JP4899510B2 - ヒートポンプ式給湯装置 - 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。

そこで、貯湯タンクを備えた貯湯式のヒートポンプ式給湯装置が開発されている。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しないで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り熱効率が良く、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う特長を持ち、徐々に普及してきている。

このような給湯機として、以下に説明するようなヒートポンプ式給湯装置がある。冷媒回路や給湯回路を全て一つの本体ユニット内に収納した一体型で構成されており、それぞれの配管の接続に関しては記載されていないが、冷媒回路を構成する圧縮機、放熱器である水−冷媒熱交換器、蒸発器、蒸発器に送風する送風ファンを本体ユニットの左方に配し、給湯回路を構成する貯湯タンク、給水管、給湯管を右方に配した一体型で構成されている。また、水循環ポンプは、水−冷媒熱交換器の下方に配され、冷媒回路と給湯回路を結び付けている。また、冷媒回路と給湯回路の間は区画されている。また、圧縮機や、水循環ポンプをコントロールする制御基盤は、貯湯タンク側に配されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１１４３１４号公報

しかしながら上記従来の構成のヒートポンプ式給湯装置では、制御基盤は、冷媒回路と区画された貯湯タンク側に配されているために、その分のスペースが必要となり、横幅がさらに大きくなるという課題を有していた。また、この制御基盤の冷却構成に関しては、具体的な提示がなされていなかった。

したがって本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、冷媒回路と給湯回路を一つの本体ユニット内に納めた一体型のヒートポンプ式給湯装置において、機器内部の部品の最適配置により小型化を実現するとともに、制御基盤の冷却性を高めることにより、使用性・耐久性を向上させたヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換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回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器によって加熱された温水を貯湯する貯湯タンク、前記貯湯タンクから給湯端末へ通水するように接続した給湯管からなる給湯回路と、前記空気−冷媒熱交換器と熱交換するための空気風を発する送風ファンと、機器の動作を制御し、放熱部を有する冷媒回路用制御基板と給湯回路用制御基板とから構成された制御基盤とを備え、一体の筐体内に、前記冷媒回路を一側方側に、前記給湯回路を他側方側に配設するとともに、前記制御基盤は前記冷媒回路の上方に配設され、前記冷媒回路用制御基板、前記給湯回路用制御基板を分割して、前記冷媒回路用制御基板を前記給湯回
路用制御基板よりも前記空気−冷媒熱交換器に近い位置に配設し、かつ、前記冷媒回路用制御基板の放熱部を、前記空気−冷媒熱交換器を通過した後の空気流路内に配設したことを特徴とするもので、本体をコンパクトにしつつ、冷媒回路の大きさも十分に確保することが可能となり、使用性が高く、設置性にも優れたヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

本発明によれば、冷媒回路と給湯回路を一つの本体ユニット内に納めた一体型のヒートポンプ式給湯装置において、機器内部の部品の最適配置により小型化を実現するとともに、制御基盤の冷却性を高めることにより、使用性・耐久性を向上させたヒートポンプ式給湯装置を提供できる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換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回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器によって加熱された温水を貯湯する貯湯タンク、前記貯湯タンクから給湯端末へ通水するように接続した給湯管からなる給湯回路と、前記空気−冷媒熱交換器と熱交換するための空気風を発する送風ファンと、機器の動作を制御し、放熱部を有する冷媒回路用制御基板と給湯回路用制御基板とから構成された制御基盤とを備え、一体の筐体内に、前記冷媒回路を一側方側に、前記給湯回路を他側方側に配設するとともに、前記制御基盤は前記冷媒回路の上方に配設され、前記冷媒回路用制御基板、前記給湯回路用制御基板を分割して、前記冷媒回路用制御基板を前記給湯回路用制御基板よりも前記空気−冷媒熱交換器に近い位置に配設し、かつ、前記冷媒回路用制御基板の放熱部を、前記空気−冷媒熱交換器を通過した後の空気流路内に配設したことを特徴とするもので、本体をコンパクトにしつつ、冷媒回路の大きさも十分に確保することが可能となり、使用性が高く、設置性にも優れたヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

