特許 6785417 熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6785417

(24)【登録日】2020年10月29日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/02 20060101AFI20201109BHJP

   F28F 1/40 20060101ALI20201109BHJP

   F28F 9/26 20060101ALI20201109BHJP

   F28F 21/06 20060101ALI20201109BHJP

   F25B 41/00 20060101ALI20201109BHJP

   F25B 47/02 20060101ALI20201109BHJP

   F24H 9/00 20060101ALI20201109BHJP

   F24H 4/02 20060101ALI20201109BHJP

   F28F 17/00 20060101ALI20201109BHJP

   F16L 21/08 20060101ALN20201109BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/02

   F28F1/40 G

   F28F9/26

   F28F21/06

   F25B41/00 H

   F25B47/02 520C

   F24H9/00 A

   F24H4/02 N

   F28F17/00 501D

   !F16L21/08 Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-542007(P2018-542007)

(86)(22)【出願日】2017年8月28日

(86)【国際出願番号】JP2017030645

(87)【国際公開番号】WO2018061565

(87)【国際公開日】20180405

【審査請求日】2020年1月9日

(31)【優先権主張番号】特願2016-187645(P2016-187645)

(32)【優先日】2016年9月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100115554

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 幸一

(72)【発明者】

【氏名】小石原 一貴

(72)【発明者】

【氏名】町田 和彦

(72)【発明者】

【氏名】山岡 由樹

(72)【発明者】

【氏名】中谷 和人

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１２７６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−９１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−３４６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０２６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９０７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５２−５４９５９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ７／０２

Ｆ２８Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１流体が流れる内管と、前記内管に挿入される挿入体と、前記内管の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管と、を各々備えた複数の熱交換ユニットと、
前記内管に装着される継手部と、を備え、
前記挿入体は、軸部と前記軸部の外表面に配設された螺旋状突部とから構成され、
前記第１流体は、前記内管の内面と前記軸部と前記螺旋状突部とで構成される螺旋状流路を流れ、
前記複数の熱交換ユニットのうち、少なくとも２個以上の熱交換ユニットは、前記継手部により連通されており、
前記複数の熱交換ユニットの各々は、前記複数の熱交換ユニットの各々の内部の水を排水する排水口を備えており、
前記継手部は、複数の継手および前記複数の継手を連通させる連通路を備えており、
前記排水口は、前記複数の継手のいずれかまたは前記連通路に配設されている、熱交換器。

【請求項2】

前記複数の熱交換器ユニットのうち、前記第１流体の流れ方向において、最上流側に位置する熱交換器ユニットにおける前記第１流体の流れ方向と、最下流側に位置する熱交換器ユニットにおける前記第１流体の流れ方向とは、逆方向である、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第１流体と前記第２流体との流れとが、対向流となるように構成されている、請求項１または２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記複数の熱交換ユニットの各々は、前記複数の熱交換ユニットの各々の内部の空気を排出する排気口を備え、
前記排気口は、前記排水口よりも鉛直方向で上方に位置している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項5】

圧縮機、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器、減圧装置、蒸発器を環状に接続した冷媒回路、および、前記蒸発器の着霜を溶かす除霜運転モードを実行する制御装置を備え、
前記挿入体は樹脂製である、冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体間で熱交換を行う熱交換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の熱交換器として、図１２に示すように、渦巻き形状に形成されて水流路を構成する内管２０１と、内管２０１の外周に螺旋状に巻き付けられて冷媒流路を構成する外管２０２とを備え、水流路を流れる水が、冷媒流路を流れる冷媒により加熱されるように構成された熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、図１３に示すように、平行に並べられた複数の内管２０１と、内管２０１の外周に螺旋状に巻き付けられた外管２０２とを備える熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の熱交換器では、内管２０１がマニホルド２０３を介して接続されて蛇行状の水流路が形成されている。そして、蛇行状の水流路を流れる水が、冷媒流路を流れる冷媒により加熱されるように構成されている。

【0004】

しかしながら、前記従来の構成においては、熱交換器が渦巻き状、または、蛇行状に構成されているため、熱交換能力を大きくしようとすると、熱交換器が大型化してしまうという課題を有していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−９７８９８号公報

【発明の概要】

【0006】

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱交換能力に応じて伝熱面積を変更できる利便性の高い熱交換器を提供することを目的とするものである。

