JP4892365B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒として例えば、二酸化炭素を用いるヒートポンプ式給湯機に関する。

この種のヒートポンプ式給湯機としては、水と冷媒を対向流で流すことにより効率的な熱交換を可能とし、成績効率（以下、ＣＯＰという）を向上できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、一般に、水冷媒熱交換時においては、水の温度変化履歴と冷媒の温度変化履歴とは異なり、両者間には最小温度差が発生する。
特開平１−１９３５６１号公報

しかしながら、現在、上記した最小温度差は１．５℃程度であり、これを更に小さくするには、かなりの熱交換器の大型化が必要となる。

また、当然であるが、熱交換器の大きさにかかわらず、最小温度差が０℃となる様な圧力以下に二酸化炭素冷媒の高圧側圧力を下げることはできず、成績係数（ＣＯＰ）の改善には限界があった。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、第１の水冷媒熱交換器にて、水側の温度変化履歴の一部を熱損失を伴わずに、ごくわずかだけ変化させることにより、熱交換器を大型化させずに、所定圧力以下に冷媒側の高圧圧力を低下させ、ＣＯＰを改善することができるようにしたヒートポンプ式の給湯機を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、圧縮機、冷媒流路と水流路を有しこれら冷媒流路と水流路との間で熱交換する第１の水冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器、及び第２の水冷媒熱交換器を順次接続して構成される冷凍サイクルと、前記第１の水冷媒熱交換器の水流路へ水を送水する送水路と、この送水路によって送水されて前記第１の水冷媒熱交換器にて加熱された水を貯えるタンクと、前記第１の水冷媒熱交換器と前記第２の水冷媒熱交換器との間で水を循環させ、前記第１の水冷媒熱交換器で得た熱を前記第２の水冷媒熱交換器で放出させる循環水路とを具備し、前記第１の水冷媒熱交換器の水流路の途中に流出口部、及びこの流出口部の上流側に位置して流入口部を配設し、前記流出口部及び流入口部に前記循環路を接続し、前記水流路中の水の一部を前記流出口部から流出させ、前記循環水路の水を前記流入口部から水流路に流入させ、前記流入口部と流出口部間の水流路の流量を他の部分の水流路の流量よりも多くなるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、水冷媒熱交換器の大型化することなく、成績係数（ＣＯＰ）を改善できる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は本発明の一実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルの構成を示すもので、冷媒としては二酸化炭素が用いられる。

この冷凍サイクルは、圧縮機１を備え、この圧縮機１に冷媒管１３を介して順次、第１の水冷媒熱交換器２、膨張弁３、蒸発器４、内部熱交換器５、及び第２の水冷媒熱交換器６を接続することにより構成されている。

第１の水冷媒熱交換器２には送水路としての水流路８が挿通されている。水流路８の第１の水冷媒熱交換器２の上流側にはポンプ７が設けられ、下流側にはタンク１０が接続されている。

また、第１の水冷媒熱交換器２と第２の水冷媒熱交換器６とは、循環水路１２を介して接続されている。循環水路１２の中途部には水を矢印に沿って循環させるポンプ９が設けられている。

図２は、第１の水冷媒熱交換器２の構成を示すものである。

この第１の水冷媒熱交換器２は、冷媒管１３とこの冷媒管１３の上面部側に接合する水流路８とによって構成され、水流路８には流出口部８ａと流入口部８ｂが設けられている。循環水路１２はその一端部を水流路８の流出口部８ａ、他端部を流入口部８ｂに接続する。

上記した構成において、圧縮機１が駆動されると、冷媒である二酸化炭素ガスが圧縮されて吐出され、第１の水冷媒熱交換器２に送られる。第１の水冷媒熱交換器２に送られた冷媒ガスは放熱したのち、内部熱交換器５及び膨張弁３を介して蒸発器４に送られる。蒸発器４に送られた冷媒液は吸熱して蒸発したのち、内部熱交換器５及び第２の熱交換器６を介して圧縮機１に吸い込まれて圧縮される
また、このときには、水流路８のポンプ７と、循環水路１２のポンプ９がそれぞれ稼動される。ポンプ７の稼動により、水流路８に沿って水が第１の水冷媒熱交換器２に送られ、第１の水冷媒熱交換器２で冷媒管１３に沿って流れる高圧冷媒ガスによって加熱されて温水となって貯湯タンク１０内に収容される。また、ポンプ９の稼動により、第１の水冷媒熱交換器２で加熱された温水の一部が水流路８から循環水路１２を介して第２の熱交換器６に送られる。この第２の熱交換器６に送られた温水によって冷媒ガスが加熱されてから圧縮機１に吸い込まれて圧縮される。

