(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第２熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第１熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈していることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第１熱交換パイプは前記第２熱交換パイプとともに螺旋状に巻回され、かつ、熱媒体が流れる第２熱交換パイプは、第１熱交換器における偏平楕円形状の幅広方向に沿って埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第２熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第１熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈していることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記第１熱交換パイプは前記第２熱交換パイプとともに螺旋状に巻回され、かつ、熱媒体が流れる第２熱交換パイプは、第１熱交換器における偏平楕円形状の幅広方向に沿って埋め込まれていることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器及びヒートポンプ式給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、この種のヒートポンプ式給湯機では、特開２００１-１１６３５７号公報に開示されているように、冷媒対水用の熱交換器を用いて、冷媒の熱と水とを熱交換することにより、水を加熱して給湯タンク等に貯溜可能としている。
【０００３】
ところで、従来の冷媒対水用の熱交換器１は、図９に示すように、給湯回路の水が流れる第１熱交換パイプ２と、圧縮機で圧縮された高温・高圧のガス冷媒が流れる冷媒循環回路の第２熱交換パイプ３とが接触して熱交換するように、交互に重ねて螺旋状に巻回されており、全体形状が概ね円筒状を呈するように構成されている。
【０００４】
前記熱交換器１は、それの下端側が、例えば、ヒートポンプ式給湯機の外装ケースの底板４上に載置され、上端側に被せた固定用蓋板５と外装ケースの底板４とをボルト・ナット等の固定具６を用いて外装ケース内に設置固定されてなるものである。
【０００５】
ところで、上述した従来の冷媒対水用の熱交換器１においては、第１及び第２熱交換パイプ２、３の接触面積を増加させるために、両熱交換パイプ２、３の縦断面形状を偏平楕円状に形成しているものの、両熱交換パイプ２、３は交互に重なった状態であるため、巻数を増やして熱交換率を高めようとすると、熱交換器１の高さが高くなり大型化してしまう問題があった。
【０００６】
また、内部に水が流れる第１熱交換パイプ２は、流れる水が飲用される場合も多々ある関係上、殺菌作用を有する銅や銅合金で作られ、一方、冷媒が流れる第２熱交換パイプ３は、一般にはアルミニウムやアルミニウム合金で作られている。（第１熱交換パイプ２には偏平楕円管が使用される。第２熱交換パイプ３は、冷媒の圧力が高くこの圧力により偏平楕円管が変形し易いため、外側の縦断面形状が偏平楕円で内部に複数の円形の流通孔を有する多穴管が使用される。）このように、互いに接触する第１熱交換パイプ２と第２熱交換パイプ３とが異種金属であると、それが原因で電食を引き起こすため、アルミニウムやアルミニウム合金で作られ熱交換パイプには塗装やアルマイト処理等による表面処理を施して電食を防ぐ必要があった
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、コンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器を提供できるようにすることと、効率の良いヒートポンプ運転が行えるヒートポンプ式給湯機を提供できるようにすることを主目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の熱交換器の発明は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第２熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第１熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈していることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の熱交換器の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