JP6853059B2 - 熱交換ユニットの組立て方法 - Google Patents

Description

本開示は、パネル状熱交換器を有する熱交換ユニットの組立て方法に関する。

本出願人等は、先に、熱交換媒体循環路に圧縮機、ガスクーラ、膨張器及び蒸発器を備え、ＣＯ_２を熱交換媒体としてヒートポンプサイクルを構成し、熱交換媒体としてＣＯ_２を圧縮機の吐出側で超臨界状態とすることで、９０℃程度の高温水を供給可能な給湯装置を提案している（特許文献１）。
また、本出願人は、ヒートポンプサイクルを構成する給湯装置をユニット化しコンパクト化した給湯ユニットを提案している（特許文献２）。

特許文献３には、空調や給湯等に用いられるユニット型機器に設けられる熱交換ユニットにおいて、一対のパネル状熱交換器をＶ字状に配置することでユニット本体を中央部分がくびれた鼓形とした構成が開示されている。これによって、ユニット型機器を複数台並べて配置したときに熱交換ユニットを通過する空気の速度分布の悪化を防止し、かつ保守・点検時の作業性を良くするようにしている。

特開２００７−３０３８０７号公報 特開２０１０−２８１５５２号公報 特開２００７−１６３０１７号公報

パネル状熱交換器を有するユニット型機器において、狭いユニット本体の内部に重量が大きい一対のパネル状熱交換器をＶ字状に配置する作業は作業員にとって大きな負担となっており、作業負担の軽減と作業の効率化が望まれている。

少なくとも一実施形態は、上記課題に鑑み、パネル状熱交換器を有する熱交換ユニットにおいて、熱交換ユニットを組み立てる場合の作業員の作業負担の軽減と作業の効率化を図ることを目的とする。

（１）少なくとも一実施形態に係る熱交換ユニットの組立て方法は、
少なくとも一方がパネル状熱交換器である一対の板状部材間の間隔が下方に向かうにつれて小さくなるように、前記一対の板状部材をそれぞれ上下方向に沿って配置する配置ステップと、
前記一対の板状部材の下端部を枠体の嵌合部に嵌合させる嵌合ステップと、
前記一対の板状部材間の前記間隔が広がらないように、前記枠体の前記嵌合部に嵌合される前記一対の板状部材の前記下端部よりも上方において前記一対の板状部材を拘束治具により拘束する拘束ステップと、
を備える。

上記（１）の方法によれば、上記配置ステップで一対の板状部材をそれぞれ上下方向に沿って配置する際に、上記篏合ステップで一対の板状部材の下端部を枠体の嵌合部に嵌合させると共に、上記拘束ステップで一対の板状部材の上部を拘束治具で拘束することで、一対の板状部材を安定して所望位置に位置決めできる。
これによって、一対の板状部材は上記枠体及び上記拘束治具に支持されながら所望位置に位置決めされるので、作業員の作業負担を軽減でき、かつ作業効率を向上できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の方法において、
前記拘束ステップでは、前記熱交換ユニットの基礎に支持され、前記一対の板状部材をそれぞれ両外側から支持する支持治具を前記拘束治具として用い、前記一対の板状部材を拘束する。
上記（２）の方法によれば、拘束ステップにおいて、一対の板状部材をそれぞれ両外側から支持する支持治具を拘束治具として用いることで、一対の板状部材の重量をこの支持治具に付加させながら一対の板状部材を所望の姿勢に保持できる。従って、作業員の作業負担を軽減でき、かつ作業効率を向上できる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の方法において、
前記拘束治具により前記一対の板状部材を拘束した状態で、前記一対の板状部材の上端部間に架け渡される連結具により前記一対の板状部材を固定する固定ステップをさらに備える。
上記（３）の方法によれば、上記固定ステップで上記連結具によって一対の板状部材の上端部を固定することで、一対の板状部材を所望の姿勢に安定保持できる。

