專利名稱：熱泵式熱水供給裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱泵式熱水供給裝置，該裝置利用熱泵機組將熱水箱內(nèi) 的水加熱，利用該熱水箱內(nèi)的加熱水，對在設于熱水箱內(nèi)的熱水供給用 熱交換器內(nèi)貫流的水進行加熱而供給熱水。
背景技術：
以往，熱泵式熱水器具有將水加熱的熱泵機組、和儲存由熱泵機組 加熱后的熱水的熱水箱，利用熱水箱內(nèi)的熱水進行制熱和供給熱水(例
如，參照日本特開2006 — 329581號公報)。
在所述熱泵式熱水器中，儲存在熱水箱內(nèi)的熱水直接流出，而有的 熱泵式熱水器考慮到衛(wèi)生因素等，在熱水箱內(nèi)配置熱水供給用熱交換器， 從注水口通過熱水供給用熱交換器流出熱水。在使用這種熱水供給用熱 交換器的熱泵式熱水器中，存在以下問題g卩，不容易實現(xiàn)能夠在熱水 箱內(nèi)的熱水和供給用熱水之間高效地進行熱交換的熱水供給用熱交換 器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于這種情況而提出的，其目的在于，提供一種熱泵式 熱水供給裝置、及使用該熱泵式熱水供給裝置的制熱熱水供給裝置，能 夠利用簡單的結構提高熱水供給用熱交換器的熱交換效率，能夠提供高 溫的熱水。
為了達到上述目的，本發(fā)明構成為具有下述的有效解決課題的手段。
在本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置中，其特征在于，該裝置具有對 水進行加熱的熱源側熱泵機組；熱水箱，其儲存經(jīng)所述熱源側的熱泵機 組加熱后的熱水；和熱水供給用熱交換器，其配置在所述熱水箱內(nèi)，使
4水在內(nèi)部從下側朝向上側流動，使所述熱水供給用熱交換器的下段側部 分的熱交換性能和上段側部分的熱交換性能不相同。
根據(jù)上述結構，在儲存由熱泵機組加熱后的熱水的熱水箱中，在熱 水的溫度分布從下側朝向上側逐漸升高的狀態(tài)下，從熱水供給用熱交換 器的下側流入內(nèi)部的溫度低的熱水，在熱水箱內(nèi)的下側溫度比較低的熱 水區(qū)域中進行熱交換，并隨著在熱水供給用熱交換器的內(nèi)部朝向上側流 動，而在熱水箱內(nèi)的上側的高溫的熱水區(qū)域中進行熱交換，成為高溫的 熱水流出。這樣，按照所述熱水箱內(nèi)的溫度梯度，熱水從下側朝向上側 流動同時通過熱交換而被加熱，所以熱水箱內(nèi)的溫度分布不會紊亂，能 夠獲得較高的熱交換效率。另外，在熱水箱內(nèi)的上下方向設計較大的溫 度梯度，利用熱泵機組對熱水箱內(nèi)的下側的低溫水進行加熱，由此熱泵 機組的COP (效率系數(shù))提高。因此，能夠盡可能地增大熱水箱內(nèi)的上 下方向的溫度梯度，盡可能地提高作為熱水供給裝置的加熱性能。
另外，例如使熱水供給用熱交換器的下段側部分的熱交換性能高于 上段側部分的熱交換性能，由此抑制熱水箱內(nèi)的下側的熱水區(qū)域的溫度
上升，從而熱泵機組的COP進一步提高。另外，相反，通過使熱水供給
用熱交換器的上段側部分的熱交換性能高于下段側部分的熱交換性能， 在熱水箱內(nèi)的上下方向設計較大的溫度梯度，能夠把儲存在熱水箱內(nèi)的 上側的高溫區(qū)域的熱源有效地用于供給熱水。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，具有所述熱源 側的熱泵機組，其具有通過使制冷劑冷凝而使來自制冷劑的熱量散熱的 散熱熱交換器；熱水提供單元，其由以下部分構成儲存水的所述熱水 箱；水循環(huán)配管，其與所述熱水箱的底部側和上部側連通，使所述熱水 箱內(nèi)的水以旁通狀態(tài)從底部側循環(huán)到上部側；吸熱熱交換器，其位于所 述水循環(huán)配管的中途，以能夠吸熱的方式與所述熱源側的熱泵機組的所 述散熱熱交換器接合；以及環(huán)狀盤管型的所述熱水供給用熱交換器，水 從其外部以貫流狀態(tài)流入并以貫流狀態(tài)流出，借助所述水循環(huán)配管中途 的所述吸熱熱交換器，由所述熱源側的熱泵機組的所述散熱熱交換器對 所述熱水箱內(nèi)的水進行加熱，另一方面，利用所述熱水箱內(nèi)的水對在所述熱水供給用熱交換器內(nèi)流動的被加熱水進行加熱。
根據(jù)上述實施方式，借助水循環(huán)配管中途的吸熱熱交換器，由熱源 側的熱泵機組的散熱熱交換器將從熱水箱的底部側供給的水加熱，并使 其返回到熱水箱的上部側，由此能夠容易在熱水箱內(nèi)的上下方向設置溫 度梯度(上側為高溫，下側為低溫)。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，所述熱水供給用 熱交換器的下段側部分或上段側部分中的任一方的環(huán)狀盤管的傳熱管使 用內(nèi)面加工管，由此使所述下段側部分或上段側部分中的任一方的傳熱 管部分的熱導率高于所述下段側部分或上段側部分中的任一另一力。
根據(jù)上述實施方式，所述熱水供給用熱交換器的下段側部分的環(huán)狀 盤管的傳熱管使用內(nèi)面加工管，由此根據(jù)該內(nèi)面加工管的傳熱性能的高 低，針對熱水供給用熱交換器的下段側部分的環(huán)狀盤管部分的儲存水的 冷卻性能(吸熱性能)提高，該部分的儲存水的溫度容易下降。
結果，相應地能夠降低在與熱泵機組側的散熱熱交換器對應的熱水 供給單元側吸熱熱交換器內(nèi)流動的儲存水的溫度，能夠確保與熱泵機組 側的散熱熱交換器的冷凝制冷劑之間的有效溫度差。
