(57)【要約】【課題】熱交換効率の高いヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】圧縮機２、凝縮器７、膨張弁５、蒸発器４を冷媒配管８で環状に接続したヒートポンプ回路９を備え、蒸発器４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、冷媒を導入させる冷媒入口４ａと、冷媒を流出させる冷媒出口４ｂと、冷媒入口４ａと連通し冷媒入口４ａから導入された冷媒を複数の冷媒流路４ｆの入口部に分配するための分配構造部４ｈとを有し、分配構造部４ｈは、冷媒入口４ａに近い手前側の冷媒流路４ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路４ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されているヒートポンプ装置において、プレート式熱交換器は、冷媒流路４ｆが縦方向となるように起立姿勢で設置され、冷媒入口４ａおよび分配構造部４ｈはプレート式熱交換器上部に位置させ、冷媒出口４ｂはプレート式熱交換器下部に位置させた。【選択図】図６
2019032103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を備え、前記蒸発器は、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循環液を流通させる液体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されたプレート式熱交換器で構成され、該プレート式熱交換器は、冷媒を導入させる冷媒入口と、冷媒を流出させる冷媒出口と、前記冷媒入口と連通し前記冷媒入口から導入された冷媒を複数の前記冷媒流路の入口部に分配するための分配構造部とを有し、該分配構造部は、前記冷媒入口に近い手前側の前記冷媒流路の入口部よりも奥側の前記冷媒流路の入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されているヒートポンプ装置において、前記プレート式熱交換器は、前記冷媒流路が縦方向となるように起立姿勢で設置され、前記冷媒入口および前記分配構造部は、前記プレート式熱交換器上部に位置させ、前記冷媒出口は、前記プレート式熱交換器下部に位置させるようにしたことを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発器として機能する熱交換器をプレート式熱交換器で構成したヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のものでは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を備え、蒸発器をプレート式熱交換器で構成し、蒸発器において、冷媒と循環液とを熱交換させ、熱交換によって冷却された循環液を空調用途に使用し、被空調空間を冷却する冷却運転を行うものがあり、上記プレート式熱交換器は、冷媒を導入させる冷媒入口と、冷媒入口と連通し冷媒入口から導入された冷媒を複数の冷媒流路の入口部に分配するための分配構造部とを有し、分配構造部は、冷媒入口に近い手前側の冷媒流路の入口部よりも奥側の冷媒流路の入口部ほど流路抵抗が小さくなるようにしたことで、これまで冷媒入口に近い手前側の冷媒流路ほど冷媒は流れやすく通過量が多かったものを、奥側の冷媒流路にもきちんと冷媒が行き渡るように流れるようにして、各冷媒流路に流入する冷媒を均等に分配させて熱交換効率を向上させるものがあった。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この従来のものは、冷媒入口がプレート式熱交換器の下部に位置していると共に分配構造部もプレート式熱交換器の下部に位置し、冷媒出口がプレート式熱交換器の上部に位置している。蒸発器では冷媒は気液二相の状態であり、冷媒の状態は一様ではなく、負荷の状況に応じて気相冷媒に対して液相冷媒が多い場合も、液相冷媒に対して気相冷媒が多い場合もある。
【０００５】
