JP2019190756A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動を適切に抑制することが可能なヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】冷媒管３０および水管３１が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、渦巻き状、または蛇行状の管体として構成され、一端部３２ａ側において冷媒管３０が圧縮機２と配管接続されている凝縮熱交換器３と、これを保持可能な断熱部材５と、を備えている、ヒートポンプ装置Ａであって、凝縮熱交換器３の一端部３２ａ寄り領域は、凝縮熱交換器３の外周部または外端部に位置し、断熱部材５には、凝縮熱交換器３の中央寄りの位置において、凝縮熱交換器３に形成されている隙間３９に進入し、かつ凝縮熱交換器３に当接することにより、凝縮熱交換器３を断熱部材５に固定させる凝縮熱交換器用の固定部５０が設けられている。【選択図】 図４

Description

本発明は、たとえば給湯装置における湯水加熱用の熱源として用いられるヒートポンプ装置に関する。

本出願人は、ヒートポンプ装置の一例として、特許文献１に記載のものを先に提案している。
同文献に記載のヒートポンプ装置においては、冷凍サイクルを構成する冷媒の蒸発熱交換器、圧縮機、凝縮熱交換器、および膨張手段が、外装ケース内に収容されている。凝縮熱交換器は、冷媒が流通する冷媒管と、加熱対象の湯水が流通する水管とが二重管構造とされた上で、全体が渦巻き状の管体として構成されており、樹脂製の断熱部材（断熱ケース）内に収容されている。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。

すなわち、圧縮機は、その稼働時に振動する虞があるが、凝縮熱交換器の冷媒管の一端部側は、圧縮機に配管接続されている。このため、ヒートポンプ装置の稼働時には、圧縮機の振動が凝縮熱交換器に伝達して、凝縮熱交換器が振動し、さらには断熱部材なども振動する虞がある。このような振動は、騒音の原因にもなるため、適切に抑制することが望まれる。
前記した不具合の防止手段としては、圧縮機と凝縮熱交換器とを接続する配管部に、複数の屈曲部を設け、圧縮機の振動が凝縮熱交換器にできる限り伝達しないようにする手段がある。ただし、このような手段を採用したのでは、前記配管部の寸法が長くなることや、前記配管部の曲げ加工が必要になることに起因し、製造コストの上昇を招く。また、前記手段を採用したとしても、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動を十分に抑制することは難しい場合がある。

特許第６２４９２７１号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、簡易な構成により、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動を適切に抑制することが可能なヒートポンプ装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供されるヒートポンプ装置は、冷媒管および水管が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、渦巻き状、または蛇行状の管体として構成されており、かつ一端部側において、前記冷媒管が圧縮機と配管接続されている凝縮熱交換器と、この凝縮熱交換器を保持可能な断熱部材と、を備えている、ヒートポンプ装置であって、前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置しており、前記断熱部材には、前記凝縮熱交換器の中央寄りの位置において、前記凝縮熱交換器
に形成されている隙間に進入し、かつ前記凝縮熱交換器に当接することにより、前記凝縮熱交換器を前記断熱部材に固定させる凝縮熱交換器用の固定部が設けられていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、凝縮熱交換器のうち、前記一端部寄り領域は、圧縮機からの振動を最も受け易い領域となるが、この領域は凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置している。その一方、凝縮熱交換器は、断熱部材の固定部を利用して断熱部材に固定されており、この固定は、凝縮熱交換器の相互間に形成されている隙間に、断熱部材の固定部が進入し、かつこの固定部が凝縮熱交換器に当接することによって直接的になされており、位置ずれなどを生じ難いものとすることが可能である。しかも、その固定位置は、凝縮熱交換器の中央寄りであって、圧縮機からの振動を受け難い箇所、または殆ど受けない箇所である。したがって、凝縮熱交換器を圧縮機からの振動を大きく受けない状態で、バランスよく、かつ安定的に断熱部材に固定支持させることが可能である。凝縮熱交換器の振動が大きい部分を断熱部材に固定させる必要はなく、凝縮熱交換器から断熱部材への振動の伝達などを回避することが可能である。このようなことから、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動、およびこれに起因する騒音の発生を抑制することが可能である。
第２に、断熱部材に対する凝縮熱交換器の固定は、断熱部材の固定部を凝縮熱交換器の隙間に進入させることにより図られているため、部品点数の増大などを回避し得るとともに、凝縮熱交換器の組み付け作業も容易なものとすることが可能である。したがって、製造コストも廉価にすることが可能である。

