JP5834625B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関し、特に可燃性冷媒を用いた場合に凝縮熱交換器からの冷媒漏れを早期に検知し得る技術に係る。

従来、圧縮機、凝縮熱交換器、膨張手段及び蒸発熱交換器を冷媒循環配管で順に接続した冷媒循環回路と、給水ポンプにより前記凝縮熱交換器に給水した水を前記圧縮機により圧縮された高圧冷媒で目標沸き上げ温度まで熱交換加熱して給湯に利用する給湯回路とを備えたヒートポンプ給湯装置が知られている。かかるヒートポンプ給湯装置では、前記の冷媒循環回路を構成する圧縮機、凝縮熱交換器、膨張手段及び蒸発熱交換器を筐体内に収納して室外機として構成されたものが知られている（例えば特許文献１又は特許文献２参照）。

特許文献１では、室外ユニットキャビネットの内部を、間に立て込んだセパレータによって、左側のファン室と、右側の機械室とに区画して互いに仕切るようにし、この室外ユニットキャビネットの上に給湯ユニットキャビネットを載せ、給湯ユニットキャビネットの内部に凝縮熱交換器及びポンプを左側に収納し給湯用制御ボックスを右側に収納するようにしている。前記のファン室には蒸発熱交換器が配設され、機械室には圧縮機及び膨張手段が配設されている。

又、特許文献２では、筐体内の底側部分に凝縮熱交換器を内蔵し、この底側部分の上側部分を、前記と同様に、間に立て込んだセパレータによって、左側のファン室と、右側の機械室とに区画して互いに仕切るようにしている。

特開平３−１０５７号公報 特許第４６５１３３８号公報

しかしながら、従来のヒートポンプ給湯装置においては、凝縮熱交換器から冷媒が万一漏れ出した場合、相当量以上の冷媒が漏れてからでないと冷媒漏れ発生を把握し得ないという不都合を有していた。すなわち、使用する冷媒が可燃性でなければ冷媒漏れが多少発生したとしても、冷凍サイクル機能に支障が生じない程度であれば、さほどの不都合は生じないため、従来は冷媒漏れ発生を積極的に検知する手段を本来的に有してはいなかった。このため、たとえ冷媒漏れが生じたとしても、冷媒が相当量以上漏れてしまうことにより冷凍サイクルに異常を来たし、その冷凍サイクルの異常に起因して冷媒循環回路の温度センサ検出値が異常値を示すことで、初めて冷媒漏れ発生の疑いを把握し得るに過ぎなかった。このため、凝縮熱交換器からの冷媒漏れが万一発生したとしても、その冷媒漏れ発生の検知まで時間を要し、その結果、検知までの間に相当量以上の冷媒を失ったり、周囲への拡散を許してしまったりすることになっていた。

ところが、ヒートポンプ給湯装置において充填使用する冷媒として可燃性冷媒を用いた場合には、冷媒漏れ発生の早期検知や拡散防止は特に重要な課題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可燃性冷媒を用いたヒートポンプ給湯装置において、凝縮熱交換器からの冷媒漏れの発生を早期にかつ確実に検知し得るヒートポンプ給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、圧縮機と、凝縮熱交換器と、膨張手段と、蒸発熱交換器とが冷媒循環配管により順に接続された冷媒循環回路、並びに、この冷媒循環回路を作動制御するコントローラを筐体内に備え、冷媒として可燃性冷媒を使用したヒートポンプ給湯装置を対象にして、次の特定事項を備えることとした。すなわち、前記筐体内の頂部空間を左右方向全長範囲にわたり上下方向に仕切るように、横仕切り板を配設する一方、前記横仕切り板の下側空間を、前記蒸発熱交換器及び送風手段が配設される送風室と、前記圧縮機及び膨張手段が配設される機械室とに左右方向に互いに仕切るように、縦仕切り板を配設する。そして、前記凝縮熱交換器を、前記頂部空間に対し、前記送風室及び機械室の双方の上側にわたって左右方向に拡がった状態で配設し、前記横仕切り板に、前記凝縮熱交換器から漏洩した前記冷媒が前記機械室に流れ落ちるように、前記頂部空間と前記機械室とを連通させる開口部を貫通形成する。加えて、前記コントローラを前記横仕切り板の下面位置であって前記機械室の最頂部位置の前記縦仕切り板側に設置する一方、前記開口部を前記横仕切り板の一端側であって前記筐体の壁面側に配置することとした（請求項１）。

