(57)【要約】【課題】本発明は、簡易な構成により除霜が可能なヒートポンプ式給湯装置を提供する。【解決手段】空気熱交換器５の底板領域１２に対応して近接して給湯用熱交換器３を配設する構成としている。具体的には、空気熱交換器５の底板領域１２の直下に給湯用熱交換器３を配設することとする。給湯用熱交換器３は、断熱材等を用いて保温されているが、断熱材の外郭に漏れ熱を有する。空気熱交換器５の底板領域１２は、給湯用熱交換器３と近接した構成であるため給湯用熱交換器３のこの漏れ熱の影響が集中するため空気熱交換器５の底板領域１２が暖められ除霜が可能となる。【選択図】図２
2007155294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を温水に沸きあげて給湯に使用するヒートポンプ式給湯装置において、
気相冷媒を圧縮して高温冷媒として出力するための圧縮機と、前記圧縮機から供給された高温冷媒と給湯に使用する水との熱交換を行なうための給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器から流出された冷媒を減圧するための減圧装置と、前記減圧装置で減圧された冷媒と外気の空気熱との熱交換を行なうための空気熱交換器とを環状に接続して構成されるヒートポンプユニットを備え、
水を温水に沸きあげて給湯に使用する通常運転時に着霜される前記ヒートポンプユニットを構成する前記空気熱交換器の底板領域に近接して前記給湯用熱交換器を配設する、ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記空気熱交換器の底板領域は、前記給湯用熱交換器の漏れ熱により暖められる、請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記空気熱交換器の底板領域と前記給湯用熱交換器との間に前記給湯用熱交換器の漏れ熱を蓄熱するための蓄熱手段をさらに備える、請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
前記蓄熱手段は、前記空気熱交換器の底板領域を暖めるための除霜運転時に蓄熱した前記給湯用熱交換器の漏れ熱を前記空気熱交換器の底板領域に対して放熱する放熱手段をさらに含む、請求項３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、冷媒の凝縮熱により水を温水に加熱して給湯可能とするヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ式給湯装置は、冷媒の凝縮熱により水を加熱してお湯を供給可能とするヒートポンプユニット（温水を生成するユニット）と生成された温水を貯湯する貯湯ユニットとで構成されるのが一般的である。なお、瞬間的に水を加熱するヒートポンプ式給湯装置においては、貯湯ユニットを設けない構成とすることもある。
【０００３】
ヒートポンプユニットは、圧縮機と、給湯用熱交換器と、減圧装置と、空気熱交換機とを含む。圧縮機は、気相冷媒を圧縮して高温冷媒として給湯用熱交換器に供給する。給湯用熱交換器は、供給された水と圧縮機より吐き出された高温冷媒との熱交換を行なって水を加温する。加温された水は、貯湯ユニットに送られ、給湯用熱交換器において加温した冷媒は、減圧装置に送られる。減圧装置は、冷媒を減圧して空気熱交換器に出力する。給湯用熱交換器で加温した後の冷媒は空気熱交換器で外気熱を吸収して熱交換して、再度圧縮機に出力されて一巡するヒートポンプサイクルが形成される。
【０００４】
当該構成において、一般的に空気熱交換器側においては、上述したように外気熱を吸熱して熱交換する際、温度が低温になり着霜する現象が生じる。
【０００５】
この着霜は、熱交換を妨げるために熱交換性能の低下、除霜水の排水不良といった原因となる。
【０００６】
この着霜を防止するために除霜運転として、給湯運転時（通常運転時）よりも減圧装置の弁開度を最大にして、かつ給湯用熱交換器での熱交換を抑制することで、給湯運転時と同一経路に高温冷媒を流通させて空気熱交換器に供給する。このようにして、空気熱交換器を暖め除霜運転を実行している。
【０００７】
特開２００３−９０６５３号公報においては、空気熱交換器の下部側より減圧装置を介して供給される高温冷媒を流入させる構成とすることにより空気熱交換器の表面に付着した霜を空気熱交換器の底部領域から良好に除霜することが可能な構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−９０６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献では、除霜運転時には除霜水が空気熱交換器の下部で再凍結することを抑制することは可能であるが除霜運転が十分に必要な低外気温下では、暖めた空気熱交換器の底板領域がすぐに冷やされるため再び給湯運転を開始した場合、すぐに除霜水が空気熱交換器に付着するとともに、滴下した除霜水が空気熱交換器の底板や、あるいは下方に設けられたドレンパン内で再凍結し、ドレンパン内に設けられた排水穴を塞いでしまう可能性があり、除霜運転が有効に機能しない可能性があった。
