JP2011149631A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器のメンテナンスおよびサービス交換の作業性改善を図ることを課題とする。
【解決手段】少なくとも、圧縮機１、液冷媒熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａ、減圧装置４、および空気熱交換器５が冷媒配管により接続されて構成されるヒートポンプ冷媒回路と、少なくとも、ポンプ１５、前記液冷媒熱交換器３の液側伝熱管３ｂ、および貯液タンク１０が液配管により接続されて構成される被加熱液体回路と、を備えるヒートポンプ給湯機において、前記液冷媒熱交換器３の前記液側伝熱管３ｂの両端は、前記被加熱液体回路の前記液配管と着脱可能な接続金具１６，１７により接続され、前記液冷媒熱交換器３の前記液側伝熱管３ｂが取り外し可能に設置されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器に関するもので、特に液冷媒熱交換器のサービス性向上に関するものである。

ヒートポンプ給湯機は、一般的に、夜間の割引電気料金を利用してヒートポンプ運転を行い、水道水を加熱して高温水として貯液タンクに蓄えて置き、昼間の湯水使用時に蛇口を開いたとき、貯液タンク内の高温水に水を混ぜて適温水として給湯するものである。
ヒートポンプ給湯機に使用される水道水は、カルシウム、マグネシウムなどの硬度成分を含んでいる。そのため、ヒートポンプ給湯機を長期間使用するうちに硬度成分が水道水中から析出し、水冷媒熱交換器（液冷媒熱交換器）の液側伝熱管の内壁面にスケールとして付着、堆積し水循環を阻害して加熱性能を低下させる虞れがある。硬度成分の溶解度は水温が高いほど低下して析出し易くなるため、特に冬期高温貯湯運転時における高温水循環の繰り返しにより液冷媒熱交換器の液側伝熱管内への付着、堆積による加熱性能の低下が問題となる。

水冷媒熱交換器の水回路におけるスケール付着に対する解決手段として、特許文献１（特開２００５−７７０６２号公報）には、水冷媒熱交換器の水側出口部に接続する水配管の内部を水の流れ方向にしたがって拡大することにより、流量抵抗を小さくしてスケールの付着を少なくする方法が開示されている。
また、特許文献２（特開２００６−３３６８９４号公報）には、従来の水冷媒熱交換器の構造として、冷媒側伝熱管を内管とし水側伝熱管を外管とした二重管式や、冷媒側伝熱管と水側伝熱管とを円形または楕円形に巻き付け密着させ、ろう付によって固定した構造が開示されている。
また、水冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管および水側伝熱管の両端はそれぞれ冷媒配管および水配管にろう付によって接続され、ヒートポンプユニット内の空気熱交換器の上部や空気熱交換器と圧縮機の下部にこれらの支持板と関連して設置されており、水冷媒熱交換器単体でのサービス作業性についてはほとんど考慮されていなかった。

特開２００５−７７０６２号公報 特開２００６−３３６８９４号公報

ヒートポンプ給湯機は比較的新しい製品ではあるが、普及拡大と共に１０年近く使用されているものや水質の悪い条件で使用されているものには、水冷媒熱交換器の水側伝熱管内に水道水中の硬度成分が堆積して加熱性能が低下するという問題が発生している。
特許文献１に記載された従来技術は、水冷媒熱交換器の水側伝熱管出口部に接続される水配管の内径を徐々に拡大するようにしたものであるが、もともと水配管は比較的スケール付着量の少ない箇所であり、水冷媒熱交換器の加熱源である冷媒側伝熱管と接触している水側伝熱管へのスケール付着、堆積に対する改善策としては不十分であった。

また、従来の水冷媒熱交換器は、特許文献２に示されるように、空気熱交換器や圧縮機の支持板と関連して他の部品間に設置されており、水冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管と水側伝熱管とが分離できない構造である。また、冷媒側伝熱管および水側伝熱管の両端部はそれぞれ冷媒配管および水配管にろう付で接続されているため、水側伝熱管単独は勿論のこと水冷媒熱交換器単体でも取り外しメンテナンスやサービス交換を行うことが困難であった。
特に、水冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管には高圧のＣＯ₂ （二酸化炭素）冷媒が封入されており、ヒートポンプ給湯機が設置されている現地におけるＣＯ₂ （二酸化炭素）冷媒の放出、再封入は困難である。このため、水冷媒熱交換器のメンテナンスまたはサービス交換は、ヒートポンプ給湯機ごと工場に引き取って行わなければならなかった。

したがって、前述のようにヒートポンプ給湯機を長期間使用した場合や硬度の高い水を使用し続けた場合などには、水冷媒熱交換器の水側伝熱管にスケールが付着、堆積して、ヒートポンプ給湯機の加熱性能が低下した際、現地での水冷媒熱交換器のみのサービス交換が難しく、ヒートポンプ給湯機の代品交換となる場合が多く、多大の費用と時間を要することが課題となっていた。

