熱交換器および温水システム
【課題】例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】デフロスト熱交換器１４では、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０内に挿入されて、低圧冷媒配管２０と高圧冷媒配管２１とが二重管構造をなしている。これにより、低圧冷媒配管２０の内壁と高圧冷媒配管２１の外壁との間を流れる低圧のＣＯ２冷媒は、高圧冷媒配管２１内を流れる高圧のＣＯ２冷媒と熱交換することができる。また、低圧冷媒配管２０には水配管５６が螺旋状に巻き付けられ、その部分と水配管５６とが互いに熱的に接触しているので、その低圧のＣＯ２冷媒は、水配管５６内を流れる水と熱交換することができる。
【解決手段】デフロスト熱交換器１４では、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０内に挿入されて、低圧冷媒配管２０と高圧冷媒配管２１とが二重管構造をなしている。これにより、低圧冷媒配管２０の内壁と高圧冷媒配管２１の外壁との間を流れる低圧のＣＯ２冷媒は、高圧冷媒配管２１内を流れる高圧のＣＯ２冷媒と熱交換することができる。また、低圧冷媒配管２０には水配管５６が螺旋状に巻き付けられ、その部分と水配管５６とが互いに熱的に接触しているので、その低圧のＣＯ２冷媒は、水配管５６内を流れる水と熱交換することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、および、例えば給湯装置または暖房給湯装置等の温水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯装置としては、特開２００８−８２６００号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。
【０００３】
この給湯装置は、お湯を沸かすヒートポンプユニットを備えている。このヒートポンプユニットの冷媒回路には水冷媒熱交換器が設けられており、水道水等の冷たい水（以下、「冷水」と言う。）が水冷媒熱交換器を通って加熱されてお湯となる。
【０００４】
上記水冷媒熱交換器は、外管と、この外管内に収容された内管とからなっている。上記外管の内壁の内管の外壁との間には冷水が流入する。一方、上記内管内には圧縮器で圧縮されて高温となった冷媒が流入する。これにより、上記冷媒の熱を冷水に伝達して、冷水を沸かすことができる。
【０００５】
ところが、上記従来の給湯装置は、冷水の流通を停止させた状態で、デフロスト運転を行う必要がある。すなわち、上記従来の給湯装置は、デフロスト運転を行っている最中、冷水を沸かすことができなかった。
【０００６】
このような問題を解決できるものとして、特開２００４−１０８５９７号公報（特許文献２）の暖房給湯装置が知られている。この暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット、貯湯タンクおよび暖房端末を備えている。
【０００７】
上記ヒートポンプユニットは、ファン、第１の蒸発器、第２の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する。
【０００８】
上記第１の蒸発器は、ファンから外気が送られ、その外気から熱を取り込む。そして、上記第１の蒸発器は、圧縮機の上流側、かつ、第２の蒸発器の下流側に位置している。つまり、上記第２の蒸発器を出た冷媒が、第１の蒸発器を経由した後、圧縮機に流入するようになっている。
【０００９】
上記構成の暖房給湯装置によれば、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げている最中、貯湯タンク内の温水をポンプで第２の蒸発器に送る。これにより、上記第１の蒸発器に入る直前の冷媒がその温水で加熱されるので、第１の蒸発器に付着した霜を融かすことができる。
【００１０】
しかしながら、上記従来の暖房給湯装置では、第２の蒸発器で加熱された冷媒が第１の凝縮器に入るため、第１の蒸発器の蒸発温度が上昇する。
【００１１】
その結果、上記第１の蒸発器において外気から取り込む熱量が減少し、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)が低下するという問題が生じてしまう。
【００１２】
また、上記従来の暖房給湯装置では、ヒートポンプユニットが過冷却熱交換器を備えていないため、第１の蒸発器に入る冷媒の過冷却を行うことができないという問題があった。
【００１３】
仮に、上記ヒートポンプユニットの冷媒回路に過冷却熱交換器を設けた場合、冷媒回路に設ける熱交換器の数が増えるため、冷媒回路の圧力損失が大きくなり、ヒートポンプユニットの効率が低下するという問題が起きてしまう。
【特許文献１】特開２００８−８２６００号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８５９７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明の課題は、例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の課題は、上記熱交換器を備えた温水システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の熱交換器は、
水が流れる水配管と、
上記水配管の内側に配置され、低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管と、
上記低圧冷媒配管の内側に配置され、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管と
を備え、
上記低圧冷媒配管は、上記水配管および上記高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
上記構成の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管を水配管および高圧冷媒配管と熱交換可能に配置するので、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して、低圧冷媒の温度が上がる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けることにより、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、その蒸発器の霜を融かすことができる。
【００１８】
また、上記蒸発器の霜を融かす運転つまりデフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。
【００１９】
また、上記水配管を流れる水は、低圧冷媒配管を流れる低圧冷媒に熱を吸収されて、温度が下がる。したがって、上記水配管を流れて温度が下がった水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００２０】
また、上記低圧冷媒配管は高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００２１】
また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００２２】
上記従来の暖房給湯装置（特許文献２）で高圧冷媒の過冷却を行うためには、デフロスト用熱交換器（第２の蒸発器）とは別に、過冷却用熱交換器を設置することになって、熱交換器数が増えてしまう。このため、上記冷媒回路の圧力損失が大きくなり、ヒートポンプユニットの効率を低下させてしまう。
【００２３】
また、本発明の熱交換器では、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【００２４】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管と、上記低圧冷媒配管内に挿入された上記高圧冷媒配管とが、二重管構造をなしている。
【００２５】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管と高圧冷媒配管とが二重管構造をなしているので、低圧冷媒が高圧冷媒配管に直接接触し、高圧冷媒の熱を低圧冷媒に伝達する効率を向上させることができる。
【００２６】
一実施形態の熱交換器では、
上記水配管は上記低圧冷媒配管に巻き付けられている。
【００２７】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管に水配管を巻き付けるので、製造を簡単にすることができる。
【００２８】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管の流路断面積は、上記水配管の流路断面積よりも大きく、かつ、上記高圧冷媒配管の流路断面積よりも大きい。
【００２９】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管の配管断面積が、水配管の配管断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒配管の配管断面積よりも大きいので、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。
【００３０】
本発明の温水システムは、
本発明の熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
上記ヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクと
を備え、
上記貯湯タンク内の温水が上記水配管を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴としている。
【００３１】
上記構成の温水システムによれば、上記貯湯タンク内の温水が水配管を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、その蒸発器の霜を融かすことができる。すなわち、上記温水が水配管を流れることによってデフロスト運転を行うことができる。
【００３２】
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水配管に供給できるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。
【００３３】
また、上記貯湯タンク内の温水は水配管を通って冷却されて温度が下がる。したがって、上記水配管を通って温度が下がった温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００３４】
また、上記熱交換器では、低圧冷媒配管が高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００３５】
また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できる。その結果、上記ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００３６】
また、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【００３７】
一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットは、上記高圧冷媒配管および上記低圧冷媒配管を含む冷媒回路と、上記冷媒回路に設けられた蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張機構とを有し、
上記低圧冷媒配管は、上記膨張機構を出た低圧冷媒を上記圧縮機へ導く配管であり、
上記高圧冷媒配管は、上記圧縮機を出た冷媒を上記膨張機構へ導く配管である。
【００３８】
