JP2004278807A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹(バスタブ)状にプレス成形された2枚の外板を接合することによって構成されたチューブを有する熱交換器に関するもので、給湯水を加熱するための加熱用熱交換器の水チューブに適用して有効である。
【0002】
【従来の技術発明が解決しようとする課題】
給湯水と冷媒とを熱交換するヒートポンプ式給湯器用の熱交換器として、発明者は、断面形状が略凹(バスタブ)状にプレス成形された2枚の外板を接合するとともに、2枚の外板間で構成された空間を仕切板で仕切ることにより給湯水通路を蛇行させた水側チューブと細管状の冷媒側チューブとを接合して、給湯水と冷媒とが対向流状態で熱交換するものを開発検討した。
【0003】
しかし、上記開発品では、給湯水通路を何度(例えば、100回)も転向させることにより給湯水通路を蛇行路として、熱交換器の外形寸法を大きくすることなく、冷媒との熱交換経路を長くしているので、給湯水通路で発生する圧力損失が大きくなる易いという問題を有している。
【0004】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第2には、熱交換器内で発生する圧力損失を低減することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された2枚の外板(22)を接合することによって構成された第1チューブ(21)と、2枚の外板(22)間に形成された空間内に配置され、空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路(24)を構成する複数枚の仕切部材(23)と、外板(22)に接合され、第1チューブ(21)内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第2チューブ(26)とを備え、複数枚の仕切部材(23)は、空間内において、外板(22)の厚み方向に積層されていることを特徴とする。
【0006】
これにより、前記空間内において、外板(22)の厚み方向に重なった複数列の蛇行路(24)が形成され得ることとなる。
【0007】
したがって、流量(Q)に対する蛇行路(24)と流体との伝熱面積(S)との比(=S/Q)を低下させることなく、蛇行路(24)の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、熱交換器の外形寸法を大きくすることなく、流体との熱交換経路を長くすることができる。
【0008】
請求項2に記載の発明では、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された2枚の外板(22)を接合することによって構成された第1チューブ(21)と、2枚の外板(22)間に形成された空間内に配置され、空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路(24)を構成する仕切部材(23)と、外板(22)に接合され、第1チューブ(21)内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第2チューブ(26)とを備え、仕切部材(23)は、空間内において、外板(22)の厚み方向に重なった複数列の蛇行路(24)が形成されるような形状に成形されていることを特徴とする。
【0009】
これにより、請求項1に記載の発明と同様に、流量(Q)に対する蛇行路(24)と流体との伝熱面積(S)との比(=S/Q)を低下させることなく、蛇行路(24)の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、熱交換器の外形寸法を大きくすることなく、流体との熱交換経路を長くすることができる。
【0010】
請求項3に記載の発明では、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された2枚の外板(22)を接合することによって構成された第1チューブ(21)と、2枚の外板(22)間に形成された空間内に配置され、空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路(24)を構成する仕切部材(23)と、外板(22)に接合され、第1チューブ(21)内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第2チューブ(26)とを備えることを特徴とするものである。
【0011】
請求項4に記載の発明では、第2チューブ(26)は、第1チューブ(21)周りにコイル状に巻き付けられた状態で外板(22)に接合されていることを特徴とするものである。
【0012】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、給湯水を加熱するための加熱用熱交換器の水チューブに本発明を適用したものであって、図1はヒートポンプ式給湯器であり、図2は本実施形態に係るチューブを用いた給湯水と冷媒と熱交換する水冷媒熱交換器20の外形斜視図である。なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いている。
【0014】
因みに、ヒートポンプ式給湯器とは、ヒートポンプ式給湯器は、図1に示すように、冷媒を吸入圧縮する圧縮機10、水冷媒熱交換器20、水冷媒熱交換器20から流出した冷媒を減圧する減圧器30、外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器40、及び蒸発器40から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機10に供給する気液分離器50等から構成されたもので、外気から吸熱した熱及び圧縮機10の圧縮仕事量に相当する熱量を給湯水に与えることにより給湯水を加熱する。
【0015】
次に、水冷媒熱交換器20の構造について述べる。
【0016】
水冷媒熱交換器20の水側チューブ21は、図3に示すように、断面形状が略凹(バスタブ)状にプレス成形された2枚の外板22を接合するとともに、図4に示すように、2枚の外板22間で構成された空間を複数枚の仕切部材23で仕切ることにより蛇行した給湯水通路、つまり蛇行路24を構成したもので、本実施形態では、外板22及び仕切部材23を耐食性に優れた金属(例えば、銅やステンレス)製として、これらをろう接にて接合している。
【0017】
そして、本実施形態では、図3に示すように、2枚の外板22間で構成された空間内において、複数枚の仕切部材23を外板22の厚み方向(紙面上下方向)に積層することにより、前記空間内において、外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を形成している。
【0018】
なお、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」(東京電機大学出版局)に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。因みに、融点が450℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が450℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
【0019】
因みに、本実施形態では、外板22及び仕切部材23の厚みを共に約0.5mmとし、両者22、23は箔状のりん銅溶加材にろう接され、外板22同士も箔状のりん銅溶加材にろう接されているが、例えば棒状の溶加材を所定箇所に配置してもよい。
