二重管式熱交換器およびその製造方法並びにそれを備えたヒートポンプシステム
【課題】この発明は、気液二相状態の冷媒であっても、複数の管路に均一に分配できる二重管式熱交換器およびその製造方法並びにそれを備えたヒートポンプを得る。
【解決手段】二重管式熱交換器を構成する熱交換用二重管１は、第１冷媒が流通する複数の細孔２ａがその孔中心を軸心と平行として周方向に配列して形成された外管２と、外管２の中心穴内に挿通されて外管２の中心穴の内周壁面に密接して配設され、第２冷媒が流通する内管３、外管２と協働して第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂを画成する第１および第２ヘッダー４，５、および第１および第２ヘッダー４，５のそれぞれに接続された第１および第２配管を有する。そして、第１配管６は、その管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置し、外管２の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように第１ヘッダー４に接続されている。
【解決手段】二重管式熱交換器を構成する熱交換用二重管１は、第１冷媒が流通する複数の細孔２ａがその孔中心を軸心と平行として周方向に配列して形成された外管２と、外管２の中心穴内に挿通されて外管２の中心穴の内周壁面に密接して配設され、第２冷媒が流通する内管３、外管２と協働して第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂを画成する第１および第２ヘッダー４，５、および第１および第２ヘッダー４，５のそれぞれに接続された第１および第２配管を有する。そして、第１配管６は、その管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置し、外管２の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように第１ヘッダー４に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体と高温流体とを熱交換させて高温流体から低温流体に熱を伝える冷熱機器などに用いられる二重管式熱交換器およびその製造方法並びにそれを備えたヒートポンプシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の二重管式熱交換器では、壁内を貫通する多数の冷媒流通孔を開設した円筒形の冷媒流通管を通水官の外周に接合して作製された熱交換用二重管と、通水管の外周壁に接合して冷媒流通管の端末部に設けられた袋状のヘッダーと、を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１３８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の二重管式熱交換器では、多数の冷媒流通孔が周方向に配列して冷媒流通管の壁内を貫通して形成されているので、気液二相状態の冷媒を流通させる場合には、冷媒がヘッダー内に供給された後、各冷媒流通孔に均一に分配されにくい。特に、従来の二重管式熱交換器を蒸発器として動作させた場合、気液二相状態の冷媒が冷媒流通孔に不均一に分配され、液冷媒の分配量の少ない冷媒流通孔では、液冷媒がその管路半ばで全て蒸発してしまい、余分な過熱領域が長くなり、熱交換器全体の伝熱性能が極端に低下するという不具合を生じる。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、気液二相状態の冷媒であっても、複数の管路に均一に分配できる二重管式熱交換器およびその製造方法並びにそれを備えたヒートポンプを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の二重管式熱交換器は、中心穴が軸心位置に形成された円筒状に作製され、第１冷媒が流通する複数の管路がその管路中心を該軸心と平行として周方向に配列して形成された第１管、上記第１管の中心穴内に挿通されて該第１管の中心穴の内周壁面に密接して配設され、第２冷媒が流通する円筒状の第２管、上記第１管の一端側に同軸に所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成され、上記複数の管路の一端側が開口され、上記第１冷媒を該複数の管路に分配する第１ヘッダー空間、上記第１管の他端側に形成され、上記複数の管路の他端側が開口され、該複数の管路を流通した上記第１冷媒を集める第２ヘッダー空間、上記第１管と協働して上記第１および第２ヘッダー空間を画成する第１および第２ヘッダー、および上記第１および第２ヘッダー空間のそれぞれに接続された第１および第２配管を有し、上記第１冷媒と上記第２冷媒とを熱交換させる熱交換用二重管を備えている。そして、上記第１配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第１ヘッダー空間に接続されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、第１配管の管路中心が第１管の軸心と直交する平面上に位置し、第１管路の軸心から径方向外方に変位して径方向と直交するように第１ヘッダー空間に接続されているので、第１配管から第１ヘッダー空間に流入した気液二相状態の冷媒は、大きな周方向の旋回成分を有する。そこで、冷媒は遠心力により第１ヘッダー空間の外周壁面に沿ったほぼ均一な液膜と冷媒蒸気との環状流となり、第１ヘッダー空間に開口する複数の管路に均等に分配される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図、図５は図３のＶ−Ｖ矢視断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図、図７はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【０００９】
図１乃至図５において、熱交換用二重管１は、アルミ合金を押し出し加工して中心穴が軸心位置に穿設された所定肉厚の円筒状の管体に作製され、管路としての細孔２ａが孔方向を軸心と平行として壁内を貫通して同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成され、第１冷媒が流通する第１管としての外管２と、銅材で円筒状に作製され、外管２の中心穴の内壁面に密接して外管２を挿通して外管２と同軸に配設され、第２冷媒が流通する第２管としての内管３と、それぞれアルミ合金で有底円筒状に作製され、底部に同軸に穿設された貫通穴４ａ，５ａに外管２の両端からの内管３の延出部を挿通させて、貫通穴４ａ，５ａの内壁面が内管３の外壁面に接合され、開口端面が外管２の細孔２ａの形成領域の径方向外方の端面に接合されて、外管２の両端部のそれぞれに外管２と同軸に設けられた第１および第２ヘッダー４，５と、管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置して外管２の軸心から半径方向にずれた位置で半径方向に直交するように第１および第２ヘッダー４，５の底部側に接続されたアルミ合金製の第１および第２配管６，７と、を備える。
【００１０】
ここで、外管２と内管３とは、内管３を外管２の中心穴に挿入した後、内管３を機械的に拡管することにより、内管３の外壁面が外管２の中心穴の内壁面に密接し、熱的に密着している。外管２と第１および第２ヘッダー４，５とは、ロウ付けにて接合される。また、内管３と第１および第２ヘッダー４，５とは両者の間に薄板状のステンレス合金を介してロウ付けにて接合される。さらに、第１および第２配管６，７は第１および第２ヘッダー４，５にロウ付けにて接合される。第１ヘッダー空間９ａが、外管２、内管３および第１ヘッダー４により外管２の一端側に画成され、所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成されている。同様に、第２ヘッダー空間９ｂが、外管２、内管３および第２ヘッダー５により外管２の他端側に画成され、所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成されている。なお、結露などによる水分からロウ付け部の腐食を防止するために、ロウ付け部の外表面に防食塗装を施しても良い。
【００１１】
この実施の形態１による二重管式熱交換器１０は、このように構成された１つの熱交換用二重管１を、例えば、図示していないが、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続される。
【００１２】
そして、第１冷熱機器から吐出された第１冷媒は、第１配管６を介して第１ヘッダー４内に流入し、各細孔２ａに分配される。第１冷媒は、各細孔２ａ内を流通して第２ヘッダー５に集められ、第２配管７から第１冷熱機器に戻される。
一方、第２冷熱機器から吐出された第２冷媒は、内管３内を流通し、第２冷熱機器に戻される。この第２冷媒は内管３内を流通しつつ細孔２ａ内を流れる第１冷媒と熱交換される。第２冷媒は、細孔２ａ内を流れる第１冷媒に対して平行流となっているが、第２配管７を第１冷熱機器の吐出配管に接続した場合には、第２冷媒は細孔２ａ内を流れる第１冷媒に対して対向流となる。もしくは、内管３と第２冷熱機器の連結方向を変えて接続した場合でも第２冷媒は細孔２ａ内を流れる第１冷媒に対して対向流となる。
【００１３】
この二重管式熱交換器１０では、熱交換用二重管１の第１および第２配管６，７が、その管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置し、外管２の軸心から半径方向にずれた位置で半径方向に直交するように第１および第２ヘッダー４，５の底部側に接続されている。そこで、冷媒液８ａと冷媒蒸気８ｂとが混合された気液二相状態の第１冷媒８は、図６中矢印で示されるように、第１配管６から第１ヘッダー４内に導入され、円周方向の旋回成分を有する。そして、第１冷媒８は、遠心力により第１ヘッダー４の内周壁面（第１ヘッダー空間９ａの外周壁面）に沿ったほぼ均一の厚みの液膜（冷媒液８ａ）と冷媒蒸気８ｂとの環状流となる。そして、第１冷媒８は、図７に矢印で示されるように、冷媒蒸気８ｂに同伴されて、外管２の端面に到達し、各細孔２ａに均等に分配される。
【００１４】
この二重管式熱交換器１０を蒸発器として動作させる場合に、冷媒液８ａが各細孔２ａに均等に分配されていないと、冷媒液８ａの分配量が少ない細孔２ａでは、冷媒液８ａの全てが細孔２ａの半ばで蒸発してしまう。そこで、余分な過熱領域が長くなり、熱交換器全体の伝熱性能が極端に低下する。この二重管式熱交換器１０では、冷媒液８ａが各細孔２ａに均等に分配されるので、上述の熱交換器の性能低下を防止することができる。
【００１５】
なお、熱交換用二重管１の構造上、第１ヘッダー４内での第１冷媒の周方向における分布が重力の影響を受けることから、外管２の軸心を水平に対して傾斜させるように熱交換用二重管１を配置することが好ましく、外管２の軸心を鉛直とするように熱交換用二重管１を配置することがより好ましい。
【００１６】
また、第１配管６の管路中心と外管２の径方向との直交点を外管２の軸心から径方向外方に変位させるほど、第１ヘッダー４内に導入された冷媒の円周方向の旋回成分が大きくなることから、第１配管６の管路中心と外管２の径方向との直交点を外管２の外周側に位置させることが好ましい。特に、第１配管６の管路中心を第１ヘッダー４の内周壁面の接線に略一致させるようにすることがより好ましい。つまり、図５に示されるように、第１配管６の管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置して外管２の半径方向に直交し、かつ第１配管６の内周壁面の接線が第１ヘッダー４の内周壁面の接線と交差するように、第１配管６を第１ヘッダー４に接続すればよい。なお、冷媒の吐出側の第２ヘッダー５および第２配管７は、両者の接続構造を含めて、同じ構成とすることで、第２配管７から第１冷媒を流入させても細孔２ａに均等に分配できるので、第１ヘッダー４および第１配管６が流入側に特定されず、熱交換用二重管１の設置自由度を増大することができる。また、後述するように、複数の隣り合う熱交換用二重管１の第２配管７を隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続して二重管式熱交換器３０を製造する場合の生産性も向上する。
【００１７】
また、内管３には銅材を用いるものとしているが、これに限定されるものではなく、第２冷媒に応じて適宜選択すればよく、例えば銅に比べ耐食性に優れたステンレス合金を用いれば、薄肉化でき、熱交換器の軽量化が実現できる。
また、外管２、第１および第２ヘッダー４，５、および第１および第２配管６，７にはアルミ合金を用いるものとしているが、第１冷媒に応じて適宜選択すればよく、例えばステンレス合金、銅などを用いればよい。
また、外管２と第１および第２ヘッダー４，５とをロウ付けにより接合し、第１および第２ヘッダー４，５と第１および第２配管６，７とをロウ付けにより接合するものとしているが、ロウ付けに代えて圧接接合や共晶接合を用いてもよい。特に、冷熱機器側の配管には銅製の配管が主に用いられることから、アルミ合金製の第１および第２配管６，７と冷熱機器側の配管との接合には、ロウ付け以外の圧接接合や共晶接合などが好ましい。
【００１８】
つぎに、本二重管式熱交換器１０を用いたヒートポンプシステムについて説明する。
実施例１．
図８はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例１を示す冷媒回路図である。
図８において、ヒートポンプシステム２０Ａは、第１冷媒を圧縮するための圧縮機２１と、膨張弁２３と、室外熱交換器２４と、利用側熱交換器２５と、第２冷媒を圧送するポンプ２６と、室外空気を室外熱交換器２４に供給し、室外熱交換器２４内を流通する第１冷媒と外気とを熱交換させるファン２９と、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器１０と、を備える。ここでは、第１冷媒としてＲ４１０Ａを用い、第２冷媒として水道水を用いている。
【００１９】
そして、圧縮機２１の冷媒吐出口が二重管式熱交換器１０の熱交換用二重管１の第１配管６に接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が膨張弁２３を介して室外熱交換器２４の入口に接続され、室外熱交換器２４の出口が圧縮機２１の冷媒吸入口に接続されている。第１冷媒は、圧縮機２１→熱交換用二重管１の外管２の細孔２ａ→膨張弁２３→室外熱交換器２４→圧縮機２１の順で第１冷媒回路内を循環する。また、ポンプ２６の冷媒吐出口が二重管式熱交換器１０の熱交換用二重管１の内管３の一端に接続され、熱交換用二重管１の内管３の他端が利用側熱交換器２５の入口に接続され、利用側熱交換器２５の出口がポンプ２６の冷媒吸入口に接続されている。第２冷媒は、ポンプ２６→熱交換用二重管１の内管３→利用側熱交換器２５→ポンプ２６の順で第２冷媒回路内を循環する。
【００２０】
このヒートポンプシステム２０Ａでは、ポンプ２６が駆動され、水道水が第２冷媒回路内を循環する。そして、第１冷媒が圧縮機２１で高温高圧の冷媒となって熱交換用二重管１の第１ヘッダー４内に導入され、各細孔２ａに分配される。第１冷媒は、細孔２ａ内を流通しつつ、内管３内を流通する第２冷媒と熱交換する。そして、第１冷媒は、第２冷媒と熱交換して凝縮し、膨張弁２３で減圧され、室外熱交換器２４に導入される。室外熱交換器２４に導入された第２冷媒は、ファン２９により送風された空気と熱交換して蒸発し、圧縮機２１に戻される。一方、第１冷媒と熱交換して加熱された第２冷媒は利用側熱交換器２５に戻され、放熱し、ポンプ２６に戻される。
このヒートポンプシステム２０Ａは、例えばラジエータや床暖房ヒータなどを利用側熱交換器２に用いた暖房システムとして利用される。
【００２１】
実施例２．
図９はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例２を示す冷媒回路図である。
図９において、ヒートポンプシステム２０Ｂは、利用側熱交換器２５を内包するタンク２８を備えている。なお、ヒートポンプシステム２０Ｂは、タンク２８を備えている点を除いて、上記実施例１のヒートポンプシステム２０Ａと同様に構成されている。
【００２２】
このヒートポンプシステム２０Ｂでは、タンク２８に給水されて利用側熱交換器２５を流通する第２冷媒と熱交換して加熱された流体を取水し、暖房又は給湯に利用する。
そこで、このヒートポンプシステム２０Ｂを用いた暖房又は給湯システムは、従来のボイラを熱源とした暖房又は給湯システムに比べて省エネ効果がある。
【００２３】
実施例３．
図１０はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例３を示す冷媒回路図である。
図１０において、ヒートポンプシステム２０Ｃは、圧縮機２１の冷媒吐出口が室外熱交換器２４の入口に接続され、室外熱交換器２４の出口が膨張弁２３を介して二重管式熱交換器１０の熱交換用二重管１の第１配管６に接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が圧縮機２１の冷媒吸入口に接続されている。第１冷媒は、圧縮機２１→室外熱交換器２４→膨張弁２３→熱交換用二重管１の外管２の細孔２ａ→圧縮機２１の順で第１冷媒回路内を循環する。なお、ヒートポンプシステム２０Ｃは、第１冷媒回路を流れる第１冷媒の流れ方向が異なる点を除いて、上記実施例１のヒートポンプシステム２０Ａと同様に構成されている。
【００２４】
