(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が流れる第１の流路が形成された第１の配管と、
冷媒が流れる第２の流路が形成され、前記第１の配管に巻き付けられた第２の配管と、
を備え、
前記第１の配管は、
前記第１の流路に連通する前記熱媒体の流入口及び前記熱媒体の流出口が形成され、
前記第１の配管の径が拡がる拡径方向に突出する山部と、
前記山部が形成されている部分よりも外径が小さく、前記第２の配管が巻き付けられた谷部とを含み、
前記山部は、
前記第１の流路の前記熱媒体が流れる方向に螺旋状に形成され、
前記谷部は、
前記山部に沿って螺旋状に形成され、
前記谷部の形成方向である螺旋方向に並ぶように複数形成され、前記第１の配管の外表面側から内表面側に向かう方向に凹む凹部を含み、
前記凹部は、前記谷部には形成されており、前記山部には形成されておらず、
前記凹部は、
前記第１の配管のうち前記流入口側の一部を第１の領域とし、
前記第１の配管のうち前記流出口側の一部を第２の領域としたとき、
前記第１の領域における単位長さあたりの総形成面積よりも、前記第２の領域における単位長さあたりの総形成面積の方が大きくなるように構成され、
前記第１の配管は、
前記第１の領域における前記山部の形成条数と、前記第２の領域における前記山部の形成条数とが異なるように構成されている
熱交換器。
【請求項２】
前記凹部は、
前記第１の配管の全長に対し、前記流入口からの長さと前記流出口からの長さを６対４に分ける位置を境界位置としたとき、
前記第１の領域は、
前記第１の配管の前記流入口から前記境界位置までの部分であり、
前記第２の領域は、
前記第１の配管の前記境界位置から前記流出口までの部分である
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１の配管は、
前記第２の領域における前記山部の形成条数の方が、前記第１の領域における前記山部の形成条数よりも大きくなるように構成されている
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１の領域では、前記山部が３条形成され、
前記第２の領域では、前記山部が４条形成されている
請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器を備える冷凍サイクル装置であって、
圧縮機、前記熱交換器の前記第２の流路、絞り装置、及び蒸発器を含む冷媒回路と、
前記熱交換器の前記第１の流路及びポンプを含む熱媒体回路と、
前記熱媒体回路を流れる前記熱媒体の流量を検出する流量検出センサーと、
前記圧縮機、前記絞り装置及び前記ポンプを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ポンプから搬送される前記熱媒体の算出流量よりも、前記流量検出センサーの検出流量が小さい場合には、前記第１の流路にスケールが付着したと判定する
冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記第１の流路に前記スケールが付着したと判定していない場合には前記圧縮機の目標吐出冷媒温度に近づくように、前記絞り装置の開度を制御し、
前記第１の流路に前記スケールが付着したと判定した場合には、前記絞り装置の開度を大きくする
請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記第１の流路に前記スケールが付着したと判定した場合には、前記圧縮機の目標吐出冷媒温度の最大値を７０度に設定する
請求項５又は６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第１の流路の入口の熱媒体温度を検出する入口温度検出センサーと、
外気温度を検出する外気温度検出センサーとを備え、
前記制御装置は、
前記外気温度検出センサーの検出温度と前記入口温度検出センサーの検出温度とに基づいて前記圧縮機を制御する
請求項５〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
外気温度を検出する外気温度検出センサーを備え、
前記制御装置は、
前記外気温度検出センサーの検出温度と予め定められる前記第１の流路の目標出口温度とに基づいて前記目標吐出冷媒温度を算出する
請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記第１の流路の入口の熱媒体温度を検出する入口温度検出センサーを備え、
前記制御装置は、
前記入口温度検出センサーの検出温度と予め定められる前記第１の流路の目標出口温度とに基づいて前記算出流量を算出する
