冷凍装置
【課題】部品点数の少ない簡単な構成の水熱交換器を有する冷凍装置を提供する。
【解決手段】冷凍装置２は、冷媒が流通する冷媒管２２ａと、水が流通する水管２２ｂとの間で熱交換が行われる水熱交換器２２を備えている。冷媒管２２ａは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ内に形成された穴４７であり、水管２２ｂは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士の間に一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成された空間である。
【解決手段】冷凍装置２は、冷媒が流通する冷媒管２２ａと、水が流通する水管２２ｂとの間で熱交換が行われる水熱交換器２２を備えている。冷媒管２２ａは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ内に形成された穴４７であり、水管２２ｂは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士の間に一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成された空間である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にヒートポンプ式給湯装置の加熱手段として使われる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置としては、圧縮式冷凍回路で構成されるものが広く利用されている。冷凍回路は、冷凍装置は、例えば、ＣＯ2を冷媒とし、水熱交換器を備えている。水熱交換器は、冷媒が流通する冷媒管と、水が流通する水管とを有しており、流体同士を対向させて流して、両者の間で熱交換を行う。具体的には、高温高圧の冷媒と低温低圧の水との間で熱交換を行うことで、水を加熱する。この結果、ＣＯ2の超臨界域の特性を用いた高温出湯が可能になる。
【０００３】
水熱交換器の従来技術としては、水管の回りに冷媒管を螺旋状に巻き付けた構造が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、水管を扁平管として、さらにその側面に複数の冷媒管を密着させた構造が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００７−２７１２１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に示す水熱交換器は、扁平の第一伝熱管と、複数の第二伝熱管と、これらを密着させるための拘束管とを有している。
【０００６】
したがって、水熱交換器を構成する部品点数が多くなり、製造工程も複雑になる。
【０００７】
本発明の課題は、部品点数の少ない簡単な構成の水熱交換器を有する冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る冷凍装置は、第１流体が流通する第１流通路と、第２流体が流通する第２流通路との間で熱交換が行われる水熱交換器を備えている。第１流通路は一対の扁平管内に形成された穴であり、第２流通路は一対の扁平管同士の間に一対の扁平管の対向面を用いて形成された空間である。
【０００９】
この冷凍装置では、水熱交換器において、第１流体が第１流通路を流れて、第２流体が第２流通路を流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器では第２流通路が一対の扁平管の対向面を用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。一対の扁平管同士は、例えば、接着材やロウ付けによって簡単に接合できる。
【００１０】
第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、扁平管には、相手側の扁平管に向かって延びて第２流通路の一部としての側壁を構成する突出部が設けられている。
【００１１】
この冷凍装置では、水熱交換器において、扁平管自体が側壁となる突出部を有しているので、水熱交換器の部品点数が少なくなる。突出部は、例えば、他方の扁平管の突出部や他の部分に接合される。
【００１２】
第３発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、一対の扁平管の側方に設けられ、第２流通路の一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材をさらに備えている。
【００１３】
この冷凍装置では、水熱交換器において、一対の閉鎖部材によって第２流通路の側壁を実現しているので、一対の扁平管の構造を簡単にできる。
【００１４】
第４発明に係る冷凍装置は、第１〜第３発明のいずれかに係る冷凍装置であって、扁平管の対向面には、乱流促進構造が形成されている。
【００１５】
この冷凍装置では、扁平管の対向面に乱流促進構造が形成されているので、第２流通路を流れる第２流体の熱伝達率が向上し、結果として熱交換が促進される。例えば、第１流体がＣＯ2で第２流体が水の場合にも、ＣＯ2に比べて水の熱伝達率が低いにもかかわらず、第２流体の熱伝達率を向上させているので、高性能な水熱交換器が得られる。
【００１６】
第５発明に係る冷凍装置は、第４発明に係る冷凍装置であって、乱流促進構造は複数の凹部または凸部である。
【００１７】
この冷凍装置では、複数の凹部または凸部によって乱流促進構造が実現されているので、構造が簡単であり、製造が容易である。凹部は溝や部分的な凹みでもよく、凸部は一定方向に延びる突起や部分的な突起でもよい。
【００１８】
第６発明に係る冷凍装置は、第１〜第５発明に係る冷凍装置であって、扁平管の穴は、相手側の扁平管と反対側に偏って形成されている。
【００１９】
この冷凍装置では、扁平管の穴が相手側の扁平管と反対側に偏っているので、穴と対向面の距離を第２流体と外部との隔壁より長くとることが容易になる。この結果、もし腐食が生じた場合でも第１流体は第２流体側ではなく外部に漏洩し、第１流体へ混入する前の検出が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
第１発明に係る冷凍装置では、第２流通路が一対の扁平管の対向面を用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。
【００２１】
第２発明に係る冷凍装置では、扁平管自体が側壁となる突出部を有しているので、部品点数が少なくなる。
【００２２】
第３発明に係る冷凍装置では、一対の閉鎖部材によって第２流通路の側壁を実現しているので、一対の扁平管の構造が簡単になる。
【００２３】
第４発明に係る冷凍装置では、扁平管の対向面に乱流促進構造が形成されているので、第２流通路を流れる第２流体の熱伝達率が向上する。
【００２４】
第５発明に係る冷凍装置では、複数の凹部または凸部によって熱交換促進構造が実現されているので、構造が簡単であり、製造が容易である。
【００２５】
第６発明に係る冷凍装置では、扁平管の穴が相手側の扁平管と反対側に偏っているので、第２流体が第１流体へ混入する前の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜ヒートポンプ式給湯装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含むヒートポンプ式給湯装置のシステムを図１に示す。ヒートポンプ式給湯装置１は、冷凍装置２と貯湯装置３とによって構成されている。冷凍装置２は、圧縮機２１、水熱交換器２２内の冷媒管２２ａ、減圧手段としての膨張弁２３、及び空気熱交換器２４が、冷媒配管２５によって環状に接続される圧縮式の冷凍回路２０を有する。
【００２７】
さらに、冷凍回路２０には、水熱交換器２２から出る高圧高温の冷媒と、空気熱交換器２４から出る低圧低温の冷媒との間で熱交換を行うため、ガス熱交換器２６が配置されている。具体的には、水熱交換器２２と膨張弁２３とを連結する冷媒通路と、空気熱交換器と圧縮機２１とを連結する冷媒通路との間で熱交換が行われる。
【００２８】
貯湯装置３は、貯湯タンク３１、水熱交換器２２内の水管２２ｂ及び水循環ポンプ３２が、水配管３５によって環状に接続された水循環回路３０を有する。
【００２９】