【0007】

前記従来の課題を解決するために本発明の熱交換器は、第１流体が流れる内管と、前記内管に挿入される挿入体と、前記内管の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管と、を各々備えた複数の熱交換ユニットと、前記内管に装着される継手部と、を備えている。前記挿入体は、軸部と前記軸部の外表面に配設された螺旋状突部とから構成される。前記第１流体は、前記内管の内面と前記軸部と前記螺旋状突部とで構成される螺旋状流路を流れる。前記複数の熱交換ユニットのうち、少なくとも２個以上の熱交換ユニットは、前記継手部により連通されており、前記複数の熱交換ユニットの各々は、前記複数の熱交換ユニットの各々の内部の水を排水する排水口を備えており、前記継手部は、複数の継手および前記複数の継手を連通させる連通路を備えており、前記排水口は、前記複数の継手のいずれかまたは前記連通路に配設されている。

【0008】

これにより、鉛直方向や水平方向に、平行（略平行を含む）に複数本配設された熱交換ユニットにおいて、第１流体が流れる螺旋状流路が継手部により連通される。したがって、所定の熱交換能力に応じて伝熱面積（熱交換ユニットの数）を変更できるため、熱交換能力に応じて伝熱面積を変更できる利便性の高い熱交換器を提供できる。また、これにより、水抜き動作時には、位置エネルギーに従い、熱交換ユニット内の水を、排水口を介して全て外部に排水することができる。このため、凍結破壊に対して信頼性の高い熱交換器が提供できる。

【0009】

本発明によれば、熱交換能力に応じて伝熱面積を変更できる利便性の高い熱交換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図

【図2】本発明の実施の形態１における一部部品を取り外した熱交換器の斜視図

【図3】図１における熱交換器の下段側の概略図

【図4】図１における熱交換器の上段側の概略図

【図5】図３および図４における熱交換器のＡ−Ａ断面図

【図6A】本発明の実施の形態１における熱交換ユニットの外管の冷媒の流れを示す斜視図

【図6B】同熱交換ユニットの内管の水の流れを示す斜視図

【図7】図５のＢ部拡大図

【図8A】本発明の実施の形態１における熱交換ユニットの断面図（挿入体の螺旋状突部形状が矩形の場合の図）

【図8B】本発明の実施の形態１における他の熱交換ユニットの断面図（挿入体の螺旋状突部形状が台形の場合の図）

【図9】図５のＣ部拡大図（熱交換ユニットと排水機構の位置関係を示す断面図）

【図10】図５のＣ部拡大図（熱交換ユニットと空気抜き機構の位置関係を示す断面図）

【図11】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の概略構成図

【図12】従来の熱交換器の概略図

【図13】従来の他の熱交換器の概略図

【発明を実施するための形態】

【0011】

第１の発明は、第１流体が流れる内管と、前記内管に挿入される挿入体と、前記内管の外周に設けられ、第２流体が流れる少なくとも１本以上の外管と、を各々備えた複数の熱交換ユニットと、前記内管に装着される継手部と、を備えている。前記挿入体は、軸部と前記軸部の外表面に配設された螺旋状突部とから構成される。前記第１流体は、前記内管の内面と前記軸部と前記螺旋状突部とで構成される螺旋状流路を流れる。前記複数の熱交換ユニットのうち、少なくとも２個以上の熱交換ユニットは、前記継手部により連通されており、前記複数の熱交換ユニットの各々は、前記複数の熱交換ユニットの各々の内部の水を排水する排水口を備えており、前記継手部は、複数の継手および前記複数の継手を連通させる連通路を備えており、前記排水口は、前記複数の継手のいずれかまたは前記連通路に配設されている熱交換器である。

【0012】

これにより、鉛直方向や水平方向に、平行（略平行を含む）に複数本配設された熱交換ユニットにおいて、第１流体が流れる螺旋状流路が継手部により連通される。

【0013】

したがって、所定の熱交換能力に応じて伝熱面積（熱交換ユニットの数）を変更できるため、熱交換能力に応じて伝熱面積を変更できる利便性の高い熱交換器を提供できる。

【0014】

また、これにより、水抜き動作時には、位置エネルギーに従い、熱交換ユニット内の水を、排水口を介して全て外部に排水することができる。このため、凍結破壊に対して信頼性の高い熱交換器が提供できる。

