JPWO2020194426A1 - Heat pump device equipped with water refrigerant heat exchanger and water refrigerant heat exchanger - Google Patents
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Abstract
液体の水が内部を流通する水配管21と、水配管21の外周面に当接して配置され、水配管21の内部の水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管22a、22bと、水配管21内に配置され、水配管21の軸O1に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌板とを備えている。そのため、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌を好適に行うことで、冷媒配管内の冷媒と水配管の軸付近の水との熱交換効率を向上させることができる水冷媒熱交換器、及びこの水冷媒熱交換器を用いたヒートポンプ装置を得る。The water pipe 21 through which liquid water flows, and the refrigerant pipes 22a and 22b which are arranged in contact with the outer peripheral surface of the water pipe 21 and in which the refrigerant that exchanges heat with the water inside the water pipe 21 flows inside. The water pipe 21 is provided with a stirring plate made of a plate material that is arranged in the water pipe 21 and has a spiral shape along the shaft O1 of the water pipe 21. Therefore, by preferably stirring the water in the radial direction of the water pipe in the water pipe, the heat exchange efficiency between the refrigerant in the refrigerant pipe and the water near the shaft of the water pipe can be improved. A heat exchanger and a heat pump device using this water-refrigerant heat exchanger are obtained.
Description
この本発明は、水と高温冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器及び水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置に関する。 The present invention relates to a water-refrigerant heat exchanger for heat exchange between water and a high-temperature refrigerant, and a heat pump device including a water-refrigerant heat exchanger.
特許文献1には、ヒートポンプ式給湯機で用いられる給湯用熱交換器に関する技術が開示されている。このヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器は、水配管に冷媒配管を巻き付け、水配管内にねじり板を配置した構成となっている。このように、水配管内にねじりテープを配置することで水と冷媒の熱交換が促進される。
しかしながら、上記のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器では、水配管内にねじりテープが配置されているため、水配管の軸に直交する断面において、水配管とねじりテープとで構成された二つのほぼ半円形状をなす空間が形成されている。この二つのほぼ半円形状の空間内の水は、互いの撹拌が起こりづらい、もしくは互いの撹拌を行うことができないようになっている。すなわち、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌が十分に行えず、この結果、熱交換効率を抑制させているという問題があった。 However, in the heat exchanger for hot water supply of the above heat pump type water heater, since the twisting tape is arranged in the water pipe, the cross section orthogonal to the axis of the water pipe is composed of the water pipe and the twisted tape. Two spaces forming an almost semi-circular shape are formed. The water in these two substantially semicircular spaces is difficult to agitate with each other or cannot be agitated with each other. That is, there is a problem that water cannot be sufficiently agitated in the water pipe in the radial direction of the water pipe, and as a result, the heat exchange efficiency is suppressed.
この発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌を好適に行うことで、冷媒配管内の冷媒と水配管の軸付近の水との熱交換効率を向上させることができる水冷媒熱交換器、及びこの水冷媒熱交換器を用いたヒートポンプ装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by preferably stirring water in the radial direction of the water pipe in the water pipe, the shaft of the refrigerant and the water pipe in the refrigerant pipe An object of the present invention is to provide a water-refrigerant heat exchanger capable of improving heat exchange efficiency with nearby water, and a heat pump device using the water-refrigerant heat exchanger.
この発明に係る水冷媒熱交換器及び水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、液体の水が内部を流通する水配管と、水配管の外周面に当接して配置され、水配管の内部の水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管と、水配管内に配置され、水配管の軸に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌部材と、を備えたものである。 The heat pump device provided with the water refrigerant heat exchanger and the water refrigerant heat exchanger according to the present invention is arranged in contact with the water pipe through which liquid water flows and the outer peripheral surface of the water pipe, and is arranged inside the water pipe. It is provided with a refrigerant pipe in which a refrigerant that exchanges heat with the water of the above water flows inside, and a stirring member made of a plate material that is arranged in the water pipe and has a spiral shape along the axis of the water pipe.
この発明に係る水冷媒熱交換器及びこの水冷媒熱交換器を用いたヒートポンプ装置は、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌を好適に行うことで、冷媒配管内の冷媒と水配管の軸付近の水との熱交換効率を向上させることができる。 The water-refrigerant heat exchanger according to the present invention and the heat pump device using the water-refrigerant heat exchanger preferably stir water in the radial direction of the water pipe in the water pipe to obtain a refrigerant in the refrigerant pipe. It is possible to improve the heat exchange efficiency between the water and the water near the shaft of the water pipe.
実施の形態1.
この発明の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図1から図14を用いて説明する。