請求項５〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びその熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関し、特に、水等の熱媒体が流れる配管に、冷媒が流れる配管が巻き付けられた構造を備えている熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ヒートポンプ式給湯装置のガスクーラには、熱媒体（水）が流れる流路が形成された第１の配管（芯管）と、第１の配管の外周に巻き付けられ、冷媒が流れる第２の配管（外管）とを備えているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４９１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１の配管における水の流速の分布は、第１の配管形状に応じて変わる。一般的に、第１の配管の内周面側を通る水の流速の方が、第１の配管の径中心を通る水の流速よりも落ちる。ここで、第１の配管の内周面側を通る水は、流れが滞留しやすいので、第１の配管の径中心を通る水と比較すると、水温が上昇している。つまり、第１の配管の内周面側を通る水は、第２の配管を流れる冷媒から熱を受け取る熱量が増大しやすいということである。【０００５】
ここで、第１の配管を流れる水と第２の配管を流れる冷媒との熱交換性能を向上させる等のために、第１の配管に凹凸等の構造を形成する場合がある。つまり、第１の配管の内周面側を通る水は流れが滞留しやすいが、このような構造の形成部分では、更に水の流れが滞留しやすく、水温が上昇しやすい。このため、このような構造の形成部分では、水に含まれるスケールが析出されやすい。スケールの水への溶解度は水温が高くなる程低く、水温が上昇しやすい部分では、スケールが水へ溶解せずに析出するためである。【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、配管にスケールが析出されてしまうことを抑制することができる熱交換器及びその熱交換器を備えた冷凍サイクル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】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、熱媒体が流れる第１の流路が形成された第１の配管と、冷媒が流れる第２の流路が形成され、前記第１の配管に巻き付けられた第２の配管と、を備え、前記第１の配管は、前記第１の流路に連通する前記熱媒体の流入口及び前記熱媒体の流出口が形成され、前記第１の配管の径が拡がる拡径方向に突出する山部と、前記山部が形成されている部分よりも外径が小さく、前記第２の配管が巻き付けられた谷部とを含み、前記山部は、前記第１の流路の前記熱媒体が流れる方向に螺旋状に形成され、前記谷部は、前記山部に沿って螺旋状に形成され、前記谷部の形成方向である螺旋方向に並ぶように複数形成され、前記第１の配管の外表面側から内表面側に向かう方向に凹む凹部を含み、前記凹部は、前記谷部には形成されており、前記山部には形成されておらず、前記凹部は、前記第１の配管のうち前記流入口側の一部を第１の領域とし、前記第１の配管のうち前記流出口側の一部を第２の領域としたとき、前記第１の領域における単位長さあたりの総形成面積よりも、前記第２の領域における単位長さあたりの総形成面積の方が大きくなるように構成され、前記第１の配管は、前記第１の領域における前記山部の形成条数と、前記第２の領域における前記山部の形成条数とが異なるように構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る熱交換器によれば、上記構成を備えているので、第１の配管にスケールが析出してしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の概要構成例図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の第１の配管の説明図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の第１の配管及びこの第１の配管に巻き付けられた第２の配管の説明図である。
【図２Ｄ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の一部の断面の拡大図である。
【図２Ｅ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の第１の配管のうち熱媒体の出口側の部分の説明図である。
【図２Ｆ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の第１の配管のうち熱媒体の入口側の部分の説明図である。
【図２Ｇ】凹部が形成されていない第１の配管における、熱媒体の流速分布の説明図である。
【図２Ｈ】本発明の実施の形態に係る熱交換器の第１の配管における、熱媒体の流速分布の説明図である。
