热交换装置以及制造方法与流程

1.本发明涉及热交换装置以及制造方法，具体涉及使用蓄热材料的热交换装置以及其制造方法。


背景技术：

2.已知有作为蓄热材料使用自来水来进行热交换的热交换装置。例如已知以下热交换装置：为了用于供热水，准备作为蓄热材料充填了自来水的水箱，将供热水用的自来水导入至该水箱内，使供热水用的自来水与蓄热材料的自来水进行直接热交换(例如专利文献1)。进行过直接热交换的水箱内的自来水利用管道压力而被压出，进行供热水。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2011－202894


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.在上述那样的利用水箱内的自来水的直接热交换的热交换装置的场合，在水箱内作用有自来水的管道压力。为了形成可耐受管道压力那样的构成，水箱一般以圆筒形形成。
8.但是，在热交换装置具备圆筒状的水箱的场合，从设置空间的观点出发，热交换装置的设置灵活性会降低。例如，在设置空间为矩形形状的场合，对于圆筒状水箱而言难以有效利用空间。相反，在以往的热交换装置不采用圆筒状的水箱的场合，由于管道压力，会导致热交换装置的耐久性降低。
9.本发明是为了解决上述那样的问题点而做出的，其目的在于提供考虑同时达成设置灵活性及耐久性的热交换装置以及这样的热交换装置的制造方法。
10.用于解决课题的方案
11.本发明的一个方面所涉及的热交换装置是进行蓄热材料与流体的热交换的热交换装置。该热交换装置具备：具有蓄热材料的箱形状的第1蓄热模块以及第2蓄热模块；以及收容第1蓄热模块以及第2蓄热模块的框体。第1蓄热模块配置在与上述第2蓄热模块相同的方向。
12.本发明的一个方面所涉及的制造方法是进行蓄热材料与流体的热交换的热交换装置的制造方法。该制造方法具备：模块准备步骤，准备具有蓄热材料的箱形状的第1蓄热模块以及第2蓄热模块；框体准备步骤，准备收容第1蓄热模块以及第2蓄热模块的框体；以及配置步骤，将准备好的第1蓄热模块以及第2蓄热模块按相同方向配置在框体内。
13.发明的效果
14.根据本发明的一个方面，提供具有蓄热材料的箱形状的第1蓄热模块以及第2蓄热模块在框体内按相同方向配置的热交换装置。在该热交换装置中，由于蓄热模块具有箱形状，故而可确保设置灵活性，并且由于蓄热模块具有蓄热材料，故而能避免管道压力，可提
高耐久性。
附图说明
15.图1是表示实施方式1所涉及的热交换装置的构成的说明图。
16.图2是示出蓄热模块的正面的示意图。
17.图3是示出蓄热模块的侧面的示意图。
18.图4是层积了多个蓄热模块的层积结构的示意图。
具体实施方式
19.以下，参照附图对本技术公开的热交换装置的实施方式进行详细说明。另外，以下所示的实施方式为一例，并不由这些实施方式限定本发明。
20.实施方式1
21.图1是表示实施方式1所涉及的热交换装置的构成的说明图。热交换装置1具备：蓄热材料2；具有蓄热材料2的多个蓄热模块3、3、
…
；在各蓄热模块内进行与蓄热材料2的热交换的蓄热热交换器4；以及收容前述的构成元件的框体11。热交换装置1作为对在热交换装置1内流动的自来水的温度进行调节并进行供热水的蓄热式的供热水器发挥功能。
22.蓄热材料2与蓄热热交换器4接触。蓄热材料2是用于经由蓄热热交换器4对在热交换装置1的流路内流动的自来水提供热而进行加热的蓄热介质。另外，蓄热材料2是用于经由蓄热热交换器4从在热交换装置1的流路内流动的热介质接收热而进行蓄热的蓄热介质。作为蓄热材料2，优选水、油、防冻液、石蜡、三水醋酸钠、丁四醇等材料。这是因为每单位体积的热量(蓄热密度)高，热交换装置1的温度调节性能提高。
