JP2008196777A - 水用熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレート式空気調和機の室外機の部品を流用することができ、既存の生産設備を使用でき安価で省エネに優れた水用熱交換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明に係る水用熱交換装置は、セパレータ７により機械室４と送風機室２とに仕切られた室外機１と、送風機室２に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器６と、この空気−冷媒熱交換器６に送風を行うファン３とを配置し、機械室４に、冷媒を圧縮する圧縮機５と、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器９と、電子膨張弁１５ａ，１５ｂと、冷媒を貯留するアキュームレータ８とを配置し、圧縮機５、プレート式熱交換器９、電子膨張弁１５ａ，１５ｂ、空気−冷媒熱交換器６、アキュームレータ８を有する冷媒回路が、室外機１内で完結していることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、冷凍サイクルを用いて温水又は冷水をつくる水用熱交換装置に関する。

アルミ板からなり、メインの冷媒Ａが流入する第１の入り口管及びバイパスさせた低温の冷媒Ｂが流出する第２の出口管を備えた第１の端板と、アルミ材を心材としてアルミろう材を両面にクラッドしたブレージングシートを素材とし、メインの冷媒Ａが流れる流路と低温のバイパス冷媒Ｂを通す穴があけられた第１の流路板と、アルミ板からなり、メインの冷媒Ａを通す穴及び低温のバイパス冷媒Ｂを通す穴があけられた仕切り板と、ブレージングシートを素材とし、バイパス冷媒Ｂが流れる流路とメインの冷媒Ａを通す穴があけられた第２の流路板と、メインの冷媒Ａが流出する第１の出口管及びバイパスさせた低温の冷媒が流入する第２の入り口管を備えた第２の端板とを有し、これら５枚の板材を重ねて雰囲気炉により一括加熱して接合を行う冷凍サイクル機器用室外機の機械室に設けられるプレート型サブクール熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、枠体内の左右方向一方に貯湯タンクを備え、他方の上部には室外熱交換器とファンを、下部には圧縮機と水−冷媒熱交換器及び水循環ポンプを備え、更に室外熱交換器と対向する枠体の上面或いは側面の両方或いはどちらか一方には吸入口を設け、正面に放出口を備えたので、貯湯タンクと室外熱交換器、ファン等を一つの枠体内に収納して、コンパクトにまとめることが出来、更に室外熱交換器は枠体の上面或いは側面から室外空気を吸引して通常通りに熱交換できるので、家屋の壁面にぴったりと隙間なく接して設置出来、無駄な空間がなく設置スペースも少なくスッキリと設置できるヒートポンプ式冷暖房給湯機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、欧州ではエネルギー政策により、石油から電気への転換が急速に進む見込みである。欧州では古くはラジエータ、新しくは床暖房による輻射熱暖房が主流である。この熱源は石油製品が主流であり、この石油製品を高効率のヒートポンプ式暖房機に置き換える需要が拡大している。冷媒にＲ４１０Ａを使用し、インバータ方式のヒートポンプ式暖房機で、ランニングコストが低い。

南欧市場では、住宅・電源事情の関係から、コンパクト・小容量の空気を利用して温水又は冷水を作る水用熱交換装置が主力である。これらの水用熱交換装置は、温水用途のみならず、ファンコイルユニット等の現地アプリケーションへの接続の需要は大きいものがある。ファンコイルユニットは、熱交換器（コイル）・ファンモータユニット・エアーフィルタで構成されたものをいう。必要量の外気は空調機にて調和処理を行い、ファンコイルユニットは主に室内側の温度調整用として用いられる。
特開平８−２７０９８４号公報 特開２００５−８３７１２号公報

しかしながら、前記特許文献１のように、プレート式熱交換器をサブクール熱交換器用として採用している例では、冷媒同士の熱交換を実施する空気調和機の室外機であり、室内機との接続には冷媒配管の現地工事が必須である。

