(57)【要約】【課題】  水熱交換器と液ガス熱交換器との配管を容易にし、また、液ガス熱交換器の放熱ロスを低減すること。【解決手段】  底板４０の上面に配置された水熱交換器１４の周囲を囲むようにして液ガス熱交換器２５を配置する。この液ガス熱交換器２５は、パイプ状の一対の第１通路２６と第２通路２７を長手方向に平行に接触させて構成されていて、液ガス熱交換器２５の略中央部分を折り曲げて上下に一対の第１通路２６と第２通路２７とがそれぞれ位置するように配置される。水熱交換器１４の高温部１４ａと低温部１４ｂに対して、液ガス熱交換器２５の高温部２５ａと低温部２５ｂとが対応するようにして配置する。【選択図】        図３
2008096101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１３）と水熱交換器（１４）と減圧機構（１５）と空気熱交換器（１６）とを順次接続したヒートポンプユニット（４）を備え、上記水熱交換器（１４）にて構成される熱交換路（１１）に未加熱水を供給してこの未加熱水を加熱する沸上運転を可能とし、上記水熱交換器（１４）から流出して減圧機構（１５）に流入する高圧冷媒と、上記空気熱交換器（１６）から流出した低圧冷媒との熱交換を行なう液ガス熱交換器（２５）を設けたヒートポンプ式給湯装置において、上記水熱交換器（１４）の近傍に上記液ガス熱交換器（２５）を配置していることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
上記水熱交換器（１４）の高温部（１４ａ）には液ガス熱交換器（２５）の高温部（２５ａ）を、水熱交換器（１４）の低温部（１４ｂ）には液ガス熱交換器（２５）の低温部（２５ｂ）をそれぞれ対応させた位置に配置している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。
【請求項３】
上記液ガス熱交換器（２５）は、一対のパイプ状の第１通路（２６）及び第２通路（２７）を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器（２５）を、略中央部分をヘアピン状に折り曲げていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
上部水熱交換器（１４）の周囲を囲むようにして上部液ガス熱交換器（２５）を配置していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか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、液ガス熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯装置の冷凍サイクルの途中に液ガス熱交換器を用いたのが提供されている。この液ガス熱交換器は、水熱交換器から流出して減圧機構に流入する高圧冷媒と、空気熱交換器から流出した低圧冷媒との熱交換を行なうものである。この液ガス熱交換器を設けることによって、水熱交換器（ガス冷却器）からの冷媒に過冷却を付与し、また、圧縮機に入る冷媒を加熱して、圧縮機の湿り圧縮を防止するようにしている。
【０００３】
図６に該液ガス熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯装置の簡略図を示している（特許文献１参照）。このヒートポンプ式給湯装置は、貯湯タンク１を有するタンクユニット２と、冷凍サイクル３を有するヒートポンプユニット４とを備えている。そして、タンクユニット２の貯湯タンク１には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。この給水口５から貯湯タンク１に水道水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク１には、その底壁に取水口７が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口８が開設され、取水口７と湯入口８とが循環路９にて連結されている。そして、この循環路９に水循環用ポンプ１０と熱交換路１１とが介設されている。すなわち、水循環用ポンプ１０が駆動すると、貯湯タンク１内の未加熱水が取水口７から循環路９に流出して、熱交換路１１を介して湯入口８から貯湯タンク１内に返流する。
【０００４】
次に、冷凍サイクル３は、圧縮機１３と、上記熱交換路１１を構成する水熱交換器１４と、電動膨張弁（減圧機構）１５と、空気熱交換器１６とを順に接続して構成されている。すなわち、圧縮機１３の吐出口と水熱交換器１４とを冷媒通路１７にて接続し、水熱交換器１４と電動膨張弁１５とを冷媒通路１８、３６にて接続し、電動膨張弁１５と空気熱交換器１６とを冷媒通路１９にて接続し、空気熱交換器１６と圧縮機１３とを冷媒通路３７及び冷媒通路２１にて接続している。そして、冷媒としては、例えば、高圧側を超臨界圧力で使用する炭酸ガス等の自然冷媒が用いられる。
【０００５】
