(57)【要約】【課題】  水熱交換器における水と冷媒の温度差を大きくして運転効率を向上できるようにする。【解決手段】  圧縮機１に、冷媒管２を介して順次、水熱交換器３、膨張弁５、及び空気熱交換器６を接続して構成される冷凍サイクルと、水熱交換器３に挿通されて送水し冷媒管２内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管８とを具備し、冷媒管の圧縮機１に接続される吸込み側を流れる低圧冷媒を水熱交換器３の中間部に導いて熱交換させることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機に、冷媒管を介して順次、水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、
前記水熱交換器に挿通されて送水し前記冷媒管内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管とを具備し、
前記冷媒管の前記圧縮機の吸込み側に流れる低圧冷媒を前記水熱交換器の中間部に導いて熱交換させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記吸込み側の冷媒管の一部を前記水熱交換器の中間部に導くことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記吸込み側の冷媒管にその中途部をバイパスするようにバイパス管を接続し、このバイパス管の中途部を前記水熱交換器の中間部に導き、かつ、前記バイパス管に流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
圧縮機に、冷媒管を介して順次、水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、
前記水熱交換器に挿通されて送水し前記冷媒管内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管と、
前記冷媒管の前記圧縮機の吸込み側に設けられたサクション熱交換器と、
前記水熱交換器内の高圧側冷媒管にその中間部をバイパスするように接続され、中途部を前記サクション熱交換器に位置させるバイパス管と、
このバイパス管に設けられた流量調整弁とを具備することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
圧縮機に、冷媒管を介して順次、第１の水熱交換器、第２の水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、
前記第１及び第２の水熱交換器に挿通され、前記第２の水熱交換器から前記第１の水熱交換器に向かって送水することにより前記冷媒管内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管と、
前記冷媒管の前記圧縮機の吸込み側にサクション熱交換器とを具備し、
前記第１の水熱交換器と前記第２の水熱交換器との間を接続する前記送水管の部分を前記サクション熱交換器に導いて熱交換させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
前記送水管の前記サクション熱交換器に導かれた部分をバイパスするように前記送水管に接続され、流量調整弁を有したバイパス管を備えたことを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を加熱する冷凍サイクルの構成を改良したヒートポンプ式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のヒートポンプ式給湯機としては、例えば、図９に示すようなものが知られている。
【０００３】
このヒートポンプ式給湯機は冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルを流れる冷媒は、空気熱交換器１０１で蒸発して外気から熱を取り入れる。そして、この熱は水熱交換器１０２で放出され、この熱により水熱交換器１０２を流れる水が加熱されるようになっている。
【０００４】
水熱交換器１０２において冷媒と水は対向流で流され、熱交換により冷媒は８５℃から２０℃に低下し、水は１７℃〜６５℃に上昇する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図１０は冷凍サイクルの動きをモリエル線図上に表したものである。
【０００６】
圧縮機１０３で圧縮された冷媒は高温高圧のガスとなって吐出されて水熱交換器１０２に入り、水と熱交換して温度降下したのち水熱交換器１０２を出る。この冷媒は内部熱交換器１０５に入り空気熱交換器１０１から出た冷媒と熱交換して更に温度が低下してから膨張弁１０６に至る。そして、この冷媒は膨張弁１０６で減圧されて空気熱交換器１０１で蒸発しガスとなり、内部熱交換器１０５で加熱されて圧縮機１０３に吸い込まれる。
