(57)【要約】【課題】  熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた熱交換器及びそれを用いたヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的としている。【解決手段】  熱交換器１は、第１流体が流れる第１流路２Ａを内部に有する細管状の第１伝熱管２と、第２流体が流れる第２流路３Ａを内部に有する中空偏平状の第２伝熱管３とを備えている。この第２伝熱管３は螺旋状或いは渦巻き状に巻回される構成を有し、第１伝熱管２は複数本が互いに並び置かれて、中空偏平状の第２伝熱管３、３の間に熱伝導関係に挟まれて配置され、かつ、第２伝熱管３と同材質にて形成された構成である。また、この構成をヒートポンプ式給湯装置に応用している。  【選択図】      図２
2006234254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流れる第１流路を内部に有する細管状の第１伝熱管と、第２流体が流れる第２流路を内部に有する中空偏平状の第２伝熱管とを備え、この第２伝熱管は螺旋状或いは渦巻き状に巻回される構成を有し、前記第１伝熱管は複数本が互いに並び置かれて、前記中空偏平状の第２伝熱管の間に熱伝導関係に挟まれて配置され、かつ、前記第２伝熱管と同材質にて形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数本の第１伝熱管と第２伝熱管とは、ロウ付け処理で一体的に結合されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記ロウ付け処理のロウ材を前記第１及び第２伝熱管と同材質で形成したことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
少なくとも圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器から構成されるヒートポンプ回路を備え、前記放熱器として請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器を用い、かつ、第１流体としての冷媒で第２流体としての水を加熱することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
第１流体としての冷媒が二酸化炭素を含む自然冷媒であり、この自然冷媒の高圧を臨界圧力以上とすることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器およびそれを用いたヒートポンプ式給湯装置に関し、特に、ヒートポンプ回路を用いて温水を生成する給湯装置や給湯暖房装置などに利用される冷媒対水熱交換器のように、異なる種類の流体間で熱交換を行う熱交換器およびそれを用いたヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、図５に示すような熱交換器が提案されている。この従来構成について、図５を参照しながら説明する（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
熱交換器５０は、例えば、二酸化炭素冷媒の凝縮熱等を利用して給湯水の加熱を行ういわゆるヒートポンプ式給湯装置に利用されるものである。そして、内部に冷媒が流れる複数の第１流路が並設されたアルミニウム製の第１伝熱管５１と、内部に給湯用の水が流れる第２流路が形成された中空偏平状で銅製の第２伝熱管５２とが、互いに交互となるように重ねると共に螺旋状に巻いて構成したものである。
【特許文献１】特開２００３−４２６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題があった。例えば、第１伝熱管と、第２伝熱管の材質が異なるため、ロウ付けで一体的に結合させるのに難点がある。即ち、ロウ付けでは、両伝熱管のロウ付け結合が良好に行えない。また、両伝熱管を単に接触させただけでは、伝熱性に劣るものである。さらにまた、両伝熱管が異種金属であり、電触腐食の発生を未然に防止するという観点から、第１伝熱管の表面に第２伝熱管と同材質の表面処理を施こす必要がある。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた熱交換器及びそれを用いたヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の熱交換器は、第１流体が流れる第１流路を内部に有する細管状の第１伝熱管と、第２流体が流れる第２流路を内部に有する中空偏平状の第２伝熱管とを備え、この第２伝熱管は螺旋状或いは渦巻き状に巻回される構成を有し、前記第１伝熱管は複数本が互いに並び置かれて、前記中空偏平状の第２伝熱管の間に熱伝導関係に挟まれて配置され、かつ、前記第２伝熱管と同材質にて形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の本発明の熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器において、前記複数本の第１伝熱管と第２伝熱管とは、ロウ付け処理で一体的に結合されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の本発明の熱交換器は、請求項２に記載の熱交換器において、ロウ付け処理のロウ材を前記第１及び第２伝熱管と同材質で形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