JP2005009832A

JP2005009832A - 二重管式熱交換器

Info

Publication number: JP2005009832A
Application number: JP2003176926A
Authority: JP
Inventors: Tadao Otani; 忠男大谷; Manabu Kagawa; 学香川
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】コンパクトで熱交換率の高い二重管式熱交換器を提供する。
【解決手段】外管１２は、外管端部１２ａ、１２ｂを有し、可撓性を持たせるため、それぞれ同一の所定のピッチｐを有する第１のスパイラル１２ｃと第２のスパイラル１２ｄとを互いに組み合わせた２条のスパイラル状コルゲート管から構成される。このことにより、平滑管と比べ、曲げ加工性が良くなるので、熱交換器をコイル状にする場合など平滑管では曲げることが困難な小さい曲げが要求される配管などに使用できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内管と外管とからなる二重管式熱交換器、特にコンパクトな二重管式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の給湯装置を示す。この給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、電子膨張弁３、および外気を熱源とする熱源側熱交換器４からなる冷媒サイクルＡと、給湯用熱交換器２、給水ポンプ５、及び給湯タンク６からなる給湯サイクルＢとから構成されている。給湯装置は、冷媒（例えば炭酸ガス）を熱源側熱交換器４で空気により加熱し圧縮機１で加圧して高温にする。給湯装置は、給湯用熱交換器２で、圧縮機１からの高温冷媒により給水ポンプ５からの水を加熱して湯とし、この湯を給湯タンク６に貯蔵して供給する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図７は、上述の給湯装置における給湯用熱交換器２として使用される二重管式熱交換器を示す。図７において、二重管式熱交換器２は、炭酸ガス等の冷媒が流れる入口１４と出口１６を有する銅等の内管１１、内管１１の周囲に同心状に配置され、内管との間に水が流れる出口１５と入口１７を有する銅等の外管１２、及び、バンド１３からなる。また、図７に示すように、熱交換器をコンパクトにするため、二重管を楕円状コイルにして熱交換器としている。
【０００４】
図８は、二重管式熱交換器２が楕円状に形成されていることを明確に示している。
【０００５】
図９は、図７と図８に示す二重管式熱交換器の要部を示す一部を切除した斜視図である。図９に示すように、二重管式熱交換器は、内外管１１、１２間を流れる水Ｗの流路２０を、伝熱促進体１９で螺旋状に仕切ることによって、内外管１１、１２間の流路の流路長を増大させるとともに、この流路を流れる水Ｗの流速および乱流化を増加させ、従って内管１１内を流れる冷媒から内外管１１、１２間を流れる水Ｗへの伝熱を促進させる。
【０００６】
さらに、図９に示すように、内管１１を、内・外側管１１ａ、１１ｂの二重管から構成し、その間に漏洩検知溝１８、１８・・を設けた漏洩検知管とすることによって、内管１１の損傷などで内管１１内あるいは内管１１外の液体や気体が混合する前に漏洩検知溝１８、１８・・を通して管端に漏れ出し、この漏れを検知することで、内管１１の内外の液体や気体の混合を未然に検知できる。
【０００７】
また、図９に示すように、内管１１内に、ねじりテープやスタティックミキサーなどからなる内管用伝熱促進体２１を挿設することによって、内管１１内を流れる冷媒Ｘの流速および乱流化を増加させ、熱伝達率を促進できる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２０１２７５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の二重管式熱交換器によれば、外管１２が銅等の平滑管であるために、外管１２の径が大きい場合や、図７と図８に示すように、二重管を小さな径で楕円状コイルにする場合など、内管１１に比べ外管１２の径が大きく、曲げ加工で外管１２が潰れる、座屈するなどにより曲げ加工が困難となり、曲げ径は外管１２の数倍になってしまう。