JP2009216309A - Heat exchanger - Google Patents
Heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009216309A JP2009216309A JP2008060667A JP2008060667A JP2009216309A JP 2009216309 A JP2009216309 A JP 2009216309A JP 2008060667 A JP2008060667 A JP 2008060667A JP 2008060667 A JP2008060667 A JP 2008060667A JP 2009216309 A JP2009216309 A JP 2009216309A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- water
- tube
- heat exchanger
- fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
本発明は空調あるいは給湯等の機器において、特にヒートポンプ式の給湯機等に用いられ、水等の流体と冷媒等の流体の二つの流体の熱交換を行うための熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger for exchanging heat between two fluids such as a fluid such as water and a fluid such as a refrigerant, which is used in a device such as an air conditioner or a hot water supply, in particular, a heat pump type hot water heater.
従来、この種の熱交換器としては、内部に冷媒用流路が形成された内管と、内管の外側に設けられ内管との間に水用流路が形成された外管とから構成された、所謂二重管式の熱交換器が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heat exchanger includes an inner tube having a coolant channel formed therein and an outer tube provided outside the inner tube and having a water channel formed between the inner tube and the inner tube. A so-called double-tube heat exchanger configured is known (for example, see Patent Document 1).
図9、図10は、特許文献1に記載された従来の熱交換器を示すもので、図9は、該熱交換器の平面図、図10は、該熱交換器の管路部の断面図である。
9 and 10 show a conventional heat exchanger described in
図9、図10で示すように、この熱交換器101は、二重管式の熱交換器であり、内部に冷媒用流路102を形成する二本の内管103と、内管103の外側に設けられ、内管103との間に水用流路104が形成された銅製の外管105とから構成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
内管103は、銅製の冷媒管106と、冷媒管106の外周に設けられた銅製の漏洩検知管107とから構成され、冷媒管106を拡管するか、或いは、漏洩検知管107を縮管することにより、冷媒管106と漏洩検知管107は密着されている。また、漏洩検知管107の内面には、配管の軸方向に沿って多数の漏洩検知溝108が形成されており、漏洩検知溝108内には空気層が形成されている。さらに、漏洩検知溝108は外部に設けられた漏洩検知センサー(図示せず)に接続されており、内管103または外管105から漏洩した冷媒または水は、漏洩検知溝108を通って外部に漏出し、前記漏洩検知センサーにより検知されるようになっている。
The
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。 The operation of the heat exchanger configured as described above will be described below.
熱交換器101は、内管103と外管105の二重管により形成され、内管103の外周が水と熱交換し、冷媒と水とが冷媒管106と漏洩検知管107を介して熱交換されるようになっているため、内管103と水との接触面積が大きくとれ、熱交換効率を向上させることできる。
The
また、たとえ腐食等により冷媒管106や漏洩検知管107に孔や亀裂が生じ、冷媒や水が漏洩したとしても、その漏洩を、漏洩検知溝108を介して確実に検知することができ、さらに、冷媒と水との間には冷媒管106と漏洩検知管107により二重に境界壁が形成されており、いずれか一方に孔や亀裂等の欠陥が発生したとしても、冷媒と水が互いに混入し合うおそれがない。
Further, even if a hole or a crack is generated in the
したがって、熱交換器101の信頼性を高く維持することができる。また、熱交換器101が二重管式となっているため、曲げ加工が容易にでき、製造コストの低減化が可能となると共に、コンパクト化を図ることができる。
しかしながら、上記従来の構成では、外管105内を流れる水に、カルシウム(Ca)等のミネラル成分を含む水道水等が主に用いられることから、熱交換作用により水の温度が上昇すると、カルシウムの溶解度が低下して水に溶けていたカルシウムが析出し、析出したカルシウムが加熱側である内管103の外壁に付着するものであった。
However, in the above-described conventional configuration, tap water or the like containing mineral components such as calcium (Ca) is mainly used for the water flowing in the
その結果、内管103と水との熱伝達性能が低下し、経年変化で所定の熱交換能力が得られなくなるという課題を有していた。
As a result, the heat transfer performance between the
特に、場所によりカルシウムの析出が多い水道水を用いた場合は、析出したカルシウムが層となり、その層が成長して内管103の外壁に厚く付着して外管105内壁まで達し、その結果、水用流路104が詰まり、熱交換器101の機能が停止することがあった。
In particular, when using tap water with a large amount of calcium precipitation depending on the location, the precipitated calcium becomes a layer, and the layer grows and adheres to the outer wall of the
これを防止するために、内管103と外管105の間の水流路104の幅を大きくすることが考えられるが、かかる構成は、水の流速が低下し、水側の熱伝達率が低下してしまうため、所定の熱交換能力を得るためには熱交換器の管長を長くする必要がある。しかしながら、熱交換器の管長を長くすることは、熱交換器101の容量を必要以上に大きくし、また、重量が増加するという課題を有していた。
In order to prevent this, it is conceivable to increase the width of the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、析出したカルシウムの内管への付着を抑制して経年変化での伝熱性能の低下を抑え、また、場所によりカルシウムの析出が多い場合でも、カルシウム層が内管の外壁に厚く付着することに起因して水流路が閉塞することを抑制し、熱交換器の管長を長くして内管の伝熱面積を増加させたりせずに、熱交換性能に優れた管式の熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, suppresses the adhesion of precipitated calcium to the inner tube to suppress deterioration of heat transfer performance over time, and even when there is a lot of calcium precipitation depending on the location. , Without blocking the water flow path due to the calcium layer adhering to the outer wall of the inner tube thickly, without increasing the heat transfer area of the inner tube by increasing the tube length of the heat exchanger, An object of the present invention is to provide a tubular heat exchanger excellent in heat exchange performance.
