JP5194035B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

ヒートポンプ給湯機は、一般的に、夜間の割引電気料金を利用してヒートポンプ運転を行い、水を加熱して高温水として貯湯タンクに蓄えておき、昼間は、使用時に蛇口を開いたとき前記貯湯タンク内の高温水に水を混ぜて適温水として給湯するものである。

ヒートポンプ給湯機に使用する水は、塩素（カルキ成分）やカルシウム，マグネシウム（硬度成分）などを含んでいる。例えば、水道水の場合には、殺菌作用を保持するための塩素（カルキ成分）を含んでおり、井戸水の場合には、カルシウム，マグネシウム（硬度成分）などを含んでいる。

このため、長期間使用するうちにこれらの成分が水中から析出し、不純物と共に水配管の内壁面にスケールとして付着し水循環を阻害する恐れがある。炭酸カルシウムを主体とする硬度成分の溶解度は水温が高いほど低下して析出し易くなる。

これらが析出すると、スケールとして付着し、流量を低下させるなどの問題が発生する。この問題は、特に高温（約８５〜９０℃）貯湯運転時に顕著であり、水冷媒熱交換器の出湯部付近において析出し易い。

前記水冷媒熱交換器の水回路におけるスケール付着に対する解決手段としては、水冷媒熱交換器の水側出口部に接続する水配管の内部を水の流れ方向に従って拡大することにより、流量抵抗を小さくしてスケールの付着を少なくする方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−７７０６２号公報

しかし、スケールは、水冷媒熱交換器の出湯口付近に析出して付着するものであるため、特許文献１に提案される従来技術では、スケールの付着を好適に防止することができない。

そこで、本発明は、特に高温となる水側伝熱管の高温部分において、スケールが析出し、付着することを好適に防止することができるヒートポンプ給湯機を提供することを課題とする。

本発明は、圧縮機，第二水冷媒熱交換器，第一水冷媒熱交換器，減圧装置、及び空気熱交換器を直列に接続したヒートポンプ冷媒回路と、前記第一水冷媒熱交換器及び第二水冷媒熱交換器を直列に接続し、前記第一及び第二水冷媒熱交換器を介して水を加熱する水加熱回路とを備えるヒートポンプ給湯機において、前記第一水冷媒熱交換器は、水側伝熱管と冷媒側伝熱管とを互いに密着させてコイル状に巻いた構造であり、前記第二水冷媒熱交換器は、前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管よりも太い水側伝熱管に冷媒側伝熱管を巻き付けた構造であり、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、内面に押出し凸条部を設けることにより、前記内面に凹凸が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、特に高温となる水側伝熱管の高温部分において、スケールが析出し、付着することを好適に防止することができるヒートポンプ給湯機を提供することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機の実施例における、ヒートポンプ冷媒回路，給湯回路，運転制御手段、及び部品の概略構成の一例を示す模式図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例における、夜中の貯湯運転から翌日の給湯運転，タンク沸増し運転，学習制御に及ぶ１日の運転動作の一例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第一水冷媒熱交換器および第二水冷媒熱交換器の一例を示す上面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第一水冷媒熱交換器および第二水冷媒熱交換器の一例を示す正面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内側に押出し凸条部を設けた場合を示す正面外観図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内側に押出し凸条部を設けた場合を示す正面断面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管として、金属管をスパイラル状に捻じり加工したコルゲート管とした場合を示す正面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内側にスパイラル状の溝を設けた場合を示す正面断面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内側に水の流れ方向に平行な溝を設けた場合を示す上面断面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内部に攪拌材を設けた場合を示す正面断面図である。 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例において、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内部にコイル状金属部品を設けた場合を示す正面断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯機について説明する。

まず、前記特許文献１に提案される従来技術は、水冷媒熱交換器の水側出口部に接続される水配管の内径を徐々に拡大するようにしたものである。しかし、水配管は直線状であるため水の流量抵抗が小さく、水の滞留がなく、加熱源の冷媒管と接触していないため、比較的スケール付着量の少ない箇所である。

