(57)【要約】【課題】内管の中央の中央通路内の冷媒も熱交換に寄与するようにした三重管式熱交換器を提供する。【解決手段】三重管式熱交換器(1)は、内管(2)と、この内管(2)を内部に収納した外管(4)と、内管(2)と外管(4)の間に配置された漏洩検知管(3)とを備え、内管(2)の内部を流れる冷媒と漏洩検知管(3)と外管(4)との間を流れる給湯湯水との間で熱交換可能に構成され、内管(2)と漏洩検知管(3)は断面が相似形状で管壁が周方向に山部と谷部を繰り返して三葉管形状に形成されており、内管(2)からなる三葉管の内部には、各葉の内部の葉内通路(5b)と中央部の中央通路(5a)が形成され、中央通路(5a)が１つの葉内通路(5b)と連通する連通路(5c)が形成され、隣り合う谷部同士が連通路形成部を除きそれぞれ接触している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と、この内管を内部に収納した外管と、前記内管と外管の間に配置された漏洩検知管とを備え、前記内管の内部を流れる冷媒と前記漏洩検知管と外管との間を流れる給湯湯水との間で熱交換可能に構成された三重管式熱交換器において、
前記内管と漏洩検知管は断面が相似形状で管壁が周方向に山部と谷部を繰り返して三葉管形状に形成されており、
前記内管からなる三葉管の内部には、各葉の内部の葉内通路と中央部の中央通路が形成され、前記中央通路が１つの葉内通路に連通する連通路が形成され、
隣り合う谷部同士が連通路形成部を除きそれぞれ接触していることを特徴とする三重管式熱交換器。
【請求項２】
前記内管と漏洩検知管とで三葉管形状の二重管が構成され、この二重管が所定のリード角をもって捩った状態で前記外管内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の三重管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内管及び漏洩検知管からなる三葉管形状の二重管と外管を備えた三重管式熱交換器に関し、特に内管の中央部の中央通路を３本の葉内通路の少なくとも１つに連通させた三重管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガス燃焼式熱源機、ヒートポンプ式熱源機、燃料電池発電装置等の熱源機で加熱した湯水を貯湯タンクに貯湯して所望の給湯先に給湯する貯湯給湯装置、前記熱源機で加熱した湯水を利用して暖房端末へ熱を供給する暖房装置、その他の種々の産業分野においては、高温の流体と低温の流体との間で熱交換させる為の種々の熱交換器が幅広く使用されている。
【０００３】
特に、二重管式熱交換器は、熱交換性能に優れ且つ製作費の面で有利であるため広く採用されており、最近では内管として管壁が周方向に山部と谷部を繰り返す波形形状をなす多葉管を用い、その多葉管を外管の内部に収納した二重管式熱交換器も採用されている。
【０００４】
しかし、貯湯給湯装置に用いる二重管式熱交換器において、例えば内管内に冷媒を流し、内管と外管との間の隙間に湯水を流すような場合に、内管に亀裂が発生すると冷媒が漏洩して湯水に混入する虞がある。そこで、内管に漏洩検知管を外嵌させて二重の多葉管を外管内に収容した三重管式熱交換器も広く採用されている。
【０００５】
特許文献１，２に記載の二重管型熱交換器は、断面が三つ葉クローバ形の内管（三葉管）と、この内管を収容する外管とを有し、内管の三つ葉に対応する膨出部の外周部に波形形状を形成し、内部を流れる流体の攪拌を促進するように構成している。
【０００６】
特許文献３に記載の三重管式熱交換器は、内管と、この内管に密着状に外嵌された漏洩検知管と、内管及び漏洩検知管を収容する外管とを有し、内管と漏洩検知管からなる二重管は四葉管形状に形成され、内管の後半部分において、内管の中央部の中央通路には、冷媒が流入しないように弾性体が装着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４４０５７４号公報
【特許文献２】特許第４４９４０４９号公報
