JP2016102643A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝熱促進体（フィン）を水管に挿入した熱交換器において、ろう材と母材金属（水管の材料）との間に異種金属による電位差が発生するのを防止し、腐食に強い熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１００Ａは、外管１と、外管１の中に挿入された内管２と、内管２の内面に当接された螺旋管３と、外管１と内管２の間の空間に、外管１及び内管２の管軸方向に延びるよう挿入され、かつ外管１及び内管２に機械的に直接当接された伝熱促進体６と、を備える。外管１と内管２の端部は密着接合され、内管２、外管１及び伝熱促進体６がいずれも同種の金属（例えば、銅、ステンレス）で形成されているか、または母材が樹脂であり、その表面を同種の金属でコーティングを施したもので形成されていることである。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の流体と第２の流体とを熱交換する熱交換器に関するものである。

特許文献１には、外管と内管の間の空間内に、二流体間の熱交換のために管軸方向に螺旋状に延びるフィンを挿入し、このフィンを外管の内面に密着接合した熱交換器の構造が記載されている。特許文献２には、フィンを扁平容器にろう付けで接合した熱交換器の構造が記載されている。

特開２０１０−２７６３１９号公報 特開２００８−８２６５０号公報

しかしながら、フィンを水が流通する水管に対してろう付けで接合した構造の熱交換器は、水道水等の環境で使用されると、水道水等の水質によっては、水管が腐食して、穴があく不具合があった。

その主な原因は、接合に使われるろう材と、母材金属（水管の材料）の材料成分が異なるため、母材金属とろう材との間で、異種金属による電位差が生じ、その結果母材金属が腐食するためである。

請求項１に係る熱交換器は、外管と、前記外管の中に挿入された内管と、前記内管の内面又は前記外管の外面に当接された螺旋管と、前記外管と内管の間の空間に、前記外管及び前記内管の管軸方向に延びるよう挿入され、かつ前記外管及び前記内管に機械的に直接当接された伝熱促進体と、を備え、前記外管と前記外管の端部は密着接合され、前記外管、前記内管及び前記伝熱促進体がいずれも同種の金属を用いて形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る熱交換器は、外管と、前記外管の外面に当接して巻き付けられ、その内部に前記外管の管軸方向又は管軸を中心とする円周方向に沿って複数の流体通路が形成されてなる流体押し出し管と、前記外管の管軸方向に延び、前記外管の内面に機械的に直接当接された伝熱促進体からなる内管と、を備え、前記内管と前記外管の端部は密着接合され、前記外管及び前記伝熱促進体が同種の金属を用いて形成されていることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る熱交換器は、螺旋状の溝が形成されてなる伝熱促進体からなる外管と、前記外管の中に挿入された内管と、前記外管の溝に沿って前記外管の外面に巻きつけられた螺旋管と、を備え、前記内管と前記外管の端部は密着接合され、前記伝熱促進体は、前記内管の管軸方向に延びて前記内管の外面に機械的に直接当接され、前記内管及び前記伝熱促進体が同種の金属を用いて形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、伝熱促進体の接合のためにろう付けを用いることなく、伝熱促進体と管とを機械的に直接当接させたこと、及び伝熱促進体と水管とを同種の金属を用いて形成したことにより、異種金属による電位が発生しないため、腐食に強い熱交換器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における熱交換器の第１の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における熱交換器の第２例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における熱交換器の第３例を示す図である。 内管及び外管の端部の水密構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における熱交換器の第４例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における熱交換器の第５例を示す図である。 伝熱促進体の第１例を示す図である。 伝熱促進体の第２例を示す図である。 伝熱促進体の第３例を示す図である。 伝熱促進体の第４例を示す図である。 伝熱促進体の第５例を示す図である。 伝熱促進体の第６例を示す図である。 伝熱促進体の第７例を示す図である。 伝熱促進体の第８例を示す図である。 伝熱促進体の第９例を示す図である。 伝熱促進体の形成方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態における熱交換器を示す図である。 本発明の第２の実施形態における熱交換器の流体押し出し管の他の形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態における熱交換器を示す図である。 本発明の第４の実施形態における熱交換器を示す図である。 本発明の第４の実施形態における熱交換器を示す図である。 本発明の第５の実施形態における熱交換器を示す図である。 本発明の第５の実施形態における熱交換器を示す図である。

