JP6596660B2 - 熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置、ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

従来、この種の熱交換器は、冷凍サイクルにおいて、放熱器、減圧手段との間の高圧側冷媒（第一の流体）と、蒸発器、圧縮機との間の低圧側冷媒（第二の流体）とを熱交換する内部熱交換器等に用いられており、図５に示す構成をしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の熱交換器を示す図である。内部熱交換器は、内部を第一の流体が流れる第一配管１３ａと前記第一配管１３ａと並行に外接し、第二流体が流れる第二配管１３ｂとから構成されている。

特開２００８−１９０７６３号公報

しかしながら、前記従来における構成においては、圧縮機運転時の振動あるいは搭載される機器の運送時の振動等に対する熱交換器の耐久性の向上等に関しては、記載されていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、配管に生じる応力に対する耐久性を向上させた熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の熱交換器は、内部を第一の流体が流れ、金属から形成されている第一配管と、前記第一配管と並行に配置され、内部を第二流体が流れ、金属から形成されている第二配管と、前記第一配管および/または前記第二配管の端部と接続している接続管と、を備え、前記第一配管と前記第二配管とは、外接するようにはんだにて接合されており、かつ、前記端部が前記接続管に挿入接続される配管と、前記端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管との間には、前記接続管に前記配管の端部を挿入できる隙間が設けられており、前記接続管は、前記端部が挿入接続されている配管とロウ材にて接合されているとともに、前記接続管は、前記端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管とは、前記ロウ材にて外周接合されている構成としたことを特徴とするものである。

これにより、前記熱交換器が搭載された機器において、圧縮機運転時の振動、または、機器の運送時の振動により、熱交換器の配管に生じる応力を、配管の接合部を増やすことで減少させることができ、耐久性を向上させた熱交換器を提供できる。

本発明によれば、配管に生じる応力に対する耐久性を向上させた熱交換器を提供できる。

本発明の実施の形態１における熱交換器の一部概要図 同熱交換器の全体概要図 本発明の実施の形態１の発明における熱交換器を搭載したヒートポンプ給湯装置の回路構成図 本発明の実施の形態１における熱交換器を搭載した機器の全体概要図 従来の内部熱交換器の概要図

第１の発明は、内部を第一の流体が流れ、金属から形成されている第一配管と、前記第一配管と並行に配置され、内部を第二流体が流れ、金属から形成されている第二配管と、前記第一配管および/または前記第二配管の端部と接続している接続管と、を備え、前記第一配管と前記第二配管とは、外接するようにはんだにて接合されており、かつ、前記端部が前記接続管に挿入接続される配管と、前記端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管との間には、前記接続管に前記配管の端部を挿入できる隙間が設けられており、前記接続管は、前記端部が挿入接続されている配管とロウ材にて接合されているとともに、前記接続管は、前記端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管とは、前記ロウ材にて外周接合されている構成としたことを特徴とする熱交換器である。

これにより、前記熱交換器が搭載された機器において、圧縮機運転時の振動、または、機器の運送時の振動により、熱交換器の配管に生じる応力を、配管の接合部を増やすことで減少させることができ、その結果、繰り返し応力に対する耐久性を向上させた熱交換器を提供できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記接続管は、前記第一配管または前記第二配管の両端部と接続しており、かつ、前記接続管は、前記両端部にて接続している配管と、前記ロウ材にて接合されているとともに、前記接続管は、前記両端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管とは、前記ロウ材にて外周接合されている構成としたことを特徴とするものである。

これにより、前記熱交換器が搭載された機器において、圧縮機運転時の振動、または、機器の運送時の振動により、熱交換器の配管に生じる応力を、熱交換器全体で支持することで減少させることができ、その結果、繰り返し応力に対する耐久性を向上させた熱交換器を提供できる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記接続管に端部が挿入接続されている配管との接合部近傍の前記接続管側に、前記接続管と前記端部にて非接続で並行する配菅は、曲げ終端部を有することを特徴とするものである。

これにより、前記接続管に前記接続する配管を挿入するとき、前記接続管側に、前記端部にて非接続で並行する配菅が、曲げ終端部を有することで、前記接続管に端部が挿入接続されている配管と前記接続管に非接続で並行な配菅との間との間隔が広がっていく形状となっていることで、その隙間から前記接続管に端部が接続されている配管を挿入し易いため、作業効率を向上できる。

第４の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルと、前記放熱器、前記減圧手段の間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器、前記圧縮機の間を流れる低圧側冷媒とを熱交換される内部熱交換器とを備え、前記内部熱交換器を第１〜第３のいずれかの発明の熱交換器とし、前記第一の流体は前記高圧側冷媒で、前記第二流体は前記低圧側冷媒であることを特徴とする冷凍サイクル装置である。

第５の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルを備え、前記放熱器は水を加熱する水冷媒熱交換器で、前記水冷媒熱交換器を第１〜第３のいずれかの発明の熱交換器とし、前記第一の流体は前記圧縮機からの吐出冷媒である高圧側冷媒で、前記第二流体は水であることを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。

