CN105683678B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热交换器，其包括：制冷剂配管(61)，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管中流动；热水用配管(71)，与在制冷剂配管(61)内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管中流动，并与热水终端连接；以及取暖用配管(81)，与在制冷剂配管(61)内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管中流动，并与取暖装置连接。制冷剂配管(61)以螺旋状缠绕在热水用配管(71)的外周面(71a)上。取暖用配管(81)相对于制冷剂配管(61)从与配置在其内周侧的热水用配管(71)相反侧的外周侧接触制冷剂配管(61)。按照这种结构，提供一种与取暖运转相比能够以高效率进行热水运转的热交换器。

Description

热交换器
技术领域
本发明一般涉及热交换器，特别涉及用于热泵式热水取暖机的热交换器。
背景技术
关于以往的热交换器，例如，在日本公开公报特开2009-243747号中公开了一种热泵式热水取暖机，目的是最终使制冷剂的热量与向热水用配管中的水传递相比，更多地向地暖用配管中的水传递(专利文献1)。在专利文献1公开的热泵式热水取暖机的热交换器中，以如下列举的顺序反复接触层叠有：制冷剂配管，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管中流通；地暖用配管，在地暖回路内循环的水或防冻液在所述地暖用配管中流通；以及热水用配管，向热水回路提供的水在所述热水用配管中流通。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开公报特开2009-243747号
像上述专利文献1公开的那样，公知一种利用在热泵循环单元内循环的制冷剂对在取暖用配管内流动的被加热流体和在热水用配管内流动的水进行加热的热交换器。
在这种热交换器中，一般来说，与取暖运转相比，热水运转使用频率较高。此外，取暖运转时，只要对在取暖回路内循环的被加热流体进行一次加热，此后的从制冷剂向被加热流体的热量移动只要是对被加热流体进行保温的程度即可。由于上述理由，要求一种与取暖运转相比能够以高效率进行热水运转的热交换器。
此外，在上述专利文献1公开的热泵式热水取暖机的热交换器中，制冷剂配管、地暖用配管和热水用配管反复接触并层叠。将以上述方式层叠的配管弯曲成轨道形状或波浪形状并收纳在热交换器中时，有时产生配管的弯曲半径的限制。为了实现热交换器的小型化，需要改进配管结构。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的一个目的在于提供一种与取暖运转相比能够以高效率进行热水运转的热交换器。此外，为了解决上述课题，本发明另一个目的在于提供一种能够实现小型化的热交换器。
本发明提供一种热交换器，其包括：制冷剂配管，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管中流动；热水用配管，与在制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管中流动，并与热水终端连接；以及取暖用配管，与在制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管中流动，并与取暖装置连接。制冷剂配管以螺旋状缠绕在热水用配管的外周面上。取暖用配管相对于制冷剂配管从与配置在其内周侧的热水用配管相反侧的外周侧接触制冷剂配管。
按照这种结构的热交换器，相比在制冷剂配管内流动的制冷剂和在取暖用配管内流动的被加热流体之间的热交换，能够促进在制冷剂配管内流动的制冷剂和在热水用配管内流动的水之间的热交换。由此，可以得到与取暖运转相比能够以高效率进行热水运转的热交换器。
此外，优选的是，取暖用配管与热水用配管平行延伸。按照这种结构的热交换器，可以得到与取暖运转相比能够以高效率进行热水运转的热交换器。
此外，优选的是，热水用配管具有在其外周面形成有以螺旋状延伸的凹部的蛇腹形状。制冷剂配管沿凹部缠绕。按照这种结构的热交换器，能够进一步促进在制冷剂配管内流动的制冷剂和在热水用配管内流动的水之间的热交换。
