(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管とを有する２重管を設け、前記内管に熱媒流体を流通させ、前記内管と前記外管との間に冷媒を流通させ前記熱媒流体と前記冷媒とを対向流となるように流す２重管式熱交換器において、
冷媒入口２重管と冷媒出口２重管とが接続され、
前記冷媒は、複数に分岐した前記冷媒入口２重管を流通し合流して、前記冷媒出口２重管を流通し、
前記冷媒入口２重管では、前記冷媒が過熱領域から凝縮領域にあたり、
前記冷媒出口２重管では、前記冷媒が凝縮領域から過冷却領域にあたり、
前記冷媒入口２重管の分岐数は、前記冷媒出口２重管の分岐数より多く構成し、
前記冷媒入口２重管を構成するそれぞれの２重管の内管の内径を、前記冷媒出口２重管の内管の内径より小さくした２重管式熱交換器。
【請求項２】
螺旋状に巻いて多段に配するとともに、前記冷媒入口２重管を、前記冷媒出口２重管よりも上方に配設したことを特徴とする請求項１に記載の２重管式熱交換器。
【請求項３】
前記冷媒入口２重管の内管と外管との平均間隙寸法を、前記冷媒出口２重管の内管と外管との平均間隙寸法と同等、あるいは、それよりも小さくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の２重管式熱交換器。
【請求項４】
前記内管の外周面に凸状部を複数設けるとともに、前記冷媒入口２重管側に設けられた前記凸状突部の単位長さ当たりの表面積を、前記冷媒出口２重管側に設けられた前記凸状部の単位長さ当たりの表面積と同等、あるいは、それよりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２重管式熱交換器。
【請求項５】
前記冷媒入口２重管の内管の内周面に凸状部を複数設けるとともに、前記冷媒出口２重管側の内管の内周面には、前記冷媒入口２重管に設けた凸状部の単位長さ当たりの表面積よりも小さくなるように凸状部を設けるか、あるいは、凸状部を設けないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２重管式熱交換器。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の２重管式熱交換器にて、水を加熱する構成としたことを特徴とするヒートポンプ温水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いて温水を生成するヒートポンプ温水生成装置の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器にはしばしば、内管と、その内管と略同心円状に配した外管で構成した２重管式水冷媒熱交換器が採用されている。その際には、内管に冷媒を流通させ、内管と外管の間隙に熱媒流体を流通させて、熱交換を行う場合と、内管に熱媒流体を流通させ、内管と外管の間隙に冷媒を流通させて熱交換を行う仕様がある。
【０００３】
ただし、内管に冷媒を流通させ、内管と外管の間隙に熱媒流体を流通させて、熱交換を行う場合には、水冷媒熱交換器内の冷媒の温度を測定できないという課題を有している。そのため、冷媒の温度が異常に上昇した場合を検知するために、圧力スイッチを設けることが必要となっており、コストの上昇を招いてしまう。
【０００４】
また、内管と外管の間隙に、水あるいは不凍液などの熱媒流体を流通させることは、その熱媒流体の接触部が内側と外側と両側にあることとなる。そのため、接触面積が大きいことで、熱媒流体の圧損が高くなるという課題も有している。
【０００５】
熱媒流体側の圧損は、管路の断面積／管路断面周長さ、に反比例するので、接触面積が大きいと、熱媒流体側の圧損は増すこととなる。
【０００６】
それに対して、内管に熱媒流体を流通させ、内管と外管の間隙に冷媒を流通させる形態であれば、外管の外方に温度サーミスタを設けることで、冷媒の温度を測定することが可能となり、水冷媒熱交換器の冷媒の温度に応じて、最適な運転となるような制御を行ったり、異常な圧力となることを温度で測定して、事前に停止させることも可能となり、性能面や安全面に優れた水冷媒熱交換器を安価に提供することができる。
【０００７】
また、内官に水あるいは不凍液などの熱媒流体を流通させることは、その接触面積が小さくなることで、熱媒流体の圧損の低減にも効果がある。熱媒流体の圧損が低減できれば、外部の負荷端末の熱媒流体圧損が高くても使用できるなど、使用範囲が広がることとなる。
【０００８】
そこで、今回は、この内管に熱媒流体を流通させ、内管と外管の間隙に冷媒を流通させる水冷媒熱交換器に関して説明を行う。
【０００９】
図１０、図１１に示す水冷媒熱交換器は、非共沸混合冷媒を用いた例であるが、熱交換効率の優れた水冷媒熱交換器１００を提供するために、内管１０１に熱媒流体（熱原水）を流し、内管１０１と外管１０２の間に冷媒を、熱媒流体の流れ方向と向かい合わせとしているものである。
【００１０】
それにより、冷媒の温度の高い冷媒入口側１０３が熱媒流体の温度の高い熱媒流体出口１０４側と熱交換を行い、冷媒温度の低い冷媒出口側１０５では、熱媒流体の温度の低い、熱媒流体入口側１０６と熱交換することで、冷媒の入口１０３から出口１０５までの全域で、冷媒と熱媒流体（熱原水）の間に所定の温度差を有することで、平均温度差が大となり、熱交換効率に優れたものとしている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
また、図１１において、この水冷媒熱交換器１００はコイル状（螺旋状）に巻かれた、一体の２重管構成としてあり、上方に冷媒入口側１０３及び熱媒流体出口側１０４、下方に冷媒出口側１０５及び熱媒流体入口側１０６を配している。
【００１２】
また、図１２、図１３に示す水冷媒熱交換器は、上記特許文献１と同じく、熱媒流体と冷媒を、流れ方向と向かい合わせとしており、さらに熱交換効率を増し、熱媒流体の昇温能力を増すために、冷媒入口側１０７（熱媒流体出口側）は上記と同じ、内管１０８に熱媒流体を流し、内管１０８と外管１０９の間に冷媒を流す２重管構成とし、冷媒出口側１１０（熱媒流体入口側）では、熱媒流体を流す給水管１１１と、冷媒を流す冷媒管１１２とを密着状に管並列構造としたものが考案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−９４１９５号公報
【特許文献２】特開平１０−１０３７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１０、図１１に示した特許文献１に示す構成では、水冷媒熱交換器１００はコイル状（螺旋状）に巻かれた、一体の２重管構成としてあるために、熱媒流体側の圧損が多大となるという課題を有している。
【００１５】
熱交換効率を上げるためには、２重管の長さを長くして、熱交換を行う面積を増す、あるいは、熱媒流体の流通する内管１０１の内径を減じて、熱媒流体の流速を上げることが効果的であるが、いずれも、熱媒流体側の圧損は、長さに比例して大きくなり、また内径に反比例して大きくなるので、熱交換効率を上げることが、熱媒流体側の圧損の増加を招くという課題を有している。
【００１６】
熱媒流体側の圧損の増加は、熱媒流体を強制的に循環する循環ポンプ（図示せず）の駆動力が多大に必要となり、そのため循環ポンプを駆動する必要消費電力が高くなり、ひいいては、機器の消費電力増加につながり、省エネとならならない恐れが生じる。また、循環ポンプの駆動力アップは、循環ポンプの騒音増加を招くことともあり、使用性が悪化する、あるいはコストがアップすることも考えられる。
