JPWO2017006387A1 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

ヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動するモーターと、圧縮機構及びモーターを収納するシェル３１と、シェル３１の外にある吐出マフラー２と、圧縮機構を吐出マフラー２に接続する第一管と、断熱材（第一断熱物質１５、第二断熱物質１７）と、を備える。シェル３１及び吐出マフラー２は、互いに接触することなく空間的に互いに隣り合って位置する。断熱材は、シェル３１の外面と吐出マフラー２の外面との間の距離が最小になる空間に少なくとも部分的に位置する。

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関する。

下記特許文献１は、ガスクーラ及び給湯用圧縮機を備えた給湯サイクル装置を開示する。このガスクーラは、高温側冷媒配管、低温側冷媒配管及び水配管を有する。この給湯用圧縮機は、シェル、圧縮機構、モーター、吸入管、吐出管、冷媒再導入管及び冷媒再吐出管を有する。この装置は、以下のように動作する。低圧冷媒を吸入管が圧縮機構に直接導く。圧縮機構で圧縮された高圧冷媒は、シェル内に放出されることなく、吐出管より直接シェル外に吐出される。吐出された高圧冷媒は、高温側冷媒配管を通って熱交換する。熱交換後の冷媒が冷媒再導入管を通ってシェル内に導かれる。シェル内でモーターを通過した後の冷媒は、冷媒再吐出管よりシェル外に再吐出され、低温側冷媒配管へ送られる。

日本特開２００６−１３２４２７号公報

上述した従来の装置では、圧縮機構で圧縮された冷媒が、シェル内に放出されることなく、直接シェル外に吐出される。このため、圧縮機構が発生する圧力の脈動がガスクーラに伝達することで、振動及び騒音が発生する可能性がある。

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、加熱効率の低下を抑制しつつ、振動及び騒音を低減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構と、圧縮機構を駆動するモーターと、圧縮機構及びモーターを収納するシェルと、シェルの外にある吐出マフラーと、圧縮機構を吐出マフラーに接続する第一管と、断熱材と、を備え、シェル及び吐出マフラーは、互いに接触することなく空間的に互いに隣り合って位置し、断熱材は、シェルの外面と吐出マフラーの外面との間の距離が最小になる空間に少なくとも部分的に位置するものである。

本発明のヒートポンプ装置によれば、圧縮機構及びモーターを収納するシェルの外面と吐出マフラーの外面との間の距離が最小になる空間に少なくとも部分的に位置する断熱材を備えたことで、加熱効率の低下を抑制しつつ、振動及び騒音を低減することが可能となる。

本発明の実施の形態１のヒートポンプ装置の冷媒回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の圧縮機及び吐出マフラーの二面図である。 図１に示すヒートポンプ装置を備える貯湯式給湯システムを示す構成図である。 図１に示すヒートポンプ装置を示す模式的な正面図である。 本発明の実施の形態２のヒートポンプ装置の冷媒回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態２の圧縮機、吐出マフラー、及び第一熱交換器を上から見た図である。 本発明の実施の形態２のヒートポンプ装置が備える第一熱交換器の伝熱管を示す断面図である。 本発明の実施の形態３のヒートポンプ装置の冷媒回路構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、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。なお、本発明における装置、器具、及び部品等の、個数、配置、向き、形状、及び大きさは、原則として、図面に示す個数、配置、向き、形状、及び大きさに限定されない。また、本発明は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含むものである。本明細書で「水」とは、低温の冷水から高温の湯まで、あらゆる温度の液体の水を含む概念である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ装置の冷媒回路構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１のヒートポンプ装置１は、吐出マフラー２、圧縮機３、第一熱交換器４、第二熱交換器５、膨張弁６、及び蒸発器７を含む冷媒回路を備える。第一熱交換器４及び第二熱交換器５は、冷媒の熱で熱媒体を加熱する熱交換器である。第一熱交換器４は、冷媒通路４ａ、熱媒体通路４ｂ、冷媒入口４ｃ、及び冷媒出口４ｄを有する。冷媒通路４ａを流れる冷媒と、熱媒体通路４ｂを流れる熱媒体との間で熱を交換する。第二熱交換器５は、冷媒通路５ａ、熱媒体通路５ｂ、冷媒入口５ｃ、及び冷媒出口５ｄを有する。冷媒通路５ａを流れる冷媒と、熱媒体通路５ｂを流れる熱媒体との間で熱を交換する。本実施の形態１では、熱媒体が水である場合について説明する。本発明における熱媒体は、例えばブライン、不凍液など、水以外の流体でも良い。

膨張弁６は、冷媒を減圧する減圧装置の例である。蒸発器７は、冷媒を蒸発させる熱交換器である。本実施の形態１における蒸発器７は、空気と冷媒との間で熱を交換する空気−冷媒熱交換器である。ヒートポンプ装置１は、送風機８及び高低圧熱交換器９をさらに備える。送風機８は、蒸発器７に送風する。高低圧熱交換器９は、高圧冷媒と低圧冷媒との間で熱を交換する。本実施の形態１では、冷媒として、例えば二酸化炭素を使用できる。二酸化炭素を冷媒にする場合には、冷媒回路の高圧側の圧力は、超臨界圧力となる。本発明では、二酸化炭素以外の冷媒を使用し、冷媒回路の高圧側の圧力を臨界圧力未満としても良い。本発明における蒸発器７は、空気と冷媒との間で熱を交換するものに限らず、例えば、地下水、太陽熱温水などと、冷媒との間で熱を交換するものでも良い。高低圧熱交換器９は、高圧通路９ａ及び低圧通路９ｂを有する。高圧通路９ａを流れる高圧冷媒と、低圧通路９ｂを流れる低圧冷媒との間で熱を交換する。

