(57)【要約】【課題】水と冷媒とを熱交換させて水を加熱する熱交換器において、温水が接触する部分にスケールが付着せず、熱交換性能が低下しない熱交換器を提供する。【解決手段】水と冷媒を熱交換する熱交換部１と、水を熱交換部１に流入する水流入管６ａと、冷媒で熱交換された水を熱交換部１から流出する水流出管６ｂと、冷媒を熱交換部１に流入する冷媒流入管９ａと、水で熱交換された冷媒を熱交換部１から流出する冷媒流出管９ｂとを備える熱交換器１０であって、水流入管６ａおよび水流出管６ｂの少なくとも一方の管が、その一部に管軸方向に沿って１組の扁平面が形成された扁平部７を有し、扁平部７を挟んでＮ極とＳ極が対向するように扁平面に磁場発生手段Ｍが設置され、磁場発生手段Ｍの磁束密度が３０００ガウス以上であることを特徴とする。【選択図】図１
2007263469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と冷媒を熱交換する熱交換部と、前記水を前記熱交換部に流入する水流入管と、前記冷媒で熱交換された水を前記熱交換部から流出する水流出管と、前記冷媒を前記熱交換部に流入する冷媒流入管と、前記水で熱交換された冷媒を前記熱交換部から流出する冷媒流出管とを備える熱交換器であって、
前記水流入管および前記水流出管の少なくとも一方の管が、その一部に管軸方向に沿って１組の扁平面が形成された扁平部を有し、
前記扁平部を挟んでＮ極とＳ極が対向するように前記扁平面に磁場発生手段が設置され、
前記磁場発生手段の磁束密度が３０００ガウス以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記扁平部の内表面に多数のフィンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記扁平部の内表面に磁性を有する金属または合金の皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２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、水と冷媒を熱交換させ、特に、給湯、床暖房等の用途に使用される熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、超臨界状態の二酸化炭素冷媒やフロン系冷媒により水が加熱される熱交換器が実用化され、給湯、床暖房等の用途に多用されるようになってきた。このような熱交換器は、貯湯タンクに貯めた水を熱交換部で加熱し、加熱された水は温水となって再び貯湯タンクに戻り、また、給湯の際には、貯湯タンクから温水が供給される。
【０００３】
このような熱交換器においては、水は循環して加熱されるため、貯湯タンク内の水に含まれる炭酸化合物が濃縮され、通常のガス式の瞬間湯沸器に比べ、熱交換部、配管（水流入管、水流出管）及び貯湯タンクの内部に炭酸カルシウムを主体とするスケールが付着しやすくなるという問題があった。また、熱交換器の設置スペースが限定されることが多く、限られた体積でできるだけ高温の水を得られるよう、加熱される水の流速は一般に小さく設計されている。このため、熱交換器の水と接触する部分に炭酸カルシウムまたはこれを主体とするスケールが付着しやすくなる。
【０００４】
さらに、炭酸カルシウムの水への溶解度は水温が高いほど低下するため、水温が高くなる部分において炭酸カルシウムが特に析出しやすい。このため、水温が高温になる部分ほどスケール付着が発生しやすくなる。そして、一旦スケールが付着した部分では、付着したスケールの温度が高いこと、水の流速が小さいこと等からスケールの更なる付着が進み、スケールが厚く成長してしまう。このように形成されたスケールにより、熱交換効率の低下、配管における水通路の断面積減少による流通水量の低下、ポンプ圧の上昇、ポンプの消費電力増大等の問題が発生するため、熱交換器におけるスケール付着性の改善が求められている。
【０００５】
従来、水を冷却媒体または加熱媒体として循環して用いる熱交換器においては、炭酸カルシウム系スケールの防止のため、マレイン酸、アクリル酸、イタコン酸などを重合したカルボキシル基を有する重合体等のスケール防止剤が循環水に添加されている。
【０００６】
