JP2009109051A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大や機器の大型化をすることなく、効率よく水を加熱できるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【解決手段】蒸発器２４へ送風する送風回路を形成する仕切部２７と外気とを区画する筐体外装部３２とから構成された圧縮機収納部１１１と、給湯熱交換器２２とを備え、前記給湯熱交換器２２に流入する水の流路である入水配管２２ａの少なくとも一部を、前記圧縮機収納部１１１の空間内に配設し、前記入水配管２２ａと前記圧縮機収納部１１１内の空気とを熱交換させる構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、圧縮機や冷媒配管の高温部からの漏洩熱は、比較的低温の水が流れる入水配管の管壁を通して入水温度が上昇することによって熱回収することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱した湯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。

従来のヒートポンプ給湯機について、図５を用いて説明する。ヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクル回路を利用して水を加熱する熱源ユニット１００と貯湯タンクユニット２００とから構成されている。熱源ユニット１００は、冷媒を高温、高圧に圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で圧縮された冷媒により水を加熱する給湯熱交換器１２と、給湯熱交換器１２で冷却された冷媒を減圧する減圧器１３と、減圧器１３で減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器１４とを備えている。圧縮機１１、放熱器１２、減圧器１３および蒸発器１４は、この順番で冷媒が循環するように冷媒配管１６によって相互に接続され冷凍サイクル回路を構成している。冷凍サイクル回路には、二酸化炭素（Ｒ７４４）が冷媒として充填されている。また、蒸発器１４に隣接する形でファン１５が設けられている。ファン１５は、蒸発器１４で冷媒と熱交換するべき空気を蒸発器１４に供給する。

熱源ユニット１００と貯湯タンクユニット２００とは、貯湯タンクユニット２００内に備えられた貯湯タンク１７の下部の水が、熱源ユニット１００内の給湯熱交換器１２に供給され、その後、給湯熱交換器１２で加熱された湯が、貯湯タンク１７の上部に供給されるように、循環ポンプ１８を介して水配管１９により接続されている。

熱源ユニット１００内において、圧縮機１１や冷媒配管１６に断熱材２０を巻くことで、圧縮機１１から周囲空気への放熱を低減し、給湯熱交換器１２で効率よく水を加熱する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２２１０８８号公報

しかし、上記の従来技術では、以下のような課題があった。圧縮機１１には、冷媒配管１６との接続口や、圧縮機１１内の電動機に電気を供給する電線の接続口などの突起物がある。また、冷媒配管１６は、圧縮機１１の振動等を防止するために複雑な形状となっている。これらのことから、熱源ユニット１１０の製造時に、圧縮機１１や冷媒配管１６のそれぞれに断熱材２０を巻きつけても、放熱を抑制することは困難であった。

さらに、より大きな断熱効果を得るためには断熱材２０の厚さを増す必要があり、圧縮機１１の周囲や、冷媒配管１６の周囲に大きな空間が必要となり、熱源ユニット１１０が大型化したり、製造コストが増大していた。

上記事情に鑑み、本発明は、製造コストの増大や機器の大型化をすることなく、効率よく水を加熱できるヒートポンプ給湯機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は、蒸発器へ送風する送風回路を形成する仕切部と外気とを区画する筐体外装部とから構成された圧縮機収納部と、給湯熱交換器とを備え、前記給湯熱交換器に流入する水の流路である入水配管の少なくとも一部を、前記圧縮機収納部の空間内に配設し、前記入水配管と前記圧縮機収納部内の空気とを熱交換させる構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、圧縮機や冷媒配管の高温部からの熱漏洩を、入水配管によって熱回収し、入水温度を上昇させるので、給湯を生成するための
熱量が少なくて済み、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

本発明によれば、製造コストの増大や機器の大型化をすることなく、圧縮機収納部内の放熱を回収することができるので、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

第１の発明は、蒸発器へ送風する送風回路を形成する仕切部と外気とを区画する筐体外装部とから構成された圧縮機収納部と、給湯熱交換器とを備え、前記給湯熱交換器に流入する水の流路である入水配管の少なくとも一部を、前記圧縮機収納部の空間内に配設し、前記入水配管と前記圧縮機収納部内の空気とを熱交換させる構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、圧縮機や冷媒配管の高温部からの漏洩熱は、比較的低温の水が流れる入水配管の管壁を通して入水温度が上昇することによって熱回収することができるので、給湯を生成するための熱量が少なくて済み、圧縮機で圧縮する冷媒循環量を減少させることができるので、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

第２の発明は、第１の発明において、圧縮機収納部内に配設された高圧側冷媒配管と圧縮機とに、前記圧縮機収納部内の空気と断熱するように断熱材を設けたことを特徴とするもので、前記圧縮機収納部内の部品の内、高温部となる圧縮機や高圧配管から前記圧縮機収納部内の空間への放熱は給湯に寄与せず、熱ロスとなるが、この放熱熱量を削減できるので、冷媒に与える熱量を無駄にすることがないため、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

