JP2010091129A - 熱交換器および温水システム - Google Patents

Abstract

【課題】例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】デフロスト熱交換器１４は、低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管２０と、低圧冷媒配管２０に接触し、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管２１と、低圧冷媒配管２０に接触し、水が流れる水配管５６とを備えている。低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水流路５６の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒流路２１の流路断面積よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器、および、例えば給湯装置または暖房給湯装置等の温水システムに関する。

従来、暖房給湯装置としては、屋外に配置ヒートポンプユニットと、このヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクとを備えたものがある。

上記ヒートポンプユニットは、外気から熱を取り込む蒸発器を有するが、この蒸発器に霜が付着する場合がある。上記蒸発器に霜が付着した状態では、蒸発器の熱交換性能が低下し、ひいては、十分な暖房を行えなくなる。このため、上記蒸発器の霜を取るためのデフロスト運転が必須となる。

ところが、上記従来の暖房給湯装置は、デフロスト運転を行っている最中、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げることができなかった。

このような問題を解決する暖房給湯装置としては、特開２００４−１０８５９７号公報（特許文献１）に記載されている。この暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット、貯湯タンクおよび暖房端末を備えている。

上記ヒートポンプユニットは、ファン、第１の蒸発器、第２の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する。

上記第１の蒸発器は、ファンから外気が送られ、その外気から熱を取り込む。そして、上記第１の蒸発器は、圧縮機の上流側、かつ、第２の蒸発器の下流側に位置している。つまり、上記第２の蒸発器を出た冷媒が、第１の蒸発器を経由した後、圧縮機に流入するようになっている。

上記構成の暖房給湯装置によれば、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げている最中、貯湯タンク内の温水をポンプで第２の蒸発器に送る。これにより、上記第１の蒸発器に入る直前の冷媒がその温水で加熱されるので、第１の蒸発器に付着した霜を融かすことができる。

しかしながら、上記特許文献１の暖房給湯装置では、第２の蒸発器で加熱された冷媒が第１の凝縮器に入るため、第１の蒸発器の蒸発温度が上昇する。

その結果、上記第１の蒸発器において外気から取り込む熱量が減少し、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)が低下するという問題が生じてしまう。

また、上記特許文献１の暖房給湯装置では、ヒートポンプユニットが過冷却熱交換器を備えていないため、第１の蒸発器に入る冷媒の過冷却を行うことができないという問題があった。

仮に、上記ヒートポンプユニットの冷媒回路に過冷却熱交換器を設けた場合、冷媒回路に設ける熱交換器の数が増えるため、冷媒回路の圧力損失が大きくなり、ヒートポンプユニットの効率が低下するという問題が起きてしまう。
特開２００４−１０８５９７号公報（図４）

そこで、本発明の課題は、例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供することにある。

また、本発明の他の課題は、上記熱交換器を備えた温水システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の熱交換器は、
低圧冷媒が流れる低圧冷媒流路と、
上記低圧冷媒流路に接触し、高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路と、
上記低圧冷媒流路に接触し、水が流れる水流路と
を備え、
上記低圧冷媒流路の流路断面積は、上記水流路の流路断面積よりも大きく、かつ、上記高圧冷媒流路の流路断面積よりも大きいことを特徴としている。

上記構成の熱交換器によれば、上記高圧冷媒流路および水流路が低圧冷媒流路に接触するので、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して、低圧冷媒の温度が上がる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けることにより、ヒートポンプユニットの蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、その蒸発器の霜を融かすことができる。

また、上記蒸発器の霜を融かす運転つまりデフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。

また、上記水流路を流れる水は、低圧冷媒流路を流れる低圧冷媒に熱を吸収されて、温度が下がる。したがって、上記水流路を流れて温度が下がった水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。

また、上記高圧冷媒流路が低圧冷媒流路に接触していることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。

また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。

また、上記低圧冷媒流路の流路断面積が、水流路の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒流路の流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。

一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒流路、上記高圧冷媒流路および上記水流路は、三つ編み状に組み合わされている。

上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒流路、高圧冷媒流路および水流路は、三つ編み状に組み合わされているので、低圧冷媒流路、高圧冷媒流路および水流路を強固に一体化することができる。

本発明の温水システムは、
本発明の熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
上記ヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクと
を備え、
上記貯湯タンク内の温水が上記水流路を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴としている。

上記構成の温水システムによれば、上記貯湯タンク内の温水が水流路を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、その蒸発器の霜を融かすことができる。すなわち、上記温水が水流路を流れることによってデフロスト運転を行うことができる。

また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水流路に供給できるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。

また、上記貯湯タンク内の温水は水流路を通って冷却されて温度が下がる。したがって、上記水流路を通って温度が下がった温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。

また、上記熱交換器では高圧冷媒流路が低圧冷媒流路に接触していることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。

また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できる。その結果、上記ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。

また、上記低圧冷媒流路の流路断面積は、水流路の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒流路の流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができる。したがって、上記ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。

一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットは、上記高圧冷媒流路および上記低圧冷媒流路を含む冷媒回路と、上記冷媒回路に設けられた蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張機構とを有し、
上記低圧冷媒流路は、上記膨張機構を出た低圧冷媒を上記圧縮機へ導く配管であり、
上記高圧冷媒流路は、上記圧縮機を出た冷媒を上記膨張機構へ導く配管である。

上記実施形態の温水システムによれば、上記低圧冷媒流路は、膨張機構を出た低圧冷媒を圧縮機へ導く配管であるので、圧縮機に入る冷媒の温度を上げることができる。

また、上記高圧冷媒流路は、圧縮機を出た高圧冷媒を膨張機構へ導く配管であるので、膨張機構に入る冷媒の温度を下げることができる。

一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットはＣＯ_２冷媒を使用する。

上記実施形態の温水システムによれば、上記ヒートポンプユニットはＣＯ_２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニットは高温出湯できる。

本発明の熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けた場合、高圧冷媒流路および水流路が低圧冷媒流路に接触することによって、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して温度が上がるので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、デフロスト運転を行うことができる。

また、上記デフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。

また、上記水流路を流れる水は低圧冷媒に熱を吸収されて温度が下がるので、この温度が下がった水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。

また、上記高圧冷媒流路が低圧冷媒流路に接触していることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。

また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えることによって、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。

また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、低圧冷媒流路の流路断面積が、水流路の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒流路の流路断面積よりも大きいことによって、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができるので、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。

本発明の温水システムによれば、貯湯タンク内の温水が水流路を通って低圧冷媒を加熱することによって、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、デフロスト運転を行うことができる。

また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水流路に供給できるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。

また、上記貯湯タンク内の温水は水流路を通って冷却されて温度が下がるので、この温度が下がった温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。

また、上記ヒートポンプユニットが有する熱交換器では、高圧冷媒流路が低圧冷媒流路に接触していることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。

また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えることによって、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。

また、上記低圧冷媒流路の流路断面積は、水流路の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒流路の流路断面積よりも大きいことによって、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができるので、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。

以下、本発明の熱交換器および温水システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。

上記暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３、暖房用循環回路４、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０を備えている。

まず、上記ヒートポンプユニット１について説明する。このヒートポンプユニット１は冷媒回路１６および電動送風機１７を備え、貯湯タンク２内の水を沸き上げて温水にする。また、上記ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２に接続されている。

上記冷媒回路１６は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器１３、デフロスト熱交換器１４、膨張弁１５、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を有している。この冷媒回路１６ではＣＯ_２冷媒が循環する。なお、上記膨張弁１５は膨張機構の一例で、デフロスト熱交換器１４は熱交換器の一例で、低圧冷媒配管２０は低圧冷媒流路の一例で、高圧冷媒配管２１は高圧冷媒流路の一例である。

上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ_２冷媒を圧縮機１２へ導く配管である。この低圧のＣＯ_２冷媒は、膨張弁１５から圧縮機１２に至るまでに、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器１４をこの順で経由する。

上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ_２冷媒を膨張弁１５へ導く配管である。この高圧のＣＯ_２冷媒は、圧縮機１２から膨張弁１５に至るまでに、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１４をこの順で経由する。

上記デフロスト熱交換器１４は、デフロスト用循環回路５０を介して貯湯タンク２に接続されている。これにより、上記貯湯タンク２内の温水を、デフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に供給することができる。なお、上記水配管５６は水流路の一例である。

図２は、上記デフロスト熱交換器１４の構造を模式的に示す図である。なお、図２においては、高圧冷媒配管２１に対する水配管５６の識別を容易にするため、水配管５６にハッチングを付している。

