JP2003247747A - 熱交換器及びそれを用いたヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交
換器を提供できるようにすることと、高効率のヒートポ
ンプ運転が行えるＣＯ２冷媒を用いたヒートポンプ式給
湯機を提供できるようにする。 【解決手段】 熱交換器は、内部に被熱交換液が流れる
第１熱交換パイプ１２Ａと、内部に熱媒体が流れる第２
熱交換パイプ１２Ｂとを備え、この第２熱交換パイプ
は、第１熱交換パイプに対して螺旋状に捩じられた状態
で埋設されている構成である。一方、ヒートポンプ式給
湯機は、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプ１２Ａ
と、内部にＣＯ２冷媒が流れる第２熱交換パイプ１２Ｂ
とから構成された熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯
機であり、熱交換器は、第２熱交換パイプ１２Ｂが、第
１熱交換パイプ１２Ａに対して螺旋状に捩じられた状態
で埋設されている構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器及びそれ
を用いたヒートポンプ式給湯機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に、この種のヒートポンプ式給
湯機では、特開２００１−１１６３５７号公報に開示さ
れているように、冷媒対水用の熱交換器を用いて、冷媒
の熱と水とを熱交換することにより、水を加熱して給湯
タンク等に貯溜可能としている。

【０００３】ところで、従来の冷媒対水用の熱交換器１
は、図６に示すように、給湯回路の水が流れる第１熱交
換パイプ２と、圧縮機で圧縮された高温・高圧のガス冷
媒が流れる冷媒循環回路の第２熱交換パイプ３とが接触
して熱交換するように、交互に重ねて螺旋状に巻回され
ており、全体形状が略円筒状となるように構成れてい
る。

【０００４】前記熱交換器１は、それの下端側が、例え
ば、ヒートポンプ式給湯機の外装ケースの底板４上に載
置され、上端側に被せた固定用蓋板５と外装ケースの底
板４とをボルト・ナット等の固定具６を用いて外装ケー
ス内に設置固定されてなるものである。

【０００５】上述した従来構成の冷媒対水用の熱交換器
１においては、第１及び第２熱交換パイプ２、３の接触
面積を増加させるために、両熱交換パイプ２、３の縦断
面形状を偏平楕円状に形成しているものの、両熱交換パ
イプ２、３は交互に重なった状態であるため、巻数を増
やして熱交換率を高めようとすると、熱交換器１の高さ
が高くなり大型化してしまう問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の実情
に鑑みてなされたものであり、コンパクトで、かつ、熱
交換効率の高い熱交換器を提供できるようにすること
と、高効率のヒートポンプ運転が行えるＣＯ２冷媒を用
いたヒートポンプ式給湯機を提供できるようにすること
を主目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の熱交換
器に係る発明では、内部に被熱交換液が流れる第１熱交
換パイプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプと
を備え、この第２熱交換パイプは、前記第１熱交換パイ
プに対して螺旋状に捩じられた状態で埋設されているこ
とを特長とする。

【０００８】請求項２に記載の熱交換器に係る発明で
は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内
部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプとを備え、
これら複数の第２熱交換パイプは、前記第１熱交換パイ
プに対して螺旋状に捩じられた状態で埋設されているこ
とを特長とする。

【０００９】請求項３に記載の熱交換器に係る発明で
は、請求項２に記載の熱交換器において、前記複数の第
２熱交換パイプは、第１熱交換パイプの点対称位置に設
けられていることを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機に
係る発明では、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプ
と、内部にＣＯ２冷媒が流れる第２熱交換パイプとから
構成された熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機にお
いて、前記熱交換器は、第２熱交換パイプが、前記第１
熱交換パイプに対して螺旋状に捩じられた状態で埋設さ
れていることを特長とする。

【００１１】請求項５に記載のヒートポンプ式給湯機に
係る発明では、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプ
と、内部にＣＯ２冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプ
とから構成された熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯
機において、前記熱交換器は、複数の第２熱交換パイプ
が、前記第１熱交換パイプに対して螺旋状に捩じられた
状態で埋設されていることを特長とする。

【００１２】請求項６に記載のヒートポンプ式給湯機に
係る発明では、請求項５に記載されたヒートポンプ式給
湯機において、前記複数の第２熱交換パイプは、第１熱
交換パイプの点対称位置に設けられていることを特徴と
する。

【００１３】

【発明の実施形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明の一
実施形態における熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯
機の全体概略構成図、図２は冷媒循環回路及び給湯回路
を示す概略図、図３は外装ケースの底板上に固定された
状態の冷媒対水用熱交換器の縦断面図、図４は第２熱交
換パイプが埋設された状態の第１熱交換パイプの拡大縦
断面図、図５は第２熱交換パイプが埋設された状態を示
す第１熱交換パイプの要部斜視図である。

