JP4879095B2 - 熱交換器および熱利用装置 - Google Patents
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また、従来の樹脂製熱交換器には、広い伝熱面積を確保すると共に、製造を容易にするため、2枚に重ねた樹脂シートを熱裁断して複数の切込部を形成して、同時に該切込部の周囲を溶着し、該切り込み部によって挟まれた範囲を冷媒流路(冷媒管)にする発明が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、前記特許文献2に開示された発明は、熱裁断によって形成した切込部の周囲を溶着するものであるため、溶着が不完全である場合には、冷媒が漏洩するという問題があった。
冷媒が流通する伝熱管と、
を有し、
前記流体流路は、前記一対の樹脂シートに挟まれた範囲に流体を供給した際、膨張するものであって、
前記流体流路シートの流体流路が前記伝熱管に当接することを特徴とする。
図1〜図5は本発明の実施の形態1に係る熱交換器を模式的に説明するものであって、図1は平面図、図2は冷媒管のみを示す平面図、図3の(a)は水流路シートのみを示す平面図、図3の(b)は水流路シートのみを示す側面図、図4は製造方法を説明する斜視図、図5は熱交換器の拡大断面図である。
図1および図5において、熱交換器1は、冷媒が流れる伝熱管からなる冷媒管10と、冷媒管10を挟み込むと共に、内部を水が流通する水流路が形成された一対の水流路シート20L、20Uと、一対の水流路シート20L、20U(以下、共通する内容については、添え字「L、U」の記載を省略する)を収納する収納ケース30と、を有している。なお、冷媒との間で熱交換する流体として、「水」を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、その他の液体、あるいは気体であってもよい。また、冷媒は、冷熱または温熱の何れを保有してもよい。
図2において、冷媒管は、冷媒が流通自在な管体であって、ジグザグ(複数のU字を互いに連結した蛇行状)に形成されている。管体は伝熱性に富む金属で形成されているが、特段限定するものではない。以下の説明の便宜上、一方の端部(図中、左側)を冷媒流入口11と、他方の端部を冷媒流出口14と称し、この間に、複数の円弧管部12と、複数の直線管部13とが形成されている。
なお、図中、冷媒管10として断面円形の管体を示しているが(図5参照)、本発明はこれに限定するものではなく、断面楕円形であってもよい。
図3において、水流路シート20は、水密性を具備する2枚の樹脂シート21、22によって形成されている。すなわち、重なった2枚の樹脂シート21、22の外周縁が互いに接合された(貼り合わされた)外周接合縁23が形成されている。すなわち、外周接合縁23は、上縁接合部23aと、右縁接合部23bと、下縁接合部23cと、左縁接合部23dと、によって構成されている。
そして、右縁接合部23b(左縁接合部23dに同じ)に平行する、樹脂シート21、22の一部が互いに所定の幅の直線状に接合されている平行接合線24が形成されている。
つまり、水流路シート20は外周接合縁23によって水密的に密閉された水容器を形成している。そして、右縁接合部23bには水を該容器内に流入させるための水流入口26と、左縁接合部23dには水を該容器から流出させるための水流出口27と、が設けられている。
また、水流入口26には水流入口継手60が、水流出口27には水流出口継手70が、それぞれ水密的に設置されている(これについては別途詳細に説明する)。
なお、樹脂シート21、22を互いに接合する要領は限定するものではなく、伝熱プレス等を用いた圧着(溶着を含む)や、接着剤を用いた接着の何れであってもよい。
収納ケース30は、水流路シート20と略相似形状であって、水流路シート20より僅かに大きなケース下面31およびケース上面32と、ケース下面31とケース上面32とを連結するケース側面(図示しない)と、を有している。ケース下面31およびケース上面32は、所定の剛性を有している。なお、収納ケース30を形成する材質は限定するものではなく、断熱性の高い仕様にすることができる。
熱交換器1の製造方法は、まず、冷媒管10の両側にそれぞれ水流路シート20(説明の便宜上、それぞれを水流路下シート20Lおよび水流路上シート20Uと称し、両者をまとめて水流路シート20と称す)を配置する第1工程(図4参照)と、
水流路下シート20Lと水流路上シート20Uとによって冷媒管10を挟さむ第2工程(図示しない)と、
