WO2007142144A1 - ヒートポンプ給湯システム - Google Patents

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WO2007142144A1
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heat
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supply system
heat source
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Eiji Kuwahara
Yasuhiro Shimma
Naotaka Unno
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Carrier Japan Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02Domestic hot-water supply systems using heat pumps

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump hot water supply system.
  • a heat pump hot water supply system usually includes a refrigeration cycle in which a compressor (compressor), a four-way valve, a water heat exchanger (condenser), an expansion valve, and a heat source side heat exchanger (evaporator) are connected in sequence. It consists of a water cycle tank with a hot water storage tank and a pump connected to the water heat exchanger. As shown in the cycle diagram of FIG. 6, the heat pump hot water supply system 100 is configured by connecting a heat pump heat source unit 110 constituting a refrigeration cycle and a hot water storage tank unit 120 constituting a water cycle through a water pipe 130. .
  • the refrigerant which is a gas
  • the compressor 111 is pressurized in the compressor 111 to a high temperature and a high pressure
  • the water heat exchanger 113 is supplied to the water heat exchanger 113 through the four-way valve 112.
  • the water supplied with water supply is hydrothermally exchanged by the pump 123 from the pressure reducing valve 121 and the hot water storage tank 122 constituting the hot water storage tank unit 120 through the water pipe 130 as shown by the dotted arrows.
  • Sent to 113 In the water heat exchanger 13, heat exchange is performed between the refrigerant and water.
  • the heat of the refrigerant heats the water sent to the water heat exchanger 113 by the pump 123, and the refrigerant is cooled by this water and changes from gas to liquid.
  • the heated water becomes hot water and is stored in the hot water storage tank 122. Further, this hot water is supplied to, for example, a bathroom through the mixing valve 124.
  • the refrigerant that has been deprived of heat by the water heat exchanger 113 and turned into a liquid by the expansion valve 114 and the heat source side heat exchanger 115 is made into a gas again and repeats the previous cycle.
  • the hot water storage tank unit 120 may be installed in a meter box in which a gas meter or the like is installed. In this case, the installation location of the heat pump heat source unit 110 becomes a problem. . In many cases, the heat pump heat source unit 110 is installed on the veranda. On the other hand, if it is installed on the veranda ceiling, the heat pump heat source unit 110 has a heavy weight, size, etc., and the installation work is difficult and the appearance is not good.
  • the heat pump heat source unit 110 is installed in the meter box as one unit with the hot water storage tank unit 120.
  • the performance of the heat source side heat exchange ⁇ decreases, and the efficiency of the heat pump heat source unit 110 decreases.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to secure a degree of freedom of installation by reconfiguring the combination of each component constituting the heat pump hot water supply system. It is to provide a heat pump hot water supply system that can be installed without degrading the capabilities of each component and without deteriorating the aesthetics.
  • the feature according to the embodiment of the present invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a four-way valve, a water heat exchanger, an expansion valve, and a heat source side heat exchanger are sequentially connected by piping,
  • a heat pump type hot water supply system connected to the water circuit of this water heat exchanger and supplying and storing hot water generated and stored in the water heat exchanger
  • the heat pump type hot water supply system also constitutes power
  • at least the compressor, four-way constituting the refrigerant circuit A heat source unit having a valve and a water heat exchanger, a main unit composed of a water circuit and a hot water storage tank connected to the water heat exchanger, and a heat source side heat exchanger connected separately from the heat source unit With ⁇ .
  • FIG. 1 shows a configuration of a heat pump hot water supply system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example in which the heat pump hot water supply system according to the first embodiment of the present invention is installed in one room of an apartment house.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a heat pump hot water supply system according to an embodiment of the heat source side of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a heat pump hot water supply system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a heat pump hot water supply system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a conventional heat pump hot water supply system.
  • the heat pump hot water supply system 1 is roughly divided into a main unit 10, a heat source side heat exchange unit 20, and these main units 10 and a heat source side heat exchange unit 20.
  • the refrigerant pipe 30 is connected to the refrigerant pipe 30.
  • the main unit 10 includes a heat source unit 11, a water circuit 12, a hot water storage tank 13, and a force. In the first embodiment, these are housed in one housing.
  • the heat source unit 11 includes a compressor l la that compresses the refrigerant circulating in the cycle in the refrigeration cycle, a four-way valve l lb that adjusts the flow direction of the refrigerant, and heat that uses the heat of the refrigerant to heat water.
  • Exchanger l lc and expansion valve l id are incorporated.
  • the water circuit 12 is a path (circuit) through which water (hot water) circulating in the main unit 10 flows.
