JP5880123B2 - ヒートポンプ室外機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ室外機に関する。

空気の熱を吸収して湯を沸かすことのできる、エネルギー効率に優れたヒートポンプ式給湯システムが広く用いられている。ヒートポンプ式給湯システムの構成要素であるヒートポンプ給湯室外機は、空気の熱を冷媒に吸熱させる空気冷媒熱交換器、この空気冷媒熱交換器に送風する送風機、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒の熱によって水を加熱する水冷媒熱交換器などを搭載しており、一般には次のような構造となっている。ヒートポンプ給湯室外機には、重量が大きく横に長い形状の水冷媒熱交換器が、発泡材等の収納箱に収納されて、ベース上面に設置されている。また、圧縮機がゴム部材や金属スプリング部材等の防振マウントを介してベース上面に設置されている。圧縮機と水冷媒熱交換器とは、冷媒配管を介して接続され、圧縮機と水冷媒熱交換器とがベース上面に横に並べて設置されている。また、ヒートポンプ給湯室外機の筐体の側部には、外部と湯水をやり取りするための外部水配管が接続される水入口バルブおよび給湯出口バルブが設けられている。水入口バルブおよび給湯出口バルブは、筐体の内部において、入水用および出湯用の２本の内部水配管を介して水冷媒熱交換器と接続されている。水入口バルブおよび給湯出口バルブを支持するバルブベッドは、筐体の側面に固定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１４７６２０号公報（図３）

上述したような従来のヒートポンプ給湯室外機では、運転中に圧縮機の振動が冷媒配管から水冷媒熱交換器に伝達し、水冷媒熱交換器の振動は内部水配管を介してバルブベッドに伝達し、バルブベッドの振動が筐体側部から筐体各部に伝達する。このため、ヒートポンプ給湯室外機の筐体各部の振動が増加し、筐体各部から放射される騒音や低周波音が増加し易くなっている。この対策として、バルブベッドを筐体側部に取り付ける際に緩衝部材を介在させる等、振動伝達を抑制する方法があるが、ヒートポンプ給湯室外機の運搬時や設置使用時等における、バルブベッドの筐体側部に対する保持強度が不足する等の問題がある。また、別の方法としては、振動、騒音および低周波音の増加を抑制するために筐体各部への防振部材の貼り付け、筐体各部の板厚増加、筐体各部への補強部材取付け等の方法があるが、製造コストが著しく増加するという問題がある。

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、製造コストの増加を抑制しながら、筐体各部の振動を抑制し、筐体各部から放射される騒音や低周波音を抑制することができるヒートポンプ室外機を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ室外機は、封入した冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒と水または液状熱媒体との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、冷媒回路および水冷媒熱交換器を収容する筐体と、水または液状熱媒体が通る外部の配管である外部水配管を接続可能な接続バルブと、接続バルブを支持するバルブ支持部材と、筐体の内部で水冷媒熱交換器と接続バルブとの間を接続し、水または液状熱媒体が通る内部水配管と、筐体の底部に設けられ、筐体を支持する脚部材と、を備え、バルブ支持部材と脚部材とを連結する連結部を含み、連結部は、脚部材から略水平に延びてバルブ支持部材の下端に繋がっているものである。

本発明によれば、製造コストの増加を抑制しながら、筐体各部の振動を抑制し、筐体各部から放射される騒音や低周波音を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機の分解斜視図である。 本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機のベースに対する水冷媒熱交換器の設置状態を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機の内部構造を示す正面図および要部拡大図である。 本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機の底面図である。

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。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機の分解斜視図である。なお、図１中では、左下が前方、右上が後方である。図２は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機のベースに対する水冷媒熱交換器の設置状態を示す分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機の内部構造を示す正面図および要部拡大図である。図４は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯室外機の底面図である。

