CN1308642C - 双层管式热交换器 - Google Patents
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Abstract
一种除了构成双层管的内管和外管之外，不追加内叶片等促进传热的材料、价格更低的高性能的双层管式热交换器，其中，由内管和外管构成的双层管式热交换器，将使外管从外侧向内侧凹下、前端朝向内管变细的近似圆锥状、近似圆锥台状、近似球面状、或近似圆柱、近似椭圆柱状等多个突起部，象是卷绕在内管上一样，配置成锯齿状或螺旋状。由此，仅在外管上实施简易的冲压等加工，就能增加在内管和外管之间流动的流体的湍流化程度，促进从在内管内流动的流体向在内外管之间流动的流体传热。
Description
技术领域
本发明涉及一种象供热水装置或空调装置一样，在水和冷媒之间进行热交换的双层管式热交换器，尤其是在高压侧的压力为冷媒的临界压力以上的热泵循环(サイクル)、加热供热水或采暖用盐水的超临界热泵式供热水装置或超临界热泵式空调装置所使用的双层管式热交换器。
背景技术
以往，这种双层管式热交换器是将具有凹窝状凹凸的内叶片等促进传热体插入到内管和外管之间，促进流体的湍流，由此提高热交换器的传热性能。(例如参照专利文献1)。
[专利文献1]
日本专利公报特开平9-145285号(第2-4面，图4)
但是，上述现有的结构存在的问题是：由于除了构成双层管的内管和外管之外，还需要内叶片等促进传热材料，所以，材料成本比通常的双层管高。
发明内容
本发明是用于解决这样的以往的问题的，其目的是提供一种并不追加内管和外管之外的材料，仅在外管上实施简易的加工，就能提高传热性能的、价格更低的高性能的双层管式热交换器。
本发明的第一方面的双层管式热交换器，其特征是：由内管和外管构成，通过使上述外管从外侧向内侧凹下，在上述外管的内侧形成多个突起部。
本发明的第二方面，其特征是：在第一方面所记载的双层管式热交换器中，将多个上述突起部制成近似圆锥状、近似圆锥台状、近似球面状、近似圆柱状、或近似椭圆柱状。
本发明的第三方面，其特征是：在第一方面所记载的双层管式热交换器中，将多个上述突起部配置成锯齿状。
本发明的第四方面，其特征是：在第一方面所记载的双层管式热交换器中，将多个上述突起部配置成螺旋状。
本发明的第五方面，其特征是：在第一方面所记载的双层管式热交换器中，将上述内管内作为冷媒的流道，将上述内管和外管之间的空间作为水的流道。
本发明的第六方面，其特征是：在第五方面所记载的双层管式热交换器中，将上述内管制成泄漏检测管。
本发明的第七方面，其特征是：在第五方面所记载的双层管式热交换器中，用二氧化碳气体作为冷媒。
本发明的第八方面，其特征是：在第五方面所记载的双层管式热交换器中，使冷媒的流动方向和水的流动方向相反。
本发明的第九方面，其特征是：在第五-八方面的任一方面所记载的双层管式热交换器中，与上述水的入口一侧相比，减少配置在出口一侧的多个上述突起部的数量。
本发明的第十方面，其特征是：在第五-八方面的任一方面所记载的双层管式热交换器中，与上述水的入口一侧相比，使配置在出口一侧的多个上述突起部的深度较浅。
本发明的第十一方面，其特征是：在第五-八方面的任一方面所记载的双层管式热交换器中，在上述水的出口一侧不配置上述突起部。
本发明的第1实施例的双层管式热交换器，不追加内管和外管之外的材料，仅通过实施简易的加工，使外管从外侧向内侧凹下、在外管的内侧设置多个突起部，就能增加在外管的内侧流道中流动的流体的湍流化程度，促进从在内管内流动的流体向在内外管之间流动的流体传热。而且，例如，由于即使在弯曲部，配置在内管的周围的外管的多个突起部也能与内管的距离保持大致均等，所以，具有能防止传热性能降低的作用。