  • Water supplied from the water passage enters one ⁇ hot water tank 13 from the pressure reducing valve 12a, is supplied to the water heat exchange ll C through the subsequent pump 12 b.
  • the water is converted into hot water by exchanging heat with the heated refrigerant, and stored in the hot water storage tank 13. This hot water is then supplied to, for example, a bath or kitchen via the mixing valve 12c.
  • the heat source side heat exchange unit 20 includes a heat source side heat exchanger 20a and a blower fan 20b.
  • the heat source side heat exchange ⁇ 20a is separated from the main unit 10 with a four-way valve l ib It is connected to the tension valve l id via the refrigerant pipe 30.
  • the heat source side heat exchanger 20a converts the refrigerant that has become liquid by the hydrothermal exchange l lc and has passed through the expansion valve l id into a gas. As shown by the arrows in FIG.
  • this refrigerant is compressed by a compressor l la, a four-way valve l lb, a water heat exchanger l lc, an expansion valve l ld, a heat source side heat exchanger 20a, a four-way valve l lb, and a compressor 11a. It circulates in this order, and constitutes a refrigeration cycle.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example in which the heat pump hot water supply system according to the first embodiment is installed in one room of an apartment house.
  • the apartment house 60 includes, for example, a veranda 61, a living room 62, a bathroom 63, and a common passage 64.
  • Main unit 10 is installed in the space between bathroom 63 and common passage 64. Hot water is supplied from the main unit 10 to the bathroom 63, for example, via the water circuit 12.
  • the heat source side heat exchange unit 20 is installed above the common passage 64.
  • the heat source side heat exchange unit 20 is connected via the main unit 10 and the refrigerant pipe 30.
  • the heat source side heat exchange 20 & is separated from the heat source unit 11 in the main unit 10 and installed outside the main unit 10 as a separate body from the main unit 10. become. Accordingly, if only the heat source side heat exchange unit 20 is installed, the casing can be made lighter and more compact, and it is not necessary to secure a space for installing the entire heat source unit 11 as in the prior art. In addition, since the degree of freedom of installation becomes high, an installation method such as suspending the heat source side heat exchange unit 20 with a ceiling force, embedding in the ceiling, or hanging on a wall can also be adopted. Since the performance of the heat source side heat exchange 20 & can be ensured as before, the efficiency of the heat source unit 11 provided in the main unit 10 can also be maintained. Further, as described above, since the heat source side heat exchanger 20a and the main unit 10 are connected not by the water circuit 12 but by the refrigerant pipe 30, it is not necessary to prevent heat dissipation loss or freeze prevention in the water circuit 12. The
  • the second embodiment is characterized in that, in the configuration of the main unit 10 shown in the first embodiment, the hot water storage tank 13 is installed separately from the heat source unit 11.
  • the heat source 11 and the hot water storage tank 13 are connected to each other by a water circuit 12!
  • the hot water storage tank 13 is further separated from the heat source unit 11 while being provided with the effects described in the first embodiment. Therefore, when installing the heat pump hot water supply system 1, the degree of freedom of installation, particularly in the height dimension, is increased, and it is possible to improve carrying-in, construction, and maintainability when installing the heat source unit 11.
  • the third embodiment is characterized in that a solar heat collector 40 is connected to the main unit 10 instead of the heat source side heat exchange unit 20 in each of the above-described embodiments.
  • heat-source-side heat exchange 20 a changes the refrigerant which has passed through the expansion valve l id to the liquid force even gaseous.
  • the blower fan 20b is rotated so that the outside air is applied to the refrigerant pipe 30 to bring the refrigerant into a low temperature and low pressure state.
  • various electrical components are required, and power to drive these electrical components is also required.
  • the heat collection panel is heated by solar thermal energy, and the refrigerant flowing in the heat collection panel is heated. It can be made to evaporate. Therefore, the blower fan 20b for sending the heat exchange air to the heat exchanger provided in the heat source side heat exchange unit 20 is not necessary, and therefore the electrical component for driving the fan is not necessary. In addition, the number of parts can be reduced and the power for driving these electrical components can be eliminated.
  • the expansion valve l id is provided in the heat source unit 11 in the main unit 10.
  • the main expansion valve id is separated from the heat source unit 11 and provided on the same boot side as the heat source side heat exchange unit 20. .
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, but can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention when it is practiced. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements in different embodiments may be appropriately combined.
  • the present invention can be used in various heat pump hot water supply systems.

