KR20140135586A - Ｃｏ₂ 히트펌프식 급탕 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 가열 능력에 따라 성능을 최대화할 수 있는 증발기를 구비하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치는, 증발기(103)가 공기측의 전열면인 핀 군(3)과, 공기류에 직교하는 방향으로 나열된 복수의 증발기 냉매 유로(4)로 이루어지는 증발기 냉매 유로 군을 대략 직각으로 관통하도록 고정함으로써 공기와 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 크로스 핀 튜브형의 것이며, 상기 증발기(103)는, 상기 증발기 냉매 유로(4)의 내경을 4.3㎜∼4.9㎜로 하고, CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력을 Q로 하고, 상기 증발기 냉매 유로(4)의 유로 분기 수를 P로 했을 경우에, 다음 식 (1) : P≤64/33×Q…(1)
을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

Description

ＣＯ₂ 히트펌프식 급탕 장치{ＣＯ₂HEAT PUMP WATER HEATER}

본 발명은, CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 관한 것이다.

작동 냉매로 CO₂를 사용하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치는, 냉매관 내부를 유동하는 액체 냉매를 공기의 열에 의해 기체 냉매로 증발시키는 증발기를 구비하고 있다. 종래, 증발기의 고성능화를 목적으로 해서 각종 검토가 행해지고 있다. 예를 들면, 공기측의 전열면(傳熱面)인 핀 군(群)에 대하여, 공기류(空氣流)에 그 길이 방향이 직교하도록 나열되는 냉매관이 대략 직각으로 관통하는, 소위 크로스 핀 튜브형의 증발기에 있어서는, 냉매관의 외경을 4.6㎜∼6.0㎜로 하고, 열교환기 전체를 3열로 한 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 이러한 증발기를 구비하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 따르면, 부품 수의 증가와 같은 제조성 등의 문제를 해소하면서 고성능화를 도모할 수 있다.

일본국 특개2006-194476호 공보

그러나, 종래의 증발기(예를 들면. 특허문헌 1 참조)를 구비한 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에서는, 그 증발기 성능이 최대로 되는 적정한 냉매관 직경을 지정하고 있지만, 냉매 유로의 분기 수에 대한 기재가 없다. 여기에서, 증발기의 유로 분기 수를 본래 있어야 할 값에 비해서 과소(過小)하게 설정했을 경우에는, 증발기 출입구 사이의 냉매측 압력 손실이 증대한다. 한편 유로 분기 수를 과대하게 설정했을 경우에는, 냉매관 내의 유동 양식이 열 전달율이 높은 환상류(環狀流)가 아닌, 열 전달율이 낮은 층상류(層狀流)로 되게 된다. 즉, 유로 분기 수의 과소 또는 과대의 어느 것에 있어서도 충분한 성능이 얻어지지 않는다는 과제가 있다. 또한, 증발기를 포함하는 히트펌프 사이클의 가열 능력이 높아지면, 냉매관 내의 유동 양식이 층상류로 되는 한계의 유로 분기 수가 변화되게 되므로, 가열 능력에 따른 유로 분기 수를 선정할 필요도 있다.

그래서, 본 발명의 과제는, 가열 능력에 따라 성능을 최대화할 수 있는 증발기를 구비하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은, 적어도, 압축기, 수냉매 열교환기, 팽창 밸브, 및 증발기의 각 요소가 환상(環狀)으로 접속되며, 유로 내부에 CO₂ 냉매가 봉입(封入)됨으로써 구성된 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치로서, 상기 증발기는, 공기측의 전열면인 핀 군과, 공기류에 직교하는 방향으로 나열된 복수의 증발기 냉매 유로로 이루어지는 증발기 냉매 유로 군을 대략 직각으로 관통하도록 고정함으로써 공기와 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 크로스 핀 튜브형의 것이며, 상기 증발기 냉매 유로의 내경을 4.3㎜∼4.9㎜로 하고, CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력을 Q로 하고, 상기 증발기 냉매 유로의 유로 분기 수를 P로 했을 경우에, 하기 관계식 (1) : P≤64/33×Q…(1)을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 이러한 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서는, 상기 증발기 냉매 유로의 상기 유로 분기 수를 P로 했을 경우에, 다음 식 (2) :

P≤4/3×Q…(2)

(단, 상기 식 (2) 중, Q는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력임)를 만족시키는 구성이 바람직하다.

또한, 이러한 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서는, 상기 증발기 냉매 유로의 상기 유로 분기 수(P)는, 상기 식 (2)를 만족시키는 자연수의 최대값인 구성이 바람직하다.

또한, 이러한 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서는, 상기 증발기의 냉매 출구부에서 복수의 상기 증발기 냉매 유로를 근접시켜서 배치한 구성이 바람직하다.

또한, 이러한 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서는, 다음 식 (3) :

Led/Ded^{0 .28}<0.169Q^{0 .36}…(3)

(단, Led는 상기 팽창 밸브로부터 분배기의 분기점까지의 분기전(分岐前) 유로의 길이, Ded는 상기 팽창 밸브의 하류측에 있어서의 분기전 유로의 내경, Q는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력임)

