JP2005061667A

JP2005061667A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2005061667A
Application number: JP2003289830A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakashita; 功一中下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】
伝熱管の曲げ半径を小さくして熱交換器の小型化を図る。
【解決手段】
一次流体が流れる第１伝熱管２、及び二次流体が流れる第２伝熱管３を有し、一次流体と二次流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、第１伝熱管２の断面形状は、偏平形状になっており、第１伝熱管２は、第１伝熱管２の偏平形状の短手方向と曲げ半径方向が一致する屈曲部２ａ〜２ｃを有するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、蒸気圧縮式冷凍機（ヒートポンプ）を用いた給湯器や温水タンクに保温貯蔵されている温水と床暖房回路内を循環する熱媒体とを熱交換する熱交換器に適用して有効である。

従来の熱交換器では、偏平形状の第１伝熱管と偏平形状の第２伝熱管との横長となる偏平の面を交互に重ねて螺旋状に巻くことでコイル状とし、軸方向両端側からボルトとナットを締め付けることにより、巻き方向に対して第１伝熱管と第２伝熱管とを圧接し、熱交換可能な構成にしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１３−２８０６９６号公報

しかしながら、上記従来技術では、第１伝熱管と第２伝熱管の偏平形状の長手方向と曲げ半径方向を一致させているので、両伝熱管の曲げ半径が大きくなり、外形寸法が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記点に鑑み、伝熱管の曲げ半径を小さくして熱交換器の小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一次流体が流れる第１伝熱管（２）、及び二次流体が流れる第２伝熱管（３）を有し、一次流体と二次流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、第１伝熱管（２）の断面形状は、偏平形状になっており、第１伝熱管（２）は、第１伝熱管（２）の偏平形状の短手方向と曲げ半径方向が一致する屈曲部（２ａ〜２ｃ）を有していることを特徴とする。

これによると、第１伝熱管（２）は、断面形状が偏平形状の第１伝熱管（２）の短手方向と曲率半径方向が一致する屈曲部（２ａ〜２ｃ）を有しているので、曲げ半径を小さくすることができる。

請求項２に記載の発明のように、請求項１において、第１伝熱管（２）は、屈曲部（２ａ〜２ｃ）を複数箇所有し、この複数箇所の屈曲部（２ａ〜２ｃ）により、偏平形状の長手方向が隣り合うように形成されていれば、熱交換器の熱交換領域を小さくすることなく、外形寸法の小型化を実現できる。

請求項３に記載の発明のように、請求項２において、第１伝熱管（２）は、曲げ半径の小さい複数箇所の屈曲部（２ａ〜２ｃ）により、螺旋状に形成されていれば、曲げ半径の軸方向において、形成される形状が偏平形状となる。そのため、従来技術の螺旋状の熱交換器よりも薄型の熱交換器にすることができる。

請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つにおいて、第２伝熱管（３）が第１伝熱管（２）の一次流体流れ方向と略平行に配置されていれば、第１伝熱管（２）と第２伝熱管（３）との熱交換領域を有効活用することができる。

請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つにおいて、第２伝熱管（３）が第１伝熱管（２）の一次流体流れ方向と略直交する向きで配置されている。

なお、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ものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づいて説明する。本実施形態は、給湯水を加熱するための加熱用熱交換器の水チューブに本発明を適用したものであって、図１はヒートポンプ式給湯器であって、図２は本実施形態に係るチューブを用いた給湯水と冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器の外形斜視図である。

ヒートポンプ式給湯器とは、図１に示すように、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１０、水冷媒熱交換器１、水冷媒熱交換器１から流出した冷媒を減圧する減圧器３０、外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器４０、及び蒸発器４０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１０に供給する気液分離器５０等から構成されるものである。そして、外気から吸熱した熱及び圧縮機１０の圧縮仕事量に相当する熱量を給湯水に与えることにより給湯水を加熱するものである。

次に、水冷媒熱交換器１について説明する。水冷媒熱交換器１は水側チューブ２と冷媒側チューブ３とにより構成されている。この水側チューブ２と冷媒側チューブ３とは熱交換可能な構成になっている。なお、水側チューブ２は請求項１の第１伝熱管であり、冷媒側チューブ３は請求項１の第２伝熱管である。

