JP6254364B2 - ヒートポンプ式給湯器用の熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換する一方の流体の流通路をキャピラリーチューブ（銅製細管）で形成し、他方の流体の流通路を管体で形成し、キャピラリーチューブと管体を互いに上下に当接させた熱交換器に関する。

冷媒を用いたヒートポンプ式給湯機用の熱交換器等、高温高圧のガス冷媒の流通路をキャピラリーチューブで形成した熱交換器がある。ヒートポンプ式給湯機用の熱交換器は、キャピラリーチューブを用いることで高圧冷媒に耐える構造とし、ガス冷媒が流通する一次側と、被加熱流体である水が流通する二次側とで熱交換し、水を加熱して給湯するものである。

従来、こうした熱交換器として、キャピラリーチューブと水が流通する管体とをコイル巻きして螺旋状に形成し、互いに当接させた構造のものがある。この熱交換器は、コイル巻きしたキャピラリーチューブと管体とを互いに当接させた状態で、管体でキャピラリーチューブを上下で挟んだサンドイッチ構造としたものである。また、管体に扁平管を用いて当接面積を増大させ、熱交換に寄与する伝熱面積の増大を図ったものも提案されている。

従来の熱交換器は、コイル巻きしたキャピラリーチューブと管体を絡ませて組み立て、組立品を加熱炉内に投入し、ろう付して製作される。この製作工程において、両管が互いに当接するように、管体にキャピラリーチューブを絡ませてサンドイッチ構造としていた。

特開２０１０−２２３５６８号公報

しかしながら、従来の熱交換器は、キャピラリーチューブを流通する高温高圧のガス冷媒と、管体を流通する被加熱流体の水との間で熱交換が行われるが、ガス冷媒から水への熱伝達を促進して、熱交換効率をさらに向上させたいという要望があった。

本発明は、高温高圧のガス冷媒の流通路をキャピラリーチューブで形成し、被加熱流体である水の流通路を管体で形成し、キャピラリーチューブと管体を互いに上下に当接させたヒートポンプ式給湯器用の熱交換器において、前記キャピラリーチューブと前記管体をコイル巻きして螺旋状に形成し、前記管体の前記キャピラリーチューブと当接していない外周面又は内周面に、前記管体の長手方向に沿って半球形状を有する複数の凸部を形成したことを特徴とする。

本発明の熱交換器によれば、管体のキャピラリーチューブと当接していない外周面又は内周面に、管体の長手方向に沿って半球形状を有する複数の凸部を形成したことにより管体内の流体が乱流になるので、熱伝達が促進されて熱交換効率を向上させることができる。また、このことにより、必要な熱交換能力における伝熱面積を小さくすることができ、材料費を削減することができる。

本発明の第１の実施形態における熱交換器の正面図である。 本発明の第１の実施形態における熱交換器の平面図である。 図２のＸ−Ｘ線における部分断面図である。 本発明の第１の実施形態における熱交換器の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態における熱交換器の部分断面図である。 本発明の第３の実施形態における熱交換器の平面図である。 本発明の第３の実施形態における熱交換器の部分断面図である。 本発明の第４の実施形態における熱交換器の部分断面図である。 本発明の第５の実施形態における熱交換器の部分断面図である。 本発明の第６の実施形態における熱交換器の部分断面図である。

図１乃至図４は、本発明の第１の実施形態における熱交換器を示した図であり、高温高圧のガス冷媒の流通路をキャピラリーチューブ１０で形成し、被加熱流体である水の流通路を管体２０で形成し、冷媒を用いたヒートポンプ式給湯器に組み込まれる熱交換器である。

管体２０には断面が略矩形の扁平管が用いられ、２本のキャピラリーチューブ１０，１０と管体２０を互いに上下に当接させた状態で、管体２０でキャピラリーチューブ１０，１０を上下で挟んだサンドイッチ構造としている。

そして、キャピラリーチューブ１０，１０と管体２０をコイル巻きして螺旋状に形成し、管体２０のキャピラリーチューブ１０，１０と当接していない外周面及び内周面に、螺旋状に延びた管体２０の長手方向に沿って複数のくさび形状を有した凹部２３を形成している。２本のキャピラリーチューブ１０，１０は互いに隣接し、当接させて状態で、同心円状にコイル巻きされている。

