JP2003014384A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で両流体の流路Ｒ１、Ｒ２を形成
することにより、組み立て易く、コストを抑えることの
できる熱交換器を提供する。 【解決手段】 ３枚のプレート２２１ｂ、２２７、２２
８を接合し、第１側板２２１ｂと仕切板２２７とで第１
流体が流通する第１流路Ｒ１を形成し、第２側板２２８
と仕切板２２７とで第２流体が流通する第２流路Ｒ２を
形成した。これにより、簡素な構成で両流体の流路Ｒ
１、Ｒ２が形成できることにより、組み立て易く、コス
トを抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
形チューブで流体に水を用いた場合、特定成分が析出し
たり腐食生成物が流出したりして、加熱した水を飲用す
る給湯器等の熱交換器としては適さない。

【０００４】そこで発明者らは、銅又はステンレスの材
質の部品で構成する熱交換器を考案した。図１０に、そ
の熱交換器の試作初期のコア部の断面図を示す。

【０００５】２枚の銅板２２１ｂ、２２１ｃの間にイン
ナーフィン２２１ａを挟んで外周を折り曲げかしめＮし
た水の流通チューブ２２１と、銅の細管であるキャピラ
リーチューブを多数本並べた冷媒の流通チューブ２２２
とを重ね、これら全ての接触部分を一括でろう付け接合
して構成した熱交換器２２０である。

【０００６】しかし、耐圧強度を確保するために多数本
の細管で構成した冷媒の流通チューブ２２２は、実際、
長尺の細管を多数本きれいに並べるのが難しいうえ、両
端の接続においても、タンクのスリットにこれら細管の
端部を並べて挿入するのが難しいということが分かっ
た。また、これら多数本の細管がコスト的に高くついて
いた。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、簡素な構成で両流体の流路を形成することによ
り、組み立て易く、コストを抑えることのできる熱交換
器を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、以下の技術的手段を採用する。

【０００９】請求項１記載の発明では、３枚の板材（２
２１ｂ、２２７、２２８）を接合し、第１側板（２２１
ｂ）と仕切板（２２７）とで第１流体が流通する第１流
路（Ｒ１）を形成し、第２側板（２２８）と仕切板（２
２７）とで第２流体が流通する第２流路（Ｒ２）を形成
したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の発明では、チューブ
（２２２、２２９）と板材（２２１ｂ、２２８）を接合
し、チューブ（２２２、２２９）内を第１流体が流通す
る第１流路（Ｒ１）とし、チューブ（２２２、２２９）
の外周面と板材（２２１ｂ、２２８）とで第２流体が流
通する第２流路（Ｒ２）を形成したことを特徴とする。

【００１１】上記の何れの発明においても、簡素な構成
で両流体の流路（Ｒ１、Ｒ２）が形成できることによ
り、組み立て易く、コストを抑えることができる。

【００１２】請求項３記載の発明では、第１側板（２２
１ｂ）、仕切板（２２７）及び第２側板（２２８）の第
１、第２流路に沿った両縁部（Ｎ）は互いに積層されて
おり、第１側板（２２１ｂ）が、両縁部（Ｎ）にて仕切
板（２２７）と第２側板（２２８）とを挟み込む形で折
り曲げてかしめたことを特徴とする。

【００１３】また、請求項４記載の発明では、板材（２
２１ｂ、２２８）の第１、第２流路に沿った両縁部
（Ｎ）を折り曲げてチューブ（２２２、２２９）の外周
面にかしめたことを特徴とする。

【００１４】上記の何れの発明においても、第１、第２
流路に沿った両縁部（Ｎ）を折り曲げてかしめることに
より、簡素に両流体の流路（Ｒ１、Ｒ２）が形成できる
ことより、組み立て易く、コストを抑えることができ
る。

【００１５】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。

【００１６】

【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。

【００１７】（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１０
０の模式図である。

【００１８】２００は給湯器本体であり、図２中では１
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。
尚、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。

【００１９】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）の流れに対
して並列となるように配設されている。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２１０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。

【００２０】２２０は本発明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）であり、詳細は後述す
る。２３０は水熱交換器２２０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共に、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。

【００２１】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
２１０の吸入側に流出すると共に、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。２６０
は蒸発器２４０に空気（外気）を送風すると共に、その
送風量を調節することができる送風機であり、この送風
機２６０、圧縮機２１０及び電気式膨張弁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（Ｅ
ＣＵ）２７０により制御されている。

【００２２】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であり、２
７２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温水温度センサである。２７３は水熱交換器２
２０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であり、２７４は水熱交換器２２
０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。

【００２３】ここで、高圧側の冷媒圧力とは、圧縮機２
１０の吐出側から電気式膨張弁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２１０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、電気式膨張弁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。

【００２４】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。

【００２５】次に、本発明に係る熱交換器２２０につい
て説明する。図３は熱交換器２２０の正面図であり、図
４は図３中のＡ−Ａ断面を示し、本発明の第１実施形態
における熱交換器２２０のコア部の断面図である。

