JP4013897B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、大気熱を回収して湯を加熱する加熱手段を備えたヒートポンプ給湯装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ給湯装置は、大気熱を冷媒に回収し熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットで加熱された湯を貯めておく貯湯タンクユニットをそれぞれ分離して設置し、前記ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットを配管接続として使用するという構成が一般的であった。この場合、それぞれを接続するための配管接続工事を必要とした。しかし、最近では、配管接続工事の手間を少なくするためにヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットを一体化して構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、その従来構成を説明するが、本願発明との構成の差異を明確にするため前記特許文献１とは多少異なる構成を用いて説明する。

図４において、ヒートポンプ給湯装置４１は、円筒形状の第一貯湯タンク４２と第二貯湯タンク４３を連接配管４４により直列に接続して貯湯タンクユニットを構成し、第二貯湯タンク４３に接続された給水管４５より給水し、第二貯湯タンク４３内の水をヒートポンプ往き管４６によりヒートポンプユニット４７に導き熱交換器を介して加熱し、加熱された湯をヒートポンプ戻り管４８を介して第一貯湯タンク４２に貯湯するようになっている。貯湯された湯は第一貯湯タンク４２に接続された出湯管４９からカラン５０を介して出湯するようになっている。

そして、貯湯タンクユニットとヒートポンプユニット４７を１つの筐体内に収納して一体化構成としてある。
特開２００３−３１４８９２号公報

近年、ヒートポンプ給湯装置などの貯湯式給湯装置においては、日本の住宅事情に適応した家屋周辺の狭い通路への設置やベランダへの設置が可能な機器本体の奥行き寸法が小さい薄型本体が望まれている。一方、湯切れを心配しないで済むように貯湯タンクは大容量化傾向にあり機器の設置面積としては増加傾向にある。そこで、大容量化と機器本体の薄型化実現のために、胴径の細い貯湯タンクを複数本直列に接続することにより対応していた。

しかしながら、ヒートポンプユニットと貯湯タンクが一体化されたことにより、横幅寸法が大きくなっているにも拘わらず、さらに貯湯タンク本数が増えることにより機器本体の横幅が大きくなり、家屋周辺の通路に設置する場合において十分な設置スペースが確保できないことや、ベランダへの設置が困難であるという課題を有するとともに、貯湯タンクの容量を一定に決めてしまうと、お湯の使用量に関係なく一定の湯量を沸き上げてしまうため、使用量が少ない場合は無駄な沸き上げを行うという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、設置条件の自由度を高めると共に、用途に応じた使用湯量の確保を容易に提供することを目的としたものである。

前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装置は、大気熱を冷媒に回収し給湯用熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプ加熱手段と、前記ヒートポンプ加熱手段で加熱された湯を貯める第一貯湯タンクが一体的に構成されたヒートポンプユニットに、着脱自在な配管接続部を介して別設貯湯ユニットを並設したヒートポンプ給湯装置であって、給水経路に給水管からの給水を第一貯湯タンク側あるいは別設貯湯ユニット側に切り換える給水切換弁と、給湯用熱交換器への湯水供給を第一貯湯タンク側にするかあるいは別設貯湯ユニット側にするかを切り換える入水切換弁と、給湯用熱交換器からの湯水をタンク上部に流すかタンク下部に流すかを切り換える三方弁と、前記三方弁がタンク下部側に切り換わったとき第一貯湯タンク側あるいは別設貯湯ユニット側に切り換える戻り水切換弁と、前記各切換弁を制御する制御部と、操作部とを備え、前記操作部には前記ヒートポンプユニットの単独運転あるいはヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットの並設運転を指示する選択スイッチを設け、前記制御部は前記選択スイッチで指示された運転形態に従い予め定めた切換動作に基づいて各切換弁を制御するようにしたものである。

これによって、最低限必要な湯量を確保するための貯湯タンクを内蔵したヒートポンプユニットに、別設貯湯ユニットを並設することにより、操作部に設けた選択スイッチで用途に応じて貯湯量を任意に増やすことができ、さらに別設貯湯ユニットの設置場所も適所に選ぶことができる設置自由度の高い機器を提供することができる。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニットに着脱自在な別設湯貯湯ユニットが並設できるので、操作部に設けた選択スイッチでユーザーの希望に応じて貯湯量を選択して運転を行うことができると共に、必ずしもヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを同じ場所に設置する必要がないので、設置自由度が高い機器を提供することができる。

