JP2004251596A - 分離型ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】給湯回路韓の熱ロスを少なくし、更にヒートポンプサイクルの熱効率を向上させた分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも、温水を生成する加熱用熱交換器、及び温水を貯湯する貯湯槽を収納した本体と、少なくとも、外気から蒸発熱を汲み上げる室外側熱交換器を収納した室外機とに分割する。本体と室外との間を流通する冷媒相互間で熱交換させる。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも、温水を生成する加熱用熱交換器、及び温水を貯湯する貯湯槽を収納した本体と、少なくとも、外気から蒸発熱を汲み上げる室外側熱交換器を収納した室外機とに分割する。本体と室外との間を流通する冷媒相互間で熱交換させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して温水を生成するヒートポンプ式給湯装置、特に冷媒回路を構成する機器を二つのユニットに分離して収納した分離型ヒートポンプ式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年給湯装置として、エネルギー効率の向上、火災防止の観点からヒートポンプ式給湯装置が注目されている。また、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒として、ＨＣＦＣ冷媒はオゾン係数が大きく全廃方向で検討が進められており、その代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が採り上げられているが、ＨＦＣ系冷媒は温暖化指数が大きいという問題を抱えている。このようなことから、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒としては、炭酸ガス（ＣＯ２）が注目されている。
【０００３】
炭酸ガス冷媒を使用したヒートポンプ式給湯装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。このヒートポンプ式給湯装置では、圧縮機、給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）、膨張弁、室外側熱交換器、アキュムレータを順次冷媒配管により接続し、冷媒として炭酸ガスを用いてヒートポンプサイクルが構成されている。そして、給湯用水は給湯用熱交換器で圧縮機からの吐出ガスにより加熱され、加熱された給湯用水は貯湯槽に蓄えられている。また、このヒートポンプ式給湯装置は、冷媒回路が一体的に形成されたものであって、上記ヒートポンプサイクルを構成する室外側熱交換器と給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）とを別ユニットに収納する構成ではなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この特許文献１記載のヒートポンプ式給湯装置のように、冷媒回路を一つのユニットに収納する場合は、全ての機器を一つのユニットに収納するか、または、貯湯槽を別ユニットに収納するかになる。
しかしながら、前者の場合は、ヒートポンプ式給湯装置が大型化し、搬入時及び据付時の取扱いが不便となる。また、外気と熱交換させる室外側熱交換器に適した場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、貯湯槽が屋内の給湯用設備から遠くなり給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。また、屋内給湯設備に近い場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、外気を給排気するのに適した場所を選択することが容易でないという問題がある。
また、後者の場合は、給湯用熱交換器と貯湯槽との距離が長くなり、この間を接続する給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、給湯回路からの熱ロスを少なくし、更にヒートポンプサイクルの熱効率を向上させた分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る分離型ヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒を充填した冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、及び加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプを接続して形成した給湯回路とを備えたヒートポンプ式給湯装置であって、少なくとも前記加熱用熱交換器を含む給湯回路及び圧縮機を備えた本体と、少なくとも室外側熱交換器及び膨張装置を備えた室外機とに分離され、本体と室外機とを連絡配管で接続するように構成されてなり、更に、連絡配管部分に本体から室外機へ流通する冷媒と室外機から本体へ流通する冷媒とを熱交換させる熱交換部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
このようにすると、ヒートポンプ式給湯装置が、少なくとも加熱用熱交換器を含む給湯回路及び圧縮機を備えた本体と少なくとも室外側熱交換器及び膨張装置を備えた室外機との二つのユニットに分割されるので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。