以下に、本発明の実施形態における熱交換器を図面に基づいて説明する。

＜＜第１の実施形態＞＞
第１の実施形態は、以下の第１例〜第５例からなる。

［第１例の熱交換器１００Ａ］
図１は、熱交換器１００Ａを示す図であり、図１（ａ）は、熱交換器１００Ａを正面から見た断面図、図１（ｂ）は伝熱促進体の正面図、図１（ｃ）は熱交換器１００Ａの側面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図（熱交換器１００Ａを側面から見た断面図）である。

熱交換器１００Ａは、第１の流体（例えば、水）と第２流体（例えば、ＣＯ_２等の高温冷媒）とを熱交換する熱交換器であって、円筒形状をなした外管１と、この外管１の中に挿入された円筒形状をなした内管２と、内管２の内面に当接され、螺旋状に巻かれた螺旋管３と、を備える。外管１と内管２の端部は、絞り加工等がなされ、ロウ付けや溶接等により相互に密着接合される。螺旋管３を構成する管は互いに密に接合した状態で巻かれていることが熱交換を促進する上で好ましい。

また、外管１の一方の端部には第１の流体の流入口１ａが形成され、他方の端部には第１の流体の流出口１ｂが形成される。流入口１ａには流入管体４が接合され、流出口１ｂには流出管体５が接合される。一方で、螺旋管３は螺旋の周回方向から外に引き出されて、流出管体５が形成された側に第２の流体の流入口３ａを有しており、流入管体４が形成された側に第２の流体の流出口３ｂを有している。

しかして、第１の流体は、流入管体４を介して外管１の流入口１ａから流入され、外管１と内管２の間の密閉空間を流通し、外管１の流出口１ｂから流出管体５を介して流出する。一方、第２の流体は、螺旋管３の流入口３ａから流入され、螺旋管３の中を流通し、螺旋管３の流出口３ｂから流出する。これにより、第１の流体と第２流体との熱交換が行われるようになっている。

この熱交換を促進するために、外管１と内管２の間の空間には、伝熱促進体（フィン）６が外管１及び内管２の管軸方向に延びるよう挿入されている。本実施形態の特徴は、伝熱促進体６が、外管１及び内管２に機械的に直接当接されており、かつ外管１、内管２及び伝熱促進体６がいずれも同種の金属を用いて形成されていること、すなわち、同種の金属で（例えば、銅、ステンレス）で形成されているか、または母材が樹脂であり、その表面を同種の金属でコーティングを施したもので形成されていることである。

伝熱促進体６は、外管１と内管２の間の空間を流通する第１の流体の乱流を発生させるために、例えば図１（ｂ）に示すように、管軸方向に対して傾斜して延びた溝６ａがプレス加工等により形成された平板を管状に巻いて成型するか、予め形成された管体の外面に管軸方向に対して傾斜して延びた螺旋状の溝６ａを形成してなるものである。

伝熱促進体６は、内管２に巻き付けられた帯体であっても良い。また、伝熱促進体６は、管軸方向に、複数個に分割して形成されていても良い。さらに、伝熱促進体６を外管１と内管２の空間に挿入した後に内管２の内径を機械的に広げることにより、伝熱促進体６、外管１及び内管２が互いに熱的に密に接合されるように構成しても良い。

熱交換器１００Ａを給湯器に利用する場合、第１の流体は水であり、第２流体はＣＯ_２等の高温冷媒である。両流体の熱交換の結果、管軸方向に沿って温度勾配が発生し、第１の流体の流出口１ｂから温水が得られることになる。この場合、外管１、内管２、及び伝熱促進体６は、管軸方向に沿って、第１の流体の流入口１ａの側に低温部、第１の流体の流出口１ｂの側に高温部を有することになる。熱交換器１００Ａは、高温部が低温部の鉛直上方に位置するように垂直に設置される。伝熱促進体６の各種の構成例については後述する。

上述のように、熱交換器１００Ａによれば、伝熱促進体６の外管１及び内管２との接合にろう付けを用いることなく、機械的に直接当接させたこと、かつ、外管１、内管２及び伝熱促進体６とを同種の金属を用いて形成したことにより、これら部材の間に異種金属による電位差が発生しないため、耐腐食性を向上させることができる。また、伝熱促進体６と外管１及び内管２との接合にろう付けを用いないが、螺旋管３を巻き付けたことにより十分な強度を確保することができる。

［第２例の熱交換器１００Ｂ］
図２は、熱交換器１００Ｂを示す図であり、図２（ａ）は、熱交換器１００Ｂを正面から見た断面図、図２（ｂ）は伝熱促進体６の正面図、図２（ｃ）は熱交換器１００Ｂの側面図、図２（ｄ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図（熱交換器１００Ｂを側面から見た断面図）である。