【００１７】
また、内管１０１と外管１０２の間を流通する冷媒の圧損に関しても、その長さが長くなることで冷媒圧損が増すこととなり、冷媒圧損が増すことは、冷媒を循環するための圧縮機（図示せず）の入力の増加につながり、それはＣＯＰの低下を招いてしまい、水冷媒熱交換器１００の熱交換性能向上を増したにも関わらず、機器本体のＣＯＰ性能が悪化してしまうという課題を有していた。
【００１８】
また、図１２、図１３に示した特許文献２においては、冷媒入口側１０７である過熱領域から凝縮領域にかけては、内管１０８に熱媒流体を流す給水管とし、内管１０８と外管１０９の間に冷媒を流す２重管構成とし、冷媒出口側１１０である、凝縮領域から過冷却領域にかけては、熱媒流体を流す給水管１１１と、冷媒を流す冷媒管１１２を密着状に管並列構造としており、過熱領域において、熱交換効率の優れた２重管構成とし、過冷却領域においては、液体同士の熱交換応力に優れた管並列構造とすることで、全域にわたり熱交換効率の向上を狙っている。
【００１９】
ところが、熱媒流体を流通する給水管１０８、１１１に関しては、一体の長配管となる
ために、熱媒流体側の圧損が多大となるという課題を有している。
【００２０】
熱交換効率を上げるためには、給水管１０８、１１１、外管１０９、１１２の長さを長くして、熱交換を行う面積を増す、あるいは、熱媒流体の流通する給水管１０８、１１１の内径を減じて、熱媒流体の流速を上げることが効果的であるが、いずれも、熱媒流体側の圧損は、長さに比例して大きくなり、また内径に反比例して大きくなるので、熱交換効率を上げることが、熱媒流体側の圧損の増加を招くという課題を有し、循環ポンプ（図示せず）の動力増加、入力増加、騒音増加を招くという課題があることは、特許文献１と同じである。
【００２１】
また、過冷却領域においては、液体同士の熱交換能力に優れる管並列部として、を配していると記載してあるが、管並列構成では、給水管１１１と冷媒管１１２の密着面積がどうしても小さくなり、熱交換効率の向上が思うように図れないという課題も有している。
【００２２】
特に、給水管１１１、冷媒管１１２は円筒状の銅管が多く用いられるが、接触部をロウ付けして、接触面積を増し、熱交換効率を上げようとしても、円と円では接触面積が小さく、思うような熱交換効率が得られないことが考えられる。
【００２３】
また、管並列構成では、二つの管の専有する空間が広くなるために、収納面でコンパクト化が諮りにくいという課題も有していた。
【００２４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、熱交換性能の向上を図り、省エネを実現できるとともに、水あるいは不凍液などの熱媒流体を流通させるための熱媒流体側の圧損の低減を実現する２重管熱交換器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】
【００２５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の２重管式熱交換器は、内管と外管とを有する２重管を設け、前記内管に熱媒流体を流通させ、前記内管と前記外管との間に冷媒を流通させ前記熱媒流体と前記冷媒とを対向流となるように流す２重管式熱交換器において、冷媒入口２重管と冷媒出口２重管とが接続され、前記冷媒は、複数に分岐した前記冷媒入口２重管を流通し合流して、前記冷媒出口２重管を流通し、前記冷媒入口２重管では、前記冷媒が過熱領域から凝縮領域にあたり、前記冷媒出口２重管では、前記冷媒が凝縮領域から過冷却領域にあたり、前記冷媒入口２重管の分岐数は、前記冷媒出口２重管の分岐数より多く構成し、前記冷媒入口２重管を構成するそれぞれの２重管の内管の内径を、前記冷媒出口２重管の内管の内径より小さくしたものである。
【００２６】
これにより、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域にかけて、多重に分岐することで、熱媒流体との熱交換面積が増すことで、熱交換効率の向上、ひいては圧縮機駆動電力の削減を実現できる。
【００２７】
また、多重に分岐することで、冷媒圧損の高いガス冷媒の過熱領域において、冷媒圧損の低減が可能となり、そのことも圧縮機の駆動電力削減につながる。また、凝縮領域から過冷却領域である冷媒出口２重管を、冷媒入口２重管より分岐数を少なくすることで、液冷媒とガス冷媒から液冷媒にかけての領域における、熱交換効率の向上と、比較的冷媒圧損の低い、液冷媒領域での配管圧損の低減を図り、圧縮機入力低減を実現できる。
【００２８】
さらに、熱媒流体に関しては、冷媒と対向流としていることで、高温となる冷媒入口２重管側で、多重に分岐し、熱媒流体と冷媒の熱交換面積を広げていることで、熱交換効率の向上による、性能向上、省エネ性向上が実現できる。さらに、多重分岐することで、熱媒流体側の圧損を減ずることができ、熱媒流体を搬送する循環ポンプの入力低減、それに伴う騒音低減を実現できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、熱交換性能の向上を図り、圧縮機の入力低減に伴う、省エネを実現できるとともに、水あるいは不凍液などの熱媒流体を流通させるための熱媒流体側の圧損の低減を実現した２重管熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ温水生成装置の２重管熱交換器水冷媒熱交換器の構成図
【図２】同ヒートポンプ温水生成装置の２重管熱交換器の外観図
【図３】同ヒートポンプ温水生成装置の２重管熱交換器の要部断面図
【図４】同ヒートポンプ温水生成装置の２重管熱交換器の他の要部断面図
【図５】同ヒートポンプ温水生成装置の冷媒回路および温水回路図
【図６】同ヒートポンプ温水生成装置の室外機の斜視図
【図７】同２重管熱交換器における冷媒の状態を表す図
【図８】同２重管熱交換器における冷媒の状態を表す他の図
【図９】同ヒートポンプ温水生成装置の他の冷媒回路および温水回路図
【図１０】従来のヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器の断面図
【図１１】同ヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器の概観図
【図１２】同ヒートポンプ温水生成装置の温水回路図
【図１３】同ヒートポンプ温水生成装置の他の水冷媒熱交換器の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
第１の発明は、内管と外管とを有する２重管を設け、前記内管に熱媒流体を流通させ、前記内管と前記外管との間に冷媒を流通させ前記熱媒流体と前記冷媒とを対向流となるように流す２重管式熱交換器において、冷媒入口２重管と冷媒出口２重管とが接続され、前記冷媒は、複数に分岐した前記冷媒入口２重管を流通し合流して、前記冷媒出口２重管を流通し、前記冷媒入口２重管では、前記冷媒が過熱領域から凝縮領域にあたり、前記冷媒出口２重管では、前記冷媒が凝縮領域から過冷却領域にあたり、前記冷媒入口２重管の分岐数は、前記冷媒出口２重管の分岐数より多く構成し、前記冷媒入口２重管を構成するそれぞれの２重管の内管の内径を、前記冷媒出口２重管の内管の内径より小さくしたものである。
【００３２】
