(57)【要約】【課題】  水冷媒熱交換器を省スペース性・コスト・熱交換性能が同時に優れるものとすることにより、ヒートポンプ式給湯機の機器全体の小形化と低コスト化、及び高効率化を同時に達成できるようにする。【解決手段】  ヒートポンプ式給湯機７において、水冷媒熱交換器１の水伝熱管３と、水伝熱管３の１本に対し１本又は複数本の冷媒伝熱管５とを、冷媒伝熱管５がほぼ円筒形状等に螺旋巻きされた水伝熱管３の外周又は内周又はその両方に同様なピッチ等で螺旋巻きされた上に、水伝熱管３と少なくとも断面の１個所以上が伝熱管のほぼ全長にわたり接合されており、かつ水伝熱管３と冷媒伝熱管５の内部に水２と冷媒４を反対方向に流すようにした。【選択図】  図１
2005133999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が流通する水伝熱管と、前記水伝熱管１本に対し１本又は複数本の冷媒が流通する冷媒伝熱管とが、共に螺旋巻きされたほぼ円筒等の全体形状で互いに接触し一体化された構造を有し、かつ前記水伝熱管は円筒等の軸方向に密着又はほとんど隙間なしで螺旋巻きされたほぼ円筒等の形状であり、かつ前記冷媒伝熱管は前記水伝熱管の円筒等の形状の外周又は内周又はその両方に螺旋巻きされて配置され、前記水伝熱管と少なくとも断面の１個所以上が伝熱管のほぼ全長にわたりろう付け又は半田付け等で接合されており、かつ前記水伝熱管と前記冷媒伝熱管の内部に水と冷媒を反対方向に流すようにした熱交換器を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記熱交換器の前記冷媒伝熱管の一部が、前記水伝熱管の隣り合う中間位置の外周又は内周又はその両方に前記水伝熱管と同じピッチで螺旋巻きされ、かつ前記冷媒伝熱管の一部は相対する２本の前記水伝熱管の両方に伝熱管のほぼ全長にわたりろう付け又は半田付け等で接合されたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
請求項１ないし２に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記熱交換器の前記冷媒伝熱管の一部が、前記水伝熱管の外周又は内周又はその両方に伝熱管の長さ方向に変化させたピッチで螺旋巻きされ、かつ前記冷媒伝熱管の螺旋巻きのピッチは前記ヒートポンプ式給湯機の代表的な運転状態での冷媒伝熱管の内部の熱交換性能又は水と冷媒の温度差等に基づいて決められたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のヒートポンプ式給湯機において、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの冷媒と水を熱交換させて水を加熱する請求項１ないし４に記載の熱交換器と、該熱交換器からの冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁からの冷媒と外気を熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記熱交換器で冷媒により加熱された水を貯湯する貯湯タンクと、水及び冷媒を必要な経路に流通させる配管及び制御機器とを備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯用熱交換器等の水対冷媒用の熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来一般に、ヒートポンプ式給湯機内での省スペース性を考慮して、全体形状をほぼ円筒や四角柱等に螺旋巻きして、貯湯タンクの外周や給湯機ケースの内周に配置したり複数に分けて格子状や入れ子状等に並べたりできるようにした水対冷媒用の熱交換器（以下、水冷媒熱交換器と呼ぶ）がある。