また、この発明に係るヒートポンプ式給湯装置では、加熱用熱交換器と貯湯槽とを本体内に収納しているので、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能となり、両者を接続する給湯回路からの熱ロスを減少させることができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機を、外気の取入れ及び排出に都合の良い場所を選定して設置することができる。
また、この発明に係るヒートポンプ式給湯装置では、本体と室外機を接続する連絡配管のうち、本体から室外機へ冷媒を流す連絡配管が加熱用熱交換器と膨張装置を連絡する高圧側回路となり、室外機から本体へ冷媒を流す連絡配管が圧縮機吸入側の低圧側回路となる。したがって、これら連絡配管を流通する冷媒を熱交換させると、加熱用熱交換器出口の高圧ガス冷媒を冷却するとともに蒸発器として作用する室外側熱交換器出口の冷媒を加熱させる所謂内部熱交換器として作用し、冷凍サイクルの熱効率を向上させることができる。因みに、室外側熱交換器のみを室外機に収納し、膨張装置を本体に収納するような配置にすると連絡配管は全て高圧側回路となるので、上記のような内部熱交換器を形成することができない。また、室外側熱交換器及び圧縮機を室外機に収納し、膨張装置を本体に収納した場合は、一部の連絡配管は圧縮機の吐出ガスを流通させる高圧側回路となり、他の連絡配管は膨張装置を出た後の冷媒、すなわち蒸発器として作用する室外側熱交換器入口側の冷媒となるのでこの両者を熱交換させても熱効率が低下するだけで意味がない。また、この熱交換部については、連絡配管部分に設けられるので特別のスペースを必要としないという利点がある。
【０００９】
上記分離型ヒートポンプ式給湯装置において、前記熱交換部は、本体から室外機への冷媒を流通させる連絡配管と室外機から本体へ冷媒を流通させる連絡配管とを接触するように添わせて配置するように構成してもよい。このように構成すると、熱交換部分を簡単に形成することができる。
【００１０】
また、前記熱交換部は、連絡配管を挿入して装着する孔を備えた伝熱性材料からなる押出成形品に対し、連絡配管を前記孔に挿入して装着させてなる構成としてもよい。このように構成すると、両連絡配管の熱交換量をより多くすることができ、ヒートポンプの熱効率を向上させることができる。
【００１１】
また、前記熱交換部は、室外機から本体へ冷媒を流す冷媒通路と本体から室外機へ冷媒を流す冷媒通路とが押出成形により一体成型された成形品からなるものとしてもよい。このように構成すると、両連絡配管の熱交換量をさらに多くすることができ、ヒートポンプの熱効率を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の回路図である。
【００１３】
図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２とからなる。
【００１４】
本体１は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒を給湯用の水で冷却して温水を得る加熱用熱交換器１１と、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯する貯湯槽１２、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯槽１２に送り貯湯槽１２からの水を加熱用熱交換器１１へ送る循環ポンプ１４が接続された給湯回路１３とを備えている。そして、給湯回路１３からの放熱ロスを少なくするために、貯湯槽１２と加熱用熱交換器１１とは近傍に設置され、給湯回路１３が短くなるように配慮されている。なお、貯湯槽１２の上部には温水を供給する給湯管１５が接続されており、貯湯槽１２の下部には、貯湯槽１２に水を供給するための給水管１６が接続されている。
【００１５】
本体１には、本ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路の一部が収納されている。
この冷媒回路の一部は、閉鎖弁３３、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１及び閉鎖弁３４を順次接続したものである。なお、閉鎖弁３３，３４は、それぞれ配管接手３３ａ、３４ａを備えている。この配管接手３３ａ、３４ａには、連絡配管３１、３２を接続できるように本体１の外部に露出して取り付けられている。また、工場出荷時には、閉鎖弁３３、３４を閉鎖した状態とし、この冷媒回路の中に所定量の冷媒が封入されている。
【００１６】
圧縮機１７の上部には、冷凍機油タンク１９が設置されている。この冷凍機油タンク１９の上部及び下部が配管により圧縮機１７内の冷凍機油貯留空間に接続されている。なお、冷凍機油タンク１９の下部と圧縮機１７とを接続する配管には手動弁、電磁弁などの開閉弁２０が接続されている。
【００１７】
室外機２には、室外側熱交換器２１、室外側熱交換器２１に冷媒の蒸発熱源としての外気を循環させるための室外ファン２２及び膨張装置１８が収納されている。また、膨張装置の入口側に配管接手３２ａが接続され、室外側熱交換器２１の出口側に配管接手３１ａが接続されている。配管接手３１ａ、３２ａは、連絡配管３１、３２を接続するためのもので、室外機２の外部に露出するように取り付けられている。そして、工場出荷の段階ではこの室外機２の冷媒回路中には、現地据付までの間に空気が浸入しないように窒素ガスが封入されている。