図1は、ヒートポンプ装置1の内部構造を示す正面図である。図2は、ヒートポンプ装置1を斜め前から見た外観斜視図である。図3は、ヒートポンプ装置1を斜め後ろから見た外観斜視図である。そして、図4は、ヒートポンプ装置1を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。
The heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
FIG. 1 is a front view showing the internal structure of the
本実施の形態のヒートポンプ装置1は、室外に設置される。ヒートポンプ装置1は、液状の熱媒体を加熱する。本実施の形態での熱媒体は、水である。ヒートポンプ装置1は、水を加熱して湯を生成する。本発明における熱媒体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコールなどでもよい。
The
図1に示すように、ヒートポンプ装置1は、筐体の底板を形成するベース17を備える。ベース17上には、前方から見て、右側に機械室14が形成され、左側に送風機室15が形成されている。機械室14と送風機室15とは、鉛直方向に延在する仕切板16により隔てられている。図2及び図3に示すように、ヒートポンプ装置1の外郭を形成する筐体は、上述したベース17の他、フロントパネル18と、バックパネル19と、トップパネル20と、を更に備える。フロントパネル18は、筐体の前面部を覆う前面部18aと筐体の左側面を覆う左側面部18bとから構成されている。また、バックパネル19は、筐体の後面部を覆う後面部19aと筐体の右側面を覆う右側面部19bとから構成されている。トップパネル20は、筐体の上面部を覆うように構成されている。筐体のこれらの構成要素は例えば板金材から成形される。ヒートポンプ装置1の外面は、後面側に配置された空気冷媒熱交換器7を除いて、この筐体によって覆われている。なお、図1は、ベース17以外の筐体の各部を取り外した状態を示している。また、図1では、一部の構成機器の図示を省略している。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、機械室14内には、冷媒回路部品として、冷媒を圧縮する圧縮機2、冷媒を減圧する膨張弁10(図1では省略)、これらを接続する吸入管4及び吐出管5等の冷媒管などが組み込まれている。
As shown in FIG. 1, in the
圧縮機2は、円筒形のシェルの内部にある圧縮部(図示省略)及びモータ(図示省略)を備える。圧縮部は、冷媒の圧縮動作を行う。モータは、圧縮部を駆動する。外部から供給される電力により圧縮機のモータが駆動される。吸入管4を通って冷媒が圧縮機2に吸入される。圧縮機2の内部で圧縮された冷媒を吐出する吐出管5が圧縮機2の上部に接続されている。膨張弁10(図4参照)は、その本体の外側面にコイル組み込み部材が取り付けられている。コイルに外部から通電することにより、内部の流路抵抗調節部を稼動させて冷媒の流路抵抗を調節する。膨張弁10により、その上流側の高圧冷媒の圧力と、その下流側の低圧冷媒の圧力とを調節できる。膨張弁10は、冷媒を減圧する減圧装置の例である。
The
送風機室15は、風路を確保するため、機械室14より大きな空間を有する。送風機室15内には、送風機6が組み込まれている。送風機6は、2枚〜3枚のプロペラ翼とプロペラ翼を回転駆動させるモータとを備える。外部から供給される電力によりモータ及びプロペラ翼が回転する。送風機室15の後面側には、送風機6に対向して、空気冷媒熱交換器7が設置されている。空気冷媒熱交換器7は、多数のアルミ薄板のフィンと、アルミ薄板のフィンに多数密着して数回往復する長い冷媒管とを備える。それぞれのフィンは、縦長の矩形形状を有し、横方向に微小隙間を隔てながら積層された状態で冷媒管に固定されている。空気冷媒熱交換器7は、L字状に曲がった平板状の外形を有する。空気冷媒熱交換器7は、ヒートポンプ装置1の後面から左側面にかけて設置されている。空気冷媒熱交換器7の後面側の端部は、機械室14の後側まで延びている。このため、仕切板16は、L字状に曲がった平板状の外形を有し、ヒートポンプ装置1の前面から空気冷媒熱交換器7の後面側の端部までの空間を仕切るように設置される。空気冷媒熱交換器7では、冷媒管内の冷媒とフィン周辺に取り込まれた外気との間で熱を交換する。送風機6により各フィン間を流れて通過する空気の風量が増やされて調節され、熱交換の量が増やされて調節されている。空気冷媒熱交換器7は、冷媒を蒸発させる蒸発器の例である。
The
送風機室15の下部のベース17の上に、水冷媒熱交換器8が設置されている。水冷媒熱交換器8は、断熱材に覆われた状態で、直方体形状の収納容器12に収納されて設置されている。水冷媒熱交換器8は、水配管と冷媒配管とが密着した状態で、収納容器12に収納可能となるように、複数の曲げ部を有し成形されている。水冷媒熱交換器8内では、冷媒配管内の冷媒と、水配管内の水との間で熱を交換する。水冷媒熱交換器8内では、水が加熱される。水冷媒熱交換器8の構成については説明を後述する。
A water-
圧縮機2の出口部は、吐出管5を介して、水冷媒熱交換器8の冷媒入口部に接続されている。水冷媒熱交換器8の冷媒出口部は、冷媒管を介して、機械室14内の膨張弁10の入口部に接続されている。膨張弁10の出口部は、冷媒管を介して、空気冷媒熱交換器7の冷媒入口部に接続されている。空気冷媒熱交換器7の冷媒出口部は、吸入管4を介して、圧縮機2の入口部に接続されている。各冷媒管の途中には、その他の冷媒回路部品が取り付けられていてもよい。
The outlet portion of the
機械室14の上部には、電気品収納箱9が設置されている。電気品収納箱9には、電子基板が収納されている。電子基板には、圧縮機2、膨張弁10、送風機6等を駆動制御する各モジュールを構成する電子部品及び電気部品等が取り付けられている。各モジュールは、例えば以下のように制御する。圧縮機2のモータの回転数を数十rps(Hz)〜百rps(Hz)程度の回転数に変化させる。膨張弁10の開度を変化させる。送風機6の回転数を数百rpm〜千rpm程度の回転数に変化させる。電気品収納箱9には、外部電気配線を接続する端子台9aが設けられている。図2及び図3に示すように、右側面部19bには、端子台9aと、後述する水入口バルブ28及び湯出口バルブ29とを保護するためのサービスパネル27が取り付けられている。
An electric
ヒートポンプ装置1が備える冷媒回路の密閉空間内には、冷媒が封入されている。冷媒は、例えば、CO2冷媒である。The refrigerant is sealed in the sealed space of the refrigerant circuit included in the
次に、ヒートポンプ装置1及び貯湯装置33の水回路について説明する。図1に示すように、機械室14内には、内部管30、及び内部管31を含む水回路部品が組み込まれている。ベース17の右側部には、水入口バルブ28が下側、湯出口バルブ29が上側になるように両者が併設されている。内部管30は、水入口バルブ28と、水冷媒熱交換器8の水入口部との間を接続している。内部管31は、水冷媒熱交換器8の湯出口部と湯出口バルブ29との間を接続している。
Next, the water circuits of the
図4に示すように、ヒートポンプ装置1及び貯湯装置33により、ヒートポンプ給湯システムが構成される。貯湯装置33は、例えば数百リットル程度の容量を有する貯湯タンク34と、貯湯タンク34内の水をヒートポンプ装置1に送るための水ポンプ35とを備える。ヒートポンプ装置1と貯湯装置33との間は、外部管36と、外部管37と、電気配線(図示省略)とを介して接続される。
As shown in FIG. 4, the
貯湯タンク34の下部は、管38を介して、水ポンプ35の入口に接続されている。外部管36は、水ポンプ35の出口と、ヒートポンプ装置1の水入口バルブ28との間を接続している。外部管37は、ヒートポンプ装置1の湯出口バルブ29と、貯湯装置33との間を接続している。外部管37は、貯湯装置33内の管39を介して、貯湯タンク34の上部に連通可能になっている。
The lower part of the hot
貯湯装置33は、混合弁40を更に備えている。混合弁40には、管39から分岐した給湯管41と、水道等の水源から供給される水が通る給水管42と、ユーザ側に供給される湯が通る給湯管43とがそれぞれ接続されている。混合弁40は、給湯管41から流入する湯すなわち高温水と、給水管42から流入する水すなわち低温水との混合比を調整することで給湯温度を調節する。混合弁40により混合された湯は、給湯管43を通って、例えば、浴槽、シャワー、蛇口、食器洗い機などのユーザ側の端末に送られる。貯湯タンク34の下部には、給水管42から分岐した給水管44が接続されている。貯湯タンク34内の下側には、給水管44から流入した水が貯留される。
The hot
次に、水冷媒熱交換器8の構成について図5から図15を用いて詳細に説明する。図5は、水冷媒熱交換器8を前から見た外観斜視図である。
水冷媒熱交換器8は、水配管21と冷媒配管22とを備えている。水配管21と冷媒配管22は、銅材等の金属で構成された円管である。冷媒配管22の断面は、円形状となっている。水配管21には、貯湯タンク34から送出された低温の水が流通する。また、冷媒配管22には、圧縮機2から送出された高温且つ高圧の冷媒が流通する。Next, the configuration of the water-
The water-
水冷媒熱交換器8は、水配管21と冷媒配管22とが密着した状態で、収納容器12に収納可能となるように曲げ成形されている。水配管21はとぐろ状に曲げ成型されている。水配管21に曲げが成形されていることにより、水配管21は、湾曲状の管部である湾曲管部21aと、直線状の管部である直線管部21bとを備えている。水配管21は、複数の湾曲管部21aと、複数の直線管部21bを備えている。図6は、水冷媒熱交換器8の要部を説明するための図である。図6は、水冷媒熱交換器8のうち、水配管21と冷媒配管22とが密着した領域である密着部の一端側を拡大して示している。なお、密着部の他端側は、図6に示す密着部の一端側と同様の形状を有しているため、その説明を省略する。
The water-
図7は、水冷媒熱交換器8の水配管21の構成を説明するための図である。なお、図7では、水配管21の構成を図示するために冷媒配管22の図示を省略している。なお、以下の説明において、水冷媒熱交換器8の水入口部側(図7における右側)を、水入口部側ISといい、水冷媒熱交換器8の熱交換部側(図7における左側)を、熱交換部側OSという。