【０００９】
したがって、通常運転時においても空気熱交換器の底板領域に対して除霜可能であれば低外気温下においても除霜運転が有効に機能する可能性が高い。
【００１０】
この点で、通常運転時においても除霜が可能なように除霜専用の特別な装置を設けることも可能であるが、費用がかかるとともに設置スペースが増大する等の問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、簡易な構成により除霜が可能なヒートポンプ式給湯装置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】
【００１２】
本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、水を温水に沸きあげて給湯に使用するヒートポンプ式給湯装置において、気相冷媒を圧縮して高温冷媒として出力するための圧縮機と、圧縮機から供給された高温冷媒と給湯に使用する水との熱交換を行なうための給湯用熱交換器と、給湯用熱交換器から流出された冷媒を減圧するための減圧装置と、減圧装置で減圧された冷媒と外気の空気熱との熱交換を行なうための空気熱交換器とを環状に接続して構成されるヒートポンプユニットを備える。水を温水に沸きあげて給湯に使用する通常運転時に着霜されるヒートポンプユニットを構成する空気熱交換器の底板領域に近接して給湯用熱交換器を配設する。
【００１３】
好ましくは、空気熱交換器の底板領域は、給湯用熱交換器の漏れ熱により暖められる。
好ましくは、空気熱交換器の底板領域と給湯用熱交換器との間に給湯用熱交換器の漏れ熱を蓄熱するための蓄熱手段をさらに備える。
【００１４】
特に、蓄熱手段は、空気熱交換器の底板領域を暖めるための除霜運転時に蓄熱した給湯用熱交換器の漏れ熱を空気熱交換器の底板領域に対して放熱する放熱手段をさらに含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、空気熱交換器の底板領域に近接して給湯用熱交換器を配設するため簡易な構成により空気熱交換器の底板領域を除霜するとともに、除霜後の除霜水の再凍結により性能の低下を防止し、除霜運転を効率的に実行することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に従うヒートポンプ式給湯装置１の概略ブロック図である。
【００１８】
図１を参照して、本発明の実施の形態１に従うヒートポンプ式給湯装置１は、冷媒を用いて水を加温するためのヒートポンプユニット７と、加温した温水を貯水するための貯湯ユニット８と、これら全体を制御する制御装置（図示せず）とを含む。
【００１９】
ヒートポンプユニット７は、圧縮機２と、給湯用熱交換器３と、減圧装置４と、空気熱交換器５と、外気を供給するファン６とを含む。圧縮機２、給湯用熱交換器３、減圧装置４、空気熱交換器５は、環状に順次配管接続されて構成される。また、冷媒として本例においては、ＣＯ2を用いることとする。
【００２０】
圧縮機２は、電動モータおよびアキュムレータを内蔵し（図示せず）、電動モータによって駆動し、アキュムレータにより吸引した気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。
【００２１】
給湯用熱交換器３は、圧縮機２より吐出された高温冷媒（ホットガス）と貯湯槽９内から供給された液体との熱交換を実行する。給湯用熱交換器３は、図示しないが冷媒が流れる冷媒通路と、液体が流れる液体通路とを有し、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と液体通路を流れる液体の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、給湯用熱交換器３を流れる冷媒（ＣＯ2）は、圧縮機２で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器３を流通する液体に放熱して温度低下しても凝縮することはない。
【００２２】
減圧装置４は、給湯用熱交換器３から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧し、制御装置（図示せず）によって弁開度が電気的に制御されるものとする。
【００２３】
空気熱交換器５は、減圧装置４で減圧された冷媒をファン６によって送風される外気との熱交換を実行し、そして、熱交換後の冷媒を圧縮機２に供給する。
【００２４】
また、貯湯ユニット８は、給湯用の液体を貯留する貯湯槽９と、ポンプ１０とを含む。貯湯槽９内の液体は、ポンプ１０のポンピング動作により給湯用熱交換器３の液体通路を通過して循環できるように循環経路が設けられる。
