JP4211041B2

JP4211041B2 - ヒートポンプ給湯機

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Publication number: JP4211041B2
Application number: JP2005159305A
Authority: JP
Inventors: 孝行吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006336894A

Description

本発明は、熱交換器を備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来のヒートポンプ給湯機に、圧縮機、四方弁、水熱交換器、減圧器および空気熱交換器を順次接続して冷凍サイクルを構成するとともに、上記水熱交換器、貯湯タンクおよび水循環ポンプを順次接続して水サイクルを構成したヒートポンプ式給湯機において、ユニット本体内の上記圧縮機、空気熱交換器および送風機の上部に水熱交換器を設置し、この水熱交換器を扁平環状に巻回したパイプによって形成し、このパイプの内側にモータカバーで囲繞した水循環ポンプを設置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５９−１７５９４５号公報（第２−４頁、図１、図２）

特許文献１に記載のヒートポンプ給湯機は、空気熱交換器（給湯用熱交換器）の上部に水熱交換器（内部熱交換器）が設置されているため、給湯用熱交換器の高圧高温冷媒の温度と内部熱交換器の低圧側冷媒の温度（外気温より３〜１０ｄｅｇ低い）との温度差が非常に大きく、このため、給湯用熱交換器から内部熱交換器への熱交換が発生する。これは、水を加熱するための熱をロスしていることになる。特に、水を高温に加熱するための高圧高温冷媒からの熱のロスは、熱交換ユニットの効率を著しく低下させるという問題があった。

また、冬季にヒートポンプ給湯機を長期間使用しない場合は、水の凍結による配管の破壊を防止するため水抜きを行うが、給湯用熱交換器が熱交換ユニットの最下部に配置されている場合は、水が十分に抜けにくく、残水により給湯用熱交換器の水配管が破損し易いという問題もある。
さらに、内部熱交換器が送風室や機械室の上部に配置されているので、電気部品やファンモータ、あるいはサーミスタ交換などのサービスの際に、トップパネルを開けただけではこれらの作業ができないため、サービス性に問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、給湯用熱交換器から内部熱交換器への熱ロスを低減することにより熱交換器ユニットの効率を向上させると共に、給湯用熱交換器からの水抜きの際に残水量を低減して凍結による水配管の破壊を防止し、その上サービス性を改善することのできるヒートポンプ給湯機を提供することを目的としたものである。

本発明に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機、前記圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が流れる冷媒配管と給湯タンクから流入する水が流れる水配管との間で熱交換を行う給湯用熱交換器、絞り弁及び蒸発器を順次接続した冷凍サイクルと、前記給湯用熱交換器の冷媒出口側から前記絞り弁の入口側までの冷媒と前記蒸発器の冷媒出口側から前記圧縮機の吸入側までの冷媒を熱交換する内部熱交換器と、前記給湯用熱交換器の冷媒出口側と前記絞り弁の出口側を接続する内部熱交換器バイパス回路に設けられた流量調節弁とを備え、前記給湯用熱交換器と内部熱交換器とを送風室の下部に設置すると共に、前記給湯用熱交換器の上部に前記冷媒配管の高圧冷媒入口および前記水配管の水出口が設けられるとともに、前記給湯用熱交換器の下部に前記冷媒配管の高圧冷媒出口および前記水配管の水入口が設けられ、前記給湯用熱交換器を流れる前記冷媒および前記水が最も低温となる位置の下側に前記内部熱交換器を配置し、前記内部熱交換器を給湯用熱交換器の冷媒配管の出口付近に配置したものである。