을 만족시키는 구성이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 가열 능력에 따라 성능을 최대화할 수 있는 증발기를 구비하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 시스템도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서의 증발기의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서의 팽창 밸브의 하류측의 흐름을 나타내는 개념도.
도 4는 CO₂ 냉매의 분무류(噴霧流), 기포류(氣泡流) 등을 형성하는 기액(氣液) 혼합 영역과, CO₂ 냉매의 환상류를 형성하는 기액 분리 영역의 천이점의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 CO₂ 냉매에 대한 유동 양식 선도(線圖)이며, 가로축은 냉매 건조도, 세로축은 질량 속도(㎏/㎡s)임.
도 6은 분배기에 의한 분기전 유로의 분기 수와, 증발기 냉매 유로의 내경의 관계에 의거하여 증발기 냉매 유로 내가 일부라도 환상류로 되는 임계값을 시뮬레이션 시험에 의해 연산한 연산 결과를 나타내는 그래프이며, 가로축은 증발기 냉매 유로의 내경(㎜)이며, 세로축은 분기전 유로의 분배기에 의한 분기 수임.
도 7은 증발기 냉매 유로의 내경(㎜)과 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 APF(Annual Performance Factor : 연중 에너지 소비 효율)의 관계를 나타내는 그래프이며, 가로축은 증발기 냉매 유로의 내경(㎜), 세로축은 APF임.
도 8은 증발기 냉매 유로의 입구로부터 출구까지의 CO₂ 냉매의 냉매 온도 분포를 모식적으로 나타내는 그래프이며, 가로축은 증발기 냉매 유로의 길이(㎜), 세로축은 냉매 온도(℃)임.
도 9의 (a)는, 도 2에 나타내는 제3 분기후(分岐後) 유로 및 제4 분기후 유로에 있어서, 증발기의 냉매 입구부로부터 냉매 출구부까지 CO₂ 냉매가 통류(通流)할 때의 CO₂ 냉매의 온도 변화를, 도 8에 나타내는 CO₂ 냉매의 온도 상승(ΔT)에 대응시켜서 나타내는 개념도임. 도 9의 (b)는, 비교예로서의 제3 분기후 유로 및 제4 분기후 유로에 있어서, 증발기의 냉매 입구부로부터 냉매 출구부까지 CO₂ 냉매가 통류할 때의 CO₂ 냉매의 온도 변화를, 도 8에 나타내는 CO₂ 냉매의 온도 상승(ΔT)에 대응시켜서 나타내는 개념도.
도 10은 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 가열 능력(Q)과, 분배기에 의한 분기전 유로의 최적인 분기 수(유로 분기 수(P))의 관계를 나타내는 그래프이며, 가로축은 가열 능력(Q)(㎾), 세로축은 유로 분기 수(P)임.
도 11은 다른 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 있어서의 증발기의 사시도.

본 발명의 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치는, 증발기 냉매 유로의 내경을 43㎜∼4.9㎜로 하고, 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력을 Q로 하고, 상기 증발기 냉매 유로의 유로 분기 수를 P로 했을 경우에, 하기 관계식 (1) :

P≤64/33×Q…(1)

을 만족시키는 것을 주된 특징으로 한다.

이하에, 본 발명의 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 실시형태에 대하여 적절히 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서의 전후 상하의 방향은, 연직 방향 위쪽을 상측으로 하고, 증발기에 유입하는 공기의 상류측을 전측(前側)으로 한 도 2에 나타내는 상하 전후 방향을 기준으로 한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 좌우의 방향은, 공기류의 상류측으로부터 증발기를 바라보았을 때 오른쪽을 우측으로 하는 도 2에 나타내는 좌우 방향을 기준으로 한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 시스템도이다. 본 실시형태의 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치(이하, 간단히 「히트펌프 급탕기」로 칭하는 경우가 있음)는, 히트펌프 사이클과 수측(水側) 사이클을 갖고 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 히트펌프 사이클은, 압축기(100), 수냉매 열교환기(101), 팽창 밸브(102), 및 증발기(103)의 각 요소를 루프 형상(환상)으로 접속한 유로 내에, CO₂ 냉매를 봉입한 구성으로 되어 있다.

또한, 수측 사이클은, 저탕(貯湯) 탱크(104), 순환 펌프(105), 및 수냉매 열교환기(101)의 각 요소를 루프 형상(환상)으로 접속한 유로 내에, 물을 채운 구성으로 되어 있다.

증발기(103)는, 유로를 복수(도 1에서는 6유로)로 나눠서 열교환을 행하기 위하여, 팽창 밸브(102)와의 사이에 분배기(1)가 배치되고, 압축기(100)와의 사이에 합류부(2)가 배치되어 있다.

도 2는, 증발기(103)의 사시도이며, 도 1에 있어서의 팽창 밸브(102)로부터 합류부(2)까지의 구성도 구체적으로 나타내고 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 증발기(103)는, 크로스 핀 튜브형의 것이며, 공기측의 전열면인 핀 군(3)과, 복수의 증발기 냉매 유로(4)(증발기 냉매 유로 군)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 핀 군(3)은, 판상의 복수의 핀으로 이루어지며, 핀의 판면끼리가 소정의 간극을 두고 대향하도록 겹쳐져서 구성되어 있다. 그리고, 공기는, 핀 군(3)의 핀의 판면끼리의 사이를 흐르게 되어 있다.

증발기 냉매 유로(4)는, 도시하지 않지만 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통하여, 각 핀에 고정되어 있다. 구체적으로는, 증발기 냉매 유로(4)는, 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통한 후, 되접어 꺾여서 다시 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통하고 있다. 즉, 핀 군(3)을 관통하는 복수의 증발기 냉매 유로(4)(증발기 냉매 유로 군)는, 증발기 냉매 유로(4)의 길이 방향이 공기류에 직교하는 방향으로 나열하도록 배치되는 것으로 된다. 덧붙이면, 본 실시형태에서의 증발기 냉매 유로(4)를 구성하는 배관은, 그 내경이 4.6㎜로 설정되고, 그 외경이 5.0㎜로 설정되어 있다.

이러한 증발기(103)는, 공기의 입구측(전열측(前列側))과 출구측(후열측(後列側))의 합계 2열로 구성되어 있다.

다음으로, 팽창 밸브(102)로부터 증발기(103)를 경유해서 합류부(2)까지의 유로의 구성에 대하여 설명한다.