【図３Ａ】熱交換器の第１の流路の出口の熱媒体温度が６５度程度のときにおける、熱交換器の冷媒温度及び熱媒体温度を示している。
【図３Ｂ】熱交換器の第１の流路の出口の熱媒体温度が９０度程度のときにおける、熱交換器の冷媒温度及び熱媒体温度を示している。
【図３Ｃ】第１の領域及び第２の領域と、境界位置との関係を示す説明図である。
【図４Ａ】山部及び谷部が３条形成されている第１の配管の説明図である。
【図４Ｂ】山部及び谷部が４条形成されている第１の配管の説明図である。
【図４Ｃ】図４Ａの第１の配管における、熱媒体の流速分布の説明図である。
【図４Ｄ】図４Ｂの第１の配管における、熱媒体の流速分布の説明図である。
【図５】制御装置のブロック図である。
【図６】熱媒体の溶解度の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る熱交換器２を備えた冷凍サイクル装置１００の概要構成例図である。図１を参照して冷凍サイクル装置１００の構成について説明する。
【００１２】
［全体構成説明］
冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路Ｃ１と、熱媒体回路Ｃ２と、制御装置Ｃｎｔと、各種の検出部１０Ａ〜１０Ｄとを備えている。また、冷凍サイクル装置１００は、給湯利用部Ｕ及び給水回路Ｃ３に接続されている。給湯利用部Ｕは、例えば、家庭の水道の蛇口、お風呂等のお湯が必要となる各種の構成に対応する。給水回路Ｃ３は水道の配管等の構成に対応する。
【００１３】
冷媒回路Ｃ１は、冷媒が循環する。冷媒としては、例えば、二酸化炭素冷媒を採用することができる。冷媒回路Ｃ１は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、凝縮器として機能する熱交換器２の第２の流路ＦＰ２（図２Ｄ参照）と、絞り装置である絞り装置３と、蒸発器として機能する熱交換器４とを含む。なお、第２の流路ＦＰ２とは熱交換器２のうち、冷媒が流れる方の流路である。
熱交換器２は、冷媒回路Ｃ１を流れる冷媒と通過する熱媒体との熱交換を行い、冷媒を凝縮させる。熱交換器２は、熱媒体と冷媒とを熱交換する熱媒体−冷媒熱交換器である。本実施の形態において、熱交換器２は、熱媒体が流れる第１の配管４１と冷媒が流れる第２の配管４２とが接触している２重管熱交換器で構成されている。熱交換器４は、例えば、フィンチューブ熱交換器で構成することができる。
【００１４】
熱媒体回路Ｃ２は、熱媒体が循環する。熱媒体には、例えば、水、不凍液等を採用することができる。熱媒体回路Ｃ２は、熱交換器２の第１の流路ＦＰ１（図２Ｄ参照）と、熱媒体を搬送するポンプ５とを含む。なお、第１の流路ＦＰ１とは熱交換器２のうち、熱媒体が流れる方の流路である。
【００１５】
検出部１０Ａは、外気温度を検出する外気温度検出センサーである。検出部１０Ｂは、圧縮機１の吐出側の冷媒温度を検出する吐出冷媒温度検出センサーである。検出部１０Ｃは、熱交換器２の入口の熱媒体温度を検出する入口温度検出センサーである。検出部１０Ｄは、熱交換器２の出口の熱媒体温度を検出する出口温度検出センサーである。検出部１０Ｅは、熱媒体回路Ｃ２を流れる熱媒体の流量を検出する流量検出センサーである。
【００１６】
制御装置Ｃｎｔは、検出部１０Ａ〜１０Ｄの検出結果に基づいて、圧縮機１、絞り装置３及びポンプ５等を制御する。本実施の形態では、後述するように熱交換器２の備える構成により、熱交換器２に熱媒体に含まれるスケールが析出しにくくなっている。その一方で、完全にスケールの析出を防ぐことは難しいので、冷凍サイクル装置１００では、熱交換器２のスケールの析出判定を行う機能を有している。なお、スケールとは、炭酸カルシウムを主成分とする析出物である。
【００１７】
制御装置Ｃｎｔに含まれる各機能部は、専用のハードウェア、又は、メモリに格納されるプログラムを実行するＭＰＵ（Micro Processing Unit）で構成される。
制御装置Ｃｎｔが専用のハードウェアである場合、制御装置Ｃｎｔは、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置Ｃｎｔが実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
制御装置ＣｎｔがＭＰＵの場合、制御装置Ｃｎｔが実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＭＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置Ｃｎｔの各機能を実現する。メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。
【００１８】
［熱交換器２の詳細説明］
図２Ａは、本実施の形態に係る熱交換器２の斜視図である。
図２Ｂは、本実施の形態に係る熱交換器２の第１の配管４１の説明図である。
