JP2019184194A - 水熱交換器及びそれを備えたヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】水と熱交換媒体とが熱交換を行う水熱交換器及びそれを備えたヒートポンプシステムにおいて、水が流れる流路内に異物が詰まることを抑える。【解決手段】水熱交換器（１２）は、水が流れる複数の第１流路（５１）と、水と熱交換を行う熱交換媒体が流れる第２流路（６１）と、水の第１入口（１２ｃ）に接続されており、第１入口（１２ｃ）から流入する水を第１流路（５１）に分岐させる第１入口ヘッダ（１３ｃ）と、を有している。第１流路（５１）のうち第１入口ヘッダ（１３ｃ）からの水の入口部分を第１流路入口部（５１ａ）とし、第１流路（５１）のうち第１流路入口部（５１ａ）よりも下流側の部分を第１流路主部（５１ｂ）とすると、第１流路入口部（５１ａ）における流路断面積が第１流路主部（５１ｂ）における流路断面積よりも小さくなるように形成された第１流路（５１）を有している。【選択図】図６

Description

水と熱交換媒体とが熱交換を行う水熱交換器及びそれを備えたヒートポンプシステム

従来より、温水暖房機等のヒートポンプシステムにおいて、水と冷媒等の熱交換媒体とが熱交換を行う水熱交換器が使用されている。このような水熱交換器として、特許文献１（特開２０１０−１１７１０２号公報）に示すように、水が流れる複数の第１流路と、水と熱交換を行う熱交換媒体が流れる第２流路と、を有している。

上記従来の水熱交換器では、第１流路や第２流路の流路断面積を小さくすること（マイクロ流路化）によって高性能化を図ることができる。

しかし、第１流路を流れる水には、配管のサビ等の異物が混入していることがあり、このような異物が第１流路内に詰まってしまい、水熱交換器の熱交換能力を低下させたり、排水性を低下させるおそれがある。

第１の観点にかかる水熱交換器は、水が流れる複数の第１流路と、水と熱交換を行う熱交換媒体が流れる第２流路と、水の第１入口に接続されており第１入口から流入する水を第１流路に分岐させる第１入口ヘッダと、を有している。そして、ここでは、第１流路のうち第１入口ヘッダからの水の入口部分を第１流路入口部とし、第１流路のうち第１流路入口部よりも下流側の部分を第１流路主部とすると、第１流路入口部における流路断面積が第１流路主部における流路断面積よりも小さくなるように形成された第１流路を有している。

ここでは、第１流路内に詰まる可能性のあるサイズの異物が第１入口ヘッダから流入することを第１流路入口部でせき止めることができるため、異物による第１流路内の詰まりの発生を抑えることができる。

第２の観点にかかる水熱交換器は、第１の観点にかかる水熱交換器において、第１流路入口部が、第１流路のうち第１流路の流路長の１０％以内の部分である。

ここでは、第１流路への異物の流入を第１入口ヘッダからの分岐位置付近で確実にせき止めることができる。

第３の観点にかかる水熱交換器は、第１又は第２の観点にかかる水熱交換器において、第１流路入口部における流路断面積が第１流路主部における流路断面積よりも小さくなるように形成された第１流路の数が、すべての第１流路の数の６０％以上である。

ここでは、水熱交換器全体として、異物による第１流路内の詰まりの発生を抑えることができる。

第４の観点にかかる水熱交換器は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる水熱交換器において、第１流路入口部が、第１入口ヘッダから流入する水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有している。

ここでは、水熱交換器の運転時において、第１流路入口部を水が通過する際の流れ抵抗の増大を抑えることができる。

第５の観点にかかる水熱交換器は、第１〜第４の観点のいずれかにかかる水熱交換器において、第１流路入口部のうち最も流路断面積が小さい部分における流路断面積が、第１流路主部における流路断面積の７０％以下である。

ここでは、第１流路内に詰まる可能性のあるサイズの異物を第１流路入口部で確実にせき止めることができる。

第６の観点にかかる水熱交換器は、第１〜第５の観点のいずれかにかかる水熱交換器において、第１流路がマイクロ流路である。

ここでは、第１流路を流路断面積が非常に小さいマイクロ流路にすると異物の詰まりが発生しやすくなるが、上記のように、第１流路入口部における流路断面積を小さくすることによって、異物による第１流路内の詰まりの発生を抑えることができる。

第７の観点にかかる水熱交換器は、第１〜第６の観点のいずれかにかかる水熱交換器において、第１流路が、水が第１入口ヘッダから第１流路入口部に上方向に流入するように配置されている。

ここでは、重力によって異物が第１入口ヘッダから第１流路の第１流路入口部に到達しにくくすることができる。

第８の観点にかかる水熱交換器は、第１〜第７の観点のいずれかにかかる水熱交換器において、第１入口ヘッダが、水が第１入口から第１入口ヘッダに上方向に流入するように配置されている。

