JP4274103B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ方式の給湯機に関するものである。

従来、給湯機としては、ガスや石油を燃料として用い、その燃焼熱で水道水を加熱する給湯機が使用されてきた。これらは、速湯性に優れているという利点がある半面、ガス、石油といった燃料が必要でその供給が不可欠であること、燃焼後の排気ガスが大気に放出され大気汚染を招くこと、燃焼させるので不安全性を常に内在していること、燃焼時の音が大きいことなどの課題があった。特に近年増えている、エネルギー源を全て電気で行うというオール電化の住宅やマンションでは、燃料を供給する方法がないため、使用できないケースも増えてきているのが現状である。

そこで、貯湯タンクを備えた貯湯式のヒートポンプ給湯機が開発されている。これは、燃焼による給湯機の問題を解決し、オール電化の住宅、マンションでも新たなインフラ整備を必要とせず手軽に設置することができ、ヒートポンプ式であるため、入力に対する能力は３倍以上確保することが可能となるなど熱効率が良く、運転に際しては安価な深夜電力を用いて、貯湯タンクに高温の湯を貯めることが可能となり、ランニングコストも安価となるなどと言った特長を持ち、徐々に普及してきている。

このような給湯機として、に示されるヒートポンプ給湯機がある。このヒートポンプ式給湯機は、図９に示すように、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２を備え、これら給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２の本体を二つに分割し、循環路７８、循環路８０で接続している。この給湯サイクル７１は、底壁に設けられた給水口７３と上壁に設けられた給湯口７４を有する貯湯タンク７５と、水熱交換路７６と、水循環用ポンプ７７とを備え、水熱交換路７６と水循環用ポンプ７７が、貯湯タンク７５の給湯口７４と湯入口７９とを連結する循環路８０に介設されている。また、冷媒サイクル７２は、圧縮機８１と、水熱交換路７６を構成する水熱交換器８２と、減圧機構８３と、空気−冷媒熱交換器８４とを順に冷媒通路８５で接続して構成する冷媒循環回路を備える。更に、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２は、室外側に配設されている連絡配管８６，８７にて連結される。そして、給水口５５から給水し、水循環用ポンプ５７にて循環路５８に流出させた低温水を水熱交換器７６（すなわち水熱交換器８２）で沸き上げ、給湯口７４から出湯する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

上記ヒートポンプ式給湯機にて、給湯サイクル７１と冷媒サイクル７２の部分を一体化したものも考案されており、それは圧縮機と空気−冷媒熱交換器を貯湯タンクの上部に配置するように構成されており、空気−冷媒熱交換器の熱交換を促進するために空気を流通させる送風ファンが、空気−冷媒熱交換器の側方に配され、横方向の風路を構成している。そして、それらを一つの筐体に納めることにより、コンパクト化を図るヒートポンプ給湯機となっている（例えば、特許文献２参照）。

また、除霜運転時の水処理性能を向上させた蒸発器を備えたヒートポンプ給湯機として、空気−冷媒熱交換器部分が示されているが、その構成は２台以上鉛直方向に積み重ねた
空気−冷媒熱交換器の前方には、送風ファンが配され、同じく横方向の風路を構成している（例えば、特許文献３参照）。

さらに、小型化を可能としたヒートポンプ給湯機が示されているが、その構成はＵ字状の放熱器を上方に配し、その下方に貯湯手段を配し、筐体の背面と少なくとも片側面を流通させるように、送風ファンを、放熱器前方に配し、特許文献２、３と同じく横方向の風路を構成し、充分なヒートポンプ給湯機の加熱能力を得ながらも、筐体をコンパクトに、特に横幅を小さくする構成としている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−２２２３９２号公報 特開平７−９８１５６号公報 特開２００４−１４４３４４号公報 特開２００４−１７６９９２号公報

しかしながら、上記特許文献１である図９の構成では、給湯サイクル５１と冷媒サイクル５２が分かれているので、それぞれが別個に必要であり、また、それぞれを二つ設置した場合、それらの寸法が大きく、かつ重量も重いために、設置場所が限られるという面があった。また、連絡配管を室外側に配設するので、施工面でも手作業が増し、工賃が高くなりコストアップを招き、また寒冷地では凍結防水等が必要であるなど、施工性やコスト性に課題を有していた。

一方、特許文献２のヒートポンプ給湯器では、給湯サイクルと冷媒サイクルを一体の筐体の中に入れ小型化を図ったものであるが、近年高層マンション等の集合住宅への設置を行う際に、給湯サイクルと冷媒サイクルを分離した構成では、給湯サイクルを含むユニットをメーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）に入れる例がある。それに対して、高層マンションなどの集合住宅における給水配管、排水配管などを配置するＰＳ（パイプスペース）あるいはＭＢ（メーターボックス）に収納することを目的としておらず、ＰＳやＭＢに設置できるほど装置を小型化するための構想は開示されていなかった。

