(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調サイクル、給湯サイクル及び自然エネルギサイクルで用いる三流体の内の第１の流体が循環する第１の冷媒回路、前記三流体の内の第２の流体が循環する第２の冷媒回路、前記三流体の内の自然エネルギを利用して蓄熱された第３の流体が循環する第３の冷媒回路、のそれぞれの冷媒回路に流れる、前記第１の流体と、前記第２の流体と、前記第３の流体との間で熱交換を行う三流体熱交換器であって、
前記三流体熱交換器は、前記第１の流体と前記第２の流体がそれぞれ流れる複数の内管と、前記複数の内管を内包し且つ前記第３の流体が流れる外殻と、から形成され、
異なる流体が流れていて接合された内管同士は、前記外殻内で直行部分と曲げ部分とからなる平面状の蛇行形状を形成し、
前記内管における前記蛇行形状の各直行部分を仕切る仕切板は、前記内管の直行部分に並行して前記外殻内に配置されているとともに、前記内管の曲げ部分が貫通している穴開き部を有し、
前記第１の流体と前記第２の流体がそれぞれ流れる複数の前記内管は各々対角線上に配置され、隣接する前記内管同士が接合されている
ことを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記内管の曲げ部分は、曲げ径の小さい内管の外側に対して曲げ径の大きな内管の内側をロウ付け接合した形状であることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記外殻に流れる温水冷媒の流れ方向が逆転する前記外殻の角部に、前記温水冷媒の流れを前記内管の曲げ部分に沿うように誘導する整流板を設けることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記仕切板の穴開き部は、前記矩形部の縦方向に前記内管を貫通させる寸法分だけ開口が略中央部分に設けられ、
前記内管は、前記穴開き部の内側縁部と接合固定されるとともに、前記内管の通る前記外殻の入口側と出口側の縦方向の略中央部分で固定配置される
ことを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記内管は、その曲げ部分を曲げた後に内管同士をロウ付け接合又はバンド固定して前記外殻に装填したものであることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項６】
請求項１または２において、
前記仕切板における矩形部の各四辺端部は前記外殻に当接した構造であることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項７】
請求項１または２において、
前記第１の流体と前記第２の流体がそれぞれ流れる複数の内管は、２本の内管から形成され、前記２本の内管は上下に重ね合わされて接合されていることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項８】
請求項１または２において、
前記第１の流体と前記第２の流体がそれぞれ流れる複数の内管は、２本の内管から形成され、前記２本の内管は水平面上に配置されて接合され、前記内管の曲げ部分において、曲げ径の小さい内管の外側に対して曲げ径の大きな内管の内側を接合したものであることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１つの請求項において、
前記外殻はステンレス製の箱型を形成し、前記仕切板で仕切られた外殻内を前記内管の軸方向に沿って前記第３の流体が流れることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項１０】
請求項１において、
前記外殻は樹脂製の湾曲した構造であり、
前記湾曲した構造は、前記外殻に流れる前記第３の流体の流れ方向が逆転する前記外殻の両端部に形成されて、前記第３の流体の流れを前記内管の曲げ部分に沿うように誘導することを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記湾曲した構造は、前記内管の直行部分の軸方向に垂直な前記外殻の断面が略円管状を形成されていることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、
前記外殻と前記仕切板は、樹脂で一体成形されたものであることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１つの請求項において、
前記第１の冷媒回路の高圧側冷媒と、前記第２の冷媒回路の低圧側冷媒とが熱交換するときに、前記第１の流体と前記第２の流体とが対向流となることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれか１つの請求項において、
前記第１の冷媒回路の低圧側冷媒と、前記第２の冷媒回路の低圧側冷媒と、前記第３の冷媒回路の第３の流体とが熱交換するときに、前記第３の流体と、前記第１の流体及び前記第２の流体とが対向流となることを特徴とする三流体熱交換器。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１つの請求項に記載された三流体熱交換器がそれぞれ用いられた、空調用冷媒回路を有する空調システムと、給湯用冷媒回路を有する給湯システムと、温水冷媒回路を有する自然エネルギ利用の蓄熱システムと、を備えた空調給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三流体熱交換器およびそれを用いた空調給湯システムに係り、特に、冷房と暖房とを切替えて行う空気温度調節用冷媒回路と、貯湯を行う給湯用冷媒回路と、蓄熱タンクに用いられる温水冷媒回路とが三流体熱交換器を介して接続されて冷凍サイクルを形成する空調給湯システムに好適な三流体熱交換器およびそれを用いた空調給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機と給湯機の省エネ性を向上させることを目的に、特許文献１と特許文献２には、給湯用冷媒回路と空気温度調節用冷媒回路とを組み合わせた空調給湯システムが開示されている。この空調給湯システムは、給湯用冷媒回路と、空気温度調節用冷媒回路と、空気温度調節用冷温水回路とを備え、給湯用冷媒回路と空気温度調節用冷媒回路が、空気温度調節用冷温水回路内に設けられた水熱交換器を介して熱交換する装置である。【０００３】
特許文献１，２に開示された水熱交換器は、外管と複数本の内管で構成され、所定本数の内管を空気温度調節用冷媒回路用、残りの内管を給湯用冷媒回路用とするとともに、外管と内管の隙間に空気温度調節用冷温水回路の冷温水を流通させる多重管式熱交換器である。この多重管式熱交換器によると、給湯用冷媒回路と空気温度調節用冷媒回路とが冷温水を介して熱交換関係に配置されているため、給湯用冷媒回路の蒸発圧力が水熱源のために空気熱源のようには低くならずに効率よく高温出湯を可能とし、あわせて冷暖房も可能である旨が特許文献１，２に記述されている。【０００４】
また、特許文献３には、給湯用熱交換器の設置面積が大型化するのを抑制する技術として、多重管式熱交換器を螺旋状に巻回させることによって、伝熱面積を維持しつつ設置面積を小型化する構成が開示されている。この螺旋状巻回の熱交換器によると、伝熱管の管長を延長する場合においても、熱交換器のコンパクト化が可能である旨が特許文献３に記述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２４８９６３号公報
【特許文献２】特開昭６０−２４８９６５号公報
【特許文献３】特開２００５−６９６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、空調給湯システムのさらなる省エネ性向上のため、暖房や給湯の熱源として例えば太陽熱集熱器で得られた温水などの自然エネルギを利用することが考えられる。上記の特許文献１と特許文献２に開示されるシステムを、自然エネルギの温水回路に対しても熱交換可能なシステムとする場合、給湯用冷媒回路と空気温度調節用冷媒回路との熱交換用の中間熱交換器に加えて、給湯用冷媒回路と自然エネルギの温水回路との熱交換用の中間熱交換器と、空調用冷媒回路と自然エネルギの温水回路との熱交換用の中間熱交換器とを増設する必要があり、装置が大型化するという課題が生じる。【０００７】
