JP2008157544A

JP2008157544A - 熱交換器及び温水器

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Publication number: JP2008157544A
Application number: JP2006347073A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nakadeguchi; 真治中出口; Jiro Kitayama; 二朗北山; Masashi Tamura; 真史田村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】利用水を清潔に維持できる熱交換器及び温水器を得る。
【解決手段】板厚方向に貫通され板面方向に沿って形成された第１の流路を有する第１の流路板と、板厚方向に貫通され板面方向に沿って形成された第２の流路を有する第２の流路板と、これら第１の流路板及び第２の流路板の間に介装された溶融した銅をステンレス材の表面に被覆して形成された銅被覆仕切板と、上記第１の流路板における上記銅被覆仕切板とは反対側の面に黄銅を含まないろう材でろう付接合され上記第１の流路の一端部に連通する第１流入穴及び該第１の流路の他端部に連通する第１流出穴を有する第１の封止板と、上記第２の流路板における上記銅被覆仕切板とは反対側の面に黄銅を含まないろう材でろう付接合され上記第２の流路の一端部に連通する第２流入穴及び該第２の流路の他端部に連通する第２流出穴を有する第２の封止板とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば深夜電力利用の電気給湯器、ヒートポンプ式の給湯器などに好ましく用いることが出来る熱交換器、及び温水器に関するものである。

従来の熱交換器あるいは給湯器として、ステンレス鋼管外面に銅メッキ処理を施したチューブを離間して平行配設し、チューブ挿入孔に連続して設けた支持筒近傍に溶接棒を支持する保持孔を穿設した銅製或いは銅メッキ処理を施したフィンプレートを平行状に複数枚外装し、チューブとフィンプレートを銅ろう付けにて溶着して組み立てたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平７−８０６３３号公報（第２頁請求項３、図２）

上記のような従来の熱交換器においては、熱交換器の流路を構成する材料に銅あるいはステンレス鋼が用いられているが、銅の場合は、腐食が問題となり、腐食対策のためステンレス鋼を用いた場合には、ステンレス鋼の流路表面に雑菌が繁殖し、使用湯水を汚染し不衛生となるといった問題があった。また、流路材料をステンレス鋼としてその表面に銅めっきを施しても、銅めっきは薄いため腐食により早期に減肉し、ステンレス鋼の表面が流水に晒されて雑菌が繁殖するといった問題があった。また、風呂用循環水と飲料用の上水を同時に熱交換している熱交換器の場合には、流路材料が銅の場合、腐食が進行すると風呂用循環水が上水経路に侵入して汚染されるといった問題があった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、風呂用循環水と飲料用の上水を同時に熱交換する場合でも飲料用の上水を清潔に維持できる熱交換器及び温水器を提供することを目的としている。

この発明に係る熱交換器及び温水器は、板厚方向に貫通され板面方向に沿って形成された第１の流路を有する第１の流路板と、板厚方向に貫通され板面方向に沿って形成された第２の流路を有する第２の流路板と、これら第１の流路板及び第２の流路板の間に介装された溶融した銅をステンレス材の表面に被覆して形成された銅被覆仕切板と、上記第１の流路板における上記銅被覆仕切板とは反対側の面に黄銅を含まないろう材でろう付接合され上記第１の流路の一端部に連通する第１流入穴及び該第１の流路の他端部に連通する第１流出穴を有する第１の封止板と、上記第２の流路板における上記銅被覆仕切板とは反対側の面に黄銅を含まないろう材でろう付接合され上記第２の流路の一端部に連通する第２流入穴及び該第２の流路の他端部に連通する第２流出穴を有する第２の封止板とを備えたものである。

この発明においては、風呂循環湯水などを通流する第１の流路を有する第１の流路板と飲料用の上水などを通流する第２の流路を有する第２の流路板を仕切る仕切板として、溶融した銅をステンレス材の表面に被覆して形成された銅被覆仕切板を用いたことにより、第１の流路板の第１の流路の表面に雑菌が繁殖せず、また、仮に銅が腐食したとしても芯材がステンレス材であるため、第１の流路の風呂循環湯水などが第２の流路の飲料系統などに侵入することが無く、従って汚染が防止され、清潔を維持できる。

