JP2014190612A - 暖房装置および熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房用熱媒をヒートポンプの凝縮器と暖房端末の間で循環させる暖房装置において、製造コストを低減し、かつ暖房用熱媒を循環させるポンプにかかる負荷を低減することが可能な技術を提供する。
【解決手段】暖房用熱媒との間の熱交換によって冷媒を凝縮させる凝縮器を備えるヒートポンプと、暖房用熱媒を凝縮器と暖房端末の間で循環させる暖房機を備える。凝縮器は、第１熱交換部１０２と第２熱交換部１０４を備え、第１熱交換部と第２熱交換部はそれぞれ、冷媒が流れる冷媒流路と、暖房用熱媒が流れる熱媒流路を備えている。第１熱交換部の冷媒流路と第２熱交換部の冷媒流路が直列に接続されており、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路が並列に接続されている。第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路の内部に乱流発生機構が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、暖房装置および熱交換器に関する。

特許文献１に、冷媒を加圧する圧縮機と、暖房用熱媒との間の熱交換によって冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を減圧する膨張器と、冷媒を気化させる蒸発器を備えるヒートポンプと、暖房用熱媒を凝縮器と暖房端末の間で循環させる暖房機を備える暖房装置が開示されている。この暖房装置によれば、ヒートポンプを熱源として暖房用熱媒を加熱し、その暖房用熱媒の熱を暖房端末で利用することで、エネルギー効率の高い暖房運転を実現することができる。

特開２０１３−００２６６８号公報

一般に、上記のような暖房装置では、凝縮器として、冷媒が流れる配管と暖房用熱媒が流れる配管を互いの外周面で当接させて溶接する方式のものが用いられる。この方式の凝縮器は、隣接する配管を溶接するだけのシンプルな構造であり、製造コストが安いという利点がある。しかしながら、この方式を用いる場合、配管の単位長さあたりの伝熱面積が小さいため、暖房のために必要な伝熱量を確保するためには、冷媒が流れる配管と暖房用熱媒が流れる配管をそれぞれ長く形成しなければならない。一般にこの方式では、省スペース化を図るために、冷媒が流れる配管と暖房用熱媒が流れる配管を捲回して配置するが、これらの配管を長く形成すると、それだけ配管の曲げ加工を要する箇所が増えて、製造コストの増大を招いてしまう。

また、暖房用熱媒が流れる配管を長く形成すると、暖房用熱媒が凝縮器を通過する際の圧損が高くなり、それだけ暖房用熱媒を循環させるためのポンプにも大きな負荷がかかるという問題がある。特に、複数の暖房端末を同時に稼働する場合には、大流量の暖房用熱媒を暖房端末と凝縮器の間で循環させる必要があり、暖房用熱媒を循環させるポンプにかかる負荷も高いものとなる。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、暖房用熱媒をヒートポンプの凝縮器と暖房端末の間で循環させる暖房装置において、製造コストを低減し、かつ暖房用熱媒を循環させるポンプにかかる負荷を低減することが可能な技術を提供する。

本明細書は、冷媒を加圧する圧縮機と、暖房用熱媒との間の熱交換によって冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を減圧する膨張器と、冷媒を気化させる蒸発器を備えるヒートポンプと、暖房用熱媒を凝縮器と暖房端末の間で循環させる暖房機を備える暖房装置を開示する。凝縮器は、第１熱交換部と第２熱交換部を備えている。第１熱交換部と第２熱交換部はそれぞれ、冷媒が流れる冷媒流路と、暖房用熱媒が流れる熱媒流路を備えている。その暖房装置では、第１熱交換部の冷媒流路と第２熱交換部の冷媒流路が直列に接続されており、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路が並列に接続されている。その暖房装置では、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路の内部に乱流発生機構が形成されている。

上記の暖房装置では、凝縮器の第１熱交換部と第２熱交換部のそれぞれにおいて、冷媒と暖房用熱媒の間での熱交換が行われる。第１熱交換部の冷媒流路と第２熱交換部の冷媒流路は直列に接続されているので、凝縮器を通過する冷媒を十分に冷却することができる。また、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路が並列に接続されているので、凝縮器を通過する暖房用熱媒の圧損を低減し、暖房用熱媒を循環させるためのポンプにかかる負荷を低減することができる。また、上記の暖房装置では、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路の内部に乱流発生機構が形成されている。これによって、熱媒流路を通過する際の暖房用熱媒の流速を向上して、熱媒流路の単位長さあたりの伝熱量を増やすことができる。このため、凝縮器における熱媒流路と冷媒流路の全長を短くすることができ、製造コストを低減することができる。

上記の暖房装置は、暖房端末から凝縮器へ暖房用熱媒を送る熱媒往路と、凝縮器から暖房端末へ暖房用熱媒を送る熱媒復路の間に、バイパス経路が形成されており、熱媒往路から凝縮器を経由して熱媒復路へ流れる暖房用熱媒の流量と、熱媒往路からバイパス経路を経由して熱媒復路へ流れる暖房用熱媒の流量の割合を調整可能であるように構成することができる。

