WO2014203514A1

WO2014203514A1 - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: WO2014203514A1
Application number: PCT/JP2014/003188
Authority: WO
Inventors: 和人中谷; 安彦諌山; 繁男青山
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-12-24
Also published as: EP3012551A1; JP2015001356A; EP3012551A4

Abstract

　本発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機（４）と、冷媒入口（５ａ）、冷媒出口（５ｂ）、熱媒入口（５ｃ）および熱媒出口（５ｄ）が設けられ、冷媒と熱媒体との間で熱交換させるプレート式熱交換器（５）と、冷媒を減圧する減圧器（６）と、冷媒と空気との間で熱交換させる蒸発器（７）とを備える。冷媒入口（５ａ）は、冷媒出口（５ｂ）と同じ方向に向けて設けられ、熱媒入口（５ｃ）は、熱媒出口（５ｄ）と異なる高さに、熱媒出口（５ｄ）と反対方向に向けて設けられる。本発明によれば、プレート式熱交換器（５）の内部を流れる熱媒体の流量分布が均一となる。プレート式熱交換器（５）の全体で熱交換が行われるため、プレート式熱交換器（５）の熱交換効率が向上する。

Description

ヒートポンプ装置

　本発明は、ヒートポンプ装置に関するものである。

　ヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器である水冷媒熱交換器、減圧器である膨張弁、および、蒸発器である空気熱交換器を環状に接続した冷媒回路を備え、水冷媒熱交換器において、冷媒と水などの熱媒体との間で熱交換を行わせるものである。このヒートポンプ装置により生成された冷水または温水を用いて冷暖房が行われる（例えば、特許文献１参照）。

　図９は、従来のヒートポンプ装置１１０の内部構成を示す斜視図である。

　図９に示すように、ヒートポンプ装置１１０は、水冷媒熱交換器としてプレート式の水冷媒熱交換器１１１を有する。

　ヒートポンプ装置１１０の内部は、仕切板１１２によって機械室（図９では右手前側）と送風機室（図９では左奥側）とに区画されている。

　機械室には、圧縮機１１３、膨張弁１１４、アキュームレータ１１５等を含む冷媒回路と、プレート式の水冷媒熱交換器１１１が配置されている。

　水冷媒熱交換器１１１は、背面側に、熱媒配管との二つの接続部である熱媒戻りポート１１６および熱媒往きポート１１７を有し、正面側に冷媒配管との二つの接続部を有する。

　水冷媒熱交換器１１１において、熱媒体および冷媒の流路がそれぞれ設けられる複数の熱交換プレートが互いに平行に配置される。

　図１０は、水冷媒熱交換器１１１における熱媒体の流れを示す概念図である。図１０に示すように、複数の熱交換プレート間に設けられた熱媒体の流路は並列に接合され、熱媒体が流れ込む熱媒入口１１１ｃと熱媒体が流れ出す熱媒出口１１１ｄとが、最も背面側に位置する熱交換プレートに設けられる。熱媒入口１１１ｃと熱媒出口１１１ｄとは、熱媒戻りポート１１６と熱媒往きポート１１７とにそれぞれ接合される。

　上記従来技術では、熱媒体を循環させる循環ポンプが、熱媒体の補給および膨張した熱媒体のバッファであるシスターン(Cistern)とともに、ヒートポンプ装置１１０の外部に設置される。循環ポンプおよびシスターン（いずれも不図示）と、ヒートポンプ装置１１０とは、熱媒戻りポート１１６、熱媒往きポート１１７に接合された配管を介して連通する。このようにして、熱媒体が循環する熱媒回路が構成される。

特開２００８－１９６７７７号公報

　従来のプレート式の水冷媒熱交換器において、背面側に、熱媒体が流れ込む熱媒配管との接続部である熱媒入口１１１ｃと熱媒体が流れ出る接続部である熱媒出口１１１ｄの両方が設けられる。

　この構成では、熱媒入口１１１ｃおよび熱媒出口１１１ｄから遠い熱交換プレートほど、熱媒体が流れる流路が長く、それに伴って流路の圧力損失が大きい。

　その結果、図１０に示すように、正面側に近い熱交換プレートほど熱媒体の流量が少ないという不均一な流量分布が生じる。水冷媒熱交換器１１１に生じた熱媒体の流れの偏りは、熱交換効率を低下させる。