また、特許文献３に開示されているような多重管式熱交換器が、第一の流体が流れる内管と第二の流体が流れる内管の２種類からなる内管を形成しているとき、第一の流体と第二の流体と、外管を流れる第三の流体と、の間で熱交換可能な３流体熱交換器として用いた場合、第一の流体と第二の流体とは、第三の流体を介して熱交換するため伝熱性能が低下する。【０００８】
第一の流体と第二の流体との熱交換性能を向上させるためには、第一の流体と第二の流体が流通する内管を接合することが考えられる。ここで、接合には、機械的な接合（例．ネジ止めやバンドでの結束による接合）や、冶金的な接合（例．溶接の一種であるロウ付けや圧接などによる接合）の方法がある。なお、ロウ付けは、鑞つけ又はろう付けとも云われるが、以下、ロウ付けと称する。しかしながら、この接合する構成を特許文献３で開示されている小型化の手法に適用する場合には、内管同士の接合により、内管が硬化して、多重管式熱交換器を螺旋状に旋回させ小型化することが困難である。【０００９】
本発明の目的は、自然エネルギを利用した空調給湯システムを構成して一層の省エネ性能を向上させるとともに、空調サイクル、給湯サイクル及び自然エネルギサイクルで用いる三流体間の熱交換器の伝熱性能と小型化を図る、熱交換器およびそれを用いた空調給湯システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
空調サイクル、給湯サイクル及び自然エネルギサイクルで用いる三流体の内の第１の流体が循環する第１の冷媒回路、前記三流体の内の第２の流体が循環する第２の冷媒回路、前記三流体の内の自然エネルギを利用して蓄熱された第３の流体が循環する第３の冷媒回路、のそれぞれの冷媒回路に流れる、前記第１の流体と、前記第２の流体と、前記第３の流体との間で熱交換を行う三流体熱交換器であって、前記三流体熱交換器は、前記第１の流体と前記第２の流体がそれぞれ流れる複数の内管と、前記複数の内管を内包し且つ前記第３の流体が流れる外殻と、から形成され、異なる流体が流れていて接合された内管同士は、前記外殻内で直行部分と曲げ部分とからなる平面状の蛇行形状を形成し、前記内管における前記蛇行形状の各直行部分を仕切る仕切板は、前記内管の直行部分に並行して前記外殻内に配置されているとともに、前記内管の曲げ部分が貫通している穴開き部を有し、前記第１の流体と前記第２の流体がそれぞれ流れる複数の前記内管は各々対角線上に配置され、隣接する前記内管同士が接合されている構成とする。
【００１１】
また、前記三流体熱交換器において、前記外殻に流れる温水冷媒の流れ方向が逆転する前記外殻の角部に、前記温水冷媒の流れを前記内管の曲げ部分に沿うように誘導する整流板を設ける。さらに、前記仕切板の穴開き部は、前記矩形部の縦方向に前記内管を貫通させる寸法分だけ開口が略中央部分に設けられ、前記内管は、前記穴開き部の内側縁部と接合固定されるとともに、前記内管の通る前記外殻の入口側と出口側の縦方向の略中央部分で固定配置される。さらに、前記内管は、その曲げ部分を曲げた後に内管同士をロウ付け接合又はバンド固定して前記外殻に装填したものである。【００１２】
また、前記三流体熱交換器において、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒がそれぞれ流れる複数の内管は、２本の内管から形成され、前記２本の内管は上下に重ね合わされて接合されている構成とする。さらに、前記空調用冷媒と前記給湯用冷媒がそれぞれ流れる複数の内管は、２本の内管から形成され、前記２本の内管は水平面上に配置されて接合され、前記内管の曲げ部分において、曲げ径の小さい内管の外側に対して曲げ径の大きな内管の内側を接合したものである。さらに、前記外殻はステンレス製の箱型を形成し、前記仕切板で仕切られた外殻内を前記内管の軸方向に沿って前記温水冷媒が流れるものである。【００１３】
また、前記三流体熱交換機において、前記外殻は樹脂製の湾曲した構造であり、前記湾曲した構造は、前記外殻に流れる温水冷媒の流れ方向が逆転する前記外殻の両端部に形成されて、前記温水冷媒の流れを前記内管の曲げ部分に沿うように誘導する構成である。さらに、前記湾曲した構造は、前記内管の直行部分の軸方向に垂直な前記外殻の断面が略円管状を形成されている。さらに、前記外殻と前記仕切板は、樹脂で一体成形されたものである。【００１４】
また、上述した三流体熱交換器がそれぞれ用いられた、前記空調用冷媒回路を有する空調システムと、前記給湯用冷媒回路を有する給湯システムと、前記温水冷媒回路を有する自然エネルギ利用の蓄熱システムと、を備えた空調給湯システムを本発明の対象とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空調や給湯の熱源として、太陽熱や地熱等の自然エネルギ（再生可能エネルギ）を利用することができるため、空調給湯システムの省エネ性をさらに高めることができる。【００１６】
また、従来の多重管式の熱交換器をそのまま螺旋状に湾曲させる場合に最小曲げ半径が外管の径により決まるのに対して、本発明によると、最小曲げ半径が内管の径により決まるため、従来技術に比べて伝熱性能を維持しつつ三流体熱交換器を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る空調給湯システムの全体構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管曲げ構造と外管構造を示す平面図である。
【図３】本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管及び外管の直行部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。
【図４】本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管及び外管の曲げ部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。
【図５】本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管の曲げ部分、外管（外殻）、仕切板の全体構造を示す見取図である。
【図６】本実施形態に係る三流体熱交換器において外管を形成する箱型外殻内に２本の内管を上下にロウ付け接合で重ね合わせた第２実施例を示す断面図である。
【図７】本実施形態に係る三流体熱交換器において外管を形成する箱型外殻内に２本の内管を平面状にロウ付け接合で組み合わせた第３実施例を示す断面図である。
【図８】本実施形態に係る三流体熱交換器において外管を形成する樹脂製外殻の端部における湾曲構造と樹脂製外殻内の内管曲げ構造を示す第４実施例の平面図である。
【図９】本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第４実施例の内管及び外管（樹脂製外殻）の直行部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る三流体熱交換器およびそれを用いた空調給湯システムについて、図面を参照しながら以下詳細に説明する。まず、本発明の実施形態に係る自然エネルギを利用する空調給湯システムについてその概要を説明し、続いて、本実施形態に係る自然エネルギを利用する空調給湯システムに用いられる三流体熱交換器についてその構成と機能乃至効果を説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係る空調給湯システムの全体構成を示す系統図である。この空調給湯システムの基本的な構成は、主として、空調用圧縮機２１、四方弁２２、三流体熱交換器（熱回収用熱交換器）２３、空調側熱源側熱交換器２４、膨張弁２７、空調用利用側熱交換器２８からなる空調システムと、主として、給湯用圧縮機４１、給湯用利用側熱交換器４２、膨張弁４３、三流体熱交換器２３、給湯用熱源側熱交換器４４からなる給湯システムと、主として、水道水供給口７８、貯湯タンク７０、給湯用利用側熱交換器４２、温水供給口７９からなる貯湯システムと、主として、太陽熱集熱器４、太陽熱用熱交換器９１からなる太陽熱集熱システムと、主として、水道水供給口７８、蓄熱タンク５０、中間温水配管５２，５３、三流体熱交換器２３、太陽熱用熱交換器９１、給湯余熱熱交換器９２、温水供給口７９からなる蓄熱システムと、主として、空調用利用側熱交換器２８、給湯余熱熱交換器９２、室内熱交換器６１からなる室内空調用冷温水システムと、を備えている。
