JP2014149102A

JP2014149102A - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP2014149102A
Application number: JP2013016529A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hamada; 真佐行濱田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-21

Abstract

【課題】冷媒使用量の低減を実現したヒートポンプ給湯機を提供すること。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、膨張機構３、蒸発器４から形成されるヒートポンプサイクルと、貯湯タンク６とを備え、放熱器２を貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設するとともに、放熱器２を、複数の配管（７ａ、７ｂ）を並列に分岐して形成した部位と、それよりも本数の少ない配管７ｃから形成した部位から構成することを特徴とするヒートポンプ給湯機で、貯湯タンク６の外周に螺旋状に配されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７の冷媒密度が小さい領域の内容積を、冷媒密度の大きい領域の冷媒配管の内容積よりも大きくすることで、冷媒密度が大きい領域において、冷媒の使用量の低減を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明はヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、この種のヒートポンプサイクルの放熱器である配管を、貯湯タンクの外周に螺旋状に配設したヒートポンプ給湯機においては、その配管の冷媒管の内径が一定値であるものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第９９／０２４７６４号

しかしながら前記従来の構成では、貯湯タンクの外周に螺旋状に配されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内を、冷媒が前記貯湯タンク内の水に放熱しながら流れていくうちに、冷媒の温度は低下していくため、冷媒の状態が変化し密度が高くなっていくが、冷媒管の内径は一定値であるために、冷媒の使用量が多くなってしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒使用量の低減を実現した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のヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器、膨張機構、蒸発器から形成されるヒートポンプサイクルと、貯湯タンクとを備え、前記放熱器を前記貯湯タンクの外周に螺旋状に配設するとともに、前記放熱器を、複数の配管を並列に分岐して形成した部位と、それよりも本数の少ない配管から形成した部位から構成することを特徴とするものである。

これによれば、ガス冷媒は液冷媒より圧力損失は大きいため、貯湯タンクの外周に螺旋状に配されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管の冷媒密度が小さい領域の冷媒配管の本数を、冷媒密度の大きい領域の冷媒配管の本数よりも多くする、すなわち、冷媒流路の内容積を大きくすれば、冷媒密度が小さい領域においては、冷媒の圧力損失を低減できることで、冷媒の流れる流量を大きくでき、その結果、熱伝達率の向上を実現できる。

また、冷媒密度が大きい領域においては、冷媒密度が小さい領域よりも冷媒流路の内容積が小さいため、冷媒の使用量の低減を実現できる。

本発明によれば、冷媒の圧力損失低減、熱交換効率向上、冷媒の使用量の低減を実現したヒートポンプ給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の基本構成図本発明の実施の形態１における貯湯タンクの構成図本発明の実施の形態１におけるタンクユニットの構成図本発明の実施の形態１における貯湯タンク内の温度分布と冷媒の密度と冷媒の圧力損失との関係を示す図本発明の実施の形態１における他の貯湯タンクの構成図本発明の実施の形態１における他の貯湯タンクの構成図

第１の発明は、圧縮機、放熱器、膨張機構、蒸発器から形成されるヒートポンプサイクルと、貯湯タンクとを備え、前記放熱器を前記貯湯タンクの外周に螺旋状に配設するとともに、前記放熱器を、複数の配管を並列に分岐して形成した部位と、それよりも本数の少ない配管から形成した部位から構成することを特徴とするヒートポンプ給湯機である。

第２の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクに配設された出湯部と、前記出湯部より下方に配設された給水部とを備え、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記出湯部より下方に位置することを特徴とするものである。

これにより、貯湯タンクに配設された出湯部付近には高温の湯が貯湯されるため、貯湯タンクの出湯部付近に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管内の冷媒は高温となり冷媒密度が低く、一方、出湯部より出湯すると出湯部より下方に配設された給水部より貯湯タンク内に給水されることで、出湯部より下方側には温度の低い水が貯留される。

したがって、出湯部より下方側の貯湯タンクの外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度は、出湯部付近に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度より低いため、冷媒の状態が変化し密度が高くなる。