記第１熱交換パイプは前記第２熱交換パイプとともに螺旋状に巻回され、かつ、熱媒体が流れる第２熱交換パイプは、第１熱交換器における偏平楕円形状の幅広方向に沿って埋め込まれていることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機の発明は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第２熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第１熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈していることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機の発明は、請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記第１熱交換パイプは前記第２熱交換パイプとともに螺旋状に巻回され、かつ、熱媒体が流れる第２熱交換パイプは、第１熱交換器における偏平楕円形状の幅広方向に沿って埋め込まれていることを特徴とする。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【発明の実施形態】
〔第１実施形態〕以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態における熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機の全体概略構成図、図２は冷媒循環回路及び給湯回路を示す概略図である。
【００２３】
図１及び図２において、ヒートポンプ式給湯機１０は、圧縮機１１、冷媒対水用熱交換器（以下、単に熱交換器という）１２、減圧装置１３、及び蒸発器１４を有し、これらの構成部品を順次冷媒配管にて接続してなる冷媒循環回路Ａと、貯湯タンク１５、循環ポンプ１６、及び前記熱交換器１２を有し、これらの構成部品を順次温水配管にて接続してなる給湯回路Ｂとから構成されている。前記圧縮機１１、熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４、貯湯タンク１５及び循環ポンプ１６等は外装ケース１７内に収容されている。前記熱交換器１２内は、後述する第２熱交換パイプ１２Ｂが並列２経路に配設されている。
【００２４】
前記外装ケース１７は、上室１７Ａと下室１７Ｂとに仕切り壁１８にて仕切られており、前記上室１７Ａ内には圧縮機１１、蒸発器１４、及びこの蒸発器１４に送風する送風機１９等が配置され、一方、前記下室１７Ｂ内には熱交換器１２、貯湯タンク１５、循環ポンプ１６等が配置されている。
【００２５】
符号２０は外装ケース１７の底板としての架台であり、この架台２０上に熱交換器１２と循環ポンプ１６が載置固定され、貯湯タンク１５が支持脚１５Ａを介して載置固定されている。
【００２６】
上記したヒートポンプ式給湯機１０では、前記圧縮機１１より吐出された高温・高圧のＣＯ2冷媒等の過熱ガス冷媒は、前記熱交換器１２に流入し、ここで前記循環ポンプ１６から送られてきた水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は、前記減圧装置１３で減圧され、前記蒸発器１４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１１へ戻る。一方、前記熱交換器１２で加熱された湯は、前記貯湯タンク１５の上部に流入し、この貯湯タンク１５で貯湯され、この貯湯タンク１５に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給される。
【００２７】
次に、前記した熱交換器１２を、図３〜図５に基づいて詳述する。図３は熱交換器の縦断面図、図４は互いに一体化された状態の第１及び第２熱交換パイプの側面図、図５は第１熱交換パイプの第１実施形態を示す要部縦断面拡大図である。
【００２８】
図３において、前記熱交換器１２は、内部に前記循環ポンプ１６から送られた水（被熱交換液）が流れる第１熱交換パイプ１２Ａと、内部に過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れる２経路の第２熱交換パイプ１２Ｂとが、熱交換関係に設けられている。即ち、前記第１熱交換パイプ１２Ａは、それの周壁に軸方向に沿って延びる２条の窪み部２２が連続的に形成され、これら窪み部２２内に前記第２熱交換パイプ１２Ｂが第１熱交換パイプ１２Ａと熱交換関係に圧着固定されている。
【００２９】
ここで、前記第１熱交換パイプ１２Ａは、例えば厚さが約１ｍｍで外径が約１２．７ｍｍの銅パイプを素材としたものであり、前記第２熱交換パイプ１２Ｂは、前記第１熱交換パイプ１２Ａと同質材料である例えば厚さが約１．２ｍｍで外径が約６ｍｍの銅パイプを素材としたものである。
