JP4224793B2

JP4224793B2 - 熱交換器及びその製造方法

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Publication number: JP4224793B2
Application number: JP2005158980A
Authority: JP
Inventors: 孝行吉田; 隆金谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006336885A

Description

本発明は、例えばヒートポンプ式給湯機用の熱交換器の如く、水と冷媒との間の熱交換を促すための熱交換器及びその製造方法に関するものである。

従来の水と冷媒との間の熱交換器は、配管の腐食等で冷媒と水が混じることを回避するために、漏洩検知溝を有する２重管を用いた３重構造が主流であったが、製造工程が複雑で高コストであるばかりでなく、曲げ加工等の自由度が少なく冷媒配管の長さ延長に限界があるなど、熱交換器としての性能向上にも限界があった。
このような問題を解決するために、水が流通する芯管（水配管）の外周に、冷媒が流通する冷媒管を螺旋状に巻きつけたり、水配管と平行に伝熱結合するようにした熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２２８３７０号公報（第２〜３頁、図３、図５、図７）

特許文献１の発明のように、水配管の外周に冷媒管を螺旋状に巻きつけた熱交換器では、水配管の外周が平滑なため、水配管と冷媒管との接触面積が小さく、伝熱性能が十分でないという問題があった。また、水配管をコルゲート管とする提案もなされているが、一般に、コルゲート管は、平滑管の外周にツールを押し当てて螺旋状に１条の連続溝を形成した管であり、外周側が逆円弧状で山谷が浅いため、水の乱流促進には効果があるものの、依然として水配管と冷媒管との接触面積が小さく、伝熱性能が十分でなかった。

また、水配管のコルゲートの円弧状の凹部に冷媒管を嵌合する場合は、円弧状の凹部の曲率を冷媒管の曲率と完全に一致させることによりはじめて面接触となるが、実際には、凹部の曲率を冷媒管の曲率より大きくしないと奥まで嵌入できないため、むしろ線接触に近くなり、接触伝熱面積を顕著に改善することは困難であった。

さらに、水配管をコルゲート形状に加工する場合、水配管を長尺にしようとすると加工機械が大型化してコスト高になるという問題があった。このため、コルゲート加工を施した短尺の水配管を複数本接続して熱交換器全長を構成した場合、水配管外周に螺旋巻きした冷媒管を水配管ごとに接合する必要がある。

すなわち、複数本の冷媒管がコルゲート状の凹部に巻き付けられた複数の水配管を接続して偏平螺旋状に巻き付けて熱交換器を構成しているため、その中間部には複数の水配管接続部が存在し、また、この水配管接続部の近傍には、複数本の冷媒管接続部が存在する。なお冷媒管の接続は、黄銅材を切削加工した接続部材によりそれぞれロウ付け接合される。

このように、特許文献１の熱交換器は、水配管及び冷媒管の接続箇所が多数となるため、コストアップになるばかりでなく、ロウ付け部からの冷媒漏れやロウ材詰り等が発生し易く、信頼性が低下するという問題があった。また、冷媒配管の接合に要するスペースが必要となるため、熱交換器のコンパクト化が困難である等、多くの問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、水配管と冷媒配管との伝熱に有効な接触面積を大幅に拡大すると共に、接触熱抵抗の低減、フイン効率の向上、乱流促進等の相乗効果により熱交換性能を顕著に向上することができ、さらに、熱交換器の途中に冷媒配管の接合箇所を無くすことにより、コストアップを抑制し、信頼性を確保すると共に、コンパクト化を実現することのできる熱交換器及びその製造方法を提供することを目的としたものである。

本発明に係る熱交換器は、両端部を除く領域の外周に複数条の山谷部の谷部が各条ごとに連続して螺旋状に形成され、前記両端部には前記山谷部がない接続部が形成された複数の水配管を前記接続部にて接続してなる熱交換用水配管と、
前記熱交換用水配管の山谷部の谷部に沿って巻き付けられると共に、前記接続部にも連続して巻き付けられ、前記熱交換用水配管と一体に接合された冷媒配管とを備えたものである。