ここでは、重力によって異物が第１入口から第１入口ヘッダに到達しにくくすることができる。

第９の観点にかかる水熱交換器は、第８の観点にかかる水熱交換器において、第１入口ヘッダが、第１入口に向かって細くなるテーパ形状の空間を有している。

ここでは、水熱交換器の運転停止時に、重力によって第１入口ヘッダ内の異物が第１入口に向かって排出されることを促進することができる。

第１０の観点にかかるヒートポンプシステムは、熱交換媒体としての冷媒を圧縮する圧縮機と、水によって圧縮機において圧縮された冷媒を冷却する放熱器としての第１〜第９の観点のいずれかにかかる水熱交換器と、水熱交換器において冷却された冷媒を減圧する膨張機構と、膨張機構において減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、を有している。また、ここでは、水熱交換器を冷媒の放熱器として機能させる場合とは逆に、水熱交換器に対して、第１流路、第１入口ヘッダ、第１入口の順に水を流す逆洗機構をさらに有している。

ここでは、水熱交換器の運転によって第１流路入口部でせき止められた異物を、逆洗機構を用いた洗浄運転によって排出することができる。

第１１の観点にかかるヒートポンプシステムは、第１０の観点にかかるヒートポンプシステムにおいて、第１流路入口部が、第１流路、第１入口ヘッダ、第１入口の順に水を流す場合に、第１流路主部から流入する水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有している。

ここでは、水熱交換器の洗浄運転時において、第１流路入口部を水が通過する際の流れ抵抗の増大を抑えることができる。

本開示の一実施形態にかかる水熱交換器としての放熱器及びそれを備えたヒートポンプシステムの概略構成図である。 放熱器の外観を示す斜視図である。 放熱器の第１流路を前方向から見た図である。 放熱器の第２流路を前方向から見た図である。 放熱器の熱交換部の要部を示す斜視図である。 図３の第１流路入口部付近を拡大した図である。 第１流路入口部において異物をせき止める様子を示す図である。 変形例Ａにかかる放熱器を示す図であって、図６に対応する図である。 変形例Ｂにかかる放熱器を示す図であって、図３に対応する図である。 変形例Ｃにかかる水熱交換器としての放熱器及びそれを備えたヒートポンプシステムの概略構成図（放熱器の洗浄運転時の水の流れを図示）である。 変形例Ｃにかかる放熱器を示す図であって、図６に対応する図である。

以下、水熱交換器及びそれを備えたヒートポンプシステムについて、図面に基づいて説明する。

（１）ヒートポンプシステム
＜構成＞
図１は、本開示の一実施形態にかかる水熱交換器としての放熱器１２及びそれを備えたヒートポンプシステム１の概略構成図である。ヒートポンプシステム１は、主として、熱交換媒体としての冷媒が循環する冷媒回路１０と、被加熱流体としての水が循環する水回路３０と、を有しており、冷媒回路１０における冷媒圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水を加熱し、加熱された水によって室内を暖房する装置である。

冷媒回路１０は、主として、圧縮機１１と、放熱器１２と、膨張機構１３と、蒸発器１４と、を有している。そして、冷媒回路１０には、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒やＨＦＯ系冷媒、自然冷媒が封入されている。

圧縮機１１は、冷媒を圧縮する機器である。圧縮機１１は、例えば、ロータリ型やスクロール型等の冷媒圧縮要素をモータ等の駆動機構によって駆動する圧縮機である。

放熱器１２は、水回路３０を循環する水によって圧縮機１１において圧縮された冷媒を冷却する機器である。尚、放熱器１２の詳細については後述する。また、圧縮機１１の吐出口１１ｂと放熱器１２の冷媒側の入口（第２入口１２ａ）とは、吐出冷媒管１６によって接続されている。

膨張機構１３は、放熱器１２において冷却された冷媒を減圧する機器である。膨張機構１３は、例えば、膨張弁やキャピラリーチューブである。また、放熱器１２の冷媒側の出口（第２出口１２ｂ）と膨張機構１３とは、高温冷媒管１７によって接続されている。

蒸発器１４は、膨張機構１３において減圧された冷媒を蒸発させる機器である。蒸発器１４は、例えば、空気によって冷媒を加熱するフィンアンドチューブ式の熱交換器である。そして、ここでは、冷媒の加熱源となる空気の流れを得るために送風ファン１５が設けられている。送風ファン１５は、プロペラ型等の送風要素をモータ等の駆動機構によって駆動するファンである。また、膨張機構１３と蒸発器１４の冷媒の入口１４ａとは、低温冷媒管１８によって接続されており、蒸発器１４の冷媒の出口１４ｂと圧縮機１１の吸入口１１ａとは、吸入冷媒管１９によって接続されている。

水回路３０は、主として、放熱器１２と、ポンプ３１と、利用側機器３２と、を有している。そして、水回路３０には、水が封入されている。

放熱器１２は、上記のように、水回路３０を循環する水によって圧縮機１１において圧縮された冷媒を冷却する機器である。言い換えれば、放熱器１２は、冷媒回路１０を循環する冷媒によって水を加熱する機器である。尚、放熱器１２の詳細については後述する。

ポンプ３１は、水を昇圧する機器である。ポンプ３１は、例えば、遠心型や容積型のポンプ要素をモータ等の駆動機構によって駆動するポンプである。ここで、放熱器１２の水側の出口（第１出口１２ｄ）とポンプ３１の吸込口３１ａとは、出口水管３３によって接続されている。