本発明に係るヒートポンプ給湯機は、内部熱交換器を、給湯用熱交換器の底温である下部に隣接して配置したので、給湯用熱交換器と内部熱交換器との温度差を小さくできるため、給湯用熱交換器から内部熱交換器への伝熱による熱ロスを低減できると同時に、サービス性を向上することができる。また、給湯用熱交換器が内部熱交換器の上に配置されているので、水抜き栓と給湯用熱交換器との間に高低差が得られるため、水抜きの際に残水を少なくできる。さらに、内部熱交換器を機械室に配置しなくてもよいため、機械室内の他の配管の占有スペースを確保できるので構造設計が容易となり、配管どうしの当たりによる異常音の発生を防止することができ、配管の振動応力の裕度が大きくなって信頼性を向上することができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る給湯用熱交換器を備えた給湯室外機の分解斜視図、図２は図１の冷凍サイクル回路と給湯回路の配管系統図である。
図１の給湯室外機の最下段には給湯用熱交換器ユニット１１が配置されており、その上部の左側には蒸発器２１と外気との熱交換をするために風を送る送風機２２が配設された送風室が設けられている。また、給湯用熱交換器ユニット１１の上部の右側には送風機２２に隣接して圧縮機２３が設置され、右側手前には給湯回路の水を循環するポンプ２４が配置された機械室が設けられており、給湯タンク（図示せず）からの水を水入口バルブ２５を介して室内機内に取入れ、給湯用熱交換器ユニット１１に設けた給湯用熱交換器１の水配管２を経て、給湯出口バルブ３１から給湯タンクへ戻るようになっている。
また、外郭は、前面にグリル１９、左側面に外気の吸込み口を備えたフロントパネル１８、右側面から蒸発器２１の端部までを覆うバックパネル２０、さらにバルブ類を覆うサービスパネル２６がそれぞれ取付けられており、最上部にはトップパネル２７が配設されている。

図２において、圧縮機２３、給湯用熱交換器１、絞り弁２８及び蒸発器２１は順次接続されて冷凍サイクルを形成しており、また、給湯用熱交換器１の冷媒出口側から絞り弁２８の冷媒入口側までの冷媒と、蒸発器２１の冷媒出口側と圧縮機２３の吸入側までの冷媒を熱交換する内部熱交換器１５が設けられている。そして、給湯用熱交換器１の冷媒出口側と絞り弁２８の冷媒出口側との間に設けられた内部熱交換器バイパス回路２９には流量調節弁３１が設けられている。

上記のように構成した給湯設備において、圧縮機２３により高温、高圧になった加熱ガス冷媒は、給湯用熱交換器１の冷媒配管５に流入し、ポンプ２４により水入口バルブ２５から取り入れられた給湯タンクの水が、給湯用熱交換器１の水配管２を通過する際に熱交換されて水が加熱され、給湯出口バルブ３１を経て給湯タンクへ戻る。
また、水へ熱を伝えた冷媒は、絞り弁２８により減圧されて蒸発器２１に流入し、送風機２２により送風された外気から吸熱し、蒸発ガス化されて内部熱交換器１５で再加熱されて圧縮機２３へ戻る。なお、内部熱交換器１５へ流入する高圧冷媒の流量は、流量調整弁３０で調整される。

図３は上記の給湯用熱交換器ユニットの組込み状態を示す斜視図、図４は図３の給湯用熱交換器の説明図、図５は給湯用熱交換器を構成する水配管で、２ｂは２ａを左右方向に裏返した状態を示す。
この水配管２は図６に示すように、外周に複数条（例えば、２〜４条）の山部３ａと谷部３ｂが交互に設けられた山谷部３が、各条ごとに連続して螺旋状に設けられており、両端部には山谷部３が無い平滑部（接続部）が形成され、一方の平滑部の端部は袋状に拡管され後続する水配管２の平滑部が挿入されて連続的に接続できるようになっている。

再び図４において、高圧冷媒入口部７は、接続部６ａを介して複数の冷媒配管５に分岐され、水配管２の外周に設けた各条ごとの山谷部３の谷部３ｂに嵌め込んで全長にわたって巻き付けられる。そして、冷媒配管５が巻き付けられた水配管２は図５に示すように長円渦巻状に曲げ加工されて接続され、複数の冷媒配管５は合流する接続部６ｂを介して高圧冷媒出口部８に接続される。なお、４は複数の水配管２の接続部で、長円渦巻状の直線部に位置している。この給湯用熱交換器１においては、給水管２を流れる水と、冷媒配管５を流れる冷媒とは、対向流になるように構成されている。