本発明において、好ましくは、前記凝縮熱交換器用の固定部は、前記凝縮熱交換器の前記隙間にその下方から進入するように前記断熱部材に設けられた上向き突出段部と、この上向き突出段部の側面の複数箇所から水平方向に突出し、かつ前記凝縮熱交換器の複数箇所に当接する複数の当接用凸部と、を備えている。

このような構成によれば、複数の当接用凸部を凝縮熱交換器の複数箇所に当接させるため、凝縮熱交換器の固定状態をより安定したものとすることが可能である。

本発明において、好ましくは、前記断熱部材は、前記凝縮熱交換器の周囲を囲む周壁部を備えており、前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記周壁部とは非接触である。

このような構成によれば、断熱部材に周壁部が設けられていることにより、凝縮熱交換器の断熱性をよくすることができる。その一方、凝縮熱交換器のうち、圧縮機の影響によって最も振動を生じ易い前記一端部寄り領域は、断熱部材の周壁部に非接触とされているため、凝縮熱交換器から周壁部に振動が伝達することを防止し、断熱部材やこれに接触する他の部材などが振動することをより適切に抑制することが可能となる。

本発明において、好ましくは、前記凝縮熱交換器は、前記一端部から一定方向に延びた直状管体部を有しており、この直状管体部の略全長域が、前記周壁部とは非接触である。

このような構成によれば、凝縮熱交換器において、前記直状管体部が振動を生じ易い領域となるのに対し、この直状管体部には断熱部材の周壁部が非接触であるため、断熱部材の振動抑制効果を高める上で、より好ましいものとなる。

本発明において、好ましくは、前記凝縮熱交換器の略全周域が、前記周壁部とは非接触である。

このような構成によれば、断熱部材などの振動抑制効果をより高めることが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係るヒートポンプ装置の一例を示す外観斜視図である。 図１に示すヒートポンプ装置の一部省略分解斜視図である。 図１のIII−III断面図である。 図２の矢視IVの要部概略平面図である。 図１に示すヒートポンプ装置で用いられている断熱ケース本体の一例を示す要部斜視図である。 （ａ）は、本発明の他の実施形態を示す要部概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIb−VIb断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２に示すヒートポンプ装置Ａは、たとえばＣＯ₂などを冷媒とする冷凍サイクルを構成する機器として、ファン１０を利用して取り込まれる空気から熱を吸収する蒸発熱交換器１（蒸発器）、圧縮機２、湯水加熱用の凝縮熱交換器３、および膨張弁４を備えており、これらが外装ケースＣ内に配された構成である。凝縮熱交換器３は、断熱ケース５内に収容されている。

外装ケースＣは、上面開口状の略直方体に形成された外装ケース本体６と、この外装ケース本体６の上面開口部６０を塞ぐ蓋部材７とを組み合わせて構成されている。外装ケース本体６は、前壁部６１、後壁部６２、左右一対の側壁部６３（図２では、右側の側壁部６３を省略）、および底壁部６４に加え、縦仕切り板６５、および略水平状の載置板６６をさらに備えている。載置板６６は、外装ケースＣ内の上部寄り領域に位置し、外装ケースＣ内を上下に区画するように設けられている。載置板６６の上側は、凝縮熱交換器３の配置領域である。外装ケースＣ内のうち、載置板６６よりも下方領域は、縦仕切り板６５によってさらに左右２つの室Ｒ１，Ｒ２に仕切られており、一方の室Ｒ１には、ファン１０および蒸発熱交換器１が配され、かつ他方の室Ｒ２には、圧縮機２や膨張弁４がカバー部材９９内に収容された状態で配されている。

