(57)【要約】【課題】  ヒートポンプと給湯部を接続して水を循環させる循環経路の短縮化を図るとともに、無用な放熱ロスを低減する。部品や断熱材等の使用部材の削減により装置全体の小型化及びコストダウンに貢献する。【解決手段】  冷媒が循環する冷凍サイクルＣにおける熱交換器２により水Ｗを加熱するヒートポンプＵｈと、貯留タンク３に収容された水Ｗを熱交換器２に循環させる給湯部Ｕｗを備えるヒートポンプ式給湯装置１を構成するに際して、少なくとも熱交換器２の一部又は全部を、貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｒに配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する冷凍サイクルにおける熱交換器により水を加熱するヒートポンプと、貯留タンクに収容された水を前記熱交換器に循環させる給湯部を備えるヒートポンプ式給湯装置において、少なくとも前記熱交換器の一部又は全部を、前記貯留タンクの内部における水中に浸かる位置に配設したことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記貯留タンクから循環ポンプにより吸入した水を前記熱交換器に流入させ、前記熱交換器により加熱された水を前記貯留タンクの内部に直接吐出させる水循環回路を備えることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記冷凍サイクルにおける圧縮機を防水機能を有する防水収容部に収容して圧縮機防水ユニットを構成し、この圧縮機防水ユニットの一部又は全部を、前記貯留タンクの内部における水中に浸かる位置に配設することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプと前記給湯部は、一体化した給湯ユニットとして構成することを特徴とする請求項１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、冷凍サイクルにおける熱交換器により水を加熱するヒートポンプ及び貯留タンクの水を熱交換器に循環させる給湯部を備えるヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置としては、特開２００５−１６９４７号公報で開示されるヒートポンプ給湯機が知られている。このヒートポンプ給湯機は、圧縮機と冷媒対水熱交換器と減圧装置とを含む冷凍サイクルを有する冷凍回路（ヒートポンプ）を備え、冷媒対水熱交換器による高圧側冷媒との熱交換により水を加熱する。また、加熱された水（湯）を貯湯する貯湯槽、及び冷媒対水熱交換器と循環ポンプを有する給湯回路（給湯部）とを備えるとともに、給水温度を検出する給水温度検出手段，圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段、及び吐出温度検出手段により検出された温度が予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを備えている。
【特許文献１】特開２００５−１６９４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来のヒートポンプ式給湯装置は、次のような解決すべき課題が存在した。
【０００４】
第一に、給湯装置は、図３（ａ）に示すように、冷凍サイクルにおける熱交換器により水を加熱するヒートポンプユニット１０１と、貯留タンクに収容された水をヒートポンプユニット１０１における熱交換器に循環させる給湯ユニット１０２により構成され、ヒートポンプユニット１０１と給湯ユニット１０２は、水を循環させるための供給側配管１０３と戻し側配管１０４により接続される。したがって、これらの配管１０３，１０４を含む水の循環経路が長くなり、無用な放熱ロスを生じる。
【０００５】
第二に、ケーシングに収容された二台のユニット１０１，１０２、即ち、独立した二台の装置が必要になるとともに、配管１０３，１０４や熱交換器等に対して厳重な断熱を施す必要があるため、部品や断熱材等の使用部材の増加を招き、装置全体の大型化やコストアップの要因となる。
【０００６】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したヒートポンプ式給湯装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、冷媒が循環する冷凍サイクルＣにおける熱交換器２により水Ｗを加熱するヒートポンプＵｈと、貯留タンク３に収容された水Ｗを熱交換器２に循環させる給湯部Ｕｗを備えるヒートポンプ式給湯装置１を構成するに際して、少なくとも熱交換器２の一部又は全部を、貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｒに配設したことを特徴とする。
