JP4978301B2

JP4978301B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4978301B2
Application number: JP2007124228A
Authority: JP
Inventors: 治青柳
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: JP2008281249A

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機における水と冷媒とを熱交換する熱交換器に関する。

図５、図６は、従来の水−冷媒熱交換器の上面図および正面図である。また、図７は３重管式熱交換器を示す断面である。従来の構成では、３重管式熱交換器の水管内部に複数本の冷媒管を挿通する熱交換器が開示されている。従来の水−冷媒熱交換器は、中径管１０１の内面に溝を有し、前記中径管１０１の内側に、内面を冷媒が流通する冷媒管１０２が挿入され、中径管１０１と冷媒管１０２は密着されている。中径管１０１の内面に溝があることで、冷媒管１０２に貫通穴が生じた際、中径管１０１の溝を通じて外部に放出することで、大径管１０３内を流動する水に冷媒が洩れることを防止している。（特許文献１参照）。
特開２００５−１４７５６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の冷媒配管のうち、中径管の内面には、冷媒の漏洩検知のための溝を加工する必要があり、そのため加工コストが上昇してしまう。

また、中径管と小径管との密着が溝の凸部に限定されることで、接触する面積が小さく、これにより、この部分の熱抵抗が大きくなってしまい、熱交換効率を低下させるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、安価で熱交換性能に優れた熱交換器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、水が流通する大径管と、冷媒が流通する小径管と、前記小径管の外周の複数個所で密着させた中径管とを備え、前記小径管および前記中径管を前記大径管に内挿して構成される熱交換器において、前記中径管の長手方向に対する垂直断面形状が複数の曲面部と複数の平面部で構成され、前記平面部の外表面に凹みを形成し、前記凹みに対応する位置で、前記小径管の内面に凸部を形成し
、前記凹みによってできた前記平面部の内表面の凸部と前記小径管の内面に形成された凸部によってできた前記小径管の外表面の凹部とを密着させたことを特徴とするものである。

これによって、内面を冷媒が流通する冷媒管に貫通穴を生じた際、中径管の多角形の頂点部付近の隙間を通じて外部に放出するため、中径管の内面の溝を必要としない。また、中径管の内面が平滑面であることから小径管の外壁面との密着性を向上でき、熱抵抗を低
減でき、熱交換効率を向上させることができる。

本発明の熱交換器は、中径管と小径管との間に隙間を確保することができるため、冷媒漏洩検知機能を有しながら、密着性の高い冷媒管を提供することができ、高性能な熱交換器を提供することができる。

第１の発明の熱交換器は、水が流通する大径管と、冷媒が流通する小径管と、前記小径管の外周の複数個所で密着させた中径管とを備え、前記小径管および前記中径管を前記大径管に内挿して構成される熱交換器において、前記中径管の長手方向に対する垂直断面形状が複数の曲面部と複数の平面部で構成され、前記平面部の外表面に凹みを形成し、前記凹みに対応する位置で、前記小径管の内面に凸部を形成し、前記凹みによってできた前記平面部の内表面の凸部と前記小径管の内面に形成された凸部によってできた前記小径管の外表面の凹部とを密着させたことにより、冷媒洩れ検知性能を有しながら、中径管外面での乱流促進が図れ、また中径管と小径管とが密着性が高いことで、高性能な熱交換器を提供することができる。

第２の発明の熱交換器は、特に第１の発明において、前記小径管および前記中径管から構成される冷媒管を複数本備え、前記複数本の冷媒管をねじり合わせたことにより、より水に乱流を起こさせるので、熱交換性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
実施の形態１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本熱交換器の構成を示し、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図を示す。図２は中間ヘッダー部の詳細図で、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図である。また、図３は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器を構成する冷媒管を示し、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は、側面図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）、において、１ａ、１ｂは内部を低温側流体（例えば水）が流れる大流路、２ａは低温側の流体の水入口管、２ｂは低温側の流体の水出口管、３ａは高温側の流体（例えばＣＯ_２）の冷媒入口管、３ｂは高温側の流体の冷媒出口管である。また、図２（ａ）、図２（ｂ）において、４は低温側中間ヘッダー、１２は内面が平面で多角形状に変形させた中径管、１３は内部を冷媒が流れ、外面が中径管１２に密着させた小径管、７は小径管を接続するベンドである。また、図３（ａ）、図３（ｂ）において、１１は中径管１２と小径管１３とで形成され、長手方向に連通された隙間、１４は、中径管１２と小径管１３が一体となった二重管を示し、大流路１ａ、１ｂ内にねじられた状態で挿入されている冷媒管、１５は中径管外面の曲面部分、１６は中径管外面の平面部分、１７は中径管１２と小径管１３の密着する部分である。