一方、飲用や風呂用の給湯水を加熱する熱交換器においては、その性質上、スケール防止剤を添加することができない。そのため、スケール防止剤の添加以外のスケール付着防止方法として、特許文献１では、熱交換器内面へのフロロシリコンまたはフッ素樹脂を被覆することが記載されている。また、特許文献２では、二重管式熱交換器において、外管の曲げ半径を該外管の内径の３倍以上とすることにより、スケールによる管の閉塞までの期間を延長することが記載されている。さらに、特許文献３では、冷却水が流通する管内にねじり板を回転自在に設け、該ねじり板により形成される乱流により、スケール付着を防止することが記載されている。
【特許文献１】特開昭６１−１４９７９４号公報（第２頁右上欄５行〜１７行）
【特許文献２】特開２００５−６９６２０号公報（段落００１５）
【特許文献３】実開平２−１０９１９０号公報（第３頁１７行〜第４頁５行、第１図、第５図）
【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、特許文献１に記載の発明は、自動車のラジエーターのスケール付着を防止するためになされたものであり、炭酸カルシウムを主体とするスケールの防止に対しては効果がないものである。また、特許文献２に記載の発明は、スケール付着を積極的に防止するものではなく、スケールが付着することを前提として熱交換器の使用可能期間の延長を図るものである。実際には、水温が高くなる部分に炭酸カルシウムを主体とするスケールの付着が避けられず、それによる熱交換性能の低下、流通水量の低下等を防止することは難しい。さらに、特許文献３に記載の発明は、管内に回転可能なねじり板を設置するものであるが、二重管式伝熱管、管に曲がり部がある場合、管の内径が小さい場合には適用できず実用的ではない。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、水と冷媒とを熱交換させて水を加熱する熱交換器において、温水が接触する部分にスケールが付着せず、熱交換性能が低下しない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】
【０００９】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、水と冷媒を熱交換する熱交換部と、前記水を前記熱交換部に流入する水流入管と、前記冷媒で熱交換された水を前記熱交換部から流出する水流出管と、前記冷媒を前記熱交換部に流入する冷媒流入管と、前記水で熱交換された冷媒を前記熱交換部から流出する冷媒流出管とを備える熱交換器であって、前記水流入管および前記水流出管の少なくとも一方の管が、その一部に管軸方向に沿って１組の扁平面が形成された扁平部を有し、前記扁平部を挟んでＮ極とＳ極が対向するように前記扁平面に磁場発生手段が設置され、前記磁場発生手段の磁束密度が３０００ガウス以上である熱交換器として構成したものである。
【００１０】
このように構成すれば、水流入管および水流出管の少なくとも一方の管に、管の扁平部を挟んで磁場発生手段が設置されていることによって、管内部を流れる水に直角方向の磁場が作用し、熱交換器内部を循環する水に磁場が付与される。それにより、循環する水にＣａ2+、およびＣＯ32-イオンが含まれていても、水に可溶であるＣａ（ＨＣＯ３)が生成し、スケールの原因であるＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）の生成が防止される。その結果、炭酸カルシウムを主体とするスケールの熱交換器内部への付着が抑制される。また、熱交換部へ磁場発生手段を設置する必要がなくなるため、熱交換部の設計の自由度が高くなる。
【００１１】
請求項２の発明は、前記扁平部の内表面に多数のフィンが形成されている熱交換器として構成したものである。
このように構成すれば、扁平部の内表面にフィンが形成されていることによって、フィン先端間に磁場が発生し、磁場のＮ極とＳ極との間の距離が短くなり、熱交換器内部を循環する水に付与される磁場が強くなる。
【００１２】
請求項３の発明は、前記扁平部の内表面に磁性を有する金属または合金の皮膜が形成されている熱交換器として構成したものである。
