JP4905266B2 - Heat exchanger, refrigeration cycle apparatus and water heater - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器およびこの熱交換器を備えた冷凍サイクル装置ならびに給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger, a refrigeration cycle apparatus including the heat exchanger, and a water heater.
従来より、図10〜図12に示すように、箱体の内部に蛇行経路が形成され、この箱体の外側に伝熱管が巻き付けられて構成される熱交換器が知られている(例えば、特許文献1および2参照)。図10は、従来技術に係る熱交換器を示す分解斜視図である。図11は、図10に示した熱交換器の平面図である。図12は、熱交換器の内部に形成された蛇行流路を示す図である。 Conventionally, as shown in FIGS. 10 to 12, a heat exchanger is known in which a meandering path is formed inside a box and a heat transfer tube is wound around the outside of the box (for example, (See Patent Documents 1 and 2). FIG. 10 is an exploded perspective view showing a heat exchanger according to the prior art. FIG. 11 is a plan view of the heat exchanger shown in FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a meandering channel formed inside the heat exchanger.
図10に示すように、熱交換器200は、薄型の直方体形状の箱体220を備えている。箱体220は、絞り成形により形成された2枚のプレート221,222を備えている。また、熱交換器200は、左右交互の側端位置に開口243が形成された波形状のコルゲート板240を備えている。このコルゲート板240は、上下の折り返し面241がプレート221,222にそれぞれ接合された状態で、箱体220内に収納されている。これにより、箱体220の内部に蛇行流路230が形成されている(図12参照)。
As shown in FIG. 10, the
また、図11に示すように、熱交換器200は、蛇行流路230(図12参照)に沿うように箱体220の外面に螺旋状に巻き付けられた伝熱管250を備えている。この熱交換器200によれば、箱体220の内部の流路を蛇行経路とすることにより、小型化を図ることが可能となる。
しかしながら、上述した熱交換器200には、以下に説明するような課題があった。すなわち、箱体220に伝熱管250を螺旋状に巻き付けることによって、蛇行流路230における左右方向に延びる流路部233(図12参照)の上下(図12における紙面表側と裏側)に伝熱管250が配置されることになる。すなわち、図11に示すように、伝熱管250は、箱体220の上面の左右方向に延びる上面部分250a(実線部分)と、箱体220の下面の左右方向に延びる下面部分250b(破線部分)とを備えている。これら2つの部分(上面部分250aおよび下面部分250b)のうち、一方を流れる流体は、流路部233(図12参照)を流れる流体と対向流になるが、他方を流れる流体は、この流路部233を流れる流体と並行流となる。しかし、熱交換が行われる2つの流体が並行流である場合には、熱交換の効率が悪くなってしまう。そのため、上述した特許文献1および2に記載の熱交換器では、熱交換性能に改善の余地がある。
However, the
ここで、伝熱管内の流体を分流させることによって、蛇行流路内の流体と伝熱管内の流体とを全て対向流とすることも可能である。すなわち、1本の伝熱管を2本に分岐し、分岐させた一方の伝熱管を蛇行流路に沿って箱体の上面に配置し、他方の伝熱管を蛇行流路に沿って箱体の下面に配置させることにより、蛇行流路内の流体と伝熱管内の流体とを全て対向流化することができる。しかし、伝熱管内の流体を分流させると、両伝熱管内において圧力損失を等しくすることが困難になる。そのため、熱交換性能が低下するおそれがある。また、分流器が別途必要となり、部品点数の増加を招くことになる。 Here, it is possible to make the fluid in the meandering flow path and the fluid in the heat transfer tube all counter flow by diverting the fluid in the heat transfer tube. That is, one heat transfer tube is branched into two, and one of the branched heat transfer tubes is disposed on the upper surface of the box along the meandering flow path, and the other heat transfer tube is disposed along the meandering flow path. By disposing on the lower surface, the fluid in the meandering channel and the fluid in the heat transfer tube can all be counterflowed. However, when the fluid in the heat transfer tubes is divided, it is difficult to equalize the pressure loss in both heat transfer tubes. As a result, the heat exchange performance may be reduced. In addition, a shunt is required separately, which increases the number of parts.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、分流器を用いることなく、熱交換する2流体を実質的に対向流化させ、熱交換性能を向上させることが可能な熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a heat exchanger that can substantially improve the heat exchange performance by making the two fluids that exchange heat substantially counterflow without using a flow divider. The purpose is to provide.
