JP4203664B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置に係り、具体的には、小容量の貯湯タンクないし貯湯槽を備えたいわゆる瞬間式のヒートポンプ給湯装置の据付性および運搬の容易化を図る技術に関する。

従来の給湯装置には、貯湯タンクを持たずにガス等を燃焼させて、その強力な燃焼熱で瞬間的に水を沸き上げて湯を供給する燃焼式給湯器や、大容量の貯湯タンクを持ち夜間の安い深夜電力を利用して、夜の間に電気ヒータで加熱した大量の湯を貯湯タンクに貯蔵し、日中に貯湯タンクに貯蔵した湯を使う電気温水器等があった。

一方、最近では、電気温水器に比較してエネルギー効率が３００〜５００％も良いと云われるヒートポンプ給湯装置が普及し始めてきた。ヒートポンプ給湯装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒流路と給水回路から給水された水が流れる水流路との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器で温度が低下した冷媒を減圧する膨張弁などの減圧装置と、この減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させて圧縮機に戻す蒸発器とからなるヒートポンプサイクルを備え、水冷媒熱交換器で加熱された温水を給湯に用いるように構成されている。このようなヒートポンプ給湯装置は、熱源として周囲空気の持つ熱量を利用しているので、電気ヒータ加熱よりも数倍エネルギー効率が良く、またガス等を燃焼しないのでＣＯ２を排出せず環境にやさしい給湯装置と云われている。

ところが、ヒートポンプ給湯装置は、ガス等を燃焼したときのように強力な熱量がないため、電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な電力を使って夜中にヒートポンプサイクルで湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵しておき、日中は貯蔵した湯を使うのが一般的であった。

例えば、特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクル部と大型の貯湯タンクとをそれぞれ別個の装置として設け、配管等で接続して構成し、日中、湯を使用する際は、貯湯タンクの上部から取り出した湯と、水道水とを混合弁で混合することにより、適当な温度にして供給するようにしている。しかしながら、ヒートポンプサイクル部と貯湯タンクとを別個の装置としているから、設置場所においてヒートポンプサイクル部と貯湯タンクとを接続する水配管の工事が必要となる。

この点、特許文献２に記載されたヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクルと、このヒートポンプサイクルで沸かした湯を大量に貯蔵しておく貯湯タンクを、１つのキャビネット（筐体）内に収納して一体化して構成されている。これによれば、キャビネット内を仕切板にて上下に仕切り、仕切板の下方の空間に高温となる貯湯タンクを配置するとともに、貯湯タンクの下方の空間に高温となる水冷媒熱交換器および圧縮機を配置し、仕切板の上方の空間に低温となる蒸発器および蒸発器用ファンを配置している。また、蒸発器は、キャビネットの正面、側面又は背面に沿って外郭を形成するよう配置している。

これに対し、近年、貯湯せずに瞬間給湯が可能なヒートポンプ給湯装置、すなわち瞬間式のヒートポンプ給湯装置が開発されている。この瞬間式は、大容量の貯湯タンクを必要とせず、湯を使いたいときに必要な分だけ沸かすことが可能な瞬間加熱能力と直接給湯回路を備えているため、貯湯式が持つ諸問題を解決することができる。例えば、特許文献３に紹介されているヒートポンプ給湯装置においては、ヒートポンプサイクルの冷媒により給水を加熱する水冷媒熱交換器で加熱された湯に、給水管から分岐した水を混合して直接給湯するようにしている。また、特許文献４に紹介されているヒートポンプ給湯装置においては、特許文献３の構成のほかに小型の補助的な貯湯タンクを設け、ヒートポンプサイクルが立ち上がるまでの短時間、水冷媒熱交換器で加熱された湯水と貯湯タンクに蓄えた湯と給水管から分岐した水とを混合することにより、更に使い勝手を向上した給湯ができるようにしている。

特開平９−１２６５４７号公報 特開２００２−３１０４９９号公報 特開２００４−６９１９５号公報 特開２００３−２７９１３３号公報

ところが、特許文献１に記載のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクル部と貯湯タンクが別個の装置に分けられているから、運搬性は良いが、現地でヒートポンプサイクル部と貯湯タンクとを接続する水配管等をしなければならないので施工性が悪いという問題がある。この点、特許文献２に記載のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクル部と貯湯タンクとを同じキャビネット内に組み込んで一体化したことから、現地での水配管等の必要がないので施工性は改善されている。

しかし、特許文献１、２に記載のヒートポンプ給湯装置は、安価な夜間電力を使い、深夜に湯を貯湯タンクに蓄え、日中に使う分を賄う貯湯式であるから、貯湯タンクが大容量になって装置高が高く、かつ広い設置面積や十分な床面強度を必要とする問題がある。例えば、特許文献２のヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプサイクル部と貯湯タンクとを上下に積みあげているので、仮に、貯湯タンクの容量を３００〜５００リットルとした場合、キャビネットの高さが２０００ｍｍを大幅に超えることになってしまい、据付性や運搬性に問題がある。つまり、特許文献１、２の方式のヒートポンプ給湯装置は、キャビネットの高さ寸法が２０００ｍｍ前後、奥行は５００ｍｍ以上となってしまう。また、特許文献１、２に記載のヒートポンプ給湯装置は、湯を使い切ってしまうと、次に使う湯を沸き上げるまでに時間がかかる等の問題があった。

