JP6231425B2

JP6231425B2 - 冷媒水熱交換器

Info

Publication number: JP6231425B2
Application number: JP2014087670A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　勝; 勝佐々木; 正紀樋口
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: JP2015206551A

Description

この発明は、ヒートポンプ式給湯機等に用いられる冷媒水熱交換器に関するものである。

従来より、この種のヒートポンプ式給湯機等は、圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張弁、蒸発器及び空気熱交換器を配管で接続したヒートポンプユニットと、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと冷媒水熱交換器とを配管で環状に接続したヒーポン循環回路とを備え、前記ヒーポンユニットに設置された循環ポンプを駆動して貯湯タンク内の湯水を前記冷媒水熱交換器で高温冷媒と熱交換させて加熱している事が知られている。

そして、この種のヒートポンプ式給湯機等に用いられる冷媒水熱交換器が備える熱交換する熱交換配管は、前記熱交換配管同士が接触してしまうと前記熱交換配管間で熱交換を行ってしまい熱交換効率が低下してしまうため、熱交換の前記熱交換配管同士が接触しないように前記熱交換配管を渦巻状に形成したものを複数段重ねた形状にし、前記渦巻状に巻回してなる各巻回部の間に前記熱交換配管同士の接触を防ぐ平板状の断熱材を挟み込んでいたものがあった（特許文献１）。

また、特許文献１には書かれていないが、更に前記熱交換配管の外部への放熱ロスを防ぐために前記熱交換配管全体を箱状の断熱材に収容し、蓋状の断熱材で蓋をすることで密閉することが知られている。

特許第５３７９４５１号公報

しかし、特許文献１の熱交換配管の構成では、熱交換配管の間に平板状の断熱材を各段の間に挟み込むのは非常に手間がかかり、工数の増加によりコストも高くなってしまっていた。

また、前記熱交換器全体を覆う時に汎用的に用いられる耐熱性の低い断熱材を使用した場合に、高温の冷媒が流れる前記冷媒配管が断熱材に接触してしまうと、断熱材の耐熱温度を超えて前記断熱材が劣化してしまい、断熱能力の低下による放熱ロスしてしまう事が知られている。

本発明は上記課題を解決するため、冷媒を流通する冷媒配管と、水を流通する水配管と、前記冷媒配管が前記水配管の外周に接するにようにして熱交換を行う熱交換配管と、前記熱交換配管を収容する断熱材箱部と、前記断熱材箱部に蓋をする断熱材蓋部とを備えた冷媒水熱交換器において、前記断熱材箱部の底部を、中心に向かうにつれ径が小さくなると共に一定の間隔で高さが変化していく渦巻状の形状とし、前記断熱材箱部の底部に沿うように前記熱交換配管を配置した。

また、前記熱交換配管の下部と前記断熱材箱部の底部との間に、前記断熱材箱部に用いられる断熱材よりも耐熱性の高い断熱シートを敷いた。

このように本発明によれば、今まで非常に手間がかかっていた熱交換配管同士の間に平板状の断熱材を挟み込み、配管同士が接触しないようにする施工も必要ないので工数が減り、コストを抑えることができる共に、横一列に熱交換配管を並べたものや従来のように真上に重なるように螺旋状にしたものよりも、熱交換配管同士の距離が離すことができるので、近傍の熱交換配管同士で相互に熱交換しあうことがなくなり、熱交換効率が低下してしまうのを防ぐことができる。

また、前記熱交換配管の下部と前記断熱材が接触する部分に耐熱性の高い断熱シートを敷くことで、耐熱性の高い断熱材で前記夏交換配管全体を覆わなくても安価な構成で放熱ロスを防ぐ事ができる。

本発明の第１実施形態の貯湯式給湯機の概略構成図本発明の第１実施形態の冷媒水熱交換器の断面図本発明の第１実施形態の断熱材の断面図本発明の第１実施形態の断熱材の天面図本発明の第１実施形態の冷媒水熱交換器の天面図本発明の第２実施形態の冷媒水熱交換器の断面図本発明の別実施形態の冷媒水熱交換器の断面図本発明の別実施形態の冷媒水熱交換器の断面図

次に、本発明の実施形態のヒートポンプ式給湯機の構成について図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１に市水を供給する給水管、３は貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプユニット、４は貯湯タンク１内に給水された市水をヒートポンプユニット３に送る循環ポンプ、５は貯湯タンク１内に蓄えられた湯水を出湯する出湯管、６は出湯管５から押し出された湯水と給水管２から供給した市水を混合して、ユーザーの任意の温度の温水になるように混ぜ合わせる混合弁、７は混合弁６で混ぜ合わされた温水を給湯口から出湯する給湯栓である。

ヒートポンプユニット３は、ガスクーラとしての冷媒水熱交換器８と、冷媒を圧縮する圧縮機９と、温度低下した冷媒を減圧膨張させる膨張弁１０と、低温低圧の冷媒を蒸発させる空冷式の蒸発器１１とで構成され、冷媒として二酸化炭素を用いて高圧側で臨界圧力以上とした超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものでもある。

次に、図２の冷媒水熱交換器８の構成について本発明の実施形態１の説明をする。
１２は冷媒を流通する冷媒配管、１３は冷媒配管１２内の高温の冷媒と熱交換される水を流通する水配管であり、冷媒配管１２は螺旋状に水配管１３に巻き付くようにして熱交換配管１４を構成している。そして、１５は熱交換配管１４を収容するＥＰＳ製の断熱材である。

