JP2006162204A - Heat exchanger for water heater - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は給湯器用熱交換器に係り、特に、異種流体物の熱交換を行う熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger for a hot water heater, and more particularly to a heat exchanger that performs heat exchange of different fluids.
従来の給湯器用熱交換器は、1本の水用円管のある直径方向両端側に6〜10本の冷媒用円管が配置、接合され、冷媒用円管の配置されていない方向に隣接させることにより多段巻形状の面積をコンパクト化している(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional water heater heat exchanger, 6 to 10 circular tubes for refrigerant are arranged and joined to both ends in the diameter direction of one water circular tube, and adjacent to the direction in which the circular tube for refrigerant is not arranged. By doing so, the area of the multi-stage winding shape is made compact (see, for example, Patent Document 1).
従来の給湯器用熱交換器は、冷媒用円管が配置された方向は円管3本分の寸法となり、許容スペースにおける占有体積は大きくなる。また円管本数が7本以上の多数になると円管曲げ加工性、組立性、接合性が低下し、許容スペースへ実装できる形状の確保が困難となり、熱交換器としての性能向上に重要である熱交換長さの確保が容易ではなくなる。さらに円管曲げ加工性、組立性、接合性が低下するため加工コストが増加し、特に性能対コスト比較においては良い仕様の熱交換器が得られない等の問題点があった。 In the conventional heat exchanger for hot water heater, the direction in which the refrigerant circular tubes are arranged is the size of three circular tubes, and the occupied space in the allowable space increases. In addition, when the number of circular pipes becomes a large number of seven or more, the circular pipe bending workability, assemblability, and jointability deteriorate, making it difficult to secure a shape that can be mounted in an allowable space, which is important for improving the performance as a heat exchanger. It is not easy to secure the heat exchange length. Furthermore, since the circular pipe bending workability, assemblability, and bondability are lowered, the processing cost is increased, and there is a problem that a heat exchanger having a good specification cannot be obtained particularly in the performance vs. cost comparison.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は複数本の金属円管を用い、全長、外径、内径、本数、接触位置などを自在かつ的確に組合せることにより、異種流体間の熱交換を効率よく行うことができる給湯器用熱交換器を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The first object is to use a plurality of metal circular tubes, and freely and accurately adjust the overall length, outer diameter, inner diameter, number, contact position, and the like. By combining them, a heat exchanger for a water heater that can efficiently perform heat exchange between different fluids is obtained.
また、第2の目的は許容スペースに最大長さを実装することにより、体積あたり熱交換を効率的に行うことができるヒートポンプ式給湯器用熱交換器を得るものである。 A second object is to provide a heat exchanger for a heat pump water heater that can efficiently perform heat exchange per volume by mounting a maximum length in an allowable space.
また、第3の目的は製造方法の容易な仕様、形状により、性能対コスト比較において優れた給湯器用熱交換器を得るものである。 The third object is to obtain a heat exchanger for a hot water heater that is superior in performance vs. cost due to easy specifications and shape of the manufacturing method.
この発明に係る給湯器用熱交換器は、全長にわたり密着された複数本の異なる径の金属円管から成り、うち数本の円管にCO2等の一次側流体を、残りの円管に二次側流体である水を流すことにより両流体間の熱交換を行うものである。 The heat exchanger for a hot water heater according to the present invention is composed of a plurality of metal circular tubes of different diameters which are in close contact with each other over the entire length, of which a primary side fluid such as CO2 is provided in several circular tubes and a secondary fluid is provided in the remaining circular tubes. Heat is exchanged between the two fluids by flowing water as a side fluid.
