JP3825755B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して温水を生成するヒートポンプ式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年給湯装置として、エネルギー効率の向上、火災防止の観点からヒートポンプ式給湯装置が注目されている。また、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒として、ＨＣＦＣ冷媒はオゾン層破壊係数が大きく全廃方向で検討が進められており、その代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が採り上げられているが、ＨＦＣ系冷媒は温暖化指数が大きいという問題を抱えている。このようなことから、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒としては、高温の給湯水を得ることが容易な炭酸ガス（ＣＯ2）冷媒が注目されている。
【０００３】
炭酸ガス冷媒を使用したヒートポンプ式給湯装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。このヒートポンプ式給湯装置では、圧縮機、給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）、膨張弁、室外側熱交換器、アキュムレータを順次冷媒配管により接続し、冷媒として炭酸ガスを用いてヒートポンプサイクルが構成されている。そして、給湯用水は給湯用熱交換器で圧縮機からの吐出ガスにより加熱され、加熱された給湯用水は貯湯槽に蓄えられている。また、このヒートポンプ式給湯装置では、上記ヒートポンプサイクルを構成する室外側熱交換器と給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）とを別ユニットに収納するようにしたものとされていなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この特許文献１記載のヒートポンプ式給湯装置のように、冷媒回路を一つのユニットに収納する場合は、全ての機器を一つのユニットに収納するか、または、貯湯槽を別ユニットに収納するかになる。
しかしながら、前者の場合は、ヒートポンプ式給湯装置が大型化し、搬入時及び据付時の取扱いが不便となる。また、外気と熱交換させる室外側熱交換器に適した場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、貯湯槽が屋内の給湯用設備から遠くなり給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。また、屋内給湯設備に近い場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、外気を給排気するのに適した場所を選択することが容易でないという問題がある。
また、後者の場合は、給湯用熱交換器と貯湯槽との距離が長くなり、この間を接続する給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。さらに、給湯用回路内の給湯用水が冬季に凍結するおそれがある。なお、この凍結を防止する方法として凍結防止ヒータを用いることが考えられるが、エネルギーロスが多くなるという問題や、部品点数が多くなり設置工事が煩雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、搬入時及び据付時の取扱い性を向上し、給湯回路からの熱ロスを低減し、さらに、給湯回路における給湯水の凍結回避を可能とした炭酸ガス冷媒を用いた分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の課題解決手段に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプが接続されてなる給湯回路とを有し、前記加熱用熱交換器を含む給湯回路、圧縮機及び膨張装置を備えた本体と、室外側熱交換器を備えた室外機とに分離して形成され、この本体と室外機とは据付現地において冷媒連絡配管により接続されるように形成されてなるものである。
【０００８】
このようにすると、ヒートポンプ式給湯装置が二つのユニットに分割されているので、ヒートポンプ式給湯装置の搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。また、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能になる。したがって、両者を接続する給湯回路における熱ロスを減少させるとともに、給湯用の水の凍結事故を回避することができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機は外気を取り入れ排出するのに都合の良い場所を選定して設置することができる。
