(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅で形成され、水を流通させる水管と、金属管と、前記水と熱交換を行う冷媒を流通させる冷媒管と、を準備する工程と、
前記水管に、前記金属管を挿入する工程と、
前記水管に、前記金属管を挿入する工程の後、前記水管と前記金属管とを捩ることで、前記水管に螺旋形状の溝を形成し、前記水管と前記金属管とを密着させる工程と、
前記冷媒管を、前記水管の外側に前記螺旋形状の溝に沿って巻き付け、前記水管と、前記冷媒管とを接合する工程と、
を備えた捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記金属管は、
前記水管に螺旋形状の溝を形成する工程により、前記水管の内面を被覆する金属層となる、
請求項１に記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記金属管は、チタン又はオーステナイト系ステンレスで形成されている、
請求項１又は２に記載の捩り管形熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捩り管形熱交換器の製造方法に関し、特に、捩り管形熱交換器の防食に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯器などに用いられる捩り管形熱交換器においては、水が流通する水管に防食対策が施され、腐食性の水による水管の劣化を防いでいる。例えば、特許文献１では、防食対策として水管の内面に熱処理を施して酸化被膜を形成し、水管に耐スケール性と耐腐食性とを同時に持たせている。また、特許文献２では、水管の内面をスケール防止剤、又は、腐食防止剤などによりコーティングしている。また、特許文献３では、水管を形成する板材に耐食性の高いステンレス材を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７４４２１号公報
【特許文献２】特開２０１２−７７５２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１又は２のように、給湯器用の熱交換器の水管内面に酸化被膜、又は、防食コーティング処理をする従来の防食方法では、処理のバラつきによる品質低下、熱交換器の性能低下、及び、製造工程やコストの増加が懸念される。また、特許文献３のように、水管自体の材質を耐食性の高いステンレス材にする場合には、材料コストが高くなる上に、水管に取付けられる冷媒管との接合部分における熱伝達性能の維持が困難となり、熱交換器の信頼性を維持できないなどの問題が生じる。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換率を低下させずに水管の腐食を防止し、信頼性を向上させた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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法は、銅で形成され、水を流通させる水管と、金属管と、前記水と熱交換を行う冷媒を流通させる冷媒管と、を準備する工程と、前記水管に、前記金属管を挿入する工程と、前記水管に、前記金属管を挿入する工程の後、前記水管と前記金属管とを捩ることで、前記水管に螺旋形状の溝を形成し、前記水管と前記金属管とを密着させる工程と、前記冷媒管を、前記水管の外側に前記螺旋形状の溝に沿って巻き付け、前記水管と、前記冷媒管とを接合する工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る捩り管形熱交換器の製造方法によれば、水管の内面をチタン、又は、オーステナイト系ステンレスを材料する金属層により被覆することで、水管を防食し、且つ、水管と金属層とによる異種金属接触腐食も防止できる。これにより、捩り管形熱交換器の熱交換効率を維持しながら、捩り管形熱交換器の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の概略外観図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る捩り管形熱交換器の捩り管の概略外観図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る捩り管の軸方向に沿った断面を示す模式図である。
【図４】図３の捩り管の軸方向に沿った断面の一部を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る捩り管形熱交換器の概略外観図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１の概略外観図である。捩り管形熱交換器１は、例えば、ヒートポンプ式給湯器の水冷媒熱交換器として用いられるものである。図１に示すように、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１は、捩り管１０を備え、捩り管１０の一方の端部の入口３から熱媒体である水を流入させ、他方の端部の出口４から流出させることで水と冷媒との間で熱交換を行う。捩り管１０は、例えば、全長が１０ｍなどの長尺な管であり、曲げ加工によりとぐろ状に形成されている。
【００１０】
＜捩り管１０の構成＞