また、夏季の運転の際に、冷媒回路制御基板のインバータ回路の冷却効率を高めることができ、夏季などの高温の環境下で運転を行った際も、インバータ回路の温度上昇を防ぐことができ、連続運転することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明のヒートポンプ式給湯装置において、冷媒回路用制御基板と給湯回路用制御基板とを電源ボックスに収納し、前記電源ボックスを前記空気流路内に配設するとともに、放熱部を前記電源ボックスより突出させて設けたことを特徴とするものであり、送風ファンによる運転で、蒸発器として冷却された空気−冷媒熱交換器を通過した気流を、効率よく冷媒回路制御基板の放熱板に当てることが可能となり、インバータ回路の冷却効率を高めることができ、夏季などの高温の環境下で運転を行った際も、インバータ回路の温度上昇を防ぐことができ、連続運転することが可能となる。

第３の発明は、第２の発明のヒートポンプ式給湯装置において、電源ボックスは突出部を有する形状とし、放熱部を前記電源ボックスの突出していない部分に設けるとともに、前記突出部には各種電子制御部品を配したことを特徴とするもので、突出部の容積の大きな部分に電子部品を収納することにより、そのレイアウトを効率的に使用でき、本体ユニットをコンパクトにすることが可能となる。また、放熱部を前記電源ボックスの突出していない部分に設けることで、空気−冷媒熱交換器の流通経路を拡大することができ、熱交換効率を高め、湯切れ耐力を向上させることが可能となり、使用性を増すことができる。

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）
以下に、本発明の実施形態について、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。

図１は、本発明のヒートポンプ式給湯装置の概略斜視図、図２は回路構成図、図３は正面詳細内観図、図４は平面詳細内観図、図５、図６は側面詳細内観図を示す。

図１より、本体ユニット１内には、冷媒回路２と給湯回路３が一体に収納して構成され、主に冷媒回路２は本体ユニット１の略左方に、給湯回路３は本体ユニット１の略右方に配設されている。

この冷媒回路２は、圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換器を順次接続して閉回路が構成されており、本体ユニット１の底部にある基板４に、縦置き形の圧縮機５と、放熱器６が載置されている。また、減圧手段である電動膨張弁７が、圧縮機５と放熱器６の間に配置されており、圧縮機５、放熱器６、膨張弁７は本体ユニット１の左下方に配置されている。そして、放熱器６の上方には、上方から見てＬ字状であり、後方が幅広の形状となっている中間基板８があり、基板３とは一定の間隙が設けられている。この間隙を設けるために、中間基板８は、同じく略Ｌ字状となっている中間基板支え板９で支えられている。圧縮機５は、中間基板支え板９の略Ｌ字状の内方に配されていることになる。中間基板支え板９により、基板４と中間基板８は一定の間隙が設けられており、放熱器６を、略Ｌ字状の中間基板支え板９の外方、中間基板８の下方に配しており、放熱器６の位置規制と固定を行っている。

また、圧縮機５は中間基板支え板９上方、つまり中間基板８よりも上方まで飛び出しており、その飛び出した圧縮機５や、冷媒回路２を構成する部品を覆うように、箱状の圧縮機ボックス１０が、中間基板８に載置されている。略Ｌ字状の中間基板８の上方には、冷媒回路３を構成する空気−冷媒熱交換器１１が載置されており、同じく略Ｌ字状で構成されている。空気−冷媒熱交換器１１の内方には、送風手段である送風ファン１２があり、空気−冷媒熱交換器１１から、風を吸引し、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。その際に、空気−冷媒熱交換器１１は蒸発器となるために、冷風が排出されることになる。

１３は送風ファン１２を回転させるためのファンモータであり、１４は送風ファン１２、ファンモータ１３を保持している送風ファン支持台であり、この送風ファン支持台１４は圧縮機ボックス１０上に載置されている。１５は、送風ファン支持台１４の上方に保持されている電源ボックスであり、正面から見てＴ字状となっており、送風ファン１２をほぼ中心として、左右が低い形になっている。１６は電源ボックス１５の内方に配された給湯回路３を制御するための給湯回路制御基板であり、１７は同じく電源ボックス１５の内方に配された冷媒回路２を制御するための冷媒回路制御基板であり、冷媒回路２と給湯回路３を制御する基板は別個に配されている。また、電源ボックス１５内で見ると、給湯回路制御基板１６は前方に、冷媒回路制御基板１７は後方に配されており、空気−冷媒熱交換器１１に近く、送風ファン１２に対して遠い方向に、冷媒回路制御基板が配されていることになる。

