JP6159579B2 - 水加熱装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、水加熱装置に関する。

特許文献１に、水加熱装置が開示されている。この水加熱装置は、空気と冷媒の間で熱交換する蒸発器と、冷媒を加圧する圧縮機と、冷媒と水の間で熱交換する凝縮器と、冷媒を減圧する減圧機構と、蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構の順に冷媒を循環させる冷媒経路と、水を導入する水導入口と、水を導出する水導出口と、水導入口から凝縮器を経由して水導出口へ水を送る水経路と、水経路に組み込まれたポンプを備えている。このような水加熱装置では、ヒートポンプを利用して、空気から熱を吸収して、水を加熱する。このような水加熱装置では、高いエネルギー効率で水を加熱することができる。

特開２０１２−１７７５４５号公報

冬季などの外気温が低い状況で、水加熱装置の内部に水が滞留していると、水が凍結してしまうおそれがある。そのため、水加熱装置を長期間使用しない場合には、水抜きをしておく必要がある。

特許文献１の水加熱装置において水抜きをする場合、水導入口や水導出口から水抜きをしようとしても、凝縮器の内部に水が滞留してしまい、エアブロー等による残水除去処理が必須となる。より簡便な手法で水抜きを行うことが可能な技術が期待されている。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、ヒートポンプを利用する水加熱装置において、簡便な手法で水抜きを行うことが可能な技術を提供する。

本明細書が開示する水加熱装置は、空気と冷媒の間で熱交換する蒸発器と、冷媒を加圧する圧縮機と、冷媒と水の間で熱交換する凝縮器と、冷媒を減圧する減圧機構と、蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構の順に冷媒を循環させる冷媒経路と、水を導入する水導入口と、水を導出する水導出口と、水導入口から凝縮器を経由して水導出口へ水を送る水経路と、水経路に組み込まれたポンプを備えている。その水加熱装置では、凝縮器が、水導入口、水導出口およびポンプよりも上方に配置されている。

上記した水加熱装置では、凝縮器が水導入口、水導出口およびポンプよりも上方に配置されている。このため、水抜きを行う際に、凝縮器の内部に水が滞留してしまうことがなく、簡便な手法で水抜きを行うことができる。

上記の水加熱装置は、圧縮機から凝縮器を経て減圧機構に至る冷媒経路の区間と、減圧機構から蒸発器に至る冷媒経路の区間を、減圧機構を介することなく互いに接続する除霜経路と、除霜経路を開通／閉鎖する除霜弁をさらに備えており、凝縮器の内側の空間に除霜弁が収容されている。

上記の水加熱装置では、除霜弁の開閉によって、蒸発器の表面に着いた霜を取り除く除霜運転が可能である。上記の水加熱装置によれば、除霜弁を凝縮器の内側の空間に収容することで、装置の内部の限られた空間を有効に活用することができる。

上記の水加熱装置は、凝縮器の最上部に連通する空気抜き口と、水経路に連通する水抜き口をさらに備えるように構成することができる。

上記の水加熱装置によれば、空気抜き口を大気に開放することで、凝縮器の内部の水が、水頭圧によって水抜き口から排出される。エアブロー等の処置を行うことなく、極めて容易に水抜きを行うことができる。

上記の水加熱装置は、凝縮器の内側の空間に減圧機構が収容されているように構成することができる。

上記の水加熱装置によれば、装置の内部の限られた空間を有効に活用することができる。

本明細書で開示される水加熱装置によれば、簡便な手法で水抜きを行うことができる。

実施例の給湯装置１０の構成を模式的に示す図。 実施例のヒートポンプ３０の機械的な構成を示す斜視図。 実施例のヒートポンプ３０の機械的な構成を示す平面図。 実施例の凝縮器３６と、水導入口１１８と、水導出口１２０と、循環ポンプ６０の位置関係を示す図。

図面を参照して実施例の給湯装置１０について説明する。給湯装置１０は、カラン（図示せず）や浴槽といった給湯箇所へ温水を供給する装置である。図１に示すように、給湯装置１０は、温水を貯める貯湯タンク１８と、貯湯タンク１８の温水を循環加熱するヒートポンプ３０と、補助熱源であるガス熱源機１２を備えている。なお、給湯装置１０は、貯湯タンク１８に貯めた温水の熱を暖房にも利用する給湯暖房装置であってもよい。また、給湯装置１０は、貯湯タンク１８を必ずしも有する必要はなく、ヒートポンプ３０で加熱した温水を給湯箇所（あるいは暖房箇所）へ直接的に供給するものであってもよい。

