JP2015075252A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器のフィンが筐体に押し付けられるような構成ではないヒートポンプ式の冷凍サイクル装置において、蒸発器の通風抵抗の増加を抑え、振動音を減衰する。
【解決手段】冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、冷媒と空気の熱交換を行う蒸発器と、圧縮機と蒸発器とを収納する筐体とを備えたヒートポンプ式の冷凍サイクル装置において、蒸発器は筐体の側面に固定され、筐体と蒸発器の間に、振動を減衰させる振動減衰体（９）を設けたことにより達成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプ式の冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置においては、圧縮機の回転振動、あるいは圧縮機の冷媒吸入、吐出による冷媒脈動が振動源となり、それぞれの接続配管、接触箇所、冷媒流路に伝わり、共振や振動による騒音の問題が起きる。特にヒートポンプ式給湯機のような夜間蓄熱型の機器に関しては一般的に小さな運転音であっても、深夜に沸上げ運転を行うため、問題になることがある。その運転音の一部は振動源から伝達して蒸発器より発生することがあり、特許文献１のように蒸発器のフィン１枚ごとに防振対策が行われている。また、振動した蒸発器が直接筐体に触れている場合には、特許文献２のように蒸発器のフィンが筐体に押し付けられるような構成の場合には、蒸発器と筐体が接触する箇所に弾性材を装着し、接触により発生するびびり音の対策が行われている。

特開平１０−４７８７７ 公開実用新案 平３−１０７６３２

しかしながら, 特許文献１の方法では、蒸発器のフィン１枚１枚に処理を施すため、製造コストの増加をまねき、さらに通風抵抗の増加により吸熱性能の低下を引き起こす。また、特許文献２では蒸発器のフィンが直接接触しないような状態についての対策案を述べていない。

本発明は、蒸発器のフィンが筐体に押し付けられるような構成ではない冷凍サイクル装置において、蒸発器の通風抵抗の増加を抑え、振動音を減衰することを目的とする。

上記目的は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記冷媒と空気の熱交換を行う蒸発器と、前記圧縮機と前記蒸発器とを収納する筐体とを備えたヒートポンプ式の冷凍サイクル装置において、前記蒸発器は前記筐体の側面に固定され、前記筐体と前記蒸発器の間に、振動を減衰させる振動減衰体を設けたことにより達成される。

本発明によれば、蒸発器のフィンが筐体に押し付けられるような構成ではない冷凍サイクル装置において、蒸発器の通風抵抗の増加を抑え、振動音を減衰することができる。

ヒートポンプ式給湯機の概要を示す図。 フィンチューブ型熱交換器の構成例を示す図。 振動の伝達経路を示す図。 振動減衰体の設置例１を示す図。 振動減衰体の設置例２を示す図。 振動減衰体の設置例３を示す図。 振動減衰体の設置例４を示す図。 振動減衰体の設置例５を示す図。 振動減衰体の設置例６を示す図。

本実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る冷凍サイクル装置としては、ヒートポンプ給湯機や空調機、冷凍機等があるが、この限りではない。本実施例は、ヒートポンプ給湯機に用いた場合について説明する。本実施形態のヒートポンプ給湯機は、蒸発器と筐体との間に振動を減衰する振動減衰体（制振体）としての弾性体を設けている。これにより、蒸発器のフィン１枚１枚の振動により発生する音（共鳴振動音を含む）を減衰させる構造としている。この振動減衰体としての弾性体の素材には、制振効果の高い（大きい）ブチルゴム系素材を用い、これを発泡して多孔質構造にした弾性体（発泡ブチルゴム）を用いた。

ブチルゴム系素材は、接着性・粘性の性質を備えるため蒸発器のフィンと筐体との接触部が極めて滑り難いこと、また比重が大きいこと、等から制振効果が大きい。接触部が滑り難いことから、接触している各部材の劣化が抑制できる効果も得られる。しかも、多孔質構造にした弾性体の振動減衰体を用いることにより、両者の間に圧縮した状態に介在し配置するようにできるため、蒸発器と筐体との間の寸法が多少違っていても制振効果を容易に得ることができる。すなわち、高い寸法精度・組み立て精度を必要とせずに、必要な制振効果を容易に得ることができる。このため、製造コストの低減も可能になる。

以下では、本実施形態の実施形態に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を説明した後に、本実施形態に関わる構成について更に具体的に説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット１と貯湯ユニット２とを備えている。ヒートポンプユニット１は、圧縮機３と、水冷媒熱交換器４と、減圧弁５と、蒸発器６とで主に構成されている。そして、圧縮機３、水冷媒熱交換器４、減圧弁５、及び蒸発器６は、この順番で冷媒が循環するように配管で環状に連結されている。なお、本実施形態での冷媒としては、二酸化炭素が使用されている。そして、ヒートポンプユニット１では、圧縮機３より吐出される冷媒（二酸化炭素）の吐出圧力が臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを使用している。

