JP3953074B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
外面に巻き付けられた巻管とを備える熱交換器に関する。
管と、芯管の外面に巻き付けられ第2流体の流路を形成する巻管とを備え、第1流体と第
2流体との間で熱交換を行わせる熱交換器が設けられていることがある。例えばヒートポ
ンプ式給湯機等の給湯機用熱交換器としては、水が流通する芯管と冷媒が流通する巻管と
の二重管からなり、これを長円形の渦巻形状に巻成して1つの熱交換器ユニットとし、こ
れを多数の段数重ね合わせて相互に接続することにより熱交換器本体を構成した二重管式
熱交換器がある。その際、芯管に対応する治具の外周に、巻管を螺旋状に巻き付けた後治
具を抜き取って巻管形状体を形成し、巻管形状体に芯管を挿入して熱交換器を形成する技
術が提案されている。また、熱交換器における芯管の伝熱性能を向上させるため、芯管の
外面を押圧することで内面に突起を設けて伝熱性能を向上させる技術が提案されている(
特許文献1)。
し、巻管形状体に芯管を挿入して熱交換器を形成する場合、芯管と巻管との接触不良が生
じ、伝熱性能が低下するおそれがある。特に、熱交換器の芯管に外面を押圧することで内
面に突起を設けた芯管を採用した場合、曲げ部において芯管の断面が突起により凸凹とな
っているため、芯管と巻管との接触不良が生じ、伝熱性能が低下するおそれがある。
管と、芯管の外面に巻き付けられた巻管とを備える熱交換器の伝熱性能の向上を図ること
にある。また、伝熱性能の良い熱交換器の製造方法を提供することにある。
って、芯管の外面を押圧して内面に管軸方向において一定ピッチで断続的に形成された複数の突起を形成する工程と、芯管の外面に巻管を巻き付ける工程と、巻管が芯管の外面に巻かれた状態で芯管を曲げる工程と、巻管の外面と芯管の外面とをロウ材でロウ付けする工程とを備えている。
より凸凹となっているため、芯管と巻管との接触不良が生じ、伝熱性能が低下するおそれ
がある。しかし、本発明では、まず芯管の外面を押圧して内面に突起を形成させた後、芯
管の外面に巻管を巻き付け、巻管が芯管の外面に巻かれた状態で、例えば治具などを用い
て芯管と巻管全体を湾曲させて芯管を曲げる作業を行う。このような方法で、少なくとも
治具などと接触する曲げ部の曲げ中心側の部分においては、巻管の外面が芯管の外面と隙
間なく接触することができ、少なくとも曲げ部の曲げ中心側の部分においては、芯管と巻
管との接触不良が生じなくなり、伝熱性能の向上が図れる。
位に大きな変形が発生し、破損などが発生するおそれがある。そこで、従来は、曲げ部に
は突起を設けず、曲げ部においては突起による伝熱性能の向上効果を得ることできなかっ
た。しかし、巻管が芯管の外面に巻かれた状態では芯管と巻管全体を湾曲させると、曲げ
部に突起が設けられていても、全体の強度が大きくなり、曲げ作業過程で芯管外面の凹ん
だ部位に大きな変形と破損が発生するのを抑制することができる。
とで、芯管と巻管とを接合させ、伝熱性能の向上を図ることができる。
に管軸方向において一定ピッチで断続的に形成された複数の突起が形成された芯管と、芯管の外面に巻き付けられた巻管と、巻管の外面と芯管の外面とをロウ付けするロウ材とを備え、その内、芯管は外面に巻管が巻き付けられた状態で曲げられて形成される曲げ部を有している。
が巻き付けられた状態で曲げられて形成することで、曲げ部の曲げ中心側の部分において
巻管の外面は芯管の外面と隙間なく接触するように巻かれることが可能となっている。
位に大きな変形が発生し、破損などが発生するおそれがある。そこで、従来は、曲げ部に
は突起を設けず、曲げ部においては突起による伝熱性能の向上効果を得ることできなかっ
た。しかし、巻管が芯管の外面に巻かれた状態では芯管と巻管全体を湾曲させると、曲げ
部に突起が設けられていても、全体の強度が大きくなり、曲げ作業過程で芯管外面の凹ん
だ部位に大きな変形と破損が発生するのを抑制することができる。
とで、芯管と巻管とを接合させ、伝熱性能の向上を図ることができる。
巻管との接触不良が生じなくなり、伝熱性能の向上が図れる。また、巻管が芯管の外面に
巻かれた状態では芯管と巻管全体を湾曲させると、曲げ部に突起が設けられていても、全
体の強度が大きくなり、曲げ作業過程で芯管外面の凹んだ部位に大きな変形と破損が発生
するのを抑制することができる。
すヒートポンプ式給湯器においては、電気代の安い夜間電力を効率的に利用するため、長
