JP6321442B2 - 熱交換管及びこれを用いた熱交換器並びに熱交換装置 - Google Patents

Description

この発明は、異なる質（性状）の熱交換媒体と被熱交換媒体との間の熱交換を行う熱交換管及びその熱交換管からなる熱交換器並びにその熱交換器からなる熱交換装置に関するものである。

例えば、給湯装置として、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び外気を熱源とする熱源側熱交換器からなる冷凍サイクルと、給湯用熱交換器、給水ポンプ、及び給湯タンクからなる給湯サイクルとから構成されるものがある。この給湯装置は、給湯用熱交換器で、圧縮機からの高温冷媒によって給水ポンプからの水を加熱して湯とし、この湯を給湯タンクに貯蔵して台所や湯槽等に供給する（特許文献１、段落０００２、図６参照）。

その給湯用熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造が一般的であり、一方の管に炭酸ガス等の冷媒を流通し、他方の管に水を流通させ、すなわち、内外管に異なる質の熱交換媒体と被熱交換媒体を流通させて熱交換する（特許文献１、段落０００３）。
この熱交換器においては、内外管に異なる熱交換媒体（流体）を流通させることから、例えば、内管を二重管とし、その間の周囲長さ方向に漏洩検知溝を形成したものがある。この漏洩検知溝は、内管の破損などによってその内管内の媒体、例えば、冷媒が内管の破損等で内管外面に漏れると、その漏洩液が管端に至ることにより、内管の内外の媒体の混合を防止するとともにその漏洩を検知するようになっている（特許文献１、段落０００６）。

また、同質、例えば、水と温水との熱交換器として、扁平のコルゲート管を並列し、その並列したコルゲート管を内管としてその外周面に外筒（外管）を嵌めたものがある（特許文献２、図５〜図８参照）。

特開２００５−９８３２号公報 特開２０１２−２４９５号公報

上記特許文献１の熱交換器は、その断面が円形であり、円筒形内管の中心部を流れる媒体は内管の外周面を流れる媒体との距離が長い（遠い）ため、その熱交換率が低いものとなっている。
一方、特許文献２の熱交換器はコルゲート管を並列してそのコルゲート管は細いもの（小径）となっている。このため、上記断面円形の内管に比べ、同一流量であれば、その各コルゲート管内を流れる媒体とその外周面を流れる媒体との距離が短く（接触面積が多く）、その熱交換率も高い。
しかし、この並列コルゲート管からなる熱交換器を、異なる質の熱交換媒体と被熱交換媒体との熱交換に使用した場合、そのコルゲート管が破損すると、その管の内外の媒体が混合してしまう。

この発明は、以上の実状の下、特許文献２の熱交換器を、異なる質の熱交換媒体と被熱交換媒体との熱交換に使用し得るようにすることを課題とする。

上記課題を達成するため、この発明は、上記並列されたコルゲート管を保護管で被覆すると共に、その保護管をコルゲート管に密着された熱交換管としたのである。
このようにすれば、並列するコルゲート管の間と保護管との間に両管端に通じる空隙が生じ、その空隙が、上記漏洩検知溝と同等なものとなって、熱交換管の内外の媒体の混合を防止するとともにその漏洩を検知するようにすることができる。
また、保護管をコルゲート管に密着させるとともにコルゲート管の溝に入り込むようにすれば、保護管とコルゲート管の一体性が確保されてコルゲート管内面と保護管外面の熱伝導性も高くなるとともに、保護管の表面にコルゲート管外面に倣う凹凸が生じ、その表面を流れる流体が凹凸によって乱流となるため、熱交換率の高いものとなる。

この発明に係わる熱交換管の構成としては、質の異なる熱交換媒体又は被熱交換媒体を内部に流通し、その媒体と外部の前記被熱交換媒体又は熱交換媒体との熱交換をする熱交換管において、複数のコルゲート管が並列され、その並列されたコルゲート管を保護管で被覆し、その保護管は、各コルゲート管の外面に密着されて、保護管の外面もコルゲート管の外面に倣って凹凸状となっている構成を採用することができる。
この熱交換管を外管内に装填し、その熱交換管に熱交換媒体又は被熱交換媒体の一方を、熱交換管と外管との間に熱交換媒体又は被熱交換媒体の他方をそれぞれ流通させて熱交換器とすることができる。
また、この熱交換器を並列し、その並列した各熱交換器の一方の側に位置する熱交換器の一端を一方の給排用ヘッドとし、他方の側に位置する熱交換器の一端を他方の給排用ヘッドとし、隣接する各熱交換器の熱交換管は一方の熱交換器の端を他方の熱交換器の端に屈曲させた連続管とした構成の熱交換装置とすることができる。