上記実施形態の温水システムによれば、上記低圧冷媒配管は、膨張機構を出た低圧冷媒を圧縮機へ導く配管であるので、圧縮機に入る冷媒の温度を上げることができる。
【００３９】
また、上記高圧冷媒配管は、圧縮機を出た高圧冷媒を膨張機構へ導く配管であるので、膨張機構に入る冷媒の温度を下げることができる。
【００４０】
一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットはＣＯ２冷媒を使用する。
【００４１】
上記実施形態の温水システムによれば、上記ヒートポンプユニットはＣＯ２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニットは高温出湯できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けた場合、低圧冷媒配管が水配管および高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して、低圧冷媒の温度が上がるので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、その蒸発器の霜を融かすことができる。
【００４３】
また、上記蒸発器の霜を融かす運転つまりデフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。
【００４４】
また、上記水配管の水は低圧冷媒配管の低圧冷媒に熱を吸収されて低温となるので、この低温の水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００４５】
また、上記低圧冷媒配管は高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００４６】
また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００４７】
また、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【００４８】
本発明の温水システムによれば、貯湯タンク内の温水が水配管を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、デフロスト運転を行うことができる。
【００４９】
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水配管に供給できるので、沸き上げ運転を行いながら、デフロスト運転を行うことができる。
【００５０】
また、上記貯湯タンク内の温水は水配管を通って冷却されて低温となるので、この低温の温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００５１】
また、上記ヒートポンプユニットが有する熱交換器では、低圧冷媒配管が高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００５２】
また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減でき、その結果、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００５３】
また、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の熱交換器および温水システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。
【００５６】
上記暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３、暖房用循環回路４、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０を備えている。
【００５７】
まず、上記ヒートポンプユニット１について説明する。このヒートポンプユニット１は冷媒回路１６および電動送風機１７を備え、貯湯タンク２内の水を沸き上げて温水にする。また、上記ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２に接続されている。
【００５８】
上記冷媒回路１６は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器１３、デフロスト熱交換器１４、膨張弁１５、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を有している。この冷媒回路１６ではＣＯ２冷媒が循環する。なお、上記膨張弁１５は膨張機構の一例であり、デフロスト熱交換器１４は熱交換器の一例である。
【００５９】
上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ２冷媒を圧縮機１２へ導く配管である。この低圧のＣＯ２冷媒は、膨張弁１５から圧縮機１２に至るまでに、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器１４をこの順で経由する。
【００６０】
上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ２冷媒を膨張弁１５へ導く配管である。この高圧のＣＯ２冷媒は、圧縮機１２から膨張弁１５に至るまでに、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１４をこの順で経由する。
【００６１】
上記デフロスト熱交換器１４は、デフロスト用循環回路５０を介して貯湯タンク２に接続されている。これにより、上記貯湯タンク２内の温水を、デフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に供給することができる。
【００６２】
図２は、上記デフロスト熱交換器１４の構造を模式的に示す図である。
【００６３】
上記デフロスト熱交換器１４では、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０内に挿入されて、低圧冷媒配管２０と高圧冷媒配管２１とが二重管構造をなしている。
【００６４】
上記低圧冷媒配管２０の内径は高圧冷媒配管２１の外径よりも大きく、低圧冷媒配管２０の内壁と高圧冷媒配管２１の外壁との間を低圧のＣＯ２冷媒が流れる。一方、高圧のＣＯ２冷媒は低圧冷媒配管２０内の空間を流れる。
【００６５】
また、上記低圧冷媒配管２０の略直線状の部分には水配管５６が螺旋状に巻き付けられ、その部分と水配管５６とが互いに熱的に接触している。
【００６６】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きくなっている。
【００６７】
次に、上記低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を流れるＣＯ２冷媒の圧力変化および温度変化について説明する。上記蒸発器１１内に入った低圧のＣＯ２冷媒は、電動送風機１７から送られた空気中の熱を吸収して温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ２冷媒は、低圧冷媒配管２０を流れてデフロスト熱交換器１４に到達する。このデフロスト熱交換器１４では、低圧のＣＯ２冷媒は、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ２冷媒の熱を吸収して、さらに温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ２冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて高圧のＣＯ２冷媒となり、さらに温度が上る。この高圧のＣＯ２冷媒は、凝縮器１３で熱を放出して低温となった後、高圧冷媒配管２１の案内でデフロスト熱交換器１４に到達する。このデフロスト熱交換器１４において、高圧のＣＯ２冷媒は、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ２冷媒に熱を吸収されて、さらに温度が下がる。この温度がさらに下がった高圧のＣＯ２冷媒は、膨張弁１５で減圧された後、蒸発器１１に戻る。
【００６８】
また、上記蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転時、貯湯タンク２内の温水がデフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に供給される。これにより、上記デフロスト運転時、デフロスト熱交換器１４において、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ２冷媒は、水配管５６内の温水の熱と、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ２冷媒の熱とを吸収して、温度が上がる。
【００６９】
一方、非デフロスト運転時においては、デフロスト熱交換器１４は貯湯タンク２から温水が供給されないので、デフロスト熱交換器１４において、温水と低圧のＣＯ２冷媒との熱交換は行われない。
【００７０】
次に、上記デフロスト用循環回路５０について説明する。このデフロスト用循環回路５０は分岐弁５５および水配管５６を有している。この分岐弁５５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、温水が流出する２つの出口とを有している。この２つの出口のうち、一方の出口は凝縮器１３に接続され、他方の出口は水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に接続されている。上記一方の出口の開度を調節することにより、凝縮器１３に入る温水の量を調節することができる。また、上記他方の出口の開度調節することにより、デフロスト熱交換器１４に入る温水の量を調節することできる。この分岐弁７の各出口の開度は制御部７によって調節される。
【００７１】
次に、上記沸き上げ用循環回路５について説明する。この沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、上記沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。
【００７２】
上記凍結防止水戻し接続口５４には、凝縮器１３から温水が流れてきたり、デフロスト熱交換器１４から温水が流れてきたりする。
【００７３】
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部として兼用される。つまり、上記貯湯タンク２と分岐弁５５との間において温水が流れる部分は、沸き上げ用循環回路５の一部であると共に、デフロスト用循環回路５０の一部でもある。この沸き上げ用循環回路５とデフロスト用循環回路５０との分岐部に分岐弁５５が設けられている。
【００７４】
上記供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。
【００７５】
上記沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２の下部内の温水を吸い込み、分岐弁５５へ向けて吐出する。この沸き上げ用循環ポンプ５１として流量可変ポンプまたは流量固定循環ポンプを採用することができる。
【００７６】
上記凝縮器１３ではＣＯ２冷媒の熱が温水に伝わり、この温水が高温（例えば６０℃〜８５℃）となる。この凝縮器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。
【００７７】
上記沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中、凝縮器１３からの高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の上部領域に流す。また、上記ヒートポンプユニット１の起動時、ヒートポンプユニット１の凝縮器１３から出る温水は十分に高温となっていないので、沸き上げ用三方弁５２は、凝縮器１３からの高温の温水を、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内の下部領域に流す。これにより、上記凝縮器１３で十分に高温にならなかった温水が貯湯タンク２内の上部領域に戻って貯湯タンク２内の温度分布が乱れるのを防止できる。
