JP2006046817A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで、低コストで、使い勝手の良い一体型のヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】圧縮機２、放熱器３、減圧手段４および蒸発器５を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器５に送風する送風ファン７と、前記放熱器３と熱交換を行う水−冷媒熱交換器８と、前記水−冷媒熱交換器８と接続され、前記水−冷媒熱交換器８で加熱された温水を貯湯する貯湯手段９と、これらを収納する筐体１とを備え、前記冷媒循環回路、前記送風ファン７を前記筐体１の下方に配し、前記貯湯手段９を前記筐体１の上方に配したもので、本体ユニットの横寸法を短くすることを可能とし、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ方式の給湯機に関するものである。

従来、給湯機としては、ガスや石油を燃料として用い、その燃焼熱で水道水を加熱する給湯機が使用されてきた。これらは、速湯性に優れているという利点がある半面、ガス、石油といった燃料が必要でその供給が不可欠であること、燃焼後の排気ガスが大気に放出され大気汚染を招くこと、燃焼させるので不安全性を常に内在していること、燃焼時の音が大きいことなどの課題があった。特に近年増えている、エネルギー源を全て電気で行うというオール電化の住宅やマンションでは、燃料を供給する方法がないため、使用できないケースも増えてきているのが現状である。

そこで、貯湯タンクを備えた貯湯式のヒートポンプ給湯機が開発されている。これは、燃焼による給湯機の問題を解決し、オール電化の住宅、マンションでも新たなインフラ整備を必要とせず手軽に設置することができ、ヒートポンプ式であるため、入力に対する能力は３倍以上確保することが可能となるなど熱効率が良く、運転に際しては安価な深夜電力を用いて、貯湯タンクに高温の湯を貯めることが可能となり、ランニングコストも安価となるなどと言った特長を持ち、徐々に普及してきている。

このような給湯機として、例えば図４に示されるヒートポンプ給湯機がある（例えば、特許文献１参照）。このヒートポンプ式給湯機は、図４に示すように、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２とを備え、これら給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２の本体を二つに分割し、循環路７８、循環路８０で接続している。この給湯サイクル７１は、底壁に設けられた給水口７３と上壁に設けられた給湯口７４を有する貯湯タンク７５と、水熱交換路７６と、水循環用ポンプ７７とを備え、水熱交換路７６と水循環用ポンプ７７が、貯湯タンク７５の給湯口７４と湯入口７９とを連結する循環路８０に介設されている。

また、冷媒サイクル７２は、圧縮機８１と、水熱交換路７６を構成する水熱交換器８２と、減圧機構８３と、空気熱交換器８４とを順に冷媒通路８５で接続して構成する冷媒循環回路を備える。更に、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２は、室外側に配設されている連絡配管８６、８７にて連結される。そして、給水口５５から給水し、水循環用ポンプ５７にて循環路５８に流出させた低温水を水熱交換器７６（すなわち水熱交換器８２）で沸き上げ、給湯口７４から出湯する構成となっている。

上記ヒートポンプ式給湯機にて、給湯サイクルと冷媒サイクルの部分を一体化したものも考案されており、それは、圧縮機と空気熱交換器を貯湯タンクの上部に配置するように構成されている。そして、それらを一つの筐体に納めることにより、コンパクト化を図るヒートポンプ給湯機となっている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２２２３９２号公報 特開平７−９８１５６号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２が分かれているので、それぞれが別個に必要であり、また、それぞれを二つ設置した場合、それらの寸法が大きく、かつ重量も重いために、設置場所が限られるという面があった。また、連絡配管を室外側に配設するので、凍結防水等が必要であり、施工性やコスト性に課
題を有していた。

一方、上記特許文献２の構成では、運搬時や組立時にバランスが悪いと言う面があった。例えば、組立、運搬の際には、下方にある貯湯タンクは、内方に何もなく空っぽの状態であり、非常に軽い。それに対して、上方にある圧縮機や空気熱交換器などは、非常に重い。そのため、搬送時に非常に運びにくく、また上方が重いために筐体の強度をかなり上げないと、落下で変形しやすいと言うことがあり、コスト面でも高くなってしまっていた。