圧縮機３は、シェル３１、圧縮機構３２、及びモーター３３を有する。シェル３１は、密閉された金属製の容器である。シェル３１は、内部空間と外部空間とを隔てる。シェル３１は、圧縮機構３２及びモーター３３を収納する。すなわち、圧縮機構３２及びモーター３３は、シェル３１の内部空間に配置されている。シェル３１は、冷媒入口３１ａ及び冷媒出口３１ｂを有する。冷媒入口３１ａ及び冷媒出口３１ｂは、シェル３１の内部空間に連通する。圧縮機構３２は、冷媒を圧縮する。圧縮機構３２は、冷媒を閉じ込めて圧縮する圧縮空間（図示省略）を有する。圧縮機構３２では、低圧冷媒が圧縮されることで高圧冷媒になる。圧縮機構３２は、例えば、レシプロ式、スクロール式、ロータリー式などのいずれでも良い。圧縮機構３２は、モーター３３により駆動される。モーター３３は、固定子３３ａ及び回転子３３ｂを有する電気モーターである。

モーター３３の下側に圧縮機構３２が配置されている。シェル３１の内部空間は、圧縮機構３２とモーター３３との間の内部空間３８と、モーター３３の上側の内部空間３９とを含む。圧縮機３には、第一管３５、第三管３６、第四管３７、及び第五管３４が接続されている。圧縮機構３２で圧縮された高圧冷媒は、シェル３１の内部空間３８，３９へ放出されることなく、直接第一管３５へ吐出される。この高圧冷媒は、第一管３５を通って、吐出マフラー２へ送られる。

吐出マフラー２は、シェル３１の外に配置される。吐出マフラー２は、金属製である。吐出マフラー２は、入口２ａ及び出口２ｂを有する。第一管３５は、圧縮機構３２の吐出側を吐出マフラー２の入口２ａに接続する。吐出マフラー２は、圧縮機構３２で圧縮された高圧冷媒を第一管３５から受け取る。吐出マフラー２は、第一管３５に比べて、大きい内部空間を有する。圧縮機構３２から吐出される高圧冷媒は、圧力の脈動を有する。吐出マフラー２の内部空間は、当該高圧冷媒の圧力の脈動を十分に抑制できる容積を有する。高圧冷媒は、第一管３５から吐出マフラー２内に入ることで、流速が低下する。高圧冷媒の流速が低下することで、圧力の脈動が低減される。吐出マフラー２の外表面積は、第一管３５の外表面積に比べて、大きい。

第二管４０は、吐出マフラー２の出口２ｂを、第一熱交換器４の冷媒入口４ｃに接続する。圧力の脈動が吐出マフラー２で低減された高圧冷媒が第二管４０を通って第一熱交換器４の冷媒通路４ａへ流入する。高圧冷媒は、第一熱交換器４の冷媒通路４ａを通過する間に水で冷却される。第三管３６は、第一熱交換器４の冷媒出口４ｄをシェル３１の冷媒入口３１ａに接続する。第一熱交換器４を通過した高圧冷媒は、第三管３６を通り、第一熱交換器４から圧縮機３へ戻る。

本実施の形態であれば、吐出マフラー２を備えたことで、以下の効果が得られる。圧縮機構３２から吐出される高圧冷媒の圧力の脈動が第一熱交換器４に作用することを抑制できる。第一熱交換器４の振動を抑制できる。騒音を抑制できる。

シェル３１の冷媒入口３１ａ及び第三管３６の出口は、モーター３３と圧縮機構３２との間の内部空間３８に連通する。第三管３６を通過して圧縮機３に再吸入された高圧冷媒は、モーター３３と圧縮機構３２との間の内部空間３８へ放出される。第四管３７は、シェル３１の冷媒出口３１ｂを第二熱交換器５の冷媒入口５ｃに接続する。シェル３１の冷媒出口３１ｂ及び第四管３７の入口は、モーター３３の上側の内部空間３９に連通する。内部空間３８の高圧冷媒は、モーター３３の回転子３３ｂと固定子３３ａとの隙間等を通って、モーター３３の上側の内部空間３９に至る。このとき、高温になっているモーター３３が高圧冷媒により冷却される。高圧冷媒はモーター３３の熱で加熱される。内部空間３８の高圧冷媒は、第一熱交換器４で冷却されているので、圧縮機構３２から吐出された高圧冷媒に比べて温度が低い。本実施の形態であれば、比較的低い温度を有するこの高圧冷媒でモーター３３を冷却できるので、その冷却効果が高い。モーター３３の上側の内部空間３９の高圧冷媒は、圧縮されることなく、第四管３７を通って、第二熱交換器５の冷媒通路５ａへ供給される。

高圧冷媒は、第二熱交換器５の冷媒通路５ａを通過する間に水で冷却される。第二熱交換器５を通過した高圧冷媒は、高低圧熱交換器９の高圧通路９ａに流入する。高圧通路９ａを通過した高圧冷媒は、膨張弁６に至る。高圧冷媒は、膨張弁６にて膨張することで減圧され、低圧冷媒になる。この低圧冷媒は、蒸発器７に流入する。蒸発器７では、低圧冷媒は、送風機８によって導かれた外気によって加熱されることで蒸発する。蒸発器７を通過した低圧冷媒は、高低圧熱交換器９の低圧通路９ｂに流入する。低圧通路９ｂを通過した低圧冷媒は、第五管３４を通って、圧縮機３に吸入される。第五管３４は、高低圧熱交換器９の低圧通路９ｂの出口を圧縮機構３２の吸入側に接続する。第五管３４を通過した低圧冷媒は、シェル３１の内部空間３８，３９へ放出されることなく、圧縮機構３２へ導かれる。なお、高低圧熱交換器９の熱交換により、高圧通路９ａの高圧冷媒は冷却され、低圧通路９ｂの低圧冷媒は加熱される。

