JP2008232449A - 二重管式熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内管と外管との間の流路を流通せしめられる流体が低流量の流体の場合にあっても、有利に伝熱促進効果を発揮することの出来る二重管式熱交換器を提供すること。
【解決手段】外管１２の内部に、周方向に山部１８と谷部１６とが繰り返す波形形状とされた多葉管を内管１４を収容し、内管１４の山部１８の頂部２０を、外管２０の内周面に密着させると共に、外管１２の外周面に、軸方向に螺旋状に連続して延びる凹溝２２を形成して、二重管式の熱交換器１０を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、管の内側を流れる流体と、管の外側を流れる流体との間で熱交換を行なう二重管式熱交換器に関し、特に、管の外側を流れる流体、即ち内管と外管との間の間隙を流通する低流量の流体の伝熱促進を図った二重管式熱交換器に関するものである。

従来より、大径の外管の内部に小径の伝熱管を配置し、内管と外管との間の間隙に第１の流体を流通させる一方、内管内に第２の流体を流通させることによって、それら第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行なうように構成した、二重管式の熱交換器が、各種用いられてきている。

そして、そのような熱交換器の一つとして、内管と外管との間の間隙に第１の流体として低温の水を流通させる一方、内管内に第２の流体として高温の冷媒を流通せしめることによって、それら冷媒と水との間で熱交換を行なうようにした給湯機用熱交換器が、知られている。また、これとは逆に、内管内に第２流体として低温の水を流通させ、内管と外管との間の間隙には、第１流体として高温の冷媒を流通させるようにしたものも、よく知られている。

さらに、このような二重管式熱交換器においては、高温の冷媒の代わりに、給湯機によって加熱された高温の水を流通させることによって、それら高温の水と低温の水との間で熱交換を行なうようにした二重管式熱交換器、即ち、内管と外管との間の間隙に第１の流体として低温の水を流通させる一方、内管内に第２の流体として高温の水を流通させた、追焚用熱交換器も、よく知られている。

しかしながら、このような追焚用熱交換器においては、内管と外間との間に形成される水の流路が狭くされている場合に、かかる流路を通過する水の中に混濁している汚濁物質が、加熱された際に流路内に析出し、流路が詰まり易くなるといった問題を内在するものであった。そこで、そのような流路詰まりの対策として、内管内に低温の水を流通させる一方、内管と外管との間隙に高温の水を流通させるようにした追焚用熱交換器も、各種知られている。

ところで、これら二重管式熱交換器においては、従来、内管や外管の両方に、単純な円形断面をもつ管体が用いられていたが、そのような管体を用いて二重管式熱交換器を構成した場合、内管内を流通する流体と、その外部を流通する流体との間における熱交換性能が充分でないという問題を内在していた。

そこで、その熱交換効率を向上させるべく、従来から様々な工夫が為されてきており、例えば、特開２００１−２０１２７５号公報（特許文献１）においては、内管と外管からなる二重管式の熱交換器において、内管と外管との間に形成される流路を螺旋状に仕切る伝熱促進体を介設して、かかる流路の流路長を増大させると共に、流れる流体の流速および乱流化を増大せしめたり、或いは内管内にネジレテープ等からなる内管用伝熱促進体を挿入することによって、内管内を流れる流体から内管と外管との間を流れる流体への伝熱が促進されるようにした二重管式熱交換器が、明らかにされている。

また、特開２００４−２７８８５４号公報（特許文献２）には、外管となる大径管の内周に、螺旋状に凸条が突設形成されると共に、かかる凸条が、大径管の周方向に１８０度毎に分断されて、その分断部分には凸条の存在しない部位が形成されてなる二重管型熱交換器が、明らかにされており、さらに特開２００６−２５８３７８号公報（特許文献３）においては、内管の外表面や外管の内表面に凸部を設けた熱交換器が、明らかにされている。

しかしながら、それらの二重管式熱交換器においては、水の流れる流路、即ち内管と外管との間隙に形成される流路が、螺旋状の複雑な形状とされていたり、或いは流路内に大きく突出した凸条が形成されているために、かかる流路における水側の圧力損失が大きくなってしまうといった問題が内在しているのである。そして、そのような圧力損失が大きくなった場合には、その問題の解決のために、給水ポンプの能力を大きくする必要があるところから、熱交換器の生産コストが上昇してしまうといった問題を、新たに惹起することとなる。

