CN103348209B - 热交换器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
热交换器(100)具备流路形成体(11)及蜿蜒管单元(13)。流路形成体(11)为了使第一流体流动而具有蜿蜒的第一流路(19)。蜿蜒管单元(13)为了使第二流体流动而具有第二流路(20)，且配置于流路形成体(11)的第一流路(19)。流路形成体(11)的至少一部分由树脂发泡体制作。流路形成体(11)例如具有：具有沿着面方向而蜿蜒的槽部的板状的上构件(15)；与上构件(15)组合的板状的下构件(15)。通过将下构件(15)覆盖上构件(15)的槽部(16)而形成第一流路(19)。
Description
技术领域
本发明涉及热交换器及其制造方法。
背景技术
最近，热泵供热水机正在广泛普及。热泵供热水机通常具备用于使冷却介质的热量向水移动的热交换器。作为这样的热交换器，如专利文献1记载那样，已知具有内管及外管的双管式的热交换器。内管及外管典型的情况是由铜那样的金属制作。因此，这种热交换器非常重。而且，由于外管比较粗，因此难以小型化。而且，材料成本也高涨。
在专利文献2中记载了一种热交换器，具备成形为蜿蜒状的管和以将该管夹入内部的方式组合的两个板材。专利文献2记载的结构适合于小型的热交换器。
在专利文献3中记载了一种热交换器，具备弯曲的内管和收容该内管的树脂壳体。专利文献3记载的结构有利于热交换器的小型化及轻量化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-147567号公报
专利文献2：日本特开2005-249325号公报
专利文献3：日本特开2002-333290号公报
发明内容
发明要解决的课题
若减少树脂壳体的厚度，则能够实现专利文献3记载的热交换器的进一步的轻量化及低成本化。然而，当减少树脂壳体的厚度时，存在热交换器的耐压强度及弯曲刚性下降的问题。
本发明的目的在于提高形成流路的构件由树脂材料制作的热交换器的强度。
用于解决课题的手段
即，本发明提供一种热交换器，进行第一流体与第二流体之间的热交换，其中，
具备：
流路形成体，其为了使所述第一流体流动而具有蜿蜒的第一流路；
蜿蜒管单元，其为了使所述第二流体流动而具有第二流路，且配置于所述流路形成体的所述第一流路，
所述流路形成体的至少一部分由树脂发泡体构成。
在另一方面，本发明提供一种热交换器的制造方法，所述热交换器具有：流路形成体，其为了使第一流体流动而具有蜿蜒的第一流路；蜿蜒管单元，其为了使第二流体流动而具有第二流路，且配置于所述流路形成体的所述第一流路，所述热交换器的制造方法包括：
制作所述流路形成体的工序；
以将所述蜿蜒管单元配置于所述第一流路的方式使所述流路形成体与所述蜿蜒管单元组合的工序，
制作所述流路形成体的工序包括：(i)向树脂材料混合发泡剂的工序；(ii)使所述树脂材料发泡并成形所述树脂材料的工序。
发明效果
根据本发明，流路形成体的至少一部分由树脂发泡体构成。因此，能够提供一种实现轻量化及低成本化，且具有高强度的热交换器。通过使用树脂发泡体，也能改善热交换器的隔热性。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的热交换器的俯视图。
图2是图1所示的热交换器的沿着II-II线的剖视图。
图3是图1所示的热交换器的分解俯视图。
图4是板状的构件的局部放大俯视图。
图5是板状的构件的局部放大剖视图。
图6是树脂发泡体的剖视图。
图7是表示板状的构件的制作方法的概略工序图。
图8是变形例1的热交换器的剖视图。
图9是本发明的第二实施方式的热交换器的立体图。
图10是图9所示的热交换器的沿着X-X线的剖视图。
图11是流路形成体及蜿蜒管单元的分解俯视图。
图12是板状的构件的局部放大俯视图。
图13是具有紧固用具的热交换器的立体图。
图14是变形例2的热交换器的剖视图。
图15是变形例3的热交换器的局部剖视图。
图16是变形例4的热交换器的局部剖视图。
图17是变形例5的热交换器的局部剖视图。
图18是本发明的第三实施方式的热交换器的分解立体图。
图19是能够采用热交换器的热泵供热水机的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。但是，本发明并未限定为以下说明的实施方式。
(第一实施方式)
如图1及图2所示，本实施方式的热交换器100具备流路形成体11及蜿蜒管单元13。流路形成体11(第一流路形成体)在俯视下具有矩形的形状。在流路形成体11的内部为了使第一流体流动而形成有第一流路19。第一流路19是蜿蜒的流路。在流路形成体11的外周部分设有第一流路19的入口11a及出口11b。蜿蜒管单元13(第二流路形成体)为了使第二流体流动而具有第二流路20，并且配置在流路形成体11的内部，即，配置于第一流路19。蜿蜒管单元13的两端部经由未图示的连接器，向流路形成体11之外延伸。当第一流体在第一流路19中流动且同时第二流体在第二流路20中流动时，在第一流体与第二流体之间进行热交换。第一流体的例子为水，第二流体的例子为冷却介质。流路形成体11的至少一部分由树脂发泡体构成。
如图2及图3所示，流路形成体11由两个板状的构件15构成。板状的构件15由槽部16及平坦部17构成。槽部16是沿着板状的构件15的面方向而蜿蜒的部分，形成第一流路19。平坦部17是具有与板状的构件15的面方向平行的表面的部分。以通过利用位于下侧的板状的构件15(下构件15)将位于上侧的板状的构件15(上构件15)的槽部16覆盖来形成第一流路19的方式，将位于下侧的板状的构件15与位于上侧的板状的构件15组合。两个板状的构件15例如通过熔敷而相互接合。关于位于上侧的板状的构件15与位于下侧的板状的构件15之间的接合面，形成为上下对称的结构。即，位于下侧的板状的构件15具有与位于上侧的板状的构件15的槽部16及平坦部17相同形状的槽部16及平坦部17。若采用对开结构，则在复杂的形状的第一流路19能够容易地配置蜿蜒管单元13。“面方向”是指与能够收容热交换器100的最小的长方体的厚度方向垂直的方向。
