(57)【要約】  【課題】安価な漏洩検知溝を製造可能とする三重管式熱交換器とその製造方法を提供することを目的とする。  【解決手段】内管２Ａと中管３Ａと外管４が同心状で且つ環状にて構成され、内管２Ａ内を水の流路とする一方、中管３Ａと外管４との間の空間を炭酸ガス（ＣＯ２）の流路とした三重管式熱交換器において、内管２Ａの外表面には漏洩検知溝５Ａを形成しており、内管２Ａと中管３Ａは密着一体化してなるものであり、切削加工など容易な加工を平滑管に施すだけで漏洩検知溝を形成できる。【選択図】図１
2007132593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と、前記内管の外壁を覆って前記内管の外壁の一部に密着する中管と、前記中管の外壁を覆うように設置された外管と、からなり、前記中管と前記外管の空間を炭酸ガスの流路とし、前記内管内を水の流路とし、前記内管の外表面に漏洩検知溝を形成した三重管式熱交換器。
【請求項２】
前記漏洩検知溝の凹部形状をＶ字とした請求項１に記載の三重管式熱交換器。
【請求項３】
前記漏洩検知溝の凸部形状は前記中管の内面曲率と略同等とした請求項１に記載の三重管式熱交換器。
【請求項４】
前記漏洩検知溝の凸部形状をＶ字とした請求項１に記載の三重管式熱交換器。
【請求項５】
前記漏洩検知溝を管長方向に対し略並行にした請求項１に記載の三重管式熱交換器。
【請求項６】
前記漏洩検知溝が交差した請求項１に記載の三重管式熱交換器。
【請求項７】
前記内管を拡径することで、前記内管と前記中管を密着させる請求項１に記載の三重管式熱交換器の製造方法。
【請求項８】
前記内管を拡径する方法は、液体を前記内管の内部へ封入し、前記液体の圧力を昇圧することとした請求７に記載の三重管式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガス冷媒（ＣＯ２）と水との間で熱交換させる三重管式熱交換器に関するものであって、特に高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルにて、給湯水や暖房用ブラインを加熱する超臨界ヒートポンプ式給湯装置又は超臨界ヒートポンプ式空調装置に適用する、三重管式熱交換器とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の三重管式熱交換器は、内管または中管に腐食等が生じて内管または中管のいずれかが破損した時、内管内を流れる水に異物が混入することの無い様、漏洩した冷媒または水が、中管の内面に設けた漏洩検知溝を通り外気へ流出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式給湯装置における三重管式熱交換器を示すものである。
【０００４】
従来の三重管式熱交換器１は、内管２と中管３と外管４が同心状で且つ環状にて構成され、内管２内を水の流路とする一方、中管３と外管４との間の空間を炭酸ガス（ＣＯ２）の流路としている。また、中管３の内表面には漏洩検知溝５を形成しており、内管２と中管３は密着一体化しているものである。
【０００５】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。
【０００６】
内管２または中管３に腐食等が生じて内管２または中管３のいずれかが破損した時、漏洩した炭酸ガスまたは水が、中管３の内表面に設けた漏洩検知溝５を通り外気へ流出する。
【０００７】
これを検知することにより、漏洩検知を行うようにすることが義務付けられている。
【０００８】
通常、中管３に用いている内面溝付き管は、焼鈍・引抜・転造という複雑な製造工程を必要とし、これらの工程には大型の設備導入が必要となる。
【０００９】
このため、内面溝付き管を熱交換器組立メーカーで生産すると採算性が取れないことから、熱交換器組立メーカーは銅管メーカーからの購入に依存しているのが現状である。
【００１０】
つまり、中管３の購入価格は銅管メーカー主導の設定がなされており、高コストな中管を熱交換器組立メーカーは使用している。
【００１１】
一方、ヒートポンプへの収納のための三重管の曲げ工程においては、炭酸ガスのように設計圧力が高くなる（例えば炭酸ガスの設計圧力１４．０ＭＰａ）と、管肉厚を厚くする必要があるので、三重管の曲げ加工が非常に困難となる。
【００１２】
更には、内管２と中管３とを密着させるために中管３を縮管するが、この縮管工程により中管３には加工硬化が生じ、三重管の曲げ加工がより一層困難となる。
【００１３】
以上のことから、炭酸ガス冷媒を使用すると管肉厚が厚くなり、かつ、縮管工程後の中管３は加工硬化により硬くなっていることから、内管２と中管３との密着工程の後には、焼鈍工程が必要になる。
【特許文献１】特開２００１−２０１２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の構成では、漏洩検知溝として内面溝付き管を中管３に用いているため銅管メーカーからの購入に依存していること、及び設計圧力が高い炭酸ガス冷媒を使用すると管肉厚が厚くなり、かつ、縮管工程後の中管３は加工硬化により硬くなっていることから、内管２と中管３との密着工程の後には焼鈍工程が必要になることから、高コストな三重管式熱交換器になるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、容易に漏洩検知溝を加工することで、安価な三重管式熱交換器とその製造方法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】
