JP6155465B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、水あるいは不凍液などの熱媒体の加熱と冷却を行うヒートポンプ装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ装置には、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧器、および、蒸発器である空気冷媒熱交換器を環状に接続した冷媒回路を備え、水冷媒熱交換器にて、冷媒回路から供給を受けた冷媒と、水や不凍液などの熱媒体とで熱交換を行うことにより、熱媒体を加熱するヒートポンプ温水暖房装置がある（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載のヒートポンプ温水暖房装置の上面斜視図を示すものである。

図７に示すヒートポンプ温水暖房装置１１０は、水冷媒熱交換器としてプレート式水冷媒熱交換器１１１を採用している。また、ヒートポンプ温水暖房装置１１０の内部は、仕切板（セパレータ）１１２によって、機械室と送風機室に分割され、機械室には、圧縮機１１３、膨張弁１１４、アキュームレータ１１５などの冷媒回路の一部と、プレート式水冷媒熱交換器１１１が配置されている。図７に示すヒートポンプ温水暖房装置１１０は、熱媒体を循環させる循環ポンプを内蔵しておらず、別体に設ける構成となっている。

循環ポンプや、熱媒体の補給および膨張した熱媒体のバッファの役目をするシスターンタンクは、ヒートポンプ温水暖房装置１１０の外部に設けられ、プレート式水冷媒熱交換器１１１の背面に向けて設けられた、温水往きポート１１１ａ、温水戻りポート１１１ｂで配管を介して接続され、熱媒体が循環する熱媒回路を構成する。

これにより、セパレート式空気調和機と部品を共用化することでコストダウンを図り、安価で省エネ性に優れた温水暖房用外装体を提供しようというものである。

特開２００８−１９６７７７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、循環ポンプを別体に設けることが必要となるため、循環ポンプを別体として設けるための施工費用が生じることでコストが増大するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、循環ポンプおよび水冷媒熱交換器を一体の外装体に収納して小型化を図りつつ、施工性とメンテナンス性に優れたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧器、蒸発器、が冷媒配管で環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンと、前記水冷媒熱交換器に熱媒体を圧送する循環ポンプと、前記送風ファンが配設される送風回路室と、少なくとも、前記圧縮機、前記水冷媒熱交換器、前記循環ポンプが配設される機械室と、前記送風回路室と前記機械室とを覆う外装体と、を備え、前記圧縮機は、前記機械室の一端側に配設され、前記水冷媒熱交換器と前記循環ポンプとは、前記機械室の他端側に配設され、前記循環ポンプは、前記水冷媒熱交換
器の直下に配設され、前記水冷媒熱交換器への熱媒入口部は、前記外装体の内方に向かって開口し、前記循環ポンプと前記熱媒入口部とは熱媒配管にて接続され、前記循環ポンプに熱媒配管にて接続され、前記外装体の外部の熱媒回路に接続される熱媒戻りポートと、前記水冷媒熱交換器に熱媒配管にて接続され、前記熱媒回路に接続される熱媒往きポートとを、前記外装体の外方に配設することを特徴とするものである。

これにより、機械室に水冷媒熱交換器と循環ポンプとを配設して、熱媒体の流路を省スペースで構成しつつ、外装体の外方に熱媒体の往きポートおよび戻りポートを配設して、ヒートポンプ装置の外部に構成される熱媒回路との着脱を容易にすることで、施工性とメンテナンス性を向上させることができる。

本発明によれば、小型で、施工性とメンテナンス性に優れたヒートポンプ装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の内観斜視図 （ａ）同ヒートポンプ装置の内観上面図（ｂ）同ヒートポンプ装置の内観正面図（ｃ）同ヒートポンプ装置の内観側面図 同ヒートポンプ装置の外装体の形状を示す内観・外観斜視図 同ヒートポンプ装置にて温水を生成する際の冷媒回路および熱媒回路図 同ヒートポンプ装置にて冷水を生成する際の冷媒回路および熱媒回路図 同ヒートポンプ装置の電源接続部を圧縮機の側部に配置した際の正面図 従来のヒートポンプ装置の内観斜視図