第４、第５の発明により、第一配管の部分的に加わる応力が減少するため、細管化することができ、また、前記第二配管と接続管との外周接合（補強ロウ付け）により、接触部長さを大きくでき、その結果、熱交換器の性能向上および熱交換器の小型化を実現できる。

以下、添付の図を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の第１の実施の形態における並行管式熱交換器について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の並行管式熱交換器端部の概要図である。また、図２は、並行管式熱交換器概要図である。図３は、並行管式熱交換器を備えたヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。

ヒートポンプ給湯装置において、並行管式熱交換器は内部熱交換器、放熱器として用いられることが知られている。

ここで、本発明にかかる並行管式熱交換器が、ヒートポンプ給湯装置において、内部熱交換器として用いられているとして、以下その構成と動作について記述する。

図１において、並行管式内部熱交換器４０は、第一配管４１、第二配管４２、接続管４４から構成され、金属（銅、アルミニウム、鉄等）から形成されている。

図１において、並行管式内部熱交換器４０は、第一の流体が流れる第一配管４１と第二の流体が流れる第二配管４２とを並行に外接し、第一配管４１と第二配管４２とは、はんだ４３で接合されている。

この時、はんだ４３の接合長さは、第一配管４１の両端部を除く並行外接部の全体が、はんだ４３で接合されている。

また、第一配管４１の長さは、第二配管４２の曲げ終端部までの長さで構成されており、接続管４４に第一配管４１の両端部のそれぞれが挿入され、はんだ４３とは異なる接合材であるロウ４５で接合されている。

このとき、第一配管４１の長さは、第二配管４２の曲げ終端部までの長さで構成されているため、第一配管４１と第二配管４２との距離が広がる形状のため、接続管４４に第一配管４１の両端部のそれぞれを挿入しやすくなっている。

なお、第二配管４２と、第一配管４１の両端部のそれぞれの接続管４４とも、外周補強ロウ付け接合されている。

また、接続管４４の端部は、それぞれ、放熱器３０の出口と、減圧手段１３の入口へと接続されている。

並行管式内部熱交換器４０は、放熱器３０と減圧手段１３との間に配設された前記第一配管４１を流れる高圧側冷媒（第一の流体）と、蒸発器１４と圧縮機１１との間に配設された前記第二配管４２を流れる低圧側冷媒（第二の流体）との間で熱交換を行う。

図３において、このヒートポンプ給湯装置は、冷凍サイクル装置１０と、貯湯装置２０から構成されている。

冷凍サイクル装置１０は、圧縮機１１、放熱器３０、減圧手段１３、及び蒸発器１４をこの順に冷媒配管で環状に接続して冷凍サイクルが構成されている。

並行管式内部熱交換器４０は、放熱器３０と減圧手段１３との間に配設された前記第一配管４１を流れる高圧側冷媒（第一の流体）と、蒸発器１４と圧縮機１１との間に配設された前記第二配管４２を流れる低圧側冷媒（第二の流体）との間で熱交換を行う。

蒸発用ファン１７は、蒸発器１４に送風するための送風装置である。また、水用配管１８は、放熱器３０に貯湯水を導入し、放熱器３０で加熱された温水を導出する配管である。

貯湯装置２０は、貯湯タンク２１を備え、貯湯タンク２１の底部の水供給用配管２２は、水流量を調整する流量調整弁、水道側圧力を減圧する減圧弁、及び水の逆流を防止する逆止弁を介して水道管等の配管に接続されている。

また、貯湯装置２０は、水を、底部流出配管２３から、循環ポンプ２４、水用配管１８、放熱器３０、三方弁２７を経て、放熱器３０にて加熱された湯を、貯湯タンク２１へ戻す沸き上げ回路を有している。

給湯混合弁２８は、水供給用配管２２と貯湯タンク２１から出る給湯配管２９の混合部に設けられ、混合部にて設定温度に調節された水、または、お湯が供給用配管２６を流れる構成となっている。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その貯湯運転動作について説明する。

まず、冷凍サイクル装置１０は、貯湯タンク２１内の温水が所定量以下になったことを検出すると運転を開始する。

圧縮機１１で圧縮された冷媒は、放熱器３０、及び、並行管式内部熱交換器４０にて放熱した後に、減圧手段１３で減圧され、蒸発器１４及び並行管式内部熱交換器４０にて吸熱し、圧縮機１１に吸入される。

このとき、各冷媒配管には圧縮機１１運転による振動が伝わり、この振動により各冷媒配管に応力が加わる。

ここで、本実施の形態１のように、接続管４４に第一配管４１が挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、第二配管４２と接続管４４とも外周補強ロウ付け接合されている構成により、圧縮機１１の運転時の振動により加わる応力を、第一配管４１だけでなく、熱交換器４０全体で支持することができる。