冷凍装置２には、設置場所の外気温を検出する外気温センサ８、圧縮機２１の吐出管温度を検出する吐出管温度センサ９、及び空気熱交換器２４の温度を検出する温度センサ１０が設けられており、これらのセンサの検出信号は、マイコン６に入力される。さらに、冷凍装置２には、冷媒管２２ａからの冷媒の洩れを検出するための冷媒センサ１１が設けられている。
【００３０】
水熱交換器２２で加熱された水の温度が８５℃となるように、水循環ポンプ３２によって水の循環量が制御される。マイコン６は、８５℃の水を得るために必要な冷媒温度を確保するために、膨張弁２３の開度を制御する。
【００３１】
＜冷凍装置の構造＞
図２は、冷凍装置２の内部構造を示す断面図である。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画がファン室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１、膨張弁２３が配置されている。
【００３２】
ファン室２ｂには、図２正面視において、前方にファン２７が配置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータが、モータ支持台２８に固定された状態で配置されている。ファン室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて水熱交換器２２が配置されている。水熱交換器２２内にて、冷媒管２２ａ（図１参照）を流れる冷媒と、水管２２ｂ（図１参照）を流れる水との間で熱交換が行われる。
【００３３】
また、図２において、空気熱交換器２４は、ファン室２ｂの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器２４の右端は機械室２ａの中央まで延出している。制御ボックス４は、機械室２ａの上部とファン室２ｂの上部を跨ぐように配置されている。制御ボックス４には、マイコン６（図３参照）、インバータ７（図３参照）を搭載した制御装置５が内蔵されている。
【００３４】
＜冷凍装置の運転制御＞
図３は、冷凍装置２の制御ブロック図である。マイコン６は、外気温センサ８、空気熱交換器２４の温度センサ１０からの検出信号に基づき、目標吐出管温度設定部６２で目標吐出管温度を設定する。そして、マイコン６は、吐出管温度センサ９で検出される吐出管温度が目標吐出管温度に近づくように、膨張弁開度制御部６３を介して膨張弁２３の開度を制御する。なお、目標吐出管温度の設定に必要なデータは、目標吐出管温度設定部６２内に予め記憶されている。
【００３５】
さらに、マイコン６は、冷凍装置２の炊上能力に及ぼす外気温の影響を考慮して、さらに給湯負荷が一日の時間帯によって変化することを考慮して、インバータ制御部６４を介して圧縮機２１の運転周波数を制御している。例えば、外気温が低く、給湯負荷が大きい時間帯では、湯切れを防止するため、効率を無視して圧縮機２１の運転周波数を高める。一方、外気温が高く、給湯負荷が小さい時間帯では、圧縮機２１の運転周波数を高効率点に設定する。
【００３６】
給湯負荷が大きいとき、マイコン６は、圧縮機２１を保護する目的で、吐出管温度が１２０℃を超えないように圧縮機２１の運転制御を行う。実際に、吐出管温度が１２０℃のとき、圧縮機２１の内部温度は、１４０℃〜１４５℃に到達しており、内部温度がさらに上昇して１５０℃を超えると、圧縮機２１内部のマグネットの磁力が低下、オイルの劣化が発生し故障に至る。したがって、本実施形態では、吐出管温度の上限を１２０℃と設定している。
【００３７】
但し、外気温ｔ１が−２０℃以下のときは、圧縮機２１が過負荷になり易いので、さらなる安全措置として吐出管温度センサ９の検出値の補正量を大きくとり、実際の吐出管温度が１２０℃に達する前に吐出管温度センサ９の検出値を１２０℃にする必要がある。そこで、外気温ｔ１が−２０℃以下のときの補正量が実験的に求められ、マイコン６の温度補正部６１の第２補正手段６１ｂに記憶されている。
【００３８】
なお、外気温ｔ１＞−２０℃の温度範囲では、第１補正手段６１ａによって、補正されている。
【００３９】
＜水熱交換器の構造＞
図４は、水熱交換器２２の配管図である。この図では、水熱交換器２２を模式的に表現している。
【００４０】
水熱交換器２２は、冷媒管２２ａと、水管２２ｂとを有しており、両者内を流れる流体間で熱交換を行うものである。具体的な構造としては、水熱交換器２２は、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂから主に構成されている。
【００４１】
一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂは、図５に示すように、扁平部本体４４と、本体４４の端部から相手側に延びる一対の突出部４５，４６とを有している。扁平部本体４４は、図４に示すように長く延びており、一対の突出部４５Ａ，４５Ｂも本体４４に沿って延びている。扁平部本体４４は、互いに対向する対向面４４ａと、反対側の反対側面４４ｂとを有している。扁平部本体４４内には、複数の（この実施例では４つの）穴４７が一列に形成されている。このように扁平管に複数の穴を形成して冷媒管とすることで、冷媒側の熱伝達率が向上している。突出部４５，４６は、両方の扁平管４１Ａ，４１Ｂに形成され、同じ長さを有している。
【００４２】
扁平管４１Ａ，４１Ｂは、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等からなる。なお、各扁平管４１Ａ，４１Ｂは引き抜き加工や押し出し加工により製造されている。
【００４３】
一対の突出部４５Ａ，４５Ｂは相手側の扁平管４１Ａ，４１Ｂの一対の突出部４５Ａ，４５Ｂと先端同士がロウ付けされている。これにより、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ間に水管２２ｂが確保されている。言い換えると、水管２２ｂは、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａと、一対の突出部４５Ａ，４５Ｂの内側面４５ａによって形成されている。なお、各扁平管４１Ａ，４１Ｂにおいて突出部４５，４６の長さは同じであるため、各扁平管４１Ａ、４１Ｂが水管２２ｂを半分ずつ形成していることになる。なお、水管２２ｂの断面形状は、側壁に比べて対向面４４ａ側の辺が長くなる扁平形状になっている。
【００４４】
一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂは、図４に示すように、平行に折り曲げられ、蛇行形状になっている。蛇行形状とは、例えば、図４においては、直線状に延びる直線部分と、ヘアピン状に屈曲された屈曲部分とが交互に繰り返され、その結果複数の直線部分が互いに近接した状態に配置されている形状をいう。言い換えると、複数の直線部分が互いに重ねられるように配置されている。このように水熱交換器２２の全体形状が蛇行形状になっているので、コンパクトな構造を実現している。
【００４５】
また、各扁平管４１Ａ，４１Ｂは、自らの直線部分同士が積み重ね方向において近接しているが、隙間４３を間に確保している。隙間４３の大きさは、隣接する扁平管の各部分同士（温度の異なる管同士）が熱伝導による熱交換を行わない程度に設定されている。これにより、水熱交換器２２は、全体の熱交換効率を低下させることなく、その結果高温の出湯が可能になる。また、熱変形の影響を小さく抑えることができて、信頼性が向上する。
【００４６】
穴４７と対向面４４ａの距離を水と外部との隔壁（４５Ａ，４５Ｂ）より長くとることにより、もし腐食が生じた場合でも水は冷媒側ではなく外部に漏洩し、冷媒へ混入する前の検出が可能となる。
【００４７】
この水熱交換器２２においては、ＣＯ2が冷媒管２２ａ内を流れ、水がＣＯ2と対向する方向に水管２２ｂ内を流れる。その結果、両者内を流れる流体間で熱交換が行われ、水が加熱される。ここでは、扁平管を用いて伝熱面積を増大しているので、熱交換性能が高い。また、両流体を遮る壁面が単一であるので、複数の配管同士の密着度の低下による熱抵抗増大が生じにくい。
【００４８】
＜特徴＞
（１）
この冷凍装置２は、冷媒が流通する冷媒管２２ａと、水が流通する水管２２ｂとの間で熱交換が行われる水熱交換器２２を備えている。冷媒管２２ａは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ内に形成された穴４７であり、水管２２ｂは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士の間に一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成された空間である。
