JP2016138687A - 二重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、第一伝熱管と第二伝熱管との間の熱通過率Ｋを高めることができる二重管式熱交換器を提供することにある。
【解決手段】
放熱器で凝縮された後の冷媒の流路となる第一伝熱管１５−１と、蒸発器で気化された後の冷媒の流路となる第二伝熱管１５−２とを備え、第一伝熱管１５−１を第二伝熱管１５−２の内側に配置し、第一伝熱管１５−１及び第二伝熱管１５−１を螺旋形状に形成した二重管式熱交換器において、第二伝熱管１５−２は、断面上に定義され相互に直交する第一方向１９Ａと第二方向１９Ｂとにおいて、第一方向１９Ａにおける寸法が第二方向１９Ｂにおける寸法よりも大きい形状を成し、第一伝熱管１５−１は、第二伝熱管１５−２の内周面に接触している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、外管と外管の内側を挿通する内管とを備え、外管を流れる媒体と内管を流れる媒体との間で熱交換を行う二重管式熱交換器に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００６−３００４８８号公報（特許文献１）がある。この公報には、圧縮機、放熱器、膨張弁及び蒸発器を配管で接続し、放熱器から流出した高圧冷媒と蒸発器から流出した低圧冷媒との間で熱交換を行わせる内部熱交換器を設けた冷凍サイクル装置が記載されている。この冷凍サイクル装置では、冷媒として二酸化炭素を用いると共に、圧縮機内の潤滑油として難溶性オイルを用い、内部熱交換器が超臨界領域にある高圧冷媒の流れる第一伝熱管と低圧冷媒の流れる第二伝熱管とからなり、第一伝熱管を第二伝熱管内に配置している（要約参照）。さらに、特許文献１の図４には、第一伝熱管と第二伝熱管とはそれぞれ円筒形状に形成され、第一伝熱管と第二伝熱管とが同心に配置された構成が記載されている。

特開２００６−３００４８８号公報

特許文献１の冷凍サイクル装置では、第一伝熱管と第二伝熱管とが同心に配置されており、第一伝熱管は第二伝熱管と接触しない構成である。このため、第二伝熱管を流れる低圧冷媒は、第一伝熱管の外周の全周に亘って、第一伝熱管と接触することにより、第一伝熱管を流れる高圧冷媒と熱交換を行う。

熱交換器の伝熱量Ｑは、熱通過率Ｋと伝熱面積Ａと温度差との積で表される。従って、熱交換器の設計に当たっては、熱交換器の伝熱量Ｑを大きくするために、熱通過率Ｋと伝熱面積Ａとを大きくすることが考えられる。しかし、伝熱面積Ａを大きくするために冷媒の流路を長くすることは、圧力損失の増加を招き、好ましくない。従って、熱通過率Ｋを高くすることによって、伝熱量Ｑを大きくすることが好ましい。

特許文献１に記載された内部熱交換器では、第一伝熱管と第二伝熱管との間の熱通過率Ｋを高くすることについての配慮が十分ではない。

本発明の目的は、第一伝熱管と第二伝熱管との間の熱通過率Ｋを高めることができる二重管式熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の二重管式熱交換器は、放熱器で凝縮された後の冷媒の流路となる第一伝熱管と、蒸発器で気化された後の冷媒の流路となる第二伝熱管とを備え、前記第一伝熱管を前記第二伝熱管の内側に配置し、前記第一伝熱管及び前記第二伝熱管を螺旋形状に形成した二重管式熱交換器において、前記第二伝熱管は、断面上に定義され相互に直交する第一方向と第二方向とにおいて、前記第一方向における寸法が前記第二方向における寸法よりも大きい形状を成し、前記第一伝熱管は、前記第二伝熱管の内周面に接触している。

本発明によれば、第一伝熱管と第二伝熱管との間の熱通過率Ｋを高めることができ、二重管式熱交換器の熱交換性能を高めることができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係るヒートポンプ給湯装置のシステム構成図（回路構成図）である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第一実施例及び第二実施例について、二重管式熱交換器を螺旋の回転面に垂直な方向から見た外観図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第一実施例について、図２に示す二重管式熱交換器のII−II断面を示す断面図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第二実施例について、図２に示す二重管式熱交換器のIII−III断面を示す断面図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第三実施例について、二重管式熱交換器を螺旋の回転面に垂直な方向から見た外観図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第三実施例について、図５に示す二重管式熱交換器のVI−VI断面を示す断面図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第四実施例について、二重管式熱交換器を螺旋の回転面に垂直な方向から見た外観図である。 本発明に係る二重管式熱交換器の第四実施例について、図７に示す二重管式熱交換器のVII−VII断面を示す断面図である。 二重管式熱交換器の形状を変えた変形例（第一変形例）を示す断面図である。 二重管式熱交換器の形状を変えた変形例（第二変形例）を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施例を説明する。なお、各実施例において共通する部品には同じ符号を付し、説明を省略する。

