(57)【要約】【課題】貯湯運転から除霜運転へ切り替える際に、圧縮機に液冷媒が流れ込むために生じる液圧縮の防止を省エネルギーで実現可能なヒートポンプ給湯機を提供する。【解決手段】圧縮機１１内の冷媒を加熱するための熱交換手段１００を圧縮機１１の周囲に取り付けると共に、貯湯運転時に使用する水回路２０の水を水回路２０から分岐させて熱交換手段１００に供給する水供給手段３０を設け、水回路２０から分岐させた水を熱源として熱交換手段１００で圧縮機１１内の冷媒を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水および冷媒間で熱交換を行う水側熱交換器、膨張弁、空気側熱交換器が順次接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、
水源からの水を前記水側熱交換器を介して給湯負荷に供給する水回路と、
前記圧縮機の周囲に設けられ、前記圧縮機内の冷媒を加熱するための熱交換手段と、
前記冷媒回路における冷媒の循環方向を切り替えることにより、前記水側熱交換器で水を加熱して前記給湯負荷に供給する貯湯運転と、前記空気側熱交換器の霜を除去する除霜運転とのどちらか一方を実行させるとともに、前記圧縮機内の冷媒を加熱する冷媒加熱運転を行う制御装置と、
前記冷媒加熱運転時に、水源の水を前記水回路から分岐させて前記熱交換手段に供給する水供給手段とを備え、
前記熱交換手段は、前記冷媒加熱運転時に前記水供給手段により供給された水と前記圧縮機内の冷媒とを熱交換して前記圧縮機内の冷媒を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記熱交換手段は、内部が中空で外型形状が半円筒形状の一対の熱交換部材を備え、この一対の熱交換部材の内側に前記圧縮機を挟み、前記一対の熱交換部材同士を締結手段により締結して前記圧縮機に取り付けられるものであることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
前記熱交換手段の内側にクランクケースヒータを取り付けたことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記貯湯運転から前記除霜運転に切り替える際、前記圧縮機の吸入圧力から算出した冷媒温度が予め設定された閾値温度以下か否かをチェックし、前記冷媒温度が前記閾値温度以下の場合、前記冷媒加熱運転を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものであり、特に、圧縮機内の冷媒および冷凍機油を温めるための手段を備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ給湯機において、貯湯運転時と除霜運転時とで冷媒回路を循環する冷媒の流れ方向を切り替え、貯湯運転時に蒸発器として機能する水側熱交換器を除霜運転時に凝縮器として使用し、貯湯運転時に凝縮器として機能する空気側熱交換器を除霜運転時に蒸発器として使用するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８９８１６号公報（第４頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のように貯湯運転時と除霜運転時とで冷媒回路を循環する冷媒の流れ方向を切り替えるヒートポンプ給湯機では、貯湯運転から除霜運転へ切り替える際に、圧縮機に大量の液冷媒が流れ込み、液圧縮が発生して不具合が生じてしまうという問題があった。このような液圧縮は、冷媒および冷凍機油の温度上昇を図ることで防止可能であるが、そのための熱源を新たに設けると、多くのエネルギーを使用することになり、省エネ化が困難であった。
【０００５】
この発明はこのような点に鑑みなされたもので、貯湯運転から除霜運転へ切り替える際の液圧縮の防止を省エネルギーで実現可能なヒートポンプ給湯機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】
【０００６】