【００７８】
次に、上記貯湯タンク２について説明する。この貯湯タンク２はヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、上記貯湯タンク２内の上下方向の略中央部にはヒータ６を配置していて、このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱する。また、上記貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するため、複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。
【００７９】
次に、上記給湯用熱交換器３について説明する。この給湯用熱交換器３は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されている。給湯水は給湯用熱交換器３内を流れることによって加熱される。より詳しくは、上記給湯水は、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の下部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れる。そして、上記給湯水は、貯湯タンク２内の上部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れた後、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２外に出る。
【００８０】
また、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度が高すぎた場合、給湯用混合弁３１を開いて、貯湯タンク２から出た給湯水と、貯湯タンク２に流入する前の給湯水とを混ぜ合わせる。これにより、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度を下げることができる。
【００８１】
次に、上記暖房用循環回路４について説明する。この暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。そして、上記暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。
【００８２】
上記第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、上記ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送ることができる。
【００８３】
上記第２暖房往き接続口４２も、上記第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の上部領域の温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ送ることができる。また、上記第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。
【００８４】
上記暖房端末８Ａ，８Ｂ，…のそれぞれは、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、上記温水は、低温となり、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を出て、暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。
【００８５】
上記暖房戻り接続口４３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の下部領域の温水と混ぜることができる。
【００８６】
また、上記暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、温度センサ４０Ｆ，４０Ｇ、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。
【００８７】
上記バイパス配管４４は、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。
【００８８】
上記暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、上記暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。
【００８９】
上記制御部７は、外気温度センサ１８の出力信号と、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｇの出力信号とを受ける。また、上記制御部７は、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号も受ける。ここで、上記外気温度センサ１８の出力信号は外気温度を示す信号、温度センサ４０Ａ，４０Ｂの出力信号は貯湯タンク２内の上部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｃの出力信号は貯湯タンク２内の上下方向の中間部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｄ，４０Ｅの出力信号は貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号である。また、上記温度センサ４０Ｆの出力信号は、貯湯タンク２から暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ向かう温水の温度を示す信号である。そして、上記温度センサ４０Ｇは、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を示す信号である。
【００９０】
上記暖房用循環ポンプ４８は、第２暖房往き接続口４２または第１暖房往き接続口４１を介して貯湯タンク２内の温水を吸い込み、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に向けて吐出する。
【００９１】
上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在している場合、第１暖房往き接続口４１から温水を取り出す。また、上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在していない場合、第２暖房往き接続口４２から温水を取り出す。この暖房用三方弁４９の切り替えは制御部７によって行われる。つまり、上記制御部７は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサからの信号に基づいて、暖房用三方弁４９の切り替えを行う。
【００９２】
上記構成の暖房給湯装置によれば、暖房運転が開始すると、制御部７が暖房用循環ポンプ４８をＯＮにする。これにより、上記貯湯タンク２に貯えた温水が複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。これにより、上記温水の熱が暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を介して室内に放出されて、室内が暖房される。
【００９３】
上記暖房運転中、制御部７が、外気温度センサ１８、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅおよび室内温度センサの出力信号に基づいて、圧縮機１２、膨張弁１５、沸き上げ用循環ポンプ５１および分岐弁５５を制御する。
【００９４】
例えば、上記制御部７は、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅの出力信号から、貯湯タンク２内の上部領域にある高温の温水が少なくなっていると判断すると、ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げる。より詳しくは、上記圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、膨張弁１５を開く。このとき、上記制御部７は、分岐弁５５の凝縮器１３側の出口を全開にする一方、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を全閉にする。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水が凝縮器１３へ流れ、この凝縮器１３で加熱されて高温となった温水が第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内に戻る。
【００９５】
そして、上記ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げている最中に、制御部７が、例えば、外気温度センサ１８の出力から、蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転が必要だと判断すると、デフロスト運転を開始する。
【００９６】
上記デフロスト運転が開始すると、制御部７が、膨張弁１５の開度を大きくすると共に、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を開く。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温（例えば３０℃〜５０℃）の温水が、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１４の両方に流れる。このデフロスト熱交換器１４に入った中温の温水は、圧縮機１２へ向かうＣＯ２冷媒に熱を与えて低温の温水となる。この低温の温水は、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内に戻る。
【００９７】
このように、上記中温の温水が、デフロスト熱交換器１４を経由した後、再び、貯湯タンク２内に戻ることにより、蒸発器１１に入るＣＯ２冷媒の温度が適度に高くなる。その結果、上記蒸発器１１から霜を取り除くことができる。
【００９８】
上記デフロスト運転中は、外気から熱を取り込むのではなく、貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水から熱を取り込む。この熱は、ヒートポンプユニット１がデフロスト運転前に沸かした温水の熱である。このため、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰはデフロスト運転中に限っていえば悪くなる。ただし、それは、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いない従来のデフロスト運転でも同じである。
【００９９】
しかしながら、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いるデフロスト運転であれば、その中温の温水は、デフロスト熱交換器１４を経由することによって、温度が下がって低温の温水となって、貯湯タンク２内の下部領域に戻る。これにより、上記デフロスト運転の終了後に、貯湯タンク２内の温水の沸き上げを行うと、貯湯タンク２内の下部領域の低温の温水がヒートポンプユニット１に供給される。その結果、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上し、運転トータルで、ヒートポンプユニット１のＣＯＰの改善が見込める。