【００２０】
また、別の視点でみると、本実施形態に係る空調給湯システムは、冷房運転と暖房運転とを切り替えて運転を行う空調用冷媒回路５と、給湯を行う給湯用冷媒回路６と、空調用冷媒回路５及び給湯用冷媒回路６を循環する冷媒と熱交換を行って温熱又は冷熱を蓄熱した水を循環させる中間温水循環回路（熱媒体回路）７と、空調用冷媒回路５と熱交換を行って室内の空調を行う空調用冷温水循環回路８と、給湯用冷媒回路６と熱交換を行って給湯を行う給湯回路９と、太陽熱集熱器４で集熱された太陽熱を蓄熱した熱搬送媒体を循環させる太陽熱集熱用熱媒体循環回路１０と、給湯回路９にある温水を外部に供給するための出湯経路１１と、太陽熱集熱用熱媒体循環回路１０と熱交換を行って温熱が蓄熱された水を循環させて空調用冷温水循環回路８と熱交換を行う給湯余熱温水循環回路１２と、を備えている。また、本実施形態に係る空調給湯システムは、室外に配置されるヒートポンプユニット１と、室内に配置される室内熱交換器を含む室内ユニット２と、室外に配置される給湯・蓄熱タンクユニット３と、室外に配置される太陽熱集熱器４と、を備えたユニット構成となっている。
【００２１】
また、図１に示す本実施形態に係る空調給湯システムは、制御装置１ａによる運転制御に基づいて、運転パターン１〜運転パターン５を形成することができ、それらの運転パターンの概略を以下説明する。
【００２２】
運転パターン１としての冷房・給湯運転においては、空調サイクルが圧縮式冷房運転であり、空調用熱源側熱交換器２４が外気へ放熱し、三流体熱交換器２３で空調用配管２３ａが給湯用配管２３ｂと蓄熱中間温水配管２３ｃの双方へ放熱し、空調用利用側分割熱交換器２８ａ，２８ｂが室内空調用冷温水循環回路８から吸熱し、当該吸熱により室内を冷房する。また、この冷房・給湯運転においては、給湯サイクルが圧縮式給湯運転であり、給湯用熱源側交換器４４が外気から吸熱し、三流体熱交換器２３で給湯用配管２３ｂが空調用配管２３ａから吸熱して給湯用冷媒の気化を促進し、給湯用利用側熱交換器４２が貯湯タンク７０への給湯用温水に放熱する。
【００２３】
この運転パターン１において、空調サイクルの排熱を給湯サイクルの熱源とすることによって、給湯サイクルの蒸発温度を上げ、空調サイクルの凝縮温度を下げることで、給湯サイクルの消費電力、空調サイクルの消費電力を低減でき、システム効率を上げることができる。
【００２４】
運転パターン２としての暖房・給湯運転においては、空調サイクルが圧縮式暖房運転であり、空調用熱源側熱交換器２４が外気から吸熱し、三流体熱交換器２３で空調用配管２３ａが蓄熱中間温水配管２３ｃから吸熱し、空調用利用側分割熱交換器２８ａ，２８ｂが室内空調用冷温水循環回路８へ放熱し、室内を暖房する。また、この暖房・給湯運転においては、給湯サイクルが圧縮式給湯運転であり、給湯用熱源側交換器４４が外気から吸熱し、三流体熱交換器２３で給湯用配管２３ｂが蓄熱中間温水配管２３ｃから吸熱して給湯用冷媒の気化が促進され、給湯用利用側熱交換器４２が貯湯タンク７０への給湯用配管７２の温水に放熱する。また、空調用利用側分割熱交換器２８ａ，２８ｂから吸熱した室内空調用冷温水循環回路８の空調用冷温水が、給湯余熱熱交換器９２において給湯余熱温水循環回路１２の温水に放熱して熱利用を一層促進している。
【００２５】
この運転パターン２において、空調用熱源側熱交換器２４と給湯用熱源側交換器４４が外気を熱源として運転する場合には，従来の空調機と給湯機と同様な運転が可能である。また、三流体熱交換器２３を用いて蓄熱媒体を熱源として運転する場合、太陽熱や機器排熱などの外気以外のより高温の熱源を用いることで効率を上げることができる。さらに、外気温度が低く、空調用熱源側熱交換器２４又は給湯用熱源側交換器４４が着霜した場合、これらの熱交換器２４，４４へ高温の冷媒（高温の蓄熱媒体から吸熱することで高温冷媒）を流して着霜を解消できる。
【００２６】
運転パターン３としての冷房自然循環併用・給湯運転においては、空調サイクルが圧縮式冷房運転と自然循環冷房運転の併用運転であり、圧縮式冷房運転の場合に空調用圧縮機２１で圧縮された空調用媒体が膨張弁２７ｂを通り、空調用利用側分割熱交換器２８ａが室内空調用冷温水循環回路８から吸熱して室内を冷房し、自然循環冷房運転の場合に空調用圧縮機２１を使用せずに、高位置に設置された凝縮器機能の空調用熱源側熱交換器２４から空調用媒体が膨張弁２７ａを通り、空調用利用側分割熱交換器２８ｂが室内空調用冷温水循環回路８から吸熱して室内を冷房する。この際、当該吸熱で気化した空調用媒体は空調用熱源側熱交換器２４に戻る。また、この冷房自然循環併用・給湯運転においては、給湯サイクルが圧縮式給湯運転であり、給湯用熱源側交換器４４が外気から吸熱し、三流体熱交換器２３で給湯用配管２３ｂが空調用配管２３ａから吸熱し、給湯用利用側熱交換器４２が貯湯タンク７０への給湯用温水に放熱する。また、三流体熱交換器２３の蓄熱中間温水配管２３ｃが空調用配管２３ａから吸熱し、当該吸熱により蓄熱タンク５０への蓄熱中間温水は温められる。
【００２７】
この運転パターン３において、空調負荷の一部を圧縮機２１を介さずに外気に放熱でき、圧縮機の仕事量を低減できる。さらに、給湯用の蒸発器として、三流体熱交換器２３のみを使用する場合、給湯サイクルの蒸発温度を上げることで給湯サイクルの効率も向上できる。
【００２８】
運転パターン４としての給湯サイクル利用・外気併用冷房自然循環運転においては、空調サイクルが給湯サイクル利用と外気による自然循環併用運転であり、この自然循環併用運転の一方は、高位置に設置された凝縮器機能の空調用熱源側熱交換器２４から空調用媒体が膨張弁２７ａを通り、空調用利用側分割熱交換器２８ｂが室内空調用冷温水循環回路８から吸熱して室内を冷房する。この際、当該吸熱で気化した空調用媒体は空調用熱源側熱交換器２４に戻る。この自然循環併用運転の他方は、三流体熱交換器２３で空調用配管２３ａが運転中の給湯サイクルの給湯用配管２３ｂに吸熱されて空調用媒体が凝縮され、その後膨張弁２７ｂを通り、空調用利用側分割熱交換器２８ａが室内空調用冷温水循環回路８から吸熱して室内を冷房する。また、この給湯サイクル利用・外気併用冷房自然循環運転においては、給湯サイクルが圧縮式給湯運転であり、給湯用熱源側交換器４４が外気から吸熱し、給湯用利用側熱交換器４２が貯湯タンク７０への給湯用温水に放熱する。
【００２９】
この運転パターン４において、外気温度がある程度高くても、給湯サイクルの圧縮機４１を運転するのみで空調サイクルの圧縮機２１を動かすことなく、冷房運転が可能となるためシステム全体で消費電力を低減できる。
【００３０】
運転パターン５としての外気利用自然循環冷房運転においては、空調サイクルが空調用圧縮機２１を使用しない外気自然循環運転であり、この自然循環運転は、高位置に設置された凝縮器機能の空調用熱源側熱交換器２４から空調用媒体が膨張弁２７ａを通り、空調用利用側分割熱交換器２８ｂ，２８ａが室内空調用冷温水循環回路８から吸熱して室内を冷房する。この際、当該吸熱で気化した空調用媒体は空調用熱源側熱交換器２４に戻る。また、この外気利用自然循環冷房運転においては、給湯サイクルが圧縮式給湯運転であり、給湯用熱源側交換器４４が外気から吸熱し、給湯用利用側熱交換器４２が貯湯タンク７０への給湯用温水に放熱する。さらに、三流体熱交換器２３で給湯用配管２３ｂが蓄熱中間温水配管２３ｃから吸熱して給湯用膨張弁４３の後流の給湯用冷媒の気化を促進する。