【００４９】
この冷凍装置２では、水熱交換器２２において、冷媒が冷媒管２２ａを流れて、水が水管２２ｂを流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器２２では水管２２ｂが一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。特に、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士は、例えば、接着材やロウ付けによって簡単に接合できる。
【００５０】
（２）
扁平管４１Ａ，４１Ｂには、相手側の扁平管４１Ａ，４１Ｂに向かって延びて水管２２ｂの一部としての側壁を構成する突出部４５Ａ，４５Ｂが設けられている。
【００５１】
この冷凍装置２では、扁平管４１Ａ，４１Ｂ自体が側壁となる突出部４５Ａ，４５Ｂを有しているので、部品点数が少なくなる。突出部４５Ａ，４５Ｂは、例えば、他方の扁平管４１Ａ，４１Ｂの突出部４５Ａ，４５Ｂや他の部分に接合される。
【００５２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５３】
（１）
図６及び図７に示す水熱交換器５２は、冷媒が流通する冷媒管５２ａと、水が流通する水管５２ｂとの間で熱交換が行われるものである。冷媒管５２ａは一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂ内に形成された穴５７であり、水管５２ｂは一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂ同士の間に一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの対向面５６ａを用いて形成された空間である。なお、扁平部本体５６は、互いに対向する対向面５６ａと、反対側の反対側面５６ｂとを有している。
【００５４】
この冷凍装置では、水熱交換器５２において、冷媒が冷媒管５２ａを流れて、水が水管５２ｂを流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器５２では水管５２ｂが一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの対向面５６ａを用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。
【００５５】
この実施形態では、水熱交換器５２は、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの側方に設けられ、水管５２ｂの一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂをさらに備えている。一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂは、図６に示すように、平板であり、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの側方全体を覆うように四角形状を有している。なお、閉鎖部材の形状は一対の扁平管の形状に合わせて変更可能である。
【００５６】
一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの側面と一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂの内側面５４ａは、ロウ付けまたは接着によって互いに固定されている。
【００５７】
この水熱交換器５２では、一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂによって水管２２ｂの側壁を実現しているので、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの構造を簡単にできる。つまり、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂは、突出部等の側壁を構成するための構造を必要としない。
【００５８】
（２）
図８に示す水熱交換器５８の一対の扁平管５８ａは、平行に曲げられて，渦巻形状に形成されている。より具外的には、一対の扁平管５８ａは、長方形状の渦巻となっており、外側ある第１ヘッダ５８ｂと、内側にある第２ヘッダ５８ｃとを有している。
【００５９】
また、扁平管５８ａ同士の半径方向間には、所定の隙間５８ｄが確保されている。
【００６０】
この装置では、流通路が渦巻形状になることで、水熱交換器全体がコンパクトになっている。しかも、流通路の互いに隣接している箇所同士の間には隙間５８ｄが確保されているので、コンパクトでありながら水熱交換器の熱交換効率が向上している。
【００６１】
（３）
図９に示す水熱交換器５９の一対の扁平管５９ａは、平行に曲げられて、渦巻形状に形成されている。より具外的には、一対の扁平管５９ａは、円形状の渦巻となっており、外側ある第１ヘッダ５９ｂと、内側にある第２ヘッダ５９ｃとを有している。
【００６２】
また、扁平管５９ａ同士の半径方向間には、所定の隙間５９ｄが確保されている。
【００６３】
この実施形態においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
（４）
図１０に示す水熱交換器は、一対の水熱交換器５９が上下方向に重ねられた段構造によって実現されている。図から明らかなように、水熱交換器５９同士は中心側の連結部５９ｅによって一体となっている。
【００６５】
この水熱交換器５９を製造する方法としては、二段の扁平管を一体に形成する方法と、二段の扁平管を用意してそれらを接合する方法がある。第一の方法では、具体的には、扁平管５９ａは、一段分平行に巻かれた後に、段を替えて次の一段分を平行に巻かれて形成される。なお、一段目を内側から巻いた場合には二段目は外側から巻くことになり、一段目を外側から巻いた場合には二段目は内側から巻くことになる。第２に方法では、二段の扁平管の内側端同士または外側端同士を連結する。
【００６６】
一対の水熱交換器５９同士の間には、図に示すように、隙間６０が確保されている。この隙間６０の大きさは、一対の水熱交換器５９同士で好ましくない熱交換が行われないように設定されている。
【００６７】
この水熱交換器では、十分にコンパクトな形状を維持しつつも、流通路の長さを長く確保できる。さらに、複数の渦巻形状を用いることで、容量の変更が容易である。
【００６８】
（５）
図１１に示す水熱交換器２２は、冷媒管２２ａと、水管２２ｂとを有しており、両者内を流れる流体間で熱交換を行うものである。具体的な構造としては、水熱交換器２２は、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂから主に構成されている。
【００６９】
一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂは、扁平部本体４４からなる。扁平部本体４４内には、複数の（この実施例では４つの）穴４７が一列に形成されている。冷媒管２２ａは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ内に形成された穴４７であり、水管２２ｂは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士の間に一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成された空間である。
【００７０】
この冷凍装置では、水熱交換器２２において、冷媒が冷媒管２２ａを流れて、水が水管２２ｂを流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器２２では水管２２ｂが一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。
【００７１】