最初に、図１を用いて、第一実施例〜第四実施例に共通するヒートポンプ給湯装置のシステム構成について説明する。図１は、本発明の一実施例に係るヒートポンプ給湯装置のシステム構成図（回路構成図）である。

ヒートポンプ給湯装置は、冷凍サイクル装置１０と貯湯装置２０とで構成されている。

冷凍装置１０は、圧縮機１１と放熱器（凝縮器）１２と膨張弁１３と蒸発器１４と内部熱交換器（補助熱交換器）１５とが配管１６Ａ〜１６Ｆで接続されて、構成されている。圧縮機１１は、冷媒を圧縮して、高温高圧の冷媒とする装置である。放熱器１２は、冷媒と水（湯）との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化する装置である。膨張弁１３は、冷媒を減圧して低温低圧の冷媒とする装置である。蒸発器１４は、冷媒を蒸発させて気化する装置である。

放熱器１２は、第一伝熱管１２−１と第二伝熱管１２−２とを備え、第一伝熱管１２−１を流れる冷媒と第二伝熱管１２−２を流れる水（湯）との間で熱交換を行う。内部熱交換器１５は、第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２とを備え、第一伝熱管１５−１を流れる冷媒と第二伝熱管１５−２を流れる冷媒との間で熱交換を行う装置である。

貯湯装置２０は、貯湯タンク２１と循環ポンプ２２とを備えている。貯湯タンク２１は、配管２３Ａにより、循環ポンプ２２の吸入口側に接続されている。循環ポンプ２２の吐出口側は、配管２３Ｂにより、貯湯装置２０の流出側接続口２４に接続されている。

流出側接続口２４は、冷凍サイクル装置１０の流入側接続口１８に接続されている。流入側接続口１８は、配管１６Ｇにより、放熱器１２の第二伝熱管１２−２の入口側１２−２Ａに接続されている。第二伝熱管１２−２の出口側１２−２Ｂは、配管１６Ｈにより、冷凍サイクル装置１０の流出側接続口１７に接続されている。流出側接続口１７は、貯湯装置２０の流入側接続口２５に接続されている。流入側接続口２５は、配管２３Ｃにより、貯湯タンク２１に接続されている。

貯湯タンク２１は、上部に高温の水が溜められ、下部に低温の水が溜められる積層式のタンクである。低温の水は、循環ポンプ２２の駆動により、図１に矢印で示すように、冷凍サイクル装置１０の放熱器１２の第二伝熱管１２−２に送られる。第二伝熱管１２−２に送られた低温の水は、第一伝熱管１２−１を流れる高温高圧の冷媒と熱交換を行うことで温められ、高温の水になる。放熱器１２で温められた高温の水は、配管２３Ｃを流れて貯湯タンク２１に戻る。

貯湯タンク２１から流出して貯湯タンク２１に戻る水は、図１に矢印で示す向きに流れる。図１において、第二伝熱管１２−２を流れる水は下から上に流れ、第一伝熱管１２−１を流れる冷媒は上から下に流れる。このように、冷媒と水とが放熱器１２の中で対向して逆向きに流れることにより、冷媒と水との熱交換効率を高めている。

貯湯タンク２１には、配管２３Ａ，２３Ｃの他に、貯湯タンク２１を水道管等に接続する配管２３Ｅ等の配管が、必要に応じて接続される。

内部熱交換器１５の第一伝熱管１５−１は、その入口側１５−１Ａが放熱器１２からの配管１６Ｂに接続され、出口側１５−１Ｂが膨張弁１３への配管１６Ｃに接続されている。第二伝熱管１５−２は、その入口側１５−２Ａが蒸発器１４からの配管１６Ｅに接続され、出口側１５−２Ｂが圧縮機１１への配管１６Ｆに接続されている。内部熱交換器１５では、第一伝熱管１５−１を流れる冷媒と第二伝熱管１５−２を流れる冷媒とは、内部熱交換器１５の中で対向して逆向きに流れることにより、熱交換効率を高めている。

