(57)【要約】【課題】第一流体と第二流体との混合を防止可能な信頼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の内部に配設されるとともに漏洩検知溝５を有し、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、第二流路２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、漏洩検知溝５が、波形状部２ｃの頂部２ｆに配設されているので、第二流路２を加工した際に偏肉する頂部２ｆに腐食等によって孔が形成された場合、漏洩検知溝５によって孔が形成されたことを、孔が貫通孔になる前に検知して、第一流体と第二流体の混合を未然に防止することができる。【選択図】図３
2015021699.tif 000002
【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るとともに漏洩検知溝を有し、第二流体が流れる第二流路を構成する配管と、を備え、
前記第二流路は、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、
前記漏洩検知溝が、前記波形状部の頂部に配設されていることを特徴とする熱交換器。
【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、この種の熱交換器は、２種類の流体（例えば、水と冷媒）の間で熱交換を行うために使用され、箱体の内部に形成されて第一流体が流れる第一流路と、第一流路の内部に配設されて第二流体が流れる第二流路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来の熱交換器を示すものである。図５に示すように、熱交換器１００は、第一流体が流れる矩形状の第一流路１０１を形成する箱体１０２と、第一流路１０１内に配置された配管ユニット１０３とを備え、配管ユニット１０３は複数の波形状の第二流路１０４ａ、１０４ｂとから構成される。第二流路１０４ａ、１０４ｂは、第一流体の流れ方向に直交する一の面から見て複数箇所で互いに交差するように配置されている。
【０００４】
第一流体は、第一流路１０１の内部を、第二流路１０４ａ、１０４ｂとの間の空間を縫うように流れる。これにより第一流体は三次元的に流れ、上下左右に流れる方向が変化する複雑な流れが誘起される。よって、第二流路１０４ａ、１０４ｂの周りに温度境界層が発達することを抑制して、熱交換効率を向上させることができる。また、第一流路１０１の全長に対して第二流路１０４ａ、１０４ｂの全長を大きくして、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】国際公開第２００７／１０８２４０号
【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、波形状の第二流路を加工する際に、第二流路の頂部が偏肉するため、偏肉した頂部においては腐食が進行しやすく、腐食の進行により第二流路に貫通孔が形成されると、貫通孔を介して第一流体と第二流体とが混合してしまう場合がある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、第一流体と第二流体の混合を予防することが可能な信頼性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るとともに漏洩検知溝を有し、第二流体が流れる第二流路を構成する配管と、を備え、前記第二流路は、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、前記漏洩検知溝が、前記波形状部の頂部に配設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、第二流路を構成する配管に貫通孔が形成されて第一流体と第二流体とが混合してしまう前に、配管に孔が形成されて第一流体または第二流体が漏洩していることを検知することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第二流路に貫通孔が形成される前に孔の存在を検知して、第一流体と第二流体の混合を予防することが可能な信頼性に優れた熱交換器を提供することができる。
【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におけるＡ−Ａ断面図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図とその部分拡大図
【図４】同熱交換器の第二流路の断面形状を示す拡大断面図
【図５】従来の熱交換器の概略構成を示す上面図
【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るとともに漏洩検知溝を有し、第二流体が流れる第二流路を構成する配管と、を備え、前記第二流路は、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、前記漏洩検知溝が、前記波形状部の頂部に配設されていることを特徴とする熱交換器である。
【００１３】
これにより、第二流路を加工した際に偏肉が生じる波形状部の頂部に、腐食等によって孔が形成された場合でも、第二流路に貫通孔が形成される前に、漏洩検知機能によって孔開きを検知できるので、第一流体と第二流体の混合を未然に防止することができ、熱交換器の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（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、図３は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。
【００１６】
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。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を構成する配管は、第一流路１の内部に２本配置されている。
【００１７】
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説明する。
【００１８】
