JP5531103B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、冷媒と水等の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。

従来、給湯用に使用される水熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管と水が流れる水用伝熱管とをろう付けにより直接接触させたり、あるいは水用伝熱管の内部に冷媒用伝熱管を挿入したりして伝熱を促進し、熱交換させていた。この種の技術が、例えば、日本国特開２００６−３１７１１５号公報に開示されている。

しかしながら、冷媒が流れる伝熱管と水が流れる水用伝熱管とをろう付けにより直接接触させる構造や、あるいは水用伝熱管の内部に冷媒用伝熱管を挿入する構造では、製造方法や形状が複雑になる。製造方法としては、例えば炉中ろう付けである。このため、製造時の仕掛かり管理が多く発生し、生産性が悪い。ろう付け部のバラツキも発生し易くなる傾向にある。

本発明は、伝熱効率を向上し、製造製を向上し、低コスト化、スペース効率のよい水熱交換器を提供することを目的とする。

本実施形態によれば、フィン群と、冷媒用伝熱管と、熱媒体用伝熱管とを備える。前記フィン群は、一方向に長いフィンを複数具備し、かつ、前記複数のフィンが互いに長手方向を揃えた姿勢で互いに隙間を存して積層される。前記冷媒用伝熱管は、前記フィンを当該フィンの積層方向に貫通するとともに前記フィンの長手方向に蛇行状に形成され、内部を冷媒が流動する。前記熱媒体用伝熱管は、前記フィンを当該フィンの積層方向に貫通して前記冷媒用伝熱管に隣接し、かつ、前記フィンの長手方向に蛇行状に形成されて内部を水が流動する。前記冷媒用伝熱管は、前記長手方向に交差する列方向にそって前記熱媒体用伝熱管の両側列に設置される。前記熱媒体用伝熱管の外径をＤとし、前記冷媒用伝熱管の外径をｄとし、前記冷媒用伝熱管において、前記列方向に前記熱媒体用伝熱管の両側を通る部位の中心列間距離をＣとしたとき、Ｄ≧Ｃ−ｄとする。

第１の実施形態の熱交換器が用いられるヒートポンプ式の給湯装置を概略的に示す概略図である。 図１に示された熱交換器から、冷媒用ベンド管と水用ベンド管とが取り除かれた状態を示す斜視図である。 図２中に示されるＦ３の方向からみた熱交換器を示す正面図である。 図２に示された熱交換器を示す平面図である。 図２に示された熱交換器を、断熱材を省略するとともに一部省略して示す正面図である。 図２に示されるＦ６−Ｆ６線に沿って示す熱交換器の断面図である。 図２に示される熱交換器を、断熱材とベンド管とを省略するとともに一部省略した状態を示す正面図 図４中に示されるＦ８の範囲を示す平面図である。 図８に示されるＦ９−Ｆ９線に沿って冷媒用ベンド管を切断した状態を示す断面図である。 図１に示される熱交換器における、冷媒用入口と冷媒用出口との間の冷媒の温度と、水用入口と水用出口との間の水の温度とを示すグラフ 第２の実施形態の熱交換器において、断熱材と冷媒用ベンド管と水用ベンド管とが取り外された状態を示す正面図である。 第３の実施形態の熱交換器の冷媒用伝熱管において、直線部の一部と冷媒用ベンド管とを示す平面図である。 図１２に示されるＦ１３−Ｆ１３線に沿って冷媒用ベンド管を切断した状態を示す断面図である。

第１の実施形態に係る熱交換器を、図１〜１０を用いて説明する。図１は、本実施形態の熱交換器３が用いられるヒートポンプ式の給湯装置１０を概略的に示す概略図である。熱交換器３は、一例として給湯装置１０に用いられている。熱交換器３は、給湯装置１０に用いられることに限定されるものではない。

図１に示すように、給湯装置１０は、圧縮機１と、熱交換器３と、内部熱交換器４と、膨張弁５と、空気熱交換器６と、送水管部８と、ポンプ９と、貯湯タンク１２とを備えている。

圧縮機１と熱交換器３と内部熱交換器４と膨張弁５と空気熱交換器６とは、順次、冷媒管部２を介して接続され、冷凍サイクル１１を構成している。冷凍サイクル１１は、冷媒の一例として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる。

送水管部８は、当該熱交換器３に設けられている。ポンプ９は、送水管部８の一端部側に設けられている。貯湯タンク１２は、送水管部８の他端部側に設けられている。ポンプ９によって送水管部８内を熱媒体である水Ｗが流動する。当該水Ｗは、送水管部８を通る際に熱交換器３を通って熱交換された後、貯湯タンク１２に貯められる。熱交換器３の構造についは、後で詳細に説明する。