１８は本体ユニット１の端部に配された給湯回路３に含まれる水−冷媒熱交換器（放熱器）であり、放熱器６と水−冷媒交換器１８は一体形状となっている。この水−冷媒熱交換器１８の右方には、中間基板支え板９があり、上方には中間基板８があり、前方、左方、後方には本体ユニット１を構成する筐体があり、水−冷媒熱交換器１８は位置決めされており、保持されている。

本体ユニット１の右方には、水−冷媒熱交換器１８を除く、主となる給湯回路３を構成する部品が設けられており、１９は水−冷媒熱交換器１８で加熱された水道水を貯めておくための貯湯タンクであり、缶体状になっている。この貯湯タンク１９には保温性能を高めるために、タンク断熱材１９ａが巻かれている。特に今回の発明では、本体ユニット１のサイズをよりコンパクトにするために、高圧縮性真空断熱材を巻き付けてあり、その厚みは１０ｍｍ程度に抑えている。その高圧縮性真空断熱材で巻かれた貯湯タンクの１９の前方には、給湯回路２０が配されている。２１は貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８に水道水を入水する入水管、２２は貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８から温水を給湯端末（蛇口３０ａや風呂４４、図２で図示）に給湯する給湯管である。

２３は、空気−冷媒熱交換器１４および送風ファン１５と、高圧縮性真空断熱材で巻かれた貯湯タンク１９、つまりは冷媒回路２と給湯回路３を仕切るための仕切板であり、後方は空気−冷媒熱交換器１４に接続され、前方は本体ユニット１に接続されており、上方は電源ボックス１５に接続されている。そして、貯湯タンク１９を外部にさらさない様に仕切っている。

２４は風呂のお湯を追い炊きするための風呂熱交換器であり、風呂と接続された浴槽入湯管２５を介して、圧縮機５の前方に配された風呂循環水ポンプ２６で風呂からお湯を引き込み、そのお湯と、貯湯タンク１９から追炊きポンプ２７で引き込んだ貯湯タンク１９内の高温水とを熱交換して、浴槽出湯管２８で風呂へ戻すことにより、風呂の追炊きを行う。

つまり、風呂熱交換器２４は、水−水熱交換器となっているわけである。また、この風呂熱交換器２４は、仕切板２３の上方に取り付けられており、貯湯タンク１９のタンク断熱材とは間隙を設けて配されており、貯湯タンク１９とはタンク配管１９ａだけで、つながっていることになっている。また、仕切板２３の上方に取り付けられているのは、貯湯タンク１９の上方の高温のお湯を、追炊きポンプ２７で引き込むことにより、短時間で追炊きが行えるようにするためである。追い炊きポンプ２７は、風呂循環水ポンプ２６の上方であり、風呂熱交換器２４の近傍に配されている。また、浴槽出湯管２８からは、貯湯タンク１９からのお湯も供給され、風呂のお湯はりも行う。

次に、図２で、図１で示した各要素部品の回路構成図について詳しく説明する。図２に付与している番号は、図１と同じである。

図２において、本実施の形態のヒートポンプ式給湯装置は、本体ユニット１内に冷媒回路２と給湯回路３とを一体に収納して構成されている。

冷媒回路２は、本体ユニット１内部に配設された圧縮機５と、放熱器６と、例えば電動膨張弁から成る減圧手段７と、Ｌ字形状の空気−冷媒熱交換器１４とが冷媒配管２９で接続されて構成されている。また、空気−冷媒熱交換器１４に風を当て、蒸発能力を高めるための送風ファン１５が設けられている。

一方、給湯回路は、放熱器６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１８（例えば、放熱器６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１８にて得た温水を貯める貯湯タンク１９と、貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８に水道水を入水する入水管２１と、貯湯タンク１９や水−冷媒熱交換器１８から温水を蛇口３０ａやシャワー３０ｂの給湯端末に給湯する給湯管２２と、貯湯タンク１９内の低温の水を送水する給湯循環水ポンプ３１から構成されている。

