JP2004347170A

JP2004347170A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004347170A
Application number: JP2003142213A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nakajima; 伸治中島; Jiro Kitayama; 二朗北山; Shinji Nakadeguchi; 真治中出口; Masashi Tamura; 真史田村; Daizo Yajima; 大三矢嶋; Kensuke Matsuo; 謙介松尾; Kei Yanagimoto; 圭柳本; Shinichiro Hayashi; 慎一郎林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】接触熱抵抗を低減したコンパクトな熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、互いに熱交換する直線部分を持つ第１および第２の蛇行する管部材と、直線部分間に熱伝導経路を形成する熱伝導部材と、これらを熱交換関係に保持する保持部材とを備えている。管部材は熱伝導板の貫通孔に挿入され、熱伝導部材および保持部材は連続した同一材料の一体構造の一枚あるいは複数枚の熱伝導板で構成されている。管部材を複数グループにしたり、熱伝導部材を保持部材とは別の部品として管部材の直線部分の外周面に合わせた熱伝達表面を持たせることもできる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に関し、特に給湯器に適した熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯器用熱交換器は、熱交換用の給湯水管と冷媒管とが螺旋状に巻かれて、互いに他方の間に入り込んで直接接触するように交互に配置されており、螺旋状の管の両端は端板と結合ボルトとによって機械的に互いに密着するように締結されている。給湯水管と冷媒管とは、熱伝導面積を大きくするために偏平加工が施されていて、外径は同径の銅パイプであるが、給湯水管の方が肉厚を大きくして外圧の増加に対して耐圧性を高くしている。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２８０６９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱交換器に於いては、扁平管を２重に円筒状に巻き付けたものであるため、管を巻き付ける際の最小半径に制限があり、内部の空間が不必要に広く、省スペース化が困難であった。また、複数の流路構成をとることも不可能であって設計自由度が小さい。さらに、上下の端板による圧力で管を互いに密着させようとしているが、管が一様には密着せずに接触熱抵抗が大きく、配管長を大きくせざるを得ない。また内圧によって熱交換器自体が変形しやすいため、熱交換能力がこの変形の影響を受けやすい。
【０００５】
従って、この発明は、上述のような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、接触熱抵抗を低減したコンパクトな熱交換器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の熱交換器は、互いに熱交換すべく交互に互いに平行に配置された第１および第２の管部材と、第１および第２の管部材間に設けられて上記第１および第２の管部材に密着してその間に熱伝導経路を形成する熱伝導部材と、上記第１および第２の管部材ならびに上記熱伝導部材を互いに所定の位置関係に保持する保持部材とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１乃至図４はこの発明の熱交換器を概略的に示すもので、図１は概略斜視図、図２は概略正面図、図３は分解概略斜視図、図４は製造手順を説明するための概略図である。
【０００８】
これらの図において、この発明の熱交換器は、互いに熱交換すべく交互に互いに平行に配置された銅等の第１の管部材１と第２の管部材２とを備えている。第１の管部材１は図３に示す直線部分３と湾曲部分４とを有し、例えば高温のお湯あるいは冷媒を流す蛇行管であり、第２の管部材２は直線部分５と湾曲部分６とを有し、例えば加熱あるいは冷却すべき水を流す蛇行管であって、第１および第２の管部材１および２は同じ形状である。図２に良く示されているように、第１の管部材１の直線部分３は第２の管部材２の直線部分５の間に位置するように交互に配置され、第１の管部材１の流体入口７と第２の管部材２の流体出口８とが並置され、第１の管部材１の流体出口９と第２の管部材２の流体入口１０とが並置されており、流体の流れ方向が互いに逆向きとなるように接続されている。
【０００９】
