JP2002005516A - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
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- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
熱交換器において、付着(析出)したカルシウムにより
水チューブが詰まってしまうことを防止しつつ、熱交換
効率を向上させる。 【解決手段】 冷媒チューブ221と水チューブ223
(水チューブ本体223a)とを直交配設するととも
に、水チューブ223内にインナーフィン223fを配
設する。これにより、給湯水と水チューブ223との間
における伝熱面積が増大するとともに、水チューブ22
3内を流通する給湯水がインナーフィン223fにより
乱されて乱流状態となり、水と水チューブ223との熱
伝達率が大きくなる。このため、水チューブ223の通
路断面積を大きく設定しても、熱交換効率が大きく低下
することがないので、付着(析出)するカルシウム量を
見込んで水チューブ223の通路断面積を大きく設定す
ることができる。
Description
媒とを熱交換する熱交換器であって、高圧側の圧力が冷
媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルにて給湯
水を加熱する超臨界ヒートポンプ式給湯器(以下、給湯
器と略す。)に適用して有効である。
用の水が流通する水チューブと冷媒が流通する冷媒チュ
ーブとを有して、水と冷媒とを熱交換して水を加熱する
ものである。
に、水道水)には、カルシウム(Ca)が含まれている
ため、加熱されて水の温度が上昇すると、カルシウムの
溶解度が低下して水に溶けていたカルシウムが析出す
る。そして、析出したカルシウムが水チューブの内壁に
付着すると、水チューブが詰まってしまい、熱交換器が
機能しなくなる。
ム量を見込んで水チューブの通路断面積を大きく設定す
ると、水チューブ内を流通する水の流速が小さくなり、
水の流通状態が層流状態となるので、水と水チューブと
の熱伝達率が小さくなり、熱交換効率が低下する。
交換する熱交換器において、付着(析出)したカルシウ
ムにより水チューブが詰まってしまうことを防止しつ
つ、熱交換効率を向上させることを目的とする。
成するために、請求項1に記載の発明では、ヒートポン
プサイクルにて給湯用の給湯水を加熱する超臨界ヒート
ポンプ式給湯器にて適用され、給湯水と冷媒とを熱交換
する熱交換器であって、冷媒が流通する冷媒チューブ
(221)と、給湯水を冷媒の流れに対して交差するよ
うに蛇行させて流通させる水チューブ(223)と、水
チューブ(223)内に配設されたインナーフィン(2
23f)とを有する熱交換器。
3)との間における伝熱面積が増大するとともに、水チ
ューブ(223)内を流通する給湯水がインナーフィン
(223f)により乱されて乱流状態となり、水と水チ
ューブ(223)との熱伝達率が大きくなる。
面積を大きく設定しても、熱交換効率が大きく低下する
ことがないので、付着(析出)するカルシウム量を見込
んで水チューブ(223)の通路断面積を大きく設定す
ることができる。したがって、付着(析出)したカルシ
ウムにより水チューブ(223)が詰まってしまうこと
を防止しつつ、熱交換効率を向上させることができる。
ル内を循環する冷媒のうち高圧側の冷媒が流通する冷媒
チューブ(221)と、冷媒チューブ(221)内を流
通する冷媒と熱交換する水が流通するとともに、内部に
インナーフィン(223f)を有する水チューブ(22
3)とを備え、冷媒の流れと水の流れとが直交対向流れ
となるように両チューブ(221、223)が配設され
ていることを特徴とする。
の間における伝熱面積が増大するとともに、水チューブ
(223)内を流通する水がインナーフィン(223
f)により乱されて乱流状態となり、水と水チューブ
(223)との熱伝達率が大きくなる。
面積を大きく設定しても、熱交換効率が大きく低下する
ことがないので、付着(析出)するカルシウム量を見込
んで水チューブ(223)の通路断面積を大きく設定す
ることができる。したがって、付着(析出)したカルシ
ウムにより水チューブ(223)が詰まってしまうこと
を防止しつつ、熱交換効率を向上させることができる。
が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルにて
給湯用の給湯水を加熱する超臨界ヒートポンプ式給湯器
にて適用され、給湯水と冷媒とを熱交換する熱交換器で
あって、冷媒が流通する冷媒チューブ(221)と、給
湯水が流通するとともに、内部にインナーフィン(22
