(57)【要約】ヒートポンプ式冷凍サイクル（Ｈ）の一部を構成する圧縮機（１１）と、電子膨張弁（１３）と、熱源側熱交換器（１４）とを備えるとともに、室外送風機（Ｆ）及び電気機器の運転を制御する制御器（３０）を収納する熱源ユニット（１）と、前記熱源ユニット（１）に対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクル（Ｈ）の残り一部を構成する水熱交換器（１５）、（１６）、と、前記水熱交換器（１５）、（１６）に水配管（６）を介して循環水を導くポンプ（２１）、（２２）と、前記ポンプ（２１）、（２２）の運転を制御する制御器（９）とを収納し、前記熱源ユニット（１）に冷媒配管（７）及び電気配線（８）で接続される水熱交換ユニット（２）と、前記水熱交換ユニット（２）に水配管（６）を介して接続され、前記水熱交換器（１５）、（１６）で熱交換して得られた温水を貯留するタンク（４）、（５）を収納するタンクユニット（３）とを具備し、前記水熱交換ユニット（２）及びタンクユニット（３）は屋内（Ｒ）に配置される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ式冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機と、減圧機構と、熱源側熱交換器とを備えるとともに、室外送風機及び電気機器の運転を制御する制御器を収納する熱源ユニットと、
前記熱源ユニットに対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの残り一部を構成する水熱交換器と、前記水熱交換器に水配管を介して循環水を導くポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御器とを収納し、前記熱源ユニットに冷媒配管及び電気配線で接続される水熱交換ユニットと、前記水熱交換ユニットに水配管を介して接続され、前記水熱交換器で熱交換して得られた温水を貯留するタンクを収納するタンクユニットとを具備し、
前記水熱交換ユニット及びタンクユニットは、屋内に配置されることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
ヒートポンプ式冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機と、減圧機構と、熱源側熱交換器とを備えるとともに、室外送風機及び電気機器の運転を制御する制御器を収納する熱源ユニットと、
前記熱源ユニットに対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの残り一部を構成する給湯用水熱交換器及び暖房用水熱交換器とからなる水熱交換器と、前記給湯用水熱交換器及び暖房用水熱交換器にそれぞれ水配管を介して接続され循環水を導く給湯用ポンプ及び暖房用ポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御器とを収納し、前記熱源ユニットに冷媒配管及び電気配線で接続される水熱交換ユニットと、
前記給湯用水熱交換器及び給湯用ポンプに水配管を介して接続され、前記給湯用水熱交換器で熱交換した温水を貯留するタンクを収納する給湯用タンクユニットと、
前記暖房用水熱交換器及び暖房用ポンプに水配管を介して接続され、前記暖房用水熱交換器で熱交換した温水を貯留するタンクを収納する暖房用タンクユニットとを具備し、
前記水熱交換ユニット、給湯用タンクユニット、及び暖房用タンクユニットは、屋内に配置されることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記水熱交換ユニットは、屋内の壁面に取付ける壁掛け式であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに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、ヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、たとえば給湯用及び暖房用として温水を供給するヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  空気熱交換器の代わりに水熱交換器を備え、室外機とは分離して構成される分離形ヒートポンプシステムが多用される傾向にある。特に、［特許文献１］には、利用側ユニットにおける、給湯、浴槽水の追炊き、空調運転などの機能と数を選択可能とし、既存ユニットを流用できる比較的簡易な構成のヒートポンプシステム、及びヒートポンプシステムの据付け方法が記載されている。
