JP2004093064A

JP2004093064A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004093064A
Application number: JP2002257669A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okinoya; 沖ノ谷　剛; Ken Yamamoto; 山本　憲; Norihide Kawachi; 河地　典秀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】小型化が可能で、流路内に液体の停留領域を生じずに良好に熱交換を行うことができる熱交換器を提供する。
【解決手段】一次側流路部３と二次側流路部２に液体を通して一次側流路部３と二次側流路部２間で熱交換を行なう熱交換器１である。一次側流路部３と二次側流路部３は偏平形状に形成されると共に、その平面を相互に重ね合わせて配設される。一次側流路部３と二次側流路部２の内部には、偏平な空間を有する外殻プレート４，１４内に波形プレート５，１５を配設して蛇行流路２ａ，３ａが形成される。蛇行流路２ａ，３ａの曲がり部を形成するために、波形プレート５，１５の上壁部または下壁部の一方の端部に、切欠開口部５ａ，１５ａがその端部まで開口して形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体間で熱交換を行なう熱交換器に関し、特に温水式床暖房装置などのように、高温液体（温水）と低温液体（不凍液または水）間、または熱媒体（冷媒）と低温液体（不凍液または水）間で熱交換を行なう熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯器に使用される熱交換器として、圧縮機から吐出される冷媒と給湯水とを熱交換する水熱交換器が知られている。この種の給湯器に使用される熱交換器は、両側に配置したヘッダタンク間に多数の冷媒用チューブを一方向に並行に配設し、それらの冷媒用チューブに隣接して多数の給湯水用チューブを配設して構成される。そして、圧縮機から吐出された冷媒を放熱器となる熱交換器の冷媒用チューブに供給し、これらに隣接する給湯用チューブ内の給湯水を、冷媒の熱により加熱するように熱交換を行なう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種の熱交換器は、冷媒用チューブや給湯水用チューブを、多数の枚数の波形フィンや外殻プレートを積層して形成しているため、構造が大型化し、また、給湯水用チューブなどの流路の一部に、水又は温水が良好に循環せずに停滞する停滞領域が生じやすいという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、小型化が可能で、流路内に水または温水の停滞領域を生じずに良好に熱交換を行うことができる熱交換器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に、本発明の熱交換器は、一次側流路部と二次側流路部に液体を通して一次側流路部と二次側流路部間で熱交換を行なう熱交換器において、一次側流路部と二次側流路部は偏平形状に形成されると共に、その平面を相互に重ね合わせて配設され、一次側流路部と二次側流路部の内部には、偏平な空間を有する外殻プレート内に波形プレートを配設して蛇行流路が形成され、蛇行流路の曲がり部を形成するために、波形プレートの上壁部または下壁部の一方の端部に、切欠開口部がその端部まで開口して形成されたことを特徴とする。
【０００６】
ここで、請求項２のように、上記外殻プレートは、２枚の平板プレートを内側に空間を形成して重ね合わせ、それらの平板プレートの周縁部をかしめて形成することができる。
【０００７】
また、請求項３のように、上記外殻プレートは、１枚の平板プレートとそこに隣接する他の一次側流路部または二次側流路部の外殻プレートとから構成し、それらのプレートの周縁部をかしめて形成することにより、使用する平板プレートの枚数を少なくすることができる。
【０００８】
【作用】
