JPH03225196A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の構成〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ループ型ヒートパイプ熱輸送システム等に利
用される熱交換器に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の熱交換器としては、特開平１−１０７０
９５号公報に示されるものが知られている。これは、い
わゆる縦多管ヘッダー型といわれ、上部ヘッダーと下部
ヘッダーとを複数の直管により連結して伝熱媒体が流れ
る第１通路を形成し、この第１通路回りに被伝熱媒体が
流れる第２通路を形成したもので、伝熱媒体と被伝熱媒
体との近接により伝熱媒体から被熱媒体に熱が伝達され
るものであった。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記した熱交換器を用いたループ型ヒートパ
イプ熱輸送システムを家庭用、オフィス用の給湯システ
ムに応用するには、配置スペース。

組付は性及び意匠等の観点から小型薄型化、特に高さ寸
法の縮小が要求される。

しかし、上記した熱交換器において、給湯システムに必
要な熱交換性能を維持するためには、伝熱面積つまり垂
直方向に延在する直管の高さを大きくとることが重要な
ため、給湯システムの高さ方向の小型化が困難なものと
考えられた。

故に本発明は、充分な熱交換性能を維持し得る給湯シス
テムに適した小型の熱交換器を提供することを、その技
術的課題とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記技術的課題を解決するために本発明において講じた
技術的手段は、中心空間を持つ内筒体と、該内筒体外周
を包囲するように配設され前記内筒体との間に第１の環
状空間を形成する前記内筒体と略同一軸長の外筒体と、
前記第１の環状空間の両端を第１の蓋体により閉塞して
形成した伝熱媒体が流入する第１通路と、該第１通路の
上方に連通して設置された伝熱媒体流入管と、前記第１
通路の下方に連通して設置された被伝熱媒体排出管と、
前記外筒体の外周を包囲するように配設され前記外筒体
との間に第２の環状空間を形成する前記外筒体の軸長を
こえる軸長の筒体と、前記筒体の両端を第２の蓋体で閉
塞して形成した前記第２の環状空間及び前記中心空間と
から成る被伝熱媒体が流入する第２通路と、該第２通路
の一端に連通して設置された被伝熱媒体流入管と、前記
第２通路の他端と連通して設置された被伝熱媒体排出管
とを有したことである。

（作用） 上記技術的手段は次のように作用する。伝熱媒体が流通
する第１通路は軸長環状を呈している。

これにより従来の如く多管式とすることなく伝熱面積を
広くすることが可能となり、又、縦横寸法比が大きいた
め、横置きつまり軸方向を横方向とすることにより縦多
管ヘッダー型と比較して高さ寸法を小さくすることがで
きる。この結果、充分な熱交換性能を有しながら高さ寸
法を維持した小型化した熱交換器とすることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図に示されるように、給湯システム１は、蒸発部１
０と、蒸発部１０より上部に配設された凝縮部２０とを
有し、蒸発部１０と凝縮部２０とを内部に伝熱媒体であ
る作動流体が封入されたヒートバイブ２により閉ループ
を形成して連結すると共に被伝熱媒体である給水の給水
源３を配管４により凝縮部２０を循環させて出湯口５に
連結し且つ給水源３を配管４の供給管路４ｂより分岐し
たバイパス管路４Ｃを介して配管４の排出管路４ａに連
結して構成している。ヒートバイブ２の排出管路２ａに
は作動流体の凝縮部２０から蒸発部１０への流量を給水
温度、出湯温度及び蒸気温度等に基づいて調節する流量
調節弁６が配設され、配管４の排出管路４ａとバイパス
管路４Ｃとの連結部には凝縮部２０から出湯口５への流
量及びバイパス管路４ｃから出湯口５への流量に基づい
て出湯温度を調節するサーモスタット式自動弁又はニバ
ルブ式手動弁等の混合弁７が配設されている。