図４に示すように、凝縮熱交換器３は、全体の概略形状が渦巻き状の管体として構成されている。この凝縮熱交換器３は、たとえば図３の断面図で示すように、冷媒が流通する冷媒管３０と、加熱対象の湯水が流通する水管３１とが二重管構造とされたものであり、図４に示すように、平面視略矩形状または長円状の渦巻き状に形成されている。凝縮熱交換器３は上下２段の管体構造となっており、上段部は、一端部３２ａを始点として、外周部から内周部に向かう渦巻き状である。この上段部の終端部は、下段部の始端部と繋がっており、かつ下段部は、上段部とは逆に、内周部から外周部に向かう渦巻き状とされ、他端部３２ｂが終点となっている。凝縮熱交換器３は、断熱ケース５内に収容された状態で載置板６６上に載設されている。

凝縮熱交換器３の一端部３２ａ側には、冷媒流入用および湯水流出用の配管部３０ａ，３１ｂが接続されており、他端部３２ｂ側には、冷媒流出用および湯水流入用の配管部３０ｂ，３１ａが接続されている。これらの配管部３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂは、いずれも載置板６６に設けられた開口部６６ａを通過して載置板６６の下方に向けて立ち下
がっている。冷媒流入用配管部３０ａは、凝縮熱交換器３と圧縮機２とを接続し、圧縮機２から吐出される冷媒を凝縮熱交換器３の冷媒管３０に送り込むための配管部であり、圧縮機２の影響により振動を生じ易い部位である（図２も参照）。冷媒流出用配管部３０ｂは、冷媒管３０を通過した冷媒を膨張弁４に向けて送り出すための部位である。

湯水流入用および湯水流出用の配管部３１ａ，３１ｂは、たとえば外装ケースＣの側面部などに設けられている入水口６９ａおよび出湯口６９ｂに水管３１を接続するための配管部である。入水口６９ａに入水した湯水は、湯水流入用配管部３１ａ、凝縮熱交換器３の水管３１、および湯水流出用配管部３１ｂを順次通過し、冷媒により加熱された湯水は出湯口６９ｂに到達する。本実施形態のヒートポンプ装置Ａは、たとえば貯湯タンク式給湯装置の熱源として用いられ、貯湯タンクから入水口６９ａへの湯水供給がなされ、また加熱された湯水は出湯口６９ｂから貯湯タンクに戻される。

断熱ケース５は、凝縮熱交換器３からの放熱を抑制し、熱交換効率を高めるための部材であり、凝縮熱交換器３を載置支持可能な断熱ケース本体５ａと、この断熱ケース本体５ａ上に取付けられて凝縮熱交換器３の上面側を覆う断熱ケース蓋５ｂとを組み合わせて構成されており、これらは、たとえば発泡スチロールなどの断熱性に優れた樹脂製である。断熱ケース５（または、断熱ケース本体５ａ）は、本発明でいう断熱部材の一例に相当する。

図５に示すように、断熱ケース本体５ａには、凝縮熱交換器３用の固定部５０、および周壁部５１が一体成形されている。また、孔部５２も形成されている。

固定部５０は、凝縮熱交換器３を固定させるための部位であり、平面視中空矩形状または中空長円状の上向き突出段部５０ａと、その外周側面に設けられた縦リブ状の複数の当接用凸部５０ｂとを備えて構成されている。上向き突出段部５０ａは、断熱ケース本体５ａの上面部から上向きに突出しており、凝縮熱交換器３の最内周管体部によって囲まれた空間部としての隙間３９に、その下方から進入する部位である。複数の当接用凸部５０ｂは、上向き突出段部５０ａの外周側面から水平方向外方に向けて突出していることにより、凝縮熱交換器３の最内周管体部の複数箇所に当接し、凝縮熱交換器３が水平方向に変位することを阻止している。このことにより、凝縮熱交換器３の略中央部は、固定部５０を介して断熱ケース本体５ａに位置決め固定されている。好ましくは、各当接用凸部５０ｂと凝縮熱交換器３との当接は、圧接状態であり、凝縮熱交換器３が上下高さ方向に容易に位置ずれすることも固定部５０によって規制されている。

