(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換器であって、
第一流路及び第二流路をそれぞれ有する複数の熱交換セグメントと、
前記第一流路に前記第一流体を導き、前記第二流路から前記第二流体を集めるように前記複数の熱交換セグメントの一端部に設けられた第一ヘッダと、
前記第一流路から前記第一流体を集め、前記第二流路に前記第二流体を導くように前記複数の熱交換セグメントの他端部に設けられた第二ヘッダと、
を備え、
前記熱交換セグメントが、（i）前記第一流路をそれぞれ有する２本の内管を含み、前記２本の内管が螺旋状に捻られることによって形成された内管集合体と、（ii）自身の内周面と前記内管集合体の外周面との間に前記第二流路が形成されるように、前記内管集合体を収容している外装体とによって構成され、
前記第一ヘッダと前記第二ヘッダとの間に配置された前記熱交換セグメントの合計数を表す流路の数Ｎが４〜８であり、
前記外装体の内径Φinの半分と前記内管の外径Φoutとの差（（Φin／２）−Φout）で表されるギャップの広さＧが０＜Ｇ≦０．８（単位：ｍｍ）を満たし、
前記流路の数Ｎと前記外装体の内径Φin（単位：ｍｍ）とが下記の関係（１）〜（５）のいずれかを満たす、熱交換器。
（１）Ｎ＝４であり、８．２０≦Φin≦９．５０
（２）Ｎ＝５であり、７．５８≦Φin≦８．９０
（３）Ｎ＝６であり、７．１４≦Φin≦８．５０
（４）Ｎ＝７であり、６．７８≦Φin≦８．２０
（５）Ｎ＝８であり、６．５２≦Φin≦７．９０
【請求項２】
前記ギャップの広さＧが０．１６≦Ｇ≦０．８を満たす、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記内管及び前記外装体がそれぞれ銅管で構成されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記内管が銅管で構成されており、前記外装体が樹脂で作られている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記内管が、内面平滑管と、前記内面平滑管の外側に設けられた内面溝付き管とで構成された漏洩検知管である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第一流体が二酸化炭素であり、前記第二流体が水である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項７】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
請求項１に記載された熱交換器で構成され、圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
冷却された冷媒を膨張させる膨張機構と、
膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記放熱器に水を循環させる水回路と、
を備えた、ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びそれを用いたヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
２種類の流体（例えば、水と冷媒、空気と冷媒）の間で熱交換を行うための熱交換器は、従来から広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内管及び外管を備えた二重管式熱交換器が記載されている。特許文献１の図６に記載されているように、特許文献１の熱交換器は、２本の二重管と、ヘッダとを備えている。ヘッダによって２本の二重管が並列に接続されている。二重管は、それぞれ、１つの外管及び２つの内管で構成されている。
【０００４】
特許文献２には、矩形の流路を有する筺体と、筺体の内部の流路に配置された伝熱管とを備えた熱交換器が記載されている。特許文献２に記載された熱交換器は、一方の流体の流路に他方の流体の流路を有する管が配置された構造を有する点で特許文献１に記載された熱交換器と共通している。
【０００５】