利用側機器３２は、放熱器１２によって加熱された水によって室内を暖房する機器である。利用側機器３２は、例えば、ラジエータや床暖房機である。また、ポンプ３１の吐出口３１ｂと利用側機器３２の水の入口３２ａとは、吐出水管３４によって接続されており、利用側機器３２の水の出口３２ｂと放熱器１２の水側の入口（第１入口１２ｃ）とは、入口水管３５によって接続されている。

上記のヒートポンプシステム１の構成機器は、制御装置２によって制御されるようになっている。制御装置２は、マイクロコンピュータやメモリ等が実装された制御基板等によって構成されている。

＜動作＞
次に、ヒートポンプシステム１の動作について、図１を用いて説明する。ヒートポンプシステム１は、上記のように、冷媒回路１０における冷媒圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水を加熱し、加熱された水によって室内を暖房すること（暖房運転）が可能である。尚、暖房運転は、制御装置２によって行われる。

冷媒回路１０において、圧縮機１１において圧縮されて吐出された冷媒は、放熱器１２に送られる。放熱器１２に送られた冷媒は、水回路３０を循環する水と熱交換を行って冷却されて凝縮する。放熱器１２において放熱した冷媒は、膨張機構１３によって減圧された後に、蒸発器１４に送られる。蒸発器１４に送られた冷媒は、送風ファン１５によって蒸発器１４を通過する空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発する。蒸発器１４において蒸発した冷媒は、圧縮機１１に吸入されて、再び、圧縮機１１において圧縮されて吐出される。

一方、水回路３０においては、放熱器１２における冷媒の放熱によって水が加熱される。放熱器１２において加熱された水は、ポンプ３１によって昇圧されて吐出される。ポンプ３１から吐出された水は、利用側機器３２に送られる。利用側機器３２に送られた水は、室内を暖房することによって冷却される。利用側機器３２において冷却された水は、放熱器１２に送られて、再び、放熱器１２において加熱される。

（２）放熱器の詳細
次に、水熱交換器としての放熱器１２の詳細について、図１〜図６を用いて説明する。ここで、図２は、放熱器１２の外観を示す斜視図である。図３は、放熱器１２の第１流路５１を前方向から見た図である。図４は、放熱器１２の第２流路６１を前方向から見た図である。図５は、放熱器１２の熱交換部３の要部を示す斜視図である。図６は、図３の第１流路入口部５１ａ付近を拡大した図である。また、以下の説明では、方向や位置関係を説明するために、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」といった表現を用いる場合があるが、これらの表現が示す方向は、特にことわりのない限り、図面中に示された矢印の方向に従うものとする。

放熱器１２は、主として、水と熱交換媒体としての冷媒との熱交換を行う熱交換部４１と、熱交換部４１が設けられるケーシング４２と、を有している。

熱交換部４１は、水が流れる第１流路５１が複数列形成された第１層５０と、冷媒が流れる第２流路６１が複数列形成された第２層６０と、が積層されることによって構成されている。ここで、第１層５０と第２層６０とが積層される方向（ここでは、図２及び図５の前後方向）を積層方向とする。また、第１流路５１が並ぶ方向（ここでは、左右方向）を第１流路５１の配列方向とし、第２流路６１が並ぶ方向（ここでは、上下方向）を第２流路６１の配列方向とする。そして、第１及び第２流路５１、６１は、流路断面積が非常に小さいマイクロ流路（相当直径で１．５ｍｍ以下の流路）である。すなわち、放熱器１２は、マイクロ流路熱交換器と呼ばれるものである。そして、第１流路５１は、第１及び第２層５０、６０の積層方向（前後方向）に沿って第１層５０を見た際に、第１流路５１の配列方向（左右方向）に交差する方向（ここでは、上下方向）に沿って第１層５０の下端部付近から上端部付近まで延びている。しかも、ここでは、第１流路５１は、積層方向（前後方向）に沿って第１層５０を見た際に、第１流路５１の配列方向（左右方向）に蛇行した形状を有しており、これにより、伝熱促進を図るようにしている。また、第２流路６１は、第１及び第２層５０、６０の積層方向（前後方向）に沿って第２層６０を見た際に、第２流路６１の配列方向（上下方向）に交差する方向（ここでは、左右方向）に沿って第２層６０の左端部付近から右端部付近まで延びている。しかも、ここでは、第２流路６１は、上下方向に並ぶ複数（ここでは、４つ）の流路群に分かれており、左下端部に位置する流路群から左上端部に位置する流路群に向かって左右方向に折り返すように延びている。このように、ここでは、第１流路５１と第２流路６１とが直交対向流をなすように配置されている。

そして、ここでは、第１層５０及び第２層６０の積層構造を有する熱交換部４１は、第１流路５１をなす溝が片面に形成された第１板材５２と、第２流路６１をなす溝が片面に形成された第２板材６２と、が交互に積層されることによって構成されている。第１及び第２板材５２、６２は、金属製の素材で形成されている。第１流路５１や第２流路６１をなす溝は、例えば、第１及び第２板材５２、６２に機械加工やエッチング加工を施すことによって形成されている。そして、このような溝加工がなされた第１及び第２板材５２、６２を所定数積層した後に、真空ロウ付け又は拡散接合の接合処理によって第１及び第２板材５２、６２間を接合することによって、第１層５０及び第２層６０の積層構造を有する熱交換部４１が得られている。尚、ここでは、第１及び第２板材５２、６２の両方の片面に流路５１、６１をなす溝が形成されているが、これに限定されるものではなく、第１及び第２板材５２、６２のいずれか一方の両面に流路５１、６１をなす溝が形成されていてもよいし、第１及び第２板材５２、６２の両方の両面に流路５１、６１をなす溝が形成されていてもよい。