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４側から流出する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
第一流路１は、図２、図３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。なお第一流路１は、サーペンタイン状以外にも、渦巻状に形成されていてもよい。これにより、熱交換器を小型化することができる。
【００２２】
第二流路２を構成する２本の配管２ａ、２ｂは、図２、図３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。
【００２３】
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１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。
【００２４】
また、配管２ａ、２ｂは、図３に示すように、第二流体が通る内管２ｄと、腐食等により配管２ａ、２ｂに孔が形成された場合に、第一流体または第二流体が流れる漏洩検知溝５を有する外管２ｅとの二重構造となっている。すなわち、内管２ｄの外側に外管２ｅが密着して、内部に漏洩検知溝５が形成された二重構造の配管２ａ、２ｂが構成されている。配管２ａ、２ｂに孔が形成された場合、第一流体または第二流体が漏洩検知溝５に流入する。漏洩検知溝５の内部の圧力は圧力センサ（図示せず）によって検出され、制御部（図示せず）は、圧力センサの検出値に基づき、漏洩検知溝５に流体が流入していることを検知して、配管２ａ、２ｄに孔が形成されていると判断する。これにより、漏洩検知機能が発揮される。
【００２５】
なお、漏洩検知機能は、漏洩検知溝５と圧力センサとの組み合わせに限定されない。例えば、第二流体（冷媒）が漏洩検知溝５に流入した場合には、冷媒回路の内部を循環する冷媒の量が次第に減少する。この冷媒量の減少を直接的または間接的に検知して、漏洩していると判断することができる。この場合、冷媒回路の内部を循環する冷媒量が減少すると、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が上昇しやすく、これに伴い、圧縮機の吐出温度も上昇しやすくなる。よって、圧縮機の吐出温度に閾値を設け、膨張弁の開度を増大させているにも関わらず吐出温度が閾値を超えている場合には、制御部が、漏洩が生じていると判断するようにしてもよい。また、冷媒回路に冷媒の圧力を検出する圧力センサを設け、冷媒回路の内部の冷媒量の減少に起因して冷媒回路の内部の圧力が減少することを圧力センサによって検出し、制御部が、圧力センサの検出値に基づき、漏洩が生じていると判断するようにしてもよい。
【００２６】
以上のように、漏洩検知溝５に流体が流れていることを直接的又は間接的に検出することで、漏洩検知機能が発揮される。
【００２７】
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形成されていてもよい。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。
【００２８】
ここで、本実施の形態の熱交換器のように、第二流路２に波形状部２ｃを設けるために、配管２ａ、２ｂをプレス加工等した場合、図２、図３に示すように、頂部２ｆの肉厚Ｔ１はその周囲の肉厚Ｔ２と比較して薄くなり、腐食等の進行によって、頂部２ｆに孔が形成される可能性が高くなる。
【００２９】
そこで本実施の形態の熱交換器では、図３に示すように、第二流路２の頂部２ｆに位置する配管２ａ、２ｂの内部に漏洩検知機能を構成する漏洩検知溝５を配設することで、腐食等によって孔が形成された場合に、孔の存在をより早く検知できるようにしている。これにより、第二流路２に貫通孔が形成される前に孔の存在を検知して、第一流体と第二流体とが混合されることを未然に防止することができる。
【００３０】
なお、頂部２ｆとは、図２および図４に示すように、配管２ａ、２ｂが長径方向において互いに最も近接する箇所、または、配管２ａ、２ｂが長径方向において第一流路１に最も近接する箇所における、上部または下部を指す。このとき、漏洩検知溝５は、図４に示すように、配管２ａ、２ｂの断面の中心を通る長径方向の線分上に形成されていることが好ましい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態においては、第二流路２の波形状の頂部２ｆに漏洩検知機能を構成する漏洩検知溝５を配設したことで、第二流路２を加工した際に偏肉する頂部２ｆに腐食等によって孔が形成された場合でも、漏洩検知溝５によって孔の存在を検知でき、第一流体と第二流体の混合を未然に防止して、熱交換器の信頼性を向上することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
以上のように、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、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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、本実施の形態の熱交換器は、第二流路２の波形状の頂部２ｆに漏洩検知機能を構成する漏洩検知溝５を配設することで、第二流路２を加工した際に偏肉する頂部２ｆに腐食等によって孔が形成された場合でも、漏洩検知溝５によって孔の存在を検知でき、第一流体と第二流体の混合を未然に防止して、熱交換器の信頼性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、第二流路に生じた孔が形成されたことを、孔が貫通孔となる前に検知して、第一流体と第二流体との混合を予防す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】
【００３９】
１  第一流路
２  第二流路
２ａ、２ｂ  配管
２ｃ  波形状部
２ｄ  内管
２ｅ  外管
２ｆ  頂部
３  入口ヘッダ
４  出口ヘッダ
５  漏洩検知溝
【図１】
2015021699.tif 000003
【図２】
2015021699.tif 000004
【図３】
2015021699.tif 000005
【図４】
2015021699.tif 000006
【図５】
2015021699.tif 000007