なお、接続管４４に第一配管４１の両端部のそれぞれが挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、第二配管４２と、第一配管４１の両端部のそれぞれが挿入されている接続管４４とが、外周補強ロウ付け接合されていることで、さらにその効果は高まるのである。

このため、第一配管４１の部分的に加わる応力が、熱交換器４０へと分散され、第一配管４１に加わる応力が減少するため、第一配管４１の変形、折れを防止できるという効果を奏する。

また、製造されたヒートポンプ給湯装置は、大型車両（トラック等）によりヒートポンプ給湯装置を販売する各販売店舗に運送されるが、その運送時の振動により、各冷媒配管に応力が加わる。

ここで、本実施の形態１のように、接続管４４に第一配管４１が挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、第二配管４２と接続管４４とも外周補強ロウ付け接合されている構成とすることで、運送時の振動により加わる、第一配管の応力を、第一配管４１だけでなく、熱交換器４０全体でも支持することができる。

このため、第一配管４１に部分的に加わる応力が熱交換器４０全体へと分散され、第一配管４１に部分的に加わる応力が減少するため、第一配管４１の変形、折れを防止できるという効果を奏する。

さらに、第一配管４１に加わる応力が減少するため、第一配管４１を細管化することができ、熱交換器４０の小型化することが可能となり、その結果、内部関連部品の配置設計自由度が上がる効果を奏す。

なお、本実施の形態１においては、複数の接続管４４に第一配管４１の両端部が挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、それぞれの接続管４４が、端部にて接続されておらず、接続管４４と並行する第二配管４２とも外周補強ロウ付け接合されている構成について述べた。

なお、接続管４４に第一配管４１の一端部が挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、接続管４４が、端部にて接続されておらず、かつ、接続管４４と並行する第二配管４２とも外周補強ロウ付け接合されている構成でも、熱交換器の配管に生じる応力を、配管の接合部を増やすことで減少させることができ、その結果、繰り返し応力に対する耐久性を向上させた熱交換器を提供できるという効果は奏する。

また、接続管４４に第二配管４２の一端部あるいは両端部が挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、接続管４４が、端部にて接続されておらず、かつ、並行位置にある第一配管４１とも外周補強ロウ付け接合されている構成でも、前記効果は奏する。

さらには、第一配管４１の一端部と第二配管４２の他端部が、複数の接続管４４に挿入され、ロウ４５で接合されているとともに、それぞれの接続管４４が、端部にて接続されておらず、かつ、並行位置にある第一配管４１、第二配管４２とも外周補強ロウ付け接合されている構成であっても、前記効果は奏する。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、配管に生じる応力に対する耐久性を向上させているため、冷凍サイクル装置やヒートポンプ給湯装置などに用いられる熱交換器に適用できる。

１０ 冷凍サイクル装置
１１ 圧縮機
１３ 減圧手段
１４ 蒸発器
１７ 蒸発用ファン
１８ 水用配管
２０ 貯湯装置
２１ 貯湯タンク
２２ 水供給用配管
２３ 底部流出配管
２４ 循環ポンプ
２６ 供給用配管
２７ 三方弁
２８ 給湯混合弁
３０ 放熱器
４０ 並行管式内部熱交換器（熱交換器）
４１ 第一配管
４２ 第二配管
４３ はんだ（接合材）
４４ 接続管
４５ ロウ（接合材）

Claims (5)

1. 内部を第一の流体が流れ、金属から形成されている第一配管と、
   前記第一配管と並行に配置され、内部を第二流体が流れ、金属から形成されている第二配管と、
   前記第一配管および/または前記第二配管の端部と接続している接続管と、
   を備え、
   前記第一配管と前記第二配管とは、外接するようにはんだにて接合されており、かつ、
   前記端部が前記接続管に挿入接続される配管と、前記端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管との間には、前記接続管に前記配管の端部を挿入できる隙間が設けられており、
   前記接続管は、前記端部が挿入接続している配管とロウ材にて接合されているとともに、前記接続管は、前記端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管とは、前記ロウ材にて外周接合されている構成としたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記接続管は、前記第一配管または前記第二配管の両端部と接続しており、かつ、前記接続管は、前記両端部にて接続している配管と、前記ロウ材にて接合されているとともに、前記接続管は、前記両端部にて非接続で並行する前記第一配管または前記第二配管とは、前記ロウ材にて外周接合されている構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記接続管に端部が挿入接続されている配管との接合部近傍の前記接続管側に、前記接続管と前記端部にて非接続で並行する配菅は、曲げ終端部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルと、前記放熱器、前記減圧手段の間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器、前記圧縮機の間を流れる低圧側冷媒とを熱交換される内部熱交換器とを備え、前記内部熱交換器を請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器とし、前記第一の流体は前記高圧側冷媒で、前記第二流体は前記低圧側冷媒であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルを備え、前記放熱器は水を加熱する水冷媒熱交換器で、前記水冷媒熱交換器を請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器とし、前記第一の流体は前記圧縮機からの吐出冷媒である高圧側冷媒で、前記第二流体は水であることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。

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