まず、本実施形態のヒートポンプ給湯室外機の全体構成について説明する。図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ給湯室外機１は、その構成機器を収容する筐体を有している。この筐体は、底部を構成するベース１７と、前面および左側面を覆う前面左側面部１８ａと、後面および右側面を覆う後面右側面部１８ｂと、上面を覆う上面部１８ｃとを組み合わせて構成されている。上記筐体は、主に板金材等で構成される。ヒートポンプ給湯室外機１は、空気冷媒熱交換器７の設置部以外は、上記筐体で覆われている。上記筐体の内部には、仕切板１６が設けられ、この仕切板１６により、前面から見て右側の機械室１４と、左側の送風機室１５とに筐体内部が区画されている。機械室１４の上方と送風機室１５の上方の一部には、圧縮機２、膨張弁、送風機６等を駆動制御するインバータ電源等の電気部品を収納した電気部品収納箱９が組み込まれている。電気部品収納箱９の右部には、外部電気配線を接続する端子台９ａが設けられている。この端子台９ａを保護するため、サービスパネル２４が筐体の後面右側面部１８ｂの右側面部に取り付けられている。

図２に示すように、水冷媒熱交換器８は、断熱性を有する発泡材で構成された収納容器１２に収納された状態で、ベース１７の上面に設置されている。収納容器１２は、ベース１７に取り付けられた板金材の収納囲部材１０に囲まれ、発泡材で構成される収納容器蓋１３により上側を覆われ、板金材で構成される収納蓋部材１１により更に上面を覆われる。

図３に示すように、仕切板１６により分離された右側の機械室１４内には、冷媒を圧縮するための圧縮機２と、冷媒を減圧するための膨張弁（図示せず）と、これらを接続する吸入管４や吐出管５等の冷媒配管と、その他の冷媒回路部品とが組み込まれている。仕切板１６により分離された左側の送風機室１５内には、送風機６と、送風機６に隣接する空気冷媒熱交換器７とが組み込まれている。送風機室１５内は、風路確保のため大きな空間が設けられている。送風機室１５内の下部のベース１７の上面に、水冷媒熱交換器８が設置されている。

圧縮機２は、吐出管５を介して水冷媒熱交換器８の冷媒入口部と接続されている。水冷媒熱交換器８の冷媒出口部は、冷媒配管を介して膨張弁の入口部と接続され、膨張弁の出口部は別の冷媒配管を介して空気冷媒熱交換器７の冷媒入口部と接続されている。空気冷媒熱交換器７の冷媒出口部は、吸入管４を介して圧縮機２と接続されている。また、冷媒配管の途中には、その他の冷媒回路部品が取り付けられている場合もある。このように構成された冷媒回路の密閉空間内に所定の量の冷媒（例えば、ＣＯ_２冷媒）が封入されている。

ベース１７の底面部には、ヒートポンプ給湯室外機１を支持するための第１脚部材２１および第２脚部材２２が取り付けられている。第１脚部材２１が左側、第２脚部材２２が右側に位置している。ヒートポンプ給湯室外機１の設置時には、第１脚部材２１および第２脚部材２２が地面、土台、台座等の設置面に固定される。

ヒートポンプ給湯室外機１の右側面部には、後述する貯湯装置と湯水のやり取りをするための外部水配管（図示せず）を接続可能な接続バルブとしての水入口バルブ２９および給湯出口バルブ３０が設置されている。水入口バルブ２９および給湯出口バルブ３０は、バルブ支持部材としてのバルブベッド２８に固定されて支持されている。図示の構成では、水入口バルブ２９が下側、給湯出口バルブ３０が上側となるように、両者が縦に並んで配置されている。機械室１４内では、水冷媒熱交換器８の水入口部と水入口バルブ２９との間が内部水配管１９により接続され、水冷媒熱交換器８の給湯出口部と給湯出口バルブ３０との間が内部水配管２０により接続されている。図３に示すように、バルブベッド２８は、平板状をなしており、筐体の後面右側面部１８ｂの右側面部分の外側に重なるように位置する。バルブベッド２８と、筐体の後面右側面部１８ｂの右側面部分との間には、緩衝部材２３が介挿されている。緩衝部材２３は、例えばゴム等の弾性材料または可撓性材料で構成されている。図４に示すように、バルブベッド２８は、連結部３１を介して第２脚部材２２と連結されている。連結部３１は、第２脚部材２２からヒートポンプ給湯室外機１の右側面部に向かって略水平に延び、バルブベッド２８の下端に繋がっている。本実施形態では、バルブベッド２８、連結部３１および第２脚部材２２が一体的に形成されて一体化された構造となっているが、ボルト等の固定部材を介してこれらが連結固定された構成となっていてもよい。