さらに、これらの二重管式熱交換器にあっては、流路に凸条や凸部を設けることによって、伝熱面積を増大して、伝熱性能の向上を図っているのであるが、内管と外管との間の間隙に流通せしめられる流体の流量が低流量である場合、流体の伝熱促進効果を充分に発揮することが出来ない問題を内在していた。

特に、内管と外管の間の間隙に形成された流路における流体の流速、即ち、追焚用熱交換器における高温の水が流通せしめられる流路の流速や給湯機用熱交換器における低温の水が流通せしめられる流路の流速は、約４Ｌ／ｍｉｎ以下の低流速となるところから、このような条件下においても高い熱交換性能を発揮することが出来る二重管式熱交換器が求められているのである。

特開２００１−２０１２７５号公報 特開２００４−２７８８５４号公報 特開２００６−２５８３７８号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、内管と外管との間隙に流通せしめられる流体が低流量の流体の場合にあっても、有利に伝熱促進効果を発揮することの出来る二重管式熱交換器を提供することにある。また、本発明にあっては、このような二重管式熱交換器を有利に製造する方法を提供することも、その解決課題としている。

そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、内管として、管壁が周方向に山部と谷部とが繰り返す波形形状を呈するように形成されてなる多葉管を用いて、該多葉管を外管内に収容し、かかる多葉管の山部頂部を該外管の内面に密着してなる構造を有し、それら内管と外間との間の間隙にて構成される流路には第１流体が流通させられる一方、該内管内の流路には第２流体が流通せしめられるようにした二重管式熱交換器にして、該外管の外周面には、軸方向に延びる螺旋状の凹溝が、該多葉管の谷部の深さよりも浅い溝深さにおいて形成されて、該多葉管の山部に対して該外管の凹溝形成部が食い込んでいる一方、前記谷部の開口部位に対してそれを横切るように入り込んでなる形態とされていることを特徴とする二重管式熱交換器を、その要旨とするものである。

なお、このような本発明に従う二重管式熱交換器の望ましい態様の一つによれば、前記第１流体を高温水とする一方、前記第２流体を低温水として、追焚用の二重管式熱交換器が構成されることとなる。

さらに、このような本発明に従う二重管式熱交換器の別の望ましい態様の一つにあっては、前記第１流体を炭酸ガスを主成分とする冷媒とする一方、前記第２流体を低温水とすることによって、給湯機用の二重管式熱交換器が構成されることとなる。

加えて、本発明にあっては、前記した二重管式熱交換器の有利な製造方法として、内管として、管壁が周方向に山部と谷部とが繰り返す波形形状を呈するように形成されてなる多葉管を準備する工程と、単純円形断面で且つその内径が該多葉管の最大外径よりも大きな金属管からなる外管内に、該多葉管を挿入する工程と、該金属管と該多葉管の対応する一端部を固定して縮径加工することにより、該多葉管の山部頂部を該金属管の内面に密着させる工程と、該金属管の外周面に、軸方向に連続して延びる螺旋状の凹溝を、該多葉管の谷部の深さよりも浅い溝深さにおいて形成して、該多葉管の山部に対して該金属管の凹溝形成部を食い込ませる一方、該谷部の開口部位に対してそれを横切るように入り込ませた形態とする工程とを含むことを特徴とする二重管式熱交換器の製造方法をも、その要旨とするものである。

従って、かかる本発明に従う二重管式熱交換器の構成によれば、内管として、管壁が周方向に山部と谷部とを繰り返す波形形状を呈している多葉管を用いているところから、内管の内周面や外周面の表面積、即ち、内管の中を流通する流体や内管の外部を流通する流体と内管との接触する面積が効果的に増大されることとなり、以て、断面が単純な円形形状とされた内管を用いた場合よりも、熱伝達性能を有利に向上することが可能となる。また、そのような波形形状とされた内管の山部頂部が、かかる内管の収容された外管の内面に密着しているため、内管と外管との間における熱の伝達が、かかる密着部分を介して、より効果的に行なわれることとなる。

