JP2010014352A - 熱交換器,ヒートポンプ式加熱装置,熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水熱交換器14は,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を有しており,該床暖房用配管42の外径は他の冷媒配管41及び給湯用配管43よりも大きい。これらの外径が異なる複数の配管は,その全てを結ぶ二つの共通外接線の一方である外側の共通外接線が,水熱交換器14の外周面に沿った線分Pとなるように繰り返し曲成されて積層されている。
【選択図】図3
Description
ここに,図7(a),(b)は,特許文献1の図5及び図7を引用して符号を変更した図である。
図7(a),(b)に示すように,特許文献1に開示された水熱交換器100では,給湯用の水が流通する給湯用配管101と,冷媒が循環される冷媒配管102と,浴槽用の水が流通する浴槽用配管103とが曲成されて積層されている。水熱交換器100では,冷媒配管102に循環される冷媒との熱交換によって給湯用配管101及び浴槽用配管103に流れる水を加熱することができる。
また,水熱交換器100では,図7(b)に示されているように,給湯用配管101,冷媒配管102及び床暖房用配管103の全ての管径は同じであるため,その3つの配管を重ね合わせた状態で同時に曲成することも考えられる。この方法によれば,複数の配管を個別に曲成する工程とそれらを重ね合わせる工程とを順に実行する必要がないため,容易に熱交換器を製造することができ,生産性が高まる。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,少なくとも一つの配管の外径が異なる複数の配管が曲成されて積層される熱交換器であってその製造が容易である熱交換器を提供することにある。
本発明に係る熱交換器は,外径の異なる複数の配管を外側或いは内側に揃えて曲成して積層すればよいため,その製造を容易に行うことができる。例えば,前記複数の配管を平坦な部材を支点に内側に折り曲げれば,その複数の配管を内側に揃えて曲成することができる。また,前記複数の配管を平坦な部材に押さえつけた状態でその部材と逆方向に折り曲げれば,その複数の配管を外側に揃えて曲成することができる。しかも,外側又は内側のいずれか一方を揃える場合には,外径の大きい配管断面の仮想外接矩形領域に,外径の小さい配管の一部が干渉することになるため,中心位置を合わせて曲成する場合に比べて,当該熱交換器の高さを縮めることができる。また,前記熱交換器では,外周面或いは内周面のいずれか一方が略平坦面となるため見栄えもよい。
これにより,前記ヒートポンプ式加熱装置では,前記複数の配管のうちで最も外径の大きい配管を除く他の配管について,その管路をできるだけ長く確保することができる。例えば,前記他の配管が冷媒が循環される配管である場合に,その冷媒の管路長を長く確保することで高い熱交換性能を確保することができる。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯暖房機Xの概略構成を示すブロック図,図2は本発明の実施の形態に係る水熱交換器14の外観を示す要部模式図,図3は本発明の実施の形態に係る水熱交換器14の断面を示す要部模式図である。
まず,図1を用いて,本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯暖房機Xの概略構成について説明する。
図1に示すように,ヒートポンプ式給湯暖房機X(ヒートポンプ式加熱装置の一例)は,大別すると,冷媒が循環されるヒートポンプサイクル(冷凍サイクル)1と,後述の床暖房装置21に温水を循環させるための床暖房回路2と,温水を貯留又は給湯するための給湯回路3とを備えて構成されている。ここに,ヒートポンプサイクル1に循環される冷媒には,例えばCO2冷媒などの炭酸ガス冷媒(自然冷媒の一種)や,R410AなどのHFC冷媒が用いられる。
床暖房回路2は,水熱交換器14において冷媒との熱交換によって加熱された後の温水を床下の床暖房パネル等に循環させることで床暖房を実現する床暖房装置21と,水熱交換器14及び床暖房装置21の間に水を循環させるための循環ポンプ22とを備えている。床暖房回路2では,水に代えてブライン(不凍液)を用いる場合も考えられる。
給湯回路3は,水熱交換器14において冷媒との熱交換によって加熱された後の温水(例えば45〜90℃程度)を貯留するための貯湯タンク31と,貯湯タンク31の下層から水熱交換器14を経て貯湯タンク31の上層に水を循環させるための循環ポンプ32と,給水口33からの水と貯湯タンク31の上層から供給される湯とを混合して給湯口34から給湯する温水の温度を調節するための電磁三方弁35とを備えている。
ヒートポンプ式給湯暖房機Xでは,不図示の制御装置によって,各回路において図示する矢印方向に冷媒又は水が循環されることにより給湯運転や床暖房運転が実行されるが,これらの基本動作については従来と異なるところがないため,ここではその詳説を省略する。
本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯暖房機Xは,水熱交換器14の構造に特徴を有しており,以下,図2及び図3を用いてこの点について説明する。
冷媒配管41,床暖房用配管42,給湯用配管43各々は,ヒートポンプサイクル1,床暖房回路2,給湯回路3各々の回路上に接続されたものであって該回路の一部を形成している。
ここに,図2は水熱交換器14の略半分の形状の斜視図であるが,該水熱交換器14の残り略半分も同様の形状を有している。従って,水熱交換器14は,平面視する(上面から見る)と直線部分及び曲線部分からなる略偏平形状(例えば,陸上競技場のトラックのような形状)を成している。もちろん,水熱交換器14は,平面視で略矩形状,略楕円形状,略円形状などに形成されていてもよい。