本发明还提供另一种热交换器，其包括：制冷剂配管，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管中流动；热水用配管，与在制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管中流动，并与热水终端连接；以及取暖用配管，与在制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管中流动，并与取暖装置连接。热水用配管具有平板状的箱体形状。制冷剂配管缠绕在热水用配管的外表面上。取暖用配管相对于制冷剂配管从与配置在其内侧的热水用配管相反侧的外侧接触制冷剂配管。
按照这种结构的热交换器，能够将热水用配管和取暖用配管相对于制冷剂配管的热结合的结构构成得紧凑化。由此，可以实现小型化的热交换器。
此外，优选的是，制冷剂配管包括制冷剂分流流动的多个分流管。多个分流管以并列连接的状态缠绕在热水用配管的外表面上。
按照上述结构的热交换器，由于容易配置制冷剂配管，所以能够进一步使热交换器小型化。
如上所述，按照本发明，能够提供与取暖运转相比能够以高效率进行热水运转的热交换器。此外，按照本发明，能够提供实现小型化的热交换器。
附图说明
图1是表示具有本发明实施方式1的水热交换器的热泵式热水取暖机的回路结构的图。
图2是表示图1中的水热交换器的配管结构的图。
图3是表示图2中的水热交换器的配管结构中的热水用配管的图。
图4是表示图2中的水热交换器的配管结构中的热水用配管和制冷剂配管的图。
图5是表示本发明实施方式2的水热交换器的配管结构的图。
图6是表示图5中的水热交换器的配管结构中的热水用配管的图。
图7是表示图5中的水热交换器的配管结构中的热水用配管和制冷剂配管的图。
图8是表示本发明实施方式3的水热交换器的配管结构的图。
图9是表示从图8中的箭头IX所示的方向观察的水热交换器的配管结构的图。
图10是表示图8中的水热交换器的配管结构中的热水用配管的断面图。
图11是表示图8中的水热交换器的配管结构中的热水用配管和制冷剂配管的图。
图12是表示从图11中的箭头XII所示的方向观察的水热交换器的配管结构的图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下参照的附图中，相同或与其相当的构件采用相同的附图标记。
(实施方式1)
图1是表示具有本发明实施方式1的水热交换器的热泵式热水取暖机的回路结构的图。
参照图1，热泵式热水取暖机10具有热水功能和取暖功能。取暖功能是指使用加热的被加热流体对居住设备等进行加热的功能。在本实施方式中，热泵式热水取暖机10具有对地板进行加热的地暖功能，但是并不限于此。
热泵式热水取暖机10作为其回路结构构成热泵循环单元，其具有：制冷剂循环的制冷回路21、水流通的热水回路31、以及被加热流体流通的地暖回路41。在热水回路31内流通的水和在地暖回路41内流通的被加热流体，通过与在制冷回路21内循环的制冷剂进行热交换而被加热。
制冷回路21构成制冷剂循环的循环通道。作为制冷剂使用例如HC(烃：异丁烷或丙烷等)、HFC(氢氟烃：R410A或R32等)和二氧化碳(CO2)。
在制冷回路21内设置有室外空气(空气-制冷剂)热交换器25、水(水、被加热流体-制冷剂)热交换器51、压缩机22和膨胀阀24。室外空气热交换器25使在制冷回路21内循环的制冷剂和室外空间的空气之间进行热交换。水热交换器51使制冷剂、水和/或被加热流体之间进行热交换，该制冷剂在制冷回路21内循环，该水在热水回路31内流通，该被加热流体在地暖回路41内流通。
在制冷回路21的路径上，压缩机22配置在室外空气热交换器25和水热交换器51之间。压缩机22对从室外空气热交换器25送出的制冷剂进行压缩，并向水热交换器51送出。在制冷回路21的路径上，膨胀阀24配置在水热交换器51和室外空气热交换器25之间。膨胀阀24隔着室外空气热交换器25和水热交换器51配置在压缩机22的相反侧。膨胀阀24对从水热交换器51送出的制冷剂进行减压，并将其向室外空气热交换器25送出。
在热水回路31的路径上设置有所述水热交换器51。在热水回路31的一端(热水回路31的水流动的上游端)设置有水连接口35，该水连接口35用于使热水回路31与水的供给源连接，热水回路31的另一端(热水回路31的水流动的下游端)与淋浴器或浴缸等的热水终端34连接。另外，不限于上述回路结构，也可以在热水回路31的路径上设置用于储存热水的储存热水容器。
地暖回路41构成被加热流体循环的循环通道。作为被加热流体使用例如水或防冻液(盐水)。
在地暖回路41的路径上设置有所述水热交换器51、地暖装置42和循环泵43。地暖装置42通过使加热后的被加热流体在地板下流通来实现地暖。循环泵43用于使被加热流体在水热交换器51和地暖装置42之间循环。另外，并不限于上述回路结构，可以在地暖回路41的路径上进一步设置气体热源机等其他热源。
