(57)【要約】【課題】蒸発器の蒸発能力を向上さえ、エネルギー効率に優れたヒートポンプ式給湯装置を提供すること。【解決手段】湯を貯留する貯湯タンク３１を有するタンクユニット３と、冷媒を圧縮する圧縮機２１、冷媒を膨張させる膨張装置２３、冷媒と空気との間で熱交換を行う蒸発器２４、蒸発器２４に空気を送風する送風機２７、を有し、タンクユニット３の上方に設けられたヒートポンプユニット１と、を備え、蒸発器２４を、空気の流れ方向に対して、圧縮機２１の下流側かつ送風機２７の上流側に配置し、かつ、蒸発器２４を、ヒートポンプユニット１の上面視における中心点１０を囲うように形成したので、蒸発器２４の伝熱面積が増大し、また、蒸発器２４へと流れる空気が加温されて冷媒と空気との温度差が増大するので、蒸発能力が増大してエネルギー効率が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯を貯留する貯湯タンクを有するタンクユニットと、
冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を膨張させる膨張装置、冷媒と空気との間で熱交換を行う蒸発器、前記蒸発器に前記空気を送風する送風機、を有し、前記タンクユニットの上方に設けられたヒートポンプユニットと、を備え、
前記蒸発器を、前記空気の流れ方向に対して、前記圧縮機の下流側かつ前記送風機の上流側に配置するとともに、前記蒸発器を、前記ヒートポンプユニットの上面視における中心点を囲うように形成したことを特徴とする、ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記圧縮機を、前記中心点上に配置し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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置を用いて水を加熱する給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ式給湯装置には、水を加熱するヒートポンプ装置と、湯を貯留する貯湯タンクとが一体化した構成のものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載の給湯装置を示すものである。この給湯装置１００ａは、ヒートポンプユニット２００ａと、貯湯タンク３１０ａを有するタンクユニット３００ａとを備える。
【０００４】
ヒートポンプユニット２００ａは、タンクユニット３００ａの上に配設されており、圧縮機２１０ａ、放熱器２２０ａ、膨張装置２３０ａ、蒸発器２４０ａが配管で順次接続されて冷媒回路を構成している。
【０００５】
蒸発器２４０ａは、ヒートポンプユニット２００ａの外周（外殻）１１０ａに沿って形成されている。送風機２５０ａは、外殻１１０ａからヒートポンプユニット２００ａの内部へと空気を流入させる。送風機２５０ａは、ヒートポンプユニット２００ａの内部に生じる空気の流れ（気流）方向に対して、蒸発器２４０ａの下流側に設けられている。
【０００６】
このように、蒸発器２４０ａをヒートポンプユニット２００ａの外殻１１０ａに沿って形成することで、蒸発器２４０ａの伝熱面積を増大させ、蒸発能力の向上を図っている。
【０００７】
図６は、特許文献２に記載の給湯装置を示すものである。この給湯装置１００ｂは、ヒートポンプユニット２００ｂと、貯湯タンク３１０ｂを有するタンクユニット３００ｂとからなる。
【０００８】
ヒートポンプユニット２００ｂは、タンクユニット３００ｂの上に配設されており、圧縮機２１０ｂ、放熱器２２０ｂ、膨張装置２３０ｂ、蒸発器２４０ｂが配管により環状に接続された冷媒回路を備えている。また、ヒートポンプユニット２００ｂは、周囲の空気を取り込む吸気口４００ｂ、送風機２０５ｂ、取り込んだ空気を排出する排気口４１０ｂを有している。
【０００９】
蒸発器２４０ｂは、ヒートポンプユニット２００ｂの上面視において、幅方向が直線状に形成されている。また、蒸発器２４０ｂは、ヒートポンプユニット２００ｂの中心点５００ｂ上に配設されており、圧縮機２１０ｂは、蒸発器２４０ｂの気流上流側で、かつ吸気口４００ｂの直下に配設されている。
【００１０】
このように、圧縮機２１０ｂが蒸発器２４０ｂの気流上流側へ配設されている。吸気口４００ｂから流入した空気は、圧縮機２１０ｂから放熱された熱エネルギーにより加熱された後に蒸発器２４０ｂに流入する。すなわち、圧縮機２１０ｂから放熱される熱のエネルギーを回収することで、タンクユニット３００ｂの上の限られた空間において、蒸発器２４０ｂの蒸発能力の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−２３０１８０号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００４０５６３８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記特許文献１の構成では、蒸発器がヒートポンプユニットの外殻に沿って配設されているので、圧縮機は、ヒートポンプユニット内の空気の流れ方向において、蒸発器の下流側に配置される。よって、圧縮機から放熱された熱エネルギーを回収し、蒸発器の蒸発能力を向上させることが困難であった。
