(57)【要約】【課題】当該熱交換器における冷媒配管内の冷媒温度を精度高く検出することが可能な熱交換器及びこれを備えたヒートポンプ式給湯機を提供すること。【解決手段】熱交換器１４は，冷媒配管４１への冷媒の流入部近傍に一端が接続され，該接続部から流れ込む冷媒を凝縮させるキャピラリーチューブ１６と，前記キャピラリーチューブ１６の他端に設けられ該キャピラリーチューブ１６で凝縮された液体冷媒が貯留される冷媒貯留部１７と，前記冷媒貯留部１７に接触配置されることにより該冷媒貯留部１７内の冷媒の温度を検出する温度センサ１５とを備えている。これにより，温度センサ１５によって，水熱交換器１４における冷媒の凝縮温度を，給湯用水配管４２や暖房用水配管４３などの水温の影響を受けずに精度高く検出することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプサイクルに循環される冷媒が流通する冷媒配管と，前記冷媒との熱交換によって加熱される被加熱流体が流通する一又は複数の被加熱流体配管とが積層されるように渦巻状に曲成されてなる熱交換器であって，
当該熱交換器の前記冷媒配管への冷媒の流入部近傍に一端が接続され，該接続部から流れ込む冷媒を凝縮させる微細管と，
前記微細管の他端に設けられ該微細管で凝縮された液体冷媒が貯留される冷媒貯留部と，
前記冷媒貯留部に接触配置されることにより該冷媒貯留部内の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と，
を備えてなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記被加熱流体配管が，給湯用の水が流通する給湯用水配管と暖房用の水が流通する暖房用水配管とを含んでなり，
前記冷媒配管が前記給湯用水配管及び前記暖房用水配管で挟まれるように，前記冷媒配管，前記給湯用水配管，及び前記暖房用水配管が積層されてなる請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
当該熱交換器の前記冷媒配管からの冷媒の流出部近傍に一端が接続され，他端が前記冷媒貯留部に接続された第２の微細管を更に備えてなる請求項１又２のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器を備えてなる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，ヒートポンプサイクルに循環される冷媒によって水やブライン（不凍液）などの流体を加熱する熱交換器及びこれを備えたヒートポンプ式給湯機に関し，特に，前記熱交換器において冷媒が循環される冷媒配管の冷媒の温度を検出するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，圧縮機や膨張弁，水熱交換器，室外空気熱交換器などが接続されたヒートポンプサイクルを備え，該ヒートポンプサイクルに循環される冷媒との熱交換によって，給湯や浴室，暖房などに用いる水を加熱するヒートポンプ式給湯機（システム）が知られている（例えば，特許文献１参照）。
前記水熱交換器には，例えば前記ヒートポンプサイクルに循環される冷媒が流通する冷媒配管と，その冷媒との熱交換によって加熱される水が流通する水配管とを渦巻状に曲成して積層したものが用いられる。ここに，図５は，従来のヒートポンプ式給湯機で用いられる水熱交換器Ｚの要部断面図を示している。
図５に示すように，水熱交換器Ｚでは，冷媒配管１０１，給湯用の水配管１０２，及び床暖房用の水配管１０３が順に積層されている。ここで，水熱交換器Ｚでは，冷媒配管１０１と水配管１０２，１０３との間の熱伝達係数を高めるべく，冷媒配管１０１と水配管１０２，１０３とがろう付されている。そして，水熱交換器Ｚでは，冷媒配管１０１内の冷媒と水配管１０２，１０３内の水との間で熱交換が行われ，その水配管１０２，１０３内の水が加熱される。
また，水熱交換器Ｚには，冷媒配管１０１の配管長の中央付近に，該水熱交換器Ｚで凝縮された冷媒の温度（凝縮温度）を測定する熱電対などの温度センサ１０４が設けられている。温度センサ１０４で測定された凝縮温度は，ヒートポンプサイクル上に設けられた圧縮機や膨張弁，室外空気熱交換器のファンなどの制御に用いられる。
