JP2008170049A - 水々熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換の効率が高く、熱交換能力の異なる要求にも対応できる水々熱交換器を提供すること。
【解決手段】追焚き用熱交換器２９は中央部の熱交換部６０と、該熱交換部６０の両側部に設けられる導出入分配部６１、６２とから構成される。通路８４Ａに熱交換液導入管８２を介して導入された熱交換液が第１通路６３、第３通路６７、第５通路７１及び第７通路７５内に流れるように、通路８４Ｂに熱交換部６０から導入された被熱交換液が第２通路６５、第４通路６９及び第６通路７３内を流れて被熱交換液導出管８３から導出できるように構成する。通路９４Ａに第１通路６３、第３通路６７、第５通路７１及び第７通路７５からの熱交換液が熱交換液導出管９２から導出するように、被熱交換液導入管９３を介して導入された被熱交換液が第２通路６５、第４通路６９及び第６通路７３内に流れるように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、水々熱交換器、例えばヒートポンプ式給湯装置における追焚き用熱交換器等の水々熱交換器に関する。

この種のヒートポンプ式給湯装置は、例えば、特許文献１などで知られており、追焚き用熱交換器等の水々熱交換器も広く知られている。
特開２００４−２３２９７８号公報

そして、このような水々熱交換器は、市場において、熱交換の効率の高いものが要求され、ときに市場において熱交換能力が異なるものが求められる。

そこで本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、熱交換の効率が高く、熱交換能力の異なる要求にも対応できる水々熱交換器を提供することを目的とする。

このため第１の発明は、熱交換液か被熱交換液が流れる管とこの管との間に被熱交換液か熱交換液が流れる管を同心円状に配設した熱交換部と、この熱交換部の一側部に熱交換液導入口及び被熱交換液導出口を備えた第１の導出入分配部と、前記熱交換部の他側部に被熱交換液導入口及び熱交換液導出口を備えた第２の導出入分配部とを備え、前記第１の導出入分配部の熱交換液導入口から導入された熱交換液を該第１の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入すると共に前記第２の導出入分配部の被熱交換液導入口から導入された被熱交換液を該第２の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入することにより熱交換液と被熱交換液と熱交換させ、この熱交換の後、記第２の導出入分配部の熱交換液導出口から熱交換液を導出させると共に前記第１の導出入分配部の被熱交換液導出口から被熱交換液を導出させることを特徴とする。

第２の発明は、多重に同心円状に管が配設されて各管との間に熱交換液と被熱交換液が交互に流れるように構成された熱交換部と、この熱交換部の一側部に熱交換液導入口及び被熱交換液導出口を備えた第１の導出入分配部と、前記熱交換部の他側部に被熱交換液導入口及び熱交換液導出口を備えた第２の導出入分配部とを備え、前記第１の導出入分配部の熱交換液導入口から導入された熱交換液を該第１の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入すると共に前記第２の導出入分配部の被熱交換液導入口から導入された被熱交換液を該第２の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入することにより熱交換液と被熱交換液と熱交換させ、この熱交換の後、記第２の導出入分配部の熱交換液導出口から熱交換液を導出させると共に前記第１の導出入分配部の被熱交換液導出口から被熱交換液を導出させることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、内側の管の外方へ複数の間隔形成部を突出させて、外側の管に前記間隔形成部を当接するようにして、熱交換液か被熱交換液が流れる通路の間隔を形成するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、熱交換の効率が高く、熱交換能力の異なる要求にも対応できる水々熱交換器を提供することができる。

以下、図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態について説明する。先ず、本発明に係る水々熱交換器である追焚き用熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯装置の実施形態について、説明する。全体構成の概略構成図である図１において、ヒートポンプ式の給湯装置１０はヒートポンプユニット１１と、このヒートポンプユニット１１に配管接続される貯湯タンクユニット１２とで構成され、これらヒートポンプユニット１１及び貯湯タンクユニット１２は、通常屋外に設置される。

前記ヒートポンプユニット１１は、ユニット本体１１Ａ内に、ロータリー２段圧縮機などの能力可変の圧縮機１３、加熱装置としての水冷媒熱交換器１４、電動膨張弁などの減圧装置１５、空気熱交換器である蒸発器１６、該蒸発器１６に通風して空気と熱交換させる熱交換用送風機１９、アキュームレータ１７及びヒートポンプ側制御装置１８が収容されている。

