(57)【要約】【課題】利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、貯湯運転時に中温水の湯温を下げて運転効率の高いヒートポンプ給湯機を提供することを目的としている。【解決手段】圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、空気熱交換器５を環状に接続して構成されるヒートポンプサイクル１と、前記放熱器３にて加熱されたお湯を貯湯する貯湯タンク８と、給水する給水管１９とを備え、前記貯湯タンク８の長手方向略中央部に存在する中温水と前記給水管１９より給水された水とを熱交換する蓄熱材３８を有する蓄熱手段１０を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、貯湯運転時に中温水の湯温を下げることができ、ヒートポンプサイクル１のエネルギー効率を向上できる。【選択図】図１
2009250462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、前記放熱器にて加熱されたお湯を貯湯する貯湯タンクと、給水する給水管とを備え、前記貯湯タンクの長手方向略中央部に存在する中温水と前記給水管より給水された水とを熱交換する蓄熱材を有する蓄熱手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
蓄熱材は潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
ヒートポンプサイクルに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のヒートポンプ給湯機としては、例えば、図２に記載されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２に示す貯湯運転では、ヒートポンプサイクル１を加熱源として沸き上げポンプ７で貯湯タンク８下部の低温水層の水を放熱器３に循環して加熱して貯湯タンク８上部に送り、湯として貯めており密度差により沸かされた高温の湯と低温水層の水が混じり合うことは殆どなく貯湯タンク８に貯められる。そして、貯湯タンク８に貯まった湯は利用端末２４や浴槽１３への給湯に使用される。
【０００４】
また、浴槽１３内の湯を加熱する風呂加熱運転は、貯湯タンク８内の湯水の熱を浴槽１３内の湯水に放熱することで行っている。利用側回路３１においては、流路切換手段３６は、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させる。一方、熱源側回路３０では貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流している。
【０００５】
そして、風呂熱交換器１４では高温の熱源側回路３０の湯と温度の低い利用側回路３１の湯が熱交換を行って、利用側回路３１の湯を加熱する。この一連の動作は風呂湯温センサー３２によって所定の風呂湯温に達したと判断されるまで持続される。
【０００６】
このとき、熱源回路３０では貯湯タンク８より高温の湯が風呂熱交換器１４で熱交換され、やや温度が下がった中温水となって貯湯タンク８に還流する。還流され貯湯タンク８に溜まった中温水は温度が高いため、貯湯運転時に中温水をヒートポンプサイクル１で再度加熱するとヒートポンプサイクル１の効率が低下する。
【０００７】
そこで、貯湯タンク８長手方向の中間付近より中温水を導き、給湯管２１と接続して利用者への給湯や浴槽１３へのお湯張りの際に中温水を優先的に使用して、低温の給水を給水管１９より貯湯タンク８の下部に取り込みヒートポンプサイクル１へ供給する水温を低減できるよう工夫している。これによって、ヒートポンプサイクル１の効率向上を図っている。
【特許文献１】特許第３９５００３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来の構成では、利用者への給湯や浴槽のお湯張りの際に、中温水を使用しており利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなければ、中温水を低減する効果はない。従って、タイミングによっては、中温水に低減効果がないまま貯湯運転を行わなければならず、この状態で貯湯運転を行った場合にはヒートポンプの効率向上は図れない。
【０００９】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、中温水の湯温を下げて運転効率の高いヒートポンプ給湯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために本発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、前記放熱器にて加熱されたお湯を貯湯する貯湯タンクと、給水する給水管とを備え、前記貯湯タンクの長手方向略中央部に存在する中温水と前記給水管より給水された水とを熱交換する蓄熱材を有する蓄熱手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、貯湯運転時に中温水の湯温を下げることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、中温水を蓄熱材と熱交換することにより、利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、中温水の湯温を下げることができるヒートポンプ給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、空気熱交換器を環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルと、前記放熱器にて加熱されたお湯を貯湯する貯湯タンクと、給水する給水管とを備え、前記貯湯タンクの長手方向略中央部に存在する中温水と前記給水管より給水された水とを熱交換する蓄熱材を有する蓄熱手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、貯湯運転時に中温水の湯温を下げることができる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明において、蓄熱材は潜熱蓄熱材としたもので、蓄熱材の潜熱を利用することができるため、蓄熱材での単位体積当たりの蓄熱量を増加できコンパクト化できる。
