JP3919699B2

JP3919699B2 - Heat exchange device and heat pump water heater

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Publication number: JP3919699B2
Application number: JP2003158513A
Authority: JP
Inventors: 誠一安木; 竹司渡辺; 昌宏尾浜; 啓次郎國本; 宣彦藤原; 立群毛; 一彦丸本; 隆幸高谷; 裕介望月
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004360974A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換装置、及び、その熱交換装置を用いたヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換装置として、内管と外管によって構成され冷媒の流路となる二重管を外包管内に同心状に挿入し、二重管と外包管との間に伝熱促進体を設置して、この伝熱促進体で外包管の内側流路を螺旋状に仕切り、二重管と外包管との間の空間を円周方向に４分割し、水の流路となる螺旋状流路を形成した構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２０１２７５号公報（第１―７頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の熱交換装置では、外包管の径を一定とした場合、水流路と冷媒流路の熱交換面積を増加させるために外包管の軸方向における流路高さを低くすると、水の圧力損失が大きくなる。また、水が高温となった場合、水中に溶存するカルシウムなどのスケール成分が溶出して流路壁に付着し、流路の閉塞や熱交換性能の低下といった課題が生じる。また、伝熱促進のために別部品である伝熱促進体を用いているので、製造時の工数が多くなり、コストも上昇する。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水の圧力損失やスケール成分の溶出が小さく、伝熱促進体としての別部品を用いずに伝熱促進することができる熱交換性能のよい小型熱交換装置及びそれを用いたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の熱交換装置は、第一流体が流れる第一伝熱管と、第二流体が流れる第二伝熱管とからなり、前記第二伝熱管を前記第一伝熱管内に配置した熱交換装置であって、前記第二伝熱管を、複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成し、前記第一流体を水とし、前記第二流体を冷媒として用い、前記第一伝熱管の出口側端部に、前記第一伝熱管の入口側の流路断面積よりも大きな流路拡大部を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明の熱交換装置は、第一流体が流れる第一伝熱管と、第二流体が流れる第二伝熱管とからなり、前記第二伝熱管を前記第一伝熱管内に配置した熱交換装置であって、前記第二伝熱管を、複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成し、前記第一流体を水とし、前記第二流体を冷媒として用い、前記第一伝熱管と前記第二伝熱管の分岐部又は合流部において、前記第二伝熱管の曲げ角度よりも前記第一伝熱管の曲げ角度を小さくしたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の熱交換装置において、前記流路拡大部における前記第二伝熱管の外径寸法を、前記流路拡大部以外の前記第二伝熱管の外径寸法よりも大きくしたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の熱交換装置において、前記第二伝熱管を構成するそれぞれの前記伝熱管を、内管と外管とからなる二重管としたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４記載の熱交換装置において、前記外管の耐圧を、前記内管の耐圧以上としたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４又は請求項５記載の熱交換装置において、前記外管と前記内管との間に連通路を形成したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱交換装置において、前記第二伝熱管を構成するそれぞれの前記伝熱管の分岐部又は合流部における断面積を、前記第二伝熱管を構成する全ての前記伝熱管端部の総断面積よりも大きくしたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱交換装置において、前記第一伝熱管を流れる第一流体と、前記第二伝熱管を流れる第二流体とを対向流としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱交換装置を給湯用熱交換器として用い、圧縮機、前記給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態による熱交換装置は、第一流体が流れる第一伝熱管内に第二流体が流れる第二伝熱管を配置し、第二伝熱管を複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成し、第一流体を水とし、第二流体を冷媒として用い、第一伝熱管の出口側端部に、第一伝熱管の入口側の流路断面積よりも大きな流路拡大部を設けたものである。本実施の形態によれば、第二伝熱管の伝熱面積を大きくすることができるとともに、第一流体と第二流体を旋回流とすることができるので両者間の伝熱を促進させることができる。また、伝熱促進のための別部品を使用しないので、製造時の工数が少なく、コストも削減させることができる。また、給湯装置などに適用した場合に、水の流路断面積を大きくして水の流量を十分確保しつつ高圧冷媒と熱交換させることができる。また、本実施の形態によれば、第一伝熱管の出口における高温部でスケール析出による流路詰まりを防止することができる。
本発明による第２の実施の形態による熱交換装置は、第一流体が流れる第一伝熱管内に第二流体が流れる第二伝熱管を配置し、第二伝熱管を、複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成し、第一流体を水とし、第二流体を冷媒として用い、第一伝熱管と第二伝熱管の分岐部又は合流部において、第二伝熱管の曲げ角度よりも第一伝熱管の曲げ角度を小さくしたものである。本実施の形態によれば、第二伝熱管の伝熱面積を大きくすることができるとともに、第一流体と第二流体を旋回流とすることができるので両者間の伝熱を促進させることができる。また、伝熱促進のための別部品を使用しないので、製造時の工数が少なく、コストも削減させることができる。また、給湯装置などに適用した場合に、水の流路断面積を大きくして水の流量を十分確保しつつ高圧冷媒と熱交換させることができる。また、分岐部又は合流部で水が流れる流路の曲がりを小さくすることができるので、水流のよどみが小さくなり、スケールの析出を抑制することができる。
本発明による第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による熱交換装置において、流路拡大部における第二伝熱管の外径寸法を、流路拡大部以外の外径寸法よりも大きくしたものである。本実施の形態によれば、流路拡大部を流れる水をまんべんなく均一に加熱させることができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による熱交換装置において、第二伝熱管を構成するそれぞれの伝熱管を、内管と外管とからなる二重管としたものである。本実施の形態によれば、第二伝熱管の強度を大きくすることができるので、第二伝熱管が破損して第一流体と第二流体が混合することを防止することができる。また、第二伝熱管の内管の管壁が破損して第二流体が二重管の中間部に漏洩したり、第二伝熱管の外管の管壁が破損して第一流体が二重管の間に漏洩した場合に、これを早期に検知して内管と外管の両者が破損する前に修理などの対応をすることができる。
本発明による第５の実施の形態は、第４の実施の形態による熱交換装置において、外管の耐圧を内管の耐圧以上としたものである。本実施の形態によれば、内管が第二流体の圧力により破損しても外管が破損しないので、第一流体及び第二流体が外管の外に漏洩することを防止することができる。
本発明による第６の実施の形態は、第４又は第５の実施の形態による熱交換装置において、外管と内管との間に連通路を形成したものである。本実施の形態によれば、内管の管壁が破損して第二流体が外管と内管との間に漏洩した場合に連通路から外部に排出させることができる。したがって、内管の管壁の破損を早期に検知することができるとともに、第一流体及び第二流体の混合を防止することができる。
本発明による第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による熱交換装置において、第二伝熱管を構成するそれぞれの伝熱管の分岐部又は合流部における断面積を、第二伝熱管を構成する全ての伝熱管端部の総断面積よりも大きくしたものである。本実施の形態によれば、第二流体の各伝熱管における分岐部又は合流部における圧力損失を抑えることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第１から第７の実施の形態による熱交換装置において、第一伝熱管を流れる第一流体と第二伝熱管を流れる第二流体とを対向流としたものである。本実施の形態によれば、第一流体と第二流体の温度差を保ちながら効率的に熱交換させることができる。
