JP4148217B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部流体を加熱するヒートポンプがケース内に収容されて形成されるヒートポンプ装置に関するものであり、例えば、給湯用水を加熱して高温の湯とする給湯装置に適用して有効である。

従来の給湯装置として、例えば特許文献１に示されるように、給湯用水を加熱する加熱手段としてヒートポンプ（特許文献１中では蒸気圧縮式冷凍機）を有するものが知られている。ヒートポンプは、図１８に示すように、圧縮機１１１、高圧側熱交換器（放熱して給湯水を加熱する熱交換器）１１２、減圧手段１１３、低圧側熱交換器（外気から吸熱する熱交換器）１１４が順次環状に接続されて形成されたものであり、圧縮機１１１や減圧手段１１３の制御用の機器等と共に金属製の６面体を成すケース１２０内に収容されて、ヒートポンプユニット（特許文献１中では室外機ユニット）１１０を構成している。尚、ヒートポンプユニット１１０は室外機として屋外に設置される。

ここでは、ケース１２０は上方から見て扁平状となっており、また、低圧側熱交換器１１４はＬ字状に形成されている。そして、ケース１２０の側面（４面）１〜４のうち、隣り合う２つの側面１、２（面積の大きい側面１と面積の小さい側面２）に低圧側熱交換器１１４（Ｌ字状形状）が対向するように配置され、また、熱交換用の外気をこの２つの側面１、２から吸入して、面積の大きい側面１と対向する側の側面３から熱交換後の外気をケース１２０外に排出するようにしている。
特開２００４−８５１８３号公報

しかしながら、ケース１２０の側面（４面）１〜４のうち、３つの側面１〜３を用いて外気の吸入、排出に用いるようにしているので、有効な外気流れを形成するためには、住宅の壁部に対する設置条件に制約を受けることになる。即ち、３つの側面１〜３のうちのいずれかを住宅の壁部（例えば図１８中の斜線部）に対向させて設置する場合、外気の吸入のための隙間を設ける必要があり、壁部に接触するように設置することができず、その隙間がデッドスペースとなってしまう。一方、吸入あるいは排出に関わらない側面４を住宅の壁部に接触するように設置することは可能であるが、この場合はケース１２０が壁部から突出するように配置されることになり、スペースを有効に活用した設置とならない。上記内容は、敷地の狭い住宅や集合住宅のように設置スペース自体が限られる住宅において、特に問題となる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、外気の吸入あるいは排出の影響を受けずに設置性に優れるヒートポンプ装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、圧縮機（１１１）、高圧側熱交換器（１１２）、減圧手段（１１３）、低圧側熱交換器（１１４）が順次環状に接続されて形成されるヒートポンプ（１１０）が、６面体を成すケース（１２０）内に収容されて、低圧側熱交換器（１１４）にて外気から吸熱して、高圧側熱交換器（１１２）の放熱によって外部流体を加熱するヒートポンプ装置において、ケース（１２０）の６面のうち、１面あるいは隣り合う２面に、外気用の吸入部（１２１）および排出部（１２２）がそれぞれ形成され、低圧側熱交換器（１１４）が、吸入部（１２１）あるいは排出部（１２２）の少なくとも一方に対向するように配置され、送風流れ方向を可変可能とする送風手段（１１６）によって、外気が吸入部（１２１）から低圧側熱交換器（１１４）を通り、排出部（１２２）に流れるようにしており、
ケース（１２０）内には、高圧側熱交換器（１１２）によって加熱された外部流体を貯めるタンク（１３０）が設けられ、ケース（１２０）の側面のうち、吸入部（１２１）および排出部（１２２）が形成されない少なくとも１つの面に、タンク（１３０）が対向するように配置され、圧縮機（１１１）および送風手段（１１６）は、ケース（１２０）内の残りの空間にタンク（１３０）に対向するように配置されたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明では、ケース（１２０）内には、高圧側熱交換器（１１２）によって加熱された外部流体を貯めるタンク（１３０）が設けられ、ケース（１２０）の側面のうち、吸入部（１２１）および排出部（１２２）が形成されない少なくとも１つの面に、タンク（１３０）が対向するように配置され、タンク（１３０）よりも吸入部（１２１）および排出部（１２２）が形成された面の近くに、圧縮機（１１１）および送風手段（１１６）が配置されたことを特徴としている。

