JP2007218462A - ヒートポンプ蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ回路と蓄熱槽を１つの筐体に収納する構成において、装置の奥行き寸法を小さく、無駄な空間を低減して、小型で薄型の装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、絞り手段３、蒸発器４を有するヒートポンプ回路５と、前記放熱器２に接続され、少なくとも略角部を有する蓄熱部６と、前記蓄熱部６の略角部と略相似形状の略角部を有する筐体７とを備え、前記ヒートポンプ回路５と前記蓄熱部６とを、前記蓄熱部６の略角部と前記筐体７の略角部とが対向するように前記筐体７内に配設する構成としたもので、前記蓄熱部６の略角部と前記筐体７の略角部とが対向することで、装置内部の無駄な空間を低減し蓄熱部の厚みを小さくすることとなり、小型で薄い装置を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯および暖房等に利用するヒートポンプ蓄熱装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ蓄熱装置は、ヒートポンプ回路とヒートポンプ回路の放熱器に接続する丸型の蓄熱槽とを１つの筐体に収納していた。この時、施工現場においてヒートポンプ回路と蓄熱槽との接続配管工事を省略することにより、ヒートポンプ回路と蓄熱槽とを分離した装置に対して施工性に優れた一体型ヒートポンプ給湯機を構成していた（例えば、非特許文献１参照）。

図１０は、非特許文献１に記載された従来のヒートポンプ蓄熱装置を示すものである。

図１０に示すように、圧縮機１と放熱器２と絞り手段３と蒸発器４とを順に接続して構成するヒートポンプ回路５と、丸型の蓄熱槽６と、筐体７とから構成されている。
「２００５年度日本冷凍空調学会年次大会講演論文集」２００５年１０月２３日 Ｃ２０４-１〜４

しかしながら、前記従来の構成では、装置の奥行き寸法は丸型の蓄熱槽の直径より小さくすることが出来ないため、装置の奥行き寸法が大きくなるとともに筐体に丸型の蓄熱槽を収納することにより、装置のコーナー部などに無駄な空間が生じ、装置全体の寸法も大きくなり、狭小地等の住宅立地条件では設置が困難で、設置性が悪いという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒートポンプ回路と蓄熱槽を１つの筐体に収納する構成において、装置の奥行き寸法を小さく、無駄な空間を低減して、小型で薄型の装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ蓄熱装置は、圧縮機、放熱器、絞り手段、蒸発器を有するヒートポンプ回路と、前記放熱器に接続され、少なくとも略角部を有する蓄熱部と、前記蓄熱部の略角部と略相似形状の略角部を有する筐体とを備え、前記ヒートポンプ回路と前記蓄熱部とを、前記蓄熱部の略角部と前記筐体の略角部とが対向するように前記筐体内に配設する構成としたもので、前記蓄熱部の略角部と前記筐体の略角部とが対向することで、同一内容積の丸型の蓄熱槽の直径に比較して、角型の蓄熱層の厚みを大幅に小さくしコーナー部などに発生する無駄な空間を低減することになり、装置全体の小型化と薄型化を実現することができる。

本発明のヒートポンプ蓄熱装置は、ヒートポンプ回路と蓄熱部を１つの筐体に収納することにより、狭小地等の住宅立地条件に設置可能な施工性と設置性に優れた小型で薄型の装置を実現することができる。

第１の発明は、圧縮機、放熱器、絞り手段、蒸発器を有するヒートポンプ回路と、前記放熱器に接続され、少なくとも略角部を有する蓄熱部と、前記蓄熱部の略角部と略相似形
状の略角部を有する筐体とを備え、前記ヒートポンプ回路と前記蓄熱部とを、前記蓄熱部の略角部と前記筐体の略角部とが対向するように前記筐体内に配設する構成としたもので、前記蓄熱部の略角部と前記筐体の略角部とが対向することで、装置内部の無駄な空間を低減し蓄熱部の厚みを小さくすることとなり、小型で薄い装置を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の蓄熱部の内部に、波板と平板とを接合積層した複数の補強板を設けたもので、蓄熱部の耐圧性能が向上することとなり、給水圧の高い水道等に装置を直接接続して大量出湯することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の蓄熱部に、波板と平板とを接合積層して形成する空間部に蓄熱体を設けたもので、角型の蓄熱層の蓄熱能力を拡大することとなり、水を蓄熱する装置に比較して角型の蓄熱層と装置全体を大幅に小型化することができる。

