JP2012112556A - 熱交換器およびその接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、多重管の接続部分の構造を簡素化し、その部分の接続作業を容易かつ迅速に行えることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は、多重管２５の両端にジョイント３０を備え、ジョイント３０は、外管２６が接続される外管接続部３１と、被熱交換液体が流れる配管が接続される流体配管接続部３３と、前記内管２７が挿入されるとともに液密状に接続される内管接続部３２とを備えている。内管接続部３２の内径ｄ１は、各内管２７の先端部２７ｂを収束すべく、前記外管２６の内径ｄ２よりも小さく設定され、前記内管接続部３２には冷媒管５０が接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、給湯装置、空気調和装置、冷凍装置等に使用される熱交換器およびその接続方法に関する。

例えば、ヒートポンプ式給湯装置は、冷媒を圧縮させる圧縮機と、水と冷媒との間の熱交換を行う水熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張弁と、空気用熱交換器とを備えたヒートポンプサイクルが組み込まれている。

水熱交換器は、外管とこの外管内に設けられた内管とからなる多重管を、コイル状に巻いて構成したものである。内管内を冷媒が流れ、外管と内管との間の空間（水流路）を、水が流れるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

この多重管９０の一方は、図１１に示すように、外管９１に接続されたジョイント１００を介して温水出口管１０１と、圧縮機に連通する一本の冷媒配管１０４とに分岐されている。ジョイント１００からは、複数本の内管９２が突出されており、この突出する内管９２の先端部１０２は、分流器１０５を介して冷媒配管１０４に接続されている。

従って、圧縮機で圧縮されて冷媒配管１０４を流れて来た冷媒は、分流器１０５により各内管９２の先端部１０２に分流されることとなる。

また、図示省略するが、多重管９０の他方もジョイントを介して温水入口管と、膨張弁に連通する冷媒配管とに分岐されている。

特開２００６−２２６６１８号公報

前記熱交換器は、複数本の内管９２の先端部１０２が、分流器１０５に挿通される構造であるため、分流器１０５が必要となる。この分流器１０５は、各内管９２の先端部１０２が嵌入される複数本の挿通孔１０６を加工する必要がある。

また、各内管９２の先端部１０２を分流器１０５の挿通孔１０６に挿入した後に、各先端部１０２と分流器１０５との間の密封性を保持すべく、両者間にろう付加工を行っている。この結果、各内管９２と分流器１０５との接続作業が煩雑となり生産性にも問題があった。

なお、分流器１０５を採用することによる前記問題は、ジョイントが接続される多重管の他方においても同様である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の接続部分の構造を簡素化し、その部分の接続作業を容易かつ迅速に行えることを目的とする。

本発明は、課題を解決するために、熱交換器およびその接続方法としてなされたもので、熱交換器としての特徴は、外管の内部に冷媒が流れる複数本の内管が設けられ、且つ、外管と内管との間に被熱交換液体が流れるように構成された多重管と、前記多重管の両端に設けられたジョイントとを備え、前記ジョイントは、前記外管が接続される外管接続部と、被熱交換液体が流れる配管が接続される流体配管接続部と、前記内管が挿入されるとともに液密状に接続される内管接続部とを備え、前記内管接続部の内径は、各内管の先端部を収束すべく、前記外管の内径よりも小さく設定され、前記内管接続部には冷媒管が接続されていることにある。

前記本発明は、内管の先端部を内管接続部に挿入し、各内管の先端部を収束すべく、内管接続部の内径を、外管の内径よりも小さく設定しているので、従来必要であった分流器が不要となり、熱交換器のジョイント接続部分の構造の簡素化を図ることができ、その接続作業を容易かつ迅速に行える。

また、本発明の熱交換器は、前記内管の先端部は、前記内管接続部よりも外部に突出しており、その突出した内管の先端部は、冷媒管側に設けられた内管接続部に挿入され、前記冷媒管側の内管接続部の内径は、各内管の先端部を収束すべく、前記外管の内径よりも小さく設定されていることにある。

