JP2005315453A - 給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイレクト形給湯器において、パワーモジュールの発熱と輻射熱による周辺電子部品の温度上昇を抑制し、長時間運転を可能にすると共に信頼性を向上させる。
【解決手段】冷水を供給する給水管１０と、ヒートポンプユニット１を制御する制御部１６（リアクタを有する一般的なコンバータ回路を含む）とを備え、制御部１６と給水管１０とを接することにより、制御部１６のパワーモジュール１７やリアクタ２２の放熱性を向上させて、周辺電子部品の温度上昇も抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプを用いた給湯器の熱交換に関するものである。

従来、この種の給湯器は図７に示すようにヒートポンプユニット１、給湯ユニット２から成り立っている。

すなわち、ヒートポンプユニット１は、冷媒（図示せず）を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３から吐出した冷媒と給湯用流体（図示せず）との熱交換を行う放熱用熱交換器４と、放熱用熱交換器４から流れ出た冷媒を減圧する減圧器５と、減圧器５から流れ出た冷媒を蒸発させて冷媒に熱を吸収させる蒸発用熱交換器６とからなる冷凍サイクル７で構成されている。８は、蒸発用熱交換器６に風を送る送風機であり、冷媒の蒸発能力を制御している。

次に給湯ユニット２は、水道管（図示せず）などから保温タンク９へ冷水を供給する給水管１０と、保温タンク９からヒートポンプユニット１の放熱用熱交換器４へ流れる流体の流量を調整するポンプ１１と、流体を保温タンク９から流出し、ポンプ１１、放熱用熱交換器４を介して再度保温タンク９に流体を導く吸熱管１２と、保温タンク９から高温となった流体を蛇口、シャワー（図示せず）などへと導く給湯管１３にて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２１３８０６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題がある。

すなわち、深夜電力などを利用して予め温水を容量が大きな保温タンクに貯める貯湯型と呼ばれるタイプの給湯器では問題とはならないが、保温タンクの容量が小さく、予め温水を貯める能力に乏しいダイレクト型と呼ばれるタイプの給湯器では、瞬間的に冷水を温水に温めて給湯しなければならず、次のような課題があった。

まず、貯湯型に比べ、短時間で冷水を温水に温める必要があるため、ヒートポンプユニットの圧縮機を貯湯型以上に高回転にて駆動し、貯湯型以上の高温の温水を供給したり、または、貯湯型と同等の回転であっても、求められる量の温水を供給するために貯湯型以上に連続した時間の駆動を要求されるなど、圧縮機を駆動するパワーモジュールに対する負荷が重く、その通電時間が長いために発熱する量も多くなってしまう。

その結果、例えば、温度保護機能を有する給湯器では、頻繁に温度保護機能が働いたり、あるいは温度保護機能を有しない給湯器では、パワーモジュール内の半導体の温度が上昇し、ジャンクション温度の限度値に達して半導体素子が破壊に至る恐れがあるという課題を有していた。

同じように、リアクタに大電流が流れ続けた場合、リアクタ周辺の機器、特に電子部品を輻射熱によってあぶり、雰囲気温度を上昇させるため、電子部品の寿命を短くすることがあるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、パワーモジュールの放熱性を向上し、周
辺の電子部品の温度上昇を防止したヒートポンプユニットを有する給湯器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯器は、ヒートポンプユニットの大電流部に用いる電子部品を、給湯ユニットの給水管と接続することとしたものである。

これによって、給水管内を流れる冷水により、電子部品の放熱性が向上するため、より多くの電流を流したり、同じ電流値の場合、より長い時間、電流を通電することができるため、圧縮機の能力をより向上させることが可能となる。

本発明の給湯器は、大電流が流れる回路に使用する電子部品の放熱性を向上し、パワーモジュールなどの半導体を用いている電子部品については、半導体素子のジャンクション温度の限度値に対する余裕度をより大きくすることができ、半導体素子の熱破壊を回避することができる。