　本発明は上記従来の課題を解決するものである。

　本発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒入口、冷媒出口、熱媒入口および熱媒出口が設けられ、冷媒と熱媒体との間で熱交換させるプレート式熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空気との間で熱交換させる蒸発器とを備える。

　冷媒入口は、冷媒出口と同じ方向に向けて設けられ、熱媒入口は、熱媒出口と異なる高さに、熱媒出口と反対方向に向けて設けられる。

　本発明によれば、プレート式熱交換器における熱媒体の流れる複数の流路の長さを略同一とすることができ、プレート式熱交換器における熱媒体の流量分布が均一化される。その結果、良好な熱交換効率を有するプレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるヒートポンプ装置の暖房運転時における概略構成図である。図２は、実施の形態１にかかるヒートポンプ装置の内部構造を示す斜視図である。図３Ａは、実施の形態１にかかるヒートポンプ装置の内部構造を示す断面図である。図３Ｂは、実施の形態１にかかるヒートポンプ装置の内部構造を示す正面図である。図３Ｃは、実施の形態１にかかるヒートポンプ装置の内部構造を示す側面図である。図４は、実施の形態１にかかるヒートポンプ装置のプレート式水冷媒熱交換器の形状と冷媒および熱媒体の流れとを示す斜視図である。図５Ａは、実施の形態１にかかるプレート式水冷媒熱交換器における冷媒の流れを示す概念図である。図５Ｂは、実施の形態１にかかるプレート式水冷媒熱交換器における熱媒体の流れを示す概念図である。図６は、実施の形態１にかかるプレート式水冷媒熱交換器における各相状態の冷媒の分布と熱媒体の温度との関係を示す図である。図７は、実施の形態１にかかるヒートポンプ装置の冷房運転時における概略構成図である。図８は、本発明の実施の形態２にかかるヒートポンプ装置の内部構造を示す正面図である。図９は、従来のヒートポンプ装置の内部構成を示す斜視図である。図１０は、従来のプレート式水冷媒熱交換器における熱媒体の流れを示す概念図である。

　第１の発明のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒入口、冷媒出口、熱媒入口および熱媒出口が設けられ、冷媒と熱媒体との間で熱交換させるプレート式熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空気との間で熱交換させる蒸発器とを備える。

　第１の発明によれば、プレート式熱交換器における熱媒体の流れる複数の流路の長さを略同一とすることができ、プレート式熱交換器における熱媒体の流量分布が均一化される。その結果、良好な熱交換効率を有するプレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置を提供することができる。

　第２の発明は、第１の発明において、熱媒出口と同じ方向に向けて設けられた熱媒往きポートと、熱媒入口と反対方向に向けて設けられた熱媒戻りポートとをさらに備え、熱媒出口が熱媒往きポートと連通し、熱媒入口が熱媒戻りポートと連通するものである。

　第２の発明によれば、熱媒入口と熱媒出口とが互いに反対方向を向いていても、熱媒往きポートと熱媒戻りポートとを同じ方向に向けることができる。

　第３の発明は、第２の発明において、プレート式熱交換器の下方に設置され、熱媒体を循環させる循環ポンプをさらに備え、熱媒入口が循環ポンプを介して熱媒戻りポートと連通するものである。

　第３の発明によれば、プレート式熱交換器と循環ポンプとの占有空間を抑制することができ、ヒートポンプ装置の小型化が可能となる。

　また、第３の発明は、ヒートポンプ装置の設置時における、熱媒往きポートおよび熱媒戻りポートの接合作業において、プレート式熱交換器に直接的な力が加わらない構成である。第３の発明によれば、ヒートポンプ装置の設置時に、プレート式熱交換器の変形およびその変形による熱媒体の漏洩を防止することができる。

　第４の発明は、第１の発明において、熱媒入口が、高圧部品および高圧配線より下方に配置されたものである。第４の発明によれば、内側に突き出た熱媒入口から、熱媒体が漏れ出した場合でも、漏れ出した熱媒体が、高圧部品および高圧配線に接触することを防止することができる。

　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。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるヒートポンプ装置１の暖房運転時における概略構成図である。図１において、図中に示す矢印は、暖房運転時の熱媒体の流れと冷媒の流れとを表している。

