JP4251172B2 - 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６に示すように水冷媒熱交換器４１、減圧手
段４２、蒸発器４３、圧縮機４４からなる冷媒回路（ヒートポンプユニット）と、水冷媒熱交換器４１と熱交換する給湯回路４５からなる（例えば、特許文献１参照）。図７は、特許文献１に記載された従来の水冷媒熱交換器を示すものである。図７に示すように、水通路５１と冷媒通路５２から構成されている。
特開２００２−１０７０６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、図７に示すように水通路５１と冷媒通路５２が接触面５３を介して接しており、冷媒通路５２の周長の一部しか水通路５１に接していないので伝熱面積が限定され、大きな熱交換量を得るのが困難という課題を有していた。

また、らせん状に巻かれた水冷媒熱交換器４１の中心部は中空部５４がデッドスペースとなっており、ヒートポンプユニットが大型化する課題も有していた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、冷媒流路の熱交換量を高めるとともに、水冷媒熱交換器のデッドスペースをなくしてコンパクト化したヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次接続した冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記水冷媒熱交換器は、容器内に設けた通路壁により形成される通路を、水が高温冷媒により熱交換され下方から上方へお湯となり蛇行状に流れるとともに、前記容器内に冷媒を循環させる管状通路を有し、前記水冷媒熱交換器の水の出入口循環通路は、前記水冷媒熱交換器の冷媒の出入口循環通路よりも上方に形成され、かつ、前記容器内を前記水と前記冷媒が対向流となるように構成したことを特徴とするもので、熱交換器のデッドスペースがなくなり、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることができる。また、水と冷媒の熱交換量を高め、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることができる。また、冷媒出口の温度は水入口の温度よりも高く、冷媒入口の温度は水出口の温度よりも高いため、冷媒に比べ温度の低い水の出入口循環通路を、冷媒出入口循環通路よりも上に配置することで、熱を効率的に伝達することができる。

本発明によれば、冷媒流路の熱交換量を高めるとともに、水冷媒熱交換器のデッドスペースをなくしてコンパクト化したヒートポンプ給湯装置を提供できる。

第１の発明は、水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次接続した冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記水冷媒熱交換器は、容器内に設けた通路壁により形成される通路を、水が高温冷媒により熱交換され下方から上方へお湯となり蛇行状に流れるとともに、前記容器内に冷媒を循環させる管状通路を有し、前記水冷媒熱交換器の水の出入口循環通路は、前記水冷媒熱交換器の冷媒の出入口循環通路よりも上方に形成され、かつ、前記容器内を前記水と前記冷媒が対向流となるように構成したことを特徴とするもので、熱交換器のデッドスペースがなくなり、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることができる。また、水と冷媒の熱交換量を高め、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることができるものである。また、温度の高い冷媒循環通路から温度の低い水循環通路へ熱が伝わり、熱交換効率を向上させることができる。また、通路壁を水冷媒熱交換器の内部に蛇行状に設けることにより、伝熱面積を増やし、大きな熱交換量を有することができるものである。

第２の発明は、特に、第１の発明の冷媒を循環させる通路が、水冷媒熱交換器内部にて分岐していることにより、水を加熱する面積が増えるために、より広範囲な水を短時間で加熱することができるものである。

第３の発明は、特に、第１または２のいずれか１つの発明の水冷媒熱交換器の容器を、略直方体の形状にすることにより設置の安定性を高めたり、略円柱の形状にすることにより耐圧性を高めることができるものである。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、冷媒が高温となり、効率よく水を加熱してお湯を作ることができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成説明図を示すものである。図７に示す従来例と同様の機能を有する部品に対しては、詳細な説明は省略する。図２は、本発明の第１の実施の形態における水冷媒熱交換器１の斜視図を示すものである。水冷媒熱交換器１に、水入口１１、水出口１２、冷媒入口１３、冷媒出口１４の通路が接続された容器である。図３は、図２の断面図を示すものである。水冷媒熱交換器１の容器内部は、水循環通路２１と冷媒循環通路２２から構成される。水循環通路２１は通路壁２３を有している。冷媒循環通路２２は、分配器２４を有している。

