JPH11125464A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デッドスペースのないコンパクトで熱交換効
率のよいヒートポンプ給湯装置を実現することを課題と
する。 【解決手段】 プレート式熱交換器１４は、同一形状の
水流路プレート１１と冷媒流路プレート１２と隔壁プレ
ート１３が交互に積層された構成で、プレート面を有効
に活用し長い流路が形成できるため、デッドスペースの
減少とプレート自体のコンパクト性により大幅な装置の
小型化と熱交換効率のよいヒートポンプ給湯装置を実現
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は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】従来この種のヒートポンプ給湯装置は、
図１０に示すように圧縮機１，凝縮器２，減圧装置３，
蒸発器４からなるヒートポンプユニットと、貯湯槽５，
循環ポンプ６，凝縮器２を接続した給湯ユニットからな
り、従来の凝縮器２の構成は実公平１−２５２４７号公
報に記載されているようなものや３重管が一般的であっ
た。

【０００３】上記構成のヒートポンプ給湯装置では、圧
縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は凝縮器
２に流入し、ここで循環ポンプ６から送られてきた水を
凝縮熱を利用して加熱し貯湯槽５に貯えるもので、一方
凝縮器２で凝縮液化した冷媒は減圧装置３で減圧され蒸
発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し
再び圧縮機１に戻るサイクルで運転されている。そして
図１１に示すように凝縮器２は冷媒用流路７と水側流路
８が順次交互に隣接する二条巻で円筒状になっており、
冷媒用流路７と水側流路８は夫々偏平管状となっていて
熱交換関係となるように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記す
る凝縮器２は偏平部９を有する冷媒用流路７と水側流路
８とが互いに伝熱面積を大きくするために多重に巻くこ
とが必要で、その円筒状に多重に巻いた内側には大きな
中空部１０ができて了いその中空部１０によってヒート
ポンプユニット自体が大型化するという問題があった。

【０００５】また、冷媒用流路７と水側流路８の相互の
偏平部９どうしを円筒状に密着させて熱交換させるた
め、加工上のバラツキから伝熱面積が安定しないという
問題を有していた。

【０００６】そこで、本発明は前記する従来例における
問題点がないすなわちデッドスペースとなる中空部のな
い凝縮器によってヒートポンプユニット自体を小さくす
ることができると共に加工が容易で伝熱面積が安定する
凝縮器または蒸発器を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、凝縮器と蒸発器の両方またはいずれか一方
の冷媒と水を熱交換する熱交換部に水流路プレートと冷
媒流路プレートと隔壁プレートからなるプレート式熱交
換器を設けたものである。

【０００８】上記発明によれば、水側、冷媒側共に同一
形状のプレート材に流路を形成し、小さなプレートサイ
ズでもプレート面全体に複雑な連続した流路形成が可能
であるため長い流路が得られ、また複数プレートを積層
することによって伝熱面積を確保できる。その結果デッ
ドスペースがなくなり従来より占有領域が極めて少ない
コンパクトなヒートポンプユニットを実現することがで
きる。また水側流路と冷媒側流路の熱伝達は、接触面が
きれいな隔壁プレート平面部で行なわれるため、接触面
のバラツキが小さくでき熱伝達性能の安定化も図ること
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、各請求項に記載した具
体的な形態とすることにより実現できるものである。す
なわち請求項１に示したように圧縮機，凝縮器，減圧装
置，蒸発器を備えたヒートポンプユニットにおける凝縮
器と蒸発器の両方またはいずれか一方を、水流路プレー
トと冷媒流路プレートと隔壁プレートからなるプレート
式熱交換器で構成することにより実現できる。

【００１０】そして本構成にすることにより、熱交換器
自体が小さくできデッドスペースもなくなるのでヒート
ポンプユニットを非常にコンパクト化することができ
る。その結果、今後削減が予想されるフロン２２等の冷
媒量が少なくて済み地球環境保全にも貢献できる。

【００１１】また、請求項２記載のように、請求項１記
載の水流路プレートは水流路プレートに連通する上流側
に水質硬度を低下する軟水化手段を設けることにより、
水流路において硬度成分を除去し水流路プレート内での
スケール付着を防止することができる。

【００１２】また、請求項３記載のように、請求項１ま
たは請求項２記載のプレート式熱交換器は断熱材を介し
て蒸発器と凝縮器を一体化して構成することにより、凝
縮器と蒸発器を一つのブロックとし、各部品間の配管が
簡単になり、その分デッドスペースの低減ができ、さら
にコンパクト化が可能となる。また配管回しが簡単化さ
れることにより配管振動や製造コストを低減することが
できる。