第１の発明は、大気熱を冷媒に回収し給湯用熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプ加熱手段と、前記ヒートポンプ加熱手段で加熱された湯を貯める第一貯湯タンクが一体的に構成されたヒートポンプユニットに、着脱自在な配管接続部を介して別設貯湯ユニットを並設したヒートポンプ給湯装置であって、給水経路に給水管からの給水を第一貯湯タンク側あるいは別設貯湯ユニット側に切り換える給水切換弁と、給湯用熱交換器への湯水供給を第一貯湯タンク側にするかあるいは別設貯湯ユニット側にするかを切り換える入水切換弁と、給湯用熱交換器からの湯水をタンク上部に流すかタンク下部に流すかを切り換える三方弁と、前記三方弁がタンク下部側に切り換わったとき第一貯湯タンク側あるいは別設貯湯ユニット側に切り換える戻り水切換弁と、前記各切換弁を制御する制御部と、操作部とを備え、前記操作部には前記ヒートポンプユニットの単独運転あるいはヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットの並設運転を指示する選択スイッチを設け、前記制御部は前記選択スイッチで指示された運転形態に従い予め定めた切換動作に基づいて各切換弁を制御するようにしたもので、ヒートポンプユニットに着脱自在な別設湯貯湯ユニットが並設できるので、操作部に設けた選択スイッチを操作するだけでユーザーの使用湯量や家族構成に応じて貯湯量を増やすことができると共に、必ずしもヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを同じ場所に設置する必要がないので、設置自由度が高い日本の住宅事情にマッチした機器を提供することができる。

第２の発明は、給湯用熱交換器の出口側温度を検出する温度検出手段を設け、前記温度検出手段が所定温度以下のときは三方弁をタンク下部側に切り換えるとともに、操作部の選択スイッチが単独運転を指示している場合は戻り水切換弁を第一貯湯タンク側に切り換え、並設運転を指示している場合は別設貯湯ユニット側に切り換えるようにしたもので、単独運転あるいは並設運転時の沸き上げ運転初期の低温水をタンク下部に戻すことにより、効果的な高温水の貯湯形態を確保することができる。

第３の発明は、操作部の選択スイッチで単独運転を指示している場合は、給水切換弁及び入水切換弁を第一貯湯タンク側に切り換え、並設運転を指示している場合は、給水切換弁及び入水切換弁を別設貯湯ユニット側に切り換えるようにしたもので、ヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットの並設形態におけるヒートポンプユニット単独運転あるいは並設運転を操作部のスイッチ操作で簡単に選択することができ、ユーザーの使用湯量や家族構成に応じて貯湯量を任意に変更可能となって、省エネを配慮した使い勝手を提供することができる。

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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図である。

図１において、１はヒートポンプユニットで、２はヒートポンプ加熱手段、３は冷媒を加熱する圧縮機、４は加熱された冷媒を熱交換させて水を温める給湯用熱交換器、５は冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁、６は大気熱より熱を回収し、冷媒を気化蒸発させる大気熱交換器、７は大気熱交換器６に外気を供給する送風機で、圧縮機３と給湯用熱交換器４と膨脹弁５と大気熱交換器６と送風機７でヒートポンプ加熱手段２を形成している。

８はヒートポンプ加熱手段２で温められた湯を貯める円筒状の第一貯湯タンク、９は第一貯湯タンク８に水道水を供給する給水管で、配管途中に給水圧を減圧する減圧弁１０と第一貯湯タンク８以外の別設貯湯タンクにも給水ができるよう給水経路を切り換えるための給水切換弁１１が取り付けてある。１２は給水切換弁１１に設けられた別設貯湯タンクと接続するための給水接続口である。１３は第一貯湯タンク８の底部に配管接続された別設貯湯タンクを接続するためのタンク接続口、１４はＨＰ往き管で、第一貯湯タンク８の底部の水を給湯用熱交換器４へと導き、熱交換した水はＨＰ戻り管１５より第一貯湯タンク８に貯湯されるようになっている。

