JP3768147B2 - Heat exchanger and heat pump water heater - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器及びヒートポンプ式給湯機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来一般に、この種のヒートポンプ式給湯機では、特開2001-116357号公報に開示されているように、冷媒対水用の熱交換器を用いて、冷媒の熱と水とを熱交換することにより、水を加熱して給湯タンク等に貯溜可能としている。
【0003】
ところで、従来の冷媒対水用の熱交換器1は、図9に示すように、給湯回路の水が流れる第1熱交換パイプ2と、圧縮機で圧縮された高温・高圧のガス冷媒が流れる冷媒循環回路の第2熱交換パイプ3とが接触して熱交換するように、交互に重ねて螺旋状に巻回されており、全体形状が概ね円筒状を呈するように構成されている。
【0004】
前記熱交換器1は、それの下端側が、例えば、ヒートポンプ式給湯機の外装ケースの底板4上に載置され、上端側に被せた固定用蓋板5と外装ケースの底板4とをボルト・ナット等の固定具6を用いて外装ケース内に設置固定されてなるものである。
【0005】
ところで、上述した従来の冷媒対水用の熱交換器1においては、第1及び第2熱交換パイプ2、3の接触面積を増加させるために、両熱交換パイプ2、3の縦断面形状を偏平楕円状に形成しているものの、両熱交換パイプ2、3は交互に重なった状態であるため、巻数を増やして熱交換率を高めようとすると、熱交換器1の高さが高くなり大型化してしまう問題があった。
【0006】
また、内部に水が流れる第1熱交換パイプ2は、流れる水が飲用される場合も多々ある関係上、殺菌作用を有する銅や銅合金で作られ、一方、冷媒が流れる第2熱交換パイプ3は、一般にはアルミニウムやアルミニウム合金で作られている。(第1熱交換パイプ2には偏平楕円管が使用される。第2熱交換パイプ3は、冷媒の圧力が高くこの圧力により偏平楕円管が変形し易いため、外側の縦断面形状が偏平楕円で内部に複数の円形の流通孔を有する多穴管が使用される。)このように、互いに接触する第1熱交換パイプ2と第2熱交換パイプ3とが異種金属であると、それが原因で電食を引き起こすため、アルミニウムやアルミニウム合金で作られ熱交換パイプには塗装やアルマイト処理等による表面処理を施して電食を防ぐ必要があった
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、コンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器を提供できるようにすることと、効率の良いヒートポンプ運転が行えるヒートポンプ式給湯機を提供できるようにすることを主目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の熱交換器の発明は、内部に被熱交換液が流れる第1熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第2熱交換パイプとを備え、前記第1熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第2熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第1熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈していることを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載の熱交換器の発明は、請求項1に記載の熱交換器において、前記第1熱交換パイプは前記第2熱交換パイプとともに螺旋状に巻回され、かつ、熱媒体が流れる第2熱交換パイプは、第1熱交換器における偏平楕円形状の幅広方向に沿って埋め込まれていることを特徴とする。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
請求項3に記載のヒートポンプ式給湯機の発明は、内部に被熱交換液が流れる第1熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第2熱交換パイプとを備え、前記第1熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第2熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第1熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈していることを特徴とする。
【0016】
請求項4に記載のヒートポンプ式給湯機の発明は、請求項3に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記第1熱交換パイプは前記第2熱交換パイプとともに螺旋状に巻回され、かつ、熱媒体が流れる第2熱交換パイプは、第1熱交換器における偏平楕円形状の幅広方向に沿って埋め込まれていることを特徴とする。
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【発明の実施形態】
〔第1実施形態〕以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図5に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態における熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機の全体概略構成図、図2は冷媒循環回路及び給湯回路を示す概略図である。
【0023】
図1及び図2において、ヒートポンプ式給湯機10は、圧縮機11、冷媒対水用熱交換器(以下、単に熱交換器という)12、減圧装置13、及び蒸発器14を有し、これらの構成部品を順次冷媒配管にて接続してなる冷媒循環回路Aと、貯湯タンク15、循環ポンプ16、及び前記熱交換器12を有し、これらの構成部品を順次温水配管にて接続してなる給湯回路Bとから構成されている。前記圧縮機11、熱交換器12、減圧装置13、蒸発器14、貯湯タンク15及び循環ポンプ16等は外装ケース17内に収容されている。前記熱交換器12内は、後述する第2熱交換パイプ12Bが並列2経路に配設されている。
