JP2010230180A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型の貯湯タンクを利用しつつ十分な給湯能力を確保し、スペース効率に優れ設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することである。
【解決手段】圧縮機１１、水熱交換器１２、膨張弁１３、空気熱交換器１４を順次配管接続したヒートポンプユニット１０と、水熱交換器１２の水回路２１に連結され水熱交換器１２で生成された湯を貯留する貯湯タンク３１と、ヒートポンプユニット１０及び貯湯タンク３１とを一体に覆う円筒形の筐体４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

従来より給湯システムの１つとしてヒートポンプ給湯機が利用されている。このヒートポンプ給湯機は、例えばヒートポンプユニットにおいて生成された温度の高い湯を貯湯タンクに貯め、必要に応じてこの貯湯タンクから湯が供給される。

現在ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニットと貯湯タンクとは別の筐体で構成されていることが多い。これは、ヒータ式伝熱給湯機の貯湯タンクとヒートポンプ給湯機の貯湯タンクとを共用するためであり、また、ヒートポンプユニットを空気調和機の室外機の筐体と共用するためであると考えられる。

一方、ヒートポンプユニットと貯湯タンクとを１つの筐体内に収納するヒートポンプ給湯機も存在する（特許文献１）。特許文献１に開示されているヒートポンプ給湯機では、ヒートポンプユニットと貯湯タンクとを横に並べて筐体内に収めている。

また、ヒートポンプユニットと貯湯タンクとを上下方向に重ねて１つの筐体内に収納するヒートポンプ給湯機も存在する（特許文献２）。

特開２００６−１１８７６６号公報 特開２００４−１３２５７０号公報

しかしながら、ヒートポンプユニットと貯湯タンクとが別の筐体に収納されていると、水回路の接続の手間が掛かったり、設置スペースが大きくなる。また、熱交換器用の送風機による送風の吹き溜まりをなくすためにはさらなるスペースを必要とする。

また、上述の特許文献１に開示されているヒートポンプ給湯機では、筐体内においてヒートポンプユニットと貯湯タンクとが横並びに収められているため、設置の際に必要とされるスペースは両者が別筐体に収められていた場合と遜色ない場合も多いと考えられる。また、両者を１つの筐体内に納めようとするあまり、貯湯タンクの容量が小さくなる等、ヒートポンプ給湯機の能力との関係で必ずしも所期の目的が達成できていない部分も存在すると思われる。

さらに、特許文献２に開示されているヒートポンプ給湯機の場合、貯湯タンクが大気開放型のタンクである。そのため貯湯タンクを収納する筐体そのものを貯湯タンクとして構成し、貯湯する湯の容量を確保するためにタンクを角形に形成している。しかし、一般的に角形の収納体は広い設置スペースを必要とするものであり、貯湯タンクの容量を大きくすればするほどスペース効率の観点からは適当でない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、密閉型の貯湯タンクを利用しつつ十分な給湯能力を確保し、スペース効率に優れ設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、ヒートポンプ給湯機において、圧縮機、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を順次配管接続したヒートポンプユニットと、水熱交換器の水回路に連結され水熱交換器で生成された湯を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプユニット及び貯湯タンクとを一体に覆う円筒形の筐体とを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、ヒートポンプ給湯機において、一次側熱媒体と二次側熱媒体との間で熱交換を行う水熱交換器と、水熱交換器に膨張弁、空気熱交換器、圧縮機が順次配管接続されることによって冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットと、水熱交換器の水回路に連結され水熱交換器で生成された湯を貯留する貯湯タンクと、を備え、ヒートポンプユニット、貯湯タンクそれぞれが別の円筒形の筐体に収納されるとともに、貯湯タンクの筐体上部にヒートポンプユニットの筐体が配置され接続される。

本発明によれば、密閉型の貯湯タンクを利用しつつ十分な給湯能力を確保し、スペース効率に優れ設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の全体を一部を切り欠いて示す全体図である。 本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の回路構成を示した回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の全体を一部を切り欠いて示す全体図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機１の全体を一部を切り欠いて示す全体図である。ヒートポンプ給湯機１は、主に、ヒートポンプユニット１０と、貯湯ユニット３０と、から構成される。これらヒートポンプユニット１０と貯湯ユニット３０とは１つの円筒形の筐体４０内にヒートポンプユニット１０が貯湯ユニット３０の上部に位置するように収納されている。ヒートポンプユニット１０と貯湯ユニット３０とはいわゆる水回路２１で接続されている。

