JP2003172588A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供
すること。 【解決手段】 熱交換器１０は、片面に並設した複数の
半円形状の流路溝を設けた平板１ａおよび１ｂを互いに
突き合わせ、円形状の第１の流路３を形成してなる流路
体４を設け、さらに流路体４の片方の面上に偏平形状の
第２の流路７を設けてなるものであり、高温高圧の熱交
換流体が流れる流路として、耐圧性に優れた真円形状の
流路３を構成することが容易となる。また、このような
流路３を複数並列配置し、一つの流路体４として構成す
ることで、平坦で広い伝熱面を形成し、熱交換器１０を
薄く構成することが可能となる。さらに、この平坦な流
路体４の少なくとも一方の面上に、偏平形状の第２の流
路７を設けることにより、広い伝熱面積を確保してい
る。これによって、耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換
器を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に関し、特
に、ヒートポンプを用いて冷水や温水を生成する冷暖房
機や給湯機に利用される冷媒水熱交換器のような、異種
媒体間の熱移動を行う熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の熱交換器としては、実公
平１−２５２４７号公報に開示されているような熱交換
器が提案されている。その構成について、図８を参照し
ながら説明する。

【０００３】熱交換器５０は、高温高圧の冷媒が流れる
第１の伝熱管５１と、低温低圧の水が流れる第２の伝熱
管５２とを備え、第１および第２の伝熱管５１および５
２をそれぞれ偏平化して密着させ、コイル状に巻回した
構成となっている。このとき、第１の伝熱管５１を流れ
る高温高圧の冷媒は、その上下に位置する第２の伝熱管
５２を流れる低温低圧の水と熱交換を行い、この水を加
熱することになる。

【０００４】なお、従来例では、伝熱管として肉厚の比
較的薄い管体を使用することにより偏平化を可能とする
とともに、この偏平化により管同士が密着する面積すな
わち伝熱面積の拡大を図ることにより、熱交換性能を向
上させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、次のような課題がある。例えば、熱交換
器５０を、動作圧力が非常に高い、例えば二酸化炭素冷
媒と水との熱交換器として利用する場合、高圧冷媒の流
れる第１の伝熱管５１内部に加わる圧力が非常に高くな
るため、管体を偏平化する従来のような構成では、十分
な耐圧性を確保することが困難となる。また、熱交換器
５０は、図８に示すように、第１および第２の伝熱管５
１および５２を密着させてコイル状に巻回した構成であ
り、コイル内部にデッドスペースが形成されるため、熱
交換器自身が大きくなり、機器に収納するスペースが多
く必要となるという課題があった。

【０００６】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の熱交換器は、少なくとも一方の流路
体は、片面に凹んだ複数の流路溝を有する平板を互いに
突き合わせ、複数の流路を形成してなるものである。

【０００８】これによって、耐圧性に優れた流路を構成
することが容易になるとともに、このような流路を並列
配置して一つの流路体として構成することで、少なくと
もその一方の面に平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の熱
交換器を構成することが可能となる。よって、耐圧性に
優れ、コンパクトな熱交換器を提供できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、少なく
とも一方の流路が、片面に半円形状の流路溝を設けた複
数の平板を互いに突き合わせ、円形状の流路を形成した
構成を有するものであり、耐圧性に優れた真円形状の流
路を構成することが容易になるとともに、このような流
路を並列配置して一つの流路体として構成することで、
少なくともその一方の面に平坦で広い伝熱面を形成し、
薄型の熱交換器を構成することが可能となる。よって、
耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供できる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１の構成
に対して、半円形状の流路溝を平板の片面にエッチング
加工により形成してなるものであり、容易に真円形状に
近い精度で流路溝を形成することが可能となり、流路の
耐圧性確保を実現することができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１の構成
に加え、片面に並列する複数の半円形状の流路溝を設け
た複数の平板を互いに突き合わせ、円形状の第１の流路
を形成してなる流路体を備え、前記流路体の片方の面上
に偏平形状の第２の流路を設けてなるものであり、耐圧
性に優れた真円形状の第１の流路を構成することが容易
になるとともに、この第１の流路を複数並列配置して一
つの流路体として構成することで、平坦で広い伝熱面を
形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。
さらに、この平坦な流路体の片方の面上に、偏平形状の
第２の流路を設けることにより、広い伝熱面積を確保す
ることができる。よって、耐圧性に優れ、熱交換性能が
高く、コンパクトな熱交換器を提供できる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１の構成
に加え、片面に並列する複数の半円形状の流路溝を設け
た複数の平板を互いに突き合わせ、円形状の第１の流路
を形成してなる流路体を備え、前記流路体の両方の面上
に偏平形状の第２の流路を設けてなるものであり、耐圧
性に優れた真円形状の第１の流路を構成することが容易
になるとともに、この第１の流路を複数並列配置して一
つの流路体として構成することで、平坦で広い伝熱面を
形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。
さらに、この平坦な流路体の上下両方の面上に、偏平形
状の第２の流路を設けることにより、さらに広い伝熱面
積を確保することができる。よって、耐圧性に優れ、さ
らに熱交換性能が高く、コンパクトな熱交換器を提供で
きる。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項３または
４の構成に対して、偏平形状の第２の流路を、平板に打
ち抜き加工により形成してなるものであり、同様に、耐
圧性に優れ、熱交換性能が高く、コンパクトな熱交換器
を提供できる。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項３または
４の構成に対して、偏平形状の第２の流路を、平板に絞
り加工により形成してなるものであり、構成の簡素化に
より部品点数の削減が図られ、熱交換器の低コスト化を
実現できる。

