(57)【要約】【課題】現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管を極力短くすることで、接続管からの熱ロスを低減し、より効率の高いヒートポンプ給湯機を提供する。【解決手段】圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５を環状に接続して構成されるヒートポンプ１と、沸き上げポンプ７により貯湯タンク８の底部より水を前記放熱器３に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンク８に溜める貯湯回路１８と、前記減圧手段４の出口から前記圧縮機２の間の冷媒と浴槽１３の湯水が熱交換する風呂熱回収熱交換器３８を有する浴槽回路３４により構成され、前記ヒートポンプ１と、前記貯湯回路１８と、前記浴槽回路３４の全てを一体型ユニット３９内に納めたもので、現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管からの熱ロスを低減できるので、熱効率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器を環状に接続して構成されるヒートポンプと、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を前記放熱器に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンクに溜める貯湯回路と、前記減圧手段の出口から前記圧縮機の間の冷媒と浴槽の湯水が熱交換する風呂熱回収熱交換器を有する浴槽回路により構成され、前記ヒートポンプと、前記貯湯回路と、前記浴槽回路の全てを一体型ユニット内に納めたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
浴槽回路に、風呂熱回収熱交換器をバイパスする流路切換手段を設けた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】
ヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧される冷媒を用いたことを特徴とする請求項１又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槽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、ヒートポンプ給湯機としては、加熱源であるヒートポンプ１と水道水を貯留する貯湯タンク８を現地で配管接続する方式が開発され、オール電化の住宅、マンションなどで新たなインフラの整備を必要とせず手軽に設置する事ができ、またヒートポンプ式であるため入力に対する能力は３倍以上確保可能となるため熱効率が良く、徐々に普及してきている。
【０００３】
また、さらなる効率向上の手段として、入浴後の風呂に貯まったお湯から熱を回収して、その熱を再び高温の湯を沸かすために使用するようにした技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２は、上記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ給湯機の回路図である。
【０００５】
図２において、従来のヒートポンプ給湯機の概要は、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１を備え、ヒートポンプ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。
【０００６】
加熱源であるヒートポンプ１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、冷媒を冷却する放熱器３と、冷媒を減圧する減圧手段４と、冷媒を蒸発気化する吸熱器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。圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧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、吸熱器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、吸熱器５の熱交換効率を高めるために強制的に大気を吸熱器５に循環させる。
【０００７】
一方、湯の沸き上げに関する貯湯回路１８の構成は、沸上げ管９が、貯湯タンク８の下部から貯湯接続管４３ｂを通して放熱器３に接続され、さらに貯湯接続管４３ａを通して放熱器３から貯湯タンク８の上部に接続されている。
【０００８】
沸上げ管９が接続されている貯湯タンク８の上部とは、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８の低温層側であればよい。
【０００９】
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、沸上げ管９の途中に出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。また、ヒートポンプ１において加熱する前の低温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の入口側近傍に、加熱した高温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の出口近傍に、それぞれ設けている。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、貯湯タンク８の外側壁面に垂直方向に、複数の貯湯温度センサー１７ａ〜１７ｄを備えている。
【００１０】
給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源（図示せず）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。
【００１１】
貯湯タンク８の上部には、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、その先に蛇口などの給湯端末２４が接続されている。
【００１２】
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と同様に、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に注湯を行うようになっている。
【００１３】
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、利用側回路３１においては、利用側回路３１の途中に、バイパス管３７を介して、後述の風呂熱回収熱交換器３８をバイパスする流路切換手段３６を設置して、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１３内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１２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。
【００１４】
さらに、浴槽１３の湯から熱を回収する風呂熱回収運転の回路構成に関しては、利用側回路３１の途中に、風呂熱回収熱交換器３８を設置して、流路切換手段３６で、風呂接続管４２ａ、４２ｂを介して、浴槽１３内の湯が風呂熱回収熱交換器３８を循環するように切り換える。風呂熱回収熱交換器３８では、浴槽１３内の湯とヒートポンプ１の冷媒が熱交換を行うため、減圧手段４の出口から圧縮機２の入口までの低圧回路側に冷媒の流路を設置している。
【００１５】
これら風呂への注湯に関する構成と、風呂加熱運転する構成及び、風呂熱回収運転に関する構成により浴槽回路３４が構成されている。さらに、貯湯回路１８と、浴槽回路３４とでタンクユニット４１を構成している。
【００１６】
以上のように構成された従来の給湯機の動作、作用は、以下の通りである。
【００１７】
貯湯タンク８に湯を貯める貯湯運転では、ヒートポンプ１は、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、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、吸熱器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が吸熱器５の熱交換効率を高めるために強制的に大気を吸熱器５に循環させる。
【００１８】
この時、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水は、沸上げポンプ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。即ち、貯湯タンク８の下部にある低温層の湯水をヒートポンプ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、沸上げポンプ７を駆動し、貯湯タンク８からの低温水を加熱し、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。
【００１９】