い時間をかけて水を約10℃から約90℃まで一過式で沸かす。ここで、ヒートポンプ式
給湯器は、給湯ユニット1とヒートポンプユニット2とを備えている。給湯ユニット1は
、水道管11と、給湯タンク12と、水循環用ポンプ13と、給水管3と、水熱交換器3
0を構成する芯管31と、温湯管16と、混合弁17と、給湯管18とが順に連結されて
いる。ここでは、給水管11から給湯タンク12に水道水が供給される。給湯タンク12
の底部から温度の低い水が水循環用ポンプ13より水熱交換器30の芯管31に供給され
加熱される。加熱された温湯は、給湯タンク12の上部に流入される。温湯管16を経て
給湯タンク12の上部から出湯される高温の温湯は、混合弁17により混合水管19の冷
水と混合される。この混合弁17により給湯の温度が調節され、給湯管18によりユーザ
に供給される。
1と、水熱交換器30と、膨張弁23と、空気熱交換器24とを、巻管32により順に接
続して構成される。冷媒は圧縮機21により高圧に圧縮された後、水熱交換器30に送ら
れる。水熱交換器30において熱交換された冷媒は、膨張弁23を通過し、空気熱交換器
24へ供給される。冷媒は、周囲からの熱を吸収して圧縮機21に還流される。
に、水熱交換器30は、芯管31と巻管32とによって構成されている。芯管31は、同
一平面上において、直線部Aと曲げ部Bとを有しており、長円形状となるように渦巻き形
状に形成され、水通路Wを形成している。巻管32は、芯管31の外周に螺旋状に巻き付
けられ、冷媒通路Rを形成している。そして、芯管31における渦巻きの外周側を水流入
口311、芯管31における渦巻きの中心側を水流出口312としている。水熱交換器3
0において、巻管32内の冷媒は、冷媒流入口322においてA22方向から流入し放熱
する。その後、冷媒流出口321においてA21方向から流出する。水流入口311にお
いてA11方向から供給された水道水はこの熱により加熱され、温湯となって水流出口3
12においてA12方向に流出する。
の管内面に、高さH1が1mmの突起を、管軸方向のピッチPが20mmになるように上
下対称に設けている芯管31を使用した。図3においては、紙面方向から見て上方に設け
られた突起313のみが表示されている。また、芯管31の内面には、突起が設けられて
いない平面部31aが存在する。したがって、管内に設けた突起313による熱伝達率の
向上が図られ、熱交換器全体の性能が向上する。また、芯管31は、同一平面上において
長円形状となるように渦巻き形状に形成され、水通路Wを形成しているが、芯管31の曲
げ半径Rは、40mmとなっている。ここで、芯管31の曲げ半径Rが芯管31外径の3
〜5倍であることが望ましい。
図であり、図4(b)は曲げ部のC−C断面図である。本実施形態では、内径Dが8mm
の芯管31の外面を押圧し、外面を凹ませることによって内面に芯管31の内面に、高さ
H1が1mmの突起を、管軸方向のピッチPが20mmになるように設けている。すなわ
ち、芯管31の内面に突起が形成された部位に対応する外面には凹みが形成されている。
また、図4(b)の断面図に示すように、芯管31の外周に巻管32を螺旋状に巻き付け
た後、芯管31と巻管32全体を湾曲させた曲げ部において、曲げ中心(D)側の部分に
おいては巻管32の外面と芯管31の外面と隙間なく接触しており、曲げ部C−Cの曲げ
中心(D)側の部分において、巻管(32)の外面と芯管(31)の外面とはロウ材(3
3)により結合されている。一方、外側の部分においては巻管32の外面と芯管31の外
面との間に隙間が形成されている。
まず、芯管31の内面に突起313を形成する。ここで、突起の形成方法として、図5
(a)に示すように、歯車状の形をした治具100を製作し、歯車100の歯の部分を芯
管31の外面に押し付けて螺旋状の内面突起313を形成することができる。なお、図5
(b)に示すように、管軸(a)に対し対向する位置に歯車101を押し付ける方法で、
管軸方向に直線的に並んでいる突起413を形成することができる。また、突起の形成方
法として、これらの方法に限定するものではない。
の外面に巻かれた状態で、例えば通常市販されているパイプベンダーなどの治具を用いて
芯管31と巻管32全体を湾曲させて曲げ部を形成する作業を行う。図6に示すように、
本実施形態では、芯管の外径が9.5mm、巻管の外径が6.2mmであるため、芯管に
巻管を巻いた状態での外径は15.7mm程度となる。従って外径が15.9mmのベン