本明細書では、一方の流体の流路に他方の流体の流路が配置された構造を有する熱交換器を「二重流路式熱交換器」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４４１４１９７号明細書
【特許文献２】特開２００５−２４１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載された熱交換器は、銅、ステンレス等の金属で作られているため、非常に重い。そのため、より軽量な二重流路式熱交換器が望まれている。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、二重流路式熱交換器を軽量化するための技術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】
【０００９】
すなわち、本開示は、
第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換器であって、
第一流路及び第二流路をそれぞれ有する複数の熱交換セグメントと、
前記第一流路に前記第一流体を導き、前記第二流路から前記第二流体を集めるように前記複数の熱交換セグメントの一端部に設けられた第一ヘッダと、
前記第一流路から前記第一流体を集め、前記第二流路に前記第二流体を導くように前記複数の熱交換セグメントの他端部に設けられた第二ヘッダと、
を備え、
前記熱交換セグメントが、（i）前記第一流路をそれぞれ有する２本の内管を含み、前記２本の内管が螺旋状に捻られることによって形成された内管集合体と、（ii）自身の内周面と前記内管集合体の外周面との間に前記第二流路が形成されるように、前記内管集合体を収容している外装体とによって構成され、
前記第一ヘッダと前記第二ヘッダとの間に配置された前記熱交換セグメントの合計数を表す流路の数Ｎが４〜８であり、
前記外装体の内径Φinの半分と前記内管の外径Φoutとの差（（Φin／２）−Φout）で表されるギャップの広さＧが０＜Ｇ≦０．８（単位：ｍｍ）を満たし、
前記流路の数Ｎと前記外装体の内径Φin（単位：ｍｍ）とが下記の関係（１）〜（５）のいずれかを満たす、熱交換器を提供する。
（１）Ｎ＝４であり、８．２０≦Φin≦９．５０
（２）Ｎ＝５であり、７．５８≦Φin≦８．９０
（３）Ｎ＝６であり、７．１４≦Φin≦８．５０
（４）Ｎ＝７であり、６．７８≦Φin≦８．２０
（５）Ｎ＝８であり、６．５２≦Φin≦７．９０
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、外装体の内径Φin、ギャップの広さＧ及び流路の数Ｎの関係を適切に定めることにより、従来の二重流路式熱交換器と同等の熱交換能力を有しているにもかかわらず、軽量化された熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱交換器の概略平面図
【図２】図１に示す熱交換器に用いられた熱交換セグメントの断面図
【図３】内管集合体の概略図
【図４】ヒートポンプ給湯機の構成図
【図５】シミュレーションの結果を示すグラフ
【図６】シミュレーションの結果を示す別のグラフ
【図７】シミュレーションの結果を示すさらに別のグラフ
【図８】シミュレーションの結果を示すさらに別のグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
特許文献１の熱交換器は、中央部分に大きい空間を有しているので、熱交換能力の割には大きい寸法を有する（図３等参照）。特許文献１の熱交換器の寸法は、例えば、コーナー部分の曲率半径に大きく左右される。コーナー部分の曲率半径を小さくすればするほど、全体の寸法を小さくすることができる。しかし、コーナー部分の曲率半径には、二重管の太さ等に応じて、必然的な限界が存在する。そのため、二重管の曲げ形状の工夫によって小型化を進めることは不可能に近い。
【００１３】
本発明者らは、熱交換能力を一定の値に保持しつつ、二重流路式熱交換器の流路の数（特許文献１の二重管の数に相当する）、外管の内径、外管と内管との間のギャップの広さ等を変化させたとき、熱交換器の重量がどのように変化するのかコンピュータシミュレーションで調べた。その結果、流路の数、外管の内径及びギャップの広さが特定の値をとるとき、熱交換器の重量を軽減できることを見出した。こうした知見に基づき、本発明者らは、以下を開示する。
