JP2006078017A - チューブ式熱交換器及びこれを備えた給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた寸法の中において熱交換のための配管長を長くでき、流体を分岐する分岐部分の水漏れに対する信頼性を高め、耐圧強度を確保した安価で高性能なチューブ式熱交換器及びこれを備えた給湯器を得る。
【解決手段】可撓性を有する外管チューブ１と、外管チューブ１内にその軸方向に沿って挿入され外管チューブ１内壁との間に隙間２を形成した金属内管１０と、外管チューブ１と金属内管１０とから構成された配管部材Ａの両端部に取り付けられ外管チューブ１と金属内管１０のそれぞれに別個の流体を導入または排出させる分岐部材Ｂとからなる。この場合、金属内管１０の外壁に隙間部１２を備えた漏洩検知管１３を設けることができる。また、外管チューブ１を可撓性あるシリコン、フッ素系または樹脂によって構成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体間で熱交換を行うことができるチューブ式熱交換器及びこれを備えた給湯器に関するものである。

従来の熱交換器は、水などの流体を通すプラスチック性の外管を形成した後に、冷媒などの流体を通す可撓性のない金属管をプラスチック性の外管の中に挿入していた。そして、水などの流体と冷媒などの流体を分岐する分岐部分は、プラスチック性の外管と一体に形成していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６０９０６号公報（第３頁、図４）

従来の熱交換器では、熱交換性能を向上させるために、限られた寸法の中で水などの流体を通すプラスチック性の外管の配管長を高温状態下でより長く形成するのが困難で、さらに可撓性がないプラスチック性の外管の中に冷媒などの流体を通す金属管を挿入するのが非常に困難であった。また、水などの流体と冷媒などの流体を分岐する分岐部分の水漏れに対する信頼性、耐圧強度を確保するのは容易ではなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換性能向上のために、限られた寸法の中において熱交換のための配管長をより長くでき、しかも安価で高性能のチューブ式熱交換器及びこれを備えた給湯器を得ることを目的とする。
また、水などの流体と冷媒などの流体を分岐する分岐部分の水漏れに対する信頼性を高め、耐圧強度を確保した安価で高性能なチューブ式熱交換器及びこれを備えた給湯器を得ることを目的とする。

本発明に係るチューブ式熱交換器は、可撓性を有する外管チューブと、該外管チューブ内にその軸方向に沿って挿入され該外管チューブ内壁との間に隙間を形成した金属内管と、前記外管チューブと金属内管とから構成された配管部材の両端部に取り付けられ該外管チューブと金属内管それぞれに別個の流体を導入または排出させる分岐部材とからなるものである。

本発明に係るチューブ式熱交換器は、限られたスペースの中でより長い熱交換のための配管長が得られ、また、冷媒などの流体が流れる金属内管の外壁に水などの流体が直接接して流れるようにしたので、高効率で最大の熱伝導効果が得られる。また、水などの流体を通す外管チューブに冷媒などの流体を通す金属内管を挿入するだけでよいので、ロウ付けが不要となり、軽量かつ安価となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るチューブ式熱交換器の全体図、図２は図１に示す配管部のＸ−Ｘ断面図、図３は図１に示す分岐部材の断面図である。図１、図２に示すように、チューブ式熱交換器は、配管部材Ａとその両端部に取り付けられた分岐部材Ｂとによって構成されている。配管部材Ａは、金属以外のシリコン、フッ素系または樹脂などを用いた可撓性のある外管チューブ１の中に、銅管のような金属内管１０が内挿されており、外管チューブ１の内側と金属内管１０の外側との間に水などの第２流体を通す外側流路２が形成され、金属内管１０内には冷媒などの第１流体を通す内側流路１１が形成されている。

金属内管１０の外周壁には金属製の漏洩検知管１３が設けられており、漏洩検知管１３
には断面ほぼコ字状をなす漏洩検知用の隙間部１２が、その開口部を内壁側に開口した状態で、内壁の周方向に沿って一定の間隔でしかも漏洩検知管１３の軸方向にほぼ平行になるようにして設けられている。こうして、金属内管１０と漏洩検知管１３とによって二重構造の漏洩検知付金属内管１４を形成し、内側流路１１を流れる第１流体と外側流路２を流れる第２流体とが混在することを防止している。

