JP2006258378A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換性能を向上し、ヒートポンプ給湯機の運転効率を向上させることのできる熱交換器を提供すること。
【解決手段】冷媒対水用熱交換器２は外管１０と複数の内管１１によって構成されているが、ここで内管１１は外側を構成する内管１１ａと内側を構成する内管１１ｂの二重構造で形成されており、このうち外側を構成する内管１１ａの内面には流体が通過可能な漏洩検知溝１２が設けてある。また、内管１１の外表面には内管表面凸部１２、外管１０の内表面には外管表面凸部１３が設けてある。これによって、内管１１と外管１２の間を流れる水との接触面積を拡大し、内管１１内を流れる冷媒との熱交換性能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機等で高温流体と低温流体が熱交換される熱交換器に関するものである。

現在、給湯機としてはガスや電気ヒータを用いて水を加熱する方式のものが大勢的であるが、近年のエネルギー利用効率化の要望の観点からヒートポンプを利用した給湯機も徐々に一般世帯に普及していっている。

ヒートポンプ給湯機の場合、高温・高圧に加熱された冷媒と低温の水が冷媒対水用熱交換器を通じて熱交換することによって水を所定の温度の湯に加熱する。

ヒートポンプ給湯機に使用される冷媒対水用熱交換器には、二重管式熱交換器という形状のものが一般的である。これは管径の大きい外管の中に管径の小さい内管が収められており、内管内に高温流体（例えば冷媒）、内管と外管の隙間に低温流体（例えば水）が流され、熱交換を行うタイプの熱交換器である。

この熱交換器の熱交換性能の改善は、ヒートポンプ給湯機全体の効率向上、すなわち省エネに非常に大きな影響を及ぼし、各社ともさまざまな方法で熱交換性能の向上に取り組んでいる。

その方法の一つとしては、内管と外管との間に伝熱促進体を設け、熱交換性能を向上させようとしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２０１２７５号公報

しかしながら、前記特許文献１記載の熱交換器では、加工工程でのコストアップが予想される。また、寸法の精度管理が今以上に必要となる可能性が大きい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、安価に熱交換面積を拡大でき、熱交換性能を向上した熱交換器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、複数の内管と、前記複数の内管を内設する外管とによって形成され、前記内管の外表面に凸部を設けたことを特徴とするもので、高温流体と低温流体との熱交換面積の拡大を図ることができる。

本発明によれば、安価に熱交換面積を拡大でき、熱交換性能を向上した熱交換器を提供できる。

第１の発明は、複数の内管と、前記複数の内管を内設する外管とによって形成され、前記内管の外表面に凸部を設けたことを特徴とするもので、内管の表面積を拡大し、異なる二つの流体の熱交換性能を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の外管の内表面に、凸部を設けたことを特徴とするもので、外管と内管の間を流れる流体を攪拌することができ、内管と外管との熱交換性能を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の複数の内管を、螺旋状に加工し、互いに交差させたことを特徴とするもので、外管と内管の間を流れる流体をさらに攪拌することが可能となり、内管と外管との熱交換性能をさらに向上することができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の内管を、漏洩検知溝を有する漏洩検知管としたことを特徴とするもので、内管の腐食、破損等で冷媒及び潤滑油と水が混ざり合うのを防止させることができる。

第５の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の内管内に、冷媒を流すとともに、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする、高温高効率の貯湯運転と地球環境保全を実現することができる。

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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷媒対水用熱交換器の正面断面図、図２は冷媒対水用熱交換器の側面断面図、図３は冷媒対水用熱交換器の上面図、図４はヒートポンプ給湯機の構成図である。

また、本発明のヒートポンプ給湯機に用いる冷媒としては、従来広く用いられているＲ２２等のフロン系冷媒でも良いが、オゾン層保全及び地球温暖化防止等の環境保護的側面から近年盛んに研究されている自然冷媒である二酸化炭素冷媒の方が、より大きな効果を得ることが可能である。以下では、冷媒として二酸化炭素を用いるが、その他の冷媒であってもよいものである。

ヒートポンプ給湯機は、圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路Ａと、前記冷媒対水用熱交換器２、循環ポンプ５、貯湯タンク６を接続した給湯回路Ｂからなり、前記圧縮機１、冷媒対水用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４、送風ファン７等はヒートポンプユニット内に収容されている。また、前記循環ポンプ５、貯湯タンク６、制御手段（図示せず）等はタンクユニット内に収容されている。