ここで本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の回路構成を説明する。図２に示した回路図に示されているように、ヒートポンプユニット１０は、冷凍サイクルにおいてサイクル内を循環する一次側熱媒体を圧縮する圧縮機１１と、一次側熱媒体の熱を利用して水を温める水熱交換器１２と、膨張弁１３と、膨張弁１３を通ってきた水熱交換器１２で液体となった一次側熱媒体を気体にする空気熱交換器１４とを順次配管接続した冷凍サイクル１６が設けられている。冷凍サイクル１６では、蒸発器として空気熱交換器１４を用いており、この空気熱交換器１４は送風機１５が回転することで外気を取り入れて一次側熱媒体を気体にする。

また、水熱交換器１２としては、例えば、一次側熱媒体と二次側熱媒体とが径の異なる同軸の管の中を通る構造である二重管構造の熱交換器であったり、或いは、プレートフィンで熱伝導させるプレートフィンチューブ型の熱交換器等、いずれの方法を採用するものであっても良い。

貯湯ユニット３０は、冷凍サイクル１６を利用して生成された湯を貯める貯湯タンク３１を備える。貯湯タンク３１の湯は、給湯管３２を介して図示しない各使用場所に給湯する。また、貯湯タンク３１は、大気開放型ではなく密閉型のタンクである。

ヒートポンプ給湯システムにおける冷凍サイクルについては以下の通りである。上述の冷凍サイクル１６を例に簡単に説明する。まず、気体である一次側熱媒体は圧縮機１１において圧力が掛けられて高温高圧にされ水熱交換器１２に供給される。一方、二次側熱媒体は、水回路２１を介してポンプ２０にて水熱交換器１２に送られる。本発明の実施の形態においては、この二次側熱媒体は水であり、水道管Ｗ、或いは貯湯タンク３１から供給される。水熱交換器１２内では、一次側熱媒体と水との間で熱交換が行われる。

すなわち、一次側熱媒体の熱がポンプ２０によって水熱交換器１２に送り込まれた水を熱し、一次側熱媒体はこの水によって冷やされて気体から液体に変化する。熱せられた水は、湯となって貯湯タンク３１に貯えられ、また、この湯は給湯管３２を介して各使用場所へと供給される。水熱交換器１２によって熱を奪われ液体になった一次側熱媒体は膨張弁１３、空気熱交換器１４によって再び気体にされてこれまでのサイクルを繰り返す。なお、本発明の実施の形態においては、一次側熱媒体として、例えば、Ｒ４１０やＣＯ２といった冷媒が好適に使用される。

図１に示すヒートポンプ給湯機１の全体図において、その一部が切り欠かれて示されている内部には、ヒートポンプユニット１０、貯湯ユニット３０、それぞれを構成する各機器が収められている。上述したように筐体４０は円筒形である。従って、ヒートポンプユニット１０、貯湯ユニット３０、それぞれを構成する各機器は、筐体４０内に収納されることを考慮してその形状、配置が決められている。

まず、ヒートポンプ給湯機１の下段は貯湯ユニット３０であり、貯湯タンク３１が収められている。貯湯タンク３１といった重量物を下段に収めることによってヒートポンプ給湯機１を設置した際の安定性が確保できる。図１に示すヒートポンプ給湯機１では、貯湯タンク３１の上部にポンプ２０が配置されている。ポンプ２０は、水道管Ｗ（図１では図示せず）及び水回路２１を介して貯湯タンク３１の下部から水を水熱交換器１２へと供給する。

ヒートポンプ給湯機１の上段にはヒートポンプユニット１０が配置されている。貯湯ユニット３０の上部にヒートポンプユニット１０を配置したのは、ヒートポンプユニット１０の方が貯湯ユニット３０よりも軽量であり、ヒートポンプ給湯機１の安定性の観点から好ましいからである。また、空気熱交換器１４に風を送る送風機１５を図１に示すようにヒートポンプ給湯機１の最上部に配置するためである。送風機１５をこの位置に配置することによって、送風機１５の能力を制限することなくなる。また、送風機１５以外のヒートポンプユニット１０の構成機器を送風機１５と貯湯ユニット３０との間に収納することでスペース効率を高くすることができるからである。

