JP2006317094A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】一側流路を流れる流体が漏れても、他側流路を流れる流体を汚染することがなく、量産性に優れ小型で安価な熱交換器を提供する。
【解決手段】本熱交換器はループ状に巻回され複数段重なり、外管とこの外管内に一体形成された中間管とこの中間管に嵌合された内管からなり、外管と中間管間には伝熱壁によって複数に分割された第１の流体流路が形成され、内管には第２の流体流路が形成されかつ、この内管と中間管の嵌合面には、この中間管に凹設された複数の流体逃がし溝が形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は熱交換器に係り、特にヒートポンプ式給湯器等に用いるのに適し、一側流路を流れる流体の漏れが生じても、他側流路を流れる流体を汚染するのを防止できるように構造を改良した熱交換器に関する。

一般にヒートポンプ式給湯器には、水が流れる水配管と冷媒が流れる冷媒配管を熱交換させる構造を有する熱交換器が用いられている。この熱交換器には、（１）冷媒ガスが漏れても水に混入、水の汚染がない、（２）伝熱性能が良い（小型化）、（３）構造が簡略化され製造性、量産性に優れる、（４）ロウ付けなどがなく、安価に製造できる（高い大量生産性）、（５）熱交換器全体を曲げるあるいは巻き付け構造にして小型化、（６）ＣＯ_２などの高い冷媒圧力に耐えられる高耐圧性などが求められている。

従来の熱交換器には、内管と外管を一体に形成した２重管式の熱交換器（特許文献１（図８））、あるいは、２本の配管をその長手方向の全長に渡って伝熱的に接触させるか、ロウ付けした熱交換器（特許文献２）、また、各々流体流路が設けられた熱交換板を直接あるいは、熱伝熱板を介して密接させて両者の熱交換を行わせるようにした熱交換器（特許文献１）があり、さらに、平板形状のアルミニウムブロックに流体流路を形成する熱交換器（特許文献３）がある。

しかし、特許文献１（図８）における熱交換器は、２重管の内管内を流れる水に、外管を流れる冷媒及び冷凍機油が混入する危険性があり、水質保証上大きな問題となる。

また、特許文献２の熱交換器は全長に渡ってロウ付け等を行う必要があるため製造コストが上昇し、一側配管から漏洩した冷媒及び冷凍機油が他側配管に混入する危険性がある。

さらに、特許文献１の熱交換器は、各々流体流路が設けられた熱交換板を直接あるいは、熱伝熱板を介して密接させるものであり、熱交換板を直接接触させるものにあっては、熱交換板の製造に大規模の設備を必要とし、製造コストが高くなり、加えて、熱交換板を直接密着させるものは、冷媒流路から漏洩した冷媒及び冷凍機油が水流路に混入する危険性があり、また、特許文献３の熱交換器は平板形状のアルミニウムブロックに全ての流体流路を形成するため高価かつ重量が大きくなり、この熱交換器の流路に１本おきに水と冷媒を流して、両流体間で熱交換を行う場合には、冷媒流路から漏洩した冷媒及び冷凍機油が水流路に混入する危険性があり、ヒートポンプ式給湯器には適さない。
特開平１０−２５３２８２号公報 実開平５−８３２５号公報 特開平１１−１４２０７８号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、一側流路を流れる流体が漏れても、他側流路を流れる流体を汚染することがなく、量産性に優れ小型で安価な熱交換器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、ループ状に巻回されかつ複数段重ねられ、外管とこの外管内に一体形成された中間管とこの中間管に嵌合された内管を有し、前記外管と前記中間管間には伝熱壁によって複数に分割された第１の流体流路が形成され、前記内管には第２の流体流路が形成されかつ、この内管と前記中間管の嵌合面には、この中間管に凹設された複数の流体逃がし溝が形成されたことを特徴とする。

好適には、前記外管と前記中間管はアルミニウム製で押し出しあるいは引き出しにより一体に形成され、前記内管は銅製またはアルミニウム製で前記中間管に拡管して嵌合される。

また、本発明に係る熱交換器は、アルミニウム製板状の伝熱基材と、この伝熱基材に櫛歯状に立設された伝熱支持板部と、この伝熱支持板部間に一つおきに嵌合されかつ蛇行状に成形され銅製あるいはアルミニウム製の第１のパイプと、この第１のパイプと交互になるように伝熱支持板部間に嵌合されかつ蛇行状に成形され銅製あるいはアルミニウム製の第２のパイプを有し、前記第１のパイプと前記第２のパイプにより２系統の流体流路が形成され、伝熱基材及び伝熱支持板部を介して、前記両流体流路を流れる流体の熱交換が行なわれることを特徴とする。

