(57)【要約】【課題】熱交換効率向上と、伝熱管および冷媒の使用量を低減したヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張機構、蒸発器を順次冷媒配管で環状に接続して構成される冷凍サイクルと、前記蒸発器に空気を送るファンとを備え、前記蒸発器は、伝熱管とプレートフィンで構成される複数列の熱交換器で構成されるとともに、風下側の熱交換器から風上側の熱交換器へ冷媒を流す構成とし、前記風下側の伝熱管の断面積を、風上側の伝熱管の断面積より小さくしたことを特徴とするものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張機構、蒸発器を順次冷媒配管で環状に接続して構成される冷凍サイクルと、前記蒸発器に空気を送るファンとを備え、前記蒸発器は、伝熱管とプレートフィンで複数列に構成されるとともに、風下側の熱交換器から風上側の熱交換器へ冷媒を流す構成とし、前記風下側の伝熱管の断面積を、風上側の伝熱管の断面積より小さくしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
蒸発器の風下側の伝熱管の数を、風上側の伝熱管の数よりも少なくしたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
蒸発器の風下側の伝熱管の長さを、風上側の伝熱管の長さよりも短く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式給湯機。
【請求項４】
高圧側が超臨界となる冷凍サイクルとし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式給湯機。
【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係るものであり、特に、熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器の熱交換能力を向上させるために、管径を大きくして冷媒と空気との熱交換面積を拡大し能力を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、特許文献１に記載された熱交換器は、空気調和機の熱交換器に関するものであり、熱交換器を蒸発器として作用させる場合には、冷媒流れ方向の下流側を風下となるような構成で使用するものである。
【０００４】
通常、冷媒の乾き度は、冷媒流れ方向の上流側から下流側に向かって徐々に大きくなり始めるため、下流側における気体の割合が大きく、伝熱管の管径を大きくして圧力損失を低減するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３３２９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、伝熱管を大きくすることにより冷媒使用量が増加するため、圧縮機への冷媒液戻りや、伝熱管拡大による耐圧構造として伝熱管肉厚を大きくする必要があり、熱交換効率の低下や、材料使用量増加といった課題がある。
【０００６】
また、ヒートポンプ式給湯機では、四方弁で冷媒の流れ方向を変える空気調和機とは異なり、冷媒を一方向にしか循環させない。そのため、蒸発器において空気と効率よく熱交換を行うために、冷媒流れ方向と、空気の流れ方向とが対向流となるように、冷媒流れ方向の下流側が、空気流れの風上側となるように構成され、従来のような蒸発器と凝縮器のどちらにも作用する熱交換器の構成を適用することはできない。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱交換効率向上と、伝熱管および冷媒の使用量を低減したヒートポンプ式給湯機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】
【０００８】
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式給湯機は、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張機構、蒸発器を順次冷媒配管で環状に接続して構成される冷凍サイクルと、前記蒸発器に空気を送るファンとを備え、前記蒸発器は、伝熱管とプレートフィンで構成される複数列の熱交換器で構成されるとともに、風下側の熱交換器から風上側の熱交換器へ冷媒を流す構成とし、前記風下側の伝熱管の断面積を、風上側の伝熱管の断面積より小さくしたことを特徴とするものである。
【０００９】
これによって、前記蒸発器が複数列で構成されている場合で、かつ、冷媒流れ方向の上流側を風下側とし、冷媒流れ方向の下流側を風上側とする場合には、風下側は熱交換量が少ないため、冷媒流れ方向の上流側では冷媒乾き度が小さくなり、その結果、気体が少なく圧力損失は小さくなっている。そして、冷媒乾き度の小さくなる風下側で、冷媒流れ方向の上流側の伝熱管面積を小さくすることで、冷媒流速を向上させ熱交換効率を向上させている一方で、乾き度が小さい領域では冷媒密度も大きく、伝熱管断面積を小さくすることで、冷媒使用量の大幅な低減や伝熱管を構成する金属材料の使用量低減できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のヒートポンプ式給湯機は、熱交換効率向上と、伝熱管および冷媒の使用量を低減したヒートポンプ式給湯機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】
【００１１】
第１の発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張機構、蒸発器を順次冷媒配管で環状に接続して構成される冷凍サイクルと、前記蒸発器に空気を送るファンとを備え、前記蒸発器は、伝熱管とプレートフィンで複数列に構成されるとともに、風下側の熱交換器から風上側の熱交換器へ冷媒を流す構成とし、前記風下側の伝熱管の断面積を、風上側の伝熱管の断面積より小さくしたことにより、冷媒乾き度の小さくなる風下側の冷媒流れ方向が上流側の伝熱管面積を小さくすることで、冷媒流速を向上させ熱交換効率を向上させている。また乾き度が小さい領域では、冷媒密度も大きく伝熱管断面積を小さくすることによって、冷媒使用量の大幅な低減や伝熱管断面積を小さくすることによる材料使用量低減を可能することができる。
【００１２】
第２の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に、第１の発明において、蒸発器の風下側の伝熱管の数を、風上側の伝熱管の数よりも少なくしたことにより、熱交換効率が向上した分を削減することにより冷媒使用量の大幅な低減や材料の使用量を大幅に削減することができる。