【０００７】
図１１はＴＨ線図上に水熱交換器１０２内の冷媒と水の状態変化を表すもので、主に水熱交換器内１０２における温度変化を示す。
【０００８】
横軸はエンタルピで、水は冷媒から熱を得て左から右ヘエンタルピが増加しそれに連れ温度もほぼ直線的に上昇(比熱がほぼ一定のため)している。
【０００９】
一方、冷媒は右の方から熱を水に放熱しエンタルピが減少しそれに連れ温度が下がっている。冷媒は、高圧が臨界圧を越えるため凝縮はなく、エンタルピの等変化に対し温度はなだらかな曲線を描いて低下する。
【特許文献１】特開２００６−３３６８９４号公報
【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、従来においては、図１１から分かるように水と冷媒の温度差が最少となるところがあり、ここがネックとなり熱交換器をいくら大きくしても高圧を下げられない。
【００１１】
熱交換器を大きくすると高圧は下がるが、水の線とぶつかったところが最も低い高圧になり、それ以上高圧を下げられない。即ち、貯湯運転の効率をそれ以上あげられないという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、水熱交換器における水と冷媒の温度差を大きくして運転効率を向上できるようにしたヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、圧縮機に、冷媒管を介して順次、水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、前記水熱交換器に挿通されて送水し前記冷媒管内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管とを具備し、前記冷媒管の前記圧縮機の吸込み側を流れる低圧冷媒を前記水熱交換器の中間部に導いて熱交換させることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載のものは、圧縮機に、冷媒管を介して順次、水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、前記水熱交換器に挿通されて送水し前記冷媒管内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管と、前記冷媒管の前記圧縮機の吸込み側に設けられたサクション熱交換器と、前記水熱交換器内の高圧側冷媒管にその中間部をバイパスするように接続され、中途部を前記サクション熱交換器に位置させるバイパス管と、このバイパス管に設けられた流量調整弁とを具備することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載のものは、圧縮機に、冷媒管を介して順次、第１の水熱交換器、第２の水熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器を接続して構成される冷凍サイクルと、前記第１及び第２の水熱交換器に挿通され、前記第２の水熱交換器から前記第１の水熱交換器に向かって送水することにより前記冷媒管内を流れる高圧冷媒と熱交換させる送水管と、前記冷媒管の前記圧縮機の吸込み側にサクション熱交換器とを具備し、前記第１の水熱交換器と前記第２の水熱交換器との間を接続する前記送水管の部分を前記サクション熱交換器に導いて熱交換させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、水熱交換器における水と冷媒の温度差を大きくすることができ、運転効率の改善、或いは水熱交換器の小形化が可能になる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。  
図１は本発明の第１の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機を示すものである。
【００１８】
このヒートポンプ式給湯機は、冷媒としてＣＯ２を用いる冷凍サイクルを備えている。
【００１９】
この冷凍サイクルは、圧縮機１に冷媒管２を介して順次、水熱交換器３、内部熱交換器４、膨張弁５、及び空気熱交換器６を接続することにより構成されている。
【００２０】
一方、水熱交換器３には送水管８が冷媒管２と平行に挿通されている。送水管８の一端部側にはポンプ９が取り付けられ、他端部側は図示しない貯湯タンクに接続されている。水熱交換器３内において冷媒管２内を流れる冷媒と送水管８内を流れる水とは矢印で示すように逆方向に流れされて熱交換するようになっている。
