JP6302761B2 - Heat exchangers and a heat pump heating apparatus - Google Patents

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本発明は、熱交換器およびヒートポンプ加熱装置に関する。 The present invention, the heat exchanger and to a heat pump heating apparatus.

特許文献1に、第1流体が流れる第1流体配管と、第2流体が流れる第2流体配管を、互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状とした熱交換器が開示されている。 Patent Document 1, a first fluid line in which the first fluid flows, a second fluid piping in which the second fluid flows, heat exchangers and shape wound helically adjacent state is disclosed another.

特開2006−162204号公報 JP 2006-162204 JP

流体配管をらせん状に巻回した形状とする場合、内側に形成される空間に、より小さな巻回半径でらせん状に巻回した形状の別の流体配管を収容し、それらの流体配管を互いに接続することで、熱交換に必要とされる流路長を確保しつつ、熱交換器を小型化することが可能となる。 If the fluid pipe shape wound spirally, in a space formed inside, to accommodate a smaller winding radius another fluid pipe shape wound helically, their fluid pipe together by connecting, while securing the flow path length required for the heat exchange, it is possible to miniaturize the heat exchanger. しかしながら、内側に配置される流体配管を小さな巻回半径でらせん状に巻回するためには、それだけ管径を小さくしなければならず、圧力損失の増大を招いてしまう。 However, in order to wind spirally fluid pipe disposed inside a small winding radius, it is necessary to correspondingly reduce the pipe diameter, resulting in an increase in the pressure loss. らせん状に巻回した形状の流体配管を有する熱交換器において、流体配管の圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換器をコンパクトに形成することが可能な技術が期待されている。 In the heat exchanger having a fluid pipe shape wound spirally, while suppressing an increase in pressure loss of the fluid pipe, which are capable of forming a heat exchanger in a compact technology is expected.

本明細書は、第1流体配管内を流れる第1流体と、第2流体との間で熱交換させる熱交換器を開示する。 This specification discloses a first fluid flowing in the first fluid in the pipe, a heat exchanger for exchanging heat between the second fluid. 第1流体配管は、らせん状に巻回した形状を有する第1外側配管と、らせん状に巻回した形状を有する第1中間配管と、らせん状に巻回した形状を有する第1内側配管を備えている。 The first fluid piping and the first outer pipe having a shape wound spirally, a first intermediate pipe having a shape wound spirally, a first inner pipe having a shape wound spirally It is provided. その熱交換器では、第1外側配管の内側に形成される空間に第1中間配管が収容されている。 In the heat exchanger, the first intermediate pipe is accommodated in a space formed inside the first outer pipe. その熱交換器では、第1中間配管の内側に形成される空間に第1内側配管が収容されている。 In the heat exchanger, the first inner pipe is accommodated in a space formed inside the first intermediate pipe. その熱交換器では、第1外側配管の管径が、第1中間配管および第1内側配管の何れの管径よりも大きい。 In the heat exchanger, the tube diameter of the first outer pipe is greater than either of the pipe diameter of the first intermediate pipe and the first inner pipe. その熱交換器では、互いに並列に接続された第1中間配管と第1内側配管に対して、第1外側配管が直列に接続されている。 In the heat exchanger, the first intermediate pipe and the first inner pipe that is connected in parallel with each other, the first outer pipe are connected in series.

上記の熱交換器では、第1中間配管と第1内側配管の管径を、第1外側配管の管径よりも小さくしている。 In the heat exchanger described above, the pipe diameter of the first intermediate pipe and the first inner pipe is made smaller than the pipe diameter of the first outer pipe. これによって、第1外側配管の巻回半径をそれほど大きくしなくとも、第1中間配管と第1内側配管の巻回半径を小さくして、第1中間配管と第1内側配管を第1外側配管の内側の空間に収容することができる。 Thus, without a winding radius of the first outer pipe and so large, the winding radius of the first intermediate pipe and the first inner pipe by reducing the first intermediate pipe and the first inner pipe first outer pipe it can be the housed inside the space. さらに、上記の熱交換器では、第1中間配管と第1内側配管を互いに並列に接続しており、第1外側配管を、第1中間配管および第1内側配管に対して直列に接続している。 Furthermore, in the above-mentioned heat exchanger, it connects the first intermediate pipe and the first inner pipe in parallel with one another, the first outer pipe, connected in series with the first intermediate pipe and the first inner pipe there. 第1中間配管と第1内側配管については、管径を小さくしたことで個々の配管の圧力損失は増大しているものの、これらの配管を並列に接続することで、全体としては圧力損失が低減されている。 The first intermediate pipe and the first inner pipe, although the pressure loss of the individual pipes by having a small tube diameter has increased, by connecting these pipes in parallel, the pressure loss as a whole reduced It is. 上記の熱交換器によれば、被加熱流体が通過する際の圧力損失の増大を抑えつつ、熱交換器をコンパクトに形成することができる。 According to the above-mentioned heat exchanger, while suppressing an increase in pressure loss at the time of the heated fluid passes through the heat exchanger can be made compact.

上記の熱交換器は、第1中間配管の管径が、第1内側配管の管径よりも大きいように構成することができる。 The above heat exchanger can be a tube diameter of the first intermediate pipe, configured to greater than the pipe diameter of the first inner pipe.

上記の熱交換器では、第1内側配管の管径を、第1中間配管の管径よりも小さくしている。 In the heat exchanger described above, the pipe diameter of the first inner pipe is made smaller than the pipe diameter of the first intermediate pipe. これによって、第1中間配管の巻回半径をそれほど大きくしなくとも、第1内側配管の巻回半径を小さくして、第1内側配管を第1中間配管の内側の空間に収容することができる。 Thus, without a winding radius of the first intermediate pipe was so large, it is possible to reduce the winding radius of the first inner pipe, for accommodating the first inner pipe in the space inside the first intermediate pipe .

