JP6798628B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関する。

圧縮機により圧縮された冷媒と、例えば水のような熱媒体との間で熱を交換することにより熱媒体を加熱するヒートポンプ装置が広く用いられている。下記特許文献１には、以下のようなヒートポンプ装置が開示されている。蒸発器（１７）と圧縮機（１３）の間の冷媒配管を冷媒−水熱交換器（１４）と非接触で近接する位置に導く。冷媒−水熱交換器（１４）より発する輻射熱を吸収する吸熱手段（１８）を設ける。吸熱手段（１８）は、圧縮機（１３）に吸入される冷媒に熱を与える。なお、括弧内は特許文献１での符号を示す。

日本特開２００７−２４００９０号公報

特許文献１の技術では、以下のような課題がある。冷媒−水熱交換器（１４）から発した輻射熱の一部は、吸熱手段（１８）に吸収されることなく、空間へ散逸してしまうので、熱エネルギーのロスが大きい。吸熱手段（１８）は、円筒形の冷媒−水熱交換器（１４）の内部空間に位置されているので、その大きさが制限される。このため、圧縮機（１３）に吸入される冷媒に対して十分に熱を与えることが困難である。円筒形の冷媒−水熱交換器（１４）の内部空間の空気は、吸熱手段（１８）によって冷却されることで、温度が低下する。その結果、冷媒−水熱交換器（１４）内を通る水に与えられるべき熱量が減少し、熱エネルギーのロスが大きい。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、熱エネルギーのロスの少ない構成で、圧縮機に吸入される冷媒に対して熱を与えることのできるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、熱媒体と、圧縮機により圧縮された冷媒との間で熱を交換する第一熱交換器と、第一熱交換器を少なくとも部分的に覆う断熱材と、第一熱交換器の下流側の冷媒を減圧させる減圧装置と、減圧装置の下流側の冷媒を蒸発させる第二熱交換器と、第二熱交換器の出口と、圧縮機の吸入口との間を繋ぐ通路である吸込冷媒通路と、を備え、断熱材は、第一熱交換器に対向する内面と、内面と反対側の外面とを有し、吸込冷媒通路は、断熱材の内面と外面との間を通る通路である吸熱通路を含み、断熱材は、第一熱交換器の側面を覆う側壁部を備え、吸熱通路の少なくとも一部は、側壁部の内部を通り、側壁部は、第一熱交換器の側面の全周を覆い、吸熱通路の少なくとも一部は、第一熱交換器の周りを少なくとも１周するように配置されているものである。

本発明によれば、第一熱交換器を覆う断熱材の内面と外面との間を通る通路である吸熱通路を吸込冷媒通路が含むように構成したことで、熱エネルギーのロスの少ない構成で、圧縮機に吸入される冷媒に対して熱を与えることが可能となる。

実施の形態１によるヒートポンプ装置の内部構造を示す前面図である。 実施の形態１によるヒートポンプ装置の内部構造を示す平面図である。 実施の形態１によるヒートポンプ装置が備える水−冷媒熱交換器及び断熱材を示す平面図である。 図３中のＡ−Ａ線での断面図である。 実施の形態１によるヒートポンプ装置が備える水−冷媒熱交換器及び断熱材を示す平面図である。 実施の形態１によるヒートポンプ装置を斜め前から見た外観斜視図である。 実施の形態１によるヒートポンプ装置を斜め後ろから見た外観斜視図である。 実施の形態１によるヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。 実施の形態２によるヒートポンプ装置の内部構造を示す前面図である。 実施の形態２によるヒートポンプ装置の内部構造を示す平面図である。 実施の形態２によるヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含み得る。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１の内部構造を示す前面図である。図２は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１の内部構造を示す平面図である。図３は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１が備える水−冷媒熱交換器８及び断熱材１２を示す平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ線での断面図である。図５は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１が備える水−冷媒熱交換器８及び断熱材１２を示す平面図である。図６は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１を斜め前から見た外観斜視図である。図７は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１を斜め後ろから見た外観斜視図である。図８は、実施の形態１によるヒートポンプ装置１を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。

