JP2018112381A - Water heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水熱交換器、特に、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う水熱交換器に関する。 The present invention relates to a water heat exchanger, in particular, a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows is formed, and a plurality of second flow paths through which refrigerant as a second fluid flows. It is related with the water heat exchanger which is comprised by laminating | stacking the made 2nd layer, and performs heat exchange with a 1st fluid and a 2nd fluid.
従来より、ヒートポンプ式冷暖房機やヒートポンプ式給湯機等において、第1流体としての水と、第2流体としての冷媒(フロン冷媒、自然冷媒、ブライン等)との熱交換を行う水熱交換器が使用されている。このような水熱交換器として、特許文献1(特開2010−117102号公報)に示すように、第1流体が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されたものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a heat pump type air conditioner or heat pump type hot water heater, a water heat exchanger that performs heat exchange between water as a first fluid and a refrigerant (such as a chlorofluorocarbon refrigerant, a natural refrigerant, or a brine) as a second fluid has been provided. It is used. As such a water heat exchanger, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-117102), a first layer in which a plurality of first flow paths through which a first fluid flows is formed, and a second fluid There is a configuration in which a second layer in which a plurality of second flow paths are formed is stacked.
上記従来の水熱交換器では、第1流路や第2流路の流路断面積を小さくすることによって高性能化及びコンパクト化を図ることができる。 In the conventional water heat exchanger, high performance and compactness can be achieved by reducing the cross-sectional area of the first flow path and the second flow path.
しかし、圧力損失の増大や流路の詰まり等を考慮すると、第1流路や第2流路の流路断面積を小さくするには限度があるため、さらなる高性能化及びコンパクト化を図るためには、流路形状の工夫等が必要になってきている。 However, considering the increase in pressure loss, clogging of the flow path, etc., there is a limit to reducing the cross-sectional area of the first flow path and the second flow path. Therefore, it is necessary to devise the shape of the flow path.
本発明の課題は、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う水熱交換器において、流路形状の工夫によって、さらなる高性能化及びコンパクト化を図ることにある。 An object of the present invention is to provide a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows is formed, and a second layer in which a plurality of second flow paths through which a refrigerant as a second fluid flows are formed. In a hydrothermal exchanger that exchanges heat between the first fluid and the second fluid, the high-performance and compact design is achieved by devising the shape of the flow path. is there.
第1の観点にかかる水熱交換器は、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う。第1流路は、第1及び第2層の積層方向に沿って第1層を見た際に、第1流路の配列方向に交差する方向に沿って第1層の一端部から他端部まで延びている。第2流路は、積層方向に沿って第2層を見た際に、第2流路の配列方向に交差する方向に沿って第2層の一端部から他端部まで延びている。そして、ここでは、第1流路が、積層方向に沿って第1層を見た際に、蛇行した形状を有している、及び/又は、第2流路が、積層方向に沿って第2層を見た際に、蛇行した形状を有している。 The water heat exchanger according to the first aspect includes a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows is formed, and a plurality of second flow paths through which refrigerant as a second fluid flows. The formed second layer is laminated to perform heat exchange between the first fluid and the second fluid. The first flow path has one end from the other end along the direction intersecting the arrangement direction of the first flow paths when the first layer is viewed along the stacking direction of the first and second layers. It extends to the part. The second flow path extends from one end of the second layer to the other end along the direction intersecting the arrangement direction of the second flow paths when the second layer is viewed along the stacking direction. And here, the first flow path has a meandering shape when the first layer is viewed along the stacking direction, and / or the second flow path is first along the stacking direction. When the two layers are viewed, it has a meandering shape.
ここでは、上記のように、第1流路や第2流路が積層方向に沿って第1層や第2層を見た際に蛇行した形状を有しているため、第1流路や第2流路がストレート形状を有している場合に比べて、水熱交換器の単位体積当たりの流路長を大きくすることができる。しかも、このような第1流路や第2流路の蛇行した形状によって伝熱促進効果を得ることができるため、第1流路や第2流路がストレート形状を有している場合に比べて、第1流路や第2流路における熱伝達率を向上させることができる。このように、ここでは、水熱交換器の高性能化及びコンパクト化を図ることができる。 Here, as described above, the first flow path and the second flow path have a meandering shape when the first layer and the second layer are viewed along the stacking direction. Compared with the case where the second flow path has a straight shape, the flow path length per unit volume of the water heat exchanger can be increased. And since the heat-transfer promotion effect can be acquired by the meandering shape of such a 1st flow path and a 2nd flow path, compared with the case where the 1st flow path and the 2nd flow path have a straight shape. Thus, the heat transfer coefficient in the first flow path and the second flow path can be improved. As described above, the performance and compactness of the water heat exchanger can be achieved here.
第2の観点にかかる水熱交換器は、第1の観点にかかる水熱交換器において、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1流路が、第1流体の出口近傍に位置する第1流体出口近傍部おける流路断面積が第1流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。 The water heat exchanger according to the second aspect is the water heat exchanger according to the first aspect. When the first fluid is heated by the second fluid, the first flow path is in the vicinity of the outlet of the first fluid. The channel cross-sectional area in the vicinity of the first fluid outlet located is formed so as to be larger than the channel cross-sectional area in the portion upstream of the first fluid outlet vicinity.
ここでは、上記のように、第1流路について、第1流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第1流路における第1流体の流速低下による熱伝達率の低下を第1流体出口近傍部だけに限定しつつ、第1流体が加熱される際に析出するスケールを第1流体出口近傍部に詰まりにくくすることができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第1流路の詰まりを抑えることができる。 Here, as described above, since the flow passage cross-sectional area in the vicinity of the first fluid outlet is larger than the upstream portion of the first flow passage, the flow velocity of the first fluid in the first flow passage is reduced. It is possible to prevent the scale that deposits when the first fluid is heated from clogging in the vicinity of the first fluid outlet, while limiting the decrease in the heat transfer coefficient due to the above. Thus, the clogging of the first flow path in the water heat exchanger can be suppressed while minimizing the decrease in the heat transfer coefficient.
第3の観点にかかる水熱交換器は、第1又は第2の観点にかかる水熱交換器において、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第2流路が、第2流体の出口近傍に位置する第2流体出口近傍部おける流路断面積が第2流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積よりも大きくなるように形成されている。 In the water heat exchanger according to the third aspect, when the first fluid is cooled by the second fluid in the water heat exchanger according to the first or second aspect, the second flow path is formed of the second fluid. The channel cross-sectional area in the vicinity of the second fluid outlet located in the vicinity of the outlet is formed to be larger than the channel cross-sectional area in the upstream portion of the vicinity of the second fluid outlet.
ここでは、上記のように、第2流路について、第2流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第2流路における第2流体の流速低下による熱伝達率の低下を第2流体出口近傍部だけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第2流体を第2流体出口近傍部にスムーズに流すことができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第2流路の圧力損失の増大を抑えることができる。 Here, as described above, since the flow passage cross-sectional area in the vicinity of the second fluid outlet is larger than the upstream portion of the second flow passage, the flow velocity of the second fluid in the second flow passage is reduced. The second fluid containing a large amount of gas components that increase with evaporation can be smoothly flowed to the vicinity of the second fluid outlet, while the decrease in the heat transfer coefficient due to the above is limited only to the vicinity of the second fluid outlet. As described above, here, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the second flow path in the water heat exchanger while minimizing a decrease in the heat transfer coefficient.