図２は、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１の捩り管１０の概略外観図であり、図３は、本実施の形態に係る捩り管１０の軸方向に沿った断面を示す模式図である。図４は、図３の捩り管１０の軸方向に沿った断面の一部を示す模式図である。図２、図３に示すように、捩り管１０は、外周部に螺旋溝５が形成された水管２と、水管２の内面に設けられた金属層８と、水管２の外面に巻き付けられた冷媒管６と、により構成されている。また、図４に示すように、水管２と冷媒管６とは、半田層７により接合されている。なお、図４は、図３の捩り管１０のうち、金属層８を除き半田層７により接合された部分を示している。
【００１１】
水管２は、熱伝導性に優れ、抗菌性を備えた銅を材料として形成されている。水管２の螺旋溝５は、水管２の外面から見て螺旋形状を有し、水管２の内側に向かい凹む形状に形成されている。水管２の内部には、熱媒体である水が流通する。なお、螺旋溝５は、本発明の溝の一例である。
【００１２】
金属層８は、銅との電位差が小さく、耐食性の高い材料により形成されており、水管２の内面を被覆するように設けられている。耐食性の高い材料としては、チタン、又は、オーステナイト系ステンレスが用いられる。金属層８は、水管２の内面を一定の層厚で被覆しており、水管２の防食層となって水管２の腐食を防いでいる。例えば、チタンにより形成された金属層８は、実環境において、腐食に対して耐性のある不動態被膜が表面に形成されるため、高い耐食性を示す。金属層８は、チタンが形成する不動態被膜により銅との電位差が小さくなっており、水管２を形成する銅と接触しても、水管２に異種金属接触腐食を発生させにくい。オーステナイト系ステンレスについても、クロムを含んでいるため、チタンと同様に不動態被膜を形成し、銅との電位差が小さく、耐食性の高い性質を有する。
【００１３】
金属層８の層厚は限定されないが、金属層８の層厚を水管２の肉厚と同一、又はそれ以下とすることで、水管２の水と冷媒との間の熱交換効率の低下が抑制される。金属層８は、金属を含むため一般に水と冷媒との間の熱交換を阻害しにくいと考えられるものの、層厚が厚すぎると、水と冷媒との間の熱伝達率が低下することとなる上、製造コストも増大する懸念が生じてしまう。
【００１４】
冷媒管６は、水管２に形成された螺旋溝５に沿うように、水管２の外側に巻き付けられており、水管２よりも小さい外径を有する。冷媒管６は、水管２と同様、銅を材料として形成されており、水管２との接合部分における熱伝達性能が維持されている。図２において、冷媒管６が３本巻き付けられている様子が図示されているが、冷媒管６の本数は限定されない。冷媒管６が巻き付くことができるよう、螺旋溝５は、冷媒管６の外径に応じた幅及び深さで、冷媒管６の本数に応じた条数形成すればよい。
【００１５】
水管２と、水管２に巻き付けられた冷媒管６とは、隙間を埋める半田層７により密着した状態で接合され、捩り管１０が形成されている。水管２と冷媒管６との界面に半田層７が介在することで、水と冷媒管６を流通する冷媒との熱交換が効率よく行なわれる。
【００１６】
次に、捩り管形熱交換器１の動作について説明する。捩り管形熱交換器１の水管２の内部を流通する水は、水管２の内面を被覆する金属層８を介して冷媒管６を流通する冷媒との間で熱交換を行う。水は、金属層８と接触し、水管２に直接接触することがない。水が腐食性の水質を有する場合であっても、耐食性の高い金属層８が水と接触することとなり、水管２が腐食性の水質に曝されることを防止する。このため金属層８は、防食層として腐食性の水に曝されることとなるが、耐食性を有するため腐食されることがなく、水管２を被覆した状態が維持される。更に、金属層８が銅との電位差が小さい材料で形成されているため、金属層８と水管２とが接触した状態であっても、水管２を形成する銅を異種金属接触腐食させることがない。
【００１７】
従って、捩り管形熱交換器１は、水管２を流通する腐食性の水質の水によっても水管２が腐食されず、性能を維持できるため、捩り管形熱交換器１の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
＜捩り管１０の製造方法＞
続いて、捩り管形熱交換器１の製造方法について説明する。
始めに、水管２と、金属管８０と、冷媒管６とをそれぞれ個別に作製した部材を準備する。水管２には、銅を材料として配管の形状に形成した部材を用いる。金属管８０には、銅との電位差が小さく、耐食性の高い材料を用いて配管の形状に形成した部材を用いる。金属管８０の材料としては、チタン、又は、オーステナイト系ステンレスがある。水管２と、金属管８０との軸方向の長さは、例えば、１０ｍとし、同じ長さとする。冷媒管６は、銅を材料とし、水管２よりも長く、外径の小さい配管の形状に形成した部材を用いる。
【００１９】
次に、水管２の内側に金属管８０を挿入する。このとき、水管２と金属管８０との隙間は、極力小さいことが望ましい。ただし、水管２の内径と、金属管８０の内径とが等しいと、挿入することが困難となるため、金属管８０は、水管２の内径よりも若干小さい外径を有していればよい。
【００２０】
次に、金属管８０が挿入された状態の水管２に、螺旋形状の溝、つまり、螺旋溝５を形成する。螺旋溝５は、例えば、水管２及び金属管８０の端部を治具により把持し、捩るように回転して形成する。水管２と金属管８０とを捩る工程により、水管２と金属管８０とが一体となって密着する。金属管８０が水管２と一体となることで、金属管８０が水管２の内面の全領域を被覆する金属層８となる。このとき、金属管８０を金属層８とするため、金属層８の層厚のばらつきが低減される。また、水管２と、金属管８０とが軸方向に同じ長さを有するため、水管２の内面が入口から出口までの全範囲で金属層８に被覆される。