【００１３】また、請求項４記載のように、請求項１な
いし３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置におい
て流体の入口から途中に例えばＵ字状の折返し部を有し
流体の出口迄連続する流路で形成された水流路プレート
と冷媒流路プレートの、前記折返し部を有する流路間に
空隙部を設け、かつ隔壁プレートにも空隙部と対向する
位置に開口部を設けることにより、プレート間で熱交換
が行われる際、例えば冷媒側の入口に高温のガスが入っ
てきても空隙部によって隣接する同一プレート内の出口
側の低温流路側への熱伝導が抑制され冷媒流路に従って
伝導し、隔壁プレートを介して対向する水流路プレート
へ効率よく熱を伝えることができる。

【００１４】また、請求項５記載のように、請求項１な
いし４のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置におい
て水流路プレートと冷媒流路プレート間に隔壁プレート
を２枚設けることにより、いずれかの流体が隔壁プレー
トを万一破損しても、もう１枚存在するため異なる流体
同士が混合する危険性をなくすことができる。

【００１５】また、請求項６記載のように、請求項１な
いし５のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置におい
て隔壁プレートの表面にメッキした部分を設けることに
より、プレート間のロー付けを行う際、面倒であった非
常に薄い箔状のロー材を挿入する作業がなくなり、プレ
ート材だけの組立てが可能となり製造コストの低減がで
きる。

【００１６】また、請求項７記載のように、請求項１な
いし６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置におい
てプレート式熱交換器は全体を成形発泡材で形成される
収納部に収納する構成とすることにより、流路の接続を
行う流体の出入口以外を成形した発泡材で覆い、プレー
ト式熱交換器表面から周囲への放熱が防止されるととも
に断熱作業が簡単化できる。

【００１７】また、請求項８記載のように、請求項１な
いし７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯装置におい
て、冷媒流路プレートの下流側流路部分の流路面積を他
の流路面積より小さくすることにより、冷媒流路の出口
側の流速を高め、冷媒液域の熱伝達量の高性能化を図
り、その結果冷媒封入量の削減ができる。

【００１８】なお、前記のプレート式熱交換器を構成す
る水流路プレート，冷媒流路プレートならびに隔壁プレ
ート等は熱伝導性がよく加工がし易い銅材を使用すると
よいが銅に限定されるものではない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図面
を用いて説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の一実施例にお
けるヒートポンプ給湯装置の構成説明図である。図１
０，図１１に示す従来例と同等の部品に対しては同一番
号を付与し詳細な説明は省略する。ヒートポンプユニッ
トの構成は、従来と同等であるが凝縮器２が図２に示す
ように、水流路プレート１１と冷媒流路プレート１２の
間と上下に隔壁プレート１３を設けた基本ユニットが１
つまたは複数積層されたプレート式熱交換器１４で構成
されている。各プレートは同一形状の銅等の熱伝導率が
大きい材質からなり、水流路プレート１１と冷媒流路プ
レート１２には流れ方向が互いに対向する流路パターン
がプレート面全体に形成され、各プレートには水流路，
冷媒流路の出入口にそれぞれ連通する流路口１５が設け
られている。また、流路パターンの加工は例えば、プレ
ス加工，エッチング加工，コインニング加工等で行われ
る。

【００２１】次に動作、作用について説明すると、圧縮
機１より吐出された１００℃近い高温高圧の過熱ガス冷
媒は、プレート式熱交換器１４内の冷媒流路プレート１
２に連通する冷媒入口より流入し、冷媒流路プレート１
２と隔壁プレート１３で形成される冷媒流路内で隔壁プ
レート１３を隔てた水流路プレート１１内を対向して流
れている水を加熱し、その結果冷媒流路プレート１２内
で凝縮液化した冷媒は減圧装置３で減圧され蒸発器４に
流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し再び圧縮
機１に戻るサイクルで運転されている。一方水側は冷媒
側の凝縮熱で加熱され出口付近でさらに高温化し７０℃
のお湯として貯湯槽５に貯えられる。

【００２２】その際、熱交換器自体が非常にコンパクト
化されているため、放熱が少なく湯温の立上げも速くな
り沸き上げ時間が少なくできる。また、設置条件の自由
度が増しエアー抜きを行い易い配管条件にできる。ま
た、複数の流路を有するため一つの流路が万一詰まって
も熱交換器として機能することができる。

