(57)【要約】【課題】圧力損失の増大を抑制した伝熱効率の高い熱交換器を提供する。【解決手段】水流路２を構成する水管４と、冷媒流路１を構成する内面溝付冷媒管３とを備え、前記内面溝付冷媒管は、外径が４．５ｍｍ以下で、かつ、引張強さがりん脱酸銅製よりも１０％〜３０％大きい銅合金によって形成されているので、内面溝付冷媒管３の内径を増大させて圧力損失を抑制し、また、内面溝付冷媒管３の内面の溝の強度も増大するので、溝の加工形成を容易に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流路を構成する水管と、冷媒流路を構成する内面溝付冷媒管とを備え、
前記内面溝付冷媒管は、外径が４．５ｍｍ以下で、かつ、引張強さがりん脱酸銅製よりも１０％〜３０％大きい銅合金によって形成されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記請求項１に記載の熱交換器を備えたヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調装置、給湯装置等の機器に用いられ、特に二酸化炭素冷媒を使用する熱交換器およびこれを備えたヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、ヒートポンプ式給湯機用として、二酸化炭素と水とが熱交換することにより、水に二酸化炭素の熱が伝達され、水が湯となってタンクに貯湯される。この熱交換器は、その構成要素である二酸化炭素が流れる冷媒管として、りん脱酸銅製の平滑管が多用されている。
【０００３】
そして、熱交換器を構成する冷媒管には、平滑管よりも伝熱面積が大きい内面溝付管を適用して高性能化を図るものが種々提案されており、その中でも、更なる高性能化を目的として、内面溝付冷媒管の管径、ねじれ角、溝底幅、溝深さの値を所定の範囲に規定した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２は、従来の内面溝付冷媒管を適用した熱交換器の断面を示すものである。
【０００５】
図２に示す内面溝付冷媒管１０３はりん脱酸銅製であり、また、内面溝付冷媒管１０３の外径、ねじれ角、山頂角、溝底幅、溝深さの値を所定の範囲に規定して伝熱性能を向上させるとともに、比較的小径の内面溝付冷媒管１０３を適用して小型化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７１２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来における構成では、内面溝付冷媒管が小径になると、その管長、内径および肉厚などの組合せによって圧力損失が増大し、伝熱効率が悪化するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱交換器に比較的小径の内面溝付管を適用した場合でも、圧力損失を増大させることなく、伝熱効率の高い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】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、水流路を構成する水管と、冷媒流路を構成する内面溝付冷媒管とを備え、前記内面溝付冷媒管は、外径が４．５ｍｍ以下で、かつ、引張強さがりん脱酸銅製よりも１０％〜３０％大きい銅合金によって形成されたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、小径でかつ溝深さが深い長尺の内面溝付管を適用した場合でも、内面溝付管の肉厚を薄くして内径を大きくできるので、冷媒圧力損失の増大による熱交換能力の目減りを抑えて伝熱性能を向上できる。
【００１１】
また、小径の冷媒管の内面に溝を形成する場合は、引張強さが大きい銅合金製ゆえに、溝部の潰れが起こりにくく、溝の加工形成を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、比較的小径の内面溝付管を適用した場合でも、圧力損失の増大を抑制した伝熱効率の高い熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の管断面図
【図２】従来の熱交換器の管断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明における熱交換器は、水流路を構成する水管と、冷媒流路を構成する内面溝付冷媒管とを備え、前記内面溝付冷媒管は、外径が４．５ｍｍ以下で、かつ、引張強さがりん脱酸銅製よりも１０％〜３０％大きい銅合金によって形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、第２の発明は、前記熱交換器を備えたヒートポンプ給湯機にかかるものである。
【００１６】
これにより、比較的小径でかつ溝深さが深く、長尺の内面溝付管を適用した場合でも、りん脱酸銅製よりも引張強さが大きい銅合金製ゆえに内面溝付管の底肉厚を薄くして内径を大きくできるので、圧力損失の増大を抑制して伝熱性能を向上できる。
【００１７】