また、上記第１の課題解決手段に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、本体内に圧縮機及び膨張装置が収納されているので、本体と室外機とを接続する冷媒連絡配管が低圧配管となり、冷媒連絡配管からの熱ロスが減少する。また、このように冷媒連絡配管が低圧側回路となるので、冷媒連絡配管に係る圧力が小さくなり、冷媒連絡配管接続部の事故も起こり難くなる。また、圧縮機が本体内に収納されているので、低外気温に晒されることが少なくなり、圧縮機の突入電流増大による起動不良の危険性が減少する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の回路図である。
【００１０】
図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２とからなる。
【００１１】
本体１は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒を給湯用の水で冷却して温水を得る加熱用熱交換器１１、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯する貯湯槽１２、加熱用熱交換器１１と貯湯槽１２との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプ１４が接続された給湯回路１３を備えている。なお、給湯回路１３からの放熱ロスを少なくするために、貯湯槽１２と加熱用熱交換器１１とが近傍に設置され、給湯回路１３が短くなるように配慮されている。また、貯湯槽１２の上部には温水を供給する給湯管１５が接続されており、貯湯槽１２の下部には、貯湯槽１２に水を供給するための給水管１６が接続されている。
【００１２】
また、本体１には、本ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路の一部が収納されている。こ の冷媒回路の一部は、閉鎖弁３３、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８及び閉鎖弁３４を順次接続したものである。なお、閉鎖弁３３，３４は、それぞれ配管接手３３ａ、３４ａを備えている。また、閉鎖弁３３、３４は、この配管接手３３ａ、３４ａに冷媒連絡配管３１、３２を接続できるように、本体１の外部に露出して取り付けられている。また、工場出荷時には、閉鎖弁３３、３４を閉鎖した状態とし、この冷媒回路の中に所定量の冷媒が封入されている。
【００１３】
また、圧縮機１７の上部には、冷凍機油タンク１９が設置されている。この冷凍機油タンク１９の上部及び下部が配管により圧縮機１７内の冷凍機油貯留空間に接続されている。なお、冷凍機油タンク１９の下部と圧縮機１７とを接続する配管には手動又は電磁弁などの開閉弁２０が接続されている。
【００１４】
室外機２には、室外側熱交換器２１及び室外側熱交換器２１に冷媒の蒸発熱源としての外気を循環させるための室外ファン２２が収納されている。また、室外側熱交換器出入口に対し配管接手３１ａ、３２ａが接続されている。配管接手３１ａ、３２ａは、冷媒連絡配管３１、３２を接続するためのもので、室外機２の外部に露出するように取り付けられている。そして、工場出荷の段階ではこの室外機２の冷媒回路中には、現地据付までの間に空気が浸入しないように窒素ガスが封入されている。
【００１５】
なお、室外機２は、冷媒連絡配管３１を配管接手３１ａと閉鎖弁３３の配管接手３３ａとの間に接続し、冷媒連絡配管３２を配管接手３２ａと閉鎖弁３４の配管接手３４ａとの間に接続することにより本体１に接続される。また、このように冷媒連絡配管３１、３２を接続することにより、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８、室外側熱交換器２１を順次接続する密閉回路からなる冷媒回路が形成される。
【００１６】
本体１の冷媒回路に充填される冷媒は炭酸ガス冷媒（ＣＯ 2 ）である。炭酸ガス冷媒は次のような理由から選択されている。従来のフロン冷媒に代わる自然冷媒として、ハイドロカーボン（ＨＣ：プロパンやイソブタンなど）、アンモニア、空気、炭酸ガス（ＣＯ 2 ）等が挙げられる。しかしながら、冷媒特性として、ハイドロカーボンとアンモニアはエネルギー効率が良いという反面可燃性や毒性の問題があり、空気は超低温域以外でエネルギー効率が劣るなどといった問題がある。これに対し炭酸ガスは、可燃性や毒性がなく安全であり、また、冷媒として用いた場合、高温の圧縮機吐出ガス冷媒を得ることができるという特徴を備えている。このようなことから、炭酸ガス冷媒は、地球の環境破壊問題を回避し得る冷媒として、特に、給湯用、暖房用のヒートポンプ式冷凍装置の冷媒として用いられている。