水配管21の外周面には、2条のそれぞれ連続した螺旋の溝である外周螺旋溝OG1、OG2が形成されている。なお、水配管21の外周面に形成する外周螺旋溝の条数は、2条に限らず、1条または、3条以上でもよい。
水配管21の外周面には、2条の外周螺旋溝OG1、OG2が形成されていることにより相対的に形成された螺旋状の凸部である外周螺旋凸部OH1、OH2が形成されている。外周螺旋凸部OH1は、外周螺旋溝OG1と外周螺旋溝OG2との間に位置するように形成されている。外周螺旋凸部OH2は、外周螺旋溝OG2と外周螺旋溝OG1との間に位置するように形成されている。FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the
On the outer peripheral surface of the
On the outer peripheral surface of the
冷媒配管22は、複数の並列な流路が形成されるように途中で複数の円管に分岐している。図5に示す水冷媒熱交換器8の例では、冷媒配管22が2本の冷媒配管22a、22bに分岐している。冷媒配管22aは、図6及び図7に示すように、水配管21の外周面に形成された外周螺旋溝OG1に沿って、水配管21の外周に螺旋状に巻き付いた状態でロウ付け等により接合されている。冷媒配管22bは、図6及び図7に示すように、水配管21の外周面に形成された外周螺旋溝OG2に沿って、水配管21の外周に螺旋状に巻き付いた状態でロウ付け等により接合されている。
なお、冷媒配管22が分岐する冷媒配管の数は、2本に限らず、1本または3本以上でもよく、水配管21の外周面に形成される外周螺旋溝の条数に対応することがより望ましい。The
The number of refrigerant pipes to which the
図8は、水配管21の直線管部21bの軸O1に平行な直線管部21bの断面図である。図8では、冷媒配管22を省略している。図8に示す水冷媒熱交換器8の例では、水配管21の内周面には、2条の内周螺旋溝IG1、IG2が形成されている。内周螺旋溝IG1は、水配管21の壁部において、外周螺旋凸部OH1と対応する位置に形成されている。内周螺旋溝IG2は、水配管21の壁部において、外周螺旋凸部OH2と対応する位置に形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
水配管21の内周面には、2条の内周螺旋溝IG1、IG2が形成されていることにより相対的に形成された螺旋状の凸部である内周螺旋凸部IH1、IH2が形成されている。内周螺旋凸部IH1は、内周螺旋溝IG1と内周螺旋溝IG2との間に位置するように形成されている。内周螺旋凸部IH2は、内周螺旋溝IG2と内周螺旋溝IG1との間に位置するように形成されている。
内周螺旋凸部IH1は水配管21の壁部において、外周螺旋溝OG2と対応する位置に形成されている。内周螺旋凸部IH2は水配管21の壁部において、外周螺旋溝OG1と対応する位置に形成されている。On the inner peripheral surface of the
The inner peripheral spiral convex portion IH1 is formed at a position corresponding to the outer peripheral spiral groove OG2 on the wall portion of the
水配管21を成形する場合に、材料として円筒を用い、その円筒の軸を中心として円筒を捩じるように変形させることで、円筒の内周面に内周螺旋溝IG1、IG2及び内周螺旋凸部IH1、IH2を形成でき、円筒の前記外周面に外周螺旋溝OG1、OG2及び外周螺旋凸部OH1、OH2を形成できる。そのため、内周螺旋溝IG1、IG2、内周螺旋凸部IH1、IH2、外周螺旋溝OG1、OG2、外周螺旋凸部OH1、OH2を有する水配管21を低コストで成形できる。
When molding the
図9は、冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板50の関係を示す説明図である。なお、図9では、水配管21および冷媒配管22の断面に対するハッチングの図示を省略している。図10は、図9のA−A断面に対応し、水配管21と撹拌板50との関係を示す説明図である。図10では、冷媒配管22の図示を省略している。図11は、図9のB−B断面に対応し、水配管21と撹拌板50との関係を示す説明図である。図11では、冷媒配管22の図示を省略している。図12は、撹拌板50の説明図である。図13は、図9を拡大したものであり、冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板50の関係を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the
水冷媒熱交換器8は、図9に示すように、撹拌部材としての撹拌板50を備えている。撹拌板50は、水配管21の軸O1に沿ってつるまき状を呈する板材から構成されている。軸O1は、水配管21の軸であり、湾曲管部21aの軸であり、直線管部21bの軸でもある。撹拌板50は、表面が平滑な面となっている。図10及び図11に示すように、軸O1方向から見た際の撹拌板50の投影した外周の像は、円形状をなしている。この板材は、鉄鋼材であるが、銅材、アルミ材等の金属材を用いてもよい。この板材は、細長板である。撹拌板50は、鉄鋼材の板材を巻いて形成できるため、積層造形法(いわゆる、3Dプリンタ)を用いて形成した場合に比して、低コストで形成することができる。なお、つるまき状を呈する撹拌板50は、鉄鋼材、銅材、アルミ材等の金属材を用いて、積層造形法で成形してもよい。積層造形法で成形した撹拌板は、鉄鋼材の板材を巻いて形成した撹拌板よりも形状の成形精度を高めることができる。なお、本明細書でいう、「つるまき状を呈する板材からなる撹拌板」とは、板材を巻いて形成した撹拌板、及び積層造形法により成形した撹拌板を意味する。
As shown in FIG. 9, the water-
なお、図12に示すように、撹拌板50における軸O1を基準とした一周分を一つの撹拌部51と定義する。
撹拌部51は、図12に示すように、大径撹拌部51aと、大径撹拌部51aよりも外形の大きさが小さい小径撹拌部51bとの少なくとも二種類がある。大径撹拌部51aは、図13に示すように、外周が内周螺旋溝IG1に当接する。小径撹拌部51bの外形の大きさは、内周螺旋凸部IH1、IH2の内径よりも小さく形成されている。
図12に示すように、撹拌板50において、3つの大径撹拌部51aの各々の端部同士が、軸O1に対して直列になるように一体に接続されている。この軸O1に対して直列に接続された3つの大径撹拌部51aを、大径撹拌部群Faという。なお、大径撹拌部群Faは、本実施の形態1では、3つの大径撹拌部51aにより構成しているが、1つ以上の大径撹拌部51aにより構成してもよい。As shown in FIG. 12, one round of the stirring
As shown in FIG. 12, there are at least two types of the stirring
As shown in FIG. 12, in the stirring
図13に示すように、撹拌板50の大径撹拌部群Faが水配管21の内周螺旋溝IG1に当接しており、この結果、撹拌板50は水配管21に対して位置決めされている。
特に、水冷媒熱交換器8は、水配管21の内周螺旋溝IG1の螺旋の回転の向きと、撹拌板50のつるまきの回転の向きとが一致するように構成されている。すなわち、内周螺旋溝IG1は、水配管21の水入口部側ISから熱交換部側OSに向けて、時計回りに回転する螺旋となるように構成され、撹拌板50は、水配管21の水入口部側ISから熱交換部側OSに向けて、時計回りに回転するつるまきとなるように構成されている。そのため、水配管21の内周螺旋溝IG1に対して撹拌板50の大径撹拌部群Faの一部が噛み合い、水配管21と撹拌板50とを当接面積をより確保でき、水配管21と撹拌板50との位置決めをより一層好適に行うことができる。
また、図11に示すように、軸O1方向から見た際の撹拌板50の投影した外周の像は、円形状をなしており、図11に示すように、軸O1方向から見た際の水配管21の投影した内周螺旋溝IG1の像は、円形状をなしており、そのため、撹拌板50の大径撹拌部群Faは、水配管21の内周螺旋溝IG1に対して位置決めを行う場合に、内周螺旋溝IG1との当接面積をより確保でき、位置決めを好適に行うことができる。As shown in FIG. 13, the large-diameter stirring unit group Fa of the stirring
In particular, the water-
Further, as shown in FIG. 11, the projected outer peripheral image of the stirring
本実施の形態1では、撹拌板50の大径撹拌部群Faは、水配管21の内周面(内周螺旋溝IG1)に対してロウ付けされている。このように、撹拌板50の径撹拌部群Faを水配管21の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定することにより、水配管21と大径撹拌部群Faとの相対移動を抑制し、水配管21と大径撹拌部群Faとの相対移動による当たりの発生による音の発生、こすれ発生による摩耗の発生が抑制される。
なお、撹拌板50の水配管21内側面に対して固定する箇所は、水配管21の湾曲管部21a、及び撹拌板50が水配管21の軸O1からずれ易い箇所に設けても良い。この場合、水配管21内の水の流量の偏りがさらに抑制され、冷媒配管22a、22bから水配管21への伝熱量の差がさらに抑制され、熱交換効率の低下がさらに抑制される。これにより、水配管21内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水配管21内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。
なお、撹拌板50の大径撹拌部群Faを水配管21の内周螺旋溝IG1に対して位置決めが好適に行えるのであれば、撹拌板50の径撹拌部群Faを水配管21の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定しなくてもよい。このように、撹拌板50の径撹拌部群Faを水配管21の内周面に対して固定するのではなく、位置決めだけを行う場合には、固定にかかるコストや製造工程を削減できる。In the first embodiment, the large-diameter stirring unit group Fa of the stirring
The portion of the stirring
If the large-diameter stirring part group Fa of the stirring