（４）一実施形態では、前記（３）の方法において、
前記一対の板状部材間に１以上のファンが位置するように、前記ファンを前記連結具に取り付けるステップをさらに備える。
上記（４）の方法によれば、上記ステップにおいて、ファンを連結具に取り付けることで、連結具を一対の板状部材の位置決め冶具としてだけでなく、ファンの支持部としても兼用できる。これによって、熱交換ユニットの組立て工程を簡素化できる。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの方法において、
前記拘束ステップで拘束された前記一対の板状部材間で前記一対の板状部材の長手方向両端に形成される開口を遮断する側面パネルを取り付けるステップをさらに備える。
上記（５）の方法によれば、一対の板状部材間で一対の板状部材の長手方向両端に形成される開口を上記側面パネルで遮断することで、熱交換ユニットの稼働時にパネル状熱交換器を通り抜けて一対の板状部材間を通る空気流路を形成できる。これによって、熱交換ユニットの空気との熱交換効率を向上できる。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの方法において、
前記枠体にドレンパンを取り付けるステップをさらに備える。
上記（６）の方法によれば、上記ステップにおいて上記ドレンパンを取り付けることで、熱交換ユニットの稼働時に、パネル状熱交換器の外表面に付着した凝縮水が下方へ滴下したドレンを上記ドレンパンで受け、熱交換ユニットから排出させることができる。
また、枠体をそのまま一対の板状部材及びドレンパンの支持部として使うことができ、熱交換ユニットの製造を簡素化かつ低コスト化できる。

少なくとも一実施形態によれば、熱交換ユニットを組み立てる場合の作業員の作業負担の軽減と作業の効率化を達成できる。

一実施形態に係る熱交換ユニットの組立て工程を示す工程図である。 一実施形態に係る組立て中の熱交換ユニットを示す斜視図である。 一実施形態に係る組立て中の熱交換ユニットを示す斜視図である。 一実施形態に係る組立て中の熱交換ユニットを示す斜視図である。 一実施形態に係る組立て後のヒートポンプユニットを示す斜視図である。 一実施形態に係るヒートポンプユニットの系統図である。 一実施形態に係る熱交換ユニットに設けられるパネル状熱交換器の正面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

一実施形態に係る熱交換ユニット１０の組立て方法は、図１に示すように、まず、一対の板状部材１２（１２ａ、１２ｂ）（図３参照）を夫々基礎１４上で上下方向に沿って配置ステップＳ１０を行う。
配置ステップＳ１０では、一対の板状部材１２は、少なくとも一方がパネル状熱交換器であり、一対の板状部材間の間隔が下方に向かって小さくなるように上下方向に沿って配置される。パネル状熱交換器は、後述するように、複数の伝熱管がパネル状に配列され、複数の伝熱管の間に空気が通過できる隙間を有している。

配置ステップＳ１０において、図２に示すように、基礎１４の上方に枠体１６が設けられ、配置ステップＳ１０では、一対の板状部材１２の下端部を枠体１６の篏合部１７に篏合させる（篏合ステップＳ１２）。
また、配置ステップＳ１０では、一対の板状部材間の間隔が広がらないように、枠体１６の嵌合部１７に嵌合される一対の板状部材の下端部よりも上方において一対の板状部材１２を拘束治具１８により拘束する（拘束ステップＳ１４）。

この実施形態によれば、篏合ステップＳ１２で一対の板状部材１２の下端部を枠体１６の嵌合部１７に嵌合させると共に、拘束ステップＳ１４で一対の板状部材１２の上部を拘束治具１８で拘束することで、一対の板状部材１２を安定して上下方向に沿う所望位置に位置決めできる。
このように、一対の板状部材１２を枠体１６及び拘束治具１８に支持させながら所望位置に位置決めするので、作業員の作業負担を軽減でき、かつ作業効率を向上できる。

一実施形態では、パネル状熱交換器（板状部材１２）は、図７に示すように、支持板７０及び７２間に複数の伝熱管７４（７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７４ｆ、７４ｇ、７４ｈ、７４ｉ，７４ｊ）が並列に設けられ、伝熱管７４（７４ａ〜７４ｊ）の間には空気が流通可能な隙間ｓが形成される。複数の伝熱管７４は入口ヘッダ７６と出口ヘッダ７８とに接続され、途中曲げ加工され蛇行管として支持板７０及び７２間に配置される。入口ヘッダ７６に流入した熱交換媒体ｒは複数の伝熱管７４に分流され、隙間ｓを通る空気流と熱交換した後、出口ヘッダ７８から流出する。支持板７０及び７２間にはフレーム８０が架設されている。
なお、図７中、伝熱管７４の一部の図示は省略されている。

