(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器、膨張装置、及び外気と熱交換して蒸発器として作用する室外熱交換器を順次接続した冷媒回路を備え、
前記対水熱交換器は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒を流通させる流路を備えたアルミニウム製の第１伝熱管と加熱される給湯水を流通させる流路を備えた銅製の第２伝熱管とを、相互間の熱交換が可能となるように螺旋コイル状に巻きつけて構成し、
前記第１伝熱管と第２伝熱管のうち、一方の伝熱管は、それの外表面に、他方の伝熱管を形成する金属材料と同一の金属材料からなるメッキ層が形成され、そのメッキ層を間にして相互に接触させる構成としたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種金属から成る二つの伝熱管が熱交換可能に接触する接触型の対水熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯装置には、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の吐出ガス冷媒で給湯水とを熱交換させる対水熱交換器と、冷却された冷媒を減圧する膨張装置と、減圧された低圧冷媒と外気とを熱交換させて外気から熱を汲み上げる蒸発器と、前記対水熱交換器で加熱された給湯水を貯湯する貯湯タンクとを備えたヒートポンプ式給湯装置がある。
【０００３】
また、このようなヒートポンプ式給湯装置においては、圧縮機から吐出された高温高圧ガス冷媒で給湯水を加熱する対水熱交換器が必要となるが、この対水熱交換器として接触型熱交換器が用いられている。この接触型熱交換器は、例えば、冷媒を流通させる伝熱管と給湯水を流通させる伝熱管とを、熱交換可能にメカニカルに接触させて積み重ね、積み重ねた状態で螺旋コイル状に巻き、固定部材で固定したものである。
【０００４】
一方、従来のヒートポンプ式給湯装置においては、冷媒によるオゾン層破壊の問題と、より高温の温水温度が望まれていることから、使用冷媒として、従来の冷媒であるＨＣＦＣ２２より吐出ガス温度が高温になる、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン冷媒や、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒の利用が検討されている。
【０００５】
ところが、このような新しい冷媒を使用すると、高圧側圧力が高くなるため、高圧冷媒を利用し得る伝熱管の構造や製法の研究が行われており、この研究に伴い、従来の銅以外の材料からなる伝熱管の使用が検討されるようになってきている。例えば、冷媒を流通させる伝熱管をアルミニウム材料から成る押出成型品とし、給湯水を流通させる伝熱管を、銅管を加圧して扁平にしたプレス加工品とすることなどが考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにアルミニウムと銅というように異種金属からなる二つの伝熱管を熱交換可能にメカニカルに接触させる接触型熱交換器とした場合、両伝熱管の接触部においては、金属材料のイオン化傾向が異なることになる。また、両伝熱管の接触面間の隙間には、空気中の水分が結露したり、雨水が浸入したりするなどの原因で水が溜まる可能性がある。そして、両伝熱管の接触面間の隙間に何らかの原因で水が溜まった場合には、イオン化傾向の大きい金属材料であるアルミニウム材から成る伝熱管が電解腐食されてしまうという問題のあることが分った。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題を解決したものであって、異種金属材料から成る二つの伝熱管を熱交換可能に接触させた接触型の対水熱交換器を用いて、電解腐食を防止することが可能なヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器、膨張装置、及び外気と熱交換して蒸発器として作用する室外熱交換器を順次接続した冷媒回路を備え、前記対水熱交換器は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒を流通させる流路を備えたアルミニウム製の第１伝熱管と加熱される給湯水を流通させる流路を備えた銅製の第２伝熱管とを、相互間の熱交換が可能となるように螺旋コイル状に巻きつけて構成し、前記第１伝熱管と第２伝熱管のうち、一方の伝熱管は、それの外表面に、他方の伝熱管を形成する金属材料と同一の金属材料からなるメッキ層が形成され、そのメッキ層を間にして相互に接触させる構成としたことを特徴とする。このように構成すれば、吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器における第１伝熱管と第２伝熱管との接触面間の隙間に水が溜まっても、両接触面が同一の金属材料であるため、両接触面間の電位差が零となり、イオン化傾向の大きい伝熱管の電解腐食を防止することができて、電解腐食の恐れが少なくなり、かつ、熱交換効率の良い対水熱交換器を使用することができ、信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置を得ることができる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
また、前記第１伝熱管をアルミニウム製とし、第２伝熱管を銅製とすることにより、アルミニウムは熱伝導性に優れかつ押出成形が可能な金属材料であるため、内部に複数の小流路を有する伝熱管を形成する材料として好適である。また、銅は熱伝導性及び加工性に優れた金属材料であり汎用性の高い伝熱管を得ることができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．以下、本発明をヒートポンプ式給湯装置に具体化した実施の形態１を、図１〜４を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の概略冷媒回路図であり、図２は同実施の形態１に係る対水熱交換器の正面図であり、図３は同対水熱交換器のＡ部拡大断面図であり、図４は同対水熱交換器のさらに詳しい要部拡大断面図である。