この発明の給湯器用熱交換器は、全長にわたり密着された複数本の異なる径の金属円管から成り、うち数本の円管にCO2等の一次側流体を、残りの円管に二次側流体である水を流すことにより両流体間の熱交換を行う構成としたから、的確な円管仕様および本数組合せを可能とすると共に、高効率な熱交換が可能となる効果を有する。 The heat exchanger for a hot water heater of the present invention is composed of a plurality of metal circular tubes of different diameters closely adhered over the entire length, of which a primary side fluid such as CO2 is provided in several circular tubes and a secondary side is provided in the remaining circular tubes. Since the heat exchange between the two fluids is performed by flowing water, which is a fluid, an accurate circular pipe specification and the number of tubes can be combined, and high-efficiency heat exchange can be achieved.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における給湯用熱交換管を示す拡大断面図、図2はこの発明の実施の形態1における給湯用熱交換器を示す平面図、図3はこの発明の実施の形態1における給湯用熱交換器を示す部分拡大断面図、図4はこの発明の実施の形態1における給湯用熱交換器を示す断面図、図5はこの発明の実施の形態1における給湯用熱交換器の加工冶具装置を示す平面図、図6はこの発明の実施の形態1における給湯用熱交換器の加工冶具装置を示す側面図である。
1 is an enlarged cross-sectional view showing a hot water supply heat exchange pipe according to
図において、熱交換管1は二次流体である水を流す水用円管2(以下水用円管2と称す)と一次流体であるCO2より成る冷媒を流す冷媒用円管3(以下冷媒用円管3と称す)とを1:2の本数組合せで構成され、長さ方向の全長にわたり接合されており、断面形状で冷媒用円管3を水用円管2の片側で中心を通る垂直線に対して45°の位置に第1の冷媒用円管3aを面接合すると共に、前記45°の位置からほぼ90°管表面をずらして第2の冷媒用円管3bを位置させている。
In the figure, a
また、図において、前記接合された熱交換管1は、断面配置にて実際の許容スペース4への実装を考慮して多段トラック巻形状に曲げ加工して熱交換器5を形成したもを俵積に構成し、通常は必要とされる所定流量により水用円管2は冷媒用円管3より径の大きい円管を用いるため、図3に示す拡大断面図のように、水用円管2を複数並列接合させるとともに該水用円管2間に凹部6を設け、該水用円管2間の凹部6に冷媒用円管3を配置して構成した状態となる。
In the drawing, the joined
以上のように、この実施の形態1の熱交換器5は冷媒用円管3を水用円管2の間に俵積に配置しているので、熱交換管1が密着した状態が確保でき接合も容易に行える。そのため熱交換管1を介した熱伝達効率に優れ、加工コストの低い熱交換器を実現することができる。
As described above, since the
接合方法としては炉中ロウ付け、炉中またはディップ槽によるハンダ付け、熱伝導性フィラー入り熱硬化性接着剤による接着接合等がある。 Examples of the bonding method include brazing in a furnace, soldering in a furnace or a dip tank, and adhesive bonding using a thermosetting adhesive containing a heat conductive filler.
