JP4277871B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、液ガス熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

ヒートポンプ式給湯装置の冷凍サイクルの途中に液ガス熱交換器を用いたのが提供されている。この液ガス熱交換器は、水熱交換器から流出して減圧機構に流入する高圧冷媒と、空気熱交換器から流出した低圧冷媒との熱交換を行なうものである。この液ガス熱交換器を設けることによって、水熱交換器（ガス冷却器）からの冷媒に過冷却を付与し、また、圧縮機に入る冷媒を加熱して、圧縮機の湿り圧縮を防止するようにしている。

図４に該液ガス熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯装置の簡略図を示している（特許文献１参照）。このヒートポンプ式給湯装置は、貯湯タンク１を有するタンクユニット２と、冷凍サイクル３を有するヒートポンプユニット４とを備えている。そして、タンクユニット２の貯湯タンク１には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。この給水口５から貯湯タンク１に水道水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク１には、その底壁に取水口７が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口８が開設され、取水口７と湯入口８とが循環路９にて連結されている。そして、この循環路９に水循環用ポンプ１０と熱交換路１１とが介設されている。すなわち、水循環用ポンプ１０が駆動すると、貯湯タンク１内の未加熱水が取水口７から循環路９に流出して、熱交換路１１を介して湯入口８から貯湯タンク１内に返流する。

次に、冷凍サイクル３は、圧縮機１３と、上記熱交換路１１を構成する水熱交換器１４と、電動膨張弁（減圧機構）１５と、空気熱交換器１６とを順に接続して構成されている。すなわち、圧縮機１３の吐出口と水熱交換器１４とを冷媒通路１７にて接続し、水熱交換器１４と電動膨張弁１５とを冷媒通路１８、３６にて接続し、電動膨張弁１５と空気熱交換器１６とを冷媒通路１９にて接続し、空気熱交換器１６と圧縮機１３とを冷媒通路３７及び冷媒通路２１にて接続している。そして、冷媒としては、例えば、高圧側を超臨界圧力で使用する炭酸ガス等の自然冷媒を用いられる。

また、冷凍サイクル３は、水熱交換器１４から流出した高圧冷媒を冷却する液ガス熱交換器２５を備えている。この場合、液ガス熱交換器２５は、水熱交換器１４から流出した高圧冷媒が通過する第１通路２６と、空気熱交換器１６から流出した低圧冷媒が通過する第２通路２７とを備えている。そして、第１通路２６を通過する高温高圧の冷媒と、第２通路２７を通過する低温低圧の冷媒との間で熱交換が行なわれる。

次に、このヒートポンプ式給湯装置の運転動作（湯沸かし運転）を説明する。圧縮機１３を駆動すると共に、水循環用ポンプ１０を駆動（作動）する。すると、貯湯タンク１の底部に設けた取水口７から貯溜水（温湯）が流出し、これが循環路９の熱交換路１１を流通する。また、圧縮機１３からの吐出冷媒が、水熱交換器１４、減圧機構１５、空気熱交換器１６とを順次経由して上記圧縮機１３へと返流する。そのため、循環路９の熱交換路１１を流通する水がガス冷却器である水熱交換器１４によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口８から貯湯タンク１の上部に返流される。そして、このような動作を継続して行なうことによって、貯湯タンク１に高温の温湯が貯湯されることになる。
特開２００５−１８８８６２号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来例においては、上記液ガス熱交換器２５を圧縮機１３等を配設している機械室に配置しているため、機械室を冷却するための風が液ガス熱交換器２５に当たり、放熱ロスが大きいという問題があった。また、狭い機械室に配置していたため、充分な有効長が得られず、熱交換の効率が悪いという問題もあった。

本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、その目的は、放熱ロスを少なくすることが可能であり、しかも液ガス熱交換器に必要な有効長が得られ、そのため、液ガス熱交換器の機能を充分に発揮させることができ、給湯性能を向上することが可能なヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

そこで、この発明のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機１３と水熱交換器１４と減圧機構１５と空気熱交換器１６とを順次接続したヒートポンプユニット４を備え、上記水熱交換器１４にて構成される熱交換路１１に未加熱水を供給してこの未加熱水を加熱する沸上運転を可能とし、上記水熱交換器１４から流出して減圧機構１５に流入する高圧冷媒と、上記空気熱交換器１６から流出した低圧冷媒との熱交換を行なう液ガス熱交換器２５を設けたヒートポンプ式給湯装置において、上記液ガス熱交換器２５は、一対のパイプ状の第１通路２６及び第２通路２７を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器２５を、上記空気熱交換器１６の略Ｌ型の形状に対応させるように略Ｌ型に折曲すると共に、上記空気熱交換器１６の下方に配置し、上記水熱交換器１４と上記液ガス熱交換器２５とを共通の熱交換器カバー５５にて覆っていることを特徴とする。

