水热交换器的制作方法

本发明涉及水热交换器，特别是涉及如下的水热交换器：其由第一层和第二层层叠起来而构成，所述第一层形成有多列供作为第一流体的水流动的第一流路，所述第二层形成有多列供作为第二流体的制冷剂流动的第二流路，所述水热交换器进行第一流体与第二流体的热交换。

背景技术：

以往，在热泵式冷暖气设备或热泵式热水器等中，使用了进行作为第一流体的水与作为第二流体的制冷剂(氟利昂制冷剂、自然制冷剂、盐水等)的热交换的水热交换器。作为这样的水热交换器，有的如专利文献1(日本特开2010-117102号公报)所示，由第一层和第二层层叠起来而构成，所述第一层形成有多列供第一流体流动的第一流路，所述第二层形成有多列供第二流体流动的第二流路。

技术实现要素：

根据上述以往的水热交换器，通过缩小第一流路或第二流路的流路截面积，从而能够实现高性能化和紧凑化。

但是，考虑压力损失的增大及流路的阻塞等，缩小第一流路及第二流路的流路截面积存在限度，因此，为了实现进一步的高性能化和紧凑化，需要在流路形状上想办法等。

本发明的课题在于，在水热交换器中，所述水热交换器由第一层和第二层层叠起来而构成，所述第一层形成有多列供作为第一流体的水流动的第一流路，所述第二层形成有多列供作为第二流体的制冷剂流动的第二流路，所述水热交换器进行第一流体与第二流体的热交换，通过在流路形状上想办法，从而实现进一步的高性能化和紧凑化。

第一方面的水热交换器由第一层和第二层层叠起来而构成，所述第一层形成有多列供作为第一流体的水流动的第一流路，所述第二层形成有多列供作为第二流体的制冷剂流动的第二流路，所述水热交换器进行第一流体与第二流体的热交换。在沿着第一层和第二层的层叠方向观察第一层时，第一流路沿着与第一流路的排列方向交叉的方向从第一层的一端部延伸到第一层的另一端部。在沿着层叠方向观察第二层时，第二流路沿着与第二流路的排列方向交叉的方向从第二层的一端部延伸到第二层的另一端部。并且，这里，在沿着层叠方向观察第一层时，第一流路具有蜿蜒的形状，和/或，在沿着层叠方向观察第二层时，第二流路具有蜿蜒的形状。

这里，如上所述，由于沿着层叠方向观察第一层及第二层时第一流路及第二流路具有蜿蜒的形状，因此，与第一流路及第二流路具有笔直形状的情况相比，能够增大水热交换器的每单位体积的流路长度。并且，由于能够利用这样的第一流路及第二流路的蜿蜒的形状得到传热促进效果，因此，与第一流路及第二流路具有笔直形状的情况相比，能够提高第一流路或第二流路的热传导率。这样，这里，能够实现水热交换器的高性能化和紧凑化。

第二方面的水热交换器在第一方面的水热交换器中，在利用第二流体对第一流体进行加热的情况下，第一流路形成为，位于第一流体的出口附近的第一流体出口附近部的流路截面积大于比第一流体出口附近部靠上游侧的部分的流路截面积。

这里，如上所述，关于第一流路，由于使第一流体出口附近部的流路截面积大于其上游侧的部分的流路截面积，因此，能够将第一流路中的第一流体的流速降低导致的热传导率的降低仅限定于第一流体出口附近部，并且能够使第一流体被加热时析出的结垢不易堵塞在第一流体出口附近部。这样，这里，能够将热传导率的降低抑制成最小限，能够抑制水热交换器的第一流路的堵塞。

第三方面的水热交换器在第一方面或第二方面的水热交换器中，在利用第二流体对第一流体进行冷却的情况下，第二流路形成为，位于第二流体的出口附近的第二流体出口附近部的流路截面积大于比第二流体出口附近部靠上游侧的部分的流路截面积。