【００１４】
本開示の第１態様は、
第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換器であって、
第一流路及び第二流路をそれぞれ有する複数の熱交換セグメントと、
前記第一流路に前記第一流体を導き、前記第二流路から前記第二流体を集めるように前記複数の熱交換セグメントの一端部に設けられた第一ヘッダと、
前記第一流路から前記第一流体を集め、前記第二流路に前記第二流体を導くように前記複数の熱交換セグメントの他端部に設けられた第二ヘッダと、
を備え、
前記熱交換セグメントが、（i）前記第一流路をそれぞれ有する２本の内管を含み、前記２本の内管が螺旋状に捻られることによって形成された内管集合体と、（ii）自身の内周面と前記内管集合体の外周面との間に前記第二流路が形成されるように、前記内管集合体を収容している外装体とによって構成され、
前記第一ヘッダと前記第二ヘッダとの間に配置された前記熱交換セグメントの合計数を表す流路の数Ｎが４〜８であり、
前記外装体の内径Φinの半分と前記内管の外径Φoutとの差（（Φin／２）−Φout）で表されるギャップの広さＧが０＜Ｇ≦０．８（単位：ｍｍ）を満たし、
前記流路の数Ｎと前記外装体の内径Φin（単位：ｍｍ）とが下記の関係（１）〜（５）のいずれかを満たす、熱交換器を提供する。
（１）Ｎ＝４であり、８．２０≦Φin≦９．５０
（２）Ｎ＝５であり、７．５８≦Φin≦８．９０
（３）Ｎ＝６であり、７．１４≦Φin≦８．５０
（４）Ｎ＝７であり、６．７８≦Φin≦８．２０
（５）Ｎ＝８であり、６．５２≦Φin≦７．９０
【００１５】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記ギャップの広さＧが０．１６≦Ｇ≦０．８を満たす、熱交換器を提供する。これにより、外装体の中に内管集合体をスムーズに入れることができる。
【００１６】
本開示の第３態様は、第１又は第２態様に加え、前記内管及び前記外装体がそれぞれ銅管で構成されている、熱交換器を提供する。これにより、第一流体と第二流体との間の熱交換を効率的に行うことができる。
【００１７】
本開示の第４態様は、第１又は第２態様に加え、前記内管が銅管で構成されており、前記外装体が樹脂で作られている、熱交換器を提供する。外装体が樹脂で作られていると、より軽量な熱交換器を提供できる可能性がある。
【００１８】
本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、前記内管が、内面平滑管と、前記内面平滑管の外側に設けられた内面溝付き管とで構成された漏洩検知管である、熱交換器を提供する。漏洩検知管によれば、万が一、内面平滑管が破損したとしても、第一流体が第二流路に流れ出すことを防止できる。
【００１９】
本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記第一流体が二酸化炭素であり、前記第二流体が水である、熱交換器を提供する。二酸化炭素を冷媒として使用すると、水を沸点に近い温度まで加熱することができる。
【００２０】
本開示の第７態様は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
第１〜第６態様のいずれか１つの熱交換器で構成され、圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
冷却された冷媒を膨張させる膨張機構と、
膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記放熱器に水を循環させる水回路と、
を備えた、ヒートポンプを提供する。
【００２１】
第１〜第６態様のいずれか１つの熱交換器を使用することによって、ヒートポンプの効率を高めることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の熱交換器１００は、複数の熱交換セグメント１０、第一ヘッダ１６及び第二ヘッダ２２を備えている。第一ヘッダ１６及び第二ヘッダ２２は、それぞれ、複数の熱交換セグメント１０の一端部及び他端部に設けられている。