本発明による第９の実施の形態によるヒートポンプ給湯装置は、第１から第８の実施の形態による熱交換装置を給湯用熱交換器として用い、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で接続したものである。本実施の形態によれば、水の加熱を効率よく行うことができ、しかもスケール析出が小さく水流路の詰まりを抑制したヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による熱交換装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例による熱交換装置の構成を示す概念図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図である。
熱交換装置８０は、第一流体、たとえば水が流れる第一伝熱管８１と、第二流体、たとえば冷媒が流れる第二伝熱管９０とからなり、第二伝熱管９０は第一伝熱管８１内に配置されている。第一伝熱管８１は銅などの熱伝導率の大きい金属の中空管で構成されており、内部の空間部は第一流体の流路８１１を構成する。
第二伝熱管９０は銅などの熱伝導率の大きい金属の中空管で構成された複数本（図１には２本の例を示す。）の伝熱管９１、９２が螺旋状にねじって構成されており、内部の空間部は第二流体の流路９１４、９２４を構成する。
伝熱管９１は、内管９１１及び外管９１２からなる二重管構造をしており、外管９１２は、内部を流れる第二流体の圧力に対する耐圧が内管９１１の耐圧以上となるように、その肉厚が内管９１１の肉厚より大きく形成される。外管９１２と内管９１１との間には微小空間９１３が形成されており、この微小空間９１３は伝熱管９１の外部に連通した連通路を形成する。
同様に、伝熱管９２も内管９２１及び外管９２２からなる二重管構造をしており、外管９２２の肉厚は内管９２１の肉厚より大きく形成される。また、外管９２２と内管９２１との間には、伝熱管９２の外部に連通した連通路を形成する微小空間９２３が形成されている。
第一伝熱管８１と第二伝熱管９０の分岐部８４及び合流部８５では、第一伝熱管８１と第二伝熱管９０はそれぞれ緩やかな曲線状に曲げられている。第一伝熱管８１の出口配管８３Ｂの曲げ角度は、第二伝熱管９０の曲げ角度よりも小さく形成される。
分岐部８４は第一伝熱管８１の出口側、第二伝熱管９０の入口側に当たり、合流部８５は第一伝熱管８１の入口側、第二伝熱管９０の出口側に当たる。第一伝熱管８１の分岐部８４は、合流部８５の流路断面積より大きい流路断面積の流路拡大部を有している。
一方、伝熱管９１及び９２は、分岐部８４においてそれぞれ第一伝熱管８１の出口側から外部に導出され、その先端は第二流体の供給元からの第二流体を分岐して各伝熱管９１及び９２に供給するための連結部９３に連結される。また、合流部８５では、伝熱管９１及び９２はそれぞれ第一伝熱管８１の入口側から外部に導出され、第二流体の供給先へ連結される。第二伝熱管９０は、第一伝熱管８１の流路拡大部における外径寸法が流路拡大部以外の外径寸法よりも大きく形成されている。
【０００９】
次に、本実施例の熱交換装置の動作を説明する。以下の説明では、第一流体として水を、第二流体として冷媒を使用した熱交換装置を例に説明する。
第一流体として水は、合流部８５の入口配管８３Ａから第一伝熱管８１に供給され、第一伝熱管８１の流路８１１を分岐部８４方向に流れる。このときの流路８１１は第二伝熱管９０の外側に沿って流れるが、第二伝熱管９０の伝熱管９１、９２は螺旋状にねじって構成されているので流路８１１も螺旋状になる。流路８１１を通過した水は、分岐部８４の出口配管８３Ｂを通過して給湯蛇口などの給水先へ供給される。
一方、第二流体としての冷媒は第一流体としての水に対して対向流となるように、流れ方向を対向させて供給される。すなわち、連結部９３により２つの流れに分岐された冷媒は、伝熱管９１、９２に供給され、伝熱管９１、９２の流路９１４、９２４中を螺旋状に通過する。このとき、冷媒が圧縮機で圧縮された高圧冷媒であれば、第一伝熱管８１を通過する水と熱交換し水を加熱して温水とする。第一伝熱管８１を通過する水と第二伝熱管９０を通過する冷媒は互いに螺旋状に旋回して対向して流れるので、熱交換に寄与する面積は大きく、水と冷媒の温度差を保ちながら効率よく熱交換させることができる。
【００１０】
分岐部８４から出口配管８３Ｂを通る水の通路は曲げられているので水流に対して抵抗を有しはするが、この曲げの度合いを小さくし、かつ、流路拡大部により流路径を大きくしているので、水流によどみが生じることはない。したがって、水が温水になってもスケールが析出することは抑制される。
また、第二伝熱管９０は流路拡大部において外径寸法を大きくしているので、流路拡大部を流れる水をまんべんなく均一に加熱させることができる。また、第二伝熱管９０は連結部９３における断面積が、第二伝熱管９０を構成する全ての伝熱管端部の総断面積よりも大きいので、冷媒の圧力損失を抑えることができる。
伝熱管９１、９２は、内管９１１、９２１と外管９１２、９２２の二重管構造であるので、伝熱管９１、９２の強度を大きくすることができる。したがって、伝熱管９１、９２内を高圧の冷媒が通過しても、伝熱管９１、９２が破損して第一流体と第二流体が混合することを防止することができる。万一、伝熱管９１、９２の内管９１１、９２１の管壁が破損して冷媒が内管９１１、９２１の外壁に漏洩したり、外管９１２、９２２の管壁が破損して水が内管９１１、９２１の外壁に漏洩した場合でも、外管９１２、９２２と内管９１１、９２１との間の微小空間９１３、９２３が外部に連通した連通路を形成しているので、漏洩を早期に検知して内管と外管の両者が破損する前に修理などの対応をすることができる。
本実施例では、伝熱管９１、９２の内管９１１、９２１にそれぞれ１つずつの微小空間９１３、９２３を設けているが、微小空間を複数設けることで、漏洩検知を早めることができる。また、外管９１２、９２２に微小空間を設けて同様の効果を得ることもできる。
また、外管９１２、９２２はその耐圧が内管９１１、９２１の耐圧以上であるので、内管９１１、９２１が冷媒の圧力により破損しても外管９１２、９２２が破損しないので、水と冷媒が外管９１２、９２２の外に漏洩することはない。
本実施例では、第一伝熱管８１の内径を１２．６ｍｍ、伝熱管９１、９２の各々の外径を６ｍｍとし、第一伝熱管８１の内周面と伝熱管９１、９２の螺旋状の外周部との最近接部の隙間を、それぞれの管壁からの境界層の合計よりも大きく、０．３ｍｍ以上とすることにより、最近接部での第一流体の流速を確保して伝熱を有効に行うようにすることができる。ただし、前記隙間を大きくすると伝熱面積が小さくなるので、０．５ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００１１】
図３は、本発明による熱交換器を使用したヒートポンプ給湯装置の実施例を示す回路構成図である。
本実施例によるヒートポンプ給湯装置は、第１のヒートポンプサイクル１０と、第２のヒートポンプサイクル２０とを備えている。
第１のヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、図１の熱交換器を使用した給湯用熱交換器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４を順に配管で接続して構成されている。また、第１のヒートポンプサイクル１０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路１５を備え、このバイパス回路１５には制御弁１６を設けている。また、第１のヒートポンプサイクル１０には、圧縮機１１の温度を検出する温度センサ１０Ａ、圧縮機１１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｂ、圧縮機１１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１０Ｃ、蒸発器１４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ１０Ｄ、蒸発器１４の吸入空気を検出する温度センサ１０Ｅを備えている。ここで、温度センサ１０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ１０Ｃは圧縮機１１又はヒートポンプサイクル１０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル１０に対応する蒸発器１４に送風するためのファン１７と風路１８を設けている。
一方、第２のヒートポンプサイクル２０は、圧縮機２１、図１の熱交換器を使用した給湯用熱交換器１２、風呂用熱交換器２９、膨張弁２３、及び蒸発器２４を順に配管で接続して構成されている。また、第２のヒートポンプサイクル２０は、給湯用熱交換器１２をバイパスするバイパス回路２５を備え、このバイパス回路２５には制御弁２６を設けている。また、第２のヒートポンプサイクル２０には、圧縮機２１の温度を検出する温度センサ２０Ａ、圧縮機２１からの吐出冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｂ、圧縮機２１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ２０Ｃ、蒸発器２４の出口側の低圧冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｄ、風呂用熱交換器２９の入口冷媒温度を検出する温度センサ２０Ｆを備えている。蒸発器２４の吸入空気の検出は、温度センサ１０Ｅで兼用している。ここで、温度センサ２０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ２０Ｃは圧縮機２１又はヒートポンプサイクル２０の異常検出を行う。さらにヒートポンプサイクル２０に対応する蒸発器１４に送風するためのファン２７と風路２８を設けている。なお風路１８と風路２８は互いに独立している。