　図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機４、水または不凍液等の熱媒体（本実施の形態では水）と冷媒とで熱交換を行う水冷媒熱交換器５、減圧器である膨張弁６、蒸発器である空気熱交換器７が順に接合されて構成された冷媒回路８を備える。

　圧縮機４には、モータを用いて圧縮機４を駆動する圧縮機駆動部４ａと、冷媒回路８内の冷媒を貯留するアキュームレータ４ｂとが設けられる。アキュームレータ４ｂに貯留する冷媒は、圧縮機４において圧縮され四方弁９に送り出される。

　四方弁９には水冷媒熱交換器５と空気熱交換器７とが接合される。暖房運転時には、四方弁９に内蔵された弁が図１に示すように切り替えられ、圧縮機４から供給された温水が水冷媒熱交換器５に供給される。

　水冷媒熱交換器５は、凹凸を有する複数のステンレス板が積層され、ロウ付け接合により一体化されたプレート式の熱交換器であり、熱媒体と、冷媒回路８を循環する冷媒との熱交換を行う。

　水冷媒熱交換器５には、冷媒配管１１が接合され、冷媒が流れ込む冷媒入口５ａと、冷媒配管１１が接合され、冷媒が流れ出す冷媒出口５ｂとが設けられる。また、水冷媒熱交換器５には、熱媒回路３が接合され、熱媒体が流れ込む熱媒入口５ｃと、熱媒回路３が接合され、熱媒体が流れ出す熱媒出口５ｄとが設けられる。

　送風ファン１０は空気熱交換器７に空気を送る。圧力センサ１８は、冷媒回路８に流れる冷媒の圧力を検知する。温度センサ１２は、圧縮機駆動部４ａの出口に接合された配管１３に設けられ、冷媒配管１１の一部である配管１３の温度を検知する。温度センサ１４は、空気熱交換器７に接合された配管１５に設けられ、冷媒配管１１の一部である配管１５の温度を検知する。

　一方、熱媒配管１６は、水冷媒熱交換器５と外部放熱器２と膨張タンク２３と循環ポンプ１７とフロースイッチ２６とを含む。熱媒配管１６において、熱媒体は、熱媒戻りポート１９から水冷媒熱交換器５を経由して熱媒往きポート２０に向かって右回りに流れる。

　循環ポンプ１７は、水冷媒熱交換器５の上流側に設置され、熱媒配管１６内の熱媒体を循環させる。これは、水冷媒熱交換器５の下流側よりも低温の熱媒体が流れる水冷媒熱交換器５の上流側に設けることで、循環ポンプ１７の耐久性を向上させるためである。

　フロースイッチ２６は、循環ポンプ１７の下流側に設けられ、熱媒体の流量を検知する。

　なお、図１において、暖房運転時の冷媒は下方から上方へ、熱媒体は上方から下方へ流れること示す矢印が記載されている。しかし、実際のヒートポンプ装置では、暖房運転時の冷媒は、プレート式の水冷媒熱交換器５の上方から下方へ向かって流れ、熱媒体は、プレート式の水冷媒熱交換器５の下方から上方へと向かって流れる。

　熱媒往きポート２０は、水冷媒熱交換器５の熱媒出口５ｄに接合され、水冷媒熱交換器５で加熱または冷却された熱媒を、熱媒回路３を介して外部放熱器２に導く接合部である。熱媒戻りポート１９は、水冷媒熱交換器５の熱媒入口５ｃに接合され、外部放熱器２で熱交換された熱媒を、熱媒回路３を介して水冷媒熱交換器５に導く接合部である。

　温度センサ２１は、水冷媒熱交換器５に入る熱媒体の温度を測定する。温度センサ２２は、水冷媒熱交換器５から流れ出る熱媒体の温度を測定する。

　膨張タンク２３は、熱媒配管１６に設けられ、熱媒配管１６内の熱媒体の温度が上昇し、熱媒体の体積が膨張した場合にその膨張分を吸収する。これにより、熱媒配管１６内の部品に対する異常な圧力を防止する。

　制御装置２４は、ヒートポンプ装置１に設けられた各センサからの情報と、使用者がヒートポンプ装置１の運転に関する各種設定を行うためのリモコン２５からの情報とに応じて、圧縮機４、膨張弁６、循環ポンプ１７、送風ファン１０等を制御する。