すなわち、貯湯タンク内の湯の温度変化と冷媒の密度との関係に対応するように、貯湯タンクの出湯部より下方側に、ヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管の本数を少なくした部分を位置させる、すなわち、冷媒流路の内容積を小さくすることで、冷媒の使用量の低減を実現できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクに配設された温度検出部を備え、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記温度検出部より下方に位置することを特徴とするものである。

これにより、温度検出部が検出する温度を、貯湯タンク内に貯湯する湯の設定温度としたとき、貯湯タンク内の温度検出部よりも下方側の湯は低温となる。

したがって、温度検出部より下方側の貯湯タンクの外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度は、温度検出部より上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度より低いため、冷媒の状態が変化し密度
が高くなる。

すなわち、その温度変化と冷媒の密度との関係に対応するように、貯湯タンクの温度検出部より下方側に、ヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管の本数を少なくした部分を位置させる、すなわち、冷媒流路の内容積を小さくすることで、冷媒の使用量の低減を実現できる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明のヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクに配設された出湯部と、前記出湯部より下方に配設された給水部とを備え、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記給水部より下方に位置することを特徴とするものである。

これにより、貯湯タンクに配設された出湯部付近には高温の湯が貯湯されるため、貯湯タンクの出湯部付近に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管内の冷媒は高温となり冷媒密度が低く、一方、出湯部より出湯すると出湯部より下方に配設された給水部より貯湯タンク内に給水されることで、給水部より下方側には温度の低い水が貯留される。

したがって、給水部より下方側の貯湯タンクの外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度は、給水部より上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度より低いため、冷媒の状態が変化し密度が高くなる。

すなわち、その温度変化と冷媒の密度との関係に対応するように、貯湯タンクの給水部より下方側に、ヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管の本数を少なくした部分を位置させる、すなわち、冷媒流路の内容積を小さくすることで、冷媒の使用量の低減を実現できる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明のヒートポンプ給湯機において、前記貯湯タンクに配設された出湯部と、前記出湯部より下方かつ前記貯湯タンクの下方部に配設された給水部とを備え、前記貯湯タンクを、円筒状の胴板の少なくとも下部に半球状の下部板を接合して形成するとともに、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記接合部より下方に位置することを特徴とするものである。

これにより、貯湯タンクに配設された出湯部付近には高温の湯が貯湯されるため、貯湯タンクの出湯部付近に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管内の冷媒は高温となり冷媒密度が低く、一方、出湯部より出湯すると出湯部より下方に配設された給水部より貯湯タンク内に給水されることで、貯湯タンクの底部、すなわち、貯湯タンクの円筒状の胴板と半球状の下部板との接合部より下方側には温度の低い水が貯留される。

したがって、貯湯タンクの底部、すなわち、貯湯タンクの円筒状の胴板と半球状の下部板との接合部より下方側の貯湯タンクの外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度は、貯湯タンクの上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器である配管内の冷媒の温度より低いため、冷媒の状態が変化し密度が高くなる。

すなわち、その温度変化と冷媒の密度との関係に対応するように、貯湯タンクの円筒状の胴板と半球状の下部板との接合部より下方側に、ヒートポンプサイクルの放熱器である冷媒配管の本数を少なくした部分を位置させる、すなわち、冷媒流路の内容積を小さくすることで、冷媒の使用量の低減を実現できる。

第６の発明は、特に、第１または第２の発明のヒートポンプ給湯機において、前記複数の配管を並列に分岐して形成した部位を、前記貯湯タンクの外周の高さ方向に螺旋状に複数段配設するとともに、前記複数の配管を並列に分岐して形成した部位の上段と下段との隙間より、前記並列に分岐した配管と配管との隙間を小さくすることを特徴とするものである。

これにより、複数の配管を並列に分岐して形成した下方側の配管内を流れる冷媒が、それよりも貯湯タンクの外周の高さ方向において下方側に位置する複数の配管を並列に分岐して形成した上方側の配管内を流れる冷媒を再加熱してしまうのを防止できるため、加熱効率を向上できる。