この点、特許文献３、４のヒートポンプ式給湯装置は、いわゆる瞬間式であるから、比較的速やかに湯を沸き上げて給湯することができ、かつ貯湯タンクを小形化できる。しかしながら、特許文献３、４に記載の従来技術は、ヒートポンプ式給湯装置の小形化について改良すべき余地が有る。すなわち、一般的なマンションあるいは都市部の一戸建住宅にヒートポンプ式給湯装置を据付けるために装置を搬送する場合、重量が重いこともあって搬送および据付作業は困難を極める。特に、背丈が高いために、装置をそのまま立てた状態でも、横に倒した状態でも一般のエレベータに乗せることができないから、階段の利用を余儀なくされることになる。また、横に倒した状態で搬送する場合には、横方向の寸法が大きくなるために、通路の狭いマンション等の階段コーナー部が曲がれない等といった問題がある。

この点、特許文献３に記載のヒートポンプ式給湯装置は、省スペースを狙いとして高さ方向に主要機器を積み上げていることから、装置高さが非常に高くなってしまい、据付けの際の搬送に問題がある。また、特許文献４に記載のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクル部と貯湯タンクとを横に並べてキャビネットに収納して一体化して小形化が図られている。しかし、圧縮機を蒸発器の下方空間の収納室に設置しているが、円筒状の圧縮機を立てて設置していることから、装置高さ（背丈）を低減しようとすると、蒸発器の放熱面積が不足するおそれがある。仮に、放熱面積を十分確保しようとすると、蒸発器放熱面の投影領域に圧縮機収納室を重ねて配置することが考えられるが、重なり合う領域の放熱気流の流れが悪くなって熱交換効率が低下する問題がある。熱交換率が損なわれると着霜が進んで氷結に至りやすく、特に、除霜水の受皿の凍結に進展するとヒートポンプ給湯装置の機能が失われるおそれがある。

本発明は、施工性等を考慮して給湯装置を小形化し、また、蒸発器の除霜水の凍結を防ぐことを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、貯湯タンクの容量を小さくでき、かつ、瞬間給湯が可能なヒートポンプ給湯装置を採用し、しかも施工性等を考慮して装置を小形化するとともに、常に使用者に適温の湯を供給できるようにすることを基本とする。

特に、本発明のヒートポンプ給湯装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒流路と給水回路から給水された水が流れる水流路との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器で温度が低下した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、前記水冷媒熱交換器で加熱された温水を給湯口に供給する給湯管に連通された貯湯タンクとを箱型の筐体に収納して構成され、前記蒸発器は、前記筐体の側面及び背面の外郭として形成され、前記圧縮機は、それぞれ同じ円筒状の外殻を有する２つの圧縮機を有し、該２つの圧縮機は外殻の円筒軸を横向きにして前記蒸発器の下方の空間に水平な仕切板を含む仕切部材により区画された収納室に前後に並べて配置され、この２つの圧縮機に接続される冷媒配管の一部が、前記蒸発器の下方の投影面内に位置され、前記蒸発器の除霜水を受ける受皿が、前記収納室を区画する前記仕切部材の一部の部材として用いられてなることを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、圧縮機を蒸発器の下方空間に収納したことから、装置の高さ、横幅、奥行き寸法を所望値に抑えるように、蒸発器の必要な放熱面積を設定することにより装置を小形化することができる。

特に、本発明によれば、蒸発器の除霜水を受ける受皿が収納室を区画する一部の部材として用いられていることから、圧縮機の発熱により収納室内の温度が上昇し、これにより除霜水の受皿が加熱されるので、受皿内の除霜水が凍るのを防止できる。

また、圧縮機の収納室を小さく形成すれば、圧縮機の温度が上昇して吐出冷媒の温度が上昇することになり、水冷媒熱交換器で回収できる熱量が増加し、ヒートポンプサイクルの加熱能力を向上させることができる。その結果、貯湯タンク容量を小さくできるとともに、装置の小形化に寄与する。また、貯湯タンクの高さ寸法を装置高さと同等にすることができ、容量を一定とすれば、貯湯タンクの径を小さくして装置の横幅と奥行寸法を小さくできる。

上記の場合において、蒸発器は、筐体の側面および背面の壁の一部を構成するようにすることが好ましい。これによれば、蒸発器の放熱面に圧縮機の収納室が重ならないように配置でき、蒸発器の放熱面の全体にわたって均一な熱交換が行われるから、風量分布が悪いために部分的に霜が成長するという問題を回避できる。

さらに、圧縮機は、円筒状の外殻を有し、この外殻の円筒軸を横向きにして配置され、この圧縮機に接続される冷媒配管の一部を、蒸発器の下方の投影面内に位置させて設けることが好ましい。これによれば、除霜水の受皿が圧縮機の熱に加えて冷媒配管の熱により加熱されるから、受皿内の除霜水の凍結を一層防止できる。また、圧縮機の収納室の間口を小さくできるから、装置全体の横幅を狭くすることに寄与できる。また、収納室の容積が小さくなるから、収納室の温度上昇により吐出冷媒の温度が一層上昇し、受皿内の除霜水が凍るのを一層防止できるだけでなく、ヒートポンプサイクルの加熱能力を向上させることができる。さらに、圧縮室の高さを小さくすることにより、蒸発器の放熱面積を十分に確保できるとともに、装置全体の高さを低減できる。