　上記ヒートポンプ装置１において、外部放熱器２、膨張タンク２３、リモコン２５以外の構成要素は、外装体３８内に収納されている。

　図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、図１に示される各構成要素が具体的にどのように外装体３８内に配置されるかを示している。

　図２は、本実施の形態にかかるヒートポンプ装置１の内部構造を示す斜視図である。図２において、ヒートポンプ装置１の内部が、外装体を通して透けて見えるように記載されている。

　図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃはそれぞれ、本実施の形態にかかるヒートポンプ装置１の内部構造を示す横断面図、正面図、側面図である。図３Ａは、図３Ｂにおける３Ａ－３Ａ断面図である。図３Ｂ、図３Ｃは、図２と同様、ヒートポンプ装置１の内部が、外装体を通して透けて見えるように記載されている。

　図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、ヒートポンプ装置１は、前板３５、側板３６、天板３７、底板３４から構成された外装体３８で覆われている。

　仕切板２７は、底板３４に設置され、送風ファン１０が設けられた送風回路室２８と、圧縮機４および膨張弁６等の冷媒回路８が設けられた機械室２９とを区画する。

　圧縮機４は、機械室２９内の底板３４に固定される。電源接続部４ｃは、圧縮機４と圧縮機４に電力を供給するための電気配線との接続部であり、本実施の形態では、圧縮機４の頂部に設けられる。

　冷媒入口５ａ、冷媒出口５ｂ、熱媒入口５ｃは、水冷媒熱交換器５の最も前方のステンレス板の前側の面から前方に突き出すように設けられる。熱媒出口５ｄは、水冷媒熱交換器５の最も後方のステンレス板の後側の面から後方に突き出すように設けられる。

　以下、水冷媒熱交換器５の最も前方のステンレス板の前側の面を水冷媒熱交換器５の前方側壁５ｅ（図４参照）といい、水冷媒熱交換器５の最も後方のステンレス板の後側の面を水冷媒熱交換器５の後方側壁５ｆ（図４参照）という。水冷媒熱交換器５は、後方側壁５ｆが、機械室２９の背面に近接して配置されている。

　このように、冷媒入口５ａと冷媒出口５ｂとは、水冷媒熱交換器５の同じ側に設けられ、熱媒入口５ｃと熱媒出口５ｄとは、互いに反対側に設けられている。すなわち、熱媒入口５ｃは、機械室２９の内側に向けて設置され、熱媒出口５ｄは、機械室２９の外側に向けて設置されている。

　熱媒往きポート２０は、熱媒出口５ｄに接合され、ヒートポンプ装置１の後方に突き出すように設けられる。

　循環ポンプ１７は、ヒートポンプ装置１の内部、具体的には、水冷媒熱交換器５と底板３４との間の空間に配置され、熱媒入口５ｃに接合された熱媒回路３である配管３１を介して底板３４に固定されている。

　熱媒戻りポート１９は、循環ポンプ１７の上流側に接合された熱媒回路３の一部である配管３０に接合され、ヒートポンプ装置１の後方に突き出すように設けられる。フロースイッチ２６は配管３１に設置されている。

　なお、熱媒入口５ｃは、熱媒出口５ｄより下方に設けられる。これにより、高温に熱せられた熱媒体が上方に移動しようとする力を利用することができ、熱媒体を効率的に循環させることができる。

　配管１３は圧縮機４の頂部に接合され、配管１３の上方に四方弁９が設置される。水冷媒熱交換器５の冷媒入口５ａは、配管１３を介して四方弁９の流入口の一つに連通する。

　空気熱交換器７は、水平方向の断面がＬ字形状を有して、送風回路室２８内の底板３４に載置されている。

　送風ファン１０は、空気熱交換器７の内側に設置され、空気熱交換器７に送風し空気と冷媒との間の熱交換を促進する。モータ支持台３３は底板３４に固定され、送風モータ３２を支持する。送風モータ３２は送風ファン１０を駆動する。

　送風回路室２８には、空気熱交換器７、送風ファン１０、送風モータ３２、モータ支持台３３、四方弁９と空気熱交換器７とを連通する冷媒配管、膨張弁６と空気熱交換器７とを連通する冷媒配管が設けられている。機械室２９には、圧縮機４、水冷媒熱交換器５、冷媒回路８に含まれる冷媒配管が設けられている。