このような水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機として、共に扁平な水伝熱管と冷媒伝熱管を上下方向に交互に接触するように並べて螺旋巻きしたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような水冷媒熱交換器では、水伝熱管と冷媒伝熱管は元々低コストな円形断面の配管をやや扁平加工するだけなので加工を含めても元々低コストな円形断面の配管で済むが、水伝熱管と冷媒伝熱管が扁平面で接触するものの機械的な接触に留まるためにろう付け等の接合に比べてこの部分の接触熱抵抗が大きくなるので、熱交換に有利なように水と冷媒を反対方向に流して(対向流)も、熱交換器の性能が低下するという問題がある。また、水伝熱管と冷媒伝熱管を上下方向に交互に並べて螺旋巻きするので、円筒形状等の全体の高さが増加して省スペース化の効果があまり得られなくなる。また、冷媒が二酸化炭素の場合には、フロン系冷媒より使用圧力が大きく管内の圧力損失は小さいことで水冷媒熱交換器に適した冷媒伝熱管は水伝熱管よりかなり細径なものになるので、この従来例のように水伝熱管と冷媒伝熱管を上下方向に交互に並べて螺旋巻きする構造では成形や接触熱抵抗等の問題が大きくなると考えられる。これらによりヒートポンプ式給湯機としては、機器全体の大形化と効率低下という問題につながることになる。
【０００３】
また、他の全体形状を円筒等に螺旋巻きできる水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機として、特に冷媒に高圧となる二酸化炭素を使用するために、共に扁平な水伝熱管と冷媒伝熱管を上下方向に交互に接触するように並べて螺旋巻きし、冷媒伝熱管では耐圧性の点から断面内に複数の小流路を形成した水冷媒熱交換器を備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。このような水冷媒熱交換器では、水伝熱管と冷媒伝熱管を上下方向に交互に並べて螺旋巻きした配置であるが、両方の伝熱管を扁平化しているので、前述の例のように全体の高さが高くなって省スペース性が損なわれることはない。しかしながら、冷媒伝熱管が複雑な断面形状の特注品となるのでコストがかかるだけでなく、水伝熱管と冷媒伝熱管が扁平面で接触するものの機械的な接触に留まるために、ろう付け等の接合に比べてこの部分の接触熱抵抗が大きくなって、水と冷媒を対向流で流しても、熱交換器の性能が低下するという問題がある。これらによりヒートポンプ式給湯機としても、機器全体のコスト上昇と効率低下という問題につながることになる。
【０００４】
また、他の全体形状を円筒等に螺旋巻きできる水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機として、水伝熱管が楕円形断面内に管の長さ方向につながった複数条の窪み部をもち、その窪み部内にほぼ円形断面の冷媒伝熱管が圧着固定された構造として、それらをあまり隙間をあけずに螺旋巻きした水冷媒熱交換器を備えたものがある（例えば、特許文献３参照）。このような水冷媒熱交換器では、水伝熱管と冷媒伝熱管は上下方向に並べて螺旋巻きした配置であるが、冷媒伝熱管が扁平な水伝熱管の断面内に配置されるので、全体の高さが高くなって省スペース性が損なわれることはない。しかしながら、水伝熱管と冷媒伝熱管は元々は低コストな円形断面の配管であるものの、水伝熱管を窪み部をもつように成形した上でそこに冷媒伝熱管を圧着固定するという複雑な加工が必要なためにコストがかかる。また、冷媒伝熱管は水伝熱管の窪み部に圧着固定されるものの機械的な接触に留まっており、また全体の螺旋巻き加工に伴う変形で接触状態に悪影響が現れるため、ろう付け等の接合に比べてこの部分の接触熱抵抗が大きくなって、水と冷媒を対向流で流しても、熱交換器の性能が低下するという問題がある。これらによりヒートポンプ式給湯機としても、機器全体のコスト上昇と効率低下という問題につながることになる。
【０００５】
