熱交換器、およびそれを備えた給湯装置
【課題】複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得る。
【解決手段】熱源となる冷媒が流通する冷媒配管１’と、冷媒配管と隣接して配置され、給湯用の水が流通する給湯配管９’と、冷媒配管と隣接して配置され、浴槽用の水が流通する風呂配管１２’とを備え、給湯配管と冷媒配管と風呂配管とが順をなして積層されて、給湯用の水および浴槽用の水と冷媒とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、給湯配管または風呂配管の何れか一方と冷媒配管とが順をなして積層されて、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方と冷媒とが熱交換を行う第二の積層部２００が第一の積層部１００に積層された。
【解決手段】熱源となる冷媒が流通する冷媒配管１’と、冷媒配管と隣接して配置され、給湯用の水が流通する給湯配管９’と、冷媒配管と隣接して配置され、浴槽用の水が流通する風呂配管１２’とを備え、給湯配管と冷媒配管と風呂配管とが順をなして積層されて、給湯用の水および浴槽用の水と冷媒とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、給湯配管または風呂配管の何れか一方と冷媒配管とが順をなして積層されて、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方と冷媒とが熱交換を行う第二の積層部２００が第一の積層部１００に積層された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器およびそれを備えた給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプサイクルを熱源とする冷媒回路を循環する冷媒と、床暖房回路に循環される熱媒体と、給湯回路に供給される水との間で熱交換を行う熱交換器がある。
従来の熱交換器では、熱媒体の流量に応じて熱交換器配管の管径を変えていた。すなわち、床暖房回路に多量の温水が必要な場合には、給湯回路の配管径を小さくして給湯回路を流れる水の温度を床暖房回路に流れる熱媒体の温度より高くし、給湯回路から床暖房回路へ熱を伝熱させることで床暖房に必要な熱量を補っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４３７４７号公報（段落［０００４］、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の熱媒体間での熱交換を行う熱交換器においては、熱媒体毎に熱交換量を調整できることが望まれている。
【０００５】
上記特許文献１に記載の熱交換器では、熱交換器配管の管径を変えることで一部の熱媒体の温度を高くしている。しかしながら、上記特許文献１のような熱交換器にあっては、床暖房回路の配管径が給湯回路および冷媒回路の配管径より大きいため、配管同士の伝熱部に係わる部分以外の表面積が大きくなる。このため、床暖房回路用の配管からの放熱ロスが多くなる、という問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得るものである。
また、熱交換器の配管による放熱ロスが少ない熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、熱源となる第一の熱媒体が流通する第一の流路と、前記第一の流路と隣接して配置され、第二の熱媒体が流通する第二の流路と、前記第一の流路と隣接して配置され、第三の熱媒体が流通する第三の流路とを備え、前記第二の流路と前記第一の流路と前記第三の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体および前記第三の熱媒体と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、前記第二の流路または第三の流路の何れか一方と前記第一の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体または前記第三の熱媒体の何れか一方と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第二の積層部が前記第一の積層部に積層されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、第二の流路と第一の流路と第三の流路とが順をなして積層されて、第二の熱媒体および第三の熱媒体と第一の熱媒体とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、第二の流路または第三の流路の何れか一方と第一の流路とが順をなして積層されて、第二の熱媒体または第三の熱媒体の何れか一方と第一の熱媒体とが熱交換を行う第二の積層部が第一の積層部に積層されている。このため、複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による熱交換器を備えた給湯装置の主要部分を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による熱交換器の配管構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による熱交換器の配管断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による熱交換器のヘッダーの一端部を示す図である。
【図５】熱交換器の配管構成の他の例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２による熱交換器の配管断面を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図８】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図９】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による熱交換器を備えた給湯装置の主要部分を示す図である。
図１に示すように、給湯装置は、冷媒回路１、給湯回路９、および風呂回路１２を備える。
冷媒回路１は、圧縮機２、凝縮器として動作する熱交換器３、膨張弁４、および蒸発器５を環状に接続し、冷媒を循環させる。圧縮機２は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。圧縮機２は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成すると良い。熱交換器３は、冷媒回路１を循環する冷媒と、給湯回路９を循環する給湯用の水（後述）および風呂回路１２を循環する浴槽用の水（後述）の少なくとも一方とで熱交換を行うものである。また、熱交換器３は、凝縮器として機能し、冷媒を凝縮液化するものである。熱交換器３の詳細は後述する。膨張弁４は、冷媒を減圧して膨張させるものである。この膨張弁４は、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成すると良い。蒸発器５は、ファン６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化するものである。
なお、「冷媒回路１」は、本発明における「ヒートポンプサイクル」に相当する。
【００１１】
給湯回路９は、給湯タンク７、熱交換器３、および給湯ポンプ８を環状に接続し、給湯用の水を循環させて給湯タンク７に貯留する。給湯タンク７は、給湯用の水を貯留するものである。給湯ポンプ８は、給湯回路９の配管を流通する水を循環させるものである。この給湯ポンプ８は、例えば容量制御可能なポンプ等で構成すると良い。
給湯回路９は、給湯タンク７の下部から流出した低温の水を給湯ポンプ８で循環させ、熱交換器３で吸熱して高温になった高温の水を給湯タンク７の上部から流入させて貯留する。また、給湯タンク７の下部には、例えば水道水などを供給する給水１４が設けられている。さらに、熱交換器３を流通した水と給湯タンク７に貯留された給湯用の水とを混合して流出が可能な蛇口１３が設けられている。また、蛇口１３からの給湯用の水は、例えば水道水などを供給する給水１４と混合して適温にした温水を流出する。蛇口１３からの温水は浴槽１０の湯はり等に給湯できる。