팽창 밸브(102)로부터 분배기(1)의 분기점까지의 분기전 유로(5)를 형성하는 배관의 내경(Ded)은 4㎜로 설정되고, 분기전 유로(5)를 형성하는 배관의 길이(Led)는, 60㎜로 설정되어 있다.

분기전 유로(5)는, 분배기(1)에 의해 제1 분기후 유로(6), 제2 분기후 유로(7), 제3 분기후 유로(8), 제4 분기후 유로(9), 제5 분기후 유로(10), 및 제6 분기후 유로(11)의 합계 6개의 유로로 분기된다.

분기한 각 분기후 유로(6∼11) 중, 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 증발기(103)의 후열 좌측에 접속되며, 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통해서 증발기(103)의 후열 우측에 면한다. 덧붙이면, 핀 군(3)을 관통하는 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 상기한 증발기 냉매 유로(4)를 형성하고 있다.

증발기(103)의 후열 우측에 면한 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 도시하지 않지만, 위쪽으로 뻗는 도중에서 좌측으로 되접어 꺾여서 다시 핀 군(3)을 관통하여 증발기(103)의 후열 좌측에 다시 면한다. 또한, 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 증발기(103)의 위쪽에서 마찬가지로 1왕복 더 핀 군(3)을 관통해서 증발기(103)의 후열 좌측에 다시 면한 후, 전측으로 뻗어 증발기(103)의 전열 좌측에 접속된다.

증발기(103)의 전열 좌측에 접속된 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통해서 증발기(103)의 전열 우측에 면한다. 그리고, 도시하지 않지만, 전열 우측에 면한 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 아래쪽으로 뻗는 도중에서 좌측으로 되접어 꺾여서 다시 핀 군(3)을 관통하여 증발기(103)의 전열 좌측에 다시 면한다. 또한, 제1 분기후 유로(6), 제3 분기후 유로(8), 및 제5 분기후 유로(10)는, 증발기(103)의 아래쪽에서 마찬가지로 1왕복 더 핀 군(3)을 관통해서 증발기(103)의 전열 좌측에 다시 면하고, 전측의 합류부(2)를 향해서 뻗어나온다.

한편, 분기된 각 분기후 유로(6∼11) 중, 제2 분기후 유로(7)는, 상기한 제1 분기후 유로(6)의 아래쪽에서 이것에 인접하도록 증발기(103)의 후열 좌측에 접속된다. 제4 분기후 유로(9)는, 상기한 제3 분기후 유로(8)의 아래쪽에서 이것에 인접하도록 증발기(103)의 후열 좌측에 접속된다. 제6 분기후 유로(11)는, 상기한 제5 분기후 유로(10)의 아래쪽에서 이것에 인접하도록 증발기(103)의 후열 좌측에 접속된다.

증발기(103)의 후열 좌측에 접속된 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통해서 증발기(103)의 후열 우측에 면한다. 덧붙이면, 핀 군(3)을 관통하는 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 상기한 증발기 냉매 유로(4)를 형성하고 있다.

증발기(103)의 후열 우측에 면한 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 도시하지 않지만, 아래쪽으로 뻗는 도중에서 좌측으로 되접어 꺾여서 다시 핀 군(3)을 관통하여 증발기(103)의 후열 좌측에 다시 면한다. 또한, 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 증발기(103)의 아래쪽에서 마찬가지로 1왕복 더 핀 군(3)을 관통해서 증발기(103)의 후열 좌측에 다시 면한 후, 전측으로 뻗어 증발기(103)의 전열 좌측에 접속된다.

증발기(103)의 전열 좌측에 접속된 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 핀 군(3)의 각 핀에 대하여 대략 직교하도록 관통해서 증발기(103)의 전열 우측에 면한다. 그리고, 도시하지 않지만, 전열 우측에 면한 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 위쪽으로 뻗는 도중에서 좌측으로 되접어 꺾여서 다시 핀 군(3)을 관통하여 증발기(103)의 전열 좌측에 다시 면한다. 또한, 제2 분기후 유로(7), 제4 분기후 유로(9), 및 제6 분기후 유로(11)는, 증발기(103)의 위쪽에서 마찬가지로 1왕복 더 핀 군(3)을 관통해서 증발기(103)의 전열 좌측에 다시 면하여, 전측의 합류부(2)를 향해서 뻗어나온다.

한편, 합류부(2)를 향해서 뻗어나오는 제1 분기후 유로(6) 및 제2 분기후 유로(7)끼리, 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)끼리, 및 제5 분기후 유로(10) 및 제6 분기후 유로(11)끼리는, 증발기(103)의 전열 좌측에서 각각 인접하도록 배치되어 있다.

그리고, 각 분기후 유로(6∼11)는, 증발기(103)로부터 합류부(2)에 접속되어, 다시 1개의 유로로 된다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프 급탕 장치의 동작에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.

CO₂ 냉매는, 압축기(100)에서 압축되어 고온·고압 상태가 된다. 이 고온·고압의 CO₂ 냉매는, 저탕 탱크(104)로부터 순환 펌프(105)에 의해 보내져 온 물과, 수냉매 열교환기(101)에 의해 열교환하여, 물을 온수로 비등하는 대신에 열을 잃는다. 이때의 CO₂ 냉매로부터 물에의 단위 시간당의 열 이동량이 가열 능력(Q)으로 된다. 이 가열 능력(Q)은, 특허청구범위에서 말하는 「가열 능력」에 상당하며, 본 실시형태에서는 4.5㎾로 설정하는 것을 상정하고 있다.

