JP2022051011A

JP2022051011A - 熱交換器及びそれを備えた給湯機

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Publication number: JP2022051011A
Application number: JP2020157251A
Authority: JP
Inventors: 和彦町田; Kazuhiko Machida; 一貴小石原; Kazutaka Koishihara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-03-31

Abstract

【課題】本開示は、伝熱面積を拡大し、かつ、被加熱流体の流量が少なくても、被加熱流体の攪拌を促進した熱交換性能の高い熱交換器を提供する。【解決手段】第１流体が流れる第１内管２と、第１内管２に挿入される挿入体３と、第１内管２の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管４と、第１内管２内に配置され、外管４から分岐して第２流体が流れる第２内管８と、を備え、第２内管８は、挿入体３の外周に螺旋状に設けられている熱交換器１である。これにより、伝熱面積を拡大し、かつ、第１流体の流量が少なくても、第１流体の攪拌を促進した熱交換性能の高い熱交換器を提供できる。【選択図】図１

Description

本開示は、二種の流体を熱交換させる熱交換器に関するものである。

特許文献１は、水等の流体と冷媒等の二種の流体を熱交換させるための熱交換器を開示する。

熱交換器は、内部を水が流れる内管と、内管の内部に挿入された挿入体と、内部を二酸化炭素が流れ、かつ、内管の外周に密着する少なくとも１本以上の外管と、を備え、水と二酸化炭素とを対向に流して熱交換するものであり、給湯機に搭載されている。

外管は内管の外周に所定のピッチで、螺旋状に巻き付けられている。

国際公開第２０１６／１７４８２６号

本開示は、伝熱面積を拡大し、かつ、被加熱流体の流量が少なくても、被加熱流体の攪拌を促進した熱交換性能の高い熱交換器を提供する。

本開示における熱交換器は、第１流体が流れる第１内管と、前記第１内管に挿入される挿入体と、前記第１内管の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管と、前記第１内管内に配置され、前記外管から分岐して第２流体が流れる第２内管と、を備え、前記第２内管は、前記挿入体の外周に螺旋状に設けられている。

本開示によれば、伝熱面積を拡大し、かつ、被加熱流体の流量が少なくても、被加熱流体の攪拌を促進した熱交換性能の高い熱交換器を提供できる。

実施の形態１における熱交換器の構成図

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
図１において、熱交換器１は、内部を被加熱流体である第１流体（例えば、水）が流れる第１内管２と、第１内管２の内部に挿入された挿入体３と、内部を加熱流体である第２流体（例えば、冷媒）が流れている。

さらに、第１内管２の外周に密着する少なくとも１本以上の外管４と、第１内管２内に配置され、かつ、外管４から分岐して内部を冷媒が流れる第２内管８と、を備えている。

そして、第２内管８は、挿入体３の外周に螺旋状に構成され、第１流体である水と第２流体である冷媒とを対向に流して熱交換する構成であり、給湯機（例えば、冷媒を二酸化炭素としたＣＯ２ヒートポンプ式給湯機）に搭載されている。