【００３１】
この運転パターン５において、空調サイクルの圧縮機を動かすことなく、冷房運転が可能となるため、消費電力を低減できる。
【００３２】
上述した運転パターン１〜運転パターン５のすべてにおいて、太陽熱用熱交換器９１においては、太陽熱集熱用配管８３から給湯余熱温水循環回路１２へ放熱しており、太陽熱を常に有効に利用している。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る空調給湯システムに用いられる各構成要素の接続構造について説明する。ヒートポンプユニット１は、空調用冷媒回路５と給湯用冷媒回路６とを備えている。さらに、空調用冷媒回路５と給湯用冷媒回路６との間には三流体熱交換器２３が配置されている。この三流体熱交換器２３は、空調用冷媒回路５を循環する冷媒と、給湯用冷媒回路６を循環する冷媒と、中間温水循環回路７を循環する熱媒体との３流体の間で熱交換を行うことが可能な構造となっていて、熱回収用熱交換器の機能を奏するものである。具体的には、三流体熱交換器２３は、中間温水循環回路７の水が流れる外管２３ｃの中に、空調用冷媒が流れる空調用冷媒伝熱管２３ａと、給湯用冷媒が流れる給湯用冷媒伝熱管２３ｂとが接合した状態で挿入された構造である。そして、この三流体熱交換器２３の具体的な構造は、図面を用いて詳細に後述するが、本発明の主たる特徴を示すものである。
【００３４】
空調用冷媒回路５は、空調用冷媒が循環する回路であり、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機２１、冷媒の流路を切り替える四方弁２２、三流体熱交換器２３、ファン２５により送られてくる大気と熱交換を行う空調用熱源側熱交換器２４、第１の冷媒タンク２６ａ、第２の冷媒タンク２６ｂ、空調用冷媒を減圧する第１の膨張弁２７ａおよび第２の膨張弁２７ｂ、空調用冷温水循環回路８と熱交換を行う空調用利用側熱交換器２８を冷媒配管で接続して環状に形成されている。なお、本実施形態において、空調用利用側熱交換器２８は、第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａと、第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂとに２分割されており、第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａと第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂとは冷媒配管で直列に接続されている。
【００３５】
さらに、空調用冷媒回路５の構成の詳細を説明する。空調用冷媒回路５は、まず、空調用圧縮機２１の吐出口２１ｂ、四方弁２２、三流体熱交換器２３、第１の冷媒タンク２６ａ、第１の膨張弁２７ａ、第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂ、第１の空調量利用側分割熱交換器２８ａ、四方弁２２、空調圧縮機２１の吸込口２１ａの順に冷媒配管で接続して環状に形成された空調用冷媒主回路５ａを備えている。
【００３６】
空調用冷媒回路５は、この空調用冷媒主回路５ａに５つの空調用冷媒分岐回路が設けられて構成されている。第１の空調用冷媒分岐回路は、三流体熱交換器２３と並列に接続された空調用冷媒分岐回路であり、具体的には、四方弁２２と三流体熱交換器２３との間の位置にある分岐点Ｉから分岐し、空調用熱源側熱交換器２４を経由して、三流体熱交換器２３と第１の冷媒タンク２６ａの間の位置にある分岐点Ｊで合流する空調用冷媒分岐回路である。
【００３７】
第２の空調用冷媒分岐回路は、空調用圧縮機２１の吸込口２１ａと吐出口２１ｂとをバイパスする空調用冷媒分岐回路であり、具体的には、第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａと四方弁２２との間の位置にある分岐点Ａと、四方弁２２と分岐点Ｉの間の位置にある分岐点Ｂとを空調用冷媒バイパス配管２９で繋いで形成された空調用冷媒分岐回路である。なお、分岐点Ａには三方弁３４ａが、分岐点Ｂには三方弁３４ｂがそれぞれ設けられている。
【００３８】
第３の空調用冷媒分岐回路は、三流体熱交換器２３と分岐点Ｊの間の位置にある分岐点Ｄから分岐し、第２の冷媒タンク２６ｂ、第２の膨張弁２７ｂを順次経由して、第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａと第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂとの間の位置にある分岐点Ｅで合流する空調用冷媒分岐回路である。なお、分岐点Ｄには三方弁３４ｄが、分岐点Ｅには三方弁３４ｅが設けられている。
【００３９】
第４の空調用冷媒分岐回路は、第３の空調用冷媒分岐回路に設けられている第２の膨張弁２７ｂと分岐点Ｅとの間の位置にある分岐点Ｈから分岐し、空調用冷媒主回路５ａに設けられている第１の膨張弁２７ａと第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂとの間の位置にある分岐点Ｇで合流する空調用冷媒分岐回路である。
【００４０】
第５の空調用冷媒分岐回路は、分岐点Ｉと空調用熱源側熱交換器２４の間の位置にある分岐点Ｃと、第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂと分岐点Ｅの間の位置にある分岐点Ｆとを冷媒配管で繋いで形成された空調用冷媒分岐回路である。なお、分岐点Ｆには三方弁が設けられている。
【００４１】
ここで、三流体熱交換器２３は、空調用冷媒伝熱管２３ａと、給湯用冷媒伝熱管２３ｂと、熱媒体伝熱管（中間温水冷媒伝熱管）２３ｃとがお互いに熱的に接触するように一体に構成されている熱回収用熱交換器である。また、第１の膨張弁２７ａおよび第２の膨張弁２７ｂは、弁の開度を調整することにより、空調用冷媒の圧力を減圧するとともに、三流体熱交換器２３と空調用熱源側熱交換器２４とに流れる空調用冷媒の流量比率の調整を行うことができるようになっている。また、第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａおよび第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂは、空調用熱源側熱交換器２４よりも低い位置に設置されていて、この低位置設置は空調用冷媒の自然循環サイクルを形成するためである。なお、空調用冷媒回路５を循環する空調用冷媒としては、例えば、Ｒ４１０ａ，Ｒ１３４ａ，ＨＦＯ１２３４ｙｆ，ＨＦＯ１２３４ｚｅを用いることができる。
【００４２】
次に、空調用冷温水循環回路（空調用熱搬送媒体循環回路）８は、空調用冷媒回路５と熱交換を行う空調用冷温水メイン回路８ａと、給湯余熱温水循環回路１２と熱交換を行う給湯余熱用冷温水分岐回路８ｂとの２つの回路を有している。なお、この空調用冷温水循環回路８内を流れる熱搬送媒体は水（冷水または温水）であるが、寒冷地で使用されるような場合には、水に代えてエチレングリコール等のブラインを用いても良い。
【００４３】
空調用冷温水メイン回路８ａは、図１に示すように、住宅６０に設置された室内熱交換器６１、空調用冷温水循環ポンプ６７、第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂ、および第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａを空調用冷温水配管６５ａ，６５ｂ，６５ｃで順次接続して環状に形成された回路である。この空調用冷温水メイン回路８ａには、第１の空調用冷温水分岐管６６ａおよび第２の空調用冷温水分岐管６６ｂが立体交差するように（所謂タスキ掛けをするように）設けられている。
【００４４】
