(57)【要約】【課題】熱交換量を高めるとともに、コンパクトな熱交換器を有するヒートポンプ給湯装置を提供すること。【解決手段】水―冷媒熱交換器１、減圧手段２、蒸発器３、圧縮機４を順次冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、水−冷媒熱交換器１に接続された給湯回路５とを備え、水−冷媒熱交換器１の内部は、多孔管を螺旋状に配したことにより、熱交換器のデッドスペースを無くすとともに、冷媒通路と水通路の接触面積が大きくなり、広範囲な水を短時間で加熱することができるとともに、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることができる。【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、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、前記水−冷媒熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記水−冷媒熱交換器の内部は、多孔管を螺旋状に配したことを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
水―冷媒熱交換器は、中心部に冷媒入口と水出口とを有し、外側に冷媒出口と水入口を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
水―冷媒熱交換器は、略円柱形状または略直方体形状をしたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
水―冷媒熱交換器の上部および下部が断熱手段で覆われたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
多孔管は、断面形状が略円形状もしくは多角形状の複数の管を平面的に配置して一体化したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
多孔管の内部にフィンを設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
多孔管の外部に凹凸部を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ給湯装置は、冷媒回路と給湯回路から構成されている。
【０００３】
図７は、従来のヒートポンプ給湯装置の構成図、図８は、従来のヒートポンプ給湯装置の水−冷媒熱交換器の構成図である。図７に示すように、水−冷媒熱交換器６１、減圧手段６２、蒸発器６３、圧縮機６４を順次冷媒配管で環状に接続してなる冷媒回路と、給湯回路６５から構成される。また、水−冷媒熱交換器６１は図８に示すように、水流路７１、冷媒流路７２を有し、水流路７１および冷媒流路７２の断面形状は扁平形状となっており、両流路が平行に並設され、熱接触すると共に、積み重ね巻かれている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０７０６９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、上記従来の構成では、図７に示すように、水流路７１と冷媒流路７２が接触面７３を介して熱接触しているが、冷媒流路７２の片側と水流路７１の片側でしか接しておらず、伝熱面積が限定され、大きな熱交換量を得るのが困難であるという課題を有していた。
【０００５】
また、螺旋形状に巻かれた水−冷媒熱交換器６１の中央部には、中空部７４が形成され、デッドスペースとなっている。そのため、ヒートポンプユニットが大型化してしまうという課題も有していた。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱交換量を高めるとともに、コンパクトな熱交換器を有するヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、水―冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、前記水−冷媒熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記水−冷媒熱交換器の内部は、多孔管を螺旋状に配したことを特徴とするものである。
【０００８】
これによって、冷媒と水通路の接触面積が大きくなり、広範囲な水を短時間で加熱することができるとともに、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
熱交換量を高めるとともに、コンパクトな熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明のヒートポンプ給湯装置は、水―冷媒熱交換器、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、前記水−冷媒熱交換器に接続された給湯回路とを備え、前記水−冷媒熱交換器の内部は、多孔管を螺旋状に配したことにより、熱交換器のデッドスペースを無くすとともに、冷媒通路と水通路の接触面積が大きくなり、広範囲な水を短時間で加熱することができるとともに、ヒートポンプユニットをコンパクト
にすることができる。
【００１１】
第２の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１の発明において、水―冷媒熱交換器は、中心部に冷媒入口と水出口とを有し、外側に冷媒出口と水入口を有することにより、水―冷媒熱交換器の中心部が高温になり、水―冷媒熱交換器の側面外部からの放熱が少なくなるので熱交換効率が向上する。
【００１２】
第３の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１または２の発明において、水―冷媒熱交換器は、略円柱形状または略直方体形状をしたことにより、略円柱形状にすることで、水を流れやすくして熱交換率を高めたり、略直方体形状にすることで、設置スペースを有効に利用できるようになる。
【００１３】
第４の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜３の発明において、水―冷媒熱交換器の上部および下部が断熱手段で覆われたことにより、上部や下部からの放熱が少なくなるので、熱交換効率が向上する。
【００１４】
第５の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜４の発明において、多孔管は、断面形状が略円形状もしくは多角形状の複数の管を平面的に配置して一体化したことにより、施工性が高まり、複数本の管を水―冷媒熱交換器内に配設しやすくなる。
【００１５】