ＨＰ往き管１４の配管途中には、給湯用熱交換器４へ送る水を第一貯湯タンク８から導くのか、別設貯湯タンクから導くのかの流路が切り換えられるようになっている入水切換弁１６と、第一貯湯タンク８の水を底部から上部へと送る積層ポンプ１７が取り付けてある。ＨＰ戻り管１５の配管途中には、三方弁１８が取り付けてあり、給湯用熱交換器４で熱交換した後の湯温が所定温度以下であることを温度検出器である沸き上げサーミスタＳが検知すると、三方弁１８の流路を切り換え、湯を第一貯湯タンク８の上部へと導く流路から、貯湯タンク戻り管２１を通って第一貯湯タンク８の底部に導くようになっている。

すなわち、第一貯湯タンク８とＨＰ往き管１４と入水切換弁１６と積層ポンプ１７と給湯用熱交換器４と三方弁１８とＨＰ戻り管１５とで沸き上げ回路１９を形成している。２０は入水切換弁１６に取り付けられた別設貯湯タンクを接続するための入水接続口である。２２は貯湯タンク戻り管２１の配管途中に取り付けられた戻り水切換弁で、別設貯湯タンクを接続した場合には、三方弁１８から導かれた湯を別設貯湯タンクに導くように流路切り換えするためのもので、別設貯湯タンクと接続するための切換接続口２３を備えている。

以上の説明で明らかなように、ヒートポンプユニット１に別設貯湯タンクを接続する場合には、給水接続口１２とタンク接続口１３と入水接続口２０切換接続口２３より為る配管接続が着脱自在な配管接続部Ｍに配管を介して接続することになる。また、本実施例では配管接続部Ｍをヒートポンプユニット１の前面Ｆに臨むように配設し、その配列を本体の右側から給水接続口１２、タンク接続口１３、切換接続口２３、入水接続口２０の順に配置している。２４は電動式の混合弁で、第一貯湯タンク８と配管接続された給湯パイプ２５と給水管９に配管接続されていて、設定温度に応じて内蔵されている弁体（図示せず）の開度比率を制御する事で所望の温度の混合水を得る構成としてある。２６は混合された混合水の温度を検知する温度検出器である給湯サーミスタ、２７は出湯管で、給湯口であるカラン２８を接続している。

また、ヒートポンプユニット１だけで運転を行う単独運転と、ヒートポンプユニット１に別設貯湯タンクを接続した並設形態における並設運転との切り換えは、操作部３９に設けた選択スイッチ３９ａを操作することで任意に選択することができ、この選択信号は制御部３９に送られ、予め定めた切換動作に基づき給水切換弁１１、入水切換弁１６、戻り水切換弁２２を制御して選択信号に対応した動作を行う。

次に、以上のような構成において動作を説明する。まず、ヒートポンプユニット１の単独運転で沸き上げを行う場合には、圧縮機３から吐出した高温高圧のガス冷媒が、給湯用熱交換器４に流入する。一方、第一貯湯タンク８の下部の水は、積層ポンプ１７によってＨＰ往き管１４を通り給湯用熱交換器４に流入し、ここで冷媒の凝縮熱によってＨＰ往き管１４内の水は加熱され、高温水となってＨＰ戻り管１５を通り第一貯湯タンク８上部から貯湯される。凝縮気化した冷媒は、膨脹弁５で減圧され、大気熱交換器６で熱回収された大気熱により気化蒸発させられ、再び圧縮機３に流入して１サイクルの運転となる。ヒートポンプ加熱手段２での沸上げ運転時に、湯の温度が所定の温度以下であることを沸き上げサーミスタＳが検知すると、三方弁１８が流路を切り換え、湯を貯湯タンク戻り管２１から戻り水切換弁２２を通って第一貯湯タンク８の底部に戻す。そして、沸き上げサーミスタＳが所定の温度以上の湯温を検出すると、沸き上がった湯をＨＰ戻り管１５を通って第一貯湯タンク８上部に流れるように三方弁１８の流路を制御する。

