JP4782034B2 - 水用熱交換装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍サイクルを用いて温水又は冷水をつくる水用熱交換装置に関する。

プレート式熱交換器の背面にネジ穴を有する取付金具を取付け、貯湯タンクにスポット溶接で取り付けた板金のプレート式熱交換器受けに取付金具をネジ止めなどにより取り付けるプレート式熱交換器の取付方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１４７５８３号公報（第１図乃至第３図）

しかしながら、前記特許文献１のプレート式熱交換器の取付方法は、プレート式熱交換器を貯湯タンクや筐体などの重量物にネジ、ボルトなどで強固に締結固定するものであるが、圧縮機やポンプ等の揺動機器からの伝達振動を流体循環用の接続配管の変形のみにて吸収することとなり、流体循環用の接続配管にかかる応力が大きくなり折損の可能性が高くなるという課題があった。

また、前記特許文献１以外に、プレート式熱交換器を断熱材で覆い筐体などに設けた支柱に細い樹脂製のバンドにて結束し取り付けるものもあるが、プレート式熱交換器の保持力が弱く、輸送時の振動や運転時の圧縮機やポンプ等の揺動機器からの伝達振動によりプレート式熱交換器の配置位置が安定せず、プレート式熱交換器に接続される流体循環用の接続配管にストレスがかかるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、プレート式熱交換器を一定の力で保持しながら、圧縮機やポンプ等の揺動機器からの過大な伝達振動を分散吸収し、流体循環用の接続配管にかかるストレスの抑制効果を得られるとともに、組立作業性を容易にすることができる水用熱交換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る水用熱交換装置は、セパレータにより機械室と送風機室とに仕切られた室外機と、送風機室に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と、この空気−冷媒熱交換器に送風を行うファンとを配置し、機械室に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の流れを切替える四方弁と、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器と、電子膨張弁と、冷媒を貯留するアキュームレータとを配置し、圧縮機、四方弁、プレート式熱交換器、電子膨張弁、空気−冷媒熱交換器、アキュームレータを有する冷媒回路が、室外機内で完結し、プレート式熱交換器を復元力を有する断熱材にて覆い、断熱材を圧縮した状態を保って囲う保持ケースを備えたことを特徴とする。

この発明に係る水用熱交換装置は、復元力のある断熱材でプレート式熱交換器の全周を覆い、保持ケースにて断熱材を圧縮した状態で収納し、接触面の面圧にてプレート式熱交換器を保持することにより、圧縮機やポンプ等の運転時にプレート式熱交換器に接続された流体循環用の配管を介しプレート式熱交換器に伝達する振動を断熱材が緩衝材となり吸収、分散することにより、流体循環用の配管への応力を抑制でき配管の折損を回避するとともに、共振などによる異常音振動を抑制する効果が得られる。また、輸送中の落下や転倒などで衝撃が加わった場合もプレート式熱交換器の配置が安定しているため、プレート式熱交換器を一定位置に保持可能で配置が大きく変化することがないことから、プレート式熱交換器に接続された配管に発生する応力を抑制でき配管の折損を回避する効果が有る。

実施の形態１．
図１乃至図６は実施の形態１を示す図で、図１は室外機２０の外形図、図２は室外機２０内部の上面図、図３は室外機２０内部の要部を示す図で、プレート式熱交換器１の取付方法を示す分解斜視図、図４は室外機２０内部の要部斜視図、図５は冷媒回路図、図６はプレート式熱交換器１の分解斜視図である。

図１に示すように、室外機２０は、セパレート式空気調和機の室外機に酷似している。前面側に空気が吹出される前面グリル２０ａを備える。室外機２０は、冷凍サイクルにより、例えば水を加熱して温水をつくる、又は水を冷却して冷水をつくる装置で、冷凍空調装置の一種の水用熱交換装置である。そして、冷媒回路が室外機２０内で完結しているのが特徴である。現地では、水配管工事だけが行われる。そして、既存の空気調和機の室外機を流用できる点に特徴がある。

図２において、室外機２０は、送風機室１５と機械室１６とを備え、送風機室１５と機械室１６とはセパレータ１３で仕切られている。送風機室１５には、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器１０、この空気−冷媒熱交換器１０に送風を行うファン１４等が配置される。図示はしないが、室外機２０は、機械室１６の上に電気部品を収納する電気品箱を備える。