【００１７】
冷媒連絡配管３１、３２の接続作業は、次の手順により行われる。先ず、一方の冷媒連絡配管３１を配管接手３１ａ、３３ａに堅く締め付けて接続する。次にもう一方の冷媒連絡配管３２の室外機２側の一端を配管接手３２ａに堅く締め付けて取り付ける。そして、他端側を閉鎖弁３４の配管接手３４ａに手で緩く締めた状態にする。この状態になったとき室外側熱交換器２１に封入されていた窒素ガスの一部が外部に排出されるとともに若干の空気が室外側熱交換器２１内に浸入する。次いで、閉鎖弁３３を開く。これにより本体１側の冷媒回路に充填されていた冷媒が、冷媒連絡配管３１、室外側熱交換器２１及び冷媒連絡配管３２を経由し緩く締められた配管接手３４ａから外部に排出される。この冷媒の流れにより、冷媒連絡配管３１、３２内の空気及び室外側熱交換器２１内の窒素ガス及び侵入した空気の押し出し（エアーパージ）が行われる。次いで、所定の時間が経過した時点で閉鎖弁３４の配管接手３４ａを堅く締め付け、閉鎖弁３４を開放する。これにより配管接続作業が完了する。
【００１８】
本体１の冷媒回路に充填される冷媒量は、上記エアーパージに必要な冷媒量、最適給湯 運転に必要な冷媒量及び設置条件により変動する冷媒量が充填されている。冷媒連絡配管３１、３２内に充填される冷媒量、及び冷媒連絡配管３１、３２をエアーパージするのに必要な冷媒量は、冷媒連絡配管の長さ及び冷媒連絡配管が高圧側となるか低圧側となるかにより変動する。この変動量が上記にいう設置条件により変動する冷媒量である。
そこで、上記変動量が予め設定されている所定値となるように、本実施の形態においてはエアーパージ時間を予め設定された管理テーブル（例えば、表１）に従うように閉鎖弁３４を操作する。表１はこれを示したものである。表１は、冷媒連絡配管３１、３２の長さに対応するエアーパージ時間ｔ１〜ｔ４を設定している。この設定時間ｔ１〜ｔ４は、エアーパージが確実に行われ、かつ、エアーパージ後に冷媒回路内に残存する冷媒充填量が、給湯運転を行うのに最適な冷媒重点量となるように設定されたものである。したがって、この設定エアーパージ時間ｔ１〜ｔ４は、本体１の冷媒回路内に充填される冷媒量が一定となることから、冷媒連絡配管の長さが長くなるほど短くなるように設定されている。
【００１９】
【表１】
【００２０】
冷媒回路内の冷媒でエアーパージしながら冷媒連絡配管３１、３２を接続した後は、開閉弁２０を開放し、冷凍機油タンク１９に貯留した冷凍機油を自然落下により圧縮機１７内の冷凍機油貯留スペースに移送する。これにより所定量の冷凍機油が圧縮機１７の冷凍機油貯留スペースに移送され、圧縮機１７内に適切な量の冷凍機油が貯留される。
【００２１】
次に、上記構成のヒートポンプ式給湯装置の給湯運転は次のように行われる。このヒートポンプ式給湯装置の給湯運転では、圧縮機１７が駆動され、冷媒が図１における実線矢視の方向に循環する。このヒートポンプ式給湯装置における冷凍サイクルは、炭酸ガス冷媒の臨界点が低いため、超臨界冷凍サイクルを形成する。すなわち、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、加熱用熱交換器１１で水と熱交換して冷却され、水は加熱され温水となる。このとき高圧圧力が臨界点以上の圧力であるため、冷媒は加熱用熱交換器１１では凝縮しない。加熱用熱交換器１１で冷却された高圧ガスは、膨張装置１８で減圧され低温低圧の気液２相流となって、室外機２の室外側熱交換器２１に流れる。低温低圧の気液２相流冷媒は、室外側熱交換器２１で外気と熱交換し、外気から熱を奪って気化し、圧縮機１７に戻る。したがって、この冷凍サイクルにおいて、冷媒連絡配管３１、３２は、低圧側となる。
【００２２】
また、上記ヒートポンプ式給湯装置により得られる温水は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒がフロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温高圧となるため、フロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温となる。
【００２３】
一方、貯湯槽１２は、給水管１６から水が供給され常に満水の状態になるように形成されている。そして、屋内の給湯設備に温水を供給するときは、循環ポンプ１４が駆動される。これにより、貯湯槽１２内の下部の水が加熱用熱交換器１１に供給される。加熱用熱 交換器１１で加熱された温水は貯湯槽１２の上部に戻る。このような循環が繰り返されることにより貯湯槽１２内の上部に温水が供給される。また、温水と水とは混ざり合わないので、時間の経過とともに上層の温水量が増加し、下層の低温水の量が少なくなって、最終的には貯湯槽１２が温水で満たされるようになる。なお、浴槽、洗面室等の給湯設備への温水の供給は、貯湯槽１２の上部に接続された給湯管１５により貯湯槽１２の上部に貯湯された温水が供給される。