本発明に係る熱交換器は、第1の流体を導入する導入口と第1の流体を導出する導出口とが形成され、第1の伝熱板と前記第1の伝熱板の反対側に位置する第2の伝熱板とを有する密閉式の箱体と、前記箱体の内部における前記第1の伝熱板の内面と前記第2の伝熱板の内面との間の空間を区画することにより、それぞれ所定方向に延びかつ前記所定方向と交差する方向に並ぶ複数の領域を有するとともに前記導入口から前記導出口に至る蛇行流路を形成する複数の第1の仕切板と、前記複数の領域のうち少なくとも一つの領域内に設けられ、当該領域を前記第1の伝熱板側の第1流路部と前記第2の伝熱板側の第2流路部とに仕切ることによって当該領域内に前記第1流路部および前記第2流路部からなる往復路を形成する第2の仕切板と、前記第1の流体と熱交換する第2の流体を導く伝熱管であって、前記第1流路部における前記第1の伝熱板の外面に接触しかつ前記第1流路部に沿って延びる第1の伝熱管構成部と、前記第2流路部における前記第2の伝熱板の外面に接触しかつ前記第2流路部に沿って延びる第2の伝熱管構成部とを有し、前記第1の伝熱管構成部の流れ方向と前記第2の伝熱管構成部の流れ方向とが対向するように前記箱体に巻き付けられた伝熱管とを備えたものである。 In the heat exchanger according to the present invention, an introduction port for introducing the first fluid and an outlet port for extracting the first fluid are formed, and the first heat transfer plate and the opposite side of the first heat transfer plate. And a space between the inner surface of the first heat transfer plate and the inner surface of the second heat transfer plate inside the box. A plurality of first partition plates each having a plurality of regions extending in a predetermined direction and arranged in a direction intersecting the predetermined direction and forming a meandering flow path from the inlet to the outlet, It is provided in at least one of the plurality of regions, and the region is partitioned into a first flow path portion on the first heat transfer plate side and a second flow path portion on the second heat transfer plate side. A second partition plate that forms a reciprocating path composed of the first flow path portion and the second flow path portion in the region, A heat transfer tube for guiding a second fluid that exchanges heat with the first fluid, the heat transfer tube being in contact with an outer surface of the first heat transfer plate in the first flow path section and along the first flow path section. A first heat transfer tube component extending; and a second heat transfer tube component contacting the outer surface of the second heat transfer plate in the second flow channel and extending along the second flow channel. And a heat transfer tube wound around the box so that the flow direction of the first heat transfer tube component and the flow direction of the second heat transfer tube component are opposed to each other.
また、前記熱交換器において、前記複数の領域には、前記第1流路部および前記第2流路部がそれぞれ形成され、前記所定方向と交差する方向に並ぶ第1、第2および第3の領域が含まれ、前記第1の領域の第1流路部と前記第2の領域の第1流路部とが連通し、前記第2の領域の第2流路部と前記第3の領域の第2流路部とが連通していてもよい。 In the heat exchanger, the first channel portion and the second channel portion are formed in the plurality of regions, respectively, and are arranged in a direction intersecting the predetermined direction. The first channel portion of the first region and the first channel portion of the second region communicate with each other, and the second channel portion of the second region and the third channel portion The area | region 2nd flow-path part may be connected.
また、前記熱交換器において、前記第2の仕切板は、前記複数の領域のそれぞれに設けられていてもよい。 In the heat exchanger, the second partition plate may be provided in each of the plurality of regions.
また、前記熱交換器において、前記第1および第2の伝熱板は、周縁部が起立した第1および第2の皿状体によって形成され、前記箱体が、前記第1の皿状体と前記第2の皿状体との間に前記第1の仕切板を挟んだ状態で前記第1および第2の皿状体の周縁部同士が接合されることによって形成されていてもよい。 Further, in the heat exchanger, the first and second heat transfer plates are formed by first and second dish-like bodies with rising peripheral edges, and the box body is the first dish-like body. And the second dish-shaped body may be formed by joining the peripheral edges of the first and second dish-shaped bodies with the first partition plate sandwiched between them.
また、前記熱交換器において、前記第1の伝熱板の内側、前記第2の伝熱板の内側、前記第1の仕切板、または前記第2の仕切板に、フィンが設けられていてもよい。 In the heat exchanger, fins are provided on the inner side of the first heat transfer plate, the inner side of the second heat transfer plate, the first partition plate, or the second partition plate. Also good.
また、前記熱交換器において、前記フィンに、前記第1の流体の流れを乱す乱流促進部が設けられていてもよい。 In the heat exchanger, the fin may be provided with a turbulence promoting portion that disturbs the flow of the first fluid.
また、前記熱交換器において、前記フィンに孔が形成されていてもよい。 Moreover, the said heat exchanger WHEREIN: The hole may be formed in the said fin.
また、前記熱交換器において、前記複数の領域は、前記導入口に臨む入口側領域と、前記導出口に臨む出口側領域とを含み、前記出口側領域の流路断面積は、前記入口側領域の流路断面積よりも大きくてもよい。 Further, in the heat exchanger, the plurality of regions include an inlet side region facing the inlet and an outlet side region facing the outlet, and the flow path cross-sectional area of the outlet side region is the inlet side It may be larger than the channel cross-sectional area of the region.
また、前記熱交換器において、前記複数の第1の仕切板は、互いに平行に配置され、前記出口側領域における前記第1の仕切板の配置方向に沿った長さである出口側流路幅は、前記入口側領域における前記第1の仕切板の配置方向に沿った長さである入口側流路幅よりも広いものであってもよい。 Further, in the heat exchanger, the plurality of first partition plates are arranged in parallel to each other and have an outlet side flow path width that is a length along the arrangement direction of the first partition plates in the outlet side region. May be wider than the inlet-side channel width which is the length along the arrangement direction of the first partition plate in the inlet-side region.
また、前記熱交換器において、前記複数の第1の仕切板が互いに平行に配置され、前記各第1の仕切板には1または2以上のフィンが設けられ、前記出口側領域のフィンの枚数が前記入口側領域のフィンの枚数よりも多いものであってもよい。 In the heat exchanger, the plurality of first partition plates are arranged in parallel to each other, each of the first partition plates is provided with one or more fins, and the number of fins in the outlet side region May be larger than the number of fins in the inlet side region.