この発明に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機、水および冷媒間で熱交換を行う水側熱交換器、膨張弁、空気側熱交換器が順次接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、水源からの水を水側熱交換器を介して給湯負荷に供給する水回路と、圧縮機の周囲に設けられ、圧縮機内の冷媒を加熱するための熱交換手段と、冷媒回路における冷媒の循環方向を切り替えることにより、水側熱交換器で水を加熱して給湯負荷に供給する貯湯運転と、空気側熱交換器の霜を除去する除霜運転とのどちらか一方を実行させるとともに、圧縮機内の冷媒を加熱する冷媒加熱運転を行う制御装置と、冷媒加熱運転時に、水源の水を水回路から分岐させて熱交換手段に供給する水供給手段とを備え、熱交換手段は、冷媒加熱運転時に水供給手段により供給された水と圧縮機内の冷媒とを熱交換して圧縮機内の冷媒を加熱するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、貯湯運転時に使用する水回路から分岐させた水を、圧縮機内の冷媒を加熱する際の熱源として使用するようにしたので、貯湯運転から除霜運転へ切替える際の液圧縮の防止を省エネルギーで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機の冷媒回路および水回路を示す図である。
【図２】図１の圧縮機の構成を示す概略模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機に使用される二酸化炭素冷媒と冷凍機油の温度に対する密度変化のグラフである。
【図４】図１の圧縮機に熱交換手段が取り付けられた状態の斜視図である。
【図５】図４の熱交換手段を示す斜視図である。
【図６】図４の熱交換手段の内面側を示す図である。
【図７】図４の熱交換手段の縦断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の制御フローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の熱交換部材の断面を示した図（その１）である。
【図１０】この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯機の熱交換部材の断面を示した図（その２）である。
【図１１】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯機の熱交換手段を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態４におけるヒートポンプ給湯機の熱交換手段を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機について、図１〜図８に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機の冷媒回路および水回路を示す図である。
ヒートポンプ給湯機は、冷媒回路１０と、水回路２０と、ヒートポンプ給湯機全体を制御する制御装置５０とを備えている。冷媒回路１０は、外周に熱交換手段１００が取り付けられた圧縮機１１と、水および冷媒間で熱交換を行う水側熱交換器１２と、膨張弁１３と、空気側熱交換器１４とが順次配管で接続され、内部を冷媒が循環する。冷媒としては、ここでは二酸化炭素（ＣＯ2 ）冷媒を用いている。
【００１０】
水回路２０は、水源２００の水を水ポンプ２１により押し出し、設定水温に見合った水量を第一の水路開閉弁２２を介して水側熱交換器１２へと供給する。そして、水側熱交換器１２において水源２００からの水と冷媒回路１０からの高温の冷媒とを熱交換させてお湯を生成し、給湯負荷３００へ供給する。給湯負荷３００は、貯湯タンク３１０とカラン３２０とを備えている。
【００１１】
水回路２０には、水ポンプ２１と第一の水路開閉弁２２との間から分岐して熱交換手段１００に水源２００からの水を熱交換手段１００に供給する水供給手段である水供給配管３０が接続されている。水供給配管３０の一端は水ポンプ２１と第一の水路開閉弁２２との間に接続され、他端は熱交換手段１００に接続される。水供給配管３０には第二の水路開閉弁３１が接続され、第二の水路開閉弁３１の開閉により熱交換手段１００への水の供給・停止が制御される。
【００１２】
熱交換手段１００は、内部を通過する水と、圧縮機１１内部の冷媒との熱交換を行い、圧縮機１１内部の冷媒を加熱する手段である。なお、水源２００から熱交換手段１００に供給される水は常温であり、圧縮機１１内の冷媒温度に比べて高いため、圧縮機１１内の冷媒を加熱することが可能である。熱交換手段１００の構造については以下の図４〜図７に基づき後述する。
【００１３】
また、ヒートポンプ給湯機内には、圧縮機１１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ４１と、冷媒温度を検出する冷媒温度センサ４２と、外気温度を検出する外気温度センサ４３とを備え、各検出信号は制御装置５０に入力される。