図７は内部熱交換器１５の平面図及び側面図で、この内部熱交換器１５は２重管構造となっており、高圧冷媒配管１６である内管には高圧冷媒が流れ、低圧冷媒配管１７である外管には低圧冷媒が流れるようになっている。１６ａは高圧冷媒入口部、１６ｂは同じく出口部、１７ａは低圧冷媒入口部、１７ｂは同じく出口部である。なお、高圧冷媒配管（内管）１６に低圧冷媒が流れ、低圧冷媒配管（外管）１７に高圧冷媒が流れるようにしてもよい。

図８は給湯用熱交換器１と内部熱交換器１５の配置を示す説明図である。
給湯用熱交換器１の下部には、断熱材１３を介して内部熱交換器１５が配置されており、圧縮機２３から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯用熱交換器１の上部の高圧冷媒入口部７から流入し、水配管２内を流れる水を加熱して下部の高圧冷媒出口部８から流出したのち、高圧冷媒入口部１６ａから内部熱交換器１５の高圧冷媒配管１６に流入し、低圧冷媒配管１７内の低圧冷媒と熱交換したのち高圧冷媒出口部１６ｂから流出する。

一方、蒸発器２１より流出した低圧冷媒は、低圧冷媒入口部１７ａから低圧冷媒配管１７に流入し高圧冷媒配管１６を流れる高圧冷媒より熱回収したのち、低圧冷媒出口部１７ｂから流出し、圧縮機２３に吸入される。また、水配管２を流れる水は、水配管流入部２ｃから流入し、冷媒配管５を流れる高温高圧冷媒により加熱されたのち、水配管流出部２ｄより流出する。なお、１２は水抜き栓であり、給湯用熱交換器ユニット１１の最下部に設けられ、給湯用熱交換器１の下部と配管接続されている。

図９は冷媒に二酸化炭素を用いた場合の給湯用熱交換器１と内部熱交換器１５の流路長と温度との関係を示す線図である。図の上部は給湯用熱交換器１内の温度を示し、下部左側は内部熱交換器１５内の温度を示す。高温高圧で超臨界状態の冷媒の流れ方向は右から左で、実線で示すように、流入後急激に温度が低下し、その後ピンチポイントを経て徐々に温度が低下していく。流入時の温度は環境条件にもよるが８０〜１５０℃であり、流入後の急激な温度の低下は冷媒の物性値（比熱等）によるものである。

一方、水は冷媒に対して対向流のため流れ方向は左から右で、破線で示すように、流れ方向に対して徐々に加熱される。水の最大加熱温度は約９０℃である。
高圧冷媒は給湯用熱交換器１を流出後、図の左下にある内部熱交換器１５に右端から流入し低圧冷媒と熱交換する。低圧冷媒は高圧冷媒の流れ方向に対して対向流のため流れ方向は左から右で、１点鎖線で示すように、流れ方向に対して徐々に加熱される。

本実施の形態においては、給湯用熱交換器１の冷媒及び水が最も低温の位置（下側）に内部熱交換器１５を配置したので、内部熱交換器１５の低圧側冷媒温度（外気温より３〜１０ｄｅｇ低い）との温度差が最も小さく、このため、給湯用熱交換器１から内部熱交換器１５への熱交換が最少限に抑制される。これにより、冷媒の熱エネルギーを無駄なく水を加熱するために熱交換することができる。特に、高温に水を加熱する際に高温冷媒からの熱ロスがないので、給湯用熱交換器ユニット１１の沸き上げ効率を向上することができる。