シェル３１の内部空間３８，３９の高圧冷媒の圧力は、圧縮機構３２から吐出される高圧冷媒の圧力に比べて、やや低くなる。その理由は、高圧冷媒が第一管３５、吐出マフラー２、第二管４０、第一熱交換器４の冷媒通路４ａ、及び第三管３６を通過するときの圧力損失があるためである。

ヒートポンプ装置１は、熱媒体入口１０、熱媒体出口１１、第一通路１２、第二通路１３、及び第三通路１４を備える。第一通路１２は、熱媒体入口１０と、第二熱交換器５の熱媒体通路５ｂの入口との間をつなぐ。第二通路１３は、第二熱交換器５の熱媒体通路５ｂの出口と、第一熱交換器４の熱媒体通路４ｂの入口との間をつなぐ。第三通路１４は、第一熱交換器４の熱媒体通路４ｂの出口と、熱媒体出口１１との間をつなぐ。

ヒートポンプ装置１が水（熱媒体）を加熱する加熱運転は、以下のようになる。加熱前の水が熱媒体入口１０からヒートポンプ装置１に入る。水は、熱媒体入口１０、第一通路１２、第二熱交換器５の熱媒体通路５ｂ、第二通路１３、第一熱交換器４の熱媒体通路４ｂ、第三通路１４、熱媒体出口１１をこの順に通過する。加熱後の湯が熱媒体出口１１からヒートポンプ装置１外へ出る。本実施の形態では、水は、ヒートポンプ装置１の外部にあるポンプによって送られる。そのような構成に限らず、ヒートポンプ装置１が熱媒体を送るポンプを備えても良い。水は、第二熱交換器５で加熱されることで温度が上昇する。第二熱交換器５で加熱された水は、第一熱交換器４で加熱されることで温度がさらに上昇する。

吐出マフラー２の内部の高圧冷媒の温度は、圧縮機３のシェル３１の内部空間３８，３９の高圧冷媒の温度より高い。その理由は、シェル３１の内部空間３８，３９の高圧冷媒は、第一熱交換器４で冷却されたものだからである。吐出マフラー２の外面の温度は、圧縮機３のシェル３１の外面の温度より高い。仮に、吐出マフラー２から圧縮機３のシェル３１へ熱が伝わると、第一熱交換器４が吐出マフラー２から受け取る高圧冷媒の温度が低下する。その結果、第一熱交換器４の効率が低下することで、水の加熱効率が低下する。

例として、ヒートポンプ装置１が水を６５℃まで加熱するとした場合、以下のようになる。圧縮機構３２で圧縮された冷媒の温度は、約９０℃になる。第一熱交換器４で冷却された後の冷媒の温度は、約６０℃になる。この場合、吐出マフラー２及び第一管３５の外面の温度は、約９０℃になる。圧縮機３のシェル３１の外面の温度は、約６０℃になる。ヒートポンプ装置１が水をより高い温度まで加熱する場合には、吐出マフラー２及び第一管３５の外面の温度と、圧縮機３のシェル３１の外面の温度との差が、さらに大きくなる場合もある。

図２は、本実施の形態１の圧縮機３及び吐出マフラー２の二面図である。図２中の上段は、圧縮機３及び吐出マフラー２を上から見た図である。図２中の下段は、圧縮機３及び吐出マフラー２を水平な方向から見た図である。圧縮機３及び吐出マフラー２は、実際には図２に示す位置関係で配置されている。図１は、実際の位置関係を示すものではなく、ヒートポンプ装置１の冷媒回路構成を模式的に示すものである。

図２に示すように、シェル３１及び吐出マフラー２は、空間的に互いに隣り合って位置する。吐出マフラー２の外面は、シェル３１の外面に接触しない。ヒートポンプ装置１は、シェル３１の外面と吐出マフラー２の外面との距離が最小になる空間に少なくとも部分的に位置する断熱材を備える。本実施の形態では、当該断熱材は、吐出マフラー２を少なくとも部分的に覆う第一断熱物質１５と、シェル３１を少なくとも部分的に覆う第二断熱物質１７とを備える。図２中では、第一断熱物質１５及び第二断熱物質１７の断面を示す。本実施の形態であれば、当該断熱材を備えたことで、以下の効果が得られる。吐出マフラー２から圧縮機３のシェル３１へ熱が伝わることを確実に抑制できる。第一熱交換器４が吐出マフラー２から受け取る高圧冷媒の温度が低下することを抑制できる。第一熱交換器４の効率の低下を抑制できる。水の加熱効率の低下を抑制できる。

本発明における断熱材または断熱物質は、例えば、発泡プラスチック、グラスウール、ロックウール、真空断熱材などを用いたものが好ましい。また、本発明における断熱材または断熱物質は、これらのうちの複数種類を含むものでも良い。

第一断熱物質１５は、シェル３１の外面と吐出マフラー２の外面との距離が最小になる空間に位置する部分１５ａを有する。第一断熱物質１５の部分１５ａは、吐出マフラー２の外面からシェル３１の外面へ熱が移動することを確実に抑制できる。第二断熱物質１７は、シェル３１の外面と吐出マフラー２の外面との距離が最小になる空間に位置する部分１７ａを有する。第二断熱物質１７の部分１７ａは、吐出マフラー２の外面からシェル３１の外面へ熱が移動することを確実に抑制できる。本発明では、第一断熱物質１５及び第二断熱物質１７のいずれか一方のみが、シェル３１の外面と吐出マフラー２の外面との距離が最小になる空間に位置する部分を有する構成としても良い。