上記デフロスト熱交換器１４では、高圧冷媒配管２１と水配管５６とが、低圧冷媒配管２０の略直線状の部分に交互に巻き付けられ、その部分に熱的に接触している。この低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きくなっている。

次に、上記低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を流れるＣＯ_２冷媒の圧力変化および温度変化について説明する。上記蒸発器１１内に入った低圧のＣＯ_２冷媒は、電動送風機１７から送られた空気中の熱を吸収して温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ_２冷媒は、低圧冷媒配管２０を流れてデフロスト熱交換器１４に到達する。このデフロスト熱交換器１４では、低圧のＣＯ_２冷媒は、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ_２冷媒の熱を吸収して、さらに温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ_２冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて高圧のＣＯ_２冷媒となり、さらに温度が上る。この高圧のＣＯ_２冷媒は、凝縮器１３で熱を放出して低温となった後、高圧冷媒配管２１の案内でデフロスト熱交換器１４に到達する。このデフロスト熱交換器１４において、高圧のＣＯ_２冷媒は、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ_２冷媒に熱を吸収されて、さらに温度が下がる。この温度がさらに下がった高圧のＣＯ_２冷媒は、膨張弁１５で減圧された後、蒸発器１１に戻る。

また、上記蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転時、貯湯タンク２内の温水がデフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に供給される。これにより、上記デフロスト運転時、デフロスト熱交換器１４において、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ_２冷媒は、水配管５６内の温水の熱と、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ_２冷媒の熱とを吸収して、温度が上がる。

一方、非デフロスト運転時においては、デフロスト熱交換器１４は貯湯タンク２から温水が供給されないので、デフロスト熱交換器１４において、温水と低圧のＣＯ_２冷媒との熱交換は行われない。

次に、上記デフロスト用循環回路５０について説明する。このデフロスト用循環回路５０は分岐弁５５および水配管５６を有している。この分岐弁５５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、温水が流出する２つの出口とを有している。この２つの出口のうち、一方の出口は凝縮器１３に接続され、他方の出口は水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に接続されている。上記一方の出口の開度を調節することにより、凝縮器１３に入る温水の量を調節することができる。また、上記他方の出口の開度調節することにより、デフロスト熱交換器１４に入る温水の量を調節することできる。この分岐弁７の各出口の開度は制御部７によって調節される。

次に、上記沸き上げ用循環回路５について説明する。この沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、上記沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。

上記凍結防止水戻し接続口５４には、凝縮器１３から温水が流れてきたり、デフロスト熱交換器１４から温水が流れてきたりする。

また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部として兼用される。つまり、上記貯湯タンク２と分岐弁５５との間において温水が流れる部分は、沸き上げ用循環回路５の一部であると共に、デフロスト用循環回路５０の一部でもある。この沸き上げ用循環回路５とデフロスト用循環回路５０との分岐部に分岐弁５５が設けられている。

上記供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。

上記沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２の下部内の温水を吸い込み、分岐弁５５へ向けて吐出する。この沸き上げ用循環ポンプ５１として流量可変ポンプまたは流量固定循環ポンプを採用することができる。

上記凝縮器１３ではＣＯ_２冷媒の熱が温水に伝わり、この温水が高温（例えば６０℃〜８５℃）となる。この凝縮器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。

上記沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中、凝縮器１３からの高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の上部領域に流す。また、上記ヒートポンプユニット１の起動時、ヒートポンプユニット１の凝縮器１３から出る温水は十分に高温となっていないので、沸き上げ用三方弁５２は、凝縮器１３からの高温の温水を、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内の下部領域に流す。これにより、上記凝縮器１３で十分に高温にならなかった温水が貯湯タンク２内の上部領域に戻って貯湯タンク２内の温度分布が乱れるのを防止できる。

次に、上記貯湯タンク２について説明する。この貯湯タンク２はヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、上記貯湯タンク２内の上下方向の略中央部にはヒータ６を配置していて、このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱する。また、上記貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するため、複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。

次に、上記給湯用熱交換器３について説明する。この給湯用熱交換器３は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されている。給湯水は給湯用熱交換器３内を流れることによって加熱される。より詳しくは、上記給湯水は、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の下部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れる。そして、上記給湯水は、貯湯タンク２内の上部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れた後、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２外に出る。