第１の発明は、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧器、蒸発器、が冷媒配管で環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンと、前記水冷媒熱交換器に熱媒体を圧送する循環ポンプと、前記送風ファンが配設される送風回路室と、少なくとも、前記圧縮機、前記水冷媒熱交換器、前記循環ポンプが配設される機械室と、前記送風回路室と前記機械室とを覆う外装体と、を備え、前記圧縮機は、前記機械室の一端側に配設され、前記水冷媒熱交換器と前記循環ポンプとは、前記機械室の他端側に配設され、前記循環ポンプは、前記水冷媒熱交換器の直下に配設され、前記水冷媒熱交換器への熱媒入口部は、前記外装体の内方に向かって開口し、前記循環ポンプと前記熱媒入口部とは熱媒配管にて接続され、前記循環ポンプに熱媒配管にて接続され、前記外装体の外部の熱媒回路に接続される熱媒戻りポートと、前記水冷媒熱交換器に熱媒配管にて接続され、前記熱媒回路に接続される熱媒往きポートとを、前記外装体の外方に配設することを特徴とするヒートポンプ装置である。

これにより、水冷媒熱交換器と循環ポンプとを機械室に配置して、水冷媒熱交換器と循環ポンプとを一体の外装体に収容して装置の小型化を実現するとともに、外装体の外方に熱媒戻りポートと熱媒往きポートとを設けるので、ヒートポンプ装置と、ヒートポンプ装置の外部に構成される熱媒回路との取り外しが容易となり、ヒートポンプ装置の施工性とメンテナンス性が向上する。

一般的に、機械室の内部に配置される構成要素の多くは、機械室の底部に固定されるので、これらの構成要素の上方には余剰空間が形成される。

よって、この構成により、機械室の内部の余剰空間を有効活用して、水冷媒熱交換器と循環ポンプとを縦（上下方向）に配置するので、ヒートポンプ装置をより小型化すること
ができる。そのため、設置の際の施工時間の短縮、室外に設置する際に必要となる面積の縮小化（室外に設置するのは外装体の本体面積となる）を図ることができる。

また、循環ポンプと水冷媒熱交換器とが縦方向に近接して配設されるので、双方をつなぐ熱媒配管が短くなり、熱媒体の圧力損失を低減できる。

よって、循環ポンプの動力の低減が可能となり、その結果、消費電力を減らし、効率向上を図るとともに、配管からの放熱ロスを低減することでも、効率向上を図ることができ、省エネルギー性に優れたヒートポンプ装置とすることができる。

さらに、ヒートポンプ装置における熱媒体の圧力損失を低減することで、ヒートポンプ装置と接続される外部放熱器への適用可能性が広がり、設置の汎用性が高まる。

これにより、特に、圧縮機をＤＣ駆動、循環ポンプもＤＣ駆動とした際に、コギング音の共振が起こり、コギング音が増大するという可能性があるが、圧縮機駆動部と循環ポンプとを、双方の間に一定の距離を介して設置することで、共鳴が生じにくくなり、異常音の発生を低減した、ヒートポンプ装置とすることができる。

また、磁気を有するモータが組み込まれた圧縮機駆動部と熱媒回路とが離して設置されるので、熱媒回路に流れる熱媒体の流量を検知するフロースイッチが、磁気の影響を受けて、誤作動することを防止して、品質の安定したヒートポンプ装置とすることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記循環ポンプは、前記外装体を構成する底板に載置されることを特徴とするものである。

これにより、循環ポンプが安定して固定される。

また、最下方の底板にポンプを配することで、ポンプの振動の低減を行うとともに、振動の伝播を防ぐことが可能となり、低騒音とすることができる。

また、重量物でありながら、冷媒を圧縮、循環することで加振源となる圧縮機が載置される底板に、同じく重量物である循環ポンプを配することで、圧縮機が動作している際の振動を低減することができる。

さらに、循環ポンプの水抜きを下方から容易に行うことができ、また、水抜きを行う際に、循環ポンプが最下方にあることで、水抜き作業時に、他の構成要素に水がかかるのを防ぎ、メンテナンス性を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記水冷媒熱交換器は、プレート式水冷媒熱交換器としたことを特徴とするものである。

これにより、プレート式水冷媒熱交換器の積層枚数を増やすことで、積層されたプレートの間に形成される一流路当たりの流速の上昇が抑制され、熱媒体の圧力損失の上昇を抑制しながら熱交換性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ装置について、図１〜図５に基づいて
、以下に説明する。