圧縮機１１と放熱器１２とを接続する配管１６Ａ、放熱器１２と内部熱交換器１５とを接続する配管１６Ｂ、及び内部熱交換器１５と膨張弁１３とを接続する配管１６Ｃは、高温高圧の冷媒が流れる流路（高温高圧冷媒流路）を構成する。膨張弁１３と蒸発器１４とを接続する配管１６Ｄ、蒸発器１４と内部熱交換器１５とを接続する配管１６Ｅ、及び内部熱交換器１５と圧縮機１１とを接続する配管１６Ｅは、低温低圧の冷媒が流れる流路（低温低圧冷媒流路）を構成する。

配管１６Ｂ、配管１６Ｃ及び配管１６Ｄは、液化された液冷媒が流れる流路（液冷媒流路）を構成する。配管１６Ｅ、配管１６Ｆ及び配管１６Ａは、気化されたガス冷媒が流れる流路（ガス冷媒流路）を構成する。配管１６Ａ〜１６Ｆを流れる冷媒は、図１に矢印で示す向きに流れる。従って、内部熱交換器１５の第一伝熱管１５−１には高温高圧の液冷媒が流れ、第二伝熱管１５−２には低温低圧のガス冷媒が流れる。なお、配管１６Ａ〜１６Ｆの中には、液冷媒とガス冷媒とが混ざった状態で流れる部分が存在するが、これについては説明を省略する。

以下、内部熱交換器１５に関する第一実施例〜第四実施例を説明する。

内部熱交換器１５の第一実施例を、図２及び図３を用いて説明する。図２は、本発明に係る二重管式熱交換器の第一実施例（第二実施例を含む）について、二重管式熱交換器を螺旋の回転面に垂直な方向（図３のII矢視方向）から見た外観図である。図３は、本発明に係る二重管式熱交換器の第一実施例について、図２に示す二重管式熱交換器のII−II断面を示す断面図である。なお、図２の外観図は、第二実施例にも共通する。また、図２及び図３は、実施例の特徴を際立たせて描いた模式図である。

以下の説明（他実施例及び変形例を含む）では、螺旋の回転面に垂直な方向を、螺旋の軸方向と呼んで説明する。

内部熱交換器１５Ａは、第二伝熱管１５−２の内側に第一伝熱管１５−１が挿通された二重管式熱交換器で構成される。第二伝熱管１５−２は、第一伝熱管１５−１に対して外側に配置されるため、外管と呼ぶ場合もある。第一伝熱管１５−１は、第二伝熱管１５−２に対して内側に配置されるため、内管と呼ぶ場合もある。

第一伝熱管１５−１及び第二伝熱管１５−２は、螺旋状の冷媒流路を形成している。螺旋状の冷媒流路の一端部には、第一伝熱管１５−１の入口（流入口）１５−１Ａと第二伝熱管１５−２の出口（流出口）１５−２Ｂとが組にして設けられている。螺旋状の冷媒流路の他端部には、第一伝熱管１５−１の出口（流出口）１５−１Ｂと第二伝熱管１５−２の入口（流入口）１５−２Ａとが組にして設けられている。

第二伝熱管１５−２は、図２に示すように、第一の方向１９Ａにおける寸法（外径）が第一の方向１９Ａに垂直な第二の方向１９Ｂにおける寸法（外径）よりも大きな形状をしている。すなわち、第二伝熱管１５−２の長手方向に垂直な断面形状は、第一の方向１９Ａに長軸を有し、第二の方向１９Ｂに短軸を有する。このような形状として、楕円や長円がある。

本実施例では、第一伝熱管１５−１の長手方向に垂直な断面形状は、円形である。第一伝熱管１５−１の外周の一部は、第二伝熱管１５−２の内周に接触している。このとき、第二伝熱管１５−２が短軸１９Ｂ方向から第一伝熱管１５−１を挟み込むことにより、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２に対して位置が固定されている。

さらに、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２の長軸１９Ａ方向において、一方に偏って配置されている。本実施例では、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２の出口１５−２Ｂ側に偏って配置されている。第二伝熱管１５−２の内周面と第一伝熱管１５−１の外周面との間に形成された隙間１５−４は、低温低圧の冷媒流路となる。第一伝熱管１５−１の内側１５−３は、高温高圧の冷媒流路となる。