【００１６】
実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置は、図１に示すように、圧縮機１１、圧縮機の吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器１２、膨張装置１３、外気と熱交換して蒸発器として作用する室外熱交換器１４、アキュームレータ１５を順次接続した冷媒回路１０を備える。また、この冷媒回路１０以外に、対水熱交換器１２で冷媒により加熱された給湯水を貯湯する貯湯タンク１９、給湯水を貯湯タンク１９と対水熱交換器１２との間で循環させる循環ポンプ１８などを備えている。
【００１７】
対水熱交換器１２は、図２及び図３に示すように、第１流体としての冷媒が流通する流路２１を形成した第１伝熱管２０と、第２流体としての給湯水が流通する流路３１を形成した第２伝熱管３０とから成る。第１伝熱管２０は、横断面が略矩形状のアルミニウム製押出成形品である。第２伝熱管３０は、通常の断面円形の銅管材をプレス加工して横断面を長円形状の扁平管に形成したものである。また、対水熱交換器１２は、図２及び図３に示すように、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０とを扁平面同士で重ね合わせ、この状態のものを螺旋コイル状に巻きつけ、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０とが交互に密に積み重なる状態となしている。そして、このように形成することにより、対水熱交換器１２は、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０とを、上下の相互間で熱交換可能となるようにメカニカルに接触させ、第１流体と第２流体との間で熱交換できるようにした接触型熱交換器として構成される。
【００１８】
また、対水熱交換器１２は、流通する冷媒（図１において、実線矢印が冷媒の流れを示す）と給湯水（図１において、破線矢印が給湯水の流れを示す）とが対向流をなすように構成され、効率よく高温の温水が得られるように構成されている。
【００１９】
また、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０とは、上述のように、イオン化傾向の異なる金属材料から成る。そして、アルミニウム製の第１伝熱管２０は、外表面全体に、第２伝熱管３０の金属材料である銅材料から成るメッキ層４１が形成されている。
【００２０】
上記のように構成されたヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機１１を運転することにより、圧縮機１１から吐出された高温高圧の吐出ガス冷媒が対水熱交換器１２の第１伝熱管２０に送られる。第１伝熱管２０は、前述したように、第２伝熱管３０と熱交換可能にメカニカルに接触しているので、第２伝熱管３０を通過する給湯水が第１伝熱管２０を通過する吐出ガス冷媒の熱で加熱される。加熱された給湯水は、循環ポンプ１８により貯湯タンク１９に戻され、貯湯タンク１９の上方に貯留される。一方、冷媒は対水熱交換器１２で冷却されて膨張装置１３に供給され、膨張装置１３で減圧されて気液２相流となって室外熱交換器１４に循環する。室外熱交換器１４に送られた気液２相の低圧冷媒は、外気と熱交換して外気から熱を汲み上げて蒸発し、圧縮機１１に戻る。
【００２１】
このように構成された本実施の形態１によれば、対水熱交換器１２は、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０とが異種金属で形成されているが、第１伝熱管２０の外表面全体に、第２伝熱管３０の金属材料（この場合銅）からなるメッキ層４１が形成されていることにより、両伝熱管２０、３０の接触面は、同一材料の表面接触となる。したがって、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０の両接触面間に水が溜まったとしても、両接触面間の電位差が０となり電解腐食を生ずることはない。なお、第１伝熱管２０は、外表面全体ではなく、第２伝熱管３０との接触面のみにメッキ層を設けたものとしても、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０との接触面における電解腐食を防止することができるが、このメッキ層の端部と第１伝熱管２０の素材表面との間で電解腐食を生ずる恐れがあるので、第１伝熱管２０の外表面全体にメッキ層４１を設ける方が好ましい。
【００２２】
また、対水熱交換器１２は、流体圧力の大きい冷媒を流通させる第１伝熱管２０をアルミニウム製としているので、本実施の形態に記載されているような特殊形状の、耐圧性の高い押出成形品を伝熱管として使用することができる。また、この対水熱交換器１２は、圧力の低い給湯水を流通させる第２伝熱管３０を銅製としているので、本実施の形態に示されているように、通常の断面円形の銅管をプレス加工したような安価なものを使用することができる。
【００２３】
また、上記のように構成されたヒートポンプ式給湯装置によれば、吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器１２に、異種金属材料からなる第１伝熱管２０及び第２伝熱管３０を使用しても、イオン化傾向の大きい材料（この場合アルミニウム）からなる第１伝熱管２０に電解腐食が発生するようなことがなく、信頼性の高い給湯装置を得ることができる。
【００２４】
実施の形態２．
