JP2004211981A

JP2004211981A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004211981A
Application number: JP2003000249A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakatani; 和生中谷; Yoshikazu Kawabe; 義和川邉; Yuji Inoue; 雄二井上; Noriho Okaza; 典穂岡座
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】簡単な構成で伝熱面積を確保し、圧力の高い冷媒に対しても信頼性および耐久性に優れ、高性能な熱交換器を提供する。また、圧縮機の放熱を有効に利用でき、圧縮機の騒音も防止できる熱交換器を提供する。
【解決手段】少なくとも１本以上の冷媒管を螺旋状に巻き、前記冷媒管の外側に、前記冷媒管と前記螺旋形状の直径方向に沿って接するように給湯水管を螺旋状に巻き、円筒を前記給湯水管の外側に設けた構成とする。また、螺旋形状を圧縮機のシェルに接した構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はヒートポンプ給湯機に用いる熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ給湯機に用いる熱交換器は、図４に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来の熱交換器の構成を示す断面構成図であり、図４を参照しながら従来の技術を説明する。
【０００４】
図４において、１は熱交換器本体、２は熱交換器、この熱交換器２は冷媒管２Ａ、給湯水管２Ｂを螺旋状に巻付けて形成されている。冷媒管２Ａは冷媒、給湯水管２Ｂは給湯水が流通する。この両者の管は交互に直接管同士が接触するように構成している。
【０００５】
そして、螺旋体の両端には支持体（端板）３を設け、これら支持体３を前記螺旋状に形成された熱交換器２を螺旋のセンターに設けたボルト４によって機械的に締結している。
【０００６】
また、ナット５と支持体３の間にはスプリングワッシャー６が挿入されており、締付力の変化を防止している。そして、螺旋状に巻かれた冷媒管２Ａと、給湯水管２Ｂの外周には外部への熱損失を防止するための断熱材７が円筒状に巻かれている。
【０００７】
これにより、低コストで伝熱面積が確保でき、信頼性および耐久性に優れた熱交換器を提供することができるものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１―２４１８６５号公報（第４頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の方式では、冷媒管２Ａと給湯水管２Ｂが交互に接触して圧接しているため、たとえば冷媒管２Ａの入口から流入した高温の冷媒の熱が、管壁を介して給湯水管２Ｂに伝わるのみならず、給湯水管２Ｂを介してやや低温の冷媒にも順次伝わるため、熱損失となって、給湯水の温度を十分に上げるためには、熱交換器を大きくする必要があった。
【００１０】
また、螺旋体の両端に支持体（端板）３を設けて、そのセンターに設けたボルト４によって機械的に締結しているため、螺旋体の内部の空間がデッドスペースとなり他の部品等の収納もできないため、熱交換器を収納する本体（図示せず）を大きくする必要があった。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、小型低コストであり、また、冷媒を圧送する圧縮機の振動や騒音を防止し、その廃熱を有効に利用して高性能な熱交換器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも１本以上の冷媒管を螺旋状に巻き、冷媒管の外側に、冷媒管と螺旋形状の直径方向に沿って接するように給湯水管を螺旋状に巻き、円筒を前記給湯水管の外側に設けたので、螺旋形状の内部空間を他の部品等の収納に利用することができ、螺旋形状の軸方向の長さが短くなり機器本体を小型化することが可能となる。
【００１３】