また、前記第1の流体は、前記第2の流体によって加熱される水であってもよい。 Further, the first fluid may be water heated by the second fluid.
また、前記第2の流体は二酸化炭素であってもよい。 Further, the second fluid may be carbon dioxide.
本発明に係る他の熱交換器は、内部に第1の流体が流れる箱体と、前記箱体の外側に巻きかけられ、内部に第2の流体が流れる伝熱管とを備え、前記第1の流体と前記第2の流体とを熱交換させる熱交換器であって、前記箱体の内部には、それぞれ所定方向に延びかつ前記所定方向と交差する方向に並ぶ複数の領域を有する蛇行流路が形成され、前記伝熱管は、前記箱体の表側および裏側のいずれにおいても前記各領域の長手方向に沿うように配置され、前記各領域には、前記箱体内を流れる第1の流体の流れ方向と前記伝熱管内を流れる第2の流体の流れ方向とが対向流となるように、表側および裏側の流路からなる往復路が形成されているものである。 Another heat exchanger according to the present invention includes a box body in which a first fluid flows, and a heat transfer tube wound around the outside of the box body and in which a second fluid flows. A heat exchanger for exchanging heat between the second fluid and the second fluid, the meandering flow having a plurality of regions extending in a predetermined direction and arranged in a direction intersecting the predetermined direction inside the box A path is formed, and the heat transfer tube is arranged along the longitudinal direction of each region on both the front side and the back side of the box, and in each region, the first fluid flowing through the box is placed. A reciprocating path composed of front and back flow paths is formed so that the flow direction and the flow direction of the second fluid flowing in the heat transfer tube are opposed to each other.
また、前記熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記第2の流体として前記伝熱管に導く第1の配管と、前記伝熱管を流れた冷媒を導く第2の配管と、前記第2の配管を流れた冷媒を減圧させる減圧機構と、前記減圧機構で減圧した冷媒を導く第3の配管と、前記第3の配管を流れた冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記圧縮機に導く第4の配管とを備えた冷凍サイクル装置も本発明に含まれるものである。 The heat exchanger, a compressor that compresses the refrigerant, a first pipe that guides the refrigerant compressed by the compressor to the heat transfer pipe as the second fluid, and a refrigerant that has flowed through the heat transfer pipe A second pipe for guiding, a pressure reducing mechanism for depressurizing the refrigerant flowing through the second pipe, a third pipe for guiding the refrigerant depressurized by the pressure reducing mechanism, and evaporating the refrigerant flowing through the third pipe A refrigeration cycle apparatus including an evaporator and a fourth pipe that guides the refrigerant evaporated in the evaporator to the compressor is also included in the present invention.
また、上記冷凍サイクル装置を備え、前記第1の流体は水であり、前記熱交換器において温水を生成する給湯機も本発明に含まれるものである。 Further, the present invention includes a water heater that includes the refrigeration cycle apparatus, wherein the first fluid is water, and generates hot water in the heat exchanger.
本発明によれば、箱体の外側に伝熱管を巻き付けてなる熱交換器において、分流器を用いることなく、熱交換する流体同士を実質的に対向流化させ、熱交換性能を向上させることが可能となる。 According to the present invention, in a heat exchanger in which a heat transfer tube is wound around the outside of a box, the heat exchange fluids are substantially counterflowed without using a flow divider, and heat exchange performance is improved. Is possible.
<第1実施形態>
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、実施形態に係る給湯機100の概略構成を示す図である。図1に示すように、給湯機100は、ヒートポンプ式の冷媒回路50を熱源とする給湯機である。この給湯機100は、冷媒回路50と、水加熱回路60と、水利用回路70とを備えている。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a