また、ここでは、第１板材５２の下端部及び上端部に、切り欠き部５３、５４が形成されており、切り欠き部５３、５４はそれぞれ、第１流路５１の下端部（水の入口部分）及び上端部（水の出口部分）に連通している。第２板材６２の下端部及び上端部にも、切り欠き部５３、５４と重なるように切り欠き部６３、６４が形成されている。そして、第１及び第２板材５２、６２間が接合されることによって、切り欠き部５３、６３が第１流路５１の下端部と連通する空間である第１入口ヘッダ１３ｃを形成し、切り欠き部５４、６４が第１流路５１の上端部と連通する空間である第１出口ヘッダ１３ｄを形成している。また、第２板材６２の左上端部及び左下端部に切り欠き部６５、６６が形成されており、切り欠き部６５、６６はそれぞれ、第２流路６１の左上端部（冷媒の入口部分）及び左下端部（冷媒の出口部分）に連通している。第１板材５２の左上端部及び左下端部にも、切り欠き部６５、６６と重なるように切り欠き部５５、５６が形成されている。そして、第１及び第２板材５２、６２間が接合されることによって、切り欠き部５５、６５が第２流路６１の左上端部と連通する空間である第２入口ヘッダ１３ａを形成し、切り欠き部５６、６６が第２流路６１の左下端部と連通する空間である第２出口ヘッダ１３ｂを形成している。

ケーシング４２は、熱交換部４１が設けられる部材である。ここでは、ケーシング４２は、略直方体形状を有している。そして、ケーシング４２の下面部には、水の入口となる第１入口１２ｃが形成されており、第１入口ヘッダ１３ｃに連通している。第１入口１２ｃには、入口水管３５が接続されている。ケーシング４２の上面部には、水の出口となる第１出口１２ｄが形成されており、第１出口ヘッダ１３ｄに連通している。第１出口１２ｄには、出口水管３３が接続されている。ケーシング４２の左側面部の上部には、冷媒の入口となる第２入口１２ａが形成されており、第２入口ヘッダ１３ａに連通している。第２入口１２ａには、吐出冷媒管１６が接続されている。ケーシング４２の左側面部の下部には、冷媒の出口となる第２出口１２ｂが形成されており、第２出口ヘッダ１３ｂに連通している。第２出口１２ｂには、高温冷媒管１７が接続されている。ここでは、ケーシング４２の各面部は、金属製の板状の部材によって構成されている。

そして、ここでは、ケーシング４２の各面部は、熱交換部４１を覆うように配置されて、熱交換部４１と接合されている。ここで、熱交換部４１とケーシング４２との接合は、第１及び第２板材５２、６２を所定数積層したものをケーシング４２の各面部で覆った後に、真空ロウ付け又は拡散接合の接合処理を行うことによって、熱交換部４１の形成とともに行われている。

このような構成を有する放熱器１２では、ヒートポンプシステム１の運転時（放熱器１２の運転時）において、水は、第１入口１２ｃから第１入口ヘッダ１３ｃに流入し、第１入口ヘッダ１３ｃから第１流路５１の入口部分に分岐されて第１流路５１内を下から上に向かって流れて冷媒との熱交換によって加熱され、第１流路５１の出口部分から第１出口ヘッダ１３ｄで合流して第１出口１２ｄから流出する。また、冷媒は、第２入口１２ａから第２入口ヘッダ１３ａに流入し、第２入口ヘッダ１３ａから第２流路６１の入口部分に分岐されて第２流路６１内を左右に折り返しながら上から下に向かって流れて水との熱交換によって放熱し、第２流路６１の出口部分から第２出口ヘッダ１３ｂで合流して第２出口１２ｂから流出する。

そして、ここでは、第１流路５１において、第１流路入口部５１ａにおける流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂよりも小さくなるように形成している。ここで、第１流路入口部５１ａとは、第１流路５１のうち第１入口ヘッダ１３ｃからの水の入口部分であり、ここでは、第１流路５１のうち第１流路５１の流路長Ｌの１０％以内の部分である。流路長Ｌは、第１流路５１の第１入口ヘッダ１３ｃからの分岐位置から第１出口ヘッダ１３ｄの合流位置までの間における水の流れ方向に沿った流路長さである。すなわち、第１流路入口部５１ａとは、第１流路５１のうち第１入口ヘッダ１３ｃから第１流路５１に分岐された位置から流路長Ｌの１０％以内の部分である。また、第１流路主部５１ｂとは、第１流路５１のうち第１流路入口部５１ａよりも下流側の部分であり、主として、第１流路５１の熱交換に寄与する部分である。ここでは、例えば、第１流路入口部５１ａにおける流路幅Ｗａを第１流路主部５１ｂにおける流路幅Ｗｂよりも狭くなるように形成することによって、流路断面積Ｓａが流路断面積Ｓｂよりも小さくなるようにしている。特に、ここでは、第１流路入口部５１ａの流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂの７０％以下になるように、第１流路入口部５１ａにおける流路幅Ｗａを第１流路主部５１ｂにおける流路幅Ｗｂよりも狭くしている。