また、この発明のヒートポンプ式給湯機では、上記空気熱交換器１６の下方に上記熱交換器カバー５５を配置する。

また、上記熱交換器カバー５５を断熱材で構成する。さらに、上記水熱交換器１４と上記液ガス熱交換器２５との間に断熱壁５９を介設する。

この発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器と液ガス熱交換器とを共通の熱交換器カバーで覆っているので、ファンによる風が水熱交換器や液ガス熱交換器に当たるのが防止され、そのため、送風による各熱交換器からの放熱ロス、特に液ガス熱交換器からの放熱ロスを少なくすることができる。また、水熱交換器と液ガス熱交換器とを別々のカバーで覆う場合に比較して、製造コストを低減し得るし、また、省スペース化を図ることも可能となる。殊に、熱交換器カバーを断熱材で構成する場合には、放熱ロスの減少効果、及びコストダウン効果は顕著に表れる。特に、液ガス熱交換器を空気熱交換器の下部に配置したので、ファンによる風が各熱交換器に当たらなくなるので、放熱ロスは一段と低減される。また、水熱交換器と液ガス熱交換器とを断熱壁で熱的に区画しているので、液ガス熱交換器からの放熱ロスを一段と確実に低減できる。

さらに、この発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、液ガス熱交換器は、一対のパイプ状の第１通路及び第２通路を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器を、上記空気熱交換器の略Ｌ型の形状に対応させるように略Ｌ型に折曲しているので、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行なうべく必要な有効長を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５の配置構造に特徴を有するものであり、ヒートポンプ式給湯装置の配管構成は、先に説明した図４に示す給湯機と同一である。

図１は主要な構成部材だけを表したヒートポンプユニット４の分解斜視図を示し、金属製の底板４０の上面に立設した仕切板４１の一方側を圧縮機１３等を配置している機械室４２とし、仕切板４１の他方側を空気熱交換器１６、ファン２２等が配置されるファン室４３としている。また、ファン２２の前面側には天板４４を一体化した前板４５が配置され、この略格子状の前板４５の内面側にベルマウス４６がネジ４７により固定されるようになっている。なお、ファン２２が回転駆動されることで、空気が前板４５、ベルマウス４６の円形の開口部４８を介して吹き出され、その風が空気熱交換器１６を通過することで、該空気熱交換器１６が冷却される。

図２は、上記ヒートポンプユニット３の要部拡大断面図を示している。同図において、１６は空気熱交換器、２２はファン、１４は水熱交換器、２５は液ガス熱交換器をそれぞれ示している。そして、空気熱交換器１６は、底板４０から所定の間隔を置いて、支持台５０に載置されているが、この支持台５０は、支持プレート５１と、支持プレート５１上に固定された台座部５４とより成るものである。空気熱交換器１６は、図1に示しているように、略Ｌ型に形成されており、この空気熱交換器１６を支持固定する台座部５４も略Ｌ型に形成されていて、この台座部５の上面に空気熱交換器１６が支持固定されている。支持プレート５１は、底板４０の端縁より立ち上がっているフランジ５２の内側に位置して上方に延びる立上部５７と、立上部５７の上端部から前方に延びる水平カバー部５８とより成り、上記立上部５７が底板４０から立設されている。上記水平カバー部５８からはファンモータ取付台５３が上方へと立設されており、このファンモータ取付台５３の上端部は、空気熱交換器１６の上端部に固定されている。ファンモータ取付台５３には、ファンモータ５６、及び上記ファン２２が取り付けられている。

また、図２に示すように、上記水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５とは、共通の熱交換器カバー５５内に収納されている。この熱交換器カバー５５は、発泡スチロールのような断熱材よりなるもので、上下に分割構成された箱状のものである。熱交換器カバー５５は、底板４０の上面であって、上記水平カバー部５８の下方の位置に配置されている。この場合、液ガス熱交換器２５は、空気熱交換器１６の下部（直下）の位置に配置され、水熱交換器１４は、それよりも前方側に配置されている。そして、熱交換器カバー５５の内部において、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５との間には、断熱壁５９が介設されており、両熱交換器１４、２５を熱的に区画している。なお、水熱交換器１４は、パイプ状で二重構造とした水熱交換器部材が上下方向に積層して配管されたものであって、水熱交換器部材の上部には、高温冷媒が流れるように配管され、水熱交換器部材の下部には低温冷媒が流れるように配管されている。

次に、液ガス熱交換器２５の構成、配置位置について説明する。この液ガス熱交換器２５は、図３に示すように、水熱交換器１４からの高圧冷媒が流れるパイプ状の第１通路２６と、この第１通路２６の径より大径としたパイプ状の第２通路２７とで構成されている。そして、第１通路２６及び第２通路２７は並設されていて、両通路２６、２７はロウ付けにて固着されている。液ガス熱交換器２５の略中央部分の折り返し部６０にて略コ字型であってヘアピン状に折り曲げられており、上下方向に両通路２６、２７が位置するように折曲してある。また、液ガス熱交換器２５は水熱交換器１４の周囲に配置すべく、液ガス熱交換器２５の途中の折曲部６１で略９０°に折曲されている。