冷媒回路50は、圧縮機51、給湯熱交換器10、膨張機52および室外熱交換器53が冷媒配管54を介して順に接続されることによって構成されている。冷媒回路50には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。なお、冷媒としての二酸化炭素は、冷媒回路50の高圧側部分(圧縮機51から給湯熱交換器10を経て膨張機52に至る部分)において、超臨界状態となる。ただし、冷媒の種類は特に限定されず、超臨界状態とならない冷媒であってもよい。冷媒回路50の冷媒は、圧縮機51で圧縮された後、給湯熱交換器10において放熱し、膨張機52で減圧された後、室外熱交換器53で蒸発し、その後、再び圧縮機51に戻る。
The
水加熱回路60は、貯湯タンク61の水を加熱する回路である。水加熱回路60は、循環ポンプ62と貯湯タンク61と上述した給湯熱交換器10とを備えている。貯湯タンク61から流出した水は、給湯熱交換器10において冷媒と熱交換し、この冷媒によって加熱される。加熱された水は高温水となり、循環ポンプ62を経て貯湯タンク61に戻る。このような水の循環動作により、貯湯タンク61に高温の水が貯留される。
The water heating circuit 60 is a circuit that heats the water in the hot
水利用回路70は、貯湯タンク61の水を利用するための回路である。水利用回路70には、温度調整バルブ71と、貯湯タンク61の水を利用する各種機器とが設けられている。
The
図2は、給湯熱交換器10を模式的に示す斜視図である。この図2では、給湯熱交換器10の一部を切り欠いて示している。図2に示すように、給湯熱交換器10は、薄型の直方体形状の箱体20を備えている。この箱体20は、平板状の上プレート21と、皿状の下プレート22とを備えている。なお、本実施形態における前後、上下、左右の各方向は、説明の便宜上の方向であり、必ずしも給湯熱交換器10の設置状態の各方向を示す訳ではない。上プレート21は銅板を矩形状に切り出すことにより形成されている。また、下プレート22は、銅板を浅底容器形に絞り成形することにより形成されている。そして、箱体20は、上プレート21および下プレート22の周縁部21a,22aを互いにロー付け等により接合することによって形成されている。箱体20の上下方向をZ方向、前後方向(箱体20の長手方向)をY方向、Z方向およびY方向と直交する左右方向をX方向とすると、下プレート22の周縁部22aにおける左前部分には、水の導入口27が形成されている。また、上プレート21の周縁部21aにおける左後部分には、水の導出口28が形成されている。ただし、導入口27および導出口28の位置は何ら限定されない。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the hot water
箱体20内には、箱体20の内部空間を前後に仕切る複数の第1の仕切板23,24が配置されている。第1の仕切板23,24は、それぞれ左右方向に延びており、互いに前後方向に平行に配置されている。これら第1の仕切板23,24によって、箱体20の内部には、左右方向に延びる複数の領域33が形成されている。隣り合う領域33は、各領域33の左右方向の一端側または他端側において連通している。これにより、これら複数の領域33は、導入口27から導出口28に至る蛇行流路30を形成している。
In the
第1の仕切板23,24の上下方向の中途部には、左右方向に延びる第2の仕切板34が接合されている。第2の仕切板34によって、各領域33は、上側流路31と下側流路32とに仕切られている。第2の仕切板34の左端側または右端側は、箱体20の内側面から離隔している。これにより、上側流路31と下側流路32とは、左端側または右端側において上下に連通している。その結果、各領域33には、上下2段の往復路(上側流路31および下側流路32)が形成されている。なお、上側流路31の流れ方向と下側流路32の流れ方向とは、対向している。
A
次に、第1の仕切板23,24および第2の仕切板34の詳細な構成を説明する。図3(a)は、第1の仕切板23および第2の仕切板34を示す斜視図であり、図3(b)は、第1の仕切板24および第2の仕切板34を示す斜視図である。
Next, the detailed structure of the
図3(a)に示すように、第1の仕切板23は、左右方向に長い薄板状に形成された垂直部23aと、垂直部23aの上端から後方に向かって折れ曲がった上側屈曲部23eと、垂直部23aの下端から後方に向かって折れ曲がった下側屈曲部23fとによって形成されている。垂直部23aの上下方向の中間位置には、左右方向に延びるスリット孔23gが形成されている。スリット孔23gの右端は、垂直部23aの右端よりも左側に位置している。垂直部23aの左端であって上下方向中間位置よりも上側には、切り欠き23hが形成されている。
As shown in FIG. 3A, the
第2の仕切板34は、第1の仕切板23のスリット孔23gに嵌め込まれている。第2の仕切板34は、左右方向に長い薄板状に形成された水平部23bと、水平部23bの後端から下方に向かって折れ曲がった後側屈曲部23cと、水平部23bの前端から下方に向かって折れ曲がった前側屈曲部23dとによって形成されている。
The
第2の仕切板34の後側屈曲部23cの前側面と第1の仕切板23の垂直部23aの後側面とは、ロー付け等により接合されている。これにより、第2の仕切板34と第1の仕切板23とは、一体化されている。
The front side surface of the rear
前述したように、スリット孔23gの右端は、第1の仕切板23の右端よりも左側に位置している。そのため、第2の仕切板34の右端も第1の仕切板23の右端よりも左側に位置している。これにより、第2の仕切板34の右側に、上側流路31と下側流路32とをつなぐ上下方向のUターン流路35が形成されている。また、前述したように、第1の仕切板23の左上部分には、切り欠き23hが設けられている。これにより、第1の仕切板23の前側の上側流路31と後側の上側流路31とをつなぐ前後方向のUターン流路36が形成されている。
As described above, the right end of the
図3(b)に示すように、第1の仕切板24は、第1の仕切板23とほぼ同様の構成を有している。第1の仕切板23と第1の仕切板24との相違点は、第1の仕切板23では切り欠き23hが左上部分に形成されていたのに対し、第1の仕切板24では、切り欠き24hが左下部分に形成されていることである。第1の仕切板24では、切り欠き24hによって、第1の仕切板24の前側の第2流路部32と後側の第2流路部32とをつなぐ前後方向のUターン流路37が形成されている。なお、図3において、上側流路31、下側流路32およびUターン流路35、36、37における流体(水)の流方向を矢印にて示している。
As shown in FIG. 3B, the
図2に示すように(なお、図2では、第1の仕切板23および第1の仕切板24の上側屈曲部23eおよび下側屈曲部23f、第2の仕切板34の前側屈曲部23d等の図示は省略している)、第1の仕切板23および第1の仕切板24は、前後方向に交互に並べられている。これにより、箱体20の内部に、複数の領域33からなる蛇行流路30が形成され、各領域33に上側流路31および下側流路32からなる上下二段の往復路が形成される。
As shown in FIG. 2 (in FIG. 2, the upper