そこで、本発明は、ヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器のメンテナンスおよびサービス交換の作業性改善を図ることを課題とする。

本発明は、このような課題を解決するために、請求項１に係るヒートポンプ給湯機は、
少なくとも、圧縮機、液冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管、減圧装置、および空気熱交換器が冷媒配管により接続されて構成されるヒートポンプ冷媒回路と、少なくとも、ポンプ、前記液冷媒熱交換器の液側伝熱管、および貯液タンクが液配管により接続されて構成される被加熱液体回路と、を備えるヒートポンプ給湯機において、前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管の両端は、前記被加熱液体回路の前記液配管と着脱可能な接続金具により接続され、前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管が取り外し可能に設置されることを特徴とする。

次に、請求項２に係るヒートポンプ給湯機は、請求項１に加え、前記液冷媒熱交換器は、前記液側伝熱管の外周に前記冷媒側伝熱管を熱交換可能に密着させ、前記液側伝熱管と前記冷媒側伝熱管を取り外し可能なバンドで固定したことを特徴とする。

次に、請求項３に係るヒートポンプ給湯機は、請求項１または請求項２に加え、前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、Ｏリングでシールしネジ嵌合で固定するネジ固定式接続金具で接続したことを特徴とする。

次に、請求項４に係るヒートポンプ給湯機は、請求項１または請求項２に加え、前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、Ｏリングでシールし金属製板バネで固定するクイックファスナー式接続金具で接続したことを特徴とする。

次に、請求項５に係るヒートポンプ給湯機は、請求項１または請求項２に加え、前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、圧入手段によりシールしネジ嵌合で固定する圧入式接続金具で接続したことを特徴とする。

次に、請求項６に係るヒートポンプ給湯機は、少なくとも、圧縮機、液冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管、減圧装置、空気熱交換器、および冷媒配管を有するヒートポンプ冷媒回路と、少なくとも、前記液冷媒熱交換器の液側伝熱管、および液配管を有する被加熱液体回路と、を備えるヒートポンプ給湯機において、前記液冷媒熱交換器の出液側高温部である出液側熱交換器の液側伝熱管が前記被加熱液体回路の前記液配管と着脱可能な接続金具により接続されて取り外し可能に構成されることを特徴とする。

次に、請求項７に係るヒートポンプ給湯機は、請求項６に加え、前記出液側熱交換器は、前記液側伝熱管の外周に前記冷媒側伝熱管を熱交換可能に密着させ、前記液側伝熱管と前記冷媒側伝熱管を取り外し可能なバンドで固定したことを特徴とする。

次に、請求項８に係るヒートポンプ給湯機は、請求項６または請求項７に加え、前記出液側熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、Ｏリングでシールしネジ嵌合で固定するネジ固定式接続金具で接続したことを特徴とする。

次に、請求項９に係るヒートポンプ給湯機は、請求項６または請求項７に加え、前記出液側熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、Ｏリングでシールし金属製板バネで固定するクイックファスナー式接続金具で接続したことを特徴とする。

次に、請求項１０に係るヒートポンプ給湯機は、請求項６または請求項７に加え、前記出液側熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、圧入手段によりシールしネジ嵌合で固定する圧入式接続金具で接続したことを特徴とする。

本発明によれば、ヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器のメンテナンスおよびサービス交換の作業性改善を図ることができる。

本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の構成説明図である。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の夜中の貯湯運転から翌日の給湯運転、学習制御に及ぶ１日の運転動作のフローチャートである。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器および出液側熱交換器の設置方法を示す上面模式図である。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器および出液側熱交換器の設置方法を示す正面模式図である。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器または出液側熱交換器の冷媒側伝熱管と液側伝熱管との取付け方の一例を示す断面図である。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器または出液側熱交換器の冷媒側伝熱管と液側伝熱管との取付け方の一例を示す正面図である。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器または出液側熱交換器の液側伝熱管と液配管とを接続する接続金具の一例を示す正面断面図である。 本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器または出液側熱交換器の液側伝熱管と液配管とを接続する接続金具の別の例を示す正面断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の構成説明図である。
ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ冷媒回路の構成部品および被加熱液体回路の一方の構成部品を収納したヒートポンプユニット３０と、被加熱液体回路の他方の構成部品および給液回路の構成部品を収納した貯湯ユニット４０と、運転制御手段５０とを備えて構成されている。
以下、ヒートポンプ冷媒回路、被加熱液体回路、および、給液回路の構成について説明する。