図２Ｃは、本実施の形態に係る熱交換器２の第１の配管４１及びこの第１の配管４１に巻き付けられた第２の配管４２の説明図である。
図２Ｄは、本実施の形態に係る熱交換器２の一部の断面の拡大図である。
図２Ａ〜図２Ｄを参照して熱交換器２の詳細構成について説明する。
【００１９】
熱交換器２は、熱媒体が流れる第１の流路ＦＰ１が形成された第１の配管４１と、冷媒が流れる第２の流路ＦＰ２が形成され、第１の配管４１に巻き付けられた第２の配管４２とを備えている。
【００２０】
第１の配管４１には、第１の流路ＦＰ１に連通する熱媒体の流入口４１ａ及び熱媒体の流出口４１ｂが形成されている。また、第２の配管４２には、第２の流路ＦＰ２に連通する冷媒の流入口４２ａ及び冷媒の流出口４２ｂが形成されている。なお、熱交換器２は、例えば、第１の配管４１を流れる熱媒体の方向と第２の配管４２を流れる冷媒の方向とが対向するように冷媒回路Ｃ１及び熱媒体回路Ｃ２に接続することができる。これにより、熱媒体と冷媒との熱交換効率が向上する。
【００２１】
第１の配管４１には、第１の配管４１の径が拡がる拡径方向ＤＲ１に突出する山部４１Ａを含む。山部４１Ａは、第１の流路ＦＰ１の熱媒体が流れる方向に螺旋状に形成されている。第１の配管４１に螺旋状に形成されている。ここで、拡径方向ＤＲ１とは、図２Ｄに示すように、第１の配管４１の内周面Ｓ１側から第１の配管４１の外周面Ｓ２に向かう方向である。
また、第１の配管４１には、山部４１Ａが形成されている部分よりも外径が小さい谷部４１Ｂが形成されている。谷部４１Ｂには、図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、第２の配管４２が巻き付けられる。谷部４１Ｂは、山部４１Ａに沿って螺旋状に形成されている。つまり、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂは並列に形成されている。
【００２２】
ここでは、第１の配管４１に山部４１Ａが１条形成されている場合を一例に説明している。例えば図２Ｂにおいて、山部４１Ａの箇所がわかりやすいように、説明の便宜上、第１の配管４１の上下に４つずつの山部４１Ａを示した。しかし、図２Ｂにおいて、第１の配管４１には山部４１Ａが複数形成されているのではなく、第１の配管４１には山部４１Ａが螺旋状に延びるように１つ形成されている。
【００２３】
山部４１Ａは第１の配管４１の周囲を複数周するように形成されている。また、谷部４１Ｂも第１の配管４１の周囲を複数周するように形成されている。そして、谷部４１ＢはＮ周目の山部４１ＡとＮ＋１周目の山部４１Ａとの間に形成されている。逆に、山部４１ＡはＮ周目の谷部４１ＢとＮ＋１周目の山部４１Ａとの間に形成されている。なお、Ｎは、自然数である。
【００２４】
図２Ｄに示すように、谷部４１Ｂには、谷部４１Ｂの形成方向である螺旋方向に並ぶように複数形成され、第１の配管４１の径が小さくなる縮径方向ＤＲ２に凹む凹部４１Ｃを含む。熱交換器２は山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが形成された構造を備えており、特に、山部４１Ａの部分の熱媒体の流れが滞りやすい。つまり、熱交換器２には図２Ｄに示すように熱媒体の流れが滞りやすく、熱媒体の流速が遅くなる滞留部Ｔが形成されている。ここで、滞留部Ｔの熱媒体は、流れが滞っていることから、局所的な温度上昇を起こしやすい。また、スケールの熱媒体に対する溶解度は、熱媒体の温度が上昇すると小さくなる。したがって、滞留部Ｔでは、熱媒体に溶解できなくなったスケールが析出しやすい。配管内に析出したスケールが剥離すると、配管の詰まりの原因になる。
本実施の形態に係る熱交換器２には凹部４１Ｃが形成されているため、滞留部Ｔにおける熱媒体の撹拌が促進される。すなわち、熱媒体が凹部４１Ｃを通過すると、凹部４１Ｃの形成位置に渦が形成され、その結果、第１の配管４１の中央側を流れる熱媒体と第１の配管４１の滞留部Ｔ側を流れる熱媒体とが撹拌される。これにより、滞留部Ｔにおける局所的な温度上昇を抑制でき、第１の配管４１のスケールの析出を抑制することができる。
【００２５】
第１の配管４１は、凹部４１Ｃの形成部分の内径が、谷部４１Ｂの形成部分の径よりも小さくなっている。つまり、凹部４１Ｃの形成部分では、第１の配管４１の外周面Ｓ２が凹んでいるだけではなく、内周面Ｓ１も凹んでいる。
【００２６】
なお、第１の配管４１及び第２の配管４２は、例えば、半田等で接合することができる。これにより、冷媒と熱媒体との熱伝達効率が向上するとともに、熱交換器２の強度が向上する効果が期待できる。
【００２７】
図２Ｅは、本実施の形態に係る熱交換器２の第１の配管４１のうち熱媒体の出口側の部分の説明図である。
図２Ｆは、本実施の形態に係る熱交換器２の第１の配管４１のうち熱媒体の入口側の部分の説明図である。
図２Ｅ及び図２Ｆを参照して第１の配管４１における凹部４１Ｃの分布について説明する。
【００２８】