の本発明のヒートポンプ式給湯装置は、少なくとも圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器から構成されるヒートポンプ回路を備え、前記放熱器として請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器を用い、かつ、第１流体としての冷媒で第２流体としての水を加熱することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の本発明のヒートポンプ式給湯装置は、請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置において、第１流体としての冷媒が二酸化炭素を含む自然冷媒であり、この自然冷媒の高圧を臨界圧力以上とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の本発明によれば、第１流体が流れる第１流路を内部に有する細管状の第１伝熱管と、第２流体が流れる第２流路を内部に有する中空偏平状の第２伝熱管とを備え、この第２伝熱管は螺旋状或いは渦巻き状に巻回される構成を有し、前記第１伝熱管は複数本が互いに並び置かれて、前記中空偏平状の第２伝熱管の間に熱伝導関係に挟まれて配置され、かつ、前記第２伝熱管と同一材料にて形成されている構成であるから、ロウ付けによる一体的な結合が良好に行えると共に、複数本の第１伝熱管の高熱が、第２伝熱管に流れる被熱交換流体に効率よく伝熱され、熱交換効率を良好に維持できる上、電触腐食に対する対策が不要で、信頼性に優れた熱交換器を提供することができる。
【００１２】
また、熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた本発明の熱交換器を用いることにより、ヒートポンプ給湯装置の高効率化と信頼性向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた熱交換器を提供するという目的を、第１流体が流れる第１流路を内部に有する細管状の第１伝熱管と、第２流体が流れる第２流路を内部に有する中空偏平状の第２伝熱管とを備え、この第２伝熱管は螺旋状或いは渦巻き状に巻回される構成を有し、前記第１伝熱管は複数本が互いに並び置かれて、前記中空偏平状の第２伝熱管の間に熱伝導関係に挟まれて配置され、かつ、前記第２伝熱管と同材質にて形成することで実現した。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、冷媒により水を加熱するヒートポンプ式給湯装置であり、請求項１〜３に記載の熱交換器を、少なくとも圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器から構成されるヒートポンプ回路を備え、前記放熱器として請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器を用い、かつ、第１流体としての冷媒で第２流体としての水を加熱するものであり、熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた本実施例の熱交換器を用いることにより、ヒートポンプ給湯装置全体の高効率化と信頼性向上を実現することができる。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１における熱交換器の側面図、図２はその要部拡大断面図である。
【００１６】
図１および図２において、１は熱交換器であり、この熱交換器１は第１流体（例えば、高温高圧の冷媒）が流れる第１流路２Ａをそれぞれ内部に有する複数本（実施例では３本）の細管状の第１伝熱管２、２、２と、第２流体（例えば、低温低圧の水）が流れる第２流路３Ａを内部に有する中空偏平状の第２伝熱管３とを備え、この第２伝熱管３と複数本（実施例では３本）の細管状の第１伝熱管２、２、２とは螺旋状に巻回される構成を有する。
【００１７】
前記第１伝熱管２は、複数本が互いに接する状態で横並びに置かれて、上にある中空偏平状の第２伝熱管３と下にある中空偏平状の第２伝熱管３の間に熱伝導関係に挟まれて配置されている。そして、前記複数本の第１伝熱管２は、図２に示すように、それぞれ外径寸法Ｄが約４〜７ｍｍの銅パイプの細管で構成されている。
【００１８】
前記第２伝熱管３は、それの外径寸法が、前記第１伝熱管２の外径寸法Ｄよりも約２〜４倍の大径の銅パイプを中空偏平状に変形加工したものであり、図２に示すように、前記横並びに置かれた複数本の第１伝熱管２が、この第２伝熱管３の横幅寸法Ｓ内に収まるようになっている
また、前記複数本の第１伝熱管２と、第２伝熱管３とは、銅ロウ材を用いた銅ロウ付け処理で一体的に結合されている。５がその銅ロウ付け処理によって形成されたロウ材処理膜を示している。このロウ材処理膜５の材質は、前記第１伝熱管２及び第２伝熱管３と同材質の銅を主成分としたものである。
【００１９】
前記第１流体（例えば、二酸化炭素冷媒）が流れる第１流路２Ａは、分岐具６及び合流具７を介して互いに連通しており、後述のヒートポンプ回路１５の冷媒流路Ｒに対して並列接続された複数経路の流体流路を構成している。
【００２０】
以上のように構成された熱交換器１について、以下その作用を説明すると、複数本の第１伝熱管２及び１本の第２伝熱管３において、第１流路２Ａには高圧側の第１流体を、第２流路３Ａには低圧側の第２流体をそれぞれ流通させる。そして、熱交換器１を、図３に示すような、圧縮冷媒の凝縮熱や顕熱等を利用して給湯水の加熱を行うヒートポンプ式給湯装置の冷媒対水熱交換器に利用している。
