(57)【要約】【課題】  伝熱管を細径にして内面溝付き管を熱交換器として用いた場合の圧力損失が増大を防ぎ、極力伝熱性能の低下を小さくし、かつ安価に製造することができる熱交換器を提供する。【解決手段】  貯湯ユニットと、ヒートポンプユニットからなるヒートポンプ式給湯機であって、前記ヒートポンプユニットは、ＣＯ２冷媒を圧縮してヒートポンプサイクル内に冷媒を送りだす圧縮機と、前記圧縮機から吐出された高温高圧のＣＯ２冷媒と貯湯ユニットから供給される水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器から流出した高圧のＣＯ２冷媒を減圧する減圧装置と、前記減圧装置から流出した低圧のＣＯ２冷媒と空気とを熱交換させる空気熱交換器を備え、前記空気熱交換器は、フィンと伝熱管で構成されたクロスフィンチューブ熱交換器であり、前記伝熱管は内面が平滑であることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。【選択図】  図１
2017044431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯ユニットと、
ヒートポンプユニットからなるヒートポンプ式給湯機であって、
前記ヒートポンプユニットは、
ＣＯ２冷媒を圧縮してヒートポンプサイクル内に冷媒を送りだす圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された高温高圧のＣＯ２冷媒と貯湯ユニットから供給される水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器と、
前記水−冷媒熱交換器から流出した高圧のＣＯ２冷媒を減圧する減圧装置と、
前記減圧装置から流出した低圧のＣＯ２冷媒と空気とを熱交換させる空気熱交換器を備え、
前記空気熱交換器は、フィンと伝熱管で構成されたクロスフィンチューブ熱交換器であり、前記伝熱管は内面が平滑である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のヒートポンプ式給湯機において、
前記伝熱管の平均内径が５ｍｍ以下であることを特徴とした熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯機はお湯を沸き上げるためのヒートポンプユニットとそのお湯を貯湯するための貯湯ユニットで構成されている。ヒートポンプユニットは圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧装置、空気熱交換器で構成され、それらが環状に接続されている。沸き上げ運転時には空気熱交換器は蒸発器として動作する。
【０００３】
従来、この空気熱交換器にはクロスフィンチューブ型の熱交換器が用いられており、その構成は冷媒管とアルミフィンで構成されている。また、その冷媒管には冷媒の熱伝達率向上のため、特許文献１および特許文献２記載に示すように、内面に突起加工された内面溝付き管が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５２６６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−５７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、冷媒管を細径にして内面溝付き管を熱交換器として用いた場合、圧力損失が増大するため、熱交換性能の減少を招いてしまう。特にヒートポンプ式給湯機のように、空気熱交換器が蒸発器として役割をする場合、管内の冷媒が液冷媒から気体冷媒へと変化するため、圧力損失が増大する。圧力損失の増大を防ぐためには、多分岐化を行い、各分岐を流れる冷媒の流量を少なくしなければならないが、各分岐を流れる冷媒の流量を均一にする必要があり、均一な分配は困難である。
【０００６】
また、内面に溝を加工するため、加工コストがかさんでしまう。また内面に溝が加工してあるため、圧縮機から吐き出された冷凍機油が溝に付着し、冷媒管としての性能低下や圧縮機内の冷凍機油が枯渇することによって圧縮機が破壊されてしまう懸念がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、特許請求の範囲に記載した発明により解決される。
【発明の効果】
【０００８】
冷媒管が細径の場合には平滑管を使用することで、圧力損失を増大させずかつ、熱交換器の性能を大きく減少させることなく、安価に熱交換器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施例のヒートポンプ給湯機の概略図である。
【図２】ＣＯ２冷媒の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図３】ＣＯ２冷媒を用いた場合の伝熱管径と熱伝達率および圧力損失の関係である。
【図４】Ｒ４１０Ａ冷媒を用いた場合の伝熱管径と熱伝達率および圧力損失の関係である。
【図５】溝つき管を平滑管に置換した場合の熱伝達率の低下率である。
【図６】溝つき管を平滑管に置換した場合の圧力損失の低下率である。
【図７】空気熱交換器１４の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一実施例のヒートポンプ式給湯機の概要を図１に示す。ここに示すように、本実施例のヒートポンプ式給湯機は、お湯を沸き上げるヒートポンプユニット１００と、沸き上げたお湯を貯湯する貯湯ユニット１０１で構成されており、貯湯ユニット１０１の貯湯タンク２に蓄えられたお湯は、ポンプなどの循環装置１を駆動することでヒートポンプユニット１００に送り出される。なお、ここでは、貯湯タンクの上流に循環装置１を設けた例を示すが、下流側に循環装置１を設けても良い。