また、近年高層マンション等の集合住宅への設置を行う際に、上記特許文献１のような、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２とを分離した構成では、給湯サイクル７１を含むユニットをメーターボックス（MB）やパイプスペース（ＰＳ）に入れる例がある。それに対して、上記特許文献２の構成では、その部位に収納できるような詳細な構成は開示されていなかった。また、例えメーターボックス（MB）やパイプスペース（ＰＳ）に入れた場合も、冷媒サイクルにある空気熱交換器には、熱交換を促進するために送風ファンで風を送る必要があるが、その風が高所から出てくるために、その場所にいる人の顔付近に当たり、不快感を与えるということがなど、搬送性、使用性で課題を有していた。

さらに、上記特許文献１、上記特許文献２ともに、貯湯タンク内の湯量が限られるため、人が多く集まった際などには使用湯量が多くなり、貯湯タンク内の湯量がなくなってしまう場合があり、その際には再度沸き上げを行うことが必要となるが、元来深夜電力を用いて、小能力で長時間かけて湯を貯めるという商品であるために、貯湯するまでに相当長い時間を要すること、さらに、昼間の電力を用いて運転を行うため、深夜電力利用のメリットがなくなり、電気代が多くかかることなど、使い勝手に課題があった。

したがって本発明は、上記従来の課題を解決するもので、コンパクトで、低コストで、使い勝手の良いヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器と接続され、水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯手段と、これらを収納する筐体とを備え、前記冷媒循環回路、前記送風ファンを前記筐体の下方に配し、前記貯湯手段を前記筐体の上方に配したもので、本体ユニットの横寸法を短くすることを可能とし、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができる。

また、搬送時を考えれば、重量物が下方にあるために、搬送時に重量バランスが良くなり、搬送しやすくなる。また、搬送時に誤って落下してしまった場合にも、重量物が下方にあるために、その被害は微少とすることが可能となる。また、筐体の強度も下方に重量物があることにより、大幅に板厚を上げるなどすることが必要なくなり、コストダウンが可能となる。

本発明によれば、コンパクトで、低コストで、使い勝手の良いヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンと、前記放熱器と
熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器と接続され、水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯手段と、これらを収納する筐体とを備え、前記冷媒循環回路、前記送風ファンを前記筐体の下方に配し、前記貯湯手段を前記筐体の上方に配したもので、本体ユニットの横寸法を短くすることを可能とし、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができる。

また、搬送時を考えれば、重量物が下方にあるために、搬送時に重量バランスが良くなり、搬送しやすくなる。また、搬送時に誤って落下してしまった場合にも、重量物が下方にあるために、その被害は微少とすることが可能となる。また、筐体の強度も下方に重量物があることにより、大幅に板厚を上げるなどすることが必要なくなり、コストダウンが可能となる。

第２の発明は、貯湯手段と、冷媒循環回路、送風ファンとの中間には中間基板を配し、前記中間基板は、後方に向かって傾斜する傾斜部を有するもので、例えば貯湯タンクから水漏れが生じたとしても、下方に配された、圧縮機などには水がかからず、後方へ排水されるようになっており、安全性に優れたヒートポンプ給湯機となっている。

第３の発明は、筐体の中央部でかつ中間基板の下方に、制御装置を配したもので、冷媒循環回路の制御線と、給湯回路の制御線が交差することを防ぎ、ノイズ等による誤動作を防止することにより安全性の向上を図り、また耐ノイズ対策として必要となるであろう部品を削減可能として、コストダウンを図っている。

第４の発明は、圧縮機と水−冷媒熱交換器とを送風ファンの下方に配設し、前記送風ファンの上方に制御装置を配したことを特徴とするもので、本体ユニットの横寸法を短くすることを可能とし、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができる。また、圧縮機と水−冷媒熱交換器とを最短距離で繋ぐことを可能とし、配管ロスを軽減することにより、熱効率を高く維持することができる。また、送風ファンを上下（上：制御装置、下：圧縮機カバー）で挟み込むことにより、強度向上を図ることができる。

第５の発明は、圧縮機の側方に、水−冷媒熱交換器に送水する送水手段を配設したことを特徴とするもので、騒音源、震動源である圧縮機や水ポンプを近い位置に配設することにより、どちらにも共通の防音、防振対策を同時に行うことが可能となり、防音、防振へかかる材料費の合理化ができ、機器のコストダウンにつながる。