具体的には、圧縮機、室外熱交換器、及び電子膨張弁を有する室外ユニットと、この室外ユニットと冷媒配管を介して接続される貯湯タンク、及び給湯用水熱交換器を有する貯湯ユニットと、この貯湯ユニットを介して室外ユニットと冷媒配管で接続される追炊き用熱交換器を有する追炊きユニットと、貯湯ユニットを介して室外ユニットに冷媒配管で接続される暖房空調ユニットとから構成される。
【特許文献１】特開２００１−０８２８１８号公報
【発明の開示】
【０００３】  ところで、［特許文献１］の技術では、暖房用水熱交換器を有する暖房空調ユニットが室内に配置されている以外は、給湯用水熱交換器と貯湯タンクを収納する貯湯ユニットと、追炊き用熱交換器を有する追炊き用ユニットが、圧縮機や室外熱交換器を有する室外ユニットとともに屋外に配置されている。
そして、貯湯ユニットと追炊き用ユニットにそれぞれ備えられる水熱交換器は、水配管を介してタンクや浴槽などと接続されている。したがって、水配管の少なくとも一部は、屋外に延出されることになり、外気温の影響を直接受けてしまう。
当然、屋外にある水配管には断熱材が巻かれおり、水配管の表面は露出してはいないが、たとえば装置が寒冷地に据付けられる場合や、気温が極端に低下する厳冬期などには、断熱材の断熱効果が低下し、水配管内の水が凍結する虞れがある。あるいは、長期の使用に伴う断熱材の劣化も考えられる。以上の点から、水配管は全て屋内に収納するのが好ましい。
【０００４】  また、［特許文献１］の技術では、貯湯と追炊きの各利用側ユニットに水熱交換器が備えられている。しかしながら、前記水熱交換器は、冷凍サイクル回路における利用側熱交換器でもあるので、利用側部位と冷凍サイクル回路部位に亘る著しく大型のユニットになり、据付け条件が悪い。
そして、前述の構成では、それぞれの利用側ユニットの負荷量に合わせた温水の供給を得られることができず、運転効率に影響を及ぼす。このような見地から、各利用側ユニットにおける水熱交換器は、互いに独立であることが望ましい。
【０００５】  本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的は、水配管内の水の凍結を完全に防止するとともに、利用側ユニットの小型化と運転効率の向上を実現できるヒートポンプ式給湯装置を提供することである。
【０００６】  前述の目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式給湯装置は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの一部を構成する圧縮機と、減圧機構と、熱源側熱交換器とを備えるとともに、室外送風機及び電気機器の運転を制御する制御器を収納する熱源ユニットと、前記熱源ユニットに対して分離可能に配置され、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの残り一部を構成する水熱交換器と、前記水熱交換器に水配管を介して循環水を導くポンプと、前記ポンプの運転を制御する制御器とを収納し、前記熱源ユニットに冷媒配管及び電気配線で接続される水熱交換ユニットと、前記水熱交換ユニットに水配管を介して接続され、前記水熱交換器で熱交換して得られた温水を貯留するタンクを収納するタンクユニットとを具備し、前記水熱交換ユニット及びタンクユニットは、屋内に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。
【図２】図２は、同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の冷凍サイクルの系統図である。
【図３】図３は、同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の電気制御システムの構成図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、図面を参照しながら本発明のヒートポンプ式給湯装置の実施形態を説明する。
図１は第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図、図２は同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の冷凍サイクルの系統図、図３は同実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の電気制御システムの構成図である。
