(57)【要約】液体の水が内部を流通する水配管２１と、水配管２１の外周面に当接して配置され、水配管２１の内部の水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管２２ａ、２２ｂと、水配管２１内に配置され、水配管２１の軸Ｏ１に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌板とを備えている。そのため、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌を好適に行うことで、冷媒配管内の冷媒と水配管の軸付近の水との熱交換効率を向上させることができる水冷媒熱交換器、及びこの水冷媒熱交換器を用いたヒートポンプ装置を得る。
2020194426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の水が内部を流通する水配管と、
前記水配管の外周面に当接して配置され、前記水配管の内部の前記水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管と、
前記水配管内に配置され、前記水配管の軸に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌部材と、
を備えた水冷媒熱交換器。
【請求項２】
前記撹拌部材は、前記板材をつるまき状に巻いて形成されている請求項１に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項３】
前記撹拌部材を構成する前記板材は、前記軸に沿った断面において、短辺と長辺とを有し、
前記長辺は、前記軸に沿って配置されている
請求項１または請求項２に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項４】
前記撹拌部材を構成する前記板材は、前記軸に沿った断面において、短辺と長辺とを有し、
前記長辺と前記軸とがなす角は、前記短辺と前記軸とがなす角よりも小さい
請求項１または請求項２に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項５】
前記水配管の内周面には、前記軸に沿った螺旋状の溝である内周螺旋溝が形成されており、
前記撹拌部材の少なくとも一部が前記内周螺旋溝に当接している
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項６】
前記内周螺旋溝の螺旋の回転の向きと、前記撹拌部材のつるまきの回転の向きとが一致するように構成されている
請求項５に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項７】
前記水配管の前記外周面には、前記内周螺旋溝に対応する位置に螺旋状の凸部である外周螺旋凸部が形成されており、
前記水配管の前記外周面には、前記外周螺旋凸部が形成されていることにより相対的に形成された螺旋状の溝である外周螺旋溝が形成され、
前記冷媒配管が前記外周螺旋溝に沿って前記水配管に当接している
請求項５または請求項６に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項８】
前記軸方向から見た際の前記撹拌部材の投影した外周の像は、円形状、楕円形状、および多角形状のうちいずれか一つである請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項９】
前記撹拌部材は、複数の撹拌部が直列に配置されて一体に接続されており、
前記撹拌部は、前記軸に沿った断面において前記短辺と前記長辺とを有し、
前記軸に沿った断面において、隣り合う前記短辺同士の間隔は、前記長辺の長さよりも長く構成されている
請求項３から請求項８のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１０】
前記撹拌部材は、直列に接続された複数の撹拌部を備え、
複数の前記撹拌部のうち少なくとも一つは、前記水配管の前記内周面に当接する大径撹拌部であり、
複数の前記撹拌部のうち少なくとも一つは、前記大径撹拌部よりも外形が小さい小径撹拌部である
請求項５から請求項９のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１１】
前記撹拌部材は、前記軸に沿って蛇行して配置されている請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１２】
前記水配管内には、複数の前記撹拌部材が前記軸に沿う方向で重なり合うように配置されている請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１３】
前記水配管内には、前記軸に直交する方向で複数の前記撹拌部材が配置されている請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１４】
外形の大きさが異なる複数の前記撹拌部材を備え、
外形の大きさが大きい方の前記撹拌部材内に、外形の大きさが小さい方の前記撹拌部材が配置されている請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１５】
前記水配管内には、前記軸方向において互いに隣に位置するように複数の前記撹拌部材が配置されている請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１６】
前記水配管は、湾曲状の管部である湾曲管部と、複数の直線状の管部である直線管部とを備え、
少なくとも二つの前記直線管部内には、前記撹拌部材がそれぞれ配置されている
請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１７】
前記撹拌部材の表面に複数の凹凸が設けられている請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１８】
前記長辺の端部には、該長辺から立ち上がる縁部が形成されている請求項３から請求項１７のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項１９】
前記撹拌部材は、前記水配管の前記内周面に固定されている請求項５から請求項１８のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項２０】
前記撹拌部材は、複数の撹拌部を備えており、
複数の前記撹拌部の外形の大きさが互いに異なる
請求項１から請求項１９のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項２１】
前記撹拌部材は、直列に接続された複数の撹拌部を備え、
前記撹拌部は、前記軸に沿った断面において前記短辺と前記長辺とを有し、
前記長辺の長さまたは前記軸に沿って隣り合う前記撹拌部同士の間隔が異なるように構成されている
請求項３から請求項２０のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項２２】
前記撹拌部材は、前記冷媒配管が巻き付けられている前記水配管の領域の全域に配置されている
請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項２３】
前記撹拌部材は、前記冷媒配管が巻き付けられている前記水配管の領域の所定の一部領域に配置されている
請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項２４】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒と水との間で熱を交換する請求項１から請求項２３の何れか１項に記載の水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器によって熱交換した冷媒を減圧させる減圧装置と、
前記減圧装置で減圧された冷媒と外気との間で熱を交換する蒸発器と、
を備えるヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この本発明は、水と高温冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器及び水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ヒートポンプ式給湯機で用いられる給湯用熱交換器に関する技術が開示されている。このヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器は、水配管に冷媒配管を巻き付け、水配管内にねじり板を配置した構成となっている。このように、水配管内にねじりテープを配置することで水と冷媒の熱交換が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２１１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器では、水配管内にねじりテープが配置されているため、水配管の軸に直交する断面において、水配管とねじりテープとで構成された二つのほぼ半円形状をなす空間が形成されている。この二つのほぼ半円形状の空間内の水は、互いの撹拌が起こりづらい、もしくは互いの撹拌を行うことができないようになっている。すなわち、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌が十分に行えず、この結果、熱交換効率を抑制させているという問題があった。【０００５】