或者，所述熱水供給用熱交換器的上段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱管 使用內(nèi)面加工管，提高上段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱管部分的熱導率， 由此能夠使熱水箱內(nèi)的上側高溫區(qū)域的熱源有效地用于供給熱水。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，使所述熱水供給 用熱交換器的下段側部分或上段側部分中的任一方的環(huán)狀盤管的傳熱管 的內(nèi)徑，小于另一部分的環(huán)狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑，提高在傳熱管內(nèi)部 貫流的水的流速，由此使所述下段側部分或上段側部分中的任一方的傳 熱管部分的熱導率高于所述下段側部分或上段側部分中的任一另一方。
根據(jù)上述實施方式，熱水供給用熱交換器的下段側部分的環(huán)狀盤管 的傳熱管的內(nèi)徑小于上段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑，在傳熱管 內(nèi)部貫流的流體的流速大于上段側部分的流速，所以該部分的傳熱管部 分的熱導率提高，針對下段側部分的環(huán)狀盤管部分的儲存水的冷卻性能 (吸熱性能)提高，該部分的儲存水的溫度容易下降。結果，相應地能夠降低在與熱泵機組側的散熱熱交換器對應的熱水 供給單元側吸熱熱交換器內(nèi)流動的儲存水的溫度，能夠確保與熱泵機組 側的散熱熱交換器的冷凝制冷劑之間的有效溫度差。
或者，使所述熱水供給用熱交換器的上段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱 管的內(nèi)徑小于下段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑，提高在傳熱管內(nèi) 部貫流的水的流速，提高上段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱管部分的熱導率， 由此能夠將熱水箱內(nèi)的上側高溫區(qū)域的熱源有效地用于供給熱水。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，使所述熱水供給 用熱交換器的下段側部分或上段側部分屮的任一方的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié) 距小于另一部分的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距，由此使所述下段側部分或上段 側部分中的任一方的環(huán)狀盤管的傳熱面積，大于所述下段側部分或上段 側部分中的另一方的環(huán)狀盤管的傳熱面積。
根據(jù)所述實施方式，熱水供給用熱交換器的下段側部分的環(huán)狀盤管 的盤繞節(jié)距小于上段側部分的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距，所以下段側部分的 環(huán)狀盤管的傳熱面積大于上段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱面積，針對下段 側部分的環(huán)狀盤管部分的儲存水的冷卻性能(吸熱性能)提高，該部分 的儲存水的溫度容易下降。
結果，相應地能夠降低在與熱泵機組側的散熱熱交換器對應的熱水 供給單元側吸熱熱交換器內(nèi)流動的儲存水的溫度，能夠確保與熱泵機組 側的散熱熱交換器的冷凝制冷劑之間的有效溫度差。
或者，使所述熱水供給用熱交換器的上段側部分的環(huán)狀盤管的盤繞 節(jié)距小于下段側部分的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距，使上段側部分的環(huán)狀盤管 的傳熱面積大于下段側部分的環(huán)狀盤管的傳熱面積，由此能夠將熱水箱 內(nèi)的上側高溫區(qū)域的熱源有效地用于供給熱水。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，通過逐漸減小所 述熱水供給用熱交換器的下段側部分的環(huán)狀盤管的外徑，該環(huán)狀盤管的 下部被盤繞成螺旋狀。
根據(jù)上述實施方式，通過逐漸減小熱水供給用熱交換器的下段側部 分的環(huán)狀盤管的下部的外徑來盤繞成螺旋狀，使該部分的環(huán)狀盤管以下
7述狀態(tài)閉塞，即，使該下段側部分的環(huán)狀盤管的底面?zhèn)乳_口面朝向下方 收斂的狀態(tài)，由此來阻止從下方到上方、從上方到下方的儲存水的自然 對流，熱水箱內(nèi)的底部側的水的溫度不易上升，能夠有效實現(xiàn)水溫的低 溫化。
因此，如果針對該作用再結合上述任一結構的熱泵機組式熱水供給 裝置的作用，則能夠更有效地實現(xiàn)熱水箱內(nèi)底部溫度的低溫化。
結果，該部分的儲存水的溫度更容易下降，能夠更有效地降低在與 熱泵機組側的散熱熱交換器對應的熱水供給單元側的吸熱熱交換器內(nèi)流 動的儲存水的溫度，能夠充分確保與散熱熱交換器的冷凝制冷劑之間的 有效溫度差。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，通過逐漸減小所 述熱水供給用熱交換器的下段側部分的環(huán)狀盤管的外徑，該環(huán)狀盤管的 下部被盤繞成平面渦流狀。
