JP7153217B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば給湯装置における湯水加熱用の熱源として用いられるヒートポンプ装置に関する。
本出願人は、ヒートポンプ装置の一例として、特許文献1に記載のものを先に提案している。
同文献に記載のヒートポンプ装置においては、冷凍サイクルを構成する冷媒の蒸発熱交換器、圧縮機、凝縮熱交換器、および膨張手段が、外装ケース内に収容されている。凝縮熱交換器は、冷媒が流通する冷媒管と、加熱対象の湯水が流通する水管とが二重管構造とされた上で、全体が渦巻き状の管体として構成されており、樹脂製の断熱部材(断熱ケース)内に収容されている。
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。
すなわち、圧縮機は、その稼働時に振動する虞があるが、凝縮熱交換器の冷媒管の一端部側は、圧縮機に配管接続されている。このため、ヒートポンプ装置の稼働時には、圧縮機の振動が凝縮熱交換器に伝達して、凝縮熱交換器が振動し、さらには断熱部材なども振動する虞がある。このような振動は、騒音の原因にもなるため、適切に抑制することが望まれる。
前記した不具合の防止手段としては、圧縮機と凝縮熱交換器とを接続する配管部に、複数の屈曲部を設け、圧縮機の振動が凝縮熱交換器にできる限り伝達しないようにする手段がある。ただし、このような手段を採用したのでは、前記配管部の寸法が長くなることや、前記配管部の曲げ加工が必要になることに起因し、製造コストの上昇を招く。また、前記手段を採用したとしても、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動を十分に抑制することは難しい場合がある。
特許第6249271号公報
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、簡易な構成により、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動を適切に抑制することが可能なヒートポンプ装置を提供することを、その課題としている。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第1の側面により提供されるヒートポンプ装置は、冷媒管および水管が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、最内周管体部によって囲まれた隙間としての空間部を中央寄りの位置に形成している渦巻き状管体として構成されており、かつ一端部側において、前記冷媒管が圧縮機と配管接続されている凝縮熱交換器と、この凝縮熱交換器を上側に載せた状態で保持可能な断熱部材と、を備えている、ヒートポンプ装置であって、前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記渦巻き状の管体の最外周管体部の延設領域に相当し、かつ前記凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置しており、前記断熱部材には、前記凝縮熱交換器を記断熱部材に固定させる凝縮熱交換器用の固定部が設けられ、この固定部は、前記空間部にその下方側から進入する上向き突出段部、およびこの上向き突出段部の外周側面部の周方向に間隔を隔てた配置で設けられ、かつ前記外周側面部から水平方向外方に突出する複数の当接用凸部を有しており、前記凝縮熱交換器の前記最内周管体部は、平面視において、前記最内周管体部の短手方向に間隔を隔てた配置で長手方向に延びる一対の第1の管体部、およびこれら一対の第1の管体部の長手方向両端部を繋ぐ一対の第2の管体部を有するループ状であり、前記複数の当接用凸部として、前記各第1の管体部の内側面の長手方向に離間した配置の一対の部分に圧接する当接用凸部、および前記各第2の管体部の内側面の短手方向の中央部分に圧接する当接用凸部が設けられており、前記上向き突出段部の前記外周側面部のうち、前記複数の当接用凸部が設けられていない部分は、前記最内周管体部に対して非接触であることを特徴としている。