熱交換器１００Ｂによれば、螺旋管３は外管１の外面に当接するように巻かれている。また、内管２の一方の端部に第１の流体の流入口２ａが形成され、他方の端部に第１の流体の流出口２ｂが形成され、流入口２ａには流入管体４が接合され、流出口２ｂに流出管体５が接合される。流入管体４及び流出管体５は、内管２の中から外部に引き出されている。これにより、第２例の熱交換器１００Ｂは、第１例の熱交換器１００Ａよりコンパクトになっている。

上記以外の構成は、第１例の熱交換器１００Ａと同じである。すなわち、伝熱促進体６と外管１及び内管２との接合にろう付けを用いることなく、機械的に直接当接させたこと、かつ、外管１、内管２及び伝熱促進体６とを同種の金属を用いて形成したことにより、これら部材の間に異種金属による電位差が発生しないため、耐腐食性を向上させることができる。また、伝熱促進体６と外管１及び内管２との接合にろう付けを用いないが螺旋管３を巻き付けたことにより十分な強度を確保することができる。

［第３例の熱交換器１００Ｃ］
図３は、熱交換器１００Ｃを正面から見た断面図である。外管１の管軸方向の中央部に流体の第１の流体の流入口１ａが形成され、外管１の両端にそれぞれ第１の流体の流出口１ｂ，１ｂが形成されている。そして、流入口１ａには流入管体４が接合され、流出口１ｂ，１ｂにはそれぞれ流出管体５，５が接合される。

螺旋管３は、外管１の外面に当接するように巻かれているが、流入管体４と一方の流出管体５との間と、流入管体４と他方の流出管体５との間に二つに分割されている。伝熱促進体６は、流入管体４と一方の流出管体５との間と、流入管体４と他方の流出管体５との間に二つに分割されて外管１と内管２の間の密封空間に挿入されている。

上記以外の構成は、第２例の熱交換器１００Ｂと同じである。そして、第１の流体は、流入管体４を介して、外管１の中央部に形成された流入口１ａから流入され、外管１と内管２の間の密閉空間を左右方向（又は上下方向）に分かれて流通し、外管１の両端に形成された流出口１ｂ１，１ｂから流出管体５，５を介して流出する。一方、第２の流体は、螺旋管３，３の流入口３ａから流入され、螺旋管３，３の中を流通し、螺旋管３の流出口３ｂ，３ｂから流出する。このように、第１の流体の流通路を分流路とすることにより、熱交換を更に促進することができる。このような分流構造は、他の例（例えば、第１例）にも適用することができる。

上記の第１−３例（熱交換器Ａ−Ｃ）において、外管１及び内管２の端部は、縮管、拡管、又はキャップを接合することにより、水密構造を得ることができる。例えば、図４に示すように、外管１及び内管２の端部に、外管１及び内管２との間の空間を塞ぐための環状キャップ７を接合するか、外管１及び内管２の端部の端部全体を塞ぐための円形状キャップ８を接合することができる。

［第４例の熱交換器１００Ｄ］
図５は、熱交換器１００Ｄを示す図であり、図５（ａ）は熱交換器１００Ｄの端部を正面から見た断面図、図５（ｂ）は熱交換器１００Ｄの側面図である。この熱交換器１００Ｄは、第１例の熱交換器１００Ａにおける第１の流体の流通経路を二重構造にしたものである。

すなわち、この熱交換器１００Ｄは、第１例の熱交換器１００Ａに加えて、更に、第１の外管１が挿入された第２の外管２１と、第２の外管２１の外面に当接された第２の螺旋管３１と、第１の外管１と第２の外管２１の空間に管軸方向に延びるように挿入され、かつ第１の外管１及び第２の外管２１に機械的に直接当接された第２の伝熱促進体６２と、を備える。

第２の外管２１には、第２の流入管体（不図示）と第２の流出管体５１が接合されている。第１の流入管体４及び第２の流入管体は第１の流体の流入ヘッダーに接合され、第１の流出管体５と第２の流出管体５１は第２の流体の流出ヘッダーに接合される。第２の螺旋管３１は、第２の流体の流入口３１ａ、第２の流体の流出口３１ｂを有している。そして、第２の流体の流入口３ａ，３１ａは第２の流体の流入ヘッダーに接合され、第２の流体の流出口３ｂ，３１ｂは第２の流体の流出ヘッダーに接合される。これにより、第１及び第２の流体の圧力損失を低減するとともに、熱交換面積の増大により、熱交換をさらに促進することができる。