また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、両端部に山谷部がない接続部が設けられ、前記接続部を除く領域の外周に複数条の山谷部が各条ごとに連続して形成された複数の水配管を前記接続部にて接続して熱交換用水配管を形成し、該熱交換用水配管の一端から前記山谷部の谷部に沿って冷媒配管を巻き付けると共に前記水配管の接続部にも巻き付けて他端まで連続的に巻き付けるようにしたものである。

本発明に係る熱交換器によれば、水配管と冷媒配管との接触伝熱面積を大幅に拡大することができ、乱流促進効果やフイン効率の効果と相俟って伝熱性能を大幅に向上することができる。また、曲げ加工などに対する可撓性に優れるため形状の自由度が高く、さらに、熱交換器の途中に冷媒配管の接続箇所をなくしたので、低コストで信頼性を確保することのできるコンパクトで高性能の熱交換器を得ることができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器を備えた給湯室外機の分解斜視図、図２は図１の冷凍サイクル回路と給湯回路の配管系統図である。
給湯室外機の最下段には熱交換器ユニット１１が配置されており、その上部には蒸発器２１と外気との熱交換をするために風を送る送風機２２が配設されている。また、熱交換器ユニット１１の上部には送風機２２に隣接して圧縮機２３が設置され、右側手前には給湯回路の水を循環するポンプ２４が配置されており、給湯タンク（図示せず）からの水を水入口バルブ２５を介して室内機内に取入れ、熱交換器ユニット１１に設けた熱交換器１の水配管２を経て、給湯出口バルブ２９から給湯タンクへ戻るようになっている。

また、外郭は、前面にグリル１９、左側面に外気の吸込み口を備えたフロントパネル１８、右側面から蒸発器２１の端部までを覆うバックパネル２０、さらにバルブ類を覆うサービスパネル２６がそれぞれ取付けられており、最上部にはトップパネル１７が配設されている。

上記のように構成した給湯設備において、圧縮機２３により高温、高圧になった加熱ガス冷媒は、熱交換器１の冷媒配管５に流入し、ポンプ２４により水入口バルブ２５から取り入れられた給湯タンクの水が、熱交換器１の水配管２を通過する際に熱交換されて水が加熱され、給湯出口バルブ２９を経て給湯タンクへ戻る。
また、水へ熱を伝えた冷媒は、絞り弁２８により減圧されて蒸発器２１に流入し、送風機２２により送風された外気から吸熱し、蒸発ガス化されて内部熱交換器１５で再加熱されて圧縮機２３へ戻る。なお、内部熱交換器１５へ流入する高圧冷媒の流量は、流量調整弁２７で調整される。

図３は上記の熱交換器ユニットの構成を示す斜視図、図４は図３の熱交換器の説明図、図５は図４の水配管の説明図、図６は図５の水配管に冷媒配管を巻き付けた状態を示す説明図である。
水配管２は外周に複数条（例えば、２〜４条）の山部３ａと谷部３ｂが交互に設けられた山谷部３が、各条ごとに連続して螺旋状に設けられており、両端部には山谷部３が無い平滑部（接続部）が形成され、一方の平滑部の端部は袋状に拡管され後続する水配管２の平滑部が挿入されて接続できるようになっている。

また、入口冷媒管７は接続部６ａを介して複数の冷媒配管５に分岐され、水配管２の外周に設けた各条ごとの谷部３ｂにそれぞれ嵌入されて全長にわたって巻き付けられ、他端は合流する接続部６ｂを介して出口冷媒管８に接続されている。

このようにして複数の冷媒配管５が巻き付けられた水配管２は、平面ほぼ楕円形の長円コイル状に形成され、その直線部には接続部４が位置している。そして、水配管２を流れる水と、冷媒配管５を流れる冷媒とは対向流になるように構成されている。冷媒配管５が連続的に巻き付けられた水配管２は図６のようになり、水配管２の山部３ａと複数パスの冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃが交互に見える外観となる。