【００２１】
そして、例えば、高圧の第１流体は、例えば、２段圧縮機など圧縮機から送られる二酸化炭素を含む自然冷媒であり、低圧の第２流体は給湯用の水である。
【００２２】
前記したヒートポンプ給湯機は、図３に示すように、一般に、圧縮機１０、放熱器としての熱交換器１、膨張弁１１、キャピラリチューブ１２、１２、大気熱等を集熱する蒸発器１３及びアキュームレータ１４などを順次接続したヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク１６、水循環ポンプ１７及び前記した熱交換器１を順次接続した貯湯回路１８とから構成される。
【００２３】
なお、２０Ａは前記熱交換器１をパイパスするパイパス回路２０の途中に設けられたパイパス開閉弁であり、この開閉弁２０Ａは電磁開閉弁にて構成され、前記蒸発器１３の除霜運転時に開動作されて圧縮機１０から吐出する高温高圧のガス冷媒の一部を、直接、蒸発器１３へ流して、除霜するためのものである。
【００２４】
このようなヒートポンプ式給湯装置によって給湯水の加熱を行う場合、まず、蒸発器１３において、送風ファン（図示せず）により大気熱を集熱し、その蒸発器１３の内部を流れる冷媒を蒸発ガス化させる。この冷媒はアキュームレータ１４を介して圧縮機１０に吸引され、２段圧縮されて、高温高圧の冷媒として熱交換器１０の上流で複数に並列分流されて第１流路２Ａ、２Ａに送られる。
【００２５】
一方、貯湯タンク１６下部の給湯用の水は、水循環ポンプ１７の駆動によって搬送され、熱交換器１の第２流路３Ａに流入する。この第２流路３Ａに流入する低温低圧の水は、冷媒の流れと反対方向に流す（対向流にする）と、熱交換性能に優れたものとすることができる。
【００２６】
このとき、複数の第１流路２Ａ、２Ａを流れる高温高圧の冷媒は、第１伝熱管２、２を介して、それらの上下に位置する第２流路３Ａ、３Ａを流れる低温低圧の水と熱交換を行う。そして、低温の給湯用の水は、第２流路３Ａを流れる間に、高温の冷媒から熱を受けて高温の湯となり、貯湯タンク１３上部に戻される。
【００２７】
熱交換器１で放熱した冷媒は、膨張弁１１で減圧された後、キャピラリチューブ１２、１２で更に減圧されて蒸発器１３に流入する。この蒸発器１３に流入した冷媒は、ここで再び大気熱から吸熱し、再び圧縮機１３に送られる。
【００２８】
前記ヒートポンプ給湯装置に用いる冷媒としては、二酸化炭素冷媒などの自然冷媒が挙げられる。そのほかには、フロン系冷媒、プロパン、ブタン等の炭化水素系冷媒等が挙げられるが、貯湯用の水の温度を約９０℃の高温度に昇温させるには、二酸化炭素冷媒を含む自然冷媒が好適である。
【００２９】
本実施例によれば、第１流体が流れる第１流路２Ａを内部に有する細管状の第１伝熱管２と、第２流体が流れる第２流路３Ａを内部に有する中空偏平状の第２伝熱管３とを備え、この第２伝熱管３は螺旋状に巻回される構成とし、前記第１伝熱管２、２、２は複数本が互いに横並び置かれて、上下に位置する中空偏平状の第２伝熱管３、３間に熱伝導関係に挟まれて配置され、しかも、この第１伝熱管２と第２伝熱管３とを同一材質の銅で構成することにより、両伝熱管２、３同士を同じ材質の銅ロウ付けによる一体的な結合が良好に行える。
【００３０】
また、複数の第１流路２Ａを流れる高温高圧の冷媒の高熱が、第２流路３Ａ、３Ａに流れる給湯用の水に効率よく伝熱され、熱交換効率を良好に維持できる上、両伝熱管２、３が異種金属の際に懸念される電触腐食への対応が不要であり、信頼性に優れた熱交換器１が得られる。
【００３１】
また、複数本の第１伝熱管２、２、２と第２伝熱管３とは、銅ロウによるロウ付け処理で一体的に結合されているので、螺旋状に巻回して筒状となされた熱交換器１の上下を、押さえ板を用いて押圧して固定する必要が無く、押圧による両伝熱管２、３同士の接触に比べて、伝熱性も良好である。
【００３２】
また、ロウ付け処理のロウ材を前記複数本の第１伝熱管２及び１本の第２伝熱管３と同材質で形成したので、ロウ付け処理による結合強度が高められる。
【００３３】
更に、本実施例の熱交換器１を、少なくとも圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器から構成されるヒートポンプ回路の放熱器として用い、第１流体の冷媒により第２流体の水を加熱するものとし、熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた本発明の熱交換器を用いことにより、ヒートポンプ式給湯機装置の高効率化と信頼性向上を実現することができる。  特に第１流体としての冷媒が二酸化酸素を含む自然冷媒であり、この自然冷媒の高圧を臨界圧力以上としてなるものとすると、熱交換器１を流れる第１流体である冷媒は、２段圧の圧縮機１０で臨界圧力以上に加圧されるので、第２流体である水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、熱交換器１の全領域にわたって冷媒と水とに温度差を形成しやすくなりって、一層高温度の湯が得られ、かつ熱交換効率も向上する。
【実施例２】
【００３４】
図４は本発明の実施例２における熱交換器３０の要部拡大断面図である、本実施例の熱交換器の全体構成とその作用は、図１及び図２に示した熱交換器１０と略同一であるので、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