다음으로, CO₂ 냉매는, 팽창 밸브(102)에서 축류부(縮流部)(도시 생략)를 통과함으로써 저온·저압 상태의 기액 혼합 상태(기액 2상류(相流))로 된다. 그리고, CO₂ 냉매는, 분배기(1)에서 분기후 유로(6∼11)로 분류된다. 그리고, CO₂ 냉매는, 분기후 유로(6∼11)로 나뉘어서 핀 군(3)을 각각 관통하는 증발기 냉매 유로(4)를 흐를 때에, 공기로부터 열을 수취함으로써 증발한다. 다음으로, 증발기(103)로부터 유출한 냉매는, 합류부(2)에서 합류하여 1개의 유로로 되돌아온 후, 압축기(100)로 되돌아와, 다시 압축되어 히트펌프 사이클로 송출된다.

다음으로 팽창 밸브(102)로부터 분배기(1)까지의 CO₂ 냉매의 동작에 대하여 더 상세히 설명한다. 도 3은, 팽창 밸브(102)의 하류측의 유동 상태를 나타내는 모식도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 팽창 밸브(102)로부터 유출한 CO₂ 냉매는, 압력의 저하에 의해 기체와 냉매의 2상 상태로 된다. 구체적으로는, CO₂ 냉매는, 팽창 밸브(102) 근방에서는 연속상(連續相)으로서의 기체 냉매 중에 액체 냉매가 혼합된 분무류(또는 연속상으로서의 액체 냉매 중에 기체 냉매가 혼합된 기포류(도시하지 않음))로 되고, 팽창 밸브(102)로부터 떨어진 영역에서는 액체 냉매가 유로의 내주벽을 덮도록 흐르는 환상류로 된다.

분무류(또는 기포류(도시 생략))로부터 환상류에의 천이점은, 유로의 내경이 클수록, 냉매 유량이 클수록, 팽창 밸브(102)의 냉매 출구부로부터 멀어진다. 또한, 증발기(103)에 대한 냉매 분배를 고려하면, 환상류에서는 분배기(1)의 경사에 의한 기액의 치우침이나, CO₂ 냉매 자체의 편류(偏流)에 의하여 분배가 불균일해져, 결과적으로 본래 얻어져야 할 증발기 성능이 얻어지지 않는 경우가 있다. 이에 대하여, 분무류에서는 이러한 영향을 받지 않고 안정 또한 균등한 분배가 가능해진다.

따라서, 분기후 유로(6∼11)와 같이 다분기(多分岐)의 유로로 증발기 냉매 유로(4)를 형성할 경우에, 환상류와 분무류의 비교에서는 분무류로 분배하는 것이 성능의 저하 방지를 위하여 특히 중요해진다.

다음으로 참조하는 도 4는, CO₂ 냉매의 분무류, 기포류 등을 형성하는 기액 혼합 영역과, CO₂ 냉매의 환상류를 형성하는 기액 분리 영역의 천이점의 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 가로축은 가열 능력(Q)(㎾)을 나타내고, 세로축은 x/Ded^0.28(단, x는, 도 3에 나타내는 팽창 밸브(102)로부터의 유로 길이(m)이고, Ded는, 도 2에 나타내는 팽창 밸브(102)의 하류측에 있어서의 분기전 유로(5)의 내경(m)임)를 나타내고 있다.

덧붙이면, 도 4에 나타내는 기액 혼합 영역과 기액 분리 영역의 천이점은, 가열 능력 4.5㎾의 히트펌프 급탕기의 성능 표시에 필요해지는 시험 조건 중, CO₂ 냉매의 유량이 최소로 되는 착상기(着霜期) 조건에서 시뮬레이션 시험을 행하여 구한 것이다.

도 4에 나타내는, x/Ded^{0 .28}=0.169Q^{0 .36}의 관계식을 만족시키는 곡선은, 기액 혼합 영역과 기액 분리 영역의 천이점을 나타내는 것이며, 당해 곡선보다 위의 영역(x/Ded^{0 .28}이 큰 영역)이 기액 분리 영역, 즉 환상류를 형성하는 영역이고, 당해 곡선보다도 아래의 영역(X/Ded^{0 .28}이 작은 영역)이 기액 혼합 영역, 즉 분무류 내지는 기포류를 형성하는 영역이다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, 분무류 내지는 기포류의 CO₂ 냉매를 분배기(1)에 의해 분배하기 위해서는, 추후에 구체적으로 설명하는 다음 식 (3) :

Led/Ded^{0 .28}<0.169Q^{0 .36}…(3)

(단, Led는, 도 2에 나타내는 팽창 밸브(102)로부터 분배기(1)의 분기점까지의 분기전 유로(5)의 길이(㎜), Ded는 도 2에 나타내는 팽창 밸브(102)의 하류측에 있어서의 분기전 유로(5)의 내경(㎜), Q는 가열 능력(㎾)임)

의 관계식을 만족시키는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 유로 내경(Ded)을 4㎜, 가열 능력(Q)을 4.5㎾로 하고 있으므로, APF(Annual Performance Factor : 연중 에너지 소비 효율, 이하, APF와 같음)의 산출에 필요한 모든 시험 조건에 있어서 분무류 내지는 기포류의 CO₂ 냉매를 분배기(1)에서 분배하기 위해서는, 도 3에 나타내는 팽창 밸브(102)로부터의 유로 길이(x)(m)는 61.9㎜ 미만(x<61.9㎜)으로 할 필요가 있다.

이상의 점에서, 본 실시형태에서는 팽창 밸브(102)로부터 분배기(1)의 분기점까지의 분기전 유로(5)의 길이(Led)(도 2 참조)를 60㎜로 설정했다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프 급탕 장치에 있어서의, 분배기(1)에 의한 분기전 유로(5)의 분기 수와, 증발기 냉매 유로(4)의 내경의 관계에 대하여 설명한다.

다음으로 참조하는 도 5는, CO₂ 냉매에 대한 유동 양식 선도이며, 가로축은 냉매 건조도, 세로축은 질량 속도(㎏/㎡s)이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 선 ABCD로 둘러싸인 영역은, 기체 냉매와 액체 냉매가 배관 내에서 한쪽으로 치우쳐서 2층이 되어 흐르는 층상류를 형성하는 영역을 나타내고 있다.