また、冷凍サイクル３は、水熱交換器１４から流出した高圧冷媒を冷却する液ガス熱交換器２５を備えている。この場合、液ガス熱交換器２５は、水熱交換器１４から流出した高圧冷媒が通過する第１通路２６と、空気熱交換器１６から流出した低圧冷媒が通過する第２通路２７とを備えている。そして、第１通路２６を通過する高温高圧の冷媒と、第２通路２７を通過する低温低圧の冷媒との間で熱交換が行なわれる。
【０００６】
次に、このヒートポンプ式給湯装置の運転動作（湯沸かし運転）を説明する。圧縮機１３を駆動すると共に、水循環用ポンプ１０を駆動（作動）する。すると、貯湯タンク１の底部に設けた取水口７から貯溜水（温湯）が流出し、これが循環路９の熱交換路１１を流通する。また、圧縮機１３からの吐出冷媒が、水熱交換器１４、減圧機構１５、空気熱交換器１６とを順次経由して上記圧縮機１３へと返流する。そのため、循環路９の熱交換路１１を流通する水がガス冷却器である水熱交換器１４によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口８から貯湯タンク１の上部に返流される。そして、このような動作を継続して行なうことによって、貯湯タンク１に高温の温湯が貯湯されることになる。なお、現状の電力料金制度は夜間の電力料金単価が昼間に比べて低く設定されているので、この運転は、低額である深夜時間帯に行ない、コストの低減を図るようにしている。
【０００７】
ところで、上記ヒートポンプユニット４において、液ガス熱交換器２５が無ければ、熱交換路１１への入水温度が低温であるときには、図７（ａ）のＡのようなサイクルを構成するが、熱交換路１１への入水温度が高温であるときには、図７（ａ）のＢのようなサイクルとなる。すなわち、図７（ａ）のＡのサイクルと、図７（ａ）のＢのサイクルとでは水熱交換器１４である放熱器内の冷媒量差が大きく、熱交換路１１への入水温度が上昇すれば、放熱過程でのエンタルピ差が狭くなって、湯加熱能力及びＣＯＰが減少することになる。これに対して、液ガス熱交換器２５を備えている場合には、入水温度変化による高圧側の冷媒量差を吸収し、入水温度が高温時でも液ガス熱交換器２５の出口冷媒の密度が大きく、図７（ｂ）のＣのような正常のサイクルを形成する。
【０００８】
このように、上記ヒートポンプ式給湯装置では、水熱交換器１４から流出して減圧機構１５に流入する高圧冷媒と、空気熱交換器１６から流出した低圧冷媒との熱交換を行なう液ガス熱交換器２５を設けているので、水熱交換器（ガス冷却器）１４からの冷媒に過冷却を付与し、また、圧縮機１３に入る冷媒を加熱することができる。このため、圧縮機１３の湿り圧縮を防止することができ、安定した運転が可能となる。
【０００９】
【特許文献１】特願２００３−４３２４１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示す従来例においては、上記水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５とが離れて配置されていたため、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５との間の距離が長く、そのため、水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５との配管が煩雑であるという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、水熱交換器と液ガス熱交換器との配管を容易にし、また、液ガス熱交換器の放熱ロスを低減することを目的としたヒートポンプ式給湯装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置では、圧縮機１３と水熱交換器１４と減圧機構１５と空気熱交換器１６とを順次接続したヒートポンプユニット４を備え、上記水熱交換器１４にて構成される熱交換路１１に未加熱水を供給してこの未加熱水を加熱する沸上運転を可能とし、上記水熱交換器１４から流出して減圧機構１５に流入する高圧冷媒と、上記空気熱交換器１６から流出した低圧冷媒との熱交換を行なう液ガス熱交換器２５を設けたヒートポンプ式給湯装置において、上記水熱交換器１４の近傍に上記液ガス熱交換器２５を配置していることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置では上記水熱交換器１４の高温部１４ａには液ガス熱交換器２５の高温部２５ａを、水熱交換器１４の低温部１４ｂには液ガス熱交換器２５の低温部２５ｂをそれぞれ対応させた位置に配置していることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載のヒートポンプ式給湯装置では、上記液ガス熱交換器２５は、一対のパイプ状の第１通路２６及び第２通路２７を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器２５を、略中央部分をヘアピン状に折り曲げていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置では、上部水熱交換器１４の周囲を囲むようにして上部液ガス熱交換器２５を配置していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器の近傍に液ガス熱交換器を配置しているので、水熱交換器と液ガス熱交換器との間の距離が短くなり、両者間の配管が簡易となる。