【0020】
また、仕切部材23は、図5に示すように、板材を略矩形波状にプレス成形することにより、蛇行路24の一部を構成する複数本の溝部24aを形成したもので、隣り合う溝部24aは、連通路24bを介して連通する。
【0021】
因みに、本実施形態では、仕切部材23を金属製とすることにより、給湯水と水側チューブ21との伝熱面積を増大させるフィンとして効果も担っている。
【0022】
ところで、本実施形態では、圧縮機10の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上としているので、水冷媒熱交換器20に冷媒と給湯水とが熱交換する際に、冷媒は凝縮することなく、冷媒温度を低下させながらそのエンタルピを低下させることから、図2に示すように、冷媒の流れと給湯水の流れとが対向流れとなるように、複数本(本実施形態では、3本)の細管状冷媒チューブ26を束ねて1本とし、その束ねた冷媒チューブ26を水側チューブ21周りにコイル状に巻き付けた状態で外板22にろう接している。
【0023】
なお、本実施形態では、冷媒チューブ26をりん脱酸銅をローラ成形機にてコイル状に成形したものであり、りん銅の溶加材にて水側チューブ21、つまり外板22にろう接している。
【0024】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0025】
本実施形態では、2枚の外板22間で構成された空間内において、複数枚の仕切部材23を外板22の厚み方向(紙面上下方向)に積層しているので、前述のごとく、前記空間内において、外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24が形成されることとなる。
【0026】
したがって、給水量(Q)に対する給湯水通路、つまり蛇行路24と給湯水との伝熱面積(S)との比(=S/Q)を低下させることなく、蛇行路24の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、水冷媒熱交換器20の外形寸法を大きくすることなく、冷媒との熱交換経路を長くすることができる。
【0027】
(第2実施形態)
第1実施形態では、仕切部材23を矩形波状にプレス成形したが、本実施形態は、図6に示すように、仕切部材23を正弦波状にプレス成形したものである。
【0028】
なお、本実施形態では、2枚の外板22間で構成された空間内において、外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24は、第1実施形態ほど、厳密に区画されていない。
【0029】
(第3実施形態)
上述の実施形態では、2枚の外板22間で構成された空間内において、2枚の仕切部材23にて外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を形成したが、本実施形態は、図7に示すように、1枚の仕切部材23にて外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を形成したものである。
【0030】
(第4実施形態)
上述の実施形態では、2枚の外板22間で構成された空間内において、外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を形成したが、本実施形態は、図8に示すように、外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を設けることなく、蛇行路24を1列としたものである。
【0031】
そして、本実施形態においても、1列の蛇行路24の通路断面積を十分に大きくすれば、圧力損失を十分に小さくすることができる。
【0032】
(第5実施形態)
上述の実施形態では、冷媒チューブ26を水側チューブ21にコイル状に巻き付けたが、本実施形態は、図9に示すように、冷媒チューブ26を蛇行路24の進行方向(図9の上下方向)に延びる細管状としたものである。
【0033】
なお、複数本の冷媒チューブ26の長手方向両端側には、これら冷媒チューブ26と連通する冷媒タンク27が設けられており、給湯水の出口側(紙面上側)に設けられた冷媒タンク27は、複数本の冷媒チューブ26に冷媒を分配供給するもので、給湯水の入口側(紙面下側)に設けられた冷媒タンク27は、複数本の冷媒チューブ26から流出した冷媒を集合回収するものである。
【0034】
(その他の実施形態)
第1、2実施形態では、2枚の外板22間で構成された空間内において、2枚の仕切部材23にて外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を形成したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば3枚以上の仕切部材23にて外板22の厚み方向に重なった複数列の蛇行路24を形成してもよい。
【0035】
上述の実施形態では、板材に矩形波状にプレス成形を施すことにより仕切部材23を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばコの字状断面又は目の字状断面を有す押し出し又は引き抜き材にて仕切部材23を形成してもよい。
【0036】
また、上述の実施形態では、2枚の外板22を共にバスタブ状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば一方側の外板22のバスタブ状とし、他方側を平板状としてもよい。
【0037】
また、上述実施形態では、冷媒と給湯水とを熱交換する水冷媒熱交換器20の水側チューブ21に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯器の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る水側チューブの断面図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る水側チューブの概念図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る仕切部材の斜視図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係る水側チューブの断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る水側チューブの断面図である。
【図8】本発明の第3実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。
【符号の説明】
21…チューブ、22…外板、23…仕切部材、26…冷媒チューブ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat exchanger having a tube formed by joining two outer plates that are formed by pressurizing a fluid in a meandering inside and at least one of the cross-sectional shapes of at least one of them into a substantially concave (bathtub) shape. This is effective when applied to a water tube of a heating heat exchanger for heating hot water.
