熱交換装置
【課題】多種類の熱媒体を流通させて相互に熱交換可能で、コンパクトで容易に製造できる熱交換装置を提供する。
【解決手段】熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプ２１ａ，２１ｂを積層して接合した熱交換器２０と、蓄熱媒体を収容する蓄熱槽と、を備え、各銅パイプ２１ａ，２１ｂには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部２３と、一対の平面形状部２３を繋ぐ一対の突状曲面部２５と、平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部３９と、を軸線方向に連続して設け、各銅パイプ２１ａ，２１ｂは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部３１を備え、複数の湾曲部における平面形状部と複数の湾曲部間の中間部３３における平面形状部２３とが同一平面状に連続し、軸線同士が互いに重なるようにして平面形状部２３同士をろう付けし、銅パイプ２１ａ，２１ｂの一部を蓄熱槽３ａに接続している。
【解決手段】熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプ２１ａ，２１ｂを積層して接合した熱交換器２０と、蓄熱媒体を収容する蓄熱槽と、を備え、各銅パイプ２１ａ，２１ｂには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部２３と、一対の平面形状部２３を繋ぐ一対の突状曲面部２５と、平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部３９と、を軸線方向に連続して設け、各銅パイプ２１ａ，２１ｂは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部３１を備え、複数の湾曲部における平面形状部と複数の湾曲部間の中間部３３における平面形状部２３とが同一平面状に連続し、軸線同士が互いに重なるようにして平面形状部２３同士をろう付けし、銅パイプ２１ａ，２１ｂの一部を蓄熱槽３ａに接続している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱槽と複数の銅パイプ同士を互いに積層して接合した熱交換器とを備えた熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺の銅パイプなどを複数隣接して接合した構成を有し、各パイプ内を流動する熱媒体間で熱交換を行う熱交換器が種々提案されている。
例えば、下記特許文献１〜３には、断面円形又は楕円形のパイプや断面四角形のパイプを熱媒体流路として用いた熱交換器について記載されている。これらの文献では、熱源媒体が流動するパイプと出力媒体が流動するパイプとを、隣接させたり内外に二重に配置したりして、螺旋状に巻回して熱交換器が構成されている。
このような熱交換器では、各パイプに熱源媒体や出力媒体等の熱媒体を流動させると、長尺のパイプ同士が隣接しているため、熱交換器を流動する間に各熱媒体間で熱交換が行われる。特許文献２の図８等に示されるように、断面四角形のパイプを接合して熱交換器を構成すると、平面形状部分により接触面積を広く確保でき、良好な熱交換を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−６５８４５号公報
【特許文献２】特開２００３−６５６０２号公報
【特許文献３】特開２００６−４６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の熱交換器では、複数の熱交換用のパイプが螺旋状に巻回された構成を有するため、熱交換用のパイプの内側に中空部が必要である。しかも金属の熱交換用パイプでは不測の変形を防止しつつ曲率半径を小さく湾曲させることが困難である。そのため熱交換器の外形形状が大きくなり、熱交換器を用いた熱交換装置をコンパクトに構成することができなかった。多種類の熱媒体間で相互に熱交換するために、多数の熱交換用のパイプを用いて熱交換器を構成するとすれば、多数本のパイプを並列に配置した状態で螺旋構造を形成しなければならず、製造に手間を要していた。しかも熱媒体の種類を増加する場合であっても、新たに対応する本数のパイプを用いて螺旋構造を形成しなければならず、製造に手間を要していた。その結果、多種類の熱媒体が流動可能な多系統の熱交換装置を構成することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明では、多種類の熱媒体を流通させて相互に熱交換可能な熱交換装置であって、コンパクトで容易に製造できる熱交換装置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】
上記目的を達成する本発明の熱交換装置は、熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備え、各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が軸線方向に連続して設けられ、各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、複数の湾曲部における平面形状部と複数の湾曲部間の中間部における平面形状部とが同一平面状に連続し、銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして平面形状部同士がろう付けされ、複数の銅パイプのうちの一部が蓄熱槽に接続されている。
【０００７】
上記目的を達成する本発明の他の熱交換装置は、熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備え、各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が軸線方向に連続して設けられ、各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、複数の湾曲部における平面形状部と複数の湾曲部間の中間部における平面形状部とが同一平面状に連続し、銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして平面形状部同士がろう付けされ、熱交換器が蓄熱槽の蓄熱媒体中に浸漬されている。
【０００８】
これらの熱交換装置では、各銅パイプに設けられた複数の湾曲部が同じ曲率半径で湾曲しているのが好適である。
特に、各銅パイプが両端部を除く全長にわたり軸線同士が互いに重なるように形成されているのが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換装置によれば、銅パイプが複数の湾曲部を備えるので、湾曲部や中間部の形状を適宜選択することで種々の形状を構成できる。各銅パイプが互いに略平行な一対の平面形状部と、一対の平面形状部を繋ぐ一対の突状曲面部と、を軸線方向に連続して有するので、銅パイプの断面形状における直交方向の寸法比を適宜調整することで、熱交換器の積層方向の厚みを種々調整できる。しかも、長円形状の断面を有して湾曲部で長径に沿う方向に湾曲させているので、小さい曲率半径の湾曲部であっても不測の変形を防止して形成できる。よって、熱交換器の厚みや湾曲形状を小さくでき、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
各銅パイプの平面形状部同士をろう付けするため、断面円形のパイプなどに比べて接合面積を大きくして熱交換効率を向上できることに加え、複数の湾曲部における平面形状部と中間部における平面形状部とが同一平面状に連続しているので、平坦な形状に構成できる。そのため、平面形状部同士を当接させて、各銅パイプを互いに隣接して接合することが容易であり、熱交換器を構成する銅パイプの積層数を自在に設定でき、積層する銅パイプも容易に追加できる。しかも平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部が軸線方向に連続して設けられているので、平面形状部同士をろう付けする際、筋状凹部にろう材を保持できて十分な接合強度を確保することができる。よって、多系統の熱交換器であっても容易に製造可能である。
その結果、多種類の熱媒体を流通させて相互に熱交換可能な熱交換装置であって、コンパクトで製造も容易な熱交換装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における熱交換システムの概念を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態における蓄熱装置の構成を示す概略図であり、（ｂ）は他の実施形態に係る熱交換装置の構成を示す概略図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態における熱交換器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態における銅パイプ成形体の平面図、（ｃ）はその断面斜視図、（ｄ）は変形例を示す断面斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における変形例の銅パイプ成形体を示す部分側面図であり、管壁に多数の凹凸形状が設けられている例を示す。