23.蓄热模块3包括作为蓄热介质的蓄热材料2和用于使自来水流向蓄热模块3的内部的蓄热热交换器4。在蓄热模块3内设有蓄热材料2。通过使蓄热材料2与蓄热热交换器4的接触面积增大，能实现高效的热交换。
24.蓄热模块3是收容蓄热材料2以及蓄热热交换器4的箱形状的容器。为了设置蓄热材料2，蓄热模块3在箱形状的一个侧面具有蓄热材料封入口8。作为蓄热模块3，优选sus、铝、cu、聚碳酸酯、树脂材料等材料。这是由于耐热性高，蓄热性能提高。
25.蓄热热交换器4是管状构件，是进行在内部流动的自来水或者热介质与蓄热材料2的热交换的热交换器。蓄热热交换器4由sus、铝、cu等金属材料构成。因而，能使蓄热热交换器4的热交换效率提高。
26.在上述的一例中，对由金属材料构成的蓄热热交换器4进行了说明。但是，本发明并不限定于该例。也可以使用塑料、树脂等轻量材料来构成蓄热热交换器4。通过使用轻量材料，使蓄热模块3轻量化，也达成了收容多个蓄热模块3、3、
…
的热交换装置1整体的轻量化，热交换装置1的设置业务也能变容易。
27.蓄热热交换器4具有使自来水流入蓄热热交换器4的内部的热交换水流入口9、使自来水流出的热交换水流出口10以及进行针对自来水的热交换的传热管18。热交换水流入口9作为将从框体11的外部引导至框体11的内部的流体导向蓄热模块3的内部的流入部发挥功能。蓄热热交换器4位于蓄热模块3的内部。热交换水流入口9突出设置在蓄热模块3的一个侧面。热交换水流出口10突出设置在与热交换水流入口9相同的蓄热模块3的一个侧
面。热交换水流出口10作为将引导至蓄热模块3的内部的流体导向蓄热模块3的外部的流出部发挥功能。
28.关于蓄热热交换器4的具体构成，也可以是排列多根圆筒配管的翅片管式热交换器。另外，也可以是层叠多张平板的板式热交换器。
29.在上述的一例中，对利用热交换水流入口9以及热交换水流出口10由蓄热材料2对在热交换装置1的流路内流动的自来水提供热而进行加热的状况进行了说明。另一方面，在由蓄热材料2从在热交换装置1的流路内流动的热介质接收热而进行蓄热的状况下，热交换水流入口9作为使热介质从蓄热热交换器4流出的构件发挥功能，热交换水流出口10作为使热介质向蓄热热交换器4流入的构件发挥功能。
30.框体11是收容多个蓄热模块3、3、
…
的箱形状的壳体。框体11例如使用sus、铝、cu等金属材料或者塑料、树脂等轻量材料通过板金加工等而形成。
31.在框体11内，多个蓄热模块3、3、
…
朝着相同方向在上下层积。也就是，多个蓄热模块3、3、
…
之中的第1蓄热模块3配置在与第2蓄热模块3相同的方向。具体来讲，在考虑一个蓄热模块3和其他蓄热模块3的集合体的场合，一个蓄热模块3的热交换水流入口9和其他蓄热模块3的热交换水流入口9位于该集合体的相同面侧。换言之，一个蓄热模块3的热交换水流入口9和其他蓄热模块3的热交换水流入口9位于框体11的相同面侧。另外，在考虑一个蓄热模块3和其他蓄热模块3的集合体的场合，一个蓄热模块3的热交换水流出口10和其他蓄热模块3的热交换水流出口10位于该集合体的相同面侧。换言之，一个蓄热模块3的热交换水流出口10和其他蓄热模块3的热交换水流出口10位于框体11的相同面侧。在图1的一例中，一个蓄热模块3的热交换水流入口9以及热交换水流出口10和其他蓄热模块3的热交换水流入口9以及热交换水流出口10位于该集合体的相同面侧，位于框体11的相同面侧。
32.多个蓄热模块3、3、
…
以突出设置的各个热交换水流入口9、9、
…