第１の配管４１は、凹部４１Ｃが流入口４１ａよりも流出口４１ｂ側に多く分布するように構成されている。これは、第１の流路ＦＰ１を流れる熱媒体は、流入口４１ａから流出口４１ｂ側に向かうにしたがって温度上昇をするため、滞留部Ｔにおける熱媒体の局所的な温度上昇が起きやすいことを考慮したものである。第１の配管４１は次の構成を備える。
【００２９】
第１の配管４１のう流入口４１ａ側の一部を第１の領域Ｒｇ１とし、第１の配管４１のうち流出口４１ｂ側の一部を第２の領域Ｒｇ２とする（図３Ｃ参照）。
凹部４１Ｃは、第１の領域Ｒｇ１における単位長さあたりの総形成面積よりも、第２の領域Ｒｇ２における単位長さあたりの総形成面積の方が大きい。この構成は、凹部４１Ｃが点状に複数形成された態様であることから、次のように言い換えることができる。すなわち、凹部４１Ｃは、第１の領域Ｒｇ１における単位長さあたりの形成数よりも、第２の領域Ｒｇ２における単位長さあたりの形成数の方が大きくなるように分布している。
これにより、第１の配管４１のうち熱媒体の温度上昇が起きやすい流出口４１ｂ側の部分において、熱媒体の撹拌が促進され、滞留部Ｔにおける局所的な温度上昇を抑制でき、スケールの析出を抑制することができる。なお、第１の領域Ｒｇ１及び第２の領域Ｒｇ２に関する構成は図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの説明で詳しく説明する。
【００３０】
［第１の配管４１の熱媒体の流速分布］
図２Ｇは、凹部４１Ｃが形成されていない第１の配管における、熱媒体の流速分布の説明図である。
図２Ｈは、本実施の形態に係る熱交換器２の第１の配管４１における、熱媒体の流速分布の説明図である。
【００３１】
図２Ｇ及び図２Ｈにおいて、流れＦＬ１、流れＦＬ２、流れＦＬ３、及び流れＦＬ４の順番に熱媒体の流速が遅い。図２Ｇに示すように、凹部４１Ｃが形成されていない場合には、配管の中央部は流れＦＬ１が形成されており、流速が高くなっている。また、流れＦＬ１の外側部分は流れＦＬ２が形成されており、中央部よりは流速が低いが、それでも比較的、流速は高い。しかし、図２Ｇに示すように、凹部４１Ｃが形成されていない場合には、配管の内周面Ｓ１近傍は流れＦＬ３が形成されており、流速が低くなっており、また、滞留部Ｔの形成部分においては流れＦＬ４が形成されており、更に流速が低くなっている。
【００３２】
一方、図２Ｈに示すように、凹部４１Ｃが形成されている場合には、図２Ｇに示す場合よりも、広範囲に流れＦＬが形成されている。また、第１の配管４１の内周面Ｓ１近傍においては流れＦＬ２が形成され、滞留部Ｔにおいては流れＦＬ３が形成され、図２Ｇの場合と比較すると、内周面Ｓ１側であっても、流速が落ちにくくなっている。すなわち、図２Ｈでは、凹部４１Ｃの作用によって熱媒体の撹拌が促進され、その結果、滞留部Ｔにおいても流速が落ちにくくなっていることを示している。このように、本実施の形態に係る熱交換器２では、凹部４１Ｃが形成されているため、熱媒体の撹拌が促進され、滞留部Ｔでの局所的な温度上昇を抑制することができ、スケールが析出することを抑制することができる。
【００３３】
［熱交換器２の冷媒温度及び熱媒体温度の分布］
図３Ａは、熱交換器２の第１の流路ＦＰ１の出口の熱媒体温度が６５度程度のときにおける、熱交換器２の冷媒温度及び熱媒体温度を示している。
図３Ｂは、熱交換器２の第１の流路ＦＰ１の出口の熱媒体温度が９０度程度のときにおける、熱交換器２の冷媒温度及び熱媒体温度を示している。
図３Ｃは、第１の領域Ｒｇ１及び第２の領域Ｒｇ２と、境界位置ｍｐとの関係を示す説明図である。
なお、図３Ａでは出湯温度が６５度（流出口４１ｂを出た熱媒体温度が６５度）の場合を示し、図３Ｂでは出湯温度が９０度（流出口４１ｂを出た熱媒体温度が６５度）の場合を示している。
【００３４】
図３Ａに示すように、熱媒体の温度は、出口側（第１の流路ＦＰ１の出口側）において、冷媒との温度差が大きくなっている。具体的には、第１の流路ＦＰ１の出口である流出口４１ｂから無次元距離０．１に相当する部分まででは、冷媒温度が熱媒体温度よりも１０℃から３０℃程度高くなっている。このため、第１の配管４１は、第１の流路ＦＰ１の出口である流出口４１ｂから無次元距離０．１に相当する部分までにおいて、局所的な温度上昇が起こりやすく、スケールが析出しやすいことになる。
なお、無次元距離とは、第１の配管４１の全長に対する、第１の配管４１の一部の長さの割合を示している。無次元距離０．１であれば、第１の配管４１の１／１０の長さを表すことになる。
なお、図３Ｂに示すように、この傾向は出湯温度が大きくなっても同様であり、熱媒体の温度は、出口側（第１の流路ＦＰ１の出口側）において、冷媒との温度差が大きくなっている。
【００３５】