前記熱交換器において、前記各内管の先端面が面一に形成されているのが好ましい。

本発明の熱交換器は、冷媒が流れる複数本の冷媒管と、前記冷媒管における冷媒入口側の先端部を互いに収束すべく、前記先端部が挿入される管収束部とを備え、前記各冷媒管の先端面が面一に形成されていることにある。

前記本発明は、各内管の先端部を管収束部により収束し、前記各内管の先端面が面一に形成されているので、分流器が不要となり、熱交換器のジョイント接続部分の構造の簡素化を図ることができ、その接続作業を容易かつ迅速に行える。

本発明の熱交換器は、外管の内部に冷媒が流れる複数本の内管が設けられ、且つ、外管と内管との間に被熱交換液体が流れるように構成された多重管を備え、前記多重管の一方は、前記内管が収束される内管収束部と、被熱交換液体が流れる配管が接続される流体配管接続部とを備え、前記内管の先端部は、前記内管収束部よりも外部に突出しており、その突出した内管の先端部は、冷媒管側に設けられた内管接続部に挿入され、前記冷媒管側の内管接続部の内径は、各内管の先端部を収束すべく、前記外管の内径よりも小さく設定されていることにある。

本発明の熱交換器の接続方法は、外管と複数本の内管とから構成された多重管の端部に、ジョイントを接続する熱交換器の接続方法であって、前記外管の端部を前記ジョイントに設けた外管接続部に接続し、しかも、前記内管の端部を、その先端部が内管接続部外に突出するように内管接続部に挿通し、さらに、前記内管の端部をろう付により液密状に接続し、該内管接続部から突出する部分を、切断手段で面一となるように切断し、その後に、前記内管接続部に冷媒管を接続することにある。

本発明は、従来必要であった加工が複雑な分流器が不要となり、熱交換器の接続部分の構造の簡素化を図ることができ、その接続作業を容易かつ迅速に行える利点がある。

本発明の一実施形態に係る熱交換器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 同熱交換器を搭載した熱源機の斜視図である。 同熱交換器に使用されるジョイントの一部断面を含む正面図である。 （ａ）は図３のＸ−Ｘ線矢視断面図、（ｂ）は図３のＹ−Ｙ線矢視断面図である。 ヒートポンプサイクルの概略を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は多重管にジョイントを接続する工程をそれぞれ示す断面図である。 （ａ）は、本発明のジョイントの要部を示す断面図、（ｂ）は、比較例を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るジョイントの一部断面を含む正面図である。 本発明を空気用熱交換器に採用した実施形態に係る一部断面を含む正面図である。 （ａ）本発明の他の実施形態に係るジョイントの一部断面を含む正面図、（ｂ）は断面図である。 従来のジョイント部分の斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１〜図９は、給湯装置に使用されるヒートポンプ式の熱源機の一実施形態を示す。

ヒートポンプ式の熱源機１は、筐体２内にヒートポンプ構成機器からなるヒートポンプサイクルが組み込まれて構成されたものである。

筐体２の下部内には、図２および図５に示すように、冷媒を圧縮させる圧縮機（コンプレッサ）３と、被熱交換液体としての水と冷媒間との熱交換を行う熱交換器５と、冷媒を膨張させる膨張弁６と、制御ボックス（図示省略）等の機器が収容されている。

筐体２上部の両側面は開口され、そして、両側面には、各開口を閉塞するように一対の空気用熱交換器７が取付けられている。

また、筐体２上部に形成された空気吹出口８には、ファンからなる送風機９が設けられている。従って、この送風機９により吸い込まれた空気は、それぞれの空気用熱交換器７を通過して、筐体２上方に排出されるようになっている。

次に、熱交換器５について図１〜図４を参照しながら説明する。熱交換器５は、冷媒流路２１と水流路２２とを多重管２５により構成したもの（多重管式の水熱交換器）が採用されている。なお、図１（ｂ）は、水熱交換器５を上下４段で且つ並列に配置した場合を示すが、水熱交換器５はそれ以外の複数段であっても、単体であってもよい。