また、冬期にヒートポンプ給湯機を長期間使用しない場合は、水の凍結による配管の破壊防止のため水抜きを行うが、給湯用熱交換器１が内部熱交換器１５の上に配置されているので、水抜き栓１２と給湯用熱交換器１との間に高低差が得られるため、水抜きの際に残水を少なくすることができる。このため、残水の凍結による配管の破壊を防止することができ、信頼性を向上することができる。

さらに、内部熱交換器１５を機械室に配置しなくてもよいため、機械室内の他の配管の占有スペースを確保できるので配管の構造設計が容易になり、配管どうしの当たりによる異常音の発生を防止することができ、配管の振動応力が大きくなって信頼性を向上することができる。

［実施の形態２］
図１０は本発明の実施の形態２に係る給湯用熱交換器の説明図、図１１は同じく内部熱交換器の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
給湯用熱交換器１は、実施の形態１の場合と同様に、水配管２の外周に螺旋状に連続的に設けた複数条の山谷部３の谷部３ｂにそれぞれ冷媒配管５を嵌め込んで巻き付け、長円コイル状に曲げ加工して形成したものである。なお、水配管２の接続部４は長円コイル状の直線部に位置しており、冷媒と水とは対向流になるように構成されている。
また、内部熱交換器１５は低圧冷媒配管１７の外周に、高圧冷媒配管１６を螺旋状に巻き付けて曲げ加工したものである。なお、低圧冷媒配管１７の外周に水配管２の場合と同様に山谷部を設け、その谷部に沿って高圧冷媒配管１６を巻き付けてもよい。

図１２は給湯用熱交換器１と内部熱交換器１５の配置を示す説明図で、内部熱交換器１５は給湯用熱交換器１の下部側方に配置されている。この場合内部熱交換器１５の高さを給湯用熱交換器１の高さの２分の１以下とすることが望ましい。
圧縮機２３から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯用熱交換器１の上部の高圧冷媒入口部７から流入して水配管２内の水を加熱し、下部の高圧冷媒出口部８から流出したのち、内部熱交換器１５の高圧冷媒配管１６に流入して低圧冷媒配管１７内の低圧冷媒と熱交換し、高圧冷媒出口部８から流出する。

一方、蒸発器２１から流出した低圧冷媒は、低圧冷媒入口部１７ａから低圧冷媒配管１７に流入し、高圧冷媒配管１６を流れる高圧冷媒より熱回収したのち低圧配管出口部１７ｂより流出し、圧縮機２３に吸入される。また、水は給湯用熱交換器１の下部の水配管流入部２ｃから水配管２に流入し、冷媒配管５を流れる高圧高温冷媒により加熱され、上部の水配管流出部２ｄから流出する。なお、水抜き栓１２は、給湯用熱交換器ユニット１１の下部に配管接続されている。本実施の形態に係る給湯用熱交換器１と内部熱交換器１５の流路長と温度との関係は、図９の場合と同様である。
本実施の形態の効果は、実施の形態１の場合と同様である。

［実施の形態３］
図１３は本発明の実施の形態３に係る給湯用熱交換器の要部断面図、図１４は図１３の一部拡大図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号が付してある。
本実施の形態は、外周に設けた複数条（図には３条の場合が示してある）の山谷部３を各条ごとに連続して螺旋状に設けた水配管２に、３パスの冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを各条の谷部３ｂに沿ってそれぞれ螺旋状に巻き付け、水配管２と冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃとの接触面積を拡大したものである。なお、本実施の形態においては、山谷部３の谷部３ｂをほぼ逆台形状に形成した。

そして、水配管２内の水の流れ方向（矢印で示す）に対して、入口で分岐した冷媒は冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃ内をそれぞれ螺旋状に対向流となるように逆方向に流れ、出口で再び合流して１本になる。この場合、冷媒にはＣＯ₂、ＨＦＣ、ＨＣＦＣ、ＨＣ、Ｈ₂Ｏ等を用いることができるが、これに限定するものではない。