これらの図に示す実施の形態１によるヒートポンプ装置１は、室外に設置されるヒートポンプ室外機に相当する。ヒートポンプ装置１は、液状の熱媒体を加熱する。本実施の形態での熱媒体は、水である。ヒートポンプ装置１は、水を加熱して湯を生成する。本発明における熱媒体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液、アルコールのような、水以外の液体でもよい。

これらの図に示すように、ヒートポンプ装置１は、圧縮機２、空気−冷媒熱交換器７、水−冷媒熱交換器８、膨張弁１０を、冷媒回路の構成要素として備える。ヒートポンプ装置１の外郭を形成する筐体は、筐体の底部に相当するベース１７を備える。図１及び図２に示すように、ベース１７上には、前方から見て、右側に機械室１４が形成され、左側に送風機室１５が形成されている。機械室１４と送風機室１５とは、仕切板１６により隔てられている。

図６及び図７に示すように、当該筐体は、ベース１７に加えて、フロントパネル１８、バックパネル１９、及びトップパネル２０を備える。筐体のこれらの各構成要素は、例えば板金材から作られていてもよい。フロントパネル１８は、筺体の前面を形成する前面部１８ａと、筺体の左側面を形成する左面部１８ｂとを有する。バックパネル１９は、筺体の後面を形成する後面部１９ａと、筐体の右側面を形成する右面部１９ｂとを有する。トップパネル２０は、筺体の上面を形成する。ヒートポンプ装置１の外面は、後面側に配置された空気−冷媒熱交換器７を除いて、この筐体によって覆われている。フロントパネル１８の前面部１８ａには、送風機室１５を通過した空気を排出するための排気口が形成され、この排気口には格子１８ｃが取り付けられている。なお、図１及び図２は、フロントパネル１８及びトップパネル２０を取り外した状態を示している。また、図１及び図２では、一部の構成機器の図示を省略している。

図１及び図２に示すように、機械室１４内には、圧縮機２と、膨張弁１０（図１及び図２では省略）と、これらを接続する冷媒配管と、その他の冷媒回路部品とが組み込まれている。

圧縮機２は、圧縮部及びモータを備える。圧縮部は、冷媒の圧縮動作を行う。モータは、圧縮部を駆動する。外部から供給される電力により圧縮機２のモータが駆動される。低圧冷媒が圧縮機２に吸入される。膨張弁１０は、その本体の外側面にコイル組み込み部材が取り付けられている。コイルに外部から通電することにより、冷媒の流路開度を調節する。膨張弁１０により、その上流側の高圧冷媒の圧力と、その下流側の低圧冷媒の圧力とを調節できる。膨張弁１０は、水−冷媒熱交換器８の下流側の高圧冷媒を膨張及び減圧させることにより低圧冷媒にする減圧装置に相当する。

送風機室１５は、風路を確保するため、機械室１４よりも大きな空間を有する。送風機室１５内には、送風機６が組み込まれている。送風機６は、２枚〜３枚のプロペラ翼と、プロペラ翼を回転駆動させるモータとを備える。外部から供給される電力によりモータ及びプロペラ翼が回転する。

図２に示すように、送風機室１５の後面側には、送風機６に対向して、空気−冷媒熱交換器７が設置されている。空気−冷媒熱交換器７は、多数のアルミ薄板のフィンと、アルミ薄板のフィンに多数密着して数回往復する長い冷媒管とを備える。空気−冷媒熱交換器７は、平面視でＬ字状に曲がった平板状の外形を有する。空気−冷媒熱交換器７は、ヒートポンプ装置１の後面から左側面にかけて設置されている。空気−冷媒熱交換器７では、冷媒管内の冷媒とフィン周辺の空気との間で熱を交換する。送風機６により各フィン間を流れて通過する空気の風量が増やされて調節され、熱交換の量が増やされて調節されている。空気−冷媒熱交換器７の冷媒配管は主に銅材等の金属材製である。空気−冷媒熱交換器７は、冷媒を蒸発させる第二熱交換器すなわち蒸発器に相当する。

送風機室１５の下部のベース１７の上に、水−冷媒熱交換器８が設置されている。水−冷媒熱交換器８は、圧縮機２により圧縮された高温高圧の冷媒と、熱媒体である水との間で熱を交換する第一熱交換器に相当する。水−冷媒熱交換器８内で水が加熱されることにより高温の湯が生成する。水−冷媒熱交換器８は、例えば、長い水管と長い冷媒管とが密着した状態で曲げ成形された構成を有するものでもよい。

