(57)【要約】【課題】冷媒と被加熱流体の間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器において、簡素な構成で冷媒温度を正確に検出することが可能な技術を提供する。【解決手段】本明細書は、冷媒と被加熱流体の間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を開示する。その凝縮器はで、冷媒が流れる冷媒配管と被加熱流体が流れる被加熱流体配管が互いに外表面で接するように配置されている。その凝縮器では、冷媒配管の外表面に冷媒温度を検出するための温度検出手段が設けられている。その凝縮器では、冷媒配管の肉厚が被加熱流体配管の肉厚に比べて薄く形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と被加熱流体の間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器であって、
冷媒が流れる冷媒配管と被加熱流体が流れる被加熱流体配管が互いに外表面で接するように配置されており、
冷媒配管の外表面に冷媒温度を検出するための温度検出手段が設けられており、
冷媒配管の肉厚が被加熱流体配管の肉厚に比べて薄く形成されている凝縮器。
【請求項２】
温度検出手段が、冷媒配管を挟んで被加熱流体配管と対向する位置に配置されている、請求項１の凝縮器。
【請求項３】
請求項１または２の凝縮器と、
凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、
自然環境から吸熱して減圧器からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、
蒸発器からの冷媒を加圧して凝縮器へ送り出す圧縮機を備えるヒートポンプ装置。
【請求項４】
被加熱流体が、水または不凍液である、請求項３のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮器およびヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、冷媒と被加熱流体の間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器が開示されている。この凝縮器では、冷媒が流れる冷媒配管と被加熱流体が流れる被加熱流体配管が互いに外表面で接するように配置されている。この凝縮器では、冷媒配管と被加熱流体配管が分離する箇所を備えており、分離した箇所の冷媒配管の表面に冷媒温度を検出するための温度検出手段が設けられている。この凝縮器によれば、冷媒配管から被加熱流体配管への伝熱が温度検出手段に及ぼす影響を排除して、温度検出手段によって冷媒配管を流れる冷媒の温度を正確に検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷媒配管と被加熱流体配管が分離する箇所を設けると、凝縮器の製造過程がより複雑になり、製造コストの増大を招く。より簡素な構成で、冷媒温度を正確に検出することが可能な技術が期待されている。
【０００５】
本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、冷媒と被加熱流体の間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器において、簡素な構成で冷媒温度を正確に検出することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、冷媒と被加熱流体の間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器を開示する。その凝縮器では、冷媒が流れる冷媒配管と被加熱流体が流れる被加熱流体配管が互いに外表面で接するように配置されている。その凝縮器では、冷媒配管の外表面に冷媒温度を検出するための温度検出手段が設けられている。その凝縮器では、冷媒配管の肉厚が被加熱流体配管の肉厚に比べて薄く形成されている。