【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項３または
４の構成に加え、偏平形状の第２の流路に、その流路を
幅方向に複数に分割する仕切部を設けたものであり、偏
平流路内における熱交換流体の均一な分岐が図られ、熱
交換への寄与の小さい流れの滞留部が低減され、有効な
伝熱面積の拡大を図ることができるため、熱交換器の高
性能化とコンパクト化を実現できる。

【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項３または
４の構成に加え、第１の流路を流れる熱交換流体Ａと第
２の流路を流れる熱交換流体Ｂとが対向流となる構成を
有するものであり、熱交換性能に優れた対向流の形態で
熱交換を行うことができるため、さらなる熱交換器の高
性能化とコンパクト化を実現できる。

【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項３または
４の構成に加え、第１の流路を流れる熱交換流体Ａが高
温高圧の冷媒であり、第２の流路を流れる熱交換流体Ｂ
が低温低圧の水であるとともに、流路体に対して隔壁板
を介して第２の流路を形成した構成を有するものであ
り、流路体に万一亀裂等の異常が生じ、高圧冷媒が第１
の流路から外部に漏洩するような場合も、隔壁板の存在
により第２の流路への流入を防止できる。また、隔壁板
に万一亀裂等の異常が生じ、低圧の水が第２の流路から
外部に漏洩するような場合も、流路体の存在により高圧
冷媒が第２の流路内に混入することを防止できるため、
熱交換器の信頼性の向上を実現できる。

【００１８】請求項１０に記載の発明は、請求項３また
は４の構成に加え、第１の流路を流れる熱交換流体Ａが
高温高圧の冷媒であり、第２の流路を流れる熱交換流体
Ｂが低温低圧の水であるとともに、第２の流路の出口側
流路高さが、その入口側流路高さよりも大きいものであ
り、水加熱時のスケール析出による流路の閉塞が緩和さ
れ、熱交換器の長寿命化が図られ、信頼性のさらなる向
上を実現できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の実施例１の熱
交換器１０の断面図、図２はその一部である流路体の断
面図、図３は熱交換器１０の構成図である。

【００２１】図１において、熱交換器１０は、片面に並
列する複数の半円形状の流路溝２ａおよび２ｂ（図２参
照）を設けた複数の平板１ａおよび１ｂを互いに突き合
わせ、円形状の第１の流路３を形成してなる流路体４を
備え、流路体４の片方の面上に偏平形状の第２の流路７
を設けてなるものである。断面が半円形状である流路溝
２ａおよび２ｂは、平板１ａおよび１ｂの一方の面にエ
ッチング加工により形成されたものである。また、第２
の流路７は、平板状の流路板５に打ち抜き加工により形
成されたもので、上から隔壁板６で密閉した構成となっ
ている。さらに、第１の流路３と第２の流路７とを、そ
の入口から出口に至るまでの長手方向にほぼ並行する位
置に設けることにより、図３に示すように、第１の流路
３を流れる熱交換流体Ａと第２の流路７を流れる熱交換
流体Ｂとが対向流となるような構成を有している。