一実施形態では、一対の板状部材１２（１２ａ、１２ｂ）は、両方ともパネル状熱交換器であり、一対のパネル状熱交換器は、一対のパネル状熱交換器間の間隔が下方に向かって小さくなるようにＶ字形状に配置される。
これによって、一対の板状部材のうち一方のみがパネル状熱交換器である場合と比べて、熱交換媒体と空気流との熱交換量を２倍にできる。

一実施形態では、図２に示すように、枠体１６は四角形を有し、底部１６ａ及び側部１６ｂを有し、側部１６ｂの内側に篏合部１７が形成される。一対の板状部材１２の下端部を篏合部１７に篏合して固定する。また、枠体１６は基礎１４上に立設された架台２０に固定されている。

一実施形態では、図３に示すように、拘束ステップＳ１４では、基礎１４に支持され、一対の板状部材１２を夫々両外側から支持する支持治具２２（２２ａ、２２ｂ）を拘束治具１８として用い、一対の板状部材１２を拘束する。
この実施形態によれば、一対の板状部材１２を夫々両外側から支持する支持治具２２を拘束治具１８として用いることで、一対の板状部材１２の重量をこの支持治具２２に付加させながら一対の板状部材を所望の姿勢に保持できる。従って、作業員の作業負担を軽減でき、かつ作業効率を向上できる。
一実施形態では、支持治具２２は、基礎１４に立設された支柱２３ａと支柱２３ａの上端から板状部材側へ延在する当て部２３ｂを含み、当て部２３ｂが一対の板状部材１２の横方向両端部の外側面に当接され、一対の板状部材１２を支持する。

一実施形態では、支持治具２２を必ずしも基礎１４に設けなくてもよく、基礎１４の周囲に設けられる支持部に支持させるようにしてもよい。

一実施形態では、図１に示すように、固定ステップＳ１６をさらに備える。固定ステップＳ１６では、図４に示すように、拘束治具１８により一対の板状部材１２を拘束した状態で、一対の板状部材１２の上端部間に連結具２４を架設し、連結具２４により一対の板状部材１２の上端部を固定する。
この実施形態によれば、連結具２４によって一対の板状部材１２の上端部を固定することで、一対の板状部材１２を上下方向に沿う所望の姿勢に安定保持できる。

一実施形態では、図４に示すように、一対の連結具２４が一対の板状部材１２の上端部の両端に装着される。これによって、一対の板状部材１２を所望の姿勢に安定支持できる。

一実施形態では、図１に示すように、ファン取付けステップＳ１８をさらに備える。ファン取付けステップＳ１８では、図５に示すように、１以上のファン２６を連結具２４に取り付け、１以上のファン２６を一対の板状部材間に位置させる。
この実施形態によれば、ファン２６を連結具２４に取り付けることで、連結具２４を一対の板状部材１２の位置決め冶具としてだけでなく、ファン２６の支持部としも兼用できる。これによって、熱交換ユニット１０の組立て工程を簡素化できる。

一実施形態では、固定ステップＳ１６において、一対の連結具２４だけでなく、一対の連結具２４の中間で一対の板状部材１２の上端部に、ファン固定専用の固定冶具２８を取り付ける。
これによって、複数のファン２６を一対の板状部材１２の上部に安定して取り付けできる。

一実施形態では、図１に示すように、側面パネル取付けステップＳ２０をさらに備える。側面パネル取付けステップＳ２０では、図４に示すように、拘束ステップＳ１４で拘束された一対の板状部材間で一対の板状部材１２の長手方向両端に形成される開口ｏを遮断する側面パネル３０を取り付ける。
この実施形態によれば、一対の板状部材間で一対の板状部材１２の長手方向両端に形成される開口ｏを側面パネル３０で遮断することで、熱交換ユニット１０の稼働時にパネル状熱交換器を通り抜けて一対の板状部材間を通る空気流路を形成できる。これによって、熱交換ユニット１０の空気との熱交換効率を向上できる。
図４及び図５では、一対の板状部材１２の両側に形成される一対の開口ｏのうち一方の開口ｏのみを側面パネル３０で遮蔽しているが、もう一方の開口ｏにも側面パネル３０を取り付ける。