また、本発明によれば、筐体は、圧縮機と貯湯タンクが取り付けられたベースと、このベースに取り付けられた脚部とを備え、貯湯タンクの容量は最大１００リットルで、脚部を含む筐体の高さ寸法が最大１６００ｍｍにすることができる。

また、圧縮機と水冷媒熱交換器と減圧装置と蒸発器とからなるヒートポンプサイクルを二組備え、各組のヒートポンプサイクルの圧縮機は、円筒状の外殻を有し、この外殻の円筒軸を横向きにして収納室内に配置されることが好ましい。これにより、給湯の加熱能力を強化でき、かつ双方の吐出ガス温度を高めるとともに、圧縮機を小形化できるから、装置の高さを低減することができる。

本発明によれば、給湯装置を小形化できるから施工性等を向上させることができ、また蒸発器の除霜水の凍結を防ぐことができる。

本発明の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。図１は、本実施形態のヒートポンプ給湯装置を正面図であり、前面板を取り除いた図である。図２は、本実施形態のヒートポンプ給湯装置の系統構成図である。図３は、図１のヒートポンプ給湯装置の上面図であり、図１の電気品ボックス４を取り除いて示した図である。図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶから下方を見た内部の構成図である。図５は、図１の線Ｖ−Ｖ断面図である。

図２に示すように、本実施形態のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプサイクルを構成する二組のヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂを備えて瞬間給湯能力を確保するように構成されている。各ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂには、それぞれ冷媒として例えば炭酸ガス冷媒が封入されている。なお、ヒートポンプ給湯装置の冷媒としては、超臨界領域で使用でき、且つ自然系の冷媒である炭酸ガス冷媒が好ましいが、本発明はこれに限られるものではない。

各ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂを構成する圧縮機１０２ａ、ｂにより圧縮された高温の冷媒は、水冷媒熱交換器１０３に設けられた冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂを通ってそれぞれ減圧装置である膨張弁１０４ａ、ｂを介して蒸発器１０５ａ、ｂに導かれて蒸発し、再び圧縮機１０２ａ、ｂに戻されるようになっている。蒸発器１０５ａ、ｂには、それぞれファン１０６ａ、ｂが設けられている。

圧縮機１０２ａ、ｂは、容量制御可能に形成され、多量の給湯を行なう場合には大きな容量で運転される。つまり、圧縮機１０２ａ、ｂは、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）またはこれらの組合せ制御により、低速（例えば１０００回転／分）から高速（例えば８０００回転／分）まで回転数を制御可能に構成されている。膨張弁１０４ａ、１０４ｂは、水冷媒熱交換器１０３で放熱して温度が低下した高圧冷媒を減圧し、二相状態の冷媒を蒸発器１０５ａ、ｂに導入させるようになっている。蒸発器１０５ａ、ｂは、ファン１０６により通流される室外の空気によって空気と冷媒との熱交換を行い、低温低圧の冷媒を蒸発させるようになっている。

水冷媒熱交換器１０３には、冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂにそれぞれ対応させて、給水側伝熱管１０３ｃ、ｄが熱的に結合させて設けられ、これらの給水側伝熱管１０３ｃ、ｄには給水回路１１０を介して加熱対象の水が供給されるようになっている。給水回路１１０は、水道などの給水源に接続される給水金具１１１、減圧弁１１２、給水水量センサ１１３、電磁弁１１６（省略可）、逆止弁１１４および流量センサ１１５を配管で順次接続して構成されている。なお、水冷媒熱交換器１０３の入口側で給水側伝熱管１０３ｃ、１０３ｄに配管を分岐させているのは、給水回路１１０における圧力損失を低減するためである。また、水冷媒熱交換器１０３の冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂと給水側伝熱管１０３ｃ、ｄは、冷媒の流れと給水の流れが対向流になるよう形成され、これによって高温高圧の冷媒と低温の水との間で熱交換が行われるようになっている。すなわち、給水側伝熱管１０３ｃ、ｄの入口で低温であった水は、給水側伝熱管１０３ｃ、１０３ｄを通過するに従って徐々に加熱され、給水側伝熱管１０３ｃ、１０３ｄの出口において、運転制御手段より設定された設定温度に近い温度に昇温されるようになっている。

給水側伝熱管１０３ｃ、１０３ｄの出口から排出される高温の温水は、給湯回路１２０を介して給湯金具１２１から給湯口に供給されるようになっている。すなわち、給湯回路１２０は、給水側伝熱管１０３ｃ、１０３ｄの出口と、第１の混合弁１２２と、第２の混合弁１２３と、流量調整弁１２４とを配管により順次連結して給湯金具１２１に接続して構成されている。第１の混合弁１２２は、貯湯タンク１３０の頂部に管路で接続されている。これによって、第１の混合弁１２２は、水冷媒熱交換器１０３で加熱された高温の温水を貯湯タンク１３０に貯留させる機能と、水冷媒熱交換器１０３で加熱された温水に貯湯タンク１３０の温水を混合して、運転制御手段により設定される設定温度に調整して給湯する機能とを備えて構成されている。また、第２の混合弁１２３には、給水回路１１０の給水流量センサ１１３の下流側から分岐した水管路が接続され、これによって給湯回路１２０の高温の温水に、給水回路１１０から供給される水を混合して、運転制御手段により設定される設定温度（約３５〜６０℃）に調整できるようになっている。このようにして設定温度に調整された温水は、流量調整弁１２４を介して給湯金具１２１から使用場所へ供給されるようになっている。なお、流量調整弁１２４は、ヒートポンプサイクル１０１の加熱能力に応じて、所定温度以上の給湯を可能にするために、給湯量を制限する比例弁であり、例えば外気温度などに応じて給湯量を制限するようになっている。

