(57)【要約】【課題】熱交換効率を維持しつつ、スケール詰まりを防止することができる給湯システムのガスクーラを提供する。【解決手段】給湯システムのガスクーラは、チューブインチューブ方式であって、ヒートポンプユニットの冷媒が流れる内側管路（２８）と、内側管路（２８）を囲繞し、給湯ユニットのタンク水が流れる外側管路（２６）とを備え、この外側管路（２６）はその内面に螺旋溝（３０）を有し、一方、内側管路（２８）は２本の内側チューブ（３２）から形成され、これら内側チューブ（３２）は互いに間隔を存して並列的に延びている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプユニットの冷媒循環経路を流れる冷媒と給湯ユニットの貯湯循環経路を流れるタンク水との間にて熱交換を行い、前記タンク水を所定温度に加熱する給湯システムのガスクーラにおいて、
前記ガスクーラは、
前記冷媒が流れる内側管路と、
前記内側管路を囲繞し、前記内側管路の外側に前記タンク水を流す流路を形成する外側管路とを備え、
前記外側管路はその内面に前記内側管路に沿い、前記タンク水の流れ方向に進行する螺旋溝を有し、
前記内側管路は互いに前記タンク水の通過を許容する間隔を存して並列的に延びる複数の内側チューブを含んでいることを特徴とする給湯システムのガスクーラ。
【請求項２】
前記冷媒はＣＯ２ガスであることを特徴とする請求項１に記載の給湯システムのガスクーラ。
【請求項３】
前記外側管路は螺旋ピッチが互いに異なる複数の領域を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯システムのガスクーラ。
【請求項４】
前記各内側チューブは凹凸状の外周面を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の給湯システムのガスクーラ。
【請求項５】
前記凹凸状は、前記内側チューブの外周面に沿って延びる螺旋状の凸条により付与されていることを特徴とする請求項４に記載の給湯システムのガスクーラ。
【請求項６】
前記凸条及び前記螺旋溝の螺旋の向きは互いに異なっていることを特徴とする請求項５に記載の給湯システムのガスクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプユニットを備えた給湯システムに組み込まれるガスクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の給湯システムは省エネや地球環境への負荷軽減を目的として、その普及が促進されつつある。給湯システムの性能は成績係数(COP)で評価され、この成績係数はガスクーラでの熱交換効率に大きく左右される。即ち、ガスクーラはヒートポンプユニット側の冷媒と給湯ユニット側のタンク水との間での熱交換をなすことから、給湯システムにとってはその性能を決定する重要な構成要素の１つである。
【０００３】
一般的に、ガスクーラにはチューブインチューブ方式が採用され、このチューブインチューブ方式のガスクーラは冷媒を流す内側管路と、タンク水を流す外側管路とを備え、この種のガスクーラの中には、外側管路を螺旋状に形成するか、又は、内側管路と外側管路との間に螺旋状の仕切りを設けたものも知られている（例えば、特許文献１の図１，図９参照）。
【特許文献１】特開2005-9832号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の螺旋状をなす外側管路や仕切りは、内側管路の外側を流れるタンク水の流路を長くし、また、タンク水の流れに乱流を生起させることで、冷媒とタンク水との間での熱交換効率を高めるものと期待されている。
しかしながら、給湯システムのタンク水は上水道が使用されることから、ガスクーラ内にてタンク水が高温に加熱されると、タンク水に含まれるカルキ成分がスケール化し、タンク水の流路にスケール詰まりが生じる虞がある。
【０００５】
このようなスケール詰まりを防止するには、タンク水の流路断面積、即ち、外側管路の内径を大径化すればよいが、この場合、タンク水の流速が低下する一方、外側管路の内面に沿って層状に流れるタンク水の割合が増加し、冷媒からタンク水への熱伝達が悪化し、結果的に熱交換率を低下させてしまう。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは冷媒とタンク水との間での熱交換効率を維持しつつ、タンク水の流路断面積を大きく確保可能な給湯システムのガスクーラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の給湯システムのガスクーラは、冷媒が流れる内側管路と、この内側管路を囲繞し、内側管路の外側に前記タンク水を流す流路を形成する外側管とを備え、外側管はその内面に内側管路に沿い、タンク水の流れ方向に進行する螺旋溝を有し、そして、内側管路は互いにタンク水の通過を許容する間隔を存して並列的に延びる複数の内側チューブを含んでいる（請求項１）。
【０００７】
タンク水が外側管路を通過する際、タンク水は螺旋溝に沿って流れ、外側管路内に内側管路の外側を旋回するようなタンク水の旋回流が発生し、この旋回流の一部は内側管路の内側チューブの間を通過することから、旋回流を掻き乱す。それ故、タンク水は内側チューブの表面に効率良く接触し、内側管路の表面熱伝達率が向上する。
具体的には、冷媒はＣＯ２ガスであり（請求項２）、このようなＣＯ２ガスは地球環境への負荷を軽減する。
【０００８】
好ましくは、外側管路は螺旋ピッチが互いに異なる複数の領域を含み（請求項３）、そして、各内側チューブは凹凸状の外周面を有することができる（請求項４）。また、ここでの凹凸状は、内側チューブの外周面に沿って延びる螺旋状の凸条により付与され（請求項５）、この場合、これら凸条及び螺旋溝の螺旋の向きは互いに異なっているのが望ましい（請求項６）。
【０００９】
