(57)【要約】【課題】扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器において、水管の耐食性を向上させる。【解決手段】水熱交換器（２２）は、１対の冷媒管（４１）と水管（４２）とを有しており、水管（４２）の断面長辺側の側面の両面が１対の冷媒管（４１）の断面長辺側の一側面に挟まれて密着されることによって、１対の冷媒管（４１）の内部を流通する冷媒が水管（４２）の内部の水と熱交換して水管（４２）の内部の水を加熱する３層管（４３）を構成している。ここで、水管（４２）は、ステンレス鋼製である。【選択図】図３
2012202609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器であって、
複数の冷媒流路穴（４１ａ）を有する多穴扁平管によって構成されており、前記複数の冷媒流路穴を前記冷媒が流通する１対の冷媒管（４１）と、
前記冷媒管が有する前記冷媒流路穴の数よりも少ない数の水流路穴（４２ａ、４８ａ、４９ａ）を有する少穴扁平管によって構成されており、前記水流路穴を前記水が流通する水管（４２、４８、４９）と、
を備え、
前記水管の断面長辺側の側面の両面が前記１対の冷媒管の断面長辺側の一側面に挟まれて密着されることによって、前記１対の冷媒管の内部を流通する冷媒が前記水管の内部の水と熱交換して前記水管の内部の水を加熱する３層管（４３、７３、８３）を構成しており、
前記水管は、ステンレス鋼製である、
水熱交換器（２２、５２、６２、７２、８２、１４０、１５０）。
【請求項２】
前記３層管（４３、７３、８３）は、直管状で、かつ、複数あり、
前記複数の３層管を構成する前記冷媒管（４１）の長手方向一端部が接続される第１冷媒ヘッダ（４４、５４、６４）と、前記複数の３層管を構成する前記冷媒管の長手方向他端部が接続される第２冷媒ヘッダ（４５、５５、６５）と、前記複数の３層管を構成する前記水管（４２、４８、４９）の長手方向一端部が接続される第１水ヘッダ（４６、５６、６６）と、前記複数の３層管を構成する水管の長手方向他端部が接続される第２水ヘッダ（４７、５７、６７）とをさらに有しており、
前記各水管は、前記水管の長手方向一端部及び他端部が曲げ加工されることなく前記第１及び第２水ヘッダに接続されており、
前記各冷媒管は、前記冷媒管の長手方向一端部及び他端部が曲げ加工されて前記第１及び第２冷媒ヘッダに接続されている、
請求項１に記載の水熱交換器（２２、５２、６２、７２、８２、１４０、１５０）。
【請求項３】
前記冷媒ヘッダ（５４、５５、６４、６５）及び前記水ヘッダ（５６、５７、６６、６７）の内部には、前記冷媒及び前記水が前記複数の３層管（４３、７３、８３）を直列的に流れるように、仕切板（５４ａ、５５ａ、６４ａ、６４ｂ、６５ａ、５６ａ、５７ａ、６６ａ、６６ｂ、６７ａ）が設けられている、
請求項２に記載の水熱交換器（２２、５２、６２、７２、８２、１４０、１５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱交換器、特に、扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１（特開２０１０−１９０５６４号公報）に示すような、冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器がある。この水熱交換器は、１対の冷媒管と水管とを有している。１対の冷媒管は、複数の冷媒流路穴を有する多穴扁平管によって構成されている。水管は、冷媒管が有する冷媒流路穴の数よりも少ない数の水流路穴を有する少穴扁平管によって構成されている。そして、水管の断面長辺側の側面の両面が１対の冷媒管の断面長辺側の一側面に挟まれて密着されることによって、１対の冷媒管の内部を流通する冷媒が水管の内部の水と熱交換して水管の内部の水を加熱する３層管を構成している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の水熱交換器では、扁平管（すなわち、１対の冷媒管及び水管）による３層管構造を有しているため、水と冷媒とを効率よく熱交換させることができるという利点がある。
【０００４】
しかし、水管は材質によって水による腐食が生じやすいため、耐食性を高める必要がある。
【０００５】
本発明の課題は、扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器において、水管の耐食性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点にかかる水熱交換器は、冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器であって、１対の冷媒管と、水管とを備えている。１対の冷媒管は、複数の冷媒流路穴を有する多穴扁平管によって構成されており、複数の冷媒流路穴を冷媒が流通する。水管は、冷媒管が有する冷媒流路穴の数よりも少ない数の水流路穴を有する少穴扁平管によって構成されており、水流路穴を水が流通する。そして、水管の断面長辺側の側面の両面が１対の冷媒管の断面長辺側の一側面に挟まれて密着されることによって、１対の冷媒管の内部を流通する冷媒が水管の内部の水と熱交換して水管の内部の水を加熱する３層管を構成している。ここで、水管は、ステンレス鋼製である。
