JP5044365B2 - 二重管式熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、管の内側を流れる第1の流体と、管の外側を流れる第2の流体との間で熱交換を行なう伝管を用いた二重管式熱交換器に関し、特に、管の内側を流れる第1の流体側の伝熱促進を図った二重管式熱交換器の改良に関するものである。
従来より、第1の流体を流通させる伝熱管と第2の流体を流通させる伝熱管との2つの伝熱管を組み合わせて、構成した熱交換器が、各種用いられてきている。そのような熱交換器の一つとして、大径の外管の内部に小径の伝熱管を配置して、構成した二重管式の熱交換器があり、内管内に第1の流体として高温の冷媒を流通させる一方、内管と外管との間の間隙に第2の流体として水を流通させたり、或いはそれとは逆に、内管内に第1の流体として水を流通させる一方、内管と外管との間の間隙に第2の流体として高温の冷媒を流通させることにより、冷媒と水との間で熱交換を行なうようにした給湯機用熱交換器が知られている。また、このような二重管式とされた熱交換器において、冷媒の代わりに給湯機によって加熱された高温の水を流通させて、そのような高温の水と低温の水との間で熱交換をするようにした、追焚き用熱交換器もよく知られている。
しかしながら、これらの熱交換器に用いられる伝熱管、特に、内部に高温の冷媒や水を流通させる伝熱管に、単純な円形断面とされた管を用いると、その外部を流通する水等の流体との熱交換性能が充分でないという問題を内在していた。
そこで、そのような二重管式熱交換器においては、その熱交換効率を向上させるべく、従来から様々な工夫が為されてきており、例えば、特開2001−201275号公報(特許文献1)においては、内管と外管からなる二重管式の熱交換器において、内管と外管との間に形成される流路を螺旋状に仕切る伝熱促進体を介設して、かかる流路の流路長を増大させると共に、流れる流体の流速および乱流化を増大せしめたり、或いは内管内にネジレテープ等からなる内管用伝熱促進体を挿入することによって、内管内を流れる流体から内管と外管との間を流れる流体への伝熱が促進されるようにした二重管式熱交換器が、明らかにされている。
また、特開平6−3075号公報(特許文献2)においては、湾曲部を有する外管の内部に、それよりも径の小さい内管を同軸的に配してなる二重管式の熱交換器において、内管の内壁もしくは外壁、または外管の内壁に、コイル状金属線からなる乱流発生手段を配してなる液液熱交換器が、明らかにされている。
しかしながら、これら特許文献1や特許文献2に明らかにされた二重管式熱交換器のように、ネジレテープやコイル状金属線等の伝熱促進体を内管内に挿入すると、確かに伝熱促進効果は得られるのではあるが、内管内の圧力損失が著しく増大するといった新たな問題を惹起する恐れが内在している。そして、そのような圧力損失が大きくなった場合には、その問題の解決のために、給水ポンプの能力を大きくする必要があるところから、熱交換器の生産コストが上昇してしまうといった問題を、新たに惹起することとなる。
さらに、高温水と低温水との間で熱交換を行なう追焚き用熱交換器の、内管の内部を流通する高温の水の流速や、高温の炭酸ガスを主成分とする冷媒と低温水との間で熱交換を行なう給湯機用水熱交換器の、内管の内部を流通する低温の水の流速は、約4L/min以下の低流速となるところから、このような条件においても高い熱交換性能を発揮する熱交換器用伝熱管及びそれを用いた二重管式熱交換器が求められているのである。
更にまた、高温の水を内管の内側に流通させた場合において、その流路が複雑な形状を有していると、水に含まれるカルシウム等が析出して、それらがスケールとして管内面に付着し易くなるため、経年使用によって、配管が詰まってしまう原因となるといった問題をも内在していた。
このようなことから、複雑な構造を回避し、単純な構造で伝熱を促進して、スケールの付着が発生し難い熱交換器用伝熱管及びそれを用いた二重管式熱交換器が、求められているのである。
特開2001−201275号公報 特開平6−3075号公報
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、簡単な構造にて、熱交換性能の向上を図ると共に、圧力損失の増大やスケール付着を効果的に抑制することの出来る二重管式熱交換器を提供することにある。
そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、外管とその管内に収容された内管とからなり、該内管の管内に第1の流体を流すと共に、該内管と前記外管との間に第2の流体を流して、それら第1の流体と第2の流体との間の熱交換を行なうようにした二重管式熱交換器において、かかる内管として、同一外径の外面側に、管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹条が形成されている一方、かかる凹条に対応して、管内面側には、螺旋状の連続した凸条が設けられていると共に、該凸条の頂部において、管内方に突出する突起の複数が、相互に独立して形成されて、該凸条の延びる方向に一定の間隔をもって配列されて伝熱管を用いて、該伝熱管の外周面と前記外管の内周面との間に間隙を設けてなる形態において、該伝熱管が該外管内に配設されていることを特徴とする二重管式熱交換器を、その要旨とするものである。
なお、このような本発明に従う二重管式熱交換器の望ましい態様の一つによれば、前記第1の流体の流量:W(L/min)と管内最大断面積:S(mm2 )との比(W/S)が、0.03L/min・mm2 以下となるように構成されることとなる。
さらに、本発明の望ましい態様の一つによれば、前述した二重管式熱交換器を用いて、前記第1の流体が高温水とされる一方、前記第2の流体を低温水とすることによって、追焚き用熱交換器が構成されることとなる。
更にまた、本発明の別の望ましい態様の一つにあっては、前述した二重管式熱交換器を用い、前記第1の流体を炭酸ガスを主成分とする冷媒とする一方、前記第2の流体を低温水として、給湯機用水熱交換器が構成されることとなる。
なお、本発明の好ましい態様の一つによれば、前述した二重管式熱交換器を用いて、前記第1の流体を低温水とする一方、前記第2の流体を炭酸ガスを主成分とする冷媒とすることによって、給湯機用水熱交換器が構成されることとなる。
従って、このような本発明に従う構成とされた二重管式熱交換器における伝熱管にあっては、管内面側に螺旋状に設けられた連続した凸条によって、管内面側を流通せしめられる流体が効果的に撹乱されて、流体から伝熱管への熱の伝達が、有利に促進されるのである。しかも、そのように形成された凸条の頂部には、管内方に突出する複数の突起が形成されているところから、かかる突起により管内を流通する流体に渦を発生させ、更なる伝熱促進効果が発揮されることとなる。そして、そのような突起が、凸条の伸びる方向に一定の間隔をもって配列されているところから、管内側における渦発生効果をさらに促進させることが出来、以て、これらの効果により、二重管式熱交換器として高い熱交換性能を発揮することが可能となるのである。
また、このような伝熱促進効果を発揮せしめる構造が、単に、管内面側に螺旋状に設けられた連続した凸条と、管内方に突出する複数の突起から構成されている、単純な構造とされているところから、管内側を流通する流体の圧力損失が、効果的に低減され得ると共に、スケールの発生を効果的に抑制することが出来る利点を有している。
さらに、このような構成とされた熱交換器用伝熱管にあっては、管外周面に対して転造加工を施す等の、比較的簡単な加工によって、目的とする凸条(凹条)や突起を容易に形成することが出来るところから、伝熱管の生産コストを、有利に低減することも可能となるのである。
更にまた、かかる本発明に従う熱交換器用伝熱管を用いた二重管式熱交換器にあっては、伝熱管の熱伝達効率が高いため、伝熱管の内部を流通している流体と伝熱管の外部を流通している流体との間の熱伝達を、効果的に向上させることが可能となり、熱交換器として高い熱交換性能を発揮することが出来る特徴を有している。また、そのような熱交換器用伝熱管が比較的単純な構造とされ、低いコストで製作し得るところから、熱交換器の生産コストも有利に低減され得て、その生産性を効果的に高めることが出来る特徴もある。
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
先ず、図1及び図2には、本発明に従う熱交換器用伝熱管の一実施形態が、それぞれ示されている。即ち、図1においては、熱交換器用伝熱管が平面図の形態で示され、また図2においては、横断面図(図1におけるA−A断面)の形態において、それぞれ示されているのである。そこにおいて、伝熱管10は、管外周面に、管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹条12が形成されていると共に、かかる凹条12の底部に、複数の窪み14が、凹条12の延びる方向に一定の間隔をもって配列されて、構成されている。