また、空気−冷媒熱交換器の面積も大きくすることが出来ず、加熱能力が十分に取れないという課題も有していた。そのため、小さいものしか出来ずまた、例えメーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）に入れた場合も、冷媒サイクルにある空気−冷媒熱交換器には、熱交換を促進するために送風ファンで風を送る必要があるが、その風が前方に吹出されるために、その場所にいる人の顔付近に当たり、不快感を与えるということがなど、搬送性、使用性で課題を有していた。

さらに、貯湯タンク内の湯量が限られるため、人が多く集まった際などには使用湯量が多くなり、貯湯タンク内の湯量がなくなってしまう場合があり、その際には再度沸き上げを行うことが必要となるが、元来深夜電力を用いて、小能力で長時間かけて湯を貯めるという商品であるために、貯湯するまでに相当長い時間を要すること、さらに、昼間の電力を用いて運転を行うため、深夜電力利用のメリットがなくなり、電気代が多くかかることなど、使い勝手に課題があった。

また、特許文献３のヒートポンプ給湯機では、送風ファン９を２ケ用い、空気−媒熱交換器の面積を大きくし、加熱能力を大きくすることが可能となる。しかし、この例でも、冷媒サイクル（図示せず）にある空気−冷媒熱交換器には、熱交換を促進するために送風ファンで風を送る必要があるが、その風が前方に吹出されるために、その場所にいる人の顔付近に当たり、不快感を与えるという面あり、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）内に組み込むには不適切であった。また、空気−冷媒熱交換器の面積を大き
くし、それに合わせて送風ファンと２ケの送風ファンを用いているために、コストアップも招くなど、使用性、コスト面で課題を有していた。

さらに、特許文献４のヒートポンプ給湯機では、空気−冷媒熱交換器をＵ字状として面積を大きくし、送風ファン９５を二つ備えることにより、十分な加熱能力を得るための構成を示しているが、前述した特許文献３と同じく、冷媒サイクル（図示せず）にある空気−冷媒熱交換器には、熱交換を促進するために送風ファンで風を送る必要があるが、その風が前方に吹出されるために、その場所にいる人の顔付近に当たり、不快感を与えるという面あり、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）内に組み込むには不適切であった。また、空気−冷媒熱交換器９３の面積を大きくし、それに合わせて送風ファンに２ケの送風ファンを用いているために、コストアップも招くなど、使用性、コスト面で課題を有していた。

したがって本発明は、十分な加熱能力を備えつつも、コンパクトで、使い勝手の良く、低コストを実現できるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

上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、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風手段と、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器と接続され、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯手段と、機器の外郭の少なくとも一部を形成する筐体とを備え、前記蒸発器を前記筐体の略上方部に配するとともに、前記蒸発器と前記貯湯手段とを水平方向に略並列に配し、前記貯湯手段と前記蒸発器との間に、前記貯湯手段の方向へ拡がり部を形成するように仕切板を設け、前記送風手段によって発せられる空気流が、前記蒸発器側方側から前記拡がり部に沿って流れ、前記筐体の上面側から排出されるように構成したもので、蒸発器の高さ方向を抑えつつ、外周方向を伸ばすことにより、面積を大きくすることが可能となり、コンパクトな筐体を維持しつつ、加熱給湯能力を大幅に向上することが可能となり、コンパクトで加熱能力の大きなヒートポンプ給湯機とすることができる。

また、外周方向全域から空気を吸って、蒸発器にて熱交換することが可能となり、ＭＢ（メーターボックス）内などの閉塞された空間に設置したとしても、加熱能力が減じてしまうことがなくなり、設置汎用性に秀でたヒートポンプ給湯機とすることができる。

加えて、ＭＢ（メーターボックス）に本体を設置した際に、蒸発器で熱交換されて、送風手段で送り出される冷気は、機器の上方に送られ、ＭＢ（メーターボックス）の天井付近の上方から外に排出することができるので、冷気が人に当たることが無くなり、使用性が大幅に向上する。また、貯湯タンク側方からも空気を流通させ、貯湯手段側方の蒸発器で熱交換を行うことにより、蒸発器をコンパクトに抑えつつ、面積を大きくすることが可能となり、ヒートポンプ加熱能力を高めることが可能となる。

本発明によれば、コンパクトな構成であるにかかわらず、加熱能力が大きく、使い勝手が良く、低騒音で、低コストのヒートポンプ給湯機を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風手段と、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器と接続され、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯手段と、機器の外郭の少なくとも一部を形成する筐体
とを備え、前記蒸発器を前記筐体の略上方部に配するとともに、前記蒸発器と前記貯湯手段とを水平方向に略並列に配し、前記貯湯手段と前記蒸発器との間に、前記貯湯手段の方向へ拡がり部を形成するように仕切板を設け、前記送風手段によって発せられる空気流が、前記蒸発器側方側から前記拡がり部に沿って流れ、前記筐体の上面側から排出されるように構成したもので、蒸発器の面積を本体ユニット内で極力大きくすることが可能となり、加熱能力を増すことが可能となり、給湯時の湯切れ等の不具合が生じない、安定してお湯を供給できるヒートポンプ給湯機を供給することができる。