また、機械室１６には、冷媒の圧縮を行う圧縮機６、冷媒を貯留するアキュームレータ１１、冷媒の流れを切替える四方弁（図示せず）、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器１、冷媒の減圧装置として使用される電子膨張弁（図示せず）等が配置される。圧縮機６は、吸入側に吸入マフラー６ａを備える。また、この実施の形態では、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いるとともに、インバータ駆動の圧縮機６によるヒートポンプ運転により、省エネ及びＣＯ_２削減に貢献できる。

プレート式熱交換器１は、正面側に冷媒配管接続口１ａを、背面側に水配管接続口１ｂを有する。プレート式熱交換器１は、その周囲を囲む保持ケースで覆われているが、図２では保持ケースを省略している。

図３、図４において、プレート式熱交換器１は、復元力を有する断熱材２にて冷媒配管接続口１ａ、水配管接続口１ｂを除き全周が覆われる。復元力を有する断熱材２にてプレート式熱交換器１を覆った状態の外形より一回り小さい形状で、断熱材２の復元力にて変形しない強度を有するそれぞれ３面からなる保持ケース３ａ（第１の保持ケースと呼ぶ）、保持ケース３ｂ（第２の保持ケースと呼ぶ）にて、復元力を有する断熱材２を圧縮した状態を保ち囲う。保持ケース３ａと保持ケース３ｂとをネジにて固定しプレート式熱交換器組立３を形成する。

また、プレート式熱交換器組立３は、保持ケース３ａに設けた爪３ｃをベース５にスポット溶接にて固定してあるベース台座５ａに設けた嵌合穴５ｂにスライド挿入させ、取り付けやすいように仮固定し、ネジにてベース台座５ａにネジ固定する。プレート式熱交換器１に圧縮機６にて冷媒が循環する冷媒配管８、ポンプ７にて水が循環する水配管７ａをそれぞれ接続する。

断熱材２は、一例としてこの実施の形態では、材質がフェルト製の平板状のものを使用する。プレート式熱交換器１が、外形が略直方体であり、外周面が６面ある。６面のそれぞれの面に、分割された６枚の断熱材２を使用する。断熱材２の厚さは、約２０ｍｍである。そして、断熱材２を圧縮する場合の圧縮率は、約６０％である。断熱材２が、６枚の平板状に分割されているので、組合わせた場合の精度が出る。また、組立がしやすい。

保持ケース３ａは、前面壁、天面壁、側面壁からなる。保持ケース３ａの前面壁には、冷媒配管８の逃げ用のＵ字状切欠き部３ｄが上下の２箇所に形成されている。Ｕ字状切欠き部３ｄは、組付け方向に開口している（図２では右方向）。これにより、プレート式熱交換器１に冷媒配管８を溶接後も保持ケース３ａの組立が可能である。

また、保持ケース３ｂは、背面壁、底面壁、側面壁からなる。保持ケース３ｂの背面壁には、水配管接続口１ｂ貫通用の丸穴３ｅが上下の２箇所に形成されている。

冷媒配管８、水配管７ａを介しプレート式熱交換器１に伝達する圧縮機６、ポンプ７の駆動時の振動や、発停により発生するウォーターハンマーの衝撃が配管を伝播してプレート式熱交換器１に振動が加わった際に、プレート式熱交換器１を覆う復元力を有する断熱材２が振動を吸収し、冷媒配管８、水配管７ａに生じる応力を緩和させる。

また、上記プレート式熱交換器１の取付方法により製作された室外機２０が、輸送時などに転倒、落下した場合、復元力を有する断熱材２がプレート式熱交換器１を面圧にて支持する。そのため、大きく配置が変位することがないことから冷媒配管８、水配管７ａに生じる配管応力を抑制する効果がある。

室外機２０の冷媒回路は、図５のような構成である。図５はプレート式熱交換器１に高圧・高温のガス冷媒を圧縮機６から供給し、プレート式熱交換器１の水回路に入る水を加熱する場合を示している。圧縮機６で冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）を圧縮して高圧・高温のガス冷媒とし、四方弁９を介してプレート式熱交換器１に供給する。プレート式熱交換器１では、冷媒と水とが対向流となり、冷媒と水との間で熱交換が行われて、水が加熱される。プレート式熱交換器１を出た液冷媒は、電子膨張弁１２ｂで過冷却（サブクールをつける）されてアキュームレータ１１に入る。さらに、電子膨張弁１２ａで減圧されて二相冷媒となり、空気−冷媒熱交換器１０で蒸発し低圧のガス冷媒となり、四方弁９を介して吸入マフラー６ａから圧縮機６に戻る。プレート式熱交換器１で加熱された高温の水は、図示しない給湯タンク、ファンコイルユニット等に供給される。

