JP2013019651A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger.
特許文献1には、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器が開示されている。特許文献1の図4に示すように、この熱交換器は、水が流れる第1伝熱管と冷媒が流れる第2伝熱管とを水平方向に交互に密着させながら略同一平面上で渦巻状に成形した構成を有する。 Patent Document 1 discloses a heat exchanger that performs heat exchange between water and a refrigerant. As shown in FIG. 4 of Patent Document 1, this heat exchanger has a spiral shape on substantially the same plane while alternately adhering first heat transfer tubes through which water flows and second heat transfer tubes through which refrigerant flows. It has a molded configuration.
上記の構成を有する特許文献1の熱交換器では、第1伝熱管と第2伝熱管の2種類の管のうち、渦巻きの中心から外側にある管の方が、中心寄りにある管よりも周長が長くなる。そのため、特許文献1の構成の熱交換器を製造する場合に、例えば、予め第1伝熱管と第2伝熱管とを並べて半田等によって固定して直線状に成形しておき、その2本の管を同一平面上で渦巻状に成形しようとしても、双方の管に無理な力が加わってしまうため、上記の構成を有する熱交換器を製造することは困難である。 In the heat exchanger of Patent Document 1 having the above-described configuration, of the two types of tubes, the first heat transfer tube and the second heat transfer tube, the tube on the outer side from the center of the spiral is more than the tube closer to the center. The circumference becomes longer. Therefore, when manufacturing the heat exchanger having the configuration of Patent Document 1, for example, the first heat transfer tube and the second heat transfer tube are arranged in advance and fixed in a straight line by soldering or the like. Even if the tubes are spirally formed on the same plane, it is difficult to manufacture a heat exchanger having the above-described configuration because an excessive force is applied to both the tubes.
また、例えば、第1伝熱管と第2伝熱管とを予めそれぞれ同一平面上で渦巻き状に成形しておき、第1伝熱管と第2伝熱管とが交互に密着するように組み合わせる方法も考えられる。しかしながら、第1伝熱管と第2伝熱管とを、それぞれ相互に正確に密着可能な形状の渦巻状に予め成形することは容易ではない。 Further, for example, a method in which the first heat transfer tube and the second heat transfer tube are respectively formed in a spiral shape on the same plane in advance and combined so that the first heat transfer tube and the second heat transfer tube are alternately in close contact with each other is also considered. It is done. However, it is not easy to pre-form the first heat transfer tube and the second heat transfer tube into a spiral shape that can be accurately adhered to each other.
本明細書で開示する技術は、上記の課題を解決するために創作されたものである。本明細書では、従来よりも容易に製造し得る構成を有する熱交換器を提供する。 The technology disclosed in this specification has been created to solve the above problems. In this specification, the heat exchanger which has the structure which can be manufactured more easily than before is provided.
本明細書が開示する熱交換器は、水が導通する水管と、冷媒が導通する冷媒管とを備える熱交換モジュールを有している。熱交換モジュールは、水管及び冷媒管を上下に積層しているとともに、積層されている水管と冷媒管とを、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に成形している。 The heat exchanger disclosed in the present specification includes a heat exchange module including a water pipe through which water is conducted and a refrigerant pipe through which a refrigerant is conducted. In the heat exchange module, the water pipe and the refrigerant pipe are stacked one above the other, and the stacked water pipe and the refrigerant pipe are spirally formed on a plane substantially orthogonal to the stacking direction.
上記の熱交換器は、上記の構成を有するため、上下に積層されている水管と冷媒管の周長が異なることはない。そのため、上記の熱交換器は、例えば、直線状の水管と冷媒管とを予め上下に積層した状態で互いに固定し、固定された水管と冷媒管とを、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に曲げ成形することによって製造することができる。従って、上記の熱交換器は従来の熱交換器よりも容易に製造し得る。 Since said heat exchanger has said structure, the circumference of the water pipe laminated | stacked up and down and a refrigerant pipe does not differ. Therefore, the above heat exchanger is, for example, fixed to each other in a state where a linear water pipe and a refrigerant pipe are stacked in advance vertically, and the fixed water pipe and the refrigerant pipe are arranged on a plane substantially orthogonal to the stacking direction. It can be manufactured by bending into a spiral shape. Therefore, the above heat exchanger can be manufactured more easily than a conventional heat exchanger.