また、貯湯タンク側方からも空気を流通させ、貯湯手段側方の蒸発器で熱交換を行うことにより、蒸発器をコンパクトに抑えつつ、面積を大きくすることが可能となり、ヒートポンプ加熱能力を高めることが可能となる。

また、本体寸法を小さくしても、蒸発器の面積を十分に大きくすることが可能となり、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができる。

さらに、近年増えているヒートポンプ給湯機を集合住宅に設置する際に、ヒートポンプ給湯機をメーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）等の狭少部設置すること際にも、蒸発器で熱交換され送風手段で送られる冷気が本体上方から出ることにより、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）の天井付近の上方、つまりが冷風が人に当たらない位置から排出することが可能となり、使用性の良いヒートポンプ給湯機とすることができる。

第２の発明は、蒸発器を筐体の上面側からみて略ロの字状に構成し、送風手段を前記蒸発器の内方またはその上部近傍で上方側に配設したもので、蒸発器をコンパクトにしつつ、熱交換面積を大きくすることが可能となり、ヒートポンプ加熱能力を向上することが可能となる。さらに、蒸発器をロの字状として、全周から空気を流すことができるために、ＭＢ（メーターボックス）などの閉塞された空間に設置した場合にも、熱交換能力がダウンすることがなく、設置汎用性を高めることができる。特に、ロの字状の蒸発器と組み合わせれば、４方向から空気を流通させ、熱交換することができるので、筐体は大きくしなくても、さらにヒートポンプ加熱能力を高めることができる。

第３の発明は、蒸発器を筐体の上面側からみて略コの字状に構成し、送風手段を前記蒸発器の内方またはその上部近傍で上方側に配設したもので、第２の発明と同じく、空気−冷媒熱交換器をコンパクトにしつつ、熱交換面積を大きくすることが可能となり、ヒートポンプ加熱能力を向上することが可能となる。さらに、蒸発器をコの字状として、３方向から空気を流すことができるために、ＭＢ（メーターボックス）などの閉塞された空間に設置した場合にも、熱交換能力がダウンすることがなく、設置汎用性を高めることができる。また、コの字状としていることにより、コの字の開いている部位を、貯湯手段側に持ってくることにより、空気の流通により貯湯手段側方に空気が流れ、貯湯手段が冷却され、貯湯能力が低下することを防ぐことができる。

第４の発明は、貯湯手段を略円筒状とするとともに、仕切板は前記貯湯手段の略円筒状と略同心円状としたもので、貯湯タンク側方からも空気を流通させ、貯湯手段側方の蒸発器で熱交換を行うことにより、蒸発器をコンパクトに抑えつつ、面積を大きくすることが可能となり、ヒートポンプ加熱能力を高めることが可能となる。特に、ロの字状の蒸発器と組み合わせれば、４方向から空気を流通させ、熱交換することができるので、筐体は大きくしなくても、さらにヒートポンプ加熱能力を高めることができる。

第５の発明は、蒸発器の下方に、前記蒸発器を支える熱交支持板を設け、前記熱交支持板は上方に凸状の部位を有し、前記凸状の部位内方に圧縮機を配する構成としたもので、
圧縮機を下方に配すことで、機器の安定性を保つとともに、ロの字状あるいはコの字状の蒸発器の中央下方に配し、蒸発器の熱交換性能を損ねることなく、コンパクトに圧縮機を納めることが可能となり、コンパクト性、加熱能力の向上を図ることができる。

第６の発明は、水−冷媒熱交換器で暖められた温水は、貯湯手段に貯湯されるとともに、前記貯湯手段を介さずに給湯端末へ直接通水できるように構成したもので、水−冷媒熱交換器で暖められた水道水は、貯湯タンクに給湯することができるとともに、一方で貯湯タンクを介さずに蛇口やシャワー等の給湯端末へ直接通水されるので、速湯性に優れ、使い勝手が良く、湯切れの心配もないヒートポンプ給湯機を提供することができる。また、運転立ち上がり当初は貯湯タンクから給湯し、圧縮機が最適運転周波数になった後には、ダイレクトに給湯するという瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機とすることが可能となる。

第７の発明は、冷媒として炭酸ガスを用いたもので、高温給湯の際の熱効率を高めるとともに、冷媒が外部に漏れても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しく、リサイクル性にも優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。

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概略斜視図、図２は図１に示す回路構成図、図３は正面内観図である。