また、リアクタについては、コイルを冷却することにより、コイルの発熱、及び熱輻射を抑制することができる。

さらに、リアクタに用いる線種によって設定されている許容温度に対する余裕度をより大きくすることができる。

第１の発明は、ヒートポンプユニットの大電流部を構成する電子部品を、給湯ユニットの給水管で放熱することにより、瞬時に冷水を温水に温めなければならない瞬時給湯モードで、給水管内を流れる冷水で電子部品の放熱を促進することとなり、電子部品の温度上昇を低減することができる。

その結果、従来と同じ電子部品を用いても、より大きな電流を流すことが可能となり、ヒートポンプユニット、ひいては給湯器としての能力をより向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のうち、圧縮機を駆動するパワーモジュールの放熱板に関するものであり、放熱板のパワーモジュール取付け部に給水管を接続することにより、パワーモジュールの放熱を促進することで、パワーモジュールの温度上昇を抑制し、より多くの電流を流してもパワーモジュール内の半導体部品がジャンクション温度の限度値に達することを回避することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明のうち、リアクタに関するものであり、リアクタと給水管を接することにより、リアクタの温度上昇を抑制するとともに給水管を流れる冷水を温めることができるため、放熱用熱交換器で行われる熱交換量を少なくすることができ、給湯器全体の効率を良くすることができる。

第４の発明は、特に第１の発明で、制御部のコンバータ回路に設けたリアクタと給水管を接することにより、リアクタのコイルで発生した熱を給水管を通して放熱することができる。

第５の発明は、特に第１の発明で、制御部のコンバータ回路に設けたリアクタと給水管を隣接させて熱伝導材を間に充填することにより、リアクタのコイルで発生した熱を給水管を通して放熱することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における給湯器のブロック図を示すものである。従来と同じ機能のものについては、同一の符号を付与し、説明を省略する。

図１において、従来と異なる点は、ヒートポンプユニット１の制御部１６（リアクタを有する一般的構成のコンバータ回路（図示せず）を含む）を給湯ユニット２の給水管１０と接する構造としたことである。

この構成とすることにより、大電流を流すことによる発熱の輻射熱で温度上昇していた電子部品を冷却することにより、従来の貯湯型よりも大きな電流を流したり、あるいは通電時間を長くすることができ、従来と同じ電子部品を用いてもダイレクト型給湯器に求められる能力を満足することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプユニットを制御する制御部の構成部品のひとつである放熱板の斜視図である。

図中、１７は圧縮機３を駆動するパワーモジュールである。また、１８はパワーモジュール１７に発生した熱を放熱する放熱板であり、パワーモジュール１７を取付ける取付板１９と、放熱を行う放熱フィン２０から成り立っている。さらに、取付板１９には給湯ユニット２の給水管１０が貫通している。

以上のように構成された給湯器について、以下その具体的な動作、作用を図１と図２を用いて説明する。

例えば使用者が風呂に給湯した後、シャワーを使用する（いずれも図示せず）など、冷水を温水に温めた後、直接給湯ような場合に、保温タンク９が小さいと事前に貯めておいた温水がすぐに不足することになる。そこで、給水管１０から流量を調整するポンプ１１を介して放熱用熱交換器４に導かれた冷水は、この放熱用熱交換器４で加熱され温水となり、給湯管１３からシャワーなどへ温水を供給する。このとき、放熱用熱交換器４では、従来の貯湯型給湯器以上の熱交換能力を必要とする。その主機能は圧縮機３の圧縮能力、言い換えれば、圧縮機３の回転数を如何に高く、如何に長時間回転させるかということになる。

そこで本構成とした場合、求められる給湯量が多ければ多いほど供給する給水量が多くなり、取付板１９の放熱量が増加するため、パワーモジュール１７内の半導体がジャンクション温度の限度値に達することを抑制することが可能となり、例えば、より多くの電流を流したり、同じ電流値であってもより長い時間、通電可能となるため、圧縮機３を高回転で連続運転することができる。

しかも、放熱用熱交換器４に供給される冷水を予め温めておけるので、放熱用熱交換器４で行われる熱交換量を低減し、給湯器としての効率を改善することができる。

図３は、本発明の実施の形態２の応用例である。図２との違いは、給水管１０が取付板１９を貫通せず、接していることである。

このような構成とした場合、図２に示す形態より、放熱の効率は低下するが、給湯器を組立てる場合の作業効率を改善することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプユニットを制御する制御部の構成部品のひとつであるリアクタの斜視図、図５は断面図を示すものである。

