JP2010071550A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量で高効率な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器100は、第1流体が流れる複数の第1伝熱管13と、第1流体と熱交換するべき第2流体が流れる複数の第2伝熱管14とを備えている。第1伝熱管13は、渦の形状を有している。第2伝熱管14は、第1伝熱管13の中心の軌跡と当該第2伝熱管14の中心の軌跡とが並進対称の関係となるように、第1伝熱管13に対応した渦の形状を有している。第1伝熱管13と第2伝熱管14とが、各伝熱管の長手方向に沿って互いに接触するように交互に積み重ねられている。
【選択図】図1A lightweight and highly efficient heat exchanger is provided.
A heat exchanger includes a plurality of first heat transfer tubes through which a first fluid flows, and a plurality of second heat transfer tubes through which a second fluid to be exchanged with the first fluid flows. The first heat transfer tube 13 has a vortex shape. The second heat transfer tube 14 has a vortex shape corresponding to the first heat transfer tube 13 so that the locus of the center of the first heat transfer tube 13 and the locus of the center of the second heat transfer tube 14 are in translational symmetry. Have. The first heat transfer tubes 13 and the second heat transfer tubes 14 are alternately stacked so as to contact each other along the longitudinal direction of each heat transfer tube.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger.
従来のヒートポンプ式給湯機、空調機、床暖房装置等においては、2種類の流体(例えば、水と冷媒)の間で熱交換を行うための熱交換器が使用されている。 In conventional heat pump hot water heaters, air conditioners, floor heating devices, and the like, heat exchangers for exchanging heat between two types of fluids (for example, water and refrigerant) are used.
例えば、特許文献1には、矩形の流路を有する筺体と、筺体の内部の流路に配置された伝熱管とを備えた熱交換器が記載されている。
For example,
特許文献2には、内径が互いに相違する水管と冷媒管とを備えた熱交換器が記載されている。この熱交換器において、水管および冷媒管は、互いに接触した状態でトラック状に成形されている。
特許文献1に記載された熱交換器では、冷媒管が万が一破損しても水と冷媒とが混ざらないように、冷媒が流れる伝熱管を2重構造(いわゆる検知管構造)とする必要がある。そのため、軽量化(省資源化)を図りにくい問題がある。
In the heat exchanger described in
特許文献2に記載された熱交換器は、検知管構造を採用する必要がないので、軽量化の面では有利である。ただし、昨今の地球温暖化の問題を受けて、この型式の熱交換器に対しても一層の高効率化が求められている。 The heat exchanger described in Patent Document 2 is advantageous in terms of weight reduction because it does not need to employ a detector tube structure. However, in response to the recent global warming problem, even higher efficiency is required for this type of heat exchanger.
そこで本発明は、軽量で高効率な熱交換器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a heat exchanger that is lightweight and highly efficient.
すなわち、本発明は、
第1流体が流れる複数の第1伝熱管と、
前記第1流体と熱交換するべき第2流体が流れる複数の第2伝熱管とを備え、
前記第1伝熱管は、一端が渦の中心側、他端が渦の外周側に位置する渦の形状を有し、
渦の中心側から外周側に向かう方向を水平方向、前記水平方向に関して互いに隣り合う前記第1伝熱管の任意の2つの部分を内側部分と外側部分と定義したとき、前記内側部分での前記第1伝熱管の中心と前記外側部分での前記第1伝熱管の中心との前記水平方向に関する距離が当該第1伝熱管の外径以上であり、
前記第2伝熱管は、前記第1伝熱管の中心の軌跡と当該第2伝熱管の中心の軌跡とが並進対称の関係となるように、前記第1伝熱管に対応した渦の形状を有し、
前記第1伝熱管と前記第2伝熱管とが、各伝熱管の長手方向に沿って互いに接触するように交互に積み重ねられている、熱交換器を提供する。
That is, the present invention
A plurality of first heat transfer tubes through which the first fluid flows;
A plurality of second heat transfer tubes through which a second fluid to exchange heat with the first fluid flows;
The first heat transfer tube has a vortex shape with one end positioned on the vortex center side and the other end on the outer periphery side of the vortex,
When the direction from the center side of the vortex toward the outer peripheral side is defined as a horizontal direction, and any two portions of the first heat transfer tube adjacent to each other in the horizontal direction are defined as an inner portion and an outer portion, the first portion at the inner portion is The distance in the horizontal direction between the center of the first heat transfer tube and the center of the first heat transfer tube at the outer portion is equal to or greater than the outer diameter of the first heat transfer tube;
The second heat transfer tube has a vortex shape corresponding to the first heat transfer tube so that the locus of the center of the first heat transfer tube and the locus of the center of the second heat transfer tube have a translational symmetry. And
Provided is a heat exchanger in which the first heat transfer tubes and the second heat transfer tubes are alternately stacked so as to contact each other along the longitudinal direction of each heat transfer tube.