また、特に給湯水管が冷媒管よりも硬質で曲がりにくい場合などにおいては、給湯水管の曲率半径を大きくすることができるので、螺旋曲げが容易になる。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、給湯水管を螺旋状に巻き、給湯水管の外側に、前記給湯水管と螺旋形状の直径方向に沿って接するように少なくとも１本以上の冷媒管を螺旋状に巻き、円筒を冷媒管の外側に設けたので、螺旋形状の内部空間を他の部品等の収納に利用することができ、螺旋形状の軸方向の長さが短くなり機器本体を小型化することが可能となる。
【００１５】
また、特に冷媒管が給湯水管よりも硬質で曲がりにくい場合などにおいては、冷媒管の曲率半径を大きくすることができるので、螺旋曲げが容易になる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の熱交換器であって、冷媒管を扁平形状とし、冷媒管は、複数の冷媒通路が冷媒管幅方向に並列に配されたもので、冷媒管が扁平状のため、給湯水管との伝熱面積を大きくすることができるので熱交換器の高性能化を図ることが可能となる。
【００１７】
また、特に高圧の冷媒を使用する場合などにおいては、断面積の小さな冷媒通路を複数個、並列状に形成しているので、冷媒管の肉厚を大きくする必要がなく、熱交換器を軽くできるばかりでなく、給湯水管との接触熱抵抗も小さくできるので、熱交換器の高性能化が容易となる。
【００１８】
また、冷媒管の曲げが極めて容易となり、加工性に優れる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載の熱交換器であって、螺旋形状を圧縮機のシェルに接する構成としたものであり、冷媒を圧送するための圧縮機のシェル周囲からの放熱を給湯水の加熱に利用することができ、運転効率が向上すると共に、圧縮機と熱交換器を一体化できるので、より小型化が可能となる。
【００２０】
また、圧縮機の周囲に給湯水管および冷媒管を巻きつける構成としたので、圧縮機から発する騒音や振動を両管で吸収でき、その低減に効果がある。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１または２記載の熱交換器であって、冷媒管を、それぞれ螺旋形状の軸方向に対し、接触せずに螺旋状に巻いているものであり、螺旋形状の軸方向の熱の流れを遮断することができ、熱交換性能が向上する。
【００２２】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から５いずれか１項記載の熱交換器であって、冷媒管を流れる冷媒として二酸化炭素を用いたものであり、冷媒としては温暖化係数、オゾン破壊係数とも環境に良いものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる熱交換器を具体的な実施例により説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図を示す。
【００２５】
図１において、１１は熱交換器本体、１２は冷媒管であり、ここでは高さ寸法に比べて幅寸法が長い扁平状の冷媒管本体に、冷媒管長さ方向に延びる複数の冷媒通路を冷媒管幅方向に並列状に形成している場合を示している。そして、冷媒管１２は円筒Ａ１３に螺旋状に巻きつけられている。
【００２６】
１４は給湯水管であり、ここでは扁平状の銅管を使用し、冷媒管１２と同様の幅寸法を持った例を示している。給湯水管１４は冷媒管１２と重なるように冷媒管１２の外側に螺旋状に巻きつけられている。
【００２７】
１５はその直径が可変できる円筒Ｂであり、冷媒管１２と給湯水管１４が互いに圧接するように外側から内側に締め付ける構成となっている。
【００２８】
ここで、本実施例の熱交換器１１の組み立て方法について説明する。
【００２９】
まず、冷媒管１２と円筒Ａ１３とを互いに密着するように螺旋状に巻き付けていくが、円筒Ａ１３の軸方向には冷媒管１２どうし密着せず、一定の間隔をあけて形成する。
【００３０】
次に給湯水管１４を冷媒管１２と重なるように冷媒管１２の外側に螺旋状に巻きつけるが、冷媒管１２と同様に円筒Ａ１３の軸方向には給湯水管１４どうしは密着せず、一定の間隔をあけて形成する。
【００３１】
この状態では、冷媒管１２と給湯水管１４とは各々の材料の持つ弾性の性質により密着せず、隙間の開いた状態になっている。
