JP5961928B2 - ヒートポンプ式熱源機 - Google Patents

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Description

本発明はヒートポンプ式熱源機に関し、特に可燃性冷媒が収容された冷媒配管から少量の冷媒が漏洩した場合でも早期に検知可能なヒートポンプ式熱源機に関する。
従来、貯湯式給湯装置として、貯湯式のヒートポンプ式給湯装置が実用に供されている。この給湯装置は、温水を貯留する大容量の貯湯タンクと、ヒートポンプ回路を有するヒートポンプ式熱源機とを備え、夜間割引の安価な電力を利用して、ヒートポンプ式熱源機で水道水を温水に加熱して、その温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。
上記のヒートポンプ式熱源機のヒートポンプ回路において、圧縮機、凝縮器、膨張器、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、圧縮機と蒸発器の送風機が駆動され、凝縮器により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。
ここで、ヒートポンプ式熱源機に限らず空調装置や冷蔵庫等の冷媒として可燃性冷媒(例えば、炭化水素系の冷媒)を使用する機器において、可燃性冷媒の使用にあたっては安全性を確保するために、冷媒の漏洩を防止することが要求される。このような冷媒の漏洩防止対策として、例えば、特許文献1,2の構造が開示されている。
特許文献1の空気調和機において、建屋壁部を貫通して室内機と室外機とを接続する冷媒配管に可燃性冷媒が収容されている。この冷媒配管は、室内機側配管と室外機側配管とこれら配管を接続する接続用配管とを有し、各配管間を接続する継手部が室外側になるように構成されている。従って、各継手部から可燃性冷媒が漏洩しても外気中に拡散するので、空気調和機の安全性を確保することができる。
特許文献2の冷蔵庫において、貯蔵室を冷却する冷却機の入口接続管と出口接続管に夫々接続された冷媒配管(キャピラリーチューブと吸入管)内に可燃性冷媒が収容され、これら冷媒配管と出入口接続管との各接続部を、貯蔵室の外側になるように構成されている。従って、各接続部から冷媒が漏洩しても冷媒が貯蔵室に貯留されず外部に排出されるので、冷蔵庫の安全性を確保することができる。尚、この冷媒配管に多孔性被覆体で被覆する構造も開示されている。
ところで、ヒートポンプ式熱源機においては、一般的に、可燃性冷媒の蒸発ガスが空気の比重より重いことを考慮して、冷媒配管から可燃性冷媒の漏洩を検知するために漏洩検知用センサが、ヒートポンプ式熱源機の内部の下部に設置されている。仮に冷媒の漏洩が発生した場合でも、このセンサが漏洩した冷媒を検知し、ユーサーに報知するので、ヒートポンプ式熱源機の安全性を確保することができる。
特開平9−310888号公報 特開2003−214754号公報
しかし、可燃性冷媒の漏洩検知用センサは、コストの関係上、通常、ヒートポンプ式熱源機の内部の1箇所のみに設けられる。このため、冷媒配管の冷媒の漏洩箇所(例えば、機器内部の上部に設置された冷媒配管の接続部)によっては漏洩検知用センサからの距離が遠くなり、相当量の冷媒の漏洩が発生するまで漏洩検知用センサが検知できないという問題がある。
特許文献1,2には、漏洩した可燃性冷媒を機器外部に導く構成は開示されているが、機器内部に設置された漏洩検知用センサに漏洩した冷媒を案内する対策は特に施されていない。また、ヒートポンプ式熱源機に特許文献1,2のような冷媒配管の接続部を外部に設ける構造を採用する場合、ヒートポンプ式熱源機の冷媒配管は、空調装置や冷蔵庫のものと比較すると、配管経路が長く複雑な構造となるので、冷媒配管の接続部が複数箇所に設けられ、これら複数の接続部の全てを機器外部に設けることは困難である。
本発明の目的は、冷媒配管から少量の可燃性冷媒が漏洩した場合でも早期に且つ確実に検知可能なヒートポンプ式熱源機を提供することである。
請求項1のヒートポンプ式熱源機は、可燃性冷媒が収容された冷媒配管と、この冷媒配管からの前記可燃性冷媒の漏れを検知するセンサとを備えたヒートポンプ式熱源機において、前記冷媒配管とセンサとを収納する外装ケースと、前記冷媒配管に所定の隙間をもって外嵌された熱収縮チューブとを設け、前記センサが外装ケースの底板部に取り付けられ、前記冷媒配管を前記チューブで覆った状態で、前記チューブの一端部を加熱して収縮させることにより冷媒配管の外周面に密着状に固定するとともに、前記チューブの他端部を前記センサの近傍部まで延ばして下方に向けて開放したことを特徴としている。