上記した構成により、流量調節弁６により流量調節され
た作動流体が蒸発部１０にて気化して高温の蒸気となっ
てヒートバイブ２の供給管路２ｂを介して凝縮部２０に
流入し、この凝縮部２０にて供給管路４ｂを介して流入
する給水と熱交換を行うと共に作動流体が凝縮して液化
する。この後、高温となった給水は排水管路４ａを介し
て混合弁７へと導かれて混合弁７により適温に調節され
て給湯口より出湯され、作動流体は排水管路２ａを介し
て蒸発部１０に導かれる。

次に蒸発部ｌＯの構成について説明する。

第１図に示されるように、排水管路２ａに流入口１８を
介して連結された下ヘッダー１１と供給管路２ｂに排出
口１９を介して連結された上ヘッダー１２は上下方向に
延在する多数の直管１３により連結されて縦多管ヘッダ
ー型の蒸発熱交換器１４を構成している。この蒸発熱交
換器１４の背後には蒸発熱交換器１４と一体又は接して
金属。

セラミック等の顕熱蓄熱体１５が配設されており、この
蓄熱体１５には深夜電力により加熱するように制御され
た電気ヒータ１６が配設されている。

この蒸発熱交換器１４及び蓄熱体１５は断熱体１７によ
り被覆されている。このように構成された蒸発部１０で
、電気ヒータ１６により加熱され蓄熱体１５に蓄えられ
た熱により作動流体を高温の蒸気とする。

次に凝縮部２０について説明する。

第１図ないし第３図に示されるように、凝縮部２０は、
ヒートバイブ２と連通し作動流体が流入する通路２１を
形成する胴体２２（第４図示）と、配管４と連通し給水
が流入する通路２３．２４を形成する筒体２５（第８図
示）とから構成される凝縮熱交換器６０となっており、
この凝縮熱交換器６０は断熱体２６により被覆されてい
る。

第２図ないし第７図に示されるように、胴体２２は熱伝
導性能が良好な銅合金等により形成された内筒体２７と
、この内筒体２７を内包するように配設された熱伝導性
能が良好な銅合金等により形成された外筒体２８とから
構成されている。この内筒体２７と外筒体２８との間の
内筒体２７回りに通路２１が形成され、この通路２１の
一端は内筒体２７と外筒体２８とに接合された蓋２９に
より密閉されており、他端その最上部及び最下部（第５
図示左右方向）を開放した状態で蓋３０゜３１により密
閉されている。これにより内筒体２７と外筒体２８とは
蓋２９，３０．３１を介して接合されることとなる。通
路２１の最上部には通路２１と連通し且つヒートバイブ
２の供給管路２ｂと連通ずる流入口３２が内筒体２７及
び外筒体２８に接合されている。又、通路２１の最下部
には通路２１と連通し且つヒートバイブ２の排出管路２
ａと連通ずる排出口３３が内筒体２７及び外筒体２８に
接合されている。

第２図、第３図及び第８図に示されるように、筒体２５
は外筒体２８を内包するように配設され外筒体２８との
間の外筒体２８回りに通路２４を形成する筒部３４と、
胴体２２の一端側に筒部３４と接合して配設され胴体２
２の一端との間に通路２４と連通する通路３５を形成す
る蓋部３６とから構成されている。この蓋部３６の上部
（第２図示上方）には通路３５と連通し且つ配管４の排
出管路４ａと連通ずる排出口３７が接合されている。又
、外筒体２８の外周回りにはコイル３８がスパイラル状
に巻回されており、筒部３４の内周面と接して通路２４
をスパイラル状にしている。

第２図、第３図及び第９図に示されるように、内筒体２
７内には円筒形状のチューブ３９が配設されており、内
筒体２７との間のチューブ３９回りに通路２３が形成さ
れる。このチューブ３９内には通路４０が形成されてお
り、この通路４０はチューブ３９の一端に形成された穴
４１により通路２３と連通し、チューブ３９の他端に接
合された流入口４２により配管４の供給管路４ｂと連通
している。又、チューブ３９の外周回りにはフィン４３
がスパイラル状に巻回形成されており、内筒体２７の内
周面と接して通路２３をスパイラル状にしている。