また、ここでは、第１流路入口部５１ａにおける流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂよりも小さくなるように形成された第１流路５１の数を、すべての第１流路５１の数の６０％以上にしている。特に、ここでは、すべての第１流路５１について、第１流路入口部５１ａにおける流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂよりも小さくなるように形成している。

（３）特徴
次に、水熱交換器としての放熱器１２及びそれを備えたヒートポンプシステム１の特徴について説明する。

＜Ａ＞
ここでは、上記のように、放熱器１２（水熱交換器）が、水が流れる複数の第１流路５１と、水と熱交換を行う冷媒（熱交換媒体）が流れる第２流路６１と、水の第１入口１２ｃに接続されており第１入口１２ｃから流入する水を第１流路５１に分岐させる第１入口ヘッダ１３ｃと、を有している。

ここで、第１流路５１を流れる水には、配管のサビ等の異物が混入していることがあり、このような異物が第１流路５１内に詰まってしまい、水熱交換器１２の熱交換能力を低下させたり、排水性を低下させるおそれがある。特に、ここでは、第１流路５１や第２流路６１をマイクロ流路化することによって高性能化を図っていることもあり、流路断面積が非常に小さい第１流路５１においては、異物の詰まりが発生しやすくなっている。また、ここでは、伝熱促進を図るために、第１流路５１を配列方向（左右方向）に蛇行した形状にしているため、第１流路５１においては、異物の詰まりが発生しやすくなっている。

そこで、ここでは、上記のように、第１流路入口部５１ａにおける流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂよりも小さくなるように形成された第１流路５１を有するものとしている。ここで、第１流路入口部５１ａとは、第１流路５１のうち第１入口ヘッダ１３ｃからの水の入口部分であり、第１流路主部５１ｂとは、第１流路５１のうち第１流路入口部５１ｂよりも下流側の部分である。

これにより、ここでは、第１流路５１内に詰まる可能性のあるサイズの異物が第１入口ヘッダ１３ｃから流入することを第１流路入口部５１ａでせき止めることができるため（図７参照）、異物による第１流路５１内の詰まりの発生を抑えることができる。また、第１流路５１内における異物の詰まりの発生を抑えることで、第１流路５１の第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂをさらに小さくすることができるようになるため、さらに水熱交換器１２の高性能化を図ることができる。また、ヒートポンプシステム１全体としても、性能低下を抑えることができ、信頼性を向上させることができる。

＜Ｂ＞
また、ここでは、第１流路入口部５１ａが、第１流路５１のうち第１流路５１の流路長Ｌの１０％以内の部分である。

これにより、ここでは、第１流路５１への異物の流入を第１入口ヘッダ１３ｃからの分岐位置付近で確実にせき止めることができる。

＜Ｃ＞
また、ここでは、第１流路入口部５１ａにおける流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂよりも小さくなるように形成された第１流路５１の数が、すべての第１流路５１の数の６０％以上である。

これにより、ここでは、水熱交換器１２全体として、異物による第１流路５１内の詰まりの発生を抑えることができる。特に、ここでは、すべての第１流路５１について、第１流路入口部５１ａにおける流路断面積Ｓａが第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂよりも小さくなるように形成しているため、異物による第１流路５１内の詰まりの発生を確実に抑えることができる。

＜Ｄ＞
また、ここでは、第１流路入口部５１ａのうち最も流路断面積が小さい部分における流路断面積Ｓａが、第１流路主部５１ｂにおける流路断面積Ｓｂの７０％以下である。尚、ここでは、第１流路入口部５１ａが水の流れ方向に対して一定の流路断面積を有しているため、第１流路入口部５１ａのどの部分も「最も流路断面積が小さい部分」となっているが、第１流路入口部５１ａの流路幅が変化する等によって水の流れ方向に対して流路断面積が一定でない場合には、第１流路入口部５１ａのうち最も流路断面積が小さい部分が流路断面積Ｓａとなる。

これにより、ここでは、第１流路５１内に詰まる可能性のあるサイズの異物を第１流路入口部５１ａで確実にせき止めることができる。

＜Ｅ＞
また、ここでは、第１流路５１が、水が第１入口ヘッダ１３ｃから第１流路入口部５１ａに上方向に流入するように配置されている。

これにより、ここでは、重力によって異物が第１入口ヘッダ１３ｃから第１流路５１の第１流路入口部５１ａに到達しにくくすることができる。また、ヒートポンプシステム１の運転停止時（水熱交換器１２の運転停止時）には、第１流路入口部５１ａにせき止められた異物を第１入口ヘッダ１３ｃ内に落下させて、第１流路５１から異物を遠ざけることもできる。