另外，本发明的第2实施例是在第1实施例的双层管式热交换器的基础上，由于将多个突起部制成象是近似圆锥状、近似圆锥台状、近似球面状、近似圆柱状、或近似椭圆柱状的、朝向内管的圆滑的突起形状，所以，能降低在内外管之间流动的流体的流动阻力，能进一步减少由于压力损失而产生的传热性能下降。
另外，本发明的第3实施例是在第1实施例的双层管式热交换器的基础上，通过将外管的多个突起部配置成锯齿状，阻碍在内外管之间的流体流动时直线前进，促进湍流化，能更进一步促进传热。
另外，本发明的第4实施例是在第1实施例的双层管式热交换器的基础上，由于将突起部配置成螺旋状，所以，在内外管之间的流体变成螺旋状流动，增加了流体的流速同时促进湍流化，能更进一步促进传热。
另外，本发明的第5实施例是在第1实施例的双层管式热交换器的基础上，通过将与冷媒相比、由于流体的湍流化程度的增加热传递性能提高的效果大的水的流道作为配置多个突起部的内外管之间的流道，将内管内作为冷媒的流道，所以，能更加有效地促进传热。
另外，本发明的第6实施例是在第5实施例的双层管式热交换器的基础上，由于使内管为具有泄漏检测槽的泄漏检测管，所以，通过冷媒或水向泄漏检测管泄漏，能在早期发现内管的腐蚀等，能防止冷媒混入到水(饮用水等)中，能确保安全。
另外，本发明的第7实施例是在第5实施例的双层管式热交换器的基础上，由于使用在超临界区域热传递性能好的二氧化碳气体作为冷媒，所以，提高了水的加热效率。
另外，本发明的第8实施例是在第5实施例的双层管式热交换器的基础上，由于使冷媒和水的流动方向相反，所以，能进一步提高从冷媒向水传热的热传递性能。
另外，本发明的第9实施例是在从第5至第8实施例的双层管式热交换器的基础上，由于与水的入口一侧相比，减少了配置在出口一侧的多个突起部的数量，扩大了更高温度的水流动的、靠近水出口一侧的内外管之间的空间，所以，能防止被从高温的水中析出的碳酸钙等水锈堵塞水流道。
另外，本发明的第10实施例是在从第5至第8实施例的双层管式热交换器的基础上，由于与水的入口一侧相比，使配置在出口一侧的多个突起部的深度较浅，扩大了更高温度的水流动的、靠近水出口一侧的内外管之间的空间，所以，能防止被从高温的水中析出的碳酸钙等水锈堵塞水流道。
另外，本发明的第11实施例是在从第5至第8实施例的双层管式热交换器的基础上，由于并不在水的出口一侧配置突起部，扩大了更高温度的水流动的、靠近水出口一侧的内外管之间的空间，所以，能防止被从高温的水中析出的碳酸钙等水锈堵塞水流道。
附图说明
图1是本发明的第1实施例的双层管式热交换器的剖视图。
图2是本发明的第1实施例的双层管式热交换器的主要部位的结构图。
图3是本发明的另一实施例的双层管式热交换器的剖视图。
图4是本发明的另一实施例的双层管式热交换器的主要部位的结构图。
图5是本发明的另一其它实施例的双层管式热交换器的剖视图。
图6是本发明的另一其它实施例的双层管式热交换器的主要部位的结构图。
图7是本发明的第2实施例的双层管式热交换器的主要部位的结构图。
图8是本发明的第3实施例的双层管式热交换器的主要部位的结构图。
图9是沿图8中的双层管式热交换器的A-A′线剖切的剖视图。
图10是沿图8中的双层管式热交换器的B-B′线剖切的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1、图2所示是本发明的第1实施例的双层管式热交换器的剖视图以及主要部位的结构图。
本实施例的双层管式热交换器，例如，是在将二氧化碳作为冷媒的供热水装置上作为供热水用的水冷媒热交换器使用的，如图1、图2所示，通过将内管1同心状地插入到外管2内构成。而且，图1是图2中的双层管式热交换器的A-A′截面的剖视图。
在本实施例，在内管1内形成有冷媒R流动的冷媒流道4，在内管1和外管2之间形成有水W流动的水流道5，再有，冷媒R和水W的流动为反向流。
外管2通过用冲压加工等加工方法，通过使其从外侧向内侧凹下，向内管1形成前端细的近似圆锥状的多个突起部3。再有，这些多个突起部3沿管长方向配置成锯齿状。
