JP2009024969A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温の熱交換媒体と熱交換されるべき流体との間で熱交換を行う熱交換器に係り、中でも、炭酸ガスを主成分とする冷媒と水とを熱交換するための給湯機用水熱交換器として好適に用いられ得る熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between a high-temperature heat exchange medium and a fluid to be heat exchanged, and in particular, hot water supply for exchanging heat between a refrigerant mainly composed of carbon dioxide and water. The present invention relates to a heat exchanger that can be suitably used as a mechanical water heat exchanger.
従来から、高温の熱交換媒体（冷媒）と水等の所定の流体とを熱交換する熱交換器として、かかる熱交換媒体を流通させる流路（以下、冷媒流路と略称する）と、水等の熱交換されるべき流体を流通させる流路（以下、水流路と略称する）とを、二つの伝熱管を組み合わせて構成し、それら冷媒と水等との間で熱交換を行うようにした熱交換器が、各種用いられて来ている。また、そのような熱交換器において用いられる熱交換媒体（冷媒）としては、従来のフロン系冷媒に代えて、オゾン層の保護や地球環境の温暖化防止等の観点から、温暖化係数の低い自然冷媒が注目されて来ており、近年においては、この自然冷媒を利用した熱交換器の開発が、行われている。そして、そのような自然冷媒の中でも、炭酸ガスを用いた場合には、高温高圧のガス条件が得られるところから、特に注目を受けているのである。 Conventionally, as a heat exchanger for exchanging heat between a high-temperature heat exchange medium (refrigerant) and a predetermined fluid such as water, a flow path for circulating the heat exchange medium (hereinafter abbreviated as a refrigerant flow path), water, A flow path (hereinafter abbreviated as a water flow path) through which a fluid to be heat-exchanged is configured by combining two heat transfer tubes so that heat is exchanged between the refrigerant and water. Various heat exchangers have been used. Moreover, as a heat exchange medium (refrigerant) used in such a heat exchanger, instead of the conventional chlorofluorocarbon refrigerant, it has a low global warming coefficient from the viewpoint of protecting the ozone layer and preventing global warming. Natural refrigerants have attracted attention, and in recent years, heat exchangers using such natural refrigerants have been developed. Among such natural refrigerants, when carbon dioxide gas is used, it is particularly attracting attention because high-temperature and high-pressure gas conditions can be obtained.
ところで、そのような炭酸ガスを主成分とする冷媒と水との間で熱交換を行う方式の熱交換器としては、従来より、以下に例示するように、内部に冷媒を流通させる伝熱管と、内部に水を流通させる伝熱管とを組み合わせて、一つの熱交換器を構成したものが、各種提案されている。 By the way, as a heat exchanger of a system for performing heat exchange between the refrigerant mainly composed of carbon dioxide gas and water, conventionally, as exemplified below, a heat transfer tube for circulating the refrigerant inside, and Various proposals have been made in which one heat exchanger is configured by combining with a heat transfer tube through which water flows.
例えば、特開２００６−１７０５７１号公報（特許文献１）においては、スパイラル状に撚られ又は捻られた二本の内管内に、それぞれ冷媒を流通せしめる一方、それら二本の内管を収容した外管の管内には、水が流通せしめられるようにした構造の二重多管式熱交換器が、明らかにされている。そして、そこでは、高温側である冷媒流路管（内管）が低温側となる水流路管（外管）の中に完全に封じ込められた形態とされているところから、冷媒の熱が外気へと放出されてしまうことが、低く抑えられるという利点を有しているのであるが、水側への伝熱面積を増加させることが難しいという欠点を内在している。このため、特許文献１では、冷媒流路管をスパイラル状に捻ることにより流路長を長くして、水側への伝熱面積を増加させているのであるが、それでも、伝熱面積の増加の効果は充分ではなく、熱交換器の小型化が難しくなるものであった。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-170571 (Patent Document 1), a refrigerant is circulated in two inner pipes twisted or twisted in a spiral shape, while the two inner pipes are accommodated. A double-tubular heat exchanger having a structure in which water is allowed to flow in the pipe is disclosed. In this case, the refrigerant flow pipe (inner pipe) on the high temperature side is completely enclosed in the water flow pipe (outer pipe) on the low temperature side. Although it has the advantage that it is kept low, it has the disadvantage that it is difficult to increase the heat transfer area to the water side. For this reason, in patent document 1, although the flow path length is lengthened by twisting the refrigerant flow pipe in a spiral shape and the heat transfer area to the water side is increased, the increase in the heat transfer area is still achieved. This effect was not sufficient, and it was difficult to reduce the size of the heat exchanger.