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第1に、凝縮熱交換器のうち、前記一端部寄り領域は、圧縮機からの振動を最も受け易い領域となるが、この領域は凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置している。その一方、凝縮熱交換器は、断熱部材の固定部を利用して断熱部材に固定されており、この固定は、凝縮熱交換器の相互間に形成されている隙間に、断熱部材の固定部が進入し、かつこの固定部が凝縮熱交換器に当接することによって直接的になされており、位置ずれなどを生じ難いものとすることが可能である。しかも、その固定位置は、凝縮熱交換器の中央寄りであって、圧縮機からの振動を受け難い箇所、または殆ど受けない箇所である。したがって、凝縮熱交換器を圧縮機からの振動を大きく受けない状態で、バランスよく、かつ安定的に断熱部材に固定支持させることが可能である。凝縮熱交換器の振動が大きい部分を断熱部材に固定させる必要はなく、凝縮熱交換器から断熱部材への振動の伝達などを回避することが可能である。このようなことから、凝縮熱交換器や断熱部材などの振動、およびこれに起因する騒音の発生を抑制することが可能である。
第2に、断熱部材に対する凝縮熱交換器の固定は、断熱部材の固定部を凝縮熱交換器の隙間に進入させることにより図られているため、部品点数の増大などを回避し得るとともに、凝縮熱交換器の組み付け作業も容易なものとすることが可能である。したがって、製造コストも廉価にすることが可能である。
さらに、前記構成によれば、複数の当接用凸部を凝縮熱交換器の複数箇所に当接させるため、凝縮熱交換器の固定状態をより安定したものとすることが可能である。
本発明において、好ましくは、前記断熱部材は、前記凝縮熱交換器の周囲を囲む周壁部を備えており、前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記周壁部とは非接触である。
このような構成によれば、断熱部材に周壁部が設けられていることにより、凝縮熱交換器の断熱性をよくすることができる。その一方、凝縮熱交換器のうち、圧縮機の影響によって最も振動を生じ易い前記一端部寄り領域は、断熱部材の周壁部に非接触とされているため、凝縮熱交換器から周壁部に振動が伝達することを防止し、断熱部材やこれに接触する他の部材などが振動することをより適切に抑制することが可能となる。
本発明において、好ましくは、前記凝縮熱交換器は、前記一端部から一定方向に延びた直状管体部を有しており、この直状管体部の略全長域が、前記周壁部とは非接触である。
このような構成によれば、凝縮熱交換器において、前記直状管体部が振動を生じ易い領域となるのに対し、この直状管体部には断熱部材の周壁部が非接触であるため、断熱部材の振動抑制効果を高める上で、より好ましいものとなる。
本発明において、好ましくは、前記凝縮熱交換器の略全周域が、前記周壁部とは非接触である。
このような構成によれば、断熱部材などの振動抑制効果をより高めることが可能である。
本発明の第2の側面により提供されるヒートポンプ装置は、冷媒管および水管が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、最内周管体部によって囲まれた隙間としての空間部を中央寄りの位置に形成している渦巻き状の管体として構成されており、かつ一端部側において、前記冷媒管が圧縮機と配管接続されている凝縮熱交換器と、この凝縮熱交換器を上側に載せた状態で保持可能な断熱部材と、前記断熱部材および前記凝縮熱交換器を収容する外装ケース内に設けられ、かつ前記断熱部材および前記凝縮熱交換器が上側に載せられる略水平状の載置板と、を備えている、ヒートポンプ装置であって、前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置しており、前記断熱部材には、前記凝縮熱交換器の前記空間部にその下方側から進入する上向き突出段部を有し、かつ前記凝縮熱交換器の前記最内周管体部の内側面に当接することにより、前記凝縮熱交換器を前記断熱部材に固定させる凝縮熱交換器用の固定部が設けられており、前記断熱部材の前記上向き突出段部には、孔部が上下に貫通して設けられている一方、前記載置板には、前記載置板の一部が上向き屈曲片状に切り起こされた形態をもつストッパ部が設けられて、このストッパ部が前記孔部に挿入されており、前記ストッパ部の幅と、これに対応する前記孔部の縦幅とは略同一とされていることにより、前記載置板と前記断熱部材との前記孔部の縦幅方向の位置規制が図られている一方、前記孔部の横幅は、前記ストッパ部の厚みおよび前記孔部の縦幅よりも大きくされ、前記ストッパ部は、前記孔部の横幅方向の一端側に偏った配置にあることを特徴としている。