JP2012013302A - ヒートポンプ式の熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気用熱交換器の熱交換効率の向上を図るとともに、ヒートポンプ構成機器の保守、点検作業を容易に行えるようにする。
【解決手段】筺体２内に、空気用熱交換器７、圧縮機および熱交換器等のヒートポンプ構成機器が収容されたヒートポンプ式の熱源機１である。筺体２は、両側面を下方に向けて幅が縮小するように傾斜して形成した上部筐体２０と、該上部筐体下面に連続して設けられた下部筐体２１とからなり、空気用熱交換器７は前記上部筐体２０に取付けられ、下部筐体２１の幅長は、上部筐体２０の幅長よりも小さく設定され、その差が４００ｍｍ以上に設定されていることにある。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯装置、空気調和装置、冷凍装置等に使用されるヒートポンプ式の熱源機に関する。

例えば、貯湯槽等に所定温度の湯を循環供給するヒートポンプ式の熱源機１００は、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、直方体形状の筺体１０１内に、ヒートポンプサイクルが組み込まれたものである。すなわち、筺体１０１下部には、冷媒を圧縮させる圧縮機１０３と、水と冷媒間との熱交換を行う水熱交換器１０４と、冷媒を膨張させる膨張弁１０５とが収容されている。また、筺体１０１上部には、互いに平行な一対の空気用熱交換器１０６、１０６と、送風機１０７とが配設されている。

かかる熱源機１００は、出力能力に応じて複数台が併設されて使用される場合がある。このように複数台の熱源機１００を併設する際に、空気用熱交換器１０６、１０６を通過する空気を、如何にして熱交換に寄与させるかが、熱交換効率を向上させる点において重要である。

そのため、送風機１０７から吸い込まれる空気が、平行となった筺体側面から取り入れ易いように、熱源機１００同士を所定の間隔を有して設置しているのが現状である。このように、熱源機１００同士を所定の間隔を有して設置する場合には、設置スペースが大きくなるため、設置場所に制約がある。

そこで、互いの熱源機を隣接するように複数併設した場合であっても、熱交換器の熱交換能力の低下を防止するように工夫された熱源機が公知である。かかる熱源機１００は、図１４に示すように、正面視矩形状の下部筺体１０１Ａの上部に、Ｖ字列とされた水熱交換器１０６、１０６を配置したものである。

しかしながら、前記図１４に記載の熱源機１００は、下部筺体１０１Ａの両端部が、熱交換器１０６、１０６の下部より突出しているため、熱交換器１０６、１０６を通過する空気の速度分布が悪化する問題があった。すなわち、下部筺体１０１Ａの両端部が、熱交換器１０６、１０６の下部を通過する空気の障害となり、空気の滞留が生じ易くなる欠点がある。その結果、熱交換器の下部は、上部に比し熱交換効率が低下する傾向にある。

そこで、複数台の熱源機１００を併設した場合に、空気の速度分布が悪化するの防止した熱源機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる熱源機は、筺体が正面視および背面視においてＸ形状（くびれた鼓形）を呈しているものである。すなわち、筺体が、両側面に空気吸込口を設けると共に、両側面を下方に向けて幅が縮小するように傾斜して形成した熱交換室と、熱交換室の下面に連続して設けられ、両側面が下方に向けて幅が拡大するように傾斜して形成した機械室とから構成されている。そして、熱交換室には、一対の空気用熱交換器がＶ字状に取付けられている。

特開２００７−１６３０１７号公報

前記特許文献１に記載の熱源機は、筺体がくびれた鼓形を呈しているため、この鼓形形状の熱源機を複数台併設した場合には、両方の熱源機間にひし形状の空間が形成されることから、この空間から空気を筺体内に取り入れることは可能である。