次に、図７により本実施の形態に係る熱交換器１の製造方法について説明する。
図７（ａ）は複数の水配管２ａ，２ｂ，…の接続前の状態を示し、図７（ｂ）は接続後の状態を示すもので、接続部４はロウ付け等により金属接合され、このような接続を熱交換器１の全長に達するまで繰り返えす。以下、複数の水配管２ａ，２ｂ，…が接続されて熱交換器の全長を構成する水配管を熱交換用水配管という。

水配管２の接続が終ったときは、図７（ｃ）に示すように、一方の端部の水配管２ａの外周に設けた山谷部３の各谷部３ｂに沿って複数パス（図には３パスの場合が示してある）の冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを巻き付け、この冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを山谷部３のない接続部４にも巻き付ける。ついで、図７（ｄ）に示すように、これに接続した水配管２ｂの各谷部３ｂに沿って連続的に巻き付け、このような作業を最終端の水配管２ｎまで繰り返えす。

このようにして、複数の水配管２ａ，２ｂ，…，２ｎが接続された熱交換用水配管の全長にわたって冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃが巻き付けられた熱交換器１は、図４に示すように、上下方向に複数段の長円コイル状に曲げ加工されたのち、ハンダ等の低融点金属により水配管２と冷媒配管５を一体に接合する。この際、水配管２の接続部４が長円コイル状の直線部に位置するように、あらかじめ水配管２の単品の長さを設定しておく。

上記のように構成した本実施の形態によれば、熱交換器１の入口及び出口以外には冷媒配管５の接続部がないので、冷媒配管５の接続箇所が大幅に減少する。このため、接続部のロウ付け部からの冷媒漏れやロウ付け材詰まりがほとんどなくなって信頼性が向上するばかりでなく、ロウ付け加工費を低減することができる。また、冷媒配管５の急拡大や急縮小がなくなるので、冷媒の流動損失が低減できると共に、水配管２に巻き付けた冷媒配管５の伝熱面積が増加するので、伝熱性能が向上する。
さらに、冷媒配管５の接続に要するスペースが不要になるので、熱交換器１をコンパクト化することができる。また、水配管２の接続部４が長円コイル状の直線部に位置するので、ロウ付け部からの水漏れを防止することができ、信頼性が向上する。

［実施の形態２］
図８は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の説明図、図９はその製造方法の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分はこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、外周に設けた複数条の山谷部３の谷部３ｂに冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを巻き付けた水配管２を、偏平でほぼ楕円形状の長円渦巻状に形成したものである。なお、水配管２の接続部４は長円渦巻状の直線部に位置しており、また、水と冷媒は対向流になるように構成されている。

本実施の形態に係る熱交換器１の製造にあたっては、先ず、図９（ａ）に示すように、外周に設けた複数条（図には３条の場合が示してある）の山谷部３の谷部３ｂに３パスの冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃが巻き付けられた第１の水配管２ａに、図９（ｂ）に示すように、第２の水配管２ｂを接続してロウ付け等により金属接合する。ついで、図９（ｃ）に示すように、冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを接続部４に巻き付けたのち、引き続いて、図９（ｄ）に示すように、第２の水配管２ｂの谷部３ｂに後端部まで巻き付ける。

そして、第１、第２の水配管２ａ，２ｂを図８の長円渦巻状の一部を形成するように曲げ加工する。そして、再び図９（ｂ）に示すように、第２の水配管２ｂに第３の水配管を接続してその接続部４から谷部３ｂに冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを巻き付け、逐次曲げ加工する。
このような作業を全長に達するまで繰り返えし、偏平な長円渦巻状の熱交換器１を形成する。そして、全長にわたって曲げ加工が終了したのち、ハンダ等の低融点金属により水配管２と冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを一体に接合する。

本実施の形態によれば、冷媒配管５が巻き付けられた水配管２を逐次曲げ加工するようにしたので、熱交換器１の全長にわたって長い状態で保持する必要がないため、加工設備を短かくすることができ、これにより加工費を低減することができる。その他の作用、効果は実施の形態１の場合と同様である。

