JP2005069620A

JP2005069620A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2005069620A
Application number: JP2003302613A
Authority: JP
Inventors: Joji Sato; 穣治佐藤; Tatsuya Kikuyama; 辰也菊山
Original assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Current assignee: Toyo Radiator Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】熱交換効率の向上を図り、耐用年数を延ばすことができ、コンパクト化が可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】本発明は、内部に第１流体用流路２を形成する内管３と、内管３の外側に設けられ、内管３との間に第２流体用流路４を形成する外管５とを有する２重管式の熱交換器１において、第１流体用流路２と第２流体用流路４との境界面に漏洩検知溝８が設けられ、第１流体又は第２流体が漏洩検知溝８を介して漏出することにより、第１流体又は第２流体の漏洩を検知可能なように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は熱交換器に関し、特に、内管内を流通する流体と、内管の外側に設けられた外管内を流通する流体との間で熱交換を行う２重管式の熱交換器に関する。

従来、ヒートポンプ式給湯機、空調機、床暖房等においては、二酸化炭素やフロン等の冷媒と水との間で熱交換を行わせるために熱交換器が使用されている。この種の熱交換器では、冷媒が流通する冷媒管と水が流通する水管とを並設し、冷媒管と水管の外面同士を接触させることにより、冷媒と水との間で熱交換を行わせていた（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開昭６０−１１７０８９号公報特開平５−１９６３７７号公報特開２００１−１５３５７１号公報

ところが、上記した従来の熱交換器では、冷媒管と水管との接触面積が大きくとれないため、熱交換効率を向上させることが困難であった。また、水管の細くし、管内の水の流速を上げ、熱交換効率を改善しようとすると、水管内にスケールがたまり、水管が閉塞するおそれがあった。

さらに、上記した熱交換器では、冷媒管と水管とが並設されているため、曲げ加工が難しく、コンパクト化が図れないといった問題もあった。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、熱交換効率の向上を図り、耐用年数を延ばすことができ、コンパクト化が可能な熱交換器を提供するものである。

本発明は、内部に第１流体用流路を形成する内管と、該内管の外側に設けられ、該内管との間に第２流体用流路を形成する外管とを有する２重管式の熱交換器において、前記第１流体用流路と前記第２流体用流路との境界面に漏洩検知溝が設けられ、前記第１流体又は前記第２流体が前記漏洩検知溝を介して漏出することにより、前記第１流体又は前記第２流体の漏洩を検知可能なように構成されていることを特徴とする。

好ましくは、前記第１流体が冷媒で、前記第２流体が水である２重管式の熱交換器において、前記外管の曲げ半径が該外管の内径の３倍以上となるように形成されている。

また、前記第１流体が冷媒で、前記第２流体が水である２重管式の熱交換器において、前記冷媒用流路の断面積に対する前記水用流路の断面積の割合が３．５〜２４．５の範囲となるように形成されていてもよい。

さらに、前記第１流体が冷媒で、前記第２流体が水である２重管式の熱交換器において、前記内管の内径が２．５〜６．５ｍｍの場合に前記漏洩検知溝の深さが０．０６〜０．２ｍｍの範囲となるように形成されていてもよい。

本発明によれば、熱交換効率の向上が図れ、耐用年数を延ばすことができ、コンパクト化が可能となる等種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る熱交換器の平面図を示し、図２はその断面図を示しており、本実施の形態では、本発明の一例として、ヒートポンプ給湯機等において使用される二酸化炭素やフロン等の冷媒と水との間で熱交換を行う熱交換器について説明する。

この熱交換器１は２重管式の熱交換器であり、内部に冷媒用流路２が形成された内管３と、内管３の外側に設けられ、内管３との間に水用流路４が形成された銅製の外管５とから構成され、本実施の形態の場合には内管３が２本設けられている。内管３は、銅製の冷媒管６と、冷媒管６の外周に設けられた銅製の漏洩検知管７とから構成され、冷媒管６を拡管するか、或いは、漏洩検知管７を縮管することにより、冷媒管６と漏洩検知管７は密着されている。また、漏洩検知管７の内面には、配管方向に沿って多数の漏洩検知溝８が形成されており、漏洩検知溝８内には空気層が形成されている。さらに、漏洩検知溝８は外部に設けられた漏洩検知センサー（図示せず）に接続されており、内管３又は外管５から漏洩した冷媒又は水は漏洩検知溝８を介して外部の漏出し、前記漏洩検知センサーにより検知されるようになっている。

このように、熱交換器１は内管３と外管５の２重管により形成され、冷媒と水とが、熱伝導性の良い銅製で且つ密着された冷媒管６と漏洩検知管７を介して熱交換されるようになっているため、熱交換効率を向上させることできる。また、例え、腐食等により冷媒管６や漏洩検知管７に孔や亀裂が生じ、冷媒や水が漏洩したとしても、その漏洩を漏洩検知溝８を介して確実に検知することができ、さらに、冷媒と水との間には冷媒管６と漏洩検知管７により２重に境界壁が形成されており、いずれか一方に孔や亀裂等の欠陥が発生したしても、冷媒と水が互いに混入し合うおそれがない。したがって、熱交換器１の信頼性を高く維持することができる。また、熱交換器１が２重管式となっているため、曲げ加工が容易にでき、製造コストの低減化が可能となると共に、コンパクト化を図ることができる。

