JP2003336975A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供
すること。 【解決手段】 熱交換器１０は、複数の流路一平面上に
並列配置してなる第１の流路１と、この流路が形成する
平面の一方に対向して第２の流路２および第３の流路３
を有している。そして、耐圧性向上のために、第１の流
路１として断面積の小さい微細な流路を使用するような
場合も、これを複数本同一平面上で並列に配置すること
により、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型でコンパクト
な熱交換器を構成することができ、また、この平坦な第
１の流路１の少なくとも一方の面に、第２の流路２およ
び第３の流路３を設けることにより、第１の流路１を流
れる流体と、第２の流路２および第３の流路３を流れる
流体との間で、単独あるいは同時に熱交換を行うことが
できる。よって、耐圧性に優れ、多機能展開が容易であ
りながら、コンパクトな熱交換器を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に関し、特
に、ヒートポンプを用いて温水を生成する給湯機や冷温
水を生成する冷暖房機などに利用される冷媒対水熱交換
器のような、異種媒体間の熱移動を行う熱交換器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の熱交換器としては、実公
昭６２−５５８７号公報や特開２００２−２２２６８号
公報に開示されているような熱交換器が提案されてい
る。その構成について、図６を参照しながら説明する。

【０００３】熱交換器７０は、例えば、冷媒の凝縮熱等
を利用して水の加熱を行ういわゆるヒートポンプ給湯機
に利用されるものであり、給湯水を加熱する給湯用熱交
換器５０と、浴槽水を加熱する浴槽用熱交換器６０とを
略直上に配置し、ユニット化したものである。給湯用熱
交換器５０は、第１の冷媒管５１および給湯水管５２を
それぞれ偏平化して密着させ、螺旋状に巻回した構成と
なっている。第１の冷媒管５１に高温高圧の冷媒を、給
湯水管５２に低温低圧の水を流入させることにより、冷
媒の凝縮熱等により水を加熱する給湯用の熱交換器とし
て機能することになる。一方、浴槽用熱交換器６０は、
同様に、第２の冷媒管６１および浴槽水管６２をそれぞ
れ偏平化して密着させ、螺旋状に巻回した構成となって
いる。第２の伝熱管５１に高温高圧の冷媒を、浴槽水管
５２に浴槽からの低温低圧の水を流入させることによ
り、冷媒の凝縮熱等により浴槽の湯を加熱し追い焚きを
行う浴槽用熱交換器として機能することになる。

【０００４】なお、従来例では、伝熱用の管として肉厚
が薄く比較的強度の小さい管体を使用することにより偏
平化を容易にするとともに、この偏平化により管同士が
密着する面積すなわち伝熱面積の拡大を図ることによ
り、熱交換性能を向上させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、次のような課題がある。例えば、熱交換
器７０を、動作圧力が非常に高い二酸化炭素冷媒と水と
の熱交換器として利用する場合、高圧冷媒の流れる第１
の冷媒管５１または第２の冷媒管６１の内部に加わる圧
力が非常に高くなるため、管体をあらかじめ機械的に偏
平化する従来のような構成では、変形に供しやすく、十
分な耐圧性を確保することが困難となる。また、熱交換
器７０は、図６に示すように、第１の冷媒管５１と給湯
用水管５２、第２の冷媒管６１と浴槽用水管６２を互い
に密着させて螺旋状に巻回した構成であり、円筒形状と
なる熱交換器７０の内側にデッドスペースが形成される
ため、伝熱面積に比して熱交換器の占有体積が大きくな
り、装置内部に収納するスペースが多く必要となるとい
う課題があった。

【０００６】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の熱交換器は、複数の流路を同一平面
上に並列配置してなる第１の流路と、前記第１の流路が
形成する少なくとも一方の面に対向して第２の流路およ
び第３の流路を有するものである。