なお、「蛇口１３」は、本発明における「給湯口」に相当する。
【００１２】
風呂回路１２は、熱交換器３、および風呂ポンプ１１を環状に接続し、浴槽用の水を循環させる。風呂ポンプ１１は、風呂回路１２の配管を流通する水を循環させるものである。この風呂ポンプ１１は、例えば容量制御可能なポンプ等で構成すると良い。風呂回路１２では、浴槽１０に貯められた湯（浴槽用の水）を浴槽１０の下部から風呂ポンプ１１で循環させ、熱交換器３で吸熱して高温になった浴槽用の水を再び浴槽１０に戻すことで追い焚きが可能である。
なお、「風呂回路１２」は、本発明における「温熱利用回路」に相当する。
なお、「風呂ポンプ１１」は、本発明における「循環ポンプ」に相当する。
【００１３】
熱交換器３は、冷媒回路１の冷媒が流通する冷媒配管１’と、給湯回路９の給湯用の水が流通する給湯配管９’と、風呂回路１２の浴槽の水が流通する風呂配管１２’とを備えている。この熱交換器３は、熱源となる冷媒と給湯用の水との熱交換、および、熱源となる冷媒と浴槽用の水との熱交換が可能である。
なお、「冷媒配管１’」は、本発明における「第一の流路」に相当する。
なお、「給湯配管９’」は、本発明における「第二の流路」に相当する。
なお、「風呂配管１２’」は、本発明における「第三の流路」に相当する。
なお、「冷媒」は、本発明における「第一の熱媒体」に相当する。
なお、「給湯用の水」は、本発明における「第二の熱媒体」に相当する。
なお、「浴槽用の水」は、本発明における「第三の熱媒体」に相当する。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態１による熱交換器の配管構成を模式的に示す図である。
図３は本発明の実施の形態１による熱交換器の配管断面を示す図である。
図４は本発明の実施の形態１による熱交換器のヘッダーの一端部を示す図である。
図２〜図４に示すように、冷媒回路１の一端からヘッダー２０を介して複数の冷媒配管１’が分岐されている。また、給湯回路９の一端からヘッダー２０を介して複数の給湯配管９’が分岐されている。また、風呂回路１２の一端からヘッダー２０を介して複数の風呂配管１２’が分岐されている。そして、各回路の反対の端部では分岐した各配管がヘッダー２０に集合されている。
【００１５】
図２（ａ）では給湯配管９’は冷媒配管１’と隣接して配置される。風呂配管１２’は冷媒配管１’と隣接して配置される。給湯配管９’と冷媒配管１’と風呂配管１２’とが順をなして積層されて、給湯用の水および浴槽用の水と冷媒とが熱交換を行う第一の積層部１００が形成されている。つまり、第一の積層部１００では、給湯回路９を構成する給湯配管９’、冷媒回路１を構成する冷媒配管１’、風呂回路１２を構成する風呂配管１２’が順次積層した構造となっている。また、互いに隣接する接合面は例えば密着接合されて熱的に結合されている。第一の積層部１００では、冷媒回路１からの熱を冷媒配管１’に隣接して配置された給湯配管９’と風呂配管１２’に放熱することで、冷媒と給湯用の水との熱交換、および冷媒と浴槽用の水との熱交換が行われる。
【００１６】
このような構成により、第一の積層部１００の積層数（分岐した配管の本数）が多い場合、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量は多くなる。また、第一の積層部１００の積層数（分岐した配管の本数）が少ない場合、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量は少なくなる。このため、第一の積層部１００の積層数によって、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量を調整することができる。
【００１７】
また、熱交換器３には、給湯配管９’または風呂配管１２’の何れか一方と冷媒配管１’とが順をなして積層されて、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方と冷媒とが熱交換を行う第二の積層部２００が形成されている。例えば図２および図３の紙面下側に示すように、第二の積層部２００は、給湯配管９’と冷媒配管１’とが順をなして積層されて、給湯用の水と冷媒とが熱交換を行う。つまり、第二の積層部２００では、２本の配管が順次積層されており、冷媒回路１からの熱を冷媒配管１’に隣接して配置された給湯配管９’に放熱する。
【００１８】
このような構成により、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方の熱交換量を、他方より多くすることができる。また、第二の積層部２００の積層数（分岐した配管の本数）が多い場合は熱交換量が多くなる。また、第二の積層部２００の積層数（分岐した配管の本数）が少ない場合は熱交換量が少なくなる。このため、第二の積層部２００の積層数によって、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方の熱交換量を調整することができる。さらに、第一の積層部１００および第二の積層部２００のそれぞれの積層数によって、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量をそれぞれ調整することができる。
【００１９】
図２（ｂ）では給湯配管９’は冷媒配管１’と隣接して配置される。風呂配管１２’は冷媒配管１’と隣接して配置される。給湯配管９’と冷媒配管１’と風呂配管１２’とが順をなして積層されて、給湯用の水および浴槽用の水と冷媒とが熱交換を行う第一の積層部１００が形成されている。また、給湯配管９’または風呂配管１２’の何れか一方が他方より短く冷媒配管１’とが順をなして積層されている第二の積層部２００が形成されている。例えば図では風呂配管１２’が給湯配管９’より短く給湯配管９’と冷媒配管１’が順をなして積層されている第二の積層部２００部分が長くなっている。第二積層部２００では給湯配管９’と冷媒配管１’が順をなして積層される。このため積層部の長さの違いにより給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量を調整することができる。
【００２０】
また、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の断面形状が略同一に形成されている。例えば図３に示すように、配管断面が矩形状に形成され、長辺および短辺がそれぞれ略同一寸法である。つまり、各配管の長辺部分が、配管同士の熱伝導に係る部分となり、短辺部分が熱伝導に係る部分以外の部分となる。
このように、各配管の断面形状を略同一に形成することで、配管同士の熱伝導に係わる部分以外の表面積を大きくすることがない。したがって、熱交換器の配管による放熱ロスを少なくすることができる。
【００２１】
なお、冷媒が流れる冷媒配管１’の材質は銅やアルミが適用できる。特にアルミの場合は軽量化が図れる。また、水が流れる給湯配管９’および風呂配管１２’の材質は銅が適用できる。
なお、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の接合は、ろう付けやはんだ付け、あるいは接着による接合が可能である。
【００２２】
