JP2008224072A

JP2008224072A - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP2008224072A
Application number: JP2007059436A
Authority: JP
Inventors: Shinji Watanabe; 伸二渡辺; Yoshiki Yamaoka; 由樹山岡; Katsuhiro Wada; 克広和田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機や冷凍サイクルの部品を回りの空間ごと断熱材で覆う、または断熱材で密閉するものである。
【解決手段】圧縮機２、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器および送風機を環状に配管で接続して冷媒を充填した冷凍サイクルを具備した熱源部１と、貯湯タンク、混合弁、電磁弁、および循環ポンプを接続して構成された貯湯タンク部を備えたヒートポンプ給湯機であって、圧縮機２を断熱材で覆う構成とした。
【選択図】図７

Description

本発明は、加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行うヒートポンプ給湯機に関するものである。

図９は従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。

図に示すように、このヒートポンプ給湯機では、貯湯タンク８と、冷凍サイクル６による加熱源１を備え、貯湯タンク８の下部から沸上げ管９で冷凍サイクル６と接続し、冷凍サイクル６から貯湯タンク上部へ接続している。

冷凍サイクル６は圧縮機２、水−冷媒熱交換器３、減圧手段４、空気−冷媒熱交換器５を環状に接続して構成される。

沸き上げ運転では、冷凍サイクル６の圧縮機２で加圧された高温高圧のガス冷媒が水−冷媒熱交換器３に送られる。この時、圧縮機２は断熱材５０を巻かれているため、圧縮機２からの放熱を低減できる。沸上げポンプ７で搬送されてきた貯湯タンク８の底部の冷水と熱交換して低温冷媒となる。

そして、水−冷媒熱交換器３で冷水に放熱した冷媒は減圧手段４で減圧され、二相の冷媒となる。そして空気−冷媒熱交換器５に送られて大気と熱交換し低温のガス冷媒となり圧縮機２に戻る。

一方、貯湯タンク８の底部の冷水は沸上げポンプ７で水−冷媒熱交換器３に搬送され冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって沸上げ管９を通って貯湯タンクの上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく、貯湯タンク８内の上部より積層していき、貯湯タンク８内に高温の湯が貯まることになる。

なお、貯湯タンク８の壁面には貯湯温度検知手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設けられており、この貯湯温度検知手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより湯量が検知され貯湯温度検知手段１０ｄが所定の温度以上となったとき沸き上げ運転を終了する（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−２２１０８８号公報

しかしながら、上記の従来技術では、グラスウールや軟質ウレタンフォーム等の断熱材が、圧縮機などの冷凍サイクル部品に巻かれているが、これらの要素部品は個々に複雑な形状をしており、断熱材を巻きつけることに工数がかかると言う課題があった。

また、これらの断熱材は断熱性能が低いため、より大きな断熱効果を得るためには断熱材の厚さを増す必要があり、圧縮機など冷凍サイクル回りにスペースが必要で、装置が大型化するなどの課題があった。

本発明の目的は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器および送風機などを環状に配管で接続し、冷媒を充填して構成された冷凍サイクルと、制御用の電装品を収納した冷凍サイクル収納部と、貯湯タンク、混合弁、電磁弁、および循環ポンプなどを接続して構成されたタンク／水回路を備えたヒートポンプ給湯機であって、前記圧縮機や冷凍サイクルの部品を、（回りの空間ごと）断熱材で覆う、または断熱材で密閉することにより、冷凍サイクル部品からの放熱を抑制することによって冷凍サイクルの高効率化を図るものである。

また、断熱材を冷凍サイクル部品に巻きつけることなく、部品の回りの空間を含めて密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減、また断熱厚さを抑えながら圧縮機からの放熱を抑制することで冷凍サイクル回りのスペースを有効利用することができ、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供することである。

この目的を達成するために本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器および送風機などを環状に配管で接続して冷媒を充填した冷凍サイクルを具備した熱源部と、貯湯タンク、混合弁、電磁弁、および循環ポンプなどを接続して構成された貯湯タンク部を備えたヒートポンプ給湯機であって、前記圧縮機や冷凍サイクルの部品を回りの空間ごと断熱材で覆う、または断熱材で密閉するものである。

本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機や冷凍サイクルの部品を回りの空間ごと断熱材で覆う、または断熱材で密閉するので、冷凍サイクル部品からの放熱を抑制することによって冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。