請求項2のヒートポンプ式熱源機は、可燃性冷媒が収容された冷媒配管と、この冷媒配管からの前記可燃性冷媒の漏れを検知するセンサとを備えたヒートポンプ式熱源機において、前記冷媒配管とセンサとを収納する外装ケースと、前記冷媒配管に所定の隙間をもって外嵌された熱収縮チューブとを設け、前記センサが外装ケースの底板部に取り付けられ、前記冷媒配管を前記チューブで覆った状態で、前記チューブの両端部を加熱して収縮させることにより冷媒配管の外周面に密着状に固定し、前記チューブの前記センサの近傍部に対応する途中部に前記センサに向って開口する開口部を形成したことを特徴としている。
請求項1の発明によれば、冷媒配管から可燃性冷媒の漏洩が発生した場合でも、冷媒配管が所定の隙間をもって熱収縮チューブで覆われ、チューブの一端部が加熱して収縮させることにより冷媒配管の外周面に密着状に固定されているので、漏洩した可燃性冷媒はチューブ内部を通ってチューブの開放端まで下方に向けて案内される。従って、可燃性冷媒はチューブの開放端から漏洩検知用センサの近傍部に排出され、漏洩検知用センサが少量の可燃性冷媒の漏洩であっても早期に且つ確実に検知するので、ヒートポンプ式熱源機の安全性を向上させることができる。
請求項2の発明によれば、冷媒配管から可燃性冷媒の漏洩が発生した場合でも、冷媒配管が所定の隙間をもって熱収縮チューブで覆われ、チューブの両端部が加熱して収縮させることにより冷媒配管の外周面に密着状に固定されているので、漏洩した可燃性冷媒はチューブ内部を通ってセンサに向って開口するチューブの開口部まで案内される。従って、可燃性冷媒は開口部から漏洩検知用センサの近傍部に排出され、漏洩検知用センサが少量の可燃性冷媒の漏洩であっても早期に且つ確実に検知するので、ヒートポンプ式熱源機の安全性を向上させることができる。
実施例1に係る貯湯式給湯装置の概略構成図である。 ヒートポンプ式熱源機の要部を示す斜視図である。 図2の要部拡大図である。 図3の要部拡大断面図である。 実施例2に係るヒートポンプ式熱源機の要部拡大図である。
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。
図1に示すように、貯湯式ヒートポンプ式給湯装置1は、貯湯タンクユニット2と、ヒートポンプ式熱源機3と、配管類6,7,8,9a,9b,10と、主制御部11などを有する。
先ず、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、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、貯湯タンク12と保温材13を収容可能な外装ケース14とを備えている。貯湯タンク12は、ヒートポンプ式熱源機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、半球状に形成された上下1対のタンク上部及びタンク下部と、縦長の円筒状のタンク胴部とが溶接により一体化されている。
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には、貯湯タンク12へ水道水を補充する為の開閉弁15が設けられており、通常は開閉弁15が開弁されていて、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を通りヒートポンプ式熱源機3に送られる。ヒートポンプ式熱源機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が接続されている。上部配管10には開閉弁17が設けられている。通常は開閉弁17が開弁されていて、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。
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。
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は主制御部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部11に供給される。
外装ケース14は、薄鋼板製で貯湯タンク12の軸心方向に所定の長さを有する断面矩形の直方体の箱状に形成され、4つの側板部(つまり、左右の側板部、前後の側板部)と、上面板(天板)と、下面板とから構成されている。
次に、ヒートポンプ式熱源機3について説明する。
