JP2014016058A - 水−冷媒熱交換器及びヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、製造工程が簡素でありながら水流路と冷媒流路の熱交換面積を大きくとり、高い伝熱性能を確保することができる水−冷媒熱交換器及び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】本発明は、水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換させる水−冷媒熱交換器であって、前記水流路を画成する壁面の一部を有する部材と前記壁面の一部と対向する対向部を有する部材とが間に空間を有して対向させて配置され、前記空間には前記冷媒流路が渦巻状に配置され、前記空間が前記渦巻状の冷媒流路によって仕切られることにより、渦巻状の水流路が形成されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水−冷媒熱交換器及びヒートポンプ給湯機に関する。

従来、深夜時間帯に外気の持つ熱量を吸収し、水を規定の温度まで加熱して湯を沸き上げて貯湯タンクで保存し、湯の使用時に貯湯タンクより出湯させる冷凍サイクルを用いた給湯機であるヒートポンプ式給湯機がある。

前記ヒートポンプ式給湯機は蒸発器，圧縮機，水−冷媒熱交換器，膨張弁からなり、それらの閉回路内を冷媒が循環することで冷凍サイクルを構成し、前記蒸発器により冷媒が外気より熱を吸収し、その冷媒を前記圧縮機により圧縮して温度を上昇させ、高温になった冷媒の熱を前記水−冷媒熱交換器で加熱対象である水に吸収させることで冷媒の温度を下げると共に湯を沸き上げ、前記膨張弁により冷媒圧力と冷媒温度を下げ、再び前記蒸発器に戻ることで冷媒が吸熱と放熱を繰り返し、湯を沸き上げている。

前記ヒートポンプ式給湯機における水−冷媒熱交換器は水流路と冷媒流路と熱伝導手段を有し、冷媒の熱を水に与えている。前記水−冷媒熱交換器の伝熱性能を向上させる手段として、前記冷媒流路と前記水流路の接触面積（以下、熱交換面積とする）を拡大する方法がある。

前記水−冷媒熱交換器は、広い伝熱面積を持つ構造の例として特許文献１のような二重管式熱交換器がある。

特開２００６−７８０８２号公報

しかし、特許文献１の構造では前記水流路内部に前記冷媒流路を配置した構造となっているため前記伝熱面積は大きいが、外管の内部に内管を入れて曲げ加工などを行う必要があるため製造工程が複雑になる。

そこで、本発明は、製造工程が簡素でありながら水流路と冷媒流路の熱交換面積を大きくとり、高い伝熱性能を確保することができる水−冷媒熱交換器及びヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

本発明は、水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換させる水−冷媒熱交換器であって、前記水流路を画成する壁面の一部を有する部材と前記壁面の一部と対向する対向部を有する部材とが間に空間を有して対向させて配置され、前記空間には前記冷媒流路が渦巻状に配置され、前記空間が前記渦巻状の冷媒流路によって仕切られることにより、渦巻状の水流路が形成されることを特徴とする。

本発明に係る水−冷媒熱交換器及びヒートポンプ給湯機によれば、製造工程が簡素でありながら水流路と冷媒流路の熱交換面積を大きくとり、高い伝熱性能を確保することができる。

本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の系統構成図である。 実施例１に係る水−冷媒熱交換器の構造を示す図である。

図１に本実施形態のヒートポンプ式給湯機の系統構成図を示し、図２に本実施形態の特徴となる水流路が水−冷媒熱交換器の本体の凹部と凹部の開放面を閉塞ように配置された閉塞体からなる水−冷媒熱交換器の構造を示す。

図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯機は、図面の左側に示す水−冷媒熱交換器５を含む冷媒サイクルを箱体内部に搭載したヒートポンプユニット１と、図面の右側に示す貯湯タンクを含めた給湯サイクルを箱体内部に搭載したタンクユニット２で構成され、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２をヒートポンプ式給湯機の施工現場にて接続配管３を使用して接続する構造となっている。

