(57)【要約】【課題】高性能で小型コンパクトな熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも１本以上の略蛇行状に形成された第１流体の流路１１の少なくとも一部に、少なくとも１本以上の第２流体の流路１６が略直交して形成されてなる熱交換器で、第１流体の流路１１と第２流体の流路１６とは略直交し、かつ、全体的に対向流となるよう構成のため、温度効率を高くすることが可能で、また、広い伝熱面積をとることができ、伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化、小型化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本以上の略蛇行状に形成された第１流体の流路の少なくとも一部に、少なくとも１本以上の第２流体の流路が略直交して形成されてなる熱交換器。
【請求項２】
第１流体の流路は管で、第２流体の流路は複数の板状部材を接合して形成されてなり、前記管と前記第２流体の流路とは、前記板状部材を介して密着して形成されてなる請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
管と接する板状部材は、前記管の円筒面にほぼ沿うような凹凸形状部を有する請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
第２流体の流路は、第１流体の流路を両側から挟むように構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
第２流体の流路は、複数の溝から構成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
第２流体の流路は、前記第２流体の入口側の流路断面積よりも出口側の流路断面積を大きくして形成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
第１流体は二酸化炭素で、第２流体は水である請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器に関し、特に、給湯装置における給湯用熱交換器として用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ給湯機に用いる熱交換器は、図８に示すものがある。図８は、従来の熱交換器の構成を示す断面構成図であり、図８を参照しながら従来の技術を説明する。
【０００３】
図８において、１は熱交換器本体、２は熱交換器、この熱交換器２は冷媒管２Ａ、給湯水管２Ｂを螺旋状に巻付けて形成されている。冷媒管２Ａは冷媒、給湯水管２Ｂは給湯水が流通する。この両者の管は交互に直接管同士が接触するように構成している。
【０００４】
そして、螺旋体の両端には支持体（端板）３を設け、これら支持体３を前記螺旋状に形成された熱交換器２を螺旋のセンターに設けたボルト４によって機械的に締結している。
【０００５】
また、ナット５と支持体３の間にはスプリングワッシャー６が挿入されており、締付力の変化を防止している。そして、螺旋状に巻かれた冷媒管２Ａと、給湯水管２Ｂの外周には外部への熱損失を防止するための断熱材７が円筒状に巻かれている。
【０００６】
こうすることにより、低コストで伝熱面積が確保でき、信頼性および耐久性に優れた熱交換器を提供することができるものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１―２４１８６５号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では、冷媒管２Ａと給湯水管２Ｂが交互に接触して圧接しているため、たとえば冷媒管２Ａの入口から流入した高温の冷媒の熱が、管壁を介して給湯水管２Ｂに伝わるのみならず、給湯水管２Ｂを介してやや低温の冷媒にも順次伝わるため、熱損失となって、給湯水の温度を十分に上げるためには、熱交換器を大きくする必要があった。
【０００８】
また、螺旋体の両端に支持体（端板）３を設けて、そのセンターに設けたボルト４によって機械的に締結しているため、螺旋体の内部の空間がデッドスペースとなり他の部品等の収納もできないため、熱交換器を収納する本体（図示せず）を大きくする必要があった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、高性能で小型低コストな熱交換器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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、少なくとも１本以上の略蛇行状に形成された第１流体の流路の少なくとも一部に、少なくとも１本以上の第２流体の流路が略直交して形成されてなる熱交換器で、第１流体の流路と第２流体の流路とは略直交し、かつ、全体的に対向流となるよう構成のため、温度効率を高くすることが可能で、また、広い伝熱面積をとることができ、伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化、小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高性能で小型低コストな熱交換器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、少なくとも１本以上の略蛇行状に形成された第１流体の流路の少なくとも一部に、少なくとも１本以上の第２流体の流路が略直交して形成されてなる熱交換器で、第１流体の流路と第２流体の流路とは略直交し、かつ、全体的に対向流となるよう構成のため、温度効率を高くすることが可能で、また、広い伝熱面積をとることができ、伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化、小型化が可能となる。