位于上侧的板状的构件15在平坦部17处，通过熔敷，与位于下侧的板状的构件15接合。即，位于上侧的板状的构件15的平坦部17熔敷在位于下侧的板状的构件15的平坦部17上。根据这种结构，能够充分地确保两个板状的构件15之间的接合面积。
如图4所示，槽部16具有上游部分16a、下游部分16b及U字部分16c。上游部分16a在板状的构件15的面方向上，呈直线状延伸。下游部分16b与上游部分16a平行且呈直线状延伸。U字部分16c在第一流体的流动方向上位于上游部分16a与下游部分16b之间。平坦部17位于上游部分16a与下游部分16b之间。通过平坦部17，将上游部分16a一体化于下游部分16b。但是，只要能够形成第一流路19即可，槽部16的形状没有特别限定。
如图2及图5所示，在本实施方式中，在与板状的构件15的面方向及第一流体的流动方向(第一流路19的长度方向)垂直的截面上，槽部16具有半圆形的轮廓。第一流路19具有圆形的截面形状。圆形的截面形状在耐压强度的观点上优选。
槽部16具有形成第一流路19的内表面16p及与内表面16p相反的外表面16q。在上述截面中，内表面16p及外表面16q分别形成半圆形的轮廓。形成外表面16q的圆弧的曲率半径比形成内表面16p的圆弧的曲率半径稍大。形成内表面16p的圆弧的中心位于接合面上，该接合面是位于上侧的板状的构件15与位于下侧的板状的构件15之间的接合面。形成外表面16q的圆弧的中心在从接合面观察下向上侧偏离。但是，槽部16的形状没有特别限定。内表面16p及外表面16q也可以形成椭圆形、蛋形、矩形等其他形状的轮廓。
如图5所示，槽部16的厚度沿着槽部16的周向变化。槽部16在从接合面分离最远的位置处具有最大的厚度D1，在与平坦部17邻接的位置处具有最小的厚度D3。即，随着从接合面分离，而槽部16的厚度增加。槽部16的厚度增加的情况在耐压强度、弯曲刚性及隔热性的观点上优选。相对于此，平坦部17具有恒定的厚度D2。槽部16的最大的厚度D1可以与平坦部17的厚度D2一致。例如，厚度D1为0.3～15mm，厚度D2为0.3～15mm，厚度D3为0.3～3mm。
图5所示的槽部16的结构在确保热交换器100的制造时的振动熔敷的可靠性的观点上有利。在振动熔敷中，将熔敷夹具的振动能量传给熔敷部分而产生摩擦热。由于树脂材料的熔融及固化而将构件彼此粘结。低效率的熔敷会拖长熔敷时间或产生熔敷毛刺。因此，将夹具的振动能量高效率地传给熔敷部分的情况很重要。为了将夹具的振动能量高效率地传给平坦部17，优选充分地确保熔敷夹具与平坦部17的接触面积。尤其是在板状的构件15由树脂发泡体构成时，夹具与平坦部17的接触面积会给熔敷效率造成较大的影响。在本实施方式中，槽部16在与平坦部17邻接的位置处，形成为相对薄壁。根据该结构，能够更充分地确保平坦部17的表面积。即，根据该结构，能够更充分地确保夹具与平坦部17的接触面积。
在本实施方式中，两个板状的构件15分别由树脂发泡体构成。即，槽部16及平坦部17由发泡的树脂材料制作。由此，热交换器100的重量减轻，并能确保充分的耐压强度及弯曲刚性。当然，即使两个板状的构件15中的仅一方由树脂发泡体构成，也能得到本发明的效果。例如，可以是一方的板状的构件15由树脂发泡体构成，而另一方的板状的构件15由非发泡的树脂构成。
构成板状的构件15的树脂发泡体由包含从例如聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、多芳基化合物、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、液晶聚合物及聚丙烯构成的组中选择的至少1个作为主要的树脂成分的树脂材料制作。上述的树脂(热塑性树脂)具有优异的耐热性及化学性的耐久性，即使与水接触也不易劣化。“主要的树脂成分”是指树脂材料包含的树脂成分中的以质量比计包含最多的成分。在树脂材料中也可以包含各种添加剂。
在树脂发泡体中可以混杂包含独立气泡和连续气泡。在观察板状的构件15的与面方向垂直的截面(即，图2的截面)时，例如，每单位面积的截面包含的独立气泡的比例多于连续气泡的比例。这种情况在耐压强度、弯曲刚性及隔热性的观点上优选。“独立气泡”是指从其他的气泡独立出来的气泡。含有较多的独立气泡的结构体通常不仅具有极小的吸水性，而且冲击吸收性、加工性及浮置性优异。“连续气泡”是指彼此相邻的多个气泡连续(连通)而形成的气泡。包含较多的连续气泡的结构体通常吸水性、通气性及吸音性优异。
图6表示适合于板状的构件15的树脂发泡体的剖面结构。树脂发泡体24可以由包含气泡的发泡层27和分别形成在发泡层27的上表面及下表面的两个表皮层29构成。表皮层29具有比发泡层27高的密度。在通过这种树脂发泡体24构成板状的构件15时，使表皮层29面向第一流路19，以使第一流体与表皮层29相接。第一流体由于不易浸透树脂发泡体24，因此能够抑制板状的构件15的劣化。在将表皮层29的密度定义为d1，并将发泡层27的密度定义为d2时，例如满足1.5d2＜d1＜5d2。
另外，在两个板状的构件15分别由树脂发泡体24构成时，在平坦部17，表皮层29与表皮层29通过熔敷而接合。在利用热板熔敷、振动熔敷、超声波熔敷、激光熔敷等熔敷方法将两个板状的构件15相互接合时，两个板状的构件15之间的接触状态会对熔敷的完成造成影响。根据本实施方式，基于两个板状的构件15的表皮层29之间的良好的接触，能得到充分的熔敷强度。尤其是在采用振动熔敷及超声波熔敷那样利用基于摩擦的热量的熔敷方法时，通过高密度的表皮层29能抑制振动能量的扩散，能够使熔敷所需的热量高效率地产生。需要说明的是，平坦部17可以具有熔敷用的肋(突起)。
