JP2012107824A

JP2012107824A - ２重管

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Publication number: JP2012107824A
Application number: JP2010257674A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nishikawa; 勇二西川; Masahiro Shibata; 将寛柴田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: JP5718028B2

Abstract

【課題】この発明は、流路長を確保しつつ、所定の配管スペース内に収まるように配管することができる２重管の提供を目的とする。
【解決手段】例えば流路長が４ｍの２重管１を、幅２０４ｍｍ、長さ４４０ｍｍ、高さ６１ｍｍに形成された容器１０に収容する場合、内管２と外管３とからなる１本の２重管１を、蛇行方向Ｅに蛇行及び折り返して蛇行部６Ａ〜６Ｄを形成する。その蛇行部６Ａ〜６Ｄを、重ね合わせ方向Ｇに対し層状に配管して層状蛇行部７Ａを形成した後、２重管１の蛇行部６Ａ〜６Ｄを層状に配管してなる層状蛇行部７Ａを容器１０に収容する。これにより、２重管１の流路長を確保しつつ、所定の配管スペースを有する容器１０の内部に収まるように収容することができる。
【選択図】図８

Description

この発明は、例えばヒートポンプ式床暖房、給湯機、空調機等に備えられる熱交換器用の２重管に関し、さらに詳しくは、内管の内部を流動する流体と、その内管と該内管の外側に設けられた外管との間を流動する流体との間で熱交換を行う２重管に関する。

従来、上述の２重管としては、例えば内部に冷媒用流路が形成された内管と、その内管の外側に設けられ、該内管との間に水用流路が形成された外管とで構成される２重管を備えた熱交換器（特許文献１，２参照）が提案されている。

詳述すると、特許文献１，２に記載の２重管は、通常、渦巻状に配管されており、内管の端部を例えばヒートポンプ式給湯機等の機器に接続し、冷媒用流路を流動する冷媒と、水用流路を流動する水との間で熱交換する。

しかし、２重管を渦巻状に配管してなる筒状の中央部に空間が形成されるため、無駄なスペースが多く、限られた配管スペース内では熱交換に必要な流路長を十分に確保することが困難であるという問題があった。

また、所定の熱交換性能が得られる流路長の２重管を、所定の配管スペース内に収まるように屈曲して配管しようすると、例えば折れや割れ等の損傷が起きないような大きな曲率半径で屈曲しなければならない。その結果、熱交換に必要な流路長を確保することができなくなり、熱交換効率が悪くなるという問題があった。

特開昭６０−１６４１８３号公報特開２００５−６９６２０号公報

この発明は、流路長を確保しつつ、所定の配管スペース内に収まるように配管することができる２重管を提供することを目的とする。

この発明は、内部に第１流路が形成された内管と、該内管の外側に設けられ、該内管との間に第２流路が形成された外管とからなる２重管であって、前記２重管を蛇行方向に蛇行してなる蛇行部を、互いに重ね合わされる重ね合わせ方向に対し複数配置して構成した２重管であることを特徴とする。

例えば流路長が４ｍの２重管を、幅２０４ｍｍ、長さ４４０ｍｍ、高さ６１ｍｍに形成された容器に収容する場合、１本の２重管を蛇行してなる蛇行部を複数形成し、該各蛇行部を層状に配管したまま容器に収容する。これにより、２重管の流路長を確保しつつ、所定の配管スペースを有する容器内部に収まるように収容することができる。

この結果、２重管をコンパクトに配管しても、熱交換性能が低下することがなく、第１流路と第２流体とを流れる各流体間で安定して熱交換することができる。また、２重管の配管スペースが小さくて済むので、例えば２重管が収められたボックス型の容器、或いは、２重管が備えられた熱交換器等の設置が容易に行える。

この発明の態様として、前記複数配置された各蛇行部を、前記蛇行方向を折り返して該各蛇行部の一部が重なり合うようにして互い違いに配置することができる。

上述のように各蛇行部を配置することにより、各蛇行部の重なり合わない部分に空間が形成される。このため、その空間と対応する各蛇行部の他の部分を互いに近接して配管すれば、各蛇行部の蛇行方向を折り返して互いに重ね合わせて配置するよりも、重ね合わせ方向の配置厚さを薄くすることができる。
この結果、所定の流路長を有する２重管をコンパクトに配管することができる。