圧縮機３は、環状の回路から戻ってきた冷媒を圧縮すると共に、圧縮した高温のガス冷媒（以下、ホットガスということがある）を再び環状の回路に送り出している。更に具体的には、蒸発器６から戻ってきた冷媒を圧縮して水冷媒熱交換器４に向かって送り出している。

水冷媒熱交換器４は、圧縮機３から吐出されたホットガスを流通させる冷媒伝熱管２ａと、水を流通させる水伝熱管２ｂとを備えている。これらの冷媒伝熱管２ａ及び水伝熱管２ｂは、冷媒と水とが相互に熱交換するよう密着して設けられている。また、各伝熱管の流れは対向するように構成されている。
減圧弁５は、水冷媒熱交換器４と蒸発器６との間に配置される配管の途中に設けられており、電動膨張弁が使用されている。この減圧弁５は、水冷媒熱交換器４からの中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低温低圧冷媒として蒸発器６に送り出している。

蒸発器６は、送風機７の回転によって外気を取り入れた空気（送風）と、蒸発器６内を流通する冷媒との熱交換を行って、外気から熱を汲み上げるものである。蒸発器６の構成例を図２に示す。蒸発器６は、フィンチューブ型の熱交換器であり、必要に応じた吸熱性能を確保するために１列以上で構成されている。図２では２列で構成されており、減圧弁５から送り込まれた冷媒は１列目のアルミフィンと銅管のアセンブリ（アセンブリ１）に入る。そして、冷媒は、この蒸発器６の２列目のアセンブリ（アセンブリ２）から送りだされ、圧縮機３に戻されることとなる。尚、図２では上下方向に延在する多数のフィンの一部のみ図示している。

圧縮機３、水冷媒熱交換器４、減圧弁５、送風機７、蒸発器６は筐体８(底板や天板などからなる)に、ほぼ収納されている。図示はしないが蒸発器６の端部は、鉄のプレートを介して、筐体８の底板の側面部(上下方向に延びる面)にネジで固定されている。

次に、このようなヒートポンプユニット１と共にヒートポンプ給湯機を構成する貯湯ユニット２について説明する。貯湯ユニット２は、水（被加熱流体）を貯蔵するタンク１６を備えている。このタンク１６は、送出配管３６の他端と接続されている。そして、タンク１６は、給湯配管３８ｂの一端と接続されている。給湯配管３８ｂの他端には、図示しない給湯口が設けられる。

タンク１６は、供給配管３５の他端とも接続されている。そして、タンク１６は、給水配管３８ａの一端と接続されている。給水配管３８ａの他端には、図示しない給水口が設けられる。

給水配管３８ａは、タンク１６の上流側から分岐して、給湯配管３８ｂにその先端が合流するように接続される分岐配管３８ｃを備えている。この分岐配管３８ｃは、湯水混合弁１７を介して給湯配管３８ｂに接続されている。

ちなみに、湯水混合弁１７は、その開口度合いに応じて、給水配管３８ａ及び分岐配管３８ｃを介して給湯配管３８ｂに流れ込む水の量を調節することで、給湯配管３８ｂの他端に設けられる給湯口（図示省略）から出る湯の温度を調節する。
次に、本実施形態に関わるヒートポンプユニット１の構成を説明する。ヒートポンプユニット１が沸き上げ運転を開始すると、圧縮機３、送風機７、減圧弁５が動作を開始し、貯湯ユニット２のタンク１６に湯が貯められる。このとき、図３に示すように圧縮機３の回転振動、あるいは冷媒吸込み、及び吐出時の冷媒脈動、送風機７の回転振動、あるいは送風による振動は図３の矢印の方向に沿って伝達していく。圧縮機３の振動は、冷媒配管を通して蒸発器６に、あるいは水冷媒熱交換器４、減圧弁５を経て蒸発器６に伝達し、更に送風機７の振動も蒸発器に伝達する。これらの振動の伝達により蒸発器のフィン１枚１枚が振動し、音を発生する。そこで、本実施形態のヒートポンプ１では、蒸発器６と筐体８の間に振動を減衰する振動減衰体９を設けることにより、蒸発器のフィンから発生する音を低減する。

蒸発器６の振動を低減するために、図４に示すように蒸発器６の上下面全体、あるいは下面全体に振動減衰体９を配置する。この配置方法は、蒸発器６の上下方向に延在するフィン１枚１枚の端部が振動減衰体９と接触して振動が抑えられ、結果フィンの剛性を向上させることができるため、振動音の抑制効果が大きい。但し、振動減衰体９の使用はコストの増加につながるため、使用量が多いことは好ましくない。図５に示すように音の抑制効果に応じて下面のみに振動減衰体９を配置することもできる。さらに、図４、５では蒸発器６と筐体８の間に１枚の振動減衰体９を設けているが、図６に示すように複数枚に分割して設けてもよい。なお、筐体８と振動減衰体を圧着させるとより防音効果が高くなるが、この限りではない。