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Abstract

 圧縮機(11a)、四方弁(11b)、水熱交換器(11c)、膨張弁(11d)、熱源側熱交換器(20a)を順次配管接続した冷媒回路(30)と、この水熱交換器(11c)の水回路(12)に連結しこの水熱交換器(11c)で生成した湯を供給し貯留する貯湯タンク(13)とから構成するヒートポンプ式給湯システム(1)において、冷媒回路(30)を構成する少なくとも圧縮機(11a)、四方弁(11b)、水熱交換器(11c)と、水熱交換器(11c)に接続される水回路(12)及び貯湯タンク(13)とを1つの筐体にまとめたメインユニット(10)とし、熱源側熱交換器(20a)をメインユニット(10)とは配管接続により分離して構成させる。

Description

明 細 書
ヒートポンプ給湯システム
技術分野
[0001] 本発明は、ヒートポンプ給湯システムに関する。
背景技術
[0002] ヒートポンプ給湯システムは、通常、圧縮機 (コンプレッサ)、四方弁、水熱交換器 ( 凝縮器)、膨張弁、熱源側熱交翻 (蒸発器)が順次接続された冷凍サイクルと、この 水熱交^^に貯湯タンク及びポンプが接続された水サイクルカゝら構成されて 、る。図 6のサイクル図に示されるように、ヒートポンプ給湯システム 100は、冷凍サイクルを構 成するヒートポンプ熱源ユニット 110と水サイクルを構成する貯湯タンクユニット 120と が水配管 130で接続されて構成されている。
[0003] このヒートポンプ給湯システムにおける冷凍サイクルについて簡単に説明する。実 線の矢印に示されているように、まず、気体である冷媒は圧縮機 111において圧力 が掛けられて高温高圧にされ、四方弁 112を介して水熱交換器 113に供給される。 一方、水道力も供給された水は、点線の矢印に示されているように貯湯タンクユニット 120を構成する減圧弁 121及び貯湯タンク 122から水配管 130を介してポンプ 123 にて水熱交^^ 113に送られる。水熱交 13内では、冷媒と水との間で熱交換 が行われる。すなわち、冷媒の熱がポンプ 123によって水熱交換器 113に送り込ま れた水を熱し、冷媒はこの水によって冷やされて気体から液体に変化する。熱せられ た水は、湯となって貯湯タンク 122に貯えられる。また、この湯は混合バルブ 124を通 つて、例えば風呂場に供給される。水熱交換器 113によって熱を奪われ液体になつ た冷媒は膨張弁 114、熱源側熱交換器 115によって再び気体になってこれまでのサ イタルを繰り返す。
発明の開示
[0004] しかしながら、例えば、特開 2001— 82818号公報に開示されているようにヒートポ ンプ熱源ユニット 110と貯湯タンクユニット 120に分かれて、これらが水配管で接続さ れる構成を採用すると、屋外、屋内を問わずヒートポンプ給湯システム 100を設置す るためにはかなり広い設置スペースが必要となる。特に、マンション等の集合住宅に おいては、貯湯タンクユニット 120はガスメータ等が配設されるメータボックス内に設 置されることもある力 この場合はヒートポンプ熱源ユニット 110の設置場所が問題と なる。多くはこのヒートポンプ熱源ユニット 110をべランダに設置する力 ベランダの床 に設置するとべランダの使用面積が小さくなる。一方、ベランダの天井に設置するとヒ ートポンプ熱源ユニット 110の重量、大きさ等力も設置工事が大変であるとともに見栄 えも良くない。
[0005] このようなヒートポンプ熱源ユニット 110の設置の困難性を解消するため、ヒートポン プ熱源ユニット 110を貯湯タンクユニット 120と一体としてメータボックス内に設置する ことも考えられる。しかし、この場合は、メータボックス内の空気の流れが良くないため 、熱源側熱交^^の性能が低下し、ヒートポンプ熱源ユニット 110の効率が低下する
[0006] さらに、ヒートポンプ熱源ユニット 110と貯湯タンクユニット 120とを結ぶ水配管 130 が屋外で配管されると、この部分での放熱ロスや凍結を防止するための対応が必要 となる。
[0007] 本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ヒート ポンプ給湯システムを構成する各構成要素の組合せを再構成することにより、設置の 自由度を確保し、高めるとともに、各構成要素の能力を低下させず、美観を損なわず に設置可能なヒートポンプ給湯システムを提供することである。
[0008] 上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る特徴は、圧縮機、四方弁 、水熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を順次配管接続した冷媒回路と、この水熱 交換器の水回路に連結しこの水熱交換器で生成した湯を供給し貯留する貯湯タンク と力も構成するヒートポンプ式給湯システムにお 、て、冷媒回路を構成する少なくとも 圧縮機、四方弁、水熱交換器とを有する熱源ユニットと、この水熱交換器に接続され る水回路及び貯湯タンクから構成されるメインユニットと、熱源ユニットとは分離して接 続される熱源側熱交^^とを備える。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムを示す構成 図である。