上記本発明において、第1伝熱管は渦の形状を有する。第1伝熱管と同様に、第2伝熱管も渦の形状を有する。第2伝熱管の渦の形状は、第1伝熱管の渦の形状に対応している。第1伝熱管と第2伝熱管とが交互に積み重ねられ、これによって第1伝熱管と第2伝熱管とが長手方向に沿って互いに接触している。最も上に位置する伝熱管と、最も下に位置する伝熱管とを除けば、一の伝熱管は他の1組の伝熱管によって挟まれる。このような構成によって、第1伝熱管と第2伝熱管との接触面積が十分に確保されるので、優れた熱交換効率を期待できる。また、本発明の熱交換器によれば、第1伝熱管を流れる流体が第2伝熱管に直接接触しないので、検知管構造を採用する必要がない。 In the present invention, the first heat transfer tube has a vortex shape. Similar to the first heat transfer tube, the second heat transfer tube also has a vortex shape. The shape of the vortex of the second heat transfer tube corresponds to the shape of the vortex of the first heat transfer tube. The first heat transfer tubes and the second heat transfer tubes are alternately stacked, whereby the first heat transfer tubes and the second heat transfer tubes are in contact with each other along the longitudinal direction. Except for the uppermost heat transfer tube and the lowermost heat transfer tube, one heat transfer tube is sandwiched by another set of heat transfer tubes. With such a configuration, a sufficient contact area between the first heat transfer tube and the second heat transfer tube is ensured, so that excellent heat exchange efficiency can be expected. Moreover, according to the heat exchanger of this invention, since the fluid which flows through a 1st heat exchanger tube does not contact a 2nd heat exchanger tube directly, it is not necessary to employ | adopt a detector tube structure.
また、第1伝熱管に関して、内側部分での中心と外側部分での中心との水平方向に関する距離が当該第1伝熱管の外径以上である。つまり、内側部分と外側部分とが、水平方向に関して離れている。そのため、渦状の第1伝熱管と、同じく渦状の第2伝熱管とを交互に積み重ねることができるとともに、熱交換器全体の高さを容易に制限できる。また、積み重ねの作業も容易となり、生産コストの低減に有利である。 Moreover, regarding the first heat transfer tube, the distance in the horizontal direction between the center at the inner portion and the center at the outer portion is equal to or greater than the outer diameter of the first heat transfer tube. That is, the inner part and the outer part are separated in the horizontal direction. Therefore, the spiral first heat transfer tubes and the second spiral heat transfer tubes can be alternately stacked, and the height of the entire heat exchanger can be easily limited. In addition, stacking work becomes easy, which is advantageous in reducing production costs.
図1は、本発明の一実施形態にかかる熱交換器の平面図である。図2は、図1に示す熱交換器のII-II断面図である。図1および図2に示すように、本実施形態の熱交換器100は、複数の第1伝熱管13と、複数の第2伝熱管14と、同種の伝熱管の端部を束ねるためのコネクタ15とを備えている。
FIG. 1 is a plan view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a II-II cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1伝熱管13の内部を第1流体が流通し、第2伝熱管14の内部を第2流体が流通する。これにより、第1流体と第2流体との間で熱交換が行われる。第1流体の具体例は二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒であり、第2流体の具体例は水である。熱交換器100の具体的用途は、例えばヒートポンプ式給湯機200(図11参照)である。ただし、各流体の種類、熱交換器100の用途はこれらに限定されない。
The first fluid circulates inside the first
図1に示すように、第1伝熱管13は渦の形状を有している。第1伝熱管13の一端13aが渦の中心側に位置し、第1伝熱管13の他端13bが渦の外周側に位置している。図2に示すように、水平方向WLに関して互いに隣り合う第1伝熱管13の任意の2つの部分を内側部分13jと外側部分13kと定義する。このとき、内側部分13jでの第1伝熱管13の中心C1と、外側部分13kでの第1伝熱管13の中心C1との水平方向WLに関する距離W1が当該第1伝熱管の外径D1よりも大きい。言い換えれば、内側部分13jと外側部分13kとは、水平方向WLに関して離れている。内側部分13jと外側部分13kとの間には空隙AGが形成されている。
As shown in FIG. 1, the first
なお、本明細書では、渦の中心側から外周側に向かう方向を水平方向WL、水平方向WLに直交する方向を鉛直方向HLと定義する(図2参照)。図2の断面は、水平方向WLおよび鉛直方向HLの双方に平行な断面を示している。 In this specification, the direction from the center side of the vortex toward the outer peripheral side is defined as the horizontal direction WL, and the direction perpendicular to the horizontal direction WL is defined as the vertical direction HL (see FIG. 2). 2 shows a cross section parallel to both the horizontal direction WL and the vertical direction HL.