这里，如上所述，关于第二流路，由于使第二流体出口附近部的流路截面积大于其上游侧的部分的流路截面积，因此，能够将第二流路中的第二流体的流速降低导致的热传导率的降低仅限定于第二流体出口附近部，并且能够使较多地含有随着蒸发而增加的气体成分的第二流体顺畅地流到第二流体出口附近部。这样，这里，能够将热传导率的降低抑制成最小限，能够抑制水热交换器的第二流路的压力损失的增大。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的水热交换器的外观的图。

图2是示出本发明的一个实施方式的水热交换器的第一流路的图。

图3是示出本发明的一个实施方式的水热交换器的第二流路的图。

图4是示出本发明的一个实施方式的水热交换器的第一流路和第二流路的层叠状态的立体图。

图5是示出本发明的变形例1的水热交换器的第一流路的图(与图2对应)。

图6是示出本发明的变形例1的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图7是示出本发明的变形例2的水热交换器的第一流路的图(与图2对应)。

图8是示出本发明的变形例2的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图9是示出本发明的变形例3的水热交换器的外观的图。

图10是示出本发明的变形例3的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图11是示出本发明的变形例4的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图12是示出本发明的变形例4的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图13是示出本发明的变形例5的水热交换器的第一流路的图(与图2对应)。

图14是示出本发明的变形例5的水热交换器的第一流路的图(与图2对应)。

图15是示出本发明的变形例6的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图16是示出本发明的变形例6的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图17是示出本发明的变形例6的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

图18是示出本发明的变形例6的水热交换器的第二流路的图(与图3对应)。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的水热交换器的实施方式及其变形例进行说明。另外，本发明的水热交换器的具体结构不限于下面的实施方式及其变形例，在不脱离发明主旨的范围内可变更。

(1)结构和特征

图1至图4是示出本发明的一个实施方式的水热交换器1的图。

水热交换器1是在热泵式冷暖气设备或热泵式热水器等中进行作为第一流体的水与作为第二流体的制冷剂的热交换的热交换器。在下面的说明中，以图1至图3所示的水热交换器1的纸面近前侧的面作为基准而使用“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”等表示方向的表述，但这些表述是为了便于说明的表述，并非指水热交换器1及其构成部分的实际的配置。

水热交换器1主要具有：外壳2，其设置有进行第一流体与第二流体的热交换的热交换部3；第一出入口管4a、4b，其为第一流体的出入口；和第二出入口管5a、5b，其为第二流体的出入口。

热交换部3由第一层10和第二层20层叠起来而构成，所述第一层10形成有多列供第一流体流动的第一流路11，所述第二层20形成有多列供第二流体流动的第二流路21。这里，将第一层10与第二层20层叠的方向(这里是从图1至图3的纸面近前侧朝向纸面里侧的方向)作为层叠方向。此外，将多个第一流路11排列的方向(这里是图2的纸面左右方向)作为第一流路11的排列方向，将多个第二流路21排列的方向(这里是图3的纸面上下方向)作为第二流路21的排列方向。并且，在沿着第一层10和第二层20的层叠方向观察第一层10时，第一流路11沿着与第一流路11的排列方向交叉的方向(这里是图2的纸面上下方向、纵向)从第一层10的一端部(图2中的第一层10的上端部)延伸到另一端部(图2中的第一层10的下端部)。此外，在沿着第一层10和第二层20的层叠方向观察第二层20时，第二流路21沿着与第二流路21的排列方向交叉的方向(这里是图3的纸面左右方向、横向)从第二层20的一端部(图3中的第二层20的左端部)延伸到另一端部(图3中的第二层20的右端部)。这样，这里，第一流路11和第二流路20被配置成形成正交流。

并且，这里，在沿着层叠方向观察第一层10时，第一流路11具有蜿蜒的形状。具体而言，第一流路11一边在第一流路11的排列方向(这里是图2的纸面左右方向)上直线性地(即，有棱角地)蜿蜒，一边在与第一流路11的排列方向交叉的方向(这里是纵向)上延伸。优选的是，第一流路11从第一层10的一端部到另一端部蜿蜒三次以上。此外，在沿着层叠方向观察第二层20时，第二流路21具有蜿蜒的形状。具体而言，第二流路21一边在第二流路21的排列方向(这里是图3的纸面上下方向)上直线性地(即，有棱角地)蜿蜒，一边在与第二流路21的排列方向交叉的方向(这里是横向)上延伸。优选的是，第二流路21从第二层20的一端部到另一端部蜿蜒三次以上。