また、水伝熱管と冷媒伝熱管を低コストな円形断面の配管とすると共にそれらをろう付け等の接合で一体化した構造の水冷媒熱交換器として、冷媒に二酸化炭素の使用を想定して、水伝熱管の上下に複数本のほぼ円形断面の冷媒伝熱管が接合一体化された構造としたものがある（例えば、特許文献４参照）。このような水冷媒熱交換器では、水伝熱管と冷媒伝熱管は元々低コストな円形断面の配管であり、それらの曲げや接合は容易な加工であるためコスト増加も少なく抑えられる。しかも、水伝熱管と冷媒伝熱管は接合で一体化されているため、前述の２つの従来例のような機械的接触に比べて両者の間の接触熱抵抗は小さく保つことができる。しかしながら、このような水冷媒熱交換器の構造では、水伝熱管は冷媒伝熱管のない横方向にしか巻けないので、水冷媒熱交換器全体の形状としては水平方向に巻き径を拡大してゆく平面的な螺旋形状は可能だが、省スペース性を考慮した円筒等の全体形状には対応できない。また、複数の冷媒伝熱管を水伝熱管の上下に接合した後に全体を平面的な螺旋形状にする加工手順を想定しているが、両者の接合後に巻き付け加工を行うと接合部に割れ・はがれ等が発生する可能性がある。そのため、実際には水伝熱管と冷媒伝熱管を平面的な螺旋形状に加工してから接合することになり、接合に伴う加工が複雑化して加工のためのコストがかかるようになる。これらによりヒートポンプ式給湯機としては、機器全体のコスト上昇と大形化という問題につながることになる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４３８３号公報（第７頁、図６）
【特許文献２】特開２００２−１０７０６９号公報（第４頁、図１、図２）
【特許文献３】特開２００３−１４３８３号公報（第６頁、図２、図３）
【特許文献４】特開２００３−１５６２９１号公報（第８頁、図１、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、従来のヒートポンプ式給湯機では、水冷媒熱交換器を省スペース性に優れた円筒等の全体形状で、かつ素材や加工等の点からも低コストで、かつ水伝熱管と冷媒伝熱管の接触熱抵抗が小さくて熱交換性能にも優れるという特徴を同時に達成できるものがなく、そのためヒートポンプ式給湯機としても機器全体のコスト上昇と大形化と効率低下という問題全てを解決することができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、水冷媒熱交換器を省スペース性に優れた円筒等の全体形状としながら、素材や加工等の点から低コストで、水伝熱管と冷媒伝熱管の接触熱抵抗も小さくて対向流で流すこともあって熱交換性能にも優れるという特徴を同時にもつものとし、ヒートポンプ式給湯機として機器全体の小形化と低コスト化と高効率化を同時に達成できる改良型のヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の請求項のヒートポンプ式給湯機は、水が流通する水伝熱管と、前記水伝熱管１本に対し１本又は複数本の冷媒が流通する冷媒伝熱管とが、共に螺旋巻きされたほぼ円筒等の全体形状で互いに接触し一体化された構造を有し、かつ前記水伝熱管は円筒等の軸方向に密着又はほとんど隙間なしで螺旋巻きされたほぼ円筒等の形状であり、かつ前記冷媒伝熱管は前記水伝熱管の円筒等の形状の外周又は内周又はその両方に螺旋巻きされて配置され、前記水伝熱管と少なくとも断面の１個所以上が伝熱管のほぼ全長にわたりろう付け又は半田付け等で接合されており、かつ前記水伝熱管と前記冷媒伝熱管の内部に水と冷媒を反対方向に流すようにした熱交換器を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の第２の請求項のヒートポンプ式給湯機は、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記熱交換器の前記冷媒伝熱管の一部が、前記水伝熱管の隣り合う中間位置の外周又は内周又はその両方に前記水伝熱管と同じピッチで螺旋巻きされ、かつ前記冷媒伝熱管の一部は相対する２本の前記水伝熱管の両方に伝熱管のほぼ全長にわたりろう付け又は半田付け等で接合されたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の第３の請求項のヒートポンプ式給湯機は、請求項１ないし２に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記熱交換器の前記冷媒伝熱管の一部が、前記水伝熱管の外周又は内周又はその両方に伝熱管の長さ方向に変化させたピッチで螺旋巻きされ、