この実施形態では、水熱交換器２２は、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの側方に設けられ、水管２２ｂの一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材６６Ａ，６６Ｂをさらに備えている。一対の閉鎖部材６６Ａ，６６Ｂは、図１１に示すように、平板であり、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの側方を覆うように一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの延び形状に沿った形状を有している。
【００７２】
この水熱交換器２２では、図１２に示すように、扁平管４１Ａ，４１Ｂの本体４４の対向面４４ａに乱流促進構造としての溝４４ｃ（凹部）が形成されている。溝４４ｃは、図から明らかなように、ヘリングボーン形状を有している。なお、乱流促進構造としては、図１３に示すように、複数の突起４４ｄ（凸部）を形成しても良い。なお、本体４４の反対側面４４ｂには溝や突起は形成されておらず、平坦な面となっている。
【００７３】
この水熱交換器２２では、扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａに乱流促進構造としての溝４４ｃや突起４４ｄが形成されているので、水管２２内の水の流れが乱流になり、高い熱伝達特性を得ることができる。言い換えると、水管２２ｂを流れる水の熱伝達率が向上し、結果として熱交換が促進される。水はＣＯ2に比べて熱伝達率が低いにもかかわらず、水の熱伝達率を向上させているので、高性能な水熱交換器が得られる。
【００７４】
また、この水熱交換器では、複数の溝４４ｃまたは突起４４ｄによって乱流促進構造が実現されているので、構造が簡単であり、製造が容易である。
【００７５】
（６）
図１４に示す水熱交換器２２の基本的構造は前記実施形態（図５）と同様である。この水熱交換器２２では、扁平管４１Ａ，４１Ｂの穴４７は、相手側の扁平管４１Ａ，４１Ｂと反対側に偏って形成されている。言い換えると、穴４７と反対側面４４ｂとの距離は、穴４７と対向面４４ａとの距離より短くなっている。
【００７６】
この水熱交換器２２では、穴４７と対向面４４ａの距離を水と外部との隔壁（４５，４６）より長くとることにより、もし腐食が生じた場合でも水は冷媒側ではなく外部に漏洩し、冷媒へ混入する前の検出が可能となる。また、扁平管４１Ａ，４１Ｂは水に接する面だけを肉厚にすることにより、無駄なコストを発生させずに腐食漏洩に対する安全な厚みを確保することができる。
【００７７】
（７）
図１５に示す水熱交換器５２の基本的構造は前記実施形態（図７）と同様である。この水熱交換器５２では、扁平管５３Ａ，５３Ｂの穴５７は、相手側の扁平管５３Ａ，５３Ｂと反対側に偏って形成されている。言い換えると、穴５７と反対側面５６ｂとの距離は、穴５７と対向面５６ａとの距離より短くなっている。
【００７８】
この水熱交換器５２では、穴５７と対向面５６ａの距離を水と外部との隔壁（５４Ａ，５４Ｂ）より長くとることにより、もし腐食が生じた場合でも水は冷媒側ではなく外部に漏洩し、冷媒へ混入する前の検出が可能となる。また、扁平管５３Ａ，５３Ｂは水に接する面だけを肉厚にすることにより、無駄なコストを発生させずに腐食漏洩に対する安全な厚みを確保することができる。
＜変形例＞
（１）
前記実施形態では、一対の扁平管から延びる突出部は両扁平管において同じ長さで形成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、一対の扁平管において突出部の長さは異なっていても良いし、一方の扁平管にのみ突出部が形成されていても良い。
【００７９】
（２）
前記実施形態では、閉鎖部材は平板であるが、本発明はこれに限定されない。閉鎖部材は、第２流通路の側壁を構成する平面を有していれば良く、全体が平板でなくても良い。
【００８０】
（３）
前記実施形態では、扁平管には４つの穴が一列に並んで形成されているが、本発明はこれに限定されない。穴の個数や配置は任意に設定しても良い。
【００８１】
（４）
前記実施形態では、一対の扁平管同士または扁平管と閉鎖部材はロウ付けによって接合されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、接着材を用いて各部材を接合しても良い。
【００８２】
（５）
前記実施形態（図１０）では水熱交換器を二段に重ねていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、水熱交換器を三段以上重ねて形成しても良い。
【００８３】
（６）
前記実施形態では冷媒としてＣＯ2を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、高温高圧の冷媒として、炭化水素、フロン冷媒などを用いても良い。
【００８４】
（７）
前記実施形態では、扁平管は一体部材に形成された多穴構造であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の細管を接合して一つの扁平管としても良い。
【００８５】
（８）
前記実施形態では、扁平管の穴を冷媒管として、扁平管の間の空間を水管としたが、本発明はこれに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上のように本発明によれば、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になるので、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含むヒートポンプ式給湯装置のシステム。
【図２】冷凍装置の内部構造を示す断面図。
【図３】冷凍装置の制御装置のブロック図。
【図４】冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図５】接合前の一対の扁平管の断面図。
【図６】他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図７】接合前の一対の扁平管の断面図。
【図８】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図９】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図１０】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図１１】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図１２】扁平管の対向面側の斜視図。
【図１３】扁平管の対向面側の斜視図。
【図１４】さらに他の実施形態における接合前の一対の扁平管の断面図。
【図１５】さらに他の実施形態における接合前の一対の扁平管の断面図。
【符号の説明】
【００８８】
１ ヒートポンプ式給湯装置
２ 冷凍装置
２ａ 機械室
２ｂ ファン室
６ マイコン
２０ 圧縮式冷凍回路
２１ 圧縮機
２２ 水熱交換器
２２ａ 冷媒管（第１流通路）
２２ｂ 水管（第２流通路）
２３ 膨張弁
２４ 空気熱交換器
２５ 冷媒配管
２７ ファン
３５ 水配管
４１Ａ，４１Ｂ 扁平管
４３ 隙間
４４ 扁平部本体
４４ａ 対向面
４４ｂ 反対側面
４４ｃ 溝（凹部）
４４ｄ 突起（凸部）
４５Ａ，４５Ｂ 突出部
４５ａ 内側面
４７ 穴
５２ 水熱交換器
５２ａ 冷媒管
５２ｂ 水管
５３Ａ，５３Ｂ 扁平管
５４Ａ，５４Ｂ 閉鎖部材
５４ａ 内側面
５６ 扁平部本体
５６ａ 対向面
５６ｂ 反対側面
５７ 穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にヒートポンプ式給湯装置の加熱手段として使われる冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置としては、圧縮式冷凍回路で構成されるものが広く利用されている。冷凍回路は、冷凍装置は、例えば、ＣＯ2を冷媒とし、水熱交換器を備えている。水熱交換器は、冷媒が流通する冷媒管と、水が流通する水管とを有しており、流体同士を対向させて流して、両者の間で熱交換を行う。具体的には、高温高圧の冷媒と低温低圧の水との間で熱交換を行うことで、水を加熱する。この結果、ＣＯ2の超臨界域の特性を用いた高温出湯が可能になる。
【０００３】
水熱交換器の従来技術としては、水管の回りに冷媒管を螺旋状に巻き付けた構造が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
