への放熱を抑制することができ、熱損失の増大を抑制することができるヒートポンプ式給湯器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るヒートポンプ式給湯器は、第１熱媒体が循環するヒートポンプ循環回路と、ヒートポンプ循環回路に設けられ、太陽電池と電力供給部とからの電力により駆動する加熱部と、加熱部により加熱された第１熱媒体と流路内を流れる水との間で熱交換を行う第１熱交換器と、太陽電池と電源供給部とにより駆動され、流路内を流れる水を加熱する補助加熱器と、第２熱媒体が循環する太陽熱集熱器循環回路と、太陽熱集熱器循環回路に設けられ、第２熱媒体を加熱する太陽熱集熱器と、太陽熱集熱器により加熱された第２熱媒体と、流路内の水との間で熱交換する第２熱交換器とを備える。好ましくは、上記補助加熱器および上記第２熱交換器は、第１熱交換器より流通路の下流側に設けられる。好ましくは、上記補助加熱器は、第１熱交換器より、流通路の下流側に配置され、第２熱交換器は、補助加熱器より、流通路の下流側に配置され、補助加熱器から流出する水の温度が、所定温度より低くなると、電力供給部から補助加熱器と加熱部との少なくとも一方に電力を供給するように電力供給部を制御する制御部とをさらに備える。好ましくは、上記流路を流れる温水を貯えるタンクを介することなく、流路内の温水を温水使用箇所に供給する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るヒートポンプ式給湯器によれば、小型化および軽量化を図ることができ、さらに、熱損失の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を用いて、本実施の形態に係るヒートポンプ式給湯器２０について、説明する。ヒートポンプ式給湯器２０は、水が供給される水供給部１１に接続され、水または温水が流れる流路１０と、太陽電池１３と電力供給部１７とからの電力により駆動するヒートポンプ３５と、太陽電池１３と電力供給部１７とにより駆動され、流路１０内を流通する水を加熱するヒータ（補助加熱器）１８と、熱媒体（第２熱媒体）Ｂが循環する循環回路（太陽熱集熱器循環回路）１９と、この循環回路１９に設けられ、熱媒体Ｂを加熱する太陽熱集熱器２１と、太陽熱集熱器２１により加熱された熱媒体Ｂと流路１０内を流れる水との間で熱交換する熱交換器（第２熱交換器）２２と、電力供給部１７がヒートポンプ３５およびヒータ１８に供給する電力量を制御する制御部３０と備えている。
【００１２】
水または温水が流れる流路１０は、たとえば、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄鋼材等の金属類が用いられる。ヒートポンプ３５は、熱媒体（第１熱媒体）Ａが循環するヒートポンプ循環回路１２と、ヒートポンプ循環回路１２に設けられ、太陽電池１３と電力供給部１７とからの電力により駆動する圧縮器（加熱部）１４と、この圧縮器１４により加熱された第１熱媒体Ａと流路１０内を流れる水との間で熱交換を行う熱交換器（第１熱交換器）１５と、熱交換器１５から流出した熱媒体Ａと外気との間で熱交換して熱媒体Ａを冷却する冷却部１６とを備えている。なお、ヒートポンプ３５としては、圧縮器の種類によりピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式等があり、いずれも用いることができる。また、熱媒体Ａとしては、ＣＦＣ（クロロ・フルオロ・カーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロ・フルオロ・カーボン）、ＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）等のフロン系冷媒のほか、二酸化炭素やアンモニア等の自然冷媒を用いることができる。電力供給部１７は、家庭用電源が用いられる。
【００１３】