【０００８】
この場合、発明の好適な態様により、貯留タンク３から循環ポンプ４により吸入した水Ｗを熱交換器２に流入させ、熱交換器２により加熱された水Ｗを貯留タンク３の内部に直接吐出させる水循環回路Ｒｗを設けることができる。また、冷凍サイクルＣにおける圧縮機５を防水機能を有する防水収容部６に収容して圧縮機防水ユニット７を構成し、この圧縮機防水ユニット７の一部又は全部を、貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｃに配設することができる。なお、ヒートポンプＵｈと給湯部Ｕｗは、一体化した給湯ユニットＵｍとして構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成を有する本発明に係るヒートポンプ式給湯装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１０】
（１）  ヒートポンプＵｈ側における少なくとも熱交換器２の一部又は全部を、給湯部Ｕｗ側の貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｒに配設したため、ヒートポンプＵｈと給湯部Ｕｗを接続して水Ｗを循環させる循環経路の短縮化を図れ、無用な放熱ロスを低減できる。また、部品や断熱材等の使用部材の削減により装置全体の小型化及びコストダウンにも貢献できる。
【００１１】
（２）  好適な態様により、貯留タンク３から循環ポンプ４により吸入した水Ｗを熱交換器２に流入させ、熱交換器２により加熱された水Ｗを貯留タンク３の内部に直接吐出させる水循環回路Ｒｗを設ければ、水Ｗを循環させる循環経路の短縮化を有効に実現することができる。
【００１２】
（３）  好適な態様により、冷凍サイクルＣにおける圧縮機５を防水機能を有する防水収容部６に収容して圧縮機防水ユニット７を構成し、この圧縮機防水ユニット７の一部又は全部を、貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｃに配設すれば、圧縮機５からの放熱を貯留タンク３内の水Ｗの加熱に利用でき、更なる加熱能力の向上及び省エネルギ性の向上に寄与できる。
【００１３】
（４）  好適な態様により、ヒートポンプＵｈと給湯部Ｕｗを、一体化した給湯ユニットＵｍとして構成すれば、基本的に一台の装置として構成できるため、ケーシングも一台分で足りるなど、更なる小型化（省スペース化）及びコストダウンに寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１６】
図１は、ヒートポンプ式給湯装置１の全体構成を示す。給湯装置１は、冷媒が循環する冷凍サイクルＣにおける熱交換器２により水Ｗを加熱するヒートポンプＵｈと、貯留タンク３に収容された水Ｗを熱交換器２に循環させる給湯部Ｕｗを備える。給湯部Ｕｗは、貯留タンク３を備え、この貯留タンク３から給湯ライン３ｓを介して必要な場所（住宅の台所や風呂場等）に水（湯）Ｗが供給されるとともに、補給ライン３ｗから貯留タンク３に水Ｗが補給される。
【００１７】
一方、図１に示すように、熱交換器２の全部を、貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｒに配設する。熱交換器２は、一次側熱交換部２ｆと二次側熱交換部２ｓを備え、二次側熱交換部２ｓの流入口２ｓｉは、貯留タンク３の外部に配した循環ポンプ４を中途に接続した流入ラインＬｉを介して貯留タンク３の吸入口１１に接続するとともに、二次側熱交換部２ｓの流出口２ｓｏは、貯留タンク３の内部に直接臨ませる。これにより、貯留タンク３から循環ポンプ４により吸入した水Ｗを熱交換器２に流入させ、熱交換器２により加熱された水Ｗを貯留タンク３の内部に直接吐出させる水循環回路Ｒｗが構成される。このような水循環回路Ｒｗを設けることにより、水Ｗを循環させる循環経路の短縮化を有効に実現できる利点がある。また、貯留タンク３には、水（湯）Ｗの温度（水温）Ｔｗを検出する温度センサ１２を付設する。
【００１８】
他方、一次側熱交換部２ｆには、冷媒が循環する冷凍サイクルＣにより構成する冷凍回路２０を接続する。冷凍回路２０（冷凍サイクルＣ）は、基本構成として、圧縮機５，一次側熱交換部２ｆ，冷媒ドライヤ２２，電子膨張弁２３，蒸発器２４の順に、冷媒の循環経路が構成され、この循環経路に沿った矢印Ｆｃ方向に冷媒が循環する。蒸発器２４には、空冷用となる多数の放熱フィン２５…を付設するとともに、この放熱フィン２５…の近傍には、当該放熱フィン２５…に対して送風する送風機２６を配設する。
【００１９】