第６の発明は、水−冷媒熱交換器で暖められた水道水は、貯湯タンクに給湯されるとともに、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水できるようにも構成したことを特徴とするもので、水−冷媒熱交換器で暖められた水道水は、貯湯タンクに給湯することができるとともに、一方で貯湯タンクを介さずに蛇口やシャワー等の給湯端末へ直接通水されるので、速湯性に優れ、使い勝手が良く、湯切れの心配もないヒートポンプ給湯機を提供することができる。また、運転立ち上がり当初は貯湯タンクから給湯し、圧縮機が最適運転周波数になった後には、ダイレクトに給湯するという瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機とすることが可能となる。

第７の発明は、筐体の貯湯タンクの対向面に、凸部を設けたことを特徴とするもので、凸部である膨らみ部を利用して、貯湯タンクを本体ユニット後方へ張り出すように配設して貯湯タンク前方を空けることにより、この空けた部分に例えば給湯回路部品を配設して本体の薄型化を実現することができ、施工性、設置性の大幅な向上を図ることが可能となる。

第８の発明は、冷媒として炭酸ガスを用いたもので、高温給湯の際の熱効率を高めると
共に、冷媒が外部に漏れても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しく、リサイクル性にも優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。

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、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図である。

本体ユニット１に冷媒循環回路と給湯回路とを一体に収納して構成される。この冷媒循環回路は、本体ユニット１内部に配設された縦置き形の圧縮機２と、放熱器３と、例えば電動膨張弁から成る減圧手段４と、Ｌ字形状の空気熱交換器から成る蒸発器５とが冷媒配管６で接続されて構成されている。また、蒸発器５に風を当て、蒸発能力を高めるための送風ファン７が設けられている。

一方、給湯回路は、放熱器３と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器８（例えば、放熱器３と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）と、水−冷媒熱交換器８にて得た温水を貯める貯湯タンク９と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８に水道水を入水する入水管１０と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８から温水を蛇口３２や風呂３３の給湯端末に給湯する給湯管１１と、貯湯タンク９内の低温の水を送水する水ポンプ１２とから構成されている。

更に、上記給湯回路の構成について説明する。

タンク入水管１９は、入水管１０から水道水を貯湯タンク９に送る配管であり、途中にタンク入水逆止弁２０が設けられている。水道水供給管２１は、入水管１０から水−冷媒熱交換器８に水道水を直接供給する配管であり、この水道水給水管２１に逆止弁２２が設けられている。熱交給水管２３は、貯湯タンク９から水−冷媒熱交換器８に、水ポンプ１２の運転により、貯湯タンク９内の下方に貯まった低温水を送る配管であり、貯湯管２４は、水−冷媒熱交換器８で暖めた水道水を貯湯タンク９や元混合弁２７に送る配管であり、貯湯タンク側配管２４ａの途中には貯湯電磁弁２５が、また元混合弁側配管２４ｂの途中には逆止弁Ａ２８が設けられている。

また、タンク給湯管２６は、貯湯タンク９から高温水（通常は６０℃〜９０℃）を元混合弁２７へ給湯する配管であり、元混合弁２７は、貯湯管２４（元混合弁側配管２４ｂ）とタンク給湯管２６とから来る温水や水を混合させる弁であり、逆止弁Ａ２８は、元混合弁２７手前に設けられた弁である。また、先混合弁２９は、元混合弁２７を通過した温水と、入水管１０から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得る弁であり、先混合弁２９と入水管１０の間には逆流防止の逆止弁Ｂ３０が設けられている。そして、先混合弁２９にて最適温度となった温水が、注湯管３１及び給湯管１１を介して、蛇口３２や風呂３３に注湯される。

また、入水流量計３４は入水流量を測定する計器であり、給湯流量計３５は給湯流量を測定する計器である。排出弁３６は、寒冷地等にて長期間使用しない場合に、凍結防止等でタンク内の水を抜くために用いる弁であり、制御弁３７は入水流量を制御する弁である。そして、制御装置３８は、冷媒循環回路の高圧側の冷媒温度を検出し、その温度の高低から冷媒循環回路の立ち上がり状態を判定し、元混合弁２７や先混合弁２９の開度を制御する手段である。

次に、本体ユニット１に一体化収納されている冷媒循環回路及び給湯回路の各要素の配置構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、図１に示すヒートポンプ給湯機の概略斜視図である。本体ユニット１内には、縦置き形の圧縮機２と、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）と、空気熱交換器である蒸発器５と、送風ファン７と、水ポンプ１２とが、本体ユニット１の下方に配されている。また、圧縮機２、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）及び水ポンプ１２は、送風ファン７の下方に配されている。また、圧縮機２の側方に水ポンプ１２を配して、圧縮機２と放熱器３（水−冷媒熱交換器８）とを近づけて配した構成としている。