また、図12に示すように、撹拌板50において、4つ以上の小径撹拌部51bの各々の端部同士が、軸O1に対して直列になるように一体に接続されている。この軸O1に対して直列に接続された4つ以上の小径撹拌部51bを、小径撹拌部群Fbという。小径撹拌部群Fbの軸心は、水配管21の軸O1と一致するように構成されているが、必ずしも水配管21の軸O1と一致するように構成しなくてもよい。この小径撹拌部群Fbの隙間を通り、小径撹拌部群Fbの内外を水配管21内の水が出入りし、水配管21内の水が撹拌される。
Further, as shown in FIG. 12, in the stirring
なお、本実施の形態1では、水配管21の外径は12mm、水配管21の内径は10mm、冷媒配管22a、22bの外径は4mm、冷媒配管22a、22bの内径は2mm、撹拌板50を構成する板材の厚さは0.5mm、小径撹拌部51bの外径は8mmとしているが、これに限らず、これらの寸法は適宜変更してもよい。
In the first embodiment, the outer diameter of the
図14は、冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板50の関係を示す軸O1に沿った部分拡大断面図である。撹拌板50を構成する板材は、図14に示すように、軸O1に沿った断面において、短辺Sと長辺Lとを有している。長辺Lは軸O1に沿って配置されている。
図12に示すように、小径撹拌部群Fbを構成する複数の小径撹拌部51bにおいて、軸O1に沿って隣り合う短辺S同士の間隔Kは、小径撹拌部51bの長辺Lの長さよりも長く構成されている。このように、小径撹拌部51bの長辺Lよりも隣り合う短辺S同士の間隔Kの方が長くなっているため、小径撹拌部51bの長辺Lよりも隣り合う短辺S同士の間隔Kの方が短くなっている場合に比して、小径撹拌部群Fb(図12参照)の隙間を通り小径撹拌部群Fbの内外を出入りする水の流れを促進し、水配管21内の水の撹拌をより一層好適に行うことができる。
なお、間隔Kの長さは、小径撹拌部51bの直径の3倍の長さよりも短くなるように小径撹拌部群Fbを構成することが望ましい。なお、短辺S同士の間隔Kとは、軸O1方向における隣り合う撹拌部51同士の間隔である。また、短辺S同士の幅とは、その両短辺Sに接続されている長辺Lの長さである。FIG. 14 is a partially enlarged cross-sectional view taken along the axis O1 showing the relationship between the
As shown in FIG. 12, in a plurality of small-
It is desirable that the small-diameter stirring unit group Fb is configured so that the length of the interval K is shorter than three times the diameter of the small-
また、撹拌板50を構成する板材の長辺Lが軸O1に沿って配置されているため、長辺Lが水の流れに面するのではなく、短辺Sが水の流れに面して配置されている。短辺Sが水の流れに面して配置されているため、長辺Lが水の流れに面する場合に比して、水配管21の流路面積の低下を抑制でき、水の流れの圧損の増加を抑制しつつ、熱交換効率を高めることができる。
また、上記のように水配管21の流路面積の低下を抑制でき、所定の水流量を確保するために出力の高い水ポンプを使用する必要がなくなり、コストの著しい増加が抑制される。また、水配管21の長さは長く、複数の湾曲管部21a(図5参照)を有するので、撹拌板50の小径撹拌部群Fbの軸心が水配管21の軸O1からずれる場合があるが、水の流れの圧損の増加が抑制されるので、水配管21内の水の流量の偏りが抑制され、水配管21周方向に水の温度と冷媒配管22a、22bから水配管21への伝熱量の差が抑制され、熱交換効率の向上の抑制がなくなる。このため、水冷媒熱交換器8は、水配管21内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。Further, since the long side L of the plate material constituting the stirring
Further, as described above, the decrease in the flow path area of the
撹拌板50は、図12に示すように、軸O1に対して直列に大径撹拌部群Faと小径撹拌部群Fbとが交互に接続されている。撹拌板50は、一つの大径撹拌部群Faにおける軸O1に沿った長さが、一つの小径撹拌部群Fbにおける軸O1に沿った長さよりも短く構成されている。このように構成されている理由としては、大径撹拌部群Faは、撹拌板50を水配管21に対して固定または位置決めするためのものであり、大径撹拌部群Faを構成する大径撹拌部51aの数を極力少なくし、水配管21内の水を撹拌させるための小径撹拌部群Fbを構成する小径撹拌部51bの数を多くしたいためである。
As shown in FIG. 12, in the stirring
上記のように構成された実施の形態1の水冷媒熱交換器8では、以下のような作用効果を奏することができる。なお、図15は、実施の形態1の作用効果を説明するための図であり、冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板50の関係を示す軸O1に沿った部分拡大断面図である。
水配管21の外周面には、冷媒配管22a、22bが固定されている。このため例えば、水配管21の内部に何も配置されていない状態で水配管21内に水を流すと、水配管21の軸O1付近を流れる水は、水配管21の内周面付近の水に比して、冷媒配管22a、22b内を流れる冷媒との熱交換を行いづらい。The water-
一方、本実施の形態1の水冷媒熱交換器8では、図15に示すように、小径撹拌部51bの一つの断面部分に注目して見てみると、断面部分の水入口部側ISと、断面部分の熱交換部側OS、断面部分の内周側、及び断面部分の外周側に空間を有している。そのため、水配管21内において、水入口部側ISから熱交換部側OSへ向けて水が流れると、小径撹拌部51bの断面部分の内周側および外周側を流れた水にはカルマン渦KWが発生する。このようなカルマン渦KWの発生が小径撹拌部群Fbの各部位で起こることにより、水配管21内を流れる水は、小径撹拌部群Fb内から小径撹拌部群Fb外へ出たり、小径撹拌部群Fb外から小径撹拌部群Fb内へ入ったりする。すなわち、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌が好適に行われる。言い換えると、熱交換効率の低い水配管21の軸O1付近の水と、熱交換効率の高い水配管21の内周面付近の水が、小径撹拌部群Fbによって撹拌されながら流れるので、水配管21内を流れる水と冷媒配管22a、22b内を流れる冷媒との熱交換効率が向上する。
On the other hand, in the water-
本実施の形態1の水冷媒熱交換器8では、大径撹拌部群Faと小径撹拌部群Fbとが交互に接続されている。大径撹拌部群Faは、水配管21の内周面(内周螺旋溝IG1)に対してロウ付けされているため、冷媒配管22a、22b内の冷媒、冷媒配管22a、22b、水配管21、大径撹拌部群Fa、及び小径撹拌部群Fbの順で冷媒の熱が熱伝導される。このため、小径撹拌部群Fbは、大径撹拌部群Faから熱伝導された熱を、小径撹拌部群Fbの周囲の水に対して伝えることができ、水配管21内を流れる水と冷媒配管22a、22b内を流れる冷媒との熱交換効率がより一層向上させることができる。
In the water
冷媒熱交換器8では、図13に示すように、冷媒配管22a、22bは、外周螺旋溝OG1、OG2に沿って水配管21に当接するように構成されている。このため、水配管21の外周面に外周螺旋溝OG1、OG2が形成されているため、水配管21の外周面に溝がない場合に比して、水配管21の外周螺旋溝OG1、OG2に冷媒配管22a、22bを当接させる際に当接面積を大きくすることが可能となり、この結果、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。
In the
また、特許文献1のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器では、水配管とねじりテープとで構成された二つのほぼ半円形状をなす空間が形成されていた。この半円形状をなす空間を流れる水は、撹拌が起こりづらい。そのため、冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率は大きく、撹拌による熱交換の比率は小さい。冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率が大きいということは、その分、水配管内を流れる水の流路面積が低下してしまう。
一方、本実施の形態1の水冷媒熱交換器8では、撹拌板50の小径撹拌部群Fbによって水配管21内の水を好適に撹拌しているため、冷媒から水配管21内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率を特許文献1に比して小さくし、撹拌による熱交換の比率を特許文献1に比して大きくしている。
したがって、本実施の形態1の水冷媒熱交換器8は、引用文献1のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、冷媒から水配管21内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、撹拌による熱交換の比率を大きくしている分だけ、水配管21の流路面積の低下を抑制でき、水の流れの圧損の増加を抑制しつつ、熱交換効率を高めることができる。また、上記のように水配管21の流路面積の低下を抑制でき、所定の水流量を確保するために出力の高い水ポンプを使用する必要がなくなり、コストの著しい増加が抑制される。加えて、水冷媒熱交換器8は、引用文献1のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、水配管21内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。Further, in the heat exchanger for hot water supply of the heat pump type water heater of
On the other hand, in the water-
Therefore, the water
実施の形態2.