このヒートポンプシステム２０Ｃでは、ポンプ２６が駆動され、水道水が第２冷媒回路内を循環する。そして、第１冷媒が圧縮機２１で高温高圧の冷媒となって室外熱交換器２４に導入される。室外熱交換器２４に導入された第２冷媒は、ファン２９により送風された空気と熱交換して凝縮し、膨張弁２３で減圧されて、熱交換用二重管１の第１ヘッダー４内に導入され、各細孔２ａに分配される。第１冷媒は、細孔２ａ内を流通しつつ、内管３内を流通する第２冷媒と熱交換する。そして、第１冷媒は、第２冷媒と熱交換して蒸発し、圧縮機２１に戻される。一方、第１冷媒と熱交換して冷却された第２冷媒は利用側熱交換器２５に戻される。
このヒートポンプシステム２０Ｃは、例えば空気熱交換器を利用側熱交換器２に用いた冷房システムや、冷水パネルを利用側熱交換器２に用いた輻射冷房システムとして利用される。
【００２５】
実施例４．
図１１はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例４を示す冷媒回路図である。
図１１において、ヒートポンプシステム２０Ｄは、四方弁２２を第１冷媒回路に設け、四方弁２２を切り換えて、圧縮機２１で圧縮された第１冷媒を室外熱交換器２４又は二重管式熱交換器１０に導入できるようにしている。なお、ヒートポンプシステム２０Ｄは、四方弁２２を第１冷媒回路に設けている点を除いて、上記実施例１，３のヒートポンプシステム２０Ａ，２０Ｃと同様に構成されている。
【００２６】
このヒートポンプシステム２０Ｄは、圧縮機１で圧縮された高圧高温の第１冷媒が二重管式熱交換器１０に導入されるように四方弁２２を切り換えることで、ヒートポンプシステム２０Ａとして動作し、圧縮機１で圧縮された高圧高温の第１冷媒が室外熱交換器２４に導入されるように四方弁２２を切り換えることで、ヒートポンプシステム２０Ｃとして動作する。このように、四方弁２２を組み入れるだけで、１つのシステムで、暖熱と冷熱とを切り換えて利用できる。
また、実施例２におけるヒートポンプシステム２０Ｂに四方弁２２を組み入れることで、給湯と冷水とを切り換えて利用できるようになる。
【００２７】
なお、上記各実施例では、第１冷媒としてＲ４１０Ａ、第２冷媒として水道水を用いるものとしているが、第１および第２冷媒はこれに限定されるものではなく、例えば第１冷媒として他のフロン系冷媒、或いは二酸化炭素や炭化水素などの自然冷媒を用いてもよいし、第２冷媒としてブラインや第１冷媒と同じ冷媒を用いてもよい。また、第２冷媒の循環方向は、熱交換用二重管１を流れる第１冷媒と平行流もしくは対交流となるように適時設定してよい。
【００２８】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図、図１３はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図、図１４はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図１５はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図、図１６はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【００２９】
図１２乃至図１４において、第１管としての外管１１が所定肉厚の円筒状の大径部１１ａと大径部１１ａの両端に同軸に突設された肉薄の円筒状の小径部１１ｂとからなり、中心穴が軸心位置に穿設されたアルミ合金製の段付き管に作製され、管路としての細孔１１ｃが孔方向を軸心と平行として大径部１１ａを貫通して、大径部１１ａの端面に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。第１および第２ヘッダー４，５が、貫通穴４ａ，５ａに外管１１の小径部１１ｂを挿通させて、貫通穴４ａ，５ａの内壁面が小径部１１ｂの外壁面に接合され、開口端面が大径部１１ａの細孔１１ｃの形成領域の径方向外方の端面に接合されて、外管１１の両端部のそれぞれに同軸に設けられている。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ａは、外管２に代えて外管１１を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。
【００３０】
この熱交換用二重管１Ａでは、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが第１および第２ヘッダー４，５と外管１１とから構成されている。つまり、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂの内周壁が外管１１の一部である小径部１１ｂにより構成されている。そこで、銅製の内管３が腐食し、亀裂やピンホールが内管３に発生しても、内管３内を流通する第２冷媒の第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂ内への流入が小径部１１ｂにより阻止され、第１冷媒と第２冷媒との混合が確実に防止される。
【００３１】
このように構成された熱交換用二重管１Ａは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
この熱交換用二重管１Ａにおいても、図１５中矢印で示されるように、第１配管６から第１ヘッダー４内に導入された第１冷媒８は、円周方向の旋回成分を有する。そして、第１冷媒８は、遠心力により第１ヘッダー４の内周壁面に沿ったほぼ均一の厚みの液膜（冷媒液８ａ）と冷媒蒸気８ｂとの環状流となる。そして、第１冷媒８は、図１６に矢印で示されるように、冷媒蒸気８ｂに同伴されて、外管１１の大径部１１ａの端面に到達し、各細孔１１ｃに均等に分配される。
【００３２】
ここで、外管１１は、例えば、アルミ合金を押し出し加工して細孔１１ｃが形成された所定肉厚の円筒状の管体を作製し、ついで管体を軸心回りに回転させつつ切削加工を施して、管体の両端の肉厚を薄くして作製される。
【００３３】
実施の形態３．
図１７はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図、図１８はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー構造を説明する一部破断斜視図、図１９はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図２０はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図、図２１はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【００３４】
図１７乃至図１９において、第１管としての外管１２は、中心穴が軸心位置に穿設されたアルミ合金製の所定肉厚の円筒状の管体１２ａに作製され、環状溝としての円環状の凹溝１２ｂが管体１２ａの両端に同軸に凹設され、細孔１２ｃが孔方向を軸心と平行として管体１２ａを貫通して、凹溝１２ｂの底部に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。第１および第２配管６，７が管体１２ａの両端側の外周壁面に接合されている。端板１３が、中心位置に穿設された貫通穴１３ａを有するアルミ合金製の円板に作製され、管体１２ａの両端面に接合され、凹溝１２ｂの開口を塞口している。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ｂは、外管２および第１および第２ヘッダー４，５に代えて外管１２を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。端板１３は外管１２と協働して第１および第２ヘッダー空間９ａ、９ｂを画成する第１および第２ヘッダーとして機能する。
【００３５】
この熱交換用二重管１Ｂでは、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが管体１２ａの凹溝１２ｂを端板１３で塞口して構成されている。そこで、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが簡素な構造で構成できる。さらに、銅製の内管３が腐食し、亀裂やピンホールが内管３に発生しても、内管３内を流通する第２冷媒の第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂ内への流入が外管１２により阻止され、第１冷媒と第２冷媒との混合が確実に防止される。
【００３６】
このように構成された熱交換用二重管１Ｂは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
この熱交換用二重管１Ｂにおいても、図２０中矢印で示されるように、第１配管６から凹溝１２ｂ内に導入された第１冷媒８は、円周方向の旋回成分を有する。そして、第１冷媒８は、遠心力により凹溝１２ｂの内周壁面に沿ったほぼ均一の厚みの液膜（冷媒液８ａ）と冷媒蒸気８ｂとの環状流となる。そして、第１冷媒８は、図２１に矢印で示されるように、冷媒蒸気８ｂに同伴されて、外管１２の凹溝１２ｂの底面に到達し、各細孔１２ｃに均等に分配される。
【００３７】
ここで、外管１２は、例えば、アルミ合金を押し出し加工して細孔１２ｃが形成された所定肉厚の円筒状の管体１２ａを作製し、ついで管体１２ａを軸心回りに回転させつつ軸方向外方から切削加工を施して、所定の溝幅の円環状の凹溝１２ｂを管体１２ａの両端部に形成して、作製される。
【００３８】
実施の形態４．
図２２はこの発明の実施の形態４に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図２３は図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。
【００３９】
図２２および図２３において、第１管としての外管１４が所定肉厚の円筒状の大径部１４ａと大径部１４ａの両端から同軸に突設され肉薄の円筒状の小径部１４ｂとからなり、中心穴１４ｄが軸心位置に穿設されたアルミ合金製の段付き管に作製され、細孔１４ｃが孔方向を軸心と平行として大径部１４ａを貫通して、大径部１４ａの端面に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。耐食層１５が外管１４の中心穴１４ｄの内周壁面の全面に被覆されている。第１および第２ヘッダー４，５が、貫通穴４ａ，５ａに外管１４の小径部１４ｂを挿通させて、貫通穴４ａ，５ａの内壁面が小径部１４ｂの外壁面に接合され、開口端面が大径部１４ａの細孔１４ｃの形成領域の径方向外方の端面に接合されて、外管１４の大径部１４ａの両端部のそれぞれに同軸に設けられている。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ｃは、外管２および内管３に代えて外管１４を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。
【００４０】
このように構成された熱交換用二重管１Ｃは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、外管１４の一方の小径部１４ｂが第２冷熱機器の吐出配管に接続され、他方の小径部１４ｂが第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
【００４１】
この熱交換用二重管１Ｃにおいても、上記実施の形態１と同様に、第１冷媒を各細孔１４ｃに均等に分配できる。
また、この熱交換用二重管１Ｃでは、耐食層１５が内周壁面の全面に被覆された外管１４の中心穴１４ｄに第２冷媒を流通させているので、内管３が不要となり、熱交換器の軽量化を図ることができる。
【００４２】
なお、耐食層１５としては、母材である外管１４より電気化学的に卑である金属材料を用いることができ、外管１４がアルミ合金やアルミである場合には、例えば、マグネシウムを含む金属材料を用いることができる。そして、例えば、マグネシウムを含む金属材料をアルミ合金やアルミの表面に被覆してなるクラッド材を用いて外管を作製すればよい。この場合は、細孔１４ｃを設けた平板状のクラッド材をロール成形などにより円筒状に形成し、継ぎ目を電縫溶接などで接続すればよい。また、母材で外管を作製した後、外管の中心穴の内周壁面にメッキを施し、耐食層を形成してもよい。
また、金属材料に代えて、ポリエチレン等の樹脂を外管１４の中心穴１４ｄの内周壁面の全面に被覆して耐食層としてもよい。
【００４３】
実施の形態５．
図２４はこの発明の実施の形態５に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【００４４】
図２４において、第１管としての外管１６が所定肉厚の円筒状の大径部１６ａと大径部１６ａの両端から同軸に突設された肉薄の円筒状の小径部１６ｂとからなり、中心穴１６ｅが軸心位置に穿設されたアルミ合金製の段付き管に作製され、環状溝としての円環状の凹溝１６ｃが大径部１６ａの両端に同心状に凹設され、細孔１６ｄが孔方向を軸心と平行として大径部１６ａを貫通して、凹溝１６ｃの底部に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。第１および第２配管６，７が大径部１６ａの両端側の外周壁面に接合されている。端板１３が、中心位置に穿設された貫通穴１３ａを有するアルミ合金製の円板に作製され、大径部１６ａの両端面と小径部１６ｂの外周壁面に接合され、凹溝１６ｃの開口を塞口している。さらに、耐食層１５が外管１６の中心穴１６ｅの内周壁面の全面に被覆されている。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ｄは、外管２、内管３および第１および第２ヘッダー４，５に代えて外管１６および端板１３を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。
【００４５】
このように構成された熱交換用二重管１Ｄは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、外管１６の一方の小径部１６ｂが第２冷熱機器の吐出配管に接続され、他方の小径部１６ｂが第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
【００４６】
この熱交換用二重管１Ｄにおいても、上記実施の形態１と同様に、第１冷媒を各細孔１６ｄに均等に分配できる。
また、この熱交換用二重管１Ｄでは、耐食層１５が内周壁面の全面に被覆された外管１６の中心穴１６ｅに第２冷媒を流通させているので、内管３が不要となり、熱交換器の軽量化を図ることができる。
また、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが大径部１６ａの凹溝１６ｃを端板１３で塞口して構成されているので、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが簡素な構造で構成できる。
【００４７】
実施の形態６．
図２５はこの発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
図２５において、二重管式熱交換器３０は、１本の内管３で連結された４つの熱交換用二重管１が、隣り合う熱交換用二重管１を連結する内管３の部分をＵ字状に曲げ成形され、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、熱交換用二重管１の第２配管７が隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続されて構成されている。ここでは、二重管式熱交換器３０が４つの熱交換用二重管１から構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の個数は要求される熱交換能力により適宜設定される。
【００４８】
このように構成された二重管式熱交換器３０は、上記実施の形態１と同様に、配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
そして、第１冷媒が配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６から流入し、４つの熱交換用二重管１の細孔２ａを順次流通し、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７から流出する。この時、第１冷媒は、各熱交換用二重管１の細孔２ａに均等に分配され、熱交換用熱交換器１の伝熱性能の低下が抑えられる。
【００４９】
つぎに、この二重管式熱交換器３０の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１の構成部品である外管２、内管３、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、図２６に示されるように、熱交換本体部３１を作製する。ついで、内管３を４つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後内管３を拡管し、図２７に示されるように、４つの熱交換本体部３１が各外管２と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体３２を作製する。ついで、熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１間の部位を曲げて、図２５に示されるように、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部３１を隣接して１列に配列させる。その後、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器３０が作製される。