以上のように本実施の形態においては、複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる。また、熱交換器の配管による放熱ロスが少ない熱交換器を得ることができる。また、１つの熱交換器３により複数の熱媒体間で熱交換することができるので、熱交換器３の数を低減することができ、低コストで省エネ性のある給湯装置を得ることができる。したがって、配管からの放熱ロスが少ない３つ以上の熱媒体間で熱交換を行う熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得ることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、各回路の一端をヘッダー２０を介して複数の配管に分岐する構成について説明したが本発明はこれに限るものではない。例えば図２（ａ）に対しては図５に示すように、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’を円筒状に巻いて積層するようにしても良い。この場合においても、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’の３連の配管を積層する第一の積層部１００と、給湯配管９’および風呂配管１２’の何れか一方と冷媒配管１’との２連の配管を積層する第二の積層部２００とを形成することで、同様に熱交換量を調整することができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。図２（ｂ）に対しても図示しないが、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’とが順をなして積層される第一の積層部１００を円筒状に巻いて積層するようにしても良い。この場合においても、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’の３連の配管を積層する第一の積層部１００と、給湯配管９’および風呂配管１２’の何れか一方と冷媒配管１’との２連の配管を積層する第二の積層部２００とを形成することで、同様に熱交換量を調整することができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。なお、各配管の巻き方は円筒状に限らず、平面視矩形状やジグザグ状に積層しても良い。
【００２４】
なお、本実施の形態では、３つの回路を流通する３つの熱媒体間で熱交換を行う構成について説明したが、これに限らず４つ以上の回路を流通する４つ以上の熱媒体間で熱交換を行うようにしても良い。例えば４つの回路を用いる場合には、４連の配管を積層する積層部と、任意の３つを積層する第一の積層部１００と、任意の２つの配管を積層する第二の積層部２００とを形成することで、それぞれの熱交換量を調整することができる。
【００２５】
実施の形態２．
本実施の形態２では、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の配管内部の構成について説明する。なお、その他の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
【００２６】
図６は本発明の実施の形態２による熱交換器の配管断面を示す図である。
本実施の形態における冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の少なくとも１つは、内部を隔壁で区切り複数の流路２１を形成した。例えば図６（ａ）に示すように、冷媒配管１’の内部を隔壁で区切り、複数の流路２１を形成した。
このような流路を形成することで冷媒配管１’内部の表面積が増加して伝熱性能を向上することができる。
なお、冷媒配管１’の外径寸法は、長辺が約８ｍｍから約３０ｍｍ、短辺が約２ｍｍから約５ｍｍであり、内部の流路２１は長辺が約１ｍｍから約８ｍｍ、短辺が約１ｍｍから約４．５ｍｍ程度である。なお、流路２１は矩形に限らず直径約１ｍｍから約４ｍｍ程度の丸穴でも良い。
【００２７】
また、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の少なくとも１つは、内部に溝２２を設けた。例えば図６（ａ）に示すように、給湯配管９’および風呂配管１２’の内部には溝２２が形成されている。溝２２は流路方向に直線状でも良く、空調器の熱交換器に使用されているような流路方向から角度を持たせて形成されたものでも良い。
このような流路２２を形成することで配管内の流れが乱流となって伝熱性能が向上することができる。
なお、溝２２の寸法は配管の寸法に合わせて決めることができ、高さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍ、幅は約０．１ｍｍから約０．５ｍｍ程度である。
【００２８】
また、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の少なくとも１つは、内部にくぼみ状のディンプル形状２３を設けた。例えば図６（ｂ）に示すように、給湯配管９’および風呂配管１２’の内部には、くぼみや突起などのディンプル形状２３が形成されている。
このような流路を形成することで配管内の流れが乱流となって伝熱性能が向上することができる。また、ディンプル形状２３を風呂配管１２’に適用することで、浴槽１０からの毛髪などにより風呂配管１２’のごみ詰まり等を防止しつつ伝熱性能を向上できる効果がある。
なお、ディンプル形状２３の寸法は配管の寸法に合わせて決めることができ、高さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍ、円形状のディンプル形状２３の場合は直径約１ｍｍから約１０ｍｍ程度である。
【００２９】
なお、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’のうち、流路２１や溝２２やディンプル形状２３を形成した配管は適時組み合わせて使用できる。
なお、溝２２を形成した扁平管あるいはくぼみや突起などのディンプル形状２３を形成した扁平管は丸管の溝付伝熱管を扁平にプレスすることでも製造できる。
【００３０】
実施の形態３．
本実施の形態３では給湯装置の動作について説明する。
なお、本実施の形態３における給湯装置の構成は上記実施の形態１と同様である。また、熱交換器３の構成は上記実施の形態１または２と同様である。
【００３１】
図７は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図７において、冷媒回路１が動作すると、低温低圧のガス冷媒が圧縮機２によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は熱交換器３に流入する。このとき、冷媒が給湯用の水および浴槽用の水を加熱しながら冷却され低温高圧の液冷媒となる。熱交換器３から流出した低温高圧の液冷媒は膨張弁４で膨張・減圧し低温低圧の気液二相状態になる。膨張弁４を出た低温低圧の気液二相状態の冷媒は蒸発器５に流入する。そして、ファン６からの空気により冷媒が加熱され低温低圧のガス冷媒となる。
【００３２】
給湯回路９において、給湯タンク７内の水の沸上げ（加熱された水の貯留）の動作をすると、給湯タンク７の下部から流出した水を給湯ポンプ８で熱交換器３に流入させる。このとき給湯用の水は冷媒と熱交換して加熱される。熱交換器３で吸熱して高温になった給湯用の水は給湯タンク７の上部から流入して給湯タンク７内に貯留される。なお、このとき給湯タンク７と蛇口１３とを接続する配管は図示しない開閉弁により閉じられている。
【００３３】
風呂回路１２において、浴槽１０に貯められた湯を加熱する追い焚きの動作をすると、浴槽１０の下部から流出した水を風呂ポンプ１１で熱交換器３に流入させる。このとき浴槽用の水は冷媒と熱交換して加熱される。熱交換器３で吸熱して高温になった浴槽用の水は再び浴槽１０に戻される。
【００３４】
このように、熱交換器３は冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’を備え、冷媒回路１、給湯回路９および風呂回路１２が接続される。このため、給湯タンク７内の水の沸き上げと浴槽１０の追い焚きとを１つの熱交換器３で行うことができる。
【００３５】
図８は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図８において、給湯タンク７内の水の沸上げの後、浴槽１０に湯を貯める（湯はり）を行う場合には、給湯タンク７内に貯留された水（湯）を蛇口１３から給湯する。また、このとき、給湯タンク７の湯のみだけでなく、冷媒回路１と給湯回路９の給湯ポンプ８を動作させながら湯はりを行う。
すなわち、冷媒回路１は上述の通り動作し、給湯回路９では給湯タンク７の下部から流出した水を給湯ポンプ８で熱交換器３に流入させる。そして、熱交換器３の給湯配管９’を流通して加熱された水と、給湯タンク７の上部から流出した貯留された湯とを混合して、蛇口１３から給湯する。なお、給湯タンク７内の水量は、水道水などを供給する給水１４により一定量に調整される。また、蛇口１３からの給湯用の水は、例えば水道水などを供給する給水１４と混合して適温に調整される。
【００３６】
このように、熱交換器３の給湯配管９’を流通した水と、給湯タンク７から流出した給湯用の水とを混合して流出することで、給湯タンク７内の湯温が浴槽１０の必要温度より低い場合でも湯はりを行うことができる。また、給湯タンク７と給水１４とから湯はりを行うので湯はり時間の短縮ができる。
