(57)【要約】【解決課題】内管の偏心に起因する問題がなく、且つ、コンパクトで高性能な二重管式熱交換器を提供すること。【解決手段】内側に第一の流体が流通する内管と、該内管の外側に配置され、該内管との間隙に第二の流体が流通する外管と、からなる二重管を、交互に繰り返される第一円弧部と、該第一円弧部とは逆の曲率を有する第二円弧部と、からなる形状に加工して得られる二重管式熱交換器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に第一の流体が流通する内管と、該内管の外側に配置され、該内管との間隙に第二の流体が流通する外管と、からなる二重管を、交互に繰り返される第一円弧部と、該第一円弧部とは逆の曲率を有する第二円弧部と、からなる形状に加工して得られる二重管式熱交換器。
【請求項２】
前記外管の前記第一円弧部及び前記第二円弧部の曲率半径をＲ（ｍｍ）、前記外管の外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（１）：
１≦Ｒ／Ｄ≦１０      （１）
を満たすことを特徴とする請求項１記載の二重管式熱交換器。
【請求項３】
前記外管の前記第一円弧部の長さをＸ１（ｍｍ）、前記外管の前記第二円弧部の長さをＸ２（ｍｍ）とするとき、下記式（２）：
０．９≦Ｘ１／Ｘ２≦１．１      （２）
を満たすことを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の二重管式熱交換器。
【請求項４】
前記第二の流体が水であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の二重管式熱交換器。
【請求項５】
前記第二の流体が水であり、前記第一の流体が二酸化炭素を主成分とする冷媒であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の二重管式熱交換器。
【請求項６】
前記第二の流体が水であり、前記外管の材質及び前記内管の材質が、銅又は銅合金であり、該外管の内面及び該内管の外面に、錫めっきが施されていることを特徴とする請求項４又は５いずれか１項記載の二重管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内管と該内管の外側に配置される外管とからなり、該内管の内側に第一の流体を流通させ、該外管と該内管の間隙に第二の流体を流通させて、該第一の流体と該第二の流体の間で熱交換を行う二重管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱交換媒体（冷媒）と水等の流体との間で熱交換する熱交換器として、冷媒を流通させる流路と水等の熱交換により加熱される流体の流路とを、２つの伝熱管を組み合わせて構成し、水等と冷媒との間で熱交換が行われるようにした熱交換器が、各種用いられていた。
【０００３】
このような冷媒と水との間で熱交換を行う方式の熱交換器としては、各種の形状のものが提案されており、その中でも、内管と該内管の外側に設置される外管とからなる二重管式熱交換器は、構造が簡単で作製し易く、且つ、熱交換性能が良好である。
【０００４】
例えば、特開２００６−１７０５７１号公報（特許文献１）には、スパイラル状に捩じられた複数の内管と、該内管が内挿される外管とからなる二重多管が、矩形の渦巻き状に巻かれた二重多管式熱交換器が開示されている。
【０００５】
また、特開２００５−１４７５６６号公報には、内管と、該内管の外に設置される外管とからなる二重多管が、矩形の渦巻き状に巻かれた二重多管式熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７０５７１号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特開２９９５−１４７５６６号公報（特許請求の範囲、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１又は２の二重管式熱交換器は、高温側となる冷媒流路管が低温側となる水流路管の中に完全に封じ込められているため、冷媒の熱が外気へと放出されてしまうことが抑えられるという利点を有しているものの、水側への伝熱面積を増加させることが困難であるという欠点を有している。
【０００８】
水側への伝熱面積を増加させる手段としては、例えば、特開２００１−２０１２７５号公報（特許文献３）には、水流路となる外管と内管の間隙に、らせん状の伝熱促進体を介設した二重管式熱交換器が開示されている。
