JP2023018752A

JP2023018752A - 熱交換器モジュール

Info

Publication number: JP2023018752A
Application number: JP2021122990A
Authority: JP
Inventors: 正信斎藤; Masanobu Saito; 昇大友; Noboru Otomo
Original assignee: Atago Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Atago Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-09

Abstract

【課題】熱交換器を複数並置し、これらの熱交換器の外管とヘッダー管とを連通させることにより、熱交換器モジュールを形成するにあたり、その生産性を向上させる。【解決手段】複数の熱交換器の外管１の出口開口部６を出口ヘッダー７ｂと接続する。これにより、熱交換器の流体通路と出口ヘッダー管７ｂの流体通路を連通させ、熱交換器モジュールを形成する。この場合、外管１の出口開口部６の周縁をバーリング加工して第１の突縁８を形成する。一方、出口ヘッダー管７ｂにもヘッダー開口部９を形成し、その周縁をバーリング加工して第２の突縁１０を形成する。第１の突縁８と第２の突縁１０とを嵌め合わせ、かつロウ付けにより接合する。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の熱交換器の外管にヘッダー管を連通接続してなる熱交換器モジュールに関するものである。

特許文献１には、外管と、この外管の中に挿入された内管と、内管の内側又は外管の外側に巻き付けられた第１の流体を流す冷媒管と、を有し、外管と内管の間の空間を第２の流体が流れる流体通路とする二重管式の熱交換器が記載されている。

また、特許文献２には、入力ヘッダー管と出力ヘッダー管との間に複数本の管体を並置し、管体の両端を両ヘッダー管に接合して連通し、入口開口部ヘッダー管から各管体を流通して出口開口部ヘッダー管に至る流体通路を形成したステンレス製熱交換器において、両ヘッダー管の開口周縁をバーリング加工して突縁を形成し、管体の端部を突縁内に挿通して周壁を突縁の内周面に当接させ、ロウ付けにより接合したものが記載されている。

特開２０１６－１０２６４３号公報特開２０１１－１２７８４０号公報

特許文献１に記載された熱交換器を複数並置し、これらの熱交換器の外管とヘッダー管とを連通接続することにより、熱交換性能を向上させた熱交換器モジュールを作製することができる。

この場合、特許文献２に記載された発明に照らせば、外管とヘッダー管とを接続管を介して、ロウ付けにより接合することが考えられる。しかしながら、外管、ヘッダー管及び接続管の組立品を炉内に投入してロウ付けをする際に、接続管が転倒するおそれがあることから、これを防止するための治具を設置する必要があり、生産性が悪い等の問題があった。

上述の課題に鑑み、本発明の熱交換器モジュールは、外管と、この外管の中に挿入された内管と、外管の外側又は内管の内側に巻き付けられた第１の流体を流す冷媒管と、外管と内管の両端を塞ぐキャップと、を有し、外管と内管の間の空間を第２の流体が流れる流体通路とする複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器の流体通路に連通接続するヘッダー管と、を備える熱交換器モジュールであって、
前記外管に形成された第１の開口周縁をバーリング加工して形成された第１突縁と、前記ヘッダー管に形成された第２の開口周縁をバーリング加工して形成された第２の突縁と、を備え、前記第１の突縁と前記第２の突縁とは嵌め合わされ、かつロウ付けにより接合されたことを特徴とする。

本発明によれば、接続管を使用せず、外管とヘッダー管とをバーリング加工により直接嵌め合わせているので部品（接続管）を削減することができ、また、外管とヘッダー管の組立品を炉内に投入してロウ付けをする際に、転倒を防止するための治具の設置が不要になるので、生産性を向上することができる。

本発明は、エコキュート用や給湯器用の熱交換器モジュールに好適に適用することができる。

本発明の第１の実施形態における熱交換器を示す図である。本発明の第１の実施形態における熱交換器モジュールを示す図である。比較例における熱交換器モジュールを示す図である。本発明の第１の実施形態における外管とヘッダー管との接続構造を示す断面図である。比較例における外管とヘッダー管との接続構造を示す断面図である。本発明の第２の実施形態における熱交換器を示す図である。