第４の発明は、特に第１から第３の発明のいずれかの蓄熱部を、蓄熱体を埋め込んだ複数の穴を有する板状多穴管を積層して形成したもので、簡易な構造で大きな蓄熱容量を実現することとなり、装置を小型化して耐圧性を向上することができる。

第５の発明は、特に第１から第４の発明のいずれかの蓄熱部と放熱器とを一体に断熱する断熱体を設けたもので、蓄熱部と放熱器とから放熱する熱量を低減することとなり、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転をすることができる。

第６の発明は、特に第１から第４の発明のいずれかのヒートポンプ回路の高圧側と低圧側とを熱交換する内部熱交換器を備え、蓄熱部と前記内部熱交換器とを一体に断熱する断熱体を設けたもので、蓄熱部と内部熱交換器とから放熱する熱量を低減することとなり、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転をすることができる。

第７の発明は、特に第１から第４のいずれかの発明の蓄熱部の周囲を覆う真空断熱材を設けたもので、断熱剤を曲げ加工することなく厚みの薄い高性能の断熱材で蓄熱部から放熱する熱量を低減することとなり、真空断熱材の性能を低下させることなく装置を小型化することができる。

第８の発明は、特に第１から第７のいずれかの発明の筐体の底部に、蓄熱部を配設したもので、装置の重心を低い位置に設定することとなり、奥行き寸法の小さい薄い形状の装置においても転倒を防止して安定した設置をすることができる。

第９の発明は、特に第１から第８の発明の蒸発器と蓄熱部とで、前記蒸発器の送風流路を形成する構成としたもので、蒸発器と風回路の占有空間を低減して装置を小型化することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものでない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図１において、圧縮機１と放熱器２と絞り手段３と送風ファン８を備えた蒸発器４とを順に接続して構成するヒートポンプ回路５と、循環ポンプ９を介して放熱器２に接続する略角型の蓄熱部６とを、角型の１つの筐体７に、蓄熱部６の略角部と筐体７の略角部とが対向するように収納して構成している。なお、蓄熱部６の略角部と筐体７の略角部とは略
相似形状となっている。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱運転においては、ヒートポンプ回路５の圧縮機１を運転して冷媒を循環し、絞り手段３によって低圧低温にした冷媒を蒸発器４に流すことにより、送風ファン８で送られた空気から熱を吸収する。蒸発器４で得られた熱は放熱器２において、循環ポンプ９で循環する蓄熱部６内の貯水に伝えて蓄熱部６内に蓄える。一方、給湯等の放熱運転においては、水道水を蓄熱部６の下側の入口に給水することにより上側の出口より給湯する。

この時、ヒートポンプ回路５と蓄熱部６は１つの筐体７に収納して構成することにより、装置のコーナー部等に生じる無駄な空間を最少にし、丸型の蓄熱槽の直径に比較して蓄熱部６の厚みを薄くして装置の奥行き寸法を小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、蓄熱部６の厚みを薄くし、筐体７内の無駄な空間を低減することとなり、現場での配管工事を省略して施工性と設置性に優れた小型で薄い一体型のヒートポンプ蓄熱装置を実現することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図２において、蓄熱部６は波板１０と平板１１を接合積層した複数の補強板１２を設けて構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱部６は、銅またはステンレスの金属性の波板１０と平板１１を接触面にてロー付け等の加工により接合した補強板１２を複数枚積層して内部に設け、さらに個々の補強板１２と蓄熱部６の内壁の接触部をロー付け等の加工により接合して構成することにより、槽内の圧力が上昇する場合においても変形を少なくして破損を防止することができる。

以上のように、本実施の形態においては、蓄熱部６の内部に補強板１２を接合して複数枚積層することにより、耐圧性を向上することとなり、装置の小型化を図れる小型化構造においても給水圧の高い水道などを直接接続して利用することができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図３において、蓄熱部６は内部に波板１０と平板１１を接合積層して構成する補強板１２の空間部１３に潜熱蓄熱剤を有する蓄熱体１４を設けて構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱運転においては、蓄熱部６の上部から高温の湯を入れて内部を流して蓄熱体１４に放熱したあと低温になった水を下部から出してヒートポンプ回路等の熱源に戻すように温水を循環して蓄熱体１４に蓄熱し、放熱運転は蓄熱部６の下部に給水して内部を流
して蓄熱体１４から熱を取り出して高温となった湯を上部からとり出して給湯等に供することとなる。この時、水より比熱の大きな潜熱蓄熱剤等を蓄熱体１４として用いることにより蓄熱能力を向上して装置を小型化することができる。