給湯装置１０では、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス状の冷媒Ｌは、熱交換器３内に流入する。冷媒Ｌは、熱交換器３内を流れる過程で、送水管部８内を流れる水と熱交換をする。

熱交換器３を出た冷媒Ｌは、水Ｗと熱交換することによって温度が低下しており、液状である。この冷媒Ｌは、ついで、内部熱交換器４に流入する。冷媒Ｌは、内部熱交換器４内を流れる過程で、後述する空気熱交換器６から出た冷媒Ｌとの間で熱交換され、さらに温度が低下する。

内部熱交換器４を出た冷媒Ｌは、膨張弁５にいたる。冷媒Ｌは、膨張弁５によって減圧された後、空気熱交換器６内に流入し、蒸発してガス状になる。ついで、空気熱交換器６を出た冷媒は、内部熱交換器４に流入する。内部熱交換器４に流入した冷媒は、熱交換器３を出た冷媒との間で熱交換器されて加熱される。内部熱交換器４を出た冷媒は、圧縮機１に吸い込まれる。

給湯装置１０では、上記動作によって、送水管部８に供給される水Ｗの温度を上昇させている。熱交換器３で温度が上昇した水Ｗは、貯湯タンク１２内に貯められる。

ついで、熱交換器３の構造について説明する。図２は、熱交換器３から、後述する冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２とが取り除かれた状態を示す斜視図である。図２中、後述する断熱材５０は、２点鎖線で示されている。

図３は、図２中に示されるＦ３の方向からみた熱交換器３を示す正面図である。図３は、熱交換器３から、冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２とが取り除かれた状態を示している。図２，３に示すように、熱交換器３は、フィン群２０と、冷媒用伝熱管３０と、水用伝熱管４０と、断熱材５０を備えている。

フィン群２０は、複数のプレートフィン２１を備えている。プレートフィン２１は、フィンの一例である。プレートフィン２１は、全て同様の構造であってよい。プレートフィン２１は、一方向に長い形状の板部材であり、一例として長方形である。プレートフィン２１は、一例としてアルミ材で形成されている。なお、プレートフィン２１は、アルミ材に限定されるものではなく、例えば銅で形成されてもよく、好ましくは熱の伝導率が良い材料で形成される。

プレートフィン２１において、長手方向を矢印Ｘで示す。長手方向Ｘと直交する方向を幅方向Ｙとする。幅方向Ｙは、列方向の一例である。各プレートフィン２１は、互いに接触しないように、平行に積層されて配置されている。各プレートフィン２１は、積層方向に同じ姿勢であり、長手方向Ｘをそろえるとともに、幅方向Ｙをそろえている。

冷媒用伝熱管３０は、冷媒管部２の一部を構成しており、内部を冷媒が流動する。冷媒用伝熱管３０は、圧縮機１と例えば管部材２ａを介して接続されるとともに、例えば管部材２ｂを介して内部熱交換器４と接続されている。これら管部材２ａ，２ｂも冷媒管部２の一部である。

冷媒用伝熱管３０は、上記された冷媒管部２においてフィン群２０内を通る部分である。冷媒用伝熱管３０は、分岐することがない一本の流路であって、各プレートフィン２１の幅方向Ｙの一端部２２と各プレートフィン２１の幅方向Ｙの他端部２３とを通る蛇行状に設けられるとともに、長手方向に蛇行状に設けられている。

図４は、熱交換器３を示す平面図である。図４では、断熱材５０は、２点鎖線で示されている。図４に示されるフィン群２０では、一部のプレートフィン２１が図示されており、２点鎖線で示された範囲Ｚ内のプレートフィン２１は、図示が省略されている。しかしながら、実際には、範囲Ｚ内にもプレートフィン２１が積層されている。

図４は、冷媒用伝熱管３０のうち、一端部２２に設けられる部分がフィン群２０を通っている状態を示している。図４中において、後述する水用伝熱管４０は、省略する。水用伝熱管４０は、熱媒体用伝熱管の一例である。冷媒用伝熱管３０のうち、他の部分は、他端部に設けられている。

図２，４に示すように、冷媒用伝熱管３０は、複数の冷媒用伝熱管本体３１と、複数の冷媒用ベンド管３２とを備えている。冷媒用伝熱管本体３１の構造は、全て同じである。冷媒用ベンド管３２の構造は、全て同じである。

冷媒用伝熱管本体３１の構造について説明する。冷媒用伝熱管本体３１は、一対の直線部３３と、これら直線部３３を連結する連結部３４と有している。直線部３３は、冷媒用直線部の一例である。直線部３３は、直線状であり、図３に示すように、直線部３３が延びる方向に垂直な断面形状は、内縁３３ａ，外縁３３ｂともに円形である。

