JP5293399B2 - ポンプモジュール - Google Patents

Description

本発明は、ポンプモジュールに関する。

特許文献１には、給湯用のヒートポンプユニットに用いられる従来のポンプが開示されている。このポンプは、電動機の回転シャフトに固定された羽根車と、羽根車を収納する羽根車室と、羽根車の回転により羽根車室から流出する水を外部に吐出するための吐出通路とをケーシング内に有している。またポンプには、長期不使用時における凍結を防止するために、ポンプ内部の残水を排出する排水継手が、ケーシングから突出して設けられている。排水継手には、使用者の所定の操作により開閉される排水栓が取り付けられている。

特開２００６−２３３７９０号公報

ポンプの排水継手に取り付けられる排水栓は使用者の操作により開閉されるため、使用者による開閉操作が容易な位置に配置する必要がある。このため、上記のようなポンプは、ヒートポンプユニットに搭載する際の搭載位置の制約が大きいという問題がある。

また、排水継手はケーシングから突出して形成されているため、ポンプのケーシング構造が複雑化してしまう。これにより、ケーシングの成型に用いる型構造が複雑化するためケーシングにウェルドラインが形成されやすくなり、ポンプに強度不足の箇所が生じてしまう。

本発明の目的は、ポンプの搭載位置の制約を緩和でき、ポンプ構造を簡素化できるポンプモジュール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に記載の発明は、給水口（９３）から供給される水を送水口（９４）から圧送するポンプ（９０）と、送水口（９４）に接続され、ポンプ（９０）により圧送される水が流入する水通路部（２０ｂ）を備える第１の機器（２０）と、送水口（９４）及び水通路部（２０ｂ）に接続される送水通路（１１１）と、送水通路（１１１）に設けられ、送水口（９４）及び水通路部（２０ｂ）よりも下方に位置し、ポンプ（９０）内及び水通路部（２０ｂ）内の水を外部に排水可能な排水口（１３０）と、排水口（１３０）に取り付けられ、所定の操作により開閉される排水栓（１３１）と、給水口（９３）に接続され、ポンプ（９０）に水を供給する給水通路（１１０）とを有し、ポンプ（９０）は、送水口（９４）が当該ポンプ（９０）内の水流路（９２）の最下点に位置しかつ下向きとなるように搭載されており、給水通路（１１０）には、内部の圧力を大気開放可能な大気開放弁（１２５）が設けられていることを特徴とするポンプモジュールである。

これにより、排水栓（１３１）と大気開放弁（１２５）が開放されると、給水通路（１１０）及びポンプ（９０）内の水流路（９２）の圧力が大気開放され、ポンプ（９０）内の水が送水口（９４）から流下し、排水口（１３０）を介して排水される。このため、ポンプ（９０）本体に排水口や大気開放弁が設けられていなくても、ポンプ（９０）内部の水抜きが可能になる。したがって、ポンプ（９０）の構造を簡素化することができる。また、使用者により操作される排水栓等をポンプ（９０）に設ける必要がないため、ポンプ（９０）の搭載位置の制約が緩和され、搭載自由度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、給水通路（１１０）は、給水配管（１１０ａ）と、給水配管（１１０ａ）と給水口（９３）との間に介在し、給水配管（１１０ａ）及び給水口（９３）を接続する給水ジョイント（１２０）とを有しており、給水ジョイント（１２０）は、給水配管（１１０ａ）からの水を給水口（９３）に送る主流路（１２３）と、主流路（１２３）から分岐した分岐流路（１２４）とを備え、大気開放弁（１２５）は、分岐流路（１２４）に設けられていることを特徴としている。

大気開放弁（１２５）を給水ジョイント（１２０）に設けることによって、給水配管（１１０ａ）の構造が複雑化するのを回避できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。

第１実施形態のポンプモジュールを含むヒートポンプユニットの概略構成を示す図である。 ヒートポンプケーシング内における熱交換装置等の配置を示す模式図である。 図２と同姿勢におけるポンプ内の水流路を示す模式図である。 ポンプの給水口と給水配管との間に介在する給水ジョイントの構成を示す模式的な断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態のポンプモジュールを含むヒートポンプユニット１の概略構成を示す図である。本実施形態のヒートポンプユニット１は、給湯装置に用いられて屋外等に設置されるものである。

ヒートポンプユニット１は、圧縮機１０、水冷媒熱交換器２０、エジェクタ３０、アキュムレータ４０、空気冷媒熱交換器５０、内部熱交換器６０、及びこれらを環状に接続する冷媒配管７０で構成されるヒートポンプサイクル２を備えている。ヒートポンプサイクル２内を循環する冷媒としては、例えばＣＯ_２が用いられている。

圧縮機１０は、内蔵する同期モータによって駆動される圧縮機構により、気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する流体機械である。

