JP2019184194A - 水熱交換器及びそれを備えたヒートポンプシステム - Google Patents
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Abstract
Description
<構成>
図1は、本開示の一実施形態にかかる水熱交換器としての放熱器12及びそれを備えたヒートポンプシステム1の概略構成図である。ヒートポンプシステム1は、主として、熱交換媒体としての冷媒が循環する冷媒回路10と、被加熱流体としての水が循環する水回路30と、を有しており、冷媒回路10における冷媒圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水を加熱し、加熱された水によって室内を暖房する装置である。
次に、ヒートポンプシステム1の動作について、図1を用いて説明する。ヒートポンプシステム1は、上記のように、冷媒回路10における冷媒圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水を加熱し、加熱された水によって室内を暖房すること(暖房運転)が可能である。尚、暖房運転は、制御装置2によって行われる。
次に、水熱交換器としての放熱器12の詳細について、図1〜図6を用いて説明する。ここで、図2は、放熱器12の外観を示す斜視図である。図3は、放熱器12の第1流路51を前方向から見た図である。図4は、放熱器12の第2流路61を前方向から見た図である。図5は、放熱器12の熱交換部3の要部を示す斜視図である。図6は、図3の第1流路入口部51a付近を拡大した図である。また、以下の説明では、方向や位置関係を説明するために、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」といった表現を用いる場合があるが、これらの表現が示す方向は、特にことわりのない限り、図面中に示された矢印の方向に従うものとする。
次に、水熱交換器としての放熱器12及びそれを備えたヒートポンプシステム1の特徴について説明する。
ここでは、上記のように、放熱器12(水熱交換器)が、水が流れる複数の第1流路51と、水と熱交換を行う冷媒(熱交換媒体)が流れる第2流路61と、水の第1入口12cに接続されており第1入口12cから流入する水を第1流路51に分岐させる第1入口ヘッダ13cと、を有している。
また、ここでは、第1流路入口部51aが、第1流路51のうち第1流路51の流路長Lの10%以内の部分である。
また、ここでは、第1流路入口部51aにおける流路断面積Saが第1流路主部51bにおける流路断面積Sbよりも小さくなるように形成された第1流路51の数が、すべての第1流路51の数の60%以上である。
また、ここでは、第1流路入口部51aのうち最も流路断面積が小さい部分における流路断面積Saが、第1流路主部51bにおける流路断面積Sbの70%以下である。尚、ここでは、第1流路入口部51aが水の流れ方向に対して一定の流路断面積を有しているため、第1流路入口部51aのどの部分も「最も流路断面積が小さい部分」となっているが、第1流路入口部51aの流路幅が変化する等によって水の流れ方向に対して流路断面積が一定でない場合には、第1流路入口部51aのうち最も流路断面積が小さい部分が流路断面積Saとなる。
また、ここでは、第1流路51が、水が第1入口ヘッダ13cから第1流路入口部51aに上方向に流入するように配置されている。
また、ここでは、第1入口ヘッダ13cが、水が第1入口12cから第1入口ヘッダ13cに上方向に流入するように配置されている。
<A>
上記実施形態では、第1流路入口部51aが、第1入口ヘッダ13cから流入する水の流れ方向に沿って流路断面積が一定の形状をしている(図6参照)。しかし、この第1流路入口部51aの形状では、放熱器12(水熱交換器)の運転時において、第1流路入口部51aを水が通過する際の流れ抵抗が大きくなる。
上記実施形態では、第1入口ヘッダ13cが、第1入口12cに連通する略長方形状の空間を有している(図3参照)。しかし、この第1入口ヘッダ13cの形状では、放熱器12(水熱交換器)の運転停止時において、第1入口ヘッダ13c内の異物がそのまま第1入口ヘッダ13c内に留まりやすい。
上記実施形態では、放熱器12(水熱交換器)の運転によって第1流路入口部51aで異物をせき止めることで第1流路51内に異物が詰まることを抑えることができるが、第1流路入口部51aでせき止められた異物は、水熱交換器12の第1入口ヘッダ13c内や水回路30内に留まることになる。
上記実施形態では、冷媒圧縮式のヒートポンプサイクルを利用したヒートポンプシステム1を例に挙げて説明したため、放熱器12(水熱交換器)において、水と熱交換を行う熱交換媒体が冷媒であったが、これに限定されず、熱交換媒体として水を使用する水熱交換器であってもよい。
上記実施形態では、暖房運転を行うヒートポンプシステム1を例に挙げて説明したため、放熱器12(水熱交換器)において、水と熱交換媒体としての冷媒との熱交換によって水が加熱される構成であったが、これに限定されず、水と熱交換媒体との熱交換によって水が冷却される構成の水熱交換器であってもよい。