このため、コンパクトな熱交換器といえども限界があり、曲げ加工性の良い外管１２が求められていた。また、外管１２は平滑管であるため、外管１２は冷媒の攪拌作用に機能していないため、熱交換効率の向上に限界があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、曲げ加工性の良い外管を使用することによって、コンパクトで熱交換率の高い二重管式熱交換器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、炭酸ガス等の熱交換媒体あるいは水等の被熱交換媒体を通す内管と、
前記内管の外側に配置され、前記内管との間に前記被熱交換媒体あるいは前記熱交換媒体を通す外管を備え、
前記外管は波付形状により可撓性を付与されたことを特徴とする二重管式熱交換器を提供する。
【００１２】
この構成によれば、二重管式熱交換器の外管を波付形状により可撓性パイプとして曲げ加工性を大幅に改善するので、曲げ径の小さいコンパクトで低コストな熱交換器を実現できる。更に、この外管の波付形状の構造により、外管と内管の間を流れる流体が攪拌されるので、熱伝達率も大幅に向上し、極めて高効率な熱交換器を実現できる。
【００１３】
本発明の一実施の形態によれば、外管は、波付形状としてスパイラル状のコルゲート形状を有することが好ましい。
【００１４】
本発明の他の実施の形態によれば、外管は、波付形状としてリング状のコルゲート形状を有することが好ましい。
【００１５】
本発明の更に他の実施の形態によれば、外管は、銅、銅合金、ステンレス、及びチタンから選択された１つの金属によって構成されることが好ましい。
【００１６】
本発明のまた他の実施の形態によれば、内管に、漏洩検知管を使用することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る外管として使用される可撓性パイプの一実施の形態である。図１に示す本発明に係る外管１２は、外管端部１２ａ、１２ｂを有し、可撓性を持たせるため、それぞれ同一の所定のピッチｐを有する第１のスパイラル１２ｃと第２のスパイラル１２ｄとを互いに組み合わせた２条のスパイラル状コルゲート管から構成される。
【００１９】
図２は、図１に示す本発明に係る外管１２であるスパイラル状コルゲート管を用いたコンパクトな二重管式熱交換器である。図２では、二重管式熱交換器２は、炭酸ガス等の冷媒が流れる入口１４と出口１６を有する内管１１、内管１１の周囲に同心状に配置され、内管との間に水が流れる出口１５と入口１７を有するスパイラル状コルゲート外管１２、及び、バンド１３からなる。また、この実施の形態では、外管、内管とも銅からなる。ここで、図１と同一の部分は、同一の引用数字で示されているので説明は省略する。
【００２０】
図２に示す二重管式熱交換器の構成は図７に示す構成と同様であるが、外管をスパイラル状のコルゲート構造とすることによって、図８のように二重管を楕円状コイルにする場合、平滑な外管を用いた従来のものに比べ、曲げ径を大幅に小さくでき、熱交換器の大幅なコンパクト化が可能である。
【００２１】
また、可撓性パイプとして、図１に示す２条のスパイラル状コルゲート管に限らず１条、或いは３条、４条・・のコルゲート管でもよい。
【００２２】
また、上述の実施の形態では、管の材質を銅としたが、銅合金、ステンレス、チタンなどとすることができる。
【００２３】
図３は、本発明に係る外管として使用される可撓性パイプの他の実施の形態である。この実施の形態では、外管１２は、外管端部１２ａ、１２ｂを有し、可撓性を持たせるため、所定のピッチｐを有する山部１２ｅと谷部１２ｆが交互に連続するリング状コルゲート管から構成される。
【００２４】
図４は、本発明のリング状コルゲート管を示す図３の切断線ＩＶ−ＩＶについての断面図である。ここで、図３と同一の部分は、同一の引用数字で示されているので説明は省略する。
【００２５】
図４に示すように、内管１１を二重管１１ａ、１１ｂから構成し、その間に漏洩検知溝１８、１８・・を設けた漏洩検知管とすることによって、内管１１の損傷などで内管１１内あるいは内管１１外の液体や気体が混合する前に漏洩検知溝１８、１８・・を通して管端に漏れ出し、この漏れを検知することで、内管１１の内外の液体や気体の混合を未然に検知できる。
