JP2002031488A - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目詰まりによる性能低下を抑えた構造を少な
い製造工程で実現できる熱交換器２２０およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 両チューブ２２１、２２２を銅又はステ
ンレスとし、同じ材質で構成した。これにより、第１チ
ューブ２２１は押出し成形チューブではなく２枚の板材
２２１ｂ、２２１ｃの貼り合わせとし、流路区画内面積
を大きくして目詰まりが生じ難くした。又、材質を銅ま
たはステンレスで同材質とすることで、水道水等に対す
る耐食性を確保し、異種金属接触腐食を起こす恐れをな
くした。又、板材２２１ｂ、２２１ｃの接合と両チュー
ブ２２１、２２２の接合が一括して行なえ、ろう付け作
業が一回で済み、作業工数が低減され、製品のリードタ
イムも短縮される。又、ろう付け治具も一種類で済む。
これら、製造工程が簡略となり製品のコストが抑えられ
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、水等の第１作動流
体と冷媒等の第２作動流体との熱交換を行なう熱交換器
に関するもので、特に水道水と二酸化炭素よりなる冷媒
とを熱交換するのに好適な冷凍サイクル用熱交換器に係
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−１９６３７７号公報では、内
部に複数の流体通路を持つアルミニウム製の２本の偏平
チューブを、その長手方向全域に渡ってろう付けまたは
半田付け等の手段で熱的に接合することで、一方の偏平
チューブの複数の流体通路内を流れる流体（例えば冷
媒）から、他方の偏平チューブの複数の流体通路内を流
れる流体（例えば水）へ熱を移動させる熱交換器が提案
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載のような複数の流路を有するアルミニウムの押出し成
形チューブでは、耐圧強度確保と熱交換効率向上のため
に流路区画内面積は小さくなるように設定される。これ
により、流体に水を用いた場合など、特定成分の析出や
腐食生成物の流路区画壁への堆積等により目詰まりが生
じ易く、熱交換能力が低下してしまう。

【０００４】本発明は、上記点に鑑み、目詰まりによる
性能低下を抑えた構造を少ない製造工程で実現できる熱
交換器およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、第１流体が流通し２枚の
板材（２２１ｂ、２２１ｃ）を接合した第１チューブ
（２２１）と、第２流体が流通する第２チューブ（２２
２）とを有し、両チューブ（２２１、２２２）は長手方
向を一致させた状態で接合されており、チューブ（２２
１、２２２）は銅製又はステンレス製であり、両チュー
ブ（２２１、２２２）が同じ材質で構成されていること
を特徴とする。

【０００６】これにより、第１チューブを前記公報に記
載のような押出し成形チューブではなく、２枚の板材を
貼り合わせることにより、流路区画内面積を大きくして
目詰まりが生じ難くできるうえ、板材の材質を銅または
ステンレスとすることにより、水道水等に対する耐食性
が確保できる。しかも第１チューブと第２チューブが同
材質であることから、第１チューブを形成する２枚の板
材の接合と、両チューブ間の接合を、一括してろう付け
接合することが可能となり、製造工程を簡略化できる。

【０００７】また、同材質とすることで異種金属接触腐
食（電食）を起こす恐れがなくなり、耐食性が向上する
という効果もある。請求項２記載の発明では、第２チュ
ーブ（２２２）は、キャピラリーチューブを複数本並べ
て構成したことを特徴とする。

【０００８】これにより、アルミニウムの押出し成形チ
ューブでなくとも高耐圧性を確保することができ、キャ
ピラリーチューブ（毛細管）の材質を選択することによ
り第１チューブと材質を合せることが可能となった。

【０００９】請求項３記載の発明では、第１流体は水で
あり、第２流体は冷媒であることを特徴とする。これ
は、本発明の熱交換器が水道水と二酸化炭素よりなる冷
媒とを熱交換するのに好適であることによる。

【００１０】請求項４記載の発明では、両チューブ（２
２１、２２２）を銅又はステンレスのうち同じ材質で形
成し、第１チューブ（２２１）を形成する２枚の板材
（２２１ｂ、２２１ｃ）の接合と、両チューブ（２２
１、２２２）間の接合を、一括してろう付け接合したこ
とを特徴とする。