以上のように構成された水熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

低温側の流体は、水入口管２ａから流入し、１ａ内、１ｂ内を通り、２ｂより流出する。また、高温側の流体は、冷媒入口管３ａより流入し、小径管１３内を通り、小径管１３の外面で密着する中径管１２の外周を流れる低温側流体と熱交換しながら冷媒出口管３ｂより流出する。図２に示すように、中径管１２は大流路１ａ内を通り、ヘッダー４を貫通し、端部は外部に達し、小径管１３は、中径管よりさらに長く、ベンドで接続されている。

ここで、小径管１３に貫通穴が開いた場合、小径管１３内を流れる冷媒は、中径管１２と小径管１３の隙間１１を通り、中径管１２の端部より外部に放出される。これにより、高温側流体が低温側流体内に直接、洩れることを防止し、冷媒の洩れ検知性能を有するものである。また、図３に示すように、中径管１２と小径管１３とが密着する１７部分は、中径管に溝がないことで密着する面積を確保することができ、熱交換効率を向上させることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２について、図４を用いて説明する。実施の形態２は、実施の形態１に対し、図３の中径管の形状が異なるのみであり、その他の部分は同様の構成である。したがって図４を中心に説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態における熱交換器を構成する冷媒管を示し、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は、側面図である。

図４（ａ）、図３（ｂ）において、１１ａは中径管１２ａと小径管１３ａとで形成され、長手方向に連通された隙間、１４ａは、中径管１２ａと小径管１３ａが一体となった二重管を示し、図１の大流路１ａ、１ｂ内にねじられた状態で挿入されている冷媒管、１５ａは中径管外面の曲面部分、１６ａは中径管外面の平面部分、１７ａは中径管１２ａと小径管１３ａの密着する部分、１８は中径管１２ａの外面に設けられた凹部、１９は小径管１３ａの内面に設けられた凸部である。

実施の形態２の特徴は、中径管１２ａの外面に設けた凹部１８であり、前記凹部１８により、中径管１２ａの外部を流動する低温側の流体は、中径管１２ａの外面近傍で流れが乱される。また、小径管１３ａの内面に設けた凸部１９により、小径管１３ａの内部を流動する高温側の流体は、小径管１３ａの内面近傍で流れが乱される。これにより、中径管の外面近傍より離れたところで、すなわち大流路１ａの内面近傍を流れるところも乱され、大流路１ａ内の低温流体は混合しながら流動することになる。また、小径管の中心付近でも乱され、小径管１３ａ内の高温流体は混合しながら流動することになる。これにより、低温側流体及び高温側流体は、ほぼ均一の温度で流動することになり、伝熱促進が図れるというものである。また、小径管１３ａの内面でも乱流促進が図れ、伝熱促進が図れるというものである。

以上のように、本発明に係る熱交換器は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒートポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機などの各種ヒートポンプ給湯機の水―冷媒熱交換器に適用でき、給湯機能のほかに、浴槽給湯、暖房機能、乾燥機能を有するヒートポンプ装置にも適用できる。

（ａ）本発明の第１の実施の形態における熱交換器の上面図（ｂ）同実施の形態における熱交換器の要部側面図（ａ）同実施の形態における熱交換器の要部上面図（ｂ）同実施の形態における熱交換器の要部側面図（ａ）同実施の形態における熱交換器の冷媒管の断面図（ｂ）同実施の形態における熱交換器の側面図（ａ）本発明の第２の実施の形態における熱交換器の冷媒管の断面図（ｂ）同実施の形態における熱交換器の側面図従来の水−冷媒熱交換器の上面図従来の水−冷媒熱交換器の側面図従来の形態における冷媒管の断面図

符号の説明

１ａ、１ｂ大流路
２ａ水入口管
２ｂ水出口管
３ａ冷媒入口管
３ｂ冷媒出口管
４中間ヘッダー
７ベンド
１１隙間
１２中径管
１２ａ凹部付き中径管
１３小径管
１３ａ凹部付き小径管
１４冷媒管
１４ａ凹部付き冷媒管
１５中径管外周の曲面部
１６中径管外周の平面部
１６ａ中径管外周の凹部付き平面部
１７中径管内面と小径管外面との密着部
１８中径管外面の凹部
１９小径管内面の凸部

Claims

水が流通する大径管と、冷媒が流通する小径管と、前記小径管の外周の複数個所で密着させた中径管とを備え、前記小径管および前記中径管を前記大径管に内挿して構成される熱交換器において、前記中径管の長手方向に対する垂直断面形状が複数の曲面部と複数の平面部で構成され、前記平面部の外表面に凹みを形成し、前記凹みに対応する位置で、前記小径管の内面に凸部を形成し、前記凹みによってできた前記平面部の内表面の凸部と前記小径管の内面に形成された凸部によってできた前記小径管の外表面の凹部とを密着させたことを特徴とする熱交換器。
前記小径管および前記中径管から構成される冷媒管を複数本備え、前記複数本の冷媒管をねじり合わせたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。