(57)【要約】  【課題】温度の異なる管同士が近接して熱伝導で熱交換することで、全体の熱交換効率が低下し、これを防ぐために、近接する管同士の間に断熱材を設けたり、より多くの断熱材を設けたりすると、グラスウールやウレタンフォーム等の従来の断熱材では、断熱材の厚みで熱交換器全体の容積が大きくなる。  【解決手段】熱交換器１Ｘは、三重管１を巻き重ねた形状で、三重管１は、内部に水が流動する内管２と、内管２の外周を覆って内管２に密着する中管３と、中管３の外周を覆うように設置し、中管３との間の環状部に二酸化炭素が流動する外管４とからなる。熱交換器１Ｘの上下面及び近接する三重管１同士の間、内外の側面に真空断熱材８、９を設ける。真空断熱材８、９により、より薄い厚みで三重管１同士の熱交換及び三重管１からの放熱を防止できる。従って、熱交換器の熱交換効率低下を抑制するとともに熱交換器全体の容積増加を抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を第一の流体と第二の流体とが混合することなく互いに熱交換可能に流動する熱交換器本体を構成する管と、前記管の外周に設けられる断熱材とを備えた熱交換器。
【請求項２】
前記断熱材は、真空断熱材である請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記断熱材は、可撓性があり、前記管の形状に合わせて湾曲しており、前記管の露出または近接する前記管同士の接触を防ぐように設けられる請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記断熱材は、近接する複数の前記管の外周を覆って設けられる請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記真空断熱材は、複数の芯材を減圧密封して成り、前記複数の芯材は、近接する前記芯材の間に位置する部分で折り曲げできるように所定間隔離して配置されており、前記芯材がある部分で、前記管の露出または近接する前記管同士の接触を防ぎ、前記芯材がない部分で折り曲げられている請求項２から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記管は、内部を前記第一の流体が流動する内管と、前記内管の外壁を覆って前記内管の外壁の一部または全部に密着する中管と、前記中管の外壁を覆うように設置され前記中管との間に前記第二の流体の流路を形成する外管とからなる三重管である請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第一の流体を水、前記第二の流体を二酸化炭素とした請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式の給湯機や家庭用、業務用の空気調和機などが具備する液体と冷媒等の２つの流体が熱交換する熱交換器の断熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器には、よく多重管式熱交換器が用いられ、小型化や成形の容易さの観点から、らせん状や、渦巻状に巻いて製品の筐体内に設置される。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の熱交換器の断熱構造を説明する。
【０００４】
図８は特許文献１に記載された従来の熱交換器の断面図である。図８に示すように、従来の熱交換器１００は、内管１０１を外管１０２に挿入した二重管１０３と、側面用断熱材１０４、上面用断熱材１０５、下面用断熱材１０６とからなる。数回巻いた二重管１０３の側面に断熱材１０４を一回巻き、上面と下面を断熱材１０５、１０６で覆ったものである。
【０００５】
以上のように構成された従来の熱交換器について、以下その動作を説明する。
【０００６】
熱交換器１００は、断熱材１０４、１０５、１０６が外管１０２と外気との熱交換を防ぐ。また、側面用断熱材１０４、上面用断熱材１０５、下面用断熱材１０６と３つに分けたことにより、断熱材の取付け作業を簡単にし、作業バラツキを低減できる。
【特許文献１】実開昭５８−１０２９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の熱交換器１００の構成では、二重管１０３を巻き重ねた時に、温度の異なる管同士が近接して熱伝導で熱交換することで、全体の熱交換効率が低下してしまうという課題があった。また、これを防ぐために、近接する管同士の間に断熱材を設けたり、より多くの断熱材を設けたりすることが考えられる。しかし、グラスウールやウレタンフォーム等の従来の断熱材では、断熱材の厚みで熱交換器全体の容積が大きくなってしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱交換器表面からの放熱や管同士の熱伝導による熱交換器全体での熱交換効率低下を抑制するとともに、容積増大を抑制できる断熱構造の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】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、内部を第一の流体と第二の流体とが混合することなく互いに熱交換可能に流動する熱交換器本体を構成する管と、前記管の外周に設けられる断熱材とを備えたもので、特に断熱材として真空断熱材を備えたものである。
