(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機、フィンチューブ熱交換器で構成した蒸発器、減圧装置、及び水冷媒熱交換器を冷媒配管で順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、前記蒸発器に強制的に空気を送るファンと、電装部とを備え、前記蒸発器、前記ファンと前記圧縮機とを、前記ファンによる空気流路を形成するように区画して配置し、かつ、前記電装部を前記圧縮機側で前記蒸発器の上部近傍に配置するとともに、前記フィンチューブ熱交換器を、前記ファンを駆動したときに発生する空気流れに対して略垂直方向に一列となるように配設し、前記フィンチューブ熱交換器の冷媒管のうち、冷媒が流入する冷媒入口部を前記フィンチューブ熱交換器の最下部に配置し、前記フィンチューブ熱交換器に前記冷媒が流入後、一方を前記フィンチューブ熱交換器の最上部から下方に向かって、他方を略中央部から下方に向かって前記冷媒が流れるように途中より分岐するとともに、前記分流冷媒を合流させ前記圧縮機に戻す構成としたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
冷媒として炭酸ガスを用い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機。
【請求項３】
前記ヒートポンプサイクルの高圧側が超臨界となるように構成したことを特徴とする請求項１または２に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、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ヒートポンプサイクルを構成する蒸発器には、大気からの吸熱能力
を大きくするために、複数列で構成されるフィンチューブ熱交換器を用いていた（例えば、特許文献１参照）。すなわち従来の蒸発器においては、蒸発器に空気を送るための送風ファンが駆動することにより、空気流れが発生し、その空気流れに対して略垂直方向に複数列となるように、蒸発器が構成されていた。
【特許文献１】特開２００５−１４７４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、低温時における品質においては吸熱能力が高く、またヒートポンプサイクルを制御する電装部品の冷却においても冷却能力が高いなど、複数列で蒸発器を構成した時の利点は複数あるものの、蒸発器を複数列のフィンチューブ熱交換器で構成しているため、材料使用量が増大してしまうという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、材料使用量を低減し、かつ、性能を維持することが可能なヒートポンプ式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】
【０００５】
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機は、少なくとも圧縮機、フィンチューブ熱交換器で構成した蒸発器、減圧装置、及び水冷媒熱交換器を冷媒配管で順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、前記蒸発器に強制的に空気を送るファンと、電装部とを備え、前記蒸発器、前記ファンと前記圧縮機とを、前記ファンによる空気流路を形成するように区画して配置し、かつ、前記電装部を前記圧縮機側で前記蒸発器の上部近傍に配置するとともに、前記フィンチューブ熱交換器を、前記ファンを駆動したときに発生する空気流れに対して略垂直方向に一列となるように配設し、前記フィンチューブ熱交換器の冷媒管のうち、冷媒が流入する冷媒入口部を前記フィンチューブ熱交換器の最下部に配置し、前記フィンチューブ熱交換器に前記冷媒が流入後、一方を前記フィンチューブ熱交換器の最上部から下方に向かって、他方を略中央部から下方に向かって前記冷媒が流れるように途中より分岐するとともに、前記分流冷媒を合流させ前記圧縮機に戻す構成とすることにより、一列で熱交換器を構成するために、通風抵抗が低下するため空気の通過量は増大し、性能を維持することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、材料使用量を低減し、かつ、性能を維持することが可能なヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、少なくとも圧縮機、フィンチューブ熱交換器で構成した蒸発器、減圧装置、及び水冷媒熱交換器を冷媒配管で順次環状に接続してなるヒートポンプサイクルと、前記蒸発器に強制的に空気を送るファンと、電装部とを備え、前記蒸発器、前記ファンと前記圧縮機とを、前記ファンによる空気流路を形成するように区画して配置し、かつ、前記電装部を前記圧縮機側で前記蒸発器の上部近傍に配置するとともに、前記フィンチューブ熱交換器を、前記ファンを駆動したときに発生する空気流れに対して略垂直方向に一列となるように配設し、前記フィンチューブ熱交換器の冷媒管のうち、冷媒が流入する冷媒入口部を前記フィンチューブ熱交換器の最下部に配置し、前記フィンチューブ熱交換器に前記冷媒が流入後、一方を前記フィンチューブ熱交換器の最上部から下方に向かって、他方を略中央部から下方に向かって前記冷媒が流れるように途中より分岐するとともに、前記分流冷媒を合流させ前記圧縮機に戻す構成としたことにより、一列で熱交換器を構成するために、通風抵抗が低下するため空気の通過量は増大し、性能を維持することができる。