さらに、図2において熱供給側である冷媒用円管3を最外周5aおよび最内周5bに構成しているので、水用円管2の最終部の高温域における外部への熱放射ロスを最小限にでき、熱交換効率に優れた熱交換器5を実現することができる。
Further, since the refrigerant
また、冷媒用円管3を水用円管2の間の凹部6に配置しているので、断面における円管の占有率が最も高く、平板に近似した形状を確保できる。そのため全長増加のため2層以上重ねて構成することも容易であり、各層間の断熱はシート状断熱材7をはさむだけで可能となるなど、スペース効率に優れた体積あたり熱交換性能の高い熱交換器を実現することができる。
Moreover, since the
図5、図6は図2に示す熱交換器の形状に曲げ加工する冶工具装置を示すものである。曲げ加工冶具本体9には、最内周5bの曲げR8を規正する一対の管内周規正具9aと、最外周5aを規正する一対の外具9bとを曲げ加工冶具平滑部9c上に固定し、かつ該管内周規正具9aと外具9bとを上面で固定する上具9dを設けるとともに、熱交換管1の最内周端1aを固定する内端具9eと、熱交換管1の最終端1bを固定する終端具9fとを前記曲げ加工冶具平滑部9c上に固定させ、かつ曲げ加工済みの各段の熱交換器5を順次保持できる分割式の保持冶具9gを前記上具9d下面に設けている。
FIGS. 5 and 6 show a tool apparatus for bending into the shape of the heat exchanger shown in FIG. On the
また、図7はこの発明の実施の形態1における渦巻形状給湯用熱交換器を示す平面図である。図において、実際の許容スペース4の形状により、渦巻形状とした熱交換器5である。
FIG. 7 is a plan view showing a spiral-shaped hot water supply heat exchanger according to
図8、図9は図1の断面配置で、螺旋形状に曲げ加工した熱交換器の側面図と正面図である。図において、許容スペース4内に断面形状で冷媒用円管3を水用円管2の片側で位置させて設けた熱交換器5を螺旋形状に曲げ加工して形成した構成である。
8 and 9 are a side view and a front view of a heat exchanger bent into a spiral shape in the cross-sectional arrangement of FIG. In the figure, the
図10、図11は図8、図9に示す熱交換器5の形状に曲げ加工するための螺旋曲げ冶工具装置を示す平面図と側面図である。図において、螺旋曲げ冶工具装置10は、熱交換器5を載置する四角形の螺旋曲げ冶工具台部10aと許容スペース4内に規正する前記螺旋曲げ冶工具台部10aの四辺に螺旋管内側形状に密着させる保持面10bを有する保持冶具10cを立脚させて設けている。そして、熱交換器5の螺旋内径を規正する円筒具10dに巻回しつつ曲げ加工を施し、該熱交換器5各段の円管を順次保持できるスライド式にして保持されている。
FIGS. 10 and 11 are a plan view and a side view showing a helical bending jig tool for bending into the shape of the
図12は、この発明の他の実施の形態であり、全ての冷媒用円管3を水用円管2の外周側に配置することにより、曲げ加工性を向上した熱交換器の側面図である。
FIG. 12 is another embodiment of the present invention, and is a side view of a heat exchanger that improves bending workability by disposing all the refrigerant
また、図13はこの発明の他の実施の形態であり、図1の断面配置の組合せを2組交互に構成した熱交換器の側面図である。熱交換器としては水用円管2と冷媒用円管3の本数組合せが2:4で構成できる。(図22を参照)
FIG. 13 shows another embodiment of the present invention, and is a side view of a heat exchanger in which two combinations of cross-sectional arrangements in FIG. 1 are alternately configured. As a heat exchanger, the number combination of the water
以上この発明の実施の形態1では、水用円管2と冷媒用円管3を1:2の本数組合せで接合された構成であるが、次に水用円管2と冷媒用円管3を1:1の本数組合せで接合された場合である他の実施の形態を説明する。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the water
図14は、この発明の他の実施の形態による熱交換器の断面図、図15はこの発明の他の実施の形態による熱交換器の拡大断面図である。 FIG. 14 is a sectional view of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention, and FIG. 15 is an enlarged sectional view of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
図14において、水用円管2の片側に冷媒用円管3が1本接合された断面を示すが、図において、水用円管2の管径中心に対し45°の角度で、冷媒用円管3を接合して形成する。そして図15に示すように前記の実施の形態1の図3の拡大断面図に示すと同様に冷媒用円管3は隣接する水用円管2の間の凹部6に配置できる。
FIG. 14 shows a cross section in which one refrigerant
効果としては、図22に示すように、組立性が良、材料費が少、水流量大となるものである。従って実施の形態1の図2、図7、図8、図12、図13の各熱交換器に応用が可能である。 As the effects, as shown in FIG. 22, the assemblability is good, the material cost is small, and the water flow rate is large. Therefore, the present invention can be applied to the heat exchangers of FIGS. 2, 7, 8, 12, and 13 of the first embodiment.