【０００８】これによって、耐圧性向上のために、第１
の流路として断面積の小さい微細な流路を使用するよう
な場合も、これを複数本同一平面上で並列に密着配置し
た構成とすることにより、平坦で広い伝熱面を形成し、
薄型でコンパクトな熱交換器を構成することが可能とな
る。さらに、この平坦な第１の流路の少なくとも一方の
面に、第２の流路および第３の流路を設けることによ
り、第１の流路を流れる流体と、第２の流路および第３
の流路を流れる流体との間で、単独あるいは同時に熱交
換を行うことができる。例えば、一つの冷媒流路を加熱
源に用いて、給湯用の水加熱と浴槽の追い焚き用の水加
熱とを単独あるいは同時に行うような複数機能を兼ね備
えることができる。よって、耐圧性に優れ、多機能展開
が容易でありながら、デッドスペースの少ないコンパク
トな熱交換器を提供できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、複数の
流路を同一平面上に並列配置してなる第１の流路と、前
記第１の流路が形成する少なくとも一方の面に対向して
第２の流路および第３の流路を有するものであり、耐圧
性向上のために、第１の流路として断面積の小さい微細
な流路を使用するような場合も、これを複数本同一平面
上で並列に密着配置した構成とすることにより、平坦で
広い伝熱面を形成し、薄型でコンパクトな熱交換器を構
成することが可能となる。また、この平坦な第１の流路
の少なくとも一方の面に、第２の流路および第３の流路
を設けることにより、第１の流路を流れる流体と、第２
および第３の流路を流れる流体との間で、単独あるいは
同時に熱交換を行うことができる。例えば、一つの冷媒
流路を加熱源に用いて、給湯用の水加熱と浴槽の追い焚
き用の水加熱とを、単独あるいは同時に行うような複数
機能を兼ね備えることができる。よって、耐圧性に優
れ、多機能展開が容易でありながら、デッドスペースの
少ないコンパクトな熱交換器を提供できる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、複数の流路を同
一平面上に並列配置してなる第１の流路と、前記第１の
流路が形成する一方の面に対向して第２の流路と、前記
第１の流路が形成する他方の面に対向して第３の流路を
有するものであり、請求項１記載の発明と同様に、第１
の流路を複数本同一平面上で並列配置して広い伝熱面を
形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。
また、この平坦な第１の流路に対して、一方の面に第２
の流路を、その他方の面に第３の流路をそれぞれ設ける
ことにより、第１の流路を流れる流体と、第２および第
３の流路を流れる流体との間で、単独あるいは同時に熱
交換を行うことができる。さらに、第１の流路の上下両
面を用いて熱交換器を構成するため、一方の面だけの構
成に比べて、十分広い伝熱面積を確保することができ
る。よって、耐圧性に優れ、多機能展開が容易でありな
がら、熱交換性能に優れ、より一層コンパクトな熱交換
器を提供できる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２の構成に対して、特に第２の流路または第３の流路の
どちらか一方に対して、第１の流路と同一の流体を流通
させてなるものである。これによれば、例えば、ヒート
ポンプサイクルにおいて冷凍効果向上のために用いられ
る冷媒間の熱交換器（例えば、凝縮器出口の冷媒と蒸発
器出口の冷媒との内部熱交換器）と、冷媒と給湯水との
熱交換器との一体化を容易に実現することができる。よ
って、同様に、多機能展開が容易でありながら、コンパ
クトな熱交換器を提供できる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２の構成に対して、特に第２の流路と 第３の流路とが
互いに連通し、同一流体を流通させてなるものであり、
第１の流路を流れる流体と、その両面に配した第２およ
び第３の流路を流れる流体との単独の熱交換器として、
格段に広い伝熱面積を確保することができ、熱交換性能
がきわめて高い熱交換器を提供できる。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
構成に対して、特に第１の流路に対して一方の面にの
み、前記第１の流路、第２の流路および第３の流路のそ
れぞれと連通する配管部を植立させたものであり、熱交
換器の片面への集中配管により、装置内での配管組立性
が向上する一方、熱交換器の背面に平坦な面が形成可能
となり、装置内への設置自由度が向上し、デッドスペー
スも低減する。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
構成に対して、特に第１の流路に高圧側流体、第２の流
路および第３の流路の少なくとも一方に低圧側流体が流
通するものであり、流路の微細化による耐圧性向上が容
易な第１の流路に、選択的に高圧側の流体を流入させる
ことにより、熱交換器の信頼性を向上させることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１６】（実施例１）図１は本発明の実施例１の熱
交換器１０の構成図、図２および図３はその断面図であ
る。図１において、熱交換器１０は、複数の流路を同一
平面上に並列配置してなる第１の流路１を備え、この第
１の流路１が形成する平面の一方に対向する位置に、第
２の流路２と第３の流路３とを配したものである。第１
の流路１には点線矢印で示したように流体Ａが流通する
一方、第２の流路２には一点鎖線矢印で示したように流
体Ｂが、第３の流路３には実線矢印で示したように流体
Ｃがそれぞれ流通する。