また、プレート式熱交換器１で水を冷却する場合は、冷媒の流れは上記と逆方向になる。圧縮機６で冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ）を圧縮して高圧・高温のガス冷媒とし、四方弁９を介して空気−冷媒熱交換器１０に供給する。空気−冷媒熱交換器１０を出た液冷媒は、電子膨張弁１２ａで過冷却されてアキュームレータ１１に入る。さらに、電子膨張弁１２ｂで減圧されて二相冷媒となり、プレート式熱交換器１で蒸発し低圧のガス冷媒となる。プレート式熱交換器１では、冷媒と水とが並行流となり、冷媒と水との間で熱交換が行われて、水が冷却される。プレート式熱交換器１から出た低圧のガス冷媒は、四方弁９を介して吸入マフラー６ａから圧縮機６に戻る。プレート式熱交換器１で冷却された水は、例えばファンコイルユニットに供給され冷房等に利用される。

冷媒に、Ｒ４１０Ａを使用するので、欧州のエネルギー政策におけるＣＯ_２排出量削減対策に対しても、受け入れられるものである。

プレート式熱交換器１の構成であるが、公知のものを使用するので、図６により、簡単に内部構成を説明する。図６では、外周カバーを構成する筒状体は省略している。プレート式熱交換器１は、一方の最外端のプレート１ｄに、冷媒配管接続口１ａが設けられる。また、他方の最外端のプレート１ｄに、水配管接続口１ｂが設けられる。最外端のプレート１ｄの間に、複数の波形状の伝熱プレート１ｃが並べて配置される。伝熱プレート１ｃの間に、交互に冷媒流路１ｅと、水流路１ｆとが形成される。そして、伝熱プレート１ｃに、各冷媒流路１ｅと冷媒配管接続口１ａとを接続する冷媒連通穴１ｇが設けられる。また、伝熱プレート１ｃに、各水流路１ｆと水配管接続口１ｂとを接続する水連通穴１ｈが設けられる。

実施の形態２．
図７、図８は実施の形態２を示す図で、図７は補助支持部材４と保持ケース３ａとプレート式熱交換器１との配置関係を示した断面図、図８は補助支持部材４の斜視図である。

図７に示すように、断熱材２の一部を切り欠き、この切り欠きに補助支持部材４を配置する。補助支持部材４は、保持ケース３ａの内壁側に接し、プレート式熱交換器組立３の状態で断熱材２が圧縮されている厚さより高さ（図７では左右方向の寸法）が狭く、プレート式熱交換器１との間に隙間Ａを設ける。断熱材２にある一定以上の力が加わり補助支持部材４の高さまで圧縮された際に、補助支持部材４がプレート式熱交換器１を支持する。

プレート式熱交換器１と補助支持部材４との隙間Ａの寸法を１〜４ｍｍ程度とする。隙間Ａの寸法が１ｍｍ以下では、寸法のバラツキによりプレート式熱交換器１と補助支持部材４とが干渉する恐れがある。隙間Ａの寸法が４ｍｍ以上では、補助支持部材４が機能しない（断熱材２にある一定以上の力が加わり補助支持部材４の高さまで圧縮された際に、補助支持部材４がプレート式熱交換器１を支持できない）。

図７では、プレート式熱交換器１と保持ケース３ａとの間の断熱材２の切り欠きに補助支持部材４を設ける例を説明したが、プレート式熱交換器１と保持ケース３ｂとの間の断熱材２の切り欠きにも同様に補助支持部材４を設ける。

補助支持部材４は、図８に示すように、クランク形状の板金部品である。そして、プレート式熱交換器１側の面に切欠き部４ａを有する。

室外機２０が、輸送時などに転倒、落下した場合に、プレート式熱交換器１が補助支持部材４に突き当たることにより、配置の変位量を衝撃の大きさに関わらず一定量以下に抑えることから、配管の接続位置の変位量を制限する効果がある。

実施の形態３．
図９は実施の形態３を示す図で、補助支持部材４と保持ケース３ａとプレート式熱交換器１との配置関係を示した断面図である。

図９に示すように、補助支持部材４と保持ケース３ａの内壁側との間に、断熱材２を圧縮挿入して挟み込むことにより、保持ケース３ａに断熱材２が保持され、プレート式熱交換器組立３の製造組立時やメンテナンスサービス時の作業性が向上する。補助支持部材４には、図８で示したように、プレート式熱交換器１側の面に切欠き部４ａを有するので、補助支持部材４と保持ケース３ａの内壁側との間に断熱材２を圧縮挿入する際の作業がやりやすい。