【０００７】
上記の凝縮器では、冷媒配管と被加熱流体配管が分離する箇所を必要とすることなく、冷媒の温度を検出することができる。温度検出手段を冷媒配管の外表面に配置して冷媒の温度を検出する構成では、冷媒配管から被加熱流体配管への伝熱によって、温度検出手段での検出値が影響を受ける。冷媒配管から被加熱流体配管への伝熱によって、冷媒配管の外表面で検出される温度は、内部を流れる冷媒の温度よりも低くなる。この温度低下は、冷媒配管の肉厚が厚いほど、より顕著に現れる。上記の凝縮器では、冷媒配管の肉厚を薄く形成しているため、冷媒配管から被加熱流体配管への伝熱が温度検出手段に及ぼす影響を軽減することができる。簡素な構成でありながら、冷媒温度を正確に検出することができる。
【０００８】
上記の凝縮器は、温度検出手段が、冷媒配管を挟んで被加熱流体配管と対向する位置に配置されているように構成することができる。
【０００９】
上記の凝縮器によれば、冷媒配管から被加熱流体配管への伝熱の影響を最も受けにくい場所に温度検出手段が配置されるので、より正確に冷媒温度を検出することができる。
【００１０】
本明細書は、上記の凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、自然環境から吸熱して減圧器からの冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器からの冷媒を加圧して凝縮器へ送り出す圧縮機を備えるヒートポンプ装置も開示する。このヒートポンプ装置は、被加熱流体が、水または不凍液であるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書が開示する凝縮器およびヒートポンプ装置によれば、簡素な構成で冷媒温度を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】凝縮器２８を備えるヒートポンプ４が組み込まれた給湯システム２の構成を模式的に示す図である。
【図２】凝縮器２８の外観を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面についての横断面図である。
【図４】冷媒配管５０の肉厚と冷媒温度センサ３２の検出誤差の関係を示す図である。
【図５】凝縮器２８の変形例の外観を示す斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面についての横断面図である。
【図７】冷媒と２つ以上の被加熱流体との間で熱交換を行う構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例）
図１は、凝縮器２８を備えるヒートポンプ４が組み込まれた給湯システム２を示している。給湯システム２は主に、ヒートポンプ４と、貯湯槽８と、循環ポンプ１０と、混合弁１２と、バーナ加熱装置１４と、バイパス弁１６と、制御装置１８を備えている。給湯システム２は、上水道等の給水源から供給される水を、ヒートポンプ４および／またはバーナ加熱装置１４を加熱源として加熱し、給湯設定温度に調温された水を給湯する。
【００１４】
ヒートポンプ４は、冷媒（例えばＲ４１０ＡといったＨＦＣ冷媒や、Ｒ７４４といったＣＯ２冷媒）を循環させるための冷媒循環路２０と、蒸発器２２と、ファン２４と、圧縮機２６と、凝縮器２８と、膨張弁３０を備えている。
【００１５】
蒸発器２２は、ファン２４によって送風された外気と冷媒循環路２０内の冷媒との間で熱交換を行う、気液熱交換器である。蒸発器２２には、膨張弁３０を通過後の低圧低温の液体状態にある冷媒が供給される。蒸発器２２は、冷媒と外気とを熱交換させることによって、冷媒を加熱する。冷媒は、加熱されることにより気化し、比較的高温で低圧の気体状態となる。
【００１６】
圧縮機２６には、蒸発器２２を通過後の冷媒が供給される。即ち、圧縮機２６には、比較的高温で低圧の気体状態の冷媒が供給される。圧縮機２６によって冷媒が圧縮されることにより、冷媒は高温高圧の気体状態となる。圧縮機２６は、圧縮後の高温高圧の気体状態の冷媒を、凝縮器２８に送り出す。