これにより、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域にかけて、多重に分岐することで、熱媒流体との熱交換面積が増すことで、熱交換効率の向上、ひいては圧縮機駆動電力の削減を実現できる。
そして、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、熱媒流体の流速を上げることで、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。その際には、熱媒流体の圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、熱媒流体の圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができる。

【００３３】
また、多重に分岐することで、冷媒圧損の高いガス冷媒の過熱領域において、冷媒圧損の低減が可能となり、そのことも圧縮機の駆動電力削減につながる。また、凝縮領域から過冷却領域である冷媒出口２重管を、冷媒入口２重管より分岐数を少なくすることで、液冷媒とガス冷媒から液冷媒にかけての領域における、熱交換効率の向上と、比較的冷媒圧損の低い、液冷媒領域での配管圧損の低減を図り、圧縮機入力低減を実現できる。
【００３４】
さらに、熱媒流体に関しては、冷媒と対向流としていることで、高温となる冷媒入口２重管側で、多重に分岐し、熱媒流体と冷媒の熱交換面積を広げていることで、熱交換効率の向上による、性能向上、省エネ性向上が実現できる。さらに、多重分岐することで、熱媒流体側の圧損を減ずることができ、熱媒流体を搬送する循環ポンプの入力低減、それに伴う騒音低減を実現できる。
【００３５】
第２の発明は、螺旋状に巻いて多段に配するとともに、前記冷媒入口２重管を、前記冷媒出口２重管よりも上方に配設したことを特徴とするものである。
【００３６】
これにより、冷媒側はガス冷媒から液冷媒へと変わるが、その流れを上方から下方とし、最下方を液冷媒状態とすることで、冷媒の搬送抵抗が減ずることで、圧縮機入力の低減、ひいては省エネ性の向上が図れる。また、熱媒流体に関しては、下方から上方に流通し
、その間に加熱、昇温することとなり、高温となり浮力のついた熱媒流体を上方から排出することで、熱媒流体を搬送する循環ポンプの入力低減、それに伴う騒音低減を実現できる。
【００３８】
第３に発明は、前記冷媒入口２重管の内管と外管との平均間隙寸法を、前記冷媒出口２重管の内管と外管との平均間隙寸法と同等、あるいは、それよりも小さくしたことを特徴とするものであり、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、冷媒の流速を上げることで、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。その際には、冷媒圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、冷媒圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３９】
第４の発明は、前記内管の外周面に凸状部を複数設けるとともに、前記冷媒入口２重管側に設けられた前記凸状突部の単位長さ当たりの表面積を、前記冷媒出口２重管側に設けられた前記凸状部の単位長さ当たりの表面積と同等、あるいは、それよりも大きくしたことを特徴とするもので、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、単位長さ当りの表面積を上げることは、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。

【００４０】
その際には、冷媒圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、冷媒圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができる。また、冷媒出口２重管の内管の外面凸状突起物入口の単位長さ当たりの表面積を、冷媒入口２重管の内管の外面凸状突起物入口の単位長さ当たりの表面積よりも小さくしていることとなるが、凝縮領域から過冷却領域、あるいは過冷却領域であるために、その影響は少なく、効率低下を抑えることが出来る。
【００４１】
第５の発明は、前記冷媒入口２重管の内管の内周面に凸状部を複数設けるとともに、前記冷媒出口２重管側の内管の内周面には、前記冷媒入口２重管に設けた凸状部の単位長さ当たりの表面積よりも小さくなるように凸状部を設けるか、あるいは、凸状部を設けないことを特徴とするものであり、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、熱媒流体の乱流を促進することで、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。
【００４２】
その際には、熱媒流体の圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、熱媒流体の圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができる。また、冷媒出口２重管の内管の内面は、冷媒入口２重管より、平滑にしていることは、分岐数を冷媒入口２重管より減じている冷媒出口２重管において、水あるいは不凍液などの熱媒流体の圧損を低減することができる。また、その範囲は、凝縮領域から過冷却領域、あるいは過冷却領域であるために、乱流になりにくくても、その影響は少なく、効率低下を抑えることが出来る。
【００４３】
第６の発明は、前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の２重管式熱交換器にて、水を加熱する構成としたことを特徴とするヒートポンプ温水生成装置で、熱交換性能の向上を図り、圧縮機の入力低減に伴う、省エネを実現できるとともに、水あるいは不凍液などの熱媒流体を流通させるための熱媒流体側の圧損の低減を実現した２重管熱交換器を搭載したヒートポンプ温水生成装置を提供できる。

【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施が限定されるものではない。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器の構成図、図２は同じくヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器の三面図を示した外観図、図３、図４は同じく、ヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器の要部断面図である。
【００４６】
図５は、第１の実施の形態におけるヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器を用いヒートポンプ温水生成装置の冷媒回路、温水回路図であり、この図では熱媒流体として、水あるいは不凍液を加熱して、その加熱された水あるいは不凍液で暖房を行う温水暖房機を図示している。そして、図１に記したヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器が、図４のうち水冷媒熱交換器を抜き出して記載したものである。
【００４７】