図１４において、水配管２の外周に設けた山谷部３の山部３ａの高さＨは、冷媒配管５の半径Ｒ_o／２以上で直径Ｒ_o以下となるようにした。すなわち、谷部３ｂの山部側斜面３ｃと冷媒配管５との接触面積を安定して確保するために、山部３ａの高さを冷媒配管５の半径Ｒ_o／２より大きくしたものである。また、山部３ａのスパイラルピッチＰは、冷媒配管５の直径Ｒ_o以上で直径Ｒ_oの２倍以下となっている。

このように、水配管２の外周に特定範囲のピッチＰで、特定範囲の山部３ａの高さＨで形成した山谷部３に沿って冷媒配管５を巻き付けるので、山谷部３がガイドとなって冷媒配管５を容易に所定の位置に巻き付けて固定することができ、冷媒配管５の過度の偏平化や座屈の発生を防止することができる。

また、山谷部３の谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂを、冷媒配管５の内径Ｒ_i以上で、外径Ｒ_o＋０．２４ｍｍ以下とした。このように、内径マンドレルの挿入等によって谷部３ｂの幅Ｂを冷媒配管５の内径Ｒ_i以上とすることにより、冷媒配管５が谷部３ｂの底部３ｄに確実に接触すると共に、冷媒配管５を巻き付けるときの張力によって底部３ｄへの押し付け力が発生し易くなるので、接触熱抵抗を低減することができる。

本実施の形態において、水配管２の外周に設けた山谷部３の山部３ａの高さＨが高すぎて冷媒配管５の直径Ｒ_oを超えると、熱交換器としてのスペース効率が悪くなってコンパクト化を妨げると共に、山部３ａのピッチＰが冷媒配管５の直径Ｒ_o以下だと冷媒配管５を谷部３ｂの奥まで嵌め込むことができず、このため、冷媒配管５が谷部３ｂの底部３ｄに接触できないため、冷媒配管５と水配管２との接触伝熱面積が低下し、本来の目的を果すことができない。また、山部３ａのピッチＰが大きすぎて冷媒配管５の直径Ｒ_oの２倍を超えると、水配管２の単位長さ当たりに対する冷媒配管５の全長が短かくなるので、給湯用熱交換器としての性能が低下し、好ましくない。

また、本実施の形態は、水配管２の谷部３ｂと冷媒配管５の接触面積をロウ付け等によって拡大する場合にも、谷部３ｂの山部側傾斜面３ｃと冷媒配管５と間のロウ付け隙間を設計することができる。一般に、ロウ付け品質を確保するためには、ロウ付け隙間は０．０８ｍｍ〜０．１２ｍｍとするのが工作上望ましく、このため、冷媒配管５と山部側傾斜面３ｃとの隙間を両側で０．１６ｍｍ〜０．２４ｍｍとすればよく、したがって、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂを冷媒配管５の直径Ｒ_o＋０．１６〜０．２４ｍｍとすれば好適である。これにより、少ないロウ材で谷部３ｂと冷媒配管５との接触面積を拡大することができる。

また、水配管２の外周に設けた山谷部３は、図１３に示すように、水配管２の内部に乱流が発生し易い形状となっているため、乱流促進効果により伝熱性能を向上することができる。
さらに、水配管２に設けた山谷部３の山部３ａは、熱交換フインとしても作用するので、フイン効率アップ効果により熱伝導性が向上する。

本実施の形態によれば、冷媒配管５は水配管１の外周に設けた谷部３ｂの底部３ｄに接触すると共に、谷部３ｂの山部側傾斜面３ｃと冷媒配管５との最小隙間部分が、直接又はロウ付け等により接触するので、接触部分が３箇所となって伝熱的に接合される。このため、従来の平滑水配管に冷媒配管を巻き付けた給湯用熱交換器に比べて、有効接触伝熱面積を３倍以上に拡大することができ、このため、前述の乱流促進効果やフイン効率向上も相乗効果として作用することにより、単位水配管長さ当りのＡＫ値（伝熱面積×熱通過率）を大幅に向上することができる。