根據(jù)上述實施方式，通過逐漸減小熱水供給用熱交換器的下段側部 分的環(huán)狀盤管的外徑，該環(huán)狀盤管的下部被盤繞成平面渦流狀態(tài)，該部 分的環(huán)狀盤管以下述狀態(tài)閉塞，即，使該下段側部分的環(huán)狀盤管的底面 側開口面呈平面狀收斂的狀態(tài)，由此來阻止從下方到上方、從上方到下 方的儲存水Wo的自然對流，熱水箱內(nèi)的底部側的水的溫度不易上升，能 夠實現(xiàn)水溫的低溫化。
因此，如果針對該作用再結合上述任一結構的熱泵機組式熱水供給 裝置的作用，則能夠更有效地實現(xiàn)熱水箱內(nèi)底部溫度的低溫化。
結果，該部分的儲存水的溫度更容易下降，能夠更有效地降低在與 熱泵機組側的散熱熱交換器對應的熱水供給單元側的吸熱熱交換器內(nèi)流 動的儲存水的溫度，能夠充分確保與散熱熱交換器的冷凝制冷劑之間的 有效溫度差。
另外，在一個實施方式的熱泵式熱水供給裝置中，使所述熱水供給 用熱交換器的下段側部分的熱交換性能高于上段側部分的熱交換性能。
根據(jù)上述實施方式，針對沿上下方向延伸的環(huán)狀盤管型的熱水供給 用熱交換器的下段側部分的儲存水的冷卻性能(吸熱性能)高于上段側部分，該下段側部分的儲存水的溫度容易下降。
結果，相應地能夠降低在與熱泵機組側的散熱熱交換器對應的熱水 供給單元側的吸熱熱交換器內(nèi)流動的儲存水的溫度，能夠確保與熱泵機 組側的散熱熱交換器的冷凝制冷劑之間的有效溫度差。
如以上說明所明確的那樣，根據(jù)本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置，能 夠實現(xiàn)可以利用簡單的結構提高熱水供給用熱交換器的熱交換效率，并 可以供給高溫熱水的熱泵式熱水供給裝置。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的熱泵式熱水供給裝置的結構的圖。
圖2是圖1中的II一II線切斷剖面圖。
圖3是表示圖1所示的熱水箱內(nèi)的熱交換器主要部分的內(nèi)部構造的 部分立體圖。
圖4是表示本發(fā)明的第2實施方式的熱泵式熱水供給裝置的結構的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第3實施方式的熱泵式熱水供給裝置的結構的圖。
圖6是表示上述第3實施方式的熱泵式熱水供給裝置的變形例2的 結構的圖。
圖7是表示本申請發(fā)明人等的研發(fā)示例涉及的熱泵式熱水供給裝置 的結構的圖。
圖8是表示該熱泵式熱水供給裝置的問題點和解決課題的說明圖。
具體實施例方式
首先，在說明本發(fā)明的實施方式之前，使用圖7說明本申請發(fā)明人 等的研發(fā)示例涉及的熱泵式熱水供給裝置的基本結構。
在該圖7的熱泵式熱水供給裝置中，熱水供給單元側的熱水箱1和 吸熱熱交換器42通過中間設有第1水泵Pi的低位置側水循環(huán)配管21和高位置側水循環(huán)配管22這兩個水循環(huán)配管連接成旁通狀態(tài)。并且，由第
1水泵P,將熱水箱1底部的儲存水WQ以循環(huán)狀態(tài)提供給與熱泵機組2側 的散熱側熱交換器41對應設置的吸熱熱交換器42，通過該吸熱熱交換器 42使儲存水W。在預定時間內(nèi)循環(huán)，由此把該儲存水Wo加熱到所期望的 溫度(例如85。C左右)。
另一方面，在所述熱水箱1內(nèi)，熱水供給用熱交換器10的傳熱管首 先從熱水箱1的上部la側直線進入底部lb側，然后從底部lb側呈螺旋 狀地旋轉著延伸到上部la側而進行迂回(U夕一y)配置，整體上形成 為在上卜方向上是相等直徑的環(huán)狀盤管構造。
并且，來自外部注水配管14的水W,以貫流狀態(tài)流入該構造的傳熱 管內(nèi)，并沿著旋轉方向流動較長時間，同時被有效加熱，成為上述的所 期望溫度的熱水W2，然后從供熱水管15流出。
另一方面，標號30表示例如靠近室內(nèi)的壁面設置的室內(nèi)空間制熱用 的作為輻射熱交換器的散熱器。該散熱器30的熱水導入口通過熱水導入 配管32與熱水箱1的上部la連接，另一個熱水排出口通過熱水排出配 管31與熱水箱1的下部lb連接。由此，利用第2水泵P2從熱水箱1的 上部la側導入的熱水的熱量，經(jīng)由該散熱器30輻射到室內(nèi)空間，實現(xiàn) 有效的制熱作用。
可是，在上述的結構中，在熱泵機組2側的散熱熱交換器41和熱水 供給單元側的吸熱熱交換器42部分，冷凝制冷劑與被加熱水W。之間的 溫度差越大，對被加熱水W。的加熱效率越高。
但是，在上述圖7所示的結構中，存在由于熱水箱l內(nèi)的儲存水(被 加熱水)Wo的自然對流，使得熱水箱l內(nèi)的上下方向的水的溫度分布被 平均化的問題。例如，如圖8中作為"現(xiàn)狀"而示出的溫度梯度曲線圖所 示，溫度梯度平緩，所以下部溫度較高，朝向熱泵機組2的入水溫度升 高(參照圖8的A1)。因此，熱泵機組2側的散熱熱交換器41的冷凝制 冷劑與吸熱熱交換器42側的儲存水WQ的溫度差不能取較大的值，熱泵 式熱水供給裝置的加熱性能的提高存在限制。
為了改善該限制，有效提高該加熱性能，例如，如圖8中的曲線圖中的<改善目標>所示，需要改善熱水箱l內(nèi)的水的上下方向的溫度分布， 盡可能地降低熱水箱1內(nèi)的下部側的水的溫度，增大與上部側溫度的溫 度梯度(參照圖8的A2)。
下面，關于本發(fā)明的結構，示例幾個用于實施本發(fā)明的最佳實施方 式進行具體說明。
<第1實施方式>