各直線部３３のうち一方は一端部２２に配置され、他方は他端部２３に配置されており、互いに平行に配置されている。一方の直線部３３と他方の直線部とは、幅方向Ｙに対向している。

連結部３４は、一方の直線部３３の一端と他方の直線部３３一端とを互いが連通するように連結している。連結部３４は、Ｕ字形状である。一対の直線部３３と連結部３４とは一体に形成されており、例えば一本の管部材に曲げ加工を施すことによって形成されている。このため、冷媒用伝熱管本体３１は、各直線部３３が連結部３４を介して互いに連通するとともに、平面形状がＵ字状である。全ての冷媒用伝熱管本体３１は、上記と同様の構造である。

各冷媒用伝熱管３０の冷媒用伝熱管本体３１は、各直線部３３が全てのプレートフィン２１を通るように、フィン群２０に設けられている。図３に示すように、各プレートフィン２１には、冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３が通る冷媒用挿通孔２４が形成されている。冷媒用挿通孔２４は、冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３が嵌まる形状であり、冷媒用挿通孔２４の縁の全域は、冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３の周面に密着している。密着させるために、例えば冷媒用伝熱管本体３１を拡管する。このため、冷媒用伝熱管３０を通る冷媒Ｌの熱が各プレートフィン２１に効率よく伝達される。冷媒用挿通孔２４の径と、直線部３３の外径ｄとは、同じ値である。

プレートフィン２１を通る各直線部３３の姿勢は、各直線部３３が、長手方向Ｘと幅方向Ｙとに直交する方向に平行となる姿勢である。つまり、各直線部３３の中心が延びる方向は、方向Ｘ，Ｙに直交する。直線部３３の中心とは、つまり、直線部３３の軸心である。このため、全ての直線部３３は、互いに平行である。図２に示すように、各冷媒用伝熱管本体３１は、直線部３３の他端の開口３５が長手方向Ｘに並ぶように配置されている。直線部３３の他端の開口３５は、連結部３４が連結されない方の開口である。

長手方向Ｘに並ぶ開口３５のうち、長手方向Ｘの一端であって幅方向Ｙの一端に配置される開口３５は、冷媒用入口３６となっている。長手方向Ｘの他端であって幅方向Ｙの一端に配置される開口３５は、冷媒用出口３７となっている。冷媒用入口３６は管部材２ａが接続され冷媒Ｌが流入し、冷媒用出口３７は管部材２ｂが接続され冷媒Ｌが流出する。

図５は、熱交換器３を、断熱材５０を省略するとともに、直線部３３の他端の開口３５側から見た状態を、一部省略して示す正面図である。図４，５に示すように、冷媒用ベンド管３２は、長手方向Ｘに隣り合う冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３の開口３５を連通するように連結している。各冷媒用伝熱管本体３１の一対の直線部３３どうしは、幅方向Ｙに連結部３４によって連結されている。この構造によって、冷媒用伝熱管は、冷媒用入口３６から冷媒用出口３７まで、分岐することがない１筋つまり一本の流路、つまり１パスとなる。このため、長手方向Ｘに隣り合う冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３どうしを連結する冷媒用ベンド管３２は、図５に示すように、一端部と他端部とで交互に設けられる。

この構造により、冷媒用入口３６と冷媒用出口３７とは、複数の冷媒用伝熱管本体３１と複数の冷媒用ベンド管３２とによって連通し、それゆえ、冷媒用伝熱管３０は、冷媒用入口３６から冷媒用出口３７まで、フィン群２０を蛇行するように配置される。

水用伝熱管４０は、フィン群２０を冷媒用伝熱管３０のように蛇行して通るように、フィン群２０に設けられている。水用伝熱管４０は、送水管部８の一部であって、例えば管部材８ａを介してポンプ９と接続され、例えば管部材８ｂを介し貯湯タンク１２と接続されている。図２に示すように、水用伝熱管４０は、各プレートフィン２１において、幅方向Ｙの一端部２２と他端部２３とに設けられる冷媒用伝熱管３０間を通るように設けられている。

図６は、図２に示されるＦ６−Ｆ６線に沿って示す熱交換器３の断面図である。図６は、水用伝熱管４０がフィン群２０内を通る様子を幅方向Ｙに見る平面図である。フィン群２０の一部は、２点鎖線で省略されて図示されている。また、図６中からは、説明のため、他端部２３に設けられる冷媒用伝熱管３０を省略している。