【０００８】
さらに、空気の通過量が増大するために、ファンの回転速度を従来よりも低下させることができ、その結果、消費電力の低減や騒音防止に繋がる。
【０００９】
また、除霜時に高温の冷媒を熱交換器の最下部から流入させることで、温度の高い空気が上昇するという現象を利用して、蒸発器全体に暖かい空気を行き渡らせることが可能となり、蒸発器の除霜能力を高めることができる。
【００１０】
また、冷媒が蒸発してしまう前の冷媒状態で最上部の冷媒管に通すので、熱交換した後の空気の温度をより低くすることができ、ヒートポンプユニットの上部に設けられた電装部品に対してより温度の低い空気を送風することができるので、電装部品の冷却能力を向上させることができる。
【００１１】
また、一本で構成するよりも、複数本で構成した方が、一本あたりの長さを短くすることができるので、冷媒管にて生じる冷媒圧力損失の低減を図ることができるとともに、さらに、除霜性能および電装部品の冷却性能を維持することができる。
【００１２】
第２の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１の発明において、冷媒として炭酸ガスを用いたことにより、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００１３】
第３の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に第１または第２の発明において、前記ヒートポンプサイクルの高圧側が超臨界となるように構成したことにより、水冷媒熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、水冷媒熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、水冷媒熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、第１の実施例におけるヒートポンプ式給湯機の構成図を示したものであり、圧縮機１１、水冷媒熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４を冷媒配管１５により環状に接続して構成され、減圧装置１３の弁開度を調整できるヒートポンプサイクルと、給湯用の液体を蓄える貯湯槽１６と、貯湯槽内の液体が前記給湯装置を介し循環できる液体配管１８と、液体配管に貯湯槽内の液体を流通させるポンプ１７と、水冷媒熱交換器１２の入水温度を検出する入水温度検出手段３１と出湯温度を検出する出湯温度検出手段３２と圧縮機１１の吐出冷媒温度を検出する吐出温度検出手段３３で構成される。
【００１６】
また、圧縮機１１がアキュームレータのない圧縮機構成としたもので、アキュームレータがないためヒートポンプ式給湯機本体の小型化、軽量化が可能となる。さらにヒートポンプ回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたもので、給湯の水または空気を加熱することにより、水冷媒熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、水冷媒熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、水冷媒熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１７】
さらに、使用する冷媒を二酸化炭素としたものであり、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させるこ
とができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００１８】
図２は、ヒートポンプユニットの構成図を示したものである。ヒートポンプサイクルを構成する構成機器および、ヒートポンプユニットを制御する制御部品および電装部品を収納した電装部３がヒートポンプユニットの上方部に収納されている。また、蒸発器の前方部にはファン２が設置されており、そのファン２の下方部には水冷媒熱交換器１２が設置されている。そしてファンが駆動することによって、ヒートポンプユニットの背面側、すなわち蒸発器側からファン２に向かって空気流れが形成される。
【００１９】