吐出マフラー２は、シェル３１に固定されないことが望ましい。すなわち、吐出マフラー２は、金属ブラケット、金属バンド等の熱伝導性の高い部材によってシェル３１に連結されていないことが望ましい。そのように構成することで、吐出マフラー２の外面からシェル３１の外面へ熱が移動することをより確実に抑制できる。

本実施の形態であれば、吐出マフラー２を少なくとも部分的に覆う第一断熱物質１５を備えたことで、以下の効果が得られる。吐出マフラー２の外面からの放熱ロスを抑制できる。第一熱交換器４が吐出マフラー２から受け取る高圧冷媒の温度が低下することを抑制できる。第一熱交換器４の効率の低下を抑制できる。水の加熱効率の低下を抑制できる。第一断熱物質１５は、吐出マフラー２の外面の全体または過半を覆うことが望ましい。第一断熱物質１５は、吐出マフラー２の外面に接触していることが望ましい。第一断熱物質１５と、吐出マフラー２の外面との間に隙間があっても良い。

本実施の形態であれば、圧縮機３のシェル３１を少なくとも部分的に覆う第二断熱物質１７を備えたことで、以下の効果が得られる。圧縮機３のシェル３１の外面からの放熱ロスを抑制できる。第二熱交換器５が圧縮機３から受け取る高圧冷媒の温度が低下することを抑制できる。第二熱交換器５の効率の低下を抑制できる。水の加熱効率の低下を抑制できる。第二断熱物質１７は、圧縮機３のシェル３１の外面の全体または過半を覆うことが望ましい。第二断熱物質１７は、圧縮機３のシェル３１の外面に接触していることが望ましい。第二断熱物質１７と、圧縮機３のシェル３１の外面との間に隙間があっても良い。

第一断熱物質１５は、第二断熱物質１７に比べて、大きい熱抵抗を有することが望ましい。吐出マフラー２の外面の温度は、圧縮機３のシェル３１の外面の温度より高い。第一断熱物質１５の熱抵抗を、第二断熱物質１７の熱抵抗より大きくすることで、シェル３１の外面に比べて高温になる吐出マフラー２の外面からの放熱ロスをより確実に抑制できる。圧縮機３のシェル３１の外面の温度は、吐出マフラー２の外面の温度に比べて、低い。このため、圧縮機３のシェル３１を覆う第二断熱物質１７の熱抵抗が第一断熱物質１５の熱抵抗に比べて多少小さくても、放熱ロスへの影響は少ない。第二断熱物質１７の熱抵抗を第一断熱物質１５の熱抵抗に比べて小さくすることで、第二断熱物質１７を安価に構成できる。

第一断熱物質１５の熱伝導率を、第二断熱物質１７の熱伝導率に比べて、低くしても良い。例えば、第一断熱物質１５が真空断熱材を含んでも良い。例えば、第二断熱物質１７がグラスウール、ロックウール、発泡プラスチックなどを含んでも良い。第一断熱物質１５の材質が、第二断熱物質１７の材質と同じでも良い。その場合、第一断熱物質１５の厚さを、第二断熱物質１７の厚さに比べて、厚くすることで、第一断熱物質１５の熱抵抗を第二断熱物質１７の熱抵抗より大きくできる。

本実施の形態では、第一断熱物質１５が第一管３５の一部を覆う。これにより、高温になる第一管３５の外面からの放熱ロスを抑制できる。このような構成に限らず、第一断熱物質１５とは別の断熱物質が第一管３５を覆っても良い。第一管３５の全体が断熱物質で覆われても良い。

本実施の形態では、第一断熱物質１５が第二管４０の一部を覆う。これにより、高温になる第二管４０の外面からの放熱ロスを抑制できる。このような構成に限らず、第一断熱物質１５とは別の断熱物質が第二管４０を覆っても良い。第二管４０の全体が断熱物質で覆われても良い。

吐出マフラー２を構成する材料の熱伝導率を、冷媒管（第一管３５、第二管４０、第三管３６、第四管３７、第五管３４等）を構成する材料の熱伝導率より低くしても良い。例えば、吐出マフラー２を鉄系またはアルミニウム系の材料で構成し、冷媒管を銅系の材料で構成しても良い。そのようにすることで、吐出マフラー２からの放熱ロスをより確実に抑制できる。

仮に、圧縮機のシェル内に大きな吐出マフラーを設置した場合には、以下のような不利益がある。大幅な構造変更が必要となる。シェルの大型化を招く。吐出マフラーは圧縮機構で圧縮した直後の冷媒が流れるため、冷凍サイクル上で最も温度が高い。シェルには第一熱交換器で冷却された冷媒が流入する。吐出マフラーと比較して、シェル内は冷媒温度が低い。シェル内に大きな吐出マフラーを設置すると、吐出マフラーの外表面積が大きくなり、吐出マフラーからシェル内の冷媒への熱の移動が発生して、ロスが生じる。本発明であれば、これらの不利益を受けない。

