(57)【要約】【課題】本発明は、熱交換器を構成する熱交換部の数が機種によって異なる場合であっても、部品の共通性を高めることができる熱交換装置及びヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、熱交換器と、前記熱交換器を収容する筐体と、前記熱交換器より筐体の内側に配置される部材とを備え、前記熱交換器は、伝熱管及びフィンによって構成され、厚み方向に複数重ねて配置可能な熱交換部を有し、前記熱交換部の厚みをｔとし、前記筐体と前記部材とが前記熱交換器を間にして最も近接する部分における前記筐体と前記部材との距離をＤとし、厚み方向に重ねて配置可能な前記熱交換部の最大の数をｎとした場合に、ｎｔ＜Ｄ＜（ｎ＋１）ｔの関係を有し、前記熱交換器を構成する熱交換部の数をｎ以下の個数で選択可能であることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と、前記熱交換器を収容する筐体と、前記熱交換器より筐体の内側に配置される部材とを備え、
前記熱交換器は、伝熱管及びフィンによって構成され、厚み方向に複数重ねて配置可能な熱交換部を有し、
前記熱交換部の厚みをｔとし、前記筐体と前記部材とが前記熱交換器を間にして最も近接する部分における前記筐体と前記部材との距離をＤとし、厚み方向に重ねて配置可能な前記熱交換部の最大の数をｎとした場合に、ｎｔ＜Ｄ＜（ｎ＋１）ｔの関係を有し、
前記熱交換器を構成する熱交換部の数をｎ以下の個数で選択可能であることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記部材として前記熱交換器を通過する冷媒と熱交換させる空気を流すファンを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記ファンは、羽根を有し、前記羽根の回転面に直交する方向に空気を流す軸流ファンであり、
前記熱交換器は、前記羽根の回転面に沿う羽根回転面対向部と、前記羽根回転面対向部から前記羽根の径方向端縁部と対向する位置に延びる羽根端縁部対向部とを有し、
前記距離Ｄは、前記熱交換器の羽根端縁部対向部を間にして対向する前記筐体と前記羽根の径方向端縁部との距離であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記熱交換器によって蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機をさらに備える熱源機であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記熱交換器によって蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒と液体とを熱交換させて前記液を加熱する液冷媒熱交換器と、前記液冷媒熱交換器から流出する冷媒を減圧する減圧弁とをさらに備える請求項１に記載の熱交換装置を有し、
前記液冷媒熱交換器で加熱された液体を用いて給湯を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置及びヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばヒートポンプ給湯機や空調機の熱源機に備えられる蒸発器は、伝熱管とフィンからなるフィンアンドチューブ式の熱交換器であって、伝熱管は大気流れ方向に沿って配置され、フィンに対し垂直に挿入された構造を有する。
【０００３】
ところで、熱源機は、製品の種類によって熱交換器の大きさが異なるものである。熱交換器の大きさを変える一つの方法としては、伝熱管及びフィンによって構成される熱交換部を厚み方向に複数重ねて配置可能な構造とし、熱交換部の数を変更する方法がある（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、熱交換器を構成する熱交換部の数が機種によって異なる熱源機が開示されているが、各熱源機では、ファンや機械室等の熱交換器の周囲の部材の位置も異なっている。
【０００５】
また、ヒートポンプ給湯機では、ユーザのニーズに応じて、フラッグシップモデルとして高性能を達成する機種と、性能は劣るものの廉価な機種とを用意する場合がある。高性能機種は、蒸発器の外気とフィンの伝熱面積、及びフィンと伝熱管の伝熱面積を、それぞれ最大限にしてヒートポンプ給湯機の構造上の制約の中で最大限の寸法となるようにした蒸発器を搭載した機種ものであり、また、廉価機種は、風下側の蒸発器の寸法を小さくする、フィンの枚数を削減する、伝熱管の本数を削減し、材料費が低く抑えられている。