外管４は、第１内管２の外周に所定のピッチで、螺旋状に巻き付けられている。第２内管８は、挿入体３の外周に所定のピッチで螺旋状に巻き付けられている。

そして、第１内管２と挿入体３の間に、第２内管８に沿って螺旋状に第１流体である水が流れる流路７が形成されている。

なお、第２流体入口９は、熱交換器１に冷媒である二酸化炭素が流入する入口であり、第２流体出口１０は、熱交換器１から冷媒である二酸化炭素が流出する出口である。

また、第１分岐管Ｔ１と第２分岐管Ｔ２は、それぞれ冷媒である二酸化炭素を分岐する分岐管である。

［１－２．動作］
以上のように構成された熱交換器１について、図１に基づいて、以下その動作、作用を説明する。

熱交換器１の第２流体入口９に流入した高温の冷媒である二酸化炭素は、第１分岐管Ｔ１にて、外管４と第２内管８に分岐して流れる。

そして、外管４に流入した高温の冷媒である二酸化炭素は、外管４と密着する第１内管２を介して、螺旋状に流路７を流れる低温の水と熱交換し、水の温度を上昇させる。

一方、流路７内に設けられた第２内管８を流れる高温の冷媒である二酸化炭素は、流路７を流れる低温の水と熱交換して、水の温度を上昇させる。

その後、外管４と第２内管８から流れ出てきた低温の冷媒である二酸化炭素は、第２分岐管Ｔ２で合流して、第２流体出口１０から熱交換器１の外に流出する。

単に、外管４の巻き付け数を増やして、第１内管２と外管４の密着長さを増やし、熱交換性能を向上させても、第１内管２の外表面積が限られているため、それ以上の熱交換性能の向上には限界を有していた。

しかしながら、本実施の形態では、外管４に加えて第２内管８を設けたので、伝熱面積の更なる拡大が可能となるため、熱交換性能を向上することができる。

また、流路７の挿入体３の外周付近では、伝熱面である第１内管２の内面から遠ざかり、特に水流量が小さくなる運転では、螺旋流れの攪拌力が弱く熱交換性能が低下しやすい問題が生じる。

しかしながら、本実施の形態では、伝熱性能が低下する挿入体３の外周付近に、高温の二酸化炭素が流れる第２内管８を設けたので、螺旋流れの攪拌力が弱くても、第１内管２に加えて第２内管８という２つの伝熱面による作用により、熱交換性能を向上することができる。

これにより、熱交換器１の小型化を維持しつつ、熱交換性能を向上することができるので、冷凍サイクル効率の向上により、省エネルギーを実現したヒートポンプ式給湯機を提供できる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、熱交換器１は、第１流体が流れる第１内管２と、第１内管２に挿入される挿入体３と、第１内管２の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管４と、第１内管２内に配置され、外管４から分岐して第２流体が流れる第２内管８と、を備え、第２内管８は、挿入体３の外周に螺旋状に設けられている。

これにより、第１流体の流路内に螺旋状に設けた第２内管８により、単に伝熱面積が増大できるだけではなく、第１流体の流量が少なく、第１流体の攪拌力が低下する場合でも、第２内管８が挿入体３の外周に螺旋状に設けられているので、第１流体の流れが螺旋状の第２内管８に常に衝突する流れとなり、伝熱促進され易くなる。

したがって、外管４に加えて第２内管８を設けたことにより、熱交換性能が向上するだけでなく、伝熱性能が低下する挿入体３の外周付近に、加熱流体である高温の第２流体が流れる第２内管８を設けることで、被加熱流体である第１流体の流量が小さくなる運転でも、第１内管２と第２内管８という２つの伝熱面の作用で、熱交換性能を向上することができる。

そのため、熱交換器１の小型化を維持しつつ、熱交換性能を向上することができるので、冷凍サイクル効率の向上により、省エネルギーを実現したヒートポンプ式給湯機を提供できる。

また、第２内管８は、第１内管２に内包されているので、熱交換器１の小型化を維持しつつ、熱交換性能を向上できる。

本実施の形態のように、外管４と第２内管８内を流れる第２流体の例えとして、二酸化炭素としたが、ハイドロカーボン系やＨＦＣ系（Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２等）の冷媒、あるいは、これらの代替冷媒とすることも同様の作用効果が期待できる。

本開示は、伝熱面積を拡大し、かつ、被加熱流体の流量が少なくても、被加熱流体の攪拌を促進した熱交換性能の高い熱交換器を提供できるので、給湯機の熱交換器に適用可能である。

１熱交換器
２第１内管
３挿入体
４外管
７流路
８第２内管
９第２流体入口
１０第２流体出口
Ｔ１第１分岐管
Ｔ２第２分岐管

Claims

第１流体が流れる第１内管と、
前記第１内管に挿入される挿入体と、
前記第１内管の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管と、
前記第１内管内に配置され、前記外管から分岐して第２流体が流れる第２内管と、
を備え、
前記第２内管は、前記挿入体の外周に螺旋状に設けられている熱交換器。
前記第１流体は水で、前記第２流体は冷媒である請求項１の熱交換器を備えた給湯機。