一方、従来の水冷媒熱交換器は、前記特許文献１に示されるように水側伝熱管と冷媒側伝熱管を二重管とするか又は平行に密着させてコイル状に巻き付けた構造としている。このため、水側伝熱管は伝熱性能を確保するため必要以上に太くすることができず、かつＲ状曲がり部が多いため、直線状の水配管に較べて流量抵抗が大きい。

特に、冬期は高温沸上げ（約９０℃）を行うため、水冷媒熱交換器の出湯口付近にスケールが析出して水側伝熱管の曲がり部に付着し、徐々に堆積して流量を阻害し性能劣化の原因となるおそれがあった。

そこで、従来のヒートポンプ給湯機の実機調査を行ったところ、スケールの付着し易いのは水冷媒熱交換器における熱源である冷媒側伝熱管と直接接触する水側伝熱管であることが判明した。特に高温条件（約８０〜９０℃）で長時間運転した場合、圧縮機から吐出された冷媒が最初に接する水冷媒熱交換器の出湯部付近に付着量が多いことが判明した。また、スケールの析出，付着の要因は温度と形状であることに着目した。さらに、水冷媒熱交換器の出湯部付近に曲がり部があると、この曲がり部の付着量が多いことも判明した。

前記調査結果に基づいた本実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、水冷媒熱交換器を区分けし、主体となる比較的低温水（８０℃以下）の入水側部分を第一水冷媒熱交換器、第一水冷媒熱交換器よりも容量が小さく、かつ、高温水（約８０〜９０℃）となる出湯側を第二水冷媒熱交換器としている。

具体的には、本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機，第二水冷媒熱交換器，第一水冷媒熱交換器，減圧装置、及び空気熱交換器を直列に接続したヒートポンプ冷媒回路と、前記第一水冷媒熱交換器及び第二水冷媒熱交換器を直列に接続し、前記第一及び第二水冷媒熱交換器を介して水を加熱する水加熱回路とを備えるヒートポンプ給湯機において、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、内面に凹凸を有する。

また、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、内面に押出し凸条部を設けることにより、前記内面に凹凸が形成される。

具体的には、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、金属管をスパイラル状に捻じり加工したコルゲート管であってもよい。また、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、スパイラル状の内面溝付管であってもよい。また、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、水の流れ方向に平行な内面溝付管であってもよい。

上記構成によれば、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の形状として、内面に凸条部，コルゲート管，スパイラル状の内面溝付又は水の流れ方向に平行な内面溝付とすることにより、従来の内面平滑管に比べ、循環水が乱流化してスケールの付着を防止すると共に、循環水と接触する管内面積が増えるので熱交換性能の向上を図ることができる。

また、本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機，第二水冷媒熱交換器，第一水冷媒熱交換器，減圧装置、及び空気熱交換器を直列に接続したヒートポンプ冷媒回路と、前記第一水冷媒熱交換器及び第二水冷媒熱交換器を直列に接続し、前記第一及び第二水冷媒熱交換器を介して水を加熱する水加熱回路とを備えるヒートポンプ給湯機において、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、内側に水の流れによって動作する可動部材を有するものであってもよい。

上記構成によれば、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内面に、水の流れによって動作する可動部材を設けることにより、管内の流路が攪拌されることによる熱伝達率の向上を図ることができる。さらに、可動部材が水側伝熱管の内面とこすれ合う構造を採用すれば、スケールの付着を防止することができるとともに付着した場合においても、付着物の剥離を促進することもできる。

また、前記可動部材は、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の内側の水を攪拌する攪拌部材であってもよい。

また、前記可動部材は、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管を流れる水によって伸縮するコイル状部品であってもよい。

また、本発明の実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機，第二水冷媒熱交換器，第一水冷媒熱交換器，減圧装置、及び空気熱交換器を直列に接続したヒートポンプ冷媒回路と、第一水冷媒熱交換器及び第二水冷媒熱交換器を直列に接続し、前記第一及び第二水冷媒熱交換器を介して水を加熱する水加熱回路とを備えるヒートポンプ給湯機において、前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温は、８０℃以下となるように設定される。

上記構成によれば、前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温を高温条件時において８０℃以下とするので、出湯設定温度の如何に拘わらず直接温度制御するので温度抑制の確実性が増し、硬度成分の析出を抑制しスケールの付着防止を図ることができる。