【特許文献３】特開２０１７−２６２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に記載の二重管型熱交換器は、自動車用のＥＧＲクーラやオイルクーラに適したものあるが、三重管型の熱交換器でないので湯水の加熱に適するものではない。
特許文献３の三重管式熱交換器のように、内管の中央部の中央通路に弾性体を収容して
中央通路に冷媒を流通させない場合には、冷媒の使用量を節減できるものの、三重管型熱交換器の製作時に弾性体を組み込む作業に時間と労力がかかるうえ、弾性体の材料費もかかるため製作費が高価になる。
【０００９】
他方、上記の弾性体を省略する場合には、内管の中央の中央通路に冷媒が侵入して滞留するため、冷媒の使用量が増すだけでなく、中央通路内の冷媒が熱交換に殆ど寄与しないため熱交換性能を高める上で不利である。
【００１０】
本発明の目的は、内管の中央の中央通路内の冷媒も熱交換に寄与するようにした三重管式熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の三重管式熱交換器は、内管と、この内管を内部に収納した外管と、前記内管と外管の間に配置された漏洩検知管とを備え、前記内管の内部を流れる冷媒と前記漏洩検知管と外管との間を流れる給湯湯水との間で熱交換可能に構成された三重管式熱交換器において、前記内管と漏洩検知管は断面が相似形状で管壁が周方向に山部と谷部を繰り返して三葉管形状に形成されており、 前記内管からなる三葉管の内部には、各葉の内部の葉内通路と中央部の中央通路が形成され、前記中央通路が１つの葉内通路に連通する連通路が形成され、隣り合う谷部同士が連通路形成部を除きそれぞれ接触していることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の三重管式熱交換器は、請求項１の発明において、前記内管と漏洩検知管とで三葉管形状の二重管が構成され、この二重管が所定のリード角をもって捩った状態で前記外管内に収容されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、前記内管と漏洩検知管は断面が相似形状で管壁が周方向に山部と谷部を繰り返して三葉管形状に形成されており、 前記内管からなる三葉管の内部には、各葉の内部の葉内通路と中央部の中央通路が形成され、前記中央通路が１つの葉内通路に連通する連通路が形成されているため、前記中央通路内の冷媒は滞留することなく、中央通路が連通している葉内通路の冷媒と一体的に流動して熱交換に寄与するから、三重管式熱交換器の熱交換性能を高めることができる。
しかも、隣り合う谷部同士が連通路形成部を除きそれぞれ接触しているため、内管の剛性を高めることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、前記内管と漏洩検知管とで三葉管形状の二重管が構成され、この二重管が所定のリード角をもって捩った状態で前記外管内に収容されているため、三重管式熱交換器をコイル状に巻き回する際に巻き回し易くなる上、三重管式熱交換器内を流れる流体に対する攪拌作用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る三重管式熱交換器と上部保温材と下部保温材の分解斜視図である。
【図２】図１の三重管式熱交換器の断面図である。
【図３】図１の三重管式熱交換器の内管及び漏洩検知管からなる三葉管形成の二重管の要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明の三重管式熱交換器１の全体構造について説明する。
図１に示すように、三重管式熱交換器１は、内管２と漏洩検知管３と外管４とを備え、内管２の内部に内側通路５、漏洩検知管３と外管４の間に外側通路６を有し、内側通路５を流れる冷媒と外側通路６を流れる湯水との間で熱交換を行うように構成されている。
【００１８】