水−冷媒熱交換器８は、断熱材１２に覆われている。断熱材１２は、水−冷媒熱交換器８を少なくとも部分的に覆う。断熱材１２を備えたことで、水−冷媒熱交換器８から周囲の空間に散逸する熱量を低減できる。本実施の形態の断熱材１２は、実質的に直方体の外形を有する容器のような形状に形成されている。断熱材１２は、例えば、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレンのような発泡プラスチックからなる断熱材料で作られたものでもよい。あるいは、断熱材１２は、例えば真空断熱材、グラスウールのような他の断熱材料で作られたものでもよい。断熱材１２は、複数の断熱材料を組み合わせて作られたものでもよい。断熱材１２の外側は、金属製のケースに覆われているが、本開示では当該ケースの図示を省略する。断熱材１２の上方に送風機６が配置されている。

図８に示すように、水−冷媒熱交換器８の冷媒の入口は、冷媒通路を介して、圧縮機２の吐出口に接続されている。水−冷媒熱交換器８の冷媒の出口は、冷媒通路を介して、膨張弁１０の入口に接続されている。膨張弁１０の出口は、冷媒通路を介して、空気−冷媒熱交換器７の冷媒の入口に接続されている。空気−冷媒熱交換器７の冷媒の出口は、冷媒通路を介して、圧縮機２の吸入口に接続されている。以下の説明では、空気−冷媒熱交換器７の冷媒の出口と、圧縮機２の吸入口との間を繋ぐ冷媒通路を「吸込冷媒通路」と称する。吸込冷媒通路は、吸熱通路１１を含む。吸熱通路１１は、断熱材１２の内部を通っている。吸熱通路１１は、吸込冷媒通路の一部を構成する。吸熱通路１１等を形成する冷媒管は、例えば銅のような金属で作られていることが望ましい。

図３から図５に示すように、断熱材１２は、上面壁部１２ａ、下面壁部１２ｂ、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆを有する。上面壁部１２ａは、水−冷媒熱交換器８の上面を覆う。下面壁部１２ｂは、水−冷媒熱交換器８の下面を覆う。前面壁部１２ｃは、水−冷媒熱交換器８の前面を覆う。後面壁部１２ｄは、水−冷媒熱交換器８の後面を覆う。右面壁部１２ｅは、水−冷媒熱交換器８の右側面を覆う。左面壁部１２ｆは、水−冷媒熱交換器８の左側面を覆う。

本実施の形態において、「水−冷媒熱交換器８の側面」とは、水−冷媒熱交換器８の外面のうち上面及び下面以外の面を言うものとする。本実施の形態において、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆの各壁部は、水−冷媒熱交換器８の側面を覆う側壁部に相当する。

本実施の形態において、吸熱通路１１は、断熱材１２のうち、下面壁部１２ｂ、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆの内部を通っている。図４に示すように、下面壁部１２ｂは、内面１２ｇ及び外面１２ｈを有する。内面１２ｇは、水−冷媒熱交換器８に対向する面であり、下面壁部１２ｂの上面に相当する。外面１２ｈは、内面１２ｇと反対側の面であり、下面壁部１２ｂの下面に相当する。吸熱通路１１の一部は、下面壁部１２ｂの内面１２ｇと外面１２ｈとの間を通っている。同様にして、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆの各壁部においても、その内面及び外面の間に吸熱通路１１が通っている。

水−冷媒熱交換器８は、高温の冷媒が内部を流れるため、高温になる。断熱材１２の各壁部の内面は、外面よりも高温になる。このため、断熱材１２の各壁部の内面から外面へ向かう熱伝導が生じる。その熱の一部は、吸熱通路１１を通る冷媒に与えられる。これにより、以下の効果が得られる。圧縮機２に吸入される冷媒の温度を上昇させることができる。その結果、比較的低い圧縮比で吐出冷媒温度の目標値を達成できるので、圧縮機２を駆動するために必要なエネルギーを低減できる。また、圧縮機２に吸入される冷媒が気液二相状態になる頻度を低減できるので、液圧縮が生ずることを確実に防止できる。圧縮機２内部の圧縮部で液圧縮による異常昇圧が発生すると、ヒートポンプ装置１の振動、低周波音及び騒音が増大する可能性がある。本実施の形態であれば、そのような液圧縮に起因する振動、低周波音及び騒音の増大を確実に防止できる。また、ヒートポンプ装置１の材料コスト及び組立コストの増大を抑制しながら、圧縮機２の圧縮部の破損の可能性を確実に低減できる。