また、この特許文献１に提案の二重多管式熱交換器にあっては、冷媒流路管の損傷等により、冷媒が、その外側を流通する水中へ漏洩する危険性があり、特に、給湯機用水熱交換器に適用する場合において、飲料用にも使用される水の中へ冷媒が混入することを避ける必要があるところから、特許文献１においては、その図３に示されるような漏洩検知管が、冷媒流路管（内管）として採用されているのであるが、そのために、構造が複雑となると共に、コストアップの要因ともなっているのである。 Further, in the double multi-tubular heat exchanger proposed in Patent Document 1, there is a risk that the refrigerant leaks into the water flowing outside due to damage of the refrigerant flow pipe, etc. In the case of applying to a water heat exchanger for a water heater, it is necessary to avoid the refrigerant from being mixed into the water used also for beverages. In Patent Document 1, as shown in FIG. The leak detection pipe is employed as a refrigerant flow pipe (inner pipe). However, this complicates the structure and increases the cost.
そこで、そのような問題を解決すべく、特開２００２−２２８３７０号公報（特許文献２）や特開２００６−９０６９７号公報（特許文献３）、特開２００４−１９０９２２号公報（特許文献４）においては、水流路管の外側に冷媒流路管を配置してなる構造の、冷媒流路管巻き付けタイプの熱交換器が明らかにされている。 Therefore, in order to solve such a problem, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-228370 (Patent Document 2), Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-90697 (Patent Document 3), and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-190922 (Patent Document 4). Has clarified a refrigerant channel tube wrapping type heat exchanger having a structure in which a refrigerant channel tube is disposed outside a water channel tube.
それらの特許文献２〜４に明らかにされている熱交換器において、例えば特許文献２に提案されている構造のものにあっては、水流路管と冷媒流路管との接触面積が充分ではないために、冷媒から水への伝熱性能が低く、充分な熱交換性能を発揮することが困難であるという問題を内在している。このため、そのような形態の熱交換器の伝熱性能を向上させるべく、特許文献３においては、水流路管の外周に、複数条の山谷底部を連続して螺旋状に設け、その山谷底部に沿って、冷媒流路管を巻き付けるようにしているのであるが、これとても、接触面積の増加は充分ではなく、加えて、冷媒からの熱が外気に放出される欠点もあり、熱交換性能面において良好な熱交換器であるとは言い難いものであった。 In those heat exchangers disclosed in Patent Documents 2 to 4, for example, in the structure proposed in Patent Document 2, the contact area between the water channel pipe and the refrigerant channel pipe is not sufficient. Therefore, there is a problem that heat transfer performance from refrigerant to water is low and it is difficult to exhibit sufficient heat exchange performance. For this reason, in order to improve the heat transfer performance of the heat exchanger of such a form, in Patent Document 3, a plurality of mountain valley bottom portions are continuously provided in a spiral shape on the outer periphery of the water flow channel pipe, and the mountain valley bottom portion is provided. However, the contact area is not increased sufficiently, and in addition, the heat from the refrigerant is released to the outside air, resulting in heat exchange performance. It was hard to say that it was a good heat exchanger.
一方、特許文献４においては、管の外周面に所定高さのフィンを有するフィン付き管を水流路として、そのフィン付き管の外周面に形成されたフィン間の凹部に冷媒流路を螺旋状に巻き付け、かかるフィンを折り曲げて固定して、熱交換器を構成することによって、伝熱性能の向上を図ったものが、明らかにされているのであるが、そのような熱交換器にあっては、単純に、フィンを折り曲げただけのものであるところから、フィンと冷媒側流路となる比較的小径の伝熱管との間の接触面積の増加は僅かであり、そのため、伝熱促進効果が充分ではなく、加えて、冷媒からの熱が外気に放出されてしまうといった問題があった。また、円弧状に形成されたフィンを、特許文献４に示されているような、引き抜き加工を行って折り曲げることは、加工上、非常に難しく、生産コストが向上してしまうといった問題をも、内在しているのである。 On the other hand, in Patent Document 4, a finned tube having fins of a predetermined height on the outer peripheral surface of the tube is used as a water flow channel, and the refrigerant flow channel is spirally formed in a recess between the fins formed on the outer peripheral surface of the finned tube. It has been clarified that the heat transfer performance is improved by configuring the heat exchanger by folding the fin and fixing the fins, but in such a heat exchanger, Since the fin is simply bent, the increase in the contact area between the fin and the relatively small diameter heat transfer tube serving as the refrigerant-side flow path is small, and therefore the heat transfer promoting effect However, there is a problem that heat from the refrigerant is released to the outside air. In addition, it is very difficult to bend the fin formed in an arc shape by performing a drawing process as shown in Patent Document 4, and the production cost is improved. It is inherent.
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、冷媒流路が水流路の外側に配置されてなる熱交換器において、大きなコストアップをすることなく、熱交換性能を向上させることが出来る熱交換器を提供することにある。 Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is that in a heat exchanger in which the refrigerant flow path is arranged outside the water flow path, the cost is greatly increased. An object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of improving the heat exchange performance without performing the above.
そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、管内に高温の熱交換媒体が流通せしめられる第一の内管と、該高温の熱交換媒体との間で熱交換されるべき流体が管内に流通せしめられる第二の内管と、それら第一及び第二の内管を管内に収容、保持する外管とから構成される熱交換器にして、前記第一の内管が、前記第二の内管の外周に螺旋状に巻き付けられて、その外周面の一部において、該第二の内管の外周面の一部に対して当接せしめられて熱的接触させられていると共に、更に、該第二の内管の外周面と接触していない部分において、前記外管の内周面に当接せしめられて熱的接触させられている一方、該第二の内管が、その外周面のうち前記第一の内管の外周面と接触していない部分において、前記外管の内周面の前記第一の内管の外周面と接触していない部分に対して当接せしめられて、熱的接触させられていることを特徴とする熱交換器を、その要旨とするものである。 In the present invention, in order to solve such problems, heat exchange is performed between the first inner pipe through which the high-temperature heat exchange medium is circulated in the pipe and the high-temperature heat exchange medium. A heat exchanger composed of a second inner pipe through which a fluid to be circulated flows and an outer pipe that houses and holds the first and second inner pipes in the pipe; A tube is spirally wound around the outer periphery of the second inner tube, and a part of the outer peripheral surface is brought into contact with a part of the outer peripheral surface of the second inner tube to be in thermal contact. In addition, the second inner tube is not in contact with the outer peripheral surface of the second inner tube, and is in contact with the inner peripheral surface of the outer tube to be in thermal contact with the second inner tube. The inner pipe of the outer pipe is not in contact with the outer circumference of the first inner pipe. Is brought into contact against the serial peripheral surface and a portion not in contact of the first inner tube, a heat exchanger, characterized in that it brought into thermal contact, it is an gist thereof.
なお、このような本発明に従う熱交換器の望ましい態様の一つによれば、前記第二の内管の外周に、管軸方向に螺旋状に連続して延びる凹条を形成すると共に、該第二の内管の凹条に沿って、前記第一の内管を螺旋状に巻き付けて、目的とする熱交換器が構成されることとなる。 In addition, according to one of the desirable embodiments of the heat exchanger according to the present invention, the outer periphery of the second inner tube is formed with a groove that continuously spirals in the tube axis direction, and the The first inner pipe is spirally wound along the concave line of the second inner pipe to form a target heat exchanger.
また、本発明に従う熱交換器の望ましい態様の別の一つによれば、前記第二の内管の外周に、管軸方向に螺旋状に連続して延びる外面フィンを形成すると共に、該第二の内管のフィン間の凹部内に、前記第一の内管を螺旋状に巻き付けて、目的とする熱交換器が構成されるのである。 Further, according to another preferred embodiment of the heat exchanger according to the present invention, the outer surface fin is formed on the outer periphery of the second inner tube so as to extend continuously in a spiral shape in the tube axis direction. The target heat exchanger is configured by spirally winding the first inner tube in the recess between the fins of the two inner tubes.
さらに、かかる本発明に従う熱交換器の望ましい態様の更に別の一つによれば、前記第一の内管と前記第二の内管との当接、前記第一の内管と前記外管との当接及び前記第二の内管と前記外管との当接を、それぞれ機械的な圧着によって実現することによって、熱的接触が有利に形成されることとなる。 Furthermore, according to still another preferred embodiment of the heat exchanger according to the present invention, the first inner tube and the second inner tube are in contact with each other, the first inner tube and the outer tube. The abutment and the abutment between the second inner tube and the outer tube are realized by mechanical pressure bonding, whereby a thermal contact is advantageously formed.
更にまた、本発明にあっては、望ましくは、前記高温の熱交換媒体が炭酸ガスを主体とする冷媒とされると共に、前記熱交換されるべき流体が水とされて、給湯機用水熱交換器として有利に用いられる。 Still further, in the present invention, preferably, the high-temperature heat exchange medium is a refrigerant mainly composed of carbon dioxide gas, and the fluid to be heat exchanged is water, so that water heat exchange for a water heater is performed. It is advantageously used as a vessel.
加えて、本発明に従う熱交換器の他の好ましい態様の一つによれば、前記第一の内管、前記第二の内管及び前記外管は、それぞれ銅又は銅合金を材質として構成されることとなり、また、別の好ましい態様の一つによれば、そのような銅又は銅合金を材質として構成された第二の内管の内面に錫めっきが施されて、熱交換器が構成されることとなる。 In addition, according to another preferred embodiment of the heat exchanger according to the present invention, the first inner pipe, the second inner pipe and the outer pipe are each made of copper or a copper alloy. According to another preferred embodiment, the inner surface of the second inner tube made of such copper or copper alloy is tin-plated to form a heat exchanger. Will be.