水冷媒熱交換器２０は、圧縮機１０の吐出口から吐出された高温高圧の冷媒によって水を湯に昇温させる給湯用熱交換器であり、高温冷媒が流通する冷媒通路部２０ａと水が流通する水通路部２０ｂとを備えている。水冷媒熱交換器２０は、冷媒通路部２０ａが水通路部２０ｂの表面に熱交換可能に密着するように配置された熱交換構造となっている。水通路部２０ｂを流れる水は、冷媒通路部２０ａを流れる高温高圧冷媒との熱交換によって加熱され、給湯用の高温の湯となる。

ヒートポンプユニット１内の流水路は、外部から供給される水をポンプ９０に向かって流通させる給水通路１１０と、ポンプ９０により圧送される水を水冷媒熱交換器２０に向かって流通させる送水通路１１１と、水冷媒熱交換器２０の水通路部２０ｂと、水冷媒熱交換器２０から流出した湯を外部に向かって流通させる給湯通路１１２とにより構成されている。これらの流水路は、例えば貯湯タンク下部の低温の水を沸き上げてタンク上部に戻す循環回路の一部を構成している。給水通路１１０には、ポンプ９０と連動して開閉し、ポンプ９０停止時に水の流通を遮断する電磁弁が設けられている。水冷媒熱交換器２０及びポンプ９０は、本実施形態のポンプモジュールとなる熱交換装置３を構成している。

空気冷媒熱交換器（蒸発器）５０は、外気と液相冷媒とを熱交換させ、液相冷媒を蒸発させることにより外気から吸熱するための熱交換器である。エジェクタ３０は、水冷媒熱交換器２０から流出する冷媒を減圧膨張させ、空気冷媒熱交換器５０で蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させるものである。

ここで、エジェクタ３０は、水冷媒熱交換器２０から流出した高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を略等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部と、ノズル部から噴射する高い速度の冷媒流により空気冷媒熱交換器５０で蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル部から噴射する冷媒流と混合する混合部と、ノズル部から噴射する冷媒と空気冷媒熱交換器５０から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ等の昇圧部とを有している。

アキュムレータ４０は、エジェクタ３０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ４０で分離された気相冷媒は内部熱交換器６０を介して圧縮機１０に吸引され、液相冷媒は空気冷媒熱交換器５０側に吸引されるようになっている。

内部熱交換器６０は、アキュムレータ４０から導出された低圧気相冷媒と、エジェクタ３０で減圧される前の高圧冷媒とを熱交換する熱交換器である。内部熱交換器６０は、圧縮機１０吸入側での冷媒のエンタルピを上昇させ、超臨界ヒートポンプサイクル２の能力を向上させるようになっている。

また、ヒートポンプサイクル２には、圧縮機１０の吐出側と空気冷媒熱交換器５０の上流側とを連通する除霜用の連通配管７８と、この連通配管７８の経路を開閉する電磁弁７９とが設けられている。電磁弁７９が開弁すると、連通配管７８を介して高温冷媒が空気冷媒熱交換器５０に導入され、空気冷媒熱交換器５０の除霜を行なうことができるようになっている。

冷媒配管７０には、圧縮機１０の吐出冷媒温度を検出する吐出温サーミスタ７１、水冷媒熱交換器２０下流側の冷媒温度を検出する冷媒出口サーミスタ７２、空気冷媒熱交換器５０上流側の冷媒温度を検出する蒸発器入口サーミスタ７３、空気冷媒熱交換器５０下流側の冷媒温度を検出するフロストサーミスタ７４、及びエジェクタ３０上流側においてヒートポンプサイクル２の高圧側冷媒圧力を検出する圧力センサ７５が設けられている。

また、空気冷媒熱交換器５０の空気流れ上流側面には、電動ファン５１の作動により空気冷媒熱交換器５０を通過する前の外気の温度を検出する外気サーミスタ５２が設けられている。送水通路１１１には、水冷媒熱交換器２０上流側の水温を検出する給水サーミスタ８１が設けられ、給湯通路１１２には、水冷媒熱交換器２０下流側の水温を検出する給湯サーミスタ８２が設けられている。

上記各サーミスタ５２、７１〜７４、８１、８２からの温度情報、及び圧力センサ７５からの圧力情報は、制御ユニット１００に入力される。制御ユニット１００は、上記各情報及び図示しない操作手段や検出手段からの入力信号に基づいて、圧縮機１０、エジェクタ３０、電動ファン５１、電磁弁７９、ポンプ９０等を作動制御するようになっている。

上述したヒートポンプユニット１を構成する各部品は、略直方体をなし屋外等に配置されるヒートポンプケーシング内に収納されている。

図２は、ヒートポンプケーシング内における熱交換装置３等の配置を示す模式図である。図３は、図２と同姿勢におけるポンプ９０内の水流路を示す模式図である。図４は、ポンプ９０の給水口９３と給水配管１１０ａとの間に介在する給水ジョイント１２０の構成を示す模式的な断面図である。図２乃至図４中の上下方向は概ね鉛直上下方向を表している。

