JP6416700B2 - ヒートポンプ冷温水機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプを構成する冷媒循環回路と室内での吸放熱を行う冷温水循環回路との間で熱交換を行う、ヒートポンプ冷温水機に関する。

従来よりこの種のヒートポンプ冷温水機においては、特許文献１に記載のように、冷媒を用いたヒートポンプで構成する冷媒循環回路を熱源として室外機に設け、前記冷媒と熱交換させた冷温水を循環させる冷温水循環回路の一部を室内機側に引き込むことで、冷暖房運転を行うものがあった。

特開２０１４−１９０６４５号公報

ところでこの従来のものでは、冷房運転を行った場合に、冷温水循環回路内の各部において結露が生じる。生じた結露は何らかの経路で排水する必要があるが、例えば室外機の水−冷媒熱交換器で大量の結露水が発生して、その結露水が滴下した際に圧縮機の下部や固定脚等に飛び跳ねる様な場合には、腐食による故障が発生する恐れがあった。

上記問題を解決するために、本発明の請求項１では、室外機に備えられた、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、及び、水−冷媒熱交換器を冷媒配管で接続して冷媒循環回路を形成し、前記室外機に備えられた前記水−冷媒熱交換器及び循環ポンプと室内機に備えられた室内熱交換器とを冷温水配管で接続して冷温水循環回路を形成し、前記水−冷媒熱交換器での前記冷温水循環回路と前記冷媒循環回路との熱の送受に応じて前記室内熱交換器が室内からの吸熱又は室内への放熱を行う、ヒートポンプ冷温水機において、前記室外機は、筐体ベース上に筐体を形成し、この筐体は、前面下方部分に前面パネル、前面上方部分に上方カバーを有し、前記上方カバーと前記前面パネルの境目の高さの前記筐体内に水平仕切壁を、この水平仕切壁の下方に垂直仕切壁を設けることで、前記水平仕切壁より上方の空間に冷温水回路室を形成し、前記水平仕切壁より下方の空間で前記垂直仕切壁により仕切られた一方に送風室を形成し、前記垂直仕切壁により仕切られた他方側の空間に冷媒回路室を形成し、前記冷媒回路室に水−冷媒熱交換器と圧縮機を設け、前記水−冷媒熱交換器は水熱交断熱材を介して水熱交固定板で包囲し、この水熱交固定板の下方に柔軟性材料で成型された露受け皿を介して前記筐体ベースに固定したものである。

また、請求項２では、前記水熱交固定板は、縦長で水−冷媒熱交換器の側面と上面を覆う水熱交固定板A、水熱交固定板Bと、水−冷媒熱交換器底面を覆うと共に前記水熱交固定板A、水熱交固定板Bが固定される水熱交固定板脚Ｂと、この水熱交固定板脚Ｂを前記露受け皿を介して固定される水熱交固定板脚Ａで構成し、この水熱交固定板脚Ａを前記筐体ベースに固定するものである。

また、請求項３では、前記水−冷媒熱交換器は、冷媒回路室の前部に設け、水−冷媒熱交換器で発生した結露水は、前記露受け皿によって筐体ベース後方に排水するものである。

この発明の請求項１によれば、冷媒循環回路と冷温水循環回路とが水−冷媒熱交換器で熱を送受することにより、冷温水循環回路に備えられる室内熱交換器が室内に対し吸熱・放熱を行うことで冷暖房が行われる。例えば冷房運転が行われるときには、冷媒循環回路において、低温・低圧で吸入されたガスの冷媒が前記圧縮機で圧縮されて高温・高圧となった後、前記室外熱交換器（凝縮器）において前記送風ファンの送風で冷却されることで外気に熱を放出し高圧の液体に変化する。液体の冷媒は前記膨張弁で減圧されて低圧の液体となった後、前記水−冷媒熱交換器（蒸発器）で蒸発しガスに変化することで冷温水循環回路側から吸熱する。吸熱されて（すなわち放熱して）低温となった前記冷温水循環回路内の冷温水は、循環ポンプの駆動力により室内熱交換器へ導かれて室内空気から吸熱し冷却を行う。

