JP2010127610A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換する一方の流体の流通路にキャピラリーチューブを用いた熱交換器に関し、キャピラリーチューブを流通する一方の流体と、これと熱交換する他方の流体との伝熱面積の飛躍的な増大を図り、小型でありながらが熱効率に優れた熱交換器を提案する。
【解決手段】 壁面を塑性加工して螺旋状の襞山２１を形成した螺旋管２０を、襞山２１の頂部を筒体１０の内周面に当接させて筒体１０内に設け、筒体１０の外周面にキャピラリーチューブ３０を巻装し、組立品を加熱炉でろう付けして接合し、キャピラリーチューブ３０を熱交換する一方の流体が流通し、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３を他方の流体が流通する。
【選択図】図１

Description

この発明は、熱交換する一方の流体の流通路にキャピラリーチューブ（銅製細管）を用いた熱交換器に関するものである。

冷媒を用いたヒートポンプ式給湯機に用いられる熱交換器等、高温高圧のガス冷媒の流通路をキャピラリーチューブで形成した熱交換器がある（例えば特許文献１）。この熱交換器は、ガス冷媒が流通する一次側と、被加熱流体の水が流通する二次側とで熱交換するように構成され、キャピラリーチューブを用いることで高圧冷媒に十分に耐える構造としたものである。

また、熱交換器の製作方法としては、加熱炉でろう付けする接合手段が一般に用いられている。キャピラリーチューブを用いた熱交換器の場合、他方の流体の流通路を形成する部材にキャピラリーチューブを巻装するなどして組み立て、部材の接合箇所にリン銅ろう等のろう材を設置し又はペースト状のろう材を塗布し、これを所定治具で固定し、組立品を加熱炉内に投入して製作されている。
特許第３９５４８９１号公報

こうしたキャピラリーチューブを用いた熱交換器において、熱効率の向上を図るには、キャピラリーチューブと他方の流体の流通路との接触面積を増大させ、熱交換する伝熱面積の増大を図ることが求められるが、これをコンパクトな筐体で実現することは困難であった。また、ろう材の設置に手間を要し、組立作業性、生産性にも課題があった。

この発明は、熱交換する一方の流体の流通路にキャピラリーチューブを用いた熱交換器に関し、キャピラリーチューブを流通する一方の流体と、これと熱交換する他方の流体との伝熱面積の飛躍的な増大を図り、小型でありながらが熱効率に優れた新規構成の熱交換器を提案することを目的とするものである。また、組立作業性、生産性に優れた熱交換器を提案することを目的とするものである。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の熱交換器は、壁面を塑性加工して螺旋状の襞山２１を形成した螺旋管２０を、襞山２１の頂部を筒体１０の内周面に当接させて筒体１０内に設け、筒体１０の外周面にキャピラリーチューブ３０を巻装し、組立品を加熱炉でろう付けして接合し、キャピラリーチューブ３０を熱交換する一方の流体が流通し、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３を他方の流体が流通するように構成するものである。

また、請求項２に記載の熱交換器は、壁面を塑性加工して螺旋状の襞山２１を形成した螺旋管２０を、襞山２１の底部を筒体１０の外周面に当接させて筒体１０の外周に設け、筒体１０の内周面に当接させてキャピラリーチューブ３０を筒体１０内に巻装し、組立品を加熱炉でろう付けして接合し、キャピラリーチューブ３０を熱交換する一方の流体が流通し、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３を他方の流体が流通するように構成するものである。

また、このように構成した熱交換器において、上記の筒体１０を、銅芯材の表面（片面又は両面）にりん銅ろう層を圧着したクラッド材で形成するものである。

請求項１及び２に記載の熱交換器において、キャピラリーチューブ３０を流通する一方の流体と、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３を流通する他方の流体とが筒体１０の壁面を介して接触し、熱交換が行われる。キャピラリーチューブ３０を筒体１０の壁面に当接して巻装したので、一方の流体の流通路が極めて長尺に形成されるとともに、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３も同じく極めて長尺に形成される。その結果、筒体１０を介した両流体の流通路の接触面積、熱交換する伝熱面積の飛躍的な増大が図られ、熱効率に極めて優れるものである。

また、この発明の熱交換器は、コンパクトな円筒形に形成され、熱関連装置への設置等の取り扱いに優れるとともに、筒体１０の外径及び長さの設定で各種装置の仕様に対応可能であり、モジュール化し、要求能力に応じてこれを複数本直列又は並列に接続するなどの適用も容易である。