＜ヒートポンプ冷媒回路＞
ヒートポンプ冷媒回路は、圧縮機１と、液冷媒熱交換器２から分離した出液側熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａと、液冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａと、減圧装置４と、空気熱交換器５とを備えて構成され、冷媒が循環するように、それぞれ冷媒配管を介して順次環状に接続されている。
なお、本実施形態での冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）冷媒が封入されており、また、本実施形態での被加熱媒体（液）としては、水（水道水）が用いられているものとして以下説明する。

圧縮機１は、空気熱交換器５からの冷媒を圧縮すると共に、圧縮した高温のガス冷媒（高温冷媒）を出液側熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａに送り出している。
圧縮機１は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御、電圧制御（例えばＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation)制御）およびこれらを組み合わせた制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば６０００回転／分）まで回転速度制御ができるようになっている。
ヒートポンプ給湯機を通常の貯湯温度（約６５℃）で貯湯する通常貯湯運転をする場合、圧縮機１を比較的小さな回転速度（１０００〜２０００回転／分）で運転する。一方、冬期などで高温の貯湯温度（約８５〜９０℃）で貯湯する高温貯湯運転をする場合、圧縮機１を通常貯湯運転時より大きな回転速度（３０００〜４０００回転／分）で運転する。

液冷媒熱交換器は、液冷媒熱交換器２と出液側熱交換器３とを備えて構成される。
液冷媒熱交換器２は、出液側熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａを介して圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒を流通させる冷媒側伝熱管２ａと、貯液タンク１０の底部からの水を流通させる液側伝熱管２ｂとを備えて構成され、冷媒側伝熱管２ａと液側伝熱管２ｂとの間で熱交換するよう密着して設けられる。

出液側熱交換器３は、液冷媒熱交換器の出液側高温部であり、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒を流通させる冷媒側伝熱管３ａと、液冷媒熱交換器２の液側伝熱管２ｂで加熱された水を流通させる液側伝熱管３ｂとを備えて構成され、冷媒側伝熱管３ａと液側伝熱管３ｂとの間で熱交換するよう密着して設けられる。
液側伝熱管３ｂの両端側はろう付を用いず着脱できる接続金具１６，１７で液配管１６ｂ，１７ｂに接続されている。
なお、接続金具１６，１７の位置は、液側伝熱管３ｂの端末部に限られるものではなく、作業性を考慮し、液側伝熱管３ｂに接続された液配管１６ａ，１７ａの途中に接続金具１６，１７を設けても良い。
なお、接続金具１６（１７）は、一対の接続金具１６（１７）で構成され、接続金具１６（１７）の一方が予め液配管１６ａ（１７ａ）にろう付されており、接続金具１６（１７）の他方が予め液配管１６ｂ（１７ｂ）にろう付されており、接続金具１６（１７）の一方と接続金具１６（１７）の他方との着脱構造としてはろう付を用いず、ネジ止めまたは板ばねにより機械的に取付け、取り外しができる着脱可能構造となっている。
即ち、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂは、着脱可能な接続金具１６，１７によって、単独で被加熱液体回路の液配管から取り外し可能な構造となっている。

なお、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、液冷媒熱交換器２の出液側高温部を出液側熱交換器３として分離した場合について説明するが、液冷媒熱交換器２の容量が比較的小さい場合は、液冷媒熱交換器２の出液側高温部を分離せず、液冷媒熱交換器２の構造、取付け、および液側伝熱管２ｂの接続金具１６，１７を出液側熱交換器３のそれぞれに合わせて適用することにより、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機と同等の効果を得るものである。

減圧装置４としては一般的に電動膨張弁が使用され、液冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａを経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として空気熱交換器５へ送る。
また、減圧装置４は、絞り開度が調節可能となっており、この絞り開度を変えてヒートポンプ冷媒回路内の冷媒循環量を調節する働きや、冬期低温時にヒートポンプ運転して空気熱交換器５に着霜した場合に、絞り開度を全開にして中温冷媒を空気熱交換器５に多量に送って霜を溶かす除霜装置としても働く。

空気熱交換器５は、送風ファン６の回転によって外気を取り入れた空気と、空気熱交換器５内を流通する冷媒との熱交換を行って、外気から熱を汲み上げるものである。そして、冷媒は、空気熱交換器５から圧縮機１へと送られる。

＜被加熱液体回路＞
被加熱液体回路は、夜間の割引電気料金を利用して定期的に行う「貯湯運転（液体加熱運転）」、および、残湯量が規定値以下になった場合のみ運転する「タンク沸上げ運転（液体加熱運転）」によって、貯液タンク１０に高温水を貯めるための液回路である。
被加熱液体回路は、貯液タンク１０と、ポンプ１５と、液冷媒熱交換器２の液側伝熱管２ｂと、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂと、タンク切換弁１１とを備えて構成され、それぞれ液配管を介して順次環状に接続されている。