かつ前記冷媒伝熱管の螺旋巻きのピッチは前記ヒートポンプ式給湯機の代表的な運転状態での冷媒伝熱管の内部の熱交換性能又は水と冷媒の温度差等に基づいて決めるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の第４の請求項のヒートポンプ式給湯機は、請求項１ないし３に記載のヒートポンプ式給湯機において、冷媒が二酸化炭素であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の第５の請求項のヒートポンプ式給湯機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの冷媒と水を熱交換させて水を加熱する請求項１ないし４に記載の熱交換器と、該熱交換器からの冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁からの冷媒と外気を熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記熱交換器で冷媒により加熱された水を貯湯する貯湯タンクと、水及び冷媒を必要な経路に流通させる配管及び制御機器とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
上記の本発明の第１の請求項のヒートポンプ式給湯機では、（１）水冷媒熱交換器は全体が円筒等の形状であるため、貯湯タンクの外周や給湯機ケースの内周に配置したり複数に分けて格子状や入れ子状等に並べる等に対応できて省スペース性に優れる、（２）水冷媒熱交換器は水伝熱管と冷媒伝熱管に元々低コストな円形断面の配管を用いると共に、水伝熱管を予め螺旋巻きした上で冷媒伝熱管をその外周や内周に螺旋巻きして配置しそれらを接合するというように加工も容易であるため、全体としてコストを抑えられる、（３）水冷媒熱交換器は水伝熱管と冷媒伝熱管を接合で一体化しているため従来の水冷媒熱交換器のような機械的接触に比べ接触熱抵抗が小さくなり、また水と冷媒の熱交換効率のよい対向流として流すことも加わって、全体の熱交換性能を高くできる効果がある。そしてこのような水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機では、前述の（１）により機器全体の小形化が、前述の（２）により機器全体の低コスト化が、前述の（３）により機器全体の高効率化が、同時に達成できるようになる。
【００１５】
上記の本発明の第２の請求項のヒートポンプ式給湯機では、水冷媒熱交換器で冷媒伝熱管の一部が相対する２本の水伝熱管の中間位置にあってその両方に伝熱管のほぼ全長にわたりろう付け又は半田付け等で接合されているので、冷媒伝熱管の熱が２本の水伝熱管に伝わることで接触熱抵抗が１本の水伝熱管だけに伝わる場合より小さくでき、水と冷媒を対向流で流すこともあって、水冷媒熱交換器の熱交換性能をより高くできる効果がある。この場合も水冷媒熱交換器での効果は前述の第１の請求項と同様に（１）〜（３）が同時に得られ、従ってヒートポンプ式給湯機への効果も前述の第１の請求項と同様に機器全体の小形化・低コスト化・高効率化が同時に得られる。
【００１６】
上記の本発明の第３の請求項のヒートポンプ式給湯機では、水冷媒熱交換器で冷媒伝熱管の一部が水伝熱管の外周又は内周又はその両方に、ヒートポンプ式給湯機の代表的な運転状態での冷媒伝熱管の内部の熱交換性能（冷媒の臨界温度近傍では冷媒側熱伝達率が向上する傾向がある）又は水と冷媒の温度差（代表的な運転状態で水冷媒熱交換器の入出口で温度差が大きい傾向がある）に基づいて決めるようにしたので、水冷媒熱交換器の全長にわたり水と冷媒の熱交換が適正になり、全体の熱交換性能を高くできる効果がある。この場合も水冷媒熱交換器での効果は前述の第１ないし２の請求項と同様に（１）〜（３）が同時に得られ、従ってヒートポンプ式給湯機への効果も前述の第１ないし２の請求項と同様に機器全体の小形化・低コスト化・高効率化が同時に得られる。
【００１７】