对制冷回路21中的制冷剂流动进行说明，首先，利用压缩机22对制冷剂进行隔热压缩。伴随被压缩，制冷剂的压力和温度上升，成为高温高压的过热蒸汽，并且制冷剂从压缩机22流出。从压缩机22流出的制冷剂流入水热交换器51。制冷剂通过在水热交换器51中向在热水回路31内流通的水和/或在地暖回路41内流通的被加热流体散热而冷却，因此凝结(液化)。
在水热交换器51中加热的水成为热水并向热水终端34供给。在水热交换器51中加热的被加热流体向地暖装置42供给。
从水热交换器51流出的制冷剂流向膨胀阀24。在膨胀阀24内，过冷却液状态的制冷剂被节流膨胀，温度和压力下降，成为低温低压的气液混合状态的湿蒸汽。从膨胀阀24流出的制冷剂流向室外空气热交换器25。从膨胀阀24送出的气液混合状态的制冷剂通过在室外空气热交换器25内从室外空间的空气吸热而蒸发。此后，气相的制冷剂在压缩机22内再次被隔热压缩。
制冷剂伴随上述循环，连续反复进行压缩、凝结、节流膨胀和蒸发的状态变化。
另外，一般来说，如图1中的箭头所示，在水热交换器51内，制冷剂回路21的制冷剂的流动方向与热水回路31的水的流动方向和地暖回路41的被加热流体的流动方向设定为相反方向。
图2是表示图1中的水热交换器的配管结构的图。图3是表示图2中的水热交换器的配管结构中的热水用配管的图。图4是表示图2中的水热交换器的配管结构中的热水用配管和制冷剂配管的图。接着，对图1中的热泵式热水取暖机10所具有的水热交换器51的配管结构进行说明。
参照图2至图4，水热交换器51具有热水用配管71、制冷剂配管61和取暖用配管81。
在图1中的热水回路31内流通的水(热水)在热水用配管71内流动。热水用配管71在水热交换器51内构成热水回路31。在图1中的制冷回路21内循环的制冷剂在制冷剂配管61内流动。制冷剂配管61在水热交换器51内构成制冷回路21。在图1中的地暖回路41内循环的被加热流体在取暖用配管81内流动。取暖用配管81在水热交换器51内构成地暖回路41。
热水用配管71和取暖用配管81与制冷剂配管61热结合。
热水用配管71由管材(作为材质例如为铜等)形成。热水用配管71具有外周面71a。热水用配管71通过以轨道形状或弯曲形状延伸而平面配置。(另外，图中表示热水用配管71直线配置的部分)
制冷剂配管61由管材(作为材质例如为铜等)形成。制冷剂配管61以螺旋状缠绕在热水用配管71的外周面71a上。制冷剂配管61边在热水用配管71的外周面71a上周向旋转、边沿热水用配管71的延伸方向延伸。制冷剂配管61在热水用配管71的外周面71a上周向旋转期间连续与外周面71a接触。另外，虽然因生产上的误差，制冷剂配管61有可能从外周面71a微小浮起等而产生非接触部分，但是包括这种状态，制冷剂配管61与外周面71a连续接触。热水用配管71配置在以螺旋状延伸的制冷剂配管61的内周侧。
特别是在本实施方式中，制冷剂配管61以在热水用配管71延伸的方向上设置规定的间隔的方式，以螺旋状缠绕在热水用配管71的外周面71a上。即，制冷剂配管61以在热水用配管71延伸的方向上处于相邻位置的制冷剂配管61之间相互不接触的方式设置。按照这种结构，由于在热水用配管71延伸的方向上，抑制了制冷剂配管61之间进行热交换，所以能够在制冷剂配管61与热水用配管71和取暖用配管81之间更有效地进行热交换。
另外，并不限于这种结构，制冷剂配管61能够以在热水用配管71延伸的方向上相互接触的方式，以螺旋状缠绕在热水用配管71的外周面71a上。
取暖用配管81由管材(作为材质例如为铜等)形成。取暖用配管81配置在以螺旋状延伸的制冷剂配管61的外周侧。取暖用配管81相对于制冷剂配管61从与配置在其内周侧上的热水用配管71相反侧的外周侧接触制冷剂配管61。取暖用配管81与热水用配管71平行延伸。取暖用配管81在其延伸的方向上与制冷剂配管61断续接触。
取暖用配管81可以设置在以平面方式配置的热水用配管71的侧面侧，也可以与以平面方式配置的热水用配管71设置在同一平面内。
在本实施方式中，取暖用配管81设置为被加热流体分流流动的分流管81A和分流管81B。分流管81A和分流管81B在热水用配管71的外周上沿其周向相互设置间隔配置。取暖用配管81可以仅设置一根，也可以设置三根以上的多根。另外，取暖用配管81在水热交换器51内设置为分流管81A、81B，例如在图1中与循环泵43连接的位置上设置为一根取暖用配管81。
按照这种结构，在制冷剂配管61的每一定长度上，制冷剂配管61和热水用配管71的接触长度比制冷剂配管61和取暖用配管81的接触长度长。由此，相比在制冷剂配管61内流动的制冷剂和在取暖用配管81内流动的被加热流体之间的热交换，能够促进在制冷剂配管61内流动的制冷剂和在热水用配管71内流动的水之间的热交换。其结果，与取暖运转相比能够高效率进行热水运转。
