JP7344130B2 - ヒートポンプ式温水暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、温水暖房を実行可能なヒートポンプ式温水暖房装置に関するものである。

従来この種のヒートポンプ式温水暖房装置では、空気熱交換器に送風する送風ファンが配設される送風室と、圧縮機が配設される機械室と、送風室および機械室の上方に送風室および機械室を横断するように設けられた水平仕切壁と、送風室および機械室の上方であって水平仕切壁を介して位置し、水冷媒熱交換器が配設される温水回路室と、を備えたものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１０－１４４９８６号公報

ところで、この従来のものは、暖房運転の際に送風ファンが駆動することで、送風室内に風が通るため、送風室上方の水平仕切壁が冷却され、送風室側の温水回路室内は雰囲気温度が低くなってしまう。雰囲気温度が低いと水冷媒熱交換器から放熱しやすくなるので、その放熱ロスを低減するために、水冷媒熱交換器の全体を断熱材で覆っていた。

しかし、水冷媒熱交換器全体を断熱材で覆った場合、水冷媒熱交換器の放熱ロスを低減することはできるものの、断熱材がある分、機具を大型化させてしまうと共に部品点数が多くなり、コストの増大を招いてしまうものであった。

そこで、本発明は、水冷媒熱交換器の放熱ロスを低減しながら、機具の大型化および部品点数の増大を抑制することができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、圧縮機と、水冷媒熱交換器と、膨張弁と、空気熱交換器とが配管で接続され、冷媒が循環するヒートポンプ回路と、前記水冷媒熱交換器と、放熱端末とが配管で接続され、温水が循環する温水回路と、前記空気熱交換器に送風する送風ファンが配設される送風室と、前記圧縮機が配設される機械室と、前記送風室および前記機械室の上方に位置し、前記送風室および前記機械室を横断するように配設される水平仕切壁と、前記送風室および前記機械室の上方であって前記水平仕切壁を介して位置し、前記水冷媒熱交換器が配設される温水回路室と、前記送風室、前記機械室、および前記温水回路室を覆う筐体と、を備えたヒートポンプ式温水暖房装置において、前記水冷媒熱交換器は、前記温水回路室内であって、前記機械室の上方に対応する位置に配設されるものとした。

また、前記温水回路室には、前記水冷媒熱交換器を取り付ける取付台が設けられ、前記水冷媒熱交換器は、前記水平仕切壁から空隙を介して配設されるものとした。

また、前記水冷媒熱交換器は、前記ヒートポンプ回路の配管と接続される冷媒接続部と、前記温水回路の配管と接続される温水接続部とを有し、前記空隙には、前記冷媒接続部と接続される前記ヒートポンプ回路の配管と、前記温水接続部と接続される前記温水回路の配管のうち前記放熱端末から前記水冷媒熱交換器に向かって温水が流れる配管が配設され、前記水冷媒熱交換器から前記放熱端末に向かって温水が流れる配管は配設されないものとした。

また、請求項２では、前記水冷媒熱交換器は、プレート式熱交換器で構成され、前記冷媒接続部と前記温水接続部とは、前記水冷媒熱交換器の同一面に設けられており、かつ、前記筐体前方に向けて形成されるものとした。

また、請求項３では、前記水冷媒熱交換器は、前記温水回路室内であって、前記筐体の前方寄りに配設されるものとした。

この発明の請求項１によれば、水冷媒熱交換器は、温水回路室内であって、機械室の上方に対応する位置に配設されるようにしている。

暖房運転の際に送風ファンが駆動すると、送風室内に風が通るため、送風室上方の水平仕切壁が冷却され、温水回路室内のうち送風室の上方に対応する位置は雰囲気温度が低くなる。ここに、水冷媒熱交換器を配設した場合、水冷媒熱交換器から放熱しやすくなってしまう。この放熱ロスを低減するためには水冷媒熱交換器を断熱材で覆うといった処置が必要となる。

しかし、暖房運転の際に、機械室側は、機械室内に風が通ることがないため、温水回路室内のうち機械室の上方に対応する位置は、雰囲気温度が低下しにくいため、水冷媒熱交換器からは放熱しにくくなる。

よって、水冷媒熱交換器を、温水回路室内であって、機械室の上方に対応する位置に配設したことで、水冷媒熱交換器からの放熱ロスを低減させることができ、水冷媒熱交換器を覆う断熱材を省略することが可能となり、機具の大型化が防止できると共に部品点数も多くなることがなく、コストの増大を抑制することができるものである。

