JP2013015287A - 温水熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースが狭く、凍結防止ヒータ等の部品を必要としない温水熱源機を得ること。
【解決手段】圧縮機１３と、冷媒−水熱交換器１８の冷媒流路１８ａと、膨張弁１４と、空気−冷媒熱交換器１１と、送風機１２と、を有する冷媒回路８１と、外部の室内放熱器２の下流側に接続される戻り配管接続口７と、貯留タンク１７と、循環ポンプ１６と、前記冷媒−水熱交換器１８の水熱媒流路１８ｂと、一端が前記水熱媒流路１８ｂに接続され他端が前記室内放熱器２に接続される往き配管接続口６と、を有する水熱媒回路８２と、水平仕切板８により上室９と下室１０とに仕切られ、前記上室９に、前記冷媒回路８１の空気−冷媒熱交換器１１及び送風機１２を配置し、前記下室１０に、前記冷媒回路８１の圧縮機１３、冷媒−水熱交換器１８、膨張弁１４、及び、前記水熱媒回路８２を構成する機器、を配置したキャビネット３と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷媒回路と水熱媒回路を備えるヒートポンプ方式の温水熱源機に関する。

従来、特許文献１及び２に開示されているように、ヒートポンプ方式で温水を生成する温水熱源機は、空気調和機の室外ユニットの上部に、水熱媒回路の熱交換ユニットを配置している。室外ユニット内は、ファン室と機械室に仕切られている。ファン室には、空気と冷媒との間で熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と空気−冷媒熱交換器に空気を供給するファンが配置され、機械室には、冷媒を圧縮する圧縮機と各機器を制御する制御部等が配置されている。

ファン室の外郭背面には、空気の吸込口を設け、外郭前面には、空気の吹出口が設けられている。また、ファン室と機械室とはセパレータで仕切られ、ファンが吸込口以外から外気を吸込まない構造としている。室外ユニットの底面にはドレンパンが備えられ、結露水を回収し、ドレンパンに備えられた開口部から外部へ排出している。

熱交換ユニットは、水熱媒を循環させる循環ポンプ、水熱媒の蒸発及び膨張を許容するための貯留タンク、冷媒と水熱媒との熱交換を行う冷媒−水熱交換器等を備えている。室外ユニットと熱交換ユニットとは、冷媒配管で接続され、室外ユニットで高温となった冷媒が冷媒配管を通り、熱交換ユニットの冷媒−水熱交換器を循環し、水熱媒と熱交換して水熱媒を加熱する。加熱された水熱媒は、熱交換ユニットの外郭に設けられた配管接続口から床暖房やパネルヒーター等の室内放熱機へ供給される。

特開平０３ー００１０５７号公報 特開２００３ー２６９７４７号公報

しかしながら、上記のような、室外ユニットと熱交換ユニットに分離された従来の温水熱源機では、室外ユニットのファン室と機械室を横に並べて配置しているので、ファン室＋機械室の広さの設置スペースを必要とする。そのため、都心部等の住宅地では、温水熱源機を設置するスペースの確保が難しい、という問題がある。特に、マンション等の集合住宅では、ベランダ等の限られたスペースに温水熱源機を設置しなければならず、この問題が顕著である。

また、ベランダ等に床固定で温水熱源機を設置する場合、温水熱源機の下部に空気吹出口を設けているため、空気吹出口の正面が壁となり、空気吹出口より排出された冷気が壁に当り、温水熱源機の上部へ流れ、そのまま、温水熱源機の背面に設けた空気吸込口から吸込まれる。この現象は、空気のショートサイクルと呼ばれ、熱交換能力の低下を惹き起こす、という問題がある。

また、室内放熱機に水熱媒を供給する配管は、通常、住宅の床下から配管されるため、温水熱源機の上部の熱交換ユニットに配管接続口を設けた従来の構造では、床下からの配管を上方向へ曲げて温水熱源機の上部の熱交換ユニットに配管接続する必要がある。そのため、配管の施工性が悪い、という問題がある。