【0015】

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記複数の熱交換器ユニットのうち、前記第１流体の流れ方向において、最上流側に位置する熱交換器ユニットにおける前記第１流体の流れ方向と、最下流側に位置する熱交換器ユニットにおける前記第１流体の流れ方向とは、逆方向である。

【0016】

これにより、第１流体が熱交換ユニットを蛇行状（略蛇行状を含む）に流れるため、限られた設置面積において、所定の熱交換能力に応じた熱交換ユニットの伝熱面積を確保できる熱交換器を提供することができる。

【0017】

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記第１流体と前記第２流体との流れとが、対向流となるように構成されている。

【0018】

これにより、熱交換器の全域（略全域を含む）において、第１流体と第２流体とが対向流で熱交換できるので、熱交換性能の高い熱交換器を提供できる。

【0019】

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明において、前記複数の熱交換ユニットの各々は、前記複数の熱交換ユニットの各々の内部の空気を排出する排気口を備えている。前記排気口は、前記排水口よりも鉛直方向で上方に位置している。

【0020】

これにより、空気抜き動作時には、水と空気の密度差により、熱交換ユニットの内部の空気は、鉛直方向上方側に移動する。このため、排気口を介して、熱交換ユニットの内部の空気を速やかに排出することができ、熱交換器を搭載した機器の試運転時の作業時間を短縮することができる。加えて、熱交換ユニットの内部の空気を確実に外部に排出できるため、第１流体の搬送装置のエア噛みを防止することができる。したがって、熱交換器を搭載した機器の信頼性を向上することができる。

【0021】

第５の発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、上記発明１〜４のいずれかに記載の熱交換器、減圧装置、蒸発器を環状に接続した冷媒回路、および、前記蒸発器の着霜を溶かす除霜運転モードを実行する制御装置を備えている。前記挿入体は樹脂製である。第１流体の流路の一部（挿入体）を金属よりも比熱の大きな樹脂で形成することにより、熱交換器の蓄熱量が増加し、除霜時により多くの熱量を熱交換器から利用できる。

【0022】

これにより、短時間で除霜運転を終えることができ、機器の除霜性能が向上する。

【0023】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

【0024】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における熱交換器の一部部品を取り外した場合の斜視図である。

【0025】

図１において、本発明の実施の形態１における熱交換器３０は、鉛直方向および水平方向に、平行（略平行を含む）に並べられた複数の熱交換ユニット１１を備えている。そして、少なくとも２個以上の熱交換ユニット１１の端部が、継手部４０にて接続されている。なお、本実施の形態においては、継手部４０は、複数の継手４および複数の継手４を連通する連通路８を備えているが、これに限られない。継手４は一つであってもよい。継手４と連通路８とが一体的に形成されていてもよい。継手４が連通路８の機能を備えることで連通路８を設けない構成であってもよい。また、連通路８が継手４の内部に設けられていてもよい。また、複数の継手４は、互いに同一形状であることが好ましい。

【0026】

熱交換ユニット１１は、内部を第１流体である水が流れる直管状の内管１と、内部を第２流体である冷媒が流れる少なくとも１本以上の外管３とから構成されている。なお、外管３は冷媒が一流路を連続して流れるように、ロウ付けにて接続されている。

【0027】

また、図２において、内管１の端部には、シール部６が固定、または、フランジ加工されており、シール部品溝が形成されている。組み立て時には内管１の端部のシール部品溝にシール部品７がセットされ、挿入体２と継手４が嵌め合わせられることで、水密性が確保される。継手４は、内管１を外方から覆い、締結部材５にて装着固定される。これにより、継手４の内管１からの抜けが防止される。なお、継手４は、挿入体２と嵌合することで、挿入体２と内管１との位置を固定してもよい。

【0028】

図３は、図１における熱交換器の下段側の概略図であり、図４は、図１における熱交換器の上段側の概略図である。

【0029】

図３、図４に示すように、本発明の実施の形態１における熱交換器３０においては、下段側には、水平方向に、平行（略平行を含む）に並べられた４個の熱交換ユニット１１（１１ａ〜１１ｄ）が配設されており、上段側には、水平方向に、平行（略平行を含む）に並べられた５個の熱交換ユニット１１（１１ｅ〜１１ｉ）が配設されている。