上記の熱交換器は、2個以上の熱交換モジュールを有しており、各熱交換モジュールの水管同士は連結用水管を介して連結され、各熱交換モジュールの冷媒管同士は連結用冷媒管を介して連結されるとともに、各熱交換モジュールは上下に積層されていることが好ましい。この構成によると、2個以上の熱交換モジュールを左右に並べて設置する構成に比べて、熱交換器全体をコンパクトに形成することができる。 The above heat exchanger has two or more heat exchange modules, the water tubes of each heat exchange module are connected to each other through a connection water tube, and the refrigerant tubes of each heat exchange module are connected to each other. The heat exchange modules are preferably stacked one above the other. According to this configuration, the entire heat exchanger can be formed more compactly than a configuration in which two or more heat exchange modules are installed side by side.
連結用水管と連結用冷媒管とが互いに離間して設けられており、連結用冷媒管に温度センサが設けられていることが好ましい。この構成によると、温度センサは、連結用水管内の水の温度の影響を受けることなく、連結用冷媒管内の冷媒の温度を検出することができる。従って、冷媒の温度を正確に検出することができる。 The connecting water pipe and the connecting refrigerant pipe are preferably provided apart from each other, and the connecting refrigerant pipe is preferably provided with a temperature sensor. According to this configuration, the temperature sensor can detect the temperature of the refrigerant in the coupling refrigerant pipe without being affected by the temperature of the water in the coupling water pipe. Therefore, it is possible to accurately detect the temperature of the refrigerant.
上記の熱交換モジュールは、水管が冷媒管の上に積層されていることが好ましい。冷媒管内を循環する冷媒は、水管内の水と熱交換を行うと、ガス状態から凝縮して液体状の冷媒凝縮液になる。この冷媒凝縮液が冷媒(ガス状態)と水との熱交換を阻害する原因となるが、水管が冷媒管の上に積層される上記の構成によると、冷媒凝縮液は重力により冷媒管下部に溜まって液膜を形成する。そのため、冷媒管と水管の接合部(伝熱部)には液膜が形成されにくくなる。これにより、冷媒凝縮液による伝熱阻害の影響を受けにくくなり、冷媒管が水管の上に積層される構成と比較して、熱交換の効率が良くなる。 In the heat exchange module, the water pipe is preferably laminated on the refrigerant pipe. When the refrigerant circulating in the refrigerant pipe exchanges heat with the water in the water pipe, it condenses from the gas state into a liquid refrigerant condensate. Although this refrigerant condensate obstructs heat exchange between the refrigerant (gas state) and water, according to the above configuration in which the water pipe is stacked on the refrigerant pipe, the refrigerant condensate is placed under the refrigerant pipe by gravity. Accumulate to form a liquid film. Therefore, it is difficult for a liquid film to be formed at the junction (heat transfer section) between the refrigerant pipe and the water pipe. Thereby, it becomes difficult to be influenced by the heat transfer inhibition by the refrigerant condensate, and the efficiency of heat exchange is improved as compared with the configuration in which the refrigerant pipe is laminated on the water pipe.
本発明の実施例に係る熱交換器について、図面を参照しながら説明する。図1に示す熱交換器2は、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、例えば、ヒートポンプ式給湯器に用いられるものである。熱交換器2は、2個の熱交換モジュール10、50を上下に積層して形成されている。上下に積層された2個の熱交換モジュール10、50は、連結部材100によって連結されている。本実施例では、熱交換モジュール10が上側、熱交換モジュール50が下側に積層されている。
A heat exchanger according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A heat exchanger 2 shown in FIG. 1 is a heat exchanger that performs heat exchange between water and a refrigerant, and is used, for example, in a heat pump hot water heater. The heat exchanger 2 is formed by stacking two