実施の形態１．
図１及び図２は本発明の実施の形態１にかかる熱交換器の要部を概念的に示すもので、図１は斜視分解図、図２は要部断面図である。図において、熱交換器は板厚方向に貫通され板面方向に沿って蛇行する如く形成された風呂水などを通流する第１の流路１１を有する第１の流路板１と、同様に板厚方向に貫通され板面方向に沿って蛇行する如く形成された上水などを通流する第２の流路２１を有する第２の流路板２と、これら第１の流路板１及び第２の流路板２の間に介装された溶融した銅をステンレス材の表面に被覆して形成された銅被覆仕切板３と、第１の流路板１における銅被覆仕切板３とは反対側の面に黄銅を含まないろう材４でろう付接合され第１の流路１１の一端部１１ａに連通する第１流入穴５ａ及び該第１の流路１１の他端部１１ｂに連通する第１流出穴５ｂを有する第１の封止板５と、第２の流路板２における銅被覆仕切板３とは反対側の面に同様の黄銅を含まないろう材４でろう付接合され第２の流路２の一端部２１ａに連通する第２流入穴６ａ及び該第２の流路２の他端部２１ｂに連通する第２流出穴６ｂを有する第２の封止板６からなっている。

上記銅被覆仕切板３は銅を予め炉中で溶融し、ステンレス材の表面を覆うように被覆させて銅被覆を設けたもので、例えばクラッド材などを用いることができる。その断面形状は図２に示すように中心部のステンレス材３１の両面をそれぞれ銅被覆３２、３２が一様に覆うように形成されている。そして、風呂循環湯水などを通流する第１の流路１１と上水などを通流する第２の流路２１の間を仕切る銅壁及びステンレス壁の重層壁の機能を有している。なお、第１の流路板１、第２の流路板２、第１の封止板５、及び第２の封止板６の材質は必ずしも限定されるものではないが、熱伝導率の点で例えば銅材は好ましく用いることが出来る。また、上記黄銅を含まないろう材４としては、例えば銅ろう、りん銅ろう、銀ろうなどは好ましく用いることが出来る。

次に、上記のように構成された実施の形態１の熱交換器を、例えば深夜電力利用の電気給湯器からなる温水器として利用する場合の例を具体的に説明する。図３は図１に示す熱交換器が用いられた深夜電力利用の電気給湯器からなる温水器の配管系を示す回路図である。図において、温水器７は、水またはお湯を貯める貯湯槽７０と、図１、図２に示すものと同様の熱交換器１０と、該熱交換器１０の第１の流路１１を浴槽８に対して循環し得るように設けられた風呂水循環路７１と、この風呂水循環路７１に介装された追炊きポンプ７１Ｐと、熱交換器１０の第２の流路２１を貯湯槽７０に対して循環し得るように設けられた上水循環路７２と、この上水循環路７２に介装された循環用の上水ポンプ７２Ｐとを備えている。

更に、温水器７は水源から供給される水の圧力を減圧する減圧弁７３、貯湯槽７０内の水を沸き上げる発熱体７４、貯湯槽７０内の水の温度を検知する湯温センサ７５、沸き上げにより体積膨張したお湯を逃がすための逃がし弁７６、浴槽８に供給するお湯を適温に混合するための浴槽給湯用湯水混合弁７７、台所、洗面所および浴室のカラン兼シャワーなどの一般の１または２以上の蛇口９に供給するお湯を適温に混合するための蛇口給湯用湯水混合弁７８、浴槽８への給湯回路を開閉するための電磁弁７９、及び浴槽湯温センサ８０、並びに図示省略している制御部、メインリモコン、及び浴室リモコンなどを備えている。

次に動作について説明する。まず、水源から供給される水は減圧弁７３により減圧され、貯湯槽７０に流れ込む。貯湯槽７０内の水は、常に水および温水で満水状態となっており、深夜電力、空気等の熱源を利用して所定の温度にまで加熱される。貯湯槽７０の沸き上げ湯温は図示省略しているリモコンにより外部から予め設定されており、この設定された沸き上げ湯温を湯温センサ７５が検出すると、発熱体７４への通電を停止させる。なお、加熱中に貯湯槽７０内の水が温度上昇により体積膨張するが、膨張により貯湯槽７０から溢れる水は、逃がし弁７６により貯湯槽７０外へ排出される。

台所あるいは洗面所の蛇口９からの給湯湯温は、予め、図示省略しているメインリモコンで設定されており、例えば台所の蛇口９を開くと、図示省略している制御部は設定されている給湯湯温となるように蛇口給湯用湯水混合弁７８を制御し、貯湯槽７０内のお湯と水源からの水を適温に混合する。なお、蛇口９の給湯湯温については所定の最高設定湯温に上限値が設けられ、瞬間やけどを防止する設定とされている。