【００５０】
この製造方法によれば、内管３の直径が外管２の直径より小径であることから、内管３を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して１列に配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。
【００５１】
ここで、上記実施の形態６では、二重管式熱交換器３０が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して１列４行に配列して構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の配列はこれに限定されるものではなく、例えば図２８に示されるように、内管３の曲げ方向を９０度変位させて、外管２の軸心を互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して２列２行に配列してもよい。このように、内管３の曲げ方向および曲げ角度を変えることで、熱交換用二重管１の配列を収納空間に合わせることができる。従って、この製造方法によれば、熱交換器の小型化図れると共に、収納空間に合わせた形状の熱交換器を簡易に製造できる。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００５２】
実施の形態７．
この実施の形態７による二重管式熱交換器は、図示していないが、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態２による熱交換用二重管１Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。
従って、この実施の形態７による二重管熱交換器は、上記実施の形態６による二重管式熱交換器３０と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００５３】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ａの構成部品である外管１１、内管３、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管１１の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、内管３を４つ熱交換本体部の外管１１に挿通し、その後内管３を拡管し、４つの熱交換本体部が各外管１１と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、熱交換器組立体の内管３の隣り合う熱交換本体部間の部位を曲げて、外管１１の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部を隣接して１列４行に配列させる。その後、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００５４】
この製造方法においても、内管３の直径が外管２の直径より小径であることから、内管３を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１Ａで構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して１列に配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。
【００５５】
実施の形態８．
この実施の形態８による二重管式熱交換器は、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態３による熱交換用二重管１Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。
従って、この実施の形態８による二重管熱交換器は、上記実施の形態６による二重管式熱交換器３０と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００５６】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ｂの構成部品である外管１２、内管３、第１および第２配管６，７、端板１３が用意される。そして、第１および第２配管６，７を外管１２に接合する。ついで、端板１３を外管１２の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、内管３を４つ熱交換本体部の外管１２に挿通し、その後内管３を拡管し、４つの熱交換本体部が各外管１２と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、熱交換器組立体の内管３の隣り合う熱交換本体部間の部位を曲げて、外管１２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１配管６と第２配管７とが相対するように４つの熱交換本体部を隣接して１列４行に配列させる。その後、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００５７】
この製造方法においても、内管３の直径が外管２の直径より小径であることから、内管３を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１Ｂで構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。
なお、第１および第２配管６，７を外管１２に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して１列に配列された熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。
【００５８】
実施の形態９．
図２９はこの発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
図２９において、二重管式熱交換器３５は、２つの熱交換用二重管１を内管としてのＵ字状に曲げ成形されたヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、一方のヘアピン管３６の他端と他方のヘアピン管３６の一端とがＵベント管３７で接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続されて構成されている。ここでは、二重管式熱交換器３５が４つの熱交換用二重管１から構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の個数は要求される熱交換能力により適宜設定される。
【００５９】
このように構成された二重管式熱交換器３５は、上記実施の形態１と同様に、配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、ヘアピン管３６の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、ヘアピン管３６の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
そして、第１冷媒が配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６から流入し、４つの熱交換用二重管１の細孔２ａを順次流通し、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７から流出する。この時、第１冷媒は、各熱交換用二重管１の細孔２ａに均等に分配され、熱交換用熱交換器１の伝熱性能の低下が抑えられる。
【００６０】
つぎに、この二重管式熱交換器３５の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１の構成部品である外管２、ヘアピン管３６、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７、Ｕベント管３７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、熱交換本体部３１を作製する。ついで、ヘアピン管３６を２つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、２つの熱交換本体部３１が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体３８を作製する。ついで、図３０に示されるように、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部３１が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体３８を並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、図２９に示される二重管式熱交換器３５が作製される。
【００６１】
この製造方法によれば、内管としてのヘアピン管３６およびＵベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、ヘアピン管３６およびＵベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたヘアピン管３６を熱交換本体部３１の外管２に挿通し、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体３８のヘアピン管３６同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、より生産性が向上する。
【００６２】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、各組の熱交換器組立体３８内における熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程は、上記工程のいずれの段階で実施されてもよい。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００６３】
ここで、上記実施の形態９では、二重管式熱交換器３５が、２つの熱交換器組立体３８を互いに平行として、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して１列、４行に配列して構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の配列はこれに限定されるものではなく、例えば図３１に示されるように、４つの熱交換器組立体３８を互いに平行として、外管２の軸心を互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して２列４行に配列してもよい。このように、熱交換器組立体３８の配列を変えることで、熱交換用二重管１の配列を収納空間に合わせることができる。従って、この製造方法によれば、熱交換器の小型化図れると共に、収納空間に合わせた形状の熱交換器を簡易に製造できる。
【００６４】
実施の形態１０．
この実施の形態１０による二重管式熱交換器は、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態２による熱交換用二重管１Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態９と同様に構成されている。
従って、この実施の形態１０による二重管熱交換器は、上記実施の形態９による二重管式熱交換器３５と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００６５】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ａの構成部品である外管１１、内管としてのヘアピン管３６、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７、Ｕベント管３７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管１１の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、ヘアピン管３６を２つの熱交換本体部の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、２つの熱交換本体部が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体を並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００６６】
この製造方法によれば、内管としてのヘアピン管３６およびＵベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、ヘアピン管３６およびＵベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたヘアピン管３６を熱交換本体部の外管１１に挿通し、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体のヘアピン管３６同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、より生産性が向上する。
【００６７】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、各組の熱交換器組立体内における熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程は、上記工程のいずれの段階で実施されてもよい。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００６８】
実施の形態１１．
この実施の形態１１による二重管式熱交換器は、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態３による熱交換用二重管１Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態９と同様に構成されている。
従って、この実施の形態１１による二重管熱交換器は、上記実施の形態９による二重管式熱交換器３５と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００６９】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ｂの構成部品である外管１２、内管としてのヘアピン管３６、第１および第２配管６，７、端板１３、Ｕベント管３７が用意される。そして、そして、第１および第２配管６，７を外管１２に接合する。ついで、端板１３を外管１２の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、ヘアピン管３６を２つの熱交換本体部の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、２つの熱交換本体部が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体を並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００７０】
この製造方法によれば、内管としてのヘアピン管３６およびＵベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、ヘアピン管３６およびＵベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたヘアピン管３６を熱交換本体部の外管１２に挿通し、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体のヘアピン管３６同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、より生産性が向上する。
【００７１】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、各組の熱交換器組立体内における熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程は、上記工程のいずれの段階で実施されてもよい。
【００７２】
実施の形態１２．
上記実施の形態９では、２つの熱交換用二重管１をヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８を配列して二重管式熱交換器３５を構成するものとしているが、この実施の形態１２では、４つの熱交換用二重管１をヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８Ａを配列して二重管式熱交換器３５Ａを構成している。
【００７３】
