JP4045351B2

JP4045351B2 - 給湯機

Info

Publication number: JP4045351B2
Application number: JP2003005912A
Authority: JP
Inventors: 和久森上; 芳久浦川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004218906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットとをそれぞれ別々に備え、給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、給湯用熱交換器を用いて浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えた給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯機が提案されており、例えば冷凍サイクルを利用して給湯タンク内に温水を貯留するものや、浴槽への給湯を行うものが提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
また、特許文献３では、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えた給湯機が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３０８１９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４３２７４号公報
【特許文献３】
特開平１０−１２２６８４号公報（図２及び図２に関する実施例の説明の欄）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットとをそれぞれ別のユニットとして独立させた場合には、それぞれのユニット間を接続する配管が多いと施工が困難となる。
特に、給湯機が、冷凍サイクルを構成する給湯用熱交換器を用いて給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、冷凍サイクルを構成する給湯用熱交換器を用いて浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備える場合においては、浴槽との接続配管を少なくすることが重要である。
【０００５】
そこで、本発明は、ヒートポンプユニットと給湯ユニットとの間は給湯用配管を接続し、ヒートポンプユニットと浴槽との間は浴槽用配管を接続するだけで、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えることができる給湯機を提供することを目的とする。
また、本発明は、ヒートポンプユニットと給湯ユニットとの間は給湯用配管と注湯用配管とを接続し、ヒートポンプユニットと浴槽との間は浴槽用配管を接続するだけで、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えることができる給湯機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の給湯機は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、前記給湯用熱交換器を用いて浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、前記給湯タンク内の温水を前記浴槽に注湯する注湯機能とを備えた給湯機であって、前記給湯タンク内の貯留水又は水道水からの給水を前記給湯用熱交換器に導き、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を前記給湯タンクに導く給湯用配管と、前記浴槽内の浴槽水を前記給湯用熱交換器に導き、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を前記浴槽に導く浴槽用配管とを備え、前記ヒートポンプユニットと前記給湯ユニットとを、前記給湯用配管で接続し、前記ヒートポンプユニットと前記浴槽とを、前記浴槽用配管で接続し、前記注湯機能は、前記給湯タンク内の温水を、前記給湯用配管を用いて前記ヒートポンプユニットに導いた後に、前記浴槽用配管を用いて前記浴槽に導き、前記ヒートポンプユニット内において、前記給湯用熱交換器の流入側に位置する給湯用配管から分岐させた冷水側注湯用配管と、前記給湯用熱交換器の流出側に位置する給湯用配管から分岐させた温水側注湯用配管と、前記冷水側