まず、図５のヒートポンプ温水生成装置としての冷媒回路、温水回路図で説明を行う。１は循環される水あるいは不凍液などの熱媒流体を加熱するためのヒートポンプ温水生成装置の室外機本体であり、２はヒートポンプ温水生成装置の室外機１と熱媒配管３で接続された外部放熱器であり、図４では床暖房などのパネル状の外部放熱器２としているが、パネルヒーターや、送風ファンを備えたファンコンベクターなどでも構わないし、温水を流すタイプでも構わない。
【００４８】
これは一例として、床暖房などのパネル状の外部放熱器２としているが、ヒートポンプ温水生成装置の室外機１で生成された温水を利用するための、端末であると考えればよい。また、この熱媒配管３には、往きの熱媒往き配管３ａと戻りの熱媒戻り配管３ｂがある。
【００４９】
ヒートポンプ温水生成装置の室外機１で加熱された温水が、熱媒配管３（熱媒往き配管３ａ）を通り、外部放熱器２へと送られ、外部放熱器２の設置された居室を暖房するのが、温水暖房機であり、ヒートポンプ温水生成装置１はその熱源となるものである。今回はこの温水暖房機を用いて説明を行う。このヒートポンプ温水生成装置の室外機１内に組み込まれている部品は、以下のようになっている。
【００５０】
ヒートポンプ温水生成装置１には、冷媒を圧縮、循環する圧縮機４、凝縮器として、熱伝導率の高い銅管で構成された、水あるいは不凍液などの熱媒流体と圧縮機４で循環される冷媒の熱交換を行い、水あるいは不凍液などの熱媒流体を加熱する水冷媒熱交換器５（２重管式熱交換器）、減圧手段である膨張弁６、蒸発器である空気冷媒熱交換器７があり、圧縮機４、水冷媒熱交換器５、減圧手段６、蒸発器である空気冷媒熱交換器７を順次環状に接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させる冷媒回路８を構成している。

【００５１】
今回の用いている、冷媒は、一般的なエアコンにも利用されている、Ｒ４１０ＡあるいはＲ４０７Ｃといった、オゾン破壊係数が０の新冷媒で説明を行う。
【００５２】
水冷媒熱交換器５は、内管９と外管１０による２重管構成となっており、内管９に熱媒流体、内管と外管１０の間に圧縮機４から搬送された冷媒を流通させる熱交換器であり、内管９内方を流通する水あるいは不凍液などの熱媒流体と、内管９と外管１０の間を流通する冷媒は互いに向き合って流れる、いわゆる対向流となっており、冷媒で水あるいは不凍液などの熱媒流体を加熱し、温水を生成することとなる。詳細構成に関しては、図１と共に、図２、図３、図４も用いて後述する。
【００５３】
１１は蒸発器である空気冷媒熱交換器７に空気を搬送する送風ファンであり、蒸発器である空気冷媒熱交換器７の熱交換能力の促進を行っている。１２は冷媒回路８の中で、水冷媒熱交換器５にロウ付けされて取り付けられた凝縮温センサであり、水冷媒熱交換器５の凝縮温を測定するように、水冷媒熱交換器５の凝縮領域の外管１０外方に取付けられている。冷媒漏れに際などに、水冷媒熱交換器５が高圧となった場合には、この凝縮温センサ１２で温度を検知して、運転停止を行うなど、保護装置の役割を担う。
【００５４】
１３は、圧縮機４の出口側と水冷媒熱交換器５の入口側をつなぐ吐出配管であり、１４は吐出配管１３に設けられた圧縮機出口温センサである。１５は、水冷媒熱交換器５の冷媒出口側と、膨張弁６をつなぐ、熱交出口配管である。また、１６は蒸発器７の空気熱交出口配管に設けられた空気熱交出口温センサである。１７は、蒸発器である空気冷媒熱交換器７の外方に設けられた外気温センサである。

【００５５】
水冷媒熱交換器５の凝縮温センサ１２で検知する凝縮温度、空気熱交出口温センサ１６の検知する蒸発器である空気冷媒熱交換器７の蒸発温度、そして外気温センサ１７で検知する外気温で、圧縮機出口温センサ１４で測定する圧縮機４の吐出温度が最適となるように、圧縮機４の周波数が制御される。
【００５６】
一方、水冷媒熱交換器５に水あるいは不凍液などの熱媒流体を循環し、冷媒と熱交換を行うのが温水回路１８である。１９は、温水回路１８内の水あるいは不凍液などの熱媒流体を強制的に循環する循環ポンプであり、水冷媒熱交換器５の上流側に配されている。２０は、循環ポンプ１９の上流に配されたシスターンタンクである。そのシスターンタンク２０には、シスターンタンク１７内の水位を検出する水位センサ２１が設けられている。
【００５７】
２２は、水冷媒熱交換器５で加熱された温水を外部放熱器２に送るために温水回路１８の往き側の末端部に設けられた熱動弁であり、外部放熱器２を暖房するか否かに応じて、開放、閉止が行われ、外部放熱器２に、温水を流通させたり、流通させないようにしたりするなど、開閉の制御が行われる。
【００５８】
２３は、水冷媒熱交換器５に入る温水の温度を測定する水冷媒熱交換器入口温センサ、２４は、水冷媒熱交換器５の出口側の水あるいは不凍液などの熱媒の温度を測定するための水冷媒熱交換器出口温センサである。
【００５９】
２５は、ヒートポンプ温水生成装置の室外機１の各種センサの制御を行う制御装置、２６は使用者がヒートポンプ温水生成装置の室外機１の運転を行い、居室の温度などの各種設定を行うためのリモコンである。
【００６０】
このような、ヒートポンプ温水生成装置の室外機１の中で、冷媒と、水あるいは不凍液などの熱媒流体を熱交換し、昇温させるのが水冷媒熱交換器５である。水冷媒熱交換器５は、２重管を複数個つないだ形状をしている。図４に記した水冷媒熱交換器５の、拡大図を図１に示している。
【００６１】
まず、冷媒回路に関しては、冷媒入口側は、圧縮機４と吐出配管１３でつながり、この吐出配管１３と接続される、冷媒入口管２７がある。この冷媒入口管２７の先に、２箇所に分岐された分岐入口管５ａがある。

【００６２】
その後、冷媒は、２箇所に分流された、内管９ａと外管１０ａ及び、内管９ｂと外管１０ｂの間を通過し、略中央で合流中間管５ｂにて合流される。合流中間管５ｂから、冷媒出口側にある２重管と、合流中間管５ｂを接続する接続管５ｃを通り、冷媒出口側の２重管へと導かれる。この冷媒出口側の２重管も、内管９ｃと外管１０ｃで構成され、冷媒は内管９ｃと外管１０ｃの間を流通し、熱交出口配管１５を通り、下流にある膨張弁６へと導かれる。
【００６３】
温水回路に関しては、加熱される熱媒流体は、冷媒とは逆方向の流れを有する対向流となっており、循環ポンプ１９で強制的に送られた水あるいは不凍液などの熱媒流体は、循環ポンプ１９と水冷媒熱交換器５の水あるいは不凍液などの熱媒流体の入口側を結ぶ熱媒流体入口管２８から、水冷媒熱交換器５の冷媒出口側の内管９ｃ内を流通し、熱媒流体分岐管９ｄにて、２分岐され、冷媒入口側の内管９ａ、９ｂを通過して、熱媒流体合流管９ｅにて一箇所に合流され、熱媒流体出口管２９を通り、水冷媒熱交換器５の外部に流通する。外部に流通した、昇温された水あるいは不凍液などの熱媒流体は、図４で示したように、温水回路１８を通り、熱動弁２２を通過し、外部放熱器２に送られることとなる。
【００６４】
つまり、この水冷媒熱交換器５は、冷媒入口側（熱媒流体出口側）に、内管９ａと外管１０ａで構成された冷媒入口２重管Ａ３０ａ及び、内管９ｂと外管１０ｂで構成された冷媒入口２重管Ｂ３０ｂを設け、冷媒出口側（熱媒流体入口側）には、冷媒入口側より分岐数の少ない冷媒出口２重管３０ｃがあり、それらが接続され、一体化されていることとなる。
【００６５】
そして、水あるいは不凍液などの熱媒流体が内管９ａ、９ｂ、９ｃを流通する際に、内管９ａ、９ｂ、９ｃと外管１０ａ、１０ｂ、１０ｃの間を流通する冷媒から吸熱して、水あるいは不凍液などの熱媒流体は加熱され、昇温され、温水が生成され、この温水が、外部放熱器２で放熱し、暖房機として機能することとなる。