また、圧縮機５も熱交換器２と同様に貯留タンク３の内部に配設する。この場合、圧縮機５は、図２に示すように、防水機能を有する防水収容部６に収容して圧縮機防水ユニット７を構成し、この圧縮機防水ユニット７の全部を、貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｃに配設する。防水収容部６は、熱伝導性の良好なアルミニウム素材等により形成したケース状のハウジング５１を使用し、このハウジング５１の内部に圧縮機５を収容して固定するとともに、圧縮機５とハウジング５１間には、熱伝導性の良好な充填材５２を充填する。これにより、圧縮機５からの放熱が効率的に貯留タンク３内の水Ｗに伝達される。
【００２０】
圧縮機５を、このようなレイアウト構成で設置することにより、圧縮機５からの放熱を貯留タンク３内の水Ｗの加熱に利用でき、上述した熱交換器２を貯留タンク３内に収容するレイアウト構成と併せ、更なる加熱能力の向上及び省エネルギ性の向上に寄与できる利点がある。
【００２１】
また、冷凍回路２０には、低圧側圧力計２７，高圧側圧力計２８及び低圧側圧力スイッチ２９を接続するとともに、高圧側冷媒の圧力（冷媒圧力）Ｐｈを検出する圧力センサ３０を接続する。この圧力センサ３０は、一次側熱交換部２ｆ（熱交換器２）の下流側の冷媒ラインＬｄに接続する。なお、圧力スイッチ２９は主に保護スイッチとして機能する。このような冷凍サイクルＣの基本的な機能は公知の冷凍サイクルと同じとなる。
【００２２】
一方、冷凍回路２０には、熱交換器２（一次側熱交換部２ｆ）の下流側の冷媒ラインＬｄに対して直列に接続可能な補助凝縮器３１を備える。この補助凝縮器３１は、空冷（放熱）用となる多数のフィン部３２…を有し、このフィン部３２…は、前述した蒸発器２４の放熱フィン２５…と兼用する。即ち、一枚の放熱フィン２５の一側に蒸発器２４を取付け、かつ他側に補助凝縮器３１を取付ける。これにより、フィン部材の兼用及び取付部品の削減等により、補助凝縮器３１及び蒸発器２４の双方を用いた際における小型化及び組付容易化に寄与できる利点がある。そして、補助凝縮器３１の近傍に、前述した送風機２６を配設する。この送風機２６を配設する位置は、図１に示すように、補助凝縮器３１のフィン部３２…側から蒸発器２４の空冷フィン２５…側に送風することができる位置、即ち、送風方向が矢印Ｆｆとなる位置Ｘｓを選定する。これにより、蒸発器２４に対する送風温度が上昇するため、蒸発器２４から冷媒に取り込む熱量を増加させることができ、水温Ｔｗが高いときに顕著となる加熱能力の低下を抑えることができる利点がある。さらに、圧力センサ３０よりも上流側の冷媒ラインＬｄには第一電磁弁（開閉弁）Ｖ１を直列に接続するとともに、この第一電磁弁Ｖ１の両端に、補助凝縮器３１と第二電磁弁（開閉弁）Ｖ２の直列回路を並列に接続する。
【００２３】
他方、３５はヒートポンプＵｈのシーケンス制御をはじめ、各種制御及び処理を実行する制御部であり、マイコン（マイクロコンピュータ）を利用したコンピュータ機能を有する。この制御部３５の入力側には、温度センサ１２及び圧力センサ３０を接続するとともに、制御部３５の出力側には、第一電磁弁Ｖ１及び第二電磁弁Ｖ２を接続する。制御部３５は、温度センサ１２により検出される水温Ｔｗが、予め設定した設定値Ｔｓ以上のときに冷媒ラインＬｄに対して補助凝縮器３１を接続し、かつ設定値Ｔｓ未満のときに冷媒ラインＬｄに対する補助凝縮器３１の接続を解除する制御機能を備えている。
【００２４】
このように、本実施形態に係る給湯装置１によれば、ヒートポンプＵｈ側における少なくとも熱交換器２を、給湯部Ｕｗ側の貯留タンク３の内部における水Ｗ中に浸かる位置Ｘｒに配設したため、ヒートポンプＵｈと給湯部Ｕｗを接続して水Ｗを循環させる循環経路の短縮化を図れ、無用な放熱ロスを低減できる。また、部品や断熱材等の使用部材の削減により装置全体の小型化及びコストダウンにも貢献できる。特に、給湯装置１は、図３（ｂ）に示すように、ヒートポンプＵｈと給湯部Ｕｗを一体化した給湯ユニットＵｍとして構成することができる。したがって、基本的には一台の装置として構成できるため、ケーシング５５も一台分で足りるなど、更なる小型化（省スペース化）及びコストダウンに寄与できる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る給湯装置１の動作（機能）について、図１〜図４を参照して説明する。なお、図４は冷凍回路２０の動作を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、不図示の電源スイッチを投入することにより運転が開始する（ステップＳ１）。運転の開始により、図１中、循環ポンプ４が作動するとともに、圧縮機５及び送風機２６が作動する。循環ポンプ４の作動により、貯留タンク３内の水（湯）Ｗは、貯留タンク３の吸入口１１から吸入され、流入ラインＬｉを介して熱交換器２の二次側熱交換部２ｓを通り、流出口２ｓｏから貯留タンク３の内部に吐出する循環が行われる。