首先，圖1表示使用了本發(fā)明的第1實施方式的熱泵式熱水供給裝 置的制熱熱水供給裝置的結構。該制熱熱水供給裝置構成為具有作為熱
水供給單元的熱水箱l、熱水供給用熱交換器10、吸熱熱交換器42、作 為熱泵機組2的壓縮機3、散熱熱交換器41、膨脹閥5、吸熱熱交換器6、 和作為制熱終端的一例的散熱器30等。
所述熱水箱1具有縱向較長的圓筒狀的閉塞機體，在其內(nèi)部儲存有 大致到達上端附近的水W。，后面敘述的熱水供給用熱交換器10從上部 la—直配置到底部lb之間。
所述熱水供給用熱交換器IO首先把預定直徑的傳熱管從熱水箱1的 上部la側直線插入底部lb側，然后從底部lb側呈螺旋狀地旋轉到上部 la側，同時呈盤管狀地延伸進行迂回(U夕一y)配置，整體上形成為 在上下方向上大致相等直徑的環(huán)狀盤管構造。并且，該熱水供給用熱交 換器10以立設狀態(tài)被收納在熱水箱1內(nèi)，其上段側部分10a的環(huán)狀盤管 的端部與外部的熱水管15連接，而直管的上端部與外部的注水管14連接。
因此，來自所述注水管14的注水流到所述直管的下端部后，以貫流 狀態(tài)從所述環(huán)狀盤管的下段部分10b朝向上段側部分10a旋轉著流動較 長時間，在該環(huán)狀盤管內(nèi)流動的期間中，該來自所述注水管14的注水與 熱水箱l內(nèi)的水We高效地進行熱交換而升溫(例如達到85"C左右)，并 作為熱水W2從所述熱水管15流出，被用于所期望的用途。
另外，在該實施方式中，只在所述熱水供給用熱交換器10的所述環(huán) 狀盤管(傳熱管)中的下段側部分10b的上下方向的預定長度范圍的部 分(例如，圖1中利用斜線示出的下面起的5個)，利用在其內(nèi)周面形成 有螺旋狀的凹槽13、 13...的例如圖3所示的內(nèi)面加工管(內(nèi)面帶槽管)
ii構成，并且與其他部分(上段側)相比，傳熱性能尤其高。另外，除該 部分以外的部分(上段側)利用沒有凹槽的普通的內(nèi)面平滑管構成。
另外，在所述熱水箱1內(nèi)，利用例如沖孔板等多孔板構成的擋板(阻 板)9被配置成為，在俯視時例如圖2所示將熱水箱1內(nèi)部沿徑向分成兩
部分，并且在側視時例如圖1所示從熱水箱1的上部la—直配置到底部 lb。因此，由于該擋板9的配置，所述熱水箱1形成為橫寬尺寸減半的 一對半圓筒狀箱體的接合構造。
另一方面，熱泵機組2是對儲存在熱水箱1內(nèi)的水W。進行加熱的加 熱源，具有將制冷劑進行壓縮的壓縮機3、使被壓縮的制冷劑冷凝而散熱 的散熱熱交換器41、使冷凝后的制冷劑膨脹的膨脹閥5、和使制冷劑蒸 發(fā)而從空氣中吸熱的吸熱熱交換器6。
并且，所述散熱熱交換器41通過低位置側水循環(huán)配管21與熱水箱 1的底部lb側連接，并通過高位置側水循環(huán)配管22與熱水箱1的上部 la側連接。儲存水Wo通過所述低位置側水循環(huán)配管21從熱水箱1的底 部lb側流入與散熱熱交換器41對應設置的吸熱熱交換器42內(nèi)，該儲存 水Wo經(jīng)過與吸熱熱交換器42之間的熱交換被加熱，該被加熱升溫后的 儲存水W。通過高位置側水循環(huán)配管22向熱水箱1的上部la側回流。通 過反復該動作，所述熱水箱l內(nèi)的水Wo被加熱到預定的溫度(例如所述 的85"C左右)。
另一方面，標號30表示例如靠近室內(nèi)的壁面設置的室內(nèi)空間制熱用 的作為輻射熱交換器的散熱器，該散熱器30的熱水導入口通過熱水導入 配管32與熱水箱1的上部la連接，另一個熱水排出口通過熱水排出配 管31與熱水箱1的下部lb連接。并且，利用作為循環(huán)泵的一例的第2 水泵P2從熱水箱1的上部la側導入的熱水的熱量，經(jīng)由該散熱器30輻 射到室內(nèi)空間，實現(xiàn)有效的制熱作用。
另外，在所述熱水箱1的主體部的靠近上部的位置安裝有輔助加熱 器40。在由熱泵機組2加熱的熱水箱1內(nèi)的儲存水Wo的水溫低于預定 值、上升不到設定水溫的情況下、或者在特別需要高溫的熱水的情況下、 或者在雖然不至于再次驅動熱泵機組2但為了恒溫(保溫)而需要輔助加熱的情況下等，該輔助加熱器40接通進行動作，加熱所述儲存水Wo。
下面，說明如上所述構成的本實施方式的熱泵式熱水供給裝置的動 作及作用效果。
儲存在所述熱水箱1內(nèi)的水W。通過低位置側水循環(huán)配管21和高位 置側水循環(huán)配管22以及吸熱熱交換器42，以旁通狀態(tài)從底部側向上部側 循環(huán)，被熱泵機組2側的散熱熱交換器4加熱到所期望的溫度(85'C左 右)。
另一方面，把該熱水箱1內(nèi)的水W。達到所期望的溫度(85°C)作為 條件，從注水管14提供給熱水供給用熱交換器10的供給熱水用的水W,， 在從該熱水供給用熱交換器10的上部向下部、從下部向上部側貫流的期 間，與熱水箱l內(nèi)的升溫后的水Wo進行熱交換，而成為所期望溫度(例 如42"C)的熱水Wp并通過所述熱水管15提供到例如浴室或廚房等使 用熱水的地方。
并且，在使用所述散熱器30進行房間的制熱時，熱水箱l的上部側 的高溫(85°C)熱水W。被導入散熱器30側循環(huán)散熱。
另外，如前面所述，在所述熱泵機組2中，散熱熱交換器41中的冷 凝制冷劑的溫度與從熱水箱1的底部lb側導入吸熱熱交換器42的儲存 水W。的溫度之間的溫度差越大，加熱效率越高。因此，為了提高所述熱 泵機組2的加熱效率，需要按照圖8中的改善示例所示，把熱水箱1內(nèi) 的儲存水W。的溫度分布保持為在熱水箱1的上部la側高、在下部lb側 盡可能低。