第３の発明は、第１または第２の発明において、入水配管に接触するフィン部材を設け、前記圧縮機収納部内の空気と熱交換させる構成としたことを特徴とするもので、フィン部材によって伝熱面積が増加するため、圧縮機や冷媒配管の高温部からの熱漏洩を、フィン部材によって入水配管で容易に回収し、入水温度を簡単に上昇させることができるので、給湯を生成するための熱量が少なくて済み、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

第４の発明は、第３の発明において、フィン部材を圧縮機または高圧側冷媒配管の近傍に配設したことを特徴とするもので、部品の内で最も高温の圧縮機や冷媒配管の高温部からの熱漏洩した空気が対流により圧縮機周囲空気の温度を上昇させるため、フィン部材または給水回路と熱交換しやすくなり、熱漏洩を容易に回収することができ、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、フィン部材に圧縮機収納部内の空気を送る補助送風機を設けたことを特徴とするもので、熱漏洩して温度の上昇した空気が強制対流により補助送風機により送られ、フィン部材または入水配管と熱交換するため、伝熱性能が向上して熱交換しやすくなり、その熱量も大きくなり、その熱量も大きくなり、容易に回収してヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素を用いたので、超臨界の物性を有効に利用でき、高効率で高温の給湯を生成することができる。また、万一、冷媒が大気中に漏れた場合にも、地球環境への影響を低く抑えることができる効果がある。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。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、第１の実施の形態にかかるヒートポンプ給湯機の熱源ユニット１１０の構成概略図である。図２は、図１におけるＡＡ’断面の断面図である。熱源ユニット１１０は、冷媒を高温、高圧に圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１で圧縮された冷媒により水を加熱する給湯熱交換器２２と、給湯熱交換器２２で冷却された冷媒を減圧する減圧器２３と、減圧器２３で減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器２４とを備えている。

圧縮機２１、水熱交換器２２、減圧器２３および蒸発器２４は、この順番で冷媒が循環するように冷媒配管２６によって相互に接続され冷凍サイクル回路を構成している。冷凍サイクル回路には、二酸化炭素（Ｒ７４４）が冷媒として充填されている。また、蒸発器２４に隣接する形でファン２５が設けられている。ファン２５は、蒸発器２４で冷媒と熱交換するべき空気を蒸発器２４に供給する。仕切部２７は、金属板で、ファン２５が蒸発器２４へ送風する送風回路の一部を形成しており、ファン２５が送風する空気が、圧縮機２１や減圧器２３やそれらの接続配管２６に当たらないように構成されている。

水熱交換器２２は、入水配管２２ａ、出湯回路２２ｂを有している。冷媒は、圧縮機２１より冷媒配管２６の一部を通って水熱交換器２２に流入し、入水配管２２ａより流入した水と熱交換して、冷媒配管２６の一部を通って、減圧器２３に導入される。一方、貯湯タンクユニット（図示せず）の水は、入水配管２２ａを通って水熱交換器２２に流入し、冷媒と熱交換して湯となって出湯回路２２ｂより流出し、再び、貯湯タンクユニットに戻る。

熱源ユニット１１０の底部は基板３０により構成されている。圧縮機２１、水熱交換器２２、蒸発器２４などの冷凍サイクル回路の主要構成要素や仕切部２７は、基板３０に固定されている。また、熱源ユニット１１０の天部は天板３１により覆われている。さらに、熱源ユニット１１０の周囲は、蒸発器２４で構成されている部分を除いて、金属板である筐体外装部３２により覆われている。圧縮機収納部１１１は、四方を仕切部２７と筐体外装部３２の一部とにより仕切られ、上下を天板３１の一部と基板３０の一部により仕切られた空間である。

なお、圧縮機２１には、スクロール式、レシプロ式、ロータリ式などの容積式の流体機構を採用できる。給湯熱交換器２２には、二重管式、プレート式などの熱交換器が採用できる。蒸発器２４は、フィンチューブ型熱交換器に代表される空気熱交換器である。また、入水配管２２ａの内、特に、圧縮機収納部１１１に配置されている部分に、それが水平方向の部分には垂直方向にフィン４１が設けられている。

以上の構成において、ヒートポンプ給湯機を運転した場合には、冷媒を圧縮することにより圧縮機２１や接続配管２６が高温になるため、圧縮機収納部１１１内の空気に放熱し、圧縮機収納部１１１内の空気温度が上昇してくる。通常はこの熱が天板３１や筐体外装部３２を通して外部（外気）に放熱するため、その熱量が無駄になるが、本発明は、入水配管２２ａにフィン４１を設けたため、圧縮機収納部１１１内の温度の高い空気がフィン４１を介して熱交換して入水配管２２ａが加温され、内部を流れている水の温度が上昇する。

また、圧縮機収納部１１１内の温度の高い空気は、上昇する流れとなるが、フィン４１は垂直方向に設けられており、空気の流れに対して長手方向にフィンが有効に熱交換できるため、熱量の回収が容易になるものである。こうすることにより、比較的低温の水が流れる入水配管２２ａの管壁を通して入水温度が上昇することによって熱回収することができるので、給湯を生成するための熱量が少なくて済み、圧縮機２１で圧縮する冷媒循環量を減少させることができるので、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