[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムを集合住宅 の一室に設置した例を示す模式図である。
[図 3]図 3は、本発明の熱源側実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムを示す構 成図である。
[図 4]図 4は、本発明の第 3の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムを示す構成 図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 4の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムを示す構成 図である。
[図 6]図 6は、従来のヒートポンプ給湯システムを示す構成図である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[0011] (第 1の実施の形態)
図 1に示すように、本発明の第 1の実施形態に係るヒートポンプ給湯システム 1は、 大きく分けてメインユニット 10と、熱源側熱交換ユニット 20及びこれらメインユニット 1 0と熱源側熱交換ユニット 20とを接続する冷媒配管 30とから構成されている。
[0012] メインユニット 10は、熱源ユニット 11と、水回路 12と、貯湯タンク 13と力も構成され ている。第 1の実施の形態においてはこれらは 1つの筐体内に収められている。熱源 ユニット 11には、冷凍サイクルにお 、てサイクル内を循環する冷媒を圧縮する圧縮 機 l la、冷媒の流れる方向を調節する四方弁 l lb、冷媒の熱を利用して水を温める 水熱交換器 l lc、膨張弁 l idが組み込まれている。
[0013] 水回路 12は、メインユニット 10内を循環する水 (湯)の流れる経路(回路)である。水 道から供給される水は減圧弁 12aから一且貯湯タンク 13内に入り、その後ポンプ 12 bを介して水熱交 l lCに供給される。ここで水は熱せられた冷媒との間で熱交換 を行うことにより水力も湯になり、貯湯タンク 13に貯えられる。そしてこの湯が、混合バ ルブ 12cを介して、例えば風呂や台所に供給される。
[0014] 熱源側熱交換ユニット 20は、熱源側熱交 20aと、送風ファン 20bとカゝら構成さ れている。熱源側熱交^^ 20aは、メインユニット 10とは別体として四方弁 l ibと膨 張弁 l idに冷媒配管 30を介して接続されている。熱源側熱交換器 20aは、水熱交 l lcで液体となり膨張弁 l idを通ってきた冷媒を気体にする。この冷媒は、図 1 の矢印に示すように、圧縮機 l la、四方弁 l lb、水熱交換器 l lc、膨張弁 l ld、熱源 側熱交換器 20a、四方弁 l lb、圧縮機 11aの順で循環し、冷凍サイクルを構成して いる。
[0015] 図 2は、第 1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯システムを集合住宅の一室に 設置した例を示す模式図である。図 2において壁、梁、床等は斜線を引いて表わして いる。集合住宅 60は、例えば、ベランダ 61、リビング 62、風呂場 63、共通通路 64か ら構成されている。メインユニット 10が風呂場 63と共通通路 64との間の空間にメイン 設置されている。メインユニット 10からは水回路 12を介して、例えば、風呂場 63へ温 水が供給されるようになっている。また、共通通路 64の上部に熱源側熱交換ユニット 20が設置される。熱源側熱交換ユニット 20は、メインユニット 10と冷媒配管 30とを介 して接続されている。
[0016] 第 1の実施の形態においては、熱源側熱交翻20&がメインユニット 10内の熱源 ユニット 11から分離されてメインユニット 10とは別体としてメインユニット 10の外部に 設置されることになる。従って、熱源側熱交換ユニット 20のみの設置ならばその筐体 も軽量、コンパクトにすることができるので、従来のように熱源ユニット 11全体を設置 するためのスペースを確保する必要はない。また、設置の自由度が高くなるため、熱 源側熱交換ユニット 20を天井力も吊り下げる、天井に埋め込む、或いは壁掛けにす る、等の設置方法も採用することができる。これまでと同様、熱源側熱交翻20&の 性能を確保することができるので、メインユニット 10内に設けられている熱源ユニット 1 1の効率も維持できる。また、上述のように、熱源側熱交換器 20aとメインユニット 10と は水回路 12ではなく冷媒配管 30とで接続されるので、水回路 12における放熱ロス の防止や凍結防止策が不要とされる。
[0017] このようにして、ヒートポンプ給湯システムを構成する各構成要素の組合せを再構 成することにより、設置の自由度を確保するとともに、各構成要素の能力を低下させ ず、美観を損なわずに設置可能なヒートポンプ給湯システムを提供することができる。
[0018] (第 2の実施の形態) 次に本発明の第 2の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態にお いて、上述の第 1の実施形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同 一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
