JP2004239550A - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】第二流体として炭酸ガス（二酸化炭素）を用いた冷凍サイクル装置（例えば給湯器）における利用側熱交換器のメンテナンス上のコストを低減することを目的とする。
【解決手段】第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】 図１
【解決手段】第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル装置および冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器に関し、特に、給湯装置および給湯装置において給湯用熱交換器として用いられる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図７に示すように、圧縮機１、給湯用熱交換器としての利用側熱交換器２、減圧器３および外気を熱源とする熱源側熱交換器４からなる第二流体回路Ａと、給水ポンプ５、利用側熱交換器２および給湯タンク６からなる第一流体回路Ｂとを備え、利用側熱交換器２において圧縮機１から吐出された第二流体（例えば、冷媒）により給水ポンプ５からの第一流体（例えば、水）を加熱して、給湯タンク６に貯めておくようにした冷凍サイクル装置（例えば、給湯装置）が知られている。
【０００３】
上記構成の冷凍サイクル装置における利用側熱交換器２として、例えば、図８に示すように、外管１１、および漏洩検知溝１２を設けた管１３（以下、漏洩検知管１３とよぶ）からなり、外管１１と漏洩検知管１３との間の空間１５を第一流体（例えば、水）の流路とする一方、漏洩検知管１３の内部１４を第二流体（例えば、冷媒）の流路とした二重管式熱交換器が用いられていた。漏洩検知溝１２は、腐食等が生じて漏洩検知管１３の内部１４と、外管１１と漏洩検知管１３との間の空間１５とが連通し、漏洩検知管１３の内部１４を流れる第一流体（例えば、水）に異物が混入するのを防止するために、漏洩検知溝１２にまで腐食等が進行し、漏洩検知溝１２に第一流体（例えば、水）や第二流体（例えば、冷媒）がしみだした時点でこれを検知する目的（漏洩検知機能）で備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
あるいは、別の構成の利用側熱交換器２として、図９に示すように、第一円管２１、および、第一円管２１の外周に螺旋状に巻かれた第二円管２２からなり、第一円管２１の内部を第一流体（例えば、水）の流路とする一方、第二円管２２の内部を第二流体（例えば、冷媒）の流路とした熱交換器が用いられていた（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１２００８７号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００１−２８０８６２号公報（第６−７頁、第５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば第二流体である冷媒として炭酸ガス（二酸化炭素）を用いることにより、利用側熱交換器２で第一流体（例えば、水）を約６０℃以上の高温に加熱する冷凍サイクル装置（例えば、給湯装置）において、以下のような課題が生じることが明らかになってきた。
【０００７】
図１０は、水（水道水）の温度とランゲリア飽和指数の関係を示した一例である。ランゲリア飽和指数は、水道水に含まれる炭酸カルシウムが析出し、熱交換器の流路内にスケールが付着する障害が発生す危険性を判断するのに用いられる指数であり、この数値が０以上となるほど、スケール付着の障害が発生する危険性が高いことを示す。図１０より、約６０℃以上の高温において、ランゲリア飽和指数が０に近い値となることがわかる。すなわち、第一流体（例えば、水）を約６０℃以上の高温に加熱する冷凍サイクル装置の利用側熱交換器２において、第一流体の流路は、スケール付着により経年的に流路が閉塞し、給水ポンプ５の動力が増加したり、第一流体（例えば、水）が流れなくなる恐れがあるといった課題が生じていた。
【０００８】
また、特に、第二流体である冷媒として炭酸ガス（二酸化炭素）を用いた場合には、圧力が高いために、スケール付着により第一流体流路が閉塞した利用側熱交換器２を現地で交換することが困難であり、冷凍サイクル装置ごと工場に持ち帰って交換するなどの必要があり、メンテナンス上のコストがかかる課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決した熱交換器や冷凍サイクル装置を構成することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１１】
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記圧縮機と前記第一バルブの間に、第二流体貯蔵タンクを備えたことを特徴とする前記本発明の冷凍サイクル装置である。
【００１２】
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置であって、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記利用側熱交換器の第二流体流路の中間部に第三バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１３】
請求項４記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記第一バルブ、第二バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブであることを特徴とする前記本発明の冷凍サイクル装置である。
【００１４】
請求項５記載の本発明の熱交換器は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第二熱交換部を備え、前記第二熱交換部の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記第二熱交換部の第二流体流路の出口部に第三バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする熱交換器である。
【００１５】
請求項６記載の本発明の熱交換器は、前記第一バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブであることを特徴とする前記本発明の熱交換器である。
【００１６】
請求項７記載の本発明の熱交換器は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第三熱交換部を備え、前記第三熱交換部は第一円管の内部を第一流体流路とし、前記第一円管の外周に螺旋状に巻いた第二円管の内部を第二流体流路としたことを特徴とする熱交換器である。
【００１７】
請求項８記載の本発明の熱交換器は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第四熱交換部を備え、前記第四熱交換部では、前記第一熱交換部より第二流体流路の巻き径を大きくしたことを特徴とする熱交換器である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００１９】
本発明による第２の実施の形態は、圧縮機と第一バルブの間に、第二流体貯蔵タンクを備え、第二流体回路Ａ内の炭酸ガス（二酸化炭素）を第二流体貯蔵タンクに圧縮、貯蔵した後、第二バルブを閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器を分離できる構成としたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００２０】
本発明による第３の実施の形態は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置であって、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記利用側熱交換器の第二流体流路の中間部に第三バルブをそれぞれ備えたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００２１】