【００１０】
これにより、管からの放熱および近接する管同士の熱交換等による熱損失がない状態で、第一の流体と第二の流体は熱交換ができる。また、真空断熱材を用いることで、同等の断熱性能を従来の断熱材に比してより薄い厚みで得られることから、管からの放熱および管同士の熱交換を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器は、熱交換器全体の熱交換効率低下を抑制するとともに、真空断熱材を用いることで、断熱材の厚みによる熱交換器の容積増大を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、内部を第一の流体と第二の流体とが混合することなく互いに熱交換可能に流動する熱交換器本体を構成する管と、前記管の外周に設けられる断熱材とを備えたものである。これによって、管からの放熱および近接する管同士の熱交換等による熱損失がない状態で、第一の流体と第二の流体は熱交換ができ、熱交換器全体の熱交換効率低下を抑制できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記断熱材は、真空断熱材であるものである。これによって、真空断熱材を用いることで、従来の断熱材に比してより薄い厚みで管からの放熱および管同士の熱交換を防ぐことができ、熱交換器全体の熱交換効率低下を抑制するとともに、断熱材の厚みによる熱交換器の容積増大を抑制できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記断熱材は、可撓性があり、前記管に合わせて湾曲しており、前記管の露出または近接する前記管同士の接触を防ぐように設けられるものである。これによって、断熱材を管との間に無効な隙間なく取付けできるので、断熱材は必要最低限の材料で済み、重量、コストとも低減できる。また、隙間における対流が低減できて高い断熱効果が得られる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、前記断熱材は、近接する複数の前記管の外周を覆って設けられるものであり、これによって、断熱材は少ない枚数で済み、取付け作業の工数が低減できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか一項に記載の発明において、前記真空断熱材は、複数の芯材を減圧密封して成り、前記複数の芯材は、近接する前記芯材の間に位置する部分で折り曲げできるように所定間隔離して配置されており、前記芯材がある部分で前記管の露出または近接する前記管同士の接触を防ぎ、前記芯材がない部分で折り曲げられているものである。これによって、折り曲げ部分の曲率半径を小さくできて、真空断熱材を矩形やＺ形等に屈曲させることができて、１枚で無理なく管の周囲を囲んだり、１枚で複数箇所の管同士の接触を防ぐことができるため、取り付けが可能な適用範囲を広げることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、前記管は、内部を前記第一の流体が流動する内管と、前記内管の外壁を覆って前記内管の外壁の一部または全部に密着する中管と、前記中管の外壁を覆うように設置され前記中管との間に前記第二の流体の流路を形成する外管とからなる三重管としたものである。これによって、三重管としたことで、第一の流体と第二の流体との間の熱抵抗も低く、十分な伝熱面積を確保して、高い熱交換効率を得ることができる。さらに、第一の流体と第二の流体との間が二重壁構造で、管が腐食した場合でも水と冷媒が混ざらない構造が必要な給湯用熱交換器として安全性を確保し、中管の溝付管適用等で漏洩検知構造を安価に得ることができる。従って、熱交換効率が高く、安価な漏洩検知構造を有することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記第一の流体を水、前記第二の流体を二酸化炭素としたものであり、ヒートポンプ式給湯機用の水冷媒熱交換器として使用することで高いヒートポンプ効率を得ることができる。
【００１９】
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。従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の上面図で、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は、同実施の形態における他の熱交換器の上面図で、図４は、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。図５は、同実施の形態における他の熱交換器の上面図である。