また、前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温と第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温との温度差が１０℃以上となるように設定される。

上記構成によれば、前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温と第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温との差を１０℃以上とするので、高温条件（８５℃〜９０℃）での運転においても第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温は８０℃以下となり、硬度成分の析出を抑制しスケールの付着防止を図ることができる。

また、前記第一水冷媒熱交換器は、水側伝熱管と冷媒側伝熱管とを交互に巻いた円筒状コイルとし、前記第二水冷媒熱交換器は、直線状の水側伝熱管に冷媒側伝熱管を巻き付けた構造である。

上記構成によれば、簡単な構造で容易に製造できる信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。

また、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管に対し、容量が１／２以下で、かつ、直線状である。

上記構成によれば、高温（８５〜９０℃）沸上げ設定温度において、第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯口温度を約８０℃以下に抑えることが可能となり、炭酸カルシウムを主体としたスケールの発生を抑制できる。また、第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管においては、高温にはなるが直線とすることにより、水流の滞留する部位がなく、スケールが付着しにくくなる。また、前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管を第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管よりも太くすれば、管内面積を大きくすることができるため、スケールが付着した場合でも、その影響を小さくすることができる。

以下、本発明の実施例を図１〜図１１によって説明する。

図１は、本実施例に係るヒートポンプ給湯機の部品構成の一例を示す。ヒートポンプ給湯機はヒートポンプ冷媒回路の構成部品を収納したヒートポンプユニット３０と、貯湯タンク１０及び給湯回路構成部品を収納した貯湯ユニット４０、及び運転制御手段５０を備えて構成されている。

ヒートポンプ冷媒回路は圧縮機１，第二水冷媒熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａ，３ｂ，第一水冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａ，２ｂ，減圧装置４，空気熱交換器５を、それぞれ冷媒配管を介して直列に接続して構成されており、その中に炭酸ガス（ＣＯ₂）冷媒が封入されている。

圧縮機１はＰＷＭ制御，電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組み合わせ制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば６０００回転／分）まで回転数制御ができるようになっている。冬期などで高温貯湯（約８５〜９０℃）する場合は通常より大きな回転数（３０００〜４０００回転／分）で運転し、通常の貯湯温度（約６５℃）で運転する場合は比較的小さな回転数（１０００〜２０００回転／分）で運転する。

第二水冷媒熱交換器３は圧縮機１から吐出される高温冷媒を流す上流側の冷媒側伝熱管３ａ，３ｂ、および貯湯タンク１０の下側の低温水が循環し第一水冷媒熱交換器２を経て加熱された高温水を流す水側伝熱管３ｃとで構成され、冷媒側伝熱管３ａ，３ｂと水側伝熱管３ｃとの間で熱交換するよう密着して設けられる。

第一水冷媒熱交換器２は、圧縮機１から吐出され第二水冷媒熱交換器３で必要分放熱した後の高温冷媒を流す下流側の冷媒側伝熱管２ａ，２ｂ、および貯湯タンク１０の下側の低温水が流入する水側伝熱管２ｃ，２ｄ、とで構成され、冷媒側伝熱管２ａ，２ｂと水側伝熱管２ｃ，２ｄ、との間で熱交換するよう密着して設けられる。

即ち、貯湯タンク１０内の低温水は、貯湯タンク１０底部から第一水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ，２ｄに流入して加熱され相応の高温水となって第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管３ｃに送られ、冷媒側伝熱管３ａ，３ｂで更に規定温度に加熱されて貯湯タンク１０の上部から貯湯される。

例えば、冬期高温貯湯で規定温度９０℃の場合、貯湯タンク１０内の約１０℃の低温水を第一水冷媒熱交換器２で８０℃近くまで加熱し、更に第二水冷媒熱交換器３で９０℃まで加熱するものである。