また、前記特許文献２では、ヒートポンプ式給湯機がＣＯ_２冷媒と水の熱交換を採用しているため、欧州のエネルギー政策におけるＣＯ_２排出量削減対策のなかでＣＯ_２を冷媒として使用することは受け入れられにくいという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、セパレート式空気調和機の室外機の部品を流用することができ、既存の生産設備を使用でき安価で省エネに優れた水用熱交換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る水用熱交換装置は、セパレータにより機械室と送風機室とに仕切られた室外機と、送風機室に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と、この空気−冷媒熱交換器に送風を行うファンとを配置し、機械室に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器と、電子膨張弁と、冷媒を貯留するアキュームレータとを配置し、圧縮機、プレート式熱交換器、電子膨張弁、空気−冷媒熱交換器、アキュームレータを有する冷媒回路が、室外機内で完結していることを特徴とする。

この発明に係る水用熱交換装置は、セパレート式空気調和機の室外機のほとんどの部品を流用することができ、既存の生産設備を使用し安価で省エネに優れた給湯機などの冷媒サイクル式の水用熱交換装置を市場へ提供できる。また、冷媒回路が製品の機内で完結しているため現地冷媒配管工事が不要な製品として市場へ供給できる。

実施の形態１．
図１乃至図６は実施の形態１を示す図で、図１は室外機１の外形図、図２は室外機１内部の斜視図、図３は室外機１内部の上面図、図４は冷媒回路図、図５はプレート式熱交換器９の分解斜視図、図６は室外機１内部の斜視図である。

図１に示すように、室外機１は、セパレート式空気調和機の室外機に酷似している。前面側に空気が吹出される前面グリル１ａを備える。室外機１は、冷凍サイクルにより、例えば水を加熱して温水をつくる、又は水を冷却して冷水をつくる装置で、冷凍空調装置の一種の水用熱交換装置である。そして、冷媒回路が室外機１内で完結しているのが特徴である。現地では、水配管工事だけが行われる。そして、既存の空気調和機の室外機を流用できる点に特徴がある。

図２、３において、室外機１は、送風機室２と機械室４とを備え、送風機室２と機械室４とはセパレータ７で仕切られている。送風機室２には、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器６、この空気−冷媒熱交換器６に送風を行うファン３等が配置される。図示はしないが、室外機１は、機械室４の上に電気部品を収納する電気品箱を備える。

また、機械室４には、冷媒の圧縮を行う圧縮機５、この圧縮機５の吸入側に設けられ冷媒を保持するアキュームレータ８、冷媒の流れを切替える四方弁１０、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器９、冷媒の減圧装置として使用される電子膨張弁１５ａ，１５ｂ等が配置される。圧縮機５は、吸入側に吸入マフラー５ａを備える。また、この実施の形態では、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いるとともに、インバータ駆動の圧縮機５によるヒートポンプ運転により、省エネ及びＣＯ_２削減に貢献できる。

プレート式熱交換器９は、正面側に冷媒配管接続口９ａを、背面側に水配管接続口９ｂを有する。プレート式熱交換器９は、その周囲を囲む保持ケースで覆われているが、図２、図３では保持ケースを省略している。

冷媒回路は、図４のような構成である。図４はプレート式熱交換器９に高圧・高温のガス冷媒を圧縮機５から供給し、プレート式熱交換器９の水回路に入る水を加熱する場合を示している。圧縮機５で冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）を圧縮して高圧・高温のガス冷媒とし、四方弁１０を介してプレート式熱交換器９に供給する。プレート式熱交換器９では、冷媒と水とが対向流となり、冷媒と水との間で熱交換が行われて、水が加熱される。プレート式熱交換器９を出た液冷媒は、電子膨張弁１５ｂで過冷却（サブクールをつける）されてアキュームレータ８に入る。さらに、電子膨張弁１５ａで減圧されて二相冷媒となり、空気−冷媒熱交換器６で蒸発し低圧のガス冷媒となり、四方弁１０を介して吸入マフラー５ａから圧縮機５に戻る。プレート式熱交換器９で加熱された高温の水は、図示しない給湯タンク、ファンコイルユニット等に供給される。

また、プレート式熱交換器９で水を冷却する場合は、冷媒の流れは上記と逆方向になる。圧縮機５で冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）を圧縮して高圧・高温のガス冷媒とし、四方弁１０を介して空気−冷媒熱交換器６に供給する。空気−冷媒熱交換器６を出た液冷媒は、電子膨張弁１５ａで過冷却されてアキュームレータ８に入る。さらに、電子膨張弁１５ｂで減圧されて二相冷媒となり、プレート式熱交換器９で蒸発し低圧のガス冷媒となる。プレート式熱交換器９では、冷媒と水とが並行流となり、冷媒と水との間で熱交換が行われて、水が冷却される。プレート式熱交換器９から出た低圧のガス冷媒は、四方弁１０を介して吸入マフラー５ａから圧縮機５に戻る。プレート式熱交換器９で冷却された水は、例えばファンコイルユニットに供給され冷房等に利用される。