この固定のために、第一伝熱管１５−１の外周面は、その周方向において位置の異なる少なくとも二点１５−６Ａ，１５−６Ｂで、第二伝熱管１５−２の内周面と接触している。以下、これらの二点１５−６Ａ，１５−６Ｂを接触点１５−６Ａ，１５−６Ｂと呼ぶ。本実施例では、第一接触点１５−６Ａ及び第二接触点１５−６Ｂは、第一伝熱管１５−１の外周方向において、１８０度離れた角度位置に設定される。

本実施例では、第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２とが接触する二つの接触点１５−６Ａ，１５−６Ｂの間で一方の側に位置する外周面１５−５Ａの全体が、第二伝熱管１５−２の内周面と接触するようにしている。しかし、外周面１５−５Ａの一部に、第二伝熱管１５−２の内周面と接触しない部分があってもよい。本実施例では、外周面１５−５Ａは、第二伝熱管１５−２の内周面と接触するか、第二伝熱管１５−２の内周面と微小な間隙を有して対向する。一方、接触点１５−６Ａ，１５−６Ｂに対して外周面１５−５Ａと反対側の外周面１５−５Ｂは、第二伝熱管１５−２の内周面と大きな間隙を有して対向する。この間隙１５−４が第二伝熱管１５−２における冷媒流路となる。

本実施例の効果について説明する。以下で説明する効果は、後述する第二実施例〜第四実施例にも共通する効果である。

本発明では、第一伝熱管（内管）１５−１及び第二伝熱管（外管）１５−２を螺旋形状にすることにより、第二伝熱管（外管）１５−２内における冷媒の流れに二次流れを生じさせ、乱流にすることができる。これにより、第一伝熱管（内管）１５−１に接触する冷媒を増やすことができ、第一伝熱管１５−１を流れる冷媒から第二伝熱管１５−２を流れる冷媒への熱交換効率を大きくすることができる。

本発明では、第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２とが接触することにより、第一伝熱管１５−１を流れる高温高圧の冷媒が有する熱は、第一伝熱管１５−１から第二伝熱管１５−２を流れる低温低圧の冷媒に直接伝達されるほか、第一伝熱管１５−１から第二伝熱管１５−２に伝達される。

第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２との間の熱通過率Ｋは高いため、高温高圧の冷媒が有する熱は第二伝熱管１５−２に効率良く伝達される。そして、高温高圧の冷媒が有する熱は、第二伝熱管１５−２を介して、第二伝熱管１５−２を流れる低温低圧の冷媒に伝達される。これにより、内部熱交換器１５における熱通過率Ｋを高めることができる。

熱通過率Ｋを高めるためには、外周面１５−５Ａの角度範囲は広い方が良い。従って、外周面１５−５Ａは、第一伝熱管１５−１の外周面の周方向において、１８０度を超える角度範囲に設定されてもよい。この場合、外周面１５−５Ａを挟んだ二つの接触点１５−６Ａ，１５−６Ｂの間の角度範囲は、１８０度よりも大きくなる。

本発明によれば、熱通過率Ｋを高めることができるので、伝熱面積Ａを大きくする必要が無くなり、内部熱交換器１５における圧力損失を低減することができる。これにより、圧縮機１１の投入電力を小さくして、冷凍サイクル装置１０の消費電力を低減することができる。

また本発明では、第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２とが接触するように配置される。このため、第一伝熱管１５−１の僅かな振動でも第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２との間に離反と衝突とを生じさせる可能性がある。第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２との間で離反と衝突とが繰り返されると、騒音が発生する。本発明では、第一伝熱管１５−１が第二伝熱管１５−２に固定されることにより、このような振動の発生が防止される。

また、第一伝熱管１５−１が第二伝熱管１５−２の中を長軸１９Ａ方向に横切ると、第二伝熱管１５−２の中に形成される低温低圧冷媒の流路１５−４が塞がれる。本発明では、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２に対して、長軸１９Ａ方向の一方の側に固定されているため、低温低圧冷媒の流路１５−４が塞がれることはない。