上述したように、本実施形態では、バルブベッド２８が第２脚部材２２と連結されており、バルブベッド２８が第２脚部材２２によって直接的に保持されるので、ヒートポンプ給湯室外機１の運搬時や設置使用時等において、バルブベッド２８は十分な保持強度を有している。なお、図１に示すように、筐体の後面右側面部１８ｂの右側面部分には、水入口バルブ２９および給湯出口バルブ３０を保護するためのサービスパネル２７が取り付け可能になっている。

次に、水冷媒熱交換器８の構造と機能について説明する。図３に示すように、水冷媒熱交換器８は、水配管８ａに冷媒配管８ｂが密着接合され、水配管８ａ内の水と冷媒配管８ｂ内の冷媒とで熱交換が行われるようになっている。水冷媒熱交換器８は、このような接合構造で、略直方体形状の収納容器１２に収納可能となるように数回曲げ成形されている。吐出管５の接続側の冷媒配管８ｂと水配管８ａとの接合端部８ｃからは、冷媒配管が接合されていない状態の水配管が給湯出口バルブ３０まで延びて、内部水配管２０を構成している。図示を省略するが、同様にして、反対側の接合端部８ｃからは、冷媒配管が接合されていない状態の水配管が水入口バルブ２９まで延びて、内部水配管１９を構成している。

次に、水冷媒熱交換器８以外の機能部品について説明する。詳細な図示を省略しているが、圧縮機２の内部には、冷媒の圧縮動作を行う圧縮部と、圧縮部と接続され圧縮部を駆動するモータとが組み込まれ、外部から電源供給されることによりモータと圧縮部とが所定の回転数で駆動するようになっている。圧縮機２の下部の脚板２ａには、３〜４個の概略円筒形のゴムあるいは金属コイルの成形品の防振マウント３が取り付けられ、防振マウント３は、ベース１７上面に設置され、圧縮機２を弾性的に支持している。また、冷媒を吸入するための吸入管４が圧縮機２に取り付けられ、冷媒を圧縮機２内部で圧縮後、吐出するための吐出管５が圧縮機２に取り付けられている。送風機６は、２〜３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が組み合わせられ、外部からの電源供給によりモータとプロペラ翼とが所定の回転数で回転するようになっている。膨張弁（図示せず）は冷媒流路本体外側面にコイル部材が取り付けられ、コイル部材に外部から通電することにより発生する電磁作用により、内部の流路抵抗調節部を稼動させて冷媒の流路抵抗を調節し、膨張弁の冷媒上流側高圧と冷媒下流側低圧を所定の圧力に調節している。空気冷媒熱交換器７は、複数回往復曲げ成形された長い冷媒配管に多数のアルミ薄板のフィンが密着して略平板状になっており、冷媒配管内の冷媒とフィン周辺の空気とで熱交換が行われるようになっており、送風機６による送風でフィン周辺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。電気部品収納箱９は、圧縮機２、膨張弁、送風機６等を駆動制御するインバータ電源等の電気部品を収納し、インバータ電源は、圧縮機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、また、膨張弁の開度を所定の量に変化させ、また、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よう制御している。

次に、ヒートポンプ給湯室外機１と貯湯装置との組み合わせ構成について説明する。ヒートポンプ給湯室外機１は、図示しない貯湯装置と組み合わされて使用される。貯湯装置には、例えば数百リットル程度の容量の貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を外部に送る送水ポンプとが組み込まれる。送水ポンプの入口部は、貯湯タンク下部に接続された配管に接続される。送水ポンプの出口部には、外部水配管の一端が接続され、この外部水配管の他端がヒートポンプ給湯室外機１の水入口バルブ２９に接続される。ヒートポンプ給湯室外機１の給湯出口バルブ３０に一端が接続される外部水配管の他端は、貯湯タンクの上部に接続された配管に接続される。ヒートポンプ給湯室外機１と貯湯装置とは、これらの外部水配管と、電気配線とを介して接続される。このようにして、ヒートポンプ給湯室外機１と貯湯装置とで給湯回路が構成される。