次に、減圧装置４としては一般に電動膨張弁が使用され、第二水冷媒熱交換器３及び第一水冷媒熱交換器２を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として空気熱交換器５へ送る。また、減圧装置４は冷媒回路の絞り量を変えてヒートポンプ冷媒回路内の冷媒循環量を調節する働きや、冬期低温時にヒートポンプ運転して空気熱交換器５に着霜した場合、前記絞り量を全開にして中温冷媒を空気熱交換器５に多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行う。

空気熱交換器５は送風ファン６の回転により外気を取り入れ空気と冷媒との熱交換を行い、外気から熱を吸収する役目を行う。

貯湯ユニット４０は貯湯，タンク給湯などを行うための水循環回路を備えて構成されている。

貯湯回路は、夜間定期的に行う貯湯運転、及び残湯量が規定値以下になった場合のみ運転するタンク沸上げ運転によって貯湯タンク１０に高温水を貯めるための水回路で、貯湯タンク１０，タンク循環ポンプ１５，第一水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ，２ｄ，第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管３ｃ，貯湯タンク１０が水配管を介して順次直列に接続され構成されている。

タンク給湯回路は、給水金具７，減圧弁８，給水水量センサ９，貯湯タンク１０，湯水混合弁１２，給湯金具１３が水配管を介して順次直列に接続され構成されている。

なお、給水金具７は水道などの給水源に接続され、給湯金具１３は台所蛇口１４などに接続されている。また、給湯金具１３からは、洗面や風呂湯張り回路（図示せず）などにも給湯できる。

次に、運転制御手段５０は、ヒートポンプ冷媒回路の運転・停止並びに圧縮機１の回転数制御を行うと共に、減圧装置４の冷媒絞り量調整，タンク循環ポンプ１５の運転・停止及び、湯水混合弁１２などを制御することにより、貯湯運転（沸上げ運転），給湯運転などを行うものである。

また、運転制御手段５０は、冬期低温時は高温貯湯の規定温度（例えば８５〜９０℃）で貯湯すると共に周囲温度や給水温度が低く加熱負荷が大きいため高回転数（例えば３０００〜４０００回転／分）とし、夏期や中間期は加熱負荷が軽いので通常貯湯の規定温度（約６５℃）で比較的低回転数（例えば１０００〜２０００回転／分）とするなどの最適運転制御手段を有している。

更に、ヒートポンプ給湯機には、貯湯タンク１０の貯湯温度や貯湯量を検知するための複数のタンクサーミスタ１０ａや各部の冷媒温度や水温を検知する各部サーミスタ、及び圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサ等（いずれも図示せず）が設けられ、各検出信号は運転制御手段５０に入力されるように構成されている。運転制御手段５０はこれらの信号に基づいて各機器を制御するものである。

次に、本実施例のヒートポンプ給湯機の運転動作について、図１のヒートポンプ冷媒回路及び貯湯回路，タンク給湯回路を参照にしながら図２のフローチャートの実施例に基づいて説明する。

図２は、夜中の貯湯運転から翌日の給湯使用終了までの１日の運転動作の実施例を示すフローチャートである。

運転制御手段５０は、毎日の給湯使用量などを記憶学習して翌日の給湯使用量を推定し、夜間の貯湯温度及び貯湯量を決定すると共に、上記貯湯量が夜間電気割引料金の適用される規定時間（例えば２３時〜７時）内に沸上がるように貯湯運転開始時刻を設定する学習制御手段を有している。

上記設定時刻になると貯湯運転を開始（ステップ６１）する。即ち、図１における圧縮機１を始動させヒートポンプ運転を開始すると共にタンク循環ポンプ１５を運転し、貯湯タンク１０底部から循環されるタンク貯湯水を第一水冷媒熱交換器２、及び第二水冷媒熱交換器３で高温冷媒と熱交換して規定温度の高温水とし、貯湯タンク１０上部から戻す貯湯運転を行う。

貯湯量判定（ステップ６２）において貯湯温度及び貯湯量が規定値に達しないうちは貯湯運転を継続し、規定値に達するとヒートポンプ運転を停止し貯湯運転は終了（ステップ６３）する。