ここで、蒸発器において、液相冷媒が多かった場合、冷媒入口および分配構造部がプレート式熱交換器の下部に位置し、冷媒出口がプレート式熱交換器の上部に位置していると、液相冷媒はプレート式熱交換器の下部に溜まりやすくなる。そのため、分配構造部には溜まった液相冷媒の分量に応じた液相冷媒の自重分の圧力がかかることになり、分配構造部では想定される分配比率で冷媒を分配することができず、この場合は熱交換効率が低下してしまうという問題点を有するものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、凝縮器、減圧手段、蒸発器を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプ回路を備え、前記蒸発器は、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循環液を流通させる液体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されたプレート式熱交換器で構成され、該プレート式熱交換器は、冷媒を導入させる冷媒入口と、冷媒を流出させる冷媒出口と、前記冷媒入口と連通し前記冷媒入口から導入された冷媒を複数の前記冷媒流路の入口部に分配するための分配構造部とを有し、該分配構造部は、前記冷媒入口に近い手前側の前記冷媒流路の入口部よりも奥側の前記冷媒流路の入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されているヒートポンプ装置において、前記プレート式熱交換器は、前記冷媒流路が縦方向となるように起立姿勢で設置され、前記冷媒入口および前記分配構造部は、前記プレート式熱交換器上部に位置させ、前記冷媒出口は、前記プレート式熱交換器下部に位置させるものとした。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の請求項１によれば、蒸発器であるプレート式熱交換器は、冷媒流路が縦方向となるように起立姿勢で設置され、冷媒入口および分配構造部は、プレート式熱交換器上部に位置させ、冷媒出口は、プレート式熱交換器下部に位置させることで、冷媒入口から流入する冷媒が液相の多い状態であったとしても、冷媒は分配構造部から冷媒流路に向かって落下していくため、分配構造部に液相冷媒が溜まることはなく、分配構造部に液相冷媒の自重分の圧力がかかることはなく、液相冷媒の自重という外乱を含めることなく想定通りの分配比率で冷媒を各冷媒流路に振り分けることができ、さらに、冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向にしたことで、気液二相状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力で落下しやすくなり冷媒の流速が上がるので、熱交換効率を高くすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態のヒートポンプ装置の概略構成図。
【図２】（ａ）プレート式熱交換器（負荷側熱交換器）の正面側斜視図。          （ｂ）プレート式熱交換器（負荷側熱交換器）の平面図。          （ｃ）図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図。          （ｄ）図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。
【図３】プレート式熱交換器（負荷側熱交換器）内部の要部拡大図。
【図４】プレート式熱交換器（負荷側熱交換器）内部の他の要部拡大図。
【図５】ヒートポンプ装置の冷却運転時の動作を説明する概略図。
【図６】（ａ）冷却運転時における負荷側熱交換器での冷媒の流れおよび循環液の流れを説明するための図。          （ｂ）負荷側熱交換器内部での冷媒の流れを説明する図。
【図７】本発明の第２実施形態のヒートポンプ装置の概略構成図。
【図８】（ａ）プレート式熱交換器（熱源側熱交換器）の正面側斜視図。          （ｂ）プレート式熱交換器（熱源側熱交換器）の平面図。          （ｃ）図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図。          （ｄ）図８（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。
【図９】プレート式熱交換器（熱源側熱交換器）内部の要部拡大図。
【図１０】ヒートポンプ装置の加熱運転時の動作を説明する概略図。
【図１１】（ａ）加熱運転時における熱源側熱交換器での冷媒の流れおよび循環液の流れを説明するための図。            （ｂ）熱源側熱交換器内部での冷媒の流れを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、この発明の第１実施形態のヒートポンプ装置の構成について、図面に基づき詳細に説明する。
１は冷温熱を供給するヒートポンプ式の熱源機としてのヒートポンプユニットで、ヒートポンプユニット１は、その筐体内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機２、四方弁３、負荷側熱交換器４、減圧手段としての膨張弁５、送風ファン６の作動により送られる空気との熱交換を行う熱源側熱交換器７を備え、それらを冷媒配管８で環状に接続してヒートポンプ回路９を形成しているものである。なお、ヒートポンプ回路８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ものである。