上記構成の熱交換器は、偏平形状に形成された一次側流路部と二次側流路部を重ね合わせて形成され、一次側流路部と二次側流路部が偏平な空間を有する外殻プレート内に、波形プレートを配設して蛇行流路を形成するように構成されるから、全体を薄型として、小型化することができる。また、一次側流路部に温水などの高温液体を流し、二次側流路部には水または不凍液などの低温液体を流して、高温液体と低温液体間で熱交換を行なうように作用するが、蛇行流路の曲がり部を形成する波形プレートの上壁部または下壁部の端部に、切欠開口部が両側の端部まで開口して形成されているから、その蛇行流路の曲がり部近傍に液体の停留する領域が発生せず、液体内の不純物の残留などを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は温水式床暖房装置に使用する熱交換器の斜視図を示している。この熱交換器１は、高温液体（温水）と低温液体（不凍液または水）との間で熱交換を行なうもので、偏平形状に形成された二次側流路部２と、同様に偏平に形成されたと一次側流路部３を、その平面を重ね合わせるように接合して構成される。
【００１０】
二次側流路部２は、内側に偏平な空間を形成した外殻プレート４により平板状に形成され、下部に二次側入口６が設けられ、その上部に二次側出口７が設けられる。またその内部には、図２に示すように、波形プレート５により蛇行する蛇行流路２ａが形成される。波形プレート５は、金属板を図３のように波形に曲折して形成され、さらに、蛇行流路２ａの曲がり部を形成するために、波形プレート５によって形成される横方向の各通路の上壁部又は下壁部の端部に、切欠開口部５ａが両側の端部まで開口するように、交互に形成される。つまり、これらの切欠開口部５ａによって、上下の流路がその両端で交互に連通接続され、外殻プレート４内に連続する蛇行流路２ａが形成される。
【００１１】
金属板をこのような波形に曲折して形成された波形プレート５は、その周囲を偏平形状の外殻プレート４によって包囲されるが、その外殻プレート４は、２枚の平板プレート（金属板）を、内部に波形プレート５を収容可能な偏平空間を形成するように成形し、重ね合わせ、それらの周縁部をかしめて形成することができる。
【００１２】
この場合、外殻プレート４の金属板の接合部、及び波形プレート５の接合は、ロウ付けにより行なうことができる。また、外殻プレート４及び波形プレート５は、耐腐食性が良好で熱伝導性の良いアルミニウム、銅、ステンレスなどの金属板を用いて形成する。さらに、各接合部のロウ付けを行なう場合、外殻プレート４と波形プレート５の金属板に、予めロウ材をクラッド、塗布、或いは溶射して付着し、波形プレート５の外側を外殻プレート４で包囲するようにセットする。そして、外殻プレート４の端部をかしめて仮固定した状態で、加熱炉内に入れ、所定時間加熱することにより、接合部をロウ付けして固定する。
【００１３】
一方、二次側流路部２の平面に重ね合わせて接合される一次側流路部３は、二次側流路部２とは逆に、図４に示すように、その上部に二次側入口１６が設けられ、その下部に二次側出口１７が設けられる。そして、上記同様にその内部には、波形プレート１５により蛇行する蛇行流路１５ａが形成される。波形プレート１５は、上記と同様に、金属板を波形に曲折して形成され、さらに、波形プレート１５によって形成される横方向の各通路の上壁部又は下壁部の端部に、切欠開口部１５ａが両側の端部まで開口して、交互に位置するように形成されている。これにより、波形プレート１５内に形成された横方向の各流路の両端部を交互に連続して連通させ、内部に蛇行流路１５ａが形成されるようにしている。
【００１４】
また上記と同様に、波形プレート１５は、その周囲を偏平形状の外殻プレート１４によって包囲されるが、その外殻プレート１４は、２枚の平板プレート（金属板）を、内部に波形プレート１５を収容可能な偏平空間を形成するように成形し、重ね合わせ、それらの縁部をかしめて形成する。
【００１５】
この場合、外殻プレート１４の金属板の接合部、及び波形プレート１５の接合は、ロウ付けにより行なうことができる。また、外殻プレート１４及び波形プレート１５は、耐腐食性が良好で熱伝導性の良いアルミニウム、銅、ステンレスなどの金属板を用いて形成する。さらに、各接合部のロウ付けは、外殻プレート１４と波形プレート１５の金属板に、予めロウ材をクラッド、塗布、或いは溶射して付着させ、波形プレート１５の外側を外殻プレート１４で包囲するようにセットする。そして、外殻プレート４の周縁部をかしめた状態で、加熱炉内に入れ、所定時間加熱することにより、接合部をロウ付けする。