【０００７】
この水熱交換器では、水管の水による腐食を生じにくくすることができる。
【０００８】
これにより、扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器において、水管の耐食性を向上させることができる。
【０００９】
第２の観点にかかる水熱交換器は、第１の観点にかかる水熱交換器において、３層管を直管状でかつ複数とし、第１冷媒ヘッダと、第２冷媒ヘッダと、第１水ヘッダと、第２水ヘッダとをさらに有している。第１冷媒ヘッダは、複数の３層管を構成する冷媒管の長手方向一端部が接続される。第２冷媒ヘッダは、複数の３層管を構成する冷媒管の長手方向他端部が接続される。第１水ヘッダは、複数の３層管を構成する水管の長手方向一端部が接続される。第２水ヘッダは、複数の３層管を構成する水管の長手方向他端部が接続される。そして、各水管は、水管の長手方向一端部及び他端部が曲げ加工されることなく第１及び第２水ヘッダに接続されており、各冷媒管は、冷媒管の長手方向一端部及び他端部が曲げ加工されて第１及び第２冷媒ヘッダに接続されている。
【００１０】
３層管を構成している水管をステンレス鋼製にする場合には、ステンレス鋼の強度が高いことから、十分な伝熱面積を確保するために、従来の扁平管による３層管構造の水熱交換器のような３層管を曲げ加工したものとすることに適さないものとなる。
【００１１】
そこで、この水熱交換器では、３層管を直管状でかつ複数とし、これらの３層管の長手方向両端部をヘッダ接続する構造を採用している。しかし、このようなヘッダ接続構造を採用する場合には、冷媒管用の第１及び第２冷媒ヘッダと水管とが干渉しないように配置する必要がある。このため、この水熱交換器では、ヘッダ接続構造を採用するとともに、ステンレス鋼製の水管の長手方向両端部を曲げ加工することなく第１及び第２水ヘッダに接続し、冷媒管の長手方向両端部を曲げ加工して第１及び第２冷媒ヘッダに接続する構造を採用している。
【００１２】
これにより、扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器において、水管の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管を曲げることなく、十分な伝熱面積を確保することができる。
【００１３】
第３の観点にかかる水熱交換器は、第２の観点にかかる水熱交換器において、冷媒ヘッダ及び水ヘッダの内部には、冷媒及び水が複数の３層管を直列的に流れるように、仕切板が設けられている。
【００１４】
この水熱交換器では、冷媒及び水がヘッダを介して複数の３層管を直列的に流れるようになる。
【００１５】
これにより、扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器において、水管の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管を曲げることなく、長尺の３層管を曲げ加工した場合と同等の伝熱性能を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１７】
第１の観点にかかる水熱交換器では、水管の耐食性を向上させることができる。
【００１８】
第２の観点にかかる水熱交換器では、水管の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管を曲げることなく、十分な伝熱面積を確保することができる。
【００１９】
第３の観点にかかる水熱交換器では、水管の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管を曲げることなく、長尺の３層管を曲げ加工した場合と同等の伝熱性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる水熱交換器が採用された第１実施形態としてのヒートポンプ式給湯装置の概略構成図である。
【図２】温水熱源ユニットの内部を示す概略断面図である。
【図３】水熱交換器の全体構成図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ断面図である。
【図５】図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図６】水熱交換器を構成する３層管の拡大断面図である。
【図７】変形例１の水熱交換器の全体構成図である。
【図８】変形例２の水熱交換器の全体構成図である。
【図９】図８のＩ−Ｉ断面図である。