より詳細には、伝熱管10は、アルミニウムや銅又はそれらの合金等の金属材料を用いて形成された、略円形形状の断面をもつ管体であって、その外周面に、図1の平面図や図2〜図3の断面図に示されるように、外周面に所定深さの凹条12が、軸方向において、螺旋状に連続して、軸直角な方向の面に対して為す角度となる所定のリード角(螺旋角度:α)と、所定の間隔(P0 )をもって形成されており、また、管内周面には、そのような凹条12に対応した高さ(hs )の凸条16が、管軸方向に螺旋状に連続して形成されているのである。また、かかる凹条12の底部に、凹条12の延びる方向に所定の間隔をもって設けられている窪み14によって、凸条16の頂点部分には、管内方に向かって突出する突起18が、形成されている。
また、このような窪み14(突起18)は、伝熱管10を図1におけるB−B線にて切断した断面を展開して示した図4に示されるように、凹条12の延びる方向に所定の間隔(ピッチ):P2 をもって、複数形成されている。即ち、管内周側においては、隣り合う突起18,18同士が、凸条16の延びる向きにおいてはピッチ:P2 の間隔を隔てて、管軸方向においてはピッチ:P1 の間隔を隔てて、管内方に突出しているのである。
従って、このような構成とされた伝熱管10によれば、管外面側に、管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹条12が形成されることによって、管内面側には、該凹条12に対応した螺旋状の連続した凸条16が形成されているところから、伝熱管10内を流通せしめられる第1の流体が、かかる螺旋状の凸条16によって効果的に撹乱されることとなり、以て、管内を流通する第1の流体から伝熱管10への熱の伝達、換言すれば、伝熱管10の内部を流通する第1の流体から伝熱管10の外部を流通する第2の流体への熱の伝達が、有利に促進されるのである。
さらに、そのような凸条16の頂部において、窪み14に対応した突起18が、伝熱管10の内方へ突出するように形成されているところから、そのような突起18部分を伝熱管10内を流通する液体が通過する際に、突起18の周りに渦を発生させるため、液体が撹乱され、更なる伝熱促進効果が発揮されるのである。
加えて、そのような突起18が、伝熱管10の管軸方向には間隔:P1 をもって、また凸条16の延びる方向には間隔:P2 の適度な間隔をもって配列されているところから、突起18による渦発生効果を、更に効果的に促進させることが出来ることとなる。これは、突起18が、例えばフィンの如く連続して形成されていた場合に、ある一つの突起18周りで惹起される渦発生効果が、それと隣り合う突起18周りで惹起される渦発生効果と干渉してしまうため、全体としての突起18による渦発生効果が、低下してしまう恐れがあるが、ここでは、そのような問題が生ずることはないからである。なお、このような管軸方向の間隔P1 や、凸条の延びる方向の間隔P2 は、突起18による伝熱促進を効果的に発揮するためには、P1 :4mm〜10mm程度、P2mm〜8mm程度とされることが、望ましい。
このように、これら凸条16や突起18によって、伝熱管10の内部において惹起される伝熱促進効果によって、伝熱管10は、熱交換器用伝熱管として高い熱交換性能を発揮することが可能となるのである。なお、このような伝熱管10の内部を流れる高温の液体の流量:W(L/min)と管内最大断面積:S(mm2 )との比(W/S)は、有利には、0.03L/min・mm2 以下となるようにされることが、望ましい。これは、かかる比が0.03を超えると、突起によって流体の流れ方に及ぼす影響が小さくなってしまうため、効果的な伝熱促進効果を得ることが出来なくなってしまうからである。
ところで、このような構成とされた伝熱管10は、以下に示すように、公知の転造加工法に従って、例えば、図5〜図6に示されるような転造加工装置20を用いて、製作されることとなる。
すなわち、転造加工装置20は、回転駆動軸24に凹条形成ディスク26が取り付けられた凹条転造用工具22の2つと、回転駆動軸24にディンプル形成ディスク28が取り付けられたディンプル転造用工具30の1つとが、図5に示される如く、目的とする伝熱管10を与える大きさとされた素管32の周りに、略120°の位相差をもって配置されて、構成されている。なお、それぞれの回転駆動軸24は、素管32の管軸に対して、伝熱管10の表面に形成される凹条12のリード角(螺旋角度:α)に相当する角度をもって、それぞれ位置せしめられている。