そして、第１の空調用冷温水分岐管６６ａの一端は、室内熱交換器６１と第２の空調用利用側分割熱交換器２８ｂを繋ぐ空調用冷温水配管６５ａと三方弁６２ａを介して接続されており、他端は空調用冷温水配管６５ｃと三方弁を介することなく直接接続されている。また、第２の空調用冷温水分岐管６６ｂの一端は、室内熱交換器６１と第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａを繋ぐ空調用冷温水配管６５ｃと三方弁６２ｂを介して接続されており、他端は空調用冷温水配管６５ａと三方弁を介することなく直接接続されている。三方弁６２ａと三方弁６２ｂを操作することにより、水が空調用利用側熱交換器２８ａ，２８ｂに流れる方向を切替えることができる。
【００４５】
また、室内熱交換器６１をバイパスするための第３の空調用冷温水分岐管６６ｃが設けられている。この第３の空調用冷温水分岐管６６ｃの一端は、空調用冷温水配管６５ａと三方弁６２ｃを介して接続され、他端は空調用冷温水配管６５ｃに三方弁を介することなく直接接続されている。なお、室内熱交換器６１を流れる水と第３の空調用冷温水分岐管６６ｃを流れる水の流量比率は、三方弁６２ｃのポートの開度で調整可能である。
【００４６】
給湯余熱用冷温水分岐回路８ｂは、第１の空調用利用側分割熱交換器２８ａの出口と空調用冷温水循環ポンプ６７の入口とを給湯余熱用冷温水配管６３で接続し、その給湯余熱用冷温水配管６３に後述する給湯余熱熱交換器９２を組み込んで形成された環状の回路である。なお、給湯余熱用冷温水配管６３において、給湯余熱熱交換器９２と空調用冷温水循環ポンプ６７の間の位置には、二方弁６４ａが取り付けられている。
【００４７】
このように構成された空調用冷温水循環回路８では、二方弁６４ａが閉じている場合には、空調用冷温水循環ポンプ６７から送り出された水は、空調用冷温水メイン回路８ａ内を循環する。一方、二方弁６４ａが開いている場合には、空調用冷温水循環ポンプ６７から送り出された水は、空調用冷温水メイン回路８ａ内を循環するだけでなく、給湯余熱用冷温水分岐回路８ｂ内をも循環する。よって、二方弁６４ａが開いている場合には、第１の空調用利用側熱交換器２８ａおよび第２の空調用利用側熱交換器２８ｂから受け取った温熱を、給湯余熱熱交換器９２を介して給湯余熱温水循環回路１２へ伝達することができることとなる。
【００４８】
次に、給湯用冷媒回路６は、給湯用冷媒が循環する回路であり、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機４１、給湯回路９と熱交換を行う給湯用利用側熱交換器４２、給湯用冷媒タンク４６、給湯用冷媒を減圧する給湯用膨張弁４３、三流体熱交換器２３、およびファン４５により送られてくる大気と熱交換を行う給湯用熱源側熱交換器４４を冷媒配管で接続して環状に形成されている。
【００４９】
続いて、給湯用冷媒回路６の構成の詳細を説明する。給湯用冷媒回路６は、まず、給湯用圧縮機４１の吐出口、給湯用熱交換器４２、給湯用冷媒タンク４６、給湯用膨張弁４３、三流体熱交換器２３、給湯用圧縮機４１の吸込口の順に冷媒配管で接続して環状に形成された給湯用冷媒主回路６ａを備えている。
【００５０】
給湯用冷媒回路６は、この給湯用冷媒主回路６ａに２つの給湯用冷媒分岐回路が設けられている。第１の給湯用冷媒分岐回路は、三流体熱交換器２３と並列に接続された空調用冷媒分岐回路であり、具体的には、給湯用膨張弁４３と三流体熱交換器２３の間の位置にある分岐点Ｋから分岐し、給湯用空調用熱源側熱交換器４４を経由して、三流体熱交換器２３と給湯用圧縮機４１の吸込口４１ａの間の位置にある分岐点Ｌで合流する給湯用冷媒分岐回路である。
【００５１】
第２の給湯用冷媒分岐回路４８は、給湯用冷媒タンク４６から、分岐点Ｋと給湯用熱源側熱交換器４５との間の位置にある分岐点Ｍまでを冷媒配管で繋いで形成された給湯用冷媒分岐回路４８である。この第２の給湯用冷媒回路４８が給湯用バイパス配管である。また、分岐点Ｍには三方弁が設けられている。なお、給湯用利用側熱交換器４２の出口の近傍の位置には二方弁が、三流体熱交換器２３の出口の近傍位置にはそれぞれ二方弁が設けられ、また、給湯用利用側熱交換器４４の入口及び出口の近傍位置にはそれぞれ二方弁が、分岐点Ｌと圧縮機４１の間の位置には二方弁が、それぞれ設けられている。
【００５２】
給湯用圧縮機４１は、空調用圧縮機２１と同様にインバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。給湯用利用側熱交換器４２は、給湯用冷媒伝熱管と、給湯用水伝熱管とが接触するように構成されている。給湯用膨張弁４３は、弁の開度を調整することにより、給湯用冷媒の圧力を減圧するとともに、給湯用冷媒を三流体熱交換器２３と給湯用熱源側熱交換器４４とに流れる給湯用冷媒の流量比率の調整を行うことができるようになっている。給湯用冷媒回路６を循環する給湯用冷媒としては、例えば、Ｒ１３４ａ，ＨＦＯ１２３４ｙｆ，ＨＦＯ１２３４ｚｅを用いることができる。
【００５３】
次に、給湯回路９は、貯湯タンク７０の下部と給湯用利用側熱交換器４２の一端とを給湯用配管７２で接続し、給湯用利用側熱交換器４２の他端と貯湯タンク７０の上部とを給湯用配管７３で接続して、環状に形成された回路である。給湯用配管７２には、給湯用循環ポンプ７１と、給湯回路９内を流れる水の流量を検知する給湯用流量センサ（図示せず）とが組み込まれている。貯湯タンク７０内の水は、給湯用循環ポンプ７１を駆動することにより、給湯用利用側熱交換器４２へと流れていき、この給湯用利用側熱交換器４２にて給湯用冷媒と熱交換を行って温水となり、貯湯タンク７０へ戻っていく。なお、給湯用利用側熱交換器４２において、給湯用冷媒の流れと水の流れは対向流となっている。
【００５４】
次に、太陽熱集熱用熱媒体循環回路１０は、太陽熱集熱器４と太陽熱用熱交換器９１とを太陽熱集熱用配管８２，８３で接続して環状に形成された回路である。太陽熱集熱用配管８２には、太陽熱集熱用熱媒体を循環させるための太陽熱集熱用循環ポンプ８５が組み込まれている。太陽熱集熱器４で加熱された熱媒体は、太陽熱集熱用循環ポンプ８５を駆動することにより、太陽熱集熱用熱媒体循環回路１０内を循環し、太陽熱用熱交換器９１を流れる間に、給湯余熱温水循環回路１２と熱交換を行う。
【００５５】
次に、中間温水循環回路（熱媒体回路）７は、蓄熱タンク５０の下部と三流体熱交換器２３の一端とを中間温水用配管５２で接続し、三流体熱交換器２３の他端と蓄熱タンク５０とを中間温水用配管５３で接続して、環状に形成された回路である。中間温水用配管５２には、中間温水用循環ポンプ５１が組み込まれている。中間温水循環回路７内の水は、中間温水用循環ポンプ５１を駆動することにより、三流体熱交換器２３へと流れていき、この三流体熱交換器２３で空調用冷媒回路５および給湯用冷媒回路６と熱交換を行いながら、蓄熱タンク５０へと戻っていく。蓄熱タンク５０には、蓄熱材が充填されており、三流体熱交換器２３から得た温熱または冷熱は、この蓄熱タンク５０で蓄熱される。なお、蓄熱タンク５０には、水道水を蓄熱タンク５０に供給するための水道水供給配管７８が接続されている。
【００５６】
次に、給湯余熱温水循環回路１２は、蓄熱タンク５０の下部と太陽熱用熱交換器９１の一端とを給湯余熱温水用配管９４で接続し、太陽熱用熱交換器９１の他端と、ヒートポンプユニット１に組み込まれて空調用冷温水循環回路８と熱交換を行う給湯余熱熱交換器９２の一端と、を給湯余熱温水用配管９５で接続し、給湯余熱熱交換器９２の他端と蓄熱タンク５０の上部とを配管９６で接続して、環状に形成された回路である。給湯余熱温水用配管９４には、給湯余熱温水用循環ポンプ９３が組み込まれている。蓄熱タンク５０内の水は、給湯余熱温水用循環ポンプ９３を駆動することにより、太陽熱用熱交換器９１で太陽熱集熱用熱媒体循環回路１０と熱交換を行い、さらに、給湯余熱熱交換器９２で空調用液循環回路７と熱交換を行いながら流れていき、蓄熱タンク５０へ戻っていく。
【００５７】
なお、太陽熱用熱交換器９１における太陽熱用熱交換器９１を流れる２つの流体の流れ方向は対向流であり、給湯余熱熱交換器９２を流れる２つの流体も、同様に流れ方向は対向流である。
【００５８】
