JP4179065B2 - Heat exchanger - Google Patents
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- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関するもので、蒸気圧縮式冷凍機(ヒートポンプ)を用いた給湯器や温水タンクに保温貯蔵されている温水と床暖房回路内を循環する熱媒体とを熱交換する熱交換器にに適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
従来の熱交換器では、第1チューブと第2チューブとを交互に重ねて螺旋状に巻いてコイル状とし、軸方向両端側からボルトとナットを締め付けることにより、第1チューブと第2チューブとを圧接している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平13−280696号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、締め付けによる圧接では、第1チューブと第2チューブとの間に発生する微細な空隙を排除することは難しく、第1チューブと第2チューブとの間の接触熱抵抗を十分に低減することはできない。
【0005】
このため、特許文献1に記載の発明において、十分な熱交換能力を確保するには、第1チューブと第2チューブとの接触面積を増大させて伝熱面積を増大させる必要があるので、第2チューブ及び第1チューブ、つまり熱交換器の大型化を招いてしまう。
【0006】
そこで、出願人は、第1チューブと第2チューブとを互いに渦巻き状に屈曲した状態で巻いてろう接(ろう付け)することにより、第1チューブと第2チューブとが溶加材(ろう材)を介して一体化して熱交換器1の大型化を抑制しつつ、十分な熱交換能力を確保する熱交換器を試作検討したが、以下に述べる問題が新たに発生した。
【0007】
すなわち、第1チューブP1及び第2チューブP2は、図4に示すように、二本のパイプ(管)が重ねられた状態でコイル状に巻かれているが、第1チューブP1及び第2チューブP2の長手方向端部側には、貯湯タンクや圧縮機等の他の機器に接続するためのジョイント部4、及びジョイント部4に連なる略直線状のストレート部P11、P21が設けられている。
【0008】
このとき、ストレート部P11、P21及びジョイント部4は、あたかも、「コイル状に巻かれた部分を固定側として先端側に錘が設けられた片持ち梁」のような構造となるので、熱交換器を搬送する際の振動により、片持ち梁部分、つまりストレート部P11、P21及びジョイント部4が大きく振動してしまう。
【0009】
このため、片持ち梁の固定端側、つまりコイル状に巻かれた部分に大きな曲げモーメントによる応力が発生してしまうので、コイル状に巻かれた部分の巻き始め部及び巻き終わり部にて第1チューブP1及び第2チューブP2が折れてしまうといった不具合が発生した。
【0010】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第2には、コイル状に巻かれた部分の巻き始め部及び巻き終わり部にてチューブが折損してしまうことを防止することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、一次流体が流れる第1チューブ(2)、及び二次流体が流れる第2チューブ(3)を有し、一次流体と二次流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、第1チューブ(2)と第2チューブ(3)とは、第1チューブ(2)と第2チューブ(3)とが交互に位置するように、径方向の寸法に対して軸方向の寸法が長いコイル状に巻かれており、コイル状に巻かれた第1チューブ(2)および第2チューブ(3)のうち、巻き始め側及び巻き終わり側を除いた部位が接合されて一体化した一体化接合部とされており、コイル状に巻かれた第1チューブ(2)および第2チューブ(3)のうち、巻き始め側と巻き終わり側には、第1チューブ(2)と第2チューブ(3)とが接合されていない非接合部(6)が設けられており、コイル状に巻かれた第1チューブ(2)および第2チューブ(3)のうち、非接合部(6)を除く一体化接合部には、コイル状に巻かれた第1チューブ(2)および第2チューブ(3)を支持固定するブラケット(5)が接合されており、ブラケット(5)のうち、コイル状に巻かれた第1チューブ(2)および第2チューブ(3)に対して接合される部位の軸方向の寸法は、コイル状に巻かれた第1チューブ(2)および第2チューブ(3)のうち、非接合部(6)を除く一体化接合部の軸方向の寸法よりも短く、非接合部(6)は、変形することができるバネ部をなしていることを特徴とする。
【0012】
これにより、両チューブ(2、3)のうちコイル状に巻かれている部分であって、巻き始め側及び巻き終わり側に設けられた接合されていない部分は、あたかもコイルスプリングのように変形することができる。
【0013】
したがって、コイル状に巻かれた部分に発生する曲げモーメントは、バネ部をなす接合されていない部分で吸収されるので、コイル状に巻かれた部分の巻き始め部及び巻き終わり部にて第1、2チューブ(2、3)が折損しまうことを防止できる。