本体ユニット１内には、冷媒循環回路と給湯回路とを一体に収納して構成される。この冷媒循環回路は、本体ユニット１内部に配設された縦置き形の圧縮機２と、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）と、減圧手段である電動膨張弁４が下方に配置され、その上方には熱交支持板５がある。熱交支持板５には、蒸発器である空気−冷媒熱交換器６が載置されている。この空気−冷媒熱交換器６の内方あるいはその上部近傍で上方側には、送風手段である送風ファン７があり、空気−冷媒熱交換器６に風を当て、蒸発能力を高め、ヒートポンプ加熱能力を高めるようになっている。また、この送風ファン７は本体ユニット１の上面より上方側へ風を流す、つまり、空気−冷媒熱交換器６の側方から吸引して、空気−冷媒熱交換器で熱交換を行い、熱交換された排気を上方に流すようになっている。

一方、給湯回路は、放熱器３と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器８（例えば、放熱器３と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）と、水−冷媒熱交換器８にて得た温水を貯める貯湯タンク９と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８に水道水を入水する入水管１０と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８から温水を蛇口３２や風呂３３の給湯端末に給湯する給湯管１１と、貯湯タンク９内の低温の水を送水する水ポンプ１２とから構成されている。貯湯タンク９は、空気−冷媒熱交換器６の側方に配されている。１２は貯湯タンク９に温水を供給するための水ポンプであり、圧縮機２の側方に配されている。

図２に示す回路構成図にて説明する。本体ユニット１に冷媒循環回路と給湯回路とを一体に収納して構成され、この冷媒循環回路は、本体ユニット１内部に配設された縦置き形の圧縮機２と、放熱器３と、減圧手段である例えば電動膨張弁４と、蒸発器である空気−冷媒熱交換器６とが冷媒配管１３で接続されて構成されている。また、空気−冷媒熱交換器６に風を当て、蒸発能力を高めるための送風ファン７が設けられている。

一方、給湯回路は、放熱器３と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器８（例えば、放熱器３と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）と、水−冷媒熱交換器８にて得た温水を貯める貯湯タンク９と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８に水道水を入水する入水管１０と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８から温水を蛇口３２や風呂３３の給湯端末に給湯する給湯管１１と、貯湯タンク９内の低温の水を送水する水ポンプ１２とから構成されている。

更に図２をもとに、上記給湯回路の構成について説明する。

タンク入水管１９は、入水管１０から水道水を貯湯タンク９に送る配管であり、途中にタンク入水逆止弁２０が設けられている。水道水供給管２１は、入水管１０から水−冷媒熱交換器８に水道水を直接供給する配管であり、この水道水給水管２１に逆止弁２２が設けられている。熱交給水管２３は、貯湯タンク９から水−冷媒熱交換器８に、水ポンプ１２の運転により、貯湯タンク９内の下方に貯まった低温水を送る配管であり、貯湯管２４は、水−冷媒熱交換器８で暖めた水道水を貯湯タンク９や元混合弁２７に送る配管であり、貯湯タンク側配管２４ａの途中には貯湯電磁弁２５が、また元混合弁側配管２４ｂの途中には逆止弁Ａ２８が設けられている。

また、タンク給湯管２６は、貯湯タンク９から高温水（通常は６０℃〜９０℃）を元混合弁２７へ給湯する配管であり、元混合弁２７は、貯湯管２４（元混合弁側配管２４ｂ）とタンク給湯管２６とから来る温水や水を混合させる弁であり、逆止弁Ａ２８は、元混合弁２７手前に設けられた弁である。また、先混合弁２９は、元混合弁２７を通過した温水と、入水管１０から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得る弁であり、先混合弁２９と入水管１０の間には逆流防止の逆止弁Ｂ３０が設けられている。そして、先混合弁２９にて最適温度となった温水が、注湯管３１及び給湯管１１を介して、蛇口３２や風呂３３に注湯される。

また、入水流量計３４は入水流量を測定する計器であり、給湯流量計３５は給湯流量を測定する計器である。排出弁３６は、寒冷地等にて長期間使用しない場合に、凍結防止等でタンク内の水を抜くために用いる弁であり、制御弁３７は入水流量を制御する弁である。そして、制御装置３８は、冷媒循環回路の高圧側の冷媒温度を検出し、その温度の高低から冷媒循環回路の立ち上がり状態を判定し、元混合弁２７や先混合弁２９の開度を制御する手段である。

図３は正面内観図であり、図１の概略斜視図をより具体的に記載したものである。図１、図２と同じく、本体ユニット１の内部には縦置き形の圧縮機２と、圧縮機２の左方には放熱器３（水−冷媒熱交換器８）、圧縮機２と放熱器３の間には減圧手段である電動膨張弁４が配置され、その上方には熱交支持板５がある。熱交支持板５には、蒸発器である空気−冷媒熱交換器６が載置されている。この空気−冷媒熱交換器６は、フィンチューブタイプと呼ばれ、アルミ製のフィン６ａと、冷媒が流通される主として銅製の管、つまり銅管６ｂで構成されている。空気−冷媒熱交換器６の上方には送風ファン７があり、空気−冷媒熱交換器６に風を当て、蒸発能力を高め、ヒートポンプ加熱能力を高めるようになっている。

