(57)【要約】【課題】内管と外管とからなる多重管を複数回巻き回して形成された略水平姿勢の多重管式凝縮熱交換器であって、水抜き時の排水性能を向上させた多重管式凝縮熱交換器を提供することである。【課題解決手段】  内管２と外管４間の通路を給湯湯水が流れ且つ多葉管で形成された内管２の内部を冷媒が流れる多重管式凝縮熱交換器であって、内管２と外管４とからなる多重管を複数回巻き回して形成された略水平姿勢の多重管式凝縮熱交換器において、多重管の一方の端部である分岐部１１は他方の端部である分岐部１２よりも低い位置に配設され、分岐部１１とこの分岐部１１に連なる所定長さ部分の縦向き配管１０Ａは、２重多葉管１３の端部側部分を含み且つ湾曲部１５を介して縦向き姿勢となるように形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と外管間の通路を給湯湯水が流れ且つ多葉管で形成された内管の内部を冷媒が流れる多重管式凝縮熱交換器であって、内管と外管とからなる多重管を複数回巻き回して形成された略水平姿勢の多重管式凝縮熱交換器において、
前記多重管の一方の端部は他方の端部よりも低い位置に配設され、
前記一方の端部とこの端部に連なる所定長さ部分は、前記多葉管の端部側部分を含み且つ湾曲部を介して縦向き姿勢となるように形成されていることを特徴とする多重管式凝縮熱交換器。
【請求項２】
前記内管を形成する前記多葉管は、所定のリード角をもって螺旋状に捩った形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の多重管式凝縮熱交換器。
【請求項３】
前記多重管を螺旋状に複数回巻き回した下層部と、この下層部に連なり且つ前記多重管を螺旋状に複数回巻き回した上層部とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多重管式凝縮熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内管と外管とからなる多重管を複数回巻き回して形成された多重管式凝縮熱交換器に関し、特に水抜き時の排水性能を向上させた多重管式凝縮熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガス燃焼式熱源機、ヒートポンプ式熱源機、燃料電池発電装置等の熱源機で加熱した湯水を貯湯タンクに貯湯して所望の給湯先に給湯する貯湯給湯装置、前記熱源機で加熱した湯水を利用して暖房端末へ熱を供給する暖房装置、その他の種々の産業分野においては、高温の流体と低温の流体との間で熱交換させる為の種々の熱交換器が幅広く使用されている。
【０００３】
特に、２重管式熱交換器は、熱交換性能に優れ且つ製作費の面で有利であるため広く採用されており、最近では内管として管壁が周方向に山部と谷部を繰り返す波形形状をなす多葉管を用い、その多葉管を外管の内部に収納した２重管式熱交換器も採用されている。
【０００４】
特許文献１に開示された３重管式熱交換器においては、山部と谷部を周方向に交互に繰り返す波形形状の多葉管からなる内管を２重構造とし、この２重多葉管を所定のリード角をもって螺旋状に捩った形状にし、それを外管内に収容した３重管が採用されている。２重多葉管を捩った形状にすることで、３重管をコイル状構造の熱交換器となるように複数回巻回しやすくなり、さらに３重管式熱交換器内を流れる流体に対する攪拌作用が得られる。
【０００５】
特許文献２には、単管からなり複数本並列に並べた水管の一方の端部を出湯用ヘッダに接続し、他方の端部を入水用ヘッダに接続して、複数本並列に並べた水管を略同心状に複数回巻回したループ状の螺旋状管体部をケース内に収容し、入水用ヘッダに接続した複数本の水管の端部に連なる延設管体部に、下向きに湾曲した曲げ部を設けて、水管からの水抜き性能を良好にした給湯装置用の熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−０１０７５７号公報