【００１７】
凝縮器２８には、圧縮機２６から送り出された高温高圧の気体状態の冷媒が供給される。凝縮器２８は、冷媒循環路２０内の冷媒と給湯用水循環路６内の水（以下では給湯用水ともいう）との間で熱交換を行う、液液熱交換器である。冷媒は、凝縮器２８での熱交換の結果、熱を奪われて凝縮する。これにより、冷媒は、比較的低温で高圧の液体状態となる。なお、凝縮器２８には、冷媒の凝縮温度を検出するための冷媒温度センサ３２が設けられている。
【００１８】
膨張弁３０には、凝縮器２８を通過後の比較的低温で高圧の液体状態の冷媒が供給される。冷媒は、膨張弁３０を通過することによって減圧され、低温低圧の液体状態となる。すなわち、膨張弁３０は凝縮器２８からの冷媒を減圧する減圧器として機能する。膨張弁３０を通過した冷媒は、上記の通り、蒸発器２２に送られる。
【００１９】
ヒートポンプ４において、圧縮機２６を作動させると、冷媒循環路２０内の冷媒は、蒸発器２２、圧縮機２６、凝縮器２８、膨張弁３０の順に循環する。ヒートポンプ４が動作すると、凝縮器２８において、給湯用水循環路６内の給湯用水が加熱される。ヒートポンプ４の動作時において、ファン２４、圧縮機２６および膨張弁３０の動作は、冷媒温度センサ３２で検出される冷媒の凝縮温度が、目標とする凝縮温度となるように制御される。
【００２０】
貯湯槽８は、ヒートポンプ４によって加熱された給湯用水を貯える。貯湯槽８は密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。貯湯槽８内には満水まで給湯用水が貯留される。
【００２１】
給湯用水循環路６は、上流端が貯湯槽８の下部に接続されており、ヒートポンプ４の凝縮器２８を通過して、下流端が貯湯槽８の上部に接続されている。給湯用水循環路６には、循環ポンプ１０が取り付けられている。ヒートポンプ４を動作させて、かつ循環ポンプ１０を駆動すると、貯湯槽８の下部の給湯用水が凝縮器２８に送られて、凝縮器２８で加熱された給湯用水が貯湯槽８の上部に戻される。貯湯槽８の内部には、低温の給湯用水の層の上に高温の給湯用水の層が積み重なった温度成層が形成される。
【００２２】
給水路３４は、上流端が外部の上水道に接続されており、給湯用水として水道水を受け入れる。給水路３４の下流側は、貯湯槽導入路３６と貯湯槽バイパス路３８に分岐している。貯湯槽導入路３６の下流端は、貯湯槽８の下部に接続されている。貯湯槽バイパス路３８の下流端は、混合弁１２に接続されている。貯湯槽導出路４０は、上流端が貯湯槽８の上部に接続されている。貯湯槽導出路４０の下流側は、混合弁１２に接続されている。
【００２３】
混合弁１２は、貯湯槽導出路４０を流れる貯湯槽８の上部からの高温の給湯用水と、貯湯槽バイパス路３８を流れる給水路３４からの低温の給湯用水を混合して、第１給湯路４２へ送り出す。混合弁１２では、貯湯槽導出路４０から第１給湯路４２へ流れる給湯用水の流量と、貯湯槽バイパス路３８から第１給湯路４２へ流れる給湯用水の流量の割合を調整する。第１給湯路４２の下流側は、バーナ加熱路４４とバーナバイパス路４６に分岐している。バーナ加熱路４４には、バーナ加熱装置１４が取り付けられている。バーナ加熱装置１４は、ガス等の燃料を燃焼させてバーナ加熱路４４を流れる給湯用水を加熱する。バーナバイパス路４６にはバイパス弁１６が取り付けられている。バーナ加熱路４４とバーナバイパス路４６は、それぞれの下流端で合流して、第２給湯路４８の上流端に接続している。第２給湯路４８から台所の給湯栓や浴室のシャワー等の給湯箇所へ、給湯設定温度に調温された給湯用水が供給される。
【００２４】
制御装置１８は、ファン２４、圧縮機２６、膨張弁３０、循環ポンプ１０、混合弁１２、バーナ加熱装置１４、バイパス弁１６等の動作を制御する。
【００２５】
以下では給湯システム２が行う、蓄熱運転および給湯運転について説明する。
【００２６】
（蓄熱運転）