【００１８】
なお、室外機２は、連絡配管３１を配管接手３１ａと閉鎖弁３３の配管接手３３ａとの間に接続するとともに、連絡配管３２を配管接手３２ａと閉鎖弁３４の配管接手３４ａとの間に接続することにより本体１に接続される。なお、連絡配管３１、３２の接続に際しては、本体１内に充填された冷媒により室外側熱交換器２１及び連絡配管３１、３２がエアーパージされる。
【００１９】
また、連絡配管３１、３２の中間部には、本体１から室外機２へ流通する高圧ガス冷媒と、室外機２から本体１へ流通する低圧ガス冷媒とを熱交換させる熱交換部４０が設けられている。
この実施の形態１における熱交換部４０は、図２に示すように、２本の連絡配管を密接させ、この２本の連絡配管３１、３２を銅板などの熱伝導性板４１を巻き付け、その周りを断熱材４２で被覆して構成している。この構成により、２本の連絡配管３１、３２は直接的に熱交換可能であり、また、熱伝導性板４１を介し熱交換される。本体１及び室外機２は、このように、熱交換部４０を挟んで連絡配管３１、３２を接続することにより、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８、室外側熱交換器２１を順次接続する密閉回路からなる冷媒回路が形成される。
【００２０】
本体１の冷媒回路に充填される冷媒は炭酸ガス冷媒（ＣＯ２）である。炭酸ガス冷媒は次のような理由から選択されている。従来のフロン冷媒に代わる自然冷媒として、ハイドロカーボン（ＨＣ：プロパンやイソブタンなど）、アンモニア、空気、炭酸ガス（ＣＯ２）等が挙げられる。しかしながら、冷媒特性として、ハイドロカーボンとアンモニアはエネルギー効率が良いという反面可燃性や毒性の問題があり、空気は超低温域以外でエネルギー効率が劣るなどといった問題がある。これに対し炭酸ガスは、可燃性や毒性がなく安全であり、また、冷媒として用いた場合、高温の圧縮機吐出ガス冷媒を得ることができるという特徴を備えている。このようなことから、炭酸ガス冷媒は、地球の環境破壊問題を回避し得る冷媒として、特に、給湯用ヒートポンプ式冷凍装置の冷媒として適している。
【００２１】
冷凍機油タンク１９の下部と圧縮機１７とを接続する配管に設けられた開閉弁２０は、連絡配管３１、３２が本体１と室外機２との間に接続された後開放される。開閉弁２０を開放することにより、冷凍機油タンク１９に貯留した冷凍機油を自然落下させて圧縮機１７内の冷凍機油貯留スペースに移送する。これにより所定量の冷凍機油が圧縮機１７の冷凍機油貯留スペースに移送され、圧縮機１７内に適切な量の冷凍機油が貯留される。
【００２２】
次に、上記構成のヒートポンプ式給湯装置の給湯運転は次のように行われる。このヒートポンプ式給湯装置の給湯運転では、圧縮機１７が駆動され、冷媒が図１における実線矢視の方向に循環する。このヒートポンプ式給湯装置における冷凍サイクルは、炭酸ガス冷媒の臨界点が低いため、超臨界冷凍サイクルを形成する。すなわち、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、加熱用熱交換器１１で給湯用の水と熱交換して冷却され、水は加熱され温水となる。このとき高圧圧力が臨界点以上の圧力であるため、冷媒は加熱用熱交換器１１では凝縮しない。加熱用熱交換器１１で冷却された高圧ガスは、熱交換部４０で圧縮機１７に吸入される低圧ガス冷媒により更に冷却される。冷却された高圧ガス冷媒は、膨張装置１８で減圧され低温低圧の気液２相流となって、室外機２の室外側熱交換器２１に流れる。低温低圧の気液２相流冷媒は、室外側熱交換器２１で外気と熱交換し蒸発する。室外側熱交換器２１を流出した低圧冷媒は、熱交換部４０で加熱用熱交換器１１を流出した冷媒から熱を奪って更に加熱され、圧縮機１７に戻る。したがって、この冷凍サイクルは、熱交換部における熱交換作用により、低圧側の冷媒に吸収される熱量が大きくなり、冷凍サイクルの熱効率が大きくなる。
【００２３】
また、上記ヒートポンプ式給湯装置により得られる温水は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒がフロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温高圧となるため、フロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温となる。
【００２４】
一方、貯湯槽１２は、給水管１６から水が供給され常に満水の状態になるように形成されている。そして、屋内の給湯設備に温水を供給するときは、循環ポンプ１４が駆動される。これにより、貯湯槽１２内の下部の水が加熱用熱交換器１１に供給される。加熱用熱交換器１１で加熱された温水は貯湯槽１２の上部に戻る。このような循環が繰り返されることにより貯湯槽１２内の上部に温水が供給される。また、温水と水とは混ざり合わないので、時間の経過とともに上層の温水量が増加し、下層の低温水の量が少なくなって、最終的には貯湯槽１２が温水で満たされるようになる。なお、浴槽、洗面室等の給湯設備への温水の供給は、貯湯槽１２の上部に接続された給湯管１５により貯湯槽１２の上部に貯湯された温水が供給される。
【００２５】
本実施の形態１は上記のように構成されているので、次の効果を奏することができる。
（１） このヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２のユニットに分割されているので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。
【００２６】
