(57)【要約】【課題】外気温度が低い場合のヒートポンプ性能の向上を図った給湯器Ａの提供。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒とオイルとを分離するオイルセパレータ２、冷媒水熱交換器３の冷媒通路３１、冷媒減圧装置、および電動ファン５１を付設した空気熱交換器５を環状に接続してなる冷媒回路４と、オイルセパレータ２で分離されたオイルを圧縮機１に戻すためのオイル戻し配管７と、冷媒水熱交換器３の湯水通路３２、貯湯槽６１、および循環ポンプ６２を環状に接続してなる給湯回路６とを備え、圧縮機１、循環ポンプ６２、および電動ファン５１を作動状態にして、冷媒通路３１を通過する高温の冷媒と湯水通路３２を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器Ａにおいて、オイル戻し配管７を空気熱交換器５の上流側に配設し、オイル戻し配管７の熱によって昇温した空気が空気熱交換器５を通過する様にした．【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒とオイルとを分離するオイルセパレータ、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、および空気熱交換器を環状に接続してなる冷媒回路と、
前記オイルセパレータで分離された前記オイルを前記圧縮機に戻すためのオイル戻し配管と、
前記冷媒水熱交換器の湯水通路、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる給湯回路とを備え、
前記圧縮機および前記循環ポンプを作動状態にして、前記冷媒通路を通過する高温の冷媒と前記湯水通路を通過する湯水とを熱交換して前記湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器において、
前記オイル戻し配管を前記空気熱交換器の上流側に配設したことを特徴とする給湯器。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒とオイルとを分離するオイルセパレータ、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、およびファンを付設した空気熱交換器を環状に接続してなる冷媒回路と、
前記オイルセパレータで分離された前記オイルを前記圧縮機に戻すためのオイル戻し配管と、
前記冷媒水熱交換器の湯水通路、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる給湯回路とを備え、
前記圧縮機、前記循環ポンプ、および前記ファンを作動状態にして、前記冷媒通路を通過する高温の冷媒と前記湯水通路を通過する湯水とを熱交換して前記湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器において、
前記オイル戻し配管を前記空気熱交換器の上流側に配設し、前記オイル戻し配管の熱によって昇温した空気が前記空気熱交換器を通過する様にしたことを特徴とする給湯器。
【請求項３】
前記冷媒に、高圧側の圧力が臨界圧力以上である二酸化炭素を採用したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒水熱交換器の冷媒通路を通過する高温の冷媒と、冷媒水熱交換器の湯水通路を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に記載のヒートポンプサイクルは、圧縮機から吐出された冷媒とオイルとを分離するオイル分離器を具備し、オイル分離器に回収されたオイルが水熱交換器のオイル通路を通って圧縮機に戻るオイル還流通路を有している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−  ３０４７０１号公報    （第１頁〜第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のヒートポンプサイクルは、直接、高温のオイルを水の加熱に利用しているので、熱ロスが少なく、高効率である。
【０００５】
しかし、蒸発圧力が外気温に左右されるので、外気温が低い時に運転すると蒸発圧力が下がる。その結果、圧縮機の圧縮比の増加や、冷媒流量の低下を引き起し、ヒートポンプサイクルの性能低下を招く。
【０００６】
更に、外気温が低い時は、蒸発圧力がフロストする領域に入る虞がある。このため、霜による熱交換器の目詰まりを防ぐため、除霜運転（ヒートポンプ性能にマイナス要因）を頻繁に実施する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、外気温度が低い場合のヒートポンプ性能の向上を図った給湯器の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒とオイルとを分離するオイルセパレータ、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、および空気熱交換器（冷媒蒸発器として機能）を環状に接続してなる。