冷媒サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機４と、圧縮機４から吐出される高温・高圧の冷媒が、貯湯タンクより導いた水と熱交換する水−冷媒熱交換器５と、水−冷媒熱交換器５より流出された冷媒が減圧される減圧弁６と、減圧弁６により減圧された低温・低圧の冷媒が、空気と熱交換する蒸発器７を冷媒配管を介して環状に接続される構成となっている。水−冷媒熱交換器５では、水流路２７を流れる水と冷媒流路２８を流れる冷媒とが熱交換する。

蒸発器７には、ファン８により外気が通風される構造となっている。
水サイクルは必要量の湯を貯える貯湯タンク９と、貯湯タンク９の底部の水が導かれる水循環ポンプ１０と、水循環ポンプ１０から吐出された水が冷媒と熱交換する水−冷媒熱交換器５が循環配管により環状に接続される構成となっており、水−冷媒熱交換器５より吐出された水は貯湯タンク９の頂部に戻される構造となっている。また貯湯タンク９の底部には給水配管１１を介して、図示していない水道などの給水源が接続され、頂部は使用場所に給湯する給湯配管１２が接続されている。

圧縮機４には、圧縮機温度を測定するために圧縮機温度センサ１３が設けられている。
水−冷媒熱交換器５の前後に設けてある水サイクル内の配管には、水−冷媒熱交換器５に流入する水の温度を計測する水−冷媒熱交換器入口水温度センサ１４と、水−冷媒熱交換器５から流出する水の温度を計測する水−冷媒熱交換器出口水温度センサ１５が設けられている。

以上のようなヒートポンプ式給湯機において、前記冷媒流路が破損した場合においても前記水流路に前記冷媒や前記冷凍機油が流入すること無く、前記水流路と前記冷媒流路の熱交換面積を大きく取ろうとすると製造工程が複雑になってしまう。

このため、本実施形態に係る水−冷媒熱交換器５では、以下のような構造を有する。即ち、水−冷媒熱交換器５は、水流路２７を流れる水と冷媒流路２８を流れる冷媒とを熱交換させるものであり、水流路２７を画成する壁面の一部２７ａを有する部材である熱交換器本体２２と、前記壁面の一部２７ａと対向する対向部２７ｂを有する部材である着脱部材２３と、前記熱交換器本体２２と着脱部材２３とを固定する固定手段（図示しない）とを備え、前記固定手段による固定を解除することで、前記水流路２７を開放可能に構成される。

このようにすれば、水−冷媒熱交換器及びヒートポンプ給湯機によれば、前記水流路を前記冷媒流路が成すことで構造を簡素にすると共に熱交換面積を大きく取ることで前記水−冷媒熱交換器の熱交換性能の向上を図ることができる。

なお、固定手段としては、熱交換器本体２２と着脱部材２３とが対向した状態を維持することができるものであれば特定のものに限定されるものではなく、例えば、熱交換器本体２２と着脱部材２３とを連結するボルトやナットなどの締結具が考えられる。

また、前記熱交換器本体２２には、前記冷媒流路２８を有する冷媒管２５が固定され、前記着脱部材２３は、前記熱交換器本体２２に対して着脱可能に固定される。

着脱部材２３の取り外しが不要である場合は、前記熱交換器本体２２に密着した状態で接着等による着脱不可な固定方法も可とする。

本実施例に係る水−冷媒熱交換器５は、前記熱交換器本体２２と前記着脱部材２３とは間に空間Ｓを有して対向させて配置され、前記空間Ｓには前記冷媒流路２８が渦巻状に配置され、前記空間Ｓが前記渦巻状の冷媒流路２８によって仕切られることにより、渦巻状の水流路２７が形成される。

本実施例に係る水−冷媒熱交換器５は、製造工程が簡素であり、かつ水流路と冷媒流路２８の熱交換面積を大きく取る構造の詳細を説明する。

前記水−冷媒熱交換器５は、図２のように熱交換器本体２２と着脱部材２３が分離可能な構造を持つ。前記熱交換器本体２２は一面が開放された本体容器２４の内部に適当なピッチを持って渦巻状に巻かれた冷媒管２５を有し、前記冷媒管２５によって熱交換器本体２２内に連続した凹部２９が形成されている。前記着脱部材２３は前記凹部２９の開放面を閉塞するように配置される。