三重管式熱交換器１は、全体が矩形形状の渦巻状に構成され、平面視にて略矩形形状の複数のループ管７を有する。複数のループ管７は、上下方向に２層に且つ各層が複数巻（三重巻）になるように配置されている。各層に配置された３つのループ管７は、内側から外側に向かって徐々に大型化するようなサイズに構成されている。
三重管式熱交換器１は、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の樹脂を発泡成形した上下に２分割された上部保温材８と下部保温材９で覆われている。
【００１９】
三重管式熱交換器１の両端部には、加熱前の湯水が導入され且つ低温の冷媒が導出される分岐部１１と、加熱された湯水が導出され且つ高温の冷媒が導入される分岐部１２とが形成されている。分岐部１２の近傍においては内管２に冷媒通路１３ａが接続され、外管４に循環用配管４ｂが接続され、分岐部１１の近傍においては内管２に冷媒通路１３ｂが接続され、外管４に循環用配管４ａが接続されている。
三重管式熱交換器１は全体として水平姿勢となるように配設され、分岐部１１よりも分岐部１２の方が上方となるように配設されている。
【００２０】
次に、三重管式熱交換器１の内部構造について図２に基づいて説明する。
この三重管式熱交換器１は、内管２と漏洩検知管３と外管４とを備え、内管２と漏洩検知管３と外管４は、例えばリン脱酸銅製の円形断面の水道用銅管又はこれと同等品からなる所定の長さの素材管を用いて製作される。素材管の管壁の厚さは例えば０．６〜１．０ｍｍで、三重管式熱交換器１の外径は例えば１６〜２０ｍｍである。但し、これらの数値は例示でありこれらに限定されるものではない。
【００２１】
図２に示すように、漏洩検知管３は内管２の外側にほぼ密着状に外嵌され、内管２と漏洩検知管３は断面が相似形状で管壁が周方向に山部２ａ，３ａと谷部２ｂ，３ｂが繰り返す波形形状をなす三葉管形状の二重管１０に形成されている。この三葉管形状の二重管１０が外管４の内部に収容されている。
【００２２】
内管２の内部の内側通路５は、３つの谷部２ｂで囲まれた中央部の中央通路５ａと各山部２ａの内側の葉内通路５ｂとから形成され、内側通路５内には冷媒が流れる。
つまり、内管２からなる三葉管の内部には、各葉の内部の葉内通路５ｂと中央部の中央通路５ａが形成されている。
そして、上記の中央通路５ａが１つの葉内通路５ｂに連通する連通路５ｃが形成されるが、本実施例の場合、中央通路５ａの上側の１つの葉内通路５ｂを中央通路５ａに連通させる連通路５ｃが形成されている。
【００２３】
そのため、中央通路５ａ内に冷媒が滞留することがなく、中央通路５ａ内の冷媒が中央通路５ａが連通している葉内通路５ｂ内の冷媒と一体的に流動して、熱交換に寄与するようになる。
この連通路５ｃは、三重管式熱交換器１の長さ方向に連続的に形成されることが望ましいが、必ずしも連続的ではなく間欠的に形成されてもよい。また、連通路５ｃの厚みは例えば約２ｍｍ程度にすることが望ましい。厚みが過小の場合には冷媒の流動が阻害されるからである。
【００２４】
また、内管２の隣り合う谷部２ｂ同士は、連通路形成部を除きそれぞれ接触しているため、内管２の剛性を高めることができる。
漏洩検知管３と外管４との間の外側通路６は、ほぼ三角形断面の４つの三角通路６ａから形成される。外側通路６には湯水が流れる。
【００２５】
ここで、後述するように、三葉管形状の二重管１０を製作する際、内管２の素材管を漏洩検知管３の素材管に挿入した２重管の円形の断面形状から、例えば３葉状の断面形状に絞り加工されて、内管２の中心部の中央通路５ａが形成される。
中央通路５ａに連通してない下側の各葉内通路５ｂの中心側においては、谷部２ｂと谷部２ｂとが密着して、各葉内通路５ｂが中央通路５ａから遮断されている。それ故、二重管１０の中央側部分の強度を確保する上で有利である。
【００２６】
内管２を形成する三葉管は、軸心直交断面において山部２ａと谷部２ｂとを接続する直線部２ｃを有し、漏洩検知管３を形成する三葉管は、軸心直交断面において山部３ａと谷部３ｂとを接続する直線部３ｃを有し、内管２の直線部２ｃと、それに対向する漏洩検知管３の直線部３ｃとが面接触状に密着している。
【００２７】