【0014】
請求項2に記載の発明では、第1チューブ(2)及び第2チューブ(3)のうちコイル状に巻かれている部分であって、巻き始め側及び巻き終わり側に設けられた非接合部(6)は、略1巻きであることを特徴とするものである。
【0015】
請求項3に記載の発明では、第1チューブ(2)及び第2チューブ(3)は、扁平断面形状を有す管であり、さらに、両チューブ(2、3)は、扁平面にて接合されていることを特徴とするものである。
【0016】
請求項4に記載の発明では、第1チューブ(2)と第2チューブ(3)とは、ろう接にて接合されていることを特徴とするものである。
【0017】
請求項5に記載の発明では、第1チューブ(2)は、リン脱酸銅製であることを特徴とするものである。
【0018】
請求項6に記載の発明では、第2チューブ(3)は、リン脱酸銅製であることを特徴とするものである。
【0019】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る熱交換器を床暖房装置の熱交換器に適用したものである。なお、床暖房装置の熱交換器とは、保温タンク等に保温貯蔵された温水と床暖房用の熱媒体とを熱交換することにより熱媒体を加熱する熱媒体加熱用熱交換器である。
【0021】
因みに、床暖房用の熱媒体として、本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水を採用している。
【0022】
図1は本実施形態に係る熱交換器1の外観図であり、この熱交換器1は、一次流体をなす温水が流れる第1チューブ2、及び二次流体をなす床暖房用の熱媒体が流れる第2チューブ3を有して構成されたものである。
【0023】
そして、第1チューブ2と第2チューブ3とは、第1チューブ2と第2チューブ3とが交互に位置するようにコイル状に巻かれて接合されて、一次流体と二次流体との間で熱交換させるもので、両チューブ2、3のうち巻き始め側及び巻き終わり側を除いた部位が、ろう接にて接合されている。
【0024】
ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」(東京電機大学出版局)に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。因みに、融点が450℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が450℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
【0025】
また、第1、2チューブ2、3は、図2に示すように、押し出し又は引き抜き加工にて断面が扁平状に形成されたリン脱酸銅製のチューブであり、その扁平面にて両チューブ2、3はろう接されている。
【0026】
なお、第1、2チューブ2は、相当直径外形が約12mmとなるように扁平状に形成されているとともに、コイル部分の内径が約120mmとなるように螺旋状に巻かれている。ここで、相当直径とは、相当直径の2乗に円周率を乗した値が断面積となるような値を言う。
【0027】
また、図1中、第1チューブ2の長手方向端部、つまりコイル部分の巻き始め側及び巻き終わり側に設けられたストレート部2aには、保温タンク(図示せず。)の温水出入口と第1チューブ2とを接続するためのジョイント部4aが設けられており、本実施形態では、ジョイント部4aを真鍮等の金属製として、ろう接にて第1チューブ2(ストレート部2a)に接合している。
【0028】
同様に、第2チューブ3の長手方向端部、つまりコイル部分の巻き始め側及び巻き終わり側に設けられたストレート部3aには、床暖房装置(図示せず。)の熱媒体出入口と第2チューブ3とを接続するためのジョイント部4bが設けられており、本実施形態では、ジョイント部4bを真鍮等の金属製として、ろう接にて第2チューブ2(ストレート部2b)に接合している。
【0029】
なお、ブラケット5は熱交換器1を支持固定するための支持部材であり、このブラケット5は、本実施形態では、両チューブ2、3のうちコイル状に巻かれた部分にろう接にて接合されている。
【0030】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0031】
コイル状に巻かれた両チューブ2、3のうち巻き始め側及び巻き終わり側を除いた部位がろう接にて接合されて一体化しているのに対して、両チューブ2、3のうちコイル状に巻かれている部分であって、巻き始め側及び巻き終わり側に設けられた非接合部6(図1参照)は接合されていないので、あたかもコイルスプリングのように変形することができる。
【0032】
したがって、ストレート部2a、3a及びジョイント部4a、4bは、あたかも、「固定側がバネ(非接合部6)介して支持され、かつ、その先端側に錘が設けられた片持ち梁」のような構造となる。このため、片持ち梁の固定端側、つまりコイル状に巻かれた部分に発生する曲げモーメントは、バネ部をなす非接合部6で吸収される。
【0033】
つまり、ストレート部2a、3a及びジョイント部4a、4bに作用する加振力による曲げモーメントは、非接合部6において、曲げ変形及び捩り変形等に分散して吸収されるので、コイル状に巻かれた部分の巻き始め部及び巻き終わり部にて第1、2チューブ2、3が折損しまうことを防止できる。