【図１０】図８のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図１１】変形例３の水熱交換器を構成する水管の断面図である。
【図１２】変形例４の水熱交換器を構成する水管の断面図である。
【図１３】本発明にかかる水熱交換器が採用された第２実施形態としての温水循環装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる水熱交換器の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる水熱交換器の実施形態は、以下に説明する実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００２２】
（１）第１実施形態
＜ヒートポンプ式給湯装置の全体構成＞
図１は、本発明にかかる水熱交換器２２が採用された第１実施形態としてのヒートポンプ式給湯装置１の概略構成図である。
【００２３】
ヒートポンプ式給湯装置１は、主として、温水熱源ユニット２と、貯湯ユニット３とを有している。
【００２４】
温水熱源ユニット２は、主として、圧縮機２１と、水熱交換器２２と、膨張弁２３と、空気熱交換器２４とを有しており、これらの機器が接続されることによって冷媒回路２０を構成している。
【００２５】
貯湯ユニット３は、主として、貯湯タンク３１と、水循環ポンプ３２とを有している。そして、水熱交換器２２と貯湯タンク３１と水循環ポンプ３２とが接続されることによって水循環回路３０が構成されている。
【００２６】
＜温水熱源ユニット＞
図２は、温水熱源ユニット２の内部を示す概略断面図である。
【００２７】
図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画がファン室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１や膨張弁２３等が配置されている。ファン室２ｂには、ファン２７が配置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータ（図示せず）が、モータ支持台２８に固定された状態で配置されている。ファン室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて水熱交換器２２が配置されている。水熱交換器２２内にて、圧縮機２１から吐出される冷媒と、水循環ポンプ３２から吐出される水との間で熱交換が行われる。また、図２において、空気熱交換器２４は、ファン室２ｂの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器２４の右端は機械室２ａの中央まで延出している。機械室２ａの上部には、制御ボックス４が配置されている。
【００２８】
＜水熱交換器＞
図３は、水熱交換器２２の全体構成図である。図４は、図３のＩ−Ｉ断面図である。図５は、図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。図６は、水熱交換器２２を構成する３層管４３の拡大断面図である。
【００２９】
水熱交換器２２は、冷媒（ここでは、圧縮機２１から吐出される冷媒）と水（ここでは、水循環ポンプ３２から吐出される水）とを熱交換させる熱交換器であって、主として、１対の冷媒管４１と水管４２とからなる３層管４３を有している。
【００３０】
１対の冷媒管４１は、複数（ここでは、８つ）の冷媒流路穴４１ａを有する多穴扁平管によって構成されており、複数の冷媒流路穴４１ａを冷媒が流通する。尚、冷媒流路穴４１ａの数は、８つに限定されるものではなく、水管４２の水流路穴４２ａよりも多ければよい。冷媒管４１は、アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、引き抜き加工や押し出し加工により製造されている。
【００３１】
水管４２は、冷媒管４１が有する冷媒流路穴４１ａの数よりも少ない数（ここでは、１つ）の水流路穴４２ａを有する少穴扁平管によって構成されており、水流路穴４２ａを水が流通する。水管４２は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等のステンレス鋼製であり、引き抜き加工や板材の曲げ加工により製造されている。
【００３２】
そして、３層管４３は、水管４２の断面長辺側の側面４２ｂの両面が１対の冷媒管４１の断面長辺側の一側面４１ｂに挟まれて密着されることによって構成されている。１対の冷媒管４１と水管４２とは、ロウ付け接合によって互いに密着している。尚、１対の冷媒管４１と水管４２との接合は、ロウ付けに限定されるものではなく、接着剤によるものであってもよい。このように構成された３層管４３によって、１対の冷媒管４１の内部を流通する冷媒と水管４２の内部の水との熱交換を行って、水管４２の内部の水を加熱するようになっている。
【００３３】
このように、この水熱交換器２２では、水管４２がステンレス鋼製であるため、水管４２の水による腐食を生じにくくすることができ、水管４２の耐食性を向上させることができる。