これにより、ケース（１２０）の４つの側面のうち、少なくとも３面あるいは隣り合う２面は、外気の吸入および排出に関わりのない面として形成できるので、最大、この３面あるいは隣り合う２面を例えば住宅の壁部に接触可能としてヒートポンプ装置（１００）を配置でき、デッドスペースを作る事無く、配置効率を向上することができる。
また、ケース（１２０）内にタンク（１３０）が設けられることにより、コンパクトなヒートポンプ装置（１００）とすることができる。
また、圧縮機（１１１）および送風手段（１１６）から発生する騒音がケース（１２０）の１つの面側に伝播するのをタンク（１３０）によって遮ることができる。即ち、例えば１つの面を住宅の壁部に接触させてヒートポンプ装置（１００）を設置する際に、圧縮機（１１１）および送風手段（１１６）から発生する騒音が住宅内に伝播するのを抑制できる。

請求項１、２に記載の発明において、請求項３に記載の発明のように、吸入部（１２１）および排出部（１２２）は、隣り合う２面にそれぞれ形成されており、送風手段（１１６）は、遠心式ファンあるいは貫流ファンを用いた送風機（１１６）であり、送風機（１１６）によって、外気の流れが吸入部（１２１）から低圧側熱交換器（１１４）を通り、排出部（１２２）に向かうように、略直角流れとなるようにするのが良い。

これにより、ケース（１２０）の４つの側面うち、少なくとも隣り合う２面は、外気の吸入および排出に関わりのない面として形成できるので、最大、この２面を例えば住宅の壁部に接触可能としてヒートポンプ装置（１００）を配置でき、デッドスペースを作る事無く、配置効率を向上することができる。

また、請求項１、２に記載の発明において、請求項４に記載の発明のように、吸入面（１２１）および排出面（１２２）は、１面にそれぞれ形成されており、送風手段（１１６）は、遠心ファンあるいは貫流ファンを用いた送風機（１１６）であり、送風機（１１６）によって、外気の流れが吸入部（１２１）から低圧側熱交換器（１１４）を通り、排出部（１２２）に向かうように、Ｕターン流れとなるようにしても良い。

これにより、ケース（１２０）の４つの側面うち、少なくとも３面は、外気の吸入および排出に関わりのない面として形成できるので、最大、この３面を例えば住宅の壁部に接触可能としてヒートポンプ装置（１００）を配置でき、デッドスペースを作る事無く、配置効率を向上することができる。

請求項５に記載の発明では、吸入部（１２１）および排出部（１２２）の少なくとも一方は、ケース（１２０）の上面あるいは下面に形成されたことを特徴としている。

これにより、ケース（１２０）の４つの側面において、外気の吸入および排出に関わりのない面を増やすことができるので、ヒートポンプ装置（１２０）の配置効率を更に向上できる。

請求項６に記載の発明では、送風手段（１１６）は、複数設けられたことを特徴としている。

これにより、１つずつの送風手段（１１６）を小型にして、ケース（１２０）内の搭載性を向上することができ、また、トータルの騒音、駆動用動力を低減できる。

請求項７に記載の発明では、吸入部（１２１）および排出部（１２２）は、隣り合う２面にそれぞれ形成されており、低圧側熱交換器（１１４）は、吸入部（１２１）および排出部（１２２）の両方に対向するようにＬ字状に形成されたことを特徴としている。

これにより、低圧側熱交換器（１１４）の体格を容易に増大して、吸熱能力を増加させることができる。

請求項８に記載の発明では、タンク（１３０）には、凹状となる凹部（１３２）が形成されており、圧縮機（１１１）および送風手段（１１６）は、凹部（１３２）内に配置されたことを特徴としている。

これにより、圧縮機（１１１）および送風手段（１１６）から発生する騒音がタンク（１３０）の凹部（１３２）によって３方から遮られるので、ケース（１２０）の外部への騒音伝播抑制効果を向上できる。

請求項９に記載の発明では、圧縮機（１１１）、高圧側熱交換器（１１２）の少なくとも一方は、タンク（１３０）に接触していることを特徴としている。

これにより、圧縮機（１１１）あるいは高圧側熱交換器（１１２）の熱をタンク（１３０）に伝達でき、タンク（１３０）内に貯められた外部流体の熱ロス（温度低下）を抑制できる。また、高圧側熱交換器（１１２）がタンク（１３０）に接触している場合、ヒートポンプ（１１０）内の冷媒は、タンク（１３０）内の外部流体によって余熱されることになるので、ヒートポンプ（１１０）の起動時において、短時間で外部流体を加熱でき、タンク（１３０）内に低温状態での外部流体が貯められるのを抑制できる。

請求項１０に記載の発明では、タンク（１３０）は縦長に形成されており、圧縮機（１１１）、高圧側熱交換器（１１２）、減圧手段（１１３）、低圧側熱交換器（１１４）、送風手段（１１６）は、上下方向に配置されたことを特徴としている。

これにより、ケース（１２０）内で縦長となって残る空間に圧縮機（１１１）、高圧側熱交換器（１１２）、減圧手段（１１３）、低圧側熱交換器（１１４）、送風手段（１１６）を効率良く配置できる。