タンク切換弁１１は、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂと貯液タンク１０とが連通する状態、または、貯液タンク１０と後述する湯水混合弁１２とが連通する状態に水の流路を切り換えるように構成されている。
貯湯運転時またはタンク沸上げ運転時には、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂと貯液タンク１０とが連通する状態に水の流路が切り換えてある。
出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂで規定温度まで加熱された水は、タンク切換弁１１を介して、貯液タンク１０の上部に接続された液配管から貯液タンク１０内に貯湯される。

ここで、貯液タンク１０の低温水は、貯液タンク１０の底部からポンプ１５を介して液冷媒熱交換器２の液側伝熱管２ｂに流入し、冷媒側伝熱管２ａによってある程度まで加熱された後、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂに流入し、圧縮機１からの高温冷媒が流入する冷媒側伝熱管３ａによって規定温度まで加熱され、タンク切換弁１１を介して、貯液タンク１０の上部に接続された液配管から貯液タンク１０内に貯湯される。
例えば、冬期高温貯湯で規定温度９０℃の場合、貯液タンク１０内の約１０℃の低温水は液冷媒熱交換器２で約８０℃まで加熱された後、出液側熱交換器３で規定温度９０℃まで加熱されて貯液タンク１０に貯湯される。そのため、加熱源となる圧縮機１から吐出される冷媒温度は１００℃以上にもなり、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂ内では硬度成分が析出し、液側伝熱管３ｂの内壁に付着、堆積し、やがて水抵抗が増加し加熱性能の低下につながる場合がある。

＜給液回路＞
給液回路は、湯水使用時に行う「給湯運転」によって、台所蛇口１４などから湯水を供給するための液回路である。
給液回路は、給水金具７と、減圧弁８と、給水水量センサ９と、貯液タンク１０と、タンク切換弁１１と、湯水混合弁１２と、給湯金具１３とが液配管を介して順次直列に接続され構成されている。なお、タンク切換弁１１は、給湯運転時には、貯液タンク１０と湯水混合弁１２とが連通する状態に水の流路が切り換えてある。
また、給水水量センサ９と貯液タンク１０との間に配置される液配管は途中で分岐し、湯水混合弁１２と接続されている。
給水金具７は水道などの給水源と接続され、給湯金具１３は台所蛇口１４に接続されている。なお、図１には、給湯金具１３からは、台所蛇口１４のみが接続されているが、洗面蛇口（図示せず）や風呂湯張り回路（図示せず）などの使用端末にも接続されていてもよい。

＜運転制御手段＞
次に、ヒートポンプ給湯機の運転制御手段５０について説明する。
運転制御手段５０は、圧縮機１、減圧装置４、送風ファン６、タンク切換弁１１、湯水混合弁１２、ポンプ１５などを制御することにより、貯湯運転、給湯運転などを行うものである。
また、運転制御手段５０は、冬期低温時は高温貯湯の規定温度（例えば８５〜９０℃）で貯湯すると共に周囲温度や給水温度が低く加熱負荷が大きいため、圧縮機１を高回転速度（例えば３０００〜４０００回転／分）とし、夏期や中間期は加熱負荷が軽いので通常貯湯の規定温度（約６５℃）で比較的低回転速度（例えば１０００〜２０００回転／分）とするなどの最適運転制御手段（図示せず）を有している。

更に、ヒートポンプ給湯機には、貯液タンク１０の貯湯温度を検知するための複数のタンクサーミスタ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）や各部の冷媒温度や水温を検知する各部サーミスタ、および圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサなど（いずれも図示せず）が設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力されるように構成されている。運転制御手段５０はこれらの信号に基づいて各機器を制御するものである。
また、運転制御手段５０は複数のタンクサーミスタ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）の温度検出値の差異により、貯液タンク１０内のどこまで貯湯されているかを検知して、貯湯量を計ることができる。

＜ヒートポンプ給湯機の運転動作＞
次に、本実施形態のヒートポンプ給湯機の運転動作について図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の夜中の貯湯運転から翌日の給湯運転、学習制御に及ぶ１日の運転動作のフローチャートである。
運転制御手段５０は、毎日の給湯使用量を記憶学習して翌日の給湯使用量を推定し、夜間の貯湯温度および貯湯量を決定すると共に、上記貯湯量が夜間電気割引料金の適用される規定時間（例えば２３時〜７時）内に沸き上がるように貯湯運転開始時刻を設定する学習制御手段を有している。

貯湯運転開始時刻になると、ヒートポンプ給湯機の運転制御手段５０は、貯湯運転を開始（ステップＳ６１）する。
即ち、運転制御手段５０は、圧縮機１、減圧装置４、送風ファン６を始動させヒートポンプ運転を開始すると共に、タンク切換弁１１、ポンプ１５を制御し、貯液タンク１０底部から循環されるタンク貯湯水を液冷媒熱交換器２および出液側熱交換器３で高温冷媒と熱交換して規定温度の高温水とし、貯液タンク１０上部から戻す貯湯運転を行う。