この実施の形態１２では、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、熱交換本体部３１を作製する。ついで、ヘアピン管３６を４つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、４つの熱交換本体部３１が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体３８Ａを作製する。ついで、図３３に示されるように、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように８つの熱交換本体部３１が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体３８Ａを並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、図３２に示される二重管式熱交換器３５Ａが作製される。
【００７４】
このように構成された二重管式熱交換器３５Ａは、４つの熱交換用二重管１を内管としてのＵ字状に曲げ成形されたヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８Ａが、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、一方のヘアピン管３６の他端と他方のヘアピン管３６の一端とがＵベント管３７で接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続されている。
【００７５】
従って、この二重管式熱交換器３５Ａは、上記実施の形態９による二重管式熱交換器３５に比べ、熱交換用二重管１の個数を増やすことができ、熱交換能力を大きくすることができる。
また、この実施の形態１２においても、熱交換用二重管１に代えて熱交換用二重管１Ａ，１Ｂを用いることができるとともに、熱交換用二重管１の個数、熱交換器組立体３８Ａの配列を変えることで、要求される熱交換能力および収納空間に適合する熱交換器を容易に製造することができる。
【００７６】
実施の形態１３．
図３４はこの発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
図３４において、二重管式熱交換器４０は、４つの熱交換用二重管１が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、第１および第２冷媒が４つの熱交換用二重管１を直列に流れるように隣り合う熱交換用二重管１の内管３の端部同士および第１配管６と第２配管７とを接続されて構成されている。
【００７７】
このように構成された二重管式熱交換器４０は、上記実施の形態１と同様に、配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、直列に接続された内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
そして、第１冷媒が配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６から流入し、４つの熱交換用二重管１の細孔２ａを順次流通し、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７から流出する。この時、第１冷媒は、各熱交換用二重管１の細孔２ａに均等に分配され、熱交換用熱交換器１の伝熱性能の低下が抑えられる。
【００７８】
つぎに、この二重管式熱交換器４０の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１の構成部品である外管２、内管３、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７、Ｕベント管３７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、図３５に示されるように、熱交換本体部３１を作製する。ついで、図３６に示されるように、内管３を１つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後内管３を拡管し、熱交換本体部３１が外管２と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体４１、即ち熱交換用二重管１を作製する。
【００７９】
ついで、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部３１が隣接して１列に配列するように、４組の熱交換器組立体４１を並べる。その後、内管３同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、図３４に示される二重管式熱交換器４０が作製される。
【００８０】
この製造方法によれば、Ｕベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、Ｕベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体４１の内管３同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、要求される収納空間に適合する熱交換器を容易に製造することができ、生産性が向上する。また、上記実施の形態９に記載したヘアピン管３６が不要となるので、部品点数が削減できる効果もある。
【００８１】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００８２】
ここで、上記実施の形態１３では、二重管式熱交換器４０が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１（熱交換器組立体４１）を隣接して１列、４行に配列して構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の配列はこれに限定されるものではなく、例えば図３７に示されるように、外管２の軸心を互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１（熱交換器組立体４１）を隣接して２列４行に配列してもよい。このように、熱交換用二重管１（熱交換器組立体４１）の個数および配列を変えることで、要求される熱交換能力および収納空間に適合する熱交換器を容易に製造することができる。
また、この実施の形態１３においても、熱交換用二重管１に代えて熱交換用二重管１Ａ，１Ｂを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例１を示す冷媒回路図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例２を示す冷媒回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例３を示す冷媒回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例４を示す冷媒回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー構造を説明する一部破断斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態４に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態５に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図２６】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図２７】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図２８】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器の実施態様を示す斜視図である。
【図２９】この発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図３０】この発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３１】この発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器の実施態様を示す斜視図である。
【図３２】この発明の実施の形態１２に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図３３】この発明の実施の形態１２に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３４】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図３５】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３６】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３７】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器の実施態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，３０，３５，３５Ａ，４０ 熱交換用二重管、２，１１，１２，１４，１６ 外管（第１管）、２ａ，１１ｃ，１２ｃ，１４ｃ，１６ｄ 細孔（管路）、３ 内管（第２管）、４ 第１ヘッダー、５ 第２ヘッダー、６ 第１配管、７ 第２配管、９ａ 第１ヘッダー空間、９ｂ 第２ヘッダー空間、１０ 二重管式熱交換器、１２ｂ，１６ｃ 凹溝（環状溝）、１３ 端板（第１および第２ヘッダー）、１４ａ，１６ａ 大径部、１４ｂ，１６ｂ 小径部、１４ｄ，１６ｅ 中心穴、１５ 耐食層、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ ヒートポンプシステム、３１ 熱交換本体部、３２，３８，３８Ａ，４１ 熱交換器組立体、３６ ヘアピン管、３７ Ｕベント管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体と高温流体とを熱交換させて高温流体から低温流体に熱を伝える冷熱機器などに用いられる二重管式熱交換器およびその製造方法並びにそれを備えたヒートポンプシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の二重管式熱交換器では、壁内を貫通する多数の冷媒流通孔を開設した円筒形の冷媒流通管を通水官の外周に接合して作製された熱交換用二重管と、通水管の外周壁に接合して冷媒流通管の端末部に設けられた袋状のヘッダーと、を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１３８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の二重管式熱交換器では、多数の冷媒流通孔が周方向に配列して冷媒流通管の壁内を貫通して形成されているので、気液二相状態の冷媒を流通させる場合には、冷媒がヘッダー内に供給された後、各冷媒流通孔に均一に分配されにくい。特に、従来の二重管式熱交換器を蒸発器として動作させた場合、気液二相状態の冷媒が冷媒流通孔に不均一に分配され、液冷媒の分配量の少ない冷媒流通孔では、液冷媒がその管路半ばで全て蒸発してしまい、余分な過熱領域が長くなり、熱交換器全体の伝熱性能が極端に低下するという不具合を生じる。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、気液二相状態の冷媒であっても、複数の管路に均一に分配できる二重管式熱交換器およびその製造方法並びにそれを備えたヒートポンプを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の二重管式熱交換器は、中心穴が軸心位置に形成された円筒状に作製され、第１冷媒が流通する複数の管路がその管路中心を該軸心と平行として周方向に配列して形成された第１管、上記第１管の中心穴内に挿通されて該第１管の中心穴の内周壁面に密接して配設され、第２冷媒が流通する円筒状の第２管、上記第１管の一端側に同軸に所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成され、上記複数の管路の一端側が開口され、上記第１冷媒を該複数の管路に分配する第１ヘッダー空間、上記第１管の他端側に形成され、上記複数の管路の他端側が開口され、該複数の管路を流通した上記第１冷媒を集める第２ヘッダー空間、上記第１管と協働して上記第１および第２ヘッダー空間を画成する第１および第２ヘッダー、および上記第１および第２ヘッダー空間のそれぞれに接続された第１および第２配管を有し、上記第１冷媒と上記第２冷媒とを熱交換させる熱交換用二重管を備えている。そして、上記第１配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第１ヘッダー空間に接続されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、第１配管の管路中心が第１管の軸心と直交する平面上に位置し、第１管路の軸心から径方向外方に変位して径方向と直交するように第１ヘッダー空間に接続されているので、第１配管から第１ヘッダー空間に流入した気液二相状態の冷媒は、大きな周方向の旋回成分を有する。そこで、冷媒は遠心力により第１ヘッダー空間の外周壁面に沿ったほぼ均一な液膜と冷媒蒸気との環状流となり、第１ヘッダー空間に開口する複数の管路に均等に分配される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図、図５は図３のＶ−Ｖ矢視断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図、図７はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【０００９】
図１乃至図５において、熱交換用二重管１は、アルミ合金を押し出し加工して中心穴が軸心位置に穿設された所定肉厚の円筒状の管体に作製され、管路としての細孔２ａが孔方向を軸心と平行として壁内を貫通して同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成され、第１冷媒が流通する第１管としての外管２と、銅材で円筒状に作製され、外管２の中心穴の内壁面に密接して外管２を挿通して外管２と同軸に配設され、第２冷媒が流通する第２管としての内管３と、それぞれアルミ合金で有底円筒状に作製され、底部に同軸に穿設された貫通穴４ａ，５ａに外管２の両端からの内管３の延出部を挿通させて、貫通穴４ａ，５ａの内壁面が内管３の外壁面に接合され、開口端面が外管２の細孔２ａの形成領域の径方向外方の端面に接合されて、外管２の両端部のそれぞれに外管２と同軸に設けられた第１および第２ヘッダー４，５と、管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置して外管２の軸心から半径方向にずれた位置で半径方向に直交するように第１および第２ヘッダー４，５の底部側に接続されたアルミ合金製の第１および第２配管６，７と、を備える。
【００１０】
ここで、外管２と内管３とは、内管３を外管２の中心穴に挿入した後、内管３を機械的に拡管することにより、内管３の外壁面が外管２の中心穴の内壁面に密接し、熱的に密着している。外管２と第１および第２ヘッダー４，５とは、ロウ付けにて接合される。また、内管３と第１および第２ヘッダー４，５とは両者の間に薄板状のステンレス合金を介してロウ付けにて接合される。さらに、第１および第２配管６，７は第１および第２ヘッダー４，５にロウ付けにて接合される。第１ヘッダー空間９ａが、外管２、内管３および第１ヘッダー４により外管２の一端側に画成され、所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成されている。同様に、第２ヘッダー空間９ｂが、外管２、内管３および第２ヘッダー５により外管２の他端側に画成され、所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成されている。なお、結露などによる水分からロウ付け部の腐食を防止するために、ロウ付け部の外表面に防食塗装を施しても良い。
【００１１】
この実施の形態１による二重管式熱交換器１０は、このように構成された１つの熱交換用二重管１を、例えば、図示していないが、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続される。
【００１２】
そして、第１冷熱機器から吐出された第１冷媒は、第１配管６を介して第１ヘッダー４内に流入し、各細孔２ａに分配される。第１冷媒は、各細孔２ａ内を流通して第２ヘッダー５に集められ、第２配管７から第１冷熱機器に戻される。
一方、第２冷熱機器から吐出された第２冷媒は、内管３内を流通し、第２冷熱機器に戻される。この第２冷媒は内管３内を流通しつつ細孔２ａ内を流れる第１冷媒と熱交換される。第２冷媒は、細孔２ａ内を流れる第１冷媒に対して平行流となっているが、第２配管７を第１冷熱機器の吐出配管に接続した場合には、第２冷媒は細孔２ａ内を流れる第１冷媒に対して対向流となる。もしくは、内管３と第２冷熱機器の連結方向を変えて接続した場合でも第２冷媒は細孔２ａ内を流れる第１冷媒に対して対向流となる。
【００１３】
この二重管式熱交換器１０では、熱交換用二重管１の第１および第２配管６，７が、その管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置し、外管２の軸心から半径方向にずれた位置で半径方向に直交するように第１および第２ヘッダー４，５の底部側に接続されている。そこで、冷媒液８ａと冷媒蒸気８ｂとが混合された気液二相状態の第１冷媒８は、図６中矢印で示されるように、第１配管６から第１ヘッダー４内に導入され、円周方向の旋回成分を有する。そして、第１冷媒８は、遠心力により第１ヘッダー４の内周壁面（第１ヘッダー空間９ａの外周壁面）に沿ったほぼ均一の厚みの液膜（冷媒液８ａ）と冷媒蒸気８ｂとの環状流となる。そして、第１冷媒８は、図７に矢印で示されるように、冷媒蒸気８ｂに同伴されて、外管２の端面に到達し、各細孔２ａに均等に分配される。