本発明による第４の実施の形態は、第１および第３の実施の形態において、第一バルブ、第二バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブとしたものである。本実施の形態によれば、第二流体回路Ａから分離された利用側熱交換器の第二流体流路内に残った若干の炭酸ガスを容易に放出することができ、より容易に利用側熱交換器を交換できる。
【００２２】
本発明による第５の実施の形態は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第二熱交換部を備え、第二熱交換部の第二流体流路の入口部に第一バルブを、第二熱交換部の第二流体流路の出口部に第三バルブをそれぞれ備えたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、閉塞する可能性の高い利用側熱交換器の第二熱交換部のみを交換することが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００２３】
本発明による第６の実施の形態は、第４の実施の形態において、第一バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブとしたものである。本実施の形態によれば、第二流体回路Ａから分離された第二熱交換部の第二流体流路内に残った若干の炭酸ガスを容易に放出することができ、より容易に第二熱交換部を交換できる。
【００２４】
本発明による第７の実施の形態は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第三熱交換部を備え、第三熱交換部は第一円管の内部を第一流体流路とし、第一円管の外周に螺旋状に巻いた第二円管の内部を第二流体流路としたものである。本実施の形態によれば、第一流路が閉塞することを遅らせることで、メンテナンス上のコストを低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【００２５】
本発明による第８の実施の形態は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第四熱交換部を備え、第四熱交換部では、第一熱交換部より第二流体流路の巻き径を大きくしたものである。本実施の形態によれば、第一流路が閉塞するのを遅らせることで、メンテナンス上のコストを低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【００２６】
【実施例】
まず、本発明の冷凍サイクル装置について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の冷凍サイクル装置である給湯装置を示す概略構成図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施例による給湯装置は、圧縮機３１、給湯用熱交換器としての利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂ、減圧器３３、および外気を熱源とする熱源側熱交換器３４からなる第二流体回路Ａと、給水ポンプ３５、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａ、および給湯タンク３６からなる第一流体回路Ｂとを備えている。また、第二流体回路Ａにおいて、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口、出口にはそれぞれ、第一バルブ３７、第二バルブ３８が備えられている。
【００２９】
まず、上述のように構成された給湯装置の通常運転時の動作について説明する。通常の運転時においては、第一バルブ３７、第二バルブ３８は全開とする。第二流体回路Ａは、第二流体である冷媒としての炭酸ガス（二酸化炭素）を、圧縮機３１で臨界圧力を越える圧力まで圧縮する。その圧縮された冷媒は、高温高圧状態となり、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂを通過する際に、第一流体流路３２ａを流れる第一流体（例えば、水）に放熱し冷却される。すなわち、給湯タンク３６の底部から給水ポンプ３５により利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａへ送り込まれた水は、第二流体流路３２ｂを流れる冷媒により加熱される。冷媒は、その後、減圧器３３により減圧されて、低温低圧の気液二相状態となる。そして、熱源側熱交換器３４では、冷媒は空気によって冷却されて、気液二相またはガス状態となり、気液二相またはガス状態となった冷媒は、再び圧縮機３１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａを流れる第一流体である水はお湯となり、そのお湯を給湯タンク３６の頂部から貯めることで給湯器として利用できる。
【００３０】
次に、上述のように構成された給湯装置の利用側熱交換器３２にメンテナンスが必要となった場合について説明する。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａを流れる第一流体（例えば、水）は、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第一流体流路３２ａは、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する恐れがある。しかし、本実施例による給湯装置では、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞した場合には、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口、出口に備えられた第一バルブ３７、第二バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器３２を分離することで、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）の放出を最小限にとどめ、利用側熱交換器３２の交換ができる。
【００３１】
したがって、上記のように構成された給湯装置においては、次のような効果が得られる。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞し、利用側熱交換器３２の交換が必要となった場合において、圧力が高いために、現地での放出、再充填が困難な炭酸ガスを第二流体に用いていても、給湯装置を工場に持ち帰えらず、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器３２を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００３２】
なお、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａの入口、出口にも、第二流体流路３２ｂの入口、出口と同様にバルブを設けて、第一流体回路Ｂから容易に分離できるようにしても良いが、第一流体は、例えば水など、現地で、比較的容易に放出、再充填可能な流体であるため、給湯装置の製造コスト低減の点から、第一流体流路３２ａの入口、出口にバルブを設ける必要性は比較的低い。
【００３３】
次に、別の実施例による冷凍サイクル装置について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の冷凍サイクル装置である給湯装置を示す概略構成図である。図２において、図１と同様の構成要素は図１と同じ番号を与え、説明を省略する。
【００３４】
図２の給湯装置では、第二流体回路Ａにおいて、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口に備えられた第一バルブ３７と圧縮機３１の間に第二流体貯蔵タンク３９が備えられている。
【００３５】