【００３２】
次に、給湯水管１４の外側より円筒Ｂ１５をはめ込む。円筒Ｂ１５は、直径が可変でき、具体的な構成例を図２に示す。
【００３３】
図２は円筒Ｂ１５を軸方向から見た概観図であり、円筒Ｂ１５は、円筒１６の一部が円筒の軸方向に切断され、軸の略直径方向外向きに折り曲げられたツバ部１７を設け、円筒Ｂ１５の直径を小さくするように両ツバ部を円筒Ｂ１５の円周方向に締め付けることが可能なボルト１８、ナット１９を設けている。
【００３４】
円筒Ｂ１５を給湯水管１４の外側よりはめ込んだ後、冷媒管１２と給湯水管１４が密着するようにボルト１８、ナット１９を徐々に締め込む。こうすることにより、ツバ部１７が互いに接近するにつれ、円筒１６の直径が小さくなり、冷媒管１２と給湯水管１４とが圧接されて密着することができる。
【００３５】
こうすることにより、冷媒管１２と給湯水管１４の間の熱抵抗が小さくなり、また、伝熱面積も確保できるので熱交換性能が高くなる。
【００３６】
なお、円筒Ａ１３の内部は空間ができるため、たとえば給湯水を生成するために必要なポンプなどの他の部品の収納に利用することができ、機器本体を小型化することが可能となる。
【００３７】
また、給湯水管１４が冷媒管１２よりも硬質で曲がりにくい場合などにおいては、給湯水管１４の曲率半径を大きくすることができるので、螺旋曲げの加工がより容易となる。
【００３８】
また、ここで冷媒管１２および給湯水管１４は、それぞれ円筒Ａ１３の軸方向には冷媒管１２どうし、給湯水管１４どうしは密着せず、一定の間隔をあけて形成しているので、管壁を通じての円筒Ａ１３軸方向の熱の移動が防げ、熱ロスを防止できるので、熱交換性能を高く維持できる。
【００３９】
また、円筒Ａ１３、円筒Ｂ１５は熱伝導性の低い材料で構成すると、軸方向への熱の移動を少なくすることができ、熱交換性能をさらに高くすることが可能となる。
【００４０】
なお、ここでは冷媒管１２を内側に、給湯水管１４を外側に設けたが、逆にした場合には、給湯水管１４が冷媒管１２よりも硬質で曲がりにくい場合などにおいては、給湯水管１４の曲率半径を大きくすることができるので、螺旋曲げの加工がより容易となる他、その他の効果は同様であるので説明は省略する。
【００４１】
本実施例では、冷媒管１２と給湯水管１４が１組の場合を説明したが、給湯水管１４が冷媒管１２を挟むように２本あってもよく、これらも本発明に含まれる。
【００４２】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における熱交換器の構成図を示す。
【００４３】
図３において、２１は熱交換器本体、２２は給湯水管であり、冷媒（ここでは二酸化炭素）を圧送する圧縮機２３のシェルに螺旋状に巻きつけている。
【００４４】
２４は冷媒二酸化炭素が流れる冷媒管であり、ここでは複数本の細管を並列に並べたものを用いて、複数本の細管の幅寸法の合計が給湯水管２２の幅寸法と同様である例を示している。
【００４５】
冷媒管２４は給湯水管２２と重なるように給湯水管２２の外側に螺旋状に巻きつけられている。
【００４６】
２５はその直径が可変できる円筒Ｂであり、給湯水管２２と冷媒管２４が互いに圧接するように外側から内側に締め付ける構成となっている。
【００４７】
ここで、本実施例の熱交換器２１の組み立て方法について説明する。
【００４８】
まず、冷媒管２２と圧縮機２３のシェルとを互いに密着するように螺旋状に巻き付けていくが、圧縮機２３のシェルの軸方向（図３の上下方向）には冷媒管２２どうしは密着せず、一定の間隔をあけて形成する。
【００４９】
次に複数本の細管からなる冷媒管２２を給湯水管２４と重なるように給湯水管２４の外側に螺旋状に巻きつけるが、この時、細管を１本ずつ巻き付けてもよいし、複数本同時に並列に巻き付けてもよい。また、これら細管は複数本は密着して巻き付けるが、複数本どうしは給湯水管２４と同様に圧縮機２３のシェルの軸方向には密着せず、一定の間隔をあけて形成する。
【００５０】
なお、この状態では、給湯水管２２と冷媒管２４は各々の材料の持つ弾性の性質により密着せず、隙間の開いた状態になっている。
【００５１】
次に、冷媒管２４の外側より円筒Ｂ２５をはめ込む。円筒Ｂ２５は、直径が可変でき、具体的な構成例は図２に示したものと同様であり、円筒Ｂ２５の直径を狭めながら締め付けることにより、給湯水管２２と冷媒管２４が圧接されて密着することができる。