多重管２５は、長尺状の外管２６と、この外管２６内に設けられた複数本の内管２７とがコイル状に巻かれて構成されている。そして、内管２７により、冷媒流路２１が形成されているとともに、各内管２７同士の空間や、内管２７と外管２６との間の空間により、水流路２２が形成されている。

多重管２５の一方（各水熱交換器５の上側）は、冷媒入口側で且つ水出口側となっており、Ｔ字状を呈する第１ジョイント３０が接続されている。

また、多重管２５の他方（各水熱交換器５の下側）は、冷媒出口側で且つ水入口側となっており、Ｔ字状を呈する第２ジョイント４０が接続されている。

第１ジョイント３０は、図３に示すように、一端側の筒状の外管接続部３１と、他端側の筒状の内管接続部３２と、中途部の筒状の水配管接続部（流体配管接続部）３３とを備えている。

外管接続部３１には、外管２６の一端が接続されている。内管接続部３２には、圧縮機３により圧縮された高温の冷媒が流れる冷媒配管５０が接続されている。水配管接続部３３には、水熱交換器５で加熱された高温水を、例えば給湯槽（図示省略）に供給する温水出口配管５１が接続されている。

内管接続部３２の内径ｄ１は、外管２６の内径ｄ２よりも小径となっている。このように、内管接続部３２の内径ｄ１を外管２６の内径ｄ２よりも小径とすることにより、外管２６内では互いに間隔を有していた複数本の内管２７を、内管接続部３２において接近又は接触するように、互いに収束させることができる。そして、収束された内管２７は、内管接続部３２にろう付加工により接続されている。各内管２７と内管接続部３２との間には、ろう５５が十分に行き渡っており、各内管２７と内管接続部３２との間は液密性を有している。

従って、内管接続部３２は確実に閉塞され、外管２６と内管２７との間の水流路２２を出た高温水は、第１ジョイント３０内に流入するが、内管接続部３２から漏れ出ることはなく、高温水は、水配管接続部３３を介して温水出口配管５１に流入するようになっている。

また、内管接続部３２に収束された各内管２７の先端面２７ａは、内管接続部３２の先端面３２ａと面一に構成されている。このように、各内管２７の先端面２７ａおよび内管接続部３２の先端面３２ａを面一とすることにより、冷媒の圧力損失を可及的に小さくすることができる。

すなわち、図７（ｂ）に示すように、仮に、内管２７の先端部２７ｂの長さが不揃いで、且つ、内管２７同士が収束されていない場合、流体（冷媒）は、ろう５５からなる壁３５に衝突して流れが阻害されるため、冷媒は滞留して各内管２７の開口内に入り難くなる。この結果、各内管２７に入る前と入った後の冷媒の圧力損失は大きくなる。

これに対して、本実施の形態は、図７（ａ）に示すように、各内管２７の先端部２７ｂが互いに接近または接触するように収束され、且つその先端面２７ａが面一とされている。この場合には、冷媒が衝突する部分の面積を可及的に小さくできる。この結果、冷媒は、各内管２７の開口内に入り易くなり、冷媒の圧力損失を最小限に抑えることが可能である。

多重管２５の他方に設けられた第２ジョイント４０は、外管接続部４１と、内管接続部４２と、水配管接続部４３とを備えている。外管接続部４１には、外管２６の他端が接続されている。内管接続部４２には、膨張弁６に向けて冷媒を流す冷媒配管５３が接続されている。水配管接続部４３には、温水入口配管５４が接続されている。

本実施の形態の水熱交換器５は、以上の構成からなり、次に、かかる水熱交換器５における多重管２５と第１ジョイント３０との接続方法について、図６を参照しながら説明する。なお、第２ジョイント４０の接続方法についても同様の工程で行うので、その説明は省略する。

先ず、内管２７の先端部２７ｂを、外管接続部３１から第１ジョイント３０内に挿入し、内管接続部３２から突出させる。なお、先端部２７ｂの長さは不揃いであってもよい。また、外管２６の一端を外管接続部３１に接続する（図６（ａ）参照）。