位于该集合体的相同面侧的方式在框体11内按相同方向在上下层积。因而，与按随机方向在上下层积的场合比较，能减小也包含突出设置部分在内的集合体的左右方向专有面积。因此，上述的构成可实现设置灵活性的确保。
33.多个蓄热模块3、3、
…
以突出设置的各个热交换水流出口10、10、
…
位于该集合体的相同面侧的方式在框体11内按相同方向在上下层积。因而，与按随机方向在上下层积的场合比较，能减小也包含突出设置部分在内的集合体的左右方向专有面积。因此，本热交换装置1可实现设置灵活性的确保。
34.框体11具备将被加热的自来水导向热交换装置1的内部的自来水流入口12和将流到热交换装置1的内部并被加热的自来水导向热交换装置1的外部的自来水流出口13。自来水流入口12利用流入配管14与各蓄热模块3的热交换水流入口9连接。自来水流入口12作为从框体11的外部向框体11的内部引导流体的框体流入部发挥功能。自来水流出口13利用流出配管15与各蓄热模块3的热交换水流出口10连接。自来水流出口13作为将引导至框体11的内部的流体导向框体11的外部的框体流出部发挥功能。
35.流入配管14是包括在上下方向延伸的直线状主配管和从该直线状主配管起在左右方向延伸的多个分支配管的梳齿状的配管。直线状主配管的一端与自来水流入口12连接，各分支配管的另一端与各蓄热模块3的热交换水流入口9连接。
36.流入配管14是用于将从框体11的自来水流入口12流入的自来水向蓄热模块3供给
的配管，由sus、铝、cu等金属材料或者塑料、树脂等轻量材料形成。梳齿状的流入配管14将与配置在框体11内的蓄热模块3的台数一致的连接孔口作为分支配管以等间隔设有多个，各连接孔口与各蓄热模块3的热交换水流入口9连接。
37.流出配管15是包括在上下方向延伸的直线状主配管和从该直线状主配管起在左右方向延伸的多个分支配管的梳齿状的配管。直线状主配管的一端与自来水流出口13连接，各分支配管的另一端与各蓄热模块3的热交换水流出口10连接。
38.流出配管15是用于使在多个蓄热模块3进行了热交换的热交换水合流的配管，由sus、铝、cu等金属材料或者塑料、树脂等轻量材料形成。梳齿状的流出配管15将与配置在框体11内的蓄热模块3的台数一致的连接孔口作为分支配管以等间隔设有多个，各连接孔口与各蓄热模块3的热交换水流入口10连接。
39.在图1所示的实施方式1中，流入配管14以及流出配管15配置在由层积的蓄热模块3、3、
…
构成的集合体的一个面侧。因而，与多个热模块3、3、
…
按随机方向在上下层积的场合比较，能减小也包含流入配管14以及流出配管15在内的集合体的左右方向专有面积。因此，本热交换装置1可实现设置灵活性的确保。
40.各蓄热模块3具备进行自来水与蓄热材料2的热交换的蓄热热交换器4。各蓄热模块3内的蓄热材料2由于经由管状的蓄热热交换器4进行与自来水的热交换，所以，不与自来水直接接触地与自来水分开。因而，本热交换装置1与利用水箱内的自来水的直接热交换的热交换装置比较，即便蓄热模块3不是圆筒状也容易维持耐久性。
41.上下层积的各蓄热模块3形成为箱形状。因而，也能将收容层积的蓄热模块3、3、
…
的框体11的形状设成箱形状。因此，本热交换装置1与使用圆筒形的水箱的以往的热交换器比较，可确保设置灵活性。
42.在图1所示的实施方式1中，热交换装置1在框体11内层积有多个相同构成的蓄热模块3。因而，当在目的地设置本热交换装置1时，能分别搬运各蓄热模块3并在目的地组装而收容设置在框体内。因而，与以一个蓄热模块具备跟由层积的多个蓄热模块3、3、
…
构成的集合体的蓄热材料2的总量相同的量的蓄热材料那样的构成的热交换装置比较，本热交换装置1可实现设置灵活性的确保，并且也可以提高搬运性。
