JP2004150760A

JP2004150760A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004150760A
Application number: JP2002318317A
Authority: JP
Inventors: Ken Yamamoto; 山本　　憲; Norihide Kawachi; 典秀河地; Takeshi Okinoya; 剛沖ノ谷; Yutaka Yamada; 山田　　豊; Shinobu Suzuki; 忍鈴木
Original assignee: Denso Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Denso Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】水の流路内に腐食を発生させない熱交換器を提供する。
【解決手段】第１チューブ２０の内面に錫メッキを施した。
これにより、第１チューブ２０を構成する金属（銅）が給湯水中に溶け出すことが抑制される。従って、仮に給湯水のｐＨが高くても、第１チューブ（水チューブ）２０を構成する金属元素が給湯水に溶け出してしまうことを防止でき、水道水のｐＨに対する耐食性を確保できる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１作動流体としての水と、冷媒やブライン等の第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、特に超臨界ヒートポンプサイクルを用いた多機能給湯器で、二酸化炭素よりなる冷媒で水道水を加熱する水−冷媒熱交換器や、給湯器からの温水で床暖房に使う不凍液よりなるブラインを加熱する水−ブライン熱交換器等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水を流通させてその水に受熱または放熱を行わせる熱交換器を備えた熱交換装置が多くある。また、そのような熱交換器を、ヒートポンプ等の冷媒冷凍サイクルを用いて給湯用水を加熱する水−冷媒熱交換器や、給湯器からの温水で床暖房等に使うブラインを加熱する水−ブライン熱交換器等に用いた給湯装置がある。図９・１０は、従来の水−冷媒熱交換器４０の側面図・正面図および断面図であり、これらの図を用いて従来の熱交換器の概略構造を説明する。
【０００３】
水が流通する第１チューブ２２１と、第２流体として冷媒が流通する第２チューブ２２２とを接合して熱交換するようにしてある。また、第１チューブ２２１は、銅板をプレス加工して形成したプレート２２１ｂ・２２１ｃを対向させ、ロウ付けにて接合して水の流路を形成している。ちなみに２２１ａは熱交換効率を上げるため水流路内に配置されたインナーフィンであり、プレート２２１ｂ・２２１ｃと同様に銅板をプレス加工して形成し、プレート２２１ｂ・２２１ｃとロウ付けにて接合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
給湯用の水が流通するチューブを金属製とした場合において、水のｐＨが酸性側やアルカリ側に変化すると、チューブを構成する金属元素が溶け出し易くなる。このため、例えば銅にてチューブを構成すると、２価の銅イオンが水に溶け出す。
【０００５】
使用する水中には種々成分が含まれており、この中で溶解性ＳｉＯ_２は未飽和であっても２価の金属イオンが存在すると析出し、スケールを形成する特性を有している。本発明品も２価の銅イオンの溶け出しにより水中の溶解性ＳｉＯ_２が析出してスケール形成したり、給湯水に溶け出した銅イオンが使用時に石鹸や炭酸ガス等と反応して青水となる。
【０００６】
また、腐食が進行してチューブに孔を開けてゆく孔食とも成りかねないうえ、表面の錆で荒れた部分に水垢等のスケールが付き易くなり、熱交換効率を悪くするという問題もある。本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、水の流路内に腐食を発生させない熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【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または請求項２に記載の発明では、第１チューブ（２０）もしくは両チューブ（５２１、５２２）のそれぞれの内面に錫メッキ（Ｍ）を施したことを特徴とする。
【０００８】
これにより、チューブを構成する金属（銅）が給湯水中に溶け出すことが抑制される。従って、仮に給湯水のｐＨが高くても、水チューブを構成する金属元素が給湯水に溶け出してしまうことを防止でき、水道水のｐＨに対する耐食性を確保できる。尚、請求項１と請求項２とでは前提とする熱交換器の構成が異なる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、第１チューブ（２０、５２１）および第２チューブ（５２２）は、リン銅ロウを用いてロウ付けしたことを特徴とする。これにより、ロウ付け部分も含めて一様に錫メッキ（Ｍ）が施される。
【００１０】
請求項４記載の発明では、錫メッキ（Ｍ）は、第１チューブ（２０、５２１）および第２チューブ（５２２）内にメッキ液を通して行なう置換メッキ法であることを特徴とする。このように、実際の給湯水と同様に第１チューブ（２０、５２１）および第２チューブ（５２２）内にメッキ液を流すことで、水が接する部分に対して確実にメッキを施すことができる。
【００１１】