【0034】
上述の説明からも明らかなように、本実施形態では、コイル状に巻かれた部分の巻き始め部及び巻き終わり部に非接合部6を設けてコイルバネ部を構成することにより加振力による曲げモーメントを吸収するものであるので、この目的のみを達成するならば、熱交換器1全体をコイルバネ状としてもよいが、熱交換器1全体をコイルバネ状とすると、両チューブ2、3間の熱抵抗が増大して熱交換能力が低下してしまう。
【0035】
この問題に対して発明者が検討したところ、熱交換能力を確保しつつ、効果的に第1、2チューブ2、3の折損を防止するには、非接合部6を略1巻きとすることが望ましいとの結論を得た。
【0036】
(第2実施形態)
第1実施形態では、両チューブ2、3の断面形状を扁平状としたが、本実施形態は、図3に示すように、略真円状としたものである。なお、本実施形態に係るチューブ2、3の外形は略12mmであり、コイル部のの内形は第1実施形態と同様に120mmである。
【0037】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、本発明に係る熱交換器を床暖房装置の熱交換器に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【0038】
また、上述の実施形態では、両チューブ2、3をリン脱酸銅製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばステンレス製としてもよい。
【0039】
また、上述の実施形態では、コイル状に巻かれた部分の外径側にフィレットが形成されるように両チューブ2、3がろう接されていたが、本発明ははこれに限定されるものではなく、例えば内径側又は内径側及び外径側にフィレットが形成されるように両チューブ2、3がろう接してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る熱交換器の全体図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る熱交換器のチューブ部分の断面図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る熱交換器のチューブ部分の断面図である。
【図4】従来の技術に係る熱交換器の全体図である。
【符号の説明】
1…熱交換器、2…第1チューブ、3…第2チューブ、
4a、4b…ジョイント部、6…非接合部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger, and heat for exchanging heat between hot water stored in a hot water heater or a hot water tank using a vapor compression refrigerator (heat pump) and a heat medium circulating in the floor heating circuit. It is effective when applied to an exchanger.
[0002]
[Prior art]
In a conventional heat exchanger, the first tube and the second tube are alternately overlapped and spirally wound into a coil shape, and by tightening bolts and nuts from both ends in the axial direction, (See, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 13-280696 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to eliminate the fine gap generated between the first tube and the second tube in the pressure welding by tightening, and sufficiently reduce the contact thermal resistance between the first tube and the second tube. I can't.
[0005]
For this reason, in the invention described in Patent Document 1, in order to ensure sufficient heat exchange capacity, it is necessary to increase the heat transfer area by increasing the contact area between the first tube and the second tube. The size of the 2 tubes and the first tube, that is, the heat exchanger will be increased.