【0030】

そして、下段側の熱交換ユニット１１（１１ａ〜１１ｄ）においては、それぞれ、２個の熱交換ユニット１１（１１ａと１１ｂ、および、１１ｃと１１ｄ）が、継手部４０にて接続されている。また、上段側の熱交換ユニット１１（１１ｅ〜１１ｉ）においては、３個の熱交換ユニット１１（１１ｇ〜１１ｉ）と、２個の熱交換ユニット１１（１１ｅと１１ｆ）が、継手部４０にて接続されている。

【0031】

さらに、継手４に設けられている連通路８を介して、継手部４０にて接続されている熱交換ユニット１１においては、内管１内を同一方向に水が流れるように構成されている。

【0032】

すなわち、図３に示すように、下段側に位置する１個の熱交換ユニット１１ａから水が流入し、継手４に設けられている連通路８により、水は２方向に分岐される。２個の熱交換ユニット１１ａ、ｂにおいて、内管１内を同一方向に水が流れ、さらに、継手４に設けられている連通路８を介して他の２個の熱交換ユニット１１ｃ、ｄに水が流入する。２個の熱交換ユニット１１ｃ、ｄにおいて、内管１内を同一方向に水が流れる。

【0033】

さらに、図４に示すように、下段側に位置する熱交換ユニット１１ｃ、ｄから流れてきた水は、上段側に位置する２個の熱交換ユニット１１ｅ、ｆへと水が流入する。そして、２個の熱交換ユニット１１ｅ、ｆにおいて、内管１内を同一方向に水が流れ、継手４に設けられている連通路８を介して、水は３個の熱交換ユニット１１ｇ、ｈ、ｉに流入する。３個の熱交換ユニット１１ｇ、ｈ、ｉにおいて、内管１内を同一方向に水が流れ、さらに、継手４に設けられている連通路８により、水は集約される。そして、熱交換器３０より、水が流出する。

【0034】

すなわち、図３、図４に示すように、本発明の実施の形態１における熱交換器３０は、第１流体である水の流れ方向において、最上流側に位置する下段側の水が流入する熱交換ユニット１１の内管１内における水の流れ方向と、最下流側に位置する上段側の水が流出する熱交換ユニット１１における内管１内の水の流れ方向とは、逆方向である構成となっている。

【0035】

図５は、図３および図４における熱交換器３０のＡ−Ａ断面図である。図５に示すように、熱交換ユニット１１は、熱交換ユニット１１の内部の水を排水する排水口５２を備えている。具体的には、図５に示すように、排水口５２は、各熱交換ユニット１１に装着されている継手４、あるいは、継手４を連通する連通路８に設けられている。

【0036】

また、図５に示すように、熱交換ユニット１１は、熱交換ユニット１１の内部の空気を排出する排気口６２を備えている。排気口６２は、排水口５２よりも、継手４の上方側に設けられている。なお、図５に示すように、各熱交換ユニット１１に装着されている継手４において、排水口５２側が下方に位置するように、熱交換器３０を機器に設置すれば、水抜き性は向上する。

【0037】

すなわち、熱交換ユニット１１を、設置面８０に対して予め傾斜して設置している。そして、設置面８０に対して、熱交換ユニット１１の内管１の低い側に装着されている継手４にのみに、排水口５２が設けられている。このため、熱交換器３０の内部の水を速やかに外部に排出でき、水抜き作業にかかる時間が短縮される。したがって、メンテナンス性が向上した熱交換器３０を提供できる。

【0038】

また、設置面８０に対して、熱交換ユニット１１の内管１の低い側からのみ内部の水を排出できるため、水抜き配管等の取り回しを簡略化でき、熱交換ユニット１１から構成される熱交換器３０の小型化を実現できる。

【0039】

図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施の形態１における熱交換ユニット１１を流れる流体の流れを示す斜視図である。また、図７は、図５のＢ部拡大図である。図８Ａ、図８Ｂは、本発明の実施の形態１における熱交換ユニット１１の断面図である。