図２に示すように、水側チューブ２の断面形状は、縦長の偏平形状に形成されている。この水側チューブ２は、複数箇所の屈曲部２ａ〜２ｃを有しており、複数箇所の屈曲部２ａ〜２ｃにより屈曲する螺旋状に形成されている。なお、屈曲部２ａ〜２ｃは、説明の便宜上付けた符号であり、この符号により屈曲部２ａ〜２ｃの数を限定するものではない。水側チューブ２は、給湯水入口２ｄと給湯水出口２ｅとを有している。給湯水入口２ｄおよび給湯水出口２ｅは、図１の紙面上方の給湯水回路とそれぞれ接続されている。給湯水は、冷媒と熱交換すると、給湯水出口２ｅより流出し、図示しない貯湯タンクに向けて流れるようになっている。

図３に示すように、この複数箇所の屈曲部２ａ〜２ｃは、従来技術の螺旋状の熱交換器の曲げ半径よりも小さいので、曲げ半径の軸方向から見た形状が、略偏平形状になっている。なお、図３は図２のＡ方向を図示したＡ矢視図である。また、水側チューブ２の材質は、例えば、銅により形成されている。

冷媒側チューブ３は、螺旋状に形成された水側チューブ２の外周に沿うように隣接配置されている。冷媒側チューブ３には冷媒が流入する流入口３ｂと、冷媒が流出する流出口３ｃが設けられている。流入口３ｂは、圧縮機１０の吐出側からの配管と接続されており、流出口３ｃは、減圧器３０への配管と接続されている。冷媒側チューブ３は複数本の配管により構成されており、本実施形態では、例えば、３本の配管により構成されている。冷媒側チューブ３の材質は、例えば、りん脱酸銅である。このりん脱酸銅を成形ローラでコイル状に水側チューブ２に巻き付けて成形している。なお、コイルの巻き方は、２〜３パスまとめて巻く方法もある。

因みに、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、水側チューブ２と冷媒側チューブ３とを種々のチューブの組み合わせにしても良い。具体例をそれぞれ説明すると、図４（ａ）は本実施形態における水側チューブ２と冷媒側チューブ３との断面形状を図示したものであって、冷媒側チューブ３を丸管にした組み合わせである。（ｂ）は、本実施形態の変形例として、冷媒側チューブ３を２つの偏平管に変更したものであり、（ｃ）は、冷媒側チューブ３をアルミ製の偏平多孔管に変更したものであり、（ｄ）は、冷媒側チューブ３を水側チューブ２と同形状のチューブに変更したものである。

コイル状に成形した水側チューブ２と冷媒側チューブ３との接合は、水側チューブ２と冷媒側チューブ３との間に挿入したりん銅ろうの箔ろう材によってろ中にて接合される。このように、水側チューブ２と冷媒側チューブ３とが確実にろう付けされることで、冷媒から水へ熱が確実に伝えられて、給湯器の水冷媒熱交換器１としての性能を発揮できる。

因みに、冷媒側チューブ３の冷媒は、例えば、２酸化炭素を使用している。２酸化炭素は作動条件においては圧力が高いため、冷媒側チューブ３は高い強度が必要であり、本実施形態のように丸管のチューブを用いると良い。

次に、ヒートポンプ式給湯器の作動を簡単に説明する。当該給湯器を作動させて給湯水を循環させると、水側チューブ２の入口２ｄから出口２ｅに向けて給湯水が流通する。

一方、圧縮機１０の作動により循環する冷媒は、上方に位置する冷媒側チューブ３の流入口３ｂから流入し、螺旋状の流路を下方に向けて流通する。その後、下方に位置する冷媒側チューブ３の流出口３ｃから冷媒が流出する。これにより、冷媒の流れと給湯水の流れとが対向流れの状態で熱交換する。