【図６】（ａ）は本発明の実施形態における銅パイプの加圧工程を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】本発明の実施形態における銅パイプの湾曲工程を示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態における熱交換器の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態における熱交換器の他の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１乃至図９を用いて説明する。
この実施形態の熱交換装置を用いた熱交換システム１を図１に示す。熱交換システム１は、熱交換装置３と、水道水供給路４と、太陽熱温水パネル５及び太陽熱媒体循環回路６と、ヒートポンプ熱源機７及びヒートポンプ媒体循環回路８と、床暖房パネル９及び床暖房媒体循環回路１０と、暖房ユニット１１及び暖房媒体循環回路１２と、浴槽１３及び風呂温水回路１４と、給湯蛇口１５を有する給湯路１６と、を備える。
【００１３】
熱交換装置３は、図２（ａ）に示すように、蓄熱用の媒体が収容された蓄熱槽３ａと、蓄熱槽３ａの外部に配置された熱交換器２０と、を備え、これらがケーシング等に収容配置されている。熱交換器２０には蓄熱槽３ａ内の蓄熱媒体を循環する蓄熱循環回路２が接続され、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、給湯路１６が接続されており、各回路を流動する各熱媒体間で熱交換可能となっている。各回路には熱媒体を流動させるためのポンプ等の作動部を備えていてもよい。
【００１４】
熱交換器２０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す銅パイプ成形体２１ａと図４（ｂ）に示す銅パイプ成形体２１ｂとが複数個積層して接合された構成を有する。
【００１５】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、長尺の銅パイプ材を湾曲させて成形したものであり、内部にそれぞれ独立した流体流路が形成されている。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部２９に、蓄熱循環回路２、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、水道水供給路４及び給湯路１６がそれぞれ接続されている。
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部２９には、これらの回路の配管が直接接続されていてもよく、各端部２９に図示しない接続部を設けて、それぞれに各回路の配管が接続されていてもよい。
【００１６】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、それぞれ対向方向に互いに略平行な一対の平面形状部２３と一対の平面形状部２３間を繋ぐ一対の突状曲面部２５とが軸線方向に連続した断面長円形状を有する。ここで軸線とは、銅パイプ材、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ等において長手方向に延びる仮想の中心線である。この実施形態では、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが両端部２９を除く全長で一定の断面長円形状となっている。
【００１７】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの断面における各寸法は適宜選択可能であるが、例えば長径ｄ１を１１〜２２ｍｍ、短径ｄ２を６〜１２ｍｍ、肉厚を０．５〜１．２ｍｍとしてもよい。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは互いに同一断面形状を有してもよく、内部を流動させる熱媒体に応じて、互いに異なる形状や大きさに形成することも可能である。
【００１８】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、このような断面形状の銅パイプを湾曲部３１において湾曲させた形状となっている。ここでは銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの軸線方向における複数の位置に湾曲部３１を有すると共に、複数の湾曲部３１間に直線又は大きな曲率の中間部３３を備えた形状としている。
【００１９】
この銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂでは、一対の平面形状部２３の全長が平面視において他の部位に覆われることなく露出しているのがよい。好ましくは、より長い範囲で同一平面状となり、全体で同一平面状となるのがさらに好適である。この実施形態では、両端部２９を除く全長にわたり各平面形状部２３の平面が同一平面を構成している。このようにすれば、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの平面形状部２３同士を広い範囲で当接させて接合でき、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとの広い接触面積を確保することで熱交換効率を向上することができる。
【００２０】
なお、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとして、図５に示すように、管壁に多数の凹凸が繰り返し設けられた銅パイプ材を用いた場合、平面形状部２３は管壁の繰り返し配置される各凸部分３５が平坦に設けられることで構成されていてもよい。
【００２１】
このような銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂでは、両面がそれぞれ略全長にわたり同一平面状に形成されて互いに略平行となっており、全体として二次元的に平たい形状となっている。全長にわたり軸線方向及び軸線と直交する方向において、管壁に角部を有しないのが好ましい。
【００２２】
銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの各湾曲部３１の曲率半径は、銅パイプ材３７の径、肉厚など種々の要因に応じて適宜選択することができる。曲率半径を小さくするほど、軸線の全長が同じであっても銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂをコンパクト化できて好ましい。例えば、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの軸線の曲率半径Ｒｃは銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの長径ｄ１の３倍以上、好ましくは４倍以上とする。コンパクト化のためには長径ｄ１の４倍以下、好ましくは３．５倍以下の範囲とする。
また各湾曲部３１の湾曲角度も、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの形状に応じて適宜設定可能である。
【００２３】
この実施形態では、複数の湾曲部３１の曲率半径Ｒｃがそれぞれ同じ曲率半径Ｒｃで形成されており、最内側の湾曲部３１ではこの曲率半径で１８０度程度湾曲し、外側の湾曲部３１ではこの曲率半径で９０度程度湾曲している。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、内外に隣り合う湾曲部３１間に隙間を設けることで、同じ曲率半径Ｒｃの湾曲部３１を多数設けて多重に巻回されている。これにより平面形状部２３が全長で同一平面状に形成されて全体で平坦な形状となっている。
ここでは、一方の端部２９を最内側に配置し、湾曲部３１及び中間部３３を順次繰り返すことで、一方周りで順次外側に巻回されて、他方の端部２９が最外側に配置されるように巻回形状に形成されている。複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ、特に全ての銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが両端部を除く略全長で軸線同士が重なるように形成されている。なお、軸線同士が重なるように形成されるとは、軸線が完全に重なってもよく、互いに隣接する平面形状部２３同士が積層可能な程度に近似したものであってもよい。
【００２４】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂに長手方向に連続して設けられた平面形状部２３には、図４（ｃ）に示すように、平面形状部２３の一部を軸線方向に連続して凹ませることで筋状凹部３９が設けられている。この筋状凹部３９は浅く形成されており、例えば銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの肉厚より浅い深さで形成されていてもよい。筋状凹部３９の数、位置、形状等は加工条件などに応じて設定することができ、例えば図４（ｄ）のように各平面形状部２３に複数本の筋状凹部３９を設けてもよい。
【００２５】
