JP2001201287A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう付け時の熱応力によるヘッダタンクの変
形を抑制する。 【解決手段】 少なくとも、ろう付け前においては、段
付き部２２７ｂの壁部２２７ａとパイプ材ｐの長手方向
端面ｐ１との間に隙間δを設ける。これにより、ろう付
け工程時にパイプ材ｐが熱膨張しても隙間δにて熱膨張
分を吸収できるので、パイプ材ｐの熱膨張に伴う熱応力
を緩和でき、両ヘッダタンク２２５、２２６の変形を抑
制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数本のチュー
ブ、及びチューブの長手方向端部に配設されたヘッダタ
ンクからなる熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば実開昭６３−１７３６８９号公報
に記載の発明では、接続継ぎ手を介して、複数本のパイ
プ材をその長手方向に接続することにより１本のヘッダ
タンクを構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等
は、上記公報に記載のヘッダタンクと同様な構造を有す
るヘッダタンクを試作検討すべく、パイプ材と接続継ぎ
手をろう付けにて接合したところ、ヘッダタンクが変形
してしまうという不具合が発生した。

【０００４】この不具合は、ろう付け時においては、パ
イプ材及び接続継ぎ手を仮固定した状態で、その仮固定
されたものをろう材の融点以上の温度で所定時間加熱す
るので、パイプ材の熱膨張に伴う熱応力によりヘッダタ
ンクが変形してしまうためである。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、ろう付け時の熱
応力によるヘッダタンクの変形を抑制することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、流体が流通
する複数本のチューブ（２２１、２２２）と、チューブ
（２２１、２２２）の長手方向端部に配設され、複数本
のチューブ（２２１、２２２）と連通するヘッダタンク
（２２５、２２６）とを有し、ヘッダタンク（２２５、
２２６）は、接続継ぎ手（２２７）を介して複数本のパ
イプ材（ｐ）を、パイプ材（ｐ）の長手方向に直列に接
続した状態でろう付けすることにより構成され、接続継
ぎ手（２２７）には、パイプ材（ｐ）の長手方向端面
（ｐ１）と面する壁部（２２７ａ）が形成された段付き
部（２２７ｂ）が設けられており、さらに、段付き部
（２２７ｂ）の壁部（２２７ａ）とパイプ材（ｐ）の長
手方向端面（ｐ１）との間には、所定の隙間（δ）が形
成されていることを特徴とする。

【０００７】これにより、ろう付け工程時にパイプ材
（ｐ）が熱膨張しても隙間（δ）にて熱膨張分を吸収で
きるので、パイプ材（ｐ）の熱膨張に伴う熱応力を緩和
でき、ヘッダタンク（２２５、２２６）の変形を抑制す
ることができる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、流体が流通す
る第１チューブ（２２１）と、第１チューブ（２２１）
の長手方向端部に配設され、複数本の第１チューブ（２
２１）と連通する第１ヘッダタンク（２２５）と、流体
が流通するとともに、第１チューブ（２２１）と異なる
材質にて形成された複数本の第２チューブ（２２２）
と、第２チューブ（２２２）の長手方向端部に配設さ
れ、複数本の第２チューブ（２２２）と連通する第２ヘ
ッダタンク（２２６）とを有し、両チューブ（２２１、
２２２）は、その長手方向を一致させた状態で接合さ
れ、両ヘッダタンク（２２５、２２６）は、接続継ぎ手
（２２７）を介して複数本のパイプ材（ｐ）を、パイプ
材（ｐ）の長手方向に直列に接続した状態でろう付けす
ることにより構成され、接続継ぎ手（２２７）には、パ
イプ材（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）と面する壁部（２
２７ａ）が形成された段付き部（２２７ｂ）が設けられ
ており、さらに、段付き部（２２７ｂ）の壁部（２２７
ａ）とパイプ材（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）との間に
は、所定の隙間（δ）が形成されていることを特徴とす
る。

【０００９】これにより、ろう付け工程時にパイプ材
（ｐ）が熱膨張しても隙間（δ）にて熱膨張分を吸収で
きるので、パイプ材（ｐ）の熱膨張に伴う熱応力を緩和
でき、両ヘッダタンク（２２５、２２６）の変形を抑制
することができる。

【００１０】請求項４に記載の発明では、流体が流通す
る複数本のチューブ（２２１、２２２）と、チューブ
（２２１、２２２）の長手方向端部に配設され、複数本
のチューブ（２２１、２２２）と連通するヘッダタンク
（２２５、２２６）とを有し、接続継ぎ手（２２７）を
介して複数本のパイプ材（ｐ）を、パイプ材（ｐ）の長
手方向に直列に接続した状態でろう付けすることにより
ヘッダタンク（２２５、２２６）を構成した熱交換器の
製造方法であって、接続継ぎ手（２２７）にパイプ材
（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）と面する壁部（２２７
ａ）が形成された段付き部（２２７ｂ）を設け、さら
に、段付き部（２２７ｂ）の壁部（２２７ａ）とパイプ
材（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）との間に所定の隙間
（δ）を設けた状態でろう付けすることを特徴とする。

