JP2006078082A

JP2006078082A - ヒートポンプ給湯機

Info

Publication number: JP2006078082A
Application number: JP2004261937A
Authority: JP
Inventors: Masahito Megata; 雅人目片; Kazuo Nakatani; 和生中谷; Noriho Okaza; 典穂岡座
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】腐食、破損等で冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止できる二重管式熱交換器を備えたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【解決手段】熱媒体と被熱交換液が熱交換される冷媒対水用熱交換器２を備え、前記冷媒対水用熱交換器２は、合成樹脂で形成された外管１０と前記外管１０内に配設された漏洩検知溝１２を有する内管１１とから構成されるもので、内管１１の腐食、破損等が生じたとき、漏洩検知溝１２を通じて冷媒及び潤滑油、または水が外部に排出されるため、冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止できる。また、外管１０から外気への放熱を減少させ、軽量化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯用のタンクを備えるヒートポンプ給湯機に関するものである。

現在、給湯機としてはガスや電気ヒータを用いて水を加熱する方式のものが大勢的であるが、近年のエネルギー利用効率化の要望の観点からヒートポンプを利用した給湯機も徐々に一般世帯に普及していっている。

ヒートポンプ給湯機の場合、高温・高圧に加熱された冷媒と低温の水が冷媒対水用熱交換器を通じて熱交換することによって水を所定の温度の湯に加熱する。

ヒートポンプ給湯機に使用される冷媒対水用熱交換器には、二重管式熱交換器という形状のものが一般的である。これは管径の大きい外管の中に管径の小さい内管が収められており、内管内に高温流体（例えば冷媒）、内管と外管の隙間に低温流体（例えば水）が流され、熱交換を行うタイプの熱交換器であるが、冷媒の通過する内管、水の通過する外管ともに加工性及び伝熱性能の優れた金属製にて形成されているものがほとんどである。このため、外管から外気への放熱を減少させる断熱層が必要となっている。また、金属は比重が大きいため、冷媒対水用熱交換器の質量が大きくなってしまい、使用環境によっては腐食を生じる可能性がある。

上記の問題点を解決するため、熱交換器の外管に伝熱性能の低い合成樹脂管を使用することにより、問題解決を図ろうとしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６２１７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の熱交換器は、冷却システムを有するヒートポンプ給湯機で使用することを想定していないため、金属管である内管が腐食等を生じ、内管と外管が連通した場合、内管を流れる冷媒及び潤滑油と外管を流れる水が直接混合してしまうという問題が生じる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、腐食、破損等で冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止できる二重管式熱交換器を備えたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機と、熱媒体と被熱交換液が熱交換される冷媒対水用熱交換器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、前記冷媒対水用熱交換器は、合成樹脂で形成された外管と前記外管内に配設された漏洩検知溝を有する内管とから構成されるもので、内管の腐食、破損等が生じたとき、漏洩検知溝を通じて冷媒及び潤滑油、または水が外部に排出されるため、冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止できる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、冷媒対水熱交換器の外管から外気への放熱を減少させ、軽量化を図るとともに、内管の腐食、破損等で冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止させることができる。

第１の発明は、圧縮機と、熱媒体と被熱交換液が熱交換される冷媒対水用熱交換器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、前記冷媒対水用熱交換器は、合成樹脂で形成された外管と前記外管内に配設された漏洩検知溝を有する内管とから構成されるもので、外管から外気への放熱を減少させ、軽量化を図ることができ、また、内管の腐食、破損等で冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止させることができる。

第２の発明は、内管は複数本であるもので、冷媒と水との熱交換面積を増加させ、熱交換性能を向上させることができる。

第３の発明は、複数の内管は、外管の軸心周りの方向に捻られた螺旋状であるもので、外管を流れる水を攪拌し、熱交換性能を向上させることができる。

第４の発明は、外管は耐熱性樹脂材から形成されたもので、熱交換器の加工性を向上させることができる。

第５の発明は、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とするもので、高温高効率の貯湯運転と地球環境保全を実現することができる。

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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷媒対水用熱交換器の正面断面図、図２は本発明の実施の形態１における冷媒対水用熱交換器の側面断面図、図３は本発明の実施の形態１における冷媒対水用熱交換器の上面図、図４は本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。また、本発明のヒートポンプ給湯機に用いる冷媒としては、従来広く用いられているＲ２２等のフロン系冷媒でも良いが、オゾン層保全及び地球温暖化防止等の環境保護的側面から近年盛んに研究されている自然冷媒である二酸化炭素冷媒の方が、より大きな効果を得ることが可能である。以下では、冷媒として二酸化炭素を用いるが、その他の冷媒であってもよいものである。

ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路Ａと、前記冷媒対水用熱交換器２、循環ポンプ５、貯湯タンク６を接続した給湯回路Ｂからなり、前記圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４、送風ファン７等はヒートポンプユニット内に収容されている。また、前記循環ポンプ５、貯湯タンク６、制御手段（図示せず）等はタンクユニット内に収容されている。

水温検知手段８は、冷媒対水用熱交換器２の水側入口に設置されており、貯湯タンク６から供給された入水温度を検出する。湯温検知手段９は冷媒対水用熱交換器２の水側出口に設置されており、ヒートポンプ給湯機で加熱された出湯温度を検出する。制御手段は室内に設置されているコントローラー（図示せず）で設定された温度と前記湯温検知手段９で検知している温度が等しくなるように圧縮機１の運転周波数、減圧装置３の開度、循環ポンプ５の回転数、送風ファン７の回転数等を制御する。

上記のヒートポンプ給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、前記冷媒対水用熱交換器２に流入し、ここで水道から貯湯タンク６を通じて前記循環ポンプ５から送られてきた水を加熱する。二酸化炭素冷媒は、凝縮域がなく超臨界域で熱交換されるため、冷媒温度は前記冷媒対水用熱交換器２内で緩やかに低下し、前記減圧
装置３で減圧され、前記蒸発器４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１へ戻る。一方、前記冷媒対水用熱交換器２で加熱された湯は、前記貯湯タンク６の上部に流入し、この貯湯タンク６で貯湯され、この貯湯タンク６に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給される。

このうち、冷媒対水用熱交換器２は、合成樹脂製の外管１０と銅製の内管１１によって構成される。内管１１はさらに外側を構成する外側内管１１ａと内側を構成する内側内管１１ｂの二重構造で形成されており、このうち外側を構成する外側内管１１ａの内面には、外側に通過させた漏洩検知溝１２が設けてある。内管１１内には高温・高圧の過熱ガス冷媒が流れ、外管１０と内管１１とのスペースに対向流の形で水が流れることにより水が加熱されるが、ここで冷媒と水の熱交換面積を拡大するのと、冷媒側の圧力損失を低減する目的で、冷媒配管を冷媒対水熱交換器２に入る直前で分岐させ、複数の内管１１を有する構成としている。また、外管１０近辺を流れる水と内管１１近辺を流れる水との温度差を小さくし、熱交換性能を高めるため、複数の内管１１は外管１０の軸心周りの方向に捻られた螺旋状に加工され、水を攪拌するような構造としている。

この冷媒対水用熱交換器２を長期間使用すると、腐食及びその他の理由で銅製の内管１１が破損することがある。ここで、冷媒に接触している内側内管１１ｂが破損した場合、冷媒及び潤滑油は漏洩検知溝１２を通じて外部に排出されるため、風呂及びその他の用途に使用される温水に冷媒や潤滑油が混ざる危険を防止することができる。水に接触している外側内管１１ａが破損した場合、水は漏洩検知溝１２を通じて外部に排出されるため、冷媒配管に水が浸入し、冷却システムに悪影響を及ぼすことを防止することができる。

なお、外管１０には硬質樹脂製パイプを使用しても良いが、伸縮及び曲げ可能な樹脂製ホースを使用すると、製造時のパイプの曲げ工数が削減でき、より短時間・低コストで製造することができる。また、曲げ部と直線部でそれぞれ使い分けることも可能である。

なお、本実施例に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、異なる二流体が混合することなく熱交換を行うことが可能となるため、他方式の流体加熱装置にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷媒対水用熱交換器の正面断面図同冷媒対水用熱交換器の側面断面図同冷媒対水用熱交換器の上面図同ヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

１圧縮機
２冷媒対水熱交換器
３減圧装置
４蒸発器
１０外管
１１内管
１２漏洩検知溝

Claims

圧縮機と、熱媒体と被熱交換液が熱交換される冷媒対水用熱交換器と、減圧装置と、蒸発器とを備え、前記冷媒対水用熱交換器は、合成樹脂で形成された外管と前記外管内に配設された漏洩検知溝を有する内管とから構成されるヒートポンプ給湯機。
内管は複数本である請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
複数の内管は、外管の軸心周りの方向に捻られた螺旋状である請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
外管は耐熱性樹脂材から形成された請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。