【特許文献２】特許第４９２９８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、多重管式凝縮熱交換器を、例えば冬期や寒冷地おいて長期間休止させておく場合には、凍結防止のために多重管式熱交換器内に対する給水を停止し、多重管式凝縮熱交換器内の湯水を排水する水抜き作業を行う必要がある。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の３重管式熱交換器においては、通常水平姿勢に設置して使用され、２重多葉管と外管との間を流れる湯水の流路が内管である２重多葉管によって周方向に分断されて流路も狭くなっており、さらに、２重多葉管が螺旋状に捩った形状であるため、その分断された湯水の流路の高さ位置（レベル）が一定とならず、高い部分と低い部分とを複数回繰り返すことになる。そのため、３重管式熱交換器内の水抜き時の排水性能が低く、内部に湯水が残留しやすいという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、内管と外管とからなる多重管を複数回巻き回して形成された略水平姿勢の多重管式凝縮熱交換器であって、水抜き時の排水性能を向上させた多重管式凝縮熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の多重管式凝縮熱交換器は、内管と外管間の通路を給湯湯水が流れ且つ多葉管で形成された内管の内部を冷媒が流れる多重管式凝縮熱交換器であって、内管と外管とからなる多重管を複数回巻き回して形成された略水平姿勢の多重管式凝縮熱交換器において、前記多重管の一方の端部は他方の端部よりも低い位置に配設され、前記一方の端部とこの端部に連なる所定長さ部分は、前記多葉管の端部側部分を含み且つ湾曲部を介して縦向き姿勢となるように形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の多重管式凝縮熱交換器は、請求項１の発明において、前記内管を形成する前記多葉管は、所定のリード角をもって螺旋状に捩った形状に形成されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の多重管式凝縮熱交換器は、請求項１又は２の発明において、前記多重管を螺旋状に複数回巻き回した下層部と、この下層部に連なり且つ前記多重管を螺旋状に複数回巻き回した上層部とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、内管と外管とからなる多重管を複数回巻き回して形成された略水平姿勢の多重管式凝縮熱交換器において、多重管の一方の端部は他方の端部よりも低い位置に配設され、前記一方の端部とこの端部に連なる所定長さ部分は、多葉管の端部側部分を含み且つ湾曲部を介して縦向き姿勢となるように形成したので、多葉管の端部が下方を向いており、水抜き時における排水性能をサイフォン効果により向上させて、熱交換器内部に湯水が残留するのを確実に防止できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、前記内管を形成する前記多葉管は、所定のリード角をもって螺旋状に捩った形状に形成されているため、内管と外管との間を流れる流路の上下方向位置が上下に変動して、特に水抜き時において内部に湯水が残留しやすくなるが、前記サイフォン効果により排水性能を高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、前記多重管を螺旋状に複数回巻き回した下層部と、この下層部に連なり且つ前記多重管を螺旋状に複数回巻き回した上層部とを備えているため、特に水抜き時において内部に湯水が残留しやすくなるが、前記サイフォン効果により排水性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る３重管式熱交換器の斜視図である。
【図２】図１の３重管式熱交換器の３重管の拡大断面図である。
【図３】内管を形成する２重多葉管の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の３重管式熱交換器１の全体構造について説明する。
図１〜図３に示すように、３重管式熱交換器１（これが「多重管式凝縮熱交換器」に相当する）は、内管２と漏洩検知管３と外管４とを備え、内管２の内部に内側流体通路５、漏洩検知管３と外管４の間に外側流体通路６を有し、内側流体通路５を流れる冷媒と外側流体通路６を流れる湯水との間で熱交換を行うように構成されている。尚、内管２と漏洩検知管３と外管４とからなる３重管１０（これが「多重管」に相当する）が構成される。