一方、貯湯タンク１３０内の底部は、配管１３１を介して給水回路１１０の逆止弁１１０の上流側に連結されるとともに、配管１３２を介して循環ポンプ１３３の吸込み口に接続されている。循環ポンプ１３３の吐出口は、配管１３４を介して給湯回路１１０の逆止弁１１４の下流側に連結されている。これにより、貯湯タンク１３０の底部の温水を抜き出して水冷媒熱交換器１０３の給水側伝熱管１０３ｃ、ｄを通して加熱し、第１の混合弁１２２を介して貯湯タンク１３０の頂部に戻す沸き上げ循環系が構成されている。また、貯湯タンク１３０内の温水は、給水金具１１１を介して供給される給水圧により押し出されて、第１の混合弁１２２を介して給湯金具１２１に供給されるようになっている。なお、貯湯タンク１３０の底部に排水弁１３５が設けられ、第１の混合弁１２２の貯湯タンク１３０との接続配管に逃し弁１３６が設けられている。

次に、浴槽１４０への給湯回路と追い焚き回路とについて説明する。浴槽１４０には、給湯金具１２１に接続された図示していない給湯栓から直接注湯することができる。しかし、図示のように、注湯回路を構成することができる。すなわち、注湯回路は、流量調整弁１２４の下流側から分岐して注湯電磁弁１４１を設け、この注湯電磁弁１４１の出側をフロースイッチ１４２と追い焚きポンプ１４３と水位センサ１４４と注湯金具１４５を配管により順次接続して構成されている。そして、注湯金具１４５を配管を介して浴槽１４０の底部に接続するようになっている。なお、注湯電磁弁１４１には逆止弁、水量センサおよび大気開放弁が併設されている。

一方、追い焚き回路は、追い焚きポンプ１４３により水位センサ１４４と注湯金具１４５を介して浴槽１４０に底部に接続された配管から浴槽内の温水を汲み上げ、フロースイッチ１４２の注湯電磁弁１４１側から分岐した管路１４６を介して、追い焚き熱交換器１４７に導いて加熱するようになっている。追い焚き熱交換器１４７で追い焚きされた温水は、配管１４８を介して追い焚き注湯金具１４９から浴槽１４０の底部に戻すように構成されている。

追い焚き熱交換器１４７は、温水側伝熱管１４７ａと追い焚き側伝熱管１４７ｂとを熱的に結合して形成されている。温水側伝熱管１４７ａの一端は、電磁開閉弁１５０と逆止弁１５１を介して第１の混合弁１２２の上流側に接続され、他端は循環ポンプ１３３の吸入側に接続されている。したがって、循環ポンプ１３３を駆動することにより、水冷媒熱交換器１０３によって加熱された高温の温水が、追い焚き熱交換器１４７の温水側伝熱管１４７ａに循環供給され、追い焚き側伝熱管１４７ｂを流れる浴槽１４０内の戻り湯が追い焚きされるようになっている。

また、運転制御手段は、制御回路、風呂リモコン、台所リモコン等の操作設定と各センサの検出値により、ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂの運転、停止並びに圧縮機１０２ａ、ｂの回転数制御を行うと共に、第２の混合弁１２３、流量調整弁１２４等を制御するようになっている。なお、各センサには、各部の温度状態を検出する温度センサ、圧力を検知する圧力センサ、水量を検知する水量センサ等がある。また、貯湯タンク１３０には、所定温度以上の湯温のレベルを検出して貯湯量を制御するための温度センサ１３７ａ〜ｃが設けられている。

このように構成されることから、本実施形態によれば、給湯金具１２１に接続された給湯端末の蛇口が開けられると、水道圧により給水金具１１１から流入した水が給水回路１１０に流れ、給水水量センサ１１３が給水を検知すると、運転制御手段によりヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂの運転が開始される。これにより、給水回路１１０に流れる水が水冷媒熱交換器１０３に導かれ、熱交換によって約３５℃から６０℃程度に加熱され、加熱された温水は第２の混合弁１２３を介して直接給湯される。また、給湯量は、流量調整弁１２４の開度を調整することによって調整可能になっている。

ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂの運転は、圧縮機１０２ａ、ｂおよびファン１０６ａ、ｂを運転し、高温高圧の炭酸ガス冷媒を水冷媒熱交換器１０３の冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂに流し、水冷媒熱交換器１０３の給水側伝熱管１０３ｃ、ｄに流れる水と熱交換して給水を加熱する。水によって冷却された炭酸ガス冷媒は膨張弁１０４ａ、ｂにより減圧され、低温のガスと液体の二相流となって蒸発器１０５ａ、ｂに導入される。蒸発器１０５ａ、ｂで蒸発された冷媒は、低圧のガス冷媒になって圧縮機１０２ａ、ｂに戻され、ヒートポンプサイクルが形成される。また、貯湯タンク１３０の下部の水は、循環ポンプ１３３により水冷媒熱交換器１０３の水側伝熱管１０３ｃ、ｄに供給されて加熱され、第１の混合弁１２２を介して貯湯タンク１３０の上部に戻される。これにより、貯湯タンク１３０に高温の湯が上部より順次貯まる貯湯運転が行なわれる。これを繰り返すことにより、貯湯タンク１３０内の水全体が設定温度の温水になると、圧縮機１０２ａ、ｂおよびファン１０６ａ、ｂの運転を停止して、ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂを停止する。