【００１７】
請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器の温度分布と液ガス熱交換器の温度分布とを対応させて配置しているので、液ガス熱交換器の放熱ロスの低減を図ることができる。
【００１８】
請求項３に記載のヒートポンプ式給湯装置によれば、液ガス熱交換器は、一対のパイプ状の第１通路及び第２通路を長手方向に平行に接触させて構成されており、該液ガス熱交換器を、略中央部分をヘアピン状折り曲げているので、パイプ状の液ガス熱交換器を複数本用いた形となって、液ガス熱交換器自体の距離を長くとることができ、そのため、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行なうべく必要な有効長をコンパクトに得ることができる。
【００１９】
請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置によれば、水熱交換器の周囲を囲むようにして液ガス熱交換器を配置しているので、液ガス熱交換器をコンパクトに配置できて、余分なスペースが不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、液ガス熱交換器２５の配置構造に特徴を有するものであり、ヒートポンプ式給湯装置の配管構成は図６の場合と同様である。
【００２１】
図１は主要な構成部材だけを表したヒートポンプユニット４の分解斜視図を示し、金属製の底板４０の上面に立設した仕切板４１の一方側を圧縮機１３等を配置している機械室４２とし、仕切板４１の他方側を空気熱交換器１６、ファン２２等が配置されるファン室４３としている。また、ファン２２の前面側には天板４４を一体化した前板４５が配置され、この略格子状の前板４５の内面側にベルマウス４６がネジ４７により固定されるようになっている。なお、ファン２２が回転駆動されることで、空気が前板４５、ベルマウス４６の円形の開口部４８を介して吹き出され、その風が空気熱交換器１６を通過することで、該空気熱交換器１６が冷却される。
【００２２】
図２は空気熱交換器１６の背面側から見た分解斜視図であり、図３は要部拡大断面図を示している。空気熱交換器１６は略Ｌ型に形成されており、この空気熱交換器１６を支持固定する支持板５１も略Ｌ型に形成されていて、この支持板５１の上面に空気熱交換器１６が支持固定されている。支持板５１の下部は、底板４０の端縁より立ち上がっているフランジ５２の内側に位置して該支持板５１が底板４０側に配置される。なお、図３に示すように、支持板５１の上片５３の上面に形成されている台座部５４の上面に空気熱交換器１６が位置決め固定されている。
【００２３】
また、図３に示すように、底板４０の上面であってファン室４３に位置する箇所（空気熱交換器１６の下部の位置）には水熱交換器１４が配置されており、この水熱交換器１４は、外殻が断熱材５５で構成されていて、この断熱材５５の内部にパイプ状で二重構造とした水熱交換器部材５６が上下方向に積層して配管されている。なお、水熱交換器部材５６の上部は、高温冷媒が流れるように配管され、水熱交換器部材５６の下部は低温冷媒が流れるように配管されている。ここで、水熱交換器部材５６に高温の冷媒が流れる水熱交換器１４の上部を高温部１４ａとし、水熱交換器部材５６に低温の冷媒が流れる水熱交換器１４の下部を低温部１４ｂとする。
【００２４】
液ガス熱交換器２５は、水熱交換器１４からの高圧冷媒（液）に過冷却を付与し、また、圧縮機１３に入る低圧冷媒（ガス）を加熱して、圧縮機１３の湿り圧縮を防止しているものであり、図５に示すように、液ガス熱交換器２５の第１通路２６に流入する高圧冷媒の温度は約２０℃であり、第１通路２６から流出する高圧冷媒の温度は約０℃である。また、空気熱交換器１６から液ガス熱交換器２５の第２通路２７に流入する低圧冷媒の温度は約０℃であり、第２通路２７から流出する低圧冷媒の温度は約５〜７℃である。
【００２５】
次に、この液ガス熱交換器２５の構成、配置位置について説明する。液ガス熱交換器２５は、図４に示すように、水熱交換器１４からの高圧冷媒が流れるパイプ状の第１通路２６と、この第１通路２６の径より大径としたパイプ状の第２通路２７とで構成されている。そして、第１通路２６及び第２通路２７は並設されていて、両通路２６、２７はロウ付けにて固着されている。液ガス熱交換器２５の略中央部分の折り返し部６０にて略コ字型であってヘアピン状に折り曲げられており、複数本となるような形で上下方向に両通路２６、２７が位置するように折曲してある。また、液ガス熱交換器２５は水熱交換器１４の周囲に囲むようにして配置すべく、液ガス熱交換器２５の途中の折曲部６１で略９０°に折曲されている。
【００２６】
また、液ガス熱交換器２５の第１通路２６の一方の端部を液（高圧冷媒のこと、以下同じ）が流入する液側入口部６２とし、第１通路２６の他方の端部を液が流出する液側出口部６３としている。また、第２通路２７の一方の端部をガス（低圧冷媒のこと、以下同じ）が流入するガス側入口部６４とし、第２通路２７の他方の端部をガスが流出するガス側出口部６５としている。そして、液ガス熱交換器２５の第１通路２６の液が流れる方向と、第２通路２７のガスが流れる方向とが逆方向となるようにしている。