また、複雑な形状をした冷凍サイクル部品に断熱材を巻きつけることなく、冷凍サイクルの回りの空間を含めて密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減や低騒音化、また断熱厚さを抑えながら放熱を抑制することで冷凍サイクル回りのスペースを有効利用することができ、よりコンパクトなヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器および送風機などを環状に配管で接続して冷媒を充填した冷凍サイクルを具備した熱源部と、貯湯タンク、混合弁、電磁弁、および循環ポンプなどを接続して構成された貯湯タンク部を備えたヒートポンプ給湯機であって、前記圧縮機を（回りの空間ごと）断熱材で覆う、または断熱材で密閉したことを特徴とするものである。

これにより、圧縮機からの放熱を抑制することによって冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。また、複雑な形状をした圧縮機に断熱材を巻きつけることなく、圧縮機の回りの空間を含めて密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減や低騒音化を図ることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記圧縮機、配管、減圧手段などの冷凍サイクル部品や制御用の電装品を収納した圧縮機収納部を断熱材で覆う、または断熱材で密閉したことを特徴とするものである。

これにより、冷凍サイクル部品からの放熱を抑制することによってさらに冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。また、複雑な形状をした冷凍サイクル部品に断熱材を巻きつけることなく、冷凍サイクルの回りの空間を含めて密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減や低騒音化を図ることができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、前記圧縮機収納部のうち、低温部と高温部をそれぞれ区別し、少なくとも高温部を（回りの空間ごと）断熱材で覆う、または断熱材で密閉する構造としたことを特徴とするものである。

これにより、冷凍サイクル部品からの放熱を抑制するとともに冷凍サイクルの高温と低温の熱交換ロスを削減でき、さらに冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。また、複雑な形状をした冷凍サイクル部品に断熱材を巻きつけることなく、冷凍サイクルの回りの空間を含めて密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減や低騒音化を図ることができる。

第４の発明は、特に第１ないし３の発明において、前記圧縮機収納部のうち、電装品収納ボックスを除いて空間ごと断熱材で覆う、または断熱材で密閉する構造としたことを特徴とするものである。

これにより、冷却が必要な電装部品を断熱することなく、部品の信頼性向上が図れるとともに、冷凍サイクル部品からの放熱を抑制することによって冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。

第５の発明は、特に第１ないし４の発明において、前記密閉構造を樹脂または金属の板で構成し、かつ内側に断熱材を設けたことを特徴とするものである。

これにより、冷凍サイクル部品周りの空間の密閉性向上を図ることができ、さらに冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。また、断熱材に加えて樹脂または金属の板で覆うことにより、さらなる低騒音化を図ることもできる。

第６の発明は、特に第１ないし４の発明において、前記密閉構造をシート状の樹脂で構成したことを特徴とするものである。

これにより、冷凍サイクル部品周りの空間の密閉性をさらに向上でき、冷凍サイクルからの放熱を抑制することによって冷凍サイクルの高効率化（消費電力低減）を図ることができる。

第７の発明は、特に第１ないし６の発明において、前記断熱材を発泡系ウレタン、真空断熱材、吸音効果と断熱効果のあるフエルト系の吸音断熱材の少なくとも一つで構成したことを特徴とするものとする。

これにより、冷凍サイクル部品からの放熱を抑制することによって冷凍サイクルの高効率化を図ることができる。また、複雑な形状をした冷凍サイクル部品に断熱材を巻きつけることなく、冷凍サイクルの回りの空間を含めて密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減が図れると共に、さらなる低騒音化を図ることができる。

第８の発明は、特に第１ないし７の発明において、前記断熱材にゴム系の防振材を組み合わせた構成にしたことを特徴とするものである。

第９の発明は、特に第１ないし８の発明において、前記冷凍サイクルに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いることを特徴とするものである。

これにより、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、放熱器で熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり熱交換効率を高くできる。
（実施の形態１）
以下、実施の形態による給湯機について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路図である。

装置の概要は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する熱源部１である冷凍サイクル６を備え冷凍サイクル６によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯して給湯に利用する。

先ず、熱源部１である冷凍サイクル６の構成について説明する。
冷凍サイクル６は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する水−冷媒熱交換器３、冷媒を減圧する減圧手段４、冷媒を蒸発気化する空気−冷媒熱交換器５で構成されている。
圧縮機２は複合断熱材５１にて覆われている。