また、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度が高すぎた場合、給湯用混合弁３１を開いて、貯湯タンク２から出た給湯水と、貯湯タンク２に流入する前の給湯水とを混ぜ合わせる。これにより、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度を下げることができる。

次に、上記暖房用循環回路４について説明する。この暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。そして、上記暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。

上記第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、上記ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送ることができる。

上記第２暖房往き接続口４２も、上記第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の上部領域の温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ送ることができる。また、上記第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。

上記暖房端末８Ａ，８Ｂ，…のそれぞれは、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、上記温水は、低温となり、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を出て、暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。

上記暖房戻り接続口４３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の下部領域の温水と混ぜることができる。

また、上記暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、温度センサ４０Ｆ，４０Ｇ、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。

上記バイパス配管４４は、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。

上記暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、上記暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。

上記制御部７は、外気温度センサ１８の出力信号と、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｇの出力信号とを受ける。また、上記制御部７は、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号も受ける。ここで、上記外気温度センサ１８の出力信号は外気温度を示す信号、温度センサ４０Ａ，４０Ｂの出力信号は貯湯タンク２内の上部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｃの出力信号は貯湯タンク２内の上下方向の中間部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｄ，４０Ｅの出力信号は貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号である。また、上記温度センサ４０Ｆの出力信号は、貯湯タンク２から暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ向かう温水の温度を示す信号である。そして、上記温度センサ４０Ｇは、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を示す信号である。

上記暖房用循環ポンプ４８は、第２暖房往き接続口４２または第１暖房往き接続口４１を介して貯湯タンク２内の温水を吸い込み、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に向けて吐出する。

上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在している場合、第１暖房往き接続口４１から温水を取り出す。また、上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在していない場合、第２暖房往き接続口４２から温水を取り出す。この暖房用三方弁４９の切り替えは制御部７によって行われる。つまり、上記制御部７は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサからの信号に基づいて、暖房用三方弁４９の切り替えを行う。

上記構成の暖房給湯装置によれば、暖房運転が開始すると、制御部７が暖房用循環ポンプ４８をＯＮにする。これにより、上記貯湯タンク２に貯えた温水が複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。これにより、上記温水の熱が暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を介して室内に放出されて、室内が暖房される。

上記暖房運転中、制御部７が、外気温度センサ１８、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅおよび室内温度センサの出力信号に基づいて、圧縮機１２、膨張弁１５、沸き上げ用循環ポンプ５１および分岐弁５５を制御する。

例えば、上記制御部７は、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅの出力信号から、貯湯タンク２内の上部領域にある高温の温水が少なくなっていると判断すると、ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げる。より詳しくは、上記圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、膨張弁１５を開く。このとき、上記制御部７は、分岐弁５５の凝縮器１３側の出口を全開にする一方、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を全閉にする。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水が凝縮器１３へ流れ、この凝縮器１３で加熱されて高温となった温水が第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内に戻る。

そして、上記ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げている最中に、制御部７が、例えば、外気温度センサ１８の出力から、蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転が必要だと判断すると、デフロスト運転を開始する。

上記デフロスト運転が開始すると、制御部７が、膨張弁１５の開度を大きくすると共に、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を開く。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温（例えば３０℃〜５０℃）の温水が、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１４の両方に流れる。このデフロスト熱交換器１４に入った中温の温水は、圧縮機１２へ向かうＣＯ_２冷媒に熱を与えて低温の温水となる。この低温の温水は、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内に戻る。

このように、上記中温の温水が、デフロスト熱交換器１４を経由した後、再び、貯湯タンク２内に戻ることにより、蒸発器１１に入るＣＯ_２冷媒の温度が適度に高くなる。その結果、上記蒸発器１１から霜を取り除くことができる。

上記デフロスト運転中は、外気から熱を取り込むのではなく、貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水から熱を取り込む。この熱は、ヒートポンプユニット１がデフロスト運転前に沸かした温水の熱である。このため、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰはデフロスト運転中に限っていえば悪くなる。ただし、それは、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いない従来のデフロスト運転でも同じである。

しかしながら、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いるデフロスト運転であれば、その中温の温水は、デフロスト熱交換器１４を経由することによって、温度が下がって低温の温水となって、貯湯タンク２内の下部領域に戻る。これにより、上記デフロスト運転の終了後に、貯湯タンク２内の温水の沸き上げを行うと、貯湯タンク２内の下部領域の低温の温水がヒートポンプユニット１に供給される。その結果、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上し、運転トータルで、ヒートポンプユニット１のＣＯＰの改善が見込める。