蓄熱運転では、貯湯槽８内の給湯用水をヒートポンプ４で加熱し、高温となった給湯用水を貯湯槽８に戻す。蓄熱運転を開始する際には、制御装置１８はファン２４および圧縮機２６を駆動してヒートポンプ４を動作させるとともに、循環ポンプ１０を駆動する。圧縮機２６の駆動により、冷媒循環路２０内の冷媒は、蒸発器２２、圧縮機２６、凝縮器２８、膨張弁３０の順に循環する。また、循環ポンプ１０の駆動により、給湯用水循環路６内を貯湯槽８内の給湯用水が循環する。即ち、貯湯槽８の下部に存在する給湯用水が給湯用水循環路６内に導入され、導入された給湯用水が凝縮器２８で加熱され、加熱された給湯用水が貯湯槽８の上部に戻される。これにより、貯湯槽８に高温の給湯用水が貯められる。貯湯槽８の内部が高温の給湯用水で満たされた満蓄状態となると、蓄熱運転を終了する。
【００２７】
（給湯運転）
給湯運転は、給湯設定温度に調温された給湯用水を第２給湯路４８に供給する運転である。給湯運転は、上記の蓄熱運転と並行して行うこともできる。給湯栓やシャワーでの給湯用水の供給が開始されると、給水路３４からの水圧によって、給水路３４から貯湯槽８の下部に水道水が流入する。同時に、貯湯槽８の上部の給湯用水が、貯湯槽導出路４０、第１給湯路４２、バーナ加熱路４４、バーナバイパス路４６を介して、第２給湯路４８に供給される。制御装置１８は、貯湯槽８から貯湯槽導出路４０に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度より高い場合には、混合弁１２を駆動して貯湯槽バイパス路３８から第１給湯路４２に低温の給湯用水を導入する。制御装置１８は、第２給湯路４８に供給される給湯用水の温度が、目標とする給湯設定温度となるように、混合弁１２の開度を調整する。一方、制御装置１８は、貯湯槽８から貯湯槽導出路４０に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バーナ加熱装置１４によって給湯用水の加熱を行う。制御装置１８は、第２給湯路４８に供給される給湯用水の温度が、目標とする給湯設定温度となるように、バーナ加熱装置１４の出力を制御する。
【００２８】
（凝縮器の構成）
図２および図３に示すように、凝縮器２８は、冷媒が流れる冷媒配管５０と、給湯用水が流れる給湯配管５２と、冷媒温度センサ３２を備えている。図２に示すように、凝縮器２８は、冷媒配管５０と給湯配管５２を組み合わせたものを、らせん状に捲回することで形成されている。
【００２９】
図３に示すように、冷媒配管５０と給湯配管５２は、ほぼ同じ口径の配管で構成されている。冷媒配管５０と給湯配管５２は、互いに外表面で接するように配置されている。また、冷媒配管５０は給湯配管５２に比べて、肉厚が薄い配管で構成されている。
【００３０】
冷媒温度センサ３２は、冷媒配管５０の外表面に配置されている。図３に示すように、冷媒温度センサ３２は、冷媒配管５０の上方の給湯配管５２と下方の給湯配管５２から見て、冷媒配管５０の外表面に沿った距離がほぼ等しくなる位置に配置されている。冷媒温度センサ３２は、冷媒配管５０の外表面の温度を検出することで、冷媒配管５０の内部を流れる冷媒の温度を検出する。
【００３１】
冷媒温度センサ３２を冷媒配管５０の外表面に配置して冷媒の温度を検出する構成では、冷媒配管５０から給湯配管５２への伝熱によって、冷媒温度センサ３２での検出値が影響を受ける。冷媒配管５０から給湯配管５２への伝熱によって、冷媒配管５０の外表面で検出される温度は、内部を流れる冷媒の温度よりも低くなる。この温度低下は、冷媒配管５０の肉厚が厚いほど、より顕著に現れる。本実施例では、冷媒配管５０の肉厚を薄く形成しているため、冷媒配管５０から給湯配管５２への伝熱が冷媒温度センサ３２の検出値に及ぼす影響を軽減することができる。このような構成とすることで、冷媒の凝縮温度を正確に検出することができる。
【００３２】