この発明の実施の形態2の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図16を用いて説明する。この実施の形態2の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器58の構成が、実施の形態1の水冷媒熱交換器8の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。図16は、水冷媒熱交換器58における冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板60の関係を示す説明図である。
The heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the second embodiment, the configuration of the water-
実施の形態2の撹拌部材としての撹拌板60は、全長に亘って実施の形態1の小径撹拌部群Fbに相当する。すなわち、撹拌板60は、水配管21の軸O1に沿ってつるまき状を呈する板材から構成されている。撹拌板60は、表面が平滑な面となっている。軸O1方向から見た際の撹拌板60の投影した外周の像は、円形状をなしている。撹拌板60の外形の大きさは、内周螺旋凸部IH1、IH2の内径よりも小さくなるように構成されている。なお、撹拌板60における軸O1を基準とした一周分を一つの撹拌部61と定義する。
撹拌板60が軸O1に沿って蛇行して配置されていることにより、水配管21の内周螺旋溝IG1又は内周螺旋溝IG2に当接しており、この結果、撹拌板50は水配管21に対して位置決めされている。The stirring
Since the stirring
特に、水冷媒熱交換器8は、水配管21の内周螺旋溝IG1又は内周螺旋溝IG2の螺旋の回転の向きと、撹拌板50のつるまきの回転の向きとが一致するように構成されている。そのため、水配管21の内周螺旋溝IG1又は内周螺旋溝IG2に対して撹拌板60の一部が噛み合い、水配管21と撹拌板60とを当接面積をより確保でき、水配管21と撹拌板60との位置決めをより一層好適に行うことができる。
In particular, the water-
本実施の形態2では、撹拌板60は、水配管21の内周面(内周螺旋溝IG1又は内周螺旋溝IG2)に対してロウ付けされている。このように、撹拌板60を水配管21の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定することにより、水配管21と撹拌板60との相対移動を抑制し、水配管21と撹拌板60との相対移動による当たりの発生による音の発生、こすれ発生による摩耗の発生が抑制される。
なお、撹拌板60を水配管21の内周螺旋溝IG1又は内周螺旋溝IG2に対して位置決めが好適に行えるのであれば、撹拌板60を水配管21の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定しなくてもよい。このように、撹拌板60を水配管21の内周面に対して固定するのではなく、位置決めだけを行う場合には、固定にかかるコストや製造工程を削減できる。In the second embodiment, the stirring
If the stirring
なお、本実施の形態2では、撹拌板60の直径は8mmとしているが、これに限らず、これらの寸法は適宜変更してもよい。
図16に示すように、撹拌板60の撹拌部61は、軸O1に沿った断面において、短辺Sと長辺Lとを有している。撹拌板60が軸O1に沿って蛇行して配置されている状態において、撹拌部61の長辺Lと軸O1とがなす角α1は、撹拌部61の短辺Sと軸O1とがなす角α2よりも小さくなるように配置されている。In the second embodiment, the diameter of the stirring
As shown in FIG. 16, the stirring
また、撹拌部61における軸O1に沿って隣り合う短辺S同士の間隔Kは、撹拌部61の長辺Lの長さよりも長く構成されている。なお、間隔Kの長さは、撹拌部61の直径の3倍の長さよりも短くなるように撹拌部61を構成することが望ましい。
さらには、長辺Lの軸O1に対する角度α1が、短辺Sの軸O1に対する角度α2よりも小さくなるように撹拌板60が配置されているため、長辺Lよりも短辺Sが水の流れに面している。長辺Lよりも短辺Sが水の流れに面しているため、短辺Sよりも長辺Lが水の流れに面している場合に比して、撹拌板60による水配管21内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。Further, the distance K between the short sides S adjacent to each other along the axis O1 in the stirring
Further, since the stirring
撹拌板60が軸O1に沿って蛇行して配置されていることにより、水配管21内を流れる水は、撹拌板60の蛇行した形状の箇所でさらに激しく撹拌されながら流通する。これにより、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
Since the stirring
本実施の形態1の水冷媒熱交換器58の撹拌板60は、水配管21の内周面に対してロウ付けされている。このため、冷媒配管22a、22b内の冷媒、冷媒配管22a、22b、水配管21、大径撹拌部群Fa、及び小径撹拌部群Fbの順で冷媒の熱が熱伝導される。このため、撹拌板60は、水配管21から熱伝導された熱を、撹拌板60の周囲の水に対して伝えることができ、水配管21内を流れる水と冷媒配管22a、22b内を流れる冷媒との熱交換効率がより一層向上させることができる。
The stirring
また、特許文献1のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器では、水配管とねじりテープとで構成された二つのほぼ半円形状をなす空間が形成されていた。この半円形状をなす空間を流れる水は、撹拌が起こりづらい。そのため、冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率は大きく、撹拌による熱交換の比率は小さい。冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率が大きいということは、その分、水配管内を流れる水の流路面積が低下してしまう。
一方、本実施の形態2の水冷媒熱交換器58では、撹拌板60によって水配管21内の水を好適に撹拌しているため、冷媒から水配管21内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率を特許文献1に比して小さくし、撹拌による熱交換の比率を特許文献1に比して大きくしている。
したがって、本実施の形態2の水冷媒熱交換器58は、引用文献1のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、冷媒から水配管21内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、撹拌による熱交換の比率を大きくしている分だけ、水配管21の流路面積の低下を抑制でき、水の流れの圧損の増加を抑制しつつ、熱交換効率を高めることができる。また、上記のように水配管21の流路面積の低下を抑制でき、所定の水流量を確保するために出力の高い水ポンプを使用する必要がなくなり、コストの著しい増加が抑制される。加えて、水冷媒熱交換器58は、引用文献1のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、水配管21内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。Further, in the heat exchanger for hot water supply of the heat pump type water heater of
On the other hand, in the water
Therefore, the water
実施の形態3.
この発明の実施の形態3の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図17を用いて説明する。この実施の形態4の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器68の構成が、実施の形態1の水冷媒熱交換器8の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。Embodiment 3.
The heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the fourth embodiment, the configuration of the water-
図17は、水冷媒熱交換器68における冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板50の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器68は、実施の形態1の撹拌板50を2つ備えている。一つの撹拌板50の大径撹拌部群Faが、水配管21の内周螺旋溝IG1に当接しており、この結果、撹拌板50は水配管21に対して位置決めされ、かつロウ付けで固定されている。もう一つの撹拌板50の大径撹拌部群Faが、水配管21の内周螺旋溝IG2に当接しており、この結果、撹拌板50は水配管21に対して位置決めされ、かつロウ付けで固定されている。なお、撹拌板50と内周螺旋溝IG1とのロウ付け、および撹拌板50と内周螺旋溝IG2とのロウ付けを省略してもよい。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the relationship between the
The
すなわち、2つの撹拌板50は、水配管21内において2条状態で配置されている。
なお、実施の形態4では、水配管21内において2つの撹拌板50を2条状態で配置されているが、これに限らず、水配管21内において3つ以上の撹拌板50を多条の状態で配置するように構成してもよい。すなわち、「水配管21内において、複数の撹拌板50が、2条状態、3条状態、4条状態、及び5条状態のうちいずれか一つの状態で配置されている」は、「水配管内には、複数の撹拌板が水配管の軸に沿う方向で重なり合うように配置されている」に相当する。
このように構成すると、水配管21内において2つの撹拌板50が2条状態で配置されていることにより、水配管21内において1つの撹拌板50が配置されている場合に比して、水配管21内を流れる水をより複雑に撹拌させつつ流すことができる。この結果、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。That is, the two stirring
In the fourth embodiment, two stirring
With this configuration, since the two stirring
実施の形態4.
この発明の実施の形態4の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図18を用いて説明する。この実施の形態4の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器78の構成が、実施の形態1の水冷媒熱交換器8の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
The heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the fourth embodiment, the configuration of the water-
図18は、水冷媒熱交換器78における冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板80の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器78は、2つの撹拌部材としての撹拌板80を備えている。撹拌板80は、その表面が平滑な面となっている。両撹拌板80は、水配管21内において軸O1に直交する方向で配置されている。この撹拌板80は、実施の形態3の撹拌板60に相当し、軸O1に沿って蛇行して配置されている。撹拌板80の水配管21に対する固定方法(位置決め方法)は、実施の形態2と同様のため、その説明は省略する。FIG. 18 is an explanatory diagram showing the relationship between the
The
なお、実施の形態4では、冷媒熱交換器は2つの撹拌板80を備えているが、これに限らず3つ以上の複数個備えるようにしてもよい。このように構成すると、水配管21内に2つの撹拌板80が軸O1に直交する方向で配置されていることにより、水配管21内に1つの撹拌板80が軸O1に配置されている場合に比して、水配管21内を流れる水をより複雑に撹拌させつつ流すことができる。この結果、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
In the fourth embodiment, the refrigerant heat exchanger is provided with two stirring
実施の形態5.
この発明の実施の形態5の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図19を用いて説明する。この実施の形態5の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器88の構成が、実施の形態1の水冷媒熱交換器8の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
A heat pump device including the water-refrigerant heat exchanger according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the fifth embodiment, the configuration of the water-
図19は、水冷媒熱交換器88における冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板90、91の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器88は、2つの撹拌部材としての撹拌板90、91を備えている。撹拌板90、91は、水配管21の軸O1に沿ってつるまき状を呈する板材から構成されている。撹拌板90、91は、その表面が平滑な面となっている。図19に示すように、軸O1方向から見た際の撹拌板90、91の投影した外周の像は、円形状をなしている。FIG. 19 is an explanatory diagram showing the relationship between the
The
撹拌板91の外形は、撹拌板90の内形よりも小さくなるように構成されている。水配管21内には、軸O1に沿って撹拌板90が配置されており、撹拌板90内には、軸O1に沿って撹拌板90が配置されている。
このように構成すると、水配管21内において、撹拌板90内に撹拌板91が配置されていることにより、水配管21内に1つの撹拌板80が軸O1に配置されている場合に比して、水配管21内を流れる水をより複雑に撹拌させつつ流すことができる。この結果、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。The outer shape of the stirring
With this configuration, in the
実施の形態6.
この発明の実施の形態6の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図20を用いて説明する。この実施の形態6の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器98の構成が、実施の形態1の水冷媒熱交換器8の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
A heat pump device including the water-refrigerant heat exchanger according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the sixth embodiment, the configuration of the water-
図20は、水冷媒熱交換器98における冷媒配管22、水配管21、及び撹拌板50の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器98は、実施の形態1の撹拌板50を複数備えている。各撹拌板50は、水配管21内において、軸O1に沿って互いに隣り合うように配置されている。
すなわち、実施の形態6の撹拌板50の軸O1方向の長さが、実施の形態1の撹拌板50の軸O1方向の長さよりも短く、その分、水配管21内で数多く撹拌板50が配置されていることにより、実施の形態6の水冷媒熱交換器98は、実施の形態1の水冷媒熱交換器8と同様の作用効果を奏する。
また、実施の形態6の撹拌板50の軸O1方向の全長の長さが、実施の形態1の撹拌板50の軸O1方向の全長の長さよりも短くなっている分、実施の形態6の撹拌板50は、実施の形態1の撹拌板50に比して短い板材を用いて撹拌板50を製造できるため、低コストで撹拌板50を製造することができる。FIG. 20 is an explanatory diagram showing the relationship between the
The
That is, the length of the stirring
Further, the total length of the stirring
実施の形態7.
この発明の実施の形態7の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図21を用いて説明する。この実施の形態7の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器108の構成が、実施の形態1の水冷媒熱交換器8の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
A heat pump device including the water-refrigerant heat exchanger according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the heat pump device provided with the water-refrigerant heat exchanger of the seventh embodiment, the configuration of the water-
図21は、水冷媒熱交換器108における水配管21及び撹拌板50の関係を示す説明図である。図21では、説明の便宜上冷媒配管22の図示を省略している。また、図21では、水配管21の内周螺旋溝IG1、IG2、内周螺旋凸部IH1、IH2、外周螺旋溝OG1、OG2、及び外周螺旋凸部OH1、OH2の図示を省略している。
冷媒熱交換器108は、実施の形態1の撹拌板50を複数備えている。各撹拌板50は、水配管21内の直線管部21bのみに配置されている。
このように構成されていることにより、実施の形態7の水冷媒熱交換器108は、実施の形態1と同様の作用効果を奏する。加えて、コスト削減のために水配管21の全域に撹拌板50を配置するのではなく、水配管21の複数の所定箇所に撹拌板50を配置する場合には、直線管部21bに撹拌板50を配置することが望ましい。撹拌板50を直線管部21bに配置すると、撹拌板50の小径撹拌部群Fbの軸は軸O1に沿いやすくなり、この結果、撹拌板50の外形と水配管21の内周面との距離が、水配管21の内周面の全周に亘って均一となり、小径撹拌部群Fbの内外を出入りする水が、水配管21の内周面の全周に亘って均一に撹拌できる。FIG. 21 is an explanatory diagram showing the relationship between the
The
With this configuration, the water-
上記各実施の形態では、軸O1方向から見た際の撹拌板50、60、80、90、91の投影した外周の像は、円形状をなしていた。これに限らず、軸O1方向から見た際の撹拌板50、60、80、90、91の投影した外周の像は、図22に示すような六角形、図23に示すような楕円形、多角形、および正多角形のうちいずれか一つの形状に形成してもよい。このように、軸O1方向から見た際の撹拌板50、60、80、90、91の投影した外周の像を、楕円形、多角形、および正多角形のうちいずれか一つの形状に形成すると、円形状の像に形成した場合に比して、外形がつるまきの周方向で変化しているため、撹拌板50、60、80、90、91の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管21内の水の撹拌をより一層好適に行うことができる。
なお、ヒートポンプ装置1の圧縮機2の出力、空気冷媒熱交換器7の性能、水冷媒熱交換器8の性能、水配管21の長さ、冷媒の物性、等、および、ヒートポンプ装置1の設定沸き上げ能力、設定沸き上げ温度、等から決まる水配管21の軸O1方向の水の温度勾配特性と水配管21の軸O1方向の冷媒配管22内の冷媒の温度勾配特性に対し、撹拌板を最適な形状に変化させてもよい。In each of the above embodiments, the projected outer peripheral image of the stirring
The output of the
上記各実施の形態の撹拌板50、60、80、90、91は、表面が平滑な面となっていたが、これに限らず、図24に示すように、撹拌板50、60、80、90、91の表面に凹凸Dを形成してもよい。このように構成すると、撹拌板50、60、80、90、91の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
The surfaces of the stirring