熱交換器１５は、水供給部１１より、流路１０の下流側に配置されており、また、ヒータ１８は、熱交換器１５より流路１０の下流側に配置されている。ヒータ１８より下流側の流路１０には、流路１０内を流れる水または温水の温度を測定するセンサー３１が設けられている。また、ヒータ１８の下流側には、流路１０内の水または温水を加圧して、吐出するポンプ３２が設けられており、このポンプ３２の下流側に熱交換器２２が設けられている。なお、ヒータ１８および熱交換器２２は、熱交換器１５より、流路１０の下流側に設けられておればよく、ヒータ１８が熱交換器２２の下流側に配置されてもよい。
【００１４】
熱交換器２２より下流側の流路１０には、ミキシングバルブ２３が設けられており、このミキシングバルブ２３には、水が流通する管路２４が接続されている。このミキシングバルブ２３より、流路１０の下流側には、センサー３４が設けられており、このセンサー３４の下流側には、台所２５ａ、洗面所２５ｂ、浴槽２５ｃ等の温水使用箇所２５が接続されている。
【００１５】
このように、流路１０のうち、熱交換器１５、ヒータ１８および熱交換器２２等の流路１０内を流通する水または温水を加熱する加熱部より下流側には、流路１０を流れる温水を貯えるタンクを介することなく、台所２５ａ、洗面所２５ｂ、浴槽２５ｃ等の温水使用箇所２５が接続されている。
【００１６】
太陽電池１３および電力供給部１７は、循環回路１９に設けられ、熱媒体Ｂを強制循環させるポンプ３３と、ヒータ１８と、圧縮器１４とに接続され、ポンプ３３、ヒータ１８および圧縮器１４に電力を供給する。そして、太陽電池１３と圧縮器１４とを接続する配線には、太陽電池１３から圧縮器１４へ供給される電力量を調整するスイッチなどからなる調整部４４が設けられており、また、太陽電池１３とヒータ１８との間を接続する配線には、太陽電池１３からヒータ１８に供給される電力量を調整する調整部４２が設けられている。そして、太陽電池１３とポンプ３３との間を接続する配線には、太陽電池１３からポンプ３３に供給される電力量を調整する調整部４０が設けられている。
【００１７】
電力供給部１７と圧縮器１４との間を接続する配線には、電力供給部１７から圧縮器１４に供給される電力量を調整する調整部４５が設けられており、電力供給部１７とヒータ１８との間を接続する配線には、電力供給部１７からヒータ１８に供給される電力量を調整する調整部４３が設けられている。さらに、電力供給部１７とポンプ３３との間を接続する配線には、電力供給部１７からポンプ３３に供給される電力量を調整する調整部４１が設けられている。
【００１８】
制御部３０は、センサー３４とセンサー３１とに接続されており、センサー３４によって温水使用箇所２５に供給される温水の温度が入力され、センサー３１によってヒータ１８から流出した温水の温度が入力される。また、制御部３０は、各調整部４０〜４５に接続されており、電力供給部１７および太陽電池１３からポンプ３３とヒータ１８と圧縮器１４とに供給される電力量を調整する。
【００１９】
このように構成されたヒートポンプ式給湯器２０においては、使用者により制御部３０に設定温度が入力される。この制御部３０に入力される設定温度の上限値は、たとえば、６０℃程度とされており、１度刻みで設定温度を変更することができる。そして、温水使用箇所２５に、入力された設定温度の温水を供給する際は、まず、水供給部１１から流路１０内に水が供給され、供給された水は、熱交換器１５において、熱媒体Ａと熱交換され、加熱される。この際、熱媒体Ａは、圧縮器１４により圧縮されることにより加熱され、熱交換器１５にて、流路１０内の水を加熱する。その後、熱媒体Ａは、冷却部１６にて、外気により冷却される。
【００２０】
熱交換器１５から流出した温水は、さらに、ヒータ１８により加熱される。そして、ヒータ１８から流出した温水は、熱交換器２２において、熱媒体Ｂにより加熱される。ここで、熱媒体Ｂは、熱交換器２２内において冷却され、その後、太陽熱集熱器２１内で太陽熱により加熱され、再度、熱交換器２２内に供給される。このように、流路１０には、流路１０内の水または、温水を加熱する熱交換器１５と、ヒータ１８と、熱交換器２２とが直列に配置されているため、流路１０内の水または温水が熱交換器１５、ヒータ１８、熱交換器２２を順次通過する間に、設定温度より高い所定温度にまで短時間で加熱される。所定温度は、使用者が設定できる設定温度の上限値、たとえば６０℃より、たとえば、５℃程度高く設定されており、６５℃程度とされている。
