CN100439848C - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供提高两个流体间的热交换效率的热交换器。本发明的热交换器由具有第1壁(5a)和第2壁(5b)相互紧贴的双层壁(5)的内管(4)，以及与内管(4)基本同轴、在内部具有内管(4)的外管(6)构成。第一流体流动于内管(4)的内部，第二流体流动于内管(4)和外管(6)之间的环状部中。由此，虽然是在第一流体和第二流体之间具有确保安全性的双层壁5这样简单的结构，但由于在第一流体的流路和第二流体的流路之间确保了充分的接触面积，故能得到高的热交换效率。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及热泵式热水器的水-制冷剂热交换器等液体和制冷剂的热交换器。
背景技术
近年来，由于考虑到保护环境、节约能源，利用自然制冷剂的热泵式热水器进入了市场。
在该产品中，使用的是利用高温制冷剂加热水的水-制冷剂热交换器。
作为以往的热交换器，日本特开2002-228370号公报揭示了将制冷剂管绕在芯管的外周的热交换器。
以下就参考附图对上述以往的热交换器进行说明。图6是以往的热交换器的结构图。如图6所示，以往的热交换器由流通水(W)的芯管1、在芯管1的外周流通制冷剂(R)的制冷剂管2所构成。
制冷剂管2螺旋状地绕在芯管1上。
又，制冷剂(R)构成为通过分流器3分支流入多个分支制冷剂管2a、2b、2c。
上述结构的以往的热交换器，仅仅是将制冷剂管2绕在芯管1的外周这样简单的结构，故制造容易。
但是，在上述以往的结构中，芯管1和制冷剂管2理论上是线接触，为了增加热交换用的接触面积，需要将制冷剂管2变细并增加其根数。
还有，为了提高密合性，需要使制冷剂管2变形或者将其焊接在芯管1上等。其结果，就产生了以下的课题：由于制造变得复杂，故成本增加，且不能得到充分的热交换效率。
发明内容
本发明提供一种解决以往的课题的、能以非常简易的结构实现高热交换效率的热交换器。
本发明提供一种热交换器，包括：具有第1壁和第2壁相互紧贴的双层壁的内管；与所述内管大致同轴、在内部具有所述内管的外管，第一流体流动于所述内管的内部，第二流体流动于所述内管和所述外管之间的环状部，将所述第二流体流动的环状部的高度设为所述第一流体流动的所述内管的外径的0.03-0.07倍的范围的值。
附图说明
图1是本发明的实施形态的热交换器的管轴方向的部分剖面图。
图2是本发明的实施形态的热交换器的与管轴垂直方向的部分剖面图。
图3是说明涉及本发明的实施形态的热交换器的、环状部的高度与内管的外径之比的影响的特性图。
图4是表示本发明的实施形态的热交换器的使用例的图。
图5是表示本发明的实施形态的热交换器的另一实施例的、与管轴垂直方向的部分剖面图。
图6是以往的热交换器的结构图。
具体实施方式
下面，利用图1-图5说明本发明的实施形态。另外，附图为模式图，没有正确地表示各尺寸位置。
(实施形态)
利用图1和图2说明实施形态1。
铜制的内管4是由第1壁5a和第2壁5b相互热粘合的双层壁5所构成。与内管4同轴的外管6，其内部具有内管4。在外管6的内侧面上，作为突起设有在轴方向连续的多个翅片7。翅片7的顶端7a与内管4的外侧面接触。又，内管4与外管6之间的环状部的高度(以后称为H)为内管4的外径(以后称为D)的0.03-0.07倍。
具有上述结构的热交换器是这样被使用的：在内管4的内部的作为第一流体的水与在内管4和外管6之间的环状部中的作为第二流体的二氧化碳分别相向地流动。这样，水和二氧化碳就通过双层壁5进行热交换。
该热交换器具有非常简单的结构，即主要由内管4和外管6构成，但水和二氧化碳是被双层壁5隔开的。
其结果，作为热泵式热水器的水-制冷剂热交换器，能够确保安全性。
图3表示与有关环状部的高度(H)与内管4的外径(D)之比(H/D)的各种特性的关系。
从图3可以得知，H/D变小的话，速度就会变大，因此二氧化碳的热传递率变大。
但是，二氧化碳的压力损失也同时增大。其结果，二氧化碳和水的平均温度差变小。
根据这两方面的效果，若要确保所希望的热交换量并使外管6的长度变小的话，那么比(H/D)中则存在最合适的范围。
由图3可知，例如，若要将压力损失设在1000kPa以下，则把H/D设在0.03-0.07就行。
又，由于与内管4的外侧面相对的外管6的翅片7的顶端7a和内管4接触，故内管4和外管6之间的环状部的高度(H)保持固定。同时，能利用翅片7减小环状部的流路的流体直径，并提高二氧化碳的热传递率。