図６に示すように、水用伝熱管４０は、複数の水用伝熱管本体４１と、複数の水用ベンド管４２とを備えている。水用伝熱管本体４１は、一対の直線部４３と、これら直線部４３を連結する連結部４４と有している。直線部４３は、水用直線部の一例である。直線部４３は、直線状であり、図３に示すように、直線部４３が延びる方向に垂直な断面形状は、内縁４３ａ，外縁４３ｂともに円である。

連結部４４は、Ｕ字状である。各直線部４３は、互いに平行になるように配置されており、連結部４４は、各直線部４３の一方の開口を連結している。直線部４３と連結部４４とは、互いに一体に形成されており、例えば一本の管部材に曲げ加工を施すことによって形成されている。このため、水用伝熱管本体４１は、各直線部４３が連結部４４を介して連通するとともに、平面形状がＵ字状である。

水用伝熱管本体４１は、各直線部４３が全てのプレートフィン２１を通るように、フィン群２０に設けられている。このため、各プレートフィン２１には、水用伝熱管本体４１の直線部４３が通る水用挿通孔２５が形成されている。水用挿通孔２５は、水用伝熱管本体４１の直線部４３が嵌まる形状であり、それゆえ、水用挿通孔２５の縁の全域は、水用伝熱管本体４１の直線部４３の周面に密着している。密着させるために、例えば水用伝熱管本体４１を拡管する。このため、各プレートフィン２１の熱が水用伝熱管４０に効率よく伝達される。水用挿通孔２５の径と、直線部４３の外径Ｄとは、同じ値である。

プレートフィン２１を通る直線部４３の姿勢は、一例として、直線部４３が、長手方向Ｘおよび幅方向Ｙと直交する方向に平行となる姿勢である。つまり、直線部４３の中心は、方向Ｘ，Ｙと直交する方向に延びており、直線部３３と平行である。直線部４３の中心は、軸心である。

また、図２に示すように、水用伝熱管４０は、各水用伝熱管本体４１の直線部４３の他方の開口４５が長手方向Ｘに並ぶように配置されている。水用伝熱管本体４１の直線部４３の他方の開口４５は、連結部４４が連結されないほうの開口である。

水用伝熱管４０の他方の開口４５は、冷媒用伝熱管本体３１の開口３５と同じ側に開口している。長手方向Ｘに並ぶ開口４５のうち、長手方向Ｘの他端部に配置される開口４５は、水用入口４６となっており、一端部に配置される開口４５は、水用出口４７となっている。水用入口４６は、管部材８ａが接続され、水用出口４７は、管部材８ｂが接続される。

水用ベンド管４２は、平面形状が略Ｕ字状である。水用ベンド管４２は、水用入口４６と水用出口４７とを除いた開口４５のうち、長手方向Ｘに互いに隣り合うどうしを連結している。この構造により、水用入口４６と水用出口４７とは、複数の水用伝熱管本体４１と複数の水用ベンド管４２とによって連通し、それゆえ、水用伝熱管４０は、水用入口４６から水用出口４７までフィン群２０を蛇行するように設けられる。

本実施形態では、水用伝熱管４０の内径は、冷媒用伝熱管３０の内径よりも大きく、水用伝熱管４０の外径は、冷媒用伝熱管３０の外径よりも大きい。

ついで、冷媒用伝熱管３０と水用伝熱管４０との位置関係を具体的に説明する。図７は、断熱材５０とベンド管３２，４２とを省略するとともに一部省略した状態を示す熱交換器３の正面図である。図７に示すように、各冷媒用伝熱管本体３１において、一端部２２に配置される一方の直線部３３と、他端部２３に配置される他方の直線部３３とは、幅方向Ｙに対向しており、直線部３３の中心Ｐ１を結ぶ線は、幅方向Ｙに平行である。

一端部２２において、長手方向Ｘに並ぶ直線部３３の中心Ｐ１をつなぐ線は、長手方向Ｘに平行である。他端部２３において、長手方向Ｘに並ぶ直線部３３の中心Ｐ１をつなぐ線は、長手方向Ｘに平行である。長手方向Ｘに隣り合う冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３は、一端部２２と他端部２３とにおいて、長手方向Ｘに等間隔離間して配置されている。具体的には、一端部２２と他端部２３とにおいて長手方向Ｘに隣り合う直線部３３間のパイプピッチは、長さＢである。言い換えると、長手方向Ｘに隣り合う直線部３３の中心Ｐ１間の距離は、長さＢである。なお、長手方向Ｘに互いに隣り合う一対の直線部３３の全ての組み合わせにおいて、ピッチ間距離Ｂは、同じ値である。