断熱ケース本体５ａの周壁部５１は、凝縮熱交換器３の周囲を囲むための部位であり、断熱ケース本体５ａの外周部において上向きに起立している。この周壁部５１には、凝縮熱交換器３の両端部３２ａ，３２ｂを断熱ケース５の外部に引き出すための切欠き部５１ａが設けられている。断熱ケース本体５ａへの断熱ケース蓋５ｂの取付けは、周壁部５１に断熱ケース蓋５ｂを外嵌することにより図られる。凝縮熱交換器３は、一端部３２ａから一定方向（外装ケースＣの左右横幅方向）に延びる直状管体部３４を有しているが、この直状管体部３４は、周壁部５１に非接触であり、周壁部５１から適当な寸法Ｌａだけ離間している。好ましくは、凝縮熱交換器３の外周部の略全域が、周壁部５１とは非接触とされている。

孔部５２は、断熱ケース本体５ａの上向き突出段部５０ａの内側部分に貫通して設けられている。この孔部５２には、載置板６６に設けられた起立片状のストッパ部６６ｂが嵌入しており、このことにより断熱ケース５の載置板６６に対する正確な位置決め固定が図られている。ストッパ部６６ｂは、たとえば載置板６６に切り起こし加工を施して形成された切り起こし片である。断熱ケース５の固定は、断熱ケース５の各部を外装ケースＣの
内面に当接させたり、あるいは載置板６６の外周縁部の上向き屈曲片６６ｃに当接させることによっても図ることができる。

次に、前記したヒートポンプ装置Ａの作用について説明する。

まず、凝縮熱交換器３は、その一端部３２ａ側に、圧縮機２の振動を受ける冷媒流入用配管部３０ａが接続されているため、一端部３２ａに最も近い領域である直状管体部３４が振動を生じ易い部分となる。ただし、この直状管体部３４は、凝縮熱交換器３の最外周部に位置している。これに対し、凝縮熱交換器３は、圧縮機２の振動の影響を受け難い箇所である中央付近が固定部５０を介して断熱ケース本体５ａに固定されている。また、その固定は、最内周の管体部の複数箇所に、固定部５０の複数の当接用凸部５０ｂが当接していることによりなされているため、凝縮熱交換器３をバランスよく強固に、かつ安定的に固定させることが可能である。したがって、凝縮熱交換器３の全体が大きく振動しないようにすることができる。

一方、直状管体部３４は、断熱ケース５の周壁部５１には非接触とされている。したがって、直状管体部３４が仮に振動しても、この振動が周壁部５１を介して断熱ケース５に伝達することは適切に回避される。なお、直状管体部３４は、凝縮熱交換器３の上段部に位置しており、断熱ケース本体５ａの上面部に対しても非接触とし、さらには断熱ケース蓋５ｂに対しても非接触とすることも可能であり、直状管体部３４から断熱ケース５には振動がさらに伝達しないようにすることも可能である。好ましくは、凝縮熱交換器３の外周部の略全域は、周壁部５１に非接触とされているために、凝縮熱交換器３の振動が断熱ケース５に伝達し、あるいは凝縮熱交換器３の外周部が断熱ケース５に接触した状態で振動することによって騒音が発生するようなことは、より徹底して防止することが可能である。

断熱ケース５に凝縮熱交換器３を固定するための固定部５０は、断熱ケース本体５ａに一体的に形成することが可能であり、部品点数の増大を適切に回避することができる。また、凝縮熱交換器３の固定は、凝縮熱交換器３を断熱ケース本体５ａ上に載置する際に、凝縮熱交換器３の隙間３９に固定部５０を嵌入させればよく、その作業も容易である。したがって、ヒートポンプ装置Ａの製造コストを廉価にすることも可能である。

図６は、本発明の他の実施形態を示している。同図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付すこととし、重複説明は省略する。

図６に示す凝縮熱交換器３Ａは、冷媒管３０と水管３１とが二重管構造とされている点で、前記実施形態と共通するが、略全体が蛇行状の管体として構成されている。この凝縮熱交換器３Ａは、複数の直状管体部３７ａと曲状管体部３７ｂとが交互に繋がった構成であり、複数の直状管体部３７ａどうしの相互間には隙間３９が形成されている。断熱ケース本体５ａに設けられた上向き突起状の複数の固定部５０Ａは、隙間３９に進入し、かつ凝縮熱交換器３Ａに当接している。このことにより、凝縮熱交換器３Ａの中央寄り部分は、断熱ケース本体５ａに固定されている。