上述のように構成された給湯装置の通常運転時の動作については、図１の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略し、利用側熱交換器３２にメンテナンスが必要となった場合について説明する。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞した場合には、まず、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口に備えられた第一バルブ３７を閉じ、圧縮機３１を運転することで、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）を第二流体貯蔵タンク３９に圧縮、貯蔵する。利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂ内の炭酸ガスがほぼ無くなったと判断した時点で、第二バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器３２を分離する。以上の操作により、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）をほぼ放出することなく、利用側熱交換器３２を交換ができる。
【００３６】
したがって、上記のように構成された給湯装置においては、次のような効果が得られる。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞し、利用側熱交換器３２の交換が必要となった場合において、圧力が高いために、現地での放出、再充填が困難な炭酸ガスを第二流体に用いていても、給湯装置を工場に持ち帰えらず、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器３２を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００３７】
なお、第二流体貯蔵タンク３９の入口、出口にも、別のバルブを設け、かつ、第二流体貯蔵タンク３９をバイパスする回路を設けることで、通常運転時には第二流体貯蔵タンク３９をバイパスするように構成してもよい。
【００３８】
また、図１、図２に示した給湯装置とも、第二バルブ３８を省略し、減圧器３３を全閉にすることで第二バルブ３８の機能を代用させてもよい。さらに、第一バルブ３７、第二バルブ３８の少なくとも一方を三方バルブしてもよい。この場合には、第一バルブ３７、第二バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから分離された利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂ内に残った若干の炭酸ガスを放出することができ、より容易に利用側熱交換器３２を交換ができる。
【００３９】
次に、別の実施例による冷凍サイクル装置について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の冷凍サイクル装置である給湯装置を示す概略構成図である。図３において、図１と同様の構成要素は図１と同じ番号を与え、説明を省略する。
【００４０】
図３の給湯装置では、第二流体回路Ａにおいて、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの出口に備えられた第二バルブ３８の代わりに利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの中間に第三バルブ４０が備えられている。
【００４１】
図３の給湯装置の利用側熱交換器３２として用いられる熱交換器の実施例を図４の概略構成図を用いて説明する。図４において、４１は漏洩検知管を用いた二重管を螺旋状に巻いた第一熱交換部であり、４２は漏洩検知管を用いた二重管を螺旋状に巻いた第二熱交換部である。４３ａ、４４ａはそれぞれ、第一熱交換部４１の第一流体（例えば、水）の流路の入口部、出口部である。４５ａ、４６ａはそれぞれ、第二熱交換部４２の第一流体（例えば、水）の流路の入口部、出口部である。また、４３ｂ、４４ｂはそれぞれ、第二熱交換部４２の第二流体（例えば、炭酸ガス）の流路の入口部、出口部であり、４５ｂ、４６ｂはそれぞれ、第一熱交換部４１の第二流体（例えば、炭酸ガス）の流路の入口部、出口部である。第三バルブ４０は、第二熱交換部４２の第二流体流路出口部４４ｂと、第一熱交換部４１の第二流体流路入口部４５ｂとの間に設けられている。また、第一バルブ３７は、第二熱交換部４２の第二流体流路入口部４３ｂの第二流体流れ方向上流側に設けられている。なお、図中の白抜き矢印は第一流体の流れ方向を、実線矢印は第二流体の流れ方向を示しており、第一熱交換部４１では比較的低温の第一流体と比較的低温の第二流体が対向流で熱交換し、第二熱交換部４２では比較的高温の第一流体と比較的高温の第二流体が対向流で熱交換するように構成されている。なお、第一熱交換部４１の伝熱面積は、第二熱交換部４２の伝熱面積の略３倍となるように構成するのが望ましい。
【００４２】
上述のように構成された給湯装置の通常運転時の動作については、図１の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略し、図４に示した熱交換器である利用側熱交換器３２にメンテナンスが必要となった場合について説明する。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａを流れる第一流体（例えば、水）は、第二熱交換部４２で、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第二熱交換部４２の第一流体流路で、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する可能性が高い。したがって、本実施例による給湯装置および熱交換器では、利用側熱交換器３２の第一流体の流路が閉塞した場合には、第二熱交換部４２の入口、出口に備えられた第一バルブ３７、第三バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから、第二熱交換部４２を分離することで、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）の放出を最小限にとどめ、第二熱交換部４２を交換ができる。
【００４３】
したがって、上記のように構成された給湯装置においては、次のような効果が得られる。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞し、利用側熱交換器３２の交換が必要となった場合において、利用側熱交換器３２の第二熱交換部４２のみを交換することが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。また、圧力が高いために、現地での放出、再充填が困難な炭酸ガスを第二流体に用いていても、給湯装置を工場に持ち帰えらず、炭酸ガスの放出を第二熱交換部４２内のみの炭酸ガス量にとどめることができ、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００４４】
次に、別の実施例による利用側熱交換器として用いられる熱交換器について、図５の概略構成図を用いて説明する。図５において、図４と同様の構成要素は図４と同じ番号を与え、説明を省略する。図５において、４７は円管４７ａ、および、円管４７ａの外周に螺旋状に巻かれた円管４７ｂからなり、円管４７ａの内部を第一流体（例えば、水）の流路とする一方、円管４７ｂの内部を第二流体（例えば、炭酸ガス）の流路とした第三熱交換部である。なお、第一熱交換部４１の伝熱面積は、第三熱交換部４７の伝熱面積の略２〜３倍となるように構成するのが望ましい。
【００４５】
上述のように構成された熱交換器を利用側熱交換器とした給湯装置の通常運転時の動作については、従来の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略する。上述のように構成された熱交換器を流れる第一流体（例えば、水）は、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第三熱交換部４２の第一流体流路４７ａでは、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する恐れがある。しかし、本実施例による熱交換器において、第三熱交換部４２では、第一流体の温度としては、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となるが、構成としては第一流体流路４７ａの外周に第二流体流路４７ｂを螺旋状に巻いており、第一流体流路４７ａの断面は円形で、スケールが比較的付着しにくい形状となるように構成されている。一方、第一熱交換部４１では、第一流体の温度としては、スケールが付着しにくい低温であるが、構成としては第一流体流路内に第二流体流路である漏洩検知管を挿入しているため、第一流体流路４７ａの断面は環状で、スケールが比較的付着しやすいが、熱交換しやすい形状となるように構成されている。
