JP5838788B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

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Description

本発明はヒートポンプ給湯装置に関し、特にヒートポンプ回路の凝縮器の外周を覆う断熱材の固定構造を簡単化したヒートポンプ給湯装置に関する。
従来、貯湯式給湯装置の熱源機としてヒートポンプを利用したヒートポンプ給湯装置が実用に供されている。このヒートポンプ給湯装置は、温水を貯留する大容量の貯湯タンクと、ケースに収容されたヒートポンプ回路を有するヒートポンプ式の熱源機とを備え、夜間割引の安価な電力を利用して、貯湯タンク内の湯水を循環させて熱源機で加熱して、その加熱された湯水を貯湯タンクに貯留しておき、蛇口や風呂などの所望の給湯先に給湯するものである。
上記の熱源機のヒートポンプ回路において、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器が冷媒配管を介して接続され、冷媒配管に封入された冷媒を利用して給湯加熱運転が行われる。給湯加熱運転では、蒸発器に外気を導入する送風機が駆動されて外気から冷媒に吸熱して冷媒を気化し、この気化した冷媒を圧縮機で高温高圧にし、凝縮器により高温高圧の冷媒と湯水との間で熱交換が行われて湯水が加熱される。
ところで、ケース内における圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の配置構造に関して、例えば、特許文献1の空気調和機のような配置構造がある。具体的には、ケース内を垂直な仕切り板によって、蒸発器や送風機等が配置された送風室と、圧縮機や膨張弁等が配置された機械室とに区画し、ケース内の上端側部分を水平な仕切り板により区画し、この仕切り板の上面側に凝縮器が配置された構造が開示されている。
一般的に、凝縮器は保温状態を維持する為に、凝縮器の外周は断熱材によって覆われている。特許文献1では、この断熱材は、箱状断熱部と蓋断熱部からなる上下1対の分割体で構成され、この上下1対の分割体は、1対のコ字形の固定バンドを介して密閉状態となるように水平な仕切り板に固定されている。
特許第3566515号公報
ところで、上記のように断熱材は複数の断熱部材から構成されるのが一般的である。凝縮器の保温状態を維持する為に、複数の断熱部材を密閉状に固定することが望ましい。このため、断熱材の全周を覆うように金属製のカバーを被せて固定したり、特許文献1のように断熱材の両端部を1対の固定バンドにより固定する場合がある。
しかし、上記の断熱材の固定構造では、金属製のカバーや1対の固定バンド等の断熱材を固定する為の専用の固定部材が必要となるので、固定構造が複雑化し、製造コストが高くなる。また、金属製のカバーや1対の固定バンドを組み付ける場合、凝縮器を断熱材で覆った後に、更に固定部材による固定作業が必要となるので手間が掛かる。
本発明の目的は、凝縮器を覆う断熱材の固定構造を簡単化したヒートポンプ給湯装置を提供すること、断熱材の固定作業に手間が掛からないヒートポンプ給湯装置を提供すること、等である。
請求項1のヒートポンプ給湯装置は、ケース内に蒸発器と圧縮機と膨張手段と凝縮器とを備え且つこれらを冷媒配管で接続したヒートポンプ給湯装置であって、前記ケースは側板と天板と底板とを備え、前記ケース内の上端側部分は水平な仕切り板により区画され、前記凝縮器を前記仕切り板の上面側に配置したヒートポンプ給湯装置において、前記凝縮器は上下に2分割された断熱材によって覆われ、前記ケースの側板の上端部に内方に傾斜した折り曲げ部が設けられ、前記断熱材のうちの上部断熱材の角部に前記折り曲げ部を当接させて、前記上部断熱材を下方に下部断熱材に押圧して断熱材を密閉状に固定したことを特徴としている。
請求項2のヒートポンプ給湯装置は、請求項1の発明において、前記ケースの天板と前記上部断熱材との間には隙間が設けられていることを特徴としている。