【００１３】
また、前記特許文献２の構成では、蒸発器が直線状に形成されている。よって、蒸発器の幅方向の寸法を、ヒートポンプユニットの上面視における対角線よりも増大させることができない。これにより、蒸発器の伝熱面積を十分に確保できないという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蒸発器の蒸発能力を向上させ、エネルギー効率に優れ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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、湯を貯留する貯湯タンクを有するタンクユニットと、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を膨張させる膨張装置、冷媒と空気との間で熱交換を行う蒸発器、前記蒸発器に前記空気を送風する送風機、を有し、前記タンクユニットの上方に設けられたヒートポンプユニットと、を備え、前記蒸発器を、前記空気の流れ方向に対して、前記圧縮機の下流側かつ前記送風機の上流側に配置するとともに、前記蒸発器を、前記ヒートポンプユニットの上面視における中心点を囲うように形成したことを特徴とする。
【００１６】
これにより、圧縮機よりも気流の下流側に配置された蒸発器の伝熱面積を拡大させることができる。また、圧縮機から放熱される熱エネルギーによって、蒸発器に流入する空気の一部を加温することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、蒸発能力が向上し、エネルギー効率に優れたヒートポンプ式給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成図
【図２】（ａ）同ヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプユニットの上面図（ｂ）同ヒートポンプ式給湯装置の蒸発器で囲まれる空間を示す概略図
【図３】（ａ）同ヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプユニットの上面図（ｂ）同ヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプユニットの側面図
【図４】（ａ）同ヒートポンプ式給湯装置の蒸発器の他の形態を示す上面図（ｂ）同ヒートポンプ式給湯装置の蒸発器の他の形態を示す上面図（ｃ）同ヒートポンプ式給湯装置の蒸発器の他の形態を示す上面図（ｄ）同ヒートポンプ式給湯装置の蒸発器の他の形態を示す上面図
【図５】従来のヒートポンプ式給湯装置の概略構成図
【図６】（ａ）従来のヒートポンプ式給湯装置の概略構成図（ｂ）従来のヒートポンプ式給湯装置の上部拡大図（ｃ）従来のヒートポンプ式給湯装置の上面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、湯を貯留する貯湯タンクを有するタンクユニットと、冷媒を圧縮する圧
縮機、冷媒を膨張させる膨張装置、冷媒と空気との間で熱交換を行う蒸発器、前記蒸発器に前記空気を送風する送風機、を有し、前記タンクユニットの上方に設けられたヒートポンプユニットと、を備え、前記蒸発器を、前記空気の流れ方向に対して、前記圧縮機の下流側かつ前記送風機の上流側に配置するとともに、前記蒸発器を、前記ヒートポンプユニットの上面視における中心点を囲うように形成したことを特徴とする、ヒートポンプ式給湯装置である。
【００２０】
これにより、圧縮機が蒸発器の気流上流側に配設されるので、蒸発器の気流上流側の空気を、圧縮機から放熱された熱によって加温することができる。
【００２１】
また、貯湯タンクには湯が貯留されているので、タンクユニットよりも温度の低いヒートポンプユニットに向けて熱の移動が生じる。これにより、蒸発器の気流上流側の空気を、貯湯タンクから放熱された熱によって加温することができる。
【００２２】
さらに、蒸発器が圧縮機よりも気流の下流側に配置された構成において、蒸発器の伝熱面積を増大させることができる。
【００２３】
よって、蒸発能力を向上させ、エネルギー効率に優れたヒートポンプ式給湯装置を提供することができる。
【００２４】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記圧縮機を、前記中心点上に配置したことを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、ヒートポンプユニットの内部において、蒸発器の気流上流側の領域は従来と比べ増大する。その結果、蒸発器へと流入する空気の吸熱量のうち、貯湯タンクから放熱される熱の吸熱量が増大する。よって、蒸発器の内部を流動する冷媒と空気との温度差が増大し、蒸発器における熱交換量が増大するため、蒸発能力が向上し、エネルギー効率向上が可能となる。