【００１４】
制御装置５０は、マイクロコンピュータで構成されており、内部にＲＡＭやＲＯＭを備えており、ＲＯＭやＲＡＭに記憶されている運転プログラムに従って動作し、ヒートポンプ給湯機を制御する。具体的には、後述の図８に示すフローチャートの処理を実行することにより、後述の貯湯運転、除霜運転及び冷媒加熱運転などを実行する。制御装置５０には、各種センサ（吸入圧力センサ４１、冷媒温度センサ４２および外気温度センサ４３）、各種弁（膨張弁１３、第一の水路開閉弁２２、第二の水路開閉弁３１）等が接続されている。制御装置５０は、各種センサ（吸入圧力センサ４１、冷媒温度センサ４２および外気温度センサ４３）からの検出信号に基づいて、圧縮機１１の運転、各種弁（膨張弁１３、第一の水路開閉弁２２、第二の水路開閉弁３１）の開度、水ポンプ２１の運転等を制御する。
【００１５】
また、ヒートポンプ給湯機は、貯湯運転と除霜運転の２種の運転パターンを備えており、制御装置５０は、各種センサ（吸入圧力センサ４１、冷媒温度センサ４２および外気温度センサ４３）からの検出信号に基づいて、貯湯運転と除霜運転の切り替えを行う。
【００１６】
貯湯運転とは、水側熱交換器１２で水を高温冷媒との熱交換により加熱してお湯を生成し、給湯負荷３００に供給する運転である。貯湯運転における冷媒回路１０の冷媒の流れは、圧縮機１１→水側熱交換器１２→膨張弁１３→空気側熱交換器１４の順となる。
【００１７】
また、除霜運転とは、貯湯運転時に蒸発器として機能する空気側熱交換器１４に付着した霜を溶かす運転であり、貯湯運転とは冷媒回路１０を逆サイクルで運転（圧縮機１１→空気側熱交換器１４→膨張弁１３→水側熱交換器１２）する。これにより、空気側熱交換器１４に高温冷媒が流れ、空気側熱交換器１４に付着した霜を除去することが可能である。除霜運転時には、上述したように貯湯運転とは逆サイクルで冷媒回路１０の運転を行うため、圧縮機１１からの高温冷媒は、お湯を生成する水側熱交換器１２ではなく空気側熱交換器１４に流れる。すなわち、除霜運転時には水側熱交換器１２に高温冷媒が流れないため、水回路２０でお湯を生成する事はできない。このため、除霜運転時には水回路２０を使用した給湯負荷３００への給水は停止している。
【００１８】
また、冷媒加熱運転とは、第一の水路開閉弁２２を閉じる一方、第二の水路開閉弁３１を開け、水ポンプ２１に通電して水源２００からの水を熱交換手段１００へ供給し、圧縮機１１内の冷媒と熱交換させて冷媒を加熱する運転である。なお、冷媒加熱運転時、圧縮機１１の駆動は停止している。
【００１９】
図２は、図１の圧縮機の構成を示す概略模式図である。
圧縮機１１は、底部に油溜め１を有する密閉容器２内に、圧縮機駆動要素３と、外部より冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構部４と、圧縮機駆動要素３の回転力を圧縮機構部４に伝達して圧縮機構部４を駆動するクランク軸５と、容積形ポンプ６とを備えている。クランク軸５の下端に容積形ポンプ６を固定し、容積形ポンプ６の吸い込み口が油溜め１の油中に浸漬されており、クランク軸５の遠心力により容積形ポンプ６が回転することで、油溜め１に貯溜された油を上方に吸い上げ、クランク軸５内を通して摺動部に供給している。
【００２０】
図３は、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機に使用されるＣＯ2 冷媒と冷凍機油の温度に対する密度変化を示すグラフである。
図３に示すように、ＣＯ2 冷媒と冷凍機油とでは、−１５℃を境として密度の大小が逆転する。具体的には、ＣＯ2 液冷媒と冷凍機油の温度が共に−１５℃より高い場合の密度は、ＣＯ2 液冷媒よりも冷凍機油（例えば、ダフニーハーメチックオイルPZ１００である）のほうが大きい。しかし、−１５℃以下の場合の密度は冷媒の方が大きくなる。
【００２１】
したがって、ＣＯ2 液冷媒と冷凍機油の温度が共に−１５℃より高い場合には、圧縮機１１の油溜め１に冷凍機油が溜まる状態となり、問題なく動作可能である。しかしながら、ＣＯ2 液冷媒と冷凍機油の温度が共に−１５℃以下の場合には、圧縮機１１の油溜め１に密度が高い冷媒が溜まる状態となり、圧縮機１１で液圧縮を起こす。
【００２２】