【００１１】
ヒートポンプユニット１００は、ＣＯ２冷媒を臨界圧力以上の高温高圧に圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１からの高温冷媒と貯湯ユニット１０１からの低温水とで熱交換する熱交換器１２と、熱交換器１２で冷却された冷媒を減圧する減圧装置１３と、減圧装置１３で減圧された低温低圧の冷媒と空気とで熱交換する空気熱交換器１４と、それらを環状に接続する冷媒管１６で構成され、超臨界蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを形成する。
【００１２】
図７を用いて、空気熱交換器１４の一例を示す。ここに示すように、空気熱交換器１４は、各々が板状である複数のフィン１４ａと、これら複数のフィン１４ａを貫通する複数の冷媒管１６ｃで構成された蒸発器である。冷媒管１６の上流側１６ａから入った低温の液冷媒は、フィン１４ａに接触する相対的に高温の空気と熱交換することで蒸発し気体冷媒になって冷媒管１６の下流側１６ｂから流出する。なお、図７では、複数のフィン１４ａを平面上に配置したが、フィン１４ａの配置はこれに限られず、ヒートポンプユニット１００内での空気熱交換器１４の配置に応じてフィン１４ａを自由に配置することができる。
【００１３】
本実施例では、空気熱交換器１４の冷媒管１６ｃ（以下では「伝熱管」とも称する）として従来から用いられてきた、内面に螺旋状の溝が彫られた「溝つき管」に代えて、内面に溝が彫られていない「平滑管」を用いる。以下では、「平滑管」を用いる理由を詳細に説明する。
【００１４】
図２は、ＣＯ２冷媒を、飽和温度０℃の環境下で乾き度０から１．０まで蒸発させた場合のモリエル線図である。本実施例では、図２の破線に示すように、冷媒を蒸発させる際に、蒸発器入口圧力および出口圧力が一定の値となるように、加熱量Ｑおよび冷媒質量速度を調整した。また、伝熱管の内径（以下では「伝熱管径」と称する）としてφ３ｍｍ〜１０ｍｍの８種類、管種として「溝つき管」と「平滑管」の２種類に対して、冷媒を蒸発させる操作を行い、熱交換器の性能を示す指標である圧力損失および熱伝達率を明らかにし、図３に示した。また、比較のため、Ｒ４１０Ａ冷媒を使用し同様の条件で検討した結果を図４に示した。
【００１５】
図３に示すように、ＣＯ２冷媒を用いると、熱伝達率（実線）は、管径が大きいときには「平滑管」と「溝つき管」の差は小さいが、伝熱管径が小さくなるにつれ、その差が大きくなり、特にφ５ｍｍよりも小さい場合に両者の差が急激に大きくなる。つまり、φ５ｍｍよりも小さい管径の場合には「溝つき管」の溝に起因する熱伝達率の向上が顕著ということである。しかしその反面、φ５ｍｍよりも小さい場合には「溝つき管」の溝に起因する圧力損失も急増している。
【００１６】
次に、図４にＲ４１０Ａ冷媒におけるにおける溝つき管を使用した場合と平滑管を使用した場合の管径を変化させたときの熱伝達率と圧力損失の関係を示す。ＣＯ２の場合と同様に熱伝達率について、管径が大きいときには平滑管と溝つき管の差は小さいが、伝熱管径が小さくなるにつれ、その差が大きくなり、特にφ５ｍｍを超えたあたりから急激に大きくなっている。つまり、φ５ｍｍよりも小さい管径の場合には溝つき管の効果が顕著に出るということである。しかしその反面、圧力損失も急増している。
【００１７】
ここで、ＣＯ２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の各々における、「溝つき管」から「平滑管」に変更した場合の、熱伝達率と圧力損失の低下率を、図５、図６に示す。
【００１８】
図６に示すように、ＣＯ２冷媒、Ｒ４１０Ａ冷媒ともに伝熱管を細径にしていくにつれて、圧力損失の低下率が大きくなっており、その低下の割合はほぼ同等である。
【００１９】
その反面、図５に示すように、ＣＯ２冷媒、Ｒ４１０Ａ冷媒ともに伝熱管を細径にしていくにつれて、熱伝達率の低下率は大きくなるが、その低下割合が大きくが異なる。例えば、ＣＯ２冷媒を用いる場合、管径φ５ｍｍでは、「溝つき管」から「平滑管」に変更したことによる熱伝達率低下率は２０％ほどであるが、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いる場合には、３８％も低下する。
【００２０】
つまり、Ｒ４１０冷媒を用いる場合には「溝つき管」を「平滑管」に帰る場合の熱伝達率の低下が大きいのに対し、ＣＯ２冷媒を用いる場合、溝つき管から平滑管にしたことによる小さいため、「溝つき管」から「平滑管」への置き換えによるコストダウンの利益を得つつ、性能の劣化を抑制することができる。
【００２１】
なお、以上の実施例では、管径が一様の伝熱管を例に説明を行ったが、平均管径が上述した関係にあれば、同様の作用が得られるため、伝熱管の平均管径を上述した値とした構成としても良い。
【符号の説明】
【００２２】
１：循環装置、２：貯湯タンク、１１：圧縮機、１２：熱交換器、１３：減圧装置、１４：空気熱交換器、１６：冷媒管、１００：ヒートポンプユニット、１０１：貯湯ユニット
【図１】
2017044431.tif 000003
【図２】
2017044431.tif 000004
【図３】
2017044431.tif 000005
【図４】
2017044431.tif 000006
【図５】
2017044431.tif 000007
【図６】
2017044431.tif 000008
【図７】
2017044431.tif 000009