【００１１】これにより、ろう付け工程時にパイプ材
（ｐ）が熱膨張しても隙間（δ）にて熱膨張分を吸収で
きるので、パイプ材（ｐ）の熱膨張に伴う熱応力を緩和
でき、ヘッダタンク（２２５、２２６）の変形を抑制す
ることができる。

【００１２】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る熱交換器を家庭用給湯器に適用したもので
あって、図１は給湯器１００の外観図であり、図２は給
湯器１００の模式図である。図２中、２００（２点鎖線
で囲まれたもの）は、給湯水を加熱し高温（本実施形態
では約８５℃）の温水を生成する超臨界ヒートポンプサ
イクル（以下、ヒートポンプと略す。）である。

【００１４】なお、超臨界ヒートポンプサイクルとは、
高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポ
ンプサイクルを言い、例えば二酸化炭素、エチレン、エ
タン、酸化窒素等を冷媒とするヒートポンプサイクルで
ある。

【００１５】また、３００はヒートポンプ２００にて加
熱された温水を保温貯蔵する複数個の保温タンクであ
り、各保温タンク３００は、温水（給湯水）流れに対し
て並列となるように配設されている。

【００１６】図２中、２１０は冷媒（本実施形態では二
酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機２
１０は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（図示せず）及び
圧縮機構を駆動する電動モータ（図示せず）が一体とな
った電動圧縮機である。

【００１７】２２０は本実施形態に係る熱交換器を適用
したもので、圧縮機２１０から吐出する冷媒と給湯水と
を熱交換する水熱交換器（放熱器）である。この水熱交
換器２２０は、図３に示すように、給湯水（水）が流通
する複数本の第１チューブ２２１及び冷媒が流通する複
数本の第２チューブ２２２と接触させて冷媒流れと給湯
水流れとが対向するように構成された対向流型の熱交換
器である。

【００１８】なお、２２３は複数本の第１チューブ２２
１に給湯水を分配供給する第１ヘッダタンクであり、２
２４は複数本の第１チューブ２２１から流出した給湯水
を集合回収する第２ヘッダタンクであり、２２５は複数
本の第２チューブ２２２に冷媒を分配供給する第３ヘッ
ダタンクであり、２２６は複数本の第２チューブ２２２
から流出した冷媒を集合回収する第４ヘッダタンクであ
る。

【００１９】そして、第１チューブ２２１はステンレス
製であり、第２チューブ２２２はアルミニウム製であ
り、両チューブ２２１、２２２は、図４に示すように、
扁平状に形成されている。なお、第２チューブ２２２は
押し出し加工又は引き抜き加工にて形成されたもので、
第１チューブ２２１は、波状のインナーフィン２２１ａ
をステンレス製の板材２２１ｂ、２２１ｃにて挟み込み
ようにしてインナーフィン２２１ａ及び板材２２１ｂ、
２２１ｃをろう付けしたものである。

【００２０】因みに、両チューブ２２１、２２２は、図
３に示すように、共に長手方向略中央部２２１ａ、２２
２ａにて略９０°屈曲しているとともに、その長手方向
が互いに一致するようにろう付け接合されている。

【００２１】また、両ヘッダタンク２２５、２２６は、
図５に示すように、接続継ぎ手２２７を介して複数本の
円筒状パイプ材ｐを、その長手方向に直列に接続した状
態でろう付けすることにより構成されたものである。そ
して、接続継ぎ手２２７には、図６に示すように、パイ
プ材ｐの長手方向端面ｐ１と面する壁部２２７ａが形成
された段付き部２２７ｂが設けられているとともに、少
なくとも、ろう付け前においては、段付き部２２７ｂの
壁部２２７ａとパイプ材ｐの長手方向端面ｐ１との間に
は、所定の隙間δが設けられている。

【００２２】なお、第１ヘッダタンク２２５用の接続継
ぎ手２２７はステンレス製であり、第２ヘッダタンク２
２６用の接続継ぎ手２２７はアルミニウム製である。ま
た、図６（ａ）に示す接続継ぎ手２２７は、接続継ぎ手
２２７に接続するパイプ材ｐ間を連通させる連通穴２２
７ｃを設けたものであり、図６（ｂ）に示す接続継ぎ手
２２７は、接続継ぎ手２２７に接続するパイプ材ｐ間を
仕切るセパレータ２２７ｄを設けたものである。