請求項５記載の発明では、第１チューブ（２０）に水、第２チューブ（１０）に冷媒を流通し、冷媒にて水を加熱する水−冷媒熱交換器（４０）に用いたことを特徴とする。また、請求項６記載の発明では、第１チューブ（５２１）に温水、第２チューブ（５２２）にブラインを流通し、温水にてブラインを加熱する水−ブライン熱交換器（５２０）に用いたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、水流路において腐食の心配のない水−冷媒熱交換器（４０）・水−ブライン熱交換器（５２０）および給湯器（１００）とすることができる。ちなみに、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、本発明に係わる熱交換器を家庭用多機能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）は給湯器の本体部であり、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）となっている。
【００１４】
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。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。
【００１５】
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。４０は本発明に係わ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−冷媒熱交換器（放熱器）である。本発明の要部であるため後述で詳細を説明する。
【００１６】
また、図２中２３０は、熱交換器４０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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
そして、２７１は熱交換器４０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、２７２は熱交換器４０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−冷媒熱交換器４０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−冷媒熱交換器４０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。
【００１９】
ここで、高圧側の冷媒圧力とは、圧縮機２１０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２１０の吐出圧（水−冷媒熱交換器４０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。
【００２０】
また、４００は、水−冷媒熱交換器４０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−冷媒熱交換器４０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ＥＣＵ２７０により制御されている。
【００２１】
５２０は水−ブライン熱交換器であり、温水タンクからの高温水で床暖房パネル６００に供給する不凍液等のブラインを加熱する熱交換器である。７００は床暖房回路にブラインを循環させる為のホンプである。温水タンク３００から水−ブライン熱交換器５２０に供給した高温水は、床暖房パネル６００からのブラインと熱交換して低温になるため、温水タンク３００の給湯水側に戻す。また、床暖房側は、床暖房パネル６００で熱交換したブラインは水−ブライン熱交換器５２０との間で循環される。
【００２２】
次に、本実施形態に係わる水−冷媒熱交換器４０の構造を製造方法と併せて概略を述べる。図３（ａ）は本発明の一実施形態における水−冷媒熱交換器４０の正面図であり、（ｂ）は下面図である。また、図４は図３（ｂ）中のＡ−Ａ断面を示し、図５は図３の水−冷媒熱交換器４０の通水路を表す説明図である。また、図６は図３の水−冷媒熱交換器４０の要部分解斜視図である。
【００２３】
組立順に従って説明すると、まず片側の銅板をプレス成形したプレート２２の上に、箔状のロウ材を熱交換部の大きさに合わせて切ったものを並べる。次にその上に、銅板をプレス成形したコルゲート板３０を並べる。そして更にその上に、もう一度ロウ材を並べる。そしてこれらの上に、もう片側の銅板をプレス成形したプレート２１を被せ、プレート２１・２２の外縁部に設けた爪Ｎを折り曲げてかしめ、第１チューブ２０を組み上げる。
【００２４】
更に、仮組みされた第１チューブ２０の周囲に長円状に曲げ加工した第２チューブ１０を挿入して仮組み付けし、これらを治具によって加重をかけながら仮固定する（仮組工程）。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にて一体接合する（ロウ付け工程）。尚、ロウ材には全てリンを含有するリン銅ろうを用いている。
【００２５】
そして最後に、この一体となった水−冷媒熱交換器４０の第１チューブ２０内に錫のメッキ液を通し、置換メッキ法にて水流路となるプレート２１・２２の内面およびコルゲート板３０の表面に錫メッキＭを施す。尚、コルゲート板３０の壁面３２には、窓状の開孔３３が左右交互の側端位置に形成されているため、入口２３から出口２４に至るまでを多数の折り返した通水路に区画形成している。
【００２６】
次に、本実施形態での特徴を述べる。第１チューブ２０の内面に錫メッキＭを施している。これにより、第１チューブ２０を構成する金属（銅）が給湯水中に溶け出すことが抑制される。従って、仮に給湯水のｐＨが高くても、第１チューブ（水チューブ）２０を構成する金属元素が給湯水に溶け出してしまうことを防止でき、水道水のｐＨに対する耐食性を確保できる。