　膨張弁６は、冷媒入口５ａより下方に設置された冷媒出口５ｂと冷媒配管を介して連通する。空気熱交換器７は、膨張弁６の下流側と冷媒配管を介して連通する。

　冷媒回路８を構成する冷媒配管は、機械室２９において、圧縮機４の上方及び側方に設けられる。制御装置２４は、機械室２９の最上部に設置される。

　以下、図１を用いて、上記ヒートポンプ装置１の動作を説明する。まず、高温の熱媒体を生成する際の動作に関して説明する。高温の熱媒体の生成時には、四方弁９は実線で示された方向に切替えられている。

　使用者がリモコン２５を用いて運転開始を指示すると、それに応じた信号が制御装置２４から送られ、ヒートポンプ装置１が運転を開始する。

　圧縮機４が運転を開始すると、アキュームレータ４ｂに貯留する冷媒は圧縮機駆動部４ａにより圧縮され、配管１３、四方弁９を経由して水冷媒熱交換器５に送られる。水冷媒熱交換器５は、高温高圧の冷媒と、循環ポンプ１７から送り出された熱媒体との間で熱交換を行わせる。

　高温高圧の冷媒は、冷媒入口５ａから水冷媒熱交換器５に流れ込む際、流通時の圧力損失の小さい気相状態である。気相状態の冷媒は、熱媒体と熱交換して凝縮し、圧力損失の比較的高い二相状態となり、さらに圧力損失の小さい液相状態となって、冷媒出口５ｂから流れ出る。

　水冷媒熱交換器５から流れ出た冷媒は、膨張弁６にて減圧されて膨張し、空気熱交換器７に送られる。膨張した冷媒は、空気熱交換器７を通過する間に、送風ファン１０からの空気と熱交換し、蒸発して気化する。

　気化した冷媒は、四方弁９を通り、アキュームレータ４ｂに戻る。冷媒回路８がこの動作を繰り返すことにより、水冷媒熱交換器５において熱媒体が加熱され、高温の熱媒体が生成される。

　一方、熱媒配管１６において、熱媒体は、循環ポンプ１７によって水冷媒熱交換器５に送られる。水冷媒熱交換器５において加熱された熱媒体は、熱媒回路３、熱媒往きポート２０を経由して、外部放熱器２に送られる。高温の熱媒体は外部放熱器２で放熱する。

　放熱により低温となった熱媒体は、膨張タンク２３、熱媒戻りポート１９を介して循環ポンプ１７に戻る。熱媒配管１６がこの動作を繰り返すことにより、外部放熱器２の設置された室内が暖房される。

　フロースイッチ２６は、熱媒配管１６内に熱媒体が流れていないことを検知すると、制御装置２４に異常信号を送信する。制御装置２４は、異常信号を受信するとヒートポンプ装置１を停止させる。

　以下、本実施の形態にかかる水冷媒熱交換器５について説明する。水冷媒熱交換器５における熱交換性能は、水冷媒熱交換器５における冷媒の流量分布および熱媒体の流量分布に大きく依存する。

　図４は、本実施の形態にかかる水冷媒熱交換器５の形状と冷媒および熱媒体の流れとを示す斜視図である。図４において、冷媒の流れは実線で、熱媒体の流れは破線でそれぞれ記載されている。

　図４に示すように、冷媒は、冷媒入口５ａから水冷媒熱交換器５に流れ込み、後方側壁５ｆ側に向かって流れ、各プレート間に設けられた流路に分かれて上方から下方に進み、水冷媒熱交換器５の下部で合流し、前方側壁５ｅに向かって流れ、冷媒出口５ｂから流れ出る。

　一方、熱媒体は、熱媒入口５ｃから水冷媒熱交換器５に流れ込み、後方側壁５ｆに向かって流れ、各プレート間に設けられた流路に分かれて下方から上方に進み、水冷媒熱交換器５の上部で合流し、後方側壁５ｆに向かって流れ、熱媒出口５ｄから流れ出る。