上記のようなバイパス経路を備える暖房装置では、熱媒往路および熱媒復路を流れる暖房用熱媒の流量が増大する場合に、バイパス経路に暖房用熱媒を流すことで、凝縮器を流れる暖房用熱媒の流量を低減し、暖房用熱媒を循環するポンプの負荷が許容範囲に収まるようにしている。このようにバイパス経路を設けて凝縮器を流れる暖房用熱媒の流量を低減させる構成では、暖房用熱媒を循環するポンプの負荷を確実に許容範囲に収めることができる反面、暖房用熱媒のヒートポンプでの加熱効率が低下してしまうという問題がある。しかしながら、上記の暖房装置では、凝縮器を通過する暖房用熱媒の圧損が低減されているので、バイパス流路に多くの暖房用熱媒を流さなくても、暖房用熱媒を循環するポンプの負荷を許容範囲に収めることができる。ヒートポンプの加熱能力を暖房用熱媒の加熱に最大限に利用することができる。

上記の暖房装置は、給湯用水を給水源から凝縮器を経由して給湯箇所へ供給する給湯機をさらに備えており、ヒートポンプの凝縮器が、給湯用水との間の熱交換によっても冷媒を凝縮させることが可能であり、凝縮器の第１熱交換部と第２熱交換部がそれぞれ、給湯用水が流れる水流路をさらに備えており、第１熱交換部の水流路と第２熱交換部の水流路が直列に接続されており、第１熱交換部の水流路と第２熱交換部の水流路の内部に乱流発生機構が形成されているように構成することができる。

上記の暖房装置では、ヒートポンプの加熱能力を、暖房用熱媒の加熱だけではなく、給湯用水の加熱にも利用することができる。また、上記の暖房装置では、第１熱交換部の水流路と第２熱交換部の水流路の内部に乱流発生機構が形成されている。これによって、水流路を通過する際の給湯用水の流速を向上して、水流路の単位長さあたりの伝熱量を増やすことができる。このため、凝縮器における水流路と冷媒流路の全長を短くすることができ、製造コストを低減することができる。

本明細書は、ヒートポンプで用いられる冷媒と、暖房端末で用いられる暖房用熱媒の間で熱交換する熱交換器も開示する。その熱交換器は、第１熱交換部と第２熱交換部を備えている。第１熱交換部と第２熱交換部はそれぞれ、冷媒が流れる冷媒流路と、暖房用熱媒が流れる熱媒流路を備えている。その熱交換器では、第１熱交換部の冷媒流路と第２熱交換部の冷媒流路が直列に接続されており、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路が並列に接続されている。その熱交換器では、第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路の内部に乱流発生機構が形成されている。

本明細書が開示する暖房装置および熱交換器によれば、製造コストを低減し、かつ暖房用熱媒をヒートポンプの凝縮器と暖房端末の間で循環させるポンプにかかる負荷を低減することができる。

実施例の給湯暖房システム２の構成を模式的に示す図である。 実施例の三流体熱交換器５８の外観を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面についての横断面図である。 第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａを、直列に接続した場合と、並列に接続した場合について、三流体熱交換器５８における暖房用水の圧力損失を比較したグラフである。 第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａを、直列に接続した場合と、並列に接続した場合について、暖房用水循環ポンプ７４が実現可能な循環流量を比較したグラフである。

（実施例）
図１は、本実施例の給湯暖房システム２を示している。給湯暖房システム２は、タンクユニット４と、ヒートポンプユニット６と、熱源機ユニット８と、制御装置１００を備えている。

ヒートポンプユニット６は、ヒートポンプ５０と、給湯用水循環ポンプ２２を備えている。ヒートポンプ５０は、冷媒（例えばＲ４１０ＡといったＨＦＣ冷媒や、Ｒ７４４といったＣＯ_２冷媒）を循環させるための冷媒循環路５２と、空気熱交換器（蒸発器）５４と、ファン５６と、圧縮機６２と、三流体熱交換器５８と、膨張弁６０を備えるヒートポンプサイクルである。

空気熱交換器５４は、ファン５６によって送風された外気と冷媒循環路５２内の冷媒との間で熱交換させる。空気熱交換器５４には、膨張弁６０を通過後の低圧低温の液体状態にある冷媒が供給される。空気熱交換器５４は、冷媒と外気とを熱交換させることによって、冷媒を加熱する。冷媒は、加熱されることにより気化し、比較的高温で低圧の気体状態となる。

圧縮機６２には、空気熱交換器５４を通過後の冷媒が供給される。即ち、圧縮機６２には、比較的高温で低圧の気体状態の冷媒が供給される。圧縮機６２によって冷媒が圧縮されることにより、冷媒は高温高圧の気体状態となる。圧縮機６２は、圧縮後の高温高圧の気体状態の冷媒を、三流体熱交換器５８に送り出す。

三流体熱交換器５８には、圧縮機６２から送り出された高温高圧の気体状態の冷媒が供給される。三流体熱交換器５８は、冷媒循環路５２内の冷媒と、後述のタンク水循環路２０内の水（以下では給湯用水ともいう）との間で熱交換を行うことができる。さらに、三流体熱交換器５８は、冷媒循環路５２内の冷媒と、後述の第２暖房加熱路８４内の水（以下では暖房用水ともいう）との間で熱交換を行うことができる。冷媒は、三流体熱交換器５８での熱交換の結果、熱を奪われて凝縮する。これにより、冷媒は、比較的低温で高圧の液体状態となる。

膨張弁６０には、三流体熱交換器５８を通過後の比較的低温で高圧の液体状態の冷媒が供給される。冷媒は、膨張弁６０を通過することによって減圧され、低温低圧の液体状態となる。膨張弁６０を通過した冷媒は、上記の通り、空気熱交換器５４に送られる。