図2に示すように、上側の熱交換モジュール10は、水が導通する水管20と、冷媒が導通する冷媒管30とを備えている。冷媒には、二酸化炭素、R410A等のガス状の冷媒を用いることができる。水管20は、冷媒管30の上に積層されている。水管20と冷媒管30とは、上下に積層された状態で、ロー付けや半田等によって互いに固定されている。水管20と冷媒管30は、ほぼ同径同長のパイプ状部材である。水管20及び冷媒管30は、銅、アルミニウム、鉄等、良好な熱伝導性を備える金属によって形成されている。水管20及び冷媒管30は、同種材料で形成されることが、接触部における性質変化を防ぐ上で望ましい。
As shown in FIG. 2, the upper
上下に積層されている水管20及び冷媒管30は、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に成形されている。なお、図2に示すように、渦巻状に成形された水管20及び冷媒管30の外周寄りの端部22、32は、互いに積層されておらず、上下に離間している。また、図3に示すように、渦巻き状に成形された水管20及び冷媒管30の中心寄りの端部24、34も、互いに積層されておらず、水管20の端部24は、冷媒管30の端部34よりも中心寄りに曲げられている。
The
下側の熱交換モジュール50も、上側の熱交換モジュール10と同様の構成を有する。即ち、熱交換モジュール50も、水管60と冷媒管70とを備えている。水管60は冷媒管70の上に積層されている。上下に積層されている水管60及び冷媒管70は、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に成形されている。
The lower
図2に示すように、水管60及び冷媒管70の外周寄りの端部62、72も、互いに積層されておらず、上下に離間している。また、図3に示すように、水管60及び冷媒管70の中心寄りの端部64、74も、互いに積層されておらず、水管60の端部64は、冷媒管70の端部74よりも中心寄りに曲げられている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、上下に積層された熱交換モジュール10、50は、連結部材100によって連結されている。連結部材100は、連結用水管102と、連結用冷媒管104とを備える。連結用水管102と連結用冷媒管104は、いずれも略コ字状に形成されたパイプ状部材である。連結用水管102及び連結用冷媒管104も、水管20、60及び冷媒管30、70と同じ材料で形成されている。
As shown in FIG. 3, the
連結用水管102は、水管20の端部24と水管60の端部64とを連結している。一方、連結用冷媒管104は、冷媒管30の端部34と冷媒管70の端部74とを連結している。連結用水管102と連結用冷媒管104とは互いに離間して設けられている。
The connecting
連結用冷媒管104には、温度センサ106が設けられている。温度センサ106は、連結用冷媒管104内を流れる冷媒の温度を検出するためのセンサである。連結用水管102と連結用冷媒管104とが離間しているため、温度センサ106は、連結用水管102内の水の温度の影響を受けることなく、連結用冷媒管104内の冷媒の温度を正確に検出することができる。
The connecting
以上、本実施例の熱交換器2の構成を説明した。続いて、本実施例の熱交換器2を用いて、水と冷媒の間で熱交換を行う場合の例を説明する。具体的には、低温の水を熱交換によって加熱する例を説明する。本実施例では、低温の水は、下側の熱交換モジュール50の水管60の端部62から供給される。端部62から供給された水は、水管60、連結用水管102、水管20を順に通過し、端部22から排出される。水は、水管60、20を通過する間に、冷媒管70、30内の冷媒との間で熱交換を行う(冷媒から熱を受け取る)ことにより加熱される。端部22から排出される水は高温となっている。一方、高温高圧のガス状の冷媒は、上側の熱交換モジュール10の冷媒管30の端部32から供給される。端部32から供給された冷媒は、冷媒管30、連結用冷媒管104、冷媒管70を順に通過しながら、水管20及び水管60内を流れる水と熱交換を行う(水に熱を与える)。熱交換を終えた冷媒は液体状となって冷媒管30、連結用冷媒管104、及び冷媒管70の下部を流れる。冷媒は、端部72から排出される。上記の通り、本実施例では、水と冷媒は、互いに逆方向に流れる(カウンターフロー)。このため、本実施例の熱交換器2は、効率よく熱交換を行うことができる。
The configuration of the heat exchanger 2 of the present embodiment has been described above. Then, the example in the case of performing heat exchange between water and a refrigerant | coolant using the heat exchanger 2 of a present Example is demonstrated. Specifically, an example in which low-temperature water is heated by heat exchange will be described. In this embodiment, the low temperature water is supplied from the
以上、本実施例の熱交換器2について詳しく説明した。本実施例では、熱交換モジュール10は、上下に積層された水管20と冷媒管30とが、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に成形されている。そのため、上下に積層されている水管20と冷媒管30の周長が異なることはない。そのため、例えば、直線状の水管20と冷媒管30とを予め上下に積層した状態で互いに固定し、固定された水管20と冷媒管30とを、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に曲げ成形することによって熱交換モジュール10を製造することができる。熱交換モジュール50も同様である。従って、本実施例の熱交換器2は、従来の熱交換器よりも容易に製造することができる。
The heat exchanger 2 of the present embodiment has been described in detail above. In the present embodiment, the
また、本実施例の熱交換器2は、水管と冷媒管とをコイル状に成形する構成の熱交換器に比べて、水管20及び冷媒管30の内側の空間を有効に利用することができる。その結果、熱交換器2全体をコンパクトに形成することができる。また、水管と冷媒管とをコイル状に成形する場合に比べ、高さ方向の起伏がほとんどないので、水管20及び冷媒管30内を流れる水及び冷媒の圧力損失も低減できる。また、水管20内の水抜きも容易である。
