JP2004218861A

JP2004218861A - ヒートポンプ式給湯器におけるドレンパン凍結防止構造

Info

Publication number: JP2004218861A
Application number: JP2003003723A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yamaguchi; 祥一山口; Katsuya Tanaka; 勝也田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】ヒートポンプサイクルユニットにおいて、熱交換器で発生するドレン水のドレンパン上での凍結を効率よく防止し、ヒートポンプサイクルユニット外に排水することのできるヒートポンプサイクルユニットの構成を提供する。
【解決手段】低温の温度条件下でヒートポンプサイクルを運転する際に、ドレンパン上でドレン水が凍結・成長することを、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒配管の一部または給湯用流水配管の一部をドレンパン上に配策することで防止する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は給湯用温水を供給するヒートポンプ式給湯器に関し、特に氷点下の温度条件下にて使用する際の、室外熱交換器におけるドレン水の凍結防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られているヒートポンプサイクルユニットにおいて、室外熱交換器にて発生するドレン水がヒートポンプサイクルユニット内のドレン受部（本発明のドレンパンにあたる）上に滴り落ち、冬季にこのドレン水がドレン受部上で凍結・成長することによるヒートポンプサイクルユニットへの悪影響が問題となっていた。これに対し、特許文献１には、ヒートパイプにより高温の圧縮機の吐出管から熱を伝達し、ドレン水の凍結を防止すると共に、ドレン水を水かき装置と霧化装置を用いて速やかに処理する技術が開示されている。図１０は特許文献１における空調機の室外機の断面図である。暖房運転時、蒸発器１００にて発生したドレン水は除霜運転によりドレン受部１０４に滴り落ちる。ドレン受部１０４は図面左方向に傾斜しており、ドレン水の水位はドレンモータ１０１が停止している時は図面左方向の方に偏っている。ドレンモータ１０１が動き出すと、ドレン受部１０４に溜まったドレン水はドレンモータ１０１と直結して回転されるドレン羽根１０２により、霧化装置１０３の方に送られる。霧化装置１０３に送られたドレン水は、霧化装置１０３の霧化モータ（図示せず）により微細化されて霧化空気排出口（図示せず）から排出される。また、ドレン受部１０４に溜まったドレン水が凍結し、ドレン羽根１０２が破損しないようにヒートパイプ１０５がドレン受部１０４に設置されており、ヒートポンプサイクルの圧縮機の吐出管（図示せず）の熱は、ヒートパイプ１０５を介してドレン受部１０４につたわり、ドレン受部１０４に溜まったドレン水の凍結を防止している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１２１８１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにヒートパイプを用いてドレン受部を加熱する構成では、ドレン受部に熱が伝わるまでに時間を要し、熱の損失も多い。またドレン水凍結の恐れのない時にも圧縮機の吐出管から熱を奪い、給湯器の効率低下を招いてしまう。本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、ドレン水の凍結防止を効率よく行えるヒートポンプサイクルユニットの構成を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、請求項１および請求項３に記載した本発明では、低外気温時の温度条件下でヒートポンプサイクルの除霜運転をする際に、容器上で水滴が凍結・成長することを高圧側冷媒配管の一部（請求項１）、または、給湯用流水配管の一部（請求項３）を前記容器に配することで防ぐ。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に本発明の第１の実施形態のユニット構成図、図２にサイクル模式図を示す。