ここで、請求項１によれば、前記水−冷媒熱交換器や冷温水循環回路で生じた結露水を円滑に排水することで、結露水の滴下や飛び跳ねで圧縮機の下部や固定脚等が腐食して、故障や騒音が発生することを防止する。

また、請求項２によれば、前記水熱交固定板脚Ｂと水熱交固定板脚Ａの間に柔軟なゴム材料で形成された露受け皿を介して筐体ベースに固定することで、水−冷媒熱交換器や冷温水配管、冷媒配管等で生じた振動が筐体ベースに伝達して騒音が発生することを防止する。
また、水−冷媒熱交換器の熱が固定板ベースを通じて筐体ベースに伝わることを防止する。

また、請求項３によれば、前記水−冷媒熱交換器は、冷媒回路室の前部に設け、水−冷媒熱交換器で発生した結露水は、前記露受け皿によって筐体ベース後方に排水することで、より円滑な結露水の排水を行うことができる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ冷温水機の全体概略構成を示す図 ヒートポンプ冷温水機の冷房運転時における冷凍サイクルを模式的に表した図 室外機の分解斜視図 背面側から見た要部拡大斜視図 同要部分解拡大斜視図 露受け皿の拡大平面図 前方から見た要部拡大断面図

以下、本発明の一実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

本実施形態のヒートポンプ冷温水機の全体概略構成を図１に示す。図１において、このヒートポンプ冷温水機１は、室外に設置される室外機２と、この室外機２と冷温水配管３を介して接続されて室内に設置される室内機４と、室内に配置されて各種の操作指示や情報の入出力を行うリモコン５と、前記冷温水管３に接続されて室外に配置される膨張タンク５１と、を有する。

次に、前記ヒートポンプ冷温水機１の概略的なシステム構成を図２に示す。図２において、ヒートポンプ冷温水機１は、例えばＨＦＣなどの合成化合ガスを冷媒として循環させヒートポンプとして機能して室外での吸放熱を行う冷媒循環回路２１と、例えば不凍液などを冷温水として循環させ室内での吸放熱を行う冷温水循環回路２２と、の間における熱交換により、室内の空気温度を調整するものである。

すなわち、前記冷媒循環回路２１は、前記室外機２に備えられた、前記冷媒の循環方向を切り替える四方弁６と、前記冷媒を圧縮する圧縮機７と、前記冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器８と、前記冷媒を減圧膨張させる膨張弁９と、冷媒と冷温水との熱交換を行う水−冷媒熱交換器１１とを、冷媒配管１５で接続して形成されている。なお、前記室外機２には、前記室外熱交換器８に送風する室外ファン１０（送風ファンに相当）が設けられている。

前記四方弁６は４つのポートを備える弁であり、（前記冷媒配管１５の一部を構成する）冷媒主経路１５ａ用の２つのポートのそれぞれに対して、（前記冷媒配管１５の一部を構成する）他の冷媒副経路１５ｂ用の２つのポートのいずれに接続するかを切り替える。冷媒副経路１５ｂ用の２つのポートどうしはループ状に配置された冷媒副経路１５ｂで接続されており、この冷媒副経路１５ｂ上に圧縮機７が設けられている。

前記圧縮機７は、低圧ガス状態の冷媒を昇圧して高圧ガス状態にするとともに、室外機２内における冷媒配管１５全体の冷媒を循環させるポンプとしても機能する。

また、前記四方弁６の冷媒主経路１５ａ用の２つのポートどうしは、ループ状に配置された前記冷媒主経路１５ａで接続されており、この冷媒主経路１５ａ上に室外熱交換器８、膨張弁９、及び水−冷媒交換器１１が順に（図示する例では冷媒主経路１５ａ左回りの順に）設けられている。