【００２２】なお、各流路の入出口部の構成について
は、ここでは特に詳述しないが、例えば、第１の流路３
に対しては流路体４の端部を管体に挿入したもの、第２
の流路７に対しては隔壁板６に配管を植立させたものな
どが挙げられる。

【００２３】ここで、熱交換器１０の各部を構成する板
材は、熱伝導性および成形性の良い金属、例えば銅やア
ルミニウム、ステンレス等からなる。また、熱交換器の
製造方法としては、ロウ付けや拡散溶接による接合が挙
げられる。

【００２４】以上のように構成された熱交換器につい
て、以下その作用を説明する。例えば、第１の流路３に
高温高圧の熱交換流体、第２の流路７に低温低圧の熱交
換流体がそれぞれ流れるとする。このとき、高温高圧流
体は、第１の流路３を流れる間に、流路体４を構成する
平板１ａを介して、第２の流路７を流れる低温低圧流体
と熱交換を行うことになる。

【００２５】ここで、本実施例によれば、高温高圧の熱
交換流体が流れる第１の流路３として、耐圧性に優れた
真円形状の流路を構成することが容易となる。また、こ
の第１の流路３を複数並列配置し、一つの流路体４とし
て構成することで、平坦で広い伝熱面を形成し、熱交換
器１０を薄く構成することが可能となる。このとき、第
１の流路３の直径を小さくしてやれば、耐圧性確保に必
要な平板１ａおよび１ｂの板厚を小さくすることができ
るため、熱交換器１０をより薄くすることができる。さ
らに、この平坦な流路体４の片方の面上に、偏平形状の
第２の流路７を設けることにより、広い伝熱面積を確保
することができる。

【００２６】また、平板に半円形状の溝を形成する方法
として、エッチング加工を用いれば、容易に真円形状に
近い精度で流路溝を形成することが可能となり、流路の
耐圧性を確保することができる。

【００２７】さらに、第１の流路３を流れる熱交換流体
Ａと第２の流路７を流れる熱交換流体Ｂとが対向流とな
る構成とすることにより、並行流や直交流に比べて熱交
換性能に優れた対向流の形態で熱交換を行うことができ
る。

【００２８】したがって、耐圧性に優れ、熱交換性能が
高く、コンパクトな熱交換器を提供できる。

【００２９】（実施例２）図４は本発明の実施例２の熱
交換器２０の断面図であり、図５は熱交換器２０の構成
図である。図４において、熱交換器２０は、実施例１と
同様に、片面に並列する複数の半円形状の流路溝２ａお
よび２ｂ（図２参照）を設けた複数の平板１ａおよび１
ｂを互いに突き合わせ、円形状の第１の流路３を形成し
てなる流路体４を備えるとともに、この流路体４の上下
両方の面上に偏平形状の第２の流路１７を設けてなるも
のである。ここで、第２の流路１７は、平板状の流路板
１５に絞り加工により形成された構成となっている。ま
た、第１の流路３と第２の流路１７とを、その入口から
出口に至るまでの長手方向にほぼ並行する位置に設ける
ことにより、図５に示すように、第１の流路３を流れる
熱交換流体Ａと第２の流路１７を流れる熱交換流体Ｂと
が対向流となるような構成を有している。さらに、第２
の流路１７にその幅方向を複数に分割する仕切部１９が
設けられている。

【００３０】なお、各流路の入出口部の構成について
は、ここでは特に詳述しないが、例えば、第１の流路３
に対しては流路体４の端部を管体に挿入したもの、第２
の流路１７に対しては流路板１５に配管を植立させたも
のなどが挙げられる。

【００３１】ここで、熱交換器２０の各部を構成する板
材は、熱伝導性および成形性の良い金属、例えば銅やア
ルミニウム、ステンレス等からなる。また、熱交換器の
製造方法としては、ロウ付けや溶接による接合が挙げら
れる。

【００３２】以上のように構成された熱交換器につい
て、以下その作用を説明する。例えば、第１の流路３に
高温高圧の熱交換流体、第２の流路１７に低温低圧の熱
交換流体がそれぞれ流れるとする。このとき、高温高圧
流体は、第１の流路３を流れる間に、流路体４を構成す
る平板１ａおよび１ｂを介して、上下に位置する第２の
流路１７を流れる低温低圧流体と熱交換を行うことにな
る。