また、本実施形態のヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂの運転が立ち上がるまでの短時間、水冷媒熱交換器１０３で加熱された温水の温度が運転制御手段で設定する所定の給湯温度より低いため、水冷媒熱交換器１０３で加熱された温水と、約３０〜１００リットル程度の小型の貯湯タンク１３０に蓄えた約６０〜９０℃の高温の温水を第１の混合弁１２２で混合して所定の温度に近い温水に調整して給湯することができる。さらに、給水管から分岐した低温の水を第２の混合弁１２３で混合することにより、運転制御手段で設定する所定の給湯温度（約３５〜６０℃程度）の温水を給湯することができる。このように、本実施形態は、小型で使い勝手に優れた給湯装置である。なお、第１の混合弁１２２の貯湯タンク１３０側の流入口が開けば、貯湯タンク１３０に蓄えられた高温の温水が、水道圧により押し出される。また、ヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂの運転が立ち上がれば、水冷媒熱交換器１０３で加熱された温水を第１の混合弁１２２および第２の水混合弁１２３を介して直接給湯されることになり、いわゆる瞬間式のヒートポンプ給湯装置として機能する。このように、本実施形態によれば、ヒートポンプサイクル１０１と水冷媒熱交換器１０３により加熱される温水が、立ち上がり時などのように所定温度に達していないときにのみ、貯湯タンク１３０内の湯を利用して所定の温度の湯として給湯するようにしたから貯湯タンク１３０の容量は小さくてすむ。

以下、上記のように構成された系統を有するヒートポンプ給湯装置を１つのキャビネット内に収納してなる実施形態の構成を、図１、図３〜図５を参照して説明する。なお、図２において、破線１５２で囲まれる浴槽１４０の部分および注湯金具１４５、１４９と浴槽１４０を接続する配管は、本実施形態のヒートポンプ給湯装置の構成部材には含まれない。

図１、図３〜図５に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、箱型のキャビネット２の内部を区割板３で左右の空間に分け、左側の空間にヒートポンプサイクル１０１を構成する圧縮機１０２ａ、ｂと、蒸発器１０５ａ、ｂと、ファン１０６ａ、ｂ、および電気品ボックス４等の構成部品が収納されている。他方、区割板３の右側の空間には、コイル状に形成された水冷媒熱交換器１０３と、この水冷媒熱交換器１０３のコイル内に挿入された円筒状の貯湯タンク１３０と、右側空間の背面側の角部（図３、４参照）に位置された追い焚き熱交換器１４７と、水冷媒熱交換器１０３の前面側に位置された電気品ボックス５等の構成部品が収納されている。つまり、区割板３は、蒸発器１０５ａ、ｂ側と、貯湯タンク１０３側とを空気遮断および熱遮断するものである。キャビネット２の底部のベース６は、脚７により据付け面から浮かして設けられている。また、区割板３は、図４に示すように、キャビネット２の背面側において、貯湯タンク１３０の裏側に回るように折り曲げて設けられている。これにより、キャビネット２の横幅を狭くしても、蒸発器１０５ａ、ｂの必要な面積を確保するようにしている。

圧縮機１０２ａ、ｂと貯湯タンク１３０は、それぞれベース６に固定して支持されている。また、蒸発器１０５ａ、ｂとファン１０６ａ、ｂが設けられた上部空間と、圧縮機１０２ａ、ｂが設けられた下部空間は仕切板８によって区画されている。仕切板８は、図５に示すように、圧縮機１０２ａ、ｂの上面側と、前面側を覆うように形成されている。つまり、ベース６と、仕切板８と、区割板３と、キャビネット２の前後壁および側壁によって、圧縮機１０２ａ、ｂの収納室１０が区画されている。特に、圧縮機１０２ａ、ｂは、円筒状の外殻を有して形成され、その外殻の円筒軸を横向きにして、図４に示すように、キャビネット２内の前後に並べて配置されている。

蒸発器１０５ａ、ｂは、上下二段に分けられ、あるいは入り混じって配設された二つの冷媒回路を有して構成されている。例えば、蒸発器１０５ａ、ｂは、冷媒回路を構成する伝熱管を蛇行状に配設し、伝熱管に複数枚のフィンを取り付けたいわゆるクロスフィンチューブ型熱交換器で形成されている。また、蒸発器１０５ａ、ｂは、図１、図３に示すように、キャビネット２の一側面と背面の大半を形成するようにＬ字型に折り曲げ、ヒートポンプ給湯装置１の外郭として形成されている。また、ファン１０６ａ、ｂは、蒸発器１０５ａ、ｂに沿って設けられた取付脚１１に、図示の如く、上下に取り付けられている。このファン１０６ａ、ｂはキャビネット１の室外より空気を取り入れ、蒸発器１０５ａ、ｂ内の低温低圧の冷媒を強制的に蒸発させるものである。

電気品ボックス４は、キャビネット２の上面を形成し、電気品ボックス４内には圧縮機１０２ａ、ｂ、ファン１０６ａ、ｂの運転制御を行う制御回路等が収納されている。また、電気品ボックス５は、キャビネット２の前面に配置され、電気品ボックス５内にはヒートポンプ給湯装置１のリモコン等の操作設定と、各センサの検出値によりヒートポンプ給湯回路１０１ａ、ｂの運転停止を行う制御回路等が収納されている。