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
本発明に係るヒートポンプ装置の一例を示す外観斜視図である。 図1に示すヒートポンプ装置の一部省略分解斜視図である。 図1のIII-III断面図である。 図2の矢視IVの要部概略平面図である。 図1に示すヒートポンプ装置で用いられている断熱ケース本体の一例を示す要部斜視図である。 (a)は、ヒートポンプ装置の他の実施形態を示す要部概略平面図であり、(b)は、(a)のVIb-VIb断面図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図1および図2に示すヒートポンプ装置Aは、たとえばCO2などを冷媒とする冷凍サイクルを構成する機器として、ファン10を利用して取り込まれる空気から熱を吸収する蒸発熱交換器1(蒸発器)、圧縮機2、湯水加熱用の凝縮熱交換器3、および膨張弁4を備えており、これらが外装ケースC内に配された構成である。凝縮熱交換器3は、断熱ケース5内に収容されている。
外装ケースCは、上面開口状の略直方体に形成された外装ケース本体6と、この外装ケース本体6の上面開口部60を塞ぐ蓋部材7とを組み合わせて構成されている。外装ケース本体6は、前壁部61、後壁部62、左右一対の側壁部63(図2では、右側の側壁部63を省略)、および底壁部64に加え、縦仕切り板65、および略水平状の載置板66をさらに備えている。載置板66は、外装ケースC内の上部寄り領域に位置し、外装ケースC内を上下に区画するように設けられている。載置板66の上側は、凝縮熱交換器3の配置領域である。外装ケースC内のうち、載置板66よりも下方領域は、縦仕切り板65によってさらに左右2つの室R1,R2に仕切られており、一方の室R1には、ファン10および蒸発熱交換器1が配され、かつ他方の室R2には、圧縮機2や膨張弁4がカバー部材99内に収容された状態で配されている。
図4に示すように、凝縮熱交換器3は、全体の概略形状が渦巻き状の管体として構成されている。この凝縮熱交換器3は、たとえば図3の断面図で示すように、冷媒が流通する冷媒管30と、加熱対象の湯水が流通する水管31とが二重管構造とされたものであり、図4に示すように、平面視略矩形状または長円状の渦巻き状に形成されている。凝縮熱交換器3は上下2段の管体構造となっており、上段部は、一端部32aを始点として、外周部から内周部に向かう渦巻き状である。この上段部の終端部は、下段部の始端部と繋がっており、かつ下段部は、上段部とは逆に、内周部から外周部に向かう渦巻き状とされ、他端部32bが終点となっている。凝縮熱交換器3は、断熱ケース5内に収容された状態で載置板66上に載設されている。
凝縮熱交換器3の一端部32a側には、冷媒流入用および湯水流出用の配管部30a,31bが接続されており、他端部32b側には、冷媒流出用および湯水流入用の配管部30b,31aが接続されている。これらの配管部30a,30b,31a,31bは、いずれも載置板66に設けられた開口部66aを通過して載置板66の下方に向けて立ち下
がっている。冷媒流入用配管部30aは、凝縮熱交換器3と圧縮機2とを接続し、圧縮機2から吐出される冷媒を凝縮熱交換器3の冷媒管30に送り込むための配管部であり、圧縮機2の影響により振動を生じ易い部位である(図2も参照)。冷媒流出用配管部30bは、冷媒管30を通過した冷媒を膨張弁4に向けて送り出すための部位である。