但是，所述熱水箱1內(nèi)的水Wo由于因自然對流形成的溫度均勻化作 用，上下方向上的溫度分布容易被平均化，在該狀態(tài)下提高所述熱泵機 組2的加熱效率是有限度的。
在此，在本實施方式的制熱熱水供給裝置中，根據(jù)上述的結構，能 夠使熱水箱1的底部lb側的水溫更低，能夠穩(wěn)定地獲得更高溫的熱水。
艮口，在以上所述的結構中，首先，利用例如圖3所示的傳熱性能特 別高的內(nèi)面加工管(例如內(nèi)面帶槽管)構成所述熱水供給用熱交換器10 的下段側部分10b。這樣，如果利用內(nèi)面加工管構成熱水供給用熱交換器io的下段側部 分10b，則在該下段側部分10b中，由于傳熱面積的增加和在其內(nèi)部流動
的水w,的流水的亂流，與儲存水w。的熱導率提高。由此，來自熱水箱
1的下部側的儲存水W。的吸熱量(除熱量)增加，該儲存水Wo的水溫
被抑制得比較低，其被抑制程度與該吸熱量的增加量對應。
結果，能夠增大所述熱泵機組2側的散熱熱交換器41中的冷凝制冷 劑與在吸熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水W。之間的溫度差，能夠進一步 提高作為熱泵式熱水供給裝置的加熱性能。
并且，在以上所述的結構中，在所述熱水箱1內(nèi)設置沿縱向延伸的 擋板9，以便將該熱水箱l內(nèi)部沿徑向劃分為兩部分。
當形成這種結構時，所述熱水箱1的縱橫尺寸比增大，容易形成熱 水箱l內(nèi)的上下方向上的溫度層(上層部比較高，下層部比較低)，能夠 抑制熱水箱1內(nèi)的水溫度的平均化。因此，所述熱水箱1的底部lb側的 水溫被保持得更低，熱泵機組2側的散熱熱交換器41中的冷凝制冷劑與 在吸熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水W。之間的溫度差能夠取較大的值。
因此，所述熱泵機組2的加熱性能提高，能夠使熱水箱l的上部la 側的儲存水WQ的溫度成為更高的溫度，經(jīng)過與該高溫儲存水WQ的效率 良好的熱交換，能夠穩(wěn)定地從所述熱水管15獲得更高溫的熱水W2。
并且，由于擋板9的存在，在進行上述的制熱時，另一側半圓筒部 的溫度層不容易紊亂。
另外，以上說明的制熱用的散熱器30、擋板9、輔助加熱器40等不 是本發(fā)明的必須結構，而只是用來提高本發(fā)明的功能和通用性的裝置。
這樣，根據(jù)上述熱泵式熱水供給裝置，在儲存由熱泵機組2加熱后 的熱水的熱水箱1中，在熱水的溫度分布從下側朝向上側逐漸升高的狀 態(tài)下，從熱水供給用熱交換器10的下側流入內(nèi)部的溫度較低的熱水，在 熱水箱1內(nèi)的下側的溫度比較低的熱水區(qū)域中進行熱交換，并隨著在熱 水供給用熱交換器10的內(nèi)部朝向上側流動，在熱水箱1內(nèi)的上側的高溫 的熱水區(qū)域中進行熱交換，成為高溫的熱水流出。這樣，按照所述熱水 箱1內(nèi)的溫度梯度，熱水一邊從下側朝向上側流動， 一邊通過熱交換被
14加熱，所以熱水箱1內(nèi)的溫度分布不會紊亂，能夠獲得比較高的熱交換 效率。另外，在熱水箱1內(nèi)的上下方向上設置較大的溫度梯度，利用熱 泵機組將熱水箱l內(nèi)的下側的低溫水加熱，由此熱泵機組的COP (效率 系數(shù))提高。由此，能夠盡可能地增大熱水箱1內(nèi)的上下方向的溫度梯 度，盡可能地提高作為熱水供給裝置的加熱性能。
另外，通過使熱水供給用熱交換器10的下段側部分10b的熱交換性
能高于上段側部分10a的熱交換性能，抑制熱水箱1內(nèi)的下側的熱水區(qū) 域的溫度上升，由此熱泵機組2的COP進一步提高。 <第2實施方式〉
下面，圖4表示使用了本發(fā)明的第2實施方式的熱泵式熱水供給裝 置的制熱熱水供給裝置的結構。該制熱熱水供給裝置的基本結構與上述 第1實施方式的制熱熱水供給裝置相同，不同之處是在上述第1實施方 式的制熱熱水供給裝置中，將熱水供給用熱交換器10的管徑在從其上段 側部分10a到下段側部分10b的整個區(qū)域中設定為相同直徑，而在該實 施方式中，使下段側部分10b的管徑比除其之外的上段側部分10a的管 徑細。
當形成這種結構時，在所述熱水供給用熱交換器10的下段側部分 10b中，在其內(nèi)部流動的水W,的流速提高，相應地其熱導率提高，來自 熱水箱1的底部lb側的儲存水W。的吸熱量(除熱量)增加，該儲存水 Wo的水溫被抑制得比較低，其被抑制程度與該吸熱量(除熱量)的增加 量對應。
結果，所述熱泵機組2側的散熱熱交換器4中的冷凝制冷劑與在吸 熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水Wo之間的溫度差能夠取較大的值。由此， 所述熱泵機組2的加熱性能進一步提高，作為熱泵式熱水供給裝置的加 熱性能進一步提高。
另外，上述之外的結構及作用效果與上述第1實施方式中的情況相 同，可以引用相應的記述，所以此處省略具體說明。
<第3實施方式>
下面，圖5表示使用了本發(fā)明的第3實施方式的熱泵式熱水供給裝置的制熱熱水供給裝置的結構。該制熱熱水供給裝置的基本結構也與上 述第1實施方式的制熱熱水供給裝置相同，不同之處是在上述第1實施 方式的制熱熱水供給裝置中，將熱水供給用熱交換器io的盤管部的節(jié)距 和傳熱管盤管部的外徑設定為在從其上端到下端的整個區(qū)域中為相等尺 寸，而在本實施方式中，將下段側部分10b中的該盤管部的節(jié)距設定為
小于上段側部分10a，并且隨著朝向下端側而逐漸減小該盤管部的外徑，
并盤繞成縮小的螺旋狀。
