JP2011220569A

JP2011220569A - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP2011220569A
Application number: JP2010088218A
Authority: JP
Inventors: Koji Wada; 宏二和田
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】十分な給湯能力を確保し、設置場所の省スペース化を図ることができ、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットとを接続する温水配管の接続施工性がよく、温水配管を筐体内部に収納したまま接続が可能であり、外観上の違和感がなく美観の優れたヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２の筐体を縦に重ね、着脱可能に接合し一体とした。また、筐体側面の半円筒面部に空気吸込孔１４を設け空気の吸込性を向上した。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ給湯機に関する。

従来のヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクル回路を搭載したヒートポンプユニットで温水を生成し、生成された温水を貯湯タンクユニットの貯湯タンクに貯め、必要に応じてこの貯湯タンクから利用者に温水が供給される。

冷凍サイクル回路と貯湯タンクとが別の筐体に収納され、分離して設置される場合、水配管回路の接続に手間が掛かる他、設置面積が大きくなるなどの問題が発生する。また、ヒートポンプユニットの送風機により排出される熱交換空気の吹き溜まりをなくすためにはさらに広いスペースが必要となる。

これに対し、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットの筐体を１つにしてコンパクト化を図ったものが知られている。例えば、特許文献１に開示されているヒートポンプ給湯機では、冷凍サイクル回路と貯湯タンクとを横に並べて筐体内に収納している。

特開２００６−１１８７６６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されているヒートポンプ給湯機では、筐体内において冷凍サイクル回路と貯湯タンクとが横並びに収められているため、設置の際に必要とされる設置面積は冷凍サイクル回路と貯湯タンクの両者が別筐体に収められていた場合と大差ない。また、前記両者を１つの筐体内に納めるために、貯湯タンクの容量が制限され、ヒートポンプ給湯機と貯湯タンクユニットを分離して設けた分離型の給湯機に比べて使用できる湯量が少なくなる。
また、冷凍サイクル回路の作動冷媒にＣＯ２のような高圧の冷媒や、可燃性の冷媒を使用している場合、冷凍サイクル回路の故障を修理する際に作業者の危険を伴い、現地での修理が困難である。そのため冷凍サイクル回路が故障した場合にはヒートポンプ給湯機全体を交換する必要があり修理費が高くなる。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、十分な給湯能力を確保し、設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することである。
また、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットとを接続する温水配管の接続施工性がよく、温水配管を筐体内部に収納したまま接続が可能であり、外観上の違和感がなく美観の優れたヒートポンプ給湯機を提供する。

本開示は上述した課題を解決するための手段として、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器と前記凝縮器の冷媒と熱交換する水配管回路を有する冷凍サイクル回路を収納するヒートポンプユニットと、貯湯タンクと前記ヒートポンプユニットの水配管回路と接続される水配管回路と水ポンプを収納する貯湯タンクユニットを備えるヒートポンプ給湯機において、前記ヒートポンプユニットの筐体と前記貯湯タンクユニットの筐体とが、互いに一体となるための接合部を有する構成とする。

本発明によれば、スペース効率に優れ設置場所の省スペース化を図ることのできるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の斜視図。本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の一部を切り欠いて示す斜視図。本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプユニットの水平断面図。本発明に係るヒートポンプ給湯機の冷凍サイクル回路及び温水配管回路の概略図。本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の斜視図。本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプユニットの水平断面図。本発明の第３の実施の形態に係るヒートポンプユニットの水平断面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）に本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機１００の分解斜視図を示し、図１（Ｂ）にヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２を接合し、一体となった状態の斜視図を示す。また、図２に本発明の一体となった状態のヒートポンプ給湯機１００の一部を切り欠いた斜視図を示す。

図１（Ａ）に示すように本発明のヒートポンプ給湯機１００はヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２で構成され、貯湯タンクユニット２の上部にヒートポンプユニット１が載置、固定されることで一体となる。
ここで、このヒートポンプ給湯機１００の水平断面形状は前方を円弧部とし、後方を平坦部とするＤ字型に形成される。