【０１００】
また、上記デフロスト熱交換器１４においては、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０内に挿入されていることによって、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の熱が低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒に吸収されるので、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の過冷却を行うことができる。
【０１０１】
また、上記デフロスト熱交換器１４が高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の過冷却を行えるので、デフロスト熱交換器１４とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニット１の熱交換器数を少なくして、冷媒回路１６の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニット１の効率を高くすることができる。
【０１０２】
また、上記水配管５６および低圧冷媒配管２０の内側に高圧冷媒配管２１を配置するので、高圧冷媒配管２１の径を小さくし、高圧冷媒配管２１を薄肉化することができる。
【０１０３】
また、上記低圧冷媒配管２０と高圧冷媒配管２１とが二重管構造をなしていることによって、低圧のＣＯ２冷媒が高圧冷媒配管２１に直接接触するので、高圧のＣＯ２冷媒の熱を低圧のＣＯ２冷媒に高効率で伝達できる。
【０１０４】
また、上記低圧冷媒配管２０に水配管５６とを巻き付けることによって、低圧冷媒配管２０に対する水配管５６の熱接触を容易に得ることができるので、デフロスト熱交換器１４の製造を簡単にすることができる。
【０１０５】
また、上記デフロスト熱交換器１４においては、低圧冷媒配管２０が略直線状に延びているので、低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒の圧力損失が小さくなる。したがって、上記ヒートポンプユニット１の効率をより高くすることができる。
【０１０６】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６および高圧冷媒配管２１のどちらの流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒配管２０を流れるＣＯ２冷媒の圧力損失を低減できる。したがって、上記ヒートポンプユニット１の効率をよりさらに高くすることができる。
【０１０７】
また、上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出たＣＯ２冷媒を圧縮機１２へ導く配管であるので、圧縮機１２に入るＣＯ２冷媒の温度を上げることができる。
【０１０８】
また、上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出たＣＯ２冷媒を膨張弁１５へ導く配管であるので、膨張弁１５に入るＣＯ２冷媒の温度を下げることができる。
【０１０９】
また、上記ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニット１は高温出湯できる。
【０１１０】
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部として兼用されるので、沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部を施行すれば、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部の施行を行わずに済む。
【０１１１】
したがって、上記沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工に係る手間が少なく、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工性は良好である。
【０１１２】
また、上記沸き上げ用循環回路５における温水の流通と、デフロスト用循環回路５０における温水の流通とを、一つの分岐弁５５だけで制御するので、それらの流通の制御が複雑になるのを防ぐことができる。
【０１１３】
また、上記暖房運転が行われていない非デフロスト運転時、制御部７は、沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を開き、デフロスト用循環回路５０に少量の温水を流す。これにより、上記デフロスト用循環回路５０内に残った温水が冷えて凍るのを防ぐことができる。
【０１１４】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器１１４の構造を模式的に示す図である。
【０１１５】
上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器１１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。
【０１１６】
上記デフロスト熱交換器１１４は、高圧冷媒配管２１を備えている点は図２のデフロスト熱交換器１４と同じだが、低圧冷媒配管１２０および水配管１５６を備えている点が図２のデフロスト熱交換器１４と異なる。
【０１１７】
上記低圧冷媒配管１２０は、高圧冷媒配管２１の略直線状の部分に螺旋状に巻き付けられ、その部分と熱的に接触している。この低圧冷媒配管１２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ２冷媒を、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器１１４を経由させた後、圧縮機１２へ導く配管である（図１参照）。
【０１１８】
上記水配管１５６内には低圧冷媒配管１２０および高圧冷媒配管２１が挿入されている。この水配管１５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器１１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。そして、上記温水は、低圧冷媒配管１２０の外壁と水配管１５６の内壁との間、および、高圧冷媒配管２１の外壁と水配管１５６の内壁との間を流れる。
【０１１９】
また、上記低圧冷媒配管１２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きいが、水配管５６の流路断面積よりも小さくなっている。
【０１２０】
このようなデフロスト熱交換器１１４であれば、低圧冷媒配管１２０を高圧冷媒配管２１の略直線状の部分に螺旋状に巻き付けることによって、高圧冷媒配管２１に対する低圧冷媒配管１２０の熱接触を容易に得ることができるので、簡単に製造することができる。
【０１２１】
また、上記低圧冷媒配管１２０の外壁と水配管１５６の内壁との間を貯湯タンク２からの温水が流れるので、その温水が低圧冷媒配管１２０に直接接触するので、温水の熱を低圧のＣＯ２冷媒に高効率で伝達できる。
【０１２２】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器２１４の構造を模式的に示す図である。
【０１２３】
上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器２１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。
【０１２４】
上記デフロスト熱交換器２１４は、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を備えている点は図２のデフロスト熱交換器１４と同じだが、水配管２５６を備えている点が図２のデフロスト熱交換器１４と異なる。
【０１２５】
上記水配管２５６内には低圧冷媒配管２０が挿入され、この低圧冷媒配管２０内に高圧冷媒配管２１が挿入されて、低圧冷媒配管２０、高圧冷媒配管２１および水配管２５６が二重管構造をなしている。この水配管２５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器２１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。そして、上記温水は、低圧冷媒配管２０の外壁と水配管２５６の内壁との間を流れる。
【０１２６】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きいが、水配管２５６の流路断面積よりも小さくなっている。
【０１２７】
このようなデフロスト熱交換器２１４であれば、低圧冷媒配管２０の外壁と水配管２５６の内壁との間を貯湯タンク２からの温水が流れるので、その温水が低圧冷媒配管１２０に直接接触するので、温水の熱を低圧のＣＯ２冷媒に高効率で伝達できる。
【０１２８】
上記第１〜第３実施形態において、ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用していたが、ＮＨ３冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。
【０１２９】
また、上記第１〜３実施形態の内容を組み合わせたものを本発明の一実施の形態としてもよい。
【０１３０】
また、上記第１〜第３実施形態から、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…およびこれに関係する暖房用循環回路４等を無くして、給湯装置としてもよい。すなわち、本発明は、暖房給湯装置に限定されず、給湯のみを行う給湯装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の模式図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【図４】図４は本発明の第３実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ ヒートポンプユニット
２ 貯湯タンク
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１５ 膨張弁
１６ 冷媒回路
１４，１１４，２１４ デフロスト熱交換器
２０，１２０ 低圧冷媒配管
２１ 高圧冷媒配管
５６，１５６，２５６ 水配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、および、例えば給湯装置または暖房給湯装置等の温水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯装置としては、特開２００８−８２６００号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。
【０００３】
この給湯装置は、お湯を沸かすヒートポンプユニットを備えている。このヒートポンプユニットの冷媒回路には水冷媒熱交換器が設けられており、水道水等の冷たい水（以下、「冷水」と言う。）が水冷媒熱交換器を通って加熱されてお湯となる。
【０００４】
上記水冷媒熱交換器は、外管と、この外管内に収容された内管とからなっている。上記外管の内壁の内管の外壁との間には冷水が流入する。一方、上記内管内には圧縮器で圧縮されて高温となった冷媒が流入する。これにより、上記冷媒の熱を冷水に伝達して、冷水を沸かすことができる。
【０００５】
ところが、上記従来の給湯装置は、冷水の流通を停止させた状態で、デフロスト運転を行う必要がある。すなわち、上記従来の給湯装置は、デフロスト運転を行っている最中、冷水を沸かすことができなかった。
【０００６】
このような問題を解決できるものとして、特開２００４−１０８５９７号公報（特許文献２）の暖房給湯装置が知られている。この暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット、貯湯タンクおよび暖房端末を備えている。