【００３４】
但し、上記のように、３層管４３を構成している水管４２をステンレス鋼製にする場合には、ステンレス鋼の強度が高いことから、十分な伝熱面積を確保するために、従来の扁平管による３層管構造の水熱交換器のような３層管を曲げ加工したものとすることに適さないものとなる。
【００３５】
そこで、この水熱交換器２２では、３層管４３を直管状でかつ複数（ここでは、１１本）とし、これらの３層管４３の長手方向両端部をヘッダ接続する構造を採用している。具体的には、この水熱交換器２２では、複数の３層管４３とともに、第１冷媒ヘッダ４４と、第２冷媒ヘッダ４５と、第１水ヘッダ４６と、第２水ヘッダ４６とが設けられている。第１冷媒ヘッダ４４は、複数の３層管４３を構成する冷媒管４１の長手方向一端部４１ｃが接続される。第２冷媒ヘッダ４５は、複数の３層管４３を構成する冷媒管４１の長手方向他端部４１ｄが接続される。第１水ヘッダ４６は、複数の３層管４３を構成する水管４２の長手方向一端部４２ｃが接続される。第２水ヘッダ４７は、複数の３層管４３を構成する水管４２の長手方向他端部４２ｄが接続される。ここでは、複数の３層管４３は、断面長辺側の面が互いに対向した状態で多段に配置されている。そして、複数の３層管４３の多段配列の方向に沿って延びる筒状のヘッダ４４、４６が、複数の３層管４３の長手方向一端側（ここでは、一端部４１ｃ、４２ｃ側）に配置されている。また、複数の３層管４３の多段配列の方向に沿って延びる筒状のヘッダ４５、４７が、複数の３層管４３の長手方向他端側（ここでは、他端部４１ｄ、４２ｄ側）に配置されている。これにより、１１組の並列の熱交換流路が形成されている。
【００３６】
しかし、このようなヘッダ接続構造を採用する場合には、冷媒管４１用の第１及び第２冷媒ヘッダ４４、４５と水管４２とが干渉しないように配置する必要がある。このため、この水熱交換器２２では、ヘッダ接続構造を採用するとともに、ステンレス鋼製の水管４２の長手方向両端部４２ｃ、４２ｄを曲げ加工することなく第１及び第２水ヘッダ４６、４７に接続し、冷媒管４１の長手方向両端部４１ｃ、４１ｄを曲げ加工して第１及び第２冷媒ヘッダ４４、４５に接続する構造を採用している。ここでは、第１及び第２水ヘッダ４６、４７を直管状の水管４２の長手方向両端部４２ｃ、４２ｄの先端に対応する位置に配置し、第１及び第２冷媒ヘッダ４４、４５を、水管４２の長手方向に直交する側（図４においては、紙面上側）にずらして配置している。そして、水管４２の長手方向両端部４２ｃ、４２ｄを第１及び第２水ヘッダ４６、４７に曲げ加工することなく接続し、冷媒管４１の長手方向両端部４１ｃ、４１ｄだけを曲げ加工して第１及び第２冷媒ヘッダ４４、４５に接続している。
【００３７】
これにより、この水熱交換器２２では、水管４２をステンレス鋼製にすることによって水管４２の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管４２を曲げることなく、十分な伝熱面積を確保することができる。
【００３８】
尚、水管４２をステンレス鋼製にせずに、水管４２の内面に防食コーティングを施すことも考えられる。しかし、この場合には、水管４２の構造が複雑になり、また、曲げ加工が許容されるものの、曲げ加工の程度によっては、防食コーティングが剥がれて耐食性が損なわれるおそれもある。このため、この水熱交換器２２では、上記のように、水管４２の材質自体を防食性のあるステンレス鋼にした構成を採用している。
【００３９】
＜水熱交換器の変形例＞
−１−
上記の水熱交換器２２では、複数の３層管４３及びヘッダ４４〜４７によって、複数（具体的には、１１本）の並列の熱交換流路が形成して、伝熱面積を確保するようにしている。このため、水熱交換器２２に流入した冷媒及び水は、第１冷媒ヘッダ４４及び第１水ヘッダ４６において１１本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒及び水は、これらの３層管４３を通過した後に、第２冷媒ヘッダ４４５及び第２水ヘッダ４７において合流して、水熱交換器２２を流出するようになっている。すなわち、水熱交換器２２では、冷媒及び水が３層管４３を１回だけ通過するようになっている。
【００４０】
しかし、冷媒と水との熱交換条件等によっては、長尺の３層管を曲げ加工した場合と同等の伝熱性能が要求される場合がある。
【００４１】
