JP4792902B2

JP4792902B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4792902B2
Application number: JP2005289802A
Authority: JP
Inventors: 雅人目片; 敬澤田; 剛広丸山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2025-10-03
Also published as: JP2007101030A

Description

本発明は、蓄熱剤を搭載した熱交換器に関するものである。

現在、給湯機としてはガスや電気ヒーター等を用いて水を加熱する方式のものが大勢的である。中でもエネルギー利用の平準化及び低コストであるという利点から深夜電力を利用して湯を沸き上げ、その湯を貯湯タンクに貯留し昼間に使用するという貯湯式給湯機が徐々に一般世帯に普及していっている。ただし、一般家庭の１日に使用するだけの湯をまかなおうとするとその容積が非常に大きくなり、設置スペースに余裕のある家庭でないと
使用できないという問題がある。

このため、小容量の蓄熱手段を搭載しリアルタイムに湯を沸き上げながら不足分を蓄熱手段によって補う一体型給湯機が提案されているが、水の顕熱を利用して蓄熱しているため蓄熱量が小さく、湯切れを防ぐためには蓄熱手段の容積が大きくなってしまうという問題があり、潜熱蓄熱剤を利用して蓄熱手段のスペースを小さくしようとする試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８７２３号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の蓄熱式給湯機は、蓄熱手段の部品点数が多く構造が複雑であるため、コストアップが予想される。また、長期間使用による蓄熱剤の漏れ等が発生する可能性もある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、密閉構造とすることでコストを低減し、蓄熱剤の漏れを防止する熱交換器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は、内部に加熱流体を流す複数の内管と、前記内管との間のスペースに蓄熱剤が充填されている中間管と、前記中間管との間のスペースに被加熱流体を流す外管により形成され、前記中間管は中間管漏洩検知溝を有するとともに、前記複数の内管は離間され配設されていることを特徴とする熱交換器で、簡易な構造で蓄熱剤を利用することを可能としたものである。

本発明の熱交換器は、簡易な構造で蓄熱剤を利用することを可能とし、高い熱交換性能を維持しながら低コスト化を図ることができる。

第１の発明は、内部に加熱流体を流す複数の内管と、前記内管との間のスペースに蓄熱剤が充填されている中間管と、前記中間管との間のスペースに被加熱流体を流す外管により形成され、前記中間管は中間管漏洩検知溝を有するとともに、前記複数の内管は離間され配設されていることを特徴とする熱交換器で、簡易な構造で蓄熱剤を利用することができる。

また、中間管漏洩検知溝を設けた構造としたことにより、中間管の腐食、破損等で蓄熱剤と水とが混ざり合うのを防止させることができる。

また、複数で構成する構造としたことにより、加熱流体と蓄熱剤との熱交換面積を増加させ、熱交換性能を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の内管に、内管漏洩検知溝を設けた構造としたことにより、内管の腐食、破損等で冷媒及び潤滑油と蓄熱剤とが混ざり合うのを防止させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２のいずれかの発明の加熱流体に二酸化炭素を使用することにより、高温高効率の加熱運転と地球環境保全を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明の蓄熱剤が、非蓄熱時には固体と
なり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤で、主成分が酢酸ナトリウム三水塩であることを特徴とするもので、高効率な蓄熱運転及び放熱運転を実現することができる。

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、本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は本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の蓄熱手段の正面断面図、図２は本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の蓄熱手段の側面断面図、図３は本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の蓄熱手段の上面図、図４は本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の構成図である。

本発明の蓄熱式給湯機の加熱手段として本実施の形態ではヒートポンプユニットを使用するが、ヒーターや高温水等で加熱を行ってもよいものである。また、本発明の蓄熱式給湯機に用いる冷媒としては、従来広く用いられているＲ２２等のフロン系冷媒でも良いが、オゾン層保全及び地球温暖化防止等の環境保護的側面から近年盛んに研究されている自然冷媒である二酸化炭素冷媒の方が、より大きな効果を得ることが可能である。以下では、冷媒として二酸化炭素を用いるが、その他の冷媒であってもよいものである。

蓄熱式給湯機は、大きく圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４からなるヒートポンプユニット５と、前記冷媒対水用熱交換器２と一体形成されている蓄熱手段６によって構成されている。

水温検知手段７は冷媒対水用熱交換器２の水側入口に設置されており、水道から直接供給される入水温度を検出する。湯温検知手段８は冷媒対水用熱交換器２の水側出口に設置されており、潜熱蓄熱剤９と熱交換することにより加熱された湯と水道水が混合された出湯温度を検出する。制御手段は室内に設置されているコントローラー（図示せず）で設定された温度と前記湯温検知手段８で検知している温度が等しくなるように混合弁１０での水と湯との混合割合を制御する。