そして、このような転造加工装置20によって、素管32を一定の速度で送りながら、かかる素管32の外表面に、2つの凹条転造用工具22の凹条形成ディスク26を回転させつつ押し当てることによって、図6(a)に示されるように、素管32の外表面に、凹条12を形成するのである。また、このような素管32の外周面に対する凹条12の転造加工により、素管32の内周面には、かかる凹条12に対応した凸条16が、形成されることとなる。
その後、そのように凹条12が形成された部位に対して、図6(b)に示す如く、ディンプル転造用工具30のディンプル形成ディスク26を回転させつつ押し当てることにより、凹条12の底部に、窪み(ディンプル)14を形成する。その結果、この窪み14に対応した突起18が、素管32の内周面の凸条16の頂部から管内方に突出するように、形成されるのである。以上の素管32に対する転造加工によって、目的とする伝熱管10が得られることとなる。
このように、本発明に従う構造とされた伝熱管10は、管内外周面が平滑な管体に対して、その管外周面に転造加工を施す等の、比較的簡単な加工によって作製することが出来るところから、かかる伝熱管10の生産コストを、有利に低減することが可能となるのである。
ところで、本発明にあっては、このような伝熱管10を用いた、2つの流体間で熱交換を行なう熱交換器をも、その対象とするものであって、例えば、図7に示されるような、伝熱管10を大径の外管40内に収容して、二重管式の熱交換器42として構成したものを、その一実施形態として挙げることが出来る。
かかる図7において、熱交換器42は、伝熱管10を、伝熱管10の外径よりも大径とされた外管40の内部に同軸的に配置せしめて、伝熱管10の外周面と外管40の内周面との間に、所定の間隔が設けられるようにして、構成されている。そして、ここでは、伝熱管10と同軸的に配置された外管40の両端部を縮径するように絞り込むことによって、外管40の端部を伝熱管10の外周面に密着させて、伝熱管10の外周面と外管40の内周面との間の間隙に密閉された流路44を形成すると共に、外管40の一方の端部付近に、水入口46a(ここでは図示せず)を形成する一方、他方の端部付近に水出口46bを形成することによって、かかる水入口46aから導入される低温の水等の被熱交換流体が、流路44を通過した後、水出口46bから排出されるようになっているのである。
そして、このような構成とされた熱交換器42は、伝熱管10内に、高温の水や冷媒等の流体が流通せしめられる一方、伝熱管10の外周面と外管40の内周面との間の間隙にて形成される流路44内に、低温の水等の被熱交換流体が流通せしめられて、それら高温の流体と低温の流体との間で熱交換が行われるようになっているのである。
このように、本発明に従う構成とされた伝熱管10を用いた二重管式の熱交換器42にあっては、伝熱管10の熱伝達効率が高いために、伝熱管10の内部を流通している高温の流体の熱を、伝熱管10の外部、即ち伝熱管10の外周面と外管40の内周面の間に形成される流路44内を流通している流体へと、効果的に伝達することが可能となるのであり、以て、熱交換器として高い熱交換性能を発揮することが出来るのである。なお、このような高い熱交換性能は、伝熱管10の内部を流通せしめられる流体が、高温の水とされた追い焚き用熱交換器や、高温の炭酸ガス冷媒とされた給湯機用水熱交換器においても、更には伝熱管10の外側を流通せしめられる流体が、高温の炭酸ガス冷媒とされた給湯機用水熱交換器においても、有利に発揮されることとなる。
さらに、伝熱管10の形状が、外周面に形成された凹条12と窪み14とを組み合わせた単純な形状であるところから、伝熱管10の内部や流路44内の圧力損失を有利に低減することが出来ると共に、かかる伝熱管10の内部や流路44内にスケールが析出することを効果的に抑制することが出来、そのようなスケールによって流路が閉塞されてしまう恐れを、効果的に解消することが可能となるのである。
加えて、伝熱管10が、転造加工等の比較的容易な加工方法によって、製造することが出来るところから、そのような伝熱管10を用いた熱交換器42も、容易に、且つ低いコストで製作することが出来ることとなり、以て、その生産性を有利に高めることが出来るのである。