次に、運転制御手段５０は複数のタンクサーミスタ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）からの検出信号に基づき、貯液タンク１０の貯湯量判定を行う（ステップＳ６２）。貯湯温度および貯湯量が規定値に達しないうちは貯湯運転を継続し、規定値に達すると、運転制御手段５０はヒートポンプ運転を停止し貯湯運転を終了する（ステップＳ６３）。

使用者が、台所蛇口１４を開き湯水使用が開始されると（ステップＳ６４）、運転制御手段５０は、給湯温度が適温（一般的には約４２℃）となるように湯水混合弁１２からの給水量を調整し、給水金具７、減圧弁８、給水水量センサ９、貯液タンク１０、湯水混合弁１２、給湯金具１３、台所蛇口１４の給液回路で適温水を供給する給湯運転を開始する（ステップＳ６５）。なお、給湯運転時は、水道などの給水源からの水圧で給湯を行う。

次に台所蛇口１４を閉じて湯水使用が終了されると（ステップＳ６６）、給湯は停止され湯水混合弁１２は所定の位置に設定され給湯運転は停止する（ステップＳ６７）。

更に、運転制御手段５０は、給湯運転中（ステップＳ６５）および給湯運転停止（ステップＳ６７）後に、タンクサーミスタ１０ａ（１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）によって貯液タンク１０内の貯湯温度および貯湯量を検知し、タンク残湯量の判定を行う（ステップＳ６８）。
通常は規定量以上残湯しておりタンク沸上げ運転は行わないが、給湯使用量が学習制御による推定量より多く、タンク残湯量が規定値未満になった場合はタンク沸上げ運転を行い（ステップＳ６９）、貯湯量判定において（ステップＳ７０）、貯湯温度および貯湯量が規定値に達してからタンク沸上げ運転を終了する（ステップＳ７１）。

使用者による１日の湯水使用が終了するまでステップＳ６４からステップＳ７１が繰り返され（ステップＳ７２でＮｏ）、１日の湯水使用が終了すると（ステップＳ７２でＹｅｓ）、運転制御手段５０は学習制御手段（図示せず）を機能させる。即ち、運転制御手段５０は複数のタンクサーミスタ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）からの検出信号に基づき、タンク残湯温度および残湯量を検知して１日毎の湯水使用量を算出し、翌日使用量の推定算出を行い、それに適合した貯湯温度および貯湯量、貯湯運転開始時刻などの貯湯運転条件の設定を行う（ステップＳ７３）。
なお、学習制御手段が行う翌日の湯水使用量の推定算出は、一般的に過去７日間程度の外気温度や湯水使用量などを基にして、夜間の貯湯運転のみで十分間に合うように翌日の湯水使用量が推定算出される。
また、湯水使用終了は、一般的に夜間電気割引料金時間帯（２３時〜７時）の始まる２３時としている。

これにより、ヒートポンプ給湯機の夜間の貯湯運転から給湯使用終了までの１日の運転動作が終了する。
なお、ステップＳ７３で設定された貯湯運転条件に基づき、貯湯運転開始時刻になると、貯湯運転条件にしたがって翌日の給湯使用のための貯湯運転を開始する（ステップＳ６１）。

以上のヒートポンプ給湯機の使用において、給水としては一般的に飲用水道水が使用されるが、飲用水道水にはカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が含まれており、この硬度は地域、場所によりさまざまであり、硬度の高い地域も存在する。
硬度成分は、水温が高くなるほど溶解度が低下するため、特に高温となる出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂ内において飽和を超えた硬度成分は循環水中に析出し、一部は循環水と共に貯液タンク１０に流入し、貯液タンク１０の底部に堆積する。貯液タンク１０の底部に堆積した硬度成分は、タンク排水時に排出される。

しかし、析出した硬度成分の一部は出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂの内壁に付着し、スケールとして次第に堆積する。
特に、冬期高温（例えば９０℃）貯湯運転時には、冷媒温度が１００℃以上にも達するため水中の硬度成分の溶解度は極端に低下し、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂ内において硬度成分が水中に析出し、液側伝熱管３ｂの内壁に付着し、やがて液側伝熱管３ｂ内の水循環を妨げ加熱性能を低下させる場合がある。
液側伝熱管３ｂ内壁へのスケール付着に対する改善策は、種々提案されているが構造やコストと効果の面から決め手となる方法がなく、使用する給水水質のバラツキや長期間の使用を考慮すると、液側伝熱管３ｂをメンテナンスまたはサービス交換する必要がある。