また、本発明に係る熱交換器は、アルミニウム製板状の伝熱基材と、この伝熱基材に設けられ内部に流体流路が設けられた複数の突条部と、この突条部間に嵌合されかつ蛇行状に成形され銅製あるいはアルミニウム製のパイプを有し、前記パイプ部を連通して第１の流体流路を形成しかつ、前記パイプにより形成される第２の流体流路を形成し、伝熱基材及び伝熱支持板部を介して、前記両流体流路を流れる流体の熱交換が行なわれることを特徴とする。

好適には、前記パイプは、前記伝熱支持板部あるいはパイプ部に圧接されている。

また、好適には、前記伝熱基材には、前記パイプ露出側を閉塞するアルミニウム製板状のカバーが取り付けられる。

また、本発明に係る熱交換器は、アルミニウム製の伝熱基材と、この伝熱基材に設けられた複数のパイプ嵌合孔と、このパイプ嵌合孔に交互に嵌合された複数の銅製あるいはアルミニウム製の第１のパイプと、第２のパイプを有し、第１のパイプが連通されて第１の流体流路が形成され、第２のパイプが連通されて第２の流体流路が形成され、前記伝熱基材を介して前記両流体流路を流れる流体の熱交換が行われることを特徴とする。

また、好適には、前記第１の流体流路には水が流され、前記内管には冷媒が流される。

本発明に係る熱交換器によれば、一側流路を流れる流体が漏れても、他側流路を流れる流体を汚染することがなく、量産性に優れ小型で安価な熱交換器を提供することができる。

以下、本発明に係る熱交換器の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る熱交換器が組み込まれたヒートポンプ式給湯器の概念図、図２は本発明の第１実施形態に係る熱交換器の斜視図、図３はその断面図である。

図１に示すように、ヒートポンプ式給湯器１は貯湯タンク２とヒートポンプ装置３を備え、このヒートポンプ装置３は、圧縮機４、凝縮器として機能する本発明に係る熱交換器２１、減圧弁５、送風機６により送風され蒸発器として機能する熱交換器７が順次連通された冷凍サイクル８を備えている。

図２及び図３に示すように、本発明に係る熱交換器２１は、１本の３重管で構成され、さらに、扁平長円状のループ状に巻回され、複数段に重なった状態で形成され、外管２２、中間管２３及びこの中間管２３に嵌合された内管２４からなり、例えば３重管は全長１５ｍであり、長円形状に巻かれ、幅７０ｃｍ、高さ２０ｃｍ、奥行き１５ｃｍに形成され、金具によりほぼ長方体状に保持され、これが１個あるいは数個組み合わされて使用される。これにより、全体が小型になる。

外管２２及び中間管２３はアルミニウムの押し出しによって一体に形成され、また、外管２２と中間管２３間には例えば厚さ１ｍｍのブリッジ状の仕切りをなし、伝熱に寄与する伝熱壁２５によって複数に等間隔で分割された水流路２６が形成されており、さらに、伝熱壁２５には熱交換効率を向上させるためのフィン状突起が形成されている。

また、中間管２３には銅製で水流路２６を流れる水と対向流の冷媒が流れる冷媒流路２７をなし、内面に溝が刻まれたいわゆるリップルチューブである内管２４が油圧で拡管されて嵌合され、さらに、中間管２３と冷媒流路２７間に位置する中間管２３には、この中間管２３に凹部を形成するようにしてガス逃がし溝２８が等間隔に形成されている。冷媒流路２７は中間管２３に嵌合され周囲から常時押圧されているので、ＣＯ_２などの高圧な冷媒にも十分耐え得る。

また、外管２２の両端部には流体流出入用のアルミ製ソケット２２ａが嵌め込まれている。これにより、冷媒流路の出入口はそのままパイプ接続が可能であり、構造が簡単になる。

なお、内管には銅管のほかにアルミニウム管も適するが、この場合には管内面は水によるコロージョン、エロージョンに対する表面処理加工がなされたもので、例えば、アルマイト処理等を施したものが好ましい。

一方、外管２２はその一端がポンプ９を介して貯湯タンク２、他端も貯湯タンク２接続され、貯湯タンク２から送られてくる水を熱交換器２１において高温冷媒により加熱し、貯湯タンク２に戻すようになっている。貯湯タンク２内の温水は給湯配管１０を介して給湯されて使用され、使用により減じた分だけ給水弁１１、減圧弁１２が設けられた給水配管１３を介して給水される。