貯湯タンク１８には、給水管１６と出湯管１４が接続されている。給水管１６は、貯湯タンク１８へ上水を供給する管路である。給水管１６は、貯湯タンク１８の底部に接続されている。図示省略するが、給水管１６には、各種のセンサや弁などが設けられている。出湯管１４は、貯湯タンク１８から給湯箇所へ温水を送る管路である。出湯管１４は、貯湯タンク１８の上部に接続されている。図示省略するが、出湯管１４にも、各種のセンサや弁などが設けられている。

ガス熱源機１２は、出湯管１４の経路上に設けられている。ガス熱源機１２は、貯湯タンク１８からの温水の温度が、必要とされる温度を下回るときに、燃料ガスを燃焼することによって当該温水を加熱することができる。それにより、給湯装置１０は、大量又は高温の給湯要求があり、貯湯タンク１８の温水量及び温水温度では不十分である場合に、ガス熱源機１２を稼働させることによって、不足する熱量を補うことができる。あるいは、外気温が極めて低いときなど、ヒートポンプ３０の能力が著しく低下する場合でも、ガス熱源機１２を稼働させることによって、必要とされる給湯を行うことができる。

ヒートポンプ３０（水加熱装置に相当する）は、大気から採熱して水を加熱するヒートポンプである。ヒートポンプ３０は、加熱往路２２と加熱復路２０を通じて、貯湯タンク１８に接続されている。加熱往路２２は、貯湯タンク１８内の水を、ヒートポンプ３０に送る管路である。加熱復路２０は、ヒートポンプ３０で加熱された温水を、貯湯タンク１８へ戻す管路である。加熱往路２２と加熱復路２０は一連に接続されており、貯湯タンク１８とヒートポンプ３０との間で水を循環させる循環経路を構成している。加熱往路２２には、循環ポンプ６０が設けられている。循環ポンプ６０は、後述するヒートポンプ３０のコントローラ７０によって制御される。図示省略するが、加熱往路２２及び加熱復路２０には、各種のセンサや弁などが設けられている。

ヒートポンプ３０は、蒸発器３２と、圧縮機３４と、凝縮器３６と、膨張弁３８（減圧機構に相当する）とを備えている。蒸発器３２と圧縮機３４と凝縮器３６と膨張弁３８の間は、冷媒経路４２、４４、４６、４８によって順に接続されており、冷媒を循環させる循環経路が構成されている。また、ヒートポンプ３０は、各部の動作を制御するコントローラ７０を備えている。

蒸発器３２は、空気中の熱を冷媒に吸熱させる熱交換器である。蒸発器３２には、室外ファン５４によって送風が行われる。室外ファン５４は、ファンモータ５６によって駆動される。蒸発器３２では、膨張弁３８を通過した霧状の冷媒が、空気中の熱を吸収して蒸発する。一例ではあるが、本実施例では、冷媒として二酸化炭素を採用している。ただし、冷媒の種類については特に限定されない。ファンモータ５６は、コントローラ７０へ電気的に接続されており、その動作、即ち、室外ファン５４の動作が、コントローラ７０によって制御される。

圧縮機３４は、蒸発器３２の出口側に接続されており、蒸発器３２からの冷媒を圧縮する。蒸発器３２で気化した冷媒は、圧縮されることによって、高温高圧の状態になる。圧縮機３４の構造、方式については、特に限定されない。圧縮機３４はコントローラ７０へ電気的に接続されており、圧縮機３４の動作はコントローラ７０によって制御される。

凝縮器３６は、圧縮機３４の出口側に接続されている。凝縮器３６は、冷媒と水との間で熱交換を行う熱交換器である。凝縮器３６には、加熱往路２２を通じて、貯湯タンク１８の水が送られる。凝縮器３６では、圧縮機３４からの冷媒が凝縮しながら放熱し、その放熱によって貯湯タンク１８からの水が加熱される。加熱後の水は、加熱復路２０を通じて、貯湯タンク１８に戻される。それにより、貯湯タンク１８に温水が貯められる。

