(57)【要約】【課題】水管の性能が向上することにより、全体としての性能が向上する熱交換器を提供する。【解決手段】第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器２２であって、第１流路形成部２３と、第２流路形成部２４とを備える。第１流路形成部２３は、第１流体を流す第１流路２２ａを形成する。第２流路形成部２４は、第２流体を流す複数の第２流路２２ｂを形成する。第１流路形成部２３と、第２流路形成部２４とは、一体成形される。第２流路２２ｂ同士の間から第１流路形成部２３の外面に力を加える加工が行われることにより、第１流路形成部２３の内面には、第１流路形成部２３の第２流路形成部２４との接触側ではない側に凹凸部が形成される。【選択図】図５
2010060255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器（２２）であって、
前記第１流体を流す第１流路（２２ａ）を形成する第１流路形成部（２３）と、
前記第２流体を流す複数の第２流路（２２ｂ）を形成する第２流路形成部（２４）と、
を備え、
前記第１流路形成部（２３）と、前記第２流路形成部（２４）とは、一体成形され、
前記第２流路（２２ｂ）同士の間から前記第１流路形成部（２３）の外面に力を加える加工が行われることにより、前記第１流路形成部（２３）の内面には、前記第１流路形成部（２３）の前記第２流路形成部（２４）との接触側ではない側に凹凸部が形成される、
熱交換器（２２）。
【請求項２】
前記凹凸部は、ディンプル（８０）または溝（８１）である、
請求項１に記載の熱交換器（２２）。
【請求項３】
第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器（５２）であって、
前記第１流体を流す第１流路（５２ａ）を有する管（１０）と、
前記管（１０）の周囲に沿って巻かれ、前記第２流体を流す複数の第２流路（５２ｂ）を有する多穴管（１１）と、
を備え、
前記管（１０）の内面には、ディンプル（８０）または溝（８１）が形成される、
熱交換器（５２）。
【請求項４】
第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器（２２）であって、
前記第１流体を流すコルゲート管（１２）と、
前記コルゲート管（１２）の周囲に沿って巻かれ、前記第２流体を流す複数の流路（２２ｃ）を有する多穴管（１１）と、
を備える熱交換器（２２）。
【請求項５】
前記多穴管（１１）の外面には、ディンプル（８０）または溝（８１）が形成される、
請求項３または４に記載の熱交換器（２２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯用熱交換器において、水管の周囲に複数の冷媒管が形成された一体成形型の熱交換器が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１における熱交換器では、部品点数を低減することが可能となり、熱交換効率の観点からすると、冷媒管の性能が向上している。しかし、熱交換器における水管の性能の向上も考慮することが好ましい。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、水管の性能が向上することにより、全体としての性能が向上する熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る熱交換器は、第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器であって、第１流路形成部と、第２流路形成部とを備える。第１流路形成部は、第１流体を流す第１流路を形成する。第２流路形成部は、第２流体を流す複数の第２流路を形成する。第１流路形成部と、第２流路形成部とは、一体成形される。第２流路同士の間から第１流路形成部の外面に力を加える加工が行われることにより、第１流路形成部の内面には、第１流路形成部の第２流路形成部との接触側ではない側に凹凸部が形成される。
【０００６】
ここで、例えば、第１流体は水で、第２流体はＣＯ２冷媒である。
【０００７】
第１発明に係る熱交換器では、第１流路形成部に凹凸部が形成されることにより、第１流路側の熱交換効率が向上するので、熱交換器全体としての性能が向上する。