また、水管を扁平管として、さらにその側面に複数の冷媒管を密着させた構造が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００７−２７１２１３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に示す水熱交換器は、扁平の第一伝熱管と、複数の第二伝熱管と、これらを密着させるための拘束管とを有している。
【０００６】
したがって、水熱交換器を構成する部品点数が多くなり、製造工程も複雑になる。
【０００７】
本発明の課題は、部品点数の少ない簡単な構成の水熱交換器を有する冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る冷凍装置は、第１流体が流通する第１流通路と、第２流体が流通する第２流通路との間で熱交換が行われる水熱交換器を備えている。第１流通路は一対の扁平管内に形成された穴であり、第２流通路は一対の扁平管同士の間に一対の扁平管の対向面を用いて形成された空間である。
【０００９】
この冷凍装置では、水熱交換器において、第１流体が第１流通路を流れて、第２流体が第２流通路を流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器では第２流通路が一対の扁平管の対向面を用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。一対の扁平管同士は、例えば、接着材やロウ付けによって簡単に接合できる。
【００１０】
第２発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、扁平管には、相手側の扁平管に向かって延びて第２流通路の一部としての側壁を構成する突出部が設けられている。
【００１１】
この冷凍装置では、水熱交換器において、扁平管自体が側壁となる突出部を有しているので、水熱交換器の部品点数が少なくなる。突出部は、例えば、他方の扁平管の突出部や他の部分に接合される。
【００１２】
第３発明に係る冷凍装置は、第１発明に係る冷凍装置であって、一対の扁平管の側方に設けられ、第２流通路の一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材をさらに備えている。
【００１３】
この冷凍装置では、水熱交換器において、一対の閉鎖部材によって第２流通路の側壁を実現しているので、一対の扁平管の構造を簡単にできる。
【００１４】
第４発明に係る冷凍装置は、第１〜第３発明のいずれかに係る冷凍装置であって、扁平管の対向面には、乱流促進構造が形成されている。
【００１５】
この冷凍装置では、扁平管の対向面に乱流促進構造が形成されているので、第２流通路を流れる第２流体の熱伝達率が向上し、結果として熱交換が促進される。例えば、第１流体がＣＯ2で第２流体が水の場合にも、ＣＯ2に比べて水の熱伝達率が低いにもかかわらず、第２流体の熱伝達率を向上させているので、高性能な水熱交換器が得られる。
【００１６】
第５発明に係る冷凍装置は、第４発明に係る冷凍装置であって、乱流促進構造は複数の凹部または凸部である。
【００１７】
この冷凍装置では、複数の凹部または凸部によって乱流促進構造が実現されているので、構造が簡単であり、製造が容易である。凹部は溝や部分的な凹みでもよく、凸部は一定方向に延びる突起や部分的な突起でもよい。
【００１８】
第６発明に係る冷凍装置は、第１〜第５発明に係る冷凍装置であって、扁平管の穴は、相手側の扁平管と反対側に偏って形成されている。
【００１９】
この冷凍装置では、扁平管の穴が相手側の扁平管と反対側に偏っているので、穴と対向面の距離を第２流体と外部との隔壁より長くとることが容易になる。この結果、もし腐食が生じた場合でも第１流体は第２流体側ではなく外部に漏洩し、第１流体へ混入する前の検出が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
第１発明に係る冷凍装置では、第２流通路が一対の扁平管の対向面を用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。
【００２１】
第２発明に係る冷凍装置では、扁平管自体が側壁となる突出部を有しているので、部品点数が少なくなる。
【００２２】
第３発明に係る冷凍装置では、一対の閉鎖部材によって第２流通路の側壁を実現しているので、一対の扁平管の構造が簡単になる。
【００２３】
第４発明に係る冷凍装置では、扁平管の対向面に乱流促進構造が形成されているので、第２流通路を流れる第２流体の熱伝達率が向上する。
【００２４】
第５発明に係る冷凍装置では、複数の凹部または凸部によって熱交換促進構造が実現されているので、構造が簡単であり、製造が容易である。
【００２５】
第６発明に係る冷凍装置では、扁平管の穴が相手側の扁平管と反対側に偏っているので、第２流体が第１流体へ混入する前の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜ヒートポンプ式給湯装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含むヒートポンプ式給湯装置のシステムを図１に示す。ヒートポンプ式給湯装置１は、冷凍装置２と貯湯装置３とによって構成されている。冷凍装置２は、圧縮機２１、水熱交換器２２内の冷媒管２２ａ、減圧手段としての膨張弁２３、及び空気熱交換器２４が、冷媒配管２５によって環状に接続される圧縮式の冷凍回路２０を有する。
【００２７】
さらに、冷凍回路２０には、水熱交換器２２から出る高圧高温の冷媒と、空気熱交換器２４から出る低圧低温の冷媒との間で熱交換を行うため、ガス熱交換器２６が配置されている。具体的には、水熱交換器２２と膨張弁２３とを連結する冷媒通路と、空気熱交換器と圧縮機２１とを連結する冷媒通路との間で熱交換が行われる。
【００２８】
貯湯装置３は、貯湯タンク３１、水熱交換器２２内の水管２２ｂ及び水循環ポンプ３２が、水配管３５によって環状に接続された水循環回路３０を有する。
【００２９】
冷凍装置２には、設置場所の外気温を検出する外気温センサ８、圧縮機２１の吐出管温度を検出する吐出管温度センサ９、及び空気熱交換器２４の温度を検出する温度センサ１０が設けられており、これらのセンサの検出信号は、マイコン６に入力される。さらに、冷凍装置２には、冷媒管２２ａからの冷媒の洩れを検出するための冷媒センサ１１が設けられている。
【００３０】
水熱交換器２２で加熱された水の温度が８５℃となるように、水循環ポンプ３２によって水の循環量が制御される。マイコン６は、８５℃の水を得るために必要な冷媒温度を確保するために、膨張弁２３の開度を制御する。
【００３１】
＜冷凍装置の構造＞
図２は、冷凍装置２の内部構造を示す断面図である。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画がファン室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１、膨張弁２３が配置されている。
【００３２】
ファン室２ｂには、図２正面視において、前方にファン２７が配置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータが、モータ支持台２８に固定された状態で配置されている。ファン室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて水熱交換器２２が配置されている。水熱交換器２２内にて、冷媒管２２ａ（図１参照）を流れる冷媒と、水管２２ｂ（図１参照）を流れる水との間で熱交換が行われる。
【００３３】
また、図２において、空気熱交換器２４は、ファン室２ｂの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器２４の右端は機械室２ａの中央まで延出している。制御ボックス４は、機械室２ａの上部とファン室２ｂの上部を跨ぐように配置されている。制御ボックス４には、マイコン６（図３参照）、インバータ７（図３参照）を搭載した制御装置５が内蔵されている。
【００３４】
＜冷凍装置の運転制御＞
図３は、冷凍装置２の制御ブロック図である。マイコン６は、外気温センサ８、空気熱交換器２４の温度センサ１０からの検出信号に基づき、目標吐出管温度設定部６２で目標吐出管温度を設定する。そして、マイコン６は、吐出管温度センサ９で検出される吐出管温度が目標吐出管温度に近づくように、膨張弁開度制御部６３を介して膨張弁２３の開度を制御する。なお、目標吐出管温度の設定に必要なデータは、目標吐出管温度設定部６２内に予め記憶されている。