従って、かかる本発明に従う熱交換器の構成によれば、第一の内管と第二の内管との間の熱的接触部位を介して、第一の内管内を流通する高温の熱交換媒体からの熱が、第二の内管内を流通する流体に伝達されることとなると共に、第一の内管が外管に対しても熱的に接触せしめられているところから、第一の内管内を流通する高温の熱交換媒体からの熱が、外管へも伝熱、拡散されることとなり、外気へと熱が放出されてしまうことを効果的に抑制し得るようになっているのである。更に、外管と第二の内管との間の熱的接触部位を介して、外管から第二の内管への伝熱作用も発揮されることによって、このような外管に伝達された熱が、かかる熱的接触部位を介して、外管から第二の内管、換言すれば、第一の内管内を流通する熱交換媒体の熱を第二の内管内を流通する流体に伝達することが可能となるのである。このように、本発明に従う熱交換器にあっては、１本の第一の内管内を流通する熱交換媒体の熱が、その周りに位置する第二の内管の複数部位において、伝熱されることとなり、以て、熱交換性能を効果的に向上させることが出来るのである。 Therefore, according to the configuration of the heat exchanger according to the present invention, high-temperature heat exchange that circulates in the first inner pipe through the thermal contact portion between the first inner pipe and the second inner pipe. Since the heat from the medium is transferred to the fluid flowing in the second inner pipe, the first inner pipe is also in thermal contact with the outer pipe. Heat from a high-temperature heat exchange medium that circulates in the inner pipe is also transferred and diffused to the outer pipe, so that heat can be effectively suppressed from being released to the outside air. It is. Furthermore, the heat transfer action from the outer tube to the second inner tube is also exerted through the thermal contact portion between the outer tube and the second inner tube, so that the heat is transmitted to such an outer tube. Heat from the outer tube to the second inner tube, in other words, the heat of the heat exchange medium flowing in the first inner tube is transferred to the fluid flowing in the second inner tube through the thermal contact portion. It is possible to communicate. Thus, in the heat exchanger according to the present invention, the heat of the heat exchange medium flowing through one first inner pipe is transferred at a plurality of portions of the second inner pipe located around the heat exchange medium. Thus, the heat exchange performance can be effectively improved.
また、かかる本発明に従う熱交換器にあっては、第一の内管と第二の内管、及びそれらを収容する外管とが、相互に接触せしめられた形態において組み付けられていることによって、目的とする熱交換器が形成されており、そこでは、高温の熱交換媒体が流通せしめられる第一の内管が、外管内に完全に封じ込まれた形態となっているところから、熱交換媒体が流通する第一の内管に損傷等が発生した場合において、第一の内管から漏洩した熱交換媒体は、外管と第一及び第二の内管との間に形成される間隙に漏洩することとなり、その間隙部によって漏洩検知管としての機能も発揮することが可能となる。即ち、従来の如き特別な構造の漏洩検知管を用いることなく、比較的単純な構造において、しかも、コンパクトな構造において、漏洩検知機能を有する熱交換器を構成することが可能となり、その結果、熱交換器の製造コストも、効果的に低減し得ることとなるのである。 Further, in the heat exchanger according to the present invention, the first inner pipe, the second inner pipe, and the outer pipe that accommodates them are assembled in a form in which they are brought into contact with each other. The target heat exchanger is formed, in which the first inner pipe through which the high-temperature heat exchange medium is circulated is completely enclosed in the outer pipe. When damage or the like occurs in the first inner pipe through which the exchange medium flows, the heat exchange medium leaked from the first inner pipe is formed between the outer pipe and the first and second inner pipes. Leakage occurs in the gap, and the gap portion can also function as a leak detection tube. That is, it is possible to configure a heat exchanger having a leakage detection function in a relatively simple structure and a compact structure without using a leakage detection tube having a special structure as in the prior art. The manufacturing cost of the heat exchanger can also be effectively reduced.