【００１３】
第２の発明は、第１流体の流路は管で、第２流体の流路は複数の板状部材を接合して形成されてなり、前記管と前記第２流体の流路とは、前記板状部材を介して密着して形成されてなるもので、平面状で蛇行状に形成された管と、複数枚の板状部材を接合して形成された流路とを板状部材の１枚を介して密着して一体化することで、全体的に平面状でコンパクトな構成となり、接触面積が大きく確保できるので、高性能で小型低コスト化が可能となる。また、設置スペースの制約も少なくなり、縦型や横型など自由な設置構成が可能となる。
【００１４】
また、蛇行状に形成された管と板状部材を接合して形成された流路は別々に形成した後、ロー付等で密着することができるので、板に管を巻きつける等の作業が不要で、簡単に製造することができる。
【００１５】
第３の発明は、管と接する板状部材は、前記管の円筒面にほぼ沿うような凹凸形状部を有するもので、管と接する板状部材の面積が増大し、熱交換器を高性能化することが可能となる。
【００１６】
第４の発明は、第２流体の流路は、第１流体の流路を両側から挟むように構成したもので、管と接する板状部材の面積がさらに増大し、第１流体の熱をほとんど損失することなく第２流体に伝えることができ、熱交換器を大幅に高性能化することが可能となる。
【００１７】
第５の発明は、第２流体の流路は、複数の溝から構成されてなるもので、第２流体の流れが均一化でき、熱の伝わり方が均等になるため熱交換器の高性能化が可能となる。
【００１８】
第６の発明は、第２流体の流路は、前記第２流体の入口側の流路断面積よりも出口側の流路断面積を大きくして形成したもので、第２流体が水の場合に、特に高温水となる第２流体の出口側のスケール発生があった場合にも、流路が詰まる恐れはなくなり、信頼性の高い熱交換器を提供できる。
【００１９】
第７の発明は、第１流体は二酸化炭素で、第２流体は水であるもので、圧力の高い第１流体を耐圧のある管に流すので信頼性が高く、また、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器の全体の構成を説明する構成図であり、図２（ａ）は図１のＡ部矢視図、図２（ｂ）は図１のＢ部矢視図、図２（ｃ）は板状部材の詳細図を示す。
【００２３】
図１に示すように、全体としては平面状にある第１の流体の流路である管１１が、入口１２と出口１３を図示のように位置して、略蛇行状に曲げられ構成されており、内部は炭酸ガスが流れる。また、平面状で内部に溝形状を有する板状部材１４と平板１５が二枚重ねられて溝形状の第２の流体の流路を構成し、その入口１６と出口１７が設けられており、内部は給湯水が流れる。一方、管１１は図示のように平板１５と、たとえばロー付により密着しており、炭酸ガスから給湯水への伝熱時の熱抵抗を極力小さくするようにしている。また、これらの配管１１、板状部材１４、平板１５は水や炭酸ガスに対する耐食性の高い、たとえば銅材料などが用いられる。
【００２４】
この熱交換器の構成について、図２を用いて説明すると、図２（ａ）に示すように、管１１が平板１５と密着している。また、板状部材１４は、図２（ｂ）に示すように、給湯水の入口１６から出口１７に向かって直線状の凸部１８と凹部１９が交互に並んだ構成となっており、平板１５と重ねられて凹部１９が給湯水の流路となっている。
【００２５】
また、同じく図２（ｂ）に示すように、管１１は、凹部１９を流れる給湯水と良好な熱交換をするために、平板１５の端部から端部までを蛇行するように形成し、凹部１９を流れる給湯水とは直交して流れる構成となっている。
【００２６】
上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。
【００２７】
すなわち、管１１が全体としては平面状に形成され、平板１５にロー付されているので、管１１の直径と板状部材１４、平板１５の厚さの和が全体の熱交換器の厚さとなり、熱交換器として非常に薄い形状に小型化できる。
【００２８】
また、本発明の熱交換器は平面が水平になる方向や垂直になる方向の置き方など自由であり、設置スペースの制約が少なくなり、たとえばヒートポンプユニットの機械室の内部への縦型や横型など自由な設置構成が可能となる効果がある。
【００２９】
また、管１１は平板１５にロー付されており、平板１５の端部から端部までを略蛇行するように形成し、凹部１９を流れる給湯水とは、略直交し、かつ、全体的には対向流となるように流れる構成となっているので、温度効率を高くすることが可能で、また、平板１５と給湯水の流路である板状部材１４の凹部１９と広い伝熱面積をとることができ、伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化、小型化が可能となる。