【００２４】
本実施の形態１は上記のように構成されているので、次の効果を奏することができる。
（１） 炭酸ガス冷媒が使用されているので、フロン冷媒のようなオゾン層破壊の問題を回避することができ、さらに、給湯装置として高温の温水を効率よく供給することができる。
（２） このヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２の二つのユニットに分割されるので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。
（３） 本体１内には加熱用熱交換器１１を貯湯槽１２の近傍に設置することが可能になる。したがって、両者を接続する給湯回路１３において、熱ロスを減少させるとともに給湯用の水の凍結事故を回避することができる。
（４） 本体１を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体１と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路１３からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機２は外気を取り入れ排出するのに都合の良い場所を選定して設置することができる。
（５） この実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置における現地冷媒配管接続方法は、据付現地で冷媒連絡配管３１、３２を接続する際、冷媒連絡配管３１、３２の長さに対応して予め定められた時間だけ本体１内の冷媒回路に充填された冷媒を使用してエアーパージするようにしているので、ヒートポンプ式給湯装置内に実質的に充填されている冷媒量が冷媒連絡配管３１、３２の長さに関係なく適正量に保持され、所定の給湯能力を安定的に発揮させることができる。
（６） この実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置における冷凍機油充填方法は、冷媒連絡配管３１、３２が接続されるまで冷凍機油を冷凍機油タンク内に所定量貯留し、冷媒連絡配管３１、３２を接続した後に冷凍機油タンク１９内の所定量の冷凍機油を圧縮機１７の冷凍機油貯留部に移送するように操作するので、冷凍機油を無駄に放出することがない。したがって、冷媒回路内に充填される冷凍機油量を厳格に管理することができる。また、充填される冷凍機油量の管理が厳格に行われることにより、冷媒回路内に充填される適正冷媒充填量が正確になり、冷媒充填量の管理を適正に行うことが可能となる。
（７） 本体１内に圧縮機１７及び膨張装置１８が収納されているので、本体１と室外機２とを接続する冷媒連絡配管３１、３２が低圧配管となり、冷媒連絡配管３１、３２からの熱ロスが減少する。
（８） 冷媒連絡配管３１、３２が低圧側回路となるので、冷媒連絡配管３１、３２に係る圧力が小さくなり、冷媒連絡配管３１、３２の接続部の事故が起こり難くなる。
（９） 圧縮機１７が本体内に収納されているので、低外気温に晒されることが少なくなり、圧縮機１７の突入電流増大による起動不良の危険性が減少する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、二つのユニットに分割されているので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。また、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能になる。したがって、両者を接続する給湯回路において、熱ロスを減少させるとともに給湯用の水の凍結事故を回避することができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機は外気を取り入れ排出するのに都合の良い場所を選定して設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る回路図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 室外機
１１ 加熱用熱交換器
１２ 貯湯槽
１３ 給湯回路
１４ 循環ポンプ
１５ 給湯管
１６ 給水管
１７ 圧縮機
１８ 膨張装置
１９ 冷凍機油タンク
２０ 開閉弁
２１ 室外側熱交換器
２２ 室外ファン
３１ 冷媒連絡配管
３１ａ 配管接手
３２ 冷媒連絡配管
３２ａ 配管接手
３３ 閉鎖弁
３３ａ 配管接手
３４ 閉鎖弁
３４ａ 配管接手