此外，这里，具有第一层10和第二层20的层叠结构的热交换部3由第一板材12和第二板材22交替地层叠起来而构成，在所述第一板材12的单面上形成有构成第一流路11的槽，在所述第二板材22的单面上形成有构成第二流路21的槽。第一板材12和第二板材22由金属制的原材料形成。构成第一流路11及第二流路21的槽通过例如对第一板材12和第二板材22实施机械加工及蚀刻加工而形成。并且，在层叠规定数量实施了这样的槽加工的第一板材12和第二板材22后，例如，通过采用扩散接合等接合处理将第一板材12和第二板材22之间接合起来，从而得到具有第一层10和第二层20的层叠结构的热交换部3。另外，这里，在第一板材12和第二板材22双方的单面上形成有构成流路11、21的槽，但不限于此，既可以在第一板材12和第二板材22的任一方的两面上形成有构成流路11、21的槽，也可以在第一板材12和第二板材22双方的两面上形成有构成流路11、21的槽。

这里，第一出入口管4a、4b被设置在外壳2的上部和下部。在外壳2，在上部设置有第一集管部6，在下部设置有第一集管部7，在第一集管部6形成有使第一流路11的上端部之间汇合的空间，在第一集管部7形成有使第一流路11的下端部之间汇合的空间。并且，第一出入口管4a经由第一集管部6而与第一流路11的上端部连通，第一出入口管4b经由第一集管部7而与第一流路11的下端部连通。这里，第二出入口管5a、5b被设置在外壳2的左部和右部。在外壳2，在左部设置有第二集管部8，在右部设置有第二集管部9，在第二集管部8形成有使第二流路21的左端部之间汇合的空间，在第二集管部9形成有使第二流路21的右端部之间汇合的空间。并且，第二出入口管5a经由第二集管部8而与第二流路21的左端部连通，第二出入口管5b经由第二集管部9而与第二流路21的右端部连通。

在具有这样的结构的水热交换器1中，例如，在利用第二流体对第一流体进行加热的情况下，可以将第一出入口管4b作为第一流体的入口，将第一出入口管4a作为第一流体的出口，将第二出入口管5b作为第二流体的入口，将第二出入口管5a作为第二流体的出口。并且，在该情况下，水热交换器1作为第一流体在第一流路11从下向上流动并且被加热、第二流体在第二流路21从右向左流动并且被冷却的热交换器发挥作用。此外，在水热交换器1中，例如，在利用第二流体对第一流体进行冷却的情况下，可以将第一出入口管4b作为第一流体的入口，将第一出入口管4a作为第一流体的出口，将第二出入口管5a作为第二流体的入口，将第二出入口管5b作为第二流体的出口。并且，在该情况下，水热交换器1作为第一流体在第一流路11从下向上流动并且被冷却、第二流体在第二流路21从左向右流动并且被加热的热交换器发挥作用。

在这样的水热交换器1中，如上所述，由于沿着层叠方向观察第一层10及第二层20时第一流路11及第二流路21具有蜿蜒的形状，因此，与第一流路11及第二流路21具有笔直形状的情况相比，能够增加水热交换器1的每单位体积的流路长度。并且，利用这样的第一流路11及第二流路21的蜿蜒的形状能够得到传热促进效果，因此，与第一流路11及第二流路21具有笔直形状的情况相比，能够提高第一流路11及第二流路21的热传导率。这样，这里，能够实现水热交换器1的高性能化和紧凑化。