（２） 本体１内において、加熱用熱交換器１１と貯湯槽１２とが近傍に設置されているため、両者を接続する給湯回路からの熱ロスを減少させることができる。また、本体１を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体１と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機２を、外気の取入れ及び排出に都合の良い場所を選定して設置することができる。
【００２７】
（３） 本体１と室外機２を接続する２本の連絡配管３１、３２のうち、本体１から室外機２へ冷媒を流す連絡配管３２が加熱用熱交換器１１と膨張装置１８を連絡する高圧側回路となり、室外機２から本体１へ冷媒を流す連絡配管３１が圧縮機吸入側の低圧側回路となる。したがって、これら連絡配管３１、３２を流通する冷媒を熱交換させる熱交換部４０において、加熱用熱交換器１１出口の高圧ガス冷媒から蒸発器として作用する室外側熱交換器２１出口の冷媒へ熱が移動され、この熱交換部４０が所謂内部熱交換器として作用し、冷凍サイクルの熱効率を向上させることができる。
【００２８】
（４） また、この実施の形態１における熱交換部４０は、連絡配管３１、３２を接触させて両者を添わせて配置した構成であるので、簡単な作業で、かつ、現地で熱交換部を形成することができる。また、両配管３１、３２を沿わせた状態で固定する部材は、銅板などの熱伝導性板４１を巻き付けているだけであるので、嵩張らず熱交換も促進することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図３に基づき説明する。なお、実施の形態２は、実施の形態１における熱交換部４０を変形したものであって、熱交換部以外は実施の形態１と同一である。以下において、実施の形態２の熱交換部５０のみ説明する。
【００３０】
実施の形態２における熱交換部５０は、連絡配管３１、３２を挿入して装着する孔５２、５３を備えた伝熱性材料からなる押出成形品５１に、連絡配管３１、３２を挿入して装着したものである。なお、図３では省略されているが、この成形品５１の外周には実施の形態１の場合と同様断熱材が被せられて使用される。
このような成形品により両連絡配管３１、３２を固定すると、本体１から室外機２へ流通する冷媒と室外機２から本体１へ流通する冷媒との熱交換量をより多くすることができる。
【００３１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について、図４に基づき説明する。なお、実施の形態３は、実施の形態１における熱交換部４０を変形したものであって、熱交換部以外は実施の形態１と同一である。以下において、実施の形態３の熱交換部６０のみ説明する。
【００３２】
実施の形態３における熱交換部６０は、連絡配管３１、３２の途中に、室外機２から本体１へ冷媒を流す冷媒通路６１と、本体１から室外機２へ冷媒を流す冷媒通路６２とが上下２段に一体成型された押出成形品６３からなる。この熱交換部６０は、アルミニウム等の押し代成形が可能で熱伝導性の優れた部材を材料とする。冷媒通路６１，６２は、長手方向に複数形成されたマイクロチャネル（小流路）である。また、なお、図４では省略されているが、この成形品６３の外周には実施の形態１の場合と同様断熱材が被せられて使用される。
このように構成すると、本体１から室外機２へ流通する冷媒と室外機２から本体１へ流通する冷媒との熱交換量をさらに多くすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体と室外機のユニットに分割されているので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。また、本体内において、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能となり、両者を接続する給湯回路からの熱ロスを減少させることができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機を外気の取入れ及び排出に都合の良い場所を選定して設置することができる。また、本体から室外機へ冷媒を流す連絡配管が加熱用熱交換器と膨張装置を連絡する高圧側回路となり、室外機から本体へ冷媒を流す連絡配管が圧縮機吸入側の低圧側回路となる、更に、両連絡配管を流れる冷媒の間で熱交換させているので、冷凍サイクルの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換部の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る熱交換部の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る熱交換部の断面図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 室外機
１１ 加熱用熱交換器
１２ 貯湯槽
１３ 給湯回路
１４ 循環ポンプ
１７ 圧縮機
１８ 膨張装置
２１ 室外側熱交換器
３１ 連絡配管
３２ 連絡配管
４０ 熱交換部
４１ 熱伝導性板
４２ 断熱材
５０ 熱交換部
５１ 成形品
５２ 孔
５３ 孔
６０ 熱交換部
６１ 冷媒通路
６２ 冷媒通路
６３ 成形品