ここで、水配管２は、燐脱酸銅平滑管の両端部を固定し、内径側にマンドレルを挿入して捩り加工を加えることにより製造したが、これに限定するものではなく、液圧バルジ加工や鋳鍛造、切削加工、転造加工等、他の配管加工技術により水配管２を製造してもよい。また、水配管２の原材料を内面溝付き管とすれば、好適な効果を奏することができる。
また、水配管２及び冷媒配管５の材質は、燐脱酸銅に限定するものではなく、用途に応じて、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタンなどの配管用金属又はそれらの合金等を用いてもよい。
以下に、本実施の形態の実施例について説明する。

水配管２は、山谷部３の山部３ａの外径ＳＲ_o：１４．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：８．０ｍｍ、条数：４、山部３ａの高さＨ：２．５ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：４．８ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：３．０ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：３．２ｍｍ、内径Ｒ_i：２．０ｍｍ、冷媒は４パスで、ロウ付けは無し。
本実施例においては、水配管２の山谷部３と冷媒配管５の寸法関係を圧入気味に設定することにより、両者の間にロウ付けを行わなくても、比較的優れた伝熱性能を発揮できた。

水配管２は、外径ＳＲ_o：１４．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：８．０ｍｍ、条数：３、山部３ａの高さＨ：３．０ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：５．８ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：３．５ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：３．６ｍｍ、内径Ｒ_i：２．４ｍｍ、冷媒は３パスで、φ０．８のりん銅を螺旋状に巻き付けてロウ付けした。

本実施例においては、伝熱接触部にロウ付けにより伝熱接合を施したので、伝熱性能がさらに向上した。ロウ付けにあたっては、図１５（ａ）に示すように、水配管２の山部３ａと冷媒配管５との隙間、あるいは図１５（ｂ）に示すように、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間の隙間に、ロウ材９又はハンダ材等を巻き付けてもよく、さらには、図１６に示すように、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間に、リボン状のロウ材９又はハンダ材等を巻き付けるなど、適宜実施することができる。

水配管２は、外径ＳＲ_o：１５．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：９．０ｍｍ、条数：２、山部３ａの高さＨ：３．５ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：６．２ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：４．０ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：４．０ｍｍ、内径Ｒ_i：２．８ｍｍ、冷媒は２パスで、幅：３．５ｍｍ、厚み：０．２ｍｍのリボン状のハンダ材９を、図１６に示すようにセットしてハンダ付けした。

水配管２は、外径ＳＲ_o：１８．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：１０．０ｍｍ、条数：４、山部３ａの高さＨ：３．５ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：７．２ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：５．０ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：５．０ｍｍ、内径Ｒ_i：４．０ｍｍ、冷媒は２パスで、図１６に示すように、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間に、例えば、アルミニウム、ハンダ、ロウ材等のリボン状の低融点金属９を巻き付けて接合した。

実施例４においては、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間に、アルミニウム、ハンダ、ロウ材等の塑性変形能力の高い低融点金属９を挟むようにしたので、加圧力が十分な場合には、実施例１の場合と同様に、加熱ロウ付けを行わなくても優れた伝熱接合を実現することができる。なお、実施例に示してないが、実験結果によれば、水配管２の山谷部３の山部３ａの外径ＳＲ_oは内径ＳＲ_iの１．５倍以上２．５倍以下とすることが望ましく、また、水配管２の内径ＳＲ_iは８ｍｍ以上１２ｍｍ以下とすることが望ましい。

図１７は水配管２の谷部３ｂに冷媒配管５を加熱ロウ付けした状態を示す説明図である。加熱ロウ付けは、炉中ロウ付け、高周波ロウ付け、ガスバーナーロウ付け等により行うことができる。なお、ハンダ付けの場合も同様である。