また、温水回路室には、水冷媒熱交換器を取り付ける取付台が設けられ、水冷媒熱交換器は、水平仕切壁から空隙を介して配設されるようにしている。

水平仕切壁は送風室および機械室を横断するように配設されているため、暖房運転の際に機械室内に風が通ることがないとはいえど、冷却された送風室側の水平仕切壁からの伝熱により機械室側の水平仕切壁も少なからず冷却される。水冷媒熱交換器を水平仕切壁上に直に配設してしまうと、水平仕切壁に熱を奪われやすくなり、水冷媒熱交換器から放熱しやすくなってしまう。

そこで、水冷媒熱交換器を取付台に取り付け、水平仕切壁から空隙を介して配設するようにしたことで、水冷媒熱交換器から熱が奪われにくくなり、水冷媒熱交換器からの放熱ロスを低減することができるものである。

また、水冷媒熱交換器は、ヒートポンプ回路の配管と接続される冷媒接続部と、温水回路の配管と接続される温水接続部とを有し、空隙には、冷媒接続部と接続されるヒートポンプ回路の配管と、温水接続部と接続される温水回路の配管のうち放熱端末から水冷媒熱交換器に向かって温水が流れる配管が配設され、水冷媒熱交換器から放熱端末に向かって温水が流れる配管は配設されないようにしている。

暖房運転の際、水冷媒熱交換器は凝縮器として機能しており、水冷媒熱交換器の冷媒接続部と接続される配管の内部を流れる冷媒の温度と、水冷媒熱交換器の温水接続部と接続される配管の内部を流れる温水は、双方ともに比較的高温であり、少なくとも一方の配管が水平仕切壁と水冷媒熱交換器との間に形成される空隙に配設されるので、配管が断熱材として作用し、水冷媒熱交換器からの放熱ロスを低減することができるものである。

また、請求項２によれば、水冷媒熱交換器は、プレート式熱交換器で構成され、冷媒接続部と温水接続部とは、水冷媒熱交換器の同一面に設けられており、かつ、筐体前方に向けて形成されるようにしている。

冷媒接続部と温水接続部が筐体前方に向いていれば、筐体前面に位置し筐体を構成するカバーを外すことで、水冷媒熱交換器の冷媒接続部および温水接続部がすぐに視認でき、水冷媒熱交換器の分解、接続、交換作業を行うことができ、メンテナンス性が向上する。

また、請求項３によれば、水冷媒熱交換器は、温水回路室内であって、筐体の前方寄りに配設されるようにしているので、筐体前面に位置し筐体を構成するカバーを外すと、すぐ近くに水冷媒熱交換器が位置するため、水冷媒熱交換器の分解、接続、交換作業を容易に行うことができ、メンテナンス性が向上する。

本発明の一実施形態のヒートポンプ式温水暖房装置の説明図。 ヒートポンプ式温水暖房装置の概略構成図。 室外機の分解斜視図。 室外機内部の正面図。 室外機内部の平面図。

次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ式温水暖房装置１の構成について、図面に基づき詳細に説明する。

図１において、ヒートポンプ式温水暖房装置１は、室外に設置されるヒートポンプ式熱源機としての室外機２と、この室外機２と温水配管３を介して接続され室内に設置される放熱端末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、を有する。

前記室外機２は、その筐体６内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機７、冷媒と温水との熱交換を行う水冷媒熱交換器８、冷媒を減圧する膨張弁９、送風ファン１０の駆動により送られる空気（外気）との熱交換を行う空気熱交換器１１とを有し、それらを冷媒配管１２で環状に接続して冷媒が循環するヒートポンプ回路１３を形成している。前記ヒートポンプ回路１３を循環する冷媒としては、ＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。

前記水冷媒熱交換器８は、本実施形態では、プレート式熱交換器で構成され、プレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と温水を流通させる液流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されている。また、水冷媒熱交換器８には、冷媒が流通する冷媒配管１２が接続される冷媒接続部としての冷媒入口８ａ、冷媒出口８ｂ、温水が流通する温水配管３が接続される温水接続部としての温水入口８ｃ、温水出口８ｄが設けられており、冷媒入口８ａ、冷媒出口８ｂ、温水入口８ｃ、温水出口８ｄは、水冷媒熱交換器８の同一面に設けられており、かつ、筐体６前方に向かって形成されている。