また、この発明の態様として、層状に複数配置した前記各蛇行部のうち少なくとも端列の蛇行部を、前記重ね合わせ方向と直交する平面に対し平行に配管することができる。

上述した端列の蛇行部を、例えば容器の内壁面、或いは、床面等の重ね合わせ方向と直交する平面に沿って配管することができるので、２重管全体の配管姿勢が安定し、例えば揺動、ガタ付き等が起きるのを防止することができる。

なお、端列は、蛇行部を重ね合わせ方向に対し層状に複数配置してなる層状蛇行部の一端側に配置された蛇行部の列と、他端側に配置された蛇行部の列とに対応する。

また、この発明の態様として、前記各蛇行部を前記重ね合わせ方向に対し所定間隔に隔てて配管することができる。
上述した各蛇行部の間に隙間が形成されるため、各蛇行部間での熱移動が遮断される。この結果、各蛇行部の間で熱伝導が起きるのを防止することができ、熱交換効率の向上が図れる。

また、この発明の態様として、前記内管の外周面に、該内管の外周面に沿って外面フィンを螺旋方向に連続して形成することができる。

また、この発明の態様として、前記外面フィンを、特殊加工したフィンで構成することができる。
上述の外面フィンを、特殊加工したフィンで構成すれば、内管の外表面積を増加させ、フィン表面に凝縮した冷媒をスムーズに離脱させることが出来る。
この結果、通常のフィンよりも、さらに熱交換効率を向上させることができる。
なお、前記流体は、例えば水、冷媒等で構成することができる。

この発明によれば、２重管の流路長を確保しつつ、所定の配管スペース内に収まるように配管することができる。この結果、２重管をコンパクトに配管しても、熱交換性能が低下することがなく、第１流路と第２流体とを流れる各流体間で安定して熱交換することができる。

２重管の配管状態を示す斜視図。２重管の正面図及び背面図。２重管の平面図及び底面図。２重管の右側面図及び左側面図。図１に示す２重管のＡ−Ａ線矢視拡大断面図。図５に示す２重管のＢ−Ｂ線矢視断面図。フィン高さが異なる内管の模式的構造を示す部分拡大展開斜視図。２重管を容器に収容状態を示す平面図。

この発明の一実施形態を以下図面に基づいて詳述する。
図１は２重管１の配管状態を示す斜視図、図２の（ａ）（ｂ）は２重管１の正面図と背面図、図３の（ａ）（ｂ）は２重管１の平面図と底面図、図４の（ａ）（ｂ）は２重管１の右側面図と左側面図である。

本実施形態の２重管１は、所定の流路長に形成された１本の銅管であり、管軸中心を中心として同心円に設けられた銅製の内管２と、該内管２の外側に設けられた銅製の外管３とで構成している。

２重管１は、該１本の２重管１を幅方向と対応する蛇行方向Ｅに蛇行して形成した第１の蛇行部６Ａと、第２の蛇行部６Ｂと、第３の蛇行部６Ｃと、第４の蛇行部６Ｄとを、上側から順に互いに重ね合わされる重ね合わせ方向Ｇ（或いは上下方向）に対し層状に配置して、層状蛇行部７Ａを構成している。

内管２の内部には、第１流体である水Ｗを流動するための第１流路４を形成している。また、内管２と外管３との間には、第２流体である冷媒Ｒを流動するための第２流路５を形成している（図５参照）。

内管２の一端には、ヒートポンプ式床暖房の室外機に備えられた循環式の水供給源から供給される水Ｗを流入するための流入口２ａを設けている。また、内管２の他端には、水Ｗを流出するための流出口２ｂを設けている。

外管３の一端には、接続管３ｃを介して、上述の室外機に備えられた循環式の冷媒供給源から供給される冷媒Ｒを流入するための流入口３ａを設けている。また、外管３の他端には、接続管３ｃを介して、冷媒Ｒを流出するための流出口３ｂを設けている。

内管２の流入口２ａと外管３の流出口３ｂは、２重管１の一端側１ａに設けている。また、内管２の流出口２ｂと外管３の流入口３ａは、２重管１の他端側１ｂに設けている。
内管２の流入口２ａと流出口２ｂは、２重管１の一端側１ａ及び他端側１ｂに対し管軸方向Ｄ１に向けて設けている。

外管３の流入口３ａは、２重管１の一端側１ａに対し管軸方向Ｄ１に直交して垂直に設けている。また、外管３の流出口３ｂは、２重管１の他端側１ｂに対し管軸方向Ｄ１に直交して水平に設けている。
なお、２重管１の一端側１ａ及び他端側１ｂは同一方向に向けて上下に設けている（図２の（ａ）及び図３の（ａ）参照）。