【0024】
前記外装ケース17は、上室17Aと下室17Bとに仕切り壁18にて仕切られており、前記上室17A内には圧縮機11、蒸発器14、及びこの蒸発器14に送風する送風機19等が配置され、一方、前記下室17B内には熱交換器12、貯湯タンク15、循環ポンプ16等が配置されている。
【0025】
符号20は外装ケース17の底板としての架台であり、この架台20上に熱交換器12と循環ポンプ16が載置固定され、貯湯タンク15が支持脚15Aを介して載置固定されている。
【0026】
上記したヒートポンプ式給湯機10では、前記圧縮機11より吐出された高温・高圧のCO2冷媒等の過熱ガス冷媒は、前記熱交換器12に流入し、ここで前記循環ポンプ16から送られてきた水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は、前記減圧装置13で減圧され、前記蒸発器14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11へ戻る。一方、前記熱交換器12で加熱された湯は、前記貯湯タンク15の上部に流入し、この貯湯タンク15で貯湯され、この貯湯タンク15に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給される。
【0027】
次に、前記した熱交換器12を、図3〜図5に基づいて詳述する。図3は熱交換器の縦断面図、図4は互いに一体化された状態の第1及び第2熱交換パイプの側面図、図5は第1熱交換パイプの第1実施形態を示す要部縦断面拡大図である。
【0028】
図3において、前記熱交換器12は、内部に前記循環ポンプ16から送られた水(被熱交換液)が流れる第1熱交換パイプ12Aと、内部に過熱ガス冷媒(熱媒体)が流れる2経路の第2熱交換パイプ12Bとが、熱交換関係に設けられている。即ち、前記第1熱交換パイプ12Aは、それの周壁に軸方向に沿って延びる2条の窪み部22が連続的に形成され、これら窪み部22内に前記第2熱交換パイプ12Bが第1熱交換パイプ12Aと熱交換関係に圧着固定されている。
【0029】
ここで、前記第1熱交換パイプ12Aは、例えば厚さが約1mmで外径が約12.7mmの銅パイプを素材としたものであり、前記第2熱交換パイプ12Bは、前記第1熱交換パイプ12Aと同質材料である例えば厚さが約1.2mmで外径が約6mmの銅パイプを素材としたものである。
【0030】
この第1熱交換パイプ12Aに対して、第2熱交換パイプ12Bを抱き込み一体化させる加工方法としては、引き抜き加工が用いられる。即ち、第1熱交換パイプ12Aを構成する銅パイプを引き抜き加工機に挿入すると、この銅パイプの周壁に軸方向に連続し、かつ所定間隔を有して2条の窪み部22が形成される。これら2条の窪み部22内に第2熱交換パイプ12Bとしての2本の銅パイプが介挿入された後、第1熱交換パイプ12Aを構成する銅パイプが径方向に加圧される。こうして、第1熱交換パイプ12Aの窪み部22内に第2熱交換パイプ12Bが圧着された状態となって介在する。
【0031】
上述のように引き抜き加工されて、第2熱交換パイプ12Bを抱き込んだ状態の第1熱交換パイプ12Aは、図4に示すように、両端部が縮径されるとともに、図5に示すように、両端部を除く略全長にわたって偏平楕円状となるように変形させた後、図3に示すように、螺旋状に巻回される。そして、熱交換器12が全体形状として概ね円筒状に形成される。
【0032】
こうして、概ね円筒状に形成された熱交換器12は、図3に示すように、外装ケース17の架台20上に載置されると共に上端に固定用蓋板23が被せられて、この固定用蓋板23と架台20とがボルト・ナット等の締着具24によって締着されることで、架台20上に載置固定される。符号25は熱交換器12の外周を覆う断熱材である。
【0033】
上述のように構成された熱交換器12は、過熱ガス冷媒(熱媒体)が流れる第2熱交換パイプ12Bを、水(被熱交換液)が流れる第1熱交換パイプ12Aに抱き込んだ形態として、第1熱交換パイプ12Aを螺旋状に巻回することにより、その形状が概ね円筒状に形成されるものであるから、両熱交換パイプ2、3を交互に重ねて螺旋状に巻回した従来構成品(図9参照)に比べてコンパクト化が図れるばかりでなく、第1熱交換パイプ12Aと第2熱交換パイプ12Bとは、両者間に隙間が生じることなく、第2熱交換パイプ12Bが第1熱交換パイプ12Aに抱き込まれる形態で、直接接触するので、第2熱交換パイプ12Bの熱が第1熱交換パイプ12A内を流れる水にほとんど無駄なく熱交換され、水が約90℃に加熱され、熱交換効率が向上する。
【0034】
また、前記両熱交換パイプ12A、12Bは、それぞれ同材質金属としての銅パイプが用いられているから、互いに接触する第1熱交換パイプ12Aと第2熱交換パイプ12Bとの間で電食が発生する心配がなく、電食が原因での腐食や穴開き等を防止できる。
【0035】
また、上記構成の熱交換器12を備えたヒートポンプ式給湯機10では、熱交換器12のコンパクト化が図れることから、外装ケース17内を効率良く活用できるともに、水と冷媒との熱交換効率を向上することができ、効率の良いヒートポンプ運転を行うことができる。
【0036】
〔第2実施形態〕以下、本発明の第2実施形態について、図6に基づいて説明する。図6は、第1及び第2熱交換パイプの要部縦断面図を示すものである。なお、図5と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0037】
上述の第1実施形態では、偏平楕円状に加工される第1熱交換パイプ12Aの一端側に所定間隔を有して2条の窪み部22が形成され、これら2条の窪み部22に2本の第2熱交換パイプ12Bが圧着固定される形態としているが、第2実施形態では、図6に示すように、第1熱交換パイプ31の互いに対向する位置にそれぞれ窪み部22を形成し、これら2条の窪み部22に第2熱交換パイプ12Bが抱き込んだ状態に圧着される。その後、第1熱交換パイプ31は、略全長にわたって偏平楕円状に加工される。
【0038】
このように、第1熱交換パイプ31の互いに対向する位置に、第2熱交換パイプ12Bを配設する窪み部22を設けることによって、第1熱交換パイプ31内の窪み部22周囲における水の流れを円滑にし、両熱交換パイプ31、12Bの熱交換効率の向上を図るものである。これにより、水と冷媒との熱交換効率を向上し、効率の良いヒートポンプ運転が行える。そして、効率の良いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【0039】