さらに、外管の外表面には、軸方向に連続して延びる螺旋状の凹溝が形成されているため、外管の内面側には、かかる凹溝に対応して突出する螺旋状の凸条が形成されて、この凸条によって、内管の外周面と外管の内周面との間の間隙に流通する流体が、効果的に撹乱されることとなる。そして、このような流体の撹乱効果によって、内管壁を介して行なわれる、内管内を流通する流体と内管の外部を流通する流体との熱の伝達が有利に促進され、以て、高い熱交換性能を発揮することが可能となる。更にまた、そのような撹乱効果により、内管の外周面と外管の内周面との間の間隙に流通する流体と外管との間の熱の伝達も有利に促進されることとなる。そして、そのように外管に伝達された熱は、内管の波形形状の山部頂部と外管の内面との接触部分を介して内管に伝達され、更に内管から内管内を流通せしめられる流体に伝達されることとなり、以て、より高い熱交換性能を得ることが出来るのである。

加えて、本発明に従う二重管式熱交換器を製造する方法として、外管と、かかる外管内に挿入した波形形状を呈する内管とを、その一端部を固定して縮径加工して、外管の内周面と内管の波形形状の山部頂部を密着せしめて一体化した後、外管の外周面に対して螺旋状の凹溝を形成するようにした方法を採用することによって、従来の、例えば内管と外管とをロウ付けによって一体化して二重管式熱交換器を構成する方法よりも、内管と外管とを一体化するための単純な縮径ダイスを用いた抽伸加工や押出加工、プレス加工といった比較的容易な加工と、凹溝を形成するディスク転造加工等を組み合わせることによって、目的とする二重管式熱交換器を構成することが出来るのである。その結果、熱交換器の生産性を有利に向上して、生産コストを低下することが可能となる。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１及び図２には、本発明に従う二重管式熱交換器の一実施形態が、それぞれ示されている。即ち、図１には、そのような二重管式熱交換器について、その一部が切り欠かれた断面を表す正面図の形態が示され、また図２には、横断面図（図１におけるＡ−Ａ断面）の形態が、それぞれ示されているのである。そして、そこにおいて、熱交換器１０は、軸方向の断面形状が略円形を呈している外管１２の内部に、谷部１６と山部１８が周方向に交互に繰り返し形成された波形形状を呈する内管１４が配置されて、構成されている。また、そこでは、内管１４の山部１８の頂部２０と、外管１２の内周面とが、密着せしめられて、外管１２と内管１４とが一体化されており、更に、外管１２の外周面には、管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹溝２２が形成されている。

より詳細には、内管１４は、管材質としてアルミニウムや銅又はそれらの合金等の金属材料を用いて、複数の山部１８と谷部１６、ここでは６つの山部１８と６つの谷部１６とが周方向に交互に形成された波形形状の、換言すれば、軸直角方向の断面形状が略湾曲星型を呈する異形金属管（多葉管）として、形成されている。また、その径方向の大きさ、即ち、山部１８の頂部２０をつないで描かれる円（外接円）の直径は、一般に、１０ｍｍ〜２５ｍｍ程度、望ましくは、１４ｍｍ〜２２ｍｍ程度とされている。

なお、この山部１８（谷部１６）の高さは、内管１４や外管１２の大きさや、熱交換器１０に求められる熱交換性能に応じて、適宜に選択されることとなるが、一般に、内管１４の最大外径（外接円直径）の１／９〜４／９程度とされることが望ましい。これは、山部１８の高さが低いと、内管１４の表面積の増加量が少なくなり、充分な伝熱促進効果が得られなくなってしまうことに加えて、外管１２の内周面と内管１４の外周面との間に形成される流路の大きさが、小さくなってしまうからである。一方、その高さが高くなり過ぎると、逆に、内管１４の内部の流路の大きさが小さくなってしまい、内管１４内の圧力損失が増大してしまう恐れがあるからである。

また、かかる山部１８（谷部１６）の条数にあっても、内管１４や外管１２の大きさや、熱交換器１０に求められる熱交換性能に応じて、適宜に選択されることとなるが、一般に、条数は５条以上であることが望ましい。これは、条数が５条未満とされた場合にあっては、外管１２に組み付けて二重管式の熱交換器１０を構成した際に、外管１２の内周面と接触する山部１８の数が少なくなり、外管１２と内管１４との間の熱の伝達が充分に行なわれ得なくなるからである。