【００１０】
前記冷媒配管８に設けられた四方弁３は、ヒートポンプ回路９における冷媒の流れ方向を切り換える切換弁としての機能を有し、圧縮機２から吐出された冷媒を、負荷側熱交換器４、膨張弁５、熱源側熱交換器７の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（加熱運転時の状態）と、圧縮機２から吐出された冷媒を、熱源側熱交換器７、膨張弁５、負荷側熱交換器４の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（冷却運転時の状態）とに切換可能なものである。
【００１１】
１０はヒートポンプユニット１で加熱または冷却された負荷側循環液が供給され、供給された負荷側循環液の熱を利用することで被空調空間の空調を行う熱交換端末であり、熱交換端末１０としては冷暖房兼用の輻射パネルやファンコイル等を用いるものである。なお、熱交換端末１０は、図１では１つしか設けられていないが、複数であってもよいものであり、数量や仕様が特に限定されるものではない。
【００１２】
１１は負荷側熱交換器４と熱交換端末１０とを負荷側配管１２で環状に接続した負荷側循環回路で、負荷側配管１２には、負荷側循環回路１１に負荷側循環液（例えば、水や不凍液等）を循環させる回転数可変の負荷側循環ポンプ１３と、熱交換端末１０から負荷側熱交換器４に流入する負荷側循環液の温度を検出する戻り温度センサ１４と、負荷側循環液を貯留し負荷側循環回路１１の圧力を調整する負荷側シスターン１５とを備えているものである。
【００１３】
１６は各種のデータやプログラムを記憶する記憶手段と、演算・制御処理を行う制御手段とを備えた制御部であり、制御部１６は、ヒートポンプユニット１内の各種センサの信号や、リモコン１７からの信号を受け、圧縮機２、四方弁３、膨張弁５、送風ファン６、負荷側循環ポンプ１３の駆動を制御するものである。
【００１４】
ここで、前記負荷側熱交換器４について説明すると、前記負荷側熱交換器４は液・冷媒熱交換器であり、プレート式熱交換器で構成され、ヒートポンプユニット１の筐体内では起立した状態で設置されているものであり、図２（ａ）に示すように、負荷側熱交換器４の一側面には、冷媒が流通する冷媒配管８が接続される第１接続口４ａ、第２接続口４ｂと、負荷側循環液が流通する負荷側配管１２が接続される負荷側循環液流入接続口４ｃ、負荷側循環液流出接続口４ｄとの４つの接続口が設けられており、前記第１接続口４ａには、負荷側熱交換器４と膨張弁５とをつなぐ冷媒配管８の一端が接続され、第２接続口４ｂには、四方弁３と負荷側熱交換器４とをつなぐ冷媒配管８の一端が接続され、負荷側循環液流入接続口４ｃには、熱交換端末１０から負荷側熱交換器４に戻ってくる負荷側循環液を流通させる負荷側配管１２の一端が接続され、負荷側循環液流出接続口４ｄには、負荷側熱交換器４から熱交換端末１０に向かう負荷側循環液を流通させる負荷側配管１２の一端が接続されている。また、第１接続口４ａは負荷側熱交換器４の一側面の右上部に設けられると共に、負荷側循環液流入接続口４ｃは負荷側熱交換器４の一側面の左上部に設けられ、第１接続口４ａおよび負荷側循環液流入接続口４ｃは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、さらに、第２接続口４ｂは負荷側熱交換器４の一側面の右下部に設けられると共に、負荷側循環液流出接続口４ｄは負荷側熱交換器４の一側面の左下部に設けられ、第２接続口４ｂおよび負荷側循環液流出接続口４ｄは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、第１接続口４ａと第２接続口４ｂとは鉛直方向の略同一直線上に配置され、負荷側循環液流入接続口４ｃと負荷側循環液流出接続口４ｄとは鉛直方向の略同一直線上に配置されるものである。
【００１５】
さらに、図２（ｂ）〜（ｄ）によって負荷側熱交換器４に用いるプレート式熱交換器の構造について詳細に説明する。図２（ｂ）は負荷側熱交換器４を平面視した図を示し、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示し、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図を示したものである。なお、図２中の冷媒の流れ方向および負荷側循環液の流れ方向は、後述する負荷側熱交換器４を蒸発器として機能させたときの冷却運転時の流れ方向を示すものとする。