또한, 선 A와 선 C 사이에서 선 D보다 질량 속도가 큰 영역은, 기체 냉매와 액체 냉매가 배관 내에서 상기한 환상류를 형성하는 영역을 나타내고 있다. 열 전달율의 관점에서 층상류와 환상류를 평가하면, 환상류는 관벽(管壁) 전체에서 비등 증발과 대류 증발이 발생함으로써 높은 열 전달율이 얻어진다. 이에 대하여 층상류는, 배관의 내주면의 일부가 기체 냉매와 접하므로, 그 부분에서 비등 증발이 발생하지 않아, 환상류에 비해서 열 전달율이 낮아진다. 따라서, 동일한 전열 면적에서 보다 높은 전열 성능을 얻기 위해서는, 유로 내를 환상류로 하는 것이 필요해진다.

그리고, 본 실시형태에서는 도 5에 나타내는 질량 속도와 냉매 건조도의 관계에 의거하여, 증발기 냉매 유로(4) 내가 일부라도 환상류로 되는 임계값을 시뮬레이션 시험에 의해 연산했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6은, 분배기(1)에 의한 분기전 유로(5)의 분기 수와, 증발기 냉매 유로(4)의 내경의 관계에 의거하여 증발기 냉매 유로(4) 내가 일부라도 환상류로 되는 임계값을 시뮬레이션 시험에 의해 연산한 연산 결과를 나타내는 그래프이며, 가로축은 증발기 냉매 유로(4)의 내경(㎜)이고, 세로축은 분배기(1)에 의한 분기전 유로(5)의 분기 수이며, 도 6 중, 각각 「증발기 냉매 유로 내경(㎜)」 및 「유로 분기 수」로서 기재한다. 덧붙이면, 층상류로부터 환상류로 되는 천이점은, 가열 능력 4.5㎾의 히트펌프 급탕기의 성능 표시에 필요해지는 시험 조건 중, CO₂ 냉매의 유량이 최소로 되는 착상기 조건에서 연산한 것이다.

도 6 중, 검은 동그라미표 「●」 를 직선으로 이은 선이, 층상류 및 환상류 상호간의 천이가 발생하는 임계값이다. 이 선보다 유로 분기 수가 큰 영역이 열 전달율이 낮은 층상류의 영역을 나타내고, 분기 수가 작은 영역이 열 전달율이 높은 환상류의 영역을 나타내고 있다. 한편, 도 6 중의 세로축의 유로 분기 수는 자연수 단위로 되므로, 세로축 상의 소정의 유로 분기 수를 나타내는 위치에서 서로 나열되는 2개의 검은 동그라미표「●」끼리의 사이에서 규정되는 증발기 냉매 유로 내경(㎜)의 범위 내에서 최적의 증발기 냉매 유로(4)의 내경을 결정할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 도 6 중, 유로 분기 수가 6인 경우에 환상류로 되는 임계값은, 증발기 냉매 유로 내경(㎜)이 4.4㎜∼4.7㎜의 범위 내로 된다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 히트펌프 급탕 장치에 있어서의 증발기(103)의 사양과 성능의 관계에 대하여 설명한다. 도 7은, 증발기 냉매 유로(4)의 내경(㎜)과 히트펌프 급탕기의 성능을 나타내는 APF의 관계의 계산 결과를 나타내는 그래프이며, 가로축은 증발기 냉매 유로(4)의 내경(증발기 냉매 유로 내경(㎜)), 세로축은 APF이다.

한편, 여기에서의 증발기 냉매 유로(4)의 내경에 대응하는, 분배기(1)에 의한 분기전 유로(5)의 분기 수(유로 분기 수)에는, 도 6에 나타낸 임계값을 적용했다. 이것은 유로 분기 수가 많아질수록 증발기 출입구 사이의 압력 손실이 작아지므로, 열 전달율의 높음과 압력 손실의 낮음을 양립함으로써 최대 성능을 얻는 목적이 있다. 또한, APF의 계산은, 증발기(103)의 공기측 전열면인 핀재 가격과, 증발기 냉매 유로(4)로 되는 냉매관 가격의 총합을 일정하게 해서 행했다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 증발기 냉매 유로(4)의 내경(도 7 중, 가로축의 증발기 냉매 유로 내경(㎜))을 작게 할수록 APF가 커져서 히트펌프 급탕 장치의 성능이 향상되는 것을 알 수 있다. 이것은, 증발기 냉매 유로(4)의 내경을 가늘게 할수록 냉매 유로의 전열 면적을 일정량 유지하기 위해서 유로의 개수가 증가하며, 동시에 유로끼리의 간격도 좁아지기 때문으로 생각된다. 즉, 핀 군(3)에 대하여 열이 균등하게 전해져서 핀 효율이 향상하기 때문인 것으로 생각된다. 단, 증발기 냉매 유로(4)의 내경의 감소에 따른 성능의 향상율은, 내경 4.6㎜를 경계로 완만해지는 것을 알 수 있다. 그 원인에 대해서는 다음의 도 8, 도 9를 사용해서 설명한다.

도 8은, 증발기 냉매 유로(4)의 입구로부터 출구까지의 냉매 온도 분포를 모식적으로 나타내는 그래프이며, 가로축은 증발기 냉매 유로의 길이(㎜), 세로축은 냉매 온도(℃)이다.

증발기(103)(도 2 참조)는, 액체 냉매를 기체 냉매로 증발시킨다는 특성상, 도 8에 나타내는 바와 같이, 증발기(103)의 출구측 근방에서 증발이 완전히 종료하고, 냉매의 온도 상승(ΔT)(℃)이 일어난다.