【００２７】
また、第１チューブ２０は、リン銅ロウを用いてロウ付けしている。これにより、ロウ付け部分も含めて一様に錫メッキＭが施される。また、錫メッキＭは、第１チューブ２０内にメッキ液を通して行なう置換メッキ法で行なっている。このように、実際の給湯水と同様に第１チューブ２０内にメッキ液を流すことで、水が接する部分に対して確実にメッキを施すことができる。
【００２８】
そして、第１チューブ２０に水、第２チューブ１０に冷媒を流通し、冷媒にて水を加熱する水−冷媒熱交換器４０に用いている。これにより、水流路において腐食の心配のない水−冷媒熱交換器４０および給湯器１００とすることができる。
【００２９】
（その他の実施形態）
図７は、本発明の他の実施形態における水−冷媒熱交換器４０を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。水が流通する第１チューブ２０の構造は上述した実施形態と同様で、冷媒が流通する第２チューブの構造構造のみ異なり、２本の銅製細管１２・１３を第１チューブ２０の両平坦面に分岐し、蛇行させて接合している。本発明はこのような構造の熱交換器に適用しても良い。
【００３０】
また図８は、本発明の他の実施形態における水−ブライン熱交換器５２０の断面斜視図である。二枚の銅プレート５２１ｂ・５２３で形成して給湯器からの高温水が流通する第１チューブ５２１と、同様に二枚の銅プレート５２２ｂ・５２３で形成して第２流体としてのブラインが流通する第２チューブ５２２とを接合した熱交換器となっている。両チューブ５２１・５２２の中にはコルゲート板５２１ｃ・５２２ｃが接合されている。そして、両チューブ５２１、５２２のそれぞれの内面に錫メッキＭを施している。
【００３１】
このように、第１チューブ５２１に温水、第２チューブ５２２にブラインを流通し、温水にてブラインを加熱する水−ブライン熱交換器５２０に適用することにより、水流路において腐食の心配の水−ブライン熱交換器５２０および給湯器１００とすることができる。また、本発明に係る熱交換器はこれら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等にも適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる給湯機の外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係わ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水−冷媒熱交換器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。
【図４】図３（ｂ）中のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３の水−冷媒熱交換器の通水路を表す説明図である。
【図６】図３の水−冷媒熱交換器の要部分解斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態における水−冷媒熱交換器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。
【図８】本発明の他の実施形態における水−ブライン熱交換器の断面斜視図である。
【図９】従来の水−冷媒熱交換器を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１０】図９（ｂ）中のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
２０、５２１第１チューブ
１０、５２２第２チューブ
２１、２２、５２１ｂ、５２２ｂ、５２３銅プレート
５０水−冷媒熱交換器
５２０水−ブライン熱交換器
Ｍ錫メッキ

Claims

二枚の銅プレート（２１、２２）で水が流通する第１チューブ（２０）を形成し、その両平坦面に第２流体が流通する第２チューブ（１０）を接合した熱交換器において、
前記第１チューブ（２０）の内面に錫メッキ（Ｍ）を施したことを特徴とする熱交換器。
二枚の銅プレート（５２１ｂ、５２３）で形成し水が流通する第１チューブ（５２１）と、同様に二枚の銅プレート（５２２ｂ、５２３）で形成し第２流体が流通する第２チューブ（５２２）とを接合した熱交換器において、
前記両チューブ（５２１、５２２）のそれぞれの内面に錫メッキ（Ｍ）を施したことを特徴とする熱交換器。
前記第１チューブ（２０、５２１）および前記第２チューブ（５２２）は、リン銅ロウを用いてロウ付けした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。
前記錫メッキ（Ｍ）は、前記第１チューブ（２０、５２１）および前記第２チューブ（５２２）内にメッキ液を通して行なう置換メッキ法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。
前記第１チューブ（２０）に水、前記第２チューブ（１０）に冷媒を流通し、前記冷媒にて前記水を加熱する水−冷媒熱交換器（４０）に用いたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第１チューブ（５２１）に温水、前記第２チューブ（５２２）にブラインを流通し、前記温水にて前記ブラインを加熱する水−ブライン熱交換器（５２０）に用いたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。