内管1由泄漏检测管构成，该泄漏检测管在例如用铜管等热传导性能好的材料制成的双层管1a、1b之间形成有沿管长方向连续的泄漏检测槽6。
外管2虽然也可以不是热传导性能好的材料，但如果考虑到在出入口部与内管1的接合性能等问题的话，最好是使用与内管1相同的材料。另外，外管2，最好使用对水的耐腐蚀性能好的、例如铜等材料。
象上述那样构成的双层管式热交换器能获得以下那样的作用效果。
在内管1和外管2之间，由于象围绕内管1一样，将多个突起部3配置成锯齿状，所以，能阻碍水流向管长方向直线前进，形成S形(蛇行)的流线，促进水的湍流化，促进从在冷媒流道4中流动的冷媒向在水流道5中流动的水传热。另外，由于多个突起部3象近似圆锥状一样，制成圆滑的突起形状，所以，能降低在水流道5中S状流动的流体的流动阻力，能减少由于压力损失而产生的传热性能的降低。
而且，在本实施例，虽然将内管1内作为冷媒R的流道、将内外管之间作为水W的流道，但反过来也可以考虑将内管内作为水W的流道、将内外管之间作为冷媒R的流道的情况。但是，由于与冷媒相比，水的由于流体的湍流化程度的增加而出现的热传递性能提高的效果更大，所以，使水在配设有多个突起部3的内外管之间的流道中流动，能更加有效地促进传热。
另外，由于这种双层管式热交换器很紧凑，所以，在将内管1插入到外管2内的状态下，使其弯曲，有时能将其卷曲加工成盘管状。在这种场合，配置在内管1的周围的多个突起部3，即使在弯曲部，也能使内管1和外管2保持同心，能防止由于内管1和外管2的距离极其接近或者分离引起的传热性能降低。
再有，还由于内管1采用了具有泄漏检测槽6的泄漏检测管，所以，通过冷媒R或水W向泄漏检测管泄漏，能在早期发现内管1的腐蚀等，能防止冷媒混入到水(饮用水等)中，能确保安全。
那么，第1实施例的多个突起部3，如图3、图4所示，也可以制成向内管前端稍稍变细的近似圆锥台(或椭圆锥台)的形状，另外，如图5、图6所示，也可以制成圆柱(或椭圆柱)的形状。另外，除此之外，也可以制成整个突起部具有圆角的近似球面的形状。
图7所示是本发明的第2实施例的双层管式热交换器的主要部位的结构图。
外管2的多个突起部3象是卷绕成螺旋状一样配置在内管1的周围。因此，在内外管之间的流体(水W)形成螺旋状的液流，促使流体(水W)流速增加或湍流化，能更进一步促进传热。
再有，图8、图9、图10所示是本发明的第3实施例的双层管式热交换器。
图9所示是图8的双层管式热交换器的靠近水入口一侧的截面(A-A′)的形状，图10所示是图8的双层管式热交换器的靠近水出口一侧的截面(B-B′)的形状。
在本实施例，与水的入口一侧相比，减少了配置在出口一侧的单位长度上的多个突起部3的个数。另外，如图9、图10所示，与水的入口一侧相比，配置在出口一侧的多个突起部3的深度较浅。因此，由于能确保在高温的水流动的靠近水出口一侧的内外管之间的流道更宽，所以，能防止被从高温的水析出的碳酸钙等水锈堵塞水流道。而且，通过在内管1和外管2的距离本来就小的地方，完全不配置在水出口一侧的多个突起部3，能防止由水锈等堵塞水流道。
如由上述实施例所表明的那样，根据本发明，由内管和外管构成的双层管式热交换器，通过实施简易的加工，使外管从外侧向内侧凹下，在外管的内面设置多个突起部，就能增加在外管的内侧流道中流动的流体的湍流化程度，促进从在内管内流动的流体向在内外管之间流动的流体传热。而且，例如，即使在弯曲部，配置在内管周围的外管的多个突起部也能使与内管的距离保持大致均等，所以能防止传热性能降低。