[0002]
[Problems to be solved by the prior art invention]
As a heat exchanger for a heat pump type water heater for exchanging heat between hot water and a refrigerant, the inventor joined two outer plates press-formed in a substantially concave (bathtub) cross section and joined two outer plates. The space formed between the outer plates is partitioned by a partition plate to join the water-side tube and the thin-walled refrigerant-side tube meandering in the hot-water supply passage, so that the hot-water supply and the refrigerant exchange heat in a counterflow state. We studied what to do.
[0003]
However, in the above-mentioned developed product, the hot water passage is turned many times (for example, 100 times) so that the hot water passage becomes a meandering path, and the heat exchange path with the refrigerant is increased without increasing the external dimensions of the heat exchanger. Therefore, there is a problem that the pressure loss generated in the hot water supply passage is likely to be large.
[0004]
In view of the above points, the present invention firstly provides a new heat exchanger different from the conventional one, and secondly, aims to reduce a pressure loss generated in the heat exchanger.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fluid meanders inside, and at least one of the two outer plates (22) press-formed in a substantially concave cross section. Meandering path (24), which is disposed in a space formed between a first tube (21) formed by joining the first and second outer plates (22) and partitions the space, through which a fluid flows. And a second tube (26) joined to the outer plate (22) and through which a fluid that exchanges heat with a fluid flowing through the first tube (21) flows. The partition members (23) are stacked in the thickness direction of the outer plate (22) in the space.
[0006]
Thereby, a plurality of rows of meandering paths (24) overlapping in the thickness direction of the outer plate (22) can be formed in the space.
[0007]
Therefore, the passage cross-sectional area of the meandering path (24) can be increased without decreasing the ratio (= S / Q) of the meandering path (24) to the heat transfer area (S) with respect to the flow rate (Q). Since the pressure loss can be reduced, the heat exchange path with the fluid can be lengthened without increasing the external dimensions of the heat exchanger.
[0008]
According to the second aspect of the present invention, the fluid is meandered inside, and at least one of the first tubes (22) is formed by joining two outer plates (22) press-formed in a substantially concave cross section. 21) a partition member (23) disposed in a space formed between the two outer plates (22) and forming a meandering path (24) through which a fluid flows so as to partition the space; A second tube (26) joined to the first tube (21) and through which a fluid that exchanges heat with the fluid flowing through the first tube (21) flows, and the partition member (23) is provided with an outer plate (22) Is formed in such a shape that a plurality of rows of meandering paths (24) overlapping in the thickness direction are formed.
[0009]
Accordingly, the meandering path (24) and the ratio of the heat transfer area (S) of the fluid to the meandering path (S) to the flow rate (Q) (= S / Q) are reduced, as in the first aspect of the present invention. Since the pressure loss can be reduced by increasing the passage cross-sectional area of the passage (24), the heat exchange path with the fluid can be lengthened without increasing the external dimensions of the heat exchanger.
[0010]
According to the third aspect of the present invention, the fluid is meandered inside, and at least one of the first tubes (22) is formed by joining two outer plates (22) that are press-formed in a substantially concave cross section. 21) a partition member (23) disposed in a space formed between the two outer plates (22) and forming a meandering path (24) through which a fluid flows so as to partition the space; And a second tube (26) joined to the first tube (21) and through which a fluid that exchanges heat with a fluid that flows in the first tube (21) flows.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the second tube (26) is joined to the outer plate (22) while being wound in a coil shape around the first tube (21). is there.
[0012]
Incidentally, reference numerals in parentheses of the above-mentioned units are examples showing the correspondence with specific units described in the embodiments described later.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
In the present embodiment, the present invention is applied to a water tube of a heating heat exchanger for heating hot water, FIG. 1 shows a heat pump water heater, and FIG. 2 shows a tube according to the present embodiment. FIG. 3 is an external perspective view of a water-
[0014]
As shown in FIG. 1, the heat pump water heater is a compressor that sucks and compresses a refrigerant, a water
[0015]
Next, the structure of the water-
[0016]
As shown in FIG. 3, the water-
[0017]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a plurality of
[0018]
The term “brazing” refers to a technique for joining a base material using a brazing material or solder so as not to be melted, as described in, for example, “Connection and Joining Technology” (Tokyo Denki University Press). . By the way, when joining using a filler material with a melting point of 450 ° C or more, it is called brazing, and the filler material at that time is called a brazing material, and when joining using a filler material with a melting point of 450 ° C or less. Is called soldering, and the filler material at that time is called solder.