また、既に述べたように、プレート式熱交換器９の背面側に配置された水配管接続口９ｂへの水配管工事は現地にて施工する。

冷媒に、Ｒ４１０Ａを使用するので、欧州のエネルギー政策におけるＣＯ_２排出量削減対策に対しても、受け入れられるものである。

機械室４における部品の配置について、更に説明する。図３に示すように、最も重量のある圧縮機５を機械室４のセパレータ７側に配置する。このとき、吸入マフラー５ａの平面面積が比較的大きいので、吸入マフラー５ａが機械室４の中央部付近に位置するようにする。これにより、機械室４のスペースを有効に使用することができる。

アキュームレータ８は、圧縮機５の側部で、室外機１の長手方向端部（室外機１の正面側コーナ）に配置される。圧縮機５と、アキュームレータ８とは、室外機１の正面側（図２では下側）に配置される。プレート式熱交換器９は、アキュームレータ８と圧縮機５との背面側（室外機１の背面側コーナ）に配置される。プレート式熱交換器９は正面側に冷媒配管接続口９ａをもち背面側に水配管接続口９ｂをもつ（図３参照）。

このように機械室４内に、圧縮機５、アキュームレータ８及びプレート式熱交換器９を配置することで、機械室４内の冷媒配管接続をコンパクトにし、重量配分もバランスがよくなる。

プレート式熱交換器９の構成であるが、公知のものを使用するので、図５により、簡単に内部構成を説明する。図５では、外周カバーを構成する筒状体は省略している。プレート式熱交換器９は、一方の最外端のプレート９ｄに、冷媒配管接続口９ａが設けられる。また、他方の最外端のプレート９ｄに、水配管接続口９ｂが設けられる。最外端のプレート９ｄの間に、複数の波形状の伝熱プレート９ｃが並べて配置される。伝熱プレート９ｃの間に、交互に冷媒流路９ｅと、水流路９ｆとが形成される。そして、伝熱プレート９ｃに、各冷媒流路９ｅと冷媒配管接続口９ａとを接続する冷媒連通穴９ｇが設けられる。また、伝熱プレート９ｃに、各水流路９ｆと水配管接続口９ｂとを接続する水連通穴９ｈが設けられる。

図６に示すように、プレート式熱交換器９の水配管接続口９ｂを室外機１の側面に配置してもよい。

以上のように構成するることで、セパレート式空気調和機の室外機のほとんどの部品を流用することができ、既存の生産設備を使用し安価で省エネに優れた製品（水用熱交換装置）を市場へ提供できる。

また、室外機１は、正面から見ての意匠性は空気調和機の室外機そのものであり、背面側や側面側に水配管接続口９ｂを設けることにより、水配管工事は空気調和機の室外機と室内機とを冷媒配管接続する工事のように施工することができる。

実施の形態２．
図７、図８は実施の形態２を示す図で、図７は室外機１内部の斜視図、図８は室外機１のステー１１の部分拡大図である。

図７に示すように、ステー１１（補強部材の一例）は、セパレータ７と室外機側面パネル１２とにネジ固定され室外機１の強度を向上させている。

また、図８に示すように、ステー１１はＵ字切欠き部１１ａまたはＶ字切欠き部１１ｂを備えている。例えば、室外機１のサービス点検時に、冷媒の圧力を確認するための圧力計１３を、Ｕ字切欠き部１１ａまたはＶ字切欠き部１１ｂに引っ掛けて仮置きすることができる（図７参照）。

また、ステー１１にバンド１４も設けてあるため電源用または通信用のケーブルを固定する機能を備える。

本実施の形態に示すように、室外機１の内部に、補強部材としてステー１１を設置することにより、室外機１の強度を向上させることができる。また、補強部材にＵ字切欠き部１１ａまたはＶ字切欠き部１１ｂなどの切欠き部を設置することによりサービス点検時に必要な圧力計等を、安定して仮置きすることが可能となる。