【０００９】
しかし、特許文献３の二重管式熱交換器には、水流路にスケールが形成し易いという問題があるため、好ましくない。
【００１０】
そのため、水側の伝熱面積を増加させるためには、熱交換器の長さを長くするという手段に頼らざるを得ないのが現状である。
【００１１】
ところが、特許文献１又は２の熱交換器の長さを長くするということは、矩形の巻きの数を平面方向又は高さ方向に増やすこと又は矩形の巻きの径を大きくすることになるので、熱交換器の大きさが大きくなり、また、重量が重くなる。そのため、昨今、求められているコンパクト化に逆行することになる。
【００１２】
また、二重管を矩形の渦巻き状に加工する際に、内管が外管に対して渦巻きの中心側に偏心する。図９には、二重管が矩形の渦巻き状に加工された二重管式熱交換器の平面図を示す。また、図１０は、図９中のｙ−ｙ断面で、流体の流通方向に対して垂直な面で切ったときの曲げ部６３の断面図である。
【００１３】
図９中、二重管式熱交換器６１は、内管と該内管の外側に配置される外管とからなる二重管６２が、矩形の渦巻き状に加工されたものである。該二重管６２は、直線部６４と、曲げ部６３とからなる。図１０に示すように、内管６７は、外管６８内で、矩形の渦巻きの中心側６６に偏心している。
【００１４】
該二重管式熱交換器６１で、該内管６７内に冷媒を流通させ、該外管６８と該内管６７との間隙に水を流通させると、該曲げ部６３で、該内管６７が該外管６８に対して偏心しているため、該矩形の渦巻きの中心側６６と矩形の渦巻きの外側６５とで、水流路面積（水流路の方向に対して垂直な断面で見たとき面積）が異なり、該矩形の渦巻きの外側６５の水流路面積が大きく、該矩形の渦巻きの中心側６６の水流路面積が小さくなる。そして、該曲げ部６３では、常に、水流路の該矩形の渦巻きの外側６５の水流路面積が大きく、該矩形の渦巻きの中心側６６の水流路面積が小さくなる。
【００１５】
このため、特許文献１又は２の熱交換器のような矩形の渦巻き状の二重管式熱交換器には、流路面積（流路の方向に対して垂直な断面で見たとき面積）の偏りが一方向にのみ起こる結果、流路の一方向にのみ速度境界層や温度境界層の薄い領域が存在することになり、これらの境界層の更新が妨げられるために、十分な乱流促進効果が得られないという問題があり、また、水の流動抵抗が大きい内側の壁面過熱度の増加により、スケールが析出し易くなるという問題もある。
【００１６】
従って、本発明の目的は、内管の偏心に起因する問題がなく、且つ、単位長さ当たりの熱交換性能が高く、コンパクトで高性能な二重管式熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、内管と該内管の外側に配置される外管とからなる二重管を、交互に繰り返される第一円弧部と、該第一円弧部とは逆の曲率を有する第二円弧部と、からなる形状に加工して得られる二重管式熱交換器は、該内管が該外管に対して編心していても、その偏心している方向が、比較的短い間隔で、繰り返し逆転するので、（１）該内管の偏心による問題が起こらないこと、そのため、（２）壁面過熱度増加によるスケール析出を抑制できること、更に、（３）熱交換器の均熱化が図られ、熱交換性能が向上すること等を見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１８】
すなわち、本発明は、内側に第一の流体が流通する内管と、該内管の外側に配置され、該内管との間隙に第二の流体が流通する外管と、からなる二重管を、交互に繰り返される第一円弧部と、該第一円弧部とは逆の曲率を有する第二円弧部と、からなる形状に加工して得られる二重管式熱交換器を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内管の偏心に起因する問題がなく、且つ、単位長さ当たりの熱交換性能が高く、コンパクトで高性能な二重管式熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の二重管式熱交換器に係る二重管の形状に加工される前の二重管の模式的な断面図である。
【図２】加工後の二重管の平面方向の伸長形状の形態例であり、加工後の二重管を平面視した模式図である。
【図３】図２中の第一円弧部及び第二円弧部の１つ分を抜き出した図である。
【図４】図２及び図３中の該加工後の二重管の断面図である。