圧縮機１は冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（図示せず）および圧縮機構を駆動する電動モータ（図示せず）が一体となった電動圧縮機である。圧縮機１の吐出側からは、圧縮機１で圧縮され高温高圧になった冷媒が吐出される。吐出された冷媒は、水冷媒熱交換器２で給湯用流水たる温水との熱交換によりこの温水を加熱する。水冷媒熱交換器２は冷媒の流れと温水の流れとが対向するように構成された対交流型の熱交換器である。水冷媒熱交換器２から出てきた冷媒は、凍結防止用冷媒配管３として、ドレンパン２０を構成するベース版のうち空気熱交換器５の下側に位置するドレンパン２０の上部に伝熱可能なように配策された配管を通過した後、膨張機構４（電気式膨張弁。以下、膨張弁４と略す）に入り、減圧膨張される。減圧された冷媒は空気熱交換器５に入り、蒸発熱により空気から熱を吸収する。空気熱交換器５は除霜運転機能を有しており、空気熱交換器５表面で凝結付着した水滴はドレンパン２０上に滴り落ちる構造になっている。空気熱交換器５から流出した冷媒はアキュムレータ６に入り液相冷媒と気相冷媒とに分離され、気相冷媒は再び圧縮機１の吸入側へ送られる。またアキュムレータ６はヒートポンプサイクル中の余剰冷媒を蓄える機能も持っている。これらの機器を配管により接続して閉サイクルを形成し、ヒートポンプ動作を実現する。
【０００７】
さらにヒートポンプユニット内には、空気熱交換器５にて吸熱する空気を送風するファン７と水冷媒熱交換器２にて加熱する水を圧送するための循環ポンプ８とを備えている。ファン７と循環ポンプ８は制御ボックス１０により制御される。
【０００８】
凍結防止用冷媒配管３は、水冷媒熱交換器２から膨張弁４までの高圧側配管の一部であり、凍結防止用冷媒配管３内を流れる冷媒の温度は、ヒートポンプ運転中は必ず０℃以上の温度が確保されている。よって、氷点下の温度にて運転され、空気熱交換器５で成長した霜は、除霜運転にて空気熱交換器５からドレン水となりドレンパン２０に排出されるが、凍結防止用冷媒配管３内を流れる冷媒の熱により、ドレンパン２０上で再凍結をしない。このためドレンパン２０に設けられた排水口から外に排出されるため、ドレン水の凍結成長によってヒートポンプサイクルユニットが悪影響を受けることを防止できる。また、ドレンパン２０を加熱する手段としてヒートパイプを用いたときに比べ、ドレンパン２０に熱を少ない損失で、かつ素早く伝えることが可能である。
【０００９】
（第２の実施の形態）
図３に第２の実施形態のサイクル模式図を示す。第１の実施の形態に対し、ドレン水の凍結の恐れがない時には、ドレンパン２０側に配策された凍結防止用冷媒配管３に冷媒を流さないよう、凍結防止用冷媒配管３をバイパス回路とし、バイパス回路を開閉するバイパス弁９を設けたものである。
【００１０】
第１の実施の形態ではドレン水の凍結の恐れがない時においても、常にドレンパン２０に放熱を行うため、空気熱交換器５側で常にドレンパン２０での放熱分だけの熱回収が必要となる。本実施の形態では不要なときにはドレンパン２０側に流れる冷媒を止めることが出来るため、ドレン水凍結の恐れがない時の無駄な放熱を避けることが出来る。
【００１１】
（第３の実施の形態）
図４に第３の実施形態のサイクル模式図を示す。第１、第２の実施の形態に対し、本実施の形態では凍結防止用冷媒配管３に流す冷媒を圧縮機１の吐出冷媒から取り出すようにしている。ここで、冷凍サイクル中の高温高圧冷媒の一部をドレンパン２０での凍結防止に使用するため、ドレン水凍結の恐れがない時には凍結防止用冷媒配管３にて、余分な放熱をさせないためのバイパス弁９を設けている。
【００１２】
本実施の形態では、圧縮機１吐出後の高温の冷媒をドレンパン２０上の凍結防止用冷媒配管３に流すことが可能となるため、より確実にドレンパン２０でのドレン水の凍結・成長を防止できる。
【００１３】
（第４の実施の形態）
図５に第４の実施形態のサイクル模式図を示す。第１の実施の形態に対し、本実施の形態ではドレン水凍結防止に使用する熱源を、ヒートポンプの給湯用流水すなわち温水としている。つまり、循環ポンプ８から、水冷媒熱交換器２までの凍結防止用水配管３をドレンパン２０上に配策する構成としている。本実施の形態は、すべての温水をドレンパン２０上に流す構造となっているが、ドレン水の凍結・成長を防止するために必要な熱量を確保できる最小量以上の給湯用流水を流すよう、凍結防止用水配管３を分岐してバイパスさせるような構造としてもよい。
【００１４】
貯湯タンクからの給湯用流水はヒートポンプサイクル運転中必ず０℃以上であることと、貯湯完了間近での給水温度上昇により、ドレン水凍結を防止することが可能である。