【０００９】
給湯回路は、冷媒水熱交換器の湯水通路、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる。
ヒートポンプ運転は、圧縮機および循環ポンプを作動状態にして、冷媒通路を通過する高温の冷媒と湯水通路を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱する。
【００１０】
空気熱交換器の上流側にオイル戻し配管を配設している。このため、オイルセパレータで分離した高温のオイル（高温の冷媒の熱を受けるため）がオイル戻し配管を介して圧縮機に戻る際に、空気熱交換器を通過する空気を加熱する。
【００１１】
これにより、空気熱交換器内の冷媒の蒸発圧力を高めることができ、外気温度が低い場合でも、圧縮機の稼働率の低減と冷媒循環量の増大とが図れ、ヒートポンプ性能を向上させることができる。
また、外気温度が低い場合でも、空気熱交換器のフロストを抑制（蒸発圧力が高いため）でき、空気熱交換器の除霜回数を低減することができる。
【００１２】
〔請求項２について〕
冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒とオイルとを分離するオイルセパレータ、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、およびファンを付設した空気熱交換器を環状に接続してなる。
【００１３】
給湯回路は、冷媒水熱交換器の湯水通路、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる。
ヒートポンプ運転は、圧縮機、前記循環ポンプ、およびファンを作動状態にして、冷媒通路を通過する高温の冷媒と湯水通路を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱する。
【００１４】
空気熱交換器の上流側にオイル戻し配管を配設している。
このため、オイルセパレータで分離した高温のオイルがオイル戻し配管を介して圧縮機に戻る際に、空気熱交換器に臨ませた部分が発する熱によって空気が昇温し、この加熱された空気が空気熱交換器を通過する。
【００１５】
これにより、空気熱交換器内の冷媒の蒸発圧力を高めることができ、外気温度が低い場合でも、圧縮機の稼働率の低減と冷媒循環量の増大とが図れ、ヒートポンプ性能を向上させることができる。
また、外気温度が低い場合でも、空気熱交換器のフロストを抑制（蒸発圧力が高いため）でき、空気熱交換器の除霜回数を低減することができる。
【００１６】
〔請求項３について〕
冷媒に、高圧側の圧力が臨界圧力以上である二酸化炭素を採用している。
このサイクルでは、冷媒にフロン等を使用するサイクルに比べて、高圧側の圧力が高いため、サイクル内に封入するオイル量が多い。
このため、空気熱交換器を通過する空気を、高温の多量のオイルにより効率良く昇温させることができる。
また、冷媒が二酸化炭素であるので、容易に手に入るとともに、オゾン層を破壊せず地球環境にやさしい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例（請求項１〜３に対応）を、図１および図２に基づいて説明する。
給湯器Ａは、圧縮機１、オイルセパレータ２、冷媒水熱交換器３の冷媒通路３１、冷媒減圧装置４１、電動ファン５１を付設した空気熱交換器５、およびアキュームレータ４２を冷媒配管で環状に接続してなる冷媒回路４と、冷媒水熱交換器３の湯水通路３２、貯湯槽６１、および循環ポンプ６２を環状に接続してなる給湯回路６と、オイルを圧縮機１に戻すためのオイル戻し配管７と、圧縮機１、電動ファン５１、循環ポンプ６２を制御する制御器８とを備える。
【００１８】
そして、ヒートポンプ運転を行う際には、制御器８が、圧縮機１、電動ファン５１、および循環ポンプ６２を作動状態にして、冷媒通路３１を通過する高温の冷媒と湯水通路３２を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱する。
【００１９】
ヒートポンプ運転中、制御器８は、吐出冷媒温度−給水温度が所定値（例えば１０℃）となる様に、圧縮機１および冷媒減圧装置４１を制御してサイクルの高圧を維持している。
【００２０】
圧縮機１は、モータ部１２によって駆動され、吸引したガス冷媒（臨界圧力が低いＣＯ２  ）を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。この圧縮機１の冷媒吐出量は、モータの回転数に応じて可変可能である。
また、圧縮機１から吐出する冷媒の温度を検出するため、圧縮機１の出口側には吐出冷媒温度センサ（図示せず）が配されている。
【００２１】
