JP5713536B2 - ヒートポンプ式給湯器 - Google Patents

Description

本発明はリバース式のデフロスト方式を採用したヒートポンプ式給湯器に関するものである。

リバース式のデフロスト方式を採用する従来のヒートポンプ式給湯器においては、低外気温時の温度条件下で除霜運転機能により蒸発器の表面から滴り落ちたドレン水がドレンパン上で凍結・成長することを、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒配管の一部または給湯用水配管の一部をドレンパン上に配策することで防止する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２１８８６１号公報（第３頁〜第４頁、図２、図４〜図５）

しかし、上記従来のヒートポンプ式給湯器のドレンパン凍結防止方式では、ドレンパン上に、高圧側冷媒配管の一部や給湯用水配管の一部を効率よく熱伝達するために密着させて配策することが重要であるが、冷媒配管や水配管の取付構造が複雑になるという問題がある。また、高圧側冷媒配管の一部や給湯用水配管の一部がドレンパン上に配策されていることにより、デフロスト運転時に発生するドレン水の排水経路が配策した冷媒配管や水配管に阻害されたり、配水経路の勾配の確保が困難となったりして、ドレン溜りができる可能性があるという問題があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、本発明の第１の目的は部品点数が少なく単純な構造のドレンパン凍結防止方式を備えたヒートポンプ式給湯器を得ることにある。
本発明の第２の目的は、デフロスト運転時に発生するドレン水の排水経路を阻害することなくドレン溜りが発生しにくいドレンパン凍結防止方式を備えたヒートポンプ式給湯器を得ることにある。

本発明に係るヒートポンプ式給湯器は、圧縮機、冷媒の流れ方向を切り換える四方弁、冷媒と水が熱交換する水熱交換器、冷媒の流量を調整し減圧する膨張機構、空気熱交換器の空気と冷媒が熱交換する部分を順次配管で環状に接続した冷凍サイクルと、水熱交換器、水熱交換器で加熱された水を貯留する貯湯タンク、ポンプを順次配管で環状に接続した水回路と、空気熱交換器に形成された複数のパスのうちの、冷媒が流れる上段パスの下方に形成され上段パスと共通の材料の管で構成された下段パスである、水流路配管と、ポンプの出口と水熱交換器の入口との間の水回路に設けられた経路切替弁と、経路切替弁と水流路配管の入口との間と接続し、水流路配管の出口を経路切替弁と水熱交換器の入口との間の水回路に接続して成るバイパス回路と、四方弁及び経路切替弁を切替え制御する制御部と、を備え、制御部は、デフロスト運転時に、予め設定された情報に基づいて四方弁を切替えて、冷凍サイクルの冷媒の流れ方向を切換えさせ、圧縮機で圧縮された冷媒を空気熱交換器の上段パスに供給し、膨張機構で減圧された冷媒を水熱交換器に供給させるとともに、経路切替弁を切替えて、貯湯タンクの高温水をバイパス回路経由で空気熱交換器の下段パスである水流路配管に流させ、空気熱交換器に付着した霜がデフロスト運転によって温められて発生したドレン水を高温水によって加熱させた後、空気熱交換器の水流路配管からの高温水をバイパス回路経由で水熱交換器に供給させるようにしたものである。