図1および図2に示すように、第1伝熱管13と同様に、第2伝熱管14も渦の形状を有している。第2伝熱管14の一端14bが渦の中心側に位置し、第2伝熱管14の他端14aが渦の外周側に位置している。第2伝熱管14の渦の形状は、第1伝熱管13の渦の形状と共通である。具体的には、第1伝熱管13の中心C1の軌跡と第2伝熱管14の中心C2の軌跡とが並進対称の関係となっている。「並進対称」とは、平行移動によって重ね合わせることができる関係をいう。本実施形態では、第2伝熱管14の中心C2の軌跡を鉛直方向HLに平行移動すると、第1伝熱管13の中心C1の軌跡に重なる。
As shown in FIGS. 1 and 2, like the first
すなわち、第1伝熱管13と第2伝熱管14とが交互に積み重ねられることによって、熱交換器100が構成されている。第1伝熱管13および第2伝熱管14は、長手方向に沿って互いに接触しているとともに、ロウ材や半田のような接合材を用いて互いに接合されている。最も上に位置する第1伝熱管13と最も下に位置する第1伝熱管13とを除けば、一の伝熱管は他の1組の伝熱管によって挟まれている。これにより、十分な広さの伝熱面積が確保されうる。また、一の伝熱管が他の1組の伝熱管によって挟まれていると、挟まれた伝熱管自身の温度分布が均一になる。
That is, the
熱移動のしやすさは、熱源からの距離に反比例する。そのため、水管(例えば第2伝熱管14)と冷媒管(例えば第1伝熱管13)とが片側でのみ接している場合、冷媒管の熱が水管の反対側まで移動し難くなり、熱交換量は小さくなる。これに対し、水管が冷媒管で挟まれていると、水管の上下両側で効率的な熱移動が起こるので、熱交換量を大きくできる。 The ease of heat transfer is inversely proportional to the distance from the heat source. Therefore, when the water pipe (for example, the second heat transfer pipe 14) and the refrigerant pipe (for example, the first heat transfer pipe 13) are in contact only on one side, the heat of the refrigerant pipe becomes difficult to move to the opposite side of the water pipe, and the heat exchange amount Becomes smaller. On the other hand, when the water pipe is sandwiched between the refrigerant pipes, efficient heat transfer occurs on both the upper and lower sides of the water pipe, so that the heat exchange amount can be increased.
本実施形態では、第1伝熱管13の本数が4本で、第2伝熱管14の本数が3本である。言い換えれば、積み重ねられている伝熱管の総数が奇数である。第2伝熱管14の方が第1伝熱管13よりも1本少ないので、全ての第2伝熱管14が第1伝熱管13の組によって挟まれている。加熱するべき水を第2伝熱管14に流す構成とすれば、全ての水管(第2伝熱管14)が冷媒管(第1伝熱管13)に上下から挟まれる形となり、熱交換量を大きくできる。ただし、第1伝熱管13の本数と第2伝熱管14の本数とが等しくてもよい。
In the present embodiment, the number of first
一般的な熱交換器では、伝熱管の長さや伝熱管の直径を調節することによって、所望の熱交換能力が与えられる。このことに加え、本実施形態の熱交換器100によれば、伝熱管の本数を増減することによっても熱交換能力の調節を行えるので、幅広い仕様のものを提供しやすくなる。
In a general heat exchanger, a desired heat exchange capability is provided by adjusting the length of the heat transfer tube and the diameter of the heat transfer tube. In addition to this, according to the
図2に示すように、第1伝熱管13の外径と第2伝熱管14の外径とが等しくてもよいし、図3に示すように、第1伝熱管13の外径と第2伝熱管14の外径とが相違していてもよい。図3に示す変形例では、第1伝熱管13の外径が第2伝熱管14の外径よりも小さい。通常は、第1伝熱管13に流す流体の種類と、第2伝熱管14に流す流体の種類とが相違するので、各伝熱管の外径も相違する。
As shown in FIG. 2, the outer diameter of the first
また、本実施形態では、熱交換器100が平面視で矩形の枠の形状、詳しくは4つのコーナー部が丸みを帯びた矩形の枠の形状を示すように、第1伝熱管13および第2伝熱管14の渦の形状が定められている。併せて、熱交換器100の4つのコーナー部を構成する部分としての、第1伝熱管13および第2伝熱管14の全ての曲げ部が、所定の曲げ半径Rを有している。そのため、4つのコーナー部では、空隙AGが、コーナー部以外の部分よりも広くなっている。
Further, in the present embodiment, the first
例えば、前述した特許文献2に記載された熱交換器の伝熱管は、曲げ半径が段階的に変化している。そのため、伝熱管を曲げる工程が煩雑化する可能性が高い。具体的には、伝熱管の巻き数に応じた数の金型を準備し、伝熱管の熱間曲げと金型の換装とを交互に実施する必要性に迫られる可能性がある。これに対し、本実施形態の熱交換器100によれば、常に所定の曲げ半径Rで第1伝熱管13および第2伝熱管14を曲げればよいので、伝熱管を曲げる工程は容易である。