請求項１１に記載の発明では、減圧手段（１１３）として、ヒートポンプ（１１０）内の高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させるノズル部と、減圧膨脹時に低下したエンタルピを圧力エネルギーに変換する昇圧部とを有するエジェクタが用いられたこと特徴としている。

これにより、圧縮機（１１１）の動力を低減でき、ヒートポンプ装置（１００）の成績係数を向上できる。

請求項１２に記載の発明では、圧縮機（１１１）は、ヒートポンプ（１１０）内の冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出することを特徴としている。

これにより、ヒートポンプ（１１０）内の冷媒温度をより高くすることができ、外部流体に対する加熱能力を増大できる。

更に、請求項１３に記載の発明のように、ヒートポンプ（１１０）内の冷媒は、具体的には、二酸化炭素とすることができる。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、ケース１２０内にヒートポンプ１１０およびタンク１３０等を配設したタンク一体型のヒートポンプ装置（給湯装置）１００としたものであり、以下、図１〜図３を用いて説明する。尚、図１はヒートポンプ装置１００の概略構成を示す模式図、図２はヒートポンプ装置１００の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、図３はヒートポンプ装置１００の作動例を示すタイムチャートである。

ヒートポンプ１１０は、図１に示すように、圧縮機１１１、放熱器（本発明における高圧側熱交換器に対応）１１２、膨張弁（本発明における減圧手段に対応）１１３、蒸発器（本発明における低圧側熱交換器に対応）１１４、アキュムレータ１１５が順次環状に配管接続されて形成されたもので、内部を流れる冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用している。

圧縮機１１１は、内蔵される電動モータ（図示せず）によって駆動され、アキュムレータ１１５より吸入した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。尚、圧縮機１１１（電動モータ）は後述する制御部１６０によって制御されるようになっている。

放熱器１１２は、圧縮機１１１より吐出された高温冷媒（ホットガス）と、後述するタンク１３０内から供給される水（本発明における外部流体に対応）との間で熱交換する、即ち、放熱作用によって水を加熱して高温の湯（例えば目標温度９０℃）とするものである。この放熱器１１２は、冷媒が流れる冷媒通路と、水が流れる水通路とを有し、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と水通路を流れる水の流れ方向とが対向するように構成されている。尚、放熱器１１２を流れる冷媒（ＣＯ_２）は、圧縮機１１１で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器１１２を流通する水に放熱して温度低下しても凝縮することは無い。

膨張弁１１３は、放熱器１１２から流出される冷媒を弁開度に応じて等エンタルピ的に減圧する減圧装置であり、具体的には弁開度を小さくすることで、より大きな減圧を行う。換言すると、弁開度を小さくすることで冷媒の高圧側に対しては圧力を上昇させる。膨張弁１１３は、後述する制御部１６０によって弁開度が電気的に制御されるようになっている。

蒸発器１１４は、送風機（本発明における送風手段に対応）１１６から送風される外気から吸熱して、膨張弁１１３で減圧された冷媒を蒸発させる熱交換器である。ここで、送風機１１６は、遠心式ファン（シロッコファン、ラジアルファン、ターボファン等のうち、ここではシロッコファンとしている）を用いたものとしており、後述する制御部１６０によって制御されるようになっている。

アキュムレータ１１５は、蒸発器１１４より流出される冷媒を気液分離して、気相冷媒のみを圧縮機１１１に吸入させると共に、サイクル中の余剰冷媒を蓄えるレシーバである。

そして、放熱器１１２と膨張弁１１３との間には、圧力センサ１１７が設けられており、ヒートポンプ１１０における放熱器１１２の高圧側冷媒圧力を検出するようにしている。この圧力センサ１１７によって検出される圧力信号は、後述する制御部１６０に出力されるようになっている。

タンク１３０は、耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の容器（例えば容量２００Ｌ）で、外周部に図示しない断熱材が配置され、高温の湯を内部に貯めて長時間に渡って保温することができるようになっている。尚、タンク１３０には、後述する給水配管（水道水配管）１５３による水圧が直接かからないようにしているので、タンク１３０自身の耐圧性を不要として、ここでは扁平直方体を成すものとしている。

タンク１３０の外壁面には複数の（本例では５つの）水位サーミスタ１３１が縦方向にほぼ等間隔に配置され、タンク１３０内に満たされた水あるいは高温の湯の各水位レベルでの温度情報を後述する制御部１６０に出力するようになっている。例えば、容量２００Ｌのタンク１３０においては、容量５０Ｌ刻みの水位レベルの温度情報を出力し、タンク１３０内上方の沸き上げられた高温の湯と、タンク１３０内下方の沸き上げられる前の水との境界面を５０Ｌ刻みで検出できるようになっている。

