熱交換器及びヒートポンプ給湯機
【課題】 それぞれ熱媒体が循環する３つ以上の回路間で熱交換を行う熱交換器として、一体化され、コンパクトで放熱ロスも小さい熱交換器を得る。また、この熱交換器を用いたヒートポンプ給湯機を得る。
【解決手段】 第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、第１流路２２と第２流路２３と第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１の熱媒体と第２の熱媒体とで熱交換可能とし、第１の熱媒体と第３の熱媒体とで熱交換可能とし、さらに第２の熱媒体と第３の熱媒体とで熱交換可能とする。
【解決手段】 第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、第１流路２２と第２流路２３と第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１の熱媒体と第２の熱媒体とで熱交換可能とし、第１の熱媒体と第３の熱媒体とで熱交換可能とし、さらに第２の熱媒体と第３の熱媒体とで熱交換可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びヒートポンプ給湯機に関し、特に例えば３以上の熱媒体間で熱交換する熱交換器、及び熱媒体を循環する回路を３系統以上有するヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第１流体と第２流体とを熱交換すると共に第１流体と第３流体とも熱交換する従来の熱交換器であって、第１流体が流通する扁平な第１チューブの片面に第２流体が流通する第２チューブを接合し、第１チューブのもう一方の片面に前記第３流体が流通する第３チューブを接合した熱交換器がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、貯湯タンクを有する貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットとしては、加熱側である一次側が１回路で形成され、加熱される二次側が少なくとも２回路で構成され、一次側の冷媒管と二次側の給湯用水管及び浴槽加熱用水管を、同一のコイル状形状に巻き、一次側と二次側とが交互に配置されるよう構成したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８５８２号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】特開２００５−３１５５５３号公報（第９頁〜第１２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に掲載された従来の構成の熱交換器は、第１流体と第２流体とを熱交換すると共に第１流体と第３流体とも熱交換するものであるが、第２流体と第３流体とは熱交換する構成ではなかった。例えば第１流体を冷媒、第２流体を水、第３流体をブラインとした実施の形態１が記載されている。この場合には冷媒と水を熱交換できると共に冷媒とブラインを熱交換できる構成である。ところが、水とブラインを熱交換できる構成ではなかった。また、実施の形態２では、冷媒と水、水とブラインを熱交換できる構成ではあるが、冷媒とブラインを熱交換できる構成ではなかった。
【０００５】
また、特許文献２に掲載された従来の構成の熱交換器も、二次側チューブである追焚き用熱交換器と暖房用熱交換器間では熱交換しない構成であった。さらに、冷媒管と水管がともに円管であり、冷媒管と水管の接触部は十分な伝熱面積が取れない。このため、必要な熱交換量を確保するために配管長を長くしなければならず、熱交換器が大型化し、重量も増加するという問題がある。またコイル形状に巻いているため、周囲空気に接触する面積も大きく、放熱ロス低減のために熱交換器周囲に覆う広い面積の断熱材が必要となり、熱交換器の材料費や加工費が増加するという問題もある。
【０００６】
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、３以上の熱媒体間で熱交換する熱交換器で、第１の熱媒体と第２の熱媒体とを熱交換する構成で、かつ第１の熱媒体と第３の熱媒体とを熱交換する構成で、さらに、第２の熱媒体と第３の熱媒体とを熱交換する構成の熱交換器であって、コンパクトで放熱ロスが小さい熱交換器を得ることを目的とする。
また、この熱交換器を用いたヒートポンプ給湯機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、第１の熱媒体が流通する第１流路と、前記第１流路に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路と、前記第１流路又は前記第２流路に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路と、熱伝導性を有し、前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路を包囲して一体化する熱伝導性樹脂と、を備え、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第２流路を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに前記第２流路を流れる第２の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器として動作する熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、給湯タンク、前記熱交換器、及び給湯ポンプを環状に接続して水を循環させる給湯水回路と、前記熱交換器及び循環ポンプを環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路と、を備え、前記熱交換器は上記に記載の熱交換器であり、前記熱交換器の前記第１流路に前記冷凍サイクルの前記圧縮機を吐出した高温の冷媒を流通させ、前記第２流路及び前記第３流路のいずれか一方の流路に前記給湯水回路を循環する水を流通させ、他方の流路に前記温熱利用回路を循環する熱媒体を流通させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明における熱交換器は、第１流路及び第２流路及び第３流路を包囲するように熱伝導性樹脂を設けて熱交換器の複数の流路を一体化しているため、第１流路を流れる第１の熱媒体と第２流路を流れる第２の熱媒体を熱交換でき、第２流路を流れる第２の熱媒体と第３流路を流れる第３の熱媒体を熱交換でき、さらに第１流路を流れる第１の熱媒体と第３流路を流れる第３の熱媒体を、熱伝導性樹脂を介して熱交換できる。また、一体化することでコンパクトな構成で、熱交換器外表面積も小さくでき周囲空気への放熱ロスを小さくすることができる。
また、この熱交換器を用いたヒートポンプ給湯機は、コンパクトに構成でき、冷凍サイクルによる熱源と給湯タンク内の温熱による熱源を選択して温熱利用回路で有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。冷凍サイクル１００は、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器である給湯追焚き一体熱交換器２、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して第１の熱媒体として冷媒を循環させる。また、給湯水回路１２は、給湯タンク１０、給湯追焚き一体熱交換器２、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して第２の熱媒体を循環させる。さらに、温熱利用回路として例えば追焚き回路１５は、浴槽１３、給湯追焚き一体熱交換器２、及び循環ポンプである追焚きポンプ１４を環状に接続して、第３の熱媒体を循環させる。ここで、第１の熱媒体である冷媒としては、例えば二酸化炭素又は炭化水素又はＨＦＣ冷媒などのいずれかを循環させ、第２の熱媒体を例えば給湯タンク水、第３の熱媒体を例えば浴槽水とする。冷凍サイクル１００内の蒸発器４の近傍には送風機５を有する。
【００１１】
図２は、本実施の形態の一例を示すヒートポンプ給湯機の構造を分解して示す斜視図である。なお、ここでは、給湯水回路１２における給湯タンク１０や給湯ポンプ１１、また追焚き回路１５における浴槽１３や追焚きポンプ１４は省略しており、冷凍サイクル１００を構成する部分の熱源機のみ記載している。例えば、給湯追焚き一体熱交換器２は熱源機の底面付近に配置されており、記載を省略しているが、給湯水回路１２及び追焚き回路１５を介して給湯タンク１０及び浴槽１３と接続される。
【００１２】
図３は、本実施の形態に係る熱交換器として例えば給湯追焚き一体熱交換器２を示す斜視図である。ここでは図示されていないが、熱交換器２の内部では、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４は互いに略並行に流れる流路を構成している。並行な流れとは、流れ方向が平行であることに限るものではなく、一方の流路の流れ方向が他方の流路に対して、上下左右などいずれの方向にでも０度〜４５度程度傾いていてもよい。熱伝導性樹脂２５によって一体化されたブロックから、例えば第１流路２２を構成する扁平伝熱管２１、第２流路２３、第３流路２４の出入口配管が出ている。さらに、冷凍サイクル１００を流れる冷媒を扁平伝熱管２１の複数の流路に流入及び流出させる第１分配ヘッダー２６、給湯水回路１２を流れる給湯タンク水を熱交換器２の例えば第２流路２３に流入及び流出させる第２分配ヘッダー２７、追焚き回路１５を流れる浴槽水を熱交換器２の例えば第３流路２４に流入及び流出させる第３分配ヘッダー２８が接続されている。
【００１３】
図４は給湯追焚き一体熱交換器２の断面を詳細に示す図であり、図３のＰ−Ｐ線における縦断面図である。互いに略並行に流れる第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４で、第２流路２３を第１流路２２の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設け、第３流路２４を第１流路２２に対し第２流路２３と略反対側に近接して設ける。例えば、中央部に扁平伝熱管２１を配置し、給湯タンク水が流通する第２流路２３を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の一方側に近接して配置する。さらに、浴槽水が流通する第３流路２４を扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の他方側に近接して配置する。ここで、例えば冷凍サイクル１００を循環する冷媒が流れる第１流路２２は、並設する複数の流路を一体に構成し、外形を扁平とする扁平伝熱管２１とした。扁平伝熱管２１は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成する。また、第２流路２３と第３流路２４はそれぞれ１つの矩形状の伝熱管とし、例えば銅又はステンレスで構成する。また、熱伝導性をする熱伝導性樹脂２５によって、扁平伝熱管２１と第２流路２３と第３流路２の例えば全体がブロック状に包囲され、一体化されている。
【００１４】
このような構成の熱交換器２では、第１流路２２を流通する冷媒と第２流路２３を流通する給湯タンク水とは、流路を構成する伝熱管とその間に介在する熱伝導性樹脂２５とを介して熱交換可能である。また、第１流路２２を流通する冷媒と第３流路２４を流通する浴槽水とは、流路を構成する伝熱管とその間に介在する熱伝導性樹脂２５とを介して熱交換可能である。さら第２流路２３を流通する給湯タンク水と第３流路２４を流通する浴槽水も、両者間の距離は前記の流路間よりも離れているが、流路を構成する伝熱管とその間に介在する熱伝導性樹脂２５とを介して熱交換可能である。
ここで、第３流路２４を第１流路２２に対し第２流路２３と垂直方向で正反対側に近接して設けたが、これに限るものではない。第２流路２３と第３流路２４は第１流路２２に対してある程度反対側であればよい。例えば、図４において、扁平伝熱管２１の下側で図に向かって右側に偏った位置に第２流路２３を設け、扁平伝熱管２１の上側で図に向かって左側に偏った位置に第３流路２４を設けてもよい。
【００１５】
熱伝導性樹脂２５は、例えば樹脂と熱伝導が良い金属粉の混合物、又は樹脂と炭素の混合物により構成される。樹脂としては、例えばエポキシ系樹脂があるが、他の樹脂でもよい。また、熱伝導が良い金属粉としては、例えばアルミニウム、銅、銀などがある。熱伝導性樹脂２５の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。通常の樹脂の場合の熱伝導率は、例えば１Ｗ／ｍＫ程度であり、銅の熱伝導率は３８６Ｗ／ｍＫ、アルミニウムの熱伝導率は２２８Ｗ／ｍＫ、ステンレスの熱伝導率は１６．３Ｗ／ｍＫであるが、本実施の形態では、これらを参考にして、略１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する熱伝導性樹脂を用いる。即ち、樹脂に混合する金属の種類は何でもよいが、通常の樹脂に比べると、約１０倍以上でステンレス程度の高い伝熱性能を有する熱伝導性樹脂を用いる。
【００１６】
以下、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機による給湯タンク沸き上げ運転について説明する。図１に示す圧縮機１と送風機５と給湯ポンプ１１を動作させ、冷凍サイクル１００と給湯水回路１２を運転する。冷凍サイクル１００を運転することによって、圧縮機１を吐出した高温高圧の冷媒は熱交換器２に流入し放熱して低温になる。給湯追焚き一体熱交換器２から流出した高圧低温の冷媒は、膨張弁３を通過して低圧気液二相の状態に減圧される。さらに蒸発器４で外部空気から吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に再び吸入される。これと同時に、給湯ポンプ１１が動作するので、給湯タンク水が熱交換器２内に流入し、扁平伝熱管２１内を流れる冷媒と第２流路２３内を流れる給湯タンク水との間で熱交換される。その際、冷媒から給湯タンク水に放熱することで、給湯タンク水の温度が上昇して給湯タンク１０に貯溜される。
【００１７】
冷凍サイクル１００で使用する冷媒が例えば二酸化炭素のように高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は熱交換器２内で超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、使用する冷媒が、例えば炭化水素冷媒又はＨＦＣ冷媒のように高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。
【００１８】
給湯タンク沸き上げ運転を行うときには、追焚き回路１５の追焚きポンプ１４を停止しているので、熱交換器２内の第３流路２４に浴槽水は流れない。図４に示す給湯追焚き一体熱交換器２の内部では、第１流路２２を流通する高温高圧のガス冷媒の熱は、熱伝導により扁平伝熱管２１を構成するアルミニウム、及び扁平伝熱管２１を取り囲む熱伝導性樹脂２５を介し、銅又はステンレスで構成される第２流路２３に伝わり、さらに第２流路２３の内部を流れる給湯水回路１２の循環水に伝わる。給湯タンク１０内に９０℃程度の温水を貯溜する場合、冷媒は１００℃程度で熱交換器２に流入し、第２流路２３を流れる温水に熱を与えて、２０℃程度の冷媒温度に低下して、流出する。
近年、省エネルギー化が必要とされており、この給湯タンク沸き上げ運転は電力料金の安い深夜電力時間帯を利用して運転し、温水を貯溜する。また、給湯タンク１０内の温度が低下してきた場合に随時行われることもある。また、給湯タンク１０内では、例えば上方から高温水が給湯に使われ、下方から水道水が補給される。
【００１９】
次に、本実施の形態のヒートポンプ給湯機による浴槽追焚き運転の動作について説明する。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機は、冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式と、給湯タンク１０内の高温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を有している。この２つの方式を有する給湯機は、第１、第２、第３の熱媒体のうちの２つづつの熱媒体が熱交換可能な熱交換器を用いることによって実現される。
【００２０】
まず、冷凍サイクル１００を循環する冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式の動作について説明する。圧縮機１と送風機５を動作させて冷凍サイクルを運転する。冷凍サイクル１００を循環する冷媒の動作は、給湯タンク１０内の水温度を上昇させる給湯タンク沸き上げ運転と同様であり、これと同時に追焚きポンプ１４を動作させて追焚き回路１５を運転する。追焚きポンプ１４によって浴槽１３内の浴槽水が循環して給湯追焚き一体熱交換器２の第３流路２４を流れる。一方、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯追焚き一体熱交換器２の扁平伝熱管２１を流れる。
【００２１】
なお、この運転を行うときには、給湯水回路１２の給湯ポンプ１１を停止しているので、熱交換器２内の第２流路２３に給湯タンク水は流れない。このため、熱交換器２内では、扁平伝熱管２１と第３流路２４を流れる流体間で熱交換が行われる。この運転における給湯追焚き一体熱交換器２の内部では、第１流路２２を流通する高温高圧のガス冷媒の熱は、熱伝導により扁平伝熱管２１を構成するアルミニウム、扁平伝熱管２１を取り囲む熱伝導性樹脂２５を介し、銅又はステンレスで構成される第３流路２４の内部を流れる浴槽水に伝わり、熱交換が行われる。冷媒から放熱された熱を追焚き回路１５を循環する浴槽水に与えることで追焚き加熱を行っている。
【００２２】
次に、給湯水回路１２を循環する高温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式の動作について説明する。給湯水回路１２の給湯ポンプ１１と追焚き回路１５の追焚きポンプ１４を運転し、圧縮機１の運転は停止する。給湯ポンプ１１によって給湯タンク１０より吸引された高温水は、給湯追焚き一体熱交換器２の第２流路２３に流入する。一方、追焚きポンプ１４によって、浴槽１３より吸引された浴槽水は給湯追焚き一体熱交換器２の第３流路２４に流入する。この時は扁平伝熱管２１に冷媒は流れない。
【００２３】
給湯追焚き一体熱交換器２の内部では、第２流路２３を流通する給湯タンク１０より流出した高温水の熱は、熱伝導により銅又はステンレスで構成される第２流路２３、熱伝導性樹脂２５や扁平伝熱管２１のアルニミウム材を介し、銅又はステンレスで構成される第３流路２４の内部を流れる浴槽水に伝わり、熱交換が行われる。
【００２４】
この給湯追焚き一体熱交換器２においては、第１の熱媒体である高温高圧冷媒が流通する複数で構成される第１流路２２を有する扁平伝熱管２１と、扁平伝熱管２１に近接し、第２の熱媒体である給湯タンク１０内の高温水が流通する第２流路２３と、扁平伝熱管２１に対して第２流路２３と対向し、扁平伝熱管２１に近接して設けられ第３の熱媒体である浴槽１３の循環温水が流通する第３流路２４とが、熱伝導率が高い熱伝導性樹脂２５によって一体化されているため、コンパクトで軽量な構成で給湯加熱と追焚き加熱の両方の機能を有する熱交換器を実現することができる。
また、熱交換器２の外表面積を小さくすることができるため、周囲空気への放熱ロスを低減することができる。
【００２５】