ヒートポンプ５０において、圧縮機６２を作動させると、冷媒循環路５２内の冷媒は、空気熱交換器５４、圧縮機６２、三流体熱交換器５８、膨張弁６０の順に循環する。この場合、三流体熱交換器５８において、タンク水循環路２０内の給湯用水、又は、第２暖房加熱路８４内の暖房用水が加熱される。

タンクユニット４は、タンク１０を備えている。タンク１０は、ヒートポンプ５０によって加熱された給湯用水を貯える。本実施例の給湯用水は、水道水である。タンク１０は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。タンク１０内には満水まで給湯用水が貯留される。

タンク水循環路２０は、上流端がタンク１０の下部に接続されており、ヒートポンプユニット６の三流体熱交換器５８を通過して、下流端がタンク１０の上部に接続されている。タンク水循環路２０には、ヒートポンプユニット６の給湯用水循環ポンプ２２が介装されている。ヒートポンプユニット６において、ヒートポンプ５０を作動させて、給湯用水循環ポンプ２２を駆動すると、タンク１０の下部の給湯用水が三流体熱交換器５８に送られて加熱され、加熱された給湯用水がタンク１０の上部に戻される。タンク１０の内部には、低温の給湯用水の層の上に高温の給湯用水の層が積み重なった温度成層が形成される。

水道水導入路２４は、上流端が給湯暖房システム２の外部の水道水供給源３２に接続されている。水道水導入路２４の下流側は、第１導入路２４ａと第２導入路２４ｂに分岐している。第１導入路２４ａの下流端は、タンク１０の下部に接続されている。第２導入路２４ｂの下流端は、第１給湯路３６の途中に接続されている。

第１給湯路３６は、上流端がタンク１０の上部に接続されている。上述したように、第１給湯路３６の途中には、水道水導入路２４の第２導入路２４ｂが接続されている。第１給湯路３６と第２導入路２４ｂの接続部には、混合弁３０が介装されている。混合弁３０は、タンク１０の上部から第１給湯路３６へ流入する高温の給湯用水の流量と、第２導入路２４ｂから第１給湯路３６へ流入する低温の水道水の流量の割合を調整する。第２導入路２４ｂとの接続部より下流側の第１給湯路３６は、熱源機ユニット８の給湯加熱路３７を通過して、第２給湯路３９へ接続している。第１給湯路３６と第２給湯路３９の間は、熱源機バイパス路３３によって接続されている。熱源機バイパス路３３にはバイパス弁３４が介装されている。第２給湯路３９の下流端は給湯栓３８に接続されている。

熱源機ユニット８は、シスターン７０と、暖房用バーナ８２と、給湯用バーナ８１を備えている。シスターン７０は、上部が開放されている容器であり、内部に暖房用水を貯留している。本実施例の暖房用水は例えば水または不凍液である。シスターン７０には、暖房往路７２の上流端が接続されている。暖房往路７２には、暖房用水循環ポンプ７４が介装されている。暖房用水循環ポンプ７４を駆動すると、シスターン７０内の暖房用水が暖房往路７２に流れ込む。

暖房往路７２の下流端は、第１暖房加熱路７３と、低温暖房循環路７５に分岐している。低温暖房循環路７５には、低温暖房機群７８が取り付けられる。低温暖房機群７８は、比較的低温の暖房用水を熱源として利用する暖房機器であって、例えば床暖房機などである。低温暖房機群７８としては、所望の台数の低温暖房機を取り付けることができる。図１に示す例では、低温暖房機群７８として、２つの低温暖房機７８ａ、７８ｂが取り付けられている場合を示している。第１暖房加熱路７３には、暖房用バーナ８２が介装されている。暖房用バーナ８２は、第１暖房加熱路７３内の暖房用水を加熱する。第１暖房加熱路７３の下流端は、高温暖房循環路７７と追い焚き循環路７９に分岐している。高温暖房循環路７７には、高温暖房機群７６が取り付けられる。高温暖房機群７６は、比較的高温の暖房用水を熱源として利用する暖房機器であって、例えば浴室暖房乾燥機などである。高温暖房機群７６としては、所望の台数の高温暖房機を取り付けることができる。図１に示す例では、高温暖房機群７６として、２つの高温暖房機７６ａ、７６ｂが取り付けられている場合を示している。低温暖房循環路７５と高温暖房循環路７７は、それぞれの下流端で合流して、第２暖房加熱路８４の上流端へ接続している。

第２暖房加熱路８４の下流端は、ヒートポンプユニット６の三流体熱交換器５８を介して、暖房復路９６の上流端へ接続している。暖房復路９６は、下流端が熱源機ユニット８のシスターン７０に接続している。

第２暖房加熱路８４と暖房復路９６の間は、ＨＰバイパス路８６によって接続されている。第２暖房加熱路８４とＨＰバイパス路８６の接続部には、混合弁８８が介装されている。混合弁８８は、第２暖房加熱路８４から三流体熱交換器５８を経由して暖房復路９６へ流入する暖房用水の流量と、第２暖房加熱路８４からＨＰバイパス路８６を経由して暖房復路９６へ流入する暖房用水の流量の割合を調整する。

追い焚き循環路７９には、追い焚き熱動弁８３と、追い焚き熱交換器９７が介装されている。追い焚き熱動弁８３は、追い焚き循環路７９を開閉する。追い焚き熱交換器９７では、追い焚き循環路７９を流れる暖房用水と、浴槽水循環路９１を流れる浴槽水の間で熱交換が行われる。追い焚き循環路７９の下流端は、暖房復路９６に接続している。