【００１６】
前記負荷側熱交換器４は、複数の縦長の伝熱プレート４ｅ（ここでは簡略化したプレート式熱交換器を示しているため伝熱プレート４ｅを７枚とする）が積層され、冷媒を流通させる冷媒流路４ｆと負荷側循環液を流通させる液体流路４ｇとが各伝熱プレート４ｅを境にして交互に形成されており、冷媒流路４ｆおよび液体流路４ｇが縦方向（垂直方向）となるように起立姿勢で設置され、第１接続口４ａおよび第２接続口４ｂは、負荷側熱交換器４の各冷媒流路４ｆと連通し、負荷側熱交換器４を蒸発器として機能させたときに冷媒入口となる第１接続口４ａから流入した冷媒は、３つの冷媒流路４ｆに分配されて並列に流通して、各冷媒流路４ｆを流れる冷媒は第２接続口４ｂ側で合流し、負荷側熱交換器４を蒸発器として機能させたときに冷媒出口となる第２接続口４ｂから流出するものであり、負荷側循環液流入接続口４ｃおよび負荷側循環液流出接続口４ｄは、負荷側熱交換器４の各液体流路４ｇと連通し、負荷側循環液流入接続口４ｃから流入した負荷側循環液は、３つの液体流路４ｇに分配されて並列に流通して、各液体流路４ｇを流れる負荷側循環液は負荷側循環液流出接続口４ｄ側で合流し、負荷側循環液流出接続口４ｄから流出するものである。なお、冷媒と負荷側循環液とが混合しないように区切る構造は公知の構造を採用しているため、ここでの説明は省略する。
【００１７】
また、図３は図２（ｃ）の要部を拡大した図であり、負荷側熱交換器４を蒸発器として機能させたときに冷媒入口となる第１接続口４ａ側であって、第１接続口４ａから導入された冷媒を各冷媒流路４ｆの入口部に所定の分配比率で分配する分配構造部４ｈを有するものであり、分配構造部４ｈは、第１接続口４ａに近い手前側の冷媒流路４ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路４ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されているものである。なお、本実施形態では、各冷媒流路４ｆの入口部にあたる伝熱プレート４ｅの一部を冷媒流路４ｆを閉塞する方向に突出させ、突出させる長さによって各冷媒流路４ｆの入口部に分配される冷媒の分配比率を定めているものであるが、図４に示すように、第１接続口４ａと各冷媒流路４ｆの入口部との間の冷媒が流通する空間内に冷媒分配管を設置し、冷媒分配管に複数形成され冷媒を分配する分配孔を、各冷媒流路４ｆの入口部と対向させるように位置させると共に、分配孔の径（または孔面積）を第１接続口４ａに近い手前側の冷媒流路４ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路４ｆの入口部ほど大きくなるように形成するようにして、第１接続口４ａに近い手前側の冷媒流路４ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路４ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成された上記冷媒分配管を、分配構造部４ｈとしてもよいものであり、要するに、分配構造部４ｈは、冷媒入口側であって各冷媒流路４ｆの入口部に位置し、冷媒入口に近い手前側の冷媒流路４ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路４ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されていれば、特に限定されるものではない。
【００１８】
次に、ヒートポンプ装置の冷却運転時の動作について図５および図６を用いて説明する。
図５中の矢線は、冷媒、負荷側循環液の流れる方向を示したものである。また、図６（ａ）は負荷側熱交換器４を模式的に表した図で、冷却運転時の負荷側熱交換器４（蒸発器）における、冷媒、負荷側循環液の流れる方向を詳細に示したものであり、図６（ｂ）は負荷側熱交換器４の第１接続口４ａ（冷媒入口）から冷媒流路４ｆに導入される冷媒の流れを示したものであり、図６中では、冷媒の流れを破線の矢印で示し、負荷側循環液の流れを一点鎖線の矢印で示している。なお、本実施形態のヒートポンプ装置では加熱運転を行うこともできるが、ここでは冷却運転時の動作のみを説明するものとし、加熱運転の説明は省略する。
【００１９】
リモコン１７から、負荷側熱交換器４において負荷側循環液を冷却し熱交換端末１０に冷熱を供給する冷却運転の指示がなされると、制御部１６は、四方弁３を冷却運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機２、膨張弁５、負荷側循環ポンプ１３を駆動させて冷却運転を開始させ、冷媒は、圧縮機２、熱源側熱交換器７、膨張弁５、負荷側熱交換器４の順で循環し、負荷側循環液は負荷側熱交換器４から熱交換端末１０に循環され、熱交換端末１０から再度、負荷側熱交換器４に戻されるものである。この時、負荷側熱交換器４は蒸発器として機能し、熱源側熱交換器７は凝縮器として機能するものである。