注湯用配管と前記温水側注湯用配管とを流入側接続口に接続する混合弁と、前記混合弁の流出側接続口と前記浴槽用配管とを連接する注湯用配管とを備えたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の給湯機において、前記給湯用熱交換器を、第１の給湯用熱交換器と第２の給湯用熱交換器で構成し、前記第１の給湯用熱交換器と前記第２の給湯用熱交換器とを選択的に用いることができる構成とし、前記給湯用配管を、前記第１の給湯用熱交換器の二次側配管とし、前記浴槽用配管を、前記第２の給湯用熱交換器の二次側配管としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の給湯機において、前記第１の給湯用熱交換器と前記第２の給湯用熱交換器との間に膨張弁を設け、前記膨張弁を機能させた場合には、前記第２の給湯用熱交換器を蒸発器として機能させることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の給湯機において、前記冷凍サイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態による給湯機は、ヒートポンプユニットと給湯ユニットとを給湯用配管で接続し、ヒートポンプユニットと浴槽とを浴槽用配管で接続し、注湯機能は、給湯タンク内の温水を、給湯用配管を用いてヒートポンプユニットに導いた後に、浴槽用配管を用いて浴槽に導き、ヒートポンプユニット内において、給湯用熱交換器の流入側に位置する給湯用配管から分岐させた冷水側注湯用配管と、給湯用熱交換器の流出側に位置する給湯用配管から分岐させた温水側注湯用配管と、冷水側注湯用配管と温水側注湯用配管とを流入側接続口に接続する混合弁と、混合弁の流出側接続口と浴槽用配管とを連接する注湯用配管とを備えたものである。本実施の形態によれば、給湯タンク内の温水を、給湯用配管を用いてヒートポンプユニットに導いた後に、浴槽用配管を用いて浴槽に導くことで、ヒートポンプユニットと給湯ユニットとの間は給湯用配管を接続し、ヒートポンプユニットと浴槽との間は浴槽用配管を接続するだけで、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えることができる。また、給湯用配管を用いて冷水と温水とを浴槽用配管に導くことができ、また給湯用配管に導くときに、冷水と温水とで湯温調整を行うことができる。
本発明による第２の実施の形態は、第１の実施の形態による給湯機において、給湯用熱交換器を、第１の給湯用熱交換器と第２の給湯用熱交換器で構成し、第１の給湯用熱交換器と第２の給湯用熱交換器とを選択的に用いることができる構成とし、給湯用配管を、第１の給湯用熱交換器の二次側配管とし、浴槽用配管を、第２の給湯用熱交換器の二次側配管としたものである。本実施の形態によれば、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能とを選択的に切り替えて利用することができ、特に沸き上げ機能についてはユーザの要望に迅速に対応することができる。
本発明による第３の実施の形態は、第２の実施の形態による給湯機において、第１の給湯用熱交換器と第２の給湯用熱交換器との間に膨張弁を設け、膨張弁を機能させた場合には、第２の給湯用熱交換器を蒸発器として機能させるものである。本実施の形態によれば、第２の給湯用熱交換器を蒸発器として機能させることで、浴槽内の温水を利用して貯湯機能を行うことができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態による給湯機において、冷凍サイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものである。本実施の形態によれば、二酸化炭素を冷媒として用いることで給湯機を高温で利用することができ、貯湯機能や沸上機能を向上することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による給湯機について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例による給湯機の回路構成図である。
本実施例による給湯機は、給湯ユニット１０と、ヒートポンプユニット６０と、浴槽７０とから構成される。
給湯ユニット１０は、温水を貯留する給湯タンク１１と、給湯タンク１１の低温水をヒートポンプユニット６０に導き、このヒートポンプユニット６０で加熱した温水を給湯タンク１１に戻すための循環ポンプ１２とを備えている。
ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、膨張弁６３Ａ、第２の給湯用熱交換器６２Ｂ、膨張弁６３Ｂ、蒸発器６４を配管にて環状に接続し、冷凍サイクルを構成している。またこの冷凍サイクルは、第１の給湯用熱交換器６２Ａをバイパスする配管に開閉弁６５Ａが、第２の給湯用熱交換器６２Ｂをバイパスする配管に開閉弁６５Ｂが設けられている。
第１の給湯用熱交換器６２Ａは、冷凍サイクルを構成する熱源側配管と給湯ユニット１０を構成する利用側配管との間で熱交換を行う。
第２の給湯用熱交換器６２Ｂは、冷凍サイクルを構成する熱源側配管と浴槽７０に温水を導く浴槽用配管７２との間で熱交換を行う。
給湯ユニット１０や浴槽７０で高温水を得るためには、冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。
【０００９】
給湯用配管４１は、一端が給湯タンク１１の底部に接続され、第１の給湯用熱交換器６２Ａの利用側配管を構成し、他端が給湯タンク１１の上部に接続され、管路中に循環ポンプ１２を備えている。循環ポンプ１２の上流側配管には、第１の給湯用熱交換器６２Ａの下流側配管とバイパスするバイパス配管が設けられ、このバイパス配管と第１の給湯用熱交換器６２Ａの下流側配管との接続部には三方弁２９が設けられている。
二方弁２４は、一方に水道管等の水供給配管を接続し、他方に給湯ユニット１０内の出水配管４３を接続している。
混合弁２５は、一方の流入側接続口に出湯配管４２を接続し、他方の流入側接続口に出水配管４３を接続し、流出側接続口に利用側配管４４を接続している。
なお、出湯配管４２の一端は、給湯タンク１１の上部に接続されている。また利用側配管４４の一端は、浴室、キッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口に接続されている。給水配管４５は、出水配管４３の途中から分岐し、給湯タンク１１の底部に接続されている。
【００１０】
浴槽７０内の浴槽水を加熱する沸上手段は、浴槽７０内の浴槽水を第２の給湯用熱交換器６２Ｂに導き、第２の給湯用熱交換器６２Ｂで加熱された温水を浴槽７０に導く浴槽用配管７２と、この浴槽用配管７２内の温水を循環させる循環ポンプ７１とによって構成されている。
浴槽７０内に注湯する注湯手段は、ヒートポンプユニット６０内において、第１の給湯用熱交換器６２Ａの流入側に位置する給湯用配管４１から分岐させた冷水側注湯用配管７４Ａと、第１の給湯用熱交換器６２Ａの流出側に位置する給湯用配管４１から分岐させた温水側注湯用配管７４Ｂと、冷水側注湯用配管７４Ａと温水側注湯用配管７４Ｂとを流入側接続口に接続する混合弁７３と、混合弁７３の流出側接続口と浴槽用配管７２とを連接する注湯用配管７５とから構成され、注湯用配管７５には開閉弁７６が設けられている。
【００１１】
まず、給湯タンクの沸き上げ運転について説明する。
循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の下部から流出する水は、循環ポンプ１２、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、三方弁２９を順に通り、再び給湯タンク１１の上部から流入する。
一方、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。このとき、開閉弁６５Ａは閉、膨張弁６３Ａは全開、開閉弁６５Ｂは開とする。従って、圧縮機６１で圧縮された冷媒は、第１の給湯用熱交換器６２Ａで放熱し、膨張弁６３Ｂで減圧された後、蒸発器６４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機６１に吸入される。
このように、第１の給湯用熱交換器６２Ａでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱を、給湯用配管４１を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となり給湯タンク１１内に蓄えられる。このとき、加熱された温水は給湯タンク１１の上部から流入させ、冷水は給湯タンク１１の下部から流出させるため、給湯タンク１１内では、上層部に温水が蓄えられ、この温水層が徐々に厚くなる。そして給湯タンク１１の下部側に設けた温度センサ（図示しない）によって、給湯タンク１１内に十分な温水が蓄積された状態を検知し、沸き上げ運転を終了する。
【００１２】
次に、給湯タンク内の温水を給湯用として利用する場合の給湯運転について説明する。