また、上記デフロスト熱交換器１４においては、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０に巻き付けられていることによって、高圧冷媒配管２１内のＣＯ_２冷媒の熱が低圧冷媒配管２０内のＣＯ_２冷媒に吸収されるので、高圧冷媒配管２１内のＣＯ_２冷媒の過冷却を行うことができる。

また、上記デフロスト熱交換器１４が高圧冷媒配管２１内のＣＯ_２冷媒の過冷却を行えるので、デフロスト熱交換器１４とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニット１の熱交換器数を少なくして、冷媒回路１６の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニット１の効率を高くすることができる。

また、上記低圧冷媒配管２０に高圧冷媒配管２１と水配管５６とを巻き付けることによって、デフロスト熱交換器１４を製造するので、デフロスト熱交換器１４の製造を簡単にすることができる。

また、上記デフロスト熱交換器１４においては、低圧冷媒配管２０が略直線状に延びているので、低圧冷媒配管２０内のＣＯ_２冷媒の圧力損失が小さくなる。したがって、上記ヒートポンプユニット１の効率をより高くすることができる。

また、上記低圧冷媒配管２０に、高圧冷媒配管２１と水配管５６とを交互に巻き付けているので、高圧冷媒配管２１内のＣＯ_２冷媒と水配管５６内の温水との温度関係に左右されずに、低圧冷媒配管２０内のＣＯ_２冷媒の温度を確実に上げることができる。

また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６および高圧冷媒配管２１のどちらの流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒配管２０を流れるＣＯ_２冷媒の圧力損失を低減できる。

また、上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出たＣＯ_２冷媒を圧縮機１２へ導く配管であるので、圧縮機１２に入るＣＯ_２冷媒の温度を上げることができる。

また、上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出たＣＯ_２冷媒を膨張弁１５へ導く配管であるので、膨張弁１５に入るＣＯ_２冷媒の温度を下げることができる。

また、上記ヒートポンプユニット１はＣＯ_２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニット１は高温出湯できる。

また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部として兼用されるので、沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部を施行すれば、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部の施行を行わずに済む。

したがって、上記沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工に係る手間が少なく、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工性は良好である。

また、上記沸き上げ用循環回路５における温水の流通と、デフロスト用循環回路５０における温水の流通とを、一つの分岐弁５５だけで制御するので、それらの流通の制御が複雑になるのを防ぐことができる。

また、上記暖房運転が行われていない非デフロスト運転時、制御部７は、沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を開き、デフロスト用循環回路５０に少量の温水を流す。これにより、上記デフロスト用循環回路５０内に残った温水が冷えて凍るのを防ぐことができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器１１４の構造を模式的に示す図である。なお、図３においては、高圧冷媒配管１２１に対する水配管１５６の識別を容易にするため、水配管１５６にハッチングを付している。

上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器１１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。

上記デフロスト熱交換器１１４においては、低圧冷媒配管２０の所定の部分のみに水配管１５６が螺旋状に巻き付けられていると共に、低圧冷媒配管２０の上記部分の軸方向の一方側の隣りの部分のみに高圧冷媒配管１２１が螺旋状に巻き付けられている。これにより、上記高圧冷媒配管１２１および水配管１５６は低圧冷媒配管２０に熱的に接触している。なお、上記高圧冷媒配管１２１は高圧冷媒流路の一例であり、水配管１５６は水流路の一例である。

上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、高圧冷媒配管１２１の流路断面積よりも大きく、かつ、水配管１５６の流路断面積よりも大きくなっている。

上記高圧冷媒配管１２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ_２冷媒を、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１１４を経由させた後、膨張弁１５へ導く配管である（図１参照）。

上記水配管１５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器１１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。

このようなデフロスト熱交換器１１４であれば、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１の巻き付け作業が複雑にならず、簡単に製造できる。