また、タンク１３０には、ヒートポンプ側循環回路１４０と、加熱用循環回路１５０とが設けられている。

ヒートポンプ側循環回路１４０は、ポンプ１４１によってタンク１３０内の水（湯）が下側から流出されて上側に戻される回路であり、内部の水は、上記放熱器１１２の水通路を流通するようにしている。ヒートポンプ側循環回路１４０の放熱器１１２の出口側には、加熱された高温の湯の温度を検出する温度センサ１４２が設けられ、温度センサ１４２で検出された温度信号は後述する制御部１６０に出力されるようになっている。尚、ポンプ１４１は、後述する制御部１６０によって制御されるようになっている。

加熱用循環回路１５０は、ポンプ１５１によってタンク１３０内の高温の湯が上側から流出されて下側に戻される回路であり、その途中に熱交換器１５２が設けられている。尚、ポンプ１５１は、後述する制御部１６０によって制御されるようになっている。

熱交換器１５２は、タンク１３０から流出されて加熱用循環回路１５０を流通する高温の湯と、給水配管（水道水配管）１５３を流通する給湯用水（水道水）との間で熱交換（給湯用水を加熱）して、ユーザが給湯部（シャワー、カラン、風呂等）で使用する湯とするものである。この熱交換器１５２は、高温の湯が流れる湯通路と、給湯用水が流れる水通路とを有し、湯通路を流れる高温の湯の流れ方向と水通路を流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。尚、給水配管１５３の熱交換器１５２の出口側には、加熱された湯の温度を検出する温度センサ１５４が設けられ、検出された温度信号は後述する制御部１６０に出力されるようになっている。

制御手段としての制御部１６０は、ユーザが設定する設定温度（図示しないリモコンから入力される温度であり、例えば４２℃）信号、上記圧力センサ１１７からの圧力信号、水位サーミスタ１３１、温度センサ１４２、１５４からの温度信号に基づき、上記圧縮機１１１（実質的には駆動源である電動モータ）、膨張弁１１３、送風機１１６およびポンプ１４１、１５１等を通電制御する。

上記各機器は、図２に示すように、下面に足部１２３が形成され、図２（ａ）のように扁平状の６面体を成すケース１２０内に収容されて、ヒートポンプ装置１００を形成している。

ここで、ケース１２０の６面のうち隣り合う２面、具体的には、４つの側面のうちの隣り合う２面で、面積の小さい側面の上側（天地方向の上側）に吸入部１２１を形成し、また、面積の大きい側面の吸入部１２１に近接する部位に排出部１２２を形成している。そして、吸入部１２１に対向するように蒸発器１１４を配置している。更に、この蒸発器１１４のコア部に送風機１１６の吸入側（遠心式ファンの円形側の面）を対向させ、送風機１２２の排出側（遠心式ファンの円周側）を排出部１２２に向けるようにしている。

上記の蒸発器１１４および送風機１１６の下側には、圧縮機１１１、放熱器１１２、膨張弁１１３、アキュムレータ１１５が配置され、また、残りの大半の空間にタンク１３０が配置され、また、ポンプ１４１、１５１、制御部１６０等が機能部品１０１として残りの空間に配置されている。

次に、上記のように構成されるヒートポンプ装置（給湯装置）１００の作動について、図３を加えて説明する。このヒートポンプ装置１００においては、まず、電力料金の安価な深夜時間帯（当日の２３時から翌日の７時の間）に、タンク１３０内への高温の湯の沸き上げが行われる。即ち、制御部１６０によって、水位サーミスタ１３１の温度信号から、タンク１３０内の残湯量（高温の湯の残り量）が把握され、タンク全容量から残湯量を差し引いた分の沸き上げ量が算出され、タンク１３０内が高温の湯で満タンとなるように、ヒートポンプ１１０およびヒートポンプ側循環回路１４０が作動される。

具体的には、制御部１６０によって、圧縮機１１１が駆動され、ヒートポンプ１１０内の冷媒が循環され、また、送風機１１６が駆動されることで蒸発器１１４に外気が供給される（外気からの吸熱が行われる）。そして、放熱器１１２での放熱によって、温度センサ１４２で得られる水の温度が、目標温度（例えば９０℃）となるように、ヒートポンプ側循環回路１４０のポンプ１４１の作動回転数が制御される。これによって、タンク１３０内の水は下側から流出され、放熱器１１２で加熱され、タンク１１２の上側に戻され、タンク１３０内が高温の湯で満たされていく。

