JP4661908B2 - ヒートポンプユニット及びヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプユニット、特に、建物において温水を循環させて暖房を行う温水循環暖房システムに使われるヒートポンプユニット及びヒートポンプ給湯装置に関する。

従来から、ヒートポンプと、このヒートポンプで加熱された温水を貯える貯湯タンクと、この温水を建物内の各室に設けられたラジエータに循環させて建物の暖房を行う温水循環暖房システムが存在する。ヒートポンプは、屋外に設置されており、冷媒配管により接続され冷凍サイクルを構成する圧縮機、放熱器、膨張弁および蒸発器と、蒸発器に外気を当てるためのファンとを備えている。ここで、ヒートポンプは、蒸発器により外気から熱を奪い、放熱器から放出する熱によって貯湯タンクから流れてくる温水を加熱する。

しかし、ヒートポンプは、蒸発器により外気から熱を取り込んでいるため、空気中の水蒸気が凝縮して、外気から採熱を行う蒸発器に凝縮水が付着する。外気温度が比較的に高い状況では、この凝縮水は蒸発器のドレインパンに設けられた排水口より機外に排出される。ところが、ヨーロッパ等の寒冷地では、暖房運転を行う冬は外気温度が氷点下まで低下する場合が多いため、排水口が凍結し、排水不良が起きる場合がある。

排水不良で機外に排出されない凝縮水が蒸発器で着霜または凍結されると、蒸発器の蒸発能力が低下して暖房能力が低下し、冷媒配管や板金に損傷が発生するおそれがある。

そこで、特許文献１に開示されているヒートポンプでは、圧縮機から吐出して放熱器に入る前の冷媒の一部の熱を利用して、蒸発器の除霜運転を行っている。
特開２００７−１５５２９６号公報

ところが、圧縮機から吐出されて放熱器に入る前の冷媒の熱で蒸発器の除霜作業を行う場合、放熱器に入る冷媒の温度が低下し、ヒートポンプユニットの熱効率が低下するおそれがある。

本発明の課題は、蒸発器に設けられたドレインパンの排水口の凍結を防止することができるヒートポンプユニットを提供することにある。

第１発明に係るヒートポンプユニットは、蒸発器と、圧縮機と、放熱器と、減圧機構と、ドレインパンと、ドレインパン加熱手段と、熱交換器とを備えている。蒸発器は、空気中の熱を吸収して冷媒を蒸発させる。圧縮機は、蒸発器からの気相冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出する。放熱器は、圧縮機から供給された高温冷媒の熱を放出する。減圧機構は放熱器からの冷媒を膨張させる。ドレインパンは、蒸発器の下部に設けられて、凝縮水を排出するための受け皿である。ドレインパン加熱手段は、放熱器から減圧機構までの間を流れる冷媒の少なくとも一部の熱を利用して、ドレインパンを加熱させる。熱交換器は、蒸発器から圧縮機に向かう冷媒と放熱器から減圧機構に向かう冷媒との熱交換を行わせ、前記放熱器から流出した冷媒に過冷却を付与する。熱交換器において、放熱器から吐出され冷媒配管内を流れる冷媒は、蒸発器から流出した冷媒配管内を流れる冷媒と熱交換を行う。ここで、ドレインパン加熱手段は、ドレインパンと接触して前記ドレインパンを加熱する冷媒配管である。

ヒートポンプが作動すると、冷媒は、蒸発器において、空気中の熱を吸収して蒸発する。そして、蒸発器から吐出された気相冷媒は、圧縮機で圧縮されて高圧高温になる。圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器において、例えば外部から供給された水と熱交換を行う。放熱器から吐出された冷媒は、減圧機構において膨張され、低温低圧の気液二相（あるいは液相）となる。

ここでは、ドレインパン加熱手段は、熱交換器に含まれ且つドレインパンに接触させた冷媒配管により構成されており、放熱器から減圧機構までの間を流れる冷媒配管内の冷媒の少なくとも一部の熱を利用して、ドレインパンを加熱させる。よって、蒸発器の下部に設けられたドレインパン及び排水口が凍結するのを防ぐことができる。また、放熱器で放熱した後の余熱を利用しているため、ヒートポンプユニットの熱効率が下がらない又はあまり下がらない。さらに、放熱器から吐出され冷媒配管内を流れる冷媒は、蒸発器の下部に設けられたドレインパンと熱交換を行い、さらに冷却されるこれにより、放熱器から流出した冷媒に過冷却を付与することができるとともに、圧縮機に流入する冷媒を加熱して過熱状態に近づけることができる。