上記したポンプ９の稼働により、第１の水冷媒熱交換器２内の一部で水流量が変化し、これにより、水の温度変化履歴の一部が変化される。

図３は、便宜上、冷媒の高圧側圧力を同一とした場合の水冷媒の温度変化の様子を従来と比較して示すものである。

図３から分かるように本発明では、従来タイプのものよりも水の温度変化履歴を一部分で緩やかにするとともに、冷媒側の流入温度を熱回収により高くでき、結果、水冷媒間の最小温度差を見かけ上拡大することができる。

このことは、同一の水冷媒最小温度差の場合は、高圧側圧力を下げることができ、その分だけＣＯＰを改善することができることになる。

図４は、循環水路１２を循環する循環水流量が水流路８を流れるメイン流量の３０パーセント時におけるＣＯＰの改善割合を示したものである。

従来例のＣＯＰ４．５に対し、４．７のＣＯＰを得ることができる。

なお、図４における分岐流入温度℃は、図１のＡ部における温水の流入温度である。

図５は、冬期高温加熱時の循環水流量の比（メイン水流量／循環水流量）に対するＣＯＰの改善割合を示したものである。

循環水路１２におけるポンプ９は、コストの観点からは、定水流量制御でも構わないものの、図５に示されるように、ＣＯＰの改善割合が良くなる流量比があることから、より効率を狙う場合は、メインのポンプ７の水流量を検知して、その流量との比が一定となるようにポンプ９を制御する方がより好ましい。

上記したように、この実施の形態によれば、第１の水冷媒熱交換器２における水流路８内の水の温度変化履歴を一部分で緩やかにするとともに、冷媒側の流入温度を熱回収により高くできる。従って、水冷媒間の最小温度差を見かけ上拡大することができ、高圧側圧力を下げて成績係数（ＣＯＰ）を改善することができる利点がある。

図６、本発明の他の実施の形態である第１の水冷媒熱交換器２Ａの構成例を示すものである。

この第１の水冷媒熱交換器２Ａは、冷媒管１３の上面部側に水流路８を接合し、下面部側に循環水路１２を接合している。

この実施の形態では、冷媒管１３内を流れる高圧冷媒ガスによって水流路８内を流れる水、及び循環水路１２内を流れる水がそれぞれ加熱されて温水となる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

本発明の一実施の形態であるヒートポンプ式給湯器の冷凍サイクルを示す図。 図１の冷凍サイクルの第１の水冷媒熱交換器を示す図。 図２の第１の水冷媒熱交換器における水と冷媒の温度変化履歴を従来と比較して示すグラフ図。 成績係数（ＣＯＰ）の改善効果を示すグラフ図。 成績係数（ＣＯＰ）と循環水流量比との関係を示すグラフ図。 本発明の他の実施の形態である第１の水冷媒熱交換器を示す図。

符号の説明

１…圧縮機、２…第１の水冷媒熱交換器、３…膨張弁、４…蒸発器、６…第２の水冷媒熱交換器、８…送水路、１０…タンク、１２…循環水路。

Claims (1)

1. 圧縮機、冷媒流路と水流路を有しこれら冷媒流路と水流路との間で熱交換する第１の水冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器、及び第２の水冷媒熱交換器を順次接続して構成される冷凍サイクルと、
   前記第１の水冷媒熱交換器の水流路へ水を送水する送水路と、
   この送水路によって送水されて前記第１の水冷媒熱交換器にて加熱された水を貯えるタンクと、
   前記第１の水冷媒熱交換器と前記第２の水冷媒熱交換器との間で水を循環させ、前記第１の水冷媒熱交換器で得た熱を前記第２の水冷媒熱交換器で放出させる循環水路と
   を具備し、
   前記第１の水冷媒熱交換器の水流路の途中に流出口部、及びこの流出口部の上流側に位置して流入口部を配設し、前記流出口部及び流入口部に前記循環路を接続し、前記水流路中の水の一部を前記流出口部から流出させ、前記循環水路の水を前記流入口部から水流路に流入させ、前記流入口部と流出口部間の水流路の流量を他の部分の水流路の流量よりも多くなるようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。

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