以上の説明に述べたように、本発明によれば、水熱交換器の単位体積当たりの流路長を大きくすることができ、第1流路や第2流路における熱伝達率を向上させることができるため、水熱交換器の高性能化及びコンパクト化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the channel length per unit volume of the water heat exchanger can be increased, and the heat transfer coefficient in the first channel and the second channel is improved. Therefore, high performance and compactness of the water heat exchanger can be achieved.
以下、本発明にかかる水熱交換器の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる水熱交換器の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 Hereinafter, an embodiment of a water heat exchanger concerning the present invention and its modification are described based on a drawing. In addition, the specific structure of the water heat exchanger concerning this invention is not restricted to the following embodiment and its modification, It can change in the range which does not deviate from the summary of invention.
(1)構成及び特徴
図1〜4は、本発明の一実施形態にかかる水熱交換器1を示す図である。
(1) Configuration and Features FIGS. 1 to 4 are views showing a
水熱交換器1は、ヒートポンプ式冷暖房機やヒートポンプ式給湯機等において、第1流体としての水と、第2流体としての冷媒との熱交換を行う熱交換器である。以下の説明では、図1〜3に示された水熱交換器1の紙面手前側の面を基準として、「上」、「下」、「左」、「右」、「縦」、「横」などの方向を示す表現を使用するが、これらの表現は、説明の便宜上の表現であって、水熱交換器1及びその構成部分の実際の配置を意味するものではない。
The
水熱交換器1は、主として、第1流体と第2流体との熱交換を行う熱交換部3が設けられたケーシング2と、第1流体の出入口となる第1出入口管4a、4bと、第2流体の出入口となる第2出入口管5a、5bと、を有している。
The
熱交換部3は、第1流体が流れる第1流路11が複数列形成された第1層10と、第2流体が流れる第2流路21が複数列形成された第2層20と、が積層されることによって構成されている。ここで、第1層10と第2層20とが積層される方向(ここでは、図1〜3の紙面手前側から紙面奥側の方向)を積層方向とする。また、複数の第1流路11が並ぶ方向(ここでは、図2の紙面左右方向)を第1流路11の配列方向とし、複数の第2流路21が並ぶ方向(ここでは、図3の紙面上下方向)を第2流路21の配列方向とする。そして、第1流路11は、第1及び第2層10、20の積層方向に沿って第1層10を見た際に、第1流路11の配列方向に交差する方向(ここでは、図2の紙面上下方向、縦方向)に沿って第1層10の一端部(図2における第1層10の上端部)から他端部(図2における第1層10の下端部)まで延びている。また、第2流路21は、第1及び第2層10、20の積層方向に沿って第2層20を見た際に、第2流路21の配列方向に交差する方向(ここでは、図3の紙面左右方向、横方向)に沿って第2層20の一端部(図3における第2層20の左端部)から他端部(図3における第2層20の右端部)まで延びている。このように、ここでは、第1流路11と第2流路20とが直交流をなすように配置されている。
The
そして、ここでは、第1流路11が、積層方向に沿って第1層10を見た際に、蛇行した形状を有している。具体的には、第1流路11が、第1流路11の配列方向(ここでは、図2の紙面左右方向)に直線的に(すなわち、角張って)蛇行しながら第1流路11の配列方向に交差する方向(ここでは、縦方向)に延びている。第1流路11は、第1層10の一端部から他端部に至るまでに3回以上蛇行していることが好ましい。また、第2流路21が、積層方向に沿って第2層20を見た際に、蛇行した形状を有している。具体的には、第2流路21が、第2流路21の配列方向(ここでは、図3の紙面上下方向)に直線的に(すなわち、角張って)蛇行しながら第2流路21の配列方向に交差する方向(ここでは、横方向)に延びている。第2流路21は、第2層20の一端部から他端部に至るまでに3回以上蛇行していることが好ましい。
Here, the
また、ここでは、第1層10及び第2層20の積層構造を有する熱交換部3は、第1流路11をなす溝が片面に形成された第1板材12と、第2流路21をなす溝が片面に形成された第2板材22と、が交互に積層されることによって構成されている。第1及び第2板材12、22は、金属製の素材で形成されている。第1流路11や第2流路21をなす溝は、例えば、第1及び第2板材12、22に機械加工やエッチング加工を施すことによって形成されている。そして、このような溝加工がなされた第1及び第2板材12、22を所定数積層した後に、例えば、拡散接合等の接合処理を用いて第1及び第2板材12、22間を接合することによって、第1層10及び第2層20の積層構造を有する熱交換部3が得られている。尚、ここでは、第1及び第2板材12、22の両方の片面に流路11、21をなす溝が形成されているが、これに限定されるものではなく、第1及び第2板材12、22のいずれか一方の両面に流路11、21をなす溝が形成されていてもよいし、第1及び第2板材12、22の両方の両面に流路11、21をなす溝が形成されていてもよい。
In addition, here, the
第1出入口管4a、4bは、ここでは、ケーシング2の上部及び下部に設けられている。ケーシング2には、その上部に第1流路11の上端部間を合流させる空間が形成された第1ヘッダ部6と、その下部に第1流路11の下端部間を合流させる空間が形成された第1ヘッダ部7と、が設けられている。そして、第1出入口管4aは、第1ヘッダ部6を介して第1流路11の上端部に連通しており、第1出入口管4bは、第1ヘッダ部7を介して第1流路11の下端部に連通している。第2出入口管5a、5bは、ここでは、ケーシング2の左部及び右部に設けられている。ケーシング2には、その左部に第2流路21の左端部間を合流させる空間が形成された第2ヘッダ部8と、その右部に第2流路21の右端部間を合流させる空間が形成された第2ヘッダ部9と、が設けられている。そして、第2出入口管5aは、第2ヘッダ部8を介して第2流路21の左端部に連通しており、第2出入口管5bは、第2ヘッダ部9を介して第2流路21の右端部に連通している。
Here, the first inlet /
このような構成を有する水熱交換器1では、例えば、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1出入口管4bを第1流体の入口とし、第1出入口管4aを第1流体の出口とし、第2出入口管5bを第2流体の入口とし、第2出入口管5aを第2流体の出口とすることができる。そして、この場合には、水熱交換器1は、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第2流体が第2流路21を右から左に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、水熱交換器1では、例えば、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第1出入口管4bを第1流体の入口とし、第1出入口管4aを第1流体の出口とし、第2出入口管5aを第2流体の入口とし、第2出入口管5bを第2流体の出口とすることができる。そして、この場合には、水熱交換器1は、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第2流体が第2流路21を左から右に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。
In the
このような水熱交換器1では、上記のように、第1流路11や第2流路21が積層方向に沿って第1層10や第2層20を見た際に蛇行した形状を有しているため、第1流路11や第2流路21がストレート形状を有している場合に比べて、水熱交換器1の単位体積当たりの流路長を大きくすることができる。しかも、このような第1流路11や第2流路21の蛇行した形状によって伝熱促進効果を得ることができるため、第1流路11や第2流路21がストレート形状を有している場合に比べて、第1流路11や第2流路21における熱伝達率を向上させることができる。このように、ここでは、水熱交換器1の高性能化及びコンパクト化を図ることができる。
In such a
(2)変形例1
上記実施形態の水熱交換器1では、図2、3に示すように、第1及び第2流路11、21が、直線的に(すなわち、角張って)蛇行した形状を有しているが、これに限定されるものではない。
(2)
In the
例えば、図5、6に示すように、第1及び第2流路11、21が、曲線的に(すなわち、角張らずに丸みを帯びて)蛇行した形状であってもよい。
For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the first and
本変形例の構成においても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Also in the configuration of the present modification, it is possible to obtain the same operational effects as in the above embodiment.