この発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌を好適に行うことで、冷媒配管内の冷媒と水配管の軸付近の水との熱交換効率を向上させることができる水冷媒熱交換器、及びこの水冷媒熱交換器を用いたヒートポンプ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る水冷媒熱交換器及び水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、液体の水が内部を流通する水配管と、水配管の外周面に当接して配置され、水配管の内部の水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管と、水配管内に配置され、水配管の軸に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌部材と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る水冷媒熱交換器及びこの水冷媒熱交換器を用いたヒートポンプ装置は、水配管内において、水配管の径方向での水の撹拌を好適に行うことで、冷媒配管内の冷媒と水配管の軸付近の水との熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のヒートポンプ装置の内部構造を示す正面図である。
【図２】実施の形態１のヒートポンプ装置を斜め前から見た外観斜視図である。
【図３】実施の形態１のヒートポンプ装置を斜め後ろから見た外観斜視図である。
【図４】実施の形態１のヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。
【図５】実施の形態１の水冷媒熱交換器を前から見た外観斜視図である。
【図６】実施の形態１の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図７】実施の形態１の水配管の構成を説明するための図である。
【図８】実施の形態１の水配管の構成を説明するための図である。
【図９】実施の形態１の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図１０】実施の形態１の水冷媒熱交換器を説明するための図である。
【図１１】実施の形態１の水冷媒熱交換器を説明するための図である。
【図１２】実施の形態１の撹拌板を説明するための図である。
【図１３】実施の形態１の水冷媒熱交換器を説明するための図である。
【図１４】実施の形態１の撹拌板を説明するための図である。
【図１５】実施の形態１の撹拌板を説明するための図である。
【図１６】実施の形態２の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図１７】実施の形態３の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図１８】実施の形態４の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図１９】実施の形態５の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図２０】実施の形態６の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図２１】実施の形態７の水冷媒熱交換器の要部を説明するための図である。
【図２２】この発明の実施の形態に用いられる撹拌板の変形例を説明するための図である。
【図２３】この発明の実施の形態に用いられる撹拌板の変形例を説明するための図である。
【図２４】この発明の実施の形態に用いられる撹拌板の変形例を説明するための図である。
【図２５】この発明の実施の形態に用いられる撹拌板の変形例を説明するための図である。
【図２６】この発明の実施の形態に用いられる水冷媒熱交換器の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図１から図１４を用いて説明する。
図１は、ヒートポンプ装置１の内部構造を示す正面図である。図２は、ヒートポンプ装置１を斜め前から見た外観斜視図である。図３は、ヒートポンプ装置１を斜め後ろから見た外観斜視図である。そして、図４は、ヒートポンプ装置１を備えたヒートポンプ給湯システムの冷媒回路及び水回路を示す図である。
【００１０】
本実施の形態のヒートポンプ装置１は、室外に設置される。ヒートポンプ装置１は、液状の熱媒体を加熱する。本実施の形態での熱媒体は、水である。ヒートポンプ装置１は、水を加熱して湯を生成する。本発明における熱媒体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコールなどでもよい。
【００１１】
図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、筐体の底板を形成するベース１７を備える。ベース１７上には、前方から見て、右側に機械室１４が形成され、左側に送風機室１５が形成されている。機械室１４と送風機室１５とは、鉛直方向に延在する仕切板１６により隔てられている。図２及び図３に示すように、ヒートポンプ装置１の外郭を形成する筐体は、上述したベース１７の他、フロントパネル１８と、バックパネル１９と、トップパネル２０と、を更に備える。フロントパネル１８は、筐体の前面部を覆う前面部１８ａと筐体の左側面を覆う左側面部１８ｂとから構成されている。また、バックパネル１９は、筐体の後面部を覆う後面部１９ａと筐体の右側面を覆う右側面部１９ｂとから構成されている。トップパネル２０は、筐体の上面部を覆うように構成されている。筐体のこれらの構成要素は例えば板金材から成形される。ヒートポンプ装置１の外面は、後面側に配置された空気冷媒熱交換器７を除いて、この筐体によって覆われている。なお、図１は、ベース１７以外の筐体の各部を取り外した状態を示している。また、図１では、一部の構成機器の図示を省略している。
【００１２】
図１に示すように、機械室１４内には、冷媒回路部品として、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を減圧する膨張弁１０（図１では省略）、これらを接続する吸入管４及び吐出管５等の冷媒管などが組み込まれている。
【００１３】
圧縮機２は、円筒形のシェルの内部にある圧縮部（図示省略）及びモータ（図示省略）を備える。圧縮部は、冷媒の圧縮動作を行う。モータは、圧縮部を駆動する。外部から供給される電力により圧縮機のモータが駆動される。吸入管４を通って冷媒が圧縮機２に吸入される。圧縮機２の内部で圧縮された冷媒を吐出する吐出管５が圧縮機２の上部に接続されている。膨張弁１０（図４参照）は、その本体の外側面にコイル組み込み部材が取り付けられている。コイルに外部から通電することにより、内部の流路抵抗調節部を稼動させて冷媒の流路抵抗を調節する。膨張弁１０により、その上流側の高圧冷媒の圧力と、その下流側の低圧冷媒の圧力とを調節できる。膨張弁１０は、冷媒を減圧する減圧装置の例である。
【００１４】
送風機室１５は、風路を確保するため、機械室１４より大きな空間を有する。送風機室１５内には、送風機６が組み込まれている。送風機６は、２枚〜３枚のプロペラ翼とプロペラ翼を回転駆動させるモータとを備える。外部から供給される電力によりモータ及びプロペラ翼が回転する。送風機室１５の後面側には、送風機６に対向して、空気冷媒熱交換器７が設置されている。空気冷媒熱交換器７は、多数のアルミ薄板のフィンと、アルミ薄板のフィンに多数密着して数回往復する長い冷媒管とを備える。それぞれのフィンは、縦長の矩形形状を有し、横方向に微小隙間を隔てながら積層された状態で冷媒管に固定されている。空気冷媒熱交換器７は、Ｌ字状に曲がった平板状の外形を有する。空気冷媒熱交換器７は、ヒートポンプ装置１の後面から左側面にかけて設置されている。空気冷媒熱交換器７の後面側の端部は、機械室１４の後側まで延びている。このため、仕切板１６は、Ｌ字状に曲がった平板状の外形を有し、ヒートポンプ装置１の前面から空気冷媒熱交換器７の後面側の端部までの空間を仕切るように設置される。空気冷媒熱交換器７では、冷媒管内の冷媒とフィン周辺に取り込まれた外気との間で熱を交換する。送風機６により各フィン間を流れて通過する空気の風量が増やされて調節され、熱交換の量が増やされて調節されている。空気冷媒熱交換器７は、冷媒を蒸発させる蒸発器の例である。
【００１５】
送風機室１５の下部のベース１７の上に、水冷媒熱交換器８が設置されている。水冷媒熱交換器８は、断熱材に覆われた状態で、直方体形状の収納容器１２に収納されて設置されている。水冷媒熱交換器８は、水配管と冷媒配管とが密着した状態で、収納容器１２に収納可能となるように、複数の曲げ部を有し成形されている。水冷媒熱交換器８内では、冷媒配管内の冷媒と、水配管内の水との間で熱を交換する。水冷媒熱交換器８内では、水が加熱される。水冷媒熱交換器８の構成については説明を後述する。
【００１６】
圧縮機２の出口部は、吐出管５を介して、水冷媒熱交換器８の冷媒入口部に接続されている。水冷媒熱交換器８の冷媒出口部は、冷媒管を介して、機械室１４内の膨張弁１０の入口部に接続されている。膨張弁１０の出口部は、冷媒管を介して、空気冷媒熱交換器７の冷媒入口部に接続されている。空気冷媒熱交換器７の冷媒出口部は、吸入管４を介して、圧縮機２の入口部に接続されている。各冷媒管の途中には、その他の冷媒回路部品が取り付けられていてもよい。
【００１７】