【００２３】（実施例２）図３は本発明の実施例２のヒ
ートポンプ給湯装置の構成説明図である。

【００２４】実施例１と異なる点は水流路プレート１１
の上流側に水質硬度を小さくする軟水化手段１６を配設
した点である。例えば、軟水化手段１６は貯湯槽５側に
設置する。

【００２５】なお実施例１と同一符号の部分は同一構造
を有し説明は省略する。プレート式熱交換器１４は、一
つのプレート流路断面を小さく構成する場合が多く、特
に水流路プレート１１におけるスケール付着が問題にな
るケースがあるが、軟水化手段１６により水流路に入る
前に水の硬度を小さくできるため、プレート式熱交換器
１４のコンパクト化を図ってもスケールによる信頼性を
損なうことがない。

【００２６】（実施例３）図４は本発明における実施例
３のヒートポンプ給湯装置の要部の断面説明図である。

【００２７】実施例１と異なる点は凝縮器２と蒸発器４
が断熱材１７を介して一体化された点である。蒸発器４
をプレート式熱交換器１４で構成するので吸熱は例えば
お風呂等の廃熱を利用する。図４はそれぞれを樹脂ケー
ス内に収納した場合を示している。

【００２８】その結果、ヒートポンプユニットは圧縮機
１と減圧装置３と一体化されたプレート式熱交換器から
なる凝縮器２と蒸発器４で構成されるため、各部品のデ
ッドスペースがなくなり、また部品間の配管長も最小限
で済み非常にコンパクトなヒートポンプユニットを得る
ことができる。

【００２９】（実施例４）図５は本発明の実施例４にお
けるヒートポンプ給湯装置の要部分解斜視図である。

【００３０】実施例１と異なる点は水流路プレート１１
と冷媒流路プレート１２に形成したＵ字状の折返し部１
８の流路間に空隙部１９を設け、かつ隔壁プレート１３
にも空隙部１９と対向する位置に開口部２０を設けた点
である。例えば冷媒流路プレート１２で説明すると、高
温で入ってきた冷媒ガスが下流側に向かって流れる際、
空隙部１９によって同一プレート内のＵ字状の折返し部
１８の流路側への熱が伝導するのが抑制され、冷媒入口
付近の高温化が保たれる。その結果冷媒の熱は隔壁プレ
ート１３を介して対向する水流路プレート１１へ効率よ
く伝えられるものである。

【００３１】（実施例５）図６は本発明の実施例５にお
けるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図である。

【００３２】実施例１と異なる点は打抜き加工した水流
路プレート１１と冷媒流路プレート１２間に隔壁プレー
ト１３を２枚設けたものである。水，冷媒いずれかの流
体が隔壁プレート１３を破損しても、もう１枚存在する
ため異なる流体同士が混合する危険性がなくなり熱交換
器の信頼性が向上する。

【００３３】（実施例６）図７は本発明の実施例６にお
けるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図である。

【００３４】実施例５と異なる点はメッキをした部分２
１を有する隔壁プレート１３を設けたところである。図
７では１枚のみにメッキをした部分２１を有する隔壁プ
レート１３を挿入した例を示すが２枚共メッキ処理を施
してもよい。その結果組立て時は、水流路プレート１
１，隔壁プレート１３，メッキをした部分２１を有する
隔壁プレート１３，冷媒流路プレート１２，隔壁プレー
ト１３，メッキをした部分２１を有する隔壁プレート１
３の順番でプレートのみの組立てが可能となり製造コス
トの低減ができる。

【００３５】（実施例７）図８は本発明の実施例７にお
けるヒートポンプ給湯装置の要部分解斜視図である。

【００３６】実施例１と異なる点は発泡スチロールのよ
うな成形発泡材でできた収納部２２にプレート式熱交換
器１４を収納し、他の部品と配管接続する出入口以外を
もう一つの蓋２３で覆うもので、断熱作業が簡単化され
る。

【００３７】（実施例８）図９（ａ）は本発明の実施例
８におけるヒートポンプ給湯装置の要部斜視図である。

【００３８】図９（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図
である。実施例１と異なる点は冷媒流路プレート１２の
下流側流路部分２４の流路面積を他の流路面積より小さ
くした点である。その結果冷媒流路の出口付近での流速
が速くなり、液化した冷媒の熱伝達性能が向上する。

【００３９】

【発明の効果】請求項１記載によれば、ヒートポンプユ
ニットの熱交換器をプレート式熱交換器で構成したた
め、熱交換器自体を小さくできると共に設置によるデッ
ドスペースもなくなるのでユニットを大幅にコンパクト
化でき、従来は設置が出来なかった住宅でもヒートポン
プ給湯機が利用可能になるという有利な効果を有する。