ところで、貯湯運転から除霜運転に運転モードを切り替えると、空気側熱交換器１４内の冷媒が圧縮機１１に流れ込むという現象が発生する。圧縮機１１に流れ込んだ冷媒の温度が−１５℃以下の場合、上述したように圧縮機１１の油溜め１に冷媒が溜まる状態となり、その状態のまま圧縮機１１を駆動すると液圧縮を起こす。このため、圧縮機１１に流れ込む冷媒が−１５℃以下と予測される場合には、除霜運転のために圧縮機１１を実際に動作させる前に、冷媒加熱運転を行って冷媒を−１５℃よりも高い温度に上昇させる必要がある。
【００２３】
除霜運転に切替えた際に空気側熱交換器１４から圧縮機１１に流れ込む冷媒温度は、吸入圧力センサ４１により検出された圧力を基に予測検知する。たとえ過熱度を取った運転であっても、ＰＨ線図より吸入圧力から空気側熱交換器１４内の冷媒温度を予測検知可能である。
【００２４】
図４は、図１の圧縮機に熱交換手段が取り付けられた状態の斜視図である。図５は、図４の熱交換手段を示す斜視図である。図６は、図４の熱交換手段の内面側を示す図である。図７は、図４の熱交換手段の縦断面図である。これらの図において、互いに同一部分には同一符号を付す。
熱交換手段１００は、内部が中空で外形形状がほぼ半円筒形状を成す熱交換部材１０１と、これと対称の形状を有する熱交換部材１０２とを有している。熱交換手段１００は、これら一対の熱交換部材１０１、１０２で圧縮機１１を挟むようにして配置され、両者を締結手段１０３で固定して圧縮機１１に取り付けられる。これら２つの熱交換部材１０１、１０２は熱伝達向上のため、圧縮機１１と密着する様に設置する。圧縮機１１との密着性を向上させ、熱伝達をより効率的に行うために圧縮機１１と熱交換手段１００の間に例えばゲルシートの様に高熱伝導率で、柔軟性のある薄肉シートを入れても良い。
【００２５】
熱交換手段１００には、水入口配管１０４と水出口配管１０５とが接続されている。熱交換手段１００で熱交換を行う際は、水ポンプ２１より押し出された水が水入口配管１０４を通って熱交換手段１００内を流れ、圧縮機１１内の冷媒および冷凍機油と熱交換を行った後、水出口配管１０５を介して排水される。水入口配管１０４は、熱交換部材１０１、１０２のそれぞれにおいて円弧の一端側の外周面上部に接続され、水出口配管１０５は円弧の他端側の底面１０６ｄに接続されており、このように接続することで水を流れやすくしている。また、熱交換手段１００内には水が流れるため、言い換えれば熱交換手段１００内部の水が常に入れ替わるため、冷媒に比べて温度の高い水を常に使用して熱交換を行うことができ、効果的な熱交換が可能である。
【００２６】
ここで、熱交換手段１００の加工法について簡単に説明する。熱交換手段１００は板金加工により形成されるもので、加工性・水密性を考慮し以下の様に形成する。熱交換部材１０１、１０２は、それぞれ内面１０６ａ、外面１０６ｂ、上面１０６ｃおよび底面１０６ｄの４つの作成部位に分けて作成する。内面１０６ａは締結手段１０３の取付け部を含む。内面１０６ａおよび外面１０６ｂには長方形の平板を使用し、上面１０６ｃおよび底面１０６ｄは、U字形状に加工したものを使用する。圧縮機１１の外周に接触する内面１０６ａは圧縮機１１の外周面形状に合うように半径を合わせて加工する。この時、圧縮機１１と同半径だと取り付け不可であるので、少し余裕を持って設計する。この余裕は、締結手段１０３や薄肉シートで補える範囲とする。
【００２７】
外面１０６ｂは内面１０６ａより大きい半径の円弧面となるように加工する。また、外面１０６ｂの円弧の一端側の上部に水入口配管１０４との接続部分となる穴を開ける。上面１０６ｃおよび底面１０６ｄは同形状であるが、底面１０６ｄに関しては水出口配管１０５を接続するための穴を開ける。この穴は、最終的に溶接により組み立てられた状態において、外面１０６ｂにおける水入口配管１０４の接続部とは円弧の反対側に相当する部分の底面１０６ｄに設けられる。上記の様に加工した各部品を溶接することで熱交換手段１００を製作できる。
【００２８】
また、熱交換手段１００の内面１０６ａには、図７に示すようにクランクケースヒータ１０７を設置するための凹部１０８が形成されており、この凹部１０８にクランクケースヒータ１０７が設置されている。クランクケースヒータ１０７は、熱交換手段１００内部の水を温めることを主目的としており、必ずしも設置する必要はなく省略可能である。クランクケースヒータ１０７を設置する場合には、設置しない場合に比べてエネルギーを多少使用してしまうが、より短時間で冷媒を除霜運転停止温度まで加熱することができる。本例では、ヒートポンプ給湯機の動作中、常にクランクケースヒータ１０７をＯＮするものとするが、この制御に限られたものではなく、必要に応じて任意にＯＮＯＦＦのタイミングを制御可能である。
