JP2003202194A

JP2003202194A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2003202194A
Application number: JP2002003164A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Shibata; 豊柴田; Haruo Nakada; 春男中田; Kazunari Kasai; 一成笠井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器の取り扱いを容易ならしめるととも
に、冷媒通路から水通路への伝熱性能を向上させ得るよ
うにする。【解決手段】水通路２を構成する芯管１と、該芯管１
の内周面に設けられ、前記水通路２の通路断面積よりも
小さな通路断面積を有する冷媒通路４，４・・を構成す
る複数の細管３，３・・とを備えて構成するとともに、
前記細管３，３・・を、前記芯管１の内壁に沿って長手
方向に平行に配設するようにして、従来構造のもののよ
うに取り扱いに注意する必要がなくなるようにするとと
もに、伝熱性能の向上をも図り得るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、給湯機用熱交換
器として利用されるものであって、水と冷媒（例えば、
二酸化炭素）とを熱交換させるための熱交換器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から良く知られている、例えばヒー
トポンプ式給湯機等の給湯機用熱交換器に用いられる熱
交換器としては、水が流通する内管と、冷媒が流通する
外管との二重管からなり、これを長円形状に巻成するこ
とにより多数の段数重ね合わせて熱交換器本体を構成し
た二重管式熱交換器がある。

【０００３】このような二重管式熱交換器の場合、水が
流通する内管に腐食によって孔が空くと、水と冷媒とが
まざりあってしまうため、当該水の漏洩を検知して、給
湯装置の運転を停止する必要があった。そこで、前記内
管の外側に内管から漏洩した水を導く漏洩検知溝を有す
る漏洩検知管を設け、水の漏洩をいち早く検知するよう
にしていた。このような構成とすると、実質的に熱交換
器が、内管、漏洩検知管および外管の三重管により構成
されることになり、長円形状への曲げ加工が困難で、部
品点数も多いために製造工程が複雑化するとともに、コ
ストの増大を免れがたいという問題があった。

【０００４】そこで、上記のような給湯機用の熱交換器
として、例えば図１１および図１２に示すように、水通
路２を構成する芯管１の外周に、冷媒通路４，４・・を
構成し、前記水通路２よりも通路断面積が小さい細管
３，３・・を長手方向に平行に配設したものが既に開発
されている。

【０００５】このような構成にすれば、水通路２を構成
する芯管１側に孔が空いても、細管３，３・・側に孔が
空かない限り冷媒通路４，４・・側に水が侵入する恐れ
はないし、また細管３，３・・の間の芯管１外周面にお
ける水の漏出状態から容易に水の漏洩を検知できるか
ら、上述のような漏洩検知管も不要になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な構成の熱交換器の場合、芯管１の外周側に配設された
細管３，３・・が外部に露出した凸部として存在するこ
ととなるため、当該部分を破損しないように注意しなけ
ればならないという問題があった。また、水通路２と冷
媒通路４との間に芯管１の肉厚と細管３の肉厚とが存在
することとなるため、伝熱性能の向上に限界があった。

【０００７】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、細管を芯管の内周側に配設することにより、熱交
換器の取り扱いを容易ならしめるとともに、冷媒通路か
ら水通路への伝熱性能を向上させ得るようにすることを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記課題を解決するための手段として、水通路２を構成す
る芯管１と、該芯管１の内周面に設けられ、前記水通路
２の通路断面積よりも小さな通路断面積を有する冷媒通
路４，４・・を構成する複数の細管３，３・・とを備え
て構成するとともに、該細管３，３・・を、前記芯管１
の内壁に沿って長手方向に平行に配設するようにしてい
る。

【０００９】上記のように構成したことにより、細管
３，３・・が芯管１の内壁に沿って配設され、芯管１の
外周側には凸部が存在しなくなる。従って、従来構造の
もののように取り扱いに注意する必要がなくなる。ま
た、細管３，３・・内を流れる冷媒は、芯管１を介して
水と接触するばかりでなく、細管３，３・・の壁面を介
しても水と接触することとなり、伝熱性能が向上するこ
ととなる。

