JP5656786B2

JP5656786B2 - 異径捩り管形熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JP5656786B2
Application number: JP2011207102A
Authority: JP
Inventors: 満貞早川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013068358A

Description

本発明は、水と冷媒との間の熱交換を促すための異径捩り管形熱交換器、例えばヒートポンプ式給湯機用の異径捩り管形熱交換器の製造方法に関するものである。

水と冷媒との間の熱交換を行う水冷媒熱交換器は、外周に螺旋状溝を有した捩り管を水配管に用い、この水配管の螺旋状溝に沿って冷媒配管を外周側から巻き付け、水配管と冷媒配管とを半田やロウ材等により伝熱接合したものであり、水配管内を流れる水と冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器である。
また、水配管外周の螺旋状溝は水側の乱流を発生させ、その効果により熱交換性能が向上する働きがある。

ところで、従来の、水配管内を流れる水と冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器においては、使用する水によっては高温部（水配管出口部）においてスケール（例えば、炭酸カルシウム）が付着し堆積し、温水の流通を阻害するといった問題がある。

そこで、従来では冷媒配管と水配管の流通断面積を十分に確保し、スケールが堆積しても温水の流通を阻害しないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、水配管を合成樹脂で構成することでスケールが付着しても剥離しやすくし、スケールの堆積を効果的に防止する提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。
また、Ｚｒが０．００５〜０．０２質量％含有された銅合金管を用いることでスケールの堆積を抑制する提案もなされている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−０４６８７７号公報特開２００９−１４４９３２号公報特開２０１０−１３９１０１号公報

しかしながら、特許文献１のように、水配管の外径をガスクーラ全長にわたって、または出口側を径の大きい管で形成すると、材料費の高騰や部品点数増加による生産性の低下、及び接合部増加による信頼性低下が懸念される。

また、特許文献２や特許文献３のように、合成樹脂製や特殊元素が添加された銅管を水配管に使用する場合には、材料選定や加工方法の選択範囲が非常に狭まるといった問題が生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高温水によるスケールが付着しても高温水の流通阻害を抑制でき、効率のよい熱交換ができる安価な異径捩り管形熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る異径捩り管形熱交換器の製造方法は、外周に複数条の螺旋状溝を設けた異径の水配管と、前記水配管外周の前記螺旋状溝に沿って巻きつけた複数の冷媒配管と、を備え、前記水配管の出口部は、外周に前記螺旋状溝及び前記複数の冷媒配管を連続して備えるとともに、該出口部の内径を入口部の内径より大きくした異径捩り管形熱交換器の製造方法であって、平滑面を有し、一方の端部の外周に複数個の打痕が所定の円周角度で設けられた素管の内径側に、径小部、テーパー部、径大部を有する異径のマンドレルを挿入して一端部を拡径し、この拡径された素管の前記複数個の打痕をチャックして固定し、前記素管の他端を回転することにより前記水配管の外周に複数条の螺旋状溝を形成するものである。

本発明に係る製造方法によって製造された異径捩り管形熱交換器は、水配管の出口部が、外周に螺旋状溝及び複数の冷媒配管を備えるとともに、該出口部の内径を入口部の内径より大きくしたので、高温水によるスケールが付着しても高温水の流通阻害を抑制でき、効率のよい熱交換ができ、かつ部品点数が少なく安価にできるといった効果がある。

本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の部分断面図である。本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の全体斜視図である。本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の水配管の製造途中状態を示す図である。本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の水配管の製造に使用するマンドレルを示す図である。本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の入口部の断面図である。本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の出口部の断面図である。

以下、本発明に係る異径捩り管形熱交換器の一実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の部分断面図である。
この実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器１は、外周に複数条（例えば、３条）の螺旋状溝２を設けた水配管３と、水配管３外周の螺旋状溝２に沿って巻きつけた複数の冷媒配管４とを備えている。
さらに、この水配管３は、テーパー部３ｃを介して接続された径小部３ａと径大部３ｂとを有し、継ぎ目の無い一体管（異径管）で形成されている。複数条の螺旋状溝２は、水配管３のほぼ全長にわたって形成されている。但し、図１ではテーパー部３ｃにおける螺旋状溝２は省略されている。