そして、前記圧縮機１３、水冷媒熱交換器１４を構成する放熱器１４Ａ、減圧装置１５、蒸発器１６及びアキュームレータ１７は、冷媒配管２０にて環状に接続されており、二酸化炭素を冷媒として圧縮機１３で超臨界圧に圧縮するヒートポンプサイクル（冷媒回路）Ｘを構成している。また、前記水冷媒熱交換器１４は前記放熱器１４Ａと受熱器１４Ｂとで構成される。

前記貯湯タンクユニット１２は、ユニット本体１２Ａ内に、貯湯タンク２２、この貯湯タンク２２の底部に接続される給水配管２３、給水開閉弁２４、分岐給水配管２５、貯湯用配管２６、貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７、追焚き用配管２８、水々熱交換器である追焚き用熱交換器２９、風呂水用配管３０、風呂水用循環ポンプ３１、給湯用配管３３、混合弁３４、風呂給湯開閉弁３５、タンク側制御装置３６等を収容している。２１は圧力逃し弁で、給湯用配管３３に接続される。

また、前記貯湯用配管２６の出口部２６Ａは前記貯湯タンク２２の底部に接続され、貯湯用配管２６の入口部２６Ｂは前記貯湯タンク２２の頂部に接続されている。また、追焚き用配管２８の出口部２８Ａ及び前記給湯用配管３３は、それぞれ前記貯湯タンク２２の頂部に接続されている。

そして、前記水冷媒熱交換器１４と貯湯タンク２２との間で貯湯水を循環させることにより前記水冷媒熱交換器１４で前記ヒートポンプサイクル（冷媒回路）Ｘの冷媒と熱交換して加熱された高温水を前記貯湯タンク２２に貯湯する第１温水循環路５０が形成される。また、風呂の浴槽４０内の浴槽水を追焚きするための前記追焚き用熱交換器２９と前記貯湯タンク２２との間で貯湯水を循環させる第２温水循環路５１が形成される。更に、前記浴槽水を追焚きするための前記追焚き用熱交換器２９と浴槽４０との間で浴槽水を循環させる第３温水循環路５３とが形成される。

そして、前記水冷媒熱交換器１４と貯湯タンク２２との間の前記第１温水循環回路５０と前記追焚き用熱交換器２９と前記貯湯タンク２２との間の前記第２温水循環回路５１とを一部重複させるように接続し、この重複した回路中の接続始点（一方の接続端部）に、前記水冷媒熱交換器１４に前記貯湯タンク２２内下部の水を取り出して供給するか、前記貯湯タンク２２上部からの温水を前記追焚き用熱交換器２９で追焚きして前記貯湯タンク２２の中間部に戻すように供給するか、に切り替える第１三方弁５４を設け、重複した回路中の接続終点（他方の接続端部）に、この第１三方弁５４を介する前記貯湯タンク２２内下部の水を前記水冷媒熱交換器１４に供給するか、前記第１三方弁５４を介する前記追焚き用熱交換器２９で追焚きされた温水を前記貯湯タンク２２の中間部に戻すように供給するか、に切り替える第２三方弁５５を設ける。また、この前記第１三方弁５４と第２三方弁５５との間に前記貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７を配設する。

３７は前記ヒートポンプ側制御装置１８とタンク側制御装置３６とを配線接続する通信線、３８は台所用リモートコントローラ、３９は風呂用リモートコントローラであり、これら各リモートコントローラ３８、３９はタンク側制御装置３６に配線接続されている。

次に、前記追焚き用熱交換器２９について、以下図２乃至図５に基づいて詳述する。図２は前記追焚き用熱交換器２９の外観図であり、図３は同じく右側面図であり、図４は同じく縦断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。

前記追焚き用熱交換器２９は、大きく分けて中央部の熱交換部６０と、この熱交換部６０の両側部に設けられる導出入分配部６１、６２とから構成される。前記熱交換部６０は、前記追焚き用配管２８内を流れる一方の温度の高い熱交換液である温水が通る第１通路６３を形成する円筒状の中央第１管６４と、この中央第１管６４の外側に風呂水用配管３０内を流れる被熱交換液である水（又は温水）が通る第２通路６５を形成する円筒状の第２管６６と、この第２管６６の外側に前記熱交換液が通る第３通路６７を形成する円筒状の第３管６８と、この第３管６８の外側に前記被熱交換液が通る第４通路６９を形成する円筒状の第４管７０と、この第４管７０の外側に前記熱交換液が通る第５通路７１を形成する円筒状の第５管７２と、この第５管７２の外側に前記被熱交換液が通る第６通路７３を形成する円筒状の第６管７４と、この第６管７４の外側に前記熱交換液が通る第７通路７５を形成する円筒状の第７管７６とから構成される。