【００２１】
空気熱交換器６から出た冷媒管２は、内部熱交換器４を通過したのち、水熱交換器３の中間部分を通過して圧縮機１に接続されている。即ち、圧縮機１に接続される吸込み側の冷媒管（以下、サクション管２ａという）が水熱交換器３の中間部分に通されている。これにより、サクション管２ａと高圧側の冷媒管、或いは送水管８との熱交換を可能とする加熱調節部が構成されている。
【００２２】
図２は、ヒートポンプ式給湯機に於けるモリエル線図上の動きを示すものである。
【００２３】
圧縮機１から吐出されたガス冷媒は水熱交換器３に流入し、送水管８内を流れる水と熱交換して温度が低下する。このガス冷媒が加熱調節部に至ると、ガス冷媒は送水管８内の水を加熱すると共に、サクション管２ａ内の冷媒をも加熱する。このため加熱調節部における水温の上昇は他の部分の温度上昇より傾きが小さくなっている。
【００２４】
加熱調整部を出た冷媒は再び水のみを加熱して温度が低下した状態で、水熱交換器３を出る。このときの水の温度上昇は冷媒入ロ部と同じ傾きになっている。
【００２５】
水熱交換器３を出た冷媒は、従来と同じように内部熱交換器４を介して膨張弁５に送られ、この膨張弁５で減圧されたのち、空気熱交換器６で蒸発してガス冷媒となる。空気熱交換器６から出たガス冷媒は内部熱交換器４に入って加熱され、更に、水熱交換器３の加熱調節部に入って加熱され、温度が従来機種よりも高くなって圧縮機１に吸い込まれる。このため吐出温度も従来機種よりも高くなっている。
【００２６】
図３は、水熱交換器３内の冷媒と水の温度変化を従来と比較して示すものである。
【００２７】
従来機種の冷媒の温度変化をａ線、水の温度変化をｂ線、この発明の冷媒の温度変化をｃ線、水の温度変化をｄ線で示す。
【００２８】
従来機種の水温（ｂ線）の上昇傾きは一定であるが、この発明のヒートポンプ式給湯機では水温（ｄ線）上昇の傾きは加熱調整部のところだけ緩やかになっている。これにより、加熱調節部以降の冷媒と水温の温度差は従来機より大きくなる。
【００２９】
従来機の水の出ロ(冷媒の入ロ)部に対応するこの発明の水の出ロ温度は低いが、入ロ冷媒温度が従来機種より高くなっているので最終的な水の出ロ温度は従来機と同レベルになる。
【００３０】
このように、この発明のヒートポンプ給湯機では、冷媒と水の温度差を従来機器よりも大きく取れるため、効率の良い冷凍サイクル運転が可能となる。
【００３１】
即ち、従来機器では冷媒の温度(ａ線)を水温度(ｂ線)以下に下げることができないが、この発明では水温度(ｄ線)が低いため、冷媒温度(ｃ線)を従来機より低くして高圧を下げることができ、冷凍サイクルの効率を改善することができる。
【００３２】
上記したように、この実施の形態によれば、水熱交換器３の水温の加熱を一部冷媒の加熱にまわすため、水温上昇傾き(ＴＨ線図上の傾き)を一部緩やかにすることができる。これにより、冷媒と水との温度差が大きくなり、小さな熱交換器でも従来機と同じ冷凍サイクルの効率を出すことができる。
【００３３】
また、熱交換器の大きさが同じであれば、冷媒温度を従来機種より下げて高圧を下げることが出来、効率の良い冷凍サイクル運転が可能となる。
【００３４】
なお、冷媒の加熱に使った熱量は圧縮機１から吐出される吐出ガスの温度アップになって水の高温部の加熱に使われるため、損失にはならない。
【００３５】
図４は、本発明の第２の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルを示すものである。
【００３６】
なお、以下に示す各実施の形態においては、上記した第１の実施の形態で示した部分と同一部分については同一番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３７】
この第２の実施の形態では、サクション管２ａにバイパス管１１を接続し、このバイパス管１１の中途部を水熱交換器３の中間部(加熱調節部)に導いて高圧冷媒管あるいは送水管８との間で熱交換させるようにしている。また、バイパス管１１には冷媒流量調整弁１２が設けられている。
【００３８】
この第２の実施の形態によれば、上記した第１の実施の形態と同様の作用効果を有するとともに、冷媒流量調節弁１２により加熱調節部に流れる冷媒量を調節でき、水熱交換器３の中間部(加熱調節部)における水温上昇割合を任意に調節することができる。従って、水温の変化をＴＨ線図の冷媒の温度変化と同様な温度変化にすることができ、効率改善効果を最大にすることができる。
【００３９】
図５は、本発明の第３の実施形態であるヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルを示すものである。
【００４０】