さらに、外管１２は、アルミニウムや銅又はそれらの合金等の金属材料を用いて構成された、軸直角方向の断面が略円形形状を呈する管体であって、その直径は、一般に、１５ｍｍ〜２４ｍｍ程度とされて、内管１４の山部１８の頂部２０が外管１２の内周面と密着する大きさとなっている。そして、その外周面には、図１の平面図や図２の断面図にも示されるように、円弧状に所定深さ窪んだ凹溝２２が、軸方向に螺旋状に連続して、所定のリード角、即ち軸芯に対して為す角度（螺旋角度：α）と、所定の間隔（ピッチ：Ｐ）をもって形成されている。また、管内周面には、そのような凹溝２２に対応して形成された凸条２４が、所定高さ（ｈｓ：図３参照）をもって、管軸方向に螺旋状に連続して形成されており、その一部は、図４に示されるように、内管１４の山部１８の頂部２０に食い込んだ状態となっている。この、山部１８に凸条２４が食い込んでいる部分は、山部１８の頂部２０が変形せしめられて凸条２４が食い込んでいるため、かかる箇所における凸条２４の高さは、山部１８に食い込んでいない部分の凸条２４の高さ（ｈｓ）よりも、僅かに小さい高さとなっている。

なお、そのような凸条２４の高さ（ｈｓ）は、内管１４の山部１８の高さ（谷部１６の深さ）よりも小さくされており、望ましくは、山部１８の高さの１／２０〜１０／２０程度とされて、内管１４の外周面と外管１２の内周面との間に形成される流路２６を閉塞しない程度の高さとなっている。また、かかる凹溝２２（凸条２４）の管軸に対する螺旋角度（リード角）や軸方向の間隔（ピッチ）は、望ましくは、リード角：２０°〜５０°程度、ピッチ：３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度とされることとなる。

そして、このような構成とされた熱交換器１０は、外管１２の内周面と内管１４の外周面との間の間隙にて形成される流路２６内に、第１の流体として、高温の流体を流通させる一方、内管１４内に、第２の流体として低温の流体を流通させることによって、それら高温の流体と低温の流体との間で熱交換が行われるようになっているのである。なお、かかる構成とされた熱交換器１０は、第１流体として高温の水を流通させると共に、第２流体として低温の水を流通させた追焚用熱交換器として、或いは、第１流体として炭酸ガスを主成分とする高温の冷媒を流通させる共に、第２流体として低温の水を流通させた給湯機用熱交換器として、好適に用いられることとなる。

従って、このような本発明に従う二重管式の熱交換器１０にあっては、内管１４が、山部１８と谷部１６とが周方向に交互に繰り返す波形形状とされているところから、内管１４の内部と外部との間で熱を伝えるための伝熱面積、即ち内管１４の表面積が、有利に増大され得ることとなり、内管１４の中を流通する流体と内管１４、更には内管１４の外部を流通する流体と内管１４とが、充分な面積をもって接触することとなる。その結果、断面が単純な円形形状とされた内管を用いた二重管式熱交換器よりも、高い熱交換性能を発揮することが可能となるのである。

また、波形形状とされた内管１４の山部１８の頂部２０が、外管１２の内周面に密着せしめられているところから、内管１４と外管１２との間における熱の伝達が、かかる密着部分を介して、より効果的に行なわれることとなる。

さらに、外管１２の内面側、即ち、外管１２の内周面と内管１４の外周面の間に形成されている流路２６には、外管１２の外表面に形成された軸方向に連続して延びる螺旋状の凹溝２２に対応して、外管１２の内面側に突出する凸条２４が、螺旋状に軸方向に連続して形成されているところから、かかる流路２６内を流通せしめられる流体が、そのような凸条２４によって撹乱されて、流体が内管１４の外周面や外管１２の内周面と効果的に接触するようになっている。そして、このように流体と内管１４や外管１２との接触が促進されることによって、内管１４の管壁を介して行なわれる、内管１４内を流通している流体と流路２６内を流通している流体との熱交換が、効果的に促進され得ることとなるのであり、以て、高い熱交換性能を発揮することが可能となる。