［実施の形態３］
図１０は本発明の実施の形態３に係る熱交換器の要部断面図、図１１は図１０の一部拡大図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号が付してある。
本実施の形態は、外周に設けた複数条（図には３条の場合が示してある）の山谷部３を各条ごとに連続して螺旋状に設けた水配管２に、３パスの冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃを各条の谷部３ｂに沿ってそれぞれ螺旋状に巻き付け、水配管２と冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃとの接触面積を拡大したものである。なお、本実施の形態においては、山谷部３の谷部３ｂをほぼ逆台形状に形成した。

そして、水配管２内の水の流れ方向（矢印で示す）に対して、入口で分岐した冷媒は冷媒配管５ａ，５ｂ，５ｃ内をそれぞれ螺旋状に対向流となるように逆方向に流れ、出口で再び合流して１本になる。この場合、冷媒にはＣＯ₂、ＨＦＣ、ＨＣＦＣ、ＨＣ、Ｈ₂Ｏ等を用いることができるが、これに限定するものではない。

図１１において、水配管２の外周に設けた山谷部３の山部３ａの高さＨは、冷媒配管５の半径Ｒ_o／２以上で直径Ｒ_o以下となるようにした。すなわち、谷部３ｂの山部側斜面３ｃと冷媒配管５との接触面積を安定して確保するために、山部３ａの高さを冷媒配管５の半径Ｒ_o／２より大きくしたものである。また、山部３ａのスパイラルピッチＰは、冷媒配管５の直径Ｒ_o以上で直径Ｒ_oの２倍以下となっている。

このように、水配管２の外周に特定範囲のピッチＰで、特定範囲の山部３ａの高さＨで形成した山谷部３に沿って冷媒配管５を巻き付けるので、山谷部３がガイドとなって冷媒配管５を容易に所定の位置に巻き付けて固定することができ、冷媒配管５の過度の偏平化や座屈の発生を防止することができる。

また、山谷部３の谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂを、冷媒配管５の内径Ｒ_i以上で、外径Ｒ_o＋０．２４ｍｍ以下とした。このように、内径マンドレルの挿入等によって谷部３ｂの幅Ｂを冷媒配管５の内径Ｒ_i以上とすることにより、冷媒配管５が谷部２ｂの底部３ｄに確実に接触すると共に、冷媒配管５を巻き付けるときの張力によって底部３ｄへの押し付け力が発生し易くなるので、接触熱抵抗を低減することができる。

本実施の形態において、水配管２の外周に設けた山谷部３の山部３ａの高さＨが高すぎて冷媒配管５の直径Ｒ_oを超えると、熱交換器としてのスペース効率が悪くなってコンパクト化を妨げると共に、山部３ａのピッチＰが冷媒配管５の直径Ｒ_o以下だと冷媒配管５を谷部３ｂの奥まで嵌め込むことができず、このため、冷媒配管５が谷部３ｂの底部３ｄに接触できないため、冷媒配管５と水配管２との接触伝熱面積が低下し、本来の目的を果すことができない。また、山部３ａのピッチＰが大きすぎて冷媒配管５の直径Ｒ_oの２倍を超えると、水配管２の単位長さ当たりに対する冷媒配管５の全長が短かくなるので、熱交換器としての性能が低下し、好ましくない。

また、本実施の形態は、水配管２の谷部３ｂと冷媒配管５の接触面積をロウ付け等によって拡大する場合にも、谷部３ｂの山部側傾斜面３ｃと冷媒配管５と間のロウ付け隙間を設計することができる。一般に、ロウ付け品質を確保するためには、ロウ付け隙間は０．０８ｍｍから０．１２ｍｍとするのが工作上望ましく、このため、冷媒配管５と山部側傾斜面３ｃとの隙間を両側で０．１６ｍｍから０．２４ｍｍとすればよく、したがって、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂを冷媒配管５の直径Ｒ_o＋０．１６〜０．２４ｍｍとすれば好適である。これにより、少ないロウ材で谷部３ｂと冷媒配管５との接触面積を拡大することができる。

また、水配管２の外周に設けた山谷部３は、図１０に示すように、水配管２の内部に乱流が発生し易い形状となっているため、乱流促進効果により伝熱性能を向上することができる。
さらに、水配管２に設けた山谷部３の山部３ａは、熱交換フインとしても作用するので、フイン効率アップ効果により熱伝導性が向上する。