ヒートポンプユニット１は側面を覆うヒートポンプユニット側板３と、その上面を閉塞しベルマウス４ａを有する天板４と下面を閉塞する下蓋部５からなる筐体を有する。
この、ヒートポンプユニット側板３は前方の半円筒面部３ａと右側の右平面部３ｂと左側の左平面部３ｃと後方の後方平面部３ｄで構成されている。

また、貯湯タンクユニット２は側面を覆う貯湯タンクユニット側板６と、その上面を閉塞する上蓋部７と、下面を閉塞する底板８からなる筐体を有する。ここで、貯湯タンクユニット側板６は前方の半円筒面部６ａと右側の右平面部６ｂと左側の左平面部６ｃと後方の後方平面部６ｄで構成されている。

このヒートポンプユニット１の下蓋部５と貯湯タンクユニット２の上蓋部７は、互いの筐体を一体とする際の対向面となっている。

ヒートポンプユニット側板３の下部は貯湯タンクユニット側板６上部の縁部１２と重なり合うため拡径した拡径部１１を有しており、拡径部１１にはヒートポンプユニット１を貯湯タンクユニット２に固定するボルト１３が貫通するための複数の小孔１１ａが下蓋部５よりも下方に設けられている。
また、ヒートポンプユニット側板３の半円筒面部３ａと左平面部３ｃには外気を取入れるための空気孔１４が設けられている。

下蓋部５の右平面部３ｂ付近には下蓋部貫通孔９ａが設けられており、図２に示すように水熱交換器２０から延びる温水配管３２ａと水配管３３ａが貫通するように配されている。温水配管３２ａの端部には接続口体２６ａが設けられており、水配管３３ａの端部には接続口体２７ａが設けられている。

貯湯タンクユニット２の上蓋部７にはヒートポンプユニット１から延びる温水配管３２ａと水配管３３ａを貯湯タンクユニット２内へ導くための上蓋部貫通孔９ｂが備えられている。この上蓋部貫通孔９ｂの直下には後述の貯湯タンクユニット側の接続口体２６ｂ、２７ｂが接続口体２６ａ、２７ａと接続可能に備えられている。

また、ヒートポンプユニット１が貯湯タンクユニット２に載置される際、貯湯タンクユニット側板６上部の縁部１２はヒートポンプユニット１の拡径部１１が被さるようになっている。さらに、縁部１２にはボルト１３を締結するためのボルト孔１２ａが、拡径部１１に設けられた小孔１１ａに重なるように設けられている。

また、貯湯タンクユニット側板６の右平面部６ｂには接続口体２６ａ、２７ａと接続口体２６ｂ、２７ｂとの接続作業を行うための作業用窓１０が開閉自在に設けられている。

ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２を接合する際には、拡径部１１と縁部１２が接合部として機能する。詳しくは、拡径部１１が縁部１２と重なり合うように、ヒートポンプユニット１が貯湯タンクユニット２の上部に設置され、ボルト１３が小孔１１ａを貫通しボルト孔１２ａに締結される。これにより、ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２を接合する。

さらに、作業用窓１０を開放し貯湯タンクユニット２内で接続口体２６ａと２６ｂを接続し、接続口体２７ａと２７ｂを接続する。これにより温水配管３２ａと３２ｂ及び水配管３３ａと３３ｂが連通する。

次に、貯湯タンクユニット２及びヒートポンプユニット１の内部構造について図２及び図３を用いて説明する。

下段の貯湯タンクユニット２は底板８の上面に円筒形状の貯湯タンク１５を縦に配している。

この貯湯タンク１５の下部には給湯機外部から取入れた水を給水するための給水管３０が接続されており、上部には貯湯された湯を図示しない各使用場所に給湯するための出湯管３１が接続されている。

さらに貯湯タンク１５上部には一端に接続口体２６ｂを備えた温水配管３２ｂの他端が接続されており、貯湯タンク１５下部には一端に接続口体２７ｂを備えた水配管３３ｂの他端が接続されている。この接続口体２６ｂ、２７ｂは上蓋部７の上蓋部貫通孔９ｂの直下に配置されている。また貯湯タンクユニット２内の水配管３３ｂには循環ポンプ２３が取付けられている。