上記の熱交換器は、第2流体が流れる第2流体配管をさらに備えており、第2流体配管が、第1外側配管と巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する第2外側配管と、第1中間配管と巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する第2中間配管と、第1内側配管と巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する第2内側配管を備えているように構成することができる。 Shape above the heat exchanger further comprises a second fluid piping second fluid flows, the second fluid piping, wound spirally in a state adjacent to each other in the first outer pipe and the winding axis direction a second outer pipe having a second intermediate pipe having a shape wound spirally in a state adjacent to each other in the first intermediate pipe and the winding axis direction, adjacent to the first inner pipe and the winding axis direction it can be configured as a second inner pipe having a shape wound helically state.

上記の熱交換器によれば、第1流体と第2流体の間の熱交換を促進して、熱交換効率を高めることができる。 According to the above-mentioned heat exchanger, to promote the heat exchange between the first fluid and the second fluid, it is possible to enhance the heat exchange efficiency.

上記の熱交換器は、第1流体が水または不凍液であり、第2流体が冷媒であるように構成することができる。 The above heat exchanger, the first fluid is water or antifreeze can second fluid configured to be a refrigerant.

上記の熱交換器によれば、例えば給湯器で必要とされる温度まで水を加熱したり、温水暖房器で必要とされる温度まで不凍液を加熱したりすることができる。 According to the above-mentioned heat exchanger, for example a water heater or heating water to a temperature required by, or can be heated antifreeze to a temperature required by the hot water heater.

本明細書は、ヒートポンプ加熱装置も開示する。 This document also discloses a heat pump heating apparatus. そのヒートポンプ加熱装置は、上記の熱交換器を用いて冷媒から水または不凍液に熱を移動させて冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、自然環境から吸熱して減圧器からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器からの冷媒を加圧して凝縮器へ送り出す圧縮機を備えている。 As the heat pump heating apparatus includes a condenser for condensing refrigerant heat is moving in the water or antifreeze from the refrigerant using a heat exchanger of the above, a pressure reducer for decompressing refrigerant from the condenser, and absorbs heat from the natural environment It includes an evaporator for evaporating the refrigerant from the pressure reducer, a compressor for feeding the refrigerant from the evaporator to pressurize the condenser Te.

上記のヒートポンプ加熱装置によれば、水または不凍液が凝縮器を通過する際の圧力損失の増大を抑制しつつ、凝縮器をコンパクトに形成することができる。 According to the heat pump heating apparatus, while suppressing an increase in pressure loss in the water or antifreeze solution is passed through the condenser, it is possible to form the condenser compact.

本明細書が開示する熱交換器およびヒートポンプ加熱装置によれば、流体配管の圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換器をコンパクトに形成することができる。 According to the heat exchanger and a heat pump heating apparatus taught in the present specification, while suppressing an increase in pressure loss of the fluid pipe, the heat exchanger can be made compact.

熱交換器6を備えるヒートポンプ加熱装置2の構成を模式的に示す図である。 The configuration of the heat pump heating device 2 comprises a heat exchanger 6 is a view schematically showing. 熱交換器6の上方からの外観を示す斜視図である。 Is a perspective view showing the appearance from above of the heat exchanger 6. 熱交換器6の下方からの外観を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an appearance of the lower part of the heat exchanger 6. 熱交換器6の外側熱交換部20、中間熱交換部22、内側熱交換部24を分解して示す斜視図である。 Outer heat exchanging portion 20 of the heat exchanger 6, an intermediate heat exchanger 22 is an exploded perspective view showing an inner heat exchanger 24. 図2のV−V断面についての横断面図である。 It is a cross-sectional view of cross-section along V-V in FIG.

(実施例) (Example)
図1に示すヒートポンプ加熱装置2は、ヒートポンプユニット4と、熱交換器6を備えている。 Heat pump heating apparatus 2 shown in FIG. 1, the heat pump unit 4, and a heat exchanger 6. ヒートポンプ加熱装置2は、被加熱流体(例えば水または不凍液)を加熱する。 Heat pump heating device 2 heats the heated fluid (such as water or antifreeze). ヒートポンプ加熱装置2は、例えば給湯器(図示せず)と組み合わせて使用することができる。 Heat pump heating apparatus 2, for example, may be used in combination with a water heater (not shown). この場合、ヒートポンプ加熱装置2は、給湯器または上水道から受け入れた水を加熱し、加熱した水を給湯器へ送り出す。 In this case, the heat pump heating device 2 heats the water accepted from the water heater or water supply, feeding the heated water into the water heater. あるいは、ヒートポンプ加熱装置2は、温水暖房器(図示せず)と組み合わせて使用することができる。 Alternatively, the heat pump heating device 2 may be used in combination with hot water heater (not shown). この場合、ヒートポンプ加熱装置2は、温水暖房器から受け入れた不凍液を加熱し、加熱した不凍液を温水暖房器へ送り出す。 In this case, the heat pump heating device 2 heats the antifreeze accepted from the hot water heater, delivering the heated antifreeze into hot water heater.

ヒートポンプユニット4は、冷媒(例えばR410AといったHFC冷媒や、R744といったCO 冷媒)を循環させるための冷媒流路8と、膨張弁10と、蒸発器12と、ファン14と、圧縮機16と、コントローラ18を備えている。 Heat pump unit 4 includes a refrigerant flow path 8 for circulating refrigerant (for example, HFC refrigerants such as R410A, CO 2 refrigerant such R744), an expansion valve 10, an evaporator 12, a fan 14, a compressor 16, It includes a controller 18.