請求項3のヒートポンプ給湯装置は、請求項1の発明において、前記ケースの天板の外周部から下方へ延びる延長板部を前記側板の上端部分に外嵌させることによって、前記側板を内方に押圧し、前記折り曲げ部を介して前記上部断熱材の角部に下方への押圧力を発生させることを特徴としている。
請求項1の発明によれば、凝縮器は上下に2分割された断熱材によって覆われ、ケースの側板の上端部に内方に傾斜した折り曲げ部が設けられ、断熱材のうちの上部断熱材の角部に折り曲げ部を当接させて、上部断熱材を下方に下部断熱材に押圧して断熱材を密閉状に固定しているので、側板を組み立てると、側板の折り曲げ部により、常に上部断熱材を下方に下部断熱材に押しつけた状態となる。従って、別途専用の固定部材を使用せずとも、断熱材を密閉状に固定することができるので、断熱材の固定構造を簡単化することができる。
また、断熱材を固定する為に、専用の固定部材を必要としないので、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。さらに、側板を組み付けるだけで、断熱材が密閉状に固定されるので、断熱材の固定作業に手間が掛からず組み立て作業をスムーズに行なうことができる。
請求項2の発明によれば、ケースの天板と上部断熱材との間には隙間が設けられているので、この隙間によって、凝縮器からの熱が天板へ伝達するのを防止することができるため、凝縮器の保温性が向上する。
請求項3の発明によれば、ケースの天板の外周部から下方へ延びる延長板部を側板の上端部分に外嵌させることによって、側板の上端部分を締め付けて内方に押圧し、折り曲げ部を介して上部断熱材の角部に下方への押圧力を発生させるので、下部断熱材と上部断熱材とを確実に固定することができる。
本発明の実施例に係るヒートポンプ給湯装置の概略構成図である。 ヒートポンプ給湯装置の熱源機の斜視図である。 ケースの前側板と天板とを取り外した状態の熱源機の斜視図である。 ケースの前側板と天板とを取り外した状態の熱源機の正面図である。 前側板と天板とを装着した状態の図4のV−V線断面図である。 図4のa部拡大図である。 天板を装着した状態の図6相当図である。 図5のb部拡大図である。 図5のc部拡大図である。 温水加熱用熱交換器(凝縮器)と発泡断熱材と仕切り板の分解斜視図である。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
先ず、ヒートポンプ給湯装置1の全体構成について説明する。
図1に示すように、ヒートポンプ給湯装置1は、貯湯タンクユニット2と、ヒートポンプ式の熱源機3と、配管類6,7,8,9a,9b,10と、主制御装置11等を有する。
次に、貯湯タンクユニット2について説明する。
図1に示すように、貯湯タンクユニット2は、上下両端部に曲面部を有する縦長筒状の外周面を有する貯湯タンク12と、この貯湯タンク12の外面側を覆う保温材13とを備えている。貯湯タンク12は、熱源機3で加熱された高温の温水を貯留するものであり、耐腐食性に優れたステンレス製の板材で構成されている。
貯湯タンク12の下端部には、水道管などの給水管7と温水循環用配管9aに接続される下部配管8が接続されている。給水管7を介して水道水を貯湯タンク12内に補充するようになっている。その貯湯タンク12から液送ポンプ16を介して温水(貯留水)が下部配管8、温水循環用配管9aを通り熱源機3に送られる。熱源機3で加熱された温水は温水循環用配管9bへ流れる。
貯湯タンク12の上端部には、温水循環用配管9bと出湯用配管6に接続される上部配管10が接続され、貯湯タンク12内に貯留された高温の温水(例えば、80〜90℃)を上部配管10に供給することができる。
貯湯タンク12には、複数の温度センサ31〜34が高さ方向所定間隔おきの位置に配置されている。温度センサ31〜34は主制御装置11に接続されており、温度センサ31〜34の温度検出信号が主制御装置11に供給される。
保温材13は、例えば、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の樹脂を発泡成形した発泡断熱材で構成され、貯湯タンク12の外面側を覆って貯湯タンク12に貯留された温水の温度低下を防ぐ断熱機能を有する。
