(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された第１媒体が流れる第１チューブ（１２ａ）と、
前記第１チューブ（１２ａ）と隣接して配置され、第２媒体が流れる第２チューブ（１２ｂ）と、
前記第２チューブ（１２ｂ）と隣接して配置され、第３媒体が流れる第３チューブ（１２ｃ）とを有し、
前記第１チューブ（１２ａ）、前記第２チューブ（１２ｂ）及び前記第３チューブ（１２ｃ）は、一体化されており、
前記第２チューブ（１２ｂ）は、前記第２媒体が前記第１チューブ（１２ａ）の長手方向に直交する方向に蛇行しながら前記長手方向に流れるように形成されて、
前記第３チューブ（１２ｃ）は、前記第３媒体が前記長手方向に直交する方向に蛇行しながら前記長手方向に流れるように形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
加熱された第１媒体が流れる第１チューブ（１２ａ）と、
前記第１チューブ（１２ａ）と隣接して配置され、第２媒体が流れる第２チューブ（１２ｂ）と、
前記第１チューブ（１２ａ）と隣接して配置され、第３媒体が流れる第３チューブ（１２ｃ）とを有し、
前記第１チューブ（１２ａ）、前記第２チューブ（１２ｂ）及び前記第３チューブ（１２ｃ）は、一体化されており、
前記第２チューブ（１２ｂ）は、前記第２媒体が前記第１チューブ（１２ａ）の長手方向に直交する方向に蛇行しながら前記長手方向に流れるように形成されて、
前記第３チューブ（１２ｃ）は、前記第３媒体が前記長手方向に直交する方向に蛇行しながら前記長手方向に流れるように形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記第１チューブ（１２ａ）は、多数本の細管で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
温水を貯蔵する貯湯タンク（２０）と冷媒を圧縮する圧縮機（１１）とを有するヒートポンプ式給湯装置に適用される請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器であって、
前記第１媒体は、前記圧縮機（１１）にて加圧された冷媒であり、
前記第２媒体は、前記貯湯タンク（２０）に貯蔵される給湯水であり、
前記第３媒体は、前記給湯水とは異なる加熱対象を加熱する加熱用熱源となる流体であることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器（１２）と、
前記第１〜３媒体のうち少なくとも１つの媒体の流通の向きを切り替え可能に構成されたポンプ手段（２１）とを有し、
熱交換させる２つの媒体流れを対向流れとすることを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器（１２）を有し、
前記第１チューブ（１２ａ）に圧縮機（１１）にて加圧された冷媒を流すことを特徴とするヒートポンプサイクル。
【請求項７】
請求項６に記載のヒートポンプサイクル（１０）と、
温水を貯蔵する貯湯タンク（２０）とを有し、
前記第２チューブ（１２ｂ）に前記貯湯タンク（２０）に貯蔵される給湯水を流し、
前記第３チューブ（１２ｃ）に前記給湯水とは異なる加熱対象を加熱する加熱用熱源となる流体を流すことを特徴とする給湯装置。
【請求項８】
さらに、前記給湯水を循環させるポンプ手段（２１）を有し、
前記ポンプ手段（２１）は、前記給湯水の流通の向きを切り替え可能に構成されており、
前記冷媒と前記給湯水とを熱交換させて前記給湯水を加熱する温水生成モードでは、前記ポンプ手段（２１）は、前記給湯水の流通の向きが前記冷媒の流通の向きに対して対向流れとなるように、切り替えられることを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
【請求項９】
前記給湯水と前記加熱用熱源となる流体とを熱交換させて前記加熱対象を加熱する第１加熱モードでは、前記ポンプ手段（２１）は、前記給湯水の流通の向きが前記加熱用熱源となる流体の流通の向きに対して対向流れとなるように、切り替えられることを特徴とする請求項８に記載の給湯装置。
【請求項１０】
前記冷媒と前記加熱用熱源となる流体とを熱交換させて前記加熱対象を加熱する第２加熱モードでは、前記ポンプ手段（２１）の作動が停止されることを特徴とする請求項９に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関するもので、給湯装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば給湯用の温水を利用した暖房装置では、図４、５に示すように、給湯水を直接に暖房装置に供給することなく、貯湯タンク２０に保温貯蔵された高温の温水と暖房装置３０内を循環する二次媒体とを熱交換することにより暖房装置に熱を与えている。
【０００３】