以上、本発明の代表的な実施形態の一つとその製作方法について詳述してきたが、それらは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
例えば、前述した実施形態においては、図1に示されるように、凹条12の間隔(P0 )と、窪み14の間隔(P1 )とが同じとなるようにされていたが、このような凹条12の間隔と窪み14の間隔は同一でなくともよく、窪み14の間隔を、凹条12の間隔の2倍や3倍、或いはそれ以上とすることも、勿論可能であり、それらの間隔は、所望の伝熱性能に応じて、適宜に決定されることとなる。
なお、そのような凹条12の間隔と窪み14の間隔を変更したものとしては、図8に示されるように、凹条12の間隔に対して窪み14の間隔が2倍、即ち、螺旋状に連続して延びる2本の凹条12(凹条12a,凹条12b)のうちの1本の凹条12(ここでは、凹条12b)の底部に、窪み14を形成した伝熱管50を、例示することが出来る。そして、そのような凹条12の間隔(P0 )と窪み14の間隔(P1 )が2倍となるような伝熱管は、図5や図6に示した転造加工装置20の、凹条転造加工工具22の凹条形成ディスク26が、それぞれ2枚セットになったものを用いて、2本の管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹条12を形成した後に、そのうちの1枚のディスクで形成した凹条12の底部に、1枚のディンプル形成ディスク26がセットされたディンプル転造用工具30にて、窪み14を形成することによって、作製することが可能である。
さらに、伝熱管の外側を流れる第2の流体は、前述の実施形態においては、図7に示されるような、外管40内に伝熱管10を配置した二重管式熱交換器42の、伝熱管10の外面と外管40の内面との間の間隙を流通させる形態のものを例示したが、このような形態のほか、本発明に従う伝熱管の外側に別の伝熱管を接触させて配置し、その別の伝熱管内に第2の流体を流通させる形態としても構わない。このように、本発明に従う伝熱管の外側に別の伝熱管を接触させて配置する形態としては、例えば、伝熱管10の螺旋状の外面に螺旋状に形成された凹条12に沿って、凹条12の底面と別の伝熱管の外面とが密着するように、伝熱管10の外面に螺旋状に巻き付ける形態があり、そのような実施形態においても、本発明に従う伝熱管10の効果が、充分に発揮されることとなる。
また、伝熱管10や外管40が銅若しくは銅合金で構成されている場合においては、水が流通する部分、即ち、伝熱管10の内面や外面に対して、或いは伝熱管10と外管40とを組み合わせて構成された熱交換器42における外管40の内面に対して、錫めっきを施すことが望ましい。これは、これらの追焚き用熱交換器や給湯機用水熱交換器においては、熱交換器を構成する材質として、熱交換率が高く、加工性の良好な銅や銅合金を用いることが多いのであるが、このように水流路管、即ち水が流通する部分を銅又は銅合金で構成した場合にあっては、流路内を流通する水のpHが酸性側やアルカリ性側に変化すると、管材質である銅又は銅合金が2価の銅イオンとして水に溶け出し易くなり、そしてその溶け出した銅イオンが、石鹸や炭酸ガス等と反応して、青水が発生してしまうといった問題を内在しているからである。
そして、それら管内を流通する水中には種々の成分が含まれており、例えば遊離炭酸の多い地下水を使用した場合には、I’型孔食の発生が懸念され、また、前述の如く管材質から溶け出した2価の銅イオンにより、水中の溶解性SiO2 が析出して、スケールを形成し、マウンドレス型孔食が生じる危険性もあるのである。そして、これらの孔食は、伝熱管に孔を開けるだけでなく、表面の腐食生成物で荒れた部分に、水垢等のスケールが付き易くなり、熱交換効率を悪くするという問題もある。
そこで、伝熱管10や外管40が、それぞれ銅又は銅合金で構成されている場合において、水が流通する部分に対して錫めっきを施すことによって、管壁から銅イオンが溶け出してしまうことを、効果的に抑制することが可能となり、以て、伝熱管10や熱交換器42の耐食性を、有利に確保することが出来るのである。
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、またそのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。
以下に、本発明の代表的な実施例の一つを示し、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。