なお、図３及び図４で示した構成では、各流路２２、２３、２４の全体を熱伝導性樹脂２５によって包囲して一体化したが、これに限るものではない。例えば、全体を包囲していなくても、第２流路２３や第３流路２４を構成する伝熱管の一部が露出していてもよい。例えば図４に示した構成で、左右の端部で伝熱管の横方向長さが長い伝熱管の一部が露出するような構成でもよい。また、伝熱管の出入口付近が構成上、露出していてもよい。もちろん図３に示すように各流路２２、２３、２４の全体を被包する構成によって熱ロスを少なくすることができる。また、熱源機に搭載する場合にもブロック化によって搭載しやすい構成となる。また、断熱材で熱交換器２の一部または全体を包めば、さらに熱ロスを少なくできる。
【００２６】
本実施の形態では、追焚き運転の熱源として冷凍サイクル１００の高温高圧ガスと給湯タンク１０内の高温水を必要に応じて選択することが可能となる。例えば、給湯タンク１０内の高温水が多量に存在するときには、冷凍サイクル１００を運転せずに高温水を利用して浴槽追焚き運転を行うようにすれば、節電できるヒートポンプ給湯機を構成できる。また、給湯タンク１０内の高温水が少量になったときには冷凍サイクル１００を利用して浴槽追焚き運転を行うようにすれば、給湯タンク１０内の温水が湯切れすることなく、安定して運転できるヒートポンプ給湯機を構成できる。また、これに限ることなく、複数の運転方式を状況に応じて選択すれば、多様な運転方法を有するヒートポンプ給湯機が得られる。
【００２７】
また、熱交換器２内の冷媒の流路を、並設する複数の流路を一体とした扁平伝熱管２１としたので、冷媒が循環する伝熱管の高耐圧化を図ることができ、体積あたりの伝熱面積も大きくとることができる。また、向かい合う両面が扁平であるため、両側に他の伝熱管を配置しやすく、熱交換器２として３つの熱媒体の流路をコンパクトに構成でき、図２に示したような熱源機に搭載しやすい。
【００２８】
また、第２流路２３及び第３流路２４は、銅又はステンレスで構成しているため、水圧により流路の変形を抑制し熱伝導性樹脂の破壊を防止することができる。また、熱伝導樹脂で一体化する際、インサート成形が可能であり容易に製造することができる。もちろん、第２流路２３と第３流路２４は同じ材質でもよいが、別々の材質でもよい。少なくともステンレス程度の熱伝導率を有する材質であることが好ましい。
また、第２流路２３及び第３流路２４は共に１つの矩形状の伝熱管としたが、同じ形状でなくてもよい。また、複数、例えば２つ以上の複数の矩形状の伝熱管で流路を構成しても、同様の効果を奏する。第２流路２３と第３流路２４を複数の矩形状の伝熱管にすれば、１つの伝熱管の構成と比べて、第２流路２３及び第３流路２４の周囲の熱伝導性樹脂２５と接触する面積が大きくなる。このため、効率よく熱交換を行うことができる。また、第１流路２２を扁平伝熱管２１ではなく、第２、第３流路２３、２４と同様の１つの矩形状の伝熱管で構成してもよい。
【００２９】
また、扁平伝熱管２１を第２流路２３と第３流路２４の間の中央部に配設したが、これに限るものではない。例えば、第２流路２３と第３流路２４を近接して配設すると共に、扁平伝熱管２１と第２流路２３とを近接して配設してもよい。即ち、中央部に給湯タンク水が循環する第２流路２３を配設し、一方側に扁平伝熱管２１、他方側に第３流路２４を近接して配設してもよい。浴槽水を追焚きする際、給湯タンク１０内の高温水を利用することが多い場合には、この順番に流路を配置すると、効率よく熱交換ができる。
また、流路の構成は、図４に示すように下から第２流路２３、扁平伝熱管２１、第３流路２４の順とし、第１、第２、第３の熱媒体を上記記載とは異なる流路を流通するようにしてもよい。
【００３０】
なお、扁平伝熱管２１と第２流路２３の間や扁平伝熱管２１と第３流路２４の間には熱伝導性樹脂２５が充填されているが、その距離は小さいほど伝熱抵抗（熱伝導率／距離）が小さくなるため、熱交換性能が向上する。即ち、扁平伝熱管２１と第２流路２３、扁平伝熱管２１と第３流路２４、第２流路２３と第３流路２４の間に存在する熱伝導性樹脂２５の幅は、小さいほど熱交換性能を高めることができる。例えば、図４における扁平伝熱管２１と第２流路２３を接触させて両者間に熱伝導性樹脂２５が介在していなくてもよい。同様に、図４における扁平伝熱管２１と第３流路２４を接触させて両者間に熱伝導性樹脂２５が介在していなくてもよい。
【００３１】
また、第２、第３流路２３、２４は矩形状の伝熱管で構成したが、断面が楕円状の１つ又は複数の円形状の伝熱管であっても、同様の効果を奏する。図５に他の構成例を示す。図５は熱交換器２の断面を示し、各流路２２、２３、２４の断面を示している。例えば冷媒が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、例えば給湯水が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、例えば浴槽水が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備えた熱交換器２である。この構成の第１流路２２と第２流路２３と第３流路２４のそれぞれは、流路に垂直な断面形状が円形状の１つの伝熱管で、構成している。
【００３２】
この構成において、互いに略並行に流れる第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４であって、第２流路２３は、第１流路２２の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設けられ、第３流路２４は、第１流路２２及び第２流路２３に近接して設けられている。第１流路２２に対し第２流路２３と第３流路２４とが略反対側ではない位置に、近接して設けた構成例である。この構成でも、熱伝導性樹脂２５によって、第１流路２２及び第２流路２３及び第３流路２４を包囲して一体化しており、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能である。このため、第１、第２、第３の熱媒体のうちの任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、コンパクトで、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
図５の構成で、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４の少なくともいずれか１つの流路を、複数の伝熱管で構成しても、同様の効果を奏する。
【００３３】
また、図６にさらに他の構成例を示す。第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４が互いに略並行に流れる流路ではない構成例の熱交換器２を示す側面図である。例えば冷媒が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、例えば給湯水が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、例えば浴槽水が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備えた熱交換器２である。この第１流路２２と第２流路２３と第３流路２４のそれぞれは、流路に垂直な断面形状が円形状や矩形状の伝熱管で構成している。
【００３４】
図６では、第１流路２２と第２流路２３及び第１流路２２と第３流路２４の伝熱管同士はほぼ接触している。このため、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能である。さらに、第２流路２３と第３流路２４とは接触部分は少ないが、熱伝導性を有する熱伝導性樹脂２５で包囲されているので、第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とは、熱伝導性樹脂２５を介して熱交換可能である。このため、第１、第２、第３の熱媒体のうちの任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、コンパクトで、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
このような構成で、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４の少なくともいずれか１つの流路を、複数の伝熱管で構成しても、同様の効果を奏する。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることにより、第１、第２、第３の熱媒体のうちの任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
【００３６】
また、互いに略並行に流れる第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４であって、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２に対し第２流路２３と略反対側に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２及び第２流路２３及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱伝導性樹脂２５を介して熱交換可能とすることにより、第１、第２、第３の熱媒体に任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、小型化及び軽量化でき、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる。特に中央部に配置される第１流路２２を流れる第１の熱媒体の熱源を有効に利用できる熱交換器が得られる効果がある。
【００３７】
また、第１流路２２及び第２流路２３及び第３流路２４のうちの少なくとも１つの流路は、１つ又は複数の矩形状の伝熱管で構成することにより、コンパクトで、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
【００３８】
また、第１流路２２を流通する第１の熱媒体を冷媒とし、第１流路２２は、並設する複数の流路を一体とし外形が扁平である扁平伝熱管２１であることを特徴とすることにより、冷媒が循環する伝熱管の高耐圧化を図ることができ、体積あたりの伝熱面積も大きくとることができる熱交換器が得られる。
【００３９】
また、第２流路２３を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の一方側に近接して設け、第３流路２４を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の他方側に近接して設けることにより、冷媒と第２の熱媒体を熱交換する際、及び冷媒と第３の熱媒体を熱交換する際、流路間の距離を短くでき、熱交換効率のよい構成の熱交換器が得られる。
【００４０】
また、第２流路２３及び第３流路２４のうちの少なくとも一方の流路を、銅又はステンレスで構成したことにより、循環する熱媒体の水圧による流路の変形を抑制できる熱交換器が得られる。
【００４１】
また、第１流路２２、第２流路２３及び第３流路２４をそれぞれ１つの矩形管で構成したことにより、成形する際に容易に製造することができる熱交換器が得られる。矩形管間の距離が円管に比べて均等になるので、均等に熱交換できる熱交換器が得られる。
【００４２】
また、熱伝導性樹脂２５は、樹脂と金属粉の混合物又は樹脂と炭素の混合物であり、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とすることにより、第１、第２、第３の熱媒体の任意の２つの熱媒体を熱交換できる構成で、熱交換効率のよい熱交換器が得られる。
【００４３】
特に、例えば４００リットル程度の給湯タンク１０を備えたヒートポンプ給湯機を構成した場合、図２に示した熱源機を給湯タンク１０の近傍で、例えば下側に格納して装置を構成する必要がある。この場合、一例として、縦０．５ｍ、横０．２ｍ、奥行き０．１ｍ程度の範囲に熱源機が格納されなければならない。この程度の容量のヒートポンプ給湯機の場合、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導性樹脂２５を用いて各流路２２、２３、２４を包囲して一体化して熱交換器２を構成すれば、この大きさの範囲で十分な熱交換量が得られる。例えば熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導性樹脂を用いて同様の熱交換量を得ようとすれば、大きさは２倍程度になってしまう可能性があり、熱源機が大きくなって設置できないことにもなり、汎用性が損なわれる。
【００４４】
また、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器２、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１００と、給湯タンク１０、熱交換器２、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して水を循環させる給湯水回路１２と、熱交換器２及び追焚きポンプ１４を環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路１５と、を備え、実施の形態１に記載したいずれかの熱交換器２であり、熱交換器２の第１流路２２に冷凍サイクル１００の圧縮機１を吐出した高温の冷媒を流通させ、第２流路２３に給湯水回路１２を循環する水を流通させ、第３流路２４に温熱利用回路１５を循環する熱媒体を流通させることを特徴とすることにより、コンパクトで放熱ロスの小さな熱交換器２を用い、温熱を有効に利用でき、節電できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４５】
また、温熱利用回路１５は、浴槽を接続して浴槽水を循環させ、熱交換器２で冷凍サイクル１００を循環する冷媒、又は給湯水回路１２を循環する温水と熱交換して、浴槽水の温度を高める追焚き回路であることを特徴とすることにより、状況に応じて効率よく節電して浴槽水を追焚きできるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４６】
また、温熱利用回路１５で必要となる熱源を給湯タンク１０内の温水とする温水利用運転と、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００による冷凍サイクル運転と、を有することにより、状況に応じて効率よく節電して浴槽水を追焚きできるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４７】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器として例えば給湯追焚き一体熱交換器２ａを示す斜視図である。また、図８は図７のＱ−Ｑ線における縦断面図である。本実施の形態では、第２流路２３と第３流路２４のそれぞれを、例えば複数の円形状の伝熱管で構成する。なお、本実施の形態において、ここで特に記述しない構成や動作については実施の形態１と同様とし、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
【００４８】
図７に示す熱交換器２ａでは、熱伝導性樹脂２５によって一体化されたブロックから、第１流路である扁平伝熱管２１、複数の円形状の伝熱管で構成された第２流路２３ａ及び第３流路２４ａの出入口配管が出ており、それぞれ第１分配ヘッダー２６、第２分配ヘッダー２７、第３分配ヘッダー２８が接続されている。
【００４９】
図８に示すように、実施の形態１と同様、中央部に扁平伝熱管２１を配置し、給湯タンク水が流通する第２流路２３ａを扁平伝熱管２１の一方側に配置し、浴槽水が流通する第３流路２４ａを扁平伝熱管２１の他方側に配置する。ここで、例えば冷凍サイクル１００を循環する冷媒が流れる第１流路２２は、並設する複数の流路を一体に構成し、外形を扁平とするアルミニウム又はアルミニウム合金による扁平伝熱管２１とした。第２流路２３ａと第３流路２４ａはそれぞれ複数の銅又はステンレスの円形状の伝熱管で構成された円形流路であり、中央部に配設した扁平伝熱管２１を挟んで対向して配置する。
【００５０】
第１の熱媒体である例えば冷媒が流通する扁平伝熱管２１と、第２の熱媒体である例えば給湯タンク水が流通する第２流路２３ａと、第３の熱媒体である例えば浴槽水が流通する第３流路２４ａは、熱伝導性をする熱伝導性樹脂２５によって包囲されている。ここで、扁平伝熱管２１、第２流路２３ａ、第３流路２４ａは熱伝導性樹脂２５によって一体化された構成となっているので、冷媒と給湯タンク水とを熱交換可能とし、冷媒と浴槽水とを熱交換可能とし、さらに給湯タンク水と浴槽水とを熱交換可能とする構成である。
【００５１】
本実施の形態による給湯追焚き一体熱交換器２ａにおいては、第２流路２３ａと第３流路２４ａは共に複数の銅又はステンレスの円形状の伝熱管を構成された円形流路である。内部を流通する熱媒体の水圧は円形状の伝熱管の内壁に均等にかかる。このため、水圧による伝熱管２３ａ、２４ａに対する変形が抑制され、その外側を包囲している熱伝導性樹脂２５の破壊を防止することができる。また、第２、第３流路２３ａ、２４ａの管内面積を多く確保することができるため、本実施の形態の給湯追焚き一体熱交換器２ａを用いたヒートポンプ給湯機において、例えば浴槽追焚き運転を行う際、熱源側の高温高圧ガス又は給湯タンク内の高温水と浴槽循環水との熱交換量を向上することができる。また一般的に流通している配管を利用することができるため、汎用性に優れ、低コストで製造することができる。
【００５２】
このように、第２流路２３ａ及び第３流路２４ａを複数の円形状の伝熱管で構成したことにより、第２及び第３流路２３ａ、２４ａにかかる水圧を均等化できる。このため、伝熱管の水圧に対する変形が抑制され、熱伝導性樹脂２５の破壊を防止できる熱交換器２ａが得られる。また、第２、第３流路２３ａ、２４ａの管内面積を多く確保でき、熱交換量を向上できる熱交換器２ａが得られる。
そして、この熱交換量を向上できる熱交換器２ａを図１に示したヒートポンプ給湯機の熱交換器２の代わりに組み込むことで、同一容量とすると大きさを小さくコンパクトにでき、使用電力も節約できる。
【００５３】
また、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器２ａ、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１００と、給湯タンク１０、熱交換器２ａ、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して水を循環させる給湯水回路１２と、熱交換器２ａ及び追焚きポンプ１４を環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路１５と、を備え、実施の形態２に記載したいずれかの熱交換器２ａであり、熱交換器２ａの第１流路２２に冷凍サイクル１００の圧縮機１を吐出した高温の冷媒を流通させ、第２流路２３に給湯水回路１２を循環する水を流通させ、第３流路２４に温熱利用回路１５を循環する熱媒体を流通させることを特徴とすることにより、コンパクトで放熱ロスの小さな熱交換器２ａを用い、温熱を有効に利用でき、節電できるヒートポンプ給湯機が得られる。
また、他の効果において、実施の形態１と同様の構成によって実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器として例えば給湯追焚き一体熱交換器２ｂを示す斜視図である。また、図１０は図９のＲ−Ｒ線における縦断面図である。本実施の形態では第２流路２３と第３流路２４のそれぞれを、複数の円形状又は矩形状の伝熱管で構成し、扁平伝熱管２１の対向する両面に交互に配置する。なお、本実施の形態において、ここで特に記述しない構成や動作については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