次に、図３を用いて蒸発器の構成について説明する。図３は蒸発器の構成を示す構成図である。図３（ａ）は蒸発器の上面から見た図である。図３（ａ）に示すように、蒸発器１４は、ファン２が駆動することによって発生する空気流れに対して略垂直方向に一列のフィンチューブ熱交換器で構成されており、ヘアピン状の熱交換器銅管（冷媒管）９が、複数枚のアルミフィン２０を貫通する形状となっている。このように一列のフィンチューブ熱交換器で構成することで、材料費を低減することができる。また、従来よりも空気の通風抵抗が低減されるので、ファン２の回転速度を上げることなく、従来と同じ性能を出せるだけでなく、ファン２の回転速度を低減することができるので、騒音防止や、消費電力を低減することができる。
【００２０】
特に、ヒートポンプ式給湯機の蒸発器の構成を一列にすることで、複数列で構成していたときよりも、低圧側の性能が低下するものの、ヒートポンプ式給湯機の場合、高圧側の水冷媒熱交換器の構成を変更することで、蒸発器で性能が低下した分を補うことができる。つまり、水冷媒熱交換器の水と冷媒とが熱交換を行う箇所を、従来よりも長くすることで、水冷媒熱交換器における性能を向上させることができ、蒸発器での性能低下分を補うことができる。つまり、ヒートポンプ給湯機においては、蒸発器における性能低下を、水冷媒熱交換器で補うことができ、なおかつ、蒸発器に使用する材料を低減することができる。
【００２１】
図３（ｂ）は蒸発器の正面から見た図、図３（ｃ）は蒸発器の一側面から見た図である。図３（ｂ）（ｃ）に示すように、冷媒の入口部５は最下部に設けられており、冷媒管９の途中に２方向に分岐する分岐部６を設けている。分岐部６にて分岐された冷媒管は、蒸発器の略中央部と、最上部に分岐され、一方は略中央部から下に向かってアルミフィン２０をヘアピン状に貫通し、もう一方は、最上部から略中央部へ向かってアルミフィン２０をヘアピン状に貫通する構成となっている。そして、２方向に分かれた冷媒管は、出口合流部８にて合流し、圧縮機１１に供給される。
【００２２】
以上のように構成された蒸発器について、以下その動作および作用について説明する。
【００２３】
まず、貯湯槽１６に湯水を貯える際には、圧縮機１１で冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とし、水冷媒熱交換器１２へ供給する。一方、ポンプ１７を駆動することによって、貯湯槽１６の下部の低温水を水冷媒熱交換器１２へ供給し、水冷媒熱交換器１２で低温水と高温冷媒との間で熱交換を行い、高温水を生成して貯湯槽１６の上部へ貯える。
【００２４】
このときに、蒸発器１４を構成するフィンチューブ熱交換器において、最下部から流入させた冷媒を複数に分岐して、そのうちの一つの冷媒管７を蒸発器の最上部から下方に下がっていくように蛇行して複数のアルミフィン２０を貫通する構成としているので、蒸発器１４の上方部には、蒸発する前の冷媒を流すことができるため、ヒートポンプユニットの上方に設けた電装部３に冷却した空気を送風することができるので冷却性能を向上させ
ることができる。
【００２５】
次に、蒸発器１４の除霜運転について説明する。蒸発器１４の除霜運転を行う際には、減圧装置１３を全開として圧縮機１１を運転する。そして、冷媒配管１５を流れる冷媒は、水冷媒熱交換器１２で高温水から熱をもらい、蒸発器１４へ供給される。その結果、暖かい冷媒が蒸発器１４へ供給されるために除霜を行うことができる。
【００２６】
この時、蒸発器１４の最下部から冷媒を流入させる構成としているので、最下部へ供給される暖かい冷媒から放熱される暖気が上方に上るために、蒸発器１４の全体を温めることができるので、除霜性能を上げることができる。特に、このような除霜運転を行うヒートポンプ式給湯機に、このような蒸発器の構成を適用することで、少ない温水からの熱を有効的に除霜に使用することができるので、特に有効である。
【００２７】
以上のように、本発明のヒートポンプ式給湯機は、除霜性能を向上させることができるとともに、材料コストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明は、ヒートポンプ式給湯機における蒸発器は、貯湯槽とヒートポンプサイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ給湯機においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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機の構成図
【図２】同実施の形態におけるヒートポンプユニットの構成図
【図３】（ａ）同実施の形態における蒸発器の上面図（ｂ）同正面図（ｃ）同側面図
【符号の説明】
【００３０】
２  ファン
３  電装部
５  冷媒入口部
６  冷媒分岐部
８  冷媒出口合流部
１１  圧縮機
１２  水冷媒熱交換器
１３  減圧装置
１４  蒸発器
１５  冷媒配管
１６  貯湯槽
１７  ポンプ
１８  液体配管
【図１】
0005169394.tif 000002
【図２】
0005169394.tif 000003
【図３】
0005169394.tif 000004