１４は水冷媒熱交換器８と放熱端末４とを温水配管３で環状に接続することで形成され、温水が循環する温水回路であり、温水配管３は、水冷媒熱交換器８から放熱端末４に向かって延び、水冷媒熱交換器８で加熱された温水（水や不凍液等の循環液）を放熱端末４に導く往き管３ａと、放熱端末４から水冷媒熱交換器８に向かって延び、放熱端末４で放熱され温度低下した温水を水冷媒熱交換器８に導く戻り管３ｂとで構成される。

ここで、前記往き管３ａの途中には、１つの往きヘッダ１５が設けられており、往きヘッダ１５より下流側部分は放熱端末４の台数分だけ個別の往き管３ａが分岐する。また、前記戻り管３ａの途中には、１つの戻りヘッダ１６が設けられており、戻りヘッダ１６より上流側部分は放熱端末４の台数分だけ個別の戻り管３ｂが分岐する。なお、放熱端末４としては、床暖房パネルや輻射パネル等の端末を用いることができる。図１、図２では１台の放熱端末４が設けられているが、放熱端末４は複数台であってもよい。

また、戻り管３ｂには、温水回路１４に温水を循環させる回転数可変の循環ポンプ１７と、温水を貯留し温水回路１４の圧力を調整するシスターン１８とを備えている。

上記構成のヒートポンプ回路１３において、暖房運転の際、圧縮機７から吐出された冷媒は、水冷媒熱交換器８、膨張弁９、空気熱交換器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圧縮機７で圧縮されて高温・高圧のガスとなった後、水冷媒熱交換器８（凝縮器として機能）において温水と熱交換され、温水に熱を放出することで冷却され、高圧の液体（または気液二相の状態）に変化する。こうして液体（気液二相）になった冷媒は膨張弁９で減圧されて低圧の液体（または気液二相の状態）となり蒸発しやすい状態となる。その後、低圧の液体（気液二相）は空気熱交換器１１（蒸発器として機能）において、送風ファン１０の送風により外気から吸熱することで、蒸発して低温・低圧のガスに変化し、再び圧縮機７へと戻るものである。

一方、温水回路１４において、循環ポンプ１７により温水配管３を循環する温水は、水冷媒熱交換器８で加熱された後に、放熱端末４で放熱され室内を加熱し、その後にシスターン１８を通過して、再び循環ポンプ１７へと戻るものである。

次に、図３～図５を用いて、室外機２の筐体６および室外機２の内部の構造について説明する。前記室外機２は、図３に示されているように、室外機２の外郭をなす略直方体中空形状に形成された筐体６を備えている。前記筐体６は、上面部分の上面板と前面上方部分の前面上方板とからなる上方カバー６ａと、前面下方部分の前面パネル６ｂとが、筐体本体６ｃに対して着脱可能となっている。

前記筐体６の内部には、送風ファン１０が配設される送風室１９と、圧縮機７が配設される機械室２０と、を仕切る垂直仕切壁２１が設けられている。また、前記筐体６の内部には、送風室１９および機械室２０の上方に位置し、送風室１９および機械室２０を横断するように配設される水平仕切壁２２が設けられ、送風室１９および機械室２０の上方であって水平仕切壁２２を介して位置し、水冷媒熱交換器８が配設される温水回路室２３が形成される。これにより、筐体６の内部においては、水平仕切壁２２より上方の空間が温水回路室２３として区画され、水平仕切壁２２より下方の空間で垂直仕切壁２１より左右方向一方側（本実施形態では左側）が送風室１９として区画され、垂直仕切壁２１より左右方向他方側（本実施形態では右側）が機械室２０として区画されている。なお、筐体６の内部では、設置された状態の上方カバー６ａと前面パネル６ｂの境目に相当する高さに水平仕切壁２２が設けられている。

前記温水回路室２３には、水冷媒熱交換器８を取り付けるための取付台２４が設けられ、取付台２４は水平仕切壁２２上に固定される。取付台２４は、水冷媒熱交換器８を載置するための台部２４ａと水冷媒熱交換器８を固定する固定部２４ｂとで構成され、水冷媒熱交換器８は台部２４ａ上にて取付固定される。ここでは、水冷媒熱交換器８の一側面に設けられたボルトを、固定部２４ｂに形成された穴に挿通して、ナットで締めることで水冷媒熱交換器８が固定される。