図４は、冷媒配管５０の肉厚と、冷媒温度センサ３２の検出誤差の関係を例示している。図４に示す例では、冷媒配管５０を流れる冷媒の温度を５０℃として、給湯配管５２から流出する給湯用水の温度を４５℃とする場合を示している。図４において、曲線Ｌ１は、給湯配管５２に流入する給湯用水の温度が低い（例えば５℃程度）の場合を示しており、曲線Ｌ２は、給湯配管５２に流入する給湯用水の温度が高い（例えば３０℃程度）の場合を示している。図４から明らかなように、冷媒配管５０の肉厚を薄く形成することで、冷媒温度センサ３２の検出誤差を小さくすることができる。
【００３３】
なお、図５および図６に示すように、冷媒温度センサ３２を、冷媒配管５０が給湯配管５２と一箇所のみで接する箇所に配置してもよい。図５および図６に示す例では、冷媒温度センサ３２は、冷媒配管５０を挟んで給湯配管５２と対向する位置、言い換えると、給湯配管５２との間の冷媒配管５０の外表面に沿った距離が最も遠くなる位置に配置されている。このような構成とすることで、冷媒配管５０から給湯配管５２への伝熱が冷媒温度センサ３２の検出値に及ぼす影響をさらに軽減することができ、冷媒の凝縮温度をさらに正確に検出することができる。
【００３４】
上記の実施例では、冷媒配管５０と給湯配管５２がらせん状に捲回された構成について説明したが、凝縮器２８はどのような全体形状に形成されていてもよく、例えば冷媒配管５０と給湯配管５２がともに水平面内で渦巻状に捲回された構成としてもよい。
【００３５】
上記の実施例では、冷媒と給湯用水の間で熱交換を行う場合について説明したが、冷媒と給湯用水以外の被加熱流体との間で熱交換を行う構成としてもよい。例えば、床暖房機や浴室乾燥暖房機などの暖房に用いられる暖房用水を被加熱流体として、冷媒と暖房用水との間で熱交換を行う構成とすることもできる。
【００３６】
上記の実施例では、冷媒と１つの被加熱流体（給湯用水）との間で熱交換を行う場合について説明したが、冷媒と２つ以上の被加熱流体との間で熱交換を行う構成としてもよい。例えば、図７に示すように、凝縮器において、冷媒と給湯用水との間での熱交換と、冷媒と暖房用水との間での熱交換の双方を行う構成としてもよい。図７に示す構成では、暖房用水が流れる暖房配管６０が大口径の配管から構成されており、給湯用水が流れる給湯配管６２が小口径の配管から構成されており、冷媒が流れる冷媒配管６４が給湯配管６２と同程度の口径の配管から構成されている。暖房配管６０と給湯配管６２はほぼ同じ肉厚の配管から構成されており、冷媒配管６４は暖房配管６０および給湯配管６２に比べて薄い肉厚の配管から構成されている。冷媒温度センサ３２は、冷媒配管６４の外表面に配置されている。冷媒温度センサ３２は、冷媒配管６４の外表面に沿った暖房配管６０からの距離と、冷媒配管６４の外表面に沿った給湯配管６２からの距離が、ほぼ等しくなる位置に配置されている。このような構成とすることで、冷媒配管６４から暖房配管６０への伝熱が冷媒温度センサ３２の検出値に及ぼす影響と、冷媒配管６４から給湯配管６２への伝熱が冷媒温度センサ３２の検出値に及ぼす影響の、両方を軽減することができる。冷媒の凝縮温度を正確に検出することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
２  給湯システム
４  ヒートポンプ
６  給湯用水循環路
８  貯湯槽
１０  循環ポンプ
１２  混合弁
１４  バーナ加熱装置
１６  バイパス弁
１８  制御装置
２０  冷媒循環路
２２  蒸発器
２４  ファン
２６  圧縮機
２８  凝縮器
３０  膨張弁
３２  冷媒温度センサ
３４  給水路
３６  貯湯槽導入路
３８  貯湯槽バイパス路
４０  貯湯槽導出路
４２  第１給湯路
４４  バーナ加熱路
４６  バーナバイパス路
４８  第２給湯路
５０  冷媒配管
５２  給湯配管
６０  暖房配管
６２  給湯配管
６４  冷媒配管
【図１】
2014202450.tif 000003
【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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【図７】
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