図示は省略するが、第1の仕切板23および第1の仕切板24の上側屈曲部23eは、上プレート21の内面にロー付け等により接合されている。また、第1の仕切板23および第1の仕切板24の下側屈曲部23fは、下プレート22の内面にロー付け等により接合されている。また、第2の仕切板34の前側屈曲部23dの前面は、隣り合う第1の仕切板23または第1の仕切板24の背面にロー付け等によって接合されている。ただし、これらの接合は必ずしも必要ではなく、所定の熱交換能力が得られる限り適宜に省略することが可能である。
Although not shown, the upper
箱体20の外側には、伝熱管40が巻きかけられている。本実施形態では、伝熱管40は分岐しておらず、全体として一つの流路を形成している。伝熱管40は、箱体20の各領域33の長手方向(図中、左右方向)に沿うように配置されている。伝熱管40のうち、箱体20の上面および下面に沿って左右方向に配置されている直線部分40aは、箱体20とロー付け等によって接合されている。一方、伝熱管40のうち、箱体20の前後方向に沿って配置されている湾曲部分40b、および、箱体20の上下方向に沿って配置されている湾曲部分40cは、箱体20と接合されていない。本実施形態では、直線部分40aは単管によって形成され、湾曲部分40bおよび40cは、それら単管を接続するUベンドによって形成されている。このような構成とすることにより、製造工程が簡略化され、製造が容易となる。なお、本実施形態において、箱体20、仕切部材23、24および伝熱管40は、全て銅製であるが、これに限定されず、熱伝導率の良好な部材であれば、種々の材料を採用することができる。
A
図4は、図2に示した蛇行流路30における上側流路31および下側流路32の流体(水)の流れ方向、ならびに、伝熱管40内の冷媒の流れ方向を説明するための説明図である。図4では、上側流路31および下側流路32をそれぞれ上方から見た平面図として示している。また、図4では、上側流路31および下側流路32内を流れる水の流れ方向を細線で示しており、伝熱管40内を流れる冷媒の流れ方向を太線で示している。なお、伝熱管40内の冷媒の流れ方向を示す太線のうち、破線になっているものは、伝熱管40が箱体20(図2参照)の下側に配置されていることを示している。
FIG. 4 is an explanation for explaining the flow direction of the fluid (water) in the
図4に示すように、伝熱管40は、蛇行流路30に沿って配置されている。蛇行流路30のうち、箱体20の左右方向に延びる上側流路31および下側流路32における流体の流れ方向は、伝熱管40の直線部分40a内の流体の流れ方向と逆方向である。したがって、蛇行流路30の上側流路31および下側流路32内の流体と、伝熱管40の直線部分40a内の流体とは全て対向流となっている。
As shown in FIG. 4, the
また、蛇行流路30のうち、箱体20の前後方向に延びるUターン流路36およびUターン流路37内の流体の流れ方向は、伝熱管40の湾曲部分40b内の流体の流れ方向と逆方向である。
Further, in the
さらに、図4には示されていないが、蛇行流路30のうち、箱体20の上下方向に延びるUターン流路35(図3参照)内の流体の流れ方向は、伝熱管40の湾曲部分40c(図2参照)内の流体の流れ方向と逆方向である。すなわち、実施形態に係る給湯熱交換器10は、導入口27から導出口28へ至る蛇行流路30の全部について、伝熱管40と対向流となっている。
Further, although not shown in FIG. 4, the flow direction of the fluid in the U-turn flow path 35 (see FIG. 3) extending in the vertical direction of the
蛇行流路30内を流れる流体(水)は、まず、導入口27から下側流路32内に入る。そして、下側流路32内を右方向へ進んだ後、下側流路32の右端部からUターン流路35(図3参照)を上方へ進み、その後、上側流路31内を左方向へ進む。上側流路31の左端部に到達すると、その後、Uターン流路36を後方に進んだ後、上側流路31内の左端部から右方向へ進む。上側流路31の右端部に到達すると、Uターン流路35(図3参照)を下方へ進み、下側流路32の右端部に到達する。下側流路32の右端部に到達すると、下側流路32内を左方向に進んだ後、Uターン流路37を後方に進み、下側流路32の左端部に到達する。その後、同様にして、下側流路32、Uターン流路35、上側流路31、Uターン流路36、上側流路31、Uターン流路35、下側流路32、Uターン流路37の順に繰り返し進んでいき、上側流路31の左端部の導出口28に至る。
The fluid (water) flowing through the
一方、伝熱管40を流れる冷媒は、まず、導出口28が形成されている部分から、上側流路31に沿って右方向に進む。そして、上側流路31の右端部からUターン流路35に沿って下方向に進んだ後、下側流路32に沿って左方向に進む。下側流路32の左端部に達すると、その後、Uターン流路37に沿って前方に進んだ後、下側流路32に沿って右方向に進む。下側流路32の右端部に達すると、Uターン流路35に沿って上方向に進んだ後、上側流路31に沿って左方向に進む。その後、Uターン流路36に沿って前方に進み、上側流路31の左端部に達する。その後、同様にして、上側流路31、Uターン流路35、下側流路32、Uターン流路37、下側流路32、Uターン流路35、上側流路31、Uターン流路36の順に繰り返し進んでいき、下側流路32の左端部の導入口27が形成されている部分に至る。
On the other hand, the refrigerant flowing through the
以上説明したように、実施形態に係る給湯熱交換器10では、蛇行流路30における伝熱管40との接合部分の全体、すなわち、上側流路31および下側流路32の全体において、蛇行流路30を流れる水と伝熱管40を流れる冷媒とが対向流となっている。そのため、熱交換性能を向上させることができる。
As described above, in the hot water
また、本実施形態では、伝熱管40は分岐しておらず、全体として一つの流路を形成している。そのため、対向流化に際して、冷媒の分流は不要である。したがって、分流に起因して圧力損失がばらつくことを防止しつつ、熱交換性能を向上させることが可能となる。
Moreover, in this embodiment, the
なお、本実施形態では、蛇行流路30の全体で対向流化を実現しているが、熱交換性能の向上を図ることができる限り、蛇行流路30の一部が並行流化あるいは直交流化されていてもよい。例えば、伝熱管40における箱体20と接触している部分の大半(例えば55%以上)にわたって、伝熱管40内の冷媒と蛇行流路30内の水とが対向流化されていてもよい。
In this embodiment, counterflow is realized in the entire
また、本実施形態では、箱体20の上面および下面の左右方向に配置されている伝熱管40の直線部分40aのみが、箱体20と接合されていた。しかし、箱体20の前後方向に沿って配置されている湾曲部分40b、および、箱体20の上下方向に沿って配置されている湾曲部分40cも箱体20と接合されていてもよいことは勿論である。この場合、熱交換率を更に向上させることができる。
Further, in the present embodiment, only the
<第2実施形態>