本発明の場合、横仕切り板によって筐体内の頂部空間を仕切るように区画し、この頂部空間に凝縮熱交換器を設置するようにしているため、凝縮熱交換器からの冷媒漏れが万一発生したとしても、その漏洩した可燃性冷媒が空気よりも比重が重いことを利用して、漏れた可燃性冷媒を開口部を通して頂部空間から機械室側に迅速に流れ落とすことが可能となり、冷媒漏れの早期検知及び早期検知に伴う拡散防止を図る対策を容易に行い得るようになる。しかも、開口部を通った可燃性冷媒は機械室の下方に流れ落ちるため、横仕切り板の下面位置であって機械室の最頂部位置の縦仕切り板側に設置されたコントローラを、冷媒との接触に起因する万一の不具合発生から保護し得ることになる。

そして、前記機械室に、可燃性冷媒の存在を検知するガスセンサを配設するようにすれば、開口部を通して頂部空間から機械室側に流れ落ちた可燃性冷媒がガスセンサにより確実に検知されるため、冷媒漏れの早期検知や拡散防止をより確実に実現し得るようになる（請求項２）。

さらに、その際、前記ガスセンサを、前記開口部の下方領域に位置するように設置することで、開口部を通して頂部空間から機械室側に流れ落ちる冷媒をガスセンサに向けて確実に導くことが可能となり、前記の冷媒漏れ検知のより一層の早期化を図り得ると共に、それに伴い漏れた冷媒の拡散防止のより一層の確実化を図り得ることになる（請求項３）。

以上、説明したように、本発明のヒートポンプ給湯装置によれば、横仕切り板によって筐体内の頂部空間を仕切るように区画し、この頂部空間に凝縮熱交換器を設置するようにしているため、凝縮熱交換器からの冷媒漏れが万一発生したとしても、漏洩した可燃性冷媒が空気よりも比重が重いことを利用して、漏れた可燃性冷媒を開口部を通して頂部空間から機械室側に迅速に流れ落とすことができ、冷媒漏れの早期検知及び早期検知に伴う拡散防止を図る対策を容易に行うことができるようになる。従って、冷媒として可燃性冷媒を用いる場合に、特に好適なものとなる。しかも、漏れた可燃性冷媒は開口部を通して頂部空間から機械室側に下方に流れ落ちるため、横仕切り板の下面位置であって機械室の最頂部位置の縦仕切り板側に設置したコントローラを、冷媒との接触に起因する万一の不具合発生から保護し得るようになる。

特に、請求項２によれば、機械室に冷媒の存在を検知するガスセンサを配設するようにすることで、開口部を通して頂部空間から機械室側に流れ落ちた可燃性冷媒をガスセンサにより確実に検知することができ、冷媒漏れの早期検知や拡散防止をより確実に実現することができるようになる。

請求項３によれば、前記ガスセンサを開口部の下方領域に位置するように設置することで、開口部を通して頂部空間から機械室側に流れ落ちる冷媒をガスセンサに向けて確実に導くことができ、前記の冷媒漏れ検知のより一層の早期化を図ることができると共に、それに伴い漏れた冷媒の拡散防止のより一層の確実化を図ることができるようになる。

本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の模式図である。 図１の冷媒循環回路が収容された室外機の外観を示す斜視図である。 図２の室外機の正面図である。 配管等の詳細を省略して本発明を原理的に示した、図２のＡ−Ａ線断面に相当する断面説明図である。 図５（ａ）は図４のＢ−Ｂ線における一部省略拡大断面説明図であり、図５（ｂ）は他の実施形態を示す図５（ａ）対応図である。 図２の室外機の天面パネル、正面パネル及び右側面パネルを取り外した状態で内部を示す斜視図である。 右側面パネルを取り外した状態で内部を示す右側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯装置の模式図である。このヒートポンプ給湯装置は、冷媒循環回路１と給湯回路２とを組み合わせたものであり、冷凍サイクルを利用して給湯回路２の水を熱交換加熱し得るようになっている。冷媒循環回路１は圧縮機１１と、凝縮熱交換器（凝縮器）１２と、膨張手段としての膨張弁１３と、蒸発熱交換器（蒸発器）１４とを冷媒循環配管１５で順に接続したものであり、これらが後述の筐体５内に収容されて室外機４の形態（例えば図２又は図３参照）で構成されている。冷媒循環回路１に循環させる冷媒としては、可燃性冷媒、例えばプロパン等のＨＣ系冷媒が使用されている。以下の説明中、単に「冷媒」と記載しているものは、この可燃性冷媒のことである。給湯回路２は、貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１内に貯留された湯水を前記凝縮熱交換器との間で循環させる水循環配管２２と、貯湯タンク２１の底部から水を前記凝縮熱交換器１２へ圧送し、加熱後に凝縮熱交換器１２から貯湯タンク２１の頂部へと導く給水ポンプ２３とを備えて構成されており、これらが例えば貯湯ユニットとして構成されている。そして、冷媒循環回路１と給湯回路２とがコントローラ３により作動制御されて、凝縮熱交換器１２において水が目標沸き上げ温度に加熱されて貯湯タンク２１に貯湯されるようになっている。目標沸き上げ温度はリモコン３１に直接に入力設定されるか、あるいは、リモコン３１に入力された設定出湯温度に基づいて設定される。

