JP3939214B2

JP3939214B2 - ヒートポンプ式給湯装置

Info

Publication number: JP3939214B2
Application number: JP2002212079A
Authority: JP
Inventors: 邦衛関上; 千明式地; 修桑原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004053153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプ装置に係り、特に室内ユニットが貯湯タンクを備えたタンクユニットであるヒートポンプ式給湯装置に適用されるヒートポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯装置には、ヒートポンプユニットが圧縮機、ヒートポンプ熱交換器、減圧装置および冷媒対水熱交換器を備え、タンクユニットが、上記冷媒対水熱交換器で加熱された湯を貯溜可能とする貯湯タンクを備え、このタンクユニットとヒートポンプユニットとが、水を流動可能な水配管で連結されたものが知られている（第一従来技術）。
【０００３】
また、ヒートポンプ式給湯装置には、ヒートポンプユニットが圧縮機、ヒートポンプ熱交換器および減圧装置を備え、タンクユニットが貯湯タンクおよび冷媒対水熱交換器を備え、これらのヒートポンプユニットとタンクユニットが、冷媒を流動可能な２本のユニット間配管にて接続されたものがある（第二従来技術）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第一従来技術では、上記水配管の凍結を防止するために、例えば、貯湯タンク内の湯を定期的に水配管へ流動させるなどの凍結防止対策を講じる必要があり、放熱ロスや停電時の信頼性などに支障が出る恐れがある。
【０００５】
また、第二従来技術では、ユニット間配管の１本にガス冷媒が流れ、他の１本に液冷媒が流れるので、これらのユニット間配管が異なる口径に構成されている。このため、ユニット間配管を両ユニットに接続するための接続部品を個別に用意しなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ユニット間配管接続用の接続部品を共通化してコストを低減できるヒートポンプ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、高圧側が超臨界域で作動する冷媒が充填使用された冷凍サイクルを構成する圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器と、貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置において、室外に設置されるヒートポンプユニットに、上記圧縮機、上記室外熱交換器及び上記減圧装置を備え、室内に設置されるタンクユニットに、上記貯湯タンクと、上記室内熱交換器として、冷媒により水を加熱可能なガスクーラとを備え、上記貯湯タンクと上記ガスクーラとはタンクユニット内において、貯湯用配管を介して貯湯タンク内の水を循環可能に接続され、上記ヒートポンプユニットと上記タンクユニットとを、上記冷媒を流動させるほぼ同一口径にて構成された複数本のユニット間配管で接続されたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記ユニット間配管は、ヒートポンプユニットに対しバルブを用いて接続され、タンクユニットに対してニップルを用いて接続されたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係るヒートポンプ装置の一実施の形態が適用されたヒートポンプ式給湯装置を示す回路図である。
【００１３】
この図１に示すように、ヒートポンプ装置としてのヒートポンプ式給湯装置１０は、室外ユニットとしてのヒートポンプユニット１１、室内ユニットとしてのタンクユニット１２、及び蛇口１３などを有して構成される。
【００１４】
ヒートポンプユニット１１は屋外に設置され、圧縮機１６、アキュムレータ１７、室外熱交換器としてのヒートポンプ熱交換器１８及び減圧装置２８がヒートポンプ冷媒配管１９に順次配設されて、冷媒回路の一部を構成する。ヒートポンプ冷媒配管１９における圧縮機１６の吐出側端部は、サービスバルブ２３を用いてユニット間配管２０の往き管２１に接続される。また、ヒートポンプ冷媒配管１９における減圧装置２８側端部は、サービスバルブ２４を用いてユニット間配管２０の戻り管２２に接続される。また、ヒートポンプ熱交換器１８の近傍には送風ファン２５が設置されて、ヒートポンプ熱交換器１８へ送風がなされる。
【００１５】
前記タンクユニット１２は屋内に設置され、貯湯タンク２６及び室内熱交換器としてのガスクーラ２７を備える。
【００１６】