【０００８】
第２発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、凹凸部は、ディンプルまたは溝である。
【０００９】
第２発明に係る熱交換器では、第１流路形成部にディンプルまたは溝が形成されることにより、第１流体と第１流路形成部との接触面積が増えるので、第１流路側の熱交換効率が向上する。
【００１０】
第３発明に係る熱交換器は、第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器であって、管と、多穴管とを備える。管は、第１流体を流す第１流路を有する。多穴管は、管の周囲に沿って巻かれ、第２流体を流す複数の第２流路を有する。管の内面には、ディンプルまたは溝が形成される。
【００１１】
第３発明に係る熱交換器では、多穴管を管の周囲に沿って巻くことにより、第１流体と第２流体との熱交換効率が向上する。また、管の内面にディンプルまたは溝が形成されることによっても熱交換効率が向上する。よって、熱交換器全体としての性能が向上する。
【００１２】
第４発明に係る熱交換器は、第１流体および第２流体を熱交換させる熱交換器であって、コルゲート管と、多穴管とを備える。コルゲート管は、第１流体を流す。多穴管は、コルゲート管の周囲に沿って巻かれ、第２流体を流す複数の流路を有する。
【００１３】
第４発明に係る熱交換器では、多穴管をコルゲート管の周囲に沿って巻くことにより、第１流体と第２流体との熱交換効率が向上する。よって、熱交換器全体としての性能が向上する。
【００１４】
第５発明に係る熱交換器は、第３発明または第４発明に係る熱交換器であって、多穴管の外面には、ディンプルまたは溝が形成される。
【００１５】
第５発明に係る熱交換器では、多穴管の外面にディンプルまたは溝が形成されることによって、第１流体と第２流体との熱交換効率が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明に係る熱交換器では、第１流路形成部に凹凸部が形成されることにより、第１流路側の熱交換効率が向上するので、熱交換器全体としての性能が向上する。
【００１７】
第２発明に係る熱交換器では、第１流路形成部にディンプルまたは溝が形成されることにより、第１流体と第１流路形成部との接触面積が増えるので、第１流路側の熱交換効率が向上する。
【００１８】
第３発明に係る熱交換器では、多穴管を管の周囲に沿って巻くことにより、第１流体と第２流体との熱交換効率が向上する。また、管の内面にディンプルまたは溝が形成されることによっても熱交換効率が向上する。よって、熱交換器全体としての性能が向上する。
【００１９】
第４発明に係る熱交換器では、多穴管をコルゲート管の周囲に沿って巻くことにより、第１流体と第２流体との熱交換効率が向上する。よって、熱交換器全体としての性能が向上する。
【００２０】
第５発明に係る熱交換器では、多穴管の外面にディンプルまたは溝が形成されることによって、第１流体と第２流体との熱交換効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２３】
＜第１実施形態＞
＜ヒートポンプ式給湯器１の構成＞
まず、本発明の一実施形態に係る水熱交換器２２を含むヒートポンプ式給湯器１のシステムについて、説明する。
【００２４】
図１に示すように、ヒートポンプ式給湯器１は、冷媒にＣＯ２冷媒を用いる冷凍装置２と、貯湯装置３とにより構成される。冷凍装置２は、圧縮機２１、水熱交換器２２内の冷媒流路２２ｂ、減圧手段としての膨張弁１９および空気熱交換器２８が、冷媒配管２５によって環状に接続される圧縮式の冷凍回路２０を有する。
【００２５】
さらに、冷凍回路２０には、水熱交換器２２から出る高温高圧の冷媒と、空気熱交換器２８から出る低温低圧の冷媒との間で熱交換を行うため、液ガス熱交換器２６が配置されている。具体的には、水熱交換器２２と膨張弁１９とを連結する冷媒通路と、空気熱交換器２８と圧縮機２１とを連結する冷媒通路との間で熱交換が行われる。
【００２６】
貯湯装置３は、貯湯タンク３１、水熱交換器２２内の水流路２２ａおよび水循環ポンプ３２が、水配管３５によって環状に接続された水循環回路３０を有する。貯湯装置３では、給水管３７から貯湯タンク３１に水道水が供給され、そして、出湯管３８を介して、供給先に湯が供給される。