【００２５】
なお、液体の流通方向は、図１に矢印で示すように、ポンプ１０→給湯用熱交換器３の液体通路→貯湯槽９→ポンプ１０へと流れる。
【００２６】
制御装置は、圧縮機２（電動モータ）、ファン６、ポンプ３、及び減圧装置４の弁開度を通電制御して、貯湯槽９内に蓄えられる液体の温度をコントロール（通常運転）している。また、制御装置は、除霜制御手段としての機能を有し、空気熱交換器５の出口温度を検出する温度センサ（図示せず）の検出値に基づいて、空気熱交換器５の着霜を取り除くための除霜運転を制御している。この除霜運転は、例えば温度センサの検出値が約−５℃まで低下した時に開始され、約１０℃まで上昇した時に終了する。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態１に従うヒートポンプユニット７内部の構成を説明する模式図である。
【００２８】
図２を参照して、本発明の実施の形態１に従うヒートポンプユニット７の内部には、圧縮機２と、給湯用熱交換器３と空気熱交換器５と、外気を供給するファン６と、制御装置１１が示されている。なお、図２においては、ヒートポンプユニット７を支持する支持部材１３も示されている。
【００２９】
空気熱交換器５には、ファン６が取り付け器具６ａを介して装着されており、ファン６が回転することにより外部の空気が流入して冷媒との熱交換が可能となっている。また、本例の空気熱交換器５は、一例としてアルミニウム製の板状の伝熱フィン６ｂが設けられ、伝熱フィン６ｂを貫通するように設けられた複数列（本例では２列）の銅製の伝熱管とからなるフィンチューブ型の空気熱交換器として示されている。また、空気熱交換器５の底板領域１２には、たとえばドレンパン（図示せず）が設けられており、ドレンパンに設けられた排水穴１４から除霜水が排水されるものとする。
【００３０】
圧縮機２には、上述したように空気熱交換器５からの冷媒が流入されて、圧縮された高温冷媒が給湯用熱交換器３と接続された配管を介して送られる。そして、高温冷媒と貯湯タンク９からポンプ１０を介して送られた水との熱交換が行なわれる。圧縮機２から送られる高温冷媒は、貯湯タンク９から送られる水と逆の経路を辿って減圧装置４へと送られて減圧された後、上述したように空気熱交換器５に送られる。なお、上述したように熱交換により暖められた温水は、貯湯タンク９に送られて制御装置１１の制御に基づいて水の温度制御が実行される。
【００３１】
次に、除霜運転について説明する。上述した通常運転を実行している時に、空気熱交換器５に着霜し、出口温度（温度センサの検出温度）が所定温度まで低下すると、通常運転から除霜運転に切り替えられる。
【００３２】
この除霜運転では、ポンプ１０の運転を停止し、減圧装置４の弁開度を通常運転時より大きく（例えば全開）する。これにより、圧縮機２から吐出されるホットガスが給湯用熱交換器３で放出する熱エネルギー量を少なくでき、かつ減圧装置４での減圧による温度低下を小さくできる。この結果、圧縮機２から吐出されたホットガスが大きく温度低下することなく空気熱交換器５まで到達して、空気熱交換器５の除霜を行なう。
【００３３】
しかしながら、上述したように、低外気温下では、たとえば除霜運転により暖められた空気熱交換器の底板領域がすぐに冷やされるため再び通常運転を開始した場合、すぐに除霜水が空気熱交換器に付着するとともに、滴下した除霜水が空気熱交換器の底板や、あるいは下方に設けられたドレンパン内で再凍結する可能性がある。たとえば、底板が再凍結した場合、その凍結した氷が徐々に成長し、空気熱交換器の表面を覆って、熱交換性能の低下を招く可能性がある。あるいは、凍結した氷により下方に設けられたドレンパン内に設けられた排水穴が塞がれる可能性があり、除霜運転が有効に機能しない可能性がある。
【００３４】
それゆえ、本発明の実施の形態１においては、図２に示されるように空気熱交換器５の底板領域１２に対応して近接して給湯用熱交換器３を配設する構成としている。具体的には、空気熱交換器５の底板領域１２の直下に給湯用熱交換器３を配設することとする。給湯用熱交換器３は、発泡系断熱材（発泡ウレタン等）あるいはグラスウール系の断熱材等を用いて保温されているが、断熱材の外郭に漏れ熱を有する。空気熱交換器５の底板領域１２は、給湯用熱交換器３と近接した構成であるため給湯用熱交換器３のこの漏れ熱の影響が集中する。
【００３５】
したがって、除霜運転に限らず通常運転時においても給湯用熱交換器３の漏れ熱の影響により空気熱交換器５の底板領域１２は定常的に暖められていることになる。したがって、たとえば、低外気温下においても滴下した除霜水が空気熱交換器５の底板において再凍結することを防止することができるとともに、ドレンパン内で凍結して排水穴がふさがれてしまい除霜運転が有効に機能しなくなるのを抑制することができる。すなわち、除霜運転を効率的に実行することが可能となる。
【００３６】