【００２０】
制御部１６は、冷却運転中、負荷側循環液の温度を検出する戻り温度センサ１４の検出値が、リモコン１７の設定温度に基づいて設定される目標温度になるように、圧縮機２の回転数を制御するものである。
【００２１】
前記冷却運転中、ヒートポンプ回路９において、負荷側熱交換器４は蒸発器として機能し、膨張弁５から吐出された低温低圧の気液二相状態の冷媒と負荷側循環ポンプ１３により循環される負荷側循環液とが熱交換され、負荷側循環液が冷却されると共に液相の冷媒が加熱され蒸発して気相の冷媒となるものであるが、負荷側熱交換器４では、図６（ａ）に示すように、膨張弁５から吐出された冷媒は、負荷側熱交換器４の一側面上部に位置する第１接続口４ａから流入し、負荷側熱交換器４の冷媒流路４ｆを通過して、負荷側熱交換器４の一側面下部に位置する第２接続口４ｂから流出し、圧縮機２に向かう一方で、負荷側循環液は、負荷側熱交換器４の一側面上部に位置する負荷側循環液流入接続口４ｃから流入し、負荷側熱交換器４の液体流路４ｇを通過して、負荷側熱交換器４の一側面下部に位置する負荷側循環液流出接続口４ｄから流出する。
【００２２】
ここで、図６（ｂ）に示すように、負荷側熱交換器４の冷媒の動きのみに注目すると、第１接続口４ａから流入した冷媒は、分配構造部４ｈにて各冷媒流路４ｆに分配されるものであり、例えば、第１接続口４ａから流入する冷媒が液相の多い状態であったとしても、冷媒入口である第１接続口４ａおよび分配構造部４ｈがプレート式熱交換器の上部に位置し、冷媒出口である第２接続口４ｂがプレート式熱交換器の下部に位置していることから、冷媒は分配構造部４ｈから冷媒流路４ｆに向かって落下していくため、分配構造部４ｈに液相冷媒が溜まることはなく、分配構造部４ｈに液相冷媒の自重分の圧力がかかることはない。つまり、液相冷媒の自重という外乱を含めることなく想定通りの分配比率で冷媒を各冷媒流路４ｆに振り分けることができるものであり、分配構造部４ｈでは、第１接続口４ａに近い手前側の冷媒流路４ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路４ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成して、手前側の冷媒流路４ｆを冷媒が流れにくく奥側の冷媒流路４ｆを冷媒が流れやすくなるようにして、各冷媒流路４ｆに冷媒を均等に分配することができ、熱交換効率を高くすることができるものである。さらに、蒸発器としての負荷側熱交換器４を、冷媒流路４ｆが縦方向となるように起立姿勢で設置し、第１接続口４ａおよび分配構造部４ｈを、負荷側熱交換器４（プレート式熱交換器）上部に位置するようにし、第２接続口４ｂを負荷側熱交換器４（プレート式熱交換器）下部に位置するようにして、冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向にしたことで、膨張弁５から吐出された気液二相状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力で落下しやすくなり冷媒の流速が上がるので、熱交換効率を高くすることができるものである。なお、本実施形態のように、蒸発器として機能する負荷側熱交換器４において、冷媒入口である第１接続口４ａと、分配構造部４ｈとをプレート式熱交換器の上部に位置させ、冷媒出口である第２接続口４ｂをプレート式熱交換器の下部に位置させたものと、比較例として、蒸発器として機能する負荷側熱交換器４において、冷媒入口である第１接続口４ａと、分配構造部４ｈとをプレート式熱交換器の下部に位置させ、冷媒出口である第２接続口４ｂをプレート式熱交換器の上部に位置させたものと用意し、上述の負荷側熱交換器４の相違点を除いて他全てを同条件にして実験的に双方共に冷却運転を行ってみたところ、比較例に比べて本実施形態の方が、ＣＯＰ（＝成績係数）で３％程度高く、本実施形態のものが結果的にも熱交換効率が高いことが示されたものである。
【００２３】
また、本実施形態では、負荷側熱交換器４を、縦方向に冷媒流路４ｆが形成されたプレート式熱交換器としたことで、このプレート式熱交換器の冷媒流路４ｆにおける冷媒の流れは、Ｕターンするような折り返しがなく、冷媒が流入する一方側から冷媒が流出する他方側に向かう一方向の流れしかないため、簡易な構成で、蒸発器として機能するプレート式熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向に設定することができ、冷媒の流速を低下させるような妨げもなく、液相の冷媒は重力で落下しやすく、冷媒の流速が上がり、熱交換効率を高くすることができるものである。さらに、複数の縦長の伝熱プレートを積層し、冷媒流路４ｆおよび液体流路４ｇが縦方向の縦長流路となるように、起立した姿勢で設置するようにしたことで、冷媒の流路は縦長の流路となり、液相の冷媒は重力の作用をより長く受けることができるので、熱交換が良好に行われるものである。