この発明は、以上のように構成したので、熱交換管の内外の媒体の混合を防止するとともにその漏洩を検知するようにすることができ、かつ、熱交換率の高いものとなる。

この発明に係る熱交換装置の一実施形態の斜視図 同実施形態の平面図 同実施形態の熱交換器の断面図 同熱交換器の一部分を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解切断平面図、（ｃ）は切断正面図 同熱交換器の内管（熱交換管）を示し、（ａ）は一部斜視図、（ｃ）は一部平面図、（ｃ）は一部正面図、（ｄ）は一部背面図 （ａ）は図５（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は同（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図、（ｃ）は同（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、（ｄ）は図４（ｃ）の一部断面図 同内管のコルゲート管の一部斜視図

この発明に係る熱交換装置の一実施形態を図１〜図７に示し、この実施形態の熱交換装置は、上記給湯装置の給湯用熱交換器として使用されるものであり、複数の熱交換器Ａを組み合わせたものである。その熱交換器Ａは、炭酸ガス等の熱交換媒体（冷媒ｂ）を通す内管１０となる熱交換管と、その内管１０の外側に配置され、内管１０との間に被熱交換媒体である水ａを通す外管２０とから成る。

内管（熱交換管）１０は、熱伝導性の高い金属からなるコルゲート管１１を複数本並列したものが本体となり、そのコルゲート管１１は、図７に示すように、両端を除いてその外周面にコルゲート溝１２が形成されている。このコルゲート溝１２は、螺旋のような連続的でも間欠的でも良く、また、外周同一円形溝を長さ方向に所要間隔に形成したものでも良い。コルゲート管１１の並列数は任意であり、この実施形態では４本としている。

並列したコルゲート管１１には、図５、図６に示すように、その両端を除いて外周面全長に亘ってコルゲート管１１と同一材料からなる保護管１３が被覆されて熱交換管（内管）１０となっている。その保護管１３のコルゲート管１１への被覆は密着されている。
このとき、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、コルゲート管１１の溝１２に保護管１３が入り込んでその表面に波状の凹凸１４が生じ、その入り込みによって、両者１１、１３の一体性（密着性）が確保されてコルゲート管１１の内面と保護管１３外面の熱伝導性が高くなっているとともに、保護管１３表面の凹凸１４により、その表面を流れる流体（水）ａが乱流となって、熱交換率の高いものとなる。

なお、この凹凸１４を有する内管１０の部分は、熱交換管としては意匠的に新規なものであり、この熱交換管１０は、その凹凸１４を有する部分を適宜の長さとし、その両端に適宜に入口栓（給排用ヘッド）又は出口栓（給排用ヘッド）を設けた形状となり、直線状であったり、曲線状又は湾曲状であったり、その湾曲も複数回としたもの（図１、図２参照）となったりする。

外管２０は、断熱性の高い材料からなり、金属や樹脂が考えられるが、この実施形態では、熱可塑性樹脂を使用した一体成形品である。この外管２０は、図４に示すように、その外周面に補強用のリブ２１が縦横に形成され、その内部が円状空間が並んだ（串団子状）空間となっており（図３参照）、この空間内に上記内管１０が挿通される。その挿通状態は、図３に示すように、外管２０の内周面と内管１０（保護管１３）の外周面との間に間隙（空隙）２２が形成され、その間隙２２内にその長さ方向に保護管１３の凹凸１４が間欠的に存在する。

外管２０の両端は一方がオス部２３、他方がメス部２４となっており、メス部２４にオス部２３をパッキン２５を介在し、ビス２６によって締結することによって所要の数の外管２０を連結し得る（図１、図２、図４参照）。この実施形態では二本を連結しているが、その連結を止めたり、任意の連結数としたりすることによって任意の長さの熱交換器Ａとし得る。

この熱交換器Ａによってコンパクトな所要容量の熱交換装置とするには、真っ直ぐな所要長さの内管１０を用意し、その一端から外管２０を挿し込み、その突出した前記内管１０を円弧状に折り返して外管２０に沿わせる。つぎに、その沿わせた内管１０に新たに外管２０を挿し込み、その突出した前記内管１０を円弧状に折り返して外管２０に沿わせる。以後、同様にして、所要段数の熱交換器Ａが並列した状態とする（図１、図２参照）。この実施形態では、四列（四段）とした。この並列時、内管１０はその列数に応じた長さとし、その両端は、各コルゲート管１１を纏めて高温冷媒ｂの入口栓（給排用ヘッド）２７ａ又は出口栓（給排用ヘッド）２７ｂを設ける。