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機の吐出ガス冷媒から放出される熱を利用して温水を生成するヒートポンプ式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年給湯装置として、エネルギー効率の向上、火災防止の観点からヒートポンプ式給湯装置が注目されている。また、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒として、ＨＣＦＣ冷媒はオゾン層破壊係数が大きく全廃方向で検討が進められており、その代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が採り上げられているが、ＨＦＣ系冷媒は温暖化指数が大きいという問題を抱えている。このようなことから、ヒートポンプ式給湯装置に用いられる冷媒としては、高温の給湯水を得ることが容易な炭酸ガス（ＣＯ2）冷媒が注目されている。
【０００３】
炭酸ガス冷媒を使用したヒートポンプ式給湯装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。このヒートポンプ式給湯装置では、圧縮機、給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）、膨張弁、室外側熱交換器、アキュムレータを順次冷媒配管により接続し、冷媒として炭酸ガスを用いてヒートポンプサイクルが構成されている。そして、給湯用水は給湯用熱交換器で圧縮機からの吐出ガスにより加熱され、加熱された給湯用水は貯湯槽に蓄えられている。また、このヒートポンプ式給湯装置では、上記ヒートポンプサイクルを構成する室外側熱交換器と給湯用熱交換器（本発明にいう加熱用熱交換器）とを別ユニットに収納するようにしたものとされていなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この特許文献１記載のヒートポンプ式給湯装置のように、冷媒回路を一つのユニットに収納する場合は、全ての機器を一つのユニットに収納するか、または、貯湯槽を別ユニットに収納するかになる。
しかしながら、前者の場合は、ヒートポンプ式給湯装置が大型化し、搬入時及び据付時の取扱いが不便となる。また、外気と熱交換させる室外側熱交換器に適した場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、貯湯槽が屋内の給湯用設備から遠くなり給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。また、屋内給湯設備に近い場所にヒートポンプ式給湯装置を設置する場合には、外気を給排気するのに適した場所を選択することが容易でないという問題がある。
また、後者の場合は、給湯用熱交換器と貯湯槽との距離が長くなり、この間を接続する給湯回路が長くなることにより熱ロスが多くなるという問題がある。さらに、給湯用回路内の給湯用水が冬季に凍結するおそれがある。なお、この凍結を防止する方法として凍結防止ヒータを用いることが考えられるが、エネルギーロスが多くなるという問題や、部品点数が多くなり設置工事が煩雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、搬入時及び据付時の取扱い性を向上し、給湯回路からの熱ロスを低減し、さらに、給湯回路における給湯水の凍結回避を可能とした炭酸ガス冷媒を用いた分離型のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の課題解決手段に係るヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプが接続されてなる給湯回路とを有し、前記加熱用熱交換器を含む給湯回路、圧縮機及び膨張装置を備えた本体と、室外側熱交換器を備えた室外機とに分離して形成され、この本体と室外機とは据付現地において冷媒連絡配管により接続されるように形成されてなるものである。
【０００８】
このようにすると、ヒートポンプ式給湯装置が二つのユニットに分割されているので、ヒートポンプ式給湯装置の搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。また、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能になる。したがって、両者を接続する給湯回路における熱ロスを減少させるとともに、給湯用の水の凍結事故を回避することができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機は外気を取り入れ排出するのに都合の良い場所を選定して設置することができる。