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、内部を流体Aが流れる第1の管と、互いに螺旋状にねじり合わされた状態で前記第1の管の内部に配設され、内部を流体Bが流れる複数の第2の管と、前記第1の管の外周に密着し内部を流体Bが流れる少なくとも1本以上の第3の管を具備する構成としたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a heat exchanger according to the present invention is disposed inside a first tube in which the fluid A flows inside and spirally twisted with each other. The plurality of second tubes through which the fluid B flows and at least one or more third tubes that are in close contact with the outer periphery of the first tube and through which the fluid B flows are provided.
この構成は、複数本の第2の管を互いに螺旋状にねじり合わせて第1の管内に配置していることから、第1の管内を流れる流体Aの流れ全体を旋回流にすることができ、これにより、流体Aの流れを乱流攪乱し、第1の管の流体Aに流体Bの熱を拡散して伝達することができるものである。 In this configuration, since the plurality of second tubes are spirally twisted together and arranged in the first tube, the entire flow of the fluid A flowing in the first tube can be swirled. Thus, the flow of the fluid A can be turbulently disturbed, and the heat of the fluid B can be diffused and transferred to the fluid A of the first pipe.
さらに、内部に流体Bが流れる少なくとも1本以上の第3の管が、前記第1の管の外周に密着し、前記第1の管に螺旋状に巻き付けられていることにより、第1の管の内壁全体から均一に流体Bの熱が流体Aに伝わるものである。 Furthermore, at least one or more third tubes through which the fluid B flows are in close contact with the outer periphery of the first tube and are spirally wound around the first tube, so that the first tube The heat of the fluid B is uniformly transmitted to the fluid A from the entire inner wall.
これにより、熱交換器が所定の加熱能力を得るために、複数本の第2の管の外壁と第1の管の内壁の両方から流体Aを加熱することでき、流体Aに対する第2の管の外壁、第1の管の内壁における熱流束を小さく抑えることができる。 Thus, in order for the heat exchanger to obtain a predetermined heating capacity, the fluid A can be heated from both the outer wall of the plurality of second tubes and the inner wall of the first tube, and the second tube for the fluid A can be heated. The heat fluxes on the outer wall and the inner wall of the first tube can be kept small.
したがって、流体Aが水の場合、第2の管の外壁近傍、第1の管の内壁近傍での水温の局所的な急上昇が抑えられ、壁面近傍で流速が遅い部分での水温の上昇によるカルシウムの析出を極力抑制して、カルシウムの壁面への付着を抑えることができるものである。 Therefore, when the fluid A is water, local rapid increase in water temperature in the vicinity of the outer wall of the second tube and in the vicinity of the inner wall of the first tube is suppressed, and calcium due to the increase in water temperature in the portion where the flow velocity is slow in the vicinity of the wall surface. Precipitation can be suppressed as much as possible, and adhesion of calcium to the wall surface can be suppressed.
また、流体Aがカルシウムの析出が多い水の場合でも、第2の管の外壁、第1の管の内壁の両面で熱流束を抑えて水を加熱するため、カルシウムの第2の管の外壁、第1の管の内壁への付着が急に成長することもなく、また、第2の管と第1の管の間の水流路幅が大きい場合であっても、第2の管の外壁面と第1の管の内壁面を伝熱面とすることができ、前記外壁面と内壁面の両面から水を加熱することで、所定の熱交換能力を得ることができるものである。その結果、熱交換器の管長を長くすることがなく、熱交換器の容量、重量を増加させることも抑制できるものである。 Further, even when the fluid A is water with a large amount of calcium precipitation, the outer wall of the second tube of calcium is used to heat the water while suppressing the heat flux on both the outer wall of the second tube and the inner wall of the first tube. Even if the first pipe does not grow abruptly on the inner wall, and the width of the water flow path between the second pipe and the first pipe is large, the outside of the second pipe The wall surface and the inner wall surface of the first tube can be used as a heat transfer surface, and a predetermined heat exchange capability can be obtained by heating water from both the outer wall surface and the inner wall surface. As a result, it is possible to suppress an increase in the capacity and weight of the heat exchanger without increasing the tube length of the heat exchanger.