なお、上記高圧冷媒配管１２１および水配管１５６は、上記第１実施形態の高圧冷媒配管２１および水配管５６とは、低圧冷媒配管２０への巻き付け方が異なるだけである。

上記第２実施形態において、デフロスト熱交換器１１４の代わりに、図４に示すデフロスト熱交換器２１４を用いてもよい。

上記デフロスト熱交換器２１４においては、低圧冷媒配管２０の所定の部分のみに高圧冷媒配管２２１を螺旋状に巻き付けると共に、低圧冷媒配管２０の所定の部分のみに、高圧冷媒配管２２１を挟むように水配管２５６を螺旋状に巻き付けている。これにより、上記高圧冷媒配管２２１および水配管２５６は低圧冷媒配管２０に熱的に接触している。なお、上記高圧冷媒配管２２１は高圧冷媒流路の一例であり、水配管２５６は水流路の一例である。

上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２２１の流路断面積よりも大きく、かつ、水配管２５６の流路断面積よりも大きくなっている。

上記高圧冷媒配管２２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ_２冷媒を、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器２１４を経由させた後、膨張弁１５へ導く配管である（図１参照）。

上記水配管２５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器２１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。

このようなデフロスト熱交換器２１４であっても、デフロスト熱交換器１１４と同様に、簡単に製造できる。

なお、上記高圧冷媒配管２２１および水配管２５６は、上記第１実施形態の高圧冷媒配管２１および水配管５６とは、低圧冷媒配管２０への巻き付け方が異なるだけである。

また、図４においても、高圧冷媒配管２２１に対する水配管２５６の識別を容易にするため、水配管２５６にハッチングを付している。

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器３１４の構造を模式的に示す図である。なお、図５においては、低圧冷媒配管３２０に対する高圧冷媒配管３２１および水配管３５６の識別を容易にするため、高圧冷媒配管３２１および水配管３５６にハッチングを付している。

上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器３１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。

上記デフロスト熱交換器３１４においては、低圧冷媒配管３２０、高圧冷媒配管３２１および水配管３５６は、三つ編み状に組み合わされ、互いに熱的に接触している。なお、上記低圧冷媒配管２０は低圧冷媒流路の一例であり、高圧冷媒配管３２１は高圧冷媒流路の一例であり、水配管３５６は水流路の一例である。

上記低圧冷媒配管３２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ_２冷媒を、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器３１４を経由させた後、圧縮機１２へ導く配管である。また、上記低圧冷媒配管３２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２２１の流路断面積よりも大きく、かつ、水配管２５６の流路断面積よりも大きくなっている。

上記高圧冷媒配管３２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ_２冷媒を、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器３１４を経由させた後、膨張弁１５へ導く配管である（図１参照）。

上記水配管３５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器３１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。

このようなデフロスト熱交換器３１４であれば、低圧冷媒配管３２０、高圧冷媒配管３２１および水配管３５６は、三つ編み状に組み合わされているので、低圧冷媒配管３２０、高圧冷媒配管３２１および水配管３５６を強固に一体化することができる。

［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器４１４の構造を模式的に示す図である。

上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器４１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。

上記デフロスト熱交換器４１４は、平板状の高圧冷媒用流路板４２１と、この高圧冷媒用流路板４２１上に搭載され、高圧冷媒用流路板４２１に熱的に接触する平板状の低圧冷媒用流路板４２０と、この低圧冷媒用流路板４２０上に搭載され、低圧冷媒用流路板４２０に熱的に接触する平板状の水用流路板４５６とを備えている。この高圧冷媒用流路板４２１、低圧冷媒用流路板４２０および水用流路板４５６の各内部には扁平な空間が設けられている。なお、上記低圧冷媒用流路板４２０は低圧冷媒流路の一例であり、高圧冷媒用流路板４２１は高圧冷媒流路の一例であり、水用流路板４５６は水流路の一例である。

上記低圧冷媒用流路板４２０内の空間には膨張弁１５からの低圧のＣＯ_２冷媒が流入し、この空間を通った圧のＣＯ_２冷媒は圧縮機１２へ向かって流れる（図１参照）。また、上記低圧冷媒用流路板４２０の流路断面積は、高圧冷媒用流路板４２１の流路断面積よりも大きく、かつ、水用流路板４５６の流路断面積よりも大きくなっている。