【００２７】
また、温度センサ１２により、貯留タンク３内の水温Ｔｗが検出され、制御部３５に付与される（ステップＳ２）。制御部３５には、水温Ｔｗに対する目標値Ｔｏが設定されているため、制御部３５は、圧縮機５のインバータ（不図示）に制御指令を付与し、圧縮機５を回転駆動する駆動モータ（直流モータ）の回転数を制御することにより、温度センサ１２により検出された水温Ｔｗが目標値Ｔｏとなるようにフィートバック制御する通常の温度制御が行われる。
【００２８】
さらに、制御部３５は、水温Ｔｗが、６５〔℃〕（設定値Ｔｓ）に達したか否かを監視する。そして、水温Ｔｗ（又は冷媒圧力Ｐｈ）が予め設定した設定値Ｔｓ（又はＰｓ）以上のときに冷媒ラインＬｄに対して補助凝縮器３１を接続し、かつ設定値Ｔｓ（又はＰｓ）未満のときに冷媒ラインＬｄに対する補助凝縮器３１の接続を解除する。この場合、設定値Ｔｓは、例えば、６５〔℃〕程度を目安に設定できる。即ち、冷凍サイクルにＨＦＣ系冷媒を使用する場合、超臨界域において運転可能な圧縮機が存在しないため、冷媒の種類（例えば、Ｒ４１０Ａ冷媒）によっては、水温が６５〜７５〔℃〕程度でも圧縮機の吐出圧力が使用可能な上限圧力を越えてしまう。したがって、通常の圧縮機を使用した際には、運転できる水温が６５〜７５〔℃〕程度までとなり、これ以上の水温では圧縮機の運転が不能になる。そこで、本実施形態では、設定値Ｔｓとして、６５〔℃〕を使用し、この温度以上になった場合には、高圧側冷媒を補助凝縮器３１に流入させるようにした。
【００２９】
具体的には、水温Ｔｗが、６５〔℃〕未満の場合には、第一電磁弁Ｖ１を開側に切換え、第二電磁弁Ｖ２を閉側に切換える制御を行うことにより、冷媒ラインＬｄに対する補助凝縮器３１の接続を解除する（ステップＳ３，Ｓ４）。これにより、熱交換器２から流出した冷媒は、第一電磁弁Ｖ１を介して冷媒ドライヤ２２に供給される（ステップＳ５）。したがって、補助凝縮器３１を使用しない通常の冷凍サイクルとして機能する。
【００３０】
これに対して、水温Ｔｗが、６５〔℃〕以上の場合には、第一電磁弁Ｖ１を閉側に切換え、第二電磁弁Ｖ２を開側に切換える制御を行うことにより、冷媒ラインＬｄに対して補助凝縮器３１を接続する（ステップＳ３，Ｓ６）。これにより、熱交換器２から流出した冷媒は、第二電磁弁Ｖ２を介して補助凝縮器３１に供給され、補助凝縮器３１から流出した冷媒が冷媒ドライヤ２２に供給される（ステップＳ７）。以下、運転が継続する場合には、制御部３５は、水温Ｔｗを監視し、同様の制御（処理）を繰返して行う（ステップＳ８，Ｓ１…）。
【００３１】
このように、水温Ｔｗが設定値Ｔｓ（６５〔℃〕）以上のときは、補助凝縮器３１が冷媒ラインＬｄに接続されるため、水温Ｔｗが高い領域における圧縮機５の吐出圧力及び吐出温度を抑え、圧縮機５の運転負荷を増大させることなく高温水を供給できる。したがって、水温Ｔｗが高い領域における圧縮機５の運転が不能になる不具合を回避できるとともに、圧縮機５の耐久性向上（長寿命化）を図れ、しかも、圧縮機５の運転制御に頼らないことから圧縮機５の選定においてコスト面でも有利となる。
【００３２】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，手法，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、熱交換器２を貯留タンク３の内部に配設する場合、水Ｗ中に浸かる熱交換器２の部位は、その一部であってもよいし全部であってもよい。同様に、圧縮機防水ユニット７を貯留タンク３の内部に配設する場合、水Ｗ中に浸かる圧縮機防水ユニット７の部位は、その一部であってもよいし全部であってもよい。また、防水収容部６は、剛性を有するハウジング５１を用いて構成した場合を例示したが、ゴム素材等で形成した柔軟性を有する袋部材を用いてもよく、要は防水機能を有すれば足り、その形態は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る給湯装置の回路構成図、
【図２】同給湯装置に備える圧縮機防水ユニットの断面正面構成図、
【図３】同給湯装置及び背景技術に係る給湯装置の外観図、
【図４】同給湯装置における冷凍回路の動作を説明するためのフローチャート、
【符号の説明】
【００３４】
１：ヒートポンプ式給湯装置，２：熱交換器，３：貯留タンク，４：循環ポンプ，５：圧縮機，６：防水収容部，７：圧縮機防水ユニット，Ｃ：冷凍サイクル，Ｕｈ：ヒートポンプ，Ｕｗ：給湯部，Ｕｍ：給湯ユニット，Ｗ：水，Ｘｒ：位置，Ｘｃ：位置，Ｒｗ：水循環回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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