次に、各内管２７と内管接続部３２との間をろう付加工により接続する（図６（ｂ）参照）。このとき、ろう５５は、内管接続部３２の内周面の略全面、および内管接続部３２間に十分行き渡っており、内管２７と内管接続部３２との間の液密性を確保できる。

内管２７と内管接続部３２とのろう付工程後に、カッター等の切断手段５７により、内管接続部３２から突出する内管２７の先端部２７ｂをカットする（図６（ｃ）参照）。この結果、内管２７の先端面２７ａは、内管接続部３２の先端面３２ａと面一となる。なお、仮に、仮想線Ｌで示すように、内管接続部３２の一部も同時にカットした場合であっても、同様に内管接続部３２の先端面３２ａと各内管２７の先端面２７ａとを、それぞれ面一に加工することが可能となる。

各内管２７の切断工程終了後に、冷媒配管５０と内管接続部３２とを嵌合し、その後に冷媒配管５０と内管接続部３２とをろう付する。なお、この冷媒配管５０と内管接続部３２との間をろう付けするろう（例えば、銀ろう５５ａ）の融点は、前記内管２７と内管接続部３２との間を接続するろう５５の融点よりも低く設定されている。従って、冷媒配管５０と内管接続部３２とのろう付け時に、一端ろう付けされた内管２７と内管接続部３２とを接続するろう５５が融けることはない。また、水配管接続部３３に温水出口配管５１を接続する（図６（ｄ）参照）。

なお、多重管２５の他方側も同様にして第２ジョイント４０を接続した後に、第２ジョイント４０の内管接続部４２に、冷媒配管５３を接続する。また、水配管接続部４３に、温水入口配管５４を接続する。

以上のように、多重管２５と冷媒配管５０との接続や、多重管２５と冷媒配管５３との接続に際して、第１ジョイント３０および第２ジョイント４０を採用するので、従来と異なり、分流器が不要となる。しかも、複数本の内管２７は、収束した状態で第１ジョイント３０および第２ジョイント４０に、ろう付により接続されるので、水熱交換器のジョイント接続部分の構造の簡素化を図ることができ、その接続作業を容易かつ迅速に行える。

また、図９は、本発明を空気用熱交換器７に採用した場合について例示する。

空気用熱交換器７は、冷媒管７１からなる複数のモジュール７２を備えている。そして、各冷媒管７１の一端側（冷媒入口側）の先端部７１ａを、筒状の管収束部７５に挿入し且つろう付で接続する。この管収束部７５の端面７５ａと、冷媒管７１の先端面７１ｂとは、面一となっている。これらを面一とする方法は、前記の内管接続部３２の場合と同様の工程により行うことができる。そして、管収束部７５は、冷媒配管５９が嵌合され、ろう付けている。収束された冷媒管７１の一端側は、図５に示すように、冷媒配管５９を介して膨張弁６と接続されている。

また、冷媒管７１の他端側（冷媒出口側）は、圧縮機３に冷媒配管５６を介して接続されている。なお、冷媒管７１の他端側は、冷媒が流出する側であるため、冷媒が流入する側のように収束させる必要はないが、管収束部により収束させることは可能である。

次に、前記ヒートポンプ式の熱源機１を使用する場合について説明する。

水熱交換器５で水を加熱する場合（給湯装置に使用する場合）
送風機９で大気から吸熱し、空気用熱交換器７に大気熱を集め、冷媒と熱交換する。蒸発気化した冷媒は、圧縮機３で圧縮されて、さらに高温度となる。高温度となった冷媒は、冷媒配管５０を流れて第１ジョイント３０に達し、内管接続部３２を介して各内管２７に流入する。

このとき、内管接続部３２に接続された各内管２７の先端面２７ａは、内管接続部３２の先端面３２ａと面一となっているため、冷媒は、内管２７の開口内に入り易く、冷媒の圧力損失を最小限に抑えることができる。