【００２７】
水熱交換器２２で加熱された水の温度が８５℃となるように、水循環ポンプ３２によって水の循環量が制御される。制御装置５は、８５℃の水を得るために必要な冷媒温度を確保するために、圧縮機２１の回転数や膨張弁１９の開度を制御する。
【００２８】
＜冷凍装置２の構成＞
図２に示すように、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画がファン室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１、膨張弁１９が配置されている。
【００２９】
ファン室２ｂには、図２正面視において、前方にファン２７が配置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータが、モータ支持台２９に固定された状態で配置されている。ファン室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて水熱交換器２２が配置されている。水熱交換器２２内にて、水流路２２ａ（図１参照）を流れる水と、冷媒流路２２ｂ（図１参照）を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
【００３０】
また、空気熱交換器２８は、ファン室２ｂの左側面と背面に沿って配置されており、空気熱交換器２８の右端は機械室２ａの中央まで延出している。制御ボックス４は、機械室２ａの上部とファン室２ｂの上部を跨ぐように配置されている。制御ボックス４には、マイコン６（図３参照）、インバータ７（図３参照）等を搭載した制御装置５が内蔵されている。
【００３１】
＜水熱交換器２２の構成＞
図４、図５に示すように、水熱交換器２２は、水を流す水流路２２ａを形成する水流路形成部２３と、冷媒を流す冷媒流路２２ｂを形成する冷媒流路形成部２４とを有する。水熱交換器２２は、水流路２２ａを通る水と、冷媒流路２２ｂを通る冷媒との間で熱交換を行わせるものである。
【００３２】
水流路形成部２３と冷媒流路形成部２４とは、引き抜き加工や押し出し加工により、一体成形されて製造される。そして、冷媒流路２２ｂ同士の間から水流路形成部２３の外面に力を加えることにより、図５に示すように、水流路形成部２３の内面にディンプル８０が施される。なお、図５は、水流路２２ａを形成する水流路形成部２３が延びる方向と平行である第１方向と直交する断面である図４のＶ−Ｖ断面における断面図である。
【００３３】
ここで、図５に示すように、冷媒流路形成部２４には、８本の冷媒流路２２ｂが形成されている。よって、図１の冷媒回路において、圧縮機２１を出た冷媒は、８本の冷媒流路２２ｂに分流される。そして、冷媒流路２２ｂを通過し終えたとき、分流されていた冷媒は、合流して、合流した冷媒は、１本の配管である冷媒配管２５を通って、膨張弁１９へ向かう。
【００３４】
また、ここで、図５において、冷媒流路形成部２４同士が隣接していないのは、冷媒流路２２ｂからの冷媒漏洩を検出するための冷媒漏洩検出センサ７０（図３参照）を設けるために、隙間が必要であるからである。少なくとも１つの冷媒漏洩検出センサ７０が、冷媒流路形成部２４同士の間に設けられる。図３に示すように、冷媒漏洩検出センサ７０からの検出信号は、制御装置５に入力され、その検出信号により、制御装置５は、圧縮機２１、ファン２７等の各種機器を制御する。
【００３５】
＜第１実施形態に係る水熱交換器２２の特徴＞
（１）
第１実施形態の水熱交換器２２では、水流路形成部２３の内面にディンプル８０が施されている。
【００３６】
これにより、水流路２２ａを流れる水は、ディンプル８０の凹凸による表面積の分だけ水流路形成部２３と接触する面積が増える。水が水流路形成部２３と接触する面積が増えると、その水から冷媒流路２２ｂへの伝熱効率が向上し、水と冷媒流路２２ｂを流れる冷媒との熱交換効率が上昇するので、水が湯になる速度がより促進される。したがって、水熱交換器２２の全体としての性能が向上する。
【００３７】
（２）
第１実施形態に係る水熱交換器２２では、冷媒の漏洩を検出するための冷媒漏洩検出センサ７０が設けられている。
【００３８】