そこで、ここでは、図７に示すように、ヘッダ５４〜５７の内部に、冷媒及び水が複数の３層管４３を直列的に流れるように、仕切板５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａを設けた水熱交換器５２を採用している。このため、水熱交換器５２に流入した冷媒は、第１冷媒ヘッダ５４において冷媒仕切板５４ａによって３本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第２冷媒ヘッダ５５において合流する。そして、合流した冷媒は、第２冷媒ヘッダ５５において冷媒仕切板５５ａによって４本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第１冷媒ヘッダ５４において合流する。そして、合流した冷媒は、第１冷媒ヘッダ５４において残りの４本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第２冷媒ヘッダ５５において合流して、水熱交換器５２を流出するようになっている。また、水熱交換器５２に流入した水は、第２水ヘッダ５７において水仕切板５７ａによって４本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第１水ヘッダ５６において合流する。そして、合流した水は、第１水ヘッダ５６において水仕切板５６ａによって４本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第２水ヘッダ５７において合流する。そして、合流した水は、第２水ヘッダ５７において残りの３本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第１水ヘッダ５６において合流して、水熱交換器５２を流出するようになっている。すなわち、この水熱交換器５２では、冷媒及び水が、仕切板５４ａ、５５ａ、５６ａ、５７ａが設けられたヘッダ５４〜５７を介して、３層管４３を直列に３回通過するようになっている。
【００４２】
これにより、この水熱交換器５２では、水管４２をステンレス鋼製にすることによって水管４２の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管４２を曲げることなく、長尺の３層管を曲げ加工した場合と同等の伝熱性能を得ることができる。
【００４３】
−２−
上記の水熱交換器２２、５２では、複数の３層管４３が断面長辺側の面が互いに対向した状態で多段に配置されている。しかし、複数の３層管４３の多段配置はこれに限定されるものではなく、図８〜図１０に示すように、複数の３層管４３を断面短辺側の面が互いに対向した状態で多段に配置した水熱交換器６２を採用してもよい。
【００４４】
この水熱交換器６２では、３層管４３を直管状でかつ複数（ここでは、８本）とし、これらの３層管４３の長手方向両端部をヘッダ６４〜６７に接続するようにしている。そして、複数の３層管４３は、断面短辺側の面が互いに対向した状態で多段に配置されている。そして、複数の３層管４３の多段配列の方向に沿って延びる筒状のヘッダ６４、６６が、複数の３層管４３の長手方向一端側（ここでは、一端部４１ｃ、４２ｃ側）に配置されている。また、複数の３層管４３の多段配列の方向に沿って延びる筒状のヘッダ６５、６７が、複数の３層管４３の長手方向他端側（ここでは、他端部４１ｄ、４２ｄ側）に配置されている。ここでも、ステンレス鋼製の水管４２の長手方向両端部４２ｃ、４２ｄを曲げ加工することなく第１及び第２水ヘッダ６６、６７に接続し、冷媒管４１の長手方向両端部４１ｃ、４１ｄを曲げ加工して第１及び第２冷媒ヘッダ６４、６５に接続する構造を採用している。具体的には、第１及び第２水ヘッダ６６、６７を直管状の水管４２の長手方向両端部４２ｃ、４２ｄの先端に対応する位置に配置し、第１及び第２冷媒ヘッダ６４、６５を、第１及び第２水ヘッダ６６、６７よりも水管４２の長手方向にさらに遠い側（図９においては、紙面左右側）にずらして配置している。そして、水管４２の長手方向両端部４２ｃ、４２ｄを第１及び第２水ヘッダ６６、６７に曲げ加工することなく接続し、冷媒管４１の長手方向両端部４１ｃ、４１ｄだけを曲げ加工して第１及び第２冷媒ヘッダ６４、６５に接続している。
【００４５】
また、ここでは、ヘッダ６４〜６７の内部に、冷媒及び水が複数の３層管４３を直列的に流れるように、仕切板６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６６ａ、６６ｂ、６７ａを設けるようにしている。このため、水熱交換器６２に流入した冷媒は、第１冷媒ヘッダ６４において冷媒仕切板６４ａによって２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第２冷媒ヘッダ６５において合流する。そして、合流した冷媒は、第２冷媒ヘッダ６５において冷媒仕切板６５ａによって２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第１冷媒ヘッダ６４において合流する。そして、合流した冷媒は、第１冷媒ヘッダ６４において冷媒仕切板６５ｂによって２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第２冷媒ヘッダ６７において合流する。そして、合流した冷媒は、第２冷媒ヘッダ６７において残りの２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された冷媒は、これらの３層管４３を通過した後に、第１冷媒ヘッダ６４において合流して、水熱交換器６２を流出するようになっている。