【００４６】
したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。従来の熱交換器では、利用側熱交換器の第一流体流路の高温部が閉塞しやすいが、本実施例による熱交換器では、閉塞しやすい高温部の第一流体流路を円形とすることで、構成的に閉塞しにくくし、第一流路が閉塞するのを遅らせることが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。かつ、閉塞しにくい低温部では、第一流体流路を環状とすることで熱交換しやすい形状とし、熱交換器の小型化を両立している。
【００４７】
次に、別の実施例による利用側熱交換器として用いられる熱交換器について、図６の概略構成図を用いて説明する。図６において、図４と同様の構成要素は図４と同じ番号を与え、説明を省略する。図６において、４８は漏洩検知管を用いた二重管を螺旋状に巻いた第四熱交換部であるが、第四熱交換部４８の巻き径は、第一熱交換部４１の巻き径に比較して大きくなるように構成されている。また、第一熱交換部４１の伝熱面積は、第四熱交換部４８の伝熱面積の略３倍となるように構成するのが望ましい。
【００４８】
上述のように構成された熱交換器を利用側熱交換器として利用した給湯装置の通常運転時の動作については、従来の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略する。上述のように構成された熱交換器を流れる第一流体（例えば、水）は、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第四熱交換部４８の第一流体流路では、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する恐れがある。しかし、本実施例による熱交換器においては、第四熱交換部４８では、第一流体の温度としては、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となるが、構成としては螺旋状に巻いた巻き径が比較的大きいために、第一流体流路の第一流体の流速分布は小さく、スケールが比較的付着しにくい形状となるように構成されている。一方、第一熱交換部４１では、第一流体の温度としては、スケールが付着しにくい低温であるが、構成としては螺旋状に巻いた巻き径が比較的小さいために、スケールが比較的付着しやすいが、小型化を実現する形状となるように構成されている。
【００４９】
したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。従来の熱交換器では、利用側熱交換器の第一流体流路の高温部が閉塞しやすいが、本実施例による熱交換器では、閉塞しやすい高温部の第一流体流路の巻き径を大きくすることで、構成的に閉塞しにくくし、第一流路が閉塞するのを遅らせることが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。また、閉塞しにくい低温部では、巻き径を小さくすることで、熱交換器の小型化を両立している。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、利用側熱交換器の第二流体流路の入口、出口にそれぞれ、第一バルブ、第二バルブを備えることで、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００５１】
さらに、本発明によれば、利用側熱交換器の第二流体流路の入口に備えられた第一バルブと圧縮機の間に第二流体貯蔵タンクを備え、第二流体回路Ａ内の炭酸ガス（二酸化炭素）を第二流体貯蔵タンクに圧縮、貯蔵した後、第二バルブを閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器を分離できる構成としたことで、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００５２】
さらに、本発明によれば、第一バルブ、第二バルブの少なくとも一方を三方バルブとすることで、第二流体回路Ａから分離された利用側熱交換器の第二流体流路内に残った若干の炭酸ガスを容易に放出することができ、より容易に利用側熱交換器を交換できる。
【００５３】
また、本発明によれば、利用側熱交換器の第二流体流路の中間に第三バルブを設けることで、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、閉塞する可能性の高い利用側熱交換器の第二熱交換部のみを交換することが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００５４】
また、本発明によれば、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となる第三熱交換部では、第一流体流路の外周に第二流体流路を螺旋状に巻いた構成とする一方、スケールが付着しにくい低温である第一熱交換部では、第一流体流路内に第二流体流路である漏洩検知管を挿入し、スケールが比較的付着しやすいが、熱交換しやすい形状となるように構成することで、第一流路が閉塞するのを遅らせ、メンテナンス上のコストが低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【００５５】
また、本発明によれば、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となる第四熱交換部では、二重管の巻き径を大きくし、スケールが付着しにくい低温である第一熱交換部では、二重管の巻き径を小さくすることで、第一流路が閉塞するのを遅らせ、メンテナンス上のコストが低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による冷凍サイクル装置を示す構成図
【図２】他の実施例による冷凍サイクル装置を示す構成図
【図３】他の実施例による冷凍サイクル装置を示す構成図
【図４】同実施例による利用側熱交換器を示す構成図
【図５】他の実施例による利用側熱交換器を示す構成図
【図６】他の実施例による利用側熱交換器を示す構成図
【図７】従来の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図８】従来の冷凍サイクル装置における利用側熱交換器の断面構成図
【図９】他の従来の冷凍サイクル装置における利用側熱交換器の構成図
【図１０】水温とランゲリア飽和指数の関係図
【符号の説明】
１、３１ 圧縮機
２、３２ 利用側熱交換器（給湯用熱交換器）
３、３３ 減圧器
４、３４ 熱源側熱交換器（室外熱交換器）
５、３５ 給水ポンプ
６、３６ 給湯タンク
１１ 外管
１２ 漏洩検知溝
１３ 漏洩検知管
２１ 第一円管
２２ 第二円管
３２ａ 第一流体流路
３２ｂ 第二流体流路
３７ 第一バルブ
３８ 第二バルブ
３９ 第二流体貯蔵タンク
４０ 第三バルブ
４１ 第一熱交換部
４２ 第二熱交換部
４７ 第三熱交換部
４８ 第四熱交換部
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル装置および冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器に関し、特に、給湯装置および給湯装置において給湯用熱交換器として用いられる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図７に示すように、圧縮機１、給湯用熱交換器としての利用側熱交換器２、減圧器３および外気を熱源とする熱源側熱交換器４からなる第二流体回路Ａと、給水ポンプ５、利用側熱交換器２および給湯タンク６からなる第一流体回路Ｂとを備え、利用側熱交換器２において圧縮機１から吐出された第二流体（例えば、冷媒）により給水ポンプ５からの第一流体（例えば、水）を加熱して、給湯タンク６に貯めておくようにした冷凍サイクル装置（例えば、給湯装置）が知られている。