【００２６】図４に示すように、熱交換器２２０のコア
部は、３枚の銅製のプレート（板材）２２１ｂ、２２
７、２２８を接合し、第１側板となるプレート２２１ｂ
と、仕切板となるプレート２２７とで給湯水（水）が流
通する第１流路Ｒ１を形成し、第２側板となるプレート
２２８と、先の仕切板となるプレート２２７とで冷媒が
流通する第２流路Ｒ２を形成している。

【００２７】冷媒が流通する第２流路Ｒ２の中には、銅
製で波状のインナーフィン２２２ａが入れられ、仕切板
２２７と第２側板２２８との間を細かくブリッジするこ
とで、冷媒圧力に耐えうる耐圧強度を持たせている。
尚、第１流路Ｒ１の給湯水流れと第２流路Ｒ２の冷媒流
れとは、対向するように構成された対向流型の熱交換器
である。

【００２８】２２３は第１流路Ｒ１に給湯水を供給する
パイプ（タンク）であり、２２４は第１流路Ｒ１から流
出した給湯水を回収するパイプ（タンク）である。ま
た、２２５は第２流路Ｒ２に冷媒を分配供給する第１ヘ
ッダパイプ（タンク）であり、２２６は第２流路Ｒ２か
ら流出した冷媒を集合回収する第２ヘッダパイプ（タン
ク）である。

【００２９】図５は図３中のＢ−Ｂ断面を示し、上記タ
ンク部の断面図である。ヘッダパイプ２２６の左側（熱
交換器中央側）に設けたスリットに前述のコア部を挿入
し、第２側板２２８とインナーフィン２２２ａはヘッダ
パイプ２２６内に端部を位置させる。また、仕切板２２
７と第１側板２２１ｂは、ヘッダパイプ２２６内を貫通
して、ヘッダパイプ２２６の右側（熱交換器端部側）に
設けたスリットから外部に出て、その先でパイプ２２３
に設けたスリットに挿入され、パイプ２２３内に端部を
位置させる。

【００３０】上記のような各パイプと各板材の端部との
位置関係とすることにより、第１流路Ｒ１はヘッダパイ
プ２２６内に開口して連通し、第２流路Ｒ２はパイプ２
２３内に開口して連通する構造となっている。反対側の
ヘッダパイプ２２５、パイプ２２４と各板材との関係も
同様である。

【００３１】次に、本実施形態に係る熱交換器２２０の
製造方法の概略について述べる。

【００３２】（仮組工程）：板材２２１ｂ上に板材（仕
切板）２２７とインナフィン２２１ａと板材２２８の両
縁部（Ｎ部）が積層される形状に加工した後に、各板材
２２１ｂ、２２７、２２１ａ、２２８を順次重ね、両縁
部（Ｎ部）にて板材２２７、２２８を挟む形で板材２２
１ｂの両縁部（Ｎ部）を折り曲げてかしめ、コア部分を
仮組みする。次にこの仮組みしたコア部の両端にパイプ
２２３〜２２６を前述のように挿入する。また、各パイ
プの流体出入口としない側にはキャップ２３０をはめ
る。この際、各接合する部分には、ろう材箔やろう棒を
挿入しておく。

【００３３】（ろう付け工程）：そして、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。また、必要に応じてサブパイプ２３１等が
接合されて完成する。

【００３４】次に、本実施形態の特徴を述べる。このよ
うに、３枚の板材を重ねて接合する簡素な構成で両流体
の流路Ｒ１、Ｒ２が形成できるうえ、３枚の板材を重ね
て両縁部Ｎをかしめ、それにパイプをはめるだけで組み
立て易く、コア部分を３枚の板材で構成できることから
コストを安く抑えることができる。

【００３５】因みに、図９は図４のコア部の変形例を示
し、図のように仕切板２２７を波状に成形して第２流路
Ｒ２部分を細かく区切りることで、インナフィン２２１
ａ無しで耐圧強度を持たせても良い。図５で示すヘッダ
パイプ２２６内で、仕切板２２７を波状から平板状に変
化させることで、連通構造は前述と同様となる。

【００３６】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を、図面に基づき説明する。図６は、第２実施形態
における熱交換器２２０のコア部の断面図を示し、第１
実施形態とはコア部の断面構造のみ異なる。チューブ２
２９と板材２２８を接合し、チューブ２２９内を給湯水
（水）が流通する第１流路Ｒ１とし、チューブ２２９の
外周面と板材２２８とで冷媒が流通する第２流路Ｒ２を
形成している。

【００３７】冷媒が流通する第２流路Ｒ２の中には、銅
製で波状のインナーフィン２２２ａが入れられ、仕切板
２２７と第２側板２２８との間を細かくブリッジするこ
とで、冷媒圧力に耐えうる耐圧強度を持たせている。