機械室１４の上部には、電気品収納箱９が設置されている。電気品収納箱９には、電子基板が収納されている。電子基板には、圧縮機２、膨張弁１０、送風機６等を駆動制御する各モジュールを構成する電子部品及び電気部品等が取り付けられている。各モジュールは、例えば以下のように制御する。圧縮機２のモータの回転数を数十ｒｐｓ（Ｈｚ）〜百ｒｐｓ（Ｈｚ）程度の回転数に変化させる。膨張弁１０の開度を変化させる。送風機６の回転数を数百ｒｐｍ〜千ｒｐｍ程度の回転数に変化させる。電気品収納箱９には、外部電気配線を接続する端子台９ａが設けられている。図２及び図３に示すように、右側面部１９ｂには、端子台９ａと、後述する水入口バルブ２８及び湯出口バルブ２９とを保護するためのサービスパネル２７が取り付けられている。
【００１８】
ヒートポンプ装置１が備える冷媒回路の密閉空間内には、冷媒が封入されている。冷媒は、例えば、ＣＯ２冷媒である。
【００１９】
次に、ヒートポンプ装置１及び貯湯装置３３の水回路について説明する。図１に示すように、機械室１４内には、内部管３０、及び内部管３１を含む水回路部品が組み込まれている。ベース１７の右側部には、水入口バルブ２８が下側、湯出口バルブ２９が上側になるように両者が併設されている。内部管３０は、水入口バルブ２８と、水冷媒熱交換器８の水入口部との間を接続している。内部管３１は、水冷媒熱交換器８の湯出口部と湯出口バルブ２９との間を接続している。
【００２０】
図４に示すように、ヒートポンプ装置１及び貯湯装置３３により、ヒートポンプ給湯システムが構成される。貯湯装置３３は、例えば数百リットル程度の容量を有する貯湯タンク３４と、貯湯タンク３４内の水をヒートポンプ装置１に送るための水ポンプ３５とを備える。ヒートポンプ装置１と貯湯装置３３との間は、外部管３６と、外部管３７と、電気配線（図示省略）とを介して接続される。
【００２１】
貯湯タンク３４の下部は、管３８を介して、水ポンプ３５の入口に接続されている。外部管３６は、水ポンプ３５の出口と、ヒートポンプ装置１の水入口バルブ２８との間を接続している。外部管３７は、ヒートポンプ装置１の湯出口バルブ２９と、貯湯装置３３との間を接続している。外部管３７は、貯湯装置３３内の管３９を介して、貯湯タンク３４の上部に連通可能になっている。
【００２２】
貯湯装置３３は、混合弁４０を更に備えている。混合弁４０には、管３９から分岐した給湯管４１と、水道等の水源から供給される水が通る給水管４２と、ユーザ側に供給される湯が通る給湯管４３とがそれぞれ接続されている。混合弁４０は、給湯管４１から流入する湯すなわち高温水と、給水管４２から流入する水すなわち低温水との混合比を調整することで給湯温度を調節する。混合弁４０により混合された湯は、給湯管４３を通って、例えば、浴槽、シャワー、蛇口、食器洗い機などのユーザ側の端末に送られる。貯湯タンク３４の下部には、給水管４２から分岐した給水管４４が接続されている。貯湯タンク３４内の下側には、給水管４４から流入した水が貯留される。
【００２３】
次に、水冷媒熱交換器８の構成について図５から図１５を用いて詳細に説明する。図５は、水冷媒熱交換器８を前から見た外観斜視図である。
水冷媒熱交換器８は、水配管２１と冷媒配管２２とを備えている。水配管２１と冷媒配管２２は、銅材等の金属で構成された円管である。冷媒配管２２の断面は、円形状となっている。水配管２１には、貯湯タンク３４から送出された低温の水が流通する。また、冷媒配管２２には、圧縮機２から送出された高温且つ高圧の冷媒が流通する。
【００２４】
水冷媒熱交換器８は、水配管２１と冷媒配管２２とが密着した状態で、収納容器１２に収納可能となるように曲げ成形されている。水配管２１はとぐろ状に曲げ成型されている。水配管２１に曲げが成形されていることにより、水配管２１は、湾曲状の管部である湾曲管部２１ａと、直線状の管部である直線管部２１ｂとを備えている。水配管２１は、複数の湾曲管部２１ａと、複数の直線管部２１ｂを備えている。図６は、水冷媒熱交換器８の要部を説明するための図である。図６は、水冷媒熱交換器８のうち、水配管２１と冷媒配管２２とが密着した領域である密着部の一端側を拡大して示している。なお、密着部の他端側は、図６に示す密着部の一端側と同様の形状を有しているため、その説明を省略する。
【００２５】
図７は、水冷媒熱交換器８の水配管２１の構成を説明するための図である。なお、図７では、水配管２１の構成を図示するために冷媒配管２２の図示を省略している。なお、以下の説明において、水冷媒熱交換器８の水入口部側（図７における右側）を、水入口部側ＩＳといい、水冷媒熱交換器８の熱交換部側（図７における左側）を、熱交換部側ＯＳという。
水配管２１の外周面には、２条のそれぞれ連続した螺旋の溝である外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２が形成されている。なお、水配管２１の外周面に形成する外周螺旋溝の条数は、２条に限らず、１条または、３条以上でもよい。
水配管２１の外周面には、２条の外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２が形成されていることにより相対的に形成された螺旋状の凸部である外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２が形成されている。外周螺旋凸部ＯＨ１は、外周螺旋溝ＯＧ１と外周螺旋溝ＯＧ２との間に位置するように形成されている。外周螺旋凸部ＯＨ２は、外周螺旋溝ＯＧ２と外周螺旋溝ＯＧ１との間に位置するように形成されている。
【００２６】
冷媒配管２２は、複数の並列な流路が形成されるように途中で複数の円管に分岐している。図５に示す水冷媒熱交換器８の例では、冷媒配管２２が２本の冷媒配管２２ａ、２２ｂに分岐している。冷媒配管２２ａは、図６及び図７に示すように、水配管２１の外周面に形成された外周螺旋溝ＯＧ１に沿って、水配管２１の外周に螺旋状に巻き付いた状態でロウ付け等により接合されている。冷媒配管２２ｂは、図６及び図７に示すように、水配管２１の外周面に形成された外周螺旋溝ＯＧ２に沿って、水配管２１の外周に螺旋状に巻き付いた状態でロウ付け等により接合されている。
なお、冷媒配管２２が分岐する冷媒配管の数は、２本に限らず、１本または３本以上でもよく、水配管２１の外周面に形成される外周螺旋溝の条数に対応することがより望ましい。
【００２７】
図８は、水配管２１の直線管部２１ｂの軸Ｏ１に平行な直線管部２１ｂの断面図である。図８では、冷媒配管２２を省略している。図８に示す水冷媒熱交換器８の例では、水配管２１の内周面には、２条の内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２が形成されている。内周螺旋溝ＩＧ１は、水配管２１の壁部において、外周螺旋凸部ＯＨ１と対応する位置に形成されている。内周螺旋溝ＩＧ２は、水配管２１の壁部において、外周螺旋凸部ＯＨ２と対応する位置に形成されている。
【００２８】
水配管２１の内周面には、２条の内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２が形成されていることにより相対的に形成された螺旋状の凸部である内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２が形成されている。内周螺旋凸部ＩＨ１は、内周螺旋溝ＩＧ１と内周螺旋溝ＩＧ２との間に位置するように形成されている。内周螺旋凸部ＩＨ２は、内周螺旋溝ＩＧ２と内周螺旋溝ＩＧ１との間に位置するように形成されている。
内周螺旋凸部ＩＨ１は水配管２１の壁部において、外周螺旋溝ＯＧ２と対応する位置に形成されている。内周螺旋凸部ＩＨ２は水配管２１の壁部において、外周螺旋溝ＯＧ１と対応する位置に形成されている。
【００２９】
水配管２１を成形する場合に、材料として円筒を用い、その円筒の軸を中心として円筒を捩じるように変形させることで、円筒の内周面に内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２及び内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２を形成でき、円筒の前記外周面に外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２及び外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２を形成できる。そのため、内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２、内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２、外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２、外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２を有する水配管２１を低コストで成形できる。
【００３０】
図９は、冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板５０の関係を示す説明図である。なお、図９では、水配管２１および冷媒配管２２の断面に対するハッチングの図示を省略している。図１０は、図９のＡ−Ａ断面に対応し、水配管２１と撹拌板５０との関係を示す説明図である。図１０では、冷媒配管２２の図示を省略している。図１１は、図９のＢ−Ｂ断面に対応し、水配管２１と撹拌板５０との関係を示す説明図である。図１１では、冷媒配管２２の図示を省略している。図１２は、撹拌板５０の説明図である。図１３は、図９を拡大したものであり、冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板５０の関係を示す説明図である。