給湯用熱交換器１２には、第１のヒートポンプサイクル１０の冷媒流路１２Ｂと第２のヒートポンプサイクル２０の冷媒流路１２Ｃが設けられている。なお、これらの冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃとして、それぞれ図１の第二伝熱管９０の伝熱管９１及び伝熱管９２を用いることもできる。これらの冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃに対して水用配管１２Ａが共用するように配置されており、水用配管１２Ａ内には冷媒流路１２Ｂ及び冷媒流路１２Ｃを冷媒が流れる方向と対向する方向に水が流される。水用配管１２Ａは図１の第一伝熱管８１に相当する。
なお、本実施例においては、図１における連結部９３は使用せず、伝熱管９１、９２をそれぞれ第１のヒートポンプサイクル１０の冷媒流路１２Ｂと第２のヒートポンプサイクル２０の冷媒流路１２Ｃとして独立に使用する。
また、図１及び図２で説明した熱交換装置は、蒸発器１４、蒸発器２４、又は風呂用熱交換器２９として利用することができる。
【００１２】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の出湯回路について説明する。
水用配管１２Ａの流入側は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。一方、水用配管１２Ａの流出側は、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を介してキッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口３９に接続されている。この出湯回路には、入水量を検出する流量センサ３０Ａ、入水温度を検出する温度センサ３０Ｂ、水用配管１２Ａの出口温度を検出する温度センサ３０Ｅ、第一混合弁３７の出口温度を検出する温度センサ３０Ｆ、及び第二混合弁３８の出口温度を検出する温度センサ３０Ｇ、給湯熱交換器１２への流入流量を検出する流量センサ３０Ｈを備えている。
【００１３】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯回路について説明する。
貯湯タンク４０の底部配管４２は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁４１を介して水道管等の水供給配管３４に接続されている。この底部配管４２は、循環ポンプ４３を介して水用配管１２Ａの流入側と接続されている。また、貯湯タンク４０の上部循環用配管４４は、制御弁４５を介して水用配管１２Ａの流出側と接続されている。なお、本実施例による貯湯タンク４０は、積層式の給湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。
一方、貯湯タンク４０の上部出湯用配管５１は、第一混合弁３７に接続されている。また、貯湯タンク４０の底部配管４２から分岐させた出水用配管５２は、逆止弁５３を介して第二混合弁３８に接続されている。なお、貯湯タンク４０には、出湯温度を検出する温度センサ４０Ａの他に、貯湯タンク４０内の湯量を検出するための複数の温度センサ４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄが設けられている。また、水用配管１２Ａの流入側配管には、貯湯タンク４０の底部配管４２から導出される湯温を検出する温度センサ４０Ｅが設けられている。
【００１４】
次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の浴槽加熱回路について説明する。
風呂用熱交換器２９の水用配管２９Ａは、循環ポンプ６１を備えた浴槽用循環配管６２と接続されている。この浴槽用循環配管６２は、水用配管２９Ａをバイパスするバイパス配管６３と、水用配管２９Ａとバイパス配管６３とを切り換える三方弁６４とを備えている。また浴槽用循環配管６２には、浴槽水の循環量を検出する流量センサ６０Ａ、水用配管２９Ａの出口温度を検出する温度センサ６０Ｂ、浴槽水の循環温度を検出する温度センサ６０Ｃ、浴槽内の水位を検出する水位センサ６０Ｄを備えている。
なお、浴槽６０への注湯は、第二混合弁３８の下流側配管から分岐させた注湯用配管７１を用いて行うことができる。この注湯用配管７１は、浴槽用循環配管６２に接続するか、又は直接浴槽６０に導く。注湯用配管７１には、注湯弁７２及び流量を検出する流量センサ７０Ａが設けられている。
リモコン８１は、蛇口３９からの出湯温度の指示や、浴槽６０の沸き上げ温度及び沸き上げ開始などを指示し、このリモコン８１からの指示に基づいて第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０とを制御手段８２にて制御する。なお各種のセンサの検出値はこの制御手段８２に入力される。
【００１５】
次に、本実施例におけるヒートポンプ給湯装置の給湯運転モードについて説明する。
蛇口３９の開放を流量センサ３０Ａにて検知し、第１のヒートポンプサイクル１０及び第２のヒートポンプサイクル２０が運転を開始する。
第１のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、膨張弁１３で減圧された後、蒸発器１４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機１１に吸入される。このとき、制御弁１６は閉状態で、バイパス回路１５には冷媒は流れない。
第２のヒートポンプサイクル２０では、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器１２で放熱し、膨張弁２３で減圧された後、蒸発器２４にて吸熱し、ガス状態で圧縮機２１に吸入される。このとき、制御弁２６は閉状態と、バイパス回路２５には冷媒は流れない。
水供給配管３４から供給される水は、流量調整弁３１、減圧弁３２、及び逆止弁３３を順に通り、給湯用熱交換器１２の水用配管１２Ａに導かれる。水用配管１２Ａで加熱された温水は、逆止弁３６、第一混合弁３７、及び第二混合弁３８を順に通り蛇口３９に導かれる。
圧縮機１１での能力制御及び膨張弁１３での開度制御は、温度センサ３０Ｅでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。同様に、圧縮機２１での能力制御及び膨張弁２３での開度制御も温度センサ３０Ｅでの検出温度がリモコン８１で設定された湯温に近づくように、温度センサ２０Ｂ、２０Ｄ、１０Ｅ、流量センサ３０Ａ、３０Ｈからの検出値によって制御される。
なお、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２からの水温が設定温度よりも高い場合には、ヒートポンプサイクル１０、２０の一方の運転を停止して第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御したり、出水用配管５２から第二混合弁３８に冷水を導入して、第二混合弁３８での出口温度が設定温度となるように制御する。
また、ヒートポンプサイクル１０、２０での能力制御を行っても、給湯用熱交換器１２からの水温が設定温度よりも低い場合には、貯湯タンク４０から第一混合弁３７に温水を導入し、第一混合弁３７での出口温度を温度センサ３０Ｆで検出して設定温度となるように制御する。さらに第一混合弁３７での出口温度が設定温度よりも低い場合は、通常全開状態の流量調整弁３１の開度を小さくし、蛇口３９からの出湯流量を少なくして第一混合弁３７での出口温度が設定温度となるように制御する。
【００１６】
なお、以上の説明では、第１のヒートポンプサイクル１０と第２のヒートポンプサイクル２０の給湯用熱交換器１２を共通とした場合について説明したが、別々の給湯用熱交換器を使用し、各給湯用熱交換器として図１の熱交換装置を使用してもよい。
本実施の形態のヒートポンプ給湯装置によれば、水の加熱を効率よく行うことができ、しかもスケール析出が小さく水流路の詰まりを抑制したヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、水の圧力損失やスケール成分の溶出が小さく、伝熱促進体としての別部品を用いずに伝熱促進することができる熱交換性能のよい小型熱交換装置及びそれを用いたヒートポンプ給湯装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による熱交換装置の構成を示す一部破断側面図
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図
【図３】本発明の実施例によるヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【符号の説明】
１０第１のヒートポンプサイクル
１１圧縮機
１２給湯用熱交換器
１２Ａ水用配管
１２Ｂ、１２Ｃ冷媒流路
１３膨張弁
１４蒸発器
２０第２のヒートポンプサイクル
２１圧縮機
２３膨張弁
２４蒸発器
８０熱交換装置
８１第一伝熱管
９０第二伝熱管
９１伝熱管
９２伝熱管
９１１、９２１内管
９１２、９２２外管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
 The present invention relates to a heat exchange device for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, and a heat pump water heater using the heat exchange device.