水温検知手段８は冷媒対水用熱交換器２の水側入口に設置されており、貯湯タンク６から供給された入水温度を検出する。湯温検知手段９は冷媒対水用熱交換器２の水側出口に設置されており、ヒートポンプ給湯機で加熱された出湯温度を検出する。制御手段は室内に設置されているコントローラー（図示せず）で設定された温度と前記湯温検知手段９で検知している温度が等しくなるように圧縮機１の運転周波数、減圧装置３の開度、循環ポンプ５の回転数、送風ファン７の回転数等を制御する。

上記のヒートポンプ給湯機では、前記圧縮機１より吐出された高温・高圧の過熱ガス冷媒は、前記冷媒対水用熱交換器２に流入し、ここで水道から貯湯タンク６を通じて前記循環ポンプ５から送られてきた水を加熱する。二酸化炭素冷媒は凝縮域がなく超臨界域で熱交換されるため、冷媒温度は前記冷媒対水用熱交換器２内で緩やかに低下し、前記減圧装置３で減圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１へ戻る。一方、前記冷媒対水用熱交換器２で加熱された湯は、前記貯湯タンク６の上部に流入し、この貯湯タンク６で貯湯され、この貯湯タンク６に貯湯された湯は必要に
応じて利用部へ供給される。

このうち、冷媒対水用熱交換器２は銅製の外管１０と銅製の内管１１によって構成される。内管１１はさらに外側を構成する内管１１ａと内側を構成する内管１１ｂの二重構造で形成されて、前記外管１０内に内設されており、このうち外側を構成する内管１１ａの内面には、内管１１ｂが破損したとき、内管１１ｂ内を流れていた流体が通過可能な漏洩検知溝１２が複数設けてある。

内管１１内には高温・高圧の過熱ガス冷媒が流れ、外管１０と内管１１とが形成する空間を対向流の形で水が流れることにより水が加熱されるが、ここで冷媒と水の熱交換面積を拡大するのと、冷媒側の圧力損失を低減する目的で、冷媒配管を冷媒対水熱交換器２に入る直前で分岐させ、複数の内管１１を有する構成としている。

また、内管１１ａの外表面には内管表面凸部１２が複数設けてあり、水と内管との熱交換面積をさらに増大させる構造としている。また、外管１０近辺を流れる水と内管１１近辺を流れる水との温度差を小さくし、熱交換性能を高めるため、複数の内管１１は螺旋状に加工し、互いに交差させ、水を攪拌するような構造としている。また、さらに攪拌効果を増大させることを目的に、外管１０の内表面にも外管表面凸部１３を複数設けている。

この冷媒対水用熱交換器２を長期間使用すると、腐食及びその他の理由で銅製の内管１１が破損することがある。ここで、冷媒に接触している内管１１ｂが破損した場合、冷媒及び潤滑油は漏洩検知溝１４を通じて外部に排出されるため、風呂及びその他の用途に使用される温水に冷媒や潤滑油が混ざる危険を防止することができる。水に接触している内管１１ａが破損した場合、水は漏洩検知溝１４を通じて外部に排出されるため、冷媒配管に水が浸入し、冷却システムに悪影響を及ぼすことを防止することができる。

なお、本実施例に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、安価に熱交換面積の拡大を図ることができるため、液体同士の熱交換を行う熱交換装置において、他方式の流体加熱装置にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷媒対水用熱交換器の正面断面図 同冷媒対水用熱交換器の側面断面図 同冷媒対水用熱交換器の上面図 同ヒートポンプ給湯機の構成図

符号の説明

２ 冷媒対水熱交換器
１０ 外管
１１ 内管
１２ 内管表面凸部
１３ 外管表面凸部
１４ 漏洩検知溝

Claims (5)

1. 複数の内管と、前記複数の内管を内設する外管とによって形成され、前記内管の外表面に凸部を設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 外管の内表面に凸部を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 複数の内管は螺旋状に加工し、互いに交差させたことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 内管を漏洩検知溝を有する漏洩検知管としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 内管内に冷媒を流すとともに、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。

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