まず、図４のヒートポンプ装置の冷凍サイクル、水回路図で説明を行う。

図４に示す矢印は、温水を生成する際の冷媒あるいは水あるいは不凍液などの熱媒体の流れを示している。

１は、循環される水あるいは不凍液などの熱媒体を加熱するためのヒートポンプ装置の外装体であり、２は、ヒートポンプ装置と熱媒配管３を介して接続された外部放熱器であり、図４に示す回路図では、輻射暖冷房などのパネル状の外部放熱器としているが、パネルヒーターや、送風ファンを備えたファンコンベクターなどでも構わない。

ヒートポンプ装置にて加熱あるいは冷却され、温水あるいは冷水となった熱媒体は、熱媒配管３を通り、外部放熱器２へと送られ、外部放熱器２の設置された居室の暖房あるいは冷房を行う。ヒートポンプ装置の外装体１はその熱源となるものである。

このヒートポンプ装置の外装体１の内部に配設される構成要素について、図１および図４を参照しながら以下に説明する。

ヒートポンプ装置の外装体１の内部には、冷媒を圧縮し、循環させる圧縮機４、水あるいは不凍液などの熱媒体と冷媒とで熱交換を行い、温水生成時には凝縮器となる水冷媒熱交換器５、減圧器である膨張弁６、温水生成時に蒸発器となる空気冷媒熱交換器７が配設されている。

圧縮機４、水冷媒熱交換器５、減圧器６、蒸発器である空気冷媒熱交換器７は、順に冷媒配管によって環状に接続されて閉回路を構成し、冷媒が循環する冷媒回路８を構成している。圧縮機４は、モータの組み込まれた圧縮機駆動部４ａと、冷媒回路８を流れる冷媒を貯留するアキュームレータ４ｂを備えており、冷媒回路８に用いられる冷媒は、図４に示すように、アキュームレータ４ｂから、圧縮機駆動部４ａに送られ、圧縮機駆動部４ａより吐出される。また、圧縮機４の出口側の冷媒配管と、空気冷媒熱交換器７の出口側の冷媒配管には、四方弁９が接続され、四方弁９によって、水冷媒熱交換器５と空気冷媒熱交換器７とに、冷媒の流れが切り替えられる。

また、水冷媒熱交換器５は、凹凸を設けたステンレス板を複数枚を積層して、それらをブレージングで一体化したプレート式水冷媒熱交換器を用いる。水冷媒熱交換器５は、冷媒が出入りする冷媒入口部５ａ、および冷媒出口部５ｂ、熱媒体が出入りする熱媒入口部５ｃ、および熱媒出口部５ｄを備え、水あるいは不凍液などの熱媒体と、冷媒回路８を循環する冷媒との間で熱交換を行い、熱媒体を加熱あるいは冷却するものである。プレート式水冷媒熱交換器の構成については、後で詳述する。

１０は、蒸発器である空気冷媒熱交換器７に空気を搬送する送風ファンであり、空気冷媒熱交換器７の熱交換能力を促進している。

１１は、冷媒回路８の冷媒入口部５ａの上流に配設され、冷媒圧力を検知するために設けられた圧力センサ、１２は、圧縮機４の圧縮機駆動部４ａの下流で、圧縮機４の上方に設けられる吐出配管１３に設けられた圧縮機出口部温センサ、１４は、空気冷媒熱交換器７の空気熱交出口部配管１５に設けられた空気熱交出口部温センサである。

一方、熱媒回路１６は、熱媒体を循環させ、水冷媒熱交換器５にて冷媒回路８を流れる冷媒と熱交換を行うことで、熱媒体を加熱あるいは冷却するものである。１７は、熱媒回
路１６を流れる熱媒体を強制的に循環させる循環ポンプであり、水冷媒熱交換器５の上流側に配置されている。

１８は、循環ポンプ１７の下流側、かつ、水冷媒熱交換器５の熱媒入口部５ｃの上流側に設けられたフロースイッチであり、熱媒体の流量を検知するものである。フロースイッチ１８には色々な構成があるが、品質的に安定しているものとして、永久磁石を取り付けたパドル１８ａの揺動を近接スイッチで検知して熱媒体の流量を検知する、磁気感応式のフロースイッチが用いる。