上記の本発明の第４の請求項のヒートポンプ式給湯機では、水冷媒熱交換器で冷媒が二酸化炭素であるため、従来より高圧条件で運転すればより高温での出湯が可能となる特徴があるので効果的な給湯を行うことができる。この場合も水冷媒熱交換器への効果は前述の第１ないし３の請求項と同様に（１）〜（３）が同時に得られ、従ってヒートポンプ式給湯機での効果も前述の第１ないし３の請求項と同様に機器全体の小形化・低コスト化・高効率化が同時に得られる。
【００１８】
上記の本発明の第５の請求項のヒートポンプ式給湯機では、効果的な給湯を行うのに必要なヒートポンプ式給湯機の構成要素を備えると共に水冷媒熱交換器が請求項１ないし４に記載のものになっているため、この場合も水冷媒熱交換器への効果は前述の第１ないし４の請求項と同様に（１）〜（３）が同時に得られ、従ってヒートポンプ式給湯機での効果も前述の第１ないし４の請求項と同様に機器全体の小形化・低コスト化・高効率化が同時に得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ヒートポンプ式給湯機において、水冷媒熱交換器が円筒等の全体形状で省スペース性に優れると共に素材や加工等の点から低コスト化が可能で、また対向流的で接触熱抵抗の小さい伝熱管の構成のために熱交換性能が優れるという効果を同時にもち、これによりヒートポンプ式給湯機としては機器全体の小形化と低コスト化、及び高効率化を同時に達成できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の具体的な実施形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１及び図２は、本発明の一実施形態（第１の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図と細部断面図、及び給湯システムの概略系統図である。
【００２２】
水冷媒熱交換器１は、内部を水２が流れる水伝熱管３が全体がほぼ円筒形状となるように密着又はほとんど隙間がないように螺旋巻きされており、その外周に内部を冷媒４が流れる冷媒伝熱管５が、相対する２本の水伝熱管３の中間位置となる谷の部分に配置されるように同様に螺旋巻きされ、２本の水伝熱管３との接触部が伝熱管のほぼ全長にわたりろう又は半田等の接合材６により接合されている。
【００２３】
このような水冷媒熱交換器１であれば、全体が円筒形状であるために貯湯タンクの外周等への設置に対応できると共に、水伝熱管３の周囲に冷媒伝熱管５が配置されるので円筒形状全体の高さが上下に交互配置するよりも抑えられ、また螺旋巻き部分の厚さ（最内周と最外周の差）も水伝熱管３の中間の谷の部分に冷媒伝熱管５が配置されるのであまり大きくならない（冷媒伝熱管がより細径になる二酸化炭素冷媒ほど厚さの増加が少ない）ので、省スペース性に優れる。また、水伝熱管３と冷媒伝熱管５に低コストな円形断面の配管を用いることができ、熱交換器全体の加工も水伝熱管３を予め螺旋巻きした上で冷媒伝熱管５を外周に螺旋巻きして配置し（両端に引張力をかけて固定すれば冷媒伝熱管５は水伝熱管３の中間の谷の部分に密着される）、それらを接合するというような容易な方法が可能であるため、熱交換器のコストも抑えられる。また、水伝熱管６と冷媒伝熱管５を接合材６による接合で一体化しているため従来の水冷媒熱交換器の例のような機械的接触に比べ接触熱抵抗が小さく、しかも冷媒伝熱管５が相対する２本の水伝熱管３と接合され管断面の２個所から熱を伝えられることでより接触熱抵抗を小さくできる。これに加えて、水伝熱管３内の水２と冷媒伝熱管５内の冷媒４を熱交換に有利な対向流としているので、水冷媒熱交換器１の熱交換性能も高められる。
【００２４】
上記の水冷媒熱交換器１を備えたヒートポンプ式給湯機７の典型的なシステムでは、左側の冷媒回路においては冷媒４が、膨張弁８で低圧・低温となり、蒸発器９で外気と熱交換して蒸発・吸熱し、圧縮機１０で高圧・高温となり、２つの経路から水冷媒熱交換器１に入って水２に放熱し、１つの経路に合流して膨張弁８に戻る。また、右側の水回路では、括弧を付けない矢印で示した給湯運転時には、水２は右下から供給されて逆止弁１１、減圧弁１２を経て分岐し、一方は逆止弁１３を経て２つの経路から水冷媒熱交換器１に入って冷媒からの熱をもらって加熱され、混合弁１４に達する。