このように構成すれば、扁平部の内表面に形成された皮膜の磁性によって、扁平部の内部の磁場の減衰が少なくなり、熱交換器内部を循環する水に付与される磁場が強くなる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る熱交換器においては、水と冷媒とを熱交換させる熱交換部に水を流入する水流入管、および、熱交換された水を熱交換部から流出する水流出管の少なくとも一方の管に扁平部を設け、その扁平部を挟んで磁束密度が３０００ガウス以上の磁場発生手段を設置することによって、水と冷媒とを熱交換させる熱交換部、水流出管、熱交換された水（温水）を貯留する貯湯タンク等の温水が接触する部分へのスケール付着を半永久的に防止することが可能になる。
【００１４】
また、水と冷媒とを熱交換させる熱交換部は、熱交換器の形式により二重管形式、冷媒管と水管とを接触させる形式、冷媒管と内部を水が流れる箱体とを接触させる形式等、種々の形式があるが、これらの熱交換部に磁場発生手段を設置する必要がなく、例えば、水流入管に磁場発生手段を設置すればよいため、熱交換部の設計の自由度が高くなり、熱交換部（熱交換器）のコンパクト化に貢献する。
【００１５】
請求項２に係る熱交換器においては、磁場発生手段を設置する扁平部の内表面に多数のフィンが形成されていることによって、対向するフィン先端間の磁場が強くなり、スケール付着の防止効果がより一層大きくなる。
【００１６】
請求項３に係る熱交換器においては、磁場発生手段を設置する扁平部の内表面に磁性を有する金属または合金の皮膜が形成されていることによって、水に付与される磁場の影響を強くするため、スケール付着の防止効果がより一層大きくなる。
【００１７】
また、本発明の熱交換器においては、熱交換部および水流出管のスケール付着を有効に防止することができると共に、貯湯タンクでのスケール付着も防止されるため、長期間使用による熱交換効率の低下、水通路の断面積減少による流通水量の低下、ポンプ圧の上昇、ポンプの消費電力増大等の問題の発生が防止され、省エネルギーに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の熱交換器を使用した給湯システムを模式的に示す図、図２（ａ）は水流入管（水流出管）の管軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線における端面図、（ｃ）は扁平部の他の形態を示す管軸方向に沿った断面図、図３（ａ）は扁平部の他の形態を示す管軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２線における端面図、図４は図３（ｂ）のフィンの部分拡大図、図５（ａ）は熱交換部の一例を示す部分破断斜視図、（ｂ）は（ａ）の小径管の他の形態を示す管軸直交断面図、図６（ａ）は熱交換部の他の形態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３線における端面図、図７（ａ）、（ｂ）は巻回部を有する熱交換部の斜視図である。
【００１９】
＜熱交換器＞
図１に示すように、本発明の熱交換器１０は、例えば、給湯システム３０に使用されるもので、水ユニット２１の貯湯タンク２３から供給される水を、冷媒ユニット２２から供給される冷媒（図１ではＣＯ2）との熱交換によって湯（温水）となし、その湯（温水）を貯湯タンク２３に戻している。
【００２０】
熱交換器１０は、熱交換部１と、水流入管６ａと、水流出管６ｂと、冷媒流入管９ａと、冷媒流出管９ｂとを備えるものである。以下、各構成について説明する。
【００２１】
（１）熱交換部
本発明の熱交換器１０に適用できる熱交換部１には、以下のような形態のものがあるが、冷媒により水が加熱される形式の熱交換部であれば形態を問わず適用が可能である。なお、水と熱交換する冷媒としては二酸化炭素（ＣＯ2）、フロン系冷媒等がある。
【００２２】
（二重管式熱交換部）
図５（ａ）に示すように、大径管２の内部に小径管３Ａが挿入され、大径管２内を流れる媒体Ｗ（水）と小径管３Ａ内を流れる冷媒Ｘとが熱交換する形式の熱交換部１Ａであり、冷媒として超臨界のＣＯ２等を使用する場合、小径管３Ａ内にＣＯ２を流通させ、大径管２内（小径管３Ａの外側の領域）に水を流通させることが通常行われる。
【００２３】