なお、図４に示す矢印は、水冷媒熱交換器５において、温水を生成する際の冷媒および熱媒体の流れを示しており、冷水を生成する際は、図５に示すように、四方弁を切り替えることで、冷媒回路８の冷媒の流れは逆になる。熱媒回路１６の流れは同じである。

また、図４に示す矢印は、冷媒が下方から上方へ流れ、熱媒体は上方から下方へ流れるように記載してあるが、実際には、図１に示すように、温水を生成する際の冷媒は、水冷媒熱交換器５の上方から下方へと流れ、熱媒体は、水冷媒熱交換器５の下方から上方へ流れることとなる。

１９は、熱媒往きポートであり、熱媒配管３によって、水冷媒熱交換器５の熱媒出口部５ｄに接続されており、水冷媒熱交換器５で加熱あるいは冷却された熱媒体を、熱媒配管３を介して、外部放熱器２へと導く際の通過点となる。２０は、熱媒戻りポートであり、ポンプ出口部配管３１によって、循環ポンプ１７に接続されており、外部放熱器２から流出した熱媒体を、外装体１に配設された水冷媒熱交換器５へと流入させる際の通過点となる。

２１は、水冷媒熱交換器５に入る温冷水の温度を測定する水冷媒熱交換器入口温センサ、２２は、水冷媒熱交換器５の出口側の水あるいは不凍液などの熱媒体の温度を測定するための水冷媒熱交換器出口温センサである。

２３は、外装体１の外部の熱媒回路１６に設けられた、膨張タンクであり、熱媒回路１６を流れる熱媒体の温度が上昇し、体積膨張した際にその膨張分を吸収し、熱媒回路１６の部品に異常な圧力がかからないようにするものである。

このように、水冷媒熱交換器５、熱媒往きポート１９、外部放熱器２、膨張タンク２３、熱媒戻りポート２０、循環ポンプ１７が熱媒配管３によって環状に接続されて、熱媒回路１６が形成される。熱媒回路１６のうち、熱媒戻りポート２０、循環ポンプ１７、水冷媒熱交換器５、熱媒往きポート１９がヒートポンプ装置の外装体１の内部に配設される。

２４は、ヒートポンプ装置の各種アクチュエーターやセンサの制御を行う制御装置、２５は、使用者がヒートポンプ装置の運転を行い、各種設定を行うためのリモコンである。

図４に示す、冷媒回路８および熱媒回路１６の構成要素をレイアウトしたヒートポンプ装置が、図１〜図３に示すものであり、図１は、内観斜視図、図２は、内観平面図と正面図および側面図の３面図、図３は、外観・内観斜視図を示している。なお、図２の内観図は、正面図の断面Ａ−Ａで記した部分を示している。

図１および図２に示すように、ヒートポンプ装置の外装体１の最下部には底板２６が配設され、底板２６には、ヒートポンプ装置の内部を仕切るための仕切板２７が設けられている。ヒートポンプ装置は、仕切板２７によって、送風ファン１０を有する送風回路室２８と、圧縮機４や、膨張弁６などの冷媒回路８を有する機械室２９に分割されている。

機械室２９側の底板２６には、圧縮機４が載置されて固定されており、仕切板２７側に圧縮機駆動部４ａ、仕切板２７と反対側にアキュームレータ４ｂが配設されている。また、圧縮機４の頂部には、圧縮機４を駆動するための電気を流通させるための電源接続部４ｃが設けられている。電源接続部４ｃは、インバーター制御を行うで場合には、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相が接続される３端子を有する。

水冷媒熱交換器５は、機械室２９の内部において、ヒートポンプ装置の背面側かつ仕切板２７と反対側、すなわち、圧縮機４よりも、外装体１の背面側かつ側方側に配置されている。ここで、水冷媒熱交換器５は、冷媒入口部５ａ、冷媒出口部５ｂ、熱媒入口部５ｃ、熱媒出口部５ｄを備えるが、冷媒入口部５ａ、冷媒出口部５ｂ、および熱媒入口部５ｃは、外装体１の内方に配設されるとともに、機械室２９の内方側に向かって形成され、熱媒出口部５ｄは、機械室２９の外方（ヒートポンプ装置の背面側）に向けて設けられる。つまり、熱媒入口部５ｃは内向きの接続口としてあり、熱媒出口部５ｄは外向きの接続口となっている。