【００１６】
また、この一次側流路部３は、上記の二次側流路部２とその平面部で図１のように重ね合わせて接合されるが、その接合部も、上記のようなロウ付け工程により接合することができる。このような偏平形状で蛇行流路３ａを有する一次側流路部３と同様な形状の二次側流路部２を重ね合わせた形状の熱交換器１は、図１に示すように、薄く小型に形成することができ、その製造工程も金属板の成形とロウ付けにより比較的簡単に少ない工数で製造することができる。
【００１７】
このように構成された熱交換器１は、温水式床暖房装置の熱交換器として、図示しない給湯設備などの内部に設置される。熱交換器１の一次側流路部３の一次側入口１６と一次側出口１７には、温水を循環させる管路の一部が接続され、温水が一次側流路部３内に循環供給される。また、二次側流路部２の二次側入口６と二次側出口７には、図示しないポンプ、バルブなどを介して床暖房パネルに低温液体（温水より低い温度の水または不凍液）を循環供給するための管路が接続される。
【００１８】
使用時、熱交換器１の一次側流路部３には、給湯設備などからの温水が循環供給され、温水は一次側流路部３の蛇行流路３ａ内を流れる。蛇行流路３ａの曲がり部は、横方向の各通路の波形プレート１５の上壁部又は下壁部の端部に、切欠開口部１５ａが両側の端部まで開口して形成されているから、その蛇行流路３ａの端部内に温水の停留する領域が発生せず、良好に温水を蛇行して流すことができる。
【００１９】
すなわち、図６に、比較例としての一次側流路部３３と、その一次側流路部３３内に使用される波形プレート４５を示すが、この図６ｂの波形プレート４５のように、端部に切欠開口部を設けるのではなく、端部から少し内側に入った位置に流通孔４５ａを設けた場合、図６ａのように、一次側流路部３３の蛇行流路３３ａの端部に温水の停留しやすい停留領域４０が発生し、この停留領域４０に温水内の不純物が溜まりやすくなる。
【００２０】
しかし、本熱交換器１のように、蛇行流路３ａの曲がり部を形成する波形プレート１５の上壁部または下壁部の端部に、切欠開口部１５ａが両側の端部まで開口して形成されているから、その蛇行流路３ａの曲がり部近傍に温水の停留する領域が発生せず、温水内の不純物の残留を防止することができる。
【００２１】
また、使用時、熱交換器１の二次側流路部２には低温液体の不凍液が循環供給され、不凍液は二次側流路部２の蛇行流路２ａ内を流れるが、蛇行流路２ａは、図２のように、波形プレート５の上壁部又は下壁部の端部に、切欠開口部５ａが両側の端部まで開口して形成されているから、その蛇行流路２ａの曲がり部に不凍液の停留する領域が発生せず、良好に不凍液を蛇行して流すことができる。そして、一次側流路部３の蛇行流路３ａには、上側から下側に温水が流れ、その蛇行流路３ａに隣接する二次側流路部２の蛇行流路２ａには、それとは逆方向つまり下側から上側に不凍液が流れ、その間で熱交換が行なわれ、温水の熱により不凍液の温度を上昇させ、床暖房を行なう。
【００２２】
なお、上記実施形態では、二次側流路部２の外殻プレート４と一次側流路部３の外殻プレート１４とを重ね合わせて接合したが、何れか一方の外殻プレートの１枚の平板プレートを省略し、重ね合わせて接合する外殻プレートの平板プレートの枚数を少なくし、材料を削減することができる。この場合、外殻プレートは、１枚の平板プレートとそこに隣接する他の一次側流路部または二次側流路部の外殻プレートとから構成され、それらのプレートの周縁部をかしめて形成される。
【００２３】
図５は、他の実施形態の熱交換器を示し、この熱交換器５０は、一次側流路部に代えて冷媒用チューブ５１が二次側流路部５２の外側に巻き付けるように巻装される。
【００２４】
すなわち、二次側流路部５２は、上記と同様に、内側に空間を形成した外殻プレート５４により偏平形状に形成され、下部に二次側入口５６が設けられ、その上部に二次側出口５７が設けられ、その内部には、波形プレート５５により蛇行する蛇行流路５２ａが形成される。
【００２５】