【００１０】請求項２の発明では、上記課題を解決する
ための手段として、水通路２を構成する芯管１と、該芯
管１の内周面に設けられ、前記水通路２の通路断面積よ
りも小さな通路断面積を有する冷媒通路４，４・・を構
成する複数の細管３，３・・とを備えて構成するととも
に、該細管３，３・・を、前記芯管１の内壁に沿って螺
旋状に配設するようにしている。

【００１１】上記のように構成したことにより、細管
３，３・・が芯管１の内壁に沿って配設され、芯管１の
外周側には凸部が存在しなくなる。従って、従来構造の
もののように取り扱いに注意する必要がなくなる。ま
た、細管３，３・・内を流れる冷媒は、芯管１を介して
水と接触するばかりでなく、細管３，３・・の壁面を介
しても水と接触することとなり、伝熱性能が向上するこ
ととなる。しかも、細管３，３・・を、芯管１の内壁に
沿って螺旋状に配設したことにより、水側の伝熱促進を
図ることができることとなり、さらに伝熱性能を向上さ
せることができる。

【００１２】請求項３の発明におけるように、請求項１
および２のいずれか一項記載の熱交換器において、前記
細管３，３・・を、前記芯管１の周方向に等間隔に配設
した場合、冷媒から水への伝熱が周方向に均等に得られ
ることとなり、伝熱効率が向上する。

【００１３】請求項４の発明におけるように、請求項
１、２および３のいずれか一項記載の熱交換器におい
て、前記芯管１の肉厚を、前記各細管３の肉厚より薄く
設定した場合、水による腐食が進行して、細管３に穴が
空いて水と冷媒とが混合する前に、芯管１に穴が空いて
水が外部へ漏れ出るので、これを検知することで漏洩検
知機構として作用させることができる。従って、水と冷
媒とが混合するのを確実に防止することができる。

【００１４】請求項５の発明におけるように、請求項
１、２、３および４のいずれか一項記載の熱交換器にお
いて、前記細管３，３・・と前記芯管１とを、相互に独
立した別体の管状部材により構成するとともに、前記細
管３，３・・を前記芯管１の内壁に接合一体化するよう
にした場合、一般的な銅管の組み合わせにより製造でき
るため、特殊な加工設備が不要となり、製造コストを低
減できる。

【００１５】請求項６の発明におけるように、請求項
１、２、３および４のいずれか一項記載の熱交換器にお
いて、前記細管３，３・・と前記芯管１とを一体成形品
により構成した場合、加工工程（例えば、接合工程）を
省略できるとともに、接合材料（例えば、ロウ材やハン
ダなど）も不要となるため、製造コストをより低減でき
る。また、接合部を有しないので、全体としての強度も
向上する。

【００１６】請求項７の発明におけるように、請求項
１，２，３，４，５および６のいずれか一項記載の熱交
換器において、前記冷媒通路４，４・・を流れる冷媒を
二酸化炭素とした場合、二酸化炭素（ＣＯ₂）は、冷媒
として圧損の影響が比較的小さいという特徴をもつの
で、冷媒通路４，４・・を構成する細管３，３・・を細
径化した時に好都合となり、その能力を一層有効に向上
させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳細に説明
する。

【００１８】第１の実施の形態図１および図２には、本願発明の第１の実施の形態にか
かる熱交換器の要部が示されている。

【００１９】この熱交換器は、水通路２を構成する芯管
１と、該芯管１の内周面に設けられ、前記水通路２の通
路断面積よりも小さな通路断面積を有する冷媒通路４，
４・・を構成する複数の細管３，３・・とを備えて構成
されており、該細管３，３・・は、前記芯管１の内壁に
沿って長手方向に平行に配設されている。そして、前記
芯管１により構成された水通路２には水Ｗが流されると
ともに、前記細管３，３・・により構成された冷媒通路
４，４・・には冷媒Ｘ（例えば、二酸化炭素）が前記水
Ｗと対向する方向に流されることとなっており、例えば
高温の冷媒Ｘと水Ｗとの熱交換によって水Ｗが温水とさ
れることとなっている。

【００２０】また、前記細管３，３・・と前記芯管１と
は、相互に独立した別体の管状部材（例えば、銅製の円
管部材）により構成され、前記細管３，３・・は、前記
芯管１の内壁に対してロウ付けあるいはハンダ付け等に
よって接合一体化されている。