【００３７】
図９は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図９において、給湯タンク７内の水の沸上げの後、浴槽１０の追い焚きを行う場合には、給湯回路９の給湯ポンプ８を動作させて、加熱された給湯用の水（湯）を熱交換器３に流通させる。なお、このとき給湯タンク７と蛇口１３とを接続する配管は図示しない開閉弁により閉じられている。風呂回路１２は、浴槽１０内の水を風呂ポンプ１１で熱交換器３に流入させ、給湯用の水と熱交換して追い焚きをする。このとき、冷媒回路１は停止状態である。
【００３８】
このように、給湯タンク７内に十分湯が残っている場合には給湯タンク７の熱を使って浴槽１０の追い焚きができる。
【００３９】
図１０は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
上記図９で説明した動作では、給湯タンク７内の湯を使って浴槽１０の追い焚きを行うと、浴槽１０の水と熱交換した後の温度が低下した湯が給湯タンク７に戻ってくる。給湯タンク７に貯留された湯の温度が低下した場合には給湯等にも使うことができない。また給湯タンク７内の温度が約３０℃から約４０℃になると、この温度の湯を冷媒回路１との熱交換で再び高温に沸き上げるには熱交換器３での冷媒の凝縮温度が高くなるため効率が悪くなる。
一方、図１０においては、冷媒回路１は、上記図７の説明と同様に、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。そして、風呂回路１２は、浴槽１０内の水を風呂ポンプ１１で熱交換器３の風呂配管１２’に流通させ、冷媒と熱交換して追い焚きをする。このとき、給湯回路９での水の循環は停止状態である。
【００４０】
このように、浴槽１０の追い焚きを冷媒回路１の冷媒との熱交換で行うことができるため、給湯タンク７内の湯温を低下させることがない。したがって省エネ効果がある。
【００４１】
図１１は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図１１において、冷媒回路１は、上記図７の説明と同様に、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。また、給湯回路９は、上記図９の説明と同様に、給湯タンク７内の水の沸上げの後、加熱された給湯用の水（湯）を熱交換器３の給湯配管９’に流通させる。そして、風呂回路１２は、浴槽１０内の水を風呂ポンプ１１で熱交換器３の風呂配管１２’に流通させ、冷媒および給湯用の水と浴槽用の水とを熱交換して追い焚きをする。
【００４２】
このように、浴槽１０の追い焚きを、冷媒回路１の冷媒および給湯タンク７の湯とを併用して行う。こうすることで浴槽１０の追い焚きに伴い給湯タンク７内の湯の温度低下を防止することができ、給湯タンク７内の湯温を低下させることがない。したがって省エネ効果がある。
【００４３】
図１２は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
冷媒回路１を動作させるとヒートポンプサイクルにより吸熱する外気の温度や湿度条件によっては蒸発器５に着霜する場合があり、この霜を除霜して除去する必要がある。
図１２において、給湯回路９は、給湯タンク７内の水の沸上げの後、加熱された給湯用の水（湯）を熱交換器３の給湯配管９’に流通させる。冷媒回路１は、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。このとき冷媒と給湯用の水（湯）との温度差は、上記図７で説明した場合と比較して小さくなり、凝縮器として動作する熱交換器３での凝縮温度が高くなる。これにより、蒸発器５での蒸発温度が上昇し、蒸発器５に着霜した霜を溶かすことができる。
このように、給湯タンク７内の熱を使って蒸発器５の除霜を行うことができる。
【００４４】
図１３は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図１３において、風呂回路１２は、浴槽１０内に貯められた浴槽用の水（湯）を風呂ポンプ１１で熱交換器３の風呂配管１２’に流通させる。冷媒回路１は、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。このとき冷媒と浴槽用の水（湯）との温度差は、上記図７で説明した場合と比較して小さくなり、凝縮器として動作する熱交換器３での凝縮温度が高くなる。これにより、蒸発器５での蒸発温度が上昇し、蒸発器５に着霜した霜を溶かすことができる。
このように、浴槽１０内の熱を使って蒸発器５の除霜を行うことができる。また、浴槽１０においては入浴後（使用後）の熱を用いることで排熱を除霜に用いることができる。したがって省エネ効果がある。
【００４５】
なお、上記実施の形態１〜３では、本発明の「温熱利用回路」の一例として風呂回路を用いた場合を説明したが本発明はこれに限るものではない。例えば床暖房回路を用いても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１ 冷媒回路、１’ 冷媒配管、２ 圧縮機、３ 熱交換器、４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ ファン、７ 給湯タンク、８ 給湯ポンプ、９ 給湯回路、９’ 給湯配管、１０ 浴槽、１１ 風呂ポンプ、１２ 風呂回路、１２’ 風呂配管、１３ 蛇口、１４ 給水、２０ ヘッダー、２１ 流路、２２ 溝、２３ ディンプル形状、１００ 第一の積層部、２００ 第二の積層部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器およびそれを備えた給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプサイクルを熱源とする冷媒回路を循環する冷媒と、床暖房回路に循環される熱媒体と、給湯回路に供給される水との間で熱交換を行う熱交換器がある。
従来の熱交換器では、熱媒体の流量に応じて熱交換器配管の管径を変えていた。すなわち、床暖房回路に多量の温水が必要な場合には、給湯回路の配管径を小さくして給湯回路を流れる水の温度を床暖房回路に流れる熱媒体の温度より高くし、給湯回路から床暖房回路へ熱を伝熱させることで床暖房に必要な熱量を補っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４３７４７号公報（段落［０００４］、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の熱媒体間での熱交換を行う熱交換器においては、熱媒体毎に熱交換量を調整できることが望まれている。
【０００５】
上記特許文献１に記載の熱交換器では、熱交換器配管の管径を変えることで一部の熱媒体の温度を高くしている。しかしながら、上記特許文献１のような熱交換器にあっては、床暖房回路の配管径が給湯回路および冷媒回路の配管径より大きいため、配管同士の伝熱部に係わる部分以外の表面積が大きくなる。このため、床暖房回路用の配管からの放熱ロスが多くなる、という問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得るものである。
