JP2008032382A - 熱交換器、冷凍サイクル装置および給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】分流器を用いることなく、熱交換される流体を実質的に全て対向流化させ、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。
【解決手段】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が箱体２０内に配置されている。箱体２０内に形成された蛇行流路３０は、左右方向に延びる複数の領域３３が前後方向に並んで配置されて形成されている。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が水平に接合されている。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。箱体２０の外面には伝熱管４０が巻きかけられている。この伝熱管４０は、蛇行流路３０内を流れる水と伝熱管４０内を流れる冷媒とが対向流となるように、箱体２０の各領域３３の長手方向に沿うように配置されている。
【選択図】図２

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。

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。

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）。

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。
特開２００３−３１４９７５号公報 特開２００４−２０５０６０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、前記第２の流体は二酸化炭素であってもよい。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

実施形態に係る給湯機の概略構成を示す図 給湯熱交換器を示す斜視図 （ａ）および（ｂ）は、第１の仕切板および第２の仕切板を示す斜視図 蛇行流路における上側流路および下側流路の流体の流れ方向、および、伝熱管内の冷媒の流れ方向を説明するための説明図 （ａ）および（ｂ）は、第２実施形態に係る第１の仕切板および第２の仕切板を示す斜視図 （ａ）および（ｂ）は、第３実施形態に係る第１の仕切板および第２の仕切板を示す斜視図 （ａ）および（ｂ）は、第４実施形態に係る第１の仕切板および第２の仕切板を示す斜視図 第５実施形態に係る蛇行流路を示す平面図 本発明の変形例に係る給湯熱交換器を示す斜視図 従来技術に係る熱交換器を示す分解斜視図 従来技術に係る熱交換器の平面図 従来技術に係る熱交換器の内部に形成された蛇行流路を示す図 本発明の変形例に係る給湯熱交換器を示す斜視図

符号の説明

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

Claims (14)

1. 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、
   を備えた熱交換器。
2. 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る、請求項１に記載の熱交換器。
3. 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る、請求項１に記載の熱交換器。
4. 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る、請求項１に記載の熱交換器。
5. 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る、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記フィンに孔が形成されている、請求項４に記載の熱交換器。
7. 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い、請求項１に記載の熱交換器。
8. 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、請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記複数の第１の仕切板は、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。
10. 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る、請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記第２の流体は二酸化炭素である、請求項１に記載の熱交換器。
12. 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熱交換器。
13. 請求項１に記載の熱交換器と、
    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。
14. 請求項１３に記載の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。

Images