(57)【要約】【課題】内管と外管との間を流れる流体の乱流化を促進させることで、熱交換性能を向上させた熱交換器を提供すること。【解決手段】第１流体が流れ、螺旋状に捻って形成した複数の配管からなる内管１３と、第２流体が流れる外管１１とを備え、内管１３は外管１１内に配設され、内管１３が貫通する板状部材１８を有し、板状部材１８の外周に旋回部１９を設けたことを特徴とする熱交換器で、螺旋状に捻って形成された内管近傍だけでなく、内管１３と外管１１との間隙が大きい箇所において、第２流体の乱流化を促進し、第２流体側の熱伝達を向上させることが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流れ、螺旋状に捻って形成した複数の配管からなる内管と、第２流体が流れる外管とを備え、前記内管は前記外管内に配設され、前記内管が貫通する板状部材を有し、前記板状部材の外周に旋回部を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記旋回部によって、前記第２流体が、前記内管の捩り方向に流れる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記板状部材を、前記第２流体の流れ方向において、上流側より下流側に多く設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器を搭載したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に流体が通る流路をもつ内管と、内管の外側に設けられ、内管との間に流体が通る流路がある外管を有する二重管熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、水流路を構成する水管と、冷媒流路を構成する冷媒管とからなり、水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換する二重管式タイプの熱交換器が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の熱交換器の二重管熱交換器は、図１０〜図１２に示すように、この熱交換器１０１は、複数の二重管１０２を渦巻状に形成したものを連接した二重管式の熱交換器であり、二重管１０２内部を冷媒流路１０３とする冷媒管１０４と、冷媒管１０４を内挿して冷媒管１０４の外壁との間に水流路１０５を形成した水管１０６からなる。
【０００４】
冷媒流路１０３と水流路１０５は対向して流れており、この結果、熱交換効率を高めることができる。
【０００５】
また、二重管１０２は中間ヘッダ１０７を境に、冷媒の上流側を上流側二重管、冷媒の下流側を下流側二重管とする。
【０００６】
そして、冷媒管１０４は、冷媒流路１０３の入口側に配置した２本の高温部冷媒管１０４ａと、冷媒流路１０３の出口側に併設した４本の低温部冷媒管１０４ｂを、中間ヘッダ１０７を介して、順次連接して形成されており、高温部冷媒管１０４ａを内包する水管径は、低温部冷媒管１０４ｂを内包する水管径よりも拡径されている。
【０００７】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。
【０００８】
熱交換器１０１は、冷媒管１０３と水管１０５の二重管により形成され、水と冷媒とを熱交換するため、内管１０３が水との接触面積が大きくとれ、熱交換効率を向上させることできる。
【０００９】
また、図１２に示すように水管１０５内を２本の冷媒管１０３が螺旋状に絡み合うように挿入されている。これにより、冷媒管１０３近傍の水流を旋回流とし、水側熱伝達率を向上させている。
【００１０】
また、高温部冷媒管１０４ａを内包する水管径を拡径しているのは、高温水から炭酸カルシウムなどの不純物が析出し、冷媒管１０３と水管１０５の間に付着し、間隙を埋めてしまわないようにするためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−６９６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来のように内管を２本捩り合わせた形状では、２本の内管近傍の水流は旋回流になるが、内管と水管のクリアランスが大きい箇所、特に高温部の水管のよ