図３は、図１に示すヒートポンプ装置１を備える貯湯式給湯システムを示す構成図である。図３に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯システム１００は、上述したヒートポンプ装置１と、貯湯タンク４１と、制御装置５０とを備える。貯湯タンク４１は、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成して水を貯留する。貯湯タンク４１の下部と、ヒートポンプ装置１の熱媒体入口１０とは、入口管４２を介して接続されている。入口管４２の途中には、ポンプ４３が設置されている。貯湯タンク４１の上部には、上部管４４の一端が接続されている。上部管４４の他端側は、二つに分岐して、給湯混合弁４５の第一入口と風呂混合弁４６の第一入口とにそれぞれ接続されている。ヒートポンプ装置１の熱媒体出口１１は、出口管４７を介して、上部管４４の途中の位置に接続されている。

貯湯タンク４１の下部には、水道等の水源からの水を供給する給水管４８が接続されている。給水管４８の途中には、水源圧力を所定圧力に減圧する減圧弁４９が設置されている。給水管４８から水が流入することで、貯湯タンク４１内は常に満水状態に維持される。貯湯タンク４１と減圧弁４９との間の給水管４８から給水管５１が分岐している。給水管５１の下流側は、二つに分岐して、給湯混合弁４５の第二入口と風呂混合弁４６の第二入口とにそれぞれ接続されている。給湯混合弁４５の出口は、給湯管５２を介して、給湯栓５３に接続されている。給湯管５２には、給湯流量センサ５４と、給湯温度センサ５５とが設置されている。風呂混合弁４６の出口は、風呂管５６を介して、浴槽５７に接続されている。風呂管５６には、開閉弁５８と、風呂温度センサ５９とが設置されている。ヒートポンプ装置１の熱媒体出口１１の近傍の出口管４７には、ヒートポンプ装置１から出る水の温度であるヒートポンプ出口温度を検知するヒートポンプ出口温度センサ６１が設置されている。

制御装置５０は、例えばマイクロコンピュータ等により構成される制御手段である。制御装置５０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性メモリ等を含むメモリと、メモリに記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行するプロセッサと、プロセッサに対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを備える。制御装置５０は、貯湯式給湯システム１００が備える各種のアクチュエータ及びセンサとそれぞれ電気的に接続される。また、制御装置５０は、操作部６０と相互に通信可能に接続される。使用者は、操作部６０を操作することで、給湯温度、浴槽湯量、浴槽温度等を設定したり、浴槽湯張り時刻をタイマー予約したりすることができる。制御装置５０は、各センサで検知される情報及び操作部６０からの指示情報などに基づき、各アクチュエータの動作を記憶部に記憶されたプログラムに従って制御することにより、貯湯式給湯システム１００の運転を制御する。

次に、蓄熱運転について説明する。蓄熱運転は、貯湯タンク４１内の貯湯量及び蓄熱量を増加させる運転である。蓄熱運転時には、制御装置５０は、ヒートポンプ装置１及びポンプ４３を作動させる。蓄熱運転では、貯湯タンク４１の下部からポンプ４３により導出された低温水が、入口管４２を通ってヒートポンプ装置１に送られ、ヒートポンプ装置１で加熱され、高温水になる。この高温水が、出口管４７及び上部管４４を通り、貯湯タンク４１の上部に流入する。このような蓄熱運転により、貯湯タンク４１内に上側から高温水が溜まっていく。

蓄熱運転では、制御装置５０は、ヒートポンプ出口温度センサ６１で検知されるヒートポンプ出口温度が、目標値（例えば６５℃）に一致するように制御する。ヒートポンプ装置１を流れる水の流量が高くなるようにポンプ４３を制御することでヒートポンプ出口温度が低下する。ヒートポンプ装置１を流れる水の流量が低くなるようにポンプ４３を制御することでヒートポンプ出口温度が上昇する。

次に、給湯動作について説明する。給湯動作は、給湯栓５３に給湯する動作である。使用者が給湯栓５３を開くと、給水管４８からの水が水源圧力により貯湯タンク４１内の下部に流入することで、貯湯タンク４１内の上部の高温水が上部管４４へ流出する。給湯混合弁４５において、給水管５１から供給される低温水と、貯湯タンク４１から上部管４４を通って供給される高温水とが混合される。この混合水が給湯管５２を通って給湯栓５３から外部に放出される。このとき、混合水の通過が給湯流量センサ５４で検知される。制御装置５０は、給湯温度センサ５５で検知される給湯温度が、使用者によって予め操作部６０で設定された給湯温度設定値になるように、給湯混合弁４５の混合比率を制御する。

次に、湯張り動作について説明する。湯張り動作は、浴槽５７に湯を溜める動作である。使用者が操作部６０で湯張り動作の起動操作を実施した場合、または、タイマー予約された時刻になった場合に、湯張り動作が開始される。湯張り動作時には、制御装置５０は、開閉弁５８を開状態にする。給水管４８からの水が水源圧力により貯湯タンク４１の下部に流入することで、貯湯タンク４１の上部の高温水が上部管４４へ流出する。風呂混合弁４６において、給水管５１から供給される低温水と、貯湯タンク４１から上部管４４を通って供給される高温水とが混合される。この混合水が風呂管５６を通り、開閉弁５８を通過し、浴槽５７内へ放出される。このとき、制御装置５０は、風呂温度センサ５９で検知される給湯温度が、使用者によって予め操作部６０で設定された浴槽温度設定値になるように、風呂混合弁４６の混合比率を制御する。

本実施の形態の貯湯式給湯システム１００では、ヒートポンプ装置１が直接水を加熱する。このような構成に限らず、水と、ヒートポンプ装置１が加熱した熱媒体との間で熱を交換することで水を加熱する熱交換器を備え、水を間接的に加熱する構成としても良い。また、本発明のヒートポンプ装置は、貯湯式給湯システムに用いられるものに限定されない。本発明のヒートポンプ装置は、例えば、暖房を行うために循環する液体（液状熱媒体）を加熱する装置などにも適用できる。

