(57)【要約】【課題】システムの据付時の作業量を低減させてシステムの信頼性向上に寄与でき、しかもヒートポンプ式給湯システムを構成する配管の凍結も抑制できるヒートポンプの配管キット、およびヒートポンプ式給湯システムを提案する。【解決手段】給水装置２と貯湯タンク３とのいずれか一方から選択的に水を取り込み、取り込んだ水を内部の冷媒と熱交換し加熱水として貯湯タンク３側に供給するヒートポンプ１の水取り込み口４側の流路を構成するものであって、少なくとも第１配管１６と、第１電磁弁１６と、第１ストレーナ１８とが接続された水配管キット１００Ａと、少なくとも第２配管１１と、第２電磁弁１２と、第２ストレーナ１３とが接続された湯水配管キット１００Ｂとが並置され、水配管キット１００Ａの一端と湯水配管キット１００Ｂの一端とが合流しているヒートポンプの配管キット１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水装置と貯湯タンクとのいずれか一方から選択的に水を取り込み、取り込んだ水を内部の冷媒と熱交換し加熱水として前記貯湯タンク側に供給するヒートポンプの水取り込み口側の流路を構成するものであって、
少なくとも第１配管と、第１流量調整装置と、第１ストレーナとが接続された水配管キットと、少なくとも第２配管と、第２流量調整装置と、第２ストレーナとが接続された湯水配管キットとが並置され、
前記水配管キットの一端と前記湯水配管キットの一端とが合流していることを特徴とするヒートポンプの配管キット。
【請求項２】
前記第１配管と前記第２配管は電気的絶縁可能な材料の配管であり、各配管が互いに近接していることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプの配管キット。
【請求項３】
前記配管キットを囲うケースを備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のヒートポンプの配管キット。
【請求項４】
給水装置と、貯湯タンクと、前記給水装置又は前記貯湯タンクから取り込んだ水を内部の冷媒と熱交換し加熱水として前記貯湯タンク側に供給するヒートポンプとを備えたヒートポンプ式給湯システムにおいて、
請求項１〜３のいずれかに記載の配管キットが前記ヒートポンプの水取り込み口に連結されていることを特徴とするヒートポンプ式給湯システム。
【請求項５】
前記水配管キットが前記湯水配管キットの上側に配置されていることを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ式給湯システム。
【請求項６】
前記水配管キットが前記湯水配管キットの下側に配置されていることを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ式給湯システム。
【請求項７】
前記ヒートポンプの前記冷媒がＣＯ2 冷媒であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水装置と、貯湯タンクと、ヒートポンプとを備えたヒートポンプ式給湯システムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯器（またはヒートポンプ式給湯システム）は、冷凍サイクルの凝縮工程を利用して、高温の冷媒と水を熱交換することで水をお湯（加熱水または温水に同じ）にして、給湯用途に供する装置である。ヒートポンプ式給湯器の通常の使用方法としては、電気料金の安価な夜間にお湯を作り、別に設けた貯湯タンクにお湯を貯める。昼間は、基本的にタンク内の温度が低下しない限り熱源機を使用しないことから、水配管内の水は滞留することが多い。このため、冬期の氷点下になるような環境下では、水配管が凍結し、配管や熱交換器が破裂するおそれがある。
これまではその対策として、電気ヒータを巻き付けて通電する、断続的にポンプを回して水を循環させて滞留させないようにする、等の方法により配管内の水の凍結を防止していた（例えば、特許文献１〜３等）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３９０３４６２号公報
【特許文献２】特許第３８６９７４９号公報
【特許文献３】特許第３９１９６１０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、凍結防止のために配管に電気ヒータ等を取り付けることは、関係する部品の追加や電気配線の引き回しによりヒートポンプ式給湯器のシステムが複雑になるとともに、余分な電力を消費することにもなる。