(3)変形例2
上記実施形態及び変形例1の水熱交換器1では、第1及び第2流路11、21の両方が蛇行した形状を有しているが、第1流路11又は第2流路21だけが蛇行した形状を有していてもよい。
(3)
In the
例えば、第2流路21が図3、6に示すような蛇行した形状を有し、かつ、第1流路11が図7に示すようなストレート形状を有していてもよい。また、これとは逆に、第1流路11が図2、5に示すような蛇行した形状を有し、かつ、第2流路21が図8に示すようなストレート形状を有していてもよい。
For example, the
本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例1と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the configuration of this modification, the same effects as those of the above-described embodiment and
(4)変形例3
上記実施形態及び変形例1、2の水熱交換器1では、第1流路11と第2流路21とが直交流をなすように配置されているが、これに限定されるものではない。
(4)
In the
例えば、横方向に沿って第2層20の一端部(図3における第2層20の左端部)から他端部(図3における第2層20の右端部)まで延びていた第2流路21を、図9、10に示すように、縦方向に沿って第2層20の一端部(図10における第2層20の下端部)から他端部(図10における第2層20の上端部)まで延びるようにして、第1流路11と第2流路21とが対向流(又は並行流)をなすように配置してもよい。この場合には、第2出入口管5a、5b及び第2ヘッダ8、9をケーシング2の下部及び上部に設けることになる。この構成では、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第2流体が第2流路21を上から下に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、この構成では、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第2流体が第2流路21を下から上に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。
For example, the second flow path that extends from one end of the second layer 20 (the left end of the
本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例1、2と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the configuration of the present modification, it is possible to obtain the same functions and effects as in the above embodiment and
(5)変形例4
上記実施形態及び変形例1、2の水熱交換器1では、第1流路11と第2流路21とが直交流をなすように配置されているが、これに限定されるものではない。
(5) Modification 4
In the
例えば、第2流路21を複数の流路群に区分するとともに、これらの流路群が直列に接続されるようにして、第1流路11と第2流路21とが直交対向流(又は直交並行流)をなすように配置してもよい。具体的には、図11に示す構成では、第2流路21を第2流路21の配列方向(ここでは、図11の紙面上下方向)に3つの流路群21A、21B、21Cに区分している。そして、第2ヘッダ9に仕切部材を設ける等によって、第2ヘッダ9内の空間を、第2出入口管5b及び流路群21Aを構成する第2流路21の右端部に連通する空間9aと、流路群21B、21Cを構成する第2流路21の右端部に連通する空間9bと、に区分している。また、第2ヘッダ8に仕切部材を設ける等によって、第2ヘッダ8内の空間を、第2出入口管5a及び流路群21Cを構成する第2流路21の左端部に連通する空間8aと、流路群21A、21Bを構成する第2流路21の左端部に連通する空間8bと、に区分している。これにより、第2流路21の流路群21A、21B、21Cが、第2ヘッダ8、9を介して直列に接続され、第1流路11と第2流路21とが直交対向流(又は直交並行流)をなすように配置されている。この構成では、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第2流体が第2流路21を流路群21A、21B、21Cの順に左右に折り返しながら上から下に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、この構成では、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第2流体が第2流路21を流路群21C、21B、21Aの順に左右に折り返しながら下から上に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。
For example, the
尚、図11に示す構成では、第2ヘッダ8、9内の空間を、流路群21A、21B、21Cが直列に接続されるように空間8a、8b、9a、9bに区分しているが、これに限定されるものではない。例えば、図12に示すように、第2流路21の左端部や右端部に空間8b、9bと同じ機能を有する接続流路29a、29bを形成してもよい。すなわち、流路群21A、21Bを構成する第2流路21の左端部間を連通させる接続流路29a、及び、流路群21B、21Cを構成する第2流路21の右端部間を連通させる接続流路29bを第2層20に形成するのである。ここでは、第2板材22に接続流路29a、29bをなす溝を形成することができる。この場合には、第2ヘッダ8を図11の空間8aに対応する空間だけを有するものにし、第2ヘッダ9を図11の空間9aに対応する空間だけを有するものにすることができる。
In the configuration shown in FIG. 11, the space in the
本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例1、2と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the configuration of the present modification, it is possible to obtain the same functions and effects as in the above embodiment and
(6)変形例5
上記実施形態及び変形例1〜4の水熱交換器1では、第2流体によって第1流体としての水を加熱する場合に、第1流路11にスケールが析出して、第1流路11が詰まるおそれがある。
(6) Modification 5
In the
そこで、ここでは、このようなスケール析出による第1流路11の出口近傍の部分の詰まりを抑えるために、例えば、図13に示すように、第1流路11について、第1流体の出口近傍に位置する第1流体出口近傍部11aおける流路断面積S11aが、第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路断面積S11bよりも大きくなるように形成している。ここでは、第1流体出口近傍部11aにおける第1流路11の流路幅W11aを第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路幅W11bよりも大きくなるように形成することによって、流路断面積S11aを流路断面積S11bよりも大きくなるようにしている。また、第1流体出口近傍部11aとは、第1流路11の入口側(ここでは、第1出入口管4b側の端部)から出口側(ここでは、第1出入口管4a側の端部)に至るまでの流路長のうち出口側寄りの20〜50%の流路長を有する部分をいう。
Therefore, here, in order to suppress clogging of the portion near the outlet of the
また、図13に示された第1流路11の構成とは異なり、第1流体出口近傍部11aにおける流路数が、第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように第1流路11を合流させるようにしてもよい。例えば、図14に示すように、第1流路11の配列方向に隣り合う2本の第1流路11を第1流体出口近傍部11aにて合流させて1本にすることで、合流後の第1流体出口近傍部11aにおける流路幅W11aを、合流前の第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路幅W11bの合計よりも大きくなるように形成してもよい。これにより、合流後の第1流体出口近傍部11aにおける流路断面積S11aが、合流前の第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路断面積S11bの合計よりも大きくすることができる。
Further, unlike the configuration of the
このような水熱交換器1では、上記のように、第1流路11について、第1流体出口近傍部11aおける流路断面積S11aをその上流側の部分11bよりも大きくしているため、第1流路11における第1流体の流速低下による熱伝達率の低下を第1流体出口近傍部11aだけに限定しつつ、第1流体が加熱される際に析出するスケールを第1流体出口近傍部11aに詰まりにくくすることができる。このように、ここでは、上記実施形態及び変形例1〜4と同様の作用効果を得ることができるだけでなく、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器1における第1流路11の詰まりを抑えることができる。
In such a
(7)変形例6
上記実施形態及び変形例1〜5の水熱交換器1では、第2流体としての冷媒によって第1流体を冷却する場合に、第2流体の蒸発に伴って第2流路21を流れるガス成分が多くなり、第2流路21の圧力損失が増大するおそれがある。
(7)
In the
そこで、ここでは、このような第2流体の蒸発による第2流路21の圧力損失の増大を抑えるために、例えば、図15に示すように、第2流路21について、第2流体の出口近傍に位置する第2流体出口近傍部21aおける流路断面積S21aが、第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路断面積S21bよりも大きくなるように形成している。ここでは、第2流体出口近傍部21aにおける第2流路21の流路幅W21aを第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路幅W21bよりも大きくなるように形成することによって、流路断面積S21aを流路断面積S21bよりも大きくなるようにしている。また、第2流体出口近傍部21aとは、第2流路21の入口側(ここでは、第2出入口管5a側の端部)から出口側(ここでは、第2出入口管5b側の端部)に至るまでの流路長のうち出口側寄りの20〜50%の流路長を有する部分をいう。また、第1流路11と第2流路21とが直交対向流(又は直交並行流)をなすように配置してもよい。