膨張弁10は、熱交換器6から流入する比較的低温で高圧の液体状態の冷媒を減圧して、低温低圧の液体状態とする。 The expansion valve 10 is at a relatively low temperature flows from the heat exchanger 6 and the refrigerant pressure is reduced in the high-pressure liquid state, a liquid state of low temperature and low pressure. すなわち、膨張弁10は、冷媒を減圧する減圧器として機能する。 That is, the expansion valve 10 functions as a decompressor for decompressing the refrigerant. 膨張弁10の開度は、コントローラ18によって制御される。 Opening of the expansion valve 10 is controlled by the controller 18. 膨張弁10を通過した冷媒は、蒸発器12へ送られる。 The refrigerant passing through the expansion valve 10 is sent to the evaporator 12.

蒸発器12は、ファン14によって送風された外気と冷媒流路8内を流れる冷媒との間で熱交換を行う、気液熱交換器である。 Evaporator 12 performs heat exchange between the refrigerant flowing in the outdoor air and the refrigerant flow path 8 which is blown by the fan 14, a gas-liquid heat exchanger. ファン14の動作は、コントローラ18によって制御される。 Operation of the fan 14 is controlled by the controller 18. 蒸発器12では、膨張弁10からの低温低圧の液体状態の冷媒が、外気との熱交換によって加熱される。 In the evaporator 12, the refrigerant of low temperature and low pressure in the liquid state from the expansion valve 10 is heated by heat exchange with the outside air. 冷媒は、加熱されることにより気化し、比較的高温で低圧の気体状態となる。 Refrigerant is vaporized by being heated, the low-pressure gaseous state at a relatively high temperature. 蒸発器12を通過した冷媒は、圧縮機16へ送られる。 The refrigerant passing through the evaporator 12 is sent to the compressor 16.

圧縮機16では、蒸発器12からの比較的高温で低圧の気体状態の冷媒を圧縮して、高温高圧の気体状態とする。 In the compressor 16, at a relatively high temperature from the evaporator 12 to compress the refrigerant of low pressure gaseous state, a gaseous state of high temperature and high pressure. 圧縮機16の動作は、コントローラ18によって制御される。 Operation of the compressor 16 is controlled by the controller 18. 圧縮機16を通過した冷媒は、熱交換器6へ送られる。 The refrigerant passing through the compressor 16 is sent to the heat exchanger 6.

熱交換器6は、冷媒と被加熱流体との間で熱交換を行う熱交換器である。 Heat exchanger 6 is a heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the heated fluid. 熱交換器6では、ヒートポンプユニット4の圧縮機16から流入する高温高圧の気体状態の冷媒が、被加熱流体との熱交換器によって冷却される。 In the heat exchanger 6, gaseous refrigerant of high temperature and high pressure flowing from the compressor 16 of the heat pump unit 4 is cooled by the heat exchanger with the heated fluid. 冷媒は、冷却されることにより凝縮し、比較的低温で高圧の液体状態となる。 Refrigerant is condensed by being cooled, and the high-pressure liquid state at relatively low temperatures. すなわち、熱交換器6は凝縮器として機能する。 That is, the heat exchanger 6 functions as a condenser. 熱交換器6を通過した冷媒は、ヒートポンプユニット4の膨張弁10へ送られる。 The refrigerant passing through the heat exchanger 6 is fed to the expansion valve 10 of the heat pump unit 4.

コントローラ18は、膨張弁10、ファン14、圧縮機16の動作を制御する。 Controller 18, expansion valve 10, the fan 14, and controls the operation of the compressor 16. ヒートポンプユニット4の運転を開始すると、コントローラ18が、ファン14と圧縮機16を作動させる。 When starting the operation of the heat pump unit 4, the controller 18 actuates the compressor 16 and fan 14. 圧縮機16が作動すると、冷媒流路8内の冷媒は、熱交換器6、膨張弁10、蒸発器12、圧縮機16の順に循環する。 When the compressor 16 is operated, the refrigerant in the refrigerant flow path 8, the heat exchanger 6, the expansion valve 10, the evaporator 12 is circulated in this order of the compressor 16. ヒートポンプユニット4が運転することで、熱交換器6において被加熱流体が加熱される。 By heat pump unit 4 is operated, heated fluid is heated in the heat exchanger 6. ヒートポンプユニット4を運転している際には、膨張弁10の開度、ファン14の回転数および圧縮機16の回転数は、コントローラ18により調整される。 When driving a heat pump unit 4, the opening degree of the expansion valve 10, the number of revolutions and the compressor 16 of the fan 14 is adjusted by the controller 18.

熱交換器6は、外側熱交換部20と、中間熱交換部22と、内側熱交換部24を備えている。 Heat exchanger 6, the outer heat exchanger 20, the intermediate heat exchanger unit 22 is provided with an inner heat exchanger 24. 外側熱交換部20は、冷媒外側配管20aと、被加熱流体外側配管20bを備えている。 The outer heat exchanging part 20, and the refrigerant outer pipe 20a, and a heated fluid outside pipe 20b. 外側熱交換部20では、冷媒外側配管20aを流れる冷媒と、被加熱流体外側配管20bを流れる被加熱流体の間で熱交換を行う。 In the outer heat exchanger 20, the refrigerant flowing through the refrigerant outer pipe 20a, the heat exchange between the heated fluid flowing through the heated fluid outside pipe 20b performs. 中間熱交換部22は、冷媒中間配管22aと、被加熱流体中間配管22bを備えている。 Intermediate heat exchanger 22, a refrigerant intermediate pipe 22a, and a heated fluid intermediate pipe 22b. 中間熱交換部22では、冷媒中間配管22aを流れる冷媒と、被加熱流体中間配管22bを流れる被加熱流体の間で熱交換を行う。 In the intermediate heat exchanger 22, the refrigerant flowing through the refrigerant intermediate pipe 22a, the heat exchange between the heated fluid flowing through the heated fluid intermediate pipe 22b performs. 内側熱交換部24は、冷媒内側配管24aと、被加熱流体内側配管24bを備えている。 The inner heat exchanger 24, the refrigerant inside pipe 24a, and a heated fluid inside the pipe 24b. 内側熱交換部24では、冷媒内側配管24aを流れる冷媒と、被加熱流体内側配管24bを流れる被加熱流体の間で熱交換を行う。 In the inner heat exchanger 24, the refrigerant flowing through the refrigerant inside pipe 24a, the heat exchange between the heated fluid flowing through the heated fluid inside the pipe 24b performs.