【０００６】
このようなヒートポンプ給湯機においても、熱源機の熱交換器を構成する熱交換部の数が異なる場合には、ファンや機械室等の熱交換器の周囲の部材の位置が異なる熱源機がそれぞれ製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７８０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような熱源機のように熱交換器とその他の部材とを内蔵する熱交換装置において、熱交換器を構成する熱交換部の数が異なる場合に、従来のようにその周囲の部材の位置も異なる熱交換装置をそれぞれ用意するのでは、部品の共通化を図ることができず、コストの低減を十分図ることができない。
【０００９】
そこで、本発明は、熱交換器を構成する熱交換部の数が機種によって異なる場合であっても、部品の共通性を高めることができる熱交換装置及びヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱交換器と、前記熱交換器を収容する筐体と、前記熱交換器より筐体の内側に配置される部材とを備え、前記熱交換器は、伝熱管及びフィンによって構成され、厚み方向に複数重ねて配置可能な熱交換部を有し、前記熱交換部の厚みをｔとし、前記筐体と前記部材とが前記熱交換器を間にして最も近接する部分における前記筐体と前記部材との距離をＤとし、厚み方向に重ねて配置可能な前記熱交換部の最大の数をｎとした場合に、ｎｔ＜Ｄ＜（ｎ＋１）ｔの関係を有し、前記熱交換器を構成する熱交換部の数をｎ以下の個数で選択可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱交換器を構成する熱交換部の数が機種によって異なる場合であっても、部品の共通性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ヒートポンプ給湯機の系統構成図。
【図２】ヒートポンプユニットの内部構造を上から見た図。
【図３】従来のヒートポンプ給湯機における蒸発器の構成の一例。
【図４】本実施形態における蒸発器及びヒートポンプユニットの内部構造。
【図５】本実施形態における蒸発器及びヒートポンプユニットの内部構造。
【図６】本実施形態における蒸発器及びヒートポンプユニットの内部構造。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図１〜図６によって説明する。
【００１４】
図１にヒートポンプ給湯機の系統構成図を、図２にヒートポンプ給湯機の内部構造を上から見た図を、図３に従来の蒸発器の構造図を、図４に本発明の蒸発器の３列構成の図を、図５に本発明の蒸発器の２列構成の図を、図６に本発明の蒸発器の１列構成の図を示す。
【００１５】
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ない、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。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ給湯機は、図面の左側に示す液冷媒熱交換器としての水冷媒熱交換器を含む冷媒サイクルを箱体内部に搭載したヒートポンプユニット１と、図面の右側に示す貯湯タンクを含めた給湯サイクルを箱体内部に搭載したタンクユニット２で構成され、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２をヒートポンプ給湯機の施工現場にて接続配管３を使用して接続する構造となっている。
【００１７】
冷媒サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機４と、圧縮機４から吐出される高温・高圧の冷媒が、貯湯タンクより導いた水と熱交換する水冷媒熱交換器５と、水冷媒熱交換器５より流出された冷媒が減圧される減圧装置としての減圧弁６と、減圧弁６により減圧された低温・低圧の冷媒が、空気と熱交換する蒸発器７を冷媒配管を介して環状に接続される構成となっている。蒸発器７には、ファン８により外気が通風される構造となっている。ファン８は、羽根８ａを複数有し、羽根８ａの回転面に直交する方向に空気を流す軸流ファンである。なお、これら圧縮機４、水冷媒熱交換器５、減圧弁６、蒸発器７、ファン８はヒートポンプユニット１の筐体１ａに収容されている。
【００１８】