朝になって、例えば台所蛇口１４を開き湯水使用が開始（ステップ６４）されると、運転制御手段５０は、給湯温度が適温（一般的には約４２℃）となるように湯水混合弁１２からの給水量を調整し、給水金具７，減圧弁８，給水水量センサ９，貯湯タンク１０，湯水混合弁１２，給湯金具１３，台所蛇口１４のタンク給湯回路で適温水を供給する給湯運転を開始（ステップ６５）する。なお給湯運転時は、水道などの給水源からの水圧で給湯を行う。

次に蛇口を閉じて湯水使用が終了（ステップ６６）すると、給湯は停止され、湯水混合弁１２は所定の位置に設定され給湯運転は停止（ステップ６７）される。

更に運転制御手段５０は、給湯運転中（ステップ６５）及び給湯運転停止（ステップ６７）後に、タンクサーミスタ１０ａによって貯湯タンク１０内の貯湯温度及び貯湯量を検知し、タンク残湯量の判定（ステップ６８）を行う。

通常は規定量以上残湯しており沸上げ運転は行わないが、給湯使用量が学習推定量より多くタンク残湯量が規定値未満になった場合はタンク沸上げ運転（ステップ６９）を行い、貯湯量判定（ステップ７０）において、貯湯温度及び貯湯量が規定値に達してからタンク沸上げ運転を終了（ステップ７１）する。

前記の湯水使用とタンク残湯量判定を繰り返して１日の給湯使用が終了すると、運転制御手段５０は次の学習制御手段を機能させる。即ち、タンク残湯温度及び残湯量を検知して１日毎の湯水使用量を算出し、翌日使用量の推定算出を行い、それに適合した貯湯温度及び貯湯量，ヒートポンプ運転開始時刻等の貯湯運転条件の設定（ステップ７２）を行う。

前記運転開始の設定時刻になると、規定のタンク貯湯量になるよう、再び夜間貯湯運転（ステップ６１）を行う。

なお、前記学習制御手段は、一般的に過去７日間位の外気温度や湯水使用量等をもとに、夜間の貯湯運転のみで十分間に合うように翌日の湯水使用量を推定算出する。

次に、本実施例におけるヒートポンプ給湯機の第一水冷媒熱交換器２、及び第二水冷媒熱交換器３の構造について、図１を参照とし、図３〜図１１よって説明する。

先ず、ヒートポンプ給湯機には一般的に飲用水道水が使用されるが、飲用水道水には硬度成分であるカルシウムやマグネシウムを含んでいる。これらの硬度成分は、水温が高くなるほど溶解度が低下し、許容度を超えた硬度成分はスケールとして循環水中に析出し、一部は循環水と共に貯湯タンク１０に流入し、貯湯タンクの底部に堆積する。貯湯タンク１０に流入したスケール成分は貯湯タンク１０の底辺に堆積し、タンク排水時に排水される。

しかし、析出したスケール成分の一部は水伝熱管の内壁に付着し、次第に堆積する恐れがある。

一般的なヒートポンプ給湯機用水冷媒熱交換器における水側伝熱管はφ８〜φ１５程度であるが、実機調査結果からスケールの析出，付着による水冷媒熱交換器の性能劣化を回避する手段としては、水側伝熱管中の水温を高温時の設定温度９０℃を８０℃以下程度に抑えること。また、水冷媒熱交換器の高温部の水側伝熱管を太めの径とすることによりスケール付着の影響を小さくすることにより、性能への影響を小さくすることができることが解かった。

本実施例は、水冷媒熱交換器を第一水冷媒熱交換器２と第二水冷媒熱交換器３とに分け、第一水冷媒熱交換器２は、冬期水温（約１０℃）を約８０℃近くまで加熱できる容量とし、第二水冷媒熱交換器３は第一水冷媒熱交換器２で約８０℃近くに加熱した温水を更に高温規定温度（８５〜９０℃）まで加熱できる容量とし、第一水冷媒熱交換器２は水温を８０℃以下に抑えることにより、スケールの析出を回避し、第二水冷媒熱交換器３は水側伝熱管の径を太く、かつ直線状としてスケールの影響を小さくし前記課題を解決するものである。