前記室外熱交換器８は、その内部を通過するガス状態の前記冷媒の温度が室外の外気温度より高い場合は、その冷媒の熱を放熱して液体状態に凝縮させる凝縮器として機能する。また、その内部を通過する液体状態の前記冷媒の温度が室外の外気温度より低い場合は外気の熱を冷媒に吸熱してガス状態に蒸発させる蒸発器として機能する。

前記室外ファン１０は、前記室外熱交換器８に対して送風することで、室外熱交換器８の性能を向上させる。

前記膨張弁９は、高圧液体状態の前記冷媒を減圧膨張させて低圧液体状態とするよう機能する。

水−冷媒交換器４は、前記のように冷媒主経路１５ａに接続されてその内部に冷媒を通過させるとともに、冷温水配管３にも接続されてその内部に冷温水を通過させる。水−冷媒交換器１１の内部を通過するガス状態の冷媒の温度が冷温水の温度より高い場合は、冷媒に対してその熱を冷温水に放熱し液体状態に凝縮させる凝縮器として機能する。また、その内部を通過する液体状態の冷媒の温度が冷温水の温度より低い場合は、冷媒に対して冷温水の熱を吸熱しガス状態に蒸発させる蒸発器として機能する。

一方、冷温水循環回路２２は、前記室外機２に備えられた、前記水−冷媒熱交換器１１、前記冷温水に循環圧力を加える循環ポンプ１２、及び冷温水タンク１３と、前記室内機４に備えられ冷温水と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器１４とを、前記冷温水配管３で接続して形成されている。

前記水−冷媒熱交換器１１は、多数のステンレス製伝熱板（図示せず）が積層され、その層の間を交互に冷媒と冷温水が流れて熱交換する一般的にプレート式熱交換器と呼ばれる方式の熱交換器で形成される。水−冷媒熱交換器１１は、ループ状に配置された前記冷温水配管３に接続されており、この冷温水配管３上に、室内熱交換器１４、冷温水タンク１３、及び循環ポンプ１２が順に（図示する例では冷温水配管３右回りの順に）設けられ、また前記室内熱交換器１４と前記冷温水タンク１３との間の冷温水配管１３から分岐した配管が、前記膨張タンク５１に接続されている。

前記室内熱交換器１４は、その内部を通過する前記冷温水の温度が室内空気の温度より高い場合は、その冷温水の熱を放熱する放熱器として機能する。また、その内部を通過する前記冷温水の温度が室内空気の温度より低い場合は、室内空気の熱を冷温水に吸熱させる吸熱器として機能する。なお、この例では、室内機４は、図１に示すように、冷温水を循環させる前記冷温水配管３を露出させた冷温水パネルの形態の前記室内熱交換器１４を備えており、前記冷温水の熱又は冷気を輻射的に放出する態様で室内空気との熱交換を行う。

前記冷温水タンク１３は、キャビテーションなどで冷温水中に生じた気泡の分離（気水分離機能）を行い貯留し、上部に備えた気水分離弁１３ｂの更に上部に設けた摘みを操作することで貯留された空気を放出するものである。前記膨張タンク５１は、前記冷温水循環回路２２の冷温水配管３内における冷温水の膨張収縮の変動を吸収する、いわゆるアキュムレーターとして機能するものである。

前記循環ポンプ１２は、室外機２と室内機４の間に渡って配設される前記冷温水配管３全体に冷温水を循環させるよう機能する。

なお、室外機２は、当該室外機２の制御を行う室外機制御部（図示省略）を備えている。この室外機制御部は、主にＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータで構成され、前記リモコン５を介したユーザからの指示に基づいて室外機２全体の制御を行う。