【００３３】ここで、本実施例によれば、高温高圧の熱
交換流体が流れる第１の流路３として、耐圧性に優れた
真円形状の流路を構成することが容易となる。また、こ
の第１の流路３を複数並列配置し、一つの流路体４とし
て構成することで、平坦で広い伝熱面を形成し、熱交換
器２０を薄く構成することが可能となる。このとき、第
１の流路３の直径を小さくしてやれば、耐圧性確保に必
要な平板１ａおよび１ｂの板厚を小さくすることができ
るため、熱交換器２０をより薄くすることができる。さ
らに、この平坦な流路体４の上下両方の面上に、偏平形
状の第２の流路１７を設けることにより、さらに広い伝
熱面積を確保することができる。

【００３４】また、平板状の流路板１５に絞り加工によ
り偏平形状の第２の流路１７を形成することにより、実
施例１に比べて構成が簡素化され、部品点数の削減が図
られ、熱交換器の低コスト化を実現できる。

【００３５】さらに、第１の流路３を流れる熱交換流体
Ａと第２の流路１７を流れる熱交換流体Ｂとが対向流と
なる構成とすることにより、並行流や直交流に比べて熱
交換性能に優れた対向流の形態で熱交換を行うことがで
きる。

【００３６】また、第２の流路１７を幅方向に複数に分
割する仕切部１９を設けることにより、偏平な第２の流
路１７内における熱交換流体の均一な分岐が図られ、熱
交換への寄与の小さい流れの滞留部を低減し、有効な伝
熱面積の拡大を図ることができるため、熱交換器の高性
能化を実現できる。したがって、耐圧性に優れ、低コス
トで、より熱交換性能が高く、デッドスペースの少ない
コンパクトな熱交換器を提供できる。

【００３７】（実施例３）図６は本発明の実施例３の熱
交換器３０の断面図であり、図７は熱交換器３０の構成
図である。本発明の実施例３は、図４に示した熱交換器
２０と略同一の構成を有する。本実施例が実施例２と異
なるのは、第１の流路３を流れる熱交換流体Ａが高温高
圧の冷媒であり、第２の流路１７を流れる熱交換流体Ｂ
が低温低圧の水であるとともに、図６に示したように、
流路体４に対して隔壁板２９を介して第２の流路１７を
形成した構成を有する点である。さらに、図７に示した
ように、第２の流路１７の出口側流路１７ｂの高さが、
その入口側流路１７ａの高さよりも大きい点である。こ
こで、流路高さが途中で異なる第２の流路１７の作製
は、絞り加工等の方法を用いれば容易に行うことができ
る。

【００３８】以上のように構成された熱交換器につい
て、以下その作用を説明する。流路体４内の第１の流路
３には、図７に点線矢印で示すように、高温高圧の冷
媒、例えば、ヒートポンプ装置等に用いられる二酸化炭
素、炭化水素、フロン冷媒などが流れ、第２の流路１７
には、図中実線矢印で示すように、低温低圧の水が流れ
る。このとき、高温高圧の冷媒は、第１の流路３を流れ
る間に、流路体４を構成する平板１ａおよび１ｂと隔壁
板２９を介して、上下に位置する第２の流路１７を流れ
る低温低圧流体と熱交換を行うことになる。低温低圧の
水は、第２の流路１７の出口側流路１７ｂにおいて、最
も高温となる。

【００３９】例えば、高温高圧の冷媒が流れる流路体４
が、腐食等により経時的に劣化・侵食され、その内面に
亀裂等の異常が生じ、高圧冷媒が第１の流路３から外部
に漏洩するような場合も、隔壁板２９の存在により第２
の流路１７への流入を防止できるため、低温低圧の水に
高温高圧の冷媒が混入することはない。同様に、低温低
圧の水が流れる第２の流路１７の一部を形成する隔壁板
２９に亀裂等の異常が生じ、低圧の水が第２の流路１７
から外部に漏洩するような場合も、流路体４が存在する
ため、高温高圧の冷媒が低温低圧の水が流れる第２の流
路１７に流入することはない。

【００４０】したがって、各流路の間を二重隔壁構造と
することにより、冷媒と水との混合が防止されるため、
例えば、ヒートポンプ装置の冷媒および冷凍機油が給湯
水に混入する危険性を低減し、熱交換器の信頼性の向上
を実現できる。

