エコキュートの仕組みはどうなっているの？エコキュートの追い炊きの仕組みも解説

エコキュートとは、省エネ性能が高い給湯器として知られており、2020年6月末時点で累計出荷台数が700万台を突破しています。ポイントはヒートポンプ技術と自然冷媒を用いていることですが、エコキュートのことを知らない方にしてみれば、どちらも分かりづらい内容です。

そこで今回は、エコキュートの仕組みについて解説します。エコキュートの追い炊きの仕組みや、電気温水器との違いも解説しますので、ぜひ最後までご覧ください。

エコキュートの仕組みは？

エコキュートとは、電気と空気の熱を利用してお湯を沸かす給湯器のことです。電気料金が安くなる夜間にお湯を作り貯めて、日中は貯めたお湯でシャワーやお風呂、台所などに給湯します。

エコキュートはヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットの2つから構成され、ヒートポンプユニットで貯湯タンクユニット内の水をお湯に沸かし、貯湯タンクユニットで貯めておく仕組みとなっています。

夜に作ったお湯が冷めないのは貯湯タンクユニット内部が断熱材で覆われているためで、電気を使って保温はしていません。

では、電気を何処で使っているのかというと、空気の熱を移動させることに使われており、エコキュートはヒートポンプ技術と自然冷媒でお湯を作っているのです。

ヒートポンプ技術ってどんな仕組み？

ヒートポンプ技術とはヒートポンプユニット内部で用いられている技術で、エアコンにも用いられている技術です。

まず、ヒートポンプユニットは稼働すると大気中の熱を取り込むと、自然冷媒CO₂に熱を乗せてパイプ内を循環させます。自然冷媒は圧縮されると熱くなる性質があるため、ヒートポンプユニットにある圧縮機(コンプレッサー)で圧縮して、さらに高温にします。

次に水加熱用の熱交換機で熱と水の熱交換を行うと、ヒーターレスで最高約90℃のお湯が沸き上がります。

熱交換を終えた冷媒は膨張弁で膨張することによって温度を下げると、再び大気中の熱を吸い込み、圧縮機へと向かいます。ヒートポンプユニット内部ではこの循環が常に起きているのです。

このようにヒートポンプユニット技術は空気の熱をくみ上げて給湯に必要な熱を作っており、1の電気エネルギーに対して3の熱エネルギーが生み出せるため、非常に効率的にお湯を作ることができます。

ただし、空気の熱を利用するため雪が降るような寒い環境や、積雪や霜がヒートポンプユニットを塞いでしまうと、給湯効率が下がってしまうという弱点があります。

自然冷媒ってどんな仕組み？

冷媒とは、熱を温度の低いところから高い所へ移動させるために使用される流体の総称です。エコキュートだけでなく、冷蔵庫やエアコンでも用いられています。

一般的には水素とフッ素、炭素の化合物である代替フロンを指しますが、代替フロンはオゾン層を破壊する係数が非常に高いことから、先進国では2020年、発展途上国では2030年までに原則全撤廃するという条約が結ばれています。

エコキュートで用いられている自然冷媒は、自然界にもともと存在する冷媒のことを指します。例えば、水や空気、アンモニアといった流体は自然界に存在する物質で、オゾン破壊係数がゼロ、地球温暖化係数が低いという利点があります。

なかでも、エコキュートの冷媒として用いられている二酸化炭素(CO₂)は、プロパンやアンモニアと違い燃焼や爆発の危険性が少なく、人体や環境への影響もありません。

欠点は従来の冷媒に比べて高い動作圧を必要とすることでしたが、パナソニックが業務用冷凍空調理器の冷媒にCO₂冷媒を採用したことで実用化が大きく進み、環境省ではCO₂冷媒の導入に向けた補助を行っています。

そのため、エコキュートは省エネ性能が高く環境に優しい給湯器ということで、国や自治体から購入の補助金が受け取れるのです。

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エコキュートの追い炊きはどんな仕組み？

エコキュートは給湯する際に、貯湯タンクユニット内部で90℃まで沸き上がったお湯を混合弁で水道水と混ぜることでお湯の温度を下げて、各所に給湯する仕組みとなっています。

そのため、「エコキュートは追い炊きできない」と考える方もいるかもしれませんが、そうではありません。エコキュートには給湯専用タイプもありますが、フルオートタイプのエコキュートなら追い炊きが可能です。

エコキュートの追い炊きは浴槽内の冷めたお湯を貯湯タンクユニットに戻し、貯湯タンクユニット内の熱交換機を利用することでお湯を温めなおし、再び浴槽へと戻します。

貯湯タンクユニットに浴槽の湯を戻していますが、タンク内部に貯めてあるお湯と浴槽の冷めたお湯は混ざりません。なぜなら、貯湯タンクユニット内部に熱交換機があり、その熱交換器でタンク内部に貯めてあるお湯の熱を利用して浴槽の湯を温めています。そのため、タンク内部のお湯と、浴槽の冷めたお湯は混ざりません。

エコキュートの追い炊きは足し湯のように、新しくお湯を給湯して風呂の温度を上げるわけではないので、水道代は発生しません。しかし、風呂のお湯を循環させるための電気代が発生します。

また、追い炊きをすると風呂の湯が配管を循環するため、入浴剤入りのお湯だと配管が経年劣化する可能性があります。エコキュートメーカーごとに使用できるかどうかの実験をしているので、使用できる入浴剤については必ずチェックしましょう。

電気温水器との違いは？

エコキュートと電気温水器はどちらも電気を必要とする給湯器ですが、電気温水器は貯湯タンク内の電気ヒーターだけでお湯を沸かします。つまり、お湯を作るためのエネルギーはすべて電気になります。

パナソニックの発表によるとエコキュートの給湯にかかるランニングコストは月平均約2,000円、年間で約24,000円になります。一方電気温水器のランニングコストは約4倍の年間約102,000円もかかるとなっています。

なお、ガス給湯器は年間約63,600円、石油給湯器は年間約49,200円となっており、ほかの給湯器と比べてもエコキュートのランニングコストは安いといえます。

電気の力だけでお湯を作ろうとする電気温水器に比べて、空気の熱を利用するエコキュートの方が少ない電力でお湯を作れるというのが最大の違いになります。

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ヒートポンプや貯湯タンクだけを交換できるの？

エコキュートはヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットの2つから構成されており、機種や使い方によって異なりますが、耐用年数は10年~15年といわれています。

ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットは別個の機械のため、どちらか片方だけが故障するというケースは考えられます。ヒートポンプユニットのみの交換は可能ですが、４０万前後の費用が掛かり、貯湯タンクとのセット交換に比べると割高になることが多くなります。

まとめ

エコキュートは電気と空気の熱を利用する給湯器です。ヒートポンプユニット内部で自然冷媒を圧縮することで高温にしてお湯を作り、作ったお湯を貯湯タンクユニット内部で貯めて、必要に応じて使えるようにしています。

1の電気エネルギーに対して3の熱エネルギーが生み出せるため、お湯を作る効率が非常によく、給湯に必要なランニングコストは電気温水器の約4分の1になります。フルオートタイプのエコキュートなら追い炊きも可能となっています。

ただし、エコキュートはヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットは別個になっており、ヒートポンプユニットのみの交換は可能ですが割高になる場合が多いです。そのため、交換する際はセットで交換することをお勧めします。

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