本実施の形態であれば、断熱材１２の内部に吸熱通路１１を配置したことで、水−冷媒熱交換器８から断熱材１２に伝わった熱を、吸熱通路１１を通る冷媒に対して無駄なく与えることができる。このため、圧縮機２に吸入される冷媒を加熱する上で、熱エネルギーを有効に活用でき、熱エネルギーのロスが少ない。

また、本実施の形態であれば、吸熱通路１１は断熱材１２を介して水−冷媒熱交換器８に接しており、高温の水−冷媒熱交換器８が吸熱通路１１に直接接触してはいない。このため、水−冷媒熱交換器８内で高温冷媒から水へ与えられるべき熱量が、吸熱通路１１に与えられてしまうことを確実に防止できる。よって、水−冷媒熱交換器８の加熱能力の低下を確実に防止できる。上記のような効果をより確実に奏するためには、吸熱通路１１と水−冷媒熱交換器８とが直接接触する箇所を有しないように構成することが望ましい。

本実施の形態では、吸熱通路１１の外面は、断熱材１２の下面壁部１２ｂ、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆを構成する断熱材料に対して隙間なく密着している。このため、断熱材１２から吸熱通路１１に対して熱エネルギーを無駄なく伝達することができる。なお、吸熱通路１１の外面の少なくとも一部が断熱材１２に対して隙間なく接触していれば、上記効果に類似した効果が得られる。

断熱材１２の製造時にインサート成形を行うことにより、吸熱通路１１を断熱材１２に埋め込むように成形してもよい。例えば、発泡プラスチック製の断熱材１２を成形する金型内に、吸熱通路１１を形成する管を配置し、この管を取り囲むようにして断熱材１２の材料を充填する。これにより、吸熱通路１１を断熱材１２に対して一体成形することができ、容易に製造することができる。

あるいは、次のようにして断熱材１２を製造してもよい。吸熱通路１１の形状に合わせた溝を一面に形成した、発泡プラスチック製の断熱パネルを２枚用意し、その２枚の断熱パネルを、吸熱通路１１を形成する管を間に挟み込むようにして貼り合わせる。これにより、発泡プラスチック製の断熱材１２の内部に吸熱通路１１を埋め込むことができる。

断熱材１２の上面壁部１２ａは、断熱材１２のそれ以外の部分から、取り外し可能になっている。上面壁部１２ａの内部には、吸熱通路１１は埋め込まれていない。組み立ての際には、上面壁部１２ａを取り外した状態で、断熱材１２の中に水−冷媒熱交換器８を収納した後、上面壁部１２ａを取り付ける。このようにして、容易に組み立てることができる。

図４及び図５に示すように、吸熱通路１１は、入口部１１ａ及び出口部１１ｃを有する。図５に示すように、入口部１１ａは、下面壁部１２ｂのエッジ部分に位置する。下面壁部１２ｂの内部を通る吸熱通路１１は、複数の折り返し部１１ｂを有する。折り返し部１１ｂは、中心角が１８０°の円弧状に湾曲している。複数の折り返し部１１ｂの湾曲方向は、第一方向と、この第一方向と反対の第二方向とに、交互になっている。冷媒が折り返し部１１ｂを通過すると、冷媒の進行方向が反転する。図５中では、冷媒が折り返し部１１ｂを通過すると、冷媒の進行方向が、上方向から下方向へ、あるいは下方向から上方向へ、反転する。下面壁部１２ｂの内部の吸熱通路１１は、蛇行するように配置されている。本実施の形態であれば、このような構成により、吸熱通路１１の長さを十分に長くすることができるので、水−冷媒熱交換器８から断熱材１２の下面壁部１２ｂに伝わった熱を、より効率良く吸熱通路１１の冷媒に与えることが可能となる。なお、吸熱通路１１が、断熱材１２の内部に位置する少なくとも一つの折り返し部１１ｂを有していれば、上記効果に類似した効果が得られる。また、図示の構成に代えて、下面壁部１２ｂの内部において吸熱通路１１を渦巻き状に配置してもよい。その場合でも、吸熱通路１１の長さを十分に長くすることができるので、上記効果に類似した効果が得られる。