一方、上段のヒートポンプユニット１には、圧縮機１８と、四方弁１９と、凝縮器である水熱交換器２０と、減圧装置である膨張弁２１と、蒸発器である空気熱交換器２２が収容配置されている。

図３にヒートポンプユニット１の水平断面図を示す。
水熱交換器２０は平板状に形成されたプレートフィンチューブ型の熱交換器であり、一次側熱媒体（Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２などの冷媒）と二次側熱媒体（水、温水）を径の異なる管内を通し、プレートフィンで熱伝導させるものである。
この平板状に形成されたプレートフィンチューブ型の熱交換器を用いることで、Ｄ字型筐体の平面部である後方平面部３ｄ内面に沿って水熱交換器２０が配置可能となる。

また、空気熱交換器２２はヒートポンプ給湯機上側（送風機２５側）から見て略Ｊ字形状に配置されており、詳しくは、半円筒面部３ａ内面と左平面部３ｃ内面に沿って形成されている。

空気熱交換器２２をこのように配置することによって、空気熱交換器２２の大きさを確保し、必要とされる能力を確保することができる。
また、右側面３ｂ近傍には圧縮機１８、膨張弁２１、四方弁１９が配置される。

ヒートポンプユニット１の方が貯湯タンクユニット２よりも軽量であり、貯湯タンクユニット２の上部にヒートポンプユニット１を配置することで、ヒートポンプ給湯機１００の安定性が向上する。また、空気熱交換器２２に風を送る送風機２５を図２に示すようにヒートポンプ給湯機１００の最上部に配置することが可能となる。

水熱交換器２０には温水配管３２ａと水配管３３ａの一端が接続されており、その他端には上述のように接続口体２６ａ、２７ａが設けられており、これら接続口体２６ａ、２７ａは貯湯タンク１５に接続されている温水配管３２ｂと水配管３３ｂの一端に設けられた接続口体２６ｂ、２７ｂに接続され、温水配管回路３８を構成している。

圧縮機１８と四方弁１９と水熱交換器２０と膨張弁２１及び空気熱交換器２２とは、順次、冷媒配管２４を介して連通され、冷凍サイクル回路３７を構成している。

冷凍サイクル回路３７と温水配管回路３８が稼動し貯湯運転を行う過程を、図４を用いて説明する。
圧縮機１８が駆動し冷媒を高温高圧に圧縮して吐出すると、冷媒は図中実線矢印に示すように、四方弁１９から水熱交換器２０に導かれて凝縮し、凝縮熱を放出する。

そして冷媒は、膨張弁２１において減圧膨張し、空気熱交換器２２で蒸発する。このとき送風機２５の駆動により空気孔１４から吸込まれた外気が、空気熱交換器２２内で蒸発した冷媒によって冷却され、上方のベルマウス４aから吐出される。

冷媒は空気熱交換器２２から四方弁１９を介して圧縮機１８に吸込まれ、圧縮されて再び上述の径路を循環する。

一方、貯湯タンク１５内には低温化した温水（又は水）が満杯状態で貯溜されている。循環ポンプ２３が駆動し、貯湯タンク１５内の低温の温水は図中一点鎖線矢印に示すように、温水配管回路３８を循環する。

すなわち、貯湯タンク１５の底部から水配管３３ｂを介して低温の温水が導出され、循環ポンプ２３に吸込まれる。この循環ポンプ２３から水配管３３ａ、３３ｂを介して水熱交換器２０へ送られ、水熱交換器２０内の冷媒配管２４を流れる冷媒の凝縮熱を吸収して高温の温水に変る。高温の温水は温水配管３２ａ、３２ｂを介して水熱交換器２０から貯湯タンク１５の内部へ導かれる。

貯湯タンク１５には、図示しない温度センサと制御装置が取付けられており、この温度センサで検知された信号が制御装置へ送られる。これに伴い、貯湯タンク１５内の湯の全てが所定温度以上になると、制御装置は圧縮機１８と循環ポンプ２３の運転を停止して貯湯運転を終了する。
この貯湯運転は、たとえば電力料金の廉価な深夜電力料金時間帯を利用して行われる。