【００１６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の三重管熱交換器は、内管と、前記内管の外壁を覆って前記内管の外壁の一部に密着する中管と、前記中管の外壁を覆うように設置された外管と、からなり、前記中管と前記外管の空間を炭酸ガスの流路とし、前記内管内を水の流路とし、前記内管の外表面に漏洩検知溝を形成したものである。
【００１７】
これによって、切削加工など容易な加工を平滑管に施すだけで漏洩検知溝を形成できる。つまり、高価な内面溝付き管を購入せずに、安価な平滑管に加工を施した漏洩検知溝を熱交換器組立メーカーで製作できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の三重管式熱交換器は、銅管メーカーから高価な内面溝付き管を購入することなく、熱交換器組立メーカーにて安価な平滑管を用いて漏洩検知溝が製作可能となるので、安価な三重管式熱交換器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、内管と、前記内管の外壁を覆って前記内管の外壁の一部に密着する中管と、前記中管の外壁を覆うように設置された外管と、からなり、前記中管と前記外管の空間を炭酸ガスの流路とし、前記内管内を水の流路とし、前記内管の外表面に漏洩検知溝を形成したことにより、切削など容易な加工を平滑管に加えるだけで漏洩検知溝を形成できる。つまり、高価な内面溝付き管を購入せずに、安価な平滑管に加工を施した漏洩検知溝を熱交換器組立メーカー独自で製作でるようになるので、安価な三重管式熱交換器を提供できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記漏洩検知溝の凹部形状をＶ字としたことにより、切削加工での加工がより容易となり、より安価な三重管式熱交換器を提供できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記漏洩検知溝の凸部形状は前記中管の内面曲率と略同等としたことにより、中管と内管との接触がし易く接触面積が向上するため、熱交換性能が良くなる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記漏洩検知溝の凸部形状をＶ字としたことにより、中管と内管との密着一体化時に、内管のＶ字の突起先端部が中管に喰い込み易くなるので、密着性が更に良く熱交換性能が一層向上する。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記漏洩検知溝を管長方向に対し略並行にしたことにより、冷媒または水の漏洩するスピードが早くなり、速やかに異常を検出できる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記漏洩検知溝が交差したことにより、冷媒または水の漏洩する経路が網目状に複数できるので、漏洩経路上に詰まり等の不具合が発生したとしても、別の漏洩経路を経て冷媒または水が漏洩できるため異常検出時の信頼性が向上する。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明の製造方法において、前記内管を拡径することで、前記内管と前記中管を密着させることにより、管径が小さい内管のみ加工硬化を生じるので、曲げ加工が容易となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明の製造方法において、前記内管を拡径する方法は、液体を前記内管の内部へ封入し、前記液体の圧力を昇圧することにより、内管が内面溝付き管の場合には、前記液体の昇圧による応力が前記内管内面の溝部に対して均等に働くので、溝部凹凸形状を損なわずに拡径できる。
【００２７】
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が、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成について同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。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。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における三重管式熱交換器の断面図である。図２は、同実施の形態における三重管式熱交換器の要部拡大断面図である。図３は、同実施の形態における三重管式熱交換器の概略図である。
【００２９】
背景技術と同一構成および作用を奏する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省き、異なる部分を中心に説明する。
【００３０】