外側熱交換部20の被加熱流体外側配管20bの出口は、分岐配管26によって、中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bの入口と、内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bの入口に、分岐して接続されている。 Outlet of the heated fluid outside pipe 20b is the outer heat exchange unit 20, the branch pipe 26, the inlet of the heated fluid intermediate pipe 22b of the intermediate heat exchanger 22, the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchanger 24 the inlet is connected branches off. 中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bの出口と、内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bの出口は、合流配管28によって、合流している。 An outlet of heated fluid intermediate pipe 22b of the intermediate heat exchanger 22, the outlet of the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchanger 24, the converging tube 28, are joined. 熱交換器6に流入する被加熱流体は、まず外側熱交換部20の被加熱流体外側配管20bを通過し、その後に分岐配管26で分岐し、中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bと内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bをそれぞれ通過し、その後に合流配管28で合流して、熱交換器6から送り出される。 Heated fluid flowing into the heat exchanger 6, first passing through the heated fluid outside pipe 20b of the outer heat exchanger 20 is branched at subsequent branch pipe 26, heated fluid intermediate pipe 22b of the intermediate heat exchanger 22 and the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchanger 24 passes through each joins with subsequent collecting pipe 28 is fed from the heat exchanger 6. 以下では、熱交換器6において被加熱流体が流れる、被加熱流体外側配管20b、分岐配管26、被加熱流体中間配管22b、被加熱流体内側配管24b、合流配管28を総称して、単に被加熱流体配管ともいう。 In the following, the heated fluid flows in the heat exchanger 6, heated fluid outwardly pipe 20b, the branch pipe 26, heated fluid intermediate pipe 22b, and collectively heated fluid inside the pipe 24b, converging tube 28, simply be heated also referred to as a fluid piping.

内側熱交換部24の冷媒内側配管24aの出口は、第1連結配管30によって、中間熱交換部22の冷媒中間配管22aの入口に連結されている。 Outlet of the refrigerant inside the pipe 24a of the inner heat exchanger 24, the first connection pipe 30 is connected to the inlet of the refrigerant intermediate pipe 22a of the intermediate heat exchanger 22. 中間熱交換部22の冷媒中間配管22aの出口は、第2連結配管32によって、外側熱交換部20の冷媒外側配管20aの入口に連結されている。 Outlet of the refrigerant intermediate pipe 22a of the intermediate heat exchanger unit 22, the second connection pipe 32 is connected to the inlet of the refrigerant outside pipe 20a of the outer heat exchanger 20. ヒートポンプユニット4から熱交換器6へ送られた冷媒は、まず内側熱交換部24の冷媒内側配管24aを通過し、次いで中間熱交換部22の冷媒中間配管22aを通過し、その後に外側熱交換部20の冷媒外側配管20aを通過して、ヒートポンプユニット4へ戻される。 Refrigerant sent from the heat pump unit 4 to the heat exchanger 6 first passes through the refrigerant inside pipe 24a of the inner heat exchanger 24, then passes through the refrigerant intermediate pipe 22a of the intermediate heat exchanger 22, then to the outside heat exchanger passes through the refrigerant outer pipe 20a of the section 20, is returned to the heat pump unit 4. 以下では、熱交換器6において冷媒が流れる、冷媒内側配管24a、第1連結配管30、冷媒中間配管22a、第2連結配管32、冷媒外側配管20aを総称して、単に冷媒配管ともいう。 Hereinafter, coolant flows through the heat exchanger 6, the refrigerant inside pipe 24a, the first connection pipe 30, the refrigerant intermediate pipe 22a, the second connection pipe 32, are collectively refrigerant outer pipe 20a, simply referred to as refrigerant pipe.

図2および図3は、熱交換器6の外観を示している。 2 and 3 show the external appearance of the heat exchanger 6. 外側熱交換部20は、管状の冷媒外側配管20aと管状の被加熱流体外側配管20bを、巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有している。 Outer heat exchanger 20, the heated fluid outside pipe 20b of the refrigerant outer pipe 20a and the tubular tubular, has a shape wound spirally winding axis direction in a state adjacent to each other. 中間熱交換部22は、管状の冷媒中間配管22aと管状の被加熱流体中間配管22bを、巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有している。 Intermediate heat exchanging portion 22, the heated fluid intermediate pipe 22b of the refrigerant intermediate pipe 22a and tubular tubular, it has a shape wound spirally winding axis direction in a state adjacent to each other. 内側熱交換部24は、管状の冷媒内側配管24aと管状の被加熱流体内側配管24bを、巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有している。 The inner heat exchanger 24, the heated fluid inside the pipe 24b of the refrigerant inside pipe 24a and tubular tubular, has a shape wound spirally winding axis direction in a state adjacent to each other.