また、この送風ファン７は上方へ風を流す、つまり、空気−冷媒熱交換器６の側方から吸引して、空気−冷媒熱交換器で熱交換を行い、熱交換された排気を上方に流すようになっている。１４は送風ファン７を支持するファン指示金具であり、１５はファン指示金具１４に取り付けられ、送風ファン７を回転させるためのファンモータである。１６は送風ファンの風量を増し、さらに低騒音化を図るために、送風ファン７外方に設けられたベルマウスである。また、空気−冷媒熱交換器６は縦に２列の銅管６ｂを設けているが、内上
方は銅管６ｂを１列にして、ベルマウス１６と間隙を保つことにより、風の流れをスムーズにして、低騒音化を図るようにしている。１７は風の流れを示したものであり、空気−冷媒熱交換器７の全域から、送風ファンにて上方に風は流れ、その際に空気−冷媒熱交換器と熱交換されて、能力を出すようになっている。

一方、給湯回路は、放熱器３と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器８（例えば、放熱器３と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）を、空気−冷媒熱交換器７の下方に配し、水−冷媒熱交換器８にて得た温水を貯める貯湯タンク９を空気−冷媒熱交換器７の右方に配している。貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８に水道水を入水する入水管１０と、貯湯タンク９や水−冷媒熱交換器８から温水を蛇口３２や風呂３３の給湯端末に給湯する給湯管１１は貯湯タンク９の前方に配されている。１２は貯湯タンク９に温水を供給するための水ポンプであり、圧縮機２の右側方に配されている。

貯湯タンク９の上方には、元混合弁２７、先混合弁２９が配置されており、それらが貯湯タンク側配管２４ａ、元混合弁側配管２４ｂなどで結び付けられており、図２に記した配管構成となっている。また、これらの制御を司る制御装置３８は、貯湯タンク９の前方に配されている。

以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ給湯機の動作を説明する。

圧縮機２を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）に送られ、水道水供給管２１を通ってきた水道水と熱交換して放熱する。これにより、貯湯管２４、元混合弁２７に流れる水道水は高温に加熱される。放熱器３から流出する冷媒は、減圧手段４にて減圧膨張され、蒸発器５に送られ、送風ファン７にて送られた空気と熱交換して、蒸発器５を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度圧縮機２に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、徐々に加熱された水道水は、注湯管３１、給湯管１１、蛇口３２を通り、風呂３３に注湯される。

そして、冷媒循環回路は立ち上がりが遅く、速湯性に劣っているため、貯湯タンク９によってその立ち上がりの悪さを補っている。すなわち、冷媒循環回路が立ち上がり、所定の給湯温度となるまでの間は、高温に保たれた貯湯タンク９からタンク給湯管２６を通過してきた温水と、まだ立ち上がっていない水−冷媒熱交換器８を通過してきた水（徐々に温度が上がり高温となる水）とを、元混合弁２７で混合し、さらに先混合弁２９で入水管１０を通ってきた水道水と混合して、所定の給湯を行う。

次に冷媒循環回路が立ち上がってくると、元混合弁２７の開度を調整し、貯湯タンク９からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器８からの温水を適温に混合し、先混合弁２９に送り、さらに先混合弁２９で入水管１０を通ってきた水道水と混合して給湯する。

最終的には、貯湯タンク９からタンク給湯管２６を通過してきた温水は用いず、水道水供給管２１を通ってきた水道水を冷媒循環回路の水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水と、入水管１０を通ってきた水道水とを、先混合弁２９で混合し、所定の給湯を行う。即ち、制御装置３８によって、冷媒循環回路の立ち上がり状態を把握し、元混合弁２７や先混合弁２９の開度を調整し、所定温度の温水を給湯端末に供給する制御が行われる。

また、使用者が、蛇口３２を閉じるか、あるいは風呂３３に適量のお湯が溜まって給湯する必要がなくなると、水ポンプ１２を駆動させ、貯湯電磁弁２５を開き、次回の給湯運転のために、貯湯タンク９に高温の温水を貯湯する貯湯運転が行われる。

このように冷媒循環回路の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク９に貯めた温水を用い
て給湯端末へ給湯したり、貯湯タンク９を介さずに水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としている。これにより本実施の形態では、リアルタイム給湯を可能とし、使用者が給湯したいときに給湯ができる速湯性能を確保することができ、使い勝手の良いヒートポンプ給湯機を提供することができる。換言すれば、この速湯性能の確保によって、貯湯タンク９の容量を貯湯式のヒートポンプ給湯機のそれよりも小さいものとすることができ、設置性の大幅な向上、コストダウン、使用性の向上を実現できることにもなる。