冷媒管10を挟んでいる水流路シート20を、収納ケース30に収納する第3工程(図5参照)と、
冷媒管10の冷媒流入口11および冷媒流出口14に、それぞれ冷媒配管を接続するための管継手を設置する第4工程(図示しない)と、
を有している。
なお、第1工程〜第4工程の実行は前記順番に限定するものではなく、予め管継手が設置されている冷媒管10を用いて第1工程を実行して、第4工程を省略してもよい。
また、第1工程において、水流路下シート20Lの下側に、ケース下面31を配置し、水流路上シート20Uの上側に、ケース上面32を配置しておき、第2工程において、ケース下面31とケース上面32とによって、水流路シート20および冷媒管10を挟み、その後に、ケース下面31とケース上面32とを連結して収納ケース30を完成するようにしてもよい。
なお、前記「挟む」とは、所定の間隔を空けて近接すること、あるいは軽く当接することを意味している。
図6は本発明の実施の形態1に係る熱交換器を模式的に説明するものであって、水を供給した様子を示す拡大断面図である。
図6において、熱交換器1の水流路シート20に水を供給すると、水流入口26から供給した水が流れ込み、右直線流路25b、下折り返し流路25c、中央直線流路25e、上折り返し流路25a、左直線流路25d(以下、まとめて「水流路25」と称す)は、膨張することになる。
このとき、水流路シート20は収納ケース30内に収納され、外側への膨張が拘束されているから、水流路25は、冷媒管10側に膨出して冷媒管10を抱き込むように変形する。すなわち、模式的に図示するように断面三日月状となって、冷媒管10に押し付けられる(密着性が向上する)。
以上より、熱交換器1は、水流路および冷媒管が簡単な構成であって、水流路が形成された水流路シートと冷媒管とを容易に組み合わせて製造することができるから、効率良く安価に製造することができる。また、水が冷却管に直接触れることがないから、冷媒管を金属によって形成しても腐食の心配がなく、耐久性に富んでいる。
なお、次に説明する実施の形態2の理解を助けるため、冷媒管10とこれを挟む水流路シート20とから形成される前記構成を、熱交換ユニット9と称す。すなわち、熱交換器1は、1枚の熱交換ユニット9が収納ケース30に収納されたものである。
図7は本発明の実施の形態2に係る熱交換器を模式的に説明するものであって、水を供給した様子を示す拡大断面図である。なお、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図7において、熱交換器2は、2枚の熱交換ユニット9が収納ケース30に収納されたものである。すなわち、熱交換器2は、薄い収納ケース30内に収納効率良く2枚の熱交換ユニット9を収納しているから、熱交換器1に対して2倍の量の冷媒と水とを供給することができ、熱交換量を2倍にすることができる。
さらに、収納ケース30に収納される熱交換ユニット9の枚数は2枚に限定するものではなく、3枚以上であってもよい。このとき、それぞれの熱交換ユニット9の冷媒管は方眼状に配置されても千鳥状に配置されてもよい。
図8および図9は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器を模式的に説明するものであって、図8は冷媒管を示す平面図、図9は水を供給した様子を示す拡大断面図である。なお、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図8において、冷媒管40は、互いに接続された二連の管体41、42から形成されている。そして、管体41、42はそれぞれ実施の形態1に示す冷媒管10に同じである。
図8および図9において熱交換器3は、冷媒管40と、冷媒管40を挟んだ樹脂シート20と、これらを収納する収納ケース30と、を有している。
なお、以上は、二連の管体41、42を直接接続しているが、本発明はこれに限定するものではなく、管体41と管体42との間に連結部材(伝熱性を具備する材質が好ましい)を配置して、当該連結部材を介して、両者を接合してもよい。このとき、水流路シートに水を供給すると、水流路25は断面「3字状」に変形して、樹脂シート20は当該連結部材に近接あるいは当接することになる。
また、以上は、二連の冷媒管40を示しているが、三連以上であってもよい。