43.在图1所示的实施方式1中，热交换装置1在框体11内层积有多个相同构成的蓄热模块3。因而，在本热交换装置1中，通过调整层积的多个蓄热模块3、3、
…
的数量，容易进行用于实现希望的蓄热性能的设计变更。
44.在热交换装置1中，设在蓄热模块3中的蓄热材料2在供热水时经由蓄热热交换器4的传热面与自来水进行热交换。但是，设在蓄热模块3中的蓄热材料2不与自来水混合。因而，在热交换装置1中，虽对自来水流动的蓄热热交换器4施加管道压力，但可避免对蓄热模块3施加管道压力的事态。因此，与使设在水箱内的蓄热材料和自来水直接热交换的以往的热交换装置比较，能将针对设有蓄热材料2的蓄热模块3所需的管道压力的耐久性设计得低，作为蓄热模块3的形状可选择箱形状。另外，通过采用箱形状的蓄热模块3，与采用圆形状的蓄热模块的场合比较，能减小框体11的角部与蓄热模块3之间的间隙空间，可实现框体11的小型化。
45.对实施方式1所涉及的热交换装置1具备的蓄热模块3进行具体说明。图2是示出蓄热模块3的正面的示意图。图3是示出蓄热模块3的侧面的示意图。图4是层积了多个蓄热模
块3的层积结构的示意图。
46.在实施方式1所涉及的热交换装置1中，各蓄热模块3在一个平面具备热交换水流入口9和热交换水流出口10，这样的结构的蓄热模块3在铅直方向层积有多台。在层积有多台蓄热模块3、3、
…
的层积结构中，一个蓄热模块3的热交换水流入口9经由在铅直方向延伸的流入配管14与其他蓄热模块3的热交换水流入口9连接。另外，在层积有多台蓄热模块3、3、
…
的层积结构中，一个蓄热模块3的热交换水流出口10经由在铅直方向延伸的流出配管15与其他蓄热模块3的热交换水流出口10连接。
47.在实施方式1所涉及的热交换装置1中，蓄热热交换器4在水平方向呈交错状排列配置有在铅直方向蜿蜒的传热管18。另外，蓄热热交换器4在具备热交换水流入口9和热交换水流出口10的一个平面侧具备在水平方向延伸的分支集管16以及合流集管17。在一个蓄热模块3内在水平方向排列配置的多个传热管18经由合流集管17与热交换水流出口10连接，经由分支集管16与分支集管16连接。
48.根据这样的蓄热热交换器4的构成，从热交换水流入口9流入到蓄热热交换器4的传热管18内的自来水通过在水平方向配置的分支集管16分支到多个传热管18。分支后的自来水在相对于自来水的流动方向的铅直方向蜿蜒的各个传热管18内在水平方向往复移动，同时从下至上流动而与蓄热材料进行热交换。热交换后的自来水再次向合流集管17合流，流向热交换器流出口10。因而，在各蓄热模块3内，形成下方的蓄热材料2变冷而上方的蓄热材料2变热那样的温度层次。
49.蓄热材料2一般在温度降低的场合，收缩而密度变高，流动性降低。为了应对依靠温度降低引起的蓄热材料2的收缩，在蓄热模块3内设有气层，而不是内部空间无间隙地充填蓄热材料2。
50.蓄热材料2在因温度降低而导致流动性降低的场合，存在着在一个蓄热模块3的内部在水平方向延伸而形成盖的可能性。在一个蓄热模块3的内部形成有盖的场合，位于盖的铅直上方的蓄热材料2由于气层的存在而能收缩。但是，位于盖的下方的蓄热材料2由于位于盖的铅直下方而存在着没有气层的可能性，无法适度收缩的可能性高。在无法适度收缩的场合，在一个蓄热模块3中，热交换效率会降低。为此，实施方式1所涉及的热交换装置1构成为热交换水流入口9位于比热交换水流出口10靠铅直下方的位置，以便在一个蓄热模块3的内部使得下方的蓄热材料2变冷而上方的蓄热材料2变热。
51.根据这样的蓄热热交换器4的构成，容易设计成使一个蓄热模块3中的流入配管14与流出配管15之间的流路长度等于其他蓄热模块3中的流入配管14与流出配管15之间的流路长度。因而，能使多个蓄热模块3、3、