また、水熱交換器６２に流入した水は、第１水ヘッダ６６において水仕切板６６ａによって２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第２水ヘッダ６７において合流する。そして、合流した水は、第２水ヘッダ６７において水仕切板６７ａによって２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第１水ヘッダ６６において合流する。そして、合流した水は、第１水ヘッダ６６において水仕切板６６ｂによって２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第２水ヘッダ６７において残りの２本の３層管４３に分岐される。そして、分岐された水は、これらの３層管４３を通過した後に、第１水ヘッダ６６において合流して、水熱交換器６２を流出するようになっている。すなわち、この水熱交換器６２では、冷媒及び水が、仕切板６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６６ａ、６６ｂ、６７ａが設けられたヘッダ６４〜６７を介して、３層管４３を直列に４回通過するようになっている。
【００４６】
この水熱交換器６２においても、水熱交換器５２と同様に、水管４２をステンレス鋼製にすることによって水管４２の耐食性を向上させつつ、しかも、強度の高い水管４２を曲げることなく、長尺の３層管を曲げ加工した場合と同等の伝熱性能を得ることができる。
【００４７】
−３−
上記の水熱交換器２２、５２、６２では、水管４２の水流路穴４２ａが長方形の断面形状を有しているが、水流路穴の断面形状はこれに限定されない。
【００４８】
例えば、図１１に示すように、水側の伝熱促進を図るために、複数のディンプル４８ｃが形成されることによって、内面に凹凸のある水流路穴４８ａが形成された水管４８と１対の冷媒管４１とによって、３層管７３を構成し、この３層管７３によって水熱交換器７２を構成するようにしてもよい。
【００４９】
−４−
上記の水熱交換器２２、５２、６２、７２では、水管４２、４８を構成する少穴扁平管が１つの水流路穴４２ａ、４８ａを有する単穴扁平管であるが、水流路穴の数はこれに限定されない。
【００５０】
例えば、図１２に示すように、２つの水流路穴４９ａを有する少穴扁平管から構成される水管４９と１対の冷媒管４１とによって、３層管８３を構成し、この３層管８３によって水熱交換器８２を構成するようにしてもよい。
【００５１】
（２）第２実施形態
＜温水循環装置の全体構成＞
図１２は、本発明にかかる水熱交換器が採用された第２実施形態としての温水循環装置１０１の概略構成図である。
【００５２】
温水循環装置１０１は、主として、ヒートポンプ回路１１０と、温水循環回路１６０と、給湯回路１９０と、中間圧水熱交換器１４０と、および、高圧水熱交換器１５０とを有している。温水循環装置１０１は、ヒートポンプ回路１１０によって得られる熱を、温水循環回路１６０を介して暖房用の熱として利用するだけでなく、給湯回路１９０を介して給湯用の熱として利用する装置である。尚、ヒートポンプ回路１１０は、温水熱源装置１０２に設けられている。
【００５３】
＜水熱交換器＞
中間圧水熱交換器１４０及び高圧水熱交換器１５０は、ヒートポンプ回路１１０を循環するＣＯ２冷媒と、温水循環回路１６０を循環する水との間で熱交換を行う熱交換器である。尚、中間圧水熱交換器１４０及び高圧水熱交換器１５０としては、第１実施形態に採用された水熱交換器２２、５２、６２、７２と同様の構成のものが採用されている。
【００５４】
＜ヒートポンプ回路＞
ヒートポンプ回路１１０は、自然冷媒であるＣＯ２冷媒を用いた冷媒回路である。ヒートポンプ回路１１０は、主として、低段側圧縮機１２１と、高段側圧縮機１２５と、エコノマイザ熱交換器１０７と、インジェクション路１７０と、一次冷媒間熱交換器１０８と、一次バイパス１８０と、膨張弁１０５ａと、蒸発器１０４と、ファン１０４ｆと有している。
【００５５】
中間圧水熱交換器１４０は、低段側圧縮機１２１の吐出側と高段側圧縮機１２５の吸入側との間に接続されている。また、中間圧水熱交換器１４０の下流側端部と高段側圧縮機１２５の吸入側との間の冷媒配管には、後述のインジェクション路１７０からの冷媒配管が合流している。
【００５６】
高圧水熱交換器１５０は、高段側圧縮機１２５の吐出側と、一次冷媒間熱交換器１０８を介して膨張弁１０５ａ側に向かう一次冷媒の流れ方向における上流側端部との間に接続されている。エコノマイザ熱交換器１０７は、膨張弁１０５ａ側に向かう一次冷媒の流れ方向における下流側端部が、膨張弁１０５ａに向かう一次冷媒の流れ方向における一次冷媒間熱交換器１０８の上流側端部に接続されている。
【００５７】