[0002]
[Prior art]
 As a conventional heat exchange device for exchanging heat between the first fluid and the second fluid, a double tube constituted by an inner tube and an outer tube and serving as a refrigerant flow path is inserted concentrically into the outer envelope tube, A heat transfer promoting body is installed between the outer tube and the inner flow path of the outer tube is spirally partitioned with the heat transfer body, and the space between the double tube and the outer tube is 4 in the circumferential direction. The thing of the structure which divided | segmented and formed the spiral flow path used as the flow path of water is known (for example, refer patent document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
 JP 2001-201275 A (page 1-7, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
 However, in the conventional heat exchange device, when the diameter of the outer tube is constant, if the flow channel height in the axial direction of the outer tube is lowered in order to increase the heat exchange area between the water flow channel and the refrigerant flow channel, Pressure loss increases. Moreover, when water becomes high temperature, scale components, such as calcium dissolved in water, elute and adhere to the flow path wall, causing problems such as blockage of the flow path and deterioration of heat exchange performance. Moreover, since the heat transfer promotion body which is another parts is used for heat transfer promotion, the man-hour at the time of manufacture increases and cost also rises.
[0005]
 Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, water pressure loss and elution of scale components are small, and heat exchange performance that can promote heat transfer without using a separate part as a heat transfer accelerator. It is an object of the present invention to provide a good small heat exchange device and a heat pump water heater using the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
 The heat exchange device of the present invention according to claim 1 includes a first heat transfer tube through which a first fluid flows and a second heat transfer tube through which a second fluid flows, and the second heat transfer tube is placed in the first heat transfer tube. The second heat transfer tube is configured by twisting a plurality of heat transfer tubes in a spiral shape.The first fluid is water, the second fluid is used as a refrigerant, and the outlet side end of the first heat transfer tube is larger than the channel cross-sectional area on the inlet side of the first heat transfer tube. ProvidedIt is characterized by that.
 Claim 2The invention describedHeat exchangeThe deviceA heat exchange device comprising a first heat transfer tube through which a first fluid flows and a second heat transfer tube through which a second fluid flows, wherein the second heat transfer tube is disposed in the first heat transfer tube, The heat pipe is formed by spirally twisting a plurality of heat transfer tubes, the first fluid is water, and the second fluid is used as a refrigerant.A bending angle of the first heat transfer tube is made smaller than a bending angle of the second heat transfer tube at a branching portion or a joining portion of the first heat transfer tube and the second heat transfer tube.
 Claim 3The invention described isClaim 1 or claim 2In the heat exchange apparatus described above, the outer diameter size of the second heat transfer tube in the flow path expanding portion is larger than the outer diameter size of the second heat transfer tube other than the flow path expanding portion.
 Claim 4The invention as described is claimed in claim 1.Or claim 2In the heat exchange apparatus described above, each of the heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube is a double tube including an inner tube and an outer tube.
 Claim 5The invention described isClaim 4In the heat exchange apparatus described above, the pressure resistance of the outer tube is equal to or higher than the pressure resistance of the inner tube.
 Claim 6The invention described isClaim 4OrClaim 5In the heat exchange apparatus described above, a communication path is formed between the outer tube and the inner tube.