上記実施の形態では、四方弁１０を設けて冷媒の流れを切り替え、温水と冷水とを作る例を示しているが、四方弁１０を省略して、温水のみまたは冷水のみを作るようにしてもよい。

この発明に係る水用熱交換装置は、セパレータにより機械室と送風機室とに仕切られた室外機と、送風機室に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と、この空気−冷媒熱交換器に送風を行うファンとを配置し、記機械室に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器と、電子膨張弁と、冷媒を貯留するアキュームレータとを配置し、圧縮機、プレート式熱交換器、電子膨張弁、空気−冷媒熱交換器、アキュームレータを有する冷媒回路が、室外機内で完結していることにより、セパレート式空気調和機の室外機のほとんどの部品を流用することができ、既存の生産設備を使用し安価で省エネに優れた給湯機などの冷媒サイクル式の水用熱交換装置を市場へ提供できる。また、冷媒回路が製品の機内で完結しているため現地冷媒配管工事が不要な製品として市場へ供給できる。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、機械室において、圧縮機の側部にアキュームレータを配置して室外機の長手方向に並べ、圧縮機及びアキュームレータの背面側にプレート式熱交換器を配置し、プレート式熱交換器の水回路との接続口を室外機の背面または側面に配置したことにより、機械室内の冷媒配管接続をコンパクトにし、重量配分もバランスがよくなる。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、室外機が、筐体の一部を構成する室外機側面パネルを有し、セパレータと室外機側面パネルを固定する補強部材を設けたことにより、室外機の強度が向上する。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、冷媒にＲ４１０Ａを用いることにより、ＣＯ_２排出量削減に貢献する。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、冷媒回路に、冷媒の流れを切り替える四方弁を備えたことにより、温水または冷水を作ることができる。

実施の形態１を示す図で、室外機１の外形図。 実施の形態１を示す図で、室外機１内部の斜視図。 実施の形態１を示す図で、室外機１内部の上面図。 実施の形態１を示す図で、冷媒回路図。 実施の形態１を示す図で、プレート式熱交換器９の分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、室外機１内部の斜視図。 実施の形態２を示す図で、室外機１内部の斜視図。 実施の形態２を示す図で、室外機１のステー１１の部分拡大図。

符号の説明

１ 室外機、１ａ 前面グリル、２ 送風機室、３ ファン、４ 機械室、５ 圧縮機、５ａ 吸入マフラー、６ 空気−冷媒熱交換器、７ セパレータ、８ アキュームレータ、９ プレート式熱交換器、９ａ 冷媒配管接続口、９ｂ 水配管接続口、９ｃ 伝熱プレート、９ｄ 最外端のプレート、９ｅ 冷媒流路、９ｆ 水流路、９ｇ 冷媒連通穴、９ｈ 水連通穴、１０ 四方弁、１１ ステー、１１ａ Ｕ字切欠き部、１１ｂ Ｖ字切欠き部、１２ 室外機側面パネル、１３ 圧力計、１４ バンド、１５ａ 電子膨張弁、１５ｂ 電子膨張弁。

Claims (5)

1. セパレータにより機械室と送風機室とに仕切られた室外機と、
   前記送風機室に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と、この空気−冷媒熱交換器に送風を行うファンとを配置し、
   前記機械室に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器と、電子膨張弁と、冷媒を貯留するアキュームレータとを配置し、
   前記圧縮機、前記プレート式熱交換器、前記電子膨張弁、前記空気−冷媒熱交換器、前記アキュームレータを有する冷媒回路が、前記室外機内で完結していることを特徴とする水用熱交換装置。
2. 前記機械室において、前記圧縮機の側部に前記アキュームレータを配置して前記室外機の長手方向に並べ、前記圧縮機及び前記アキュームレータの背面側に前記プレート式熱交換器を配置し、該プレート式熱交換器の水回路との接続口を前記室外機の背面または側面に配置したことを特徴とする請求項１記載の水用熱交換装置。
3. 前記室外機は、筐体の一部を構成する室外機側面パネルを有し、前記セパレータと前記室外機側面パネルを固定する補強部材を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水用熱交換装置。
4. 前記冷媒にＲ４１０Ａを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水用熱交換装置。
5. 前記冷媒回路に、冷媒の流れを切り替える四方弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水用熱交換装置。

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