また、外気温が０℃以下になる地域では、ドレンパンで回収された結露水が凍結する。凍結した氷が成長し、空気−冷媒熱交換器に着氷すると、熱交換能力が低下するため、通常、凍結防止ヒーター等を設け、結露水の凍結を防止している。そのため、部品点数が増え、コストアップとなる、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設置スペースが狭く、空気のショートサイクルが発生し難く、室内放熱器への配管の施工性がよく、凍結防止ヒータ等の部品を必要としない温水熱源機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の下流側に接続された冷媒−水熱交換器の冷媒流路と、該冷媒流路の下流側に接続された膨張弁と、一端が前記膨張弁の下流側に接続され他端が前記圧縮機の上流側に接続された空気−冷媒熱交換器と、該空気―冷媒熱交換器に外気を供給する送風機と、を有する冷媒回路と、温水配管を介して外部の室内放熱器の下流側に接続される戻り配管接続口と、該戻り配管接続口の下流側に接続された貯留タンクと、該貯留タンクの下流側に接続された循環ポンプと、該循環ポンプの下流側に接続された前記冷媒−水熱交換器の水熱媒流路と、一端が前記水熱媒流路の下流側に接続され他端が温水配管を介して前記室内放熱器の上流側に接続される往き配管接続口と、を有する水熱媒回路と、水平仕切板により上室と下室とに仕切られ、前記上室に、前記冷媒回路の空気−冷媒熱交換器及び送風機を配置し、前記下室に、前記冷媒回路の圧縮機、冷媒−水熱交換器、膨張弁、及び、前記水熱媒回路を構成する機器、を配置したキャビネットと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温水熱源機の設置スペースを、従来のファン室と同等の狭いスペースとすることができる。また、空気−冷媒熱交換機及び送風機を温水熱源機の上部に配置したので、空気のショートサイクルによる熱交換能力の低下を防止することができる。また、室内放熱器への配管接続口をキャビネットの下室に設けたので、配管施工が容易である。さらに、水平仕切板で結露水を回収することにより、凍結防止ヒータ等の部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。

図１は、本発明に係る温水熱源機の実施の形態を示す回路図である。 図２は、実施の形態の温水熱源機の正面図である。 図３は、実施の形態の温水熱源機の機器の配置を示す正面図である。 図４は、実施の形態の温水熱源機の機器の配置を示す斜視図である。 図５は、実施の形態の温水熱源機の後方斜視図である。 図６は、空気−冷媒熱交換器をＬ字形に形成した場合の平面図である。 図７は、空気−冷媒熱交換器をコ字形に形成した場合の平面図である。 図８は、空気−冷媒熱交換器を傾斜させて配置した場合の側面図である。 図９は、建物への温水配管の敷設方法を示す図である。

以下に、本発明にかかる温水熱源機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明に係る温水熱源機の実施の形態を示す回路図である。図１に示すように、実施の形態の温水熱源機９０は、空気−冷媒熱交換器１１により外気から熱を取込む冷媒回路８１と、冷媒−水熱交換器１８により冷媒回路８１の熱を取込む水熱媒回路８２と、を備えている。

冷媒回路８１は、冷媒を圧縮する圧縮機１３と、圧縮機１３の下流側に接続された冷媒−水熱交換器１８の冷媒流路１８ａと、冷媒流路１８ａの下流側に接続された膨張弁１４と、一端が膨張弁１４の下流側に接続され他端が圧縮機１３の上流側に接続された空気−冷媒熱交換器１１と、を有し、環状に配管接続され、冷凍サイクルを構成している。冷媒回路８１内の冷媒は、圧縮機１３で圧縮されて高温、高圧のガス冷媒となり、凝縮器としての冷媒−水熱交換器１８の冷媒流路１８ａに送られ、水熱媒回路８２の水熱媒と熱交換し、低温、高圧の液冷媒となる。低温、高圧の液冷媒は、膨張弁１４を通って減圧され、低温、低圧の液冷媒となり、蒸発器としての空気−冷媒熱交換器１１に送られ、外気から熱を取込んで蒸発し、低温、低圧のガス冷媒となり、再び、圧縮機１３へ送られて循環される。