他方、減圧弁１２で上方に分岐した水２は貯湯タンク１５の下方に入り、同量の高温の水２（湯）が貯湯タンク１５の上方から混合弁１４に流される。混合弁１４は、要求された出湯量と出湯温度に対応して２つの経路からの水２（湯）の流量を制御して混合し、弁１６を経て出湯する。水冷媒熱交換器１からと貯湯タンク１５からの水２（湯）の温度と要求された出湯温度によっては、一方だけから出湯されることもある。また、給水からの配管と出湯からの配管の間に弁１７が設けられている。また、括弧を付けた矢印で示した貯湯運転時には、水２は水冷媒熱交換器１と貯湯タンク１５の間を循環して、貯湯タンク１５内の水２（湯）が高温にされる。以上のシステムは典型例であり、同じ機能であっても効果的な給湯を行うために他の構成も考えられるし、風呂への給湯・追い炊きや床暖房や浴室乾燥等の種々の機能に対応するためにはさらに他の構成要素・経路の追加が考えられるというように、実際のシステム構成はこれに限定されるものではない。以上のような構成をもつヒートポンプ式給湯機７のシステムにより効果的な給湯が行え、水冷媒熱交換器１は前述のような効果を備えていることで、ヒートポンプ式給湯機７としては、水冷媒熱交換器１が省スペース性のある構造であるため機器全体の小形化が、水冷媒熱交換器１が素材・加工等の点で低コストなことから機器全体の低コスト化が、そして水冷媒熱交換器１が高熱交換性能であることからシステム、言い換えれば機器全体としての高効率化が、同時に達成できるようになる。
【００２５】
図３は、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図である。
【００２６】
この実施形態の水冷媒熱交換器１では、全体がほぼ円筒形状となるように螺旋巻きされた水伝熱管３の外周に、水伝熱管３の１本に対し２本の冷媒伝熱管５が配置され、両者の接触部が伝熱管のほぼ全長にわたり接合されている。水伝熱管３の１本に対する２本の冷媒伝熱管５のうちの一方は、前述の第１の実施形態の水冷媒熱交換器１の冷媒伝熱管５と同様に、相対する２本の水伝熱管３の中間位置となる谷の部分に配置されているので、管断面の２個所から熱を伝えられることでより接触熱抵抗を小さくできると共に、螺旋巻き付けが容易になって加工の低コスト化につながる。また、２本の冷媒伝熱管５のうちの他方は、水伝熱管３への接合は１個所のため２個所の場合よりやや接触熱抵抗が大きくなるが、螺旋巻き付けの容易さはそれ程変わらないので同様に加工の低コスト化につながる。その他の水冷媒熱交換器１の効果も第１の実施形態とほぼ同じであるため、水冷媒熱交換器１として円筒等の全体形状であることで省スペース性に優れ、素材や加工等の点から低コスト化が可能で、また対向流的で接触熱抵抗の小さい伝熱管の構成であることで熱交換性能が優れるという効果を同時にもつことがわかる。これにより第１の実施形態と同様に、ヒートポンプ式給湯機としても機器全体として小形化と低コスト化と高効率化を同時に達成できることがわかる。
【００２７】
図４は、本発明のさらに他の実施形態（第３の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図である。
【００２８】
この実施形態の水冷媒熱交換器１では、全体がほぼ円筒形状となるように螺旋巻きされた水伝熱管３の外周と内周に、それぞれ水伝熱管３の１本に対し２本の冷媒伝熱管５が配置され、両者の接触部が伝熱管のほぼ全長にわたり接合されている。水伝熱管３の外周と内周に配置された冷媒伝熱管５は、共に相対する２本の水伝熱管３の中間位置となる谷の部分に配置されるように螺旋巻きされ接合されているので、前述の第１の実施形態と同様に、管断面の２個所から熱を伝えられることでより接触熱抵抗を小さくできると共に、螺旋巻き付けが容易になって加工の低コスト化につながる（内周側の冷媒伝熱管５では両端に圧縮力をかけて固定することで谷の部分に密着される）。その他の水冷媒熱交換器１の効果も第１の実施形態とほぼ同じであるため、水冷媒熱交換器１として円筒等の全体形状であることで省スペース性に優れ、素材や加工等の点から低コスト化が可能で、また対向流的で接触熱抵抗の小さい伝熱管の構成であることで熱交換性能が優れるという効果を同時にもつことがわかる。これにより第１の実施形態と同様に、ヒートポンプ式給湯機としても機器全体として小形化と低コスト化と高効率化を同時に達成できることがわかる。