 Claim 7The invention as described is from claim 1Claim 6In the heat exchange device according to any one of the above, the cross-sectional area of each of the heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube at the branching portion or the joining portion is the end of all the heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube. It is characterized by being larger than the total cross-sectional area.
 Claim 8The invention as described is from claim 1Claim 7In the heat exchange device according to any one of the above, the first fluid that flows through the first heat transfer tube and the second fluid that flows through the second heat transfer tube are made to face each other.
 Claim 9The heat pump hot water supply apparatus of the present invention described,Claim 1FromClaim 8And a heat pump cycle in which a compressor, the hot water supply heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
 The heat exchange device according to the first embodiment of the present invention includes a second heat transfer tube in which a second fluid flows in a first heat transfer tube in which a first fluid flows, and the second heat transfer tube includes a plurality of heat transfer tubes. Twisted in a spiral, Using the first fluid as water and the second fluid as a refrigerant, and providing an outlet side end of the first heat transfer tube with a flow passage enlargement portion larger than the flow passage cross-sectional area on the inlet side of the first heat transfer tubeIt is a thing. According to the present embodiment, the heat transfer area of the second heat transfer tube can be increased, and the first fluid and the second fluid can be swirled so that heat transfer between the two can be promoted. it can. Further, since no separate parts for heat transfer promotion are used, the number of man-hours for manufacturing is small, and the cost can be reduced.Further, when applied to a hot water supply device or the like, heat exchange with a high-pressure refrigerant can be performed while ensuring a sufficient flow rate of water by increasing the cross-sectional area of the water flow path. Moreover, according to this Embodiment, the clogging of the flow path by scale deposition can be prevented in the high temperature part in the exit of a 1st heat exchanger tube.
 According to the inventionSecondImplementation form ofStateHeat exchange deviceIs,The second heat transfer tube through which the second fluid flows is arranged in the first heat transfer tube through which the first fluid flows, and the second heat transfer tube is formed by twisting a plurality of heat transfer tubes in a spiral shape, and the first fluid is water. , Using the second fluid as a refrigerant,The bending angle of the first heat transfer tube is made smaller than the bending angle of the second heat transfer tube at the branching or joining portion of the first heat transfer tube and the second heat transfer tube. According to this embodiment,While being able to enlarge the heat transfer area of a 2nd heat exchanger tube, since a 1st fluid and a 2nd fluid can be made into a swirl flow, the heat transfer between both can be promoted. Further, since no separate parts for heat transfer promotion are used, the number of man-hours for manufacturing is small, and the cost can be reduced. Further, when applied to a hot water supply device or the like, heat exchange with a high-pressure refrigerant can be performed while ensuring a sufficient flow rate of water by increasing the cross-sectional area of the water flow path. Also,Since the bending of the flow path through which water flows at the branching part or the merging part can be reduced, the stagnation of the water flow is reduced and the precipitation of scale can be suppressed.
 According to the inventionThirdThe embodiment of1st or 2ndIn the heat exchange device according to the embodiment, the outer diameter dimension of the second heat transfer tube in the flow path expanding section is made larger than the outer diameter dimension other than the flow path expanding section. According to this Embodiment, the water which flows through a flow-path expansion part can be heated uniformly.
 According to the invention4thThe first embodiment is the firstOr secondIn the heat exchange device according to the embodiment, each of the heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube is a double tube composed of an inner tube and an outer tube. According to this embodiment, since the strength of the second heat transfer tube can be increased, it is possible to prevent the first heat fluid and the second fluid from being mixed due to breakage of the second heat transfer tube. In addition, the inner wall of the second heat transfer tube is damaged and the second fluid leaks into the middle part of the double tube, or the outer wall of the second heat transfer tube is damaged and the first fluid is When leakage occurs between the heavy pipes, this can be detected at an early stage, and measures such as repair can be taken before both the inner pipe and the outer pipe are damaged.
 According to the invention5thThe embodiment of4thIn the heat exchange apparatus according to the embodiment, the pressure resistance of the outer tube is set to be equal to or higher than the pressure resistance of the inner tube. According to the present embodiment, even if the inner tube is damaged by the pressure of the second fluid, the outer tube is not damaged, so that the first fluid and the second fluid can be prevented from leaking out of the outer tube. .
 According to the invention6thThe embodiment of4thOr5thIn the heat exchange device according to the embodiment, a communication path is formed between the outer tube and the inner tube. According to the present embodiment, when the tube wall of the inner tube is broken and the second fluid leaks between the outer tube and the inner tube, it can be discharged to the outside from the communication path. Therefore, breakage of the tube wall of the inner tube can be detected at an early stage, and mixing of the first fluid and the second fluid can be prevented.
 According to the invention7thThe first embodiment is from the first6thIn the heat exchange device according to the embodiment, the cross-sectional area at the branching part or the joining part of the respective heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube is determined from the total cross-sectional area of all the heat transfer tube end portions constituting the second heat transfer tube. Is also a bigger one. According to the present embodiment, it is possible to suppress the pressure loss at the branching part or the joining part in each heat transfer tube of the second fluid.
 According to the invention8thThe first embodiment is from the first7thIn the heat exchange device according to the embodiment, the first fluid that flows through the first heat transfer tube and the second fluid that flows through the second heat transfer tube are used as counterflows. According to the present embodiment, heat exchange can be efficiently performed while maintaining the temperature difference between the first fluid and the second fluid.
 According to the invention9thThe heat pump hot water supply apparatus according to the embodiment ofFirstFrom8thThe heat exchanger according to the embodiment is used as a hot water supply heat exchanger, and a compressor, a hot water supply heat exchanger, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping. According to the present embodiment, it is possible to realize a heat pump hot water supply apparatus that can efficiently heat water and that has small scale deposition and suppresses clogging of the water flow path.
[0008]
【Example】
 Hereinafter, a heat exchange device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a heat exchange device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1.
 The heat exchange device 80 includes a first heat transfer tube 81 through which a first fluid, for example, water flows, and a second heat transfer tube 90 through which a second fluid, for example, a refrigerant flows. The second heat transfer tube 90 is in the first heat transfer tube 81. Is arranged. The first heat transfer tube 81 is composed of a metal hollow tube having a high thermal conductivity such as copper, and the internal space portion constitutes a first fluid flow path 811.
 The second heat transfer tube 90 is composed of a plurality of heat transfer tubes 91 and 92 (two examples are shown in FIG. 1) made of a metal hollow tube having a high thermal conductivity such as copper. The internal space portion constitutes flow paths 914 and 924 for the second fluid.
 The heat transfer tube 91 has a double tube structure composed of an inner tube 911 and an outer tube 912, and the outer tube 912 has a pressure resistance against the pressure of the second fluid flowing inside the inner tube 911 higher than the pressure resistance of the inner tube 911. The wall thickness is formed larger than the wall thickness of the inner tube 911. A minute space 913 is formed between the outer tube 912 and the inner tube 911, and this minute space 913 forms a communication path communicating with the outside of the heat transfer tube 91.