通過形成這種結構，在所述熱水供給用熱交換器10的下段側部分 10b中，由于因傳熱管盤管狀部的緊密化而導致的傳熱面積的增加，熱導 率提高，來自熱水箱1的下部側的儲存水的吸熱量(除熱量)增加，并 且該高密度部分發(fā)揮上下方向的開口面的緩沖作用。由此，所述熱水箱l 內(nèi)的儲存水W。的自然對流被抑制，所以能夠保持原來的溫度層，根據(jù)這 些效果的相乘作用，熱水箱1的下部側的儲存水W。的水溫能夠被抑制得 盡可能低。
結果，所述熱泵機組2側的散熱熱交換器41中的冷凝制冷劑與在吸 熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水Wo之間的溫度差能夠取較大的值。由此， 所述熱泵機組2的加熱性能進一步提高，作為熱泵式熱水供給裝置的加 熱性能進一步提高。
另外，上述之外的結構及作用效果與上述第1實施方式中的情況相 同，通過引用相應的記述，而在此省略具體說明。 (變形例1)
此外，作為按照上面所述縮小傳熱管盤管部的外徑來進行盤繞，并 使該部分具有緩沖作用的結構，不限于如上所述盤繞成螺旋狀的情況， 通過在平面位置上沿中心軸方向減小該傳熱管盤管的外徑，也能夠盤繞 成平面渦流狀態(tài)。
這樣，熱水供給用熱交換器10的下段側部分10b的傳熱管盤管部的
下部，通過逐漸減小盤管的外徑而盤繞成平面渦流狀，該部分的盤管以
下述狀態(tài)閉塞，即，使該下段側部分10b的盤管的底面?zhèn)乳_口面呈平面
收斂的狀態(tài)。由此，有效阻止了從下方到上方、從上方到下方的儲存水Wo的自然對流，熱水箱1內(nèi)底部側的水的溫度不易上升，能夠有效實現(xiàn) 水溫的低溫化。
(變形例2)
另外，在該第3實施方式中，在所述熱水供給用熱交換器10的下段 側部分10b中，使該傳熱管盤管部的節(jié)距和外徑都變化，但作為其他的 實施方式，例如圖6所示，還能夠只將該傳熱管盤管部的節(jié)距設定為小 于該上段側部分10a的節(jié)距，使傳熱管盤管的外徑自身不變。
另外，在所述熱水箱1內(nèi)的下側的比較低溫的熱水區(qū)域中，使熱水 識絡、用熱父俠器10的藍官^的官的節(jié)距牧悉、，田此熱父俠酡刀煶咼，仰
制了熱水箱1內(nèi)的下側的熱水區(qū)域的溫度上升。由此，通過在熱水箱1
內(nèi)的上部和下部設置較大的溫度梯度，利用熱泵機組2對熱水箱1內(nèi)的 下側的低溫水進行加熱，能夠提高熱泵機組2的COP。
另外，與此相反，也能夠設定成為只使盤管部的外徑變化。
根據(jù)這些結構，也能夠提高下部側的熱交換性能，降低熱水箱1的 底部側的水的溫度。
在上述第1 第3實施方式中，使熱水供給用熱交換器10的下段側 部分10b的熱交換性能高于上段側部分10a的熱交換性能，但不限于此， 也可以使熱水供給用熱交換器的上段側部分的熱交換性能高于下段側部 分的熱交換性能。該情況時，在熱水箱內(nèi)的上下方向上設置較大的溫度 梯度，能夠使儲存在熱水箱內(nèi)的上側的高溫區(qū)域的熱源有效地用于加熱。
在上述第1、第2實施方式中，使從熱水箱1的上部流入的水從熱 水供給用熱交換器10的下側朝向上側流動，但也可以把從熱水箱的下部 流入的水提供給熱水供給用熱交換器。
并且，本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置具有熱源側熱泵機組，其具 有通過使制冷劑冷凝而將來自制冷劑的熱量散熱的散熱熱交換器41;和 熱水提供單元，其由儲存水Wo的熱水箱l、水循環(huán)配管21、 22、吸熱熱 交換器42、和環(huán)狀盤管型的熱水供給用熱交換器10構成，所述水循環(huán)配 管21、 22與該熱水箱1的底部lb側和上部la側連通，使所述熱水箱1 內(nèi)的水W。以旁通狀態(tài)從底部lb側循環(huán)到上部la偵ij，所述吸熱熱交換器42位于該水循環(huán)配管21、 22的中途，與所述熱源側熱泵機組的所述散熱 熱交換器41接合成能夠吸熱，所述熱水供給用熱交換器10從所述熱水 箱1內(nèi)的上部la側向底部lb偵!l、從底部lb側向上部la側延伸進行迂 回(u夕一y)配置，用于使水Wj人外部以貫流狀態(tài)流入、流出，通過 所述水循環(huán)配管21、 22中途的吸熱熱交換器42，由所述熱源側熱泵機組 的散熱熱交換器41將所述熱水箱1內(nèi)的水W。加熱，另一方面，利用該 熱水箱1內(nèi)的水Wo將在所述熱水供給用熱交換器10內(nèi)流動的被加熱水 W,加熱，這種熱泵式熱水供給裝置的特征在于，使所述熱水供給用熱交 換器10的下段側部分10b的熱交換性能卨于上段側部分10a的熱交換性 能。
根據(jù)這種結構，針對沿上下方向延伸的環(huán)狀盤管型的熱水供給用熱 交換器10的下段側部分10b的儲存水W。的冷卻性能(吸熱性能)高于 上段側部分，該下段側部分的儲存水W。的溫度容易下降。
結果，相應地能夠使在與熱泵機組側的散熱熱交換器41對應的熱水 供給單元側吸熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水Wc的溫度較低，能夠確保 與熱泵機組側的散熱熱交換器41的冷凝制冷劑的有效溫度差。
另外，本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置構成為，在熱水供給用熱交換 器10的下段側部分10b的熱交換性能高的部分中，該下段側部分10b的 環(huán)狀盤管的傳熱管使用內(nèi)面加工管，由此提高傳熱管部分的熱導率。
根據(jù)這種結構，根據(jù)該內(nèi)面加工管的傳熱性能的高低，針對熱水供 給用熱交換器10的下段側部分10b的環(huán)狀盤管部分的儲存水W。的冷卻 性能(吸熱性能)提高，該部分的儲存水W。的溫度容易下降。