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、沸上げポンプ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。
【００２０】
この様にして、貯湯タンク８に高温の湯を貯めてゆき、貯湯温度センサー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１を停止する。
【００２１】
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。給湯温度に関して、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８からの高温水と給水からの低温水を、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。
【００２２】
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（図示せず）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内の高温水と水を混ぜて温度を低下させることによって給湯を行うので、これによって貯湯タンク８内の高温水温度を給湯温度である４０℃から５０℃程度よりも大幅に高く、６５℃から９０℃程度として、貯湯タンク８の蓄熱密度を大きくすることが可能になる。
【００２３】
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からの高温水と給水からの低温水を風呂用混合弁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。
【００２４】
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内の高温水と水を混ぜて温度を低下させることによって浴槽１３に注湯を行うことになる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
風呂熱回収運転では、ヒートポンプ１を運転して貯湯運転を行うと、風呂熱回収熱交換器３８には、低圧で低温になった冷媒が流れることになる。
【００２９】
一方、流路切換手段３６は、浴槽１３内の湯水を、利用側ポンプ１２により風呂熱回収熱交換器３８に送り、再び浴槽１３に循環させる。
【００３０】
この時、低圧で低温となった冷媒と、浴槽１３からの湯が熱交換することにより、浴槽１３内の熱がヒートポンプ１内を流れる低温低圧の冷媒に吸熱される。ヒートポンプ１では吸熱量が増加するため、低圧圧力が上昇する。また、風呂熱回収運転中は、大気から吸
熱する必要がないため、送風機６を停止しながら貯湯運転を行うこともできる。
【００３１】
よって、浴槽１３の湯から熱を回収する風呂熱回収運転を行うことにより、吸熱量が増加するため、低圧圧力を上昇させることができるので、ヒートポンプ１の運転効率を向上させることができる。
【００３２】
また、送風機６を停止することができるので、送風機６の入力を低減でき、ヒートポンプ１の運転効率を向上できる。
【特許文献１】特開２００７−２４４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、上記従来のヒートポンプ給湯機の構成では、ヒートポンプ１とタンクユニット４１はそれぞれ別個に設置されるため、ヒートポンプ１とタンクユニット４１が離れた位置に設置されると、現地で風呂接続管４２ａ、４２ｂ、及び貯湯接続管４３ａ、４３ｂの接続工事に工数がかかると共に、接続配管での熱ロスが発生することになり、熱効率が低下するという課題があった。
【００３４】
本発明は、現地での接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管を極力短くして、接続管からの熱ロスを低減し、熱効率の高いヒートポンプ給湯機を提供する事を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上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機は、圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器を環状に接続して構成されるヒートポンプと、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を前記放熱器に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンクに溜める貯湯回路と、前記減圧手段の出口から前記圧縮機の間の冷媒と浴槽の湯水が熱交換する風呂熱回収熱交換器を有する浴槽回路により構成され、前記ヒートポンプと、前記貯湯回路と、前記浴槽回路の全てを一体型ユニット内に納めたもので、現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管からの熱ロスを低減できるので、熱効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプと、貯湯回路と浴槽回路を全て一体型ユニット内に納めることにより、現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管からの熱ロスを低減できるので、熱効率の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、吸熱器を環状に接続して構成されるヒートポンプと、沸き上げポンプにより貯湯タンクの底部より水を前記放熱器に循環させて高温の湯水を前記貯湯タンクに溜める貯湯回路と、前記減圧手段の出口から前記圧縮機の間の冷媒と浴槽の湯水が熱交換する風呂熱回収熱交換器を有する浴槽回路により構成され、前記ヒートポンプと、前記貯湯回路と、前記浴槽回路の全てを一体型ユニット内に納めたもので、現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管からの熱ロスを低減できるので、熱効率を向上させることができる。
【００３８】
第２の発明は、特に、第１の発明の浴槽回路に、風呂熱回収熱交換器をバイパスする流路切換手段を設けたもので、浴槽内の湯水の再加熱と浴槽内湯水からの熱回収を１つの水回路で切り換えることが可能となるので、一体型ユニットへの収納性を向上させることができる。
【００３９】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明のヒートポンプに臨界圧力以上に昇圧される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。
【００４０】
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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態おけるヒートポンプ給湯機の回路図である。尚、従来のヒートポンプ給湯機と同一部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ１と、貯湯回路１８と、浴槽回路３４の全てを一体型ユニット３９に内蔵し、風呂接続管４２ａ、４２ｂ、及び貯湯接続管４３ａ、４３ｂも一体型ユニット３９内に内蔵し、これらを工場にて組立てるようにしたもので、個々の構成部品は、従来のヒートポンプ給湯機と同一なので説明は省略する。又、給湯運転、注湯運転、風呂熱回収運転時の動作も、従来のヒートポンプ給湯機と同一なので説明は省略する。
【００４３】
尚、本実施の形態におけるヒートポンプ１には、冷媒として炭酸ガスが用いており、圧縮機２によって圧縮された冷媒が、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入るようにしている。
【００４４】
以上のように、本実施の形態によれば、浴槽１３の湯を風呂熱交換器３８に循環させる際の循環路が一体型ユニット３９内に納められており、短いことから配管での熱ロスをより少なくできる。又、ヒートポンプユニット１と、貯湯回路１８と、浴槽回路３４の全てを一体型ユニット３９に内蔵することによって、接続管も一体型ユニット内に内蔵し、現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管を極力短くすることができ、接続管からの熱ロスを低減して、熱効率を大幅に向上させることが出来る。
【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、ヒートポンプと、貯湯回路と、浴槽回路を一体型ユニットに内蔵することによって、接続管も一体型ユニット内に内蔵し、現地で接続管を接続する工数を低減すると共に、接続管を極力短くすることで、接続管からの熱ロスを低減できより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
２  圧縮機
３  放熱器
４  減圧手段
５  吸熱器
７  沸上げポンプ
８  貯湯タンク
１３  浴槽
１８  貯湯回路
３４  浴槽回路
３６  流路切換手段
３８  風呂熱回収熱交換器
３９  一体型ユニット
【図１】
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【図２】
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