【0040】

図６Ａ、図６Ｂ、および図７において、熱交換ユニット１１においては、第１流体である水は、内管１の内面と挿入体軸部２１の外面と隣接する螺旋状突部２２とで形成された螺旋状流路２３を流れる。螺旋状突部２２の螺旋方向と外管３の螺旋状の巻付け方向とは同じ方向であり、また、巻き付けピッチも同じである。螺旋状流路２３の対向部に巻き付けられた外管３の内部を流れる第２流体である二酸化炭素と第１流体である水とは熱交換する。

【0041】

ここで、内管１と挿入体２との間の螺旋状流路２３を流れる水と、外管３の内部を流れる二酸化炭素は流れる方向が反対であるため、熱交換器３０の全域（略全域を含む）にわたって対向流で熱交換でき、高効率な熱交換器３０が提供される。

【0042】

以上のように、継手部４０は、複数の熱交換ユニット１１を接続すると同時に、少なくとも２個以上の他の熱交換ユニット１１の螺旋状流路２３を連通させる。さらに、継手部４０は、水の流れを分岐、または、合流させる役割を担う。

【0043】

なお、巻き付ける外管３のすべての部位が、螺旋状流路２３の対向部に巻き付けられていなくとも、搭載する機器が必要とする熱交換効率を実現できる範囲に外管３が巻き付けられていればよい。また、第２流体が流れる外管３を複数本備え、交互に螺旋状流路２３の対向部に巻き付けていてもよい。

【0044】

なお、図７に示すように、挿入体２を中空とすることで、軽量化を実現できる。また、図７に示すように、熱交換ユニット１１の水流路である螺旋状流路２３を、内管１と挿入体２との２部品で構成したことにより、水側伝熱面からの熱交換ユニット１１の最長距離（ａ＋２ｔｈ）は、挿入体軸部２１の直径ａと螺旋状突部２２の突部高さｔｈとから設計できる。

【0045】

図８Ａに示すように、熱交換ユニット１１の水側伝熱面の濡れ長さＬは、螺旋ピッチＰから螺旋状リブ先端幅ｔ（もしくはｔ１）を差し引いたＰ−ｔ（もしくはＰ−ｔ１）で決定される。

【0046】

図８Ｂに示すように、挿入体２の螺旋状突部の形状をｔ１＜ｔ２となるようにすることで、水側流路断面積Ｓを図８Ａの螺旋状突部厚みがｔ一定の場合と同じに保ちつつ、螺旋状突部厚みｔ一定の場合よりも水側伝熱面の濡れ長さＬをｔ−ｔ１だけ拡大することができる。これにより、水側の伝熱面積が拡大するため、熱交換性能が高い熱交換ユニット１１を提供できる。

【0047】

また、水流路断面積Ｓは、機器において、水を搬送する水搬送ポンプが許容できる水圧損となるように、挿入体２の螺旋状突部２２の巻きピッチＰを変更して設計できる。従って、水圧損制約範囲内で、死水域を大幅に低減することができる。

【0048】

また、水流路である螺旋状流路２３の流路断面が、内管１の内面と挿入体軸部２１と螺旋状突部２２とで矩形状に形成されている。これにより、断面が円形の場合に比べて渦が発生しやすく二次流れの効果が大きくなる。

【0049】

以上のように、水流路である螺旋状流路２３を、内管１と螺旋状突部２２を有する挿入体２との２部品で構成したことにより、内管１を巻き回すことなく螺旋状流路２３を形成できる。従って、内管１の肉厚を必要最小限とした軽量で経済性に優れた熱交換ユニット１１が提供できる。

【0050】

また、水側流路の伝熱面からの最長距離（ａ＋２ｔｈ）が、挿入体軸部２１の直径ａと螺旋状突部２２の突部の高さｔｈで設計できる。また、流路断面積Ｓは、水圧損が制約内となるよう、螺旋状突部２２の巻きピッチＰを変更して設計できる。したがって、水圧損の制約範囲内で、死水域を大幅に低減した伝熱性能の高い熱交換ユニット１１を提供できる。

【0051】

次に、熱交換ユニット１１の内部の水を排水する水抜き処理、および、熱交換ユニット１１の内部の空気を排出するエア抜き処理について、説明する。

【0052】

図９は、熱交換ユニット１１の設置面に対する水平方向の中心軸、排水口５２、および、排水口５２の流れ下流側に設けられた開閉機構からなる排水機構５１の中心軸の位置関係を示した概略断面図である。

