(57)【要約】【課題】耐振動性に優れた熱交換器を提供すること。【解決手段】断面が長円状に形成され、第一流体が流れる第一流路１と、第一流路１の内部に配設され、第二流体が流れる第二流路２を構成する配管２ａ、２ｂと、を備え、配管２ａ、２ｂは、第一流路１の長径方向に繰り返し屈曲する波形状部２ｃを有し、配管２ａ、２ｂの外表面のうち、長径方向に垂直な方向に形成される外表面が、第一流路１の内表面と複数箇所で当接することで、第二流路２を構成する配管２ａ、２ｂの剛性が増大し、また、第二流路２を構成する配管２ａ、２ｂが複数箇所で第一流路１に支持されるので、輸送時等であっても第二流路２の構成する配管の振動が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が長円状に形成され、第一流体が流れる第一流路と、
前記第一流路の内部に配設され、第二流体が流れる第二流路を構成する配管と、を備え、前記配管は、前記第一流路の長径方向に繰り返し屈曲する波形状部を有し、
前記配管の外表面のうち、長径方向に垂直な方向に形成される外表面が、前記第一流路の内表面と複数箇所で当接することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記配管の外表面のうち、長径方向に垂直な方向に形成される外表面が、前記第一流路の内表面のうち、長径方向と垂直な方向に対して対向する内表面の双方と当接することを特徴とする請求項１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、高温または低温の液体を生成する熱交換する熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器には耐圧性及び耐熱性が要求される。よって、一般的に熱交換器の配管としては銅配管が用いられる。また、熱交換器としては冷媒（第二流体）が流れる配管の内部に水等の液体が流れる配管が配置された二重管式のものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、この種の熱交換器として、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、金属製の配管１０を収容する樹脂製ケース１１を用い、配管１０の内部には第二流体となる冷媒を流通させ、配管１０と樹脂製ケース１１との間には加熱される第一流体となる水を流通させるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献２の構成によれば、金属配管を用いた二重管式の熱交換器と比較して、屈曲した流路の成型が容易になるので、第一流体と第二流体の流路とを屈曲させる際の曲率半径を小さくすることができ、熱交換器の小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６４６４３号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３２９０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、前記従来の構成では、配管１０は、両端が蓋１２に固定されているだけなので、樹脂製ケース１１内の配管１０は支持されておらず、輸送時などに振動が発生した場合には、樹脂性ケース１１内部で配管１０が振動し、その結果、樹脂製ケース１１の内面と配管１０とが繰り返し接触して、熱交換器が破損してしまうという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、耐振動性と耐衝撃性とに優れた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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、断面が長円状に形成され、第一流体が流れる第一流路と、前記第一流路の内部に配設され、第二流体が流れる第二流路を構成する配管と、を備え、前記配管は、前記第一流路の長径方向に繰り返し屈曲する波形状部を有し、前記配管の外表面のうち、長径方向に垂直な方向に形成される外表面が、前記第一流路の内表面と複数箇所で当接することを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、配管が波形状部を有することで、配管を直線状に形成した場合と比較して剛性が増加し、また、配管の外表面と第一流路の内表面とが複数箇所で当接することで、輸送時等に発生する振動に起因して第一流路と第二流路とが繰り返し接触することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐振動性と耐衝撃性とを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の熱交換器の実施の形態における概略構成を示す斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】（ａ）図１のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図３（ａ）のうち第一流路の断面形状のみを示す断面図、（ｃ）図３（ａ）のうち第二流路の断面形状のみを示す拡大断面図