長手方向Ｘに並ぶ水用伝熱管本体４１の直線部４３の中心Ｐ２を結ぶ線は、長手方向Ｘに平行である。直線部４３は、長手方向Ｘに隣り合う冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３の間に配置されており、具体的には、直線部４３の中心Ｐ２は、直線部４３を長手方向Ｘに挟む一対の冷媒用伝熱管本体３１の直線部３３の中心Ｐ１間の中心に配置されるとともに、幅方向Ｙに直線部４３を挟む一対の直線部３３の中心Ｐ１間の中心に配置されている。

それゆえ、直線部３３，４３は、互いに、千鳥状に配置されている。このため、各プレートフィン２１の幅方向Ｙの長さを短縮化することができる。また、上記配置構造のため、水用伝熱管４０は、冷媒用伝熱管３０に隣接して配置される。

複数の直線部４３は、長手方向Ｘに等間隔離間して配置されている。具体的には、長手方向Ｘに隣り合う直線部４３間のパイプピッチは、長さＡである。言い換えると、長手方向Ｘに隣り合う直線部４３の中心Ｐ２間の距離は、長さＡである。なお、長手方向Ｘに互いに隣り合う一対の直線部４３の全ての組み合わせにおいて、ピッチ間距離Ａは、同じ
値である。本実施形態では、長さＡは、長さＢと同じ長さである、つまりＡ＝Ｂである。

また、１つの冷媒用伝熱管３０において、幅方向Ｙに対向する、一端部２２に配置される一方の直線部３３の中心Ｐ１と、他端部２３に配置される他方の直線部３３の中心Ｐ１とは、長さＣ離間している。幅方向Ｙに対向する一対の直線部３３の全ての組み合わせにおいて、中心間距離Ｃは、同じ値である。

本実施形態では、Ｂ＞Ｃである。Ｂ＞Ｃであることによって、長手方向Ｘに隣接する直線部３３間の距離よりも、幅方向Ｙに隣接する直線部３３と直線部４３との間の距離が短くなるので、直線部３３と直線部４３間での熱交換が効率よく行われる。なお、Ｂ≧Ｃであれば、直線部３３と直線部４３と間の距離が短くなるので、直線部３３と直線部４３と間での熱交換が効率よく行われる。なお、全ての直線部３３と全ての直線部４３とは、互いに平行であるので、図７に示される直線部３３，３４の相対位置関係は、全てのプレートフィン２１においても同じである。

各プレートフィン２１において、隣接する直線部３３間には、熱遮断手段が設けられている。本実施形態では、直線部３３は方向Ｘ，Ｙに隣接するので、長手方向Ｘと幅方向Ｙとに互いに隣接する直線部３３間に熱遮断手段が設けられている。熱遮断手段は、直線部３３どうしでプレートフィン２１を介して熱交換が行われることを抑制する機能を有している。本実施形態では、図２に示すように、各プレートフィン２１において互いに隣り合う直線部３３間に、一例として切り込み２６が形成されている。

長手方向Ｘに隣り合う直線部３３間に形成される各切込み２６は、幅方向Ｙに延びている。幅方向Ｙに隣り合う直線部３３間に形成される各切り込み２６は、長手方向Ｘに隣り合う直線部４３間に設けられるとともに、長手方向Ｘに延びている。

各切り込み２６は、プレートフィン２１を貫通している。切り込み２６によって、互いに隣り合う直線部３３がプレートフィン２１を介して熱交換されることが抑制される。なお、切り込み２６は、プレートフィン２１の水用挿通孔２５に達していない。

つぎに、冷媒用ベンド管３２の形状と、水用ベンド管４２の形状とについて具体的に説明する。上記したように、Ａ＝Ｂ＞Ｃとなっている。そして、幅方向Ｙに対向する一対の直線部３３を通す冷媒用挿通孔２４間の最短距離Ｅは、水用伝熱管本体４１の外径Ｄよりも短くなっている。水用伝熱管本体４１の外径Ｄは、水用挿通孔３４の内径Ｄである。このため、冷媒用ベンド管３２は水用伝熱管４０に接触しないように、かつ、水用ベンド管４２は、冷媒用伝熱管３０に接触しないように、考慮されている。

図８は、図４中に示されるＦ８の範囲を示す平面図である。図８は、冷媒用ベンド管３２と、長手方向Ｘに隣接する一対の直線部３３の一部を示している。冷媒用ベンド管３２は、全て図８に示す構造と同様であるので、図８に示される冷媒用ベンド管３２を代表して説明する。

図９は、図８に示されるＦ９−Ｆ９線に沿って冷媒用ベンド管３２を切断した状態を示す断面図である。図８，９に示すように、冷媒用ベンド管３２は、幅方向Ｙの最大幅ｌｒ１が、冷媒用伝熱管本体３１の外径ｄよりも小さくなる扁平形である。最大幅ｌｒ１は、冷媒用ベンド管３２が、水用ベンド管４２に接触することがないように考慮されて設定されている。