【００２９】
次に動作について説明する。
図８は、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の制御フローチャートである。
制御装置５０は、貯湯運転中、除霜運転への切り替えが必要か否かの判断を行っている（Ｓ１）。貯湯運転から除霜運転への切り替えの要否の判断は任意の判断方法を採用できるが、本例では例えば以下のようにする。冷媒温度センサ４２により検知される空気側熱交換器１４の入口冷媒温度が、外気温度センサ４３により検知される外気温に基づき算出された冷媒温度以下となると、除霜運転が必要と判断する。
【００３０】
空気側熱交換器１４のフィンに着霜すると、冷媒温度は、外気温度より算出される冷媒温度よりも低くなる。これは以下の理由による。空気側熱交換器１４のフィンに着霜すると、熱通過率が低減して空気側熱交換器１４での熱交換量が少なくなる。したがって、熱交換量を確保するために冷媒温度と外気温との温度差を大きくする制御、すなわち、膨張弁１３の開度を制御して冷媒温度を下げる制御が行われるためである。よって、本例では、着霜が生じると冷媒温度が下がることを利用して着霜を判断している。なお、制御装置５０は、外気温度とその外気温度のときの圧縮機１１内の冷媒温度との関係式を予め内部に記憶しており、この関係式に基づき外気温度から冷媒温度を算出している。
【００３１】
制御装置５０は、ステップＳ１の判断により除霜運転を開始すると決定後、実際に除霜運転を開始する前に、まず、冷媒加熱運転の要否を判断する。この判断を行うのは、以下の理由による。これは、貯湯運転から除霜運転に切替える際、上述したように空気側熱交換器１４内の冷媒が圧縮機１１に流れ込む。圧縮機１１に流れ込んだ冷媒が、潤滑油との密度が逆転する上記閾値温度（ここでは−１５℃）以下であると、上述したように油溜め１に冷媒が溜まってしまい、液圧縮が生じる。このため、圧縮機１１に流れ込む冷媒の温度を圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入圧力を基に予測検知し、その検知結果に基づき冷媒加熱運転の要否を判断する。
【００３２】
制御装置５０は、吸入圧力センサ４１により検出した吸入圧力から冷媒温度を算出し、算出した冷媒温度と予め設定された閾値温度（ここでは−１５℃）とを比較する（Ｓ２）。冷媒温度が閾値温度よりも高い場合は、図２に示したように油密度の方が冷媒密度よりも高いため、圧縮機１１を正常に動作させることが可能である。したがって、冷媒回路１０を除霜回路側に切り替え（Ｓ３）、除霜運転を開始する（Ｓ４）。
【００３３】
一方、冷媒温度が閾値温度以下の場合には、まず、冷媒回路１０を除霜回路側に切り替えるのと同時に、圧縮機１１を運転停止する（Ｓ５）。冷媒回路１０を除霜回路側に切り替えることにより、−１５℃以下の冷媒が空気側熱交換器１４から圧縮機１１に流れ込むが、このとき同時に圧縮機１１の運転を停止しているため、液圧縮が生じることはない。
【００３４】
そして、冷媒温度が閾値温度以下の場合には、上述したように実際に除霜運転を開始するに先立って圧縮機１１内の冷媒温度を閾値温度よりも上昇させる必要があるため、制御装置５０は冷媒加熱運転を開始する（Ｓ５）。すなわち、制御装置５０は第一の水路開閉弁２２を閉じる一方、第二の水路開閉弁３１を開いて水回路２０を水側熱交換器１２から熱交換手段１００側に切り替える。そして、制御装置５０は水ポンプ２１を運転し、水源２００からの水を水供給配管３０を介して熱交換手段１００に給水させ、圧縮機１１内の冷媒と熱交換を行わせ、冷媒を加熱する。この冷媒加熱運転により圧縮機１１内の冷媒温度が閾値温度よりも高くなるため、除霜運転を開始（圧縮機１１の駆動）する（Ｓ４）。このように圧縮機１１の駆動開始前に圧縮機１１内の冷媒を加熱するようにしたので、液圧縮が生じるのを防止できる。
【００３５】
そして、空気側熱交換器１４に付着した霜が除去され、制御装置５０は除霜運転の終了可となったことを検知すると（Ｓ７）、冷媒加熱運転を停止（すなわち熱交換手段１００への給水停止）し（Ｓ８）、貯湯運転に戻る（Ｓ９）。
【００３６】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、従来、除霜運転時には使用しない水回路２０の水を、圧縮機１１内の冷媒を加熱する熱源として使用しているため、貯湯運転から除霜運転へ切替える際の液圧縮の防止を省エネルギー且つ低コストで実現可能である。また、単に水を熱交換手段１００に供給するだけであるので、使用上も安全である。