第２発明に係るヒートポンプユニットは、第１発明のヒートポンプユニットであって、放熱器において、冷媒は温水に熱を放出する。

例えば、放熱器で冷媒と熱交換を行う温水入口の温度は２０℃以上である。ヨーロッパ等の寒冷地では冬季の室内温度２０℃以上に維持するように暖房を行う必要があるため、室内のラジエータから供給される温水の温度が２０℃以上になる。したがって、放熱器で温水に熱を放出した後の冷媒の温度も２０℃以上となり、この余熱を利用することが十分に可能である。

第３発明に係るヒートポンプユニットは、第１または第２発明のヒートポンプユニットであって、ヒートポンプは、二酸化炭素を冷媒とする。

これまで、ヒートポンプ内の冷凍サイクルにおいて熱エネルギーを運ぶ媒体（冷媒）としてフルオロカーボンが広く使われているが、地球温暖化対策として、二酸化炭素を冷媒として採用する傾向が出てきている。

第４発明に係るヒートポンプユニットは、第１〜第３発明のいずれかのヒートポンプユニットであって、ドレインパン加熱手段は、放熱器と減圧機構との間に設けられ、ドレインパンに接触された冷媒配管である。

ここでは、放熱器と減圧機構との間に設けられた冷媒配管をドレインパンに接触させることで、簡単な構造で、放熱器から減圧機構までの間を流れる冷媒の少なくとも一部の熱を利用して、ドレインパンを加熱させることができる。

第５発明に係るヒートポンプユニットは、第４発明のヒートポンプユニットであって、ドレインパン加熱手段は、冷媒配管とドレインパンとの接触部に設けられた伝熱部材をさらに備えている。

ここでは、冷媒配管とドレインパンとの接触部に伝熱部材を設けることで、冷媒配管とドレインパンとの伝熱効果を上げることができる。

第６発明に係るヒートポンプユニットは、第１〜第５発明のいずれかのヒートポンプユニットであって、ドレインパンには、排水口が設けられており、冷媒配管とドレインパンとの接触部は排水口の近くに配置されている。

ここでは、冷媒配管とドレインパンとの接触部を、排水口の近くに配置することにより、排水口の凍結を防止することができる。

第７発明に係るヒートポンプユニットは、第６発明のヒートポンプユニットであって、冷媒配管の外周は断熱材に包まれており、排水口周辺に位置する冷媒配管の断熱材には切欠部が形成されている。

ここでは、冷媒配管の外周は断熱材で包まれ、冷媒配管と外気との熱交換を遮断する。また、排水口近傍では断熱材を切り欠いて、冷媒配管内を流れる冷媒の余熱で、排水口近傍を加熱するようにする。このように、凍結が心配され、加熱が必要なドレインパンの排水口のみを加熱することで、不要な熱損失を低減することができ、ヒートポンプユニット全体の熱効率を上げることができる。

第８発明に係るヒートポンプ給湯装置は、第１〜第７のいずれかに記載のヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクと、を備えている。

ここでは、のヒートポンプユニットで加熱された温水を貯湯タンクに溜めて、温水循環暖房システムあるいは温水供給システムとして使用することができる。

本発明によれば、放熱器で放熱した後の余熱を利用して、蒸発器の下部に設けられたドレインパン及び排水口が凍結するのを防ぐことができる。

＜温水循環暖房システムの主要構成＞
本発明の一実施形態に係るヒートポンプユニットを含む温水循環暖房システムの構成を、図１に示す。温水循環暖房システムは、建物において温水を循環させて暖房を行うとともに給湯機能を持つシステムであって、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３および暖房用循環回路４、沸き上げ用循環回路５、制御部７、居室内ラジエータ８，８とを備えている。

ヒートポンプユニット１は、蒸発器１１により外気から熱を取り込む。また、放熱器１３から放出する熱によって、貯湯循環回路５を介して貯湯タンク２から流れてくる温水を加熱する。