上記高圧冷媒用流路板４２１内の空間には圧縮機１２からの高圧のＣＯ_２冷媒が流入し、この空間を通った高圧のＣＯ_２冷媒は膨張弁１５へ向かって流れる（図１参照）。

上記水用流路板４５６内の空間には供給口５４からの温水が流入し、この空間を通った温水は貯湯タンク２へ向かって流れる（図１参照）。

このようなデフロスト熱交換器４１４であれば、高圧冷媒用流路板４２１と低圧冷媒用流路板４２０との接触面積が大きいので、高圧冷媒用流路板４２１と低圧冷媒用流路板４２０との間の熱交換効率を高くすることができる。

また、上記水用流路板４５６と低圧冷媒用流路板４２０との接触面積が大きいので、水用流路板４５６と低圧冷媒用流路板４２０との間の熱交換効率を高くすることができる。

上記第１，２第実施形態のデフロスト熱交換器では、略直線状に延びる低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けていたが、例えば少なくとも１つの屈曲部を有する低圧冷媒配管に高圧冷媒配管および水配管を巻き付けてもよい。

上記第１〜第４実施形態において、ヒートポンプユニット１はＣＯ_２冷媒を使用していたが、ＮＨ_３冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。

また、上記第１〜４実施形態の内容を組み合わせたものを本発明の一実施の形態としてもよい。例えば、図６の低圧冷媒用流路板４２０に、図２の高圧冷媒配管２１，水配管５６を熱的に接触させてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態から、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…およびこれに関係する暖房用循環回路４等を無くして、給湯装置としてもよい。すなわち、本発明は、暖房給湯装置に限定されず、給湯のみを行う給湯装置にも適用できる。

図１は本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の模式図である。 図２は本発明の第１実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。 図３は本発明の第２実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。 図４は本発明の第２実施形態のデフロスト熱交換器の変形例の模式図である。 図５は本発明の第３実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。 図６は本発明の第４実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。

符号の説明

１ ヒートポンプユニット
２ 貯湯タンク
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１５ 膨張弁
１６ 冷媒回路
１４，１１４，２１４，３１４，４１４ デフロスト熱交換器
２０，３２０ 低圧冷媒配管
２１，１２１，２２１，３２１ 高圧冷媒配管
５６，１５６，２５６，３５６ 水配管
４２０ 低圧冷媒用流路板
４２１ の高圧冷媒用流路板
４５６ 水用流路板

Claims (5)

1. 低圧冷媒が流れる低圧冷媒流路(２０，３２０，４２０)と、
   上記低圧冷媒流路(２０，３２０，４２０)に接触し、高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路(２１，１２１，２２１，３２１，４２１)と、
   上記低圧冷媒流路(２０，３２０，４２０)に接触し、水が流れる水流路(５６，１５６，２５６，３５６，４５６)と
   を備え、
   上記低圧冷媒流路(２０，３２０，４２０)の流路断面積は、上記水流路(５６，１５６，２５６，３５６，４５６)の流路断面積よりも大きく、かつ、上記高圧冷媒流路(２１，１２１，２２１，３２１，４２１)の流路断面積よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   上記低圧冷媒流路(３２０)、上記高圧冷媒流路(３２１)および上記水流路(３５６)は、三つ編み状に組み合わされていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器(１４，１１４，２１４，３１４，４１４)を有するヒートポンプユニット(１)と、
   上記ヒートポンプユニット(１)で加熱された温水を貯える貯湯タンク(２)と
   を備え、
   上記貯湯タンク(２)内の温水が上記水流路(５６，１５６，２５６，３５６，４５６)を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴とする温水システム。
4. 請求項３に記載の温水システムにおいて、
   上記ヒートポンプユニット(１)は、上記高圧冷媒流路(２１，１２１，２２１，３２１，４２１)および上記低圧冷媒流路(２０，３２０，４２０)を含む冷媒回路(１６)と、上記冷媒回路(１６)に設けられた蒸発器(１１)、圧縮機(１２)、凝縮器(１３)および膨張機構(１５)とを有し、
   上記低圧冷媒流路(２０，３２０，４２０)は、上記膨張機構(１５)を出た低圧冷媒を上記圧縮機(１２)へ導く配管であり、
   上記高圧冷媒流路(２１，１２１，２２１，３２１，４２１)は、上記圧縮機(１２)を出た冷媒を上記膨張機構(１５)へ導く配管であることを特徴とする温水システム。
5. 請求項３または４に記載の温水システムにおいて、
   上記ヒートポンプユニット(１)はＣＯ_２冷媒を使用することを特徴とする温水システム。

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