各冷媒配管４は、水配管３外周のそれぞれの螺旋状溝２の中に嵌め込まれて巻き付けられており、さらに好ましくは伝熱性向上のために半田又はロウ材（図示せず）により水配管３と接合されている。

そして、本発明の特徴とする点は、図１に示すように、水配管３の出口部は、外周に螺旋状溝２及び複数の冷媒配管４を連続して備えるとともに、その出口部の内径を入口部の内径より大きくした点である。このように構成することで、熱交換性能を向上させることができるとともに、水配管３の出口部にスケールが付着しても温水の流通を阻害されることはない。また、継ぎ目のない一体管で水配管３が構成されているので、部品点数が少なく安価な熱交換器とすることができる。

図２に、本発明の実施の形態に係る異径捩り形熱交換器１の全体斜視図を示す。図２に示すように、この異径捩り形熱交換器１は、長円コイル状に巻回して使用されている。
水配管３の入口側（径小側）には、出口冷媒配管７とこれに接続された冷媒合流部８とが設けられ、冷媒合流部８には複数条（本例では３本）の冷媒配管４がそれぞれ接続されている。
また、水配管３の出口側（径大側）には、入口冷媒配管５とこれに接続された冷媒分流部６とが設けられ、冷媒分流部６には複数条（本例では３本）の冷媒配管４がそれぞれ接続されている。

水は、図２に矢印で示すように、水配管３の径小側より流入し、径大側より高温の温水となって流出する。
一方、冷媒は、熱交換効率向上のため、水の流れに対して対向流となるように送入される。したがって、冷媒は、水配管３の径大側に設けられた入口冷媒配管５より流入し、冷媒分流部６にて各々の冷媒配管４内を分流して流れる。そして、図示しない冷媒回路の圧縮機により圧縮されて高温となった冷媒ガスが水回路（給湯回路）の水配管３の外周の螺旋状溝２（図２では省略）に巻きつけられた冷媒配管４内を水配管３の径小側に向かって流れることによって、水と冷媒との間で効率よく熱交換が行われる。すなわち、各冷媒配管４は、水配管３の径小部のみならず径大部にも、ほぼ全長にわたって螺旋状溝２に巻きつけられているので、伝熱面積が増大するため、効率のよい熱交換が行われる。また、水配管３内を流れる水は螺旋状溝２のために乱流が発生するため、熱交換が促進される。
各冷媒配管４内を流れた冷媒は水との熱交換によって冷却され、水配管３の径小側の冷媒合流部８にて合流したのち、出口冷媒配管７より流出し、冷媒回路を循環するようになっている。

図３は水配管３の製造途中状態を示す図であり、図４は水配管３の製造に使用するマンドレル１０を示す図である。
マンドレル１０は、図３及び図４に示すように、テーパー部１０ｃを介して径小部１０ａと径大部１０ｂとを有する異径に形成されている。
水配管３は、芯金としてマンドレル１０を用いた捩り加工によって製造される。すなわち、ロウ付けや曲げ加工が容易にできる長さが例えば５ｍ位のリン脱酸銅管（素管）を使用し、この平滑面を有する素管１２の一方の端部の外周に複数個（ここでは３個）の打痕（凹み）を所定の円周角度で設けておく。ついで、上記の異径マンドレル１０を素管１２の内径側に挿入することによって、素管１２の一端部を所定の長さにわたって拡径し、径小部３ａ、テーパー部３ｃ、径大部３ｂを有する素管１２を形成する。その後、異径マンドレル１０を挿入したまま、この拡径された素管１２の上記３個の打痕をチャックして固定し、素管１２の他端を回転することにより、打痕を起点として３条の螺旋状溝２を当該素管１２の外周に形成することができる。このように素管１２を異径マンドレル１０を用いて捩り加工することで、外周に複数条の螺旋状溝２を有し、かつ、一端部を所定の長さで拡径した水配管３を容易に製造することができる。また、冷媒配管４を螺旋状溝２に巻きつけた状態で容易に水配管３をコイル状に曲げることができる。
このような捩り加工による水配管３の製造方法は、素管の外周にツールを押しつけて螺旋状溝を形成する方法に比べて、より簡単に水配管３を製造することができる。