次に、出湯経路１１は、貯湯タンク７０内に貯湯されている温水を利用者に供給するための温水供給経路７４と、蓄熱タンク５０に蓄熱されている中間温水を利用者に供給するための中間温水供給経路７５と、水道水を貯湯タンク７０、蓄熱タンク５０および利用者に供給するための水道水供給経路７６と、の３つの経路を有している。
【００５９】
温水供給経路７４は、貯湯タンク７０に一端が接続され、他端が温水供給口７９に接続された温水供給配管７４ａと、貯湯タンク７０に一端が接続され他端が温水供給配管７４ａの途中に接続された温水供給配管７４ｂとを備え、温水供給配管７４ａと温水供給配管７４ｂとが合流する部分に三方弁７７を設けた構成となっている。中間温水供給経路７５は、蓄熱タンク５０に一端が接続され他端が温水供給配管７４ａの途中に接続された中間温水供給配管７５ａと、蓄熱タンク５０に一端が接続され、他端が中間温水供給配管７５ａの途中に接続された中間温水供給配管７５ｂとを備え、中間温水供給配管７５ａと温水供給配管７４ａとが合流する部分に三方弁７７を設けた構成となっている。水道水供給経路７６は、水道水が供給される水道水供給口７８から貯湯タンク７０に接続される水道水供給配管７６ａと、この水道水供給配管７６ａの途中から分岐して蓄熱タンク５０に接続された水道水供給配管７６ｂと、水道水供給配管７６ａの途中から分岐して温水供給配管７４ａの途中に接続された水道水供給配管７６ｃとを備え、水道水供給配管７６ｃと温水供給配管７４ａとが合流する部分に三方弁７７を設けた構成となっている。
【００６０】
このように構成された出湯経路１１によれば、それぞれの三方弁７７を適宜開閉操作することにより、温水供給口７９から、水道水、蓄熱タンク５０で蓄熱された中間温水、貯湯タンク７０に貯湯された温水をそれぞれ利用者に供給するだけでなく、水道水、中間温水および温水のうち少なくとも２種類の水を混合させた状態で温水供給口７９から利用者に供給することが可能である。
【００６１】
制御装置１ａは、図示しないリモコンと、本実施形態に係る空調給湯システムの各部位に設けられた温度センサの信号とを入力し、これらの信号に基づいて、空調用圧縮機２１と、給湯用圧縮機４１と、四方弁２２と、膨張弁２７，４３と、循環ポンプ５１，６７，７１，８５，９３と、に対して制御を行う。
【００６２】
以上、主として運転モードの説明で述べたように、本実施形態に係る空調給湯システムは、上述の三流体熱交換器を用いることにより、空調・給湯負荷の大小にかかわらず、空調機と給湯機を高いエネルギ効率で任意に同時運転可能なシステムである。また、空調や給湯の熱源として、太陽熱や地熱等の自然エネルギを利用することができるため、空調給湯システムの省エネ性をさらに高めることができる。
【００６３】
引き続いて、本発明の実施形態に係る三流体熱交換器について、図２〜図９を参照しながら以下説明する。図２は本発明の実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管曲げ構造と外管構造を示す平面図である。図３は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管及び外管の直行部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。図４は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管及び外管の曲げ部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。図５は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管の曲げ部分、外管（外殻）、仕切板の全体構造を示す見取図である。
【００６４】
また、図６は本実施形態に係る三流体熱交換器において外殻を形成する箱型外殻内に２本の内管を上下にロウ付け接合で重ね合わせた第２実施例を示す断面図である。図７は本実施形態に係る三流体熱交換器において外殻を形成する箱型外殻内に２本の内管を平面状にロウ付け接合で組み合わせた第３実施例を示す断面図である。図８は本実施形態に係る三流体熱交換器において外管を形成する樹脂製外殻の端部における湾曲構造と樹脂製外殻内の内管曲げ構造を示す第４実施例の平面図である。図９は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第４実施例の内管及び外管（樹脂製外殻）の直行部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。
【００６５】
また、図２〜図９において、１０１は空調用内管、１０２は給湯用内管、１０３は外殻（箱型の外管）、１０４は仕切板、１０５は整流板、１０７は空調用冷媒流路、１０８は給湯用冷媒流路、１１０は温水入口、１１１は温水出口、１１３は内管直行部分温水流路、１１４は内管曲げ部分温水流路、１１５は大径、１１６は小径、１１７は断熱材、１１８は熱交換器入口側、１１９は熱交換器出口側、１２１は内管接合部、１２２は内管・仕切板接合部、１２３は内管高さ保持用ガイド、１３０は樹脂製外殻、１３５は樹脂製外殻湾曲部、１３６は樹脂製外殻上下平面部、１３７は樹脂製外殻角曲面部、をそれぞれ表す。
【００６６】
「第１実施例」 
本発明の実施形態に係る第１実施例について、図２〜図４を参照しながら以下説明する。図２は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管曲げ構造と外管構造を示す平面図である。図３は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管及び外管の直行部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。図４は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第１実施例の内管及び外管の曲げ部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。
【００６７】
ステンレス製の箱型の外殻１０３に蛇行形状の銅製の空調用及び給湯用内管１０１，１０２が４本収納されている。ここで、蛇行形状について説明すると、図２に示す内管１０１，１０２の図示構造から分かるように、内管１０１，１０２は直行部分と曲げ部分とからなる往復経路を形成しており、この往復経路の形状を蛇行形状と称し、以下同様な意味で用いる。上記の直行部分は必ずしも直線形状のみに限定されるものではなくて、若干の非直線形状を持つものも含む。さらに、内管の往路と復路とが厳密な意味で平行路に限定されるものでもない。そして、この内管の蛇行形状の曲げ部分は大径１１５と小径１１６とを組み合わせた形状である。空調用内管１０１と給湯用内管１０２は、図３の図示例によると互いにロウ付け１２１で接合され、互いに熱伝導し易くなるように収納されている。すなわち、空調用内管１０１又は給湯用内管１０２は各々対角線上に配置されていて、隣接する内管同士すなわち内管１０１と１０２同士がロウ付け接合１２１されている。なお、内管１０１，１０２同士を固定する方法として、ロウ付け接合１２１の外に、束ねた内管の最外周をバンドを巻き付けて固定してもよい。
【００６８】
内管の内で２本が空調用内管１０１、残りの２本が給湯用内管１０２であり、それぞれの内管では空調用冷媒と給湯用冷媒の流路１０７，１０８となっている。異なる冷媒が流れる内管１０１，１０２同士は蛇行形状に加工された後に、内管１０１，１０２の直行部分においては、図３に示すように、内管１０１と内管１０２同士がロウ付け接合１２１されている。さらに、内管１０１，１０２の曲げ部分においては、小径１１６の曲げ部分の外側に大径１１５の曲げ部分の内側が接するように（図４を参照）、ロウ付け接合１２１されている。２本の内管１０１，１０２は同一内径の円管である。
【００６９】