【図５】加工後の二重管の平面方向の伸長形状の他の形態例の模式図である。
【図６】該第一円弧部と該第二円弧部とが直線部を介して繋がっている形態例の模式図である。
【図７】２本の内管と、該内管の外側に配置される外管と、からなる二重管の模式的な断面図である。
【図８】２段式の熱交換器を示す模式図である。
【図９】従来の二重管式熱交換器を示す図である。
【図１０】図９中、ｙ−ｙ断面で、流体の流通方向に対して垂直な面で切ったときの曲げ部６３の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の二重管式熱交換器は、内側に第一の流体が流通する内管と、該内管の外側に配置され、該内管との間隙に第二の流体が流通する外管と、からなる二重管を、交互に繰り返される第一円弧部と、該第一円弧部とは逆の曲率を有する第二円弧部と、からなる形状に加工して得られる二重管式熱交換器である。
【００２２】
本発明の二重管式熱交換器は、該内管と該内管の外側に配置される該外管とからなる該二重管を加工することにより得られる二重管式熱交換器である。
【００２３】
図１に、本発明の二重管式熱交換器に係る二重管の形状に加工される前の二重管の模式的な断面図を示す。図１中、本発明の二重管式熱交換器に係る二重管の形状に加工される前の二重管（加工前の二重管）３は、内管１と、該内管１の外側に配置される外管２と、からなる。そして、該加工前の二重管３を加工した後の該内管１の内部４が、該第一の流体が流通される流路であり、該外管２と該内管１との間隙５が、該第二の流体が流通される流路である。該内管１の内部４に、該第一の流体を流通し、該外管２と該内管１との間隙５に、該第二の流体を流通することにより、該第一の流体と該第二の流体との間で熱交換が行われる。
【００２４】
本発明の二重管式熱交換器に係る二重管（加工後の二重管）の形状を、図２〜図４を参照して説明する。図２〜図４は、該加工後の二重管の平面方向の伸長形状の形態例であり、図２は、該加工後の二重管を平面視した模式図であり、図３は、図２中の第一円弧部及び第二円弧部の１つ分を抜き出した図であり、図４は、図２及び図３中の該加工後の二重管の断面図である。なお、本発明において、該加工後の二重管の形状とは、該外管の形状である。また、該外管の内側には、該内管が配置されている。
【００２５】
図２中、該加工後の二重管１０の形状は、第一円弧部１１と、第二円弧部１２と、からなる形状である。そして、図２に示すように、順に、第一円弧部１１ａ、第二円弧部１２ａ、第一円弧部１１ｂ、第二円弧部１２ｂ、第一円弧部１１ｃ、第二円弧部１２ｃとのように、該第一円弧部１１と該第二円弧部１２とが、交互に繰り返されている。なお、変曲点１３ａから変曲点１３ｂまでが、該第一円弧部１１ａであり、変曲点１３ｂから変曲点１３ｃまでが、該第二円弧部１２ａであり、変曲点１３ｃから変曲点１３ｄまでが、該第一円弧部１１ｂであり、変曲点１３ｄから変曲点１３ｅまでが、該第二円弧部１２ｂであり、変曲点１３ｅから変曲点１３ｆまでが、該第一円弧部１１ｃであり、変曲点１３ｆから変曲点１３ｇまでが、該第二円弧部１２ｃである。なお、図２に示す該加工後の二重管１０の形状では、該第一円弧部１１と該第二円弧部１２とが、該変曲点１３で、直接繋がっている。
【００２６】
そして、該加工後の二重管１０では、該第二の流体１５が、該外管と該内管との間隙を、該外管と該内管との間隙の一端１４ａから、該外管と該内管との間隙の他端１４ｂに向けて流通する。また、該第一の流体は、通常、該第二の流体１５とは反対向きに、該内管の内側を、該内管の一端から該内管の他端に向けて流通する。
【００２７】
図３は、図２中の該第一円弧部１１ａ及び該第二円弧部１２ａを、つまり、該変曲点１３ａから該変曲点１３ｃまでの部分を抜き出した図である。該第一円弧部１１ａと該第二円弧部１２ａとは、逆の曲率を有する。なお、本発明において、円弧の曲率が逆であるということについて、図２及び図３を用いて説明すると、円弧の曲率が逆であるとは、円弧の曲率中心の位置が、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の進行方向の左右反対にある関係を言う。つまり、該外管と該内管との間隙を該第二の流体が流れるときに、該第二の流体の流れる方向が右にカーブする円弧と左にカーブする円弧の関係を、円弧の曲率が逆であると言う。例えば、図３では、該第一円弧部１１ａの曲率中心は、符号１６ａで示す位置であり、該第二の流体の流通方向１７の右側にある。一方、該第二円弧部１２ａの曲率中心は、符号１６ｂで示す位置であり、該第二の流体の流通方向１７の左側にある。