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図
【図５】同熱交換器の他の構成を示す図１のＣ−Ｃ断面図
【図６】（ａ）従来の熱交換器の概略構成を示す分解斜視図、（ｂ）従来の熱交換器を組み立てた場合の図６（ａ）のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、断面が長円状に形成され、第一流体が流れる第一流路と、前記第一流路の内部に配設され、第二流体が流れる第二流路を構成する配管と、を備え、前記配管は、前記第一流路の長径方向に繰り返し屈曲する波形状部を有し、前記配管の外表面のうち、長径方向に垂直な方向に形成される外表面が、前記第一流路の内表面と複数箇所で当接することを特徴とする熱交換器である。
【００１３】
これにより、第二流体を構成する配管が波形状部を有していることで、配管に衝撃や振動が加わっても、その衝撃等を波形状部で吸収することができる。よって、配管を直線状に形成した場合と比較して、第二流路を構成する配管自体の剛性が増加向上する。また、波形状部の配管の外表面と第一流路の内表面とが複数箇所で当接するので、輸送時等の振動によって、第二流路を構成する配管が第一流路内で振動することを防止し、第一流路と第二流路を構成する配管とが繰り返し接触することによる熱交換器の破損を防止することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記配管の外表面のうち、長径方向に垂直な方向に形成される外表面が、前記第一流路の内表面のうち、長径方向と垂直な方向に対して対向する内表面の双方と当接することを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、第二流路を構成する配管は、第一流路の長径方向と垂直な方向に対向する内表面の両方に当接することで、第一流路の内部に配置された配管の拘束性が増大する。よって、熱交換器が落下した場合等に生じる強い衝撃や振動によっても、第一流路の内部での配管の振動を防止して、熱交換器の耐振動性と耐衝撃性とを向上させ、信頼性に優れた熱交換器とすることができる。
【００１６】
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。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。
【００１７】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態における概略構成を示す斜視図、図２から図４は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態における熱交換器は、第一流体が流れる第一流路１と、内部を第二流体が流れる複数の第二流路２と、第一流体が流入するとともに第二流体が流出する側に設けられ、第一流路１と第二流路２とを分離する入口ヘッダ３と、第一流体が流出するとともに第二流体が流入する側に設けられ、第一流路１と第二流路２とを分離する出口ヘッダ４と、を備えている。なお、第二流路２は、第一流路１の内部に配置された配管２ａ、２ｂによって構成されている。本実施の形態では第二流路２を構成する配管
２ａ、２ｂは、第一流路１の内部に２本配置されている。
【００１９】
本実施の形態の熱交換器は、例えば、第一流体として水などの熱媒体を用い、第二流体として二酸化炭素等の冷媒を用い、冷媒が有する熱によって水を加熱して、湯を生成する用途として使用できるものである。なお、冷媒としては、二酸化炭素以外にも、Ｒ４１０Ａ等の共沸冷媒やＲ４０７Ｃ等の非共沸冷媒に代表されるＨＦＣ冷媒を用いることができる。さらに、第二流体としては、冷媒以外にも、ボイラーで発生させた蒸気や高温の水等を用いることも可能である。以下、第二流体が冷媒であって、高温の冷媒によって熱媒体を加熱する場合について詳細に説明する。
【００２０】