まず、第１に、第１の配管４１の流出口４１ｂ側の部分では、流入口４１ａ側の部分と比較すると、熱媒体温度自体が高い。また、第２に、図３Ａ及び図３Ｂからわかるように、第１の配管４１の流出口４１ｂ側の部分では、流入口４１ａ側の部分と比較すると、冷媒と熱媒体との温度差が大きくなる傾向がある。したがって、第１の配管４１の流出口４１ｂ側の部分では、第１の配管４１の熱媒体温度が局所的に増大し、スケールが析出しやすくなっている。そこで、熱交換器２は次の構成を備えている。
【００３６】
図３Ｃに示すように、第１の配管４１の全長に対し、流入口４１ａからの長さと流出口４１ｂからの長さを６対４に分ける位置を境界位置ｍｐとする。第１の領域Ｒｇ１は、第１の配管４１の流入口４１ａから境界位置ｍｐまでの部分である。また、第２の領域Ｒｇ２は、第１の配管４１の境界位置ｍｐから流出口４１ｂまでの部分である。このように、第１の配管４１のうちの流出口４１ｂ側の部分では、単位長さあたりの形成数を増加させている。つまり、第１の配管４１は、第１の流路ＦＰ１の出口である流出口４１ｂから無次元距離０．４に相当する部分までを第２の領域Ｒｇ２とするということである。これにより、第１の流路ＦＰ１の出口である流出口４１ｂから無次元距離０．１に相当する部分までの局所的な温度上昇を効果的に抑制し、スケールの析出を抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、第１の領域Ｒｇ１及び第２の領域Ｒｇ２は第２の配管４２ではなく第１の配管４１を基準として規定され、より詳しくは、第１の領域Ｒｇ１及び第２の領域Ｒｇ２は第１の配管４１の流入口４１ａを基準として規定されている。この規定方法に限定されるものではない。例えば、第１の領域Ｒｇ１及び第２の領域Ｒｇ２は、流出口４１ｂを基準に規定することもできるし、また、第１の領域Ｒｇ１及び第２の領域Ｒｇ２は、第２の配管を基準として規定することもできる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、山部４１Ａの突出量が同じであるものとして説明したが、それに限定されるものではない、例えば、熱媒体の流出口４１ｂ側の部分については、熱媒体の流入口４１ａ側の部分よりも、山部４１Ａの突出量を小さくしてもよい。これにより、流出口４１ｂ側における滞留部Ｔにおいて、水が滞留しにくくなり、第１の配管４１の局所的な温度上昇を抑制することができ、スケールの析出を抑制することができる。例えば、山部４１Ａの突出量は、凹部４１Ｃの形成数を増加させる位置と同じ位置から、小さくするとよい。
【００３９】
凹部４１Ｃは、例えばディンプル加工で形成することができる。つまり、凹部４１Ｃは、点状に凹んでいるということである。なお、凹部４１Ｃは、点状に凹むことに限定されるものではなく、線状に凹んでいるものであってもよい。つまり、凹部４１Ｃは溝状に形成されていてもよい。
【００４０】
また、凹部４１Ｃは円形状の凹部であるものとして説明したが、それに限定されるものではない。例えば、四角等の多角形状であってもよい。
【００４１】
また、各凹部４１Ｃは同一形状であるものとして説明したがそれに限定されるものではなく、異なる形状であってもよい。例えば、第１の領域Ｒｇ１と第２の領域Ｒｇ２とで凹部４１Ｃの形状が異なってもよい。
【００４２】
［変形例］
図４Ａは、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが３条形成されている第１の配管４１の説明図である。
図４Ｂは、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが４条形成されている第１の配管４１の説明図である。
図４Ａ（ａ）は第１の配管４１の熱媒体の流れる方向に平行な断面図であり、図４Ａ（ｂ）は図４Ａ（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図４Ｂ（ａ）は第１の配管４１の熱媒体の流れる方向に平行な断面図であり、図４Ｂ（ｂ）は図４Ｂ（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図３Ｃも参照しながら、熱交換器２の変形例について説明する。
【００４３】
本実施の形態では、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが第１の配管４１に１条形成されている態様であったがそれに限定されるものではない。変形例では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが、第１の配管４１に複数条形成されている態様である。
【００４４】
図４Ａでは、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが３条形成されている。つまり、第１の配管４１には、第１の山部４１Ａ１、第２の山部４１Ａ２及び第３の山部４１Ａ３が形成されている。また、第１の配管４１には、第１の谷部４１Ｂ１、第２の谷部４１Ｂ２及び第３の谷部４１Ｂ３が形成されている。