本実施の形態において、断熱材１２の前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆは、水−冷媒熱交換器８の側面の全周を覆っている。図３及び図４に示すように、下面壁部１２ｂを通過した吸熱通路１１は、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆの内部に延びている。前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆの内部において、吸熱通路１１は、水−冷媒熱交換器８の周りを複数回回るように配置されている。図３に示すように、吸熱通路１１内の冷媒は、水−冷媒熱交換器８の周りを平面視で反時計回りに回る。図４に示すように、吸熱通路１１内の冷媒は、水−冷媒熱交換器８の周りを回りながら上方へ移行し、出口部１１ｃに到達する。このように、前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆの内部において、吸熱通路１１は、螺旋状または渦巻き状に配置されている。

本実施の形態であれば、吸熱通路１１が水−冷媒熱交換器８の周りを複数回回るように配置したことで、吸熱通路１１の長さを十分に長くすることができる。このため、水−冷媒熱交換器８から断熱材１２の前面壁部１２ｃ、後面壁部１２ｄ、右面壁部１２ｅ、及び左面壁部１２ｆに伝わった熱を、より効率良く吸熱通路１１の冷媒に与えることが可能となる。なお、吸熱通路１１が水−冷媒熱交換器８の周りを少なくとも１周するように配置すれば、上記効果に類似した効果が得られる。

図８に示すように、吸熱通路１１の入口部１１ａは、冷媒通路５１を介して、空気−冷媒熱交換器７の冷媒の出口に接続されている。吸熱通路１１の出口部１１ｃは、冷媒通路５２を介して、圧縮機２の吸入口に接続されている。このように、本実施の形態における吸込冷媒通路は、冷媒通路５１、吸熱通路１１、及び冷媒通路５２を含む。

図１に示すように、機械室１４の上部には、電気品収納箱９が設置されている。電気品収納箱９には、電子基板２４が収納されている。電子基板２４には、圧縮機２、膨張弁１０、送風機６等を駆動制御する各モジュールを構成する電子部品及び電気部品等が取り付けられている。各モジュールは、例えば以下のように制御する。圧縮機２のモータの回転数を数十ｒｐｓ（Ｈｚ）〜百ｒｐｓ（Ｈｚ）程度の所定の回転数に変化させる。膨張弁１０の開度を所定の量に変化させる。送風機６の回転数を数百ｒｐｍ〜千ｒｐｍ程度の所定の回転数に変化させる。電気品収納箱９には、外部電気配線を接続する端子台９ａが設けられている。図６及び図７に示すように、バックパネル１９の右面部１９ｂには、端子台９ａと、後述する水入口バルブ２８及び湯出口バルブ２９とを保護するためのサービスパネル２７が取り付けられている。

ヒートポンプ装置１が備える冷媒回路の密閉空間内には、所定の量の冷媒が封入されている。冷媒は、例えば、高圧側で超臨界状態となるＣＯ_２冷媒でもよい。

次に、ヒートポンプ装置１及び貯湯装置３３の水回路について説明する。図１に示すように、機械室１４内には、内部管３０、及び内部管３１を含む水回路部品が組み込まれている。ベース１７の右側部には、水入口バルブ２８が下側、湯出口バルブ２９が上側になるように両者が併設されている。内部管３０は、水入口バルブ２８と、水−冷媒熱交換器８の水入口部との間を接続している。内部管３１は、水−冷媒熱交換器８の湯出口部と、湯出口バルブ２９との間を接続している。

図８に示すように、ヒートポンプ装置１及び貯湯装置３３により、ヒートポンプ給湯システムが構成される。貯湯装置３３は、例えば数百リットル程度の容量を有する貯湯タンク３４と、貯湯タンク３４内の水をヒートポンプ装置１に送るための水ポンプ３５とを備える。ヒートポンプ装置１と貯湯装置３３との間は、外部管３６と、外部管３７と、電気配線（図示省略）とを介して接続される。