外装ケース14は、薄鋼板製の箱状に形成され、貯湯タンクユニット2、配管類6,7,8,9a,9b,10、液送ポンプ16、混合弁27、複数の温度センサ28〜30等を収容している。
ユーザーが給湯操作を行なうと、貯湯タンク12に貯留された温水が出湯用配管6に流れ、その温水と給水管7から供給される水道水とが混合弁27で混合され、所定の温度となって蛇口などの給湯栓4に給湯される。混合弁27の上流部、下流部、給水管7の途中部には、夫々、温水温度又は入水温度を検知するための温度センサ28〜30が設けられ、これら温度センサ28〜30の検出信号が主制御装置11に供給されている。主制御装置11は、これら温度センサ28〜30で検知された温度検知データに基づいて、混合弁27を制御して温水と水の混合比を調節することで給湯する温水の温度を調整する。
主制御装置11は、ユーザーが操作可能な操作リモコン11aとの間でデータ通信可能であり、操作リモコン11aのスイッチ操作により目標給湯温度が設定されると、その目標給湯温度データが操作リモコン11aから主制御装置11に送信される。主制御装置11は、給湯動作時には、目標給湯温度データ及び温度センサ31〜34からの温度検知データに基づいて、熱源機3で温水を加熱する加熱温度を決定する。
次に、ヒートポンプ式の熱源機3について説明する。
図1〜図10に示すように、熱源機3は、蒸発器としての外気熱吸収用熱交換器18と、圧縮機20と、凝縮器としての温水加熱用熱交換器21と、高圧の冷媒を断熱膨張させて温度と圧力を下げる膨張弁22とを有し、これら機器18,20,21,22が冷媒配管23を介して接続されヒートポンプ回路を構成し、冷媒配管23に収容された冷媒を利用して給湯加熱運転を行う。
熱源機3は、さらに送風モータ19aで駆動される送風機19と、主制御装置11に接続され且つ熱源機3を制御する補助制御装置24と、これら収納する外装ケース25等を備えている。
次に、外装ケース25について説明する。
図2〜図9に示すように、外装ケース25は、薄鋼板製の箱状に形成され、左右1対の側板35,36と、前側板37と、後側板38と、天板40と、底板41とを備えている。外装ケース25内には、垂直な縦仕切り板42と水平な横仕切り板43とが設けられている。縦仕切り板42と横仕切り板43も同様に薄鋼板製のものである。
左右1対の側板35,36は、平面視にてL字形に夫々構成され、左右対称に設置されている。左右1対の側板35,36のうち右側板36の下側部分には、外側に膨出した形状の膨出部36dが形成されている。この膨出部36d内には、温水循環用配管9a,9bと熱交換器通路部21aとの接続部が収納されている。
前側板37には、外装ケース25内の空気を排出する空気排出口としての開口部37dが形成され、この開口部37dの前面には金網状のカバー部材37eが設けられている。前側板37の内面側には空気流をガイドするベルマウス37fが設けられている。送風機19を駆動すると、後側板38に形成された大きな矩形状の開口部や左側板35に形成された複数の横長のスリットから外気が取り込まれ、外気熱吸収用熱交換器18で冷媒と熱交換されて低温の空気となり、前側の開口部37dから外部に排出される。
縦仕切り板42は、底板41の右側約1/3部分から鉛直に立設され且つ左右1対の側板35,36と略平行に設けられている。縦仕切り板42は、外装ケース25内を外気熱吸収用熱交換器18や送風機19等が配置された左側の送風室44と、圧縮機20や膨張弁22等が配置された右側の機械室45とに区画している。縦仕切り板42の上端側部分に、補助制御装置24が装着されている。
送風機19は、送風モータ19aと、この送風モータ19aによって回動駆動される3枚の羽根部材19bとを有し、支持金具19cを介して底板41と横仕切り板43とに支持されている。圧縮機20は気相状態の冷媒を断熱圧縮して温度上昇させる公知の密閉型圧縮機である。