浴槽水循環路９１の上流端は、浴槽９８の底部に接続している。浴槽水循環路９１の下流端は、浴槽９８の側部に接続している。浴槽水循環路９１には、浴槽水循環ポンプ９９が介装されている。浴槽水循環ポンプ９９が駆動すると、浴槽９８の底部から吸い出された浴槽水が、追い焚き熱交換器９７を通過して、浴槽９８の側部へ戻される。

給湯加熱路３７には、給湯用バーナ８１が介装されている。給湯加熱路３７の給湯用バーナ８１よりも下流側から、浴槽注湯路４０が分岐している。浴槽注湯路４０には、浴槽注湯路４０を開閉する注湯電磁弁４２が介装されている。浴槽注湯路４０の下流端は、浴槽水循環ポンプ９９に接続している。

制御装置１００は、タンクユニット４、ヒートポンプユニット６、熱源機ユニット８の各構成要素の動作を制御する。

給湯暖房システム２は、以下のように、蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、湯はり運転および追い焚き運転を実施することができる。

（蓄熱運転）
蓄熱運転では、タンク１０内の給湯用水をヒートポンプ５０で加熱し、高温となった給湯用水をタンク１０に戻す。蓄熱運転を実行する際には、制御装置１００は圧縮機６２およびファン５６を駆動してヒートポンプ５０を作動させるとともに、給湯用水循環ポンプ２２を駆動する。

圧縮機６２の駆動により、冷媒循環路５２内の冷媒は、空気熱交換器５４、圧縮機６２、三流体熱交換器５８、膨張弁６０の順に循環する。この場合、三流体熱交換器５８を通過する冷媒循環路５２内の冷媒は、高温高圧の気体状態である。また、給湯用水循環ポンプ２２の駆動により、タンク水循環路２０内をタンク１０内の給湯用水が循環する。即ち、タンク１０の下部に存在する給湯用水がタンク水循環路２０内に導入され、導入された給湯用水が三流体熱交換器５８を通過する際に、冷媒循環路５２内の冷媒の熱によって加熱され、加熱された給湯用水がタンク１０の上部に戻される。これにより、タンク１０に高温の給湯用水が貯められる。タンク１０の内部が高温の給湯用水で満たされた満蓄状態となると、蓄熱運転を終了する。

（給湯運転）
給湯運転は、タンク１０内の給湯用水を給湯栓３８に供給する運転である。給湯運転は、上記の蓄熱運転と並行して行うこともできる。給湯栓３８が開かれると、水道水供給源３２からの水圧によって、水道水導入路２４（第１導入路２４ａ）からタンク１０の下部に水道水が流入する。同時に、タンク１０上部の給湯用水が、第１給湯路３６を介して給湯栓３８に供給される。

制御装置１００は、タンク１０から第１給湯路３６に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度より高い場合には、混合弁３０を駆動して第２導入路２４ｂから第１給湯路３６に水道水を導入する。従って、タンク１０から供給された給湯用水と第２導入路２４ｂから供給された水道水とが、第１給湯路３６内で混合される。制御装置１００は、給湯栓３８に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度と一致するように、混合弁３０の開度を調整する。一方、制御装置１００は、タンク１０から第１給湯路３６に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、給湯用バーナ８１によって第１給湯路３６を通過する水を加熱する。制御装置１００は、給湯栓３８に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度と一致するように、給湯用バーナ８１の出力を制御する。

（暖房運転）
暖房運転は、ヒートポンプ５０によって暖房用水を加熱し、高温となった暖房用水を用いて低温暖房機群７８や高温暖房機群７６によって暖房する運転である。利用者によって暖房運転の実行が指示されると、制御装置１００は、暖房用水循環ポンプ７４を回転させる。さらに、制御装置１００は、圧縮機６２を駆動する。これによって、三流体熱交換器５８で加熱された暖房用水が、シスターン７０を経て、低温暖房機群７８や高温暖房機群７６に供給される。さらに、制御装置１００は、必要に応じて暖房用バーナ８２を作動する。これにより、高温暖房機群７６には、暖房用バーナ８２での加熱によってさらに高温となった暖房用水が供給される。暖房運転においては、低温暖房機群７８に供給される暖房用水の温度が低温暖房設定温度となるように、また高温暖房機群７６に供給される暖房用水の温度が高温暖房設定温度となるように、ヒートポンプ５０の動作や、暖房用バーナ８２の出力が調整される。

稼働する低温暖房機群７８および高温暖房機群７６の台数が多くなると、暖房用水循環ポンプ７４が送り出す暖房用水の流量が多くなり、それだけ暖房用水循環ポンプ７４の負荷が増大する。そこで、本実施例では、稼働する低温暖房機群７８および高温暖房機群７６の台数に応じて混合弁８８の開度を調整し、稼働する低温暖房機群７８および高温暖房機群７６の台数が多いほど、ＨＰバイパス路８６に流れる暖房用水の割合を増加させる。このような構成とすることで、稼働する低温暖房機群７８および高温暖房機群７６の台数が多くなる場合でも、暖房用水循環ポンプ７４の負荷の増大を抑制することができる。