3f)が配設された水チューブ(223)とを備え、水
チューブ(223)は、冷媒チューブ(221)の長手
方向全域に渡って、長手方向が冷媒チューブ(221)
の長手方向に対して直交するように配設された複数本の
水チューブ本体(223a)、及び水チューブ本体(2
23a)の長手方向端部にて隣り合う水チューブ本体
(223a)を接続して給湯水の流通方向を180°転
向させる水チューブヘッダ(223b)を有して構成さ
れていることを特徴とする。
3)との間における伝熱面積が増大するとともに、水チ
ューブ(223)内を流通する給湯水がインナーフィン
(223f)により乱されて乱流状態となり、水と水チ
ューブ(223)との熱伝達率が大きくなる。
面積を大きく設定しても、熱交換効率が大きく低下する
ことがないので、付着(析出)するカルシウム量を見込
んで水チューブ(223)の通路断面積を大きく設定す
ることができる。したがって、付着(析出)したカルシ
ウムにより水チューブ(223)が詰まってしまうこと
を防止しつつ、熱交換効率を向上させることができる。
求項4に記載の発明のごとく、板状のセグメントを千鳥
状にオフセット配置したオフセット型のフィンとするこ
とが望ましい。
とく、二酸化炭素とすることが望ましい。
水チューブ(223)は銅又ステンレス製であり、冷媒
チューブ(221)はアルミニウム製とすることが望ま
しい。
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。
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式給湯器(以下、ヒ
ートポンプと略す。)である。
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。
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。
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。
り、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。なお、詳細は後述す
る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
221は冷媒が流通する断面形状が扁平に形成された冷
媒チューブであり、この冷媒チューブ221はアルミニ
ウム材を押し出し加工又は引く抜き加工にて成形したも
のである。この冷媒チューブ221は、図4に示すよう
に、1本の冷媒チューブ221内に複数本の冷媒通路2
21aを有する多穴構造とすることで耐圧強度を高めた
ものである。
21の長手方向両端側に配設されて複数本の冷媒通路2
21aに連通する冷媒チューブヘッダであり、長手方向
一端側(紙面下側)の冷媒チューブヘッダ222は各冷
媒通路221aに冷媒を分配供給するもので、長手方向
他端側(紙面上側)の冷媒チューブヘッダ222は給湯
水と熱交換を終えた冷媒を集合回収するものである。
ブであり、この水チューブ223は、冷媒チューブ22
1の長手方向全域に渡って、長手方向が冷媒チューブ2
21の長手方向(冷媒の流通方向)に対して直交するよ
うに配設された複数本(本実施形態では、12本)の水
チューブ本体223a、及び水チューブ本体223aの
長手方向端部にて隣り合う水チューブ本体223aを接
続して給湯水の流通方向を180°転向させる水チュー
ブヘッダ223b等から構成されたものである。
給湯水は、冷媒の流れに対して直交(交差)するように
蛇行しながら冷媒チューブ221の長手他端側(本実施
形態では、紙面上側)から一端側(本実施形態では、紙
面下側)に向けて流通するので、冷媒流れと給湯水流れ
とは直交対向流れとなる。
本体223a)は、図5に示すように、断面形状がバス
タブ状(弓なり)となるようにプレス成形された第1、
2プレート223c、223dをろう付け接合したもの
で、内部(水通路223e内)にオフセット型のインナ
ーフィン223fが配設されている。なお、第1、2プ
レート223c、223d及びインナーフィン223f
は、銅又はステンレス等の耐食性に優れた金属製であ
る。
ントリ型フィン)とは、熱交換器設計ハンドブック(工
学図書株式会社発行)や第19回・日本伝熱シンポジウ
ム講演論文集等に記載されているように、板状のセグメ
ント223gを千鳥状にオフセット配置したものであ
る。
の製造方法の概略について述べる。
成形された第1、2プレート223c、223dのうち
両プレート223c、223dの接触面、及びインナー
フィン223fのうち両プレート223c、223dと