다음으로 참조하는 도 9의 (a)는, 도 2에 나타내는 제3 분기후 유로 및 제4 분기후 유로에 있어서, CO₂ 냉매가, 증발기(103)의 냉매 입구부로부터 냉매 출구부까지 통류할 때의 CO₂ 냉매의 온도 변화를, 도 8에 나타내는 CO₂ 냉매의 온도 상승(ΔT)에 대응시켜서 나타내는 개념도이다. 도 9의 (b)는, 비교예로서의 제3 분기후 유로 및 제4 분기후 유로에 있어서, 증발기의 냉매 입구부로부터 냉매 출구부까지 CO₂ 냉매가 통류할 때의 CO₂ 냉매의 온도 변화를, 도 8에 나타내는 CO₂ 냉매의 온도 상승(ΔT)에 대응시켜서 나타내는 개념도이다.

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 실시형태에서의 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)는, 상기한 바와 같이, 분배기(1)(도 2 참조)로부터 뻗는 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)끼리는 서로 인접하는 위치에서 핀 군(3)에 접속되어 증발기(103)의 냉매 입구부를 구성하고 있다. 또한, 증발기(103)로부터 합류부(2)(도 2 참조)를 향하는 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)는, 상기한 바와 같이, 서로 인접하는 위치에서 증발기(103)의 냉매 출구부를 형성하고 있다.

이에 대하여, 도 9의 (b)에 나타내는 비교예의 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)는, 도 9의 (a)에 나타내는 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)와 달리, 증발기(103)의 냉매 입구부 및 냉매 출구부는, 핀 군(3)의 상하 방향에 배치되는 3단분의 증발기 냉매 유로(4)를 통해서 서로 이간하도록 형성되어 있다.

그리고, 도 9의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 핀 군(3)을 관통하는 증발기 냉매 유로(4)는, 핀 군(3)의 핀을 통해서 서로 인접하는 것끼리에서 흰색 화살표로 나타내는 바와 같이, 열교환을 행한다. 핀 군(3)에 의한 열교환이 없는 것으로 가정했을 경우에 비해서, 상기한 열교환이 행해지면, 일반적으로는 고온측의 증발기 냉매 유로(4)가 냉각되어 히트펌프 급탕기의 성능이 저하하게 된다.

또한, 열 전도에 의한 열 이동량은, 증발기 냉매 유로(4)끼리의 간격이 좁아질수록 많아진다. 그 때문에, 증발기 냉매 유로(4)를 가늘게 해서 유로 밀도를 높일수록, 히트펌프 급탕기의 성능은 열 전도의 영향으로 향상하기 어려워진다. 한편, 핀 군(3)의 핀의 열 전도에 의한 히트펌프 급탕기의 성능 저하는, 증발기(103)의 출구의 냉매 과열도가 높을수록 강하게 나타난다. 또한, 히트펌프 사이클 내에 냉매량 조정 기능을 구비하고 있지 않는 히트펌프 급탕기는, 외기 온도가 높을수록 냉매 과열도가 상승한다는 특성을 갖는다.

그런데, 도 9의 (b)에 나타내는 비교예에서의 「증발기(103)의 냉매 출구부」에서의 증발기 냉매 유로(4) 내의 CO₂ 냉매, 즉 도 9의 (b) 중, 「온도 높음」으로 나타내는 CO₂ 냉매는, 이것의 아래쪽에서 인접하는 증발기 냉매 유로(4) 내의 「온도 낮음」으로 나타내는 CO₂ 냉매와 열교환한다. 따라서, 도 9의 (b)에 나타내는 비교예에서는, 열 전도에 의한 히트펌프 급탕기의 성능 저하량이 크다. 이에 대하여, 도 9의 (a)에 나타내는 본 실시형태에서는 「증발기(103)의 냉매 출구부」에서의 증발기 냉매 유로(4) 내의 「온도 높음」으로 나타내는 CO₂ 냉매는, 이것에 인접하는 증발기 냉매 유로(4) 내의 「온도 중간」으로 나타내는 CO₂ 냉매와 열교환한다.

따라서, 도 9의 (a)에 나타내는 본 실시형태에서는, 「증발기(103)의 냉매 출구부」에서의 증발기 냉매 유로(4)끼리(도 9의 (a)의 제3 분기후 유로(8) 및 제4 분기후 유로(9)끼리)를 서로 인접시킴으로써, 히트펌프 급탕기의 성능을 향상시킬 수 있다.

이상, 도 4 내지 도 9에 대하여 설명한 바와 같이, 증발기 냉매 유로(4)의 내경으로서는 4.6㎜가 적절하며, 또한 도 9의 (a)에 나타내는 유로 구성을 적용함으로써 열 전도에 의한 성능 저하를 완화할 수 있다. 그리고, 제조의 편차 등을 고려하면, 허용 가능한 증발기 냉매 유로(4)의 내경의 범위를 규정할 필요도 있다.

도 6에서 이미 설명한 바와 같이, 증발기 냉매 유로(4)의 내경으로 4.6㎜를 선택한 경우의 유로 분기 수는 6으로 되지만, 만일 제조의 편차 등으로 유로 내경이 4.6㎜으로부터 벗어나버렸을 경우에도, 도 6의 가로축에 나타내는 증발기 냉매 유로(4)의 내경이 4.4㎜∼4.7㎜의 범위이면 최적인 유로 분기 수(P)를 대응시킬(설정할) 수 있다.