うに拡径されている管においては、水流の乱流化を促進する効果が減少してしまう。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、内管と外管との間を流れる流体の乱流化を促進させることで、熱交換性能を向上させた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、第１流体が流れ、螺旋状に捻って形成した複数の配管からなる内管と、第２流体が流れる外管とを備え、前記内管は前記外管内に配設され、前記内管が貫通する板状部材を有し、前記板状部材の外周に旋回部を設けたことを特徴とするもので、第２流体の乱流化を促進し、熱伝達を向上させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内管と外管との間を流れる流体の乱流化を促進させることで、熱交換性能を向上させた熱交換器できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における二重管式熱交換器の側面図
【図２】同二重管式熱交換器の上面図
【図３】同二重管式熱交換器の内部詳細断面図
【図４】同二重管式熱交換器の他の内部詳細断面図
【図５】同二重管式熱交換器の板状部材の正面図
【図６】従来の二重管式熱交換器の内部詳細断面図
【図７】同二重管式熱交換器の他の内部詳細断面図
【図８】同二重管式熱交換器の他の内部詳細断面図
【図９】同熱交換器における二酸化炭素と水の温度変化を表す図
【図１０】従来の熱交換器の側面図
【図１１】従来の熱交換器の上面図
【図１２】従来の熱交換の内部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、第１流体が流れ、螺旋状に捻って形成した複数の配管からなる内管と、第２流体が流れる外管とを備え、前記内管は前記外管内に配設され、前記内管が貫通する板状部材を有し、前記板状部材の外周に旋回部を設けたことを特徴とする熱交換器である。
【００１８】
これより、螺旋状に捻って形成された内管近傍だけでなく、内管と外管との間隙が大きい箇所において、第２流体の乱流化を促進し、第２流体側の熱伝達を向上させることが可能となる。
【００１９】
第２の発明は、前記旋回部によって、前記第２流体が、前記内管の捩り方向に流れる構成としたことを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、前記内管近傍を第２流体の流れを阻害することなく、旋回流を大きくすることができ、第２流体の乱流化を促進することができる。
【００２１】
第３の発明は、前記板状部材を、前記第２流体の流れ方向において、上流側より下流側に多く設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、熱交換器の第１流体を二酸化炭素、第２流体を水としたときの、それぞれの流体の温度変化は、熱交換器出入口では二酸化炭素と水の温度差が大きく、熱交換器中
央では温度差が小さいため、熱交換器出入口のように温度差が大きく、温度効率の悪い箇所に板状部材を部分的に設けることで、水圧損を抑制しながら、熱交換器の能力を効果的に向上させることができる。
【００２３】
特に、水―二酸化炭素ヒートポンプ給湯機では、スケール対策として熱交換器の高温部を拡径しているため、前記内管と前記水管との間隙が大きく、水の流速が減少している箇所、すなわち第２流体の流れにおいて、上流側よりも下流側に、板状部材を多く設ける方が効果的である。
【００２４】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明の熱交換器をヒートポンプ給湯機に搭載するもので、ヒートポンプ給湯機の能力を向上させることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、熱交換器をヒートポンプ給湯機に用いられている二酸化炭素−水熱交換器とし、第１流体を二酸化炭素、第２流体を水としている。
【００２７】
図１、図２に示すように、本実施の形態では熱交換器１は、二重管５を渦巻状に成形した熱交換ユニット６を複数個有し、上段側の熱交換ユニット６と下段側の熱交換ユニット６が、中間ヘッダ３により水用流路１２が、冷媒分岐管７によって冷媒用流路１５が接合されている。
【００２８】
また、ヘッダ２には、冷媒用ヘッダ８、水管９、冷媒分岐管１０、ヘッダ４には水管８と冷媒分岐管９が取り付けられており、熱交換器１を給湯装置本体に取り付けるために接合されている。
【００２９】
図３に示すように、内管１３内には冷媒用流路１５が形成され、内管１３と外管１１の間には水用流路１２が形成されている。そして、冷媒用流路１５を流通する冷媒と水用流路１２を流通する水はお互いに対向して流れるようになっており、この結果、冷媒と水との間の熱交換効率を高めることができる。
【００３０】