［第５例の熱交換器１００Ｅ］
図６は、熱交換器１００Ｅを示す図であり、図６（ａ）は熱交換器１００Ｅの端部を正面から見た断面図、図６（ｂ）は熱交換器１００Ｅの側面図である。この熱交換器１００Ｅは、第１例の熱交換器１００Ａに対して、外管１の外面に当接された第２の螺旋管３１を追加したものである。

すなわち、熱交換器１００Ｅは、内管２の内面に当接された第１の螺旋管３と、外管１の外面に当接された第２の螺旋管３１とを備えている。第２の螺旋管３１は、第２の流体の流入口３１ａ、第２の流体の流出口３１ｂを有している。そして、第２の流体の流入口３ａ，３１ａは第２の流体の流入ヘッダーに接合され、第２の流体の流出口３ｂ，３１ｂは第２の流体の流出ヘッダーに接合される。これにより、第２の流体の圧力損失を低減するとともに、熱交換面積の増大により、熱交換をさらに促進することができる。

［伝熱促進体６の構造等］
次に、本発明の実施形態の熱交換器１００Ａ−１００Ｅ等に適用できる伝熱促進体６の種々の構造とその形成方法を図７乃至図１６に基づいて説明する。

［第１例の伝熱促進体６］
図７は、伝熱促進体６の平面図、及び平面図の矢印方向から見た側面図である。この伝熱促進体６は、平面図で見て長辺Ｈ、短辺Ｌを有する長方形状の金属平板を
プレス加工することによりその主面に互いに平行に延在する多数の溝６ａを形成し、これらの溝６ａが形成された金属平板を管状に巻き上げて、細長円筒形状に成型することにより形成される。溝６ａは管軸方向（長辺方向）に対して一定の角度θだけ傾斜してストレートに延びている。また、側面図で見ると、溝６ａが連続的に形成される結果、山と谷が交互に周期的に現れる。隣接する溝６ａ，６ａとの間の幅ｗ（ピッチ）は一定になっている。また、谷から山までの高さｈも一定になっている。

［第２例の伝熱促進体６］
図８に示すように、図７の溝６ａを蛇行させても良い。すなわち、多数の溝６ａは、管軸方向（長辺方向）に対して一定の角度θだけ傾斜した方向に蛇行して延在している。これにより、図７の伝熱促進体６に比して、より大きな乱流が発生し、熱交換をさらに促進することができる。

［第３例の伝熱促進体６］
図９に示すように、乱流の発生を促進するために、伝熱促進体６を形成する金属平板上にストレートな溝６ａに沿って多数の微細な貫通穴６ｂ（周縁が突起した穴または単なる穴）を形成しても良い。貫通穴６ｂは、側面図で見て山と谷の中腹部に形成されることが好ましい。

［第４例の伝熱促進体６］
図１０に示すように、乱流の発生を促進するために、伝熱促進体６を形成する金属平板上にストレートな溝６ａに沿って多数の微細な切り起こし部６ｃを形成しても良い。切り起こし部６ｃは、側面図で見て山と谷の中腹部に形成されることが好ましい。

［第５例の伝熱促進体６］
図１１に示すように、乱流の発生を促進するために、伝熱促進体６を形成する金属平板上にストレートな溝６ａに沿って、ルーバー形状の切り起こし部６ｃを形成しても良い。

［第６例の伝熱促進体６］
図１２に示すように、乱流の発生を促進するために、伝熱促進体６を形成する金属平板上にストレートな溝６ａに沿って多数の微細な窪み部（ディンプル）６ｄを形成しても良い。窪み部６ｄは、側面図で見て山と谷の中腹部に形成されることが好ましい。なお、貫通穴６ｂ、切り起こし部６ｃ、及び窪み部６ｄは、蛇行した溝６ａに沿って形成しても良い。

［第７例の伝熱促進体６］
図１３に示す伝熱促進体６は、管軸方向に沿って高温部と低温部とを有し、「高温部」の溝６ａのピッチＤを「低温部」の溝６ａのピッチｗに比して大きくしている。「高温部」とは、［第１例］の熱交換器１００Ａで説明したように、第１の流体（水）の流出口１ｂに近い側の部分であり、「低温部」とは、第１の流体（水）の流入口１ａ近い側の部分である。溝６ａは管軸方向に一定の角度、傾斜して延在している。