…
间的热交换效率变均匀。因此，容易针对热交换装置1进行用于实现希望的蓄热性能的设计变更。
52.实施方式1所涉及的热交换装置1还具备混合阀5。混合阀5是用于将从蓄热热交换器4的热交换水流出口10流出的高温的自来水和从框体11的自来水流入口12流入的低温的自来水混合以调整供热水温度的阀，配置在框体11内。混合阀5例如由sus、铝、cu等具有耐热性的金属材料或塑料、树脂等高耐热轻量材料形成。
53.实施方式1所涉及的热交换装置1还具备控制基板6。控制基板6是进行用于调整各设备的流量或运转温度的控制等的基板，向混合阀5等构成元件发送控制信号。控制基板6配置在框体11内，例如由苯酚、环氧树脂、玻璃、塑料等轻量且加工性高的材料形成。
54.实施方式1所涉及的热交换装置1还具备流量调节阀7。流量调节阀7是进行供热水的截断、流量的调节等的阀，配置在混合阀5的下游侧且框体11外。流量调节阀7由sus、铝、cu等金属材料或塑料、树脂等轻量材料形成。
55.实施方式1所涉及的框体11收容多个蓄热模块3、混合阀5、控制基板6、流入配管14和流出配管15。在框体11内的一端侧，相同形状的蓄热模块3以相同姿势在上下配置，在框体11内的另一端侧，配置有混合阀5、控制基板6等。自来水经由框体11内的流入配管14、流出配管15以及利用混合阀5连接的自来水流入口12及自来水流出口13，流向框体11内外。
56.一般来讲，在管道中施加有0.3～0.5mpa程度的管道压力，对于在热交换装置1内流动的自来水也施加该程度的管道压力。因而，在热交换装置1的供热水时，将下游侧的流量调节阀7打开。在打开了流量调节阀7的场合，由于管道压力，自来水从自来水流入口12向框体11的流路流入。流入的自来水在各蓄热模块3的内部与蓄热材料2进行热交换。热交换后的自来水经由自来水流出口13向框体11外输出，被用于供热水。
57.当进行供热水时，实施方式1所涉及的热交换装置1使自来水从自来水流入口12流入，使之分支到将自来水流入口12与各蓄热模块3的热交换水流入口9连接的流入配管14和将自来水流入口12直接连接于混合阀5的直流配管19。
58.实施方式1所涉及的热交换装置1针对经由流入配管14流入的自来水进行控制，以便使之在蓄热热交换器4的内部流动，与由热源加热的高温的蓄热材料2进行热交换而被加热，从热交换水流出口10排出，经由流出配管15流向混合阀5。热交换装置1作为用于自来水的加热的热源，也可以使用依靠热泵获得的空气的热、电加热器的热、工厂等的废热。
59.实施方式1所涉及的热交换装置1使用混合阀5，将被加热并经由流出配管15流入的高温的自来水与从自来水流入口12经由直流配管19直接流入的低温的自来水混合。在用户设定了供热水目标温度的场合，热交换装置1使控制基板6控制混合阀5等各部分，以便成为设定的供热水目标温度。热交换装置1借助控制基板6的控制，使高温的自来水与低温的自来水的混合量变化，进行供热水温度的调整。因而，用户能将温度被调整后的自来水使用于淋浴器、热水供给等。
60.关于实施方式1所涉及的热交换装置1，在上述的一例中，对利用热交换水流入口9以及热交换水流出口10由蓄热材料2对在热交换装置1的流路内流动的自来水提供热而进行加热的状况进行了说明。但是，热交换装置1能利用控制基板6切换流体，以便由蓄热材料2从在热交换装置1的流路内流动的热介质接收热而进行蓄热。因而，控制基板6作为相对于热交换切换温度比蓄热材料的温度高的高温流体和温度比蓄热材料的温度低的低温流体来用作流体的切换部发挥功能。
