(57)【要約】【課題】繰り返し応力に対する耐久性を向上させた二重管式熱交換器を提供すること。【解決手段】内部を第一の流体が流れる第一配管４１ａと、前記第一配管４１ａを内設し、第二流体が流れる第二配管４１ｂと、前記第二配管４１ｂの端部に配設され、内方を前記第一配管４１ａが貫通する第一接続部４２と、前記第一接続部４２に接続され、前記第一接続部４２より突出した前記第一配管４１ａの周囲を覆う第二接続部４３とを備え、前記第一接続部４２より突出した前記第一配管４１ａの先端部は、前記第二接続部４３から突出しない構成とした特徴とする二重管式熱交換器。【選択図】図１
2014081153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を第一の流体が流れる第一配管と、前記第一配管を内設し、第二流体が流れる第二配管と、前記第二配管の端部に配設され、内方を前記第一配管が貫通する第一接続部と、前記第一接続部に接続され、前記第一接続部より突出した前記第一配管の周囲を覆う第二接続部とを備え、前記第一接続部より突出した前記第一配管の先端部は、前記第二接続部から突出しない構成とした特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項２】
圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルと、前記放熱器、前記減圧手段の間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器、前記圧縮機の間を流れる低圧側冷媒とを熱交換される内部熱交換器とを備え、前記内部熱交換器を前記請求項１に記載の二重管式熱交換器とし、前記第一の流体は前記高圧側冷媒で、前記第二流体は前記低圧側冷媒であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルを備え、前記放熱器は水を加熱する水冷媒熱交換器で、前記水冷媒熱交換器を前記請求項１に記載の二重管式熱交換器とし、前記第一の流体は前記圧縮機からの吐出冷媒である高圧側冷媒で、前記第二流体は水であることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重管式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器は、ヒートポンプサイクルにおいて、放熱器、減圧手段との間の高圧側冷媒（第一の流体）と、蒸発器、圧縮機との間の低圧側冷媒（第二の流体）とを熱交換する内部熱交換器等に用いられており、図８に示す構成をしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８において、二重管式内部熱交換器４０は、内部を第一の流体が流れる第一配管４１ａと前記第一配管４１ａを内部に配設し、二重管式内部熱交換器の外側流路を第二流体が流れる第二配管４１ｂとからなる二重管式内部熱交換器の二重管部４１と、前記第一配管４１ａが内部を貫通し、前記第二配管４１ｂの端部に配設され、前記第一配管４１ａと溶接された第一接続部４２から構成される。
【０００４】
また、第一配管４１ａの端部はそれぞれ、放熱器の出口へと繋がる冷媒配管と、減圧手段の入口へと繋がる冷媒配管と接続されており、第二配管４１ｂの端部はそれぞれ、蒸発器の出口へと繋がる冷媒配管と、圧縮機の入口へと繋がる冷媒配管と接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２４０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来における構成では、圧縮機運転時の振動あるいはヒートポンプ給湯装置の運送時の振動により、第一配管４１ａの長手方向に対し垂直方向の応力が、第一配管４１ａに加わり、前記第一配管４１ａが変形してしまうという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、繰り返し応力に対する耐久性を向上させた二重管式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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の二重管式熱交換器は、内部を第一の流体が流れる第一配管と、前記第一配管を内設し、第二流体が流れる第二配管と、前記第二配管の端部に配設され、内方を前記第一配管が貫通する第一接続部と、前記第一接続部に接続され、前記第一接続部より突出した前記第一配管の周囲を覆う第二接続部とを備え、前記第一接続部より突出した前記第一配管の先端部は、前記第二接続部から突出しない構成とした特徴とするものである。
【０００９】