【００２７】
ヒートポンプユニット４の簡略図を示す図５において、冷媒通路１８が液ガス熱交換器２５の第１通路２６の液側入口部６２に接続され、冷媒通路３６が液側出口部６３に接続される。また、冷媒通路３７が液ガス熱交換器２５の第２通路２７のガス側入口部６４に接続され、ガス側出口部６５に冷媒通路２１が接続される。
【００２８】
また、図３に示すように、水熱交換器１４の近傍に液ガス熱交換器２５を配置しており、かかる場合、上下方向に第２通路２７、第１通路２６、及び折り返した第１通路２６、第２通路２７とが直線状となるように配置される。そして、図５に示す液ガス熱交換器２５の温度分布が一方が高温側となっていて、他方が低温側となっており、液ガス熱交換器２５の折り返し部６０で折り返した高温側の第２通路２７と第１通路２６とを上部に配置し、低温側の第１通路２６と第２通路２７を下部に配置している。ここで、上部に配置した高温側の第２通路２７と第１通路２６を高温部２５ａとし、下部に配置した低温側の第１通路２６と第２通路２７を低温部２５ｂとする。すなわち、水熱交換器１４側の高温部１４ａと、液ガス熱交換器２５側の高温部１４ａとを対応させて配置し、水熱交換器１４側の低温部１４ｂと液ガス熱交換器２５側の低温部２５ｂとを対応させて配置している。このようにして水熱交換器１４側の高低の温度分布に、液ガス熱交換器２５側の高低の温度分布を対応させることで、水熱交換器１４からの放熱ロスの低減を図っている。
【００２９】
そして、一対のパイプ状の第１通路２６及び第２通路２７で構成される液ガス熱交換器２５は、全体形状としては、図２及び図４に示すように、略Ｌ型に形成されており、この略Ｌ型に形成されている液ガス熱交換器２５を水熱交換器１４の周囲を囲むように配置している。また、このように液ガス熱交換器２５を水熱交換器１４の背面から側面にかけて配置した場合、図３に示すように、支持板５１の内側面と水熱交換器１４との間に形成されるスペース６７に液ガス熱交換器２５が配置されることになり、スペース６７を有効に利用している。このように、水熱交換器１４の周囲を囲むようにして液ガス熱交換器２５を配置しているので、液ガス熱交換器２５をコンパクトに配置できて、余分なスペースが不要となる。
【００３０】
このように、本実施形態では、水熱交換器１４の近傍に液ガス熱交換器２５を配置しているので、該水熱交換器１４と液ガス熱交換器２５との間の距離が短くなり、両者間の配管が簡易となる。また、一対のパイプ状の第１通路２６及び第２通路２７を長手方向に平行に接触させて構成した液ガス熱交換器２５を、略中央部分の折り返し部６０にてヘアピン状の折り曲げると共に、空気熱交換器１６の略Ｌ型の形状に対応させるように水熱交換器１４の背面側と側面側にかけて略Ｌ型に折曲しているので、パイプ状の液ガス熱交換器２５を複数本用いた形となって、液ガス熱交換器２５自体の距離を長くとることができ、そのため、高圧冷媒と低圧冷媒との熱交換を行なうべく必要な有効長をコンパクト得ることができる。さらには、液ガス熱交換器２５を水熱交換器１４の背面から側面にかけて配置した場合に、図３に示すように、液ガス熱交換器２５は空気熱交換器１６の下方に位置して配置されることになるので、ファン２２による風が液ガス熱交換器２５に当たることもなく、そのため、送風による液ガス熱交換器２５の放熱ロスを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態におけるヒートポンプユニットの要部分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における空気熱交換器及び液ガス熱交換器の配置状態を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における空気熱交換器及び液ガス熱交換器の要部拡大断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態における液ガス熱交換器の平面図及び正面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるヒートポンプユニットの配管簡略図である。
【図６】ヒートポンプ式給湯装置の配管簡略図である。
【図７】入水温度が低温状態であるときと高温状態であるときとの比較を示し、（ａ）は液ガス熱交換器が無い場合のグラフ図であり、（ｂ）は液ガス熱交換器が有る場合のグラフ図である。
【符号の説明】
【００３２】
４  ヒートポンプユニット
１１  熱交換路
１４  水熱交換器
１４ａ  高温部
１４ｂ  低温部
１５  減圧機構
１６  空気熱交換器
２５  液ガス熱交換器
２５ａ  高温部
２５ｂ  低温部
２６  第１通路
２７  第２通路
【図１】
2008096101.tif 000003
【図２】
2008096101.tif 000004
【図３】
2008096101.tif 000005
【図４】
2008096101.tif 000006
【図５】
2008096101.tif 000007
【図６】
2008096101.tif 000008
【図７】
2008096101.tif 000009