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して温水を生成するヒートポンプ式給湯装置、特に冷媒回路を構成する機器を二つのユニットに分離して収納した分離型ヒートポンプ式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年給湯装置として、エネルギー効率の向上、火災防止の観点からヒートポンプ式給湯装置が注目されている。また、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒として、ＨＣＦＣ冷媒はオゾン係数が大きく全廃方向で検討が進められており、その代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が採り上げられているが、ＨＦＣ系冷媒は温暖化指数が大きいという問題を抱えている。このようなことから、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒としては、炭酸ガス（ＣＯ２）が注目されている。
【０００３】
炭酸ガス冷媒を使用したヒートポンプ式給湯装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。このヒートポンプ式給湯装置では、圧縮機、給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）、膨張弁、室外側熱交換器、アキュムレータを順次冷媒配管により接続し、冷媒として炭酸ガスを用いてヒートポンプサイクルが構成されている。そして、給湯用水は給湯用熱交換器で圧縮機からの吐出ガスにより加熱され、加熱された給湯用水は貯湯槽に蓄えられている。また、このヒートポンプ式給湯装置は、冷媒回路が一体的に形成されたものであって、上記ヒートポンプサイクルを構成する室外側熱交換器と給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）とを別ユニットに収納する構成ではなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この特許文献１記載のヒートポンプ式給湯装置のように、冷媒回路を一つのユニットに収納する場合は、全ての機器を一つのユニットに収納するか、または、貯湯槽を別ユニットに収納するかになる。
しかしながら、前者の場合は、ヒートポンプ式給湯装置が大型化し、搬入時及び据付時の取扱いが不便となる。また、外気と熱交換させる室外側熱交換器に適した場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、貯湯槽が屋内の給湯用設備から遠くなり給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。また、屋内給湯設備に近い場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、外気を給排気するのに適した場所を選択することが容易でないという問題がある。
また、後者の場合は、給湯用熱交換器と貯湯槽との距離が長くなり、この間を接続する給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、給湯回路からの熱ロスを少なくし、更にヒートポンプサイクルの熱効率を向上させた分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る分離型ヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒を充填した冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、及び加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプを接続して形成した給湯回路とを備えたヒートポンプ式給湯装置であって、少なくとも前記加熱用熱交換器を含む給湯回路及び圧縮機を備えた本体と、少なくとも室外側熱交換器及び膨張装置を備えた室外機とに分離され、本体と室外機とを連絡配管で接続するように構成されてなり、更に、連絡配管部分に本体から室外機へ流通する冷媒と室外機から本体へ流通する冷媒とを熱交換させる熱交換部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
このようにすると、ヒートポンプ式給湯装置が、少なくとも加熱用熱交換器を含む給湯回路及び圧縮機を備えた本体と少なくとも室外側熱交換器及び膨張装置を備えた室外機との二つのユニットに分割されるので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。
また、この発明に係るヒートポンプ式給湯装置では、加熱用熱交換器と貯湯槽とを本体内に収納しているので、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能となり、両者を接続する給湯回路からの熱ロスを減少させることができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機を、外気の取入れ及び排出に都合の良い場所を選定して設置することができる。
また、この発明に係るヒートポンプ式給湯装置では、本体と室外機を接続する連絡配管のうち、本体から室外機へ冷媒を流す連絡配管が加熱用熱交換器と膨張装置を連絡する高圧側回路となり、室外機から本体へ冷媒を流す連絡配管が圧縮機吸入側の低圧側回路となる。したがって、これら連絡配管を流通する冷媒を熱交換させると、加熱用熱交換器出口の高圧ガス冷媒を冷却するとともに蒸発器として作用する室外側熱交換器出口の冷媒を加熱させる所謂内部熱交換器として作用し、冷凍サイクルの熱効率を向上させることができる。因みに、室外側熱交換器のみを室外機に収納し、膨張装置を本体に収納するような配置にすると連絡配管は全て高圧側回路となるので、上記のような内部熱交換器を形成することができない。また、室外側熱交換器及び圧縮機を室外機に収納し、膨張装置を本体に収納した場合は、一部の連絡配管は圧縮機の吐出ガスを流通させる高圧側回路となり、他の連絡配管は膨張装置を出た後の冷媒、すなわち蒸発器として作用する室外側熱交換器入口側の冷媒となるのでこの両者を熱交換させても熱効率が低下するだけで意味がない。また、この熱交換部については、連絡配管部分に設けられるので特別のスペースを必要としないという利点がある。