図4に示すように、外側熱交換部20は、巻回の1周あたりの周長が最も長くなるように形成されている。 As shown in FIG. 4, the outer heat exchanger 20, the circumferential length per one rotation of the winding is formed as best longer. 言い換えると、外側熱交換部20は、巻回半径が最も大きくなるように形成されている。 In other words, the outer heat exchanger 20 is formed to the winding radius is maximized. 中間熱交換部22は、外側熱交換部20の内部に形成される空間に収容可能となるように、外側熱交換部20に比べて巻回の1周あたりの周長が短くなるように形成されている。 Intermediate heat exchanger 22, so that can be accommodated in a space formed inside the outer heat exchanger 20, formed as a circumferential length per one rotation of the winding than outside heat exchanger unit 20 is shortened It is. 言い換えると、中間熱交換部22は、外側熱交換部20の内部に形成される空間に収容可能となるように、外側熱交換部20に比べて巻回半径が小さくなるように形成されている。 In other words, the intermediate heat exchanger unit 22, so that can be accommodated in a space formed inside the outer heat exchanger 20 is formed to the winding radius is smaller than the outside heat exchanger 20 . 内側熱交換部24は、中間熱交換部22の内部に形成される空間に収容可能となるように、中間熱交換部22に比べて巻回の1周あたりの周長が短くなるように形成されている。 The inner heat exchanger 24, so that can be accommodated in a space formed inside the intermediate heat exchanger unit 22, formed as a circumferential length per one rotation of the winding compared to the intermediate heat exchanger unit 22 is shortened It is. 言い換えると、内側熱交換部24は、中間熱交換部22の内部に形成される空間に収容可能となるように、中間熱交換部22に比べて巻回半径が小さくなるように形成されている。 In other words, the inner heat exchanger 24, so that can be accommodated in a space formed inside the intermediate heat exchanger unit 22 is formed to the winding radius is smaller than the intermediate heat exchanger 22 . 外側熱交換部20の内部に形成される空間に中間熱交換部22を収容し、さらに中間熱交換部22の内部に形成される空間に内側熱交換部24を収容することによって、熱交換器6において必要とされる被加熱流体の流路長を確保しつつ、熱交換器6をコンパクトに形成することができる。 By housing the intermediate heat exchanger unit 22, for accommodating the inner heat exchanger 24 to the space it is further formed in the intermediate heat exchanger 22 in a space formed inside the outer heat exchanger 20, the heat exchanger while securing the flow passage length of the heated fluid required in 6, the heat exchanger 6 can be made compact. なお、図4に示すように、本実施例では、外側熱交換部20と中間熱交換部22は巻回方向が逆方向となっているが、外側熱交換部20と中間熱交換部22の巻回方向を同方向としてもよい。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, the outer heat exchanger 20 and the intermediate heat exchanger unit 22 winding direction is in the opposite direction, the outer heat exchanger 20 and the intermediate heat exchanger 22 the winding direction may be the same direction. また、本実施例では、中間熱交換部22と内側熱交換部24は巻回方向が逆方向となっているが、中間熱交換部22と内側熱交換部24の巻回方向を同方向としてもよい。 Further, in this embodiment, the intermediate heat exchanger 22 and the inner heat exchanger 24 is the winding direction is in the opposite direction, but the winding direction of the intermediate heat exchanger 22 and the inner heat exchanger 24 as the same direction it may be.

図2に示すように、熱交換器6の上方において、外側熱交換部20の被加熱流体外側配管20bの出口が、分岐配管26によって、中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bの入口と、内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bの入口に、接続されている。 As shown in FIG. 2, above the heat exchanger 6, the outlet of the heated fluid outside pipe 20b of the outer heat exchanger 20, the branch pipe 26, the inlet of the heated fluid intermediate pipe 22b of the intermediate heat exchanger 22 If, at the entrance of the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchanger 24 is connected. 熱交換器6の上方において、中間熱交換部22の冷媒中間配管22aの出口が、第2連結配管32によって、外側熱交換部20の冷媒外側配管20aの入口に接続されている。 Above the heat exchanger 6, the outlet of the refrigerant intermediate pipe 22a of the intermediate heat exchanger 22, the second connection pipe 32 is connected to an inlet of the refrigerant outside pipe 20a of the outer heat exchanger 20. 熱交換器6の上方に配置された内側熱交換部24の冷媒内側配管24aの出口は、第1連結配管30によって、図3に示す熱交換器6の下方に配置された中間熱交換部22の冷媒中間配管22aの入口に接続されている。 Outlet of the refrigerant inside the pipe 24a of the inner heat exchanger 24 disposed above the heat exchanger 6, the first connection pipe 30, the intermediate heat exchanger 22 disposed below the heat exchanger 6 shown in FIG. 3 It is connected to an inlet of the refrigerant intermediate pipe 22a of. 図3に示すように、熱交換器6の下方において、中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bの出口と、内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bの出口が、合流配管28によって合流している。 As shown in FIG. 3, below the heat exchanger 6, and the outlet of the heated fluid intermediate pipe 22b of the intermediate heat exchanger 22, the outlet of the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchanger 24, converging tube 28 They are joined by.