この第３の実施の形態では、水熱交換器３内の高圧冷媒管にその中間部をバイパスするようにバイパス管１５を接続し、サクション管２ａにはサクション熱交換器１６を設けている。このサクション熱交換器１６内にバイパス管１５の中途部が導かれている。バイパス管１５には水熱交換器３の中間部を流れる冷媒流量を調節する冷媒流量調整弁１７が設けられている。
【００４１】
水熱交換器３内の冷媒管２を流れる高圧冷媒の一部は、バイパス管１５を介してサクション管２ａのサクション熱交換器１６に流され、サクション管２ａ内を流れる低圧冷媒を加熱したのち再び水熱交換器３の高圧冷媒管に戻される。
【００４２】
この第３の実施の形態によれば、上記した第１の実施の形態と同様の作用効果を有するとともに、バイパス管１５の冷媒流量調整弁１７により水熱交換器３内を流れる冷媒の流量を調節することにより、水熱交換器３の中間部における水温上昇を任意に調節することができる。従って、水温の変化をＴＨ線図の冷媒の温度変化と同様な温度変化にすることができ、効率改善効果を最大にすることができる。
【００４３】
図６は、本発明の第４の実施形態であるヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルを示すものである。
【００４４】
この第４の実施の形態では、水熱交換器を第１及び第２の水熱交換器２１，２２に２分割し、サクション管２ａにはサクション熱交換器１６を設置している。
【００４５】
第２の水熱交換器２２から第１の水熱交換器２１に向かって送水する送水管８は、第２の水熱交換器２２を出たのち、下方に向かって延出されてサクション熱交換器１６を通過して第１の水熱交換器２１に至る温水冷却回路２４を構成している。
【００４６】
この温水冷却回路２４にはサクション熱交換器１６を通過する送水管８の部分をバイパスするようにバイパス管２５が接続され、このバイパス管２５には流量調整弁２６が設置されている。
【００４７】
図７は、ヒートポンプ式給湯機に於けるモリエル線図上の動きを示す。
【００４８】
第２の水熱交換器２２を出た温水は温水冷却回路２４に流されてサクション熱交換器１６に至り、このサクション熱交換器１６で熱交換されて温度が低下した状態で第１の水熱交換器２１に戻る。
【００４９】
従って、第１の水熱交換器２１においては、高圧冷媒と温水との温度差が大きくなり、運転効率の改善、或いは熱交換器の小形化が可能となる。
【００５０】
また、温水冷却回路２４の流量調節弁２６により、サクション熱交換器１６を流れる温水流量を調節することができる。従って、第１の水熱交換器２１を流れる温水の温度低下度合いを調節することができ、上記効果を最大にすることができる。
【００５１】
図８は、ＴＨ線図上での冷媒と水の状態変化を示すものである。
【００５２】
第２の水熱交換器２２を出た温水は冷媒により冷却されるため、水温は一旦低下し、その後、第１の水熱交換器２１を流れることにより高圧冷媒により加熱され、冷却前と同じ傾きで上昇する。これにより、水温と冷媒温度の差が大きくなり、高圧を下げて運転効率を改善できる。
【００５３】
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の構成を示す図。
【図２】図１のヒートポンプ式給湯機のモリエル線図上の動きを示す図。
【図３】図１のヒートポンプ式給湯機のＴＨ線図上の冷媒と水の状態変化を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の構成を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態であるヒートポンプ式給湯機の構成を示す図。
【図７】図６のヒートポンプ式給湯機のモリエル線図上の動きを示す図。
【図８】図６のヒートポンプ式給湯機のＴＨ線図上の冷媒と水の状態変化を示す図。
【図９】従来のヒートポンプ式給湯機の構成を示す図。
【図１０】従来のヒートポンプ式給湯機のモリエル線図上の動きを示す図。
【図１１】従来のヒートポンプ式給湯機のＴＨ線図上の冷媒と水の状態変化を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１…圧縮機、２…冷媒管、２ａ…サクション管、３…水熱交換器、５…膨張弁、６…空気熱交換器、８…送水管、１１，１５，２５…バイパス管、１２，１７，２６…流量調整弁、１６…サクション熱交換器、２１…第１の水熱交換器、２２…第２の水熱交換器。
【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】
2008256282.tif 000010
【図９】
2008256282.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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