更に、上記給湯回路の構成について説明する。

タンク入水管３２は、入水管２１から水道水を貯湯タンク１９に送る配管であり、途中にタンク入水逆止弁３３が設けられている。水道水供給管３４は、入水管２１から放熱器６（水−冷媒熱交換器１８）に水道水を直接供給する配管であり、この水道水給水管３４に逆止弁３５が設けられている。熱交給水管３６は、貯湯タンク１９から水−冷媒熱交換器１８に、給湯循環水ポンプ２６の運転により、貯湯タンク１９内の下方に貯まった低温水を送る配管であり、貯湯管３７は、水−冷媒熱交換器１８で暖めた水道水を、貯湯タンク１９や、元混合弁３８に送る配管であり、貯湯タンク側配管３７ａの途中には貯湯三方弁３９が、また元混合弁側配管３７ｂの途中には逆止弁Ａ４０が設けられている。

また、タンク給湯管４１は、貯湯タンク１９から高温水（通常は６０℃〜９０℃）を元混合弁３８へ給湯する配管であり、元混合弁３８は、貯湯管３７（元混合弁側配管３７ｂ）とタンク給湯管４１とから来る温水や水を混合させる弁であり、逆止弁Ａ４０は、元混合弁３８手前に設けられた弁である。また、給湯混合弁４２は、元混合弁３３を通過した温水と、入水管２１から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得、蛇口３０ａやシャワー３０ｂに供給する弁であり、給湯混合弁４２と入水管２１の間には逆流防止の逆止弁Ｂ４２ａ、４２ｂが設けられている。

そして、給湯混合弁４２にて最適温度となった温水が、給湯管２２を介して、蛇口３０ａやシャワー３０ｂに給湯される。

４３は風呂注湯混合弁であり、同じく元混合弁３８を通過した温水と、入水管２１から供給される水道水とを混合し、適切な給湯温度を得、風呂４４に注湯する弁であり、風呂注湯混合弁４３と入水管２１の間には逆流防止の逆止弁Ｃ４３ｂが設けられている。風呂注湯混合弁４３にて最適温度となった温水が、風呂注湯管４５を介し、逆流防止弁４５ａを通過して、風呂４４に注湯され、風呂に湯をはることになる。

２４は風呂熱交換器であり、風呂注湯混合弁４３から風呂４４へとお湯が向かう際に通過することになる。風呂熱交換器２４は、風呂４４内のお湯を追炊きする際に用いる熱交換器であり、風呂４４から、浴槽出湯管２５を介して、風呂循環水ポンプ２６で風呂からお湯を引き込み、そのお湯と、貯湯タンク１９から追炊きポンプ２７で引き込んだ貯湯タンク１９内の高温水とを熱交換して、浴槽入湯管２８で風呂へ戻すことにより、風呂４４の温度を一定に保つ保温運転や、風呂４４の湯量を足さなくても湯温を上昇させる追炊き運転を行う。つまり、風呂熱交換器２４は、水−水熱交換器となっているわけである。

また、４６は入水流量計であり、入水流量を測定する計器であり、給湯流量計４７は給湯流量を測定する計器である。排出弁４８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４９は入水流量を制御する弁である。５０ａは貯湯タンク１９の圧力逃がし弁、５０ｂは貯湯タンク１９の缶体保護弁である。

また、冷媒回路制御基板１７は、冷媒回路２の高圧側の冷媒温度を検出し、その温度の高低から冷媒回路２の立ち上がり状態を判定し、元混合弁３８や給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３の開度を制御する手段である。

圧縮機５や電動膨張弁７などの冷媒回路を制御しているのが、冷媒回路制御基板１７であり、給湯循環水ポンプ３１や入水流量計４６などの給湯回路のアクチュエーターやセンサーを制御しているのが、給湯回路制御基板１６であり、冷媒回路制御基板１７と給湯回路制御基板１６は別個に配されているが、それぞれが連動して動作するように制御線でつながっている。

そして、これらの部品を本体ユニット内に配したのが図１の概略斜視図である。

図３は、図１、図２で示したヒートポンプ式給湯装置の正面詳細内観図であり、図３に付与している番号は、図１、図２と同じである。

本体ユニット１内の左方には、冷媒回路２が配されており、圧縮機５と、放熱器６（水−冷媒熱交換器１８）が載置されており、その圧縮機５と放熱器６と、減圧手段である電動膨張弁７と、Ｌ字状の空気−冷媒熱交換器１１が環状に結ばれ、冷媒回路２を構成している。放熱器６と一体化された水−冷媒熱交換器１８の上方には、略Ｌ字状の中間基板８があり、この中間基板に空気−冷媒熱交換器１１が載置されている。