本発明に係るヒートポンプ式給湯器においては、デフロスト運転時に貯湯タンクの高温の循環水を空気熱交換器の下段パスに循環させ、空気熱交換器上段にて発生したドレン水を加熱しドレンパンに流し込むことによりドレンパンの凍結を防止するので、ドレンパン上に高圧側冷媒配管の一部や給湯用水配管の一部を配策することなく、取付構造が簡単となる効果がある。
また、ドレンパン上に高圧側冷媒配管の一部や給湯用水配管の一部を配策しないため、ドレン水の排水経路を阻害することなくドレン溜りが発生しにくくドレン水の排水がスムースであることから、暖房運転中にドレン溜りのドレン水が冷却されて凍結することを抑制する効果がある。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯器のデフロスト運転時の回路図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯器の運転の制御に関する構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ式給湯器の分解斜視図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯器のデフロスト運転時の回路図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯器は、圧縮機１、デフロスト運転時に冷媒回路を切り換えるための四方弁２、水と冷媒が熱交換をする水熱交換器３、冷媒の流量を調整し減圧する電子膨張弁４、空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器５を順次冷媒配管６で接続して構成されている。
水熱交換器３と貯湯タンク７間の水回路１０を水出口側接続ジョイント８、水入口側接続ジョイント９にて接続し、ポンプ１１によって水を循環させる。水入口側接続ジョイント９と水熱交換器３の間に、暖房運転時は水熱交換器３へ、デフロスト運転時は空気熱交換器下段パス５ａを経由し水熱交換器３へ繋がる水回路１０に切替える三方弁１２を設ける。なお、三方弁１２は経路切替弁を構成する。
図２は本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯器の運転の制御に関する構成を示すブロック図である。
図２において、２１は制御部であり、マイクロコンピュータやＤＳＰなどで構成される。また、２２はメモリーで、各種データ、テーブル類を保管する。また、２３は制御部２１が実行するプログラムや固定データを保存するＲＯＭである。また、２４は入出力バスであり、すべての機器の情報はこの入出力バス２４を介して制御部２１とやり取りされる。
２５は四方弁駆動手段であり、制御部２４からの指令に基づいて四方弁２の切替えを駆動する。また、２６は三方弁駆動手段であり、制御部２４からの指令に基づいて三方弁１２の切替えを駆動する。また、２７は通信手段であり、リモートコントローラー２８からの設定情報を受信して入出力バス２４を介して制御部へ送る。
なお、空気熱交換器下段パス５ａは水流路配管を構成する。

次に、本実施の形態１の動作を図１及び図２を用いて説明する。
ヒートポンプ式給湯器は、低い外気温度で運転を実施すると、蒸発器として作用する空気と冷媒が熱交換をする空気熱交換器５が０℃以下の低温となり、空気熱交換器５を通過する空気は冷却され、空気中の水分が空気熱交換器５の表面で凝固して霜となり風路を塞ぐこととなる。性能を確保するためには、空気熱交換器５の表面に付着した霜を除去する動きが必要となりデフロスト運転を行う。デフロスト運転は、ユーザによるリモートコントローラーの操作に基づいて、リモートコントローラー２８から指令信号が送信され、この指令を通信手段２７、入出力バス２４を順次介して制御部が受信すると、この指令信号によりデフロスト運転であることを認識し、予めメモリー２２に設定されているデフロスト運転情報に基づいて四方弁駆動手段２５、三方弁駆動手段２６を制御し、四方弁２及び三方弁１２を切り替える。これにより、デフロスト運転により霜は温められ、ドレン水となりフィンをつたわりながらドレンパン１３上に落下し、ドレンパン１３の排水溝を流れ排水口から機外へ排水される。

以上のように、デフロスト運転時に三方弁１２を切替えて貯湯タンク７から供給される高温水を空気熱交換器下段パス５ａに流すことにより、フィンをつたわり落ちるドレン水を空気熱交換器５の下段にて加熱しドレンパン１３上でのドレン水の凍結を防ぐことが可能となる。
なお、上記の例では、リモートコントローラーによってデフロスト運転を指示された場合について説明したが、給湯器の本体側の操作盤のスイッチ操作により指示を行ってもよいことはいうまでもない。
また、制御部２１が運転効率を計算して、所定の運転効率以下になった場合、あるいは給湯器内の湯の温度が所定の温度以上に上昇しない場合に、デフロスト運転を自動的に開始するように構成してもよい。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ式給湯器の分解斜視図である。