湯水流入用および湯水流出用の配管部31a,31bは、たとえば外装ケースCの側面部などに設けられている入水口69aおよび出湯口69bに水管31を接続するための配管部である。入水口69aに入水した湯水は、湯水流入用配管部31a、凝縮熱交換器3の水管31、および湯水流出用配管部31bを順次通過し、冷媒により加熱された湯水は出湯口69bに到達する。本実施形態のヒートポンプ装置Aは、たとえば貯湯タンク式給湯装置の熱源として用いられ、貯湯タンクから入水口69aへの湯水供給がなされ、また加熱された湯水は出湯口69bから貯湯タンクに戻される。
断熱ケース5は、凝縮熱交換器3からの放熱を抑制し、熱交換効率を高めるための部材であり、凝縮熱交換器3を載置支持可能な断熱ケース本体5aと、この断熱ケース本体5a上に取付けられて凝縮熱交換器3の上面側を覆う断熱ケース蓋5bとを組み合わせて構成されており、これらは、たとえば発泡スチロールなどの断熱性に優れた樹脂製である。断熱ケース5(または、断熱ケース本体5a)は、本発明でいう断熱部材の一例に相当する。
図5に示すように、断熱ケース本体5aには、凝縮熱交換器3用の固定部50、および周壁部51が一体成形されている。また、孔部52も形成されている。
固定部50は、凝縮熱交換器3を固定させるための部位であり、平面視中空矩形状または中空長円状の上向き突出段部50aと、その外周側面に設けられた縦リブ状の複数の当接用凸部50bとを備えて構成されている。上向き突出段部50aは、断熱ケース本体5aの上面部から上向きに突出しており、凝縮熱交換器3の最内周管体部によって囲まれた空間部としての隙間39に、その下方から進入する部位である。複数の当接用凸部50bは、上向き突出段部50aの外周側面から水平方向外方に向けて突出していることにより、凝縮熱交換器3の最内周管体部の複数箇所に当接し、凝縮熱交換器3が水平方向に変位することを阻止している。このことにより、凝縮熱交換器3の略中央部は、固定部50を介して断熱ケース本体5aに位置決め固定されている。好ましくは、各当接用凸部50bと凝縮熱交換器3との当接は、圧接状態であり、凝縮熱交換器3が上下高さ方向に容易に位置ずれすることも固定部50によって規制されている。
断熱ケース本体5aの周壁部51は、凝縮熱交換器3の周囲を囲むための部位であり、断熱ケース本体5aの外周部において上向きに起立している。この周壁部51には、凝縮熱交換器3の両端部32a,32bを断熱ケース5の外部に引き出すための切欠き部51aが設けられている。断熱ケース本体5aへの断熱ケース蓋5bの取付けは、周壁部51に断熱ケース蓋5bを外嵌することにより図られる。凝縮熱交換器3は、一端部32aから一定方向(外装ケースCの左右横幅方向)に延びる直状管体部34を有しているが、この直状管体部34は、周壁部51に非接触であり、周壁部51から適当な寸法Laだけ離間している。好ましくは、凝縮熱交換器3の外周部の略全域が、周壁部51とは非接触とされている。
孔部52は、断熱ケース本体5aの上向き突出段部50aの内側部分に貫通して設けられている。この孔部52には、載置板66に設けられた起立片状のストッパ部66bが嵌入しており、このことにより断熱ケース5の載置板66に対する正確な位置決め固定が図られている。ストッパ部66bは、たとえば載置板66に切り起こし加工を施して形成された切り起こし片である。断熱ケース5の固定は、断熱ケース5の各部を外装ケースCの
内面に当接させたり、あるいは載置板66の外周縁部の上向き屈曲片66cに当接させることによっても図ることができる。
次に、前記したヒートポンプ装置Aの作用について説明する。
まず、凝縮熱交換器3は、その一端部32a側に、圧縮機2の振動を受ける冷媒流入用配管部30aが接続されているため、一端部32aに最も近い領域である直状管体部34が振動を生じ易い部分となる。ただし、この直状管体部34は、凝縮熱交換器3の最外周部に位置している。これに対し、凝縮熱交換器3は、圧縮機2の振動の影響を受け難い箇所である中央付近が固定部50を介して断熱ケース本体5aに固定されている。また、その固定は、最内周の管体部の複数箇所に、固定部50の複数の当接用凸部50bが当接していることによりなされているため、凝縮熱交換器3をバランスよく強固に、かつ安定的に固定させることが可能である。したがって、凝縮熱交換器3の全体が大きく振動しないようにすることができる。