次に給湯動作について説明する。カラン２８が開かれると、入水サーミスタ２６で検出される温度と設定温度を比較し、設定温度になるように混合弁２４により第一貯湯タンク８の湯と給水管９からの水道水が混合され、所望の温度の湯が出湯されるようになっている。一方、第一貯湯タンク８には、湯が出湯されると同時に水道水が給水管９から第一貯湯タンク８内に供給されるようになっている。

なお、本実施例ではヒートポンプユニット１に別設貯湯ユニットを接続していないので、給水接続口１２、タンク接続口１３、入水接続口１６、切換接続口２３は袋ナット等で閉止されている。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図、図３（ａ）は同ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを横並びに並設した場合の配管接続状態を示す図、（ｂ）は同ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを背中合わせに設置した場合の配管接続状態を示す図、（ｃ）は同ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを向かい合わせに設置した場合の配管接続状態を示す図である。

図２において、実施の形態１と異なる部分を説明すると、Ａは別設貯湯ユニット、２９は第一貯湯タンク８に接続した別設貯湯タンクで、第一貯湯タンク８の給水接続口１２と給水接続管３０を介してと接続する第二給水接続口３１と、入水接続口２０と入水接続管３２を介して接続する第二入水接続口３３と、タンク接続口１３とタンク接続管３４を介して接続する第二タンク接続口３５と、切換接続口２３と給水戻り管３６を介して接続する第二切換接続口３７を備えており、第二給水接続口３１と第二入水接続口３３と第二タンク接続口３５と第二切換接続口３７で第二配管接続部Ｎを形成している。本実施例２では、別設貯湯ユニットＡの左から第二給水接続口３１、タンク接続口３５、第二入水接続口３３、第二切換接続口３７の順に配置しており、ヒートポンプユニット１の配管接続部Ｍの配置と逆配列となるようにしている。

次に、以上のような構成にて動作を説明する。まず、第一貯湯タンク８と別設貯湯タンク２９に給水を行う場合について説明する。多くの湯を必要とするヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡの並設運転を行う場合は、操作部３９の選択スイッチ３９ａで並設運転を選択すると、制御部３８により給水管９からの給水が別設貯湯タンク２９側からタンク接続管３４を通って第一貯湯タンク８に給水されるように給水切換弁１１の流路を切り換える。それほど多くのお湯を必要としない場合は、ヒートポンプユニット１の単独運転を選べば良く、その場合は給水切換弁１１が第一貯湯タンク８側のみに給水されるように流路を切り換える。

次に、ヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡとの並設運転で沸き上げを行う場合について説明する。圧縮機３から吐出した高温高圧のガス冷媒が、給湯用熱交換器４に流入する。一方、別設貯湯タンク２９を接続した場合には、別設貯湯タンク２９底部の水をヒートポンプ加熱手段２へ導くように入水切換弁１６の流路が切り換えられており、積層ポンプ１７により給水管３０からＨＰ往き管１４を通り給湯用熱交換器４に導き、ここで冷媒の凝縮熱によって水が加熱され、高温水となってＨＰ戻り管１５を通り第一貯湯タンク８上部に流入する。凝縮液化した冷媒は膨張弁５で減圧され、大気熱交換器６で熱回収された大気熱により気化蒸発させられ、再び圧縮機３に流入して１サイクルの運転になる。ヒートポンプ加熱手段２での沸上げ開始時に、熱交換された湯の温度が所定の沸上げ温度以下であることを温度検出手段である沸き上げサーミスタＳが検知すると、三方弁１８が湯を貯湯タンク戻り管２１側へ導くように流路を切り換えると共に、給水戻り管３６を通って別設貯湯タンク２９底部へと湯を戻すように戻り水切換弁２２の流路を切り換えるようになっている。そして、沸き上げサーミスタＳが所定の温度以上を検出すると、沸き上がった湯はＨＰ戻り管１５を通って第一貯湯タンク８の上部へと流れるようになっている。

尚、ヒートポンプユニット１での単独運転を行う場合の沸き上げ動作は実施例１と同じである。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）において、ヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡを並設した場合の配管接続について説明する。