因此，除了内管和外管之外，不用追加内叶片等促进传热的材料，由于仅通过在外管上实施简易的加工就能提高传热性能，所以，能提供价格更低的高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于外管的多个突起部，象是前端向内管变细的近似圆锥状、近似圆锥台状、近似球面状、或者，近似圆柱状、近似椭圆柱状等那样，具有圆滑的突起形状，所以，能降低在内外管之间流动的流体的流动阻力，能进一步减少由于压力损失而产生的传热性能下降，能提供更高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，通过将外管的多个突起部配置成锯齿状，阻碍内外管之间的流体在流动时直线前进，进一步增加湍流化程度，所以，能更进一步促进传热，能提供更高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于象是在内管的周围卷绕成螺旋状一样配置外管的多个突起部，内外管之间的流体形成螺旋状的液流，增加流体的流速，而且促进湍流化程度，因此，能更进一步促进传热，能提供更高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于与冷媒相比，水的由于流体的湍流化程度增强而产生的热传导性能提高的效果更大，由于将配置多个突起部的内外管之间的流道作为水的流道，将内管内作为冷媒的流道，所以，能更有效地促进传热，能提供更高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于内管采用具有泄漏检测槽的泄漏检测管，所以，通过冷媒或水向泄漏检测管泄漏，能在早期发现内管的腐蚀等问题，因此，能防止冷媒混入到水(饮用水等)中，能提供安全性更高的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于使用二氧化碳气体作为冷媒，在超临界温度，热传递性能变好了，所以，能提高水的加热效率，能提供更高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于使冷媒和水向相反的方向流通，所以，能进一步提高从冷媒向水传热的热传递性能，能提供更高性能的双层管式热交换器。
另外，根据本发明，由于与水的入口一侧相比，减少了配置在出口一侧的多个突起部的数量，深度浅，再有，在靠近出口一侧未配置突起部，所以，能确保温度更高的水流过的靠近水的出口一侧的内外管之间的空间更宽，因此，能防止被容易从高温的水中析出的碳酸钙等水锈堵塞水流道，能提供可靠性更高的双层管式热交换器。
Claims (10)
1.一种双层管式热交换器，由内管和外管构成，通过使上述外管从外侧向内侧凹下，在上述外管的内侧形成多个突起部，将上述内管内作为冷媒的流道，将上述内管和外管之间的空间作为水的流道，其特征是：与上述水的入口一侧相比，出口一侧的内外管之间的流道宽。
2.根据权利要求1的双层管式热交换器，其特征是：与上述水的入口一侧相比，减少配置在出口一侧的多个上述突起部的数量。
3.根据权利要求1的双层管式热交换器，其特征是：与上述水的入口一侧相比，使配置在出口一侧的多个上述突起部的深度较浅。
4.根据权利要求1的双层管式热交换器，其特征是：在上述水的出口一侧不配置上述突起部。
5.根据权利要求1至3的任意一项的双层管式热交换器，其特征是：将多个上述突起部制成近似圆锥状、近似圆锥台状、近似球面状、近似圆柱状、或近似椭圆柱状。
6.根据权利要求1至3的任意一项的双层管式热交换器，其特征是：将多个上述突起部配置成锯齿状。
7.根据权利要求1至3的任意一项的双层管式热交换器，其特征是：将多个上述突起部配置成螺旋状。
8.根据权利要求1至3的任意一项的双层管式热交换器，其特征是：将上述内管制成泄漏检测管。
9.根据权利要求1至3的任意一项的双层管式热交换器，其特征是：用二氧化碳气体作为冷媒。
10.根据权利要求1至3的任意一项的双层管式热交换器，其特征是：使冷媒的流动方向和水的流动方向相反。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070404 Termination date: 20101210 |