利用側配管４４に接続された蛇口を開くことで、給湯水を利用することができる。給湯温度は、混合弁２５の流入側流路の混合比を変更することで調整される。給湯温度を高くする場合には、出湯配管４２からの流入量を増加させ、給湯温度を低くする場合には、出水配管４３からの流入量を増加させる。
給湯タンク１１内は、出湯配管４２から温水が流出することで圧力が低下する。従って、出湯配管４２からの温水の流出量だけ、給水配管４５から給湯タンク１１内に水が流入する。そして、温度センサによって給湯タンク１１内の温水量が所定量よりも少なくなったことを検知した場合には、沸き上げ運転を再開する。
【００１３】
次に、浴槽７０内の浴槽水を加熱する場合の浴槽沸き上げ運転について説明する。
循環ポンプ７１を運転することにより、浴槽７０内の浴槽水は、循環ポンプ７１、第２の給湯用熱交換器６２Ｂを順に通り、再び浴槽７０に導かれる。
一方、ヒートポンプユニット６０も運転を行う。このとき、開閉弁６５Ａは開、膨張弁６３Ａは全開、開閉弁６５Ｂは閉とする。従って、圧縮機６１で圧縮された冷媒は、第２の給湯用熱交換器６２Ｂで放熱し、膨張弁６３Ｂで減圧された後、蒸発器６４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機６１に吸入される。
このように、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱を、浴槽用配管７２を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となり浴槽７０内に導かれる。
【００１４】
次に、給湯タンク１１に貯留させた温水を浴槽７０内に注湯する注湯運転について説明する。
開閉弁７６を開放することで、冷水側注湯用配管７４Ａからは水道管等の水供給配管からの水が導入され、温水側注湯用配管７４Ｂからは給湯タンク１１の上部からの温水が導入される。
給湯タンク１１内は、給湯用配管４１から温水が流出することで圧力が低下する。従って、給湯用配管４１からの温水の流出量だけ、給水配管４５から給湯タンク１１内に水が流入する。
冷水側注湯用配管７４Ａから導入される水と、温水側注湯用配管７４Ｂから導入される温水とは、混合弁７３によって設定温度に調整され、注湯用配管７５を経由して、浴槽用配管７２から浴槽７０内に導入される。
【００１５】
次に、浴槽７０内の温水を利用した給湯タンクの沸き上げ運転について説明する。
循環ポンプ１２を運転することにより、給湯タンク１１の下部から流出する水は、循環ポンプ１２、第１の給湯用熱交換器６２Ａ、三方弁２９を順に通り、再び給湯タンク１１の上部から流入する。
一方、ヒートポンプユニット６０では、開閉弁６５Ａは閉、膨張弁６３Ａは適度な絞り量、開閉弁６５Ｂは閉とする。従って、圧縮機６１で圧縮された冷媒は、第１の給湯用熱交換器６２Ａで放熱し、膨張弁６３Ａで減圧された後、第２の給湯用熱交換器６２Ｂと蒸発器６４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機６１に吸入される。なお、このとき、浴槽７０内の浴槽水は、循環ポンプ７１を運転して浴槽用配管７２を循環させる。
このように、第２の給湯用熱交換器６２Ｂでは、浴槽用配管７２を流れる浴槽水の熱を、冷凍サイクルを流れる冷媒に伝達し、第１の給湯用熱交換器６２Ａでは、冷凍サイクルを流れる冷媒の熱を、給湯用配管４１を流れる水に伝達し、加熱された水は温水となり給湯タンク１１内に蓄えられる。
【００１６】
以下、本発明の他の実施例による給湯機について図面を用いて説明する。なお、同一機能を有する部材には同一番号を付して説明を省略する。
図２は、本実施例による給湯機の回路構成図である。
本実施例による給湯機は、上記実施例と注湯手段の構成が異なっている。
本実施例による注湯手段は、出水配管４３から分岐させた冷水側注湯用配管５４Ａと、出湯配管４２から分岐させた温水側注湯用配管５４Ｂと、冷水側注湯用配管５４Ａと温水側注湯用配管５４Ｂとを流入側接続口に接続する混合弁５３と、混合弁５３の流出側接続口に接続される注湯用配管５５と、この注湯用配管５５に設けた開閉弁５６とから構成され、注湯用配管５５は浴槽用配管７２に接続している。
本実施例では、注湯手段を構成する、冷水側注湯用配管５４Ａ、温水側注湯用配管５４Ｂ、混合弁５３、及び開閉弁５６は給湯ユニット１０内に設けられ、注湯用配管５５によってヒートポンプユニット６０内の浴槽用配管７２と接続されている。従って、浴槽７０はヒートポンプユニット６０と浴槽用配管７２のみによって接続されており、注湯手段を設けることで、給湯ユニット１０と浴槽７０との間に他の配管を施工する必要は生じない。
本実施例においては、給湯タンクの沸き上げ運転、給湯タンク内の温水を給湯用として利用する場合の給湯運転、浴槽７０内の浴槽沸き上げ運転、浴槽７０内の温水を利用した給湯タンクの沸き上げ運転については上記実施例と同様であるので説明を省略する。