（湯はり運転）
湯はり運転は浴槽９８に湯はりをする運転である。利用者が湯はり運転の開始を指示すると、給湯暖房システム２は湯はり運転を開始する。湯はり運転においては、注湯電磁弁４２を開く。注湯電磁弁４２が開くと、水道水供給源３２からの水圧によって、水道水導入路２４（第１導入路２４ａ）からタンク１０の下部に水道水が流入する。同時に、タンク１０上部の給湯用水が、第１給湯路３６、浴槽注湯路４０、浴槽水循環路９１を介して浴槽９８に供給される。湯はり運転においては、給湯運転と同様にして、浴槽注湯路４０に供給される水の温度を湯はり設定温度に調整する。浴槽９８に供給される水の水量が湯はり設定水量に達すると、湯はり運転を終了する。

（追い焚き運転）
追い焚き運転は、浴槽９８に貯められた浴槽水を追い焚きする運転である。利用者が追い焚き運転の開始を指示すると、給湯暖房システム２は追い焚き運転を開始する。追い焚き運転においては、追い焚き熱動弁８３を開いて、暖房用水循環ポンプ７４を駆動する。また、浴槽水循環ポンプ９９を駆動する。これにより、浴槽９８の底部から浴槽水が吸い出されて、追い焚き熱交換器９７で暖房用水との熱交換によって加熱される。加熱された浴槽水は、浴槽９８の側部へ戻される。追い焚き運転においては、暖房用バーナ８２による暖房用水の加熱が行われる。

（三流体熱交換器の構成）
図２および図３に示すように、三流体熱交換器５８は、主に、第１熱交換部１０２と、第２熱交換部１０４を備えている。

図３に示すように、第１熱交換部１０２は、第１内側熱交換部１０６と第１外側熱交換部１０８を備えている。第１内側熱交換部１０６は、暖房用水が流れる暖房配管１０６ａと、冷媒が流れる冷媒配管１０６ｂと、給湯用水が流れる給湯配管１０６ｃを備えている。第１内側熱交換部１０６は、暖房配管１０６ａと、冷媒配管１０６ｂと、給湯配管１０６ｃを、この順で鉛直方向に互いに隣接して配置し、これらの配管を一体的に捲回することで形成されている。第１内側熱交換部１０６において、隣接する配管同士は互いにロウ付けされている。第１外側熱交換部１０８は、暖房用水が流れる暖房配管１０８ａと、冷媒が流れる冷媒配管１０８ｂと、給湯用水が流れる給湯配管１０８ｃを備えている。第１外側熱交換部１０８は、暖房配管１０８ａと、冷媒配管１０８ｂと、給湯配管１０８ｃを、この順で鉛直方向に互いに隣接して配置し、これらの配管を一体的に捲回することで形成されている。第１外側熱交換部１０８において、隣接する配管同士は互いにロウ付けされている。第１内側熱交換部１０６は第１外側熱交換部１０８の内側の空間に配置される。図２に示すように、第１内側熱交換部１０６の暖房配管１０６ａ、冷媒配管１０６ｂおよび給湯配管１０６ｃの上端と、第１外側熱交換部１０８の暖房配管１０８ａ、冷媒配管１０８ｂおよび給湯配管１０８ｃの下端は、それぞれ第１連結配管１１０ａ、１１０ｂおよび１１０ｃによって、接続されている。第１内側熱交換部１０６の暖房配管１０６ａと第１外側熱交換部１０８の暖房配管１０８ａの内部には、コイル１２４ａを挿入することで乱流発生機構が形成されている。第１内側熱交換部１０６の給湯配管１０６ｃと第１外側熱交換部１０８の給湯配管１０８ａの内部には、コイル１２４ｃを挿入することで、乱流発生機構が形成されている。

図３に示すように、第２熱交換部１０４は、第２内側熱交換部１１６と第２外側熱交換部１１８を備えている。第２内側熱交換部１１６は、暖房用水が流れる暖房配管１１６ａと、冷媒が流れる冷媒配管１１６ｂと、給湯用水が流れる給湯配管１１６ｃを備えている。第２内側熱交換部１１６は、暖房配管１１６ａと、冷媒配管１１６ｂと、給湯配管１１６ｃを、この順で鉛直方向に互いに隣接して配置し、これらの配管を一体的に捲回することで形成されている。第２内側熱交換部１１６において、隣接する配管同士は互いにロウ付けされている。第２外側熱交換部１１８は、暖房用水が流れる暖房配管１１８ａと、冷媒が流れる冷媒配管１１８ｂと、給湯用水が流れる給湯配管１１８ｃを備えている。第２外側熱交換部１１８は、暖房配管１１８ａと、冷媒配管１１８ｂと、給湯配管１１８ｃを、この順で鉛直方向に互いに隣接して配置し、これらの配管を一体的に捲回することで形成されている。第２外側熱交換部１１８において、隣接する配管同士は互いにロウ付けされている。第２内側熱交換部１１６は第２外側熱交換部１１８の内側の空間に配置される。図２に示すように、第２内側熱交換部１１６の暖房配管１１６ａ、冷媒配管１１６ｂおよび給湯配管１１６ｃの上端と、第２外側熱交換部１１８の暖房配管１１８ａ、冷媒配管１１８ｂおよび給湯配管１１８ｃの下端は、それぞれ第２連結配管１２０ａ、１２０ｂおよび１２０ｃによって、接続されている。第２内側熱交換部１１６の暖房配管１１６ａと第２外側熱交換部１１８の暖房配管１１８ａの内部には、コイル１２６ａを挿入することで、乱流発生機構が形成されている。第２内側熱交換部１１６の給湯配管１１６ｃと第２外側熱交換部１１８の給湯配管１１８ｃの内部には、コイル１２６ｃを挿入することで、乱流発生機構が形成されている。