又，由于使用铜来制造内管4、使用铝来制造外管6，所以能够确保对于水的耐蚀性，并实现轻量化。
又，在热泵式热水器等实际的机器上使用该热交换器时，如图4所示，内管4和外管6都被卷成螺旋状并收容于机器之内。还有，由于水和二氧化碳是相向流动的，故两者的平均温度差变大，得到高的热交换量。
如上所述，本实施形态的热交换器由具有第1壁5a和第2壁5b相互紧贴的双层壁5的内管4，以及与内管4同轴、在内部具有内管4的外管6所构成。
而且，第一流体流动于内管4的内部，第二流体流动于内管4和外管6之间的环状部中。其结果，虽然是在第一流体和第二流体之间具有确保安全性的双层壁5这样简单的结构，但由于在第一流体的流路和第二流体的流路之间确保了充分的接触面积，故能得到高的热交换效率。
又，由于分别将水、二氧化碳作为第一流体、第二流体，所以如果作为热泵式热水器用的水-制冷剂热交换器(气体冷却器)来使用的话，就能得到高的热泵效率。
又，较理想的是将第二流体流动的环状部的高度(H)设为第一流体流动的内管4的外径(D)的0.03-0.07倍。其结果，能够抑制第一流体的压力损失的增大，并使第二流体的热传递率和压力损失的平衡最适化，使热交换器小型轻量化。
又，在外管6的外侧面设有作为突起的多个翅片7，翅片7的顶端7a与内管4的外侧面抵接。这样，就能够利用突起确保环状部的最小高度。
又，翅片7与轴方向平行或者螺旋状连续地多个设置于外管6的内侧面。其结果，环状部的流路的流体直径变小，能提高第二流体的热传递效率。
又，由于用铜或者铜合金制造内管4，用铝或者铝合金制造外管6，故能够确保对于第一流体的耐蚀性，并实现轻量化。
又，由于将内管4以及外管6卷成螺旋状，故能够提高热交换器的收容性。
又，由于使第一流体和第二流体相向流动，故能够增大第一流体和第二流体的平均温度差，增大热交换量。
另外，在本实施形态中，将翅片7设于外管6的内侧面，但也可如图5所示，翅片7设于内管4的外侧面。
又，在本实施形态中，虽然将突起做成在管轴方向连续的翅片，但是突起也可以不连续。
另外，第一流体和第二流体的组合也可以是本实施形态以外的组合，即将水作为第一流体，将水或者氟利昂系制冷剂(例如R410A、R407C等)作为第二流体。
产业上的可利用性
本发明的热交换器由于能够得到高的热交换效率，故能够适用于热泵式热水器用的水-制冷剂热交换器等广泛的用途。
符号的说明
1-芯管
2-制冷剂管
2a、2b、2c-分支制冷剂管
3-分流器
4-内管
5-双层壁
5a-第1壁
5b-第2壁
6-外管
7-翅片
H-状部的高度
D-内管的外径
R-制冷剂
W-水

Claims (9)

1.一种热交换器，其特征在于，包括具有第1壁和第2壁相互紧贴的双层壁的内管，以及与所述内管基本同轴、在内部具有所述内管的外管，第一流体流动于所述内管的内部，第二流体流动于所述内管和所述外管之间的环状部，将所述第二流体流动的环状部的高度设为所述第一流体流动的所述内管的外径的0.03-0.07倍的范围的值。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，将水作为所述第一流体、将二氧化碳作为所述第二流体。
3.如权利要求1-2中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述外管的内侧面和所述内管的外侧面中的至少任意一方设有突起。
4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述突起设置为相对管轴方向平行或螺旋状地连续的多个翅片。
5.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，用铜或者铜合金制造所述内管，用铝或者铝合金制造所述外管。
6.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，用铜或者铜合金制造所述内管，用铝或者铝合金制造所述外管。
7.如权利要求1-2中任一项所述的热交换器，其特征在于，构成为将所述内管以及所述外管卷成螺旋状。
8.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，构成为将所述内管以及所述外管卷成螺旋状。
9.如权利要求1-2中任一项所述的热交换器，其特征在于，使所述第一流体和所述第二流体相向流动。
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