また、熱交換器の配管による放熱ロスが少ない熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、熱源となる第一の熱媒体が流通する第一の流路と、前記第一の流路と隣接して配置され、第二の熱媒体が流通する第二の流路と、前記第一の流路と隣接して配置され、第三の熱媒体が流通する第三の流路とを備え、前記第二の流路と前記第一の流路と前記第三の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体および前記第三の熱媒体と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、前記第二の流路または第三の流路の何れか一方と前記第一の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体または前記第三の熱媒体の何れか一方と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第二の積層部が前記第一の積層部に積層されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、第二の流路と第一の流路と第三の流路とが順をなして積層されて、第二の熱媒体および第三の熱媒体と第一の熱媒体とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、第二の流路または第三の流路の何れか一方と第一の流路とが順をなして積層されて、第二の熱媒体または第三の熱媒体の何れか一方と第一の熱媒体とが熱交換を行う第二の積層部が第一の積層部に積層されている。このため、複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による熱交換器を備えた給湯装置の主要部分を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による熱交換器の配管構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による熱交換器の配管断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による熱交換器のヘッダーの一端部を示す図である。
【図５】熱交換器の配管構成の他の例を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２による熱交換器の配管断面を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図８】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図９】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による熱交換器を備えた給湯装置の主要部分を示す図である。
図１に示すように、給湯装置は、冷媒回路１、給湯回路９、および風呂回路１２を備える。
冷媒回路１は、圧縮機２、凝縮器として動作する熱交換器３、膨張弁４、および蒸発器５を環状に接続し、冷媒を循環させる。圧縮機２は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。圧縮機２は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成すると良い。熱交換器３は、冷媒回路１を循環する冷媒と、給湯回路９を循環する給湯用の水（後述）および風呂回路１２を循環する浴槽用の水（後述）の少なくとも一方とで熱交換を行うものである。また、熱交換器３は、凝縮器として機能し、冷媒を凝縮液化するものである。熱交換器３の詳細は後述する。膨張弁４は、冷媒を減圧して膨張させるものである。この膨張弁４は、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成すると良い。蒸発器５は、ファン６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化するものである。
なお、「冷媒回路１」は、本発明における「ヒートポンプサイクル」に相当する。
【００１１】
給湯回路９は、給湯タンク７、熱交換器３、および給湯ポンプ８を環状に接続し、給湯用の水を循環させて給湯タンク７に貯留する。給湯タンク７は、給湯用の水を貯留するものである。給湯ポンプ８は、給湯回路９の配管を流通する水を循環させるものである。この給湯ポンプ８は、例えば容量制御可能なポンプ等で構成すると良い。
給湯回路９は、給湯タンク７の下部から流出した低温の水を給湯ポンプ８で循環させ、熱交換器３で吸熱して高温になった高温の水を給湯タンク７の上部から流入させて貯留する。また、給湯タンク７の下部には、例えば水道水などを供給する給水１４が設けられている。さらに、熱交換器３を流通した水と給湯タンク７に貯留された給湯用の水とを混合して流出が可能な蛇口１３が設けられている。また、蛇口１３からの給湯用の水は、例えば水道水などを供給する給水１４と混合して適温にした温水を流出する。蛇口１３からの温水は浴槽１０の湯はり等に給湯できる。
なお、「蛇口１３」は、本発明における「給湯口」に相当する。
【００１２】
風呂回路１２は、熱交換器３、および風呂ポンプ１１を環状に接続し、浴槽用の水を循環させる。風呂ポンプ１１は、風呂回路１２の配管を流通する水を循環させるものである。この風呂ポンプ１１は、例えば容量制御可能なポンプ等で構成すると良い。風呂回路１２では、浴槽１０に貯められた湯（浴槽用の水）を浴槽１０の下部から風呂ポンプ１１で循環させ、熱交換器３で吸熱して高温になった浴槽用の水を再び浴槽１０に戻すことで追い焚きが可能である。
なお、「風呂回路１２」は、本発明における「温熱利用回路」に相当する。
なお、「風呂ポンプ１１」は、本発明における「循環ポンプ」に相当する。
【００１３】
熱交換器３は、冷媒回路１の冷媒が流通する冷媒配管１’と、給湯回路９の給湯用の水が流通する給湯配管９’と、風呂回路１２の浴槽の水が流通する風呂配管１２’とを備えている。この熱交換器３は、熱源となる冷媒と給湯用の水との熱交換、および、熱源となる冷媒と浴槽用の水との熱交換が可能である。
なお、「冷媒配管１’」は、本発明における「第一の流路」に相当する。
なお、「給湯配管９’」は、本発明における「第二の流路」に相当する。
なお、「風呂配管１２’」は、本発明における「第三の流路」に相当する。
なお、「冷媒」は、本発明における「第一の熱媒体」に相当する。
なお、「給湯用の水」は、本発明における「第二の熱媒体」に相当する。
なお、「浴槽用の水」は、本発明における「第三の熱媒体」に相当する。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態１による熱交換器の配管構成を模式的に示す図である。
図３は本発明の実施の形態１による熱交換器の配管断面を示す図である。
図４は本発明の実施の形態１による熱交換器のヘッダーの一端部を示す図である。
図２〜図４に示すように、冷媒回路１の一端からヘッダー２０を介して複数の冷媒配管１’が分岐されている。また、給湯回路９の一端からヘッダー２０を介して複数の給湯配管９’が分岐されている。また、風呂回路１２の一端からヘッダー２０を介して複数の風呂配管１２’が分岐されている。そして、各回路の反対の端部では分岐した各配管がヘッダー２０に集合されている。
【００１５】
図２（ａ）では給湯配管９’は冷媒配管１’と隣接して配置される。風呂配管１２’は冷媒配管１’と隣接して配置される。給湯配管９’と冷媒配管１’と風呂配管１２’とが順をなして積層されて、給湯用の水および浴槽用の水と冷媒とが熱交換を行う第一の積層部１００が形成されている。つまり、第一の積層部１００では、給湯回路９を構成する給湯配管９’、冷媒回路１を構成する冷媒配管１’、風呂回路１２を構成する風呂配管１２’が順次積層した構造となっている。また、互いに隣接する接合面は例えば密着接合されて熱的に結合されている。第一の積層部１００では、冷媒回路１からの熱を冷媒配管１’に隣接して配置された給湯配管９’と風呂配管１２’に放熱することで、冷媒と給湯用の水との熱交換、および冷媒と浴槽用の水との熱交換が行われる。
【００１６】
このような構成により、第一の積層部１００の積層数（分岐した配管の本数）が多い場合、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量は多くなる。また、第一の積層部１００の積層数（分岐した配管の本数）が少ない場合、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量は少なくなる。このため、第一の積層部１００の積層数によって、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量を調整することができる。
【００１７】
また、熱交換器３には、給湯配管９’または風呂配管１２’の何れか一方と冷媒配管１’とが順をなして積層されて、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方と冷媒とが熱交換を行う第二の積層部２００が形成されている。例えば図２および図３の紙面下側に示すように、第二の積層部２００は、給湯配管９’と冷媒配管１’とが順をなして積層されて、給湯用の水と冷媒とが熱交換を行う。つまり、第二の積層部２００では、２本の配管が順次積層されており、冷媒回路１からの熱を冷媒配管１’に隣接して配置された給湯配管９’に放熱する。