以上のように、本実施の形態においては、蓄熱部６の内部に波板１０と平板１１を接合積層して構成する補強板１２の空間部１３に蓄熱体１４を有する構成とすることにより、蓄熱能力の大きな耐圧性に優れた小型の装置を実現することができる。

（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図４において、蓄熱部６は、長さ方向に複数の穴１５を有する銅またはアルミなどの金属性の板状多穴管１６を複数枚積層し、１部の穴に潜熱蓄熱剤を有する蓄熱体１４を埋め込んで構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱運転時は、蓄熱部６の上部に温水を供給し板状多穴管１６の穴１５に流して穴１５の１部に埋め込んだ蓄熱体１４に放熱し低温になった水を下部より排出するように循環し、放熱運転は蓄熱部６の下部に給水して板状多穴管１６の穴１５に流して穴１５の１部に埋め込んだ蓄熱体１４から熱を取り出して高温となった湯を上部からとり出して給湯等に供することとなる。この時、水より比熱の大きな潜熱蓄熱剤等を蓄熱体１４として用いることにより、蓄熱能力を向上して装置を小型化することができる。

以上のように、本実施の形態においては、板状多穴管１６を複数枚積層し１部の穴に潜熱蓄熱剤を有する蓄熱体１４を埋め込むことにより耐圧性と蓄熱能力を向上し、装置を小型化することができる。

（実施の形態５）
図５は本発明の第５の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図５において、蓄熱部６と、平板に穴を設けて形成した水流路１７と高温冷媒流路１８ａを有する平板状の放熱器２とを一体に断熱する断熱体１７を設けて構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱部６内の水を循環する水流路１７とヒートポンプ回路の冷媒を循環する高温冷媒流路１８ａとを有する平板状の放熱器２を、高温冷媒流路１８ａ側を蓄熱部６に接する用に設け、外周をグラスウールまたは樹脂の成型品で構成する断熱体１７で覆うことにより、放熱器２から外部への放熱を低減し特に高温となる高温冷媒流路１８ａからの放熱を防止することができる。

以上のように、本実施の形態においては蓄熱部６と平板状の放熱器２とを一体に断熱する断熱体１７を設けることにより、外部への放熱を低減して、配管スペースなどを低減することができるので、蓄熱性能を向上し装置を小型化することができる。

（実施の形態６）
図６は本発明の第６の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図６において、蓄熱部６と、平板に穴を設けて形成した高温冷媒流路１８ａと低温冷媒流路１８ｂとを有する平板状の内部熱交換器２０とを一体に断熱する断熱体１７を設けて構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、ヒートポンプ回路の冷媒を循環する高温冷媒流路１８ａと低温冷媒流路１８ｂを有する平板状の内部熱交換器２０を、高温冷媒流路１８ａ側を蓄熱部６に接する用に設け、外周をグラスウールまたは樹脂の成型品で構成する断熱体１７で覆うことにより、内部熱交換器２０から外部へ放熱する熱量を低減することができる。

以上のように、本実施の形態においては蓄熱部６と平板状の内部熱交換器２０とを一体に断熱する断熱体１７を設けることにより、外部への放熱を低減して、配管スペースなどを低減することができるので、蓄熱性能を向上し装置を小型化することができる。

（実施の形態７）
図７は本発明の第７の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図７において、筐体７の内部には圧縮機１や蒸発器４などのヒートポンプ回路の部品を上部に配し、蓄熱部６を底部に配して構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、筐体７の低部に最も重量の重い蓄熱部６を配することにより、装置の重心は低い位置に設定することとなり、転倒を防止して安定した設置を行うことができる。
この時、筐体７の底面寸法に近づけた寸法に蓄熱部６を設計することにより筐体７のコーナー部に発生する無効な空間を大幅に低減することができる。

以上のように、本実施の形態においては、筐体７の低部に蓄熱部６を設けることにより、地震などにおける装置の転倒を防止して、装置を小型化することができる。

（実施の形態８）
図８は本発明の第８の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図８において、蓄熱部６の周囲を覆う平板状真空断熱材２１を設けて構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱部６の平面状の周囲面を平板形状を保った状態で平板状真空断熱材２１で覆うことにより、曲げ加工等を行う必要がなく、真空断熱剤の密閉度を低下させることがないので、高断熱性能を維持した状態で断熱施工することとなる。この時、断熱体として真空断熱剤を用いることにより断熱体の厚みも薄くすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、周囲が平面形状である蓄熱部６を平板状真空断熱材２１で覆うことにより、真空断熱材の高断熱性能を損なうことなく蓄熱部６を断熱して放熱を低減することとなり、蓄熱性能を向上して装置を小型化することができる。

