(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式給湯機の熱交換器において、冷媒熱交換器の収容スペースを小さくして、機器の小型化を可能とするとともに、必要とされる熱交換能力を有する機器の工数低減を図る。【解決手段】水冷媒熱交換器１３は、必要とされる熱交換能力に応じた複数の水冷媒熱交換器ユニット１３−１〜１３−３を並列に接続してなる。圧縮機１２に供給される冷媒と、水冷媒熱交換器１３から流出する冷媒とが熱交換する冷媒熱交換器１７を冷媒回路に設ける。冷媒熱交換器１７は、互いに直列に接続された冷媒熱交換器１７−１，１７−２からなる。水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２の筒内空間に冷媒熱交換器１７−１，１７−２をそれぞれ挿通した状態とし、水冷媒熱交換器１３と冷媒熱交換器１７を一体に組み立てる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷媒熱交換器で高温高圧冷媒と熱交換して水を加熱するヒートポンプ式給湯機の熱交換器であって、
前記水冷媒熱交換器は、必要とされる熱交換能力に応じた複数の水冷媒熱交換器ユニットを並列に接続してなり、圧縮機に供給される冷媒と、前記複数の水冷媒熱交換器ユニットから流出する冷媒とが熱交換する冷媒熱交換器を冷媒回路に設け、
前記複数の水冷媒熱交換器ユニットを筒状に形成し、前記複数の水冷媒熱交換器ユニットの中、少なくとも１個以上の水冷媒熱交換器ユニットの筒内空間に柱状に形成した前記冷媒熱交換器を挿通した状態とし、前記水冷媒熱交換器と前記冷媒熱交換器を一体に組み立てたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機の熱交換器。
【請求項２】
前記冷媒熱交換器は互いに直列に接続された複数の冷媒熱交換器ユニットに分割され、複数の水冷媒熱交換器ユニットの中、２個以上の水冷媒熱交換器ユニットの筒内空間にそれぞれ前記冷媒熱交換器ユニットを挿通したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の水冷媒熱交換器ユニットは、高温高圧冷媒が流通する細管と、水が流通する太管とを螺旋コイル形状に成形し、これら細管と太管を交互に配して互いに当設させて積層してなり、各水冷媒熱交換器ユニットの細管の入口が接続された冷媒入口ヘッダーと、各水冷媒熱交換器ユニットの細管の出口が接続された冷媒出口ヘッダーと、各水冷媒熱交換器ユニットの太管の入口が接続された水入口ヘッダーと、各水冷媒熱交換器ユニットの太管の出口が接続された水出口ヘッダーと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯機の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧冷媒（ＣＯ２冷媒）を熱源とするヒートポンプ式給湯機の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷媒を熱源とするヒートポンプ式給湯機は、水冷媒熱交換器で高温高圧冷媒と熱交換して水を加熱するもので、より高温の給湯を得るために、圧縮機に供給される冷媒と、水冷媒熱交換器から流出する冷媒とが熱交換する冷媒熱交換器が冷媒回路に設けられる。これは、水冷媒熱交換器を経た冷媒中の潜熱で圧縮機に供給される冷媒を予熱し、水冷媒熱交換器へ流入する冷媒をより高温とすることで、給湯温度の高温化を図るものである。
【０００３】
図６に、こうしたヒートポンプ式給湯機の構成を示す。図に示すように、ヒートポンプ式給湯機は、ＣＯ２冷媒が循環する冷媒回路１１を備えた室外ユニット１０と、貯湯タンク２１を備えた貯湯ユニット２０とを接続して全体が構成される。冷媒回路１１に、圧縮機１２、凝縮器としての水冷媒熱交換器１３、膨張弁１４、蒸発器としての冷媒空気熱交換器１５が環状に配管され、圧縮機１２に供給される冷媒と、水冷媒熱交換器１３から流出する冷媒とが熱交換する冷媒熱交換器１７が設けられている。
【０００４】
貯湯タンク２１と水冷媒熱交換器１２との間を循環水が流通する循環路２２にポンプ２３が設けられ、水冷媒熱交換器１２で加熱された高温水が貯湯タンク２１に貯湯される。貯湯タンク２１の上部に給湯管２４が配管され、風呂、台所等の給湯栓２５の開閉操作で出湯し、貯湯タンク２１の下部に給水管２６が配管され、貯湯タンク２１へ所要量給水される。
【０００５】
特許文献１には、冷媒熱交換器１７の収容スペースを小さくして、機器の小型化を可能にするために、水冷媒熱交換器１３を筒状に形成し、その筒内空間に柱状に形成した冷媒熱交換器１７を挿通した状態とし、水冷媒熱交換器１３と冷媒熱交換器１７を一体に組み立てるようにしたヒートポンプ式給湯機の熱交換器が開示されている。
【０００６】