【００１８】
このような構成により、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方の熱交換量を、他方より多くすることができる。また、第二の積層部２００の積層数（分岐した配管の本数）が多い場合は熱交換量が多くなる。また、第二の積層部２００の積層数（分岐した配管の本数）が少ない場合は熱交換量が少なくなる。このため、第二の積層部２００の積層数によって、給湯用の水または浴槽用の水の何れか一方の熱交換量を調整することができる。さらに、第一の積層部１００および第二の積層部２００のそれぞれの積層数によって、給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量をそれぞれ調整することができる。
【００１９】
図２（ｂ）では給湯配管９’は冷媒配管１’と隣接して配置される。風呂配管１２’は冷媒配管１’と隣接して配置される。給湯配管９’と冷媒配管１’と風呂配管１２’とが順をなして積層されて、給湯用の水および浴槽用の水と冷媒とが熱交換を行う第一の積層部１００が形成されている。また、給湯配管９’または風呂配管１２’の何れか一方が他方より短く冷媒配管１’とが順をなして積層されている第二の積層部２００が形成されている。例えば図では風呂配管１２’が給湯配管９’より短く給湯配管９’と冷媒配管１’が順をなして積層されている第二の積層部２００部分が長くなっている。第二積層部２００では給湯配管９’と冷媒配管１’が順をなして積層される。このため積層部の長さの違いにより給湯用の水および浴槽用の水の熱交換量を調整することができる。
【００２０】
また、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の断面形状が略同一に形成されている。例えば図３に示すように、配管断面が矩形状に形成され、長辺および短辺がそれぞれ略同一寸法である。つまり、各配管の長辺部分が、配管同士の熱伝導に係る部分となり、短辺部分が熱伝導に係る部分以外の部分となる。
このように、各配管の断面形状を略同一に形成することで、配管同士の熱伝導に係わる部分以外の表面積を大きくすることがない。したがって、熱交換器の配管による放熱ロスを少なくすることができる。
【００２１】
なお、冷媒が流れる冷媒配管１’の材質は銅やアルミが適用できる。特にアルミの場合は軽量化が図れる。また、水が流れる給湯配管９’および風呂配管１２’の材質は銅が適用できる。
なお、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の接合は、ろう付けやはんだ付け、あるいは接着による接合が可能である。
【００２２】
以上のように本実施の形態においては、複数の熱媒体間で熱交換を行い、熱媒体毎に熱交換量を調整できる。また、熱交換器の配管による放熱ロスが少ない熱交換器を得ることができる。また、１つの熱交換器３により複数の熱媒体間で熱交換することができるので、熱交換器３の数を低減することができ、低コストで省エネ性のある給湯装置を得ることができる。したがって、配管からの放熱ロスが少ない３つ以上の熱媒体間で熱交換を行う熱交換器およびそれを備えた給湯装置を得ることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、各回路の一端をヘッダー２０を介して複数の配管に分岐する構成について説明したが本発明はこれに限るものではない。例えば図２（ａ）に対しては図５に示すように、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’を円筒状に巻いて積層するようにしても良い。この場合においても、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’の３連の配管を積層する第一の積層部１００と、給湯配管９’および風呂配管１２’の何れか一方と冷媒配管１’との２連の配管を積層する第二の積層部２００とを形成することで、同様に熱交換量を調整することができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。図２（ｂ）に対しても図示しないが、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’とが順をなして積層される第一の積層部１００を円筒状に巻いて積層するようにしても良い。この場合においても、冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’の３連の配管を積層する第一の積層部１００と、給湯配管９’および風呂配管１２’の何れか一方と冷媒配管１’との２連の配管を積層する第二の積層部２００とを形成することで、同様に熱交換量を調整することができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。なお、各配管の巻き方は円筒状に限らず、平面視矩形状やジグザグ状に積層しても良い。
【００２４】
なお、本実施の形態では、３つの回路を流通する３つの熱媒体間で熱交換を行う構成について説明したが、これに限らず４つ以上の回路を流通する４つ以上の熱媒体間で熱交換を行うようにしても良い。例えば４つの回路を用いる場合には、４連の配管を積層する積層部と、任意の３つを積層する第一の積層部１００と、任意の２つの配管を積層する第二の積層部２００とを形成することで、それぞれの熱交換量を調整することができる。
【００２５】
実施の形態２．
本実施の形態２では、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の配管内部の構成について説明する。なお、その他の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
【００２６】
図６は本発明の実施の形態２による熱交換器の配管断面を示す図である。
本実施の形態における冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の少なくとも１つは、内部を隔壁で区切り複数の流路２１を形成した。例えば図６（ａ）に示すように、冷媒配管１’の内部を隔壁で区切り、複数の流路２１を形成した。
このような流路を形成することで冷媒配管１’内部の表面積が増加して伝熱性能を向上することができる。
なお、冷媒配管１’の外径寸法は、長辺が約８ｍｍから約３０ｍｍ、短辺が約２ｍｍから約５ｍｍであり、内部の流路２１は長辺が約１ｍｍから約８ｍｍ、短辺が約１ｍｍから約４．５ｍｍ程度である。なお、流路２１は矩形に限らず直径約１ｍｍから約４ｍｍ程度の丸穴でも良い。
【００２７】
また、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の少なくとも１つは、内部に溝２２を設けた。例えば図６（ａ）に示すように、給湯配管９’および風呂配管１２’の内部には溝２２が形成されている。溝２２は流路方向に直線状でも良く、空調器の熱交換器に使用されているような流路方向から角度を持たせて形成されたものでも良い。
このような流路２２を形成することで配管内の流れが乱流となって伝熱性能が向上することができる。
なお、溝２２の寸法は配管の寸法に合わせて決めることができ、高さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍ、幅は約０．１ｍｍから約０．５ｍｍ程度である。
【００２８】
また、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’の少なくとも１つは、内部にくぼみ状のディンプル形状２３を設けた。例えば図６（ｂ）に示すように、給湯配管９’および風呂配管１２’の内部には、くぼみや突起などのディンプル形状２３が形成されている。
このような流路を形成することで配管内の流れが乱流となって伝熱性能が向上することができる。また、ディンプル形状２３を風呂配管１２’に適用することで、浴槽１０からの毛髪などにより風呂配管１２’のごみ詰まり等を防止しつつ伝熱性能を向上できる効果がある。
なお、ディンプル形状２３の寸法は配管の寸法に合わせて決めることができ、高さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍ、円形状のディンプル形状２３の場合は直径約１ｍｍから約１０ｍｍ程度である。
【００２９】