【００２８】
該加工前の二重管を加工する際、該外管は冶具で拘束されているのに対し、該内管は中空に浮いた状態にある。そのため、該内管は、曲がり難いので、該内管の曲がりが、該外管の曲がりに比べ緩やかになる。よって、該外管内で、該内管は該外管に対して偏心する。
【００２９】
該内管の偏心について、図４を参照して説明する。図４中、該加工後の二重管１０のＡ点〜Ｉ点までのｘ−ｘ線の断面図が、（Ａ）〜（Ｉ）である。なお、図４中の（Ａ）〜（Ｉ）は、該加工後の二重管１０を、該第二の流体の流通方向に対して垂直な面で切ったときの断面図であり、該第二の流体の流通方向に見た断面図である。つまり、図４中の（Ａ）〜（Ｉ）では、紙面の表面から裏面への方向が、該第二の流体の流通方向である。
【００３０】
図４中、（Ａ）は、Ａ点、つまり、該変曲点１３ａの断面図であり、該第二の流体の該第一円弧部１１ａへの入口部分の断面図である。（Ａ）に示すように、該Ａ点では、該内管は、該外管に対して偏心していない。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積（流路の方向に対して垂直な断面で見たとき面積）は、左右のどちらにも偏っていない。
【００３１】
Ｂ点は、該Ａ点から該第一円弧部１１ａを該第二の流体の流通方向に少し進んだ位置であるが、（Ｂ）に示すように、該内管は、該外管に対して右側に少し偏心している。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積には、左右に偏りがあり、左側に比べ右側が小さくなっている。
【００３２】
Ｃ点は、該Ｂ点から該第一円弧部１１ａを該第二の流体の流通方向に更に進んだ位置であり、該第一円弧部１１ａの中間点である。このとき、（Ｃ）に示すように、該内管は、該外管に対して右側に大きく偏心し、その偏心の度合が、該第一円弧部１１ａ中で最大になる。よって、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積の左右の偏りが、該第一円弧部１１ａ中で最大になる。
【００３３】
Ｄ点は、該Ｃ点から該第一円弧部１１ａを該第二の流体の流通方向に更に進んだ位置であるが、（Ｄ）に示すように、該内管は、該外管に対して右側に少し偏心しており、その偏心の度合は、該Ｃ点に比べ小さくなっている。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積の左右の偏りが、該Ｃ点に比べ小さくなっている。
【００３４】
Ｅ点は、該変曲点１３ｂであり、該第二の流体の該第一円弧部１１ａの出口部分である。（Ｅ）に示すように、該Ｅ点では、該内管は、該外管に対して偏心していない。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積は、左右のどちらにも偏っていない。なお、該Ｅ点は、該第二の流体の該第二円弧部１２ａへの入口部分でもある。
【００３５】
Ｆ点は、該Ｅ点から該第二円弧部１２ａを該第二の流体の流通方向に少し進んだ位置であるが、（Ｆ）に示すように、該内管は、該外管に対して今度は左側に少し偏心している。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積は、右側に比べ左側が小さくなっている。
【００３６】
Ｇ点は、該Ｆ点から該第二円弧部１２ａを該第二の流体の流通方向に更に進んだ位置であり、該第二円弧部１２ａの中間点である。このとき、（Ｇ）に示すように、該内管は、該外管に対して左側に大きく偏心し、その偏心の度合が、該第二円弧部１２ａ中で最大になる。よって、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積の左右の偏りが、該第二円弧部１２ａ中で最大になる。
【００３７】
Ｈ点は、該Ｇ点から該第二円弧部１２ａを該第二の流体の流通方向に更に進んだ位置であるが、（Ｈ）に示すように、該内管は、該外管に対して左側に少し偏心しており、その偏心の度合は、該Ｇ点に比べ小さくなっている。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積の左右の偏りが、該Ｇ点に比べ小さくなっている。
【００３８】