【００２１】
そして、ミキシングバルブ２３において、所定温度にまで加熱されヒータ１８から流出する温水に、管路２４からの水を混合して、流路１０内の温水を設定温度にまで冷却して、温水使用箇所２５に供給する。すなわち、このヒートポンプ式給湯器２０によれば、瞬時に設定温度の温水を給湯することができるため、予めタンク内にお湯を貯留しておく必要がなく、タンクを設ける必要がない。このため、ヒートポンプ式給湯器２０の小型化および軽量化を図ることができる。これに伴い、狭いスペースにおいても、ヒートポンプ式給湯器２０を配置することができ、また、基礎工事を行うことなく、ヒートポンプ式給湯器２０を設置することができる。さらに、温水をタンクに貯留することがないため、タンク内の温水の熱が外部に放熱されることがなく、エネルギー効率を高めることができる。
【００２２】
ここで、ヒートポンプ３５は、ヒータ１８および熱交換器２２より流路１０の上流側に配置されているため、水供給部１１から流路１０内に供給された水は、まず、ヒートポンプ３５により加熱され、その後、ヒータ１８により加熱される。ヒートポンプ３５のエネルギー効率は、ヒータ１８より高いため、まず、ヒートポンプ３５で加熱することにより、ヒータ１８での加熱量を低減することができる。これにより、水供給部１１から供給された水を加熱して、ヒータ１８から流出する温水の温度を、所定温度以上とするために、必要な電力量を低減することができる。
【００２３】
ここで、たとえば、天候の悪い日や、夜間においては、太陽電池１３から供給される電力のみで、ヒータ１８および圧縮器１４を駆動し、太陽熱集熱器２１により流路１０内の水または温水を加熱したのでは、ヒータ１８から流出する温水の温度が所定温度より低くなる場合がある。このような場合には、センサー３１がヒータ１８から流出した温水の温度を制御部３０に出力し、制御部３０がヒータ１８から流出した温水の温度が、所定温度より低いことを感知すると、制御部３０は調整部４１、４３、４５を制御して、電力供給部１７から圧縮器１４、ヒータ１８に電力を供給する。これにより、ヒータ１８による加熱と、熱交換器１５における熱交換が促進され、流路１０内の温度が上昇する。
【００２４】
そして、ヒータ１８から流出する温水の温度が所定温度以上となるまで、電力供給部１７から圧縮器１４、ヒータ１８に供給する電力量を上昇させ、ヒータ１８から流出する温水の温度が所定温度以上となると、電力供給部１７から供給される電力量を維持する。その後、ヒータ１８から流出する温水の温度が所定温度の上限値にまで達すると、電力供給部１７からの供給電力量を低減する。さらに、電力供給部１７からの電力供給がなくても、ヒータ１８から流出する温水の温度が所定温度以上となると、制御部３０は、調整部４１、４３、４５を制御して、電力供給部１７からの電力供給を停止する。
【００２５】
その一方で、太陽電池１３から供給される電力のみで、圧縮器１４およびヒータ１８を駆動して、流路１０内の温水または水を加熱することにより、ヒータ１８から流出する温水の温度が所定温度の上限値以上となる場合には、制御部３０は、調整部４０、４２、４４を調整して、ヒータ１８、圧縮器１４およびポンプ３３に供給する電力量を低減する一方で、余った電力を電力会社に売却することができる。
【００２６】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
ヒートポンプ式給湯器、特に、太陽電池からの電力および太陽熱集熱器からの太陽熱を用いて、洗面所や台所等で用いるお湯を供給するヒートポンプ式給湯器に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態に係るヒートポンプ式給湯器を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  流路、１１  水供給部、１２  ヒートポンプ循環回路、１３  太陽電池、１４  圧縮器（加熱部）、１５  熱交換器、１７  電力供給部、１８  ヒータ、２０  ヒートポンプ式給湯器、２１  太陽熱集熱器。
【図１】
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