【００１７】具体的な流路構成としては、第１の流路１
は、例えば、図２に示すように、金属の押し出し加工に
より、略同一平面上に複数の流路を並列に形成したもの
である。一方、第２の流路２は、例えば、プレス機によ
る絞り加工等により金属プレートに流路溝を形成し、隔
壁となるプレートと重ねてできる空間で構成され、第３
の流路３もこれと同様に構成される。なお、熱交換器１
０の各流路を構成する材質としては、熱伝導性および成
形性の良い金属、例えば銅やアルミニウム、ステンレス
等が挙げられる。また、各流路を熱密的に一体化する熱
交換器１０の製造方法としては、一般的なロウ付けや拡
散溶接による接合が挙げられる。

【００１８】なお、第１の流路１と、第２の流路２およ
び第３の流路３とは、図１に示すように、その長手方向
の略全体にわたって対向する位置にあり、第１の流路１
を流れる流体Ａと、第２の流路２および第３の流路３を
流れる流体ＢおよびＣとが、互いに対向流となるような
構成を有している。

【００１９】また、各流路の入出口部の構成としては、
例えば、図３に示したように、第１の流路１と連通する
配管３１ａと３１ｂ、第２の流路２と連通する配管３２
ａと３２ｂ、第３の流路３と連通する配管３３ａと３３
ｂをそれぞれ植立させている。これらの配管はすべて、
第１の流路１に対して上側の面、つまり熱交換器１０に
対して片方の面に対してのみ植立させたものである。

【００２０】以上のように構成された熱交換器につい
て、以下その作用を説明する。例えば、熱交換器１０
が、冷媒の凝縮熱等を利用して給湯水を加熱する給湯用
熱交換器と、同じく浴槽水を加熱する浴槽用熱交換器と
を備えたヒートポンプ給湯機に展開利用されるものとす
る。このとき、第１の流路１を流れる流体Ａは高温高圧
の冷媒、第２の流路２を流れる流体Ｂは貯湯タンク等か
らの低温低圧の給湯水、第３の流路３を流れる流体Ｃは
浴槽からの低温低圧の浴槽水となる。高温高圧の冷媒
は、第１の流路１を流れる間に、これに対向する第２の
流路２を流れる低温低圧の給湯水あるいは第３の流路３
を流れる浴槽水を、それぞれ単独あるいは同時に加熱す
ることになる。

【００２１】ここで、本実施例によれば、耐圧性向上の
ために、第１の流路１として断面積の小さい微細な流路
を使用するような場合も、これを複数本同一平面上で並
列に密着配置した構成とすることにより、平坦で広い伝
熱面を形成し、薄型でコンパクトな熱交換器を構成する
ことが可能となる。