また、水冷媒熱交換器５の下方には、循環ポンプ１７が配されており、この循環ポンプ１７は、底板２６に固定されている。循環ポンプ１７には、ヒートポンプ装置の外装体１の背面側に配設される熱媒戻りポート２０とポンプ入口配管３０とを介して、熱媒体が流入する。

さらに、図１および図２に示すように、熱媒体の流れ方向に対して循環ポンプ１７の下流側と、熱媒入口部５ｃとは、ポンプ出口配管３１によって接続される。また、ポンプ出口部配管３１には、フロースイッチ１８が配設される。圧縮機４およびアキュームレータ４ｂと、循環ポンプ１７および水冷媒熱交換器５との位置関係から、アキュームレータ４ｂとポンプ出口配管３１とは近接して配置されることとなり、これにより、フロースイッチ１８は、アキュームレータ４ｂと対向する位置に設けられていることとなる。

このように、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを、機械室２９の内部に配設することで、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを一体の外装体１の内部に収容しながら、ヒートポンプ装置の小型化を実現することができる。

また、熱媒回路１６を形成する水冷媒熱交換器５および循環ポンプ１７が、共に機械室２９の内部に配設されているので、外装体１を構成する側方板３４を外すことのみで、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを視野内にとらえることができ、ヒートポンプ装置としてのメンテナンス性が向上する。

さらに、水冷媒熱交換器５の下方に循環ポンプ１７を配設し、循環ポンプ１７と水冷媒熱交換器５の熱媒入口部５ｃとを熱媒配管によって接続する構成とすると、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７を縦（上下方向）に近接して配置することになる。

一般的に、機械室の内部に配置される構成要素の多くは、機械室の底部に固定されるので、これらの構成要素の上方には余剰空間が形成される。よって、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを機械室２９の内部に上下方向に配置すると、余剰空間を有効活用することができるので、ヒートポンプ装置をより小型化することができ、また、循環ポンプ１７と水冷媒熱交換器５とを接続する配管を短くして、熱媒体の圧力損失と放熱ロスを低減することができるので、ヒートポンプ装置の熱交換効率を向上させることができる。

温水を生成する際には、熱媒体の浮力を利用して循環させると効率が上昇する。そのため、よって、本実施の形態では、プレート式の水冷媒熱交換器において、熱媒入口部５ｃ
を下方に、熱媒出口部５ｄを上方に配設する。さらに、熱媒入口部５ｃは、高さ方向（鉛直方向）に対して、圧縮機４の電源接続部４ｃよりも鉛直下方の位置に配設される。

次に、図１、図３、および、図４を用いて、温水を生成する際の動作に合わせて各種部品のレイアウトを説明する。

冷媒回路８において、図１に示すように、圧縮機４の頂部に吐出配管１３が配設され、その吐出配管の上方には四方弁９が配設される。温水の生成時には、四方弁９と、水冷媒熱交換器５の冷媒入口部５ａとが接続され、冷媒が流動する。

７は、蒸発器である空気冷媒熱交換器であり、Ｌ字状に折り曲げられた形をしており、底板２６に載置されている。

１０は、空気冷媒熱交換器７の内方に配された送風ファンであり、空気冷媒熱交換器７を強制的に空気を通過させ、空気と冷媒の熱交換を促進する。

３２は、送風ファン１０を駆動する送風モータ、３３は、送風モータ３２を支持するモータ支持台であり、モータ支持台３３は、底板２６に固定されている。

送風ファン１０、送風モータ３２、モータ支持台３３、空気冷媒熱交換器７のうち、膨張弁６および四方弁９と接続される冷媒配管以外の部分が送風回路室２８に設けられている。また、仕切板２７にて分割された機械室には、圧縮機４、四方弁９、水冷媒熱交換器５、膨張弁６、および、循環ポンプ１７が設けられている。

温水生成時には、圧縮機４から吐出された高温高圧の冷媒が、吐出配管１３を介して四方弁９を流れ、水冷媒熱交換器５の冷媒入口部５ａへと流入する。水冷媒熱交換器５にて、熱媒体と熱交換を行った冷媒は、冷媒出口部５ｂから流出し、膨張弁６によって減圧された後、空気冷媒熱交換器７へと流入し、空気との間で熱交換を行って冷媒の一部が蒸発する。さらに、空気冷媒熱交換器７から流出した冷媒は、四方弁９を介してアキュームレータ４ｂへと流入し、気相の冷媒が、圧縮機駆動部４ａへと流入して圧縮される。このように冷媒が循環する冷媒回路８が構成される。