【０００７】
上記ヒートポンプユニットは、ファン、第１の蒸発器、第２の蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する。
【０００８】
上記第１の蒸発器は、ファンから外気が送られ、その外気から熱を取り込む。そして、上記第１の蒸発器は、圧縮機の上流側、かつ、第２の蒸発器の下流側に位置している。つまり、上記第２の蒸発器を出た冷媒が、第１の蒸発器を経由した後、圧縮機に流入するようになっている。
【０００９】
上記構成の暖房給湯装置によれば、ヒートポンプユニットで貯湯タンク内の水を沸き上げている最中、貯湯タンク内の温水をポンプで第２の蒸発器に送る。これにより、上記第１の蒸発器に入る直前の冷媒がその温水で加熱されるので、第１の蒸発器に付着した霜を融かすことができる。
【００１０】
しかしながら、上記従来の暖房給湯装置では、第２の蒸発器で加熱された冷媒が第１の凝縮器に入るため、第１の蒸発器の蒸発温度が上昇する。
【００１１】
その結果、上記第１の蒸発器において外気から取り込む熱量が減少し、ヒートポンプユニットのＣＯＰ(成績係数)が低下するという問題が生じてしまう。
【００１２】
また、上記従来の暖房給湯装置では、ヒートポンプユニットが過冷却熱交換器を備えていないため、第１の蒸発器に入る冷媒の過冷却を行うことができないという問題があった。
【００１３】
仮に、上記ヒートポンプユニットの冷媒回路に過冷却熱交換器を設けた場合、冷媒回路に設ける熱交換器の数が増えるため、冷媒回路の圧力損失が大きくなり、ヒートポンプユニットの効率が低下するという問題が起きてしまう。
【特許文献１】特開２００８−８２６００号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８５９７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明の課題は、例えばヒートポンプユニットのＣＯＰを改善でき、また、高圧冷媒の過冷却を行うことができ、さらに、例えばヒートポンプユニットの効率を高くすることができる熱交換器を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の課題は、上記熱交換器を備えた温水システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の熱交換器は、
水が流れる水配管と、
上記水配管の内側に配置され、低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管と、
上記低圧冷媒配管の内側に配置され、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管と
を備え、
上記低圧冷媒配管は、上記水配管および上記高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
上記構成の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管を水配管および高圧冷媒配管と熱交換可能に配置するので、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して、低圧冷媒の温度が上がる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けることにより、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、その蒸発器の霜を融かすことができる。
【００１８】
また、上記蒸発器の霜を融かす運転つまりデフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。
【００１９】
また、上記水配管を流れる水は、低圧冷媒配管を流れる低圧冷媒に熱を吸収されて、温度が下がる。したがって、上記水配管を流れて温度が下がった水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００２０】
また、上記低圧冷媒配管は高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００２１】
また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００２２】
上記従来の暖房給湯装置（特許文献２）で高圧冷媒の過冷却を行うためには、デフロスト用熱交換器（第２の蒸発器）とは別に、過冷却用熱交換器を設置することになって、熱交換器数が増えてしまう。このため、上記冷媒回路の圧力損失が大きくなり、ヒートポンプユニットの効率を低下させてしまう。
【００２３】
また、本発明の熱交換器では、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【００２４】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管と、上記低圧冷媒配管内に挿入された上記高圧冷媒配管とが、二重管構造をなしている。
【００２５】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管と高圧冷媒配管とが二重管構造をなしているので、低圧冷媒が高圧冷媒配管に直接接触し、高圧冷媒の熱を低圧冷媒に伝達する効率を向上させることができる。
【００２６】
一実施形態の熱交換器では、
上記水配管は上記低圧冷媒配管に巻き付けられている。
【００２７】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管に水配管を巻き付けるので、製造を簡単にすることができる。
【００２８】
一実施形態の熱交換器では、
上記低圧冷媒配管の流路断面積は、上記水配管の流路断面積よりも大きく、かつ、上記高圧冷媒配管の流路断面積よりも大きい。
【００２９】
上記実施形態の熱交換器によれば、上記低圧冷媒配管の配管断面積が、水配管の配管断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒配管の配管断面積よりも大きいので、低圧冷媒の圧力損失を低く抑えることができる。したがって、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、ヒートポンプユニットの効率をさらに高くすることができる。
【００３０】
本発明の温水システムは、
本発明の熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
上記ヒートポンプユニットで加熱された温水を貯える貯湯タンクと
を備え、
上記貯湯タンク内の温水が上記水配管を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴としている。
【００３１】
上記構成の温水システムによれば、上記貯湯タンク内の温水が水配管を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、その蒸発器の霜を融かすことができる。すなわち、上記温水が水配管を流れることによってデフロスト運転を行うことができる。
【００３２】
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水配管に供給できるので、貯湯タンク内の温水を沸き上げながらデフロスト運転を行うことができる。
【００３３】
また、上記貯湯タンク内の温水は水配管を通って冷却されて温度が下がる。したがって、上記水配管を通って温度が下がった温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００３４】
また、上記熱交換器では、低圧冷媒配管が高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００３５】
また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できる。その結果、上記ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００３６】
また、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【００３７】
一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットは、上記高圧冷媒配管および上記低圧冷媒配管を含む冷媒回路と、上記冷媒回路に設けられた蒸発器、圧縮機、凝縮器および膨張機構とを有し、
上記低圧冷媒配管は、上記膨張機構を出た低圧冷媒を上記圧縮機へ導く配管であり、
上記高圧冷媒配管は、上記圧縮機を出た冷媒を上記膨張機構へ導く配管である。
【００３８】
上記実施形態の温水システムによれば、上記低圧冷媒配管は、膨張機構を出た低圧冷媒を圧縮機へ導く配管であるので、圧縮機に入る冷媒の温度を上げることができる。
【００３９】
また、上記高圧冷媒配管は、圧縮機を出た高圧冷媒を膨張機構へ導く配管であるので、膨張機構に入る冷媒の温度を下げることができる。
【００４０】
一実施形態の温水システムでは、
上記ヒートポンプユニットはＣＯ２冷媒を使用する。
【００４１】
上記実施形態の温水システムによれば、上記ヒートポンプユニットはＣＯ２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニットは高温出湯できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の熱交換器を例えばヒートポンプユニットの冷媒回路に設けた場合、低圧冷媒配管が水配管および高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、低圧冷媒は高圧冷媒および水の熱を吸収して、低圧冷媒の温度が上がるので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度を上げて、その蒸発器の霜を融かすことができる。
【００４３】
また、上記蒸発器の霜を融かす運転つまりデフロスト運転を行っている最中であっても、ヒートポンプユニットの例えば凝縮器に水を供給することにより、その水を加熱することができる。
【００４４】
また、上記水配管の水は低圧冷媒配管の低圧冷媒に熱を吸収されて低温となるので、この低温の水を例えばヒートポンプユニットの凝縮器に供給することにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００４５】
また、上記低圧冷媒配管は高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００４６】
また、上記熱交換器を例えばヒートポンプユニットに用いた場合、熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、この熱交換器とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００４７】
また、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【００４８】
本発明の温水システムによれば、貯湯タンク内の温水が水配管を通って低圧冷媒を加熱するので、ヒートポンプユニットの例えば蒸発器に入る低圧冷媒の温度が上がって、デフロスト運転を行うことができる。
【００４９】
また、上記ヒートポンプユニットが貯湯タンク内の温水を沸き上げている最中であっても、貯湯タンク内の温水を水配管に供給できるので、沸き上げ運転を行いながら、デフロスト運転を行うことができる。
【００５０】
また、上記貯湯タンク内の温水は水配管を通って冷却されて低温となるので、この低温の温水をヒートポンプユニットの例えば凝縮器に送ることにより、ヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