【００２４】
次に、この発明の第２実施形態のヒートポンプ装置の構成について、図７に基づき説明するが、この実施形態は先に説明した第１実施形態と同一部分については同一符号を付し説明を省略して相違する点についてのみ説明する。
【００２５】
１８は熱源側熱交換器７を流通する冷媒を加熱または冷却する熱源として地中に設置された地中熱交換器で、熱源側熱交換器７の液体流路７ｇと地中熱交換器１８とを熱源側配管１９で環状に接続して熱源側循環回路２０を形成するものであり、熱源側配管１９には、熱源側循環回路２０に熱源側循環液（例えば、水や不凍液等）を循環させる回転数可変の熱源側循環ポンプ２１と、熱源側循環液を貯留し熱源側循環回路２０の圧力を調整する熱源側シスターン２２とを備えているものである。
【００２６】
また、前記熱源側熱交換器７について説明すると、本実施形態では、熱源側熱交換器７は負荷側熱交換器４と同様、液・冷媒熱交換器であり、プレート式熱交換器で構成され、ヒートポンプユニット１の筐体内では起立した状態で設置されているものであり、図８（ａ）に示すように、熱源側熱交換器７の一側面には、冷媒が流通する冷媒配管８が接続される第３接続口７ａ、第４接続口７ｂと、熱源側循環液が流通する熱源側配管１９が接続される熱源側循環液流入接続口７ｃ、熱源側循環液流出接続口７ｄとの４つの接続口が設けられており、前記第３接続口７ａには、膨張弁５と熱源側熱交換器７とをつなぐ冷媒配管８の一端が接続され、第４接続口７ｂには、熱源側熱交換器７と四方弁３とをつなぐ冷媒配管８の一端が接続され、熱源側循環液流入接続口７ｃには、地中熱交換器１８から熱源側熱交換器７に戻ってくる熱源側循環液を流通させる熱源側配管１９の一端が接続され、熱源側循環液流出接続口７ｄには、熱源側熱交換器７から地中熱交換器１８に向かう熱源側循環液を流通させる熱源側配管１９の一端が接続されている。また、第３接続口７ａは熱源側熱交換器７の一側面の左上部に設けられると共に、熱源側循環液流入接続口７ｃは熱源側熱交換器７の一側面の右上部に設けられ、第３接続口７ａおよび熱源側循環液流入接続口７ｃは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、さらに、第４接続口７ｂは熱源側熱交換器７の一側面の左下部に設けられると共に、熱源側循環液流出接続口７ｄは熱源側熱交換器７の一側面の右下部に設けられ、第４接続口７ｂおよび熱源側循環液流出接続口７ｄは略同じ高さ位置に横並びに配置されているものであり、第３接続口７ａと第４接続口７ｂとは鉛直方向の略同一直線上に配置され、熱源側循環液流入接続口７ｃと熱源側循環液流出接続口７ｄとは鉛直方向の略同一直線上に配置されるものである。
【００２７】
さらに、図８（ｂ）〜（ｄ）によって熱源側熱交換器７に用いるプレート式熱交換器の構造について詳細に説明する。図８（ｂ）は熱源側熱交換器７を平面視した図を示し、図８（ｃ）は図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示し、図８（ｄ）は図８（ｂ）のＢ−Ｂ断面図を示したものである。なお、図８中の冷媒の流れ方向および熱源側循環液の流れ方向は、後述する熱源側熱交換器７を蒸発器として機能させたときの加熱運転時の流れ方向を示すものとする。
【００２８】
前記熱源側熱交換器７は、複数の縦長の伝熱プレート７ｅ（ここでは簡略化したプレート式熱交換器を示しているため伝熱プレート７ｅを７枚とする）が積層され、冷媒を流通させる冷媒流路７ｆと熱源側循環液を流通させる液体流路７ｇとが各伝熱プレート７ｅを境にして交互に形成されており、冷媒流路７ｆおよび液体流路７ｇが縦方向（垂直方向）となるように起立姿勢で設置され、第３接続口７ａおよび第４接続口７ｂは、熱源側熱交換器７の各冷媒流路７ｆと連通し、熱源側熱交換器７を蒸発器として機能させたときに冷媒入口となる第３接続口７ａから流入した冷媒は、３つの冷媒流路７ｆに分配されて並列に流通して、各冷媒流路７ｆを流れる冷媒は第４接続口７ｂ側で合流し、熱源側熱交換器７を蒸発器として機能させたときに冷媒出口となる第４接続口７ｂから流出するものであり、熱源側循環液流入接続口７ｃおよび熱源側循環液流出接続口７ｄは、熱源側熱交換器７の各液体流路７ｇと連通し、熱源側循環液流入接続口７ｃから流入した熱源側循環液は、３つの液体流路７ｇに分配されて並列に流通して、各液体流路７ｇを流れる熱源側循環液は熱源側循環液流出接続口７ｄ側で合流し、熱源側循環液流出接続口７ｄから流出するものである。なお、冷媒と熱源側循環液とが混合しないように区切る構造は公知の構造を採用しているため、ここでの説明は省略する。