この時、放熱器１１２での湯の沸き上げが最適効率となるように、水側の温度（例えばタンク１３０の下側の水温サーミスタ１３１で得られる水の温度）に応じて、冷媒側（放熱器１１２側の冷媒）の温度が所定温度（冷媒温度は圧力と相関する）となるように、即ち、圧力センサ１１７で得られる高圧側冷媒圧力が所定圧力となるように膨張弁１１３の弁開度が調節される（深夜電力運転）。

そして、深夜時間帯以外の７時から２３時の間で、ユーザが給湯部を使用すると、制御部１６０によって、温度センサ１５４で得られる給湯用水の温度が、ユーザが設定する設定温度（例えば４２℃）となるように、加熱用循環回路１５０のポンプ１５１の作動回転数が制御される。

ここで、上記ユーザの給湯部の使用に伴い、水位サーミスタ１３１によって得られるタンク１３０内の高温の湯の量が所定量（例えば１５０Ｌ）以下となると、上記と同様にヒートポンプ１１０およびヒートポンプ側循環回路１４０が作動されて、高温の湯がタンク１３０内に沸き増しされる（湯切れ防止運転）。

以上のように本実施形態においては、ヒートポンプ１１０の作動時に、遠心式ファン（シロッコファン）を有する送風機１１６によって、外気の流れはケース１２０の吸入部１２１から蒸発器１１４を通って排出部１２２に向かうというように、略直角流れとなる。

よって、ケース１２０の４つの側面うち、少なくとも隣り合う２面は、外気の吸入および排出に関わりのない面として形成できるので、最大、この２面を例えば住宅の壁部に接触可能として（図２（ａ））ヒートポンプ装置１００を配置でき、デッドスペースを作る事無く、配置効率を向上することができる。

そして、ケース１２０内にタンク１３０を一体的に設けるようにしているので、コンパクトなヒートポンプ装置１００とすることができる。

また、ヒートポンプ１１０内の冷媒を二酸化炭素として、この冷媒を圧縮機１１１で臨界圧力以上に圧縮吐出するようにしているので、ヒートポンプ１１０内の冷媒温度をより高くすることができ、タンク１３０内の水に対する加熱能力を増大できる。

尚、上記第１実施形態に対して、図４に示すように、蒸発器１１４は、排出部１２２側に対向するように配置しても良い。また、図５に示すように、蒸発器１１４および送風機１１６と、他の機器（圧縮機１１１、放熱器１１２、膨張弁１１３、アキュムレータ１１５、熱交換器１５２等）との配置関係を上下逆としても良い。更には、他の機器（圧縮機１１１、放熱器１１２、膨張弁１１３、アキュムレータ１１５、熱交換器１５２等）が送風機１１６による外気の流れ中に配置されるようにしても良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６（第２実施形態１）、図７（第２実施形態２）、図８（第２実施形態３）に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、吸入部１２１および排出部１２２のいずれか一方をケース１２０の上面あるいは下面に設けたものである。

尚、ケース１２０の下面に吸入部１２１あるいは排出部１２２を設ける際には、ケース１２０の足部１２３によって、庭地あるいはベランダとの間に隙間が形成され、外気の流れが形成されるようにしている。

これにより、ケース１２０の４つの側面において、外気の吸入および排出に関わりのない面を上記第１実施形態の２面に対して、３面に増やすことができるので、ヒートポンプ装置１２０の配置効率を更に向上できる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、送風機１１６を複数設けるようにしたものである。

ここでは、送風機１１６を２つとして上下方向に配置して、ケース１２０の上面と下面にそれぞれ排出部１２２を設けている。また、吸入部１２１は、ケース１２０の１つの側面（図９中の右側の側面）の全体に渡って形成して、この吸入部１２１に対向するように蒸発器１１４を配置している。

この第３実施形態においては、外気は吸入部１２１から流入して、蒸発器１１４を通った後に、上側および下側のそれぞれの送風機１１６によって、上側および下側のそれぞれの排出部１２２から流出する。

これにより、１つずつの送風機１１６を小型にして、ケース１２０内の搭載性を向上することができ、また、トータルの騒音、駆動用動力を低減できる。

尚、ここでは、排出部１２２を２つ設けて、２つの外気の流れを形成したが、これに限らず、それぞれ１つずつ形成される吸入部１２１、排出部１２２の間に複数の送風機１１６を設けるようにしても良い。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１０（第４実施形態１）、図１１（第４実施形態２）に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、蒸発器１１４の形状およびケース１２０内への配置条件を変更したものである。

ここでは、蒸発器１１４をＬ字状に形成しており、Ｌ字状の各コア部が吸入部１２１および排出部１２２に対向するように配置している。尚、図１０は、吸入部１２１および排出部１２２をケース１２０の隣り合う２つの側面に設けた例であり、図１１は、吸入部１２１および排出部１２２をケース１２０の側面および下面にそれぞれ設けた例である。