ところで、市場ニーズに応えて水冷媒熱交換器１３の熱交換能力を変更する場合、その能力に応じた大きさの水冷媒熱交換器１３を製作し、その筒内空間に合わせて冷媒熱交換器１７を製作して、これを水冷媒熱交換器１３の筒内空間に挿通していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１８６８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、熱交換能力に応じた大きさの水冷媒熱交換器１３を製作し、その筒内空間に合わせて冷媒熱交換器１７を製作していたのでは、工数が多いという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、冷媒熱交換器の収容スペースを小さくして、機器の小型化を可能とするとともに、必要とされる熱交換能力を有する機器の工数低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、水冷媒熱交換器で高温高圧冷媒と熱交換して水を加熱するヒートポンプ式給湯機の熱交換器であって、前記水冷媒熱交換器は、必要とされる熱交換能力に応じた複数の水冷媒熱交換器ユニットを並列に接続してなり、圧縮機に供給される冷媒と、前記複数の水冷媒熱交換器ユニットから流出する冷媒とが熱交換する冷媒熱交換器を冷媒回路に設け、前記複数の水冷媒熱交換器ユニットを筒状に形成し、前記複数の水冷媒熱交換器ユニットの中、少なくとも１個以上の水冷媒熱交換器ユニットの筒内空間に柱状に形成した前記冷媒熱交換器を挿通した状態とし、前記水冷媒熱交換器と前記冷媒熱交換器を一体に組み立てたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のヒートポンプ式給湯機の熱交換器は、水冷媒熱交換器を複数の水冷媒熱交換器ユニットで構成し、少なくとも１個以上のユニットの筒内空間に柱状に形成した冷媒熱交換器を挿通した状態としたので、冷媒熱交換器の収容スペースを小さくして、機器の小型化を可能とすることに加えて、必要とされる熱交換能力を有する機器の工数低減を図ることができる。
【００１２】
また、冷媒熱交換器についても複数の冷媒熱交換器ユニットで構成し、複数の水冷媒熱交換器ユニットの筒内空間にそれぞれ１個の冷媒熱交換器ユニットを挿通することにより、更なる工数低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における熱交換器で、一部を切り欠いて筒内を透過した状態の正面図である。
【図２】図１の左側面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】本発明の実施形態の冷媒熱交換器の平面図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】ヒートポンプ式給湯機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態における熱交換器を図１乃至図５に基づいて説明する。本発明の実施形態における熱交換器は、圧縮機１２に供給される冷媒と、水冷媒熱交換器１３から流出する冷媒とが熱交換する冷媒熱交換器１７を冷媒回路１１に設けたヒートポンプ式給湯機の熱交換器である。
【００１５】
図に示すように、水冷媒熱交換器１３は、この実施例では３個の同じ構成の水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３を水平方向に隣接して配置し、これらを並列に接続してなるものである。各冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３は、高温高圧冷媒が流通する細管１３１と、被加熱流体である水が流通する太管１３２とを螺旋コイル形状に成形し、この２本のコイル管を交互に配して互いに当接させて積層し、筒状に形成されている。
【００１６】
各水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の細管１３１の入口１３１ａは冷媒入口ヘッダー１３３ａに共通に接続され、各水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の細管１３１の出口１３１ｂは冷媒出口ヘッダー１３３ｂに共通に接続される。冷媒入口ヘッダー１３３ａは管体であり、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の上部側面に隣接して水平に配置される。冷媒出口ヘッダー１３３ｂは管体であり、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の下部側面に隣接して水平に配置される。
【００１７】
また、各水冷媒熱交換器ユニットの太管１３２の入口１３２ａは水入口ヘッダー１３４ａに共通に接続され、各水冷媒熱交換器ユニットの太管１３２の出口は水出口ヘッダー１３４ｂに共通に接続される。水入口ヘッダー１３４ａは管体であり、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の下方に水平に配置される。水出口ヘッダー１３４ｂは管体であり、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の上方に水平に配置される。
【００１８】