【００６６】
このように、水冷媒熱交換器５を実際の形状としたのが図２である。冷媒入口側に、２箇所に分岐された分岐入口管５ａがあり、上方から冷媒が導かれ、２箇所に分岐される。分岐入口管５ａの側方に、熱交出口配管１５があり、上方に冷媒を導くようになっている。

【００６７】
熱媒流体は、この図２では右側方から導かれ、水冷媒熱交換器５の下方に配された熱媒流体入口管２８より、内管９ｃ（ここでは図示なし）に導かれる。熱媒流体入口管２８上方には、熱媒流体合流管９ｅと、熱媒流体出口管２９が配されており、ここから加熱された温水が取り出されることとなる。
【００６８】
内管９ａ、９ｂ、９ｃと外管１０ａ、１０ｂ、１０ｃで構成された冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂ、冷媒出口２重管３０ｃは、それぞれ螺旋状に形成され、多段に積み上げられている。つまり、多段に載置された２重管において、冷媒入口側及び、熱媒流体の高温部である、冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂは、上方２段にあり、冷媒出口側及び、熱媒流体の低温部である冷媒出口２重管３０ｃは下方に配されていることとなり、冷媒は上方から下方へ、水あるいは不凍液などの熱媒流体は下方から上方へと流通することとなる。
【００６９】
冷媒回路の合流中間管５ｂ、接続管５ｃは、螺旋状に巻かれた中央部のスペースに配され、温水回路の熱媒流体分岐管９ｄも同じく、螺旋状に巻かれた中央部のスペースに配さ
れており、デッドスペースを用いて分岐、合流を行うことで、コンパクトな形状となるようにしてある。
【００７０】
この合流中間管５ｂ、熱媒流体分岐管９ｄで、冷媒、水あるいは不凍液などの熱媒流体の方向は切り替わることとなるので、熱媒流体の最前面だけに関して言えば、熱媒流体入口側の下方は右方から左方に熱媒流体が流れ、熱媒流体出口側の上方２段では、左方から右方に熱媒流体流れることとなる。
【００７１】
この、図２の水冷媒熱交換器５の断面ＡＡ部の最前面の２重管の断面を記載したのが図３、図４である。
【００７２】
図３において、冷媒入口側（熱媒流体出口側）である冷媒入口２重管Ａ３０ａ（内管９ａ、外管１０ａ）と、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂ（内管９ｂ，外管１０ｂ）が上方に配されており、この内管９ａ、９ｂの外表面には、転造で成型された外面凸状突起物入口３１が全周に渡って設けられている。また、冷媒出口側（熱媒流体入口側）である、冷媒出口２重管３０ｃ（内管９ｃ、外管１０ｃ）は下方に配され、内管９ｃの外表面には、同じく転造で成型された外面凸状突起物出口３２が設けられている。
【００７３】
この際に、冷媒入口２重管Ａ３０ａの内管９ａあるいは、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管ｂの外面凸状突起物入口３１の単位長さ当たりの表面積は、冷媒出口２重管３０ｃの内管９ｃの外面凸状突起物出口３２の単位長さ当たりの表面積よりも同等もしくは大きくしてある。
【００７４】
また、冷媒入口側（熱媒流体出口側）である冷媒入口２重管Ａ３０ａの内管９ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管９ｂの内面には、内面凸状突起物入口３３が設けられており、冷媒出口側（熱媒流体入口側）である冷媒出口２重管３０ｃの内管９ｃの内面には、上記内管９ａ、９ｂの内面凸状突起物入口３３よりも単位長さ当たりの表面積が同等もしくは小さな内面凸状突起物出口３４を設けるか、内面凸状突起物出口３４のない平滑状としてある。
【００７５】
ただ、平滑状の銅管であっても、外面凸状突起物出口３２を転造で加工する際に、内面にも転造加工の影響が出て、若干凸凹状態となるので、平滑状とは、その状態であることも包含している状態を指す。もちろん、上記内管９ａ、９ｂより故意に単位長さあたりの表面積を同等もしくは小さな凸状突起物出口３４を設けても構わない。
【００７６】
この、内面凸状突起物入口３３あるいは内面凸状突起物出口３４に関しては、熱交換効率向上を図ることと、熱媒流体側の圧損を減ずることを両立するための構成であるが、必ずしも必須ではなく、前述した、冷媒入口側を２分岐とし、冷媒出口側をそれよりも分岐数を減ずることが重要である。
【００７７】
また、外管１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内面に関しては平滑管として特に記載していないが、内面に溝などの凸状突起物を設けることも可能である。ただし、外管外方と熱交換を行うわけではないので、溝などの凸状突起物を設けることに多大な効果はない。
【００７８】
また、ここでは冷媒入口側を２分岐、冷媒出口側をそれよりも分岐数を減じた内容で説明しているが、冷媒入口側をさらに分岐数の多い、多重分岐とし、冷媒出口側を冷媒入口側の分岐数よりも減じておくことも可能であり、この内容に関しては後述する。
【００７９】
また、図３には、内管９ａ、９ｂ、９ｃと外管１０ａ、１０ｂ、１０ｃの寸法関係を記載している。φａは、冷媒入口側（熱媒流体出口側）である冷媒入口２重管Ａ３０ａの外
管１０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの外管１０ｂの内径、φｂは冷媒出口側（熱媒流体入口側）である冷媒出口２重管３０ｃの外管１０ｃの内径を示し、φｃは冷媒入口側（熱媒流体出口側）である内管９ａ、９ｂの内径、φｄは冷媒出口側（熱媒流体入口側）である内管９ｃの内径を示している。
【００８０】
ここでいう内管の内径とは、凸状突起物を除いた部分の内径を意味している。また、ｅは、冷媒入口側（熱媒流体出口側）である内管９ａと外管１０ａ（あるいは内管９ｂと外管９ｂ）の平均間隙寸法、ｆは冷媒出口側（熱媒流体入口側）である内管９ｃと外管１０ｃの平均間隙寸法を示している。この中で、寸法関係はφｂ≧φａ、φｄ≧φｃ、ｆ≧ｅとしてある。
【００８１】
つまり、熱媒流体の通る部分の断面積は、冷媒入口側（熱媒流体出口側）を冷媒出口側（熱媒流体入口側）より、同等もしくは小さくしており、冷媒の通る断面積も冷媒入口側（熱媒流体出口側）を冷媒出口側（熱媒流体入口側）より、小さくしていることとなる。
【００８２】
この水冷媒熱交換器５を組み込んだ、ヒートポンプ温水生成装置の室外機１の内観斜視図を示したのが図６であり、水冷媒熱交換器５は、蒸発器である空気冷媒熱交換器７の内方、送風ファン１１の下方に配されており、水冷媒熱交換器５の右方向に圧縮機４や膨張弁６などの冷媒回路が配されている。
【００８３】
圧縮機４から送られてくる高温のガス冷媒は、上方から水冷媒熱交換器に送られ、上方の冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂを通り、下方の冷媒出口２重管３０ｃをと通り、再度上方に送られ、膨張弁６へと導かれる。
【００８４】
熱媒流体は、循環ポンプ１９から送られ、水冷媒熱交換器５の下方の熱媒流体入口管２８を通り、最下方の冷媒出口２重管３０ｃから、上方の冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂへ送られ、合流後に最上方の熱媒流体出口管２９を通り、熱動弁２２へと流通する。