【００２６】
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。
【００２７】
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置１Ａを示す。
【００２８】
ヒートポンプ式給湯装置１Ａは、ヒートポンプユニット１と、貯湯タンク３１を有するタンクユニット３とを備える。ヒートポンプユニット１は、冷媒が循環する冷媒回路２を備えている。冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＲ３２等の単一冷媒等を用いることができる。
【００２９】
ヒートポンプユニット１は、円筒形のタンクユニット３の上方に配設されている。
【００３０】
冷媒回路２は、圧縮機２１、放熱器（凝縮器）２２、膨張弁やキャピラリーチューブなどが用いられる膨張装置２３、蒸発器２４が冷媒配管により環状に接続されて構成されている。本実施形態では、蒸発器２４と圧縮機２１の間に、気液分離を行うアキュムレータ２６が設けられている。また、冷媒回路２には、貯湯タンク３１の水を加熱して湯を生成する蓄熱運転と、蒸発器２４に生成した霜を除去する除霜運転とを切り替えるための四方弁２５が設けられている。
【００３１】
放熱器２２は、貯湯タンク３１の内部に配置されている。すなわち、放熱器２２は、タ
ンクユニットの内部に配置されている。なお、放熱器２２は、水−冷媒熱交換器としてヒートポンプユニット１の内部に配置されていても良い。この場合には、貯湯タンク３１と水冷媒熱交換器（放熱器２２）とを接続し、内部に水が流れる水回路が形成される。
【００３２】
ヒートポンプユニット１は、ヒートポンプユニット１の内部に空気を流入させる吸気口４１と、ヒートポンプユニット１の外部へと空気を流出させる排気口４２が設けられている。吸気口４１と排気口４２とは、ヒートポンプユニット１の上面に設けられている。また、ヒートポンプユニット１には、吸気口４１から吸い込んだ空気を排気口４２へ吹き出す送風機２７が備えられている。
【００３３】
図２（ａ）に、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプユニット１の上面図を示す。ヒートポンプユニット１は、圧縮機２１と、膨張装置２３（図示せず）と、蒸発器２４が、円形の外殻１２で周囲と区画されて構成されている。蒸発器２４は、圧縮機２１と送風機２７との間に配設されている。ここで、蒸発器２４は、ヒートポンプユニット１内部の空気の流れ方向に対して、圧縮機２１の下流側かつ送風機の上流側に配置されている。
【００３４】
また、蒸発器２４は、ヒートポンプユニット１の上面視における、外殻１２の円の中心点１０を囲むように形成されている。すなわち、蒸発器２４の端部を結んだ線分と蒸発器とで囲まれる領域１ｃに、少なくとも中心点１０が配置されるように構成されている。圧縮機２１は、ヒートポンプユニット１の上面視において、中心点１０上に配設されている。
【００３５】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯装置１Ａにおいて、以下その動作、作用を説明する。
【００３６】
図１の矢印は、送風機２７のファンが回転した場合の空気の流れ（気流）方向示している。
【００３７】
ヒートポンプ式給湯装置１Ａにおいて、送風機２７のファンが回転した場合、ヒートポンプユニット１の吸気口４１付近にある空気は、吸気口４１からヒートポンプユニット１の内部に流入し、圧縮機２１の周囲を通過後、蒸発器２４を流れる。
【００３８】
また、冷媒が冷媒回路２を流れる。圧縮機２１から吐出された高圧高温ガス冷媒は、貯湯タンク３１の内部に備えられた放熱器２２に流入し、貯湯タンク３１内部の水と熱交換を行う。これによって水を加熱されて湯が生成される。放熱器２２において水と熱交換した冷媒は、一部または全てが液化凝縮し、放熱器２２から流出する。
【００３９】
放熱器２２から流出した高圧で液状態の冷媒は、膨張装置２３によって減圧されて膨張し、低圧の二相冷媒となって、蒸発器２４へ流入する。蒸発器２４へ流入した低圧二相冷媒は、空気から吸熱して一部または全てが蒸発し、蒸発器２４から流出する。
【００４０】
蒸発器２４から流出した低圧冷媒は、四方弁２５を通過して、アキュムレータ２６で気液分離が行われた後、気相の冷媒が圧縮機２１へと流入する。
【００４１】
蒸発器２４で冷媒に放熱した空気は、送風機２７によって排気口４２へ導かれ、ヒートポンプユニット１の外に排出される。
【００４２】
ここで、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、蒸発器２４がヒートポンプユニット１の中心点１０を囲むように配設されている。よって、圧縮機２１が蒸発器２４の気流上流側に配設された構成において、蒸発器２４の気流上流側の領域を増大させることができる
。
【００４３】