다시 도 7을 참조해서, 냉매 유량의 선택에 따라서는, 유로 분기 수가 7(도 7의 상측 가로축 참조)인 경우에, 허용되는 증발기 냉매 유로(4)의 내경 범위가 4.3㎜∼4.6㎜로 되고, 유로 분기 수가 6(도 7의 상측 가로축 참조)인 경우에, 허용되는 증발기 냉매 유로(4)의 내경 범위가 4.6㎜∼4.9㎜로 된다. 즉, 제조의 편차 등에 의한 증발기 냉매 유로(4)의 내경이 4.6㎜으로부터 벗어나는 것을 고려해도, 도 7에 나타내는 증발기 냉매 유로(4)의 내경이 4.3㎜∼4.9㎜의 범위이면, 최적인 유로 분기 수(P)를 대응시킬(설정할) 수 있다. 덧붙이면, 도 7의 상측 가로축의 유로 분기 수(6 또는 7)에 대응하는 증발기 냉매 유로(4)의 내경 범위는, 착상기 등의 저냉매 유량 조건에서는 층상류를 허용하는 것으로 해서 시뮬레이션 시험으로 연산한 것이다.

다음으로, 히트펌프 급탕기의 가열 능력(Q)(㎾)과, 분배기(1)에 의한 분기전 유로(5)의 최적인 분기 수(유로 분기 수(P))의 관계에 대하여 설명한다. 도 10은, 히트펌프 급탕 장치의 가열 능력(Q)과, 분배기에 의한 분기전 유로의 최적인 분기 수(유로 분기 수(P))의 관계를 나타내는 그래프이며, 가로축은 가열 능력(Q)(㎾), 세로축은 유로 분기 수(P)이다. 즉, 도 10에 나타내는 그래프는, 상기한 바와 같이, 증발기 냉매 유로(4)의 내경을 4.6㎜로 했을 경우에, 증발기 냉매 유로(4) 내의 CO₂ 냉매가 환상류로 되는 가열 능력(Q)과 유로 분기 수(P)의 관계를 시뮬레이션 시험에 의해 연산해서 얻은 것이다. 도 10에는 APF를 연산하는 조건 중, 냉매 유량이 가장 적은 착상기 조건의 결과를 파선으로 나타내고, 냉매 유량이 가장 큰 하절기 조건의 결과를 실선으로 나타냈다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 착상기 조건에 대한 임계값은, P=4/3×Q로 표현되고, 하절기 조건에 대한 임계값은 P=64/33×Q로 표현된다. 그리고, 각각의 임계값보다 유로 분기 수(P)가 적은 영역이, 증발기 냉매 유로(4) 내에서의 CO₂ 냉매가 환상류로 되는 영역으로 된다.

따라서, 하절기 조건 기준에서 상기한 식 (1) :

P≤64/33×Q…(1)

의 관계식을 만족시키는 가열 능력(Q)(㎾) 및 유로 분기 수(P)를 설정함으로써 증발기 냉매 유로(4) 내의 CO₂ 냉매를 환상류로 할 수 있다.

또한, 착상기 조건 기준에서, 식 (2) :

P≤4/3×Q…(2)

의 관계식을 만족시키는 것으로 하면 APF의 산출에 필요한 모든 조건에서, 증발기 냉매 유로(4) 내의 CO₂ 냉매를 환상류로 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 모든 조건에서 높은 성능을 확보하기 위하여, 식 (2) : P≤4/3×Q에 있어서 가열 능력(Q)이 상기한 4.5㎾인 경우를 상정해서, 유로 분기 수(P)를 6으로 했다.

한편, 본 실시형태에서는 가열 능력(Q)이 4.5㎾인 것에 대하여 기재했지만, 본 발명의 과제를 저해하지 않는 한, 적절히 가열 능력(Q)을 설정할 수 있다.

이상과 같은 증발기(103)를 구비하는 본 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 의하면, 증발기 냉매 유로(4)의 내경을 4.3㎜ 내지 4.9㎜의 범위 내로 하고, 유로 분기 수(P)와 가열 능력(Q)의 관계를 상기 식 (1) : P≤64/33×Q로 함으로써, CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 성능을 나타내는 APF의 산출에 필요한 시험 조건 중, 냉매 유량이 최대로 되는 조건에 있어서, 증발기 냉매 유로(4)의 내부의 유동 양식이 열 전달율이 높은 환상류로 되므로, 높은 성능을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 이 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 따르면, 유로 분기 수(P)를 상기 식 (2) : P≤4/3×Q의 범위 내의 값으로 함으로써, APF의 산출에 필요한 모든 시험 조건에 있어서, 증발기 냉매 유로(4)에 있어서의 유동 양식을 열 전달율이 높은 환상류로 할 수 있으므로, 모든 조건에서 높은 성능을 얻을 수 있게 된다.

또한, 이 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 따르면, 유로 분기 수(P)를 상기 식 (2) : P≤4/3×Q의 관계를 만족시키는 P의 자연수의 최대값(예를 들면, 본 실시형태에서의 상기 유로 분기 수(P)=6)으로 함으로써, 열 전달율이 높을 뿐만 아니라, 냉매측 압력 손실의 저감 효과도 얻어지므로, 더욱 높은 성능을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 이 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 따르면, 복수의 증발기 냉매 유로(4)의 냉매 출구부를 서로 근접시키도록 배치함으로써, 복수의 증발기 냉매 유로(4)의 냉매 출구부가 근접하지 않는 경우에 비해서 핀 군(3)을 통한 열 전도의 영향에 의한 성능 저하를 방지하여, 증발기(103)의 성능을 특히 높이는 것이 가능해진다.

또한, 이 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치에 따르면, 증발기(103)는 필연적으로 다분기로 되므로, 성능을 충분하게 끌어올리기 위해서는 CO₂ 냉매의 균등 분배가 필요해지지만, 다음 식 (3) :

Led/Ded^{0 .28}<0.169Q^{0 .36}…(3)

(단, Led, Ded 및 Q는 상기와 마찬가지임)

을 만족시키는 값으로 함으로써, 팽창 밸브(102)로부터 유출한 냉매류가 기액 혼합 상태를 유지한 채로 유로 분기부에 유입하여, 유로 분기 수(P)에 상관없이 균등한 유량 및 건조도로 분배하는 것이 가능해진다.