【００３５】
さらに、マイコン６は、冷凍装置２の炊上能力に及ぼす外気温の影響を考慮して、さらに給湯負荷が一日の時間帯によって変化することを考慮して、インバータ制御部６４を介して圧縮機２１の運転周波数を制御している。例えば、外気温が低く、給湯負荷が大きい時間帯では、湯切れを防止するため、効率を無視して圧縮機２１の運転周波数を高める。一方、外気温が高く、給湯負荷が小さい時間帯では、圧縮機２１の運転周波数を高効率点に設定する。
【００３６】
給湯負荷が大きいとき、マイコン６は、圧縮機２１を保護する目的で、吐出管温度が１２０℃を超えないように圧縮機２１の運転制御を行う。実際に、吐出管温度が１２０℃のとき、圧縮機２１の内部温度は、１４０℃〜１４５℃に到達しており、内部温度がさらに上昇して１５０℃を超えると、圧縮機２１内部のマグネットの磁力が低下、オイルの劣化が発生し故障に至る。したがって、本実施形態では、吐出管温度の上限を１２０℃と設定している。
【００３７】
但し、外気温ｔ１が−２０℃以下のときは、圧縮機２１が過負荷になり易いので、さらなる安全措置として吐出管温度センサ９の検出値の補正量を大きくとり、実際の吐出管温度が１２０℃に達する前に吐出管温度センサ９の検出値を１２０℃にする必要がある。そこで、外気温ｔ１が−２０℃以下のときの補正量が実験的に求められ、マイコン６の温度補正部６１の第２補正手段６１ｂに記憶されている。
【００３８】
なお、外気温ｔ１＞−２０℃の温度範囲では、第１補正手段６１ａによって、補正されている。
【００３９】
＜水熱交換器の構造＞
図４は、水熱交換器２２の配管図である。この図では、水熱交換器２２を模式的に表現している。
【００４０】
水熱交換器２２は、冷媒管２２ａと、水管２２ｂとを有しており、両者内を流れる流体間で熱交換を行うものである。具体的な構造としては、水熱交換器２２は、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂから主に構成されている。
【００４１】
一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂは、図５に示すように、扁平部本体４４と、本体４４の端部から相手側に延びる一対の突出部４５，４６とを有している。扁平部本体４４は、図４に示すように長く延びており、一対の突出部４５Ａ，４５Ｂも本体４４に沿って延びている。扁平部本体４４は、互いに対向する対向面４４ａと、反対側の反対側面４４ｂとを有している。扁平部本体４４内には、複数の（この実施例では４つの）穴４７が一列に形成されている。このように扁平管に複数の穴を形成して冷媒管とすることで、冷媒側の熱伝達率が向上している。突出部４５，４６は、両方の扁平管４１Ａ，４１Ｂに形成され、同じ長さを有している。
【００４２】
扁平管４１Ａ，４１Ｂは、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等からなる。なお、各扁平管４１Ａ，４１Ｂは引き抜き加工や押し出し加工により製造されている。
【００４３】
一対の突出部４５Ａ，４５Ｂは相手側の扁平管４１Ａ，４１Ｂの一対の突出部４５Ａ，４５Ｂと先端同士がロウ付けされている。これにより、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ間に水管２２ｂが確保されている。言い換えると、水管２２ｂは、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａと、一対の突出部４５Ａ，４５Ｂの内側面４５ａによって形成されている。なお、各扁平管４１Ａ，４１Ｂにおいて突出部４５，４６の長さは同じであるため、各扁平管４１Ａ、４１Ｂが水管２２ｂを半分ずつ形成していることになる。なお、水管２２ｂの断面形状は、側壁に比べて対向面４４ａ側の辺が長くなる扁平形状になっている。
【００４４】
一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂは、図４に示すように、平行に折り曲げられ、蛇行形状になっている。蛇行形状とは、例えば、図４においては、直線状に延びる直線部分と、ヘアピン状に屈曲された屈曲部分とが交互に繰り返され、その結果複数の直線部分が互いに近接した状態に配置されている形状をいう。言い換えると、複数の直線部分が互いに重ねられるように配置されている。このように水熱交換器２２の全体形状が蛇行形状になっているので、コンパクトな構造を実現している。
【００４５】
また、各扁平管４１Ａ，４１Ｂは、自らの直線部分同士が積み重ね方向において近接しているが、隙間４３を間に確保している。隙間４３の大きさは、隣接する扁平管の各部分同士（温度の異なる管同士）が熱伝導による熱交換を行わない程度に設定されている。これにより、水熱交換器２２は、全体の熱交換効率を低下させることなく、その結果高温の出湯が可能になる。また、熱変形の影響を小さく抑えることができて、信頼性が向上する。
【００４６】
穴４７と対向面４４ａの距離を水と外部との隔壁（４５Ａ，４５Ｂ）より長くとることにより、もし腐食が生じた場合でも水は冷媒側ではなく外部に漏洩し、冷媒へ混入する前の検出が可能となる。
【００４７】
この水熱交換器２２においては、ＣＯ2が冷媒管２２ａ内を流れ、水がＣＯ2と対向する方向に水管２２ｂ内を流れる。その結果、両者内を流れる流体間で熱交換が行われ、水が加熱される。ここでは、扁平管を用いて伝熱面積を増大しているので、熱交換性能が高い。また、両流体を遮る壁面が単一であるので、複数の配管同士の密着度の低下による熱抵抗増大が生じにくい。
【００４８】
＜特徴＞
（１）
この冷凍装置２は、冷媒が流通する冷媒管２２ａと、水が流通する水管２２ｂとの間で熱交換が行われる水熱交換器２２を備えている。冷媒管２２ａは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ内に形成された穴４７であり、水管２２ｂは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士の間に一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成された空間である。
【００４９】
この冷凍装置２では、水熱交換器２２において、冷媒が冷媒管２２ａを流れて、水が水管２２ｂを流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器２２では水管２２ｂが一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。特に、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士は、例えば、接着材やロウ付けによって簡単に接合できる。
【００５０】
（２）
扁平管４１Ａ，４１Ｂには、相手側の扁平管４１Ａ，４１Ｂに向かって延びて水管２２ｂの一部としての側壁を構成する突出部４５Ａ，４５Ｂが設けられている。
【００５１】
この冷凍装置２では、扁平管４１Ａ，４１Ｂ自体が側壁となる突出部４５Ａ，４５Ｂを有しているので、部品点数が少なくなる。突出部４５Ａ，４５Ｂは、例えば、他方の扁平管４１Ａ，４１Ｂの突出部４５Ａ，４５Ｂや他の部分に接合される。
【００５２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５３】
（１）
図６及び図７に示す水熱交換器５２は、冷媒が流通する冷媒管５２ａと、水が流通する水管５２ｂとの間で熱交換が行われるものである。冷媒管５２ａは一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂ内に形成された穴５７であり、水管５２ｂは一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂ同士の間に一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの対向面５６ａを用いて形成された空間である。なお、扁平部本体５６は、互いに対向する対向面５６ａと、反対側の反対側面５６ｂとを有している。
【００５４】