＜Ｆ＞
また、ここでは、第１入口ヘッダ１３ｃが、水が第１入口１２ｃから第１入口ヘッダ１３ｃに上方向に流入するように配置されている。

ここでは、重力によって異物が第１入口１２ｃから第１入口ヘッダ１３ｃに到達しにくくすることができる。また、ヒートポンプシステム１の運転停止時（水熱交換器１２の運転停止時）には、第１入口ヘッダ１３ｃ内に存在する異物を第１入口１２ｃまで落下させて、第１流路５１から異物を遠ざけることもできる。

（４）変形例
＜Ａ＞
上記実施形態では、第１流路入口部５１ａが、第１入口ヘッダ１３ｃから流入する水の流れ方向に沿って流路断面積が一定の形状をしている（図６参照）。しかし、この第１流路入口部５１ａの形状では、放熱器１２（水熱交換器）の運転時において、第１流路入口部５１ａを水が通過する際の流れ抵抗が大きくなる。

そこで、ここでは、図８に示すように、第１流路入口部５１ａを、第１入口ヘッダ１３ｃから流入する水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有するものとしている。

これにより、ここでは、水熱交換器１２の運転時において、第１流路入口部５１ａを水が通過する際の流れ抵抗の増大を抑えることができる。

＜Ｂ＞
上記実施形態では、第１入口ヘッダ１３ｃが、第１入口１２ｃに連通する略長方形状の空間を有している（図３参照）。しかし、この第１入口ヘッダ１３ｃの形状では、放熱器１２（水熱交換器）の運転停止時において、第１入口ヘッダ１３ｃ内の異物がそのまま第１入口ヘッダ１３ｃ内に留まりやすい。

そこで、ここでは、図９に示すように、第１入口ヘッダ１３ｃを、第１入口１２ｃに向かって細くなるテーパ形状の空間を有するものとしている。

これにより、ここでは、水熱交換器１２の運転停止時に、重力によって第１入口ヘッダ１３ｃ内の異物が第１入口１２ｃに向かって排出されることを促進することができる。

＜Ｃ＞
上記実施形態では、放熱器１２（水熱交換器）の運転によって第１流路入口部５１ａで異物をせき止めることで第１流路５１内に異物が詰まることを抑えることができるが、第１流路入口部５１ａでせき止められた異物は、水熱交換器１２の第１入口ヘッダ１３ｃ内や水回路３０内に留まることになる。

そこで、ここでは、図１０に示すように、水熱交換器１２を冷媒の放熱器として機能させる場合とは逆に、水熱交換器１２に対して、第１流路５１、第１入口ヘッダ１３ｃ、第１入口１２ｃの順に水を流す逆洗機構３６をさらに有するものとしている。

逆洗機構３６は、主として、第１弁３６ｂを有する第１バイパス水管３６ａと、第２弁３６ｄを有する第２バイパス水管３６ｃと、第３弁３６ｅと、第４弁３６ｆと、第５弁３６ｇと、第６弁３６ｉ及び排水ポンプ３６ｊを有する排水管３６ｈと、を有している。ここで、第１〜第６弁３６ｂ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇ、３６ｉは、制御装置２によって開閉制御可能な電磁弁であってもよいし、手動弁であってもよい。また、排水ポンプ３６ｊも、制御装置２によって駆動制御可能なポンプであってもよいし、また、使用時（水熱交換器１２の洗浄運転時）だけ一時的に排水管３６ｈに接続されて手動で駆動するポンプであってもよい。

第１バイパス水管３６ａは、その一端が入口水管３５の途中部分に接続され、他端が出口水管３３の途中部分に接続される水管である。第１弁３６ｂは、第１バイパス水管３６ａに設けられている。

第２バイパス水管３６ｃは、第１バイパス水管３６ａと同様に、その一端が入口水管３５の途中部分に接続され、他端が出口水管３３の途中部分に接続される水管である。但し、第２バイパス水管３６ｃの一端は、第１バイパス水管３６ａの一端が入口水管３５に接続される部分よりも水熱交換器１２の第１入口１２ｃ寄りの部分に接続されている。また、第１バイパス水管３６ａの他端は、第２バイパス水管３６ｃの他端が入口水管３５に接続される部分よりも水熱交換器１２の第１出口１２ｄ寄りの部分に接続されている。第２弁３６ｄは、第２バイパス水管３６ｃに設けられている。

第３弁３６ｅは、入口水管３５のうち第１バイパス水管３６ａが接続される部分と第２バイパス水管３６ｃが接続される部分との間の部分に設けられている。

第４弁３６ｆは、出口水管３３のうち第１バイパス水管３６ａが接続される部分と第２バイパス水管３６ｃが接続される部分との間の部分に設けられている。

第５弁３６ｇは、出口水管３３のうち第２バイパス水管３６ｃが接続される部分と水ポンプ３１の吸込口３１ａとの間の部分に設けられている。

排水管３６ｈは、その一端が出口水管３３のうち第２バイパス水管３６ｃが接続される部分と第５弁３６ｇとの間の部分に接続され、他端が開放されている水管である。第６弁３６ｉは、排水管３６ｈに設けられている。排水ポンプ３６ｊは、排水管３６ｈのうち第６弁３６ｉが設けられる部分よりも他端側に設けられている。