しかしながら、機械室は両側面が下方に向けて幅が拡大する形状であるため、機械室同士は下方に向けて互いに接近していることとなる。従って、機械室に収納されたヒートポンプ構成機器の保守、点検作業の際には、作業スペースが十分に確保できず、ヒートポンプ構成機器の保守、点検作業が困難となる問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、空気用熱交換器の熱交換効率の向上を図るとともに、ヒートポンプ構成機器の保守、点検作業を容易に行えるヒートポンプ式の熱源機を提供することを目的とする。

本発明が講じた解決手段は、筺体内に、空気用熱交換器、圧縮機および熱交換器等のヒートポンプ構成機器が収容されたヒートポンプ式の熱源機において、前記筺体は、両側面を下方に向けて幅が縮小するように傾斜して形成した上部筐体と、該上部筐体下面に連続して設けられた下部筐体とからなり、前記空気用熱交換器は前記上部筐体に取付けられ、前記下部筐体の幅長は、前記上部筐体の幅長よりも小さく設定され、前記上部筐体の幅長と前記下部筐体の幅長との差が、４００ｍｍ以上に設定されていることにある。

また、前記ヒートポンプ式の熱源機を複数台設置してなることにある。

前記本発明の熱源機は、熱源機同士の上部を接触させて設置しても、その構造上両者間に間隔が形成できるため、熱源機間に空気の取り込みスペースを確保することができる。また、上部筐体の幅長と下部筐体の幅長との差が、４００ｍｍ以上に設定されているので、熱源機間に作業者が入る十分なスペースが確保できる。その結果、このスペースを利用して下部筐体内に収容されたヒートポンプ構成機器の保守、点検作業を容易且つ迅速に行える。

なお、上部筺体の幅長と下部筺体の幅長とは、熱源機が併設される方向の長さであって、それぞれの幅方向の最大長さをいう。従って、ヒートポンプ式の熱源機を複数台設置した場合には、各熱源機の下部筺体同士の間隔を、４００ｍｍ以上に設定することが可能である。

本発明は、筺体内に、空気用熱交換器、圧縮機および熱交換器等のヒートポンプ構成機器が収容されたヒートポンプ式の熱源機において、前記筺体は、両側面を下方に向けて幅が縮小するように傾斜して形成した上部筐体と、該上部筐体下面に連続して設けられた下部筐体とからなり、前記空気用熱交換器は前記上部筐体に取付けられ、前記下部筐体の幅長は、前記上部筐体の幅長よりも小さく設定され、ヒートポンプ式の熱源機を複数台設置し、下部筐体同士の間隔が一定値以上に設定されていることにある。

本発明は、空気用熱交換器の熱交換効率の向上を図るとともに、ヒートポンプ構成機器の保守、点検作業を容易に行える。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式の熱源機を複数台併設した状態を示す斜視図である。 同熱源機を複数台併設した状態を示す正面図である。 同熱源機の正面断面図である。 同熱源機の側面断面図である。 同熱源機の平面断面図である。 同熱源機の平面図である。 風速実験に使用した本発明の熱源機の正面図である。 同熱源機の空気用熱交換器を示す正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の熱源機による風速実験の結果をそれぞれ示す図である。 風速実験に使用した従来の熱源機の正面図である。 同熱源機の空気用熱交換器を示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の熱源機による風速実験の結果をそれぞれ示す図である。 従来の熱源機を示し、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は正面断面図である。 従来の熱源機を示す正面図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１〜図６は、例えば、給湯装置および冷水供給装置に使用される本発明のヒートポンプ式の熱源機の一実施形態を示す。なお、本実施の形態では、ヒートポンプ式の熱源機１は、３台が併設された場合を例示するが、ヒートポンプ式の熱源機１は、その他２台、４台等の複数台が設置可能である。

ヒートポンプ式の熱源機１は、筐体２にヒートポンプ構成機器からなるヒートポンプサイクルが組み込まれて構成されたものである。筐体２は、上方の熱交換室（上部筺体）２０と、下方の機械室（下部筺体）２１とから構成されている。

