(57)【要約】【課題】熱交換効率を十分に向上させることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】第１熱交換媒体Ｒを流通させる第１金属管路８の周囲に密接させて、第２熱交換媒体Ｆ１を流通させる第２金属管路９をこれらを互いに密接させて複数配設する。第１熱交換媒体Ｒを高温高圧のＣＯ２媒体として、相対的に第２金属管路９よりも厚肉とし耐圧性を備えた第１金属管路８内に流通させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱交換媒体を流通させる第１金属管路の周囲に密接させて、第２熱交換媒体を流通させる第２金属管路をこれらを互いに密接させて複数配設した熱交換器。
【請求項２】
前記第１熱交換媒体を高温高圧のＣＯ２媒体として、相対的に前記第２金属管路よりも厚肉とし耐圧性を備えた前記第１金属管路内に流通させた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２金属管路の内壁に排ガス浄化触媒を担持させた請求項１に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、特に熱交換効率に優れた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保全の観点から熱交換器の冷媒として、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が代替フロンＨＦＣ１３４ａよりもはるかに小さく人体にも無害である等の理由で二酸化炭素（ ＣＯ2 ）のような自然冷媒が注目されている。ところで、ＣＯ2を使用したヒートポンプサイクルはその運転圧力がＨＦＣ１３４ａを使用したそれに比して約１０ 倍の、１０ ＭＰａ前後となるため熱交換器等の設計圧力を高くする必要がある。そこで、例えば特許文献１では、ヘッダ部の高耐圧構造を簡易に製造できる熱交換器が提案されている。また、特許文献２では、改良されたＣＯ2冷却システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１９４９
【特許文献２】特表２００７−５１２５００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１および２に記載の各発明における熱交換器の熱交換部は、冷媒が流通する扁平なチューブの間に波形フィンを介設し、あるいは冷媒が流通するチューブの外周に板状フィンを装着したいずれも従来良く知られた構造となっており、このような構造では熱交換効率が未だ十分でないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、熱交換効率を十分に向上させ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本第１発明では、第１熱交換媒体（Ｒ）を流通させる第１金属管路（８）の周囲に密接させて、第２熱交換媒体（Ｆ１）を流通させる第２金属管路（９）をこれらを互いに密接させて複数配設する。
【０００７】
本第１発明によれば、第１金属管路を流通する第１熱交換媒体と、第１金属管路の周囲に密接させて複数設けた第２金属管路内を流通する第２熱交換媒体との間で効率的な熱交換が行われるから、熱交換効率が十分向上して熱交換器をコンパクト化することが可能となる。
【０００８】
本第２発明では、前記第１熱交換媒体（Ｒ）を高温高圧のＣＯ２媒体として、相対的に前記第２金属管路（９）よりも厚肉とし耐圧性を備えた前記第１金属管路（８）内に流通させる。
【０００９】
本第２発明においては、熱交換器を、ＣＯ2を冷媒としたヒートポンプサイクルの凝縮器として好適に使用することができる。
【００１０】
本第３発明では、前記第２金属管路（９）の内壁に排ガス浄化触媒を担持させる。
【００１１】
本第３発明においては、熱交換器を湯沸かし器等に使用した場合に、熱交換後の排ガスを人体に無害な清浄なものにして排出することができる。
【００１２】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の熱交換器によれば、熱交換効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の熱交換器を凝縮器として使用したＣＯ2ヒートポンプサイクルの系統図である。