【００８５】
以下、図面に基づいて、このヒートポンプ温水生成装置の室外機１の動作を説明する。
【００８６】
運転開始前に、使用者はシスターンタンク２０に水あるいは不凍液などの熱媒流体を、水位センサ２１にて検知できる量まで入れることで、温水回路１８に、水あるいは不凍液などの熱媒流体を所定の量満たしておく。
【００８７】
リモコン２６で運転を開始すると、制御装置２５で制御された、循環ポンプ１９が動作し、循環ポンプ１８、水冷媒熱交換器５、熱動弁２２、温水往き配管３ａ、外部放熱器２、温水戻り配管３ｂ、シスターンタンク２０、そして再び循環ポンプ１９と循環する流通を生じ、水あるいは不凍液などの熱媒流体が温水回路１８内を循環する。
【００８８】
その後、所定時間経過すると、圧縮機４が動作を開始し、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、圧縮機４、水冷媒熱交換器５、減圧器である膨張弁６、蒸発器である空気冷媒熱交換器７、そして再び圧縮機４へと戻り、冷媒回路８内を循環する。
【００８９】
この際に、圧縮機４で高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、吐出配管１３を通り、冷媒入口管２７より、水冷媒熱交換器５に導かれる。冷媒入口管２７の先にある、水冷媒熱交換器５の分岐入口管５ａで２箇所に分岐されて、冷媒入口２重管Ａ３０ａの内管９ａと外管１０ａの間及び、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管９ｂと外管１０ｂの間を通過する。この際の冷媒は、冷媒入口側の元の部分では高温のガス冷媒状態となっている。
【００９０】
一方、温水回路１８側の水あるいは不凍液などの熱媒流体は、循環ポンプ１９で強制的に送られ、冷媒入口２重管Ａ３０ａの内管９ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管９ｂの内方を流通し、その際に、冷媒入口２重管Ａ３０ａの内管９ａと外管１０ａの間及び、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管９ｂと外管１０ｂの間を流通する冷媒と熱交換を行い、昇温される。その逆に、ガス冷媒は凝縮し、徐々に温度が低下する。
【００９１】
冷媒入口２重管Ａ３０ａの内管９ａと外管１０ａの間及び、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管９ｂと外管１０ｂの冷媒は、ある長さ進んだ段階で、凝縮により、ガス冷媒と液冷媒が混在し、一定温度で熱を放出する状態、いわゆる凝縮領域となる。
【００９２】
その後、冷媒入口２重管Ａ３０ａと冷媒入口２重管Ｂ３０ｂを出た冷媒は、合流中間管５ｂで一箇所に合流され、接続管５ｃを通り、冷媒出口２重管３０ｃの内管９ｃと外管１０ｃの間に導かれる。この冷媒出口２重管３０ｃの中でも、温水回路１８により、内管９ｃ内を通過する比較的低温の水あるいは不凍液などの熱媒流体は、熱交換され、昇温する。それにつれ、冷媒出口２重管３０ｃ内の冷媒は、ガス冷媒と液冷媒の混在した凝縮領域から、液冷媒となったか冷却領域となる。
【００９３】
その後、水冷媒熱交換器５から液冷媒となって流出した冷媒は、減圧手段である膨張弁６にて減圧膨張され、蒸発器である空気冷媒熱交換器７に送られ、送風ファン１１にて送られた空気と熱交換して、蒸発器である空気冷媒熱交換器７を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度圧縮機４に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返すことで、水冷媒熱交換器５を通過する低温の水あるいは不凍液などの熱媒流体は徐々に昇温される。
【００９４】
その後、昇温された水あるいは不凍液などの熱媒流体は、温水回路１８を通り、熱動弁２２を通過し、熱媒往き配管３ａより、外部放熱器２へと導かれる。この外部放熱器２で放熱することで、再び温度の低下した、水あるいは不凍液などの熱媒流体は、熱媒戻り配管３ｂ、シスターンタンク２０を通り、循環ポンプ１９より再び、水冷媒熱交換器５に送られ昇温させる、という動作を繰返し、外部放熱器２による放熱で居室の暖房が行われることとなる。
【００９５】
循環ポンプ１９から送られてくる、比較的低温の水あるいは不凍液などの熱媒流体は、まず過冷却領域で昇温され、次に凝縮領域で昇温され、最後に２分岐となった過熱領域で昇温されて、所定の温度となることとなる。
【００９６】
この状態を模式的に示したのが、図７の水冷媒熱交換器の冷媒状態、及び冷媒温度、熱媒流体温度の図であり、これは一般的概念図である。
【００９７】
そして、これを今回の発明となるヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器５の構成に置き換えて、Ｘ軸を水冷媒熱交換器５の長さ方向として、図示したのが図８である。Ｘ軸は、熱量ではなく長さ寸法なので、図７記載の線図とは異なり、実際の温度分布を示したものである。これは、実際に作成した水冷媒熱交換器５の外管１０ａ、１０ｂ、１０ｃの外面温度を測定したもので、ほぼ冷媒の温度と考えて差し支えない。
【００９８】
右方に冷媒入口側を、左方に冷媒出口側とし、Ｘ軸を水冷媒熱交換器５の冷媒入口側からの長さ方向としている。この長さはデータを採取した水冷媒熱交換器５の長さを示したもので、今回の発明内容で決めているものではない。
【００９９】
図８でわかるように、今回のヒートポンプ温水生成装置の水冷媒熱交換器５においては、２分岐となっている冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂ部分では、冷媒
入口側が過熱領域となり、略中間部より管接続部分である合流中間管５ｂまでは凝縮領域、２分岐から１分岐となった、冷媒出口２重管３０ｃ部分では、凝縮領域から過冷却領域となっていることがわかる。
【０１００】
また、図８でわかるように、冷媒入口側の冷媒入口２重管（冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂ）の長さは、冷媒出口側の冷媒出口２重管３０ｃの長さよりも長くしてある。
【０１０１】
この際に、冷媒温度の高い、過熱領域から凝縮領域である冷媒入口側については、２分岐の構成とするとともに、冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂに関しては、内管９ａ、９ｂの外方は外面凸状突起物入口３１として、単位長さ当たりの表面積を、冷媒出口２重管３０ｃの部分よりも大きくしてある。
【０１０２】
また、冷媒入口２重管Ａ３０ａ及び、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂに関しては、冷媒の流れる内管９ａと外管１０ａ、及び内管９ｂと外管１０ｂの平均間隙寸法ｅを、冷媒出口２重管３０ｃの部位よりも狭小としてある。
そのため、冷媒の比較的高温領域において、単位長さ当りの表面積を上げることは、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。
【０１０３】
また、冷媒の流れる内管９ａと外管１０ａ、あるいは内管９ｂと外管１０ｂの平均間隙寸法ｅを比較的狭小とすることは、ガス冷媒の流速を上げることとなり、熱交換効率を向上させることができる。
【０１０４】