また、上記第１の課題解決手段に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、本体内に圧縮機及び膨張装置が収納されているので、本体と室外機とを接続する冷媒連絡配管が低圧配管となり、冷媒連絡配管からの熱ロスが減少する。また、このように冷媒連絡配管が低圧側回路となるので、冷媒連絡配管に係る圧力が小さくなり、冷媒連絡配管接続部の事故も起こり難くなる。また、圧縮機が本体内に収納されているので、低外気温に晒されることが少なくなり、圧縮機の突入電流増大による起動不良の危険性が減少する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の回路図である。
【００１０】
図１に示すように、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２とからなる。
【００１１】
本体１は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒を給湯用の水で冷却して温水を得る加熱用熱交換器１１、加熱用熱交換器１１で加熱された温水を貯湯する貯湯槽１２、加熱用熱交換器１１と貯湯槽１２との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプ１４が接続された給湯回路１３を備えている。なお、給湯回路１３からの放熱ロスを少なくするために、貯湯槽１２と加熱用熱交換器１１とが近傍に設置され、給湯回路１３が短くなるように配慮されている。また、貯湯槽１２の上部には温水を供給する給湯管１５が接続されており、貯湯槽１２の下部には、貯湯槽１２に水を供給するための給水管１６が接続されている。
【００１２】
また、本体１には、本ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路の一部が収納されている。こ の冷媒回路の一部は、閉鎖弁３３、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８及び閉鎖弁３４を順次接続したものである。なお、閉鎖弁３３，３４は、それぞれ配管接手３３ａ、３４ａを備えている。また、閉鎖弁３３、３４は、この配管接手３３ａ、３４ａに冷媒連絡配管３１、３２を接続できるように、本体１の外部に露出して取り付けられている。また、工場出荷時には、閉鎖弁３３、３４を閉鎖した状態とし、この冷媒回路の中に所定量の冷媒が封入されている。
【００１３】
また、圧縮機１７の上部には、冷凍機油タンク１９が設置されている。この冷凍機油タンク１９の上部及び下部が配管により圧縮機１７内の冷凍機油貯留空間に接続されている。なお、冷凍機油タンク１９の下部と圧縮機１７とを接続する配管には手動又は電磁弁などの開閉弁２０が接続されている。
【００１４】
室外機２には、室外側熱交換器２１及び室外側熱交換器２１に冷媒の蒸発熱源としての外気を循環させるための室外ファン２２が収納されている。また、室外側熱交換器出入口に対し配管接手３１ａ、３２ａが接続されている。配管接手３１ａ、３２ａは、冷媒連絡配管３１、３２を接続するためのもので、室外機２の外部に露出するように取り付けられている。そして、工場出荷の段階ではこの室外機２の冷媒回路中には、現地据付までの間に空気が浸入しないように窒素ガスが封入されている。
【００１５】
なお、室外機２は、冷媒連絡配管３１を配管接手３１ａと閉鎖弁３３の配管接手３３ａとの間に接続し、冷媒連絡配管３２を配管接手３２ａと閉鎖弁３４の配管接手３４ａとの間に接続することにより本体１に接続される。また、このように冷媒連絡配管３１、３２を接続することにより、圧縮機１７、加熱用熱交換器１１、膨張装置１８、室外側熱交換器２１を順次接続する密閉回路からなる冷媒回路が形成される。
【００１６】
本体１の冷媒回路に充填される冷媒は炭酸ガス冷媒（ＣＯ 2 ）である。炭酸ガス冷媒は次のような理由から選択されている。従来のフロン冷媒に代わる自然冷媒として、ハイドロカーボン（ＨＣ：プロパンやイソブタンなど）、アンモニア、空気、炭酸ガス（ＣＯ 2 ）等が挙げられる。しかしながら、冷媒特性として、ハイドロカーボンとアンモニアはエネルギー効率が良いという反面可燃性や毒性の問題があり、空気は超低温域以外でエネルギー効率が劣るなどといった問題がある。これに対し炭酸ガスは、可燃性や毒性がなく安全であり、また、冷媒として用いた場合、高温の圧縮機吐出ガス冷媒を得ることができるという特徴を備えている。このようなことから、炭酸ガス冷媒は、地球の環境破壊問題を回避し得る冷媒として、特に、給湯用、暖房用のヒートポンプ式冷凍装置の冷媒として用いられている。
【００１７】