図２に示すように、第１熱交換部１０２の第１外側熱交換部１０８の冷媒配管１０８ｂおよび給湯配管１０８ｃの上端は、第２熱交換部１０４の第２内側熱交換部１１６の冷媒配管１１６ｂおよび給湯配管１１６ｃの下端と、それぞれ中継配管１２２ｂ、１２２ｃによって、接続されている。

図１の冷媒循環路５２の冷媒は三流体熱交換器５８において、図２および図３に示す第２熱交換部１０４の第２外側熱交換部１１８の冷媒配管１１８ｂの上端に流入する。そして、第２外側熱交換部１１８の冷媒配管１１８ｂ、第２内側熱交換部１１６の冷媒配管１１６ｂ、第１熱交換部１０２の第１外側熱交換部１０８の冷媒配管１０８ｂ、第１内側熱交換部１０６の冷媒配管１０６ｂを順に通過し、第１内側熱交換部１０６の冷媒配管１０６ｂの下端から冷媒循環路５２に流出する。

図１のタンク水循環路２０の給湯用水は、三流体熱交換器５８において、図２および図３に示す第１熱交換部１０２の第１内側熱交換部１０６の給湯配管１０６ｃの下端に流入する。そして、第１内側熱交換部１０６の給湯配管１０６ｃ、第１外側熱交換部１０８の給湯配管１０８ｃ、第２熱交換部１０４の第２内側熱交換部１１６の給湯配管１１６ｃ、第２外側熱交換部１１８の給湯配管１１８ｃを順に通過し、第２外側熱交換部１１８の給湯配管１１８ｃの上端からタンク水循環路２０に流出する。

三流体熱交換器５８において、冷媒循環路５２からの冷媒とタンク水循環路２０からの給湯用水は対向流として流れ、両者の間で熱交換が行われる。なお、本実施例では、給湯配管１０６ｃ、１０８ｃ、１１６ｃ、１１８ｃの内部に乱流発生機構が形成されているため、通過する給湯用水の流速が向上して、給湯配管１０６ｃ、１０８ｃ、１１６ｃ、１１８ｃの単位長さあたりの熱交換性能が向上している。

図１の第２暖房加熱路８４からの暖房用水は、三流体熱交換器５８において、第１熱交換部１０２の第１内側熱交換部１０６の暖房配管１０６ａの下端と、第２熱交換部１０４の第２内側熱交換部１１６の暖房配管１１６ａの下端に、分岐して流入する。第１内側熱交換部１０６の暖房配管１０６ａに流入した暖房用水は、第１内側熱交換部１０６の暖房配管１０６ａと第１外側熱交換部１０８の暖房配管１０８ａを順に通過し、第１外側熱交換部１０８の暖房配管１０８ａの上端から流出する。第２内側熱交換部１１６の暖房配管１１６ａに流入した暖房用水は、第２内側熱交換部１１６の暖房配管１１６ａと第２外側熱交換部１１８の暖房配管１１８ａを順に通過し、第２外側熱交換部１１８の暖房配管１１８ａの上端から流出する。第１外側熱交換部１０８の暖房配管１０８ａから流出した暖房用水と、第２外側熱交換部１１８の暖房配管１１８ａから流出した暖房用水は、合流して暖房復路９６に流出する。

三流体熱交換器５８の第１熱交換部１０２、第２熱交換部１０４のそれぞれにおいて、冷媒循環路５２からの冷媒と第２暖房加熱路８４からの暖房用水は対向流として流れ、両者の間で熱交換が行われる。なお、本実施例では、暖房配管１０６ａ、１０８ａ、１１６ａ、１１８ａの内部に乱流発生機構が形成されているため、通過する暖房用水の流速が向上して、暖房配管１０６ａ、１０８ａ、１１６ａ、１１８ａの単位長さあたりの熱交換性能が向上している。

本実施例の三流体熱交換器５８では、第２暖房加熱路８４からの暖房用水が分岐して、第１熱交換部１０２と第２熱交換部１０４を並列に流れた後、合流して暖房復路９６へ流出する。このような構成とすることによって、三流体熱交換器５８における暖房用水の圧損を低減し、暖房用水循環ポンプ７４の負荷を軽減することができる。また、このような構成とすることによって、ＨＰバイパス路８６に流す暖房用水の流量の割合を低減することができる。これにより、ヒートポンプ５０による暖房用水の加熱効率を向上し、システム全体でのエネルギー効率を向上することができる。

図４は、第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａを、直列に接続した場合と、並列に接続した場合について、三流体熱交換器５８における暖房用水の圧力損失を比較したグラフである。図４において、Ｌ１は直列に接続した場合を示しており、Ｌ２、Ｌ３は並列に接続した場合を示している。また、Ｌ２は合流部の配管径を暖房配管１０６ａ、１０８ａ、１１６ａ、１１８ａと同程度にした場合を示しており、Ｌ３は合流部の配管径を暖房配管１０６ａ、１０８ａ、１１６ａ、１１８ａよりも一回り（例えば１．５倍程度に）大きくした場合を示している。図４から分かるように、第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａを並列に接続する構成とすることで、三流体熱交換器５８における暖房用水の圧損を低減することができる。