圧縮機１１は電動モータにより作動され、その回転数を作動制御量としてコントローラ３により作動制御されるようになっている。この圧縮機１１で圧縮されることで高温気相状態の冷媒が圧縮機１１から冷媒循環配管１５に吐出され、その吐出温度が吐出温度センサ１６により検出されて検出吐出温度がコントローラ３に出力されることになる。

凝縮熱交換器１２は、冷媒循環配管１５の一部が内部に通される一方、逆方向から水循環配管２２の一部が内部に通されて、両者間で熱交換するようになっている。すなわち、冷媒循環配管１５に圧縮機１１から吐出された高温気相状態の冷媒と、給水ポンプ２３により貯湯タンク２１の底部から供給された水とが熱交換され、水が熱交換加熱されて湯となり、その熱交換により熱が奪われた冷媒は凝縮する。

膨張弁１３は凝縮熱交換器１２で凝縮した冷媒を減圧するものである。この膨張弁１３は、その開度を作動制御量としてコントローラ３により作動制御される。

蒸発熱交換器１４は、ファンモータにより回転作動されて外気を送風する送風手段としてのファン１４ａを備え、この外気と、膨張弁１３により減圧された冷媒とを熱交換させることで、冷媒を蒸発させて気相状態に変換するようになっている。この蒸発熱交換器１４を出た直後の冷媒温度が蒸発熱交換器温度として蒸発熱交換器出口温度センサ１７により検出され、検出された蒸発熱交換器出口温度がコントローラ３に出力されることになる。そして、蒸発熱交換器１４での熱交換器により気相状態になった冷媒が再び前記の圧縮機１１において圧縮されて高温気相状態になる。

一方、給湯回路２では、給水ポンプ２３の作動により貯湯タンク２１内の水が凝縮熱交換器１２に圧送される際に、凝縮熱交換器１２の入口前で入水温度センサ２４により熱交換加熱前の入水温度が検出され、この検出入水温度がコントローラ３に出力されるようになっている。又、凝縮熱交換器１２を通過することで熱交換加熱されて出湯した際に、凝縮熱交換器１２の出口側で出湯温度センサ２５により沸き上げ温度が検出され、この検出沸き上げ温度がコントローラ３に出力されるようになっている。併せて、外気温が外気温センサ２６により検出されて、コントローラ３に出力されるようになっている。凝縮熱交換器１２で加熱された湯は貯湯タンク２１の頂部側に戻されて貯留され、以後の給湯に利用されることになる。給湯により貯湯タンク２１内の湯水量が減れば、その分だけ給水されるようになっている。

次に本実施形態における特徴部分である室外機４の構成について説明する。図２，図３の室外機４の内部構造について、図４及び図５にその原理的な構造例を示し、図６及び図７にその具体的な構造例を示している。以下、図４，図５の原理的な構造例と、図６，図７の具体的な構造例とを参照しつつ、詳細に説明する。

室外機４は略直方体形状の筐体５内に主要構成要素を内蔵させたものである。筐体５は、脚５０，５０に載置された底面パネル５１，正面パネル５２，背面パネル５３（図５又は図７参照），右側面パネル５４，左側面パネル５５及び天面パネル５６を備えて構成されている。筐体５内には、底面パネル５１から天面パネル５６近傍位置まで上下方向に拡がる縦仕切り板５７が立て込まれる一方、縦仕切り板５７の上端に接合された状態で横仕切り板５８が右側面パネル５４と左側面パネル５５との間に左右方向に拡がるように設けられている。縦仕切り板５７によって左側の送風室６１と右側の機械室６２とが左右方向に互いに仕切られた状態で区画されると共に、横仕切り板５８によって上側の加熱室６３が下側の送風室６１及び機械室６２と上下方向に互いに仕切られた状態で区画されている。横仕切り板５８を境にして、横仕切り板５８より上側の加熱室６３は下側の送風室６１及び機械室６２に比してかなり低い内高さの空間として区画形成され、横仕切り板５８より下側の送風室６１及び機械室６２は筐体５内の内高さの大半を占める空間としてそれぞれ区画形成されている。