図３は、第一水冷媒熱交換器２、及び第二水冷媒熱交換器３の上面図で、図４は同じく正面図である。

第一水冷媒熱交換器２は、細径銅管を用いた冷媒側伝熱管２ａ，２ｂと、それよりも太い中径銅管の水側伝熱管２ｃ，２ｄ、とからなり、冷媒側伝熱管２ａと水側伝熱管２ｃ、及び冷媒側伝熱管２ｂと水側伝熱管２ｄとは互いに密着してコイル状に巻き付けて構成されている。

第二水冷媒熱交換器３は、細径銅管を用いた冷媒側伝熱管３ａ，３ｂと、第一水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ，２ｄよりも更に太い大径銅管の水側伝熱管３ｃとからなり、水側伝熱管３ｃに冷媒側伝熱管３ａ，３ｂを巻きつけて構成されている。

貯湯タンク１０の底部からタンク循環ポンプ１５を経て流入した水は、第一水冷媒熱交換器２において、水側伝熱管２ｃと水側伝熱管２ｄとに分岐して各２個のコイル状水冷媒熱交換器２を上下に流れた後、再び合流して第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管３ｃに流入し、更に規定温度まで加熱されてから貯湯タンク１０に流入する。

第一水冷媒熱交換器２は、４個のコイル状を有する。第一水冷媒熱交換器２は、第二水冷媒熱交換器３の冷媒側伝熱管３ａ，３ｂで放熱した冷媒が冬期水温（約１０℃）の水を約８０℃近くまで加熱できる容量を十分に確保できる構造とする。

第二水冷媒熱交換器３は、圧縮機１から吐出された直後の高温冷媒を熱源としているので、第一水冷媒熱交換器２で約８０℃近くに加熱した温水を更に高温の規定温度（８５〜９０℃）まで高温加熱するのに適している。

また、第一水冷媒熱交換器２は約１０℃から約８０℃までの約７０℃の水温加熱能力を必要とするのに対し、第二水冷媒熱交換器３は約８０℃から約９０℃までの約１０℃の水温加熱能力があればよい。従って、冷媒温度と水温との温度差や熱交換器の伝熱性能などを考慮しても、第二水冷媒熱交換器３の加熱容量は第一水冷媒熱交換器２の加熱容量の１／２以下でよい。

次に、第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管３ｃの実施例について説明する。第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管３ｃは、高温条件において９０℃の高温出湯となるので、硬度成分の溶解度低下によるスケール析出を考慮し、析出したスケールを付着させずに貯湯タンク１０に排出させることが重要となる。

図５から図１１は、いずれも第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管の実施例を示すもので、水側伝熱管２０，２１，２２，２３，２４，２５の外周には冷媒側伝熱管３ａ，３ｂが巻き付けてあるが、図面上は省略している。

図５，図６は第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管の一実施例を示す。水側伝熱管２０は、図５に示すように外側から押出加工を行い、図６の如く内面に凸条部２０ａを設けたものである。かかる構造によれば、水側伝熱管２０の内側面積が増えるため、循環水と水側伝熱管２０との熱交換性能が向上すると共に、この凸条部２０ａによって循環水が乱流を起こし、スケールの滞留，付着に対する防止効果を得ることができる。

図７，図８，図９は、第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管の異なる実施例を示すものである。これらは、いずれも水側伝熱管２１，２２，２３の内面面積が増えるため、水と水側伝熱管２１，２２，２３との熱交換性能が向上すると共に、循環水が乱流を起こし析出したスケールの滞留，付着を阻止する効果を得ることができる。具体的には、以下のとおりである。

図７は、水側伝熱管２１として、銅管などの金属管をスパイラル状に捻じり加工したコルゲート管を使用したものである。

図８は、水側伝熱管２２として、スパイラル状（螺旋状）の溝部２２ａを有する内面溝付管を使用したものである。この内面溝付管の溝部２２ａは、湾曲した断面形状を有する。

図９は、水側伝熱管２３として、水の流れ方向に平行な内面溝付管を使用したものである。この内面溝付管の溝部２３ａは、角型の断面形状を有する。より具体的には、この内面溝付管の溝部２３ａは、溝部２３ａの底から内面溝付管の中心部に向かって広がる形状を有する。即ち、溝部２３ａは、仮想的に台形状を有する。

