(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱管を同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体と、前記第１の流路体の上下両面に隔壁板を介して偏平形状の流路を設けてなる第２の流路体とから構成され、前記第１の流路体を流れる熱交換流体Ａが高温高圧の冷媒であり、前記第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂが低温低圧の水であるとともに、前記第２の流路体の出口側流路高さが、その入口側流路高さよりも大きいことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
第２の流路体は、平板に絞り加工により偏平形状の流路を形成してなる請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
第２の流路体にその流路を幅方向に複数に分割する仕切部を設けた請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
第１の流路体を流れる熱交換流体Ａと第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂとが対向流となる構成を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に関し、特に、ヒートポンプを用いて冷水や温水を生成する冷暖房機や給湯機に利用される冷媒水熱交換器のような、異種媒体間の熱移動を行う熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の熱交換器としては、実公平１−２５２４７号公報に開示されているような熱交換器が提案されている。その構成について、図５を参照しながら説明する。
【０００３】
熱交換器５０は、高温高圧の冷媒が流れる第１の伝熱管５１と、低温低圧の水が流れる第２の伝熱管５２とを備え、第１および第２の伝熱管５１および５２をそれぞれ偏平化して密着させ、コイル状に巻回した構成となっている。このとき、第１の伝熱管５１を流れる高温高圧の冷媒は、その上下に位置する第２の伝熱管５２を流れる低温低圧の水と熱交換を行い、この水を加熱することになる。
【０００４】
なお、従来例では、伝熱管として肉厚の比較的薄い管体を使用することにより偏平化を可能とするとともに、この偏平化により管同士が密着する面積すなわち伝熱面積の拡大を図ることにより、熱交換性能を向上させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題がある。例えば、熱交換器５０を、動作圧力が非常に高い、例えば二酸化炭素冷媒と水との熱交換器として利用する場合、高圧冷媒の流れる第１の伝熱管５１内部に加わる圧力が非常に高くなるため、管体を偏平化する従来のような構成では、十分な耐圧性を確保することが困難となる。また、熱交換器５０は、図５に示すように、第１および第２の伝熱管５１および５２を密着させてコイル状に巻回した構成であり、コイル内部にデッドスペースが形成されるため、熱交換器自身が大きくなり、機器に収納するスペースが多く必要となるという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、耐圧性に優れ、熱交換性能が高くコンパクトな熱交換器を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、複数の伝熱管を同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体と、前記第１の流路体の上下両面に隔壁板を介して偏平形状の流路を設けてなる第２の流路体とから構成され、第１の流路体を流れる熱交換流体Ａが高温高圧の冷媒であり、第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂが低温低圧の水であるとともに、第２の流路体の出口側流路高さが、その入口側流路高さよりも大きいものである。
【０００８】
これによって、耐圧性に優れた真円形状かつ小径の管を伝熱管として使用しながらも、これらを同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体として構成することにより、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。また、この平坦な第１の流路体の上下両面に、隔壁板を介して、偏平形状の第２の流路を設けることにより、十分広い伝熱面積を確保することができる。よって、耐圧性に優れ、熱交換性能が高く、デッドスペースの少ないコンパクトな熱交換器を提供できる。さらに、第１の流路体を流れる熱交換流体Ａが高温高圧の冷媒であり、第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂが低温低圧の水であるとともに、第２の流路体の出口側流路高さが、その入口側流路高さよりも大きいことにより、水加熱時のスケール析出による流路の閉塞が緩和され、熱交換器の長寿命化が図られ、信頼性の向上が実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、複数の伝熱管を同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体と、前記第１の流路体の上下両面に隔壁板を介して偏平形状の流路を設けてなる第２の流路体とから構成され、第１の流路体を流れる熱交換流体Ａが高温高圧の冷媒であり、第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂが低温低圧の水であるとともに、第２の流路体の出口側流路高さが、その入口側流路高さよりも大きいことを特徴とするるものであり、耐圧性に優れた真円形状かつ小径の管を伝熱管として使用しながらも、これらを同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体として構成することにより、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。