上記構成の冷媒循環回路２１において、前記圧縮機７は冷媒副経路１５ｂ上において一方向に冷媒を循環させるものであり、前記四方弁６の切り替えによって冷媒主経路１５ａ上の冷媒の循環方向を制御する。例えば、図２は冷房運転時の循環方向を示しており、圧縮機７から吐出した冷媒が室外熱交換器８、膨張弁９、水−冷媒熱交換器１１の順で流通する。これにより、低温・低圧で吸入されたガス状態の冷媒が前記圧縮機７で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、前記室外熱交換器８（凝縮器として機能）において前記室外ファン１０の送風で冷却されることで外気に熱を放出しながら高圧の液体に変化する。こうして液体になった冷媒は前記膨張弁９で減圧されて低圧の液体となり蒸発しやすい状態となる。その後、低圧の液体が前記水−冷媒熱交換器１１（蒸発器として機能）において蒸発してガスに変化することで前記冷温水循環回路２２の冷温水から吸熱を行う。そして冷媒は、低温・低圧のガスとして再び前記圧縮機７へと戻る。

一方、冷温水循環回路２２において、循環ポンプ１２により冷温水配管３を循環する前記冷温水は、前記のようにして水−冷媒熱交換器１１で冷却された後に室内熱交換器１４において室内空気から吸熱して室内を冷却し、その後に冷温水タンク１３を通過して再び循環ポンプ１２へ戻る。以上のような冷媒循環回路２１の冷凍サイクルと冷温水循環回路２２との間で熱交換を行うことにより、室内空気の温度を下げる冷房運転が行われる。

なお、特に図示しないが、四方弁６を切り替えて冷媒の循環方向を逆転することにより、室外熱交換器８を蒸発器として機能させ、水−冷媒熱交換器１１を凝縮器として機能させて、冷温水及び室内空気の温度を上げる暖房運転を行うことができる。

図３に、前記室外機２の分解斜視図を示す。この図３において、前記室外機２は、略直方体中空形状に形成された筐体３１を備えている。前記筐体３１は、天板部分と前面上方部分が一体となった上方カバー３１ａと、前面下方部分の前面パネル３１ｂとが、筐体ベース３１ｃに対して着脱可能となっている。

前記筐体３１の内部では、設置された状態の上方カバー３１ａと前面パネル３１ｂの境目に相当する高さに水平仕切壁３２が設けられ、この水平仕切壁３２の下方に垂直仕切壁３３が設けられている。これにより、筐体３１の内部においては、前記水平仕切壁３２より上方の空間が冷温水回路室３４として区画され、前記水平仕切壁３２より下方の空間で前記垂直仕切壁３３より左右方向一方側（この例では左側）が送風室３５として区画され、前記垂直仕切壁３３より左右方向他方側（この例では右側）が冷媒回路室３６として区画されている。

前記冷媒回路室３６には、前記四方弁６、前記圧縮機７、前記膨張弁９、及び前記水−冷媒熱交換器１１が収納されている。

前記冷温水回路室３４には、前記循環ポンプ１２と前記冷温水タンク１３とが収納されている。これら冷温水タンク１３及び循環ポンプ１２は、この例では、冷温水配管３の接続ヘッダ３Ａを筐体３１の右側に設けたのに対応し、前記送風室３５の上方位置に配置されている。

前記送風室３５には、前記室外熱交換器８と前記室外ファン１０が収納されている。この例の室外熱交換器８は、その厚さ方向に通風可能なパネル体のフィンチューブ式熱交換器であり、送風室３５の後面（背面）側及び左側面側において当該送風室３５の高さ方向略全域に配置されている。この例の室外ファン１０は、図示しない駆動モータにより駆動される回転軸１０ｂと、この回転軸１０ｂに固定された羽根車１０ａとを備えており、室外機２の後方側から前方側へ向かう方向（図中の右上から左下へ向かう方向）に送風する軸流ファンである。