図４に示すように、給湯ユニット２の給水管１０をリアクタ２２に接するようにする。図５に示すように、リアクタ２２を構成するコイル２３と給水管１０とを接することで、コイル２３で発生した熱が給水管１０に伝わり、放熱される。

その結果、コイル２３の温度上昇を抑制し、リアクタ２２周辺への輻射を抑制することができる。しかも、給水管内を流れる冷水を温めることができるため、放熱用熱交換器４で行う熱交換量を低減することができる。

図６にその応用例を示す。図６では、図５に比べ、コイル２３の密度を下げている。その結果、コイル２３から給水管１０への熱の移動がよりスムーズになり、リアクタ２２全体の発熱をより抑制することができる。

また、図５及び図６に示すように、コイル２３と給水管１０との間にシリコンなどの熱伝導材２４を充填する。

その結果、さらにコイル２３から給水管１０への熱の伝わり方が向上し、よりリアクタ２２の温度上昇を抑制することができる。しかも熱伝導材２４で固定されているため、振動などによる影響を受けることがない。

以上のように、本発明にかかる給湯器は、給水管と接することで電子部品の発熱を抑制することにより、半導体素子のジャンクション温度の限度値に対する余裕度をより大きくすることができ、半導体素子の熱破壊を回避することができる。

また、リアクタなどの電子部品については、コイル部を冷却することにより、コイル部の発熱、及び輻射を抑制することができる。

よって、ガスエアコンや石油エアコン等の複数の冷媒、流体を用いた熱交換システムの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における給湯器のブロック図 本発明の実施の形態２における放熱板の斜視図 本発明の実施の形態２の応用例における放熱板の斜視図 本発明の実施の形態３におけるリアクタの斜視図 本発明の実施の形態３におけるリアクタと給水管の断面図 本発明の実施の形態３の応用例におけるリアクタと給水管の断面図 従来の給湯器のブロック図

符号の説明

１ ヒートポンプユニット
３ 圧縮機
４ 放熱用熱交換器
５ 減圧器
６ 蒸発用熱交換器
７ 冷凍サイクル
１０ 給水管
１３ 給湯管
１６ 制御部（コンバータ回路を含む）
１７ パワーモジュール
１８ 放熱板
２２ リアクタ
２４ 熱伝導材

Claims (5)

1. 給水管を介して供給した冷えた給湯用流体をヒートポンプユニットを用いて加熱し、得られた温かい給湯用流体を給湯管を介して供給する給湯器であって、前記ヒートポンプユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から吐出した冷媒と前記給湯用流体との熱交換を行う放熱用熱交換器と、この放熱用熱交換器から流れ出た冷媒を減圧する減圧器と、この減圧器から流れ出た冷媒を蒸発させて冷媒に熱を吸収させる蒸発用熱交換器とを有する冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの各構成要素を制御する制御部とを具備し、前記制御部を前記給水管と接続したことを特徴とする給湯器。
2. 制御部には少なくとも圧縮機を駆動するパワーモジュールと、このパワーモジュールで発生した熱を放熱するために前記パワーモジュールと接続した放熱板とを設け、給水管が前記放熱板を貫通することを特徴とした請求項１に記載の給湯器。
3. 制御部には少なくとも圧縮機を駆動するパワーモジュールと、このパワーモジュールで発生した熱を放熱するために前記パワーモジュールと接続した放熱板とを設け、給水管と前記放熱板が接することを特徴とした請求項１に記載の給湯器。
4. 制御部には交流を直流に変換し少なくともリアクタを有するコンバータ回路を設け、前記リアクタと給水管が接することを特徴とした請求項1に記載の給湯器。
5. 制御部には交流を直流に変換し少なくともリアクタを有するコンバータ回路を設け、前記リアクタと給水管とを隣接させるとともに熱伝導材を前記リアクタと前記給水管の間に設けたことを特徴とした請求項1に記載の給湯器。

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