(57)【要約】      （修正有）【課題】給湯機のスケール生成を抑制する。【解決手段】水を送り出すポンプ５を有する水回路Ｆと、加熱源と、水回路Ｆを流れる水が加熱源からの熱を受け取る熱交換部２と、を有し、ポンプ５は、熱交換部２の上側から下側に向かうよう水を流す給湯機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を送り出すポンプを有する水回路と、
加熱源と、
前記水回路を流れる水が前記加熱源からの熱を受け取る熱交換部と、を有し、
前記ポンプは、前記熱交換部の上側から下側に向かうよう水を流す給湯機。
【請求項２】
前記水が流れる水管の断面積は、前記熱交換部における断面積よりも、前記熱交換部より下流の部分の方が大きい請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
前記水が流れる水管の断面積は、前記熱交換部における断面積よりも、前記熱交換部より上流の部分の方が大きい請求項１又は２に記載の給湯機。
【請求項４】
前記加熱源は、冷媒回路を有し、
前記熱交換部は、前記水が流れる水管と、冷媒が流れる冷媒管とを有し、
前記熱交換部の一部又は全部を断熱部で覆った請求項１乃至３何れか一項に記載の給湯機。
【請求項５】
水を送り出すポンプを有する水回路と、
加熱源と、
前記水回路を流れる水が前記加熱源からの熱を受け取る熱交換部と、
貯湯タンクと、を有し、
前記熱交換部は、上下方向にらせん状に延在する水らせん管を有し、
前記貯湯タンクの下端側と前記水らせん管の上端側とが管で接続され、
前記貯湯タンクの上端側と前記水らせん管の下端側とが管で接続され、
前記ポンプは、前記水らせん管の上側から下側に向かうよう水を流す給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯機はお湯を沸き上げるためのヒートポンプユニットとそのお湯を貯湯するための貯湯ユニットで構成されている。ヒートポンプユニットは圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧装置、空気熱交換器で構成され、それらが環状に接続されている。お湯を生成するのは水−冷媒熱交換器であり、貯湯ユニットから供給された水を約65℃〜90℃のお湯に沸き上げる。
【０００３】
しかし、貯湯ユニットに貯水される水道水が井戸水等の高硬度水の場合、それを高温に加熱することで、水中に含まれるカルシウム成分が析出し、スケールとして水−冷媒熱交換器内に付着することで、熱交換性能が低下することや、最悪の場合、配管内部が詰まり正常に動作することが困難となる。このため、沸き上げ終了後は、管内の水温をできるだけ早期に低温にすることが望まれる。
【０００４】
そこで、水−冷媒熱交換器内でのカルシウム成分のスケールの付着や配管の詰まりを防止するために、特許文献１では、沸き上げ運転を停止すると判断した場合、圧縮機を停止した上でポンプを駆動させて、出湯温度と入水温度との差が小さくなるまでポンプの駆動を継続する構成を開示している（００２６−００２９、図３）水−冷媒熱交換器４における給湯水回路１０を流れる水の向きは必ずしも明らかではないが、図面に照らすと下側から上側へと向かっている（図１）。
【０００５】
また、特許文献２は、高温加熱管５の管内壁面に析出するスケール成分は水流とスケール成分自身の自重によりスケール貯留体７を開示している（００１５、図１）。スケール貯留体７の形状は必ずしも明らかでないが、図面からは箱状であることが看取できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４３８０８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９０７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、湧き上げ停止後もポンプを駆動させ続けるため、電力消費量の観点から改善の余地がある。
【０００８】
特許文献２のようにスケールを箱状の貯留体に貯めることとすると、貯留体に流れる水が乱流となるため送水ポンプによる送水効率が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記事情に鑑みてなされた第１の本発明は、
水を送り出すポンプを有する水回路と、
加熱源と、
前記水回路を流れる水が前記加熱源からの熱を受け取る熱交換部と、を有し、
前記ポンプは、前記熱交換部の上側から下側に向かうよう水を流す給湯機である。
【００１０】
また、上記事情に鑑みてなされた第２の本発明は、
水を送り出すポンプを有する水回路と、
加熱源と、
前記水回路を流れる水が前記加熱源からの熱を受け取る熱交換部と、
貯湯タンクと、を有し、
前記熱交換部は、上下方向にらせん状に延在する水らせん管を有し、