熱交換器の第一流路１の端部には、熱媒体配管が接続される。第一流路１は、熱媒体配管によってポンプ（図示せず）と接続されて熱媒体回路を形成する。第一流路１には、入口ヘッダ３側からポンプによって搬送された水等の熱媒体が流入し、第一流体と熱交換を行った後の熱媒体が出口ヘッダ３側から流出する。
【００２１】
熱交換器の第二流路２は、圧縮機、膨張弁、蒸発器と冷媒配管で環状に接続されて冷媒回路（図示せず）を構成するものである。第二流路２には、出口ヘッダ４側から圧縮機で圧縮された高温の冷媒が流入し、第二流体と熱交換を行った後の冷媒が入口ヘッダ３側から流出する。
【００２２】
熱交換器において、第一流路１に流入した熱媒体と、熱交換器の第二流路２に流入した冷媒とが熱交換を行う。ここで、圧縮機にて圧縮された高温の冷媒を第二流路２に流入させた場合には、高温の冷媒が熱媒体に放熱し、熱媒体を加熱することで、高温の熱媒体を生成することができる。よって、この熱交換器を冷媒の放熱器とする場合には、給湯機や温水暖房機の用途として使用することができる。一方、膨張弁によって減圧された低温の冷媒を第二流路２に流入させた場合には、低温の冷媒は熱媒体から吸熱し、熱媒体を冷却することで、低温の熱媒体を生成することができる。よって、この熱交換器を冷媒の蒸発器とする場合には、冷房装置等の用途として使用することができる。
【００２３】
第一流路１は、図２〜図４に示すように、断面が長円状に形成されている。ここで、長円状とは、楕円形状のみならず、図３（ａ）（ｂ）に示すような略半円形状と略半円形状とを直線でつないだ形状を含むものである。これにより、第一流路１は長径と短径とを有することになる。また、第一流路１は、図１に示すように、入口ヘッダ３と出口ヘッダ４との間で直線部１ａと折曲部１ｂとが繰り返し形成されて蛇行する、サーペンタイン状に形成されている。
【００２４】
第二流路２を構成する２本の配管２ａ、２ｂは、図２〜図４に示すように、第一流路１の長径方向に繰り返し屈曲する波形状部２ｃを有している。配管２ａ、２ｂは波形状に振幅し、互いの位相が１８０度異なるように第一流路１の内部に配設される。また、配管２ａと配管２ｂは、短径方向から見て互いに交差しないように上下に配置される。すなわち、配管２ａの波形状部２ｃは、配管２ｂと第一流路１の長径方向の一方の内表面との間で屈曲し、配管２ｂの波形状部２ｃは、配管２ａと第一流路１の長径方向の他方の内表面との間で屈曲している。さらに、配管２ａ、２ｂは、入口ヘッダ３から出口ヘッダ４に向かって、第一流路１に沿ってサーペンタイン状に屈曲して形成されている。以上のように、第二流路２は、第一流路１の長径方向に対して繰り返し屈曲することで波形状に形成され、かつ、第一流路の短径方向に対して入口ヘッダ３から出口ヘッダ４に向かってサーペンタイン状に屈曲して形成されている。なお、波形状部２ｃは、少なくとも第一流路１の直線部１ａの内部に設けられていればよく、折曲部１ｂの内部には設けられていない方が、第二流路２の加工が簡単になる点で好ましい。
【００２５】
第一流路１は、例えば、銅製のパイプを伸銅加工やプレス加工によって成型される。また、第一流路１は、樹脂材をプレス加工等によって成型されてもよい。第二流路２には、熱伝導率が大きく、加工性にも優れた銅管を用いることが好ましい。
【００２６】
以上のように構成された熱交換器について、冷媒の放熱器として機能する場合の動作、作用を説明する。
【００２７】
図１、２に示すように、熱媒体は、入口ヘッダ３側から第一流路１内に流入する。一方、高温の第二流体は、出口ヘッダ４側から第二流路２内に流入する。これにより、第一流体と第二流体は、図２に示すように対向流となる。第一流体は、高温の第二流体から吸熱して高温となる。このように、第一流体と第二流体を対向する方向に流すことで、第一流体と第二流体との温度差を一定以上に確保しながら熱交換させることができ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【００２８】
ここで、本実施の形態の熱交換器のように第一流路１の内部に第二流路２を配設する構成では、第二流路２は、入口ヘッダ３および出口ヘッダ４にのみ固定されてその位置が拘束されることとなる。よって、輸送時等に生じる振動が熱交換器に伝播すると、第一流路１の内表面と第二流路２の外表面とが振動によって接触し、これが繰り返されることで、場合によっては第二流路２を構成する配管および第一流路１が破損してしまう場合がある。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、図２および図４に示すように、第二流路２に波形状部２ｃを設けることで、第一流路１の長手方向（第一流体の流れる方向）から加わった力および波形状部２ｃの屈曲方向（振幅方向）から加わった力を、波形状部２ｃの伸縮によって吸収することができる構成としている。また、第二流路２に波形状部２ｃを設けることで、第一流路１の側面から加わった力は波形状部２ｃがねじれることで吸収することができる。