加えて、本発明の望ましい態様の一つに従って、第二の内管の内面に錫めっきを施すことによって、管材質である銅若しくは銅合金が、２価の銅イオンとして水に溶け出してしまうことを抑制することが可能となり、熱交換器の耐食性を有利に確保することが出来るのである。 In addition, according to one of the desirable embodiments of the present invention, by applying tin plating to the inner surface of the second inner tube, copper or copper alloy as the tube material is dissolved in water as divalent copper ions. This can be suppressed, and the corrosion resistance of the heat exchanger can be advantageously ensured.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図１には、本発明に従う熱交換器の一実施形態が、縦断面図の形態において示されている。そこにおいて、熱交換器１０は、小径の第一の内管１２が、外周面に管軸方向に螺旋状に延びる外面フィン１８が形成されたストレート状の第二の内管１４の、かかる外面フィン１８，１８間に形成される凹部２０内に、該凹部２０に沿って螺旋状に巻き付けられて、一体化されていると共に、それら一体化された第一の内管１２と第二の内管１４とが外管１６内に収容されて、構成されている。
First, FIG. 1 shows an embodiment of a heat exchanger according to the present invention in the form of a longitudinal sectional view. Therein, the
より詳細には、管内に高温の炭酸ガス等の熱交換媒体が流通せしめられる第一の内管１２は、アルミニウムや銅及びそれらの合金等の金属材料を用いて形成された単純な円形断面を呈する平滑管であって、その大きさは、一般に、外径：３〜５ｍｍ程度、肉厚：０．５〜１．０ｍｍ程度とされて、第二の内管１４の外径よりも小径とされると共に、第二の内管１４の外面フィン１８，１８間に形成される凹部２０の幅とほぼ同じとなるようにされている。
More specifically, the first
一方、管内に熱交換されるべき流体が流通せしめられる第二の内管１４は、アルミニウムや銅及びそれらの合金等の金属材料を用いて形成され、図１や図２に示されるように、所定のフィン幅（ｔ）及びフィン高さ（Ｈ）とされた外面フィン１８が所定の間隔（ピッチ：Ｐ）にて管軸方向に螺旋状に延びるように形成された、所謂外面フィン付き管とされている。また、その大きさは、一般に、内径：６〜１０ｍｍ程度、肉厚：０．５〜１．０ｍｍ程度とされ、外径（外面フィン１８の先端部位での径）は、外面フィン１８の先端部位が外管１６の内周面に密着する程度の大きさとされ、更に、フィンピッチ（Ｐ）は第一の内管１２が収容される程度とされている。
On the other hand, the second
そして、そのような第二の内管１４の外周面に形成された管軸方向に連続して螺旋状に延びる外面フィン１８，１８間の凹部２０に沿って、かかる凹部２０内に収容されるように第一の内管１２が巻き付けられることによって、第一の内管１２の外周面が第二の内管１４の外周面に密着せしめられた状態において螺旋状に巻き付けられて一体化されて、それらが互いに熱的に接触させられている。
And it is accommodated in this recessed
ところで、第一の内管１２から第二の内管１４に熱を伝達するにあたって、第一の内管１２と第二の内管１４の当接する部位における隙間、換言すれば、第一の内管１２の外周面と第二の内管１４の外面フィン１８，１８間に形成される凹部２０の底面との隙間は、可及的に存在しないように、それらが密着されるようにすることが望ましく、そのために、ここでは、凹部２０の底面を円弧面にて構成すると共に、その曲率半径を、凹部２０内に収容される第一の内管１２の外面の曲率半径と同じとなるようにしているのである。なお、凹部２０の底面形状を、第一の内管１２の外径と略同じ大きさとするには、例えば、外面フィン付き管を公知の転造方法により形成する際に、そのフィン形成ディスクの先端形状（先端Ｒ）を、第一の内管１２の外形プロフィールとほぼ同じ（外径と略同じＲ）とすることで、容易に形成することが可能である。このように、第一の内管１２の外表面と、凹部２０の底面とを、隙間なく密着することによって、熱交換器１０の熱交換性能を、有利に向上することが可能となるのである。
By the way, when transferring heat from the first
また、それら第一の内管１２と第二の内管１４とを管内に収容、保持している外管１６は、アルミニウムや銅及びそれらの合金等の金属材料を用いて形成された、一般に、外径：１２〜３０ｍｍ程度、肉厚：０．４〜１．０ｍｍ程度の大きさの、単純な円形断面を呈する平滑管にて構成されている。そして、このような外管１６の内周面と、第二の内管１４のフィンの頂上部位や、第一の内管１２の外周面の一部、即ち、第一の内管１２の外周面のうちの第二の内管１４の外周面（凹部２０の表面）と接触していない部位とが、当接せしめられて、熱的接触させられているのである。
Further, the