本実施の形態によれば、冷媒配管５は水配管１の外周に設けた谷部３ｂの底部３ｄに接触すると共に、谷部３ｂの山部側傾斜面３ｃと冷媒配管５との最小隙間部分が、直接又はロウ付け等により接触するので、接触部分が３箇所となって伝熱的に接合される。このため、従来の平滑水配管に冷媒配管を巻き付けた熱交換器に比べて、有効接触伝熱面積を３倍以上に拡大することができ、このため、前述の乱流促進効果やフイン効率向上も相乗効果として作用することにより、単位水配管長さ当りのＡＫ値（伝熱面積×熱通過率）を大幅に向上することができる。

ここで、水配管２は、燐脱酸銅平滑管の両端部を固定し、内径側にマンドレルを挿入して捩り加工を加えることにより製造したが、これに限定するものではなく、液圧バルジ加工や鋳鍛造、切削加工、転造加工等、他の配管加工技術により水配管２を製造してもよい。また、水配管２の原材料を内面溝付き管とすれば、好適な効果を奏することができる。
また、水配管２及び冷媒配管５の材質は、燐脱酸銅に限定するものではなく、用途に応じて、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタンなどの配管用金属又はそれらの合金等を用いてもよい。
以下に、本実施の形態の実施例について説明する。

水配管２は、山谷部３の山部３ａの外径ＳＲ_o：１４．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：８．０ｍｍ、条数：４、山部３ａの高さＨ：２．５ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：４．８ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：３．０ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：３．２ｍｍ、内径Ｒ_i：２．０ｍｍ、冷媒は４パスで、ロウ付けは無し。
本実施例においては、水配管２の山谷部３と冷媒配管５の寸法関係を圧入気味に設定することにより、両者の間にロウ付けを行わなくても、比較的優れた伝熱性能を発揮できた。

水配管２は、外径ＳＲ_o：１４．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：８．０ｍｍ、条数：３、山部３ａの高さＨ：３．０ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：５．８ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：３．５ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：３．６ｍｍ、内径Ｒ_i：２．４ｍｍ、冷媒は３パスで、φ０．８のりん銅を螺旋状に巻き付けてロウ付けした。

本実施例においては、伝熱接触部にロウ付けにより伝熱接合を施したので、伝熱性能がさらに向上した。ロウ付けにあたっては、図１２（ａ）に示すように、水配管２の山部３ａと冷媒配管５との隙間、あるいは図１２（ｂ）に示すように、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間の隙間に、ロウ材９又はハンダ材等を巻き付けてもよく、さらには、図１３に示すように、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間に、リボン状のロウ材９又はハンダ材等を巻き付けるなど、適宜実施することができる。

水配管２は、外径ＳＲ_o：１５．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：９．０ｍｍ、条数：２、山部３ａの高さＨ：３．５ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：６．２ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：４．０ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：４．０ｍｍ、内径Ｒ_i：２．８ｍｍ、冷媒は２パスで、幅：３．５ｍｍ、厚み：０．２ｍｍのリボン状のハンダ材９を、図１３に示すようにセットしてハンダ付けした。

水配管２は、外径ＳＲ_o：１８．０ｍｍ、内径ＳＲ_i：１０．０ｍｍ、条数：４、山部３ａの高さＨ：３．５ｍｍ、山部３ａのピッチＰ：７．２ｍｍ、谷部３ｂの底部３ｄの幅Ｂ：５．０ｍｍ、また、冷媒配管５は、外径Ｒ_o：５．０ｍｍ、内径Ｒ_i：４．０ｍｍ、冷媒は２パスで、図１３に示すように、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間に、例えば、アルミニウム、ハンダ、ロウ材等のリボン状の低融点金属９を巻き付けて接合した。