例えば、水流路２２ａから水が漏洩すると、水圧により、冷媒流路２２ｂを形成する冷媒流路形成部２４に穴があいたり、冷媒流路形成部２４に水が貫通したりすることが想定される。そのため、冷媒流路２２ｂから水熱交換器２２外へ冷媒が漏洩することも想定される。このとき、冷凍装置２の冷凍サイクルが停止したり、冷凍装置２内の水熱交換器２２以外の機器が停止したりすることが想定される。
【００３９】
そこで、冷媒漏洩検出センサ７０を設けることによって、一早く冷媒の漏洩を検出できるので、ヒートポンプ式給湯器１の安全性が高まる。
【００４０】
＜第１実施形態に係る水熱交換器２２の変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、水流路形成部２３の内面には、ディンプル８０が施されると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、図６に示すように、水流路形成部２３の内面に溝８１を形成した構成をとってもよい。この場合、溝８１付きの金型を用い、引き抜き加工や押し出し加工により、溝８１が形成される。
【００４１】
（Ｂ）
上記実施形態では、冷媒流路形成部２４同士の間に冷媒漏洩検出センサ７０を設けると説明したが、センサを設けない構成としてもよい。この場合であっても冷媒流路形成部２４同士が隣接しておらず、冷媒流路形成部２４同士の間に隙間ができているので、その隙間から冷媒が漏洩しているかどうかを知ることができる。
【００４２】
（Ｃ）
上記実施形態において、圧縮機２１を出た冷媒は、８本の冷媒流路２２ｂに分流されると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、圧縮機２１を出た冷媒は、８本の冷媒流路２２ｂをＵ字管等で繋いで１本とされた冷媒流路２２ｂを流れて、冷媒配管２５へと出てもよい。
【００４３】
（Ｄ）
上記実施形態において、冷媒流路２２ｂは８本であると説明したが、流路数は、８本以上であっても、以下であってもよい。
【００４４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯器１は、水熱交換器５２の構成を除いては、第１実施形態に係る構成とほぼ同様であり、説明を省略する。
【００４５】
以下、第１実施形態と相違する水熱交換器５２の構成についてのみ、説明する。
【００４６】
図８は、配管１０が延びる方向と平行である第１方向と直交する断面である図７のＩＸ−ＩＸ断面における断面図である。図７、図８に示すように、第２実施形態に係る水熱交換器５２は、配管１０と、扁平管１１とを有する。配管１０は、その内部が水を流す水流路５２ａとなるものである。図８に示すように、扁平管１１は、配管１０の周囲に沿って巻かれ、冷媒を流す複数の冷媒流路５２ｂ（本実施形態では、７本）を有する。扁平管１１は、例えば、銅、アルミニウム、アルミニウム合金等から構成される。この水熱交換器５２は、水流路５２ａを流れる水と冷媒流路５２ｂを流れる冷媒との間で熱交換を行わせるものである。
【００４７】
ここで、扁平管１１の一端は、冷媒の入口側のヘッダと接続されており、扁平管１１の他端は、冷媒の出口側のヘッダと接続されている。よって、図１において、圧縮機２１を出た冷媒は、冷媒の入口側のヘッダを介して、７本の冷媒流路５２ｂに分流され、冷媒の出口側のヘッダへと流れる。出口側のヘッダで、分流されていた冷媒は合流し、合流した冷媒は、冷媒配管２５へ出る。
【００４８】
配管１０の内面には、図７、図８に示すように、予めディンプル８０が施されている。
【００４９】
この水熱交換器５２には、冷媒漏洩検出センサ７０（図３参照）が設けられる。図８に示すように、扁平管１１を配管１０に巻く際、肉厚の薄いところ（扁平管１１同士の間の部分）を設け、その肉厚の薄い部分に冷媒漏洩検出センサ７０を設ける。冷媒が流れる冷媒流路５２ｂのより近くに冷媒漏洩検出センサ７０を設けることによって、一早く冷媒が漏洩していることを検出できる構成となっている。
【００５０】
＜第２実施形態に係る水熱交換器５２の特徴＞
第１実施形態と同様に、配管１０の内面にディンプル８０が施され、水流路５２ａを流れる水と配管１０との接触面積が増えることにより、水から配管１０への伝熱効率が向上し、水流路５２ａを流れる水と、冷媒流路５２ｂを流れる冷媒との熱交換効率が上昇する。よって、水熱交換器５２の全体としての性能が向上する。