熱交換器２０は、このような全ての銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが互いに並列に隣接し、平面形状部２３同士が上下に積層されてろう付けにより接合されて構成されている。ここでは、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの軸線同士が両端部２９を除いて互いに重なるように形成されているため、略全長にわたり銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ同士が並列に隣接した状態で接合一体化されている。
なお、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの間に介在されるろう材は互いに対向する平面形状部２３の全長にわたり配置されており、ここでは各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部２９を除く全長において隙間無くろう材が存在した状態で接合されている。
【００２６】
次に、このような熱交換器２０の製造方法の一例を説明する。
この実施形態では複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを製造し、得られた銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを互いに接合することで製造する。
【００２７】
具体的には、例えば断面円形で直線状の軸線を有する銅パイプ材３７を用い、図６に示すように、加圧工程において断面円形の銅パイプ材３７を対向方向から加圧ローラ４１などにより加圧する。これにより互いに略平行な一対の平面形状部２３と一対の突状曲面部２５と筋状凹部３９とを軸線方向に連続して有する断面長円形状に成形できる。突状曲面部２５は断面円形の銅パイプ材３７における管壁のままでも、変形されてもよいが、突状曲面部２５全体において平面や角部が存在しない曲面からなるのがよい。なお、一対の平面形状部２３と一対の突出曲面部との間も角部がなく曲面で連続するのが好適である。
【００２８】
次いで、湾曲工程において、例えば図７に示すように断面長円形状に成形された銅パイプ材の向きを安定に保つように支持しつつ、長径Ｄ１方向に湾曲ローラ４３に当接させて加圧することで湾曲させる。このとき内側に配置される湾曲ローラ４３を湾曲部３１の曲率半径Ｒｃに対応する径にしておくことで、所望の曲率半径で容易に湾曲させることができる。この湾曲工程では長径に沿う方向に湾曲させることで、一対の平面形状部２３を仮想の同一平面に沿う平面状態を維持して湾曲させるのが好ましい。
【００２９】
この実施形態では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、中間部３３を介して複数の湾曲部３１を設けるため、軸線方向に互いに離間した複数位置でそれぞれ湾曲させる。複数の湾曲部３１に設けられた平面形状部２３と中間部３３に設けられた平面形状部２３とが全て仮想の同一平面に沿って平面状態を維持して湾曲される。これにより銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部を除く全長において一対の平面形状部２３が同一平面状に平坦に連続するように湾曲させることができる。
【００３０】
その後、このようにして得られた銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを、熱媒体回路の数に対応する個数を積層して接合することで熱交換器２０を製造する。
複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを接合するには、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの平面形状部２３同士をろう材等を介在させた状態で当接させ、ろう材に応じた温度に加熱することで接合すればよい。ろう材としては熱伝導性のよい銀、銅等を含有するものが好適である。
【００３１】
ろう付けの際には、互いに対向する平面形状部２３間の全てにろう材を配置することで、対向する平面形状部２３の全体をろう付けすることが接合面積を広く確保できて好適である。この実施形態では、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが両端部２９を除く略全長で軸線同士が互いに重なるように形成されているため、両端部２９を除く略全長にわたり平面形状部２３同士がろう付けされる。
なお、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとして、図５に示すように多数の凹凸を有する銅パイプを用いた場合には平面形状部２３同士が離間した部位が生じるが、平面形状部２３間の間隙にろう材が十分に充填されることで全長において接合されるのが好ましい。
これにより複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを必要な数だけ積層して接合することで熱交換器２０を製造することができる。
【００３２】
そして、得られた熱交換器２０の各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂに、熱源媒体の回路として、太陽熱媒体循環回路６及びヒートポンプ媒体循環回路８を接合し、出力媒体の回路として、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４及び給湯路１６を接合する。これにより図１に示すような熱交換システム１を製造することができる。
【００３３】
次に、このような熱交換システム１の使用状態について説明する。
このような熱交換システム１では、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８の一方又は双方を稼働して熱源媒体を循環させ、熱交換器２０の各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ内を流動させる。この状態で、蓄熱循環回路２を稼働させて他の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ内を流動させれば、これらの熱媒体間で効率よく熱交換が行われる。これにより、蓄熱槽３ａ内の熱媒体が加熱又は冷却されて、熱量が蓄えられる。
【００３４】
また蓄熱循環回路２を稼働させて、熱交換器２０に蓄熱槽３ａ内の熱媒体を循環させた状態で、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、給湯路１６の一部又は全部を稼働して、各出力媒体を熱交換器２０内で流動させれば、これらの熱媒体間で効率よく熱交換が行われる。これにより、蓄熱槽３ａ内の熱媒体の熱量により、各出力媒体が加熱又は冷却されて、各使用部位に供給される。
【００３５】
さらに、蓄熱循環回路２を稼働させることなく、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８の一方又は双方を稼働して熱源媒体を循環させた状態で、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、給湯路１６の一部又は全部を稼働して出力媒体を循環又は流動させれば、熱交換器２０では、各熱源媒体と各出力媒体との間で直接熱交換を行うことができ、各出力媒体を加熱又は冷却することができる。
【００３６】
このような熱交換システム１では、多系統の熱交換器２０を用いているため、従来の熱源媒体の回路と出力媒体の回路とを１対１で接続するような場合に比べ、大幅に配管の数、即ち銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの数を少なく抑えることができる。
【００３７】
以上のような熱交換装置３によれば、熱交換器２０の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが複数の湾曲部３１を備えるので、湾曲部３１及び中間部３３の形状を適宜選択することで種々の形状に形成できる。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが、互いに略平行な一対の平面形状部２３と一対の平面形状部２３を繋ぐ一対の突状曲面部２５とを軸線方向に連続した長円形状の断面を有するので、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの断面形状における直交方向の寸法比を適宜調整することで、熱交換器２０の積層方向の厚みが種々調整できる。しかも、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが一対の平面形状部２３と一対の突状曲面部２５とを有する長円形状の断面であり、湾曲部３１で長径に沿う方向に湾曲させているので、小さい曲率半径Ｒｃで湾曲部３１であっても不測の変化を防止して形成できる。その結果、長尺の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂや熱交換器２０の形状の自由度が大きく、厚みや湾曲形状を小さくして熱交換器２０のコンパクト化を図り得る。