以上のように構成された水冷媒熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、水冷媒熱交換器１に水入口１１から流入した水は、通路壁２３に導かれる通路に従って水冷媒熱交換器１の内部を循環する。このとき、冷媒入口１３から流入した高温の冷媒は冷媒循環通路２２を通過するために、水と冷媒が熱交換を行って水が加熱され、水はお湯となって水出口１２から出て行く。

このとき温度を比較すると、冷媒出口１４の温度は水入口１１の温度よりも高い。また、冷媒入口１３の温度は水出口１２の温度よりも高い。従って、冷媒に比べ温度の低い水の出入口循環通路を、冷媒出入口循環通路よりも上に配置することで、熱を効率的に伝達することができる。

以上のように、本実施の形態においては水冷媒熱交換器の容器内に水を循環させ、そこに管状通路にて冷媒を循環させるために熱交換器をコンパクトにすることができる。更に、通路の配置は温度の低い水出入口通路を、温度の高い冷媒出入口通路よりも上にすることで、冷媒循環通路付近で温められて上昇し、温度の低い水循環通路を温めるために、熱交換を効率的に行うことができる。

また、本実施の形態の水冷媒熱交換器の容器は、直方体の代わりに円柱とすることにより、特に耐圧性が向上し、ヒートポンプユニットと貯湯槽の設置位置に高低差がある場合でも設置が可能となる。水冷媒熱交換器内部に、通路壁を設けて水循環通路を蛇行状にさせることにより、伝熱面積が増加し、大きな熱交換用を得ることができる。

図４は、図２の上面図を示すものである。水冷媒熱交換器１の容器内部の分配器２４によって、冷媒を循環させる通路が複数に分岐する構成となっている。

以上のように構成された水冷媒熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、冷媒入口１３から流入した高温の冷媒は、分配器２４によって分岐すると、水を加熱する面積が増えるために、より広範囲な水を短時間で加熱することができる。また、分配器２４を水冷媒熱交換器内に設けることで、水冷媒熱交換器側面のろう付け箇所が減り、施工性が向上する。

以上のように、本実施の形態においては水冷媒熱交換器の容器内で冷媒の通路が複数に分岐することにより、熱が水に速く伝わることになり、水冷媒熱交換器をコンパクトにすることができる。

図５は、本発明の水冷媒熱交換器１の上部にテーパ３１を設けたものである。水出口１２に向かって水循環通路２１が広がっていく構成とすることにより、水に含まれるカルシウムなどが水循環通路２１の出口に析出しても、必要な最低限の流量を確保できる。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、水と冷媒の熱交換量を高め、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることが可能となるので、高効率な熱交換が必要な産業用機器・家庭用機器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図 同水冷媒熱交換器の斜視図 同水冷媒熱交換器の断面図 同水冷媒熱交換器の上面図 同水冷媒熱交換器の断面図 従来のヒートポンプ給湯装置の構成図 従来の熱交換器の図

符号の説明

１ 水冷媒熱交換器
２ 減圧手段
３ 蒸発器
４ 圧縮器
５ 給湯回路
１１ 水入口
１２ 水出口
１３ 冷媒入口
１４ 冷媒出口
２１ 水循環通路
２２ 冷媒循環通路
２３ 通路壁
２４ 分配器
３１ テーパ
５３ 接触面

Claims (4)

1. 水冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次接続した冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記水冷媒熱交換器は、容器内に設けた通路壁により形成される通路を、水が高温冷媒により熱交換され下方から上方へお湯となり蛇行状に流れるとともに、前記容器内に冷媒を循環させる管状通路を有し、前記水冷媒熱交換器の水の出入口循環通路は、前記水冷媒熱交換器の冷媒の出入口循環通路よりも上方に形成され、かつ、前記容器内を前記水と前記冷媒が対向流となるように構成したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 冷媒循環通路は、複数に分岐された構成であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 水冷媒熱交換器は、略直方体状または略円柱状である請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 冷媒として二酸化炭素を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。

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