図5(a)は、第2実施形態に係る第1の仕切板23および第2の仕切板34を示す斜視図であり、図5(b)は、第2実施形態に係る第1の仕切板24および第2の仕切板34を示す斜視図である。
Second Embodiment
FIG. 5A is a perspective view showing the
図5(a)および(b)に示すように、第2実施形態では、第1の仕切板23,24の垂直部23a,24aには、薄板形状のインナーフィン45がロー付け等により接合されている。インナーフィン45は、第2の仕切板34の上下にそれぞれ2枚ずつ、第2の仕切板34と平行に設けられている。なお、このインナーフィン45は銅製である。ただし、インナーフィン45の材質としては、これに限定されず、他の部材であってもよい。
As shown in FIGS. 5A and 5B, in the second embodiment, thin plate-like
このように、第2実施形態では、蛇行流路30内にインナーフィン45が設けられている。そのため、伝熱面積を増大させることができ、給湯熱交換器10の熱交換性能を更に向上させることができる。
Thus, in the second embodiment, the
<第3実施形態>
図6(a)は、第3実施形態に係る第1の仕切板23および第2の仕切板34を示す斜視図であり、図6(b)は、第3実施形態に係る第1の仕切板24および第2の仕切板34を示す斜視図である。
<Third Embodiment>
FIG. 6A is a perspective view showing the
図6(a)および(b)に示すように、第3実施形態は、第2実施形態(図5参照)と同様に、垂直部23a,24aにインナーフィン45が固定されている。ただし、本実施形態では、インナーフィン45には、左右方向に所定間隔をあけて配置された複数の孔45aが形成されている。孔45aは、本発明にいう乱流促進部に該当する。この孔45aが形成されることにより、蛇行流路30内の流体の流れを攪拌させることができ、給湯熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。また、インナーフィン45に形成された孔45aにより流体の流れを攪拌させる構成であるため、簡易な作業で乱流促進部を形成することができる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the third embodiment, as in the second embodiment (see FIG. 5), the
ただし、インナーフィン45における乱流促進部は、前記孔45aに限定される訳ではない。例えば、インナーフィン45に突起等の乱流促進体を設けることによって、乱流促進部を形成するようにしてもよい。
However, the turbulent flow promoting portion in the
<第4実施形態>
ところで、蛇行流路30内を流れる流体が水である場合、水分中に含まれるカルシウムの析出が問題となる。特に、加熱されて高温となった水が流れる部分、すなわち、蛇行流路30の導出口28付近での析出が問題となる。そこで、本実施形態においては、導出口28側の流路断面積を導入口27側の流路断面積よりも大きくすることとした。なお、この場合、導入口27側から導出口28側に向かって流路断面積を段階的に大きくすることが望ましい。
<Fourth embodiment>
By the way, when the fluid flowing through the
導出口28側の流路断面積を導入口27側の流路断面積よりも大きくする方法は特に限定されない。一例として、図7(a)および(b)に示すように、導出口28側に設けられるインナーフィン45の数を、導入口27側に設けられる数よりも少なくするようにしてもよい。図7(a)は、導入口27側に設けられる第1の仕切板23(または第1の仕切板24)である。この第1の仕切板23では、インナーフィン45が第2の仕切板34の上下にそれぞれ2枚ずつ設けられている。一方、図7(b)は、導出口28側に設けられる第1の仕切板23(または24)である。この第1の仕切板23では、インナーフィン45が第2の仕切板34の上下にそれぞれ1枚ずつ設けられている。当該方法では、簡易な構成で導出口28の流路断面積を大きくすることができる。
There is no particular limitation on the method of making the flow path cross-sectional area on the
<第5実施形態>
また、導出口28側の流路断面積を導入口27側の流路断面積よりも大きくする他の方法として、流路幅を変更する方法がある。例えば、図8に示すように、導出口28側における隣接する第1の仕切板23、24同士の間隔、もしくは、第1の仕切板23または24と箱体20の内側との間隔(出口側流路幅)を、導入口27側における隣接する第1の仕切板23、24同士の間隔、もしくは、第1の仕切板23または24と箱体20の内側との間隔(入口側流路幅)よりも広くしてもよい。図8に示すように、流路幅が導入口27から導出口28にかけて段階的に広くなるようにしてもよい。
<Fifth Embodiment>
As another method for making the flow passage cross-sectional area on the
また、導出口28側の流路断面積を導入口27側の流路断面積よりも大きくする他の方法として、導出口28側における上プレート21と下プレート22との間隔(流路高さ)を、導入口27側における間隔よりも大きくしてもよい。当該方法では、上プレート21および下プレート22の成形形状を調整する簡易な方法で導出口28の流路断面積を大きくすることができる。
As another method for making the flow passage cross-sectional area on the
なお、本実施形態における上プレート21および下プレート22(図2参照)は、それぞれ本発明にいう第1および第2の伝熱板に該当する。この第1および第2の伝熱板は、全体として略板形状であればよく、必ずしも平板形状のものに限定されない。例えば、湾曲板形状であってもよく、屈曲板形状であってもよい。また、本実施形態のように下プレート22が皿状に形成されていてもよく、この他、第1および第2の伝熱板の形状として種々の形状を採用することができる。
In addition, the upper plate 21 and the lower plate 22 (refer FIG. 2) in this embodiment correspond to the 1st and 2nd heat exchanger plate said to this invention, respectively. The first and second heat transfer plates may have a substantially plate shape as a whole, and are not necessarily limited to a flat plate shape. For example, a curved plate shape or a bent plate shape may be used. Moreover, the