請求項３〜６のガスクーラによれば、タンク水の流れが更に掻き乱され、タンク水に対する内側チューブの表面熱伝達率が更に向上する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１，２のガスクーラは、外側管路の螺旋溝と内側管路を形成する複数の内側チューブとが互いに協働して、タンク水に対する内側チューブの表面熱伝達率を高めることから、ガスクーラの熱交換効率を維持しつつ、外側管路の内径を増大させることが可能となり、外側管路のスケール詰まりを確実に阻止可能となる。
請求項３〜６のガスクーラは、タンク水の流れが更に掻き乱されることで、内側チューブの表面熱伝達が更に良好となり、スケール詰まりを防止ししつつ、その熱交換効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、給湯システムを概略的に示す。
給湯システムは大きく分けてヒートポンプユニット２と、給湯ユニット４から構成され、これらユニット２，４はガスクーラ６を介して互いに熱的に接続されている。
より詳しくは、ヒートポンプユニット２は、例えばＣＯ２ガスの冷媒が流れる冷媒循環経路８を備え、この冷媒循環経路８には、大気と冷媒との間で熱交換を行う大気熱交換器１０、圧縮機１２、ガスクーラ６及び膨脹弁１４等が介挿されている。
【００１２】
一方、給湯ユニット４はタンク水が流れる貯湯循環経路１６を備え、この貯湯循環経路１６にガスクーラ６、貯湯タンク１８及び循環ポンプ２０等がそれぞれ介挿されている。また、給湯ユニット４は、貯湯タンク１８に給水する給水経路２２及び貯湯タンク１８から給湯する給湯経路２４もまたそれぞれ備えている。
ガスクーラ６はチューブインチューブ方式であって、図２に示されるように貯湯循環経路１６の一部を形成し、タンク水を流す外側管路２６と、冷媒循環経路８の一部を形成し、冷媒をタンク水とは逆向きに流す内側管路２８とを備え、内側管路２８は外側管路２６内を延びている。
【００１３】
一実施例の場合、外側管路２６の内面は螺旋溝３０として形成され、この螺旋溝３０は外側管路２６内でのタンス水の流れ方向に進行すべく、その螺旋の向きが設定されている。従って、図２中の矢印Ａで示す如く、外側管路２６内を通過するタンク水は螺旋溝３０に沿って案内されることで、内側管路２８の外側を旋回するような旋回流となる。
一方、本実施例の場合、内側管路２８は複数、具体的には２本の銅製の内側チューブ３２からなり、これら内側チューブ３２は互いに所定の間隔を存して並列的に延びている。従って、内側チューブ３２間にはタンク水の通過を許容するスペースが確保され、内側チューブ３２の外周面同士が互いに接触することはない。
【００１４】
図３に示されるように、各内側チューブ３２は二重構造をなし、冷媒が流れるインナパイプ３４と、このインナパイプ３４を囲繞する漏洩検知管としてのアウタパイプ３６とからなる。それ故、万一、インナパイプ３４から冷媒が漏出しても、漏出冷媒はアウタパイプ３６内に捕獲され、外側管路２６内のタンク水が冷媒で汚染されるようなことはない。
上述したガスクーラ６によれば、外側管路２６内のタンク水は内側チューブ３２の回りを旋回する旋回流として流れ、そして、その一部が内側チューブ３２間のスペースを通過し、旋回流を掻き乱す。それ故、タンク水の流れは各内側チューブ３２の外周面に対し、その径方向から角度をもって衝突することから、各内側チューブ３２の表面に良好に接触でき、タンク水に対する内側チューブ３２の表面熱伝達を効果に行うことができる。
【００１５】
それ故、ガスクーラ６の熱交換効率を維持しつつ、外側管路２６の内径を増大させ、タンク水のための流路断面壁を大きく確保することができる。この結果、冷媒との熱交換により、ガスクーラ６内にてタンク水が高温に加熱され、タンク水に含まれるカルキ成分が外側管路２６内にてスケール化しても、外側管路２６にスケール詰まりを引き起こすようなことはない。
【００１６】
本発明は一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
図２に示されている外側管路２６の螺旋溝３０はその螺旋ピッチが一定であるが、図４に示されている外側管路２６の螺旋溝３０は、螺旋ピッチ（Ｐ１，Ｐ２）が異なる複数の領域を含んでいる。また、図４の内側管路２８は、その外周面に螺旋状の凸条３８を有する一対の内側チューブ４０から形成されている。
【００１７】
この場合、凸条３８の螺旋の向きは、螺旋溝３０の向きとは互いに異なっているのが好ましく、また、一方の内側チューブ４０の凸条３８は他方の内側チューブ４０の凸条３８に対し、その螺旋ピッチの半分だて互いにずれた状態で延びているのが好ましい。
上述した構成は何れも、外側管路２６の内部形状を複雑にし、タンク水の流れを更に掻き乱すことから、内側チューブ３２又は４０の表面熱伝達が更に良好となり、この結果、前述した外側管路２６のスケール詰まりを防止しつつ、ガスクーラ６の熱交換効率を更に向上させることができる。
【００１８】
上述の一実施例及び変形例では、内側管路２８は何れも２本の内側チューブからなっているが、内側チューブは３本以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】給湯システムを示した概略構成図である。
【図２】図１のガスクーラの内部構造の一部を示した図である。
【図３】図２の内側チューブの横断面図である。
【図４】変形例の外側管路及び内側管路を示した図である。
【符号の説明】
【００２０】
２              ヒートポンプユニット
４              給湯ユニット
６              ガスクーラ
２６            外側管路
２８            内側管路
３０            螺旋溝
３２，４０      内側チューブ
３８            凸条
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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