このように構成する理由を以下に説明する。通常、水道水には炭酸カルシウム分が含まれている。水の温度が高くなると、炭酸カルシウム分が析出（固体化）し、流通路壁に付着し、流通路を塞ぐおそれがある。そこで、高温部の溝６ａのピッチを低温部の溝６ａのピッチに比して大きくすることにより、高温部の流通路断面積を大きくし、炭酸カルシウム分の析出（スケール）が発生した場合でも、流通路が閉塞するまでの時間を長くすること、つまり製品寿命を長くすることができる。その一方で、低温部については、スケールの発生が少ないので溝６ａのピッチを比較的小さくして、この部分で乱流の発生を促進している。

［第８例の伝熱促進体６］
図１４に示すように、伝熱促進体６の製作を容易にするために、伝熱促進体６を高温部６１と、低温部６０とを分割して形成しても良い。この場合、高温部６１と低温部６０は、平面図で見て、長方形状の金属平板で形成され、高温部６１の溝６１ａのピッチは低温部６０の溝６０ａのピッチに比して大きくなっている。溝６０ａ，６１ａは管軸方向に一定の角度、傾斜して延在している。

［第９例の伝熱促進体６］
図１５に示すように、スケールに対する他の対策として、伝熱促進体６は、管軸方向に沿って高温部と低温部とを有し、高温部の窪み部６ｄのピッチを低温部の窪み部６ｄのピッチに比して大きくしても良い。

［伝熱促進体６の形成方法］
図１６は、伝熱促進体６の螺旋状の溝６ａを形成する方法を示した図であり、図１６（ａ）に示すように、予め成型された管体の外面に、ローラ等を用いて管軸方向に対して傾斜して延びた螺旋状の溝６ａを形成することで、伝熱促進体６を容易に製作することができる。

また、溝のピッチを異ならせる場合は、図１６（ｂ）に示すように、予め成型された２つの管体の外面に、それぞれローラ等を用いて管軸方向に対して傾斜して延びた螺旋状の溝６０ａ、６１ａを形成し、２つの管体が１つの管体になるように接合することができる。

＜＜第２の実施形態＞＞
図１７は、熱交換器１００Ｆを示す図であり、図１７（ａ）は、熱交換器１００Ｆを正面から見た断面図、図１７（ｂ）は流体押し出し管の正面図、図１７（ｃ）は熱交換器１００Ｆの側面図、図１７（ｄ）は伝熱促進体の部分正面図である。

熱交換器１００Ｆは、第１の流体（例えば、水）と第２流体（例えば、ＣＯ_２等の高温冷媒）とを熱交換する熱交換器であって、外管１と、外管１の外面に当接して巻き付けられ、内部に外管１の管軸方向に複数の流体通路１０が形成されてなる流体押し出し管９と、外管１の管軸方向に延び、外管１の内面に機械的に直接当接された伝熱促進体６からなる内管２と、を備えて構成される。

本実施形態では、伝熱促進体６は外管１の中に挿入されて内管２としても機能している。内管２（伝熱促進体６）と外管１の端部は密着接合され、外管１及び内管２（伝熱促進体６）は同種の金属を用いて形成されている。流体押し出し管９の中に形成された複数の流体通路１０は、外管１の管軸方向に互いに平行に延び、図１７（ｃ）の側面図で見ると、流体押し出し管９の中を通る円周上に均等に配置されている。

また、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、外管１の一方の端部には、外管１と内管２（伝熱促進体６）との間の密閉空間に連通し、第１の流体を流入させるための流入管体４が接合される。外管１の他方の端部には、前記密閉空間から第１の流体を流出させるための流出管体５が接合される。

一方で、図１７（ｂ）に示すように、流体押し出し管９の端部（流出管体５に近い側）には、複数の流体通路１０に連通し、第２の流体を流入させるための流入管体７ａが接合される。外管１の他方の端部には、複数の流体通路１０から第２の流体を流出させるための流出管体７ｂが接合される。

しかして、第１の流体は、流入管体４を介して外管１と内管２（伝熱促進体６）の間の密閉空間を流通し、流出管体５を介して流出する。一方、第２の流体は、流入管体７ａを介して複数の流体通路１０を流通し、流出管体７ｂを介して流出する。これにより、第１の流体と第２流体との熱交換が行われるようになっている。

本実施形態における伝熱促進体６としては、前述の第１−２例（図７−図８）、第６−第９例（図１２−図１５）の構造及び形成方法を用いることができるが、第３−第５例（図９−図１１）のように、貫通穴６ｂや切り起こし部６ｃを形成するものは用いることはできない。これは、伝熱促進体６を内管２として用いているため、伝熱促進体６に貫通穴６ｂ等を形成すると第１の流体が漏れてしまうからである。