【図２】凝縮器の全体概略斜視図である。
【図３】凝縮器の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１６】
（第１実施形態）  
図１には本発明の熱交換器を使用したＣＯ2冷媒ヒートポンプサイクルの系統図を示す。図１において、ヒートポンプサイクルの媒体循環路１は圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５を連ねており、図の矢印方向へ第１熱交換媒体たるＣＯ2冷媒Ｒが循環している。すなわち、ＣＯ2冷媒Ｒは圧縮機２で圧縮されて、１００〜１５０℃、１０ＭＰａ程度の超臨界の高温高圧ガスとなって熱交換器としての、構造を以下に詳述する凝縮器３に供給される。
【００１７】
凝縮器３でＣＯ2媒体Ｒは第２熱交換媒体たる供給流体Ｆ１に熱を伝達して当該供給流体Ｆ１を加熱するとともに自身は冷却されて高圧の液体に凝縮される。ＣＯ2冷媒Ｒの高圧液は膨張弁４に至り、ここを通過する間に低圧液となって熱交換器たる蒸発器５に供給される。低圧液となったＣＯ２冷媒Ｒは蒸発器５にて第２熱交換媒体たる供給流体Ｆ２から熱を奪って気化し、同時に供給流体Ｆ２は冷却される。ＣＯ２冷媒Ｒの低圧液は再びコンプレッサ２に供給されてここで圧縮され、以下、上述の過程が繰り返される。なお、供給流体Ｆ１，Ｆ２は気体、液体のいずれでも良い。
【００１８】
図２には上記凝縮器２の詳細構造を示す。高温高圧ガスとなったＣＯ2冷媒Ｒは、米国ＵＬ規格に基づき運転圧力の３倍の耐圧性のある第１金属管路たる円形金属チューブ８によって凝縮器３に供給される。凝縮器３は筒状ケース３１内にその軸方向へ多数の第２金属管路たる両端開放の円形金属細管９を収容して互いに密接させて配設した構造を備え、これら金属細管９の間に金属チューブ８を十分な熱交換を保証するに必要な回数だけ折り返し貫通させてある。金属細管９同士および金属細管９と金属チューブ８は図３に示すようにロウ付け１０等によって互いに隙を生じないように接合されている。そして、金属チューブ８内にＣＯ2冷媒Ｒを流通させ、金属細管９内には凝縮器３が介設されたダクトＤ（図２）内を流通する供給流体Ｆ１を通過させる。 
【００１９】
ここで、金属チューブ８としては例えば外径４ｍｍ、肉厚１ｍｍの銅管等が好適に使用できる。また、金属チューブ８の外周を囲む金属細管９としては、例えばフェライト系ステンレス鋼のシームレス管あるいはセミシームレス管が好適に使用でき、その一例としては外径２ｍｍ、肉厚０．１ｍｍのものが使用できる。
【００２０】
このような構造の凝縮器３によれば、金属チューブ８内を通過するＣＯ2冷媒Ｒが、金属チューブ８と外周面同士を密着させた金属細管９内を通過する供給流体６と効率的に熱交換する。これにより、熱交換効率が格段に向上して、凝縮器３全体をコンパクトなものにすることができる。
【００２１】
なお、凝縮器３と同様の構造を蒸発器５に採用しても良く、この場合は金属チューブ８に特に耐圧性を考慮する必要は無いから、通常の銅管等を使用することができる。
【００２２】
（第２実施形態）
本発明の熱交換器は例えば湯沸かし器やボイラー等にも適用することができる。この場合は金属チューブ８内に水を流通させるとともに、金属細管９内に高温の燃焼ガスを流通させる。金属チューブ８内の水は金属細管９を通過する燃焼ガスと効率的に熱交換して加熱される。水を加熱して温度低下した燃焼ガスはダクトＤ（図２）を経て外気へ排気される。なお、この際に、金属細管９の内壁に三元触媒等の排ガス浄化触媒を担持させておけば、排気される燃焼ガス中の有害成分を除去することができるとともに、触媒燃焼熱の利用によってさらに熱交換効率を向上させることができる。
【００２３】
上記各実施形態において金属細管は円形断面である必要は無く、三角、四角、六角断面等、必要に応じて選択できる。なお金属細管を流通する空気は層流となることから流通時の騒音が低減される効果を得ることもできる。
【符号の説明】
【００２４】
１…媒体循環路、２…圧縮機、３…凝縮器、４…膨張弁、５…蒸発器、８…金属チューブ（第１金属管路）、９…金属細管（第２金属管路）、Ｆ１…供給流体（第２熱交換媒体）、Ｒ…ＣＯ2冷媒（第１熱交換媒体）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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