エコキュートの仕組みを徹底解説！構成機器やお湯ができる流れも紹介

光熱費の節約や環境への配慮ができることからエコキュートが注目されています。しかし、「空気の熱を利用してお湯を沸かす」と聞いても、具体的な仕組みをイメージしにくい方もいるでしょう。エコキュートは、従来の給湯器とは異なり、ヒーターで直接水を温めるのではなく、エアコンなどでも利用されている「ヒートポンプ技術」を採用しています。この技術により、少ない電力で効率良くお湯を沸かすことが可能です。本記事では、ヒートポンプの原理やエコキュートの構成機器、お湯を沸かす仕組みを詳しく解説します。「エコキュートの導入や交換を検討する前に仕組みを理解しておきたい」という方は、ぜひご一読ください。

エコキュートの基本的な仕組み

エコキュートの給湯を支えるヒートポンプ技術は、空気を圧縮・膨張させる性質を利用し、少ない電力で効率良くお湯を沸かす仕組みです。ヒーターを直接加熱することにより省エネ性能に優れ、エアコンや冷蔵庫にも応用されています。熱交換には二酸化炭素（CO2）が冷媒として使用されています。

ヒートポンプ技術の基本知識

ヒートポンプとは、空気中の熱（ヒート）を汲み上げて（ポンプ）利用する仕組みのことです。

空気などの気体は、圧縮すると温度が上がり、膨張すると温度が下がるという性質があります。エコキュートはこの性質を利用した「ヒートポンプ技術」でお湯を沸かしています。

ヒーターで直接加熱するよりも少ない電力でお湯を沸かすことができ、省エネ性能に優れているのが特徴です。また、ヒートポンプの原理はエコキュートのほかエアコンや冷蔵庫にも用いられています。

このヒートポンプ技術によってお湯を沸かす装置を「ヒートポンプユニット」と呼び、室外機に似た外観をしています。

冷媒の役割

ヒートポンプでは、効率良く空気の熱を受け取って水に伝えるための「冷媒」が必要です。従来の冷媒には人工の気体であるフロンが使用されていましたが、エコキュートでは二酸化炭素が採用されています。

二酸化炭素は熱交換効率が良いだけでなく、オゾン層を破壊しないという環境面でもメリットがあります。

エコキュートを構成する機器

エコキュートは、空気の熱でお湯を沸かす「ヒートポンプユニット」と、沸かしたお湯を貯める「貯湯タンク」で構成されています。ヒートポンプユニットはコンプレッサーなどで効率良くお湯を作り、貯湯タンクは基板や断熱材などで温度を保ちながら適温のお湯を供給します。それぞれの部品が重要な役割を担い、給湯を支えています。それぞれの内部構造と主要部品の概要は以下のとおりです。

【ヒートポンプユニット】

部品名	役割
コンプレッサー（圧縮機）	冷媒を圧縮して高温・高圧にする
水熱交換器（凝縮器）	高温の冷媒から水へ熱を移し、お湯をつくる
空気熱交換器（蒸発器）	空気中の熱を集め、冷媒に取り込む
膨張弁	高温・高圧の冷媒を膨張させ、低温に戻す
ファン	空気熱交換器（蒸発器）に空気を送り込む
循環ポンプ	貯湯タンク内の水道水をヒートポンプユニットに送り出し、お湯にしてから再び貯湯タンクへ戻す

【貯湯タンク】

部品名	役割
タンク本体	ヒートポンプでつくったお湯や水道水を貯め、保温する
基板（電装ユニット）	お湯を「いつ、どれだけつくるか」を判断する
ミキシングバルブ（混合弁）	貯湯タンク内の高温のお湯と水道水を混ぜて、適温（設定温度）に調整する
減圧弁	給水時、水道水の水圧を減圧する
風呂循環ポンプ	浴槽のお湯を吸い出し、再加熱して再び浴槽に戻す（追い焚き機能）
断熱材	貯湯タンク内部の温度を長時間キープする
温度センサー	貯湯タンク内部の温度を測定する
給水口・給湯口・排水口	水の出し入れや、点検時の排水などを行う

ヒートポンプユニット

ヒートポンプユニットは、空気の熱を利用して実際にお湯を沸かす役割を持つ機器です。内部にある複数の部品がそれぞれ役割を果たすことで、効率の良い給湯が可能となります。

コンプレッサー（圧縮機）：冷媒を圧縮して高温・高圧にし、循環させる部品。エコキュート全体のエネルギー効率を左右する重要な役割を持つ。
水熱交換器（凝縮器）：高温の冷媒から水に熱を移す装置。冷媒の持つ熱を水へ移すことで、お湯をつくる。
空気熱交換器（蒸発器）：空気中から熱を吸収し冷媒に取り込む装置。冬場でも周囲の空気に含まれる熱を効率良く取り込むことができる。
膨張弁：高温・高圧の冷媒を膨張させて低温に戻す部品。低温に戻すことで、冷媒は再び空気の熱を吸収できる状態になる。
ファン：空気熱交換器（蒸発器）に空気を送り込む部品。冷媒が効率良く熱を吸収できるようにサポートする。
循環ポンプ：貯湯タンク内の水をヒートポンプユニットへ送り出し、加熱後に再び貯湯タンクへ戻す部品。

貯湯タンク

貯湯タンクは、ヒートポンプユニットでつくったお湯や水道水を貯めて、必要なときにご家庭へ供給する機器です。

タンク本体：お湯や水道水を貯めておく大型の容器。
基板（電装ユニット）：ヒートポンプユニットと連携し、貯湯タンク内の各種センサーの情報をもとに、お湯をいつ、どれだけの量を沸かすかを判断する電子制御部品。電力プランや使用状況に応じて最適な運転を行う。
ミキシングバルブ（混合弁）：ヒートポンプユニットで沸かした高温のお湯と水道水を混ぜて適温（設定温度）に調整する部品。
減圧弁：給水時に貯湯タンクに入る水道水の水圧を減圧する部品。水道水をそのまま使用すると高圧により配管や部品に負担がかかるため、圧力を下げることでタンク本体の変形や故障を防いでいる。
風呂循環ポンプ：浴槽内のお湯を吸い上げ、タンク内の配管を通して温めなおし、再び浴槽へ送り出す部品。フルオートタイプのエコキュートに搭載されており、追い焚き機能を使用する際に作動する。
断熱材：タンク内のお湯の温度を保つための部材。真空断熱材や発泡断熱材が用いられ、これにより魔法瓶のように長時間温度を保つことができる。
温度センサー：タンク内部の温度を測定する部品。
給水口・給湯口・排水口：それぞれ、「水道水を入れる」「温めたお湯を出す」「点検時に排水する」という役割を持つ部位。