【００１４】図１及び図２において、ヒートポンプ式給
湯機１０は、圧縮機１１、冷媒対水用熱交換器（以下、
単に熱交換器という）１２、減圧装置１３及び蒸発器１
４を有し、これらの構成部品を順次冷媒配管にて接続し
てなる冷媒循環回路Ａと、貯湯タンク１５、循環ポンプ
１６及び前記熱交換器１２を有し、これらの構成部品を
順次温水配管にて接続してなる給湯回路Ｂとから構成さ
れている。前記圧縮機１１、熱交換器１２、減圧装置１
３、蒸発器１４、貯湯タンク１５及び循環ポンプ１６等
は外装ケース１７内に収容されている。

【００１５】前記外装ケース１７は、上室１７Ａと下室
１７Ｂとに仕切り壁１８にて仕切られており、前記上室
１７Ａ内には圧縮機１１、蒸発器１４及びこの蒸発器１
４に送風する送風機１９等が配置され、一方、前記下室
１７Ｂ内には熱交換器１２、貯湯タンク１５及び循環ポ
ンプ１６等が配置されている。符号２０は外装ケース１
７の底板としての架台であり、この架台２０上に熱交換
器１２と循環ポンプ１６が載置固定され、貯湯タンク１
５が支持脚１５Ａを介して載置固定されている。

【００１６】上記したヒートポンプ式給湯機１０では、
前記圧縮機１１より吐出された高温・高圧のＣＯ２冷媒
の過熱ガス冷媒は、前記熱交換器１２に流入し、ここで
前記循環ポンプ１６から送られてきた水を加熱する。そ
して、凝縮液化した冷媒は、前記減圧装置１３で減圧さ
れ、前記蒸発器１４に流入し、ここで大気熱を吸熱して
蒸発ガス化し、前記圧縮機１１へ戻る。一方、前記熱交
換器１２で加熱された湯は、前記貯湯タンク１５の上部
に流入し、この貯湯タンク１５で貯湯され、この貯湯タ
ンク１５に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給さ
れる。

【００１７】次に、前記した熱交換器１２について、図
３〜図５に基づき詳述すると、図において、前記熱交換
器１２は、内部に前記循環ポンプ１６から送られた水
（被熱交換液）が流れる第１熱交換パイプ１２Ａと、内
部にＣＯ２冷媒の過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れ、冷媒
配管に対して互いに並列接続された２経路(複数)の第２
熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂとが、熱交換関係に設けら
れている。

【００１８】即ち、前記第１熱交換パイプ１２Ａは、そ
れの周壁に軸方向に沿って延びる２条の窪み部２２、２
２が連続的に形成され、図３乃至図５に示すように、こ
れら窪み部２２、２２内には、前記第２熱交換パイプ１
２Ｂ、１２Ｂがそれぞれ介挿されて埋設され、しかも、
図５に示すように、前記複数の第２熱交換パイプ１２
Ｂ、１２Ｂは、第１熱交換パイプ１２Ａに対してそれぞ
れ螺旋状に捩じられた状態で埋設されているものであ
り、また、前記複数の熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂは、
図４に示すように、互いに前記第１熱交換パイプ１２Ａ
の点対称位置に埋設されている。

【００１９】ここで、前記第１熱交換パイプ１２Ａは、
例えば厚さが約１ｍｍで外径が約１２．７ｍｍの銅パイ
プを素材としたものであり、前記第２熱交換パイプ１２
Ｂ、１２Ｂは、前記第１熱交換パイプ１２Ａと同質材料
である例えば厚さが約１．２ｍｍで外径が約６ｍｍの銅
パイプを素材としたものである。

【００２０】上述のように、それぞれ螺旋状に捩じった
状態で複数の第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂを埋設し
て一体化させた第１熱交換パイプ１２Ａは、図３に示す
ように、螺旋状に巻回されることにより、熱交換器１２
が全体形状として略円筒状に形成される。

【００２１】また、前記熱交換器１２は、図３に示すよ
うに、外装ケース１７の架台２０上に載置されると共に
上端に固定用蓋板２３が被せられて、この固定用蓋板２
３と架台２０とがボルト・ナット等の締着具２４によっ
て締着されることで、架台２０上に載置固定される。符
号２５は熱交換器１２の外周を覆う断熱材である。