この冷凍装置では、水熱交換器５２において、冷媒が冷媒管５２ａを流れて、水が水管５２ｂを流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器５２では水管５２ｂが一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの対向面５６ａを用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。
【００５５】
この実施形態では、水熱交換器５２は、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの側方に設けられ、水管５２ｂの一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂをさらに備えている。一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂは、図６に示すように、平板であり、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの側方全体を覆うように四角形状を有している。なお、閉鎖部材の形状は一対の扁平管の形状に合わせて変更可能である。
【００５６】
一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの側面と一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂの内側面５４ａは、ロウ付けまたは接着によって互いに固定されている。
【００５７】
この水熱交換器５２では、一対の閉鎖部材５４Ａ，５４Ｂによって水管２２ｂの側壁を実現しているので、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂの構造を簡単にできる。つまり、一対の扁平管５３Ａ，５３Ｂは、突出部等の側壁を構成するための構造を必要としない。
【００５８】
（２）
図８に示す水熱交換器５８の一対の扁平管５８ａは、平行に曲げられて，渦巻形状に形成されている。より具外的には、一対の扁平管５８ａは、長方形状の渦巻となっており、外側ある第１ヘッダ５８ｂと、内側にある第２ヘッダ５８ｃとを有している。
【００５９】
また、扁平管５８ａ同士の半径方向間には、所定の隙間５８ｄが確保されている。
【００６０】
この装置では、流通路が渦巻形状になることで、水熱交換器全体がコンパクトになっている。しかも、流通路の互いに隣接している箇所同士の間には隙間５８ｄが確保されているので、コンパクトでありながら水熱交換器の熱交換効率が向上している。
【００６１】
（３）
図９に示す水熱交換器５９の一対の扁平管５９ａは、平行に曲げられて、渦巻形状に形成されている。より具外的には、一対の扁平管５９ａは、円形状の渦巻となっており、外側ある第１ヘッダ５９ｂと、内側にある第２ヘッダ５９ｃとを有している。
【００６２】
また、扁平管５９ａ同士の半径方向間には、所定の隙間５９ｄが確保されている。
【００６３】
この実施形態においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
（４）
図１０に示す水熱交換器は、一対の水熱交換器５９が上下方向に重ねられた段構造によって実現されている。図から明らかなように、水熱交換器５９同士は中心側の連結部５９ｅによって一体となっている。
【００６５】
この水熱交換器５９を製造する方法としては、二段の扁平管を一体に形成する方法と、二段の扁平管を用意してそれらを接合する方法がある。第一の方法では、具体的には、扁平管５９ａは、一段分平行に巻かれた後に、段を替えて次の一段分を平行に巻かれて形成される。なお、一段目を内側から巻いた場合には二段目は外側から巻くことになり、一段目を外側から巻いた場合には二段目は内側から巻くことになる。第２に方法では、二段の扁平管の内側端同士または外側端同士を連結する。
【００６６】
一対の水熱交換器５９同士の間には、図に示すように、隙間６０が確保されている。この隙間６０の大きさは、一対の水熱交換器５９同士で好ましくない熱交換が行われないように設定されている。
【００６７】
この水熱交換器では、十分にコンパクトな形状を維持しつつも、流通路の長さを長く確保できる。さらに、複数の渦巻形状を用いることで、容量の変更が容易である。
【００６８】
（５）
図１１に示す水熱交換器２２は、冷媒管２２ａと、水管２２ｂとを有しており、両者内を流れる流体間で熱交換を行うものである。具体的な構造としては、水熱交換器２２は、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂから主に構成されている。
【００６９】
一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂは、扁平部本体４４からなる。扁平部本体４４内には、複数の（この実施例では４つの）穴４７が一列に形成されている。冷媒管２２ａは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ内に形成された穴４７であり、水管２２ｂは一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂ同士の間に一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成された空間である。
【００７０】
この冷凍装置では、水熱交換器２２において、冷媒が冷媒管２２ａを流れて、水が水管２２ｂを流れて、その結果、両流体間で熱交換が行われる。この水熱交換器２２では水管２２ｂが一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａを用いて形成されているので、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になる。
【００７１】
この実施形態では、水熱交換器２２は、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの側方に設けられ、水管２２ｂの一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材６６Ａ，６６Ｂをさらに備えている。一対の閉鎖部材６６Ａ，６６Ｂは、図１１に示すように、平板であり、一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの側方を覆うように一対の扁平管４１Ａ，４１Ｂの延び形状に沿った形状を有している。
【００７２】
この水熱交換器２２では、図１２に示すように、扁平管４１Ａ，４１Ｂの本体４４の対向面４４ａに乱流促進構造としての溝４４ｃ（凹部）が形成されている。溝４４ｃは、図から明らかなように、ヘリングボーン形状を有している。なお、乱流促進構造としては、図１３に示すように、複数の突起４４ｄ（凸部）を形成しても良い。なお、本体４４の反対側面４４ｂには溝や突起は形成されておらず、平坦な面となっている。
【００７３】
この水熱交換器２２では、扁平管４１Ａ，４１Ｂの対向面４４ａに乱流促進構造としての溝４４ｃや突起４４ｄが形成されているので、水管２２内の水の流れが乱流になり、高い熱伝達特性を得ることができる。言い換えると、水管２２ｂを流れる水の熱伝達率が向上し、結果として熱交換が促進される。水はＣＯ2に比べて熱伝達率が低いにもかかわらず、水の熱伝達率を向上させているので、高性能な水熱交換器が得られる。
【００７４】
また、この水熱交換器では、複数の溝４４ｃまたは突起４４ｄによって乱流促進構造が実現されているので、構造が簡単であり、製造が容易である。
【００７５】
（６）
図１４に示す水熱交換器２２の基本的構造は前記実施形態（図５）と同様である。この水熱交換器２２では、扁平管４１Ａ，４１Ｂの穴４７は、相手側の扁平管４１Ａ，４１Ｂと反対側に偏って形成されている。言い換えると、穴４７と反対側面４４ｂとの距離は、穴４７と対向面４４ａとの距離より短くなっている。
【００７６】
この水熱交換器２２では、穴４７と対向面４４ａの距離を水と外部との隔壁（４５，４６）より長くとることにより、もし腐食が生じた場合でも水は冷媒側ではなく外部に漏洩し、冷媒へ混入する前の検出が可能となる。また、扁平管４１Ａ，４１Ｂは水に接する面だけを肉厚にすることにより、無駄なコストを発生させずに腐食漏洩に対する安全な厚みを確保することができる。
【００７７】
（７）
図１５に示す水熱交換器５２の基本的構造は前記実施形態（図７）と同様である。この水熱交換器５２では、扁平管５３Ａ，５３Ｂの穴５７は、相手側の扁平管５３Ａ，５３Ｂと反対側に偏って形成されている。言い換えると、穴５７と反対側面５６ｂとの距離は、穴５７と対向面５６ａとの距離より短くなっている。
