(57)【要約】【課題】  個々の熱交換器同士の間で伝熱性能を安定させ、疲労破壊しにくく、かつ、十分な伝熱性能を得る、【解決手段】  芯管２０が、その外周に管内方側へ凹む１条のガイド溝３１が螺旋状に形成されたスクリュー部分３０を有するようにする。冷媒管５０を、スクリュー部分３０においてはガイド溝３１内に収容されるようにして芯管２０に巻き付ける。芯管２０が、スクリュー部分３０の両端側に連続するとともにガイド溝３１が形成されていない平滑部分４０，４０を有するようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が内部を流動する芯管の外周に、冷媒が内部を流動する少なくとも１本の冷媒管が螺旋状に巻き付けられた熱交換器であって、
前記芯管は、その外周に管内方側へ凹む少なくとも１条のガイド溝が螺旋状に形成されたスクリュー部分を有していて、前記冷媒管は、前記スクリュー部分においては前記ガイド溝内に収容されるようにして前記芯管に巻き付けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記芯管は、前記スクリュー部分の両端側に連続するとともに前記ガイド溝が形成されていない平滑部分を有し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、流体が流動する芯管と冷媒が流動する冷媒管との間で熱交換を行う熱交換器、例えばヒートポンプ式給湯器に用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような熱交換器としては、特許文献１に開示されているようなものが知られている。この熱交換器は、水が内部を流動する芯管と冷媒が内部を流動する冷媒管とを備え、芯管の外周に対して冷媒管が螺旋状に巻き付けられるようにして構成されたものであり、従来の漏洩検知溝の付いた三重管構造に対して構成の簡略化を図っている。
【特許文献１】特開２００２−２２８３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された熱交換器における芯管は、その全長に亘って外周面が平滑である平滑部分とされている。そのため、このような平滑部分である芯管の外周に対して冷媒管を螺旋状に巻き付けるときに、冷媒管の巻ピッチを略一定に保つことが困難であった。これにより、製造される個々の熱交換器についての冷媒管の巻き付け具合にバラツキが生じやすくなり、ひいては個々の熱交換器同士の間で伝熱性能が安定しなくなるという問題があった。
【０００４】
また、同じく芯管が全長に亘って平滑部分とされていることから、芯管の外周に冷媒管を巻き付ける際に、この冷媒管が扁平しやすいという問題もあり、冷媒管の扁平が大きい場合には、運転中において冷媒管の側面から疲労破壊に至るおそれがあった。このような傾向は、冷媒管の内部を流動させる冷媒として、高圧状態となる二酸化炭素を選択したときに顕著になってしまう。
【０００５】
さらには、平滑部分である芯管の外周面と冷媒管の外周面とは略線接触しているだけの状態となってしまうので、芯管と冷媒管との互いの接触面積を大きく確保することができず、十分な伝熱性能を得ることができないという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、個々の熱交換器同士の間で伝熱性能を安定させ、疲労破壊しにくく、かつ、十分な伝熱性能を得ることが可能な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】
【０００７】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による熱交換器は、流体が内部を流動する芯管の外周に、冷媒が内部を流動する少なくとも１本の冷媒管が螺旋状に巻き付けられた熱交換器であって、前記芯管は、その外周に管内方側へ凹む少なくとも１条のガイド溝が螺旋状に形成されたスクリュー部分を有していて、前記冷媒管は、前記スクリュー部分においては前記ガイド溝内に収容されるようにして前記芯管に巻き付けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱交換器によれば、冷媒管を芯管の外周に巻き付けるときに、芯管のスクリュー部分に予め形成されたガイド溝に沿うようにして冷媒管が巻き付けられることになるから、この巻き付けられた冷媒管の巻ピッチが略一定に保たれやすい。そのため、個々の熱交換器についての冷媒管の巻き付け具合にバラツキが生じにくく、個々の熱交換器同士の間で伝熱性能を安定させることができる。
【０００９】
また、同じく冷媒管を芯管の外周に巻き付けるときに、冷媒管がガイド溝内にちょうど収容されることから、この冷媒管に無理な力が加わることがなくなって、冷媒管の扁平化を抑制することができるので、たとえ冷媒管の内部に高圧状態の二酸化炭素を流動させたとしても、冷媒管の疲労破壊が生じにくい。
【００１０】
さらに、冷媒管がガイド溝内にちょうど収容されることによって、芯管と冷媒管との接触面積の増大が図られるので、十分な伝熱性能を得ることができる。これに加えて、芯管におけるスクリュー部分の内周には、ガイド溝に対応する凸条部が形成されるので、芯管の内部を流動する流体を攪拌する効果を得ることもでき、伝熱性能のさらなる向上を見込むことができる。
【００１１】
また、本発明において、前記芯管は、前記スクリュー部分の両端側に連続するとともに前記ガイド溝が形成されていない平滑部分を有していることが好ましく、このような構成とすることによって、芯管を他の配管に対して接続するときの容易性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による熱交換器１０は、図１に示すように、例えば銅からなる太管である１本の芯管２０の外周に対して、例えば銅からなる細管である１本の冷媒管５０が螺旋状に巻き付けられることによって構成されている。
【００１３】
芯管２０は、その長手方向の中央部分を構成しているスクリュー部分３０と、長手方向の両端部分をそれぞれ構成している平滑部分４０，４０とを有しており、一対の平滑部分４０，４０のそれぞれは、スクリュー部分３０の両端側のそれぞれに連続させられている。