【０００９】
上記分離型ヒートポンプ式給湯装置において、前記熱交換部は、本体から室外機への冷媒を流通させる連絡配管と室外機から本体へ冷媒を流通させる連絡配管とを接触するように添わせて配置するように構成してもよい。このように構成すると、熱交換部分を簡単に形成することができる。
【００１０】
また、前記熱交換部は、連絡配管を挿入して装着する孔を備えた伝熱性材料からなる押出成形品に対し、連絡配管を前記孔に挿入して装着させてなる構成としてもよい。このように構成すると、両連絡配管の熱交換量をより多くすることができ、ヒートポンプの熱効率を向上させることができる。
【００１１】
また、前記熱交換部は、室外機から本体へ冷媒を流す冷媒通路と本体から室外機へ冷媒を流す冷媒通路とが押出成形により一体成型された成形品からなるものとしてもよい。このように構成すると、両連絡配管の熱交換量をさらに多くすることができ、ヒートポンプの熱効率を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の回路図である。
【００１３】
図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２とからなる。
【００１４】
本体１は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒を給湯用の水で冷却して温水を得る加熱用熱交換器１１と、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯する貯湯槽１２、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯槽１２に送り貯湯槽１２からの水を加熱用熱交換器１１へ送る循環ポンプ１４が接続された給湯回路１３とを備えている。そして、給湯回路１３からの放熱ロスを少なくするために、貯湯槽１２と加熱用熱交換器１１とは近傍に設置され、給湯回路１３が短くなるように配慮されている。なお、貯湯槽１２の上部には温水を供給する給湯管１５が接続されており、貯湯槽１２の下部には、貯湯槽１２に水を供給するための給水管１６が接続されている。
【００１５】
本体１には、本ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路の一部が収納されている。
この冷媒回路の一部は、閉鎖弁３３、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１及び閉鎖弁３４を順次接続したものである。なお、閉鎖弁３３，３４は、それぞれ配管接手３３ａ、３４ａを備えている。この配管接手３３ａ、３４ａには、連絡配管３１、３２を接続できるように本体１の外部に露出して取り付けられている。また、工場出荷時には、閉鎖弁３３、３４を閉鎖した状態とし、この冷媒回路の中に所定量の冷媒が封入されている。
【００１６】
圧縮機１７の上部には、冷凍機油タンク１９が設置されている。この冷凍機油タンク１９の上部及び下部が配管により圧縮機１７内の冷凍機油貯留空間に接続されている。なお、冷凍機油タンク１９の下部と圧縮機１７とを接続する配管には手動弁、電磁弁などの開閉弁２０が接続されている。
【００１７】
室外機２には、室外側熱交換器２１、室外側熱交換器２１に冷媒の蒸発熱源としての外気を循環させるための室外ファン２２及び膨張装置１８が収納されている。また、膨張装置の入口側に配管接手３２ａが接続され、室外側熱交換器２１の出口側に配管接手３１ａが接続されている。配管接手３１ａ、３２ａは、連絡配管３１、３２を接続するためのもので、室外機２の外部に露出するように取り付けられている。そして、工場出荷の段階ではこの室外機２の冷媒回路中には、現地据付までの間に空気が浸入しないように窒素ガスが封入されている。
【００１８】
なお、室外機２は、連絡配管３１を配管接手３１ａと閉鎖弁３３の配管接手３３ａとの間に接続するとともに、連絡配管３２を配管接手３２ａと閉鎖弁３４の配管接手３４ａとの間に接続することにより本体１に接続される。なお、連絡配管３１、３２の接続に際しては、本体１内に充填された冷媒により室外側熱交換器２１及び連絡配管３１、３２がエアーパージされる。
【００１９】
また、連絡配管３１、３２の中間部には、本体１から室外機２へ流通する高圧ガス冷媒と、室外機２から本体１へ流通する低圧ガス冷媒とを熱交換させる熱交換部４０が設けられている。
この実施の形態１における熱交換部４０は、図２に示すように、２本の連絡配管を密接させ、この２本の連絡配管３１、３２を銅板などの熱伝導性板４１を巻き付け、その周りを断熱材４２で被覆して構成している。この構成により、２本の連絡配管３１、３２は直接的に熱交換可能であり、また、熱伝導性板４１を介し熱交換される。本体１及び室外機２は、このように、熱交換部４０を挟んで連絡配管３１、３２を接続することにより、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８、室外側熱交換器２１を順次接続する密閉回路からなる冷媒回路が形成される。
【００２０】