(2)变形例1

在上述实施方式的水热交换器1中，如图2、图3所示，第一流路11和第二流路21具有直线性地(即，有棱角地)蜿蜒的形状，但不限于此。

例如，如图5、图6所示，第一流路11和第二流路21也可以是曲线性地(即，不带棱角而带有圆度地)蜿蜒的形状。

根据本变形例的结构，也能够得到与上述实施方式同样的作用效果。

(3)变形例2

在上述实施方式和变形例1的水热交换器1中，第一流路11和第二流路21双方具有蜿蜒的形状，但也可以仅第一流路11或第二流路21具有蜿蜒的形状。

例如，也可以这样：第二流路21具有如图3、图6所示那样的蜿蜒的形状，并且，第一流路11具有如图7所示那样的笔直的形状。此外，也可以与之相反地，第一流路11具有如图2、图5所示那样的蜿蜒的形状，并且，第二流路21具有如图8所示那样的笔直的形状。

根据本变形例的结构，也能够得到与上述实施方式和变形例1同样的作用效果。

(4)变形例3

在上述实施方式和变形例1、2的水热交换器1中，第一流路11和第二流路21被配置成形成正交流，但不限于此。

例如，也可以这样：将沿着横向从第二层20的一端部(图3中的第二层20的左端部)延伸到另一端部(图3中的第二层20的右端部)的第二流路21如图9、图10所示配置成，沿着纵向从第二层20的一端部(图10中的第二层20的下端部)延伸到另一端部(图10中的第二层20的上端部)，第一流路11与第二流路21形成对向流(或者并行流)。在该情况下，将第二出入口管5a、5b和第二集管8、9设置在外壳2的下部和上部。根据该结构，在利用第二流体对第一流体进行加热的情况下，作为第一流体在第一流路11中从下向上流动并且被加热、第二流体在第二流路21中从上向下流动并且被冷却的热交换器发挥作用。此外，根据该结构，在利用第二流体对第一流体进行冷却的情况下，作为第一流体在第一流路11中从下向上流动并且被冷却、第二流体在第二流路21中从下向上流动并且被加热的热交换器发挥作用。

根据本变形例的结构，也能够得到与上述实施方式和变形例1、2同样的作用效果。

(5)变形例4

在上述实施方式和变形例1、2的水热交换器1中，第一流路11和第二流路21被配置成形成正交流，但不限于此。

例如，也可以配置成这样：将第二流路21区分成多个流路组，并且使这些流路组被串联连接，第一流路11与第二流路21形成正交对向流(或者正交并行流)。具体而言，在图11所示的结构中，将第二流路21在第二流路21的排列方向(这里是图11的纸面上下方向)上区分成三个流路组21a、21b、21c。并且，通过在第二集管9设置分隔部件等，从而将第二集管9内的空间区分成：空间9a，其与构成第二出入口管5b和流路组21a的第二流路21的右端部连通；和空间9b，其与构成流路组21b、21c的第二流路21的右端部连通。此外，通过在第二集管8设置分隔部件等，从而将第二集管8内的空间区分成：空间8a，其与第二出入口管5a和构成流路组21c的第二流路21的左端部连通；和空间8b，其与构成流路组21a、21b的第二流路21的左端部连通。由此，第二流路21的流路组21a、21b、21c经第二集管8、9被串联连接，第一流路11与第二流路21被配置成形成正交对向流(或者正交并行流)。根据该结构，在利用第二流体对第一流体进行加热的情况下，作为第一流体在第一流路11中从下向上流动并且被加热、第二流体在第二流路21中按流路组21a、21b、21c的顺序左右折返的同时从上向下流动并且被冷却的热交换器发挥作用。此外，根据该结构，在利用第二流体对第一流体进行冷却的情况下，作为第一流体在第一流路11中从下向上流动并且被冷却、第二流体在第二流路21中按流路组21c、21b、21a的顺序左右折返的同时从下向上流动并且被加热的热交换器发挥作用。