なお、かかる第一の内管１２及び第二の内管１４と外管１６とが当接せしめられている部位は、それらの間での熱伝達を効果的に行うためにも、密着していることが望ましい。そのため、例えば、一体化した第一の内管１２と第二の内管１４とを外管１６内に収容した後、公知の合わせ抽伸加工を施すことによって、外管１６を若干縮径するようにして、第一の内管１２と第二の内管１４の外周面と外管１６の内周面とを機械的に圧着（密着）させることにより、熱交換機１０を構成することが望ましく、またその際には、第二の内管１４の外径（外面フィン１８の先端部を繋ぐ円の外径に該当する径）を、第一の内管１２を第二の内管１４の外面フィン１８，１８間の凹部２０に収容した状態における第一の内管１２の最外部に該当する径と略同じ程度、或いはそれよりも若干大径となるようにすることが望ましい。このような大きさとすることによって、外管１６の縮径の際に、第二の内管１４の外面フィン１８の先端部は、外管１６の内周面によって僅かに押し潰されるように変形しながら、効果的に密着させられる共に、第二の内管１４の凹部２０の底部と第一の内管１２の外周面や第一の内管１２の外周面と外管１６の内周面とが有利に密着せしめられ得るのである。
Note that the first
このような、本発明に従う構造とされた熱交換器１０によれば、第一の内管１２内を流通する炭酸ガス等の高温の熱交換媒体の熱が、図２に示されるように、第一の内管１２と第二の内管１４の熱的接触部位、即ち第一の内管１２の外周面の一部と第二の内管１４の凹部２０の底面とが密着している部分を介して、第二の内管１４内を流通する水等の流体へと、効果的に伝達されることとなる（図２におけるＡ部分）。
According to the
さらに、第一の内管１２が外管１６に対して密着せしめられて、熱的接触せしめられていることにより、熱交換媒体からの熱が、外管１６へと伝熱、拡散される（図２におけるＢ部分）ことによって、かかる熱が外気へと放出されてしまうことが効果的に抑制されると共に、そのように外管１６に伝達された熱が、外管１６と第二の内管１４との間の熱的接触部位を介して外管１６から第二の内管１４へと伝熱され（図２におけるＣ部分）、以て、第一の内管１２内を流通する熱交換媒体の熱を第二の内管１４内を流通する流体へと効果的に伝達することが可能となる。
Furthermore, since the first
このように、本発明に従う熱交換器１０にあっては、１本の第一の内管１２内を流通する熱交換媒体の熱が、その周りに位置する第二の内管１４の複数部位において、伝熱されることとなり、以て、熱交換性能を効果的に向上させることが出来るのである。
As described above, in the
また、かかる本発明に従う熱交換器１０によれば、第一の内管１２と第二の内管１４、及びそれらを収容する外管１６とが、相互に接触せしめられた形態において組み付けられていることによって、目的とする熱交換器が形成されており、そこでは、高温の熱交換媒体が流通せしめられる第一の内管１２が、外管１６内に完全に封じ込まれた形態となっているところから、第一の内管１２に損傷等が発生した場合においても、第一の内管１２から漏洩した熱交換媒体は、外管１６と第一及び第二の内管との間に形成される間隙（図２に示される隙間２２）に漏洩することとなり、その間隙部によって漏洩検知管としての機能も発揮することが可能となる。即ち、従来の如き特別な構造の漏洩検知管を用いることなく、比較的単純な構造において、しかも、コンパクトな構造において、漏洩検知機能を有する熱交換器を構成することが可能となり、その結果、熱交換器１０の製造コストも、効果的に低減し得ることとなるのである。
In addition, according to the
ところで、この種の水熱交換器においては、水が流通する部分、即ち上記した実施の形態においては、第二の内管１４を銅若しくは銅合金で構成した場合において、望ましくは水が流通する部分の第二の内管１４の内面に対して、錫めっきが施されて、用いられることとなる。これは、流通する水のｐＨが酸性側やアルカリ性側に変化すると、これらの水と接触する管材質である銅若しくは銅合金が、２価の銅イオンとして水に溶け出し易くなるからである。即ち、使用する水中には種々の成分が含まれており、この中でも、溶解性ＳｉＯ2 は、未飽和であっても２価の金属イオンが存在すると析出して、スケールを形成する傾向がある。そして、給湯水に溶け出した２価の銅イオンにより、水中の溶解性ＳｉＯ2 が析出して、スケールを形成したり、使用時に石鹸や炭酸ガス等と反応して、青水となる等の問題を内在しているからである。また、腐食が進行して、第二の内管に孔をあけてゆく孔食の危険性もある上、表面の錆で荒れた部分に水垢等のスケールが付き易くなり、熱交換効率が悪化してしまう恐れもある。
By the way, in this type of water heat exchanger, in the portion where water flows, that is, in the above-described embodiment, when the second
このため、その対策として、第二の内管１４が銅若しくは銅合金で形成されている場合において、水が流通する部分である第二の内管１４の内面に錫めっきを施すことにより、銅イオンの溶け出しを効果的に抑制することが可能となり、以て耐食性が有利に確保され得ることとなる。なお、そのような第二の内管１４の内面に対して錫めっきを施す方法としては、例えば、予めその内面に錫めっきを施した管を第二の内管１４として使用し、別途用意した第一の内管１２や外管１６と組み付けて、熱交換機１０を構成すると言う方法がある他、第二の内管１４と第一の内管１２を一体化した後、若しくは第二の内管１４と第一の内管１２を一体化し、これを外管１６に収容して合わせ抽伸加工等によって、機械的に圧着せしめた後に、第二の内管１４内に錫のめっき液を流通せしめる、置換めっき法による方法等があり、本発明においては適宜に採用されることとなる。
For this reason, as a countermeasure, when the second
以上、本発明の代表的な実施形態の一つとその製作方法について詳述してきたが、それらは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。 As mentioned above, one of the representative embodiments of the present invention and the manufacturing method thereof have been described in detail. However, these are merely examples, and the present invention is specific to such embodiments. It should be understood that the description is not to be construed as limiting in any way.