冷媒は冷媒入口ヘッダー１３３ａの入口から、各水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の細管１３１の入口１３１ａを介して細管１３１に流入し、細管１３１の出口１３１ｂを介して冷媒出口ヘッダー１３３ｂの出口へ流通する。その一方で、水は水入口ヘッダー１３４ａの入口から、各水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の太管１３２の入口１３２ａを介して太管１３２に流入し、太管１３２の出口１３２ｂを介して水出口ヘッダー１３４ｂの出口（湯出口）へと高温高圧冷媒と交差して流通することで、高温高圧冷媒により水が加熱される。
【００１９】
冷媒熱交換器１７は、この実施例では２個の冷媒熱交換器ユニット１７−１，１７−２を、連結金具１７３を介して互いに直列に接続してなるものである。各冷媒熱交換器ユニット１７−１，１７−２は、圧縮機１２に供給される低圧冷媒が流通する太管１７１と、水冷媒熱交換器１３から流出する高圧冷媒が流通する細管１７２とをサーペンタイン状の蛇行形状に成形し、互いに当接させて筒状すなわち外形形状が柱状に形成され、その外径が各水冷媒熱交換器ユニット１３―１，１３−２，１３−３の内径より小さく形成されている。
【００２０】
低圧冷媒は入口１７１ａから出口１７１ｂへ流通する一方、高圧冷媒は入口１７２ａから出口１７２ｂへと低圧冷媒と交差して流通し、圧縮機１２に供給される低圧冷媒が予熱される。
【００２１】
水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２の筒内空間に、それぞれ冷媒熱交換器ユニット１７−１，１７−２が挿通され、固定金具１３５により、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２に固定して、水冷媒熱交換器１３と冷媒熱交換器１７が組み立てられ、両熱交換器を一体とした筐体に形成されている。この熱交換器を室外ユニット１０に組み込み、各流体の出入口を接続し、冷媒回路１１に配管される。
【００２２】
冷媒熱交換器ユニット１７―１，１２−２は、圧縮機１２に供給される低圧冷媒が流通する管体１７１と、水冷媒熱交換器１３から流出する高圧冷媒が流通する細管１７２とを螺旋コイル形状に成形し、この２本のコイル管を交互に配して互いに当接させて積層し、筒状に形成しても良い。そして、前例と同様に、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２の筒内空間に、それぞれ冷媒熱交換器ユニット１７−１，１７−２が挿通され、固定金具１３５により、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２に固定して、水冷媒熱交換器１３と冷媒熱交換器１７が組み立てられ、両熱交換器を一体とした筐体に形成される。
【００２３】
水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２の筒内空間の隙間には、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２と、冷媒熱交換器ユニット１７―１，１２−２の熱ロスを防止するために、断熱材１３６を設置することが好ましい。また、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３を筒状に形成した場合、水、冷媒の場所による温度差（通常は下の温度が低く、上の温度が高い）が生じ、これにより空気の対流が生じる。この対流は上昇流となり、両熱交換器の熱交換ロスが生じる。そこで、空気対流を防止するために、水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３の底部の開口部を塞ぐ対流防止板１３７を設置することが好ましい。
【００２４】
このように、水冷媒熱交換器１３を３個の水冷媒熱交換器ユニット１３−１，１３−２，１３−３で構成し、その中で２個のユニットの筒内空間に柱状に形成した冷媒熱交換器ユニット１７−１，１７−２を挿通した状態としたので、冷媒熱交換器１７の収容スペースを小さくして、機器の小型化を可能とするとともに、必要とされる熱交換能力を有する機器の工数低減を図ることができる。
【００２５】
例えば、１個の水冷媒熱交換器ユニット１３−１の能力を２ｋＷとすると、２ｋＷ×ユニット個数＝能力である。この実施例では２ｋＷ×３＝６ｋＷの能力になる。
【００２６】
水冷媒熱交換器ユニットの個数は、２個以上で、必要とされる能力に応じて増減することができる。また、冷媒熱交換器ユニットは、少なくとも１個以上、好ましくは２個以上の水冷媒熱交換器ユニットの筒内空間に挿通される。
【符号の説明】
【００２７】
１１  冷媒回路
１２  圧縮機
１３  水冷媒熱交換器
１３−１，１３−２，１３−３  水冷媒熱交換器ユニット
１７  冷媒熱交換器
１７−１，１７−２  冷媒熱交換器ユニット
【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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