また、両熱交換パイプ31、12Bは、第1熱交換パイプ31に第2熱交換パイプ12Bを抱き込んだ形態とし、かつ、偏平楕円状に形成されるので、これら両熱交換パイプ31、12Bを交互に重ねて螺旋状に巻回し形成される熱交換器は、従来構成品に比べてコンパクト化が図れる。
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
〔第3実施形態〕以下、本発明の第3実施形態について、図7に基づいて説明する。図7は、第1及び第2熱交換パイプの要部縦断面図である。なお、図5と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0044】
図7において、第3実施形態は、第1実施形態の第1及び第2熱交換パイプ34、12Bにおいて、一方の窪み部22間の周壁に軸方向に沿って延びる凹部35を設けたものである。この凹部35を設け、窪み部22から離れた部分の第1熱交換パイプ34内の容量を減らすことにより、第1熱交換パイプ34内を流れる水が窪み部22の周囲に多く流れるようになる。
【0045】
これにより、両熱交換パイプ34、12B間の熱交換が促進され、水と冷媒との熱交換効率を向上することができる。そして、効率の良いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【0046】
また、両熱交換パイプ31、12Bは、第1熱交換パイプ31に第2熱交換パイプ12Bを抱き込んだ形態とし、かつ、偏平楕円状に形成されるので、これら両熱交換パイプ31、12Bを交互に重ねて螺旋状に巻回することにより形成される熱交換器は、従来構成品に比べてコンパクト化が図れる。
【0047】
以上、本発明を3つの実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0048】
第1〜第3実施形態では、第1熱交換パイプ12A、31、32、34と第2熱交換パイプ12Bに銅パイプを用いているが、両熱交換パイプ12A、12Bは銅合金パイプであっても良く、また、ステンレスパイプであっても良い。
【0049】
また、本実施形態では、第1熱交換パイプ12Aの周壁の軸方向に沿って2本の第2熱交換パイプ12Bを圧着固定しているが、圧着固定される第2熱交換パイプ12Bの本数は、2本に限定されるものではなく、3本以上であっても良い。
【0050】
さらに、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換器は、内部に被熱交換液が流れる第1熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第2熱交換パイプとを備え、前記第1熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第2熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第1熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈しているので、熱交換器のコンパクト化が図れるばかりでなく、熱媒体が流れる第2熱交換パイプの熱が第1熱交換パイプ内を流れる水等の被熱交換液に無駄なく熱交換され、熱交換効率が向上して熱交換性能の高い熱交換器となせると共に、設置部上に安定的に固定でき、高さ寸法を抑えてコンパクトな熱交換器となせる。
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
また、本発明のヒートポンプ式給湯機は、請求項1、2に記載のコンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器を備えているので、給湯機自体の大きさをコンパクト化できるとともに、効率の良いヒートポンプ運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態における熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機の全体概略構成図である。
【図2】 本発明に係るヒートポンプ式給湯機の冷媒循環回路及び給湯回路を示す概略図である。
【図3】 本発明に係る熱交換器の一実施形態を示す冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。
【図4】 本発明に係る一体化された状態の第1熱交換パイプと第2熱交換パイプの側面図である。
【図5】 本発明に係る第1熱交換パイプの第1実施形態を示す要部縦断面図である。
【図6】 本発明に係る第1熱交換パイプの第2実施形態を示す要部縦断面図である。
【図7】 本発明に係る第1熱交換パイプの第3実施形態を示す要部縦断面図である。
【図8】 従来の実施形態を示す冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。
【符号の説明】
10 ヒートポンプ式給湯機
11 圧縮機
12 冷媒対水用熱交換器(熱交換器)
12A、31、32、34 第1熱交換パイプ
12B 第2熱交換パイプ
13 減圧装置
14 蒸発器
15 貯湯タンク
16 循環ポンプ
17 外装ケース
22 第1熱交換パイプの窪み部
33、35 凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger and a heat pump type water heater.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of heat pump type water heater, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-116357, heat exchange between the heat of the refrigerant and water is performed using a refrigerant-to-water heat exchanger. Thus, water can be heated and stored in a hot water supply tank or the like.