実施例４においては、水配管２の谷部３ｂの底部３ｄと冷媒配管５との間に、アルミニウム、ハンダ、ロウ材等の塑性変形能力の高い低融点金属を挟むようにしたので、加圧力が十分な場合には、実施例１の場合と同様に、加熱ロウ付けを行わなくても優れた伝熱接合を実現することができる。なお、実施例には示してないが、実験結果によれば、水配管２の山谷部３の山部３ａの外径ＳＲ₀は内径ＳＲ_iの１．５倍以上２．５倍以下とすることが望ましく、また、水配管２の内径ＳＲ_iは８ｍｍ以上１２ｍｍ以下とすることが望ましい。

図１４は水配管２の谷部３ｂに冷媒配管５を加熱ロウ付けした状態を示す説明図である。加熱ロウ付けは、炉中ロウ付け、高周波ロウ付け、ガスバーナーロウ付け等により行うことができる。なお、ハンダ付けの場合も同様である。

本実施の形態によれば、水配管２の外周に設けた山谷部３及びこれに巻き付けられる冷媒配管５の寸法を適宜設定することにより、両者の間にロウ付けを行うことなく、又は両者の間にアルミニウム、ハンダ、ロウ材等の塑性変形能力の高い低融点金属を介装することにより、加熱ロウ付けを行い、若しくは加圧力により両者を一体に接合するようにしたので、伝熱接合する際に顕著な生産性向上や品質の向上をはかることができ、優れた伝熱性能を発揮することができる。なお、本実施の形態は実施の形態１，２に適用しうることは云う迄もない。

［実施の形態４］
図１５は本発明の実施の形態４に係る水配管の外周に設けた山谷部の条数と、これに巻き付ける冷媒配管のパスパターンの事例を示す説明図である。
図１５（ａ）は山谷部３が２条、冷媒配管５が２パスの例、図１５（ｂ）は山谷部３が３条、冷媒配管５が３パスの例を示し、図１５（ｃ）は山谷部３が３条、冷媒配管５が２パスの例、図１５（ｄ）は山谷部３が４条、冷媒配管５が４パスの例、図１５（ｅ）は山谷部３が４条、冷媒配管５が２パスの例をそれぞれ示す。これら２〜４パスに分岐された冷媒配管５は、前述のように入口及び出口で統合されてそれぞれ１本になる。
このような水配管２の山谷部３の条数と、これに巻き付けられる冷媒配管５のパス数は、冷媒の流量、流速、圧損などの特性に応じて好適に選択することができる。

上記の説明では、冷媒配管５が巻き付けられた水配管２を曲げ加工して、長円コイル状又は長円渦巻状に形成した場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、冷媒配管５が巻き付けられた水配管２を曲げ加工して偏平な螺旋状（以下、偏平螺旋状という）に形成するなど、他の形状に形成してもよい。

上述した本発明に係る熱交換器は、ヒートポンプ式給湯機用の熱交換器に限定するものではなく、水と冷媒に係る熱交換器に広く適用することができる。なお、本発明に係る熱交換器は、外周に断熱テープを巻いたり、断熱材で覆たりすることにより、熱交換性能をさらに向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器を備えた給湯室外機の分解斜視図である。図１の冷凍サイクル回路と給湯回路の配管系統図である。図１の熱交換器ユニットの構成を示す斜視図である。図３の捩り管形の熱交換器の説明図である。図４の水配管の説明図である。図５の水配管に冷媒配管を巻き付けた状態を示す説明図である。実施の形態１に係る熱交換器の製造方法の説明図である。本発明の実施の形態２に係る熱交換器の説明図である。実施の形態２に係る熱交換器の製造方法の説明図である。本発明の実施の形態３に係る熱交換器の要部断面図である。図１０の一部拡大図である。実施例２の説明図である。実施例４の説明図である。水配管の谷部と冷媒配管とを加熱ロウ付けにより接合した状態を示す説明図である。本発明の実施形態４に係る水配管の山谷部の条数とこれに巻き付ける冷媒配管のパスパターンの事例を示す説明図である。