このため、図４、５に示す給湯装置では、貯湯タンク２０内に暖房を行うに十分な温水が不足している場合には、実質的に暖房を行うことができないことに加えて、冷媒と給湯水とを熱交換する水−冷媒熱交換器と給湯水と二次媒体とを熱交換する水−水熱交換器とを必要とするので、給湯装置の構成部品点数の増大及びこれに伴う設置工数の増大を招く。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第２には、上記問題を解決することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、加熱された第１媒体が流れる第１チューブ（１２ａ）と、第１チューブ（１２ａ）と隣接して配置され、第２媒体が流れる第２チューブ（１２ｂ）と、第２チューブ（１２ｂ）と隣接して配置され、第３媒体が流れる第３チューブ（１２ｃ）とを有し、第１チューブ（１２ａ）、第２チューブ（１２ｂ）及び第３チューブ（１２ｃ）は、一体化されており、第２チューブ（１２ｂ）は、第２媒体が第１チューブ（１２ａ）の長手方向に直交する方向に蛇行しながら長手方向に流れるように形成されて、第３チューブ（１２ｃ）は、第３媒体が長手方向に直交する方向に蛇行しながら長手方向に流れるように形成されていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、第１媒体と第２媒体、第２媒体と第３媒体、及び第１媒体と第３媒体とを熱交換することができる。
【０００７】
したがって、仮に、第１媒体と冷媒とし、第２媒体の給湯水とし、第３媒体を二次媒体としたヒートポンプ式給湯装置に本発明を適用すれば、冷媒と給湯水とを熱交換する水−冷媒熱交換器と給湯水と媒体とを熱交換する水−水熱交換器とをそれぞれ必要としないので、ヒートポンプ式給湯装置の構成部品点数の低減を図ることが可能となり、これに伴ってヒートポンプ式給湯装置の製造原価及び設置工数の低減を図ることができる。
【０００８】
以上に述べたように、本発明によれば、従来と異なる新規な熱交換器を得ることができるとともに、上記問題を解決することが可能な熱交換器を得ることができ得る。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、加熱された第１媒体が流れる第１チューブ（１２ａ）と、第１チューブ（１２ａ）と隣接して配置され、第２媒体が流れる第２チューブ（１２ｂ）と、第１チューブ（１２ａ）と隣接して配置され、第３媒体が流れる第３チューブ（１２ｃ）とを有し、第１チューブ（１２ａ）、第２チューブ（１２ｂ）及び第３チューブ（１２ｃ）は、一体化されており、第２チューブ（１２ｂ）は、第２媒体が第１チューブ（１２ａ）の長手方向に直交する方向に蛇行しながら長手方向に流れるように形成されて、第３チューブ（１２ｃ）は、第３媒体が長手方向に直交する方向に蛇行しながら長手方向に流れるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、第１媒体と第２媒体、第２媒体と第３媒体、及び第１媒体と第３媒体とを熱交換することができる。
【００１１】
したがって、仮に、第１媒体と冷媒とし、第２媒体の給湯水とし、第３媒体を二次媒体としたヒートポンプ式給湯装置に本発明を適用すれば、冷媒と給湯水とを熱交換する水−冷媒熱交換器と給湯水と媒体とを熱交換する水−水熱交換器とをそれぞれ必要としないので、ヒートポンプ式給湯装置の構成部品点数の低減を図ることが可能となり、これに伴ってヒートポンプ式給湯装置の製造原価及び設置工数の低減を図ることができる。
【００１２】
以上に述べたように、本発明によれば、従来と異なる新規な熱交換器を得ることができるとともに、上記問題を解決することが可能な熱交換器を得ることができ得る。
また、請求項１または２に記載の熱交換器において、第１チューブ（１２ａ）は、多数本の細管で構成されていてもよい。また、温水を貯蔵する貯湯タンク（２０）と冷媒を圧縮する圧縮機（１１）とを有するヒートポンプ式給湯装置に適用される請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器であって、第１媒体は、圧縮機（１１）にて加圧された冷媒であり、第２媒体は、貯湯タンク（２０）に貯蔵される給湯水であり、第３媒体は、給湯水とは異なる加熱対象を加熱する加熱用熱源となる流体であってもよい。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器（１２）と、第１〜３媒体のうち少なくとも１つの媒体の流通の向きを切り替え可能に構成されたポンプ手段（２１）とを有し、熱交換させる２つの媒体流れを対向流れとすることを特徴とする。
【００１４】
これにより、効率よく媒体を熱交換することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器（１２）を有し、第１チューブ（１２ａ）に圧縮機（１１）にて加圧された冷媒を流すことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載のヒートポンプサイクル（１０）と、温水を貯蔵する貯湯タンク（２０）とを有し、第２チューブ（１２ｂ）に貯湯タンク（２０）に貯蔵される給湯水を流し、第３チューブ（１２ｃ）に給湯水とは異なる加熱対象を加熱する加熱用熱源となる流体を流す給湯装置を特徴とする。