膨張弁３８は、凝縮器３６の出口側に接続されている。本実施例の膨張弁３８は、一例ではあるが、その開度を電気的に調整可能な電子膨張弁である。膨張弁３８はコントローラ７０へ電気的に接続されており、膨張弁３８の動作はコントローラ７０によって制御される。凝縮器３６からの冷媒は、膨張弁３８を通過することによって、急速に膨張する（ミスト状になる）。膨張弁３８の出口側は、蒸発器３２の入口側に接続されており、低温低圧となった（ミスト状の）冷媒が蒸発器３２に送られる。蒸発器３２では、前述のとおり、大気から採熱することによって冷媒が気化される。以上の冷凍サイクルにより、ヒートポンプ３０は、大気の熱を利用して貯湯タンク１８内の水を加熱することができる。

ヒートポンプ３０では、上記した冷凍サイクルの結果、蒸発器３２に霜が付着することがある。蒸発器３２への着霜は、ヒートポンプ３０の熱効率を有意に低下させる。そのことから、本実施例のヒートポンプ３０では、除霜経路５０と除霜弁５２が付加されている。また、コントローラ７０には、蒸発器３２に付着した霜を除去するための除霜運転を実行するプログラムやデータが記憶されている。

除霜経路５０は、圧縮機３４の出口側を、凝縮器３６及び膨張弁３８をバイパスして、蒸発器３２の入口側に接続する冷媒の経路である。除霜経路５０の上流端は、圧縮機３４と凝縮器３６を接続する冷媒経路の区間４４に接続されており、除霜経路５０の下流端は、膨張弁３８と蒸発器３２を接続する冷媒経路の区間４８に接続されている。除霜弁５２は、除霜経路５０上に設けられており、除霜経路５０を開通／閉鎖するための開閉弁である。除霜弁５２は、その開閉を電気的に制御可能な電子制御弁である。除霜弁５２は、コントローラ７０へ電気的に接続されており、除霜弁５２の動作はコントローラ７０によって制御される。

コントローラ７０は、除霜弁５２を開閉することによって、除霜運転を実行する。圧縮機３４から凝縮器３６を経て膨張弁３８に至る冷媒経路の区間４４、４６は、高圧の区間であって高温の冷媒が存在している。従って、除霜弁５２が開弁されることで、高温高圧の冷媒が蒸発器３２へ直接的に送り込まれる。それにより、蒸発器３２の温度を上昇させて、蒸発器３２に付着した霜を融解させる。

図２および図３は、ヒートポンプ３０の機械的な構成を示している。なお、図２および図３では、図示の明瞭化のために、主要な構成部品のみを図示しており、全ての配管等が図示されているわけではないことに注意されたい。

図２に示すように、ヒートポンプ３０は、ハウジング１００に収容されている。ハウジング１００の内部は、仕切り壁１０２、１０４によって、空気熱交換室１０６と、機械室１０８と、水熱交換室１１０に区画されている。空気熱交換室１０６には、室外ファン５４、ファンモータ５６および蒸発器３２等が収容されている。機械室１０８には、圧縮機３４等が収容されている。水熱交換室１１０には、凝縮器３６、膨張弁３８（図３参照）、除霜弁５２（図３参照）、循環ポンプ６０等が収容されている。なお、コントローラ７０は、機械室１０８の最上部に配置された電装基板部１１２に収容されている。仕切り壁１０２、１０４は、ハウジング１００の底部近傍でそれぞれ開口している。

凝縮器３６は、水熱交換室１１０の上部に配置されている。図４に示すように、本実施例の凝縮器３６は、水が流れる水管と冷媒が流れる冷媒管を、互いに隣接させながら、らせん状に二重に捲回した形状を有している。図３に示すように、凝縮器３６の内側に形成される空間に、膨張弁３８と除霜弁５２が収容されている。なお、凝縮器３６の最上部には、空気抜き経路１１４が連通している。図２に示すように、空気抜き経路１１４は、ハウジング１００の側面に形成された空気抜き口１１６を介して大気に連通している。通常は、空気抜き口１１６は閉止されている。