【００３０】
また、本実施の形態の熱交換器においては、第一流路１の内表面と第二流路２の外表面とを複数箇所で当接させるように構成している。具体的には、図４に示すように、第一流路１の直線部１ａの内表面と第二流路２の外表面が当接し、折曲部１ｂにおいて第一流路１の内周側の内表面と第二流路２の外表面とが当接するように構成している。これにより、第二流路２を構成する配管２ａ、２ｂが、第一流路１の内表面で支持されることになり、耐振動性と耐衝撃性とを向上させることができる。
【００３１】
なお、図３（ｂ）に示すように、第一流路１の内表面のうち、長径方向と垂直な方向（短径方向）に対して対向する内表面をそれぞれ第１内側面および第２内側面とし、図３（ｃ）に示すように、波形状部２ｃの配管の外表面のうち、長径方向に垂直な方向（短径方向）に形成される外表面をそれぞれ第１外側面および第２外側面とする。第一流路１と第二流路２とは、第二流路２の第１外側面が第一流路１の第１内側面と当接し、第二流路２の第２外側面が第一流路１の第２内側面と当接することになる。
【００３２】
また、図２に示すように、配管２ａの上外側面と第一流路１の長径方向の内表面が複数箇所で当接し、配管２ｂの下外側面と第一流路１の長径方向の内表面が複数箇所で当接するように構成することが、耐振動性を向上させる観点から好ましい。
【００３３】
以上のように、本実施の形態において、第二流路２は、波形状部２ｃを有し、また、第一流路１の内表面と複数箇所で当接することにより、第二流路２を直線状の配管で構成した場合と比較して、第二流路２を構成する配管２ａ、２ｂの剛性が向上し、また、輸送時の振動等によって、第一流路１の内部で第一流路１と第二流路２を構成する配管２ａ、２
ｂとが繰り返し接触することによる熱交換器の破損を防止することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の熱交換器は、第二流路２に波形状部２ｃを設けることで、第一流体が、第一流路１と第二流路２との間を旋回流となって流れることになり、熱交換器の熱交換量と熱交換効率とを向上させることができる。
【００３５】
また、本実施の形態の熱交換器は、第一流路１と第二流路２との接触部が伝熱面として寄与することとなり、熱交換器の性能を向上させることができる。
【００３６】
また、本実施の形態の熱交換器では、２本の第二流路２の波形状部２ｃが短径方向から見て互いに交差しないように配置されていることで、波形状部２ｃの加工を精度良く行うとことができるので、熱交換器の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施の形態の熱交換器は、第一流路１の断面を長円状とすることで、第一流路１に折曲部１ｂを形成する際に、短径方向の内周と外周との長さの差が小さくなる。よって、第一流路１の曲げ加工による偏肉を抑制して、熱交換器を精度良く加工して、耐久性を向上させることができる。
【００３８】
なお、図５に示すように、波形状部２ｃの配管の外側面を、第一流路１の折曲部１ｂの内周側の内側面に当接させることに加え、第一流路１の直線部１ａにおいて複数箇所に当接させる構成としてもよい。具体的には、波形状部２ｃの配管の外側面を、第一流路１の直線部１ａにおいて、短径方向に対して対向する第１内側面と第２内側面との双方に、当接するように構成してもよい。このように、第二流路２の外側面を、第一流路１の折曲部１ｂの内表面に加えて、直線部１ａの内表面にも当接させることで、第二流路２の位置をより確実に拘束することができる。よって、熱交換器が落下した場合等に生じる強い衝撃にも耐えうる構成とすることができる。
【００３９】
また、第一流路１の内表面と第二流路２の外表面との接触箇所（接触面積）が増大することで、熱交換器における熱交換量および熱交換効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明の熱交換器は、耐振動性および耐衝撃性を向上させることができるので給湯機、温水暖房機、空気調和機、ヒートポンプを用いた乾燥機能を有する洗濯乾燥機の他、燃料電池における熱交換の用途としても適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  第一流路
１ａ  直線部
１ｂ  折曲部
２  第二流路
２ａ、２ｂ  配管
２ｃ  波形状部
【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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