一次冷媒間熱交換器１０８は、エコノマイザ熱交換器１０７を出て膨張弁１０５ａに向かう一次冷媒と、蒸発器１０４により蒸発された後の冷媒とを熱交換させる熱交換器である。尚、一次冷媒間熱交換器１０８において、前者の冷媒が流れる流路を一次熱交高圧側流路１０８ａとし、後者の冷媒が流れる流路を一次熱交低圧側流路１０８ｂとする。一次冷媒間熱交換器１０８は、一次熱交高圧側流路１０８ａの下流側端部が膨張弁１０５ａと接続されている。また、一次冷媒間熱交換器１０８は、一次熱交低圧側流路１０８ｂの上流側端部が蒸発器１０４の下流側端部と接続され、一次熱交低圧側流路１０８ｂの下流側端部が低段側圧縮機１２１の吸入側に接続されている。
【００５８】
膨張弁１０５ａは、蒸発器１０４の上流側端部に接続されている。
【００５９】
蒸発器１０４は、その下流側端部が一次冷媒間熱交換器１０８の一次熱交低圧側流路１０８ｂを介して低段側圧縮機１２１の吸入側に接続されている。
【００６０】
インジェクション路１７０は、高圧水熱交換器１５０の冷媒配管下流側端部とエコノマイザ熱交換器１０７との間の冷媒配管から分岐する冷媒配管である。インジェクション路１７０は、インジェクション膨張弁１７３を有している。エコノマイザ熱交換器１０７では、インジェクション路１７０を流れインジェクション膨張弁１７３により減圧された冷媒と、高圧水熱交換器１５０により放熱された冷媒との熱交換が行われる。すなわち、インジェクション路１７０を流れる冷媒は、インジェクション膨張弁１７３により減圧された後に、エコノマイザ熱交換器１０７により高圧側の冷媒と熱交換を行い、高段側圧縮機１２５の吸入側と合流することになる。
【００６１】
このように、ヒートポンプ回路１１０では、インジェクション路１７０が採用されているため、ヒートポンプ回路１１０の成績係数を向上させることができる。そして、例えば、暖房負荷が小さい場合等、ヒートポンプ回路１１０の効率向上のための中間圧水熱交換器１４０における一次冷媒の冷却効果を十分に得られない場合であっても、このインジェクション路１７０を通過するインジェクション量を増大させることで、運転効率を向上させることができる。尚、ヒートポンプ回路１１０では、インジェクション路１７０は、中間圧水熱交換器１４０と高段側圧縮機１２５との間において合流しているため、低段側圧縮機１２１から吐出された高温の一次冷媒は、中間圧水熱交換器１４０に到達する前に冷却されることがなく、高温状態を維持したままで中間圧水熱交換器１４０に供給することができる。このため、中間圧水熱交換器１４０を通過する暖房用の水を十分高温にすることができる。
【００６２】
一次バイパス１８０は、一次冷媒間熱交換器１０８の一次熱交高圧側流路１０８ａをバイパスしている。一次バイパス１８０には、一次バイパス膨張弁１０５ｂが設けられている。
【００６３】
このように、一次バイパス１８０に一次バイパス膨張弁１０５ｂが設けられているため、制御部１１１は、一次冷媒間熱交換器１０８側を通過する一次冷媒の量を調節することができる。このため、低段側圧縮機１２１が吸入する一次冷媒が適当な過熱度を有するように調節することが可能になっている。具体的には、制御部１１１は、一次バイパス膨張弁１０５ｂの弁開度を下げた場合には、一次冷媒間熱交換器１０８を通過する一次冷媒の流量が増大し、低段側圧縮機１２１が吸入する一次冷媒の過熱度を上げることができ、これにより、低段側圧縮機１２１の吐出冷媒温度が目標温度となるために必要となる圧縮比を小さく抑えることができる。また、制御部１１１は、一次バイパス膨張弁１０５ｂの弁開度を上げた場合には、一次冷媒間熱交換器１０８を通過する一次冷媒の流量が減少し、低段側圧縮機１２１が吸入する一次冷媒の過熱度を下げることができ、これにより、低段側圧縮機１２１の吸入冷媒密度が著しく減少して循環量を確保できなくなってしまう事態を回避することができる。
【００６４】
＜温水循環回路＞
温水循環回路１６０は、二次冷媒としての水が循環している。温水循環回路１６０は、主として、ラジエータ１６１と、温水ポンプ１６３と、温水混合弁１６４と、温水往き管１６５と、温水戻り管１６６と、中間圧側分岐路１６７と、高圧側分岐路１６８と、貯湯タンク１９１と、温水分岐弁１９２と、給湯側分岐路１９５とを有している。
【００６５】
ラジエータ１６１及び貯湯タンク１９１へは、温水分岐弁１９２が中間圧水熱交換器１４０又は高圧水熱交換器１５０により加熱された温水をそれぞれの熱負荷に応じて分流している。
【００６６】
ラジエータ１６１は、暖房を行う対象となる空間に設置されており、内部を二次冷媒としての暖かい水が流れることにより、対象空間の空気を暖めて暖房を行う熱交換器である。ラジエータ１６１は、温水ポンプ１６３から送られてくる暖かい水を受け入れるための往き口と、ラジエータ１６１において放熱した後の水を中間圧水熱交換器１４０及び高圧水熱交換器１５０に送り出すための戻り口と、を有している。温水往き管１６５は、ラジエータ１６１の往き口と接続されており、温水戻り管１６６は、ラジエータ１６１の戻り口と接続されている。
【００６７】