図５は上記の捩り加工により製造された水配管３の径小側（入口部）の内径Ｄｉを示し、図６はその水配管３の径大側（出口部）の内径Ｄｏを示す。
水配管３の出口部の内径Ｄｏは、入口部の内径Ｄｉに対し、１．１倍以上１．２５倍以下となるように加工することで、マンドレル１０による捩り加工を安定的に実施することができ、かつ、螺旋状溝２の山谷の比率を大幅に変化させることがないので、高温部（水配管３出口部）においても乱流による熱交換効果を期待できる。

以上のように、異径マンドレル１０を用いた捩り加工により、外周に複数条の螺旋状溝２を設けた異径の水配管３を形成することができる。さらに、この水配管３の出口部は、外周に螺旋状溝２及び複数の冷媒配管４を連続して備えるとともに、その出口部の内径を入口部の内径より大きくしたので、水配管３を流れる水と冷媒配管４を流れる冷媒との間で効率よく熱交換を行うことができるとともに、水配管３の出口部にスケールが付着しても温水の流通を阻害されることがない。また、継ぎ目のない一体管で水配管３が構成されているので、部品点数が少なく安価な熱交換器とすることができる。すなわち、新規に内径の大きい管を接続する必要がないので、工程を増やすことなく安価に製造でき、かつ接続箇所が増えることがないので、漏れ不良の心配がなく信頼性の高い給湯用熱交換器を製造できる。

さらに、最も熱交換性能が必要とされる高温部（水配管３出口部）において、螺旋状溝２を連続して製造可能なので、従来の高温部側の径を大きくしない給湯用熱交換器の仕様と比較しても、伝熱接触面積が低下することがないので同等以上の熱交換性能を保持することができる。

１異径捩り管形熱交換器、２螺旋状溝、３水配管、３ａ径小部、３ｂ径大部、３ｃテーパー部、４冷媒配管、５入口冷媒配管、６冷媒分流部、７出口冷媒配管、８冷媒合流部、１０マンドレル、１０ａ径小部、１０ｂ径大部、１０ｃテーパー部、１２素管。

Claims

外周に複数条の螺旋状溝を設けた異径の水配管と、
前記水配管外周の前記螺旋状溝に沿って巻きつけた複数の冷媒配管と、を備え、
前記水配管の出口部は、外周に前記螺旋状溝及び前記複数の冷媒配管を連続して備えるとともに、該出口部の内径を入口部の内径より大きくした異径捩り管形熱交換器の製造方法であって、
平滑面を有し、一方の端部の外周に複数個の打痕が所定の円周角度で設けられた素管の内径側に、径小部、テーパー部、径大部を有する異径のマンドレルを挿入して一端部を拡径し、この拡径された素管の前記複数個の打痕をチャックして固定し、前記素管の他端を回転することにより前記水配管の外周に複数条の螺旋状溝を形成する
ことを特徴とする異径捩り管形熱交換器の製造方法。
前記水配管は、テーパー部を介して接続された径小部と径大部とを有し、継ぎ目が無い一体管で構成されていることを特徴とする請求項１記載の異径捩り管形熱交換器の製造方法。
前記水配管の出口部の内径（Ｄｏ）は、入口部の内径（Ｄｉ）に対し、１．１倍以上１．２５倍以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の異径捩り管形熱交換器の製造方法。