また、ヒートポンプ給湯機は、蒸発器、圧縮機、水冷媒熱交換器、減圧装置を備え、それらの閉回路内を冷媒が循環することで冷凍サイクルを構成し、蒸発器により冷媒が外気より熱を吸収し、その冷媒を圧縮機により圧縮して温度を上昇させ、高温になった冷媒の熱を水冷媒熱交換器で加熱対象である水に吸収させることで冷媒の温度を下げるとともに湯を沸き上げ、減圧装置により冷媒圧力と冷媒温度を下げ、再び蒸発器に戻ることで冷媒が吸熱と放熱を繰り返し、湯を沸き上げている。
【００１９】
水サイクルは必要量の湯を貯える貯湯タンク９と、貯湯タンク９の底部の水が導かれる水循環ポンプ１０と、水循環ポンプ１０から吐出された水が冷媒と熱交換する水冷媒熱交換器５が循環配管により環状に接続される構成となっており、水冷媒熱交換器５より吐出された水は貯湯タンク９の頂部に戻される構造となっている。また貯湯タンク９の底部には給水配管１１を介して、図示していない水道などの給水源が接続され、頂部は使用場所に給湯する給湯配管１２が接続されている。
【００２０】
蒸発器７は、伝熱管及びフィンによって構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器であり、図４〜６に示すように、厚み方向に複数重ねて配置可能な熱交換部７ａを有する。そして、ヒートポンプユニット１は、熱交換部７ａの厚みをｔとし、筐体１ａとファン８とが蒸発器７を間にして最も近接する部分における筐体１ａと蒸発器７との距離をＤとし、厚み方向に重ねて配置可能な熱交換部７ａの最大の数をｎとした場合に、ｎｔ＜Ｄ＜（ｎ＋１）ｔの関係を有し、蒸発器７を構成する熱交換部７ａの数をｎ以下の個数で選択可能である。
【００２１】
これについて以下に説明する。図２にヒートポンプユニット１の内部構造を上から見た図を示す。蒸発器７は上から見てヒートポンプユニット１にＬ字形に収納され、ファン８が有する羽根の回転面に沿う羽根回転面対向部７ｂと、羽根回転面対向部７ｂから羽根の径方向端縁部と対向する位置に延びる羽根端縁部対向部７ｃとを有する。蒸発器の厚さをＴとすれば、上述した距離Ｄは、ファン８に干渉しないような収納制約寸法以下にする必要がある。これを式で表すと以下のとおりである。なお、図２の例では、距離Ｄは、蒸発器７の羽根端縁部対向部７ｃを間にして対向する筐体と羽根の径方向端縁部７ｃとの距離となっている。
Ｔ  ＜  Ｄ
【００２２】
ここで、従来の２列構成の蒸発器７’について、図３を用いて説明する。蒸発器７’は、伝熱管４１’と、蒸発器７の厚さに対しフィン幅ｔ’＝Ｔ／２のフィンからなるフィンアンドチューブ式の熱交換器であって、風上側フィン３１、風下側フィン３２の２列構成で、それぞれのフィンに伝熱管４１’が挿入されている。しかし２列構成の場合、高性能を達成するため、蒸発器の外気とフィンの伝熱面積、及びフィンと伝熱管の伝熱面積を、それぞれ最大限にするために、ヒートポンプ給湯機の構造上の制約の中で最大限の寸法となるようにした蒸発器を搭載した機種のほかに、性能は劣るものの廉価なヒートポンプ給湯機を提供するために、蒸発器の材料費を低減する方法として、風下側の蒸発器の寸法を小さくする、フィンの枚数を削減する、伝熱管の本数を削減する、などの方法を取っていた。しかしながら、風下側の蒸発器の寸法を小さくすると、蒸発器のなくなった部分を支える構成部材が必要になったり、寸法違いや様々なフィンの枚数や伝熱管の本数を持った仕様が異なるヒートポンプユニットが必要になり、製造上の制約になりもした。
【００２３】
このような問題を解決するヒートポンプユニットについて、以下で詳細に説明する。
【００２４】
図４に示すように、蒸発器７は、厚み（即ち、フィン幅）ｔを有する熱交換部７ａを３つ備えるものであり、かつ収納制約寸法である距離Ｄに対し３ｔ＜Ｄ＜４ｔの関係を有する。各熱交換部７ａは、３列に並べられており、１列目フィン３３、２列目フィン３４、３列目フィン３５のに伝熱管４１が挿入された状態となっている。
【００２５】
ところで、本実施形態に係る蒸発器７は、１列目フィン３３及び２列目フィン３４は、幅が図３に示す従来の２列構成の蒸発器７’と比較して狭く、約２／３の幅とされる。これに伴って、伝熱管４１もそのフィン幅ｔに最適な径に細径化され、伝熱管４１のピッチもフィン幅ｔと伝熱管４１の径に合せて最適なピッチとなっている。蒸発器７は、従来の蒸発器７’と比較してフィン幅が狭くなったことにより、蒸発器７の幅Ｔは従来の２列構成と変わらず、空気側の伝熱面積は従来とほぼ同一であるが、冷媒管の本数が増えるため、冷媒側の伝熱面積が増えることにより性能向上に寄与できる。また３列とも伝熱管方向の幅以外は基本的に構造が共通するのフィンを重ねただけであり、製造上の制約も無い。