【０００３】
上記構成の冷凍サイクル装置における利用側熱交換器２として、例えば、図８に示すように、外管１１、および漏洩検知溝１２を設けた管１３（以下、漏洩検知管１３とよぶ）からなり、外管１１と漏洩検知管１３との間の空間１５を第一流体（例えば、水）の流路とする一方、漏洩検知管１３の内部１４を第二流体（例えば、冷媒）の流路とした二重管式熱交換器が用いられていた。漏洩検知溝１２は、腐食等が生じて漏洩検知管１３の内部１４と、外管１１と漏洩検知管１３との間の空間１５とが連通し、漏洩検知管１３の内部１４を流れる第一流体（例えば、水）に異物が混入するのを防止するために、漏洩検知溝１２にまで腐食等が進行し、漏洩検知溝１２に第一流体（例えば、水）や第二流体（例えば、冷媒）がしみだした時点でこれを検知する目的（漏洩検知機能）で備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
あるいは、別の構成の利用側熱交換器２として、図９に示すように、第一円管２１、および、第一円管２１の外周に螺旋状に巻かれた第二円管２２からなり、第一円管２１の内部を第一流体（例えば、水）の流路とする一方、第二円管２２の内部を第二流体（例えば、冷媒）の流路とした熱交換器が用いられていた（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１２００８７号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００１−２８０８６２号公報（第６−７頁、第５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば第二流体である冷媒として炭酸ガス（二酸化炭素）を用いることにより、利用側熱交換器２で第一流体（例えば、水）を約６０℃以上の高温に加熱する冷凍サイクル装置（例えば、給湯装置）において、以下のような課題が生じることが明らかになってきた。
【０００７】
図１０は、水（水道水）の温度とランゲリア飽和指数の関係を示した一例である。ランゲリア飽和指数は、水道水に含まれる炭酸カルシウムが析出し、熱交換器の流路内にスケールが付着する障害が発生す危険性を判断するのに用いられる指数であり、この数値が０以上となるほど、スケール付着の障害が発生する危険性が高いことを示す。図１０より、約６０℃以上の高温において、ランゲリア飽和指数が０に近い値となることがわかる。すなわち、第一流体（例えば、水）を約６０℃以上の高温に加熱する冷凍サイクル装置の利用側熱交換器２において、第一流体の流路は、スケール付着により経年的に流路が閉塞し、給水ポンプ５の動力が増加したり、第一流体（例えば、水）が流れなくなる恐れがあるといった課題が生じていた。
【０００８】
また、特に、第二流体である冷媒として炭酸ガス（二酸化炭素）を用いた場合には、圧力が高いために、スケール付着により第一流体流路が閉塞した利用側熱交換器２を現地で交換することが困難であり、冷凍サイクル装置ごと工場に持ち帰って交換するなどの必要があり、メンテナンス上のコストがかかる課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決した熱交換器や冷凍サイクル装置を構成することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１１】
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記圧縮機と前記第一バルブの間に、第二流体貯蔵タンクを備えたことを特徴とする前記本発明の冷凍サイクル装置である。
【００１２】
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置であって、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記利用側熱交換器の第二流体流路の中間部に第三バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１３】
請求項４記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記第一バルブ、第二バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブであることを特徴とする前記本発明の冷凍サイクル装置である。
【００１４】
請求項５記載の本発明の熱交換器は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第二熱交換部を備え、前記第二熱交換部の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記第二熱交換部の第二流体流路の出口部に第三バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする熱交換器である。
【００１５】
請求項６記載の本発明の熱交換器は、前記第一バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブであることを特徴とする前記本発明の熱交換器である。
【００１６】
請求項７記載の本発明の熱交換器は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第三熱交換部を備え、前記第三熱交換部は第一円管の内部を第一流体流路とし、前記第一円管の外周に螺旋状に巻いた第二円管の内部を第二流体流路としたことを特徴とする熱交換器である。
【００１７】
請求項８記載の本発明の熱交換器は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第四熱交換部を備え、前記第四熱交換部では、前記第一熱交換部より第二流体流路の巻き径を大きくしたことを特徴とする熱交換器である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００１９】
本発明による第２の実施の形態は、圧縮機と第一バルブの間に、第二流体貯蔵タンクを備え、第二流体回路Ａ内の炭酸ガス（二酸化炭素）を第二流体貯蔵タンクに圧縮、貯蔵した後、第二バルブを閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器を分離できる構成としたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００２０】
本発明による第３の実施の形態は、第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置であって、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記利用側熱交換器の第二流体流路の中間部に第三バルブをそれぞれ備えたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００２１】
本発明による第４の実施の形態は、第１および第３の実施の形態において、第一バルブ、第二バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブとしたものである。本実施の形態によれば、第二流体回路Ａから分離された利用側熱交換器の第二流体流路内に残った若干の炭酸ガスを容易に放出することができ、より容易に利用側熱交換器を交換できる。
【００２２】
本発明による第５の実施の形態は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第二熱交換部を備え、第二熱交換部の第二流体流路の入口部に第一バルブを、第二熱交換部の第二流体流路の出口部に第三バルブをそれぞれ備えたものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、閉塞する可能性の高い利用側熱交換器の第二熱交換部のみを交換することが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００２３】