また、水冷媒熱交換器１０３は、冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂと給水側伝熱管１０３ｃ、ｄとを図示の如く貯湯タンク１３０の外周に巻き付けて形成されている。例えば、冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂを交互に重ねてコイル状に形成し、それらの重なり部に給水側伝熱管１０３ｃ、ｄを巻き付けて、ろう付け等により熱的に強固に結合して形成されている。また、冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂの上部端は配管１０７ａ、１０８ａを介して圧縮機１０２ａ、ｂの吐出側に接続され、下部端は配管１０７ｂ、１０８ｂと、膨張弁１０４ａ、ｂと、配管１０７ｃ、１０８ｃとを介して蒸発器１０５ａ、ｂの一端に接続されている。また、蒸発器１０５ａ、ｂの他端は、配管１０７ｄ、１０８ｄを介して圧縮機１０２ａ、ｂの吸入側に接続されている。この配管１０７ｄ、１０８ｄは、図４に示すように、圧縮機１０２ａ、ｂの吸入口の接続する部位を曲折して形成されている。これによって、圧縮機１０２ａ、ｂの振動を配管１０７ｄ、１０８ｄの曲折部で吸収し、圧縮機１０２ａ、ｂの振動が蒸発器１０５ａ、ｂに伝わって起こる騒音を低減するようにしている。また、配管１０７ｄ、１０８ｄの曲折部を含む一部は、蒸発器１０５ａ、ｂの下方の投影面内に位置して配設されている。

貯湯タンク１３０の下部の前面側に、継手取付板１２が区割板３とキャビネット２の側壁間に渡して設けられている。継手取付板１２には、図２に示した給水金具１１１、給湯金具１２１、注湯金具１４５、追い焚き注湯金具１４９が取り付けられ、外部配管との接続を１箇所にまとめている。給水金具１１１は給水側伝熱管１０３ｃ、ｄの下端に接続され、給湯金具１２１は給水側伝熱管１０３ｃ、ｄの上端に接続されている。これにより、冷媒側伝熱管１０３ａ、ｂと給水側伝熱管１０３ｃ、ｄ内の流れが対向流を形成している。

また、図５に示すように、蒸発器１０５ａ、ｂの下端の全長に渡って、除霜水の受皿１３が配設されている。受皿１３は金属などの熱伝導性を有する材料で形成され、圧縮機１０２ａ、ｂが収納される収納室１０の隔壁の一部を形成するように設けられている。つまり、受皿１３の底面は、仕切板８と同等のレベルに配置されている。これによって、収納室１０内の熱によって受皿１３内の除霜水が凍るのを防止できるようになっている。

なお、煩雑さを避けるために、図１、図３〜図５においては、図２に示したポンプ類、配管、弁類、センサ類等のその他の部品の記載を省略している。

このように構成される本実施形態のヒートポンプ給湯装置によれば、次に述べる効果が得られる。

まず、ヒートポンプ給湯装置１の高さ寸法は、蒸発器１０５ａ、ｂの高さ、貯湯タンク１３０の高さに支配される。また、横幅または奥行寸法は、蒸発器１０５ａ、ｂの面積、貯湯タンク１３０の容量に支配される。さらに、圧縮機１０２ａ、ｂも比較的大きな構成部品であるから、装置の高さ、横幅、奥行寸法に影響する。これらを考慮して、本実施形態では、円筒状の貯湯タンク１３０を縦型にして、蒸発器１０５ａ、ｂの横の空間に配置し、さらに、円筒状に形成された圧縮機１０２ａ、ｂを円筒軸を横向きにして蒸発器１０５ａ、ｂの下方空間に配置しているのである。

例えば、ヒートポンプ給湯装置１の背丈（高さ）を低くするには、収納室１０の高さ寸法を小さくすることが望ましい。一方、この種のヒートポンプ給湯装置１では、必要とする能力（押除量）を持つ大容量の圧縮機１台を搭載するのが経済的である。また、潤滑油の関係から、円筒状に形成された圧縮機の円筒軸を立てて用いるのが一般的である。したがって、圧縮機を1台にすると、圧縮機が占める高さ寸法が大きくなるとともに、径方向にも非常に大きなものとなり、収納室１０の高さ寸法が高くなるから、装置自体の背丈を高くせざるを得ない。

そこで、本実施形態は、圧縮機１０２ａ、ｂを横向きにして配置することにより、圧縮機１０２ａ、ｂが占める高さ寸法を大幅に小さくしている。特に、本実施形態によれば、ヒートポンプサイクルを２系統に分けて、２台の圧縮機１０２ａ、ｂを横に併設して設置したことから、収納室１０の高さ寸法を極めて低くすることができる。その結果、ヒートポンプ給湯装置１自体の高さＨの寸法を、最大でも１６００ｍｍにすることができる。

また、本実施形態によれば、蒸発器１０５ａ、ｂは、キャビネット２の側壁や背面壁を利用することにより、必要な横幅を確保できることに鑑み、蒸発器１０５ａ、ｂの高さを抑えて圧縮機１０２ａ、ｂを蒸発器１０５ａ、ｂの下方に配置したことから、装置全体の高さ寸法を小さくすることができる。その結果、貯湯タンク１３０の高さを十分にとることができるから、径を小さくしても必要な容量を確保できるから、装置の横幅や奥行寸法を所望値に抑えることが容易になる。