また、本実施形態において、箱体20は薄型の直方体形状であるが、本発明において、箱体の形状は直方体形状に限定されず、種々の形状を採用することができる。例えば、図9に示す箱体320のように、側面320aが外側に突出するように湾曲した形状であってもよい。また、扁平した円筒形状等であってもよい。なお、図9では、箱体320に巻きかけられた伝熱管40が示されている。
In the present embodiment, the
また、実施形態1〜5においては、単に、箱体20の外側に伝熱管40が巻きかけられ、箱体20と伝熱管40はロー付け等によって接合されていると説明した。さらに、箱体20と伝熱管40の間の熱交換を促進するために、図13に示すような熱交換器の構成としても良い。すなわち、箱体20と伝熱管40の接触面積を増加させるため、予めプレス等の方法で、箱体40に窪みを形成し、この窪みに沿うように、伝熱管を巻きつけた構成としても良い。この場合も箱体20と伝熱管40との接着はロー付け等である。
Further, in the first to fifth embodiments, it has been described that the
以上説明したように、本発明は、熱交換器、冷凍サイクル装置および給湯機等について有用である。 As described above, the present invention is useful for heat exchangers, refrigeration cycle apparatuses, water heaters, and the like.
10 給湯熱交換器(熱交換器)
20 箱体
21 上プレート(第1の伝熱板)
22 下プレート(第2の伝熱板)
23,24 第1の仕切板
27 入口
28 出口
30 蛇行流路
31 上側流路(第1流路部)
32 下側流路(第2流路部)
33 領域
34 第2の仕切板
35,36,37 Uターン流路
40 伝熱管
45 インナーフィン
45a 孔(乱流促進部)
50 冷媒回路
60 水加熱回路
70 水利用回路
100 給湯機
10 Hot water supply heat exchanger (heat exchanger)
20 Box 21 Upper plate (first heat transfer plate)
22 Lower plate (second heat transfer plate)
23, 24
32 Lower channel (second channel)
33
50 Refrigerant circuit 60
Claims (14)
前記箱体の内部における前記第1の伝熱板の内面と前記第2の伝熱板の内面との間の空間を区画することにより、それぞれ所定方向に延びかつ前記所定方向と交差する方向に並ぶ複数の領域を有するとともに前記導入口から前記導出口に至る蛇行流路を形成する複数の第1の仕切板と、
前記複数の領域のうち少なくとも一つの領域内に設けられ、当該領域を前記第1の伝熱板側の第1流路部と前記第2の伝熱板側の第2流路部とに仕切ることによって当該領域内に前記第1流路部および前記第2流路部からなる往復路を形成する第2の仕切板と、
前記第1の流体と熱交換する第2の流体を導く伝熱管であって、前記第1流路部における前記第1の伝熱板の外面に接触しかつ前記第1流路部に沿って延びる第1の伝熱管構成部と、前記第2流路部における前記第2の伝熱板の外面に接触しかつ前記第2流路部に沿って延びる第2の伝熱管構成部とを有し、前記第1の伝熱管構成部の流れ方向と前記第2の伝熱管構成部の流れ方向とが対向するように前記箱体に巻き付けられた伝熱管と、
を備えた熱交換器。 A second heat transfer plate formed on the opposite side of the first heat transfer plate and the first heat transfer plate is formed with an introduction port for introducing the first fluid and an outlet port for deriving the first fluid. A hermetically sealed box having
By dividing the space between the inner surface of the first heat transfer plate and the inner surface of the second heat transfer plate inside the box body, the space extends in a predetermined direction and crosses the predetermined direction. A plurality of first partition plates having a plurality of regions arranged and forming a meandering flow path from the inlet to the outlet;
It is provided in at least one of the plurality of regions, and the region is partitioned into a first flow path portion on the first heat transfer plate side and a second flow path portion on the second heat transfer plate side. A second partition plate forming a reciprocating path composed of the first flow path part and the second flow path part in the region,
A heat transfer tube for guiding a second fluid that exchanges heat with the first fluid, the heat transfer tube being in contact with an outer surface of the first heat transfer plate in the first flow path section and along the first flow path section. A first heat transfer tube component extending; and a second heat transfer tube component contacting the outer surface of the second heat transfer plate in the second flow channel and extending along the second flow channel. And the heat transfer tube wound around the box so that the flow direction of the first heat transfer tube component and the flow direction of the second heat transfer tube component are opposed to each other,
With heat exchanger.