前記水冷媒熱交換器８は、取付台２４の台部２４ａ上に配設され、水平仕切壁２２から空隙Ｓを介して配設されている。すなわち、水冷媒熱交換器８を水平仕切壁２２上に直に配設するのではなく、水平仕切壁２２から浮かせて配設している。水平仕切壁２２と水冷媒熱交換器８との間に形成される前記空隙Ｓには、冷媒入口８ａまたは冷媒出口８ｂと接続される冷媒配管１２と、温水入口８ｃと接続される温水配管３（戻り管３ｂ）が配設されている。なお、本実施形態では、空隙Ｓに水冷媒熱交換器８に接続される冷媒配管１２と温水配管３の双方が配設されているが、空隙Ｓに配設される配管としては、水冷媒熱交換器８に接続される冷媒配管１２と温水配管３とのうち、少なくとも一方の配管が配設されていればよい。ただし、温水配管３の一つである往き管３ａは、空隙Ｓに配設しないことが望ましい。

また、室外機２内部を正面視した図４や、室外機２内部を平面視（温水回路室２３を平面視）した図５に示されているように、水冷媒熱交換器８は、温水回路室２３の左右方向において、機械室２０側に配設されている。すなわち、水冷媒熱交換器８は、温水回路室２３内であって機械室２０の上方に対応する位置に配設されている。さらに、水冷媒熱交換器８は、温水回路室２３の前後方向において、温水回路室２３内であって、筐体６の前方寄りに配設されている。

以上説明したように、本実施形態のヒートポンプ式温水暖房装置１では、水冷媒熱交換器８は、温水回路室２３内であって、機械室２０の上方に対応する位置に配設されるようにしている。

暖房運転の際に送風ファン１０が駆動すると、送風室１９内に風が通るため、送風室１９上方の水平仕切壁２２が冷却され、温水回路室２３内のうち送風室１９の上方に対応する位置は雰囲気温度が低くなる。ここに、水冷媒熱交換器８を配設した場合、水冷媒熱交換器８から放熱しやすくなってしまう。この放熱ロスを低減するためには水冷媒熱交換器８を断熱材で覆うといった処置が必要となる。

しかし、暖房運転の際に、機械室２０側は、機械室２０内に風が通ることがないため、温水回路室２３内のうち機械室２０の上方に対応する位置は、雰囲気温度が低下しにくいため、水冷媒熱交換器８からは放熱しにくくなる。

よって、本実施形態では、水冷媒熱交換器８を、温水回路室２３内であって、機械室２０の上方に対応する位置に配設したことで、水冷媒熱交換器８からの放熱ロスを低減させることができ、水冷媒熱交換器８を覆う断熱材を省略することが可能となり、機具の大型化が防止できると共に部品点数も多くなることがなく、コストの増大を抑制することができるものである。

また、本実施形態では、水冷媒熱交換器８は取付台２４上に取り付けられ、水平仕切壁２２から空隙Ｓを介して配設されるようにしている。

水平仕切壁２２は送風室１９および機械室２０を横断するように配設されているため、暖房運転の際に機械室２０内に風が通ることがないとはいえど、冷却された送風室１９側の水平仕切壁２２からの伝熱により機械室２０側の水平仕切壁２２も少なからず冷却される。水冷媒熱交換器８を水平仕切壁２２上に直に配設してしまうと、水平仕切壁２２に熱を奪われやすくなり、水冷媒熱交換器８から放熱しやすくなってしまう。

そこで、本実施形態では、水冷媒熱交換器８を取付台２４に取り付け、水平仕切壁２２から空隙Ｓを介して配設するようにしたことで、水冷媒熱交換器８を水平仕切壁２２上に直に配設せず、水平仕切壁２２から浮かせて配設するようにしたので、水冷媒熱交換器８から熱が奪われにくくなり、水冷媒熱交換器８からの放熱ロスを低減することができるものである。

また、本実施形態では、空隙Ｓに、水冷媒熱交換器８の冷媒接続部と接続される冷媒配管１２と、水冷媒熱交換器８の温水接続部と接続される温水配管３とのうち、少なくとも一方の配管が配設されるようにしている。

暖房運転の際、水冷媒熱交換器８は凝縮器として機能しており、水冷媒熱交換器８の冷媒接続部（冷媒入口８ａ、冷媒出口８ｂ）と接続される冷媒配管１２の内部を流れる冷媒の温度と、水冷媒熱交換器８の温水接続部（温水入口８ｃ、温水出口８ｄ）と接続される温水配管３の内部を流れる温水は、双方ともに比較的高温であり、少なくとも一方の配管が水平仕切壁２２と水冷媒熱交換器８との間に形成される空隙Ｓに配設されるので、それらの配管が断熱材として作用し、水冷媒熱交換器８からの放熱ロスを低減することができるものである。ただし、水冷媒熱交換器８の温水接続部と接続される温水配管３の一つである往き管３ａは、水冷媒熱交換器８で加熱された温水が流通する配管のため、内部を流れる温水の温度が低下しないように、空隙Ｓに配設しないことが望ましい。