61.在实施方式1所涉及的热交换装置1中，作为蓄热材料2，将在一般作为供热水温度使用的40℃～90℃反复进行固体和液体的相变化的潜热蓄热材料设在蓄热模块3内。因而，与在40℃以下发生相变化的水等其他蓄热材料比较，不仅能避免管道压力而使耐久性提高，还能使框体11的容积进一步小型化。这是因为，在使用在40℃以下发生相变化的水等其他蓄热材料的场合，由于蓄热材料发生相变化时的温度恒定，所以，蓄热模块3出口部的温度会变成40℃以下。
62.在实施方式1所涉及的热交换装置1中，作为蓄热材料2，将在一般作为供热水温度使用的40℃～90℃反复进行固体和液体的相变化的潜热蓄热材料设置在蓄热模块3内。因
而，与在100℃以上进行相变化的金属或者糖类等其他蓄热材料比较，不仅能避免管道压力而使耐久性提高，还能使框体11的容积进一步小型化。这是因为，在使用在100℃以上进行相变化的金属或者糖类等其他蓄热材料的场合，由于被热交换的自来水在100℃沸腾，所以，会提供剩余的热量。
63.在实施方式1所涉及的热交换装置1中，根据图3以及4可知，将蓄热热交换器4的热交换水流入口9和热交换水流出口10配置在矩形蓄热模块3的一个平面。另外，在热交换装置1中，将这样在一个平面配置有热交换水流入口9和热交换水流出口10的矩形蓄热模块3层积多个，多个热交换水流入口9、9、
…
以相同直线状排列地配置。因而，能使流入配管14的处理简化，能实现配管容积的降低。另外，在热交换装置1中，多个热交换水流出口10、10、
…
以相同直线状排列地配置。因而，能使流出配管15的处理简化，能实现配管容积的降低。
64.在以往的使用圆筒状的水箱的热交换装置中，设置有对流入热交换装置的自来水的管道压力进行减压以便圆筒状的水箱可耐受管道压力的减压阀。在设有该减压阀的以往的热交换装置中，由于流入的自来水的压力降低，所以，存在供热水时的流量降低的可能性。但是，实施方式1所涉及的热交换装置1由于替代在圆筒状的水箱贮存水的结构而使用具有蓄热材料2的蓄热模块3，故而不需要用于减小流入的自来水的压力的减压阀，可发挥容易实现供热水时所期望的流量的效果。
65.实施方式1所涉及的热交换装置1能在设置于目的场所时，分开成各个蓄热模块3地向目的场所搬运，在目的场所层积搬运来的各蓄热模块3。另外，热交换装置1能在层积的蓄热模块3、3、
…
的层积体上在目的场所安装及组装流入配管14、流出配管15、直流配管19等来进行设置。因而，可发挥与以往的使用圆筒状的水箱的热交换装置相比搬运性提高、组装效率提高这样的效果。
66.实施方式1所涉及的热交换装置1在框体11内的一个面侧定位流入配管14、流出配管15、直流配管19。因而，与流入配管14、流出配管15、直流配管19在框体11内随机配置那样的热交换装置比较，可发挥装置维护性提高这样的效果。
67.在实施方式1所涉及的热交换装置1中，对加热自来水的一例进行了说明。但是，本发明并不限定于该一例。例如，也可以构成为由热交换装置1加热与自来水不同的液体介质。
68.本发明并不限定于如上述那样说明且记述的特定详细内容以及代表性实施方式。能由本领域技术人员容易导出的其他变更例以及效果也包含于本发明。因此，在不脱离由权利要求书以及其等同内容定义的总发明概念的构思或者范围的情况下能进行各种变更。
69.附图标记的说明
70.1热交换装置，2蓄热材料，3蓄热模块，4蓄热热交换器，5混合阀，6控制基板，7流量调节阀，8蓄热材料封入口，9热交换水流入口，10热交换水流出口，11框体，12自来水流入口，13自来水流出口，14流入配管，15流出配管，16分支集管，17分支集管，18传热管，19直流配管。