【００３１】
水冷媒熱交換器８は、図９に示すように、撹拌部材としての撹拌板５０を備えている。撹拌板５０は、水配管２１の軸Ｏ１に沿ってつるまき状を呈する板材から構成されている。軸Ｏ１は、水配管２１の軸であり、湾曲管部２１ａの軸であり、直線管部２１ｂの軸でもある。撹拌板５０は、表面が平滑な面となっている。図１０及び図１１に示すように、軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板５０の投影した外周の像は、円形状をなしている。この板材は、鉄鋼材であるが、銅材、アルミ材等の金属材を用いてもよい。この板材は、細長板である。撹拌板５０は、鉄鋼材の板材を巻いて形成できるため、積層造形法（いわゆる、３Ｄプリンタ）を用いて形成した場合に比して、低コストで形成することができる。なお、つるまき状を呈する撹拌板５０は、鉄鋼材、銅材、アルミ材等の金属材を用いて、積層造形法で成形してもよい。積層造形法で成形した撹拌板は、鉄鋼材の板材を巻いて形成した撹拌板よりも形状の成形精度を高めることができる。なお、本明細書でいう、「つるまき状を呈する板材からなる撹拌板」とは、板材を巻いて形成した撹拌板、及び積層造形法により成形した撹拌板を意味する。
【００３２】
なお、図１２に示すように、撹拌板５０における軸Ｏ１を基準とした一周分を一つの撹拌部５１と定義する。
撹拌部５１は、図１２に示すように、大径撹拌部５１ａと、大径撹拌部５１ａよりも外形の大きさが小さい小径撹拌部５１ｂとの少なくとも二種類がある。大径撹拌部５１ａは、図１３に示すように、外周が内周螺旋溝ＩＧ１に当接する。小径撹拌部５１ｂの外形の大きさは、内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２の内径よりも小さく形成されている。
図１２に示すように、撹拌板５０において、３つの大径撹拌部５１ａの各々の端部同士が、軸Ｏ１に対して直列になるように一体に接続されている。この軸Ｏ１に対して直列に接続された３つの大径撹拌部５１ａを、大径撹拌部群Ｆａという。なお、大径撹拌部群Ｆａは、本実施の形態１では、３つの大径撹拌部５１ａにより構成しているが、１つ以上の大径撹拌部５１ａにより構成してもよい。
【００３３】
図１３に示すように、撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａが水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１に当接しており、この結果、撹拌板５０は水配管２１に対して位置決めされている。
特に、水冷媒熱交換器８は、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１の螺旋の回転の向きと、撹拌板５０のつるまきの回転の向きとが一致するように構成されている。すなわち、内周螺旋溝ＩＧ１は、水配管２１の水入口部側ＩＳから熱交換部側ＯＳに向けて、時計回りに回転する螺旋となるように構成され、撹拌板５０は、水配管２１の水入口部側ＩＳから熱交換部側ＯＳに向けて、時計回りに回転するつるまきとなるように構成されている。そのため、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１に対して撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａの一部が噛み合い、水配管２１と撹拌板５０とを当接面積をより確保でき、水配管２１と撹拌板５０との位置決めをより一層好適に行うことができる。
また、図１１に示すように、軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板５０の投影した外周の像は、円形状をなしており、図１１に示すように、軸Ｏ１方向から見た際の水配管２１の投影した内周螺旋溝ＩＧ１の像は、円形状をなしており、そのため、撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａは、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１に対して位置決めを行う場合に、内周螺旋溝ＩＧ１との当接面積をより確保でき、位置決めを好適に行うことができる。
【００３４】
本実施の形態１では、撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａは、水配管２１の内周面（内周螺旋溝ＩＧ１）に対してロウ付けされている。このように、撹拌板５０の径撹拌部群Ｆａを水配管２１の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定することにより、水配管２１と大径撹拌部群Ｆａとの相対移動を抑制し、水配管２１と大径撹拌部群Ｆａとの相対移動による当たりの発生による音の発生、こすれ発生による摩耗の発生が抑制される。
なお、撹拌板５０の水配管２１内側面に対して固定する箇所は、水配管２１の湾曲管部２１ａ、及び撹拌板５０が水配管２１の軸Ｏ１からずれ易い箇所に設けても良い。この場合、水配管２１内の水の流量の偏りがさらに抑制され、冷媒配管２２ａ、２２ｂから水配管２１への伝熱量の差がさらに抑制され、熱交換効率の低下がさらに抑制される。これにより、水配管２１内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水配管２１内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。
なお、撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａを水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１に対して位置決めが好適に行えるのであれば、撹拌板５０の径撹拌部群Ｆａを水配管２１の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定しなくてもよい。このように、撹拌板５０の径撹拌部群Ｆａを水配管２１の内周面に対して固定するのではなく、位置決めだけを行う場合には、固定にかかるコストや製造工程を削減できる。
【００３５】
また、図１２に示すように、撹拌板５０において、４つ以上の小径撹拌部５１ｂの各々の端部同士が、軸Ｏ１に対して直列になるように一体に接続されている。この軸Ｏ１に対して直列に接続された４つ以上の小径撹拌部５１ｂを、小径撹拌部群Ｆｂという。小径撹拌部群Ｆｂの軸心は、水配管２１の軸Ｏ１と一致するように構成されているが、必ずしも水配管２１の軸Ｏ１と一致するように構成しなくてもよい。この小径撹拌部群Ｆｂの隙間を通り、小径撹拌部群Ｆｂの内外を水配管２１内の水が出入りし、水配管２１内の水が撹拌される。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、水配管２１の外径は１２ｍｍ、水配管２１の内径は１０ｍｍ、冷媒配管２２ａ、２２ｂの外径は４ｍｍ、冷媒配管２２ａ、２２ｂの内径は２ｍｍ、撹拌板５０を構成する板材の厚さは０．５ｍｍ、小径撹拌部５１ｂの外径は８ｍｍとしているが、これに限らず、これらの寸法は適宜変更してもよい。
【００３７】
図１４は、冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板５０の関係を示す軸Ｏ１に沿った部分拡大断面図である。撹拌板５０を構成する板材は、図１４に示すように、軸Ｏ１に沿った断面において、短辺Ｓと長辺Ｌとを有している。長辺Ｌは軸Ｏ１に沿って配置されている。
図１２に示すように、小径撹拌部群Ｆｂを構成する複数の小径撹拌部５１ｂにおいて、軸Ｏ１に沿って隣り合う短辺Ｓ同士の間隔Ｋは、小径撹拌部５１ｂの長辺Ｌの長さよりも長く構成されている。このように、小径撹拌部５１ｂの長辺Ｌよりも隣り合う短辺Ｓ同士の間隔Ｋの方が長くなっているため、小径撹拌部５１ｂの長辺Ｌよりも隣り合う短辺Ｓ同士の間隔Ｋの方が短くなっている場合に比して、小径撹拌部群Ｆｂ（図１２参照）の隙間を通り小径撹拌部群Ｆｂの内外を出入りする水の流れを促進し、水配管２１内の水の撹拌をより一層好適に行うことができる。
なお、間隔Ｋの長さは、小径撹拌部５１ｂの直径の３倍の長さよりも短くなるように小径撹拌部群Ｆｂを構成することが望ましい。なお、短辺Ｓ同士の間隔Ｋとは、軸Ｏ１方向における隣り合う撹拌部５１同士の間隔である。また、短辺Ｓ同士の幅とは、その両短辺Ｓに接続されている長辺Ｌの長さである。
【００３８】
また、撹拌板５０を構成する板材の長辺Ｌが軸Ｏ１に沿って配置されているため、長辺Ｌが水の流れに面するのではなく、短辺Ｓが水の流れに面して配置されている。短辺Ｓが水の流れに面して配置されているため、長辺Ｌが水の流れに面する場合に比して、水配管２１の流路面積の低下を抑制でき、水の流れの圧損の増加を抑制しつつ、熱交換効率を高めることができる。
また、上記のように水配管２１の流路面積の低下を抑制でき、所定の水流量を確保するために出力の高い水ポンプを使用する必要がなくなり、コストの著しい増加が抑制される。また、水配管２１の長さは長く、複数の湾曲管部２１ａ（図５参照）を有するので、撹拌板５０の小径撹拌部群Ｆｂの軸心が水配管２１の軸Ｏ１からずれる場合があるが、水の流れの圧損の増加が抑制されるので、水配管２１内の水の流量の偏りが抑制され、水配管２１周方向に水の温度と冷媒配管２２ａ、２２ｂから水配管２１への伝熱量の差が抑制され、熱交換効率の向上の抑制がなくなる。このため、水冷媒熱交換器８は、水配管２１内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００３９】