チューブ式熱交換器の両端部に位置する分岐部材Ｂは、それぞれ、内側流路１１を流れる第１流体と外側流路２を流れる第２流体とを分離した状態で配管部材Ａに導入または配管部材Ａから排出するもので、図３に示すように、外管チューブ１及び漏洩検知付金属内管１４をそれぞれ係止する筒状の分岐本体２０と、外管チューブ１を分岐本体２０に固定する外管固定ナット２１と、漏洩検知付金属内管１４を分岐本体２０に固定する金属内管パッキン２２と、金属内管パッキン２２を介して漏洩検知付金属内管１４を固定するパッキン固定ナット２３と、分岐本体２０に取り付けられ外管チューブ１と連通する断面Ｌ字状の分岐管２４とによって構成されている。

分岐部材Ｂの構造を詳述すると、分岐本体２０は、外管チューブ１の内径よりもやや縮径された内径を有する円柱状の通路２０ａと、側壁に開口されて通路２０ａに連通し分岐管２４を取り付ける分岐孔２０ｂとを有し、外管チューブ１の内壁端部を係止するための段差を有する外管係止部２０ｃと、分岐孔２０ｂの端部側（分岐孔２０ｂを介して外管チューブ１の取り付け位置と反対側）に位置し漏洩検知付金属内管１４の外径よりもやや拡径された内径を有して内側流路１１の中心部側に突設する内側突設部２０ｄとによって構成されている。

分岐本体２０の外管係止部２０ｃには、外管係止部２０ｃに差し込んで係止する外管チューブ１をその外壁側より締め付けて固定する外管固定ナット２１が取り付けられ、内側突設部２２ｄの端部側には分岐本体２０の通路２０ａに沿って挿入された漏洩検知付金属内管１４を固定するための内管パッキン２２が設けられ、さらに分岐本体２０の端部には中央に漏洩検知付金属内管１４を貫通する貫通孔２３ａを備えたパッキン固定ナット２３が取り付けられ、内管パッキン２２を介して漏洩検知付金属内管１４を固定している。
上記のように構成したチューブ式熱交換器は、給湯器などに接続して使用される。

上記のように構成した実施の形態１の作用を説明する。チューブ式熱交換器の分岐部材Ｂのうち、配管部材Ａの第１の端部側（図１の上側）に位置する分岐部材Ｂの分岐管２４から配管部材Ａの外側流路２にイ方向より流入した第２流体である水は、配管部材Ａの外側流路２を通って配管部材Ａの第２の端部側（図１の下側）に位置する分岐部材Ｂの分岐管２４からロ方向に排出される。

一方、チューブ式熱交換器の配管部材Ａの第２の端部側（図１の下側）に位置する分岐部材Ｂから配管部材Ａの内側流路１１にハ方向より流入した第１流体である冷媒は、配管部材Ａの内側流路１１を通って配管部材Ａの第１の端部（図１の上側）に位置する分岐部材Ｂの分岐管２４からニ方向に排出される。こうして、図３に示す分岐部材Ｂによって、水と冷媒とが容易に分離した状態でチューブ式熱交換器内を反対方向に流れ、外側流路２を流れる水と内側流路１１を流れる冷媒とは対向流となる。
なお、金属内管１０が破損して漏れが生じた場合などには、漏れ出た水若しくは冷媒は漏洩検知管１３の隙間部１２に入り込み、水と冷媒が混在することはない。

実施の形態１によれば、漏洩検知付金属内管１４の周壁すべてに外側流路２を流れる第２流体が直接接触するようにしてあるので、第１流体との間で最大限の熱伝導を得ることができる。また、外管チューブ１の材質に断熱性のあるものを用いれば、外管チューブ１の内壁に漏洩検知付金属内管１４が接触しても、熱伝導ロスを抑えることができる。さらに、外管チューブ１同士が互いに接触しても熱伝導ロスを抑えることができるので、配管経路、熱交換器形状に自由度が生じ、小型密集化することが可能となる。

また、外管チューブ１の中に漏洩検知付金属内管１４を挿入しただけなので、ロウ付、ロウ接、かしめ等の製造工程が不要となる。さらに、外管チューブ１及び漏洩検知付金属内管１４は、挫屈が起きない曲げ半径内において、トラック状に巻いたり、螺旋状に巻いたりするなど、自由な取り回しの加工をすることが可能である。また、漏洩検知付金属内管１４は、漏洩検知付の構造のため、隙間部１２を構成する空間により、第１流体と第２流体が混在することを防ぐことができる。さらに、分岐部材Ｂを用いたので、ロウ付け、ロウ接、かしめ等の製造工程なしで、第１流体と第２流体を容易かつ確実に分離することができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係るチューブ式熱交換器の断面図である。実施の形態１では、外管チューブ１の中に金属内管１０を１本だけ挿入してあるが、本実施の形態２では外管チューブ２の中に金属内管１０を複数本挿入したものである。
熱交換量や寸法制限を必要とするような場合に、第１流体及び第２流体の必要流量から最適な断面積になるように、外管チューブ１の内径や、金属内管１０の外径、本数等を設定する。
その他の構成、作用は、実施の形態１に示した場合と実質的に同様なので説明を省略する。