の接触面にフラックス及びろう材(本実施形態では、リ
ンと銅との合金)を塗布し(ろう材塗布工程)、両プレ
ート223c、223d及びインナーフィン223fを
図5に示すように組み立てて、ワイヤー等の治具により
組み立てた状態を保持し(第1仮組工程)、その後、炉
内で加熱して両プレート223c、223d及びインナ
ーフィン223fろう付け接合する(第1ろう付け工
程)。
ーブ223と冷媒チューブ221との間にろう材(本実
施形態では、冷媒チューブ221より融点の低いアルミ
ニウム材)の薄膜を配置した状態で、ワイヤー等の治具
にて両チューブ221、223を図5に示すように固定
する(第2仮組工程)。その後、第2仮組工程を終了し
たものを炉内で加熱して両チューブ221、223をろ
う付け接合する(第2ろう付け工程)。
を2工程に分けたのは、水チューブ223の融点と冷媒
チューブ221の融点が大きく相違するからである。
にインナーフィン223fを配設しているので、給湯水
と水チューブ223との間における伝熱面積が増大する
とともに、水チューブ223内を流通する給湯水がイン
ナーフィン223fにより乱されて乱流状態となり、水
と水チューブ223との熱伝達率が大きくなる。
を大きく設定しても、熱交換効率が大きく低下すること
がないので、付着(析出)するカルシウム量を見込んで
水チューブ223の通路断面積を大きく設定することが
できる。したがって、付着(析出)したカルシウムによ
り水チューブ223が詰まってしまうことを防止しつ
つ、熱交換効率を向上させることができる。
る列数(本実施形態では、水チューブ本体223aの本
数)が多く(概ね、6本以上と)なると、熱交換効率は
対向流型の熱交換器と同等となる(コンパクト熱交換器
(日刊工業新聞社)等参照)。したがって、本実施形態
に係る水熱交換器220は対向流型の熱交換器と同等の
熱交換能力を得ることができる。
な直線状のもとし、給湯水を冷媒流れに対して蛇行させ
ることなく冷媒流れと反対向きに流通させた(対向流流
れとした)場合には、水チューブ223と冷媒チューブ
221との伝熱面積(接触面積)を確保すべく、水チュ
ーブ223の長径寸法(幅寸法)と冷媒チューブ221
の長径寸法(幅寸法)とを等しくせざるを得ない。
は、チューブのうち長手方向と直交する方向と平行な部
位の寸法を言うものである。
媒チューブ221の長径寸法と等しくすると、水チュー
ブ223(水通路223e)の幅が大きくなるので、水
チューブ223(水通路223e)の長径方向全域に渡
って給湯水を均一に流通させることが難しい。このた
め、水チューブ223のうち流量が小さい部位では、熱
交換能力が低下するので、水熱交換器220の熱交換能
力が低下してしまう。
すように、冷媒チューブ221の長手方向全域に渡っ
て、水チューブ本体223を冷媒チューブ221に対し
て直交するように配設して直交対向型の熱交換器を構成
しているので、水チューブ223と冷媒チューブ221
との伝熱面積(接触面積)を確保しつつ、水チューブ2
3の長径寸法(幅寸法)を小さくすることができるの
で、水チューブ223(水通路223e)の長径方向全
域に渡って給湯水を均一に流通させることが可能とな
り、水熱交換器220の熱交換能力を向上させることが
できる。
は、水チューブ223は複数の部品を接合して構成した
が、サーペインタイン型熱交換器のチューブのごとく、
1本のチューブを蛇行させて水チューブを構成してもよ
い。
ン223fとして、オフセット型のフィンを用いたが本
発明はこれに限定されるものではなく、波状のコルゲー
トフィン等のその他形式のフィンであってもよい。
ポンプ式給湯器に本発明に係る熱交換器を適用したが、
本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、臨
界圧力未満で稼働するヒートポンプ式給湯器等のその他
のヒートポンプにも適用することができる。
料用、暖房用、加熱用等のその用途は限定されるもので
はない。
る。
る。
正面図であり、(b)は(a)の側面図である。
る冷媒チューブの断面図である。
る冷媒チューブ及び水チューブの断面図である。
…インナーフィン。
Claims (6)
- 【請求項1】 ヒートポンプサイクルにて給湯用の給湯
水を加熱する超臨界ヒートポンプ式給湯器にて適用さ
れ、前記給湯水と冷媒とを熱交換する熱交換器であっ
て、 前記冷媒が流通する冷媒チューブ(221)と、 前記給湯水を前記冷媒の流れに対して交差するように蛇
行させて流通させる水チューブ(223)と、 前記水チューブ(223)内に配設されたインナーフィ
ン(223f)とを有する熱交換器。 - 【請求項2】 ヒートポンプサイクル内を循環する冷媒