貯湯タンク２は、ヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、貯湯タンク２内の上下方向の略中央部にはヒータ６を配置していて、このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱する。

暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数のラジエータ８を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。

各ラジエータ８は、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、温水は低温となり、各ラジエータ８を出て、貯湯タンク２へ向かって流れる。

＜ヒートポンプユニット１の構成＞
図１に示すヒートポンプユニット１は、 冷媒回路１６を有しており、貯湯タンク２から送られてくる水を沸き上げて温水にする。冷媒回路１６は、主として、蒸発器１１、圧縮機１２、放熱器１３、減圧機構としての膨張弁１５と、を順に接続して構成される。なお、この冷媒回路１６には、冷媒としてＣＯ２冷媒を利用している。

蒸発器１１は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、屋外の空気と熱交換を行い、流入してくる液冷媒を蒸発させる。

圧縮機１２は、運転容量を可変することが可能な容量可変型の圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータによって駆動される。

放熱器１３は、冷媒のガスクーラーとして機能する熱交換器である。放熱器１３は、圧縮機１２において圧縮された高温高圧のガス冷媒を、循環ポンプ５１から送られてくる低温水と熱交換させる（低温水に放熱する）ことで凝縮させる。また、放熱器１３は、そのガス側が圧縮機１２の吐出側に接続され、その液側が電動膨張弁１５に接続されている。

電動膨張弁１５は、蒸発器１１の液側と接続され、蒸発器１１内を流れる冷媒の圧力や流量などの調節を行う。

また、ヒートポンプユニット１は、ユニット内に外気を吸入して、蒸発器１１において冷媒と熱交換させた後に、熱交換後の空気を外部に排出するための送風ファンとしての室外ファン１７を有している。この室外ファン１７は、蒸発器１１に供給する空気の風量を可変することが可能なファンである。

さらに、蒸発器１１の下部には、凝縮水を排出するための受け皿としてドレインパン１９が設けられている。図２に示すように、OLE_LINK1ドレインパン１９の形状は底面がOLE_LINK1長方形の皿状であって、排水口２３が２つ設けられている。放熱器１３からの冷媒配管２１は、ドレインパン１９の底面に沿って配置されており、特に排水口２３の近傍に接している。

＜貯湯タンク２の構成＞
貯湯タンク２は、ヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、貯湯タンク２内の上下方向の略中央部には、ヒータ６が配置されている。このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱することができる。なお、このヒータ６により、貯湯タンク２の上部により高温の温水を貯湯することができる。図示しないが、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するため、複数の温度センサを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。

貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号は、圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御に使用される。つまり、制御部７は、貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度に基づいて、圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御する。

＜沸き上げ用循環回路５の構成＞
ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２と接続されている。沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。なお、第２暖房往き接続口４２は第１取水口の一例である。供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられており、貯湯タンク２内の下部領域にある比較的低温の温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。なお、貯湯タンク２内であって、比較的低温の温水により占められている領域を第２領域としての低温水領域Ｚｌとする。

沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌの温水を吸い込み、この吸い込んだ比較的低温の温水を凝縮器１３へ向けて吐出する。そして、放熱器１３では、比較的低温の温水が、ＣＯ２冷媒と熱交換することにより加熱され、高温の温水になる。この放熱器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中において、水熱交換器１３により加熱されてできた高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の上部領域に流す。したがって、第２暖房往き接続口４２は、貯湯タンク２の供給口５３から流出してヒートポンプユニット１の水熱交換器１３により加熱された高温の温水が戻る戻り接続口となっている。このため、貯湯タンク２内の温水は、上側が高温の温水により占められる第１領域としての高温水領域Ｚｈ、下側が比較的低温の温水により占められる第２領域としての低温水領域Ｚｌように湯層（温度分布）が形成されている。

＜給湯配管＞
給湯配管は、水が供給される給水配管から分岐され、貯湯タンク２内に設けられた給湯用熱交換器３に引き込まれており、給水配管から供給される水道水を給湯用熱交換器３により貯湯タンク２内の温水と熱交換させて、家庭のキッチン、浴槽、シャワーなどに温湯を供給する配管である。