【特許文献１】特開２００３−６５６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，熱交換器Ｚのように，冷媒配管１０１と水配管１０２，１０３とが積層されてろう付された状態では，温度センサ１０４によって検出される凝縮温度が，水配管１０２，１０３内の水温の影響を受けて本来の凝縮温度よりも低くなるという問題があった。例えば，温度センサ１０４の検出温度と実際の凝縮温度とには１０〜１５℃程度の温度差が生じる（図３参照）。このとき，温度センサ１０４による検出温度を，実際の凝縮温度に近似するように予め定めた関係式などに従って補正することが考えられるが，ヒートポンプユニットが稼働してから凝縮温度が安定するまでの間は，実際の凝縮温度と温度センサ１０４の検出温度との関係も不安定であるため，補正が適正に行われるように前記関係式を定めることは困難である。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，当該熱交換器における冷媒配管内の冷媒温度を精度高く検出することが可能な熱交換器及びこれを備えたヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は，ヒートポンプサイクルに循環される冷媒が流通する冷媒配管と，前記冷媒との熱交換によって加熱される被加熱流体が流通する一又は複数の被加熱流体配管とが積層されるように渦巻状に曲成されてなる熱交換器に適用されるものであって，当該熱交換器の前記冷媒配管への冷媒の流入部近傍に一端が接続され，該接続部から流れ込む冷媒を凝縮させる微細管と，前記微細管の他端に設けられ該微細管で凝縮された液体冷媒が貯留される冷媒貯留部と，前記冷媒貯留部に接触配置されることにより該冷媒貯留部内の冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段とを備えてなることを特徴とする熱交換器として構成される。また，本発明は，前記熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯機の発明として捉えてもよい。
このように構成された前記熱交換器では，前記冷媒温度検出手段によって，該熱交換器における前記冷媒配管内の冷媒の温度，即ち当該熱交換器で凝縮された冷媒の温度（凝縮温度）と同等の温度を，前記被加熱流体配管に流れる流体の温度が影響しない状態で検出することができる。従って，例えば前記熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯機では，前記冷媒温度検出手段によって検出された精度の高い冷媒の温度に基づいて該ヒートポンプ式給湯機の動作を適切に制御することができる。
【０００５】
より具体的に，本発明は，前記被加熱流体配管が，給湯用の水が流通する給湯用水配管と暖房用の水が流通する暖房用水配管とを含んでなり，前記冷媒配管が前記給湯用水配管及び前記暖房用水配管で挟まれるように，前記冷媒配管，前記給湯用水配管，及び前記暖房用水配管が積層されてなる構成への適用が好適である。
なお，当該熱交換器の前記冷媒配管からの冷媒の流出部近傍に一端が接続され，他端が前記冷媒貯留部に接続された第２の微細管を更に備えてなる構成であってもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば，前記冷媒温度検出手段によって，前記熱交換器における前記冷媒配管内の冷媒の温度，即ち当該熱交換器で凝縮された冷媒の温度（凝縮温度）と同等の温度を，前記被加熱流体配管に流れる流体の温度が影響しない状態で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成を示すブロック図，図２は本発明の実施の形態に係る水熱交換器１４の外観模式図，図３は水熱交換器１４における実際の凝縮温度と温度センサ１５による検出温度との関係を示すグラフである。
まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘの概略構成について説明する。なお，本実施の形態では，ヒートポンプ式給湯機Ｘが，温水を給湯する給湯機能及び床暖房を行う床暖房機能を有する場合を例に挙げて説明するが，その他，例えば風呂の追い焚き機能や空気調和機（エアコン）の機能を有するものであってもよい。
【０００８】
図１に示すように，ヒートポンプ式給湯機Ｘは，大別すると，冷媒が循環されるヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）１と，温水を給湯するための給湯回路２と，床暖房を行うための床暖房回路３とを備えて構成されている。ここに，ヒートポンプサイクル１に循環される冷媒には，例えばＣＯ2冷媒などの炭酸ガス冷媒や，Ｒ４１０ＡなどのＨＦＣ冷媒が用いられる。
なお，ヒートポンプ式給湯機Ｘは，ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭなどを有する不図示の制御部を備えており，該制御部によって統括的に制御される。具体的に，ヒートポンプ式給湯機Ｘの制御部は，後述の温度センサ１５によって検出される冷媒の凝縮温度（気体から液体に変化するときの温度）に基づいて当該ヒートポンプ式給湯機Ｘの動作を制御する。
【０００９】