 Similarly, the heat transfer tube 92 has a double tube structure including an inner tube 921 and an outer tube 922, and the thickness of the outer tube 922 is larger than the thickness of the inner tube 921. A minute space 923 that forms a communication path communicating with the outside of the heat transfer tube 92 is formed between the outer tube 922 and the inner tube 921.
 The first heat transfer tube 81 and the second heat transfer tube 90 are bent into gentle curves at the branching portion 84 and the joining portion 85 of the first heat transfer tube 81 and the second heat transfer tube 90, respectively. The bending angle of the outlet pipe 83 B of the first heat transfer tube 81 is formed smaller than the bending angle of the second heat transfer tube 90.
 The branching portion 84 hits the outlet side of the first heat transfer tube 81 and the inlet side of the second heat transfer tube 90, and the joining portion 85 hits the inlet side of the first heat transfer tube 81 and the outlet side of the second heat transfer tube 90. The branching portion 84 of the first heat transfer tube 81 has a flow passage enlarged portion having a flow passage cross-sectional area larger than that of the merging portion 85.
 On the other hand, each of the heat transfer tubes 91 and 92 is led out from the outlet side of the first heat transfer tube 81 at the branch portion 84, and the tip of the heat transfer tubes 91 and 92 branches the second fluid from the second fluid supply source. , And 92 are connected to a connecting portion 93 for supplying the same. Moreover, in the junction part 85, the heat exchanger tubes 91 and 92 are each derived | led-out outside from the inlet side of the 1st heat exchanger tube 81, and are connected with the supply destination of a 2nd fluid. The second heat transfer tube 90 is formed such that the outer diameter size of the first heat transfer tube 81 at the flow channel enlarged portion is larger than the outer diameter size other than the flow channel enlarged portion.
[0009]
 Next, operation | movement of the heat exchange apparatus of a present Example is demonstrated. In the following description, a heat exchange device using water as the first fluid and a refrigerant as the second fluid will be described as an example.
 Water as the first fluid is supplied to the first heat transfer pipe 81 from the inlet pipe 83 A of the junction 85 and flows through the flow path 811 of the first heat transfer pipe 81 in the direction of the branch portion 84. At this time, the flow path 811 flows along the outside of the second heat transfer tube 90, but the heat transfer tubes 91 and 92 of the second heat transfer tube 90 are spirally twisted, so the flow path 811 is also spiral. . The water that has passed through the flow path 811 passes through the outlet pipe 83B of the branch portion 84 and is supplied to a water supply destination such as a hot water supply faucet.
 On the other hand, the refrigerant as the second fluid is supplied with the flow direction opposed so as to be opposed to the water as the first fluid. That is, the refrigerant branched into two flows by the connecting portion 93 is supplied to the heat transfer tubes 91 and 92 and passes through the flow paths 914 and 924 of the heat transfer tubes 91 and 92 in a spiral manner. At this time, if the refrigerant is a high-pressure refrigerant compressed by a compressor, it exchanges heat with water passing through the first heat transfer pipe 81 to heat the water to warm water. Since the water passing through the first heat transfer tube 81 and the refrigerant passing through the second heat transfer tube 90 flow spirally and face each other, the area contributing to heat exchange is large, and the temperature difference between the water and the refrigerant is maintained. However, heat can be exchanged efficiently.
[0010]
 Since the water passage from the branch part 84 to the outlet pipe 83B is bent, it has resistance to the water flow, but the degree of this bending is reduced and the flow path diameter is increased by the flow path expanding part. Therefore, stagnation does not occur in the water flow. Therefore, the scale is prevented from being deposited even when the water becomes warm water.
 Moreover, since the 2nd heat exchanger tube 90 has enlarged the outer diameter dimension in the flow-path expansion part, the water which flows through a flow-path expansion part can be heated uniformly. Moreover, since the cross-sectional area in the connection part 93 of the 2nd heat exchanger tube 90 is larger than the total cross-sectional area of all the heat exchanger tube ends which comprise the 2nd heat exchanger tube 90, the pressure loss of a refrigerant | coolant can be suppressed.
 Since the heat transfer tubes 91 and 92 have a double tube structure of the inner tubes 911 and 921 and the outer tubes 912 and 922, the strength of the heat transfer tubes 91 and 92 can be increased. Therefore, even if a high-pressure refrigerant passes through the heat transfer tubes 91 and 92, it is possible to prevent the heat transfer tubes 91 and 92 from being broken and mixing the first fluid and the second fluid. In the unlikely event that the tube walls of the inner tubes 911 and 921 of the heat transfer tubes 91 and 92 are damaged, the refrigerant leaks to the outer wall of the inner tubes 911 and 921, or the tube walls of the outer tubes 912 and 922 are damaged, causing water to enter. Even when leaking to the outer wall of the pipes 911, 921, the minute spaces 913, 923 between the outer pipes 912, 922 and the inner pipes 911, 921 form a communication path communicating with the outside, so that leakage can be done early. It can be detected and repaired before both the inner and outer pipes are damaged.
 In this embodiment, one minute space 913, 923 is provided in each of the inner tubes 911, 921 of the heat transfer tubes 91, 92, but leakage detection can be accelerated by providing a plurality of minute spaces. Further, the same effect can be obtained by providing a minute space in the outer tubes 912 and 922.
 In addition, since the outer pipes 912 and 922 have a pressure resistance higher than that of the inner pipes 911 and 921, even if the inner pipes 911 and 921 are damaged by the pressure of the refrigerant, the outer pipes 912 and 922 are not damaged. Does not leak out of the outer tubes 912, 922.
 In this embodiment, the inner diameter of the first heat transfer tube 81 is 12.6 mm, the outer diameter of each of the heat transfer tubes 91 and 92 is 6 mm, and the inner peripheral surface of the first heat transfer tube 81 and the spiral shape of the heat transfer tubes 91 and 92 are formed. The gap between the outermost part and the nearest part is larger than the total of the boundary layers from each tube wall and is 0.3 mm or more, ensuring the flow rate of the first fluid at the nearest part and heat transfer. Can be performed effectively. However, since the heat transfer area decreases when the gap is increased, it is preferably set to 0.5 mm or less.
[0011]
 FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of a heat pump water heater using the heat exchanger according to the present invention.
 The heat pump hot water supply apparatus according to the present embodiment includes a first heat pump cycle 10 and a second heat pump cycle 20.