貯湯タンク９は、蒸発器５や、圧縮機２の本体ユニット１の上方に配設されており、貯湯タンク９の前方には給湯回路が配され、その下方には、後方へ向かって傾斜している中間基板がある。そして、入水管１０と給湯管１１は、貯湯タンク９の右方から、下方まで伸びるように配されている。また、貯湯タンク９の後方の本体ユニットは、後方へ扇状に張り出してある。

図３は、図１に示すヒートポンプ給湯機の詳細を記した正面内観図であり、図２に示す本体ユニット１を垂直に切断し、正面から見た透視図である。

本体下方には、圧縮機２、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）、送風ファン７、水ポンプ１２があり、それらは基板１３上に載置されている。また、空気熱交換器である蒸発器５は、Ｌ字状となっており、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）上方に配された、Ｌ字状の蒸発器基板１４上に配されている。また、この蒸発器基板１４は、水抜き穴を有しており、この水抜き穴に向かって、１度から２度の傾斜が付いており、本体ユニット１外部へ排水するようになっている。

蒸発器基板１４の上方には、圧縮機カバー１５が載置され、その内方に圧縮機２が置かれている。そして、この圧縮機カバー１５の上方に、取付け金具１５ａを取付ける。更に、取付け金具１５ａに送風モータ台１５ｂを取付け、その送風モータ台１５ｂに送風モータ１６を取付け、その送風モータ１６に送風ファン７を取付けている。送風ファン７を回転させて蒸発器５の蒸発能力と送風能力を高めるために、ベルマウス１７（図２で記載）が本体ユニット１に設けられている。

放熱器３（水−冷媒熱交換器８）は、蜷局状に巻かれており、全高をできる限り低くしつつ、配管長を長くするようにしている。入水管１０、給湯管１１は、本体ユニット１の右前方にあり、貯湯タンク９部分から、下方まで延伸されており、ここで、施工時に配管接続が行われる。

貯湯タンクは、中間基板１５を介して、本体上方に配されている。貯湯タンク前方には、給湯回路部品である、タンク入水管１９、タンク入水逆止弁２０、タンク側配管２４ａ、元混合弁側配管２４ｂ、元混合弁２７などで構成されている給湯回路部品が配されている。

貯湯タンク９は、下方の冷媒回路部分と区分けするように、中間基板１６上に載置されているが、本体ユニット１後方に飛びださせており、その部分の外装部品は外側に膨らませた膨らみ部１ａを設けている。（図２参照）。

３８は中間部に設けられた、制御装置であり、前方に抜き出すことができるようになっている。また、中管部に設けることにより、冷媒回路、給湯回路からの制御線が交差せず、長さも短くできるようになっている。

以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ給湯機の動作を説明する。

圧縮機２を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）に送られ、水道水供給管２１を通ってきた水道水と熱交換して放熱する。これにより、貯湯管２４、元混合弁２７に流れる水道水は高温に加熱される。放熱器３から流出する冷媒は、減圧手段４にて減圧膨張され、蒸発器５に送られ、送風ファン７にて送られた空気と熱交換して、蒸発器５を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度圧縮機２に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、徐々に加熱された水道水は、注湯管３１、給湯管１１、蛇口３２を通り、風呂３３に注湯される。

そして、冷媒循環回路は立ち上がりが遅く、速湯性に劣っているため、貯湯タンク９によってその立ち上がりの悪さを補っている。すなわち、冷媒循環回路が立ち上がり、所定の給湯温度となるまでの間は、高温に保たれた貯湯タンク９からタンク給湯管２６を通過してきた温水と、まだ立ち上がっていない水−冷媒熱交換器８を通過してきた水（徐々に温度が上がり高温となる水）とを、元混合弁２７で混合し、さらに先混合弁２９で入水管１０を通ってきた水道水と混合して、所定の給湯を行う。

次に冷媒循環回路が立ち上がってくると、元混合弁２７の開度を調整し、貯湯タンク９からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器８からの温水を適温に混合し、先混合弁２９に送り、さらに先混合弁２９で入水管１０を通ってきた水道水と混合して給湯する。

