(57)【要約】【課題】  熱交換効率に優れ伝熱管の変形を防止し生産性に優れる熱交換器を提供する。【解決手段】  第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１伝熱管が前記第２伝熱管の内部に配置されていることを特徴とする熱交換器。前記第１伝熱管の外面が前記第２伝熱管と接触していることを特徴とする熱交換器。前記第１流体と前記第２流体とがそれぞれ異なる材質から成り、熱交換することを特徴とする熱交換器。前記第１伝熱管の第１流路に水が流動し、前記第２伝熱管の第２流路に二酸化炭素が流動することを特徴とする前記熱交換器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１伝熱管が前記第２伝熱管の内部に配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１伝熱管の外面が前記第２伝熱管と接触していることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１流体と前記第２流体とがそれぞれ異なる材質から成り、熱交換することを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記第１伝熱管の第１流路に水が流動し、前記第２伝熱管の第２流路に二酸化炭素が流動することを特徴とする請求項１乃至３記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素などを伝熱体とする熱交換器の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境破壊の恐れのない二酸化炭素などの伝熱体を用いた熱交換器が注目されている。この種の熱交換器では被伝熱体を流す伝熱管に伝熱体を流す伝熱管を接触させて熱交換が行われるため、伝熱管同士の接触面積の増大、および伝熱体が二酸化炭素などの動作圧の高い場合は伝熱体を流す伝熱管の変形防止が重要課題である。
前記課題を解決するために、（１）被伝熱体を流す伝熱管を偏平管とし、伝熱体を流す伝熱管を偏平多穴管とした熱交換器（例えば特許文献１）、（２）前記伝熱体を流す伝熱管を微細管とした熱交換器（例えば特許文献２）が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０７０６９号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の熱交換器は伝熱管同士を接触保持させる組立工程が複雑なうえ、伝熱管同士をろう付けする必要があり、特許文献２の熱交換器は微細チューブの分流部の加工が困難であり、いずれも生産性に劣るという問題がある。更に特許文献２の熱交換器では微細チューブの流路間に空気層ができるため、性能が劣るという問題が生じている。
そこで本発明では、伝熱管の変形を防止し、熱交換効率に優れ、生産性にも優れる熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１伝熱管が前記第２伝熱管の内部に配置されていることを特徴とする熱交換器である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１伝熱管の外面が前記第２伝熱管と接触していることを特徴とする熱交換器である。
【０００７】
請求項３記載の発明は、第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１流体と前記第２流体とがそれぞれ異なる材質から成り、熱交換することを特徴とする熱交換器である。
【０００８】
請求項４記載の発明は、前記第１伝熱管の第１流路に水が流動し、前記第２伝熱管の第２流路に二酸化炭素が流動することを特徴とする請求項１乃至３記載の熱交換器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器は第１流体が流動する第１流路を備えた第１伝熱管と、第２流体が流動する１つまたは複数の第２流路を備えた第２伝熱管とが熱的に接続されており、前記第１伝熱管が前記第２伝熱管の内部に配置かあるいは前記第１伝熱管の外面が前記第２伝熱管と接触しているため、動作圧の高い伝熱体を流動しても伝熱管が変形せず、さらに高い熱交換効率が得られ、生産性にも優れる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を図を参照して具体的に説明する。
図１（イ）は、本発明の熱交換器の第１の実施形態を示す横断面図である。
この熱交換器４は、例えば、水（被伝熱体）を流動する第１流路を備えた第１伝熱管１が、高温の圧縮二酸化炭素ガス（伝熱体）を流動する第２流路３を備えた第２伝熱管２の内部に配置して熱的に接続されていることにより熱交換器４を形成したものである。第２伝熱管２の外周断面形状は円であり、押出法などにより容易に設けることができ、生産性に優れる。
【００１１】
前記本発明の熱交換器は、第１伝熱管１が第２伝熱管２の内部に配置して熱的に接続されているので、第１伝熱管と第２伝熱管の熱伝導が良好であり、さらに二酸化炭素などの動作圧が高い伝熱体を流す第２伝熱管２が変形し難いため、高い熱交換効率が得られる。
【００１２】
図１（ロ）は、本発明の熱交換器の第２の実施形態を示す横断面図である。
この熱交換器４は、例えば、水（被伝熱体）を流動する第１流路を備えた第１伝熱管１が、高温の圧縮二酸化炭素ガス（伝熱体）を流動する第２流路３を備えた第２伝熱管２の内部に配置して熱的に接続されていることにより熱交換器４を形成したものである。図１（イ）に対して、第２伝熱管２は第１伝熱管１及び第２流路３周辺部のみを覆っているため、軽量となり、また材料コストを低減できる。前記図１（イ）と同様、押出法などにより容易に設けることができ生産性に優れる。
【００１３】
図１（ハ）は、本発明の熱交換器の第３の実施形態を示す横断面図である。
この熱交換器４は、例えば、水（被伝熱体）を流動する第１流路を備えた第１伝熱管１の外面が、高温の圧縮二酸化炭素ガス（伝熱体）を流動する第２流路３を備えた第２伝熱管２と熱的に接続されていることにより熱交換器４を形成したものである。図１（イ）に対して、第２伝熱管２は第１伝熱管１の周囲の一部と熱的に接続されていることにより、熱交換性能を維持しつつ、軽量となり、材料コストを低減できる。この場合、第２伝熱管２は第１伝熱管１の外面の６０％以上と接触していれば、良好な熱伝導性を確保することができる
【００１４】
本発明において、第１伝熱管１及び第２伝熱管２とも銅やアルミニウムなどの熱伝導性および加工性に優れ、かつ適度の強度を有する金属材料が用いられる。
【００１５】
本発明において、第１伝熱管１は水を流すため耐食性に優れることが求められる。好ましくは銅又は銅合金からなる。前記第１伝熱管１には、通常、内径５〜１５ｍｍ、肉厚０．６〜２ｍｍの伝熱管が用いられる。
【００１６】
本発明の熱交換器は第１流体と第２流体とがそれぞれ異なる材質から成り、熱交換する。また、同一の材質から成り、熱交換する。
【００１７】
本発明において、第２伝熱管２は押し出し加工性に優れるアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。高温の圧縮二酸化炭素ガス（伝熱体）を流す第２流路３の本数は１本あるいは２本以上が良いが、本数を増やし、径を細くした方が耐圧性の点で望ましい。本数は３本以上１０本以下が適当である。前記第２流路３は内径が１〜４ｍｍのものが望ましい。内径が１ｍｍ未満では圧力損失が大きくなり、内径が４ｍｍを超えると十分な耐圧強度を得るためには管が太くなり省スペース化が困難となる。好ましくは内径が２〜３ｍｍである。
【００１８】
本発明の熱交換器の製造方法は、一般的な押出法により第２伝熱管２の部分のみ所定の長さを製造し、次いで第１伝熱管１を第２伝熱管２に挿入し、引き抜き加工をすることにより、第１伝熱管１と第２伝熱管２を密着させる。また別の方法として、第２伝熱管２を複数に分割した形状で押出法により製造し、次いで第１伝熱管１の外側を覆うように前記第２伝熱管２を配置し、引き抜き加工することで、第１伝熱管１と第２伝熱管２を密着させる。さらに別の方法として、引き抜き加工をせずコンフォーム押出法によりに、第１伝熱管１の外側に第２伝熱管２を形成する方法もある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（イ）〜（ハ）は本発明の熱交換器の第１〜第３の実施形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    第１伝熱管
２    第２伝熱管
３    第２流路
４    熱交換器
【図１】
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