【００４０】また、請求項２記載によれば、水が水流路
プレートに入る前段階で硬度を低下させる軟水化手段を
設けたため、水流路プレート内の流路にスケールが付着
する量を低減でき装置の信頼性を改善できる。

【００４１】また、請求項３記載によれば、プレート式
熱交換器で蒸発器と凝縮器を構成し、断熱材を介して両
者を一体化したため、配管回しが簡単化されそれに伴う
デッドスペースが低減でき、よりコンパクトなヒートポ
ンプユニットが実現できる。他に配管振動面や製造面で
も有利な効果を有する。

【００４２】また、請求項４記載によれば、プレート式
熱交換器に高温流路と低温流路を区画する空隙部を設け
たため、冷媒の高温ガス熱が同一プレート内に伝導する
のが抑制され、隔壁プレートを介して対向する水流路へ
効率よく熱を伝導し、プレート式熱交換器のコンパクト
化が図れる。

【００４３】また、請求項５記載によれば、隔壁プレー
トを２枚設けたことにより、異なる流体同士が混合する
危険性を防止できる。

【００４４】また、請求項６記載によれば、隔壁プレー
トの表面にメッキをした部分を設けたため、プレート式
熱交換器の積層作業がプレートのみの組立てとなり製造
コストの低減ができる。

【００４５】また、請求項７記載によれば、プレート式
熱交換器全体を成形発泡材でできた収納部に設置するこ
とにより、ユニット組立て時の断熱作業が簡単化でき
る。

【００４６】また、請求項８記載によれば、冷媒流路プ
レートの出口部分の流路面積を他の流路面積より小さく
したことにより、熱伝達が落ちる冷媒液域の熱伝達量の
高性能化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装
置の構成説明図

【図２】同ヒートポンプ給湯装置の要部斜視図

【図３】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装
置の構成説明図

【図４】本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装
置の要部の断面説明図

【図５】本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯装
置の分解斜視図

【図６】本発明の実施例５におけるヒートポンプ給湯装
置の斜視図

【図７】本発明の実施例６におけるヒートポンプ給湯装
置の斜視図

【図８】本発明の実施例７におけるヒートポンプ給湯装
置の分解斜視図

【図９】（ａ）本発明の実施例８におけるヒートポンプ
給湯装置の要部斜視図 （ｂ）同（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図

【図１０】従来のヒートポンプ給湯装置の構成説明図

【図１１】同ヒートポンプ給湯装置の要部断面図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 減圧装置 ４ 蒸発器 １１ 水流路プレート １２ 冷媒流路プレート １３ 隔壁プレート １４ プレート式熱交換器 １６ 軟水化手段 １７ 断熱材 １８ 折返し部 １９ 空隙部 ２０ 開口部 ２１ メッキをした部分 ２２ 収納部 ２４ 下流側流路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機，凝縮器，減圧装置，蒸発器を備
   えたヒートポンプユニットにおいて前記凝縮器と前記蒸
   発器の両方またはいずれか一方の冷媒と水を熱交換する
   熱交換部を、水流路プレートと冷媒流路プレートと隔壁
   プレートからなるプレート式熱交換器で構成したことを
   特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 【請求項２】 水流路プレートの上流側に前記水流路プ
   レートに連通する水質硬度を低下する軟水化手段を設け
   たことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯装
   置。
3. 【請求項３】 プレート式熱交換器は断熱材を介して蒸
   発器と凝縮器を一体化して構成したことを特徴とする請
   求項１または２記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 【請求項４】 流体の入口から途中に折返し部を有し流
   体の出口迄連続する流路で形成された水流路プレートと
   冷媒流路プレートの、前記折返し部を有する流路間に空
   隙部を設け、かつ隔壁プレートにも前記空隙部と対向す
   る位置に開口部を設けたことを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 【請求項５】 プレート式熱交換器は水流路プレートと
   冷媒流路プレート間に隔壁プレートを２枚設けたことを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のヒー
   トポンプ給湯装置。
6. 【請求項６】 隔壁プレートの表面にはメッキした部分
   を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   １項記載のヒートポンプ給湯装置。
7. 【請求項７】 プレート式熱交換器は成形発泡材で形成
   される収納部に収納する構成としたことを特徴とする請
   求項１ないし６のいずれか１項記載のヒートポンプ給湯
   装置。
8. 【請求項８】 冷媒流路プレートの下流側流路部分の流
   路面積を他の流路面積より小さくしたことを特徴とする
   請求項１ないし７のいずれか１項記載のヒートポンプ給
   湯装置。