对以上说明的本发明实施方式1的水热交换器51的结构进行总结说明，作为本实施方式的热交换器的水热交换器51包括：制冷剂配管61，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管61中流动；热水用配管71，与在制冷剂配管61内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管71中流动，并与热水终端34连接；以及取暖用配管81，与在制冷剂配管61内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管81中流动，并与作为取暖装置的地暖装置42连接。制冷剂配管61以螺旋状缠绕在热水用配管71的外周面71a上。取暖用配管81相对于制冷剂配管61从与配置在其内周侧的热水用配管71相反侧的外周侧接触制冷剂配管61。
按照这种结构的本发明的实施方式1的水热交换器51，不使热水用配管71的配管长度伸长，也能够以高效率进行在冬季以外使用频率也较高的热水运转。此外，对于取暖运转也使用与热水运转相同的热交换器，能够向地暖装置42提供加热的被加热流体。此时，例如，通过组合其他热源来使用，能够提高取暖运转的效率。
(实施方式2)
图5是表示本发明实施方式2的水热交换器的配管结构的图。图6是表示图5中的水热交换器的配管结构中的热水用配管的图。图7是表示图5中的水热交换器的配管结构中的热水用配管和制冷剂配管的图。
本实施方式的水热交换器与实施方式1的水热交换器相比，具有基本相同的结构。以下，对重复的结构不重复进行说明。
参照图5到图7，本实施方式的水热交换器具有热水用配管73、制冷剂配管63和取暖用配管83。
热水用配管73由蛇腹状的管材(作为材质例如为铜等)形成。热水用配管73具有外周面73a。在热水用配管73上形成有沿外周面73a以螺旋状延伸的凹部74。制冷剂配管63由管材形成。制冷剂配管63以螺旋状缠绕在热水用配管73的外周面73a上。在本实施方式中，制冷剂配管63沿以螺旋状延伸的凹部74缠绕。取暖用配管83以与实施方式1的取暖用配管81相同的形态设置。
按照这种结构，通过使制冷剂配管63和热水用配管73的接触面积增大，能够进一步促进在制冷剂配管63内流动的制冷剂和在热水用配管73内流动的水之间的热交换。
按照这种结构的本发明实施方式2的水热交换器，能够同样起到实施方式1中记载的效果。
(实施方式3)
图8是表示本发明实施方式3的水热交换器的配管结构的图。图9是表示从图8中的箭头IX所示的方向观察的水热交换器的配管结构的图。图10是表示图8中的水热交换器的配管结构中的热水用配管的断面图。图11是表示图8中的水热交换器的配管结构中的热水用配管和制冷剂配管的图。图12是表示从图11中的箭头XII所示的方向观察的水热交换器的配管结构的图。
本实施方式的水热交换器55与实施方式1的水热交换器相比，具有基本相同的结构。以下，对重复的结构不重复进行说明。
参照图8到图12，本实施方式的水热交换器55具有热水用配管75、制冷剂配管65和取暖用配管85。
热水用配管75具有平板状的箱体形状。在本实施方式中，热水用配管75整体上具有长方体箱体形状。热水用配管75从其正面观察，具有与纵向的长度和横向的长度相比、纵深方向的长度小的长方体箱体形状。热水用配管75具有外表面75a。作为热水用配管75的材质可以例举的是铜。
在热水用配管75上形成有供给口78和排出口79。供给口78和排出口79与热水用配管75的内部空间连通。热水用配管75具有多个隔壁77。多个隔壁77相互隔开间隔排列在热水用配管75的内部空间内，使水流动的流道在供给口78和排出口79之间以弯曲状延伸。
制冷剂配管65由管材(作为材质例如为铜等)形成。制冷剂配管65缠绕在热水用配管75的外表面75a上。制冷剂配管65在热水用配管75的外表面75a上缠绕有多圈。制冷剂配管65边缠绕在热水用配管75的外表面75a上、边沿上下方向延伸。热水用配管75配置在缠绕有多圈的制冷剂配管65的内侧。
特别是在本实施方式中，制冷剂配管65以制冷剂配管65作为整体延伸的上下方向上隔开规定间隔的方式，缠绕在热水用配管75的外表面75a上。即，制冷剂配管65以在上下方向上处于相邻位置的制冷剂配管65之间相互不接触的方式设置。按照这种结构，在上下方向上抑制了制冷剂配管65之间进行热交换，所以能够在制冷剂配管65与热水用配管75和取暖用配管85之间更有效地进行热交换。
另外，并不限于上述结构，制冷剂配管65能够以制冷剂配管65作为整体延伸的上下方向上相互接触的方式，缠绕在热水用配管75的外表面75a上。
在本实施方式中，制冷剂配管65设置为制冷剂分流流动的分流管65A和分流管65B。分流管65A和分流管65B以并列连接的状态缠绕在热水用配管75的外表面75a上。制冷剂配管65可以仅设置一根，也可以设置三根以上的多根。另外，制冷剂配管65在水热交换器55内设置为分流管65A、65B，例如在图1中与膨胀阀24和压缩机22连接的位置上，设置为一根制冷剂配管65。