[0006]
Therefore, the applicant winds and brazes the first tube and the second tube in a state in which the first tube and the second tube are bent in a spiral shape, whereby the first tube and the second tube are joined to the filler material (the brazing material). ), A heat exchanger that secures sufficient heat exchanging capability while suppressing an increase in the size of the heat exchanger 1 was experimentally studied. However, the following problems were newly generated.
[0007]
That is, as shown in FIG. 4, the first tube P1 and the second tube P2 are wound in a coil shape with two pipes (pipe) overlapped, but the first tube P1 and the second tube On the end side in the longitudinal direction of P2, there are provided a
[0008]
At this time, since the straight portions P11 and P21 and the
[0009]
For this reason, stress due to a large bending moment is generated at the fixed end side of the cantilever beam, that is, the coiled portion, so that the first and last winding ends of the coiled portion There was a problem that the first tube P1 and the second tube P2 were broken.
[0010]
In view of the above points, the present invention firstly provides a novel heat exchanger different from the conventional one, and secondly, a tube is formed at the winding start portion and winding end portion of the coiled portion. The purpose is to prevent breakage.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a first tube (2) through which a primary fluid flows and a second tube (3) through which a secondary fluid flows. A heat exchanger for exchanging heat between the first tube (2) and the secondary fluid, wherein the first tube (2) and the second tube (3) are composed of a first tube (2) and a second tube (3). The coil is wound in a coil shape whose axial dimension is longer than the radial dimension so as to be alternately positioned . Of the first tube (2) and the second tube (3) wound in the coil shape, The parts other than the winding start side and the winding end side are joined and integrated into an integrated joint, and of the first tube (2) and the second tube (3) wound in a coil shape, The first tube (2) and the second tube (3) are in contact with the start side and the winding end side. Are provided non-joined portion is not (6), of the first tube (2) and a second tube coiled (3), the integral junction with the exception of non-joint (6) The bracket (5) for supporting and fixing the first tube (2) and the second tube (3) wound in a coil shape is joined, and the first coil wound in the coil shape among the brackets (5). The axial dimension of the part joined with respect to the tube (2) and the second tube (3) is the non-joint part of the first tube (2) and the second tube (3) wound in a coil shape. It is shorter than the dimension in the axial direction of the integrated joint excluding (6), and the non-joint part (6) is a spring part that can be deformed .
[0012]
As a result, the portions of the tubes (2, 3) that are wound in a coil shape and that are not joined provided on the winding start side and the winding end side are deformed as if they were coil springs. be able to.
[0013]
Therefore, the bending moment generated in the coiled portion is absorbed by the unjoined portion that forms the spring portion, so that the first winding portion and the winding end portion of the coiled portion are the first. It can prevent that 2 tubes (2, 3) break.
[0014]
In invention of
[0015]
In the invention described in
[0016]
In the invention described in
[0017]
The invention according to claim 5 is characterized in that the first tube (2) is made of phosphorous deoxidized copper.
[0018]
In the invention described in
[0019]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In this embodiment, the heat exchanger according to the present invention is applied to a heat exchanger of a floor heating device. Note that the heat exchanger of the floor heating device is a heat exchanger for heating a heat medium that heats the heat medium by exchanging heat between warm water stored in a heat retaining tank or the like and a heat medium for floor heating.
[0021]
Incidentally, in this embodiment, water mixed with an ethylene glycol antifreeze is used as a heat medium for floor heating.
[0022]
FIG. 1 is an external view of a heat exchanger 1 according to the present embodiment. The heat exchanger 1 includes a
[0023]
The
[0024]
Here, “brazing” is a technique for joining so as not to melt the base material using brazing material or solder, as described in “Connection / Joint Technology” (Tokyo Denki University Press). To tell. Incidentally, when joining using a filler material having a melting point of 450 ° C. or higher is called brazing, the filler material at that time is called brazing material, and when joining using a filler material having a melting point of 450 ° C. or less. Is called soldering, and the filler material at that time is called solder.