なお、図５から図１１に示した実施例は、目的，効果は同様であるが、押出し加工，捻じり加工，切り加工と製作手段が異なり、水側伝熱管２１，２２，２３の寸法や各製作手段に対する技術力などを考慮して最適な構造を選択することができる。

図１０は、第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管２４の内側に水の流速で可動可能な攪拌材２４ａを設けた場合を示す。

攪拌材２４ａは、例えば、短冊状金属薄板を捩ったものによって構成される。攪拌材２４ａは、水側伝熱管２４の内径よりも攪拌材２４ａの外形を少し小さくすることにより、循環水の水流圧力で回転又は左右に動き、循環水の乱流化と共に攪拌材２４ａの動作により、スケールの付着防止、及び付着した場合のスケールの剥離を行うことができる。

図１１は、第二水冷媒熱交換器３の水側伝熱管２５の内側に水の流速で伸縮するコイル状金属部品２５ｂを設けたものである。このコイル状金属部品２５ｂは、水側伝熱管２５の両端側にコイル状金属部品２５ｂのストッパ用としての内側押し出し部２５ａを有する。

コイル状金属部品２５ｂは、例えば弱いコイルばね、又はコイル状板ばねである。そして、水側伝熱管２５の内径よりもコイル状金属部品２５ｂの外形を少し小さくすることにより、循環水の水流圧力で伸縮又は左右に動き、循環水の乱流化と共にコイル状金属部品２５ｂの動作により、スケールの付着防止、及び付着した場合のスケールの剥離を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、説明の便宜上、第一水冷媒熱交換器２と第二水冷媒熱交換器３とに部品名を区別しているが、第一水冷媒熱交換器２と第二水冷媒熱交換器３とは、別部材で構成されるものでなくてよく、一体的に構成されるものであってもよい。

なお、本発明に係るヒートポンプ給湯機は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、ヒートポンプ給湯機の構造として、実施例のヒートポンプユニットと貯湯ユニットが分離したものに限らず、一体形であっても適用できる。更に、第一水冷媒熱交換器２の構造は実施例のコイル形状に限らず適用可能であり、同等の効果を得ることができる。

１ 圧縮機
２ 第一水冷媒熱交換器
２ａ 冷媒側伝熱管
２ｂ 水側伝熱管
３ 第二水冷媒熱交換器
３ａ，３ｂ 冷媒側伝熱管
３ｃ 水側伝熱管
４ 減圧装置
５ 空気熱交換器
１０ 貯湯タンク
１２ 湯水混合弁
１３ 給湯金具
１４ 台所蛇口
１５ タンク循環ポンプ
３０ ヒートポンプユニット
４０ 貯湯ユニット
５０ 運転制御手段

Claims (6)

1. 圧縮機，第二水冷媒熱交換器，第一水冷媒熱交換器，減圧装置、及び空気熱交換器を直列に接続したヒートポンプ冷媒回路と、
   前記第一水冷媒熱交換器及び第二水冷媒熱交換器を直列に接続し、前記第一及び第二水冷媒熱交換器を介して水を加熱する水加熱回路とを備えるヒートポンプ給湯機において、
   前記第一水冷媒熱交換器は、水側伝熱管と冷媒側伝熱管とを互いに密着させてコイル状に巻いた構造であり、前記第二水冷媒熱交換器は、前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管よりも太い水側伝熱管に冷媒側伝熱管を巻き付けた構造であり、
   前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、内面に押出し凸条部を設けることにより、前記内面に凹凸が形成されることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記水加熱回路は、前記第一水冷媒熱交換器の上流側で分岐して前記第一水冷媒熱交換器の複数の水側伝熱管に接続され、前記第一水冷媒熱交換器の下流側で合流して前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管に接続されることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、内側に水の流れによって動作する可動部材を有することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温は、８０℃以下となるように設定されることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温と第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管の出湯部水温との温度差が１０℃以上となるように設定されることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
6. 前記第二水冷媒熱交換器の水側伝熱管は、第一水冷媒熱交換器の水側伝熱管に対し、容量が１／２以下で、かつ、直線状としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。

Images