このような逆洗機構３６は、ヒートポンプシステム１の運転時（水熱交換器１２の運転時）においては、第１弁３６ｂ、第２弁３６ｄ及び第６弁３６ｉを閉止し、かつ、第３弁３６ｅ、第４弁３６ｆ及び第５弁３６ｇを開けた状態に設定される。これにより、上記実施形態と同様の運転（暖房運転）が行われる。

このような水熱交換器１２の運転を長時間行うと、第１流路入口部５１ａでせき止められた異物が水熱交換器１２の第１入口ヘッダ１３ｃ内や水回路３０内に留まることになる。

そこで、ここでは、逆洗機構３６を用いて、水熱交換器１２の洗浄運転が行われる。

水熱交換器１２の洗浄運転時において、逆洗機構３６は、水熱交換器１２の運転時とは逆に、第３弁３６ｅ、第４弁３６ｆ及び第５弁３６ｇを閉止し、かつ、第１弁３６ｂ、第２弁３６ｄ及び第６弁３６ｉを開けた状態に設定される。そして、この水回路３０の状態において排水ポンプ３６ｊを駆動すると、図１０の水の流れを示す矢印のように、水回路３０内の水が、入口水管３５、第１バイパス水管３６ａ、出口水管３３の水熱交換器１２寄りの部分を通じて、水熱交換器１２の第１出口１２ｄまで流れる。次に、この水は、水熱交換器１２の運転時とは逆に、第１出口ヘッダ１３ｄ、第１流路５１の第１流路主部５１ｂ、第１流路５１の第１流路主部５１ｂ、第１流路５１の第１流路入口部５１ａ、第１入口ヘッダ１３ｃを通じて、水熱交換器１２の第１入口１２ｃの順に流れる（図３及び図６参照）。次に、この水は、入口水管３５の水熱交換器１２寄りの部分、第２バイパス水管３６ｃ、出口水管３３のポンプ３１寄りの部分を通じて、排水管３６ｈまで流れて、排水ポンプ３６ｊによって水回路３０の外部に排出される。

これにより、ここでは、水熱交換器１２の運転によって第１流路入口部５１ａでせき止められた異物を、逆洗機構３６を用いた洗浄運転によって排出することができる。また、水熱交換器１２の第１流路５１を使用初期に近い状態に戻すことができる。そして、このような水熱交換器１２の洗浄運転を定期的に行うことによって、ヒートポンプシステム１の運転（水熱交換器１２の運転）を長時間行っても、異物の詰まりによる水熱交換器１２の熱交換性能の低下を抑え、ひいてはヒートポンプシステム１全体としての性能低下も抑えることができる。

また、ここでは、図３及び図９に示すように、水熱交換器１２の運転時において、第１流路５１を、水が第１入口ヘッダ１３ｃから第１流路入口部５１ａに上方向に流入するように配置した構成を採用している。このため、水熱交換器１２の洗浄運転においては、第１流路入口部５１ａに付着した異物を、第１入口ヘッダ１３ｃ内に落下させて、水熱交換器１２からの排出を促進することができる。

また、ここでは、図３及び図９に示すように、水熱交換器１２の運転時において、第１入口ヘッダ１３ｃを、水が第１入口１２ｃから第１入口ヘッダ１３ｃに上方向に流入するように配置した構成を採用している。このため、水熱交換器１２の洗浄運転においては、第１入口ヘッダ１３ｃ内の異物を、第１入口ヘッダ１３ｃ内の異物が第１入口１２ｃに向かって排出されることを促進することができる。しかも、図９に示すように、水熱交換器１２の運転時において、第１入口ヘッダ１３ｃを、第１入口１２ｃに向かって細くなるテーパ形状の空間を有するものを採用すれば、水熱交換器１２の洗浄運転において、第１入口ヘッダ１３ｃ内の異物が第１入口１２ｃに向かって排出されることをさらに促進することができる。

また、ここでは、第１流路入口部５１ａが、第１入口ヘッダ１３ｃから流入する水の流れ方向に沿って流路断面積が一定の形状（図６参照）、又は、第１流路入口部５１ａが、第１入口ヘッダ１３ｃから流入する水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状（図８参照）にしている。しかし、この第１流路入口部５１ａの形状では、放熱器１２（水熱交換器）の洗浄運転時において、第１流路入口部５１ａを水が通過する際の流れ抵抗が大きくなる。

そこで、ここでは、図１１に示すように、第１流路入口部５１ａを、第１流路５１、第１入口ヘッダ１３ｃ、第１入口１２ｃの順に水を流す場合（水熱交換器１２の洗浄運転時）に、第１流路主部５１ｂから流入する水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有するものとしている。具体的には、第１流路入口部５１ａを、第１入口ヘッダ１３ｃ側から見て、まずは、流路が細くなるテーパ形状を有しており、最小の流路断面積Ｓａを得た後、今度は、第１流路主部５１ｂに向かって流路が大きくなるテーパ形状を有するものとしている。

これにより、ここでは、水熱交換器１２の洗浄運転時において、第１流路入口部５１ａを水が通過する際の流れ抵抗の増大を抑えることができる。

＜Ｄ＞
上記実施形態では、冷媒圧縮式のヒートポンプサイクルを利用したヒートポンプシステム１を例に挙げて説明したため、放熱器１２（水熱交換器）において、水と熱交換を行う熱交換媒体が冷媒であったが、これに限定されず、熱交換媒体として水を使用する水熱交換器であってもよい。