前記貯湯タンクの下端側と前記水らせん管の上端側とが管で接続され、
前記貯湯タンクの上端側と前記水らせん管の下端側とが管で接続され、
前記ポンプは、前記水らせん管の上側から下側に向かうよう水を流す給湯機である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の給湯機システムの全体構成図
【図２】実施例１のヒートポンプの一部透視図
【図３】実施例１のヒートポンプユニットの水−冷媒熱交換器の全体図
【図４】実施例１のヒートポンプユニットの水−冷媒熱交換器の熱交換部分の断面図
【図５】実施例１のヒートポンプユニットの水−冷媒熱交換器に断熱材を取り付けた図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立したものである必要はなく、例えば、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、を許容する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本実施例の給湯機システムの全体構成図である。
給湯機システムは、ヒートポンプ１００と、湯水作成部１０１と、これらを制御する制御装置１０とを有する。
【００１４】
［湯水作成部１０１］
湯水作成部１０１は、水回路として、貯湯タンク１１、ポンプ５、水−冷媒熱交換器２（熱交換部）のうち水が流れる水らせん管２１、及びこれらを繋ぐ水管を有する。貯湯タンク１１の下端側と水−冷媒熱交換器２の上端側とが水管で接続され、水−冷媒熱交換器２の下端側と貯湯タンク１１の上端側とが水管で接続されている。
【００１５】
貯湯タンク１１は、下端側に低温水、上端側に高温水が貯留されるタンクである。貯湯タンク１１の下端側には、水源の水を供給する給水管が接続されており、上端側には、貯湯タンク１１から湯水を取り出す給湯管が接続されている。
ポンプ５は、水回路中、例えば貯湯タンク１１下端側から水−冷媒熱交換器２上端側までの範囲に配されており、貯湯タンク１１下端側から水−冷媒熱交換器２に向かう方向に送水することができる。
【００１６】
水−冷媒熱交換器２は、水回路側の構成として、水らせん管２１を有する。水らせん管２１を流れる水は、後述するように上端側から下端側に向かって流れるように構成されており、冷媒らせん管２２を流れる冷媒からの熱を受けて温められる。
なお、水回路は、ポンプ５によって水−冷媒熱交換器２に送り出される冷水の温度を検知する入水温度センサや、水−冷媒熱交換器２で熱交換された湯の温度を検知する出湯温度サーミスタを備えている。
【００１７】
［ヒートポンプ１００］
ヒートポンプ１００は、水回路を流れる水に、熱交換部で熱を与える加熱源として機能する。ヒートポンプ１００は、冷媒回路として、冷媒を圧縮する圧縮機１、水−冷媒熱交換器２（熱交換部）のうち冷媒が流れる冷媒らせん管２２、熱交換部で放熱した冷媒を膨張させる膨張弁３、及び膨張した液冷媒を蒸発させる蒸発器４が、環状に接続されている。
【００１８】
冷媒らせん管２２は、圧縮された高温冷媒の熱を水らせん管２１の水に与えて熱交換させることができる。冷媒らせん管２２は、下端側から上端側に向けて冷媒が流れるように構成されている。
【００１９】
膨張弁３によって冷媒は減圧される。蒸発器４は外気を流すファン６の風流中に配されて外気と熱交換可能に配されており、冷媒は外気によって温められる。
【００２０】
なお、圧縮機１と水−冷媒熱交換器２との間には、圧縮機１の冷媒吐出温度を検知する吐出温度センサ７が配されている。吐出温度センサ７の検知温度が高くなるにつれて膨張弁３の開度を低下させることでヒートポンプ１００のサイクルＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を好適にすることができる。また、水−冷媒熱交換器２の出口と膨張弁３との間には、放熱後冷媒温度を検知する放熱器出口温度センサを備える。
【００２１】
（らせん管２１，２２の向き）
図２はヒートポンプ１００の一部透視図である。放熱器である水−冷媒熱交換器２はヒートポンプ１００のベース部１２に対し、垂直方向に設置されている。水−冷媒熱交換器２には、上下方向に延在するらせん状の水らせん管２１と冷媒らせん管２２が形成されている。
【００２２】
ベース部１２が配された空間に区切られて、ファン６や圧縮機１等の冷媒回路の構成要素が配されている。
【００２３】
図３は水−冷媒熱交換器２の全体図である。
本実施例の水−冷媒熱交換器２は互いに接触するらせん管２１，２２を２組有しているが、１組だけでもよい。本実施例では、圧縮機１から吐出された高温の冷媒は、水−冷媒熱交換器２の下部の冷媒入口管２２１へ流入し、冷媒分岐部２２２において二手に分配され、各組における冷媒らせん管２２に流入する。各組において冷媒らせん管２２を流れる冷媒は、水らせん管２１を流れる水を温めた後、冷媒合流部２２３にて合流し、上部の冷媒出口管２２４から流出する。