[0003]
By the way, as shown in FIG. 9, in the conventional heat exchanger 1 for refrigerant to water, the first
[0004]
The lower end side of the heat exchanger 1 is placed on, for example, the
[0005]
Incidentally, in the conventional refrigerant-to-water heat exchanger 1 described above, in order to increase the contact area between the first and second
[0006]
The first
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of providing a heat exchanger that is compact and has a high heat exchange efficiency, and a heat pump water heater that can perform an efficient heat pump operation. The main purpose is to be able to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the heat exchanger according to claim 1 includes a first heat exchange pipe through which a heat exchange liquid flows and a second heat exchange pipe through which a heat medium flows. A plurality of the second heat exchange pipes are embedded along the axial direction of the peripheral wall of the first heat exchange pipe, and the first heat exchange pipe through which the heat exchange liquid flows has a flat elliptical cross section. It is characterized by presenting .
[0009]
The heat exchanger according to
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
The invention of the heat pump type hot water heater according to
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the heat pump type hot water heater according to the third aspect, the first heat exchange pipe is spirally wound together with the second heat exchange pipe, and heat The second heat exchange pipe through which the medium flows is embedded along the wide direction of the flat elliptical shape in the first heat exchanger .
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a heat pump type hot water heater provided with a heat exchanger in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a refrigerant circulation circuit and a hot water supply circuit.
[0023]
1 and 2, a heat pump type
[0024]
The
[0025]
[0026]
In the heat
[0027]
Next, the above-described
[0028]
In FIG. 3, the
[0029]
Here, the first
[0030]
As a processing method for embedding and integrating the second
[0031]
As shown in FIG. 4, the first
[0032]
Thus, as shown in FIG. 3, the
[0033]
The
[0034]
Moreover, since both the
[0035]
Further, in the heat pump
[0036]
[Second Embodiment] The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a main part of the first and second heat exchange pipes. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0037]
In the first embodiment described above, the two
[0038]
The good urchin, at mutually opposing positions of the first
[0039]
Moreover, since both the
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
Third Embodiment Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a main part of the first and second heat exchange pipes. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0044]
In Fig. 7, the third embodiment, the first and second
[0045]
Thereby, the heat exchange between both the
[0046]
Moreover, since both the
[0047]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on three embodiment, this invention is not limited to this.
[0048]
In the first to third embodiments, copper pipes are used for the first
[0049]
In the present embodiment, the two second
[0050]
Furthermore, various alternatives, modifications, and variations are possible for those skilled in the art based on the above description, and various alternatives, modifications, and variations are included without departing from the spirit of the present invention.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the heat exchanger according to the present invention includes the first heat exchange pipe through which the heat exchange liquid flows and the second heat exchange pipe through which the heat medium flows, and the first heat exchange pipe. A plurality of the second heat exchange pipes are embedded in the peripheral wall along the axial direction, and the first heat exchange pipe through which the heat exchange liquid flows has a flat elliptical cross section. Not only can the equipment be made compact, but the heat of the second heat exchange pipe through which the heat medium flows can be exchanged without waste with the heat exchange liquid such as water flowing through the first heat exchange pipe, improving the heat exchange efficiency. In addition to being able to be a heat exchanger with high heat exchange performance , it can be stably fixed on the installation part, and can be made into a compact heat exchanger with reduced height dimensions .
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
In addition, since the heat pump type hot water heater of the present invention includes the compact heat exchanger with high heat exchange efficiency according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a heat pump type water heater provided with a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a refrigerant circulation circuit and a hot water supply circuit of a heat pump type hot water heater according to the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a refrigerant-to-water heat exchanger showing an embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
FIG. 4 is a side view of the first heat exchange pipe and the second heat exchange pipe in an integrated state according to the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a first embodiment of a first heat exchange pipe according to the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a second embodiment of the first heat exchange pipe according to the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a third embodiment of the first heat exchange pipe according to the present invention.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a refrigerant-to-water heat exchanger showing a conventional embodiment .
[Explanation of symbols]
10 Heat
12A, 31, 32, 34 1st
Claims (4)
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---|---|---|---|
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