For example, the bending radius of the heat transfer tube of the heat exchanger described in Patent Document 2 described above changes stepwise. Therefore, there is a high possibility that the process of bending the heat transfer tube becomes complicated. Specifically, there is a possibility that the number of molds corresponding to the number of windings of the heat transfer tube is prepared, and it is necessary to perform hot bending of the heat transfer tube and replacement of the mold alternately. On the other hand, according to the
曲げ半径Rは、3.5D1>R>2.5D1(ただし、D1=第1伝熱管の外径)の関係を満足するように調整するとよい。各伝熱管は、曲げ半径Rかつ曲げ角90°の条件で曲げられている。 The bending radius R is preferably adjusted so as to satisfy the relationship of 3.5D 1 >R> 2.5D 1 (where D 1 = the outer diameter of the first heat transfer tube). Each heat transfer tube is bent under conditions of a bending radius R and a bending angle of 90 °.
図1および図2に示すように、内側部分13jと外側部分13kとの間には、スペーサ12が配置されている。スペーサ12によって、内側部分13jと外側部分13kとの間に空隙AGが形成されている。このようなスペーサ12や空隙AGが必須というわけではなく、内側部分13jと外側部分13kとの間の熱交換が熱交換効率に影響を及ぼさないほど小さい場合には、内側部分13jと外側部分13kとが接していてもよい。ただし、空隙AGがあること、すなわち、内側部分13jと外側部分13kとが直接接していないことによって以下の効果がもたらされる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
例えば第1伝熱管13に着目すると、内側部分13jを流れる流体と、外側部分13kを流れる流体との間には、必ず温度差がある。そのため、内側部分13jと外側部分13kとが接していると、内側部分13jと外側部分13kとの間で熱交換が起こってしまう。すると、第1伝熱管13を流れる流体と、第2伝熱管14を流れる流体との間で起こるべき熱交換が阻害され、結果として、熱交換効率が低下する可能性がある。これに対し、空隙AGによって内側部分13jと外側部分13kとが隔てられていると、内側部分13jと外側部分13kとの間で熱交換がほとんど起こらない。
For example, when paying attention to the first
さらに、本実施形態では、全ての第1伝熱管13および第2伝熱管14が鉛直方向HLに一列に配列している。そして、第1伝熱管13と第2伝熱管14とは、同じ列に属する部分同士でのみ直接接している。つまり、図2に示すように、第1伝熱管13のある部分13jは、これと同じ列に属する第2伝熱管14の部分14jとのみ直接接しており、一周外側の部分14kや一周内側の部分14iとは空隙AGおよび/またはスペーサ12で隔てられている。第2伝熱管14を流通する第2流体(例えば水)の温度は、各部分14i,14j,14kでそれぞれ異なる。そのため、同じ列に属する部分13j,14j同士のみが接していると、温度の異なる複数の部分と接しているよりも効率的な熱交換が行われうる。
Further, in the present embodiment, all the first
なお、「全ての第1伝熱管13および第2伝熱管14が鉛直方向HLに一列に配列している」とは、第1伝熱管13の中心C1の位置と、第2伝熱管14の中心C2との位置とが、水平方向WLに関して一致していることを意味する。ただし、必ずしも完全一致を意味せず、上述した効果が得られる範囲内であれば、組み立て公差や微小なズレは許容される。
“All the first
一般に、伝熱管13,14は銅やアルミニウムのような熱伝導率の高い金属でできている。スペーサ12は、そのような金属よりも熱伝導率が低い材料でできていればよい。具体的に、スペーサ12の材料として、ステンレスのような熱伝導率が低い金属、樹脂、ガラスおよびセラミックを例示できる。スペーサ12は、最も上に位置している伝熱管と、最も下に位置している伝熱管とにまたがるように、鉛直方向HLに延びている。伝熱管の長手方向に関するスペーサ12の寸法は、特に限定されないが、大きすぎない方がよい。スペーサ12を介して内側部分と外側部分との間で熱交換が起こるのを防ぐためである。
In general, the
なお、スペーサ12を設けなくても空隙AGが形成されるように各伝熱管の曲げ加工を行うこともできる。しかしながら、スペーサ12を設けることによって、曲げ加工が容易になり、各伝熱管に関して、内側部分と外側部分との接触を確実に阻止できる。
Note that each heat transfer tube can be bent so that the gap AG is formed without providing the