浴槽８への給湯湯温は、例えば浴室に設けられた図示省略している浴室リモコンで設定される。浴槽８への給湯動作は以下の通りである。浴室リモコン等の図示省略している湯張りスイッチを押すと、湯張りの指令信号が出力され、制御部が浴室リモコン等で設定されている湯温となるように浴槽給湯用湯水混合弁７７を制御すると共に、電磁弁７９を開いて浴槽８への給湯を開始する。浴槽８への湯張り開始後、予め設定された浴槽湯量に到達するまで湯張りを継続する。設定された浴槽湯量に到達すると、電磁弁７９を閉じて浴槽８への湯張りを完了する。

次に浴槽４５の湯を追い炊きする場合について説明する。浴槽４５の湯温が低下した場合、例えば浴室リモコンの図示省略している追い炊きスイッチを押すと、制御部が追い炊きの指令信号を出力し、風呂水循環路７１に介装されている追炊きポンプ７１Ｐが駆動され、浴槽湯温センサ８０で検知される湯温が浴室リモコンで設定されている湯温となるように、浴槽８内の低温湯を熱交換器１０の第１の流路１１を通過させ、浴槽８に循環する。また同時に、上水循環路７２に介装された循環用の上水ポンプ７２Ｐを駆動させて貯湯槽７０の沸き上げ湯を熱交換器１０の第２の流路２１を通過させ、第１の流路１１を通流する浴槽の湯を加熱した後貯湯槽７０に戻す。上記のように図１に示された熱交換器は、給湯器などにおいて、図３に例示するような配管系を構成することにより、上水系の熱を利用して浴槽の湯を再加熱するいわゆる追炊き機能として好適に用いることが出来る。

なお、図３に示す追炊きポンプ７１ＰがＯＮされると、浴槽８内の風呂水は、図１に示す熱交換器内の第１の封止板５の第１流入穴５ａから第１の流路板１に形成された第１の流路１１の一端部１１ａに流入され、第１の流路１１を通流して該第１の流路１１の他端部１１ｂから第１の封止板５の第１流出穴５ｂを経て図示省略している浴槽に流出され、循環する。第１の流路１１と第２の流路２１とは銅被覆仕切板３を介して接していることにより熱交換が行なわれ、低温の風呂水は高温の上水によって昇温される。上記動作が長期間行なわれると、銅被覆仕切板３の銅被覆３２は徐々に腐食が進行するが、銅被覆仕切板３の基材がステンレス材３１からなるため、仮にステンレス材３１が露出されるまで腐食が進行したとしても、第１の流路１１と第２の流路２１が連通することは防止される。

上記説明したように、この実施の形態１によれば、第１の流路１１と第２の流路２１を仕切る仕切板として、溶融した銅をステンレス材の表面に被覆して形成された銅被覆仕切板３を用いたことにより、第１の流路板１の第１の流路１１の表面に雑菌が繁殖せず、また、仮に銅被覆３２が腐食、損耗したとしても芯材がステンレス材３１からなるため、第１の流路１１の風呂循環湯水などが第２の流路２１の飲料系統など上水側に侵入する惧れが無く、従って汚染が防止され、上水側の清潔さを維持できるという効果が得られる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２の熱交換器は、外見上上記実施の形態１と全く同様に構成されているので、以下図１及び図２を参照して説明する。この実施の形態２における銅被覆仕切板３は実施の形態１と同様にステンレス材３１の両面に銅被覆３２が炉中溶融して被覆形成されており、銅被覆３２の厚さをｔ（μｍ）、耐用年数をＹ（年）としたときに、該銅被覆３２の厚さｔ（μｍ）を、次式１
ｔ＞耐用年数（Ｙ年）×１００・・・・・式１
を満足するように形成したものである。

銅被覆３２の厚さｔは、給湯器等の温水器に用いる熱交換器の耐用年数よりも銅被覆３２が溶出して無くなる期間が長くなるようにする必要がある。即ち銅の年間溶出厚さをＷ（μｍ）とすると、銅被覆３２の厚さｔは次式２、
ｔ＞Ｙ×Ｗ・・・・・式２
を満足する必要がある。上記年間溶出厚さＷはファラデーの電解の法則により次式３で求められる。
Ｗ＝Ｉ×Ｓ×Ｅｑ÷９６５００・・・・・式３
但し、Ｉは電流の強さ、Ｓは電流通過時間、Ｅｑは銅の当量である。Ｉは第１の流路１１や第２の流路２１に流れる溶媒、即ち風呂水や上水を介して銅に流れる電流である。