本実施の形態によれば、水配管２の外周に設けた山谷部３及びこれに巻き付けられる冷媒配管５の寸法を適宜設定することにより、両者の間にロウ付けを行うことなく、又は両者の間にアルミニウム、ハンダ、ロウ材等の塑性変形能力の高い低融点金属を介装することにより、加熱ロウ付けを行い、若しくは加圧力により両者を一体に接合するようにしたので、伝熱接合する際に顕著な生産性向上や品質の向上をはかることができ、優れた伝熱性能を発揮することができる。なお、本実施の形態は実施の形態１，２に適用しうることは云う迄もない。

［実施の形態４］
図１８は本発明の実施の形態４に係る水配管の外周に設けた山谷部の条数と、これに巻き付ける冷媒配管のパスパターンの事例を示す説明図である。
図１８（ａ）は山谷部３が２条、冷媒配管５が２パスの例、図１８（ｂ）は山谷部３が３条、冷媒配管５が３パスの例を示し、図１８（ｃ）は山谷部３が３条、冷媒配管５が２パスの例、図１８（ｄ）は山谷部３が４条、冷媒配管５が４パスの例、図１８（ｅ）は山谷部３が４条、冷媒配管５が２パスの例をそれぞれ示す。これら２〜４パスに分岐された冷媒配管５は、前述のように入口及び出口で統合されてそれぞれ１本になる。
このような水配管２の山谷部３の条数と、これに巻き付けられる冷媒配管５のパス数は、冷媒の流量、流速、圧損などの特性に応じて好適に選択することができる。

上述した本発明に係る給湯用熱交換器は、ヒートポンプ式給湯機用の熱交換器に限定するものではなく、水と冷媒に係る熱交換器に広く適用することができる。なお、本発明に係る熱交換器は、外周に断熱テープを巻いたり、断熱材で覆たりすることにより、熱交換性能をさらに向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る給湯用熱交換器を備えた給湯室外機の分解斜視図である。図１の冷凍サイクル回路と給湯回路の配管系統図である。図１の給湯用熱交換器ユニットの構成を示す斜視図である。図３の給湯用熱交換器の説明図である。図４の給湯用熱交換器を構成する水配管の説明図である。図５の水配管の拡大図である。図３の内部熱交換器の平面図及び側面図である。給湯用熱交換器と内部熱交換器の配置を示す説明図である。給湯用熱交換器と内部熱交換器の流路長と温度との関係を示す線図である。本発明の実施の形態２に係る給湯用熱交換器の説明図である。実施の形態２に係る内部熱交換器の説明図である。実施の形態２の給湯用熱交換器と内部熱交換器の配置を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係る熱交換器の要部断面図である。図１３の一部拡大図である。実施例２の説明図である。実施例４の説明図である。水配管の谷部と冷媒配管とを加熱ロウ付けにより接合した状態を示す説明図である。本発明の実施の形態４に係る水配管の山谷部の条数とこれに巻き付ける冷媒配管のパスパターンの事例を示す説明図である。

符号の説明

１給湯用熱交換器、２水配管、３山谷部、３ａ山部、３ｂ谷部、３ｃ山部側傾斜面、３ｄ底部、４接続部、５冷媒配管、１５内部熱交換器、１６高圧冷媒配管、１７低圧冷媒配管。