【００２６】
次に、２列構成の蒸発器７を図５に示す。熱交換部７ａは１列目フィン３３、２列目３４ともに図５で用いた同一のフィンを用いた２列構成で、それぞれのフィンに図４で用いた同一の伝熱管４１が挿入されている。つまり図５で示す蒸発器７から３列目の熱交換部７ａを削除し１列目と２列目のフィンのみの蒸発器７となる。すなわち蒸発器７を２列構成とする。この構成をとれば、従来のように、性能と材料費のバランスを取るために風下側の蒸発器７の寸法を小さくして、蒸発器７のなくなった部分を支える構成部材が必要になったり、寸法違いや様々なフィンの枚数や伝熱管の本数を持った蒸発器７が必要になるというような製造上の制約がない。
【００２７】
次に、１列構成の蒸発器７を図６に示す。１列目フィン３３は図４で用いた同一のフィンを用いた１列構成で、フィンに図４で用いた同一の伝熱管４１が挿入されている。つまり図４で示す蒸発器７から２列目と３列目の熱交換部７ａを削除し１列目のみの蒸発器７となる。すなわち蒸発器７を１列構成とする。この構成をとれば、従来のように、性能と材料費のバランスを取るために風下側の蒸発器７の寸法を小さくして、蒸発器７のなくなった部分を支える構成部材が必要になったり、寸法違いや様々なフィンの枚数や伝熱管の本数を持った蒸発器７が必要になるというような製造上の制約がない。
【００２８】
以上のように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機によれば、熱交換器を構成する熱交換部の数が機種によって異なる場合であっても、部品の共通性を高めることができ、熱交換部の列数を１〜３列で自在に選ぶことができる。また、蒸発器の外形寸法を従来の蒸発器と同じとしても、高性能機種用と廉価機種用に容易に作り分けることができる。従って、簡素な構造で、蒸発器の性能と材料費のバランスを調整することが出来る。
【００２９】
なお、上記実施形態においては、厚み方向に重ねて配置可能な熱交換部７ａが最大３つである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、厚み方向に重ねて配置可能な熱交換部７ａの最大の数は２以上であればよく、例えば４であってもよい。
【００３０】
また、上記実施形態においては、厚み方向に複数重ねて配置可能な熱交換部を有する熱交換器が蒸発器である場合について説明したが、例えば空調機に用いられる熱源機のように熱交換器が凝縮器として機能するものであってもよい。また、上記ヒートポンプユニットのように冷凍サイクルを構成する全ての構成部品が一つのユニット内に収容されるものに限られず、熱交換装置内には圧縮機及び減圧便が備えられ、利用側の熱交換器等は他の装置内に収容されるものであってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態においては、熱交換器を間にして前記筐体と最も近接する部材がファンである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他にも、ファンによって作られる空気の流れを案内するマウスリング、ファンを駆動するモータ、液冷媒熱交換器、圧縮機、冷凍サイクルの構成部品を接続する配管等であってもよい。
【００３２】
また、上記実施形態においては、熱交換器が羽根回転面対向部と羽根端縁部対向部とを有し、距離Ｄが熱交換器の羽根端縁部対向部を間にして対向する筐体と羽根の径方向端縁部との距離であるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、熱交換器が羽根端縁部対向部を有しないものであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・ヒートポンプユニット  ２・・・タンクユニット  ３・・・接続配管  ４・・・圧縮機  ５・・・水冷媒熱交換器  ６・・・減圧弁  ７・・・蒸発器  ８・・・ファン  ９・・・貯湯タンク  １０・・・水循環ポンプ  １１・・・給水配管  １２・・・給湯配管  ３１・・・風上側フィン  ３２・・・風下側フィン  ３３・・・１列目フィン  ３４・・・２列目フィン    ３５・・・３列目フィン  ４１・・・伝熱管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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