【００５１】
また、上記ヒートポンプユニットが有する熱交換器では、低圧冷媒配管が高圧冷媒配管と熱交換可能に配置されていることによって、高圧冷媒の熱が低圧冷媒に吸収されるので、高圧冷媒の過冷却を行うことができる。
【００５２】
また、上記熱交換器が高圧冷媒の過冷却を行えるので、ヒートポンプユニットの熱交換器数を少なくして、冷媒回路の圧力損失を低減でき、その結果、ヒートポンプユニットの効率を高くすることができる。
【００５３】
また、上記水配管および低圧冷媒配管の内側に高圧冷媒配管を配置するので、高圧冷媒配管の径を小さくし、高圧冷媒配管を薄肉化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の熱交換器および温水システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の構成を示す模式図である。
【００５６】
上記暖房給湯装置は、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯用熱交換器３、暖房用循環回路４、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０を備えている。
【００５７】
まず、上記ヒートポンプユニット１について説明する。このヒートポンプユニット１は冷媒回路１６および電動送風機１７を備え、貯湯タンク２内の水を沸き上げて温水にする。また、上記ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２に接続されている。
【００５８】
上記冷媒回路１６は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器１３、デフロスト熱交換器１４、膨張弁１５、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を有している。この冷媒回路１６ではＣＯ２冷媒が循環する。なお、上記膨張弁１５は膨張機構の一例であり、デフロスト熱交換器１４は熱交換器の一例である。
【００５９】
上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ２冷媒を圧縮機１２へ導く配管である。この低圧のＣＯ２冷媒は、膨張弁１５から圧縮機１２に至るまでに、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器１４をこの順で経由する。
【００６０】
上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出た高圧のＣＯ２冷媒を膨張弁１５へ導く配管である。この高圧のＣＯ２冷媒は、圧縮機１２から膨張弁１５に至るまでに、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１４をこの順で経由する。
【００６１】
上記デフロスト熱交換器１４は、デフロスト用循環回路５０を介して貯湯タンク２に接続されている。これにより、上記貯湯タンク２内の温水を、デフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に供給することができる。
【００６２】
図２は、上記デフロスト熱交換器１４の構造を模式的に示す図である。
【００６３】
上記デフロスト熱交換器１４では、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０内に挿入されて、低圧冷媒配管２０と高圧冷媒配管２１とが二重管構造をなしている。
【００６４】
上記低圧冷媒配管２０の内径は高圧冷媒配管２１の外径よりも大きく、低圧冷媒配管２０の内壁と高圧冷媒配管２１の外壁との間を低圧のＣＯ２冷媒が流れる。一方、高圧のＣＯ２冷媒は低圧冷媒配管２０内の空間を流れる。
【００６５】
また、上記低圧冷媒配管２０の略直線状の部分には水配管５６が螺旋状に巻き付けられ、その部分と水配管５６とが互いに熱的に接触している。
【００６６】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６の流路断面積よりも大きく、かつ、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きくなっている。
【００６７】
次に、上記低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を流れるＣＯ２冷媒の圧力変化および温度変化について説明する。上記蒸発器１１内に入った低圧のＣＯ２冷媒は、電動送風機１７から送られた空気中の熱を吸収して温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ２冷媒は、低圧冷媒配管２０を流れてデフロスト熱交換器１４に到達する。このデフロスト熱交換器１４では、低圧のＣＯ２冷媒は、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ２冷媒の熱を吸収して、さらに温度が上がる。そして、上記低圧のＣＯ２冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて高圧のＣＯ２冷媒となり、さらに温度が上る。この高圧のＣＯ２冷媒は、凝縮器１３で熱を放出して低温となった後、高圧冷媒配管２１の案内でデフロスト熱交換器１４に到達する。このデフロスト熱交換器１４において、高圧のＣＯ２冷媒は、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ２冷媒に熱を吸収されて、さらに温度が下がる。この温度がさらに下がった高圧のＣＯ２冷媒は、膨張弁１５で減圧された後、蒸発器１１に戻る。
【００６８】
また、上記蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転時、貯湯タンク２内の温水がデフロスト用循環回路５０の水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に供給される。これにより、上記デフロスト運転時、デフロスト熱交換器１４において、低圧冷媒配管２０内の低圧のＣＯ２冷媒は、水配管５６内の温水の熱と、高圧冷媒配管２１内の高圧のＣＯ２冷媒の熱とを吸収して、温度が上がる。
【００６９】
一方、非デフロスト運転時においては、デフロスト熱交換器１４は貯湯タンク２から温水が供給されないので、デフロスト熱交換器１４において、温水と低圧のＣＯ２冷媒との熱交換は行われない。
【００７０】
次に、上記デフロスト用循環回路５０について説明する。このデフロスト用循環回路５０は分岐弁５５および水配管５６を有している。この分岐弁５５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、温水が流出する２つの出口とを有している。この２つの出口のうち、一方の出口は凝縮器１３に接続され、他方の出口は水配管５６を介してデフロスト熱交換器１４に接続されている。上記一方の出口の開度を調節することにより、凝縮器１３に入る温水の量を調節することができる。また、上記他方の出口の開度調節することにより、デフロスト熱交換器１４に入る温水の量を調節することできる。この分岐弁７の各出口の開度は制御部７によって調節される。
【００７１】
次に、上記沸き上げ用循環回路５について説明する。この沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、上記沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。
【００７２】
上記凍結防止水戻し接続口５４には、凝縮器１３から温水が流れてきたり、デフロスト熱交換器１４から温水が流れてきたりする。
【００７３】
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部として兼用される。つまり、上記貯湯タンク２と分岐弁５５との間において温水が流れる部分は、沸き上げ用循環回路５の一部であると共に、デフロスト用循環回路５０の一部でもある。この沸き上げ用循環回路５とデフロスト用循環回路５０との分岐部に分岐弁５５が設けられている。
【００７４】
上記供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。
【００７５】
上記沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２の下部内の温水を吸い込み、分岐弁５５へ向けて吐出する。この沸き上げ用循環ポンプ５１として流量可変ポンプまたは流量固定循環ポンプを採用することができる。
【００７６】
上記凝縮器１３ではＣＯ２冷媒の熱が温水に伝わり、この温水が高温（例えば６０℃〜８５℃）となる。この凝縮器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。
【００７７】
上記沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中、凝縮器１３からの高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の上部領域に流す。また、上記ヒートポンプユニット１の起動時、ヒートポンプユニット１の凝縮器１３から出る温水は十分に高温となっていないので、沸き上げ用三方弁５２は、凝縮器１３からの高温の温水を、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内の下部領域に流す。これにより、上記凝縮器１３で十分に高温にならなかった温水が貯湯タンク２内の上部領域に戻って貯湯タンク２内の温度分布が乱れるのを防止できる。
【００７８】
次に、上記貯湯タンク２について説明する。この貯湯タンク２はヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。また、上記貯湯タンク２内の上下方向の略中央部にはヒータ６を配置していて、このヒータ６は貯湯タンク２内の温水を直接加熱する。また、上記貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するため、複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅを貯湯タンク２に設けている。この複数の温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。
【００７９】
次に、上記給湯用熱交換器３について説明する。この給湯用熱交換器３は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の下部領域から上部領域に渡って配置されている。給湯水は給湯用熱交換器３内を流れることによって加熱される。より詳しくは、上記給湯水は、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の下部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れる。そして、上記給湯水は、貯湯タンク２内の上部領域に配置された給湯用熱交換器３を上方に向かって流れた後、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２外に出る。
【００８０】
また、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度が高すぎた場合、給湯用混合弁３１を開いて、貯湯タンク２から出た給湯水と、貯湯タンク２に流入する前の給湯水とを混ぜ合わせる。これにより、上記貯湯タンク２から出た給湯水の温度を下げることができる。
【００８１】