【００５５】
図９に示す熱交換器２ｂでは、熱伝導性樹脂２５によって一体化されたブロック２ｂから、第１流路である扁平伝熱管２１、複数の円形状の伝熱管で構成された第２流路２３ｂ及び第３流路２４ｂの出入口配管が出ており、それぞれ第１分配ヘッダー２６、第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂ、第３分配ヘッダー２８ａ、２８ｂが接続されている。本実施の形態では、扁平伝熱管２１を挟んで扁平な面の両側に、第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管と第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を交互に配置している。このため、第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂ及び第３分配ヘッダー２８ａ、２８ｂは扁平伝熱管２１を挟んで両側にそれぞれ設けられている。
【００５６】
図１０に示すように、扁平伝熱管２１の扁平な面の一方である下方側に、図に向かって左側から第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管と第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を交互に配置する。そして、第２分配ヘッダー２７ａは一つおきに配置した第２流路２３ｂを構成する伝熱管に接続し、第３分配ヘッダー２８ａは、その隣に一つおきに配置されている第３流路２４ｂを構成する伝熱管に接続する。扁平伝熱管２１の扁平な面の他方である上方側も同様であり、図に向かって左側から一つおきに配置されている第３流路２４ｂを構成する伝熱管に接続する第３分配ヘッダー２８ｂと、その隣に一つおきに配置されている第２流路２３ｂを構成する伝熱管に接続する第２分配ヘッダー２７ｂがある。給湯水回路１２において、熱交換器２ｂの接続位置よりも上流側で流路を分岐して第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂに流入し、熱交換器２ｂの接続位置よりも下流側で第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂから流出する熱媒体を合流する。また、追焚き回路１５において、第３分配ヘッダー２８ａ、２８ｂも同様に分岐及び合流する構成である。
【００５７】
実施の形態１又は実施の形態２と同様、例えば冷凍サイクル１００を循環する冷媒が流れる第１流路２２は、並設する複数の流路を一体に構成し、外形を扁平とするアルミニウム又はアルミニウム合金による扁平伝熱管２１とする。中央部に配設した扁平伝熱管２１を挟んで第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを対向して配置しているが、本実施の形態では特に扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な両面に交互に第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを対向して配置する。即ち、図１０の向かって左端の扁平伝熱管２１の下側には第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管を配置し、それに対向して左端の扁平伝熱管２１の上側には第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を配置する。そして、第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管の隣には、第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を配置する。このように、第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管と、第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管とを交互に配置する。
【００５８】
第２流路２３ｂと第３流路２４ｂのそれぞれは、例えば複数の銅又はステンレスで構成される円形状の伝熱管であり、熱伝導性樹脂２５は扁平伝熱管２１と第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを包囲して一体化した構成である。
【００５９】
このように構成された給湯追焚き一体熱交換器２ｂにおいては、扁平伝熱管２１の両面に第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを構成する複数の流路が交互に配置されているため、第２流路２３ｂと第３流路２４ｂとが近接している。このため、実施の形態２に加えて、第２流路２３ｂを流通する第２の熱媒体、例えば給湯水と、第３流路２４ｂを流通する第３の熱媒体、例えば浴槽水との熱交換量を増加できる。また、冷媒と給湯水、又は冷媒と浴槽水の熱交換に関しては、実施の形態２と同様、効率よく熱交換できる。
【００６０】
また、本実施の形態の給湯追焚き一体熱交換器２ｂを用いたヒートポンプ給湯機において、給湯タンク１０内の高温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を行う際、実施の形態１又は実施の形態２の構成と比べて、浴槽水の流路２４ｂと給湯水の流路２３ｂの距離を近くでき、良好な熱交換性能を確保することができる。
【００６１】
また、図１１は本実施の形態に係る熱交換器２ｂの別の構成例を示す断面図である。ここでは、第２流路２３ｂ及び第３流路２４ｂを構成する複数の流路を、矩形状の流路とし、例えば銅又はステンレスで構成する。扁平伝熱管２１と第２流路２３ｂと第３流路２４ｂが略平行に並設され、３つの流路２２、２３ｂ、２４ｂのそれぞれ向かい合う伝熱管の距離Ｌが略同一になる。即ち、扁平伝熱管２１と第２流路２３ｂ及び扁平伝熱管２１と第３流路２４ｂの流路間に充填される熱伝導性樹脂の幅を均一化できるため、円形状の伝熱管で構成するよりもさらに熱交換性能を向上することができる。
【００６２】
また、図１２に示すように、冷媒の流路である第１流路２２を扁平伝熱管２１で一体に構成するのではなく、複数の矩形管で構成してもよい。冷媒の流れる第１流路２２の管内面積を多く確保でき、熱交換量を向上できる。また、第１流路２２を中央に並設しなくてもよい。第１流路２２、第２流路２３ｂ、第３流路２４ｂをばらばらにして３列、又は複数列に並べて、熱伝導性樹脂２５で一体化してもよい。この配置は、ヒートポンプ給湯機の運転を考慮して決定してもよい。例えば、冷凍サイクル１００の冷媒を熱源として、給湯水回路１２の給湯タンク１０に温熱を貯溜する運転を最も頻繁に行い、給湯水回路１２の給湯タンク１０に温熱を熱源として、浴槽追焚き運転を次に頻繁に行い、冷凍サイクル１００の冷媒を熱源とする浴槽追焚き運転はあまり頻繁ではないとする。この場合には、冷媒が流れる第１流路２２と給湯水が流れる第２流路２３ｂの熱交換性能が最もよくなるように第１、第２流路を配置し、次に給湯水が流れる第２流路２３ｂと浴槽水の流れる第３流路２４ｂの熱交換性能がよくなるように第２、第３流路を配置するようにすればよい。
【００６３】
また、図１２において、いずれかの流路又は全ての流路を円管で構成してもよい。伝熱管を矩形管で構成した場合には、矩形管同士の距離を均一にできるので、均一に熱交換が行われて熱ロスを小さくできる効果がある。一方、伝熱管を円管で構成した場合には、円管壁にかかる水圧を均一にできるので、水圧による変形が抑制され、熱伝導性樹脂の破壊を防止することができる効果がある。
【００６４】
また、中央部に配設する第１流路２２の両側に、第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを交互に配置した構成にしたが、これに限るものではない。交互に配置しなくてもよく、第２流路２３ｂを第３流路２４ｂに対して２つおきや３つおきに配置してもよいし、その逆に第３流路２４ｂを第２流路２３ｂに対して２つおきや３つおきに配置してもよい。中央部に配置する第１流路２２の両側に混在するように設ければよい。
また適宜、伝熱管の径を変えてもよい。例えば、第２流路２３ｂを第３流路２４ｂに対して２つおきや３つおきに配置する場合、第２流路２３ｂの伝熱管径を第３流路２４ｂの伝熱管径よりも大きくして、伝熱管の熱交換量に差をつけてもよい。
【００６５】
このように、第２流路２３ｂと第３流路２４ｂのそれぞれを複数の伝熱管で構成し、第２流路２３ｂを構成する伝熱管と第３流路２４ｂを構成する伝熱管を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の両側に混在するように設けることにより、第１、第２、第３熱媒体のうちのどの２つの熱媒体を選択して熱交換を行っても、熱交換性能を確保できる熱交換器が得られる。
特に、第２流路２３ｂを構成する伝熱管と第３流路２４ｂを構成する伝熱管を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の両側に近接して交互に設けることにより、第１、第２、第３熱媒体のうちのどの２つの熱媒体を選択して熱交換を行っても、熱交換性能を確保できる熱交換器が得られる。
また、第１流路２２を１つの矩形状の扁平伝熱管２１とし、第２流路２３ｂ及び第３流路２４ｂのそれぞれを、複数の矩形管で構成したことにより、矩形管間の距離を均一にでき、伝熱性能のよい熱交換器が得られる。
【００６６】
また、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器２ｂ、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１００と、給湯タンク１０、熱交換器、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して水を循環させる給湯水回路１２と、熱交換器２ｂ及び追焚きポンプ１４を環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路１５と、を備え、熱交換器は実施の形態３に記載したいずれかの熱交換器２ｂであり、熱交換器２ｂの第１流路２２に冷凍サイクル１００の圧縮機１を吐出した高温の冷媒を流通させ、第２流路２３ｂに給湯水回路１２を循環する水を流通させ、第３流路２４ｂに温熱利用回路１５を循環する熱媒体を流通させることを特徴とすることにより、コンパクトで放熱ロスの小さな熱交換器２ｂを用い、熱交換性能のよいヒートポンプ給湯機が得られる。
また、他の効果において、実施の形態１と同様の構成によって実施の形態１と同様の構成によって実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６７】
実施の形態１又は実施の形態２においても、第１流路２２を複数の流路を一体化して扁平伝熱管２１で構成したが、これに限るものではない。例えば、図１２に示すように、複数の矩形状又は円形状の伝熱管で構成し、熱伝導性樹脂２５によって一体化する構成でもよい。ただし、材質は熱伝導率の良いアルミニウムなどの伝熱管で構成すると、熱交換効率が良好であり、望ましい。また、冷媒の流通する流路を冷媒に対して耐腐食性のあるアルミニウムやアルミニウム合金で構成すると、経年変化に強い熱交換器が得られる。また、熱交換器を製造する際、扁平伝熱管２１で第１流路２２を構成すれば、第１流路２２を一括して扱うことができるので、扱いやすい。
【００６８】
実施の形態１〜実施の形態３において、伝熱管の断面形状を円形状又は矩形状としたが、円形状の伝熱管には楕円形状の伝熱管も含まれ、矩形状の伝熱管には、菱形や長方形など、どのような四角形状の断面形状を有するものでもよい。
また、第１流路２２、第２流路２３、第３流路２４を一列に配設しているが、複数列で構成してもよい。例えば図４の第２流路２３の下方に更に第１流路２２や第３流路２４を配置して、５層構造のようにしてもよい。また、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４はすべて直線状の伝熱管で構成されてなくてもよい。第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４のうちの少なくとも１つの流路が、入口から出口の間で例えばＵ字状のように曲線的に曲がって配置されていてもよい。
【００６９】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。実施の形態１〜実施の形態３に記載のいずれかの熱交換器２、２ａ、２ｂを用いたヒートポンプ給湯機は、浴槽追焚き運転を行う際、冷凍サイクル１００の冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式と、給湯タンク１０内に貯溜されている高温の給湯水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式のどちらの方式も可能である。本実施の形態では、どちらの浴槽追焚き方式で運転するかを制御する制御方法について記載する。特に本実施の形態では、給湯タンク１０の残湯量の状態に応じてヒートポンプ給湯機の運転制御を行う。なお、本実施の形態において、特に記述しない部分については実施の形態１〜実施の形態３と同様とし、同一符号は同一、又は相当の部分を示す。
【００７０】
図１３において、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１は、例えば給湯タンク１０の温度を検知する温度検知素子（以下、サーミスタと記す）を２個以上の複数個有する構成である。このサーミスタ３１を給湯タンク１０の側面に、上下の複数箇所に固定し、それぞれの場所の給湯タンク１０の温度を検知することで、給湯タンク１０内の水面位置を検知でき、この水面位置から残湯量を検知できる。また、制御手段を構成する制御装置４０は例えばマイクロコンピュータであり、制御装置４０で行う浴槽追焚き運転の制御フローチャートの一例を図１４に示す。
【００７１】
図１４に基いて、浴槽追焚き運転の制御工程について説明する。一般的な給湯システムでは、深夜電力時間帯の安価な電力を用いて冷凍サイクル１００と給湯水回路１２を動作させ、例えば４００リットル程度の容量の給湯タンク１０に約９０℃程度の給湯水をいっぱいになるように溜めておき、これを翌日に洗面所やキッチンや浴室などで使用する。浴槽追焚き運転が要求されるのは、浴槽水の温度が低下した状態であり、翌日に前日の浴槽水を温める場合や、夜間に夕方入れた浴槽水を温める場合などが考えられ、２４時間の対応が必要となる。
使用者やシステムからの指示により浴槽追焚き指令を受けると（ＳＴ１）、給湯タンク１０の上下方向の複数位置の温度をサーミスタ３１によって検知する（ＳＴ２）。この給湯タンク１０の上下方向の複数位置の温度から給湯タンク１０内の残湯量Ｑｔａｎｋを演算する（ＳＴ３）。例えばサーミスタ３１は５箇所の位置の温度を検知できるとし、上から２番目の温度は９０℃、上から３番目の温度は２０℃であったとすると、２番目と３番目の間に給湯タンク１０内の高温水と補給された低温水との境界面があることになる。このようにして給湯タンク１０の残湯量Ｑｔａｎｋを演算し、ＳＴ４で残湯量Ｑｔａｎｋが予め設定した残湯量よりも少ないかどうか判断する。予め設定する残湯量は給湯タンク１０の例えば１／３の残湯量とする。
【００７２】
ＳＴ４の判断で、検知した残湯量Ｑｔａｎｋが予め設定した残湯量よりも少ない場合、冷凍サイクル１００を循環する冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式を選択する（ＳＴ５）。そして、冷凍サイクル１００を構成する圧縮機１、膨張弁３、送風機５及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ６）。
【００７３】
ＳＴ４の判断で、検知した残湯量Ｑｔａｎｋが予め設定した残湯量以上である場合は、給湯タンク１０内の温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を選定する（ＳＴ７）。そして、給湯ポンプ１１及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ８）。
【００７４】
このように給湯タンク１０の残湯量が少ない場合は、給湯タンク１０内の給湯水を熱源としないため、給湯タンク１０の湯切れを防止することができる。
【００７５】
予め設定する残湯量は固定ではなく、例えば時間に応じて可変としてもよい。通常の使用では、朝の時点で、一日に使用する量の温水が給湯タンク１０に貯溜されている。従って、朝は給湯タンク１０の残湯量が４／５以上必要であるとし、残湯量が４／５よりも少ないときには冷凍サイクル１００を利用して追焚き運転を行う。さらに、午後の時点では給湯タンク１０の残湯量が２／３以上必要であるとし、残湯量が２／３よりも少ないときには冷凍サイクル１００を利用する。夜はこの後それほど温水を必要としないので、残湯量が１／３よりも少ないときに冷凍サイクル１００を利用する。このように、使用者の一日の使用パターンに応じて、冷凍サイクルを利用する場合の閾値となる給湯タンク１０の残湯量を可変に設定してもよい。
【００７６】
なお、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１は、複数のサーミスタで構成したが、１つでも可能である。所定の残湯量に対する位置付近にサーミスタを取り付けておき、これが低温となったことを検知することで、所定の残湯量よりも少なくなった時点を検知できる。また、給湯タンク１０の側面の温度を検知するサーミスタでなく、他の方式によって残湯量を検知してもよい。
【００７７】
本実施の形態では以上のように、例えば追焚き回路などの温熱利用回路１５で必要となる熱源を給湯タンク１０内の温水とする温水利用運転と、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００の冷媒とする冷凍サイクル利用運転と、を有することにより、必要に応じて温熱利用回路１５で温熱が得られ、かつ給湯タンク１０の給湯水を利用した場合には省エネルギーで運転できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００７８】
また、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１と、残湯量検知手段３１によって検知した給湯タンク１０の残湯量が予め設定した残湯量よりも少ない場合は、冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段４０と、を備えたことにより、給湯タンク内の湯切れを防止できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００７９】
特に、実施の形態１〜実施の形態３で記載したように、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器２を備えることで、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と給湯水回路１２を循環する給湯水とで熱交換する他に、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と追焚き回路１５を循環する浴槽水との熱交換、及び給湯水回路１２を循環する給湯水と追焚き回路１５を循環する浴槽水の熱交換が可能となり、第１浴槽追焚き運転と第２浴槽追焚き運転のように多様な運転方法を有するヒートポンプ給湯機を実現した。さらにここで説明したような制御を行うことで、ヒートポンプ給湯機として使用者の要求を満足できると共に、使用エネルギーを低減できる装置を実現できる。