ヒートポンプサイクル１は，冷媒を圧縮する圧縮機１１と，圧縮機１１から流出した冷媒と水との間で熱交換を行うことにより該水を加熱する水熱交換器１４（本発明に係る熱交換器の一例）と，水熱交換器１４から流出した冷媒を膨張させる膨張弁１３と，膨張弁１３で膨張された冷媒と室外空気との間で熱交換を行うことにより該冷媒を加熱する（即ち，蒸発器として機能する），室外空気熱交換器１２とを備えている。
給湯回路２は，水熱交換器１４において加熱された後の温水（例えば６０℃程度）を貯溜するための貯湯タンク２１と，貯湯タンク２１の下層から水熱交換器１４を経て貯湯タンク２１の上層に水を循環させるための循環ポンプ２２と，給水口２３からの水の供給先を切り換える電磁三方弁２４と，給湯口２６から給湯する温水の温度を調節するための電磁三方弁２５とを備えている。
【００１０】
床暖房回路３は，水熱交換器１４において加熱された後の温水を用いて床暖房を行う床暖房装置３１と，水熱交換器１４及び床暖房装置３１に水を循環させるための循環ポンプ３２とを備えている。なお，床暖房回路３では，水に代えてブライン（不凍液）を用いる場合も考えられる。
ヒートポンプ式給湯機Ｘにおけるヒートポンプサイクル１，給湯回路２，及び床暖房回路３の基本的な動作については，従来と異なるところがないため，ここでは説明を省略する。
本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｘは，水熱交換器１４内の冷媒の凝縮温度を検出するための構成に特徴を有しており，以下，図２及び図３を用いてこの点について説明する。
【００１１】
図２に示すように，水熱交換器１４は，ヒートポンプサイクル１に循環される冷媒が流通する冷媒配管４１と，冷媒との熱交換によって加熱される水（被加熱流体の一例）が流通する水配管（被加熱流体配管の一例）であって，給湯回路２に接続された給湯用水配管４２及び床暖房回路３に接続された暖房用水配管４３とが，積層されるように渦巻状（コイル状，螺旋状）に曲成され，且つ冷媒配管４１と給湯用水配管４２，暖房用水配管４３とがろう付されることによって構成されている。なお，冷媒配管４１，給湯用水配管４２，暖房用水配管４３各々は例えば円形状の配管であるが，扁平管を用いても良い。
ここに，水熱交換器１４は，図２に示すように，平面視で略円形状に形成されているが，これに限られず，平面視で略矩形状や略扁平形状などに形成されたものであってもよく，これらの形状で巻かれた状態を含む概念を渦巻状と表現している。例えば，水熱交換器１４が，上面から見る（平面視する）と直線部分及び曲線部分からなる偏平形状（例えば，陸上競技場のトラックのような形状）を成すものであることが考えられる。
また，冷媒配管４１と給湯用水配管４２，暖房用水配管４３とのろう付には，銀ろう，銅ろう，黄銅ろう，りん銅ろうなどのろう材が用いられる。
そして，水熱交換器１４では，冷媒配管４１が給湯用水配管４２，暖房用水配管４３によって挟まれるように冷媒配管４１，給湯用水配管４２，暖房用水配管４３が積層されているため，給湯用水配管４２，暖房用水配管４３内の水が，冷媒配管４１内の冷媒との間の熱交換によって加熱される。このとき，冷媒配管４１内の冷媒は，給湯用水配管４２，暖房用水配管４３内の水との熱交換によって凝縮されて液化される。
【００１２】
ここで，従来では，図５を用いて説明したように，冷媒配管１０１の略中央部に温度センサ１０４を接触配置させることにより，水熱交換器Ｚにおける冷媒の凝縮温度を検出していた。そのため，従来の温度センサ１０４による検出温度は，水配管１０２，１０３内の水温の影響を受けて，図３に一点鎖線で示すように，実際の凝縮温度よりも１０〜１５℃程度低くなっていた。
そこで，本発明の実施の形態に係る水熱交換器１４では，該水熱交換器１４における冷媒の凝縮温度を精度高く検出するため，下記の構成を採用している。
【００１３】
具体的に，水熱交換器１４には，該水熱交換器１４の冷媒配管４１への冷媒の流入部近傍に一端が接続され，該接続部から流れ込む冷媒を凝縮させるキャピラリーチューブ１６（微細管の一例）と，該キャピラリーチューブ１６の他端に設けられキャピラリーチューブ１６で凝縮された液体冷媒が貯留される冷媒貯留部１７とが設けられている。なお，キャピラリーチューブ１６は，図２に示すようにコイル状に形成されたものに限られず，直線上に形成されたものであってもかまわないが，図２に示すようにコイル状に形成することによって，長さを十分に確保するための配置スペースを省減することができる。
このように構成された水熱交換器１４では，ヒートポンプサイクル１から該水熱交換器１４の冷媒配管４１に流入した冷媒の一部が，該冷媒配管４１の流入部近傍に接続されたキャピラリーチューブ１６に流入し，該キャピラリーチューブ１６で凝縮されて液状化し，冷媒貯留部１７に貯留される。