【００２２】次に、前記熱交換器１２の加工方法につい
て説明すると、先ず、第１熱交換パイプ１２Ａを構成す
る銅パイプを、第１のダイス（図示せず）がセットされ
た引き抜き加工機（図示せず）に挿入する。即ち、引き
抜き加工機により、内部に被熱交換液としての水を流す
ための第１熱交換パイプ１２Ａの周壁に、点対称位置
で、かつ、それの軸方向に沿って２条の窪み部２２、２
２を形成する。

【００２３】次に、内部に熱媒体としてのＣＯ２冷媒を
流すための２本の銅パイプにてなる第２熱交換パイプ１
２Ｂ、１２Ｂを用意し、これら第２熱交換パイプ１２
Ｂ、１２Ｂを第１熱交換パイプ１２Ａの各窪み部２２、
２２に介挿した後、その状態の第１熱交換パイプ１２Ａ
を第２のダイス（図示せず）をセットした引き抜き加工
機に挿入する。即ち、引き抜き加工機により、第１熱交
換パイプ１２Ａをそれの径方向に加圧変形させて、この
第１熱交換パイプ１２Ａの点対称位置に各第２熱交換パ
イプ１２Ｂ、１２Ｂを抱き込んだ形で圧着固定するが、
この引き抜き加工の際に、第１熱交換パイプ１２Ａを回
転させながら引き抜くことにより、前記複数の第２熱交
換パイプ１２Ｂ、１２Ｂは、第１熱交換パイプ１２Ａに
対してそれぞれ螺旋状に捩じられた状態で埋設一体化さ
れる。

【００２４】ここで、第１熱交換パイプ１２Ａは、第２
熱交換パイプ２２を抱き込んだ状態で断面の外輪がやや
横長な楕円状であるのが望ましい。

【００２５】次に、前記第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２
Ｂを埋設して抱き込んだ状態の第１熱交換パイプ１２Ａ
を、治具或いは加工機等を用いて螺旋状に巻回成型し、
略円筒状の熱交換器１２が形成される。

【００２６】上述のように構成された熱交換器１２は、
それぞれＣＯ２冷媒の過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れる
複数の第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂを、水（被熱交
換液）が流れる第１熱交換パイプ１２Ａに埋設して抱き
込んだ形態とし、その状態の第１熱交換パイプ１２Ａを
螺旋状に巻回することにより、その形状を略円筒状に形
成して成るものであるから、両熱交換パイプ２、３を交
互に重ねて螺旋状に巻回した従来構成品（図６参照）に
比べてコンパクト化が図れる。

【００２７】また、第１熱交換パイプ１２Ａに対して、
複数の第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂがそれぞれ螺旋
状に捩じられた状態で埋設された構成であるから、水
（被熱交換液）が流れる第１熱交換パイプ１２Ａに対
し、ＣＯ２冷媒の過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れる第２
熱交換パイプ１２Ｂの１本当たりの長さを長くすること
が可能となり、その分、熱交換効率が向上するととも
に、第２熱交換パイプ１２Ｂが螺旋状に捩じられて埋設
されることで、その捩じれの影響を受けて第１熱交換パ
イプ１２Ａ内の水（被熱交換液）の流れが乱流となり、
熱交換を一層促進されることができ、第２熱交換パイプ
１２Ｂ、１２Ｂ内を流れるＣＯ２冷媒の過熱ガス冷媒の
熱が第１熱交換パイプ１２Ａ内を流れる水に良好に熱交
換され、その水を約９０℃に加熱でき、熱交換効率を大
幅に向上させることができる。

【００２８】さらに、第１熱交換パイプ１２Ａに対し
て、複数の第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂがそれぞれ
螺旋状に捩じられた状態で埋設されたものでは、第１熱
交換パイプ１２Ａを螺旋状に巻回して略円筒状の熱交換
器１２を形成する際に、第１熱交換パイプ１２Ａの窪み
部２２、２２から第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂが外
れ難くなるものである。

【００２９】また、前記両熱交換パイプ１２Ａ、１２
Ｂ、１２Ｂは、それぞれ同材質金属としての銅パイプが
用いられているから、互いに接触する第１熱交換パイプ
１２Ａと第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂとの間で電食
が発生する心配がなく、電食が原因での腐食や穴開き等
が防止される。

【００３０】また、上記構成の熱交換器１２を用いたヒ
ートポンプ式給湯機１０では、熱交換器１２のコンパク
ト化が図れ、しかも、水とＣＯ２冷媒との熱交換効率を
向上させることが可能であるから、外装ケース１７内を
効率良く活用できるともに、ＣＯ２冷媒を用いた高効率
のヒートポンプ運転が行える。