図1,図2に示すように、ヒートポンプ式熱源機3は、蒸発器としての空気熱交換器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、高圧の冷媒を急膨張させて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に収容された可燃性冷媒(例えば、プロパンやプロピレン等)を利用して給湯加熱運転を行う。ヒートポンプ式熱源機3は、さらに送風モータ19aで駆動される送風機19と、主制御部11に接続された補助制御部24と、これらを収納する外装ケース25等を備えている。
空気熱交換器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の周囲に複数のフィンが設けられ、空気熱交換器18には送風機19が付設されている。この空気熱交換器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。
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。
温水加熱用熱交換器21は、コイル状の熱交換器通路部21aと冷媒配管23の一部となる内部通路21bとを有し、この内部通路21bは例えば16MPa以上の耐圧を有する銅管で形成されている。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に流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。
温水加熱用熱交換器21は、発泡断熱材(図示略)で覆われ、発泡断熱材の周囲が保護カバー36で覆われている。この保護カバー36は、温水加熱用熱交換器21の作動時における振動音を抑制する為に設けられ、外装ケース25の底板部にビスで締結固定されている。
膨張弁22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非制御弁からなる膨張弁を採用してもよい。
冷媒配管23は、空気熱交換器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と空気熱交換器18間を接続する冷媒配管23d等から構成されている。
ヒートポンプ式熱源機3において、圧縮機20を駆動することにより高圧まで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に流入した温水又は水と熱交換してその温水又は水を暖め、加熱された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、ヒートポンプ式熱源機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。
補助制御部24は、主制御部11との間でデータ通信可能であり、主制御部11からの指令に従ってヒートポンプ回路の各種機器(送風モータ19a、圧縮機20など)の動作制御を実行する。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部11に供給されている。補助制御部24は、温水の加熱温度が主制御部11から指示された温度となるまで、ヒートポンプ式熱源機3を作動させる。
ユーザーによる給湯操作が行われると、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部11に供給されている。主制御部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。
主制御部11は、ユーザーが操作可能な操作リモコン35との間でデータ通信可能であり、ユーザーによる操作リモコン35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35から主制御部11に送信される。主制御部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、ヒートポンプ式熱源機3で温水を加熱する加熱温度を決定し、補助制御部24にその加熱温度を指示する。
次に、本発明に係る冷媒配管23からの可燃性冷媒の漏洩対策構造について説明する。
図2〜図4に示すように、ヒートポンプ式熱源機3は、冷媒配管23からの可燃性冷媒の漏れを検知するセンサ37と、冷媒配管23に外嵌されたチューブ41とを備えている。
図2,図3に示すように、センサ37は、ヒートポンプ式熱源機3の内部において、圧縮機20の近傍部(図2,図3手前側隅部)に設置されている。冷媒配管23から可燃性冷媒が漏洩した場合、センサ37が漏洩した冷媒を検知すると、それに対応する電気信号を補助制御部24(又は主制御部11)に送信してブザー等を鳴動させることでユーザーに冷媒の漏洩を報知する。