また、圧縮機５は中間基板８よりも上方まで飛び出しており、その飛び出した圧縮機５や、冷媒回路２を構成する部品を覆うように、箱状の圧縮機ボックス１０が、中間基板８に載置されている。そして、この圧縮機ボックス１０には、送風ファン支持台１４が載置されており、この送風ファン支持台１４に、ファンモータ１３が取り付けられ、このファンモータ１３に送風ファン１２が取り付けられている。また、送付ファン支持台１４の上方には電源ボックス１５があり、送風ファン支持台は、圧縮機ボックス１０と電源ボックス１５を支持するの間に挟まれており、電源ボックス１５を支持している形となっている。この電源ボックス１５は正面から見てＴ字状となっており、中央の長くなっている部分に、送風ファン支持台１４が固定されている。

１７ａは電源ボックスの内部に載置されている冷媒回路制御基板１７に付随している放熱板であり、圧縮機５をインバータ回路で駆動させるためのインバータ回路を冷却させるためのものである。この放熱板１７ａは、給湯回路３が配されている方向とは、送風ファン１３を中心に見ると反対側に配されていることになる。また、電源ボックス１５から見ると、Ｔ字状の電源ボックス１５の中で、低くなっている部分に配されていることになり、電源ボックス１５の中央の長くなっている部分には、冷媒回路制御基板１７内の大きな部品を配するように制御基板のパターンを形作っている。

本体ユニット１の右方には、主となる給湯回路３を構成する部品が設けられており、１９は貯湯タンク、２０は給湯回路、２１は入水管、２２は給湯管、２３は仕切板、２４は風呂熱交換器、２５は浴槽入湯管、２６は風呂循環水ポンプである。電源ボックス１５は右方では、Ｔ字状の低くなった部分が仕切板２３の仕切板支え部２３ａに固定されている。２７は追い炊きポンプ、２８は浴槽出湯管である。また、給湯回路３の部品である、貯湯三方弁３９、給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３、逆流防止弁４５ａなども図の様に配されている。また、制御装置５１は、本体ユニット１の上方、ファンモータ台１７で支えられるように配されている。冷媒温度を検出し、その温度の高低から冷媒回路の立ち上がり状態を判定し、元混合弁３８や給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３の開度を制御する手段である。５２は本体ユニット１の脚であり、基板４に取り付けられ、下方に配管スペースを確保するようになっている。

図４は、図３において断面Ａ―Ａを示した平面詳細内観図あり、図４に付与している番号は、図１、図２、図３と同じである。

本体ユニット１内の左方、冷媒回路の上部には電源ボックス１５が配されており、その内部には給湯回路制御基板１６、冷媒回路制御基板が別個に配されており、電源ボックス１５内で見ると、給湯回路制御基板１６は前方に、冷媒回路制御基板１７は後方に配されており、空気−冷媒熱交換器１１に近く、送風ファン１２に対して遠い方向に、冷媒回路制御基板が配されていることになる。また、冷媒回路制御基板の放熱板１７ａ（電源ボッ
クス１５の下面に飛び出ている形なので点線で記載している）は、貯湯タンク１９の反対側になるような位置になるようにしている。

図５は、図３において断面Ｂ−Ｂを示した側面詳細内観図であり、図５に付与している番号は、図１、図２、図３、図４と同じである。放熱器６（水−冷媒熱交換器１８）の上方に、中間基板８があり、その上方に圧縮機ボックス１０、送風ファン支持板１４があり、送風ファン支持板１４に支えられて、電源ボックス１５がある。そして、電源ボックス１５の、送風ファン１４側、つまり前方には給湯回路制御基板１６があり、後方には冷媒回路制御基板１７があり、この冷媒回路制御基板のインバータ回路を冷却するための放熱板１７ａが取り付けられており、正面から見てＴ字状の電源ボックス１５の高さの低い部分に配されており、電源ボックス１５の外方に飛び出ている。

そのため、空気−冷媒熱交換器１１から、送風ファン１２で吸引された気流で冷却されるようになっている。そのため、放熱板１７ａは、本体の後方から前方へ空気が流通するように、図５でいえば左右に向かって、図３でいえば奥から手前に向かって、フィンが並んでいる形状をしている。