一実施形態では、図４に示すように、側面パネル３０の上辺は連結具２４によって固定される。このように、連結具２４は側面パネル３０を開口ｏに固定する冶具としても兼用される。これによって、側面パネル取付けステップＳ２０を簡素化できる。

一実施形態では、図１に示すように、ドレンパン取付けステップＳ２２をさらに備える。ドレンパン取付けステップＳ２２では、図５に示すように、枠体１６にドレンパン３２を取り付ける。
この実施形態によれば、枠体１６にドレンパン３２を取り付けることで、熱交換ユニット１０の稼働時に、パネル状熱交換器の外表面に付着した凝縮水が下方へ滴下したドレンをドレンパン３２で受け、熱交換ユニット１０から排出させることができる。
また、枠体１６をそのまま一対の板状部材１２及びドレンパン３２の支持部として使うことができ、熱交換ユニット１０の製造を簡素化かつ低コスト化できる。
熱交換ユニット１０の組立て後、支持治具２２（２２ａ、２２ｂ）は除去される。

一実施形態では、図５に示すように、熱交換ユニット１０はヒートポンプユニット４０に組み込まれる。ヒートポンプユニット４０は、箱形ケーシング４２の内部で上部領域に熱交換ユニット１０が設けられ、下部領域にヒートポンプサイクル構成機器４４が設けられる。
熱交換ユニット１０では、一対の板状部材１２（１２ａ、１２ｂ）の少なくとも一方はパネル状熱交換器で構成される。箱形ケーシング４２の上部領域の正面４２ａ及び背面４２ｂにおいて、少なくとも内側にパネル状熱交換器が設けられる領域に空気取込口４６が形成され、ファン２６に空気流出口４８が形成される。

箱形ケーシング４２の内部に、空気取込口４６からパネル状熱交換器を通り抜け、空気流出口４８に至る空気流路が形成され、ファン２６が稼働することで該空気流路を通る空気流ａが形成される。
空気流ａを形成することで、パネル状熱交換器の伝熱管を流れる熱交換媒体ｒと空気との熱交換性能を向上できる。

図６は、ヒートポンプユニット４０のヒートポンプサイクル構成機器４４を示す。
図６において、熱交換媒体循環路５０に圧縮機５２などのヒートポンプサイクル構成機器４４が設けられている。ヒートポンプサイクル構成機器４４は、圧縮機５２の外、凝縮器５４、膨張弁５６及びパネル状熱交換器で構成された板状部材１２を含む。
さらに、熱交換媒体導入管５８が凝縮器５４の下流側で高圧域の熱交換媒体循環路５０に接続され、熱交換媒体排出管６０が膨張弁５６の下流側で低圧域の熱交換媒体循環路５０に接続され、熱交換媒体導入管５８及び熱交換媒体排出管６０が接続される熱交換媒体タンク６２を備える。

一実施形態では、図６に示すように、圧縮機５２で圧縮された熱交換媒体は凝縮器５４で冷却水路６４を流れる冷却水によって冷却される。冷却水路６４には冷却水を凝縮器５４に送る冷却水ポンプ６５が設けられる。凝縮器５４で冷却された熱交換媒体は液ガス熱交換器６６でパネル状熱交換器（板状部材１２）から送られる熱交換媒体と熱交換して冷却された後、膨張弁５６を経て減圧される。

膨張弁５６を経て減圧された熱交換媒体は、パネル状熱交換器で空気を熱源として気化する。図７に示すように、パネル状熱交換器は複数の伝熱管７４がパネル状に配列されており、ファン２６によって複数の伝熱管７４の間を通る空気流ａが形成される。パネル状熱交換器で気化した熱交換媒体は、液ガス熱交換器６６で凝縮器５４から送られる熱交換媒体と熱交換して加熱され過熱状態となって圧縮機５２に送られ圧縮される。