最終的には、貯湯タンク９からタンク給湯管２６を通過してきた温水は用いず、水道水供給管２１を通ってきた水道水を冷媒循環回路の水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水と、入水管１０を通ってきた水道水とを、先混合弁２９で混合し、所定の給湯を行う。即ち、制御装置３８によって、冷媒循環回路の立ち上がり状態を把握し、元混合弁２７や先混合弁２９の開度を調整し、所定温度の温水を給湯端末に供給する制御が行われる。

また、使用者が、蛇口３２を閉じるか、あるいは風呂３３に適量のお湯が溜まって給湯する必要がなくなると、水ポンプ１２を駆動させ、貯湯電磁弁２５を開き、次回の給湯運転のために、貯湯タンク９に高温の温水を貯湯する貯湯運転が行われる。

このように冷媒循環回路の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク９に貯めた温水を用いて給湯端末へ給湯したり、貯湯タンク９を介さずに水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としている。これにより本実施の形態では、リアルタイム給湯を可能とし、使用者が給湯したいときに給湯ができる速湯性能を確保することができ、使い勝手の良いヒートポンプ給湯機を提供することができる。換言すれば、この速湯性能の確保によって、貯湯タンク９の容量を貯湯式のヒートポンプ給湯機のそれよりも小さいものとすることができ、設置性の大幅な向上、コストダウン、使用性の向上を実現できることにもなる。

以上のように、本実施の形態のヒートポンプ給湯機では、圧縮機２、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）、減圧手段４、空気熱交換器５を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、空気熱交換器５に送風する送風ファン７を本体ユニット１下方に配し、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）で熱交換された温水を貯湯する貯湯タンク９を本体ユニット上方に配しており、本体ユニット１の横寸法を短くし、設置面積を大きく減ずることが可能となり、コンパクトな設置自由度の高いヒートポンプ給湯機とすることができる。特に、近年増えている、ヒートポンプ給湯機を集合住宅に設置する際に、ヒートポンプ給湯機をメーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）等の狭少部設置することが可能となリ、設置可能住戸が増えることにより、販売面で多量生産が可能となリ、
その分コストダウンもしやすくなる。

さらに、搬送時を考えれば、重量の大きな圧縮機２、空気熱交換器５、水−冷媒熱交換器８などを本体下方に配し、搬送時には中身が空で軽量な貯湯タンク９を上方に配していることにより、重量バランスが良くなり、搬送しやすくなる。また、搬送時に誤って落下してしまった場合にも、重量物が下方にあるために、その被害は微少とすることが可能となる。また、筐体の強度も下方に重量物があることにより、大幅に板厚を上げるなどすることが必要なくなり、コストダウンが可能となる。

また、上記したように集合住宅において、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペースに（ＰＳ）に設置した際には、空気熱交換器で熱交換するために、送風ファン７を回転させ、空気熱交換器５に空気を流通させなければならない。そのために、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）には、空気流通のための開口部を設け、本体正面に向かって、風が吹出すようにしなくてはならない。その際に、空気熱交換器５、送風ファン７を本体下方に配していることにより、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）の下方から、風が外に流れてくることになる。ヒートポンプ給湯機の場合は、空気熱交換器５は蒸発器として使用するために、冷風が流れてくることになるが、それが下方から、つまり人の足元に流れることになるために、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）からでた風が、人に不快感を与えることがなくなり、使用性が大幅に向上する。特に、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）部は、その外方が廊下であったり、アルコーブであるような例が集合住宅では多数であり、人が通ることは頻繁ななので、人の上半身に風を当てないことは重要である。

また、貯湯タンク９を備え、この貯湯タンク９を上方に配し、圧縮機２、空気熱交換器５、水−冷媒熱交換器８、水ポンプ１２を下方に配することにより、内部空間が有効に使え、本体横幅寸法を大きくしなくても、貯湯タンク９の容量を大きくすることが可能となり、貯湯タンク９の湯切れによる使用性の不備を解消することができる。

さらに、ヒートポンプ能力を高め、貯湯タンク９を介さないで、ヒートポンプ単独の運転で給湯運転をするために、蒸発器である空気熱交換器５の面積を大きくするために上方へ延伸しても、設置面積はまったく変わらないようにすることができ、その分本体ユニットの高さは高くなるが、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）に入る高さまでなら問題なく大きくすることができ、設置自由度を向上させつつ、使用性を向上させることが可能となる。