次に、蛇行部６Ａ〜６Ｄの配管構造を、図１〜図４に基づいて詳述する。
蛇行部６Ａは、真っ直ぐに延びる平面視直線状の直線部６Ａａ，６Ａｃと、所定の曲率半径に屈曲した平面視Ｕ字状の屈曲部６Ａｂ，６Ａｄとで構成している。

直線部６Ａａの上流側には２重管１の一端側１ａを連設し、直線部６Ａａの下流側には屈曲部６Ａｂを蛇行方向Ｅに向けて連設し、屈曲部６Ａｂの下流側には直線部６Ａｃを長さ方向Ｆに折り返して連設し、直線部６Ａｃの下流側には屈曲部６Ａｄを蛇行方向Ｅに向けて連設している。すなわち、蛇行部６Ａを蛇行方向Ｅに向けて配管している。

蛇行部６Ｂは、真っ直ぐに延びる平面視直線状の直線部６Ｂａ，６Ｂｃと、所定の曲率半径に屈曲した平面視Ｕ字状の屈曲部６Ｂｂ，６Ｂｄとで構成している。
上述した屈曲部６Ａｄの下流側には直線部６Ｂａを長さ方向Ｆに向けて連設し、直線部６Ｂａの下流側には屈曲部６Ｂｂを蛇行方向Ｅに折り返して連設し、屈曲部６Ｂｂの下流側には直線部６Ｂｃを長さ方向Ｆに折り返して連設し、直線部６Ｂｃの下流側には屈曲部６Ｂｄを蛇行方向Ｅに折り返して連設している。すなわち、蛇行部６Ｂを蛇行方向Ｅに向けて配管している。

また、直線部６Ｂａ，６Ｂｃは上流側から下流側に向けて低くなるように傾斜し、直線部６Ｂｃは長さ方向Ｆに折り返して上述した直線部６Ａｃに沿って下側に配管している。

蛇行部６Ｃは、真っ直ぐに延びる平面視直線状の直線部６Ｃａ，６Ｃｃと、所定の曲率半径に屈曲した平面視Ｕ字状の屈曲部６Ｃｂ，６Ｃｄとで構成している。
上述の屈曲部６Ｂｄの下流側には直線部６Ｃａを長さ方向Ｆに向けて連設し、直線部６Ｃａの下流側には屈曲部６Ｃｂを蛇行方向Ｅに向けて連設し、屈曲部６Ｃｂの下流側には直線部６Ｃｃを長さ方向Ｆに折り返して連設し、直線部６Ｃｃの下流側には屈曲部６Ｃｄを蛇行方向Ｅに向けて連設している。すなわち、蛇行部６Ｃを蛇行方向Ｅに折り返して蛇行部６Ａの下側に配管している。

また、直線部６Ｃａは上述した直線部６Ａａに沿って下側に配管し、屈曲部６Ｃｂは上述した屈曲部６Ａｂに沿って下側に配管し、直線部６Ｃｃは上述した直線部６Ｂｃに沿って上流側から下流側に向けて低くなるように傾斜している。

蛇行部６Ｄは、真っ直ぐに延びる平面視直線状の直線部６Ｄａ，６Ｄｃと、所定の曲率半径に屈曲した平面視Ｕ字状の屈曲部６Ｄｂとで構成している。また、蛇行部６Ｄの直線部６Ｄａ，６Ｄｃと屈曲部６Ｄｂを、後述する容器１０の内部に形成された重ね合わせ方向Ｇと直交する平坦な内壁面に対し平行に配管している。

上述の屈曲部６Ｃｄの下流側には直線部６Ｄａを長さ方向Ｆに向けて連設し、直線部６Ｄａの下流側には屈曲部６Ｄｂを蛇行方向Ｅに折り返して連設し、屈曲部６Ｄｂの下流側には直線部６Ｄｃを長さ方向Ｆに折り返して連設している。
すなわち、蛇行部６Ｄを蛇行方向Ｅに折り返して蛇行部６Ｂ，６Ｃの下側に跨って配管している。なお、直線部６Ｄｃの下流側には２重管１の他端側１ｂを連設している。

また、直線部６Ｄａは上述した直線部６Ｂａに沿って下側に配管し、屈曲部６Ｄｂは蛇行方向Ｅに折り返して上述した屈曲部６Ｂｂ，６Ｃｂの下側に配管し、直線部６Ｄｃは上述した直線部６Ｃａに沿って下側に配管している。