また、内管１３は、冷媒管１４と、冷媒管１４の外周に設けられた漏洩検知管１６とから構成され、２本の内管１３が縦方向に並設されている。漏洩検知管１６の内面には、配管方向に沿って多数の漏洩検知溝１７が形成されており、漏洩検知溝１７内には空気層が形成されている。
【００３１】
漏洩検知溝１７を設けることで、内管１３又は外管１１から漏洩した冷媒又は水は混入することなく漏洩検知溝１７を介して外部に漏出する。
【００３２】
本実施の形態では、図１の外管１１が拡径されている箇所、すなわち温度効率の悪い水出口にのみ板状部材１８を設ける。かかる構成により、内径が増大し、水流速が低下している箇所で、水の乱流化を促進でき、熱交換器１の能力を効果的に向上させることができる。
【００３３】
また、板状部材１８を内管１３全域に設ければ、流れの乱流化が促進され、熱交換器１の能力は向上するが、圧力損失も増大するため、水を循環させるのに必要なポンプ等の装置の動力が増大する。
【００３４】
そのため、熱交換器１の能力の向上を優先するならば、内管１３全域に板状部材１８を設ける方が良いが、他の装置との連動を考慮するのであれば、板状部材１８を、水の流れ方向において、上流側よりも下流側に多く設けた方が良い。
【００３５】
すなわち、図９は、第１流体を二酸化炭素、第２流体を水としたときの、それぞれの流体の温度変化を示したものだが、熱交換器出入口では二酸化炭素と水の温度差が大きく、熱交換器中央では温度差が小さいため、熱交換器の能力を効果的に向上させることができるためである。
【００３６】
図４、図５は板状部材１８の形状を示す図である。本実施の形態では、板状部材１８に、２本の内管１３が捻られた形状の孔をあけ、板状部材１８周囲に旋回部１９を設けている。
【００３７】
内管１３近傍を流れている水は、板状部材１８に接触した際に、この旋回部１９に導かれ、より大きな旋回流となって外管１１と内管１３の間を流れるようになる。
【００３８】
また、板状部材１８の旋回部１９は、羽根の根元は板状部材の前方に配置し、羽先を板状部材１８よりも水の流れに対し下流側に配置して、水が板状部材１８に衝突した際に止水しないように構成している。
【００３９】
例えば、図６の破線部は、水の流れ方向に対し、２本の捻られた内管１３の軌跡を示したものだが、外管１１と内管１３のクリアランスが大きく、内管１３だけでは内管近傍の水しか旋回流にすることができない。
【００４０】
しかし、板状部材１８を設ければ、内管１３と外管１１のクリアランスは狭まり、かつ内管１３と同じ捻り方向に設けられた旋回部１９によって、水は外管１１と内管１３の間を大きな旋回流となって流れ、水の熱伝達が向上する。
【００４１】
また、図７、図８に示すように内管１３近傍の水は、内管１３の捻り方向に沿って流れることで、旋回流となっているため、板状部材１８や旋回部１９に衝突しても、止水することはない。
【００４２】
また、旋回部１９は、内管１３と同じ捻り方向に捻られており、旋回部１９に衝突した水流は、旋回部１９の羽先に向かって大きく捻られるように流れ、かつ、羽先は板状部材１８よりも水の流れ方向に対し下流に出ているため、板状部材１８の裏側にも水は流れ、水と二酸化炭素の熱交換量が減少することはない。
【００４３】
また、本実施の形態では、板状部材１８は、内管１３外壁にロウ付け、あるいは内管１３内に圧力をかけることで拡管し、密着固定している。
【００４４】
板状部材１８を金属材料で成形すれば、内管１３からの熱伝導により、内管１３周囲の水だけでなく、板状部材１８周囲の水にも熱を伝えることが可能となり、水と二酸化炭素の熱交換量を増大させることができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態では、熱交換器１の二酸化炭素と水の温度差や、水圧力損失に着目して、螺旋状に捻った２本の内管１３を板状部材１８に貫通させることにより、熱交換器１の能力を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、内管と外管との間を流れる流体の乱流化を促進させることで、熱交換性能を向上できるため、流体どうしで熱交換を行う機能を備えた機器に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  熱交換器
１１  外管
１３  内管
１８  板状部材
１９  旋回部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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