ダーを用いて曲げ部を形成する。本実施例で使用する治具は、固定された治具50,60
と可動する治具70とで構成されている。まず、巻管32が芯管31の外面に巻かれた状
態で、固定された治具50と60との間に挟み、固定された治具70を治具50の円心5
01を中心に矢印方向に曲げる。このような作業過程において、円心501側におい
ては、巻管32と芯管31とが治具50に沿うように曲げられるため、巻管32の外面が
芯管31の外面と隙間なく接触するように巻かれることができる。また、治具としてパイ
プベンダーを限定するものではない。
32の外面が芯管31の外面と隙間なく接触することができる。通常、突起が設けられた
部分に曲げ加工を行うと、曲げ部において芯管の断面は突起により凸凹となっているため
、芯管と巻管との接触不良が生じ、伝熱性能が低下するおそれがある。しかし、本発明で
は、まず芯管31の外面を押圧して内面に突起を形成させた後、芯管31の外面に巻管3
2を巻き付け、少なくとも曲げ部の曲げ中心側の部分においては、芯管31と巻管32と
の接触不良が生じなくなり、伝熱性能の向上が図れる。
位に大きな変形が発生し、破損などが発生するおそれがある。そこで、従来は、曲げ部に
は突起を設けず、曲げ部においては突起による伝熱性能の向上効果を得ることできなかっ
た。しかし、巻管32が芯管31の外面に巻かれた状態では芯管31と巻管32全体を湾
曲させると、曲げ部に突起が設けられていても、全体の強度が大きくなり、曲げ作業過程
で芯管外面の凹んだ部位に大きな変形と破損が発生するのを抑制することができる。
32が螺旋状に巻かれた熱交換器30において、巻管32の上に容器80に収容されてい
るペースト状のロウ材33を塗布する。その後、図7(b)に示すように、熱交換器30
を真空炉あるいは雰囲気炉H内を通過させてロウ付けを行う。この過程において、巻管3
2の外面と芯管31の外面とはロウ材33により結合される。曲げ部B1〜B6において
、少なくとも曲げ中心側の部分では、巻管32の外面と芯管31の外面とはロウ材33に
より結合されることとなり、伝熱性能の向上が図れる。
100 ヒートポンプ給湯器
2 ヒートポンプユニット
30 水熱交換器
31 芯管
311 水流入口
312 水流出口
313,413 突起
32 巻管
33 ロウ材
50,60,70 曲げ用治具
100 突起形成治具
Claims (3)
- 外面を押圧して内面に複数の突起(313,413)が形成されている芯管(31)と、前記芯管(31)の外面に巻き付けられた巻管(32)とを備える熱交換器(30)において、
前記突起(313,413)は、管軸方向において一定ピッチで断続的に形成されており、
前記芯管は直線部(A)と曲げ部(B)とを有し、
前記曲げ部(B)の曲げ中心(D)側の部分において、前記巻管(32)の外面は前記芯管(31)の外面と隙間なく接触しており、
前記曲げ部(B)の曲げ中心(D)側の部分において、前記巻管(32)の外面と前記芯管(31)の外面とはロウ材(33)により結合されている、
熱交換器。 - 芯管(31)と巻管(32)とを備える熱交換器(30)の製造方法であって、
前記芯管(31)の外面を押圧して内面に管軸方向において一定ピッチで断続的に形成されている突起(313,413)を形成する工程と、
前記芯管(31)の外面に巻管(32)を巻き付ける工程と、
前記巻管(32)が前記芯管(31)の外面に巻かれた状態で前記芯管(31)を曲げ
る工程と、
前記巻管(32)の外面と前記芯管(31)の外面とをロウ材(33)でロウ付けする工程と、
を備えた熱交換器(30)の製造方法。 - 外面を押圧して内面に管軸方向において一定ピッチで断続的に形成されている突起(313,413)が形成された芯管(31)と、
前記芯管(31)の外面に巻き付けられた巻管(32)と、
前記巻管(32)の外面と前記芯管(31)の外面とをロウ付けするロウ材(33)と、
を備え、
前記芯管(31)は、外面に前記巻管(32)が巻き付けられた状態で曲げられて形成される曲げ部(B)を有している、
請求項1に記載の熱交換器(30)。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005142432A JP3953074B2 (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 熱交換器 |
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