【００３１】尚、上記した本発明の一実施形態では、第
１熱交換パイプ１２Ａに２条の窪み部２２、２２を形成
し、これら２条の窪み部２２、２２に夫々第２熱交換パ
イプ１２Ｂ、１２Ｂを介挿しているが、本発明は、第１
熱交換パイプ１２Ａに１条の窪み部２２を形成し、この
１条の窪み部２２に１本の第２熱交換パイプ１２Ｂを介
挿して埋設させた形態であって良く、また、第１熱交換
パイプ１２Ａに、例えば、３条、或いは４条の窪み部２
２を点対称位置となるように形成し、これら３条、或い
は４条の窪み部２２にそれぞれ第２熱交換パイプ１２Ｂ
を介挿して埋設させたた形態であって良い。

【００３２】さらに、上述の説明に基づいて当業者にと
って種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明
の主旨を逸脱しない範囲で種々の代替例、修正又は変形
を包含するものである。

【００３３】

【発明の効果】請求項１又は２に記載の熱交換器に係る
発明は、以上のように構成されているので、熱交換器の
コンパクト化が図れるばかりでなく、第１熱交換パイプ
に対して、第２熱交換パイプが螺旋状に捩じられた状態
で埋設された構成であるから、被熱交換液が流れる第１
熱交換パイプよりも、熱媒体が流れる第２熱交換パイプ
の１本当たりの長さを長くできて、熱交換効率を向上さ
せることができるとともに、第２熱交換パイプの捩じれ
の影響で、第１熱交換パイプ内の被熱交換液の流れが乱
流となり、そのため、熱媒体と被熱交換液との熱交換を
一層促進できる。

【００３４】請求項４又は５に記載のヒートポンプ式給
湯機に係る発明は、以上のように構成されているので、
熱交換器のコンパクト化が図れ、しかも、湯水とＣＯ２
冷媒との熱交換効率を一層向上させることが可能とな
り、給湯機自体の大きさをコンパクト化できるととも
に、高効率のヒートポンプ運転が行なえるＣＯ２冷媒を
用いたヒートポンプ式給湯機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す熱交換器を備えたヒ
ートポンプ式給湯機の全体概略構成図である。

【図２】同じくヒートポンプ式給湯機の冷媒循環回路及
び給湯回路を示す概略図である。

【図３】同じく外装ケースの底板上に固定された状態の
冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。

【図４】同じく第２熱交換パイプが埋設された状態の第
１熱交換パイプの拡大縦断面図である。

【図５】同じく第２熱交換パイプが埋設された状態を示
す第１熱交換パイプの要部斜視図である。

【図６】従来例における冷媒対水用熱交換器の縦断面図
である。

【符号の説明】

１０ ヒートポンプ式給湯機 １１ 圧縮機 １２ 冷媒対水用熱交換器（熱交換器） １２Ａ 第１熱交換パイプ １２Ｂ 第２熱交換パイプ １３ 減圧装置 １４ 蒸発器 １５ 貯湯タンク １６ 循環ポンプ １７ 外装ケース ２２ 窪み部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粕川 信幸 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 式地 千明 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 Ｆターム(参考） 3L036 AA04 AE34 3L103 AA05 AA37 AA39 BB42 BB43 CC02 CC40 DD05 DD09 DD36 DD70

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パ
   イプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプとを備
   え、この第２熱交換パイプは、前記第１熱交換パイプに
   対して螺旋状に捩じられた状態で埋設されていることを
   特長とする熱交換器。
2. 【請求項２】 内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パ
   イプと、内部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプ
   とを備え、これら複数の第２熱交換パイプは、前記第１
   熱交換パイプに対して螺旋状に捩じられた状態で埋設さ
   れていることを特長とする熱交換器。
3. 【請求項３】 前記複数の第２熱交換パイプは、第１熱
   交換パイプの点対称位置に設けられていることを特徴と
   する請求項２に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 内部に湯水が流れる第１熱交換パイプ
   と、内部にＣＯ２冷媒が流れる第２熱交換パイプとから
   構成された熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機にお
   いて、前記熱交換器は、第２熱交換パイプが、前記第１
   熱交換パイプに対して螺旋状に捩じられた状態で埋設さ
   れていることを特長とするヒートポンプ式給湯機。
5. 【請求項５】 内部に湯水が流れる第１熱交換パイプ
   と、内部にＣＯ２冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプ
   とから構成された熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯
   機において、前記熱交換器は、複数の第２熱交換パイプ
   が、前記第１熱交換パイプに対して螺旋状に捩じられた
   状態で埋設されていることを特長とするヒートポンプ式
   給湯機。
6. 【請求項６】 前記複数の第２熱交換パイプは、第１熱
   交換パイプの点対称位置に設けられていることを特徴と
   する請求項５に記載のヒートポンプ式給湯機。