JP3918843B2 - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプ給湯装置に関するものである。

従来この種のヒートポンプ給湯装置は、図１０に示すように圧縮機１，凝縮器２，減圧装置３，蒸発器４からなるヒートポンプユニットと、貯湯槽５，循環ポンプ６，凝縮器２を接続した給湯ユニットからなり、従来の凝縮器２の構成は実公平１−２５２４７号公報に記載されているようなものや３重管が一般的であった。

上記構成のヒートポンプ給湯装置では、圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は凝縮器２に流入し、ここで循環ポンプ６から送られてきた水を凝縮熱を利用して加熱し貯湯槽５に貯えるもので、一方凝縮器２で凝縮液化した冷媒は減圧装置３で減圧され蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し再び圧縮機１に戻るサイクルで運転されている。そして図１１に示すように凝縮器２は冷媒用流路７と水側流路８が順次交互に隣接する二条巻で円筒状になっており、冷媒用流路７と水側流路８は夫々偏平管状となっていて熱交換関係となるように構成されている。
実公平１−２５２４７号公報

しかしながら、前記する凝縮器２は偏平部９を有する冷媒用流路７と水側流路８とが互いに伝熱面積を大きくするために多重に巻くことが必要で、その円筒状に多重に巻いた内側には大きな中空部１０ができて了いその中空部１０によってヒートポンプユニット自体が大型化するという問題があった。

また、冷媒用流路７と水側流路８の相互の偏平部９どうしを円筒状に密着させて熱交換させるため、加工上のバラツキから伝熱面積が安定しないという問題を有していた。

そこで、本発明は前記する従来例における問題点がないすなわちデッドスペースとなる中空部のない凝縮器によってヒートポンプユニット自体を小さくすることができると共に加工が容易で伝熱面積が安定する凝縮器または蒸発器を実現することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために本発明は、圧縮機，凝縮器，減圧装置，蒸発器を備えたヒートポンプユニットを有し、前記凝縮器と前記蒸発器の両方またはいずれか一方の冷媒と水を熱交換する熱交換部を、水流路を形成する水流路プレートと冷媒流路を形成する冷媒流路プレートとの間に隔壁プレートを設けたプレート式熱交換器で構成し、前記水流路プレートと冷媒流路プレートの流路を蛇行して形成するとともに流路間に空隙部を設け、かつ隔壁プレートにも前記空隙部と対向する位置に開口部を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置とする。

上記発明によれば、水側、冷媒側共に同一形状のプレート材に流路を形成し、小さなプレートサイズでもプレート面全体に複雑な連続した流路形成が可能であるため長い流路が得られ、また複数プレートを積層することによって伝熱面積を確保できる。その結果デッドスペースがなくなり従来より占有領域が極めて少ないコンパクトなヒートポンプユニットを実現することができる。また水側流路と冷媒側流路の熱伝達は、接触面がきれいな隔壁プレート平面部で行なわれるため、接触面のバラツキが小さくでき熱伝達性能の安定化も図ることができる。プレート間で熱交換が行われる際、例えば冷媒側の入口に高温のガスが入ってきても空隙部によって隣接する同一プレート内の出口側の低温流路側への熱伝導が抑制され冷媒流路に従って伝導し、隔壁プレートを介して対向する水流路プレートへ効率よく熱を伝えることができる。

本発明によれば、ヒートポンプユニットの熱交換器をプレート式熱交換器で構成したため、熱交換器自体を小さくできると共に設置によるデッドスペースもなくなるのでユニットを大幅にコンパクト化でき、従来は設置が出来なかった住宅でもヒートポンプ給湯機が利用可能になるという有利な効果を有する。

本発明は、各請求項に記載した具体的な形態とすることにより実現できるものである。すなわち請求項１に示したように圧縮機，凝縮器，減圧装置，蒸発器を備えたヒートポンプユニットを有し、前記凝縮器と前記蒸発器の両方またはいずれか一方の冷媒と水を熱交換する熱交換部を、水流路を形成する水流路プレートと冷媒流路を形成する冷媒流路プレートとの間に隔壁プレートを設けたプレート式熱交換器で構成し、前記水流路プレートと冷媒流路プレートの流路を蛇行して形成するとともに流路間に空隙部を設け、かつ隔壁プレートにも前記空隙部と対向する位置に開口部を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置とすることにより、プレート間で熱交換が行われる際、例えば冷媒側の入口に高温のガスが入ってきても空隙部によって隣接する同一プレート内の出口側の低温流路側への熱伝導が抑制され冷媒流路に従って伝導し、隔壁プレートを介して対向する水流路プレートへ効率よく熱を伝えることができる。

