JP5927414B2

JP5927414B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP5927414B2
Application number: JP2011267951A
Authority: JP
Inventors: 町田　和彦; 和彦町田; 西山　吉継; 吉継西山; 安藤　智朗; 智朗安藤; 崇裕大城; 福田　明雄; 明雄福田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP2013120008A

Description

本発明は、空調装置、給湯装置等の機器に用いられ、特にヒートポンプ式の給湯機等のように、水等の流体と冷媒等の二種の流体を熱交換させるための熱交換器に関するものである。

従来、この種の熱交換器としては、水流路を構成する水管と、冷媒流路を構成する冷媒管とからなり、水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換する二重管式タイプの熱交換器が考案されている（例えば、特許文献１参照）。

図３、図４は、特許文献１に記載された従来の熱交換器を示すものである。
図３、４で示すように、この熱交換器１０１は二重管式の熱交換器であり、内部に冷媒流
路１０２が形成された銅製の冷媒管１０３と、冷媒管１０３の外側に設けられ、冷媒管１０３との間に水流路１０４が形成された銅製の水管１０５とから構成され、本実施の形態の場合には冷媒管１０３が２本設けられている。そして、銅製の水管１０５の出入口は銅製の水用ヘッダ１０６からなっており、熱交換器１０１を構成する材料がすべて銅製であった。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。

熱交換器１０１は、冷媒管１０３と水管１０５の二重管により形成され、水と冷媒とを熱交換するため、冷媒管１０３が水との接触面積が大きくとれ、熱交換効率を向上させることできる。

熱交換器１０１は銅製の二重管式であるため、水管１０５の曲げ加工が容易にでき、且つ銅製の水用ヘッダ１０６と銅製の水管１０５の接合も銅ロウ付け接合が可能であるなど、製造しやすい構造であることが知られている。

特開２００５−６９６２０号公報

しかしながら、従来の熱交換器は銅製の二重管式であるため製造しやすいが、近年顕著になってきている銅地金価格の高騰のため、熱交換器の原材料費に起因する製造コストが上昇し、商品原価が圧迫され、ひいては商品価格が高額になってしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱交換器の製造性や耐久信頼性等の品質を維持しつつ、銅材料よりも安価なステンレス製の管を水管に採用することで、原材料高騰リスクを防ぎ、商品価格の上昇を抑えることができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、内部に水が流れる水管と、内部に冷媒が流れる冷媒管と、前記水管内に前記冷媒管を配設して前記水と前記冷媒とを熱交換し、前記水管にステンレス材を一部用いた熱交換器において、前記水管は、水用ヘッダと接続された銅管と、ステンレス管と、前記銅管と前記ステンレス管とを接合する銅ＳＵＳ接合部とで連接して形成され、前記銅ＳＵＳ接合部は、前記銅管の拡径部の内側に前記ステンレス管の端部が配置され、かつ、前記銅管の拡径部と前記ステンレス管の端部とは、ロウ材で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。

この構成によって、銅材料よりも安価なＳＵＳ管を採用したので原材料費の上昇リスクを防ぎ、商品価格の上昇を抑制できる。

また、拡径された銅管の内側にステンレス管を挿入接合してなる銅ＳＵＳ接合部から構成されている。

この構成によって、銅ＳＵＳ接合部のＳＵＳ管側に隙間腐食が発生し貫通穴が開いたとしても、水管外側へ漏水することがないので不具合に至らず、正常運転を維持できる。

また、冷媒を二酸化炭素としてヒートポンプ式給湯機に適用されている。

この構成によって、ヒートポンプ式給湯機用の水・冷媒熱交換器として用いた場合には、水と接触する銅材料を少なくしたので青水発生を低減できる。

本発明の熱交換器は、水と冷媒とを熱交換する熱交換器において、原材料である銅材よりも安価で原材料の価格変動が小さいステンレス材を水管の一部に用いたので、原材料高騰リスクを抑え、商品価格の上昇を防止できる。さらに、拡径された銅管の内側にステンレス管を挿入して接合された銅ＳＵＳ接合部を有するので、内挿されたステンレス管に腐食による貫通孔が空いたとしても、熱交換器から漏水する心配がなく、耐久信頼性を確保し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外観図同実施の形態１における熱交換器の銅ＳＵＳ接合部の軸方向断面図従来例を示す熱交換器の概略図従来例を示す熱交換器の二重管の軸方向断面図

第１の発明は、内部に水が流れる水管と、内部に冷媒が流れる冷媒管と、前記水管内に前記冷媒管を配設して前記水と前記冷媒とを熱交換し、前記水管にステンレス材を一部用いた熱交換器において、前記水管は、水用ヘッダと接続された銅管と、ステンレス管と、前記銅管と前記ステンレス管とを接合する銅ＳＵＳ接合部とで連接して形成され、前記銅ＳＵＳ接合部は、前記銅管の拡径部の内側に前記ステンレス管の端部が配置され、かつ、前記銅管の拡径部と前記ステンレス管の端部とは、ロウ材で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。