【００８０】
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。本実施の形態では、実施の形態１〜実施の形態３に記載のいずれかの熱交換器２、２ａ、２ｂを用いたヒートポンプ給湯機であって、実施の形態４とは別の運転制御方法について説明する。なお、本実施の形態において、特に記述しない部分については実施の形態１〜実施の形態３と同様とし、同一符号は同一、又は相当の部分を示す。
【００８１】
図１５において、例えば制御装置４０内に時刻検知手段３２を有する。制御装置４０では、浴槽追焚き運転を行う時刻に応じて第１浴槽追焚き運転を行うか第２浴槽追焚き運転を行うかを選択する。本実施の形態における浴槽追焚き運転の制御フローチャートの一例を図１６に示す。近年、電力料金は時刻によって異なる料金が設定されている。この電力料金体系を考慮し、できるだけ低い電力料金となるように浴槽追焚き運転を行う制御を示す。
【００８２】
図１６に基いて、浴槽追焚き運転の制御工程について説明する。
使用者やシステムからの指示により浴槽追焚き指令を受けると（ＳＴ１）、制御装置４０に内蔵された時刻検知手段３２により浴槽追焚き指令時刻Ｔを検知する（ＳＴ９）。
【００８３】
この浴槽追焚き指令時刻Ｔが、時間帯別料金制度等のヒートポンプ給湯機に適用される電力料金体系で決められた電力料金の安価な時間帯、ここでは深夜電力時間帯であるかどうか判断する（ＳＴ１０）。ＳＴ１０の判断で、検知した浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯である場合には、冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式を選択する（ＳＴ５）。そして、冷凍サイクル１００を構成する圧縮機１、膨張弁３、送風機５及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ６）。
【００８４】
ＳＴ１０の判断で、深夜電力時間帯以外の場合には、給湯タンク１０内の温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を選定する（ＳＴ７）。そして、給湯ポンプ１１及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ８）。
【００８５】
冷凍サイクル１００の運転に必要な電力量と給湯水回路１２の運転に必要な電力量を比較すると、圧縮機１と送風機５を運転する冷凍サイクル１００の方がより多くの電力量が必要である。このため、電力料金が安い深夜電力時間帯においては、冷凍サイクルを熱源として第１浴槽追焚き運転を実施し、電力料金が高い深夜電力時間帯以外の時間帯においては、電力料金が安い深夜電力時間帯に沸き上げられた給湯タンク１０内の高温水を熱源として第２浴槽追焚き運転を実施する。このように制御することによって、安い運転コストで追焚き運転を実現することができる。
このような給湯システムでは、夜のうちに翌日に使用する分の温水を給水タンク１０に貯溜しなければならない。このため、夜には給湯タンク１０内の給湯水を使わずに冷凍サイクル１００を動作させて浴槽追焚き運転を行うことで、給湯タンク１０内の温水を翌日の使用のために貯溜しておくことができる。このように運転することで、翌日に安定して給湯水を供給できる。
【００８６】
また、図１７に示すように、実施の形態４と図１６を組み合わせて制御してもよい。このヒートポンプ給湯機では、給湯タンク１０内の残湯量を検知する残湯量検知手段としてサーミスタ３１と浴槽追焚き運転が要求された時刻を検知する時刻検知手段３２の両方が必要である。図１７のＳＴ４で、給湯タンク１０内の残湯量Ｑｔａｎｋが設定残湯量よりも少ない場合には、冷凍サイクル１００を運転して、第１浴槽追焚き運転を行う。
【００８７】
ＳＴ４の判断で、給湯タンク１０内の残湯量Ｑｔａｎｋが設定残湯量よりも多い場合には、浴槽追焚き指令時刻Ｔが電力料金の安い深夜電力時間帯であるかどうかを判断する（ＳＴ１０）。ここで、浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯である場合には冷凍サイクル１００による第１浴槽追焚き運転（ＳＴ５、ＳＴ６）を行い、浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯でない場合には給湯タンク１０の温水による第２浴槽追焚き運転（ＳＴ７、ＳＴ８）を行う。
【００８８】
この制御工程では、まず、給湯タンク１０内の残湯量を判断し、残湯量が少ない場合には給湯タンク１０内の温水を使用しないので、給湯タンク１０内の湯切れを防止できる。さらに、電力料金を考慮して浴槽追焚き運転を行うので、安い運転コストで追焚き運転を実現できる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、時間帯別料金制度等のヒートポンプ給湯機に適用される電力料金体系で、深夜電力時間帯が電力料金の安価な時間帯としている。そして、図１６、図１７のＳＴ１０では、検知した浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯であるかどうか判断し、第１、第２浴槽追焚き方式のいずれかを選択している。ここで、電力料金体系が変更され、他の時間帯の方が深夜電力時間帯よりも電力料金が安価になった場合、その料金体系で設定された安価な時間帯であるかどうかを判断し、安価な時間帯の場合には、冷凍サイクル利用運転を行うように制御すればよい。
【００９０】
本実施の形態では以上のように、例えば追焚き回路などの温熱利用回路１５で必要となる熱源を給湯タンク１０内の温水とする温水利用運転と、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００による冷凍サイクル利用運転と、を有することにより、必要に応じて温熱利用回路１５で温熱が得られ、かつ給湯タンク１０の給湯水を利用した場合には省エネルギーで運転できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００９１】
また、時刻を検知する時刻検知手段３２と、時刻検知手段３２によって検知した時刻が電力料金の安価な時間帯の場合は、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００による冷凍サイクル利用運転を行う制御手段４０と、を備えたことにより、安い料金の電力を有効に利用し、運転コストを低減できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００９２】
さらに加えて、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１と、残湯量検知手段３１によって検知した給湯タンク１０の残湯量が予め設定した残湯量よりも少ない場合は、冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段４０と、を備えたことにより、給湯タンク内の湯切れを防止でき、運転コストを低減できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００９３】
特に、実施の形態４と同様、実施の形態１〜実施の形態３で記載したように、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器２を備えることで、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と給湯水回路１２を循環する給湯水とで熱交換する他に、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と追焚き回路１５を循環する浴槽水との熱交換、及び給湯水回路１２を循環する給湯水と追焚き回路１５を循環する浴槽水の熱交換が可能となり、第１浴槽追焚き運転と第２浴槽追焚き運転のように多様な運転方法を有するヒートポンプ給湯機を実現した。さらにここで説明したような制御を行うことで、ヒートポンプ給湯機として使用者の要求を満足できると共に、使用エネルギーを低減できる装置を実現できる。
【００９４】
なお、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれにおいて、温熱利用回路として追焚き回路を有する浴槽追焚き運転について説明したが、床暖房パネルで温熱を利用する温熱利用回路を構成してもよい。追焚き回路の浴槽１３を床暖房パネルに置き換えれば、床暖房運転についても同様の効果が得られる。また、床暖房パネルに限らず、室内を暖房する暖房パネルで温熱を利用する温熱利用回路を接続してもよい。さらにこのような暖房パネルの場合には、熱媒体としてブラインなどの不凍液を循環させてもよい。
【００９５】
また、２つ以上の温熱利用回路を有する構成としてもよい。２つ以上の温熱利用回路を設ける場合、実施の形態１〜実施の形態３のいずれかの熱交換器と同様の構成とし、４以上の熱媒体が流通する４以上の流路を設け、それらを包囲するように熱伝導性樹脂２５を設ければ、動作の状況に応じて任意の２つの熱媒体間で熱交換を行うことができる。
【００９６】
また、熱交換器内に流通して熱交換する２つの熱媒体において、温度変化が並行になるように流入及び流出方向を構成すると、熱交換器内の各部分で効率よく熱交換が行われる。例えば、図１において、冷凍サイクル１００と追焚き回路１５を運転する場合には、冷凍サイクル１００は図に向かって上から下へ流通させ、追焚き回路１５は下から上へ流通させるとよい。また、図１において、給湯水回路１２と追焚き回路１５を運転する場合には、給湯水回路１２は上から下へ流通させ、追焚き回路１５は下から上へ流通させるとよい。また、給湯水回路１２と冷凍サイクル１００を運転する場合には、同様に温度変化を考慮し、給湯ポンプ１１を逆回転させるなどして、逆方向から流入させるほうがよい。
【００９７】
また、実施の形態１〜実施の形態５において、冷凍サイクル１００を循環する冷媒としては、オゾン破壊係数が０であるＲ４１０Ａのほかに、ＨＦＣ系冷媒では例えばＲ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａなどがある。また、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数の小さなＨＦＣ系冷媒であるＲ３２単独、Ｒ１５２ａ単独、またＲ３２／Ｒ１３２ａなどの混合冷媒であってもよい。また、自然冷媒では、プロパン、ブタン、イソブタンなどの炭化水素、アンモニア、二酸化炭素などであってもよい。
特に二酸化炭素や炭化水素を用いると、地球環境保全効果がある。ヒートポンプ給湯機としては、熱交換器２で冷媒と熱交換する熱媒体の入口温度が高いときには、ＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒が二酸化炭素の場合よりも熱交換効率がよい。他方、熱交換器２に流入するときの入口温度が低いときには、二酸化炭素がＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒よりも熱交換効率がよい。例えば、追焚き運転では温度が３８℃程度の浴槽水が循環するので、水道水に比べて入口温度が高くなり、ＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒を用いると熱交換効率の良好な追焚き運転ができる。他方、給湯タンク沸き上げ運転では、１０℃程度の水道水が熱交換器２に流入するので、入口温度が低く、二酸化炭素を冷媒として用いると熱交換効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態１によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の一例を示すヒートポンプ給湯機の構造を分解して示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の断面を詳細に示す図であり、図３のＰ−Ｐ線における縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る別の構成例の熱交換器を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るさらに別の構成例の熱交換器を示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の断面を詳細に示す図であり、図７のＱ−Ｑ線における縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の断面を詳細に示す図であり、図９のＲ−Ｒ線における縦断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る別の熱交換器を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るさらに別の熱交換器を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る追焚き運転を示す制御フローチャートの一例である。
【図１５】本発明の実施の形態５によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る追焚き運転を示す制御フローチャートの一例である。
【図１７】本発明の実施の形態５に係る追焚き運転を示す制御フローチャートの他の例である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 圧縮機
２、２ａ、２ｂ 熱交換器
３ 膨張弁
４ 蒸発器
１０ 給湯タンク
１１ 給湯ポンプ
１２ 給湯水回路
１３ 浴槽
１４ 追焚きポンプ
１５ 追焚き回路
２１ 扁平伝熱管
２２ 第１流路
２３、２３ａ、２３ｂ 第２流路
２４、２４ａ、２４ｂ 第３流路
２５ 熱伝導性樹脂
３１ サーミスタ
３２ 時刻検知手段
４０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びヒートポンプ給湯機に関し、特に例えば３以上の熱媒体間で熱交換する熱交換器、及び熱媒体を循環する回路を３系統以上有するヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第１流体と第２流体とを熱交換すると共に第１流体と第３流体とも熱交換する従来の熱交換器であって、第１流体が流通する扁平な第１チューブの片面に第２流体が流通する第２チューブを接合し、第１チューブのもう一方の片面に前記第３流体が流通する第３チューブを接合した熱交換器がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、貯湯タンクを有する貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットとしては、加熱側である一次側が１回路で形成され、加熱される二次側が少なくとも２回路で構成され、一次側の冷媒管と二次側の給湯用水管及び浴槽加熱用水管を、同一のコイル状形状に巻き、一次側と二次側とが交互に配置されるよう構成したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８５８２号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】特開２００５−３１５５５３号公報（第９頁〜第１２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に掲載された従来の構成の熱交換器は、第１流体と第２流体とを熱交換すると共に第１流体と第３流体とも熱交換するものであるが、第２流体と第３流体とは熱交換する構成ではなかった。例えば第１流体を冷媒、第２流体を水、第３流体をブラインとした実施の形態１が記載されている。この場合には冷媒と水を熱交換できると共に冷媒とブラインを熱交換できる構成である。ところが、水とブラインを熱交換できる構成ではなかった。また、実施の形態２では、冷媒と水、水とブラインを熱交換できる構成ではあるが、冷媒とブラインを熱交換できる構成ではなかった。
【０００５】
また、特許文献２に掲載された従来の構成の熱交換器も、二次側チューブである追焚き用熱交換器と暖房用熱交換器間では熱交換しない構成であった。さらに、冷媒管と水管がともに円管であり、冷媒管と水管の接触部は十分な伝熱面積が取れない。このため、必要な熱交換量を確保するために配管長を長くしなければならず、熱交換器が大型化し、重量も増加するという問題がある。またコイル形状に巻いているため、周囲空気に接触する面積も大きく、放熱ロス低減のために熱交換器周囲に覆う広い面積の断熱材が必要となり、熱交換器の材料費や加工費が増加するという問題もある。
【０００６】
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、３以上の熱媒体間で熱交換する熱交換器で、第１の熱媒体と第２の熱媒体とを熱交換する構成で、かつ第１の熱媒体と第３の熱媒体とを熱交換する構成で、さらに、第２の熱媒体と第３の熱媒体とを熱交換する構成の熱交換器であって、コンパクトで放熱ロスが小さい熱交換器を得ることを目的とする。
また、この熱交換器を用いたヒートポンプ給湯機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、第１の熱媒体が流通する第１流路と、前記第１流路に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路と、前記第１流路又は前記第２流路に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路と、熱伝導性を有し、前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路を包囲して一体化する熱伝導性樹脂と、を備え、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第２流路を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに前記第２流路を流れる第２の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機、放熱器として動作する熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、給湯タンク、前記熱交換器、及び給湯ポンプを環状に接続して水を循環させる給湯水回路と、前記熱交換器及び循環ポンプを環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路と、を備え、前記熱交換器は上記に記載の熱交換器であり、前記熱交換器の前記第１流路に前記冷凍サイクルの前記圧縮機を吐出した高温の冷媒を流通させ、前記第２流路及び前記第３流路のいずれか一方の流路に前記給湯水回路を循環する水を流通させ、他方の流路に前記温熱利用回路を循環する熱媒体を流通させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明における熱交換器は、第１流路及び第２流路及び第３流路を包囲するように熱伝導性樹脂を設けて熱交換器の複数の流路を一体化しているため、第１流路を流れる第１の熱媒体と第２流路を流れる第２の熱媒体を熱交換でき、第２流路を流れる第２の熱媒体と第３流路を流れる第３の熱媒体を熱交換でき、さらに第１流路を流れる第１の熱媒体と第３流路を流れる第３の熱媒体を、熱伝導性樹脂を介して熱交換できる。また、一体化することでコンパクトな構成で、熱交換器外表面積も小さくでき周囲空気への放熱ロスを小さくすることができる。