なお、冷媒配管１’、給湯配管９’、および風呂配管１２’のうち、流路２１や溝２２やディンプル形状２３を形成した配管は適時組み合わせて使用できる。
なお、溝２２を形成した扁平管あるいはくぼみや突起などのディンプル形状２３を形成した扁平管は丸管の溝付伝熱管を扁平にプレスすることでも製造できる。
【００３０】
実施の形態３．
本実施の形態３では給湯装置の動作について説明する。
なお、本実施の形態３における給湯装置の構成は上記実施の形態１と同様である。また、熱交換器３の構成は上記実施の形態１または２と同様である。
【００３１】
図７は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図７において、冷媒回路１が動作すると、低温低圧のガス冷媒が圧縮機２によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は熱交換器３に流入する。このとき、冷媒が給湯用の水および浴槽用の水を加熱しながら冷却され低温高圧の液冷媒となる。熱交換器３から流出した低温高圧の液冷媒は膨張弁４で膨張・減圧し低温低圧の気液二相状態になる。膨張弁４を出た低温低圧の気液二相状態の冷媒は蒸発器５に流入する。そして、ファン６からの空気により冷媒が加熱され低温低圧のガス冷媒となる。
【００３２】
給湯回路９において、給湯タンク７内の水の沸上げ（加熱された水の貯留）の動作をすると、給湯タンク７の下部から流出した水を給湯ポンプ８で熱交換器３に流入させる。このとき給湯用の水は冷媒と熱交換して加熱される。熱交換器３で吸熱して高温になった給湯用の水は給湯タンク７の上部から流入して給湯タンク７内に貯留される。なお、このとき給湯タンク７と蛇口１３とを接続する配管は図示しない開閉弁により閉じられている。
【００３３】
風呂回路１２において、浴槽１０に貯められた湯を加熱する追い焚きの動作をすると、浴槽１０の下部から流出した水を風呂ポンプ１１で熱交換器３に流入させる。このとき浴槽用の水は冷媒と熱交換して加熱される。熱交換器３で吸熱して高温になった浴槽用の水は再び浴槽１０に戻される。
【００３４】
このように、熱交換器３は冷媒配管１’、給湯配管９’および風呂配管１２’を備え、冷媒回路１、給湯回路９および風呂回路１２が接続される。このため、給湯タンク７内の水の沸き上げと浴槽１０の追い焚きとを１つの熱交換器３で行うことができる。
【００３５】
図８は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図８において、給湯タンク７内の水の沸上げの後、浴槽１０に湯を貯める（湯はり）を行う場合には、給湯タンク７内に貯留された水（湯）を蛇口１３から給湯する。また、このとき、給湯タンク７の湯のみだけでなく、冷媒回路１と給湯回路９の給湯ポンプ８を動作させながら湯はりを行う。
すなわち、冷媒回路１は上述の通り動作し、給湯回路９では給湯タンク７の下部から流出した水を給湯ポンプ８で熱交換器３に流入させる。そして、熱交換器３の給湯配管９’を流通して加熱された水と、給湯タンク７の上部から流出した貯留された湯とを混合して、蛇口１３から給湯する。なお、給湯タンク７内の水量は、水道水などを供給する給水１４により一定量に調整される。また、蛇口１３からの給湯用の水は、例えば水道水などを供給する給水１４と混合して適温に調整される。
【００３６】
このように、熱交換器３の給湯配管９’を流通した水と、給湯タンク７から流出した給湯用の水とを混合して流出することで、給湯タンク７内の湯温が浴槽１０の必要温度より低い場合でも湯はりを行うことができる。また、給湯タンク７と給水１４とから湯はりを行うので湯はり時間の短縮ができる。
【００３７】
図９は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図９において、給湯タンク７内の水の沸上げの後、浴槽１０の追い焚きを行う場合には、給湯回路９の給湯ポンプ８を動作させて、加熱された給湯用の水（湯）を熱交換器３に流通させる。なお、このとき給湯タンク７と蛇口１３とを接続する配管は図示しない開閉弁により閉じられている。風呂回路１２は、浴槽１０内の水を風呂ポンプ１１で熱交換器３に流入させ、給湯用の水と熱交換して追い焚きをする。このとき、冷媒回路１は停止状態である。
【００３８】
このように、給湯タンク７内に十分湯が残っている場合には給湯タンク７の熱を使って浴槽１０の追い焚きができる。
【００３９】
図１０は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
上記図９で説明した動作では、給湯タンク７内の湯を使って浴槽１０の追い焚きを行うと、浴槽１０の水と熱交換した後の温度が低下した湯が給湯タンク７に戻ってくる。給湯タンク７に貯留された湯の温度が低下した場合には給湯等にも使うことができない。また給湯タンク７内の温度が約３０℃から約４０℃になると、この温度の湯を冷媒回路１との熱交換で再び高温に沸き上げるには熱交換器３での冷媒の凝縮温度が高くなるため効率が悪くなる。
一方、図１０においては、冷媒回路１は、上記図７の説明と同様に、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。そして、風呂回路１２は、浴槽１０内の水を風呂ポンプ１１で熱交換器３の風呂配管１２’に流通させ、冷媒と熱交換して追い焚きをする。このとき、給湯回路９での水の循環は停止状態である。
【００４０】
このように、浴槽１０の追い焚きを冷媒回路１の冷媒との熱交換で行うことができるため、給湯タンク７内の湯温を低下させることがない。したがって省エネ効果がある。
【００４１】
図１１は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図１１において、冷媒回路１は、上記図７の説明と同様に、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。また、給湯回路９は、上記図９の説明と同様に、給湯タンク７内の水の沸上げの後、加熱された給湯用の水（湯）を熱交換器３の給湯配管９’に流通させる。そして、風呂回路１２は、浴槽１０内の水を風呂ポンプ１１で熱交換器３の風呂配管１２’に流通させ、冷媒および給湯用の水と浴槽用の水とを熱交換して追い焚きをする。
【００４２】
このように、浴槽１０の追い焚きを、冷媒回路１の冷媒および給湯タンク７の湯とを併用して行う。こうすることで浴槽１０の追い焚きに伴い給湯タンク７内の湯の温度低下を防止することができ、給湯タンク７内の湯温を低下させることがない。したがって省エネ効果がある。
【００４３】
図１２は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
冷媒回路１を動作させるとヒートポンプサイクルにより吸熱する外気の温度や湿度条件によっては蒸発器５に着霜する場合があり、この霜を除霜して除去する必要がある。
図１２において、給湯回路９は、給湯タンク７内の水の沸上げの後、加熱された給湯用の水（湯）を熱交換器３の給湯配管９’に流通させる。冷媒回路１は、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。このとき冷媒と給湯用の水（湯）との温度差は、上記図７で説明した場合と比較して小さくなり、凝縮器として動作する熱交換器３での凝縮温度が高くなる。これにより、蒸発器５での蒸発温度が上昇し、蒸発器５に着霜した霜を溶かすことができる。
このように、給湯タンク７内の熱を使って蒸発器５の除霜を行うことができる。
【００４４】
図１３は本発明の実施の形態３による熱交換器を備えた給湯装置の動作図である。なお、図中の矢印は冷媒と水または湯の流れを示す。
図１３において、風呂回路１２は、浴槽１０内に貯められた浴槽用の水（湯）を風呂ポンプ１１で熱交換器３の風呂配管１２’に流通させる。冷媒回路１は、圧縮機２から吐出した高温の冷媒を熱交換器３の冷媒配管１’に流通させる。このとき冷媒と浴槽用の水（湯）との温度差は、上記図７で説明した場合と比較して小さくなり、凝縮器として動作する熱交換器３での凝縮温度が高くなる。これにより、蒸発器５での蒸発温度が上昇し、蒸発器５に着霜した霜を溶かすことができる。
このように、浴槽１０内の熱を使って蒸発器５の除霜を行うことができる。また、浴槽１０においては入浴後（使用後）の熱を用いることで排熱を除霜に用いることができる。したがって省エネ効果がある。
【００４５】