上述のように、熱交換器１００Ｆによれば、外管１と内管２（伝熱促進体６）との接合にろう付けを用いることなく、機械的に直接当接させたこと、かつ、外管１及び内管２（伝熱促進体６）とを同種の金属を用いて形成したことにより、これら部材の間に異種金属による電位差が発生しないため、耐腐食性を向上させることができる。また、外管１と内管２（伝熱促進体６）との接合にはろう付けを用いていないが、外管１に流体押し出し管９を巻き付けたことにより、十分な強度を確保することができる。

図１８は、流体押し出し管９の他の形態を示す図であり、図１８（ｂ）はその側面図、図１８（ａ）は、図１８（ｂ）におけるＡ−Ａ線における断面図である。図１７の流体押し出し管９は、外管１の管軸方向に複数の流体通路１０が形成されているのに対して、図１８の流体押し出し管９１は、外管１の管軸を中心とする円周方向に沿って複数の流体通路１０１が形成されている点で異なっている。また、流体押し出し管９１は、外管１の管軸方向に５つの流体押し出しユニット７１ａ〜７１ｅに分割され、各流体押し出しユニット７１ａ〜７１ｅに複数の流体通路１０１が形成されている。流体押し出しユニット７１ａ〜７１ｅの複数の流体通路１０１は、不図示のヘッダーに接合されている。

＜＜第３の実施形態＞＞
図１９は、熱交換器１００Ｇを示す図であり、図１９（ａ）は、熱交換器１００Ｆを正面から見た断面図、図１９（ｂ）は熱交換器１００Ｇの側面図である。

熱交換器１００Ｇは、第１の流体（例えば、水）と第２流体（例えば、ＣＯ_２等の高温冷媒）とを熱交換する熱交換器であって、螺旋状の溝が形成されてなる伝熱促進体６からなる外管１と、外管１の中に挿入された内管２と、外管１の溝に沿って外管１の外面に巻きつけられた螺旋管３と、を備えて構成される。

本実施形態では、伝熱促進体６は外管１としても機能している。外管１と内管２の端部は密着接合され、伝熱促進体６は、内管２の管軸方向に延びて内管２の外面に機械的に直接当接され、内管２及び外管１（伝熱促進体６）は同種の金属を用いて形成されている。

また、外管１（伝熱促進体６）の一方の端部には第１の流体の流入口１ａが形成され、他方の端部には第１の流体の流出口１ｂが形成される。流入口１ａには流入管体４が接合され、流出口１ｂには流出管体５が接合される。一方で、螺旋管３は螺旋の周回方向から外に引き出されて、流出管体５が形成された側に第２の流体の流入口３ａを有しており、流入管体４が形成された側に第２の流体の流出口３ｂを有している。

しかして、第１の流体は、流入管体４を介して外管１の流入口１ａから流入され、外管１（伝熱促進体６）と内管２の間の密閉空間を流通し、外管１の流出口１ｂから流出管体５を介して流出する。一方、第２の流体は、螺旋管３の流入口３ａから流入され、螺旋管３の中を流通し、螺旋管３の流出口３ｂから流出する。これにより、第１の流体と第２流体との熱交換が行われるようになっている。

本実施形態における伝熱促進体６としては、前述の第１−２例（図７−図８）、第６−第９例（図１２−図１５）の構造及び形成方法を用いることができるが、第３−第５例（図９−図１１）のように、貫通穴６ｂや切り起こし部６ｃを形成するものは用いることはできない。これは、伝熱促進体６を内管２として用いているため、伝熱促進体６に貫通穴６ｂ等を形成すると第１の流体が漏れてしまうからである。

上述のように、熱交換器１００Ｇによれば、外管１（伝熱促進体６）と内管２との接合にろう付けを用いることなく、機械的に直接当接させたこと、かつ、外管１（伝熱促進体６）及び内管２とを同種の金属を用いて形成したことにより、これら部材の間に異種金属による電位差が発生しないため、耐腐食性を向上させることができる。また、外管１と内管２（伝熱促進体６）との接合にはろう付けを用いていないが、外管１に螺旋管３を巻き付けたことにより、十分な強度を確保することができる。

＜＜第４の実施形態＞＞
図２０、図２１は、熱交換器１００Ｈを示す図であり、図２０（ａ）は、熱交換器１００Ｈを正面から見た断面図、図２０（ｂ）は伝熱促進体６の正面図、図２１（ａ）は熱交換器１００Ｈの側面図、図２１（ｂ）は伝熱促進体６の側面図、図２１（ｃ）は伝熱促進体６を構成する５本の線材６−１〜６−５の端の位置を示す側面図である。