Therefore, here, in order to suppress the increase in the pressure loss of the
また、上記変形例4のような第2流路21を複数の流路群21A、21B、21Cに区分するとともにこれらの流路群21A、21B、21Cが直列に接続された構成においても、図15に示される構成と同様に、第2流体出口近傍部21aにおける第2流路21の流路幅W21aを大きくする構成を採用することができる。この場合には、例えば、図16に示すように、第2流体の出口近傍に位置する流路群21Aを第2流体出口近傍部21aとし、流路群21B、21Cを第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bとして、流路群21Aを構成する流路群21Aを構成する第2流路21の流路幅W21aを流路群21B、21Cを構成する第2流路21の流路幅W21bよりも大きくなるように形成すればよい。
Also in the configuration in which the
また、図15に示された第2流路21の構成とは異なり、第2流体出口近傍部21aにおける流路数が、第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように第2流路21を合流させるようにしてもよい。例えば、図17に示すように、第2流路21の配列方向に隣り合う2本の第2流路21を第2流体出口近傍部21aにて合流させて1本にすることで、合流後の第2流体出口近傍部21aにおける流路幅W21aを、合流前の第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路幅W21bの合計よりも大きくなるように形成してもよい。これにより、合流後の第2流体出口近傍部21aにおける流路断面積S21aが、合流前の第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路断面積S21bの合計よりも大きくすることができる。
Further, unlike the configuration of the
また、図17に示される第2流路21を第2流体出口近傍部21aにおいて合流させることによって流路断面積S21aを流路断面積S21bの合計よりも大きくする構成とは逆に、第2流体出口近傍部21aにおける流路数を第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路数よりも多くなるように分岐させることによって流路断面積S21aの合計を流路断面積S21bの合計よりも大きくしてもよい。例えば、上記変形例4のような第2流路21を複数の流路群21A、21B、21Cに区分するとともにこれらの流路群21A、21B、21Cが直列に接続された構成において、図18に示すように、第2流体の出口近傍に位置する流路群21Aを第2流体出口近傍部21aとし、流路群21B、21Cを第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bとして、流路群21Aを構成する第2流路21の流路数N21aを流路群21B、21Cにおける流路数N21bよりも多くなるようにすればよい。尚、ここでは、各第2流路21の流路幅W21a、W21b(流路断面積S21a、S21b)は同じであり、流路数を変えることによって流路群21Aにおける流路断面積S21aと流路群21B、21Cにおける流路断面積S21bの合計を変えるようにしている。
In contrast to the configuration in which the
このような水熱交換器1では、上記のように、第2流路21について、第2流体出口近傍部21aおける流路断面積S21aをその上流側の部分21bよりも大きくしているため、第2流路21における第2流体の流速低下による熱伝達率の低下を第2流体出口近傍部21aだけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第2流体を第2流体出口近傍部21aにスムーズに流すことができる。このように、ここでは、上記実施形態及び変形例1〜5と同様の作用効果を得ることができるだけでなく、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器1における第2流路21の圧力損失の増大を抑えることができる。
In such a
また、図18に示される構成のように、第2流体出口近傍部21aおける流路数N21aをその上流側の部分21bにおける流路数N21aを多くした構成では、水熱交換器1における第2流路21の圧力損失の増大を抑えるだけでなく、第2流体の入口近傍における流路数が少なくなることで、第2流体の第2流路21における分配性能を良好に保つことができる。特に、図18に示す構成では、流路群21Aにおける流路数N21aをそれより上流側の流路群21B、21Cにおける流路数N21bよりも多くするだけでなく、流路群21A、21B、21Cの順、すなわち、第2流体の入口近傍に近づくにつれて、流路数が少なくなっているため、第2流体の第2流路21における分配性能に有効に寄与している。
Further, as in the configuration shown in FIG. 18, in the configuration in which the number of flow paths N21a in the second fluid
本発明は、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う水熱交換器に対して、広く適用可能である。 The present invention includes a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows, a second layer in which a plurality of second flow paths through which a refrigerant as a second fluid flows, Are laminated, and can be widely applied to a water heat exchanger that performs heat exchange between the first fluid and the second fluid.
1 水熱交換器
10 第1層
11 第1流路
11a 第1流体出口近傍部
11b 第1流体出口近傍部よりも上流側の部分
20 第2層
21 第2流路
21a 第2流体出口近傍部
21b 第2流体出口近傍部よりも上流側の部分
DESCRIPTION OF
本発明は、水熱交換器、特に、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う水熱交換器に関する。 The present invention relates to a water heat exchanger, in particular, a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows is formed, and a plurality of second flow paths through which refrigerant as a second fluid flows. It is related with the water heat exchanger which is comprised by laminating | stacking the made 2nd layer, and performs heat exchange with a 1st fluid and a 2nd fluid.
従来より、ヒートポンプ式冷暖房機やヒートポンプ式給湯機等において、第1流体としての水と、第2流体としての冷媒(フロン冷媒、自然冷媒、ブライン等)との熱交換を行う水熱交換器が使用されている。このような水熱交換器として、特許文献1(特開2010−117102号公報)に示すように、第1流体が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されたものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a heat pump type air conditioner or heat pump type hot water heater, a water heat exchanger that performs heat exchange between water as a first fluid and a refrigerant (such as a chlorofluorocarbon refrigerant, a natural refrigerant, or a brine) as a second fluid has been provided. It is used. As such a water heat exchanger, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-117102), a first layer in which a plurality of first flow paths through which a first fluid flows is formed, and a second fluid There is a configuration in which a second layer in which a plurality of second flow paths are formed is stacked.
上記従来の水熱交換器では、第1流路や第2流路の流路断面積を小さくすることによって高性能化及びコンパクト化を図ることができる。 In the conventional water heat exchanger, high performance and compactness can be achieved by reducing the cross-sectional area of the first flow path and the second flow path.
しかし、圧力損失の増大や流路の詰まり等を考慮すると、第1流路や第2流路の流路断面積を小さくするには限度があるため、さらなる高性能化及びコンパクト化を図るためには、流路形状の工夫等が必要になってきている。 However, considering the increase in pressure loss, clogging of the flow path, etc., there is a limit to reducing the cross-sectional area of the first flow path and the second flow path. Therefore, it is necessary to devise the shape of the flow path.