のうち高圧側の冷媒が流通する冷媒チューブ(221)
と、 前記冷媒チューブ(221)内を流通する冷媒と熱交換
する水が流通するとともに、内部にインナーフィン(2
23f)を有する水チューブ(223)とを備え、 前記冷媒の流れと前記水の流れとが直交対向流れとなる
ように前記両チューブ(221、223)が配設されて
いることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項3】 高圧側の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にて給湯用の給湯水を加熱する
超臨界ヒートポンプ式給湯器にて適用され、前記給湯水
と冷媒とを熱交換する熱交換器であって、 前記冷媒が流通する冷媒チューブ(221)と、 前記給湯水が流通するとともに、内部にインナーフィン
(223f)が配設された水チューブ(223)とを備
え、 前記水チューブ(223)は、前記冷媒チューブ(22
1)の長手方向全域に渡って、長手方向が前記冷媒チュ
ーブ(221)の長手方向に対して直交するように配設
された複数本の水チューブ本体(223a)、及び前記
水チューブ本体(223a)の長手方向端部にて隣り合
う前記水チューブ本体(223a)を接続して前記給湯
水の流通方向を180°転向させる水チューブヘッダ
(223b)を有して構成されていることを特徴とする
熱交換器。 - 【請求項4】 前記インナーフィン(223f)は、板
状のセグメントを千鳥状にオフセット配置したオフセッ
ト型のフィンであることを特徴とする請求項1ないし3
のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 【請求項5】 前記冷媒は、二酸化炭素であることを特
徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交
換器。 - 【請求項6】 前記水チューブ(223)は銅又はステ
ンレス製であり、前記冷媒チューブ(221)はアルミ
ニウム製であることを特徴とする請求項1ないし5のい
ずれか1つに記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000189599A JP4114306B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000189599A JP4114306B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 熱交換器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002005516A true JP2002005516A (ja) | 2002-01-09 |
JP4114306B2 JP4114306B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000189599A Expired - Fee Related JP4114306B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 熱交換器 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003314975A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-06 | Denso Corp | 熱交換器 |
JP2004150760A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Denso Corp | 熱交換器 |
JP2014153006A (ja) * | 2013-02-11 | 2014-08-25 | Denso Corp | 熱交換器およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-06-23 JP JP2000189599A patent/JP4114306B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2004150760A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Denso Corp | 熱交換器 |
JP2014153006A (ja) * | 2013-02-11 | 2014-08-25 | Denso Corp | 熱交換器およびその製造方法 |
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