【００４１】また、冷媒で水（特に水道水）を加熱する
冷媒水熱交換器の場合、一般に、カルシウムやマグネシ
ウム等の硬度成分を多く含んだ水を長期間高温に加熱す
ると、最も高温となる水側流路の出口部近傍においてス
ケールが発生する可能性がある。このようなスケールが
水側流路の内周に付着すると、水の流動の抵抗となり、
熱交換性能を低減させる。ここで、本実施例では、第２
の流路１７の出口側流路１７ｂの流路高さを、その入口
側流路１７ａの流路高さよりも大きく構成しているた
め、万一水側流路内にスケールが生成した場合も、水の
流動抵抗の増加を緩和することができる。

【００４２】したがって、冷媒による水加熱時のスケー
ル析出による水側流路の閉塞が緩和され、熱交換器の長
寿命化が図られ、信頼性の向上を実現できる。なお、実
施例１、２および３では、半円形状の流路溝を突き合わ
せて真円形状の流路を構成するよう図示または説明した
が、熱交換流体の動作圧力に対して十分な耐圧性を確保
できるのであれば、必ずしも真円形状に限らず、楕円、
矩形等いかなる形状のものを用いても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、請求項１から１０に記載
の発明によれば、少なくとも一方の流路体は、片面に凹
んだ複数の流路溝を有する平板を互いに突き合わせ、複
数の流路を形成してなるものであり、耐圧性に優れた流
路を構成することが容易になるとともに、このような流
路を並列配置して一つの流路体として構成することで、
少なくともその一方の面に平坦で広い伝熱面を形成し、
薄型の熱交換器を構成することが可能となる。よって、
耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供できるとい
うメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の熱交換器の断面図

【図２】同熱交換器の流路体の分解断面図

【図３】同熱交換器の構成図

【図４】本発明の実施例２の熱交換器の断面図

【図５】同熱交換器の構成図

【図６】本発明の実施例３の熱交換器の断面図

【図７】同熱交換器の他の断面図

【図８】従来の熱交換器の断面図

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 平板 ２ａ、２ｂ 流路溝 ３ 第１の流路 ４ 流路体 ７、１７ 第２の流路 １７ａ 入口側流路 １７ｂ 出口側流路 １９ 仕切部 ２９ 隔壁板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國本 啓次郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 近藤 龍太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 今林 敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L103 AA05 AA11 BB42 BB43 CC02 CC30 DD08 DD15 DD18 DD32 DD55 DD57 DD63

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対する二つの流路体からなり、その少
   なくとも一方の流路体は、片面に凹んだ複数の流路溝を
   有する平板を互いに突き合わせて流路を形成してなる熱
   交換器。
2. 【請求項２】 流路溝は、エッチング加工により形成し
   てなる請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 一方の流路体と相対する他方の流路体
   は、偏平形状の流路を形成してなる請求項１又は２記載
   の熱交換器。
4. 【請求項４】 片面に凹んだ複数の流露溝を有する平板
   を互いに突き合わせて一方の流路体の流路を第１の流
   路、他方の流路体の偏平形状の流路を第２の流路とし、
   前記第２の流路は前記第１の流路に狭持してなる請求項
   ３記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 偏平形状の第２の流路は、平板を打ち抜
   き加工して形成した請求項３または４記載の熱交換器。
6. 【請求項６】 偏平形状の第２の流路は、平板を絞り加
   工して形成した請求項３または４記載の熱交換器。
7. 【請求項７】 偏平形状の第２の流路に、その流路を幅
   方向に複数に分割する仕切部を設けた請求項３〜６のい
   ずれか１項に記載の熱交換器。
8. 【請求項８】 第１の流路を流れる熱交換流体Ａと第２
   の流路を流れる熱交換流体Ｂとが対向流となるように構
   成した請求項３〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 【請求項９】 第１の流路と第２の流路との間に隔壁板
   を介在させた請求項３〜８のいずれか１項に記載の熱交
   換器。
10. 【請求項１０】 第２の流路に連通する入口側流路及び
    出口側流路を設け、前記出口側流路の高さを、前記入口
    側流路の高さよりも高く形成した請求項１〜９のいずれ
    か１項に記載の熱交換器。