直線部６Ａａ，６Ａｃと、直線部６Ｂａ，６Ｂｃと、直線部６Ｃａ，６Ｃｃと、直線部６Ｄａ，６Ｄｃは、略同一の長さに形成され、長さ方向Ｆと平行して配管している。

屈曲部６Ａｂ，６Ａｄと、屈曲部６Ｂｂ，６Ｂｄと、屈曲部６Ｃｂ，６Ｃｄは、略同一の曲率半径に屈曲しているが、屈曲部６Ｄｂは、屈曲部６Ｂｂ，６Ｃｂに跨る大きさ或いは曲率半径に屈曲している。

上述の配管構造を有する蛇行部６Ａ〜６Ｃは、該蛇行部６Ａ〜６Ｃの一部が蛇行方向Ｅの中央で重なり合うようにして互い違いに配置している（図４参照）。
つまり、蛇行部６Ａ〜６Ｄの重なり合わない部分に空間が形成されるので、その空間と対応する蛇行部６Ａ〜６Ｄの他の部分を互いに近接して配管すれば、蛇行部６Ａ〜６Ｄを互いに重ね合わせて配置するよりも、重ね合わせ方向Ｇの配置厚さを薄くすることができる。
この結果、所定の流路長を有する２重管１をコンパクトに配管することができる。

また、蛇行部６Ａ〜６Ｄは、上述の重ね合わせ方向Ｇに対し所定間隔に隔てて配管している。つまり、蛇行部６Ａ〜６Ｄの間に隙間が形成されるため、その隙間によって、上下に配管した蛇行部６Ａ〜６Ｄ間での熱移動が遮断される。
この結果、蛇行部６Ａ〜６Ｄ間で熱伝導が起きるのを防止することができ、熱交換効率の向上が図れる。

上述の２重管１は、図示しない水供給源から供給される水Ｗを、内管２の流入口２ａから流出口２ｂに向けて第１流路４に沿って流動させ、図示しない冷媒供給源から供給される冷媒Ｒを、外管３の流入口３ａから流出口３ｂに向けて第２流路５に沿って流動させる。

これにより、第１流路４を流れる水Ｗと、第２流路５を流れる冷媒Ｒとを対向する方向に流動させながら内管２を介して熱交換する。例えば冷媒Ｒの熱を水Ｗに伝導して温水を作り出す。

次に、内管２に形成したフィン構造を、図５〜図７に基づいて詳述する。
図５は図１に示す２重管１のＡ−Ａ線矢視拡大断面図、図６は図５に示す２重管１のＢ−Ｂ線矢視断面図、図７はフィン高さが異なる内管２の模式的構造を示す部分拡大展開斜視図である。

内管２の外周面には、外面フィン１２を内管２の外周面に沿って螺旋方向Ｄ２に連続して形成している。また、外面フィン１２の間には、凹状の主溝１３を外面フィン１２に沿って螺旋方向Ｄ２に連続して形成している。

より詳しくは、外面フィン１２は、管軸方向Ｄ１に対して角度（β_１）に傾斜している。さらに、フィン数を３５、基準となる外面フィン１２のフィン高さ（Ｈ_１）を１．００ｍｍ、外面フィン１２の形状を断面台形状に形成している（図6のａ部参照）。

外面フィン１２の頂部には、螺旋方向Ｄ２と交差して、凹状の副溝１４を螺旋方向Ｄ３に形成している。また、副溝１４は、管軸方向Ｄ１に対して角度（β_２）に傾斜している。

主溝１３と対する外面フィン１２の両側壁面には、相互に離隔された凹部１５を形成している。また、凹部１５は、外面フィン１２の両側壁面に沿って螺旋方向Ｄ２に対し等間隔を隔てて多数配列している。
凹部１５の外周側縁部には、外面フィン１２の壁面と直交して、主溝１３に向けて突出する突出片１６を形成している。

内管２の内周面には、内面フィン１７を内管２の内周面に沿って螺旋方向Ｄ３とは逆向きの螺旋方向Ｄ４に連続して形成している。また、内面フィン１７のフィン高さ（Ｈ₂）は、外面フィン１２のフィン高さ（Ｈ_１）よりも低く、フィン形状を断面台形状に形成している。
上述の内管２の第１流路４に沿って流動する流体（水Ｗ）に対し、２重管１の全長において一定の流体攪拌作用を繰り返し付与することができる。