本第１実施形態に係る熱交換器は、外管２２と中間管２３間に形成される水流路２６は伝熱壁２５によって複数に分割されているので伝熱特性が向上し、さらに、外管２２と内管２４が中間管２３を介して一体的に形成されているので、一層伝熱特性がよく、また、長期の使用によって内管２４に腐食が生じて孔が開いたとしても、外部に連通するガス逃がし溝２８を介して内管２４を流れる冷媒を外部に放出し、冷媒が外管２２を流れる水に混合するようなことがなく、水の衛生上信頼性の高いヒートポンプ式給湯器が実現される。また、本第１実施形態に係る熱交換器は、外管２２及び中間管２３はアルミニウムの押し出しによって一体に形成し、しかる後、延展性に富む銅製の内管２４を拡管して伝熱的に一体化するので、構造が簡略化され高い製造性、量産性に優れ、接続やロウ付けのない１本のパイプであり、機械加工可能で量産性が高く、安価に製造することができる。

上述のように本第１実施形態の熱交換器によれば、一側流路を流れる流体が漏れても、他側流路を流れる流体を汚染することがなく、量産性に優れ小型で安価な熱交換器が実現される。

また、本発明の第２実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態が３重管であるのに対して、伝熱基板に立設された伝熱支持板部間に２本の蛇行状パイプを交互に嵌合され２系統の流体流路が形成されたものである。

例えば、図４及び図５に示すように、本第２実施形態の熱交換器３１は、アルミニウム製板状の伝熱基材３２と、この伝熱基材３２に櫛歯状に立設された伝熱支持板部３３と、この伝熱支持板部３３間に２本の蛇行状に成形されたパイプ３４ａ、３５ｂが交互に嵌合され、２系統の流体流路３５ａ、３５ｂが形成されている。

さらに、前記伝熱基材３２には、伝熱支持板部３３間に形成される開放端を閉塞するアルミニウム製板状のカバー３６が、複数設けられた係合突条３６ａを伝熱支持板部３３間に係合させ、さらに、係合端部３６ｂを伝熱基材３２の端面３２ａに係合させ、また、必要に応じて螺着することにより取り付けられている。カバー３６は伝熱に寄与する。

パイプ３４ａ、３４ｂの伝熱支持板部３３間への嵌合は、パイプ３４ａ、３４ｂを拡管して行われ、これにより、パイプ３４ａ、３４ｂは、伝熱支持板部３３に圧接される。また、上記嵌合は図６に示すように伝熱支持板部３３の先端部３３ａを押圧変形させてカシメルことによっても行うことができる。

このように、２本の蛇行状パイプを交互に伝熱基材の伝熱支持板部に嵌合させて２系統の流体流路が形成されるので伝熱性のよい熱交換器を容易かつ安価に製造することができる。さらに、ヒートポンプ式給湯器に使用する場合、第１の流体流路に水を流し、第２の流路に冷媒を流し、例え冷媒が流れる配管から冷媒が漏洩しても、冷媒は伝熱支持板部によって完全に遮断されるので、水が流れる配管を腐食させて、水に混合するようなことがなく、水の衛生上信頼性の高いヒートポンプ式給湯器が実現される。

また、本発明の第３実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第３実施形態は、第２実施形態は伝熱基板に立設された伝熱支持板部間に２本の蛇行状パイプを交互に嵌合され２系統の流体流路が形成されるのに対して、伝熱基材に第１の流体流路が形成される複数の突条部が設けられ、この突条部間に蛇行状パイプが嵌合されて第２の流体流路が形成される。

例えば、図７及び図８に示すように、本第３実施形態の熱交換器４１は、伝熱基材４２に端部に、蛇行状パイプ４５のＵ字状端部４５ａと接触しないような構造に成形された略Ｕ字状の連結管４４ａが接続された第１の流体流路４３が形成される複数の突条部４４と、この突条部４４間に嵌合された蛇行状パイプ４５により第２の流体流路４６が形成されている。この連結管４４ａ及び第１の流体流路４３に取り付けられる端管４３ｂは、いずれもパッキング（図示せず）を介して伝熱基材４２に嵌合、ネジ止めされている。

このように、１本の蛇行状パイプを伝熱基材の流体流路が形成される複数の突条部に嵌合させて２系統の流体流路が形成されるので、伝熱性のよい熱交換器を容易かつ安価に製造することができる。さらに、ヒートポンプ式給湯器に使用する場合、冷媒が流れる配管から冷媒が漏洩しても、冷媒はパイプ部壁によって完全に遮断されるので、水が流れる配管を腐食させて、水に混合するようなことがなく、水の衛生上信頼性の高いヒートポンプ式給湯器が実現される。