【００２４】
図２に示すように、熱交換セグメント１０は、内管集合体２６及び外管２８（外装体）によって構成されている。内管集合体２６は、２本の内管２４を含む。２本の内管２４は、それぞれ、第一流路２４ｈを有する。図３に示すように、これら２本の内管２４が螺旋状に捻られることによって、内管集合体２６が形成されている。内管集合体２６は、外管２８の中に配置されている。これにより、外管２８の内周面と内管集合体２６の外周面との間に第二流路２８ｈが形成されている。第一流路２４ｈの断面形状及び第二流路２８ｈの断面形状は、典型的には円形である。
【００２５】
内管集合体２６に関して、螺旋ピッチ及び螺旋角は特に限定されない。螺旋ピッチは、例えば、２０〜６５ｍｍの範囲に調整される。螺旋角は、例えば、１３〜２６°の範囲に調整される。螺旋角はある程度大きい方が望ましいが、内管２４の外径に応じて加工限界が存在する。図３に示すように、「螺旋ピッチ」とは、捻られた内管２４の１周期分の長さを意味する。「螺旋角」は、以下のように定義される角度である。内管集合体２６を平面視したとき、内管集合体２６の中心線Ｌ1と、内管集合体２６の腹の位置における２つの内管２４の接点Ｐとを定義する。さらに、接点Ｐを通るように内管２４の接線Ｌ2を定義する。中心線Ｌ1と接線Ｌ2とのなす角度を「螺旋角」と定義する。
【００２６】
図１に示すように、第一ヘッダ１６は、出口ヘッダ１２及び入口ヘッダ１４で構成されている。第一ヘッダ１６は、第二流路２８ｈから第二流体を集め、第一流路２４ｈに第一流体を導く役割を担う。第二ヘッダ２２は、入口ヘッダ１８及び出口ヘッダ２０で構成されている。第二ヘッダ２２は、第二流路２８ｈに第二流体を導き、第一流路２４ｈから第一流体を集める役割を担う。第一流路２４ｈに第一流体を流しながら第二流路２８ｈに第二流体を流すと、第一流体と第二流体との間で熱交換が行われる。
【００２７】
第一流体の例は二酸化炭素などの冷媒であり、第二流体の例は水である。二酸化炭素は、ＧＷＰ（Global Warming Potential）の低い冷媒として、ヒートポンプに好適である。二酸化炭素を冷媒として使用すると、水を沸点に近い温度まで加熱することができる。ただし、熱交換するべき２種類の流体はこれらに限定されない。水に代えて、油、ブラインなどを第二流体として使用できる。また、冷媒として、ハイドロフルオロカーボンなどのフッ素冷媒も使用できる。
【００２８】
第一ヘッダ１６及び第二ヘッダ２２の詳細な構造は、例えば、特許文献１（図６）に記載されている。
【００２９】
本実施形態において、内管２４及び外管２８は、それぞれ、銅管で構成されている。これにより、第一流体と第二流体との間の熱交換を効率的に行うことができる。
【００３０】
第二流路２８ｈは、管以外の形状を有する部材によって形成されていてもよい。そのような部材は、金属で作られていてもよいし、金属以外の材料で作られていてもよい。例えば、内管２４が銅管で作られており、外管２８に相当する部材（外装体）が樹脂で作られていてもよい。外管２８に相当する部材が樹脂で作られていると、より軽量な熱交換器を提供できる可能性がある。
【００３１】
外管２８に相当する部材は、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、液晶ポリマー、ポリプロピレンなどの樹脂で作られていてもよい。これらの樹脂（熱可塑性樹脂）は、優れた耐熱性及び化学的耐久性を有しており、水に触れても劣化しにくい。外管２８は、また、ガラスフィラーなどの強化材を含む樹脂で作られていてもよい。
【００３２】
図２に示すように、内管２４は、内面平滑管３２と、内面平滑管３２の外側に設けられた内面溝付き管３０とで構成された漏洩検知管である。内面平滑管３２の外径は、内面溝付き管３０の内径に等しい。漏洩検知管によれば、万が一、内面平滑管３２が破損したとしても、第一流体が第二流路２８ｈに流れ出すことを防止できる。ただし、内管２４が漏洩検知管であることは必須ではない。内管２４は、内面平滑管３２のみで構成されていてもよい。また、内管２４の表面にディンプル（凹凸）が形成されていてもよい。そのようなディンプルは、内管２４の表面における熱伝達率を向上させる。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態において、第一ヘッダ１６と第二ヘッダ２２との間に配置された熱交換セグメント１０の合計数を表す流路の数Ｎは４である。外管２８の内径及び内管２４の外径に応じて、流路の数Ｎは、４〜８の範囲で適宜変更されうる。