前記第1の領域の第1流路部と前記第2の領域の第1流路部とが連通し、
前記第2の領域の第2流路部と前記第3の領域の第2流路部とが連通している、請求項1に記載の熱交換器。 The plurality of regions include first, second and third regions in which the first flow path part and the second flow path part are respectively formed and arranged in a direction intersecting the predetermined direction.
The first channel portion of the first region and the first channel portion of the second region communicate with each other,
2. The heat exchanger according to claim 1, wherein the second flow path part of the second region and the second flow path part of the third region communicate with each other.
前記出口側領域の流路断面積は、前記入口側領域の流路断面積よりも大きい、請求項1に記載の熱交換器。 The plurality of regions include an inlet side region facing the inlet and an outlet side region facing the outlet.
2. The heat exchanger according to claim 1, wherein a channel cross-sectional area of the outlet side region is larger than a channel cross-sectional area of the inlet side region.
前記出口側領域における前記第1の仕切板の配置方向に沿った長さである出口側流路幅は、前記入口側領域における前記第1の仕切板の配置方向に沿った長さである入口側流路幅よりも広い、請求項7に記載の熱交換器。 The plurality of first partition plates are arranged in parallel to each other,
The outlet side flow path width that is the length along the arrangement direction of the first partition plate in the outlet side region is the inlet that is the length along the arrangement direction of the first partition plate in the inlet side region. The heat exchanger according to claim 7, wherein the heat exchanger is wider than the side flow path width.
前記各第1の仕切板には、1または2以上のフィンが設けられ、
前記出口側領域のフィンの枚数は、前記入口側領域のフィンの枚数よりも多い、請求項7に記載の熱交換器。 The plurality of first partition plates are arranged in parallel to each other,
Each first partition plate is provided with one or more fins,
The heat exchanger according to claim 7, wherein the number of fins in the outlet side region is larger than the number of fins in the inlet side region.
前記箱体の内部には、それぞれ所定方向に延びかつ前記所定方向と交差する方向に並ぶ複数の領域を有する蛇行流路が形成され、
前記伝熱管は、前記箱体の表側および裏側のいずれにおいても前記各領域の長手方向に沿うように配置され、
前記各領域には、前記箱体内を流れる第1の流体の流れ方向と前記伝熱管内を流れる第2の流体の流れ方向とが対向流となるように、表側および裏側の流路からなる往復路が形成されている熱交換器。 A box body in which the first fluid flows; and a heat transfer tube that is wound around the outside of the box body and in which the second fluid flows, and heats the first fluid and the second fluid. A heat exchanger to be exchanged,
Inside the box, a meandering channel having a plurality of regions extending in a predetermined direction and arranged in a direction intersecting the predetermined direction is formed,
The heat transfer tube is arranged along the longitudinal direction of each region on both the front side and the back side of the box,
In each of the regions, a reciprocal flow composed of a front-side flow channel and a back-side flow channel so that the flow direction of the first fluid flowing in the box body and the flow direction of the second fluid flowing in the heat transfer tube are opposed to each other. A heat exchanger in which a path is formed.
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を前記第2の流体として前記伝熱管に導く第1の配管と、
前記伝熱管を流れた冷媒を導く第2の配管と、
前記第2の配管を流れた冷媒を減圧させる減圧機構と、
前記減圧機構で減圧した冷媒を導く第3の配管と、
前記第3の配管を流れた冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記圧縮機に導く第4の配管と、
を備えた冷凍サイクル装置。 A heat exchanger according to claim 1;
A compressor for compressing the refrigerant;
A first pipe for guiding the refrigerant compressed by the compressor to the heat transfer pipe as the second fluid;
A second pipe for guiding the refrigerant flowing through the heat transfer pipe;
A decompression mechanism for decompressing the refrigerant flowing through the second pipe;
A third pipe for guiding the refrigerant decompressed by the decompression mechanism;
An evaporator for evaporating the refrigerant flowing through the third pipe;
A fourth pipe for guiding the refrigerant evaporated in the evaporator to the compressor;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記第1の流体は水であり、前記熱交換器において温水を生成する給湯機。 A refrigeration cycle apparatus according to claim 13,
The water heater in which the first fluid is water and generates hot water in the heat exchanger.
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