即ち、中央第１管６４の外側に間隔を存して同心円状に第２管６６、第３管６８、第４管７０、第５管７２、第６管７４及び第７管７６が配設されて形成される。そして、中央第１管６４が一番長く、その外側の管に向けて徐々に短くなり、第７管７６が一番短い。なお、中央第１管６４の内側には、流れる熱交換液の速度を遅くして、より熱交換を促進できるように、複数の邪魔板７７が配設される。

次に、図４の右方の導出入分配部６１について説明すると、前記熱交換部６０を構成する各管と同心円状に外側に円筒状の外管８０が配設され、この外管８０の右開口部を閉塞する円板状の外閉塞板８１には貯湯タンク２２上部から前記追焚き用配管２８を介して温水が導入される熱交換液導入管８２が中央部まで貫通して、また前記熱交換部６０からの水（又は温水）を浴槽４０へと導出させる被熱交換液導出管８３の先端が貫通した状態で配設される。

また、前記外管８０の内側であって前記第７管７６の外側に、熱交換液又は被熱交換液が通る通路８４Ａ、８４Ｂを形成するように内管８５が前記熱交換部６０を構成する各管と同心円状に配設される。そして、前記外管８０より短い内管８５の右開口部を閉塞する円板状の内閉塞板８６には前記被熱交換液導出管８３の先端が貫通した状態で配設される。

更に、前記通路８４Ａに熱交換液導入管８２を介して導入された熱交換液が第１通路６３、第３通路６７、第５通路７１及び第７通路７５内に流れるように、また前記通路８４Ｂに熱交換部６０から導入された被熱交換液が第２通路６５、第４通路６９及び第６通路７３内を流れて被熱交換液導出管８３から導出できるように、内管８５内に中央第１管６４〜第７管７６の各右端部が貫通して固定される各閉塞板８８が配設されると共に内管８５には各連通口８９Ａ、８９Ｂが開設される。

一方、図４の左方の導出入分配部６２について説明すると、前記熱交換部６０を構成する各管と同心円状に外側に円筒状の外管９０が配設され、この外管９０の左開口部を閉塞する円板状の外閉塞板９１には熱交換液が導出される熱交換液導出管９２が中央部まで貫通して、また前記浴槽４０から被熱交換液が導入される被熱交換液導入管９３の先端が貫通した状態で配設される。

また、前記外管９０の内側であって前記第７管７６の外側に、熱交換液又は被熱交換液が通る通路９４Ａ、９４Ｂを形成するように内管９５が前記熱交換部６０を構成する各管と同心円状に配設される。そして、前記外管９０より短い内管９５の左開口部を閉塞する円板状の内閉塞板９６には前記熱交換液導出管９２の先端が貫通した状態で配設される。

更に、前記通路９４Ａに熱交換部６０の第１通路６３、第３通路６７、第５通路７１及び第７通路７５からの熱交換液が熱交換液導出管９２から導出するように、また被熱交換液導入管９３を介して導入された被熱交換液が第２通路６５、第４通路６９及び第６通路７３内に流れるように、内管９５内に中央第１管６４〜第７管７６の各左端部が貫通して固定される各閉塞板９８が配設されると共に内管９５には各連通口９９Ａ、９９Ｂが開設される。

なお、前記通路８４Ａと８４Ｂとが右端部において連通しないように分岐板１００Ａが水平状態に設けられ、また前記通路９４Ａと９４Ｂとが左端部において連通しないように分岐板１００Ｂが水平状態に設けられる。即ち、図４における分岐板１００Ａの右側面は外閉塞板８１内側に固定され、前後面は内管８５の内側に固定され、左端部は内閉塞板８６内に食い込むように固定されると共に、図５に示すように、前記内管８５は断面概ね楕円形状を呈して、その長径部分を外方に更に膨出させて、この膨出部分を外管８０の内面に固定させている。また、図４における分岐板１００Ｂの左側面は外閉塞板９１内側に固定され、前後面は内管９５の内側に固定され、右端部は内閉塞板９６内に食い込むように固定されると共に、前記内管９５は断面概ね楕円形状を呈して、その長径部分を外方に更に膨出させて、この膨出部分を外管９０の内面に固定させている。

ここで、風呂の浴槽４０に注湯する湯張りを行う場合は、風呂用リモートコントローラ３９の風呂湯張りスイッチ（図示せず）を押すと、貯湯タンク２２上部から給湯用配管３３へ押し出された高温の湯が混合弁３４へ流れ、ここで水道配管２３及び分岐給水管２５から給水される水道水と混合されて、給湯管４１を介して予め設定された温度の湯が浴槽４０へ注湯され、所定の湯量が注湯されると湯張りが完了する。