[0019]
By the way, in the present embodiment, the thickness of both the
[0020]
As shown in FIG. 5, the
[0021]
By the way, in the present embodiment, the
[0022]
By the way, in the present embodiment, since the discharge pressure of the
[0023]
In the present embodiment, the
[0024]
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
[0025]
In the present embodiment, a plurality of
[0026]
Therefore, without decreasing the ratio (= S / Q) of the hot water supply passage to the water supply amount (Q), that is, the ratio of the heat transfer area (S) between the
[0027]
(2nd Embodiment)
In the first embodiment, the
[0028]
In the present embodiment, in the space formed between the two
[0029]
(Third embodiment)
In the above-described embodiment, a plurality of rows of meandering
[0030]
(Fourth embodiment)
In the above-described embodiment, a plurality of rows of meandering
[0031]
And also in this embodiment, if the passage cross-sectional area of the one-
[0032]
(Fifth embodiment)
In the above-described embodiment, the
[0033]
A
[0034]
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, a plurality of rows of meandering
[0035]
In the above-described embodiment, the
[0036]
In the above-described embodiment, both of the two
[0037]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the water-
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a heat pump water heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of the water-refrigerant heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a water-side tube according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram of a water side tube according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a partition member according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a water side tube according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a water side tube according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an external perspective view of a water-refrigerant heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an external perspective view of a water-refrigerant heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
21: tube, 22: outer plate, 23: partition member, 26: refrigerant tube.
Claims (4)
前記2枚の外板(22)間に形成された空間内に配置され、前記空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路(24)を構成する複数枚の仕切部材(23)と、
前記外板(22)に接合され、前記第1チューブ(21)内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第2チューブ(26)とを備え、
前記複数枚の仕切部材(23)は、前記空間内において、前記外板(22)の厚み方向に積層されていることを特徴とする熱交換器。A first tube (21) formed by joining two outer plates (22) each having a fluid meandering inside and at least one of the cross-sectional shapes pressed into a substantially concave shape;
A plurality of partition members (23) arranged in a space formed between the two outer plates (22) and forming a meandering path (24) through which a fluid flows so as to partition the space;
A second tube (26) joined to the outer plate (22) and through which a fluid that exchanges heat with a fluid flowing through the first tube (21) flows;
The heat exchanger, wherein the plurality of partition members (23) are stacked in the space in the thickness direction of the outer plate (22).
前記2枚の外板(22)間に形成された空間内に配置され、前記空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路(24)を構成する仕切部材(23)と、
前記外板(22)に接合され、前記第1チューブ(21)内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第2チューブ(26)とを備え、
前記仕切部材(23)は、前記空間内において、前記外板(22)の厚み方向に重なった複数列の前記蛇行路(24)が形成されるような形状に成形されていることを特徴とする熱交換器。A first tube (21) formed by joining two outer plates (22) each having a fluid meandering inside and at least one of the cross-sectional shapes pressed into a substantially concave shape;
A partition member (23) arranged in a space formed between the two outer plates (22) and forming a meandering path (24) through which a fluid flows so as to partition the space;
A second tube (26) joined to the outer plate (22) and through which a fluid that exchanges heat with a fluid flowing through the first tube (21) flows;
The partition member (23) is formed in a shape such that a plurality of rows of the meandering paths (24) overlapping in the thickness direction of the outer plate (22) are formed in the space. Heat exchanger.
前記2枚の外板(22)間に形成された空間内に配置され、前記空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路(24)を構成する仕切部材(23)と、
前記外板(22)に接合され、前記第1チューブ(21)内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第2チューブ(26)とを備えることを特徴とする熱交換器。A first tube (21) formed by joining two outer plates (22) each having a fluid meandering inside and at least one of the cross-sectional shapes pressed into a substantially concave shape;
A partition member (23) arranged in a space formed between the two outer plates (22) and forming a meandering path (24) through which a fluid flows so as to partition the space;
A heat exchanger, comprising: a second tube (26) joined to the outer plate (22) and through which a fluid that exchanges heat with a fluid flowing through the first tube (21) flows.
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JP2003066602A JP2004278807A (en) | 2003-03-12 | 2003-03-12 | Heat exchanger |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008202846A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd | Heat transfer tube for heat exchanger and egr gas cooling device using the same |
JP2011127865A (en) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Fujitsu General Ltd | Heat exchanger |
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2003
- 2003-03-12 JP JP2003066602A patent/JP2004278807A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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