符号の説明

１熱交換器、２水配管、３山谷部、３ａ山部、３ｂ谷部、３ｃ山部側傾斜面、３ｄ底部、４接続部、５冷媒配管。

Claims

両端部を除く領域の外周に複数条の山谷部の谷部が各条ごとに連続して螺旋状に形成され、前記両端部には前記山谷部がない接続部が形成された複数の水配管を前記接続部にて接続してなる熱交換用水配管と、
前記熱交換用水配管の山谷部の谷部に沿って巻き付けられると共に、前記接続部にも連続して巻き付けられ、前記熱交換用水配管と一体に接合された冷媒配管とを備えたことを特徴とする熱交換器。
前記冷媒配管が巻き付けられた熱交換器用水配管を直線部を有する長円コイル状又は長円渦巻状に形成し、前記水配管の接続部を前記直線部に位置させたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
両端部を除く領域の外周に複数条の山谷部の谷部が各条ごとに連続して螺旋状に形成され、前記両端部には前記山谷部がない接続部が形成された複数の水配管を前記接続部にて接続してなる熱交換用水配管と、
前記熱交換用水配管の山谷部の谷部に沿って巻き付けられると共に、前記接続部にも連続して巻き付けられた冷媒配管とを備え、前記冷媒配管が巻き付けられた熱交換器用水配管を直線部を有する長円コイル状又は長円渦巻状に形成し、前記水配管の接続部を前記直線部に位置させたたことを特徴とする熱交換器。
前記熱交換用水配管に巻き付ける冷媒配管を複数パスとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
前記熱交換用水配管を流れる水と、前記冷媒配管を流れる冷媒とが対向流となるように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
前記水配管の山谷部の山部の外径を、その内径の１．５倍以上２．５倍以下としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
前記水配管の山谷部の山部ｎピッチを、冷媒配管の外径以上で径の２倍以下に形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
前記水配管の山谷部の谷部の底部の幅を、冷媒配管の内径以上で外径＋０．１６ｍｍ〜０．２４ｍｍ以下に形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器。
前記水配管の山谷部の山側傾斜面と冷媒配管との間に形成された最小隙間部分を伝熱的に接合したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器。
前記水配管の山谷部とこれに巻き付けられた冷媒配管とを、低融点金属により接合したことを特徴とする請求項１〜９記載の熱交換器。
前記両端部に形成された接続部の一方の端部は袋状に拡管され、後続する前記熱交用水配管の接続部が挿入されて接続できるようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の熱交換器。
前記水配管の内径が８ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１１記載の熱交換器。
前記冷媒配管を流れる冷媒は、二酸化炭素冷媒であることを特徴とする請求項１〜１２記載の熱交換器。
両端部に山谷部がない接続部が設けられ、前記接続部を除く領域の外周に複数条の山谷部が各条ごとに連続して形成された複数の水配管を前記接続部にて接続して熱交換用水配管を形成し、該熱交換用水配管の一端から前記山谷部の谷部に沿って冷媒配管を巻き付けると共に前記熱交換用水配管の接続部にも巻き付けて他端まで連続的に巻き付け、前記熱交換用水配管と前記冷媒配管を一体に接合したことを特徴とする熱交換器の製造方法。
前記冷媒配管が巻き付けられた熱交換用水配管を、前記接続部が前記直線部に位置するように曲げ加工して長円コイル状又は長円渦巻状に形成することを特徴とする請求項１４記載の熱交換器の製造方法。
両端部に山谷部がない接続部が設けられ、前記接続部を除く領域の外周に複数条の山谷部の谷部が各条ごとに連続して形成された水配管の一端から前記山谷部の谷部に沿って冷媒配管を巻き付け、該冷媒配管が他端に達したときは該水配管に次の水配管を前記接続部にて接続し、前記冷媒配管を該接続部に巻き付けたのち次の水配管の山谷部の谷部に沿って端部まで巻き付け、この作業を繰り返えし、前記熱交換用水配管と前記冷媒配管を一体に接合したことを特徴とする熱交換器の製造方法。
前記冷媒配管が巻き付けられて接続された複数の水配管ごとに曲げ加工し、これら曲げ加工された水配管をその接続部が直線部に位置するように接続して長円コイル状又は長円渦巻状に形成することを特徴とする請求項１６記載の熱交換器の製造方法。