【００２３】ところで、図２中、２３０は水熱交換器２
２０から流出する冷媒を減圧する電気式膨張弁（減圧
器）であり、２４０は、電気式膨張弁２３０（以下、膨
張弁２３０と略す。）から流出する冷媒を蒸発させて大
気中の熱を冷媒に吸収させるとともに、後述するアキュ
ムレータ２５０（圧縮機２１０の吸入側）に向けて冷媒
を流出する蒸発器である。

【００２４】２５０は、蒸発器２４０から流出する冷媒
を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機２
１０の吸入側に流出するとともに、ヒートポンプ２００
中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータである。

【００２５】２６０は蒸発器２４０に空気（外気）を送
風するとともにその送風量を調節することができる送風
機（送風量調節手段）であり、この送風機２６０、圧縮
機２１０及び膨張弁２３０は、後述する各センサの検出
信号に基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）２７０により制
御されている。

【００２６】そして、２７１は水熱交換器２２０から流
出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ（冷媒温度
検出手段）であり、２７２は水熱交換器に流入する給湯
水の温度を検出する第１温水温度センサ（第１温水温度
検出手段）である。

【００２７】２７３は水熱交換器２２０から流出する冷
媒の圧力（高圧側の冷媒圧力）を検出する冷媒圧力セン
サ（冷媒圧力検出手段）であり、２７４は水熱交換器２
２０から流出する給湯水の温度を検出する第２温水温度
センサ（第２温水温度検出手段）である。そして、各セ
ンサ２７１〜２７４の検出信号は、ＥＣＵ２７０に入力
されている。

【００２８】ここで、高圧側の冷媒圧力とは、圧縮機２
１０の吐出側から膨張弁２３０の流入側に至る冷媒通路
に存在する冷媒の圧力を言い、その圧力は、圧縮機２１
０の吐出圧（水熱交換器２２０の内圧）に略等しい。一
方、低圧側の冷媒圧力とは、膨張弁２３０の流出側から
圧縮機２１０の吸入側に至る冷媒通路に存在する冷媒の
圧力を言い、その圧力は、圧縮機２１０の吸入圧（蒸発
器２４０の内圧）に略等しい。

【００２９】また、４００は、水熱交換器２２０に給湯
水を供給する（循環させる）と共に、その給湯水量を調
節する電動ウォータポンプ（以下、ポンプと略す。）で
あり、４１０は水道管（図示せず）から給水される水道
水が水熱交換器２２０に流入することを防止する閉止弁
である。そして、ポンプ４００及び閉止弁４１０もＥＣ
Ｕ２７０により制御されている。

【００３０】次に、本実施形態に係る水熱交換器２００
の製造方法の概略について述べる。

【００３１】第１チューブ２２１、第２チューブ２２
２、第１ヘッダタンク２２５及び第２ヘッダタンク２２
６（パイプｐ及び接続継ぎ手２２７）等の部品を順次、
仮組み付けした後、ワイヤー等の仮固定治具によりこれ
ら部品を仮固定する（仮組工程）。

【００３２】次に、仮組工程で組み立てられたものを炉
内で所定時間加熱して、これらをろう付けにて一体接合
する（ろう付け工程）。なお、本実施形態では、ろう材
としてＡ４３４３を採用しており、ろう材は、被覆（ク
ラッド）、塗布又は溶射等の手段によりパイプ材ｐの外
壁に付着されている。

【００３３】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００３４】本実施形態によれば、少なくとも、ろう付
け前においては、段付き部２２７ｂの壁部２２７ａとパ
イプ材ｐの長手方向端面ｐ１との間には、所定の隙間δ
が設けられているので、ろう付け工程時にパイプ材ｐが
熱膨張しても隙間δにて熱膨張分を吸収できる。したが
って、パイプ材ｐの熱膨張に伴う熱応力を緩和できるの
で、両ヘッダタンク２２５、２２６の変形を抑制するこ
とができる。

【００３５】なお、隙間δの寸法は、前述の説明からも
明らかなように、パイプ材ｐの熱膨張を吸収することが
できる程度の大きさを有する寸法であればよいので、ろ
う付け完了後においては、隙間δの寸法が略０であって
もよい。また、当然ながら、隙間δの寸法を十分大きく
して、ろう付け完了後においても隙間δが存在するよう
にしてもよい。

【００３６】（第２実施形態）第１実施形態に係る接続
継ぎ手２２７では、接続継ぎ手２２７を挟んで両パイプ
材ｐは、接続継ぎ手２２７の内部に挿入されるように構
成されていたが（図６参照）、本実施形態は、図７に示
すように、接続継ぎ手２２７を挟んでいずれか一方のパ
イプ材ｐのみが接続継ぎ手２２７の内部に挿入されるよ
うに構成したものである。

【００３７】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、接続継ぎ手２２７を挟んでいずれか一方のパイプ材
ｐ側のみに隙間δが設けられていたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、両側に設けてもよい。