在树脂发泡体24中，表皮层29优选具有实质上非发泡的结构。“实质上非发泡”是指例如具有超过亚微的等级的大小的直径的气泡不存在。即使在表皮层29存在有极微细的孔例如埃的等级的孔，这样的孔也是独立气泡。因此，第一流路19的水无法穿越表皮层29。
树脂发泡体24可以包含填料。通过填料的添加，能够改善树脂发泡体24的特性例如强度、隔热性、耐热性、绝缘性、尺寸稳定性、耐紫外线性、难燃性。而且，通过填料的添加，也能够改善成形时的树脂材料的核化、流动性等。此外，通过填料的添加，能够削减树脂发泡体24的材料成本，或能够向树脂发泡体24赋予导电性，或能够向树脂发泡体24赋予颜色。树脂发泡体24中的填料的比例为例如20～50质量％。作为填料，可以使用玻璃纤维、鳞片状玻璃、滑石、弹性体、碳酸钙等。若使用玻璃纤维或鳞片状玻璃，则主要能够改善树脂发泡体24的强度，并且能够削减树脂发泡体24的材料成本。若使用滑石，则主要能够改善树脂发泡体24的强度、耐热性及尺寸稳定性。若使用碳酸钙，则主要能够削减树脂发泡体24的材料成本。若使用弹性体，则主要能够改善材料的流动性。可以优选使用玻璃纤维作为填料。玻璃纤维具有例如5～500μm的范围的平均长度及0.5～30μm的范围的平均直径。
在树脂发泡体24中，发泡层27可以具有所谓微孔塑料(microcellularplastic)的结构。“微孔塑料”是指具有气泡直径为大致10μm以下、气泡密度为大致109～1015个/cm3的独立气泡的发泡体，在1981年由马萨诸塞工科大学的Suh教授等提出。
接下来，说明蜿蜒管单元13。
在本实施方式中，蜿蜒管单元13包含两个管23(冷却介质管)。两个管23中的至少一个管23具有螺旋形状，具有螺旋形状的管23卷缠在另一个管23上。详细而言，两个管23以具有双螺旋的形状的方式成形(详细而言是扭转)。根据具有这种结构的蜿蜒管单元13，能够实现高的热交换效率。管23由铜、铝、不锈钢等具有优异的导热率的金属制作。蜿蜒管单元13可以如本实施方式那样由多个管23构成，也可以由一个管23构成。两个管23的接点与第一流路19的中心一致。蜿蜒管单元13中的管23的形状没有特别限定。例如，两个管中的一个管可以由直管构成。可以在直管上呈螺旋状地卷缠另一个管。
管23可以是所谓泄漏检测管。正如本领域技术人员已知那样，泄漏检测管具有小径的内管和将内管覆盖的大径的带内表面槽的管。根据泄漏检测管，即使万一内管发生破损，也能够防止冷却介质及润滑油向水的混入。
图1所示的热交换器100可以通过以下的方法制造。
首先，制作板状的构件15。为了利用树脂发泡体构成板状的构件15，而实施向树脂材料混合发泡剂的工序和使树脂材料发泡并成形树脂材料的工序。作为发泡剂，可以使用物理性的发泡剂及化学性的发泡剂的任一者。化学发泡与物理发泡相比为简便的手法，具有能够利用通用的成形设备来制作发泡体的优点。物理发泡与化学发泡相比需要尖端的技术，但具有(i)能够使熔点比化学性的发泡剂的耐热上限温度高的聚苯硫醚那样的树脂材料发泡、(ii)适合于薄壁成形、(iii)能够产生具有几十μm以下的平均直径的气泡、(iv)适合于结构材料的成形、(v)容易产生独立气泡等优点。作为物理性的发泡剂，可以使用超临界状态的流体。具体而言，可使超临界状态的二氧化碳、超临界状态的氮等浸渍于树脂材料。
优选的是，可以通过注塑成形法来制作板状的构件15。如图7的步骤1及步骤2所示，将含有发泡剂的树脂材料W向模具31的型腔KV注塑。在向型腔KV注塑了树脂材料W之后，如步骤3所示，扩大型腔KV的容积。具体而言，填充到型腔KV内的树脂材料W像发泡那样能扩大型腔KV的容积。例如，上模具33(可动模具)相对于下模具35(固定模具)相对地移动。由此，型腔KV的容积扩大，能够使树脂材料W发泡。模具31可以构成为，对应于发泡而上模具33由树脂材料W按压，由此型腔KV的容积自然扩大。这种情况下，利用上模具33的停止位置来控制成形品(板状的构件15)的形状。
发泡倍率没有特别限定，但从板状的构件15的强度的观点出发，例如为2～4倍。“发泡倍率”是指发泡后的厚度相对于发泡前的厚度的比率。例如，成形中的构件的厚度由于发泡而从1mm增加为2mm时，发泡倍率为2倍。在发泡倍率为4倍且发泡前的尺寸为0.5～1.0mm时，发泡后的尺寸成为2.0～4.0mm。发泡倍率越高，连续气泡及断层越容易发生。
根据使用了模具31的注塑成形法，注塑到型腔KV内的树脂材料W与上模具33及下模具35接触而被冷却。由此，形成参照图6说明的两个表皮层29。根据模具31的温度及/或芯部后退(coreback)开始时间，能够控制表皮层29的厚度。“芯部后退开始时间”是指从将树脂材料W注塑到型腔KV内的时刻起到上模具33开始移动的时刻为止的时间。
当适量的玻璃纤维等填料包含于树脂材料W时，可能会展现促进发泡的效果。
接着，以将蜿蜒管单元13配置于第一流路19的方式在两个板状的构件15之间夹持蜿蜒管单元13，并将两个板状的构件15相互组合。详细而言，通过熔敷，将平坦部17与平坦部17相互接合。由此，能得到热交换器100。作为熔敷方法，在成本、生产性等的观点上，可以优选采用振动熔敷。
需要说明的是，板状的构件15可以不必全部由树脂发泡体构成。板状的构件15可以包含发泡的部分和非发泡的部分。
(变形例1)
图8是变形例1的热交换器的剖视图。热交换器102具备流路形成体21及蜿蜒管单元13。流路形成体21具有板状的构件15(上构件15)及板状的构件25(下构件25)。上构件15是先前说明的板状的构件15。下构件25不具有与上构件15的槽部16相当的部分，仅由与上构件15的平坦部17相当的部分构成。利用下构件25将上构件15的槽部16密闭，由此形成第一流路19。如此，下构件25的结构与上构件15的结构不同。例如，可以采用具有与上构件15不同的形状(详细而言是深度)的槽部的下构件。而且，可以是从上构件15及下构件25中选出的仅一方由树脂发泡体构成。这种情况下，流路形成体21的仅一部分由树脂发泡体构成。