先ず、本発明に従う構造を有する伝熱管を形成するために、外径:15.88mm、内径:14.28mm、管の肉厚(t):0.8mmの、りん脱酸銅(JIS H 3300 C1220)からなる、断面が単純な円形の大径の平滑管を準備した。
そして、このように準備された平滑管に対して、図5〜図6に示される如き転造加工装置を用いて転造加工を施すことによって、平滑管の外周面に螺旋状の凹条(スパイラル)と窪み(ディンプル)を形成せしめて、図1に示されるような伝熱管を作製し、これを、実施例1とした。なお、管外周面に対する凹条の転造加工によって、管内面に該凹条に対応して形成される凸条は、原管の内周面位置を基準として、高さ(hs ):1.0mmとし、凸条の頂部に形成された突起は、同様に原管の内周面位置を基準として、高さ(hd ):1.1mmとなるようにした。また、かかる凹条(凸条)の間隔(P0 )は5mmとし、その螺旋角度(α)は84°とした。更に、窪み(ディンプル)の間隔は、凹条に沿う方向において(図4の展開図におけるP2 )は4mm、伝熱管の軸方向において(図1の平面図におけるP1 )は5mmの間隔となるようにした。
さらに、実施例2として、図8に示される如く、窪み14の間隔(P1 )が凹条12の間隔(P0 )の2倍とされた伝熱管、即ち、窪み(ディンプル)の間隔が、凹条に沿う方向において(図4の展開図におけるP2 )は4mm、伝熱管の軸方向において(図1の平面図におけるP1 )は10mmの間隔とした伝熱管を、実施例1と同一の寸法、材質の平滑管を用いて、転造加工により作製した。なお、伝熱管の内周面に形成される凸条の高さ(hs )、突起の高さ(hd )や、隣り合う凹条の間隔(P0 )及び螺旋角度(α)は、実施例1と同一となるようにした。
一方、比較例の伝熱管として、管内外周面に伝熱促進手段が設けられていない平滑管を用意し、これを比較例1とすると共に、管内周面に所定深さの微細な溝が形成されている内面微細溝付管を用意し、これを比較例2とした。なお、これら平滑管と内面微細溝付管の外径や内径、及び管の肉厚は、実施例1,2と同一とし、その材質も、実施例1,2と同様に、りん脱酸銅(JIS H 3300 C1220)とした。なお、内面微細溝付管の溝深さは0.25mmとし、溝条数は60本/周とした。
このように用意された実施例1,2の伝熱管、及び比較例1の平滑管、比較例2の内面微細溝付管を用いて、図7に示されるような断面形状とされた、二重管式の熱交換器をそれぞれ作製した。なお、それら二重管式の熱交換器の外管には、外径:21.7mm、内径:20.1mmの、りん脱酸銅(JIS H 3300 C1220)にて形成された平滑管を用い、内管に用いたそれぞれの伝熱管の長さは、何れも1750mmとした。また、それら実施例1,2、及び比較例1,2の熱交換器において、何れの内管として用いた伝熱管についても、管最大内径が14.28mmであることから、管内最大断面積S(mm2 )は、160.2mm2 となっている。
そして、それらの熱交換器において、各伝熱管内部には、40℃の高温水を流通させる一方、それら伝熱管と外管との間に形成された流路内には、20℃の低温水を、各伝熱管内を流通させられる高温水とは反対となる方向に、つまり対向流で流通させて、それら高温水と低温水との間で熱交換を行い、それぞれの熱交換器の熱交換性能を評価した。なお、熱交換性能の評価は、下式(1)、(2)及び(3)から導かれる熱コンダクタンス:KA[W/K]により評価し、その結果を、下記表1に示した。また、表1の各値は、比較例1の伝熱管(平滑管)の性能を100とした際の、それぞれの性能を示している。
Figure 0005044365
但し、cp :定圧比熱[kJ/(kg・K)] Wh :質量流量[kg/h]
hi:高温側熱交換器入口温度[℃] Tho:高温側熱交換器出口温度[℃]
ci:低温側熱交換器入口温度[℃] Tco:低温側熱交換器出口温度[℃]
とする。
Figure 0005044365
かかる表1の結果からも明らかなように、実施例1及び実施例2の伝熱管を用いた熱交換器は、比較例1の平滑管を用いた熱交換器よりも、何れの流量の場合においても、高い熱交換性能を発揮することが確認された。また、管内周面に伝熱促進手段を設けた比較例2の内面微細溝付管を用いた熱交換器よりも、本発明に従う構造とされた実施例1及び実施例2の伝熱管の方が、高い熱交換性能を発揮することも確認された。