また、上記実施例と構成が同様のヒートポンプユニット１において、図７に示すように蒸発器６の長手方向の長さをLとしたときに、最も振動しやすいＬ／２より±Ｌ／４の範囲に振動減衰体９を１枚、あるいは複数配置することで、防音効果を得ることができる。なお、±Ｌ／４は、両端固定の梁の振動を考えた際の２次の振動のピーク点を示している。例えば蒸発器６の送風機７が配置されている付近の下面のみに振動減衰体９を配置すれば、蒸発器６のフィンの振動を効果的に抑制することができ、コストの増加も抑えることができるが、この限りではない。

さらに、上記実施例と構成が同様のヒートポンプユニット１において、図８に示すように蒸発器６の冷媒流路出口側が接続されているフィンと銅管のアセンブリ側（アセンブリ２）と筐体の間のみに振動減衰体９を挟み込むことにより、低コストで振動の抑制を図ることができる。蒸発器６の冷媒流路入口側は水冷媒熱交換器４を通過しているため、圧縮機３より伝達する振動が減衰している。一方で蒸発器６の冷媒流路出口側は圧縮機３との間で重量の重い構造物を通過していないため圧縮機３の振動を受けやすい。そのため、１つ目の方法のように全体に対策しなくても、冷媒流路出口側が接続されているフィンと銅管のアセンブリ側に対策することで効率的に防音効果を得ることができる。

また、上記実施例の構成の中で、蒸発器６が図２に示すような２列以上で構成されているときは、蒸発器６のフィンのフィン自体の振動に加えて、蒸発器６の内側に配置されるアセンブリ１の固定が不十分であることによりアセンブリ１とアセンブリ２が接触し、音が発生することがある。例えば、図２の構成例では、冷媒が蒸発器６に流入、流出する側の端面は管が接続されていることでアセンブリ１とアセンブリ２が固定されているが、もう一方の端面では、固定がされていない。そこで、図９に示すように固定が不十分である側の底面部に振動減衰体を配置し、振れ易いアセンブリを固定してやることで防音効果を得ることができる。

本実施形態に関する４つの実施例について説明したが、例えば蒸発器６と筐体の上方側には振動減衰体９を全体的に設け、下方側に関しては、蒸発器６のアセンブリ２側のみに振動減衰体９を設けるというようにしてもよい。

本実施例によれば、蒸発器６と筐体８の間に振動減衰体９を設けることで、蒸発器の通風抵抗を増加させることなく、蒸発器６から発せられる振動音を抑制することができる。本実施例では、発泡ブチルゴムを振動減衰体９として用いたが、それ以外にも、ゴムシート、ポリエチフォーム、無架橋ＰＥフォーム、軟質ウレタンフォームなどを用いてもよい。

１ ヒートポンプユニット
２ 貯湯ユニット
２ａ 冷媒伝熱管
２ｂ 水伝熱管
３ 圧縮機
４ 水冷媒熱交換器（熱交換器）
５ 減圧弁
６ 蒸発器
７ 送風機
８ 筐体
９ 振動減衰体
１６ タンク
３６ 送出配管
５０ 制御部
Ｓ ヒートポンプ給湯機

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
   前記冷媒と空気の熱交換を行う蒸発器と、
   前記圧縮機と前記蒸発器とを収納する筐体とを備えたヒートポンプ式の冷凍サイクル装置において、
   前記蒸発器は前記筐体の側面に固定され、
   前記筐体と前記蒸発器の間に、振動を減衰させる振動減衰体を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
2. 請求項１において、
   前記筐体と前記蒸発器の上部又は下部の間に、前記振動減衰体を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
3. 請求項２において、
   前記蒸発器は前記冷媒が通過する冷媒管と前記冷媒管の熱を逃がすためのフィンとを有し、
   前記フィンの端部が前記振動減衰体に接触することを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
4. 請求項２において、
   前記振動減衰体が前記筐体と前記蒸発器が直接接触しないように設けていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
5. 請求項２において、
   前記振動減衰体を設ける箇所は、前記蒸発器の長手方向をＬとしたときに、Ｌ／２±Ｌ／４の範囲であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
6. 請求項１において、
   前記振動減衰体を設ける箇所は前記蒸発器の冷媒流路出口側が接続されているアセンブリと前記筐体の間であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
7. 請求項３において、
   前記蒸発器が、少なくとも２列以上の構成のフィンチューブ型の蒸発器であって、
   少なくとも１列以上の接続が管によってなされていない前記蒸発器の端部底面に前記振動減衰体を設けていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
8. 請求項１において、
   前記振動減衰体を前記筐体と前記蒸発器の間に圧着させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
9. 請求項１から８のいずれか記載の冷凍サイクル装置と、
   前記冷凍サイクル装置によって加熱された水を貯めるためのタンクとを備えた給湯機。