また、貯湯タンクと熱源機との間を循環させながら徐々に昇温させる場合には、ポンプの断続運転による凍結防止が可能であったが、入ってきた少量の水を一気に昇温させる方式に適しているＣＯ２  冷媒を用いた給湯器の場合には次の理由によりそれが適用しにくい。すなわち、貯湯タンクに貯められた温水を利用したポンプの断続運転による凍結防止方法では、タンク内の熱量を消費し、貯湯タンクに貯まっている温水温度が下がっていくことになるので、貯湯タンク内の再加温が必要になる。しかし、ＣＯ２  冷媒を用いた給湯器の場合には、冷媒の特性上、高入水温度からの再加温運転の効率が悪いことから、再加温運転の回数が多い運転形態をとると、給湯システムとしての運転効率は悪くなるといった点がある。
また、前述の理由から、給水装置からの入水と貯湯タンクからの入水との２系統の給水系統をもつため、片側の給水系統で運転している間、他方の配管系統の水は滞留したままとなり、ポンプの断続運転による凍結防止を行い得ないといった理由もある。
【０００５】
さらに、業務用のヒートポンプ給湯システムは、一般家庭用のそれと比べるとシステムの規模が大きく、そのため据付に関する制限事項が現場によって相違するため、熱源機と貯湯タンクとの組合せ工事は、据付現場でする事が多い。このため、配管およびバルブなどの部品の選定や作業工程を工事業者に任せることとなり、その結果として、配管の水漏れや部品の選定ミスによるシステムの不具合につながるおそれもあった。
【０００６】
本発明は上記課題に対応してなされたものであり、システム据付時の作業量を低減させてシステムの信頼性向上に寄与でき、しかもヒートポンプ式給湯システムを構成する配管の凍結も抑制できるヒートポンプ式給湯システムを提供することを目的とし、併せてそのための配管キットを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のヒートポンプの配管キットは、給水装置と貯湯タンクとのいずれか一方から選択的に水を取り込み、取り込んだ水を内部の冷媒と熱交換し加熱水として前記貯湯タンク側に供給するヒートポンプの水取り込み口側の流路を構成するものであって、少なくとも第１配管と、第１流量調整装置と、第１ストレーナとが接続された水配管キットと、少なくとも第２配管と、第２流量調整装置と、第２ストレーナとが接続された湯水配管キットとが並置され、水配管キットの一端と湯水配管キットの一端とが合流しているものである。
また、本発明のヒートポンプ給湯システムは、給水装置と、貯湯タンクと、前記給水装置又は前記貯湯タンクから取り込んだ水を内部の冷媒と熱交換し加熱水として前記貯湯タンク側に供給するヒートポンプとを備えたヒートポンプ式給湯システムにおいて、上記の配管キットが前記ヒートポンプの水取り込み口に連結されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のヒートポンプの配管キットは、少なくとも第１配管と、第１流量調整装置と、第１ストレーナとが接続された水配管キットと、少なくとも第２配管と、第２流量調整装置と、第２ストレーナとが接続された湯水配管キットとが並置されている。このため、ヒートポンプの据付時に、水配管キットや湯水配管キットの構成部品を選択する必要が無く、ヒートポンプ取付時の部品選択の判断ミスによる信頼性の低下が防止できる。また、配管キットのヒートポンプへの取付を、配管キットの取付として一回の作業で行うことが可能となり、水配管ラインと湯水配管ラインとを別々に施工していた従来の場合に比べて、その作業工程を低減でき、さらにそれに伴う作業ミスの低減により、ヒートポンプやヒートポンプシステムの信頼性も向上する。
さらに、本発明のヒートポンプ給湯システムは、上記の配管キットをヒートポンプの水取り込み口に連結しているため、上記の理由によりシステムの信頼性が向上する。加えて、水配管キットと湯水配管キットとが並置されているため、湯水配管キットを流れる温水からの放熱によって水配管キットが暖められて、水配管キット内に滞留している水の凍結を抑制又は予防できるという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はこの発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムの全体構成図である。熱源機であるヒートポンプ１と、給水装置２と、貯湯タンク３とを備え、それらの装置が配管で接続されている。このヒートポンプ式給湯システムの構成は、基本的には浴槽保温やカラン・シャワー用配管の放熱による、保温負荷の高い業務用のものを想定しているが、使用用途によっては家庭用にも応用可能である。
【００１０】
ヒートポンプ１は冷媒を利用する熱交換器を有し、内部で高温とされた冷媒とヒートポンプ１に取り込まれた水との間で熱交換を行い、取り込まれた水を加熱水（お湯または温水）として貯湯タンク３へ送る作用を果たす。なお、ヒートポンプ１で使用される冷媒は、従来のＨＦＣ冷媒等でも良いが、本実施形態の構成の場合、ＣＯ２  冷媒の利用がより適している。