下部筺体２１は、直方体形状のフレーム２１ａに前後左右側壁２１ｂ、２１ｃ、２１ｄがそれぞれ取付けられたものである。この下部筺体２１内には、図３〜図５に示すように、冷媒を圧縮させる圧縮機３と、水と冷媒間との熱交換を行う熱交換器としての水熱交換器５と、冷媒を膨張させる膨張弁（図示省略）、インバータ９と、アキュムレータ８と、制御ボックス１０とが収容されている。

水熱交換器５は、例えば、冷媒流路と水流路とを内外２重管５ａをコイル状に巻いて構成した水熱交換器が採用されている。この水熱交換器５は、図３および図５に示すように、制御ボックス１０の側面側に並設されている。また、内外２重管５ａは、下部筺体２１の長手方向（下部筺体２１の前後方向）に沿って設けられている。すなわち、内外２重管５ａは、下部筺体２１の長手方向に沿う一対の直線部５ｂ、５ｂと、直線部５ｂ、５ｂの両端を連結する円弧部５ｃ、５ｃとからなる。このように、内外２重管５ａを配置することにより、水熱交換器５の幅長（直線部５ｂ、５の間隔）を狭くすることができるため、設置スペースが小さくなる。

なお、水熱交換器５は、多数の金属プレートを重ね合わせることにより、冷媒流路と水流路とを形成した従来公知のものも採用可能である。かかる水熱交換器５は、多数の金属プレートからなるため、小型に構成できる。

上部筺体２０は、フレーム２０ａに前後壁２０ｂ、２０ｃおよび天壁２０ｄがそれぞれ取付けられたものである。上部筺体２０の両側面は、開口され且つ下方に向けて幅長が次第に狭くなるように傾斜状（Ｖ字状）に設けられている。そして、両側面には、各開口を閉塞するようにＶ字配列とされた一対の空気用熱交換器７、７が取付けられている。

また、前記上部筺体２０の天壁２０ｄであって前記空気用熱交換器７、７の上方に位置して形成された空気吹出口２５に、ファンからなる送風機２６が設けられている。従って、この送風機２６により上部筺体２０の両側から吸い込まれた空気は、それぞれの空気用熱交換器７、７を通過して、上部筺体２０上方に排出されるようになっている。

図２に示すように、上部筺体２０の天壁２０ｄの幅長Ｗ１に対して、下部筺体２１の幅長Ｗ２が短くなるように設定されている。ここで、上部筺体２０の天壁２０ｄの幅長Ｗ１および下部筺体２１の幅長Ｗ２とは、熱源機１が併設される方向の長さであって、それぞれの幅方向の最大長さをいう。また、下部筺体２１は上下面の幅長Ｗ２が同等に設定されており、正面視において矩形状となっている。

また、上部筺体２０および下部筺体２１は、図５および図６に示すように、平面視において長方形状に形成されており、上部筺体２０の天壁２０ｄの幅長Ｗ１と下部筺体２１の幅長Ｗ２との差（Ｗ１−Ｗ２）が４００ｍｍ以上（一定値以上）に設定されている。また、下部筺体２１は、上部筺体２０の幅方向の中央位置に設けられている。

このように、上部筺体２０を下方に向けて幅が狭くなる形状とし、さらに、上部筺体２０の下面の幅長と、下部筺体２１の上面の幅長Ｗ２とを同等に設定することにより、筐体２は、正面視および背面視がＹ字状を呈している。

なお、本実施の形態では、上部筺体２０および下部筺体２１の短辺を幅長とし、上部筺体２０の長辺側に空気用熱交換器７、７を配置している場合について例示したが、反対に上部筺体２０および下部筺体２１の長辺を幅長とし、上部筺体２０の短辺側に空気用熱交換器７、７を配置する構成でもよい。