一実施形態では、第１開閉弁６７及び第２開閉弁６８の開閉動作により、熱交換媒体循環路５０の熱交換媒体の一部を熱交換媒体タンク６２に貯留し、あるいは熱交換媒体タンク６２に貯留された熱交換媒体を熱交換媒体循環路５０に戻すことで、熱交換媒体循環路５０を流れる熱交換媒体の流量を調整できる。
ヒートポンプユニット４０では、凝縮器５４で加熱された温水を熱源として需要先に供給できる。

一実施形態では、熱交換媒体が圧縮機５２の出口側で超臨界状態となる熱交換媒体（例えばＣＯ_２）が用いられる。かかる熱交換媒体を用いることで、９０℃程度の温水を生成できる。この実施形態では、凝縮器５４としてガスクーラを用いる。

一実施形態によれば、パネル状熱交換器を有する熱交換ユニットにおいて、熱交換ユニットを組み立てる場合の作業員の作業負担の軽減と作業の効率化を達成できる。

１０ 熱交換ユニット
１２（１２ａ、１２ｂ） 板状部材
１４ 基礎
１６ 枠体
１６ａ 底部
１６ｂ 側部
１７ 篏合部
１８ 拘束治具
２０ 架台
２２（２２ａ、２２ｂ） 支持治具
２３ａ 支柱
２３ｂ 当て部
２４ 連結具
２６ ファン
２８ 固定冶具
３０ 側面パネル
３２ ドレンパン
４０ ヒートポンプユニット
４２ 箱形ケーシング
４２ａ 正面
４２ｂ 背面
４４ ヒートポンプサイクル構成機器
４６ 空気取込み口
４８ 空気流出口
５０ 熱交換媒体循環路
５２ 圧縮機
５４ 凝縮器
５６ 膨張弁
５８ 熱交換媒体導入管
６０ 熱交換媒体排出管
６２ 熱交換媒体タンク
６４ 冷却水路
６５ 冷却水ポンプ
６６ 液ガス熱交換器
６７ 第１開閉弁
６８ 第２開閉弁
７０、７２ 支持板
７４（７４ａ、７４、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７４ｆ、７４ｇ、７４ｈ、７４ｉ、７４ｊ） 伝熱管
７６ 入口ヘッダ
７８ 出口ヘッダ
８０ フレーム
ａ 空気流
ｏ 開口
ｒ 熱交換媒体

Claims (6)

1. 少なくとも一方がパネル状熱交換器である一対の板状部材間の間隔が下方に向かうにつれて小さくなるように、前記一対の板状部材をそれぞれ上下方向に沿ってＶ字形状に配置する配置ステップと、
   前記Ｖ字形状に配置された前記一対の板状部材の下端部を枠体の嵌合部に嵌合させる嵌合ステップと、
   前記Ｖ字形状に配置された前記一対の板状部材間の前記間隔が広がらないように、前記枠体の前記嵌合部に嵌合される前記一対の板状部材の前記下端部よりも上方において、前記Ｖ字形状に配置された前記一対の板状部材を拘束治具により拘束する拘束ステップと、
   を備えることを特徴とする熱交換ユニットの組立て方法。
2. 前記拘束ステップでは、前記熱交換ユニットの基礎に支持され、前記Ｖ字形状に配置された前記一対の板状部材をそれぞれ両外側から支持する支持治具を前記拘束治具として用い、前記一対の板状部材を拘束することを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニットの組立て方法。
3. 前記拘束治具により前記一対の板状部材を拘束した状態で、前記一対の板状部材の上端部間に架け渡される連結具により前記一対の板状部材を固定する固定ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換ユニットの組立て方法。
4. 前記一対の板状部材間に１以上のファンが位置するように、前記ファンを前記連結具に取り付けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の熱交換ユニットの組立て方法。
5. 前記拘束ステップで拘束された前記一対の板状部材間で前記一対の板状部材の長手方向両端に形成される開口を遮断する側面パネルを取り付けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱交換ユニットの組立て方法。
6. 前記枠体にドレンパンを取り付けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱交換ユニットの組立て方法。

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