另外，在图11所示的结构中，将第二集管8、9内的空间以流路组21a、21b、21c被串联连接的方式区分成空间8a、8b、9a、9b，但不限于此。例如，也可以这样：如图12所示，在第二流路21的左端部及右端部形成具有与空间8b、9b相同功能的连接流路29a、29b。即，在第二层20形成连接流路29a和连接流路29b，所述连接流路29a使构成流路组21a、21b的第二流路21的左端部之间连通，所述连接流路29b使构成流路组21b、21c的第二流路21的右端部之间连通。这里，能够在第二板材22形成构成连接流路29a、29b的槽。在该情况下，能够使第二集管8仅具有与图11的空间8a对应的空间，并使第二集管9仅具有与图11的空间9a对应的空间。

根据本变形例的结构，也能够得到与上述实施方式和变形例1、2同样的作用效果。

(6)变形例5

在上述实施方式和变形例1～4的水热交换器1中，在利用第二流体对作为第一流体的水进行加热的情况下，有可能在第一流路11析出结垢而导致第一流路11堵塞。

因此，这里，为了抑制由这样的结垢析出导致的第一流路11的出口附近的部分的堵塞，例如，如图13所示，关于第一流路11，位于第一流体的出口附近的第一流体出口附近部11a的流路截面积s11a形成为大于比第一流体出口附近部11a靠上游侧的部分11b的流路截面积s11b。这里，通过将第一流体出口附近部11a处的第一流路11的流路宽度w11a形成为大于比第一流体出口附近部11a靠上游侧的部分11b处的流路宽度w11b，从而使流路截面积s11a大于流路截面积s11b。此外，第一流体出口附近部11a是指，从第一流路11的入口侧(这里是第一出入口管4b侧的端部)到出口侧(这里是第一出入口管4a侧的端部)的流路长度中的靠出口侧的具有20％～50％的流路长度的部分。

此外，也可以这样：与图13所示的第一流路11的结构不同，使第一流路11以第一流体出口附近部11a处的流路数量少于比第一流体出口附近部11a靠上游侧的部分处的流路数量的方式汇合。例如，也可以这样：如图14所示，通过使在第一流路11的排列方向上相邻的两条第一流路11在第一流体出口附近部11a处汇合而成为一条，从而使汇合后的第一流体出口附近部11a处的流路宽度w11a形成为大于汇合前的比第一流体出口附近部11a靠上游侧的部分11b处的流路宽度w11b的总和。由此，汇合后的第一流体出口附近部11a的流路截面积s11a能够大于汇合前的比第一流体出口附近部11a靠上游侧的部分11b的流路截面积s11b的总和。

在这样的水热交换器1中，如上所述，关于第一流路11，由于第一流体出口附近部11a的流路截面积s11a大于其上游侧的部分11b的流路截面积，因此，能够将第一流路11中的第一流体的流速降低导致的热传导率的降低仅限定在第一流体出口附近部11a，并且能够使第一流体被加热时析出的结垢不易堵塞在第一流体出口附近部11a处。这样，这里，不仅能够得到与上述实施方式和变形例1～4同样的作用效果，还能够将热传导率的降低抑制成最小限，并且能够抑制水热交换器1中的第一流路11的堵塞。

(7)变形例6

在上述实施方式和变形例1～5的水热交换器1中，在利用作为第二流体的制冷剂对第一流体进行冷却的情况下，有可能随着第二流体的蒸发而在第二流路21流动的气体成分增多，第二流路21的压力损失增大。

因此，这里，为了抑制这样的由第二流体的蒸发导致的第二流路21的压力损失的增大，例如，如图15所示，关于第二流路21，位于第二流体的出口附近的第二流体出口附近部21a的流路截面积s21a形成为大于比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b的流路截面积s21b。这里，通过将第二流体出口附近部21a处的第二流路21的流路宽度w21a形成为大于比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b处的流路宽度w21b，从而流路截面积s21a大于流路截面积s21b。此外，第二流体出口附近部21a是指，从第二流路21的入口侧(这里是第二出入口管5a侧的端部)到出口侧(这里是第二出入口管5b侧的端部)的流路长度中的靠出口侧的具有20％～50％的流路长度的部分。此外，第一流路11与第二流路21也可以配置成形成正交对向流(或者正交并行流)。