【００２２】また、この平坦な第１の流路１の一方の面
に、第２の流路２および第３の流路３を設けることによ
り、第１の流路１を流れる流体と、第２の流路２および
第３の流路３を流れる流体との間で、単独あるいは同時
に熱交換を行うことができる。特に第１の流路１を流れ
る流体が冷媒、第２の流路２を流れる流体が給湯水、第
３の流路３を流れる流体が浴槽水である場合には、一つ
の冷媒流路を用いて、給湯用の水加熱と浴槽の追い焚き
用の水加熱とを、単独あるいは同時に行うような複数機
能を兼ね備えることができる。

【００２３】さらに、本実施例は、第１の流路１に対し
て一方の面側にのみ、第１の流路１、第２の流路２およ
び第３の流路３のそれぞれと連通する配管を植立させた
ものであるため、熱交換器１０の片面への集中配管によ
り、装置内での配管組立性が向上する一方、熱交換器１
０の背面に平坦な面が形成可能となり、装置内への設置
自由度が向上し、デッドスペースも低減する。

【００２４】したがって、耐圧性に優れ、多機能展開が
容易でありながら、デッドスペースの少ないコンパクト
な熱交換器を提供できる。

【００２５】（実施例２）本発明の実施例２は、実施例
１と同様な構成に対して、特に第２の流路２に対して、
第１の流路１と同一の流体を流通させてなるものであ
る。例えば、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルにおい
ては、冷凍効果を高めるために、凝縮器出口の冷媒と蒸
発器出口の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を用いる
ことがある。

【００２６】本実施例の熱交換器１０を、このようなヒ
ートポンプ回路の凝縮器（特に二酸化炭素冷媒を用いる
ような超臨界サイクルの場合はガスクーラ）に用いると
する。第１の流路１を流れる流体Ａとして、圧縮機(図
示せず)から吐出した高温高圧の冷媒が流通するものと
し、第２の流路２を流れる流体Ｂとして、同じヒートポ
ンプ回路の蒸発器（図示せず）からの低温低圧の冷媒、
第３の流路３を流れる流体Ｃとして、貯湯タンク等から
の低温低圧の給湯水が流通するとする。

【００２７】このとき、高温高圧の冷媒は、第１の流路
１を流れる間に、これに対向する第３の流路３を流れる
低温低圧の給湯水に対して放熱するとともに、さらに、
第２の流路２を流れる蒸発器からの低温低圧の冷媒によ
り冷却され、適度に過冷却の状態で次の蒸発器に供され
る。図示しないこの蒸発器を、家や建物等の室内におけ
る大気との熱交換器とすれば、室内の冷房に用いること
ができる。このような内部熱交換器を配することによ
り、一般にヒートポンプ回路の冷凍効果は増大する。し
たがって、本実施例によれば、多機能展開が容易であり
ながら、コンパクトな熱交換器を提供できる。

【００２８】（実施例３）図４は本発明の実施例３の熱
交換器２０の構成図、図５はその断面図である。図４に
おいて、熱交換器２０は、複数の流路を同一平面上に並
列配置してなる第１の流路１１を備え、この第１の流路
１１が形成する平面の一方に対向して第２の流路１２
と、第１の流路１１が形成する平面の他の一方に対向し
て第３の流路１３を配したものである。第１の流路１１
には点線矢印で示したように流体Ａが流通する一方、第
２の流路１２には一点鎖線矢印で示したように流体Ｂ
が、第３の流路１３には実線矢印で示したように流体Ｃ
がそれぞれ流通する。

【００２９】具体的な流路構成としては、第１の流路１
１は、例えば、実施例１と同様に、金属の押し出し加工
により、略同一平面上に複数の流路を並列に形成したも
のである。一方、第２の流路１２は、例えば、プレス機
による絞り加工等により金属プレートに流路溝を形成
し、隔壁となるプレートと重ねてできる空間で構成さ
れ、第３の流路３もこれと同様に構成される。なお、熱
交換器２０の各流路を構成する材質としては、熱伝導性
および成形性の良い金属、例えば銅やアルミニウム、ス
テンレス等が挙げられる。また、各流路を熱密的に一体
化する熱交換器２０の製造方法としては、一般的なロウ
付けや拡散溶接による接合が挙げられる。