【００１５】
（第５の実施の形態）
図６に第５の実施形態のサイクル模式図を示す。第５の実施の形態に対し、ドレン水凍結の恐れがない時には、ドレンパン２０上の凍結防止用水配管３に温水を流さないよう、水配管３にバイパス回路を開閉するバイパス弁９を設けている。
【００１６】
（第６の実施の形態）
図７に第６の実施形態のサイクル模式図を示す。第１の実施の形態に対し、ドレン水の凍結防止用冷媒配管３を、空気熱交換器５の下方部の冷媒配管と近接させて、熱交換器５内に一体に形成したもの。図８に第６の実施の形態における空気熱交換器５の図を示す。
【００１７】
第１の実施の形態に比べ、凍結防止用冷媒配管３が給湯器に搭載しやすいものとなる。
【００１８】
（第７の実施の形態）
図９に第７の実施形態のサイクル模式図を示す。第６の実施の形態に対し、ドレン水凍結の恐れがない時には、凍結防止用冷媒配管３に冷媒を流さないよう、凍結防止用冷媒配管３にバイパス回路を開閉するバイパス弁９を設けたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のユニット構成図である。
【図２】実施の形態１のサイクル模式図である。
【図３】実施の形態２のサイクル模式図である。
【図４】実施の形態３のサイクル模式図である。
【図５】実施の形態４のサイクル模式図である。
【図６】実施の形態５のサイクル構成図である。
【図７】実施の形態６のサイクル模式図である。
【図８】実施の形態６における空気熱交換器５の模式図である。
【図９】実施の形態７のサイクル構成図である。
【図１０】従来の技術におけるドレン水凍結防止構造の説明図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、
２…水冷媒熱交換器、
３…凍結防止用冷媒配管、
４…膨張弁、
５…空気熱交換器、
６…アキュムレータ、
７…ファン、
８…循環ポンプ、
９…バイパス弁、
１０…制御基盤ボックス、
２０…ベース版（ドレンパン兼用）。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流水との熱交換をする水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器から流出する冷媒を減圧する減圧器と、
前記減圧器から流出する冷媒を蒸発させて冷媒に熱を吸収させる空気熱交換器とを兼ね備えるヒートポンプサイクルにて給湯用流水を加熱する給湯器であって、
前記空気熱交換器において空気中の水分が凝結して除霜運転の際、発生する水滴を受け、排水する容器と、
前記容器上で前記水滴が凍結・成長することを高圧側冷媒配管の一部を用いて防ぐ機構を前記容器に配することを特徴とする給湯器。
請求項１のヒートポンプサイクルにおいて、前記水滴の凍結・成長防止に利用する冷媒の量を制御可能にすることで、前記水滴の凍結・成長防止機構が不要な時には冷媒からの放熱を抑え、運転効率の低下を防止可能とした給湯器。
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出する冷媒と給湯用流水との熱交換をする水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器から流出する冷媒を減圧する減圧器と、
前記減圧器から流出する冷媒を蒸発させて冷媒に熱を吸収させる空気熱交換器とを兼ね備えるヒートポンプサイクルにて給湯用流水を加熱する給湯器であって、
前記空気熱交換器において空気中の水分が凝結して除霜運転の際、発生する水滴を受け、排水する容器と、
前記容器上で前記水滴が凍結・成長することを水冷媒熱交換器に流入する給湯用流水配管の一部を用いて防ぐ機構を前記容器に配することを特徴とする給湯器。
請求項３のヒートポンプサイクルにおいて、前記水滴の凍結・成長防止に利用する給湯用流水の量を制御可能とすることで、前記水滴の凍結・成長防止機構が不要な時には給湯用流水からの放熱を抑え、運転効率の低下を防止することを可能とした給湯器。
請求項１のヒートポンプサイクルにおいて、
前記水滴の凍結・成長を防ぐ高圧側冷媒配管を前記空気熱交換器と一体にすることにより、ユニットへの搭載性を向上させた給湯器。
請求項５のヒートポンプサイクルにおいて、前記水滴の凍結・成長防止に利用する高圧側冷媒の量を制御可能にすることで、凍結・成長防止機構が不要な時には高圧側冷媒配管からの放熱を抑え、運転効率の低下を防止することを可能とした給湯器。