図4は、図1に示す熱交換器の部分的な側面図であり、図1中の破線SDで囲まれた部分を示している。図4に示すように、第1伝熱管13および第2伝熱管14は、これら伝熱管の積み重ねの方向(=鉛直方向HL)に所定の振幅Pを持った波形部19を含んでいる。このような波形部19では、各伝熱管の内部を流通する流体が鉛直方向HLに蛇行するので、境界層が形成されにくくなり、熱交換効率が向上する。
4 is a partial side view of the heat exchanger shown in FIG. 1, and shows a portion surrounded by a broken line SD in FIG. As shown in FIG. 4, the first
波形部19の振幅Pは、伝熱管の中心と水平基準面HFとの距離で特定される値である。水平基準面HFは、水平方向WLに平行な平面であって、任意の第1伝熱管13(例えば最も上に位置する第1伝熱管13)を鉛直方向HLに関して2等分する平面である。2.0D1>P>0.3D1(ただし、D1=第1伝熱管13の外径)の関係を満足するように、振幅Pが調整されうる。
The amplitude P of the
波形部19は、さらに、各伝熱管の長手方向に関して所定の周期K(例えば1周期が10D1>K>3D1の範囲)を有していてもよい。その場合、波形部19が形成されている区域では、各伝熱管の中心の軌跡が例えば正弦曲線を示す。波形部19は、熱交換器100の全周にわたって形成されていてもよいし、一部の区域にのみ形成されていてもよい。図1に示すように、例えば、4つのコーナー部を除いた直線区域E1,E2にのみ波形部19が形成されていてもよい。直線区域E1は、熱交換器100の長辺部分に対応する区域である。直線区域E2は、熱交換器100の短辺部分に対応する区域である。さらに、直線区域E1および直線区域E2のいずれか一方にのみ波形部19が形成されていてもよい。
Further, the
また、水平方向WLおよび鉛直方向HLの双方に平行な断面(本明細書では図2の断面)において、第1伝熱管13の内側部分13jの位置と、第1伝熱管13の外側部分13kの位置とが、鉛直方向HLに関して一致するように、波形部19が形成されている。つまり、内側部分13jと外側部分13kとが同位相である。図2(または図3)に示す断面図において、第1伝熱管13および第2伝熱管14が格子状の配列を示す。このような構成によると、熱交換器100のコンパクト化を図りやすい。また、積み重ねた第1伝熱管13および第2伝熱管14に対してプレス成形を行い、波型部19を形成することができる点で有利である。プレス成形に用いる金型も簡素になる。
Moreover, in the cross section parallel to both the horizontal direction WL and the vertical direction HL (the cross section of FIG. 2 in this specification), the position of the
ただし、図6Aに示すように、第1伝熱管13の内側部分13jと第1伝熱管13の外側部分13kとが逆位相を示すように、波形部19が形成されていてもよい。すなわち、水平方向WLおよび鉛直方向HLの双方に平行な断面において、第1伝熱管13および第2伝熱管14が千鳥状の配列を示すように、波形部19が形成されていてもよい。内側部分13jでの第1伝熱管13の中心C12の軌跡と、外側部分13kでの第1伝熱管13の中心C11の軌跡とを、熱交換器100の側面から観察すると、図6Bに示すように、各軌跡は、互いに逆位相の正弦曲線を示す。同様に、内側部分14jでの第2伝熱管14の中心C21の軌跡と、外側部分14kでの第2伝熱管14の中心C22の軌跡とが、互いに逆位相の正弦曲線を示す。このような構成によれば、各伝熱管に関して、内側部分と外側部分との距離を稼ぐことができるので、内側部分と外側部分との間の熱交換を効果的に抑制できる。
However, as shown in FIG. 6A, the
なお、図5に示すように、第1伝熱管13および第2伝熱管14が波形部を有さず、各伝熱管13,14が平板の形状を有していてもよい。すなわち、各伝熱管の中心の軌跡が水平基準面内で渦を示すように、各伝熱管の形状が定められていてもよい。この構成によれば、伝熱管を波形にする加工が不要なので、製造が容易である。
In addition, as shown in FIG. 5, the 1st
また、図7に示すように、第1伝熱管13は、第2伝熱管14との接触面として、平坦面13p,13qを有する。同様に、第2伝熱管14は、第1伝熱管13との接触面として、平坦面14p,14qを有する。第1伝熱管13の平坦面13qと、第2伝熱管14の平坦面14pとが接することによって、接合面(伝熱面)が形成されている。このような構成によれば、第1伝熱管13と第2伝熱管14との接合面の面積が広くなり、熱交換効率が高まる。また、平坦面13p,13q,14p,14qがあることによって、組み立て公差が発生しにくくなる。これにより、第1伝熱管13と第2伝熱管14とを確実に接触させることが可能になる。なお、第1伝熱管13および第2伝熱管14の一方のみが平坦面を有していてもよい。
As shown in FIG. 7, the first
図7に示すように、第1伝熱管13の中心C1を含み、鉛直方向HLに平行な面VFに関して、第1伝熱管13の平坦面13pおよび平坦面13qは、それぞれ、左右対称である。同様に、上記面VFに関して、第2伝熱管14の平坦面14pおよび平坦面14qは、それぞれ、左右対称である。平坦面13pおよび平坦面13qの幅W1は、例えば、W1>0.05×(第1伝熱管13の外径D1)の関係を満足するように調整されうる。同様に、平坦面14pおよび平坦面14qの幅W2は、例えば、W2>0.05×(第2伝熱管14の外径D2)の関係を満足するように調整されうる。