(第二实施方式)
专利文献3没有提及在树脂壳体中使用的树脂的种类。由于树脂壳体与水等液体接触，因此优选由相对于液体不易劣化的材料形成。然而，这样的材料大多造价高。若减少树脂壳体的厚度，则能够实现专利文献3记载的热交换器的进一步的轻量化及低成本化。另一方面，当减少树脂壳体的厚度时，存在热交换器的耐压强度及弯曲刚性下降的问题。
本发明者们研究了利用支承体对用于形成流路的构件(树脂壳体)进行加强的情况。支承体可以通过与用于形成流路的构件的树脂材料不同的树脂材料制作。由于支承体与水等液体不接触，因此支承体能够使用的树脂的种类较多。这有利于热交换器的低成本化。然而，由于热交换时的温度变化及线膨胀系数的差异的原因，可能会新产生以下的问题。即，当在用于形成流路的构件上直接接合支承体时，由于使用时的温度变化，而支承体可能从用于形成流路的构件剥离，而失去加强效果。
本实施方式提供一种进行第一流体与第二流体之间的热交换，且具备流路形成体、蜿蜒管单元、支承体及中间层的热交换器。流路形成体为了使第一流体流动而具有第一流路，至少一部分由第一树脂材料制作。蜿蜒管单元为了使第二流体流动而具有第二流路，并配置于流路形成体的第一流路。支承体为了对流路形成体进行加强而配置在流路形成体的周围，通过具有与第一树脂材料的线膨胀系数不同的线膨胀系数的第二树脂材料制作。中间层配置在流路形成体与支承体之间，缓和流路形成体与支承体之间的线膨胀系数的差异。
在本实施方式中，流路形成体由于由树脂材料制作，因此不易腐蚀，隔热性也优异。由于流路形成体由支承体加强，因此流路形成体的耐压性及耐冲击性也改善。而且，流路形成体的至少一部分由第一树脂材料制作，支承体由第二树脂材料制作。中间层缓和流路形成体(第一树脂材料)与支承体(第二树脂材料)之间的线膨胀系数的差异。因此，即便由于热交换器的使用而流路形成体的温度较大地变化，支承体也能够持续地对流路形成体进行加强。
以下，参照附图，详细地说明本实施方式。以下，对于在先前的实施方式或变形例与后述的实施方式或变形例中共用的结构要素，标注同一参照符号，有时省略其说明。
如图9及图10所示，本实施方式的热交换器200具备流路形成体71、支承体47、中间层49及蜿蜒管单元13。流路形成体71及支承体47分别在俯视下具有矩形的形状。因此，热交换器200也在俯视下具有矩形的形状。支承体47为了对流路形成体71进行加强而配置在流路形成体71的周围。流路形成体71由第一树脂材料制作。支承体47由第二树脂材料制作。第二树脂材料具有与第一树脂材料的线膨胀系数不同的线膨胀系数。为了缓和流路形成体71与支承体47之间的线膨胀系数的差异，而中间层49配置在流路形成体71与支承体47之间。详细而言，中间层49缓和基于流路形成体71与支承体47之间的线膨胀系数的差异而可能产生的应力。
在流路形成体71的内部为了使第一流体流动而形成第一流路19。在流路形成体71的外周部分设有第一流路19的入口71a及出口71b。蜿蜒管单元13为了使第二流体流动而具有第二流路20，并且配置在流路形成体71的内部，即，配置于第一流路19。蜿蜒管单元13的两端部分别经由连接器14向流路形成体71及支承体47之外延伸。当第一流体在第一流路19中流动且同时第二流体在第二流路20中流动时，在第一流体与第二流体之间进行热交换。第一流体的例子为水，第二流体的例子为冷却介质。
如图10及图11所示，流路形成体71由两个板状的构件75构成。板状的构件75由槽部76及平坦部77构成。槽部76是沿着板状的构件75的面方向而蜿蜒的部分，形成第一流路19。平坦部77是具有与板状的构件75的面方向平行的表面的部分。以通过利用位于下侧的板状的构件75(下构件75)将位于上侧的板状的构件75(上构件75)的槽部76覆盖来形成第一流路19的方式，将位于下侧的板状的构件75与位于上侧的板状的构件75组合。两个板状的构件75例如通过熔敷而相互接合。关于位于上侧的板状的构件75与位于下侧的板状的构件75之间的接合面，形成为上下对称的结构。即，位于下侧的板状的构件75具有与位于上侧的板状的构件75的槽部76及平坦部77相同形状的槽部76及平坦部77。若采用对开结构，则在复杂的形状的第一流路19能够容易地配置蜿蜒管单元13。“面方向”是指与能够收容热交换器200的最小的长方体的厚度方向垂直的方向。
位于上侧的板状的构件75在平坦部77处，通过熔敷，与位于下侧的板状的构件75接合。即，位于上侧的板状的构件75的平坦部77熔敷在位于下侧的板状的构件75的平坦部77上。根据这种结构，能够充分地确保两个板状的构件75之间的接合面积。
在与板状的构件75的面方向及第一流体的流动方向(第一流路19的长度方向)垂直的截面上，槽部76具有半圆形的轮廓。因此，第一流路19具有圆形的截面形状。圆形的截面形状在耐压强度的观点上优选。但是，槽部76的形状没有特别限定。槽部76可以具有椭圆形、蛋形、矩形等的其他形状的轮廓。
在本实施方式中，两个板状的构件75这双方由第一树脂材料制作。这种情况并非必须，也可以是一方的板状的构件75由第一树脂材料制作而另一方的板状的构件75由其他的树脂材料制作。但是，若考虑通过熔敷使两个板状的构件75相互接合的情况，则两者优选由相同的树脂材料制作。
如图12所示，槽部76具有上游部分76a、下游部分76b及U字部分76c。上游部分76a在板状的构件75的面方向上，呈直线状延伸。下游部分76b与上游部分76a平行且呈直线状延伸。U字部分76c在第一流体的流动方向上位于上游部分76a与下游部分76b之间。平坦部77位于上游部分76a与下游部分76b之间。通过平坦部77将上游部分76a一体化于下游部分76b。但是，只要能够形成第一流路19即可，槽部76的形状没有特别限定。