また本実施の形態にいては、本体ユニット１上方に配された貯湯タンク９と、本体ユニット１下方に配された圧縮機２、水−冷媒熱交換器８、減圧手段４、空気熱交換器５を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、空気熱交換器５に送風する送風ファン７の中間には中間基板１６を配し、中間基板１６は後方に向かって傾斜を設けたものであり、例え貯湯タンク９から水漏れが生じたとしても、下方に配された、圧縮機などには水がかからず、後方へ排水されるようになっており、安全性に優れたヒートポンプ給湯機となっている。

また本実施の形態においては、本体ユニット１の中央部で、かつ、中間基板下方には、制御をつかさどる制御装置３８を配しており、冷媒循環回路の制御線と、給湯回路の制御線が交差することを防ぎ、ノイズ等による誤動作を防止することにより安全性の向上を図っている。特に、圧縮機２はインバーター駆動回路で動作されるために、ノイズが発生しやすく、そのため耐ノイズ対策が必要となる場合が多いが、制御線を分離することにより、必要となるであろう耐ノイズ部品を削減可能となるので、コストダウンを図ることができる。

また、冷媒循環回路からの制御線と、給湯回路からの制御線を短くすることが可能となリ、それについてもコストダウンが可能となる。

また本実施の形態においては、圧縮機２と水−冷媒熱交換器８とを送風ファン７下方に配設し、送風ファン７上方に制御装置３８を配していおるために、本体ユニット１の横寸法を短くすることを可能とし、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができ、また圧縮機２と水−冷媒熱交換器８とを最短距離で繋ぐことを可能とし、配管ロスを軽減することにより、熱効率を高く維持することができる。また、送風ファン７を上方の制御装置３８、下方の圧縮機カバー１５で挟み込むことにより、強度向上を図ることができる。

また本実施の形態においては、圧縮機２の側方に水−冷媒熱交換器８に送水する水ポンプ１２を配設しており、騒音源、震動源である圧縮機２や水ポンプ１４を近い位置に配設することにより、どちらにも共通の防音、防振対策を同時に行うことが可能となり、防音、防振へかかる材料費の合理化ができ、機器のコストダウンを図ることができる。

また本実施の形態においては、水−冷媒熱交換器８で暖められた水道水は、貯湯タンク９に給湯されると共に、貯湯タンク９を介さずに給湯管１１へ直接通水するようにしており、水−冷媒熱交換器８で暖められた水道水は、貯湯タンク９に給湯することができるとともに、一方で貯湯タンク９を介さずに蛇口３２へ直接通水されるので、速湯性に優れ、使い勝手が良く、湯切れの心配もないヒートポンプ給湯機を提供することができる。また、運転立ち上がり当初は貯湯タンク９から給湯し、圧縮機２が最適運転周波数になった後には、ダイレクトに給湯するという瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機とすることが可能となる。

また、本実施の形態では、本体ユニット１の貯湯タンク９後方に当たる部位に膨らみ部１ａを設け、貯湯タンク９の容量を確保している。そして、この膨らみ部１ａを貯湯タンク９の後方に飛び出させることにより、貯湯タンク９と本体ユニット１の前方との間にスペースを確保する。このスペースに、逆止弁２２や元混合弁２７、入水管１０、給湯管１１等の給湯回路の部品や配管を配することが可能となり、非常にコンパクトにまとめることができ、設置性を向上させ、コストダウンを図ることが可能となる。なお、冷媒循環回路では、蒸発器５に風を通過させて、熱交換することが必要であり、後方に一定の寸法を空けて設置するが、この膨らみ部１ａはその設置スペースに影響のない寸法としている。

また、本実施の形態では、冷媒として炭酸ガスを用いたヒートポンプ給湯機としている。これにより冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒循環回路であり、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により冷媒−水熱交換器の水流路の流水を加熱する構成となり、冷媒−水熱交換器の放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、冷媒−水熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、冷媒−水熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。加えて、炭酸ガスであるので、万一冷媒が外部に漏れたとしても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しいヒートポンプ給湯機とすることができる。

本発明によれば、本体ユニット下方に圧縮機、空気熱交換器、水−冷媒熱交換器、水ポンプを配し、本体上方に貯湯タンクを配することにより、本体ユニットの横幅を狭くすることを可能とし、設置面積を大きく減ずることができ、設置自由度が大きく向上する。特に、集合住宅おけるメーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）等の狭少部設置することが可能となリ、設置可能住戸が増えることにより、販売面で多量生産が可能とな
リ、その分コストダウンもしやすくなる。