本発明の二重管式熱交換器を、螺旋の軸方向を鉛直方向に沿うように配置するとよい。すなわち、上下方向が図３に示すような方向に配置（縦置き配置）されると良い。縦置き配置の場合、第二伝熱管１５−２の入口１５−２Ａは出口１５−２Ｂに対して下側に位置する。低温低圧冷媒が重力に逆らって下から上に流れることにより、流速が遅くなる。特に、低温低圧冷媒が気液混合状態の場合、液冷媒の流速を遅くすることができる。このため、低温低圧冷媒が熱交換を行う時間が長くなり、受け取る熱量を増やすことができる。特に、液冷媒は第二伝熱管１５−２の中で気化し易くなる。なお、第一伝熱管１５−１の入口１５−１Ａは出口１５−１Ｂに対して上側に位置するようにして、高温高圧冷媒と低温低圧冷媒とが対向して流れるようにする。

第一伝熱管（内管）１５−１に低温低圧の冷媒が流れるようにし、第二伝熱管（外管）１５−２に高温高圧の冷媒が流れるようにしてもよい。しかし、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２の内側に挿通される配管であるため、内径を大きく確保することが難しい。低温低圧の冷媒が流れる流路の圧力損失が増えると、圧縮機１１の前で媒体の圧力が低下することになる。この圧力の低下分を圧縮機１１で補うことになり、圧縮機１１への投入電力が増加することになる。従って、圧縮機１１への投入電力を低減するためには、第二伝熱管（外管）１５−２を低温低圧の冷媒の流路とすることが好ましい。

次に、本実施例に特有の効果を説明する。なお、ここで説明する効果の一部は、第二実施例にも共通する。

本実施例では、第二伝熱管（外管）１５−２の長軸が螺旋の軸方向に沿うように配置されている。この場合、第一伝熱管１５−１と第二伝熱管１５−２とに断面が円形の円筒状部材を用いることができる。第二伝熱管１５−２の中に第一伝熱管１５−１を挿通させた二重管を構成し、この二重管を螺旋状に巻く。螺旋状に巻く加工の際に二重管に加わる加工力が第二伝熱管１５−２を短軸１９Ｂ方向に押しつぶすことで、図３に示すような形状の二重管を形成することができる。

このような形成方法では、必ずしも図３のように整った形状には成らない可能性はある。しかし、第二伝熱管１５−２の断面形状を長軸１９Ａと短軸１９Ｂを有する形状にすることができ、第二伝熱管１５−２の内側で第一伝熱管１５−１を固定することができる。なお、第一伝熱管１５−１も元の円形の断面形状から歪んだ形状になる可能性がある。この二重管式熱交換器１５Ａの形成方法については、第二実施例も同様である。

本実施例では、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２の中で下部に配置される。低温低圧冷媒が気液混合状態の場合、液冷媒が流路１５−４の下部を流れ、ガス冷媒が流路１５−４の上部を流れる。これにより、低温低圧の液冷媒が第一伝熱管１５−１に触れることになり、液冷媒の受け取る熱量を増やすことができる。このため、液冷媒は第二伝熱管１５−２の中で気化され易くなる。

内部熱交換器１５の第二実施例を、図４を用いて説明する。図４は、本発明に係る二重管式熱交換器の第二実施例について、図２に示す二重管式熱交換器のIII−III断面を示す断面図である。なお、図４は、実施例の特徴を際立たせて描いた模式図である。

第二実施例では、第二伝熱管１５−２に対する第一伝熱管１５−１の配置が第一実施例と異なる。これ以外の構成は、第一実施例と同様である。

本実施例では、内部熱交換器（二重管式熱交換器）１５Ｂを縦置き配置にし、上下方向を図４に示すように配置した場合、第一伝熱管１５−１は第二伝熱管１５−２の中で上部に配置される。この場合、低温低圧の液冷媒が第一伝熱管１５−１に触れ易くなるという効果は得られない。

ただし、第一伝熱管１５−１及び第二伝熱管１５−２の入口１５−１Ａ，１５−２Ａと出口１５−１Ｂ，１５−２Ｂとを逆に配置することで、低温低圧の液冷媒が第一伝熱管１５−１に触れ易くすることはできる。すなわち、内部熱交換器１５の上下方向を図４とは逆にする。この場合、低温低圧冷媒は重力方向に上から下に流れることになり、低温低圧冷媒が気液混合状態の場合に、液冷媒の流速を遅くするという効果が得られなくなる。

内部熱交換器１５は螺旋の軸方向を水平に配置する構成も考えられるため、配置に応じて熱交換性能を高められるように、第一実施例又は第二実施例のいずれかを選択して用いればよい。