また、この熱交換器を用いたヒートポンプ給湯機は、コンパクトに構成でき、冷凍サイクルによる熱源と給湯タンク内の温熱による熱源を選択して温熱利用回路で有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。冷凍サイクル１００は、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器である給湯追焚き一体熱交換器２、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して第１の熱媒体として冷媒を循環させる。また、給湯水回路１２は、給湯タンク１０、給湯追焚き一体熱交換器２、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して第２の熱媒体を循環させる。さらに、温熱利用回路として例えば追焚き回路１５は、浴槽１３、給湯追焚き一体熱交換器２、及び循環ポンプである追焚きポンプ１４を環状に接続して、第３の熱媒体を循環させる。ここで、第１の熱媒体である冷媒としては、例えば二酸化炭素又は炭化水素又はＨＦＣ冷媒などのいずれかを循環させ、第２の熱媒体を例えば給湯タンク水、第３の熱媒体を例えば浴槽水とする。冷凍サイクル１００内の蒸発器４の近傍には送風機５を有する。
【００１１】
図２は、本実施の形態の一例を示すヒートポンプ給湯機の構造を分解して示す斜視図である。なお、ここでは、給湯水回路１２における給湯タンク１０や給湯ポンプ１１、また追焚き回路１５における浴槽１３や追焚きポンプ１４は省略しており、冷凍サイクル１００を構成する部分の熱源機のみ記載している。例えば、給湯追焚き一体熱交換器２は熱源機の底面付近に配置されており、記載を省略しているが、給湯水回路１２及び追焚き回路１５を介して給湯タンク１０及び浴槽１３と接続される。
【００１２】
図３は、本実施の形態に係る熱交換器として例えば給湯追焚き一体熱交換器２を示す斜視図である。ここでは図示されていないが、熱交換器２の内部では、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４は互いに略並行に流れる流路を構成している。並行な流れとは、流れ方向が平行であることに限るものではなく、一方の流路の流れ方向が他方の流路に対して、上下左右などいずれの方向にでも０度〜４５度程度傾いていてもよい。熱伝導性樹脂２５によって一体化されたブロックから、例えば第１流路２２を構成する扁平伝熱管２１、第２流路２３、第３流路２４の出入口配管が出ている。さらに、冷凍サイクル１００を流れる冷媒を扁平伝熱管２１の複数の流路に流入及び流出させる第１分配ヘッダー２６、給湯水回路１２を流れる給湯タンク水を熱交換器２の例えば第２流路２３に流入及び流出させる第２分配ヘッダー２７、追焚き回路１５を流れる浴槽水を熱交換器２の例えば第３流路２４に流入及び流出させる第３分配ヘッダー２８が接続されている。
【００１３】
図４は給湯追焚き一体熱交換器２の断面を詳細に示す図であり、図３のＰ−Ｐ線における縦断面図である。互いに略並行に流れる第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４で、第２流路２３を第１流路２２の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設け、第３流路２４を第１流路２２に対し第２流路２３と略反対側に近接して設ける。例えば、中央部に扁平伝熱管２１を配置し、給湯タンク水が流通する第２流路２３を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の一方側に近接して配置する。さらに、浴槽水が流通する第３流路２４を扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の他方側に近接して配置する。ここで、例えば冷凍サイクル１００を循環する冷媒が流れる第１流路２２は、並設する複数の流路を一体に構成し、外形を扁平とする扁平伝熱管２１とした。扁平伝熱管２１は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成する。また、第２流路２３と第３流路２４はそれぞれ１つの矩形状の伝熱管とし、例えば銅又はステンレスで構成する。また、熱伝導性をする熱伝導性樹脂２５によって、扁平伝熱管２１と第２流路２３と第３流路２の例えば全体がブロック状に包囲され、一体化されている。
【００１４】
このような構成の熱交換器２では、第１流路２２を流通する冷媒と第２流路２３を流通する給湯タンク水とは、流路を構成する伝熱管とその間に介在する熱伝導性樹脂２５とを介して熱交換可能である。また、第１流路２２を流通する冷媒と第３流路２４を流通する浴槽水とは、流路を構成する伝熱管とその間に介在する熱伝導性樹脂２５とを介して熱交換可能である。さら第２流路２３を流通する給湯タンク水と第３流路２４を流通する浴槽水も、両者間の距離は前記の流路間よりも離れているが、流路を構成する伝熱管とその間に介在する熱伝導性樹脂２５とを介して熱交換可能である。
ここで、第３流路２４を第１流路２２に対し第２流路２３と垂直方向で正反対側に近接して設けたが、これに限るものではない。第２流路２３と第３流路２４は第１流路２２に対してある程度反対側であればよい。例えば、図４において、扁平伝熱管２１の下側で図に向かって右側に偏った位置に第２流路２３を設け、扁平伝熱管２１の上側で図に向かって左側に偏った位置に第３流路２４を設けてもよい。
【００１５】
熱伝導性樹脂２５は、例えば樹脂と熱伝導が良い金属粉の混合物、又は樹脂と炭素の混合物により構成される。樹脂としては、例えばエポキシ系樹脂があるが、他の樹脂でもよい。また、熱伝導が良い金属粉としては、例えばアルミニウム、銅、銀などがある。熱伝導性樹脂２５の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。通常の樹脂の場合の熱伝導率は、例えば１Ｗ／ｍＫ程度であり、銅の熱伝導率は３８６Ｗ／ｍＫ、アルミニウムの熱伝導率は２２８Ｗ／ｍＫ、ステンレスの熱伝導率は１６．３Ｗ／ｍＫであるが、本実施の形態では、これらを参考にして、略１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する熱伝導性樹脂を用いる。即ち、樹脂に混合する金属の種類は何でもよいが、通常の樹脂に比べると、約１０倍以上でステンレス程度の高い伝熱性能を有する熱伝導性樹脂を用いる。
【００１６】
以下、本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機による給湯タンク沸き上げ運転について説明する。図１に示す圧縮機１と送風機５と給湯ポンプ１１を動作させ、冷凍サイクル１００と給湯水回路１２を運転する。冷凍サイクル１００を運転することによって、圧縮機１を吐出した高温高圧の冷媒は熱交換器２に流入し放熱して低温になる。給湯追焚き一体熱交換器２から流出した高圧低温の冷媒は、膨張弁３を通過して低圧気液二相の状態に減圧される。さらに蒸発器４で外部空気から吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に再び吸入される。これと同時に、給湯ポンプ１１が動作するので、給湯タンク水が熱交換器２内に流入し、扁平伝熱管２１内を流れる冷媒と第２流路２３内を流れる給湯タンク水との間で熱交換される。その際、冷媒から給湯タンク水に放熱することで、給湯タンク水の温度が上昇して給湯タンク１０に貯溜される。
【００１７】
冷凍サイクル１００で使用する冷媒が例えば二酸化炭素のように高圧側冷媒圧力が臨界圧以上であれば、冷媒は熱交換器２内で超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下して放熱する。また、使用する冷媒が、例えば炭化水素冷媒又はＨＦＣ冷媒のように高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。
【００１８】
給湯タンク沸き上げ運転を行うときには、追焚き回路１５の追焚きポンプ１４を停止しているので、熱交換器２内の第３流路２４に浴槽水は流れない。図４に示す給湯追焚き一体熱交換器２の内部では、第１流路２２を流通する高温高圧のガス冷媒の熱は、熱伝導により扁平伝熱管２１を構成するアルミニウム、及び扁平伝熱管２１を取り囲む熱伝導性樹脂２５を介し、銅又はステンレスで構成される第２流路２３に伝わり、さらに第２流路２３の内部を流れる給湯水回路１２の循環水に伝わる。給湯タンク１０内に９０℃程度の温水を貯溜する場合、冷媒は１００℃程度で熱交換器２に流入し、第２流路２３を流れる温水に熱を与えて、２０℃程度の冷媒温度に低下して、流出する。
近年、省エネルギー化が必要とされており、この給湯タンク沸き上げ運転は電力料金の安い深夜電力時間帯を利用して運転し、温水を貯溜する。また、給湯タンク１０内の温度が低下してきた場合に随時行われることもある。また、給湯タンク１０内では、例えば上方から高温水が給湯に使われ、下方から水道水が補給される。
【００１９】
次に、本実施の形態のヒートポンプ給湯機による浴槽追焚き運転の動作について説明する。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機は、冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式と、給湯タンク１０内の高温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を有している。この２つの方式を有する給湯機は、第１、第２、第３の熱媒体のうちの２つづつの熱媒体が熱交換可能な熱交換器を用いることによって実現される。
【００２０】
まず、冷凍サイクル１００を循環する冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式の動作について説明する。圧縮機１と送風機５を動作させて冷凍サイクルを運転する。冷凍サイクル１００を循環する冷媒の動作は、給湯タンク１０内の水温度を上昇させる給湯タンク沸き上げ運転と同様であり、これと同時に追焚きポンプ１４を動作させて追焚き回路１５を運転する。追焚きポンプ１４によって浴槽１３内の浴槽水が循環して給湯追焚き一体熱交換器２の第３流路２４を流れる。一方、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯追焚き一体熱交換器２の扁平伝熱管２１を流れる。
【００２１】
なお、この運転を行うときには、給湯水回路１２の給湯ポンプ１１を停止しているので、熱交換器２内の第２流路２３に給湯タンク水は流れない。このため、熱交換器２内では、扁平伝熱管２１と第３流路２４を流れる流体間で熱交換が行われる。この運転における給湯追焚き一体熱交換器２の内部では、第１流路２２を流通する高温高圧のガス冷媒の熱は、熱伝導により扁平伝熱管２１を構成するアルミニウム、扁平伝熱管２１を取り囲む熱伝導性樹脂２５を介し、銅又はステンレスで構成される第３流路２４の内部を流れる浴槽水に伝わり、熱交換が行われる。冷媒から放熱された熱を追焚き回路１５を循環する浴槽水に与えることで追焚き加熱を行っている。
【００２２】
次に、給湯水回路１２を循環する高温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式の動作について説明する。給湯水回路１２の給湯ポンプ１１と追焚き回路１５の追焚きポンプ１４を運転し、圧縮機１の運転は停止する。給湯ポンプ１１によって給湯タンク１０より吸引された高温水は、給湯追焚き一体熱交換器２の第２流路２３に流入する。一方、追焚きポンプ１４によって、浴槽１３より吸引された浴槽水は給湯追焚き一体熱交換器２の第３流路２４に流入する。この時は扁平伝熱管２１に冷媒は流れない。
【００２３】
給湯追焚き一体熱交換器２の内部では、第２流路２３を流通する給湯タンク１０より流出した高温水の熱は、熱伝導により銅又はステンレスで構成される第２流路２３、熱伝導性樹脂２５や扁平伝熱管２１のアルニミウム材を介し、銅又はステンレスで構成される第３流路２４の内部を流れる浴槽水に伝わり、熱交換が行われる。
【００２４】
この給湯追焚き一体熱交換器２においては、第１の熱媒体である高温高圧冷媒が流通する複数で構成される第１流路２２を有する扁平伝熱管２１と、扁平伝熱管２１に近接し、第２の熱媒体である給湯タンク１０内の高温水が流通する第２流路２３と、扁平伝熱管２１に対して第２流路２３と対向し、扁平伝熱管２１に近接して設けられ第３の熱媒体である浴槽１３の循環温水が流通する第３流路２４とが、熱伝導率が高い熱伝導性樹脂２５によって一体化されているため、コンパクトで軽量な構成で給湯加熱と追焚き加熱の両方の機能を有する熱交換器を実現することができる。
また、熱交換器２の外表面積を小さくすることができるため、周囲空気への放熱ロスを低減することができる。
【００２５】
なお、図３及び図４で示した構成では、各流路２２、２３、２４の全体を熱伝導性樹脂２５によって包囲して一体化したが、これに限るものではない。例えば、全体を包囲していなくても、第２流路２３や第３流路２４を構成する伝熱管の一部が露出していてもよい。例えば図４に示した構成で、左右の端部で伝熱管の横方向長さが長い伝熱管の一部が露出するような構成でもよい。また、伝熱管の出入口付近が構成上、露出していてもよい。もちろん図３に示すように各流路２２、２３、２４の全体を被包する構成によって熱ロスを少なくすることができる。また、熱源機に搭載する場合にもブロック化によって搭載しやすい構成となる。また、断熱材で熱交換器２の一部または全体を包めば、さらに熱ロスを少なくできる。
【００２６】
本実施の形態では、追焚き運転の熱源として冷凍サイクル１００の高温高圧ガスと給湯タンク１０内の高温水を必要に応じて選択することが可能となる。例えば、給湯タンク１０内の高温水が多量に存在するときには、冷凍サイクル１００を運転せずに高温水を利用して浴槽追焚き運転を行うようにすれば、節電できるヒートポンプ給湯機を構成できる。また、給湯タンク１０内の高温水が少量になったときには冷凍サイクル１００を利用して浴槽追焚き運転を行うようにすれば、給湯タンク１０内の温水が湯切れすることなく、安定して運転できるヒートポンプ給湯機を構成できる。また、これに限ることなく、複数の運転方式を状況に応じて選択すれば、多様な運転方法を有するヒートポンプ給湯機が得られる。
【００２７】
また、熱交換器２内の冷媒の流路を、並設する複数の流路を一体とした扁平伝熱管２１としたので、冷媒が循環する伝熱管の高耐圧化を図ることができ、体積あたりの伝熱面積も大きくとることができる。また、向かい合う両面が扁平であるため、両側に他の伝熱管を配置しやすく、熱交換器２として３つの熱媒体の流路をコンパクトに構成でき、図２に示したような熱源機に搭載しやすい。
【００２８】
また、第２流路２３及び第３流路２４は、銅又はステンレスで構成しているため、水圧により流路の変形を抑制し熱伝導性樹脂の破壊を防止することができる。また、熱伝導樹脂で一体化する際、インサート成形が可能であり容易に製造することができる。もちろん、第２流路２３と第３流路２４は同じ材質でもよいが、別々の材質でもよい。少なくともステンレス程度の熱伝導率を有する材質であることが好ましい。
また、第２流路２３及び第３流路２４は共に１つの矩形状の伝熱管としたが、同じ形状でなくてもよい。また、複数、例えば２つ以上の複数の矩形状の伝熱管で流路を構成しても、同様の効果を奏する。第２流路２３と第３流路２４を複数の矩形状の伝熱管にすれば、１つの伝熱管の構成と比べて、第２流路２３及び第３流路２４の周囲の熱伝導性樹脂２５と接触する面積が大きくなる。このため、効率よく熱交換を行うことができる。また、第１流路２２を扁平伝熱管２１ではなく、第２、第３流路２３、２４と同様の１つの矩形状の伝熱管で構成してもよい。
【００２９】
また、扁平伝熱管２１を第２流路２３と第３流路２４の間の中央部に配設したが、これに限るものではない。例えば、第２流路２３と第３流路２４を近接して配設すると共に、扁平伝熱管２１と第２流路２３とを近接して配設してもよい。即ち、中央部に給湯タンク水が循環する第２流路２３を配設し、一方側に扁平伝熱管２１、他方側に第３流路２４を近接して配設してもよい。浴槽水を追焚きする際、給湯タンク１０内の高温水を利用することが多い場合には、この順番に流路を配置すると、効率よく熱交換ができる。
また、流路の構成は、図４に示すように下から第２流路２３、扁平伝熱管２１、第３流路２４の順とし、第１、第２、第３の熱媒体を上記記載とは異なる流路を流通するようにしてもよい。
【００３０】
なお、扁平伝熱管２１と第２流路２３の間や扁平伝熱管２１と第３流路２４の間には熱伝導性樹脂２５が充填されているが、その距離は小さいほど伝熱抵抗（熱伝導率／距離）が小さくなるため、熱交換性能が向上する。即ち、扁平伝熱管２１と第２流路２３、扁平伝熱管２１と第３流路２４、第２流路２３と第３流路２４の間に存在する熱伝導性樹脂２５の幅は、小さいほど熱交換性能を高めることができる。例えば、図４における扁平伝熱管２１と第２流路２３を接触させて両者間に熱伝導性樹脂２５が介在していなくてもよい。同様に、図４における扁平伝熱管２１と第３流路２４を接触させて両者間に熱伝導性樹脂２５が介在していなくてもよい。
【００３１】
また、第２、第３流路２３、２４は矩形状の伝熱管で構成したが、断面が楕円状の１つ又は複数の円形状の伝熱管であっても、同様の効果を奏する。図５に他の構成例を示す。図５は熱交換器２の断面を示し、各流路２２、２３、２４の断面を示している。例えば冷媒が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、例えば給湯水が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、例えば浴槽水が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備えた熱交換器２である。この構成の第１流路２２と第２流路２３と第３流路２４のそれぞれは、流路に垂直な断面形状が円形状の１つの伝熱管で、構成している。
【００３２】
この構成において、互いに略並行に流れる第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４であって、第２流路２３は、第１流路２２の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設けられ、第３流路２４は、第１流路２２及び第２流路２３に近接して設けられている。第１流路２２に対し第２流路２３と第３流路２４とが略反対側ではない位置に、近接して設けた構成例である。この構成でも、熱伝導性樹脂２５によって、第１流路２２及び第２流路２３及び第３流路２４を包囲して一体化しており、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能である。このため、第１、第２、第３の熱媒体のうちの任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、コンパクトで、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
図５の構成で、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４の少なくともいずれか１つの流路を、複数の伝熱管で構成しても、同様の効果を奏する。
【００３３】
また、図６にさらに他の構成例を示す。第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４が互いに略並行に流れる流路ではない構成例の熱交換器２を示す側面図である。例えば冷媒が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、例えば給湯水が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、例えば浴槽水が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備えた熱交換器２である。この第１流路２２と第２流路２３と第３流路２４のそれぞれは、流路に垂直な断面形状が円形状や矩形状の伝熱管で構成している。