【００１４】
芯管２０のスクリュー部分３０の外周には、管内方側へ凹む１条のガイド溝３１が螺旋状に形成されており、ガイド溝３１がなす螺旋のピッチはスクリュー部分３０の略全長に亘って略一定とされている。また、スクリュー部分３０の外周にガイド溝３１が形成されていることにより、スクリュー部分３０の内周には、螺旋状のガイド溝３１に対応する螺旋状の凸条部３２が形成されることとなる。
【００１５】
一方、芯管２０の平滑部分４０，４０の外周には、スクリュー部分３０の外周に形成されたようなガイド溝３１が形成されていることはなく、これら平滑部分４０，４０のそれぞれは、その略全長に亘って外周面が略平滑となるように形成されている。
【００１６】
そして、芯管２０の外周に巻き付けられた１本の冷媒管５０は、芯管２０におけるスクリュー部分３０では、このスクリュー部分３０に形成された１条のガイド溝３１内にちょうど収容されるようにしてスクリュー部分３０を周回するようになっている。
【００１７】
ここで、スクリュー部分３０のガイド溝３１内に収容された冷媒管５０は、冷媒管５０全体がガイド溝３１内に位置させられており、あたかも冷媒管５０がガイド溝３１内に埋没させられているようになっている。
【００１８】
また、ガイド溝３１内に収容された冷媒管５０は、その外周面の略半分程度がガイド溝３１の壁面、つまり、芯管２０の外周面に面接触させられている。換言すれば、ガイド溝３１は、冷媒管５０をちょうど収容できるように湾曲した壁面を有する凹溝状をなすように形成されているのである。
【００１９】
なお、芯管２０の外周に巻き付けられた冷媒管５０は、例えばロウ付けやハンダ付けなどの接合手段によって芯管２０に対して接合されている。
【００２０】
このような構成とされた熱交換器１０は、例えば、芯管２０の内部に水を流動させるとともに、冷媒管５０の内部に冷媒としての二酸化炭素を流動させることによって、芯管２０内を流動する水と、冷媒管５０内を流動する二酸化炭素との間で熱交換を行うようになっている。
【００２１】
以上説明したような本実施形態による熱交換器１０によれば、冷媒管５０を芯管２０の外周に巻き付けるときに、芯管２０のスクリュー部分３０に予め略一定ピッチで形成されたガイド溝３１に沿うようにして冷媒管５０を巻き付ければよいことから、この巻き付けられた冷媒管５０の巻ピッチを容易に略一定に保つことができる。
したがって、個々の熱交換器１０についての冷媒管５０の巻き付け具合にバラツキが生じにくくなり、個々の熱交換器１０同士の間で伝熱性能を安定させて、非常に安定した品質の熱交換器１０を得ることが可能となる。
【００２２】
また、同じく冷媒管５０を芯管２０の外周に巻き付けるときに、冷媒管５０がガイド溝３１内にちょうど収容されることから、通常の平滑な芯管に冷媒管を巻き付けるときとは異なり、この冷媒管５０に無理な力が加わることがなくなる。
そのため、冷媒管５０の扁平化を抑制することが可能となるので、たとえ冷媒管５０の内部に高圧状態の二酸化炭素を流動させる場合であったとしても、冷媒管５０の疲労破壊が生じにくくなる。
【００２３】
さらに、冷媒管５０がガイド溝３１内にちょうど収容されることにより、冷媒管５０の外周面の略半分程度が芯管２０の外周面と面接触するので、芯管２０と冷媒管５０との接触面積の増大を図って、十分な伝熱性能を得ることができる。
加えて、スクリュー部分３０の外周にガイド溝３１を形成したことによって、芯管２０におけるスクリュー部分３０の内周に、ガイド溝３１に対応した凸条部３２が形成されているので、芯管２０の内部を流動している水を攪拌して、この水に乱流を起こさせることができ、伝熱性能のさらなる向上を見込むことが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態において、芯管２０がその両端部分に上述したような平滑部分４０，４０を有していることから、この芯管２０を他の配管に対して接続するときの接続性を阻害することがなくなり、その接続の容易性を確保することができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、芯管２０のスクリュー部分３０には１条のガイド溝３１を形成するとともに、この１条のガイド溝３１に沿って１本の冷媒管５０を巻き付けるようにしたが、例えば、スクリュー部分３０に複数条のガイド溝３１…を形成するとともに、これら複数条のガイド溝３１…に沿って複数本の冷媒管５０…を巻き付けるようにしても構わない。
【００２６】
また、本実施形態においては、冷媒管５０の内部を流動する冷媒として二酸化炭素を用いているが、これに限定されることなく、一般的な他の冷媒を用いてもよいし、芯管２０の内部を流動する流体についても、水だけに限定されることなく、例えば空気や油などの一般的に考えられる他の流体を用いてもよい。
ただし、冷媒管５０の内部を流動する流体については、上述した二酸化炭素のように高圧状態に維持される場合において、本発明が冷媒管５０の疲労破壊の抑制に顕著な効果を発揮する。
【００２７】
また、本実施形態において、芯管２０と冷媒管５０とを構成する材料して、銅を選択しているが、この銅だけに限定されることはなく、例えば、銅合金やＳＵＳなど一般的な熱交換器に用いられる材料を適宜選択すればよい。
ただし、材料の選択に際して、芯管２０のスクリュー部分３０にガイド溝３１を形成するときの加工性や、芯管２０の外周に巻き付けられる冷媒管５０の柔軟性は考慮されるべきである。
【００２８】
また、本実施形態においては、芯管２０を、図面に示したように、直管状のものとしているが、これに限定されることはなく、必要に応じて湾曲した芯管２０を用いたり、コイル状の芯管２０を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態による熱交換器を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  熱交換器
２０  芯管
３０  スクリュー部分
３１  ガイド溝
３２  凸条部
４０  平滑部分
５０  冷媒管
【図１】
2005164166.tif 000003