次に、上記暖房用循環回路４について説明する。この暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を貯湯タンク２外の複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させるためのものである。そして、上記暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。
【００８２】
上記第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、上記ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送ることができる。
【００８３】
上記第２暖房往き接続口４２も、上記第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、上記貯湯タンク２内の上部領域の温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ送ることができる。また、上記第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。
【００８４】
上記暖房端末８Ａ，８Ｂ，…のそれぞれは、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、上記温水は、低温となり、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を出て、暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。
【００８５】
上記暖房戻り接続口４３は貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、上記暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の下部領域の温水と混ぜることができる。
【００８６】
また、上記暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、温度センサ４０Ｆ，４０Ｇ、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。
【００８７】
上記バイパス配管４４は、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。
【００８８】
上記暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、上記暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。
【００８９】
上記制御部７は、外気温度センサ１８の出力信号と、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｇの出力信号とを受ける。また、上記制御部７は、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号も受ける。ここで、上記外気温度センサ１８の出力信号は外気温度を示す信号、温度センサ４０Ａ，４０Ｂの出力信号は貯湯タンク２内の上部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｃの出力信号は貯湯タンク２内の上下方向の中間部領域の温水の温度を示す信号、温度センサ４０Ｄ，４０Ｅの出力信号は貯湯タンク２内の下部領域の温水の温度を示す信号である。また、上記温度センサ４０Ｆの出力信号は、貯湯タンク２から暖房端末８Ａ，８Ｂ，…へ向かう温水の温度を示す信号である。そして、上記温度センサ４０Ｇは、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を示す信号である。
【００９０】
上記暖房用循環ポンプ４８は、第２暖房往き接続口４２または第１暖房往き接続口４１を介して貯湯タンク２内の温水を吸い込み、複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に向けて吐出する。
【００９１】
上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在している場合、第１暖房往き接続口４１から温水を取り出す。また、上記暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在していない場合、第２暖房往き接続口４２から温水を取り出す。この暖房用三方弁４９の切り替えは制御部７によって行われる。つまり、上記制御部７は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサからの信号に基づいて、暖房用三方弁４９の切り替えを行う。
【００９２】
上記構成の暖房給湯装置によれば、暖房運転が開始すると、制御部７が暖房用循環ポンプ４８をＯＮにする。これにより、上記貯湯タンク２に貯えた温水が複数の暖房端末８Ａ，８Ｂ，…に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。これにより、上記温水の熱が暖房端末８Ａ，８Ｂ，…を介して室内に放出されて、室内が暖房される。
【００９３】
上記暖房運転中、制御部７が、外気温度センサ１８、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅおよび室内温度センサの出力信号に基づいて、圧縮機１２、膨張弁１５、沸き上げ用循環ポンプ５１および分岐弁５５を制御する。
【００９４】
例えば、上記制御部７は、温度センサ４０Ａ，４０Ｂ，…，４０Ｅの出力信号から、貯湯タンク２内の上部領域にある高温の温水が少なくなっていると判断すると、ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げる。より詳しくは、上記圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、膨張弁１５を開く。このとき、上記制御部７は、分岐弁５５の凝縮器１３側の出口を全開にする一方、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を全閉にする。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域にある温水が凝縮器１３へ流れ、この凝縮器１３で加熱されて高温となった温水が第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内に戻る。
【００９５】
そして、上記ヒートポンプユニット１で貯湯タンク２内の温水を沸き上げている最中に、制御部７が、例えば、外気温度センサ１８の出力から、蒸発器１１の霜を取るためのデフロスト運転が必要だと判断すると、デフロスト運転を開始する。
【００９６】
上記デフロスト運転が開始すると、制御部７が、膨張弁１５の開度を大きくすると共に、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を開く。これにより、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温（例えば３０℃〜５０℃）の温水が、凝縮器１３およびデフロスト熱交換器１４の両方に流れる。このデフロスト熱交換器１４に入った中温の温水は、圧縮機１２へ向かうＣＯ２冷媒に熱を与えて低温の温水となる。この低温の温水は、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内に戻る。
【００９７】
このように、上記中温の温水が、デフロスト熱交換器１４を経由した後、再び、貯湯タンク２内に戻ることにより、蒸発器１１に入るＣＯ２冷媒の温度が適度に高くなる。その結果、上記蒸発器１１から霜を取り除くことができる。
【００９８】
上記デフロスト運転中は、外気から熱を取り込むのではなく、貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水から熱を取り込む。この熱は、ヒートポンプユニット１がデフロスト運転前に沸かした温水の熱である。このため、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰはデフロスト運転中に限っていえば悪くなる。ただし、それは、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いない従来のデフロスト運転でも同じである。
【００９９】
しかしながら、上記貯湯タンク２内の下部領域の中温の温水を用いるデフロスト運転であれば、その中温の温水は、デフロスト熱交換器１４を経由することによって、温度が下がって低温の温水となって、貯湯タンク２内の下部領域に戻る。これにより、上記デフロスト運転の終了後に、貯湯タンク２内の温水の沸き上げを行うと、貯湯タンク２内の下部領域の低温の温水がヒートポンプユニット１に供給される。その結果、上記ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上し、運転トータルで、ヒートポンプユニット１のＣＯＰの改善が見込める。
【０１００】
また、上記デフロスト熱交換器１４においては、高圧冷媒配管２１が低圧冷媒配管２０内に挿入されていることによって、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の熱が低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒に吸収されるので、高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の過冷却を行うことができる。
【０１０１】
また、上記デフロスト熱交換器１４が高圧冷媒配管２１内のＣＯ２冷媒の過冷却を行えるので、デフロスト熱交換器１４とは別に過冷却熱交換器を設置しなくても済む。したがって、上記ヒートポンプユニット１の熱交換器数を少なくして、冷媒回路１６の圧力損失を低減できるので、ヒートポンプユニット１の効率を高くすることができる。
【０１０２】
また、上記水配管５６および低圧冷媒配管２０の内側に高圧冷媒配管２１を配置するので、高圧冷媒配管２１の径を小さくし、高圧冷媒配管２１を薄肉化することができる。
【０１０３】
また、上記低圧冷媒配管２０と高圧冷媒配管２１とが二重管構造をなしていることによって、低圧のＣＯ２冷媒が高圧冷媒配管２１に直接接触するので、高圧のＣＯ２冷媒の熱を低圧のＣＯ２冷媒に高効率で伝達できる。
【０１０４】
また、上記低圧冷媒配管２０に水配管５６とを巻き付けることによって、低圧冷媒配管２０に対する水配管５６の熱接触を容易に得ることができるので、デフロスト熱交換器１４の製造を簡単にすることができる。
【０１０５】
また、上記デフロスト熱交換器１４においては、低圧冷媒配管２０が略直線状に延びているので、低圧冷媒配管２０内のＣＯ２冷媒の圧力損失が小さくなる。したがって、上記ヒートポンプユニット１の効率をより高くすることができる。
【０１０６】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、水配管５６および高圧冷媒配管２１のどちらの流路断面積よりも大きいので、低圧冷媒配管２０を流れるＣＯ２冷媒の圧力損失を低減できる。したがって、上記ヒートポンプユニット１の効率をよりさらに高くすることができる。
【０１０７】
また、上記低圧冷媒配管２０は、膨張弁１５を出たＣＯ２冷媒を圧縮機１２へ導く配管であるので、圧縮機１２に入るＣＯ２冷媒の温度を上げることができる。
【０１０８】
また、上記高圧冷媒配管２１は、圧縮機１２を出たＣＯ２冷媒を膨張弁１５へ導く配管であるので、膨張弁１５に入るＣＯ２冷媒の温度を下げることができる。
【０１０９】
また、上記ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用するので、ヒートポンプユニット１は高温出湯できる。
【０１１０】