図１に示すヒートポンプ式給湯装置は、屋外Ｕに配置される熱源ユニット１と、屋内Ｒのたとえば壁面に取付けられる壁掛け式の水熱交換ユニット２と、屋内Ｒのたとえばユーティリティ室に据付けられるタンクユニット３とから構成される。【０００９】  前記タンクユニット３は、給湯用タンクユニット４及び暖房用タンクユニット５を備えている。給湯用タンクユニット４と前記水熱交換ユニット２とは、水配管６及び電気配線８により接続されている。暖房用タンクユニット５と前記水熱交換ユニット２とは、水配管６及び電気配線８により接続される。そして、給湯用タンクユニット４と暖房用タンクユニット５には、後述する補助加熱ヒータがそれぞれ設けられる。
前記熱源ユニット１と水熱交換ユニット２は、冷媒配管７及び電気配線８により接続されている。前記水熱交換ユニット２に備えられる制御器９は、壁面に取付けられる給湯・暖房用リモコン（制御器）１０と電気的に接続される。前記熱源ユニット１にも制御器３０が備えられている。前記給湯・暖房用リモコン１０は、水熱交換ユニット２の制御器９を介して、熱源ユニット１の制御器３０及びタンクユニット３にそれぞれ収納される後述する電気機器を制御するようになっている。【００１０】  ヒートポンプ式冷凍サイクル回路Ｈの構成は次の通りである。図２に示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクル回路Ｈは、熱源ユニット１と水熱交換ユニット２に亘って構成される。
すなわち、圧縮機１１、第１の水熱交換器１５、第２の水熱交換器１６、電子膨張弁（減圧機構）１３、及び熱源側熱交換器１４は、冷媒配管７により接続される。
前記圧縮機１１、電子膨張弁１３、及び熱源側熱交換器１４は、熱源ユニット１の筐体１Ａ内に収容される。第１の水熱交換器１５、及び第２の水熱交換器１６は、水熱交換ユニット２の筐体２Ａ内に収容される。室外送風機Ｆは、前記熱源側熱交換器１４と対向して配置され、熱源側熱交換器１４に対して送風するようになっている。【００１１】  前記第１の水熱交換器１５は、水熱交換ユニット２における圧縮機１１の吐出側と電子膨張弁１３とを連通する冷媒配管７に設けられる。圧縮機１１の吐出側と第１の水熱交換器１５との間には、第１の開閉弁１７が接続される。第１の水熱交換器１５と電子膨張弁１３との間には、第２の開閉弁１８が接続される。
さらに、水熱交換ユニット２内において、圧縮機１１の吐出側と第１の開閉弁１７とを連通する冷媒配管７の中途部には、分岐管ａが接続される。この分岐管ａには、第３の開閉弁１９を介して第２の水熱交換器１６における一方の接続部が接続される。第２の開閉弁１８と電子膨張弁１３とを連通する冷媒配管７の中途部には、分岐管ｂが接続される。この分岐管ｂには、第４の開閉弁２０を介して第２の水熱交換器１６における他方の接続部が接続される。したがって、第１の水熱交換器１５と第２の水熱交換器１６とは、冷凍サイクル回路Ｈに対して並列に接続されることになる。【００１２】  第１の水熱交換器１５及び第２の水熱交換器１６は、いずれも水配管６に接続される水熱交換部ｃを備えている。これにより、冷凍サイクル回路Ｈに接続される冷媒熱交換部ｄとの間で、有効な熱交換作用が行われるようになっている。水熱交換ユニット２内において、第１の水熱交換器１５に連通する水配管６には、ポンプ２１が接続される。また、第２の水熱交換器１６に連通する水配管６には、ポンプ２２が接続される。
以下、第１の水熱交換器１５を給湯用水熱交換器１５と呼び、第２の水熱交換器１６を暖房用水熱交換器１６と呼ぶ。したがって、給湯用水熱交換器１５に水配管６を介して接続されるポンプ２１は、給湯用ポンプ２１となる。また、暖房用水熱交換器１６に水配管６を介して接続されるポンプ２２は、暖房用ポンプ２２となる。【００１３】  給湯用ポンプ２１と給湯用水熱交換器１５は、水配管６を介して給湯用タンクユニット４を構成するタンク２３と連通されている。暖房用ポンプ２２と暖房用水熱交換器１６は、水配管６を介して暖房用タンクユニット５を構成するタンク２４と連通されている。なお、給湯用タンクユニット４と暖房用タンクユニット５とにより、タンクユニット３が構成されることは前述したとおりである。
電気制御システムの構成は次の通りである。図３に示すように、給湯・暖房用リモコン（制御器）１０と電気的に接続される水熱交換ユニット２の制御器９には、市中電源からの電力が供給されるようになっている。水熱交換ユニット２の制御器９は、熱源ユニット１に取付けられる制御器３０を介して、電気機器をインバータ制御するようになっている。【００１４】  さらに、水熱交換ユニット２の制御器９は、給湯用タンクユニット４に設けられる制御器３１、及び暖房用タンクユニット５に設けられる制御器３２に電気的に接続され、これら制御器３１，３２を介して各ユニット４，５に設けられる補助加熱ヒータ３３，３４の加熱量などの制御を行えるようになっている。