次に、図５に基づき実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１において、対水熱交換器１２の構成を変更したものであり、他の構成は実施の形態１と同一である。そこで、図５には実施の形態２に係る対水熱交換器の要部のみを図示する。なお、図５において実施の形態１と同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２５】
前述の実施の形態１に係る対水熱交換器１２は、第１伝熱管（この場合の伝熱管を構成する金属材料はアルミニウム）２０の外表面全体に、第２伝熱管３０の構成金属材料（この場合銅）からなるメッキ層４１を形成したものであるのに対し、この実施の形態２に係る対水熱交換器１２は、第２伝熱管３０の外表面全体に、第１伝熱管２０の構成金属材料（この場合アルミニウム）からなるメッキ層４２を形成している。
【００２６】
このように構成された本実施の形態２によれば、対水熱交換器１２は、実施の形態１の場合と同様に、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０との接触面は、同一材料の表面接触となるので、第１伝熱管２０と第２伝熱管３０の両接触面間に水が溜まったとしても、両接触面間の電位差が０となり電解腐食を生ずることはない。したがって、この実施の形態２においても、前述の実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
実施の形態３．
次に、図６に基づき実施の形態３について説明する。
実施の形態３は、実施の形態１において、対水熱交換器１２の構成を変更したものであり、他の構成は実施の形態１と同一である。そこで、図６には実施の形態３に係る対水熱交換器のみを図示する。なお、図６において実施の形態１と同一の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３４】
実施の形態３に係る対水熱交換器１２は、図６に示すように、第１伝熱管（この場合アルミニウム製）２０の内部が複数の隔壁２７により複数の流路２６に形成された熱交換器であり、押出成形されたものである。この流路２６は、幅径１ｍｍ〜５ｍｍの孔であり、複数の隔壁２７を並設することにより、複数の流路２６が第１伝熱管２０の扁平面に平行に複数設けられている。
【００３５】
このように構成された実施の形態３によれば、第１伝熱管２０は、複数の隔壁２７を設けたことにより強度を増すことができる。この結果、第１伝熱管２０の流路２６には、圧力の高い流体を流通させることができる。例えば、圧縮機の吐出ガス冷媒の温度及び圧力が高くなるような、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ３２を含む混合冷媒などの代替フロン冷媒や、二酸化炭素、アンモニアなどの自然冷媒を使用することができる。また、このような冷媒を使用可能とすることにより、地球環境保全に貢献することができる。また、第１伝熱管２０は、強度の増加によって管壁の厚みｄを薄くすることができる。したがって、対水熱交換器１２は、熱交換率が向上し、小型化することができる。また、この実施の形態５のように、第１伝熱管２０は、金属材料としてアルミニウムを使用すれば、押出成形により成形することができる。
【００３６】
【００３７】
【発明の効果】
本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、圧縮機、圧縮機の吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器、膨張装置、及び外気と熱交換して蒸発器として作用する室外熱交換器を順次接続した冷媒回路を備え、前記対水熱交換器は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒を流通させる流路を備えたアルミニウム製の第１伝熱管と加熱される給湯水を流通させる流路を備えた銅製の第２伝熱管とを、相互間の熱交換が可能となるように螺旋コイル状に巻きつけて構成し、前記第１伝熱管と第２伝熱管のうち、一方の伝熱管は、それの外表面に、他方の伝熱管を形成する金属材料と同一の金属材料からなるメッキ層が形成され、そのメッキ層を間にして相互に接触させる構成としたから、吐出ガス冷媒により給湯水を加熱する対水熱交換器における第１伝熱管と第２伝熱管との接触面間の隙間に水が溜まっても、両接触面が同一の金属材料であるため、両接触面間の電位差が零となり、イオン化傾向の大きい伝熱管の電解腐食を防止することができて、電解腐食の恐れが少なくなり、かつ、熱交換効率の良い対水熱交換器を使用することができ、信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置を得ることができる。
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯装置の概略冷媒回路図である。
【図２】  同実施の形態１における対水熱交換器を示す正面図である。
【図３】  同対水熱交換器のＡ部拡大断面図である。
【図４】  同対水熱交換器のさらに詳しい要部拡大断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態２に係る対水熱交換器の要部拡大断面図である。
【図６】  本発明の実施の形態３に係る対水熱交換器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０   冷媒回路
１１   圧縮機
１２   対水熱交換器
１３   膨張装置
２０   第１伝熱管
２１、２６    流路
２７   隔壁
３０   第２伝熱管
３１   流路
４１、４２      メッキ層
【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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【図６】
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