本発明者らは上記銅の年間溶出厚さＷについて鋭意測定を重ねた結果、該年間溶出厚さＷは約１００μｍになった。工業製品としての実耐用年数を例えば１０年とすると、式２から銅被覆３２の厚さｔは約１ｍｍ必要で、これ以下では、耐用年数以前に銅被覆３２が全て溶出し、ステンレス材３１が第１及び第２の流路１１、２１に暴露され、ステンレス材３１の表面に雑菌が繁殖し、雑菌塊が風呂水や上水に混入して汚染され、熱交換器を用いた給湯器などの利用水の清潔性を著しく低下させることになる。一方、上記銅被覆３２の厚さｔを、式１を満足するように構成することで、芯材のステンレス材３１が給湯器等の利用水に暴露されるのを防止できるが、銅被覆３２の厚さｔをステンレス材３１の厚さよりも厚くすると、銅溶出の偏在で利用水の流量が変化するので、工業的に有用な銅被覆３２の厚さｔは約２ｍｍ以下とすることが望ましい。

上記説明した通り、実施の形態２によれば、銅被覆３２の厚さｔ（μｍ）を、装置の耐用年数をＹ（年）としたときに、ｔ＞Ｙ×１００（式１）
を満足するように構成したことにより、設定された耐用年数以前に銅被覆３２が溶出して利用水を雑菌塊で汚染することのない熱交換器、あるいは該熱交換器を用いた給湯器を含む温水器を得ることが出来る。

ところで、上記実施の形態１及び２では、第１の流路１１に風呂循環湯水が通流され、第２の流路２１に上水からなる温水が通流される熱交換器を例に説明したが、通流する流体はこれらに限定されるものではない。例えば燃料電池等から発生する高温の水、温水プールの循環、各種の排水液の廃熱回収等、熱交換を要するものであれば高温側、低温側共、自由に組合わせて用いることが出来る。また、第１及び第２の流路１１、２１の形状なども例示したものに限定されないことは当然である。また、第１の流路１１の液体の通流方向と、第２の流路２１の液体の通流方向を逆にしても差し支えない。その他、熱源として都市ガス、ＬＮＧ等の燃料ガス、灯油、エタノール等の液体燃料、空気、あるいは太陽光等を用いるなど、種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１にかかる熱交換器の要部を概念的に示す斜視分解図。本発明の実施の形態１にかかる熱交換器を概念的に示す要部断面図。図１に示す熱交換器が用いられた深夜電力利用の電気給湯器からなる温水器の配管系を示す回路図。

符号の説明

１第１の流路板、１１第１の流路、１１ａ一端部、１１ｂ他端部、２第２の流路板、２１第２の流路、２１ａ一端部、２１ｂ他端部、３銅被覆仕切板、３１ステンレス材、３２銅被覆、４ろう材、５第１の封止板、５ａ第１流入穴、５ｂ第１流出穴、６第２の封止板、６ａ第２流入穴、６ｂ第２流出穴、７温水器、７０貯湯槽、７１風呂水循環路、７１Ｐ追炊きポンプ、７２上水循環路、７２Ｐ上水ポンプ、８浴槽、９蛇口、１０熱交換器。

Claims

板厚方向に貫通され板面方向に沿って形成された第１の流路を有する第１の流路板と、板厚方向に貫通され板面方向に沿って形成された第２の流路を有する第２の流路板と、これら第１の流路板及び第２の流路板の間に介装された溶融した銅をステンレス材の表面に被覆して形成された銅被覆仕切板と、上記第１の流路板における上記銅被覆仕切板とは反対側の面に黄銅を含まないろう材でろう付接合され上記第１の流路の一端部に連通する第１流入穴及び該第１の流路の他端部に連通する第１流出穴を有する第１の封止板と、上記第２の流路板における上記銅被覆仕切板とは反対側の面に黄銅を含まないろう材でろう付接合され上記第２の流路の一端部に連通する第２流入穴及び該第２の流路の他端部に連通する第２流出穴を有する第２の封止板とを備えたことを特徴とする熱交換器。
上記銅被覆仕切板の表面に設けられた銅被覆は、銅を予め炉中で溶融し、ステンレス板の両面を覆うように被覆させて形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
上記銅被覆の厚さをｔ（μｍ）、耐用年数をＹ（年）としたときに、該銅被覆の厚さが、式１
ｔ＞Ｙ×１００・・・・・式１
を満足するように形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
上記請求項１〜請求項３の何れか１つに記載された熱交換器と、貯湯槽と、上記熱交換器の第１の流路を浴槽に対して循環し得るように設けられた風呂水循環路と、この風呂水循環路に介装された追炊きポンプと、上記熱交換器の第２の流路を上記貯湯槽に対して循環し得るように設けられた上水循環路と、この上水循環路に介装された上水ポンプとを備えたことを特徴とする温水器。