この冷凍サイクル６は、圧縮機２の吐出側より水−冷媒熱交換器３を介して減圧手段４に接続し、さらに圧縮機２の吸入側に接続している。

また、この冷凍サイクル６においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として水−冷媒熱交換器３に入り、ここで放熱して冷却する。

その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気−冷媒熱交換器５で大気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。
この時、大気温度センサー３６にて検知した大気温度により圧縮機２の回転数を決定し、運転タイマー３７により連続運転時間を検知する。

一方、湯の沸き上げに関する構成として、沸上げ管９は貯湯タンク８の下部から冷凍サイクル６の水−冷媒熱交換器３と接続し、ダイレクト混合弁４１を経て貯湯タンク８上部へ接続している。

沸上げ管９が接続されている貯湯タンク上部とは、湯水が貯湯タンク８の高温層側であればよく、また、貯湯タンク８の下部とは、湯水が貯湯タンクの低温層側であればよい。
貯湯タンク８から冷凍サイクル６に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、沸上げ管９の途中に出力を任意に変化させることができる沸上げポンプ７を設けている。

また、冷凍サイクル６において加熱する前の低湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９の水−冷媒熱交換器３入口側近傍に、加熱した高湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を沸上げ管９における放熱器３出口近傍に設けている。

そして、貯湯タンク８の温度分布を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度検知手段１０ａ〜１０ｄを備えている。

給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。また、給水温度を検知するため給水温度センサー１８を備えている。

貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低湯水を任意の比率で混合可能な給湯用混合弁２３が設けられている。

給湯用混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に蛇口やシャワーに代表される給湯端末２４が接続されている。
給湯のために利用者が給湯端末２４を開けると、先ず貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。

同時に冷凍サイクル６が運転されダイレクト混合弁４１にて、冷凍サイクル６の放熱器３にて加熱された湯水と貯湯タンク８内の高温の湯を混合して給湯管２１に送られる。その後、出湯温度センサー１６にて検知した温度が上昇するに従い、貯湯タンク８からの出湯割合を減少させていく。

この時、流量センサー１７で水−冷媒熱交換器３を通った湯の流量が計測される。

給湯は、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８と水−冷媒熱交換器３で加熱された湯水を混合した湯水と、給水からの低の水を混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。

この時の混合比は給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、所定の給湯温度に保たれる。

浴槽１３への注湯に関する構成としては、給湯管２１の途中から分岐して、浴槽１３へ注湯する注湯管２８が設けられている。

給湯と同様に、浴槽１３への注湯と同時に冷凍サイクル６が運転されダイレクト混合弁４１にて、冷凍サイクル６の放熱器３にて加熱された湯水と貯湯タンク８内の高温の湯を混合して給湯管２１に送られる。その後、出湯温度センサー１６にて検知した温度が上昇するに従い、貯湯タンク８からの出湯割合を減少させていく。

この時、流量センサー１７で放熱器３を通った湯の流量が計測される。

給湯管２１からの湯水と給水バイパス管２２からの低温の湯水を混合して注湯できるように風呂用混合弁２６が設けられ、その下流には注湯温度センサー３４が設けられている。

また、注湯管２８は注湯電磁弁２７を備え、利用者はリモコン（図示しない）により注湯を指示すると注湯電磁弁２７を任意に開閉して自動的に注湯を開始し、浴槽１３に注湯を行った後自動的に注湯電磁弁２７を閉止して終了する。

浴槽１３内の湯水を加熱、保温する風呂加熱運転の回路構成に関しては、利用側回路３１においては、浴槽１３内の湯水を利用側ポンプ１２により風呂熱交換器１４に循環させている。また、浴槽内１３の温度を検知するために風呂湯温センサー３２を設けている。

熱源側回路３０では貯湯タンク８の上部より高温の湯水を熱源側ポンプ１１により風呂熱交換器１４に循環し、利用側回路３１の低温の湯水と熱交換して、利用側回路３１の湯水の温度を上昇させた後、貯湯タンク８の低温部に環流する。

また、風呂熱交換器１４より利用側ポンプ１１で循環し環流された湯水の温度を検知し利用側ポンプ１１の流量を制御するための環流温度センサー３３が取り付けられている。

また、暖房用放熱器３９の運転においては、暖房用電磁弁３８を開成し、ダイレクト混合弁４１を沸き上げ管９側に湯水が流通しないように切り換える。冷凍サイクル６を運転して、沸き上げポンプ７により搬送された貯湯タンク８下部の低温の湯水を水−冷媒熱交換器３にて高温の湯として、暖房用放熱器３９に送る。