本発明の課題は、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う水熱交換器において、流路形状の工夫によって、さらなる高性能化及びコンパクト化を図ることにある。 An object of the present invention is to provide a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows is formed, and a second layer in which a plurality of second flow paths through which a refrigerant as a second fluid flows are formed. In a hydrothermal exchanger that exchanges heat between the first fluid and the second fluid, the high-performance and compact design is achieved by devising the shape of the flow path. is there.
第1及び第2の観点にかかる水熱交換器は、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う。第1流路は、第1及び第2層の積層方向に沿って第1層を見た際に、第1流路の配列方向に交差する方向に沿って第1層の一端部から他端部まで延びている。第2流路は、積層方向に沿って第2層を見た際に、第2流路の配列方向に交差する方向に沿って第2層の一端部から他端部まで延びている。そして、ここでは、第1流路が、積層方向に沿って第1層を見た際に、蛇行した形状を有している、及び/又は、第2流路が、積層方向に沿って第2層を見た際に、蛇行した形状を有している。 The water heat exchanger according to the first and second aspects includes a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows and a second flow path through which refrigerant as a second fluid flows. And the second layer formed in a plurality of rows are stacked, and performs heat exchange between the first fluid and the second fluid. The first flow path has one end from the other end along the direction intersecting the arrangement direction of the first flow paths when the first layer is viewed along the stacking direction of the first and second layers. It extends to the part. The second flow path extends from one end of the second layer to the other end along the direction intersecting the arrangement direction of the second flow paths when the second layer is viewed along the stacking direction. And here, the first flow path has a meandering shape when the first layer is viewed along the stacking direction, and / or the second flow path is first along the stacking direction. When the two layers are viewed, it has a meandering shape.
ここでは、上記のように、第1流路や第2流路が積層方向に沿って第1層や第2層を見た際に蛇行した形状を有しているため、第1流路や第2流路がストレート形状を有している場合に比べて、水熱交換器の単位体積当たりの流路長を大きくすることができる。しかも、このような第1流路や第2流路の蛇行した形状によって伝熱促進効果を得ることができるため、第1流路や第2流路がストレート形状を有している場合に比べて、第1流路や第2流路における熱伝達率を向上させることができる。このように、ここでは、水熱交換器の高性能化及びコンパクト化を図ることができる。 Here, as described above, the first flow path and the second flow path have a meandering shape when the first layer and the second layer are viewed along the stacking direction. Compared with the case where the second flow path has a straight shape, the flow path length per unit volume of the water heat exchanger can be increased. And since the heat-transfer promotion effect can be acquired by the meandering shape of such a 1st flow path and a 2nd flow path, compared with the case where the 1st flow path and the 2nd flow path have a straight shape. Thus, the heat transfer coefficient in the first flow path and the second flow path can be improved. As described above, the performance and compactness of the water heat exchanger can be achieved here.
また、第1の観点にかかる水熱交換器では、第2流体によって第1流体を加熱する場合において、第1流路が、第1流体の出口近傍に位置する第1流体出口近傍部における流路数が第1流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように、第1流路の配列方向に隣り合う第1流路同士が合流することで、第1流体出口近傍部における第1流路の流路断面積の合計が、第1流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積の合計よりも大きくなるように形成されている。In the water heat exchanger according to the first aspect, when the first fluid is heated by the second fluid, the first flow path is a flow in the vicinity of the first fluid outlet located near the outlet of the first fluid. The first fluids that are adjacent to each other in the arrangement direction of the first fluid channels join together so that the number of channels is less than the number of fluid channels in the upstream portion of the vicinity of the first fluid outlet. The total of the cross-sectional area of the first flow path in the vicinity of the outlet is formed to be larger than the total of the cross-sectional area of the flow path in the portion on the upstream side of the vicinity of the first fluid outlet.
ここでは、上記のように、第1流路について、第1流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第1流路における第1流体の流速低下による熱伝達率の低下を第1流体出口近傍部だけに限定しつつ、第1流体が加熱される際に析出するスケールを第1流体出口近傍部に詰まりにくくすることができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第1流路の詰まりを抑えることができる。 Here, as described above, since the flow passage cross-sectional area in the vicinity of the first fluid outlet is larger than the upstream portion of the first flow passage, the flow velocity of the first fluid in the first flow passage is reduced. It is possible to prevent the scale that deposits when the first fluid is heated from clogging in the vicinity of the first fluid outlet, while limiting the decrease in the heat transfer coefficient due to the above. Thus, the clogging of the first flow path in the water heat exchanger can be suppressed while minimizing the decrease in the heat transfer coefficient.
また、第2の観点にかかる水熱交換器では、第2流体によって第1流体を冷却する場合において、第2流路が、第2流体の出口近傍に位置する第2流体出口近傍部における流路数が第2流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように、第2流路の配列方向に隣り合う第2流路同士が合流することで、第2流体出口近傍部における第2流路の流路断面積の合計が、第2流体出口近傍部よりも上流側の部分における流路断面積の合計よりも大きくなるように形成されている。In the water heat exchanger according to the second aspect, when the first fluid is cooled by the second fluid, the second flow path is a flow in the vicinity of the second fluid outlet located near the outlet of the second fluid. When the second flow paths adjacent in the arrangement direction of the second flow paths merge so that the number of paths is smaller than the number of flow paths in the upstream portion of the vicinity of the second fluid outlet, the second fluid The total of the cross-sectional area of the second flow path in the vicinity of the outlet is formed to be larger than the total of the cross-sectional area of the flow path in the portion upstream of the vicinity of the second fluid outlet.
ここでは、上記のように、第2流路について、第2流体出口近傍部おける流路断面積をその上流側の部分よりも大きくしているため、第2流路における第2流体の流速低下による熱伝達率の低下を第2流体出口近傍部だけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第2流体を第2流体出口近傍部にスムーズに流すことができる。このように、ここでは、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器における第2流路の圧力損失の増大を抑えることができる。 Here, as described above, since the flow passage cross-sectional area in the vicinity of the second fluid outlet is larger than the upstream portion of the second flow passage, the flow velocity of the second fluid in the second flow passage is reduced. The second fluid containing a large amount of gas components that increase with evaporation can be smoothly flowed to the vicinity of the second fluid outlet, while the decrease in the heat transfer coefficient due to the above is limited only to the vicinity of the second fluid outlet. As described above, here, it is possible to suppress an increase in the pressure loss of the second flow path in the water heat exchanger while minimizing a decrease in the heat transfer coefficient.
以上の説明に述べたように、本発明によれば、水熱交換器の単位体積当たりの流路長を大きくすることができ、第1流路や第2流路における熱伝達率を向上させることができるため、水熱交換器の高性能化及びコンパクト化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the channel length per unit volume of the water heat exchanger can be increased, and the heat transfer coefficient in the first channel and the second channel is improved. Therefore, high performance and compactness of the water heat exchanger can be achieved.
以下、本発明にかかる水熱交換器の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる水熱交換器の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 Hereinafter, an embodiment of a water heat exchanger concerning the present invention and its modification are described based on a drawing. In addition, the specific structure of the water heat exchanger concerning this invention is not restricted to the following embodiment and its modification, It can change in the range which does not deviate from the summary of invention.