【００３４】
図６では、第１流路２２と第２流路２３及び第１流路２２と第３流路２４の伝熱管同士はほぼ接触している。このため、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能である。さらに、第２流路２３と第３流路２４とは接触部分は少ないが、熱伝導性を有する熱伝導性樹脂２５で包囲されているので、第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とは、熱伝導性樹脂２５を介して熱交換可能である。このため、第１、第２、第３の熱媒体のうちの任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、コンパクトで、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
このような構成で、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４の少なくともいずれか１つの流路を、複数の伝熱管で構成しても、同様の効果を奏する。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることにより、第１、第２、第３の熱媒体のうちの任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
【００３６】
また、互いに略並行に流れる第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４であって、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２に対し第２流路２３と略反対側に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２及び第２流路２３及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱伝導性樹脂２５を介して熱交換可能とすることにより、第１、第２、第３の熱媒体に任意の２つづつの熱媒体を熱交換できる構成で、小型化及び軽量化でき、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる。特に中央部に配置される第１流路２２を流れる第１の熱媒体の熱源を有効に利用できる熱交換器が得られる効果がある。
【００３７】
また、第１流路２２及び第２流路２３及び第３流路２４のうちの少なくとも１つの流路は、１つ又は複数の矩形状の伝熱管で構成することにより、コンパクトで、周囲空気への放熱ロスの少ない熱交換器が得られる効果がある。
【００３８】
また、第１流路２２を流通する第１の熱媒体を冷媒とし、第１流路２２は、並設する複数の流路を一体とし外形が扁平である扁平伝熱管２１であることを特徴とすることにより、冷媒が循環する伝熱管の高耐圧化を図ることができ、体積あたりの伝熱面積も大きくとることができる熱交換器が得られる。
【００３９】
また、第２流路２３を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の一方側に近接して設け、第３流路２４を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の他方側に近接して設けることにより、冷媒と第２の熱媒体を熱交換する際、及び冷媒と第３の熱媒体を熱交換する際、流路間の距離を短くでき、熱交換効率のよい構成の熱交換器が得られる。
【００４０】
また、第２流路２３及び第３流路２４のうちの少なくとも一方の流路を、銅又はステンレスで構成したことにより、循環する熱媒体の水圧による流路の変形を抑制できる熱交換器が得られる。
【００４１】
また、第１流路２２、第２流路２３及び第３流路２４をそれぞれ１つの矩形管で構成したことにより、成形する際に容易に製造することができる熱交換器が得られる。矩形管間の距離が円管に比べて均等になるので、均等に熱交換できる熱交換器が得られる。
【００４２】
また、熱伝導性樹脂２５は、樹脂と金属粉の混合物又は樹脂と炭素の混合物であり、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とすることにより、第１、第２、第３の熱媒体の任意の２つの熱媒体を熱交換できる構成で、熱交換効率のよい熱交換器が得られる。
【００４３】
特に、例えば４００リットル程度の給湯タンク１０を備えたヒートポンプ給湯機を構成した場合、図２に示した熱源機を給湯タンク１０の近傍で、例えば下側に格納して装置を構成する必要がある。この場合、一例として、縦０．５ｍ、横０．２ｍ、奥行き０．１ｍ程度の範囲に熱源機が格納されなければならない。この程度の容量のヒートポンプ給湯機の場合、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導性樹脂２５を用いて各流路２２、２３、２４を包囲して一体化して熱交換器２を構成すれば、この大きさの範囲で十分な熱交換量が得られる。例えば熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導性樹脂を用いて同様の熱交換量を得ようとすれば、大きさは２倍程度になってしまう可能性があり、熱源機が大きくなって設置できないことにもなり、汎用性が損なわれる。
【００４４】
また、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器２、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１００と、給湯タンク１０、熱交換器２、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して水を循環させる給湯水回路１２と、熱交換器２及び追焚きポンプ１４を環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路１５と、を備え、実施の形態１に記載したいずれかの熱交換器２であり、熱交換器２の第１流路２２に冷凍サイクル１００の圧縮機１を吐出した高温の冷媒を流通させ、第２流路２３に給湯水回路１２を循環する水を流通させ、第３流路２４に温熱利用回路１５を循環する熱媒体を流通させることを特徴とすることにより、コンパクトで放熱ロスの小さな熱交換器２を用い、温熱を有効に利用でき、節電できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４５】
また、温熱利用回路１５は、浴槽を接続して浴槽水を循環させ、熱交換器２で冷凍サイクル１００を循環する冷媒、又は給湯水回路１２を循環する温水と熱交換して、浴槽水の温度を高める追焚き回路であることを特徴とすることにより、状況に応じて効率よく節電して浴槽水を追焚きできるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４６】
また、温熱利用回路１５で必要となる熱源を給湯タンク１０内の温水とする温水利用運転と、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００による冷凍サイクル運転と、を有することにより、状況に応じて効率よく節電して浴槽水を追焚きできるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００４７】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器として例えば給湯追焚き一体熱交換器２ａを示す斜視図である。また、図８は図７のＱ−Ｑ線における縦断面図である。本実施の形態では、第２流路２３と第３流路２４のそれぞれを、例えば複数の円形状の伝熱管で構成する。なお、本実施の形態において、ここで特に記述しない構成や動作については実施の形態１と同様とし、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
【００４８】
図７に示す熱交換器２ａでは、熱伝導性樹脂２５によって一体化されたブロックから、第１流路である扁平伝熱管２１、複数の円形状の伝熱管で構成された第２流路２３ａ及び第３流路２４ａの出入口配管が出ており、それぞれ第１分配ヘッダー２６、第２分配ヘッダー２７、第３分配ヘッダー２８が接続されている。
【００４９】
図８に示すように、実施の形態１と同様、中央部に扁平伝熱管２１を配置し、給湯タンク水が流通する第２流路２３ａを扁平伝熱管２１の一方側に配置し、浴槽水が流通する第３流路２４ａを扁平伝熱管２１の他方側に配置する。ここで、例えば冷凍サイクル１００を循環する冷媒が流れる第１流路２２は、並設する複数の流路を一体に構成し、外形を扁平とするアルミニウム又はアルミニウム合金による扁平伝熱管２１とした。第２流路２３ａと第３流路２４ａはそれぞれ複数の銅又はステンレスの円形状の伝熱管で構成された円形流路であり、中央部に配設した扁平伝熱管２１を挟んで対向して配置する。
【００５０】
第１の熱媒体である例えば冷媒が流通する扁平伝熱管２１と、第２の熱媒体である例えば給湯タンク水が流通する第２流路２３ａと、第３の熱媒体である例えば浴槽水が流通する第３流路２４ａは、熱伝導性をする熱伝導性樹脂２５によって包囲されている。ここで、扁平伝熱管２１、第２流路２３ａ、第３流路２４ａは熱伝導性樹脂２５によって一体化された構成となっているので、冷媒と給湯タンク水とを熱交換可能とし、冷媒と浴槽水とを熱交換可能とし、さらに給湯タンク水と浴槽水とを熱交換可能とする構成である。
【００５１】
本実施の形態による給湯追焚き一体熱交換器２ａにおいては、第２流路２３ａと第３流路２４ａは共に複数の銅又はステンレスの円形状の伝熱管を構成された円形流路である。内部を流通する熱媒体の水圧は円形状の伝熱管の内壁に均等にかかる。このため、水圧による伝熱管２３ａ、２４ａに対する変形が抑制され、その外側を包囲している熱伝導性樹脂２５の破壊を防止することができる。また、第２、第３流路２３ａ、２４ａの管内面積を多く確保することができるため、本実施の形態の給湯追焚き一体熱交換器２ａを用いたヒートポンプ給湯機において、例えば浴槽追焚き運転を行う際、熱源側の高温高圧ガス又は給湯タンク内の高温水と浴槽循環水との熱交換量を向上することができる。また一般的に流通している配管を利用することができるため、汎用性に優れ、低コストで製造することができる。
【００５２】
このように、第２流路２３ａ及び第３流路２４ａを複数の円形状の伝熱管で構成したことにより、第２及び第３流路２３ａ、２４ａにかかる水圧を均等化できる。このため、伝熱管の水圧に対する変形が抑制され、熱伝導性樹脂２５の破壊を防止できる熱交換器２ａが得られる。また、第２、第３流路２３ａ、２４ａの管内面積を多く確保でき、熱交換量を向上できる熱交換器２ａが得られる。
そして、この熱交換量を向上できる熱交換器２ａを図１に示したヒートポンプ給湯機の熱交換器２の代わりに組み込むことで、同一容量とすると大きさを小さくコンパクトにでき、使用電力も節約できる。
【００５３】
また、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器２ａ、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１００と、給湯タンク１０、熱交換器２ａ、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して水を循環させる給湯水回路１２と、熱交換器２ａ及び追焚きポンプ１４を環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路１５と、を備え、実施の形態２に記載したいずれかの熱交換器２ａであり、熱交換器２ａの第１流路２２に冷凍サイクル１００の圧縮機１を吐出した高温の冷媒を流通させ、第２流路２３に給湯水回路１２を循環する水を流通させ、第３流路２４に温熱利用回路１５を循環する熱媒体を流通させることを特徴とすることにより、コンパクトで放熱ロスの小さな熱交換器２ａを用い、温熱を有効に利用でき、節電できるヒートポンプ給湯機が得られる。
また、他の効果において、実施の形態１と同様の構成によって実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器として例えば給湯追焚き一体熱交換器２ｂを示す斜視図である。また、図１０は図９のＲ−Ｒ線における縦断面図である。本実施の形態では第２流路２３と第３流路２４のそれぞれを、複数の円形状又は矩形状の伝熱管で構成し、扁平伝熱管２１の対向する両面に交互に配置する。なお、本実施の形態において、ここで特に記述しない構成や動作については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
【００５５】
図９に示す熱交換器２ｂでは、熱伝導性樹脂２５によって一体化されたブロック２ｂから、第１流路である扁平伝熱管２１、複数の円形状の伝熱管で構成された第２流路２３ｂ及び第３流路２４ｂの出入口配管が出ており、それぞれ第１分配ヘッダー２６、第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂ、第３分配ヘッダー２８ａ、２８ｂが接続されている。本実施の形態では、扁平伝熱管２１を挟んで扁平な面の両側に、第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管と第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を交互に配置している。このため、第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂ及び第３分配ヘッダー２８ａ、２８ｂは扁平伝熱管２１を挟んで両側にそれぞれ設けられている。
【００５６】
図１０に示すように、扁平伝熱管２１の扁平な面の一方である下方側に、図に向かって左側から第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管と第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を交互に配置する。そして、第２分配ヘッダー２７ａは一つおきに配置した第２流路２３ｂを構成する伝熱管に接続し、第３分配ヘッダー２８ａは、その隣に一つおきに配置されている第３流路２４ｂを構成する伝熱管に接続する。扁平伝熱管２１の扁平な面の他方である上方側も同様であり、図に向かって左側から一つおきに配置されている第３流路２４ｂを構成する伝熱管に接続する第３分配ヘッダー２８ｂと、その隣に一つおきに配置されている第２流路２３ｂを構成する伝熱管に接続する第２分配ヘッダー２７ｂがある。給湯水回路１２において、熱交換器２ｂの接続位置よりも上流側で流路を分岐して第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂに流入し、熱交換器２ｂの接続位置よりも下流側で第２分配ヘッダー２７ａ、２７ｂから流出する熱媒体を合流する。また、追焚き回路１５において、第３分配ヘッダー２８ａ、２８ｂも同様に分岐及び合流する構成である。
【００５７】
実施の形態１又は実施の形態２と同様、例えば冷凍サイクル１００を循環する冷媒が流れる第１流路２２は、並設する複数の流路を一体に構成し、外形を扁平とするアルミニウム又はアルミニウム合金による扁平伝熱管２１とする。中央部に配設した扁平伝熱管２１を挟んで第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを対向して配置しているが、本実施の形態では特に扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な両面に交互に第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを対向して配置する。即ち、図１０の向かって左端の扁平伝熱管２１の下側には第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管を配置し、それに対向して左端の扁平伝熱管２１の上側には第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を配置する。そして、第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管の隣には、第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管を配置する。このように、第２流路２３ｂを構成する円形状の伝熱管と、第３流路２４ｂを構成する円形状の伝熱管とを交互に配置する。
【００５８】
第２流路２３ｂと第３流路２４ｂのそれぞれは、例えば複数の銅又はステンレスで構成される円形状の伝熱管であり、熱伝導性樹脂２５は扁平伝熱管２１と第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを包囲して一体化した構成である。
【００５９】
このように構成された給湯追焚き一体熱交換器２ｂにおいては、扁平伝熱管２１の両面に第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを構成する複数の流路が交互に配置されているため、第２流路２３ｂと第３流路２４ｂとが近接している。このため、実施の形態２に加えて、第２流路２３ｂを流通する第２の熱媒体、例えば給湯水と、第３流路２４ｂを流通する第３の熱媒体、例えば浴槽水との熱交換量を増加できる。また、冷媒と給湯水、又は冷媒と浴槽水の熱交換に関しては、実施の形態２と同様、効率よく熱交換できる。
【００６０】
また、本実施の形態の給湯追焚き一体熱交換器２ｂを用いたヒートポンプ給湯機において、給湯タンク１０内の高温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を行う際、実施の形態１又は実施の形態２の構成と比べて、浴槽水の流路２４ｂと給湯水の流路２３ｂの距離を近くでき、良好な熱交換性能を確保することができる。
【００６１】
また、図１１は本実施の形態に係る熱交換器２ｂの別の構成例を示す断面図である。ここでは、第２流路２３ｂ及び第３流路２４ｂを構成する複数の流路を、矩形状の流路とし、例えば銅又はステンレスで構成する。扁平伝熱管２１と第２流路２３ｂと第３流路２４ｂが略平行に並設され、３つの流路２２、２３ｂ、２４ｂのそれぞれ向かい合う伝熱管の距離Ｌが略同一になる。即ち、扁平伝熱管２１と第２流路２３ｂ及び扁平伝熱管２１と第３流路２４ｂの流路間に充填される熱伝導性樹脂の幅を均一化できるため、円形状の伝熱管で構成するよりもさらに熱交換性能を向上することができる。
【００６２】
また、図１２に示すように、冷媒の流路である第１流路２２を扁平伝熱管２１で一体に構成するのではなく、複数の矩形管で構成してもよい。冷媒の流れる第１流路２２の管内面積を多く確保でき、熱交換量を向上できる。また、第１流路２２を中央に並設しなくてもよい。第１流路２２、第２流路２３ｂ、第３流路２４ｂをばらばらにして３列、又は複数列に並べて、熱伝導性樹脂２５で一体化してもよい。この配置は、ヒートポンプ給湯機の運転を考慮して決定してもよい。例えば、冷凍サイクル１００の冷媒を熱源として、給湯水回路１２の給湯タンク１０に温熱を貯溜する運転を最も頻繁に行い、給湯水回路１２の給湯タンク１０に温熱を熱源として、浴槽追焚き運転を次に頻繁に行い、冷凍サイクル１００の冷媒を熱源とする浴槽追焚き運転はあまり頻繁ではないとする。この場合には、冷媒が流れる第１流路２２と給湯水が流れる第２流路２３ｂの熱交換性能が最もよくなるように第１、第２流路を配置し、次に給湯水が流れる第２流路２３ｂと浴槽水の流れる第３流路２４ｂの熱交換性能がよくなるように第２、第３流路を配置するようにすればよい。
【００６３】