ガスクーラ２７は、タンクユニット冷媒配管２９に配設される。このタンクユニット冷媒配管２９における一端部が、配管接続用ニップル３０を介してユニット間配管２０の往き管２１に接続される。また、タンクユニット冷媒配管２９における他端部が、配管接続用ニップル３３を介してユニット間配管２０の戻り管２２に接続される。これにより、ガスクーラ２７は、ヒートポンプユニット１１の冷媒回路の上記一部と連結されて、冷媒が循環する冷媒サイクルが構成される。
【００１７】
このガスクーラ２７と上記貯湯タンク２６とは、循環ポンプ３４を備えた貯湯用配管３６によりループ状に連結される。
【００１８】
貯湯タンク２６の底部には減圧逆止弁（不図示）を配設した水道水配管３８が接続されて、貯湯タンク２６内へ常に水道水が供給可能とされる。したがって、貯湯タンク２６内には常時水道水圧が作用する。また、貯湯タンク２６の天部に、出湯用電磁弁（不図示）を備えた出湯配管４０が接続されている。
【００１９】
循環ポンプ３４の稼働により貯湯タンク２６の底部の水がガスクーラ２７に送給されると、このガスクーラ２７は、送給された水を、ヒートポンプユニット１１の圧縮機１６から吐出された冷媒ガスの熱によって加熱する。この加熱された水（湯）は貯湯タンク２６の天部へ導かれ、貯湯タンク２６内に例えば約６０℃の湯が貯溜可能とされる。
【００２０】
貯湯タンク２６には、水道水配管３８を介して水道水圧が常時作用しているとこから、蛇口１３の給湯栓を開くことにより、出湯配管４０を経て、貯湯タンク２６内の湯が蛇口１３に給湯される。
【００２１】
ところで、ヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９及びユニット間配管２０には、二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒が充填されて使用されている。この冷媒は、オゾン破壊係数がゼロで、地球温暖化係数が１であるため環境への負荷が小さく、且つ毒性、可燃性が低く安全で安価な冷媒である。
【００２２】
この冷媒は、図２に示すように、圧縮機１６から吐出された後（点Ａ）ユニット間配管２０の往き管２１を通過する間の圧力損失によって点Ｂに至り、ガスクーラ２７に流入する。このガスクーラ２７に流入した冷媒は、ほぼ１０〜１３ＭＰａの高圧状態下で、貯湯用配管３６を流れてガスクーラ２７に至った水と熱交換されて冷却され、点Ｃに至る。
【００２３】
ガスクーラ２７を流出した冷媒は、ユニット間配管２０の戻り管２２を通過する間の圧力損失によって点Ｄに至る。この冷媒は、その後、減圧装置２８により点Ｅのほぼ２〜４ＭＰａまで減圧されてヒートポンプ熱交換器１８へ流入する。この冷媒は、ヒートポンプ熱交換器１８においてほぼ２〜４ＭＰａの低圧状態で完全にガス化され、点Ｆにおいて圧縮機１６に流入する。
【００２４】
なお、図２０の符号Ｘは飽和液線であり、符号Ｙは飽和ガス線である。これらの飽和液線Ｘと飽和ガス線Ｙは臨界点Ｚにおいて交差している。また、図２の符号ａ〜ｆはそれぞれ異なった等温線を示す。
【００２５】
上述のように、この二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒は、高圧側が臨界点Ｚを超えた超臨界域で作動し、Ｒ２２になどのフロン系冷媒に比べ非常に高い圧力となっている。このため、圧縮機１６から吐出された冷媒を流す往き管２１は、この冷媒の密度が高いことから細管（例えば外形６．３５ｍｍ）でも十分に低い圧力損失となる。
【００２６】
また、戻り管２２を流れる冷媒も、往き管２１と同様にガス冷媒であることから、この戻り管２０には、往き管２１を流れる冷媒と同一の重量流量を流すために、往き管２１と同一の口径に設定されている。
【００２７】
また、この戻り管２２と往き管２１とは同一口径のため同一の配管材で事足り、これによって配管材の外側に取り付けられる断熱材も同一で事足りる（尚、上記配管材や断熱材の図示は省略した）。
【００２８】
更に、これらの往き管２１及び戻り管２２を、ヒートポンプユニット１１のヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット１２のタンクユニット冷媒配管２９に接続するためのサービスバルブ２３及び２４、配管接続用ニップル３０および３３は、ヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９、往き管２１、戻り管２２のそれぞれの端部を食い込ませることによって、これらのヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９、往き管２１、戻り管２２を接続させるよう構成されている。
【００２９】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果▲１▼〜▲３▼を奏する。
【００３０】