空気熱交換器下段パス５ａの材料を、冷媒が流れるその他の上段のパスと共通の銅管等を材料としたヘアピンチューブにすることにより、空気熱交換器５の製造に必要な設備、製造方法を凍結防止用の水回路である空気熱交換器下段パス５ａを持たない汎用の空気熱交換器と共通にすることが可能となる。

また、デフロスト運転時に水回路の切替えに用いる三方弁１２の近傍に、水熱交換器３、空気熱交換器下段パス５ａ、水入口側接続ジョイント９を設けることにより、それら同士を接続する水回路１０の配管長を短く、単純な構成とし製造コストを低く抑えることが可能となる。

また、デフロスト運転時に水回路の切替えに用いる三方弁１２を水熱交換器３の入口側に設けることにより、デフロスト運転時に蒸発器である水熱交換器３にて貯湯タンク７から循環される高温水の温度を低下させることなく空気熱交換器下段パス５ａへ供給することが可能となる。

また、空気熱交換器５に設けるフィンにおいて、冷媒が流れるパス部のフィンは切り起こしをなくすことにより、暖房運転時に蒸発器となり低温となっている冷媒が流れるパス部周辺のフィンの水切り性がよくなるため、霜の成長を抑制することが可能である。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 水熱交換器、４ 電子膨張弁、５ 空気熱交換器、５ａ 空気熱交換器下段パス、６ 冷媒配管、７ 貯湯タンク、８ 水出口側接続ジョイント、９ 水入口側接続ジョイント、１０ 水回路、１１ ポンプ、１２ 三方弁、１３ ドレンパン、２１ 制御部、２２ メモリー、２３ ＲＯＭ、２４ 入出力バス、２５ 四方弁駆動手段、２６ 三方弁駆動手段、２７ 通信手段、２８ リモートコントローラー。

Claims (5)

1. 圧縮機、冷媒の流れ方向を切り換える四方弁、前記冷媒と水が熱交換する水熱交換器、冷媒の流量を調整し減圧する膨張機構、空気熱交換器の空気と冷媒が熱交換する部分を順次配管で環状に接続した冷凍サイクルと、
   前記水熱交換器、該水熱交換器で加熱された水を貯留する貯湯タンク、ポンプを順次配管で環状に接続した水回路と、
   前記空気熱交換器に形成された複数のパスのうちの、前記冷媒が流れる上段パスの下方に形成され前記上段パスと共通の材料の管で構成された下段パスである、水流路配管と、
   前記ポンプの出口と前記水熱交換器の入口との間の水回路に設けられた経路切替弁と、
   該経路切替弁と前記水流路配管の入口との間と接続し、前記水流路配管の出口を前記経路切替弁と前記水熱交換器の入口との間の水回路に接続して成るバイパス回路と、
   前記四方弁及び前記経路切替弁を切替え制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、デフロスト運転時に、予め設定された情報に基づいて前記四方弁を切替えて、前記冷凍サイクルの冷媒の流れ方向を切換えさせ、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記空気熱交換器の前記上段パスに供給し、前記膨張機構で減圧された冷媒を前記水熱交換器に供給させるとともに、前記経路切替弁を切替えて、前記貯湯タンクの高温水を前記バイパス回路経由で前記空気熱交換器の前記下段パスである前記水流路配管に流させ、前記空気熱交換器に付着した霜が前記デフロスト運転によって温められて発生したドレン水を前記高温水によって加熱させた後、前記空気熱交換器の水流路配管からの前記高温水を前記バイパス回路経由で前記水熱交換器に供給させることを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
2. 前記空気熱交換器の下方に、前記空気熱交換器の水流路配管により加熱されて前記空気熱交換器から落下したドレン水を捕集するドレンパンを備えたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯器。
3. 前記空気熱交換器の水流路配管部のフィンは切り起しを設けないことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯器。
4. 前記経路切替弁の近傍に、前記水熱交換器、前記空気熱交換器の水流路配管、水入口側回路接続ジョイントを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯器。
5. 前記経路切替弁は三方弁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯器。

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