その結果、並列に分岐して形成した複数の配管内を流れる冷媒に温度差がほぼ生じないため、加熱効率を向上できる。

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基本構成図を示すものである。ヒートポンプサイクルは、圧縮機１、放熱器２、膨張機構３、蒸発器４から形成されている。放熱器２は、冷媒管７で貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設されている。

出湯部９より出湯されると、出湯部９より下方に配設された給水部８より貯湯タンク６内に給水されることで、貯湯タンク６内の上方には温度の高い湯が残り、貯湯タンク６内の下方には温度の低い水が貯留される。

そして、貯湯タンク６内に貯留されている湯および水を加熱する場合には、圧縮機１を起動させることで、圧縮機１にて圧縮された冷媒は、貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設された冷媒管７内を、貯湯タンク６の上方側から下流側に向かって流れ、貯湯タンク６内に貯留されている水を、貯湯タンク６の上方側から加熱して湯を生成し、膨張弁等の膨張機構３に減圧され、蒸発器４にて吸熱して、再度圧縮機１に流入する。

したがって、出湯部９より下方側の貯湯タンク６の外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７内の冷媒の温度は、出湯部９付近に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７内の冷媒の温度より低いため、冷媒の状態が変化し密度が高くなる。

次に、図２、図３に記載したヒートポンプ給湯機の構成について説明する。

貯湯タンク６の高さ方向略中央部に、温度センサ挿入部１０を配設し、前記温度センサ挿入部１０に挿入された温度検出部１６が所定温度を検出すると、貯湯タンク６内に貯留されている湯および水を加熱するヒートポンプサイクルの運転を停止するように構成されている。

そして、出湯部９の高さ方向の下方側で、貯湯タンク６の温度検出部１６より上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２は、位置する冷媒分岐部１２から分岐された同内径の２本の並列冷媒管（７ａ、７ｂ）から形成され、貯湯タンク６の温度検出部１６より下方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２は、前記２本の並列冷媒管（７ａ、７ｂ）のそれぞれと同内径の１本の冷媒管７ｃから形成され、冷媒合流部１３にて接続されており、貯湯タンク６の温度検出部１６より下方側に位置するヒートポンプサイク
ルの放熱器２である冷媒管７ｃの内容積を小さくして、貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設されている。

これにより、温度検出部１６が検出する温度を、貯湯タンク６内に貯湯する湯の設定温度としたとき、貯湯タンク６内の温度検出部１６付近よりも下方側の湯は低温となる。

したがって、圧縮機１にて圧縮された冷媒は、貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設された冷媒管（７ａ、７ｂ、７ｃ）内を、貯湯タンク６の上方側から下流側に向かって流れる構成のため、温度検出部１６付近より下方側の貯湯タンク６の外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７ｃ内の冷媒の温度は、温度検出部１６より上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管（７ａ、７ｂ）内の冷媒の温度より低くなるため、冷媒の状態が変化し密度が高くなる。

すなわち、図４に示すその温度変化と冷媒の密度との関係に対応するように、貯湯タンク６の温度検出部１６より下方側に位置するヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７ｃの内容積を、貯湯タンク６の上方部に配設されている冷媒管（７ａ、７ｂ）の内容積より小さくしていることで、冷媒の使用量の低減を実現している。

次に、図５に記載したヒートポンプ給湯機の構成について説明する。

貯湯タンクを、円筒状のタンク胴部１４の上部と下部のそれぞれに、半球状のタンク鏡板部１５を接合して形成している。

そして、下部側に配設されたタンク鏡板部１５とタンク胴部１４との接合部１７より上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２は、同内径の２本の並列冷媒管７から形成され、下部側に配設されたタンク鏡板部１５とタンク胴部１４との接合部１７より下方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２は、前記２本の並列冷媒管７のそれぞれと同内径の１本の冷媒管７から形成され、冷媒合流部１３にて接続されており、接合部１７より下方側に位置するヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７の内容積を小さくして、貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設されている。