本実施形態の伝熱促進体６は、５本の線材６−１〜６−５を内管２に対して螺旋状に多条巻きしたものである。５本の線材６−１〜６−５の端は、図２１（ｂ）、（ｃ）に示すように、線材６−１〜６−５の側面図で見て、７２°ずつ、ずらされている。図２０（ｂ）では線材６−５の右端、線材６−３〜６−５の左端は隠れている。そして、隣接する線材６−１〜６−５の間に内管２の周方向に沿って流体通路が形成され、この例では独立の５通路が並列に形成される。このように５通路を形成することにより、１本の線材で長い１通路を形成する場合に比して、各通路の長さが短くなり、その結果、流体の圧力損失を小さくすることができる。

なお、伝熱促進体６を構成する線材の本数は５本に限らない。また、線材６−１〜６−５の断面形状はこの例では円形であるが、これに限らず他の形状でもよい。また、図２１では螺旋管３は、内管２の内面に当接して螺旋状に巻かれているが、図２に示すように、外管１の外面に当接して螺旋状に巻かれていてもよい。その他の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

熱交換器１００Ｈによれば、第１の実施形態等と同様に、伝熱促進体６の外管１及び内管２との接合にろう付けを用いることなく、機械的に直接当接させたこと、かつ、外管１、内管２及び伝熱促進体６を構成する線材６−１〜６−５を同種の金属を用いて形成したことにより、これら部材の間に異種金属による電位差が発生しないため、耐腐食性を向上させることができる。また、伝熱促進体６と外管１及び内管２との接合にろう付けを用いないが、螺旋管３を巻き付けたことにより十分な強度を確保することができる。

＜＜第５の実施形態＞＞
図２２、図２３は、熱交換器１００Ｉを示す図であり、図２２（ａ）は、熱交換器１００Ｉを正面から見た断面図、図２２（ｂ）は伝熱促進体６の正面図、図２３（ａ）は熱交換器１００Ｉの側面図、図２３（ｂ）は伝熱促進体６の側面図、図２３（ｃ）は伝熱促進体６を構成する５本の線材６−１〜６−５の端の位置を示す側面図、図２３（ｄ）は線材６−１の図２３（ｂ）におけるＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面を示す図である。図２３（ｄ）のＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面の上に示した図は、線材６−１〜６−５の先端部を上方から見た図である。線材６−２〜６−５についても図２３（ｄ）に示した線材６−１と同様である。

本実施形態の伝熱促進体６は、５本の線材６−１〜６−５を内管２に対して螺旋状に多条巻きした点では、第４の実施形態と同じであるが、本実施形態の線材６−１〜６−５は、断面Ｌ字形にフォーマー加工等により加工され、かつ、線材６−１〜６−５の先端部は、線材６−１〜６−５の長手方向に沿って波打ちするように加工されている。図２３（ｄ）を見ると、Ａ−Ａ線断面での線材６−１〜６−５のＬ字形の先端部はＢ−Ｂ線断面での線材６−１〜６−５のＬ字形の先端部は互いに逆方向に曲げられている。

第４の実施形態と同様に、５本の線材６−１〜６−５の端は、図２３（ｃ）に示すように、線材６−１〜６−５の側面図で見て、７２°ずつ、ずらされている。そして、隣接する線材６−１〜６−５の間に内管２の周方向に沿って流体通路が形成され、この例では独立の５通路が並列に形成される。なお、伝熱促進体６を構成する線材の本数は５本に限らない。

本実施形態によれば、線材６−１〜６−５の先端部がひれ状に波打っているので、流体の乱流を発生させ、熱交換を促進させることができる。図２３では螺旋管３は、内管２の内面に当接して螺旋状に巻かれているが、図２に示すように、外管１の外面に当接して螺旋状に巻かれていてもよい。その他の構成は、第１の実施形態の構成と同様であり、耐腐食性の向上等の同様の効果を奏する。

１ 外管
１ａ 流入口
１ｂ 流出口
２ 内管
２ａ 流入口
２ｂ 流出口
３ 螺旋管
３ａ 流入口
３ｂ 流出口
４ 流入管体
５ 流出管体
６ 伝熱促進体
６ａ 溝
６ｂ 貫通穴
６ｃ 切り起こし部
６ｄ 窪み部
７ 環状キャップ
８ 円形状キャップ
９ 流体押し出し管
１０ 流体通路
２１ 第２の外管
３１ 第２の螺旋管
６０ 低温部
６０ａ 溝
６１ 高温部
６１ａ 溝
６２ 第２の伝熱促進体
７１ 流体押し出し管
７１ａ〜７１ｅ 流体押し出しユニット
８１ 流体通路
１００Ａ〜１００Ｉ 熱交換器