熱交換器はまた、上述の第１および第２の管部材１および２を支持すると共にそれらの間の熱交換関係を確立する熱伝導板１１を備えている。熱伝導板１１は図３に示す如く、例えばアルミニウム等の熱伝導率の大きな材質で製造した、連続した同一材料のブロック状の一体構造のものである。図示の例では、熱伝導板１１は立方体のアルミニウムブロックに第１および第２の管部材１および２を挿入できる直径の互いに平行な貫通孔１２を複数個開けたものである。貫通孔１２は熱伝導板１１のそれぞれの主面に近接した平行な２つの平面内に配置された第１群と第２群とを形成している。各群の貫通孔１２は同じ数だけあって、熱伝導板１１の主面に直角な方向に互いに整列して重なり合う位置に設けられている。
【００１０】
このような熱伝導板１１に対して各管部材を組み立てる際には、図３に示すようなＵ字管１３の一方の脚部を、図３に於いて、上側の第１群の貫通孔１２の左から一番目の貫通孔１２に挿入し、他方の脚部を下側の第２群の左から二番面の貫通孔１２に挿入する。次に第１群の左から二番目の貫通孔１２と第２群の左から三番目の貫通孔１２とにＵ字管１３を挿入し、順次同様に全てのＵ字管１３を挿入する。挿入したＵ字管１３は次に管径を拡げて、Ｕ字管１３の外周面を熱伝導板１１の貫通孔１２の内周面に密着させ、その間に良好な熱伝導関係を確立させる。次に図４に示す如く熱伝導板１１の反対側から突出したＵ字管１３の各脚部の端部をろう付けしたＵベンド１４により接続して、全体として熱伝導板１１内に組み立てられた蛇行した第１および第２の管部材が構成される。なお、Ｕ字管を用いずに直線部分５の両側にＵベンド１４をろう付けしてもよい。
【００１１】
このように、熱伝導板１１の各貫通孔１２間の部分、即ち第１および第２の管部材１および２の直線部分５間に位置する部分は、第１および第２の管部材１および２に密着してその間に熱伝導経路を形成しており、この意味で熱伝導部材１５である。また、熱伝導板１１の貫通孔１２の周囲の部分は、第１および第２の管部材１および２と上述の熱伝導部材１５とを互いに所定の熱交換関係の位置に保持する作用をしており、この意味で保持部材１６である。この実施の形態に於いては、熱伝導部材１５および保持部材１６が、連続した同一材料の一体構造の熱伝導板１１によって構成されている。
【００１２】
熱交換器はこのような構成を持っているので、コンパクト化が達成でき、さらに各管部材を扁平化しなくとも周りのアルミニウムの熱伝導板１１が管部材間で熱を伝導するので効率が良くなる。また、管部材１および２が貫通孔１２内に密着させられているので、管部材１および２が内部の圧力によって変形しにくい。また本実施例では、熱伝導板１１の貫通孔１２に銅の第１および第２の管部材１および２を挿入した後、これら管部材１および２を拡管して熱伝導板１１と管部材１および２との間の接触熱抵抗を低減させている。また、アルミニウムの熱伝導板１１は押し出し材で構成すればコストが安価で、精度良く作製できる。
【００１３】
実施の形態２．
図５に示す熱交換器は、図１および図２に示す熱交換器と比較すると、単一の熱伝導板１９に対して、それぞれ図１および図２に示すものと同じ構成の第１および第２の管部材１および２で構成された複数（この例の場合４群）の管部材群２１、２２、２３および２４が設けられている点が相違している。また、各管部材群２１乃至２４は、それぞれの流体入口および流体出口に接続されて、各管部材群に流体を供給し、流体を回収するヘッダ２０を備えている。このような構成に於いて、管部材１および２の管径を小径化すると、伝熱面積が増加し、さらにコンパクト化が可能になる。なお、この例では４つの管部材群２１乃至２４に分岐させているが、４つでなくとも同様の効果を得ることができる。
【００１４】
実施の形態３．
図６および図７に示す熱交換器に於いては、熱伝導部材１５および保持部材１６が、それぞれ連続した同一材料の一体構造の複数（この例では２つ）の熱伝導板２５および２６を構成している。即ち、先の例では、熱伝導板１１が単一の部品であったが、これを例えば二枚の複数のアルミニウムの熱伝導板２５および２６で構成しても機能上問題なく、熱伝導板２５および２６の重量が低減されるので、製造コストの低減が可能になる。
【００１５】
この場合、図６および図７で見て上側の熱伝導板２５に一群の貫通孔１２を設け、下側の熱伝導板２６に別の一群の貫通孔１２を設ける。この例に於いても、アルミニウムの熱伝導板２５および２６の第１および第２の管部材１および２間に位置する部分は熱伝導部材１５であり、熱伝導板１１の貫通孔１２の周囲の部分は保持部材１６であり、各熱伝導板２５および２６の熱伝導部材１５および保持部材１６は、それぞれ連続した同一材料の一体構造のアルミニウム板によって構成されている。二枚の熱伝導板２５および２６は、それぞれ別個の支持部材によって支持しても良いし、図示してない適当な手段によって互いに結合しても良い。
【００１６】
実施の形態４．
図６および図７に示す二枚の熱伝導板２５および２６のそれぞれは、図８に示すように、貫通孔１２の円筒形の内周面とほぼ同軸の円筒形の外周面２７を有する熱伝導板３１とすることもできる。熱伝導板２５あるいは２６の重量を軽減するために、熱伝導板３１のように貫通孔１２の肉厚をほぼ一定とした形状とすることで、コスト低減が図られる。また、銅パイプである管部材１および２の拡径時に管部材の半径方向への伸びを熱伝導板３１が吸収し、管部材１および２と熱伝導板３１との間の密着性がさらに良好となる。
【００１７】
実施の形態５．