貯湯タンク３４の下部は、管３８を介して、水ポンプ３５の入口に接続されている。外部管３６は、水ポンプ３５の出口と、ヒートポンプ装置１の水入口バルブ２８との間を接続している。外部管３７は、ヒートポンプ装置１の湯出口バルブ２９と、貯湯装置３３との間を接続している。外部管３７は、貯湯装置３３内の管３９を介して、貯湯タンク３４の上部に連通可能になっている。

貯湯装置３３は、混合弁４０を更に備えている。混合弁４０には、管３９から分岐した給湯管４１と、水道等の水源から供給される水が通る給水管４２と、ユーザ側に供給される湯が通る給湯管４３とがそれぞれ接続されている。混合弁４０は、給湯管４１から流入する湯すなわち高温水と、給水管４２から流入する低温水との混合比を調整することで給湯温度を調節する。混合弁４０により混合された湯は、給湯管４３を通って、例えば、浴槽、シャワー、蛇口、食器洗い機などのユーザ側の端末に送られる。貯湯タンク３４の下部には、給水管４２から分岐した給水管４４が接続されている。貯湯タンク３４内の下側には、給水管４４から流入した水が貯留される。

次に、貯湯運転におけるヒートポンプ装置１の動作について説明する。貯湯運転は、ヒートポンプ装置１で加熱された湯を貯湯装置３３の貯湯タンク３４に流入させることにより、貯湯タンク３４に熱エネルギーを貯える運転である。貯湯運転では、以下のようになる。圧縮機２、送風機６及び水ポンプ３５が運転される。圧縮機２のモータの回転速度は、数十ｒｐｓ（Ｈｚ）〜百ｒｐｓ（Ｈｚ）程度の範囲で変化できる。これにより、冷媒の流量を変化させることで、加熱能力を調節制御できる。

送風機６のモータの回転速度は数百ｒｐｍ〜千ｒｐｍ程度に変化し、空気−冷媒熱交換器７を通過する空気の流量を変化させることで、空気−冷媒熱交換器７での冷媒と空気の熱交換量を調節制御できる。空気は、送風機６の後方に設置された空気−冷媒熱交換器７の後方から吸い込まれ、空気−冷媒熱交換器７を通過し、送風機室１５を通過し、空気−冷媒熱交換器７と反対側のフロントパネル１８の前面部１８ａの前方へ排出される。

膨張弁１０は、冷媒の流路開度を調節する。これにより、膨張弁１０の上流側の高圧冷媒及び下流側の低圧冷媒の圧力を調節制御できる。圧縮機２の回転速度、送風機６の回転速度、膨張弁１０の流路開度は、ヒートポンプ装置１の設置環境及び使用条件などに応じて制御される。

低圧冷媒は、冷媒通路５１、吸熱通路１１、及び冷媒通路５２を通って圧縮機２へ吸入される。低圧冷媒は圧縮機２内の圧縮部で圧縮され、高温高圧冷媒になる。この高温高圧冷媒が圧縮機２から吐出され、水−冷媒熱交換器８の冷媒入口部に流入する。高温高圧冷媒は、水−冷媒熱交換器８内で水と熱交換することで水を加熱し湯を生成させる。冷媒は、水−冷媒熱交換器８を通過する間にエンタルピを低下させ、温度を低下させる。この温度低下した高圧冷媒は、水−冷媒熱交換器８の冷媒出口部から、冷媒管を通り、膨張弁１０の入口部に流入する。この高圧冷媒は、膨張弁１０で所定の圧力に減圧されることで温度降下し、気液二相状態で比較的低い乾き度の状態の低温低圧冷媒となる。この低温低圧冷媒は、膨張弁１０の出口部から、冷媒管を通り、空気−冷媒熱交換器７の入口部に流入する。低温低圧冷媒は、空気−冷媒熱交換器７で空気と熱交換し、エンタルピが高められ、乾き度が高められる。低温低圧冷媒は、空気−冷媒熱交換器７の出口部から、冷媒通路５１、吸熱通路１１、及び冷媒通路５２を経由して、圧縮機２に吸入される。水−冷媒熱交換器８から断熱材１２へ伝わった熱が吸熱通路１１を通る低温低圧冷媒に与えられることで、低温低圧冷媒は、エンタルピ及び温度が高められ、気体状態となって圧縮機２に吸入される。このように冷媒が循環してヒートポンプサイクルが行われる。