図６は、図３において断面Ｃ−Ｃを示した側面詳細内観図であり（矩形状にカットしている）、図６に付与している番号は、図１、図２、図３、図４と同じである。本体ユニット１の下方に圧縮機５が配され、その圧縮機を覆うように、圧縮機ボックス１０があり、この圧縮機ボックス１０上方に送風ファン支持板１４、その送風ファン支持板１４に支えられて、電源ボックス１５がある。そして、電源ボックス１５の、送風ファン１４側、つまり前方には給湯回路制御基板１６があり、後方には冷媒回路制御基板１７が配されており、正面から見てＴ字状の電源ボックス１５の長さの長い部分に、それぞれの制御基板１６、１７の電子部品が配されている。

以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ式給湯装置の動作を説明する。

圧縮機５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６（水−冷媒熱交換器１８）に送られ、水道水供給管３４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３７、元混合弁３８に流れる水道水は高温に加熱される。放熱器６（水−冷媒熱交換器１８）から流出する冷媒は、減圧手段７にて減圧膨張され、空気−冷媒熱交換器１１に送られ、送風ファン１２にて送られた空気と熱交換して、空気−冷媒熱交換器１１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５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、元混合弁側配管３７ｂ、元混合弁３１を通り、蛇口３０ａ、シャワー３０ｂに給湯したり、風呂４４に注湯される。そのため、送風ファンで送られる気流は、冷媒が蒸発された空気−冷媒熱交換器１１を通過するために、冷却された気流となる。

そして、冷媒回路２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１９によってその立ち上がりの悪さを補っている。すなわち、冷媒回路２が立上り、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１９からタンク給湯管４１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１８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３８で混合し、さらに給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３で入水管２１を通ってきた水道水と混合して、所定の温度の給湯あるいは注湯を行う。

次に冷媒回路２が立ち上がってくると、元混合弁３８の開度を調整し、貯湯タンク１９からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器１８からの温水を適温に混合し、給湯混合弁４２や、風呂注湯混合弁４３に送り、給湯混合弁４２や風呂注湯混合弁４３で入水管２１を通
ってきた水道水と混合して給湯する。

最終的には、元混合弁３８の開度を調整して、タンク給湯管３１側を閉じて、貯湯タンク１９からタンク給湯管４１を通過してきた温水は用いず、入水管２１、水道水供給管３４、逆止弁３５を通ってきた水道水を冷媒回路２の水−冷媒熱交換器１８で加熱して得た温水を、元混合弁３８を介して、給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３へ送り、入水管２１を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口３０ａ、シャワー３０ｂへの給湯や、風呂４４への注湯を行う。即ち、制御装置５１によって、冷媒回路２の立ち上がり状態を把握し、元混合弁３８や給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３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３０ａ、シャワー３０ｂを閉じるか、あるいは風呂４４に適量のお湯が溜まって給湯する必要がなくなると、給湯循環水ポンプ３１を駆動させ、三方弁３９を開き、次回の給湯運転のために、貯湯タンク１９に高温の温水を貯湯する貯湯運転が行われる。

このように冷媒回路２の立ち上がり状態に応じて、貯湯タンク１９に貯めた温水を用いて給湯端末（蛇口３０ａ、シャワー３０ｂ、風呂４４）へ給湯、注湯したり、貯湯タンク１９を介さずに水−冷媒熱交換器１８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式給湯装置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１９の容量を貯湯式のヒートポンプ式給湯装置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。そのため、昼間に運転を行う時もあり、連続して出湯ができる事は、その本体ユニット１をコンパクトにすることも可能となる。また、冬季などの低音の環境下では、貯湯タンク１９の貯湯量を多くすることができれば、ヒートポンプ加熱能力が減じたとしても、湯切れすることがなくなり、使用性の良いヒートポンプ式給湯装置とすることが可能となる。

この際に、図１、図３で分かるように、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、冷媒回路２を構成する本体ユニット１左上方の電源ボックス１５内に、給湯回路３を制御するための給湯回路制御基板を前方に、冷媒回路２を制御するための冷媒回路制御基板を後方に配していることにより、冷媒回路２内の特に空気−冷媒熱交換器１１の大きさと、給湯回路３内の、冷媒回路で加熱された温水を貯めるための、貯湯タンク１９の大きさで本体ユニット１のサイズが概略決まってしまっているが、それらと干渉しない位置にあることとなり、本体ユニット１内で、貯湯タンク１９を極限まで大きくすることが可能となり、実使用における貯湯量を多くすることが可能となり、湯切れしにくく、使用性の向上を図ることができる。