【００１３】
第３の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に、第１または第２の発明において、前記蒸発器の風下側の伝熱管長さを、風上側より短くすることにより、熱交換効率が向上した分だけ蒸発器を構成する金属材料を削減することができる。
【００１４】
第４の発明のヒートポンプ式給湯機は、特に、第１〜３の発明において、高圧側が超臨界となる冷凍サイクルとしたことにより、高圧側が超臨界であり全使用冷媒の大半が低圧側にあるため、低圧側の伝熱管内容積の低減は大幅な冷媒使用量削減となる。更に、炭酸ガスは非常に圧力が高いため伝熱管の肉厚は厚くなっているが、管径低減による耐圧構造から材料の使用量を大幅に削減できる。
【００１５】
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。
【００１６】
（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式給湯機の構成図である。図１において、本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機１と、水冷媒熱交換器２と、膨張機構３と、蒸発器４とを冷媒配管５で環状に接続した冷凍サイクルを有している。また、湯を貯える貯湯タンク６と、貯湯タンク６内の湯水を循環させる循環ポンプ７と、水冷媒熱交換器２とを給湯配管で環状に接続した給湯サイクルを有している。また、貯湯タンク６の下部には給水源から水を供給する給水管８と、貯湯タンク６の上部には給湯端末に湯を供給する給湯管９とを設けている。
【００１７】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機を構成する部品の配置図を示すものである。本実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルを構成する部品は、一つの筐体に収納されたヒートポンプユニットとして屋外に設置される。図２に示すように、筐体内部では、略Ｌ字形状の蒸発器４の前方下部に、水冷媒熱交換器２が設置され、水冷媒熱交換器２の上方部には蒸発器４に空気を供給するファンが配置されており、ファンが駆動することによって、蒸発器４が風上、ファンが風下となるように、空気の流れが形成される。また、水冷媒熱交換器の側部には圧縮機１が仕切り板を介し
て設置されている。
【００１８】
図３は、本発明の第１の実施の形態における蒸発器の構成図を示すものである。図３において、本発明を構成する蒸発器は、２列の熱交換器で構成され、それぞれの熱交換器は、伝熱管（本実施の形態においては、風下側を伝熱管１４、風上側を伝熱管１３とする）とプレートフィンで構成されている。また、図３において矢印で示すように、冷媒配管の中を流れる冷媒は、風下側の熱交換器から入り、風上側の熱交換器から出て行くように構成されている。
【００１９】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
【００２０】
図４は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクルのＰ−ｈ線図と蒸発器の相関図を示すものである。図４に示すように、風下側は熱交換量が少なく、かつ冷媒の流れ方向は、上流側が風下側となるため、冷媒の流れ方向の上流側では、冷媒乾き度が小さくなっている。この蒸発器４の風下側伝熱管１４の断面積を、風上側伝熱管１３よりも小さくしている。そのため、気体の割合が少なく圧力損失は小さくなっている風下側の冷媒の流速を向上させることとなり、熱交換効率の向上を図ることができ、また風下側の容積分の冷媒量を削減し、風下側伝熱管４の管径低減による伝熱管肉厚の低減を図っている。
【００２１】
また、本実施の形態では熱交換効率が向上した分、風下側伝熱管４の本数を風上側より少なくするとしたことにより風上側伝熱管容積の削減が可能となり、冷媒量の削減をすることもできる。
【００２２】
また、本実施の形態では熱交換効率が向上した分、風下側伝熱管４の長さを風上側より短くするとしたことにより風上側伝熱管容積の削減が可能となり、冷媒量の削減をすることもできる。
【００２３】
また、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機の冷媒を炭酸ガスとすることにより、特に、風下側伝熱管４の管径が小さくなった分耐圧性能が向上し特に圧力の高い冷媒である炭酸ガスを用いた場合風下側伝熱管４の肉厚を低減可能となり、材料使用量を低減することができる。
【００２４】
また、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルを超臨界とすることにより、特に風下側伝熱管４内部の冷媒の密度が高いため容積の低減により冷媒使用量を大幅に低減することができる。
【００２５】
また、特に、炭酸ガスを用いた超臨界冷凍サイクルのヒートポンプ式給湯機では、冷媒流れ方向の下流側を風上側となる構成としているため、熱交換効率向上の手段として有用であり、また、高圧側が超臨界であり全使用冷媒の大半が低圧側にあるため、低圧側の伝熱管内容積の低減は大幅な冷媒使用量削減となる。更に、炭酸ガスは非常に圧力が高いため伝熱管の肉厚は厚くなっているが、管径低減による耐圧構造から材料の使用量を大幅に削減できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ式給湯機は、蒸発器の冷媒乾き度の少ない領域で熱交換効率の向上と冷媒、材料の削減が可能となるので、空冷式蒸発器を備えた冷凍機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の構成図
【図２】同ヒートポンプ式給湯機の配置図
【図３】同ヒートポンプ式給湯機の蒸発器構成図
【図４】同ヒートポンプ式給湯機の冷凍サイクルＰ−ｈ線図と蒸発器の相関図
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機
２  水冷媒熱交換器
３  膨張機構
４  蒸発器
５  冷媒配管
６  貯湯タンク
７  循環ポンプ
８  給水管
９  給湯管
１０  ファン
１３  風上側伝熱管
１４  風下側伝熱管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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