【００７８】
この水熱交換器５２では、穴５７と対向面５６ａの距離を水と外部との隔壁（５４Ａ，５４Ｂ）より長くとることにより、もし腐食が生じた場合でも水は冷媒側ではなく外部に漏洩し、冷媒へ混入する前の検出が可能となる。また、扁平管５３Ａ，５３Ｂは水に接する面だけを肉厚にすることにより、無駄なコストを発生させずに腐食漏洩に対する安全な厚みを確保することができる。
＜変形例＞
（１）
前記実施形態では、一対の扁平管から延びる突出部は両扁平管において同じ長さで形成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、一対の扁平管において突出部の長さは異なっていても良いし、一方の扁平管にのみ突出部が形成されていても良い。
【００７９】
（２）
前記実施形態では、閉鎖部材は平板であるが、本発明はこれに限定されない。閉鎖部材は、第２流通路の側壁を構成する平面を有していれば良く、全体が平板でなくても良い。
【００８０】
（３）
前記実施形態では、扁平管には４つの穴が一列に並んで形成されているが、本発明はこれに限定されない。穴の個数や配置は任意に設定しても良い。
【００８１】
（４）
前記実施形態では、一対の扁平管同士または扁平管と閉鎖部材はロウ付けによって接合されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、接着材を用いて各部材を接合しても良い。
【００８２】
（５）
前記実施形態（図１０）では水熱交換器を二段に重ねていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、水熱交換器を三段以上重ねて形成しても良い。
【００８３】
（６）
前記実施形態では冷媒としてＣＯ2を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、高温高圧の冷媒として、炭化水素、フロン冷媒などを用いても良い。
【００８４】
（７）
前記実施形態では、扁平管は一体部材に形成された多穴構造であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の細管を接合して一つの扁平管としても良い。
【００８５】
（８）
前記実施形態では、扁平管の穴を冷媒管として、扁平管の間の空間を水管としたが、本発明はこれに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上のように本発明によれば、部品点数が少なくなり、さらには構造が簡単になるので、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含むヒートポンプ式給湯装置のシステム。
【図２】冷凍装置の内部構造を示す断面図。
【図３】冷凍装置の制御装置のブロック図。
【図４】冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図５】接合前の一対の扁平管の断面図。
【図６】他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図７】接合前の一対の扁平管の断面図。
【図８】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図９】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図１０】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図１１】さらに他の実施形態における冷凍装置の水熱交換器の内部配管図。
【図１２】扁平管の対向面側の斜視図。
【図１３】扁平管の対向面側の斜視図。
【図１４】さらに他の実施形態における接合前の一対の扁平管の断面図。
【図１５】さらに他の実施形態における接合前の一対の扁平管の断面図。
【符号の説明】
【００８８】
１ ヒートポンプ式給湯装置
２ 冷凍装置
２ａ 機械室
２ｂ ファン室
６ マイコン
２０ 圧縮式冷凍回路
２１ 圧縮機
２２ 水熱交換器
２２ａ 冷媒管（第１流通路）
２２ｂ 水管（第２流通路）
２３ 膨張弁
２４ 空気熱交換器
２５ 冷媒配管
２７ ファン
３５ 水配管
４１Ａ，４１Ｂ 扁平管
４３ 隙間
４４ 扁平部本体
４４ａ 対向面
４４ｂ 反対側面
４４ｃ 溝（凹部）
４４ｄ 突起（凸部）
４５Ａ，４５Ｂ 突出部
４５ａ 内側面
４７ 穴
５２ 水熱交換器
５２ａ 冷媒管
５２ｂ 水管
５３Ａ，５３Ｂ 扁平管
５４Ａ，５４Ｂ 閉鎖部材
５４ａ 内側面
５６ 扁平部本体
５６ａ 対向面
５６ｂ 反対側面
５７ 穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流通する第１流通路（２２ａ）と、第２流体が流通する第２流通路（２２ｂ）との間で熱交換が行われる水熱交換器（２２）を備えた冷凍装置（２）であって、
前記第１流通路は一対の扁平管（４１Ａ，４１Ｂ）内に形成された穴（４７）であり、前記第２流通路は前記一対の扁平管同士の間に前記一対の扁平管の対向面（４４ａ）を用いて形成された空間である、
冷凍装置。
【請求項２】
前記扁平管（４１Ａ，４１Ｂ）には、相手側の扁平管に向かって延びて前記第２流通路の一部としての側壁を構成する突出部（４５Ａ，４５Ｂ）が設けられている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記一対の扁平管の側方に設けられ、前記第２流通路の一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材（５４Ａ，５４Ｂ）をさらに備えている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記扁平管の前記対向面には、乱流促進構造（４４ｃ，４４ｄ）が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記乱流促進構造は複数の凹部（４４ｃ）または凸部（４４ｄ）である、請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記扁平管の前記穴（４７）は、相手側の扁平管と反対側に偏って形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項１】
第１流体が流通する第１流通路（２２ａ）と、第２流体が流通する第２流通路（２２ｂ）との間で熱交換が行われる水熱交換器（２２）を備えた冷凍装置（２）であって、
前記第１流通路は一対の扁平管（４１Ａ，４１Ｂ）内に形成された穴（４７）であり、前記第２流通路は前記一対の扁平管同士の間に前記一対の扁平管の対向面（４４ａ）を用いて形成された空間である、
冷凍装置。
【請求項２】
前記扁平管（４１Ａ，４１Ｂ）には、相手側の扁平管に向かって延びて前記第２流通路の一部としての側壁を構成する突出部（４５Ａ，４５Ｂ）が設けられている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記一対の扁平管の側方に設けられ、前記第２流通路の一部としての側壁を構成する平面を有する一対の閉鎖部材（５４Ａ，５４Ｂ）をさらに備えている、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記扁平管の前記対向面には、乱流促進構造（４４ｃ，４４ｄ）が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記乱流促進構造は複数の凹部（４４ｃ）または凸部（４４ｄ）である、請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記扁平管の前記穴（４７）は、相手側の扁平管と反対側に偏って形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−６０２１４（Ｐ２０１０−６０２１４Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２７１４５（Ｐ２００８−２２７１４５）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
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