本構成のヒートポンプ式給湯装置の動作は次の通りである。リモコン１０に対して運転開始の操作をすると、熱源ユニット１の圧縮機１１が駆動される。これにより、冷媒ガスは高温かつ高圧となり、ヒートポンプ式冷凍サイクル回路Ｈを循環する。この冷媒ガスは、給湯用水熱交換器１５と暖房用水熱交換器１６に導かれ、凝縮して凝縮熱を放出する。これと同時に、給湯用ポンプ２１と暖房用ポンプ２２が駆動される。これにより、水熱交換器１５に給湯用タンクユニット４のタンク２３から循環水が導かれ、水熱交換器１６に、暖房用タンクユニット５のタンク２４から循環水が導かれる。【００１５】  この循環水は、各水熱交換器１５，１６において、冷媒の凝縮熱を吸収して温水となる。この温水は、給湯用タンクユニット４のタンク２３、及び暖房用タンクユニット５のタンク２４に導かれ、一旦貯溜される。そして、給湯栓を開放することで、給湯用タンクユニット４内の温水が供給されるとともに、給湯量と同じ量の水がタンク２３内に供給される。また、リモコン１０の暖房運転開始ボタンを押すことで、暖房用タンクユニット５のタンク２４から床暖房パネルへ温水が供給される。この温水は、床暖房パネルで放熱して床暖房を行う。この放熱により温度が低下した温水は、再び暖房用タンクユニット５のタンク２４へ戻り、ここで加熱されて所定温度に上昇するのを待機する。【００１６】  本発明では、通常の分離形エアコンと同様に、屋内Ｒの水熱交換ユニット２は、屋内Ｒの壁面に据付けられ、屋外Ｕに据付けられる熱源ユニット１に対して、２本の冷媒配管７と電気配線８で接続される。すなわち、このヒートポンプ式給湯装置は、通常の分離形エアコンと略同一の構成となる。したがって、このヒートポンプ式給湯装置は、通常の分離型エアコンに代って取付けが可能となり、据付け条件が拡大する。水熱交換ユニット２を壁掛け式としたが、これに限定されるものではなく、たとえば床置き兼用の構成としてもよい。
屋外Ｕに熱源ユニット１を配置し、屋内Ｒに水熱交換ユニット２とタンクユニット３を設置して、水熱交換ユニット２とタンクユニット３は水配管６と電気配線８で接続している。このため、全ての水配管６は、屋内Ｒに設置されることになるから、外気温の影響を全く受けない。その結果、水配管６内の水が凍結する虞れがなくなり、使い勝手の向上を図れる。【００１７】  冷凍サイクル回路Ｈにおいて、給湯用水熱交換器１５と暖房用水熱交換器１６とを並列接続し、それぞれに対して第１〜第４の開閉弁１７〜１９を介在させている。そのため、水熱交換器１５，１６に同時に冷媒を流すことも、一方の水熱交換器１５，１６だけに冷媒を流すことも可能である。したがって、給湯条件と暖房条件に応じて熱交換作用を行えるから、運転効率が向上する。
なお、給湯用水熱交換器１５、及び暖房用水熱交換器１６に対して冷媒を同時に流す場合、前記開閉弁１７〜１９に代って流量調整弁を設置すれば、水熱交換器１５，１６の負荷要求量に応じて供給冷媒量の分配を調整できるから、さらに運転効率が向上する。【００１８】  冷媒配管の接続が通常の分離型エアコンと同じとなるから、配管の長さが３０Ｍ以上であっても、配管の落差が２０Ｍ以上であっても接続が可能となって、据付け条件の緩和が図れる。また、各水熱交換器１５，１６とタンク２３，２４は、近接して配置が可能なため、水配管６の配管の長さが短縮され、熱エネルギーのロスを抑制できる。
給湯用タンクユニット４と暖房用タンクユニット５を別々に構成し、それぞれに対して給湯用水熱交換器１５と暖房用水熱交換器１６で熱交換した温水を別個に供給する。そのため、給湯用水熱交換器１５と暖房用水熱交換器１６の負荷量に応じて温水を供給できるから、運転効率が高まる。
室内に、熱源ユニット１の据付け用のスペースが不要となり、熱源ユニット１と水熱交換ユニット２とを接続する冷媒配管７が屋内Ｒに露出しない。そのため、ガスリークなどにより冷媒が屋内Ｒに漏れることを確実に防止でき安全性が高い。【００１９】  電力は水熱交換ユニット２を介して供給されるが、熱源ユニット１はエアコンの室外機と共有してもよい。給湯用タンクユニット４と暖房用タンクユニット５に設けられる補助加熱ヒータ３３，３４は、各タンクユニット４，５が担当し、ＯＮ／ＯＦＦ信号を制御器３１，３２から発信する。出湯温度は最大で９０℃、もしくは８０℃として、暖房＋貯湯時の特性の向上と、制御の向上を得る。