第６の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜５の発明において、多孔管の内部にフィンを設けることで、伝熱を促進させる。
【００１６】
第７の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜６の発明において、多孔管の外部に凹凸部を設けることで、乱流を促進し、熱交換効率を向上させる。
【００１７】
第８の発明にヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜７の発明において、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、冷媒は臨界圧力以上に加圧されるので、熱交換器の水により熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなるので、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。さらに、二酸化炭素は比較的安価であり、かつ安定であるので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。またオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図を示すものである。図１において、水―冷媒熱交換器１、減圧手段２、蒸発器３、圧縮機４を順次冷媒配管で環状に接続した冷媒回路と、給湯回路５よりヒートポンプ給湯装置が構成されている。図２は、本発明の第１の実施の形態における水−冷媒熱交換器１の斜視図を示すものである。水−冷媒熱交換器１に、水入口１１、水出口１２、冷媒入口１３、冷媒出口１４の通路が接続され、冷媒出口１４には出口ヘッダー１５が接続された容器である。
【００２０】
図３は、図２をＡ−Ａ’断面から見たものである。水−冷媒熱交換器１の内部は、冷媒通路２２と水通路２３に分かれている。冷媒通路２２の両端は、入口ヘッダー２１と出口ヘッダー１５が接続されている。また、冷媒通路２２は、固定板２４によって固定されている。以上のように構成された水−冷媒熱交換器について、以下その動作、作用を説明す
る。
【００２１】
まず、高温の冷媒は、水−冷媒熱交換器１の中心部にある冷媒入口１３から入口ヘッダー２１を通って、冷媒通路２２の中を流れる。冷媒は螺旋状の通路に導かれて、水−冷媒熱交換器１の周辺に位置する出口ヘッダー１５に到達する。その後、冷媒は冷媒出口１４から出て行く。
【００２２】
低温の水は、水入口１１から水−冷媒熱交換器１に入り、螺旋状の通路に導かれて、冷媒と熱交換を行ないながら温度を上げ、水−冷媒熱交換器１の中心部にある水出口１２に到達して、お湯となって出て行く。このとき、高温の冷媒が水−冷媒熱交換器１の中心部に位置し、低温の水が水−冷媒熱交換器１の周囲に位置することにより、水−冷媒熱交換器１の側面外部から熱が逃げにくくなり、熱交換の効率が向上する。
【００２３】
また、水−冷媒熱交換器１の形状は、円柱とすることで水を流れやすくして熱交換率を高めたり、直方体とすることで、設置スペースを有効に利用できるようになる。以上のように、本実施の形態においては水−冷媒熱交換器の内部に螺旋状に水を循環させ、中心部で高温を保つために、熱交換器をコンパクトにすることができる。
【００２４】
図４は、図３をＢ−Ｂ’断面から見たものである。水−冷媒熱交換器１の上部と下部は、断熱部３１と蓋３２で覆われている。水−冷媒熱交換器１の内部では、冷媒通路２２が多孔管にて形成されている。以上のように構成された水−冷媒熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２５】
まず、水−冷媒熱交換器１の中心部は冷媒入口１３から、高温の冷媒が入ってくるために温度が高くなる。このため、上部と下部に断熱を施すことにより、上部と下部から熱を逃げにくくすることができる。
【００２６】
また、多孔管は複数本の円または多角形の管を平面的に配置して一体化することにより、水−冷媒熱交換器１の内部で複数本の冷媒通路２１を比較的容易に螺旋状に形成でき、配置しやすくなる。以上のように、本実施の形態においては断熱性を高めて熱交換効率を向上させるとともに、冷媒通路の加工性も向上させることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５および図６は、本発明の第２の実施の形態における多孔管の構成説明図を示すものである。図５において、多孔管の内側はフィン４１を有している。また、図６において、多孔管の外側に凹凸部５１を有している。以上のように構成された水−冷媒熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。まず、図５ように多孔管内部にフィン４１を設けることによって、熱伝達の面積が増加し、熱交換の効率が向上する。更に、図６のように多孔管の外部に凹凸を設けることで水が乱流状態で流れ、伝熱が促進される。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては伝熱面積の増加と乱流促進により、熱が効率的に伝達される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、水と冷媒の熱交換量を高め、ヒートポンプユニットをコンパクトにすることが可能となるので、高効率な熱交換が必要な産業用機器・家庭用機器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における水−冷媒熱交換器の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における水−冷媒熱交換器の断面図
【図４】本発明の実施の形態１における水−冷媒熱交換器の縦断図
【図５】本発明の実施の形態２における多孔管の断面図
【図６】本発明の実施の形態２における多孔管の斜視図
【図７】従来のヒートポンプ給湯機の構成図
【図８】従来の熱交換器の図
【符号の説明】
【００３１】
１  水−冷媒熱交換器
２  減圧手段
３  蒸発器
４  圧縮器
５  給湯回路
１１  水入口
１２  水出口
１３  冷媒入口
１４  冷媒出口
１５  出口ヘッダー
２１  入口ヘッダー
２２  水通路
２３  冷媒通路
２４  固定板
３１  断熱部
３２  蓋
４１  フィン
５１  凹凸部
７３  接触面
７４  中空部
【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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【図７】
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【図８】
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