図25は、図9のA−A断面に対応した他の実施の形態の図であり、水配管21と撹拌板50、60、80、90、91との関係を示す説明図である。図25では、冷媒配管22の図示を省略している。上記各実施の形態の撹拌板50、60、80、90、91における軸O1に対して垂直な断面の周方向の両端に縁部Rを形成するようにしてもよい。すなわち、撹拌板50、60、80、90、91の長辺Lの端部には、長辺Lから立ち上がる縁部Rが形成されている。このように構成すると、撹拌板50、60、80、90、91の内外を出入りする水が縁部Rに衝突し水の流れが複雑になり、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
FIG. 25 is a diagram of another embodiment corresponding to the AA cross section of FIG. 9, and is an explanatory diagram showing the relationship between the
上記各実施の形態の撹拌板50、60、80、90、91において、撹拌板を構成する撹拌部の外形の大きさを互いに異なるように構成してもよい。このように構成すると、撹拌板50、60、80、90、91の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
なお、例えば水と冷媒の温度差が小さい水の温度の低い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が低いため撹拌板50、60、80、90、91を小さな外形とし、水と冷媒の温度差が大きい水の温度の高い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が高いため撹拌板50、60、80、90、91を大きな外形として構成してもよい。この場合、水の温度の低い箇所での撹拌板50、60、80、90、91による流路面積の減少をより抑制させ、水の温度の高い箇所で水の撹拌を激しくさせる。これにより、水配管21内の水の流れの圧損をより抑制させ、水配管21内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水配管21内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。In the stirring
For example, in a place where the temperature difference between water and the refrigerant is small and the temperature of water is low, the heating efficiency effect by stirring the water is low. Since the heating efficiency effect of stirring water is high in a place where the temperature of water is high, the stirring
上記各実施の形態の撹拌板50、60、80、90、91において、撹拌板を構成する撹拌部の長辺の長さ又は短辺同士の間隔を互いに異ならせるように構成してもよい。このように構成すると、撹拌板50、60、80、90、91の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管21内において、水配管21の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管22内の冷媒と水配管21の軸O1付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
加えて、ヒートポンプ装置1の圧縮機2の出力、空気冷媒熱交換器7の性能、水冷媒熱交換器8の性能、水配管21の長さ、冷媒の物性、等、および、ヒートポンプ装置1の設定沸き上げ能力、設定沸き上げ温度、等から決まる水配管21の軸O1方向の水の温度勾配特性と水配管21の軸O1方向の冷媒配管22内の冷媒の温度勾配特性に対し、撹拌板を構成する撹拌部の長辺の長さ又は短辺同士の間隔を互いに最適に変化させてもよく、例えば、水と冷媒の温度差が小さい水の温度の低い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が低いため短辺同士の間隔を長く構成し、水と冷媒の温度差が大きい水の温度の高い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が高いため短辺同士の間隔を短く構成してもよい。この場合、水の温度の低い箇所で水の流路面積の減少をより抑制させ、水の温度の高い箇所で水の撹拌を激しくさせる。これにより、水配管21内の水の流れの圧損をより抑制させ、水配管21内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水配管21内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。In the stirring
In addition, the output of the
上記各実施形態の水配管21は、外周螺旋溝OG1、OG2、外周螺旋凸部OH1、OH2、内周螺旋溝IG1、IG2、及び内周螺旋凸部IH1、IH2を備えていた。
これに限らず、水配管21は、図26に示すように、外周螺旋溝OG1、OG2、外周螺旋凸部OH1、OH2、内周螺旋溝IG1、IG2、および内周螺旋凸部IH1、IH2を省略し、円筒形状としてもよい。この場合、水配管21の内周面に撹拌板50、60、80、90、91の一部を当接させる。または、この場合、水配管21の内周面に撹拌板50、60、80、90、91の一部をロウ付け等により固定する。また、水配管21の外周面には、冷媒配管22a、22bをロウ付け等で固定する。
このように構成すると、水配管21に外周螺旋溝OG1、OG2、外周螺旋凸部OH1、OH2、内周螺旋溝IG1、IG2、および内周螺旋凸部IH1、IH2を形成する工程を省くことができるため、水冷媒熱交換器を低コストで製造することができる。The
Not limited to this, as shown in FIG. 26, the
With this configuration, it is possible to omit the steps of forming the outer peripheral spiral grooves OG1 and OG2, the outer peripheral spiral convex portions OH1, OH2, the inner peripheral spiral grooves IG1 and IG2, and the inner peripheral spiral convex portions IH1 and IH2 in the
上記第1〜第6の実施形態において、撹拌板50、60、80、90、91は、冷媒配管22が巻き付けられている水配管21の領域の全領域に配置してもよい。この場合、上記した撹拌板50、60、80、90、91の作用を大きく高めることができ、水冷媒熱交換器8の熱交換効率を大きく高めることができるので、水配管21内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。また、撹拌板50、60、80、90、91は、冷媒配管22が巻き付けられている水配管21の領域の所定の一部領域に配置される構成でもよい。撹拌板50、60、80、90、91により、水冷媒熱交換器8の材料コスト、加工コストが増加する場合があるが、水配管21の領域の所定の一部領域に配置される場合、水冷媒熱交換器8の材料コスト、加工コストの増加が抑制され、水配管21内の水の流れの圧損がより抑制される。ヒートポンプ装置1の圧縮機2の出力、空気冷媒熱交換器7の性能、水冷媒熱交換器8の性能、水配管21の長さ、冷媒の物性、等、および、ヒートポンプ装置1の設定沸き上げ能力、設定沸き上げ温度、等から決まる水配管21長さ方向の水の温度勾配特性と水配管21長さ方向の冷媒配管22内の冷媒の温度勾配特性に対し、最適な箇所に最小限に撹拌板50、60、80、90、91を配置してもよく、例えば、水と冷媒の温度差が大きい水の温度の高い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が高いので最小限に撹拌板50、60、80、90、91を配置してもよい。この場合、水の温度の低い箇所で水の流路面積の減少をより抑制させ、水の温度の高い箇所で水を撹拌させる。これにより、水配管21内の水の流れの圧損をより抑制させ水配管21内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水冷媒熱交換器8のコストの増加を抑制させながら、水配管21内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。
In the first to sixth embodiments, the stirring
1 ヒートポンプ装置
2 圧縮機
4 吸入管
5 吐出管
6 送風機
7 空気冷媒熱交換器
8、58、68、78、88、98、108 水冷媒熱交換器
9 電気品収納箱
9a 端子台
10 膨張弁
12 収納容器
14 機械室
15 送風機室
16 仕切板
17 ベース
18 フロントパネル
18a 前面部
18b 左側面部
19 バックパネル
19a 後面部
19b 右側面部
20 トップパネル
21 水配管
21a 湾曲管部
21b 直線管部
22、22a、22b 冷媒配管
27 サービスパネル
28 水入口バルブ
29 湯出口バルブ
30,31 内部管
33 貯湯装置
34 貯湯タンク
35 水ポンプ
36,37 外部管
38,39 管
40 混合弁
41 給湯管
42 給水管
43 給湯管
44 給水管
50、60、80、90、91 撹拌部材としての撹拌板
51、61 撹拌部
51a 大径撹拌部
51b 小径撹拌部
D 凹凸
Fa 大径撹拌部群
Fb 小径撹拌部群
IG1、IG2 内周螺旋溝
IH1、IH2 内周螺旋凸部
IS 水入口部側
K 間隔
KW カルマン渦
L 長辺
O1 軸
OS 熱交換部側
OG1、OG2 外周螺旋溝
OH1、OH2 外周螺旋凸部
R 縁部
S 短辺
α1、α2 角1 Heat pump device 2 Compressor 4 Suction pipe 5 Discharge pipe 6 Blower 7 Air refrigerant heat exchanger 8, 58, 68, 78, 88, 98, 108 Water refrigerant heat exchanger 9 Electrical equipment storage box 9a Terminal block 10 Expansion valve 12 Storage container 14 Machine room 15 Blower room 16 Partition plate 17 Base 18 Front panel 18a Front 18b Left side 19 Back panel 19a Rear 19b Right side 20 Top panel 21 Water pipe 21a Curved pipe 21b Straight pipe 22, 22a, 22b Coolant pipe 27 Service panel 28 Water inlet valve 29 Hot water outlet valve 30, 31 Internal pipe 33 Hot water storage device 34 Hot water storage tank 35 Water pump 36, 37 External pipe 38, 39 Pipe 40 Mixing valve 41 Hot water supply pipe 42 Water supply pipe 43 Hot water supply pipe 44 Water supply Tubes 50, 60, 80, 90, 91 Stirring plate 51, 61 as a stirring member Stirring part 51a Large diameter stirring part 51b Small diameter stirring part D Concavo-convex Fa Large diameter stirring part group Fb Small diameter stirring part group IG1, IG2 Inner circumference spiral groove IH1, IH2 Inner circumference spiral convex part IS Water inlet side K spacing KW Kalman vortex L Long side O1 axis OS Heat exchange part side OG1, OG2 Outer spiral groove OH1, OH2 Outer spiral convex part R Edge S Short side α1, α2 Horn
Claims (24)
前記水配管の外周面に当接して配置され、前記水配管の内部の前記水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管と、
前記水配管内に配置され、前記水配管の軸に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌部材と、
を備えた水冷媒熱交換器。A water pipe through which liquid water flows,
A refrigerant pipe that is arranged in contact with the outer peripheral surface of the water pipe and through which a refrigerant that exchanges heat with the water inside the water pipe flows.