【００３０】
さらに、給湯水の流路である板状部材１４の凹部１９を複数個設けた構成としているので、一つの凹部１９内で水温が均一化しやすくなり、また給湯水の流れも均一化できるため、熱の伝わり方が均等になり、高性能化が可能となる。
【００３１】
また、管１１の蛇行状の加工とは別の工程で板状部材１４、平板１５を接合し、その後管１１と平板１５とをロー付加工するのみであるので、複雑な作業が不要で、簡単に製造することができるものである。
【００３２】
また、圧力の高い炭酸ガスを耐圧のある管１１に流すので、管の肉厚をさほど大きくする必要もなく、信頼性の高い熱交換器を提供できる。また、炭酸ガスを用いることで、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【００３３】
なお、ここでは、板状部材１４、平板１５を銅材料として説明したが、アルミ材料やそれらをメッキ加工したものなども本発明に含まれる。
【００３４】
（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図３は、本発明の第２の実施の形態における熱交換器の全体の構成を説明する構成図であり、図４（ａ）は図３のＣ部矢視図、図４（ｂ）は図３のＤ部矢視図である。また、図５は、図３で示した板状部材の詳細図を示す。
【００３６】
なお、ここにおいて実施の形態１の図１、図２で示した構成部品と同様の機能を有するものは同じ番号を付してあり、その説明は省略する。
【００３７】
図３に示すように、ここでは全体としては平面状にある管１１が、入口１２と出口１３を図示のように位置して略蛇行状に曲げられて構成されており、内部は炭酸ガスが流れる。
【００３８】
また、平面状で内部に溝形状を有する板状部材２１と平板１５が二枚重ねられて溝形状の流路を構成し、その入口２２と出口２２が設けられており、内部は給湯水が流れる。
【００３９】
一方、管１１は図示のように平板１５と、たとえばロー付により密着しており、炭酸ガスから給湯水への伝熱時の熱抵抗を極力小さくするようにしている。また、これらの配管１１、板状部材１４、平板１５は水や炭酸ガスに対する耐食性の高い、たとえば銅材料などが用いられる。
【００４０】
この熱交換器の構成を図４を用いて説明すると、図４（ａ）に示すように、管１１が平板１５と密着しており、また、給湯水の入口２２は６分割され、給湯水の出口２３は、図４（ｂ）に示すように、３分割されている。ここで、板状部材２１の構造を図５を用いて説明すると、給湯水の入口２２から出口２３に向かって直線状の凸部２４と凹部２５が交互に並んだ構成をなすが、凸部２４は一本置きに、途中で途切れた形状をしている。
【００４１】
すなわち、凹部２５は入口２２側では６分割、出口２３側では３分割となり、また、図４に示すように、平板１５と重ねられて凹部２５が給湯水の流路となっている。また、同じく図４に示すように、管１１は、凹部２５を流れる給湯水と良好な熱交換をするために、平板１５の端部から端部までを略蛇行するように形成し、凹部２５を流れる給湯水とは略直交して流れる構成となっている。
【００４２】
上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。
【００４３】
すなわち、管１１が全体としては平面状に形成され、平板１５にロー付されているので、管１１の直径と板状部材２１、平板１５の厚さの和が全体の熱交換器の厚さとなり、熱交換器として非常に薄い形状に小型化できる。
【００４４】
また、本発明の熱交換器は平面が水平になる方向や垂直になる方向の置き方など自由であり、設置スペースの制約が少なくなり、たとえばヒートポンプユニットの機械室の内部への縦型や横型など自由な設置構成が可能となる効果がある。
【００４５】
また、管１１は平板１５にロー付されており、平板１５の端部から端部までを略蛇行するように形成し、凹部２５を流れる給湯水とは略直交して、かつ、全体的には対向流となるように流れる構成となっているので、温度効率を高くすることが可能で、また、平板１５と給湯水の流路である板状部材２１の凹部２５と広い伝熱面積をとることができ、伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化、小型化が可能となる。なお、略蛇行している
管１１の少なくとも一部に、前記給湯水が略直交して流れていれば、少なくとも温度効率を高くすることは可能である。
【００４６】
さらに、給湯水の流路である板状部材２１の凹部２５を複数個設けた構成としているので、一つの凹部２５内で水温が均一化しやすくなり、また給湯水の流れも均一化できるため、熱の伝わり方が均等になり、高性能化が可能となる。
【００４７】
また、給湯水の流路である板状部材２１の凹部２５を、その入口２２よりも出口２３の分割数を少なくしたので、給湯水の流れる凹部２５の開口面積を入口２２よりも出口２３の方が広くすることができるので、高温給湯を行う際に、水に含まれる炭酸カルシウムなどのスケール成分が凹部２５の高温部に析出してきた場合にも、流路が狭くなって熱交換性能が大きく低下するようなことはなくなる。