また、請求項２記載のように、請求項１記載のヒートポンプ給湯装置において水流路プレートと冷媒流路プレート間に隔壁プレートを２枚設けることにより、いずれかの流体が隔壁プレートを万一破損しても、もう１枚存在するため異なる流体同士が混合する危険性をなくすことができる。

また、請求項３記載のように、請求項１記載のヒートポンプ給湯装置において隔壁プレートの表面にメッキした部分を設けることにより、プレート間のロー付けを行う際、面倒であった非常に薄い箔状のロー材を挿入する作業がなくなり、プレート材だけの組立てが可能となり製造コストの低減ができる。

また、請求項４記載のように、請求項１記載のヒートポンプ給湯装置においてプレート式熱交換器は全体を成形発泡材で形成される収納部に収納する構成とすることにより、流路の接続を行う流体の出入口以外を成形した発泡材で覆い、プレート式熱交換器表面から周囲への放熱が防止されるとともに断熱作業が簡単化できる。

また、請求項５記載のように、請求項１記載のヒートポンプ給湯装置において冷媒流路プレートの下流側流路部分の流路面積を他の流路面積より小さくすることにより、冷媒流路の出口側の流速を高め、冷媒液域の熱伝達量の高性能化を図り、その結果冷媒封入量の削減ができる。

なお、前記のプレート式熱交換器を構成する水流路プレート，冷媒流路プレートならびに隔壁プレート等は熱伝導性がよく加工がし易い銅材を使用するとよいが銅に限定されるものではない。

以下、本発明の具体的な実施例について図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１は本発明の一実施例におけるヒートポンプ給湯装置の構成説明図である。図１０，図１１に示す従来例と同等の部品に対しては同一番号を付与し詳細な説明は省略する。ヒートポンプユニットの構成は、従来と同等であるが凝縮器２が図２に示すように、水流路プレート１１と冷媒流路プレート１２の間と上下に隔壁プレート１３を設けた基本ユニットが１つまたは複数積層されたプレート式熱交換器１４で構成されている。各プレートは同一形状の銅等の熱伝導率が大きい材質からなり、水流路プレート１１と冷媒流路プレート１２には流れ方向が互いに対向する流路パターンがプレート面全体に形成され、各プレートには水流路，冷媒流路の出入口にそれぞれ連通する流路口１５が設けられている。また、流路パターンの加工は例えば、プレス加工，エッチング加工，コインニング加工等で行われる。

次に動作、作用について説明すると、圧縮機１より吐出された１００℃近い高温高圧の過熱ガス冷媒は、プレート式熱交換器１４内の冷媒流路プレート１２に連通する冷媒入口より流入し、冷媒流路プレート１２と隔壁プレート１３で形成される冷媒流路内で隔壁プレート１３を隔てた水流路プレート１１内を対向して流れている水を加熱し、その結果冷媒流路プレート１２内で凝縮液化した冷媒は減圧装置３で減圧され蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し再び圧縮機１に戻るサイクルで運転されている。一方水側は冷媒側の凝縮熱で加熱され出口付近でさらに高温化し７０℃のお湯として貯湯槽５に貯えられる。

その際、熱交換器自体が非常にコンパクト化されているため、放熱が少なく湯温の立上げも速くなり沸き上げ時間が少なくできる。また、設置条件の自由度が増しエアー抜きを行い易い配管条件にできる。また、複数の流路を有するため一つの流路が万一詰まっても熱交換器として機能することができる。

（実施例２）
図３は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯装置の構成説明図である。

実施例１と異なる点は水流路プレート１１の上流側に水質硬度を小さくする軟水化手段１６を配設した点である。例えば、軟水化手段１６は貯湯槽５側に設置する。

なお実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し説明は省略する。

プレート式熱交換器１４は、一つのプレート流路断面を小さく構成する場合が多く、特に水流路プレート１１におけるスケール付着が問題になるケースがあるが、軟水化手段１６により水流路に入る前に水の硬度を小さくできるため、プレート式熱交換器１４のコンパクト化を図ってもスケールによる信頼性を損なうことがない。

（実施例３）
図４は本発明における実施例３のヒートポンプ給湯装置の要部の断面説明図である。

実施例１と異なる点は凝縮器２と蒸発器４が断熱材１７を介して一体化された点である。蒸発器４をプレート式熱交換器１４で構成するので吸熱は例えばお風呂等の廃熱を利用する。図４はそれぞれを樹脂ケース内に収納した場合を示している。