【００２４】
一方、水は、水−冷媒熱交換器２の上部の水入口管２１１より流入し、水分岐部（不図示）で分岐して、各組における水らせん管２１に流入する。水らせん管２１を流れる水は、冷媒らせん管２２の冷媒で温められた後、下部の水出口管２１２から流出する。
【００２５】
（水と冷媒との熱交換）
水−冷媒熱交換器２では、貯湯タンク１１から供給される水が流れる水らせん管２１と圧縮機１から吐出された冷媒が流れる冷媒らせん管２２とが接触しており、両らせん管２１，２２それぞれがらせん状に巻かれている。水らせん管２１は、冷媒らせん管２２の内側に配されているが逆でもよい。両らせん管２１，２２は直接接触していても良いし、伝熱性の高い部材を介して間接的に接触していても良い。両らせん管２１，２２の接触部分にて圧縮機１から吐出された高温の冷媒が貯湯タンク１１下部から供給される水を温めて湯を生成している。
【００２６】
なお、らせん管２１，２２は、必ずしも上面視で略円形のらせん状である必要はなく、楕円、長方形、丸形長方形等、種々の環状であればよい。
【００２７】
［水の自然対流によるスケール堆積の抑制］
図４は水−冷媒熱交換器２の熱交換部分の一部断面図である。本実施例では、水らせん管２１を流れる水が上端側から下端側に向かうよう、水回路を構成している。図４中、黒塗り矢印が水の流れ方向を示している。水は、水らせん管２１の上端から進入して、例えば図４中の上から２番目の右下に延びる矢印の方向に流れる。水らせん管２１の右端側に到達すると、紙面表裏方向に流れを変えて、左下に向かって流れる。水らせん管２１の左端側に到達すると、紙面裏表方向に流れを変えて、図４中の上から３番目の右下に延びる矢印の方向に流れる。以下、これを繰り返して言って水らせん管２１の下端側に流れていく。
【００２８】
一方、冷媒らせん管２２を流れる冷媒が下端側から上端側に向かうよう、冷媒回路を構成している。このようにすることで、沸き上げ運転時、水はまず上端側で比較的低温の冷媒によって温められて温度上昇し、下端側に向かうにつれて比較的高温の冷媒によって温められてさらに温度上昇する。このため、下側の水が高温となり、上側の水が低温となる。一方、沸き上げが終了し、冷媒および水の流れが止まると、高温水の比重が低温水に比して小さいことから自然対流等が生じる。このため、下部の高温水が徐々に上側の低温水と混ざり、水らせん管２１内の水温度が均一化されていく。その結果、水らせん管２１内の高温部分が早期に冷却されるから、スケール生成を抑制することができる。
【００２９】
また、図４に示すように、水らせん管２１より上流側には、断面積が水らせん管２１より大きい上流側拡大部２１８が配されている。これにより、沸き上げ停止後、自然対流によって水らせん管２１に向かって比較的大量の低温水が水流の慣性等により向かうため、温度低下させやすい。
同様に、水らせん管２１より下流側には、断面積が水らせん管２１より大きい下流側拡大部２１９が配されている。これにより、仮に水らせん管２１等にてスケールが析出し、そのスケール成分が重力により下方に堆積していったとしても、堆積しやすい領域の断面積が大きいことから詰まりにくい。
拡大部２１８，２１９はそれぞれ、特許文献２のような箱状のようなものではなく、管の内寸を拡大したものとしており、乱流を形成しにくい。また、拡大部２１８，２１９それぞれと水らせん管２１との接続は、本実施例では急峻に行っているが、錘台状に径を変化させて滑らかにするとさらに好ましい。
【００３０】
図５は水−冷媒熱交換器２に断熱材６２を取り付けた図である。水−冷媒熱交換器２は、圧縮機１の近傍に配されるため、周囲温度が比較的高くなる。このため、らせん管２１，２２をグラスウールなどの断熱材６２でらせん管２１，２２を覆って断熱するのが好ましい。全体を断熱するのが好ましいが、本実施例のように一部だけ、特に上部を断熱してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１      圧縮機
２      水−冷媒熱交換器（熱交換部）
２１    水らせん管
２１１  水入口管
２１２  水出口管
２１８    上流側拡大部
２１９    下流側拡大部
２２    冷媒らせん管
２２１  冷媒入口管
２２２  冷媒分岐部
２２３  冷媒合流部
２２４  冷媒出口管
３      膨張弁
４      蒸発器
５      送水ポンプ
６      蒸発器ファン
１１    貯湯タンク
１２    ベース部
６２    断熱材
１００  ヒートポンプ
１０１  湯水作成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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