第２の発明は、第１の発明において、冷媒を二酸化炭素としたものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の外観図である。図２は、同実施の形態１における熱交換器の銅ＳＵＳ接合部の軸方向断面図である。

尚、従来の熱交換器１０１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略
する。

この熱交換器１は、内部に水が流れる水管２と、内部に冷媒が流れる冷媒管１０３と、水管２内に冷媒管１０３を配設している二重管式熱交換器である。水管２は、銅製の水用ヘッダ１０６と接続された銅製の銅管４と、ステンレス製のステンレス管５と、銅管４とステンレス管５とを接合する銅ＳＵＳ接合部６を連接して成っている。銅ＳＵＳ接合部６は、銅管４を拡径してなる銅管拡径部７とステンレス管５の端部からなり、銅管拡径部７にステンレス管５の端部を挿入して、ロウ材８で接合された構成である。冷媒はヒートポンプ式給湯機に適用している二酸化炭素である。

熱交換器１は、冷媒管１０３と水管２の二重管により形成され、水と冷媒とを熱交換するものである。

水管２は、原材料である銅材よりも安価で原材料の価格変動が小さいステンレス材を水管２の一部に用いたので、原材料高騰リスクを抑え、商品価格の上昇を防止できる。

水管２にステンレス管５を採用した時の課題として、ステンレス製のステンレス管５と銅製の水用ヘッダ１０６との直接接合は加工が難しく、必要以上に時間を要したり、接合不良に纏わる品質ロスが多くなり、量産向きでない。

この対策として、ステンレス管５と水用ヘッダ１０６との途中に、銅管４を配置することで、水用ヘッダ１０６との接合は従来のロウ付け接合等の加工法が使用でき、量産性を維持できる。

また、銅ＳＵＳ接合部６は、銅管拡径部７の内側にステンレス管５を挿入して接合された構造であるため、仮に銅ＳＵＳ接合部６のステンレス管側に腐食等が発生し貫通孔が開いたとしても、水管２の外側へ漏水することがない。

また、水管２における水と接触する銅材料の面積を少なくしたので、ヒートポンプ式給湯機で、ごくまれに発生する「青水」の発生リスクが低減できる効果もある。

このように、本実施の形態１における熱交換器１は、内部に水が流れる水管２と前記水管内に前記冷媒管を配設して前記水と前記冷媒とを熱交換し、水管２は、水用ヘッダ１０６に接続された銅管４と、ステンレス管５と、銅管４とステンレス管５とを接合する銅ＳＵＳ接合部６を設けており、銅管４を拡径してなる銅管拡径部７とステンレス管５の端部からなり、銅管拡径部７にステンレス管５の端部を挿入して、ロウ材８で接合された銅ＳＵＳ接合部６を設けている。

よって、原材料である銅材よりも安価で価格変動が小さいステンレス材を用いているので、原材料高騰リスクを抑え、商品価格の上昇を防止でき、更に内挿されたステンレス管に腐食による貫通孔が空いたとしても、熱交換器から漏水する心配がなく、耐久信頼性を確保した熱交換器を提供できる。

尚、本発明の実施の形態１では、水管２内に配置する冷媒管１０３を２本としているが、１本またはそれ以上の本数としても、同様の作用効果を期待することができる。

また、本発明の実施の形態１では、冷媒管１０３内を流通する冷媒を二酸化炭素としたが、ハイドロカーボン系やＨＦＣ系（Ｒ４１０Ａ等）の冷媒、あるいはこれらの代替冷媒
としても、同様の作用効果を期待することができる。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、ステンレス材を水管に用いて商品価格の上昇を防止し、且つ銅管とステンレス管の接合部の課題を解決したものであり、二酸化炭素を用いた超臨界ヒートポンプ式給湯機や、暖房用ブラインを加熱する超臨界ヒートポンプ装置、さらには、家庭用、業務用の空気調和機、あるいはヒートポンプによる乾燥機能を具備した洗濯乾燥機、穀物貯蔵倉庫等のヒートポンプ機器の他に、燃料電池等の熱交換用途にも適用できる。

１熱交換器
２水管
１０３冷媒管
１０６水用ヘッダ
４銅管
５ステンレス管
６銅ＳＵＳ接合部
７銅管拡径部

Claims

内部に水が流れる水管と、内部に冷媒が流れる冷媒管と、前記水管内に前記冷媒管を配設して前記水と前記冷媒とを熱交換し、前記水管にステンレス材を一部用いた熱交換器において、前記水管は、水用ヘッダと接続された銅管と、ステンレス管と、前記銅管と前記ステンレス管とを接合する銅ＳＵＳ接合部とで連接して形成され、前記銅ＳＵＳ接合部は、前記銅管の拡径部の内側に前記ステンレス管の端部が配置され、かつ、前記銅管の拡径部と前記ステンレス管の端部とは、ロウ材で接合されている構成としたことを特徴とする熱交換器。
冷媒を二酸化炭素としてヒートポンプ式給湯機に適用した請求項１に記載の熱交換器。