また、第２ジョイント４０の水配管接続部４３から多重管２５の他方に入った水は、水流路２２を流れる。冷媒の流れと温水の流れは逆であって対向流である。冷媒は、内管２７を流れる際に、水流路２２を流れる水と熱交換し、湯を沸かすことができる。

熱を失った冷媒は、第２ジョイント４０、膨張弁６および冷媒配管５９を介して再び空気用熱交換器７へ送られる。このとき、管収束部７５により収束された各冷媒管７１の先端面７１ｂは、それぞれ面一となっているため、冷媒配管５９を流れる冷媒は、各冷媒管７１の開口内に入り易く、冷媒の圧力損失を最小限に抑えることができる。

本発明は、前記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図８（ａ）に示すように、複数本の内管２７を第１ジョイント３０の内管接続部３２から突出させ、その先端部２７ｂが、内管接続部３２と略同じ内径を有する冷媒配管５０に、ろう付により接続されていてもよい。なお、冷媒配管５０の端部が内管接続部となっている。

本実施の形態において、前記実施の形態と同一部材は同一符号を付してそれぞれの説明は省略する。かかる実施の形態では、先端部２７ｂを冷媒配管５０にろう付する際に、図に示すように、先端部２７ｂを若干広げるため、内管２７の先端面２７ａが不揃いとなる場合がある。内管２７の先端面２７ａが不揃いとなっても、先端部２７ｂの冷媒配管５０に挿入された部分２７ｃは、収束されているため、冷媒は内管２７に入り易くでき、冷媒の圧力損失を抑えることが可能である。

また、図８（ｂ）に示すように、第１ジョイント３０の内管接続部３２から突出する複数本の内管２７の先端部２７ｂに、内管接続部となる筒状の内管収束部５８を嵌合し、且つろう付（ろう５５）で接続する。この内管収束部５８の端面５８ａと、内管２７の先端面２７ａとは、面一となっている。これらを面一とする方法は、前記の内管接続部３２の場合と同様の工程により行うことができる。そして、内管収束部５８には、冷媒配管５０が嵌合され、且つろう付（ろう５５ａ）で接続されている。

前記実施の形態では、ヒートポンプ式の熱源機を給湯装置に使用する場合について説明したが、ヒートポンプ式の熱源機は、水熱交換器５で水を冷却する場合（冷水供給装置に使用する場合）にも採用できる。かかる場合には、図示省略の四方弁を切り替えて、圧縮機３で圧縮された冷媒が、各空気用熱交換器７に流入し、冷媒配管５０、５３、５６、５９を前記とは反対方向に流れる。

図１０（ａ）および（ｂ）に水熱交換器５の接続部分の他の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１ジョイント３０および第２ジョイント４０を不要としたものである。

すなわち、外管２６の一方が、内管２７が収束される内管収束部２６Ａと、水流路２２と連通する流体配管接続部２６Ｂが分割して形成されている。かかる外管２６は、例えばプレス加工により、略８の字状に変形させることができる。

そして、流体配管接続部２６Ｂの開口部には、温水出口配管５１が接続されている。

また、前記内管２７の先端部２７ｂは、前記内管収束部２６Ａよりも外部に突出しており、突出する複数本の内管２７の先端部２７ｂに、内管接続部となる筒状の内管収束部５８を嵌合し、且つろう付（ろう５５）で接続する。なお、内管収束部２６Ａと内管２７との間もろう付により密封されている。

前記筒状の内管収束部５８の内径は、各内管２７の先端部２７ｂを収束すべく、前記外管２６の内径よりも小さく設定されている。

また、この内管収束部５８の端面５８ａと、内管２７の先端面２７ａとは、面一となっている。これらを面一とする方法は、前記の内管接続部３２の場合と同様の工程により行うことができる。そして、内管収束部５８には、冷媒配管５０が嵌合され、且つろう付（ろう５５ａ）で接続されている。