【００３８】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの平面形状部２３同士をろう付けするため、断面円形のパイプなどに比べて接合面積を大きく確保でき熱交換効率を向上できることに加え、複数の湾曲部３１における平面形状部２３と湾曲部３１間の中間部３３における平面形状部２３とが同一平面状に連続しているので、平坦な二次元的な形状に形成できる。そのため、平面形状部２３同士を当接させて、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを互いに隣接して接合することが容易であり、熱交換器２０を構成する銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの層数を自在に設定して接合することができる。さらに複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが接合されているものに更に他の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを積層して接合することも可能である。そのため多系統の熱交換器２０を容易に製造することが可能で、コンパクト化することができる。
【００３９】
特に平面形状部２３の一部を凹ませた筋状凹部３９が軸線方向に連続して設けられているので、平面形状部２３同士をろう付けする際、筋状凹部３９にろう材を保持できて十分な接合強度を確保できる。ろう材が筋状凹部３９の広い範囲に充満されることで、接合された平面形状部２３間で十分な熱伝導性を確保でき、熱交換効率を向上できる。
【００４０】
また各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが、両端を除く略全長にわたり軸線同士が互いに重なるように成形されているので、略全長にわたり銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ同士を容易に接合できると共に、接触面積を広く確保することができ、熱交換効率を向上することができる。
【００４１】
この実施形態では、複数の湾曲部３１で曲率半径Ｒｃがそれぞれ同じであるので、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの湾曲部３１を湾曲させる際の工具や条件などを共通化でき、容易に製造することができる。
【００４２】
銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとして、図５に示すように、平面形状部２３を構成する管壁に凹凸部が設けられ、管壁同士の間隙にろう材が充填されていれば、凹凸部により熱媒体と管壁との接触面積を向上できると共に内部を流動する熱媒体に乱流を形成できて熱媒体と管壁との間の熱交換効率を向上できる。一方、凹凸部により隣接する銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ間に互いに当接できない間隙が存在していても、ろう材が充填されることで、隣接する銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ間の熱交換効率を確保することができる。従って、熱交換器２０の熱交換効率を向上することが可能である。
【００４３】
なお、上記実施形態は、本願発明の範囲内において適宜変更可能である。
上記では、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの形状を、それぞれ軸線を湾曲させて平面状に内外に重なるように巻回した例について説明したが、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは他の形状であっても当然に本発明を適用可能である。
例えば図８に示すように、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂをそれぞれ蛇行形状に形成し、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを重ねて接合して銅パイプ構造体を構成してもよい。また図９に示すように、両端部２９を外側に配置して平面的に内外に巻回させたり、各湾曲部３１を外側ほど大きな曲率半径となるように湾曲させて形成していてもよい。
【００４４】
［第２実施形態］
第１実施形態では蓄熱槽３ａの外部に熱交換器２０が配設された例を説明したが、本実施形態の熱交換システム１では、図２（ｂ）に示すように、熱交換器２０が蓄熱槽３ａの内部に配設されている。この熱交換器２０に太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、水道水供給路４及び給湯路１６が接続されている。その他は、第１実施形態と同様である。
このような熱交換システム１であっても実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４５】
なお上記実施形態１，２は本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば上記の熱交換システム１では、熱源媒体の回路として、太陽熱媒体循環回路６及びヒートポンプ媒体循環回路８を有し、出力媒体の回路として、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４及び給湯路１６を有する例を説明したが、熱源媒体及び出力媒体の数は任意に設定することができる。これらの一部だけを熱交換器２０に接続して構成してもよく、これらの熱源媒体及び出力媒体以外の熱媒体を流動させる回路を熱交換器２０に接続して構成してもよい。
その場合であっても、本発明の熱交換器２０では、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの積層数を適宜設定することが可能であるため、熱源媒体の回路及び出力媒体の回路の数に応じた数だけ積層して互いに接合することができる。
上記各実施形態では、水道水供給路４及び給湯路１６を熱交換器３に接続した例を説明したが、水道水供給路４及び給湯路１６の一方又は双方を蓄熱槽３ａに接続してもよい。
【００４６】
上記の加圧工程や湾曲工程では、それぞれローラを用いて成形したが、加圧工程では断面円形の銅パイプ材３７を対向方向から加圧して一対の平面形状部を形成可能であればその方法は何ら限定されず、湾曲工程では軸線を長径に沿う方向に湾曲可能であればその方法は何ら限定されない。
【００４７】
上記の加圧工程や湾曲工程では、銅パイプ材３７を加熱したり、熱処理することなくそのまま加工したが、銅パイプ材３７を加熱したり、焼鈍した後で加工することは当然に可能である。その場合にはより小さい曲率半径で湾曲させることも可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 熱交換システム
２ 蓄熱循環回路
３ 熱交換装置
３ａ 蓄熱槽
４ 水道水供給路
５ 太陽熱温水パネル
６ 太陽熱媒体循環回路
７ ヒートポンプ熱源機
８ ヒートポンプ媒体循環回路
９ 床暖房パネル
１０ 床暖房媒体循環回路
１１ 暖房ユニット
１２ 暖房媒体循環回路
１３ 浴槽
１４ 風呂温水回路
１５ 給湯蛇口
１６ 給湯路
２０ 熱交換器
２１ａ，２１ｂ 銅パイプ成形体
２３ 平面形状部
２５ 突状曲面部
２９ 両端部
３１ 湾曲部
３３ 中間部
３５ 凸部分
３７ 銅パイプ材
３９ 筋状凹部
４１ 加圧ローラ
４３ 湾曲ローラ
Ｒｃ 曲率半径
ｄ１ 長径
ｄ２ 短径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱槽と複数の銅パイプ同士を互いに積層して接合した熱交換器とを備えた熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺の銅パイプなどを複数隣接して接合した構成を有し、各パイプ内を流動する熱媒体間で熱交換を行う熱交換器が種々提案されている。
例えば、下記特許文献１〜３には、断面円形又は楕円形のパイプや断面四角形のパイプを熱媒体流路として用いた熱交換器について記載されている。これらの文献では、熱源媒体が流動するパイプと出力媒体が流動するパイプとを、隣接させたり内外に二重に配置したりして、螺旋状に巻回して熱交換器が構成されている。
このような熱交換器では、各パイプに熱源媒体や出力媒体等の熱媒体を流動させると、長尺のパイプ同士が隣接しているため、熱交換器を流動する間に各熱媒体間で熱交換が行われる。特許文献２の図８等に示されるように、断面四角形のパイプを接合して熱交換器を構成すると、平面形状部分により接触面積を広く確保でき、良好な熱交換を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−６５８４５号公報
【特許文献２】特開２００３−６５６０２号公報