結果，相應地能夠使在與熱泵機組2側的散熱熱交換器41對應的熱 水供給單元側吸熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水W。的溫度較低，能夠確 保與熱泵機組側的散熱熱交換器41的冷凝制冷劑的有效溫度差。
另外，本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置構成為，在熱水供給用熱交換 器10的下段側部分10b的熱交換性能高的部分中，使該下段側部分10b 的環(huán)狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑小于上段側部分10a的環(huán)狀盤管的傳熱管的 內(nèi)徑，提高在傳熱管內(nèi)部貫流的流體的流速，由此提高傳熱管部分的熱
18導率。
根據(jù)這種結構，熱水供給用熱交換器10的下段側部分10b的環(huán)狀盤 管的傳熱管的內(nèi)徑，小于上段側部分10a的環(huán)狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑， 在傳熱管內(nèi)部貫流的流體的流速高于上段側部分10a的流速，所以該部 分的傳熱管部分的熱導率提高，針對下段側部分10b的環(huán)狀盤管部分的 儲存水W。的冷卻性能(吸熱性能)提高，該部分的儲存水W。的溫度容 易下降。
結果，相應地能夠使在與熱泵機組側的散熱熱交換器41對應的熱水 供給單元側吸熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水Wo的溫度較低，能夠確1呆 與熱泵機組側的散熱熱交換器41的冷凝制冷劑的有效溫度差。
并且，本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置構成為，在熱水供給用熱交換 器10的下段側部分10b的熱交換性能高的部分中，使該下段側部分10b 的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距小于上段側部分10a的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距，由 此使下段側部分10a的環(huán)狀盤管的傳熱面積大于上段側部分10a的環(huán)狀 盤管的傳熱面積。
根據(jù)這種結構，熱水供給用熱交換器10的下段側部分10b的環(huán)狀盤 管的盤繞節(jié)距，小于上段側部分10a的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距，所以下段 側部分10b的環(huán)狀盤管的傳熱面積大于上段側部分10a的環(huán)狀盤管的傳 熱面積，針對下段側部分10b的環(huán)狀盤管部分的儲存水Wo的冷卻性能(吸 熱性能)提高，該部分的儲存水W。的溫度容易下降。
結果，相應地能夠使在與熱泵機組側的散熱熱交換器41對應的熱水 供給單元側吸熱熱交換器42內(nèi)流動的儲存水Wo的溫度較低，能夠確保 與熱泵機組側的散熱熱交換器41的冷凝制冷劑之間的有效溫度差。
另外，本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置構成為，熱水供給用熱交換器 10的下段側部分10b的環(huán)狀盤管的下部，通過逐漸減小該環(huán)狀盤管的外 徑來盤繞成螺旋狀態(tài)。
這樣，通過逐漸減小熱水供給用熱交換器10的下段側部分10b的環(huán) 狀盤管的下部的外徑來盤繞成螺旋狀態(tài)，該部分的環(huán)狀盤管以下述狀態(tài) 閉塞，即，使該下段側部分10b的環(huán)狀盤管的底面?zhèn)乳_口面朝向下方收斂的狀態(tài)，由此來阻止從下方到上方、從上方到下方的儲存水Wo的自然 對流，熱水箱1內(nèi)底部側的水的溫度不易上升，能夠有效實現(xiàn)水溫的低 溫化。
因此，如果針對該作用再結合上述任一結構的作用，則能夠更有效 地實現(xiàn)熱水箱內(nèi)底部溫度的低溫化。
結果，該部分的儲存水W。的溫度更容易下降，能夠更有效地降低在
與熱泵機組側的散熱熱交換器41對應的熱水供給單元側吸熱熱交換器42 內(nèi)流動的儲存水W。的溫度，能夠充分確保與散熱熱交換器41的冷凝制 冷劑之間的有效溫度差。
另外，本發(fā)明的熱泵式熱水供給裝置構成為，熱水供給用熱交換器 10的下段側部分10b的環(huán)狀盤管的下部通過逐漸減小該環(huán)狀盤管的外徑 來盤繞成平面渦流狀態(tài)。
這樣，熱水供給用熱交換器10的下段側部分10b的環(huán)狀盤管的下部， 通過逐漸減小該環(huán)狀盤管的外徑來盤繞成平面渦流狀態(tài)，該部分的環(huán)狀 盤管以下述狀態(tài)閉塞，即，使該下段側部分10b的環(huán)狀盤管的底面?zhèn)乳_ 口面呈平面狀收斂的狀態(tài)，由此來阻止從下方到上方、從上方到下方的 儲存水W。的自然對流，熱水箱l內(nèi)底部側的水的溫度不易上升，能夠實 現(xiàn)水溫的低溫化。
因此，如果針對該作用再結合上述任一結構的作用，則能夠更有效 地實現(xiàn)熱水箱內(nèi)底部溫度的低溫化。
結果，該部分的儲存水Wo的溫度更容易下降，能夠更有效地降低在 與熱泵機組2側的散熱熱交換器41對應的熱水供給單元側的吸熱熱交換 器42內(nèi)流動的儲存水W。的溫度，能夠充分確保與散熱熱交換器41的冷 凝制冷劑的有效溫度差。