また、筒体１０を、銅芯材の表面（片面又は両面）にりん銅ろう層（ろう材層）を圧着したクラッド材で形成することで、ろう材設置の作業工程を省くことができる。片面ろう材層のクラッド材を用いる場合、筒体１０内へのろう材設置は困難であるから、筒体１０の内周面をろう材層とすることが効果的であり、両面ろう材層のクラッド材を用いれば、部材を一括して接合することができ、組立作業性、生産性の著しい向上を図ることができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態について、実施例に基づいて具体的に説明する。

図１及び２は、請求項１に記載の発明の実施例であり、高温高圧のガス冷媒の流通路をキャピラリーチューブ３０で形成し、被加熱流体である水と熱交換する熱交換器である。図に示すように、壁面を塑性加工（バルジ加工）して螺旋状の襞山２１を形成した螺旋管２０が、襞山２１の頂部を筒体１０の内周面に当接させて筒体１０内に設けられている。筒体１０と螺旋管２０との間で筒体１０の一端から多端に至る螺旋状通路２３が形成され、一端に入口管２４、他端に出口管２５が設けられ、入口管２４から流入した水が螺旋状通路２３を流通し、出口管２５に至る水の流通路が形成されている。

筒体１０の外周面にはキャピラリーチューブ３０が巻装され、一端に入口ヘッダー３２、他端に出口ヘッダー３３が設けられ、入口ヘッダー３２から出口ヘッダー３３に至るガス冷媒の流通路が形成されている。キャピラリーチューブ３０の外周には、必要に応じて熱ドラフト防止のための断熱材３５が設けられる。

この熱交換器は、組立品を加熱炉内に投入してろう付けし、各部材の当接面を接合して製作する。筒体１０を、銅芯材の両面にろう材であるりん銅ろう層を圧着したクラッド材で形成することで、ろう材設置の作業工程を省き、一度のろう付け工程で部材を一括して接合することができる。筒体１０内へのろう材設置は困難であるから、片面ろう材層のクラッド材を用い、筒体１０の内周面をりん銅ろう層とするこが効果的である。螺旋管２０の素材としては、銅の他、ステンレス−銅クラッド材を用い、その外周面が銅となるように形成してもよい。

図３は、請求項２に記載の発明の実施例であり、この熱交換器の構成部材である筒体１０、螺旋管２０、キャピラリーチューブ３０は前例と同様である。図に示すように、螺旋管２０は、襞山２１の底部を筒体１０の外周面に当接させて筒体１０の外周に設けられ、筒体１０と螺旋管２０との間で水が流通する螺旋状通路２３が形成されている。ガス冷媒が流通するキャピラリーチューブ３０は、筒体１０の内周面に当接させて筒体１０内に巻装されている。

筒体１０をりん銅ろう層を圧着したクラッド材で形成することが有益であることは、前例と同様である。本例の場合、被加熱流体である水の流通路が外側となるので、熱ドラフトが軽減され、断熱材３５を不要とすることもできる。

なお、実施例では、１本のキャピラリーチューブ３０を筒体１０内に巻装したが、複数本のキャピラリーチューブ３０を並置して巻装してもよい。また、熱交換する流体はガス冷媒、水に限られず、この発明の熱交換器は、加熱、吸熱、冷却等の様々な熱関連装置に適用可能である。

この発明の第１実施例の断面図。 要部の拡大断面図。 第２実施例の要部の拡大断面図。

符号の説明

１０ 筒体
２０ 螺旋管
２１ 襞山
３０ キャピラリーチューブ

Claims (3)

1. 壁面を塑性加工して螺旋状の襞山２１を形成した螺旋管２０を、襞山２１の頂部を筒体１０の内周面に当接させて筒体１０内に設け、筒体１０の外周面にキャピラリーチューブ３０を巻装し、組立品を加熱炉でろう付けして接合し、
   キャピラリーチューブ３０を熱交換する一方の流体が流通し、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３を他方の流体が流通する熱交換器。
2. 壁面を塑性加工して螺旋状の襞山２１を形成した螺旋管２０を、襞山２１の底部を筒体１０の外周面に当接させて筒体１０の外周に設け、筒体１０の内周面に当接させてキャピラリーチューブ３０を筒体１０内に巻装し、組立品を加熱炉でろう付けして接合し、
   キャピラリーチューブ３０を熱交換する一方の流体が流通し、筒体１０と螺旋管２０との間で形成される螺旋状通路２３を他方の流体が流通する熱交換器。
3. 筒体１０を、銅芯材の表面（片面又は両面）にりん銅ろう層を圧着したクラッド材で形成した請求項１又は２に記載の熱交換器。

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