【００１１】これにより、ろう付け作業が一回で済むこ
とより、作業工数が低減され製品のリードタイムも短縮
される。また、ろう付け治具も一種類でよくなる。これ
ら製造工程を簡略化できることより、製品のコストを抑
えることができる。

【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】次に、本発明の実施形態を、図面
に基づき説明する。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。２００は給湯器本体であり、図２中では２点鎖
線で囲まれた部分となり、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）およ
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
する第１チューブ２２１と冷媒が流通する複数本の第２
チューブ２２２を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は第１チューブ２２１に給湯
水を供給するパイプであり、２２４は第１チューブ２２
１から流出した給湯水を回収するパイプであり、２２５
は複数本の第２チューブ２２２に冷媒を分配供給する第
１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２ヘッダタン
クである。

【００１９】第１チューブ２２１と第２チューブ２２２
は、図４に示すように、偏平状に形成されている。そし
て、第１チューブ２２１は、銅製で波状のインナーフィ
ン２２１ａを銅製の板材２２１ｂ、２２１ｃにて挟み込
むようにして流体の流路を形成している。

【００２０】第２チューブ２２２は本発明の要部であ
り、銅製のキャピラリーチューブ（毛細管）を多数本並
べて構成している。因みに、板材２２１ｂ、２２１ｃの
貼り合せ及び、多数本の第２チューブ２２２との貼り合
せは、長手方向が互いに一致するようにして一括でろう
付け接合されている。

【００２１】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
ームレータ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。

【００２２】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ームレータである。

【００２３】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。

【００２４】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２２０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。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２２０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、ＥＣＵ
２７０に入力されている。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】次に、本実施形態に係る水熱交換器２２０
の製造方法の概略について述べる。まず、板材２２１ｂ
上にインナフィン２２１ａとパイプ２２３，２２４等を
セットし、板材２２１ｃで挟み込み、板材２２１ｃの縁
部に設けた爪Ｎを折り曲げかしめて、第１チューブ２２
１を組み上げる。

【００２８】更に、仮組みされた第１チューブ２２１上
に、多数本の第２チューブ２２２とヘッダタンク２２
５、２２６等の部品を順次仮組み付けし、これらを２枚
の治具で挟んでワイヤー等で加重をかけながら仮固定す
る（仮組工程）。

【００２９】この際、インナフィン２２１ａの両面と、
板材２２１ｂと２２１ｃの貼り合わせ面およびキャピラ
リーチューブ２２２の外面には、銅用のろう材を塗布し
ておく。

【００３０】これを炉内で所定時間加熱し、これらの部
品を一括してろう付けで一体接合する（ろう付け工
程）。なお本実施形態では、ろう材は部品表面に塗布し
ているが、被覆（クラッド）や箔又は溶射等の手段を用
いてもよい。

【００３１】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００３２】図４は、図３（ｂ）中のＡ−Ａ断面を示
し、本発明の一実施形態における熱交換器２２０のチュ
ーブの断面図を示す。両チューブ２２１、２２２とも銅
製であり、同じ材質で構成している。

【００３３】これにより、第１チューブ２２１を押出し
成形チューブではなく、２枚の板材２２１ｂ、２２１ｃ
を貼り合わせることにより、流路区画内面積を大きくし
て目詰まりが生じ難くできるうえ、板材２２１ｂ、２２
１ｃの材質を銅またはステンレスとすることにより、水
道水等に対する耐食性が確保できる。

【００３４】しかも第１チューブ２２１と第２チューブ
２２２が同材質であることから、第１チューブ２２１を
形成する２枚の板材２２１ｂ、２２１ｃの接合と、両チ
ューブ２２１、２２２間の接合を、一括してろう付け接
合することが可能となる。

【００３５】これは、ろう付け作業が一回で済むことよ
り、作業工数が低減され製品のリードタイムも短縮され
る。また、ろう付け治具も一種類でよくなる。これら製
造工程を簡略化できることより、製品のコストを抑える
ことができる。