此外，在如上述变形例4那样的将第二流路21区分成多个流路组21a、21b、21c并且这些流路组21a、21b、21c被串联连接的结构中，也能够采用与图15所示的结构同样地增大第二流体出口附近部21a处的第二流路21的流路宽度w21a的结构。在该情况下，这样即可：例如，如图16所示，将位于第二流体的出口附近的流路组21a作为第二流体出口附近部21a，将流路组21b、21c作为比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b，将构成流路组21a的第二流路21的流路宽度w21a形成为大于构成流路组21b、21c的第二流路21的流路宽度w21b。

此外，也可以这样：与图15所示的第二流路21的结构不同，使第二流路21以第二流体出口附近部21a处的流路数量少于比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分处的流路数量的方式汇合。例如，也可以这样：如图17所示，通过使在第二流路21的排列方向上相邻的两条第二流路21在第二流体出口附近部21a处汇合而成为一条，从而将汇合后的第二流体出口附近部21a处的流路宽度w21a形成为大于汇合前的比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b处的流路宽度w21b的总和。由此，汇合后的第二流体出口附近部21a的流路截面积s21a能够大于汇合前的比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b的流路截面积s21b的总和。

此外，也可以这样：与通过使图17所示的第二流路21在第二流体出口附近部21a处汇合而使流路截面积s21a大于流路截面积s21b的总和的结构相反地，通过使第二流路以第二流体出口附近部21a处的流路数量多于比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b处的流路数量的方式分支，从而使流路截面积s21a的总和大于流路截面积s21b的总和。例如，在如上述变形例4那样的将第二流路21区分成多个流路组21a、21b、21c并且这些流路组21a、21b、21c被串联连接的结构中，这样即可：如图18所示，以位于第二流体的出口附近的流路组21a作为第二流体出口附近部21a，以流路组21b、21c作为比第二流体出口附近部21a靠上游侧的部分21b，使构成流路组21a的第二流路21的流路数量n21a多于流路组21b、21c中的流路数量n21b。另外，这里，各第二流路21的流路宽度w21a、w21b(流路截面积s21a、s21b)相同，通过改变流路数量而改变流路组21a中的流路截面积s21a与流路组21b、21c中的流路截面积s21b的总和。

在这样的水热交换器1中，如上所述，关于第二流路21，由于使第二流体出口附近部21a的流路截面积s21a大于其上游侧的部分21b的流路截面积，因此，能够将第二流路21中的第二流体的流速降低导致的热传导率的降低仅限定于第二流体出口附近部21a，并且能够使较多地含有随着蒸发而增加的气体成分的第二流体顺畅地流到第二流体出口附近部21a。这样，这里，不仅能够得到与上述实施方式和变形例1～5同样的作用效果，还能够将热传导率的降低抑制成最小限，能够抑制水热交换器1中的第二流路21的压力损失的增大。

此外，在如图18所示的结构那样使第二流体出口附近部21a处的流路数量n21a多于其上游侧的部分21b处的流路数量n21a的结构中，不仅能够抑制水热交换器1中的第二流路21的压力损失的增大，由于第二流体的入口附近的流路数量减少，因此，能够良好地保持第二流体在第二流路21中的分配性能。特别是，在图18所示的结构中，不仅使流路组21a中的流路数量n21a多于比其靠上游侧的流路组21b、21c中的流路数量n21b，按流路组21a、21b、21c的顺序，即，随着靠近第二流体的入口附近，流路数量减少，因此，有效地有助于第二流体在第二流路21中的分配性能。

产业上的可利用性

本发明可广泛地应用于如下的水热交换器：由第一层和第二层层叠起来而构成，所述第一层形成有多列供作为第一流体的水流动的第一流路，所述第二层形成有多列供作为第二流体的制冷剂流动的第二流路，所述水热交换器进行第一流体与第二流体的热交换。

标号说明

1水热交换器

10第一层

11第一流路

11a第一流体出口附近部

11b比第一流体出口附近部靠上游侧的部分

20第二层

21第二流路

21a第二流体出口附近部

21b比第二流体出口附近部靠上游侧的部分

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-117102号公报