また、この平坦な第１の流路体の上下両面に、隔壁板を介して、偏平形状の第２の流路を設けることにより、十分広い伝熱面積を確保することができる。よって、耐圧性に優れ、熱交換性能が高く、デッドスペースの少ないコンパクトな熱交換器を提供できる。さらに、第１の流路体を流れる熱交換流体Ａが高温高圧の冷媒であり、第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂが低温低圧の水であるとともに、第２の流路体の出口側流路高さが、その入口側流路高さよりも大きいことにより、水加熱時のスケール析出による流路の閉塞が緩和され、熱交換器の長寿命化が図られ、信頼
性の向上を実現できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に対して、第２の流路体が、平板に絞り加工により偏平形状の流路を形成してなるものであり、構成の簡素化により部品点数の削減が図られ、熱交換器の低コスト化を実現できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１の構成に加え、第２の流路体にその流路を幅方向に複数に分割する仕切部を設けたものであり、偏平流路内における熱交換流体の均一な分岐が図られ、熱交換への寄与の小さい流れの滞留部が低減され、有効な伝熱面積の拡大を図ることができるため、熱交換器の高性能化とコンパクト化を実現できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１の構成に加え、第１の流路体を流れる熱交換流体Ａと第２の流路体を流れる熱交換流体Ｂとが対向流となる構成を有するものであり、熱交換性能に優れた対向流の形態で熱交換を行うことができるため、さらなる熱交換器の高性能化とコンパクト化を実現できる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例および参考例について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（参考例１）
図１は本発明に関する参考例１の熱交換器１０の断面図であり、図２は熱交換器１０の構成図である。図１において、熱交換器１０は、複数の伝熱管１を同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体３と、第１の流路体３の上下両面に隔壁板４を介して偏平形状の第２の流路６を設けてなる第２の流路体７とから構成されるものである。伝熱管１は真円形状かつ小径の管体であり、内部に第１の流路２を有する。また、第２の流路体７は、平板状の流路板５に打ち抜き加工により偏平形状の第２の流路６を形成し、上下から隔壁板４で挟み込んだ構成を有する。さらに、第１の流路２と第２の流路６とを、その入口から出口に至るまでの長手方向にほぼ並行する位置に設けることにより、図２に示すように、第１の流路体３を流れる熱交換流体Ａと第２の流路体７を流れる熱交換流体Ｂとが対向流となるような構成を有している。
【００１５】
なお、各流路の入出口部の構成については、ここでは特に詳述しないが、例えば、第１の流路２に対しては第１の流路体３の端部を管体に挿入したもの、第２の流路６に対しては隔壁板４に配管を植立させたものなどが挙げられる。ここで、第１および第２の流路体３および７を構成する伝熱管および板材は、熱伝導性および成形性の良い金属、例えば銅やアルミニウム、ステンレス等からなる。また、熱交換器の製造方法としては、ロウ付けや拡散溶接による接合が挙げられる。
【００１６】
以上のように構成された熱交換器について、以下その作用を説明する。例えば、第１の流路２に高温高圧の熱交換流体、第２の流路６に低温低圧の熱交換流体がそれぞれ流れるとする。このとき、高温高圧流体は、第１の流路２を流れる間に、伝熱管１および隔壁板４を介して、上下に位置する第２の流路７を流れる低温低圧流体と熱交換を行うことになる。
【００１７】
ここで、本参考例によれば、伝熱管１として、耐圧性に優れた真円形状かつ小径の管を使用しながらも、これらを同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体３として構成することにより、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。このとき、伝熱管１の内径すなわち第１の流路２の直径が小さいほど、耐圧性確保に必要な伝熱管１の肉厚を小さくすることができるため、伝熱管１が小径となり熱交換器１０をより薄くすることができる。また、平坦な第１の流路体３の上下両面に、隔壁板４を
介して、偏平形状の第２の流路６を設けることにより、十分広い伝熱面積を確保することができる。
【００１８】
さらに、第１の流路体３を流れる熱交換流体Ａと第２の流路体７を流れる熱交換流体Ｂとが対向流となる構成とすることにより、並行流や直交流に比べて熱交換性能に優れた対向流の形態で熱交換を行うことができる。
【００１９】
したがって、耐圧性に優れ、熱交換性能が高く、デッドスペースの少ないコンパクトな熱交換器を提供できる。
【００２０】
（参考例２）
図３は本発明に関する参考例２の熱交換器２０の断面図である。本参考例２は、図１に示した熱交換器１０と略同一の構成を有する。本参考例が参考例１と異なるのは、図３に示したように、第２の流路体１７が、平板状の流路板１５に絞り加工により偏平形状の第２の流路１６を形成してなる点であり、また、第２の流路体１７にその流路１６を幅方向に複数に分割する仕切部１８を設けた点である。
【００２１】
ここで、第１および第２の流路体３および１７を構成する伝熱管および板材は、熱伝導性および成形性の良い金属、例えば銅やアルミニウム、ステンレス等からなる。また、熱交換器の製造方法としては、ロウ付けや拡散溶接による接合が挙げられる。