【００１４】
この二重管式熱交換器１０を蒸発器として動作させる場合に、冷媒液８ａが各細孔２ａに均等に分配されていないと、冷媒液８ａの分配量が少ない細孔２ａでは、冷媒液８ａの全てが細孔２ａの半ばで蒸発してしまう。そこで、余分な過熱領域が長くなり、熱交換器全体の伝熱性能が極端に低下する。この二重管式熱交換器１０では、冷媒液８ａが各細孔２ａに均等に分配されるので、上述の熱交換器の性能低下を防止することができる。
【００１５】
なお、熱交換用二重管１の構造上、第１ヘッダー４内での第１冷媒の周方向における分布が重力の影響を受けることから、外管２の軸心を水平に対して傾斜させるように熱交換用二重管１を配置することが好ましく、外管２の軸心を鉛直とするように熱交換用二重管１を配置することがより好ましい。
【００１６】
また、第１配管６の管路中心と外管２の径方向との直交点を外管２の軸心から径方向外方に変位させるほど、第１ヘッダー４内に導入された冷媒の円周方向の旋回成分が大きくなることから、第１配管６の管路中心と外管２の径方向との直交点を外管２の外周側に位置させることが好ましい。特に、第１配管６の管路中心を第１ヘッダー４の内周壁面の接線に略一致させるようにすることがより好ましい。つまり、図５に示されるように、第１配管６の管路中心が外管２の軸心と直交する平面上に位置して外管２の半径方向に直交し、かつ第１配管６の内周壁面の接線が第１ヘッダー４の内周壁面の接線と交差するように、第１配管６を第１ヘッダー４に接続すればよい。なお、冷媒の吐出側の第２ヘッダー５および第２配管７は、両者の接続構造を含めて、同じ構成とすることで、第２配管７から第１冷媒を流入させても細孔２ａに均等に分配できるので、第１ヘッダー４および第１配管６が流入側に特定されず、熱交換用二重管１の設置自由度を増大することができる。また、後述するように、複数の隣り合う熱交換用二重管１の第２配管７を隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続して二重管式熱交換器３０を製造する場合の生産性も向上する。
【００１７】
また、内管３には銅材を用いるものとしているが、これに限定されるものではなく、第２冷媒に応じて適宜選択すればよく、例えば銅に比べ耐食性に優れたステンレス合金を用いれば、薄肉化でき、熱交換器の軽量化が実現できる。
また、外管２、第１および第２ヘッダー４，５、および第１および第２配管６，７にはアルミ合金を用いるものとしているが、第１冷媒に応じて適宜選択すればよく、例えばステンレス合金、銅などを用いればよい。
また、外管２と第１および第２ヘッダー４，５とをロウ付けにより接合し、第１および第２ヘッダー４，５と第１および第２配管６，７とをロウ付けにより接合するものとしているが、ロウ付けに代えて圧接接合や共晶接合を用いてもよい。特に、冷熱機器側の配管には銅製の配管が主に用いられることから、アルミ合金製の第１および第２配管６，７と冷熱機器側の配管との接合には、ロウ付け以外の圧接接合や共晶接合などが好ましい。
【００１８】
つぎに、本二重管式熱交換器１０を用いたヒートポンプシステムについて説明する。
実施例１．
図８はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例１を示す冷媒回路図である。
図８において、ヒートポンプシステム２０Ａは、第１冷媒を圧縮するための圧縮機２１と、膨張弁２３と、室外熱交換器２４と、利用側熱交換器２５と、第２冷媒を圧送するポンプ２６と、室外空気を室外熱交換器２４に供給し、室外熱交換器２４内を流通する第１冷媒と外気とを熱交換させるファン２９と、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器１０と、を備える。ここでは、第１冷媒としてＲ４１０Ａを用い、第２冷媒として水道水を用いている。
【００１９】
そして、圧縮機２１の冷媒吐出口が二重管式熱交換器１０の熱交換用二重管１の第１配管６に接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が膨張弁２３を介して室外熱交換器２４の入口に接続され、室外熱交換器２４の出口が圧縮機２１の冷媒吸入口に接続されている。第１冷媒は、圧縮機２１→熱交換用二重管１の外管２の細孔２ａ→膨張弁２３→室外熱交換器２４→圧縮機２１の順で第１冷媒回路内を循環する。また、ポンプ２６の冷媒吐出口が二重管式熱交換器１０の熱交換用二重管１の内管３の一端に接続され、熱交換用二重管１の内管３の他端が利用側熱交換器２５の入口に接続され、利用側熱交換器２５の出口がポンプ２６の冷媒吸入口に接続されている。第２冷媒は、ポンプ２６→熱交換用二重管１の内管３→利用側熱交換器２５→ポンプ２６の順で第２冷媒回路内を循環する。
【００２０】
このヒートポンプシステム２０Ａでは、ポンプ２６が駆動され、水道水が第２冷媒回路内を循環する。そして、第１冷媒が圧縮機２１で高温高圧の冷媒となって熱交換用二重管１の第１ヘッダー４内に導入され、各細孔２ａに分配される。第１冷媒は、細孔２ａ内を流通しつつ、内管３内を流通する第２冷媒と熱交換する。そして、第１冷媒は、第２冷媒と熱交換して凝縮し、膨張弁２３で減圧され、室外熱交換器２４に導入される。室外熱交換器２４に導入された第２冷媒は、ファン２９により送風された空気と熱交換して蒸発し、圧縮機２１に戻される。一方、第１冷媒と熱交換して加熱された第２冷媒は利用側熱交換器２５に戻され、放熱し、ポンプ２６に戻される。
このヒートポンプシステム２０Ａは、例えばラジエータや床暖房ヒータなどを利用側熱交換器２に用いた暖房システムとして利用される。
【００２１】
実施例２．
図９はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例２を示す冷媒回路図である。
図９において、ヒートポンプシステム２０Ｂは、利用側熱交換器２５を内包するタンク２８を備えている。なお、ヒートポンプシステム２０Ｂは、タンク２８を備えている点を除いて、上記実施例１のヒートポンプシステム２０Ａと同様に構成されている。
【００２２】
このヒートポンプシステム２０Ｂでは、タンク２８に給水されて利用側熱交換器２５を流通する第２冷媒と熱交換して加熱された流体を取水し、暖房又は給湯に利用する。
そこで、このヒートポンプシステム２０Ｂを用いた暖房又は給湯システムは、従来のボイラを熱源とした暖房又は給湯システムに比べて省エネ効果がある。
【００２３】
実施例３．
図１０はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例３を示す冷媒回路図である。
図１０において、ヒートポンプシステム２０Ｃは、圧縮機２１の冷媒吐出口が室外熱交換器２４の入口に接続され、室外熱交換器２４の出口が膨張弁２３を介して二重管式熱交換器１０の熱交換用二重管１の第１配管６に接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が圧縮機２１の冷媒吸入口に接続されている。第１冷媒は、圧縮機２１→室外熱交換器２４→膨張弁２３→熱交換用二重管１の外管２の細孔２ａ→圧縮機２１の順で第１冷媒回路内を循環する。なお、ヒートポンプシステム２０Ｃは、第１冷媒回路を流れる第１冷媒の流れ方向が異なる点を除いて、上記実施例１のヒートポンプシステム２０Ａと同様に構成されている。
【００２４】
このヒートポンプシステム２０Ｃでは、ポンプ２６が駆動され、水道水が第２冷媒回路内を循環する。そして、第１冷媒が圧縮機２１で高温高圧の冷媒となって室外熱交換器２４に導入される。室外熱交換器２４に導入された第２冷媒は、ファン２９により送風された空気と熱交換して凝縮し、膨張弁２３で減圧されて、熱交換用二重管１の第１ヘッダー４内に導入され、各細孔２ａに分配される。第１冷媒は、細孔２ａ内を流通しつつ、内管３内を流通する第２冷媒と熱交換する。そして、第１冷媒は、第２冷媒と熱交換して蒸発し、圧縮機２１に戻される。一方、第１冷媒と熱交換して冷却された第２冷媒は利用側熱交換器２５に戻される。
このヒートポンプシステム２０Ｃは、例えば空気熱交換器を利用側熱交換器２に用いた冷房システムや、冷水パネルを利用側熱交換器２に用いた輻射冷房システムとして利用される。
【００２５】
実施例４．
図１１はこの発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例４を示す冷媒回路図である。
図１１において、ヒートポンプシステム２０Ｄは、四方弁２２を第１冷媒回路に設け、四方弁２２を切り換えて、圧縮機２１で圧縮された第１冷媒を室外熱交換器２４又は二重管式熱交換器１０に導入できるようにしている。なお、ヒートポンプシステム２０Ｄは、四方弁２２を第１冷媒回路に設けている点を除いて、上記実施例１，３のヒートポンプシステム２０Ａ，２０Ｃと同様に構成されている。
【００２６】
このヒートポンプシステム２０Ｄは、圧縮機１で圧縮された高圧高温の第１冷媒が二重管式熱交換器１０に導入されるように四方弁２２を切り換えることで、ヒートポンプシステム２０Ａとして動作し、圧縮機１で圧縮された高圧高温の第１冷媒が室外熱交換器２４に導入されるように四方弁２２を切り換えることで、ヒートポンプシステム２０Ｃとして動作する。このように、四方弁２２を組み入れるだけで、１つのシステムで、暖熱と冷熱とを切り換えて利用できる。
また、実施例２におけるヒートポンプシステム２０Ｂに四方弁２２を組み入れることで、給湯と冷水とを切り換えて利用できるようになる。
【００２７】
なお、上記各実施例では、第１冷媒としてＲ４１０Ａ、第２冷媒として水道水を用いるものとしているが、第１および第２冷媒はこれに限定されるものではなく、例えば第１冷媒として他のフロン系冷媒、或いは二酸化炭素や炭化水素などの自然冷媒を用いてもよいし、第２冷媒としてブラインや第１冷媒と同じ冷媒を用いてもよい。また、第２冷媒の循環方向は、熱交換用二重管１を流れる第１冷媒と平行流もしくは対交流となるように適時設定してよい。
【００２８】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図、図１３はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図、図１４はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図１５はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図、図１６はこの発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【００２９】
図１２乃至図１４において、第１管としての外管１１が所定肉厚の円筒状の大径部１１ａと大径部１１ａの両端に同軸に突設された肉薄の円筒状の小径部１１ｂとからなり、中心穴が軸心位置に穿設されたアルミ合金製の段付き管に作製され、管路としての細孔１１ｃが孔方向を軸心と平行として大径部１１ａを貫通して、大径部１１ａの端面に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。第１および第２ヘッダー４，５が、貫通穴４ａ，５ａに外管１１の小径部１１ｂを挿通させて、貫通穴４ａ，５ａの内壁面が小径部１１ｂの外壁面に接合され、開口端面が大径部１１ａの細孔１１ｃの形成領域の径方向外方の端面に接合されて、外管１１の両端部のそれぞれに同軸に設けられている。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ａは、外管２に代えて外管１１を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。
【００３０】
この熱交換用二重管１Ａでは、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが第１および第２ヘッダー４，５と外管１１とから構成されている。つまり、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂの内周壁が外管１１の一部である小径部１１ｂにより構成されている。そこで、銅製の内管３が腐食し、亀裂やピンホールが内管３に発生しても、内管３内を流通する第２冷媒の第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂ内への流入が小径部１１ｂにより阻止され、第１冷媒と第２冷媒との混合が確実に防止される。
【００３１】
このように構成された熱交換用二重管１Ａは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
この熱交換用二重管１Ａにおいても、図１５中矢印で示されるように、第１配管６から第１ヘッダー４内に導入された第１冷媒８は、円周方向の旋回成分を有する。そして、第１冷媒８は、遠心力により第１ヘッダー４の内周壁面に沿ったほぼ均一の厚みの液膜（冷媒液８ａ）と冷媒蒸気８ｂとの環状流となる。そして、第１冷媒８は、図１６に矢印で示されるように、冷媒蒸気８ｂに同伴されて、外管１１の大径部１１ａの端面に到達し、各細孔１１ｃに均等に分配される。
【００３２】
ここで、外管１１は、例えば、アルミ合金を押し出し加工して細孔１１ｃが形成された所定肉厚の円筒状の管体を作製し、ついで管体を軸心回りに回転させつつ切削加工を施して、管体の両端の肉厚を薄くして作製される。
【００３３】
実施の形態３．
図１７はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図、図１８はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー構造を説明する一部破断斜視図、図１９はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図２０はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図、図２１はこの発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【００３４】
図１７乃至図１９において、第１管としての外管１２は、中心穴が軸心位置に穿設されたアルミ合金製の所定肉厚の円筒状の管体１２ａに作製され、環状溝としての円環状の凹溝１２ｂが管体１２ａの両端に同軸に凹設され、細孔１２ｃが孔方向を軸心と平行として管体１２ａを貫通して、凹溝１２ｂの底部に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。第１および第２配管６，７が管体１２ａの両端側の外周壁面に接合されている。端板１３が、中心位置に穿設された貫通穴１３ａを有するアルミ合金製の円板に作製され、管体１２ａの両端面に接合され、凹溝１２ｂの開口を塞口している。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ｂは、外管２および第１および第２ヘッダー４，５に代えて外管１２を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。端板１３は外管１２と協働して第１および第２ヘッダー空間９ａ、９ｂを画成する第１および第２ヘッダーとして機能する。
【００３５】
この熱交換用二重管１Ｂでは、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが管体１２ａの凹溝１２ｂを端板１３で塞口して構成されている。そこで、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが簡素な構造で構成できる。さらに、銅製の内管３が腐食し、亀裂やピンホールが内管３に発生しても、内管３内を流通する第２冷媒の第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂ内への流入が外管１２により阻止され、第１冷媒と第２冷媒との混合が確実に防止される。
【００３６】
このように構成された熱交換用二重管１Ｂは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
この熱交換用二重管１Ｂにおいても、図２０中矢印で示されるように、第１配管６から凹溝１２ｂ内に導入された第１冷媒８は、円周方向の旋回成分を有する。そして、第１冷媒８は、遠心力により凹溝１２ｂの内周壁面に沿ったほぼ均一の厚みの液膜（冷媒液８ａ）と冷媒蒸気８ｂとの環状流となる。そして、第１冷媒８は、図２１に矢印で示されるように、冷媒蒸気８ｂに同伴されて、外管１２の凹溝１２ｂの底面に到達し、各細孔１２ｃに均等に分配される。
【００３７】
ここで、外管１２は、例えば、アルミ合金を押し出し加工して細孔１２ｃが形成された所定肉厚の円筒状の管体１２ａを作製し、ついで管体１２ａを軸心回りに回転させつつ軸方向外方から切削加工を施して、所定の溝幅の円環状の凹溝１２ｂを管体１２ａの両端部に形成して、作製される。
【００３８】
実施の形態４．
図２２はこの発明の実施の形態４に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図、図２３は図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。
【００３９】