【００１４】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、ヒートポンプサイクルに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたもので、放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の回路図である。装置の概要は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱源であるヒートポンプサイクル１を備え、ヒートポンプサイクル１によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯し給湯に利用される。
【００１７】
図１により、先ず、加熱源であるヒートポンプサイクル１の構成について説明する。ヒートポンプサイクル１は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、冷媒を減圧する減圧手段４、冷媒を蒸発気化する空気熱交換器５で構成され、圧縮機２の吐出側より放熱器３を介して減圧手段４に接続し、さらに圧縮機２の吸入側に接続している。
【００１８】
また、このヒートポンプサイクル１においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５で空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。この時、送風機６は空気熱交換器５の熱交換効率を高めるために強制的に大気を空気熱交換器５に
循環させている。
【００１９】
一方、湯の沸き上げに関する貯湯回路１８の構成は、貯湯タンク８の下部と、貯湯タンク８の長手の方向略中央部より蓄熱手段１０を介した配管とが切り替え手段２９に接続され、放熱器３を経て、沸き上げ管が貯湯タンク８上部へ接続している。
【００２０】
また、中温水温度センサー３６は貯湯タンク８の長手方向の略中央部に設置されて貯湯タンク８内の湯水の温度を検知し、切り替え温度センサー３７は蓄熱手段１０と切り替え手段２９の途中に設置され湯水の温度を検知して、切り替え手段２９を制御する。沸上げ管９が接続されている貯湯タンク上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。
【００２１】
貯湯タンク８から放熱器３に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、途中に出力を任意に変化させることができる循環ポンプ７を設けている。さらに、蓄熱手段１０は蓄熱材３８として潜熱蓄熱材を使用しており、この蓄熱材３８と流体の熱交換器を内包している。
【００２２】
また、ヒートポンプサイクル１において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９の放熱器３入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を沸上げ管９における放熱器３出口近傍に設けている。そして、貯湯タンク８の温度分布と蓄熱量を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度センサー１７を備えている。
【００２３】
給湯に関する構成としては、給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。給水管１９は途中で分岐し、一方は貯湯タンク８の下部に接続し、他方の給水バイパス管２２は蓄熱手段１０を経て混合弁２３に接続される。
【００２４】
また、貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低温水を任意の比率で混合可能な混合弁２３が設けられている。混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に給湯端末２４が接続されている。
【００２５】
風呂への注湯に関する構成としては、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられており、給湯管２１と同ように、給湯管２１からの高湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３５が設けられている。また、注湯管２８は注湯電磁弁２７を備え、それを任意に開閉させて自動で浴槽１３に注湯を行う。
【００２６】
浴槽１３内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路３１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させる。また、浴槽内１３の温度を検知するために風呂湯温センサー３２を設けている。そして、貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流する。また、風呂熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知するための環流温度センサー３３が取り付けられている。
【００２７】
以上のように構成された給湯機において、以下、図１に基づいて動作、作用について説明する。
【００２８】
貯湯タンク８に湯を貯める貯湯運転では、ヒートポンプサイクル１は、圧縮機２によっ
て圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５において空気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。この時、送風機６が空気熱交換器５の熱交換効率を高めるために強制的に大気を空気熱交換器５に循環させる。
【００２９】
この時、中温水温度センサー３６で貯湯タンク８の湯水温度Ｔ１を検知し、切り替え温度センサーで、蓄熱手段１０の出口温度Ｔ２を検知する。Ｔ２がＴ１より小さくかつＴ２が所定温度より低い場合には、切り替え手段２９は貯湯タンク８の略中央部より放熱器３に水を流す方向に切り替え、その他の場合には貯湯タンク８の下部より放熱器３に水を流す方向に切り替える。
【００３０】
切り替え手段２９により、貯湯タンク８の略中央部より放熱器３に水を流す方向に切り替えた場合には、貯湯タンク８に滞留している中温水が循環ポンプ７により蓄熱手段１０で蓄熱材３８と熱交換して低温の水となって放熱器３に送られて加熱されるので、貯湯タンク８内の中温水は減少していく。従って、必ずしも利用者への給湯や浴槽１３へのお湯張りを行わなくても低温の水を放熱器３に供給できる。その他の場合には、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水が循環ポンプ７により放熱器３に送られ放熱器３の熱を吸熱して加熱される。