図９および図１０に示す熱交換器に於いては、第１および第２の管部材１および２の直線部分５の間に配置される熱伝導部材２８が、第１および第２の管部材１および２の直線部分５の円筒形外周面に対して相互補完関係にあるような円筒形外周面２９をもっている。また、保持部材３０が熱伝導部材２８の管部材１および２に対する移動を防ぐような枠状体である。
【００１８】
即ち、熱伝導部材２８は、アルミニウム等の熱伝導率の良い材質でできたスペーサ状で、両側面が管部材１および２の直線部分５に沿って延びて密着できる凹の円筒面２９になっている長い部材である。図１０で見て頂面および底面は平坦な面でよい。保持部材３０は図示の例ではＥ字型の枠状体であって、間に熱伝導部材２８を挿入した第１および第２の管部材１および２をＥ字の腕部分３２の間に挟持するものである。各部材間の密着性を高めるために、保持部材３０の枠状体を内側に締め付けることができる。組み立て時には、例えば高温の湯または冷媒を流す第１の管部材１と低温の水を流す第２の管部材２との間に熱伝導率の良い熱伝導部材２８を挟み込み、これを保持部材３０の腕部分３２の間に交互に入れる。すべての管部材１および２と熱伝導部材２８とを入れた後、保持部材３０の開口部から、管部材を押圧して各部材を互いに圧着させて密着度を上げ、熱交換関係を良くして固定する。この場合、管部材１および２を拡管する必要がなく、外部から保持部材３０に圧力を掛ければ良いので組み立て作業が簡単である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明の熱交換器は、互いに熱交換すべく交互に互いに平行に配置された第１および第２の管部材と、上記第１および第２の管部材間に設けられて上記第１および第２の管部材に密着してその間に熱伝導経路を形成する熱伝導部材と、上記第１および第２の管部材ならびに上記熱伝導部材を互いに所定の位置関係に保持する保持部材とを備えているので、接触熱抵抗の低い、コンパクトな熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の熱交換器を示す概略斜視図である。
【図２】図１の熱交換器の概略正面図である。
【図３】この発明の熱交換器の製造手順を説明する分解斜視図である。
【図４】Ｕ字管を熱伝導板に挿入した状態を示す概略平面図である。
【図５】複数の管部材群を持つ熱交換器を示す概略平面図である。
【図６】複数の熱伝導板を持つ熱交換器を示す概略斜視図である。
【図７】図６の熱交換器の概略正面図である。
【図８】外表面を円筒面にした熱伝導板を示す概略斜視図である。
【図９】保持部材と熱伝導部材とを別個の部品で構成した熱交換器の概略正面図である。
【図１０】図９の保持部材と熱伝導部材とを示す概略平面図である。
【符号の説明】
１第１の管部材、２第２の管部材、３、５直線部分、４、６湾曲部分、１５、２８熱伝導部材、１６、３０保持部材、２０ヘッダ、２１、２２、２３、２４管部材群、１１、１９、２５、２６、３１熱伝導板、１２貫通孔、２７、２９外周面。

Claims

互いに熱交換すべく交互に互いに平行に配置された第１および第２の管部材と、
上記第１および第２の管部材間に設けられて上記第１および第２の管部材に密着してその間に熱伝導経路を形成する熱伝導部材と、
上記第１および第２の管部材ならびに上記熱伝導部材を互いに所定の位置関係に保持する保持部材とを備えたことを特徴とする熱交換器。
上記第１および第２の管部材のそれぞれが、平行な直線部分と湾曲部分とを有する蛇行管であって、第１管部材の直線部分が第２管部材の直線部分の間に位置するように交互に配置され、流れ方向が逆向きとなるように接続されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
上記第１および第２の管部材のそれぞれが、平行な直線部分と湾曲部分とを有する蛇行管であって、第１管部材の直線部分が第２管部材の直線部分の間に位置するように交互に配置され、流れ方向が逆向きとなるように接続されて、ヘッダを有する複数の管部材群を備えていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
上記熱伝導部材および上記保持部材が、連続した同一材料の一体構造の熱伝導板を構成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器。
上記熱伝導部材および上記保持部材が、それぞれ連続した同一材料の一体構造の複数の熱伝導板を構成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器。
上記熱伝導板が、上記第１および第２の管部材をそれぞれ密着して受け入れる貫通孔を有することを特徴とする請求項４あるいは５記載の熱交換器。
上記熱伝導板が、上記貫通孔の内周面とほぼ同軸の外周面を有することを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
上記熱伝導部材が上記第１および第２の管部材の直線部分の外周面に対して相互補完関係にあるような外周面を有し、上記保持部材が上記熱伝導部材の上記管部材に対する移動を防ぐことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器。