水用ベンド管４２の形状は、冷媒用ベンド管３２に対して大きさの違いはあるが、構造は同様である。このため、図８，９を利用して、水用ベンド管４２を説明する。なお、図８，９において、水用伝熱管４０に係る構造を示す符号は、括弧内に記す。図８，９に示すように、水用ベンド管４２は、幅方向Ｙの最大幅ｌｒ２が、直線部４３の外径Ｄよりも小さくなる扁平形である。最大幅ｌｒ２は、水用ベンド管４２が冷媒用ベンド管３２に接触することがないように考慮されて設定されている。このように、本実施形態では、冷媒用ベンド管３２との幅ｌｒ１と水用ベンド管４２の幅ｌｒ２とが、互いに上記のように考慮されて設定されているので、幅ｌｒ１，ｌｒ２とを外径ｄ，Ｄに対して大きく変更することが抑制される。

図５示すように、冷媒用ベンド管３２は、水用伝熱管４０を回避して、つまり接触しないように、長手方向Ｘに隣り合う一対の直線部３３を連結する。同様に水用ベンド管４２は、冷媒用伝熱管３０を回避して、つまり接触しないように、長手方向Ｘに隣り合う一対の直線部４３を連結する。

図４に示すように、各冷媒用伝熱管本体３１において、幅方向Ｙに対向する直線部３３の一端は、連結部３４によって互いに連結されている。連結部３４は、冷媒用ベンド管３２のように、水用伝熱管４０に接触しないように、長手方向Ｘにそう最大幅が直線部３３の外径ｄよりも小さく設定されており、扁平形である。

図２に示すように、断熱材５０は、熱交換器３の全ての外面全体を覆うように設けられている。さらに、図２に示すように、断熱材５０は、冷媒用伝熱管３０と水用伝熱管４０とを覆う大きさを有している。

図３中では、熱交換器３において開口３５，４５が見えるように、断熱材５０の一部が断面されている。断熱材５０は、熱伝導率の低い材料で形成されている。なお、断熱材５０は、熱交換器３の全ての面を覆うように構成されることに限定されない。例えば、熱交換器３においてベンド管３２，４２が設けられる側の側面と、連結部３４，４４が設けられる側の側面とが外側から見えるように開口する形状であってもよい。

つぎに、熱交換器３の動作を説明する。熱交換器３内に流入した冷媒Ｌは、冷媒用入口３６から冷媒用伝熱管３０内に流入し、冷媒用出口３７に向かって冷媒用伝熱管３０内を流動する。冷媒用伝熱管３０は、一本の流路であるので、冷媒Ｌは、各プレートフィン２１の一端部２２と他端部２３とを交互に流れる。この際、冷媒Ｌの熱は、フィン群２０つまり各プレートフィン２１に伝達される。

熱交換器３内に流入した水Ｗは、水用入口４６から水用伝熱管４０内に流入し、水用出口４７に向かって水用伝熱管４０内を流動する。このとき、冷媒用入口３６と水用出口４７とが互いに隣接して設けられ、かつ、冷媒用出口３７と水用入口４６とが互いに隣接して設けられるため、冷媒Ｌの流れと水Ｗの流れが互いに逆となる。水Ｗが水用伝熱管４０内を流動する際に、当該水Ｗには、各プレートフィン２１に伝達された冷媒Ｌの熱が伝達される。

冷媒用出口３７を出た冷媒Ｌは、ついで、内部熱交換器４に導かれる。水用出口４７を出た水Ｗは、貯湯タンク１２に導かれる。

図１０は、熱交換器３における、冷媒用入口３６と冷媒用出口３７と間の冷媒Ｌの温度と、水用入口４６と水用出口４７との間の水Ｗの温度とを示すグラフを示している。グラフＧは、冷媒Ｌと水Ｗとの温度勾配を示している。図１０に示されるグラフにおいて横軸は、冷媒用伝熱管３０と水用伝熱管４０とにおける位置を示しており、縦軸は、温度を示している。冷媒Ｌにおいて冷媒用入口３６の温度をＴ１とし、冷媒用出口３７の温度をＴ２とする。水Ｗにおいて水用入口４６の温度をｔ１とし、水用出口４７の温度をｔ２とする。

熱交換器３の上記動作によって、図１０に示すように、冷媒Ｌの温度は、冷媒用入口３６から冷媒用出口３７まで流れる過程において低下する、つまりＴ１＞Ｔ２。水Ｗの温度は、水用入口４６から水用出口４７まで流れる過程で上昇する、つまりｔ２＞ｔ１。