更にまた、そのような凸条２４による流体の撹乱効果により、流路２６内を流通している流体と外管１２との間の熱の伝達も有利に促進されるため、流体から外管１２に伝達された熱が、内管１４の山部１８の頂部２０と外管１２の内周面との接触部分を介して内管１４に伝達され、この内管１４に伝達された熱は、内管１４の管壁から内管１４内を流通している流体に伝達されることとなる。このように、流路２６内の流体から内管１４内の流体への熱の伝達が、更に促進されることとなり、以て、より熱交換性能を向上することが出来るのである。

このように、本発明に従う熱交換器１０によれば、内管１４の外周面と外管１２の内周面の間の間隙に形成される流路２６内を流通せしめられる流体が、かかる流路２６内に突出した凸条２４によって、効果的に撹乱されて、流体と内管１４や外管１２との接触が促進されているところから、流路２６内を流通する流体が低流量な場合にあっても、有利に伝熱促進効果を発揮して、高い熱交換性能を実現することが可能となるのである。

ところで、このような構成とされた熱交換器１０は、以下に示すような、公知の抽伸加工法や転造加工法とを組み合わせて、製作されることとなる。

すなわち、先ず、断面が単純な円形形状を呈する、アルミニウムや銅又はそれらの合金にて形成された金属管に対して、多葉管断面形状とされたダイスを用いる抽伸加工や、ボール転造加工等の公知の加工を施すことにより、図５に示されるような、周方向に山部３２と谷部３４とが交互に繰り返し形成された多葉管３０に加工し、内管（１４）の原管として、準備する。

次いで、二重管式熱交換器の外管（１２）として、アルミニウムや銅又はそれらの合金にて形成された、断面形状が単純な円形形状とされた金属管を用意する。この外管として用意する金属管は、内管として準備された多葉管の、波形形状とされた外形の山部の頂部を周方向に繋いで形成される外接円の直径（最大外径）よりも僅かに大きな内径とされると共に、外周面や内周面は平滑な面とされている。

そして、そのように外管として準備された金属管の内部に、内管として準備した多葉管を挿入した後に、かかる金属管と多葉管の一方の端部に対して、多葉管が金属管から抜け出さないように固定する加工、所謂口付け加工を行う。その後、このように一端部を固定した内管と外管とを、縮径ダイスを用いた抽伸加工や、押出加工、プレス加工等の公知の加工方法を用いて、縮径加工を行ない、外管の内周面と内管の波形形状とされた外表面のうち山部の頂部部位とを密着させて一体化する。このとき、内管の山部の頂部部位は、縮径された外管の内周面にて押圧されることによって、かかる部位が僅かに変形しつつ、外管の内周面と密着せしめられることとなる。

その後、所望の断面形状と深さをもつ凹溝を形成するための転造ディスクを備えた、ディスク転造加工装置によって、外管の外周面に対して転造加工を行い、軸方向に螺旋状に連続して延びる凹溝を形成する。このとき、管外周面に形成された凹溝に対応して、外管の内周面には、軸方向に螺旋状に連続して延びる凸条が形成されることとなる。このように外管の内周面に形成される凸条は、内管の波形形状の谷部の開口部位においては、それを横切るように入り込ませた状態となっている一方、山部においては、その頂上部に食い込むように、形成されることとなる。このような工程を経て、図１や図２に示されるような、本発明に従う二重管式の熱交換器１０が形成されるのである。

このように、縮径加工と転造加工等を組み合わせて、本発明に従う熱交換器１０を製作する手法を用いることによって、従来からの手間のかかるロウ付け加工等を用いる必要が全くなくなり、二重管式熱交換器を構成するために必要な工程を、効果的に減少することが可能となったため、熱交換器１０の生産性を高め、またその生産コストを、有利に低減することが出来ることとなったのである。

また、外管の縮径加工によって、外管と内管とを一体化しているところから、従来のロウ付けによって外管と内管とを一体化していた二重管式熱交換器において発生する恐れのあった、ロウ付け不良により、外管と内管との密着度の低下が発生して、それらの間の熱伝達効率が低下してしまうような問題も、効果的に解消され得ることとなり、以て、伝熱促進効果を充分に発揮させることが可能となるのである。