【００２１】
次に、螺旋溝５が形成された水管２の外側から、冷媒管６を螺旋溝５に沿って巻き付ける。そして、水管２と冷媒管６との隙間を半田により埋め、水管２と冷媒管６とを接合して捩り管１０を形成する。なお、上記の説明において、始めに冷媒管６を準備すると説明しているが、冷媒管６は、冷媒管６を水管２に巻き付ける工程の前までに準備されていればよい。
【００２２】
最後に、捩り管１０が曲げ加工され、図１に示すようなとぐろ状に形成されることで、水管２の入口から出口までの範囲に亘り金属層８が設けられた捩り管形熱交換器１が製造される。図１において、とぐろ状の捩り管１０を有する捩り管形熱交換器１が図示されているが、捩り管１０の形状は、とぐろ状に限定されず、任意の形状であってよい。
【００２３】
以上説明した、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１によれば、チタン、又は、オーステナイト系ステンレスを材料とする金属層８により、銅で形成された水管２の内面を被覆している。これにより、水管２を防食層となる耐食性の高い金属層８により被覆し、防食することができ、且つ、水管２を形成する銅が金属層８との接触により異種金属接触腐食することも防止され、捩り管形熱交換器１の信頼性を向上させることができる。また、金属層が熱伝導性を有するため、水と冷媒との熱交換が過度に妨げられることがないため、捩り管形熱交換器１の熱交換効率を維持することができる。
【００２４】
また、水管２内面の全範囲に金属層８を設けることで、水管２の内面全てに水が接触することがないため、水管２を完全に防食することができる。
【００２５】
また、金属層８の層厚を水管２の肉厚と同等、又はそれ以下とすることにより、水と冷媒との距離が抑制され、熱交換効率が高い状態を維持できる。
【００２６】
また、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１の製造方法によれば、水管２に金属管８０を挿入した後、螺旋溝５を形成する工程により、水管２と金属層８となる金属管８０とが一体化されるため、水管２と金属層８とを接合する作業が不要である。
【００２７】
また、金属管８０が挿入された水管２に螺旋溝５を形成する工程により金属層８が形成されるため、金属層８の層厚のばらつきが低減され、且つ、別途金属層８を設ける工程が不要である。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態２に係る捩り管形熱交換器１１について説明する。本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１１は、金属層８が形成される範囲が限定されている点で、実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００２９】
図５は、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１１の概略外観図である。図５に示すように、捩り管形熱交換器１１の捩り管１２を構成する水管２には、金属層８が領域９に亘り設けられている。領域９は、例えば、水管２の出口側２ａにおける０ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲である。この領域９においては、冷媒との熱交換を行い、水が高温となっており、腐食が発生しやすい。従って、水管２の内面のうち、特に腐食が発生しやすい水管２の出口側２ａの領域９にのみ金属層８を設ける。これにより、内面の全領域に金属層８が設けられた場合と比べて少量の金属層８により腐食を防止することができる。
【００３０】
捩り管１２は、水管２に螺旋溝５の加工を施す前に、水管２に軸方向の長さの短い金属管を挿入し螺旋溝５の加工を施すことで製造される。金属管の挿入深さは、例えば、出口側２ａから１０００ｍｍなど、任意である。金属管の挿入深さは、螺旋溝５を加工し、金属管と水管２とが一体化される前に調節しておくことが必要である。金属管は、実施の形態１と同様、水管２を形成する銅との電位差が小さく、耐食性の高い金属で形成される。これにより、領域９において、金属管から形成された金属層８が水管２の防食層となって水管２を防食すると共に、水管２を形成する銅が金属層８により異種金属接触腐食することも防止される。
【００３１】
以上説明した、本実施の形態に係る捩り管形熱交換器１１によれば、高温となる水管２の出口側の０ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲にのみ金属層８を設けることで、製造コストを抑制しつつ水管２の防食ができる。
【符号の説明】
【００３２】
１、１１  捩り管形熱交換器、２  水管、２ａ  出口側、３  入口、４  出口、５  螺旋溝、６  冷媒管、７  半田層、８  金属層、９  領域、１０、１２  捩り管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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