【００３４】
特許文献１（特許第４４１４１９７号明細書）の図６に記載されているように、従来の二重流路式熱交換器の流路の数Ｎは、例えば２である。流路の数Ｎを増やすと、流路の数に比例して流路面積が増大するので、圧力損失は大幅に低下する。しかし、流体の流速が下がることによって熱伝達率も低下する。熱伝達率の低下による熱交換能力の低下を補償するために、１つの流路あたりの流路の長さを適切に設計する必要がある。流路の数Ｎを２倍に増やしても、１つの流路あたりの長さを半分にすることはできない。そのため、単純に流路の数を増やしただけでは、二重流路式熱交換器の重量を軽減する効果は得られない。
【００３５】
本発明者らは、流路の数、外管の内径及びギャップの広さの関係をコンピュータシミュレーションによって詳しく調べた。その結果、これらのパラメータが特定の値をとるとき、従来の二重流路式熱交換器と同等の熱交換能力を有しているにもかかわらず、軽量化された熱交換器を提供できることを突き止めた。
【００３６】
具体的に、本実施形態の熱交換器１００は、下記の関係を満たす。まず、流路の数Ｎは、４〜８の範囲にある。外管２８の内径Φinは、６．５２〜９．５０ｍｍの範囲にある。外管２８の内径Φinの半分と内管２４の外径Φoutとの差（（Φin／２）−Φout）で表されるギャップの広さＧが０＜Ｇ≦０．８（単位：ｍｍ）を満たす。さらに、流路の数Ｎと外管２８の内径Φin（単位：ｍｍ）とが下記の関係（１）〜（５）のいずれかを満たす。図２から理解できるように、内管集合体２６の外径は、内管２４の外径Φoutの２倍に等しい。
（１）Ｎ＝４であり、８．２０≦Φin≦９．５０
（２）Ｎ＝５であり、７．５８≦Φin≦８．９０
（３）Ｎ＝６であり、７．１４≦Φin≦８．５０
（４）Ｎ＝７であり、６．７８≦Φin≦８．２０
（５）Ｎ＝８であり、６．５２≦Φin≦７．９０
【００３７】
流路の数Ｎが増えれば増えるほど、ロウ付け箇所が増えたり、ヘッダ１６及び２２の構造が複雑になったりする。流路の数Ｎが８を超えると、たとえ軽量化を達成できたとしても量産が困難である。また、流路の数Ｎが大きすぎると、熱交換セグメント１０のそれぞれに均一に第一流体及び第二流体を流すことが困難である。従って、流路の数Ｎは、４〜８の範囲にあることが望ましい。
【００３８】
ギャップの広さＧがゼロのとき、外管２８の中に内管集合体２６を入れることができない。従って、ギャップの広さＧがゼロより大きいことが不可欠である。ギャップの広さＧは、０．１６ｍｍ以上であることが望ましい。他方、ギャップの広さＧが０．８ｍｍを超えると、内管２４の表面における熱伝達率が下がり、熱交換性能の低下が顕在化するおそれがある。従って、ギャップの広さＧの上限値は０．８ｍｍであることが望ましい。
【００３９】
外管２８の内径Φin及びギャップの広さＧが決まると、内管２４の外径Φoutが決まる。熱交換器１００の軽量化は、外管２８の内径Φin及び／又は内管２４の外径Φoutを小さくすること、更には、外管２８の肉厚及び／又は内管２４の肉厚を減らすことに起因して達成されうる。ただし、安全性を考慮して、内管２４及び外管２８は、それぞれ、一定の肉厚を必要とする。耐腐食性を考慮して、検知管３０の肉厚（溝が無い部分の厚み）は、例えば、０．５〜０．７ｍｍの範囲に調整されている。同様の観点から、外管２８の肉厚は、例えば、０．５〜０．７ｍｍの範囲に調整されている。内面平滑管３２の肉厚は、例えば、０．２〜０．４ｍｍの範囲に調整されている。なお、内面平滑管３２（冷媒管）に関して言えば、冷媒（第一流体）の圧力に耐えうる厚みが要求される。内面平滑管３２の厚みが過剰な場合、熱交換器１００の重量、コスト、冷媒の圧力損失などに影響が出る。従って、内面平滑管３２の厚みを、内面平滑管３２自身の外径の例えば１２〜２０％（望ましくは１２〜１６％）の範囲に定めることができる。
【００４０】