(1)構成及び特徴
図1〜4は、本発明の一実施形態にかかる水熱交換器1を示す図である。
(1) Configuration and Features FIGS. 1 to 4 are views showing a
水熱交換器1は、ヒートポンプ式冷暖房機やヒートポンプ式給湯機等において、第1流体としての水と、第2流体としての冷媒との熱交換を行う熱交換器である。以下の説明では、図1〜3に示された水熱交換器1の紙面手前側の面を基準として、「上」、「下」、「左」、「右」、「縦」、「横」などの方向を示す表現を使用するが、これらの表現は、説明の便宜上の表現であって、水熱交換器1及びその構成部分の実際の配置を意味するものではない。
The
水熱交換器1は、主として、第1流体と第2流体との熱交換を行う熱交換部3が設けられたケーシング2と、第1流体の出入口となる第1出入口管4a、4bと、第2流体の出入口となる第2出入口管5a、5bと、を有している。
The
熱交換部3は、第1流体が流れる第1流路11が複数列形成された第1層10と、第2流体が流れる第2流路21が複数列形成された第2層20と、が積層されることによって構成されている。ここで、第1層10と第2層20とが積層される方向(ここでは、図1〜3の紙面手前側から紙面奥側の方向)を積層方向とする。また、複数の第1流路11が並ぶ方向(ここでは、図2の紙面左右方向)を第1流路11の配列方向とし、複数の第2流路21が並ぶ方向(ここでは、図3の紙面上下方向)を第2流路21の配列方向とする。そして、第1流路11は、第1及び第2層10、20の積層方向に沿って第1層10を見た際に、第1流路11の配列方向に交差する方向(ここでは、図2の紙面上下方向、縦方向)に沿って第1層10の一端部(図2における第1層10の上端部)から他端部(図2における第1層10の下端部)まで延びている。また、第2流路21は、第1及び第2層10、20の積層方向に沿って第2層20を見た際に、第2流路21の配列方向に交差する方向(ここでは、図3の紙面左右方向、横方向)に沿って第2層20の一端部(図3における第2層20の左端部)から他端部(図3における第2層20の右端部)まで延びている。このように、ここでは、第1流路11と第2流路20とが直交流をなすように配置されている。
The
そして、ここでは、第1流路11が、積層方向に沿って第1層10を見た際に、蛇行した形状を有している。具体的には、第1流路11が、第1流路11の配列方向(ここでは、図2の紙面左右方向)に直線的に(すなわち、角張って)蛇行しながら第1流路11の配列方向に交差する方向(ここでは、縦方向)に延びている。第1流路11は、第1層10の一端部から他端部に至るまでに3回以上蛇行していることが好ましい。また、第2流路21が、積層方向に沿って第2層20を見た際に、蛇行した形状を有している。具体的には、第2流路21が、第2流路21の配列方向(ここでは、図3の紙面上下方向)に直線的に(すなわち、角張って)蛇行しながら第2流路21の配列方向に交差する方向(ここでは、横方向)に延びている。第2流路21は、第2層20の一端部から他端部に至るまでに3回以上蛇行していることが好ましい。
Here, the
また、ここでは、第1層10及び第2層20の積層構造を有する熱交換部3は、第1流路11をなす溝が片面に形成された第1板材12と、第2流路21をなす溝が片面に形成された第2板材22と、が交互に積層されることによって構成されている。第1及び第2板材12、22は、金属製の素材で形成されている。第1流路11や第2流路21をなす溝は、例えば、第1及び第2板材12、22に機械加工やエッチング加工を施すことによって形成されている。そして、このような溝加工がなされた第1及び第2板材12、22を所定数積層した後に、例えば、拡散接合等の接合処理を用いて第1及び第2板材12、22間を接合することによって、第1層10及び第2層20の積層構造を有する熱交換部3が得られている。尚、ここでは、第1及び第2板材12、22の両方の片面に流路11、21をなす溝が形成されているが、これに限定されるものではなく、第1及び第2板材12、22のいずれか一方の両面に流路11、21をなす溝が形成されていてもよいし、第1及び第2板材12、22の両方の両面に流路11、21をなす溝が形成されていてもよい。
In addition, here, the
第1出入口管4a、4bは、ここでは、ケーシング2の上部及び下部に設けられている。ケーシング2には、その上部に第1流路11の上端部間を合流させる空間が形成された第1ヘッダ部6と、その下部に第1流路11の下端部間を合流させる空間が形成された第1ヘッダ部7と、が設けられている。そして、第1出入口管4aは、第1ヘッダ部6を介して第1流路11の上端部に連通しており、第1出入口管4bは、第1ヘッダ部7を介して第1流路11の下端部に連通している。第2出入口管5a、5bは、ここでは、ケーシング2の左部及び右部に設けられている。ケーシング2には、その左部に第2流路21の左端部間を合流させる空間が形成された第2ヘッダ部8と、その右部に第2流路21の右端部間を合流させる空間が形成された第2ヘッダ部9と、が設けられている。そして、第2出入口管5aは、第2ヘッダ部8を介して第2流路21の左端部に連通しており、第2出入口管5bは、第2ヘッダ部9を介して第2流路21の右端部に連通している。
Here, the first inlet /
このような構成を有する水熱交換器1では、例えば、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1出入口管4bを第1流体の入口とし、第1出入口管4aを第1流体の出口とし、第2出入口管5bを第2流体の入口とし、第2出入口管5aを第2流体の出口とすることができる。そして、この場合には、水熱交換器1は、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第2流体が第2流路21を右から左に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、水熱交換器1では、例えば、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第1出入口管4bを第1流体の入口とし、第1出入口管4aを第1流体の出口とし、第2出入口管5aを第2流体の入口とし、第2出入口管5bを第2流体の出口とすることができる。そして、この場合には、水熱交換器1は、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第2流体が第2流路21を左から右に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。
In the
このような水熱交換器1では、上記のように、第1流路11や第2流路21が積層方向に沿って第1層10や第2層20を見た際に蛇行した形状を有しているため、第1流路11や第2流路21がストレート形状を有している場合に比べて、水熱交換器1の単位体積当たりの流路長を大きくすることができる。しかも、このような第1流路11や第2流路21の蛇行した形状によって伝熱促進効果を得ることができるため、第1流路11や第2流路21がストレート形状を有している場合に比べて、第1流路11や第2流路21における熱伝達率を向上させることができる。このように、ここでは、水熱交換器1の高性能化及びコンパクト化を図ることができる。
In such a
(2)変形例1
上記実施形態の水熱交換器1では、図2、3に示すように、第1及び第2流路11、21が、直線的に(すなわち、角張って)蛇行した形状を有しているが、これに限定されるものではない。
(2)
In the
例えば、図5、6に示すように、第1及び第2流路11、21が、曲線的に(すなわち、角張らずに丸みを帯びて)蛇行した形状であってもよい。
For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the first and
本変形例の構成においても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Also in the configuration of the present modification, it is possible to obtain the same operational effects as in the above embodiment.