この冷媒回路８のうち、空気冷媒熱交換器７を除く部分の冷媒回路８を構成する冷媒配管は、機械室２９内部の圧縮機４上方および側方に設けられている。

制御装置２４は、外装体１の上方で、かつ、循環ポンプ１７および水冷媒熱交換器５よりも上方に配されている。制御装置２４には、高電圧部分である電源線が接続される。

以上のような各種部品、アクチュエータが、ヒートポンプ装置の外装体１に収納されている。

図３では、外観・内観斜視図を示しており、太線で記しているものが外装体１である。

外装体１は、前板３４、側方板３５、天板３６、底板２６を組み合わせて構成されている。外装体１の外方には、熱媒往きポート１９と熱媒戻りポート２０とが、外装体１から突出して配設されているため、ヒートポンプ装置の設置および施工を行うと、熱媒往きポート１９と熱媒戻りポート２０は、それぞれ、外装体１の外部に配置される熱媒回路１６の熱媒配管３に接続される。

このように、外装体１の外部に形成される熱媒回路１６の熱媒配管３に接続される熱媒
往きポート１９と熱媒戻りポート２０とを外装体の外方に設けるので、外装体１の外部の熱媒回路１６との取り外しが容易となり、ヒートポンプ装置の施工性とメンテナンス性が向上する。

以下、図４および図５に基づいて、ヒートポンプ装置の動作を説明する。

まず、図４に基づき、温水を生成する際の動作に関して説明を行う。

使用者がリモコン２５で運転指示を行うと、制御装置から信号が送られ、ヒートポンプ装置が運転を開始する。圧縮機４が動作を開始すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、吐出配管１３を通り、四方弁９に送られる。

温水を生成する運転時には、四方弁９は、図４の実線で記した方向に冷媒が流れる流路を形成するように切替えられている。そのため、圧縮機４から送られる高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、四方弁９を通り、水冷媒熱交換器５に送られる。

水冷媒熱交換器５で、循環ポンプ１７より送られてきた水あるいは不凍液などの熱媒体と熱交換して放熱する。これにより、水あるいは不凍液などの熱媒体は、低温の熱媒体から高温の熱媒体となる。

水冷媒熱交換器５において、高温の冷媒は上方の冷媒入口部５ａより流入する。ここで冷媒入口部５ａより流入する冷媒は、気相の冷媒である。気相の冷媒は、水冷媒熱交換器５にて、熱媒体に放熱して一部が凝縮し、気相と液相の二相状態の冷媒となり、さらに冷媒の全て凝縮すると液相状態となり、水冷媒熱交換器５の下方に配されている冷媒出口部５ｂより流出する。

水冷媒熱交換器５から流出した冷媒は、減圧器である膨張弁６にて減圧膨張され、空気冷媒熱交換器７に送られ、送風ファン１０にて送られた空気と熱交換して、空気冷媒熱交換器７を通過する間に、蒸発してガス化する。

ガス化した冷媒は、四方弁９を通過し、再度、圧縮機４のアキュームレータ４ｂを通り、圧縮機駆動部４ａに吸入され、圧縮される過程を繰り返し、水冷媒熱交換器５を通過する低温の水あるいは不凍液などの熱媒体は徐々に加熱され、高温の熱媒体となる。

熱媒回路１６を流れ、水冷媒熱交換器５から流出した熱媒体は、循環ポンプ１７を運転により、強制的に熱媒往きポート１９に圧送され、熱媒往きポート１９と接続された熱媒配管３を通り、外部放熱器２へと導かれる。外部放熱器２では熱媒体から放熱が行われ、外部放熱器２が設置された居室などを暖房する。