【００３７】
また、熱交換手段１００を、内部が中空で外型形状が半円筒形状の一対の熱交換部材１０１、１０２を備えた構成とし、この一対の熱交換部材１０１、１０２の内側に圧縮機１１を挟み、一対の熱交換部材１０１、１０２同士を締結手段により締結して圧縮機１１に取り付けるようにした。このような構成とすることで、熱交換手段１００を圧縮機１１に密着して取り付けることが可能であり、熱交換効率を高めることが可能である。
【００３８】
また、図４に示したように、熱交換手段１００には水入口配管１０４および水出口配管１０５が接続され、常温水ではあるが、常に水の流れのある状態で熱交換を行っている。このため、水の流れが無く熱交換手段１００内に留まった状態で熱交換を行う場合と比較して、常に比較的安定した温度の水を熱交換に使用することが可能であり、熱交換効率が良い。また、熱交換手段１００内に水が滞留せずに流れていることで、熱交換手段１００内の水が熱交換時に圧縮機１１の冷媒によって冷やされ、氷の膜が形成されることを抑制または防止することができる。
【００３９】
また、貯湯運転時に熱交換手段１００内に水を溜めた状態に留めておくことで、圧縮機１１の防音効果としても期待できる。
【００４０】
また、冷媒加熱運転は、貯湯運転から除霜運転に切り替える際に毎回常に行うのではなく、圧縮機１１の吸入圧力から算出した冷媒温度が予め設定された閾値温度以下か否かをチェックし、冷媒加熱運転が必要なタイミングかどうかを判断した上で行うようにしている。よって、この面からも省エネ効果が高い。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１のヒートポンプ給湯機において、図７に示した熱交換手段１００の断面を他の形態として提案するものである。実施の形態２は、熱交換手段１００以外の構成および動作は図１に示した実施の形態１と同様である。
【００４２】
図９および図１０は、熱交換部材の他の形態の断面を示したものである。
実施の形態１では、熱交換部材１０１、１０２の縦断面を長方形断面としたが、これに限られたものではなく、例えば図９又は図１０のようにしてもよい。断面形状以外の構造は、図４に示した熱交換部材１０１、１０２と同様である。図９は、長穴状の形状としており、また、図１０は外面１０６ｂ側を外側に凸の円弧状の曲面としている。図９、図１０の様な曲面を持った断面にする事で内容積を増やし、より多くの水を熱交換に供することが可能になると共に、更なる氷膜形成防止の効果もある。ただし、圧縮機１１と接する内面１０６ａは平面にしている。これは、圧縮機１１との接触面積を多くすることでより効率的に熱交換を行うためである。
【００４３】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１のヒートポンプ給湯機において、図４に示した熱交換手段１００とは別の熱交換手段１００Ａを提案するものである。熱交換手段１００Ａ以外の構成および動作は図１に示した実施の形態１と同様である。
【００４４】
図１１は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯機の熱交換手段を示す図である。
熱交換手段１００Ａは、圧縮機１１の周囲に管をらせん状に巻きつけた構造を有する。上記の構造は、単に一本の管を圧縮機１１の周囲に巻き付けた構造であるので、熱交換手段１００Ａへの水の供給・排水を効率よく行うことができる。また、管径により流速を調整することが可能になり、適切な管径を定めることで弊害無く、熱伝達を向上させる事ができる。なお、流速は、銅管の潰食を考慮して例えば２．０ｍ／ｓ以下にする事が望ましい。また、貯湯運転時に管内に水を溜めた状態に留めることで、圧縮機１１の防音効果としても期待ができる。また、この熱交換手段１００Ａは、単に圧縮機１１の周囲に管を巻き付けただけの構造であるので、構造が簡単で製造が容易である。
【００４５】
また、実施の形態１と同様に、熱交換手段１００Ａと圧縮機１１の外表面との密着性を向上させ、熱伝達をより効率的に行うために、圧縮機１１と熱交換手段１００Ａの間に例えばゲルシートの様に高熱伝導率で、柔軟性のある薄肉シートを入れても良い。
【００４６】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１のヒートポンプ給湯機において、図４に示した熱交換手段１００とは別の熱交換手段１００Ｂを提案するものである。熱交換手段１００Ｂ以外の構成は図１に示した実施の形態１と同様である。