　このように、暖房運転時は、水冷媒熱交換器５のプレート間の流路において、冷媒は熱媒体と反対方向に流れ、主にその間に冷媒と熱媒体との熱交換が行われる。

　図５Ａ、図５Ｂは、水冷媒熱交換器５における冷媒、熱媒体の流れをそれぞれ示す概念図である。

　図５Ｂに示すように、水冷媒熱交換器５の内部に形成される熱媒体の流路は、いずれのプレート間であっても略同一の長さを有する。これは、前方側壁５ｅに熱媒入口５ｃが設けられ、後方側壁５ｆに熱媒出口５ｄが設けられるからである。その結果、図５Ｂに示すように、熱媒体の流量分布は、水冷媒熱交換器５に設けられた複数の流路において均一化される。

　これに対して、上述の通り、図１０に示す従来の構成においては、背面側では熱媒体の流量が多く、正面側は熱媒体の流量が少ないという不均一な流量分布が生じる。

　しかしながら、冷媒入口５ａと冷媒出口５ｂとが前方側壁５ｅに設けられていても、冷媒の流量分布は熱媒体ほど不均一とならない。この理由について説明する。

　高温の熱媒体を生成する場合、冷媒は冷媒入口５ａから流れ込み、水冷媒熱交換器５において気相状態、二相状態、液相状態と順に相変化する。Ｒ４０７Ｃが冷媒として用いられた場合、冷媒の単位長さ当りの圧力損失は、気相状態で０．０８ｋＰａ／ｍ、二相状態で４．０ｋＰａ／ｍ、液相状態で１．６ｋＰａ／ｍである。

　また、水冷媒熱交換器５における冷媒が占める体積は、気相状態で１とすると、おおよそ二相状態で７、液相状態で２である。

　図６は、水冷媒熱交換器５における各相状態での冷媒の分布と熱媒体の温度との関係を示す図である。図６は、水冷媒熱交換器５における、気相、二相、液相の各状態の冷媒の分布（左側の図）と、冷媒と熱媒体との温度分布（右側の図）を示している。

　図６の右側の図に示すように、冷媒の温度は、気相状態から二相状態への変化時には低下し、二相状態ではほぼ同一に保たれ、二相状態から液相状態への変化時には低下する。

　図６の左側の図に示すように、積層されたプレート間の流路を上方から下方に流れる冷媒のほとんどは二相状態である。二相状態の場合、冷媒がいずれのプレート間の流路を流れても、その圧力損失はほぼ一定である。

　冷媒入口５ａから流れ込んだ気相状態の冷媒の圧力損失は、冷媒入口５ａから遠ざかるに従って増加し、冷媒の流量は減少する。しかしながら、上述の通り、気相状態の冷媒の圧力損失は、二相状態の冷媒と比較して著しく小さい。

　同様に、液相状態の冷媒の圧力損失は二相状態の冷媒より小さいため、水冷媒熱交換器５の下部で合流し、冷媒出口５ｂから流れ出す間、液相状態の冷媒は圧力損失が小さい。

　そのため、図５Ａに示すように、冷媒入口５ａと冷媒出口５ｂとが前方側壁５ｅに設けられても、水冷媒熱交換器５における冷媒の流量分布はほぼ均一となる。この結果、水冷媒熱交換器５の全域で均一な熱交換が行われ、熱交換量と熱交換効率とが向上する。

　すなわち、本発明によれば、プレートの数を少なくして小型軽量化したプレート式熱交換器が、従来と同一性能を有するものとなる。

　また、水冷媒熱交換器５のプレートの数を増やすと、流路の断面積が増加するため、冷媒および熱媒体の圧力損失が減少する。従って、圧力損失の大きい外部放熱器２が使用可能となり、ヒートポンプ装置１の暖房性能を向上させることができる。

　ところで、水または導電性を有する不凍液等である熱媒体が何らかの原因で漏れ出しても、漏れ出した熱媒体が、高圧配線、高圧部品、特に、圧縮機４の電源接続部４ｃ、制御装置２４に接触しないように配慮する必要がある。

　本実施の形態では、図２等に示すように、制御装置２４が機械室２９の最上部、すなわち、熱媒配管１６より上方に設置されている。水冷媒熱交換器５は、前方に突き出た熱媒入口５ｃが電源接続部４ｃより下方に位置するように設置されている。