また、上記特徴の給湯装置において、さらに、給湯水を循環させるポンプ手段（２１）を有し、ポンプ手段（２１）は、給湯水の流通の向きを切り替え可能に構成されており、冷媒と給湯水とを熱交換させて給湯水を加熱する温水生成モードでは、ポンプ手段（２１）は、給湯水の流通の向きが冷媒の流通の向きに対して対向流れとなるように、切り替えられるようになっていてもよい。
さらに、給湯水と加熱用熱源となる流体とを熱交換させて加熱対象を加熱する第１加熱モードでは、ポンプ手段（２１）は、給湯水の流通の向きが加熱用熱源となる流体の流通の向きに対して対向流れとなるように、切り替えられるようになっていてもよい。
さらに、冷媒と加熱用熱源となる流体とを熱交換させて加熱対象を加熱する第２加熱モードでは、ポンプ手段（２１）の作動が停止されるようになっていてもよい。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ式給湯装置に本発明を適用したものであって、図１はヒートポンプ式給湯装置の模式図である。
【００１９】
このヒートポンプ式給湯装置は、温水を生成するヒートポンプサイクル１０、このヒートポンプサイクル１０にて生成された温水を保温貯蔵する貯湯タンク２０、及び温水を熱源として室内の暖房をを行う床暖房装置３０等からなるものである。
【００２０】
ここで、ヒートポンプサイクル１０は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１、給湯水等の熱交換する熱交換器１２、減圧器１３、蒸発器１４、アキュムレータ１５等からなるもので、圧縮機１１にて圧縮されて高温となった冷媒と給湯水等とを熱交換器１２で熱交換して給湯水等を加熱し、減圧器１３にて減圧された冷媒を蒸発器４にて蒸発させて外気から吸熱する。
【００２１】
因みに、アキュムレータ１５では、余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒と冷凍機油を圧縮機１１に供給する。
【００２２】
また、貯湯タンク２０は、ヒートポンプサイクル１０、つまり熱交換器１２で加熱された給湯水を保温貯蔵するもので、電動式のポンプ２１は貯湯タンク２０と熱交換器１２との間で給湯水を循環させるポンプ手段であり、このポンプ２１は、その回転の向きを切り替えることにより、実線の向きに給湯水を循環させる場合と波線の向きに給湯水を循環させる場合とを切り替える。
【００２３】
また、床暖房装置３０は、熱交換器１２にて貯湯タンク２０に保温貯蔵された給湯水又は圧縮されて高温となった冷媒と熱交換して温度が上昇した媒体を熱源として床から室内を加熱するものであり、ポンプ３１は熱交換器１２と床暖房装置３０との間で媒体を循環させるポンプ手段である。
【００２４】
なお、媒体として、本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混合された水を用いており、この媒体が「特許請求の範囲」に記載された第３媒体に相当し、冷媒が「特許請求の範囲」に記載された第１媒体に相当し、給湯水が「特許請求の範囲」に記載された第２媒体に相当する。
【００２５】
次に、熱交換器１２について述べる。
【００２６】
図２は熱交換器１２の斜視図であり、熱交換器１２は、冷媒が流れる第１チューブ１２ａと、第１チューブ１２ａと隣接して配置されて給湯水が流れる第２チューブ１２ｂと、第２チューブ１２ｂと隣接して配置されて媒体が流れる第３チューブ１２ｃとをろう付けにて一体化したものである。
【００２７】
ここで、第１チューブ１２ａは、上下方向に延びる多数本の細管（キャピラリーチューブ）から構成されたもので、一方、第２、３チューブ１２ｂ、１２ｃは、水平方向に蛇行しながら上下方向に給湯水又は媒体が流れるように構成されたもので、第２、３チューブ１２ｂ、１２ｃ内には、伝熱面積を増大させるフィンが設けられている。
【００２８】
次に、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００２９】
１．温水生成モード
このモードは、貯湯タンク２０内の給湯水を冷媒で加熱する場合に行われるモードであり、具体的には、冷媒と給湯水とが対向流れとなるように給湯水を図１の実線の向きに循環させるものである。
【００３０】
二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプサイクル１０では、高圧側の冷媒圧力、つまり第１チューブ１２ａ内の冷媒圧力が臨界圧力以上となり、冷媒は相変化することなく、その温度を低下させることによりエンタルピを低下させるので、冷媒と給湯水とを対向流れとすれば、第１チューブ１２ａの入口側と出口側とで給湯水と冷媒との温度差が大きく相違せず、両者を効率よく熱交換することができる。
【００３１】
２．第１暖房モード