次に、お湯の沸き上げ運転について説明する。先ず、ヒートポンプユニット１１の運転開始により、ヒートポンプサイクルＸの圧縮機１３が起動すると、二酸化炭素の冷媒が圧縮機１３によって２段圧縮され、この圧縮機１３で圧縮されて吐出した超臨界圧の高温・高圧の液状の冷媒は放熱器１４Ａで放熱して受熱器１４Ｂを流れる水と熱交換し、その水を加熱する。

そして、前記放熱器１４Ａで放熱して温度の低下した冷媒は、減圧装置１５で減圧されて低圧となった後、蒸発器１６に流れ、この蒸発器１６で空気から吸熱して蒸発し、低温・低圧のガス状の冷媒となり、アキュームレータ１７に流れ、このアキュームレータ１７から前記圧縮機１３に吸入され再び圧縮される。

上述のヒートポンプユニット１１の運転開始に伴い、貯湯タンクユニット１２内の貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７が起動し、前記水冷媒熱交換器１４に前記貯湯タンク２２内下部の水を取り出して供給するように第１三方弁５４が切り替わると共にこの第１三方弁５４を介する前記貯湯タンク２２内下部の水を前記水冷媒熱交換器１４に供給するように第２三方弁５５が切り替わり、前記貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７の運転により、前記貯湯タンク２２内下部の低温或いは常温の水が、その出口部２６Ａから貯湯用配管２６内へ流れ、第１三方弁５４、貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７及び第２三方弁５５を介して受熱器１４Ｂへ流れ、ここで前記放熱器１４Ａ内に流れる高温・高圧の冷媒と熱交換して加熱される。

そして、この受熱器１４Ｂで加熱された高温の湯は前記入口部２６Ｂから貯湯タンク２２の上部に流入し、沸き上げ運転の時間の経過に伴って、貯湯タンク２２内には８０℃以上の湯の貯留量が徐々に増加し、この高温の湯の湯層が貯湯タンク２２内の下部の一定位置に至ると、沸き上げ運転が完了する。

また、風呂水用循環ポンプ３１、前記貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７が運転し、また前記貯湯タンク２２上部からの温水を前記追焚き用熱交換器２９で追焚きして前記貯湯タンク２２の中間部に戻すように第１三方弁５４が切り替わると共にこの第１三方弁５４を介する前記追焚き用熱交換器２９で追焚きされた温水を前記貯湯タンク２２の中間部に戻すように第２三方弁５５が切り替わると、貯湯タンク２２の高温水と浴槽４０の温水とを追焚き用熱交換器２９で熱交換して、浴槽４０の温水の追焚きを行うこともできる。

即ち、前記貯湯タンク２２内上部の高温水が、出口部２８Ａから追焚き用配管２８内へ流れ、追焚き用熱交換器２９、第１三方弁５４、貯湯用・追焚き用循環ポンプ２７及び第２三方弁５５を介して貯湯タンク２２の中間部に戻され、また浴槽４０内の温水が風呂水用配管３０へ流れ、風呂水用循環ポンプ３１及び追焚き用熱交換器２９を介して浴槽４０に戻され、貯湯タンク２２の高温水と浴槽４０の温水とが追焚き用熱交換器２９で熱交換されて、浴槽４０の温水の追焚きが行われる。

この場合、貯湯タンク２２からの高温水は右の導出入分配部６１から熱交換部６０に導入され、また浴槽４０からの温水は左の導出入分配部６２から熱交換部６０に導入されるので、この熱交換部６０で熱交換されることとなる。

詳述すると、貯湯タンク２２からの高温水は熱交換液導入管８２を介して右の導出入分配部６１の通路８４Ａ内に導入され、各連通口８９Ａを介して各通路６３、６７、７１及び７５内に流れるように分配される。一方、浴槽４０からの温水は被熱交換液導入管９３を介して左の導出入分配部６２の通路９４Ｂ内に導入され、各連通口９９Ｂを介して各通路６５、６９及び７３内に流れるように分配される。

従って、上述するように、貯湯タンク２２からの高温水と浴槽４０からの温水が熱交換部６０に導入されて、熱交換率の高い熱交換がされることとなる。

この熱交換後は、貯湯タンク２２からの温水は各連通口９９Ａを介して通路９４Ａに導出されて、熱交換液導出管９２から導出して、第１三方弁５４、貯湯用・追焚き用循環ポンプ、第２三方弁５５を介して前記貯湯タンク２２の中間部に戻され、一方浴槽４０からの温水は各連通口８９Ｂを介して通路８４Ｂに導出されて、被熱交換液導出管８３から導出して再び浴槽４０に戻される。