図４は、図１に示すヒートポンプ装置１を示す模式的な正面図である。図４では、冷媒及び水の配管、断熱材などの図示を省略している。ヒートポンプ装置１が備える機器は、実際には図４に示す位置関係で配置されている。図１は、ヒートポンプ装置１が備える機器の実際の位置関係を示すものではなく、ヒートポンプ装置１の冷媒回路構成を模式的に示すものである。

図４に示すように、ヒートポンプ装置１は、筐体６２を備える。図４は、筐体６２の正面のパネルを取り外した状態を示す。筐体６２の内部に、第一空間６３及び第二空間６４がある。隔壁６５が第一空間６３と第二空間６４とを隔てる。第一空間６３に、吐出マフラー２、圧縮機３、及び第一熱交換器４が配置される。第二空間６４に、第二熱交換器５、蒸発器７、及び送風機８が配置される。

圧縮機３のシェル３１の外形は、円筒状である。圧縮機３のシェル３１は、軸方向が鉛直方向になる姿勢で配置される。吐出マフラー２の外形は、円筒状である。吐出マフラー２は、軸方向が鉛直方向になる姿勢で配置される。吐出マフラー２の外径は、圧縮機３のシェル３１の外径に比べて、小さい。吐出マフラー２の軸方向の長さは、圧縮機３のシェル３１の軸方向の長さに比べて、小さい。本実施の形態では、圧縮機３のシェル３１が配置された高さの範囲と、吐出マフラー２が配置された高さの範囲とが、重なりを有する。本実施の形態では、吐出マフラー２が配置された高さの範囲は、圧縮機３のシェル３１が配置された高さの範囲に包含される。本実施の形態では、吐出マフラー２が配置された高さの範囲と、第一熱交換器４が配置された高さの範囲とが、重なりを有する。本実施の形態では、吐出マフラー２が配置された高さの範囲は、第一熱交換器４が配置された高さの範囲に包含される。

第一熱交換器４の鉛直方向の寸法は、第一熱交換器４の水平方向の寸法に比べて、大きい。第二熱交換器５の鉛直方向の寸法は、第二熱交換器５の水平方向の寸法に比べて、小さい。

第二熱交換器５は、ケース６６に収納されている。第二熱交換器５を収納したケース６６は、第二空間６４の下部に配置されている。ケース６６の上に送風機８が配置される。蒸発器７は、ヒートポンプ装置１の背面に配置される。送風機８は、蒸発器７と対向するように配置される。送風機８の作動により、ヒートポンプ装置１の背面側から蒸発器７を通って筐体６２の第二空間６４に空気が吸い込まれる。蒸発器７は、空気を冷却する。この冷却された空気は、第二空間６４を通過する。この冷却された空気は、筐体６２の正面のパネルに形成された開口を通って、ヒートポンプ装置１の正面側へ排出される。

第二空間６４の容積は、第一空間６３の容積より大きいことが望ましい。第二空間６４の容積が、第一空間６３の容積より大きいことで、蒸発器７を大きくでき、蒸発器７を通過する空気の流量を大きくできる。蒸発器７を通過した空気は、第一空間６３には流れない。

冬期において、ヒートポンプ装置１の熱媒体入口１０の水温は例えば９℃であり、熱媒体出口１１の水温は例えば６５℃である。この場合、ヒートポンプ装置１は、水を例えば９℃から６５℃まで加熱する。このような場合、第一熱交換器４及び第二熱交換器５の内部の水流路の全長は、水の流れ方向に、ある程度の長さ（例えば数ｍ〜１０ｍ程度）が必要になる。第二熱交換器５の水に対する加熱量は、第一熱交換器４の水に対する加熱量に比べて、大きい。第二熱交換器５の内部に必要な水流路の全長は、第一熱交換器４の内部に必要な水流路の全長に比べて、長い。このため、第二熱交換器５が占める空間は、第一熱交換器４が占める空間に比べて、大きい。本実施の形態であれば、比較的大きい第二熱交換器５を第二空間６４に配置したことで、第一空間６３の容積を比較的小さくできる。そのため、ヒートポンプ装置１を小型化できる。

第二熱交換器５の外面の温度は、第一熱交換器４の外面の温度に比べて、低い。このため、冷却された空気が流れる第二空間６４に第二熱交換器５を配置しても、第二熱交換器５の外面からの放熱ロスは抑制できる。

比較的小さい第一熱交換器４は、第一空間６３にも無理なく配置できる。本実施の形態であれば、第一熱交換器４を圧縮機３と共に第一空間６３に配置したことで、第一管３５及び第二管４０の長さを短くできる。高温になる第一管３５及び第二管４０の長さを短くすることで、第一管３５及び第二管４０の外面からの放熱ロスをより確実に抑制できる。また、第一管３５及び第二管４０での圧力損失を低減できる。

第一空間６３の気温は、第二空間６４の気温より高い。本実施の形態であれば、外面が高温になる吐出マフラー２、圧縮機３、及び第一熱交換器４を、気温の高い第一空間６３に配置することで、吐出マフラー２、圧縮機３、及び第一熱交換器４の外面からの放熱ロスをより確実に抑制できる。

実施の形態２．
次に、図５から図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一名称を付し説明を簡略化または省略する。

図５は、本発明の実施の形態２のヒートポンプ装置の冷媒回路構成を示す図である。図５に示すように、本実施の形態２のヒートポンプ装置１は、実施の形態１における第一断熱物質１５に代えて、第一断熱物質１６を備える。第一断熱物質１６は、吐出マフラー２及び第一熱交換器４の両方を少なくとも部分的に覆う。