【００２９】
また、図９は図８（ｃ）の要部を拡大した図であり、熱源側熱交換器７を蒸発器として機能させたときに冷媒入口となる第３接続口７ａ側であって、第３接続口７ａから導入された冷媒を各冷媒流路７ｆの入口部に所定の分配比率で分配する分配構造部７ｈを有するものであり、分配構造部７ｈは、第３接続口７ａに近い手前側の冷媒流路７ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路７ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されているものである。なお、本実施形態では、各冷媒流路７ｆの入口部にあたる伝熱プレート７ｅの一部を冷媒流路７ｆを閉塞する方向に突出させ、突出させる長さによって各冷媒流路７ｆの入口部に分配される冷媒の分配比率を定めているものであるが、先に第１実施形態で説明した図４に示すような冷媒分配管を用いて冷媒を分配させてもよいものであり、要するに、分配構造部７ｈは、冷媒入口側であって各冷媒流路７ｆの入口部に位置し、冷媒入口に近い手前側の冷媒流路７ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路７ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成されていれば、特に限定されるものではない。
【００３０】
次に、ヒートポンプ装置の加熱運転時の動作について図１０および図１１を用いて説明する。図１０中の矢線は、冷媒、負荷側循環液、熱源側循環液の流れる方向を示したものである。また、図１１（ａ）は熱源側熱交換器７を模式的に表した図で、加熱運転時の熱源側熱交換器７（蒸発器）における、冷媒、熱源側循環液の流れる方向を詳細に示したものであり、図１１（ｂ）は熱源側熱交換器７の第３接続口７ａ（冷媒入口）から冷媒流路７ｆに導入される冷媒の流れを示したものであり、図１１中では冷媒の流れを破線の矢印で示し、熱源側循環液の流れを一点鎖線の矢印で示している。なお、本実施形態のヒートポンプ装置では冷却運転を行うこともできるが、冷却運転については、先に説明した第１実施形態と熱源側熱交換器７において冷媒と熱交換を行うために利用されるのが空気熱か地中熱かの違いはあるものの基本的には同様の動作であるため説明は省略し、ここでは加熱運転時の動作のみを説明するものとする。
【００３１】
リモコン１７から、負荷側熱交換器４において負荷側循環液を加熱し熱交換端末１０に温熱を供給する加熱運転の指示がなされると、制御部１６は、四方弁３を加熱運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機２、膨張弁５、負荷側循環ポンプ１３、熱源側循環ポンプ２１を駆動させて加熱運転を開始させ、冷媒は、圧縮機２、負荷側熱交換器４、膨張弁５、熱源側熱交換器７の順で循環し、負荷側循環液は負荷側熱交換器４から熱交換端末１０に循環され、熱交換端末１０から再度、負荷側熱交換器４に戻され、熱源側循環液は熱源側熱交換器７から地中熱交換器１８に循環され、地中熱交換器１８から再度、熱源側熱交換器７に戻されるものである。この時、負荷側熱交換器４は凝縮器として機能し、熱源側熱交換器７は蒸発器として機能するものである。
【００３２】
制御部１６は、加熱運転中、負荷側循環液の温度を検出する戻り温度センサ１４の検出値が、リモコン１７の設定温度に基づいて設定される目標温度になるように、圧縮機２の回転数を制御するものである。
【００３３】
前記加熱運転中、ヒートポンプ回路９において、熱源側熱交換器７は蒸発器として機能し、膨張弁５から吐出された低温低圧の気液二相状態の冷媒と熱源側循環ポンプ２１により循環される熱源側循環液とが熱交換され、熱源側循環液が冷却されると共に液相の冷媒が加熱され蒸発して気相の冷媒となるものであるが、熱源側熱交換器７では、図１１（ａ）に示すように、膨張弁５から吐出された冷媒は、熱源側熱交換器７の一側面上部に位置する第３接続口７ａから流入し、熱源側熱交換器７の冷媒流路７ｆを通過して、熱源側熱交換器７の一側面下部に位置する第４接続口７ｂから流出し圧縮機２に向かう一方で、熱源側循環液は、熱源側熱交換器７の一側面上部に位置する熱源側循環液流入接続口７ｃから流入し、熱源側熱交換器７の液体流路７ｇを通過して、熱源側熱交換器７の一側面下部に位置する熱源側循環液流出接続口７ｄから流出する。
【００３４】