そして、第１の山部４１Ａ１と第２の山部４１Ａ２との間には第１の谷部４１Ｂ１が形成されている。また、第２の山部４１Ａ２と第３の山部４１Ａ３との会いあには第２の谷部４１Ｂ２が形成されている。更に、第３の山部４１Ａ３と第１の山部４１Ａ１との間には第３の谷部４１Ｂ３が形成されている。
【００４５】
図４Ｂでは、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが４条形成されている。つまり、第１の配管４１には、第１の山部４１Ａ１、第２の山部４１Ａ２、第３の山部４１Ａ３及び第４の山部４１Ａ４が形成されている。また、第１の配管４１には、第１の谷部４１Ｂ１、第２の谷部４１Ｂ２、第３の谷部４１Ｂ３及び第４の山部４１Ａ４が形成されている。
そして、第１の山部４１Ａ１と第２の山部４１Ａ２との間には第１の谷部４１Ｂ１が形成されている。また、第２の山部４１Ａ２と第３の山部４１Ａ３との間には第２の谷部４１Ｂ２が形成されている。また、第３の山部４１Ａ３と第４の山部４１Ａ４との間には第３の谷部４１Ｂ３が形成されている。更に、第４の山部４１Ａ４と第１の山部４１Ａ１との間には第４の谷部４１Ｂ４が形成されている。
【００４６】
山部４１Ａは、条数が増加すると、第１の配管４１の径が広がる拡径方向ＤＲ１の突出量が小さくなっている。つまり、条数が増加すると、滞留部Ｔにおいて熱媒体が滞留しにくい形状となり、第１の配管４１の局所的な温度上昇をより抑制しやすくなり、スケールの発生も抑制しやすくなる。
【００４７】
更に、第１の配管４１は、第１の領域Ｒｇ１における山部４１Ａの形成条数と、第２の領域Ｒｇ２における山部４１Ａの形成条数とが異なるように構成されていてもよい。
具体的には、第１の配管４１は、第２の領域Ｒｇ２における山部４１Ａの形成条数の方が、第１の領域Ｒｇ１における山部４１Ａの形成条数よりも大きくなるように構成されていてもよい。
これにより、特に、第１の配管４１の局所的な温度上昇をしやすい部分にスケールが析出してしまうことを抑制することができる。
【００４８】
例えば、第１の領域Ｒｇ１では、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂがそれぞれ３条形成ずつされ、第２の領域Ｒｇ２では、山部４１Ａ及び谷部４１Ｂがそれぞれ４条形成されているとよい。
【００４９】
図４Ｃは、図４Ａの第１の配管４１における、熱媒体の流速分布の説明図である。
図４Ｄは、図４Ｂの第１の配管４１における、熱媒体の流速分布の説明図である。
【００５０】
図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、図４Ｃに示す山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが３条の態様よりも、図４Ｄに示す山部４１Ａ及び谷部４１Ｂが４条の態様の方が、熱媒体の流れが滞りにくいことがわかる。特に、第１の配管４１の内周面Ｓ１側において、第１の配管４１の熱媒体の流れの滞りにくさの影響は大きくなっており、４条の態様の方が流れが滞りにくい。
【００５１】
［冷凍サイクル装置１００の制御］
図５は、制御装置Ｃｎｔのブロック図である。
【００５２】
制御装置Ｃｎｔは、スケールが付着したか否かを判定する判定部９０Ａと、ポンプ５から搬送される熱媒体の流量を算出する算出部９０Ｂとを備えている。また、制御装置Ｃｎｔは、判定部９０Ａの判定結果に基づいて、絞り装置３、圧縮機１及び蒸発器に付設されるファン４Ａ等を制御するアクチュエータ制御部９０Ｃをそなえている。また、制御装置Ｃｎｔは、圧縮機１の目標吐出冷媒温度を設定する目標吐出冷媒温度設定部９０Ｄと、目標吐出冷媒温度設定部９０Ｄが設定する目標吐出冷媒温度の最大値を設定する最大値設定部９０Ｅとを備えている。
【００５３】
制御装置Ｃｎｔは、次の方法で第１の流路ＦＰ１のスケールの析出（付着）を判定することができる。制御装置Ｃｎｔの判定部９０Ａは、ポンプ５から搬送される熱媒体の算出流量よりも、流量検出センサーの検出流量が小さい場合には、第１の流路ＦＰ１にスケールが付着したと判定する。なお、制御装置Ｃｎｔの算出部９０Ｂは、算出流量を、例えば、第１の流路ＦＰ１の入口の熱媒体温度と、第１の流路ＦＰ１の出口の目標熱媒体温度（目標出口温度）とに基づいて取得することができる。なお、制御装置Ｃｎｔは、第１の流路ＦＰ１の入口の熱媒体温度を検出部１０Ｃの検出温度から取得することができる。
【００５４】
制御装置Ｃｎｔのアクチュエータ制御部９０Ｃは、第１の流路ＦＰ１にスケールが付着したと判定した場合には、絞り装置３の開度を大きくする第１の制御を実行する。なお、制御装置Ｃｎｔのアクチュエータ制御部９０Ｃは、第１の制御の他に、圧縮機１の回転数を低下させる第２の制御、及び蒸発器に付設されるファン４Ａの回転数を増大させる第３の制御を実行してもよい。つまり、制御装置Ｃｎｔは、第１の制御、第２の制御及び第３の制御のうちの少なくとも一つを実行する。これにより、第１の配管４１を流れる熱媒体の温度が上昇し過ぎることを回避し、第１の配管４１に、更に、スケールが析出してしまうことを回避することができる。