さらに、搬送時を考えれば、重量の大きな圧縮機、空気熱交換器、水−冷媒熱交換器などを本体下方に配し、搬送時には中身が空で、軽量な貯湯タンクを上方に配していることにより、重量バランスが良くなり、搬送しやすくなる。また、搬送時に誤って落下してしまった場合にも、重量物が下方にあるために、その被害は微少とすることが可能となる。また、筐体の強度も下方に重量物があることにより、大幅に板厚を上げるなどすることが必要なくなり、コストダウンが可能となる。

また、上記したように集合住宅において、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペースに（ＰＳ）に設置した際には、空気熱交換器で熱交換するために、送風ファンを回転させ、空気を流通させなければならない。そのために、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）には、空気流通のための開口部を設け、本体正面に向かって、風が吹出すようにしなくてはならない。その際に、空気熱交換器、送風ファンを本体下方に配していることにより、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）の下方から、風が外に流れてくることになる。ヒートポンプ給湯機の場合は、空気熱交換器は蒸発器として使用するために、冷風が流れてくることになるが、それが下方から、つまり人の足元に流れることになるために、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）からでた風が、人に不快感を与えることがなくなり、使用性が大幅に向上する。

また、貯湯タンクを備え、この貯湯タンクを上方に配し、圧縮機、空気熱交換器、水−冷媒熱交換器、水ポンプを下方に配することにより、内部空間が有効に使え、本体横幅寸法を大きくしなくても、貯湯タンクの容量を大きくすることが可能となり、貯湯タンクの湯切れによる使用性の不備を解消することができる。

さらに、ヒートポンプ能力を高め、貯湯タンクを介さないで、ヒートポンプ単独の運転で給湯運転をするために、蒸発器である空気熱交換器の面積を大きくするために上方へ延伸しても、設置面積はまったく変わらないようにすることができ、その分本体ユニットの高さは高くなるが、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）に入る高さまでなら問題なくおおきくすることができ、設置自由度を向上させつつ、使用性を向上させることが可能となる。

さらに、圧縮機、水−冷媒熱交換器と配置上の干渉のない貯湯タンクは、本体ユニット後方が外方へ張り出すように配設していることにより、本体設置必要スペースに影響が出ない範囲で、貯湯タンクを極力大きくすることができ、低温時にも速湯性を確保することが可能となる。

加えて、圧縮機と水−冷媒熱交換器を同一区画内に配することができ、防水関連の部品が不要となると共に、配管長を短くすることも可能となリ、配管経路での熱ロスを減じ、効率向上を図ると共に、コスト面でも低下させることが可能となる。これにより、瞬間湯沸かしの性能を向上させ、広い能力幅と、優れた制御性を有する、瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機を安価に提供することが可能となる効果を奏する。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで湯を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の瞬間湯沸し器や、業務用の給湯装置などに適している。

本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図 図１に示すヒートポンプ給湯機の概略斜視図 図１に示すヒートポンプ給湯機の正面内観図 従来のヒートポンプ給湯機の回路構成図

符号の説明

１ 本体ユニット（筐体）
１ａ 膨らみ部（凸部）
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 減圧手段（電動膨張弁）
５ 蒸発器（空気熱交換器）
６ 冷媒配管
７ 送風ファン
８ 水−冷媒熱交換器
９ 貯湯タンク（貯湯手段）
１０ 入水管
１１ 給湯管
１２ 水ポンプ（送水手段）
１６ 中間基板
３２ 蛇口
３８ 制御装置

Claims (8)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンと、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器と接続され、水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯手段と、これらを収納する筐体とを備え、前記冷媒循環回路、前記送風ファンを前記筐体の下方に配し、前記貯湯手段を前記筐体の上方に配したヒートポンプ給湯機。
2. 貯湯手段と、冷媒循環回路、送風ファンとの中間には中間基板を配し、前記中間基板は、後方に向かって傾斜する傾斜部を有する請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 筐体の中央部でかつ中間基板の下方に、制御装置を配した請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 圧縮機と水−冷媒熱交換器とを送風ファンの下方に配設し、前記送風ファンの上方に制御装置を配したことを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
5. 圧縮機の側方に、水−冷媒熱交換器に送水する送水手段を配設したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 水−冷媒熱交換器で暖められた水道水は、貯湯タンクに給湯されるとともに、前記貯湯タンクを介さずに給湯端末へ直接通水できるようにも構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 筐体の貯湯タンクの対向面に、凸部を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに１項に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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