次に、貯湯装置内の貯湯タンク内の湯量を増やすための沸き上げ運転におけるヒートポンプ給湯室外機１の動作について説明する。電気部品収納箱９に収納されたインバータ電源から圧縮機２内のモータに電源供給されるとモータが駆動し、モータと接続された圧縮機２内の圧縮部が駆動する。インバータ電源は、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、冷媒が循環して行われるヒートポンプサイクルの循環速度および冷媒の流量を変化させることにより、所定の沸き上げ能力に調節制御している。また、電気部品収納箱９に収納されたインバータ電源から送風機６のモータに電源供給されるとモータが駆動し、モータと接続された送風機６のプロペラ翼が回転駆動する。インバータ電源は、モータの回転数を数百ｒｐｍ〜千ｒｐｍ程度に変化させ、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により、空気冷媒熱交換器７での冷媒と空気の熱交換量を所定の量に調節制御している。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、空気冷媒熱交換器７と反対側の前方へ排出される。また、電気部品収納箱９に収納されたインバータ電源から膨張弁の冷媒流路本体外側面に取り付けられたコイル部材に通電されると、冷媒流路本体内部の流路抵抗調節部を稼動させて冷媒の流路抵抗度を調節し、膨張弁の上流側高圧と下流側低圧の冷媒を所定の圧力に調節制御している。圧縮機２の回転数、送風機６の回転数、膨張弁の流路抵抗度は、ヒートポンプ給湯室外機１の設置環境および使用環境に応じて制御される。圧縮機２内の圧縮部が駆動すると圧縮部内で冷媒の圧縮動作が行われ、低圧冷媒は吸入管４から圧縮機２に吸入される。低圧冷媒は圧縮機２内の圧縮部で高温高圧冷媒に圧縮され、圧縮機２から吐出管５に吐出される。高温高圧冷媒は、吐出管５から水冷媒熱交換器８の冷媒入口部に流入し、水冷媒熱交換器８で低温水と熱交換し、低温水を加熱して高温湯を生成させる。高温高圧冷媒は、水冷媒熱交換器８でエンタルピを低下させ、温度を低下させて水冷媒熱交換器８の冷媒出口部から膨張弁の入口部に流入する。高圧冷媒は膨張弁で所定の圧力に減圧され温度降下し低温低圧冷媒となり膨張弁の出口部から空気冷媒熱交換器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、エンタルピを増加させ、空気冷媒熱交換器７の出口部から吸入管４に流入し、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、貯湯装置内の送水ポンプにより貯湯タンク内の下部の低温水が外部水配管を通ってヒートポンプ給湯室外機１に送られ、水入口バルブ２９を介して内部水配管１９に流入し、水冷媒熱交換器８の水入口部に流入し、水冷媒熱交換器８で冷媒と熱交換し加熱されて高温湯に生成される。生成された高温湯は、水冷媒熱交換器８の給湯出口部から内部水配管２０に流入し、給湯出口バルブ３０を介して外部水配管を通って貯湯装置に送られ、貯湯タンク上部に戻される。このようにして、貯湯タンク内の高温湯の量が増やす沸き上げ運転が行われる。

次に、圧縮機２の動作と、ヒートポンプ給湯室外機１の振動、騒音および低周波音の発生との関係について説明する。圧縮機２内の圧縮部が駆動し、圧縮部内で冷媒の圧縮動作が行われる時、冷媒の圧力変動および内部可動部品の動作により、圧縮機２には、上下方向、横方向等いくつかの方向の並進振動および回転振動が発生し、その周波数成分は、圧縮機２の回転数の整数倍で、低い倍数の周波数成分の方が大きく発生する傾向が高い。圧縮機の振動は、下記（ア）〜（オ）に例示する経路により、防振マウント３および配管を介してベース１７および筐体各部に伝達する。
（ア）圧縮機２→防振マウント３→ベース１７
（イ）圧縮機２→吸入管４→空気冷媒熱交換器７→ベース１７→筐体各部
（ウ）圧縮機２→吐出管５→水冷媒熱交換器８→ベース１７→筐体各部
（エ）圧縮機２→吐出管５→水冷媒熱交換器８→内部水配管１９→水入口バルブ２９→バルブベッド２８→筐体の後面右側面部１８ｂ→筐体各部
（オ）圧縮機２→吐出管５→水冷媒熱交換器８→内部水配管２０→給湯出口バルブ３０→バルブベッド２８→筐体の後面右側面部１８ｂ→筐体各部

このように、圧縮機２の振動がベース１７および筐体各部に伝達し、ヒートポンプ給湯室外機１の振動、騒音および低周波音の原因となる可能性があるが、一般に、内部水配管１９および内部水配管２０は、冷媒配管より外径の大きい配管で構成されるため、剛性が高く、広範囲の周波数の振動を伝達し易い特性がある。このため、上記（エ）および（オ）の経路による振動伝達が、ヒートポンプ給湯室外機１の振動、騒音および低周波音の主要因となることが一般的である。