実施の形態２によれば、金属内管１０を外管チューブ１の中に複数本例えば３本挿入して伝熱面積が増加するようにしたので、より大きい熱交換を得ることができる。また、外管チューブ１を曲げた場合でもチューブ変形を抑え、第２流体の流路を確保することが可能となる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係るチューブ式熱交換器の配管部材Ａの接続部分の縦断面図である。実施の形態１では、外管チューブ１を同じ材質で構成したが、本実施の形態３では、外管チューブ１の各経路において異なる材質のものを組み合わせて構成したものである。図５に示すように、配管部材Ａの接続部分は、耐熱仕様が必要な第１の外管チューブ１ａと耐熱仕様が不要な第２の外管チューブ１ｂとを、接続部材Ｃによって接続している。すなわち、第２流体の温度仕様を踏まえて第１の外管チューブ１ａの材質仕様を最適選定し、温度が低い配管部では耐熱仕様が不要な第２の外管チューブ１ｂのように温度仕様が異なる材質のものを使用する。

接続部材Ｃはほぼ円筒状をなし、接続本体３０の外周両端部には外管チューブ１ａ，１ｂの内壁端部を係止するための段差を備えた係止部３１が設けられ、また、係止部３１の内側外周にはおねじ３２が設けられており、このおねじ３２には係止部３１に差し込まれて係止する外管チューブ１ａ，１ｂの外壁端部を外側より締め付けて固定する外管チューブ固定ナット３２，３３が螺合されている。
その他の構成、作用は実施の形態１で示した場合と実質的に同様なので説明を省略する。

実施の形態３によれば、第２流体用の外管チューブ１ａ，１ｂ２の材質仕様を第２流体の温度仕様を踏まえて最適選定すれば、必要以上に高価な材質を使用することなく、コストを安価に抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係るチューブ式熱交換器の全体図である。 図１の配管部材のＸ−Ｘ断面図である。 図１の分岐部材の縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係るチューブ式熱交換器の配管部材の断面図である。 本発明の実施の形態３に係るチューブ式熱交換器の配管部材の接続部分の縦断面図である。

符号の説明

１ 外管チューブ、１０ 金属内管、１２ 隙間部、１３ 漏洩検知管、１４ 漏洩検知付金属内管、２０ 分岐本体、２０ｂ 分岐孔、２１ 外管固定ナット、２２ 内管パッキン、２３ パッキン固定ナット、２４ 分岐管、Ａ 配管部材、Ｂ 分岐部材、Ｃ 接続部材。

Claims (6)

1. 可撓性を有する外管チューブと、該外管チューブ内にその軸方向に沿って挿入され該外管チューブ内壁との間に隙間を形成した金属内管と、前記外管チューブと金属内管とから構成された配管部材の両端部に取り付けられ該外管チューブと金属内管のそれぞれに別個の流体を導入または排出させる分岐部材とからなることを特徴とするチューブ式熱交換器。
2. 前記金属内管の外壁に隙間部を備えた漏洩検知付金属内管を設けたことを特徴とする請求項１記載のチューブ式熱交換器。
3. 前記外管チューブを可撓性あるシリコン、フッ素系または樹脂によって構成したことを特徴とする請求項１または２記載のチューブ式熱交換器。
4. 側壁に分岐孔を有する筒状の分岐本体と、前記分岐孔に取り付けられて外管チューブと連通する分岐管と、前記分岐本体の軸方向の一端部に設けられて前記外管チューブの端部を係止する外管固定ナットと、前記分岐本体の他端部に設けられてパッキンを介して前記外管チューブ内に挿入された金属内管の外周部を係止すると共に該金属内管を貫通させるパッキン固定ナットとからなる分岐部材を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチューブ式熱交換器。
5. 前記配管部材を構成する外管チューブが各経路において異なる材質からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチューブ式熱交換器。
6. 請求項１〜５に記載のチューブ式熱交換器を備えたことを特徴とする給湯器。
   

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