As shown in FIG. 7, the
図7に示すように、第1伝熱管13および第2伝熱管14は、ロウ材や半田などの接合材によって互いに接合されている。接合材17は、第1伝熱管13の平坦面13qと第2伝熱管14の平坦面14pとに薄い層の形態で介在するとともに、第1伝熱管13と第2伝熱管14とにまたがる形でフィレットを形成している。フィレットは、第1伝熱管13と第2伝熱管14との接合強度を改善するだけでなく、熱交換効率の向上にも寄与する。なお、第1伝熱管13と第2伝熱管14との接触面の長手方向に関する全域に接合材17が配置されている必要はない。例えば、スペーサ12から所定の範囲内に接合材17が配置されていない部分があってもよい。
As shown in FIG. 7, the first
図8に示すように、第1伝熱管13の表面に微小なディンプル13g(凹部)が形成されていてもよい。第1伝熱管13と第2伝熱管14との接合面にディンプル13gが存在すると、ディンプル13gが第1伝熱管13と第2伝熱管14との接合面の面積の拡大に寄与するので、熱交換器100の熱交換効率が向上する。また、ディンプル13gが形成されていると、接合材17と第1伝熱管13との濡れ性が改善する。さらに、ディンプル13gが第1伝熱管13の内部に突出していると、第1伝熱管13の内部で境界層が厚くなるのを防ぐ効果が得られる。このようなディンプル13gは、ディンプル13gの深さが第1伝熱管13の肉厚よりも浅くなるように形成されているとよい。第2伝熱管14の表面に同様のディンプル14gが形成されていてもよい。ディンプル13g,14gに代えて、またはディンプル13g,14gとともに凸部が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 8, minute dimples 13 g (concave portions) may be formed on the surface of the first
なお、図1に示すように、4本の第1伝熱管13の一端13aおよび他端13bが、それぞれ、コネクタ15によって1つに束ねられている。コネクタ15を介して第1伝熱管13のそれぞれに流体が送られる。第1伝熱管13を流通した後の流体は、下流側のコネクタ15で合流して1つの流れになる。同様に、3本の第2伝熱管14の一端14aおよび他端14bが、それぞれ、コネクタ15によって1つに束ねられている。各コネクタ15は、流体の流れを分岐させる分岐管または流体の流れを合流させる合流管としての役割を担っている。
As shown in FIG. 1, one
熱交換器100を水−冷媒熱交換器として使用する場合、第1伝熱管13に高温の冷媒を流し、第2伝熱管14に水を流す。例えば、第1伝熱管13に関して、渦の中心側に位置する端部13aを排出口とし、渦の外周側に位置する端部13bを導入口とする。第2伝熱管14に関して、渦の外周側に位置する端部14aを排出口とし、渦の中心側に位置する端部14bを導入口とする。このようにすれば、第1伝熱管13を流れる水と第2伝熱管14を流れる冷媒とが対向流を形成することとなるので、熱交換効率の面で有利である。
When the
次に、図1に示す熱交換器100の製造方法について簡単に説明する。本実施形態において、第1伝熱管13および第2伝熱管14は、それぞれ、単一の伝熱管よって構成されている。ただし、第1伝熱管13および第2伝熱管14は、それぞれ、溶接または継ぎ手によって相互に接続された複数の部分を含むものであってもよい。
Next, a method for manufacturing the
図9(S1)に示すように、ストレート形状の複数の第1伝熱管13と、ストレート形状の複数の第2伝熱管14を準備する。これらの伝熱管13,14を支持台上に交互かつ並列に並べる。これらの伝熱管13,14が互いに密着するように、スペーサ12で仮留めする。第1伝熱管13と第2伝熱管14との接触部分に接合材(図7参照)を配置する。接合材として、線材の形状のものを用いると、各伝熱管の長手方向に沿って接合材を配置しやすい。また、第1伝熱管13と第2伝熱管14との間にシート状の接合材を配置してもよい。
As shown in FIG. 9 (S1), a plurality of straight first
次に、接合材を溶融させるために、第1伝熱管13、第2伝熱管14およびスペーサ12を含む組立体21を熱処理炉に搬入し、加熱する。この結果、第1伝熱管13と第2伝熱管14とが接合材によって接合され、一体化する。
Next, in order to melt the bonding material, the
なお、接合材は、各伝熱管の長手方向の全域に配置されていてもよいし、接合材が配置されていない区域があってもよい。例えば、スペーサ12と、スペーサ12から伝熱管の一端に向かって所定距離進んだ位置との間の区域Lを、接合材が配置されていない区域として定めることができる。接合材が配置されていない区域Lがあると、熱変形および曲げ加工時に生ずる歪みを当該区域Lに吸収させることが可能になり、熱交換器100の寸法精度が向上する。なお、スペーサ12と各伝熱管との接合作業を別途行うようにしてもよい。
In addition, the joining material may be arrange | positioned in the whole area of the longitudinal direction of each heat exchanger tube, and there may be an area where the joining material is not arrange | positioned. For example, the area L between the