水熱媒回路８２は、温水配管２４（図９参照）を介して外部の室内放熱器（床暖房パネル、パネルヒーター等）２の下流側に接続される戻り配管接続口７と、戻り配管接続口７の下流側に接続された貯留タンク１７と、貯留タンク１７の下流側に接続された循環ポンプ１６と、循環ポンプ１６の下流側に接続された冷媒−水熱交換器１８の水熱媒流路１８ｂと、一端が水熱媒流路１８ｂの下流側に接続され他端が温水配管２４を介して室内放熱器２の上流側に接続される往き配管接続口６と、を有し、環状に配管接続され、温水サイクルを構成している。冷媒−水熱交換器１８で高温となった水熱媒は、往き配管接続口６を通って室内放熱器２で放熱し、低温となって戻り配管接続口７へ戻り、循環される。

外気温度が低下し、空気−冷媒熱交換器１１のフィン表面が０℃以下となると、空気中の水分が凝固しフィンに着霜する。着霜状態で運転を続けると、霜が成長しフィンの目詰まりが起こり、空気が流れ難くなる。これにより、熱交換能力が低下するため、圧縮機１３の下流側と膨張弁１４の下流側を、電磁開閉弁１５を介して接続するバイパス回路を設け、フィンの除霜を行なっている。除霜方法は、外気温度及び空気−冷媒熱交換器１１の表面温度を検出し、着霜する温度条件となったとき、電磁開閉弁１５を開き、圧縮機１３で高温となった冷媒を空気−冷媒熱交換器１１に送り、一定時間運転して霜を融解する。除霜後、電磁開閉弁１５を閉じ、通常の冷凍サイクルへと戻る。

図２は、実施の形態の温水熱源機の正面図である。図２に示すように、実施の形態の温水熱源機９０は、縦長直方体のキャビネット３を有している。キャビネット３の前面上部には、空気の吹出口４が設けられ、側面下部には、水熱媒を室内放熱機２に供給する往き配管接続口６、及び、室内放熱機２から水熱媒を戻す戻り配管接続口７が配置されている。

図３は、実施の形態の温水熱源機の機器の配置を示す正面図であり、図４は、実施の形態の温水熱源機の機器の配置を示す斜視図であり、図５は、実施の形態の温水熱源機の後方斜視図である。図３〜図５を参照して、実施の形態の温水熱源機９０のキャビネット３内の機器の配置について説明する。

キャビネット３は、水平仕切板８により上下に仕切られている。水平仕切板８より上方を上室９、下方を下室１０と呼ぶこととする。上室９には、空気−冷媒熱交換器１１と、空気−冷媒熱交換器１１に空気を供給する送風機１２を配置している。キャビネット３の上室９背面には、空気の吸込口５が設けられている。

送風機１２はプロペラファンであり、キャビネット３の上室９背面に設けられた吸込口５から外気を吸込み、空気−冷媒熱交換器１１の風路を通過させ、キャビネット３の上室９前面に設けられた吹出口４から排出している。図示しないが、送風機１２は、水平仕切板８とキャビネット３の天板との間に垂直に架け渡されたファンサポートに支持されている。

空気−冷媒熱交換器１１は、フィンコイル式熱交換器であり、水平方向に九十九折された管路内を冷媒が流れ、送風機１２により供給された外気が管路外を流れることにより、外気から冷媒へ熱が移動し熱交換される。冷媒に比べ、空気は熱伝達率が小さいので、管路外にプレート状のフィンを垂直方向に取り付け、伝熱量を増加させている。フィンの材質は、熱伝導率の高いアルミニウムを用いている。