(3)変形例2
上記実施形態及び変形例1の水熱交換器1では、第1及び第2流路11、21の両方が蛇行した形状を有しているが、第1流路11又は第2流路21だけが蛇行した形状を有していてもよい。
(3)
In the
例えば、第2流路21が図3、6に示すような蛇行した形状を有し、かつ、第1流路11が図7に示すようなストレート形状を有していてもよい。また、これとは逆に、第1流路11が図2、5に示すような蛇行した形状を有し、かつ、第2流路21が図8に示すようなストレート形状を有していてもよい。
For example, the
本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例1と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the configuration of this modification, the same effects as those of the above-described embodiment and
(4)変形例3
上記実施形態及び変形例1、2の水熱交換器1では、第1流路11と第2流路21とが直交流をなすように配置されているが、これに限定されるものではない。
(4)
In the
例えば、横方向に沿って第2層20の一端部(図3における第2層20の左端部)から他端部(図3における第2層20の右端部)まで延びていた第2流路21を、図9、10に示すように、縦方向に沿って第2層20の一端部(図10における第2層20の下端部)から他端部(図10における第2層20の上端部)まで延びるようにして、第1流路11と第2流路21とが対向流(又は並行流)をなすように配置してもよい。この場合には、第2出入口管5a、5b及び第2ヘッダ8、9をケーシング2の下部及び上部に設けることになる。この構成では、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第2流体が第2流路21を上から下に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、この構成では、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第2流体が第2流路21を下から上に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。
For example, the second flow path that extends from one end of the second layer 20 (the left end of the
本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例1、2と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the configuration of the present modification, it is possible to obtain the same functions and effects as in the above embodiment and
(5)変形例4
上記実施形態及び変形例1、2の水熱交換器1では、第1流路11と第2流路21とが直交流をなすように配置されているが、これに限定されるものではない。
(5) Modification 4
In the
例えば、第2流路21を複数の流路群に区分するとともに、これらの流路群が直列に接続されるようにして、第1流路11と第2流路21とが直交対向流(又は直交並行流)をなすように配置してもよい。具体的には、図11に示す構成では、第2流路21を第2流路21の配列方向(ここでは、図11の紙面上下方向)に3つの流路群21A、21B、21Cに区分している。そして、第2ヘッダ9に仕切部材を設ける等によって、第2ヘッダ9内の空間を、第2出入口管5b及び流路群21Aを構成する第2流路21の右端部に連通する空間9aと、流路群21B、21Cを構成する第2流路21の右端部に連通する空間9bと、に区分している。また、第2ヘッダ8に仕切部材を設ける等によって、第2ヘッダ8内の空間を、第2出入口管5a及び流路群21Cを構成する第2流路21の左端部に連通する空間8aと、流路群21A、21Bを構成する第2流路21の左端部に連通する空間8bと、に区分している。これにより、第2流路21の流路群21A、21B、21Cが、第2ヘッダ8、9を介して直列に接続され、第1流路11と第2流路21とが直交対向流(又は直交並行流)をなすように配置されている。この構成では、第2流体によって第1流体を加熱する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに加熱され、第2流体が第2流路21を流路群21A、21B、21Cの順に左右に折り返しながら上から下に向かって流れるとともに冷却される熱交換器として機能することになる。また、この構成では、第2流体によって第1流体を冷却する場合に、第1流体が第1流路11を下から上に向かって流れるとともに冷却され、第2流体が第2流路21を流路群21C、21B、21Aの順に左右に折り返しながら下から上に向かって流れるとともに加熱される熱交換器として機能することになる。
For example, the
尚、図11に示す構成では、第2ヘッダ8、9内の空間を、流路群21A、21B、21Cが直列に接続されるように空間8a、8b、9a、9bに区分しているが、これに限定されるものではない。例えば、図12に示すように、第2流路21の左端部や右端部に空間8b、9bと同じ機能を有する接続流路29a、29bを形成してもよい。すなわち、流路群21A、21Bを構成する第2流路21の左端部間を連通させる接続流路29a、及び、流路群21B、21Cを構成する第2流路21の右端部間を連通させる接続流路29bを第2層20に形成するのである。ここでは、第2板材22に接続流路29a、29bをなす溝を形成することができる。この場合には、第2ヘッダ8を図11の空間8aに対応する空間だけを有するものにし、第2ヘッダ9を図11の空間9aに対応する空間だけを有するものにすることができる。
In the configuration shown in FIG. 11, the space in the
本変形例の構成においても、上記実施形態及び変形例1、2と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the configuration of the present modification, it is possible to obtain the same functions and effects as in the above embodiment and
(6)変形例5
上記実施形態及び変形例1〜4の水熱交換器1では、第2流体によって第1流体としての水を加熱する場合に、第1流路11にスケールが析出して、第1流路11が詰まるおそれがある。
(6) Modification 5
In the
そこで、ここでは、このようなスケール析出による第1流路11の出口近傍の部分の詰まりを抑えるために、例えば、図13に示すように、第1流路11について、第1流体の出口近傍に位置する第1流体出口近傍部11aおける流路断面積S11aが、第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路断面積S11bよりも大きくなるように形成している。ここでは、第1流体出口近傍部11aにおける第1流路11の流路幅W11aを第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路幅W11bよりも大きくなるように形成することによって、流路断面積S11aを流路断面積S11bよりも大きくなるようにしている。また、第1流体出口近傍部11aとは、第1流路11の入口側(ここでは、第1出入口管4b側の端部)から出口側(ここでは、第1出入口管4a側の端部)に至るまでの流路長のうち出口側寄りの20〜50%の流路長を有する部分をいう。
Therefore, here, in order to suppress clogging of the portion near the outlet of the
また、図13に示された第1流路11の構成とは異なり、第1流体出口近傍部11aにおける流路数が、第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように第1流路11を合流させるようにしてもよい。例えば、図14に示すように、第1流路11の配列方向に隣り合う2本の第1流路11を第1流体出口近傍部11aにて合流させて1本にすることで、合流後の第1流体出口近傍部11aにおける流路幅W11aを、合流前の第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路幅W11bの合計よりも大きくなるように形成してもよい。これにより、合流後の第1流体出口近傍部11aにおける流路断面積S11aが、合流前の第1流体出口近傍部11aよりも上流側の部分11bにおける流路断面積S11bの合計よりも大きくすることができる。
Further, unlike the configuration of the
このような水熱交換器1では、上記のように、第1流路11について、第1流体出口近傍部11aおける流路断面積S11aをその上流側の部分11bよりも大きくしているため、第1流路11における第1流体の流速低下による熱伝達率の低下を第1流体出口近傍部11aだけに限定しつつ、第1流体が加熱される際に析出するスケールを第1流体出口近傍部11aに詰まりにくくすることができる。このように、ここでは、上記実施形態及び変形例1〜4と同様の作用効果を得ることができるだけでなく、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器1における第1流路11の詰まりを抑えることができる。
In such a
(7)変形例6
上記実施形態及び変形例1〜5の水熱交換器1では、第2流体としての冷媒によって第1流体を冷却する場合に、第2流体の蒸発に伴って第2流路21を流れるガス成分が多くなり、第2流路21の圧力損失が増大するおそれがある。
(7)
In the
そこで、ここでは、このような第2流体の蒸発による第2流路21の圧力損失の増大を抑えるために、例えば、図15に示すように、第2流路21について、第2流体の出口近傍に位置する第2流体出口近傍部21aおける流路断面積S21aが、第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路断面積S21bよりも大きくなるように形成している。ここでは、第2流体出口近傍部21aにおける第2流路21の流路幅W21aを第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路幅W21bよりも大きくなるように形成することによって、流路断面積S21aを流路断面積S21bよりも大きくなるようにしている。また、第2流体出口近傍部21aとは、第2流路21の入口側(ここでは、第2出入口管5a側の端部)から出口側(ここでは、第2出入口管5b側の端部)に至るまでの流路長のうち出口側寄りの20〜50%の流路長を有する部分をいう。また、第1流路11と第2流路21とが直交対向流(又は直交並行流)をなすように配置してもよい。
Therefore, here, in order to suppress the increase in the pressure loss of the