なお、水熱交換ユニット２の制御器９の制御対象は、第１〜第４の開閉弁１７〜２０、給湯用（ＤＣ）ポンプ２１、暖房用（ＡＣ）ポンプ２２、及び給湯用タンクユニット４に設けられる補助加熱ヒータ３３、暖房用タンクユニット５に設けられる補助加熱ヒータ３４である。具体的な制御内容は、給湯運転と、暖房運転と、給湯＋暖房運転との切換えである。すなわち、運転内容及びヒータ３３，３４のコントロール制御は、タンク２３，２４温度と設定温度により行われる。【００２０】  熱源ユニット１に備えられるインバータ制御器３０の制御対象は、圧縮機１１、室外送風機Ｆ、電子膨張弁１３、四方切換え弁１２、及び図示しない底板ヒータである。具体的な制御内容は、圧縮機１１の運転、冷媒温度、除霜、電流保護、巻線保護、室外送風機Ｆのファンモータ、及び底板凍結制御である。
図４は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の構成図である。
屋外Ｕには、熱源ユニット１が配置される。この熱源ユニット１は、筐体１Ａ内に、先に図２で説明した冷凍サイクル回路Ｈの一部を構成する圧縮機１１と、電子膨張弁（減圧機構）１３と、熱源側熱交換器１４とを備えている。また、この熱源ユニット１は、室外送風機Ｆ及び電気機器の運転を制御する制御器３０を収納している。【００２１】  屋内Ｒには、水熱交換ユニット２が前記熱源ユニット１と分離して配置される。熱源ユニット１と水熱交換ユニット２は、冷媒配管７及び電気配線８で接続される。水熱交換ユニット２の筐体２Ａ内には、冷凍サイクル回路Ｈの残りの一部を構成する給湯用水熱交換器１５と、暖房用水熱交換器１６とが収納されている。さらに、水熱交換ユニット２の筐体２Ａ内には、給湯用水熱交換器１５及び暖房用水熱交換器１６に対して、それぞれ水配管６を介して循環水を導く給湯用ポンプ２１及び暖房用ポンプ２２と、制御器９とが収納される。この制御器９は、リモコン（遠隔操作盤）１０と電気的に接続される。【００２２】  ここでは、給湯用水熱交換器１５が冷凍サイクル回路Ｈの上流側に取付けられ、暖房用水熱交換器１６が下流側に取付けられる。すなわち、給湯用水熱交換器１５と暖房用水熱交換器１６は、冷凍サイクル回路Ｈに対して直列に接続されることになる。
熱源ユニット１内の冷凍サイクル回路Ｈの構成部品と、水熱交換ユニット２内の給湯用水熱交換器１５及び暖房用水熱交換器１６とは、冷媒配管７を介して連通される。給湯用水熱交換器１５及び給湯用ポンプ２１と給湯用タンクユニット４とは、水配管６を介して連通される。【００２３】  すなわち、水配管６は、給湯用タンクユニット４の筐体４Ａ内に配置されるタンク２３に接続されることになる。タンク２３の底部には、図示しない給水源と連通する給水管６ａが接続される。タンク２３の上部には、図示しない厨房、浴室、及び洗面所などに取付けられる給湯栓と連通する給湯管６ｂが接続される。さらに、前記タンク２３には、補助加熱源としての加熱ヒータ（たとえば、３ＫＷ）３３が取付けられる。
また、暖房用水熱交換器１６及び暖房用ポンプ２２と暖房用タンクユニット５とは、水配管６を介して連通される。すなわち、水配管６は、暖房用タンクユニット５の筐体５Ａ内に設置されるタンク２４に接続されることになる。このタンク２４の底部には、図示しない床暖房パネルの温水導出部と連通する戻り管６ｃが接続される。タンク２４の上部には、図示しない床暖房パネルの温水導入部と連通する給湯管６ｄが接続される。給湯管６ｄの中途部には、補助ポンプ４０と補助加熱源としての加熱ヒータ（たとえば、３ＫＷ×３本）３４が取付けられる。【００２４】  第１実施形態と同等の作用効果は説明を省略する。この実施形態では、ヒートポンプ式冷凍サイクル回路Ｈの上流側に給湯用水熱交換器１５を配置し、下流側に暖房用水熱交換器１６を配置している。
したがって、水配管６に備えられる給湯用ポンプ２１と暖房用ポンプ２２の運転により熱交換量を調整することができる。そのため、一方のポンプ２１もしくは２２を停止した場合でも、他方のポンプ２１もしくは２２が全ての加熱負荷量を得ることができる。そして、冷凍サイクル回路Ｈの上流側に給湯用水熱交換器１５を設置することで、給湯用タンクユニット４は、より高温の温水を得ることができる。
なお、図示しないが、冷凍サイクル回路Ｈに対して給湯用水熱交換器１５と暖房用水熱交換器１６を並列接続し、もしくは直列接続の切換えを可能とする配管接続の構成であってもよい。
【図１】
2005106346.tif 000002
【図２】
2005106346.tif 000003
【図３】
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【図４】
2005106346.tif 000005
【国際調査報告】
2005106346.tif 000006
2005106346.tif 000007