図5に示すように、外側熱交換部20の冷媒外側配管20aと、中間熱交換部22の冷媒中間配管22aと、内側熱交換部24の冷媒内側配管24aは、すべて同じ管径を有している。 As shown in FIG. 5 has a refrigerant outer pipe 20a of the outer heat exchanger 20, a refrigerant intermediate pipe 22a of the intermediate heat exchanger 22, the refrigerant inside the pipe 24a of the inner heat exchanger 24, all of the same tube diameter ing. 本実施例では、冷媒外側配管20a、冷媒中間配管22a、冷媒内側配管24aの管径は、いずれも7.94mmである。 In this embodiment, the refrigerant outer pipe 20a, the refrigerant intermediate pipe 22a, the pipe diameter of the refrigerant inside pipe 24a are both 7.94 mm. 外側熱交換部20の被加熱流体外側配管20bは、中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bおよび内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bよりも大きな管径を有している。 Heated fluid outside pipe 20b of the outer heat exchange unit 20 has a larger pipe diameter than the heated fluid intermediate pipe 22b and the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchange section 24 of the intermediate heat exchanger unit 22. 中間熱交換部22の被加熱流体中間配管22bは、内側熱交換部24の被加熱流体内側配管24bよりも大きな管径を有している。 Heated fluid intermediate pipe 22b of the intermediate heat exchanger unit 22 has a larger pipe diameter than the heated fluid inside the pipe 24b of the inner heat exchanger 24. 本実施例では、被加熱流体外側配管20bの管径は12.7mmであり、被加熱流体中間配管22bの管径は9.53mmであり、被加熱流体内側配管24bの管径は7.94mmである。 In this embodiment, the pipe diameter of the heated fluid outside pipe 20b is 12.7 mm, the pipe diameter of the heated fluid intermediate pipe 22b is 9.53 mm, the pipe diameter of the heated fluid inside the pipe 24b is 7.94mm it is.

ヒートポンプ加熱装置2において、被加熱流体が熱交換器6を通過する際の圧力損失は小さいことが好ましい。 In the heat pump heating device 2, it is preferable that the pressure loss at the time of the heated fluid passes through heat exchanger 6 small. 特に、図示しないポンプを用いてヒートポンプ加熱装置2に被加熱流体を循環させる場合には、ポンプで必要とされる揚程を下げるために、被加熱流体が熱交換器6を通過する際の圧力損失を可能な限り小さくすることが好ましい。 Particularly, in the case of circulating the heated fluid to the heat pump heating apparatus 2 by using a pump, not shown, in order to lower the lift required by the pump, a pressure loss at the time of the heated fluid passes through heat exchanger 6 preferably as small as possible. 通常、流体が流れる配管の圧力損失を低減するためには、配管の管径を大きくすればよい。 Usually, in order to reduce the pressure loss of the pipe through which fluid flows, it is sufficient to increase the tube diameter of the pipe. しかしながら、配管の管径を大きくすると、その配管をらせん状に巻回した形状とする際に巻回半径を小さくすることができず、熱交換器の大型化を招いてしまう。 However, increasing the pipe diameter of the pipe, can not be reduced wound radius in a shape wound the pipe spirally, which leads to upsizing of the heat exchanger. 特に、本実施例のように、外側熱交換部20の内側の空間に中間熱交換部22や内側熱交換部24を収容する構成では、被加熱流体内側配管24bや被加熱流体中間配管22bの管径を大きくした場合、内側熱交換部24や中間熱交換部22の巻回半径を小さくすることができず、外側熱交換部20の内側の空間に収容することができなくなってしまう。 In particular, as in this embodiment, in the structure for accommodating the intermediate heat exchanger 22 and the inner heat exchanger 24 to the space inside the outer heat exchanger 20, the heated fluid inside the pipe 24b and the heated fluid intermediate pipe 22b If you increase the pipe diameter, it is impossible to reduce the winding radius of the inner heat exchanger 24 and the intermediate heat exchanger unit 22, it becomes impossible to accommodate the space inside the outer heat exchanger 20.

本実施例の熱交換器6では、被加熱流体内側配管24bと被加熱流体中間配管22bの管径を、被加熱流体外側配管20bの管径よりも小さくしている。 In the heat exchanger 6 of the present embodiment, the tube diameter of the heated fluid inside the pipe 24b and the heated fluid intermediate pipe 22b, is smaller than the pipe diameter of the heated fluid outside pipe 20b. これによって、外側熱交換部20の巻回半径をそれほど大きくしなくとも、内側熱交換部24と中間熱交換部22の巻回半径を小さくして、内側熱交換部24と中間熱交換部22を外側熱交換部20の内側の空間に収容することができる。 Thus, without a winding radius of the outer heat exchange unit 20 and so large, the winding radius of the inner heat exchanger 24 and the intermediate heat exchanger unit 22 is made smaller, the inner heat exchanger 24 and the intermediate heat exchanger 22 can be accommodated in the space inside the outer heat exchanger 20. さらに、本実施例の熱交換器6では、被加熱流体内側配管24bと被加熱流体中間配管22bを互いに並列に接続しており、被加熱流体外側配管20bを、被加熱流体内側配管24bおよび被加熱流体中間配管22bに対して直列に接続している。 Further, in the heat exchanger 6 in this embodiment, are connected in parallel to one another heated fluid inside the pipe 24b and the heated fluid intermediate pipe 22b, the heated fluid outside the pipe 20b, the fluid inside the pipe 24b and the heated It is connected in series with the heating fluid intermediate pipe 22b. 被加熱流体内側配管24bと被加熱流体中間配管22bについては、管径を小さくしたことで個々の配管の圧力損失は増大しているものの、これらの配管を並列に接続することで、全体としては圧力損失が低減されている。 The heated fluid inside the pipe 24b and the heated fluid intermediate pipe 22b, although the pressure loss of the individual pipes by having a small tube diameter has increased, by connecting these pipes in parallel, as a whole pressure loss is reduced. 本実施例の熱交換器6によれば、被加熱流体が通過する際の圧力損失の増大を抑えつつ、熱交換器6をコンパクトに形成することができる。 According to the heat exchanger 6 in this embodiment, while suppressing the increase in pressure loss at the time of the heated fluid passes through the heat exchanger 6 can be made compact.