 The first heat pump cycle 10 is configured by connecting a compressor 11, a hot water supply heat exchanger 12 using the heat exchanger of FIG. 1, an expansion valve 13, and an evaporator 14 in order by piping. The first heat pump cycle 10 includes a bypass circuit 15 that bypasses the hot water supply heat exchanger 12, and the bypass circuit 15 is provided with a control valve 16. Further, the first heat pump cycle 10 includes a temperature sensor 10 A that detects the temperature of the compressor 11, a temperature sensor 10 B that detects the temperature of refrigerant discharged from the compressor 11, and a pressure that detects the pressure of refrigerant discharged from the compressor 11. A sensor 10C, a temperature sensor 10D that detects a low-pressure refrigerant temperature on the outlet side of the evaporator 14, and a temperature sensor 10E that detects intake air of the evaporator 14 are provided. Here, the temperature sensor 10 A detects cold start, and the pressure sensor 10 C detects abnormality of the compressor 11 or the heat pump cycle 10. Further, a fan 17 and an air passage 18 for blowing air to the evaporator 14 corresponding to the heat pump cycle 10 are provided.
 On the other hand, in the second heat pump cycle 20, a compressor 21, a hot water heat exchanger 12 using the heat exchanger of FIG. 1, a bath heat exchanger 29, an expansion valve 23, and an evaporator 24 are connected in order by piping. Configured. The second heat pump cycle 20 includes a bypass circuit 25 that bypasses the hot water supply heat exchanger 12, and the bypass circuit 25 is provided with a control valve 26. The second heat pump cycle 20 includes a temperature sensor 20A that detects the temperature of the compressor 21, a temperature sensor 20B that detects the temperature of refrigerant discharged from the compressor 21, and a pressure that detects the pressure of refrigerant discharged from the compressor 21. A sensor 20C, a temperature sensor 20D that detects the low-pressure refrigerant temperature on the outlet side of the evaporator 24, and a temperature sensor 20F that detects the inlet refrigerant temperature of the bath heat exchanger 29 are provided. The temperature sensor 10E is also used to detect the intake air of the evaporator 24. Here, the temperature sensor 20A detects a cold start, and the pressure sensor 20C detects an abnormality of the compressor 21 or the heat pump cycle 20. Further, a fan 27 and an air passage 28 for blowing air to the evaporator 14 corresponding to the heat pump cycle 20 are provided. The air passage 18 and the air passage 28 are independent of each other.
 The hot water supply heat exchanger 12 is provided with a refrigerant flow path 12B of the first heat pump cycle 10 and a refrigerant flow path 12C of the second heat pump cycle 20. Note that the heat transfer pipe 91 and the heat transfer pipe 92 of the second heat transfer pipe 90 of FIG. 1 can be used as the refrigerant flow path 12B and the refrigerant flow path 12C, respectively. The water pipe 12A is disposed so as to be shared with the refrigerant flow path 12B and the refrigerant flow path 12C, and the refrigerant flows in the water flow pipe 12A through the refrigerant flow path 12B and the refrigerant flow path 12C. Water flows in the opposite direction. The water pipe 12A corresponds to the first heat transfer tube 81 of FIG.
 In this embodiment, the connecting portion 93 in FIG. 1 is not used, and the heat transfer tubes 91 and 92 are used as the refrigerant flow path 12B of the first heat pump cycle 10 and the refrigerant flow path 12C of the second heat pump cycle 20, respectively. Use independently.
 Moreover, the heat exchange apparatus demonstrated in FIG.1 and FIG.2 can be utilized as the evaporator 14, the evaporator 24, or the heat exchanger 29 for baths.
[0012]
 Next, the hot water supply circuit of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
 The inflow side of the water pipe 12 A is connected to a water supply pipe 34 such as a water pipe via a flow rate adjusting valve 31, a pressure reducing valve 32, and a check valve 33. On the other hand, the outflow side of the water pipe 12A is connected to a hot water supply faucet 39 such as a kitchen or a washroom through a check valve 36, a first mixing valve 37, and a second mixing valve 38. The hot water circuit includes a flow rate sensor 30A for detecting the amount of incoming water, a temperature sensor 30B for detecting the incoming water temperature, a temperature sensor 30E for detecting the outlet temperature of the water pipe 12A, and a temperature for detecting the outlet temperature of the first mixing valve 37. A sensor 30F, a temperature sensor 30G that detects the outlet temperature of the second mixing valve 38, and a flow rate sensor 30H that detects the inflow rate to the hot water supply heat exchanger 12 are provided.
[0013]
 Next, a hot water storage circuit of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
 A bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 is connected to a water supply pipe 34 such as a water pipe via a flow rate adjusting valve 31, a pressure reducing valve 32, and a check valve 41. The bottom pipe 42 is connected to the inflow side of the water pipe 12 A via the circulation pump 43. The upper circulation pipe 44 of the hot water storage tank 40 is connected to the outflow side of the water pipe 12 A via the control valve 45. The hot water storage tank 40 according to the present embodiment is a stacked hot water tank, and is configured so that stirring in the tank is prevented and high temperature water is accumulated at the top and low temperature water is accumulated at the bottom.
 On the other hand, the upper hot water supply pipe 51 of the hot water storage tank 40 is connected to the first mixing valve 37. Further, a water discharge pipe 52 branched from the bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 is connected to the second mixing valve 38 via a check valve 53. The hot water storage tank 40 is provided with a plurality of temperature sensors 40B, 40C and 40D for detecting the amount of hot water in the hot water storage tank 40 in addition to the temperature sensor 40A for detecting the temperature of the hot water. In addition, a temperature sensor 40E that detects the hot water temperature derived from the bottom pipe 42 of the hot water storage tank 40 is provided in the inflow side pipe of the water pipe 12A.
[0014]
 Next, the bathtub heating circuit of the heat pump hot water supply apparatus according to this embodiment will be described.
 The water pipe 29 A of the bath heat exchanger 29 is connected to a bathtub circulation pipe 62 including a circulation pump 61. The bathtub circulation pipe 62 includes a bypass pipe 63 that bypasses the water pipe 29 A, and a three-way valve 64 that switches between the water pipe 29 A and the bypass pipe 63. Further, the bathtub circulation pipe 62 includes a flow sensor 60A for detecting the circulation amount of the bathtub water, a temperature sensor 60B for detecting the outlet temperature of the water pipe 29A, a temperature sensor 60C for detecting the circulation temperature of the bathtub water, A water level sensor 60D for detecting the water level is provided.
 In addition, the pouring to the bathtub 60 can be performed using the pouring pipe 71 branched from the downstream pipe of the second mixing valve 38. The pouring pipe 71 is connected to the bathtub circulation pipe 62 or directly led to the bathtub 60. The pouring pipe 71 is provided with a pouring valve 72 and a flow rate sensor 70A for detecting the flow rate.
 The remote controller 81 instructs the hot water temperature from the faucet 39, the boiling temperature of the bathtub 60, the start of boiling, and the like. Based on the instructions from the remote controller 81, the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle. 20 is controlled by the control means 82. The detection values of various sensors are input to this control means 82.