【００３０】なお、第１の流路１１と、第２の流路１２
および第３の流路１３とは、図４に示すように、その長
手方向の略全体にわたって対向する位置にあり、第１の
流路１１を流れる流体Ａと、第２の流路１２および第３
の流路１３を流れる流体ＢおよびＣとが、互いに対向流
となるような構成を有している。

【００３１】また、各流路の入出口部の構成としては、
例えば、図５に示したように、第１の流路１１と連通す
る配管４１ａと４１ｂ、第２の流路１２と連通する配管
４２ａと４２ｂ、第３の流路１３と連通する配管４３ａ
と４３ｂをそれぞれ植立させている。これらの配管はす
べて、第１の流路１１に対して上側の面、つまり熱交換
器２０に対して片方の面に対してのみ植立させたもので
ある。

【００３２】以上のように構成された熱交換器につい
て、以下その作用を説明する。例えば、実施例１と同様
に、第１の流路１１を流れる流体Ａとして、蒸気圧縮式
等のヒートポンプ回路からの高温高圧の冷媒が流通する
とする。また、第２の流路１２を流れる流体Ｂとして、
貯湯タンク等からの低温低圧の給湯水、第３の流路１３
を流れる流体Ｃとして、浴槽からの低温低圧の浴槽水が
流通するとする。このとき、高温高圧の冷媒は、第１の
流路１１を流れる間に、これに対向する第２の流路１２
を流れる低温低圧の給湯水あるいは第３の流路１３を流
れる浴槽水を単独あるいは同時に加熱する。

【００３３】ここで、本実施例によれば、耐圧性向上の
ために、第１の流路１１として断面積の小さい微細な流
路を使用するような場合も、これを複数本同一平面上で
並列に密着配置した構成とすることにより、平坦で広い
伝熱面を形成し、薄型でコンパクトな熱交換器を構成す
ることが可能となる。

【００３４】また、この平坦な第１の流路１１に対し
て、一方の面に第２の流路１２を、その他方の面に第３
の流路１３をそれぞれ設けることにより、第１の流路１
１を流れる流体と、第２の流路１２および第３の流路１
３を流れる流体との間で、単独あるいは同時に熱交換を
行うことができる。特に第１の流路１１を流れる流体が
冷媒、第２の流路１２を流れる流体が給湯水、第３の流
路１３を流れる流体が浴槽水である場合には、一つの冷
媒流路を用いて、給湯用の水加熱と浴槽の追い焚き用の
水加熱とを、単独あるいは同時に行うような複数機能を
兼ね備えることができる。

【００３５】さらに、第１の流路１１の上下両面を用い
て熱交換器２０を構成するため、片面だけの構成に比べ
て、十分広い伝熱面積を確保することができる。また、
第２の流路１２および第３の流路１３に低温側の流体を
流通させてやれば、熱交換器をとりまく大気等との温度
差が小さくなり、熱交換器の断熱性の向上すなわち放熱
ロスの低減が図れ、熱交換性能が向上する。

【００３６】また、本実施例は、第１の流路１１に対し
て一方の面側にのみ、第１の流路１１、第２の流路１２
および第３の流路１３のそれぞれと連通する配管を植立
させたものであるため、熱交換器の片面への集中配管に
より、装置内での配管組立性が向上する一方、熱交換器
の背面に平坦な面が形成可能となり、装置内への設置自
由度が向上し、デッドスペースも低減する。したがっ
て、耐圧性に優れ、多機能展開が容易でありながら、よ
り一層コンパクトな熱交換器を提供できる。