本発明ではヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２の温水配管回路３８の接続を貯湯タンクユニット２内で行う構成としたが、ヒートポンプユニット１内で行う構成としても良く、この場合には作業用窓１０もヒートポンプユニット１に設けられる構成としても良い。また、接合の方法はボルトによる締結ではなく分離、一体化が容易なその他の接合方法を用いても良い。また、接合部である拡径部１１を貯湯タンクユニット側板６の上部に設け、縁部１２をヒートポンプユニット側板３の下部に設けても良い。

また、本実施の形態では水熱交換器２０にプレートフィンチューブ型の熱交換器を用いたが、一次側熱媒体と二次側熱媒体とが径の異なる同軸の管の中を通る二重管構造や、二次側熱媒体の管に一次側熱媒体の管を巻付ける管構造のように種々の水熱交換器を用いても良い。

本発明のように作業用窓１０を利用し、筐体内部で温水配管回路を接続することにより、作業が容易で、外観上違和感が無く美観を有した据付け設置が可能である。

また、ヒートポンプ給湯機の筐体の側面に半円筒面を設けることで、四角筒状の筐体に比べてスペース効率に優れるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

据付の際には、本実施の形態のヒートポンプ給湯機は筐体後方の平面部を、家屋の壁面に付設して据付られるのが好ましいが、本発明のヒートポンプ給湯機１００は前面を家屋の壁面に隙間なく設置された場合でも、半円筒の半円筒面部３ａに空気孔１４が設けられているため、外気を取入れるスペースが確保でき、空気熱交換器２２の熱交換効率の低下を抑えることができる。

さらに、ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２を分割し積み重ねて１つのヒートポンプ給湯機１００の筐体を構成する形態を採用することによって、例えば修理が必要となってもユニットごとの交換が可能となるため、修理によるヒートポンプ給湯機の停止時間を短縮することができるとともにより低コストで修理することができる。また、ヒートポンプユニット１の冷凍サイクル回路３７内を循環する一次側熱媒体の種類（例えば、ＣＯ２）によっては設置現場での修理が困難な場合もあることから、ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２に分割しヒートポンプユニット１を取り替えることで修理することが可能となる。

また、ヒートポンプ給湯機の役割ごとにユニット化されているため、必要とされるユニットを自由に組み合わせることも可能となる。例えば、貯湯タンクユニット２内の貯湯タンク１５の容量に合わせて複数種類の貯湯ユニット１５を用意しておくことができる。この場合、貯湯タンク１５の容量の大小に応じて、貯湯タンク１５と貯湯タンクユニット２の上下方向の高さが変更される。従って、貯湯タンクユニット２のバリエーションを増やして貯湯量の要求にきめ細かく応答することのできるヒートポンプ給湯機を提供することが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図５、図６を用いて説明する。なお、上述の第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。
第１の実施の形態と異なる点として、本実施の形態のヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２の筐体の水平断面は前方を円弧部４１、後方を直角部４２とする略扇型に形成されている。
これに伴い、ヒートポンプユニット１内に収納されている各機器の形状、配置も変化する。例えば、空気熱交換器２２は円弧部４１に沿ったＣ字形状となり、円弧部４１の中心に位置するように送風機２５が設けられる。直角部４２の左方には圧縮機１８、四方弁１９、膨張弁２１が配置され、直角部４２右方の平面に沿って水熱交換器２０が配置される。

水熱交換器２０の空気熱交換器２２側の端面には温水配管３２ａ、水配管３３ａが接続されており、その直下に下蓋部５の下蓋部貫通孔９ａが設けられている。
また、ヒートポンプユニット側板３前方の円弧部４１に空気孔１４が設けられる。

さらに、本実施の形態でのヒートポンプ給湯機１００は上述の構成において第１の実施の形態と同様の接合構造と冷凍サイクル回路３７と温水配管回路３８と接続作業を行うための作業用窓１０を有し、第１の実施の形態同様に機能する。

