JP4045351B2 - 給湯機 - Google Patents
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Description
【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 (4)
- 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。
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