しかし、従来の構造においては、液側伝熱管のみを分離することができないため、出液側熱交換器を含む液冷媒熱交換器全体を交換する方法しかなく、液冷媒熱交換器全体を交換する場合は、冷媒側伝熱管内のＣＯ₂ （二酸化炭素）冷媒を放出、再封入するため、現地でのサービスができず、工場に引き取ってメンテナンスまたは液冷媒熱交換器の交換を行わなければならなかった。
したがって、製品交換同様に多大な費用が掛かり、かつ、ヒートポンプ給湯機は毎日必要とする機械であり、即日に修理する必要があるため、製品交換で対応する場合が多かった。
本実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、前記従来課題を考慮し液冷媒熱交換器２のメンテナンスおよびサービス交換作業を現地で容易に行える構造とするものである。

＜液冷媒熱交換器および出液側熱交換器の設置方法＞
次に、本実施形態におけるヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器２の出液側高温部を出液側熱交換器３として分離した場合の液冷媒熱交換器２および出液側熱交換器３の設置方法について、図３および図４を用いて説明する。
なお、液冷媒熱交換器２の容量が比較的小さく液冷媒熱交換器２を分離しない場合は、図３および図４の出液側熱交換器３を液冷媒熱交換器２とみなせばよい。

図３は、本実施形態におけるヒートポンプユニット３０の箱体１８の上面を外した状態における平面模式図を示し、図４は箱体１８の前面を外した状態における正面模式図を示す。なお、図４においては、後方の圧縮機１および空気熱交換器５を省略している。また、図３、図４の冷媒配管および液配管は省略している。

ヒートポンプユニット３０の箱体１８は略直方体形をしており、背面および左側面には空気熱交換器５を設置し、これに対向してファンモータ２０により回転する送風ファン６が配置されている。
箱体１８の右側には、仕切板１９によって区切られ、圧縮機１、液冷媒熱交換器２、出液側熱交換器３などが収納された一般的に機械室と言われる部分があり、機械室の前部には円筒状の液冷媒熱交換器２および出液側熱交換器３をそれぞれ単独で設置し、後部には圧縮機１が設置されている。
液冷媒熱交換器２は、冬期高温貯湯時において、給水温度約１０℃から約８０℃まで加熱するため大容量が必要であるのに対し、出液側熱交換器３は、約８０℃のお湯を９０℃まで沸き上げるもので圧縮機１から直接送られる高温冷媒で加熱するが、容量としては比較的小さくてもよい。
したがって、図３、図４に示すように、液冷媒熱交換器２は冷媒側伝熱管２ａと液側伝熱管２ｂを密着してコイル状に巻いたもの２個で構成されており、断熱カバー２１とは別個に強固な支持台２２を必要とするが、出液側熱交換器３は冷媒側伝熱管３ａおよび液側伝熱管３ｂを収納した断熱カバー２３そのもので設置することも可能である。
なお、液冷媒熱交換器２と出液側熱交換器３は、別個に単独で設置され、冷媒側伝熱管２ａ，３ａおよび液側伝熱管２ｂ，３ｂが冷媒配管および液配管に接続されており、設置強度の一部の役目を果たしている。

＜出液側熱交換器＞
次に、出液側熱交換器３の構造について図５、図６を用いて説明する。
図５は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器または出液側熱交換器の冷媒側伝熱管と液側伝熱管との取付け方の一例を示す断面図である。図６は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器または出液側熱交換器の冷媒側伝熱管と液側伝熱管との取付け方の一例を示す正面図である。

図５、図６に示すように、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂは、直管状とし外周から内面に向かって半円状の押込み溝を設け、出液側熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａは、二本並列に分岐させ液側伝熱管３ｂの押込み溝に密着嵌合させると共に、固定用板バネ（バンド）３ｃで冷媒側伝熱管３ａを液側伝熱管３ｂに密着固定する。なお、固定用板バネ３ｃは、必要に応じて容易に取り外すことが可能である。
また、図６に示すように、固定用板バネ３ｃは、冷媒側伝熱管３ａと液側伝熱管３ｂとの密着伝熱性が確保できるよう適当な間隔で複数設ける。

なお、冷媒側伝熱管３ａと液側伝熱管３ｂとの取付け方法は図５、図６に示したものに限らず、冷媒側伝熱管３ａと液側伝熱管３ｂとが熱交換するよう設けられていれば、液側伝熱管３ｂに押込み溝がなくてもよい。また、冷媒側伝熱管３ａは３本以上の多数分岐あるいは分岐させなくても液側伝熱管３ｂとの密着伝熱性が確保できればよい。

＜接続金具＞
次に、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂの両端側を接続する接続金具１６，１７について、図１を参照しながら図７、図８を用いて説明する。
なお、液側伝熱管３ｂの両端側の接続は、図１のように液側伝熱管３ｂに被加熱液体回路の液配管１６ａ、１７ａを介して接続金具１６、１７に接続しても、あるいは液側伝熱管３ｂに接続金具１６、１７を直接接続しても良い。