【００２１】
図１、図２において、熱交換器１Ｘは、給湯機等の筐体内への収納を考慮し、三重管１を曲げてらせん状に巻き重ねた形状である。三重管１は、内部に水が流動する内管２と、内管２の外周を覆って内管２に密着する中管３と、中管３の外周を覆うように設置し、中管３との間に二酸化炭素が流動する外管４とからなる。中管３は、内壁に内管２に部分的に密着する溝５を有する。外管４は、内壁に中管３に密着するリブ６を有する。三重管１の管端には分岐管７を取付ける。分岐管７内部に外管４の管端を設け、内管２と中管３は貫通させることで、水と二酸化炭素の出入り口を分ける。分岐管７を貫通させた中管３の管端は、内管２よりも短くして、溝を大気に連通させている。内管２、中管３、外管４は耐食性、熱伝導性の良い銅製である。熱交換器１Ｘの上下面及び近接する三重管１同士の間には真空断熱材８を設ける。真空断熱材８は可撓性があり、三重管１の管軸方向に対して垂直な方向の幅と等しい幅を持ち、三重管１の巻き形状に合せて湾曲している。また、熱交換器１Ｘの内外の側面も真空断熱材９で囲む。真空断熱材９も可撓性があり、巻いた三重管１の側面に沿って湾曲している。さらに、上下に近接する複数の三重管１の側面を１枚で覆っている。
【００２２】
以上のように構成された熱交換器１Ｘについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２３】
内管２の内部に低温の水が、中管３と外管４との間の環状部に高温の二酸化炭素が対向して流れ、内管２と中管３の管壁を介して水と二酸化炭素が熱交換して温水を作る。ここで、三重管１の外周に真空断熱材８、９を設けたことにより、三重管１からの放熱および近接する三重管１同士の熱交換等による熱損失がない状態で、水と二酸化炭素は熱交換ができ、従来の断熱材に比してより薄い厚みで管からの放熱および管同士の熱交換を防ぐことができる。また、真空断熱材８、９が可撓性を有することにより、真空断熱材８は巻き重ねで管軸がずれた三重管１同士の間にも無理なく挟むことができ、真空断熱材９は三重管１との間に無効な隙間なく取付けできる。また、隙間における対流が低減できる。さらに、真空断熱材９は、１枚で上下に近接する複数の三重管１の側面を覆ったことにより、少ない枚数で済む。また、三重管としたことで、水と二酸化炭素との間の熱抵抗も低く、十分な伝熱面積を確保することができる。また、水と二酸化炭素との間が二重壁構造で、一方の管が腐食した場合、大気と連通する中管３の溝７で内部流体の漏洩を検知できる構造となっている。さらに、リブ６が二酸化炭素流路の変形や潰れ等を防ぎ、加えて、二酸化炭素の流体直径を小さくする。
【００２４】
以上のように本実施の形態の熱交換器１Ｘは、三重管１の外周に真空断熱材８、９を設けたことにより、三重管１からの放熱および近接する三重管１同士の熱交換等による熱損失がない状態で水と二酸化炭素は熱交換ができ、従来の断熱材に比してより薄い厚みで管からの放熱および管同士の熱交換を防ぐことができるため、熱交換器全体の熱交換効率低下を抑制するとともに、断熱材の厚みによる熱交換器の容積増大を抑制できる。また、真空断熱材８、９が可撓性を有することにより、真空断熱材８は巻き重ねで管軸がずれた三重管１同士の間にも無理なく挟むことができ、真空断熱材９は三重管１との間に無効な隙間なく取付けできるため、真空断熱材は必要最低限の材料で済み、重量、コストとも低減できる。また、隙間における対流が低減できて高い断熱効果が得られる。さらに、真空断熱材９は、１枚で上下に近接する複数の三重管１の側面を覆ったことにより、少ない枚数で済み、取付け作業の工数が低減できる。また、三重管としたことで、水と二酸化炭素との間の熱抵抗も低く、十分な伝熱面積を確保して、高い熱交換効率を得ることができる。
【００２５】
また、水と二酸化炭素との間が二重壁構造で、給湯用熱交換器として安全性を確保し、大気と連通する中管３の溝６で、漏洩検知構造を安価に得ることができる。さらに、リブ６が二酸化炭素流路の変形や潰れ等を防いで、流路が確保できる。加えて、流体直径を小さくして二酸化炭素の熱伝達率を高くし、熱交換効率を高めることができる。また、第一の流体を水、第二の流体を二酸化炭素として当該熱交換器１Ｘをヒートポンプ式給湯機用水冷媒熱交換器に使用することで、高いヒートポンプ効率を得ることができる。
【００２６】
尚、本実施の形態では、熱交換器１Ｘは、三重管１を連続的に曲げてらせん状に巻き重ねた形状で示したが、これに限らず、図３と図４で示すような、平面的な渦状に巻き重ねた形状や、図５のような、四角く巻き重ねた形状でも同様の効果を奏する。また、図示していないが、サーペンタイン状や直管状等種々の形状でも同様の効果を奏する。