以上、本発明の代表的な実施形態の一つとその製作方法について詳述してきたが、それらは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、外管１２の外周面に形成される凹溝２２の条数は、前述の実施形態に示される如く１条の凹溝とする他、２条や３条、或いはそれ以上の条数とすることも、勿論可能であり、目的とする熱交換器１０の大きさや熱交換性能に応じて、適宜選択されることとなる。また、その断面形状も、例示したような断面が円弧状とされた凹溝２２のみならず、矩形形状や台形形状の断面を呈する凹溝や、Ｖ字形状の断面を呈する凹溝とすることも、勿論可能である。

さらに、前述の実施形態においては、内管１４として用いられる多葉管は、図５に示されるような、山部と谷部とが軸方向に直線状に連続したものを採用して、図１や図２に示される如く二重管式熱交換器１０を構成していたが、このような直線状のものの他、図６に示されるような、周方向に交互に設けられた山部３２と谷部３４とが、軸方向に螺旋状に連続した形態とされている多葉管３６を採用してもよいのである。また、このような螺旋状の多葉管を用いた場合には、外管１２の外周面に形成される凹溝の螺旋の方向や螺旋角度を、内管の螺旋の方向や螺旋角度と変化させることによって、流体の撹乱効果を、より効果的に発揮させることが可能となる。

その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、またそのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例の一つを示し、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。

先ず、図１、図２に示すような、本発明に従う構造の二重管式熱交換器１０を作製するために、内管１４として、図５に示す如く、周方向に６つの山部３２と谷部３４が交互に形成された波形形状を呈している多葉管３０を準備した。そして、このような多葉管３０を、断面が単純な円形形状の平滑管の中に挿入、配置して、前述した本発明に従う熱交換器の製作方法に従って、縮径ダイスを用いた抽伸加工による縮径、ディスク転造加工による外管の外面への凹溝の形成を行い、二重管式熱交換器１０を作製し、これを、実施例１とした。なお、かかる実施例１の二重管式熱交換器１０は、外管１２の外径が２１．７ｍｍ、内径が２０．１ｍｍ、管肉厚が０．８ｍｍとなるように縮径されると共に、外管１２の外面に形成された凹溝２２の軸方向ピッチが３２ｍｍ、螺旋角度が４５°、凹溝２２に対応して外管１２の内周面に形成される凸条２４の高さが１．５ｍｍとなるようにした。また、それら内管１４と外管１２の材質は、りん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）を用いた。

また、比較のために、内管として、外径：１５．８８ｍｍ、内径：１４．２８ｍｍ、管肉厚：０．８ｍｍの単純な円形断面を呈する平滑管と、外管として、外径：２１．７ｍｍ、内径：２０．１ｍｍ、管肉厚：０．８ｍｍの、内管と同様に単純な円形断面の平滑管を用意して、外管の内部に内管が同軸的に挿入、配置せしめられた構造の二重管式熱交換器を作製し、これを比較例１とした。一方、実施例１と同様に、内管として多葉管を用いると共に、かかる多葉管が山部の頂上部において外管の内周面と密着せしめられている構造とされるが、外管の外周面に凹溝が設けられていない二重管式熱交換器を作製し、これを比較例２とした。

なお、それら比較例１や比較例２の内管や外管の材質は、実施例１と同様に、りん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）を用いた。更に、比較例２で内管として用いた多葉管の各寸法及び外管の仕上がり寸法は、実施例１で用いた多葉管や外管と同一となるようにした。また、このように構成された実施例１及び比較例１、比較例２の二重管式熱交換器の長さ、即ち内管と外管の長さは、何れも１７５０ｍｍとした。