図３（ａ）は、ヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡを横並びに並設した場合であり、ヒートポンプユニット１の配管接続部Ｍの配列に対して別設貯湯ユニットＡの第二配管接続部Ｎの配列が逆配列となっていることにより、給水接続管３０、タンク接続管３４、入水接続管３２、給水戻り管３６は互いにクロスすることなく配管できるようになっている。また、横並びで並設する場合には、ヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡの高さと奥行き寸法が同一であると、見栄えはさらに良くなる。

図３（ｂ）は、ヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡを背中合わせに設置した場合であり、この場合も図３（ａ）同様に配管接続部Ｍと第二配管接続部Ｎが相対する位置にくるので、給水接続管３０、タンク接続管３４、入水接続管３２、給水戻り管３６が互いにクロスすることなく配管できるようになっている。また、配管接続部Ｍと第二配管接続部Ｎが同一外装面である前面Ｆと前面Ｇに臨むように配設されていることにより、給水接続管３０とタンク接続管３４と入水接続管３２と給水戻り管３６を機器本体と接地面の間に通すことも可能となり、配管が機器本体の外側に出ることがないので施工しやすく見栄えも良い。

図３（ｃ）はヒートポンプユニット１と別設貯湯ユニットＡを向かい合わせに設置した場合であり、この場合も図３（ａ）と同様に配管接続部Ｍと第二配管接続部Ｎが相対する位置にくるので施工しやすく見栄えも良い。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、基本タンクを内臓した熱源ユニットに使用実態に応じて別設貯湯ユニットを増設できる構成を提供するもので、ヒートポンプを熱源とする給湯機に限らず、電気、ガス等を熱源とする全ての貯湯式給湯装置に利用可能である。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置のシステム構成図 （ａ）同ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを横並びに並設した場合の配管接続状態を示す図（ｂ）同ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを背中合わせに設置した場合の配管接続状態を示す図（ｃ）同ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットを向かい合わせに設置した場合の配管接続状態を示す図 従来のヒートポンプ給湯装置のシステム構成図

符号の説明

１ ヒートポンプユニット
２ ヒートポンプ加熱手段
４ 給湯用熱交換器
８ 第一貯湯タンク
９ 給水管
１１ 給水切換弁
１６ 入水切換弁
１８ 三方弁
３８ 制御部
３９ 操作部
３９ａ 選択スイッチ
Ａ 別設貯湯ユニット
Ｍ 配管接続部

Claims (3)

1. 大気熱を冷媒に回収し給湯用熱交換器を介して水を加熱するヒートポンプ加熱手段と、前記ヒートポンプ加熱手段で加熱された湯を貯める第一貯湯タンクが一体的に構成されたヒートポンプユニットに、着脱自在な配管接続部を介して別設貯湯ユニットを並設したヒートポンプ給湯装置であって、給水経路に給水管からの給水を第一貯湯タンク側あるいは別設貯湯ユニット側に切り換える給水切換弁と、給湯用熱交換器への湯水供給を第一貯湯タンク側にするかあるいは別設貯湯ユニット側にするかを切り換える入水切換弁と、給湯用熱交換器からの湯水をタンク上部に流すかタンク下部に流すかを切り換える三方弁と、前記三方弁がタンク下部側に切り換わったとき第一貯湯タンク側あるいは別設貯湯ユニット側に切り換える戻り水切換弁と、前記各切換弁を制御する制御部と、操作部とを備え、前記操作部には前記ヒートポンプユニットの単独運転あるいはヒートポンプユニットと別設貯湯ユニットの並設運転を指示する選択スイッチを設け、前記制御部は前記選択スイッチで指示された運転形態に従い予め定めた切換動作に基づいて各切換弁を制御するようにしたヒートポンプ給湯装置。
2. 給湯用熱交換器の出口側温度を検出する温度検出手段を設け、前記温度検出手段が所定温度以下のときは三方弁をタンク下部側に切り換えるとともに、操作部の選択スイッチが単独運転を指示している場合は戻り水切換弁を第一貯湯タンク側に切り換え、並設運転を指示している場合は別設貯湯ユニット側に切り換えるようにした請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 操作部の選択スイッチで単独運転を指示している場合は、給水切換弁及び入水切換弁を第一貯湯タンク側に切り換え、並設運転を指示している場合は、給水切換弁及び入水切換弁を別設貯湯ユニット側に切り換えるようにした請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。

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