温度効率をεとすると、ε＝（ｔ２−ｔ１）／（Ｔ１−ｔ１）となり、上記構造によって、εは、促進される。

このように構成される熱交換器３では、冷媒用伝熱管３０がフィン群２０つまり各プレートフィン２１に接続され、かつ、水用伝熱管４０がフィン群２０つまり各プレートフィン２１に接続されることによって、冷媒Ｌから水Ｗへの熱伝達が、フィン群２０を介して行われる。

さらに、長手方向Ｘに並んで配置される直線部３３間のパイプピッチＢは、幅方向Ｙに並ぶ直線部３３間の長さＣよりも大きい。このため、長手方向Ｘに隣接する直線部３３間の距離よりも、幅方向Ｙに並ぶ直線部３３間の距離が小さくなるので、伝熱効率が向上する。なお、Ｂ≧Ｃであっても同様の効果が得られる。

また、冷媒用伝熱管３０と水用伝熱管４０とを直接接続する必要がなくなるので、熱交換器３を作成する際の製造性が向上し、低コスト化できる。

また、本実施形態では、冷媒Ｌの熱容量流量と水Ｗの熱容量流量の比が、ほぼ１：１とすべく、冷媒用伝熱管３０の管内全面積と冷媒用伝熱管の管内全面積との比が、ほぼ１：１となるように、冷媒Ｌの圧力損失が低い特性を生かして冷媒用伝熱管３０の外径を水用伝熱管４０の外径よりも小さくし、水用伝熱管４０を一対の冷媒用伝熱管３０で幅方向Ｙに挟んでいる。そして、長手方向Ｘにそう直線部３３のパイプピッチＢと直線部４３のパイプピッチＡとを同じとしたことによって、熱交換器３は、熱伝達量のバランスがよくなる構造となり、それゆえ、伝熱効率が高められる。

また、冷媒用伝熱管３０の連結部３４を扁平形にすることによって、各水用伝熱管本体４１と各冷媒用伝熱管本体３１とを各プレートフィン２１に挿入する際に、冷媒用伝熱管本体３１の連結部３４が水用伝熱管４０に接触するなど干渉することがないので、作業効率を向上することができる。

同様に、冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２とが扁平形であることによって、冷媒用ベンド管３２が水用伝熱管４０に接触するなど干渉することがなく、かつ、水用ベンド管４２が冷媒用伝熱管３０に接触するなど干渉することがないので、冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２との取付作業の効率が向上する。さらに、冷媒用伝熱管３０と水用伝熱管４０とをより一層接近させることができるので、伝熱効率が向上する。

また、冷媒用伝熱管３０は、各プレートフィン２１の一端部２２と他端部２３とを交互に流れる一本の流れを有する構造であるので、水用伝熱管４０を挟んで一端部２２と他端部２３を流れる冷媒Ｌの量は同じとなる。このため、効率よく熱交換が行われる。

また、冷媒用入口３６と水用出口４７とをフィン群２０の長手方向Ｘの一端部に設けて互いに隣接させるとともに、冷媒用出口３７と水用入口４６とをフィン群２０の長手方向Ｘの他端部に設けて互いに隣接させることによって、冷媒の流れと水の流れとが互いに逆向きとなる。このため、冷媒Ｌから水Ｗへの熱伝達を効率よく促進することができる。

また、各プレートフィン２１において、冷媒用伝熱管３０の直線部３３と水用伝熱管４０の直線部４３とが千鳥状に配置されることによって、各プレートフィン２１の幅方向Ｙの長さを短縮化できる。さらに、千鳥状に配置されることによって、１つの直線部４３が２つの直線部３３と対向するようになるので、冷媒Ｌから水Ｗへの熱の伝達効率が向上する。

また、各プレートフィン２１には、長手方向Ｘに隣り合う直線部４３間と、幅方向Ｙに隣り合う直線部３３間とに、スリット２６が形成されることによって、冷媒Ｌの凝縮潜熱は、水用伝熱管４０のみに効率よく伝熱されるので、熱交換性能が向上する。

また、断熱材５０によって、フィン群２０と周囲の空気との間で熱交換が行われることが抑制される。このため、フィン群２０を介した冷媒Ｌと水Ｗとの熱交換が効率よく行われるようになる。

つぎに、第２の実施形態に係る熱交換器を、図１１を用いて説明する。なお、本実施形態において第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、冷媒用伝熱管３０の直線部３３と水用伝熱管４０の直線部４３との相対位置関係が、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同様であってよい。上記異なる点について、具体的に説明する。