また、図６に示すように、中央第１管６４、第２管６６、第３管６８、第４管７０、第５管７２、第６管７４には、外方へ複数の間隔形成部１０１を突出させて点在させ、各管の外側の管内側面にこの間隔形成部１０１の頂部を当接させることにより、各通路６５、６７、６９、７１、７３、７５の幅を一定することができ、この各通路内を流れる温水の流れを乱流にすることができ、伝熱面積を増加することと相俟って、熱交換率の更なる向上を図ることができる。

なお、図７に示すように、熱交換液導入管８２及び被熱交換液導出管８３を右の導出入分配部６１の右側部ではなく、円筒側面部に設けてもよく、熱交換液導出管９２及び被熱交換液導入管９３を左の導出入分配部６１の左側部ではなく、円筒側面部に設けてもよい。

以上のように、本発明によれば、熱交換の効率が高く、また熱交換部６０や導出入分配部６１、６２の長さの異なるものや、熱交換部６０等を構成する多重管の数を変えたものを複数用意することによって、熱交換能力の異なる仕様の要求にも対応できる水々熱交換器を提供することができる。

以上本発明の実施態様について説明したが、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前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

ヒートポンプ式給湯装置の全体構成の概略構成図である。 水々熱交換器である追焚き用熱交換器の外観図である。 同じく追焚き用熱交換器の右側面図である。 同じく水々熱交換器である追焚き用熱交換器の縦断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 同じく追焚き用熱交換器の部分縦断面図である。 同じく他の実施形態の追焚き用熱交換器の外観図である。

符号の説明

Ｘ ヒートポンプサイクル
１０ 給湯装置
１１ ヒートポンプユニット
１２ 貯湯タンクユニット
２２ 貯湯タンク
２９ 追焚き用熱交換器
６０ 熱交換部
６１、６２ 導出入分配部
６４ 中央第１管
６６ 第２管
６８ 第３管
７０ 第４管
７２ 第５管
７４ 第６管
７６ 第７管
８２ 熱交換液導入管
８３ 被熱交換液導出管
８４Ａ、Ｂ 通路
８９Ａ、Ｂ 連通口
９２ 熱交換液導出管
９３ 被熱交換液導入管
９４Ａ、Ｂ 通路
９９Ａ、Ｂ 連通口
１０１ 間隔形成部

Claims (3)

1. 熱交換液か被熱交換液が流れる管とこの管との間に被熱交換液か熱交換液が流れる管を同心円状に配設した熱交換部と、この熱交換部の一側部に熱交換液導入口及び被熱交換液導出口を備えた第１の導出入分配部と、前記熱交換部の他側部に被熱交換液導入口及び熱交換液導出口を備えた第２の導出入分配部とを備え、前記第１の導出入分配部の熱交換液導入口から導入された熱交換液を該第１の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入すると共に前記第２の導出入分配部の被熱交換液導入口から導入された被熱交換液を該第２の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入することにより熱交換液と被熱交換液と熱交換させ、この熱交換の後、記第２の導出入分配部の熱交換液導出口から熱交換液を導出させると共に前記第１の導出入分配部の被熱交換液導出口から被熱交換液を導出させることを特徴とする水々熱交換器。
2. 多重に同心円状に管が配設されて各管との間に熱交換液と被熱交換液が交互に流れるように構成された熱交換部と、この熱交換部の一側部に熱交換液導入口及び被熱交換液導出口を備えた第１の導出入分配部と、前記熱交換部の他側部に被熱交換液導入口及び熱交換液導出口を備えた第２の導出入分配部とを備え、前記第１の導出入分配部の熱交換液導入口から導入された熱交換液を該第１の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入すると共に前記第２の導出入分配部の被熱交換液導入口から導入された被熱交換液を該第２の導出入分配部を介して前記熱交換部に導入することにより熱交換液と被熱交換液と熱交換させ、この熱交換の後、記第２の導出入分配部の熱交換液導出口から熱交換液を導出させると共に前記第１の導出入分配部の被熱交換液導出口から被熱交換液を導出させることを特徴とする水々熱交換器。
3. 内側の管の外方へ複数の間隔形成部を突出させて、外側の管に前記間隔形成部を当接するようにして、熱交換液か被熱交換液が流れる通路の間隔を形成するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水々熱交換器。

Images