図3,図4に示すように、冷媒配管23を構成する冷媒配管23a〜23dの各々には、管部材と管部材とを接続する複数の接続部42が設けられている。各接続部42は、ロウ付けによる接合又は溶接等により密着状に固定されている。
冷媒配管23のうちの空気熱交換器18と圧縮機20間を接続する冷媒配管23aをチューブ41で覆った状態で、チューブ41の一端部41a(上端部)を冷媒配管23aの接続部42aの近傍部の外周面に密着状に固定するとともに、チューブ41の他端部41b(下端部)をセンサ37の近傍部まで延ばして開放している。尚、冷媒配管23aの接続部42aは、チューブ41で覆われる複数の接続部42のうちの最上部に位置するものである。
次に、チューブ41について説明する。
図2〜図4に示すように、チューブ41は、可撓性のある合成樹脂製の熱収縮チューブで構成され、漏洩した可燃性冷媒をセンサ37の近傍へ案内する案内機能を有する。チューブ41は、冷媒配管23aに外嵌されている。チューブ41の内径は、冷媒配管23aの外径より僅かに大きく設定され、チューブ41の一端部41aを除く大部分は、冷媒配管23aの外周面に所定の隙間をもって外嵌されている。
チューブ41の一端部41aは、空気熱交換器18の出口側部分において複数の配管が合流する合流部分近傍部の冷媒配管23aの外周面に、バーナー等で加熱して径方向へ収縮させることで密着状に固定されている。チューブ41の他端部41bは、ヒートポンプ式熱源機3の下端面近傍にまで延びて下方に向けて開放状に設けられている。
ヒートポンプ式熱源機3において、例えば、冷媒配管23aのチューブ41で覆われた複数の接続部42の何れか1つから可燃性冷媒が漏洩した場合、チューブ41の内周面と冷媒配管23aの外周面との隙間を伝って下方に流れ、チューブ41の他端部41bから排出される。すると、ヒートポンプ式熱源機3の下部に設けられたセンサ37が、可燃性冷媒の漏洩を検知して、ユーザーに報知するように構成されている。
次に、本発明のヒートポンプ式熱源機3の効果について説明する。
冷媒配管23aから可燃性冷媒の漏洩が発生した場合でも、冷媒配管23aがチューブ41で覆われ、チューブ41の一端部41aが冷媒配管23aの外周面に密着状に固定されているので、漏洩した可燃性冷媒はチューブ41内部を通ってチューブ41の開放端まで案内される。従って、可燃性冷媒はチューブ41の開放端からセンサ37の近傍部に排出され、センサ37が少量の可燃性冷媒の漏洩であっても早期に且つ確実に検知するので、ヒートポンプ式熱源機3の安全性を向上させることができる。
チューブ41を熱収縮チューブで構成したので、チューブ41を冷媒配管23aの外周面に固定する場合、チューブ41の固定対象部分である一端部41aをバーナー等で加熱してチューブ41を径方向に収縮させることで、冷媒配管23aの外周面に容易に密着状に固定することができる。
次に、上記のヒートポンプ式熱源機3を部分的に変更した実施例2について説明するが、前記実施例1と同様の構成要素には同様の参照符号を付して説明を省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。図に示すように、この実施例2のヒートポンプ式熱源機3Aは、冷媒配管23aに外嵌された前記実施例1のチューブ41よりも長いチューブ41Aを備えている。
に示すように、冷媒配管23のうちの空気熱交換器18と圧縮機20間を接続する冷媒配管23aをチューブ41Aで覆った状態で、チューブ41Aの両端部41a,41cを冷媒配管23aの接続部42a,42bの近傍部の外周面に密着状に夫々固定し、チューブ41Aのセンサ37の近傍部に対応する途中部に円形の1又は複数の開口部45がセンサ37に向って開口するように形成されている。開口部45は、チューブ41Aのうちのセンサ37に臨む位置に形成することが望ましい。尚、冷媒配管23aの1対の接続部42a,42bは、チューブ41で覆われた複数の接続部42のうちの最両端部に位置するものである。
次に、チューブ41Aについて説明する。
に示すように、チューブ41Aは、可撓性のある合成樹脂製の熱収縮チューブで構成され、漏洩した可燃性冷媒(液又はガス)をセンサ37の近傍へ案内する案内機能を有する。チューブ41Aは、冷媒配管23aのほぼ全長に亙って外嵌されている。チューブ41Aの内径は、冷媒配管23aの外径より僅かに大きく設定され、チューブ41Aの両端部41a,41cを除く大部分は、冷媒配管23aの外周面に所定の隙間をもって外嵌されている。
チューブ41Aの一端部41a(空気熱交換器18側端部)は、空気熱交換器18の出口側部分において複数の配管が合流する合流部分近傍部の冷媒配管23aの外周面に、加熱して径方向へ収縮させることで密着状に固定されている。チューブ41Aの他端部41c(圧縮機20側端部)は、圧縮機20の近傍部の冷媒配管23aの外周面に、加熱して径方向へ収縮させることで密着状に固定されている