【００２９】
図５は、本発明のさらに他の実施形態（第４の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図であり、図６は一般的なヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器内部の冷媒側熱伝達率及び水・冷媒温度の分布を示すグラフである。
【００３０】
この実施形態の水冷媒熱交換器１では、全体がほぼ円筒形状となるように螺旋巻きされた水伝熱管３の外周に、冷媒伝熱管５が螺旋巻きのピッチを冷媒伝熱管５の入口から中央部過ぎまでと出口付近は密に、中央部過ぎから出口付近まで粗になるように、伝熱管の長さ方向に螺旋巻きのピッチを変えて配置され、両者の接触部が伝熱管のほぼ全長にわたり接合されている。このように冷媒伝熱管５の螺旋巻きのピッチを変えたのは、冷媒が二酸化炭素の場合に給湯機として使われる温度条件（例えば冷媒：６０〜１００℃→２０℃、水：１７℃→４０〜９０℃）では冷媒が水冷媒熱交換器１の内部で臨界点付近の温度を通り、図６に示すように冷媒側熱伝達率にピークが現れるという現象に対応するためである（例えば、党、王、飛原：第３７回空気調和・冷凍連合講演会講演論文集、２００３年４月、ｐ．５５−５８に記載）。水冷媒熱交換器１内部で３０℃前後の臨界点付近の温度となって冷媒側熱伝達率がピークに達すると、それにより水２と冷媒４の温度差が熱交換器の中央よりやや冷媒出口寄りの部分（図中にＡで示す）で縮小する傾向が現れる。対向流の熱交換器では２つの流体の温度差に変動があるより一定に保つ方が全体として有効な熱交換につながるので、この場合は冷媒伝熱管５のピッチを冷媒側熱伝達率の高いＡの部分は粗にし、冷媒側熱伝達率の低いＡ以外の部分は密にすることで全体の熱交換性能を向上させることができる。この実施形態の水冷媒熱交換器１では、冷媒伝熱管５の螺旋巻きのピッチを適正に決めることで全体の熱交換性能を向上させているが、その他の熱交換器の構成は前述の第１や第２の実施形態とほぼ同様であるため、水冷媒熱交換器１として円筒等の全体形状であることで省スペース性に優れ、素材や加工等の点から低コスト化が可能で、また対向流的で接触熱抵抗の小さい伝熱管の構成であることで熱交換性能が優れるという効果を同時にもつことがわかる。これにより第１や第２の実施形態と同様に、ヒートポンプ式給湯機としても機器全体として小形化と低コスト化と高効率化を同時に達成できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態（第１の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図と細部断面図である。
【図２】第１の実施形態のヒートポンプ式給湯機における給湯システムの概略系統図である。
【図３】本発明の他の実施形態（第２の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態（第３の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態（第４の実施形態）のヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器の縦断面図である。
【図６】一般的なヒートポンプ式給湯機における水冷媒熱交換器内部の冷媒側熱伝達率及び水・冷媒温度の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…水冷媒熱交換器、２…水、３…水伝熱管、４…冷媒、５…冷媒伝熱管、６…接合材、７…ヒートポンプ式給湯機。
【図１】
2005133999.tif 000003
【図２】
2005133999.tif 000004
【図３】
2005133999.tif 000005
【図４】
2005133999.tif 000006
【図５】
2005133999.tif 000007
【図６】
2005133999.tif 000008