そして、これら準備した実施例１、比較例１，２の３種の二重管式熱交換器において、内管と外管との間に形成された流路内に、４０℃の高温水を流通させる一方、内管内に、２０℃の低温水を、内管と音管との間の流路内部を流通させられる高温水とは反対となる方向に、つまり対向流にて流通させて、それら高温水と低温水との間で熱交換を行い、それぞれの熱交換器の熱交換性能を測定した。このとき、低温水側（内管の内側）の流量を８Ｌ／ｍｉｎの一定流量とする一方、高温水側（内管と外管との間の流路側）の流量を、１．５、４．０、５．０Ｌ／ｍｉｎと変化させて、それぞれの場合の熱交換性能を評価した。なお、熱交換性能の評価は、下式（１）、（２）及び（３）から導かれる熱コンダクタンス：ＫＡ［Ｗ／Ｋ］により評価し、その結果を、下記表１に示した。また、表１の各値は、比較例１の熱交換器（内管に平滑管を用いたもの）の性能を１００とした際の、それぞれの性能を示している。

但し、ｃ_p ：定圧比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］ Ｗ_h ：質量流量［ｋｇ／ｈ］
Ｔ_hi：高温側熱交換器入口温度［℃］ Ｔ_ho：高温側熱交換器出口温度［℃］
Ｔ_ci：低温側熱交換器入口温度［℃］ Ｔ_co：低温側熱交換器出口温度［℃］
とする。

かかる表１の結果からも明らかなように、実施例１の熱交換器は、比較例１の、内管に平滑管を用いた熱交換器や、比較例２の、内管に多葉管を用いつつも外管の外周面に螺旋状の凹溝が形成されていない熱交換器よりも、何れの流量の場合においても、高い熱交換性能を発揮することが確認された。特に、１．５Ｌ／ｍｉｎや４．０Ｌ／ｍｉｎの低流量の場合においても、伝熱性能の向上が大きいことが確認出来る。

本発明に従う二重管式熱交換器の一例を示す一部切欠き正面説明図である。 図１に示される二重管式熱交換器の横断面形態の一つを示す、図１のＡ−Ａ断面位置での説明図である。 図２の一部を拡大して説明する断面説明図である。 図１に示される二重管式熱交換器の横断面形態の他の一つを示す、図１のＢ−Ｂ断面位置での説明図である。 本発明に従う二重管式熱交換器の内管として用いられる多葉管の一例を示す斜視説明図である。 本発明に従う二重管式熱交換器の内管として用いられる多葉管の別の一例を示す斜視説明図である。

符号の説明

１０ 熱交換器
１２ 外管
１４ 内管
１６ 谷部
１８ 山部
２０ 頂部
２２ 凹溝
２４ 凸条
２６ 流路

Claims (4)

1. 内管として、管壁が周方向に山部と谷部とが繰り返す波形形状を呈するように形成されてなる多葉管を用いて、該多葉管を外管内に収容し、かかる多葉管の山部頂部を該外管の内面に密着してなる構造を有し、それら内管と外間との間の間隙にて構成される流路には第１流体が流通させられる一方、該内管内の流路には第２流体が流通せしめられるようにした二重管式熱交換器にして、
   該外管の外周面には、軸方向に延びる螺旋状の凹溝が、該多葉管の谷部の深さよりも浅い溝深さにおいて形成されて、該多葉管の山部に対して該外管の凹溝形成部が食い込んでいる一方、前記谷部の開口部位に対してそれを横切るように入り込んでなる形態とされていることを特徴とする二重管式熱交換器。
2. 前記第１流体が高温水とされる一方、前記第２流体が低温水とされる追焚用であ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。
3. 前記第１流体が炭酸ガスを主成分とする冷媒とされる一方、前記第２流体が低温水とされる給湯機用であ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。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の二重管式熱交換器の製造方法であって、
   内管として、管壁が周方向に山部と谷部とが繰り返す波形形状を呈するように形成されてなる多葉管を準備する工程と、
   単純円形断面で且つその内径が該多葉管の最大外径よりも大きな金属管からなる外管内に、該多葉管を挿入する工程と、
   該金属管と該多葉管の対応する一端部を固定して縮径加工することにより、該多葉管の山部頂部を該金属管の内面に密着させる工程と、
   該金属管の外周面に、軸方向に連続して延びる螺旋状の凹溝を、該多葉管の谷部の深さよりも浅い溝深さにおいて形成して、該多葉管の山部に対して該金属管の凹溝形成部を食い込ませる一方、該谷部の開口部位に対してそれを横切るように入り込ませた形態とする工程とを
   含むことを特徴とする二重管式熱交換器の製造方法。
   

Images