図１１は、本実施形態の熱交換器３において、断熱材５０と冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２とが取り外された状態を示す正面図である。図１１に示すように、本実施形態では、直線部３３と直線部４３との相対位置関係は、Ｂ≧Ｃとなる相対位置関係に代えて、Ｄ≧Ｃ−ｄとなる。

直線部３３と直線部４３との相対位置関係が、Ｄ≧Ｃ−ｄを満たすと、直線部３３は、水用伝熱管４０に近づく。このため、本実施形態では、第１の実施形態と同様の作用と効果とを得ることができる。また、直線部３３と直線部４３との相対位置関係は、第１の実施形態で説明されたＢ≧Ｃと、本実施形態で説明されたＤ≧Ｃ−ｄと同時に満たしてもよい。

つぎに、第３の実施形態に係る熱交換器を、図１２，１３を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２と連結部３４とが、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同様であってよい。上記異なる構造を具体的に説明する。

図１２は、本実施形態の冷媒用伝熱管３０において、直線部３３の一部と冷媒用ベンド管３２とを示す平面図である。図１２は、直線部３３の一部と冷媒用ベンド管３２とを、第１の実施形態で用いられた図８と同様に見ている。図１３は、図１２に示されるＦ１３−Ｆ１３線に沿って冷媒用ベンド管３２を切断した状態を示す断面図である。図１３に示すように、本実施形態では、冷媒用ベンド管３２は、扁平形ではなく、断面が円となる形状である。冷媒用のベンド管３２の外径ｄｒ１は、直線部３３の外径ｄよりも小さい。つまりｄ＞ｄｒ１。冷媒用ベンド管３２の外径ｄｒ１は、冷媒用ベンド管３２が水用伝熱管４０に接触することがないように考慮して設定されている。

水用ベンド管４２の形状は、冷媒用ベンド管３２に対して大きさの違いはあるが、構造は同様である。このため、図１２，１３を利用して、水用ベンド管４２を説明する。なお、図１２，１３において、水用伝熱管４０に係る構造を示す符号は、括弧内に記す。

図１２，１３に示すように、水用ベンド管４２は、断面形状が円となる形状である。水用ベンド管４２の外径ｄｒ２は、直線部４３の外径Ｄよりも小さい。水用ベンド管４２の外径ｄｒ２は、水用ベンド管４２が冷媒用伝熱管３０に接触しないように考慮されて設定されている。

各冷媒用伝熱管本体３１において、幅方向Ｙに対向する直線部３３の一端を連結する連結部３４は、断面が円となる形状である。連結部３４の外径は、冷媒用ベンド管３２が水用伝熱管４０に接触しないように、考慮されて設定されている。

本実施形態では、第１の実施形態と同様の作用と効果とを得ることができる。なお、本実施形態で説明された、冷媒用ベンド管３２と水用ベンド管４２と連結部３４との構造は、第２の実施形態で説明された熱交換器３に用いられてもよい。この場合、第２の実施形態と同様の作用と効果とを得ることができる。

第１〜３の実施形態によれば、伝熱効率を向上し、製造製を向上し、低コスト化、スペース効率のよい熱交換器を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (3)

1. 一方向に長いフィンを複数具備し、かつ、前記複数のフィンが互いに長手方向を揃えた姿勢で互いに隙間を存して積層されるフィン群と、
   前記フィンを当該フィンの積層方向に貫通するとともに前記フィンの長手方向に蛇行状に形成され、内部を冷媒が流動する冷媒用伝熱管と、
   前記フィンを当該フィンの積層方向に貫通して前記冷媒用伝熱管に隣接し、かつ、前記フィンの長手方向に蛇行状に形成されて内部を熱媒体が流動する熱媒体用伝熱管と
   を具備し、
   前記冷媒用伝熱管は、前記長手方向に交差する列方向にそって前記熱媒体用伝熱管の
   両側列に設置され、
   前記熱媒体用伝熱管の外径をＤとし、
   前記冷媒用伝熱管の外径をｄとし、
   前記冷媒用伝熱管において、前記列方向に前記熱媒体用伝熱管の両側を通る部位の中心列間距離をＣとしたとき、
   Ｄ≧Ｃ−ｄとする
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記冷媒用伝熱管は、全ての前記フィンを当該フィンの積層方向に貫通するとともに、前記両側列に設置された部位が互いに連通する１流路で形成され、
   前記熱媒体用伝熱管は、全ての前記フィンを当該フィンの積層方向に貫通するとともに、１流路で形成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記長手方向に並ぶ前記冷媒用伝熱管のパイプピッチをＢとしたとき、
   Ｂ≧Ｃとする
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱交換器。

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