これにより、外気流れの下流側における蒸発器１１４においては、上流側の蒸発器１１４での熱交換により温度低下した外気が流通することから、熱交換効率は低下するものの、蒸発器１１４の体格を容易に増大して、吸熱能力を増加させることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１２に示す。第５実施形態は、上記第１実施形態に対して、騒音低減の観点からタンク１３０の配置位置を変更したものである。

ここでは、ケース１２０の側面のうち、吸入部１２１および排出部１２２が形成されない１つの面と、圧縮機１１１および送風機１１６との間にタンク１３０が配置されるようにしている。即ち、タンク１３０の扁平度を大きくして、このタンク１３０を吸入部１２１、排出部１２２の形成されないケース１２０の側面（面積の大きい側面）に対向するように配置している。そして、ケース１２０内の残りの空間に圧縮機１１１、蒸発器１１４、送風機１１６および他の機器（放熱器１１２、膨張弁１１３、アキュムレータ１１５、熱交換器１５２等）が左右方向に並ぶように配置している。このように形成されるヒートポンプ装置１００は、タンク１３０が対向する側のケース１２０の側面が住宅の壁部に接触されるように設置される。

これにより、圧縮機１１１および送風機１１６から発生する騒音が住宅内に伝播するのをタンク１３０によって遮ることができ、低騒音のヒートポンプ装置１００とすることができる。

尚、圧縮機１１１（含む他の機器）と、蒸発器１１４および送風機１１６は、図１３に示すように、上下方向に並ぶように配置しても良い。また、圧縮機１１１および他の機器が送風機１１６による外気の流れ中に配置されるようにしても良い。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１４に示す。第６実施形態は、上記第５実施形態に対して、更に騒音低減を図るようにしたものである。

ここでは、タンク１３０の側面部に凹状の凹部１３２を設けて、この凹部１３２内に圧縮機１１１、蒸発器１１４、送風機１１６および他の機器（放熱器１１２、膨張弁１１３、アキュムレータ１１５、熱交換器１５２等）を配置するようにしている。

これにより、圧縮機１１１および送風機１１６から発生する騒音がタンク（１３０）の凹部１３２によって３方から遮られるので、住宅内への騒音伝播抑制効果を向上できる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図１５に示す。第７実施形態は、上記第１実施形態に対して、タンク１３０内の高温の湯の熱ロス抑制あるいはヒートポンプ１１０起動時の冷水貯湯の抑制、および備え付け後の安定性について考慮したものである。

ここでは、タンク１３０の形状を、ケース１２０を上下方向に略２分割した場合の空間に相当する形状として、このタンク１３０をケース１２０の下側に配置している。そして、このタンク１３０の上側に、圧縮機１１１、蒸発器１１４、送風機１１６および他の機器（放熱器１１２、膨張弁１１３、アキュムレータ１１５、熱交換器１５２等）が左右方向に並ぶように配置している。よって、作動時の自己発熱を伴う圧縮機１１１、放熱を伴う放熱器１１２が、タンク１３０の上面に接触する形としている。

これにより、圧縮機１１１および放熱器１１２の熱をタンク１３０に伝達でき、タンク１３０内に貯められた高温の湯の熱ロス（温度低下）を抑制できる。また、放熱器１１２内の冷媒（ヒートポンプ１１０内の冷媒）は、タンク１３０内の高温の湯によって余熱されることになるので、ヒートポンプ１１０の起動時において、短時間で水を加熱でき、タンク１３０内に低温状態での水が貯められるのを抑制できる（冷水貯湯の抑制）。

また、ヒートポンプ装置１００の使用時に、タンク１３０内に水あるいは高温の湯が貯められることで、ヒートポンプ装置１００の重心位置が下側となり、安定した備え付けができる（耐震性の向上）。

尚、ヒートポンプ装置１００の備え付けにおいて、耐震性を考慮した取り付け（ボルト固定等）がされるならば、タンク１３０の位置は下側でなくとも良い。逆に、タンク１３０をケース１２０内の上側に配置して、各種機器を下側に配置すれば、備え付け前の輸送や施工時（タンク１３０内が空状態）において、ヒートポンプ装置１００の重心が下側となり、安定した作業が可能となる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態を図１６に示す。第８実施形態は、上記第１実施形態に対して、タンク１３０の形状、各種機器の配置を変更したものである。

ここでは、タンク１３０をケース１２０内の空間で縦長となるように形成すると共に、左右方向に残る空間に各種機器（圧縮機１１１、放熱器１１２、膨張弁１１３、蒸発器１１４、アキュムレータ１１５、送風機１１６、熱交換器１５２、機能部品１０１等）を上下方向に配置している。