前記冷媒管２５は前記本体容器２４の内側底面との接触面を溶接もしくは耐塩性・高温耐性を持つ密閉手段によりシールされており、前記冷媒管２５と前記着脱部材２３との間は水が通らない構造となっている。前記着脱部材２３は前記水−冷媒熱交換器５の熱交換器本体２２から分離可能な構造とするため、前記冷媒管２５と前記着脱部材２３との接触面は耐塩性・高温耐性を持つ密閉手段によりシールされている。ただし、前記固定手段の固定時には、前記冷媒管２５と前記着脱部材２３の間は水を通さない構造となっている。
前記冷媒管２５は前記水流路２７の汚染防止のため二重管構造となっており、冷媒漏れが起こった場合でも前記水流路２７に冷媒が混入することがない。

図２の構造では、前記水流路２７を前記冷媒管２５と前記水−冷媒熱交換器５の熱交換器本体２２と前記着脱部材２３とで画成し、前記水流路２７と前記冷媒管が密接しながら交互に配置されている。従って、冷媒管２５から直接的に外気へ放熱することがない。対して通常の外管と内管から構成され、外管と内管をそれぞれ流れる流体が熱交換を行う二重管式熱交換器を考えると、外管は周囲が外気と接触しているために周囲から外気に対して直接的に放熱が起こり、放熱ロスが大きくなる。この点、図２における構造では放熱ロスがより小さく、水−冷媒熱交換器としての性能が向上する。

また、図２における放熱が起こる面は平面であるため、前記二重管式熱交換器の長い曲面の放熱面と比較して断熱を行いやすいため、高効率化が図れる。

また、前記冷媒管の巻き回数を変更することで熱交換距離を変更することができるため、前記ヒートポンプユニットの特性に合った熱交換能力を有する前記水−冷媒熱交換器５を容易に設計できる。

１ ヒートポンプユニット
２ タンクユニット
３ 接続配管
４ 圧縮機
５ 水−冷媒熱交換器
６ 減圧弁
７ 蒸発器
８ ファン
９ 貯湯タンク
１０ 水循環ポンプ
１１ 給水配管
１２ 給湯配管
１３ 圧縮機温度センサ
１４ 水−冷媒熱交換器入口水温度センサ
１５ 水−冷媒熱交換器出口水温度センサ
１６ 蒸発器入口温度センサ
１７ 蒸発器出口温度センサ
１８ 外気温度センサ
１９ 給水弁
２０ 給水配管エア（水）抜き栓
２１ 給湯配管エア（水）抜き栓
２２ 熱交換器本体
２３ 着脱部材
２４ 本体容器
２５ 冷媒管
２６ 水管
２７ 水流路
２８ 冷媒流路
２９ 凹部

Claims (5)

1. 水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換させる水−冷媒熱交換器であって、前記水流路を画成する壁面の一部を有する部材と前記壁面の一部と対向する対向部を有する部材とが間に空間を有して対向させて配置され、前記空間には前記冷媒流路が渦巻状に配置され、前記空間が前記渦巻状の冷媒流路によって仕切られることにより、渦巻状の水流路が形成されることを特徴とする水−冷媒熱交換器。
2. 請求項１に記載の水−冷媒熱交換器において、前記一部を有する部材及び前記対向部を有する部材のうち一方の部材は、前記冷媒流路を有する冷媒管が固定される熱交換器本体であり、前記他方の部材は、前記熱交換器本体に対して着脱可能に固定される着脱部材であることを特徴とする水−冷媒熱交換器。
3. 請求項１に記載の水−冷媒熱交換器において、水流路を画成する壁面の一部を有する部材と、前記壁面の一部と対向する対向部を有する部材と、前記一部を有する部材と前記対向部を有する部材とを固定する固定手段とを備え、前記固定手段による固定を解除することで、前記水流路を開放可能に構成されることを特徴とする水−冷媒熱交換器。
4. 請求項１に記載の水−冷媒熱交換器において、前記水流路の流路断面積は、水流路の上流側よりも下流側で大きく設定されることを特徴とする水−冷媒熱交換器。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の水−冷媒熱交換器を有することを特徴とするヒートポンプ給湯機。