【００２１】このように構成すると、細管３，３・・が
芯管１の内壁に沿って配設され、芯管１の外周側には凸
部が存在しなくなるため、従来構造のもののように取り
扱いに注意する必要がなくなるし、細管３，３・・内を
流れる冷媒Ｘは、芯管１を介して水Ｗと接触するばかり
でなく、細管３，３・・の壁面を介しても水Ｗと接触す
ることとなり、伝熱性能が向上することとなる。しか
も、相互に独立した別体の管状部材（例えば、銅製の円
管部材）により構成された芯管１と細管３，３・・と
を、ロウ付けあるいはハンダ付け等によって接合一体化
するようにしたことにより、一般的な銅管の組み合わせ
により製造できることとなる。従って、特殊な加工設備
が不要となり、製造コストを低減できる。

【００２２】また、前記細管３，３・・は、前記芯管１
の周方向に等間隔に配設されている。このように構成す
ると、冷媒Ｘから水Ｗへの伝熱が周方向に均等に得られ
ることとなり、伝熱効率が向上する。

【００２３】さらに、前記芯管１の肉厚をｔ₁、前記各
細管３の肉厚をｔ₂とすると、ｔ₁＜ｔ₂となるように設
定されている。このように構成すると、水Ｗによる腐食
が進行して、細管３に穴が空いて水Ｗと冷媒Ｘとが混合
する前に、芯管１に穴が空いて水Ｗが外部へ漏れ出るこ
ととなり、これを検知することで漏洩検知機構として作
用させることができる。従って、水Ｗと冷媒Ｘとが混合
するのを確実に防止することができる。

【００２４】ところで、本実施の形態においては、細管
３内を流れる冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ₂）を用い
ているが、二酸化炭素（ＣＯ₂）は、冷媒として圧損の
影響が比較的小さいという特徴をもつので、冷媒通路
４，４・・を構成する細管３，３・・を細径化した時に
好都合となり、その能力を一層有効に向上させることが
できる。

【００２５】第２の実施の形態図３には、本願発明の第２の実施の形態にかかる熱交換
器の要部が示されている。

【００２６】この場合、円管形状の細管３，３・・と円
管形状の芯管１とは、一体成形品（例えば、引き抜き成
形品）により構成されている。このように構成すると、
加工工程（例えば、接合工程）を省略できるとともに、
接合材料（例えば、ロウ材、ハンダ等）も不要となるた
め、製造コストをより低減できる。また、接合部を有し
ないので、全体としての強度も向上する。その他の構成
および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様な
ので説明を省略する。

【００２７】第３の実施の形態図４には、本願発明の第３の実施の形態にかかる熱交換
器の要部が示されている。

【００２８】この場合、各細管３は、断面四角形形状と
されており、芯管１と一体に成形されている。このよう
に構成すると、加工工程（例えば、接合工程）を省略で
きるとともに、接合材料（例えば、ロウ材、ハンダ等）
も不要となるため、製造コストをより低減できる。ま
た、接合部を有しないので、全体としての強度も向上す
る。なお、第１の実施の形態におけると同様に、細管３
と芯管１とを、相互に独立した別体の断面四角形形状の
管状部材により構成し、前記細管３，３・・を、前記芯
管１の内壁に対してロウ付けあるいはハンダ付け等によ
って接合一体化するようにしてもよい。その他の構成お
よび作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なの
で説明を省略する。

【００２９】第４の実施の形態図５には、本願発明の第４の実施の形態にかかる熱交換
器の要部が示されている。

【００３０】この場合、各細管３は、断面三角形形状と
されており、芯管１と一体に成形されている。このよう
に構成すると、加工工程（例えば、接合工程）を省略で
きるとともに、接合材料（例えば、ロウ材、ハンダ等）
も不要となるため、製造コストをより低減できる。ま
た、接合部を有しないので、全体としての強度も向上す
る。なお、第１の実施の形態におけると同様に、細管３
と芯管１とを、相互に独立した別体の断面三角形形状の
管状部材により構成し、前記細管３，３・・を、前記芯
管１の内壁に対してロウ付けあるいはハンダ付け等によ
って接合一体化するようにしてもよい。その他の構成お
よび作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なの
で説明を省略する。