これにより、ケース１２０内で縦長と成って残る空間に各種機器を効率良く配置できる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態を図１７に示す。第９実施形態は、上記第１実施形態に対して、送風機１１６の仕様、および吸入部１２１、排出部１２２の形成位置を変更したものである。

ここでは、送風機１１６は、貫流ファンを用いたものとしている。そして、吸入部１２１と排出部１２２とをケース１２０の６面中の１つの面（面積の小さい側面）に、上下方向に並ぶように形成しており、蒸発器１１４をこの吸入面１２１に対向するように配置している。また、上記送風機１１６（貫流ファンの翼）を蒸発器１１４のコア部に対向するように配置している。

このヒートポンプ装置１００においては、ヒートポンプ１１０の作動時において、送風機１１６によって、外気は吸入部１２１から流入して、蒸発器１１４を通り、排出部１２２から流出するというように、Ｕターン流れを形成する。

これにより、ケース１２０の４つの側面うち、少なくとも３面は、外気の吸入および排出に関わりのない面として形成できるので、最大、この３面を例えば住宅の壁部に接触可能としてヒートポンプ装置１００を配置でき、デッドスペースを作る事無く、配置効率を向上することができる。

尚、送風機１１６は、貫流ファンに代えて上記第１実施形態〜第８実施形態で説明した、遠心式ファンを用いたものとしても良い。この場合は、例えば遠心式ファンのケーシングを排出部１２２側に向けて滑らかに曲げるようにして、Ｕターン流れを形成すれば良い。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態〜第８実施形態においては、送風機１１６に遠心式ファンが用いられるものとして説明したが、これに代えて、貫流ファンを用いた送風機としても良い。

また、上記第１実施形態〜第９実施形態において、送風手段として、遠心式ファンあるいは貫流ファンを用いた送風機１１６によって、外気の直角流れやＵターン流れを形成するようにしたが、これに限らず、滑らかに曲げられた風向板（本発明における送風流れ方向を可変可能とする送風手段に対応）によって、外気の流れ方向を可変するようにしても良い。

また、タンク１３０は、ケース１２０の外部に設置されるタンク別体型のヒートポンプ装置としても良い。

また、ヒートポンプ１１０内の減圧手段として、膨張弁１１３を用いたが、これに代えて、エジェクタとしても良い。エジェクタは、放熱器１１２から流出した高圧側冷媒を減圧膨張させるノズル部と、このノズル部から噴射される冷媒と蒸発器１１４から吸引される気相冷媒とを混合させて冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部とを有するものであり、これにより、圧縮機１１１の動力を低減でき、ヒートポンプ装置１００の成績係数を向上できる。

また、給湯部に供給される湯は、タンク１３０内の高温の湯によって熱交換器１５２で給湯用水が加熱されて生成されるようにしたが、タンク１３０内の高温の湯が給湯用水と混合される等して生成されるようにしても良い。

また、ヒートポンプ１１０は、圧縮機１１１で冷媒を臨界圧力以上に加圧する所謂超臨界ヒートポンプサイクルを構成したが、超臨界ヒートポンプサイクルに限定されるものではない。また、冷媒は二酸化炭素であったが、これに限定されるものではない。所謂フロン等の他の冷媒であっても良い。

ヒートポンプ装置の概略構成を示す模式図。 第１実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 ヒートポンプ装置の作動例を示すタイムチャートである。 第１実施形態の変形例１におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す平面図である。 第１実施形態の変形例２におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第２実施形態１におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す正面図である。 第２実施形態２におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す正面図である。 第２実施形態３におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す正面図である。 第３実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す正面図である。 第４実施形態１におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す平面図である。 第４実施形態２におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す正面図である。 第５実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第５実施形態の変形例１におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第６実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第７実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第８実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第９実施形態におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す正面図である。 従来技術におけるヒートポンプ装置の実装構造を示す平面図である。

符号の説明

１００ ヒートポンプ装置
１１０ ヒートポンプ
１１１ 圧縮機
１１２ 放熱器（高圧側熱交換器）
１１３ 膨張機（減圧手段）
１１４ 蒸発器（低圧側熱交換器）
１１６ 送風機（送風手段）
１２０ ケース
１２１ 吸入部
１２２ 排出部
１３０ タンク
１３２ 凹部

Claims (13)