波形プレート５５は、金属板を波形に曲折して形成され、さらに、波形プレート５５によって形成される横方向の各通路の上壁部または下壁部の端部に、切欠開口部５５ａが両側の端部まで開口して、交互に位置するように形成されている。この外殻プレート５４内の波形プレート５５によって形成された横方向の上下の各流路が切欠開口部５５ａにより連通し、内部に蛇行流路５２ａが形成される。そして、二次側流路部５２の外周に、一次側流路となる冷媒用チューブ５１が巻装される。
【００２６】
このように構成された熱交換器５０の冷媒用チューブ５１は、図示しないヒートポンプサイクルに接続され、二次側流路部５２の二次側入口５６と二次側出口５７には、上記と同様に、図示しないポンプ、バルブなどを介して床暖房パネルに低温液体（冷媒より低い温度の水、例えば不凍液）を循環供給するための管路が接続される。
【００２７】
この熱交換器５０は、その冷媒用チューブ５１に加熱冷媒を供給し、二次側流路部５２の蛇行流路５２ａには不凍液を循環供給して、加熱冷媒の熱を不凍液に伝達するように熱交換するが、二次側流路部５２の蛇行流路５２ａの曲がり部は、横方向の各通路の波形プレート５５の上壁部または下壁部の端部に、切欠開口部５５ａが両側の端部まで開口して形成されているから、その蛇行流路５２ａ内に温水の停留する領域が発生せず、温水内の不純物の残留を防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換器によれば、偏平形状に形成された一次側流路部と二次側流路部を重ね合わせて形成され、一次側流路部と二次側流路部が偏平な空間を有する外殻プレート内に、波形プレートを配設して蛇行流路を形成するように構成されるから、全体を薄型として、小型化することができる。また、蛇行流路の曲がり部を形成する波形プレートの上壁部または下壁部の端部に、切欠開口部が両側の端部まで開口して形成されているから、その蛇行流路の曲がり部近傍に液体の停留する領域が発生せず、液体内の不純物の残留などを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す熱交換器の部分断面付き斜視図である。
【図２】二次側流路部２のＩＩ−ＩＩ線縦断面図である。
【図３】波形プレート５の部分斜視図である。
【図４】一次側流路部３のＩＶ−ＩＶ線縦断面図である。
【図５】他の実施形態の熱交換器の部分断面付き正面図である。
【図６】（ａ）は比較例としての熱交換器の一次側流路部の縦断面図、（ｂ）はその一次側流路部で使用される波形プレートの部分斜視図である。
【符号の説明】
１−熱交換器
２−二次側流路部
３−一次側流路部
２ａ，３ａ−蛇行流路
４，１４−外殻プレート
５，１５−波形プレート
５ａ，１５ａ−切欠開口部

Claims

一次側流路部と二次側流路部に液体を通して該一次側流路部と二次側流路部間で熱交換を行なう熱交換器において、
該一次側流路部と二次側流路部は偏平形状に形成されると共に、その平面を相互に重ね合わせて配設され、該一次側流路部と二次側流路部の内部には偏平な空間を有する外殻プレート内に波形プレートを配設して蛇行流路が形成され、該蛇行流路の曲がり部を形成するために、該波形プレートの上壁部または下壁部の一方の端部に、切欠開口部がその端部まで開口して形成されたことを特徴とする熱交換器。
前記外殻プレートは、２枚の平板プレートを内側に空間を形成して重ね合わせ、該平板プレートの周縁部をかしめて形成されたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
前記外殻プレートは、１枚の平板プレートとそこに隣接する他の一次側流路部または二次側流路部の外殻プレートとから構成され、当該プレートの周縁部をかしめて形成されたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
冷媒用チューブに冷媒を供給し二次側流路部に液体を通して該冷媒用チューブと該二次側流路部間で熱交換を行なう熱交換器において、
偏平形状に形成された該二次側流路部の外周に該冷媒用チューブが巻き付けるように巻装され、該二次側流路部の内部には偏平な空間を有する外殻プレート内に波形プレートを配設して蛇行流路が形成され、該蛇行流路の曲がり部を形成するために、該波形プレートの上壁部または下壁部の一方の端部に、切欠開口部がその端部まで開口して形成されたことを特徴とする熱交換器。