図６は、空気−冷媒熱交換器をＬ字形に形成した場合の平面図であり、図７は、空気−冷媒熱交換器をコ字形に形成した場合の平面図であり、図８は、空気−冷媒熱交換器を傾斜させて配置した場合の側面図である。実施の形態の温水熱源機９０では、空気−冷媒熱交換器１１を、吸込口５に沿う長方形としているが、図６に示すように、キャビネット３の一側面及び背面に沿うＬ字状に形成したり、図７に示すように、キャビネット３の両側面及び背面に沿うコ字状に形成したり、図８に示すように、長方形の空気−冷媒熱交換器１１を、前後方向に傾斜させ、夫々、空気−冷媒熱交換器１１が対向するキャビネット３の背面及び側面に吸込口５を設ければ、空気−冷媒熱交換器１１の熱交換面積が増え、熱交換能力を増加させることができる。

図３及び図４に示すように、下室１０には、冷媒を圧縮して高温、高圧にする圧縮機１３、冷媒を膨張させ減圧する膨張弁１４、空気−冷媒熱交換器１１の除霜運転を行うための電磁開閉弁１５、水熱媒を水熱媒回路８２内に循環させる循環ポンプ１６、水熱媒の蒸発及び膨張を許容する貯留タンク１７、冷媒と水熱媒との間で熱交換する冷媒−水熱交換器１８、及び、貯留タンク１７の前方に位置し各機器を制御する図示しない制御部、を配置している。

冷媒−水熱交換器１８は、プレート式熱交換器である。ステンレス製のプレートを複数枚重ね、各プレート間にできる隙間に、冷媒と水熱媒とを交互に流し、プレートを介して冷媒と水熱媒との熱交換を行っている。プレート式熱交換器は、二重管式熱交換器等の、他の熱交換器に比べて省スペースで配置することができ、温水熱源機９０の小型化に貢献している。

膨張弁１４は、小さな孔に冷媒を通し、孔の出口で冷媒を急膨張させることにより、冷媒を減圧させる。冷媒温度を検出して弁の開度を自動調整する温度式の膨張弁１４や、極細管の中に冷媒を通して出口で膨張させるキャピラリーチューブ等が用いられる。

貯留タンク１７は、開放容器となっており合成樹脂で成型されている。貯留タンク１７が開放容器であるため、水熱媒を循環させるために、貯留タンク１７の下流側に循環ポンプ１６を配置する必要がある。また、冷媒−水熱交換器１８の上流側に循環ポンプ１６を配置すれば、室内放熱機２で放熱されて低温となった水熱媒が循環ポンプ１６内を流れるため、循環ポンプ１６の耐久性が高い。以上のことから、上述した実施の形態の水熱媒回路８２の機器の接続順が最適である。

水平仕切板８は、上室９と下室１０の間を仕切り、送風機１２が吸込口５以外から大気を吸込むのを防止すると共に、空気−冷媒熱交換器１１から流下する結露水を受け止めるドレンパンの役割を果たす。水平仕切板８で回収された結露水は、水平仕切板８の中央部に設けられた開口部１９に接続されたドレンパイプ２０により、キャビネット３の外部へ排出される。水平仕切板８の材質は、結露水による腐食を防止するため、高耐食溶融亜鉛めっき鋼板である。また、全周を絞り加工して浅い箱状に形成し、キャビネット３との間の隙間を無くし、下室１０への結露水の流下と空気の漏れを防止している。

また、従来の温水熱源機では、ドレンパンをキャビネットの底に配置しているため、ドレンパンが外気に接し、外気温度が０℃以下になると結露水が凍結する。実施の形態の温水熱源機９０では、７０℃〜９０℃の高温の冷媒が流れる圧縮機１３及び冷媒−水熱交換器１８を下室１０に配置しているので、両者からの放熱により水平仕切板８が温められ、凍結防止ヒーターを設けなくとも、結露水の凍結を防止することができる。