[0025]
Further, as shown in FIG. 2, the first and
[0026]
The first and
[0027]
Further, in FIG. 1, the longitudinal end of the
[0028]
Similarly, in the longitudinal direction end part of the
[0029]
The bracket 5 is a support member for supporting and fixing the heat exchanger 1. In this embodiment, the bracket 5 is joined to the portions of the
[0030]
Next, the function and effect of this embodiment will be described.
[0031]
Whereas the portions excluding the winding start side and the winding end side of both the
[0032]
Therefore, the
[0033]
That is, the bending moment due to the excitation force acting on the
[0034]
As is clear from the above description, in the present embodiment, bending by an exciting force is achieved by providing a
[0035]
The inventor examined the problem, and in order to prevent the breakage of the first,
[0036]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the cross-sectional shapes of both the
[0037]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the heat exchanger according to the present invention is applied to the heat exchanger of the floor heating apparatus, but the application of the present invention is not limited to this.
[0038]
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although both the
[0039]
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although both the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a tube portion of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a tube portion of a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an overall view of a heat exchanger according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1 ... heat exchanger, 2 ... first tube, 3 ... second tube,
4a, 4b ... joint part, 6 ... non-joining part.
Claims (6)
前記第1チューブ(2)と前記第2チューブ(3)とは、前記第1チューブ(2)と前記第2チューブ(3)とが交互に位置するように、径方向の寸法に対して軸方向の寸法が長いコイル状に巻かれており、
前記コイル状に巻かれた前記第1チューブ(2)および前記第2チューブ(3)のうち、巻き始め側及び巻き終わり側を除いた部位が接合されて一体化した一体化接合部とされており、
前記コイル状に巻かれた前記第1チューブ(2)および前記第2チューブ(3)のうち、巻き始め側と巻き終わり側には、前記第1チューブ(2)と前記第2チューブ(3)とが接合されていない非接合部(6)が設けられており、
前記コイル状に巻かれた前記第1チューブ(2)および前記第2チューブ(3)のうち、前記非接合部(6)を除く前記一体化接合部には、前記コイル状に巻かれた前記第1チューブ(2)および前記第2チューブ(3)を支持固定するブラケット(5)が接合されており、
前記ブラケット(5)のうち、前記コイル状に巻かれた前記第1チューブ(2)および前記第2チューブ(3)に対して接合される部位の前記軸方向の寸法は、前記コイル状に巻かれた前記第1チューブ(2)および前記第2チューブ(3)のうち、前記非接合部(6)を除く前記一体化接合部の前記軸方向の寸法よりも短く、前記非接合部(6)は、変形することができるバネ部をなしていることを特徴とする熱交換器。A heat exchanger having a first tube (2) through which a primary fluid flows and a second tube (3) through which a secondary fluid flows, and performing heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid,
The first tube (2) and the second tube (3) are axial with respect to the radial dimension so that the first tube (2) and the second tube (3) are alternately positioned. It is wound in a coil shape with a long dimension ,
Of the first tube (2) and the second tube (3) wound in the coil shape, the parts other than the winding start side and the winding end side are joined and integrated into an integrated joint. And
Of the first tube (2) and the second tube (3) wound in the coil shape, the first tube (2) and the second tube (3) are provided on the winding start side and the winding end side. And a non-joining part (6) that is not joined to each other is provided,
Of the first tube (2) and the second tube (3) wound in the coil shape , the integrated joint excluding the non-joint portion (6) has the coil wound in the coil shape. A bracket (5) for supporting and fixing the first tube (2) and the second tube (3 ) is joined ,
Of the bracket (5), the axial dimension of the portion to be joined to the first tube (2) and the second tube (3) wound in the coil shape is wound in the coil shape. Of the first tube (2) and the second tube (3), the integrated joint part excluding the non-joint part (6) is shorter than the axial dimension, and the non-joint part (6 ) Is a heat exchanger characterized in that it has a spring part that can be deformed .
さらに、前記両チューブ(2、3)は、扁平面にて接合されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。The first tube (2) and the second tube (3) are tubes having a flat cross-sectional shape,
Furthermore, the said both tubes (2, 3) are joined by the flat surface, The heat exchanger of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
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