本発明による第６の実施の形態は、第４の実施の形態において、第一バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブとしたものである。本実施の形態によれば、第二流体回路Ａから分離された第二熱交換部の第二流体流路内に残った若干の炭酸ガスを容易に放出することができ、より容易に第二熱交換部を交換できる。
【００２４】
本発明による第７の実施の形態は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第三熱交換部を備え、第三熱交換部は第一円管の内部を第一流体流路とし、第一円管の外周に螺旋状に巻いた第二円管の内部を第二流体流路としたものである。本実施の形態によれば、第一流路が閉塞することを遅らせることで、メンテナンス上のコストを低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【００２５】
本発明による第８の実施の形態は、低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第四熱交換部を備え、第四熱交換部では、第一熱交換部より第二流体流路の巻き径を大きくしたものである。本実施の形態によれば、第一流路が閉塞するのを遅らせることで、メンテナンス上のコストを低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【００２６】
【実施例】
まず、本発明の冷凍サイクル装置について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の冷凍サイクル装置である給湯装置を示す概略構成図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施例による給湯装置は、圧縮機３１、給湯用熱交換器としての利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂ、減圧器３３、および外気を熱源とする熱源側熱交換器３４からなる第二流体回路Ａと、給水ポンプ３５、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａ、および給湯タンク３６からなる第一流体回路Ｂとを備えている。また、第二流体回路Ａにおいて、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口、出口にはそれぞれ、第一バルブ３７、第二バルブ３８が備えられている。
【００２９】
まず、上述のように構成された給湯装置の通常運転時の動作について説明する。通常の運転時においては、第一バルブ３７、第二バルブ３８は全開とする。第二流体回路Ａは、第二流体である冷媒としての炭酸ガス（二酸化炭素）を、圧縮機３１で臨界圧力を越える圧力まで圧縮する。その圧縮された冷媒は、高温高圧状態となり、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂを通過する際に、第一流体流路３２ａを流れる第一流体（例えば、水）に放熱し冷却される。すなわち、給湯タンク３６の底部から給水ポンプ３５により利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａへ送り込まれた水は、第二流体流路３２ｂを流れる冷媒により加熱される。冷媒は、その後、減圧器３３により減圧されて、低温低圧の気液二相状態となる。そして、熱源側熱交換器３４では、冷媒は空気によって冷却されて、気液二相またはガス状態となり、気液二相またはガス状態となった冷媒は、再び圧縮機３１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａを流れる第一流体である水はお湯となり、そのお湯を給湯タンク３６の頂部から貯めることで給湯器として利用できる。
【００３０】
次に、上述のように構成された給湯装置の利用側熱交換器３２にメンテナンスが必要となった場合について説明する。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａを流れる第一流体（例えば、水）は、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第一流体流路３２ａは、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する恐れがある。しかし、本実施例による給湯装置では、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞した場合には、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口、出口に備えられた第一バルブ３７、第二バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器３２を分離することで、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）の放出を最小限にとどめ、利用側熱交換器３２の交換ができる。
【００３１】
したがって、上記のように構成された給湯装置においては、次のような効果が得られる。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞し、利用側熱交換器３２の交換が必要となった場合において、圧力が高いために、現地での放出、再充填が困難な炭酸ガスを第二流体に用いていても、給湯装置を工場に持ち帰えらず、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器３２を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００３２】
なお、利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａの入口、出口にも、第二流体流路３２ｂの入口、出口と同様にバルブを設けて、第一流体回路Ｂから容易に分離できるようにしても良いが、第一流体は、例えば水など、現地で、比較的容易に放出、再充填可能な流体であるため、給湯装置の製造コスト低減の点から、第一流体流路３２ａの入口、出口にバルブを設ける必要性は比較的低い。
【００３３】
次に、別の実施例による冷凍サイクル装置について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の冷凍サイクル装置である給湯装置を示す概略構成図である。図２において、図１と同様の構成要素は図１と同じ番号を与え、説明を省略する。
【００３４】
図２の給湯装置では、第二流体回路Ａにおいて、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口に備えられた第一バルブ３７と圧縮機３１の間に第二流体貯蔵タンク３９が備えられている。
【００３５】
上述のように構成された給湯装置の通常運転時の動作については、図１の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略し、利用側熱交換器３２にメンテナンスが必要となった場合について説明する。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞した場合には、まず、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの入口に備えられた第一バルブ３７を閉じ、圧縮機３１を運転することで、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）を第二流体貯蔵タンク３９に圧縮、貯蔵する。利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂ内の炭酸ガスがほぼ無くなったと判断した時点で、第二バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器３２を分離する。以上の操作により、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）をほぼ放出することなく、利用側熱交換器３２を交換ができる。
【００３６】