【特許文献３】特開２００６−４６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の熱交換器では、複数の熱交換用のパイプが螺旋状に巻回された構成を有するため、熱交換用のパイプの内側に中空部が必要である。しかも金属の熱交換用パイプでは不測の変形を防止しつつ曲率半径を小さく湾曲させることが困難である。そのため熱交換器の外形形状が大きくなり、熱交換器を用いた熱交換装置をコンパクトに構成することができなかった。多種類の熱媒体間で相互に熱交換するために、多数の熱交換用のパイプを用いて熱交換器を構成するとすれば、多数本のパイプを並列に配置した状態で螺旋構造を形成しなければならず、製造に手間を要していた。しかも熱媒体の種類を増加する場合であっても、新たに対応する本数のパイプを用いて螺旋構造を形成しなければならず、製造に手間を要していた。その結果、多種類の熱媒体が流動可能な多系統の熱交換装置を構成することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明では、多種類の熱媒体を流通させて相互に熱交換可能な熱交換装置であって、コンパクトで容易に製造できる熱交換装置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】
上記目的を達成する本発明の熱交換装置は、熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備え、各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が軸線方向に連続して設けられ、各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、複数の湾曲部における平面形状部と複数の湾曲部間の中間部における平面形状部とが同一平面状に連続し、銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして平面形状部同士がろう付けされ、複数の銅パイプのうちの一部が蓄熱槽に接続されている。
【０００７】
上記目的を達成する本発明の他の熱交換装置は、熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備え、各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が軸線方向に連続して設けられ、各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、複数の湾曲部における平面形状部と複数の湾曲部間の中間部における平面形状部とが同一平面状に連続し、銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして平面形状部同士がろう付けされ、熱交換器が蓄熱槽の蓄熱媒体中に浸漬されている。
【０００８】
これらの熱交換装置では、各銅パイプに設けられた複数の湾曲部が同じ曲率半径で湾曲しているのが好適である。
特に、各銅パイプが両端部を除く全長にわたり軸線同士が互いに重なるように形成されているのが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換装置によれば、銅パイプが複数の湾曲部を備えるので、湾曲部や中間部の形状を適宜選択することで種々の形状を構成できる。各銅パイプが互いに略平行な一対の平面形状部と、一対の平面形状部を繋ぐ一対の突状曲面部と、を軸線方向に連続して有するので、銅パイプの断面形状における直交方向の寸法比を適宜調整することで、熱交換器の積層方向の厚みを種々調整できる。しかも、長円形状の断面を有して湾曲部で長径に沿う方向に湾曲させているので、小さい曲率半径の湾曲部であっても不測の変形を防止して形成できる。よって、熱交換器の厚みや湾曲形状を小さくでき、熱交換器のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
各銅パイプの平面形状部同士をろう付けするため、断面円形のパイプなどに比べて接合面積を大きくして熱交換効率を向上できることに加え、複数の湾曲部における平面形状部と中間部における平面形状部とが同一平面状に連続しているので、平坦な形状に構成できる。そのため、平面形状部同士を当接させて、各銅パイプを互いに隣接して接合することが容易であり、熱交換器を構成する銅パイプの積層数を自在に設定でき、積層する銅パイプも容易に追加できる。しかも平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部が軸線方向に連続して設けられているので、平面形状部同士をろう付けする際、筋状凹部にろう材を保持できて十分な接合強度を確保することができる。よって、多系統の熱交換器であっても容易に製造可能である。
その結果、多種類の熱媒体を流通させて相互に熱交換可能な熱交換装置であって、コンパクトで製造も容易な熱交換装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における熱交換システムの概念を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態における蓄熱装置の構成を示す概略図であり、（ｂ）は他の実施形態に係る熱交換装置の構成を示す概略図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態における熱交換器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す斜視図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態における銅パイプ成形体の平面図、（ｃ）はその断面斜視図、（ｄ）は変形例を示す断面斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における変形例の銅パイプ成形体を示す部分側面図であり、管壁に多数の凹凸形状が設けられている例を示す。
【図６】（ａ）は本発明の実施形態における銅パイプの加圧工程を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】本発明の実施形態における銅パイプの湾曲工程を示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態における熱交換器の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態における熱交換器の他の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１乃至図９を用いて説明する。
この実施形態の熱交換装置を用いた熱交換システム１を図１に示す。熱交換システム１は、熱交換装置３と、水道水供給路４と、太陽熱温水パネル５及び太陽熱媒体循環回路６と、ヒートポンプ熱源機７及びヒートポンプ媒体循環回路８と、床暖房パネル９及び床暖房媒体循環回路１０と、暖房ユニット１１及び暖房媒体循環回路１２と、浴槽１３及び風呂温水回路１４と、給湯蛇口１５を有する給湯路１６と、を備える。
【００１３】
熱交換装置３は、図２（ａ）に示すように、蓄熱用の媒体が収容された蓄熱槽３ａと、蓄熱槽３ａの外部に配置された熱交換器２０と、を備え、これらがケーシング等に収容配置されている。熱交換器２０には蓄熱槽３ａ内の蓄熱媒体を循環する蓄熱循環回路２が接続され、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、給湯路１６が接続されており、各回路を流動する各熱媒体間で熱交換可能となっている。各回路には熱媒体を流動させるためのポンプ等の作動部を備えていてもよい。
【００１４】
熱交換器２０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す銅パイプ成形体２１ａと図４（ｂ）に示す銅パイプ成形体２１ｂとが複数個積層して接合された構成を有する。
【００１５】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、長尺の銅パイプ材を湾曲させて成形したものであり、内部にそれぞれ独立した流体流路が形成されている。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部２９に、蓄熱循環回路２、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、水道水供給路４及び給湯路１６がそれぞれ接続されている。
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部２９には、これらの回路の配管が直接接続されていてもよく、各端部２９に図示しない接続部を設けて、それぞれに各回路の配管が接続されていてもよい。
【００１６】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、それぞれ対向方向に互いに略平行な一対の平面形状部２３と一対の平面形状部２３間を繋ぐ一対の突状曲面部２５とが軸線方向に連続した断面長円形状を有する。ここで軸線とは、銅パイプ材、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ等において長手方向に延びる仮想の中心線である。この実施形態では、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが両端部２９を除く全長で一定の断面長円形状となっている。
【００１７】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの断面における各寸法は適宜選択可能であるが、例えば長径ｄ１を１１〜２２ｍｍ、短径ｄ２を６〜１２ｍｍ、肉厚を０．５〜１．２ｍｍとしてもよい。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは互いに同一断面形状を有してもよく、内部を流動させる熱媒体に応じて、互いに異なる形状や大きさに形成することも可能である。