一方、直状管体部34は、断熱ケース5の周壁部51には非接触とされている。したがって、直状管体部34が仮に振動しても、この振動が周壁部51を介して断熱ケース5に伝達することは適切に回避される。なお、直状管体部34は、凝縮熱交換器3の上段部に位置しており、断熱ケース本体5aの上面部に対しても非接触とし、さらには断熱ケース蓋5bに対しても非接触とすることも可能であり、直状管体部34から断熱ケース5には振動がさらに伝達しないようにすることも可能である。好ましくは、凝縮熱交換器3の外周部の略全域は、周壁部51に非接触とされているために、凝縮熱交換器3の振動が断熱ケース5に伝達し、あるいは凝縮熱交換器3の外周部が断熱ケース5に接触した状態で振動することによって騒音が発生するようなことは、より徹底して防止することが可能である。
断熱ケース5に凝縮熱交換器3を固定するための固定部50は、断熱ケース本体5aに一体的に形成することが可能であり、部品点数の増大を適切に回避することができる。また、凝縮熱交換器3の固定は、凝縮熱交換器3を断熱ケース本体5a上に載置する際に、凝縮熱交換器3の隙間39に固定部50を嵌入させればよく、その作業も容易である。したがって、ヒートポンプ装置Aの製造コストを廉価にすることも可能である。
図6は、ヒートポンプ装置の他の実施形態を示している。同図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付すこととし、重複説明は省略する。
図6に示す凝縮熱交換器3Aは、冷媒管30と水管31とが二重管構造とされている点で、前記実施形態と共通するが、略全体が蛇行状の管体として構成されている。この凝縮熱交換器3Aは、複数の直状管体部37aと曲状管体部37bとが交互に繋がった構成であり、複数の直状管体部37aどうしの相互間には隙間39が形成されている。断熱ケース本体5aに設けられた上向き突起状の複数の固定部50Aは、隙間39に進入し、かつ凝縮熱交換器3Aに当接している。このことにより、凝縮熱交換器3Aの中央寄り部分は、断熱ケース本体5aに固定されている。
本実施形態においては、凝縮熱交換器3Aのうち、一端部32aに最も近い領域である直状管体部37a(34)は、凝縮熱交換器3Aの最外端部に位置している。また、凝縮熱交換器3Aのうち、振動が少ない、またはない中央寄り部分が固定部50Aによって固定されている。さらには、凝縮熱交換器3Aの外周部の略全域が、周壁部51とは非接触とされている。このため、前記実施形態と同様に、凝縮熱交換器3Aを安定的に固定させ、また凝縮熱交換器3Aから断熱ケース本体5aに不当な振動伝達を生じないようにすることが可能である。
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るヒートポンプ装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
上述した実施形態においては、凝縮熱交換器が冷媒管と水管との二重管構造とされているが、これに限定されず、冷媒管と水管とを二重管構造とすることに代えて、たとえば冷媒管と水管とを重ねた構造(たとえば、特開2010-60215号公報に記載)とすることもできる。
本発明でいう断熱部材は、凝縮熱交換器を保持可能であり、かつ凝縮熱交換器からの放熱を抑制する断熱部材本来の機能をもつ部材であればよく、必ずしも凝縮熱交換器の略全体を内部に収容する断熱ケースとして構成されていなくてもよい。断熱部材に設けられる凝縮熱交換器用の固定部の具体的な形状、配置、数なども限定されない
A ヒートポンプ装置
C 外装ケース
2 圧縮機
3,3A 凝縮熱交換器
30 冷媒管
30a 冷媒流入用配管部
31 水管
32a 一端部(凝縮熱交換器の)
34 直状管体部
39 隙間
5 断熱ケース(断熱部材)
50,50A 固定部
50a 上向き突出段部
50b 当接用凸部
51 周壁部

Claims (5)

  1. 冷媒管および水管が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、最内周管体部によって囲まれた隙間としての空間部を中央寄りの位置に形成している渦巻き状管体として構成されており、かつ一端部側において、前記冷媒管が圧縮機と配管接続されている凝縮熱交換器と、