また、上記沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部は、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部として兼用されるので、沸き上げ用循環回路５における凝縮器１３の上流側の一部を施行すれば、デフロスト用循環回路５０におけるデフロスト熱交換器１４の上流側の一部の施行を行わずに済む。
【０１１１】
したがって、上記沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工に係る手間が少なく、沸き上げ用循環回路５およびデフロスト用循環回路５０の施工性は良好である。
【０１１２】
また、上記沸き上げ用循環回路５における温水の流通と、デフロスト用循環回路５０における温水の流通とを、一つの分岐弁５５だけで制御するので、それらの流通の制御が複雑になるのを防ぐことができる。
【０１１３】
また、上記暖房運転が行われていない非デフロスト運転時、制御部７は、沸き上げ用循環ポンプ５１をＯＮにし、かつ、分岐弁５５のデフロスト熱交換器１４側の出口を開き、デフロスト用循環回路５０に少量の温水を流す。これにより、上記デフロスト用循環回路５０内に残った温水が冷えて凍るのを防ぐことができる。
【０１１４】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器１１４の構造を模式的に示す図である。
【０１１５】
上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器１１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。
【０１１６】
上記デフロスト熱交換器１１４は、高圧冷媒配管２１を備えている点は図２のデフロスト熱交換器１４と同じだが、低圧冷媒配管１２０および水配管１５６を備えている点が図２のデフロスト熱交換器１４と異なる。
【０１１７】
上記低圧冷媒配管１２０は、高圧冷媒配管２１の略直線状の部分に螺旋状に巻き付けられ、その部分と熱的に接触している。この低圧冷媒配管１２０は、膨張弁１５を出た低圧のＣＯ２冷媒を、蒸発器１１およびデフロスト熱交換器１１４を経由させた後、圧縮機１２へ導く配管である（図１参照）。
【０１１８】
上記水配管１５６内には低圧冷媒配管１２０および高圧冷媒配管２１が挿入されている。この水配管１５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器１１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。そして、上記温水は、低圧冷媒配管１２０の外壁と水配管１５６の内壁との間、および、高圧冷媒配管２１の外壁と水配管１５６の内壁との間を流れる。
【０１１９】
また、上記低圧冷媒配管１２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きいが、水配管５６の流路断面積よりも小さくなっている。
【０１２０】
このようなデフロスト熱交換器１１４であれば、低圧冷媒配管１２０を高圧冷媒配管２１の略直線状の部分に螺旋状に巻き付けることによって、高圧冷媒配管２１に対する低圧冷媒配管１２０の熱接触を容易に得ることができるので、簡単に製造することができる。
【０１２１】
また、上記低圧冷媒配管１２０の外壁と水配管１５６の内壁との間を貯湯タンク２からの温水が流れるので、その温水が低圧冷媒配管１２０に直接接触するので、温水の熱を低圧のＣＯ２冷媒に高効率で伝達できる。
【０１２２】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態の暖房給湯装置のデフロスト熱交換器２１４の構造を模式的に示す図である。
【０１２３】
上記暖房給湯装置は、図２のデフロスト熱交換器１４の代わりに、デフロスト熱交換器２１４を備えている点のみが上記第１実施形態と異なる。
【０１２４】
上記デフロスト熱交換器２１４は、低圧冷媒配管２０および高圧冷媒配管２１を備えている点は図２のデフロスト熱交換器１４と同じだが、水配管２５６を備えている点が図２のデフロスト熱交換器１４と異なる。
【０１２５】
上記水配管２５６内には低圧冷媒配管２０が挿入され、この低圧冷媒配管２０内に高圧冷媒配管２１が挿入されて、低圧冷媒配管２０、高圧冷媒配管２１および水配管２５６が二重管構造をなしている。この水配管２５６は、供給口５３から取り出した温水を、デフロスト熱交換器２１４を経由させた後、貯湯タンク２へ導く配管である（図１参照）。そして、上記温水は、低圧冷媒配管２０の外壁と水配管２５６の内壁との間を流れる。
【０１２６】
また、上記低圧冷媒配管２０の流路断面積は、高圧冷媒配管２１の流路断面積よりも大きいが、水配管２５６の流路断面積よりも小さくなっている。
【０１２７】
このようなデフロスト熱交換器２１４であれば、低圧冷媒配管２０の外壁と水配管２５６の内壁との間を貯湯タンク２からの温水が流れるので、その温水が低圧冷媒配管１２０に直接接触するので、温水の熱を低圧のＣＯ２冷媒に高効率で伝達できる。
【０１２８】
上記第１〜第３実施形態において、ヒートポンプユニット１はＣＯ２冷媒を使用していたが、ＮＨ３冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。
【０１２９】
また、上記第１〜３実施形態の内容を組み合わせたものを本発明の一実施の形態としてもよい。
【０１３０】
また、上記第１〜第３実施形態から、暖房端末８Ａ，８Ｂ，…およびこれに関係する暖房用循環回路４等を無くして、給湯装置としてもよい。すなわち、本発明は、暖房給湯装置に限定されず、給湯のみを行う給湯装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の暖房給湯装置の模式図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【図４】図４は本発明の第３実施形態のデフロスト熱交換器の模式図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ ヒートポンプユニット
２ 貯湯タンク
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１５ 膨張弁
１６ 冷媒回路
１４，１１４，２１４ デフロスト熱交換器
２０，１２０ 低圧冷媒配管
２１ 高圧冷媒配管
５６，１５６，２５６ 水配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が流れる水配管(５６，１５６，２５６)と、
上記水配管(５６，１５６，２５６)の内側に配置され、低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管(２０，１２０)と、
上記低圧冷媒配管(２０，１２０)の内側に配置され、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管(２１)と
を備え、
上記低圧冷媒配管(２０，１２０)は、上記水配管(５６，１５６，２５６)および上記高圧冷媒配管(２１)と熱交換可能に配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)と、上記低圧冷媒配管(２０)内に挿入された上記高圧冷媒配管(２１)とが、二重管構造をなしていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
上記水配管(５６)は上記低圧冷媒配管(２０)に巻き付けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)の流路断面積は、上記水配管(５６)の流路断面積よりも大きく、かつ、上記高圧冷媒配管(２１)の流路断面積よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の熱交換器(１４，１１４，２１４)を有するヒートポンプユニット(１)と、
上記ヒートポンプユニット(１)で加熱された温水を貯える貯湯タンク(２)と
を備え、
上記貯湯タンク(２)内の温水が上記水配管(５６，１５６，２５６)を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴とする温水システム。
【請求項６】
請求項５に記載の温水システムにおいて、
上記ヒートポンプユニット(１)は、上記高圧冷媒配管(２１)および上記低圧冷媒配管(２０，１２０)を含む冷媒回路(１６)と、上記冷媒回路(１６)に設けられた蒸発器(１１)、圧縮機(１２)、凝縮器(１３)および膨張機構(１５)とを有し、
上記低圧冷媒配管(２０，１２０)は、上記膨張機構(１５)を出た低圧冷媒を上記圧縮機(１２)へ導く配管であり、
上記高圧冷媒配管(２１)は、上記圧縮機(１２)を出た冷媒を上記膨張機構(１５)へ導く配管であることを特徴とする温水システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載の温水システムにおいて、
上記ヒートポンプユニット(１)はＣＯ２冷媒を使用することを特徴とする温水システム。
【請求項１】
水が流れる水配管(５６，１５６，２５６)と、
上記水配管(５６，１５６，２５６)の内側に配置され、低圧冷媒が流れる低圧冷媒配管(２０，１２０)と、
上記低圧冷媒配管(２０，１２０)の内側に配置され、高圧冷媒が流れる高圧冷媒配管(２１)と
を備え、
上記低圧冷媒配管(２０，１２０)は、上記水配管(５６，１５６，２５６)および上記高圧冷媒配管(２１)と熱交換可能に配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)と、上記低圧冷媒配管(２０)内に挿入された上記高圧冷媒配管(２１)とが、二重管構造をなしていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
上記水配管(５６)は上記低圧冷媒配管(２０)に巻き付けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の熱交換器において、
上記低圧冷媒配管(２０)の流路断面積は、上記水配管(５６)の流路断面積よりも大きく、かつ、上記高圧冷媒配管(２１)の流路断面積よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の熱交換器(１４，１１４，２１４)を有するヒートポンプユニット(１)と、
上記ヒートポンプユニット(１)で加熱された温水を貯える貯湯タンク(２)と
を備え、
上記貯湯タンク(２)内の温水が上記水配管(５６，１５６，２５６)を通って上記低圧冷媒を加熱することを特徴とする温水システム。
【請求項６】
請求項５に記載の温水システムにおいて、
上記ヒートポンプユニット(１)は、上記高圧冷媒配管(２１)および上記低圧冷媒配管(２０，１２０)を含む冷媒回路(１６)と、上記冷媒回路(１６)に設けられた蒸発器(１１)、圧縮機(１２)、凝縮器(１３)および膨張機構(１５)とを有し、
上記低圧冷媒配管(２０，１２０)は、上記膨張機構(１５)を出た低圧冷媒を上記圧縮機(１２)へ導く配管であり、
上記高圧冷媒配管(２１)は、上記圧縮機(１２)を出た冷媒を上記膨張機構(１５)へ導く配管であることを特徴とする温水システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載の温水システムにおいて、
上記ヒートポンプユニット(１)はＣＯ２冷媒を使用することを特徴とする温水システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−９１１３１（Ｐ２０１０−９１１３１Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８４９２（Ｐ２００８−２５８４９２）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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