本構成により、簡易な構成により除霜を実行することができ、低外気温下において除霜を行うために特別な装置を設ける必要がなく、費用も低減することが可能であり、設置スペースの増大も抑制することができる。また、サイクル構成が複雑化することを防止でき、且つシステムコストの増大を防止できる。
【００３７】
（実施の形態２）
上記の実施の形態１に従う構成においては、空気熱交換器５に近接してその直下に給湯用熱交換器３を配設して漏れ熱を利用して空気熱交換器５の底板領域の凍結を防止する構成について説明した。本発明の実施の形態２においてはさらに効果的に給湯用熱交換器３の漏れ熱を利用する構成について説明する。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態２に従う本発明の実施の形態２に従うヒートポンプユニット７＃内部の構成を説明する模式図である。
【００３９】
図３を参照して、本発明の実施の形態２に従うヒートポンプユニット７＃は、ヒートポンプユニット７と比較して、さらに蓄熱材２０を空気熱交換器５と給湯用熱交換器３との間に設けた点が異なる。なお、図示していないが、図２で説明したように空気熱交換器５の底板領域１２に設けられたドレンパンの排水穴から除霜水が排水されるものとする。
【００４０】
蓄熱材２０としては、たとえば、床暖房用の住宅用蓄熱材として用いられるようなパラフィン系の潜熱蓄熱材あるいは酢酸ナトリウム水和物等が挙げられる。なお、これに限られるものではなく、他の蓄熱が可能な材料を用いることも当然に可能である。
【００４１】
当該構成により、漏れ熱がさらにこの蓄熱材２０に蓄熱されるため、実施の形態１の構成と比較して空気熱交換器５の底板領域をさらに充分に保温することが可能となる。すなわち、空気熱交換器５の底板領域において除霜水の再凍結をより防止することが可能となる。すなわち、除霜運転を効率的に実行することが可能となる。
【００４２】
なお、上記の構成においては、通常運転において空気熱交換器５の底板領域を保温する構成について説明してきたが、除霜運転のみ空気熱交換器５の底板領域を保温する構成とすることも可能である。
【００４３】
（実施の形態２の変形例）
図４は、本発明の実施の形態２の変形例に従うヒートポンプユニット７＃ａ内部の構成を説明する模式図である。
【００４４】
図４を参照して、本発明の実施の形態２の変形例に従うヒートポンプユニット７＃ａは、ヒートポンプユニット７＃と比較して、蓄熱材２０と置換する蓄熱部２５を設けた点で異なる。蓄熱部２５は、内部に設けられた蓄熱材２０＃と、制御装置１１からの指示に応答して開閉動作により外部に対して放熱するダンパー２６とを含む。
【００４５】
本発明の実施の形態２の変形例に従うヒートポンプユニット７＃ａにおいては、たとえば除霜運転を開始した際にダンパーの開閉動作を行い。蓄熱部２５で蓄熱した給湯用熱交換器３の漏れ熱を空気熱交換器５の底板領域に対して放熱する。
【００４６】
当該構成においても、漏れ熱が蓄熱材２０＃に蓄熱されるため、空気熱交換器５の底板領域を除霜運転において暖めることが可能であり、空気熱交換器５の底板領域において除霜水の再凍結を防止することができる。
【００４７】
本構成においては、通常運転において漏れ熱を蓄熱部２５で充分に蓄熱することが可能であるため除霜運転時に充分な熱量を底板領域に供給することが可能となり、除霜運転を効率的に実行することができる。なお、ここでは、ダンパーの開閉動作について説明したがこれに限られず、スイッチ素子を用いてスイッチ素子のオン／オフ動作により蓄熱した漏れ熱を放熱する構成とすることも可能である。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１に従うヒートポンプ式給湯装置１の概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に従うヒートポンプユニット７内部の構成を説明する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２に従う本発明の実施の形態２に従うヒートポンプユニット７＃内部の構成を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２の変形例に従うヒートポンプユニット７＃ａ内部の構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ヒートポンプ式給湯装置、２  圧縮機、３  給湯用熱交換器、４  減圧装置、５  空気熱交換器、６  ファン、７，７＃，７＃ａ  ヒートポンプユニット、８  貯湯ユニット、９  貯湯槽、１０  ポンプ、１１  制御装置、１２  底板領域、１３  支持部材、１４  排水穴、２０，２０＃  蓄熱材、２５  蓄熱部。
【図１】
2007155294.tif 000003
【図２】
2007155294.tif 000004
【図３】
2007155294.tif 000005
【図４】
2007155294.tif 000006