したがって、上記のように構成された給湯装置においては、次のような効果が得られる。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞し、利用側熱交換器３２の交換が必要となった場合において、圧力が高いために、現地での放出、再充填が困難な炭酸ガスを第二流体に用いていても、給湯装置を工場に持ち帰えらず、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器３２を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００３７】
なお、第二流体貯蔵タンク３９の入口、出口にも、別のバルブを設け、かつ、第二流体貯蔵タンク３９をバイパスする回路を設けることで、通常運転時には第二流体貯蔵タンク３９をバイパスするように構成してもよい。
【００３８】
また、図１、図２に示した給湯装置とも、第二バルブ３８を省略し、減圧器３３を全閉にすることで第二バルブ３８の機能を代用させてもよい。さらに、第一バルブ３７、第二バルブ３８の少なくとも一方を三方バルブしてもよい。この場合には、第一バルブ３７、第二バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから分離された利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂ内に残った若干の炭酸ガスを放出することができ、より容易に利用側熱交換器３２を交換ができる。
【００３９】
次に、別の実施例による冷凍サイクル装置について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の冷凍サイクル装置である給湯装置を示す概略構成図である。図３において、図１と同様の構成要素は図１と同じ番号を与え、説明を省略する。
【００４０】
図３の給湯装置では、第二流体回路Ａにおいて、利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの出口に備えられた第二バルブ３８の代わりに利用側熱交換器３２の第二流体流路３２ｂの中間に第三バルブ４０が備えられている。
【００４１】
図３の給湯装置の利用側熱交換器３２として用いられる熱交換器の実施例を図４の概略構成図を用いて説明する。図４において、４１は漏洩検知管を用いた二重管を螺旋状に巻いた第一熱交換部であり、４２は漏洩検知管を用いた二重管を螺旋状に巻いた第二熱交換部である。４３ａ、４４ａはそれぞれ、第一熱交換部４１の第一流体（例えば、水）の流路の入口部、出口部である。４５ａ、４６ａはそれぞれ、第二熱交換部４２の第一流体（例えば、水）の流路の入口部、出口部である。また、４３ｂ、４４ｂはそれぞれ、第二熱交換部４２の第二流体（例えば、炭酸ガス）の流路の入口部、出口部であり、４５ｂ、４６ｂはそれぞれ、第一熱交換部４１の第二流体（例えば、炭酸ガス）の流路の入口部、出口部である。第三バルブ４０は、第二熱交換部４２の第二流体流路出口部４４ｂと、第一熱交換部４１の第二流体流路入口部４５ｂとの間に設けられている。また、第一バルブ３７は、第二熱交換部４２の第二流体流路入口部４３ｂの第二流体流れ方向上流側に設けられている。なお、図中の白抜き矢印は第一流体の流れ方向を、実線矢印は第二流体の流れ方向を示しており、第一熱交換部４１では比較的低温の第一流体と比較的低温の第二流体が対向流で熱交換し、第二熱交換部４２では比較的高温の第一流体と比較的高温の第二流体が対向流で熱交換するように構成されている。なお、第一熱交換部４１の伝熱面積は、第二熱交換部４２の伝熱面積の略３倍となるように構成するのが望ましい。
【００４２】
上述のように構成された給湯装置の通常運転時の動作については、図１の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略し、図４に示した熱交換器である利用側熱交換器３２にメンテナンスが必要となった場合について説明する。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａを流れる第一流体（例えば、水）は、第二熱交換部４２で、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第二熱交換部４２の第一流体流路で、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する可能性が高い。したがって、本実施例による給湯装置および熱交換器では、利用側熱交換器３２の第一流体の流路が閉塞した場合には、第二熱交換部４２の入口、出口に備えられた第一バルブ３７、第三バルブ３８を閉じ、第二流体回路Ａから、第二熱交換部４２を分離することで、第二流体回路Ａ内の第二流体である炭酸ガス（二酸化炭素）の放出を最小限にとどめ、第二熱交換部４２を交換ができる。
【００４３】
したがって、上記のように構成された給湯装置においては、次のような効果が得られる。利用側熱交換器３２の第一流体流路３２ａが閉塞し、利用側熱交換器３２の交換が必要となった場合において、利用側熱交換器３２の第二熱交換部４２のみを交換することが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。また、圧力が高いために、現地での放出、再充填が困難な炭酸ガスを第二流体に用いていても、給湯装置を工場に持ち帰えらず、炭酸ガスの放出を第二熱交換部４２内のみの炭酸ガス量にとどめることができ、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００４４】
次に、別の実施例による利用側熱交換器として用いられる熱交換器について、図５の概略構成図を用いて説明する。図５において、図４と同様の構成要素は図４と同じ番号を与え、説明を省略する。図５において、４７は円管４７ａ、および、円管４７ａの外周に螺旋状に巻かれた円管４７ｂからなり、円管４７ａの内部を第一流体（例えば、水）の流路とする一方、円管４７ｂの内部を第二流体（例えば、炭酸ガス）の流路とした第三熱交換部である。なお、第一熱交換部４１の伝熱面積は、第三熱交換部４７の伝熱面積の略２〜３倍となるように構成するのが望ましい。
【００４５】
上述のように構成された熱交換器を利用側熱交換器とした給湯装置の通常運転時の動作については、従来の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略する。上述のように構成された熱交換器を流れる第一流体（例えば、水）は、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第三熱交換部４２の第一流体流路４７ａでは、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する恐れがある。しかし、本実施例による熱交換器において、第三熱交換部４２では、第一流体の温度としては、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となるが、構成としては第一流体流路４７ａの外周に第二流体流路４７ｂを螺旋状に巻いており、第一流体流路４７ａの断面は円形で、スケールが比較的付着しにくい形状となるように構成されている。一方、第一熱交換部４１では、第一流体の温度としては、スケールが付着しにくい低温であるが、構成としては第一流体流路内に第二流体流路である漏洩検知管を挿入しているため、第一流体流路４７ａの断面は環状で、スケールが比較的付着しやすいが、熱交換しやすい形状となるように構成されている。
【００４６】
したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。従来の熱交換器では、利用側熱交換器の第一流体流路の高温部が閉塞しやすいが、本実施例による熱交換器では、閉塞しやすい高温部の第一流体流路を円形とすることで、構成的に閉塞しにくくし、第一流路が閉塞するのを遅らせることが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。かつ、閉塞しにくい低温部では、第一流体流路を環状とすることで熱交換しやすい形状とし、熱交換器の小型化を両立している。
【００４７】