また、電源ボックス１５を、本体頂部に配し、その内部に給湯回路制御基板１６と冷媒回路制御基板１７を収めていることにより、制御基板の修理や交換などを行う際に、上方からそれを触ることができるために、容易に作業ができ、メンテンス性の向上を図ることができる。

また、給湯回路３を制御するための給湯回路制御基板を前方に、冷媒回路２を制御するための冷媒回路制御基板を後方に配していることにより、冷媒回路制御基板１７と空気−冷媒熱交換器１１とは近接することとなる。ヒートポンプ式給湯装置を運転すると、空気−冷媒熱交換器１１は蒸発器となり、空気と熱交換して蒸発熱を奪うことにより、冷却さ
れ、冷風が流れる。送風ファン１２を回転させると、空気−冷媒熱交換器１１から、気流が吸引され、本体ユニット１外方へ排出される。

その際に、冷却された気流が放熱板１７ａに当接することにより、放熱板１７ａは冷却され、その内部にある冷媒回路制御基板１７の主として圧縮機５を駆動制御するインバータ回路の冷却が行われ、圧縮機５を高温下で連続運転を行っても、インバータ回路の温度上昇により、運転が停止することを防ぎ、湯切れしそうになった際にも、圧縮機が停止せず、安定してお湯を作り出すことが可能となり、使用性が向上する。特に、夏季の昼間に運転する際には、その効果を発揮する。

これは図５で見ればわかるように、送風ファン１２と離れた方向で、空気−冷媒熱交換器１１に近い方向に、冷媒回路制御基板１７を配しているために、効果が顕著になっているわけである。また、図３でわかるように、電源ボックス１５はＴ字状になっており、その長さの短い部分に、冷媒回路用制御基板１７のインバータ回路冷却用の放熱板１７ａを配していることにより、送風ファン１２による運転で、蒸発器として冷却された空気−冷媒熱交換器１１を通過した気流を、効率よく冷媒回路制御基板の放熱板に当てることも可能となっている。

さらに、電源ボックス１５の内部に配した、冷媒回路用制御基板１７のインバータ回路の冷却用の放熱板１７ａは、送風ファン１２から見て、貯湯タンク１９の反対側に配していることにより、貯湯タンク１９の輻射熱を受けて、放熱板１７ａが温度上昇することを防ぐことができる。この場合は、貯湯タンク１９から、仕切板２３を通って、空気−冷媒熱交換器１１のある部分に熱が伝わることになるので、仕切板２３と、放熱板１７ａを離すことが必要となるのである。

またＴ字状の電源ボックス１５の長さの長い中央部には、送風ファン支持台１４で保持する構成とし、その下方に、圧縮機ボックス１０を配していることにより、送風ファン支持台１４が、圧縮機ボックス１０と電源カバー１５で挟み込まれた形となり、送風ファン支持台１４を保持できるために、送風ファン１２が回転しても、その回転に伴うトルクが送風ファン支持台１４にかかっても、変形することを防ぎ、異常な音が発生することを防ぐことが可能となる。また、電源ボックス１５の右方は仕切板２３に保持しているので、電源ボックス１５の保持力も高めることが可能となっている。

さらに、図５、図６でわかるように電源ボックス１５のＴ字状の長さの長い部分に、各種電子制御部品を配していることにより、電子制御部品をコンパクトに納めることが可能となり、本体ユニットのコンパクト化を図ることができる。また、電源ボックス１５の左右方向はＴ字状の長さの短い部分となり、この部位からは送風ファン１２の吸引で空気−冷媒熱交換器１１を流通する空気量を多くすることが可能となり、熱交換効率を高めることにより、ヒートポンプ能力の向上を実現し、湯量を早期に溜め込むことが可能となり、コンパクトであるにもかかわらず、湯切れのしにくいヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