図７は、一般的にカップリング方式と言われる接続金具１６を示す正面断面図である。
出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂに接続される液配管１６ａに、外周先端にネジ部を有するメス金具１６ｃを接続し、液冷媒熱交換器２の液側伝熱管２ｂに接続される液配管１６ｂにオス金具１６ｄが接続されている。また、オス金具１６ｄにはネジ金具１６ｅが接続される。
部品構成としては、液配管１６ａおよびメス金具１６ｃのまとめ部品と、液配管１６ｂ、オス金具１６ｄおよびネジ金具１６ｅのまとめ部品とに分かれており、それぞれのまとめ部品は、予め製造時にまとめておき、液側伝熱管３ｂの交換時に外す必要がないため、ろう付作業で取付けても良い。
更に、メス金具１６ｃとオス金具１６ｄとのシール用空隙部に水シール用Ｏリング１６ｆを設置して、メス金具１６ｃとネジ金具１６ｅとをネジ嵌合させる構造とすることにより、ろう付作業を行わずに出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂを取り外し、再取付けが可能となる。
以上の構造においては、使用実績が多く信頼性の高い水シール用Ｏリング１６ｆでシールすると共にネジ嵌合で機械的に固定するので、水漏れや固定部の強度不足などの不具合が発生する虞れが少なく、高信頼性を得ることができる。

図８は、一般的にクイックファスナー方式と言われる接続金具１７を示す正面断面図である。
出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂに接続される液配管１７ａにオス金具１７ｃを接続し、タンク切換弁１１側に接続される液配管１７ｂにメス金具１７ｄが接続される。
部品構成としては、液配管１７ａとオス金具１７ｃのまとめ部品、および液配管１７ｂとメス金具１７ｄのまとめ部品とに分かれており、それぞれのまとめ部品は、予め製造時にまとめておき、液側伝熱管３ｂの交換時に外す必要がないためろう付作業で取付けても良い。
更に、オス金具１７ｃとメス金具１７ｄとのシール用空隙部に水シール用Ｏリング１７ｅを設置し、オス金具１７ｃとメス金具１７ｄとを嵌合させ、金属製板バネ１７ｆで固定する構造とすることにより、ろう付作業を行わずに出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂを取り外し、再取付けが可能となる。また、金属製板バネ１７ｆは、オス金具１７ｃおよびメス金具１７ｄのフランジ部の厚さに対応した幅の切欠き溝１７ｇを設けており、切欠き溝１７ｇにフランジ部を嵌合させることにより、オス金具１７ｃとメス金具１７ｄを接続固定させることができる。
以上の構造においては、使用実績が多く信頼性の高い水シール用Ｏリング１７ｅでシールすると共に金属製板バネ１７ｆで接続固定するので、水漏れや固定部の強度不足などの不具合が発生する虞れがなく、高信頼性を得ることができる。

なお、接続金具１６の構造をカップリング方式、接続金具１７の構造をクイックファスナー方式として説明したが、同一の方式の接続金具１６または１７を２個使用しても良く、あるいは別個の方式の接続金具１６、１７を各一個使用しても良い。

更に、前記接続金具１６、１７の用途は冷媒に比較して漏れにくい液回路の接続であるから、図７においてメス金具１６ｃとネジ金具１６ｅとをネジ締付けすると共に、メス金具１６ｃとオス金具１６ｄの嵌合部１６ｇを圧入することにより水シールして水シール用Ｏリング１６ｆを省略した圧入式としても良い。

以上の構成によれば、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂ内にスケールが付着、堆積して加熱性能が低下した場合、出液側熱交換器３の液側伝熱管３ｂの両端側に接続されている接続金具１６、１７のネジ嵌合部または板バネ固定部を機械的に外すことにより、液側伝熱管３ｂを被加熱液体回路の液配管から単独で取り外すことができ、液側伝熱管３ｂの単独サービス交換ができるばかりでなく、冷媒の放出、再封入が不要なため、現地でのスケール除去作業によるメンテナンスが可能となる。
なお、液冷媒熱交換器２の容量が比較的小さい場合には、出液側高温部を分離せず、液冷媒熱交換器２の構造を前記説明した出液側熱交換器３と同等にすることにより本実施形態を適用することができる。