また、図１２において、いずれかの流路又は全ての流路を円管で構成してもよい。伝熱管を矩形管で構成した場合には、矩形管同士の距離を均一にできるので、均一に熱交換が行われて熱ロスを小さくできる効果がある。一方、伝熱管を円管で構成した場合には、円管壁にかかる水圧を均一にできるので、水圧による変形が抑制され、熱伝導性樹脂の破壊を防止することができる効果がある。
【００６４】
また、中央部に配設する第１流路２２の両側に、第２流路２３ｂと第３流路２４ｂを交互に配置した構成にしたが、これに限るものではない。交互に配置しなくてもよく、第２流路２３ｂを第３流路２４ｂに対して２つおきや３つおきに配置してもよいし、その逆に第３流路２４ｂを第２流路２３ｂに対して２つおきや３つおきに配置してもよい。中央部に配置する第１流路２２の両側に混在するように設ければよい。
また適宜、伝熱管の径を変えてもよい。例えば、第２流路２３ｂを第３流路２４ｂに対して２つおきや３つおきに配置する場合、第２流路２３ｂの伝熱管径を第３流路２４ｂの伝熱管径よりも大きくして、伝熱管の熱交換量に差をつけてもよい。
【００６５】
このように、第２流路２３ｂと第３流路２４ｂのそれぞれを複数の伝熱管で構成し、第２流路２３ｂを構成する伝熱管と第３流路２４ｂを構成する伝熱管を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の両側に混在するように設けることにより、第１、第２、第３熱媒体のうちのどの２つの熱媒体を選択して熱交換を行っても、熱交換性能を確保できる熱交換器が得られる。
特に、第２流路２３ｂを構成する伝熱管と第３流路２４ｂを構成する伝熱管を、扁平伝熱管２１の向かい合う扁平な面の両側に近接して交互に設けることにより、第１、第２、第３熱媒体のうちのどの２つの熱媒体を選択して熱交換を行っても、熱交換性能を確保できる熱交換器が得られる。
また、第１流路２２を１つの矩形状の扁平伝熱管２１とし、第２流路２３ｂ及び第３流路２４ｂのそれぞれを、複数の矩形管で構成したことにより、矩形管間の距離を均一にでき、伝熱性能のよい熱交換器が得られる。
【００６６】
また、圧縮機１、放熱器として動作する熱交換器２ｂ、膨張弁３、及び蒸発器４を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１００と、給湯タンク１０、熱交換器、及び給湯ポンプ１１を環状に接続して水を循環させる給湯水回路１２と、熱交換器２ｂ及び追焚きポンプ１４を環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路１５と、を備え、熱交換器は実施の形態３に記載したいずれかの熱交換器２ｂであり、熱交換器２ｂの第１流路２２に冷凍サイクル１００の圧縮機１を吐出した高温の冷媒を流通させ、第２流路２３ｂに給湯水回路１２を循環する水を流通させ、第３流路２４ｂに温熱利用回路１５を循環する熱媒体を流通させることを特徴とすることにより、コンパクトで放熱ロスの小さな熱交換器２ｂを用い、熱交換性能のよいヒートポンプ給湯機が得られる。
また、他の効果において、実施の形態１と同様の構成によって実施の形態１と同様の構成によって実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６７】
実施の形態１又は実施の形態２においても、第１流路２２を複数の流路を一体化して扁平伝熱管２１で構成したが、これに限るものではない。例えば、図１２に示すように、複数の矩形状又は円形状の伝熱管で構成し、熱伝導性樹脂２５によって一体化する構成でもよい。ただし、材質は熱伝導率の良いアルミニウムなどの伝熱管で構成すると、熱交換効率が良好であり、望ましい。また、冷媒の流通する流路を冷媒に対して耐腐食性のあるアルミニウムやアルミニウム合金で構成すると、経年変化に強い熱交換器が得られる。また、熱交換器を製造する際、扁平伝熱管２１で第１流路２２を構成すれば、第１流路２２を一括して扱うことができるので、扱いやすい。
【００６８】
実施の形態１〜実施の形態３において、伝熱管の断面形状を円形状又は矩形状としたが、円形状の伝熱管には楕円形状の伝熱管も含まれ、矩形状の伝熱管には、菱形や長方形など、どのような四角形状の断面形状を有するものでもよい。
また、第１流路２２、第２流路２３、第３流路２４を一列に配設しているが、複数列で構成してもよい。例えば図４の第２流路２３の下方に更に第１流路２２や第３流路２４を配置して、５層構造のようにしてもよい。また、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４はすべて直線状の伝熱管で構成されてなくてもよい。第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４のうちの少なくとも１つの流路が、入口から出口の間で例えばＵ字状のように曲線的に曲がって配置されていてもよい。
【００６９】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。実施の形態１〜実施の形態３に記載のいずれかの熱交換器２、２ａ、２ｂを用いたヒートポンプ給湯機は、浴槽追焚き運転を行う際、冷凍サイクル１００の冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式と、給湯タンク１０内に貯溜されている高温の給湯水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式のどちらの方式も可能である。本実施の形態では、どちらの浴槽追焚き方式で運転するかを制御する制御方法について記載する。特に本実施の形態では、給湯タンク１０の残湯量の状態に応じてヒートポンプ給湯機の運転制御を行う。なお、本実施の形態において、特に記述しない部分については実施の形態１〜実施の形態３と同様とし、同一符号は同一、又は相当の部分を示す。
【００７０】
図１３において、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１は、例えば給湯タンク１０の温度を検知する温度検知素子（以下、サーミスタと記す）を２個以上の複数個有する構成である。このサーミスタ３１を給湯タンク１０の側面に、上下の複数箇所に固定し、それぞれの場所の給湯タンク１０の温度を検知することで、給湯タンク１０内の水面位置を検知でき、この水面位置から残湯量を検知できる。また、制御手段を構成する制御装置４０は例えばマイクロコンピュータであり、制御装置４０で行う浴槽追焚き運転の制御フローチャートの一例を図１４に示す。
【００７１】
図１４に基いて、浴槽追焚き運転の制御工程について説明する。一般的な給湯システムでは、深夜電力時間帯の安価な電力を用いて冷凍サイクル１００と給湯水回路１２を動作させ、例えば４００リットル程度の容量の給湯タンク１０に約９０℃程度の給湯水をいっぱいになるように溜めておき、これを翌日に洗面所やキッチンや浴室などで使用する。浴槽追焚き運転が要求されるのは、浴槽水の温度が低下した状態であり、翌日に前日の浴槽水を温める場合や、夜間に夕方入れた浴槽水を温める場合などが考えられ、２４時間の対応が必要となる。
使用者やシステムからの指示により浴槽追焚き指令を受けると（ＳＴ１）、給湯タンク１０の上下方向の複数位置の温度をサーミスタ３１によって検知する（ＳＴ２）。この給湯タンク１０の上下方向の複数位置の温度から給湯タンク１０内の残湯量Ｑｔａｎｋを演算する（ＳＴ３）。例えばサーミスタ３１は５箇所の位置の温度を検知できるとし、上から２番目の温度は９０℃、上から３番目の温度は２０℃であったとすると、２番目と３番目の間に給湯タンク１０内の高温水と補給された低温水との境界面があることになる。このようにして給湯タンク１０の残湯量Ｑｔａｎｋを演算し、ＳＴ４で残湯量Ｑｔａｎｋが予め設定した残湯量よりも少ないかどうか判断する。予め設定する残湯量は給湯タンク１０の例えば１／３の残湯量とする。
【００７２】
ＳＴ４の判断で、検知した残湯量Ｑｔａｎｋが予め設定した残湯量よりも少ない場合、冷凍サイクル１００を循環する冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式を選択する（ＳＴ５）。そして、冷凍サイクル１００を構成する圧縮機１、膨張弁３、送風機５及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ６）。
【００７３】
ＳＴ４の判断で、検知した残湯量Ｑｔａｎｋが予め設定した残湯量以上である場合は、給湯タンク１０内の温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を選定する（ＳＴ７）。そして、給湯ポンプ１１及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ８）。
【００７４】
このように給湯タンク１０の残湯量が少ない場合は、給湯タンク１０内の給湯水を熱源としないため、給湯タンク１０の湯切れを防止することができる。
【００７５】
予め設定する残湯量は固定ではなく、例えば時間に応じて可変としてもよい。通常の使用では、朝の時点で、一日に使用する量の温水が給湯タンク１０に貯溜されている。従って、朝は給湯タンク１０の残湯量が４／５以上必要であるとし、残湯量が４／５よりも少ないときには冷凍サイクル１００を利用して追焚き運転を行う。さらに、午後の時点では給湯タンク１０の残湯量が２／３以上必要であるとし、残湯量が２／３よりも少ないときには冷凍サイクル１００を利用する。夜はこの後それほど温水を必要としないので、残湯量が１／３よりも少ないときに冷凍サイクル１００を利用する。このように、使用者の一日の使用パターンに応じて、冷凍サイクルを利用する場合の閾値となる給湯タンク１０の残湯量を可変に設定してもよい。
【００７６】
なお、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１は、複数のサーミスタで構成したが、１つでも可能である。所定の残湯量に対する位置付近にサーミスタを取り付けておき、これが低温となったことを検知することで、所定の残湯量よりも少なくなった時点を検知できる。また、給湯タンク１０の側面の温度を検知するサーミスタでなく、他の方式によって残湯量を検知してもよい。
【００７７】
本実施の形態では以上のように、例えば追焚き回路などの温熱利用回路１５で必要となる熱源を給湯タンク１０内の温水とする温水利用運転と、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００の冷媒とする冷凍サイクル利用運転と、を有することにより、必要に応じて温熱利用回路１５で温熱が得られ、かつ給湯タンク１０の給湯水を利用した場合には省エネルギーで運転できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００７８】
また、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１と、残湯量検知手段３１によって検知した給湯タンク１０の残湯量が予め設定した残湯量よりも少ない場合は、冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段４０と、を備えたことにより、給湯タンク内の湯切れを防止できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００７９】
特に、実施の形態１〜実施の形態３で記載したように、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器２を備えることで、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と給湯水回路１２を循環する給湯水とで熱交換する他に、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と追焚き回路１５を循環する浴槽水との熱交換、及び給湯水回路１２を循環する給湯水と追焚き回路１５を循環する浴槽水の熱交換が可能となり、第１浴槽追焚き運転と第２浴槽追焚き運転のように多様な運転方法を有するヒートポンプ給湯機を実現した。さらにここで説明したような制御を行うことで、ヒートポンプ給湯機として使用者の要求を満足できると共に、使用エネルギーを低減できる装置を実現できる。
【００８０】
実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。本実施の形態では、実施の形態１〜実施の形態３に記載のいずれかの熱交換器２、２ａ、２ｂを用いたヒートポンプ給湯機であって、実施の形態４とは別の運転制御方法について説明する。なお、本実施の形態において、特に記述しない部分については実施の形態１〜実施の形態３と同様とし、同一符号は同一、又は相当の部分を示す。
【００８１】
図１５において、例えば制御装置４０内に時刻検知手段３２を有する。制御装置４０では、浴槽追焚き運転を行う時刻に応じて第１浴槽追焚き運転を行うか第２浴槽追焚き運転を行うかを選択する。本実施の形態における浴槽追焚き運転の制御フローチャートの一例を図１６に示す。近年、電力料金は時刻によって異なる料金が設定されている。この電力料金体系を考慮し、できるだけ低い電力料金となるように浴槽追焚き運転を行う制御を示す。
【００８２】
図１６に基いて、浴槽追焚き運転の制御工程について説明する。
使用者やシステムからの指示により浴槽追焚き指令を受けると（ＳＴ１）、制御装置４０に内蔵された時刻検知手段３２により浴槽追焚き指令時刻Ｔを検知する（ＳＴ９）。
【００８３】
この浴槽追焚き指令時刻Ｔが、時間帯別料金制度等のヒートポンプ給湯機に適用される電力料金体系で決められた電力料金の安価な時間帯、ここでは深夜電力時間帯であるかどうか判断する（ＳＴ１０）。ＳＴ１０の判断で、検知した浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯である場合には、冷媒を熱源とする第１の浴槽追焚き方式を選択する（ＳＴ５）。そして、冷凍サイクル１００を構成する圧縮機１、膨張弁３、送風機５及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ６）。
【００８４】
ＳＴ１０の判断で、深夜電力時間帯以外の場合には、給湯タンク１０内の温水を熱源とする第２の浴槽追焚き方式を選定する（ＳＴ７）。そして、給湯ポンプ１１及び追焚きポンプ１４に運転指令を出して、浴槽追焚き運転を開始する（ＳＴ８）。
【００８５】
冷凍サイクル１００の運転に必要な電力量と給湯水回路１２の運転に必要な電力量を比較すると、圧縮機１と送風機５を運転する冷凍サイクル１００の方がより多くの電力量が必要である。このため、電力料金が安い深夜電力時間帯においては、冷凍サイクルを熱源として第１浴槽追焚き運転を実施し、電力料金が高い深夜電力時間帯以外の時間帯においては、電力料金が安い深夜電力時間帯に沸き上げられた給湯タンク１０内の高温水を熱源として第２浴槽追焚き運転を実施する。このように制御することによって、安い運転コストで追焚き運転を実現することができる。
このような給湯システムでは、夜のうちに翌日に使用する分の温水を給水タンク１０に貯溜しなければならない。このため、夜には給湯タンク１０内の給湯水を使わずに冷凍サイクル１００を動作させて浴槽追焚き運転を行うことで、給湯タンク１０内の温水を翌日の使用のために貯溜しておくことができる。このように運転することで、翌日に安定して給湯水を供給できる。
【００８６】
また、図１７に示すように、実施の形態４と図１６を組み合わせて制御してもよい。このヒートポンプ給湯機では、給湯タンク１０内の残湯量を検知する残湯量検知手段としてサーミスタ３１と浴槽追焚き運転が要求された時刻を検知する時刻検知手段３２の両方が必要である。図１７のＳＴ４で、給湯タンク１０内の残湯量Ｑｔａｎｋが設定残湯量よりも少ない場合には、冷凍サイクル１００を運転して、第１浴槽追焚き運転を行う。
【００８７】
ＳＴ４の判断で、給湯タンク１０内の残湯量Ｑｔａｎｋが設定残湯量よりも多い場合には、浴槽追焚き指令時刻Ｔが電力料金の安い深夜電力時間帯であるかどうかを判断する（ＳＴ１０）。ここで、浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯である場合には冷凍サイクル１００による第１浴槽追焚き運転（ＳＴ５、ＳＴ６）を行い、浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯でない場合には給湯タンク１０の温水による第２浴槽追焚き運転（ＳＴ７、ＳＴ８）を行う。
【００８８】
この制御工程では、まず、給湯タンク１０内の残湯量を判断し、残湯量が少ない場合には給湯タンク１０内の温水を使用しないので、給湯タンク１０内の湯切れを防止できる。さらに、電力料金を考慮して浴槽追焚き運転を行うので、安い運転コストで追焚き運転を実現できる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、時間帯別料金制度等のヒートポンプ給湯機に適用される電力料金体系で、深夜電力時間帯が電力料金の安価な時間帯としている。そして、図１６、図１７のＳＴ１０では、検知した浴槽追焚き指令時刻Ｔが深夜電力時間帯であるかどうか判断し、第１、第２浴槽追焚き方式のいずれかを選択している。ここで、電力料金体系が変更され、他の時間帯の方が深夜電力時間帯よりも電力料金が安価になった場合、その料金体系で設定された安価な時間帯であるかどうかを判断し、安価な時間帯の場合には、冷凍サイクル利用運転を行うように制御すればよい。
【００９０】
本実施の形態では以上のように、例えば追焚き回路などの温熱利用回路１５で必要となる熱源を給湯タンク１０内の温水とする温水利用運転と、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００による冷凍サイクル利用運転と、を有することにより、必要に応じて温熱利用回路１５で温熱が得られ、かつ給湯タンク１０の給湯水を利用した場合には省エネルギーで運転できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００９１】
また、時刻を検知する時刻検知手段３２と、時刻検知手段３２によって検知した時刻が電力料金の安価な時間帯の場合は、温熱利用回路１５で必要となる熱源を冷凍サイクル１００による冷凍サイクル利用運転を行う制御手段４０と、を備えたことにより、安い料金の電力を有効に利用し、運転コストを低減できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００９２】
さらに加えて、給湯タンク１０の残湯量を検知する残湯量検知手段３１と、残湯量検知手段３１によって検知した給湯タンク１０の残湯量が予め設定した残湯量よりも少ない場合は、冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段４０と、を備えたことにより、給湯タンク内の湯切れを防止でき、運転コストを低減できるヒートポンプ給湯機が得られる。
【００９３】
特に、実施の形態４と同様、実施の形態１〜実施の形態３で記載したように、第１の熱媒体が流通する第１流路２２と、第１流路２２に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路２３と、第１流路２２又は第２流路２３に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路２４と、熱伝導性を有し、第１流路２２、第２流路２３、及び第３流路２４を包囲して一体化する熱伝導性樹脂２５と、を備え、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第２流路２３を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、第１流路２２を流れる第１の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに第２流路２３を流れる第２の熱媒体と第３流路２４を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器２を備えることで、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と給湯水回路１２を循環する給湯水とで熱交換する他に、冷凍サイクル１００を循環する冷媒と追焚き回路１５を循環する浴槽水との熱交換、及び給湯水回路１２を循環する給湯水と追焚き回路１５を循環する浴槽水の熱交換が可能となり、第１浴槽追焚き運転と第２浴槽追焚き運転のように多様な運転方法を有するヒートポンプ給湯機を実現した。さらにここで説明したような制御を行うことで、ヒートポンプ給湯機として使用者の要求を満足できると共に、使用エネルギーを低減できる装置を実現できる。