第２図及び第７図に示されるように、胴体２２の他端に
は蓋体４４が流入口３２．４２及び排出口３３に接合さ
れて配設されており、胴体２２の一端との間に通路２３
．２４と連通ずる通路４５が形成されている。又、第２
図及び第８図に示されるように、蓋部３６の略中央部に
は内筒体２７及びチューブ３９を保持する取付部材４７
．４６カヒン４８を介して接合されている。又、筒部３
４及び蓋体４４の外周にはフランジ部４９．５０が夫々
接合されている。この構造により、胴体２２は内筒体２
７が取付部材４６に嵌合されることにより筒体２５に保
持され、チューブ３９は取付部材４７に嵌合されること
により筒体２５に保持され、更に、蓋体４４は筒体２５
に嵌合しフランジ部４９．ｇｏにてボルト５１により締
結されることによりシール部材５２を介して保持される
。

これにより、凝縮部２０が構成される。このように、凝
縮部２０は、胴体２２．筒体２５及びチューブ３９の組
み合わせにより構成されるため、従来の縦多管ヘッダー
型熱交換器と比較して製作が容品となり、又、部品点数
及び接合箇所も大幅に削減されるため、低コスト化を達
成することができる。更に、胴体２２．筒体２５及びチ
ューブ３９は、ボルト５１を外し且つ取付部材４６．４
７との嵌合を外すのみにより容易に分解することができ
るため、胴体２２．筒体２５及びチューブ３９の内部の
点検・交換・清掃等を容易に行うことができる。

次に凝縮部２０の作動を給湯システム１の作動説明に合
わせて説明する。

第１図ないし第３図において、高温の蒸気となった作動
流体はヒートパイプ２の供給管路２ｂから流入口３２を
介して通路２１に流入すると共に低温の給水は配管４の
供給管路４より流入口４２を介して通路４０に流入し、
穴４１より通路２３゜４５．２４．３５の順に流れる。

この時、高温蒸気となった作動流体は低温の伝熱面（内
筒体２７及び外筒体２８の壁面）へ凝縮液化し、給水は
作動流体の凝縮潜熱を受は取り昇温し、作動流体と給水
との熱交換がなされる。この後、作動流体は第３図示Ａ
、Ｂの如く伝熱面を伝って０部に溜まり、排出口３３よ
り排出されヒートパイプ２の排出管路２ａに流入する。

この時、凝縮熱交換器６０は第１図の如く排出口３３が
下方に向がって傾くヨウに５°〜３０１傾斜しているた
め、作動流体の排出作用がスムーズに行われ、作動流体
の循環性能を良好なものとすることができる。又、昇温
した給水は排出口３７より排出され配管４の排出管路４
ａ内に流入する。尚、排出口３７は凝縮熱交換器６０の
最上位に位置しており且つ前述した混合弁７が排出管路
４ａ上に設けられて先止め構造となっているため、凝縮
熱交換器６０に貯湯機能を持たせることができ、給水の
初期出湯性能を向上させることができる。又、給水の通
路２３゜２４での流れは、フィン４３及びコイル３８に
より流路面積が狭められ且つ一方向に規制されてスパイ
ラル状となり高流速・乱流化されるため、伝熱面上を流
れが淀むことなく全面に渡って均一に流れる。これによ
り、熱交換性能を良好に維持することができると共に給
水内の混入空気や昇温分離した溶解ガス等を排出口３７
より直ちに押し出すことができ、これらの淀みによる熱
交換性能の阻害を防止することができる。更に、熱交換
器６０は胴体２２と筒体２５の組み合わせつまり円筒形
状の組み合わせにより構成されるため、軸方向へ拡大延
長するのみで要求熱交換量の変更に容易に対応すること
ができ、又、作動流体側及び給水側からの内部圧力を曲
面で受けることとなるため、耐圧性が大きく、更に、胴
体２２は取付部材４６のみにより保持され軸方向に滑動
可能となるため、胴体２２側及び筒体２５側との熱膨張
差による応力を吸収することができ、経年的な破損を防
止することができる。