図２乃至図４に示すように、ヒートポンプケーシング内には、熱交換装置３を構成するポンプ９０及び水冷媒熱交換器２０が収納されている。水冷媒熱交換器２０は、例えばヒートポンプケーシングの内壁面に沿って立設されている。上述のように水冷媒熱交換器２０は、高温冷媒が流通する冷媒通路部２０ａと、水が流通する水通路部２０ｂとを有している。水通路部２０ｂは、浅底容器状の２枚の銅製プレートの周縁部同士が接合された薄型形状の箱体２１により構成されている。箱体２１の下部には水を流入させる流入口２２が開口されており、箱体２１の上部には、冷媒との熱交換により加熱された湯を流出させる流出口２３が開口されている。箱体２１内部には、流入口２２と流出口２３との間を接続するコルゲート状の水通路が形成されている。

冷媒通路部２０ａは、箱体２１の周囲に螺旋状に巻回され、箱体２１に熱的に接続された銅製の冷媒管（図示せず）により構成されている。冷媒管内の冷媒は、箱体２１内の水通路を流通する水に対して対向流となるように流通する。

水冷媒熱交換器２０の流入口２２には、水冷媒熱交換器２０に水を圧送する遠心式のポンプ９０が送水通路１１１を介して接続されている。ポンプ９０は、概ね水平な回転軸を備え、電動機により回転駆動される羽根車９１を有している。またポンプ９０は、樹脂製のケーシング９０ａにより画定された渦巻き状の外周壁を備え、羽根車９１を収納するとともにポンプ９０内の水流路となる羽根車室９２を有している。羽根車室９２の中心部には、ケーシング９０ａ外壁面から羽根車９１の回転軸に沿って突出し、給水通路１１０を介して水が供給される給水口９３が設けられている。給水口９３は、筒状に突出する筒状部９３ａと、筒状部９３ａの先端に形成されたフランジ部９３ｂとを有している。また羽根車室９２の外周部には、当該外周部の接線方向に延伸し、羽根車９１の回転により羽根車室９２から流出する水を送水通路１１１に吐出する送水口９４が設けられている。ポンプ９０は、送水口９４の位置が羽根車室９２の最下点となり、かつ送水口９４の向きが下向きとなるような搭載姿勢で設置されている。

給水通路１１０を構成する給水配管１１０ａと、ポンプ９０の給水口９３との間には、給水配管１１０ａと給水口９３とを接続するための給水ジョイント１２０が介設されている。給水ジョイント１２０の一端に形成された流入口１２１は給水配管１１０ａに接続されており、他端に形成された流出口１２２はポンプ９０の給水口９３に接続されている。流出口１２２には、ポンプ９０の給水口９３内に嵌入される筒状の嵌入部１２２ａと、給水口９３のフランジ部９３ｂに対して結合されるフランジ部１２２ｂとが形成されている。嵌入部１２２ａの外周面と給水口９３の内周面との間は、不図示のＯリングを用いた円筒面固定によりシールされている。流入口１２１と流出口１２２との間に形成される給水ジョイント１２０の主流路１２３は、概ね水平面内で「く」の字状に曲折している。

また給水ジョイント１２０には、主流路１２３から例えば下方に分岐する分岐流路１２４が設けられている。分岐流路１２４の下端となる末端部には、内部の圧力を大気開放可能な大気開放弁（吸気弁）１２５が取り付けられている。大気開放弁１２５は、通常の運転時は閉状態にあり、水抜きを行う際には例えば使用者の所定の操作により開放されるようになっている。

ポンプ９０の送水口９４と水冷媒熱交換器２０の流入口２２との間の送水通路１１１の途中には、内部の水を排水可能な排水口１３０が設けられている。排水口１３０は、水冷媒熱交換器２０の水通路部２０ｂの最下点よりも下方で、かつポンプ９０の送水口９４よりも下方に設けられている。排水口１３０には、例えば使用者の操作により開閉される排水栓１３１が取り付けられている。排水栓１３１は、通常の運転時は閉状態にあり、水抜きを行う際には所定の操作により開放されるようになっている。

水冷媒熱交換器２０で加熱された湯が流通する給湯通路１１２には、内部の圧力を大気開放可能な大気開放弁（吸気弁）１４０が設けられている。大気開放弁１４０は、通常の運転時は閉状態にあり、水抜きを行う際には例えば使用者の所定の操作により開放されるようになっている。