内部熱交換器１５の第三実施例を、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本発明に係る二重管式熱交換器の第三実施例について、二重管式熱交換器を螺旋の回転面に垂直な方向（図６のＶ矢視方向）から見た外観図である。図６は、本発明に係る二重管式熱交換器の第三実施例について、図５に示す二重管式熱交換器のVI−VI断面を示す断面図である。なお、図５及び図６は、実施例の特徴を際立たせて描いた模式図である。

本実施例では、第一実施例及び第二実施例に対して、第二伝熱管１５−２の長軸１９Ａが螺旋の軸方向に対して垂直になるように、内部熱交換器（二重管式熱交換器）１５Ｃを構成した点が異なる。すなわち、第二伝熱管１５−２の短軸１９Ｂが螺旋の軸方向に沿うように、内部熱交換器１５Ｃを構成している。これ以外の構成は、第一実施例或いは第２実施例と同様である。

また、本実施例では、第一伝熱管１５−１は、第二伝熱管１５−２の中で螺旋の中心側（内周側）に配置されている。これにより、第一伝熱管１５−１を第二伝熱管１５−２の外周側に配置する場合と比べて、第一伝熱管１５−１の長さを短くすることができ、材料コストを低減することができる。

本実施例では、二重管を螺旋に巻く際に第二伝熱管１５−２を押しつぶして長軸と短軸とを形成することができないため、第二伝熱管１５−２を予め長軸と短軸とを有する形状にしておく。

内部熱交換器１５Ｃは、第一実施例及び第二実施例に対して、螺旋の軸方向の寸法を小さくすることができる。螺旋の径方向における寸法は大きくなるが、内部熱交換器１５Ｃの配置スペースに応じて、第一実施例及び第二実施例又は本実施例のいずれかを選択して用いればよい。

内部熱交換器１５の第三実施例を、図７及び図８を用いて説明する。図７は、本発明に係る二重管式熱交換器の第四実施例について、二重管式熱交換器を螺旋の回転面に垂直な方向（図８のVII矢視方向）から見た外観図である。図８は、本発明に係る二重管式熱交換器の第四実施例について、図７に示す二重管式熱交換器のVII−VII断面を示す断面図である。なお、図７及び図８は、実施例の特徴を際立たせて描いた模式図である。

第四実施例では、第二伝熱管１５−２に対する第一伝熱管１５−１の配置が第三実施例と異なる。すなわち、第一伝熱管１５−１を第二伝熱管１５−２の中で外周側に配置して、内部熱交換器１５Ｄを構成している。これ以外の構成は、第三実施例と同様である。

本実施例では、第一伝熱管１５−１を第二伝熱管１５−２の外周側に配置しているため、第二伝熱管１５−２の中に第一伝熱管１５−１を挿通させた二重管を螺旋に巻く際に、第一伝熱管１５−１が描く螺旋の半径を大きくすることができ、加工が容易になる。

第三実施例に対して第一伝熱管１５−１の長さが長くなるため、第一伝熱管１５−１による伝熱面積を大きくすることができる。ただし、伝熱面積が大きくなる分、圧力損失は増加する。伝熱面積の増大によって得られる熱交換性能の向上効果と圧力損失の低減によって得られる熱交換性能の向上効果とは、螺旋の半径によっても変わることが考えられる。従って、実施する具体的な形状において両効果を比較して、第三実施例又は第四実施例のいずれかを選択して用いればよい。

第一実施例〜第四実施例では、外管１５−２の内部に内管１５−２を偏心配置した二重管により構成された内部熱交換器１５を採用している。

次に、第一実施例から第四実施例に適用される第一伝熱管１５−１及び第二伝熱管１５−２の形態を変えた変形例を説明する。

図９は、二重管式熱交換器の形状を変えた変形例（第一変形例）を示す断面図である。

本変形例では、第一接触点１５−６Ａ及び第二接触点１５−６Ｂの近傍において、第二伝熱管１５−２を外方に突出させ、第二伝熱管１５−２の内周面に第一伝熱管１５−１と接触する凹部１５−８，１５−９を形成している。凹部１５−８は第一接触点１５−６Ａを構成し、凹部１５−９は第二接触点１５−６Ｂを構成する。