【００２６】
本発明に係る図１や図３などの可撓性パイプは、前述したように、平滑管と比べ、曲げ加工性が良いことから、熱交換器を図５に示すようなコイル状にする場合など平滑管では曲げることが困難な小さい曲げが要求される配管などに使用できる。図５のコイル状構造は図２のコイル状構造に比較して高さの増加を抑えることができる。従って、設置スペースの条件に応じて図２或いは図５のコイル状構造を選択すれば良い。図５のコイル状構造は、外管１２の内側のコイルサイズを小さくできるので、全体の平面状の面積の増大を抑えることができる。
【００２７】
さらに、本発明では、図１と図３の外管１２に示したように、パイプに可撓性を付加するためのコルゲート加工などで、外管１２の外面は凹凸ができ、この凹凸が外管と内管間を流れる流体を攪拌することで、内管外表面での熱伝達率を大きくして、熱交換効率を高めることができる。
【００２８】
なお、内管内にねじりテープ或いはスタティックミキサーなどを挿設すれば、内管内を流れる流体の熱伝達率を促進できる。同様に内外管の間に従来から使用されている伝熱促進体を設ければ、一層の熱交換効率の向上が図れる。
【００２９】
また、本発明は、炭酸ガスを冷媒とする給湯装置のみならず、他の熱交換器にも応用できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の二重管式熱交換器によれば、炭酸ガス等の冷媒を用いた給湯装置の二重管式熱交換器の外管を波付形状により可撓性パイプとしたため、曲げ径を小さくでき、熱交換器をコンパクトに、しかも波付形状に基づく攪拌作用によって熱交換効率を高効率にすることができ、コンパクト化と経済的な効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外管として使用される可撓性パイプの一実施の形態の側面図である。
【図２】本発明に係る可撓性パイプを用いた二重管式熱交換器の一実施の形態の側面図である。
【図３】本発明に係る外管として使用される可撓性パイプの他の実施の形態の側面図である。
【図４】図３に示す本発明に係る可撓性パイプの断面図である。
【図５】本発明に係る可撓性パイプを用いた二重管式熱交換器の他の実施の形態の平面図の略図である。
【図６】一般の給湯装置の回路構成図である。
【図７】給湯用熱交換器として使用される従来の二重管式熱交換器の側面図である。
【図８】給湯用熱交換器として使用される従来の二重管式熱交換器の平面図である。
【図９】従来の二重管式熱交換器の要部を示す一部を切除した斜視図である。
【符号の説明】
１．圧縮機
２．二重管式熱交換器
３．電子膨張弁
４．熱交換器
５．給水ポンプ
６．給湯タンク
１１．内管
１１ａ．内側管
１１ｂ．外側管
１２．外管
１２ａ．外管端部
１２ｂ．外管端部
１２ｃ．第１のスパイラル
１２ｄ．第２のスパイラル
１２ｅ．山部
１２ｆ．谷部
１３．バンド
１４．内管入口
１５．外管出口
１６．内管出口
１７．外管入口
１８．漏洩検知溝
１９．伝熱促進体
２０．流路
２１．伝熱促進体

Claims

炭酸ガス等の熱交換媒体あるいは水等の被熱交換媒体を通す内管と、
前記内管の外側に配置され、前記内管との間に前記被熱交換媒体あるいは前記熱交換媒体を通す外管を備え、
前記外管は波付形状により可撓性を付与されたことを特徴とする二重管式熱交換器。
前記外管は、前記波付形状としてスパイラル状のコルゲート形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
前記外管は、前記波付形状としてリング状のコルゲート形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
前記内管及び前記外管は、銅、銅合金、ステンレス、及びチタンから選択された１つの金属によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
前記内管に、漏洩検知管を使用することを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。