同時に、水ポンプ３５の駆動により、貯湯タンク３４内の下部の水が、管３８、外部管３６、水入口バルブ２８及び内部管３０を通って、水−冷媒熱交換器８の水入口部に流入する。この水が水−冷媒熱交換器８で冷媒と熱交換し加熱されて湯が生成する。この湯は、内部管３１、湯出口バルブ２９、外部管３７及び管３９を通り、貯湯タンク３４の上部に流入する。このような貯湯運転を行うことで、貯湯タンク３４内に上部から下部に向かって高温の湯が蓄積していく。

なお、ヒートポンプ装置１で加熱された湯を貯湯タンク３４に溜めることなくユーザ側に直接供給しても良い。また、ヒートポンプ装置１で加熱された熱媒体を暖房等に利用しても良い。

本実施の形態のヒートポンプ装置１は、内部熱交換器を備えていない。内部熱交換器は、水−冷媒熱交換器８と膨張弁１０との間の高圧冷媒と、空気−冷媒熱交換器７と圧縮機２との間の低圧冷媒との間で熱を交換することにより、低圧冷媒を加熱するためのものである。本実施の形態であれば、吸熱通路１１を設けたことで、内部熱交換器を用いなくても、十分な熱量が低圧冷媒に与えられ、低圧冷媒の温度を比較的高くすることができる。その結果、水を高温（例えば、９０℃程度）に加熱する運転の場合に、比較的低い圧縮比で圧縮機２を運転しても、圧縮機２から吐出される高圧冷媒の温度を十分高い温度（例えば、１００℃以上）にすることができる。

内部熱交換器は、例えば、所定長さの高圧冷媒配管と、所定長さの低圧冷媒配管を接合させた構造、あるいは２重管構造を有する。内部熱交換器を設けると、ヒートポンプ装置１の材料コスト及び組立コストが増大しやすい。本実施の形態であれば、内部熱交換器を備える必要がないので、ヒートポンプ装置１の材料コスト及び組立コストの低減に有利である。

実施の形態２．
次に、図９から図１１を参照して、実施の形態２について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。

図９は、実施の形態２によるヒートポンプ装置５０の内部構造を示す前面図である。図１０は、実施の形態２によるヒートポンプ装置５０の内部構造を示す平面図である。図１１は、実施の形態２によるヒートポンプ装置５０を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。

実施の形態２によるヒートポンプ装置５０は、実施の形態１のヒートポンプ装置１と比べて、内部熱交換器１３をさらに備えること以外は同様である。吸熱通路１１だけでは低圧冷媒を加熱する能力が不足する場合などには、本実施の形態のように、内部熱交換器１３をさらに設けてもよい。この場合、内部熱交換器１３の大きさは、従来のヒートポンプ装置よりも小さくてよい。このため、内部熱交換器１３を設けた場合でも、ヒートポンプ装置１の材料コスト及び組立コストの増大を抑制できる。

図９及び図１０に示すように、内部熱交換器１３は、機械室１４内に配置されている。内部熱交換器１３は、高圧冷媒配管及び低圧冷媒配管を有する。図１１に示すように、水−冷媒熱交換器８を通過した高圧冷媒は、冷媒通路５３を通って内部熱交換器１３の高圧冷媒配管に流入する。内部熱交換器１３の高圧冷媒配管を通過した高圧冷媒は、冷媒通路５４を通って膨張弁１０に流入する。空気−冷媒熱交換器７を出た低圧冷媒は、冷媒通路５１を通って、入口部１１ａから吸熱通路１１に流入する。吸熱通路１１の出口部１１ｃを出た低圧冷媒は、冷媒通路５５を通って内部熱交換器１３の低圧冷媒配管に流入する。内部熱交換器１３の低圧冷媒配管を通過した低圧冷媒は、冷媒通路５６を通って圧縮機２の吸入口へ流入する。実施の形態２における吸込冷媒通路は、冷媒通路５１、吸熱通路１１、冷媒通路５５、内部熱交換器１３の低圧冷媒配管、及び冷媒通路５６を含む。