以下に、本発明の実施形態における熱交換器を図面に基づいて説明する。
＜＜第１の実施形態＞＞
先ず、図１は熱交換器１００Ａを示す図であり、図１（ａ）は、熱交換器１００Ａの正面図（一部は断面図になっている）、図１（ｂ）はその底面図である。

この熱交換器１００Ａは、第１流体（例えば、ＣＯ_２等の高温冷媒）と第２流体（例えば、水）との間で熱交換する熱交換器であって、円筒形状をなした外管１の中に円筒形状をなした内管２が挿入されている。外管１の外側には、第１の流体を流す冷媒管３が螺旋状に巻き付けられている。また、外管１と内管２の両端を塞ぐ上端キャップ４ａ及び下端キャップ４ｂが設けられている。なお、図１（ａ）では、冷媒管３の図示は一部省略されている。

そして、外管１の側壁の上端部付近には入口開口部５が形成され、外管１の側壁の下端付近には出口開口部６が形成されている。外管１と内管２の間の密閉空間は、第２の流体を流す流体通路となっており、入口開口部５から流入した第２の流体は流体通路を通って出口開口部６から流出するようになっている。入口開口部５と出口開口部６とは逆の位置関係であっても良い。また、外管１と内管２の間の密閉空間（第２の流体の流体通路）には管軸方向に延びるように熱伝導促進体（フィン）を挿入してもよい。

次に、本実施形態における熱交換器モジュール２００Ａを図２及び図４に基づいて
説明する。図２（ａ）は熱交換器モジュール２００Ａの正面図、図２（ｂ）はその底
面図である。

図２に示すように、上述の熱交換器１００Ａを複数個（この例では３個）並置し、
これらの熱交換器１００Ａの外管１の入口開口部５を円筒形状の入口ヘッダー管７ａと接続する。同様に、熱交換器１００Ａの外管１の出口開口部６を円筒形状の出口ヘッダー７ｂと接続する（図２（ｂ）の破線で囲んだ接続部Ａを参照）。入口ヘッダー管７ａ及び出口ヘッダー７ｂの一方の管端は塞がれている。

これにより、外管１と内管２の間の第２の流体の流体通路と、入口開口部ヘッダー管７ａ及び出口ヘッダー管７ｂの内部流体通路を連通させ、熱交換器モジュール２００Ａを形成している。

次に、外管１と出口ヘッダー管７ｂの接続部Ａの２つの接続構造例を図４に基づいて説明する。外管１と入口ヘッダー管７ａの接続構造も同様になっている。第１の接続構造例を図４（ａ）に示す。図示のように、外管１の出口開口部６（本発明の「第１の開口部」の一例）の周縁をバーリング加工して第１の突縁８が形成される。この第１の突縁８は外管１の外側に突出している。

一方、出口ヘッダー管７ｂにもヘッダー開口部９（本発明の「第２の開口部」の一例）が形成され、その周縁をバーリング加工して第２の突縁１０が形成される。この第２の突縁１０は出口ヘッダー管７ｂの内側に突出している。

そして、第１の突縁８と第２の突縁１０とは嵌め合わされ、かつロウ付けにより接合される。この場合、第１の突縁８の外周面は第２の突縁１０の内周面に当接している。

第２の接続構造例を図４（ｂ）に示す。この例では、外管１の出口開口部６と出口ヘッダー管７ｂのヘッダー開口部９をバーリング加工するのは同じであるが、外管１の第１の突縁８は、反対に外管１の内側に突出している。また、出口ヘッダー管７ｂの第２の突縁１０は、反対に出口ヘッダー管７ｂの外側に突出している。そして、第１の突縁８の内周面は第２の突縁１０の外周面に当接している。

＜比較例＞
次に、比較例に係る熱交換器モジュール２００Ｂを図３及び図５に基づいて説明す
る。図３（ａ）は熱交換器モジュール２００Ｂの正面図、図３（ｂ）はその底面図で
ある。図３に示すように、上述の熱交換器１００Ａを複数個（この例では３個）並置し、これらの熱交換器１００Ａの外管１の入口開口部５を入口ヘッダー管７ａと接続し、熱交換器１００Ａの外管１の出口開口部６を出口ヘッダー７ｂと接続する点は、本発明の実施形態に係る熱交換器モジュール２００Ａと同様である。