本体１の冷媒回路に充填される冷媒は炭酸ガス冷媒（ＣＯ２）である。炭酸ガス冷媒は次のような理由から選択されている。従来のフロン冷媒に代わる自然冷媒として、ハイドロカーボン（ＨＣ：プロパンやイソブタンなど）、アンモニア、空気、炭酸ガス（ＣＯ２）等が挙げられる。しかしながら、冷媒特性として、ハイドロカーボンとアンモニアはエネルギー効率が良いという反面可燃性や毒性の問題があり、空気は超低温域以外でエネルギー効率が劣るなどといった問題がある。これに対し炭酸ガスは、可燃性や毒性がなく安全であり、また、冷媒として用いた場合、高温の圧縮機吐出ガス冷媒を得ることができるという特徴を備えている。このようなことから、炭酸ガス冷媒は、地球の環境破壊問題を回避し得る冷媒として、特に、給湯用ヒートポンプ式冷凍装置の冷媒として適している。
【００２１】
冷凍機油タンク１９の下部と圧縮機１７とを接続する配管に設けられた開閉弁２０は、連絡配管３１、３２が本体１と室外機２との間に接続された後開放される。開閉弁２０を開放することにより、冷凍機油タンク１９に貯留した冷凍機油を自然落下させて圧縮機１７内の冷凍機油貯留スペースに移送する。これにより所定量の冷凍機油が圧縮機１７の冷凍機油貯留スペースに移送され、圧縮機１７内に適切な量の冷凍機油が貯留される。
【００２２】
次に、上記構成のヒートポンプ式給湯装置の給湯運転は次のように行われる。このヒートポンプ式給湯装置の給湯運転では、圧縮機１７が駆動され、冷媒が図１における実線矢視の方向に循環する。このヒートポンプ式給湯装置における冷凍サイクルは、炭酸ガス冷媒の臨界点が低いため、超臨界冷凍サイクルを形成する。すなわち、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、加熱用熱交換器１１で給湯用の水と熱交換して冷却され、水は加熱され温水となる。このとき高圧圧力が臨界点以上の圧力であるため、冷媒は加熱用熱交換器１１では凝縮しない。加熱用熱交換器１１で冷却された高圧ガスは、熱交換部４０で圧縮機１７に吸入される低圧ガス冷媒により更に冷却される。冷却された高圧ガス冷媒は、膨張装置１８で減圧され低温低圧の気液２相流となって、室外機２の室外側熱交換器２１に流れる。低温低圧の気液２相流冷媒は、室外側熱交換器２１で外気と熱交換し蒸発する。室外側熱交換器２１を流出した低圧冷媒は、熱交換部４０で加熱用熱交換器１１を流出した冷媒から熱を奪って更に加熱され、圧縮機１７に戻る。したがって、この冷凍サイクルは、熱交換部における熱交換作用により、低圧側の冷媒に吸収される熱量が大きくなり、冷凍サイクルの熱効率が大きくなる。
【００２３】
また、上記ヒートポンプ式給湯装置により得られる温水は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒がフロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温高圧となるため、フロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温となる。
【００２４】
一方、貯湯槽１２は、給水管１６から水が供給され常に満水の状態になるように形成されている。そして、屋内の給湯設備に温水を供給するときは、循環ポンプ１４が駆動される。これにより、貯湯槽１２内の下部の水が加熱用熱交換器１１に供給される。加熱用熱交換器１１で加熱された温水は貯湯槽１２の上部に戻る。このような循環が繰り返されることにより貯湯槽１２内の上部に温水が供給される。また、温水と水とは混ざり合わないので、時間の経過とともに上層の温水量が増加し、下層の低温水の量が少なくなって、最終的には貯湯槽１２が温水で満たされるようになる。なお、浴槽、洗面室等の給湯設備への温水の供給は、貯湯槽１２の上部に接続された給湯管１５により貯湯槽１２の上部に貯湯された温水が供給される。
【００２５】
本実施の形態１は上記のように構成されているので、次の効果を奏することができる。
（１） このヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２のユニットに分割されているので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。
【００２６】
（２） 本体１内において、加熱用熱交換器１１と貯湯槽１２とが近傍に設置されているため、両者を接続する給湯回路からの熱ロスを減少させることができる。また、本体１を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体１と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機２を、外気の取入れ及び排出に都合の良い場所を選定して設置することができる。
【００２７】
（３） 本体１と室外機２を接続する２本の連絡配管３１、３２のうち、本体１から室外機２へ冷媒を流す連絡配管３２が加熱用熱交換器１１と膨張装置１８を連絡する高圧側回路となり、室外機２から本体１へ冷媒を流す連絡配管３１が圧縮機吸入側の低圧側回路となる。したがって、これら連絡配管３１、３２を流通する冷媒を熱交換させる熱交換部４０において、加熱用熱交換器１１出口の高圧ガス冷媒から蒸発器として作用する室外側熱交換器２１出口の冷媒へ熱が移動され、この熱交換部４０が所謂内部熱交換器として作用し、冷凍サイクルの熱効率を向上させることができる。
【００２８】