例えば、前述の実施形態においては、第二の内管１４として、管外面に管軸方向に螺旋状に延びる外面フィン１８が形成された外面フィン付き管を用いたが、そのような外面フィン付き管以外にも、外周面に複数条の凹凸部が連続して螺旋状に設けられた、所謂スパイラル管若しくは捩り管と呼ばれるものを用いることも可能である。そのようなスパイラル管を第二の内管として用いたものとしては、例えば図３に示される如きものを例示することが出来、そこでは、第一の内管３２を、外周面に凸部３８と凹部４０とが管軸方向に螺旋状に延びるように設けられた第二の内管３４の該凹部４０内に収容するようにして、該凹部４０に沿って外周面に螺旋状に巻き付け、第一の内管３２の外周面と凹部４０の底面とが密着した状態にて一体化し、そして、外管３６の内周面と、第一の内管３２の外周面の一部や第二の内管３４の凸部３８の頂上部位が、それぞれ密着した状態となるようにして、目的とする熱交換機３０が構成されるのである。
For example, in the above-described embodiment, as the second
また、第二の内管１４として用いられる管体としては、前述の実施形態の如く、管内面が平滑な面とされた外面フィン付き管の他にも、管内周面に伝熱促進のためにフィンや溝が形成された管体を用いることも、勿論可能であって、それらは、熱交換器１０に求められる伝熱性能や機能に応じて、適宜に決定されることとなる。
Further, as the tube used as the second
その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。 In addition, although not enumerated one by one, the present invention is carried out in a mode to which various changes, modifications, improvements, etc. are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that any one of them falls within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。 Hereinafter, representative examples of the present invention will be shown to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited by the description of such examples. Needless to say.
先ず、冷媒側流路として用いられる第一の内管（１２）として、外径：４ｍｍ、肉厚：０．６ｍｍの、単純な円形断面のりん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）からなる小径管を準備した。また、水側流路として、図４（ａ）に示される如き縦断面形状を呈する、管外面に所定高さの外面フィン１８が管軸方向に螺旋状に延びるように形成された外面フィン付き管（１４）を準備した。かかる外面フィン付き管は、りん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）にて形成され、その大きさは、外径（Ｄ1 ）：２０ｍｍ、フィンピッチ（Ｐ）：４．８ｍｍ、フィン厚さ（ｔ）：０．８ｍｍ、フィン高さ（Ｈ）：４．２ｍｍ、内径（ｄ）：１０ｍｍとした。更に、外管（１６）として、外径：２２ｍｍ、肉厚：０．８ｍｍの、単純な円形断面のりん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）からなる大径管を準備した。
First, as the first inner pipe (12) used as the refrigerant side flow path, a small diameter made of phosphorous deoxidized copper (JIS H 3300 C1220) having an outer diameter of 4 mm and a wall thickness of 0.6 mm and having a simple circular cross section. A tube was prepared. Further, as the water-side flow path, the
次いで、このように準備された３種類のりん脱酸銅管のうち、外面フィン付き管（１４）の外面フィン間の凹部内に、第一の内管として準備した小径管（１２）を挿入し、かかる凹部に沿って外面フィン付き管の外周面に螺旋状に巻き付けて、図４（ｂ）の縦断面図に示されるように、外面フィン付き管の凹部の底面と小径管の外周面が密着するようにして、それら２つの管を一体化した。なお、このとき、小径管の最外部に該当する径（Ｄ2 ）は、１９．６ｍｍとなるようにした。そして、このように一体化した小径管と外面フィン付き管を、大径管（１６）内に収容せしめた後に（図４（ｃ）参照）、公知の合わせ抽伸加工等の操作によって、大径管を外径：２０．０ｍｍとなるまで縮径して、小径管の外周面や外面フィン付き管の外面フィンの頂上部位を大径管の内周面と機械的に圧着して、図１に示される如く、本発明に従う熱交換器（１０）を作製した。また、このように形成した熱交換器の、その内部を水が流通せしめられる外面フィン付き管（第二の内管１４）の内周面には、置換めっき法により、錫めっき皮膜を形成した。 Next, among the three types of phosphorous deoxidized copper tubes prepared in this way, the small-diameter pipe (12) prepared as the first inner pipe is inserted into the recess between the outer fins of the pipe (14) with the outer fin. Then, it is spirally wound around the outer peripheral surface of the tube with the outer fin along the concave portion, and as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 4B, the bottom surface of the concave portion of the tube with the outer fin and the outer peripheral surface of the small-diameter tube So that the two tubes were integrated. At this time, the diameter (D 2 ) corresponding to the outermost part of the small diameter tube was set to 19.6 mm. And after accommodating the small diameter pipe | tube and outer surface finned pipe | tube integrated in this way in the large diameter pipe | tube (16) (refer FIG.4 (c)), it is large diameter by operation, such as a well-known drawing drawing process. The outer diameter of the tube is reduced to 20.0 mm, and the outer peripheral surface of the small-diameter tube and the top portion of the outer surface fin of the tube with the outer fin are mechanically pressure-bonded to the inner peripheral surface of the large-diameter tube. As shown in Fig. 1, a heat exchanger (10) according to the present invention was produced. Further, a tin plating film was formed on the inner peripheral surface of the outer finned tube (second inner tube 14) through which water was allowed to flow through the heat exchanger formed as described above by a displacement plating method. .