なお、外管２６の他方も一方と同様の構成となっているため、その具体的な説明は省略する。

本発明の水熱交換器５は、ヒートポンプ給湯装置以外に、空気調和装置、冷蔵装置、冷凍装置等に採用可能である。

１ 熱源機
３ 圧縮機
５ 水熱交換器（交換器）
６ 膨張弁
７ 空気用熱交換器
２１ 冷媒流路
２２ 水流路
２５ 多重管
２６ 外管
２６Ａ 内管収束部
２６Ｂ 流体配管接続部
２７ 内管
２７ａ 先端面
２７ｂ 先端部
３０ 第１ジョイント（ジョイント）
３１ 外管接続部
３２ 内管接続部
３３ 水配管接続部（流体配管接続部）
４０ 第２ジョイント（ジョイント）
４１ 外管接続部
４２ 内管接続部
４３ 水配管接続部（流体配管接続部）
５０ 冷媒配管
５１ 温水出口配管
５３ 冷媒配管
５４ 温水入口配管
５５ ろう
５６ 冷媒配管
５７ 切断手段
５８ 内管収束部
５９ 冷媒配管
７１ 冷媒管
７５ 管収束部
ｄ１ 内管接続部の内径
ｄ２ 外管の内径

Claims (7)

1. 外管の内部に冷媒が流れる複数本の内管が設けられ、且つ、外管と内管との間に被熱交換液体が流れるように構成された多重管と、
   前記多重管の両端に設けられたジョイントとを備え、
   前記ジョイントは、前記外管が接続される外管接続部と、被熱交換液体が流れる配管が接続される流体配管接続部と、前記内管が挿入されるとともに液密状に接続される内管接続部とを備え、
   前記内管接続部の内径は、各内管の先端部を収束すべく、前記外管の内径よりも小さく設定され、前記内管接続部には冷媒管が接続されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記請求項１に記載の熱交換器において、前記各内管の先端面が面一に形成されていることを特徴とする熱交換器。
3. 外管の内部に冷媒が流れる複数本の内管が設けられ、且つ、外管と内管との間に被熱交換液体が流れるように構成された多重管と、
   前記多重管の両端に設けられたジョイントとを備え、
   前記ジョイントは、前記外管が接続される外管接続部と、被熱交換液体が流れる配管が接続される流体配管接続部と、前記内管が挿入されるとともに液密状に接続される内管接続部とを備え、
   前記内管の先端部は、前記内管接続部よりも外部に突出しており、その突出した内管の先端部は、冷媒管側に設けられた内管接続部に挿入され、前記冷媒管側の内管接続部の内径は、各内管の先端部を収束すべく、前記外管の内径よりも小さく設定されていることを特徴とする熱交換器。
4. 前記請求項３に記載の熱交換器において、前記各内管の先端面が面一に形成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 冷媒が流れる複数本の冷媒管と、
   前記冷媒管における冷媒入口側の先端部を互いに収束すべく、前記先端部が挿入される管収束部とを備え、前記各冷媒管の先端面が面一に形成されていることを特徴とする熱交換器。
6. 外管の内部に冷媒が流れる複数本の内管が設けられ、且つ、外管と内管との間に被熱交換液体が流れるように構成された多重管を備え、
   前記多重管の一方は、前記内管が収束される内管収束部と、被熱交換液体が流れる配管が接続される流体配管接続部とを備え、
   前記内管の先端部は、前記内管収束部よりも外部に突出しており、その突出した内管の先端部は、冷媒管側に設けられた内管接続部に挿入され、前記冷媒管側の内管接続部の内径は、各内管の先端部を収束すべく、前記外管の内径よりも小さく設定されていることを特徴とする熱交換器。
7. 外管と複数本の内管とから構成された多重管の端部に、ジョイントを接続する熱交換器の接続方法であって、前記外管の端部を前記ジョイントに設けた外管接続部に接続し、しかも、前記内管の端部を、その先端部が内管接続部外に突出するように内管接続部に挿通し、さらに、前記内管の端部をろう付により液密状に接続し、該内管接続部から突出する部分を、切断手段で面一となるように切断し、その後に、前記内管接続部に冷媒管を接続することを特徴とする熱交換器の製造方法。

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