[0019] 第 2の実施の形態においては、第 1の実施の形態に示したメインユニット 10の構成 中、貯湯タンク 13を熱源ユニット 11から分離して設置することとしている点に特徴が ある。熱源ュ-ット 11と貯湯タンク 13とは水回路 12で互 、に接続されて!、る。
[0020] このように構成することにより、第 1の実施の形態で述べた効果を備えた上で、さら に熱源ユニット 11から貯湯タンク 13が分離されて設置される。従って、ヒートポンプ給 湯システム 1を設置する際の、特に高さ寸法の設置自由度が高まるとともに、熱源ュ ニット 11の設置時の搬入及び工事、メンテナンス性の改善を図ることも可能となる。
[0021] (第 3の実施の形態)
次に本発明の第 3の実施の形態について説明する。
[0022] 第 3の実施の形態においては、上述の各実施の形態における熱源側熱交換ュ-ッ ト 20に替えて太陽熱集熱器 40をメインユニット 10に接続したことを特徴とする。
[0023] 熱源側熱交 20aは膨張弁 l idを通過してきた冷媒を液体力も気体へと変化さ せる。このとき、通常の熱源側熱交翻20&では送風ファン 20bを回転させて外気を 冷媒配管 30に当てて冷媒を低温低圧の状態にする。このファンを回転させるために は様々な電装品が必要であり、これらの電装品を駆動させるための電力も必要となる
[0024] 第 3の実施の形態においては、熱源側熱交換ユニット 20を太陽熱集熱器 40とする ことで、太陽熱エネルギーにより、集熱パネルが加熱され、集熱パネル内を流れる冷 媒を加熱させて蒸発作用を行わせることができる。そのため、熱源側熱交換ユニット 2 0に設けられていた熱交換器に熱交換用の空気を送るための送風ファン 20bが不要 となり、したがって、このファンを駆動させる電装品が不要となる。さらに、部品点数を 減らすとともにこれらの電装品を駆動させるための電力も不要とすることができる。
[0025] このようにして、ヒートポンプ給湯システムを構成する各構成要素の組合せを再構 成することにより、設置の自由度を確保しつつ部品点数を減らすとともに、各構成要 素の能力を低下させず、美観を損なわずに設置可能なヒートポンプ給湯システムを 提供することができる。
[0026] (第 4の実施の形態)
次に本発明の第 4の実施の形態について説明する。
[0027] 第 1の実施の形態においては、膨張弁 l idがメインユニット 10内の熱源ユニット 11 内に設けられていた。第 4の実施の形態においては、例えば図 5に示すように、メイン この膨張弁 l idを熱源ユニット 11から分離し、熱源側熱交換ユニット 20と同じュ-ッ ト側に設けたものである。
[0028] 膨張弁 l idをこのような位置に設けることにより、膨張弁 l idと熱源側熱交 20a との距離を短くすることができるため、膨張弁 l idの開閉による熱源側熱交 20a の応答性を向上させることができる。
[0029] また、膨張弁 l idを熱源側熱交換ユニット 20と同じユニット内に構成しても設置の 自由度は確保することができるとともに、各構成要素の能力を低下させず、美観を損 なわずに設置可能なヒートポンプ給湯システムを提供することができる。
[0030] なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階 ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。また、上記実 施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発 明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素 を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよ い。
産業上の利用の可能性
[0031] 本発明は、種々のヒートポンプ給湯システムに用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 圧縮機、四方弁、水熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を順次配管接続した冷媒 回路と、この水熱交換器の水回路に連結しこの水熱交換器で生成した湯を供給し貯 留する貯湯タンクとから構成するヒートポンプ式給湯システムにお 、て、前記冷媒回 路を構成する少なくとも圧縮機、四方弁、水熱交換器と、水熱交換器に接続される水 回路及び貯湯タンクとを 1つの筐体にまとめたメインユニットとし、
前記熱源側熱交換器を上記メインユニットとは配管接続により分離して構成させた ことを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
[2] 前記メインユニットは、圧縮機、四方弁、水熱交翻、膨張弁を備えた熱源ユニット と前記貯湯タンクとを分離して設置が可能に構成させ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システム。
[3] 前記熱源側熱交 として太陽熱集熱器を用いることを特徴とする請求項 1または 請求項 2に記載のヒートポンプ給湯システム。
PCT/JP2007/061200 2006-06-02 2007-06-01 ヒートポンプ給湯システム Ceased WO2007142144A1 (ja)

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