送風室６１には蒸発熱交換器１４とファン１４ａとが配設され、機械室６２には圧縮機１１と膨張弁１３とコントローラ３（図４又は図６参照）とが配設され、加熱室６３には凝縮熱交換器１２が送風室６１及び機械室６２の双方の上側にわたり左右方向に拡がった状態で配設されている。蒸発熱交換器１４は、平面視Ｌの字状に屈曲された板状（図６の黒塗り部分参照）に形成されており、左側面パネル５５の内面から背面パネル５３の内面に沿って配設され、端部１４１（図４又は図５（ａ）を参照）が機械室６２寄り位置まで延ばされている。ファン１４ａ（図４又は図６参照）は送風室６１内の正面パネル５２の内面寄り位置に配設され、正面パネル５２の開口５２１（図２又は図３参照）から放熱するようになっている。コントローラ３は横仕切り板５８の下面位置に配設され、機械室６２内の最頂部位置に設置されている。又、機械室６２の底部側（底面パネル５１側）の所定位置にはガスセンサ７が配設されている。このガスセンサ７は、後述の開口部５８１の位置等との関係で定められた所定位置に設置され、漏洩した可燃性冷媒の存在を検知してコントローラ３に出力するようになっている。

横仕切り板５８の一端側であって、機械室６２の上側に位置する横仕切り板５８には、機械室６２と加熱室６３とを連通させる開口部５８１が貫通形成され、この開口部５８１を通して水循環配管２２や冷媒循環配管１５が凝縮熱交換器１２から機械室６２の側に延ばされている。開口部５８１の下側には開口部５８１に連通する筒状の通路部５９が開口部５８１から連続して下方に延びるように突出されている。この通路部５９は、図例では横仕切り板５８と一体に形成しているが、これに限らず、横仕切り板５８とは別体に形成して横仕切り板５８に対し結合させるようにしてもよい。

開口部５８１を通過する冷媒循環配管１５は、機械室６２内の圧縮機１１から加熱室６３内の凝縮熱交換器１２までを接続する配管と、凝縮熱交換器１２から機械室１１内の膨張弁１３までを接続する配管とからなる。又、同様に開口部５８１を通過する水循環配管２２は、機械室６２の下側位置の右側面パネル５４に設置された接続口２２１から加熱室６３内の凝縮熱交換器１２まで水を供給する配管と、凝縮熱交換器１２からの湯を接続口２２１の近傍位置に設置された接続口２２２まで供給する配管とからなる。両接続口２２１，２２２には、図外の貯湯ユニットから延ばされた配管が接続されるようになっている。

ガスセンサ７と開口部５８１との相互位置関係は次のように設定されている。すなわち、凝縮熱交換器１２から冷媒が万一漏出した場合、冷媒は空気よりも比重が重いため、漏出した冷媒は加熱室６３の底面に沿って開口部５８１に流動し、開口部５８１から下方に流れ落ちていくことになる。そして、流れ落ちた冷媒は機械室６２の底部に溜まることになる。従って、開口部５８１から流れ落ちた部位にガスセンサ７があれば、冷媒漏れをいち早く検知し得ることになる。そこで、図５（ａ）にも例示した如く、開口部５８１の下方（つまり通路部５９の下端開口５９１の下方）に位置する機械室６２の下部にガスセンサ７を配設することにしている。具体的には、底面パネル５１の上面位置又は底面パネル５１の上面近傍位置にガスセンサ７を設置している。ここで、図５（ａ）には、開口部５８１又は通路部５９の下端開口５９１の真下位置にガスセンサ７を設置した例を示したが、正確に真下位置である必要はなく、開口部５８１又は通路部５９の下端開口の下方領域に含まれる部位に設置すればよい。

この冷媒漏れ検知の際、開口部５８１に連続して通路部５９を設けているため、漏洩した冷媒がガスセンサ７に向けて流れ落ちるように冷媒の流れをガイドして導くことができ、冷媒漏れの早期検知に対する確実性をより向上させることができる上に、通路部５９の下端開口５９１を少なくともコントローラ３よりも下方位置まで突出させることで、冷媒との接触に起因するコントローラ３の万一の不具合発生をも防止することができる。なお、通路部５９によるガイドは必須ではなく、これを省略して開口部５８１の形成のみにすることもできる。この場合であっても、漏出した冷媒が下方に流れ落ちることでガスセンサ７による冷媒漏れの検知を確実に行うことができるようになる。