【0053】

なお、排水機構５１は、外気が低温時に熱交換器３０を搭載した機器（給湯機など）を長期間使用しない場合などにおいては、継手４に接続された当該排水機構５１が開かれることで、熱交換器３０内部の水を完全に外部に排水する。

【0054】

図９に示すように、排水口５２、および、排水機構５１の中心軸が、熱交換ユニット１１の中心軸より鉛直方向で下方となるように、継手４または連通路８に、排水口５２、および、排水機構５１は接続されている。

【0055】

具体的には、排水口５２は内管１の内下面と、高さ方向において同一高さの位置に設けられている。すなわち、排水口５２は、熱交換ユニット１１の螺旋状流路２３の下方側から排水するように、継手４または連通路８に設けられている。

【0056】

また、熱交換ユニット１１の中心軸から内管１の内下面までの距離Ｘ１と、熱交換ユニット１１の中心軸から排水機構５１が設けられている水抜き配管５３の鉛直下方底面までの距離Ｘ２との関係が、Ｘ１≦Ｘ２となるように熱交換器３０が構成されている。また、図５に示すように、排水口５２側が下方に位置するように、熱交換器３０を機器に設置すれば、水抜き動作時には位置エネルギーに従い、熱交換ユニット１１内の水が全て外部に流れ出る。このため、熱交換器３０の凍結破壊を防止した信頼性の高い熱交換器３０を提供できる。

【0057】

図１０は、熱交換ユニット１１の設置面に対する水平方向の中心軸、排気口６２、および、排気口６２の流れ下流側に設けられた開閉機構からなるエア抜き機構６１の中心軸の位置関係を示した概略断面図である。

【0058】

なお、エア抜き機構６１は、熱交換器３０を搭載した機器を設置してから最初の試運転及び長期運転休止からの復旧の際に、熱交換器３０内に存在している空気を外部に追い出すエア抜き運転を実施するときに、継手４に接続された当該エア抜き機構６１が開かれることで、熱交換器３０内部の空気を完全に外部に排出する。

【0059】

図１０に示すように、排気口６２、および、エア抜き機構６１の中心軸が、熱交換ユニット１１の中心軸より鉛直方向で上方となるように、継手４に排気口６２およびエア抜き機構６１は接続されている。

【0060】

具体的には、排気口６２は内管１の内上面と高さ方向において、同一高さの位置に設けられている。すなわち、排気口６２は、熱交換ユニット１１の螺旋状流路２３の上方側から排気するように、継手４に設けられている。

【0061】

また、熱交換ユニット１１の中心軸から内管１の内上面までの距離Ｙ１と、熱交換ユニット１１の中心軸からエア抜き機構６１が設けられているエア抜き配管６３の鉛直上方上面までの距離Ｙ２との関係が、Ｙ１≦Ｙ２となるように熱交換器３０が構成されている。図５に示すように、各熱交換ユニット１１の継手４に設けられている排水口５２よりも、排気口６２は上方の位置に設けられているため、エア抜き動作時には水と空気の密度差により、空気は鉛直上方に移動する。このため、熱交換ユニット１１内の空気を完全に排出することができる。したがって、機器において、水を搬送する水搬送ポンプ（図示せず）のエア噛みを防止できるため、熱交換器３０を搭載した機器の信頼性を向上することができる。

【0062】

以上説明したように、熱交換器３０においては、熱交換ユニット１１が並列に１段、または、複数段積んで並べられ、蛇行状に流路を形成するように継手４で接続されている。したがって、限られた設置面積に、無駄な空間なく熱交換ユニット１１を配置でき、小型化を実現した熱交換器３０を提供できる。

【0063】

また、本実施の形態においては、直管状の熱交換ユニット１１が、熱交換器３０が搭載される機器が所定の熱交換能力と収納性を満たすように、継手４を介して接続されるので、所定の熱交換能力を満たし、小型化を実現した熱交換器３０を提供できる。

【0064】

（実施の形態２）
図１１は、本実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図である。

【0065】

尚、本発明の実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【0066】

図１１は、例えば、ヒートポンプ給湯機に搭載される冷凍サイクル装置である。冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１、本発明の実施の形態１に記載の熱交換器３０である放熱器１０２、電子服張弁である減圧装置１０３、蒸発器１０４、および、それらを環状に接続する冷媒回路１０５を備えている。