外部放熱器２で放熱し、低温となった熱媒体は、熱媒配管３を通り、膨張タンク２３を介して、熱媒戻りポート２０へと流れる。さらに、熱媒体は、熱媒戻りポート２０を通過して、再度、循環ポンプ１７に強制的に吸引され、循環ポンプ１７にて強制的に水冷媒熱交換器５に送られ、熱媒体は、水冷媒熱交換器５で冷媒にて加熱されて、再び外部放熱器２へと導かれる動作を繰り返す。このように、熱媒体が熱媒回路１６を循環することで、加温された熱媒体が、外部放熱器２にて放熱し、居室の暖房が行われることとなる。

温水を生成する運転において、冷媒と熱媒体は水冷媒熱交換器５で対向流となって流動する。

熱媒回路１６上に配設されているフロースイッチ１８は、熱媒体が熱媒回路１６内を流
通しているかを検知し、流通していない際は、制御装置２４に異常信号を送り、機器を停止させることが出来る。

ここで、熱媒回路１６内には、導電性を有する水あるいは不凍液などの熱媒体が流通しているため、熱媒体が高電圧部分に触れることを防止する必要がある。なお、高電圧が印加される箇所としては、圧縮機駆動部４ａに配設される電源接続部４ｃと制御装置２４とがある。

特に、熱媒体が循環する動力となる循環ポンプ１７の詰りや、水冷媒熱交換器５の不具合についてのメンテナンスを行う場合には、内部に滞留する熱媒体を除去してから行う必要があり、ヒートポンプ装置の運転時に高電圧となる箇所に熱媒体が滴下しないように留意してメンテナンスを行う必要がある。

運転時に高電圧が印加される電源接続部４ｃは、圧縮機駆動部４ａに配設されているが、鉛直方向に対して、熱媒入口部５ｃと循環ポンプ１７とが、電源接続部４ｃよりも下方となるように配設されている。

したがって、メンテナンスを行う場合、水冷媒熱交換器５や循環ポンプ１７に滞留する熱媒体の除去作業を、電源接続部４ｃの鉛直下方で行うことができるので、高電圧となる電源接続部４ｃに熱媒体の滴下することを防止して、メンテナンス性を向上させることができる。

ここで、熱媒往きポート１９および熱媒戻りポート２０とは、外装体１の外方に突出するように配設されているので、熱媒体が機械室２９の内部に侵入することを考慮することなくメンテナンスが可能であることはいうまでもない。

なお、図５に示すように、本実施の形態のヒートポンプ装置を用いて、冷水を生成することができる。冷水を生成する運転においては、四方弁９によって、冷媒の流れを温水の生成時とは切替えて対応する。

冷水の生成時には、圧縮機４から四方弁９を流通した高温・高圧の気相領域である冷媒は、空気冷媒熱交換器７に送られて空気と熱交換を行って凝縮し、さらに膨張弁６にて、減圧膨張された後、水冷媒熱交換器５へと流入し、熱媒体から吸熱して熱媒体を冷却し、冷媒は蒸発してガス化する。冷却された熱媒体は、水冷媒熱交換器５から流出した後、熱媒回路１６を流動して、外部放熱器２に流入し、冷房を行うことができる。

この際においても、熱媒入口部５ｃが、電源接続部４ｃよりも鉛直下方に配置されているので、メンテナンス時の熱媒体の排出作業を円滑に行うことができるのでメンテナンス性を向上させることができる。

なお、電源接続部４ｃが圧縮機駆動部４ａの側面にある場合にも、図６に示すように、熱媒入口部５ｃを電源接続部４ｃの鉛直下方に配設すると、メンテナンス性を向上させることができる。図６に示すヒートポンプ装置は、外装体１の正面側に電源接続部４ｃが位置するように、圧縮機が配置されているが、電源接続部４ｃを、圧縮機駆動部４ａの側面のうち、水冷媒熱交換器５が配設されている側とは反対に配設すると、メンテナンス時に熱媒体が電源接続部４ｃに触れる可能性をより低減することができる。

以上のように、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを、機械室２９の内部に配設することで、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを一体の外装体１の内部に収容しながら、ヒートポンプ装置の小型化を実現することができる。

また、外装体１の外部に形成される熱媒回路１６の熱媒配管３に接続される熱媒往きポート１９と熱媒戻りポート２０とを外装体の外方に設けるので、外装体１の外部の熱媒回路１６との取り外しが容易となり、ヒートポンプ装置の施工性とメンテナンス性が向上する。