なお、上記実施の形態１〜３では、本発明の「温熱利用回路」の一例として風呂回路を用いた場合を説明したが本発明はこれに限るものではない。例えば床暖房回路を用いても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１ 冷媒回路、１’ 冷媒配管、２ 圧縮機、３ 熱交換器、４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ ファン、７ 給湯タンク、８ 給湯ポンプ、９ 給湯回路、９’ 給湯配管、１０ 浴槽、１１ 風呂ポンプ、１２ 風呂回路、１２’ 風呂配管、１３ 蛇口、１４ 給水、２０ ヘッダー、２１ 流路、２２ 溝、２３ ディンプル形状、１００ 第一の積層部、２００ 第二の積層部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源となる第一の熱媒体が流通する第一の流路と、
前記第一の流路と隣接して配置され、第二の熱媒体が流通する第二の流路と、
前記第一の流路と隣接して配置され、第三の熱媒体が流通する第三の流路と
を備え、
前記第二の流路と前記第一の流路と前記第三の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体および前記第三の熱媒体と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、
前記第二の流路または第三の流路の何れか一方と前記第一の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体または前記第三の熱媒体の何れか一方と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第二の積層部が前記第一の積層部に積層された
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の断面形状が略同一に形成された
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の少なくとも１つは、内部を隔壁で区切り複数の流路を形成した
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の少なくとも１つは、内部に溝を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の少なくとも１つは、内部にくぼみ状のディンプル形状を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器を備えた
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項７】
圧縮機、前記熱交換器の前記第一の流路、膨張弁、および蒸発器を環状に接続し、前記第一の熱媒体としての冷媒を循環させるヒートポンプサイクルと、
給湯タンク、前記熱交換器の前記第二の流路、および給湯ポンプを環状に接続し、前記第二の熱媒体としての水を循環させて前記給湯タンクに貯留する給湯回路と、
前記熱交換器の前記第三の流路、および循環ポンプを環状に接続し、前記第三の熱媒体を循環させる温熱利用回路と
を備えたことを特徴とする請求項６記載の給湯装置。
【請求項８】
前記給湯回路は、
前記熱交換器の前記第二の流路を流通した前記水と、前記給湯タンクから流出した前記水とを混合して流出する給湯口を備えた
ことを特徴とする請求項７記載の給湯装置。
【請求項９】
前記ヒートポンプサイクルは、
前記圧縮機から吐出した高温の前記冷媒を前記熱交換器の前記第一の流路に流通させ、
前記給湯回路は、
前記冷媒と熱交換して加熱された前記水を前記給湯タンクに貯留し、加熱された前記水を前記熱交換器の前記第二の流路に流通させ、
前記温熱利用回路は、
前記第三の熱媒体を前記熱交換器の前記第三の流路に流通させ、
加熱された前記水および前記冷媒と前記第三の熱媒体とが熱交換して前記第三の熱媒体が加熱される
ことを特徴とする請求項７記載の給湯装置。
【請求項１０】
前記ヒートポンプサイクルは、
前記圧縮機から吐出した高温の前記冷媒を前記熱交換器の前記第一の流路に流通させ、
前記温熱利用回路は、
前記第三の熱媒体を前記熱交換器の前記第三の流路に流通させ、
前記冷媒と前記第三の熱媒体とが熱交換して前記第三の熱媒体が加熱される
ことを特徴とする請求項７記載の給湯装置。
【請求項１】
熱源となる第一の熱媒体が流通する第一の流路と、
前記第一の流路と隣接して配置され、第二の熱媒体が流通する第二の流路と、
前記第一の流路と隣接して配置され、第三の熱媒体が流通する第三の流路と
を備え、
前記第二の流路と前記第一の流路と前記第三の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体および前記第三の熱媒体と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第一の積層部が複数積層され、
前記第二の流路または第三の流路の何れか一方と前記第一の流路とが順をなして積層されて、前記第二の熱媒体または前記第三の熱媒体の何れか一方と前記第一の熱媒体とが熱交換を行う第二の積層部が前記第一の積層部に積層された
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の断面形状が略同一に形成された
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の少なくとも１つは、内部を隔壁で区切り複数の流路を形成した
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の少なくとも１つは、内部に溝を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第一の流路、前記第二の流路、および前記第三の流路の少なくとも１つは、内部にくぼみ状のディンプル形状を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器を備えた
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項７】
圧縮機、前記熱交換器の前記第一の流路、膨張弁、および蒸発器を環状に接続し、前記第一の熱媒体としての冷媒を循環させるヒートポンプサイクルと、
給湯タンク、前記熱交換器の前記第二の流路、および給湯ポンプを環状に接続し、前記第二の熱媒体としての水を循環させて前記給湯タンクに貯留する給湯回路と、
前記熱交換器の前記第三の流路、および循環ポンプを環状に接続し、前記第三の熱媒体を循環させる温熱利用回路と
を備えたことを特徴とする請求項６記載の給湯装置。
【請求項８】
前記給湯回路は、
前記熱交換器の前記第二の流路を流通した前記水と、前記給湯タンクから流出した前記水とを混合して流出する給湯口を備えた
ことを特徴とする請求項７記載の給湯装置。
【請求項９】
前記ヒートポンプサイクルは、
前記圧縮機から吐出した高温の前記冷媒を前記熱交換器の前記第一の流路に流通させ、
前記給湯回路は、
前記冷媒と熱交換して加熱された前記水を前記給湯タンクに貯留し、加熱された前記水を前記熱交換器の前記第二の流路に流通させ、
前記温熱利用回路は、
前記第三の熱媒体を前記熱交換器の前記第三の流路に流通させ、
加熱された前記水および前記冷媒と前記第三の熱媒体とが熱交換して前記第三の熱媒体が加熱される
ことを特徴とする請求項７記載の給湯装置。
【請求項１０】
前記ヒートポンプサイクルは、
前記圧縮機から吐出した高温の前記冷媒を前記熱交換器の前記第一の流路に流通させ、
前記温熱利用回路は、
前記第三の熱媒体を前記熱交換器の前記第三の流路に流通させ、
前記冷媒と前記第三の熱媒体とが熱交換して前記第三の熱媒体が加熱される
ことを特徴とする請求項７記載の給湯装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１７９００（Ｐ２０１２−１７９００Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５１６０（Ｐ２０１０−１５５１６０）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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