在本实施方式的热交换器200中使用的蜿蜒管单元13与在第一实施方式的热交换器100中使用的蜿蜒管单元13为相同的结构。
流路形成体71及支承体47分别与中间层49相接。支承体47经由中间层49而将流路形成体71覆盖。流路形成体71由支承体47加强。
如图10所示，支承体47具有配置在流路形成体71的上侧的上支承构件43和配置在流路形成体71的下侧的下支承构件43。在本实施方式中，上支承构件43与下支承构件43由共通的部件构成。在热交换器200的周缘部，上支承构件43例如通过熔敷而与下支承构件43接合。具体而言，各支承构件43在俯视下具有比流路形成体71的面积大的面积。各支承构件43在面方向上，具有从流路形成体71突出的外周部分。上支承构件43的外周部分与下支承构件43的外周部分接合。根据这种结构，能够更充分地得到对流路形成体71进行加强的效果。
中间层49分别设置在上构件75与上支承构件43之间、及下构件75与下支承构件43之间。在本实施方式中，中间层49覆盖流路形成体71的上表面的全部及流路形成体71的下表面的全部。而且，支承体47覆盖中间层49的全部。
在本实施方式中，流路形成体71由第一树脂材料制作，支承体47由第二树脂材料制作。第一树脂材料优选具有比第二树脂材料的线膨胀系数小的线膨胀系数。当将热交换器200使用于热泵供热水机时，流路形成体71的温度变化比支承体47的温度变化大。因此，在防止基于流路形成体71产生大应力而引起的热交换器200的破损的观点上，第一树脂材料优选具有相对小的线膨胀系数。第一树脂材料与第二树脂材料之间的线膨胀系数的差异的程度没有特别限定，例如为2×10-5/℃～7×10-5/℃。
第一树脂材料包含从例如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、多芳基化合物(PAR)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)及液晶聚合物(LCP)构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分。这些树脂(超级工程塑料)具有优异的耐热性及化学性的耐久性，即使与水接触也不易劣化，因此能够优选使用于第一树脂材料。其中，从能够容易获得、耐水性良好、尺寸稳定性特别优异而能够应对复杂的形状等理由出发，第一树脂材料可以优选使用PPS。“主要的树脂成分”是指树脂材料包含的树脂成分中的以质量比计包含最多的成分。
上述的树脂的线膨胀系数在室温25℃下，如下述那样(单位：×10-5/℃)。
PPS：2.6～6.9(受流动方向的影响为0.7)
PEEK：1.1～5.0
PTFE：4.5～7.0
PSF：1.4～5.5
PES：2.3～5.5
PAR：6.1～6.3
PAI：2.5～4.0
PEI：2.0～5.6
LCP：0.01～1.16
第二树脂材料包含从例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及聚氯乙烯(PVC)构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分。由于这些树脂比较廉价，因此将这些树脂使用于支承体47能有助于热交换器200的成本的削减。
上述的树脂的线膨胀系数在室温25℃下，如下述那样(单位：×10-5/℃)。
PP：11～12
PE：12～14
ABS：7～13
PVC：6～8
中间层49例如由弹性体构成。当中间层49由弹性体构成时，能够更充分地得到缓和流路形成体71与支承体47之间的线膨胀系数的差异的效果。而且，当中间层49由弹性体构成时，无论流路形成体71与中间层49之间的线膨胀系数的大小关系、及中间层49与支承体47之间的线膨胀系数的大小关系如何，均能得到基于中间层49的应力缓和效果。
作为弹性体，可列举多孔体、海绵、布等。即，可以将当施加载荷时伴随着体积的减少而变形，当去除载荷时能返回原来的形状的材料使用于中间层49。根据这种材料，能够更充分地得到缓和线膨胀系数的差异的效果。在中间层49由弹性体构成时，弹性体的材料没有特别限定。弹性体可以由任意的树脂制作。需要说明的是，弹性体可以具有橡胶弹性。
中间层49可以不必由弹性体构成。例如，中间层49可以由具有第一树脂材料的线膨胀系数与第二树脂材料的线膨胀系数之间的线膨胀系数的材料制作。根据该关系，能够充分地缓和第一树脂材料与第二树脂材料之间的线膨胀系数的差异，因此即使在实际的使用时，热交换器200的温度大幅变化，也能够维持流路形成体71与支承体47的组合状态。因此，能持续得到由支承体47产生的流路形成体71的加强效果。
中间层49可以由包含从例如聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、甲基丙烯酸酯聚合物(PMMA)、聚缩醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及改性聚苯醚(mPPE)构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分的树脂材料(第三树脂材料)制作。可以使用成形为片状的第三树脂材料作为中间层49。
上述的树脂的线膨胀系数在室温25℃下，如下述那样(单位：×10-5/℃)。
PA：2.5～10
PS：5～8
PC：7
PET：6～7
PMMA：5～9
POM：8～11
PBT：4.5～7
mPPE：3.3～7.7
另外，中间层49可以由粘结剂构成。可以将包含从例如聚乙烯醇系粘结剂、丙烯酸树脂系粘结剂、聚酰胺系粘结剂、酚醛树脂系粘结剂、环氧树脂系粘结剂、三聚氰胺树脂系粘结剂、尿素树脂系粘结剂、硅酮树脂系粘结剂、纤维素系粘结剂、苯乙烯-丁二烯系粘结剂及氯丁二烯系粘结剂构成的组中选择的至少一个的粘结剂使用于中间层49。特别优选能够弹性粘结的硅酮树脂系粘结剂。