暖房用放熱器３９では雰囲気に放熱し、低温となった湯水を再び貯湯タンク８の低温部に還流する。

次に、本発明の特長である圧縮機２の密閉断熱構造について説明する。

図２は、本発明の第１の実施の形態における熱源部１の平面図であり、図３はその側面図であり、図４は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機の密閉断熱構造の斜視図であり、図５はその断面図である。

図２、３に示すように、圧縮機２は熱源部１の内部に筐体５１に覆われて設置されている。

図４、５に示すように、圧縮機２の周りに樹脂または金属板５３で筐体５１を構成し、かつ金属板５３の内側に断熱材５２を設けて密閉構造としている。

これにより、圧縮機２およびその周りの空間は断熱材５２で断熱するだけでなく、金属板５３で密閉性を強化することにより、圧縮機２からの熱漏洩を低減して冷凍サイクルのさらなる高効率化を図ることができる。また、断熱材５２に加えて樹脂または金属の板で覆うことにより、さらなる低騒音化を図ることもできる。

また、本実の形態では、金属板５３で密閉度を高めたが、断熱材５２だけで密閉度をあげても良い。
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の回路図である。動作については実施の形態１と同様であり、説明は実施の形態１のものを援用する。

次に、本発明の特長である冷凍サイクル６の密閉断熱構造について説明する。

図７は、本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクルの密閉断熱構造の平面図であり、図８はその側面図である。

図７、８に示すように、実施の形態１と同様に熱源部１内に圧縮機２が設けられているが、実施の形態２では、圧縮機２だけでなく、冷凍サイクル６（図示せず）が収納されている空間全体を断熱材５２で覆うとともに密閉構造としている。

圧縮機２だけでなく冷凍サイクル６全体を断熱材５２で覆って密閉構造としているため、圧縮機２以外の冷凍サイクル部品からの熱漏洩も低減でき、さらに電気代を低減できる。

また、冷凍サイクル部品や配管が入り混じったところの圧縮機２の回りを密閉断熱するのではなく、冷凍サイクルの周囲を空間ごと密閉断熱することにより、断熱材を取り付ける工数の削減をさらに図ることができる。

また、本実の形態では、電装品収納ボックスを含めて密閉断熱構造としたが、電装品収納ボックスを除いて冷凍サイクルを密閉断熱しても良い。

本発明のヒートポンプ給湯機は、家庭用、業務用を問わず広い用途に用いることができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の回路図同熱源部の平面図同熱源部の側面図同圧縮機の密閉断熱構造の斜視図同圧縮機の密閉断熱構造の断面図本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の回路図同熱源部の平面図同熱源部の側面図従来のヒートポンプ給湯機の回路図

符号の説明

２圧縮機
６冷凍サイクル
５２断熱材
５３金属板

Claims

圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器および送風機を環状に配管で接続して冷媒を充填した冷凍サイクルを具備した熱源部と、貯湯タンク、混合弁、電磁弁、および循環ポンプを接続して構成された貯湯タンク部を備えたヒートポンプ給湯機であって、前記圧縮機を断熱材で覆うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記圧縮機を回りの空間ごと前記断熱材で覆う請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記圧縮機を前記断熱材で密閉するように覆う請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記圧縮機、配管、減圧手段などの冷凍サイクルの部品や制御用の電装品を収納した圧縮機収納部を断熱材で覆うことを特徴とする前記請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記圧縮機収納部のうち、低温部と高温部をそれぞれ区別し、少なくとも高温部を断熱材で覆う構造としたことを特徴とする前記請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
前記高温部を回りの空間ごと前記断熱材で覆う請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記高温部を前記断熱材で密閉するように覆う請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
前記圧縮機収納部のうち、電装品収納ボックスを除いて断熱材で覆う構造としたことを特徴とする前記請求項４〜７いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記断熱材で覆う構造を内側に前記断熱材を設けた樹脂または金属の板で構成した請求項１〜８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記断熱材で覆う構造を内側に前記断熱材を設けたシート状の樹脂で構成した請求項１〜８のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記断熱材を発泡系ウレタン、真空断熱材、吸音効果と断熱効果のあるフエルト系の吸音断熱材の少なくとも一つで構成したことを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記断熱材にゴム系の防振材を組み合わせた構成にしたことを特徴とする前記請求項１〜１１いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記冷凍サイクルに臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いることを特徴とする前記請求項１〜１２いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。