外気温度が著しく低い地域では、圧縮機１３及び冷媒−水熱交換器１８の放熱では、水平仕切板８の加温が不足する恐れがあり、凍結防止ヒーターを備える必要があるが、内部加温が不足しない条件では、凍結防止ヒーターを作動させなくてもよく、また、凍結防止ヒーターの容量を、従来よりも小さくすることができるため、安価で且つ省エネ性に優れた温水熱源機９０が得られる。

以上説明したように、実施の形態の温水熱源機９０は、キャビネット３内を上室９と下室１０に仕切り、上室９に空気−冷媒熱交換器１１と送風機１２を配置したので、特許文献１及び２に開示された温水熱源機のファン室の広さの設置面積で設置することができ、設置スペースを削減することができる。

図９は、建物への温水配管の敷設方法を示す図である。図２に示すように、水熱媒回路８２の往き配管接続口６及び戻り配管接続口７は、キャビネット３の下部に配置されている。図９に示すように、建物床下に配管される温水配管２４は、建物の基礎２１に設けられたスリーブ孔２２を、建物内から建物外へ通される。一般的に、建物の基礎２１は、地面からの高さが、４００〜６００ｍｍであり、温水配管用のスリーブ孔２２の高さは、１００〜３００ｍｍである。往き配管接続口６及び戻り配管接続口７を、建物の温水配管用のスリーブ孔２２と同等の高さに設けることにより、温水配管２４を上下方向に曲げる必要がなく、温水配管２４の長さが短くなり、温水熱源機９０と温水配管２４を繋ぐ配管施工が容易となる。

２ 室内放熱機
３ キャビネット
４ 吹出口
５ 吸込口
６ 往き配管接続口
７ 戻り配管接続口
８ 水平仕切板
９ 上室
１０ 下室
１１ 空気−冷媒熱交換器
１２ 送風機
１３ 圧縮機
１４ 膨張弁
１５ 電磁開閉弁
１６ 循環ポンプ
１７ 貯留タンク
１８ 冷媒−水熱交換器
１８ａ 冷媒流路
１８ｂ 水熱媒流路
１９ 開口部
２０ ドレンパイプ
２１ 基礎
２２ スリーブ孔
２４ 温水配管
８１ 冷媒回路
８２ 水熱媒回路
９０ 温水熱源機

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の下流側に接続された冷媒−水熱交換器の冷媒流路と、該冷媒流路の下流側に接続された膨張弁と、一端が前記膨張弁の下流側に接続され他端が前記圧縮機の上流側に接続された空気−冷媒熱交換器と、該空気―冷媒熱交換器に外気を供給する送風機と、を有する冷媒回路と、
   温水配管を介して外部の室内放熱器の下流側に接続される戻り配管接続口と、該戻り配管接続口の下流側に接続された貯留タンクと、該貯留タンクの下流側に接続された循環ポンプと、該循環ポンプの下流側に接続された前記冷媒−水熱交換器の水熱媒流路と、一端が前記水熱媒流路の下流側に接続され他端が温水配管を介して前記室内放熱器の上流側に接続される往き配管接続口と、を有する水熱媒回路と、
   水平仕切板により上室と下室とに仕切られ、前記上室に、前記冷媒回路の空気−冷媒熱交換器及び送風機を配置し、前記下室に、前記冷媒回路の圧縮機、冷媒−水熱交換器、膨張弁、及び、前記水熱媒回路を構成する機器、を配置したキャビネットと、
   を備えることを特徴とする温水熱源機。
2. 前記水平仕切板により前記空気−冷媒熱交換器から流下する結露水を回収し、前記圧縮機及び冷媒−水熱交換器の熱により前記結露水の凍結を防ぎ、ドレンパイプにより前記キャビネットの外部へ排出することを特徴とする請求項１に記載の温水熱源機。
3. 前記往き配管接続口及び往き配管接続口は、前記キャビネットの下部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温水熱源機。

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