熱交換器１００の熱交換能力は特に限定されないが、例えば、４．５〜６．０ｋＷの範囲にある。熱交換器１００がこのような大きさの熱交換能力を有していると、熱交換器１００を一般家庭用のヒートポンプに好適に使用できる。もちろん、これ以上の熱交換能力が要求される場合には、２台の熱交換器１００を並列で使用することができる。
【００４１】
図１に示すように、本実施形態において、熱交換セグメント１０は曲げられていない。流路の数Ｎにもよるが、熱交換セグメント１０は、２〜５メートルの長さを有する。従って、本実施形態の熱交換器１００において、熱交換セグメント１０は、渦状に曲げられていてもよい。熱交換セグメント１０に細い管を使用することによって曲げアールを小さくすることができ、デッドスペースを減らせる可能性がある。
【００４２】
次に、熱交換器１００の用途を説明する。図４は、熱交換器１００を採用できるヒートポンプ給湯機２００の構成図である。
【００４３】
ヒートポンプ給湯機２００は、ヒートポンプユニット２０１及びタンクユニット２０３を備えている。ヒートポンプユニット２０１で作られた湯がタンクユニット２０３に貯められる。タンクユニット２０３から給湯栓２０４に湯が供給される。ヒートポンプユニット２０１は、冷媒を圧縮する圧縮機２０５、冷媒を冷却する放熱器２０７、冷媒を膨張させる膨張機構２０９、冷媒を蒸発させる蒸発器２１１及びこれらの機器をこの順番で接続している冷媒管２１３を備えている。膨張機構２０９は、典型的には膨張弁である。膨張弁に代えて、冷媒の膨張エネルギーを回収可能な容積式膨張機を使用してもよい。放熱器２０７として、熱交換器１００を使用できる。タンクユニット２０３は、貯湯タンク２１５及び水回路２１７を備えている。水回路２１７は、放熱器２０７に水を循環させる役割を担う。
【実施例】
【００４４】
図１〜３を参照して説明した熱交換器を対象として、外管の内径Φinを７．０６ｍｍ又は８．６ｍｍに固定し、流路の数Ｎを変化させたときの重量をコンピュータシミュレーションで計算した。ギャップの広さＧは０．４ｍｍで固定した。参照例として、流路の数Ｎが２、外管の内径Φinが１０．８ｍｍの熱交換器の計算結果を準備した。熱交換能力を参照例の値（約４．７ｋＷ）に維持しつつ、流路の数Ｎを変化させた。すなわち、参照例と同じ熱交換能力が発揮されるように、熱交換セグメントの長さ（外管の長さ）を設定した。シミュレーションの条件は、以下の通りである。
【００４５】
解析用ソフトウェア：ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒｓｉｏｎ７．０
水の流量：１．４ｋｇ／分
水の温度：１７℃
冷媒の種類：ＣＯ2
冷媒の温度（入口）：８７℃
冷媒の温度（出口）：２０℃
冷媒の圧力：９．６ＭＰａ
外管及び内管の材料：銅
【００４６】
結果を表１及び表２に示す。表１は、Φin＝７．０６ｍｍの結果である。表２は、Φin＝８．６ｍｍの結果である。
【００４７】
【表１】
0006037235.tif 000002
【００４８】
【表２】
0006037235.tif 000003
【００４９】
表１の合計重量の項目に示すように、Φin＝７．０６ｍｍのとき、流路の数Ｎが８の熱交換器だけが参照例よりも軽かった。表２の合計重量の項目に示すように、Φin＝８．６ｍｍのとき、流路の数Ｎが４の熱交換器だけが参照例よりも軽かった。
【００５０】
次に、ギャップの広さＧを０．４ｍｍに固定し、外管の内径Φinと流路の数Ｎとの様々な組み合わせを調べた。そして、参照例よりも軽い熱交換器における外管の内径Φinと流路の数Ｎとの組み合わせをピックアップした。その結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
0006037235.tif 000004
【００５２】
表３の結果を図５及び図６のグラフに示す。図５のグラフは、横軸が流路の数Ｎを表し、縦軸が重量を表している。図５において、一番左の印が参照例に対応している。図６のグラフは、横軸が外管の内径Φinを表し、縦軸が流路の数Ｎを表している。図６に示すように、参照例と同等の熱交換能力を維持しつつ軽量化を図るためには、流路の数Ｎに応じて外管の内径Φinを適切に選択する必要がある。
【００５３】