冷媒連絡配管３１、３２の接続作業は、次の手順により行われる。先ず、一方の冷媒連絡配管３１を配管接手３１ａ、３３ａに堅く締め付けて接続する。次にもう一方の冷媒連絡配管３２の室外機２側の一端を配管接手３２ａに堅く締め付けて取り付ける。そして、他端側を閉鎖弁３４の配管接手３４ａに手で緩く締めた状態にする。この状態になったとき室外側熱交換器２１に封入されていた窒素ガスの一部が外部に排出されるとともに若干の空気が室外側熱交換器２１内に浸入する。次いで、閉鎖弁３３を開く。これにより本体１側の冷媒回路に充填されていた冷媒が、冷媒連絡配管３１、室外側熱交換器２１及び冷媒連絡配管３２を経由し緩く締められた配管接手３４ａから外部に排出される。この冷媒の流れにより、冷媒連絡配管３１、３２内の空気及び室外側熱交換器２１内の窒素ガス及び侵入した空気の押し出し（エアーパージ）が行われる。次いで、所定の時間が経過した時点で閉鎖弁３４の配管接手３４ａを堅く締め付け、閉鎖弁３４を開放する。これにより配管接続作業が完了する。
【００１８】
本体１の冷媒回路に充填される冷媒量は、上記エアーパージに必要な冷媒量、最適給湯 運転に必要な冷媒量及び設置条件により変動する冷媒量が充填されている。冷媒連絡配管３１、３２内に充填される冷媒量、及び冷媒連絡配管３１、３２をエアーパージするのに必要な冷媒量は、冷媒連絡配管の長さ及び冷媒連絡配管が高圧側となるか低圧側となるかにより変動する。この変動量が上記にいう設置条件により変動する冷媒量である。
そこで、上記変動量が予め設定されている所定値となるように、本実施の形態においてはエアーパージ時間を予め設定された管理テーブル（例えば、表１）に従うように閉鎖弁３４を操作する。表１はこれを示したものである。表１は、冷媒連絡配管３１、３２の長さに対応するエアーパージ時間ｔ１〜ｔ４を設定している。この設定時間ｔ１〜ｔ４は、エアーパージが確実に行われ、かつ、エアーパージ後に冷媒回路内に残存する冷媒充填量が、給湯運転を行うのに最適な冷媒重点量となるように設定されたものである。したがって、この設定エアーパージ時間ｔ１〜ｔ４は、本体１の冷媒回路内に充填される冷媒量が一定となることから、冷媒連絡配管の長さが長くなるほど短くなるように設定されている。
【００１９】
【表１】
冷媒回路内の冷媒でエアーパージしながら冷媒連絡配管３１、３２を接続した後は、開閉弁２０を開放し、冷凍機油タンク１９に貯留した冷凍機油を自然落下により圧縮機１７内の冷凍機油貯留スペースに移送する。これにより所定量の冷凍機油が圧縮機１７の冷凍機油貯留スペースに移送され、圧縮機１７内に適切な量の冷凍機油が貯留される。
【００２１】
次に、上記構成のヒートポンプ式給湯装置の給湯運転は次のように行われる。このヒートポンプ式給湯装置の給湯運転では、圧縮機１７が駆動され、冷媒が図１における実線矢視の方向に循環する。このヒートポンプ式給湯装置における冷凍サイクルは、炭酸ガス冷媒の臨界点が低いため、超臨界冷凍サイクルを形成する。すなわち、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、加熱用熱交換器１１で水と熱交換して冷却され、水は加熱され温水となる。このとき高圧圧力が臨界点以上の圧力であるため、冷媒は加熱用熱交換器１１では凝縮しない。加熱用熱交換器１１で冷却された高圧ガスは、膨張装置１８で減圧され低温低圧の気液２相流となって、室外機２の室外側熱交換器２１に流れる。低温低圧の気液２相流冷媒は、室外側熱交換器２１で外気と熱交換し、外気から熱を奪って気化し、圧縮機１７に戻る。したがって、この冷凍サイクルにおいて、冷媒連絡配管３１、３２は、低圧側となる。
【００２２】
また、上記ヒートポンプ式給湯装置により得られる温水は、圧縮機１７の吐出ガス冷媒がフロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温高圧となるため、フロンガス冷媒使用のヒートポンプ式給湯装置の場合に比し高温となる。
【００２３】
一方、貯湯槽１２は、給水管１６から水が供給され常に満水の状態になるように形成されている。そして、屋内の給湯設備に温水を供給するときは、循環ポンプ１４が駆動される。これにより、貯湯槽１２内の下部の水が加熱用熱交換器１１に供給される。加熱用熱 交換器１１で加熱された温水は貯湯槽１２の上部に戻る。このような循環が繰り返されることにより貯湯槽１２内の上部に温水が供給される。また、温水と水とは混ざり合わないので、時間の経過とともに上層の温水量が増加し、下層の低温水の量が少なくなって、最終的には貯湯槽１２が温水で満たされるようになる。なお、浴槽、洗面室等の給湯設備への温水の供給は、貯湯槽１２の上部に接続された給湯管１５により貯湯槽１２の上部に貯湯された温水が供給される。
【００２４】
本実施の形態１は上記のように構成されているので、次の効果を奏することができる。
（１） 炭酸ガス冷媒が使用されているので、フロン冷媒のようなオゾン層破壊の問題を回避することができ、さらに、給湯装置として高温の温水を効率よく供給することができる。
（２） このヒートポンプ式給湯装置は、本体１と室外機２の二つのユニットに分割されるので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。