本実施形態の場合でＣＯ2冷媒が適している理由として簡単に説明する。ＣＯ2冷媒にて構成する冷媒サイクルは、サイクルの高圧側が超臨界になる遷臨界サイクルを形成する。このため、冷媒のエンタルピー差は給水温度に依存することにより、例えば、同じ圧縮機の回転数でも、給水温度と出湯温度との差が大きいほど加熱能力は上がる。その結果、高い効率の運転ができることとなる。以上より、ＣＯ2冷媒を用いた給湯機では、直接給水する方式を好む。
給水装置２は、ヒートポンプ１を介して貯湯タンク３に水（加熱水を含む）を供給する装置であり、例えば屋上の水槽や水道の蛇口等からなる。給水装置２は給水配管２４を介してヒートポンプ１とつながっている。
貯湯タンク３は、ヒートポンプ１で加熱された加熱水を貯えるものであり、通常この中の加熱水が、図示していない流路を経由して利用に供される。貯湯タンク３は貯湯タンク戻り配管３１および出湯配管３２を介してヒートポンプ１とつながっており、貯湯タンク３に貯えられた水は、再度ヒートポンプ１に戻して再加熱できる構成となっている。なお、貯湯タンク３はその表面を保温材で覆うのが好ましい。
【００１１】
図２は図１の全体図の中の一点波線で囲まれた部分に用いられている配管キット１００の例示図である。この配管キット１００は、一端１６Ａが給水配管２４に接続される水配管キット１００Ａと、一端１１Ａが貯湯タンク戻り配管３１に接続される湯水配管キット１００Ｂとを有し、それらの各キットが一体化されて並置されており、水配管キット１００Ａと湯水配管キット１００Ｂの他端側が合流して、ヒートポンプ１の水取り込み口に連結されている。この配管キット１００は、給水装置２と貯湯タンク３とのいずれか一方から選択的に水を取り込み、取り込んだ水を内部の冷媒と熱交換し加熱水として貯湯タンク３に供給するヒートポンプ式給湯システムに適用される。
なお、この配管キット１００には、配管キット１００がヒートポンプ１に取付けられた際に、配管キット１００を囲うケース（図３に符号１０１で示した）も用意されている。
【００１２】
この例で水配管キット１００Ａは、一端に流路連結部１６Ａを有し電気絶縁性の樹脂などからなる第１配管１６、流量制御装置として機能する第１電磁弁１７、流路内の異物を取り除くための第１ストレーナ１８、水の逆流を防止する第１逆止弁１９、および第１減圧弁２０が連結されて流路が構成されている。なお、ここでは第１ストレーナ１８と第１逆止弁１９が入水金具として一つのケースにまとめられている。
一方、湯水配管キット１００Ｂは、一端に流路連結部１１Ａを有し電気絶縁性の樹脂などからなる第２配管１１、流量制御装置として機能する第２電磁弁１７、流路内の異物を取り除くための第２ストレーナ１３、水の逆流を防止する第２逆止弁１４、および第２減圧弁２１が連結されて流路が構成されている。ここでも第２ストレーナ１３と第２逆止弁１４が入水金具として一つのケースにまとめられている。
そして、これらの水配管キット１００Ａと湯水配管キット１００Ｂの流路の他端は、銅配管２２によって合流されており、その銅配管２２の端部２２Ａがヒートポンプ１の水取込み口４に連結できるように構成されている。
【００１３】
次に、配管キット１００を構成する各部品について説明をしておく。
各減圧弁２０，２１は、入ってくる高圧の水を一定に減圧して出すものである。ヒートポンプ１内には、流量制御手段としてポンプと流量調整弁とを設けてはいるが、本実施例ではコストメリット上、耐圧の低いポンプを採用している。ただし、入水圧力の高いケースを想定した場合は減圧弁２０，２１を設けておくことが望ましい。また、この減圧弁２０，２１は、設置する場所の水圧の条件に応じて取り外し可能な構造となっている。
各ストレーナ１３，１８は、ヒートポンプ１に入ろうとする異物を取り除くためのものであり、品質管理上、必ず設けるべきものである。
水配管キット１００Ａの第１電磁弁１７は、ヒートポンプ１の停止中や保温運転中に、給水装置２からの水がヒートポンプ１に流れ込まないようにするためのもので、必ず設けておくべきものである。
また、湯水配管キット１００Ｂに配置される第２電磁弁１２は、給水装置２から水を給水中に、貯湯タンク３からヒートポンプ１内へ水が流れ込まないようにするものである。従って、貯湯タンク３からヒートポンプ１内へ水を取り込まない設定のシステムでは、第２電磁弁１２は不要であるが、このシステムの使用態様で必須のものである。
【００１４】
なお、湯水配管キット１００Ｂの第２電磁弁１２設置予定部分は、通常は継手１５が着脱自在に取り付けられており、第２電磁弁１２が必要な場合には、その継手１５を外して、代わりに第２電磁弁１２を接続できるようになっている。
第１および第２配管１１，１６は電気的絶縁可能な材料（例えば樹脂製）とし、各配管キット１００Ａ，１００Ｂの主たる流路を構成するともに、各電磁弁１２，１７が漏電した場合には、配管を伝わって電気が外に流れ出ないように絶縁する機能も果たしている。
【００１５】