熱交換部１Ａの伝熱量を大きくするには、小径管３Ａの数を２本以上とすること、大径管２内を流れる媒体Ｗと小径管３Ａ内を流れる冷媒Ｘの流れの向きを逆向き（対向流）にすることが望ましい。また、図示しないが、小径管３Ａの内側または／および大径管２の内側に直線状／らせん状などの溝を設ける、小径管３Ａの外側に直線状またはらせん状のフィンを設ける、大径管２または／および小径管３Ａをコルゲート管にする等の方法により、管内の面積を増加させ、熱伝達を促進させてもよい。さらに、図示しないが、大径管内にバッフル材等を挿入して、流体（媒体Ｗ）の流れを乱すことにより、熱伝達を促進させてもよい。
【００２４】
また、腐食などにより小径管内が破れた場合は、管内の流体が大径管内の流体と混じり合うことから、これを避けるには小径管を検知構造を有する二重構造とすることが好ましい。具体的には、図５（ｂ）に示すように、外管３ａの内側に、外管３ａより小さい外径を有する内管３ｂを、空間部４が形成されるように嵌合した小径管３Ｂとすることが好ましい。また、空間部４を形成するために、外管３ａの内側または／および内管３ｂの外側に直線状／らせん状などの溝を設けることが好ましい。
なお、上記構成において、大径管２内と小径管３Ａ、小径管３Ｂ（内管３ｂ）内の流体を逆に、すなわち、大径管２内に冷媒Ｘ、小径管３Ａ（内管３ｂ）内に媒体Ｗを流してもよい。
【００２５】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、大径管２の少なくとも一部にらせん状に巻回した巻回部５Ａ、渦巻状に巻回した巻回部５Ｂ等を設けて、熱交換部１Ａのスペースを節約してもよい。なお、巻回部５Ａ、５Ｂの巻回軸Ｙに対して直交する断面形状は、円形形状（図７（ａ）参照）、直線路とその直線路の両側に形成された半円状の湾曲路とからなる小判形状（図７（ｂ）参照）であることが好ましい。
【００２６】
（冷媒管と水管が接触する形式の熱交換部）
この形式の熱交換部は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような大径管２の外側に設けた溝に小径管３Ｃが嵌合されている熱交換部１Ｂ、図示しないが大径管の外側に小径管がろう付けされている熱交換部等である。冷媒として超臨界のＣＯ２等を使用する場合、小径管３Ｃ内にＣＯ２を流通させ、大径管２内（小径管３Ｃの外側の領域）に水を流通させることが通常行われる。
【００２７】
熱交換部１Ｂの伝熱量を大きくするには、小径管３Ｃの数を２本以上とすること、大径管２内を流れる水と小径管３Ｃ内を流れる冷媒の流れの向きを逆向き（対向流）にすることが好ましい。また、図示しないが、小径管３Ｃの内側または／および大径管２の内側に直線状／らせん状などの溝を設ける等の方法により、管内の面積を増加させ、熱伝達性を促進させてもよい。また、図示しないが、大径管内にバッフル材等を挿入して、水の流れを乱すことにより、熱伝達を促進させてもよい。さらに、大径管２と小径管３Ｃの接触を長くして伝熱面積を増大させるために、大径管２の外側に小径管３Ｃをらせん状に配置することが好ましい。そして、前記した熱交換部１Ａと同様に、熱交換部１Ｂの大径管２の少なくとも一部にらせん状、渦巻状等の巻回部を有することが、熱交換部１Ｂのスペース節約のために好ましい。
【００２８】
（箱型筐体と前記箱型筐体に管が接触する形式の熱交換部）
この形式の熱交換部は、図示しないが、例えば、箱型筐体に適当な寸法の管を巻き付けてろう付けし、箱型筐体内に水、管内に冷媒を流す組合せのものがある。また、箱型筐体内にバッフル材等を設けて、水の流路を定めてやるほうが熱交換効率が向上する。
【００２９】
前記した大径管２、小径管３Ａ、３Ｂ（外管３ａ、内管３ｂ）、３Ｃ、筐体には、熱伝導性、曲げ加工性、ろう付け性、水、冷媒、設置環境等に対する耐食性、耐圧強度等が求められることから、銅または銅合金を用いることが好ましい。即ち、無酸素銅、脱酸銅等の銅、またはＳｎ、Ｐ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ等より選択した元素を含み、前記特性を満足する銅合金より適当なものを選択してもよい。
【００３０】
（２）  水流入管、水流出管