内部熱交換器１３は、高圧冷媒配管と低圧冷媒配管が接合された構造、または２重管構造を有する。内部熱交換器１３の内部では、高圧冷媒配管内の高圧冷媒と、低圧冷媒配管の低圧冷媒との間で熱を交換し、高圧冷媒から低圧冷媒に熱を与える。内部熱交換器１３は、主として、銅材等の金属材製である。吸熱通路１１がない場合と比較して、内部熱交換器１３の高圧冷媒配管及び低圧冷媒配管は短くてよいので、内部熱交換器１３を小型化することが可能である。内部熱交換器１３を小さくしても、吸熱通路１１があるので、十分な熱量を低圧冷媒に対して与えることができ、実施の形態１で述べた効果と同様の効果が得られる。

以上説明した各実施の形態によれば、省エネルギー性能面、静粛性能面、信頼性面、コスト面で優れたヒートポンプ装置を得ることができる。ヒートポンプ装置の性能、品質には使用者の関心が高く、本発明は著しく貢献する。

１ ヒートポンプ装置、 ２ 圧縮機、 ６ 送風機、 ７ 空気−冷媒熱交換器、 ８
水−冷媒熱交換器、 ９ 電気品収納箱、 １０ 膨張弁、 １１ 吸熱通路、 １１ａ 入口部、 １１ｂ 折り返し部、 １１ｃ 出口部、 １２ 断熱材、 １２ａ 上面壁部、 １２ｂ 下面壁部、 １２ｃ 前面壁部、 １２ｄ 後面壁部、 １２ｅ 右面壁部、 １２ｆ 左面壁部、 １２ｇ 内面、 １２ｈ 外面、 １３ 内部熱交換器、 １４ 機械室、 １５ 送風機室、 １６ 仕切板、 １７ ベース、 １８ フロントパネル、 １９ バックパネル、 ２０ トップパネル、 ２４ 電子基板、 ２７
サービスパネル、 ２８ 水入口バルブ、 ２９ 湯出口バルブ、 ３３ 貯湯装置、
３４ 貯湯タンク、 ３５ 水ポンプ、 ４０ 混合弁、 ４１ 給湯管、 ４２ 給水管、 ４３ 給湯管、 ４４ 給水管、 ５０ ヒートポンプ装置

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   熱媒体と、前記圧縮機により圧縮された冷媒との間で熱を交換する第一熱交換器と、
   前記第一熱交換器を少なくとも部分的に覆う断熱材と、
   前記第一熱交換器の下流側の冷媒を減圧させる減圧装置と、
   前記減圧装置の下流側の冷媒を蒸発させる第二熱交換器と、
   前記第二熱交換器の出口と、前記圧縮機の吸入口との間を繋ぐ通路である吸込冷媒通路と、
   を備え、
   前記断熱材は、前記第一熱交換器に対向する内面と、前記内面と反対側の外面とを有し、
   前記吸込冷媒通路は、前記断熱材の前記内面と前記外面との間を通る通路である吸熱通路を含み、
   前記断熱材は、前記第一熱交換器の側面を覆う側壁部を備え、
   前記吸熱通路の少なくとも一部は、前記側壁部の内部を通り、
   前記側壁部は、前記第一熱交換器の側面の全周を覆い、
   前記吸熱通路の少なくとも一部は、前記第一熱交換器の周りを少なくとも１周するように配置されている
   ヒートポンプ装置。
2. 前記吸熱通路の外面の少なくとも一部は、前記断熱材に対して隙間なく接触している請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記吸熱通路の少なくとも一部は、前記第一熱交換器の周りを複数回回るように配置されている請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記断熱材は、前記第一熱交換器の下面を覆う下面壁部を備え、
   前記吸熱通路の少なくとも一部は、前記下面壁部の内部を通る請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記吸熱通路は、前記断熱材の内部に位置する少なくとも一つの折り返し部を有し、
   冷媒が前記少なくとも一つの折り返し部を通過すると、冷媒の進行方向が反転する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記吸熱通路は、前記断熱材の内部において渦巻き状に配置された部分を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
7. 前記吸熱通路は、前記断熱材を介して前記第一熱交換器に接しており、
   前記吸熱通路と前記第一熱交換器とが直接接触する箇所を有しない請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。

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