이러한 본 실시형태에 따르면, 임의의 가열 능력(Q)에 대하여 제조의 편차를 고려한 최적인 증발기 냉매 유로(4)의 내경 범위와, 유로 분기 수(P)를 선택할 수 있으므로, 가열 능력(Q)에 따라 성능을 최대화할 수 있는 증발기(103)를 구비하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치용 증발기를 제공할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않으며, 다양한 형태로 실시할 수 있다. 이하에 설명하는 다른 실시형태에 있어서는, 상기 실시형태와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.

다음에 참조하는 도 11은, 다른 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프 급탕 장치에 있어서의 증발기의 사시도이다. 도 11 중, 부호 1은 분배기, 부호 2는 합류부, 부호 3은 핀 군, 부호 5는 분기전 유로, 부호 6은 제1 분기후 유로, 부호 7은 제2 분기후 유로, 부호 8은 제3 분기후 유로, 부호 9는 제4 분기후 유로, 부호 10은 제5 분기후 유로, 부호 11은 제6 분기후 유로, 부호 102는 팽창 밸브, 부호 103은 증발기이다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 다른 실시형태에 따른 CO₂ 히트펌프 급탕 장치에 있어서의 증발기(103)는, 도 2에 나타내는 상기 실시형태에서의 증발기(103)에 비해서, 핀 군(3)의 열 수가 1열 증가하여, 합계 3열의 구성으로 되어 있으므로, 유로 구성이 다르다. 한편, 도 11에 나타내는 증발기(103)를 구비하는 히트펌프 급탕기의 가열 능력(Q)은 6.0㎾를 상정하고 있다.

도 11에 나타내는 증발기(103)는, 도 2에 나타내는 것에 비해서 핀 군(3)의 열수가 증가함으로써 증발기 냉매 유로(4)가 길게 되어 있다. 그 때문에, 증발기(103)의 냉매 출입구 사이의 압력 손실이 높은 사양으로 되어 있다.

한편, 도 10에 나타낸 수식에는, 압력 손실의 항목이 존재하지 않으므로, 상기 실시형태와 마찬가지의 이론을 적용할 수 있다.

즉, 식 (2) : P≤4/3×Q에 가열 능력(Q)의 6㎾를 적용하면 P≤8로 되므로, 압력 손실의 저감화의 관점에서 유로 분기 수(P)의 최대값인 「8」로 하는 것이 적절해진다. 그러나, 양산성의 관점에서 보았을 경우, 4.5㎾ 출력과 6.0㎾ 출력의 기체(機體)로 유로 분기 수(P)를 통일하는 것이 바람직하며, 유로 분기 수를 「6」 으로 하여, 복수의 가열 능력(Q)에 대해서 높은 성능을 발휘할 수 있는 수단으로 했다.

또한, 상기 실시형태에서는 도 1에 나타내는 압축기(100), 수냉매 열교환기(101), 팽창 밸브(102), 및 증발기(103)를 갖는 히트펌프 사이클에 대하여 설명했지만, 본 발명은 냉매량 조정 기구나 고압측과 저압측의 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기 등이 더 포함되어 있는 히트펌프 사이클에 대해서도 적용할 수 있다.

1 : 분배기
2 : 합류부
3 : 핀 군
4 : 증발기 냉매 유로
5 : 분기전 유로
6 : 제1 분기후 유로
7 : 제2 분기후 유로
8 : 제3 분기후 유로
9 : 제4 분기후 유로
10 : 제5 분기후 유로
11 : 제6 분기후 유로
100 : 압축기
101 : 수냉매 열교환기
102 : 팽창 밸브
103 : 증발기
104 : 저탕 탱크
105 : 순환 펌프

Claims (5)

1. 적어도, 압축기, 수냉매 열교환기, 팽창 밸브, 및 증발기의 각 요소가 환상(環狀)으로 접속되며, 유로 내부에 CO₂ 냉매가 봉입(封入)됨으로써 구성된 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치로서,
   상기 증발기는, 공기측의 전열면(傳熱面)인 핀 군과, 공기류(空氣流)에 직교하는 방향으로 나열된 복수의 증발기 냉매 유로로 이루어지는 증발기 냉매 유로 군을 대략 직각으로 관통하도록 고정함으로써 공기와 냉매 사이에서 열교환을 행하게 하는 크로스 핀 튜브형의 것이며,
   상기 증발기는, 상기 증발기 냉매 유로의 내경을 4.3㎜∼4.9㎜로 하고,
   CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력을 Q로 하고, 상기 증발기 냉매 유로의 유로 분기 수를 P로 했을 경우에, 다음 식 (1) :
   P≤64/33×Q…(1)
   을 만족시키는 것을 특징으로 하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증발기 냉매 유로의 상기 유로 분기 수를 P로 했을 경우에, 다음 식 (2) :
   P≤4/3×Q…(2)
   (단, 상기 식 (2) 중, Q는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력임)
   를 만족시키는 것을 특징으로 하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 증발기 냉매 유로의 상기 유로 분기 수(P)는,
   상기 식 (2)를 만족시키는 자연수의 최대값인 것을 특징으로 하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 증발기의 냉매 출구부에서 복수의 상기 증발기 냉매 유로를 근접시켜서 배치한 것을 특징으로 하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치
5. 제1항에 있어서,
   다음 식 (3) :
   Led/Ded^{0 .28}<0.169Q^{0 .36}…(3)
   (단, Led는 상기 팽창 밸브로부터 분배기의 분기점까지의 분기전(分岐前) 유로의 길이, Ded는 상기 팽창 밸브의 하류측에 있어서의 분기전 유로의 내경, Q는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치의 물에 대한 가열 능력임)
   을 만족시키는 것을 특징으로 하는 CO₂ 히트펌프식 급탕 장치.
   

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