給湯用熱交換器３は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌから高温水領域Ｚｈに渡って配置されている。給湯配管に供給された水道水（以下、給湯配管を流れる水道水を給湯水とする）は、給湯用熱交換器３内を流れることによって加熱される。具体的には、給湯水は、まず、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌに配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れる。そして、給湯水は、貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈに配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れた後に、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２の外に出る。なお、給湯用熱交換器３は、貯湯タンク２内の上下方向の中央部に配置されているヒータ６を跨ぐように配置されている。ここで、ヒータ６よりも上側に配置される給湯用熱交換器３を上部コイル部３ａとし、ヒータ６よりも下側に配置される給湯用熱交換器３を下部コイル部３ｂとする。

なお、給湯配管には、給湯温度をリモコンなどで利用者に設定された温度に調整するための給湯用混合弁３１が、給水配管から分岐されて貯湯タンク２までの間の配管と、給湯用熱交換器３から家庭のキッチン、浴槽、シャワーなどまでの間の配管との間に設けられている。すなわち、給湯用混合弁３１により、給水配管から供給される水道水と、給湯用熱交換器３により熱交換されて加熱された温湯とを混合させて、混合された温水が設定温度になるように調整している。

＜暖房用循環回路４＞
暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数のラジエータ８を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。そして、暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。なお、第１暖房往き接続口４１は第２取水口の一例であり、暖房戻り接続口４３は戻し口の一例である。

第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数のラジエータ８に送ることができる。

第２暖房往き接続口４２も、第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、貯湯タンク２内の上部領域の温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数のラジエータ８へ送ることができる。また、第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。

各ラジエータ８は、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、温水は、低温となり、各ラジエータ８を出て、暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。

暖房戻り接続口４３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の下部領域の温水と混ぜることができる。

また、暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、第１，第２温度センサ４６，４７、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。

バイパス配管４４は、ラジエータ８から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。

暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。

第１温度センサ４６は、貯湯タンク２からラジエータ８へ向かう温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に送る。

第２温度センサ４７は、ラジエータ８から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に送る。

＜制御部７＞
制御部７は、外気温度センサ１８から、外気温度を示す信号を受けると共に、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号を受ける。そして、制御部７は、外気温度センサ１８および第１，第２温度センサ４６，４７からの信号に基づき、暖房用混合弁４５の２つの入口の夫々の開度を調節したり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を調節したりする。例えば、外気温度が高い時は、暖房用混合弁４５を調節してバイパス配管４４からの温水流入量を増加させることで往き温度を下げたり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を下げて循環する温水の流速を下げることで戻り温度を下げる。一方、外気温度が低い時は、暖房用混合弁４５を調節してバイパス配管４４からの温水流入量を減少させることで往き温度を上げる、または暖房用循環ポンプ４８の回転数を上げて循環する温水の流速を上げることで戻り温度を上げる。

＜ヒートポンプユニット１の運転について＞
ヒートポンプユニット１が稼働すると、ＣＯ２冷媒は、蒸発器１１において、室外ファン１７から送られた空気中の熱を吸収して蒸発する。そして、蒸発器１１から吐出された気相冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて高圧高温の冷媒になる。圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器１３において、貯湯循環回路５を介して貯湯タンク２からの温水と熱交換を行う。熱交換により放熱された冷媒は凝縮器１３に入る前に比べて低温となって、膨張弁１５に向かって流れる。ここで、放熱器１３から膨張弁１５までの間の冷媒配管２１は、ドレインパン１９に接触されており、放熱器１３から膨張弁１５までの間を流れる冷媒の熱を利用して、ドレインパン１９及びドレインパン１９に設けられた排水口２３を加熱させる。その後、冷媒は膨張弁１５において膨張されて低温低圧の気液二相（あるいは液相）となる。

OLE_LINK2図３は、ヒートポンプユニット１の冷凍サイクルのp−h線図である。圧縮機１２において、ＣＯ２冷媒は、臨界圧力を超える圧力まで圧縮され、高温高圧の超臨海状態になる。図３に示すＡ点からＢ点へ移行する。Ｂ点において、ＣＯ２冷媒の温度は約１２０℃である。

放熱器１３において、ＣＯ２冷媒は、貯湯タンク２から送られてくる温水と熱交換を行って冷却され、段々と温度が下がり超臨界状態から液体状態に移行する。図３に示すＢ点からＣ点へ移行する。Ｃ点において、ＣＯ２冷媒の温度は約３２℃である。