【００４７】
図１２は、この発明の実施の形態４におけるヒートポンプ給湯機の熱交換手段を示す図である。
実施の形態４の熱交換手段１００Ｂは、圧縮機１１を内部に収容する水槽１１０で構成され、水槽１１０に水入口配管１１１および水出口配管１１２を接続して、水槽１１０内に水入口配管１１１から供給した水を貯留し、また、水出口配管１１２から水槽１１０内の水を排水できる構造とする。水槽１１０中に水入口配管１１１を介して水を貯水し、直接、水で圧縮機１１を外周面から昇温することで、圧縮機１１内の冷媒および油を昇温するものである。水入口配管１１１と水出口配管１１２の管径は、給水量＞排水量となる様に水入口配管径＞水出口配管径となる様に設定する。なお、図１２では構成をわかりやすくするため、水槽１１０を圧縮機１１よりも遙かに大きく示しているが、実際上は有効な熱交換が可能な量の水を貯留できる程度の大きさがあればよい。
【００４８】
このように構成された熱交換手段１００Ｂを備えたヒートポンプ給湯機の動作は、図８に示した実施の形態１の動作と同様である。すなわち、制御装置５０はステップＳ２の判断により冷媒加熱運転が必要と判断すると、第一の水路開閉弁２２を閉じる一方、第二の水路開閉弁３１を開け、水ポンプ２１に通電して水源２００からの水を水入口配管１１１を介して水槽１１０内に給水する。このとき、水出口配管１１２から排水されているが、上述したように給水量＞排水量となる様に水入口配管１１１と水出口配管１１２のそれぞれの管径が設計されているため、水槽１１０内には徐々に水が溜まっていく。
【００４９】
そして、制御装置５０は溢水しないように定めた設定時間に達すると、給水を停止する。給水停止後は排水のみが行われるので、例えば約２／３程度排水できる様な時間を定め、その設定時間に達したら再度給水を開始して水槽１１０内の水を入れ替える。これを除霜終了まで繰り返す。ここで、水槽１１０内の水を入れ替えるのは、熱交換により低温となった低温水を排水し、新たに温度の高い水を供給するためである。
【００５０】
また、約２／３程度排水するのは、圧縮機１１の底に低温の冷媒と冷凍機油が溜まっているため、水槽１１０の下部側の約２／３の水は上部側の約１／３の水よりも先に熱交換が行われ、低温となっているためである。そして、熱交換後の約２／３の水を排出する一方、残り約１／３の水は残した状態とすることで、常に熱交換を行うことができ、効率的な熱交換が可能である。また、上部から給水、下部から排水という形態のため、熱交換後の密度の高い低温の水から排水されるため、排水後残った約１／３の水は、排水された水と比較して温度が高いと考えられる。よって、約２／３を排水し、約１／３の水を残して熱交換を行うことで、高効率かつ省エネルギーに熱交換を行うことができる。
【００５１】
除霜終了後は貯湯運転を行うので、除霜終了と同時に第二の水路開閉弁３１を閉じて第一の水路開閉弁２２を開く。
【００５２】
以上説明したように、実施の形態４によれば実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、給水および排水の時間設定による制御により、水槽１１０を言わば熱交換手段として使用できる。よって、実施の形態１よりも単純な構成で安価に圧縮機１１内の冷媒の加熱を行うことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  油溜め、２  密閉容器、３  圧縮機駆動要素、４  圧縮機構部、５  クランク軸、１０  冷媒回路、１１  圧縮機、１２  水側熱交換器、１３  膨張弁、１４  空気側熱交換器、２０  水回路、２１  水ポンプ、２２  第一の水路開閉弁、３０  水供給配管、３１  第二の水路開閉弁、４１  吸入圧力センサ、４２  冷媒温度センサ、４３  外気温度センサ、５０  制御装置、１００  熱交換手段、１００Ａ  熱交換手段、１００Ｂ  熱交換手段、１０１  熱交換部材、１０２  熱交換部材、１０３  締結手段、１０４  水入口配管、１０５  水出口配管、１０６ａ  内面、１０６ｂ  外面、１０６ｃ  上面、１０６ｄ  底面、１０７  クランクケースヒータ、１０８  凹部、１１０  水槽、１１１  水入口配管、１１２  水出口配管、２００  水源、３００  給湯負荷、３１０  貯湯タンク、３２０  カラン。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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