【００９４】
なお、実施の形態１〜実施の形態５のそれぞれにおいて、温熱利用回路として追焚き回路を有する浴槽追焚き運転について説明したが、床暖房パネルで温熱を利用する温熱利用回路を構成してもよい。追焚き回路の浴槽１３を床暖房パネルに置き換えれば、床暖房運転についても同様の効果が得られる。また、床暖房パネルに限らず、室内を暖房する暖房パネルで温熱を利用する温熱利用回路を接続してもよい。さらにこのような暖房パネルの場合には、熱媒体としてブラインなどの不凍液を循環させてもよい。
【００９５】
また、２つ以上の温熱利用回路を有する構成としてもよい。２つ以上の温熱利用回路を設ける場合、実施の形態１〜実施の形態３のいずれかの熱交換器と同様の構成とし、４以上の熱媒体が流通する４以上の流路を設け、それらを包囲するように熱伝導性樹脂２５を設ければ、動作の状況に応じて任意の２つの熱媒体間で熱交換を行うことができる。
【００９６】
また、熱交換器内に流通して熱交換する２つの熱媒体において、温度変化が並行になるように流入及び流出方向を構成すると、熱交換器内の各部分で効率よく熱交換が行われる。例えば、図１において、冷凍サイクル１００と追焚き回路１５を運転する場合には、冷凍サイクル１００は図に向かって上から下へ流通させ、追焚き回路１５は下から上へ流通させるとよい。また、図１において、給湯水回路１２と追焚き回路１５を運転する場合には、給湯水回路１２は上から下へ流通させ、追焚き回路１５は下から上へ流通させるとよい。また、給湯水回路１２と冷凍サイクル１００を運転する場合には、同様に温度変化を考慮し、給湯ポンプ１１を逆回転させるなどして、逆方向から流入させるほうがよい。
【００９７】
また、実施の形態１〜実施の形態５において、冷凍サイクル１００を循環する冷媒としては、オゾン破壊係数が０であるＲ４１０Ａのほかに、ＨＦＣ系冷媒では例えばＲ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａなどがある。また、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数の小さなＨＦＣ系冷媒であるＲ３２単独、Ｒ１５２ａ単独、またＲ３２／Ｒ１３２ａなどの混合冷媒であってもよい。また、自然冷媒では、プロパン、ブタン、イソブタンなどの炭化水素、アンモニア、二酸化炭素などであってもよい。
特に二酸化炭素や炭化水素を用いると、地球環境保全効果がある。ヒートポンプ給湯機としては、熱交換器２で冷媒と熱交換する熱媒体の入口温度が高いときには、ＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒が二酸化炭素の場合よりも熱交換効率がよい。他方、熱交換器２に流入するときの入口温度が低いときには、二酸化炭素がＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒よりも熱交換効率がよい。例えば、追焚き運転では温度が３８℃程度の浴槽水が循環するので、水道水に比べて入口温度が高くなり、ＨＦＣ冷媒及びＨＣ冷媒を用いると熱交換効率の良好な追焚き運転ができる。他方、給湯タンク沸き上げ運転では、１０℃程度の水道水が熱交換器２に流入するので、入口温度が低く、二酸化炭素を冷媒として用いると熱交換効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態１によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の一例を示すヒートポンプ給湯機の構造を分解して示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の断面を詳細に示す図であり、図３のＰ−Ｐ線における縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る別の構成例の熱交換器を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るさらに別の構成例の熱交換器を示す側面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の断面を詳細に示す図であり、図７のＱ−Ｑ線における縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の断面を詳細に示す図であり、図９のＲ−Ｒ線における縦断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る別の熱交換器を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るさらに別の熱交換器を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る追焚き運転を示す制御フローチャートの一例である。
【図１５】本発明の実施の形態５によるヒートポンプ給湯機を示す回路構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る追焚き運転を示す制御フローチャートの一例である。
【図１７】本発明の実施の形態５に係る追焚き運転を示す制御フローチャートの他の例である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 圧縮機
２、２ａ、２ｂ 熱交換器
３ 膨張弁
４ 蒸発器
１０ 給湯タンク
１１ 給湯ポンプ
１２ 給湯水回路
１３ 浴槽
１４ 追焚きポンプ
１５ 追焚き回路
２１ 扁平伝熱管
２２ 第１流路
２３、２３ａ、２３ｂ 第２流路
２４、２４ａ、２４ｂ 第３流路
２５ 熱伝導性樹脂
３１ サーミスタ
３２ 時刻検知手段
４０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の熱媒体が流通する第１流路と、前記第１流路に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路と、前記第１流路又は前記第２流路に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路と、熱伝導性を有し、前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路を包囲して一体化する熱伝導性樹脂と、を備え、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第２流路を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに前記第２流路を流れる第２の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
互いに略並行に流れる第１流路、第２流路、及び第３流路であって、第１の熱媒体が流通する前記第１流路と、前記第１流路の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する前記第２流路と、前記第１流路に対し前記第２流路と略反対側に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する前記第３流路と、熱伝導性を有し、前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路を包囲して一体化する熱伝導性樹脂と、を備え、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第２流路を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに前記第２流路を流れる第２の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを前記熱伝導性樹脂を介して熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路のうちの少なくとも１つの流路は、１つ又は複数の伝熱管で構成し、前記伝熱管の流路に垂直な断面形状は、矩形状又は円形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１流路を流通する第１の熱媒体を冷媒とし、前記第１流路は、並設する複数の流路を一体とし外形が扁平である扁平伝熱管であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第２流路を、前記扁平伝熱管の向かい合う扁平な面の一方側に近接して設け、前記第３流路を、前記扁平伝熱管の向かい合う扁平な面の他方側に近接して設けることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第２流路と前記第３流路のそれぞれを複数の伝熱管で構成し、前記第２流路を構成する伝熱管と前記第３流路を構成する伝熱管を、前記扁平伝熱管の向かい合う扁平な面の両側に混在するように設けることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第２流路及び前記第３流路のうちの少なくとも一方の流路は、銅又はステンレスで構成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱伝導性樹脂は、樹脂と金属粉の混合物又は樹脂と炭素の混合物であり、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、放熱器として動作する熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、給湯タンク、前記熱交換器、及び給湯ポンプを環状に接続して水を循環させる給湯水回路と、前記熱交換器及び循環ポンプを環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路と、を備え、前記熱交換器は前記請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器であり、前記熱交換器の前記第１流路に前記冷凍サイクルの前記圧縮機を吐出した高温の冷媒を流通させ、前記第２流路及び前記第３流路のいずれか一方の流路に前記給湯水回路を循環する水を流通させ、他方の流路に前記温熱利用回路を循環する熱媒体を流通させることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項１０】
前記温熱利用回路は、浴槽を接続し前記熱媒体として浴槽水を循環させ、前記熱交換器で前記冷凍サイクルを循環する冷媒又は前記給湯水回路を循環する温水と熱交換して、前記浴槽水の温度を高める追焚き回路であることを特徴とする請求項９記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１１】
前記温熱利用回路で必要となる熱源を前記給湯タンク内の温水とする温水利用運転と、前記温熱利用回路で必要となる熱源を前記冷凍サイクルの冷媒とする冷凍サイクル利用運転と、を有することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１２】
前記給湯タンクの残湯量を検知する残湯量検知手段と、前記残湯量検知手段によって検知した前記給湯タンクの残湯量が予め設定した残湯量よりも少ない場合は、前記冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１３】
時刻を検知する時刻検知手段と、前記時刻検知手段によって検知した時刻が電力料金の安価な時間帯の場合は、前記冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１４】
前記冷凍サイクルを循環する冷媒は、二酸化炭素又は炭化水素又はＨＦＣ冷媒であることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１】
第１の熱媒体が流通する第１流路と、前記第１流路に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する第２流路と、前記第１流路又は前記第２流路に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する第３流路と、熱伝導性を有し、前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路を包囲して一体化する熱伝導性樹脂と、を備え、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第２流路を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに前記第２流路を流れる第２の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
互いに略並行に流れる第１流路、第２流路、及び第３流路であって、第１の熱媒体が流通する前記第１流路と、前記第１流路の流れ方向に対して略垂直な方向に近接して設けられ、第２の熱媒体が流通する前記第２流路と、前記第１流路に対し前記第２流路と略反対側に近接して設けられ、第３の熱媒体が流通する前記第３流路と、熱伝導性を有し、前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路を包囲して一体化する熱伝導性樹脂と、を備え、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第２流路を流れる第２の熱媒体とを熱交換可能とし、前記第１流路を流れる第１の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを熱交換可能とし、さらに前記第２流路を流れる第２の熱媒体と前記第３流路を流れる第３の熱媒体とを前記熱伝導性樹脂を介して熱交換可能とすることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記第１流路及び前記第２流路及び前記第３流路のうちの少なくとも１つの流路は、１つ又は複数の伝熱管で構成し、前記伝熱管の流路に垂直な断面形状は、矩形状又は円形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１流路を流通する第１の熱媒体を冷媒とし、前記第１流路は、並設する複数の流路を一体とし外形が扁平である扁平伝熱管であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第２流路を、前記扁平伝熱管の向かい合う扁平な面の一方側に近接して設け、前記第３流路を、前記扁平伝熱管の向かい合う扁平な面の他方側に近接して設けることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第２流路と前記第３流路のそれぞれを複数の伝熱管で構成し、前記第２流路を構成する伝熱管と前記第３流路を構成する伝熱管を、前記扁平伝熱管の向かい合う扁平な面の両側に混在するように設けることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第２流路及び前記第３流路のうちの少なくとも一方の流路は、銅又はステンレスで構成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱伝導性樹脂は、樹脂と金属粉の混合物又は樹脂と炭素の混合物であり、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、放熱器として動作する熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を環状に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、給湯タンク、前記熱交換器、及び給湯ポンプを環状に接続して水を循環させる給湯水回路と、前記熱交換器及び循環ポンプを環状に接続して熱媒体を循環させる温熱利用回路と、を備え、前記熱交換器は前記請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器であり、前記熱交換器の前記第１流路に前記冷凍サイクルの前記圧縮機を吐出した高温の冷媒を流通させ、前記第２流路及び前記第３流路のいずれか一方の流路に前記給湯水回路を循環する水を流通させ、他方の流路に前記温熱利用回路を循環する熱媒体を流通させることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項１０】
前記温熱利用回路は、浴槽を接続し前記熱媒体として浴槽水を循環させ、前記熱交換器で前記冷凍サイクルを循環する冷媒又は前記給湯水回路を循環する温水と熱交換して、前記浴槽水の温度を高める追焚き回路であることを特徴とする請求項９記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１１】
前記温熱利用回路で必要となる熱源を前記給湯タンク内の温水とする温水利用運転と、前記温熱利用回路で必要となる熱源を前記冷凍サイクルの冷媒とする冷凍サイクル利用運転と、を有することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１２】
前記給湯タンクの残湯量を検知する残湯量検知手段と、前記残湯量検知手段によって検知した前記給湯タンクの残湯量が予め設定した残湯量よりも少ない場合は、前記冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１３】
時刻を検知する時刻検知手段と、前記時刻検知手段によって検知した時刻が電力料金の安価な時間帯の場合は、前記冷凍サイクル利用運転を行なう制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１４】
前記冷凍サイクルを循環する冷媒は、二酸化炭素又は炭化水素又はＨＦＣ冷媒であることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【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１６】
【図１７】
【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１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１７４７５３（Ｐ２００９−１７４７５３Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２５６４（Ｐ２００８−１２５６４）
【出願日】平成２０年１月２３日（２００８．１．２３）
【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２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２３日（２００８．１．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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