これにより、圧縮機運転時の振動、または、ヒートポンプ給湯装置の運送時の振動により生じる第一配管長手方向に対し垂直方向の応力を、二重管式熱交換器の第一配管だけでなく、二重管式熱交換器の第二接続部でも支持するため、第一配管に加わる応力が減少することで、第一配管が変形することを防止できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繰り返し応力に対する耐久性を向上させた二重管式熱交換器を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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端部概要図
【図２】同二重管式熱交換器の全体概要図
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図
【図４】本発明の実施の形態１の発明における二重管式熱交換器を搭載したヒートポンプ給湯装置の回路構成図
【図５】本発明の実施の形態２における二重管式放熱器の概要図
【図６】図５のＹ−Ｙ断面図
【図７】本発明の実施の形態２における二重管式放熱器二重管部を渦巻状に巻いた放熱器の概要図
【図８】従来の二重管式内部熱交換器の概要図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、内部を第一の流体が流れる第一配管と、前記第一配管を内設し、第二流体が流れる第二配管と、前記第二配管の端部に配設され、内方を前記第一配管が貫通する第一接続部と、前記第一接続部に接続され、前記第一接続部より突出した前記第一配管の周囲を覆う第二接続部とを備え、前記第一接続部より突出した前記第一配管の先端部は、前記第二接続部から突出しない構成とした特徴とする二重管式熱交換器である。
【００１３】
これにより、圧縮機運転時の振動、または、ヒートポンプ給湯装置の運送時の振動により生じる第一配管長手方向に対し垂直方向の応力を、二重管式熱交換器の第一配管だけでなく、二重管式熱交換器の第二接続部でも支持するため、第一配管に加わる応力が減少することで、第一配管が変形することを防止できる。
【００１４】
また、第２の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルと、前記放熱器、前記減圧手段の間を流れる高圧側冷媒と、前記蒸発器、前記圧縮機の間を流れる低圧側冷媒とを熱交換される内部熱交換器とを備え、前記内部熱交換器を前記第１の発明の二重管式熱交換器とし、前記第一の流体は前記高圧側冷媒で、前記第二流体は前記低圧側冷媒であることを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１５】
これにより、前記第一配管に加わる、第一配管長手方向に対して垂直方向の応力が減少するため、細管化することができ、第一配管と第二配管との間の流路を大きく確保することが可能となる。
【００１６】
その結果、蒸発器の冷媒の蒸発温度を変化させること無く、低圧側の冷媒の圧力損失を低減し、圧縮機に吸入される冷媒の圧力を高くするので、圧縮機の圧縮比は小さくなるため、圧縮機の入力が低減し、機器の成績係数向上を実現できる。なお、ここで用いた圧縮比とは、圧縮機から吐出される圧力と吸入される圧力の比である。
【００１７】
第３の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器が順次接続して形成された冷凍サイクルを備え、前記放熱器は水を加熱する水冷媒熱交換器で、前記水冷媒熱交換器を前記第１の発明の二重管式熱交換器とし、前記第一の流体は前記圧縮機からの吐出冷媒である高圧側冷媒で、前記第二流体は水であることを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００１８】
上記構成とすることにより、前記第一配管に加わる、第一配管長手方向に対して垂直方向の応力が減少するため、細管化することができ、第一配管と第二配管との間の流路を大きく確保することが可能となる。
【００１９】
その結果、第一配管と第二配管との間を流れる水側の圧力損失を低減し、放熱器に送水する循環ポンプの入力を低減することとなり、機器の成績係数向上を実現できる。
【００２０】
以下、添付の図を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。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。
【００２１】
（実施の形態１）
まず、本発明の第１の実施の形態における二重管式熱交換器について説明する。
【００２２】
図１は、第１の実施の形態の二重管式熱交換器端部の概要図である。また、図２は、二重管式熱交換器概要図である。図３は、図２におけるＸ−Ｘ断面図である。図４は、二重管式熱交換器を備えたヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
【００２３】
ヒートポンプ給湯装置において、二重管式熱交換器は内部熱交換器、放熱器として用いられることが知られている。
【００２４】
ここで、本発明にかかる二重管式熱交換器が、ヒートポンプ給湯装置において、内部熱交換器として用いられているとして、以下その構成と動作について記述する。
【００２５】
図１において、二重管式内部熱交換器の第一配管４１ａ、第二配管４１ｂ、第一接続部４２、第二接続部４３は金属（銅、アルミニウム、鉄等）からなる。