図４に、背面側から見た前記水−冷媒熱交換器１１の近傍を表す部分拡大図を示す。
前記冷温水循環回路２２において、循環ポンプ１２により冷温水配管３を循環する前記冷温水は、前記のようにして水−冷媒熱交換器１１で冷却された後に室内熱交換器１４において室内空気から吸熱して室内を冷却し、その後に冷温水タンク１３を通過して再び循環ポンプ１２へ戻る。以上のような冷媒循環回路２１の冷凍サイクルと冷温水循環回路２２との間で熱交換を行うことにより、室内空気の温度を下げる冷房運転が行われる。水−冷媒熱交換器１１は冷房運転時には、冷媒循環回路２１において、先に説明したように蒸発器として機能することで低温になり、その表面が結露し結露水が生じる。水−冷媒熱交換器１１と接続する冷温水配管３と冷媒配管１５も低温になり結露する。水−冷媒熱交換器１１や冷温水配管３、冷媒配管１５は、結露対策や熱高効率向上のために、部分的に断熱材や保温材で覆われているが、そのような表面が露出しない部分でも温度条件によっては結露が生じるものである。

前記水−冷媒熱交換器１１の背面側の側面上下には、前記冷温水配管３と接続する水出口１１ａと水入口１１ｂを備えると共に、前記冷媒配管１５と接続する冷媒管接続口Ａ１１ｃと冷媒管接続口Ｂ１１ｄを設けている。水−冷媒熱交換器１１の前記水出口１１ａと水入口１１ｂ、冷媒管接続口Ａ１１ｃ、冷媒管接続口Ｂ１１ｄを除いた周囲を、発泡ポリエチレン等の樹脂材料から成る水熱交断熱材４１で包囲し、更にその外側の上面と側面を水熱交固定板Ａ４２と水熱交固定板Ｂ４３で包囲してネジ止めすることで、前記水熱交断熱材４１を水−冷媒熱交換器１１に密着して固定する。水−冷媒熱交換器１１の底面は、前記水熱交断熱材４１を介して断面コの字形の水熱交固定板脚Ｂ４４に載せられ、この水熱交固定板脚Ｂ４４の側面に前記水熱交固定板Ａ４２と水熱交固定板Ｂ４３の下部がネジ止め固定される。

前記水熱交固定板脚Ｂ４４の下方には、左右１対の水熱交固定板脚Ａ４５が前記筐体ベース３１ｃにネジ止め固定され、水熱交固定板脚Ａ４５の上面に柔軟性材料で成型された露受け皿４６を介して前記水熱交固定板脚Ｂ４４がネジ止めされることで、水−冷媒熱交換器１１に接続される前記冷媒循環回路２１や冷温水循環回路２２の振動が前記筐体ベース３１ｃに伝達することを防止し、騒音の発生を少なくするものである。

前記露受け皿４６は本実施形態では、前記図６に示すように、露受け皿４６内に結露水の受け皿となるトレイ部材４６ａを設け、さらにこのトレイ部材４６ａの後左角前端に排水部４６ｂ（排水口に相当）を設けて、前記結露水を図６破線矢印のように円滑に排出する。

前記トレイ部材４６ａは、前側の左右に水熱交固定板脚Ａ４５に水熱交固定板脚Ｂ４４を固定するためのネジ穴４６ｃを４カ所形成し、水平面の水熱交固定部４６ｄを備え、この水熱交固定部４６ｄの間の中央部前側から後方に向かって徐々に下り勾配に形成され、上方が開口したゴム製（又はプラスチック製、樹脂製でも良い）の受け皿であり、水−冷媒熱交換器１１や冷温水配管２、冷媒配管１５等からの液滴を円滑に前記排水口部４６ｂに導いて排水を行うので、水−冷媒熱交換器１１に隣接して配置される前記圧縮機７の下部７ｂや固定脚７ａ等に結露水が滴下した時に飛び跳ねることで、経年変化によって腐食が発生し、これが原因で故障や騒音が発生することを防止する。尚、排水口部４６ｂから前記筐体ベース３１ｃに排水された結露水は、筐体ベース３１ｃ略後部中央で前記室外熱交換器８の下部に位置する排水口（図示せず）から筐体外に排水される。また、筐体３１の左側面には配管接続部１６を備え、前記室内機４と接続する冷温水往き口３ａと冷温水戻り口３ｂを設けている。