【００３８】また、上述の実施形態では、冷媒と給湯水
とを熱交換する水熱交換器に適用したが、本発明に係る
熱交換器はこれに限定されるものではなく、水と空気と
を熱交換するラジエータや冷媒と空気とを熱交換する放
熱器やガスクーラ等のその他の熱交換器にも適用するこ
とができる。

【００３９】また、上述の実施形態では、パイプ材ｐは
円筒状であったが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、角筒状等のその他の形状であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯器の外観図で
ある。

【図２】本発明の第１実施形態に係る給湯器の模式図で
ある。

【図３】本発明の第１実施形態に係る水熱交換器の側面
図である。

【図４】本発明の第１実施形態に係る水熱交換器におけ
るチューブの断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態に係る水熱交換器の正面
図である。

【図６】本発明の第１実施形態に係る水熱交換器におけ
るヘッダタンクの断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係る水熱交換器におけ
るヘッダタンクの断面図である。

【符号の説明】

２２５、２２６…ヘッダタンク、２２７…接続継ぎ手、
ｐ…パイプ材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 憲 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 河地 典秀 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 沖ノ谷 剛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 小早川 智明 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 草刈 和俊 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 斉川 路之 神奈川県横須賀市長坂２−６−１ 財団法 人電力中央研究所横須賀研究所内 Ｆターム(参考） 3L065 FA21

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流通する複数本のチューブ（２２
   １、２２２）と、 前記チューブ（２２１、２２２）の長手方向端部に配設
   され、前記複数本のチューブ（２２１、２２２）と連通
   するヘッダタンク（２２５、２２６）とを有し、 前記ヘッダタンク（２２５、２２６）は、接続継ぎ手
   （２２７）を介して複数本のパイプ材（ｐ）を、前記パ
   イプ材（ｐ）の長手方向に直列に接続した状態でろう付
   けすることにより構成され、 前記接続継ぎ手（２２７）には、前記パイプ材（ｐ）の
   長手方向端面（ｐ１）と面する壁部（２２７ａ）が形成
   された段付き部（２２７ｂ）が設けられており、 さらに、前記段付き部（２２７ｂ）の前記壁部（２２７
   ａ）と前記パイプ材（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）との
   間には、所定の隙間（δ）が形成されていることを特徴
   とする熱交換器。
2. 【請求項２】 流体が流通する第１チューブ（２２１）
   と、 前記第１チューブ（２２１）の長手方向端部に配設さ
   れ、前記複数本の第１チューブ（２２１）と連通する第
   １ヘッダタンク（２２５）と、 流体が流通するとともに、前記第１チューブ（２２１）
   と異なる材質にて形成された複数本の第２チューブ（２
   ２２）と、 前記第２チューブ（２２２）の長手方向端部に配設さ
   れ、前記複数本の第２チューブ（２２２）と連通する第
   ２ヘッダタンク（２２６）とを有し、 前記両チューブ（２２１、２２２）は、その長手方向を
   一致させた状態で接合され、 前記両ヘッダタンク（２２５、２２６）は、接続継ぎ手
   （２２７）を介して複数本のパイプ材（ｐ）を、前記パ
   イプ材（ｐ）の長手方向に直列に接続した状態でろう付
   けすることにより構成され、 前記接続継ぎ手（２２７）には、前記パイプ材（ｐ）の
   長手方向端面（ｐ１）と面する壁部（２２７ａ）が形成
   された段付き部（２２７ｂ）が設けられており、 さらに、前記段付き部（２２７ｂ）の前記壁部（２２７
   ａ）と前記パイプ材（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）との
   間には、所定の隙間（δ）が形成されていることを特徴
   とする熱交換器。
3. 【請求項３】 前記接続継ぎ手（２２７）を挟んで両側
   に所定の隙間（δ）が設けられていることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 流体が流通する複数本のチューブ（２２
   １、２２２）と、 前記チューブ（２２１、２２２）の長手方向端部に配設
   され、前記複数本のチューブ（２２１、２２２）と連通
   するヘッダタンク（２２５、２２６）とを有し、 接続継ぎ手（２２７）を介して複数本のパイプ材（ｐ）
   を、前記パイプ材（ｐ）の長手方向に直列に接続した状
   態でろう付けすることにより前記ヘッダタンク（２２
   ５、２２６）を構成した熱交換器の製造方法であって、 前記接続継ぎ手（２２７）に前記パイプ材（ｐ）の長手
   方向端面（ｐ１）と面する壁部（２２７ａ）が形成され
   た段付き部（２２７ｂ）を設け、 さらに、前記段付き部（２２７ｂ）の前記壁部（２２７
   ａ）と前記パイプ材（ｐ）の長手方向端面（ｐ１）との
   間に所定の隙間（δ）を設けた状態でろう付けすること
   を特徴とする熱交換器の製造方法。