【００３１】第５の実施の形態図６には、本願発明の第４の実施の形態にかかる熱交換
器の要部が示されている。

【００３２】この場合、各細管３は、断面三角形形状と
されており、芯管１と一体に成形されていて、前記芯管
１の内壁に沿って周方向に等間隔で螺旋状に配設されて
いる。このように構成すると、水側の伝熱促進を図るこ
とができることとなり、さらに伝熱性能を向上させるこ
とができる。また、加工工程（例えば、接合工程）を省
略できるとともに、接合材料（例えば、ロウ材、ハンダ
等）も不要となるため、製造コストをより低減できる。
また、接合部を有しないので、全体としての強度も向上
する。なお、第１の実施の形態におけると同様に、細管
３と芯管１とを、相互に独立した別体の断面三角形形状
の管状部材により構成し、前記細管３，３・・を、前記
芯管１の内壁に対してロウ付けあるいはハンダ付け等に
よって接合一体化するようにしてもよい。また、各細管
３の断面形状は、三角形以外（例えば、円形あるいは四
角形等）とすることもできる。その他の構成および作用
効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を
省略する。

【００３３】ところで、上記各実施の形態において説明
した熱交換器Ａの全体形状は、図７に示す蛇行形状、図
８に示す渦巻き形状あるいは図９および図１０に示す二
段渦巻き形状とすることができる。

【００３４】なお、上記各実施の形態においては、細管
の断面形状が円形、四角形、三角形のものについて説明
したが、細管の断面形状は、上記以外のものとすること
もできる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、水通路２を構
成する芯管１と、該芯管１の内周面に設けられ、前記水
通路２の通路断面積よりも小さな通路断面積を有する冷
媒通路４，４・・を構成する複数の細管３，３・・とを
備えて構成するとともに、該細管３，３・・を、前記芯
管１の内壁に沿って長手方向に平行に配設するようにし
て、細管３，３・・が芯管１の内壁に沿って配設され、
芯管１の外周側には凸部が存在しなくなるようにしたの
で、従来構造のもののように取り扱いに注意する必要が
なくなるという効果がある。また、細管３，３・・内を
流れる冷媒は、芯管１を介して水と接触するばかりでな
く、細管３，３・・の壁面を介しても水と接触すること
となるため、伝熱性能が向上するという効果もある。

【００３６】請求項２の発明によれば、水通路２を構成
する芯管１と、該芯管１の内周面に設けられ、前記水通
路２の通路断面積よりも小さな通路断面積を有する冷媒
通路４，４・・を構成する複数の細管３，３・・とを備
えて構成するとともに、該細管３，３・・を、前記芯管
１の内壁に沿って螺旋状に配設するようにして、細管
３，３・・が芯管１の内壁に沿って配設され、芯管１の
外周側には凸部が存在しなくなるようにしたので、従来
構造のもののように取り扱いに注意する必要がなくなる
という効果がある。また、細管３，３・・内を流れる冷
媒は、芯管１を介して水と接触するばかりでなく、細管
３，３・・の壁面を介しても水と接触することとなるた
め、伝熱性能が向上するという効果もある。しかも、細
管３，３・・を、芯管１の内壁に沿って螺旋状に配設し
たことにより、水側の伝熱促進を図ることができること
となり、さらに伝熱性能を向上させることができるとい
う効果もある。

【００３７】請求項３の発明におけるように、請求項１
および２のいずれか一項記載の熱交換器において、前記
細管３，３・・を、前記芯管１の周方向に等間隔に配設
した場合、冷媒から水への伝熱が周方向に均等に得られ
ることとなり、伝熱効率が向上する。

【００３８】請求項４の発明におけるように、請求項
１、２および３のいずれか一項記載の熱交換器におい
て、前記芯管１の肉厚を、前記各細管３の肉厚より薄く
設定した場合、水による腐食が進行して、細管３に穴が
空いて水と冷媒とが混合する前に、芯管１に穴が空いて
水が外部へ漏れ出るので、これを検知することで漏洩検
知機構として作用させることができる。従って、水と冷
媒とが混合するのを確実に防止することができる。