一般に、ヒートポンプユニット１を長期間使用しないときには、残水の凍結による機器破損を防止するため、熱交換装置３内部の水抜きを行う必要がある。本実施形態では、熱交換装置３の水抜きを行う際に、例えば使用者の操作によって排水栓１３１及び大気開放弁１２５、１４０が開放され、所定時間放置される。大気開放弁１４０が開状態となることにより水冷媒熱交換器２０の水通路部２０ｂ内の圧力が大気開放されるため、水通路部２０ｂ内の水は排水口１３０を介して排水される。また、大気開放弁１２５が開状態となることにより給水ジョイント１２０内やポンプ９０の羽根車室９２の圧力が大気開放されるため、ポンプ９０内の水は送水口９４から流下し、排水口１３０を介して排水される。

このように本実施形態では、ポンプ９０本体に排水口及び排水栓や大気開放弁が設けられていなくても、ポンプ９０内部の水抜きが可能になる。このため、ポンプ９０のケーシング構造を簡素化できるので、成型時にウェルドラインが形成されるのを抑制することができる。したがって、ポンプ９０の強度や耐圧性を高めることができる。また、使用者により操作される排水栓や、残水が排出される排水口等をポンプ９０に設ける必要がないため、ポンプ９０の搭載位置の制約が緩和され、搭載自由度を向上させることができる。

ただし、排水口及び排水栓や大気開放弁の設けられていないポンプを単に送水口が下向きになるように設置した構成では、排水栓１３１を開状態にしてもポンプ内部が負圧になるため、内部の水を送水口から流下させることができず、ポンプ内の水抜きが困難になる。これに対し本実施形態では、ポンプ９０の給水口９３に接続される給水ジョイント１２０に大気開放弁１２５が設けられているため、大気開放弁１２５を開状態にすることによりポンプ９０内部の圧力が大気開放され、ポンプ９０内の水抜きを容易に行うことができる。

また本実施形態では、大気開放弁１２５が給水ジョイント１２０に設けられているため、給水配管１１０ａの構造が複雑化するのを回避できる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、使用者の操作により開閉される大気開放弁１２５、１４０を例に挙げたが、大気開放弁１２５、１４０は、内部が負圧になると開になる逆止弁構造であってもよい。

また、上記実施形態では、大気開放弁１２５が給水ジョイント１２０に設けられた例を挙げたが、大気開放弁１２５は給水通路１１０上であれば他の部分に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、第１の機器として、ポンプ９０の送水口９４に水冷媒熱交換器２０が接続された例を挙げたが、第１の機器として、流入管および流出管を介して水冷媒熱交換器に接続され、給湯水を貯湯する給湯装置のタンクを、流出管に設けられたポンプの送水口に接続してもよい。

１ ヒートポンプユニット
３ 熱交換装置（ポンプモジュール）
２０ 水冷媒熱交換器（第１の機器）
２０ｂ 水通路部
２２ 流入口
２３ 流出口
９０ ポンプ
９２ 羽根車室（水流路）
９３ 給水口
９４ 送水口
１１０ 給水通路
１１０ａ 給水配管
１２０ 給水ジョイント
１２３ 主流路
１２４ 分岐流路
１２５ 大気開放弁
１３０ 排水口
１３１ 排水栓

Claims (2)

1. 給水口（９３）から供給される水を送水口（９４）から圧送するポンプ（９０）と、
   前記送水口（９４）に接続され、前記ポンプ（９０）により圧送される水が流入する水通路部（２０ｂ）を備える第１の機器（２０）と、
   前記送水口（９４）及び前記水通路部（２０ｂ）に接続される送水通路（１１１）と、
   前記送水通路（１１１）に設けられ、前記送水口（９４）及び前記水通路部（２０ｂ）よりも下方に位置し、前記ポンプ（９０）内及び前記水通路部（２０ｂ）内の水を外部に排水可能な排水口（１３０）と、
   前記排水口（１３０）に取り付けられ、所定の操作により開閉される排水栓（１３１）と、
   前記給水口（９３）に接続され、前記ポンプ（９０）に水を供給する給水通路（１１０）とを有し、
   前記ポンプ（９０）は、前記送水口（９４）が当該ポンプ（９０）内の水流路（９２）の最下点に位置しかつ下向きとなるように搭載されており、
   前記給水通路（１１０）には、内部の圧力を大気開放可能な大気開放弁（１２５）が設けられていることを特徴とするポンプモジュール。
2. 前記給水通路（１１０）は、給水配管（１１０ａ）と、前記給水配管（１１０ａ）と前記給水口（９３）との間に介在し、前記給水配管（１１０ａ）及び前記給水口（９３）を接続する給水ジョイント（１２０）とを有しており、
   前記給水ジョイント（１２０）は、前記給水配管（１１０ａ）からの水を前記給水口（９３）に送る主流路（１２３）と、前記主流路（１２３）から分岐した分岐流路（１２４）とを備え、
   前記大気開放弁（１２５）は、前記分岐流路（１２４）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のポンプモジュール。

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