この際に、本実施の形態ヒートポンプ給湯機では、圧縮機２、放熱器３（水−冷媒熱交換器８）、減圧手段４、空気熱交換器５を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路を本体ユニット１の下方に配し、圧縮機２、放熱気の上方には、熱交支持板５を介して空気−冷媒熱交換器６を配し、送風ファン７を空気−冷媒熱交換器６の内方あるいはその上方に配し、上方へ空気の流れを生じさせ、空気−冷媒熱交換器６の熱交換性能を促進させる構成としておることにより、空気−冷媒熱交換器の面積を本体ユニット内で極力大きくすることが可能となり、加熱能力を増すことが可能となり、給湯時の湯切れ等の不具合が生じない、安定してお湯を供給できるヒートポンプ給湯機を供給することができる。

また、本体寸法を小さくしても、空気−冷媒熱交換器６の面積を十分に大きくすることが可能となり、コンパクトなヒートポンプ給湯機とすることができる。

さらに、近年増えているヒートポンプ給湯機を集合住宅に設置する際に、ヒートポンプ給湯機をメーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）等の狭少部設置すること際にも、凝縮器である空気−冷媒熱交換器６で熱交換された、送風ファン７で送られる冷気が本体上方から出ることにより、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）の天井付近の上方、つまり冷風が人に当たらない位置から排出することが可能となり、使用性の良いヒートポンプ給湯機とすることができる。特に、メーターボックス（ＭＢ）やパイプスペース（ＰＳ）部は、その外方が廊下であることや、アルコーブであるような例が集合住宅では多数であり、人が通ることは頻繁なので、人に風を当てないことは重要である。

また、水−冷媒熱交換器８で暖められた水道水は、貯湯タンク９に給湯されるとともに、貯湯タンク９を介さずに給湯管１１へ直接通水するようにしたものであり、水−冷媒熱交換器８で暖められた水道水は、貯湯タンク９に給湯することができるとともに、一方で貯湯タンク９を介さずに蛇口３２へ直接通水されるので、速湯性に優れ、使い勝手が良く、湯切れの心配もないヒートポンプ給湯機を提供することができる。また、運転立ち上がり当初は貯湯タンク９から給湯し、圧縮機２が最適運転周波数になった後には、ダイレクトに給湯するという瞬間湯沸かし型のヒートポンプ給湯機とすることが可能となる。

また、冷媒として炭酸ガスを用いたヒートポンプ給湯機としたものであり、これにより冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒循環回路であり、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により冷媒−水熱交換器の水流路の流水を加熱する構成となり、冷媒−水熱交換器の放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、冷媒−水熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、冷媒−水熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。加えて、炭酸ガスであるので、万一冷媒が外部に漏れたとしても、地球温暖化に及ぼす影響を、一般的エアコンに用いられているＲ−４１０Ａの冷媒に比して大幅に低減することができ、環境に優しいヒートポンプ給湯機とすることができる。

（実施の形態２）
図４、図５は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の上面内観図である。付与している番号に付いては、第１の実施の形態と同一である。

図４において、６は空気−冷媒熱交換器であり、上方から見てロの字状に構成されており、本体ユニット１の左方全域が空気−冷媒熱交換器６となるように構成されている。空気−冷媒熱交換器６の内方には送風ファンが設けられており、上方へ風を流すようになっている。一点鎖線で記載している１６は、送風ファン７外方のベルマウスである。９は空気−冷媒熱交換器６の左方に設けられた貯湯タンクである。貯湯タンク９の上方には元混合弁２７、先混合弁２９が配されおり、各給湯回路側部品をコンパクトに納めている。３６は風の流れを示しており、ロの字状の空気−冷媒熱交換器６の全周から風を流し、熱交換させている。

図５は、送風ファン７を空気−冷媒熱交換器６の上方に配した例を示しており、その付与番号は図４と同じである。正面内観図は、図３を参照していただければ、その配置は図３と同等である。

図４、図５で示すように、空気−冷媒熱交換器６をロの字状として、その面積を本体ユニット１に比して大きくすることが可能となる。特に設置面積で見れば、空気−冷媒熱交換器６の面積はデッドスペースもなく大きくすることができるために、蒸発面積が大きくなり、ひいてはヒートポンプ能力、加熱能力を高めることが可能となる。給湯に際しては、冷媒循環回路の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク９に貯めた温水を用いて給湯端末へ給湯したり、貯湯タンク９を介さずに水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としていので、加熱能力が大きいことは、その分貯湯タンクを小さくすることができ、さらなるコンパクト化を図ることが可能となる。

それにより、コストダウンも可能となる。また、送風ファン７を１ケしか用いないでも、２ケ送風ファンを用いる従来例に近い、あるいは同等の蒸発能力を確保できるために、送風ファンにより騒音を低減でき、使用性が大幅に向上すとともに、コストダウンも可能となる。

また、ロの字状の空気−冷媒熱交換器６の全周から空気を流して熱交換することにより、ＭＢ（メーターボックス）などの閉塞された空間に設置した場合にも、熱交換能力がダウンすることがなく、設置汎用性を高めることができる。