また、他の実施例の一つとして、第二の内管として、スパイラル管を用いたものを作製した。即ち、先ず、冷媒側流路として用いられる第一の内管（３２）として、外径：４ｍｍ、肉厚：０．６ｍｍの、単純な円形断面のりん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）からなる小径管を準備すると共に、水側流路として、外面に複数条の凹凸部が管軸方向に連続して螺旋状に延びるように設けられたスパイラル管（３４）を準備した。かかるスパイラル管は、りん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）にて形成され、その大きさは、外径：２０ｍｍ、肉厚：０．４ｍｍ、凹部（凸部）のピッチ：７ｍｍ、凹部深さ：３．６ｍｍとした。また、外管（３６）として、外径：２２ｍｍ、肉厚：０．８ｍｍの、単純な円形断面のりん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）からなる大径管を準備した。 In addition, as another example, a spiral tube was used as the second inner tube. That is, first, as the first inner pipe (32) used as the refrigerant side flow path, a simple circular cross-section phosphorous deoxidized copper (JIS H 3300 C1220) having an outer diameter of 4 mm and a wall thickness of 0.6 mm is used. A spiral tube (34) provided with a plurality of concavo-convex portions on the outer surface so as to extend spirally continuously in the tube axis direction was prepared as a water-side channel. The spiral tube is made of phosphorous deoxidized copper (JIS H 3300 C1220), and has the following dimensions: outer diameter: 20 mm, wall thickness: 0.4 mm, recess (projection) pitch: 7 mm, recess depth : 3.6 mm. As the outer tube (36), a large-diameter tube made of phosphorous deoxidized copper (JIS H 3300 C1220) having an outer diameter of 22 mm and a wall thickness of 0.8 mm and having a simple circular cross section was prepared.
そして、このように準備された３種類のりん脱酸銅管を組み合わせて、前述の第二の内管として外面フィン付き管を用いた熱交換器の時と同様に、スパイラル管（３４）の外周面の凹部に沿って、第一の内管としての小径管（３２）を、スパイラル管の外周面に螺旋状に巻き付けて一体化し、その一体化したスパイラル管と小径管を大径管（３６）内に挿入した後に、公知の合わせ抽伸加工等の操作により大径管を縮径し、図３に示される如き縦断面形状を呈する熱交換器（３０）を作製した。このとき、縮径後の大径管の外径は２０．０ｍｍとなるようにし、スパイラル管の凸部の頂上部位や小径管の外周面が、大径管の内周面と密着されるようにした。また、水が流通せしめられるスパイラル管（第二の内管）の内周面には、置換めっき法により、錫めっき皮膜を形成した。 Then, the three types of phosphorous deoxidized copper pipes prepared in this way are combined and the spiral pipe (34) of the spiral pipe (34) is formed as in the case of the heat exchanger using the outer finned pipe as the second inner pipe. A small-diameter pipe (32) as a first inner pipe is spirally wound around the outer peripheral surface of the spiral pipe and integrated along the concave portion of the outer peripheral face, and the integrated spiral pipe and small-diameter pipe are connected to the large-diameter pipe ( 36) After being inserted into the tube, the diameter of the large-diameter tube was reduced by an operation such as a known drawing and drawing process to produce a heat exchanger (30) having a longitudinal cross-sectional shape as shown in FIG. At this time, the outer diameter of the large diameter tube after the diameter reduction is set to 20.0 mm so that the top portion of the convex portion of the spiral tube and the outer peripheral surface of the small diameter tube are in close contact with the inner peripheral surface of the large diameter tube. I made it. A tin plating film was formed on the inner peripheral surface of the spiral tube (second inner tube) through which water was circulated by a displacement plating method.
１０ 熱交換器
１２ 第一の内管
１４ 第二の内管
１６ 外管
１８ 外面フィン
２０ 凹部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第一の内管が、前記第二の内管の外周に螺旋状に巻き付けられて、その外周面の一部において、該第二の内管の外周面の一部に対して当接せしめられて熱的接触させられていると共に、更に、該第二の内管の外周面と接触していない部分において、前記外管の内周面に当接せしめられて熱的接触させられている一方、該第二の内管が、その外周面のうち前記第一の内管の外周面と接触していない部分において、前記外管の内周面の前記第一の内管の外周面と接触していない部分に対して当接せしめられて、熱的接触させられていることを特徴とする熱交換器。 A first inner pipe in which a high-temperature heat exchange medium is circulated in the pipe, a second inner pipe in which a fluid to be exchanged with the high-temperature heat exchange medium is circulated in the pipe, and the first And a heat exchanger composed of an outer tube that houses and holds the second inner tube in the tube,
The first inner pipe is spirally wound around the outer periphery of the second inner pipe, and a part of the outer peripheral surface is brought into contact with a part of the outer peripheral surface of the second inner pipe. And in thermal contact with the inner peripheral surface of the outer tube at a portion not in contact with the outer peripheral surface of the second inner tube. On the other hand, in the portion of the outer peripheral surface where the second inner tube is not in contact with the outer peripheral surface of the first inner tube, the outer peripheral surface of the first inner tube of the inner peripheral surface of the outer tube A heat exchanger, wherein the heat exchanger is brought into contact with a portion that is not in contact and is in thermal contact.
The heat exchanger according to claim 6, wherein an inner surface of the second inner pipe is tin-plated.
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