これに対し、本実施形態のヒートポンプ給湯室外機１では、地面等の設置面に固定された第２脚部材２２にバルブベッド２８が連結されているため、バルブベッド２８の振動および振幅が第２脚部材２２によって確実に抑制される。このため、上記（エ）および（オ）の経路によって筐体各部に振動が伝達することを確実に抑制することができ、筐体各部の振動による振動、騒音および低周波音の発生を確実に抑制することができる。これにより、筐体各部への防振部材の貼り付け、筐体各部の板厚増加、筐体各部への補強部材の取り付け等の対策が不要または削減可能となるので、製造コストの増加を抑制することができる。

また、本実施形態では、バルブベッド２８と、筐体の後面右側面部１８ｂの右側面部分との間に介在した緩衝部材２３が振動を吸収して減衰させるので、バルブベッド２８から筐体の後面右側面部１８ｂへの振動伝達をより確実に抑制することができる。このため、筐体各部の振動をより確実に抑制することができ、筐体各部の振動による振動、騒音および低周波音の発生をより確実に抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ヒートポンプ給湯室外機１の振動、騒音および低周波音を低コストで効果的に低減することができる。給湯を行うヒートポンプ給湯室外機１は、深夜電力を利用して稼動される場合が多いため、深夜の振動や騒音、特に低周波音には使用者の関心が高い。このため、本実施形態による低周波音低減効果は著しく貢献する。また、ヒートポンプ給湯室外機１がＣＯ_２冷媒を使用する場合には、Ｒ４１０Ａ冷媒を使用した空調機と比較して、圧縮機２に発生する振動は大きい。このため、本実施形態による低周波音低減効果は著しく貢献する。

なお、本実施形態では、水冷媒熱交換器８にて冷媒と水とが熱交換して湯を生成するヒートポンプ給湯室外機１を例に説明したが、本発明は、水以外の液状熱媒体（例えば、ブライン、不凍液等）と冷媒とが水冷媒熱交換器８にて熱交換する空気調和機用のヒートポンプ室外機などにも適用可能である。

１ ヒートポンプ給湯室外機
２ 圧縮機
２ａ 脚板
３ 防振マウント
４ 吸入管
５ 吐出管
６ 送風機
７ 空気冷媒熱交換器
８ 水冷媒熱交換器
８ａ 水配管
８ｂ 冷媒配管
８ｃ 接合端部
９ 電気部品収納箱
９ａ 端子台
１０ 収納囲部材
１１ 収納蓋部材
１２ 収納容器
１３ 収納容器蓋
１４ 機械室
１５ 送風機室
１６ 仕切板
１７ ベース
１８ａ 前面左側面部
１８ｂ 後面右側面部
１８ｃ 上面部
１９，２０ 内部水配管
２１ 第１脚部材
２２ 第２脚部材
２３ 緩衝部材
２４，２７ サービスパネル
２８ バルブベッド
２９ 水入口バルブ
３０ 給湯出口バルブ
３１ 連結部

Claims (4)

1. 封入した冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記冷媒と水または液状熱媒体との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、
   前記冷媒回路および前記水冷媒熱交換器を収容する筐体と、
   前記水または前記液状熱媒体が通る外部の配管である外部水配管を接続可能な接続バルブと、
   前記接続バルブを支持するバルブ支持部材と、
   前記筐体の内部で前記水冷媒熱交換器と前記接続バルブとの間を接続し、前記水または前記液状熱媒体が通る内部水配管と、
   前記筐体の底部に設けられ、前記筐体を支持する脚部材と、
   を備え、
   前記バルブ支持部材と前記脚部材とを連結する連結部を含み、
   前記連結部は、前記脚部材から略水平に延びて前記バルブ支持部材の下端に繋がっているヒートポンプ室外機。
2. 前記筐体と前記バルブ支持部材との間に緩衝部材が介挿されている請求項１に記載のヒートポンプ室外機。
3. 前記緩衝部材は、弾性材料または可撓性材料で構成されている請求項２記載のヒートポンプ室外機。
4. 前記バルブ支持部材と前記脚部材との連結は固定部材を介してなされる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒートポンプ室外機。

Images