次に、配管キット１００のヒートポンプ１への取付態様を説明する。図３と図４は、配管キット１００のヒートポンプ１への取付位置を示すヒートポンプの側面図と背面図である。配管キット１００の設置場所は特に限定されるわけではないが、両側面は、隣り合わせた状態でヒートポンプ給湯機を複数台で並べる為に、また前面は圧縮機や他の冷媒回路部品をサービスするスペースの関係で、通常はヒートポンプ１の背面下部１Ａに配置される。なお、図４に示すように、ヒートポンプ１の背面下部１Ａに取り付けられた配管キット１００は、図３に示すように、ケース１０１によって全体を囲むように、さらに好ましくは、ケース１０１の内側に断熱材を貼り付けた状態で全体を囲むようにしておくのが好ましい。これは、意匠的な観点からの理由と共に、湯水配管キット１００Ｂを通る加熱水の放熱を逃がさないようにして、水配管キット１００Ａに滞留している水の凍結防止効果を上げる点からも有効である。
【００１６】
図５は配管キット１００のヒートポンプ１への取付態様を示す説明図である。図５では、配管キット１００をヒートポンプ１の背面下部１Ａに取り付けている。
ヒートポンプ１の背面下部１Ａには、配管キット１００の支持又は固定用板金６，８を間隔を開けて２カ所に予め設けておく。そして、例えば、配管キット用支持板金８で、配管キット１００Ａおよび湯水配管キット１００Ｂをそれぞれ係止し、配管キット固定用板金６と固定金具７で、配管キット１００Ａ及び湯水配管キット１００Ｂをそれぞれ固定することで、配管キット１００をヒートポンプ１の背面下部１Ａに取り付ける。
その後、配管キット１００の一方の端部２２Ａを水取り込み口４に連結し、配管キット１００の他方の端部１１Ａを貯湯タンク戻り配管３１に、そしてもう一つの端部１６Ａを給水配管２４にそれぞれ連結することで、ヒートポンプ１の水取り込み口４側の流路が形成できる。
なお、ヒートポンプ１を複数台並べて設置する場合、各ヒートポンプ１に対応する配管キット１００を一体化し、一つのモジュールとしても良い。
【００１７】
ところで、水配管キット１００Ａを湯水配管キット１００Ｂの上側にして、配管キット１００をヒートポンプ１に取り付ければ、湯水配管キット１００Ｂ内を流れる加熱水の放熱が対流によって水配管キット１００Ａに伝わり、水配管キット１００Ａに滞留している水の凍結を抑制または予防できる。
一方、水配管キット１００Ａを湯水配管キット１００Ｂの下側にして、配管キット１００をヒートポンプ１に取り付けた場合も、湯水配管キット１００Ｂ内を流れる加熱水の放熱が自然対流によって水配管キット１００Ａに伝わるため、水配管キット１００Ａに滞留している水の凍結を抑制または予防できる。この場合には、夏場の高温多湿の環境下で水配管キット１００Ａに露が発生してそれが下方に落ちても、上側にある湯水配管キット１００Ｂの電磁弁等にショートするといった影響をおよぼすこともない。
また、第１配管１６と第２配管１１とを近接させた状態で配管キット１００をヒートポンプ１に取り付ければ、湯水配管キット１００Ｂを流れる加熱水の放熱をより有効に利用することができ、水配管キット１００Ａに滞留している水の凍結をさらに効率よく抑制または予防できる。
なお、仮に第一配管１６や第２配管１１に電気ヒータを巻き付けることが必要となったとしても、上記の理由によりその巻数や長さを短くできる。
【００１８】
また、配管キット１００は、水配管キット１００Ａと湯水配管キット１００Ｂとが一体化されてモジュール化されているため、取付作業性にすぐれ、また必要な部品が予め備わっていることから、部品の選定ミスや取付ミスも回避されて、配管キット１００を利用したシステムの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システムの全体構成図。
【図２】図１の一点波線で囲まれた部分の配管キットの構成例示図。
【図３】配管キットのヒートポンプへの取付位置を示すヒートポンプの側面図。
【図４】配管キットのヒートポンプへの取付位置を示すヒートポンプの背面図。
【図５】配管キットのヒートポンプ背面への取付態様を示す説明図。
【符号の説明】
【００２０】
１  ヒートポンプ、１Ａ  ヒートポンプの背面下部、２  給水装置、３  貯湯タンク、４  ヒートポンプの水取り込み口、５  ヒートポンプの出湯口、６  配管キット固定用板金、７  固定金具、８  配管キット支持用板金、１１  第２配管、１２  第２電磁弁、１３  第２ストレーナ、１４  第２逆止弁、１５  継手、１６  第１配管、１７  第１電磁弁、１８  第１ストレーナ、１９  第１逆止弁、２０  第１減圧弁、２１  第２減圧弁、２２  銅配管、２４  給水配管、３１  貯湯タンク戻り配管、３２  出湯配管、１００  配管キット、１００Ａ  水配管キット、１００Ｂ  湯水配管キット、１０１  配管キットカバー。
【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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