したがって、簡単な構成でコストの増加を抑えることができ、圧縮機２１や冷媒配管２６の高温部からの熱漏洩を容易に回収して、熱源ユニット１１０の高効率化を実現することが出来る。

また、ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素を用いたので、超臨界の物性を有効に利用でき、高効率で高温の給湯を生成することができ、さらにまた、万一、冷媒が大気中に漏れた場合にも、地球環境への影響を低く抑えることができる。

（実施の形態２）
第２の実施の形態として、熱源ユニット１１０の圧縮機収納部１１１の内部構成について、図３を用いて説明する。

図３は、圧縮機収納部１１１の別の内部構成を説明する概略図である。図３では、図１に記載したものと同様の機能を持つ構成部品については、同一の番号を付すと共に、その説明は省略する。

また、図４は、図３におけるＡＡ’断面の断面図であり、一部の構成部品は省略して記載している。

図３において、入水配管５１を圧縮機２１に熱的に接触するように、入水配管５１を圧縮機２１の周囲を一巡して水熱交換器２２に流入するように配置し、入水配管５１にはフィン４１が垂直方向に接触して設けられている。また、フィン５１の近傍には補助送風機５２が設けられ、圧縮機収納部１１１内の空気をフィン５１に送る役目をなしている。

また、圧縮機２１には断熱材５３が、その周囲に巻かれており、圧縮機２１の放熱を防止する役目をなしている。さらに、また、配管２６の内、圧縮機２１と水熱交換器２２の間の高圧側配管に、断熱材５４がその周囲に巻かれており、高圧側配管からの放熱を防止する役目をなしている。

以上の構成において、ヒートポンプ給湯機を運転した場合には、圧縮機２１や接続配管２６が高温になるが、断熱材５３および断熱材５４によって圧縮機収納部１１１内の空気とは断熱されており、放熱が抑制されるため、冷媒の熱量が無駄に放熱されることは少なくなる。

しかしながら、断熱材５３および断熱材５４は、その大きさおよび断熱性能は完全ではなく、そのため、高温となる圧縮機２１や接続配管２６の熱の一部は、断熱材５３および断熱材５４を通して、圧縮機収納部１１１内の空気に放熱し、圧縮機収納部１１１内の空気温度が上昇してくる。

本発明は、入水配管５１にフィン４１を設けたため、比較的低温となっている入水配管５１において、圧縮機収納部１１１内の比較的温度の高い空気がフィン４１を介して熱交換して入水配管５１が加温され、内部を流れている水の温度が上昇する。

さらに、フィン４１の近傍にある補助送風機５２により、圧縮機収納部１１１内の空気をフィン４１に送ることが可能なため、フィンとの熱交換をさらに良好にし、入水配管での熱回収を容易にする。

こうすることにより、比較的低温の水が流れる入水配管５１の管壁を通して入水温度が上昇することによって熱回収することができるので、給湯を生成するための熱量が少なく
て済み、圧縮機２１で圧縮する冷媒循環量を減少させることができるので、ヒートポンプ給湯機の高効率化を図ることが出来る。

したがって、簡単な構成でコストの増加を抑えることができ、圧縮機２１や冷媒配管２６の高温部からの熱漏洩を容易に回収して、熱源ユニット１１０の高効率化を実現することが出来る。

また、ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素を用いたので、超臨界の物性を有効に利用でき、高効率で高温の給湯を生成することができ、さらにまた、万一、冷媒が大気中に漏れた場合にも、地球環境への影響を低く抑えることができる。

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適用することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の熱源ユニットの概略構成図 図１のＡＡ’断面の断面図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の熱源ユニットの概略構成図 図３のＡＡ’断面の断面図 従来のヒートポンプ給湯機の回路図

符号の説明

２１ 圧縮機
２２ 給湯熱交換器
２３ 減圧器
２４ 蒸発器
２５ ファン
２６ 冷媒配管
２２ａ、５１ 入水配管
２７ 仕切部
３２ 筐体外装部
４０ 吸入配管
４１ フィン
５２ 補助送風機
５３、５４ 断熱材
１１１ 圧縮機収納部

Claims (6)

1. 蒸発器へ送風する送風回路を形成する仕切部と外気とを区画する筐体外装部とから構成された圧縮機収納部と、給湯熱交換器とを備え、前記給湯熱交換器に流入する水の流路である入水配管の少なくとも一部を、前記圧縮機収納部の空間内に配設し、前記入水配管と前記圧縮機収納部内の空気とを熱交換させる構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 圧縮機収納部内に配設された高圧側冷媒配管と圧縮機とに、前記圧縮機収納部内の空気と断熱するように断熱材を設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 入水配管に接触するフィン部材を設け、前記圧縮機収納部内の空気と熱交換させる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. フィン部材を圧縮機または高圧側冷媒配管の近傍に配設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. フィン部材に圧縮機収納部内の空気を送る補助送風機を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載のヒートポンプ給湯機。
6. ヒートポンプの冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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