図９では、補助支持部材４と保持ケース３ａの内壁側との間に、断熱材２を圧縮挿入して挟み込む例を説明したが、補助支持部材４と保持ケース３ｂの内壁側との間にも同様に断熱材２を圧縮挿入して挟み込む。

復元力を有する断熱材２をプレート式熱交換器１と保持ケース３ａ、保持ケース３ｂに挟み込み保持することにより、復元力を有する断熱材２をプレート式熱交換器１あるいは保持ケース３ａ，３ｂに貼り付ける必要がなくなり、組立作業性を容易にする効果がある。

実施の形態４．
保持ケース３ａ、保持ケース３ｂの材料を板金にする。それにより、プレート式熱交換器１の冷媒配管接続口１ａに冷媒配管８を、又は水配管接続口１ｂに水配管７ａをロウ付けする場合に、プレート式熱交換器１の周囲に設けた断熱材２等の可燃物に直接炎が当たることがなくなる。従って、可燃物への延焼を抑制することができ、製品製造、メンテナンスサービス時の作業性が向上する。

上記実施の形態では、四方弁９を設けて冷媒の流れを切り替え、温水と冷水とを作る例を示しているが、四方弁９を省略して、温水のみまたは冷水のみを作るようにしてもよい。

また、上記実施の形態で、断熱材２の材質、厚さ及び圧縮率は好適な一例を示したもので、他の材質のものを使用することも可能である。

この発明に係る水用熱交換装置は、セパレータにより機械室と送風機室とに仕切られた室外機と、送風機室に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と、この空気−冷媒熱交換器に送風を行うファンとを配置し、機械室に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の流れを切替える四方弁と、冷媒と水とが熱交換を行うプレート式熱交換器と、電子膨張弁と、冷媒を貯留するアキュームレータとを配置し、圧縮機、四方弁、プレート式熱交換器、電子膨張弁、空気−冷媒熱交換器、アキュームレータを有する冷媒回路が、室外機内で完結し、プレート式熱交換器を復元力を有する断熱材にて覆い、断熱材を圧縮した状態を保って囲う保持ケースを備えたことにより、圧縮機やポンプ等の運転時にプレート式熱交換器に接続された流体循環用の配管を介しプレート式熱交換器に伝達する振動を断熱材が緩衝材となり吸収、分散することにより、流体循環用の配管への応力を抑制でき配管の折損を回避するとともに、共振などによる異常音振動を抑制する効果が得られる。また、輸送中の落下や転倒などで衝撃が加わった場合もプレート式熱交換器の配置が安定しているため、プレート式熱交換器を一定位置に保持可能で配置が大きく変化することがないことから、プレート式熱交換器に接続された配管に発生する応力を抑制でき配管の折損を回避する効果が有る。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、プレート式熱交換器は水配管接続口を備え、保持ケースは、前面壁、天面壁、側面壁からなり、前面壁に冷媒回路の冷媒配管の逃げ用のＵ字状切欠き部を有する第１の保持ケースと、背面壁、底面壁、側面壁からなり、背面壁に水配管接続口の貫通用の丸穴を有する第２の保持ケースとを備えたことにより、保持ケースの組立作業を容易に行うことができる。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、Ｕ字状切欠き部は、組付け方向に開口していることにより、プレート式熱交換器に冷媒配管を溶接後も保持ケースの組立が可能である。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、プレート式熱交換器は、外形が略直方体であり、プレート式熱交換器の外周面の６面のそれぞれの面に、分割された６枚の断熱材を使用することにより、断熱材を組合せた場合の精度が出る。また、組立がしやすい。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、プレート式熱交換器から断熱材に一定以上の力が加わり圧縮された際に、プレート式熱交換器を補助的に支持する補助支持部材を保持ケースに配置したことにより、室外機が、輸送時などに転倒、落下した場合に、プレート式熱交換器が補助支持部材に突き当たることにより、配置の変位量を衝撃の大きさに関わらず一定量以下に抑えることから、配管の接続位置の変位量を制限する効果がある。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、補助支持部材と、第１の保持ケース又は第２の保持ケースとの間に断熱材を圧縮挿入して挟み込むことにより、保持ケースに断熱材が保持され、プレート式熱交換器組立の製造組立時やメンテナンスサービス時の作業性が向上する。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、保持ケースの材料に板金を用いたことにより、プレート式熱交換器の冷媒配管接続口に冷媒配管を、又は水配管接続口に水配管をロウ付けする場合に、プレート式熱交換器の周囲に設けた断熱材等の可燃物に直接炎が当たることがなくなる。従って、可燃物への延焼を抑制することができ、製品製造、メンテナンスサービス時の作業性が向上する。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、冷媒にＲ４１０Ａを用いることにより、ＣＯ_２排出量削減に貢献する。