本実施の形態でのヒートポンプ給湯機１００は直角部４２の左右にある平面の少なくとも一方を家屋の壁面に付設して据付られるのが好ましく、特に家屋の敷地内のコーナー部壁面に直角部４２を付設して据付られるのが好ましい。このように設置されることで第１の実施の形態よりも安定した据付が可能となる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。なお、上述の第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。
本実施の形態と第１、第２の実施の形態の異なる点として、本実施の形態のヒートポンプ給湯機１００の筐体側面は円筒状に形成されている。
これに伴い、ヒートポンプユニット１内に収納されている各機器の配置も変化する。

図７にヒートポンプユニット１の水平断面図を示す。空気熱交換器２２はヒートポンプユニット側板３内面に沿って略Ｃ字形状に配置され、空気熱交換器２２の両端部の間に圧縮機１８、水熱交換器２０や膨張弁２１が配置される。

ヒートポンプユニット側板３にはＣ字形状の空気熱交換器２２を覆うように空気孔１４が設けらている。

本実施の形態でのヒートポンプ給湯機１００は上述の構成において第１の実施の形態と同様の接合構造と冷凍サイクル回路３７と温水配管回路３８と接続作業を行うための作業用窓１０を有し、第１の実施の形態同様に機能する。

上述の形態とすることで本実施の形態のヒートポンプ給湯機１００は前後左右を家屋の壁面や障害物で囲まれた設置に際しても、円筒面部に空気孔１４が設けられているため、外気を取入れるスペースが確保でき、空気熱交換器２２の熱交換効率の低下を抑えることができる。

上述の第１乃至第３の実施の形態の他にもヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２の筐体の水平断面を多角形に形成し、互いの筐体を一体に接合しても良い。

また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

1…ヒートポンプユニット、2…貯湯タンクユニット、3…ヒートポンプユニット側板、3a…半円筒面部、3b…右平面部、3c…左平面部、3d…後方平面部、4…天板、4a…ベルマウス、5…下蓋部、6…貯湯タンクユニット側板、6a…半円筒面部、6b…右平面部、6c…左平面部、6d…後方平面部、7…上蓋部、8…底板、9ａ…下蓋部貫通孔、9ｂ…上蓋部貫通孔、10…作業用窓、11…拡径部、11ａ…小孔、12…縁部、12ａ…ボルト孔、13…ボルト、14…空気孔、15…貯湯タンク、18…圧縮機、19…四方弁、20…水熱交換器、21…膨張弁、22…空気熱交換器、23…循環ポンプ、24…冷媒配管、25…送風機、26a…接続口体、26b…接続口体、27a…接続口体、27b…接続口体、30…給水管、31…出湯管、32…温水配管、33…水配管、37…冷凍サイクル回路、38…温水配管回路、41…円弧部、42…直角部、100…ヒートポンプ給湯機

Claims

筐体内に、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器を有する冷凍サイクル回路と前記凝縮器の冷媒と熱交換する水配管回路を収納するヒートポンプユニットと、貯湯タンクと前記ヒートポンプユニットの水配管回路と接続される水配管回路と水ポンプを収納する貯湯タンクユニットを備えるヒートポンプ給湯機において、
前記ヒートポンプユニットの筐体と前記貯湯タンクユニットの筐体は、互いに接合される接合部を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記ヒートポンプユニットの筐体と前記貯湯タンクユニットの筐体の対向する各対向面は前記貯湯タンクユニットの筐体に収納された水配管回路と、前記ヒートポンプユニットの筐体に収納された水配管回路とを接続するための貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
前記貯湯タンクユニットの筐体と前記ヒートポンプユニットの筐体の少なくともどちらか一方に前記水配管回路の接続作業を行うための窓を設けたことを特徴とする請求項１及び２に記載のヒートポンプ給湯機。
前記ヒートポンプユニットを上部に配し、前記貯湯タンクユニットを下部に配したことを特徴とする請求項１乃至３に記載のヒートポンプ給湯機。
前記ヒートポンプユニットの筐体と前記貯湯タンクユニットの筐体の側面が半円筒状の側面を有することを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
前記ヒートポンプユニットの筐体と前記貯湯タンクユニットの筐体の水平断面がＤ字型に形成されたことを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ給湯機。
前記ヒートポンプユニットの筐体と前記貯湯タンクユニットの筐体の水平断面が扇型に形成されたことを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ給湯機。