さらに、熱媒回路１６を形成する水冷媒熱交換器５および循環ポンプ１７が、共に機械室２９の内部に配設されているので、外装体１を構成する側方板３４を外すことのみ、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７とを視野内にとらえることができるので、ヒートポンプ装置としてのメンテナンス性を向上させることができる。

このとき、水冷媒熱交換器５の下方に循環ポンプ１７を配設し、循環ポンプ１７と水冷媒熱交換器５の熱媒入口部５ｃとを熱媒配管によって接続する構成とすると、水冷媒熱交換器５と循環ポンプ１７を縦（上下方向）に近接して配置することになり、機械室２９の内部の余剰空間を有効活用することができるので、ヒートポンプ装置をより小型化することができるとともに、循環ポンプ１７と水冷媒熱交換器５とを接続する配管を短くして、熱媒体の圧力損失と放熱ロスを低減することができるので、ヒートポンプ装置の熱交換効率を向上させることができる。

また、熱媒回路１６の圧力損失を低減すると、循環ポンプ１７の能力を増大させることなく、圧力損失が大きな外部放熱器２を用いることができるので、ヒートポンプ装置としての使用範囲を増大させることが可能となる。

また、運転時に振動する循環ポンプ１７は、底板２６に固定されている。一般的に、底板２６には、運転時に振動する圧縮機４も固定されている。圧縮機４の動作によって生じる振動の周波数と、循環ポンプ１７の振動によって生じる周波数は異なり、さらに、圧縮機４と循環ポンプ１７は、それぞれ一定の質量を有する重量物であるので、これらを同一の底板２６に、一定の距離をおいて配置することで、振動の伝播を抑制し、低騒音とすることができる。

また、圧縮機４と循環ポンプ１７とを一定の距離をおいて配置すると、ポンプ出口配管３１に設けられているフロースイッチ１８が、圧縮機駆動部４ａのモータに組み込まれている磁石の影響を受けることを防止することができる。

また、水冷媒熱交換器５として、プレート式の熱交換器を用いているので、熱交換性能を高めることが可能となる。すなわち、水冷媒熱交換器５は、プレートの積層枚数を増すことで、熱媒体の圧力損失を低減しながら熱交換性能の向上を図ることができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、小型で施工性とメンテナンス性とに優れ、冷温水を供給することができるので、空調装置、給湯装置として適用することができる。

１ 外装体
２ 外部放熱器
３ 熱媒配管
４ 圧縮機
４ａ 圧縮機駆動部
４ｂ アキュームレータ
４ｃ 電源接続部
５ 水冷媒熱交換器
５ａ 冷媒入口部
５ｂ 冷媒出口部
５ｃ 熱媒入口部
５ｄ 熱媒出口部
６ 膨張弁（減圧器）
７ 空気冷媒熱交換器
８ 冷媒回路
１０ 送風ファン
１６ 熱媒回路
１７ 循環ポンプ
１８ フロースイッチ
１９ 熱媒往きポート
２０ 熱媒戻りポート
２６ 底板
２７ 仕切板
２８ 送風回路室
２９ 機械室

Claims (3)

1. 圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧器、蒸発器、が冷媒配管で環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記蒸発器に送風する送風ファンと、
   前記水冷媒熱交換器に熱媒体を圧送する循環ポンプと、
   前記送風ファンが配設される送風回路室と、
   少なくとも、前記圧縮機、前記水冷媒熱交換器、前記循環ポンプが配設される機械室と、前記送風回路室と前記機械室とを覆う外装体と、を備え、
   前記圧縮機は、前記機械室の一端側に配設され、
   前記水冷媒熱交換器と前記循環ポンプとは、前記機械室の他端側に配設され、
   前記循環ポンプは、前記水冷媒熱交換器の直下に配設され、
   前記水冷媒熱交換器への熱媒入口部は、前記外装体の内方に向かって開口し、
   前記循環ポンプと前記熱媒入口部とは熱媒配管にて接続され、
   前記循環ポンプに熱媒配管にて接続され、前記外装体の外部の熱媒回路に接続される熱媒戻りポートと、前記水冷媒熱交換器に熱媒配管にて接続され、前記熱媒回路に接続される熱媒往きポートとを、前記外装体の外方に配設することを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記循環ポンプは、前記外装体を構成する底板に載置されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記水冷媒熱交換器は、プレート式水冷媒熱交換器としたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。