図１において、三重管式熱交換器１Ａは、内管２Ａと、内管２Ａの外壁を覆って内管２Ａの外壁の一部に密着する中管３Ａと、中管３Ａの外壁を覆うように設置された外管４と、からなる。中管３Ａと外管４の空間を炭酸ガスの流路とし、内管２Ａ内を水の流路としている。
【００３１】
なお、内管２Ａと中管３Ａと外管４との材質は、銅、アルミニウムである。
【００３２】
また、内管２Ａの外表面には漏洩検知溝５Ａを形成しており、内管２Ａと中管３Ａは密着一体化してなるものである。
【００３３】
なお、水や油など液体を内管２Ａの内部へ封入し、その液体圧力を昇圧させることにより、内管２Ａを拡径して、内管２Ａと中管３Ａを密着させる。
【００３４】
また、図２において、漏洩検知溝５Ａの凹部（溝部）形状をＶ字とし、かつ、漏洩検知溝５Ａの凸部（山部）形状は中管３Ａの内面曲率と略同等としている。
【００３５】
また、図３において、漏洩検知溝５Ａを管長方向に対し略並行に配置している。
【００３６】
以上のように構成された三重管式熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００３７】
背景技術でも説明したように、従来の内面溝付き管を用いた中管３は、複雑な製造工程と多額の設備投資を必要とする。
【００３８】
よって、熱交換器組立メーカーでの製造は難しく、銅管メーカーからの購入に依存せざるを得ないため、高コストな三重管式熱交換器になる。
【００３９】
本発明の実施の形態１では、内管２Ａの外表面に漏洩検知溝５Ａを形成し、中管３Ａと密着一体化したものである。
【００４０】
上記構成にすることにより、平滑管（管内面が溝加工されていない、フラットな管）を用いた中管２Ａに、切削加工など比較的容易な加工を加えるだけで漏洩検知溝５Ａを形成できる。
【００４１】
従って、内管２Ａと中管３Ａは平滑管で良く、熱交換器組立メーカーは高価な内面溝付き管を銅管メーカーから購入することなく、安価な平滑管に比較的容易な加工を施すだけで漏洩検知溝を熱交換器組立メーカーで製作できるようになる。
【００４２】
さらに、内管２Ａに漏洩検知溝５Ａを施したので、中管３Ａは平滑管で良く、従来技術の様な中管３の縮管加工後の加工硬化に対する焼鈍工程を必要としない。
【００４３】
また、漏洩検知溝５Ａの凹部（溝部）形状をＶ字とすることで、漏洩検知溝５Ａの切削加工が容易となる。
【００４４】
また、漏洩検知溝５Ａの凸部形状は中管３Ａの内面曲率と略同等としたことにより、中管３Ａの内面と内管２Ａの外面との接触がし易く、接触面積が向上するため熱交換性能が良くなる。
【００４５】
また、漏洩検知溝５Ａを管長方向に対し略並行にしたので、炭酸ガスまたは水の漏洩するスピードが早くなり、速やかに異常を検出できる。
【００４６】
また、内側２Ａの外表面に漏洩検知溝５Ａを形成し、かつ、内管２Ａを拡径して中管３Ａと密着させたことにより、管径が小さい内管２Ａのみ加工硬化を生じるので、三重管の曲げ加工が容易となる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態においては、内管２Ａと中管３Ａと外管４が同心状で且つ環状にて構成され、内管２Ａ内を水の流路とする一方、中管３Ａと外管４との間の空間を炭酸ガスの流路としているので、切削加工など比較的容易な加工を加えるだけで漏洩検知溝５Ａを形成できる。よって、安価な平滑管を用いて漏洩検知溝の加工が可能となるので安価な三重管式熱交換器を提供できる。
【００４８】
また、漏洩検知溝５Ａの凹部（溝部）形状をＶ字とし、かつ、漏洩検知溝５Ａの凸部（山部）形状は中管３Ａの内面曲率と略同等としているので、内管２Ａと中管３Ａとの密着性が良く、熱交換性能が向上する。
【００４９】
また、漏洩検知溝５Ａを管長方向に対し略並行にした構成としているので、漏洩検知溝５Ａへ漏洩する冷媒または水が管外に漏洩するスピードが早くなり、速やかに異常を検出できる。
【００５０】
また、本実施の形態における三重管式熱交換器の製造方法は次のとおりである。
【００５１】
まず、外表面に漏洩検知溝５Ａを形成した内管２Ａを中管３Ａに挿入する。
【００５２】
次に、中管３Ａを外管４に挿入する。最後に内管２Ａを拡径して内管２Ａと中管３Ａを密着させる。
【００５３】
ここで、内側２Ａの外表面に漏洩検知溝５Ａを形成し、かつ内管２Ａを拡径して中管３Ａと密着させたことにより、管径が小さい内管２Ａのみ加工硬化を生じるので、三重管の曲げ加工が容易となる。
【００５４】
さらに、内管２Ａを拡径して内管２Ａと中管３Ａを密着させる工程は、水や油などの液体を内管２Ａの内部へ封入し、その液体圧力を昇圧することで内管２Ａを拡径できる。
【００５５】
よって、内管２Ａが内面溝付き管の場合には、液体の昇圧による応力が内管２Ａ内面の溝部に対して均等に働くので、溝部凹凸形状を損なわずに拡径できる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、冷媒と水が入れ替わったとしても同様の作用を有することは言うまでもない。
【００５７】
なお、本実施の形態では、内管２Ａを中管３Ａに挿入し、次に中管３Ａを外管４に挿入し、最後に内管２Ａを拡径したが、内管２Ａを中管３Ａに挿入し、次に内管２Ａを拡径し、最後に中管３Ａを外管４に挿入してもよい。
【００５８】
この場合、先に内管２Ａを拡径することで加工効果が生じ、中管３Ａは外管４へ挿入しやすくなる。
【００５９】