【００５１】
＜第２実施形態に係る水熱交換器５２の変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、配管１０の内面には、ディンプル８０が施されると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、配管１０の内面に溝８１を形成した構成としてもよい。この場合であっても、水から配管１０への伝熱効率が向上し、水と冷媒との熱交換効率が上昇するので、水熱交換器２２の性能が向上する。
【００５２】
（Ｂ）
上記実施形態における配管１０においては、外面に溝８１を施した構成としてもよい。この場合、外面に溝８１を施すことによって、扁平管１１との接触面積が増えるので、水と冷媒との熱交換効率が上昇し、水熱交換器５２全体の性能が向上する。
【００５３】
（Ｃ）
第１実施形態に係る水熱交換器２２の変形例（Ｂ）と同様、第２実施形態に係る水熱交換器５２においても、冷媒漏洩検出センサ７０を設けていない構成としてもよい。この場合でも、第１実施形態の変形例（Ｂ）に記載の効果と同様の効果を得られる。
【００５４】
（Ｄ）
上記実施形態における、ディンプル８０が施された配管１０の代わりにコルゲート管１２を用いた構成としてもよい。
【００５５】
図９に示すように、コルゲート管１２は、管の内外壁にコルゲート（一般的には、波形のスパイラル構造）を付与してある形状の管である。
【００５６】
コルゲート管１２は、内外壁に波付けが施されているため、凹凸が形成されている。この凹凸により、コルゲート管１２内を流れる水は、コルゲート管１２の内壁と接触する面積が増える。よって、コルゲート管１２を用いた場合であっても、コルゲート管１２内を流れる水の扁平管１１への伝熱効率が上昇し、その水と、扁平管１１に位置する複数の冷媒流路５２ｂを流れる冷媒との熱交換効率が向上するので、水熱交換器５２全体としての性能が向上する。
【００５７】
（Ｅ）
上記実施形態において、扁平管１１は、７本の冷媒流路２２ｂを有すると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、流路数は７本以上であっても、以下であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明では、水管の性能が向上することにより、熱交換器全体としての性能が向上するので、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ヒートポンプ式給湯器の概略構成図。
【図２】冷凍装置の内部構造を示す断面図。
【図３】制御装置の制御ブロック図。
【図４】第１実施形態に係る水熱交換器の側面図。
【図５】図４に示す水熱交換器のＶ−Ｖ断面図。
【図６】図５に相当する、第１実施形態の変形例（Ａ）に係る水熱交換器の断面図。
【図７】第２実施形態に係る水熱交換器の側面図。
【図８】図７に示す水熱交換器のＩＸ−ＩＸ断面図。
【図９】第２実施形態の変形例（Ｄ）に係る水熱交換器におけるコルゲート管のみの側面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０  管
１１  扁平管（多穴管）
１２  コルゲート管
２２  水熱交換器（熱交換器）
２２ａ  第１流路（水管）
２２ｂ  第２流路（冷媒管）
２２ｃ  流路
２３  水流路形成部（第１流路形成部）
２４  冷媒流路形成部（第２流路形成部）
５２  水熱交換器（熱交換器）
５２ａ  水流路（第１流路）
５２ｂ  冷媒流路（第２流路、流路）
８０  ディンプル
８１  溝
【図１】
2010060255.tif 000003
【図２】
2010060255.tif 000004
【図３】
2010060255.tif 000005
【図４】
2010060255.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010060255.tif 000008
【図７】
2010060255.tif 000009
【図８】
2010060255.tif 000010
【図９】
2010060255.tif 000011