【００２６】
図１において、二重管式内部熱交換器４０は、内部を第一の流体が流れる第一配管４１ａと前記第一配管４１ａを内部に配設し、二重管式内部熱交換器の外側流路を第二流体が流れる第二配管４１ｂとからなる二重管式内部熱交換器の二重管部４１と、前記第一配管４１ａが内部を貫通し、前記第二配管４１ｂの端部に配設され、前記第一配管４１ａと溶接された第一接続部４２と、前記第一接続部４２より貫通して突き出た第一配管４１ａの端部に配設された第二接続部４３とを備え、前記第二接続部４３は、前記第一配管４１ａの周囲を外側から覆い、前記第一接続部４２と接続された構成である。
【００２７】
また、第一配管４１ａの端部はそれぞれ、放熱器３０の出口へと繋がる冷媒配管と、減圧手段１３の入口へと繋がる冷媒配管と接続されており、第二配管４１ｂの端部はそれぞれ、蒸発器１４の出口へと繋がる冷媒配管と、圧縮機１１の入口へと繋がる冷媒配管と接続されている。
【００２８】
二重管式内部熱交換器４０は、放熱器３０と減圧手段１３との間に配設された前記第一配管４１ａを流れる高圧側冷媒（第一の流体）と、蒸発器１４と圧縮機１１との間に配設された前記第二配管４１ｂを流れる低圧側冷媒（第二の流体）との間で熱交換を行う。
【００２９】
図４において、このヒートポンプ給湯装置は、冷凍サイクル装置１０と、貯湯装置２０から構成されている。冷凍サイクル装置１０は、圧縮機１１、放熱器３０、減圧手段１３、及び蒸発器１４をこの順に冷媒配管で環状に接続して冷凍サイクルが構成されている。
【００３０】
二重管式内部熱交換器４０は、放熱器３０と減圧手段１３との間に配設された前記第一配管４１ａを流れる高圧側冷媒（第一の流体）と、蒸発器１４と圧縮機１１との間に配設された前記第二配管４１ｂを流れる低圧側冷媒（第二の流体）との間で熱交換を行う。
【００３１】
蒸発用ファン１７は、蒸発器１４に送風するための送風装置である。また、水用配管１８は、放熱器３０に貯湯水を導入し、放熱器３０で加熱された温水を導出する配管である。
【００３２】
貯湯装置２０は、貯湯タンク２１を備え、貯湯タンク２１の底部の水供給用配管２２は、水流量を調整する流量調整弁、水道側圧力を減圧する減圧弁、及び水の逆流を防止する逆止弁を介して水道管等の配管に接続されている。
【００３３】
また、貯湯装置２０は底部流出配管２３から、循環ポンプ２４、水用配管１８、放熱器３０、三方弁２７を経て貯湯タンク２１へ戻す沸き上げ回路を有している。
【００３４】
給湯混合弁２８は水供給用配管２２と貯湯タンク２１から出る給湯配管２９の混合部に設けられ、混合部にて設定温度に調節された水、または、お湯が供給用配管２６を流れる構成となっている。
【００３５】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、以下その貯湯運転動作について説明する。まず、冷凍サイクル装置１０は、貯湯タンク２１内の温水が所定量以下になったことを検出すると運転を開始する。
【００３６】
圧縮機１１で圧縮された冷媒は、放熱器３０、及び、二重管式内部熱交換器４０にて放熱した後に、減圧手段１３で減圧され、蒸発器１４及び二重管式内部熱交換器４０にて吸熱し、圧縮機１１に吸入される。このとき、各冷媒配管には圧縮機１１運転による振動が伝わり、この振動により各冷媒配管に応力が加わる。
【００３７】
ここで、本実施の形態１のように、第一接続部４２より貫通して突き出た第一配管４１ａの周囲を第二接続部４３で覆い、第一接続部４２と接続する構成とすることで、圧縮機１１の運転時の振動により加わる、第一配管長手方向に対し垂直方向の応力を、第一配管４１ａだけでなく、第二接続部４３でも支持することができる。
【００３８】
このため、第一配管４１ａに加わる応力が第二接続部４３へと分散され、第一配管４１ａに加わる応力が減少するため、第一配管４１ａの変形を防止できるという効果を奏する。
【００３９】
また、製造されたヒートポンプ給湯装置は、大型車両（トラック等）によりヒートポンプ給湯装置を販売する各販売店舗に運送されるが、その運送時の振動により、各冷媒配管に応力が加わる。
【００４０】
ここで、本実施の形態１のように、第一接続部４２より貫通して突き出た第一配管４１ａの周囲を第二接続部４３で覆い、第一接続部４２と接続する構成とすることで、運送時の振動により加わる、第一配管長手方向に対し垂直方向の応力を、第一配管４１ａだけでなく、第二接続部４３でも支持することができる。
【００４１】
このため、第一配管４１ａに加わる応力が第二接続部４３へと分散され、第一配管４１ａに加わる応力が減少するため、第一配管４１ａの変形を防止できるという効果を奏する。
【００４２】
さらに、第一配管４１ａに加わる応力が減少するため、第一配管４１ａを細管化することができ、第一配管４１ａと第二配管４１ｂとの間の流路を大きく確保することが可能となる。
【００４３】
その結果、蒸発器１４の冷媒の蒸発温度を変化させること無く、低圧側の冷媒の圧力損失を低減し、圧縮機に吸入される冷媒の圧力を高くするので、圧縮機の圧縮比は小さくなる。このため、圧縮機の入力が低減し、機器の成績係数向上に寄与するという効果を奏す