上述のフィン構造によれば、外面フィン１２間の主溝１３に沿って流動する冷媒Ｒの一部は、突出片１６に衝突し、管半径方向内側へかき上げられるため、三次元的な非定常流、つまり、乱流を生じさせる効果を奏することができる。

したがって、単に、管外周面にフィンを形成した従来の伝熱管と比較して、管半径方向内側も含めた乱流促進や冷媒Ｒの薄膜化を図ることができ、優れた熱伝達率を得ることができる。

次に、２重管１を所定の配管スペースに収まるように配管する配管方法を説明する。
例えば図８に示すように、流路長が４ｍの２重管１を、幅２０４ｍｍ、長さ４４０ｍｍ、高さ６１ｍｍに形成された容器１０に収容する場合、１本の２重管１を、蛇行方向Ｅに蛇行及び折り返して蛇行部６Ａ〜６Ｄを形成する。

蛇行部６Ａ〜６Ｄを、重ね合わせ方向Ｇに対し上側から順に層状に配置して層状蛇行部７Ａを形成した後、層状蛇行部７Ａの蛇行部６Ａ〜６Ｄを層状に配置したまま容器１０に収容する。また、２重管１の一端側１ａ及び他端側１ｂは、容器１０の角隅部外壁面より外側に向けて平行に突出する。

これにより、２重管１の流路長を確保しつつ、所定の配管スペースを有する容器１０の内部に収まるように収容することができる。

この結果、２重管１をコンパクトに配管しても、熱交換性能が低下することがなく、第１流路４を流れる水Ｗと、第２流体５を流れる冷媒Ｒとの間で安定して熱交換することができる。また、２重管１の配管スペースが小さくて済むので、例えば２重管１が収められたボックス型の容器、或いは、２重管１が備えられた熱交換器等の小型化を図ることができる。

また、蛇行部６Ｄを、容器１０の平坦な内壁面に対し略均等に押し付けて収容すれば、蛇行部６Ｄの略全体が平坦な内壁面に沿って配管されるため、２重管１全体の配管姿勢が安定し、例えば揺動、ガタ付き等が起きるのを防止することができる。

この発明の構成と、前記実施形態との対応において、
この発明の流体は、水Ｗと、冷媒Ｒとに対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。

例えば２重管１を蛇行してなる蛇行部６Ａ〜６Ｄの間に支持部材を取り付けて、蛇行部６Ａ〜６Ｄの間を所定間隔が隔てられた状態に支持してもよい。これにより、蛇行部６Ａ〜６Ｄが互いに接触又は衝突することを防止することができる。

また、蛇行部６Ａ〜６Ｄを互いに接触させて層状に配管してもよく、蛇行部６Ａ〜６Ｄを隙間なく配管することができるので、その隙間と対応する厚み分だけ、層状蛇行部７Ａの厚みを薄くして薄型化することができる。

Ｅ…蛇行方向
Ｆ…長さ方向
Ｇ…重ね合わせ方向
Ｗ…水
Ｒ…冷媒
１…２重管
２…内管
３…外管
２ａ，３ａ…流入口
２ｂ，３ｂ…流出口
４…第１流路
５…第２流路
６Ａ〜６Ｄ…蛇行部
７Ａ…層状蛇行部
１２…外面フィン
１３…主溝
１４…副溝
１５…凹部
１６…突出片
１７…内面フィン

Claims

内部に第１流路が形成された内管と、該内管の外側に設けられ、該内管との間に第２流路が形成された外管とからなる２重管であって、
前記２重管を蛇行方向に蛇行して形成した蛇行部を、該蛇行部が互いに重ね合わされる重ね合わせ方向に対し層状に複数配置して構成した
２重管。
前記複数配置された各蛇行部を、前記蛇行方向を折り返して該各蛇行部の一部が重なり合うようにして互い違いに配置した
請求項１に記載の２重管。
層状に複数配置した前記各蛇行部のうち少なくとも端列の蛇行部を、前記重ね合わせ方向と直交する平面に対し平行に配管した
請求項１又は２に記載の２重管。
前記各蛇行部を前記重ね合わせ方向に対し所定間隔に隔てて配管した
請求項１〜３のいずれか一つに記載の２重管。
前記内管の外周面に、該内管の外周面に沿って外面フィンを螺旋方向に連続して形成した
請求項１〜４のいずれか一つに記載の２重管。
前記外面フィンを、特殊加工したフィンで構成した
請求項５に記載の２重管。