放熱器１３から吐出された冷媒配管２１内を流れるＣＯ２冷媒は、蒸発器１１の下部に設けられたドレインパン１９と熱交換を行い、さらに冷却され、図３のＣ点からＣ’点へ移行する。Ｃ’点において、ＣＯ２冷媒の温度は約２２℃である。

その後、膨張弁１５において、ＣＯ２冷媒は、減圧され低温低圧の気液二相（あるいは液相）状態になる。図３に示すＣ’点からＤ点へ移行する。減圧後のＤ点において、ＣＯ２冷媒の温度は約−１０℃である。

蒸発器１１において、ＣＯ２冷媒は、外部空気からの熱を取り込んで蒸発し、低温低圧の気体となって再び圧縮機１２に吸入される。図３に示すＤ点からＡ点へ移行する。蒸発器１１において、ＣＯ２冷媒は気液二相（あるいは液相）から気体になるだけであって、温度は約−１０℃のままである。
OLE_LINK2 ＜ヒートポンプユニットの特徴＞
（１）
本ヒートポンプユニット１では、放熱器１３から膨張弁１５までの間の冷媒配管２１を蒸発器１１の下部に設けられたドレインパン１９の排水口２０近傍に接触させ、冷媒配管２１に流れる冷媒の熱を利用して、ドレインパン１９及び排水口２０を加熱させる。よって、寒冷地に使用される温水循環暖房システムにおいて、ドレインパン１９及び排水口２０が凍結するのを防ぐことができる。

（２）
ヨーロッパ等の寒冷地では冬季の室内温度２０℃以上に維持するように暖房を行う必要があるため、室内のラジエータ８で熱交換を行った後、貯湯タンクに戻される温水の温度は２０℃以上である。したがって、放熱器１３で温水に熱を放出した後の冷媒の温度も２０℃以上となり、この余熱を利用することが可能である。

（３）
また、放熱器１３で放熱した後の余熱を利用しているため、放熱器１３における熱交換効率を下げることはなく、よってヒートポンプユニット１全体の熱効率を下げることはない。また、放熱後の冷媒でドレインパン１９及び排水口２０を加熱しているため、ドレインパン１９及び排水口２０が凍結するのを防ぐことができ、寒冷地でも正常な運転が継続できるので、ＣＯＰを向上させることも可能である。

（４）
また、本ヒートポンプユニット１では、放熱器１３と膨張弁１５との間に設けられた冷媒配管２１をドレインパン１９に接触させることで、簡単な構造で、放熱器１３から膨張弁１５までの間を流れる冷媒の熱を利用して、ドレインパンを加熱させることができる。

（５）
また、ドレインパンに放熱することでその分余計に熱が必要となるが、ドレインパンに放熱することで膨張弁前の冷媒密度を大きくし、蒸発器の冷媒を湿らせることができる。同じ蒸発能力でもより潜熱を利用することが可能となり蒸発温度が若干ではあるが高くなり、効率も改善される。これはラジエータからの戻り温度が高いときに特に大きく効率が改善される。

＜その他の実施例＞
その他の実施形態に係るヒートポンプユニット１００の構成を、図４に示す。図１のヒートポンプユニットと同じ構造については、同じ図面符号を使用し、具体的構成についての説明を省略する。

図４のヒートポンプユニット１００は、熱交換器１４をさらに備えている。熱交換器１４では、蒸発器１１から流出して圧縮機１２に流入する低圧低温冷媒と、放熱器１３から流出して膨張弁１５に流入する高圧冷媒との熱交換を行わせる。

図４及び図５に示すように、熱交換器１４は、ドレインパン１９の上に配置されており、放熱器１３と膨張弁１５とを結ぶ冷媒配管２１１と、蒸発器１１と圧縮機１２とを結ぶ冷媒配管２１２とを有している。図５に示すように、熱交換器１４に含まれる冷媒配管２１１、２１２は互いに重なり合った状態でドレインパン１９に接触され、ドレインパン加熱手段２０１を構成している。ドレインパン１９は排水口２３を有しており、冷媒配管２１１、２１２からなるドレインパン加熱手段２０１の一部は排水口２３の近傍に配置されている。