【００５２】
こうすることにより、給湯水管２２と冷媒管２４の間の熱抵抗が小さくなり、また、伝熱面積も確保できるので熱交換性能の高い熱交換器２１が形成できる。
【００５３】
この構成においては、圧縮機２３の外周に給湯水管２２を巻き付けているため、内部空間ができず、圧縮機２３と熱交換器２１を一体化できるので、より小型化が可能となる。
【００５４】
また、圧縮機２３の放熱を給湯水管２２に伝えることができるので、従来、空気に放熱していた熱量を給湯に利用することができ、運転効率が向上する。
【００５５】
また、冷媒管２４を複数本の細管を並列に並べたものとすることにより、より巻き付けが容易となるばかりでなく、１本の管径を小さくすることができるので、管の肉厚を小さくしても耐圧は大きくなり、二酸化炭素などのように圧力が高くなる冷媒を使用した場合においても、設計上、問題なく、有利である。
【００５６】
また、圧縮機２３の周囲に給湯水管２２および冷媒管２４を巻きつける構成としたので、圧縮機２３から発する騒音や振動を両管で吸収でき、その低減に効果がある。
【００５７】
また、ここで給湯水管２２および冷媒管２４は、それぞれ圧縮機２３の軸方向には給湯水管２２どうし、冷媒管２４どうしは密着せず、一定の間隔をあけて形成しているので、管壁を通じての圧縮機２３の軸方向の熱の移動が防げ、熱ロスを防止できるので、熱交換性能を高く維持できる。
【００５８】
また、冷媒管２４を流れる冷媒として二酸化炭素を用いたものであり、万一、冷媒管２４から外部に冷媒が漏れた場合にも、地球温暖化への影響は極めて低くすることができる。
【００５９】
なお、円筒Ｂ２５は熱伝導性の低い材料で構成すると、軸方向への熱の移動を少なくすることができ、熱交換性能をさらに高くすることが可能となる。
【００６０】
なお、ここでは給湯水管２２を内側に、冷媒管２４を外側に設けたが、逆にした場合にも効果は同様である。
【００６１】
本実施例では、給湯水管２２と冷媒管２４が１組の場合を説明したが、給湯水管２２が冷媒管２４を挟むように２本あってもよく、これらも本発明に含まれる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明の熱交換器の構成にすることにより、簡単な構成で伝熱面積を確保し、圧力の高い冷媒に対しても信頼性および耐久性に優れ、高性能な熱交換器を実現する事ができる。
【００６３】
また、圧縮機の放熱を有効に利用でき、圧縮機の騒音も防止できる熱交換器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の実施例１における構成図
【図２】本発明の熱交換器の円筒Ｂの構成図
【図３】本発明の熱交換器の実施例２における構成図
【図４】従来の熱交換器の構成図
【符号の説明】
１１熱交換器
１２冷媒管
１３円筒Ａ
１４給湯水管
１５円筒Ｂ
１６円筒
１７ツバ部
１８ボルト
１９ナット
２１熱交換器
２２給湯水管
２３圧縮機
２４冷媒管
２５円筒Ｂ

Claims

少なくとも１本以上の冷媒管を螺旋状に巻き、前記冷媒管の外側に、前記冷媒管と前記螺旋形状の直径方向に沿って接するように給湯水管を螺旋状に巻き、円筒を前記給湯水管の外側に設けたことを特徴とする熱交換器。
給湯水管を螺旋状に巻き、前記給湯水管の外側に、前記給湯水管と前記螺旋形状の直径方向に沿って接するように少なくとも１本以上の冷媒管を螺旋状に巻き、円筒を前記冷媒管の外側に設けたことを特徴とする熱交換器。
前記冷媒管を扁平形状とし、前記冷媒管は、複数の冷媒通路が前記冷媒管幅方向に並列に配された構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記螺旋形状を圧縮機のシェルに接する構成とすることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記冷媒管は、それぞれ前記螺旋形状の軸方向に対し、接触せずに螺旋状に巻かれていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記冷媒管を流れる冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の熱交換器。