また、水−冷媒熱交換器１８で暖められた温水は、最初は、高温な温水を貯めている貯湯タンク１９内の温水と、水道水を混ぜて、給湯、貯湯を行うが、冷媒回路２が立ちあがった後は、元混合弁３８の開度を調整し、貯湯タンク１９からの高温の温水と、水−冷媒熱交換器１８からの温水を適温に混合し、給湯混合弁４２や、風呂注湯混合弁４３に送り、給湯混合弁４２や風呂注湯混合弁４３で入水管２１を通ってきた水道水と混合して給湯、貯湯し、最終的には、元混合弁３８の開度を調整して、タンク給湯管４１側を閉じて、貯湯タンク１９からの温水は用いず、入水管２１、水道水供給管３４、逆止弁３５を通ってきた水道水を冷媒回路２の水−冷媒熱交換器１８で加熱して得た温水を、元混合弁３８
を介して、給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３へ送り、入水管２１を通ってきた水道水と、混合し、所定の温度を得て、蛇口３０ａ、シャワー３０ｂへの給湯や、風呂４４への注湯を行う。

即ち、冷媒回路制御基板１７によって、冷媒回路２の立ち上がり状態を把握し、元混合弁３８や給湯混合弁４２、風呂注湯混合弁４３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。このように貯湯手段である貯湯タンク１９を介さないで、給湯、貯湯するようなり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式給湯装置を提供することができる。この速湯性能の確保によって、貯湯タンク１９の容量を貯湯式のヒートポンプ式給湯装置のそれよりも小さいものとすることができ、本体ユニット１のコンパクト化、ひいては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。

特に夏季にこのような高温の環境下で、連続して出湯された場合には、運転を連続して行うことが必要である。この際に、前述したように、蒸発器である冷媒回路制御基板１７の冷却効果を高めていることが、途中で圧縮機５が停止してしまうようなことを防ぐことができ、使用性は大きく向上する。

また、本実施の形態では、冷媒として炭酸ガスを用いたヒートポンプ式給湯装置としている。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蒸発することがなく、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式給湯装置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。

以上のように、本発明は、ヒートポンプサイクルで温水を生成して給湯するヒートポンプ式給湯装置に適用され、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の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯装置の斜視図 同ヒートポンプ式給湯装置の回路構成図 同ヒートポンプ式給湯装置の正面内観図 同ヒートポンプ式給湯装置の上面内観図 同ヒートポンプ式給湯装置の側面内観図 同ヒートポンプ式給湯装置の側面内観図

１ 本体ユニット
２ 冷媒回路
３ 給湯回路
５ 圧縮機
６ 放熱器（水−冷媒熱交換器）
７ 減圧装置（電動膨張弁）
１１ 蒸発器（空気−冷媒熱交換器）
１２ 送風ファン
１４ 送風ファン支持台
１５ 電源ボックス
１６ 給湯回路制御基板
１７ 冷媒回路制御基板
１７ａ 放熱板
１８ 水−冷媒熱交換器
１９ 貯湯タンク
１９ａ タンク断熱材
２１ 入水管
２２ 給湯管

Claims (3)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段および空気−冷媒熱交換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回路と、前記放熱器に接続され、前記放熱器によって加熱された温水を貯湯する貯湯タンク、前記貯湯タンクから給湯端末へ通水するように接続した給湯管からなる給湯回路と、前記空気−冷媒熱交換器と熱交換するための空気風を発する送風ファンと、機器の動作を制御し、放熱部を有する冷媒回路用制御基板と給湯回路用制御基板とから構成された制御基盤とを備え、一体の筐体内に、前記冷媒回路を一側方側に、前記給湯回路を他側方側に配設するとともに、前記制御基盤は前記冷媒回路の上方に配設され、前記冷媒回路用制御基板、前記給湯回路用制御基板を分割して、前記冷媒回路用制御基板を前記給湯回路用制御基板よりも前記空気−冷媒熱交換器に近い位置に配設し、かつ、前記冷媒回路用制御基板の放熱部を、前記空気−冷媒熱交換器を通過した後の空気流路内に配設したことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 冷媒回路用制御基板と給湯回路用制御基板とを電源ボックスに収納し、前記電源ボックスを前記空気流路内に配設するとともに、放熱部を前記電源ボックスより突出させて設けたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 電源ボックスは突出部を有する形状とし、放熱部を前記電源ボックスの突出していない部分に設けるとともに、前記突出部には各種電子制御部品を配したことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。

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