図２２および図２３において、第１管としての外管１４が所定肉厚の円筒状の大径部１４ａと大径部１４ａの両端から同軸に突設され肉薄の円筒状の小径部１４ｂとからなり、中心穴１４ｄが軸心位置に穿設されたアルミ合金製の段付き管に作製され、細孔１４ｃが孔方向を軸心と平行として大径部１４ａを貫通して、大径部１４ａの端面に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。耐食層１５が外管１４の中心穴１４ｄの内周壁面の全面に被覆されている。第１および第２ヘッダー４，５が、貫通穴４ａ，５ａに外管１４の小径部１４ｂを挿通させて、貫通穴４ａ，５ａの内壁面が小径部１４ｂの外壁面に接合され、開口端面が大径部１４ａの細孔１４ｃの形成領域の径方向外方の端面に接合されて、外管１４の大径部１４ａの両端部のそれぞれに同軸に設けられている。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ｃは、外管２および内管３に代えて外管１４を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。
【００４０】
このように構成された熱交換用二重管１Ｃは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、外管１４の一方の小径部１４ｂが第２冷熱機器の吐出配管に接続され、他方の小径部１４ｂが第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
【００４１】
この熱交換用二重管１Ｃにおいても、上記実施の形態１と同様に、第１冷媒を各細孔１４ｃに均等に分配できる。
また、この熱交換用二重管１Ｃでは、耐食層１５が内周壁面の全面に被覆された外管１４の中心穴１４ｄに第２冷媒を流通させているので、内管３が不要となり、熱交換器の軽量化を図ることができる。
【００４２】
なお、耐食層１５としては、母材である外管１４より電気化学的に卑である金属材料を用いることができ、外管１４がアルミ合金やアルミである場合には、例えば、マグネシウムを含む金属材料を用いることができる。そして、例えば、マグネシウムを含む金属材料をアルミ合金やアルミの表面に被覆してなるクラッド材を用いて外管を作製すればよい。この場合は、細孔１４ｃを設けた平板状のクラッド材をロール成形などにより円筒状に形成し、継ぎ目を電縫溶接などで接続すればよい。また、母材で外管を作製した後、外管の中心穴の内周壁面にメッキを施し、耐食層を形成してもよい。
また、金属材料に代えて、ポリエチレン等の樹脂を外管１４の中心穴１４ｄの内周壁面の全面に被覆して耐食層としてもよい。
【００４３】
実施の形態５．
図２４はこの発明の実施の形態５に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【００４４】
図２４において、第１管としての外管１６が所定肉厚の円筒状の大径部１６ａと大径部１６ａの両端から同軸に突設された肉薄の円筒状の小径部１６ｂとからなり、中心穴１６ｅが軸心位置に穿設されたアルミ合金製の段付き管に作製され、環状溝としての円環状の凹溝１６ｃが大径部１６ａの両端に同心状に凹設され、細孔１６ｄが孔方向を軸心と平行として大径部１６ａを貫通して、凹溝１６ｃの底部に開口するように、同一円周上に等角ピッチで例えば１２個形成されている。第１および第２配管６，７が大径部１６ａの両端側の外周壁面に接合されている。端板１３が、中心位置に穿設された貫通穴１３ａを有するアルミ合金製の円板に作製され、大径部１６ａの両端面と小径部１６ｂの外周壁面に接合され、凹溝１６ｃの開口を塞口している。さらに、耐食層１５が外管１６の中心穴１６ｅの内周壁面の全面に被覆されている。なお、このように構成された熱交換用二重管１Ｄは、外管２、内管３および第１および第２ヘッダー４，５に代えて外管１６および端板１３を用いている点を除いて、上記実施の形態１による熱交換用二重管１と同様に構成されている。
【００４５】
このように構成された熱交換用二重管１Ｄは、上記実施の形態１と同様に、第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、外管１６の一方の小径部１６ｂが第２冷熱機器の吐出配管に接続され、他方の小径部１６ｂが第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
【００４６】
この熱交換用二重管１Ｄにおいても、上記実施の形態１と同様に、第１冷媒を各細孔１６ｄに均等に分配できる。
また、この熱交換用二重管１Ｄでは、耐食層１５が内周壁面の全面に被覆された外管１６の中心穴１６ｅに第２冷媒を流通させているので、内管３が不要となり、熱交換器の軽量化を図ることができる。
また、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが大径部１６ａの凹溝１６ｃを端板１３で塞口して構成されているので、第１および第２ヘッダー空間９ａ，９ｂが簡素な構造で構成できる。
【００４７】
実施の形態６．
図２５はこの発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
図２５において、二重管式熱交換器３０は、１本の内管３で連結された４つの熱交換用二重管１が、隣り合う熱交換用二重管１を連結する内管３の部分をＵ字状に曲げ成形され、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、熱交換用二重管１の第２配管７が隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続されて構成されている。ここでは、二重管式熱交換器３０が４つの熱交換用二重管１から構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の個数は要求される熱交換能力により適宜設定される。
【００４８】
このように構成された二重管式熱交換器３０は、上記実施の形態１と同様に、配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
そして、第１冷媒が配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６から流入し、４つの熱交換用二重管１の細孔２ａを順次流通し、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７から流出する。この時、第１冷媒は、各熱交換用二重管１の細孔２ａに均等に分配され、熱交換用熱交換器１の伝熱性能の低下が抑えられる。
【００４９】
つぎに、この二重管式熱交換器３０の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１の構成部品である外管２、内管３、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、図２６に示されるように、熱交換本体部３１を作製する。ついで、内管３を４つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後内管３を拡管し、図２７に示されるように、４つの熱交換本体部３１が各外管２と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体３２を作製する。ついで、熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１間の部位を曲げて、図２５に示されるように、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部３１を隣接して１列に配列させる。その後、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器３０が作製される。
【００５０】
この製造方法によれば、内管３の直径が外管２の直径より小径であることから、内管３を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して１列に配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。
【００５１】
ここで、上記実施の形態６では、二重管式熱交換器３０が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して１列４行に配列して構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の配列はこれに限定されるものではなく、例えば図２８に示されるように、内管３の曲げ方向を９０度変位させて、外管２の軸心を互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して２列２行に配列してもよい。このように、内管３の曲げ方向および曲げ角度を変えることで、熱交換用二重管１の配列を収納空間に合わせることができる。従って、この製造方法によれば、熱交換器の小型化図れると共に、収納空間に合わせた形状の熱交換器を簡易に製造できる。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００５２】
実施の形態７．
この実施の形態７による二重管式熱交換器は、図示していないが、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態２による熱交換用二重管１Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。
従って、この実施の形態７による二重管熱交換器は、上記実施の形態６による二重管式熱交換器３０と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００５３】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ａの構成部品である外管１１、内管３、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管１１の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、内管３を４つ熱交換本体部の外管１１に挿通し、その後内管３を拡管し、４つの熱交換本体部が各外管１１と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、熱交換器組立体の内管３の隣り合う熱交換本体部間の部位を曲げて、外管１１の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部を隣接して１列４行に配列させる。その後、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００５４】
この製造方法においても、内管３の直径が外管２の直径より小径であることから、内管３を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１Ａで構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して１列に配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。
【００５５】
実施の形態８．
この実施の形態８による二重管式熱交換器は、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態３による熱交換用二重管１Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。
従って、この実施の形態８による二重管熱交換器は、上記実施の形態６による二重管式熱交換器３０と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００５６】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ｂの構成部品である外管１２、内管３、第１および第２配管６，７、端板１３が用意される。そして、第１および第２配管６，７を外管１２に接合する。ついで、端板１３を外管１２の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、内管３を４つ熱交換本体部の外管１２に挿通し、その後内管３を拡管し、４つの熱交換本体部が各外管１２と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、熱交換器組立体の内管３の隣り合う熱交換本体部間の部位を曲げて、外管１２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１配管６と第２配管７とが相対するように４つの熱交換本体部を隣接して１列４行に配列させる。その後、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００５７】
この製造方法においても、内管３の直径が外管２の直径より小径であることから、内管３を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１Ｂで構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。
なお、第１および第２配管６，７を外管１２に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して１列に配列された熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。
【００５８】
実施の形態９．
図２９はこの発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
図２９において、二重管式熱交換器３５は、２つの熱交換用二重管１を内管としてのＵ字状に曲げ成形されたヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、一方のヘアピン管３６の他端と他方のヘアピン管３６の一端とがＵベント管３７で接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続されて構成されている。ここでは、二重管式熱交換器３５が４つの熱交換用二重管１から構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の個数は要求される熱交換能力により適宜設定される。
【００５９】
このように構成された二重管式熱交換器３５は、上記実施の形態１と同様に、配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、ヘアピン管３６の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、ヘアピン管３６の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
そして、第１冷媒が配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６から流入し、４つの熱交換用二重管１の細孔２ａを順次流通し、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７から流出する。この時、第１冷媒は、各熱交換用二重管１の細孔２ａに均等に分配され、熱交換用熱交換器１の伝熱性能の低下が抑えられる。
【００６０】
つぎに、この二重管式熱交換器３５の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１の構成部品である外管２、ヘアピン管３６、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７、Ｕベント管３７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、熱交換本体部３１を作製する。ついで、ヘアピン管３６を２つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、２つの熱交換本体部３１が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体３８を作製する。ついで、図３０に示されるように、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部３１が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体３８を並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、図２９に示される二重管式熱交換器３５が作製される。
【００６１】
この製造方法によれば、内管としてのヘアピン管３６およびＵベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、ヘアピン管３６およびＵベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたヘアピン管３６を熱交換本体部３１の外管２に挿通し、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体３８のヘアピン管３６同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、より生産性が向上する。
【００６２】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、各組の熱交換器組立体３８内における熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程は、上記工程のいずれの段階で実施されてもよい。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００６３】