横仕切り板43は、縦仕切り板42の上側に天板40と平行に左右方向に延びるように設けられ、外装ケース25内の上端側部分を区画している。横仕切り板43は、左右両端部が複数のビスを介して左右側板35,36の内側面に固定されている。横仕切り板43の前後外周壁部には、複数の係合部43aが形成され、これら係合部43aに支持金具19cの上端部と縦仕切り板42の上端部とが夫々固定されている。
外気熱吸収用熱交換器18は、左側板35と後側板38の内面に沿うように平面視L字状に構成されている。外気熱吸収用熱交換器18は、冷媒配管23に含まれる蒸発器通路部18aを有し、この蒸発器通路部18aは複数のフィンを有し、この外気熱吸収用熱交換器18において、蒸発器通路部18aを流れる冷媒と外気との間で熱交換され、冷媒は外気から吸熱して気化する。
温水加熱用熱交換器21は、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の樹脂を発泡成形した発泡断熱材50(断熱材に相当する)で覆われている。温水加熱用熱交換器21は、横仕切り板43の上面側に配置されている。発泡断熱材50は温水加熱用熱交換器21が効率良く熱交換する為の断熱機能を有する。尚、発泡断熱材50の詳細な構成に関しては後述する。
温水加熱用熱交換器21は、熱交換器通路部21aと冷媒配管23の一部となる内部通路21bとを有する銅製の二重管で構成されている。この温水加熱用熱交換器21において、内部通路21bを流れる冷媒と温水循環用配管9aから熱交換器通路部21aに供給される湯水との間で熱交換され、湯水は加熱され冷媒は冷却され液化する。
膨張弁22(膨張手段に相当する)は液相状態の冷媒を断熱膨張させ温度低下させる。この膨張弁22は絞り量が可変な制御弁からなる。尚、膨張弁22の代わりに絞り量が一定の膨張弁を採用してもよい。
冷媒配管23は、外気熱吸収用熱交換器18と圧縮機20間を接続する冷媒配管23a、圧縮機20と温水加熱用熱交換器21間を接続する冷媒配管23b、温水加熱用熱交換器21と膨張弁22間を接続する冷媒配管23c、膨張弁22と外気熱吸収用熱交換器18間を接続する冷媒配管23d等を備えている(図1参照)。
熱源機3において、圧縮機20により高圧に圧縮された加熱状態の冷媒は、温水加熱用熱交換器21に送られ、液送ポンプ16の駆動により貯湯タンク12の下端部から下部配管8と温水循環用配管9aを経て熱交換器通路部21aに流入した低温水と熱交換し、加熱された高温水が温水循環用配管9b、上部配管10を通って貯湯タンクユニット2の貯湯タンク12に貯留され、熱源機3を経由する加熱動作を繰り返すことで貯湯タンク12に高温の温水が貯留される。
補助制御装置24は、主制御装置11との間でデータ通信可能であり、主制御装置11からの指令に従って熱源機3の各種機器(送風モータ19a、圧縮機20等)の駆動制御を行う。温水加熱用熱交換器21の出口側部分において、温水循環用配管9bには、温水温度を検知するための温度センサ26が設けられ、その検出信号が主制御装置11に供給されている。補助制御装置24は、温水の加熱温度が主制御装置11から指示された温度となるように、熱源機3を作動させる。
次に、発泡断熱材50について説明する。
図3〜図5,図10に示すように、発泡断熱材50は、上下に2分割された構成であり、左右方向に長い平坦な箱状の下部断熱材51と、この下部断熱材51の上面側を覆う蓋状の上部断熱材52とを備えている。発泡断熱材50内には、温水加熱用熱交換器21が収容されている。
発泡断熱材50の前後方向幅は、横仕切り板43の前後方向幅とほぼ同じ長さに形成され、発泡断熱材50の左右方向幅は、横仕切り板43の左右方向幅より僅かに短く形成されている。このため、発泡断熱材50は、左側板35との間に間隔を空けた状態で他の側板36,37,38の上端部に当接又は近接した状態で固定される。