本実施形態においては、凝縮熱交換器３Ａのうち、一端部３２ａに最も近い領域である直状管体部３７ａ（３４）は、凝縮熱交換器３Ａの最外端部に位置している。また、凝縮熱交換器３Ａのうち、振動が少ない、またはない中央寄り部分が固定部５０Ａによって固定されている。さらには、凝縮熱交換器３Ａの外周部の略全域が、周壁部５１とは非接触とされている。このため、前記実施形態と同様に、凝縮熱交換器３Ａを安定的に固定させ、また凝縮熱交換器３Ａから断熱ケース本体５ａに不当な振動伝達を生じないようにすることが可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るヒートポンプ装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

上述した実施形態においては、凝縮熱交換器が冷媒管と水管との二重管構造とされているが、これに限定されず、冷媒管と水管とを二重管構造とすることに代えて、たとえば冷媒管と水管とを重ねた構造（たとえば、特開２０１０−６０２１５号公報に記載）とすることもできる。

本発明でいう断熱部材は、凝縮熱交換器を保持可能であり、かつ凝縮熱交換器からの放熱を抑制する断熱部材本来の機能をもつ部材であればよく、必ずしも凝縮熱交換器の略全体を内部に収容する断熱ケースとして構成されていなくてもよい。断熱部材に設けられる凝縮熱交換器用の固定部の具体的な形状、配置、数なども限定されない。凝縮熱交換器用の固定部は、要は、凝縮熱交換器の中央寄りの位置において、凝縮熱交換器に形成されている隙間に進入し、かつ凝縮熱交換器に当接することにより、凝縮熱交換器を断熱部材に固定させるように断熱部材に設けられていればよい。

Ａ ヒートポンプ装置
Ｃ 外装ケース
２ 圧縮機
３，３Ａ 凝縮熱交換器
３０ 冷媒管
３０ａ 冷媒流入用配管部
３１ 水管
３２ａ 一端部（凝縮熱交換器の）
３４ 直状管体部
３９ 隙間
５ 断熱ケース（断熱部材）
５０，５０Ａ 固定部
５０ａ 上向き突出段部
５０ｂ 当接用凸部
５１ 周壁部

Claims (5)

1. 冷媒管および水管が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、渦巻き状、または蛇行状の管体として構成されており、かつ一端部側において、前記冷媒管が圧縮機と配管接続されている凝縮熱交換器と、
   この凝縮熱交換器を保持可能な断熱部材と、
   を備えている、ヒートポンプ装置であって、
   前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置しており、
   前記断熱部材には、前記凝縮熱交換器の中央寄りの位置において、前記凝縮熱交換器に形成されている隙間に進入し、かつ前記凝縮熱交換器に当接することにより、前記凝縮熱交換器を前記断熱部材に固定させる凝縮熱交換器用の固定部が設けられていることを特徴とする、ヒートポンプ装置。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ装置であって、
   前記凝縮熱交換器用の固定部は、前記凝縮熱交換器の前記隙間にその下方から進入するように前記断熱部材に設けられた上向き突出段部と、この上向き突出段部の側面の複数箇所から水平方向に突出し、かつ前記凝縮熱交換器の複数箇所に当接する複数の当接用凸部と、を備えている、ヒートポンプ装置。
3. 請求項１または２に記載のヒートポンプ装置であって、
   前記断熱部材は、前記凝縮熱交換器の周囲を囲む周壁部を備えており、
   前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記周壁部とは非接触である、ヒートポンプ装置。
4. 請求項３に記載のヒートポンプ装置であって、
   前記凝縮熱交換器は、前記一端部から一定方向に延びた直状管体部を有しており、この直状管体部の略全長域が、前記周壁部とは非接触である、ヒートポンプ装置。
5. 請求項３または４に記載のヒートポンプ装置であって、
   前記凝縮熱交換器の略全周域が、前記周壁部とは非接触である、ヒートポンプ装置。

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