【００２２】
以上のように構成された熱交換器について、以下その作用を説明する。
【００２３】
例えば、第１の流路２に高温高圧の熱交換流体、第２の流路１６に低温低圧の熱交換流体がそれぞれ流れるとする。このとき、高温高圧流体は、第１の流路２を流れる間に、伝熱管１および隔壁板４を介して、上下に位置する第２の流路１７を流れる低温低圧流体と熱交換を行うことになる。
【００２４】
ここで、本参考例によれば、伝熱管１として、耐圧性に優れた真円形状かつ小径の管を使用しながらも、これらを同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体３として構成することにより、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。このとき、伝熱管１の内径すなわち第１の流路２の直径が小さいほど、耐圧性確保に必要な伝熱管１の肉厚を小さくすることができるため、伝熱管１が小径となり熱交換器２０をより薄くすることができる。また、平坦な第１の流路体３の上下両面に、隔壁板４を介して、偏平形状の第２の流路１６を設けることにより、十分広い伝熱面積を確保することができる。
【００２５】
さらに、第２の流路体１７は、平板状の流路板１５に絞り加工により偏平形状の第２の流路１６を形成した構成であることにより、参考例１に比べて構成が簡素化され、部品点数の削減が図られ、熱交換器の低コスト化を実現できる。
【００２６】
また、第２の流路体１７にその流路１６を幅方向に複数に分割する仕切部１８を設けることにより、偏平な第２の流路１６内における熱交換流体の均一な分岐が図られ、熱交換への寄与の小さい流れの滞留部を低減し、有効な伝熱面積の拡大を図ることができるため、熱交換器の高性能化を実現できる。
【００２７】
したがって、耐圧性に優れ、低コストで、より熱交換性能が高く、デッドスペースの少ないコンパクトな熱交換器を提供できる。
【００２８】
（実施例）
図４は本発明の一実施例における熱交換器３０の断面図である。本実施例は、図３に示した熱交換器２０と略同一の構成を有する。本実施例が参考例２と異なるのは、第１の流路体３を流れる熱交換流体Ａが高温高圧の冷媒であり、第２の流路体１７を流れる熱交換流体Ｂが低温低圧の水であるとともに、図４に示したように、第２の流路１６の出口側流路１６ｂの高さが、その入口側流路１６ａの高さよりも大きい点である。ここで、流路高さが途中で異なる第２の流路体１７の作製は、絞り加工等の方法を用いれば容易に行うことができる。
【００２９】
以上のように構成された熱交換器について、以下その作用を説明する。第１の流路体３には、図４に点線矢印で示すように、高温高圧の冷媒、例えば、ヒートポンプ装置等に用いられる二酸化炭素、炭化水素、フロン冷媒などが流れ、第２の流路体１７には、図中実線矢印で示すように、低温低圧の水が流れる。このとき、高温高圧の冷媒は、第１の流路体３を流れる間に、隔壁板４を介して、上下に位置する第２の流路１６を流れる低温低圧の水と熱交換を行うことになる。低温低圧の水は、第２の流路１６の出口側流路１６ｂにおいて、最も高温となる。
【００３０】
例えば、冷媒で水（特に水道水）を加熱する冷媒水熱交換器の場合、一般に、カルシウムやマグネシウム等の硬度成分を多く含んだ水を長期間高温に加熱すると、最も高温となる水側流路の出口部近傍においてスケールが発生する可能性がある。このようなスケールが水側流路の内周に付着すると、水の流動の抵抗となり、熱交換性能を低減させる。
【００３１】
ここで、本実施例では、第２の流路１６の出口側流路１６ｂの流路高さを、その入口側流路１６ａの流路高さよりも大きく構成しているため、万一水側流路内にスケールが生成した場合も、水の流動抵抗の増加を緩和することができる。
【００３２】
したがって、冷媒による水加熱時のスケール析出による水側流路の閉塞が緩和され、熱交換器の長寿命化が図られ、信頼性の向上を実現できる。
【００３３】
なお、本実施例では、伝熱管として真円形状のものを用いるよう図示または説明したが、熱交換流体の動作圧力に対して十分な耐圧性を確保できるのであれば、楕円、矩形等いかなる形状のものを用いても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１から５に記載の発明によれば、複数の伝熱管を同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体と、前記第１の流路体の上下両面に隔壁板を介して偏平形状の流路を設けてなる第２の流路体とから構成されるものであり、耐圧性に優れた真円形状かつ小径の管を伝熱管として使用しながらも、これらを同一平面上で並列に密着させてなる第１の流路体として構成することにより、平坦で広い伝熱面を形成することができる。また、この平坦な第１の流路体の上下両面に、隔壁板を介して、偏平形状の第２の流路を設けることにより、十分広い伝熱面積を確保することができる。よって、耐圧性に優れ、熱交換性能が高く、デッドスペースの少ないコンパクトな熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関する参考例１の熱交換器の断面図
【図２】  本発明に関する参考例１の同熱交換器の構成を示す分解図
【図３】  本発明に関する参考例２の熱交換器の断面図
【図４】  本発明の一実施例における熱交換器の断面図
【図５】  従来の熱交換器の断面図
【符号の説明】
１  伝熱管
２  第１の流路
３  第１の流路体
４  隔壁板
６、１６  第２の流路
７、１７  第２の流路体
１６ａ  入口側流路
１６ｂ  出口側流路
１８  仕切部
【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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