ステンレス製の箱型外殻１０３は自然エネルギの温水回路（中間温水冷媒回路７）となっている（図１を参照）。外殻１０３には仕切板１０４と整流板１０５が設けられている。整流板１０５は、外殻１０３に流れる温水冷媒の流れ１１３の方向が逆転する外殻１０３の角部（図２の図示例で左右端）に設けられ、温水冷媒の流れを内管の曲げ部分に沿うように誘導している。整流板１０５は外殻１０３の両端部にそれぞれ設けられていて、温水冷媒の流れ乱れを抑制している。図３に示す断面図からも分かるように、仕切板１０４は外殻１０３の上壁部と下壁部に当接して温水流路１１３に沿って左右端間に設けられ、さらに、図４に示すように、内管の曲げ部分の箇所において、仕切り板１０４は、内管１０１，１０２が貫通する空間と温水流路１１４が形成される空間とからなる穴開き部が設けられている。
【００７０】
箱型の外殻１０３の内部空間に仕切板１０４を内管１０１，１０２の直行部分に並行して設けたことによって、外殻１０３を流れる自然エネルギの温水回路は、空調用内管１０１と給湯用内管１０２内にそれぞれ形成される冷媒回路の外周囲を流れるように流路が形成される。すなわち、図１に示すように、内管直行部分温水流路１１３と内管曲げ部分温水流路１１４が形成される。 
図４に示すように、仕切板１０４は、外殻１０３の内部を流れる温水の流路が内管直行部分温水流路１１３と内管曲げ部分温水流路１１４を形成するように、外殻１０３の内部を仕切った空間を形成する矩形状の板から成り立っている。仕切板１０４の端部はそれぞれ外殻１０３に固定されている。仕切板１０４が形成する空間には内管１０１，１０２が挿入されている。内管１０１，１０２の曲げ部分が貫通する仕切板１０４の穴開き部の壁面（図４の図示例で穴開き部の左端側の上下側面）と、内管１０１，１０２の曲げ部分の一部とは、ロウ付けにより接合されて、内管・仕切板接合部１２２が形成されている。さらに、図４において、仕切板１０４の穴開き部を仕切板１０４の上下中央部分に設けることによって、内管高さ保持用ガイド１２３が形成され、内管１０１，１０２を外殻１０３の高さ方向で略中央部分に配置することができる。また、内管１０１，１０２は三流体熱交換器の入口側１１８と出口側１１９においても外殻１０３と接合している。このようにして、内管１０１，１０２は、外殻１０３と仕切板１０４に固定されることで、熱交換器内で安定して固定されている。
【００７１】
図５において、外殻１０３の温水入口１１０から入り込んだ温水冷媒は、外殻１０３の内部を仕切る仕切板１０４によって区切られた空間中を内管１０１，１０２の管軸方向に沿って流路１１３を形成する。内管１０１，１０２は区切られた空間中の略中央部分に配置されているので、温水冷媒は内管に対して均等な熱伝達性能を果たすことになる。温水冷媒は外殻１０３内を複数回流路の流れ方向を逆転して温水出口から出て行く。外殻１０３は、外気との熱移動を抑制するため、図３に示すように断熱材１１７で囲まれている。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態に関する第１実施例は、箱型の外管１０３と蛇行した内管１０１，１０２とで多重管式の三流体熱交換器を構成しているため、伝熱性能を維持しつつ、熱交換器を小型化することができる。また、内管１０１，１０２を曲げ加工した後に内管接合部１２１を形成しているので、内管の曲げ半径を小さくでき小型化に寄与できる。また、内管１０１，１０２は、その曲げ部分で仕切仮１０４と接合していることにより、外殻１０３内の中央部で固定配置させることができるので、内管１０１，１０２の全周囲にむら無く外殻内の流体が流れるため、伝熱性能がよい。また、整流板１０５を設けたことで、流れ方向が大きく変化する曲げ部分の部位においても流体の流れを乱れにくくする効果がある。
【００７３】
「第２実施例」
本発明の実施形態に係る第２実施例について、図６を参照しながら以下説明する。図６は本実施形態に係る三流体熱交換器において外殻を形成する箱型外殻内に２本の内管を上下にロウ付け接合で重ね合わせた第２実施例を示す断面図である。
【００７４】
ステンレス製の箱型の外殻１０３に蛇行状に湾曲した銅製の内管１０１，１０２が２本上下に収納されている。図示例では、上に空調用内管１０１、下に給湯用内管１０２が配置されているが、各内管の上下配置は逆であってもよい。内管の２本とも同型であり、内管の曲がり径は各内管１０１，１０２が上下配置のために、すべて同じである。すなわち、内管１０１と１０２は上下の重ね配置であるのでその曲げ部分において曲げの小径と大径（図２の大径１１５と小径１１６を参照）が生じない。
【００７５】
内管のうちの１本が空調用、残りの１本が給湯用の流路となっていて、異なる冷媒が流れる内管同士は上下に重ねられロウ付けで接合１２１されている。外殻１０３は自然エネルギの温水回路（図１に示す中間温水冷媒回路７）となっている。外殻１０３は外気との熱移動を抑制するために断熱材１１７で囲まれている。２本の内管１０１，１０２は同一内径の円管である。内管の１０１，１０２の曲げ部分の曲げ加工をした後に、ロウ付け接合１２１すると、曲げ部分の曲げ半径を小径にすることができ、さらに、内管が上下配置であるので内管１０１と１０２とで曲げ径を異にすることが無く、加工が容易である。
【００７６】
第２実施例の構成を用いると、内管の形状が同じで構成が単純であるため、安価で簡易に三流体熱交換器を製作できる。また、内管の本数が少ないため、内管を内包する外殻（外管）の寸法を縮小することが可能であり、三流体熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００７７】
なお、第２実施例では、２本の内管が同一内径の円管として説明したが、それぞれの内管に流れる冷媒の種類、特性によって各内管の径を異ならせても良く、この場合には、径が大きい方の内管の曲げ径によって内管全体の曲げ部分の曲げ径が決まり、径が小さい方の内管は当該決まった曲げ径に合わせて曲げればよい。
【００７８】
「第３実施例」
本発明の実施形態に係る第３実施例について、図７を参照しながら以下説明する。図７は本実施形態に係る三流体熱交換器において外殻を形成する箱型外殻内に２本の内管を平面状にロウ付け接合で重ね合わせた第３実施例を示す断面図である。 
ステンレス製の箱型の外殻１０３に蛇行状に湾曲した銅製の内管１０１，１０２が２本収納されている。内管１０１，１０２の蛇行形状は、図２で説明した内管の直行部分と、大径１１５と小径１１６からなる曲げ部分と、を組み合わせた形状である。内管のうちのいずれか１木が空調用、残りの１本が給湯用の流路であり、内管の曲げ部分において、内管１０１，１０２同士は、小径１１６の曲げ部分の外側に大径１１５の曲げ部分の内側が接するように構成されて、互いにロウ付けで接合１２１されて平面板形状となっている。ここで、内管の曲げ部分の曲げ加工をした後に、ロウ付け接合１２１をすると、曲げ径を小さくでき、三流体熱交換器の小型化に寄与できる。外殻１０３は自然エネルギの温水回路（図１に示す中間温水冷媒回路７）となっている。２本の内管１０１，１０２は同一内径の円管である。
【００７９】
第３実施例を用いると、内管の形状が同じで構成が単純であるため、安価で簡易に三流体熱交換器を製作できる。内管の本数が少ないため、内管を内包する外殻（外管）の寸法を締小することが可能であり、三流体熱交換器のコンパクト化を図ることができる。また、内管を平面状に配置しているために三流体熱交換器の高さを抑制することができ、さらにコンパクト化を図ることができる。
【００８０】
なお、第３実施例では、２本の内管が同一内径の円管として説明したが、それぞれの内管に流れる冷媒の種類、特性によって各内管の径を異ならせても良く、この場合には、径が大きい方の内管の曲げ径によって内管全体の曲げ部分の曲げ径が決まり、径が小さい方の内管は当該決まった曲げ径に合わせて曲げればよい。
【００８１】
「第４実施例」
本発明の実施形態に係る第４実施例について、図８と図９を参照しながら以下説明する。図８は本実施形態に係る三流体熱交換器において外管を形成する樹脂製外殻１３０の端部における湾曲構造１３５と樹脂製外殻１３０内の内管曲げ構造を示す第４実施例の平面図である。図９は本実施形態に係る三流体熱交換器に関する第４実施例の内管１０１，１０２及び外管（樹脂製外殻１３０）の直行部分の管軸方向に対する垂直な面から見た断面図である。
【００８２】