この実施例２が、第実施例１と異なるのは、第１流体（例えば、高温高圧の冷媒）が流れる第１流路２Ａをそれぞれ内部に有する複数本（実施例では３本）の細管状の第１伝熱管２、２、２と、第２流体（例えば、低温低圧の水）が流れる第２流路３Ａを内部に有する中空偏平状の第２伝熱管３とが、平盤型の渦巻き状に巻回される構成を有する点である。即ち、この実施例２の熱交換器３０においては、それの全体形状が渦巻き状を呈する円形平盤型、或いは楕円形平盤型に成形されて成るものである。
【００３６】
この本実施例によれば、全体形状が平盤状で平面的となり、熱交換器の設置の際に、例えば、給湯装置の外郭を構成する外装体の側壁や底壁などの壁面に沿わせて設置できるため、コンパクトな収容が可能な熱交換器を提供することができる。
【００３７】
以上本発明の各実施例を説明したが、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形を行うことが可能である。例えば、上記各実施例では、熱交換器をヒートポンプ式給湯装置に応用した例を示したが、温水暖房機能が付加されたヒートポンプ式給湯暖房装置に応用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１における熱交換器の側面図である。
【図２】本発明の実施例１における熱交換器の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例１における熱交換器を用いたヒートポンプ給湯装置の構成図である。
【図４】本発明の実施例２における熱交換器の要部拡大断面図である。
【図５】従来の熱交換器の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      熱交換器
２      第１伝熱管
２Ａ    第１流路
３      第２伝熱管
３Ａ    第２流路
１０    圧縮機
１１    膨張弁
１３    蒸発器
１５    ヒートポンプ回路
２０    熱交換器
【図１】
2006234254.tif 000003
【図２】
2006234254.tif 000004
【図３】
2006234254.tif 000005
【図４】
2006234254.tif 000006
【図５】
2006234254.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月14日(2005.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
このようなヒートポンプ式給湯装置によって給湯水の加熱を行う場合、まず、蒸発器１３において、送風ファン（図示せず）により大気熱を集熱し、その蒸発器１３の内部を流れる冷媒を蒸発ガス化させる。この冷媒はアキュームレータ１４を介して圧縮機１０に吸引され、２段圧縮されて、高温高圧の冷媒として熱交換器１の上流で複数に並列分流されて第１流路２Ａ、２Ａに送られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
このとき、複数の第１流路２Ａ、２Ａを流れる高温高圧の冷媒は、第１伝熱管２、２を介して、それらの上下に位置する第２流路３Ａ、３Ａを流れる低温低圧の水と熱交換を行う。そして、低温の給湯用の水は、第２流路３Ａを流れる間に、高温の冷媒から熱を受けて高温の湯となり、貯湯タンク１６上部に戻される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
熱交換器１で放熱した冷媒は、膨張弁１１で減圧された後、キャピラリチューブ１２、１２で更に減圧されて蒸発器１３に流入する。この蒸発器１３に流入した冷媒は、ここで再び大気熱から吸熱し、再び圧縮機１０に送られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
更に、本実施例の熱交換器１を、少なくとも圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器から構成されるヒートポンプ回路の放熱器として用い、第１流体の冷媒により第２流体の水を加熱するものとし、熱交換効率を良好に維持しつつ、信頼性に優れた本発明の熱交換器を用いことにより、ヒートポンプ式給湯機装置の高効率化と信頼性向上を実現することができる。特に第１流体としての冷媒が二酸化酸素を含む自然冷媒であり、この自然冷媒の高圧を臨界圧力以上としてなるものとすると、熱交換器１を流れる第１流体である冷媒は、２段圧の圧縮機１０で臨界圧力以上に加圧されるので、第２流体である水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがなく、熱交換器１の全領域にわたって冷媒と水とに温度差を形成しやすくなって、一層高温度の湯が得られ、かつ熱交換効率も向上する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図４は本発明の実施例２における熱交換器３０の要部拡大断面図であり、本実施例の熱交換器の全体構成とその作用は、図１及び図２に示した熱交換器１と略同一であるので、その詳細な説明を省略する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
１      熱交換器
２      第１伝熱管
２Ａ    第１流路
３      第２伝熱管
３Ａ    第２流路
１０    圧縮機
１１    膨張弁
１３    蒸発器
１５    ヒートポンプ回路
３０    熱交換器
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2006234254.tif 000008