詳しくは,冷媒配管41,床暖房用配管42,給湯用配管43,冷媒配管41,床暖房用配管42,給湯用配管43,…という順に連続して接触しており,隣り合う冷媒配管41と床暖房用配管42,床暖房用配管42と給湯配管43,給湯配管43と冷媒配管41の各々が,ろう付によって熱的に結合されている。ここに,ろう付には,銀ろう,銅ろう,黄銅ろう,りん銅ろうなどのろう材が用いられる。また,ろう付に限られず,例えば溶接や半田付け,熱伝導性の高い接着剤などによって熱的に結合することも他の実施例として考えられる。
この場合,熱交換器14には,少なくとも一つの配管の外径が異なる複数の配管が存在することになる。このように構成された水熱交換器14では,その複数の配管を曲成して積層する際に,その複数の配管をその中心が直線状に揃うように同時に曲成することが難しくなる。例えば,外径の異なる複数の配管の中心位置が一致する状態に位置決めしつつ曲成することのできる特殊な製造設備が必要となる。
そこで,本発明の実施の形態に係る水熱交換器14では,外径が異なる複数の配管を同時に曲成することが容易な構造を採用することにより,その製造方法を容易にして生産性を高めている。
図3に示す線分Pは,水熱交換器14の外周面に沿った線分であって,水熱交換器14の冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の全てを結ぶ二つの共通外接線の一方である外側の共通外接線である。
このように,水熱交換器14では,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43が,水熱交換器14の外周面に揃うように曲成されて積層されている。そのため,最も外径の大きい床暖房用配管42の仮想外接矩形領域に冷媒配管41や給湯用配管43が干渉することになり,これらの配管を中心位置を合わせて配置する場合に比べて,水熱交換器14の高さ寸法を縮めることができるので水熱交換器14をコンパクト化できる。また,図2に示すように,水熱交換器14の外周面が略平坦状となり見栄えもよい。
さらに,水熱交換器14では,冷媒配管41を床暖房用配管42の外側に合わせて配置することによって,床暖房用配管42の中心に合わせて配置する場合や床暖房用配管42の内側に合わせて配置する場合に比べて該冷媒配管41の管路をできるだけ長く確保することができ,該水熱交換器14において高い熱交換性能を発揮させることができる。
そして,水熱交換器14では,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の外側を揃えるだけでよいため,中心位置を揃える場合に比べて製造を容易に行うことができる。以下,前述の水熱交換器14の製造方法の一例について説明する。
そして,前記位置決め部材を用いて,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の外側の共通外接線である線分Pを,当該水熱交換器14の外周面となる面に沿わせた状態で,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を同時に機械的に加圧することで内側に曲成する曲成工程を繰り返し実行する。
これにより,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の全てを結ぶ共通外接線である線分Pが,当該水熱交換器14の外周面に沿った線分となるように積層された水熱交換器14が製造される。なお,前述したように,曲成して積層された水熱交換器14は,その後,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43各々がろう付されることで完成する。
なお,本実施の形態及び後述の実施例1では,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の3つの配管を有する構成について説明するが,本発明は,外径が異なる少なくとも2以上(複数の)配管を有する熱交換器に適用可能である。
本実施例1では,図4に示すように,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43が,その内側が揃うように曲成された水熱交換器141について説明する。前記実施の形態で説明した水熱交換器14では,内周面に凹凸が形成されていたのに対し,本実施例1に係る水熱交換器141では,外周面に凹凸が形成されている。
図5に示す線分Qは,水熱交換器141の内周面に沿った線分であって,水熱交換器141の冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の全てを結ぶ二つの共通外接線の一方である内側の共通外接線である。
このように,水熱交換器141は,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43が,水熱交換器141の内周面に揃うように繰り返し曲成されて積層されることにより略螺旋状に形成されている。そのため,最も外径の大きい床暖房用配管42の仮想外接矩形領域に冷媒配管41や給湯用配管43が干渉することになり,これらの配管を中心位置を合わせて配置する場合に比べて,水熱交換器141の高さ寸法を縮めることができるので水熱交換器14をコンパクト化できる。また,図4に示すように,水熱交換器141の内周面が略平坦状となり見栄えもよい。
そして,水熱交換器141では,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の内側を揃えるだけでよいため,中心位置を揃える場合に比べて製造を容易に行うことができる。以下,前述の水熱交換器141の製造方法について説明する。