以上の実施形態の場合、横仕切り板５８によって加熱室６３を筐体５内の頂部空間に区画形成し、この頂部空間である加熱室６３に凝縮熱交換器１２を設置するようにしているため、凝縮熱交換器１２からの冷媒漏れが万一発生したとしても、冷媒が空気よりも比重が重いことを利用して、冷媒漏れの早期検知及び早期検知に伴う拡散防止を図ることが容易に行うことができるようになる。しかも、その際、加熱室６３内の漏洩冷媒が開口部５８１からガスセンサ７に向けて流れ落ちるようにしているため、ガスセンサ７により冷媒漏れの発生を早期に検知することができ、冷媒漏れの早期検知及び早期検知に伴い漏洩冷媒の拡散防止を共に図ることができるようになる。従って、冷媒として可燃性冷媒を用いる場合に、冷媒漏れの早期検知及び漏洩冷媒の拡散防止によって、重大な不都合発生を回避して未然に防止することができるようになる。又、開口部５８１を加熱室６３の一端部位置、つまり横仕切り板５８の背面パネル５３寄りの右奥端位置に形成することで、凝縮熱交換器１２を送風室６１及び機械室６２の双方の上側にわたり左右方向に拡がった状態で配設可能にしているため、すなわち、凝縮熱交換器１２を横仕切り板５８の左右方向略全長に沿ってより長く延びるように構成しているため、特に凝縮熱交換器１２自体の上下方向の高さをより薄型化させて、必要な筐体５の高さをより低くして室外機４のよりコンパクト化をも図ることができるようになる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、開口部５８１に連続して筒状の通路部５９を突出させているが、これに限らず、例えば図５（ｂ）に例示するように、開口部５８１の下側領域を薄肉樹脂製板等の板状壁部材５９２により囲んで閉鎖空間とすることで通路部５９ａを区画形成するようにしてもよい。この場合には、通路部５９ａを構成する板状壁部材５９２の下端縁を底面パネル５１の上面に接合させ、板状壁部材５９２で囲まれる領域にガスセンサ７を設置するようにすればよい。

又、加熱室６３に配設する凝縮熱交換器１２としては、水を流す配管と冷媒を流す配管とを二重管で構成したり、あるいは互いに接触させた一対の管で構成したりする他、他の形式の熱交換器により構成するようにしてもよい。

１ 冷媒循環回路
５ 筐体
７ ガスセンサ
１１ 圧縮機
１２ 凝縮熱交換器
１３ 膨張弁（膨張手段）
１４ 蒸発熱交換器
１４ａ ファン（送風手段）
１５ 冷媒循環配管
５７ 縦仕切り板
５８ 横仕切り板
６１ 送風室
６２ 機械室
６３ 加熱室（頂部空間）
５８１ 開口部

Claims (3)

1. 圧縮機と、凝縮熱交換器と、膨張手段と、蒸発熱交換器とが冷媒循環配管により順に接続された冷媒循環回路、並びに、この冷媒循環回路を作動制御するコントローラを筐体内に備え、冷媒として可燃性冷媒を使用したヒートポンプ給湯装置において、
   前記筐体内の頂部空間を左右方向全長範囲にわたり上下方向に仕切るように横仕切り板が配設される一方、前記横仕切り板の下側空間を、前記蒸発熱交換器及び送風手段が配設される送風室と、前記圧縮機及び膨張手段が配設される機械室とに左右方向に互いに仕切るように縦仕切り板が配設され、
   前記凝縮熱交換器が、前記頂部空間に対し、前記送風室及び機械室の双方の上側にわたって左右方向に拡がった状態で配設され、
   前記横仕切り板には、前記凝縮熱交換器から漏洩した前記冷媒が前記機械室に流れ落ちるように、前記頂部空間と前記機械室とを連通させる開口部が貫通形成され、
   前記コントローラが前記横仕切り板の下面位置であって前記機械室の最頂部位置の前記縦仕切り板側に設置される一方、前記開口部は前記横仕切り板の一端側であって前記筐体の壁面側に配置されている
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置であって、
   前記機械室には、可燃性冷媒の存在を検知するガスセンサが配設されている、ヒートポンプ給湯装置。
3. 請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置であって、
   前記ガスセンサは、前記開口部の下方領域に位置するように設置されている、ヒートポンプ給湯装置。

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