ここで、図１１（ｂ）に示すように、熱源側熱交換器７の冷媒の動きのみに注目すると、第３接続口７ａから流入した冷媒は、分配構造部７ｈにて各冷媒流路７ｆに分配されるものであり、例えば、第３接続口７ａから流入する冷媒が液相の多い状態であったとしても、冷媒入口である第３接続口７ａおよび分配構造部７ｈがプレート式熱交換器の上部に位置し、冷媒出口である第４接続口７ｂがプレート式熱交換器の下部に位置していることから、冷媒は分配構造部７ｈから冷媒流路７ｆに向かって落下していくため、分配構造部７ｈに液相冷媒が溜まることはなく、分配構造部７ｈに液相冷媒の自重分の圧力がかかることはない。つまり、液相冷媒の自重という外乱を含めることなく想定通りの分配比率で冷媒を各冷媒流路７ｆに振り分けることができるものであり、分配構造部７ｈでは、第３接続口７ａに近い手前側の冷媒流路７ｆの入口部よりも奥側の冷媒流路７ｆの入口部ほど流路抵抗が小さくなるように構成して、手前側の冷媒流路７ｆを冷媒が流れにくく奥側の冷媒流路７ｆを冷媒が流れやすくなるようにして、各冷媒流路７ｆに冷媒を均等に分配することができ、熱交換効率を高くすることができるものである。さらに、蒸発器としての熱源側熱交換器７を、冷媒流路７ｆが縦方向となるように起立姿勢で設置し、第３接続口７ａおよび分配構造部７ｈを、熱源側熱交換器７（プレート式熱交換器）上部に位置するようにし、第４接続口７ｂを熱源側熱交換器７（プレート式熱交換器）下部に位置するようにして、冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向にしたことで、膨張弁５から吐出された気液二相状態の冷媒のうち液相の冷媒は重力で落下しやすくなり冷媒の流速が上がるので、熱交換効率を高くすることができるものである。なお、本実施形態のように、蒸発器として機能する熱源側熱交換器７において、冷媒入口である第３接続口７ａと、分配構造部７ｈとをプレート式熱交換器の上部に位置させ、冷媒出口である第４接続口７ｂをプレート式熱交換器の下部に位置させたものと、比較例として、蒸発器として機能する熱源側熱交換器７において、冷媒入口である第３接続口７ａと、分配構造部７ｈとをプレート式熱交換器の下部に位置させ、冷媒出口である第４接続口７ｂをプレート式熱交換器の上部に位置させたものと用意し、上述の熱源側熱交換器７の相違点を除いて他全てを同条件にして実験的に双方共に加熱運転を行ってみたところ、比較例に比べて本実施形態の方が、ＣＯＰ（＝成績係数）で３％程度高く、本実施形態のものが結果的にも熱交換効率が高いことが示されたものである。
【００３５】
また、本実施形態では、熱源側熱交換器７を、縦方向に冷媒流路７ｆが形成されたプレート式熱交換器としたことで、このプレート式熱交換器の冷媒流路７ｆにおける冷媒の流れは、Ｕターンするような折り返しがなく、冷媒が流入する一方側から冷媒が流出する他方側に向かう一方向の流れしかないため、簡易な構成で、蒸発器として機能するプレート式熱交換器での冷媒の流れ方向を上から下に向かう方向に設定することができ、冷媒の流速を低下させるような妨げもなく、液相の冷媒は重力で落下しやすく、冷媒の流速が上がり、熱交換効率を高くすることができるものである。さらに、複数の縦長の伝熱プレートを積層し、冷媒流路７ｆおよび液体流路７ｇが縦方向の縦長流路となるように、起立した姿勢で設置するようにしたことで、冷媒の流路は縦長の流路となり、液相の冷媒は重力の作用をより長く受けることができるので、熱交換が良好に行われるものである。なお、本実施形態のプレート式熱交換器で構成された負荷側熱交換器４において、負荷側熱交換器４が蒸発器として機能する冷却運転時には、負荷側熱交換器４でも上記と同様の効果を発揮することができるものである。
【００３６】
なお、本発明は先に説明した一実施形態に限定されるものでなく、本実施形態では、ヒートポンプユニット１の熱源として地中熱交換器１８を示したが、熱源としては、地中熱の他、河川の水、海水、井戸水、貯水等が利用可能であり、種類は問わないものであり、さらに、熱源側熱交換器７に供給される熱源側循環液は熱源側循環回路２０のような閉回路を循環する形態でなくてもよく、熱源側循環液は熱源側熱交換器７で熱交換した後は外部に排出されるような開放式の形態であってもよいものである。
【符号の説明】
【００３７】
２    圧縮機
４    負荷側熱交換器
４ａ  第１接続口
４ｂ  第２接続口
４ｅ  伝熱プレート
４ｆ  冷媒流路
４ｇ  液体流路
４ｈ  分配構造部
５    膨張弁
７    熱源側熱交換器
７ａ  第３接続口
７ｂ  第４接続口
７ｅ  伝熱プレート
７ｆ  冷媒流路
７ｇ  液体流路
７ｈ  分配構造部
８    冷媒配管
９    ヒートポンプ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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