根據(jù)上述結構，如圖8中的改善示例所示，能夠適當改善熱水箱內(nèi) 的水的上下方向的溫度分布，能夠充分確保與熱泵機組側的散熱熱交換 器的冷凝制冷劑之間的有效溫度差，所以能夠有效提高作為熱泵式熱水 供給裝置的水加熱性能。
權利要求
1.一種熱泵式熱水供給裝置，其特征在于，該熱泵式熱水供給裝置具有熱源側的熱泵機組(2)，其用于對水進行加熱；熱水箱(1)，其儲存經(jīng)所述熱源側的熱泵機組(2)加熱后的熱水；以及熱水供給用熱交換器(10)，其配置在所述熱水箱(1)內(nèi)，使水在其內(nèi)部從下側朝向上側流動，使所述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)的熱交換性能和上段側部分(10a)的熱交換性能不相同。
2. 根據(jù)權利要求1所述的熱泵式熱水供給裝置，其特征在于，該熱 泵式熱水供給裝置具有所述熱源側的熱泵機組(2)，其具有通過使制冷劑冷凝而將來自制冷劑的熱量散熱的散熱熱交換器(41);以及熱水供給單元，其由以下部分構成儲存水(W。)的所述熱水箱(1);水循環(huán)配管(21)、 (22)，其與所述熱水箱(1)的底部(lb)側和上部 (la)側連通，使所述熱水箱(1)內(nèi)的水(W。)以旁通狀態(tài)從底部(lb)側循環(huán)到上部(la)側；吸熱熱交換器(42)，其位于所述水循環(huán)配管(21)、 (22)的中途，以能夠吸熱的方式與所述熱源側的熱泵機組(2)的所述散熱熱交換器(41)接合；以及環(huán)狀盤管型的所述熱水供給用熱交換器 (10)，水(W。從其外部以貫流狀態(tài)流入并以貫流狀態(tài)流出，借助所述水循環(huán)配管(21)、 (22)中途的所述吸熱熱交換器(42)，由所述熱源側的熱泵機組(2)的所述散熱熱交換器(41)對所述熱水箱 (1)內(nèi)的水(Wo)進行加熱，另一方面，利用所述熱水箱(1)內(nèi)的水 (Wo)對在所述熱水供給用熱交換器(10)內(nèi)流動的被加熱水(W,)進行加熱。
3. 根據(jù)權利要求2所述的熱泵式熱水供給裝置，其特征在于，所述 熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)或上段側部分(10a)中的任一方的環(huán)狀盤管的傳熱管使用內(nèi)面加工管，由此使所述下段側部分(10b)或上段側部分(10a)中的任一方的傳熱管部分的熱導率高于 所述下段側部分(10b)或上段側部分(10a)中的任一另一方。
4. 根據(jù)權利要求2所述的熱泵式熱水供給裝置，其特征在于，使所 述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)或上段側部分(10a) 中的任一方的環(huán)狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑小于另一部分(10a、 10b)的環(huán) 狀盤管的傳熱管的內(nèi)徑，提高在傳熱管內(nèi)部貫流的水的流速，由此使所 述下段側部分(10b)或上段側部分(10a)中的任一方的傳熱管部分的 熱導率高于所述下段側部分(10b)或上段側部分(10a)中的任一另一 方。
5. 根據(jù)權利要求2所述的熱泵式熱水供給裝置，其特征在于，使所 述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)或上段側部分(10a) 中的任一方的環(huán)狀盤管的盤繞節(jié)距小于另一部分OOa、 10b)的環(huán)狀盤 管的盤繞節(jié)距，由此使所述下段側部分(10b)或上段側部分(10a)中 的任一方的環(huán)狀盤管的傳熱面積大于所述下段側部分(10b)或上段側部 分(10a)中的另一方的環(huán)狀盤管的傳熱面積。
6. 根據(jù)權利要求1、 2、 3、 4或5所述的熱泵式熱水供給裝置，其 特征在于，通過逐漸減小所述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)的環(huán)狀盤管的外徑，該環(huán)狀盤管的下部被盤繞成螺旋狀。
7. 根據(jù)權利要求1、 2、 3、 4或5所述的熱泵式熱水供給裝置，其 特征在于，通過逐漸減小所述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)的環(huán)狀盤管的外徑，該環(huán)狀盤管的下部被盤繞成平面渦流狀。
8. 根據(jù)權利要求1 7中任一項所述的熱泵式熱水供給裝置，其特 征在于，使所述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)的熱交 換性能高于上段側部分(10a)的熱交換性能。
全文摘要
一種熱泵式熱水供給裝置，具有用于對水進行加熱的熱源側的熱泵機組(2)；熱水箱(1)，其儲存經(jīng)該熱源側的熱泵機組(2)加熱后的熱水；熱水供給用熱交換器(10)，其配置在所述熱水箱(1)內(nèi)，使水在其內(nèi)部從下側朝向上側流動。使所述熱水供給用熱交換器(10)的下段側部分(10b)的熱交換性能和上段側部分(10a)的熱交換性能不相同。
文檔編號F24H1/18GK101627263SQ20088000718
公開日2010年1月13日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權日2007年3月27日
發(fā)明者古井秀治, 沼田光春 申請人:大金工業(yè)株式會社