このモードは、貯湯タンク２０内の給湯水にて床暖房装置３０内を循環する媒体を加熱する場合に行われるモードであり、具体的には、媒体と給湯水とが対向流れとなるように給湯水を図１の波線の向きに循環させるものである。
【００３２】
これにより、媒体と給湯水とを効率よく熱交換することができる。
【００３３】
３．第２暖房モード
このモードは、貯湯タンク２０内に床暖房を行うに十分な温水が不足している場合に行われるモードであり、具体的には、ポンプ２１を停止した状態でポンプ３１を稼動させることにより、冷媒と媒体とが対向流れとなるようにして両者を熱交換させて床暖房装置３０内を循環する媒体を直接的に冷媒で加熱するものである。
【００３４】
これにより、貯湯タンク２０内に床暖房を行うに十分な温水が不足している場合であっても、床暖房を行うことができるとともに、冷媒と媒体とを効率よく熱交換することができる。
【００３５】
以上に述べたように、本実施形態によれば、冷媒が流れる第１チューブ１２ａと、第１チューブ１２ａと隣接して配置されて給湯水が流れる第２チューブ１２ｂと、第２チューブ１２ｂと隣接して配置されて媒体が流れる第３チューブ１２ｃとをろう付けにて一体化されているので、冷媒と給湯水、給湯水と媒体、及び冷媒と媒体とを熱交換することができる。
【００３６】
したがって、冷媒と給湯水とを熱交換する水−冷媒熱交換器と給湯水と媒体とを熱交換する水−水熱交換器とをそれぞれ必要としないので、ヒートポンプ式給湯装置の構成部品点数の低減を図ることができ、これに伴ってヒートポンプ式給湯装置の製造原価及び設置工数の低減を図ることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
本実施形態は、図３に示すように、第２チューブ１２ｂ及び第３チューブ１２ｃの両者をそれぞれ第１チューブ１２ａに隣接して配置することにより、冷媒と給湯水、冷媒と媒体とを同時に熱交換可能としたものである。
【００３８】
因みに、第１実施形態では、第３チューブ１２ｃを第２チューブ１２ｂと隣接して配置していたため、第２暖房モード時に給湯水を循環させると、冷媒の熱の多くが給湯水に奪われ、媒体に直接的に与えることが難しいばかりか、冷媒から給湯水に与えられ熱が媒体に奪われるため、給湯水の生成と暖房運転との両立が困難である。このため、第１実施形態では、第２暖房モード時には、ポンプ２１を停止していた。
【００３９】
また、本実施形態では、第２チューブ１２ｂ及び第３チューブ１２ｃの両者をそれぞれ第１チューブ１２ａに隣接して配置することにより、冷媒と給湯水、冷媒と媒体とを同時に熱交換可能としたので、ポンプ２１、３１は一方向のみ循環させるものであってもよい。
【００４０】
なお、図３では、第１チューブ１２ｂを２本とし、第３チューブ１２ｃを１本として、冷媒流れに対して第３チューブ１２ｃを第１チューブ１２ｂとの間に配置しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
【００４１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、第３チューブ１２ｃで加熱された媒体を床暖房装置３０に利用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば浴室乾燥機、衣類乾燥機やファンコンベクターにも利用することができる。
【００４２】
また、図２に示す熱交換器１２では、第３チューブ１２ｃの長さが第２チューブ１２ｂより短いが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
また、上述の実施形態では、第２チューブ１２ｂ内を流れる給湯水の流通の向きを変更したが、第３チューブ１２ｃ内を流れる媒体の流通の向きを変更することにより、冷媒、給湯水及び媒体のうち少なくとも１つの媒体の流通の向きを制御して熱交換させる２つの媒体流れを対向流れとしてもよい。
【００４４】
また、上述の実施形態では、第１チューブ１２ａは、上下方向に延びる多数本の細管から構成され、第２、３チューブ１２ｂ、１２ｃは、水平方向に蛇行しながら上下方向に給湯水又は媒体が流れるように構成されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１チューブ１２ａを多穴チューブとしてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置に用いられる熱交換器の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置の模式図である。
【図４】従来の技術に係るヒートポンプ式給湯装置の模式図である。
【図５】従来の技術に係るヒートポンプ式給湯装置の模式図である。
【符号の説明】
１２…熱交換器、１２ａ…第１チューブ、１２ｂ…第２チューブ、
１２ｃ…第３チューブ。
【図１】
0003870841.tif 000002
【図２】
0003870841.tif 000003
【図３】
0003870841.tif 000004
【図４】
0003870841.tif 000005
【図５】
0003870841.tif 000006