以上説明したように、前記水−冷媒熱交換器１１や冷温水循環回路２２、冷媒循環回路２１で生じた結露水を円滑に排水することで、結露水の滴下や飛び跳ねで圧縮機７の下部７ｂや固定脚７ａ等が腐食して、故障や騒音が発生することを防止する。

また、前記水熱交固定板脚Ｂ４４と水熱交固定板脚Ａ４５の間に柔軟なゴム材料で形成された露受け皿４６を介して筐体ベース３１ｃに固定することで、水−冷媒熱交換器１１や冷温水配管３、冷媒配管１５等で生じた振動が筐体ベース３１ｃに伝達して騒音が発生することを防止する。
また、水−冷媒熱交換器１１の熱が水熱交固定板脚４４・４５を通じて筐体ベース３１ｃに伝わることを防止する。

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また、前記水−冷媒熱交換器１１は、冷媒回路室３６の前部に設け、水−冷媒熱交換器１１で発生した結露水は、前記露受け皿４６によって筐体ベース３１ｃの後方に排水することで、より円滑な結露水の排水を行うことができる。

１ ヒートポンプ冷温水機
２ 室外機
３ 冷温水配管
４ 室内機
６ 四方弁
７ 圧縮機
８ 室外熱交換器
９ 膨張弁
１１ 水−冷媒熱交換器
１２ 循環ポンプ
１３ 冷温水タンク
１５ 冷媒配管
２１ 冷媒循環回路
２２ 冷温水循環回路
３１ 筐体
３１ｃ 筐体ベース
３４ 冷温水回路室
３６ 冷媒回路室
４１ 水熱交断熱材
４２ 水熱交固定板Ａ
４３ 水熱交固定板Ｂ
４４ 水熱交固定板脚Ｂ
４５ 水熱交固定板脚Ａ
４６ 露受け皿

Claims (3)

1. 室外機に備えられた、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、及び、水−冷媒熱交換器を冷媒配管で接続して冷媒循環回路を形成し、前記室外機に備えられた前記水−冷媒熱交換器及び循環ポンプと室内機に備えられた室内熱交換器とを冷温水配管で接続して冷温水循環回路を形成し、前記水−冷媒熱交換器での前記冷温水循環回路と前記冷媒循環回路との熱の送受に応じて前記室内熱交換器が室内からの吸熱又は室内への放熱を行う、ヒートポンプ冷温水機において、
   前記室外機は、筐体ベース上に筐体を形成し、この筐体は、前面下方部分に前面パネル、前面上方部分に上方カバーを有し、前記上方カバーと前記前面パネルの境目の高さの前記筐体内に水平仕切壁を、この水平仕切壁の下方に垂直仕切壁を設けることで、前記水平仕切壁より上方の空間に冷温水回路室を形成し、
   前記水平仕切壁より下方の空間で前記垂直仕切壁により仕切られた一方に送風室を形成し、
   前記垂直仕切壁により仕切られた他方側の空間に冷媒回路室を形成し、
   前記冷媒回路室に水−冷媒熱交換器と圧縮機を設け、
   前記水−冷媒熱交換器は水熱交断熱材を介して水熱交固定板で包囲し、この水熱交固定板の下方に柔軟性材料で成型された露受け皿を介して前記筐体ベースに固定する
   ことを特徴とするヒートポンプ冷温水機。
2. 前記水熱交固定板は、縦長で水−冷媒熱交換器の側面と上面を覆う水熱交固定板A、水熱交固定板Bと、水−冷媒熱交換器底面を覆うと共に前記水熱交固定板A、水熱交固定板Bが固定される水熱交固定板脚Ｂと、この水熱交固定板脚Ｂを前記露受け皿を介して固定される水熱交固定板脚Ａで構成し、この水熱交固定板脚Ａを前記筐体ベースに固定することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ冷温水機。
3. 前記水−冷媒熱交換器は、冷媒回路室の前部に設け、水−冷媒熱交換器で発生した結露水は、前記露受け皿によって筐体ベース後方に排水する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のヒートポンプ冷温水機。

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