以上説明の如く、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、液冷媒熱交換器２または出液側熱交換器３を被加熱液体回路の液配管から単体で取り外し、再取付けができる設置構造とし、液冷媒熱交換器２または出液側熱交換器３の液側伝熱管２ｂ、３ｂはろう付を用いずに単独で取り外せるよう着脱可能に取付け、かつ、液側伝熱管２ｂ、３ｂの両端側はろう付を用いず着脱可能な接続金具１６、１７により接続したものであり、液冷媒熱交換器２または出液側熱交換器３の液側伝熱管２ｂ、３ｂを単独でメンテンアンスやサービス交換できる構造を容易に提供し得るものである。
なお、ヒートポンプ給湯機の構造としては、実施例のヒートポンプユニットと貯湯ユニットが分離したものに限らず、一体形であっても適用できる。更に、液冷媒熱交換器２および出液側熱交換器３の構造は実施例のコイル形状に限らず適用可能であり、多大な効果を得ることができる。

なお、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態の構成においては、貯液タンク１０の底部に接続された液配管を介して貯液タンク１０内の水を液冷媒熱交換器２に送り出す構成としたが、貯液タンク１０以外の任意の給水源から水（被加熱液体）を液冷媒熱交換器２に送り出す構成としてもよい。例えば、減圧弁８で減圧された水を液冷媒熱交換器２に送り出す構成としてもよい。
また、上記実施形態の構成においては、出液側熱交換器３で加熱された水を貯液タンク１０の上部に接続された液配管から貯液タンク１０内に貯湯する構成としたが、貯液タンク１０を経由することなく、出液側熱交換器３からの出湯を給湯金具１３から給湯する構成としてもよい。
また、ポンプ１５の位置は、液冷媒熱交換器２の上流側に限定されるものではなく、液冷媒熱交換器２の下流側であってもよい。その場合、ポンプ１５は、出液側熱交換器３と液冷媒熱交換器２との間に配置されるものであってもよく、出液側熱交換器３の下流側に配置されるものであってもよい。

１ 圧縮機
２ 液冷媒熱交換器
２ａ 冷媒側伝熱管
２ｂ 液側伝熱管
３ 出液側熱交換器（液冷媒熱交換器）
３ａ 冷媒側伝熱管
３ｂ 液側伝熱管
３ｃ 固定用板バネ（バンド）
４ 減圧装置
５ 空気熱交換器
１０ 貯液タンク
１１ タンク切換弁
１２ 湯水混合弁
１３ 給湯金具
１４ 台所蛇口
１５ ポンプ
１６ 接続金具
１６ｆ 水シール用Ｏリング
１７ 接続金具
１７ｅ 水シール用Ｏリング
１７ｆ 金属製板バネ
３０ ヒートポンプユニット
４０ 貯湯ユニット
５０ 運転制御手段

Claims (10)

1. 少なくとも、圧縮機、液冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管、減圧装置、空気熱交換器、および冷媒配管を有するヒートポンプ冷媒回路と、
   少なくとも、前記液冷媒熱交換器の液側伝熱管、および液配管を有する被加熱液体回路と、
   を備えるヒートポンプ給湯機において、
   前記液冷媒熱交換器は、前記液側伝熱管のうち少なくとも熱交換後に高温となる部分が前記被加熱液体回路の前記液配管と着脱可能な接続金具により接続されて取り外し可能に構成される
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記液冷媒熱交換器は、
   前記液側伝熱管の外周に前記冷媒側伝熱管を熱交換可能に密着させ、前記液側伝熱管と前記冷媒側伝熱管を取り外し可能なバンドで固定した
   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. 前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、
   Ｏリングでシールしネジ嵌合で固定するネジ固定式接続金具で接続した
   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. 前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、
   Ｏリングでシールし金属製板バネで固定するクイックファスナー式接続金具で接続した
   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。
5. 前記液冷媒熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、
   圧入手段によりシールしネジ嵌合で固定する圧入式接続金具で接続した
   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。
6. 少なくとも、圧縮機、液冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管、減圧装置、空気熱交換器、および冷媒配管を有するヒートポンプ冷媒回路と、
   少なくとも、前記液冷媒熱交換器の液側伝熱管、および液配管を有する被加熱液体回路と、
   を備えるヒートポンプ給湯機において、
   前記液冷媒熱交換器の出液側高温部である出液側熱交換器の液側伝熱管が前記被加熱液体回路の前記液配管と着脱可能な接続金具により接続されて取り外し可能に構成される
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
7. 前記出液側熱交換器は、
   前記液側伝熱管の外周に前記冷媒側伝熱管を熱交換可能に密着させ、前記液側伝熱管と前記冷媒側伝熱管を取り外し可能なバンドで固定した
   ことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 前記出液側熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、
   Ｏリングでシールしネジ嵌合で固定するネジ固定式接続金具で接続した
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ給湯機。
9. 前記出液側熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、
   Ｏリングでシールし金属製板バネで固定するクイックファスナー式接続金具で接続した
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ給湯機。
10. 前記出液側熱交換器の前記液側伝熱管と液配管は、
    圧入手段によりシールしネジ嵌合で固定する圧入式接続金具で接続した
    ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ給湯機。

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