　このようにして、機械室２９内で漏れ出した熱媒体が、制御装置２４および電源接続部４ｃに接触することを防止する。

　本実施の形態では、熱媒入口５ｃは、前方側壁５ｅの下部から前方に突き出しており、外装体３８から後方に突き出した熱媒戻りポート１９とは反対方向を向いている。循環ポンプ１７は、水冷媒熱交換器５と底板３４との間の空間に配置される。循環ポンプ１７は、配管３０を介して熱媒戻りポート１９と連通し、配管３１を介して熱媒入口５ｃと連通している。

　本実施の形態にかかる水冷媒熱交換器は、循環ポンプを機械室内に設置するために、上述の従来技術に記載の水冷媒熱交換器より適した構成を有している。以下、その理由を説明する。

　上述の従来技術において、水冷媒熱交換器１１１に設けられた熱媒入口１１１ｃおよび熱媒出口１１１ｄはどちらも後方に突き出している。

　このような構成の水冷媒熱交換器１１１に、機械室内で循環ポンプを連通させるための一つの方法は、水冷媒熱交換器１１１の下方に例えばＳ字形状の配管を設け、さらにその下方に循環ポンプを配置することである。

　本実施の形態によれば、循環ポンプ１７を機械室２９内に設置しても、上記設置方法ほど、循環ポンプ１７と熱媒入口５ｃとの間に複雑で長い配管を必要としない。これにより、熱媒配管１６を流れる熱媒体の圧力損失が減少し放熱ロスも減少する。その結果、熱交換性能の向上、消費電力の抑制が可能となる。

　熱媒配管１６を流れる熱媒体の圧力損失が低減すると、様々な外部放熱器２が適用可能となり、ヒートポンプ装置１の設計自由度を高めることができる。

　水冷媒熱交換器１１１に、機械室内で循環ポンプをつなぐための他の方法は、水冷媒熱交換器１１１の後方に循環ポンプのための空間を設けることである。この場合、機械室内に、水冷媒熱交換器１１１および循環ポンプを収容するための大きな空間が必要となる。

　本実施の形態によれば、循環ポンプ１７を機械室２９内に設置しても、上記従来技術の場合ほど、水冷媒熱交換器５および循環ポンプ１７用に大きな空間を必要とせず、ヒートポンプ装置１の小型化が可能となる。

　循環ポンプ１７が底板３４に支持固定されているので、循環ポンプ１７の水抜き作業が容易になる。循環ポンプ１７が、水冷媒熱交換器５および電源接続部４ｃより下方に配置されているので、水抜き作業の際に、高圧部品および高圧配線に水が接触することを防止できる。

　本実施の形態において、循環ポンプ１７は水冷媒熱交換器５の下方に配置され、底板３４にて支持固定されている。循環ポンプ１７の保守点検時には、側板３６を外せば、循環ポンプ１７を容易に露出させることができ、必要に応じて着脱することができる。本実施の形態によれば、保守点検が容易に行える。

　ヒートポンプ装置１が設置される際、配管を介して外部放熱器２と連通するように、熱媒往きポート２０に配管が接合される。配管を介して膨張タンク２３と連通するように、熱媒戻りポート１９に配管が接合される。

　熱媒往きポート２０は、熱媒出口５ｄと熱媒回路３を介して連通している。熱媒戻りポート１９は、熱媒入口５ｃと循環ポンプ１７および熱媒回路３を介して連通している。

　本実施の形態は、ヒートポンプ装置１の設置時における、熱媒往きポート２０および熱媒戻りポート１９の接合作業において、水冷媒熱交換器５に直接的な力が加わらない構成である。本実施の形態によれば、水冷媒熱交換器５の変形およびその変形による熱媒体の漏洩を防止することができる。

　以下、本実施の形態にかかるヒートポンプ装置１の冷房運転時の動作について説明する。

　図７は、ヒートポンプ装置１の冷房運転時における概略構成図である。図７において、図中に示す矢印は、冷房運転時の熱媒体の流れと冷媒の流れとを表している。

　冷房運転時には、四方弁９に内蔵された弁が図７に示すように切り替えられ、冷媒が暖房運転時とは反対回りに冷媒回路８を循環する。その結果、膨張弁６で生成された低温の液冷媒が、水冷媒熱交換器５で熱媒体と熱交換して低温の熱媒体が生成される。