ヒートポンプ式熱源機3Aにおいて、例えば、冷媒配管23aのチューブ41Aで覆われた複数の接続部42のうちの何れか1つの接続部42から可燃性冷媒が漏洩した場合、チューブ41Aの内周面と冷媒配管23aの外周面との隙間を伝って下方に流れ、チューブ41Aの開口部45から排出される。すると、ヒートポンプ式熱源機3Aの下部に設けられたセンサ37が、可燃性冷媒の漏洩を検知して、ユーザーに報知することができる。
次に、本発明のヒートポンプ式熱源機3Aの効果について説明する。
冷媒配管23aから可燃性冷媒の漏洩が発生した場合でも、冷媒配管23aがチューブ41Aで覆われ、チューブ41Aの両端部41a,41cが冷媒配管23aの外周面に密着状に固定さているので、漏洩した可燃性冷媒はチューブ41A内部を通ってチューブ41Aの開口部45まで案内される。従って、可燃性冷媒は開口部45からセンサ37の近傍部に排出され、センサ37が少量の可燃性冷媒の漏洩であっても早期に且つ確実に検知するので、ヒートポンプ式熱源機3Aの安全性を向上させることができる。他の作用及び効果は、前記実施例1と同様であるので説明は省略する。
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1において、冷媒配管23aを部分的にチューブ41で覆っているが、特に冷媒配管23aに限定する必要はなく、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又は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又は膨張弁22と空気熱交換器18間を接続する冷媒配管23dを、部分的にチューブで覆い、チューブの一端部をこれら対応する冷媒配管23b,23c、23dの外周面に密着状に固定し、チューブの他端部をセンサ近傍部まで延ばして開放するように構成しても良い。
[2]前記実施例2において、冷媒配管23aを全長に亙ってチューブ41Aで覆っているが、特に冷媒配管23aに限定する必要はなく、冷媒配管23b又は冷媒配管23c又は冷媒配管23dを、全長に亙ってチューブで覆い、チューブの両端部をこれら対応する冷媒配管23b,23c、23dの外周面に密着状に固定し、チューブのセンサ近傍部に対応する途中部に1又は複数の開口部を形成しても良い。
[3]前記実施例1,2において、センサ37はヒートポンプ式熱源機3,3Aの内部において、圧縮機20の近傍部(図2,図3手前側隅部)に設置されているが、特にこの設置箇所に限定する必要はなく、例えば、上記の部分的変更形態[1],[2]の構成に対応して、冷媒配管23b,23c、23dの近傍部や膨張弁22の近傍部等の他の箇所にセンサ37を設置しても良い。
]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。
3,3A ヒートポンプ式熱源機
23 冷媒配管
37 センサ
41,41A チューブ
45 開口部

Claims (2)

  1. 可燃性冷媒が収容された冷媒配管と、この冷媒配管からの前記可燃性冷媒の漏れを検知するセンサとを備えたヒートポンプ式熱源機において、
    前記冷媒配管とセンサとを収納する外装ケースと、
    前記冷媒配管に所定の隙間をもって外嵌された熱収縮チューブとを設け、
    前記センサが前記外装ケースの底板部に取り付けられ、
    前記冷媒配管を前記チューブで覆った状態で、前記チューブの一端部を加熱して収縮させることにより冷媒配管の外周面に密着状に固定するとともに、前記チューブの他端部を前記センサの近傍部まで延ばして下方に向けて開放したことを特徴とするヒートポンプ式熱源機。
  2. 可燃性冷媒が収容された冷媒配管と、この冷媒配管からの前記可燃性冷媒の漏れを検知するセンサとを備えたヒートポンプ式熱源機において、
    前記冷媒配管とセンサとを収納する外装ケースと、
    前記冷媒配管に所定の隙間をもって外嵌された熱収縮チューブとを設け、
    前記センサが前記外装ケースの底板部に取り付けられ、
    前記冷媒配管を前記チューブで覆った状態で、前記チューブの両端部を加熱して収縮させることにより冷媒配管の外周面に密着状に固定し、前記チューブの前記センサの近傍部に対応する途中部に前記センサに向って開口する開口部を形成したことを特徴とするヒートポンプ式熱源機
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