尚、直線部２ｃ，３ｃは螺旋状に捩じられた帯板状管壁であり、このように、帯板状管壁２ｃ，３ｃが密着しているため、内側通路５内を流れる冷媒と、外側通路６内を流れる湯水との間の熱交換性能が高くなる。しかも、内管２と漏洩検知管３の一体性が高まるため、剛性を確保する上で有利である。
【００２８】
内管２の山部２ａの大部分は漏洩検知管３の山部３ａの内面に面接触状に密着すると共に、漏洩検知管３の山部３ａの大部分が外管４の内面に面接触状に密着している。そのため、三重管式熱交換器１の全体の剛性を高めることができる上、内側通路５内を流れる冷媒と外側通路６内を流れる湯水との間の熱交換性能も高くなる。
【００２９】
図３は、外管４の内部に挿入される内管２と漏洩検知管３とからなる三葉管形状の二重管１０を示している。二重管１０を製作する際、内管２の素材管を漏洩検知管３の素材管に挿入した状態の２重管を捩じり加工しながら３葉状に絞り加工することで製作することができる。
この二重管１０を外管４の素材管に挿入した状態で、少なくとも外管４を縮径加工することで三重管式熱交換器１を製作する。尚、二重管１０と外管４の両方を縮径加工してもよい。
【００３０】
この二重管１０は、図３に示すように、所定のリード角をもって螺旋状に捩じった形状に構成されている。前記所定のリード角は、軸心方向に例えば３００〜５００ｍｍ移行する毎に１回転するような角度である。上記の捩じりを付加してあるため、三重管式熱交換器１をコイル状に巻回した構造の熱交換器に構成する際に巻回しやすくなる上、三重管式熱交換器１内を流れる流体に対する攪拌作用が得られる。但し、上記の捩じりは必須のものではなく省略してもよい。
【００３１】
三重管式熱交換器１で利用される冷媒としては、主にプロパンガスが使用され、内側通路５内を冷媒通路１３ａ側から流入された冷媒は気体状態であるが、外側通路６内を対向流で流通する湯水との間で熱交換されて、冷媒通路１３ｂ側から流出される際は液体状態となっている。
【００３２】
次に、上記の三重管式熱交換器１の作用、効果について説明する。
この三重管式熱交換器１は、内管２及び漏洩検知管３が三葉管形状に形成され、三葉管形状の二重管１０の中心部の中央通路５ａを少なくとも１つの葉内通路５ｂに連通させる連通路５ｃが形成されているため、中央通路５ａ内に冷媒が滞留することがなく、連通している１つの葉内通路５ｂ内の冷媒と一体的に流動して熱交換に寄与するから、三重管式熱交換器１の熱交換性能を高めることができる。
【００３３】
内管２と漏洩検知管３とで三葉管形状の二重管１０が構成され、この二重管１０が所定のリード角をもって捩った状態で外管４内に収容されているため、三重管式熱交換器１をコイル状に巻き回する際に巻き回し易くなる上、三重管式熱交換器１内を流れる流体に対する攪拌作用が得られる。
【００３４】
次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）内管２と漏洩検知管３と外管４の素材管の金属材料は、リン脱酸銅に限るものではなく、その他の種々の銅材料でもよく、銅以外の金属（例えば、アルミニウムやその合金、真鍮、マグネシウム合金、チタンなど）であってもよい。内管２と漏洩検知管３と外管４を同種の金属材料の素材管から製作するとは限らず、異なる種類の金属材料の素材管から製作してもよい。また、内管２の管壁の厚さと漏洩検知管３の管壁の厚さは同じでもよく、異なっていてもよい。
【００３５】
２）その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１      三重管式熱交換器
２      内管
２ａ      山部
２ｂ      谷部
３      漏洩検知管
３ａ      山部
３ｂ      谷部
４      外管
５      内側通路
５ａ    中央通路
５ｂ    葉内通路
５ｃ    連通路
６      外側通路
６ａ    三角通路
１０    二重管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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