Further, the heat exchanger 2 of the present embodiment can effectively use the space inside the
本実施例の熱交換器2は、上下に積層されている2個の熱交換モジュール10、50を有している。そのため、2個の熱交換モジュールを左右に並べて設置する構成に比べて、熱交換器2全体をコンパクトに形成することができる。また、熱交換モジュールを2個設けているため、大容量の要求にも対応することができる。
The heat exchanger 2 of the present embodiment includes two
本実施例では、連結用水管102と連結用冷媒管104とが互いに離間して設けられているため、温度センサ106は、連結用水管102内の水の温度の影響を受けることなく、連結用冷媒管104内の冷媒の温度を検出することができる。従って、冷媒の温度を正確に検出することができる。
In the present embodiment, since the connecting
本実施例の熱交換モジュール10では、水管20が冷媒管30の上に積層されている。冷媒管30内を循環する冷媒は、水管20内の水と熱交換を行うと、ガス状態から凝縮して液体状の冷媒凝縮液になる。この冷媒凝縮液が冷媒(ガス状態)と水との熱交換を阻害する原因となるが、水管20が冷媒管30の上に積層される本実施例の熱交換モジュール10によると、冷媒凝縮液は重力により冷媒管30下部に溜まって液膜を形成する。そのため、冷媒管30と水管20の接合部(伝熱部)には液膜が形成されにくくなる。これにより、冷媒凝縮液による伝熱阻害の影響を受けにくくなり、冷媒管が水管の上に積層される構成と比較して、熱交換の効率が良くなる。
In the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
上記の実施例では、熱交換器2は、上下に積層されている2個の熱交換モジュール10、50を有している。これに限られず、熱交換器2は、3個以上の熱交換モジュールを上下に積層していてもよい。その場合も、3個以上の熱交換モジュールは上下に積層される。
In said Example, the heat exchanger 2 has the two
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
2 熱交換器
10 熱交換モジュール
20 水管
22 水管の端部(外側)
24 水管の端部(内側)
30 冷媒管
32 冷媒管の端部(外側)
34 冷媒管の端部(内側)
50 熱交換モジュール
60 水管
62 水管の端部(外側)
64 水管の端部(内側)
70 冷媒管
72 冷媒管の端部(外側)
74 冷媒管の端部(内側)
100 連結部材
102 連結用水管
104 連結用冷媒管
106 温度センサ
2
24 Water pipe end (inside)
30
34 End of refrigerant pipe (inside)
50
64 Water pipe end (inside)
70
74 End of refrigerant pipe (inside)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
水が導通する水管と、
冷媒が導通する冷媒管とを備える熱交換モジュールを有しており、
熱交換モジュールは、
水管及び冷媒管を上下に積層しているとともに、
積層されている水管と冷媒管とを、積層方向と略直交する平面上で渦巻状に成形していることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger,
A water pipe that conducts water,
A heat exchange module comprising a refrigerant pipe through which the refrigerant is conducted;
The heat exchange module
A water pipe and a refrigerant pipe are stacked one above the other,
A heat exchanger, wherein the water pipe and the refrigerant pipe that are stacked are formed in a spiral shape on a plane that is substantially orthogonal to the stacking direction.
各熱交換モジュールの水管同士は連結用水管を介して連結され、
各熱交換モジュールの冷媒管同士は連結用冷媒管を介して連結されるとともに、各熱交換モジュールは上下に積層されていることを特徴とする請求項1の熱交換器。 Have two or more heat exchange modules,
The water tubes of each heat exchange module are connected via a connecting water tube,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the refrigerant tubes of the heat exchange modules are connected to each other through a connecting refrigerant tube, and the heat exchange modules are stacked one above the other.
連結用冷媒管に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項2の熱交換器。 The connecting water pipe and the connecting refrigerant pipe are provided apart from each other,
The heat exchanger according to claim 2, wherein a temperature sensor is provided in the connecting refrigerant pipe.
水管が冷媒管の上に積層されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項の熱交換器。 The heat exchange module
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the water pipe is laminated on the refrigerant pipe.
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