Ｉ点は、該変曲点１３ｃであり、該第二の流体の該第二円弧部１２ａの出口部分である。（Ｉ）に示すように、該Ｉ点では、該内管は、該外管に対して偏心していない。そのため、該外管と該内管との間隙を流通する該第二の流体の流路面積は、左右のどちらにも偏っていない。なお、該Ｉ点は、該第二の流体の該第一円弧部１１ｂへの入口部分でもある。
【００３９】
図４に示すように、本発明の二重管式熱交換器では、円弧の曲率が互いに逆である該第一円弧部と該第二円弧部が交互に繰り返されているので、該外管内で、該内管が該外管に対して偏心していても、その偏心している方向が、比較的短い間隔で、繰り返し逆転するので、該内管の偏心による問題が起こらない。つまり、偏心が短い周期で逆転するので、温度境界層や速度境界層を更新する乱流促進効果が得られることから、熱交換器の均熱化が図られ、熱交換性能が高くなる。また、流路面積が小さくなる方向が一方向にのみに偏ることがないので、壁面過熱度増加の結果生じるスケール析出を抑制する効果が得られる。
【００４０】
図３中、該第一円弧部１１ａの中心角（°）及び該第二円弧部１２ａの中心角（°）を、θで示す。該第一円弧部１１ａの中心角θは、該第一円弧部１１ａの一端（該第一円弧部１１の始点）、つまり、該変曲点１３ａと、該第一円弧部１１ａの曲率中心１６ａと、該第一円弧部１１ａの他端（該第一円弧部１１の終点）、つまり、該変曲点１３ｂとがなす角である。同様に、該第二円弧部１２ａの中心角θは、該第二円弧部１２ａの一端（該第二円弧部１２の始点）、つまり、該変曲点１３ｂと、該第二円弧部１２ｂの曲率中心１６ｂと、該第二円弧部１２ａの他端（該第二円弧部１２の終点）、つまり、該変曲点１３ｃとがなす角である。
【００４１】
また、図３中、該第一円弧部１１ａの曲率半径（ｍｍ）及び該第二円弧部１２ａの曲率半径（ｍｍ）を、Ｒで示す。なお、該第一円弧部１１ａの曲率半径Ｒとは、該第一円弧部１１ａの該外管の中心線と、該第一円弧部１１ａの曲率中心１６ａとの距離である。該外管の中心線とは、該第二の流体の流通方向に対して垂直な断面における該外管の中心が、該第二の流体の流通方向に繋がった線である。また、該第二円弧部１２ａの曲率半径についても同様である。
【００４２】
図５には、該第一円弧部及び該第二円弧部のθが１８０°の場合の形態例を示す。
【００４３】
本発明の二重管式熱交換器では、該外管の外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（１）：
１≦Ｒ／Ｄ≦１０      （１）
を満たすことが好ましく、２≦Ｒ／Ｄ≦７であることが特に好ましい。Ｒ／Ｄの値が上記範囲内にあることにより、乱流促進効果及びスケール析出の抑制効果が高くなる。一方、Ｒ／Ｄの値が、上記範囲を超えると、これらの効果が低くなり易く、また、上記範囲未満だと、伝熱管の座屈などの障害が発生し易くなり、信頼性の低下を招き易くなるとともに、内管の偏心が大きくなり過ぎて部分的な閉塞が起こり易くなる。なお、該外管の外径Ｄとは、該外管を水の流通方向に対して垂直な面で切ったときの断面の外径である。
【００４４】
θは、６０〜２９０°が好ましく、１８０〜２９０°が特に好ましい。θが上記範囲内にあることにより、乱流促進効果及びスケール析出の抑制効果が高くなる。
【００４５】
なお、本発明の二重管式熱交換器では、該二重管の加工の際に、該第一円弧部と該第二円弧部の長さに差が生じることがあるが、本発明の効果を損なわない範囲で、該第一円弧部と該第二円弧部の長さに差があってもよい。そして、本発明の二重管式熱交換器では、該第一円弧部の長さをＸ１（ｍｍ）、該第二円弧部の長さをＸ２（ｍｍ）とするとき、下記式（２）：
０．９≦Ｘ１／Ｘ２≦１．１      （２）
を満たすことが好ましく、０．９５≦Ｘ１／Ｘ２≦１．０であることが特に好ましい。Ｘ１／Ｘ２の値が上記範囲内にあることにより、乱流促進効果及びスケール析出の抑制効果が高くなり、熱交換性能が高くなる。
【００４６】
図２及び図３に示す形態例では、該第一円弧部１１と該第二円弧部１２とが、該変曲点１３で、直接繋がっているので、該第一円弧部１１の端部と該第二円弧部１２の端部との距離（該第一円弧部１１の始点と該第二円弧部１２の終点との距離及び該第一円弧部１１の終点と該第二円弧部１２の始点との距離）は、０（ｍｍ）である。
【００４７】