そして，水熱交換器１４では，冷媒貯留部１７内の冷媒の温度を検出する熱電対を用いた温度センサ１５が，該冷媒貯留部１７に接触配置されている。温度センサ１５による検出温度は，該温度センサ１５が接続された不図示の電気回路を介してヒートポンプ式給湯機Ｘの制御部（不図示）に入力される。なお，温度センサ１５は，冷媒配管４１に流通される冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段の一例に過ぎず，熱電対を用いるものに限られない。例えば，サーミスタなどの温度センサを用いることができる。
【００１４】
ここで，図３は，水熱交換器１４における実際の凝縮温度と温度センサ１５による検出温度との関係を示すグラフを示している。図３に示す破線は，長さ１５０ｍｍ，管径１．４ｍｍのキャピラリーチューブ１６を用いて実験を行った場合の温度センサ１５による検出結果を示している。なお，キャピラリーチューブ１６の長さや管径などの設計値は，例えば水熱交換器１４における冷媒配管４１の長さや管径などに応じて，温度センサ１５による検出温度が実際の凝縮温度に近似するように試行錯誤して変更すればよい。
図３に示すグラフから，温度センサ１５によって検出される冷媒貯留部１７の温度は，水熱交換器１４における冷媒の凝縮温度，即ち水熱交換器１４の配管長の略中央部における冷媒の温度と同等である（近似する）ことがわかる。
このように，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，給湯用水配管４２，暖房用水配管４３内の水温の影響を受けない状態で，温度センサ１５によって，高い精度で水熱交換器１４における冷媒の凝縮温度を検出することができる。
従って，ヒートポンプ式給湯機Ｘでは，温度センサ１５によって検出される精度の高い凝縮温度に基づいてヒートポンプサイクル１に設けられた圧縮機１１や膨張弁１３，室外空気熱交換器１２のファンなどの各種の制御を適切に行うことができる。これにより，例えばヒートポンプユニット１の稼働開始時においても水熱交換器１４における冷媒の凝縮温度を正確に検出することが可能であり，また，温度センサ１５による検出温度を補正するなどの処理を省略することも可能である。
【００１５】
なお，本実施の形態では，冷媒貯留部１７がキャピラリーチューブ１６に流れる冷媒の終端である構成を例に挙げて説明したがこれに限られない。
ここに，図４は，水熱交換器１４の変形例である水熱交換器１４’を示す外観模式図である。なお，前記水熱交換器１４と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図４に示すように，水熱交換器１４’には，一端が水熱交換器１４’における冷媒配管４１からの冷媒の流出部近傍に接続され，他端が冷媒貯留部１７に接続されたキャピラリーチューブ１８（第２の微細管の一例）が設けられている。これにより，水熱交換器１４’では，冷媒配管４１の冷媒の流入部近傍と流出口近傍とが接続され，その間に冷媒貯留部１７が配置されることになる。
このように構成された水熱交換器１４’においても，前述の水熱交換器１４（図２参照）と同様に，温度センサ１５によって，冷媒貯留部１７に貯留した冷媒の温度を検出することにより，該水熱交換器１４’における冷媒の凝縮温度を高い精度で検出することができる。
但し，キャピラリーチューブ１８における冷媒の通過抵抗が低すぎると，冷媒貯留部１７に冷媒が貯留せず，温度センサ１５による検出温度に誤差が生じるおそれがある。そのため，キャピラリーチューブ１８は，温度センサ１５によって精度高い温度検出を行うことができるように，十分な長さを確保することや，管径を十分に細くすることが望ましい。例えば，キャピラリーチューブ１６の長さが１５０ｍｍで，管径が１．４ｍｍの場合には，長さ２５０ｍｍ，管径１．０ｍｍ程度のキャピラリーチューブ１８を用いることが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係る熱交換器の外観模式図。
【図３】本発明の実施の形態に係る熱交換器における実際の凝縮温度と温度センサ１５による検出温度との関係を示すグラフ。
【図４】本発明の実施の形態に係る熱交換器の変形例を示す外観模式図。
【図５】従来の熱交換器の構造を説明するための図。
【符号の説明】
【００１７】
１…ヒートポンプサイクル
２…給湯回路
３…床暖房回路
１１…圧縮機
１２…室外空気熱交換器
１３…膨張弁
１４，１４’…水熱交換器（本発明に係る熱交換器の一例）
１５…温度センサ（冷媒温度検出手段の一例）
１６…キャピラリーチューブ（微細管の一例）
１７…冷媒貯留部
１８…キャピラリーチューブ（第２の微細管の一例）
２１…貯湯タンク
２２…循環ポンプ
２３…給水口
２４，２５…電磁三方弁
２６…給湯口
３１…床暖房装置
３２…循環ポンプ
４１…冷媒配管
４２，４３…水配管（被加熱流体配管の一例）
Ｘ…ヒートポンプ式給湯機
【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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