また、この発明に係る水用熱交換装置は、冷媒回路に、冷媒の流れを切り替える四方弁を備えたことにより、温水または冷水を作ることができる。

実施の形態１を示す図で、室外機２０の外形図。 実施の形態１を示す図で、室外機２０の内部上面図。 実施の形態１を示す図で、室外機２０内部の要部を示す図で、プレート式熱交換器１の取付方法を示す分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、室外機２０内部の要部斜視図。 実施の形態１を示す図で、冷媒回路図。 実施の形態１を示す図で、プレート式熱交換器１の分解斜視図。 実施の形態２を示す図で、補助支持部材４と保持ケース３ａとプレート式熱交換器１との配置関係を示した断面図。 実施の形態２を示す図で、補助支持部材４の斜視図。 実施の形態３を示す図で、補助支持部材４と保持ケース３ａとプレート式熱交換器１との配置関係を示した断面図。

符号の説明

１ プレート式熱交換器、１ａ 冷媒配管接続口、１ｂ 水配管接続口、１ｃ 伝熱プレート、１ｄ 最外端のプレート、１ｅ 冷媒流路、１ｆ 水流路、１ｇ 冷媒連通穴、１ｈ 水連通穴、２ 断熱材、３ プレート式熱交換器組立、３ａ 保持ケース、３ｂ 保持ケース、３ｃ 爪、３ｄ Ｕ字状切欠き部、３ｅ 丸穴、４ 補助支持部材、４ａ 切欠き部、５ ベース、５ａ ベース台座、５ｂ 嵌合穴、６ 圧縮機、６ａ 吸入マフラー、７ ポンプ、７ａ 水配管、８ 冷媒配管、９ 四方弁、１０ 空気−冷媒熱交換器、１１ アキュームレータ、１２ａ 電子膨張弁、１２ｂ 電子膨張弁、１３ セパレータ、１４ ファン、１５ 送風機室、１６ 機械室、２０ 室外機。

Claims (5)

1. セパレータにより機械室と送風機室とに仕切られた室外機を有し、
   前記送風機室に、空気と冷媒とが熱交換を行う空気−冷媒熱交換器と、この空気−冷媒熱交換器に送風を行うファンとを配置し、
   前記機械室に、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と水とが熱交換を行う外形が略直方体のプレート式熱交換器と、電子膨張弁と、冷媒を貯留するアキュームレータとを配置し、
   前記圧縮機、前記プレート式熱交換器、前記電子膨張弁、前記空気−冷媒熱交換器、前記アキュームレータが配管で接続された冷媒回路が、前記室外機内で完結し、
   前記プレート式熱交換器を復元力を有する断熱材にて覆い、前記断熱材を圧縮した状態を保って囲う保持ケースを備え、
   前記断熱材は材質がフェルト製の平板状のものであり、前記プレート式熱交換器の外周面の６面のそれぞれの面に、分割された６枚の前記断熱材を使用し、前記プレート式熱交換器から前記断熱材に一定以上の力が加わり圧縮された際に、前記プレート式熱交換器を補助的に支持し、前記プレート式熱交換器側の面に切欠き部を有するクランク形状の補助支持部材を前記保持ケースの内壁側に配置するとともに、前記補助支持部材と前記保持ケースとの間に前記切欠き部から前記断熱材を圧縮挿入して挟み込むことを特徴とする水用熱交換装置。
2. 前記保持ケースにて前記断熱材を圧縮する圧縮率は、約６０％であることを特徴とする請求項１記載の水用熱交換装置。
3. 前記保持ケースの材料に板金を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の水用熱交換装置。
4. 前記冷媒にＲ４１０Ａを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水用熱交換装置。
5. 前記冷媒回路に、冷媒の流れを切り替える四方弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水用熱交換装置。

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