【００１８】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、このような断面形状の銅パイプを湾曲部３１において湾曲させた形状となっている。ここでは銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの軸線方向における複数の位置に湾曲部３１を有すると共に、複数の湾曲部３１間に直線又は大きな曲率の中間部３３を備えた形状としている。
【００１９】
この銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂでは、一対の平面形状部２３の全長が平面視において他の部位に覆われることなく露出しているのがよい。好ましくは、より長い範囲で同一平面状となり、全体で同一平面状となるのがさらに好適である。この実施形態では、両端部２９を除く全長にわたり各平面形状部２３の平面が同一平面を構成している。このようにすれば、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの平面形状部２３同士を広い範囲で当接させて接合でき、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとの広い接触面積を確保することで熱交換効率を向上することができる。
【００２０】
なお、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとして、図５に示すように、管壁に多数の凹凸が繰り返し設けられた銅パイプ材を用いた場合、平面形状部２３は管壁の繰り返し配置される各凸部分３５が平坦に設けられることで構成されていてもよい。
【００２１】
このような銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂでは、両面がそれぞれ略全長にわたり同一平面状に形成されて互いに略平行となっており、全体として二次元的に平たい形状となっている。全長にわたり軸線方向及び軸線と直交する方向において、管壁に角部を有しないのが好ましい。
【００２２】
銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの各湾曲部３１の曲率半径は、銅パイプ材３７の径、肉厚など種々の要因に応じて適宜選択することができる。曲率半径を小さくするほど、軸線の全長が同じであっても銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂをコンパクト化できて好ましい。例えば、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの軸線の曲率半径Ｒｃは銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの長径ｄ１の３倍以上、好ましくは４倍以上とする。コンパクト化のためには長径ｄ１の４倍以下、好ましくは３．５倍以下の範囲とする。
また各湾曲部３１の湾曲角度も、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの形状に応じて適宜設定可能である。
【００２３】
この実施形態では、複数の湾曲部３１の曲率半径Ｒｃがそれぞれ同じ曲率半径Ｒｃで形成されており、最内側の湾曲部３１ではこの曲率半径で１８０度程度湾曲し、外側の湾曲部３１ではこの曲率半径で９０度程度湾曲している。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは、内外に隣り合う湾曲部３１間に隙間を設けることで、同じ曲率半径Ｒｃの湾曲部３１を多数設けて多重に巻回されている。これにより平面形状部２３が全長で同一平面状に形成されて全体で平坦な形状となっている。
ここでは、一方の端部２９を最内側に配置し、湾曲部３１及び中間部３３を順次繰り返すことで、一方周りで順次外側に巻回されて、他方の端部２９が最外側に配置されるように巻回形状に形成されている。複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ、特に全ての銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが両端部を除く略全長で軸線同士が重なるように形成されている。なお、軸線同士が重なるように形成されるとは、軸線が完全に重なってもよく、互いに隣接する平面形状部２３同士が積層可能な程度に近似したものであってもよい。
【００２４】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂに長手方向に連続して設けられた平面形状部２３には、図４（ｃ）に示すように、平面形状部２３の一部を軸線方向に連続して凹ませることで筋状凹部３９が設けられている。この筋状凹部３９は浅く形成されており、例えば銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの肉厚より浅い深さで形成されていてもよい。筋状凹部３９の数、位置、形状等は加工条件などに応じて設定することができ、例えば図４（ｄ）のように各平面形状部２３に複数本の筋状凹部３９を設けてもよい。
【００２５】
熱交換器２０は、このような全ての銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが互いに並列に隣接し、平面形状部２３同士が上下に積層されてろう付けにより接合されて構成されている。ここでは、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの軸線同士が両端部２９を除いて互いに重なるように形成されているため、略全長にわたり銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ同士が並列に隣接した状態で接合一体化されている。
なお、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの間に介在されるろう材は互いに対向する平面形状部２３の全長にわたり配置されており、ここでは各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部２９を除く全長において隙間無くろう材が存在した状態で接合されている。
【００２６】
次に、このような熱交換器２０の製造方法の一例を説明する。
この実施形態では複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを製造し、得られた銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを互いに接合することで製造する。
【００２７】
具体的には、例えば断面円形で直線状の軸線を有する銅パイプ材３７を用い、図６に示すように、加圧工程において断面円形の銅パイプ材３７を対向方向から加圧ローラ４１などにより加圧する。これにより互いに略平行な一対の平面形状部２３と一対の突状曲面部２５と筋状凹部３９とを軸線方向に連続して有する断面長円形状に成形できる。突状曲面部２５は断面円形の銅パイプ材３７における管壁のままでも、変形されてもよいが、突状曲面部２５全体において平面や角部が存在しない曲面からなるのがよい。なお、一対の平面形状部２３と一対の突出曲面部との間も角部がなく曲面で連続するのが好適である。
【００２８】
次いで、湾曲工程において、例えば図７に示すように断面長円形状に成形された銅パイプ材の向きを安定に保つように支持しつつ、長径Ｄ１方向に湾曲ローラ４３に当接させて加圧することで湾曲させる。このとき内側に配置される湾曲ローラ４３を湾曲部３１の曲率半径Ｒｃに対応する径にしておくことで、所望の曲率半径で容易に湾曲させることができる。この湾曲工程では長径に沿う方向に湾曲させることで、一対の平面形状部２３を仮想の同一平面に沿う平面状態を維持して湾曲させるのが好ましい。
【００２９】
この実施形態では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、中間部３３を介して複数の湾曲部３１を設けるため、軸線方向に互いに離間した複数位置でそれぞれ湾曲させる。複数の湾曲部３１に設けられた平面形状部２３と中間部３３に設けられた平面形状部２３とが全て仮想の同一平面に沿って平面状態を維持して湾曲される。これにより銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの両端部を除く全長において一対の平面形状部２３が同一平面状に平坦に連続するように湾曲させることができる。
【００３０】
その後、このようにして得られた銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを、熱媒体回路の数に対応する個数を積層して接合することで熱交換器２０を製造する。
複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを接合するには、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの平面形状部２３同士をろう材等を介在させた状態で当接させ、ろう材に応じた温度に加熱することで接合すればよい。ろう材としては熱伝導性のよい銀、銅等を含有するものが好適である。