水流入管は、熱交換器の熱交換部に水を流入するための配管であり、水流出管は、熱交換部で熱交換された水（湯）を熱交換部から流出するための配管である。例えば、図１に示すように、給湯システム３０において、水流入管６ａは、水ユニット２１の貯湯タンク２３、水道管（図示せず）等より熱交換部１（１Ａ、１Ｂ）に水を流入するための配管であり、水流出管６ｂは、熱交換された水（湯）を貯湯タンク２３に流出するための配管である。そして、水流入管６ａおよび水流出管６ｂは、熱交換部１（１Ａ、１Ｂ）の大径管２（図５、図６参照）、および、箱型筐体（図示せず）に接合されている。なお、水流入管６ａおよび水流出管６ｂの管形状は、大径管および箱型筐体と接合できれば特に限定されない。
【００３１】
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、水流入管６ａおよび水流出管６ｂは、その少なくとも一方の管が、その一部に管軸方向に沿って１組の扁平面７ａが形成された扁平部７を有する。熱交換部１（１Ａ、１Ｂ）の上流に設けられた水流入管６ａが扁平部７を有することが、スケール付着防止には有利である。扁平部７を設ける理由は、後記する磁場発生手段Ｍ（磁石等）と水流入管６ａまたは／および水流出管６ｂとの接触面積を増大させ、扁平部７の外面（扁平面７ａ）に設置した磁場発生手段ＭのＮ極とＳ極の間隔を小さくすることにより、より強い磁場が管内の水に伝わるようにするためである。
【００３２】
水流入管６ａおよび水流出管６ｂの材質としては、耐食性が必要であるため、銅、銅合金、ステンレス鋼等を使用することが好ましい。管の肉厚は、薄いほうが管内の磁場の減衰が少なく有利であり、管内の水圧、長時間使用後の肉厚減少を考慮して定めればよい。通常は、０．２〜１．５ｍｍ程度の厚さを採用すればよい。
【００３３】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、扁平部７Ａの幅Ｄ１と管軸方向の長さＬは大きいほうが、磁場発生手段Ｍの磁場が広くなる（大型の磁石を設置することができる）ため、スケール付着防止には有利である。水流入管６ａおよび水流出管６ｂの外径は通常７〜３０ｍｍ程度であり、これらの管の一部を、扁平部７Ａの幅Ｄ１が５〜１２ｍｍ、管内面の間隔Ｄ２が１〜１０ｍｍ程度になるように扁平化させればよい。なお、扁平部７Ａの長さＬは２０〜２００ｍｍ程度にすればよい。あるいは、前記寸法の扁平部７Ａを有する管を、ろう付け等の方法で水流入管６ａまたは／および水流出管６ｂに組み込んでもよい。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、扁平部７Ａは、平行に対面する扁平面７ａを有する形態が好ましい。しかしながら、管内の水に十分な磁場が付与されれば、図２（ｃ）に示すように、扁平面７ａが管軸方向に沿って傾斜した、すなわち、扁平部７Ａの外径が水（媒体Ｗ）の流れ方向に拡大または縮小した形態であってもよい。
【００３５】
図１に示すように、扁平部７に磁場発生手段Ｍを設置した際、扁平部内部の磁力線は最短距離を結ぶような軌跡を描くため、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、扁平部７Ｂの内表面に多数のフィン７ｂを設けておくと、管内の磁場が強くなり、スケール付着防止に有利である。フィン７ｂは、例えば内面溝付管を転造する方法で形成すればよい。
【００３６】
図４に示すように、フィン７ｂの管内面よりのフィン高さｈは０．１〜１．０ｍｍ程度とすればよい。フィン高さｈが０．１ｍｍ未満ではフィン７ｂを設けることによるスケール付着防止効果が小さく、フィン高さｈが１．０ｍｍを超えると、特に管内面のフィン先端間の距離が小さい場合、水の流動に対する圧力損失が大きくなる。フィン先端のピッチＰｆは、フィン数ｎ、フィン高さｈ、底肉厚Ｔ、管外径Ｄ（扁平部７を形成する前の管外径）とすると、ピッチＰｆ＝π×（Ｄ−２×ｈ−２×Ｔ）／ｎ）で定義され、０．２〜３ｍｍ程度でよい。フィン先端のピッチＰｆが３ｍｍを超えると、フィン７ｂを設けることによるスケール付着防止効果が小さく、フィン先端のピッチＰｆが０．２ｍｍ未満であると、特に管内面のフィン先端間の距離が小さい場合、水の流動に対する圧力損失が大きくなる。フィン７ｂ間に形成される溝７ｃの底肉厚Ｔは、薄いほうが管内の磁場の減衰が少なく有利である。また、溝７ｃのリード角θ（図３（ａ）参照）は磁気的にはあまり大きな影響を及ぼさず、０〜４５°の範囲より適当な値を選定すればよい（θ＝０°は管軸に平行な溝を意味する）。