次に、別の実施例による利用側熱交換器として用いられる熱交換器について、図６の概略構成図を用いて説明する。図６において、図４と同様の構成要素は図４と同じ番号を与え、説明を省略する。図６において、４８は漏洩検知管を用いた二重管を螺旋状に巻いた第四熱交換部であるが、第四熱交換部４８の巻き径は、第一熱交換部４１の巻き径に比較して大きくなるように構成されている。また、第一熱交換部４１の伝熱面積は、第四熱交換部４８の伝熱面積の略３倍となるように構成するのが望ましい。
【００４８】
上述のように構成された熱交換器を利用側熱交換器として利用した給湯装置の通常運転時の動作については、従来の給湯装置の場合と同様であるので説明を省略する。上述のように構成された熱交換器を流れる第一流体（例えば、水）は、約６０℃以上の高温に加熱されるため、第四熱交換部４８の第一流体流路では、炭酸カルシウムの析出によるスケールが付着し、経年的に流路が閉塞する恐れがある。しかし、本実施例による熱交換器においては、第四熱交換部４８では、第一流体の温度としては、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となるが、構成としては螺旋状に巻いた巻き径が比較的大きいために、第一流体流路の第一流体の流速分布は小さく、スケールが比較的付着しにくい形状となるように構成されている。一方、第一熱交換部４１では、第一流体の温度としては、スケールが付着しにくい低温であるが、構成としては螺旋状に巻いた巻き径が比較的小さいために、スケールが比較的付着しやすいが、小型化を実現する形状となるように構成されている。
【００４９】
したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。従来の熱交換器では、利用側熱交換器の第一流体流路の高温部が閉塞しやすいが、本実施例による熱交換器では、閉塞しやすい高温部の第一流体流路の巻き径を大きくすることで、構成的に閉塞しにくくし、第一流路が閉塞するのを遅らせることが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。また、閉塞しにくい低温部では、巻き径を小さくすることで、熱交換器の小型化を両立している。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、利用側熱交換器の第二流体流路の入口、出口にそれぞれ、第一バルブ、第二バルブを備えることで、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００５１】
さらに、本発明によれば、利用側熱交換器の第二流体流路の入口に備えられた第一バルブと圧縮機の間に第二流体貯蔵タンクを備え、第二流体回路Ａ内の炭酸ガス（二酸化炭素）を第二流体貯蔵タンクに圧縮、貯蔵した後、第二バルブを閉じ、第二流体回路Ａから、利用側熱交換器を分離できる構成としたことで、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、現地で炭酸ガスをほぼ放出することなく、利用側熱交換器を交換するといったメンテナンスが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００５２】
さらに、本発明によれば、第一バルブ、第二バルブの少なくとも一方を三方バルブとすることで、第二流体回路Ａから分離された利用側熱交換器の第二流体流路内に残った若干の炭酸ガスを容易に放出することができ、より容易に利用側熱交換器を交換できる。
【００５３】
また、本発明によれば、利用側熱交換器の第二流体流路の中間に第三バルブを設けることで、利用側熱交換器の第一流体流路が閉塞し、利用側熱交換器の交換が必要となった場合において、閉塞する可能性の高い利用側熱交換器の第二熱交換部のみを交換することが可能であり、メンテナンス上のコストが低減できる。
【００５４】
また、本発明によれば、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となる第三熱交換部では、第一流体流路の外周に第二流体流路を螺旋状に巻いた構成とする一方、スケールが付着しにくい低温である第一熱交換部では、第一流体流路内に第二流体流路である漏洩検知管を挿入し、スケールが比較的付着しやすいが、熱交換しやすい形状となるように構成することで、第一流路が閉塞するのを遅らせ、メンテナンス上のコストが低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【００５５】
また、本発明によれば、スケールが付着しやすい約６０℃以上の高温となる第四熱交換部では、二重管の巻き径を大きくし、スケールが付着しにくい低温である第一熱交換部では、二重管の巻き径を小さくすることで、第一流路が閉塞するのを遅らせ、メンテナンス上のコストが低減しつつ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による冷凍サイクル装置を示す構成図
【図２】他の実施例による冷凍サイクル装置を示す構成図
【図３】他の実施例による冷凍サイクル装置を示す構成図
【図４】同実施例による利用側熱交換器を示す構成図
【図５】他の実施例による利用側熱交換器を示す構成図
【図６】他の実施例による利用側熱交換器を示す構成図
【図７】従来の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図８】従来の冷凍サイクル装置における利用側熱交換器の断面構成図
【図９】他の従来の冷凍サイクル装置における利用側熱交換器の構成図
【図１０】水温とランゲリア飽和指数の関係図
【符号の説明】
１、３１ 圧縮機
２、３２ 利用側熱交換器（給湯用熱交換器）
３、３３ 減圧器
４、３４ 熱源側熱交換器（室外熱交換器）
５、３５ 給水ポンプ
６、３６ 給湯タンク
１１ 外管
１２ 漏洩検知溝
１３ 漏洩検知管
２１ 第一円管
２２ 第二円管
３２ａ 第一流体流路
３２ｂ 第二流体流路
３７ 第一バルブ
３８ 第二バルブ
３９ 第二流体貯蔵タンク
４０ 第三バルブ
４１ 第一熱交換部
４２ 第二熱交換部
４７ 第三熱交換部
４８ 第四熱交換部
Claims (8)
- 第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、出口部に第二バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機と前記第一バルブの間に、第二流体貯蔵タンクを備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
- 第二流体として炭酸ガスを用い、少なくとも、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、熱源側熱交換器を接続した第二流体回路を備えた冷凍サイクル装置であって、前記利用側熱交換器の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記利用側熱交換器の第二流体流路の中間部に第三バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記第一バルブ、第二バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブであることを特徴とする請求項１または３に記載の冷凍サイクル装置。
- 低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第二熱交換部を備え、前記第二熱交換部の第二流体流路の入口部に第一バルブを、前記第二熱交換部の第二流体流路の出口部に第三バルブをそれぞれ備えたことを特徴とする熱交換器。
- 前記第一バルブ、第三バルブのいずれか１つは三方バルブであることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
- 低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第三熱交換部を備え、前記第三熱交換部は第一円管の内部を第一流体流路とし、前記第一円管の外周に螺旋状に巻いた第二円管の内部を第二流体流路としたことを特徴とする熱交換器。
- 低温の第一流体と低温の第二流体が熱交換する第一熱交換部と高温の第一流体と高温の第二流体が熱交換する第四熱交換部を備え、前記第四熱交換部では、前記第一熱交換部より第二流体流路の巻き径を大きくしたことを特徴とする熱交換器。
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