【００５５】
制御装置Ｃｎｔのアクチュエータ制御部９０Ｃは、判定部９０Ａが第１の流路ＦＰ１にスケールが付着した判定していない場合には、圧縮機１の目標吐出冷媒温度に近づくように、絞り装置３の開度を制御する。ここで、制御装置Ｃｎｔの目標吐出冷媒温度設定部９０Ｄは、目標吐出冷媒温度を、外気温度と、予め定められる第１の流路ＦＰ１の目標出口温度とに基づいて算出することができる。なお、制御装置Ｃｎｔは、外気温度を検出部１０Ａの検出温度から取得することができる。
【００５６】
制御装置Ｃｎｔの目標吐出冷媒温度設定部９０Ｄは、第１の流路ＦＰ１にスケールが付着したと判定した場合には、目標吐出冷媒温度を低減するように構成されている。これにより、制御装置Ｃｎｔのアクチュエータ制御部９０Ｃは、絞り装置３の開度が大きくなるように制御をすることになる。したがって、第１の配管４１を流れる熱媒体の温度が上昇し過ぎることを回避し、第１の配管４１に、更に、スケールが析出してしまうことを回避することができる。
【００５７】
また、制御装置Ｃｎｔの最大値設定部９０Ｅは、第１の流路ＦＰ１にスケールが付着したと判定した場合には、圧縮機１の目標吐出冷媒温度の最大値を７０度に設定する。この構成について次に説明する。
【００５８】
図６は、熱媒体の溶解度の説明図である。
図６に示す曲線は、熱媒体の溶解度を温度に応じて示したものである。図６に示すように、熱媒体に対するスケールの溶解度が低下する。熱媒体温度が４０度以下のときにおける溶解度の特性は直線Ｌ１で示される。また、熱媒体温度が４０度以上のときにおける溶解度の特性は直線Ｌ２で示される。この直線Ｌ１及び直線Ｌ２の傾きを見ればわかるように、熱媒体温度が４０度程度を境として、溶解度が大きく変わってくる。
熱交換器２に流入する冷媒温度の低減をすることで、熱媒体温度が上がりすぎることを抑制し、熱交換器２におけるスケールの析出を抑制することができる。例えば、圧縮機１の目標吐出冷媒温度の最大値を７０度程度に設定することで、熱交換器２へのスケール析出を効果的に抑制することができる。
【００５９】
制御装置Ｃｎｔのアクチュエータ制御部９０Ｃは、例えば、外気温度と第１の流路ＦＰ１の入口の熱媒体温度とに基づいて圧縮機１の周波数を制御している。なお、制御装置Ｃｎｔは、外気温度を検出部１０Ａの検出温度から取得することができる。また、制御装置Ｃｎｔは、第１の流路ＦＰ１の入口の熱媒体温度を検出部１０Ｃの検出温度から取得することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  圧縮機、２  熱交換器、３  絞り装置、４  熱交換器、４Ａ  ファン、５  ポンプ、７  給湯タンク、１０Ａ  検出部、１０Ｂ  検出部、１０Ｃ  検出部、１０Ｄ  検出部、１０Ｅ  検出部、４１  第１の配管、４１Ａ  山部、４１Ａ１  第１の山部、４１Ａ２  第２の山部、４１Ａ３  第３の山部、４１Ａ４  第４の山部、４１Ｂ  谷部、４１Ｂ１  第１の谷部、４１Ｂ２  第２の谷部、４１Ｂ３  第３の谷部、４１Ｂ４  第４の谷部、４１Ｃ  凹部、４１ａ  流入口、４１ｂ  流出口、４２  第２の配管、４２ａ  流入口、４２ｂ  流出口、９０Ａ  判定部、９０Ｂ  算出部、９０Ｃ  アクチュエータ制御部、９０Ｃｎｔ  アクチュエータ制御部、９０Ｄ  目標吐出冷媒温度設定部、９０Ｅ  最大値設定部、１００  冷凍サイクル装置、Ｃ１  冷媒回路、Ｃ２  熱媒体回路、Ｃ３  給水回路、Ｃｎｔ  制御装置、ＤＲ１  拡径方向、ＤＲ２  縮径方向、ＦＰ１  第１の流路、ＦＰ２  第２の流路、Ｒｇ１  第１の領域、Ｒｇ２  第２の領域、Ｓ１  内周面、Ｓ２  外周面、Ｔ  滞留部、Ｕ  給湯利用部、ｍｐ  境界位置。
【図１】
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【図２Ａ】
0006639678.tif 000003
【図２Ｂ】
0006639678.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
0006639678.tif 000006
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
0006639678.tif 000008
【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
0006639678.tif 000010
【図３Ａ】
0006639678.tif 000011
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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