下部断熱材51の前端部と後端部には、複数の浅い溝状の被係合部51aが形成されている。横仕切り板43の外周壁部の複数の係合部43aに対して、下部断熱材51の複数の被係合部51aが係合されることで、下部断熱材51は横仕切り板43の上面側に固定される。下部断熱材51内の右後ろ隅部には挿通孔51bが形成され、この挿通孔51bを介して、熱交換器通路部21aと内部通路21bとは発泡断熱材50の外部(機械室45)へ延びている。上部断熱材52の上端外周部の全周に亙って、水平面に対して傾斜した角部52a〜52dが形成されている。
次に、発泡断熱材50の固定構造に関わる各側板35〜38の上端部分の構造について説明する。
図3〜図9に示すように、各側板35〜38の上端部分の構造は基本的に同じ構成であり、夫々が、底板41から縦方向に延びる本体板部35a〜38aと、この本体板部35a〜38aの上端部に連なり且つ内側へ僅かに段落ちした縦板部35b〜38bと、この縦板部35b〜38bの上端部から内方に向って傾斜した折り曲げ部35c〜38cとを備えている。
外装ケース25が組み立てられた状態では、折り曲げ部36c〜38cは上部断熱材52の角部52b〜52dに相対する位置関係になり、右側板36の折り曲げ部36cは、上部断熱材52の右端角部52bの全長と後端角部52dの右側部分に当接し(図6,図7参照)、前側板37の折り曲げ部37cは、上部断熱材52の前端角部52cの全長に亙って当接し(図9参照)、後側板38の折り曲げ部38cは、上部断熱材52の後端角部52dの折り曲げ部36cが当接していない部分の全長に亙って当接している(図8参照)。
図7〜図9に示すように、外装ケース25の天板40の外周部には、下方へ延びる延長板部40aが全周に亙って形成され、この延長板部40aを各側板35〜38の上端部分の縦板部35b〜38bに外嵌させることによって、各側板35〜38を締め付けて内方に押圧する。こうして、左側板35の折り曲げ部35cを除いた折り曲げ部36c〜38cを介して上部断熱材52の角部52b〜52dに下方への押圧力が発生し、発泡断熱材50を密閉状に固定している。
尚、天板40が各側板35〜38の上端部分に外嵌され複数のビスを介して固定された状態では、上部断熱材52の上端面と天板40の下端面との間には、隙間54が設けられている。この隙間54は、発泡断熱材50内の温水加熱用熱交換器21の熱が天板40に伝達するのを防止する機能を奏する。
次に、本発明のヒートポンプ給湯装置1の作用及び効果について説明する。
発泡断熱材50の組み立ての際に、外装ケース25の各側板35〜38を取り外した状態で、横仕切り板43の上面側に発泡断熱材50の下部断熱材51を設置する。このとき、下部断熱材51の複数の被係合部51aを横仕切り板43の複数の係合部43aに係合させて横仕切り板46の上面側に水平方向への移動を規制した状態で固定する。
次に、下部断熱材51内に温水加熱用熱交換器21を収容して、これを覆うように下部断熱材51を上部断熱材52で蓋をする。次に、左側板35,右側板36,後側板38を底板41に順に取り付け、最後に前側板37を取り付ける。このとき、左側板35を除く各側板36〜38の折り曲げ部36c〜38cを対応する上部断熱材52の角部52b〜52dに当接し、上部断熱材52を下方に下部断熱材51に押圧して発泡断熱材50を固定する。
次に、天板40を側板35〜38の上端部分に固定する。このとき、天板40の延長板部40aを側板35〜38の上端部分の縦板部35b〜38bに外嵌させて固定すると、側板35〜38が締め付けられて内方に押圧され、折り曲げ部35c〜38cのうちの3辺の折り曲げ部36c〜38cを介して上部断熱材52の角部52b〜52dに下方への押圧力が発生し、発泡断熱材50をより強固に固定する。
このように、側板35〜38を組み立てると、左側板35を除く側板36〜38の折り曲げ部36c〜38cにより、常に上部断熱材52を下方に下部断熱材51に押しつけた状態となる。従って、別途専用の固定部材を使用せずとも、発泡断熱材50を密閉状に固定することができるので、発泡断熱材50の固定構造を簡単化することができる。
また、発泡断熱材50を固定する為に、専用の固定部材を必要としないので、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。さらに、側板35〜38を組み立てるだけで、発泡断熱材50が密閉状に固定されるので、発泡断熱材50の固定作業に手間が掛からず組み立て作業をスムーズに行なうことができる。