以上のように、この発明の実施の形態1に示す熱交換器と基本形状を同様とし、かつ円管本数が減少した構成なので、加工工数の低下、加工設備の流用、材料費の低下による低コストの熱交換器を実現することができる。
As described above, the basic shape is the same as that of the heat exchanger shown in
さらに、図13に示すように断面配置の組合せを2組交互または3組順次に構成することで、熱交換器としては水用円管2と冷媒用円管3の本数組合せが2:2または3:3で構成できる。(図22を参照)従って、前記図2、図7、図8の各熱交換器においても同様に応用可能である。
Furthermore, as shown in FIG. 13, two sets of cross-sectional arrangement combinations are configured alternately or sequentially, so that the number of water
又、この発明の実施の形態1の他の実施の形態では、図8、図12、図13の各熱交換器は螺旋形状のものであるが、それらを応用した場合を説明する。 Further, in another embodiment of the first embodiment of the present invention, each heat exchanger of FIGS. 8, 12, and 13 has a spiral shape, and the case where these are applied will be described.
図16、図17は螺旋形状を直方体状の許容スペース4への実装性を考慮した場合の熱交換器の概略形状を示す斜視図である。また図18、図19は螺旋形状を2式以上重ねる場合又は2重3重とする場合の熱交換器の概略形状を示す正面図である。
FIGS. 16 and 17 are perspective views showing a schematic shape of the heat exchanger when the helical shape is mounted in a rectangular parallelepiped
この場合は、図18では全長増加のため繋ぎ管5eを設けて、第1熱交換器5cと第2熱交換器5dとを上下に連通接続させて2式以上に重ね構成し、又図19では第1熱交換器5cの内部に第2熱交換器5dを内設しておいて繋ぎ管5eで連通接続させて構成するものである。
In this case, in FIG. 18, a connecting
以上のように、直方体スペースへの実装性に優れた形状にすることで、体積あたり熱交換性能の高い熱交換器を実現することができる。 As described above, a heat exchanger having high heat exchange performance per volume can be realized by making the shape excellent in mountability in a rectangular parallelepiped space.
また、図20、図21はこの発明の実施の形態1の他の実施の形態を示したもので、図20はこの発明の実施の形態1の他の実施の形態による熱交換器の部分側面図、図21は熱交換器の水用円管と冷媒用円管の複数本組合せを示す部分断面図である。 20 and 21 show another embodiment of the first embodiment of the present invention, and FIG. 20 shows a partial side view of a heat exchanger according to another embodiment of the first embodiment of the present invention. FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing a combination of a plurality of water tubes and refrigerant tubes in a heat exchanger.
図において、水用円管2と冷媒用円管3がワイヤーロープ状により合わされた状態を示し、熱交換器5は水用円管2と冷媒用円管3の全長にわたりこの形状で構成される。図21の略断面図で示すように、水用円管2と冷媒用円管3の本数の組合せは(a)1:1、(b)1:2、(c)1:3、(d)2:2、(e)2:4の各組合せでの構成に分かれる。また、熱交換器5の形状としては前記実施の形態1に示す、図2、図7、図8、図12、図13、図16、図17、図18、図19の各熱交換器の形状が流用可能である
In the figure, a state in which the water
以上のように、水用円管2と冷媒用円管3が熱交換器の全長にわたりより合わされることにより、曲げ加工は曲げ加工済みの各段の円管の保持がより簡易な仕様の冶具で行える。また円管の密着性が確保でき、ロウ付け、ハンダ付け、接着材等による接合も容易に行える。そのため円管を介した熱伝達効率に優れ、加工コストの低い熱交換器を実現することができる。
As described above, the water
さらに、縒り合わされることで円管が密着した状態を確保でき、要求熱交換能力によってはロウ付け、ハンダ付け、接着剤等による接合工程が不要となり、加工コストのより低い熱交換器を実現することができる。 In addition, it is possible to ensure that the tubes are in close contact with each other, and depending on the required heat exchange capability, a joining process using brazing, soldering, adhesive, or the like is not necessary, and a heat exchanger with a lower processing cost is realized. be able to.