上記したように、胴体２２が内筒体２７及び外筒体２８
の組み合わせにより構成されていることから作動流体が
流れる通路２１は環状となる。これにより、伝熱面積を
減少することなく高さ寸法を小さくすることができ、充
分な熱交換性能を維持して凝縮熱交換器６０の小型化を
達成することができる。言い換えれば、熱交換器６０の
小型化により凝縮部２０の排出口３３から蒸発部１０の
流入口１８までの高さ寸法を最大源にとることができ、
作動流体の循環性能を高水準に維持することができる。

尚、本実施例においては作動流体の気体から液体への相
対変化を伴う熱交換器において説明したが相対変化を伴
わない液体から液体への熱交換器においても適用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明は、中心空間を持つ内筒体と、該内筒体外周を包
囲するように配設され前記内筒体との間に第１の環状空
間を形成する前記内筒体と略同一軸長の外筒体と、前記
第１の環状空間の両端を第１の蓋体により閉塞して形成
した伝熱媒体が流入する第１通路と、該第１通路の上方
に連通して設置された伝熱媒体流入管と、前記第１通路
の下方に連通して設置された被伝熱媒体排出管と、前記
外筒体の外周を包囲するように配設され前記外筒体との
間に第２の環状空間を形成する前記外筒体の軸長をこえ
る軸長の筒体と、前記筒体の両端を第２の蓋体で閉塞し
て形成した前記第２の環状空間及び前記中心空間とから
成る被伝熱媒体が流入する第２通路と、該第２通路の一
端に連通して設置された被伝熱媒体流入管と、前記第２
通路の他端と連通して設置された被伝熱媒体排出管とを
有して熱交換器を構成したので、第１通路を環状で縦横
寸法比を大きくすることができ、横置きとすることによ
り縦多管ヘッダー型熱交換器と比較して伝熱面積を減少
することなく高さ寸法を小さくすることができる。これ
により、充分な熱交換性能を有しながら熱交換器の高さ
寸法の小型化を達成することができる。又、内筒体、５
外筒体及び筒体の組み合わせつまり円筒形状の組み合わ
せにより構成されるため、軸方向へ拡大延長するのみで
要求熱交換量の変更に容易に対応することができると共
に耐圧生が大きく、製作が容易で、低コスト化した熱交
換器とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱交換器を利用した給湯システム
の説明図、第２図は本発明に係る熱交換器の断面図、第
３図は第２図示■−■線断面図、第４図は胴体の断面図
、第５図は第３図示Ｖ方向矢視図、第６図は第５図示Ｖ
Ｉ−ＶＩ線断面図、第７図は蓋体を装着した胴体の部分
断面図、第８図は筒体の断面図、第９図はチューブの平
面図である。 ２１・・・通路（第１通路）。 ２３．２４・・・通路（第２通路）。 ２５・・・筒体。 ２７・・・内筒体。 ２８・・・外筒体。 ２９．３０．３１・・・蓋（第１の蓋体）。 ３６・・・蓋部（第２の蓋体）。 ４４・・・蓋体（第２の蓋体）。 ３２・・・流入口（伝熱媒体流入管）。 ３３・・・排出口（伝熱媒体排出管）。 ３７・・・排出口（被伝熱媒体排出管）。 ４２・・・流入口（被伝熱媒体流入管）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心空間を持つ内筒体と、該内筒体外周を包囲するよう
   に配設され前記内筒体との間に第１の環状空間を形成す
   る前記内筒体と略同一軸長の外筒体と、前記第１の環状
   空間の両端を第１の蓋体により閉塞して形成した伝熱媒
   体が流入する第１通路と、該第１通路の上方に連通して
   設置された伝熱媒体流入管と、前記第１通路の下方に連
   通して設置された被伝熱媒体排出管と、前記外筒体の外
   周を包囲するように配設され前記外筒体との間に第２の
   環状空間を形成する前記外筒体の軸長をこえる軸長の筒
   体と、前記筒体の両端を第２の蓋体で閉塞して形成した
   前記第２の環状空間及び前記中心空間とから成る被伝熱
   媒体が流入する第２通路と、該第２通路の一端に連通し
   て設置された被伝熱媒体流入管と、前記第２通路の他端
   と連通して設置された被伝熱媒体排出管とを有する熱交
   換器。