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、扁平部７Ａ内表面に磁性を有する金属または合金の皮膜８を形成すると、管内の磁場の減衰が少なく、スケール付着防止に更に有利である。前記金属または合金は、耐食性がよい強磁性体より選択すればよく、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ等より選択すればよい。なお、図３（ｂ）に示すように、扁平部７Ｂ内部に多数のフィン７ｂ（溝７ｃ）を形成した場合にも、フィン７ｂおよび溝７ｃの表面に磁性を有する皮膜（図示せず）を形成することが好ましい。
【００３８】
（３）冷媒流入管、冷媒流出管
冷媒流入管は、熱交換器の熱交換部に冷媒を流入するための配管であり、冷媒流出管は、熱交換された冷媒を熱交換部から流出するための配管である。例えば、図１に示すように、給湯システム３０において、冷媒流入管９ａは、冷媒ユニット２２の圧縮器２５より熱交換器１０に冷媒を流入するための配管であり、冷媒流出管９ｂは、熱交換された冷媒を膨張弁２６に流出するための配管である。そして、冷媒流入管９ａおよび冷媒流出管９ｂは、熱交換部１（１Ａ、１Ｂ）の小径管３Ａ、３Ｂ、３Ｃ（図５、図６参照）に接合されている。なお、冷媒流入管９ａおよび冷媒流出管９ｂの管形状は、小径管３Ａ、３Ｂ、３Ｃと接合できれば特に限定されない。
【００３９】
（４）磁場発生手段
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁場発生手段Ｍは、扁平部７Ａを挟んでＮ極とＳ極が対向するように扁平面７ａに設置されている。磁場発生手段Ｍは、磁場を発生するものであれば特に限定されず、永久磁石、電磁コイル（電磁石）が好ましい。磁場発生手段Ｍの設置方法は、扁平面７ａと隙間なく設置されていることが好ましいので、万力等で扁平面７ａに固定する。
【００４０】
磁場発生手段Ｍの磁束密度は、３０００ガウス（０．３テスラ）以上である必要がある。管内を流れる水に磁気を照射すると、スケール付着の防止に有効であることが知られている。本発明の水と冷媒とを熱交換させる熱交換器においては、一般に水の流速が小さいこと、また貯湯タンクの温水が循環して加熱される場合は水に含まれるＣａやＳｉ濃度が高くなり、水温も高いことから、通常の水配管に比べてスケールが一層付着しやすくなる。したがって、磁束密度が３０００ガウス（０．３テスラ）未満であると、長期間にわたり、スケール付着を防止することが難しいため、本発明においては、磁場発生手段の磁束密度を３０００ガウス（０．３テスラ）以上とした。
【００４１】
＜給湯システム＞
【００４２】
つぎに、本発明の熱交換器を給湯システムに使用した例を図１で説明する。熱交換器１０において、熱交換部１（１Ａ、１Ｂ）の大径管（図示せず）に水を流通させ、熱交換部１（１Ａ、１Ｂ）の小径管（図示せず）にＣＯ2を流通させる。ＣＯ2は、冷媒ユニット２２の蒸発器２４において大気熱を吸収した後、圧縮器２５により圧縮され、高温高圧の流体として、熱交換器１０の冷媒流入管９ａに送られる。冷媒流入管９ａを介して小径管に供給されたＣＯ2は、大径管内の水と熱交換して低温の流体となって冷媒流出管９ｂを介して冷媒ユニット２２の膨張弁２６に送られる。ＣＯ2は膨張弁２６により膨張し、蒸発器２４で再度吸熱する。一方、水ユニット２１の貯湯タンク２３の水は、ポンプＰで熱交換器１０の水流入管６ａに送られる。水流入管６ａに送られた水は、扁平部７に設置された磁場発生手段Ｍにより磁気が付与される。磁気が付与された低温の水は、水流入管６ａを介して大径管に供給され、小径管と接触することにより加熱され、高温の水（湯）となって、水流出管６ｂを介して水ユニット２１の貯湯タンク２３に戻る。ここで、熱交換器１０（熱交換部１）の内部を循環する水に磁気が付与されているため、温水と接触する熱交換部１、水流出管６ｂおよび貯湯タンク２３の内部にスケールが付着することが防止される。
【実施例】
【００４３】
本発明の実施例について説明する。
実施例（Ｎｏ．１〜６）として、以下の熱交換部、水流入管、水流出管、冷媒流入管、冷媒流出管および磁場発生手段を備える熱交換器を作製した。
【００４４】
＜熱交換部＞