外管５は曲がり部９の曲げ半径Ｒが大きくなる程、水中のスケールにより外管５が閉塞する迄の年数が長くなる傾向があり、具体的には、図３に示されているように、外管５の内径を７．９〜２１．０ｍｍとした場合、外管５の曲げ半径Ｒが外管５の内径の３．１倍以上になると、スケールにより外管５が閉塞する迄の年数が１０年を超えることが分かった。したがって、外管５の曲げ半径Ｒをこの程度、例えば、外管５の内径の３倍程度に設定することにより、熱交換器１の耐用年数を十分延ばすことができる。

また、図４に示されているように、外管５の内径を７．９〜２１．０ｍｍとした場合、熱交換器１の熱交換効率は、冷媒用流路２の断面積に対する水用流路４の断面積の割合が高くなる程低下し、スケールにより外管５が閉塞する迄の年数は、前記割合が所定値、具体的には約１０になる迄は長くなり、それ以降は変化しないことが分かった。具体的には、冷媒用流路２の断面積に対する水用流路４の断面積の割合が３．５〜２４．５の範囲にあれば、熱交換効率が許容値以上となり、且つスケールにより外管５が閉塞する迄の年数が１０年以上となることが分かった。したがって、冷媒用流路２の断面積に対する水用流路４の断面積の割合をこの範囲に設定することにより、熱交換効率を許容値以上に保持しつつ、熱交換器１の耐用年数を延ばすことができる。

さらに、図５及び図６に示されているように、冷媒管６の内径を２．５〜６．５ｍｍ、漏洩検知管７の溝底部分の肉厚Ｔを耐食性及び使用圧力によって０．５５ｍｍ以上、漏洩検知溝８の山頂角αを５〜５０°、漏洩検知溝８の流れ方向の捩れ角、すなわちリード角を０〜１５°、漏洩検知溝８の数を３０〜７０個とした場合、熱交換器１の熱交換効率は、漏洩検知溝８の深さＨが深くなる程低下し、漏洩を検知できる割合（以下、漏洩検知度と称す）は、前記深さＨが所定値、具体的には０．０６ｍｍになると１００％に達し、それ以降は１００％を保持することが分かった。具体的には、漏洩検知溝８の深さＨが０．０６〜０．２０の範囲にあれば、熱交換効率が許容値以上となり、且つ漏洩検知度が１００％となることが分かった。したがって、漏洩検知溝８の深さＨをこの範囲に設定することにより、熱交換効率を許容値以上に保持しつつ、漏洩検知度を高く維持することができ、熱交換器１の信頼性の向上を図ることができる。なお、上記した漏洩検知管７の溝底部分の肉厚Ｔ、漏洩検知溝８の山頂角α、漏洩検知溝８のリード角、漏洩検知溝８の数等の条件は、あくまでも目安であり、これらの範囲に含まれない他の条件を排除するものではない。

なお、上記実施の形態においては、漏洩検知溝８は漏洩検知管７の内面に形成されているが、漏洩検知溝８を冷媒管６の外面に形成させ、その外側に水用の内管を密着させるようにしてもよい。

また、漏洩検知方法は、前記漏洩検知センサーに限らず、例えば、目視等で検知するようにしてもよい。

さらに、外管５、冷媒管６、漏洩検知管７の材質は、熱伝導性の良好な材質であれば、銅以外の材質であってもよく、また、冷媒管６の設置数は２本に限定するものではなく、１本であってもよい。

さらにまた、上記実施の形態では、冷媒と水との間で熱交換する場合について説明したが、これは単なる例示であり、本発明は、例えば、水と水との間で熱交換する場合等、他の流体間で熱交換する場合にも、適用可能である。

本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す断面図である。本発明の実施の形態における外管の曲げ半径とスケールによる外管の閉塞年数との関係を示す図である。本発明の実施の形態における冷媒用流路の断面積に対する水用流路の断面積の割合と熱交換効率及びスケールによる外管の閉塞年数との関係を示す図である。本発明の実施の形態における漏洩検知管を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態における漏洩検知溝の深さと熱交換効率及び漏洩検知度との関係を示す図である。

符号の説明

１熱交換器
２冷媒用流路
３内管
４水用流路
５外管
８漏洩検知溝

Claims

内部に第１流体用流路を形成する内管と、該内管の外側に設けられ、該内管との間に第２流体用流路を形成する外管とを有する２重管式の熱交換器において、
前記第１流体用流路と前記第２流体用流路との境界面に漏洩検知溝が設けられ、前記第１流体又は前記第２流体が前記漏洩検知溝を介して漏出することにより、前記第１流体又は前記第２流体の漏洩を検知可能なように構成されていることを特徴とする熱交換器。
前記第１流体が冷媒で、前記第２流体が水である請求項１に記載の２重管式の熱交換器において、
前記外管の曲げ半径が該外管の内径の３倍以上となるように形成されている熱交換器。
前記第１流体が冷媒で、前記第２流体が水である請求項１に記載の２重管式の熱交換器において、
前記冷媒用流路の断面積に対する前記水用流路の断面積の割合が３．５〜２４．５の範囲となるように形成されている熱交換器。
前記第１流体が冷媒で、前記第２流体が水である請求項１に記載の２重管式の熱交換器において、
前記内管の内径が２．５〜６．５ｍｍの場合に前記漏洩検知溝の深さが０．０６〜０．２ｍｍの範囲となるように形成されている熱交換器。