撹拌板５０は、図１２に示すように、軸Ｏ１に対して直列に大径撹拌部群Ｆａと小径撹拌部群Ｆｂとが交互に接続されている。撹拌板５０は、一つの大径撹拌部群Ｆａにおける軸Ｏ１に沿った長さが、一つの小径撹拌部群Ｆｂにおける軸Ｏ１に沿った長さよりも短く構成されている。このように構成されている理由としては、大径撹拌部群Ｆａは、撹拌板５０を水配管２１に対して固定または位置決めするためのものであり、大径撹拌部群Ｆａを構成する大径撹拌部５１ａの数を極力少なくし、水配管２１内の水を撹拌させるための小径撹拌部群Ｆｂを構成する小径撹拌部５１ｂの数を多くしたいためである。
【００４０】
上記のように構成された実施の形態１の水冷媒熱交換器８では、以下のような作用効果を奏することができる。なお、図１５は、実施の形態１の作用効果を説明するための図であり、冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板５０の関係を示す軸Ｏ１に沿った部分拡大断面図である。
水配管２１の外周面には、冷媒配管２２ａ、２２ｂが固定されている。このため例えば、水配管２１の内部に何も配置されていない状態で水配管２１内に水を流すと、水配管２１の軸Ｏ１付近を流れる水は、水配管２１の内周面付近の水に比して、冷媒配管２２ａ、２２ｂ内を流れる冷媒との熱交換を行いづらい。
【００４１】
一方、本実施の形態１の水冷媒熱交換器８では、図１５に示すように、小径撹拌部５１ｂの一つの断面部分に注目して見てみると、断面部分の水入口部側ＩＳと、断面部分の熱交換部側ＯＳ、断面部分の内周側、及び断面部分の外周側に空間を有している。そのため、水配管２１内において、水入口部側ＩＳから熱交換部側ＯＳへ向けて水が流れると、小径撹拌部５１ｂの断面部分の内周側および外周側を流れた水にはカルマン渦ＫＷが発生する。このようなカルマン渦ＫＷの発生が小径撹拌部群Ｆｂの各部位で起こることにより、水配管２１内を流れる水は、小径撹拌部群Ｆｂ内から小径撹拌部群Ｆｂ外へ出たり、小径撹拌部群Ｆｂ外から小径撹拌部群Ｆｂ内へ入ったりする。すなわち、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌が好適に行われる。言い換えると、熱交換効率の低い水配管２１の軸Ｏ１付近の水と、熱交換効率の高い水配管２１の内周面付近の水が、小径撹拌部群Ｆｂによって撹拌されながら流れるので、水配管２１内を流れる水と冷媒配管２２ａ、２２ｂ内を流れる冷媒との熱交換効率が向上する。
【００４２】
本実施の形態１の水冷媒熱交換器８では、大径撹拌部群Ｆａと小径撹拌部群Ｆｂとが交互に接続されている。大径撹拌部群Ｆａは、水配管２１の内周面（内周螺旋溝ＩＧ１）に対してロウ付けされているため、冷媒配管２２ａ、２２ｂ内の冷媒、冷媒配管２２ａ、２２ｂ、水配管２１、大径撹拌部群Ｆａ、及び小径撹拌部群Ｆｂの順で冷媒の熱が熱伝導される。このため、小径撹拌部群Ｆｂは、大径撹拌部群Ｆａから熱伝導された熱を、小径撹拌部群Ｆｂの周囲の水に対して伝えることができ、水配管２１内を流れる水と冷媒配管２２ａ、２２ｂ内を流れる冷媒との熱交換効率がより一層向上させることができる。
【００４３】
冷媒熱交換器８では、図１３に示すように、冷媒配管２２ａ、２２ｂは、外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２に沿って水配管２１に当接するように構成されている。このため、水配管２１の外周面に外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２が形成されているため、水配管２１の外周面に溝がない場合に比して、水配管２１の外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２に冷媒配管２２ａ、２２ｂを当接させる際に当接面積を大きくすることが可能となり、この結果、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００４４】
また、特許文献１のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器では、水配管とねじりテープとで構成された二つのほぼ半円形状をなす空間が形成されていた。この半円形状をなす空間を流れる水は、撹拌が起こりづらい。そのため、冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率は大きく、撹拌による熱交換の比率は小さい。冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率が大きいということは、その分、水配管内を流れる水の流路面積が低下してしまう。
一方、本実施の形態１の水冷媒熱交換器８では、撹拌板５０の小径撹拌部群Ｆｂによって水配管２１内の水を好適に撹拌しているため、冷媒から水配管２１内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率を特許文献１に比して小さくし、撹拌による熱交換の比率を特許文献１に比して大きくしている。
したがって、本実施の形態１の水冷媒熱交換器８は、引用文献１のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、冷媒から水配管２１内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、撹拌による熱交換の比率を大きくしている分だけ、水配管２１の流路面積の低下を抑制でき、水の流れの圧損の増加を抑制しつつ、熱交換効率を高めることができる。また、上記のように水配管２１の流路面積の低下を抑制でき、所定の水流量を確保するために出力の高い水ポンプを使用する必要がなくなり、コストの著しい増加が抑制される。加えて、水冷媒熱交換器８は、引用文献１のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、水配管２１内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００４５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図１６を用いて説明する。この実施の形態２の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器５８の構成が、実施の形態１の水冷媒熱交換器８の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。図１６は、水冷媒熱交換器５８における冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板６０の関係を示す説明図である。
【００４６】
実施の形態２の撹拌部材としての撹拌板６０は、全長に亘って実施の形態１の小径撹拌部群Ｆｂに相当する。すなわち、撹拌板６０は、水配管２１の軸Ｏ１に沿ってつるまき状を呈する板材から構成されている。撹拌板６０は、表面が平滑な面となっている。軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板６０の投影した外周の像は、円形状をなしている。撹拌板６０の外形の大きさは、内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２の内径よりも小さくなるように構成されている。なお、撹拌板６０における軸Ｏ１を基準とした一周分を一つの撹拌部６１と定義する。
撹拌板６０が軸Ｏ１に沿って蛇行して配置されていることにより、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１又は内周螺旋溝ＩＧ２に当接しており、この結果、撹拌板５０は水配管２１に対して位置決めされている。
【００４７】
特に、水冷媒熱交換器８は、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１又は内周螺旋溝ＩＧ２の螺旋の回転の向きと、撹拌板５０のつるまきの回転の向きとが一致するように構成されている。そのため、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１又は内周螺旋溝ＩＧ２に対して撹拌板６０の一部が噛み合い、水配管２１と撹拌板６０とを当接面積をより確保でき、水配管２１と撹拌板６０との位置決めをより一層好適に行うことができる。
【００４８】
本実施の形態２では、撹拌板６０は、水配管２１の内周面（内周螺旋溝ＩＧ１又は内周螺旋溝ＩＧ２）に対してロウ付けされている。このように、撹拌板６０を水配管２１の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定することにより、水配管２１と撹拌板６０との相対移動を抑制し、水配管２１と撹拌板６０との相対移動による当たりの発生による音の発生、こすれ発生による摩耗の発生が抑制される。
なお、撹拌板６０を水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１又は内周螺旋溝ＩＧ２に対して位置決めが好適に行えるのであれば、撹拌板６０を水配管２１の内周面に対してロウ付けまたはその他の固定方法により固定しなくてもよい。このように、撹拌板６０を水配管２１の内周面に対して固定するのではなく、位置決めだけを行う場合には、固定にかかるコストや製造工程を削減できる。