また、本実施例の熱交換器6では、被加熱流体内側配管24bの管径を、被加熱流体中間配管22bの管径よりも小さくしている。 Further, in the heat exchanger 6 of the present embodiment, the tube diameter of the heated fluid inside the pipe 24b, is smaller than the pipe diameter of the heated fluid intermediate pipe 22b. これによって、中間熱交換部22の巻回半径をそれほど大きくしなくとも、内側熱交換部24の巻回半径を小さくして、内側熱交換部24を中間熱交換部22の内側の空間に収容することができる。 Thereby, without a winding radius of the intermediate heat exchanger unit 22 is so large, to reduce the winding radius of the inner heat exchanger 24, housing the inner heat exchanger 24 to the space inside the intermediate heat exchanger 22 can do.

本実施例の熱交換器6においては、外側熱交換部20と、中間熱交換部22と、内側熱交換部24のいずれにおいても、冷媒と被加熱流体が互いに対向流として流れる。 In the heat exchanger 6 of the present embodiment, the outer heat exchanger unit 20, an intermediate heat exchanger 22, in either of the inner heat exchanger 24, it flows as the refrigerant and heated fluid is countercurrent to each other. 従って、高い熱交換効率を実現することができる。 Therefore, it is possible to achieve a high heat exchange efficiency. なお、分岐配管26、合流配管28、第1連結配管30、第2連結配管32による接続の仕方を変更して、外側熱交換部20、中間熱交換部22および内側熱交換部24のいずれかまたはすべてにおいて、冷媒と被加熱流体が互いに並行流として流れるように構成してもよい。 Incidentally, the branch pipe 26, the confluence pipe 28, the first connection pipe 30, by changing the manner of connection of the second connection pipe 32, the outer heat exchanger 20, any of the intermediate heat exchanger unit 22 and the inner heat exchanger 24 or in all, it may be configured to flow a refrigerant and heated fluid is mutually parallel flow.

本実施例の熱交換器6においては、被加熱流体はまず被加熱流体外側配管20bを流れて、その後に分岐して被加熱流体内側配管24bと被加熱流体中間配管22bを流れて、その後に合流する構成を説明した。 In the heat exchanger 6 of the present embodiment, flows through the heated fluid is first heated fluid outside the pipe 20b, it flows through the subsequent branch to heated fluid inside the pipe 24b and the heated fluid intermediate pipe 22b, thereafter I was explaining the structure to join. これとは異なり、被加熱流体がまず分岐して被加熱流体内側配管24bと被加熱流体中間配管22bを流れて、その後に合流して被加熱流体外側配管20bを流れる構成としてもよい。 Alternatively, flow through the heated fluid is first branched by the heated fluid inside the pipe 24b and the heated fluid intermediate pipe 22b, it may be subsequently joined through a heated fluid outside pipe 20b and configurations.

以上のように、本実施例の熱交換器6は、被加熱流体配管を流れる被加熱流体と、冷媒との間で熱交換させる熱交換器である。 As described above, the heat exchanger 6 in this embodiment, the heated fluid flowing through the heated fluid piping, a heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant. 被加熱流体配管は、らせん状に巻回した形状を有する被加熱流体外側配管20bと、らせん状に巻回した形状を有する被加熱流体中間配管22bと、らせん状に巻回した形状を有する被加熱流体内側配管24bを備えている。 Heated fluid piping be has a heated fluid outside pipe 20b having a shape wound spirally, a heated fluid intermediate pipe 22b having a shape wound spirally, a shape wound spirally and a heating fluid inside the pipe 24b. 熱交換器6では、被加熱流体外側配管20bの内側に形成される空間に被加熱流体中間配管22bが収容されている。 In the heat exchanger 6 is heated fluid intermediate pipe 22b are housed in a space formed inside of the heated fluid outside pipe 20b. 熱交換器6では、被加熱流体中間配管22bの内側に形成される空間に被加熱流体内側配管24bが収容されている。 In the heat exchanger 6 is heated fluid inside the pipe 24b is accommodated in a space formed inside of the heated fluid intermediate pipe 22b. 熱交換器6では、被加熱流体外側配管20bの管径が、被加熱流体中間配管22bおよび被加熱流体内側配管24bの何れの管径よりも大きい。 In the heat exchanger 6, the tube diameter of the heated fluid outside pipe 20b is larger than either of the pipe diameter of the heated fluid intermediate pipe 22b and the heated fluid inside the pipe 24b. 熱交換器6では、互いに並列に接続された被加熱流体中間配管22bと被加熱流体内側配管24bに対して、被加熱流体外側配管20bが直列に接続されている。 In the heat exchanger 6, with respect to the heated fluid intermediate pipe 22b and the heated fluid inside the pipe 24b connected in parallel to each other, heated fluid outwardly pipe 20b are connected in series.

本実施例の熱交換器6では、被加熱流体中間配管22bの管径が、被加熱流体内側配管24bの管径よりも大きい。 In the heat exchanger 6 of the present embodiment, the tube diameter of the heated fluid intermediate pipe 22b is larger than the pipe diameter of the heated fluid inside the pipe 24b.

本実施例の熱交換器6は、冷媒が流れる冷媒配管を備えている。 Heat exchanger 6 of the present embodiment includes a refrigerant pipe through which the refrigerant flows. 冷媒配管は、被加熱流体外側配管20bと巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する冷媒外側配管20aと、被加熱流体中間配管22bと巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する冷媒中間配管22aと、被加熱流体内側配管24bと巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する冷媒内側配管24aを備えている。 Refrigerant piping, the refrigerant outer pipe 20a having a shape wound spirally in a state adjacent to each other in the heated fluid outside pipe 20b and the winding axis direction, adjacent to the heated fluid intermediate pipe 22b and the winding axis direction comprising a refrigerant intermediate pipe 22a having a shape wound spirally, the refrigerant inside pipe 24a having a shape wound spirally in a state adjacent to each other in the heated fluid inside the pipe 24b and the winding axis direction in a state ing.