【００３６】また、同材質とすることで異種金属接触腐
食（電食）を起こす恐れがなくなり、耐食性が向上する
という効果もある。

【００３７】第２チューブ２２２は、キャピラリーチュ
ーブ（毛細管）を多数本並べて、冷媒等の流体の流路と
している。

【００３８】これにより、アルミニウムの押出し成形チ
ューブでなくとも高耐圧性を確保することができ、キャ
ピラリーチューブの材質を選択することにより、第１チ
ューブ２２１と材質を合せることが可能となる。

【００３９】尚、上記の実施形態では両チューブ２２
１、２２２とも銅製の場合について説明したが、両チュ
ーブ２２１、２２２がステンレス製の場合においても同
様である。

【００４０】（その他の実施形態）図５に本発明の他の
実施形態におけるキャピラリーチューブ２２２の断面形
状を示す。このようにキャピラリーチューブ２２２は丸
チューブに限定されるものではなく、角チューブ等のそ
の他の形状であってもよい。

【００４１】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
熱交換するラジエターや、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における給湯機の外観図で
ある。

【図２】本発明の一実施形態における給湯機の模式図で
ある。

【図３】（ａ）は本発明の一実施形態における水熱交換
器の側面図、（ｂ）は正面図である。

【図４】図３（ｂ）中のＡ−Ａ断面を示し、本発明の一
実施形態における水熱交換器のチューブの断面図であ
る。

【図５】本発明の他の実施形態におけるキャピラリーチ
ューブの断面形状である。

【符号の説明】

第１チューブ ２２１ｂ プレート（板材） ２２１ｃ プレート（板材） キャピラリーチューブ（第２チューブ）

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月９日（２００１．５．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、第１流体が流通し２枚の
板材（２２１ｂ、２２１ｃ）を接合した第１チューブ
（２２１）と、第２流体が流通する第２チューブ（２２
２）とを有し、両チューブ（２２１、２２２）は長手方
向を一致させた状態で接合されており、両チューブが同
じ材質で構成されていることを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】これにより、第１チューブを前記公報に記
載のような押出し成形チューブではなく、２枚の板材を
貼り合わせることにより、流体区画内面積を大きくして
目詰まりが生じ難くできる。しかも第１チューブと第２
チューブが同材質であることから、第１チューブを形成
する２枚の板材の接合と、両チューブ間の接合を、一括
してろう付け接合することが可能となり、製造工程を簡
略化できる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】これにより、ろう付け作業が一回で済むこ
とにより、作業工数が低減され製品のリードタイムも短
縮される。また、ろう付け治具も一種類でよくなる。こ
れら製造工程を簡略化できることにより、製品コストを
抑えることができる。請求項５に記載の発明では、第１
チューブ（２２１）と第２チューブ（２２２）の両方を
銅又はステンレス製とした。これにより、水道水等に対
する耐食性が確保できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 馬場 則昌 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 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 小早川 智明 東京都千代田区内幸町１−１−３ 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１−１−３ 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） 3L103 AA01 CC02 DD08 DD10 DD42

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１流体が流通し２枚の板材（２２１
   ｂ、２２１ｃ）を接合した第１チューブ（２２１）と、
   第２流体が流通する第２チューブ（２２２）とを有し、
   前記両チューブ（２２１、２２２）は長手方向を一致さ
   せた状態で接合されており、前記両チューブ（２２１、
   ２２２）は銅製又はステンレス製であり、前記両チュー
   ブ（２２１、２２２）が同じ材質で構成されていること
   を特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記第２チューブ（２２２）は、キャピ
   ラリーチューブを複数本並べて構成したことを特徴とす
   る請求項１に記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記第１流体は水であり、前記第２流体
   は冷媒であることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項１に記載した熱交換器を製造する
   にあたり、前記両チューブ（２２１、２２２）を銅又は
   ステンレスのうち同じ材質で形成し、前記第１チューブ
   （２２１）を形成する２枚の板材（２２１ｂ、２２１
   ｃ）の接合と、前記両チューブ（２２１、２２２）間の
   接合を、一括してろう付け接合したことを特徴とする熱
   交換器の製造方法。