次に、所定の曲げ半径R(図1参照)を各伝熱管に付与するための金型を用いて、渦の形状を有するように組立体21を端から順に曲げる(S2)。さらに、各伝熱管を波形にするための金型で渦状の組立体21をプレス加工する(S3)。この結果、図4を参照して説明した波形部19が形成される。最後に、各伝熱管の両端部をコネクタに接続することによって、熱交換器100が完成する。
Next, the
なお、プレス加工によって波形部19が形成されるのと同時に、伝熱管13,14が鉛直方向HLに押しつぶされ、図7を参照して説明した平坦面13p,13q,14p,14qが形成されうる。平坦面13p,13q,14p,14qが形成されることによって、伝熱管13,14が多少横長(楕円状)に変形しても問題ない。
At the same time when the
また、第1伝熱管13および第2伝熱管14を渦状に曲げる工程よりも前に、波形部19(図4)を形成するためのプレス加工を実施してもよい。図10に示すように、まず、ストレート状の第1伝熱管13および第2伝熱管14を準備する(ST1)。次に、第1伝熱管13および第2伝熱管14の各々を波状にプレス加工する(ST2)。この際、各伝熱管に平坦面13p,13q,14p,14qが形成されうる。次に、波形が付けられた第1伝熱管13と、同じく波形が付けられた第2伝熱管14とを交互に並べる。これらの伝熱管13,14が互いに密着するように、スペーサ12で仮留めする。第1伝熱管13と第2伝熱管14との接触部分に接合材を配置する(ST3)。
Moreover, you may implement the press work for forming the waveform part 19 (FIG. 4) before the process of bending the 1st
次に、接合材を溶融させるために、第1伝熱管13、第2伝熱管14およびスペーサ12を含む組立体23を熱処理炉に搬入し、加熱する。この結果、第1伝熱管13と第2伝熱管14とが接合材によって接合され、一体化する。最後に、組立体23を渦状に曲げることによって、熱交換器100が完成する(ST4)。
Next, in order to melt the bonding material, the assembly 23 including the first
なお、プレス加工によって平坦面13p,13q,14p,14qが予め形成された伝熱管13,14を用いて、図9のステップS1に示す組立体21を準備してもよい。さらに、最初に、各伝熱管を渦状に曲げる工程を実施し、次に、各伝熱管に波形を付与する工程を実施し、最後に、各伝熱管を積み重ねてロウ付けする工程を実施するようにしてもよい。このように、各工程の順序が入れ替わっても、同じ熱交換器100を製造できる。
In addition, you may prepare the
次に、熱交換器100の具体的用途について説明する。図11は、熱交換器100の適用対象としてのヒートポンプ式給湯機の構成図である。
Next, a specific application of the
ヒートポンプ式給湯機200は、ヒートポンプユニット201と、タンクユニット203とを有する。ヒートポンプユニット201で作られた湯がタンクユニット203に貯められる。タンクユニット203から給湯栓204に湯が供給される。ヒートポンプユニット201は、冷媒を圧縮する圧縮機205、冷媒を放熱させる放熱器207、冷媒を膨張させる膨張弁209、冷媒を蒸発させる蒸発器211およびこれらの機器をこの順番で接続する冷媒管213を備えている。膨張弁209に代えて、冷媒の膨張エネルギーを回収可能な容積式膨張機を使用してもよい。放熱器207として、熱交換器100を用いることができる。
The heat pump hot
12 スペーサ
13 第1伝熱管
14 第2伝熱管
13p,13q,14p,14q 平坦面
13g,14g ディンプル
13j,14j 内側部分
13k,14k 外側部分
19 波形部
100 熱交換器
WL 水平方向
HL 鉛直方向
AG 空隙
12
Claims (9)
前記第1流体と熱交換するべき第2流体が流れる複数の第2伝熱管とを備え、
前記第1伝熱管は、一端が渦の中心側、他端が渦の外周側に位置する渦の形状を有し、
渦の中心側から外周側に向かう方向を水平方向、前記水平方向に関して互いに隣り合う前記第1伝熱管の任意の2つの部分を内側部分と外側部分と定義したとき、前記内側部分での前記第1伝熱管の中心と前記外側部分での前記第1伝熱管の中心との前記水平方向に関する距離が当該第1伝熱管の外径以上であり、
前記第2伝熱管は、前記第1伝熱管の中心の軌跡と当該第2伝熱管の中心の軌跡とが並進対称の関係となるように、前記第1伝熱管に対応した渦の形状を有し、
前記第1伝熱管と前記第2伝熱管とが、各伝熱管の長手方向に沿って互いに接触するように交互に積み重ねられている、熱交換器。 A plurality of first heat transfer tubes through which the first fluid flows;
A plurality of second heat transfer tubes through which a second fluid to exchange heat with the first fluid flows;
The first heat transfer tube has a vortex shape having one end positioned on the vortex center side and the other end on the outer periphery side of the vortex,
