JP2014066408A - 熱交換器、および、熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱交換器10は、水が流れる水管20と、冷媒が流れる冷媒管40とが交互に積層され、水と冷媒とを熱交換させる熱交換器である。水管20は、水流路面22および複数の水流路面突起23を有する。水流路面22は、冷媒管40に接合される面である。水流路面突起23は、水流路面22に形成され冷媒管40に向かって突出する。水管20および冷媒管40は、流路間隙間70に入り込んでいる半田によって接合されている。流路間隙間70は、水管20と冷媒管40との間において、水流路面突起23によって形成される隙間である。
【選択図】図6
Description
図1は、実施形態に係る熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯装置1の概略図である。ヒートポンプ式給湯装置1は、温水熱源装置である冷凍装置2と、貯湯ユニット3とを備える。
図3は、熱交換器10の概略図である。図4は、熱交換器10の部分的な斜視図である。図5は、図4のV−V線における熱交換器10の断面図である。図4および図5では、水管20の外表面に形成される伝熱促進ディンプル96および水流路面突起23が省略されている。熱交換器10は、主として、複数の水管20と、複数の冷媒管40と、水管出入口部30と、冷媒出入口分配管50とを備える。水管20は、熱交換される水が内部を流れる扁平管である。冷媒管40は、熱交換される冷媒が内部を流れる扁平多穴管である。
図6は、熱交換器10の水管20および水管出入口部30を構成する金属プレート80の平面図である。図7は、図6のVII−VII線における金属プレート80の断面図である。図8は、図6のVIII−VIII線における金属プレート80の断面図である。
(4−1)熱交換器の平面構造
図10は、熱交換器10の平面図である。熱交換器10を上面視した場合、水管20および冷媒管40は、互いに重なっている。水管20の右側水管出入口部31および左側水管出入口部32は、冷媒管40の側方に位置している。冷媒管40の右側冷媒出入口分配管51および左側冷媒出入口分配管52は、冷媒管40の両端部において、冷媒管40に接続されている。
図11A〜11Fは、熱交換器10の製造工程の概略を示す。熱交換器10の製造工程は、主に、プレス加工工程、第1接合工程、第2接合工程、組立工程および最終接合工程とからなる。
水管20の右側水管出入口部31と左側水管出入口部32との接合部分の構造について説明する。図12は、右側水管出入口部31の周辺の構造を示す断面図である。左側水管出入口部32の周辺の構造は、右側水管出入口部31と同じであるため、説明を省略する。図12において、3つの水管20a,20b,20cは、積層方向に隣接している。
(5−1)
本実施形態の熱交換器10では、水管20の水流路面22と、冷媒管40の冷媒流路面42との間には、水流路面22の水流路面突起23によって形成される隙間である流路間隙間70が存在する。すなわち、図11Dおよび図11Eに示される熱交換器組立体10aにおいて、水流路面22と冷媒流路面42とは、面接触により密着していない。そのため、熱交換器組立体10aを熔融した半田に浸漬して、超音波半田付け法によって水流路面22と冷媒流路面42とを接合する場合、流路間隙間70に熔融した半田が入り込みやすい。従って、この熱交換器10の製造工程では、水流路面22と冷媒流路面42との間に熔融した半田が行き渡りやすいので、水流路面22と冷媒流路面42とをより効果的に接合することができる。これにより、水管20と冷媒管40との間における熱伝達の効率が向上するので、熱交換器10の性能が向上する。また、超音波半田付け法によって、水流路面22と冷媒流路面42との接合を迅速に行うことができるので、熱交換器の製造に必要な時間を短縮することができる。
本実施形態の熱交換器10では、水管20の水流路面突起23は、水管20の長手方向に沿って、等間隔に配置されている。これにより、水管20と冷媒管40との間の流路間隙間70は、水管20の長手方向に沿って実質的に均一になっている。従って、超音波半田付け法によって水管20と冷媒管40とを接合する場合、水流路面22と冷媒流路面42との間の流路間隙間70に熔融した半田がより入り込みやすく、また、流路間隙間70に熔融した半田が均一に行き渡りやすい。
本実施形態の熱交換器10では、水管20の内表面に伝熱促進ディンプル96が形成されている。水流路21を流れる水が伝熱促進ディンプル96に衝突することで、水流路21において水の乱流が発生する。これにより、水流路21における水の平均通過時間が増加するので、水管20と冷媒管40との間の熱交換が促進される。従って、この熱交換器10では、熱交換の効率が向上する。
本実施形態の熱交換器10では、水管20を構成する金属プレート80は、プレス加工によって製造される。また、一度のプレス加工によって、同時に、右側開口部91、左側開口部92、凹面部94、開口凹部95、伝熱促進ディンプル96および水流路面突起23が形成される。従って、この熱交換器10の製造工程では、水管20を安価かつ迅速に製造することができる。
本実施形態の熱交換器10では、水管20と冷媒管40とが交互に積層されている。水管20の内部では、低圧の水が流れ、冷媒管40の内部では、高圧の冷媒が流れる。冷媒管40は、複数の細い冷媒流路41を有している扁平多穴管であるので、高い耐圧性を有している。従って、この熱交換器10は、高圧流体と低圧流体との熱交換に適している。