【００１９】
図１に示すように、３重管式熱交換器１は、全体が矩形形状の渦巻状に構成され、平面視にて略矩形形状の複数のループ管７を有する。複数のループ管７は、上下方向に２層に且つ各層が複数回（三重巻）巻き回して略水平姿勢に配置されている。各層に配置された３つのループ管７は、内側から外側に向かって徐々に大型化するようなサイズに構成されている。３重管式熱交換器１は、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の樹脂を発泡成形した上下に２分割された保温材（図示略）で覆われている。
【００２０】
３重管式熱交換器１の３重管１０の一方の端部には、加熱前の湯水が導入され且つ低温の冷媒が導出される分岐部１１が形成され、３重管１０の他方の端部には、加熱された湯水が導出され且つ高温の冷媒が導入される分岐部１２が形成されている。分岐部１２の近傍においては内管２に冷媒通路１３ａが接続され、外管４に循環用配管４ｂが接続され、分岐部１１の近傍においては内管２に冷媒通路１３ｂが接続され、外管４に循環用配管４ａが接続されている。
【００２１】
３重管式熱交換器１は全体として略水平姿勢となるように配設されており、３重管１０の一方の端部である分岐部１１は他方の端部である分岐部１２よりも低い位置に配設されている。また、分岐部１１とこの分岐部１１に連なる所定長さ部分の縦向き配管１０Ａは、２重多葉管１３の端部側部分を含み且つ湾曲部１５を介して縦向き姿勢となるように形成されている。
【００２２】
次に、３重管式熱交換器１の内部構造について図２，図３に基づいて説明する。
この３重管１０は、内管２と漏洩検知管３と外管４とを備え、内管２と漏洩検知管３と外管４は、例えばリン脱酸銅製の円形断面の水道用銅管又はこれと同等品からなる所定の長さの素材管を用いて製作される。素材管の管壁の厚さは例えば０．６〜１．０ｍｍで、３重管１０の外径は例えば１６〜２０ｍｍである。但し、これらの数値は例示でありこれらに限定されるものではない。
【００２３】
図２に示すように、内管２は、管壁が周方向に山部２ａと谷部２ｂが繰り返す波形形状をなす多葉管に構成されている。漏洩検知管３は、内管２とほぼ同形状の多葉管からなり、内管２に密着状に外嵌させて内管２の外周面近傍部に配置され、内管２と漏洩検知管３とで２重多葉管１３が形成され、この２重多葉管１３が外管４の内部に収容されている。
【００２４】
内管２の内部の内側流体通路５は、４つの谷部２ｂで囲まれた流体通路５ａと４つの山部２ａ内側の流体通路５ｂとから形成され、漏洩検知管３と外管４との間の外側流体通路６は、ほぼ三角形断面の４つの流体通路６ａから形成される。
【００２５】
内管２の多葉管の軸心直交断面の断面形状は、山部２ａと、谷部２ｂと、山部２ａと谷部２ｂを接続する直線部２ｃを有し、漏洩検知管３の多葉管の軸心直交断面の断面形状は、山部３ａと、谷部３ｂと、山部３ａと谷部３ｂを接続する直線部３ｃを有し、内管２の直線部２ｃと、それに対向する漏洩検知管３の直線部３ｃとが面接触状に密着している。
【００２６】
尚、直線部２ｃ，３ｃは螺旋状に捩じられた帯板状管壁であり、このように、帯板状管壁２ｃ，３ｃが密着しているため、内側流体通路５内を流れる冷媒と、外側流体通路６内を流れる湯水との間の熱交換性能が高くなる。しかも、内管２と漏洩検知管３の一体性が高まるため、剛性を確保する上で有利である。尚、山部２ａとそれに連なる１対の直線部２ｃは、開角が約４５°の扇形に形成されており、漏洩検知管３についても同様である。
【００２７】
内管２の山部２ａの大部分は漏洩検知管３の山部３ａの内面に面接触状に密着すると共に、漏洩検知管３の山部３ａの大部分が外管４の内面に面接触状に密着している。そのため、３重管式熱交換器１の全体の剛性を高めることができる上、内側流体通路５内を流れる冷媒と外側流体通路６内を流れる湯水との間の熱交換性能も高くなる。
【００２８】
図３は、外管４の内部に挿入される２重多葉管１３を示している。
２重多葉管１３を製作する際、内管２の素材管を漏洩検知管３の素材管に挿入した状態の２重管を例えば４葉状に加工することで２重多葉管１３が製作される。この２重多葉管１３を、所定のリード角をもって螺旋状に捩じった形状に加工してから、外管４の素材管に挿入した状態で、少なくとも外管４を縮径加工することで３重管式熱交換器１の３重管１０を製作する。尚、２重多葉管１３と外管４の両方を縮径加工してもよい。