そして、互いに隣接するヒートポンプ式の熱源機１の上部筺体２０の上縁部同士は接触または接近しており、下部筺体２１同士の間隔Ｌ３が、４００ｍｍ以上に設定されている。このように、下部筺体２１の間隔Ｌ３を、４００ｍｍ以上に設定することにより、下部筺体２１に収納された圧縮機３や水熱交換器５等のヒートポンプ構成機器の保守、点検作業の際に、筺体間に作業者が入り、ヒートポンプ構成機器を下部筺体２１を引き出したりするのに最適な空間（スペース）Ｋが確保されている。

本実施形態のヒートポンプ式の熱源機１は、以上の構成からなり、次に、その熱源機１を使用する場合について説明する。

先ず、水熱交換器５で水を加熱する場合（給湯装置に使用する場合）には、送風機２６で大気から吸熱し、空気用熱交換器７に大気熱を集め、冷媒に熱を伝える。高温度となった冷媒は、圧縮機３で圧縮され、さらに高温度となる。高温度となった冷媒の熱を水熱交換器５で水に伝え湯を沸かす。熱を失った冷媒は、膨張弁を介して再び空気用熱交換器７へ送られる。

次に、水熱交換器５で水を冷却する場合（冷水供給装置に使用する場合）には、図示省略の四方弁を切り替えて、圧縮機３で圧縮された冷媒が、各空気用熱交換器７に流入する。一方、送風機２６の働きにより、筺体２側部から吸い込まれた空気は、空気用熱交換器７を通過して、空気用熱交換器７を流れる高温冷媒と熱交換して加熱され、筺体２外に排出される。

前記のように、熱源機１で湯を供給する場合または冷水を供給する場合の何れ場合においても、熱源機１間にはスペースＫが確保されていることから、かかる熱源機１が障害となることなく、スペースＫをスムーズに通して空気を空気用熱交換器７に十分に取り込むことが可能である。従って、各熱源機１の空気用熱交換器７、７の熱交換を効率よく行うことができる。

また、下部筺体２１に収納された圧縮機３や水熱交換器５等のヒートポンプ構成機器の保守、点検作業の際には、熱源機１間に確保されているスペースＫは、下部筺体２１間の上下方向にわたって同じ幅に設定されているため、従来の機械室下方に向けて幅が拡大する熱源機と異なり、作業者が熱源機１間に入る十分なスペースが確保できる。従って、作業者は、熱源機１間に確保されたスペースＫに入り、下部筺体２１の側壁２１ｄを着脱して、部品の保守、点検作業を容易且つ迅速に行うことが可能である。

次に、本実施の形態の熱源機１と従来の熱源機との性能を比較する実験を行ったので、その結果について説明する。

図７に示すように、本実施形態の熱源機は３台が併設されている。そして、各熱源機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの空気用熱交換器７、７の鉛直方向に対する傾斜角度θは、１１°に設定されているとともに、下部筺体２１同士の間隔Ｌ１が、略４００ｍｍに設定されている。

図８は本実施形態の熱源機１Ａ、１Ｂ、１Ｃに取付けられた空気用熱交換器７を示す。空気用熱交換器７は、１〜４行で且つＡ〜Ｅ列からなる２０個のモジュール７ａから構成されている。なお、熱源機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの左右側面には、同様の空気用熱交換器７、７が取付けられている。

そして、送風機２６を作動させて空気用熱交換器７を通過する空気の送風計測結果を、図９に示す。同図において、（ａ）は開放側熱源機（図７に示す左端側の熱源機）１Ａの左側面の各モジュール７ａの風速値を示す。（ｂ）は開放側熱源機１Ａの右側面の各モジュール７ａの風速値を示す。（ｃ）は中央側熱源機１Ｂの左側面の各モジュール７ａの風速値を示す。（ｄ）は中央側熱源機１Ｂの右側面の各モジュール７ａの風速値を示す。

これら（ａ）〜（ｄ）の表に示すように、開放側熱源機１Ａおよび中央側熱源機１Ｂの各モジュール７ａにおいて略同等の風速が計測された。この実験結果から明らかのように、開放側熱源機１Ａ、１Ｃおよび中央側熱源機１Ｂでの風量差はほとんどなく、いずれの熱源機１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいても平均した風量が流れることが確認できた。