ここで、上記実施の形態９では、二重管式熱交換器３５が、２つの熱交換器組立体３８を互いに平行として、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して１列、４行に配列して構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の配列はこれに限定されるものではなく、例えば図３１に示されるように、４つの熱交換器組立体３８を互いに平行として、外管２の軸心を互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１を隣接して２列４行に配列してもよい。このように、熱交換器組立体３８の配列を変えることで、熱交換用二重管１の配列を収納空間に合わせることができる。従って、この製造方法によれば、熱交換器の小型化図れると共に、収納空間に合わせた形状の熱交換器を簡易に製造できる。
【００６４】
実施の形態１０．
この実施の形態１０による二重管式熱交換器は、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態２による熱交換用二重管１Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態９と同様に構成されている。
従って、この実施の形態１０による二重管熱交換器は、上記実施の形態９による二重管式熱交換器３５と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００６５】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ａの構成部品である外管１１、内管としてのヘアピン管３６、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７、Ｕベント管３７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管１１の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、ヘアピン管３６を２つの熱交換本体部の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、２つの熱交換本体部が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体を並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００６６】
この製造方法によれば、内管としてのヘアピン管３６およびＵベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、ヘアピン管３６およびＵベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたヘアピン管３６を熱交換本体部の外管１１に挿通し、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体のヘアピン管３６同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、より生産性が向上する。
【００６７】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、各組の熱交換器組立体内における熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程は、上記工程のいずれの段階で実施されてもよい。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００６８】
実施の形態１１．
この実施の形態１１による二重管式熱交換器は、熱交換用二重管１に代えて上記実施の形態３による熱交換用二重管１Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態９と同様に構成されている。
従って、この実施の形態１１による二重管熱交換器は、上記実施の形態９による二重管式熱交換器３５と同様に動作し、同様の効果を奏する。
【００６９】
つぎに、この二重管式熱交換器の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１Ｂの構成部品である外管１２、内管としてのヘアピン管３６、第１および第２配管６，７、端板１３、Ｕベント管３７が用意される。そして、そして、第１および第２配管６，７を外管１２に接合する。ついで、端板１３を外管１２の両端に接合し、熱交換本体部を作製する。ついで、ヘアピン管３６を２つの熱交換本体部の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、２つの熱交換本体部が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体を作製する。ついで、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体を並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部の第１配管６に接続し、二重管式熱交換器が作製される。
【００７０】
この製造方法によれば、内管としてのヘアピン管３６およびＵベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、ヘアピン管３６およびＵベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたヘアピン管３６を熱交換本体部の外管１２に挿通し、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体のヘアピン管３６同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、より生産性が向上する。
【００７１】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、各組の熱交換器組立体内における熱交換本体部の第１配管６と第２配管７との接続工程は、上記工程のいずれの段階で実施されてもよい。
【００７２】
実施の形態１２．
上記実施の形態９では、２つの熱交換用二重管１をヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８を配列して二重管式熱交換器３５を構成するものとしているが、この実施の形態１２では、４つの熱交換用二重管１をヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８Ａを配列して二重管式熱交換器３５Ａを構成している。
【００７３】
この実施の形態１２では、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、熱交換本体部３１を作製する。ついで、ヘアピン管３６を４つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後ヘアピン管３６を拡管し、４つの熱交換本体部３１が各外管２とヘアピン管３６とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体３８Ａを作製する。ついで、図３３に示されるように、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように８つの熱交換本体部３１が隣接して１列に配列するように、２組の熱交換器組立体３８Ａを並べる。その後、ヘアピン管３６同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、図３２に示される二重管式熱交換器３５Ａが作製される。
【００７４】
このように構成された二重管式熱交換器３５Ａは、４つの熱交換用二重管１を内管としてのＵ字状に曲げ成形されたヘアピン管３６で連結してなる２組の熱交換器組立体３８Ａが、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、一方のヘアピン管３６の他端と他方のヘアピン管３６の一端とがＵベント管３７で接続され、熱交換用二重管１の第２配管７が隣接する熱交換用二重管１の第１配管６に接続されている。
【００７５】
従って、この二重管式熱交換器３５Ａは、上記実施の形態９による二重管式熱交換器３５に比べ、熱交換用二重管１の個数を増やすことができ、熱交換能力を大きくすることができる。
また、この実施の形態１２においても、熱交換用二重管１に代えて熱交換用二重管１Ａ，１Ｂを用いることができるとともに、熱交換用二重管１の個数、熱交換器組立体３８Ａの配列を変えることで、要求される熱交換能力および収納空間に適合する熱交換器を容易に製造することができる。
【００７６】
実施の形態１３．
図３４はこの発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
図３４において、二重管式熱交換器４０は、４つの熱交換用二重管１が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように隣接して１列に配列され、第１および第２冷媒が４つの熱交換用二重管１を直列に流れるように隣り合う熱交換用二重管１の内管３の端部同士および第１配管６と第２配管７とを接続されて構成されている。
【００７７】
このように構成された二重管式熱交換器４０は、上記実施の形態１と同様に、配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６が第１冷熱機器の吐出配管に連結され、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７が第１冷熱機器の吸入配管に連結され、直列に接続された内管３の一端が第２冷熱機器の吐出配管に接続され、内管３の他端が第２冷熱機器の吸入配管に接続され、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器として適用される。
そして、第１冷媒が配列方向の先頭の熱交換用二重管１の第１配管６から流入し、４つの熱交換用二重管１の細孔２ａを順次流通し、配列方向の最後の熱交換用二重管１の第２配管７から流出する。この時、第１冷媒は、各熱交換用二重管１の細孔２ａに均等に分配され、熱交換用熱交換器１の伝熱性能の低下が抑えられる。
【００７８】
つぎに、この二重管式熱交換器４０の製造方法について説明する。
まず、熱交換用二重管１の構成部品である外管２、内管３、第１および第２ヘッダー４，５、第１および第２配管６，７、Ｕベント管３７が用意される。そして、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する。ついで、第１および第２ヘッダー４，５を外管２の両端に接合し、図３５に示されるように、熱交換本体部３１を作製する。ついで、図３６に示されるように、内管３を１つの熱交換本体部３１の外管２に挿通し、その後内管３を拡管し、熱交換本体部３１が外管２と内管３とを熱的に密接されて一体に連設された熱交換器組立体４１、即ち熱交換用二重管１を作製する。
【００７９】
ついで、外管２の軸心が同一平面上で互いに平行となり、第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とが相対するように４つの熱交換本体部３１が隣接して１列に配列するように、４組の熱交換器組立体４１を並べる。その後、内管３同士をＵベント管３７で接続し、各熱交換本体部３１の第２配管７を隣に位置する熱交換本体部３１の第１配管６に接続し、図３４に示される二重管式熱交換器４０が作製される。
【００８０】
この製造方法によれば、Ｕベント管３７の直径が外管２の直径より小径であることから、Ｕベント管３７を小さな曲率半径で曲げ加工でき、同じ熱交換長さを１つの熱交換用二重管１で構成した場合に比べ、小型化を図ることができる。また、予め曲げられたＵベンド管３７を用いて隣り合う熱交換器組立体４１の内管３同士を連結しているので、上記実施の形態６に記載した熱交換器組立体３２の内管３の隣り合う熱交換本体部３１の間の部分を曲げる製造方法に比べ、要求される収納空間に適合する熱交換器を容易に製造することができ、生産性が向上する。また、上記実施の形態９に記載したヘアピン管３６が不要となるので、部品点数が削減できる効果もある。
【００８１】
なお、第１および第２配管６，７を第１および第２ヘッダー４，５に接合する工程が、最初の工程として説明しているが、この工程は、最初に実施される必要はなく、隣接して配列された熱交換本体部３１の第１配管６と第２配管７との接続工程に先立って実施されていればよい。また、第１ヘッダー４および第１配管６と第２ヘッダー５および第２配管７を同じ構成とすることで、隣接する第１配管６と第２配管７の接続工程の生産性が向上する。
【００８２】
ここで、上記実施の形態１３では、二重管式熱交換器４０が、外管２の軸心を同一平面上で互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１（熱交換器組立体４１）を隣接して１列、４行に配列して構成されているものとしているが、熱交換用二重管１の配列はこれに限定されるものではなく、例えば図３７に示されるように、外管２の軸心を互いに平行として、かつ第１ヘッダー４と第２ヘッダー５とを相対するように、熱交換用二重管１（熱交換器組立体４１）を隣接して２列４行に配列してもよい。このように、熱交換用二重管１（熱交換器組立体４１）の個数および配列を変えることで、要求される熱交換能力および収納空間に適合する熱交換器を容易に製造することができる。
また、この実施の形態１３においても、熱交換用二重管１に代えて熱交換用二重管１Ａ，１Ｂを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例１を示す冷媒回路図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例２を示す冷媒回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例３を示す冷媒回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る二重管式熱交換器を用いたヒートポンプシステムの実施例４を示す冷媒回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管の一方のヘッダーを省略した状態を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー構造を説明する一部破断斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する横断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態３に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管のヘッダー内の冷媒流れを説明する縦断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態４に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ矢視断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態５に係る二重管式熱交換器に適用される熱交換用二重管を示す縦断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図２６】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図２７】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図２８】この発明の実施の形態６に係る二重管式熱交換器の実施態様を示す斜視図である。
【図２９】この発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図３０】この発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３１】この発明の実施の形態９に係る二重管式熱交換器の実施態様を示す斜視図である。
【図３２】この発明の実施の形態１２に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図３３】この発明の実施の形態１２に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３４】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器を示す側面図である。
【図３５】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３６】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器の製造方法を説明する平面図である。