その結果、ヒートポンプユニットは圧縮機１と減圧装置３と一体化されたプレート式熱交換器からなる凝縮器２と蒸発器４で構成されるため、各部品のデッドスペースがなくなり、また部品間の配管長も最小限で済み非常にコンパクトなヒートポンプユニットを得ることができる。

（実施例４）
図５は本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯装置の要部分解斜視図である。

実施例１と異なる点は水流路プレート１１と冷媒流路プレート１２に形成したＵ字状の折返し部１８の流路間に空隙部１９を設け、かつ隔壁プレート１３にも空隙部１９と対向する位置に開口部２０を設けた点である。例えば冷媒流路プレート１２で説明すると、高温で入ってきた冷媒ガスが下流側に向かって流れる際、空隙部１９によって同一プレート内のＵ字状の折返し部１８の流路側への熱が伝導するのが抑制され、冷媒入口付近の高温化が保たれる。その結果冷媒の熱は隔壁プレート１３を介して対向する水流路プレート１１へ効率よく伝えられるものである。

（実施例５）
図６は本発明の実施例５におけるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図である。

実施例１と異なる点は打抜き加工した水流路プレート１１と冷媒流路プレート１２間に隔壁プレート１３を２枚設けたものである。水，冷媒いずれかの流体が隔壁プレート１３を破損しても、もう１枚存在するため異なる流体同士が混合する危険性がなくなり熱交換器の信頼性が向上する。

（実施例６）
図７は本発明の実施例６におけるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図である。

実施例５と異なる点はメッキをした部分２１を有する隔壁プレート１３を設けたところである。図７では１枚のみにメッキをした部分２１を有する隔壁プレート１３を挿入した例を示すが２枚共メッキ処理を施してもよい。その結果組立て時は、水流路プレート１１，隔壁プレート１３，メッキをした部分２１を有する隔壁プレート１３，冷媒流路プレート１２，隔壁プレート１３，メッキをした部分２１を有する隔壁プレート１３の順番でプレートのみの組立てが可能となり製造コストの低減ができる。

（実施例７）
図８は本発明の実施例７におけるヒートポンプ給湯装置の要部分解斜視図である。

実施例１と異なる点は発泡スチロールのような成形発泡材でできた収納部２２にプレート式熱交換器１４を収納し、他の部品と配管接続する出入口以外をもう一つの蓋２３で覆うもので、断熱作業が簡単化される。

（実施例８）
図９（ａ）は本発明の実施例８におけるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図である。

図９（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。

実施例１と異なる点は冷媒流路プレート１２の下流側流路部分２４の流路面積を他の流路面積より小さくした点である。その結果冷媒流路の出口付近での流速が速くなり、液化した冷媒の熱伝達性能が向上する。

本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成説明図 同ヒートポンプ給湯装置の要部斜視図 本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成説明図 本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置の要部の断面説明図 本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯装置の分解斜視図 本発明の実施例５におけるヒートポンプ給湯装置の斜視図 本発明の実施例６におけるヒートポンプ給湯装置の斜視図 本発明の実施例７におけるヒートポンプ給湯装置の分解斜視図 （ａ）本発明の実施例８におけるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図（ｂ）同（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図 従来のヒートポンプ給湯装置の構成説明図 同ヒートポンプ給湯装置の要部断面図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 減圧装置
４ 蒸発器
１１ 水流路プレート
１２ 冷媒流路プレート
１３ 隔壁プレート
１４ プレート式熱交換器
１６ 軟水化手段
１７ 断熱材
１８ 折返し部
１９ 空隙部
２０ 開口部
２１ メッキをした部分
２２ 収納部
２４ 下流側流路

Claims (5)

1. 圧縮機，凝縮器，減圧装置，蒸発器を備えたヒートポンプユニットを有し、前記凝縮器と前記蒸発器の両方またはいずれか一方の冷媒と水を熱交換する熱交換部を、水流路を形成する水流路プレートと冷媒流路を形成する冷媒流路プレートとの間に隔壁プレートを設けたプレート式熱交換器で構成し、前記水流路プレートと冷媒流路プレートの流路を蛇行して形成するとともに流路間に空隙部を設け、かつ隔壁プレートにも前記空隙部と対向する位置に開口部を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. プレート式熱交換器は水流路プレートと冷媒流路プレート間に隔壁プレートを２枚設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 隔壁プレートの表面にはメッキした部分を設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
4. プレート式熱交換器は成形発泡材で形成される収納部に収納する構成としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 冷媒流路プレートの下流側流路部分の流路面積を他の流路面積より小さくしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。

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