When the direction from the center side of the vortex toward the outer peripheral side is defined as a horizontal direction, and any two portions of the first heat transfer tube adjacent to each other with respect to the horizontal direction are defined as an inner portion and an outer portion, the first portion at the inner portion is A distance in the horizontal direction between the center of the first heat transfer tube and the center of the first heat transfer tube at the outer portion is equal to or greater than the outer diameter of the first heat transfer tube;
The second heat transfer tube has a vortex shape corresponding to the first heat transfer tube so that the locus of the center of the first heat transfer tube and the locus of the center of the second heat transfer tube are in translational symmetry. And
The heat exchanger in which the first heat transfer tubes and the second heat transfer tubes are alternately stacked so as to contact each other along the longitudinal direction of each heat transfer tube.
前記第1伝熱管および前記第2伝熱管は、同じ列に属する部分同士でのみ直接接している、請求項1に記載の熱交換器。 All the first heat transfer tubes and the second heat transfer tubes are arranged in a vertical direction orthogonal to the horizontal direction,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the first heat transfer tube and the second heat transfer tube are in direct contact with each other only in portions belonging to the same row.
前記内側部分と前記外側部分との間に配置されたスペーサをさらに備え、
前記スペーサによって、前記内側部分と前記外側部分との間に空隙が形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換器。 The outer diameter of the second heat transfer tube is equal to or greater than the outer diameter of the first heat transfer tube;
Further comprising a spacer disposed between the inner portion and the outer portion;
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein a gap is formed between the inner portion and the outer portion by the spacer.
前記熱交換器の4つのコーナー部を構成する部分としての、前記第1伝熱管および第2伝熱管の全ての曲げ部が、所定の曲げ半径Rを有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱交換器。
The vortex shapes of the first heat transfer tube and the second heat transfer tube are determined so that the heat exchanger has a rectangular frame shape in plan view,
All the bending parts of the said 1st heat exchanger tube as a part which comprises the four corner parts of the said heat exchanger, and a 2nd heat exchanger tube have predetermined | prescribed bending radius R, Any one of Claims 1-8. The heat exchanger according to item.
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JP2013019651A (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-31 | Rinnai Corp | Heat exchanger |
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- 2008-09-18 JP JP2008239179A patent/JP2010071550A/en active Pending
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