【００４８】
また、管１１の蛇行状の加工とは別の工程で板状部材２１、平板１５を接合し、その後管１１と平板１５とをロー付加工するのみであるので、複雑な作業が不要で、簡単に製造することができるものである。
【００４９】
また、圧力の高い炭酸ガスを耐圧のある管１１に流すので、管の肉厚をさほど大きくする必要もなく、信頼性の高い熱交換器を提供できる。また、炭酸ガスを用いることで、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。
【００５０】
なお、ここでは、板状部材２１、平板１５を銅材料として説明したが、アルミ材料やそれらをメッキ加工したものなども本発明に含まれる。
【００５１】
（実施の形態３）
次に本発明の第３の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第３の実施の形態における熱交換器の全体の構成を説明する構成図であり、図７は図６のＥ部矢視図を示す。なお、ここにおいて実施の形態１の図１、図２で示した構成部品と同様の機能を有するものは同じ番号を付してあり、その説明は省略する。
【００５３】
図３に示すように、ここでは全体としては平面状にある管１１が、入口１２と出口１３を図示のように位置して略蛇行状に曲げられて構成されており、内部は炭酸ガスが流れる。
【００５４】
また、平面状で内部に溝形状を有する板状部材３１と、管１１と密着するように半円筒状の溝を有する平板３２が二枚重ねられて溝形状の流路を構成し、また、同様に平面状で内部に溝形状を有する板状部材３３と、管１１と略密着するように略半円筒状の溝を有する平板３４が二枚重ねられて流路を構成し、半円筒状の溝を有する平板３２、３４が管１１を挟むように向かい合って構成している。また、それぞれの入口３５と出口３６が並列に設けられており、内部は給湯水が流れる。
【００５５】
一方、管１１は図示のように平板３２、平板３４がボルトナット３７によって機械的に締結されることにより、管１１がその挟みこまれて密着しており、炭酸ガスから給湯水への伝熱時の熱抵抗を極力小さくするようにしている。また、これらの配管１１、板状部材１４、平板１５は水や炭酸ガスに対する耐食性の高い、たとえば銅材料などが用いられる。
【００５６】
上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。
【００５７】
すなわち、管１１が全体としては平面状に形成され、平板１５にロー付されているので、管１１の直径と板状部材２１、平板１５の厚さの和が全体の熱交換器の厚さとなり、熱交換器として非常に薄い形状に小型化できる。
【００５８】
また、本発明の熱交換器は平面が水平になる方向や垂直になる方向の置き方など自由であり、設置スペースの制約が少なくなり、たとえばヒートポンプユニットの機械室の内部への縦型や横型など自由な設置構成が可能となる効果がある。
【００５９】
また、管１１は平板３２、３４挟み込まれて密着しているので、平板３２、３４と管１１との接触面積を広くとることができ、伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化、小型化が可能となる。
【００６０】
なお、ここでは、板状部材２１、平板１５を銅材料として説明したが、アルミ材料やそれらをメッキ加工したものなども本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の熱交換器は、いずれか一方の動作圧力が高い二つの流体を熱交換する熱交換器に適しており、特に、水と炭酸ガスを熱交換させ、高温の給湯を得るヒートポンプ式給湯装置等に用いる給湯用熱交換器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における熱交換器を示す構成図
【図２】（ａ）図１のＡ部矢視図（ｂ）図１のＢ部矢視図（ｃ）同熱交換器の板状部材の詳細図
【図３】本発明の第２の実施の形態における熱交換器を示す構成図
【図４】（ａ）図３のＣ部矢視図（ｂ）図３のＤ部矢視図
【図５】同熱交換器の板状部材の詳細図
【図６】本発明の第３の実施の形態における熱交換器を示す構成図
【図７】図６のＥ部矢視図
【図８】従来の熱交換器を示す構成図
【符号の説明】
【００６３】
１１  管（第１流体の流路）
１２  第１流体の入口
１３  第１流体の出口
１４、２１、３１、３３  板状部材
１５、３２、３４  平板
１６、２２、３５  第２流体の入口
１７、２３、３６  第２流体の出口
１８、２４  凸部
１９、２５  凹部
【図１】
2005308234.tif 000003
【図２】
2005308234.tif 000004
【図３】
2005308234.tif 000005
【図４】
2005308234.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005308234.tif 000008
【図７】
2005308234.tif 000009
【図８】
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