その際には、冷媒圧損の大きなガス冷媒の領域にて、冷媒圧損が高くなることが懸念されるが、ガス冷媒から、ガス冷媒と液冷媒の混在している領域にかけて、２分岐とすることで、２重管１箇所あたりの冷媒量が減ずることで、冷媒圧損を低く抑えることができる。
【０１０５】
このことは、圧縮機４の入力低減を図ることが可能となり、ＣＯＰ性能の向上に結びつけることができる。また、圧縮機４の入力低減は圧縮機周波数のダウンにもつながり、圧縮機４騒音の低減も実現できる。
【０１０６】
ヒートポンプ温水生成装置の室外機１が運転を行っている際に動作するアクチュエータは、圧縮機４と、循環ポンプ１９、送風ファン１１（モータ）、膨張弁６であり、この中で、圧縮機４、循環ポンプ１９、送風ファン１１の三つが主たる騒音源となり、特に圧縮機４が最も大きな騒音源となる。
【０１０７】
また、電力を消費しているのは、最も消費電力の大きな圧縮機４であり、これの入力を低減できることは、省エネに大きな効果が望めることとなる。
【０１０８】
また、水あるいは不凍液などの熱媒流体の流通する内管９ａ、９ｂに関しても、内径を比較的狭小とし、内面凸状突起物入口３１を設けていることで、乱流が促進され、熱交換効率の向上が図れる。
【０１０９】
ただし、内径が狭小、乱流が促進されることは熱媒流体側の圧損の増加を招く恐れがある。それに対して、２分岐としてあることで、冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂを流通する、熱媒流体の流体質量流量が小さくなることで、熱媒流体側の圧損を低減することができる。
【０１１０】
一般的に熱媒流体側圧損ΔＰｆは、ファニングの式が用いられ、管内平均流速ｕ＝Ｖ／（π・Ｄ２／４）（ｍ／ｓ）  Ｖ：流体質量流量（ｍ３／ｓ）  Ｄ：内径  レイノルズ数Ｒｅ＝ρ・ｕ・Ｄ／μ（無次元数）  ρ：流体密度（ｋｇ／ｍ３）  μ：粘性係数（Ｐａ・ｓ）  管壁の粗度ｅ／Ｄ  無次元数：ｅ［ｍｍ］／Ｄ［ｍｍ］）とした場合、層流範囲（Ｒｅ＜３×１０３））では、ΔＰｆ＝３２・μ・Ｌ・ｕ／Ｄ２、乱流範囲（５０００＜Ｒｅ＜１０８）では、スワミー・ジェインの式により、ΔＰｆ＝２・ｆ・Ｌ・ｕ２／（ρ・Ｄ）＝４・（ｆ・（ρ・ｕ２／２）（Ｌ／Ｄ）  この際のｆ＝０．２５／［（ｌｏｇ（（ｅ／Ｄ）・（１／３．７））＋（５．７４／Ｒｅ０．９））］２となる。
【０１１１】
このことは、熱媒流体側の圧損は、配管の長さに比例し、内径の径の反比例し、内管の内面凸状突起物入口３１の形状で決まる粗度の対数に比例し、流体質量流量に関しては二乗に反比例するよりも若干小さくなることを意味している。また、水の粘性係数μは、温度が上がると低下する。１０℃で１．５×１０−３Ｐａ・ｓから、
５５℃では０．６×１０−３Ｐａ・ｓと半減する。そのため、冷媒入口側（熱媒流体出口側）では、水あるいは不凍液などの熱媒流体は加熱され高温となっているので、熱媒流体側の圧損は低下する方向である。それに対して、冷媒入口側（熱媒流体出口側）の内管９ａ、９ｂの内径φｃを、冷媒出口側の内管９ｃの内径φｄよりも小さくしていても、熱媒流体側の圧損が増すことにはならない。
【０１１２】
熱交換効率を上げるために、乱流促進を図ることは、熱媒流体側の圧損を増加させることにつながるが、多分岐構成として、流体質量流量を減じていることが、圧損の増加を防ぎつつ、熱交換効率の向上を実現できることとなる。
【０１１３】
一般的に、熱媒流体の流速は、潰食を防ぐために、２ｍ／ｓ以下、できれば１．５ｍ／ｓ以下に設定される。今回は、内管９ａ、９ｂの内径φｃは、小さくしても２ｍ／ｓ以下は満足する径としてある。その際にも、２分岐としていることで、１分岐当たりの流体質量流量を減らすことで、内径９ａ、９ｂの内径φｃを小さくしても、低流速に維持しつつ、熱交換効率を高めることが可能となる。
【０１１４】
また、凝縮領域から過冷却領域である冷媒出口２重管３０ｃの部分に関しては、過熱領域から凝縮領域よりも、分岐数を減じていることから、冷媒出口２重管３０ｃにおいては、内管９ｃと外管１０ｃの平均間隙寸法ｆを、冷媒入口２重管Ａ３０ａ及び、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの、冷媒の流れる内管９ａと外管１０ａ、及び内管９ｂと外管１０ｂの平均間隙寸法ｅよりも、同等もしくは広くし、冷媒圧損が高くならないようにしてある。
【０１１５】
実際は、凝縮領域から過冷却領域にかけては、液冷媒となっている箇所もあるために、冷媒圧損は低くなる。そのため、分岐数は減じているが、平均間隙寸法ｆは、ｅと同等もしくは、幅広とするだけでよい。
【０１１６】
また、冷媒出口２重管３０ｃの内管９ｃの外面凸状突起物入口３２の単位長さ当たりの表面積を、内管９ａ、９ｂの外方の外面凸状突起物入口３１の単位長さ当たりの表面積よりも小さくしているが、凝縮領域から過冷却領域であるために、効率が低下を抑えることが出来、上述した冷媒圧損を低減できる効果のほうが大きい。
【０１１７】
このことは、圧縮機４の入力低減を図ることが可能となり、ＣＯＰ性能の向上に結びつけることができる。また、圧縮機４の入力低減は圧縮機周波数のダウンにもつながり、圧縮機４騒音の低減も実現できる。
【０１１８】
また、冷媒出口２重管３０ｃの内管９ｃの内径φｄは、冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂの内管９ａ、９ｂの内径より大きくしてあり、内面凸状突起物出口３
４も内面凸状突起物入口３３より単位長さ当たりの表面積を同等もしくは小さくしている。
【０１１９】
これは、分岐数の減じた冷媒出口２重管３０ｃ側で、乱流促進を行い、熱媒流体圧損が高くなることを防ぎ、２分岐である冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管３０ｃを流通する際の熱媒流体圧損と同等もしくは低下させるためである。
【０１２０】
それにより、熱交換性能が悪くなる恐れがあるが、凝縮領域から過冷却領域であるために、大きな影響はない。
【０１２１】
このことは、循環ポンプ１９の動力低減による消費電力の減少、騒音の低減につながり、使用性に優れたヒートポンプ温水生成装置とすることが可能となる。
【０１２２】
また、図１で記しているように、水冷媒熱交換器５を、螺旋状に多段に重ねた形状としていることで、室外機１内への収納が稠密に納まることとなり、ヒートポンプ温水生成装置の室外機１そのものをコンパクトにすることが出来る（冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂ、冷媒出口２重管３０ｃの配置は、図１を参照）。
【０１２３】
さらに、螺旋状に巻いたうち、冷媒入口側である冷媒入口２重管Ａ３０ａ、冷媒入口２重管Ｂ３０ｂを上方に、冷媒出口側である冷媒出口２重管３０ｃを下方に配していることで、冷媒に関しては、ガス冷媒から液冷媒になるにつれて、上方から下方へ流通し、下方にて液冷媒の状態となるために、液冷媒の搬出がスムーズに行われることとなり、冷媒圧損の低減、圧縮機４入力低減となる。
【０１２４】
不凍液などの熱媒流体については、下方から上方へと流通する過程で加熱、昇温され、上方で高温の水あるいは不凍液などの熱媒流体となり、質量密度の低い高温の水あるいは不凍液などの熱媒流体が上方にあることで、浮力も加わり、循環ポンプ１９の動力を低減できることともなる。
【０１２５】