＜Ｅ＞
上記実施形態では、暖房運転を行うヒートポンプシステム１を例に挙げて説明したため、放熱器１２（水熱交換器）において、水と熱交換媒体としての冷媒との熱交換によって水が加熱される構成であったが、これに限定されず、水と熱交換媒体との熱交換によって水が冷却される構成の水熱交換器であってもよい。

＜Ｆ＞
上記実施形態では、第１流路５１が蛇行した形状を有しているが、これに限定されず、真っ直ぐな形状等のような別の形状であってもよい。

＜Ｇ＞
上記実施形態では、第２流路６１が左右に３箇所折り返す形状を有しているが、これに限定されるものではなく、折り返し箇所が２箇所や４箇所でもよく、また、折り返し箇所がない形状であってもよい。また、第２流路６１が第１流路と同様に蛇行した形状であってもよい。

＜Ｈ＞
上記実施形態では、放熱器１２（水熱交換器）のヘッダ１３ａ〜１３ｄが、熱交換部４１を構成する第１及び第２板材５２、６２の切り欠き部５３〜５６、６３〜６６によって形成されているが、これに限定されるものではなく、ヘッダ１３ａ〜１３ｄがケーシング４０を構成する部材に形成されていてもよい。

＜Ｉ＞
放熱器１２（水熱交換器）の出入口１２ａ〜１２ｄの配置は、上記実施形態に限定されず、流路構成等に応じて適宜配置される。

＜Ｊ＞
上記実施形態では、水回路３０に設けられたポンプ３１が放熱器１２（水熱交換器）の水出口１２ｄ側に接続されているが、水入口１２ｃ側に接続されていてもよい。

以上、本開示の実施形態を説明したが、請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能であることが理解されるであろう。

本開示は、水と熱交換媒体とが熱交換を行う水熱交換器及びそれを備えたヒートポンプシステムに対して、広く適用可能である。

１ ヒートポンプシステム
１１ 圧縮機
１２ 放熱器（水熱交換器）
１３ 膨張機構
１４ 蒸発器
５１ 第１流路
６１ 第２流路
１２ｃ 第１入口
１３ｃ 第１入口ヘッダ
３６ 逆洗機構
５１ａ 第１流路入口部
５１ｂ 第１流路主部

特開２０１０−１１７１０２号公報

Claims (11)

1. 水が流れる複数の第１流路（５１）と、
   前記水と熱交換を行う熱交換媒体が流れる第２流路（６１）と、
   前記水の第１入口（１２ｃ）に接続されており、前記第１入口から流入する前記水を前記第１流路に分岐させる第１入口ヘッダ（１３ｃ）と、
   を備えており、
   前記第１流路のうち前記第１入口ヘッダからの前記水の入口部分を第１流路入口部（５１ａ）とし、前記第１流路のうち前記第１流路入口部よりも下流側の部分を第１流路主部（５１ｂ）とすると、前記第１流路入口部における流路断面積が前記第１流路主部における流路断面積よりも小さくなるように形成された前記第１流路を有している、
   水熱交換器（１２）。
2. 前記第１流路入口部は、前記第１流路のうち前記第１流路の流路長の１０％以内の部分である、
   請求項１に記載の水熱交換器。
3. 前記第１流路入口部における流路断面積が前記第１流路主部における流路断面積よりも小さくなるように形成された前記第１流路の数は、すべての前記第１流路の数の６０％以上である、
   請求項１又は２に記載の水熱交換器。
4. 前記第１流路入口部は、前記第１入口ヘッダから流入する前記水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有している、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の水熱交換器。
5. 前記第１流路入口部のうち最も流路断面積が小さい部分における流路断面積は、前記第１流路主部における流路断面積の７０％以下である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の水熱交換器。
6. 前記第１流路がマイクロ流路である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の水熱交換器。
7. 前記第１流路は、前記水が前記第１入口ヘッダから前記第１流路入口部に上方向に流入するように配置されている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の水熱交換器。
8. 前記第１入口ヘッダは、前記水が前記第１入口から前記第１入口ヘッダに上方向に流入するように配置されている、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の水熱交換器。
9. 前記第１入口ヘッダは、前記第１入口に向かって細くなるテーパ形状の空間を有している、
   請求項８に記載の水熱交換器。
10. 熱交換媒体としての冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、
    水によって前記圧縮機において圧縮された前記冷媒を冷却する放熱器としての請求項１〜９のいずれか１項に記載の水熱交換器と、
    前記水熱交換器において冷却された前記冷媒を減圧する膨張機構（１３）と、
    前記膨張機構において減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）と、
    前記水熱交換器を前記冷媒の放熱器として機能させる場合とは逆に、前記水熱交換器に対して、前記第１流路、前記第１入口ヘッダ、前記第１入口の順に前記水を流す逆洗機構（３６）と、
    を備えている、
    ヒートポンプシステム（１）。
11. 前記第１流路入口部は、前記第１流路、前記第１入口ヘッダ、前記第１入口の順に前記水を流す場合に、前記第１流路主部から流入する前記水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有している、
    請求項１０に記載のヒートポンプシステム。

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