冷媒水熱交換器３は、圧縮機１の圧縮部１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒と湯水とを熱交換するものであり、冷媒が通過する冷媒通路３１と、湯水が通過する湯水通路３２とが隣接して設けられ、冷媒の流れ方向と湯水の流れ方向とが対向する様に構成されている。
【００２２】
冷媒減圧装置４１は、膨張弁であり、冷媒水熱交換器３の冷媒通路３１と空気熱交換器５との間に設けられている。冷媒通路３１を通過して冷却した冷媒が冷媒減圧装置４１を通過する際に減圧して空気熱交換器５に送られる。なお、制御器８により弁開度が操作される。
【００２３】
空気熱交換器５の下流側に配設した電動ファン５１により発生する空気流により外気が引き込まれて通過し、冷媒減圧装置４１で減圧した冷媒と外気とを熱交換して冷媒を蒸発させる。
【００２４】
循環ポンプ６２は、貯湯槽６１内の湯水が、出口から冷媒水熱交換器３の湯水通路３２の入口→湯水通路３２→湯水通路３２の出口を経て入口から貯湯槽６１内へ戻る水流を発生させる。この循環ポンプ６２の流水量は、制御器８が司るポンプモータへの通電量に応じて増減する。
【００２５】
貯湯槽６１は、耐蝕性に優れた金属（例えばステンレス）で形成され、給湯用の温水を長時間に亘って保温可能な断熱構造を備える。そして、貯湯槽６１内の温水は、キッチン、風呂、床暖房、室内暖房用に用いられる。
【００２６】
オイル減圧装置７１を介設したオイル戻し配管７は、オイルセパレータ２のオイル分離出口に基端側を接続し、圧縮機１のモータ部１２内に末端側を接続している。
このオイル戻し配管７は、中央部分が空気熱交換器５の上流側に蛇行して配設されている。これにより、オイル戻し配管７が発する熱によって昇温した空気が空気熱交換器５を通過する。
【００２７】
給湯器Ａは、以下の様に作動する。
圧縮機１から吐出する高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ２でオイルが取り除かれた後、冷媒水熱交換器３の冷媒通路３１を通過する。
この際、冷媒水熱交換器３の湯水通路３２を流れている湯水を高温の冷媒が加熱し、通過後、降温する。
【００２８】
一方、オイルセパレータ２で分離された高温高圧のオイルは、オイル減圧装置７１で減圧され、空気熱交換器５の上流側に臨む蛇行部分を通過して降温し、圧縮機１のモータ部１２に戻り、モータ部１２を潤滑および冷却する。
【００２９】
低温高圧となった冷媒は、冷媒減圧装置４１を通過して減圧し、空気熱交換器５へ進入する。
オイル戻し配管７が発する熱によって昇温した空気が空気熱交換器５を通過するので、冷媒がその熱を吸熱して蒸発する。
空気熱交換器５を出た蒸気冷媒は、アキュームレータ４２を通過し、圧縮機１の圧縮部１１に入る。
【００３０】
本実施例の給湯器Ａは、以下の利点を有する。
［あ］本実施例の給湯器Ａは、空気熱交換器５の上流側にオイル戻し配管７を蛇行して配設している。
このため、オイルセパレータ２で分離した高温のオイルがオイル戻し配管７を介して圧縮機１に戻る際に、オイル戻し配管７の蛇行部分が発する熱によって空気が昇温し、この加熱された空気が空気熱交換器５を通過する。
【００３１】
空気熱交換器５の冷媒と熱交換する空気は、オイル戻し配管７の蛇行部分が発する熱によって昇温しているので、外気温よりも温度が高い。
よって、図２のＰ−  ｈ線図の太い実線で示す様に、熱交換する空気を加熱しない従来品（破線）に比べて蒸発圧力が高くなるので冷媒循環量が増大し、外気温度が低い場合のヒートポンプ性能が向上する。
【００３２】
また、外気温度が低い場合でも、空気熱交換器５のフロストを抑制（蒸発圧力が高いため）でき、空気熱交換器５の除霜回数を低減することができる。
【００３３】
［い］圧縮機１のモータ部１２は、空気と熱交換した後のオイルで冷却されるので、圧縮部１１に流入する冷媒の吸入過熱度を適度に保つことができ、圧縮機１の効率が向上する。
【００３４】
［う］冷媒に、高圧側の圧力が臨界圧力以上である二酸化炭素を採用している。このサイクルでは、冷媒にフロン等を使用するサイクルに比べて、高圧側の圧力が高いため、サイクル内に封入するオイル量が多い。
このため、空気熱交換器５を通過する空気を、高温の多量のオイルにより効率良く昇温させることができる。
また、冷媒が二酸化炭素であるので、容易に手に入るとともに、オゾン層を破壊せず地球環境にやさしい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る給湯器の構成図である。
【図２】その給湯器および従来品の給湯器のＰ−  ｈ線図である。
【符号の説明】
Ａ  給湯器
１  圧縮機
２  オイルセパレータ
３  冷媒水熱交換器
４  冷媒回路
５  空気熱交換器
６  給湯回路
７  オイル戻し配管
３１  冷媒通路
３２  湯水通路
４１  冷媒減圧装置（減圧手段）
５１  電動ファン
６１  貯湯槽
６２  循環ポンプ
【図１】
2004177020.tif 000003
【図２】
2004177020.tif 000004