また、図１０に示すように、図１３で示した従来の熱源機１００を所定間隔に設置する。空気用熱交換器１０６は、図１１に示すように、１〜３行で且つＡ〜Ｃ列からなる９個のモジュール１０６ａから構成されている。

そして、従来の熱源機１００の空気用熱交換器１０６を通過する空気の送風計測結果を、図１２に示す。同図において、（ａ）は熱源機１００の左側面の各モジュール１０６ａの風速値を示す。（ｂ）は熱源機１００の右側面の各モジュール１０６ａの風速値を示す。

以上のように、従来の熱源機１００の熱交換器１０６の面積（能力システム）に比し、本実施形態の熱源機１の空気用熱交換器７の面積は、略２倍であるが、それに比例して、本実施形態の熱源機１の各空気用熱交換器７の平均風量は、従来の熱源機１００の空気用熱交換器１０６の平均風量の２倍以上となる。

なお、平均風量Ｆａ＝空気用熱交換器の面積×平均風速で求めることができる。例えば、図８および図９（ａ）において、空気熱交換器の正面面積Ａｆｒ＝1.766m²、平均風速Ｕａｖ＝1.97m/sとなる。

従って、平均風量Ｆａを求めると、Ｆａ＝1.766ｍ²×1.97m/s×60ｓ/min＝208.74m³/min≒209m³/minとなる。

かかる実験結果より、空気用熱交換器を傾斜させた本実施形態の熱源機でも、空気用熱交換器が平行に配置された従来の熱源機と同等以上の風量を確保することが可能であることが確認できた。

また、空気用熱交換器が鉛直方向に２面平行に設置している従来の熱源機では、空気の取り込みスペースを確保するために、一定の距離を確保する必要があった。

しかしながら、本実施形態の熱源機では、熱源機同士の上部を接触させて設置した場合であっても、両者間に、その構造上空気の取り込みスペースを確保することができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、水熱交換器５は、設置スペースを考慮して圧縮機３等の上方に設置して、下部筺体２１の幅方向に嵩張らないようにすることも可能である。

本実施の形態は、ヒートポンプ給湯装置以外に、空気調和装置、冷蔵装置、冷凍装置等を構成してもよい。

１ ヒートポンプ式の熱源機
２ 筐体
３ 圧縮機
５ 水熱交換器
７ 空気用熱交換器
２０ 上部筺体
２１ 下部筺体
２６ 送風機

Claims (3)

1. 筺体内に、空気用熱交換器、圧縮機および熱交換器等のヒートポンプ構成機器が収容されたヒートポンプ式の熱源機において、
   前記筺体は、両側面を下方に向けて幅が縮小するように傾斜して形成した上部筐体と、該上部筐体下面に連続して設けられた下部筐体とからなり、前記空気用熱交換器は前記上部筐体に取付けられ、
   前記下部筐体の幅長は、前記上部筐体の幅長よりも小さく設定され、前記上部筐体の幅長と前記下部筐体の幅長との差が、４００ｍｍ以上に設定されていることを特徴とするヒートポンプ式の熱源機。
2. 前記請求項１に記載のヒートポンプ式の熱源機を複数台設置してなることを特徴とするヒートポンプ式の熱源機。
3. 筺体内に、空気用熱交換器、圧縮機および熱交換器等のヒートポンプ構成機器が収容されたヒートポンプ式の熱源機において、
   前記筺体は、両側面を下方に向けて幅が縮小するように傾斜して形成した上部筐体と、該上部筐体下面に連続して設けられた下部筐体とからなり、前記空気用熱交換器は前記上部筐体に取付けられ、
   前記下部筐体の幅長は、前記上部筐体の幅長よりも小さく設定され、ヒートポンプ式の熱源機を複数台設置し、下部筐体同士の間隔が一定値以上に設定されていることを特徴とするヒートポンプ式の熱源機。

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