したがって、出湯部９より貯湯タンク６内の湯が出湯されたとき、給水部８より給水されることで、必然的に水が貯留する給水部８より下方側、または、貯湯タンク６の底部、すなわち下部側に配設されたタンク鏡板部１５とタンク胴部１４との接合部１７より下方側の貯湯タンク６の外周に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７内の冷媒の温度は、貯湯タンク６の上方側に配設されたヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７内の冷媒の温度より低いため、冷媒の状態が変化し密度が高くなる。

すなわち、図４に示すその温度変化と冷媒の密度との関係に対応するように、給水部８の下方側、または、貯湯タンク６の下部側に配設されたタンク鏡板部１５とタンク胴部１４との接合部１７より下方側に位置するヒートポンプサイクルの放熱器２である冷媒管７の内容積を、貯湯タンク６の上方部に配設されている冷媒管７の内容積より小さくしていることで、冷媒の使用量の低減を実現している。

最後に、図６に記載したヒートポンプ給湯機の構成について説明する。

ヒートポンプサイクルの放熱器２は、冷媒分岐部１２から分岐された同内径の２本の並列冷媒管（７ａ、７ｂ）と、前記２本の並列冷媒管（７ａ、７ｂ）のそれぞれと同内径の１本の冷媒管７ｃとから形成され、貯湯タンク６の外周に螺旋状に配設されている。

そして、２本の冷媒管（７ａ、７ｂ）を並列に分岐して形成した部位の上段と下段との隙間であるＡより、並列に分岐して形成した冷媒管７ａと冷媒管７ｂとの隙間Ｂを小さくしている。

これにより、２本の配管を並列に分岐して形成した下方側の冷媒管７ｂ内を流れる冷媒が、それよりも貯湯タンク６の外周の高さ方向において下方側に位置する２本の冷媒管を並列に分岐して形成した上方側の冷媒管７ａ内を流れる冷媒を再加熱してしまうのを防止できるため、加熱効率を向上できる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクの外周に螺旋状に配設したヒートポンプサイクルの放熱器である配管の内容積を変更することで、冷媒の使用量の低減できるため、ヒートポンプサイクルの放熱器である配管を貯湯タンクの外周に螺旋状に配設したヒートポンプ給湯機に適用できる。

１圧縮機
２放熱器
３膨張機構
４蒸発器
５タンクユニット
６貯湯タンク
７、７ａ、７ｂ、７ｃ冷媒管
８給水部
９出湯部
１０温度センサ挿入部
１１冷媒管配管接続部
１２冷媒分岐部
１３冷媒合流部
１４タンク胴部
１５タンク鏡板部
１６温度検出部
１７接合部

Claims

圧縮機、放熱器、膨張機構、蒸発器から形成されるヒートポンプサイクルと、貯湯タンクとを備え、前記放熱器を前記貯湯タンクの外周に螺旋状に配設するとともに、前記放熱器を、複数の配管を並列に分岐して形成した部位と、それよりも本数の少ない配管から形成した部位から構成することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記貯湯タンクに配設された出湯部と、前記出湯部より下方に配設された給水部とを備え、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記出湯部より下方に位置す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。
前記貯湯タンクに配設された温度検出部を備え、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記温度検出部より下方に位置する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。
前記貯湯タンクに配設された出湯部と、前記出湯部より下方に配設された給水部とを備え、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記給水部より下方に位置する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。
前記貯湯タンクに配設された出湯部と、前記出湯部より下方かつ前記貯湯タンクの下方部に配設された給水部とを備え、前記貯湯タンクを、円筒状の胴板の少なくとも下部に半球状の下部板を接合して形成するとともに、前記放熱器を構成する配管の本数を変更した部位が、前記接合部より下方に位置する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。
前記複数の配管を並列に分岐して形成した部位を、前記貯湯タンクの外周の高さ方向に螺旋状に複数段配設するとともに、前記複数の配管を並列に分岐して形成した部位の上段と下段との隙間より、前記並列に分岐した配管と配管との隙間を小さくする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。