【0067】

冷媒回路１０５は、蒸発器１０４から流出した冷媒の温度を検知する蒸発器出口温度検知手段１０７を備え、冷凍サイクル装置は、除霜運転モードを実行する制御装置１１０を備えている。

【0068】

冷媒回路１０５内には、冷媒として二酸化炭素が封入されており、圧縮機１０１の運転時は、高圧側が超臨界状態で運転される。

【0069】

また、放熱器１０２（本発明の実施の形態１に記載の熱交換器３０を構成する熱交換ユニット１１に該当）を構成する螺旋状突部２２を有する挿入体２は、金属よりも比熱の大きい樹脂製である。

【0070】

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下にその動作および作用を説明する。

【0071】

圧縮機１０１を運転すると、高圧に圧縮され吐出された冷媒は、放熱器１０２に送られ、水搬送ポンプ１１３によって入水配管１１１を通って送水された低温水と熱交換して放熱する。これにより加熱された低温水は高温水となり、出湯配管１１２を通り、貯湯タンク（図示せず）に送られ高温の温水として貯湯される。

【0072】

放熱器１０２から流出される冷媒は、減圧装置１０３に供給されて減圧膨張される。次に、冷媒は、蒸発器１０４に送られて、送風機１０６により導入された空気と熱交換し、蒸発してガス化する。ガス化した冷媒は、圧縮機１０１に吸入される。

【0073】

次に、ヒートポンプ給湯機の除霜運転動作について説明する。

【0074】

外気温度が低い状態で貯湯運転動作を行うと、蒸発器１０４に霜が付き、蒸発器１０４の熱交換能力が大幅に低下する。

【0075】

そこで、制御装置１１０は、蒸発器１０４に付着した霜を除霜し、蒸発器１０４の熱交換能力を回復させる除霜運転動作を行う。除霜運転動作は、蒸発器１０４に霜が付着し、蒸発器出口温度検知手段１０７で検知した温度が、所定の温度を下回ると実行される。

【0076】

まず、放熱器１０２に水を送水する水搬送ポンプ１１３および送風機１０６を停止させ、減圧装置１０３の流路抵抗を小さくする。圧縮機１０１で圧縮された高温の冷媒は、放熱器１０２、減圧装置１０３を通り、蒸発器１０４に流入し、冷媒の持つ熱で除霜を行い、圧縮機１０１に吸入される。

【0077】

そして、蒸発器出口温度検知手段１０７で検知された温度が、所定の温度を上回ると、制御装置１１０は、除霜運転動作を終了し、沸き上げ運転を開始する。

【0078】

この除霜運転時には、圧縮機１０１から吐出された冷媒の熱量に加え、放熱器１０２に蓄熱された熱量も活用されて蒸発器１０４を除霜する。

【0079】

放熱器１０２の流路の一部である挿入体２を金属よりも比熱の大きな樹脂とすることにより、放熱器１０２の蓄熱量が増加し、除霜時により多くの熱量を、放熱器１０２から利用できる。したがって、短時間で除霜運転を終えることができ、機器の除霜性能が向上するという効果を奏する。

【0080】

尚、本発明の実施の形態２では、螺旋状突部２２を有する挿入体２を樹脂製（ＰＰＳ）としたが、ＰＰＳ以外の樹脂、または、比熱の大きな材料であれば同様の作用効果を期待できる。

【0081】

なお、本発明の実施の形態１、２では、外管３を流れる冷媒を二酸化炭素としたが、ハイドロカーボン系やＨＦＣ系（Ｒ４１０Ａ等）の冷媒、あるいはこれらの代替冷媒とすることも同様の作用効果が期待できる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、熱交換能力に応じて伝熱面積を変更できる使用性の高い熱交換器を提供できるので、流体間で熱交換を行う熱交換器を搭載した冷凍サイクル装置に適用できる。

【符号の説明】

【0083】

１ 内管
２ 挿入体
３ 外管
４ 継手
５ 締結部材（挿入ピン）
６ シール部
７ シール部品
８ 連通路
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ 熱交換ユニット
２１ 挿入体軸部
２２ 螺旋状突部
２３ 螺旋状流路
３０ 熱交換器
４０ 継手部
５１ 排水機構
５２ 排水口
６１ エア抜き機構
６２ 排気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】