また、送風ファン７を空気−冷媒熱交換器６の内方に入れた図４と、上方に配した図５を比較すると、同一面積として考えてみると、図４の様に内方に入れたほうが、空気−冷媒熱交換器をより上方まで延伸できるので、その面積は大きくすることができる。

しかし、その分、送風ファン７の径を小さくしなくてはならないので、送風ファン７の風量は少なくなる。図５の様に、送風ファン７を空気−冷媒熱交換器６の上方に配した場合は、空気−冷媒熱交換器６の面積は小さくなるが、送風ファン７の風量は稼ぐ事が可能であり、同一風量で見れば、低騒音化も可能となる。これに関しては、各種性能を含めて最適形状を考えれば良いということが言える。いずれにしても、従来例で示した、空気−冷媒熱交換器６を平板状あるいは、Ｕ字状にして、送風ファン７による風の流れを前方に流す場合と比べれば、加熱性能の大幅な向上と、低騒音化が実現できることになる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の上面内観図であり、付与している番号に付いては、第１の実施の形態と同じである。

図６において、６は空気−冷媒熱交換器であり、上方から見て右方が開いたコの字状（つまり⊂字状）に構成されており、本体ユニット１の左方が空気−冷媒熱交換器６となるように構成されている。空気−冷媒熱交換器６の上方には送風ファンが設けられており、上方へ風を流すようになっている。（実施の形態２で示したように、送風ファンを７を空気−冷媒熱交換器６の内方に入れる場合も当然あるが、実施の形態２から考えうる派生の形態として図示はしていない）一点鎖線で記載している１６は、送風ファン７外方のベルマウスである。９は空気−冷媒熱交換器６の左方に設けられた貯湯タンクであり、貯湯タンクと、空気−冷媒熱交換器は仕切板４２で仕切られている。貯湯タンク９の上方には元混合弁２７、先混合弁２９が配されおり、各給湯回路側部品をコンパクトに納めている。３９は送風ファン７による風の流れを示しており、コの字状の空気−冷媒熱交換器６の３方向から風を流し、熱交換させている。

図６で示すように、空気−冷媒熱交換器６をコの字状（図では⊂字状）として、その面積を本体ユニット１に比して大きくすることが可能となる。特に設置面積で見れば、空気−冷媒熱交換器６は前方を延伸させることが可能となりその面積を大きくすることができるために、蒸発面積が大きくなり、ひいてはヒートポンプ能力、加熱能力を高めることが可能となる。給湯に際しては、冷媒循環回路の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク９に貯めた温水を用いて給湯端末へ給湯したり、貯湯タンク９を介さずに水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としていので、加熱能力が大きいことは、その分貯湯タンクを小さくすることができ、さらなるコンパクト化を図ることが可能となる。それにより、コストダウンも可能となる。また、送風ファン７を１個しか用いないでも、２個送風ファンを用いる従来例に近い、あるいは同等の蒸発能力を確保できるために、送風ファンにより騒音を低減でき、使用性が大幅に向上すとともに、コストダウンも可能となる。

また、コの字状（図では⊂字状）の空気−冷媒熱交換器６の３方向から空気を流して、貯湯タンク９側からは流さないことにより、空気の流れで、貯湯タンクが冷却されて、貯湯されているお湯の温度が下がることを防ぐことが出来、実使用に際して湯切れなどの不具合が生じにくいようにすることが可能である。

（実施の形態４）
図７は、本発明の第４におけるヒートポンプ給湯機の上面内観図であり、付与している番号に付いては、第１の実施の形態と同じである。

図７において、６は空気−冷媒熱交換器であり、上方から見てロの字状に構成されており、本体ユニット１の左方全域が空気−冷媒熱交換器６となるように構成されている。空気−冷媒熱交換器６の内方には送風ファンが設けられており、上方へ風を流すようになっている。一点鎖線で記載している１６は、送風ファン７外方のベルマウスである。９は空気−冷媒熱交換器６の左方に設けられた貯湯タンクであり、貯湯タンクと、空気−冷媒熱交換器は上方から見て「＜」状の仕切板４２で仕切られている、つまり、貯湯タンク９の方向へ拡がり部を有する形状をなしている。貯湯タンク９の上方には元混合弁２７、先混合弁２９が配されおり、各給湯回路側部品をコンパクトに納めている。

３９は空気−冷媒熱交換器６に送られる空気の流れを示したものであり、仕切板４２を「＜」状としていることにより、貯湯タンク９側からも空気の流れがあり、空気−冷媒熱交換器６を全周有効に熱交換させることが可能となる。