（３） 本体１内には加熱用熱交換器１１を貯湯槽１２の近傍に設置することが可能になる。したがって、両者を接続する給湯回路１３において、熱ロスを減少させるとともに給湯用の水の凍結事故を回避することができる。
（４） 本体１を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体１と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路１３からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機２は外気を取り入れ排出するのに都合の良い場所を選定して設置することができる。
（５） この実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置における現地冷媒配管接続方法は、据付現地で冷媒連絡配管３１、３２を接続する際、冷媒連絡配管３１、３２の長さに対応して予め定められた時間だけ本体１内の冷媒回路に充填された冷媒を使用してエアーパージするようにしているので、ヒートポンプ式給湯装置内に実質的に充填されている冷媒量が冷媒連絡配管３１、３２の長さに関係なく適正量に保持され、所定の給湯能力を安定的に発揮させることができる。
（６） この実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置における冷凍機油充填方法は、冷媒連絡配管３１、３２が接続されるまで冷凍機油を冷凍機油タンク内に所定量貯留し、冷媒連絡配管３１、３２を接続した後に冷凍機油タンク１９内の所定量の冷凍機油を圧縮機１７の冷凍機油貯留部に移送するように操作するので、冷凍機油を無駄に放出することがない。したがって、冷媒回路内に充填される冷凍機油量を厳格に管理することができる。また、充填される冷凍機油量の管理が厳格に行われることにより、冷媒回路内に充填される適正冷媒充填量が正確になり、冷媒充填量の管理を適正に行うことが可能となる。
（７） 本体１内に圧縮機１７及び膨張装置１８が収納されているので、本体１と室外機２とを接続する冷媒連絡配管３１、３２が低圧配管となり、冷媒連絡配管３１、３２からの熱ロスが減少する。
（８） 冷媒連絡配管３１、３２が低圧側回路となるので、冷媒連絡配管３１、３２に係る圧力が小さくなり、冷媒連絡配管３１、３２の接続部の事故が起こり難くなる。
（９） 圧縮機１７が本体内に収納されているので、低外気温に晒されることが少なくなり、圧縮機１７の突入電流増大による起動不良の危険性が減少する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、二つのユニットに分割されているので、搬入時及び据付時の取扱いが容易になる。また、加熱用熱交換器を貯湯槽の近傍に設置することが可能になる。したがって、両者を接続する給湯回路において、熱ロスを減少させるとともに給湯用の水の凍結事故を回避することができる。また、本体を屋内の給湯設備に近い場所を選定して設置することができるので、本体と屋内給湯設備との間を接続する給湯回路からの熱ロスも少なくすることができる。また、室外機は外気を取り入れ排出するのに都合の良い場所を選定して設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る回路図である。
【符号の説明】
１ 本体
２ 室外機
１１ 加熱用熱交換器
１２ 貯湯槽
１３ 給湯回路
１４ 循環ポンプ
１５ 給湯管
１６ 給水管
１７ 圧縮機
１８ 膨張装置
１９ 冷凍機油タンク
２０ 開閉弁
２１ 室外側熱交換器
２２ 室外ファン
３１ 冷媒連絡配管
３１ａ 配管接手
３２ 冷媒連絡配管
３２ａ 配管接手
３３ 閉鎖弁
３３ａ 配管接手
３４ 閉鎖弁
３４ａ 配管接手
Claims (1)
- 圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒を水で冷却する加熱用熱交換器、膨張装置、外気を熱源媒体とする室外側熱交換器を接続して密閉回路を形成し、この密閉回路に炭酸ガス冷媒が充填されてなる冷媒回路と、加熱用熱交換器、加熱用熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽、加熱用熱交換器と貯湯槽との間で給湯用の水を循環させるための循環ポンプが接続されてなる給湯回路とを有し、
前記加熱用熱交換器を含む給湯回路、圧縮機及び膨張装置を備えた本体と、室外側熱交換器を備えた室外機とに分離して形成され、この本体と室外機とは据付現地において冷媒連絡配管により接続されるように形成されてなることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
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