[0015]
 Next, the hot water supply operation mode of the heat pump hot water supply apparatus in the present embodiment will be described.
 The opening of the faucet 39 is detected by the flow sensor 30A, and the first heat pump cycle 10 and the second heat pump cycle 20 start operation.
 In the first heat pump cycle 10, the refrigerant compressed by the compressor 11 dissipates heat in the hot water supply heat exchanger 12, is depressurized by the expansion valve 13, absorbs heat in the evaporator 14, and is compressed in a gas state. 11 is inhaled. At this time, the control valve 16 is closed and no refrigerant flows into the bypass circuit 15.
 In the second heat pump cycle 20, the refrigerant compressed by the compressor 21 dissipates heat in the hot water supply heat exchanger 12, is depressurized by the expansion valve 23, absorbs heat in the evaporator 24, and is compressed in a gas state. 21 is inhaled. At this time, the control valve 26 is in a closed state, and no refrigerant flows into the bypass circuit 25.
 Water supplied from the water supply pipe 34 passes through the flow rate adjustment valve 31, the pressure reducing valve 32, and the check valve 33 in order, and is led to the water pipe 12 A of the hot water supply heat exchanger 12. The hot water heated by the water pipe 12A passes through the check valve 36, the first mixing valve 37, and the second mixing valve 38 in order, and is led to the faucet 39.
 In the capacity control in the compressor 11 and the opening degree control in the expansion valve 13, the temperature sensors 10B, 10D, 10E, and the flow rate sensor 30A are set so that the temperature detected by the temperature sensor 30E approaches the hot water temperature set by the remote controller 81. , Controlled by the detected value from 30H. Similarly, in the capacity control in the compressor 21 and the opening degree control in the expansion valve 23, the temperature sensors 20B, 20D, 10E, the flow rate are set so that the temperature detected by the temperature sensor 30E approaches the hot water temperature set by the remote controller 81. It is controlled by the detection values from the sensors 30A and 30H.
 Even if the capacity control in the heat pump cycles 10 and 20 is performed, if the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 is higher than the set temperature, one of the heat pump cycles 10 and 20 is stopped and the first operation is stopped. Control is performed so that the outlet temperature at the mixing valve 37 becomes the set temperature, or cold water is introduced into the second mixing valve 38 from the outlet pipe 52 so that the outlet temperature at the second mixing valve 38 becomes the set temperature. To control.
 Further, even when the capacity control in the heat pump cycles 10 and 20 is performed, when the water temperature from the hot water supply heat exchanger 12 is lower than the set temperature, hot water is introduced from the hot water storage tank 40 to the first mixing valve 37, The outlet temperature at the first mixing valve 37 is detected by the temperature sensor 30F and controlled to reach the set temperature. Further, when the outlet temperature at the first mixing valve 37 is lower than the set temperature, the first mixing valve 37 reduces the opening degree of the flow regulating valve 31 that is normally fully opened and reduces the amount of hot water discharged from the faucet 39. The outlet temperature is controlled to be the set temperature.
[0016]
 In addition, although the above description demonstrated the case where the heat exchanger 12 for hot water supply of the 1st heat pump cycle 10 and the 2nd heat pump cycle 20 was made common, using each heat exchanger for hot water supply, each hot water supply The heat exchanger of FIG. 1 may be used as a heat exchanger for use.
 According to the heat pump hot water supply apparatus of the present embodiment, it is possible to realize a heat pump hot water supply apparatus that can efficiently heat water and that has small scale deposition and suppresses clogging of the water flow path.
[0017]
【The invention's effect】
 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pressure loss of water and elution of a scale component are small, and the small heat exchange apparatus with good heat exchange performance which can promote heat transfer without using another component as a heat transfer facilitator, and its use The heat pump hot-water supply apparatus which was used can be implement | achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken side view showing a configuration of a heat exchange device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a heat pump water heater according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
 10 First heat pump cycle
 11 Compressor
 12 Heat exchanger for hot water supply
 12A Water piping
 12B, 12C Refrigerant flow path
 13 Expansion valve
 14 Evaporator
 20 Second heat pump cycle
 21 Compressor
 23 Expansion valve
 24 Evaporator
 80 heat exchanger
 81 1st heat transfer tube
 90 Second heat transfer tube
 91 Heat transfer tube
 92 Heat Transfer Tube
 911, 921 Inner pipe
 912, 922 Outer tube

Claims

A heat exchange device comprising a first heat transfer tube through which a first fluid flows and a second heat transfer tube through which a second fluid flows, wherein the second heat transfer tube is disposed in the first heat transfer tube, The heat pipe is formed by spirally twisting a plurality of heat transfer tubes , the first fluid is water, the second fluid is used as a refrigerant, and the first heat transfer tube is connected to the outlet side end of the first heat transfer tube. A heat exchanging device characterized in that a flow passage enlargement portion larger than the flow passage cross-sectional area on the inlet side of the heat pipe is provided .

A heat exchange device comprising a first heat transfer tube through which a first fluid flows and a second heat transfer tube through which a second fluid flows, wherein the second heat transfer tube is disposed in the first heat transfer tube, The heat pipe is formed by spirally twisting a plurality of heat transfer tubes, the first fluid is water, the second fluid is used as a refrigerant, and a branching portion or a merge of the first heat transfer tube and the second heat transfer tube The heat exchange device according to claim 1, wherein the bending angle of the first heat transfer tube is smaller than the bending angle of the second heat transfer tube.

Outer diameter of the second heat exchanger tube in the flow path enlarged part, to claim 1 or claim 2, characterized in that larger than the outer diameter of the second heat exchanger tube other than the flow channel expanding portions The heat exchange apparatus as described.

The heat exchanger according to claim 1 or 2 , wherein each of the heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube is a double tube including an inner tube and an outer tube.

The heat exchange device according to claim 4 , wherein the pressure resistance of the outer tube is equal to or higher than the pressure resistance of the inner tube.

The heat exchange device according to claim 4 or 5 , wherein a communication path is formed between the outer tube and the inner tube.

The cross-sectional area at the branching portion or the merging portion of each of the heat transfer tubes constituting the second heat transfer tube is made larger than the total cross-sectional area of all the heat transfer tube end portions constituting the second heat transfer tube. The heat exchange device according to any one of claims 1 to 6 .

The heat exchange device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first fluid flowing through the first heat transfer tube and the second fluid flowing through the second heat transfer tube are used as counterflows.

A heat pump cycle in which the heat exchange device according to any one of claims 1 to 8 is used as a heat exchanger for hot water supply, and a compressor, the heat exchanger for hot water supply, an expansion valve, and an evaporator are connected by piping. A heat pump hot water supply device characterized by that.