【００２７】
尚、本実施の形態では、内管２、中管３、外管４は銅製としたが、真ちゅう、ＳＵＳ等でも同様な効果を得る。内部に水が流動する内管２は、好ましくは耐食性の良い材料（例えば銅、ステンレス）で、冷媒が流動し、直径が大きく、肉厚も厚くなる外管４は、好ましくは高強度で、熱伝導性の良い材料（例えば銅、アルミニウム等の合金）で作るものがよい。
【００２８】
尚、本発明の実施の形態では、第一の流体を水、第二の流体を二酸化炭素としたが、これに限らず、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２等その他の高圧冷媒と水や、温度差を持つ同一流体間の熱交換に用いても同様な効果を得る。
【００２９】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における真空断熱材の要部斜視断面図である。図７は、同実施の形態における熱交換器の要部断面図である。
【００３０】
図６において、真空断熱材１０は、複数の芯材１１を一つの袋１２に減圧密封して成り、複数の芯材１１は、近接する芯材１１の間に位置する部分で折り曲げできるように所定間隔離して配置されている。
【００３１】
図７において、熱交換器１Ｘは、三重管１を巻き重ねた形状で、隣接する三重管１の外周は、一枚の真空断熱材１０で囲まれている。真空断熱材１０は、芯材１１がない部分で折り曲げられ、芯材がある部分で、三重管１の露出または近接する三重管１同士の接触を防ぐ。
【００３２】
以上のように構成された熱交換器１Ｘについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
複数の芯材１１を所定の間隔で配置して減圧密封した真空断熱材１０が、芯材１１のない部分で折り曲げられ、芯材１１がある部分で三重管１の外周を囲むので、真空断熱材１０の折り曲げ部分の曲率半径を小さくでき、真空断熱材を矩形に屈曲させることができて、１枚で無理なく管の周囲を囲んだり、１枚で複数箇所の管同士の接触を防ぐことができる。
【００３４】
以上のように本実施の形態の熱交換器１Ｘは、複数の芯材１１を所定の間隔で配置して減圧密封した真空断熱材１０が、芯材１１のない部分で折り曲げられ、芯材１１がある部分で三重管１の外周を囲むので、真空断熱材１０の折り曲げ部分の曲率半径を小さくでき、真空断熱材を矩形に屈曲させることができて、１枚で無理なく管の周囲を囲んだり、１枚で複数箇所の管同士の接触を防ぐことができるため、取り付けが可能な適用範囲を広げることができる。
【００３５】
尚、本実施の形態では、１枚の真空断熱材１０の芯材１１のない部分を矩形等に屈曲させて三重管１を囲ったが、これに限らず、三重管１の囲い方として、三角形に屈曲させたもの等種々の折り曲げ形状でも、同様の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、内部を第一の流体と第二の流体とが混合することなく互いに熱交換可能に流動する熱交換器本体を構成する管と、前記管の外周に設けられる断熱材とを備えたもので、特に断熱材として真空断熱材を備えたことにより、従来の断熱材に比してより薄い厚みで、熱交換器表面からの放熱や管同士の熱伝導による熱交換器全体での熱交換効率低下を抑制するとともに、断熱材の厚みによる容積増大を抑制できるので、ヒートポンプ式給湯機や家庭用、業務用の空気調和機、燃料電池等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の上面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図３】同実施の形態における他の熱交換器の上面図
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図
【図５】同実施の形態における他の熱交換器の上面図
【図６】本発明の実施の形態２における真空断熱材の要部斜視断面図
【図７】同実施の形態における熱交換器の要部断面図
【図８】従来の熱交換器の断面図
【符号の説明】
【００３８】
１Ｘ  熱交換器
１    三重管
２    内管
３    中管
４    外管
８，９，１０  真空断熱材
１１  芯材
【図１】
2006322644.tif 000003
【図２】
2006322644.tif 000004
【図３】
2006322644.tif 000005
【図４】
2006322644.tif 000006
【図５】
2006322644.tif 000007
【図６】
2006322644.tif 000008
【図７】
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【図８】
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