（実施の形態９）
図９は本発明の第９の実施の形態のヒートポンプ蓄熱装置の構成図を示すものである。

図９において、Ｕ字状蒸発器２２の開口部を蓄熱部６の１面で塞いで風回路を形成し、筐体７の上部に送風ファン８を設けて構成している。

以上のように構成されたヒートポンプ蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、送風ファン８を運転することにより、空気はＵ字状蒸発器４の周囲から吸い込まれ筐体７の上部から外に排出される。この時、筐体７の底部と蓄熱部６の１面が風回路の壁面を構成することにより、特別な風回路部品を追加することなく簡易な構成で安定した空気の流れを形成することができる。

以上のように、本実施の形態においては、蒸発器をＵ字型に加工して形成し、筐体７の底部と蓄熱部６で風回路を構成することにより、風回路空間とＵ字状蒸発器２２の占有する容積を低減することとなり、装置を小型化することができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ蓄熱装置は、高効率な蓄熱運転が可能となるので、住宅の暖房、浴室暖房乾燥、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。

（ａ）本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ蓄熱装置の回路図（ｂ）同ヒートポンプ蓄熱装置の斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２における蓄熱装置の断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同蓄熱装置の正面図 （ａ）本発明の実施の形態３における蓄熱装置の断面図（図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同蓄熱装置の正面図 （ａ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の断面図（図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同蓄熱装置の正面図 （ａ）本発明の実施の形態５における蓄熱装置の断面図（図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同蓄熱装置の正面図 （ａ）本発明の実施の形態６における蓄熱装置の断面図（図６（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同蓄熱装置の正面図 本発明の実施の形態７におけるヒートポンプ蓄熱装置の斜視図 （ａ）本発明の実施の形態８における蓄熱装置の断面図（図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同蓄熱装置の正面図 本発明の実施の形態８におけるヒートポンプ蓄熱装置の斜視図 （ａ）従来のヒートポンプ蓄熱装置の回路図（図１０（ｂ）のＡ−Ａ断面図）（ｂ）同ヒートポンプ蓄熱装置の斜視図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 絞り手段
４ 蒸発器
５ ヒートポンプ回路
６ 蓄熱部
７ 筐体
８ ファン
９ 循環ポンプ
１０ 波板
１１ 平板
１２ 補強板
１３ 空間部
１４ 蓄熱体
１５ 穴
１６ 平板多穴管
１７ 水流路
１８ａ 高温冷媒流路
１８ｂ 低温冷媒流路
１９ 断熱体
２０ 内部熱交換器
２１ 平板状真空断熱剤
２２ Ｕ字状蒸発器

Claims (9)

1. 圧縮機、放熱器、絞り手段、蒸発器を有するヒートポンプ回路と、前記放熱器に接続され、少なくとも略角部を有する蓄熱部と、前記蓄熱部の略角部と略相似形状の略角部を有する筐体とを備え、前記ヒートポンプ回路と前記蓄熱部とを、前記蓄熱部の略角部と前記筐体の略角部とが対向するように前記筐体内に配設する構成としたヒートポンプ蓄熱装置。
2. 蓄熱部は、波板と平板とを接合積層した補強板を有する請求項１に記載のヒートポンプ蓄熱装置。
3. 蓄熱部は、波板と平板とを接合積層して形成される空間部に蓄熱体を設ける構成とした請求項１または２に記載のヒートポンプ蓄熱装置。
4. 蓄熱部は、蓄熱体を埋め込んだ複数の穴を有する板状多穴管を積層して形成する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ蓄熱装置。
5. 蓄熱部と放熱器とを一体に断熱する断熱体を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ蓄熱装置。
6. ヒートポンプ回路の高圧側と低圧側とを熱交換する内部熱交換器を備え、蓄熱部と前記内部熱交換器とを一体に断熱する断熱体を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ蓄熱装置。
7. 蓄熱部の周囲を、真空断熱材で覆う構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ蓄熱装置
8. 筐体の底部に蓄熱部を配設する構成とした請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ蓄熱装置
9. 蒸発器と蓄熱部とで、前記蒸発器の送風流路を形成する構成とした請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ蓄熱装置。

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