また、本発明の二重管式熱交換器では、該加工後の二重管の形状は、該第一円弧部と該第二円弧部とが、直接繋がっていなくてもよく、図６に示す形態例のように、直線部を介して繋がっていてもよい。なお、図６は、該加工後の二重管の形状のうち、直線部を介して繋がっている第一円弧部２１、第二円弧部２２及び該直線部２５の１つづつを抜き出して示したものであり、実際は、該第一円弧部２１、該直線部２５、該第二円弧部２２、該直線部２５、該第一円弧部２１、該直線部２５、該第二円弧部２２、該直線部２５・・・とのように、該直線部２５を間に挟んで、該第一円弧部２１と該第二円弧部２２とが、交互に繰り返されている。
【００４８】
なお、図６に示す形態例の該直線部２５では、該外管に対して該内管は偏心していない。
【００４９】
端部間長さＬについて、図６を用いて説明する。該第一円弧部２１の端部と該第二円弧部２２の端部との距離（該第一円弧部２１の始点と該第二円弧部２２の終点との距離及び該第一円弧部２１の終点と該第二円弧部２２の始点との距離）を、第一円弧部の端部と第二円弧部の端部との端部間長さＬ（ｍｍ）とする。図６中、該第一円弧部２１と該第二円弧部２２とは、該直線部２５の両端に繋がっている。つまり、該第一円弧部２１の一端（第一円弧部の終点）と該直線部の一端が接続点２４で繋がっており、且つ、該直線部２５の他端と該第二円弧部２２の一端（第二円弧部の始点）が接続点２６で繋がっている。そして、第一円弧部の端部と第二円弧部の端部との端部間長さＬは、該直線部２５の長さである。
【００５０】
そして、本発明の二重管式熱交換器では、該第一円弧部の端部と該第二円弧部の端部との端部間長さＬと、該第一円弧部及び該第二円弧部の曲率半径Ｒとが、下記式（３）：
０≦Ｌ／Ｒ≦１      （３）
を満たすことが好ましく、０≦Ｌ／Ｒ≦０．５であることが特に好ましい。
【００５１】
該第一円弧部と該第二円弧部とは、直接繋がっていることがより好ましい。該第一円弧部と該第二円弧部とが直接繋がっている場合は、該端部間長さＬは０ｍｍである。つまり、Ｌ／Ｒの値は０であることがより好ましい。
【００５２】
なお、図２〜図６では、該第一円弧部及び該第二円弧部は、真円の円弧の一部であるが、本発明の二重管式熱交換器では、該二重管の加工の際に、該第一円弧部及び該第二円弧部が、真円が変形した形状になることもあるが、本発明の効果を損なわない範囲であれば、該第一円弧部及び該第二円弧部は、真円の円弧から少し変形した形状であってもよい。
【００５３】
図１〜図６では、外管の内部に配置される内管が１本である二重管の形態例を示しているが、本発明の二重管式熱交換器に係る該二重管は、これに限定されるものではなく、他には、例えば、図７に示すような、２本の内管３１と、該内管３１の外側に配置される外管３２と、からなる二重管が挙げられる。更に、該二重管としては、該内管の数が３本以上のものであってもよい。該外管の内側に設置される該内管の数が２本以上の場合、２本以上の該内管がスパイラル状に捩じられた形状であってもよい。
【００５４】
また、本発明の二重管式熱交換器では、該内管には、漏洩検知構造が設けられてもよい。
【００５５】
本発明の二重管式熱交換器では、該内管の内側に該第一の流体が流通し、該内管と該外管との間隙に該第二の流体が流通する。そして、該第一の流体と該第二の流体との間で熱交換が行われる。
【００５６】
該第二の流体としては、特に制限されない。本発明の二重管式熱交換器が給湯用である場合においては、該第二の流体は水である。
【００５７】
該第一の流体としては、特に制限されない。該第一の流体を、二酸化炭素を主成分とする冷媒とすることも可能である。該二酸化炭素を主成分とする冷媒は、二酸化炭素単独か、あるいは、冷凍機油を０〜１５質量％含有する二酸化炭素冷媒である。
【００５８】
本発明の二重管式熱交換器のうち、該第二の流体が水であり、該外管の材質及び該内管の材質が、銅又は銅合金である場合、該外管の内面及び該内管の外面に、錫メッキが施されていることが、管材質である銅又は銅合金が２価の銅イオンとして水に溶け出してしまうことを抑制することが可能であり、その結果、熱交換器の青水発生の抑制や耐食性を有利に確保することができるという点で好ましい。
【００５９】
図２では、該第一円弧部及び該第二円弧部が、１つの平面で繰り返される形態例を示したが、本発明の二重管式熱交換器は、これに限定されるものではなく、該第一円弧部及び該第二円弧部が２つ以上の平面で繰り返されていてもよい。図８は、２段式の熱交換器に係る二重管の形状を示す模式図である。図８中、該第一円弧部及び該第二円弧部が繰り返されている１段目４１の上に、該第一円弧部及び該第二円弧部が繰り返されている２段目４２が配置されており、該１段目４１の内管の一端と該２段目４２の内管の一端、及び該１段目４１の外管の一端と該２段目４２の外管の一端とは、二重管になっている継手４３により繋がっている。なお、図８では、該１段目４１を黒で示し、該２段目４２を濃い灰色で示し、該継手４３を薄い灰色で示した。