【００３１】
即ち、貯湯タンク８の水をヒートポンプサイクル１により加熱し、貯湯タンク８に戻す貯湯運転においては、切り替え手段２９の動作に関わらず循環ポンプ７を駆動し、貯湯タンク８からの低温の湯水を加熱し、加熱された湯は沸き上げ管９を通って貯湯タンク８の上部に送られることになる。
【００３２】
そして、出湯温度センサー１６によりヒートポンプ６で加熱された水の温度を検知し、循環ポンプ７の出力を変えることで、ヒートポンプ６からの出湯温度を制御して目標の温度となるように加熱を行う。
【００３３】
このようにして、貯湯タンク８に高温の湯を貯めてゆき、貯湯温度検知手段１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ及び入水温度センサー１５で検知した温度によって、貯湯タンク８内の蓄熱量を検知して所定の蓄熱量となった時、ヒートポンプサイクル１を停止する。
【００３４】
給湯端末２４への給湯運転では、給湯端末２４が給湯のために開けられると、貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。また、給水管１９から給水を分岐した給水バイパス管２２からの低温水と貯湯タンク８からの高湯水と給湯用混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。
【００３５】
この時、給水バイパス管の途中には蓄熱手段１０が設置されており、蓄熱材３８と給水バイパス管２２を通る低温水とが熱交換する。蓄熱材３８には貯湯運転時に中温水と熱交換した熱エネルギーが蓄えられており、低温水が熱エネルギーを吸収することで低温水の温度が上昇すると共に蓄熱材３８の熱が奪われて温度が低下していく。即ち、中温水の熱エネルギーを給水に付加したことになる。そして、温度の上昇した給湯バイパス管２２を通る水が給湯用混合弁２３に送られる。
【００３６】
また、この時の混合比は給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、リモコン（図示しない）により利用者が選択した給湯温度となるように保たれる。貯湯タンク８内の高温水と低温水を混ぜて温度を下げることによって所定温度の給湯を行うので、低温水側の温度が上昇することによって、高温水側の流量を低減することができる。
【００３７】
風呂への注湯運転では、注湯運転を開始すると、注湯電磁弁２７が開成され、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８からの高湯水と給水からの低湯水を風呂用混合弁２６において混合比を変えて混合することで、注湯温度を変化させて浴槽１３に注湯する。
【００３８】
この時の混合比は注湯温度センサー３５で検知される注湯温度に応じて制御され、リモコン（図示しない）により利用者が選択した注湯温度となるように保たれる。即ち、貯湯タンク８内の高湯水と水を混ぜて温度を下げることによって浴槽１３に注湯を行うことになる。
【００３９】
この時も給湯運転同ように、給水バイパス２２管の途中には蓄熱手段１０が設置されており、蓄熱材３８と給水バイパス管２２を通る低温水とが熱交換する。蓄熱材３８には貯湯運転時に中温水の熱エネルギーが蓄えられており、低温の給水が熱エネルギーを吸収することで水温が上昇すると共に蓄熱材３８の熱が奪われて温度が低下していく。
【００４０】
即ち、中温水の熱エネルギーを給水に付加したことになる。温度の上昇した給湯バイパス管２２を通る水が給湯用混合弁２３に送られる。貯湯タンク８内の高温水と低温水を混ぜて温度を下げることによって所定温度の給湯を行うので、低温水側の温度が上昇することによって、高温水側の流量を低減することができる。
【００４１】
浴槽１３内の湯を加熱する風呂加熱運転では、貯湯タンク８内の湯水の熱を浴槽１３内の湯水に放熱することで行っている。
【００４２】
利用側回路３１においては、流路切換手段３６は、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させる。一方、熱源側回路３０では貯湯タンク８の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環して貯湯タンク８に環流している。
【００４３】
そして、風呂熱交換器１４では高温の熱源側回路３０の湯と温度の低い利用側回路３１の湯が熱交換を行って、利用側回路３１の湯を加熱する。この一連の動作は風呂湯温センサー３２によって所定の風呂湯温に達したと判断されるまで持続される。このとき、貯湯タンク８へ還流した湯水は当初の湯の温度より低下しており中温水となって貯湯タンク８内に滞留することになる。
【００４４】
このように、貯湯タンク８の下部の水と貯湯タンク８の長手方向略中央部より導かれ蓄熱材３８と熱交換して低温になった中温水とを切り替えて沸き上げポンプ９に送る切り替え手段２９と、切り替え手段２９によって選択された水を沸き上げポンプ９により放熱器３に循環させることによって高温の湯として貯湯タンク８に溜める貯湯回路１８と、蓄熱材３８と給湯端末２４への給湯時または浴槽１３への注湯時に貯湯タンク８から給湯された高温の湯と混合して湯温調整するための低温の給水とが熱交換できるように構成された蓄熱手段１０により利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、貯湯運転時に中温水の湯温を下げることができるのでヒートポンプサイクル１のエネルギー効率を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、利用者への給湯や浴槽へのお湯張りを行わなくても、貯湯運転時に中温水の湯温を下げることができるのでエネルギー効率の高いヒートポンプ給湯機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路図
【図２】従来のヒートポンプ給湯機の回路図
【符号の説明】
【００４７】
１  ヒートポンプサイクル
２  圧縮機
３  放熱器
４  減圧手段
５  空気熱交換器
７  循環ポンプ
８  貯湯タンク
１０  蓄熱手段
１３  浴槽
１８  貯湯回路
１９  給水管
２２  給水バイパス管
２９  切り替え手段
３８  蓄熱材
【図１】
2009250462.tif 000003
【図２】
2009250462.tif 000004