図１に示すヒートポンプ給湯機１では、切り欠いて示された正面に圧縮機１１、その横に水熱交換器１２、その下部に膨張弁１３がそれぞれ配置されている。また、空気熱交換器１４は、筐体４０の壁に沿って略円形状に配置される。換言すれば、ヒートポンプ給湯機１を上側（送風機１５側）から見ると、空気熱交換器１４は筐体４０の壁に沿って略Ｃ字形状に配置され、空気熱交換器１４の両端部の間に圧縮機１１、水熱交換器１２や膨張弁１３が配置されることになる。空気熱交換器１４をこのように配置することによって、空気熱交換器１４の大きさを制限することなく必要とされる能力を確保することができる。

さらに、本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機１では、図１に示すように空気熱交換器１４が筐体４０内において二重となるように配置されている。このように空気熱交換器１４を配置することによってヒートポンプユニット１０の能力を高くすることができる。なお、内側の空気熱交換器１４が外側の空気熱交換器１４よりも高さが低く抑えられているのは、送風機１５に干渉しないようにするためである。

ヒートポンプユニット１０のさらに上部には、送風機１５が設けられている。送風機１５は、回転して風を空気熱交換器１４へと送る送風ファン１５ａと、送風ファン１５ａを駆動するファンモータ１５ｂと、送風ファン１５ａとファンモータ１５ｂとを支持する支持金具１５ｃと、ヒートポンプユニット１０内の空気を上方へと排気するためのベルマウス１５ｄとから構成されている。空気熱交換器１４は蒸発器として利用されることから、送風機１５が回転することによって空気熱交換器１４の蒸発能力を上げ、ヒートポンプユニット１０全体の能力を高める。

ヒートポンプユニット１０と貯湯ユニット３０との間には、仕切板１７が設けられている。仕切板１７は、筐体４０内においてヒートポンプユニット１０と貯湯ユニット３０とを仕切る板である。ヒートポンプユニット１０は、この仕切板１７の上に載置されている。この仕切板１７は、筐体４０の形状に合わせて円形であるが、さらに、その周囲に筐体４０の形状に合わせて高さ方向に伸びる折り返し１７ａを備えている。

ヒートポンプ給湯機１において、ヒートポンプユニット１０を上部に、貯湯ユニット３０を下部に配置することの理由は上述した通りであるが、さらに、空気熱交換器１４の凍結防止という観点もある。

すなわち、冬場にヒートポンプユニット１０が運転されると空気熱交換器１４が凍結する場合がある。これは地面に近い場所に設置されるとより顕著である。この凍結を防止するためにヒートポンプユニットによっては凍結防止用の機器が別途組み込まれるものもあるが、高コストやスペース効率の点から問題が生ずる。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機１ではこのような問題に対して、貯湯ユニット３０の上部にヒートポンプユニット１０を配置して地面から高い位置に置くとともに、貯湯タンク３１からの熱によって空気熱交換器１４の凍結防止を図るものである。すなわち、貯湯タンク３１内の上部には、水熱交換器１２において生成された高温の湯が貯められる。この貯湯タンク３１内の湯がいわばヒーターの役割を果たし、その上部に配置される空気熱交換器１４が凍結することを防止する。その際、ヒートポンプユニット１０からの除霜水や雨水といった液体が貯湯ユニット３０側へ落ちることのないように仕切板１７には折り返し１７ａが設けられている。

このような構成を採用することによって、密閉型の貯湯タンクを利用しつつ十分な給湯能力を確保し、スペース効率に優れ設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

特に、筐体４０が円筒形状であることから、四角柱のヒートポンプ給湯機よりもスペース効率に優れ、設置スペースも少なくて済む。また、例えば家屋の側面に隙間なく設置しても空気熱交換器の空気吸い込みスペースを確保することができるため、空気熱交換器の熱交換性能を確保できる。

さらには、ヒートポンプ給湯機として省スペースであるにも拘わらず、筐体の側面に沿って空気熱交換器を配置することによって空気熱交換器の容量をこれまでと同様に確保、或いはこれまで以上に大きくすることができるので、ヒートポンプユニットの能力の向上にも資するヒートポンプ給湯機を提供することができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、上述の第１の実施形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の全体を一部を切り欠いて示す全体図である。第２の実施の形態ではヒートポンプ給湯機における機能ごとにユニットにまとめ、それらを縦に積み重ねてヒートポンプ給湯機を構成する。従って、第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機１のように全体を覆う筐体４０は存在せず、それぞれユニットごとに分割された状態で存在し積み重ねられることによってヒートポンプ給湯機５０が構成される。