しかしながら、比較例に係る熱交換器モジュール２００Ｂにおいては、図３（ｂ）の破線で囲んだ接続部Ｂに示すように、外管１と出口ヘッダー管７ｂ（入口ヘッダー７ａ）とは、接続管１１を介して接合されている点で相違している。

この接続構造例を図５に示す。図示のように、外管１の出口開口部６の周縁をバーリング加工して第１の突縁８が形成される。この第１の突縁８は外管１の外側に突出している。一方、出口ヘッダー管７ｂにもヘッダー開口部９が形成され、その周縁をバーリング加工して第２の突縁１０が形成される。この第２の突縁１０は出口ヘッダー管７ｂの内側に突出している。

そして、接続管１１の一方の端部の内周面は第１の突縁８の外周面に当接し、ロウ付けにより接合される。また、接続管１１の他方の端部は第２の突縁１０内に挿通され、この接続管１１の周壁は第２の突縁１０の内周面に当接し、ロウ付けにより接合される。

このような熱交換器モジュール２００Ｂでは、外管１、入口ヘッダー管７ａ、出口ヘッダー管７ｂ及び接続管１１の組立品を炉内に投入してロウ付けをする際に、接続管１１が転倒するおそれがあることから、これを防止するための治具を設置する必要があり、生産性が悪い等の問題がある。

これに対して、本実施形態の熱交換器モジュール２００Ａによれば、接続管１１を使用せず、外管１、入口ヘッダー管７ａ及び出口ヘッダー管７ｂをバーリング加工により直接嵌め合わせているので部品（接続管１１）を削減することができる。また、外管１、入口ヘッダー管７ａ及び出口ヘッダー管７ｂの組立品を炉内に投入してロウ付けをする際に、転倒を防止するための治具の設置が不要になるので、生産性を向上することができる。

＜＜第２の実施形態＞＞
上述のように、第１の実施形態の熱交換器モジュール２００Ａを構成する熱交換器１００Ａにおいては、冷媒管３は外管１の外側に螺旋状に巻き付けられている。これに対して、図６に示すように、第２の実施形態の熱交換器モジュールを構成する熱交換器１００Ｂにおいては、冷媒管３は内管２の内側に螺旋状に巻き付けられている。

また、この冷媒管３の両端は、上端キャップ４ａ及び下端キャップ４ｂを貫通して外部に取り出されている。その他の構成は第１の熱交換器モジュール２００Ａと同じである。

１外管
２内管
３冷媒管
４ａ上端キャップ
４ｂ下端キャップ
５入口開口部
６出口開口部
７ａ入口ヘッダー管
７ｂ出口ヘッダー管
８第１の突縁
９ヘッダー開口部
１０第２の突縁
１１接続管
１００Ａ，１００Ｂ熱交換器
２００Ａ，２００Ｂ熱交換器モジュール

Claims

外管と、この外管の中に挿入された内管と、外管の外側又は内管の内側に巻き付けられた第１の流体を流す冷媒管と、外管と内管の両端を塞ぐキャップと、を有し、外管と内管の間の空間を第２の流体が流れる流体通路とする複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器の流体通路に連通接続するヘッダー管と、を備える熱交換器モジュールであって、
前記外管に形成された第１の開口部の周縁をバーリング加工して形成された第１の突縁と、
前記ヘッダー管に形成された第２の開口部の周縁をバーリング加工して形成された第２の突縁と、を備え、前記第１の突縁と前記第２の突縁とは嵌め合わされ、かつロウ付けにより接合されたことを特徴とする熱交換器モジュール。
前記第１の突縁は前記外管の外側に突出し、前記第２の突縁は前記ヘッダー管の内側に突出し、前記第１の突縁の外周面は前記第２の突縁の内周面に当接していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器モジュール。
前記第１の突縁は前記外管の内側に突出し、前記第２の突縁は前記ヘッダー管の外側に突出し、前記第１の突縁の内周面は前記第２の突縁の外周面に当接していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器モジュール。
前記外管と前記内管の間の空間に、管軸方向に延びるように挿入された熱伝導促進体を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器モジュール。