1. 圧縮機（１１１）、高圧側熱交換器（１１２）、減圧手段（１１３）、低圧側熱交換器（１１４）が順次環状に接続されて形成されるヒートポンプ（１１０）が、６面体を成すケース（１２０）内に収容されて、
   前記低圧側熱交換器（１１４）にて外気から吸熱して、前記高圧側熱交換器（１１２）の放熱によって外部流体を加熱するヒートポンプ装置において、
   前記ケース（１２０）の６面のうち、１面あるいは隣り合う２面に、前記外気用の吸入部（１２１）および排出部（１２２）がそれぞれ形成され、
   前記低圧側熱交換器（１１４）が、前記吸入部（１２１）あるいは前記排出部（１２２）の少なくとも一方に対向するように配置され、
   送風流れ方向を可変可能とする送風手段（１１６）によって、前記外気が前記吸入部（１２１）から前記低圧側熱交換器（１１４）を通り、前記排出部（１２２）に流れるようにしており、
   前記ケース（１２０）内には、前記高圧側熱交換器（１１２）によって加熱された前記外部流体を貯めるタンク（１３０）が設けられ、
   前記ケース（１２０）の側面のうち、前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）が形成されない少なくとも１つの面に、前記タンク（１３０）が対向するように配置され、
   前記圧縮機（１１１）および前記送風手段（１１６）は、前記ケース（１２０）内の残りの空間に前記タンク（１３０）に対向するように配置されたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 圧縮機（１１１）、高圧側熱交換器（１１２）、減圧手段（１１３）、低圧側熱交換器（１１４）が順次環状に接続されて形成されるヒートポンプ（１１０）が、６面体を成すケース（１２０）内に収容されて、
   前記低圧側熱交換器（１１４）にて外気から吸熱して、前記高圧側熱交換器（１１２）の放熱によって外部流体を加熱するヒートポンプ装置において、
   前記ケース（１２０）の６面のうち、１面あるいは隣り合う２面に、前記外気用の吸入部（１２１）および排出部（１２２）がそれぞれ形成され、
   前記低圧側熱交換器（１１４）が、前記吸入部（１２１）あるいは前記排出部（１２２）の少なくとも一方に対向するように配置され、
   送風流れ方向を可変可能とする送風手段（１１６）によって、前記外気が前記吸入部（１２１）から前記低圧側熱交換器（１１４）を通り、前記排出部（１２２）に流れるようにしており、
   前記ケース（１２０）内には、前記高圧側熱交換器（１１２）によって加熱された前記外部流体を貯めるタンク（１３０）が設けられ、
   前記ケース（１２０）の側面のうち、前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）が形成されない少なくとも１つの面に、前記タンク（１３０）が対向するように配置され、
   前記タンク（１３０）よりも前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）が形成された面の近くに、前記圧縮機（１１１）および前記送風手段（１１６）が配置されたことを特徴とするヒートポンプ装置。
3. 前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）は、前記隣り合う２面にそれぞれ形成されており、
   前記送風手段（１１６）は、遠心ファンあるいは貫流ファンを用いた送風機（１１６）であり、
   前記送風機（１１６）によって、前記外気の流れが前記吸入部（１２１）から前記低圧側熱交換器（１１４）を通り、前記排出部（１２２）に向かうように、略直角流れとなるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記吸入面（１２１）および前記排出面（１２２）は、前記１面にそれぞれ形成されており、
   前記送風手段（１１６）は、遠心ファンあるいは貫流ファンを用いた送風機（１１６）であり、
   前記送風機（１１６）によって、前記外気の流れが前記吸入部（１２１）から前記低圧側熱交換器（１１４）を通り、前記排出部（１２２）に向かうように、Ｕターン流れとなるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）の少なくとも一方は、前記ケース（１２０）の上面あるいは下面に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
6. 前記送風手段（１１６）は、複数設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
7. 前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）は、前記隣り合う２面にそれぞれ形成されており、
   前記低圧側熱交換器（１１４）は、前記吸入部（１２１）および前記排出部（１２２）の両方に対向するようにＬ字状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３、請求項５、請求項６のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
8. 前記タンク（１３０）には、凹状となる凹部（１３２）が形成されており、
   前記圧縮機（１１１）および前記送風手段（１１６）は、前記凹部（１３２）内に配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
9. 前記圧縮機（１１１）、前記高圧側熱交換器（１１２）の少なくとも一方は、前記タンク（１３０）に接触していることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
10. 前記タンク（１３０）は縦長に形成されており、
    前記圧縮機（１１１）、前記高圧側熱交換器（１１２）、前記減圧手段（１１３）、前記低圧側熱交換器（１１４）、前記送風手段（１１６）は、上下方向に配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
11. 前記減圧手段（１１３）として、前記ヒートポンプ（１１０）内の高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させるノズル部と、減圧膨脹時に低下したエンタルピを圧力エネルギーに変換する昇圧部とを有するエジェクタが用いられたこと特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
12. 前記圧縮機（１１１）は、前記ヒートポンプ（１１０）内の冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
13. 前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプ装置。

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