次に、本発明の第１実施形態の作用効果について説明する。第１実施形態によれば、偏平形状の短手方向と曲げ半径との方向を一致させて螺旋状に形成しているので、水側チューブ２の管の曲げ半径を小径化することができる。これにより、水冷媒熱交換器１の体積を抑えたまま、伝熱面積と伝熱流路の長さを確保できる。また、水側チューブ２および冷媒側チューブ３の流路は円弧となる屈曲部２ａ〜２ｃと直線部分とにより構成されることになるので圧損を抑えた水冷媒熱交換器１にすることができるとともに水抜け性も良くできる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について図５に基づいて説明する。図５は本発明の第２実施形態の概略構成図であって、水冷媒熱交換器１を示している。第１実施形態では、冷媒側チューブ３が水側チューブ２の外周に沿うように隣接配置した。本実施形態では、冷媒側チューブ３と水側チューブ２と略直交する方向にそれぞれ熱交換可能に配置されていることが異なる。

螺旋状に配置した水側チューブ２によって囲まれる内部空間には冷媒側チューブ３が配置されている。冷媒側チューブ３は複数の細管３ａにより構成されており、紙面において上下方向に冷媒が流れるようになっている。細管３ａは前述の内部空間における水側チューブ２の外壁内部空間側と隣接するように配置されている。本実施形態では、前述の内部空間における水側チューブ２の内部空間側となる部位は２箇所あり、２つの冷媒側チューブ３を水側チューブ２にそれぞれ隣接させて配置している。

この２つの冷媒側チューブ３の紙面上下方向には第１冷媒タンク３ｄと第２冷媒タンク３ｅが設けられている。

第１冷媒タンク３ｄは、図示しない第１タンク接続用配管にそれぞれ接続されている。この第１タンク接続用配管は圧縮機１０の吐出側からの配管に接続されている。また、第２タンク３ｅは、図示しない第２タンク接続用配管に接続されている。この第２タンク接続用配管は減圧器３０への配管に接続されている。

このように、第１タンク接続用配管は、圧縮機１０からの冷媒を冷媒側チューブ３に分配するようになっており、第２タンク接続用配管は冷媒側チューブ３からの冷媒を集めて減圧器３０に送るようになっている。なお、冷媒側チューブ３の細管３ａは、水側チューブ２の給湯水の流れ方向に対して略垂直方向に配置されている。

第２実施形態によれば、水側チューブ２によって囲まれる内部空間に冷媒側チューブ３を配置しているので、水冷媒熱交換器１の外形寸法を第１実施形態の水冷媒熱交換器１の外形寸法よりも小さくすることができる。

本発明の第１、第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯器の模式図である。図１の水冷媒熱交換器の外形斜視図である。図２のＡ矢視図である。水冷媒熱交換器の冷媒側チューブと水側チューブとの断面図であって、（ａ）は第１実施形態の冷媒側チューブと水側チューブの断面図、（ｂ）は（ａ）の冷媒側チューブを２本の偏平管に変更したものの断面図、（ｃ）は（ａ）の冷媒側チューブを偏平多孔管に変更したものの断面図、（ｄ）は水側チューブと冷媒側チューブとを同一の偏平チューブにしたものの断面図である。本発明の第２実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。

符号の説明

１…水冷媒熱交換器、２…水側チューブ、３…冷媒側チューブ。

Claims

一次流体が流れる第１伝熱管（２）、及び二次流体が流れる第２伝熱管（３）を有し、前記一次流体と前記二次流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記第１伝熱管（２）の断面形状は、偏平形状になっており、
前記第１伝熱管（２）は、前記第１伝熱管（２）の前記偏平形状の短手方向と曲げ半径方向が一致する屈曲部（２ａ〜２ｃ）を有していることを特徴とする熱交換器。
前記第１伝熱管（２）は、前記屈曲部（２ａ〜２ｃ）を複数箇所有し、この複数箇所の屈曲部（２ａ〜２ｃ）により、前記偏平形状の長手方向が隣り合うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記第１伝熱管（２）は、前記複数箇所の屈曲部（２ａ〜２ｃ）により、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
前記第２伝熱管（３）が前記第１伝熱管（２）の前記一次流体流れ方向と略平行に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記第２伝熱管（３）が前記第１伝熱管（２）の前記一次流体流れ方向と略直交する向きに配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。