【００３０】
この第１熱交換パイプ１２Ａに対して、第２熱交換パイプ１２Ｂを抱き込み一体化させる加工方法としては、引き抜き加工が用いられる。即ち、第１熱交換パイプ１２Ａを構成する銅パイプを引き抜き加工機に挿入すると、この銅パイプの周壁に軸方向に連続し、かつ所定間隔を有して２条の窪み部２２が形成される。これら２条の窪み部２２内に第２熱交換パイプ１２Ｂとしての２本の銅パイプが介挿入された後、第１熱交換パイプ１２Ａを構成する銅パイプが径方向に加圧される。こうして、第１熱交換パイプ１２Ａの窪み部２２内に第２熱交換パイプ１２Ｂが圧着された状態となって介在する。
【００３１】
上述のように引き抜き加工されて、第２熱交換パイプ１２Ｂを抱き込んだ状態の第１熱交換パイプ１２Ａは、図４に示すように、両端部が縮径されるとともに、図５に示すように、両端部を除く略全長にわたって偏平楕円状となるように変形させた後、図３に示すように、螺旋状に巻回される。そして、熱交換器１２が全体形状として概ね円筒状に形成される。
【００３２】
こうして、概ね円筒状に形成された熱交換器１２は、図３に示すように、外装ケース１７の架台２０上に載置されると共に上端に固定用蓋板２３が被せられて、この固定用蓋板２３と架台２０とがボルト・ナット等の締着具２４によって締着されることで、架台２０上に載置固定される。符号２５は熱交換器１２の外周を覆う断熱材である。
【００３３】
上述のように構成された熱交換器１２は、過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れる第２熱交換パイプ１２Ｂを、水（被熱交換液）が流れる第１熱交換パイプ１２Ａに抱き込んだ形態として、第１熱交換パイプ１２Ａを螺旋状に巻回することにより、その形状が概ね円筒状に形成されるものであるから、両熱交換パイプ２、３を交互に重ねて螺旋状に巻回した従来構成品（図９参照）に比べてコンパクト化が図れるばかりでなく、第１熱交換パイプ１２Ａと第２熱交換パイプ１２Ｂとは、両者間に隙間が生じることなく、第２熱交換パイプ１２Ｂが第１熱交換パイプ１２Ａに抱き込まれる形態で、直接接触するので、第２熱交換パイプ１２Ｂの熱が第１熱交換パイプ１２Ａ内を流れる水にほとんど無駄なく熱交換され、水が約９０℃に加熱され、熱交換効率が向上する。
【００３４】
また、前記両熱交換パイプ１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ同材質金属としての銅パイプが用いられているから、互いに接触する第１熱交換パイプ１２Ａと第２熱交換パイプ１２Ｂとの間で電食が発生する心配がなく、電食が原因での腐食や穴開き等を防止できる。
【００３５】
また、上記構成の熱交換器１２を備えたヒートポンプ式給湯機１０では、熱交換器１２のコンパクト化が図れることから、外装ケース１７内を効率良く活用できるともに、水と冷媒との熱交換効率を向上することができ、効率の良いヒートポンプ運転を行うことができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕以下、本発明の第２実施形態について、図６に基づいて説明する。図６は、第１及び第２熱交換パイプの要部縦断面図を示すものである。なお、図５と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３７】
上述の第１実施形態では、偏平楕円状に加工される第１熱交換パイプ１２Ａの一端側に所定間隔を有して２条の窪み部２２が形成され、これら２条の窪み部２２に２本の第２熱交換パイプ１２Ｂが圧着固定される形態としているが、第２実施形態では、図６に示すように、第１熱交換パイプ３１の互いに対向する位置にそれぞれ窪み部２２を形成し、これら２条の窪み部２２に第２熱交換パイプ１２Ｂが抱き込んだ状態に圧着される。その後、第１熱交換パイプ３１は、略全長にわたって偏平楕円状に加工される。
【００３８】
このように、第１熱交換パイプ３１の互いに対向する位置に、第２熱交換パイプ１２Ｂを配設する窪み部２２を設けることによって、第１熱交換パイプ３１内の窪み部２２周囲における水の流れを円滑にし、両熱交換パイプ３１、１２Ｂの熱交換効率の向上を図るものである。これにより、水と冷媒との熱交換効率を向上し、効率の良いヒートポンプ運転が行える。そして、効率の良いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【００３９】
また、両熱交換パイプ３１、１２Ｂは、第１熱交換パイプ３１に第２熱交換パイプ１２Ｂを抱き込んだ形態とし、かつ、偏平楕円状に形成されるので、これら両熱交換パイプ３１、１２Ｂを交互に重ねて螺旋状に巻回し形成される熱交換器は、従来構成品に比べてコンパクト化が図れる。
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