Claims (21)

1. 外管と、
   前記外管の中に挿入された内管と、
   前記内管の内面又は前記外管の外面に当接された螺旋管と、
   前記外管と内管の間の空間に、前記外管及び前記内管の管軸方向に延びるよう挿入され、かつ前記外管及び前記内管に機械的に直接当接された伝熱促進体と、を備え、
   前記外管と前記外管の端部は密着接合され、
   前記外管、前記内管及び前記伝熱促進体がいずれも同種の金属を用いて形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 外管と、
   前記外管の外面に当接して巻き付けられ、内部に前記外管の管軸方向又は管軸を中心とする円周方向に沿って複数の流体通路が形成されてなる流体押し出し管と、
   前記外管の管軸方向に延び、前記外管の内面に機械的に直接当接された伝熱促進体からなる内管と、を備え、
   前記外管と前記内管の端部は密着接合され、
   前記外管及び前記伝熱促進体が同種の金属を用いて形成されていることを特徴とする熱交換器。
3. 螺旋状の溝が形成されてなる伝熱促進体からなる外管と、
   前記外管の中に挿入された内管と、
   前記外管の溝に沿って前記外管の外面に巻きつけられた螺旋管と、を備え、
   前記外管と前記内管の端部は密着接合され、
   前記伝熱促進体は、前記内管の管軸方向に延びて前記内管の外面に機械的に直接当接され、
   前記内管及び前記伝熱促進体が同種の金属を用いて形成されていることを特徴とする熱交換器。
4. 前記伝熱促進体は、前記管軸方向に対して傾斜して延びた複数の溝が形成された平板を管状に成型し、又は管体の外面に前記管軸方向に対して傾斜して延びた螺旋状の溝を形成してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記溝が蛇行していることを特徴とする請求項３又は４に記載の熱交換器。
6. 前記溝の延在方向に沿って、窪み部が形成されていることを特徴とする請求項４乃至５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記伝熱促進体は、前記管軸方向に沿って高温部と低温部とを有し、高温部の溝のピッチが、低温部の溝のピッチに比して大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 前記伝熱促進体は、前記管軸方向に沿って高温部と低温部とを有し、高温部の窪み部のピッチが、低温部の窪み部のピッチに比して大きいことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記伝熱促進体の高温部と、低温部とが分割して形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の熱交換器。
10. 前記伝熱促進体は、前記管軸方向に対して傾斜して延びた溝が形成された平板を管状に成型し、又は管体の外面に前記内管又は前記外管の長手方向に対して傾斜して延びた溝を形成してなり、前記溝の延在方向に沿って、切り起こし部又は貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
11. 前記螺旋管を構成する管が互いに密に接合した状態で巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
12. 前記伝熱促進体は、前記管軸方向に、複数個に分割して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
13. 前記伝熱促進体は、前記管軸方向に沿って高温部と低温部とを有し、高温部が低温部の鉛直上方に位置するように設置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器。
14. 前記伝熱促進体を前記外管と前記内管の間の空間に挿入した後に前記内管の内径を機械的に広げることにより、前記伝熱促進体、前記内管及び前記外管が互いに熱的に密に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
15. 前記外管の管軸方向の中央部に流体の流入口が形成され、前記外管の両端にそれぞれ流体の流出口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
16. 前記外管及び内管の端部は、縮管、拡管、又はキャップを接合することにより塞がれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
17. 前記外管が挿入された第２の外管と、
    前記第２の外管の外面に当接された第２の螺旋管と、
    前記外管と前記第２の外管の空間に前記管軸方向に延びるように挿入され、かつ前記外管及び前記第２の外管に機械的に直接当接された第２の伝熱促進体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
18. 前記内管の内面に当接された第１の螺旋管と、
    前記外管の外面に当接された第２の螺旋管と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
19. 前記伝熱促進体は、前記内管に巻き付けられた帯体からなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
20. 前記伝熱促進体は、多数の流体通路を形成するように線材を螺旋状に多条巻きしてなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
21. 前記伝熱促進体は、多数の流体通路を形成するように断面Ｌ字形に加工された線材を螺旋状に多条巻きし、前記線材の先端部が前記線材の長手方向に沿って波打ちするように加工されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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