図６は、本実施の形態２の圧縮機３、吐出マフラー２、及び第一熱交換器４を上から見た図である。図６中では、第一断熱物質１６及び第二断熱物質１７の断面を示す。図６は、圧縮機３、吐出マフラー２、及び第一熱交換器４の実際の位置関係を示す。図５は、実際の位置関係を示すものではなく、ヒートポンプ装置１の冷媒回路構成を模式的に示すものである。

図６に示すように、第一断熱物質１６は、シェル３１の外面と吐出マフラー２の外面との距離が最小になる空間に位置する部分１６ａを有する。第一断熱物質１６の部分１６ａは、吐出マフラー２の外面からシェル３１の外面へ熱が移動することを確実に抑制できる。

図７は、本実施の形態２のヒートポンプ装置１が備える第一熱交換器４の伝熱管を示す断面図である。図７に示すように、第一熱交換器４は、伝熱管として冷媒管４ｅ及び熱媒体管４ｆを有する。冷媒管４ｅの内部は、冷媒通路４ａに相当する。熱媒体管４ｆの内部は、熱媒体通路４ｂに相当する。冷媒管４ｅは、熱媒体管４ｆの外側に、つるまき状に巻き付いている。冷媒通路４ａは、回転しながら、熱媒体通路４ｂの長手方向へ移行する。冷媒管４ｅは、例えばロウ付けなどにより、熱媒体管４ｆに固定される。熱媒体管４ｆの外周には、つるまき状の溝がある。冷媒管４ｅは、当該溝に沿って固定される。冷媒管４ｅは、当該溝内に部分的に位置する。これにより、冷媒管４ｅと熱媒体管４ｆとの間の伝熱面積を大きくできる。

冷媒通路４ａを通る冷媒の温度は、熱媒体通路４ｂを通る熱媒体の温度より高い。本実施の形態の第一熱交換器４では、熱媒体通路４ｂの外側に冷媒通路４ａがある。本実施の形態では、第一熱交換器４の外面のほとんどを、冷媒管４ｅの外面が占める。冷媒管４ｅの外面は、高温になる。よって、第一熱交換器４の外面は、高温になる。本実施の形態であれば、第一断熱物質１６が第一熱交換器４を少なくとも部分的に覆うことで、高温になる第一熱交換器４の外面からの放熱ロスを抑制できる。

本実施の形態であれば、共通の第一断熱物質１６が吐出マフラー２及び第一熱交換器４の両方を少なくとも部分的に覆う。これにより、吐出マフラー２を覆う断熱物質と、第一熱交換器４を覆う断熱物質とを別々にする場合に比べて、断熱物質の使用量を抑制しつつ、放熱ロスを抑制できる。

第一熱交換器４の外面の平均温度は、圧縮機３のシェル３１の外面の平均温度に比べて、高い。吐出マフラー２の外面の平均温度と、第一熱交換器４の外面の平均温度との差は、吐出マフラー２の外面の平均温度と、圧縮機３のシェル３１の外面の平均温度との差に比べて、小さい。このため、吐出マフラー２の外面から第一熱交換器４の外面へ熱は比較的伝わりにくい。図６に示すように、吐出マフラー２は、第一熱交換器４に対して断熱物質を介さずに接触または近接する部分を有しても良い。吐出マフラー２が第一熱交換器４に対して断熱物質を介さずに接触または近接する部分を有していても、吐出マフラー２の外面から第一熱交換器４の外面へ熱は比較的伝わりにくい。吐出マフラー２が第一熱交換器４に対して断熱物質を介さずに接触または近接する部分を有することで、断熱物質の使用量を抑制しつつ、放熱ロスを抑制できる。

実施の形態３．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一名称を付し説明を簡略化または省略する。

図８は、本発明の実施の形態３のヒートポンプ装置の冷媒回路構成を示す図である。図８に示すように、本実施の形態３のヒートポンプ装置１が備える吐出マフラー２は、直列に接続された複数のマフラー部２ｃ，２ｄ，２ｅを備える。マフラー部２ｃ，２ｄ，２ｅの各々は、第一管３５に比べて、大きい内部空間を有する。マフラー部２ｃ，２ｄ，２ｅは、管２ｆを介して、相互に接続されている。マフラー部２ｃ，２ｄ，２ｅの各々の外表面積の合計は、実施の形態１及び２の吐出マフラー２の外表面積に比べて、小さい。本実施の形態３であれば、吐出マフラー２の外表面積を小さくできるので、吐出マフラー２の外面からの放熱ロスをより確実に抑制できる。本実施の形態における吐出マフラー２では、３個のマフラー部２ｃ，２ｄ，２ｅを直列に接続したが、２個のマフラー部を直列に接続しても良いし、４個以上のマフラー部を直列に接続しても良い。

なお、上述した各実施の形態では、第一熱交換器４と第二熱交換器５とが別体である構成を例に説明したが、本発明では、第一熱交換器４と第二熱交換器５とが一体化した構成としても良い。また、本発明のヒートポンプ装置の冷媒回路構成は、実施の形態の構成に限定されない。例えば、本発明は、シェルの内部に低段圧縮部及び高段圧縮部を備える二段圧縮式ヒートポンプ装置にも適用できる。二段圧縮式ヒートポンプ装置の第一の例では、低段圧縮部で圧縮された中間圧の冷媒がシェルの内部に充満し、高段圧縮部で圧縮された高圧冷媒が吐出マフラーに供給される。この第一の例では、吐出マフラーの外面の温度がシェルの外面の温度より高くなる。この第一の例に本発明を適用することで、吐出マフラーの外面からシェルの外面へ熱が移動することを確実に抑制できる。二段圧縮式ヒートポンプ装置の第二の例では、低段圧縮部で圧縮された中間圧の冷媒が吐出マフラーに供給され、高段圧縮部で圧縮された高圧冷媒がシェルの内部に充満する。この第二の例では、吐出マフラーの外面の温度がシェルの外面の温度より低くなる。この第二の例に本発明を適用することで、シェルの外面から吐出マフラーの外面へ熱が移動することを確実に抑制できる。