液ガス熱交換器２５の第１通路２６の一方の端部を液（高圧冷媒のこと、以下同じ）が流入する液側入口部６２とし、第１通路２６の他方の端部を液が流出する液側出口部６３としている。また、第２通路２７の一方の端部をガス（低圧冷媒のこと、以下同じ）が流入するガス側入口部６４とし、第２通路２７の他方の端部をガスが流出するガス側出口部６５としている。そして、液ガス熱交換器２５の第１通路２６の液が流れる方向と、第２通路２７のガスが流れる方向とが逆方向となるようにしている。

そして、図４にも示しているように、冷媒通路１８が液ガス熱交換器２５の第１通路２６の液側入口部６２に接続され、冷媒通路３６が液側出口部６３に接続される。また、冷媒通路３７が液ガス熱交換器２５の第２通路２７のガス側入口部６４に接続され、ガス側出口部６５に冷媒通路２１が接続される。

一対のパイプ状の第１通路２６及び第２通路２７で構成される液ガス熱交換器２５は、全体形状としては、図３に示すように、略Ｌ型に形成されており、この略Ｌ型に形成されている液ガス熱交換器２５を水熱交換器１４の周囲を囲むように配置している。また、このように液ガス熱交換器２５を水熱交換器１４の背面から側面にかけて配置した場合、図２に示すように、液ガス熱交換器２５は空気熱交換器１６の下方に配置された状態となっている。

つまり、空気熱交換器１６は図１に示すように略Ｌ型に形成されていて、この略Ｌ型に形状に対応させるように液ガス熱交換器２５も略Ｌ型に形成し、平面状における液ガス熱交換器２５の大きさも空気熱交換器１６と略同じくらいの大きさとしている。これにより、空気熱交換器１６の下方の位置に液ガス熱交換器２５を配置でき、また、図２に示すように、支持プレート５１の水平カバー部５８を境に、上側に空気熱交換器１６が配置され、その下側に水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５が配置される構造となっている。また、支持プレート５１の内側面と水熱交換器１４との間に形成されるスペースに液ガス熱交換器２５が配置されることになり、スペースを有効に利用している。

以上のように、上記ヒートポンプ式給湯装置においては、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５とを共通の断熱性の熱交換器カバー５５で覆うと共に、熱交換器カバー５５、特に、液ガス熱交換器１４を空気熱交換器１６の下部に配置しているので、ファン２２による風が水熱交換器１４や液ガス熱交換器２５に当たるのが防止され、そのため、送風による各熱交換器１４、２５からの放熱ロス、特に液ガス熱交換器２５からの放熱ロスを少なくすることができる。また、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５とを別々のカバーで覆う場合に比較して、製造コストを低減し得るし、また、省スペース化を図ることも可能となる。また、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５とを断熱壁５９で熱的に区画しているので、液ガス熱交換器１４からの放熱ロスを一段と確実に低減できる。

さらに、液ガス熱交換器２５は、一対のパイプ状の第１通路２６及び第２通路２７を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器２５を、略中央部分を折り曲げると共に、上記空気熱交換器１６の略Ｌ型の形状に対応させるように略Ｌ型に折曲しているので、省スペースを図りながらも、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行なうべく必要な有効長を得ることができる。

本発明の実施の形態におけるヒートポンプユニットの要部分解斜視図である。 本発明の実施の形態における空気熱交換器及び液ガス熱交換器の要部拡大断面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態における液ガス熱交換器の平面図及び正面図である。 本発明の実施の形態におけるヒートポンプユニットの配管簡略図である。

符号の説明

４ ヒートポンプユニット
１１ 熱交換路
１４ 水熱交換器
１５ 減圧機構
１６ 空気熱交換器
２５ 液ガス熱交換器
２６ 第１通路
２７ 第２通路
５５ 熱交換器カバー
５９ 隔壁

Claims (4)

1. 圧縮機（１３）と水熱交換器（１４）と減圧機構（１５）と空気熱交換器（１６）とを順次接続したヒートポンプユニット（４）を備え、上記水熱交換器（１４）にて構成される熱交換路（１１）に未加熱水を供給してこの未加熱水を加熱する沸上運転を可能とし、上記水熱交換器（１４）から流出して減圧機構（１５）に流入する高圧冷媒と、上記空気熱交換器（１６）から流出した低圧冷媒との熱交換を行なう液ガス熱交換器（２５）を設けたヒートポンプ式給湯装置において、上記液ガス熱交換器（２５）は、一対のパイプ状の第１通路（２６）及び第２通路（２７）を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器（２５）を、上記空気熱交換器（１６）の略Ｌ型の形状に対応させるように略Ｌ型に折曲すると共に、上記空気熱交換器（１６）の下方に配置し、上記水熱交換器（１４）と上記液ガス熱交換器（２５）とを共通の熱交換器カバー（５５）にて覆っていることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 上記空気熱交換器（１６）の下方に上記熱交換器カバー（５５）を配置していることを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯機。
3. 上記熱交換器カバー（５５）が断熱材で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のヒートポンプ式給湯機。
4. 上記水熱交換器（１４）と上記液ガス熱交換器（２５）との間に断熱壁（５９）が介設されていることを特徴とする請求項３のヒートポンプ式給湯機。