図５は、第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａを、直列に接続した場合と、並列に接続した場合について、暖房用水循環ポンプ７４が実現可能な循環流量を比較したグラフである。図５において、Ｌ１は直列に接続した場合を示しており、Ｌ２、Ｌ３は並列に接続した場合を示している。また、Ｌ２は合流部の配管径を暖房配管１０６ａ、１０８ａ、１１６ａ、１１８ａと同程度にした場合を示しており、Ｌ３は合流部の配管径を暖房配管１０６ａ、１０８ａ、１１６ａ、１１８ａよりも一回り（例えば１．５倍程度に）大きくした場合を示している。図５から分かるように、第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａを並列に接続する構成とすることで、同じ機外揚程に対して、大きな循環流量を実現することができる。

以上のように、本実施例の給湯暖房システム２は、冷媒を加圧する圧縮機６２と、暖房用水との間の熱交換によって冷媒を凝縮させる三流体熱交換器５８と、冷媒を減圧する膨張弁６０と、冷媒を気化させる空気熱交換器５４を備えるヒートポンプ５０と、暖房用水を三流体熱交換器５８と低温暖房機群７８および／または高温暖房機群７６の間で循環させる熱源機ユニット８を備えている。三流体熱交換器５８は、第１熱交換部１０２と第２熱交換部１０４を備えている。第１熱交換部１０２は、冷媒が流れる冷媒配管１０６ｂ、１０８ｂと、暖房用水が流れる暖房配管１０６ａ、１０８ａを備えている。第２熱交換部１０４は、冷媒が流れる冷媒配管１１６ｂ、１１８ｂと、暖房用水が流れる暖房配管１１６ａ、１１８ａを備えている。第１熱交換部１０２の冷媒配管１０６ｂ、１０８ｂと、第２熱交換部１０４の冷媒配管１１６ｂ、１１８ｂは、直列に接続されている。第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａは、並列に接続されている。第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａの内部に、乱流発生機構が形成されている。

給湯暖房システム２では、低温暖房機群７８および／または高温暖房機群７６から三流体熱交換器５８へ暖房用水を送る第２暖房加熱路８４と、三流体熱交換器５８から低温暖房機群７８および／または高温暖房機群７６へ暖房用水を送る暖房復路９６の間に、ＨＰバイパス路８６が形成されており、第２暖房加熱路８４から三流体熱交換器５８を経由して暖房復路９６へ流れる暖房用水の流量と、第２暖房加熱路８４からＨＰバイパス路８６を経由して暖房復路９６へ流れる暖房用水の流量の割合を調整可能である。

給湯暖房システム２は、給湯用水を水道水供給源３２から三流体熱交換器５８を経由して給湯栓３８へ供給するタンクユニット４および給湯用水循環ポンプ２２をさらに備えており、ヒートポンプ５０の三流体熱交換器５８が、給湯用水との間の熱交換によっても冷媒を凝縮させることが可能である。三流体熱交換器５８の第１熱交換部１０２は、給湯用水が流れる給湯配管１０６ｃ、１０８ｃをさらに備えており、第２熱交換部１０４は、給湯用水が流れる給湯配管１１６ｃ、１１８ｃをさらに備えている。第１熱交換部１０２の給湯配管１０６ｃ、１０８ｃと、第２熱交換部１０４の給湯配管１１６ｃ、１１８ｃは、直列に接続されている。第１熱交換部１０２の給湯配管１０６ｃ、１０８ｃと、第２熱交換部１０４の給湯配管１１６ｃ、１１８ｃの内部に、乱流発生機構が形成されている。

また、本実施例の三流体熱交換器５８は、ヒートポンプ５０で用いられる冷媒と、低温暖房機群７８および／または高温暖房機群７６で用いられる暖房用水の間で熱交換する。三流体熱交換器５８は、第１熱交換部１０２と第２熱交換部１０４を備えている。第１熱交換部１０２は、冷媒が流れる冷媒配管１０６ｂ、１０８ｂと、暖房用水が流れる暖房配管１０６ａ、１０８ａを備えている。第２熱交換部１０４は、冷媒が流れる冷媒配管１１６ｂ、１１８ｂと、暖房用水が流れる暖房配管１１６ａ、１１８ａを備えている。第１熱交換部１０２の冷媒配管１０６ｂ、１０８ｂと、第２熱交換部１０４の冷媒配管１１６ｂ、１１８ｂは、直列に接続されている。第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａは、並列に接続されている。第１熱交換部１０２の暖房配管１０６ａ、１０８ａと、第２熱交換部１０４の暖房配管１１６ａ、１１８ａの内部に、乱流発生機構が形成されている。