【００２９】
この２重多葉管１３は、図３に示すように、所定のリード角をもって螺旋状に捩じった形状に構成されている。前記所定のリード角は、軸心方向に例えば３００〜５００ｍｍ移行する毎に１回転するような角度である。上記の捩じりを付加してあるため、３重管式熱交換器１をコイル状に巻回した構造の熱交換器に構成する際に巻回しやすくなる上、３重管式熱交換器１内を流れる流体に対する攪拌作用が得られる。
【００３０】
前記３重管式熱交換器１は、３重管１０を螺旋状に複数回（３回）巻き回した下層部１０Ｌと、この下層部１０Ｌに連なり且つ３重管１０を螺旋状に複数回（３回）巻き回した上層部１０Ｕとを備えている。そのため、高い熱交換性能を得ることができる。
【００３１】
３重管式熱交換器１で利用される冷媒としては、主にプロパンガスが使用され、内側流体通路５内を冷媒通路１３ａ側から流入された冷媒は気体状態であるが、外側流体通路６内を対向流で流通する湯水との間で熱交換されて、冷媒通路１３ｂ側から流出される際は液体状態となっている。
【００３２】
次に、上記の３重管式熱交換器１の作用、効果について説明する。
この３重管式熱交換器１は、内管２と漏洩検知管３と外管４とからなる３重管１０を複数回巻き回して形成された略水平姿勢であって、３重管１０の一方の端部である分岐部１１は他方の端部である分岐部１２よりも低い位置に配設され、一方の端部である分岐部１１とこの分岐部１１に連なる所定長さ部分の縦向き配管１０Ａは、２重多葉管１３の端部側部分を含み且つ湾曲部１５を介して縦向き姿勢となるように形成したので、２重多葉管１３の端部が下方を向いており、水抜き時における排水性能を前記縦向き配管１０Ａのサイフォン効果により向上させ、３重管式熱交換器１内部に湯水が残留するのを確実に防止できる。
【００３３】
また、内管２と漏洩検知管３とからなる２重多葉管１２は、所定のリード角をもって螺旋状に捩った形状に形成されているため、２重多葉管１２と外管４との間の流路の高さ位置が上下に変動して、特に水抜き時において内部に湯水が残留しやすくなっていたが、前記縦向き配管１０Ａのサイフォン効果により排水性能を高めることができる。
さらに、３重管１０は、螺旋状に複数回（例えば６回）巻き回されているため、特に水抜き時において内部に湯水が残留しやすくなっていたが、これを防止して排水性能を高めることができる。
【００３４】
次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）内管２と漏洩検知管３からなる２重多葉管１２における、山部２ａ，３ａの数と谷部２ｂ，３ｂの数は、４に限らず、３又は５以上としてもよい。
【００３５】
２）内管２と漏洩検知管３と外管４の素材管の金属材料は、リン脱酸銅に限るものではなく、その他の種々の銅材料でもよく、銅以外の金属（例えば、アルミニウムやその合金、真鍮、マグネシウム合金、チタンなど）であってもよい。内管２と漏洩検知管３と外管４を同種の金属材料の素材管から製作するとは限らず、異なる種類の金属材料の素材管から製作してもよい。また、内管２の管壁の厚さと漏洩検知管３の管壁の厚さは同じでもよく、異なっていてもよい。
【００３６】
３）３重管式熱交換器１を例に説明したが、内管２と外管４のみで構成される２重管式熱交換器に縦向き配管１０Ａを設けて構成することも可能である。
４）３重管式熱交換器１の外径は、前記実施例に記載のものに限定されるものではなく、種々の外径に設定することができる。
５）その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      ３重管式熱交換器
２      内管
４      外管
１０    ３重管
１０Ａ  縦向き配管
１０Ｌ  下層部
１０Ｕ  上層部
１１    分岐部（一方の端部）
１２    分岐部（他方の端部）
１３    ２重多葉管
１５    湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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