在中间层49由粘结剂构成时，通过中间层49，将流路形成体71与支承体47相互粘结。其结果是，流路形成体71由支承体47可靠地加强，能改善热交换器200的耐压强度及弯曲刚性。
另一方面，在中间层49由不具有粘结性的树脂材料制作时，可以不将流路形成体71与支承体47相互粘结。而且，流路形成体71与支承体47可以局部粘结。此外，正如先前说明那样，在热交换器200的外周部分，可以将上支承构件43与下支承构件43相互熔敷。根据该结构，在支承体47的内部能够可靠地保持流路形成体71。
但是，上支承构件43可以不必直接接合于下支承构件43。如图13所示，热交换器200可以具备将流路形成体71、中间层49及支承体47相互固定的限制用具50。作为限制用具50，可以使用例如金属制或树脂制的捆扎带。在图13中，作为限制用具50的捆扎带卷缠于支承体47。若使用限制用具50，则在流路形成体71与支承体47未直接接合时、及/或、上支承构件43与下支承构件43未直接接合时，也能可靠地对流路形成体71进行加强。也可以取代限制用具50或与限制用具50一起，使用用于将上支承构件43与下支承构件43固定的螺钉、螺栓、夹紧器等紧固用具。
流路形成体71、支承体47及中间层49可以分别包含填料。即，第一树脂材料、第二树脂材料及第三树脂材料可以分别包含填料。通过填料的添加，能够改善成形品的特性例如强度、隔热性、耐热性、绝缘性、尺寸稳定性、耐紫外线性、难燃性。而且，通过填料的添加，也能改善成形时的树脂材料的核化、流动性等。而且，通过填料的添加，能够削减材料成本，或向成形品赋予导电性，或向成形品赋予颜色。各树脂材料中的填料的比例为例如20～50质量％。在第一实施方式中说明的填料在本实施方式中可以优选使用。
正如先前说明那样，第一树脂材料优选包含超级工程塑料作为主要的树脂材料。由于超级工程塑料多为造价比较高的情况，因此优选通过填料的使用而使第一树脂材料中的超级工程塑料的含有率下降。玻璃纤维等填料通常具有比树脂小的线膨胀系数。因此，当在第一树脂材料中含有较多的填料时，第一树脂材料与第二树脂材料之间的线膨胀系数的差异越发扩大。即，中间层49的作用越发重要。
热交换器200可以通过以下的方法制造。
首先，利用注塑成形法等公知的树脂成形方法分别制作板状的构件75及支承构件43。接着，以使蜿蜒管单元13配置于第一流路19的方式在两个板状的构件75之间夹持蜿蜒管单元13，并使两个板状的构件75相互组合。详细而言，通过热板熔敷、振动熔敷、超声波熔敷、激光熔敷等熔敷技术，将一方的板状的构件75的平坦部77与另一方的板状的构件75的平坦部77相互接合。接着，在流路形成体71之上配置中间层49。在中间层49为粘结剂的情况下，向流路形成体71涂敷粘结剂。在中间层49为弹性体的情况下，准备由弹性体构成的片状的构件，将该片状的构件作为中间层49而配置在流路形成体71的表面。最后，利用支承体47将流路形成体71及中间层49覆盖。由此，能得到热交换器200。
以下，说明几个变形例。
(变形例2)
图14是变形例2的热交换器的剖视图。热交换器202取代参照图10～12说明的流路形成体71，而具备第一实施方式中说明的流路形成体11。即，热交换器202能够通过向第一实施方式中说明的热交换器100追加支承体47及中间层49而得到。
正如第一实施方式中说明那样，流路形成体11由两个板状的构件15(上构件及下构件)构成。板状的构件15具有槽部16及平坦部17。流路形成体11及板状的构件15的结构、材料、制造方法等与参照图1～7在第一实施方式中详细说明的情况相同。根据本变形例，除了基于支承体47及中间层49的效果之外，还能得到第一实施方式中说明的效果。
(变形例3)
图15是变形例3的热交换器的剖视图。热交换器204具备流路形成体71、支承体57、中间层49及蜿蜒管单元13。在本变形例中，仅在流路形成体71的平坦部77之上设置中间层49。即，在上构件75的平坦部77及下构件75的平坦部77分别设有中间层49。支承体57隔着中间层49沿着厚度方向夹持上构件75的平坦部77和下构件75的平坦部77。如此，中间层49可以仅设置在流路形成体71的表面的一部分。在平坦部77设置中间层49，并在平坦部77处利用支承体57夹持中间层49及流路形成体71，由此能够对流路形成体71中的两个板状的构件75的接合进行强化。其结果是，能改善热交换器204的耐压强度及弯曲刚性。
支承体57由两个支承构件53构成。支承构件53在与流路形成体71的槽部76对应的部分具有凹部58。流路形成体71的槽部76面向凹部58。由此，在流路形成体71的槽部76的周围形成空间。该空间取代中间层49，起到消除流路形成体71与支承体57之间的线膨胀系数的差异的作用。
本变形例表现出即使支承体57仅覆盖流路形成体71的一部分，也能得到本发明的效果的情况。
(变形例4)
图16是变形例4的热交换器的剖视图。热交换器206具备流路形成体71、支承体47、中间层49及蜿蜒管单元13。在本变形例中，仅在流路形成体71的槽部76之上设置中间层49。即，在上构件75的槽部76及下构件75的槽部76分别设置中间层49。
(变形例5)
图17是变形例5的热交换器的剖视图。热交换器208具备流路形成体61、支承体67、中间层49及蜿蜒管单元13。流路形成体61具有板状的构件75(上构件75)及板状的构件65(下构件65)。下构件65不具有与上构件75的槽部76相当的部分，而仅由与上构件75的平坦部77相当的部分构成。通过下构件65将上构件75的槽部76密闭，由此形成第一流路19。如此，下构件65的结构可以与上构件75的结构不同。例如，可以采用具有与上构件75不同的形状(详细而言是深度)的槽部的下构件。
支承体67为了对流路形成体61进行加强而配置在流路形成体61的周围。具体而言，在与上构件75同侧配置支承体67。在上构件75与支承体67之间设置中间层49。