外装ケース25の天板40と上部断熱材52との間には隙間54が設けられているので、この隙間54によって、温水加熱用熱交換器21(凝縮器)からの熱が天板40へ伝達するのを防止することができるため、温水加熱用熱交換器21の保温性が向上する。
外装ケース25の天板40の外周部から下方へ延びる延長板部40aを側板35〜38の上端部分に外嵌させることによって、側板35〜38を内方に押圧し、折り曲げ部36c〜38cを介して上部断熱材52の角部52b〜52dに下方への押圧力を発生させるので、下部断熱材51と上部断熱材52とを確実に固定することができる。
側板35〜38は、左右の側板35,36の一方の側板36と、前側板37と、後側板38とを含むので、上部断熱材52の少なくとも三辺の角部52b〜52dを夫々押圧することができ、下部断熱材51と上部断熱材52とを安定的に固定することができる。
次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
[1]前記実施例では、上部断熱材52の左端部の角部52a以外の角部52b〜52dに折り曲げ部36c〜38dを当接して固定しているが、この構成に限定する必要はなく、上部断熱材52の角部52a〜52dの全周(4辺)に亙って、側板35〜38の折り曲げ部35c〜38cを当接して固定しても良い。
さらに、上部断熱材52の角部52a〜52dのうち対向する2辺を固定するようにしても良い。つまり、上部断熱材52の左右両端部の角部52a,52bに対して、左右の側板35,36の折り曲げ部35c,36cを当接して固定しても良いし、上部断熱材52の前後両端部の角部52c,52dに対して、前後の側板37,38の折り曲げ部37c,38cを当接して固定しても良い。
[2]その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例の種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
1 ヒートポンプ給湯装置
18 外気熱吸収用熱交換器(蒸発器)
20 圧縮機
21 温水加熱用熱交換器(凝縮器)
22 膨張弁(膨張手段)
23 冷媒配管
25 外装ケース
35〜38 側板
35c〜38c 折り曲げ部
40 天板
40a 延長板部
43 横仕切り板
50 発泡断熱材
51 下部断熱材
52 上部断熱材
52a〜52d 角部
54 隙間

Claims (3)

  1. ケース内に蒸発器と圧縮機と膨張手段と凝縮器とを備え且つこれらを冷媒配管で接続したヒートポンプ給湯装置であって、前記ケースは側板と天板と底板とを備え、前記ケース内の上端側部分は水平な仕切り板により区画され、前記凝縮器を前記仕切り板の上面側に配置したヒートポンプ給湯装置において、
    前記凝縮器は上下に2分割された断熱材によって覆われ、
    前記ケースの側板の上端部に内方に傾斜した折り曲げ部が設けられ、
    前記断熱材のうちの上部断熱材の角部に前記折り曲げ部を当接させて、前記上部断熱材を下方に下部断熱材に押圧して断熱材を密閉状に固定したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
  2. 前記ケースの天板と前記上部断熱材との間には隙間が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯装置。
  3. 前記ケースの天板の外周部から下方へ延びる延長板部を前記側板の上端部分に外嵌させることによって、前記側板を内方に押圧し、前記折り曲げ部を介して前記上部断熱材の角部に下方への押圧力を発生させることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯装置。
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