上記の蓄熱式給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、加熱手段１１としての機能を有する前記冷媒対水用熱交換器２に流入し、ここで一体形成されている蓄熱手段６に充填されている潜熱蓄熱剤９を加熱する。二酸化炭素冷媒は凝縮域がなく超臨界域で熱交換されるため、冷媒温度は前記冷媒対水用熱交換器２内で緩やかに低下し、前記減圧装置３で減圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１へ戻る。

この動作を繰り返すことにより、常温では固体である潜熱蓄熱剤９は固体から液体へと相変化を行うことにより蓄熱される。蓄熱された熱は必要に応じて水道から供給される水と熱交換することで潜熱蓄熱剤９から顕熱または潜熱を奪い湯を生成し、また水道水と混合することにより適温へ調整され利用部へ供給される。

このうち、冷媒対水用熱交換器２と蓄熱手段６は一体形成されており、銅製の内管１２と中間管１３と外管１４によって構成される。内管１２はさらに外側を構成する内管１２ａと内側を構成する内管１２ｂの二重構造で形成されており、このうち外側を構成する内管１２ａの内面には流体が通過可能な内管漏洩検知溝１５が設けてある。

中間管１３はさらに外側を構成する中間管１３ａと内側を構成する中間管１３ｂの二重構造で形成されており、このうち外側を構成する中間管１３ａの内面には流体が通過可能な中間管漏洩検知溝１６が設けてある。内管１２内には高温・高圧の過熱ガス冷媒が流れ
、内管１２と中間管１３とのスペースに充填されている潜熱蓄熱剤９を加熱する構造としているが、ここで冷媒と潜熱蓄熱剤９の熱交換面積を拡大するのと、冷媒側の圧力損失を低減する目的で、冷媒配管を冷媒対水用熱交換器２に入る直前で分岐させ、複数の内管１２を有する構成としている。中間管１３と外管１４のスペースには水が流れ、潜熱蓄熱剤９と熱交換することにより水が加熱される構造としている。

この冷媒対水用熱交換器２を長期間使用すると、腐食及びその他の理由で内管１２が破損することがある。ここで、冷媒に接触している内管１２ｂが破損した場合、冷媒及び潤滑油は内管漏洩検知溝１５を通じて外部に排出されるため、潜熱蓄熱剤９に冷媒や潤滑油が混ざる危険を防止することができる。潜熱蓄熱剤９が加熱されて融解状態にある際に潜熱蓄熱剤９に接触している内管１２ａが破損した場合、内管漏洩検知溝１５を通じて外部に排出されるため、冷媒配管に潜熱蓄熱剤９が浸入し、冷却システムに悪影響を及ぼすことを防止することができる。

また、中間管１３も破損する可能性があるが、水と接触している中間管１３ａが破損した場合、水道から供給されている水は中間管漏洩検知溝１６を通じて外部に排出されるため、潜熱蓄熱剤９に水が混ざる危険を防止することができる。潜熱蓄熱剤９が加熱されて融解状態にある際に潜熱蓄熱剤９に接触している中間管１３ｂが破損した場合、中間管漏洩検知溝１６を通じて外部に排出されるため、水道系統に潜熱蓄熱剤９が浸入する危険を防止することができる。

なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。

以上のように、本発明にかかる蓄熱式給湯機は、容易に潜熱蓄熱剤を利用して熱交換を行うことが可能となるため、他の熱交換媒体にも適用できる。

本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の蓄熱手段の正面断面図本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の蓄熱手段の側面断面図本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の蓄熱手段の上面図本発明の実施の形態１における蓄熱式給湯機の構成図

１圧縮機
２冷媒対水用熱交換器
３減圧装置
４蒸発器
５ヒートポンプユニット
６蓄熱手段
９潜熱蓄熱剤
１１加熱手段
１２内管
１３中間管
１４外管
１５内管漏洩検知溝
１６中間管漏洩検知溝

Claims

内部に加熱流体を流す複数の内管と、前記内管との間のスペースに蓄熱剤が充填されている中間管と、前記中間管との間のスペースに被加熱流体を流す外管により形成され、前記中間管は中間管漏洩検知溝を有するとともに、前記複数の内管は離間され配設されていることを特徴とする熱交換器。
内管に内管漏洩検知溝を設けた請求項１記載の熱交換器。
加熱流体が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
蓄熱剤は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤で、主成分が酢酸ナトリウム三水塩であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器蓄熱式給湯機。