キャピラリーチューブ１０，１０の一端に入り口集合ヘッダー１１、他端に出口集合ヘッダー１２が設けられ、入り口集合ヘッダー１１から２本のキャピラリーチューブ１０，１０を通って出口集合ヘッダー１２に至るガス冷媒の流通路が形成される。一方、管体２０の一端に入口管２１、他端に出口管２２が設けられ、入口管２１から管体２０を通って出口管２２に至る水の流水路が形成されている。

本実施形態によれば、管体２０の外周面及び内周面に複数の凹部２３を形成したことにより、管体２０内を流通する水が乱流になるので、ガス冷媒から水への熱伝達が促進されて熱交換効率を向上させることができる。

以下では、他のいくつかの実施形態を説明するが、管体２０の構成を変更したものであり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。

図５は、本発明の第２の実施形態における熱交換器の管体２０の部分断面図である。第１の実施形態においては、外周面の凹部２３と内周面の凹部２３を螺旋状に延びた管体２０の長手方向に揃って形成されているが、本実施形態では外周面の凹部２３と内周面の凹部２３を螺旋状に延びた管体２０の長手方向に互いにずらして形成したものである。これにより、管体２０内を流通する水の乱流が更に複雑に変化するようになるので、ガス冷媒から水への熱伝達が促進されて熱交換効率を更に向上させることができる。

図６は、本発明の第３の実施形態における熱交換器の管体２０の平面図、図７はその部分断面図である。本実施形態は、管体２０のキャピラリーチューブ１０，１０と当接していない外周面及び内周面に複数の半球形状を有した凸部２４を形成したものであり、管体２０内を流通する水が乱流になるので、ガス冷媒から水への熱伝達が促進されて熱交換効率を向上させることができる。

図８は、本発明の第４の実施形態における熱交換器の管体２０の部分断面図である。第３の実施形態においては、外周面の凸部２４と内周面の凸部２４を螺旋状に延びた管体２０の長手方向に揃って形成しているが、本実施形態においては、外周面の凸部２４と内周面の凸部２４を螺旋状に延びた管体２０の長手方向に互いにずらして形成したものである。これにより、管体２０内を流通する水の乱流が更に複雑に変化するようになるので、ガス冷媒から水への熱伝達が促進されて熱交換効率を更に向上させることができる。

図９は、本発明の第５の実施形態における熱交換器の管体２０の部分断面図である。本実施形態においては、管体２０の外周面に、複数のくさび状を有した凹部２３を形成し、内周面に複数の半球形状を有した凸部２４を形成したものである。 また、逆に、管体２０の内周面に、複数のくさび状を有した凹部２３を形成し、外周面に複数の半球形状を有した凸部２４を形成してもよい。

図１０は、本発明の第６の実施形態における熱交換器の管体２０の部分断面図である。本実施形態においては、管体２０の外周面にくさび状を有した凹部２３と半球形状を有した凸部２４とを交互に形成し、管体２０の内周面にも、くさび形状を有した凹部２３と半球形状を有した凸部２４とを交互に形成したものである。

また、外周面の凹部２３と内周面の凹部２３は螺旋状に延びた管体２０の長手方向に互いにずらして形成され、外周面の凸部２４と内周面の凸部２４も管体２０の長手方向に互いにずらして形成される。こうすることにより、管体２０内を流通する水の乱流が、より一層複雑に変化するようになるので、ガス冷媒から水への熱伝達が促進されて熱交換効率をより一層向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、２本のキャピラリーチューブ１０，１０を用いているが、キャピラリーチューブ１０の本数は１本でもよく、３本以上に増やすこともできる。また、管体２０の凹部２３、凸部２４の形状は、乱流を形成するためにくさび形状、や半球形状とすることが適当であるが、これらの形状に限らず、他の形状を選択することもできる。

１０ キャピラリーチューブ
１１ 入り口集合ヘッダー
１２ 出口集合ヘッダー
２０ 管体
２１ 入口管
２２ 出口管
２３ 凹部
２４ 凸部

Claims (2)

1. 高温高圧のガス冷媒の流通路をキャピラリーチューブで形成し、被加熱流体である水の流通路を管体で形成し、キャピラリーチューブと管体を互いに上下に当接させたヒートポンプ式給湯器用の熱交換器において、
   前記キャピラリーチューブと前記管体をコイル巻きして螺旋状に形成し、前記管体の前記キャピラリーチューブと当接していない外周面又は内周面に、前記管体の長手方向に沿って半球形状を有する複数の凸部を形成したことを特徴とするヒートポンプ式給湯器用の熱交換器。
2. 前記外周面の凸部と前記内周面の凸部を前記管体の長手方向に互いにずらして形成したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯器用の熱交換器。

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