【００４９】
なお、本実施の形態２では、撹拌板６０の直径は８ｍｍとしているが、これに限らず、これらの寸法は適宜変更してもよい。
図１６に示すように、撹拌板６０の撹拌部６１は、軸Ｏ１に沿った断面において、短辺Ｓと長辺Ｌとを有している。撹拌板６０が軸Ｏ１に沿って蛇行して配置されている状態において、撹拌部６１の長辺Ｌと軸Ｏ１とがなす角α１は、撹拌部６１の短辺Ｓと軸Ｏ１とがなす角α２よりも小さくなるように配置されている。
【００５０】
また、撹拌部６１における軸Ｏ１に沿って隣り合う短辺Ｓ同士の間隔Ｋは、撹拌部６１の長辺Ｌの長さよりも長く構成されている。なお、間隔Ｋの長さは、撹拌部６１の直径の３倍の長さよりも短くなるように撹拌部６１を構成することが望ましい。
さらには、長辺Ｌの軸Ｏ１に対する角度α１が、短辺Ｓの軸Ｏ１に対する角度α２よりも小さくなるように撹拌板６０が配置されているため、長辺Ｌよりも短辺Ｓが水の流れに面している。長辺Ｌよりも短辺Ｓが水の流れに面しているため、短辺Ｓよりも長辺Ｌが水の流れに面している場合に比して、撹拌板６０による水配管２１内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００５１】
撹拌板６０が軸Ｏ１に沿って蛇行して配置されていることにより、水配管２１内を流れる水は、撹拌板６０の蛇行した形状の箇所でさらに激しく撹拌されながら流通する。これにより、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
【００５２】
本実施の形態１の水冷媒熱交換器５８の撹拌板６０は、水配管２１の内周面に対してロウ付けされている。このため、冷媒配管２２ａ、２２ｂ内の冷媒、冷媒配管２２ａ、２２ｂ、水配管２１、大径撹拌部群Ｆａ、及び小径撹拌部群Ｆｂの順で冷媒の熱が熱伝導される。このため、撹拌板６０は、水配管２１から熱伝導された熱を、撹拌板６０の周囲の水に対して伝えることができ、水配管２１内を流れる水と冷媒配管２２ａ、２２ｂ内を流れる冷媒との熱交換効率がより一層向上させることができる。
【００５３】
また、特許文献１のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器では、水配管とねじりテープとで構成された二つのほぼ半円形状をなす空間が形成されていた。この半円形状をなす空間を流れる水は、撹拌が起こりづらい。そのため、冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率は大きく、撹拌による熱交換の比率は小さい。冷媒から半円形状をなす空間を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率が大きいということは、その分、水配管内を流れる水の流路面積が低下してしまう。
一方、本実施の形態２の水冷媒熱交換器５８では、撹拌板６０によって水配管２１内の水を好適に撹拌しているため、冷媒から水配管２１内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、熱伝導による熱交換の比率を特許文献１に比して小さくし、撹拌による熱交換の比率を特許文献１に比して大きくしている。
したがって、本実施の形態２の水冷媒熱交換器５８は、引用文献１のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、冷媒から水配管２１内を流れる水への熱交換に寄与するもののうち、撹拌による熱交換の比率を大きくしている分だけ、水配管２１の流路面積の低下を抑制でき、水の流れの圧損の増加を抑制しつつ、熱交換効率を高めることができる。また、上記のように水配管２１の流路面積の低下を抑制でき、所定の水流量を確保するために出力の高い水ポンプを使用する必要がなくなり、コストの著しい増加が抑制される。加えて、水冷媒熱交換器５８は、引用文献１のヒートポンプ式給湯機の給湯用熱交換器に比して、水配管２１内の水の流路面積の低下が抑制され、水の流れの圧損の増加が抑制され、水流量を確保するための水配管径の大径化や、それに伴う筐体のサイズ増加に伴うコストの増加を抑えつつ、水と冷媒との熱交換効率を高めることができる。
【００５４】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図１７を用いて説明する。この実施の形態４の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器６８の構成が、実施の形態１の水冷媒熱交換器８の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００５５】
図１７は、水冷媒熱交換器６８における冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板５０の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器６８は、実施の形態１の撹拌板５０を２つ備えている。一つの撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａが、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１に当接しており、この結果、撹拌板５０は水配管２１に対して位置決めされ、かつロウ付けで固定されている。もう一つの撹拌板５０の大径撹拌部群Ｆａが、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ２に当接しており、この結果、撹拌板５０は水配管２１に対して位置決めされ、かつロウ付けで固定されている。なお、撹拌板５０と内周螺旋溝ＩＧ１とのロウ付け、および撹拌板５０と内周螺旋溝ＩＧ２とのロウ付けを省略してもよい。
【００５６】
すなわち、２つの撹拌板５０は、水配管２１内において２条状態で配置されている。
なお、実施の形態４では、水配管２１内において２つの撹拌板５０を２条状態で配置されているが、これに限らず、水配管２１内において３つ以上の撹拌板５０を多条の状態で配置するように構成してもよい。すなわち、「水配管２１内において、複数の撹拌板５０が、２条状態、３条状態、４条状態、及び５条状態のうちいずれか一つの状態で配置されている」は、「水配管内には、複数の撹拌板が水配管の軸に沿う方向で重なり合うように配置されている」に相当する。
このように構成すると、水配管２１内において２つの撹拌板５０が２条状態で配置されていることにより、水配管２１内において１つの撹拌板５０が配置されている場合に比して、水配管２１内を流れる水をより複雑に撹拌させつつ流すことができる。この結果、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
【００５７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図１８を用いて説明する。この実施の形態４の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器７８の構成が、実施の形態１の水冷媒熱交換器８の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１８は、水冷媒熱交換器７８における冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板８０の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器７８は、２つの撹拌部材としての撹拌板８０を備えている。撹拌板８０は、その表面が平滑な面となっている。両撹拌板８０は、水配管２１内において軸Ｏ１に直交する方向で配置されている。この撹拌板８０は、実施の形態３の撹拌板６０に相当し、軸Ｏ１に沿って蛇行して配置されている。撹拌板８０の水配管２１に対する固定方法（位置決め方法）は、実施の形態２と同様のため、その説明は省略する。
【００５９】
なお、実施の形態４では、冷媒熱交換器は２つの撹拌板８０を備えているが、これに限らず３つ以上の複数個備えるようにしてもよい。このように構成すると、水配管２１内に２つの撹拌板８０が軸Ｏ１に直交する方向で配置されていることにより、水配管２１内に１つの撹拌板８０が軸Ｏ１に配置されている場合に比して、水配管２１内を流れる水をより複雑に撹拌させつつ流すことができる。この結果、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
【００６０】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図１９を用いて説明する。この実施の形態５の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器８８の構成が、実施の形態１の水冷媒熱交換器８の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６１】
図１９は、水冷媒熱交換器８８における冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板９０、９１の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器８８は、２つの撹拌部材としての撹拌板９０、９１を備えている。撹拌板９０、９１は、水配管２１の軸Ｏ１に沿ってつるまき状を呈する板材から構成されている。撹拌板９０、９１は、その表面が平滑な面となっている。図１９に示すように、軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板９０、９１の投影した外周の像は、円形状をなしている。