詳しくは、図３に示すように、ヒートポンプ給湯機５０は、下から貯湯ユニット３０、水熱交換器ユニット６０、ヒートポンプユニット７０と３つに分割されている。貯湯ユニット３０については、上述した第１の実施の形態における貯湯ユニットと同様の構成を採用する。

一方、ヒートポンプユニット７０からは水熱交換器１２のみが除かれる。従って、圧縮機１１、膨張弁１３、空気熱交換器１４、送風機１５はヒートポンプユニット７０として１つのユニットにまとめられ、水熱交換器１２は独立したユニットとして貯湯ユニット３０の上部に配置される。なお、ヒートポンプユニット７０からは水熱交換器１２のみが除かれるというのは、ヒートポンプ給湯機５０における配置場所のみが分かれるだけであり、図２に示される冷凍サイクル１６には変更はない。

以上説明したように、密閉型の貯湯タンクを利用しつつ十分な給湯能力を確保し、スペース効率に優れ設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

特にユニットごとに分割して積み重ねることによって１つのヒートポンプ給湯機を構成する形態を採用することによって、例えば修理が必要となってもユニットごとの交換が可能となるため、修理によるヒートポンプ給湯機の停止時間を短縮することができるとともにより低コストで修理することができる。ヒートポンプユニット７０の冷凍サイクル１６内を循環する一次側熱媒体の種類（例えば、ＣＯ２）によっては設置現場での修理が困難な場合もあることから、ユニットごとに分割してヒートポンプユニット７０を取り替えて修理することが可能となればより便利である。

また、ヒートポンプユニット、貯湯ユニットというようにヒートポンプ給湯機の役割ごとにまとめユニット化したことにより、製造、設置の煩雑さを回避することができる。

ヒートポンプ給湯機の役割ごとにユニット化され分割されているということは、必要とされるユニットを自由に組み合わせることも可能になるということである。例えば、貯湯ユニット３０内の貯湯タンク３１の容量に合わせて複数種類の貯湯ユニット３０を用意しておくことができる。この場合、貯湯タンク３１の容量の増減に伴って、貯湯ユニット３０の天地方向の高さは上下に変更される。従って、ユニットのバリエーションを増やして設置場所の要求にきめ細かく応答することのできるヒートポンプ給湯機を提供することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば第１の実施形態においては筐体４０を一体としたが、ヒートポンプユニット７０、貯湯ユニット３０の２つのユニットに分割して縦に積み重ねてもよい。

また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…ヒートポンプ給湯機、１０…ヒートポンプユニット、１１…圧縮機、１２…水熱交換器、１３…膨張弁、１４…空気熱交換器、１５…送風機、１５ａ…送風ファン、１５ｂ…ファンモータ、１５ｃ…支持金具、１５ｄ…ベルマウス、１６…冷凍サイクル、１７…仕切板、１７ａ…折り返し、２０…ポンプ、２１…水回路、３０…貯湯ユニット、３１…貯湯タンク、３２…給湯管、４０…筐体、５０…ヒートポンプ給湯機、６０…水熱交換器ユニット、７０…ヒートポンプユニット、Ｗ…水道管

Claims (5)

1. 圧縮機、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を順次配管接続したヒートポンプユニットと、
   前記水熱交換器の水回路に連結され前記水熱交換器で生成された湯を貯留する貯湯タンクと、
   前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯タンクとを一体に覆う円筒形の筐体と、
   を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記ヒートポンプユニットと前記貯湯タンクとの間には前記ヒートポンプユニットが載置される仕切板を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記仕切板は、その周囲に前記筐体の形状に合わせて高さ方向に伸びる折り返しを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 一次側熱媒体と二次側熱媒体との間で熱交換を行う水熱交換器と、
   前記水熱交換器に膨張弁、空気熱交換器、圧縮機が順次配管接続されることによって冷凍サイクルを構成するヒートポンプユニットと、
   前記水熱交換器の水回路に連結され前記水熱交換器で生成された湯を貯留する貯湯タンクと、を備え、
   前記ヒートポンプユニット、前記貯湯タンクそれぞれが別の円筒形の筐体に収納されるとともに、前記貯湯タンクの筐体上部に前記ヒートポンプユニットの筐体配置され接続されるヒートポンプ給湯機。
5. 前記水熱交換器、前記ヒートポンプユニット、前記貯湯タンクそれぞれが別の円筒形の筐体に収納されるとともに、前記水熱交換器の筐体上部に前記ヒートポンプユニットの筐体が、前記水熱交換器の筐体下部に前記貯湯タンクの筐体がそれぞれ配置され接続されることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。

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