熱交換部として、大径管の内部に小径管を３本配置した二重管式熱交換部（図５（ａ）参照）を作製した。なお、大径管の一部に内径２５０ｍｍのらせん状巻回部（図７（ａ）参照）を設けた。
【００４５】
（１）大径管
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、外径１５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ８ｍの平滑管を使用した。
【００４６】
（２）小径管
図５（ｂ）に示すように、外管と内管よりなる検知構造（空間部）を有する２重管を使用した。
【００４７】
（外管）
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、外径５．５ｍｍ、底肉厚（Ｔ）０．５ｍｍ、フィン高さ（ｈ）０．２５ｍｍ、溝数５０、溝リード角（θ）１８°、山頂角（δ）３５°、長さ８ｍの内面溝付管を使用した（溝形状は、図３（ａ）、図４に示す扁平部と同様である）。
【００４８】
（内管）
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、外径４．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ８ｍの平滑管を使用した。
【００４９】
＜水流入管＞
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、外径１５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ２ｍの平滑管を使用した。水流入管の長さ方向の中央部に、種々の寸法の扁平部を有する扁平状水管をろう付けした。次に、扁平状水管の扁平部に、Ｎ極とＳ極が扁平部を挟んで対向するように後記する磁場発生手段（永久磁石）を固定して磁気設置部とした。
【００５０】
（扁平状水管）
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、長さ２００ｍｍ、外径１５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの平滑管を準備した。次に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平滑管の中央部に幅（Ｄ１）５〜１２ｍｍ、長さ（Ｌ）１２０ｍｍの扁平部を加工した扁平状水管（Ｎｏ．１〜３）、さらに、扁平部加工後に管内表面に電気メッキにより厚さ１．５μｍのＮｉ皮膜を形成した扁平状水管（Ｎｏ．４）を作製した。
【００５１】
また、前記平滑管の内表面に溝付加工を施した内面溝付管を準備した。内面溝付管の中央部に幅（Ｄ１）１２ｍｍ、長さ（Ｌ）１２０ｍｍの扁平部を加工した扁平状水管（Ｎｏ．５）、さらに、扁平部加工後に管内表面に電気メッキにより厚さ１．５μｍのＮｉ皮膜を形成した扁平状水管（Ｎｏ．６）を作製した。なお、内面溝付管の溝形状はフィン高さ（ｈ）０．４ｍｍ、溝数８０、溝リード角（θ）１８°、山頂角（δ）２５°、底肉厚（Ｔ）０．４ｍｍ、フィンピッチ（Ｐｆ）０．５ｍｍとした（図３（ａ）、図４参照）。
【００５２】
＜水流出管＞
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、外径１５ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ２ｍの平滑管を使用した。
【００５３】
＜冷媒流入管、冷媒流出管＞
ＪＩＳ規定のりん脱酸銅（Ｃ１２２０）からなる、外径５．５ｍｍ、肉厚０．７５ｍｍ、長さ２ｍの平滑管を使用した。
【００５４】
＜磁場発生手段＞
長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ２５ｍｍの永久磁石を使用した。永久磁石の磁束密度は３０００〜６０００ガウス（０．３〜０．６テスラ）のものを使用した。
【００５５】
＜熱交換器の作製＞
熱交換部の大径管に、水流入管（扁平状水管をろう付け、磁場発生手段を設置）および水流出管を接続、小径管に冷媒流入管および冷媒流出管を接続して熱交換器とした。
【００５６】
比較例（Ｎｏ．７）として、磁束密度２０００ガウス（０．２テスラ）の永久磁石を使用した以外は実施例（Ｎｏ．２）と同様にして熱交換器を作製した。また、比較例（Ｎｏ．８）として扁平状水管、永久磁石を使用しないこと以外は実施例（Ｎｏ．１）と同様にして熱交換器を作製した。