【００６２】
撹拌板９１の外形は、撹拌板９０の内形よりも小さくなるように構成されている。水配管２１内には、軸Ｏ１に沿って撹拌板９０が配置されており、撹拌板９０内には、軸Ｏ１に沿って撹拌板９０が配置されている。
このように構成すると、水配管２１内において、撹拌板９０内に撹拌板９１が配置されていることにより、水配管２１内に１つの撹拌板８０が軸Ｏ１に配置されている場合に比して、水配管２１内を流れる水をより複雑に撹拌させつつ流すことができる。この結果、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
【００６３】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図２０を用いて説明する。この実施の形態６の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器９８の構成が、実施の形態１の水冷媒熱交換器８の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６４】
図２０は、水冷媒熱交換器９８における冷媒配管２２、水配管２１、及び撹拌板５０の関係を示す説明図である。
冷媒熱交換器９８は、実施の形態１の撹拌板５０を複数備えている。各撹拌板５０は、水配管２１内において、軸Ｏ１に沿って互いに隣り合うように配置されている。
すなわち、実施の形態６の撹拌板５０の軸Ｏ１方向の長さが、実施の形態１の撹拌板５０の軸Ｏ１方向の長さよりも短く、その分、水配管２１内で数多く撹拌板５０が配置されていることにより、実施の形態６の水冷媒熱交換器９８は、実施の形態１の水冷媒熱交換器８と同様の作用効果を奏する。
また、実施の形態６の撹拌板５０の軸Ｏ１方向の全長の長さが、実施の形態１の撹拌板５０の軸Ｏ１方向の全長の長さよりも短くなっている分、実施の形態６の撹拌板５０は、実施の形態１の撹拌板５０に比して短い板材を用いて撹拌板５０を製造できるため、低コストで撹拌板５０を製造することができる。
【００６５】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置について図２１を用いて説明する。この実施の形態７の水冷媒熱交換器を備えたヒートポンプ装置は、水冷媒熱交換器１０８の構成が、実施の形態１の水冷媒熱交換器８の構成と相違しているものであり、それ以外の構成については、同一部品に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６６】
図２１は、水冷媒熱交換器１０８における水配管２１及び撹拌板５０の関係を示す説明図である。図２１では、説明の便宜上冷媒配管２２の図示を省略している。また、図２１では、水配管２１の内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２、内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２、外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２、及び外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２の図示を省略している。
冷媒熱交換器１０８は、実施の形態１の撹拌板５０を複数備えている。各撹拌板５０は、水配管２１内の直線管部２１ｂのみに配置されている。
このように構成されていることにより、実施の形態７の水冷媒熱交換器１０８は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。加えて、コスト削減のために水配管２１の全域に撹拌板５０を配置するのではなく、水配管２１の複数の所定箇所に撹拌板５０を配置する場合には、直線管部２１ｂに撹拌板５０を配置することが望ましい。撹拌板５０を直線管部２１ｂに配置すると、撹拌板５０の小径撹拌部群Ｆｂの軸は軸Ｏ１に沿いやすくなり、この結果、撹拌板５０の外形と水配管２１の内周面との距離が、水配管２１の内周面の全周に亘って均一となり、小径撹拌部群Ｆｂの内外を出入りする水が、水配管２１の内周面の全周に亘って均一に撹拌できる。
【００６７】
上記各実施の形態では、軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の投影した外周の像は、円形状をなしていた。これに限らず、軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の投影した外周の像は、図２２に示すような六角形、図２３に示すような楕円形、多角形、および正多角形のうちいずれか一つの形状に形成してもよい。このように、軸Ｏ１方向から見た際の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の投影した外周の像を、楕円形、多角形、および正多角形のうちいずれか一つの形状に形成すると、円形状の像に形成した場合に比して、外形がつるまきの周方向で変化しているため、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管２１内の水の撹拌をより一層好適に行うことができる。
なお、ヒートポンプ装置１の圧縮機２の出力、空気冷媒熱交換器７の性能、水冷媒熱交換器８の性能、水配管２１の長さ、冷媒の物性、等、および、ヒートポンプ装置１の設定沸き上げ能力、設定沸き上げ温度、等から決まる水配管２１の軸Ｏ１方向の水の温度勾配特性と水配管２１の軸Ｏ１方向の冷媒配管２２内の冷媒の温度勾配特性に対し、撹拌板を最適な形状に変化させてもよい。
【００６８】
上記各実施の形態の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１は、表面が平滑な面となっていたが、これに限らず、図２４に示すように、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の表面に凹凸Ｄを形成してもよい。このように構成すると、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
【００６９】
図２５は、図９のＡ−Ａ断面に対応した他の実施の形態の図であり、水配管２１と撹拌板５０、６０、８０、９０、９１との関係を示す説明図である。図２５では、冷媒配管２２の図示を省略している。上記各実施の形態の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１における軸Ｏ１に対して垂直な断面の周方向の両端に縁部Ｒを形成するようにしてもよい。すなわち、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の長辺Ｌの端部には、長辺Ｌから立ち上がる縁部Ｒが形成されている。このように構成すると、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の内外を出入りする水が縁部Ｒに衝突し水の流れが複雑になり、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
【００７０】
上記各実施の形態の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１において、撹拌板を構成する撹拌部の外形の大きさを互いに異なるように構成してもよい。このように構成すると、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
なお、例えば水と冷媒の温度差が小さい水の温度の低い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が低いため撹拌板５０、６０、８０、９０、９１を小さな外形とし、水と冷媒の温度差が大きい水の温度の高い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が高いため撹拌板５０、６０、８０、９０、９１を大きな外形として構成してもよい。この場合、水の温度の低い箇所での撹拌板５０、６０、８０、９０、９１による流路面積の減少をより抑制させ、水の温度の高い箇所で水の撹拌を激しくさせる。これにより、水配管２１内の水の流れの圧損をより抑制させ、水配管２１内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水配管２１内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。
【００７１】
上記各実施の形態の撹拌板５０、６０、８０、９０、９１において、撹拌板を構成する撹拌部の長辺の長さ又は短辺同士の間隔を互いに異ならせるように構成してもよい。このように構成すると、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の内外を出入りする水の流れが複雑になり、水配管２１内において、水配管２１の径方向での水の撹拌をより一層好適に行うことで、冷媒配管２２内の冷媒と水配管２１の軸Ｏ１付近の水との熱交換効率をより一層向上させることができる。