本実施形態の熱交換器10では、水管20と冷媒管40とが交互に積層されている。水管20は、ステンレス鋼製であり、冷媒管40は、アルミニウム合金製である。そのため、水管20が腐食して水管20に穴が開いて水漏れしても、漏れた水が冷媒管40を腐食して冷媒流路41に浸入することがない。そのため、この熱交換器10では、水と冷媒とが混合することが防止される。また、ステンレス鋼は熱伝導性が良いので、この熱交換器10は、水管20と冷媒管40との熱交換の効率を向上させることができる。
(6−1)変形例A
本実施形態の熱交換器10では、水管20の水流路面突起23は、水管20の長手方向に沿って、等間隔に配置されている。しかし、水管20の水流路面突起23は、水管20の長手方向に沿って、等間隔に配置されていなくてもよい。例えば、図13に示されるように、金属プレート80に形成される水流路面突起23の間隔に関して、水管20の長手方向の端部における間隔よりも、水管20の長手方向の中央部における間隔の方が、短くなっていてもよい。熱交換器10において、水管20の長手方向の中央部は、水管20および冷媒管40の積層方向の力に対して弱い部分である。そのため、熱交換器10の長期間の使用によって、流路間隙間70は、水管20の長手方向の中央部において、特に小さくなりやすい。そのため、水管20の長手方向の中央部において、水流路面突起23の間隔を短くして積層方向の力に対する強度を向上させることで、水管20の長手方向に沿って流路間隙間70が不均一になることが抑制される。
本実施形態の熱交換器10では、水管20の水流路面22に形成される水流路面突起23の高さは、0.1mmである。しかし、水流路面突起23の高さは、0.05mm〜0.4mmの範囲内であってもよい。すなわち、水管20の水流路面22と、冷媒管40の冷媒流路面42との間の流路間隙間70の大きさは、0.05mm〜0.4mmであってもよい。流路間隙間70の大きさは、水管20および冷媒管40の材質および寸法等に応じて、適宜に変更することができる。
本実施形態の熱交換器10では、水管20の水流路面22に、複数の伝熱促進ディンプル96が形成されている。しかし、水管20の水流路面22に、例えば、シェブロン形状の窪みが形成されてもよく、また、水管20の長手方向に対して所定の角度を有する直線状の窪みが形成されてもよい。これらの窪みは、伝熱促進ディンプル96と同様に、水流路21において水の乱流が発生させる効果を有する。従って、本変形例においても、水管20と冷媒管40との間の熱交換が促進され、熱交換器10の熱交換の効率が向上する。
10a 熱交換器組立体(組立体)
20 水管(第1流体流路)
22 水流路面(第1流路面)
23 水流路面突起(第1流路面突起)
40 冷媒管(第2流体流路)
70 流路間隙間
96 伝熱促進ディンプル
Claims (5)
- 第1流体が流れる第1流体流路(20)と、第2流体が流れる第2流体流路(40)とが交互に積層され、前記第1流体と前記第2流体とを熱交換させる熱交換器であって、
前記第1流体流路は、前記第2流体流路に接合される面である第1流路面(22)を有し、かつ、前記第1流路面に形成され前記第2流体流路に向かって突出する複数の第1流路面突起(23)を有し、
前記第1流体流路および前記第2流体流路は、前記第1流体流路と前記第2流体流路との間において前記第1流路面突起によって形成される隙間である流路間隙間(70)に入り込んでいる半田によって接合されている、
熱交換器(10)。 - 前記第1流路面突起は、前記第1流路面の長手方向に沿って等間隔に配置されている、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記第1流体流路は、前記第1流路面に形成される複数の伝熱促進ディンプル(96)をさらに有し、
前記第1流体流路は、
前記第1流路面の長手方向と前記第1流路面内において直交する方向である幅方向に沿って配置されている複数の前記伝熱促進ディンプルからなる第1ディンプル列(96a)と、
前記幅方向において、前記第1ディンプル列の前記伝熱促進ディンプルの位置とは異なる位置に配置され、かつ、前記幅方向に沿って配置されている前記伝熱促進ディンプルからなる第2ディンプル列(96b)と、
を有し、
前記第2ディンプル列の前記伝熱促進ディンプルの数は、前記第1ディンプル列の前記伝熱促進ディンプルの数より小さく、
前記第1流路面突起は、前記第2ディンプル列の前記幅方向の両端の前記伝熱促進ディンプルの近傍に配置されている、
請求項1または2に記載の熱交換器。 - 前記第1流体流路および前記第2流体流路は、超音波半田付け法によって前記流路間隙間に入り込んだ半田によって接合されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 第1流体が流れる第1流体流路(20)と、第2流体が流れる第2流体流路(40)とが交互に積層され、前記第1流体と前記第2流体とを熱交換させる熱交換器(10)の製造方法であって、
前記第1流体流路と前記第2流体流路とを交互に積層して組立体(10a)を組立てる組立工程と、
前記組立体の前記第1流体流路と前記第2流体流路との間の隙間である流路間隙間(70)に半田を入り込ませる半田付け工程と、
を備え、
前記第1流体流路は、前記第2流体流路に接合される面である第1流路面(22)を有し、かつ、前記第1流路面に形成され前記第2流体流路に向かって突出して前記流路間隙間を形成する複数の第1流路面突起(23)を有している、
熱交換器の製造方法。
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