そして,前記位置決め部材を用いて,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の内側の共通外接線である線分Qを,当該水熱交換器141の内周面となる面に沿わせた状態で,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を同時に機械的に加圧することで内側に曲成する曲成工程を繰り返し実行する。このとき冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43は,前記位置決め部材の端部を支点にすることで容易に内側に折り曲げることができる。
これにより,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の全てを結ぶ共通外接線である線分Qが,当該水熱交換器141の内周面に沿った線分となるように積層された水熱交換器141が製造される。なお,前述したように,曲成して積層された水熱交換器14は,その後,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43各々がろう付されることで完成する。
また,水熱交換器141は,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43の内側を揃える構造であるため,外側に揃える前述の水熱交換器14に比べてより簡単に製造することが可能である。例えば,水熱交換器141の内部に形成される空間の形状,即ち横断面が略扁平形状であって水熱交換器141と同様の高さを有する巻付用部材を用意しておき,その巻付用部材の外周に沿って冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を巻き付けていき,巻き付け終了後にその部材を上方に引き抜く。これにより,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を,その全てを結ぶ共通外接線Qが内周面に沿う水熱交換器141を製造することができる。なお,ろう付されない材質で前記巻付用部材を形成しておけば,該巻付用部材に冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を巻き付けたまま,これらをろう付し,その後で前記巻付用部材を取り外してもよい。
図6に示すように,本実施例2に係る水熱交換器142では,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43が,それらの中心を通る線分Rが直線状となるように曲成されて積層されている。このように構成された水熱交換器142は,冷媒配管41における床暖房用配管42及び給湯用配管43各々との接触点が最も離間しており,冷媒配管41及び床暖房用配管42の熱交換と,冷媒配管41及び給湯用配管43の熱交換との相互間の影響が最も小さい。また,水熱交換器142では,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43各々の長さを同じにすることができる。
但し,このように構成される水熱交換器142は,前記実施の形態及び前記実施例1で説明したように,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43を同時に曲成する場合には,平坦状の部材を用いて形成することができない。
そのため,水熱交換器142を製造する場合には,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43各々を,これらの中心位置が直線状となるように位置決めするべく,該配管各々の外径に対応して形成された凹凸状の溝部を有する位置決め部材を用いる。この位置決め部材を用いれば,配管各々の中心位置が直線状となるように位置決めした状態で該配管各々を同時に機械的に加圧して曲成することができる。このような製造方法によれば,冷媒配管41,床暖房用配管42及び給湯用配管43各々を個別に曲成した後でそれらを組み合わせる場合に比べて容易に製造することが可能となる。
2…床暖房回路
3…給湯回路
11…圧縮機
12…室外空気熱交換器
13…膨張弁
14…水熱交換器(本発明に係る熱交換器の一例)
21…床暖房装置
22…循環ポンプ
31…貯湯タンク
32…循環ポンプ
33…給水口
34…給湯口
35…電磁三方弁
41…冷媒配管
42…床暖房用配管
43…給湯用配管
X…ヒートポンプ式給湯暖房機(本発明に係るヒートポンプ式加熱装置の一例)
Claims (4)
- 少なくとも一つの配管の外径が異なる複数の配管が繰り返し曲成されて積層されることにより該配管各々が順に接触して熱的に結合された熱交換器であって,
積層される前記複数の配管の全てを結ぶ二つの共通外接線の一方が当該熱交換器の外周面或いは内周面に沿った線分であることを特徴とする熱交換器。 - 前記複数の配管が,平面視で略矩形状,略扁平形状,略円形状,略楕円形状のいずれかに曲成されてなる請求項1に記載の熱交換器。
- 前記請求項1又は2のいずれかに記載の熱交換器と,冷媒が循環されるヒートポンプサイクルとを備えてなるヒートポンプ式加熱装置であって,
積層される前記複数の配管の全てを結ぶ二つの共通外接線の一方が当該熱交換器の外周面に沿った線分であることを特徴とするヒートポンプ式加熱装置。 - 少なくとも一つの配管の外径が異なる複数の配管の全てを結ぶ共通外接線の一方が当該熱交換器の外周面或いは内周面に沿うように前記複数の配管を同時に位置決め可能な位置決め部材を用いて,前記一方の共通外接線を当該熱交換器の外周面或いは内周面に沿わせた状態で前記複数の配管を同時に加圧して曲成する曲成工程を繰り返し実行することにより,前記一方の共通外接線が当該熱交換器の外周面或いは内周面に沿った線分となる熱交換器を製造することを特徴とする熱交換器の製造方法。
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