【００１７】
以下に、給湯タンク１１に貯留させた温水を浴槽７０内に注湯する注湯運転について説明する。
開閉弁５６を開放することで、冷水側注湯用配管５４Ａからは水道管等の水供給配管からの水が導入され、温水側注湯用配管５４Ｂからは給湯タンク１１の上部からの温水が導入される。
給湯タンク１１内は、出湯配管４２から温水が流出することで圧力が低下する。従って、出湯配管４２からの温水の流出量だけ、給水配管４５から給湯タンク１１内に水が流入する。
冷水側注湯用配管５４Ａから導入される水と、温水側注湯用配管５４Ｂから導入される温水とは、混合弁５３によって設定温度に調整され、注湯用配管５５を経由して、浴槽用配管７２から浴槽７０内に導入される。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒートポンプユニットと給湯ユニットとの間は給湯用配管を接続し、ヒートポンプユニットと浴槽との間は浴槽用配管を接続するだけで、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えることができる。
また、本発明によれば、ヒートポンプユニットと給湯ユニットとの間は給湯用配管と注湯用配管とを接続し、ヒートポンプユニットと浴槽との間は浴槽用配管を接続するだけで、給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、給湯タンク内の温水を浴槽に注湯する注湯機能とを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による給湯機の回路構成図
【図２】本発明の他の実施例による給湯機の回路構成図
【符号の説明】
１０給湯ユニット
１１給湯タンク
１２循環ポンプ
１３暖房用熱交換器
１４循環ポンプ
５４Ａ冷水側注湯用配管
５４Ｂ温水側注湯用配管
５５注湯用配管
５６開閉弁
６０ヒートポンプユニット
６１圧縮機
６２Ａ第１の給湯用熱交換器
６２Ｂ第２の給湯用熱交換器
６３Ａ膨張弁
６３Ｂ膨張弁
６４蒸発器
７０浴槽
７２浴槽用配管
７３混合弁
７４Ａ冷水側注湯用配管
７４Ｂ温水側注湯用配管
７５注湯用配管
７６開閉弁

Claims

圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットと、給湯タンクを有する給湯ユニットとを備え、前記給湯用熱交換器を用いて前記給湯タンク内に温水を貯留する貯湯機能と、前記給湯用熱交換器を用いて浴槽内の浴槽水を加熱する沸上機能と、前記給湯タンク内の温水を前記浴槽に注湯する注湯機能とを備えた給湯機であって、
前記給湯タンク内の貯留水又は水道水からの給水を前記給湯用熱交換器に導き、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を前記給湯タンクに導く給湯用配管と、
前記浴槽内の浴槽水を前記給湯用熱交換器に導き、前記給湯用熱交換器で加熱された温水を前記浴槽に導く浴槽用配管とを備え、
前記ヒートポンプユニットと前記給湯ユニットとを、前記給湯用配管で接続し、
前記ヒートポンプユニットと前記浴槽とを、前記浴槽用配管で接続し、
前記注湯機能は、前記給湯タンク内の温水を、前記給湯用配管を用いて前記ヒートポンプユニットに導いた後に、前記浴槽用配管を用いて前記浴槽に導き、前記ヒートポンプユニット内において、前記給湯用熱交換器の流入側に位置する給湯用配管から分岐させた冷水側注湯用配管と、前記給湯用熱交換器の流出側に位置する給湯用配管から分岐させた温水側注湯用配管と、前記冷水側注湯用配管と前記温水側注湯用配管とを流入側接続口に接続する混合弁と、前記混合弁の流出側接続口と前記浴槽用配管とを連接する注湯用配管とを備えたことを特徴とする給湯機。
前記給湯用熱交換器を、第１の給湯用熱交換器と第２の給湯用熱交換器で構成し、前記第１の給湯用熱交換器と前記第２の給湯用熱交換器とを選択的に用いることができる構成とし、前記給湯用配管を、前記第１の給湯用熱交換器の二次側配管とし、前記浴槽用配管を、前記第２の給湯用熱交換器の二次側配管としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
前記第１の給湯用熱交換器と前記第２の給湯用熱交換器との間に膨張弁を設け、前記膨張弁を機能させた場合には、前記第２の給湯用熱交換器を蒸発器として機能させることを特徴とする請求項２に記載の給湯機。
前記冷凍サイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の給湯機。