凹部１５−８，１５−９は第二伝熱管１５−２の長軸方向において第二伝熱管１５−２の中央部に形成されている。第一伝熱管１５−１は凹部１５−８，１５−９により挟まれた状態で支持されている。これにより、第二伝熱管１５−２の長軸方向において、第一伝熱管１５−１の両側方に、低温低圧冷媒が流れる流路１５−４１，１５−４２が構成される。

第一実施例から第四実施例に適用される第一伝熱管１５−１及び第二伝熱管１５−２は、このような形態であってもよい。すなわち、長軸と短軸を有する第二伝熱管１５−２が、周方向において位置の異なる二つの接触点１５−６Ａ，１５−６Ｂで第一伝熱管１５−１を支持した構成を実現することができる。

図１０は、二重管式熱交換器の形状を変えた変形例（第二変形例）を示す断面図である。

本変形例では、第二伝熱管１５−２を、大径の円弧部１５−１０と小径の円弧部１５−１１と両円弧部１５−１０，１５−１１を接続する接続部１５−１２Ａ，１５−１２Ｂとを有する形状にする。第一伝熱管１５−１は、一点鎖線１５−７Ａと一点鎖線１５−７Ｂとの間の外周面１５−５Ａが第二伝熱管１５−２と接触、或いは第二伝熱管１５−２と非常に狭い隙間を介して対向する。

外周面１５−５Ａの角度範囲θは１８０度よりも大きい。そして、一点鎖線１５−７Ａ上に第一接触点１５−６Ａが構成され、一点鎖線１５−７Ｂ上に第二接触点１５−６Ｂが構成されている。

第一実施例から第四実施例に適用される第一伝熱管１５−１及び第二伝熱管１５−２は、このような形態であってもよい。すなわち、長軸と短軸を有する第二伝熱管１５−２が、周方向において位置の異なる二つの接触点１５−６Ａ，１５−６Ｂで第一伝熱管１５−１を支持した構成を実現することができる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…冷凍サイクル装置、１１…圧縮機、１２…放熱器（凝縮器）、１２−１…第一伝熱管、１２−２…第二伝熱管、１３…膨張弁、１４…蒸発器、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…内部熱交換器（補助熱交換器）、１５−１…第一伝熱管（内管）、１５−１Ａ…第一伝熱管１５−１の入口（流入口）、１５−１Ｂ…第一伝熱管１５−１の出口（流出口）、１５−２…第二伝熱管（外管）、１５−２Ａ…第二伝熱管１５−２の入口（流入口）、１５−２Ｂ…第二伝熱管１５−２の出口（流出口）、１５−３…高温高圧冷媒流路、１５−４…低温低圧冷媒流路、１５−５Ａ…接触側外周面、１５−５Ｂ…低温低圧冷媒流路側の外周面、１５−６Ａ…第一接触点、１５−６Ｂ…第二接触点、１５−８，１５−９…凹部、１５−１０…大径の円弧部、１５−１１…小径の円弧部、１５−１２Ａ，１５−１２Ｂ…接続部、１５−４１，１５−４２…低温低圧冷媒流路、１６Ａ〜１６Ｆ…配管、１９Ａ…長軸（長軸方向）、１９Ｂ…短軸（短軸方向）、２０…貯湯装置。

Claims (4)

1. 放熱器で凝縮された後の冷媒の流路となる第一伝熱管と、蒸発器で気化された後の冷媒の流路となる第二伝熱管とを備え、前記第一伝熱管を前記第二伝熱管の内側に配置し、前記第一伝熱管及び前記第二伝熱管を螺旋形状に形成した二重管式熱交換器において、
   前記第二伝熱管は、断面上に定義され相互に直交する第一方向と第二方向とにおいて、前記第一方向における寸法が前記第二方向における寸法よりも大きい形状を成し、
   前記第一伝熱管は、前記第二伝熱管の内周面に接触していることを特徴とする二重管式熱交換器。
2. 請求項１に記載の二重管式熱交換器において、
   前記第一伝熱管は、外周面上の周方向に異なる二つの位置で、前記第二伝熱管の内周面に接触して、前記第二伝熱管に固定されていることを特徴とする二重管式熱交換器。
3. 請求項２に記載の二重管式熱交換器において、
   前記第一伝熱管は、前記第一方向において、前記第二伝熱管に対して偏心配置されたことを特徴とする二重管式熱交換器。
4. 請求項３に記載の二重管式熱交換器において、
   前記第一方向が螺旋形状の軸方向に沿うように構成されたことを特徴とする二重管式熱交換器。

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