そして、本発明の実施形態の断熱材１５の構成を図３、図４を用いて詳しく説明する。
図３は断熱材１５の断面図であり、図３の断熱材１５の各部分に分割して、１５ａは断熱材蓋部、１５ｂは断熱材箱部、１５ｃは断熱材箱部１５ｂ内側の断熱材底部と表す。また、図４は断熱材蓋部１５ａを取り外した状態の天面図である。

断熱材底部１５ｃは中心に向かうにつれ径が小さくなると共に、一定の間隔で高くなる山型の形状とし、さらに、断熱材底部１５ｃの外側を断熱材箱部１５ｂで囲い、断熱材蓋部１５ａを被せることで、断熱材１５の内部を密閉し、内部に配置される熱交換配管１４からの放熱ロスを軽減している。

次に、本発明の実施形態の冷媒水熱交換器８の構成を図２、図５を用いて詳しく説明する。
図２は冷媒水熱交換器８の断面図であり、図５は冷媒水熱交換器８の断熱材蓋部１５ａを取り外した状態の天面図である。
熱交換配管１４は渦巻状に構成されると共に、渦を巻くにつれ徐々に高くなりながら中心に向い、最上段で折り返して元の高さに戻る逆すり鉢状の形状をし、渦を巻くような逆すり鉢状の熱交換配管１４を断熱材底部１５ｃの段差に沿うように配置している。

このように、渦を巻くような逆すり鉢状に熱交換配管１４を配置したことで、横一列に熱交換配管を並べたものや従来のように真上に重なるように螺旋状にしたものよりも、熱交換配管１４同士の距離が離すことができるので、近傍の熱交換配管１４同士で相互に熱交換しあうことがなくなり、熱交換効率が低下してしまうのを防ぐ事ができる。また、従来のように熱交換配管１４同士の間に平板状の断熱材を挟み込み、配管同士が接触しないような施工も必要ないので工数が減り、コストを抑えることができる。

次に、図６に基づいて実施形態２を説明する。ここでは第１の実施形態と同一のものは同一の符号を付けてその説明を省略する。

図６は冷媒水熱交換配管器８の断面図であり、１６はＥＰＳ製の断熱材１５よりも耐熱温度が高いフェルト製の断熱シートである。そして、断熱シート１６は熱交換配管１４の配管下部と断熱材底部１５ｃとの間に、断熱材底部１５ｃの上面に沿うように敷かれており、接触しないようにしているものである。

熱交換配管１４の放熱ロスを防ぐために汎用的に用いられるＥＰＳ製の断熱材１５は、高温の冷媒温度まで上昇する冷媒配管１２の温度がＥＰＳ製の断熱材１５の耐熱温度を超えてしまうため、冷媒配管１２がＥＰＳ製の断熱材１５に接触しないようにするために断熱シート１６を用いたものである。

このように、渦を巻くような逆すり鉢状に熱交換配管１４を配置したことで、横一列に熱交換配管を並べたものや従来例のように真上に重なるように螺旋状にしたものよりも、熱交換配管１４同士の距離が離すことができるので、近傍の熱交換配管１４同士で相互に熱交換しあうことがなくなり、熱交換効率が低下してしまうのを防ぐ事ができる。また、今まで非常に手間がかかっていた熱交換配管１４同士の間に平板状の断熱材を挟み込み、配管同士が接触しないような施工も必要ないので工数が減り、コストを抑えることができる。

また、ＥＰＳ製の断熱材１５と冷媒配管１２が接触する面にフェルト製の断熱シート１６で敷くことができるので、耐熱温度の低い断熱材を使用している時でも簡単な工程で高温の冷媒配管１２から断熱材１５を守り、断熱材１５を耐熱温度の高い材料で形成することができ、材料コストを下げられると共に、断熱材１５の劣化による断熱能力の低下を防ぎ、放熱ロスを軽減することができる。

なお、本発明は第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変する事を妨げるものではなく、例えば、今回使用したＥＰＳ製、フェルト製とは別の材料のロックウールなどの断熱材でも良いものとする。また、図７のように断熱材１５の形状をすり鉢状にしたものや、段々高くなっていく渦巻状ではなく、図８のように交互に高さを変える凹凸状でも良いものである。

また、例えば本発明の実施形態での断熱材１５の一つの段差につき、熱交換配管１４の往き管と戻り管の2本配置されているが、1本で配置されたものでも良いものである。

８冷媒水熱交換器
１２冷媒配管
１３水配管
１４熱交換配管
１５断熱材
１５ａ断熱材蓋部
１５ｂ断熱材箱部
１５ｃ断熱材底部
１６断熱シート

Claims

冷媒を流通する冷媒配管と、水を流通する水配管と、前記冷媒配管が前記水配管の外周に接するにようにして熱交換を行う熱交換配管と、前記熱交換配管を収容する断熱材箱部と、前記断熱材箱部に蓋をする断熱材蓋部とを備えた冷媒水熱交換器において、前記断熱材箱部の底部を、中心に向かうにつれ径が小さくなると共に一定の間隔で高さが変化していく渦巻状の形状とし、前記断熱材箱部の底部に沿うように前記熱交換配管を配置したことを特徴とする冷媒水熱交換器。
前記熱交換配管の下部と前記断熱材箱部の底部との間に、前記断熱材箱部に用いられる断熱材よりも耐熱性の高い断熱シートを敷いたことを特徴とする請求項１記載の冷媒水熱交換器。