　生成された低温の熱媒体は外部放熱器２に供給され、外部放熱器２の設置された部屋で冷房が行われる。

　冷房運転時の冷媒は、水冷媒熱交換器５のプレート間の流路において、液相状態、二相状態、気相状態と順に相変化しながら、水冷媒熱交換器５のプレート間の流路を下方から上方に流れる。

　そのため、水冷媒熱交換器５における冷媒の流量分布は図６と同様となり、冷房運転時も冷媒の流量分布は略均一となる。本実施の形態の水冷媒熱交換器５は、冷房運転時においても優れた熱交換効率を有する。

　なお、本実施の形態では、外部放熱器２として、輻射暖冷房等のパネル状の外部放熱器を想定しているが、パネルヒータや、送風ファンを備えたファンコンベクタ(Ｆａｎ　ｃｏｎｖｅｃｔｏｒ)等に置き換え可能である。

　（実施の形態２）
　図８は、本発明の実施の形態２にかかるヒートポンプ装置１を示す正面図である。

　図８は、図３Ｂと同様、ヒートポンプ装置１の内部が、外装体３８を通して透けて見えるように記載されている。以下、実施の形態１との相違点のみ説明する。

　実施の形態１では、電源接続部４ｃが圧縮機４の上面に設けられている。一方、本実施の形態では、図８に示すように、電源接続部４ｃは圧縮機４の側面に設けられている。

　本実施の形態によれば、熱媒入口５ｃが電源接続部４ｃより下方に配置されているため、実施の形態１と同様、漏れた熱媒体が電源接続部４ｃに接触することを防止することができる。

　さらに、熱媒入口５ｃより上方に位置する圧縮機４の側面の、水冷媒熱交換器５からより離れた場所に電源接続部４ｃを設ければ、漏れた熱媒体が電源接続部４ｃにさらに接触しにくくすることができる。

　以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、家庭用または業務用の給湯装置、温水暖房装置等に適用可能である。

　１，１１０　ヒートポンプ装置
　２　外部放熱器
　３　熱媒回路
　４，１１３　圧縮機
　４ａ　圧縮機駆動部
　４ｂ，１１５　アキュームレータ
　４ｃ　電源接続部
　５，１１１　水冷媒熱交換器
　５ａ　冷媒入口
　５ｂ　冷媒出口
　５ｃ，１１１ｃ　熱媒入口
　５ｄ，１１１ｄ　熱媒出口
　５ｅ　前方側壁
　５ｆ　後方側壁
　６，１１４　膨張弁
　７　空気熱交換器
　８　冷媒回路
　９　四方弁
　１０　送風ファン
　１１　冷媒配管
　１２，１４，２１，２２　温度センサ
　１３，１５，３０，３１　配管
　１６　熱媒配管
　１７　循環ポンプ
　１８　圧力センサ
　１９，１１６　熱媒戻りポート
　２０，１１７　熱媒往きポート
　２３　膨張タンク
　２４　制御装置
　２５　リモコン
　２６　フロースイッチ
　２７，１１２　仕切板
　２８　送風回路室
　２９　機械室
　３２　送風モータ
　３３　モータ支持台
　３４　底板
　３５　前板
　３６　側板
　３７　天板
　３８　外装体

Claims

　冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒入口、冷媒出口、熱媒入口および熱媒出口が設けられ、冷媒と熱媒体との間で熱交換させるプレート式熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、冷媒と空気との間で熱交換させる蒸発器と、
を備え、
　前記冷媒入口は、前記冷媒出口と同じ方向に向けて設けられ、
　前記熱媒入口は、前記熱媒出口と異なる高さに、前記熱媒出口と反対方向に向けて設けられたヒートポンプ装置。
　前記熱媒出口と同じ方向に向けて設けられた熱媒往きポートと、前記熱媒入口と反対方向に向けて設けられた熱媒戻りポートとをさらに備え、
　前記熱媒出口が前記熱媒往きポートと連通し、前記熱媒入口が前記熱媒戻りポートと連通する請求項１に記載のヒートポンプ装置。
　前記プレート式熱交換器の下方に設置され、前記熱媒体を循環させる循環ポンプをさらに備え、
　前記熱媒入口が前記循環ポンプを介して前記熱媒戻りポートと連通する請求項２に記載のヒートポンプ装置。
　前記熱媒入口が、高圧部品および高圧配線より下方に配置された請求項１に記載のヒートポンプ装置。