１ ヒートポンプ装置、 ２ 吐出マフラー、 ２ａ 入口、 ２ｂ 出口、 ２ｃ，２ｄ，２ｅ マフラー部、 ２ｆ 管、 ３ 圧縮機、 ４ 第一熱交換器、 ４ａ 冷媒通路、 ４ｂ 熱媒体通路、 ４ｃ 冷媒入口、 ４ｄ 冷媒出口、 ４ｅ 冷媒管、 ４ｆ 熱媒体管、 ５ 第二熱交換器、 ５ａ 冷媒通路、 ５ｂ 熱媒体通路、 ５ｃ 冷媒入口、 ５ｄ 冷媒出口、 ６ 膨張弁、 ７ 蒸発器、 ８ 送風機、 ９ 高低圧熱交換器、 ９ａ 高圧通路、 ９ｂ 低圧通路、 １０ 熱媒体入口、 １１ 熱媒体出口、 １２ 第一通路、 １３ 第二通路、 １４ 第三通路、 １５ 第一断熱物質、 １５ａ 部分、 １６ 第一断熱物質、 １６ａ 部分、 １７ 第二断熱物質、 １７ａ 部分、 ３１ シェル、 ３１ａ 冷媒入口、 ３１ｂ 冷媒出口、 ３２ 圧縮機構、 ３３ モーター、 ３３ａ 固定子、 ３３ｂ 回転子、 ３４ 第五管、 ３５ 第一管、 ３６ 第三管、 ３７ 第四管、 ３８，３９ 内部空間、 ４０ 第二管、 ４１ 貯湯タンク、 ４２ 入口管、 ４３ ポンプ、 ４４ 上部管、 ４５ 給湯混合弁、 ４６ 風呂混合弁、 ４７ 出口管、 ４８ 給水管、 ４９ 減圧弁、 ５０ 制御装置、 ５１ 給水管、 ５２ 給湯管、 ５３ 給湯栓、 ５４ 給湯流量センサ、 ５５ 給湯温度センサ、 ５６ 風呂管、 ５７ 浴槽、 ５８ 開閉弁、 ５９ 風呂温度センサ、 ６０ 操作部、 ６１ ヒートポンプ出口温度センサ、 ６２ 筐体、 ６３ 第一空間、 ６４ 第二空間、 ６５ 隔壁、 ６６ ケース、 １００ 貯湯式給湯システム

本発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動するモーターと、圧縮機構及びモーターを収納するシェルと、シェルの外にある吐出マフラーと、圧縮機構を吐出マフラーに接続する第一管と、断熱材と、を備え、筐体内部の第一空間に吐出マフラー及びシェルが配置され、断熱材は、シェルの外面と吐出マフラーの外面との間の距離が最小になる空間に少なくとも部分的に位置し、断熱材は、吐出マフラーを少なくとも部分的に覆う第一断熱物質と、シェルを少なくとも部分的に覆う第二断熱物質とを備え、第一断熱物質は、第二断熱物質に比べて大きい熱抵抗を有するものである。

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動するモーターと、
   前記圧縮機構及び前記モーターを収納するシェルと、
   前記シェルの外にある吐出マフラーと、
   前記圧縮機構を前記吐出マフラーに接続する第一管と、
   断熱材と、
   を備え、
   前記シェル及び前記吐出マフラーは、互いに接触することなく空間的に互いに隣り合って位置し、
   前記断熱材は、前記シェルの外面と前記吐出マフラーの外面との間の距離が最小になる空間に少なくとも部分的に位置するヒートポンプ装置。
2. 前記断熱材は、前記吐出マフラーを少なくとも部分的に覆う第一断熱物質を備える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記断熱材は、前記吐出マフラーを少なくとも部分的に覆う第一断熱物質と、前記シェルを少なくとも部分的に覆う第二断熱物質とを備え、
   前記第一断熱物質は、前記第二断熱物質に比べて大きい熱抵抗を有する請求項１に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記吐出マフラーに接続され、前記冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器をさらに備え、
   前記断熱材は、前記吐出マフラー及び前記第一熱交換器を少なくとも部分的に覆う第一断熱物質を有する請求項１に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記第一断熱物質は、前記第一管を少なくとも部分的に覆う請求項２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. 前記シェルは、冷媒入口及び冷媒出口を有し、
   冷媒入口及び冷媒出口を有し、前記冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
   前記吐出マフラーを前記第一熱交換器の前記冷媒入口に接続する第二管と、
   前記第一熱交換器の前記冷媒出口を前記シェルの前記冷媒入口に接続する第三管と、
   冷媒入口を有し、前記冷媒と前記熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、
   前記シェルの前記冷媒出口を前記第二熱交換器の前記冷媒入口に接続する第四管と、
   をさらに備える請求項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。
7. 前記吐出マフラーに接続され、前記冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器をさらに備え、
   前記吐出マフラーは、前記第一熱交換器に対して断熱物質を介さずに接触または近接する部分を有する請求項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。
8. 前記吐出マフラーは、直列に接続された複数のマフラー部を備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
9. 前記吐出マフラーは、前記シェルに固定されない請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。

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