    この凝縮熱交換器を上側に載せた状態で保持可能な断熱部材と、
    を備えている、ヒートポンプ装置であって、
    前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記渦巻き状の管体の最外周管体部の延設領域に相当し、かつ前記凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置しており、
    前記断熱部材には、前記凝縮熱交換器を前記断熱部材に固定させる凝縮熱交換器用の固定部が設けられ
    この固定部は、前記空間部にその下方側から進入する上向き突出段部、およびこの上向き突出段部の外周側面部の周方向に間隔を隔てた配置で設けられ、かつ前記外周側面部から水平方向外方に突出する複数の当接用凸部を有しており、
    前記凝縮熱交換器の前記最内周管体部は、平面視において、前記最内周管体部の短手方向に間隔を隔てた配置で長手方向に延びる一対の第1の管体部、およびこれら一対の第1の管体部の長手方向両端部を繋ぐ一対の第2の管体部を有するループ状であり、
    前記複数の当接用凸部として、前記各第1の管体部の内側面の長手方向に離間した配置の一対の部分に圧接する当接用凸部、および前記各第2の管体部の内側面の短手方向の中央部分に圧接する当接用凸部が設けられており、前記上向き突出段部の前記外周側面部のうち、前記複数の当接用凸部が設けられていない部分は、前記最内周管体部に対して非接触であることを特徴とする、ヒートポンプ装置。
  2. 請求項1に記載のヒートポンプ装置であって、
    前記断熱部材は、前記凝縮熱交換器の周囲を囲む周壁部を備えており、
    前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記周壁部とは非接触である、ヒートポンプ装置。
  3. 請求項に記載のヒートポンプ装置であって、
    前記凝縮熱交換器は、前記一端部から一定方向に延びた直状管体部を有しており、この直状管体部の略全長域が、前記周壁部とは非接触である、ヒートポンプ装置。
  4. 請求項2または3に記載のヒートポンプ装置であって、
    前記凝縮熱交換器の略全周域が、前記周壁部とは非接触である、ヒートポンプ装置。
  5. 冷媒管および水管が、二重管構造とされ、または互いに重ねられて、最内周管体部によって囲まれた隙間としての空間部を中央寄りの位置に形成している渦巻き状の管体として構成されており、かつ一端部側において、前記冷媒管が圧縮機と配管接続されている凝縮熱交換器と、
    この凝縮熱交換器を上側に載せた状態で保持可能な断熱部材と、
    前記断熱部材および前記凝縮熱交換器を収容する外装ケース内に設けられ、かつ前記断熱部材および前記凝縮熱交換器が上側に載せられる略水平状の載置板と、
    を備えている、ヒートポンプ装置であって、
    前記凝縮熱交換器の前記一端部寄り領域は、前記凝縮熱交換器の外周部または外端部に位置しており、
    前記断熱部材には、前記凝縮熱交換器の前記空間部にその下方側から進入する上向き突出段部を有し、かつ前記凝縮熱交換器の前記最内周管体部の内側面に当接することにより、前記凝縮熱交換器を前記断熱部材に固定させる凝縮熱交換器用の固定部が設けられており、
    前記断熱部材の前記上向き突出段部には、孔部が上下に貫通して設けられている一方、前記載置板には、前記載置板の一部が上向き屈曲片状に切り起こされた形態をもつストッパ部が設けられて、このストッパ部が前記孔部に挿入されており、
    前記ストッパ部の幅と、これに対応する前記孔部の縦幅とは略同一とされていることにより、前記載置板と前記断熱部材との前記孔部の縦幅方向の位置規制が図られている一方、
    前記孔部の横幅は、前記ストッパ部の厚みおよび前記孔部の縦幅よりも大きくされ、前記ストッパ部は、前記孔部の横幅方向の一端側に偏った配置にあることを特徴とする、ヒートポンプ装置。
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