給湯側分岐路１９５において分岐された水は、貯湯タンク１９１内部の給湯用熱交換部１９１ａにおいて貯湯タンク１９１内部に貯められた給湯用の水と熱交換を行い、給湯用の水を加熱することにより放熱する。温水戻り管１６６は、貯湯タンク１９１の循環戻り口に接続されており、給湯用熱交換部１９１ａにおいて放熱した水は、温水戻り管１６６へ合流する。ここで、貯湯タンク１９１には、循環往き口、及び、循環戻り口が設けられている。
【００６８】
温水戻り管１６６は、ラジエータ１６１または貯湯タンク１９１における放熱を終えた水を、中間圧水熱交換器１４０側に送る中間圧側分岐路１６７と、高圧水熱交換器１５０側に送る高圧側分岐路１６８と、に分流させる。
【００６９】
貯湯タンク１９１では、図示しない外部の市水を通じた後、給水管１９４を介して、常温の水が、貯湯タンク１９１の下端部近傍から貯湯タンク１９１内へと供給される。
【００７０】
給湯管１９８は、貯湯タンク１９１の上端部近傍から貯湯タンク１９１内に溜められている温水を、図示しない利用される場所まで導く。給湯管１９８は、貯湯タンク１９１から利用される場所に向かう流れに合流させる。給水管１９４は、貯湯タンク１９１側に向かう流れから給湯バイパス管１９９により分岐されている。給湯バイパス管１９９は、給湯管１９８に設けられた給湯混合弁１９３に接続されている。給湯混合弁１９３は、給湯管１９８を通じて貯湯タンク１９１から送られてくる温水と、給湯バイパス管１９９を通じて市水から供給される常温の水と、の混合比率を調節できる。この給湯混合弁１９３における混合比率が調節されることにより、利用される場所に送られる水の温度が調節される。
【００７１】
中間圧側分岐路１６７において分岐された水は、中間圧水熱交換器１４０において一次冷媒であるＣＯ２冷媒と熱交換を行い加熱され、温水混合弁１６４により温水往き管１６５へ合流する。ここで、中間圧水熱交換器１４０では、一次冷媒としてのＣＯ２冷媒と、暖房／給湯用二次冷媒としての水とは、互いに対向する方向に流れる。
【００７２】
高圧側分岐路１６８において分岐された水は、高圧水熱交換器１５０において一次冷媒であるＣＯ２冷媒と熱交換を行い加熱され、温水混合弁１６４により温水往き管１６５へ合流する。ここで、高圧水熱交換器１５０では、一次冷媒としてのＣＯ２冷媒と、暖房／給湯用二次冷媒としての水とは、互いに対向する方向に流れる。
【００７３】
＜特徴＞
上記のように、本実施形態の温水循環装置１０１を構成する中間圧水熱交換器１４０及び高圧水熱交換器１５０として、第１実施形態のヒートポンプ式給湯装置１を構成する水熱交換器２２、５２、６２、７２、８２と同様の構成のものが採用されている。
【００７４】
このため、中間圧水熱交換器１４０及び高圧水熱交換器１５０においても、第１実施形態における水熱交換器２２、５２、６２、７２、８２と同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、扁平管による３層管構造を有しており冷媒と水とを熱交換させる水熱交換器に対して、広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
２２、５２、６２、７２、８２            水熱交換器
４１                                    冷媒管
４１ａ                                  冷媒流路穴
４２、４８、４９                        水管
４２ａ、４８ａ、４９ａ                  水流路穴
４３、７３、８３                        ３層管
４４、４５、５４、５５、６４、６５      冷媒ヘッダ
４６、４７、５６、５７、６６、６７      水ヘッダ
１４０                                  中間圧水熱交換器
１５０                                  高圧水熱交換器
５４ａ、５５ａ、６４ａ、６４ｂ、６５ａ  冷媒仕切板
５６ａ、５７ａ、６６ａ、６６ｂ、６７ａ  水仕切板
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特開２０１０−１９０５６４号公報
【図１】
2012202609.tif 000003
【図２】
2012202609.tif 000004
【図３】
2012202609.tif 000005
【図４】
2012202609.tif 000006
【図５】
2012202609.tif 000007
【図６】
2012202609.tif 000008
【図７】
2012202609.tif 000009
【図８】
2012202609.tif 000010
【図９】
2012202609.tif 000011
【図１０】
2012202609.tif 000012
【図１１】
2012202609.tif 000013
【図１２】
2012202609.tif 000014
【図１３】
2012202609.tif 000015