また、上記変形例4のような第2流路21を複数の流路群21A、21B、21Cに区分するとともにこれらの流路群21A、21B、21Cが直列に接続された構成においても、図15に示される構成と同様に、第2流体出口近傍部21aにおける第2流路21の流路幅W21aを大きくする構成を採用することができる。この場合には、例えば、図16に示すように、第2流体の出口近傍に位置する流路群21Aを第2流体出口近傍部21aとし、流路群21B、21Cを第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bとして、流路群21Aを構成する流路群21Aを構成する第2流路21の流路幅W21aを流路群21B、21Cを構成する第2流路21の流路幅W21bよりも大きくなるように形成すればよい。
Also in the configuration in which the
また、図15に示された第2流路21の構成とは異なり、第2流体出口近傍部21aにおける流路数が、第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分における流路数よりも少なくなるように第2流路21を合流させるようにしてもよい。例えば、図17に示すように、第2流路21の配列方向に隣り合う2本の第2流路21を第2流体出口近傍部21aにて合流させて1本にすることで、合流後の第2流体出口近傍部21aにおける流路幅W21aを、合流前の第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路幅W21bの合計よりも大きくなるように形成してもよい。これにより、合流後の第2流体出口近傍部21aにおける流路断面積S21aが、合流前の第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路断面積S21bの合計よりも大きくすることができる。
Further, unlike the configuration of the
また、図17に示される第2流路21を第2流体出口近傍部21aにおいて合流させることによって流路断面積S21aを流路断面積S21bの合計よりも大きくする構成とは逆に、第2流体出口近傍部21aにおける流路数を第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bにおける流路数よりも多くなるように分岐させることによって流路断面積S21aの合計を流路断面積S21bの合計よりも大きくしてもよい。例えば、上記変形例4のような第2流路21を複数の流路群21A、21B、21Cに区分するとともにこれらの流路群21A、21B、21Cが直列に接続された構成において、図18に示すように、第2流体の出口近傍に位置する流路群21Aを第2流体出口近傍部21aとし、流路群21B、21Cを第2流体出口近傍部21aよりも上流側の部分21bとして、流路群21Aを構成する第2流路21の流路数N21aを流路群21B、21Cにおける流路数N21bよりも多くなるようにすればよい。尚、ここでは、各第2流路21の流路幅W21a、W21b(流路断面積S21a、S21b)は同じであり、流路数を変えることによって流路群21Aにおける流路断面積S21aと流路群21B、21Cにおける流路断面積S21bの合計を変えるようにしている。
In contrast to the configuration in which the
このような水熱交換器1では、上記のように、第2流路21について、第2流体出口近傍部21aおける流路断面積S21aをその上流側の部分21bよりも大きくしているため、第2流路21における第2流体の流速低下による熱伝達率の低下を第2流体出口近傍部21aだけに限定しつつ、蒸発に伴って増加するガス成分を多く含む第2流体を第2流体出口近傍部21aにスムーズに流すことができる。このように、ここでは、上記実施形態及び変形例1〜5と同様の作用効果を得ることができるだけでなく、熱伝達率の低下を最小限に抑えつつ、水熱交換器1における第2流路21の圧力損失の増大を抑えることができる。
In such a
また、図18に示される構成のように、第2流体出口近傍部21aおける流路数N21aをその上流側の部分21bにおける流路数N21aを多くした構成では、水熱交換器1における第2流路21の圧力損失の増大を抑えるだけでなく、第2流体の入口近傍における流路数が少なくなることで、第2流体の第2流路21における分配性能を良好に保つことができる。特に、図18に示す構成では、流路群21Aにおける流路数N21aをそれより上流側の流路群21B、21Cにおける流路数N21bよりも多くするだけでなく、流路群21A、21B、21Cの順、すなわち、第2流体の入口近傍に近づくにつれて、流路数が少なくなっているため、第2流体の第2流路21における分配性能に有効に寄与している。
Further, as in the configuration shown in FIG. 18, in the configuration in which the number of flow paths N21a in the second fluid
本発明は、第1流体としての水が流れる第1流路が複数列形成された第1層と、第2流体としての冷媒が流れる第2流路が複数列形成された第2層と、が積層されることによって構成されており、第1流体と第2流体との熱交換を行う水熱交換器に対して、広く適用可能である。 The present invention includes a first layer in which a plurality of first flow paths through which water as a first fluid flows, a second layer in which a plurality of second flow paths through which a refrigerant as a second fluid flows, Are laminated, and can be widely applied to a water heat exchanger that performs heat exchange between the first fluid and the second fluid.
1 水熱交換器
10 第1層
11 第1流路
11a 第1流体出口近傍部
11b 第1流体出口近傍部よりも上流側の部分
20 第2層
21 第2流路
21a 第2流体出口近傍部
21b 第2流体出口近傍部よりも上流側の部分
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1流路が、前記第1及び第2層の積層方向に沿って前記第1層を見た際に、前記第1流路の配列方向に交差する方向に沿って前記第1層の一端部から他端部まで延びており、
前記第2流路が、前記積層方向に沿って前記第2層を見た際に、前記第2流路の配列方向に交差する方向に沿って前記第2層の一端部から他端部まで延びており、
前記第1流路が、前記積層方向に沿って前記第1層を見た際に、蛇行した形状を有している、
及び/又は、
前記第2流路が、前記積層方向に沿って前記第2層を見た際に、蛇行した形状を有している、
水熱交換器(1)。 A first layer (10) in which a plurality of first flow paths (11) through which water as a first fluid flows is formed, and a plurality of second flow paths (21) through which a refrigerant as a second fluid flows are formed. In the water heat exchanger that is configured by stacking the second layer (20), and performs heat exchange between the first fluid and the second fluid,
When the first flow path is viewed in the first layer along the stacking direction of the first and second layers, the first flow path is formed along the direction intersecting the arrangement direction of the first flow paths. Extending from one end to the other,
When the second flow path is viewed from the second layer along the stacking direction, from one end of the second layer to the other end along the direction intersecting the arrangement direction of the second flow paths. Extended,
The first flow path has a meandering shape when the first layer is viewed along the stacking direction.
And / or
The second flow path has a meandering shape when the second layer is viewed along the stacking direction.
Water heat exchanger (1).
請求項1に記載の水熱交換器。 When the first fluid is heated by the second fluid, the flow path cross-sectional area in the first fluid outlet vicinity portion (11a) where the first flow path is positioned in the vicinity of the outlet of the first fluid is the first flow path. Formed so as to be larger than the cross-sectional area of the flow path in the portion (11b) on the upstream side of the vicinity of the fluid outlet,
The water heat exchanger according to claim 1.
請求項1又は2に記載の水熱交換器。 In the case where the first fluid is cooled by the second fluid, the flow path cross-sectional area in the second fluid outlet vicinity part (21a) where the second flow path is located in the vicinity of the outlet of the second fluid is the second It is formed so as to be larger than the cross-sectional area of the flow path in the portion (21b) upstream from the vicinity of the fluid outlet.
The water heat exchanger according to claim 1 or 2.
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