加えて、ヒートポンプ装置１の圧縮機２の出力、空気冷媒熱交換器７の性能、水冷媒熱交換器８の性能、水配管２１の長さ、冷媒の物性、等、および、ヒートポンプ装置１の設定沸き上げ能力、設定沸き上げ温度、等から決まる水配管２１の軸Ｏ１方向の水の温度勾配特性と水配管２１の軸Ｏ１方向の冷媒配管２２内の冷媒の温度勾配特性に対し、撹拌板を構成する撹拌部の長辺の長さ又は短辺同士の間隔を互いに最適に変化させてもよく、例えば、水と冷媒の温度差が小さい水の温度の低い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が低いため短辺同士の間隔を長く構成し、水と冷媒の温度差が大きい水の温度の高い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が高いため短辺同士の間隔を短く構成してもよい。この場合、水の温度の低い箇所で水の流路面積の減少をより抑制させ、水の温度の高い箇所で水の撹拌を激しくさせる。これにより、水配管２１内の水の流れの圧損をより抑制させ、水配管２１内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水配管２１内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。
【００７２】
上記各実施形態の水配管２１は、外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２、外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２、内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２、及び内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２を備えていた。
これに限らず、水配管２１は、図２６に示すように、外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２、外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２、内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２、および内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２を省略し、円筒形状としてもよい。この場合、水配管２１の内周面に撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の一部を当接させる。または、この場合、水配管２１の内周面に撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の一部をロウ付け等により固定する。また、水配管２１の外周面には、冷媒配管２２ａ、２２ｂをロウ付け等で固定する。
このように構成すると、水配管２１に外周螺旋溝ＯＧ１、ＯＧ２、外周螺旋凸部ＯＨ１、ＯＨ２、内周螺旋溝ＩＧ１、ＩＧ２、および内周螺旋凸部ＩＨ１、ＩＨ２を形成する工程を省くことができるため、水冷媒熱交換器を低コストで製造することができる。
【００７３】
上記第１〜第６の実施形態において、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１は、冷媒配管２２が巻き付けられている水配管２１の領域の全領域に配置してもよい。この場合、上記した撹拌板５０、６０、８０、９０、９１の作用を大きく高めることができ、水冷媒熱交換器８の熱交換効率を大きく高めることができるので、水配管２１内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。また、撹拌板５０、６０、８０、９０、９１は、冷媒配管２２が巻き付けられている水配管２１の領域の所定の一部領域に配置される構成でもよい。撹拌板５０、６０、８０、９０、９１により、水冷媒熱交換器８の材料コスト、加工コストが増加する場合があるが、水配管２１の領域の所定の一部領域に配置される場合、水冷媒熱交換器８の材料コスト、加工コストの増加が抑制され、水配管２１内の水の流れの圧損がより抑制される。ヒートポンプ装置１の圧縮機２の出力、空気冷媒熱交換器７の性能、水冷媒熱交換器８の性能、水配管２１の長さ、冷媒の物性、等、および、ヒートポンプ装置１の設定沸き上げ能力、設定沸き上げ温度、等から決まる水配管２１長さ方向の水の温度勾配特性と水配管２１長さ方向の冷媒配管２２内の冷媒の温度勾配特性に対し、最適な箇所に最小限に撹拌板５０、６０、８０、９０、９１を配置してもよく、例えば、水と冷媒の温度差が大きい水の温度の高い箇所では水の撹拌による加熱効率効果が高いので最小限に撹拌板５０、６０、８０、９０、９１を配置してもよい。この場合、水の温度の低い箇所で水の流路面積の減少をより抑制させ、水の温度の高い箇所で水を撹拌させる。これにより、水配管２１内の水の流れの圧損をより抑制させ水配管２１内を流れる水に効率よく熱を与えることができるので、水冷媒熱交換器８のコストの増加を抑制させながら、水配管２１内を流れる水の加熱効率を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１  ヒートポンプ装置
２  圧縮機
４  吸入管
５  吐出管
６  送風機
７  空気冷媒熱交換器
８、５８、６８、７８、８８、９８、１０８  水冷媒熱交換器
９  電気品収納箱
９ａ  端子台
１０  膨張弁
１２  収納容器
１４  機械室
１５  送風機室
１６  仕切板
１７  ベース
１８  フロントパネル
１８ａ  前面部
１８ｂ  左側面部
１９  バックパネル
１９ａ  後面部
１９ｂ  右側面部
２０  トップパネル
２１  水配管
２１ａ  湾曲管部
２１ｂ  直線管部
２２、２２ａ、２２ｂ  冷媒配管
２７  サービスパネル
２８  水入口バルブ
２９  湯出口バルブ
３０，３１  内部管
３３  貯湯装置
３４  貯湯タンク
３５  水ポンプ
３６，３７  外部管
３８，３９  管
４０  混合弁
４１  給湯管
４２  給水管
４３  給湯管
４４  給水管
５０、６０、８０、９０、９１  撹拌部材としての撹拌板
５１、６１  撹拌部
５１ａ  大径撹拌部
５１ｂ  小径撹拌部
Ｄ  凹凸
Ｆａ  大径撹拌部群
Ｆｂ  小径撹拌部群
ＩＧ１、ＩＧ２  内周螺旋溝
ＩＨ１、ＩＨ２  内周螺旋凸部
ＩＳ  水入口部側
Ｋ  間隔
ＫＷ  カルマン渦
Ｌ  長辺
Ｏ１  軸
ＯＳ  熱交換部側
ＯＧ１、ＯＧ２  外周螺旋溝
ＯＨ１、ＯＨ２  外周螺旋凸部
Ｒ  縁部
Ｓ  短辺
α１、α２  角
【図１】
2020194426.tif 000003
【図２】
2020194426.tif 000004
【図３】
2020194426.tif 000005
【図４】
2020194426.tif 000006
【図５】
2020194426.tif 000007
【図６】
2020194426.tif 000008
【図７】
2020194426.tif 000009
【図８】
2020194426.tif 000010
【図９】
2020194426.tif 000011
【図１０】
2020194426.tif 000012
【図１１】
2020194426.tif 000013
【図１２】
2020194426.tif 000014
【図１３】
2020194426.tif 000015
【図１４】
2020194426.tif 000016
【図１５】
2020194426.tif 000017
【図１６】
2020194426.tif 000018
【図１７】
2020194426.tif 000019
【図１８】
2020194426.tif 000020
【図１９】
2020194426.tif 000021
【図２０】
2020194426.tif 000022
【図２１】
2020194426.tif 000023
【図２２】
2020194426.tif 000024
【図２３】
2020194426.tif 000025
【図２４】
2020194426.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月2日(2021.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の水が内部を流通する水配管と、
前記水配管の外周面に当接して配置され、前記水配管の内部の前記水と熱交換を行う冷媒が内部を流通する冷媒配管と、
前記水配管内に配置され、前記水配管の軸に沿ってつるまき状を呈する板材からなる撹拌部材とを備え、
前記水配管の内周面には、前記軸に沿った螺旋状の溝である内周螺旋溝が形成されており、
前記撹拌部材の少なくとも一部が前記内周螺旋溝に当接している水冷媒熱交換器。
【請求項２】
前記内周螺旋溝の螺旋の回転の向きと、前記撹拌部材のつるまきの回転の向きとが一致するように構成されている
請求項１に記載の水冷媒熱交換器。
【請求項３】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒と水との間で熱を交換する請求項１または請求項２に記載の水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器によって熱交換した冷媒を減圧させる減圧装置と、
前記減圧装置で減圧された冷媒と外気との間で熱を交換する蒸発器と、
を備えるヒートポンプ装置。
【国際調査報告】
2020194426.tif 000029
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2020194426.tif 000031
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