また、仕切板４２は、貯湯タンク９と概略同心円状の形状としていることにより、その効果をより高めることが可能となる。

特に設置面積で見れば、空気−冷媒熱交換器６を前面有効に活用できることは、蒸発面積が大きくなり、ひいてはヒートポンプ能力、加熱能力を高めることが可能となる。給湯に際しては、冷媒循環回路の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク９に貯めた温水を用いて給湯端末へ給湯したり、貯湯タンク９を介さずに水−冷媒熱交換器８で加熱して得た温水を給湯端末へ直接給湯したりすることができる構成としていので、加熱能力が大きいことは、その分貯湯タンクを小さくすることができ、さらなるコンパクト化を図ることが可能となり、加えて、コストダウンも可能となる。また、送風ファン７を１ケしか用いないでも、２ケ送風ファンを用いる従来例に近い、あるいは同等の蒸発能力を確保できるために、送風ファンにより騒音を低減でき、使用性が大幅に向上すとともに、コストダウンも可能となる。

また、ロの字状の空気−冷媒熱交換器６の全周から空気を流して熱交換することにより、ＭＢ（メーターボックス）などの閉塞された空間に設置した場合にも、熱交換能力がダウンすることがなく、設置汎用性を高めることができる。

（実施の形態５）
図８は、本発明の第５の実施の形態おけるヒートポンプ給湯機の正面内観図である。付与してある番号は実施の形態１と同等であるので、詳細は割愛し、違っている箇所だけ説明する。４０は熱交支持板５に載置され、圧縮機２を覆うように上方に凸状に張り出された部位である圧縮機カバーである。この圧縮機カバー４０は、ロの字状あるいは、コの字状の空気−冷媒熱交換器６の下方に配されている。圧縮機２は縦型の形状のために、縦に大きくなるが、その部位を張り出すことにより、空気−冷媒熱交換器６の熱交換性能は損なわないで、コンパクト化を維持することが可能となる。

また、送風ファン７で吸引され、空気−冷媒熱交換器６内方の空気の流れは、４１のようになる。空気−冷媒熱交換器６の下方から流入した空気は、空気−冷媒熱交換器６で熱交換され、圧縮機カバー４０に沿って上方に流れることになる。この際に、全周（ロの字状の場合）あるいは３方向（コの字状の場合）から流入した空気は、中央で衝突し、そのため衝突音が生じ、騒音値を高めてしまうことがあるが、圧縮機カバー４０にて、整流されるために、そのような異常音が発生せず、騒音を低くすることが可能となる。

それにより、コンパクト性、大加熱能力、低騒音という３要素を管属することが可能なヒートポンプ給湯機とすることができる。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで湯を生成して給湯するヒートポンプ給湯機に適用され、例えば、家庭用の瞬間湯沸し器や、業務用の給湯装置などに適している。

本発明の第１の実施形態におけるヒートポンプ給湯機の概略斜視図 同ヒートポンプ給湯機の回路構成図 同ヒートポンプ給湯機の正面内観図 本発明の第２の実施形態におけるヒートポンプ給湯機の上面内観図 同ヒートポンプ給湯機の上面内観図 本発明の第３の実施形態におけるヒートポンプ給湯機の上面内観図 本発明の第４の実施形態におけるヒートポンプ給湯機の上面内観図 本発明の第５の実施形態におけるヒートポンプ給湯機の正面内観図 従来のヒートポンプ給湯機の回路構成図

符号の説明

１ 筐体（本体ユニット）
２ 圧縮機
３ 放熱器
４ 減圧手段
６ 蒸発器（空気−冷媒熱交換器）
７ 送風ファン（送風手段）
８ 水−冷媒熱交換器
９ 貯湯手段（貯湯タンク）
４０ 凸状に張り出した部位（圧縮機カバー）
４２ 仕切板

Claims (7)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段および蒸発器を順次接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風手段と、前記放熱器と熱交換を行う水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器と接続され、前記水−冷媒熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯手段と、機器の外郭の少なくとも一部を形成する筐体とを備え、前記蒸発器を前記筐体の略上方部に配するとともに、前記蒸発器と前記貯湯手段とを水平方向に略並列に配し、前記貯湯手段と前記蒸発器との間に、前記貯湯手段の方向へ拡がり部を形成するように仕切板を設け、前記送風手段によって発せられる空気流が、前記蒸発器側方側から前記拡がり部に沿って流れ、前記筐体の上面側から排出されるように構成したヒートポンプ給湯機。
2. 蒸発器を筐体の上面側からみて略ロの字状に構成し、送風手段を前記蒸発器の内方またはその上部近傍で上方側に配設した請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 蒸発器を筐体の上面側からみて略コの字状に構成し、送風手段を前記蒸発器の内方またはその上部近傍で上方側に配設した請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 貯湯手段を略円筒状とするとともに、仕切板は前記貯湯手段の略円筒状と略同心円状とした請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 蒸発器の下方に、前記蒸発器を支える熱交支持板を設け、前記熱交支持板は上方に凸状の部位を有し、前記凸状の部位内方に圧縮機を配する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 水−冷媒熱交換器で暖められた温水は、貯湯手段に貯湯されるとともに、前記貯湯手段を介さずに給湯端末へ直接通水できるように構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 冷媒として炭酸ガスを用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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