また、本実施の形態では、中管３Ａと外管４の空間内の冷媒は炭酸ガスとしているが、これに限らず、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２等その他の高圧冷媒を用いても同様の作用を有することは言うまでもない。
【００６０】
また、熱交換器１Ａをヒートポンプ式給湯機用水冷媒熱交換器として使用することで、高いヒートポンプ効率を得ることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、水や油など液体を内管２Ａの内部へ封入し、その液体を昇圧することにより、内管２Ａを拡径して、内管２Ａと中管３Ａを密着させたが、内管２Ａの内径より大きい拡管ボールを内管２Ａに挿入することにより、内管２Ａを拡径してもよい。
【００６２】
なお、本実施の形態では、熱交換器１Ａは、直管部と曲管部とからなるコイル状とした（図示せず）が、直管部と曲管部からなる蛇行状（いわゆる、サーペンタイン状）の形態でもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態では、内管２Ａ、中管３Ａ、外管４は、銅やアルミニウムとしたが、鉄、真ちゅう、ＳＵＳ等でも同様な効果を得る。
【００６４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における三重管式熱交換器の要部拡大断面図である。図５は、同実施の形態における三重管式熱交換器の概略図である。
【００６５】
なお、この実施形態の発明は、背景技術や実施の形態１と同一構成および作用を奏する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省き、異なる部分を中心に説明する。
【００６６】
図４において、三重管式熱交換器１Ｂは、内管２Ｂと、内管２Ｂの外壁を覆って内管２Ｂの外壁の一部に密着する中管３Ａと、中管３Ａの外壁を覆うように設置された外管４と、からなる。中管３Ａと外管４の空間を炭酸ガスの流路とし、内管２Ｂ内を水の流路としている。
【００６７】
また、内管２Ｂの外表面には漏洩検知溝５Ｂの凸部（山部）形状をＶ字に形成して、内管２Ｂと中管３Ａは密着一体化しているものである。また、図５において、漏洩検知溝５Ｂの溝方向は互いにクロスしている。
【００６８】
以上のように構成された三重管式熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００６９】
まず、実施の形態１と同様に、内管２Ｂの外側表面に漏洩検知溝を形成し、中管３Ａと密着一体化しているので、安価な平滑管に加工を施すだけで熱交換器組立メーカー独自で漏洩検知溝を製作できるため、安価な三重管式熱交換器を提供できる。
【００７０】
また、漏洩検知溝５Ｂは溝加工（例えば切削加工）のため加工硬化を生じており、中管３Ａとの密着一体化の際に、凸部（山部）形状をＶ字など尖った先端形状とすることで、硬くなったＶ字先端が中管３Ａに喰い込み易くなる。
【００７１】
ゆえに、内管２Ｂと中管３Ａとの密着性がより良くなるので、熱交換性能が向上する。
【００７２】
また、漏洩検知溝５Ｂの溝方向は互いにクロスしているので、冷媒または水の漏洩する経路が網目状に複数できる。
【００７３】
ゆえに、漏洩経路上に詰まり等の不具合が発生した場合でも、別の漏洩経路を経て漏洩できるため、異常検出時の信頼性が向上する。
【００７４】
以上のように、本実施の形態においては、内管２Ｂと中管３Ａと外管４が同心状で且つ環状にて構成され、内管２Ｂの外表面には漏洩検知溝５Ｂの凸部（山部）形状をＶ字に形成して、内管２Ｂと中管３Ａは密着一体化しているので、安価な平滑管に加工を施すだけで熱交換器組立メーカー独自で漏洩検知溝を製作でき、安価な三重管式熱交換器を提供できる。
【００７５】
また、漏洩検知溝５Ｂの凸部（山部）形状をＶ字など尖った先端形状とすることで、硬くなったＶ字先端が中管３Ａに喰い込み易くなる。
【００７６】
また、漏洩検知溝５Ｂの溝方向は互いにクロスしているので、冷媒または水の漏洩する経路が網目状に複数できる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかる三重管式熱交換器は、低コスト化が可能となるので、水冷式の冷凍冷蔵及び空調用の熱交換器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態１における三重管式熱交換器の断面図
【図２】同実施の形態における三重管式熱交換器の要部拡大断面図
【図３】同実施の形態における三重管式熱交換器の概略図
【図４】本発明の実施の形態２における三重管式熱交換器の要部拡大断面図
【図５】同実施の形態における三重管式熱交換器の概略図
【図６】従来の三重管式熱交換器の断面図
【符号の説明】
【００７９】
１Ａ，１Ｂ  三重管式熱交換器
２Ａ，２Ｂ  内管
３Ａ  中管
４    外管
５Ａ，５Ｂ  漏洩検知溝
【図１】
2007132593.tif 000003
【図２】
2007132593.tif 000004
【図３】
2007132593.tif 000005
【図４】
2007132593.tif 000006
【図５】
2007132593.tif 000007
【図６】
2007132593.tif 000008