上記実施形態では、第1流路51が蛇行した形状を有しているが、これに限定されず、真っ直ぐな形状等のような別の形状であってもよい。
上記実施形態では、第2流路61が左右に3箇所折り返す形状を有しているが、これに限定されるものではなく、折り返し箇所が2箇所や4箇所でもよく、また、折り返し箇所がない形状であってもよい。また、第2流路61が第1流路と同様に蛇行した形状であってもよい。
上記実施形態では、放熱器12(水熱交換器)のヘッダ13a〜13dが、熱交換部41を構成する第1及び第2板材52、62の切り欠き部53〜56、63〜66によって形成されているが、これに限定されるものではなく、ヘッダ13a〜13dがケーシング40を構成する部材に形成されていてもよい。
放熱器12(水熱交換器)の出入口12a〜12dの配置は、上記実施形態に限定されず、流路構成等に応じて適宜配置される。
上記実施形態では、水回路30に設けられたポンプ31が放熱器12(水熱交換器)の水出口12d側に接続されているが、水入口12c側に接続されていてもよい。
11 圧縮機
12 放熱器(水熱交換器)
13 膨張機構
14 蒸発器
51 第1流路
61 第2流路
12c 第1入口
13c 第1入口ヘッダ
36 逆洗機構
51a 第1流路入口部
51b 第1流路主部
Claims (11)
- 水が流れる複数の第1流路(51)と、
前記水と熱交換を行う熱交換媒体が流れる第2流路(61)と、
前記水の第1入口(12c)に接続されており、前記第1入口から流入する前記水を前記第1流路に分岐させる第1入口ヘッダ(13c)と、
を備えており、
前記第1流路のうち前記第1入口ヘッダからの前記水の入口部分を第1流路入口部(51a)とし、前記第1流路のうち前記第1流路入口部よりも下流側の部分を第1流路主部(51b)とすると、前記第1流路入口部における流路断面積が前記第1流路主部における流路断面積よりも小さくなるように形成された前記第1流路を有している、
水熱交換器(12)。 - 前記第1流路入口部は、前記第1流路のうち前記第1流路の流路長の10%以内の部分である、
請求項1に記載の水熱交換器。 - 前記第1流路入口部における流路断面積が前記第1流路主部における流路断面積よりも小さくなるように形成された前記第1流路の数は、すべての前記第1流路の数の60%以上である、
請求項1又は2に記載の水熱交換器。 - 前記第1流路入口部は、前記第1入口ヘッダから流入する前記水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有している、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の水熱交換器。 - 前記第1流路入口部のうち最も流路断面積が小さい部分における流路断面積は、前記第1流路主部における流路断面積の70%以下である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の水熱交換器。 - 前記第1流路がマイクロ流路である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の水熱交換器。 - 前記第1流路は、前記水が前記第1入口ヘッダから前記第1流路入口部に上方向に流入するように配置されている、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の水熱交換器。 - 前記第1入口ヘッダは、前記水が前記第1入口から前記第1入口ヘッダに上方向に流入するように配置されている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の水熱交換器。 - 前記第1入口ヘッダは、前記第1入口に向かって細くなるテーパ形状の空間を有している、
請求項8に記載の水熱交換器。 - 熱交換媒体としての冷媒を圧縮する圧縮機(11)と、
水によって前記圧縮機において圧縮された前記冷媒を冷却する放熱器としての請求項1〜9のいずれか1項に記載の水熱交換器と、
前記水熱交換器において冷却された前記冷媒を減圧する膨張機構(13)と、
前記膨張機構において減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器(14)と、
前記水熱交換器を前記冷媒の放熱器として機能させる場合とは逆に、前記水熱交換器に対して、前記第1流路、前記第1入口ヘッダ、前記第1入口の順に前記水を流す逆洗機構(36)と、
を備えている、
ヒートポンプシステム(1)。 - 前記第1流路入口部は、前記第1流路、前記第1入口ヘッダ、前記第1入口の順に前記水を流す場合に、前記第1流路主部から流入する前記水の流れ方向に沿って細くなるテーパ形状を有している、
請求項10に記載のヒートポンプシステム。
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