(第三实施方式)
如图18所示，本实施方式的热交换器300具备流路形成体85及蜿蜒管130(蜿蜒管单元)。流路形成体85具有壳体80、多个分隔构件81、填密件82及盖83。壳体80是具有底部80s及开口部80t的筒状的构件。在组装了热交换器300的状态下，蜿蜒管130配置在壳体80的内部。多个分隔构件81分别以形成沿着蜿蜒管130而蜿蜒的第一流路19的方式将壳体80的内部分隔。在壳体80设有第一流路19的入口80a及出口80b。以形成第一流路19的方式通过填密件82及盖83将壳体80的开口部80t密闭。壳体80及分隔构件81分别由树脂材料制作。详细而言，从壳体80及分隔构件81中选择的至少一个由树脂发泡体构成。由于壳体80及分隔构件81与第一流体接触，因此优选由PPS那样耐水性优异的树脂材料制作。根据本实施方式，由于能够削减熔敷面积，因此在强度及生产性的观点上有利。
根据以上说明的实施方式及变形例可知，流路形成体的结构没有特别限定。
以上说明的实施方式及变形例在不脱离发明的主旨的范围内可以相互组合。
接下来，说明热交换器100的用途。图19是可以采用热交换器100的热泵供热水机400的结构图。
热泵供热水机400具备热泵单元401及罐单元403。由热泵单元401制作的热水蓄积在罐单元403内。从罐单元403向供热水栓404供给热水。热泵单元401具备对冷却介质进行压缩的压缩器405、对冷却介质进行冷却的散热器407、使冷却介质膨胀的膨胀阀409、使冷却介质蒸发的蒸发器411及将这些设备依次连接的冷却介质管413。也可以取代膨胀阀409，而使用能够回收冷却介质的膨胀能量的容积式膨胀机。作为散热器407，可以使用热交换器100(102、200、202、204、206、208或300)。也可以将多个热交换器100并联连接而使用。
工业上的可利用性
本发明的热交换器可以优选使用于热泵供热水机。热交换器的用途并未限定为热泵供热水机，在温水制热机等其他的设备中也可以使用本发明的热交换器。而且，在供热水以外的用途例如冷水机中也可以使用本发明的热交换器。此外，应进行热交换的流体也并未限定为水及冷却介质，在油、盐水等其他液体彼此的热交换中也能够广泛地使用本发明的热交换器。此外，流体并未限定为液体，在气体与液体的热交换、气体与气体的热交换中也可以使用本发明的热交换器。
Claims (30)
1.一种热交换器，进行第一流体与第二流体之间的热交换，其中，
具备：
流路形成体，其为了使所述第一流体流动而具有蜿蜒的第一流路；
蜿蜒管单元，其为了使所述第二流体流动而具有第二流路，且配置于所述流路形成体的所述第一流路，
所述流路形成体的至少一部分由树脂发泡体构成，
所述流路形成体具有：板状的上构件，其具有沿着面方向而蜿蜒的槽部；板状的下构件，其与所述上构件组合，
通过将所述下构件覆盖所述上构件的所述槽部而形成所述第一流路，
所述槽部在从所述上构件与所述下构件之间的接合面分离最大距离的位置具有最大的厚度，
随着接近所述接合面而所述槽部的厚度减少。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述树脂发泡体由含有气泡的发泡层和形成在所述发泡层之上且具有比所述发泡层的密度高的密度的表皮层构成，
所述表皮层面向所述第一流路，以使所述第一流体与所述表皮层相接。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述树脂发泡体由树脂材料制作，该树脂材料包含从聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、多芳基化合物、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、液晶聚合物及聚丙烯构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述树脂发泡体包含玻璃纤维作为填料。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述上构件及所述下构件这双方由所述树脂发泡体构成。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述上构件还具有平坦部，该平坦部具有与所述面方向平行的表面，
在所述平坦部，通过熔敷，将所述上构件与所述下构件接合。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，
所述下构件具有与所述上构件的所述槽部及所述平坦部相同形状的槽部及平坦部，以关于所述上构件与所述下构件之间的接合面而形成上下对称的结构。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述蜿蜒管单元包含两个管，
所述两个管中的至少一个管具有螺旋形状，
具有螺旋形状的管卷缠在另一个管上。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述流路形成体的至少一部分由第一树脂材料制作，
所述热交换器还具备：支承体，其为了对所述流路形成体进行加强而配置在所述流路形成体的周围，由具有与所述第一树脂材料的线膨胀系数不同的线膨胀系数的第二树脂材料制作；中间层，其配置在所述流路形成体与所述支承体之间，缓和所述流路形成体与所述支承体之间的线膨胀系数的差异。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
从所述上构件及所述下构件中选择的至少一个由所述第一树脂材料制作。
11.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