【００６０】
本発明の二重管式熱交換器に係る該二重管は、通常、継目無管の二重管を加工して得られるので、該外管及び該内管は、連続した１つの管体である。よって、該二重管（該外管）の該第一円弧部及び該第二円弧部が１つの平面で繰り返されている場合、通常、該外管及び該内管は、連続した継目無管で形成されている。また、該二重管（該外管）の該第一円弧部及び該第二円弧部が２つ以上の平面で繰り返されている多段の場合、通常、各段の該外管及び該内管は、連続した１つの継目無管で形成されているか、あるいは、該外管及び該内管が、２以上の段に亘って、連続した１つの継目無管で形成されている。
【実施例】
【００６１】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【００６２】
（実施例１及び比較例１）
＜実施例１の熱交換器の作製＞
図２に示す二重管（外管）の形状を有する熱交換器を、下記寸法諸元にて作製した。
・二重環式熱交換器
・外管：外径（Ｄ）＝１６ｍｍ、肉厚＝０．７ｍｍ、材質はりん脱酸銅
・内管：外径＝６ｍｍ、肉厚＝０．５ｍｍ、材質はりん脱酸銅
・外管の第一円弧部及び第二円弧部の曲率半径Ｒ＝６４ｍｍ
・外管の第一円弧部及び第二円弧部の中心角θ＝２９０°
・外管の第一円弧部の数＝３個、外管の第二円弧部の数＝３個
・外管の端部間長さＬ＝０ｍｍ
・Ｒ／Ｄ＝４、Ｌ／Ｒ＝０
・二重管の全長＝２３００ｍｍ
・二重管の平面占有面積Ｓ＝１３００００ｍｍ２（二重管の平面占有幅Ｗ１＝５２０ｍｍ、二重管の平面占有奥行Ｔ１＝２５０ｍｍ）
【００６３】
＜比較例１の熱交換器の作製＞
図９に示す熱交換器を下記寸法諸元にて作製した。
・二重環式熱交換器
・外管：外径（Ｄ）＝１６ｍｍ、肉厚＝０．７ｍｍ、材質は脱酸銅
・内管：外径＝６ｍｍ、肉厚＝０．５ｍｍ、材質は脱酸銅
・矩形の渦巻き状、四重巻き
・二重管の全長＝４５００ｍｍ
・二重管の平面占有面積Ｓ＝１３００００ｍｍ２（二重管の平面占有幅Ｗ２＝５２０ｍｍ、二重管の平面占有奥行Ｔ２＝２５０ｍｍ）
【００６４】
＜性能評価＞
・評価方法
内管の内側に二酸化炭素冷媒ガスを、内管と外管の間の環状部に水を、表１に示す条件で流通させて、熱交換性能を測定した。
【００６５】
【表１】
2011017476.tif 000003
【００６６】
＜評価結果＞
実施例１と比較例１の水流量１Ｌ／分における熱交換量を比較したところ、実施例１の熱交換量は、比較例の熱交換量より、５０％多かった。これを熱交換器の単位質量当たり（単位長さ当たり）の熱交換量で比較すると、実施例１の熱交換器の単位質量当たりの熱交換量は、比較例１の２．９倍であった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、熱交換性能に優れる二重管式熱交換器を製造することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１、３１    内管
２、３２    外管
３          二重管
４          該内管１の内側
５          該外管２と該内管１との間隙
１１、２１  第一円弧部
１２、２２  第二円弧部
１３        変曲点
１４        該外管と該内管との間隙の一端
１５        第二の流体
１６        曲率中心
１７        該第二の流体の流通方向
２４、２６  接続点
２５        直線部
４１        １段目
４２        ２段目
４３        継手
６１        熱交換器
６２        二重管
６３        曲線部分
６４        直線部分
【図９】
2011017476.tif 000004
【図１】
2011017476.tif 000005
【図２】
2011017476.tif 000006
【図３】
2011017476.tif 000007
【図４】
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【図５】
2011017476.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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