【００３１】
ろう付けの際には、互いに対向する平面形状部２３間の全てにろう材を配置することで、対向する平面形状部２３の全体をろう付けすることが接合面積を広く確保できて好適である。この実施形態では、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが両端部２９を除く略全長で軸線同士が互いに重なるように形成されているため、両端部２９を除く略全長にわたり平面形状部２３同士がろう付けされる。
なお、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとして、図５に示すように多数の凹凸を有する銅パイプを用いた場合には平面形状部２３同士が離間した部位が生じるが、平面形状部２３間の間隙にろう材が十分に充填されることで全長において接合されるのが好ましい。
これにより複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを必要な数だけ積層して接合することで熱交換器２０を製造することができる。
【００３２】
そして、得られた熱交換器２０の各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂに、熱源媒体の回路として、太陽熱媒体循環回路６及びヒートポンプ媒体循環回路８を接合し、出力媒体の回路として、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４及び給湯路１６を接合する。これにより図１に示すような熱交換システム１を製造することができる。
【００３３】
次に、このような熱交換システム１の使用状態について説明する。
このような熱交換システム１では、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８の一方又は双方を稼働して熱源媒体を循環させ、熱交換器２０の各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ内を流動させる。この状態で、蓄熱循環回路２を稼働させて他の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ内を流動させれば、これらの熱媒体間で効率よく熱交換が行われる。これにより、蓄熱槽３ａ内の熱媒体が加熱又は冷却されて、熱量が蓄えられる。
【００３４】
また蓄熱循環回路２を稼働させて、熱交換器２０に蓄熱槽３ａ内の熱媒体を循環させた状態で、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、給湯路１６の一部又は全部を稼働して、各出力媒体を熱交換器２０内で流動させれば、これらの熱媒体間で効率よく熱交換が行われる。これにより、蓄熱槽３ａ内の熱媒体の熱量により、各出力媒体が加熱又は冷却されて、各使用部位に供給される。
【００３５】
さらに、蓄熱循環回路２を稼働させることなく、太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８の一方又は双方を稼働して熱源媒体を循環させた状態で、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、給湯路１６の一部又は全部を稼働して出力媒体を循環又は流動させれば、熱交換器２０では、各熱源媒体と各出力媒体との間で直接熱交換を行うことができ、各出力媒体を加熱又は冷却することができる。
【００３６】
このような熱交換システム１では、多系統の熱交換器２０を用いているため、従来の熱源媒体の回路と出力媒体の回路とを１対１で接続するような場合に比べ、大幅に配管の数、即ち銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの数を少なく抑えることができる。
【００３７】
以上のような熱交換装置３によれば、熱交換器２０の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが複数の湾曲部３１を備えるので、湾曲部３１及び中間部３３の形状を適宜選択することで種々の形状に形成できる。各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが、互いに略平行な一対の平面形状部２３と一対の平面形状部２３を繋ぐ一対の突状曲面部２５とを軸線方向に連続した長円形状の断面を有するので、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの断面形状における直交方向の寸法比を適宜調整することで、熱交換器２０の積層方向の厚みが種々調整できる。しかも、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが一対の平面形状部２３と一対の突状曲面部２５とを有する長円形状の断面であり、湾曲部３１で長径に沿う方向に湾曲させているので、小さい曲率半径Ｒｃで湾曲部３１であっても不測の変化を防止して形成できる。その結果、長尺の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂや熱交換器２０の形状の自由度が大きく、厚みや湾曲形状を小さくして熱交換器２０のコンパクト化を図り得る。
【００３８】
各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの平面形状部２３同士をろう付けするため、断面円形のパイプなどに比べて接合面積を大きく確保でき熱交換効率を向上できることに加え、複数の湾曲部３１における平面形状部２３と湾曲部３１間の中間部３３における平面形状部２３とが同一平面状に連続しているので、平坦な二次元的な形状に形成できる。そのため、平面形状部２３同士を当接させて、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを互いに隣接して接合することが容易であり、熱交換器２０を構成する銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの層数を自在に設定して接合することができる。さらに複数の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが接合されているものに更に他の銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを積層して接合することも可能である。そのため多系統の熱交換器２０を容易に製造することが可能で、コンパクト化することができる。
【００３９】
特に平面形状部２３の一部を凹ませた筋状凹部３９が軸線方向に連続して設けられているので、平面形状部２３同士をろう付けする際、筋状凹部３９にろう材を保持できて十分な接合強度を確保できる。ろう材が筋状凹部３９の広い範囲に充満されることで、接合された平面形状部２３間で十分な熱伝導性を確保でき、熱交換効率を向上できる。
【００４０】
また各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂが、両端を除く略全長にわたり軸線同士が互いに重なるように成形されているので、略全長にわたり銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ同士を容易に接合できると共に、接触面積を広く確保することができ、熱交換効率を向上することができる。
【００４１】
この実施形態では、複数の湾曲部３１で曲率半径Ｒｃがそれぞれ同じであるので、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの湾曲部３１を湾曲させる際の工具や条件などを共通化でき、容易に製造することができる。
【００４２】
銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂとして、図５に示すように、平面形状部２３を構成する管壁に凹凸部が設けられ、管壁同士の間隙にろう材が充填されていれば、凹凸部により熱媒体と管壁との接触面積を向上できると共に内部を流動する熱媒体に乱流を形成できて熱媒体と管壁との間の熱交換効率を向上できる。一方、凹凸部により隣接する銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ間に互いに当接できない間隙が存在していても、ろう材が充填されることで、隣接する銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂ間の熱交換効率を確保することができる。従って、熱交換器２０の熱交換効率を向上することが可能である。
【００４３】
なお、上記実施形態は、本願発明の範囲内において適宜変更可能である。
上記では、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの形状を、それぞれ軸線を湾曲させて平面状に内外に重なるように巻回した例について説明したが、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂは他の形状であっても当然に本発明を適用可能である。