また、圧縮機１０２ａ、ｂ自体の温度を信頼性を考慮し許される範囲で高くすることにより、ヒートポンプサイクルの加熱能力を向上させることができる。この点、従来は圧縮機の温度を収納室内で上げる工夫がなされていなかった。つまり、本実施形態によれば、２個の圧縮機１０２ａ、ｂを収納室１０内に設置し、かつ圧縮機１０２ａ、ｂの容積占有率を３０％位に高めることができるから、収納室１０内温度を高くして、水冷媒熱交換器１０３内での熱交換を促進して、加熱能力を向上させることができる。また、加熱される温水の温度を従来よりも高めることができる。その結果、貯湯タンク１３０の容量を小さくできることになり、装置の小形化に寄与することができる。

また、本実施形態によれば、水冷媒熱交換器１０３をコイル状に形成し、このコイルが占める空間内に貯湯タンク１３０を配置しているから、装置全体としての占有空間を小さくして、装置を小形化できる。

また、本実施形態によれば、図４に示したように、圧縮機１０２ａ、ｂの吸入口と蒸発器１０５ａ、ｂとを接続する配管を曲折して形成し、その曲折部を含む配管を蒸発器１０５ａ、ｂの下方の投影面内に位置して配設していることから、次に述べるように装置の横幅を小さくできる。すなわち、圧縮機１０２ａ、ｂの吸入口と吐出口にそれぞれ接続される配管は、本実施形態の場合、横向きに配置した圧縮機１０２ａ、ｂの両端より引出されるので、圧縮機１０２ａ、ｂ周りの装置幅は、例えば圧縮機１０２ａ、ｂの長さ３５０ｍｍに両側の配管に必要な長さを加えた分になる。両側の配管は、銅パイプの成形性或いはロー付性を考えると１００〜１５０ｍｍ必要となる。したがって、収納室１０の間口が４５０〜５００ｍｍとなるが、ヒートポンプ給湯装置１全体の横幅は、据付性等を考慮して９００ｍｍが限度とすると、収納室１０の間口を４５０〜５００ｍｍ確保するのはかなり難しい。しかも、２台の圧縮機１０２ａ、ｂを収納して配管等の施工をすることは難しい。また、蒸発器１０５ａ、ｂの放熱面の投影領域に収納室１０を重ねて配置することは、放熱気流の流れを妨げて熱交換効率が低下するため避けなければならないが、放熱気流の流れを確保しようとすると収納室１０の間口を狭くすることにつながる。そこで本実施形態では、図４に示す如く、配管１０７ｄ、１０８ｄの曲折部を含む一部を蒸発器１０５ａ、ｂの下方の投影面内に位置させることにより、収納室１０の間口を十分に確保するようにしているのである。このことにより、横幅９００ｍｍのヒートポンプ給湯装置１の全体幅を拡大することなく、圧縮機１０２ａ、ｂの収納を可能とするとともに、蒸発器１０５ａ、ｂの下端に配設される除霜水の受皿１３を配管１０７ｄ、１０８ｄおよび圧縮機１０２ａ、ｂの放熱で加熱するようにしたのである。

また、本実施形態によれば、蒸発器１０５ａ、ｂの放熱面に圧縮機の収納室１０が重ならないように配置しているから、蒸発器１０５ａ、ｂの放熱面の全体にわたって均一な熱交換が行われる。したがって、風量分布が悪いために部分的に霜が成長するという問題を回避できる。しかも、除霜水の受皿１３を配管１０７ｄ、１０８ｄおよび圧縮機１０２ａ、ｂの放熱で加熱するようにしているから、受皿１３内の除霜水が凍るのを防止でき、ヒートポンプ給湯装置１の機能が失われるおそれがない。

これらのことから、本実施形態によれば、貯湯タンク１３０のタンク容量を最大１００リットルに抑えるとともに、背丈を低くすることができる。例えば、タンク容量を１００リットルとし、高さを１２００ｍｍとした場合、ヒートポンプ給湯装置１の奥行寸法４５０ｍｍに対して、直径を最大３００ｍｍでまとめることができる。

また、タンク容量を１００リットルとするには、水冷媒熱交換器１０３により使用者が希望する湯温を速やかに得られるようにする必要がある。この点、本実施形態によれば、収納室１０内に２台の圧縮機１０２ａ、ｂを併設し、収納室１０内の温度を高めて圧縮機の吐出ガス温度を高め、水冷媒熱交換器１０３で加熱できる湯温を例えば３５℃〜６０℃に高めることができるから、使用者の要求に答えることができる。つまり、貯湯タンク１３０内の湯は、ヒートポンプ回路１０２ａ、ｂの運転開始時等に補助的に使われるものとすることにより、貯湯タンク１３０の高さを最大１２００ｍｍに低減できるのである。

また、この種のヒートポンプ給湯装置１を都市型マンションのテラス等に設置しようとした場合、奥行寸法は最大４５０ｍｍが要求されるが、貯湯タンク１３０の直径を３００ｍｍ前後で設計すればこの要求に応じられる。

以上のことから、本実施形態によれば、貯湯タンク１３０の容量を最大１００リットル（１２００ｍｍ×３００ｍｍ円筒）とすることにより、１００ｍｍ前後の脚７を有する場合でも、最大高さ１６００ｍｍのヒートポンプ給湯装置１を得ることができる。また、ヒートポンプ給湯装置１の幅寸法を９００ｍｍ以上に広げることなく既存のモジュールに合せ、製品を作ることができる。また、狭い階段等の運搬も可能となり且つ建築モジュールに合せた据付も可能となる。