以上のように、この構成の水冷媒熱交換器５とすることで、熱交換効率の向上による性能向上、冷媒圧損の低減による圧縮機入力の低減とそれに伴う圧縮機駆動音の低減、熱媒流体圧損の低減による循環ポンプ１９駆動入力の低減及び、外部放熱器２などの負荷に対する循環ポンプ１９の必要揚程の低減、それに伴う循環ポンプ１９騒音の低減を実現でき、使用性に秀でたヒートポンプ温水生成装置とすることができる。
【０１２６】
まとめて記載すると、冷媒入口側（熱媒流体出口側）を２分岐（もしくはそれ以上の多重分岐）とし、冷媒出口側（熱媒流体入口側）を冷媒入口側よりも分岐数を減じた構成とすることが、性能向上に寄与し、さらに冷媒入口側（熱媒流体出口側）の内管９ａ、９ｂ外方に設けた外面凸状突起物入口３１の単位長さ当たりの表面積を、冷媒出口側（熱媒流体入口側）の内管９ｃ外方に設けた外面凸状突起物出口３２よりも同等もしくは大きくすることで、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、単位長さ当りの表面積を上げることは、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。
【０１２７】
さらに、冷媒入口側（熱媒流体出口側）の内管９ａ、９ｂの内径を、冷媒出口側（熱媒流体出口側）の内管９ｃの内径よりも小さくすることで、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、熱媒流体の流速を上げることで、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。
【０１２８】
その際には、熱媒流体の圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、熱媒流体の圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができる。
【０１２９】
さらに、冷媒入口側（熱媒流体出口側）の内管９ａと外管１０ａ、及び内管９ｂと外管１０ｂの平均間隙寸法ｅを、冷媒出口側（熱媒流体入口側）の冷媒出口２重管３０ｃの内管９ｃと外管１０ｃの平均間隙寸法ｆよりも同等もしくは小さくしていることで、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、冷媒の流速を上げることで、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。
【０１３０】
その際には、冷媒圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、冷媒圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができる。また、冷媒入口側（熱媒流体出口側）の内管９ａ、９ｂの内面には凸状突起物である内面凸状突起物入口３３を複数有し、冷媒出口側の内管９ｃの内面には内管９ａ、９ｂよりも単位長さ当たりの表面積の小さな凸状突起物である内面凸状突起物出口３４を有するか、凸状突起物を有しないことで、冷媒入口側は、冷媒圧損の高いガス冷媒の領域から液冷媒とガス冷媒の混在している領域であり、冷媒の比較的高温領域において、熱媒流体の乱流を促進することで、熱伝達率を上げることとなり、水あるいは不凍液などの熱媒流体の昇温が効率的に行われることとなる。
【０１３１】
その際には、熱媒流体の圧損の増加が懸念されるが、冷媒入口側は多重管としていることで、熱媒流体の圧損を抑えつつ、熱交換効率の向上を図ることができるなど、熱交換効率の向上と熱媒流体の圧損低減の両立を図ることができる水冷媒熱交換器となる。
【０１３２】
ところで、今まで、冷媒入口側（熱媒流体出口側）を２分岐とし、冷媒出口側（熱媒流体入口側）をそれよりも分岐数を減ずる内容で説明を行ってきたが、これはより多分岐であっても構わない。これを記したのが、図８の、ヒートポンプ温水生成装置の冷媒回路、温水回路図である。
【０１３３】
このように、冷媒入口側（熱媒流体出口側）の過熱領域から凝縮領域にかけて、流路が複数ある多重に分岐した２重管とし（図では３分岐としている）、冷媒出口側（熱媒流体入口側）の凝縮領域から過冷却領域においては、過熱領域から凝縮領域よりも分岐数の少ない２重管（図では２分岐としている）とすることで、同じ効果が得られる。
【０１３４】
つまり、熱交換効率の向上による性能向上、冷媒圧損の低減による圧縮機入力の低減とそれに伴う圧縮機駆動音の低減、熱媒流体圧損の低減による循環ポンプ１９駆動入力の低減及び、外部放熱器２などの負荷に対する循環ポンプ１９の必要揚程の低減、それに伴う循環ポンプ１９騒音の低減を実現でき、使用性に秀でたヒートポンプ温水生成装置とすることができるわけである。
【０１３５】
これは、冷媒回路の必要となる能力に応じて分けるのが望ましいといえ、高能力であれば、より多分岐とすることで冷媒圧損や熱媒流体圧損の低減しつつ、性能向上を図ることが可能となる。
【０１３６】
その際にも、冷媒入口側（熱媒流体出口側）の分岐数よりも、冷媒出口側（熱媒流体入口側）の分岐数を減じておくことが必要なことである。
【０１３７】
ただし、コスト面や収納性（コンパクト性）の面では分岐数が少ない方が有利であることは言うまでもなく、分岐数が極力少ない数で性能を出す方が良い。
【０１３８】
また、今までは冷媒としてＲ４１０Ａあるいは、Ｒ４０７Ｃを用いた場合を説明してきている。Ｒ４１０ＡやＲ４０７Ｃの場合は、図８、図１０で示すような、凝縮領域がある。
【０１３９】
たが、ヒートポンプ給湯機としてしばしば利用される二酸化炭素の場合は、超臨界圧状態で運転されるために、凝縮領域のない状態となる。また冷媒圧損も、Ｒ４１０ＡやＲ４０７Ｃに比すと大幅に小さなものとなる。
【０１４０】
そのような、二酸化炭素冷媒においても、冷媒入口側から冷媒出口側にかけて、熱媒流体に熱が取られることで、温度は低下していくことは同じである。また、熱媒流体に関しては、熱媒流体側の圧損を低減しつつ、熱交換効率を上げることは必要なことである。
【０１４１】
このことから、冷媒入口側を多分岐として、冷媒出口側を冷媒入口側より分岐数の少ない配管構成とすることは、同様の効果があるといえる。ただし、熱米流体の入口側温度と出口側温度差が比較的小さいときは、二酸化炭素冷媒を用いると、効率的とはならないので、入口側温度と出口側温度差が比較的大きい際には有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上のように、本発明にかかる２重管熱交換器は、水あるいは不凍液などの熱媒流体を効率的に加熱、昇温させ、冷媒圧損、熱媒流体の圧損低減を両立できるなど、効率の向上、使用性向上を実現した、ヒートポンプ暖房機や、ヒートポンプ温水洗浄器やヒートポンプ給湯機など、ヒートポンプを用いて温水を生成する機器に利用できる。
【符号の説明】
【０１４３】
５  水冷媒熱交換器（２重管式熱交換器）
５ａ  分岐入口管
５ｂ  合流中間管
５ｃ  接続管
９  内管
１０  外管
２７  冷媒入口管
２８  熱媒流体入口管
２９  熱媒流体出口管
３０  ２重管
３０ａ  冷媒入口２重管Ａ（冷媒入口２重管）
３０ｂ  冷媒入口２重管Ｂ（冷媒入口２重管）
３０ｃ  冷媒出口２重管（冷媒出口２重管）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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