また、室温条件下（例えば２０℃）の空間に設置されたヒートポンプ式給湯装置１Ａでは、タンクユニット３内の貯湯タンク３１にはヒートポンプユニット１により生成された湯（例えば５５℃）が貯留されている。これにより、湯が貯留された貯湯タンク３１から貯湯タンク３１内よりも温度が低い領域へと熱の移動が生じる。タンクユニット３の上方には、ヒートポンプユニット１が配設されているので、貯湯タンク３１からヒートポンプユニット１へと熱が移動する。
【００４４】
その結果、蒸発器２４の気流上流側の空気が、圧縮機２１から放熱された熱と、貯湯タンク３１から放熱された熱とを吸熱する。よって、吸気口４１から蒸発器２４へ向かう空気が加温される。したがって、蒸発器２４内部を流動する低温冷媒と空気との温度差が増大し、蒸発器２４における熱交換量が増大するので、蒸発能力が向上し、エネルギー効率が向上する。
【００４５】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、圧縮機２１をヒートポンプユニット１の円の中心点１０上に配設するため、吸気口４１の直下に圧縮機２１が配設されることがない。これにより、吸気口４１直下の通風路における通風抵抗が低減する。その結果、吸気口４１直下の気流が改善され、送風機２７のファンの回転数が同一の場合、風量が増加する。
【００４６】
よって、蒸発器２４での熱交換量が増大し、蒸発器２４の蒸発能力が向上する。
【００４７】
以上のように、本実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１Ａは、円筒形のタンクユニット３を備え、ヒートポンプユニット１をタンクユニット３の上方に配設している。ヒートポンプユニット１は、内部に圧縮機２１と、膨張装置２３と、蒸発器２４とを収容し、圧縮機２１と、膨張装置２３と、蒸発器２４とを周囲と区画する外殻１２を備えている。また、蒸発器２４は、ヒートポンプユニット１の内部の圧縮機２１と送風機２７との間に配設され、かつ、ヒートポンプユニット１の中心点１０を囲いように配設されている。
【００４８】
これによって、圧縮機２１よりも気流方向下流側に蒸発器２４を配置した場合において、蒸発器２４の伝熱面積を増大させることができる。また、蒸発器２４の気流上流側の領域を増大させることができる。
【００４９】
ヒートポンプユニット１がタンクユニット３の上方に配設されているので、貯湯タンク３１内部の湯から放熱された熱はヒートポンプユニット１へと移動する。これにより、蒸発器２４の気流上流側を流れる空気は、圧縮機２１から放熱された熱と、蒸発器２４の気流上流側の領域を通過した貯湯タンク３１からの熱との両方を吸熱する。
【００５０】
その結果、空気の吸気口４１から蒸発器２４へ向かう気流は、温度が上昇する。したがって、蒸発器２４内部を流動する低温冷媒と空気との温度差が増大し、蒸発器２４における熱交換量が増大するため、蒸発能力が向上し、エネルギー効率向上が可能となる。
【００５１】
また、圧縮機２１がヒートポンプユニット１の中心点１０上に配設されている。これにより、吸気口４１の直下に圧縮機２１が配設されることがない。よって、吸気口４１直下の通風路における通風抵抗が低減する。その結果、吸気口４１かヒートポンプユニット１の内部に流入する気流の閉塞が改善され、送風機２７のファンの回転数が同一の場合、風量が増加する。その結果、蒸発器２４における熱交換量が増大するため、蒸発器２４の蒸発能力が向上する。
【００５２】
なお、蒸発器２４の形状は、蒸発器２４と蒸発器２４の端部を結んだ線分とで形成され
る領域に、中心点１０の少なくとも一部が配置される形状であれば特に限定されない。例えば、図２（ａ）に示すように、ヒートポンプユニット１の上面視において、２つの直線状の形状を組み合わせた形状としてもよく、また、図４（ａ）に示すように、３つ以上の直線状の形状を組み合わせた形状としても良い。さらに、図４（ｂ）に示すようなＬ字状に屈曲した形状や、図４（ｃ）に示すようなＣ字状に曲がった形状でもよい。また、蒸発器２４の伝熱面積を増大させる目的であれば、図４（ｄ）に示すように、中心点１０が蒸発器２４よりも気流方向下流側に配置されていてもよい。
【００５３】
これにより、蒸発器２４での蒸発能力を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ヒートポンプによって流体を加熱し、その流体を暖房や給湯に利用する給湯装置として有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１Ａ  ヒートポンプ式給湯装置
１  ヒートポンプユニット
３  タンクユニット
１０  中心点
２１  圧縮機
２２  放熱器
２３  膨張装置
２４    蒸発器
２７    送風機
４１    吸気口
４２    排気口
【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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【図６】
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