〔第３実施形態〕以下、本発明の第３実施形態について、図７に基づいて説明する。図７は、第１及び第２熱交換パイプの要部縦断面図である。なお、図５と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４４】
図７において、第３実施形態は、第１実施形態の第１及び第２熱交換パイプ３４、１２Ｂにおいて、一方の窪み部２２間の周壁に軸方向に沿って延びる凹部３５を設けたものである。この凹部３５を設け、窪み部２２から離れた部分の第１熱交換パイプ３４内の容量を減らすことにより、第１熱交換パイプ３４内を流れる水が窪み部２２の周囲に多く流れるようになる。
【００４５】
これにより、両熱交換パイプ３４、１２Ｂ間の熱交換が促進され、水と冷媒との熱交換効率を向上することができる。そして、効率の良いヒートポンプ式給湯機を提供することができる。
【００４６】
また、両熱交換パイプ３１、１２Ｂは、第１熱交換パイプ３１に第２熱交換パイプ１２Ｂを抱き込んだ形態とし、かつ、偏平楕円状に形成されるので、これら両熱交換パイプ３１、１２Ｂを交互に重ねて螺旋状に巻回することにより形成される熱交換器は、従来構成品に比べてコンパクト化が図れる。
【００４７】
以上、本発明を３つの実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
第１〜第３実施形態では、第１熱交換パイプ１２Ａ、３１、３２、３４と第２熱交換パイプ１２Ｂに銅パイプを用いているが、両熱交換パイプ１２Ａ、１２Ｂは銅合金パイプであっても良く、また、ステンレスパイプであっても良い。
【００４９】
また、本実施形態では、第１熱交換パイプ１２Ａの周壁の軸方向に沿って２本の第２熱交換パイプ１２Ｂを圧着固定しているが、圧着固定される第２熱交換パイプ１２Ｂの本数は、２本に限定されるものではなく、３本以上であっても良い。
【００５０】
さらに、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換器は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプの周壁にはその軸方向に沿って前記第２熱交換パイプが複数本埋め込まれており、前記被熱交換液が流れる第１熱交換パイプは断面が偏平楕円形状を呈しているので、熱交換器のコンパクト化が図れるばかりでなく、熱媒体が流れる第２熱交換パイプの熱が第１熱交換パイプ内を流れる水等の被熱交換液に無駄なく熱交換され、熱交換効率が向上して熱交換性能の高い熱交換器となせると共に、設置部上に安定的に固定でき、高さ寸法を抑えてコンパクトな熱交換器となせる。
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
また、本発明のヒートポンプ式給湯機は、請求項１、２に記載のコンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器を備えているので、給湯機自体の大きさをコンパクト化できるとともに、効率の良いヒートポンプ運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機の全体概略構成図である。
【図２】  本発明に係るヒートポンプ式給湯機の冷媒循環回路及び給湯回路を示す概略図である。
【図３】  本発明に係る熱交換器の一実施形態を示す冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。
【図４】  本発明に係る一体化された状態の第１熱交換パイプと第２熱交換パイプの側面図である。
【図５】  本発明に係る第１熱交換パイプの第１実施形態を示す要部縦断面図である。
【図６】  本発明に係る第１熱交換パイプの第２実施形態を示す要部縦断面図である。
【図７】  本発明に係る第１熱交換パイプの第３実施形態を示す要部縦断面図である。
【図８】    従来の実施形態を示す冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。
【符号の説明】
１０  ヒートポンプ式給湯機
１１  圧縮機
１２  冷媒対水用熱交換器（熱交換器）
１２Ａ、３１、３２、３４  第１熱交換パイプ
１２Ｂ  第２熱交換パイプ
１３  減圧装置
１４  蒸発器
１５  貯湯タンク
１６  循環ポンプ
１７  外装ケース
２２  第１熱交換パイプの窪み部
３３、３５  凹部
【図１】
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【図２】
0003768147.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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