さらに、同様にして、内管として実施例1の伝熱管を用いた熱交換器と、内管として比較例1の平滑管を用いた熱交換器とを用いて、それぞれの伝熱管内部には20℃の低温水を1.5L/minの流量で流通させる一方、それら伝熱管と外管との間に形成された流路内には90℃の炭酸ガス冷媒を、各伝熱管内(内管内)を流通させられる低温水とは反対となる方向に、つまり対向流で流通させて、それら低温水と炭酸ガス冷媒との間で熱交換を行い、それぞれの熱交換性能を評価した。
その結果、実施例1の伝熱管を用いた熱交換器は、比較例1の平滑管を用いた熱交換器と比較して、2倍の熱交換性能を発揮することが確認された。
本発明に従う熱交換器用伝熱管の一例を示す平面説明図である。 図1に示される熱交換器用伝熱管を切断して示す説明図であって、図1におけるA−A断面説明図である。 図2に示される断面説明図の一部を拡大して示す断面拡大説明図である。 図1に示される熱交換器用伝熱管の切断面の一部を拡大して示す説明図であって、図1におけるB−B断面を展開してなる断面拡大説明図である。 本発明に従う熱交換器用伝熱管を製作する転造加工装置の一例を、管軸に直角な縦断面形態において示す断面説明図である。 図5に示される転造加工装置の3つの転造用工具のうちの一つを示す横断面説明図であって、(a)は凹条転造用工具を、(b)はディンプル転造用工具を、それぞれ示している。 本発明に従う熱交換器用伝熱管を用いて構成した二重管式の熱交換器の一例を示す断面説明図である。 本発明に従う熱交換器用伝熱管の別の一例を示す平面説明図である。
符号の説明
10 伝熱管
12 凹条
14 窪み
16 凸条
18 突起
20 転造加工装置
22 凹条転造加工用工具
24 回転駆動軸
26 凹条形成ディスク
28 ディンプル形成ディスク
30 ディンプル転造加工用工具

Claims (7)

  1. 外管とその管内に収容された内管とからなり、該内管の管内に第1の流体を流すと共に、該内管と前記外管との間に第2の流体を流して、それら第1の流体と第2の流体との間の熱交換を行なうようにした二重管式熱交換器において、
    かかる内管として、同一外径の外面側に、管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹条が形成されている一方、かかる凹条に対応して、管内面側には、螺旋状の連続した凸条が設けられていると共に、該凸条の頂部において、管内方に突出する突起の複数が、相互に独立して形成されて、該凸条の延びる方向に一定の間隔をもって配列されてる伝熱管用いて、該伝熱管の外周面と前記外管の内周面との間に間隙を設けてなる形態において、該伝熱管が該外管内に配設されていることを特徴とする二重管式熱交換器。
  2. 前記第1の流体の流量:W(L/min)と管内最大断面積:S(mm2 )との比(W/S)が、0.03L/min・mm2 以下となるように構成される請求項1に記載の二重管式熱交換器。
  3. 記第1の流体が高温水とされる一方、前記第2の流体が低温水とされて、追焚き用熱交換器として用いられることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の二重管式熱交換器。
  4. 記第1の流体が炭酸ガスを主成分とする冷媒とされる一方、前記第2の流体が低温水とされて、給湯機用水熱交換器として用いられることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の二重管式熱交換器。
  5. 記第1の流体が低温水とされる一方、前記第2の流体が炭酸ガスを主成分とする冷媒とされて、給湯機用水熱交換器として用いられることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の二重管式熱交換器。
  6. 前記外管が銅若しくは銅合金にて構成されてなると共に、該外管の内周面に錫めっきが施されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の二重管式熱交換器。
  7. 前記内管が銅若しくは銅合金にて構成されてなると共に、該内管の内周面及び/又は外周面に錫めっきが施されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載の二重管式熱交換器。
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