（４） また、この実施の形態１における熱交換部４０は、連絡配管３１、３２を接触させて両者を添わせて配置した構成であるので、簡単な作業で、かつ、現地で熱交換部を形成することができる。また、両配管３１、３２を沿わせた状態で固定する部材は、銅板などの熱伝導性板４１を巻き付けているだけであるので、嵩張らず熱交換も促進することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図３に基づき説明する。なお、実施の形態２は、実施の形態１における熱交換部４０を変形したものであって、熱交換部以外は実施の形態１と同一である。以下において、実施の形態２の熱交換部５０のみ説明する。
【００３０】
実施の形態２における熱交換部５０は、連絡配管３１、３２を挿入して装着する孔５２、５３を備えた伝熱性材料からなる押出成形品５１に、連絡配管３１、３２を挿入して装着したものである。なお、図３では省略されているが、この成形品５１の外周には実施の形態１の場合と同様断熱材が被せられて使用される。
このような成形品により両連絡配管３１、３２を固定すると、本体１から室外機２へ流通する冷媒と室外機２から本体１へ流通する冷媒との熱交換量をより多くすることができる。
【００３１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について、図４に基づき説明する。なお、実施の形態３は、実施の形態１における熱交換部４０を変形したものであって、熱交換部以外は実施の形態１と同一である。以下において、実施の形態３の熱交換部６０のみ説明する。
【００３２】
実施の形態３における熱交換部６０は、連絡配管３１、３２の途中に、室外機２から本体１へ冷媒を流す冷媒通路６１と、本体１から室外機２へ冷媒を流す冷媒通路６２とが上下２段に一体成型された押出成形品６３からなる。この熱交換部６０は、アルミニウム等の押し代成形が可能で熱伝導性の優れた部材を材料とする。冷媒通路６１，６２は、長手方向に複数形成されたマイクロチャネル（小流路）である。また、なお、図４では省略されているが、この成形品６３の外周には実施の形態１の場合と同様断熱材が被せられて使用される。
このように構成すると、本体１から室外機２へ流通する冷媒と室外機２から本体１へ流通する冷媒との熱交換量をさらに多くすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体と室外機のユニットに分割されているので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。また、本体内において、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能となり、両者を接続する給湯回路からの熱ロスを減少させることができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機を外気の取入れ及び排出に都合の良い場所を選定して設置することができる。また、本体から室外機へ冷媒を流す連絡配管が加熱用熱交換器と膨張装置を連絡する高圧側回路となり、室外機から本体へ冷媒を流す連絡配管が圧縮機吸入側の低圧側回路となる、更に、両連絡配管を流れる冷媒の間で熱交換させているので、冷凍サイクルの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換部の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る熱交換部の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る熱交換部の断面図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 室外機
１１ 加熱用熱交換器
１２ 貯湯槽
１３ 給湯回路
１４ 循環ポンプ
１７ 圧縮機
１８ 膨張装置
２１ 室外側熱交換器
３１ 連絡配管
３２ 連絡配管
４０ 熱交換部
４１ 熱伝導性板
４２ 断熱材
５０ 熱交換部
５１ 成形品
５２ 孔
５３ 孔
６０ 熱交換部
６１ 冷媒通路
６２ 冷媒通路
６３ 成形品
Claims (4)
- 圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒を充填した冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、及び加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプを接続して形成した給湯回路とを備えたヒートポンプ式給湯装置であって、
少なくとも前記加熱用熱交換器を含む給湯回路及び圧縮機を備えた本体と、少なくとも室外側熱交換器及び膨張装置を備えた室外機とに分離され、本体と室外機とを連絡配管で接続するように構成されてなり、更に、連絡配管部分に本体から室外機へ流通する冷媒と室外機から本体へ流通する冷媒とを熱交換させる熱交換部が設けられていることを特徴とする分離型ヒートポンプ式給湯装置。 - 前記熱交換部は、本体から室外機への冷媒を流通させる連絡配管と室外機から本体へ冷媒を流通させる連絡配管とを接触するように添わせて配置してなることを特徴とする請求項１記載の分離型ヒートポンプ式給湯装置。
- 前記熱交換部は、連絡配管を挿入して装着し得る孔を備えた伝熱性材料からなる押出成形品に対し、連絡配管を前記孔に挿入して装着してなることを特徴とする請求項１記載の分離型ヒートポンプ式給湯装置。
- 前記熱交換部は、室外機から本体へ冷媒を流す冷媒通路と本体から室外機へ冷媒を流す冷媒通路とが押出成形により一体成型された成形品からなることを特徴とする請求項１記載の分離型ヒートポンプ式給湯装置。
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