また、小径の冷媒管の内面に溝を形成する場合は、引張強さが大きい銅合金製ゆえに、溝部の潰れが起こりにくく、溝の加工形成を容易に行うことができる。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の管断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施の形態１における熱交換器は、内部に冷媒流路１が形成された銅合金製の複数の内面溝付冷媒管３と、複数の内面溝付冷媒管３の外側に設けられ、内面溝付冷媒管３との間に水流路２が形成された銅製の水管４とから構成されている。ここで、本実施の形態の場合には内面溝付冷媒管３が２本設けられており、二酸化炭素を冷媒とする熱交換器に適用したものである。
【００２１】
内面溝付冷媒管３は、引張強さがりん脱酸銅製よりも大きい銅合金製であり、その肉厚をりん脱酸銅製よりも薄肉にすることができる。
【００２２】
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。
【００２３】
内面溝付冷媒管３は内面に複数の溝が設けられており、内面溝付冷媒管３の材質は従来例に示したりん脱酸銅（ＪＩＳ  Ｃ１２２０）製から、ＪＩＳ  Ｃ５０１０やＣ１８６２などの銅合金製に代えることで、引張強さをりん脱酸銅製と比較して１０％から３０％程度大きくしている。管の強度設計上、設計圧力同等条件下における管の肉厚は管材料の引張強さに反比例し、内面溝付冷媒管３の肉厚ｔ１は、りん脱酸銅製の肉厚ｔ０の時よりも、１０％〜２５％ほど薄くできる。そして、従来の内面溝付冷媒管の内径Ｄ０よりも肉厚が薄くなった分、内面溝付冷媒管３の内径Ｄ１を大きくできるので、冷媒圧力損失を低減できるようになる。
【００２４】
ここで、内面溝付冷媒管３の外径Ｄが比較的小さい条件（例えばＤ＝４．０ｍｍ）にお
ける熱交換器の熱交換能力の実験結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１から、内面溝付冷媒管３をりん脱酸銅製としたときの能力比Ｑ（平滑管の熱交換能力を基準）は、管長Ｌが短い条件２（Ｌ＝５．０ｍ）では条件１に示す平滑管の場合よりも４％ほど向上することがわかる。しかし、管長Ｌが長い、条件５（Ｌ＝９．０ｍ）では条件４に示す平滑管の場合よりも能力比Ｑが低下する。管長Ｌが長い条件５で内面溝付管が平滑管よりも能力比Ｑが低下した要因は、冷媒圧力損失が必要以上に大きくなることで見かけ上の冷媒温度が低下してしまうため、冷媒と水との温度差が取れず、伝熱効率が低下したためである。このように、冷媒圧力損失が大きくなると、内面溝付管を適用して熱伝達率を向上させたとしても、内面溝付管適用時の能力比Ｑが平滑管適用時よりも劣ることなる。
【００２７】
これに対し、ＪＩＳ  Ｃ１８６２製の内面溝付管を適用した能力比Ｑは、表１の条件６の結果に示されるように、能力比Ｑが向上している。これは、りん脱酸銅よりも引張強さが大きい銅合金製の管を使用することで、肉厚の薄い、内径の大きい内面溝付冷媒管を使用できることによる。
【００２８】
また、内面溝付冷媒管３の内面に溝を形成する加工において、溝深さｈ１が深いほど溝部の潰れが起こり易くなるが、りん脱酸銅製と比較して引張強さが大きい銅合金製とすることで、溝部の潰れ、特に溝先端の潰れや先細りが起きにくく、溝の形成を容易に行うことができる。
【００２９】
よって、内面溝付冷媒管３の外径が４．５ｍｍ以下、好ましくは４．０ｍｍ以下である場合のように径が比較的小さく、かつ管長Ｌが長い条件（例えば９ｍ）では、りん脱酸銅製よりも引張強さ大きいＪＩＳ  Ｃ１８６２やＣ５０１０などの銅合金製の内面溝付管を適用することにより、熱交換器の高性能化および小型化に寄与することができる。
【００３０】
なお、本発明の実施の形態１では、内面溝付冷媒管３の本数を２本としているが、それ以上の本数としても同様の効果がある。
【００３１】
さらに、本発明の実施の形態１において、内面溝付冷媒管３を銅合金製としたが、引張強さがりん脱酸銅製よりも大きい銅以外の素材であっても、同様の効果がある。
【００３２】
また、本発明の実施の形態１では、内面溝付冷媒管３内を流れる冷媒を二酸化炭素としたが、ハイドロカーボン系やＨＦＣ系（Ｒ４１０Ａ等）の冷媒、あるいはこれらの代替冷媒としても同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、従来のりん脱酸銅よりも引張強さが１０％〜３０％大きい銅合金によって内面溝付冷媒管を形成したので、肉厚の薄い、よって内径の大きい冷媒管として圧力損失の増大を抑制し、また、管内面に形成する溝の強度が安定
して熱交換器の熱交換能力を向上させることができるので、二酸化炭素を用いた超臨界ヒートポンプ式給湯機や、暖房用ブラインを加熱する超臨界ヒートポンプ装置、さらには、家庭用、業務用の空気調和機、あるいはヒートポンプによる乾燥機能を具備した洗濯乾燥機、穀物貯蔵倉庫等のヒートポンプ機器の他に、燃料電池等の熱交換用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  冷媒流路
２  水流路
３  内面溝付冷媒管
４  水管
【図１】
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【図２】
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