【００３９】請求項５の発明におけるように、請求項
１、２、３および４のいずれか一項記載の熱交換器にお
いて、前記細管３，３・・と前記芯管１とを、相互に独
立した別体の管状部材により構成するとともに、前記細
管３，３・・を前記芯管１の内壁に接合一体化するよう
にした場合、一般的な銅管の組み合わせにより製造でき
るため、特殊な加工設備が不要となり、製造コストを低
減できる。

【００４０】請求項６の発明におけるように、請求項
１、２、３および４のいずれか一項記載の熱交換器にお
いて、前記細管３，３・・と前記芯管１とを一体成形品
により構成した場合、加工工程（例えば、接合工程）を
省略できるとともに、接合材料（例えば、ロウ材やハン
ダ等）も不要となるため、製造コストをより低減でき
る。また、接合部を有しないので、全体としての強度も
向上する。

【００４１】請求項７の発明におけるように、請求項
１，２，３，４，５および６のいずれか一項記載の熱交
換器において、前記冷媒通路４，４・・を流れる冷媒を
二酸化炭素とした場合、二酸化炭素（ＣＯ₂）は、冷媒
として圧損の影響が比較的小さいという特徴をもつの
で、冷媒通路４，４・・を構成する細管３，３・・を細
径化した時に好都合となり、その能力を一層有効に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる熱交換器
の要部を示す斜視図である。

【図２】本願発明の第１の実施の形態にかかる熱交換器
の断面図である。

【図３】本願発明の第２の実施の形態にかかる熱交換器
の断面図である。

【図４】本願発明の第３の実施の形態にかかる熱交換器
の断面図である。

【図５】本願発明の第４の実施の形態にかかる熱交換器
の断面図である。

【図６】本願発明の第５の実施の形態にかかる熱交換器
の断面図である。

【図７】本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器の全
体形状の一つの例を示す平面図である。

【図８】本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器の全
体形状の他の一つの例を示す平面図である。

【図９】本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器の全
体形状の他のもう一つの例を示す平面図である。

【図１０】本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器の
全体形状の他のもう一つの例を示す側面図である。

【図１１】従来の熱交換器の要部を示す斜視図である。

【図１２】従来の熱交換器の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

１は芯管、２は水通路、３は細管、４は冷媒通路、Ｗは
水、Ｘは冷媒。

フロントページの続き (72)発明者笠井一成大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内Ｆターム(参考） 3L036 AA05 3L103 AA35 BB43 DD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水通路（２）を構成する芯管（１）と、
該芯管（１）の内周面に設けられ、前記水通路（２）の
通路断面積よりも小さな通路断面積を有する冷媒通路
（４），（４）・・を構成する複数の細管（３），
（３）・・とを備え、該細管（３），（３）・・を、前
記芯管（１）の内壁に沿って長手方向に平行に配設した
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】水通路（２）を構成する芯管（１）と、
該芯管（１）の内周面に設けられ、前記水通路（２）の
通路断面積よりも小さな通路断面積を有する冷媒通路
（４），（４）・・を構成する複数の細管（３），
（３）・・とを備え、該細管（３），（３）・・を、前
記芯管（１）の内壁に沿って螺旋状に配設したことを特
徴とする熱交換器。
【請求項３】前記細管（３），（３）・・を、前記芯
管（１）の周方向に等間隔に配設したことを特徴とする
請求項１および２のいずれか一項記載の熱交換器。
【請求項４】前記芯管（１）の肉厚を、前記各細管
（３）の肉厚より薄く設定したことを特徴とする前記請
求項１、２および３のいずれか一項記載の熱交換器。
【請求項５】前記細管（３），（３）・・と前記芯管
（１）とを、相互に独立した別体の管状部材により構成
するとともに、前記細管（３），（３）・・を前記芯管
（１）の内壁に接合一体化したことを特徴とする前記請
求項１、２、３および４のいずれか一項記載の熱交換
器。
【請求項６】前記細管（３），（３）・・と前記芯管
（１）とを一体成形品により構成したことを特徴とする
前記請求項１、２、３および４のいずれか一項記載の熱
交換器。
【請求項７】前記冷媒通路（４），（４）・・を流れ
る冷媒を二酸化炭素としたことを特徴とする前記請求項
１，２，３，４，５および６のいずれか一項記載の熱交
換器。