また、本実施形態では、水冷媒熱交換器８はプレート式熱交換器で構成され、冷媒接続部（冷媒入口８ａ、冷媒出口８ｂ）と温水接続部（温水入口８ｃ、温水出口８ｄ）とは、水冷媒熱交換器８の同一面に設けられており、かつ、筐体６前方に向けて形成されるようにしている。

室外機２は、通常、筐体６後方側が家屋の壁に沿うように設置されるものであり、水冷媒熱交換器８の冷媒接続部（冷媒入口８ａ、冷媒出口８ｂ）と温水接続部（温水入口８ｃ、温水出口８ｄ）が筐体６後方に向いていた場合、水冷媒熱交換器８の分解、接続、交換作業を行うために、室外機２を移動させなければならず、作業性が悪い。しかし、本実施形態のように、水冷媒熱交換器８の冷媒接続部（冷媒入口８ａ、冷媒出口８ｂ）と温水接続部（温水入口８ｃ、温水出口８ｄ）が、筐体６前方に向いていれば、筐体６前面に位置するカバー（上方カバー６ａの前面上方板）を外すことで、水冷媒熱交換器８の冷媒接続部および温水接続部がすぐに視認でき、室外機２をそのままの位置で、移動させることなく水冷媒熱交換器８の分解、接続、交換作業を行うことができ、メンテナンス性が向上する。

また、本実施形態では、水冷媒熱交換器８は、温水回路室２３内であって、筐体６の前方寄りに配設されるようにしているので、筐体６前面に位置するカバー（上方カバー６ａの前面上方板）を外すと、すぐ近くに水冷媒熱交換器８が位置するため、水冷媒熱交換器８の分解、接続、交換作業を容易に行うことができ、メンテナンス性が向上する。

なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ ヒートポンプ式温水暖房装置
３ 温水配管
４ 放熱端末
６ 筐体
７ 圧縮機
８ 水冷媒熱交換器
８ａ 冷媒入口
８ｂ 冷媒出口
８ｃ 温水入口
８ｄ 温水出口
９ 膨張弁
１０ 送風ファン
１１ 空気熱交換器
１２ 冷媒配管
１３ ヒートポンプ回路
１４ 温水回路
１９ 送風室
２０ 機械室
２２ 水平仕切壁
２３ 温水回路室
２４ 取付台
Ｓ 空隙

Claims (3)

1. 圧縮機と、水冷媒熱交換器と、膨張弁と、空気熱交換器とが配管で接続され、冷媒が循環するヒートポンプ回路と、
   前記水冷媒熱交換器と、放熱端末とが配管で接続され、温水が循環する温水回路と、
   前記空気熱交換器に送風する送風ファンが配設される送風室と、
   前記圧縮機が配設される機械室と、
   前記送風室および前記機械室の上方に位置し、前記送風室および前記機械室を横断するように配設される水平仕切壁と、
   前記送風室および前記機械室の上方であって前記水平仕切壁を介して位置し、前記水冷媒熱交換器が配設される温水回路室と、
   前記送風室、前記機械室、および前記温水回路室を覆う筐体と、を備えたヒートポンプ式温水暖房装置において、
   前記水冷媒熱交換器は、前記温水回路室内であって、前記機械室の上方に対応する位置に配設され、
   前記温水回路室には、前記水冷媒熱交換器を取り付ける取付台が設けられ、前記水冷媒熱交換器は、前記水平仕切壁から空隙を介して配設され、
   前記水冷媒熱交換器は、前記ヒートポンプ回路の配管と接続される冷媒接続部と、前記温水回路の配管と接続される温水接続部とを有し、前記空隙には、前記冷媒接続部と接続される前記ヒートポンプ回路の配管と、前記温水接続部と接続される前記温水回路の配管のうち前記放熱端末から前記水冷媒熱交換器に向かって温水が流れる配管が配設され、前記水冷媒熱交換器から前記放熱端末に向かって温水が流れる配管は配設されないことを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。
2. 前記水冷媒熱交換器は、プレート式熱交換器で構成され、前記冷媒接続部と前記温水接続部とは、前記水冷媒熱交換器の同一面に設けられており、かつ、前記筐体前方に向けて形成されることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
3. 前記水冷媒熱交換器は、前記温水回路室内であって、前記筐体の前方寄りに配設されることを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ式温水暖房装置。

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