上記の実施例では、第１内側熱交換部１０６の暖房配管１０６ａと第１外側熱交換部１０８の暖房配管１０８ａ、および第２内側熱交換部１１６の暖房配管１１６ａと第２外側熱交換部１１８の暖房配管１１８ａの全体にわたって、内部にコイル１２４ａ、１２６ａを挿入して乱流発生機構が形成されているが、これらの配管の一部分だけにコイル１２４ａ、１２６ａを挿入して、乱流発生機構を部分的に形成する構成としてもよい。同様に、上記の実施例では、第１内側熱交換部１０６の給湯配管１０６ｃと第１外側熱交換部１０８の給湯配管１０８ｃ、および第２内側熱交換部１１６の給湯配管１１６ｃと第２外側熱交換部１１８の給湯配管１１８ｃの全体にわたって、内部にコイル１２４ｃ、１２６ｃを挿入して乱流発生機構が形成されているが、これらの配管の一部分だけにコイル１２４ｃ、１２６ｃを挿入して、乱流発生機構を部分的に形成する構成としてもよい。また、乱流発生機構としては、コイル１２４ａ、１２６ａ、１２４ｃ、１２６ｃ以外にも、例えばねじり板等のタービュレンスプロモータとして使用される他の部材を挿入してもよい。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ 給湯暖房システム
４ タンクユニット
６ ヒートポンプユニット
８ 熱源機ユニット
１０ タンク
２０ タンク水循環路
２２ 給湯用水循環ポンプ
２４ 水道水導入路
２４ａ 第１導入路
２４ｂ 第２導入路
３０ 混合弁
３２ 水道水供給源
３３ 熱源機バイパス路
３４ バイパス弁
３６ 第１給湯路
３７ 給湯加熱路
３８ 給湯栓
３９ 第２給湯路
４０ 浴槽注湯路
４２ 注湯電磁弁
５０ ヒートポンプ
５２ 冷媒循環路
５４ 空気熱交換器
５６ ファン
５８ 三流体熱交換器
６０ 膨張弁
６２ 圧縮機
７０ シスターン
７２ 暖房往路
７３ 第１暖房加熱路
７４ 暖房用水循環ポンプ
７５ 低温暖房循環路
７６ 高温暖房機群
７６ａ、７６ｂ 高温暖房機
７７ 高温暖房循環路
７８ 低温暖房機群
７８ａ、７８ｂ 低温暖房機
７９ 追い焚き循環路
８１ 給湯用バーナ
８２ 暖房用バーナ
８３ 追い焚き熱動弁
８４ 第２暖房加熱路
８６ ＨＰバイパス路
８８ 混合弁
９１ 浴槽水循環路
９６ 暖房復路
９７ 追い焚き熱交換器
９８ 浴槽
９９ 浴槽水循環ポンプ
１００ 制御装置
１０２ 第１熱交換部
１０４ 第２熱交換部
１０６ 第１内側熱交換部
１０６ａ 暖房配管
１０６ｂ 冷媒配管
１０６ｃ 給湯配管
１０８ 第１外側熱交換部
１０８ａ 暖房配管
１０８ｂ 冷媒配管
１０８ｃ 給湯配管
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 第１連結配管
１１６ 第２内側熱交換部
１１６ａ 暖房配管
１１６ｂ 冷媒配管
１１６ｃ 給湯配管
１１８ 第２外側熱交換部
１１８ａ 暖房配管
１１８ｂ 冷媒配管
１１８ｃ 給湯配管
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ 第２連結配管
１２２ｂ、１２２ｃ 中継配管
１２４ａ、１２４ｃ、１２６ａ、１２６ｃ コイル

Claims (4)

1. 冷媒を加圧する圧縮機と、暖房用熱媒との間の熱交換によって冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒を減圧する膨張器と、冷媒を気化させる蒸発器を備えるヒートポンプと、
   暖房用熱媒を凝縮器と暖房端末の間で循環させる暖房機を備える暖房装置であって、
   凝縮器が、第１熱交換部と第２熱交換部を備えており、
   第１熱交換部と第２熱交換部はそれぞれ、冷媒が流れる冷媒流路と、暖房用熱媒が流れる熱媒流路を備えており、
   第１熱交換部の冷媒流路と第２熱交換部の冷媒流路が直列に接続されており、
   第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路が並列に接続されており、
   第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路の内部に乱流発生機構が形成されている、暖房装置。
2. 暖房端末から凝縮器へ暖房用熱媒を送る熱媒往路と、凝縮器から暖房端末へ暖房用熱媒を送る熱媒復路の間に、バイパス経路が形成されており、
   熱媒往路から凝縮器を経由して熱媒復路へ流れる暖房用熱媒の流量と、熱媒往路からバイパス経路を経由して熱媒復路へ流れる暖房用熱媒の流量の割合を調整可能である、請求項１の暖房装置。
3. 給湯用水を給水源から凝縮器を経由して給湯箇所へ供給する給湯機をさらに備えており、
   ヒートポンプの凝縮器が、給湯用水との間の熱交換によっても冷媒を凝縮させることが可能であり、
   凝縮器の第１熱交換部と第２熱交換部がそれぞれ、給湯用水が流れる水流路をさらに備えており、
   第１熱交換部の水流路と第２熱交換部の水流路が直列に接続されており、
   第１熱交換部の水流路と第２熱交換部の水流路の内部に乱流発生機構が形成されている、請求項１または２の暖房装置。
4. ヒートポンプで用いられる冷媒と、暖房端末で用いられる暖房用熱媒の間で熱交換する熱交換器であって、
   第１熱交換部と第２熱交換部を備えており、
   第１熱交換部と第２熱交換部はそれぞれ、冷媒が流れる冷媒流路と、暖房用熱媒が流れる熱媒流路を備えており、
   第１熱交換部の冷媒流路と第２熱交換部の冷媒流路が直列に接続されており、
   第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路が並列に接続されており、
   第１熱交換部の熱媒流路と第２熱交換部の熱媒流路の内部に乱流発生機構が形成されている、熱交換器。

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