表３及び図５に示すように、ギャップの広さＧが０．４ｍｍのとき、Φin＝６．８２ｍｍ及び９流路の条件で熱交換器の重量が最小になった。ただし、流路の数Ｎが８を超えると、生産性の低下が懸念される。
【００５４】
次に、（ａ）ギャップの広さＧが０．８ｍｍのとき、（ｂ）ギャップの広さＧが０ｍｍのとき、（ｃ）ギャップの広さＧを最適化したときの各条件のもとで、外管の内径Φinと流路の数Ｎとの様々な組み合わせを調べた。（ａ）の場合の結果を表４に示す。（ｂ）の場合の結果を表５に示す。（ｃ）の場合の結果を表６に示す。さらに、表３〜６の結果を図７のグラフに示す。
【００５５】
【表４】
0006037235.tif 000005
【００５６】
【表５】
0006037235.tif 000006
【００５７】
【表６】
0006037235.tif 000007
【００５８】
ギャップの広さＧが０．８ｍｍを超えると、内管の表面における熱伝達率が下がり、熱交換性能の低下が顕在化するおそれがある。そのため、０．８ｍｍを超える範囲についてはシミュレーションを行っていない。他方、ギャップの広さＧの下限値は特に限定されないが、表６に示すように、ギャップの広さＧを最適化すると、参照例に比べて、熱交換器の重量を最大限に減らすことができる。
【００５９】
すなわち、第二流体（水）の圧力損失が一定の値を超えない範囲でギャップの広さＧを最適化したときのデータは、熱交換器の重量を最小化できるギャップの広さＧを表している。従って、ギャップの広さＧを最適化したときのデータを好適な下限値として取り扱うことができる。なお、表６において、ギャップの広さＧの最も小さい値は、０．１６ｍｍであり、そのときの流路の数Ｎは８である。
【００６０】
ギャップの広さＧが０ｍｍのときのデータから理解できるように、ギャップの広さＧが０ｍｍに近づくと、水側の圧力損失を抑制する必要が生じるため、外管の内径Φinを増やす必要がある。その結果、ギャップの広さＧが０ｍｍのときの外管の内径Φinは、ギャップの広さＧが０．４ｍｍのときの外管の内径Φinよりも大きい。
【００６１】
図７に示すように、Ｎ＝４のとき、８．２０≦Φin≦９．５０を満たせば、参照例と同等の熱交換能力を維持しつつ、二重流路式熱交換器の重量を軽減できる。同様に、Ｎ＝５のとき７．５８≦Φin≦８．９０、Ｎ＝６のとき７．１４≦Φin≦８．５０、Ｎ＝７のとき、６．７８≦Φin≦８．２０、Ｎ＝８のとき６．５２≦Φin≦７．９０を満たすことにより、二重流路式熱交換器の重量を低減できる。
【００６２】
なお、本シミュレーションにおいて、検知管と内管とが一体の管として取り扱われているので、検知管の存在は、シミュレーションの結果に影響を及ぼさない。検知管の肉厚は０．６８ｍｍで一定であるが、検知管が存在しない場合、耐腐食性を高めるために内面平滑管の肉厚を増やす必要がある。
【００６３】
次に、ガラスフィラーを３０重量％の割合で含むポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）へと外管の材料を変更し、表３の結果を得たシミュレーションと同じシミュレーションを実施した。結果を表７及び図８に示す。表３及び図５と同じように、表７の最も左の列及び図８の一番左の印は、参照例に対応している。
【００６４】
【表７】
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【００６５】
表７及び図８に示すように、樹脂製の外管を用いた場合においても、銅製の外管を用いた場合と同じように、Φin＝６．８２ｍｍ及び流路の数Ｎが９の条件で熱交換器の重量が最小になった。図８のグラフは、図５のグラフと同じ傾向を示した。このことは、銅製の外管を用いた熱交換器に関して導き出された結論（図７参照）が樹脂製の外管を用いた熱交換器にもあてはまることを意味している。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の熱交換器は、ヒートポンプ式給湯機、温水暖房装置などの機器に使用できる。
【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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