▲１▼ヒートポンプユニット１１のヒートポンプ冷媒配管１９とタンクユニット１２のタンクユニット冷媒配管２９とを接続するユニット間配管２０の往き管２１と戻り管２２が同一の口径にて構成されたことから、これらの往き管２１、戻り管２２をヒートポンプ冷媒配管１９に接続するためのサービスバルブ２３と２４を共通部品化でき、更に往き管２１、戻り管２２をタンクユニット冷媒配管２９に接続するための配管接続用ニップル３０と３３を共通部品化できる。これらの結果コストを低減できる。また、往き管２１及び戻り管２２は同一の配管材で、更に、この配管材の断熱材も同一で事足りるので、コストを一層低減できる。
【００３１】
▲２▼ヒートポンプユニット１１とタンクユニット１２とが、冷媒を流動させる往き管２１及び戻り管２２にて接続されたことから、これらの往き管２１及び戻り管２２が外部に露出していても凍結することがないので、配管の凍結防止対策を施す必要がない。
【００３２】
▲３▼往き管２１をヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９のそれぞれに接続させるサービスバルブ２３、配管接続用ニップル３０が、往き管２１、ヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９の各端部を食い込ませることによってこれらを接続し、また、戻り管２２をヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９にそれぞれ接続させるサービスバルブ２４、配管接続用ニップル３３が、往き管２１、ヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９の各端部を食い込ませることによってこれらを接続することから、冷媒圧力が非常に高い場合であっても、ヒートポンプ冷媒配管１９、タンクユニット冷媒配管２９、往き管２１、戻り管２２の接続部分の安全性を確保できる。
【００３３】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
例えば、上記実施の形態では、ヒートポンプ装置がヒートポンプ式給湯装置１０の場合を述べたが、空気調和装置であってもよい。
【００３５】
また、戻り管２２内を流れる冷媒温度は、往き管２１内を流れる冷媒温度よりも低く、密度が小さくなるので、戻り管２２は、往き管２１と圧力損失を同程度とする条件下で、往き管２１よりも小さな口径に設定してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１乃至３に記載の発明に係るヒートポンプ式給湯装置によれば、ユニット間配管接続用の接続部品（配管材、断熱材等含む）を共通化してコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートポンプ装置の一実施の形態が適用されたヒートポンプ式給湯装置を示す回路図である。
【図２】図１の冷凍サイクルにおける圧力（Ｐ）‐エンタルピ（ｈ）線図を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ヒートポンプ式給湯装置（ヒートポンプ装置）
１１ヒートポンプユニット（室外ユニット）
１２タンクユニット（室内ユニット）
１６圧縮機
１８ヒートポンプ熱交換器（室外熱交換器）
１９ヒートポンプ冷媒配管
２０ユニット間配管
２１往き管
２２戻り管
２７ガスクーラ（室内熱交換器）
２８減圧装置
２９タンクユニット冷媒配管

Claims

高圧側が超臨界域で作動する冷媒が充填使用された冷凍サイクルを構成する圧縮機、室外熱交換器、減圧装置及び室内熱交換器と、貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置において、
室外に設置されるヒートポンプユニットに、上記圧縮機、上記室外熱交換器及び上記減圧装置を備え、
室内に設置されるタンクユニットに、上記貯湯タンクと、上記室内熱交換器として、冷媒により水を加熱可能なガスクーラとを備え、
上記貯湯タンクと上記ガスクーラとはタンクユニット内において、貯湯用配管を介して貯湯タンク内の水を循環可能に接続され、
上記ヒートポンプユニットと上記タンクユニットとを、上記冷媒を流動させるほぼ同一口径にて構成された複数本のユニット間配管で接続されたこと、
を特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
上記冷媒が二酸化炭素である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装置。
上記ユニット間配管は、ヒートポンプユニットに対しバルブを用いて接続され、タンクユニットに対してニップルを用いて接続されたことを特徴する請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯装置。