【００３８】次に、本実施形態に係る熱交換器２２０の
製造方法の概略について述べる。

【００３９】（仮組工程）：板材２２８上にインナフィ
ン２２１ａとチューブ２２９を順次重ね、板材２２８の
両縁部（Ｎ部）を折り曲げてチューブ２２９の外周面に
かしめ、コア部分を仮組みする。次にこの仮組みしたコ
ア部の両端にパイプ２２３〜２２６を前述のように挿入
する。また、各パイプの流体出入口としない側にはキャ
ップ２３０をはめる。この際、各接合する部分には、ろ
う材箔やろう棒を挿入しておく。

【００４０】（ろう付け工程）：そして、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。また、必要に応じてサブパイプ２３１等が
接合されて完成する。

【００４１】次に、本実施形態の特徴を述べる。このよ
うに、チューブと板材を重ねて接合する簡素な構成で両
流体の流路Ｒ１、Ｒ２が形成できるうえ、チューブと板
材を重ねて両縁部Ｎをかしめ、それにパイプをはめるだ
けで組み立て易く、コア部分をチューブと板材で構成で
きることからコストを安く抑えることができる。

【００４２】因みに、図７、図８は図６のコア部の変形
例を示し、両図のように、チューブ２２２と板材２２１
ｂを接合し、チューブ２２２を冷媒が流通する第２流路
Ｒ２とし、チューブ２２２の外面と板材２２１ｂとで給
湯水（水）が流通する第１流路Ｒ１を形成しても良い。

【００４３】図７では、冷媒が流通する第２流路Ｒ２と
なるチューブ２２２内に、インナフィン２２１ａを挿入
して、耐圧強度を持たせている。尚、チューブ２２２
は、板材を向かい合わせたり、管に成形したりして両縁
部を溶接やろう付けで接合した溶接チューブ等であって
も良い。また、床暖房等でブレイン（熱媒体）を加熱す
る熱交換器であれば、図８のようにアルミニウムの押出
し成形チューブ２２２とアルミニウムの板材２２１ｂで
構成しても良い。

【００４４】（その他の実施形態）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。

【００４５】また、上述の実施形態では、板材、チュー
ブ及びパイプ類が銅製の場合について説明したが、これ
らの部品がステンレス製の場合においても同様である。
ろう材はろう材箔やろう棒を挿入しているが、部品表面
に塗布したり、被覆（クラッド）や溶射等の手段を用い
てもよい。また、第１流路Ｒ１にも、必要に応じてイン
ナフィンを組み込んだ構成であっても良い。

【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】本発明の一実施形態における熱交換器の正面図
である。

【図４】図３中のＡ−Ａ断面を示し、本発明の第１実施
形態における熱交換器のコア部の断面図である。

【図５】図３中のＢ−Ｂ断面を示し、本発明の一実施形
態における熱交換器のタンク部の断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態における熱交換器のコア
部の断面図である。

【図７】図６のコア部の変形例を示す断面図である。

【図８】図６のコア部の変形例を示す断面図である。

【図９】図４のコア部の変形例を示す断面図である。

【図１０】試作初期の熱交換器のコア部の断面図であ
る。

【符号の説明】

２２１ｂ プレート（板材、第１側板） ２２２ チューブ ２２７ プレート（板材、仕切板） ２２８ プレート（板材、第２側板） ２２９ チューブ Ｒ１ 第１流路 Ｒ２ 第２流路

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆターム(参考） 3L103 AA01 BB33 CC02 CC12 DD15 DD55

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１流体と第２流体とを熱交換する熱交
   換器であって、 ３枚の板材（２２１ｂ、２２７、２２８）を接合し、第
   １側板（２２１ｂ）と仕切板（２２７）とで前記第１流
   体が流通する第１流路（Ｒ１）を形成し、第２側板（２
   ２８）と前記仕切板（２２７）とで前記第２流体が流通
   する第２流路（Ｒ２）を形成したことを特徴とする熱交
   換器。
2. 【請求項２】 第１流体と第２流体とを熱交換する熱交
   換器であって、 チューブ（２２２、２２９）と板材（２２１ｂ、２２
   ８）を接合し、前記チューブ（２２２、２２９）内を前
   記第１流体が流通する第１流路（Ｒ１）とし、前記チュ
   ーブ（２２２、２２９）の外周面と前記板材（２２１
   ｂ、２２８）とで前記第２流体が流通する第２流路（Ｒ
   ２）を形成したことを特徴とする熱交換器。
3. 【請求項３】 前記第１側板（２２１ｂ）、前記仕切板
   （２２７）及び前記第２側板（２２８）の前記第１、第
   ２流路に沿った両縁部（Ｎ）は互いに積層されており、
   前記第１側板（２２１ｂ）が、前記両縁部（Ｎ）にて前
   記仕切板（２２７）と前記第２側板（２２８）とを挟み
   込む形で折り曲げてかしめたことを特徴とする請求項１
   に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記板材（２２１ｂ、２２８）の前記第
   １、第２流路に沿った両縁部（Ｎ）を折り曲げて前記チ
   ューブ（２２２、２２９）の外周面にかしめたことを特
   徴とする請求項２に記載の熱交換器。