【００３７】（実施例４）本発明の実施例４は、実施例
３と同様な構成に対して、特に第２の流路１２と第３の
流路１３とを互いに連通させ、同一流体を流通させてな
るものであり、例えば、第１の流路１１を流れる流体が
高温高圧の冷媒であり、第２の流路１２および第３の流
路１３を流れる流体が低温低圧の給湯水とするものであ
る。

【００３８】これによれば、第１の流路１１の両面に第
２の流路１２および第３の流路１３を配した単独の熱交
換器として、格段に広い伝熱面積を確保することがで
き、熱交換性能がきわめて高く、コンパクトな熱交換器
を提供できる。また、流路の微細化による耐圧性向上が
容易な第１の流路１１に、選択的に高圧側の流体を流入
させることにより、熱交換器の信頼性を向上させること
ができる。

【００３９】なお、以上の実施例では、第１の流路１に
冷媒、第２の流路および第３の流路３に給湯水や浴槽水
が流通するとしたが、必ずしもこれにとらわれるもので
はなく、冷暖房用のブラインを流通させたり、水単独で
用いるなど、いかなる流体に利用しても構わない。

【００４０】また、実施例１および３では、各流路が一
直線形状を有するように図示するとともに、第１の流路
を流れる流体と、第２および第３の流路を流れる流体と
が、互いに対向流となるような流路構成を有するとした
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要に応
じて流路を蛇行形状としたり、熱交換を行う流体同士が
並行流や直交流となるような流路形状としても構わな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、請求項１から６に記載の
発明によれば、複数の流路を同一平面上に並列配置して
なる第１の流路と、前記第１の流路が形成する少なくと
も一方の面に対向して第２の流路および第３の流路を有
するものであり、耐圧性向上のために、第１の流路とし
て断面積の小さい微細な流路を使用するような場合も、
これを複数本同一平面上で並列に密着配置した構成とす
ることにより、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型でコン
パクトな熱交換器を構成することが可能となる。また、
この平坦な第１の流路の少なくとも一方の面に、第２の
流路および第３の流路を設けることにより、第１の流路
を流れる流体と、第２および第３の流路を流れる流体と
の間で、単独あるいは同時に熱交換を行うことができ
る。よって、耐圧性に優れ、多機能展開が容易でありな
がら、コンパクトな熱交換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１および２の熱交換器の構成を
示す斜視図

【図２】同熱交換器の断面図

【図３】同熱交換器の断面図

【図４】本発明の実施例３および４の熱交換器の構成を
示す断面図

【図５】同熱交換器の断面図

【図６】従来の熱交換器の断面図

【符号の説明】 １、１１ 第１の流路 ２、１２ 第２の流路 ３、１３ 第３の流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國本 啓次郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 近藤 龍太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 今林 敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岡 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L103 AA05 BB43 CC02 DD52

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の流路を同一平面上に並列配置して
   なる第１の流路と、前記第１の流路が形成されている少
   なくとも一方の面に対向して第２の流路および第３の流
   路を有する熱交換器。
2. 【請求項２】 複数の流路を同一平面上に並列配置して
   なる第１の流路と、前記第１の流路が形成されている一
   方の面に対向して設けられた第２の流路と、前記第１の
   流路が形成されている他方の面に対向して設けられた第
   ３の流路を有する熱交換器。
3. 【請求項３】 第２の流路または第３の流路のどちらか
   一方に対して、第１の流路と同一の流体を流通させてな
   る請求項１または２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 第２の流路と第３の流路とが互いに連通
   し、同一流体を流通させてなる請求項１または２記載の
   熱交換器。
5. 【請求項５】 第１の流路に対して一方の面にのみ、前
   記第１の流路、第２の流路および第３の流路のそれぞれ
   と連通する配管部を植立させた請求項１〜４のいずれか
   １項に記載の熱交換器。
6. 【請求項６】 第１の流路に高圧側流体、第２の流路お
   よび第３の流路の少なくとも一方に低圧側流体が流通す
   る請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。