本実施例の熱交換器6では、被加熱流体は水または不凍液である。 In the heat exchanger 6 in this embodiment, heated fluid is water or antifreeze.

また、本実施例のヒートポンプ加熱装置2は、熱交換器6を用いて冷媒から水または不凍液に熱を移動させて冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する膨張弁10と、自然環境から吸熱して膨張弁10からの冷媒を蒸発させる蒸発器12と、蒸発器12からの冷媒を加圧して凝縮器へ送り出す圧縮機16を備えている。 Further, the heat pump heating apparatus 2 of this embodiment, a condenser for condensing refrigerant by transferring heat from the refrigerant to water or antifreeze using a heat exchanger 6, an expansion valve 10 for decompressing the refrigerant from the condenser includes an evaporator 12 for evaporating the refrigerant from the expansion valve 10 absorbs heat from the natural environment, the compressor 16 for feeding the refrigerant from the evaporator 12 to pressurize the condenser.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。 Has been described in detail for the embodiment of the present invention, these are merely illustrative and are not intended to limit the scope of the appended claims. 特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 The technology described in the claims, various modifications of the specific examples described above, include those changes.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。 The technical elements described in this specification or drawings is to exhibit technical usefulness solely or in various combinations, but the invention is not limited to the combination set forth in the claims at the time application. また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Furthermore, the technology illustrated in the present specification or drawings is to satisfy multiple objectives simultaneously, and has technical utility by achieving one of these objects.

2 ヒートポンプ加熱装置4 ヒートポンプユニット6 熱交換器8 冷媒流路10 膨張弁12 蒸発器14 ファン16 圧縮機18 コントローラ20 外側熱交換部20a 冷媒外側配管20b 被加熱流体外側配管22 中間熱交換部22a 冷媒中間配管22b 被加熱流体中間配管24 内側熱交換部24a 冷媒内側配管24b 被加熱流体内側配管26 分岐配管28 合流配管30 第1連結配管32 第2連結配管 2 heat pump heating apparatus 4 pump unit 6 heat exchanger 8 the refrigerant flow path 10 expansion valve 12 evaporator 14 fan 16 compressor 18 controller 20 outer heat exchanging portion 20a refrigerant outer pipe 20b heated fluid outside the pipe 22 intermediate heat exchanger 22a refrigerant intermediate pipe 22b heated fluid intermediate pipe 24 inside the heat exchange portion 24a refrigerant inside pipe 24b heated fluid inside the pipe 26 branch pipe 28 joins the pipe 30 first connection pipe 32 and the second connection pipe

Claims (5)

  1. 第1流体配管内を流れる第1流体と、第2流体との間で熱交換させる熱交換器であって、 A first fluid flowing in the first fluid in the pipe, a heat exchanger for exchanging heat between the second fluid,
    第1流体配管が、らせん状に巻回した形状を有する第1外側配管と、らせん状に巻回した形状を有する第1中間配管と、らせん状に巻回した形状を有する第1内側配管を備えており、 The first fluid piping, a first outer pipe having a shape wound spirally, a first intermediate pipe having a shape wound spirally, a first inner pipe having a shape wound spirally equipped and,
    第1外側配管の内側に形成される空間に第1中間配管が収容されており、 The first intermediate pipe is housed in a space formed inside the first outer pipe,
    第1中間配管の内側に形成される空間に第1内側配管が収容されており、 The first inner pipe is accommodated in a space formed inside the first intermediate pipe,
    第1外側配管の管径が、第1中間配管および第1内側配管の何れの管径よりも大きく、 Pipe diameter of the first outer pipe is greater than either of the pipe diameter of the first intermediate pipe and the first inner pipe,
    互いに並列に接続された第1中間配管と第1内側配管に対して、第1外側配管が直列に接続されている、熱交換器。 The first intermediate pipe and the first inner pipe that is connected in parallel with each other, the first outer pipe are connected in series, heat exchanger.
  2. 第1中間配管の管径が、第1内側配管の管径よりも大きい、請求項1の熱交換器。 Pipe diameter of the first intermediate pipe is larger than the pipe diameter of the first inner pipe, the heat exchanger according to claim 1.
  3. 第2流体が流れる第2流体配管をさらに備えており、 Further comprising a second fluid pipe second fluid flows,
    第2流体配管が、第1外側配管と巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する第2外側配管と、第1中間配管と巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する第2中間配管と、第1内側配管と巻回軸方向に互いに隣接した状態でらせん状に巻回した形状を有する第2内側配管を備えている、請求項1または2の熱交換器。 State the second fluid piping, a second outer pipe having a shape wound spirally in a state adjacent to each other in the first outer pipe and the winding axis direction, adjacent to each other in the first intermediate pipe and the winding axis direction in a second intermediate pipe having a shape wound spirally, and a second inner pipe having a shape wound spirally in a state adjacent to each other in the first inner pipe and the winding axis direction, wherein the heat exchanger of claim 1 or 2.
  4. 第1流体が水または不凍液であり、第2流体が冷媒である、請求項3の熱交換器。 The first fluid is water or antifreeze, the second fluid is a refrigerant, the heat exchanger according to claim 3.
  5. 請求項4の熱交換器を用いて冷媒から水または不凍液に熱を移動させて冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、自然環境から吸熱して減圧器からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器からの冷媒を加圧して凝縮器へ送り出す圧縮機を備える、ヒートポンプ加熱装置。 A condenser for condensing refrigerant heat is moving in the water or antifreeze from the refrigerant using a heat exchanger according to claim 4, a pressure reducing device for decompressing refrigerant from the condenser, the pressure reducer by absorbing heat from the environment of comprising an evaporator for the refrigerant evaporating, a compressor for feeding the refrigerant from the evaporator to pressurize the condenser, the heat pump heating apparatus.
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