図６は、ヒートポンプユニット１００の冷凍サイクルのp−h線図である。圧縮機１２において、ＣＯ２冷媒は、臨界圧力を超える圧力まで圧縮され、高温高圧の超臨海状態になる。図６に示すＡ点からＢ点へ移行する。Ｂ点において、ＣＯ２冷媒の温度は約１２０℃である。

放熱器１３において、ＣＯ２冷媒は、貯湯タンク２から送られてくる温水と熱交換を行って冷却され、段々と温度が下がり超臨界状態から液体状態に移行する。図６に示すＢ点からＣ点へ移行する。Ｃ点において、ＣＯ２冷媒の温度は約３２℃である。

ここでは、熱交換器１４が設けられているため、放熱器１３から吐出され冷媒配管２１１内を流れる約３２℃の液状ＣＯ２冷媒は、蒸発器１１から流出した冷媒配管２１２内を流れる約−１０℃の気体ＣＯ２冷媒と熱交換を行うとともに、蒸発器１１の下部に設けられたドレインパン１９と熱交換を行い、さらに冷却される。図３に示す熱交換器１４が設けられていない場合のＣ’点（約２２℃）を超えて、さらに冷却されＣ’’点へ移行する。Ｃ’’点において、ＣＯ２冷媒の温度は約１２℃である。これにより、放熱器１３から流出した冷媒に過冷却を付与し、また、圧縮機１２に流入する冷媒を加熱して過熱状態に近づけることができる。

その後、膨張弁１５において、ＣＯ２冷媒は、減圧され低温低圧の気液二相（あるいは液相）状態になる。図６に示すＣ’’点からＤ点へ移行する。減圧後のＤ点において、ＣＯ２冷媒の温度は約−１０℃である。

蒸発器１１において、ＣＯ２冷媒は、外部空気からの熱を取り込んで蒸発し、低温低圧の気体となって再び圧縮機１２に吸入される。図６に示すＤ点からＡ’点へ移行する。

ここでは、熱交換器１４が設けられているため、蒸発器１１から流出した冷媒配管２１２内を流れる約−１０℃の気体ＣＯ２冷媒は、放熱器１３から吐出され冷媒配管２１１内を流れる約３２℃の液状ＣＯ２冷媒と熱交換を行い、Ａ’点からＡ点へ移行する。この過程で、ＣＯ２冷媒の温度は約−１０℃のままで気体の乾き度が大きくなる。このため、圧縮機１２において湿り圧縮が起こることを防止することができ、安定した運転を可能としている。

＜変形例＞
（Ａ）
図５に示すドレインパン加熱手段２０１は、熱交換器１４に含まれる冷媒配管２１１、２１２を重ねた状態で直接ドレインパン１９に接触しており、排水口２３を含むドレインパン１９全体を加熱する構造になっている。しかし、ドレインパン１９の排水口２３のみを加熱することもできる。例えば、図７に示すように、冷媒配管２１１、２１２を重ねた熱交換器１４の外周を断熱材２５で包み、冷媒配管２１１、２１２と外気との熱交換を遮断する。また、排水口２３近傍では断熱材２５を切り欠いて、冷媒配管２１１内を流れる液状ＣＯ２冷媒の余熱で、排水口２３近傍を加熱するようにする。

このように、凍結が心配され、加熱が必要なドレインパン１９の排水口２３のみを加熱することで、不要な熱損失を低減することができる。

（Ｂ）
図８に示すように、冷媒配管２１１と排水口２３近傍のドレインパン１９との接触部に、伝熱部材２４を設け、冷媒配管２１１とドレインパン１９の接触部における熱伝達を強化することも可能である。

（Ｃ）
図３に示すドレインパン加熱手段では、放熱器１３からの冷媒配管２１をそのまま直接
ドレインパン１９に接触しており、排水口２３を含むドレインパン１９全体を加熱する構造になっている。しかし、ドレインパン１９の排水口２３のみを加熱することができる。上記（Ａ）同様、冷媒配管２１の外周を断熱材２５で包み、排水口２３近傍では断熱材２５を切り欠いて、冷媒配管２１内を流れる液状ＣＯ２冷媒の余熱で、排水口２３近傍を加熱するようにする。