さらに、本実施形態によれば、図１に示すように、ベース６を通常据付面（床）から脚７で例えば１００ｍｍ浮かし、さらにベース６から例えば１５０〜２００ｍｍ離して継手取付板１２を設ければ、通常据付面（床）側より引き回されてくる配管を、その高さ空間（２５０〜３００ｍｍ）を利用して容易に曲げ加工や接続を行うことができる。

また、図４に示すように、本実施形態は、貯湯タンク１３０、圧縮機１０２ａ、ｂおよび蒸発器１０５ａ、ｂをキャビネット２の背面側にまとめて配置し、ヒートポンプ給湯装置１の重心が装置中心線より後方に位置させたことを特徴とする。その結果、地震等によっても装置が前面の通路側に倒れるのを抑制できる。すなわち、本実施形態によってヒートポンプ給湯装置１の高さを低くできるとはいえ、最大１６００ｍｍの高さを有する場合がある。また、ヒートポンプ給湯装置１は、２組のヒートポンプサイクル並びに貯湯タンク１３０を有しているから、例えば、装置重量が１５０ｋｇ〜２５０ｋｇになる。このように、背が高くて重いヒートポンプ給湯装置１を、都市型マンション等のベランダ等に設置した場合に、地震等があるとこのヒートポンプ給湯装置１が前面の通路側に倒れないかが問題となるが、本実施形態によればそのような問題を解消できる。

また、本実施形態によれば、ヒートポンプ給湯装置１を1つのキャビネット２に収納して構成したから、据付けの際に現地で機器同士の配管等をなくすことができるとともに、小形化したことから搬送および据付が簡単になる。

本実施形態において、ヒートポンプ給湯装置１の外方寸法は、脚７を含めた高さＨ寸法が最大１６００ｍｍで、横幅Ｗ寸法は最大９００ｍｍで、奥行Ｄ寸法は最大５００ｍｍで実現できる。なお、脚４の高さＨ寸法は略１００ｍｍである。また、圧縮機１０２ａ、ｂの直径は１５０ｍｍ前後、長さは３５０ｍｍ前後である。

本願発明の一実施の形態のヒートポンプ給湯装置の正面図であり、前面板を取り除いた図である。 図1のヒートポンプ給湯装置の系統構成図である。 図１のヒートポンプ給湯装置の上面図であり、図１の電気品ボックス４を取り除いて示した図である。 図１の線ＩＶ−ＩＶから下方を見た内部の構成図である。 図１の線Ｖ−Ｖ断面図である。

符号の説明

１ ヒートポンプ給湯装置
２ キャビネット
３ 区割板
４、５ 電気品ボックス
６ ベース
７ 脚
８ 仕切板
１０ 収納室
１２ 継手取付板
１３ 受皿
１０２ａ、ｂ 圧縮機
１０３ 水冷媒熱交換器
１０４ａ、ｂ 膨張弁
１０５ａ、ｂ 蒸発器
１０６ａ、ｂ ファン
１３０ 貯湯タンク

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒流路と給水回路から給水された水が流れる水流路との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器で温度が低下した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、前記水冷媒熱交換器で加熱された温水を給湯口に供給する給湯管に連通された貯湯タンクとを箱型の筐体に収納して構成されたヒートポンプ給湯装置であって、
   前記蒸発器は、前記筐体の側面及び背面の外郭として形成され、
   前記圧縮機は、それぞれ同じ円筒状の外殻を有する２つの圧縮機を有し、該２つの圧縮機は外殻の円筒軸を横向きにして前記蒸発器の下方の空間に水平な仕切板を含む仕切部材により区画された収納室に前後に並べて配置され、この２つの圧縮機に接続される冷媒配管の一部が、前記蒸発器の下方の投影面内に位置され、前記蒸発器の除霜水を受ける受皿が、前記収納室を区画する前記仕切部材の一部の部材として用いられてなるヒートポンプ給湯装置。
2. 冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒が流れる冷媒流路と給水回路から給水された水が流れる水流路との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器で温度が低下した冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、前記水冷媒熱交換器で加熱された温水を給湯口に供給する給湯管に連通された貯湯タンクとを箱型の筐体に収納して構成されたヒートポンプ給湯装置であって、
   前記圧縮機と前記水冷媒熱交換器と前記減圧装置と前記蒸発器とからなるヒートポンプサイクルを二組備え、
   各組のヒートポンプサイクルの前記圧縮機は、それぞれ同じ円筒状の外殻を有し、この２つの圧縮機は外殻の円筒軸を横向きにして前記蒸発器の下方の空間に水平な仕切板を含む仕切部材により区画された収納室に前後に並べて配置され、この２つの圧縮機に接続される冷媒配管の一部が、前記蒸発器の下方の投影面内に位置され、前記蒸発器の除霜水を受ける受皿が、前記収納室を区画する前記仕切部材の一部の部材として用いられてなり、
   前記筐体は、前記圧縮機と前記貯湯タンクが取り付けられたベースと、このベースに取り付けられた脚部とを備え、前記貯湯タンクの容量は最大１００リットルで、前記脚部を含む前記筐体の高さ寸法が最大１６００ｍｍであるヒートポンプ給湯装置。

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