A stirring member arranged in the water pipe and made of a plate material having a spiral shape along the axis of the water pipe.
Water refrigerant heat exchanger equipped with.
前記長辺は、前記軸に沿って配置されている
請求項1または請求項2に記載の水冷媒熱交換器。The plate material constituting the stirring member has a short side and a long side in a cross section along the axis.
The water-refrigerant heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the long side is arranged along the axis.
前記長辺と前記軸とがなす角は、前記短辺と前記軸とがなす角よりも小さい
請求項1または請求項2に記載の水冷媒熱交換器。The plate material constituting the stirring member has a short side and a long side in a cross section along the axis.
The water-refrigerant heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the angle formed by the long side and the shaft is smaller than the angle formed by the short side and the shaft.
前記撹拌部材の少なくとも一部が前記内周螺旋溝に当接している
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。An inner spiral groove, which is a spiral groove along the axis, is formed on the inner peripheral surface of the water pipe.
The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the stirring member is in contact with the inner spiral groove.
請求項5に記載の水冷媒熱交換器。The water-refrigerant heat exchanger according to claim 5, wherein the direction of rotation of the spiral of the inner peripheral spiral groove and the direction of rotation of the spiral of the stirring member match.
前記水配管の前記外周面には、前記外周螺旋凸部が形成されていることにより相対的に形成された螺旋状の溝である外周螺旋溝が形成され、
前記冷媒配管が前記外周螺旋溝に沿って前記水配管に当接している
請求項5または請求項6に記載の水冷媒熱交換器。On the outer peripheral surface of the water pipe, an outer spiral convex portion, which is a spiral convex portion, is formed at a position corresponding to the inner peripheral spiral groove.
On the outer peripheral surface of the water pipe, an outer spiral groove, which is a spiral groove relatively formed by forming the outer spiral convex portion, is formed.
The water refrigerant heat exchanger according to claim 5 or 6, wherein the refrigerant pipe is in contact with the water pipe along the outer peripheral spiral groove.
前記撹拌部は、前記軸に沿った断面において前記短辺と前記長辺とを有し、
前記軸に沿った断面において、隣り合う前記短辺同士の間隔は、前記長辺の長さよりも長く構成されている
請求項3から請求項8のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。In the stirring member, a plurality of stirring parts are arranged in series and connected integrally.
The stirring unit has the short side and the long side in a cross section along the axis.
The water-refrigerant heat exchange according to any one of claims 3 to 8, wherein the distance between the adjacent short sides in the cross section along the axis is longer than the length of the long side. vessel.
複数の前記撹拌部のうち少なくとも一つは、前記水配管の前記内周面に当接する大径撹拌部であり、
複数の前記撹拌部のうち少なくとも一つは、前記大径撹拌部よりも外形が小さい小径撹拌部である
請求項5から請求項9のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。The stirring member includes a plurality of stirring parts connected in series, and the stirring member includes a plurality of stirring parts.
At least one of the plurality of stirring portions is a large-diameter stirring portion that abuts on the inner peripheral surface of the water pipe.
The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 5 to 9, wherein at least one of the plurality of stirring units is a small-diameter stirring unit having a smaller outer diameter than the large-diameter stirring unit.
外形の大きさが大きい方の前記撹拌部材内に、外形の大きさが小さい方の前記撹拌部材が配置されている請求項1から請求項13のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。A plurality of the stirring members having different external sizes are provided.
The water-refrigerant heat exchange according to any one of claims 1 to 13, wherein the stirring member having a smaller outer shape is arranged in the stirring member having a larger outer shape. vessel.
少なくとも二つの前記直線管部内には、前記撹拌部材がそれぞれ配置されている
請求項1から請求項15のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。The water pipe includes a curved pipe portion which is a curved pipe portion and a straight pipe portion which is a plurality of linear pipe portions.
The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 1 to 15, wherein the stirring member is arranged in at least two straight pipe portions.
複数の前記撹拌部の外形の大きさが互いに異なる
請求項1から請求項19のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。The stirring member includes a plurality of stirring parts, and the stirring member includes a plurality of stirring parts.
The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 1 to 19, wherein the external dimensions of the plurality of stirring units are different from each other.
前記撹拌部は、前記軸に沿った断面において前記短辺と前記長辺とを有し、
前記長辺の長さまたは前記軸に沿って隣り合う前記撹拌部同士の間隔が異なるように構成されている
請求項3から請求項20のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。The stirring member includes a plurality of stirring parts connected in series, and the stirring member includes a plurality of stirring parts.
The stirring unit has the short side and the long side in a cross section along the axis.
The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 3 to 20, wherein the length of the long side or the distance between the stirring portions adjacent to each other along the axis is different.
請求項1から請求項21のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 1 to 21, wherein the stirring member is arranged in the entire area of the water pipe around which the refrigerant pipe is wound.
請求項1から請求項21のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 1 to 21, wherein the stirring member is arranged in a predetermined part of a region of the water pipe around which the refrigerant pipe is wound. ..
前記圧縮機により圧縮された冷媒と水との間で熱を交換する請求項1から請求項23の何れか1項に記載の水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器によって熱交換した冷媒を減圧させる減圧装置と、
前記減圧装置で減圧された冷媒と外気との間で熱を交換する蒸発器と、
を備えるヒートポンプ装置。A compressor that compresses the refrigerant and
The water-refrigerant heat exchanger according to any one of claims 1 to 23, which exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and water.
A decompression device that decompresses the refrigerant that has been heat-exchanged by the water-refrigerant heat exchanger.
An evaporator that exchanges heat between the refrigerant decompressed by the decompression device and the outside air,
A heat pump device equipped with.
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