これら、この発明の実施の形態1による数々の水用円管と冷媒用円管との組合せ、管径条件、効果を図22にまとめて説明すると、まず、(イ)の水用円管対冷媒用円管の組合せ1対1では、前記図14で説明したような構成であり、管の条件をφ9.52×t0.8:φ5×t0.6、メリットとして組立性良、材料費少、水流量大となる。 These combinations, tube diameter conditions, and effects of the various water circular tubes and refrigerant circular tubes according to the first embodiment of the present invention will be described collectively in FIG. In the one-to-one combination of the circular tubes for refrigerant, the configuration described with reference to FIG. 14 is used. The tube conditions are φ9.52 × t0.8: φ5 × t0.6. The water flow becomes large.
また、(ロ)の水用円管対冷媒用円管の組合せ1対2は、前記この発明の実施の形態1で説明した形態であり、管の条件をφ9.52×t0.8:φ5×t0.6、メリットとして俵積時の占有効率良、水流量大、冷媒圧力損失少となる。 Also, (b) the combination of the water circular tube and the refrigerant circular tube, 1 to 2, is the form described in the first embodiment of the present invention, and the tube conditions are φ9.52 × t0.8: φ5. Xt0.6, as merits, good occupation efficiency at the time of accumulation, large water flow rate, and small refrigerant pressure loss.
また、(ハ)の水用円管対冷媒用円管の組合せ1対3は、水用円管の周囲120°毎に冷媒用円管を位置させて接合し、管の条件をφ9.52×t0.8:φ4×t0.6、メリットとして水流量大となる。
Further, in the
また、(ニ)の水用円管対冷媒用円管の組合せ2対2では、図示(a)と図示(b)の複数の形態が考えられ、図示(a)は左右に並べられた水用円管の凹部に上下に冷媒用円管を接合させて形成した形態と、図示(b)は左右に並べられた水用円管の凹部上と右45°の位置に冷媒用円管を接合させて形成した形態があり、管の条件をφ7×t0.5:φ4×t0.6、メリットとして管接合性良となる。
Further, in the
また、(ホ)の水用円管対冷媒用円管の組合せ2対4では、図示(a)と図示(b)の複数の形態が考えられ、図示(a)は前記1対2での形態を並列に並べて位置させる形態と、図示(b)では前記2対2での図示(a)の形態にプラス左管上部と右管下部とにそれぞれ接合させて形成して形態で、管の条件をφ7×t0.5:φ3.6×t0.6、メリットとして曲げ加工可能な本数範囲で熱交換面積が大、管接合性良となる。
Further, in the
また、(ヘ)の水用円管対冷媒用円管の組合せ3対3では、前記(イ)の1対1の組合せで説明のとおり水用円管2の管径中心に対し45°の角度で、冷媒用円管3を接合して構成したユニットを3組並列接合するような形態に構成するもので、管の条件をφ7×t0.5:φ3.6×t0.6、メリットとしては曲げ加工可能な本数範囲で熱交換面積が大となるものである。
Further, in the
1 熱交換管、2 水用円管、3 冷媒用円管、4 許容スペース、5 熱交換器、5a 最外周、5b 最内周、5e 繋ぎ管、6 凹部、7 シート状断熱材、8 曲げR、9 曲げ加工冶具本体、10 螺旋曲げ冶具装置。 1 heat exchange pipe, 2 water circular pipe, 3 refrigerant circular pipe, 4 allowable space, 5 heat exchanger, 5a outermost circumference, 5b innermost circumference, 5e connecting pipe, 6 recess, 7 sheet-like heat insulating material, 8 bending R, 9 Bending jig body, 10 Spiral bending jig device.
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Legal Events
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