図10は本発明の実施の形態4に係る熱交換器を模式的に説明するものであって、(a)は水を供給する前の様子を示す部分拡大断面図、(b)は水を供給した様子を示す部分拡大断面図である。なお、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図10において、熱交換器4は、冷媒管10の冷媒流出口14に設置された冷媒流出口継手50と、水流路下シート20Lの水流入口26に設置された水流入口継手60Lと、水流路上シート20Uの水流入口26に設置された水流入口継手60Uと、を有している。なお、冷媒管10の冷媒流入口11、水流路下シート20Lの水流出口27、水流路上シート20Uの水流出口27においても同様の管継手が設置されているが、これらは前記各部材と、入口/流入と、出口/流出とをそれぞれ読み替えたものに同じであるから、説明を省略する。
水流入口継手60L、60Uは2枚の樹脂シート21、22によって水密的に把持される径小部61と、内面に管ねじ63が形成された径大部62とを有している。管ねじ63には、図示しない水配管が螺合するものである。
したがって、冷媒流路と水流路とが完全に分離されているから、両者が混合(一方側へ浸入)するおそれがない。このため、両者の混合を防止するための複雑な部品を設ける必要がなく、安価に構成することができる。
また、水流入口継手60L、60Uの材質と、樹脂シート21、22の材質を同じにしておけば、両者を容易に溶着することができると共に、両者を分離することなくリサイクルすることができるから、リサイクル性が向上する。
なお、以上は、管ねじ43、53が形成された管継手50、60を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、液密的に嵌合自在な継手(いわゆるクイックジョイント等)であってもよい。
図11は本発明の実施の形態5に係る熱利用装置を模式的に説明する斜視図である。前記のように、熱交換器1〜4は、薄型かつL字曲げ・円弧曲げ等の形状加工が容易であり、水平・垂直等の姿勢制約がない特長がある。さらに、水回路内の水が停滞しないように排出性を良くするための流路形状等の設計変更が容易である。
図11の(a)において、たとえば、冷蔵庫、空気調和機、給湯器等である熱利用装置5aの内部の隅部には、熱交換器1(熱交換器2〜4の何れであっても同様)が装備された場合であって、当該隅部の形状に合わせて、熱交換器1は折り曲げられている。
図11の(b)および(c)において、熱交換器1は、熱利用装置5bの内部の側面および熱利用装置5cの底面の形状に合わせた形状に製造され、平面状のまま装備されている。
図11の(d)において、熱交換器1は、熱利用装置5dが装備する図示しない部品の形状、あるいは、熱利用装置5d内の配置スペースの形状に合わせて、円弧状に形成されている。
Claims (7)
- 一対の樹脂シートに挟まれて流体が流通する流体流路を、該流体流路を除く範囲をはり合わせて形成している流体流路シートと、
冷媒が流通する伝熱管と、
を有し、
前記流体流路は、前記一対の樹脂シートに挟まれた範囲に流体を供給した際、膨張するものであって、
前記流体流路シートの流体流路が前記伝熱管に当接することを特徴とする熱交換器。 - 前記伝熱管と、
前記伝熱管の両側に配置された一対の前記流体流路シートと、
該一対の前記流体流路シートを収納する収納手段と、
を有し、
前記一対の前記流体流路シートに形成されたそれぞれの流体流路の範囲が、前記伝熱管に当接することを特徴とする請求項1記載の熱交換器。 - 前記流体流路シートの流体流路に流体を供給した際、前記流体流路が断面三日月状を呈し、該断面三日月状の流体流路の凹面側の範囲が前記伝熱管に当接することを特徴とする請求項1または2記載の熱交換器。
- 前記断面三日月状の流体流路の凹面側に相当する範囲に熱伝達性を高める処理を施したことを特徴とする請求項3記載の熱交換器。
- 前記断面三日月状の流体流路の凸面側に相当する範囲に断熱性を高める処理を施したことを特徴とする請求項3または4記載の熱交換器。
- 前記伝熱管と前記流体流路シートとが分離自在であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の熱交換器。
- 冷媒を加熱または冷却する熱源と、
請求項1乃至6の何れかに記載の熱交換器と、
前記熱源において加熱または冷却された冷媒を前記熱交換器に供給する冷媒供給手段と、
前記熱交換器に流体を供給する流体供給手段と、
前記熱交換器において加熱または冷却された流体を貯蔵する流体貯蔵手段と、
を有する熱利用装置。
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