取暖用配管85由管材(作为材质例如为铜等)形成。取暖用配管85配置在缠绕有多圈的制冷剂配管65的外侧。取暖用配管85相对于制冷剂配管65从与配置在其内侧的热水用配管75相反侧的外侧接触制冷剂配管65。取暖用配管85与制冷剂配管65平行延伸。取暖用配管85隔着制冷剂配管65缠绕在热水用配管75的外表面75a上。
按照这种结构，将热水用配管75设置成与水热交换器55的外观对应的平板状的箱体形状，将制冷剂配管65和取暖用配管85依次缠绕在该热水用配管75的外表面75a上，由此能够将热水用配管75和取暖用配管85相对于制冷剂配管65热结合的结构构成得紧凑化。
对以上说明的本发明实施方式3的水热交换器55的结构进行总结说明，作为本实施方式的热交换器的水热交换器55包括：制冷剂配管65，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管65中流动；热水用配管75，与在制冷剂配管65内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管75中流动，并与热水终端34连接；以及取暖用配管85，与在制冷剂配管65内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管85中流动，并与作为取暖装置的地暖装置42连接。热水用配管75具有平板状的箱体形状。制冷剂配管65缠绕在热水用配管75的外表面75a上。取暖用配管85相对于制冷剂配管65从与配置在其内侧的热水用配管75相反侧的外侧接触制冷剂配管65。
按照这种结构，本发明的实施方式3的水热交换器55能够实现水热交换器55的小型化。
本发明实施方式的所有内容均为举例说明，本发明并不限于此。本发明的范围并不由以上说明来表示，而是由权利要求来表示，并包含与权利要求等同的内容和在权利要求范围内的所有变更。
工业实用性
本发明主要应用于热泵式热水取暖机所具有的热交换器。
附图标记说明
10 热泵式热水取暖机，21 制冷回路，22 压缩机，24 膨胀阀，25 室外空气热交换器，31 热水回路，34 热水终端，35 水连接口，41 地暖回路，42 地暖装置，43 循环泵，51水热交换器，61、63、65 制冷剂配管，65A、65B、81A、81B 分流管，71、73、75 热水用配管，71a、73a 外周面，74 凹部，75a 外表面，77 隔壁，78 供给口，79 排出口，81、83、85 取暖用配管。

Claims (5)

1.一种热交换器，其包括：
制冷剂配管，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管中流动；
热水用配管，与在所述制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管中流动，并与热水终端连接；以及
取暖用配管，与在所述制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管中流动，并与取暖装置连接，其特征在于，
所述制冷剂配管以螺旋状缠绕在所述热水用配管的外周面上，
所述取暖用配管相对于所述制冷剂配管从与配置在其内周侧的所述热水用配管相反侧的外周侧接触所述制冷剂配管。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述取暖用配管与所述热水用配管平行延伸。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，
所述热水用配管具有在其外周面形成有以螺旋状延伸的凹部的蛇腹形状，
所述制冷剂配管沿所述凹部缠绕。
4.一种热交换器，其包括：
制冷剂配管，在热泵循环单元内循环的制冷剂在所述制冷剂配管中流动；
热水用配管，与在所述制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的水在所述热水用配管中流动，并与热水终端连接；以及
取暖用配管，与在所述制冷剂配管内流动的制冷剂进行热交换的被加热流体在所述取暖用配管中流动，并与取暖装置连接，其特征在于，
所述热水用配管具有平板状的箱体形状，
所述制冷剂配管缠绕在所述热水用配管的外表面上，
所述取暖用配管相对于所述制冷剂配管从与配置在其内侧的所述热水用配管相反侧的外侧接触所述制冷剂配管。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，
所述制冷剂配管包括制冷剂分流流动的多个分流管，
所述多个分流管以并列连接的状态缠绕在所述热水用配管的外表面上。
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