図示例では、蛇行形状を有した銅製の内管１０１，１０２が樹脂製の外殻１３０に４本収納されている。内管１０１，１０２は、図２と同様に直行部分と曲げ部分とからなる蛇行形状であり、外殻１３０と仕切板１０４とは一体成形されている。内菅１０１，１０２は、曲げ部分において、小径１１６の内管の外側に大径１１５の内管の内側が対面するように構成されている。そして、異なる冷媒が流れる内管１０１，１０２同士はその曲げ部分で曲げ加工された後に、小径１１６の曲げ部分の外側に大径１１５の曲げ部分の内側が接するようにロウ付けで接合１２１される。内管１０１，１０２のうちで２本が空調用の流路１０７、残りの２本が給湯用の流路１０８となっている。
【００８３】
本実施例の特徴の１つである樹脂外殻１３０の構成について述べると、図８の図示例において、樹脂製外殻１３０の左右端部が樹脂製外殻湾曲部１３５を形成しており、さらに、外殻１３０の左右端部間の直行部分の断面は、図８に図示するように、外殻の上下面に形成される上下平面部１３６と、上下平面部１３６に繋がる外殻角曲面部１３７と、を形成している。
【００８４】
空調用内管１０１と給湯用内管１０２からなる２本の内管は同一内径の円管である。内管の曲げ部分における内管の小径部１１６は、図４と同様に仕切板１０４に固着部材により固着されており、さらに、樹脂製外殻１３０の入口側１１８と出口側１１９において内管１０１，１０２はシール部材により固着されていて、これらの固着によって、内管１０１，１０２は流路１１３を形成している温水によって均等に熱伝達される。樹脂製外殻１３０は、自然エネルギの温水回路となっていて、内管直行部分温水流路１１３と内管曲げ部分温水流路１１４を形成している。
【００８５】
本実施例の外殻１３０は、外殻１３０が樹脂で成形されることにより、外気との断熱性に優れた熱交換器とすることができる。また、樹脂成形することにより外殻の形状がより自由に設計できる。すなわち、外殻が箱型の場合、内管の直行部分の両端部における角部で温水流れに乱れが生じ易いため、整流板を設けていたが（図２における整流板１０５を参照）、外殻１３０を樹脂成形することにより、両端部を内管の曲げ形状に沿った形状とすることが可能であり、整流板を設けなくとも外殻を流れる流体の流れの乱れが抑制可能となる。また、外殻１３０における内管の直行部分の断面が、上下平面部１３６と角曲面部１３７を構成し、概ね円管状になっているため、耐圧性が高い。外殻１３０と仕切板１０４を一体成形していることで、部品数が減り、安価に製造することが可能である。また、第４実施例においても、内管の曲げ部分で曲げ加工された後に、内管同士をロウ付け接合１２１することで、曲げ径を小さくでき、三流体熱交換器の小型化に繋がる。
【００８６】
なお、第４実施例では、２本の内管が同一内径の円管として説明したが、それぞれの内管に流れる冷媒の種類、特性によって各内管の径を異ならせても良く、この場合には、径が大きい方の内管の曲げ径によって内管全体の曲げ部分の曲げ径が決まり、径が小さい方の内管は当該決まった曲げ径に合わせて曲げればよい。
【００８７】
「第５実施例」
本発明の実施形態に係る第５実施例は、上述の第１実施例〜第４実施例として挙げた三流体熱交換器の何れかを、図１に示す空調給湯システムの三流体熱交換器に適用した構成である。
【００８８】
図１において、三流体熱交換器２３には、中間温水冷媒回路７に流れる中間温水と、空調用冷媒回路５に流れる冷媒と、給湯用冷媒回路６に流れる冷媒と、の３つの流体が流れて、それぞれの流体間で熱交換が行われる。換言すると、空調用冷媒回路と、給湯用冷媒回路と、空調用冷媒回路及び給湯用冷媒回路内を循環するそれぞれの冷媒に対し三流体熱交換器において熱交換を行って蓄熱する熱媒体回路（中間温水冷媒回路）と、を備えた空調給湯システムにおいて、種々の運転パターンに応じて三流体熱交換器２３内でそれぞれの流体間で効率的な熱交換が行われる。
【００８９】
図１のシステム構成によると、中間温水冷媒回路７の中間温水は三流体熱交換器２３において常に同方向に流れることになるが、中間温水冷媒回路７に三方弁を用いて入力側と出力側にたすき掛け回路を設ければ、中間温水の三流体熱交換器２３での流れ方向を制御指令で逆にすることができ、また、三流体熱交換器２３の入口と出口の接続を逆にするように回路構成してもよい。なお、入口と出口を逆接続することで、三流体熱交換器２３内を流れるいずれの流体に対しても、その流体の流れ方向を逆にすることができる。
【００９０】
そして、三流体熱交換器２３内の流体の流れを次のように設定することによって熱交換性能を向上させることができる。すなわち、空調用冷媒回路５の高圧側冷媒と、給湯用冷媒回路６の低圧側冷媒とが熱交換を行う場合（例．冷房・給湯運転）に、空調用冷媒と給湯用冷媒とを対向流とする。また、空調用冷媒回路５の低圧側冷媒と、給湯用冷媒回路６の低圧側冷媒と、中間温水冷媒回路７の自然エネルギの中間温水とで熱交換を行う場合（例．暖房・給湯運転）に、自然エネルギの中間温水に対して、空調用冷媒と給湯用冷媒とを対向流とする。
【符号の説明】
【００９１】
１  ヒートポンプユニット
１ａ  制御装置
２  室内ユニット
３  給湯・蓄熱タンクユニット
４  太陽熱集熱器
５  空調用冷媒回路
６  給湯用冷媒回路
７  中間温水冷媒回路
８  室内空調用冷温水循環回路
９  給湯回路
１０  太陽熱集熱用熱媒体循環回路
１１  外部出湯回路
１２  給湯余熱温水循環回路
２１  空調用圧縮機
２２  四方弁
２３  三流体熱交換器（熱回収用熱交換器）
２３ａ  空調用配管
２３ｂ  給湯用配管
２３ｃ  蓄熱中間温水配管
２６  冷媒タンク
２７  膨張弁
２８  空調用利用側熱交換器
２８ａ  第１の空調用利用側分割熱交換器
２８ｂ  第２の空調用利用側分割熱交換器
２９  空調用冷媒バイパス配管
３４  三方弁
３５  開閉弁
４１  給湯用圧縮機
４２  給湯用利用側熱交換器
４３  給湯用膨張弁
４４  給湯用熱源側熱交換器
４５  ファン
４６  給湯用冷媒タンク
４７  三方弁
４８  給湯用冷媒分岐回路
５０  蓄熱タンク
５２  中間温水用配管
５３  中間温水用配管
６０  住宅
６１  室内熱交換器
６２  三方弁
６３  余熱用冷温水バイパス配管
６４  二方弁
６５  空調用冷温水配管
６６  空調用冷温水バイパス配管
６７  室内空調用冷温水循環ポンプ
７０  貯湯タンク
７１  給湯用循環ポンプ
７２  給湯用配管
７３  給湯用配管
７４  温水供給経路
７５  中間温水供給経路
７６  水道水供給経路
７７  三方弁
７８  水道水供給口
７９  温水供給口
８１  太陽熱集熱用循環ポンプ
８２  太陽熱集熱用配管
８３  太陽熱集熱用配管
９１  太陽熱用熱交換器
９２  給湯余熱熱交換器
９３  給湯余熱温水用循環ポンプ
９４  給湯余熱温水用配管
９５  給湯余熱温水用配管 
１０１  空調用内管
１０２  給湯用内管
１０３  外殻（箱型の外管）
１０４  仕切板
１０５  整流板
１０７  空調用冷媒流路
１０８  給湯用冷媒流路
１１０  温水入口
１１１  温水出口
１１３  内管直行部分温水流路
１１４  内管曲げ部分温水流路
１１５  大径
１１６  小径
１１７  断熱材
１１８  熱交換器入口側
１１９  熱交換器出口側
１２１  内管接合部
１２２  内管・仕切板接合部
１２３  内管高さ保持用ガイド
１３０  樹脂製外殻
１３５  樹脂製外殻湾曲部
１３６  樹脂製外殻上下平面部
１３７  樹脂製外殻角曲面部
【図１】
0005509311.tif 000002
【図２】
0005509311.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005509311.tif 000005
【図５】
0005509311.tif 000006
【図６】
0005509311.tif 000007
【図７】
0005509311.tif 000008
【図８】
0005509311.tif 000009
【図９】
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