例えば図８に示すように、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂをそれぞれ蛇行形状に形成し、各銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂを重ねて接合して銅パイプ構造体を構成してもよい。また図９に示すように、両端部２９を外側に配置して平面的に内外に巻回させたり、各湾曲部３１を外側ほど大きな曲率半径となるように湾曲させて形成していてもよい。
【００４４】
［第２実施形態］
第１実施形態では蓄熱槽３ａの外部に熱交換器２０が配設された例を説明したが、本実施形態の熱交換システム１では、図２（ｂ）に示すように、熱交換器２０が蓄熱槽３ａの内部に配設されている。この熱交換器２０に太陽熱媒体循環回路６、ヒートポンプ媒体循環回路８、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４、水道水供給路４及び給湯路１６が接続されている。その他は、第１実施形態と同様である。
このような熱交換システム１であっても実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４５】
なお上記実施形態１，２は本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば上記の熱交換システム１では、熱源媒体の回路として、太陽熱媒体循環回路６及びヒートポンプ媒体循環回路８を有し、出力媒体の回路として、床暖房媒体循環回路１０、暖房媒体循環回路１２、風呂温水回路１４及び給湯路１６を有する例を説明したが、熱源媒体及び出力媒体の数は任意に設定することができる。これらの一部だけを熱交換器２０に接続して構成してもよく、これらの熱源媒体及び出力媒体以外の熱媒体を流動させる回路を熱交換器２０に接続して構成してもよい。
その場合であっても、本発明の熱交換器２０では、銅パイプ成形体２１ａ，２１ｂの積層数を適宜設定することが可能であるため、熱源媒体の回路及び出力媒体の回路の数に応じた数だけ積層して互いに接合することができる。
上記各実施形態では、水道水供給路４及び給湯路１６を熱交換器３に接続した例を説明したが、水道水供給路４及び給湯路１６の一方又は双方を蓄熱槽３ａに接続してもよい。
【００４６】
上記の加圧工程や湾曲工程では、それぞれローラを用いて成形したが、加圧工程では断面円形の銅パイプ材３７を対向方向から加圧して一対の平面形状部を形成可能であればその方法は何ら限定されず、湾曲工程では軸線を長径に沿う方向に湾曲可能であればその方法は何ら限定されない。
【００４７】
上記の加圧工程や湾曲工程では、銅パイプ材３７を加熱したり、熱処理することなくそのまま加工したが、銅パイプ材３７を加熱したり、焼鈍した後で加工することは当然に可能である。その場合にはより小さい曲率半径で湾曲させることも可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 熱交換システム
２ 蓄熱循環回路
３ 熱交換装置
３ａ 蓄熱槽
４ 水道水供給路
５ 太陽熱温水パネル
６ 太陽熱媒体循環回路
７ ヒートポンプ熱源機
８ ヒートポンプ媒体循環回路
９ 床暖房パネル
１０ 床暖房媒体循環回路
１１ 暖房ユニット
１２ 暖房媒体循環回路
１３ 浴槽
１４ 風呂温水回路
１５ 給湯蛇口
１６ 給湯路
２０ 熱交換器
２１ａ，２１ｂ 銅パイプ成形体
２３ 平面形状部
２５ 突状曲面部
２９ 両端部
３１ 湾曲部
３３ 中間部
３５ 凸部分
３７ 銅パイプ材
３９ 筋状凹部
４１ 加圧ローラ
４３ 湾曲ローラ
Ｒｃ 曲率半径
ｄ１ 長径
ｄ２ 短径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し該複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備えた熱交換装置であって、
上記各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、該一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、上記平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が上記軸線方向に連続して設けられ、
該各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、該複数の湾曲部における上記平面形状部と該複数の湾曲部間の中間部における上記平面形状部とが同一平面状に連続し、上記銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして上記平面形状部同士がろう付けされ、
上記複数の銅パイプのうちの一部が上記蓄熱槽に接続されている、熱交換装置。
【請求項２】
熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し該複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備えた熱交換装置であって、
上記各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、該一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、上記平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が上記軸線方向に連続して設けられ、
該各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、該複数の湾曲部における上記平面形状部と該複数の湾曲部間の中間部における上記平面形状部とが同一平面状に連続し、上記銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして上記平面形状部同士がろう付けされ、
上記熱交換器が上記蓄熱槽の上記蓄熱媒体中に浸漬されている、熱交換装置。
【請求項３】
前記各銅パイプに設けられた複数の前記湾曲部が同じ曲率半径で湾曲している、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記各銅パイプは、両端部を除く全長にわたり軸線同士が互いに重なるように形成されている、請求項１乃至３の何れかに記載の熱交換装置。
【請求項１】
熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し該複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備えた熱交換装置であって、
上記各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、該一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、上記平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が上記軸線方向に連続して設けられ、
該各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、該複数の湾曲部における上記平面形状部と該複数の湾曲部間の中間部における上記平面形状部とが同一平面状に連続し、上記銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして上記平面形状部同士がろう付けされ、
上記複数の銅パイプのうちの一部が上記蓄熱槽に接続されている、熱交換装置。
【請求項２】
熱媒体の流路を構成する複数の銅パイプを有し該複数の銅パイプが積層して接合された熱交換器と、蓄熱媒体が収容される蓄熱槽と、を備えた熱交換装置であって、
上記各銅パイプには、断面長円形状が軸線方向に連続するように互いに略平行な一対の平面形状部と、該一対の平面形状部間を繋ぐ一対の突状曲面部と、上記平面形状部の一部を凹ませた筋状凹部と、が上記軸線方向に連続して設けられ、
該各銅パイプは長径に沿う方向に湾曲した複数の湾曲部を備え、該複数の湾曲部における上記平面形状部と該複数の湾曲部間の中間部における上記平面形状部とが同一平面状に連続し、上記銅パイプの軸線同士が互いに重なるようにして上記平面形状部同士がろう付けされ、
上記熱交換器が上記蓄熱槽の上記蓄熱媒体中に浸漬されている、熱交換装置。
【請求項３】
前記各銅パイプに設けられた複数の前記湾曲部が同じ曲率半径で湾曲している、請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記各銅パイプは、両端部を除く全長にわたり軸線同士が互いに重なるように形成されている、請求項１乃至３の何れかに記載の熱交換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１３７２１７（Ｐ２０１２−１３７２１７Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８７７０（Ｐ２０１０−２８８７７０）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【出願人】（３０８０３３１１３）株式会社ＧＦ技研 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【出願人】（３０８０３３１１３）株式会社ＧＦ技研 (8)
【Ｆターム（参考）】
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