Claims

圧縮機、前記圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が流れる冷媒配管と給湯タンクから流入する水が流れる水配管との間で熱交換を行う給湯用熱交換器、絞り弁及び蒸発器を順次接続した冷凍サイクルと、
前記給湯用熱交換器の冷媒出口側から前記絞り弁の入口側までの冷媒と前記蒸発器の冷媒出口側から前記圧縮機の吸入側までの冷媒を熱交換する内部熱交換器と、
前記給湯用熱交換器の冷媒出口側と前記絞り弁の出口側を接続する内部熱交換器バイパス回路に設けられた流量調節弁とを備え、
前記給湯用熱交換器と内部熱交換器とを送風室の下部に設置すると共に、
前記給湯用熱交換器の上部に前記冷媒配管の高圧冷媒入口および前記水配管の水出口が設けられるとともに、前記給湯用熱交換器の下部に前記冷媒配管の高圧冷媒出口および前記水配管の水入口が設けられ、
前記給湯用熱交換器を流れる前記冷媒および前記水が最も低温となる位置の下側に前記内部熱交換器を配置し、
前記内部熱交換器を給湯用熱交換器の冷媒配管の出口付近に配置したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記給湯用熱交換器の下部と配管接続され、前記給湯用熱交換器と前記内部熱交換器が組み込まれた給湯用熱交換器ユニットの最下部に設けられた水抜き栓を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
圧縮機、前記圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が流れる冷媒配管と給湯タンクから流入する水が流れる水配管との間で熱交換を行う給湯用熱交換器、絞り弁及び蒸発器を順次接続した冷凍サイクルと、前記給湯用熱交換器の冷媒出口側から前記絞り弁の入口側までの冷媒と前記蒸発器の冷媒出口側から前記圧縮機の吸入側までの冷媒を熱交換する内部熱交換器と、前記給湯用熱交換器の冷媒出口側と前記絞り弁の出口側を接続する内部熱交換器バイパス回路に設けられた流量調節弁とを備え、
前記給湯用熱交換器と内部熱交換器とを送風室の下部に設置すると共に、
前記給湯用熱交換器の上部に前記冷媒配管の高圧冷媒入口および前記水配管の水出口が設けられるとともに、前記給湯用熱交換器の下部に前記冷媒配管の高圧冷媒出口および前記水配管の水入口が設けられ、
前記内部熱交換器を給湯用熱交換器の冷媒配管の出口付近であって、給湯用熱交換器の２分の１の高さ以下で前記給湯用熱交換器の側方に配置したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記給湯用熱交換器は、外周に複数条の山谷部を毎条ごとに連続して螺旋状に設けた水配管と、該水配管の山谷部に沿って螺旋状に巻き付けられる冷媒配管とを備え、前記冷媒配管を水配管の山谷部の谷部に嵌め込んで巻き付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記熱交換用水配管に巻き付ける冷媒配管を複数パスとしたことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ給湯機。
前記熱交換用水配管を流れる水と、前記冷媒配管を流れる冷媒とが対向流となるように構成したことを特徴とする請求項４又は５記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管の山谷部の山部の外径を、その内径の１．５倍以上２．５倍以下としたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管は両端に前記山谷部のない接続部を有し、
この接続部により複数の前記水配管を接続するとともに、
この複数接続された水配管は長円渦巻状に曲げ加工され、前記接続部が前記長円渦巻状の直線部に位置するように複数の前記水配管を配置したことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管の山谷部の山部のピッチを、冷媒配管の外径以上で外径の２倍以下に形成したことを特徴とする請求項４〜８のいずれか記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管の山谷部の谷部の底部の幅を、冷媒配管の内径以上で外径＋０．１６ｍｍ〜０．２４ｍｍ以下に形成したことを特徴とする請求項４〜９のいずれか記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管の山谷部の山側傾斜面と冷媒配管との間に形成された最小隙間部分を伝熱的に接合したことを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管の山谷部とこれに巻き付けられた冷媒配管とを、低融点金属により接合したことを特徴とする請求項４〜１１いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記水配管の内径が８ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４〜１２いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記内部熱交換器は、前記蒸発器の冷媒出口側から前記圧縮機の吸入側までの冷媒が流れる低圧冷媒配管の外周に、前記冷媒出口側から前記絞り弁の入口側までの冷媒が流れる高圧冷媒配管を螺旋状に巻き付けて曲げ加工したものであることを特徴とする請求項１〜１３いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
前記冷媒配管を流れる冷媒は、二酸化炭素冷媒であることを特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載のヒートポンプ給湯機。