所述中间层由弹性体构成。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其中，
所述弹性体为多孔体。
13.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
所述中间层由具有所述第一树脂材料的线膨胀系数与所述第二树脂材料的线膨胀系数之间的线膨胀系数的材料制作。
14.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
所述第一树脂材料具有比所述第二树脂材料的线膨胀系数小的线膨胀系数。
15.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
所述第一树脂材料包含从聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、多芳基化合物、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺及液晶聚合物构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分。
16.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
所述第二树脂材料包含从聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及聚氯乙烯构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分。
17.根据权利要求13所述的热交换器，其中，
所述中间层由树脂材料制作，该树脂材料包含从聚酰胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、甲基丙烯酸酯聚合物、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯及改性聚苯醚构成的组中选择的至少一个作为主要的树脂成分。
18.根据权利要求13所述的热交换器，其中，
所述中间层由粘结剂构成，该粘结剂包含从聚乙烯醇系粘结剂、丙烯酸树脂系粘结剂、聚酰胺系粘结剂、酚醛树脂系粘结剂、环氧树脂系粘结剂、三聚氰胺树脂系粘结剂、尿素树脂系粘结剂、硅酮树脂系粘结剂、纤维素系粘结剂、苯乙烯-丁二烯系粘结剂及氯丁二烯系粘结剂构成的组中选择的至少一个。
19.根据权利要求10所述的热交换器，其中，
所述上构件还具有平坦部，该平坦部具有与所述面方向平行的表面，
在所述平坦部，通过熔敷，将所述上构件与所述下构件接合。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其中，
所述下构件具有与所述上构件的所述槽部及所述平坦部相同形状的槽部及平坦部，以关于所述上构件与所述下构件之间的接合面而形成上下对称的结构。
21.根据权利要求20所述的热交换器，其中，
在所述上构件的所述平坦部及所述下构件的所述平坦部分别设置所述中间层，
所述支承体隔着所述中间层沿着厚度方向夹持所述上构件的所述平坦部和所述下构件的所述平坦部。
22.根据权利要求10所述的热交换器，其中，
所述支承体具有配置在所述流路形成体的上侧的上支承构件和配置在所述流路形成体的下侧的下支承构件，
在所述上构件与所述上支承构件之间、及所述下构件与所述下支承构件之间分别设置所述中间层。
23.根据权利要求22所述的热交换器，其中，
所述中间层覆盖所述流路形成体的上表面的整体及所述流路形成体的下表面的整体。
24.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
还具备将所述流路形成体、所述中间层及所述支承体相互固定的限制用具或紧固用具。
25.根据权利要求10所述的热交换器，其中，
从所述上构件及所述下构件中选择的至少一个由树脂发泡体构成。
26.根据权利要求9所述的热交换器，其中，
所述蜿蜒管单元包含两个管，
所述两个管中的至少一个管具有螺旋形状，
具有螺旋形状的管卷缠在另一个管上。
27.根据权利要求12所述的热交换器，其中，
所述多孔体为海绵或布。
28.一种热交换器的制造方法，所述热交换器具有：流路形成体，其为了使第一流体流动而具有蜿蜒的第一流路；蜿蜒管单元，其为了使第二流体流动而具有第二流路，且配置于所述流路形成体的所述第一流路，所述热交换器的制造方法包括：
制作所述流路形成体的工序；
以将所述蜿蜒管单元配置于所述第一流路的方式使所述流路形成体与所述蜿蜒管单元组合的工序，
制作所述流路形成体的工序包括：(i)向树脂材料混合发泡剂的工序；(ii)使所述树脂材料发泡并成形所述树脂材料的工序，
所述流路形成体具有：板状的上构件，其具有沿着面方向而蜿蜒的槽部；板状的下构件，其以通过覆盖所述槽部而形成所述第一流路的方式与所述上构件组合，
制作所述流路形成体的工序包括：制作所述上构件的工序；制作所述下构件的工序，
使所述流路形成体与所述蜿蜒管单元组合的工序包括在所述上构件与所述下构件之间夹持所述蜿蜒管单元并使所述上构件及所述下构件组合的工序，
从制作所述上构件的工序及制作所述下构件的工序中选择的至少一个包括所述工序(i)及所述工序(ii)，
在所述流路形成体中，所述槽部在从所述上构件与所述下构件之间的接合面分离最大距离的位置具有最大的厚度，
随着接近所述接合面而所述槽部的厚度减少。
29.根据权利要求28所述的热交换器的制造方法，其中，
成形所述树脂材料的工序包括：将所述树脂材料向模具的型腔注塑的工序；在向所述型腔注塑了所述树脂材料之后将所述型腔的容积扩大的工序。
30.根据权利要求28所述的热交换器的制造方法，其中，
所述发泡剂为超临界状态的流体。
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