図２や図４に示すように、凝縮器３６に水を導入する加熱往路２２は、ハウジング１００の側面に形成された水導入口１１８から、水熱交換室１１０の下部を経由して、水熱交換室１１０の上部の凝縮器３６に接続している。凝縮器３６から水を導出する加熱復路２０は、水熱交換室１１０の上部の凝縮器３６から、水熱交換室１１０の下部を経由して、ハウジング１００の側面に形成された水導出口１２０に接続している。循環ポンプ６０は、水熱交換室１１０の下部の加熱往路２２に組み込まれている。なお、水導入口１１８には、加熱往路２２からの水抜きのための水抜き口１２２が別途設けられており、水導出口１２０には、加熱復路２０からの水抜きのための水抜き口１２４が別途設けられている。また、ハウジング１００の側面には、循環ポンプ６０からの水抜きのための水抜き口１２６が形成されている。

本実施例のヒートポンプ３０では、水導入口１１８、水導出口１２０、循環ポンプ６０、およびそれぞれの水抜き口１２２、１２４、１２６が、何れも凝縮器３６よりも下方に配置されている。このような構成とすることで、空気抜き口１１６を大気に開放することで、凝縮器３６の内部の水が、水頭圧によって水抜き口１２２、１２４、１２６から排出される。エアブロー等の処置を行うことなく、凝縮器３６からの水抜きを極めて容易に行うことができる。

本実施例のヒートポンプ３０では、凝縮器３６の内側の空間に、膨張弁３８と除霜弁５２が収容されている。このような構成とすることで、ハウジング１００の内部の限られた空間を有効に活用することができる。

本実施例のヒートポンプ３０では、機械室１０８と水熱交換室１１０の間に仕切り壁１０４が設けられている。このような構成とすることによって、仮に水熱交換室１１０の凝縮器３６や循環ポンプ６０、およびそれらの周辺の加熱往路２２や加熱復路２０において、水漏れが生じた場合であっても、機械室１０８の上部に配置された電装基板部１１２への水の飛散を抑制することができる。また、本実施例のヒートポンプ３０では、ハウジング１００の底部近傍において、仕切り壁１０２、１０４に開口が設けられている。このような構成とすることによって、水熱交換室１１０において発生した漏水を、空気熱交換室１０６において発生するドレンの排水口１２８を介して排出することができる。

以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的な有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。また本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的な有用性を持つものである。

１０：給湯装置
１２：ガス熱源機
１４：出湯管
１６：給水管
１８：貯湯タンク
２０：加熱復路
２２：加熱往路
３０：ヒートポンプ
３２：蒸発器
３４：圧縮機
３６：凝縮器
３８：膨張弁
４２、４４、４６、４８：冷媒経路
５０：除霜経路
５２：除霜弁
５４：室外ファン
５６：ファンモータ
６０：循環ポンプ
７０：コントローラ
１００：ハウジング
１０２：仕切り壁
１０４：仕切り壁
１０６：空気熱交換室
１０８：機械室
１１０：水熱交換室
１１２：電装基板部
１１４：空気抜き経路
１１６：空気抜き口
１１８：水導入口
１２０：水導出口
１２２：水抜き口
１２４：水抜き口
１２６：水抜き口
１２８：排水口

Claims (3)

1. 空気と冷媒の間で熱交換する蒸発器と、
   冷媒を加圧する圧縮機と、
   冷媒と水の間で熱交換する凝縮器と、
   冷媒を減圧する減圧機構と、
   蒸発器、圧縮機、凝縮器、減圧機構の順に冷媒を循環させる冷媒経路と、
   水を導入する水導入口と、
   水を導出する水導出口と、
   水導入口から凝縮器を経由して水導出口へ水を送る水経路と、
   水経路に組み込まれたポンプと、
   圧縮機から凝縮器を経て減圧機構に至る冷媒経路の区間と、減圧機構から蒸発器に至る冷媒経路の区間を、減圧機構を介することなく互いに接続する除霜経路と、
   除霜経路を開通／閉鎖する除霜弁を備えており、
   凝縮器が、水導入口、水導出口およびポンプよりも上方に配置されており、
   凝縮器の内側の空間に除霜弁が収容されている、水加熱装置。
2. 凝縮器の最上部に連通する空気抜き口と、
   水経路に連通する水抜き口をさらに備える、請求項１の水加熱装置。
3. 凝縮器の内側の空間に減圧機構が収容されている請求項１または２の水加熱装置。

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