他の構成は図４に示す熱交換器と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

また、本発明の第４実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第４実施形態は、第３実施形態が伝熱基材に第１の流体流路が形成される突条部が設けられ、この突条部間に蛇行状のパイプを嵌合させて第２の流体流路が形成されるのに対して、伝熱基材に設けられたパイプ嵌合孔に第１の流体流路を形成するパイプと、第２の流体流路を形成するパイプが交互に嵌合されている。

例えば、図９に示すように、本第４実施形態の熱交換器５１は、伝熱基材５２に設けられた複数のパイプ嵌合孔５３に、複数の第１のパイプ５４と、複数の第２のパイプ５５が交互に拡管されて嵌合され、さらに、Ｕ字状の第１のパイプ５４は連結管５４ａによって連通されて第１の流体流路５６が形成され、Ｕ字状の第２のパイプ５５は連結管５５ａによって連通されて第２の流体流路５７が形成され、これが１個ないし数個密接あるいは近接して組み合わされて使用される。

これにより、伝熱性のよい熱交換器を容易かつ安価に製造することができる。さらに、ヒートポンプ式給湯器に使用する場合、冷媒が流れる配管から冷媒が漏洩しても、冷媒はパイプ嵌合孔壁によって完全に遮断されるので、水が流れる配管を腐食させて、水に混合するようなことがなく、水の衛生上信頼性の高いヒートポンプ式給湯器が実現される。

本発明に係る熱交換器が組み込まれたヒートポンプ式給湯器の概念図。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の斜視図。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の縦断面図。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の斜視図。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の断面を示す斜視図。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器のカバーの他の取り付け状態を示す縦断面図。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器の斜視図。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器の断面を示す斜視図。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器の斜視図。

符号の説明

２１ 熱交換器
２２ 外管
２３ 中間管
２４ 内管
２５ 伝熱壁
２６ 水流路
２７ 冷媒流路
２８ ガス逃がし溝

Claims (8)

1. ループ状に巻回されかつ複数段重ねられ、外管とこの外管内に一体形成された中間管とこの中間管に嵌合された内管を有し、前記外管と前記中間管間には伝熱壁によって複数に分割された第１の流体流路が形成され、前記内管には第２の流体流路が形成されかつ、この内管と前記中間管の嵌合面には、この中間管に凹設された複数の流体逃がし溝が形成されたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記外管と前記中間管はアルミニウム製で押し出しあるいは引き出しにより一体に形成され、前記内管は銅製またはアルミニウム製で前記中間管に拡管して嵌合されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. アルミニウム製板状の伝熱基材と、この伝熱基材に櫛歯状に立設された伝熱支持板部と、この伝熱支持板部間に一つおきに嵌合されかつ蛇行状に成形され銅製あるいはアルミニウム製の第１のパイプと、この第１のパイプと交互になるように伝熱支持板部間に嵌合されかつ蛇行状に成形され銅製あるいはアルミニウム製の第２のパイプを有し、前記第１のパイプと前記第２のパイプにより２系統の流体流路が形成され、伝熱基材及び伝熱支持板部を介して、前記両流体流路を流れる流体の熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
4. アルミニウム製板状の伝熱基材と、この伝熱基材に設けられ内部に流体流路が設けられた複数の突条部と、この突条部間に嵌合されかつ蛇行状に成形され銅製あるいはアルミニウム製のパイプを有し、前記パイプ部を連通して第１の流体流路を形成しかつ、前記パイプにより形成される第２の流体流路を形成し、伝熱基材及び伝熱支持板部を介して、前記両流体流路を流れる流体の熱交換が行なわれることを特徴とする熱交換器。
5. 前記パイプは、前記伝熱支持板部あるいはパイプ部に圧接されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱交換器。
6. 前記伝熱基材には、前記パイプ露出側を閉塞するアルミニウム製板状のカバーが取り付けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の熱交換器。
7. アルミニウム製の伝熱基材と、この伝熱基材に設けられた複数のパイプ嵌合孔と、このパイプ嵌合孔に交互に嵌合された複数の銅製あるいはアルミニウム製の第１のパイプと、第２のパイプを有し、第１のパイプが連通されて第１の流体流路が形成され、第２のパイプが連通されて第２の流体流路が形成され、前記伝熱基材を介して前記両流体流路を流れる流体の熱交換が行われることを特徴とする熱交換器。
8. 前記第１の流体流路には水が流され、前記内管には冷媒が流されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の熱交換器。

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