【００５７】
次に、以下の条件で熱交換器（Ｎｏ．１〜８）を４０００時間運転し、温水を循環させた。試験後、最もスケールの付着しやすい熱交換部のスケール付着状況を確認した。なお、熱交換部の小径管と大径管の内部に流通する媒体の流れは互いに逆向きとした。
【００５８】
＜熱交換器の運転条件＞
・水のＣａＣＯ３濃度：８００ｍｇ／ｌ
・水流量（大径管）：１．２ｌ／ｍｉｎ
・冷媒（小径管）：超臨界ＣＯ２
・冷媒流量（小径管）：１．３ｋｇ／ｍｉｎ
・熱交換部の水入側温度：２０℃
・熱交換部の水出側温度：８５℃
【００５９】
＜スケール付着の評価方法＞
運転前後の熱交換器の質量を測定し、運転後の質量増加量をスケール付着量とした。スケール付着量が５ｇ／ｍを超えた場合をスケール付着が「あり」、５ｇ／ｍ以下の場合をスケール付着が「なし」と判断した。
運転前の質量は、熱交換部（全長８ｍ）の質量を測定し、１ｍあたりの質量に換算した。運転後の質量は、水温が高くなる熱交換部の水出側部より長さ約１ｍ切出して、その質量を測定し、長さで割って１ｍあたりの質量とした。その結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2007263469.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、実施例（Ｎｏ．１〜６）の熱交換器は、熱交換部にスケール付着が発生しなかった。一方、比較例（Ｎｏ．７）の熱交換器は、磁石の磁束密度が本発明の下限値より小さいため、熱交換部にスケールが発生した。比較例（Ｎｏ．８）の熱交換器は、扁平部および磁石を設置しなかったため、熱交換部に大量のスケールが発生した。
【００６２】
これらの熱交換器の熱交換部について、大径管内面及び小径管外面を目視観察したところ、実施例（Ｎｏ．２〜６）では殆どスケール付着が見られなかった。実施例（Ｎｏ．１）ではわずかなスケール付着が見られた。それに対し、比較例（Ｎｏ．７）では実施例（Ｎｏ．１）に比べて大量のスケール付着が見られ、比較例（Ｎｏ．８）では管内の水の流路が狭くなるほど大量のスケール付着が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の熱交換器を使用した給湯システムを模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は水流入管（水流出管）の管軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線における端面図、（ｃ）は扁平部の他の形態を示す管軸方向に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は扁平部の他の形態を示す管軸方向に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２線における端面図である。
【図４】図３（ｂ）のフィンの部分拡大図である。
【図５】（ａ）は熱交換部の一例を示す部分破断斜視図、（ｂ）は（ａ）の小径管の他の形態を示す管軸直交断面図である。
【図６】（ａ）は熱交換部の他の形態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３線における端面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は巻回部を有する熱交換部の斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、１Ａ、１Ｂ  熱交換部
６ａ    水流入管
６ｂ    水流出管
９ａ    冷媒流入管
９ｂ    冷媒流出管
７、７Ａ、７Ｂ  扁平部
７ａ    扁平面
１０    熱交換器
Ｍ      磁場発生手段
【図１】
2007263469.tif 000004
【図２】
2007263469.tif 000005
【図３】
2007263469.tif 000006
【図４】
2007263469.tif 000007
【図５】
2007263469.tif 000008
【図６】
2007263469.tif 000009
【図７】
2007263469.tif 000010