その熱交換器Ａの並列した内管１０の折り返し部には外管２０と同一材料からなるキャップ２８を嵌め込む。このキャップ２８は、両端が開口した筒状のものとしたり、一端面を閉じた有蓋筒状のものとしたりすることができる。前者の筒状であると、この熱交換装置の左又は右から水ａが外管２０内に入って右又は左から出る流れとなり（図１のａ矢印参照）、後者の有蓋筒状であると、一の栓２７ａ又は２７ｂ側から外管２０に水ａが入り、並列した一の外管２０の端から他の外管２０の他端に流れ込むように蛇行して他の栓２７ｂ又は２７ａ側から出る流れとなる（図２のａ矢印参照）。何れにしても、内管１０内を流れる冷媒ｂと水ａの流れ方向はできる限り逆方向となるようにする。

この実施形態の熱交換装置は以上の構成であり、この熱交換装置を上記給湯装置の給湯用熱交換器とすると、圧縮機からの高温冷媒ｂが内管１０内を流通し、給水ポンプからの水ａが外管２０内の空隙２２内を流通する。このとき、保護管１３が内管１０に一体となって両者の熱伝導性が高いものとなっており、また、外管２０の内周面と内管１０（保護管１３）の外周面との間の間隙２２内の保護管１３の凹凸１４によって流通する水ａが乱流となるため、内管１０内の高温冷媒ｂと水ａとの熱交換は円滑になされる。

なお、コルゲート管１１と保護管１３との空隙内に漏液検知線を設けたり、その空隙の長さ方向一端に漏液検知器を設けたりすることによって、コルゲート管１１や保護管１３が破損してその空隙に漏液した場合、その漏液を検出し得るようにすることができる。

上記実施形態は、水ａと冷媒ｂとによる熱交換の場合であったが、この発明は、質の異なる熱交換媒体と被熱交換媒体との熱交換であれば、何れの態様においても採用し得ることは勿論である。また、コルゲート管１１は円管（円状パイプ）でなくても、扁平管とすることができる（特許文献２図５〜図７参照）。さらに、内管１０に被熱交換媒体（例えば、水ａ）、内外管間に熱交換媒体（例えば、冷媒ｂ）を流通させることもできる。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 内管
１１ コルゲート管
１２ コルゲート管表面の溝
１３ 保護管
１４ 保護管表面の凹凸
２０ 外管
２１ リブ
２２ 間隙
Ａ 熱交換器
ａ 水（被熱交換媒体）
ｂ 冷媒（熱交換媒体）

Claims (3)

1. 質の異なる熱交換媒体（ｂ）又は被熱交換媒体（ａ）を内部に流通し、その媒体（ａ、ｂ）と外部の前記被熱交換媒体（ａ）又は熱交換媒体（ｂ）との熱交換を行う熱交換管（１０）であって、
   複数のコルゲート管（１１）が並列され、その並列されたコルゲート管（１１）を保護管（１３）で被覆し、その保護管（１３）は、各コルゲート管（１１）の外面に密着されて、保護管（１３）がコルゲート管（１１）外周面の溝（１２）に入り込んでその外面もコルゲート管（１１）の外面に倣って凹凸状（１４）となっていることを特徴とする熱交換管。
2. 請求項１記載の熱交換管（１０）を外管（２０）内に装填し、その熱交換管（１０）に上記熱交換媒体（ｂ）又は被熱交換媒体（ａ）の一方を、前記熱交換管（１０）と外管（２０）との間に熱交換媒体（ｂ）又は被熱交換媒体（ａ）の他方をそれぞれ流通させることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２に記載の熱交換器（Ａ）の複数を並列し、その並列した各熱交換器（Ａ）の一方の側に位置する熱交換器（Ａ）の一端を一方の給排用ヘッド（２７ａ）とし、他方の側に位置する熱交換器の一端を他方の給排用ヘッド（２７ｂ）とし、隣接する各熱交換器（Ａ）の熱交換管（１０）は一方の熱交換器（Ａ）の端を他方の熱交換器（Ａ）の端に屈曲させた連続管としたことを特徴とする熱交換装置。