る。
【００４４】
なお、第一配管４１ａは、第二配管４１ｂ内部に単数、または、複数本配設されていてもよく、第一配管４１ａが複数本ある場合、それぞれの配管が平行、もしくは、配管同士がねじられて配設されていても構わない。
【００４５】
いずれの場合においても、本発明の実施の形態１における二重管式熱交換器は、同様の第一配管４１ａの変形を防止できるという効果を奏する。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態における二重管式放熱器について説明する。
【００４７】
図５は、本実施の形態における二重管式放熱器の概要図である。図６は、図５におけるＹ−Ｙ断面図である。図７は、二重管式放熱器二重管部を渦巻状に巻いた放熱器の概要図である。
【００４８】
図５において、二重管式放熱器３０の第一配管３１ａ、第二配管３１ｂ、第一接続部３２、第二接続部３４は金属（銅、アルミニウム、鉄等）からなる。
【００４９】
以下、本発明の実施の形態２における、二重管式放熱器３０の構成について記述する。
【００５０】
二重管式放熱器３０は、内部を第一の流体が流れる第一配管３１ａと、前記第一配管３１ａを内部に配設して二重管式放熱器３０を形成し、二重管式放熱器３０の外側流路を第二流体が流れる第二配管３１ｂと、前記第一配管３１ａが内部を貫通し、前記第二配管３１ｂの端部に配設され、前記第一配管３１ａと溶接された第一接続部３２と、前記第一接続部３２より貫通して突き出た第一配管３１ａの端部に配設された第二接続部３４とを備え、前記第二接続部３４は、前記第一配管３１ａの周囲を外側から覆い、前記第一接続部３２と接続されることを特徴とする二重管式熱交換器である。
【００５１】
また、前記第一配管３１ａの端部はそれぞれ、圧縮機１１の吐出側へと繋がる冷媒配管と、減圧手段１３の入口へと繋がる冷媒配管と接続されており、第二配管３１ｂの端部はそれぞれ、貯湯タンク２１底部へと繋がる、貯湯タンク２１に溜められた水が流れる水用配管１８と貯湯タンク２１上部へと繋がる上部循環用配管２５と接続されている。
【００５２】
なお、二重管式放熱器３０は、ヒートポンプ給湯装置への収納性の点から、図７のような二重管式放熱器の二重管部３１を渦巻状に巻いた構成としても良い。
【００５３】
さらに、二重管式放熱器３０を流れる水側圧力損失低減の観点から、二重管式放熱器３０の一部区間において、二重管式放熱器の二重管部３１を複数本並列に配設し、途中に配管を合流させる中間ヘッダ３３を設け、残りの区間においては、二重管式放熱器の二重管部３１を単数配設するという構成にしても良い。
【００５４】
図５に示すように、二重管式放熱器３０は、一部区間で二重管式放熱器の二重管部３１が複数本配設され、中間ヘッダ３３を挟んだ残りの区間においては、単数本配設される構成となっている。
【００５５】
二重管式放熱器３０は、圧縮機１１から、二重管式放熱器の第一配管３１ａ、高圧側配管１６の順で流れる高圧側冷媒（第一の流体）と、貯湯タンク２１から、循環ポンプ２４、水用配管１８、二重管式放熱器の第二配管３１ｂの順で流れる水（第二の流体）との間で、熱交換を行う。
【００５６】
ここで、この二重管式放熱器は、本実施の形態２のように、第一接続部３２より貫通して突き出た第一配管３１ａの周囲を第二接続部３４で覆い、第一接続部３２と接続する構成となっている。
【００５７】
このため、圧縮機１１の運転時の振動、または、ヒートポンプ給湯装置の運送時の振動により加わる応力を、第一配管３１ａだけでなく、第二接続部３４でも支持することができる。
【００５８】
これにより、振動により加わる、第一配管長手方向に対して垂直方向の応力に対する、第一配管３１ａの耐性が強くなり、第一配管３１ａの変形を防止し、第一配管３１ａを細管化することができ、第一配管３１ａと第二配管３１ｂとの間の流路を大きく確保することが可能となる。
【００５９】
その結果、第一配管３１ａと第二配管３１ｂとの間を流れる水側の圧力損失を低減し、循環ポンプ２４の入力を低減することとなり、機器の成績係数向上に寄与するという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる二重管式熱交換器は、繰り返し応力に対する耐久性を向上させているため、冷凍サイクル装置やヒートポンプ給湯装置などに用いられる熱交換器に適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
３０  放熱器（二重管式放熱器）
３１、４１  二重管部
３１ａ、４１ａ  第一配管
３１ｂ、４１ｂ  第二配管
３２、４２  第一接続部
３４、４３  第二接続部
４０  二重管式内部熱交換器
【図１】
2014081153.tif 000003
【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】
2014081153.tif 000008
【図７】
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【図８】
2014081153.tif 000010