また、上記（Ｂ）同様、冷媒配管２１と排水口２３近傍のドレインパン１９との接触部に、伝熱部材２３を設け、冷媒配管２１とドレインパン１９の接触部における熱伝達を強化することも可能である。

（Ｄ）
上記のヒートポンプユニット１では、放熱器１３吐出され膨張弁１５に供給される冷媒は、全て冷媒配管２１を経由してドレインパン１９の排水口２３を加熱するようになっている。但し、放熱器１３と膨張弁１５との間に少なくとも二つの配管経路を設け、その間に切替弁を設置し、放熱器１３から吐出されるＣＯ２冷媒の一部のみをドレインパン１９の加熱に使用し、その他の部分は直接膨張弁１５に供給してもよい。

ヒートポンプユニット１００も同様の構造を採用し、放熱器１３から吐出されるＣＯ２冷媒の一部のみを熱交換器１４に供給し、その他の部分は直接膨張弁１５に供給してもよい。

本発明の一実施形態に係る温水循環暖房システムの構成を示す図。 ヒートポンプユニットのサイクルを示す図（P−ｈ線図）。 ドレインパンの加熱手段の一部を示す図。 他の実施例の温水循環暖房システムの構成の一部を示す図。 他の実施例のドレインパンの加熱手段の構成の一部を示す図。 他の実施例のヒートポンプユニットのサイクルを示す図（P−ｈ線図）。 変形例のドレインパンの加熱手段の一部を示す図。 加熱手段の一部拡大図。

１、１００ ヒートポンプユニット
２ 貯湯タンク
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 放熱器
１４ 熱交換器
１５ 膨張弁
１９ ドレインパン
２０、２０１ ドレインパン加熱手段
２１、２１１ 放熱器からの冷媒配管
２３ 排水口
２４ 伝熱部材
２５ 断熱部材

Claims (5)

1. 空気中の熱を吸収して冷媒を蒸発させる蒸発器（１１）と、
   前記蒸発器からの気相冷媒を圧縮して高圧冷媒として吐出する圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機から供給された高温冷媒の熱を放出する放熱器（１３）と、
   前記放熱器からの冷媒を膨張させる減圧機構（１５）と、
   前記蒸発器の下部に設けられたドレインパン（１９）と、
   前記蒸発器から前記圧縮機に向かう冷媒と前記放熱器から前記減圧機構に向かう冷媒との熱交換を行わせ、前記放熱器から流出した冷媒に過冷却を付与する熱交換器（１４）と、
   前記放熱器から前記減圧機構までの間を流れる冷媒の少なくとも一部の熱を利用して、前記ドレインパンを加熱させるドレインパン加熱手段（２０）と
   を備えたヒートポンプユニットにおいて、
   前記ドレインパン加熱手段は、
   前記熱交換器に含まれ、前記ドレインパンと接触して前記ドレインパンを加熱する冷媒配管（２１１、２１２）であり、
   前記冷媒配管内を流れる冷媒は、蒸発器の下部に設けられたドレインパンと熱交換を行いさらに冷却され、これにより、放熱器から流出した冷媒に過冷却を付与することができるとともに、圧縮機に流入する冷媒を加熱して過熱状態に近づけることができ、
   前記ドレインパンには、排水口（２３）が設けられ、
   前記冷媒配管は前記排水口の近くに配置されており、
   前記冷媒配管の外周は断熱材（２５）に包まれており、
   前記排水口周辺に位置する前記冷媒配管の断熱材には切欠部が形成されている、
   ヒートポンプユニット。
2. 前記放熱器において、冷媒は温水に熱を放出する、
   請求項１に記載のヒートポンプユニット。
3. 前記冷媒は、二酸化炭素である、
   請求項１または２に記載のヒートポンプユニット。
4. 前記ドレインパン加熱手段は、
   前記冷媒配管と前記ドレインパンとの接触部に設けられた伝熱部材（２４）をさらに備えた、
   請求項１に記載のヒートポンプユニット。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のヒートポンプユニット（１）と、
   前記ヒートポンプユニット(１)で加熱された温水を貯える貯湯タンク(２)と、
   を備えたヒートポンプ給湯装置。

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