【図３７】この発明の実施の形態１３に係る二重管式熱交換器の実施態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，３０，３５，３５Ａ，４０ 熱交換用二重管、２，１１，１２，１４，１６ 外管（第１管）、２ａ，１１ｃ，１２ｃ，１４ｃ，１６ｄ 細孔（管路）、３ 内管（第２管）、４ 第１ヘッダー、５ 第２ヘッダー、６ 第１配管、７ 第２配管、９ａ 第１ヘッダー空間、９ｂ 第２ヘッダー空間、１０ 二重管式熱交換器、１２ｂ，１６ｃ 凹溝（環状溝）、１３ 端板（第１および第２ヘッダー）、１４ａ，１６ａ 大径部、１４ｂ，１６ｂ 小径部、１４ｄ，１６ｅ 中心穴、１５ 耐食層、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ ヒートポンプシステム、３１ 熱交換本体部、３２，３８，３８Ａ，４１ 熱交換器組立体、３６ ヘアピン管、３７ Ｕベント管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心穴が軸心位置に形成された円筒状に作製され、第１冷媒が流通する複数の管路がその管路中心を該軸心と平行として周方向に配列して形成された第１管、上記第１管の中心穴内に挿通されて該第１管の中心穴の内周壁面に密接して配設され、第２冷媒が流通する円筒状の第２管、上記第１管の一端側に同軸に所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成され、上記複数の管路の一端側が開口され、上記第１冷媒を該複数の管路に分配する第１ヘッダー空間、上記第１管の他端側に形成され、上記複数の管路の他端側が開口され、該複数の管路を流通した上記第１冷媒を集める第２ヘッダー空間、上記第１管と協働して上記第１および第２ヘッダー空間を画成する第１および第２ヘッダー、および上記第１および第２ヘッダー空間のそれぞれに接続された第１および第２配管を有し、上記第１冷媒と上記第２冷媒とを熱交換させる熱交換用二重管を備えた二重管式熱交換器において、
上記第１配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第１ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項２】
上記第２配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第２ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする請求項１記載の二重管式熱交換器。
【請求項３】
上記第１および第２ヘッダー空間を画成する内周壁が、上記第１管の一部で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二重管式熱交換器。
【請求項４】
上記第１および第２ヘッダーがリング状の端板で構成され、
上記第１および第２ヘッダー空間は、環状溝を上記第１管の両端のそれぞれに同軸に凹設し、上記端板を上記環状溝の開口を塞口するように上記第１管の両端に接合して構成されていることを特徴とする請求項３記載の二重管式熱交換器。
【請求項５】
一対の小径部が大径部の両端に同軸に連設された段付き円筒状に作製され、第２冷媒が流通する中心穴が軸心位置に形成され、第１冷媒が流通する複数の管路がその管路中心を該軸心と平行として周方向に配列して該大径部に形成された第１管、上記大径部の一端側に同軸に所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成され、上記複数の管路の一端側が開口され、上記第１冷媒を該複数の管路に分配する第１ヘッダー空間、上記大径管の他端側に形成され、上記複数の管路の他端側が開口され、該複数の管路を流通した上記第１冷媒を集める第２ヘッダー空間、上記第１管と協働して上記第１および第２ヘッダー空間を画成する第１および第２ヘッダー、および上記第１および第２ヘッダー空間のそれぞれに接続された第１および第２配管を有し、上記第１冷媒と上記第２冷媒とを熱交換させる熱交換用二重管を備えた二重管式熱交換器において、
上記第１配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第１ヘッダー空間に接続され、
耐食層が上記第１管の中心穴の内周壁面に被覆されていることを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項６】
上記第２配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第２ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする請求項５記載の二重管式熱交換器。
【請求項７】
上記第１および第２ヘッダーがリング状の端板で構成され、
上記第１および第２ヘッダー空間は、環状溝を上記大径部の両端のそれぞれに同軸に凹設し、上記端板を上記環状溝の開口を塞口するように上記大径部の両端に接合して構成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の二重管式熱交換器。
【請求項８】
上記耐食層は、上記第１管の材料より電気化学的に卑な金属材料で作製されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項９】
上記耐食層は、樹脂で作製されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項１０】
上記第１配管は、その管路中心が上記第１ヘッダー空間の径方向外周側で上記第１管路の径方向と直交していることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項１１】
上記第１配管は、その管路の内周壁面の接線が上記第１ヘッダー空間の外周壁面の接線に直交するように上記第１ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする請求項１０記載の二重管式熱交換器。
【請求項１２】
上記熱交換用二重管は、上記第１管の軸心が水平に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項１３】
上記熱交換用二重管は、上記第１管の軸心が鉛直となるように配置されていることを特徴とする請求項１２記載の二重管式熱交換器。
【請求項１４】
上記請求項１乃至請求項４、請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器であって、かつ上記熱交換用二重管を複数備えた二重管式熱交換器の製造方法であって、
上記第１および第２ヘッダーを上記第１管に接合して複数の熱交換本体部を作製する工程と、
１本の直管からなる上記第２管を上記複数の熱交換本体部のそれぞれの上記第１管の中心穴に挿通し、その後該第２管を拡管してそれぞれの上記第１管を該第２管に密接状態に固着し、該複数の熱交換本体部が該第２管に所定間隔で連設された熱交換器組立体を作製する工程と、
上記熱交換器組立体の隣り合う上記熱交換本体部間の上記第２管の部位を曲げ成形する工程と、
を有する二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項１５】
上記請求項１乃至請求項４、請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器であって、かつ上記熱交換用二重管を複数備えた二重管式熱交換器の製造方法であって、
上記第１および第２ヘッダーを上記第１管に接合して複数の熱交換本体部を作製する工程と、
Ｕ字状に曲げ成形された上記第２管を上記複数の熱交換本体部のそれぞれの上記第１管の中心穴に挿通し、その後該第２管を拡管してそれぞれの上記第１管を該第２管に密接状態に固着し、該複数の熱交換本体部が該第２管に所定間隔で連設された複数組の熱交換器組立体を作製する工程と、
上記複数組の熱交換器組立体の上記第２管の端部同士を管体で接合し、該複数組の熱交換器組立体の上記第２管を直列に連結する工程と、
を有する二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項１６】
上記請求項１乃至請求項４、請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器であって、かつ上記熱交換用二重管を複数備えた二重管式熱交換器の製造方法であって、
上記第１および第２ヘッダーを上記第１管に接合して複数の熱交換本体部を作製する工程と、
上記複数の熱交換本体部のそれぞれの上記第１管の中心穴に上記第２管を１本ずつ挿通し、その後該第２管を拡管して該第１管を該第２管に密接状態に固着し、該複数の熱交換本体部がそれぞれ該第２管に固着された複数の熱交換器組立体を作製する工程と、
上記複数の熱交換器組立体の上記第２管の端部同士を管体で接合し、該複数の熱交換器組立体の上記第２管を直列に連結する工程と、
を有する二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項１７】
上記請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器を備えたヒートポンプシステム。
【請求項１】
中心穴が軸心位置に形成された円筒状に作製され、第１冷媒が流通する複数の管路がその管路中心を該軸心と平行として周方向に配列して形成された第１管、上記第１管の中心穴内に挿通されて該第１管の中心穴の内周壁面に密接して配設され、第２冷媒が流通する円筒状の第２管、上記第１管の一端側に同軸に所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成され、上記複数の管路の一端側が開口され、上記第１冷媒を該複数の管路に分配する第１ヘッダー空間、上記第１管の他端側に形成され、上記複数の管路の他端側が開口され、該複数の管路を流通した上記第１冷媒を集める第２ヘッダー空間、上記第１管と協働して上記第１および第２ヘッダー空間を画成する第１および第２ヘッダー、および上記第１および第２ヘッダー空間のそれぞれに接続された第１および第２配管を有し、上記第１冷媒と上記第２冷媒とを熱交換させる熱交換用二重管を備えた二重管式熱交換器において、
上記第１配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第１ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項２】
上記第２配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第２ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする請求項１記載の二重管式熱交換器。
【請求項３】
上記第１および第２ヘッダー空間を画成する内周壁が、上記第１管の一部で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二重管式熱交換器。
【請求項４】
上記第１および第２ヘッダーがリング状の端板で構成され、
上記第１および第２ヘッダー空間は、環状溝を上記第１管の両端のそれぞれに同軸に凹設し、上記端板を上記環状溝の開口を塞口するように上記第１管の両端に接合して構成されていることを特徴とする請求項３記載の二重管式熱交換器。
【請求項５】
一対の小径部が大径部の両端に同軸に連設された段付き円筒状に作製され、第２冷媒が流通する中心穴が軸心位置に形成され、第１冷媒が流通する複数の管路がその管路中心を該軸心と平行として周方向に配列して該大径部に形成された第１管、上記大径部の一端側に同軸に所定の径方向幅および所定の軸方向長さを有する円環状の筒状に形成され、上記複数の管路の一端側が開口され、上記第１冷媒を該複数の管路に分配する第１ヘッダー空間、上記大径管の他端側に形成され、上記複数の管路の他端側が開口され、該複数の管路を流通した上記第１冷媒を集める第２ヘッダー空間、上記第１管と協働して上記第１および第２ヘッダー空間を画成する第１および第２ヘッダー、および上記第１および第２ヘッダー空間のそれぞれに接続された第１および第２配管を有し、上記第１冷媒と上記第２冷媒とを熱交換させる熱交換用二重管を備えた二重管式熱交換器において、
上記第１配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第１ヘッダー空間に接続され、
耐食層が上記第１管の中心穴の内周壁面に被覆されていることを特徴とする二重管式熱交換器。
【請求項６】
上記第２配管は、その管路中心が上記第１管の軸心と直交する平面上に位置し、該第１管路の軸心から径方向外方に変位して該径方向と直交するように上記第２ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする請求項５記載の二重管式熱交換器。
【請求項７】
上記第１および第２ヘッダーがリング状の端板で構成され、
上記第１および第２ヘッダー空間は、環状溝を上記大径部の両端のそれぞれに同軸に凹設し、上記端板を上記環状溝の開口を塞口するように上記大径部の両端に接合して構成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の二重管式熱交換器。
【請求項８】
上記耐食層は、上記第１管の材料より電気化学的に卑な金属材料で作製されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項９】
上記耐食層は、樹脂で作製されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項１０】
上記第１配管は、その管路中心が上記第１ヘッダー空間の径方向外周側で上記第１管路の径方向と直交していることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項１１】
上記第１配管は、その管路の内周壁面の接線が上記第１ヘッダー空間の外周壁面の接線に直交するように上記第１ヘッダー空間に接続されていることを特徴とする請求項１０記載の二重管式熱交換器。
【請求項１２】
上記熱交換用二重管は、上記第１管の軸心が水平に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の二重管式熱交換器。
【請求項１３】
上記熱交換用二重管は、上記第１管の軸心が鉛直となるように配置されていることを特徴とする請求項１２記載の二重管式熱交換器。
【請求項１４】
上記請求項１乃至請求項４、請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器であって、かつ上記熱交換用二重管を複数備えた二重管式熱交換器の製造方法であって、
上記第１および第２ヘッダーを上記第１管に接合して複数の熱交換本体部を作製する工程と、
１本の直管からなる上記第２管を上記複数の熱交換本体部のそれぞれの上記第１管の中心穴に挿通し、その後該第２管を拡管してそれぞれの上記第１管を該第２管に密接状態に固着し、該複数の熱交換本体部が該第２管に所定間隔で連設された熱交換器組立体を作製する工程と、
上記熱交換器組立体の隣り合う上記熱交換本体部間の上記第２管の部位を曲げ成形する工程と、
を有する二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項１５】
上記請求項１乃至請求項４、請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器であって、かつ上記熱交換用二重管を複数備えた二重管式熱交換器の製造方法であって、
上記第１および第２ヘッダーを上記第１管に接合して複数の熱交換本体部を作製する工程と、
Ｕ字状に曲げ成形された上記第２管を上記複数の熱交換本体部のそれぞれの上記第１管の中心穴に挿通し、その後該第２管を拡管してそれぞれの上記第１管を該第２管に密接状態に固着し、該複数の熱交換本体部が該第２管に所定間隔で連設された複数組の熱交換器組立体を作製する工程と、
上記複数組の熱交換器組立体の上記第２管の端部同士を管体で接合し、該複数組の熱交換器組立体の上記第２管を直列に連結する工程と、
を有する二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項１６】
上記請求項１乃至請求項４、請求項１０乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器であって、かつ上記熱交換用二重管を複数備えた二重管式熱交換器の製造方法であって、
上記第１および第２ヘッダーを上記第１管に接合して複数の熱交換本体部を作製する工程と、
上記複数の熱交換本体部のそれぞれの上記第１管の中心穴に上記第２管を１本ずつ挿通し、その後該第２管を拡管して該第１管を該第２管に密接状態に固着し、該複数の熱交換本体部がそれぞれ該第２管に固着された複数の熱交換器組立体を作製する工程と、
上記複数の熱交換器組立体の上記第２管の端部同士を管体で接合し、該複数の熱交換器組立体の上記第２管を直列に連結する工程と、
を有する二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項１７】
上記請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載の二重管式熱交換器を備えたヒートポンプシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２００９−１５０５７３（Ｐ２００９−１５０５７３Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２７１５８（Ｐ２００７−３２７１５８）
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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