本発明の管式の熱交換器は、析出したカルシウムの内管への付着を抑制して経年変化に起因する伝熱性能の低下を抑えることができるものである。また、カルシウム層の付着に伴う水流路の閉塞抑制のために、水流路幅を拡大した場合であっても、熱交換器の管長を長くせずに所定の熱交換性能を得ることができ、熱交換器の容量、重量の増加も抑制することができるものである。 The tubular heat exchanger of the present invention is capable of suppressing the adhesion of precipitated calcium to the inner tube and suppressing a decrease in heat transfer performance due to secular change. In addition, in order to suppress the clogging of the water flow path due to the adhesion of the calcium layer, even when the water flow path width is expanded, a predetermined heat exchange performance can be obtained without increasing the tube length of the heat exchanger, The increase in capacity and weight of the heat exchanger can also be suppressed.
請求項1に記載の発明は、流体Aが内部を流れる第1の管と、互いに螺旋状にねじり合わされた状態で前記第1の管の内部に配設され、内部を流体Bが流れる複数の第2の管と、前記第1の管の外周に密着し、内部を流体Bが流れる少なくとも1本以上の第3の管を具備したものである。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of first pipes in which the fluid A flows are arranged inside the first pipe in a spirally twisted state, and the fluid B flows inside the first pipe. A second tube and at least one third tube that is in close contact with the outer periphery of the first tube and in which the fluid B flows are provided.
かかる構成とすることにより、前記第1の管内を流れる流体A全体の流れを旋回流にすることができ、その結果、流体Aの流れを乱流攪乱し、前記第1の管の流体Aに流体Bの熱が拡散され易くなる。さらに第3の管を、前記第1の管の外周に密着させ、螺旋状に巻き付けることにより、第1の管の内壁全体から略均一に流体Bの熱を流体Aに伝え易くすることができる。 By adopting such a configuration, the entire flow of the fluid A flowing in the first pipe can be turned into a swirl flow. As a result, the flow of the fluid A is turbulently disturbed, and the fluid A of the first pipe is changed. The heat of the fluid B is easily diffused. Furthermore, the third tube is brought into close contact with the outer periphery of the first tube and wound spirally, whereby the heat of the fluid B can be easily transmitted to the fluid A from the entire inner wall of the first tube. .
その結果、熱交換器が所定の加熱能力を得るために、流体Aに対して複数本の第2の管の外壁と、第3の管からの熱伝達を受けた第1の管の内壁の両方から流体Aを加熱することでき、流体Aに対する第2の管の外壁、第1の管の内壁における熱流束を小さく抑えることができる。したがって、流体Aが水の場合、第2の管の外壁近傍、第1の管の内壁近傍での水温の局所的な急上昇を抑制することができ、壁面近傍において流速が遅い部分での水温の上昇によるカルシウムの析出を極力抑制して、カルシウムの壁面への付着および成長を抑えることができる。 As a result, in order for the heat exchanger to obtain a predetermined heating capacity, the outer wall of the plurality of second tubes and the inner wall of the first tube that has received heat transfer from the third tube to the fluid A The fluid A can be heated from both, and the heat flux on the outer wall of the second tube and the inner wall of the first tube with respect to the fluid A can be suppressed small. Therefore, when the fluid A is water, it is possible to suppress a local rapid increase in the water temperature in the vicinity of the outer wall of the second tube and in the vicinity of the inner wall of the first tube, and the water temperature in the portion where the flow velocity is slow in the vicinity of the wall surface. The calcium precipitation due to the rise can be suppressed as much as possible, and the adhesion and growth of calcium on the wall surface can be suppressed.
また、流体Aがカルシウムの析出が多い水等の場合でも、第2の管の外壁、第1の管の内壁の両面で熱流束を抑えて水を加熱するため、カルシウムの第2の管の外壁、第1の管の内壁の付着が急に成長することもなく、また、第2の管と第1の管の間の水流路幅を大きく設定しても、第2の管の外壁と第1の管の内壁の両面を伝熱面とすることができ、両面から水を加熱することで水に熱が拡散し易くなり、その結果、所定の熱交換能力を得るために熱交換器の管長を長くすることがなく、熱交換器の容量、重量を増加させることもない。 In addition, even when the fluid A is water having a large amount of calcium precipitation, the heat flux is suppressed on both the outer wall of the second tube and the inner wall of the first tube to heat the water. The adhesion of the outer wall and the inner wall of the first pipe does not grow abruptly, and even if the water flow path width between the second pipe and the first pipe is set large, the outer wall of the second pipe Both sides of the inner wall of the first tube can be heat transfer surfaces, and heat is easily diffused into the water by heating water from both sides. As a result, a heat exchanger is used to obtain a predetermined heat exchange capacity. The tube length is not increased, and the capacity and weight of the heat exchanger are not increased.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、スパイラル状にねじられた前記第1の管に、前記第3の管を前記第1の管のねじれに沿って螺旋状に巻き付けものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the third tube is spirally formed along the twist of the first tube in the spirally twisted first tube. It is a wrapping thing.
かかる構成とすることにより、複数本の螺旋状にねじれた第2の管の外壁と第1の管の内壁との間において、管軸方向と周方向の両方に周期的に距離に差を設けることができ、その結果、第2の管と第1の管の間の水流路幅方向の中央付近を流れる比較的低温の水と、第2の管の外壁と第1の管の内壁近傍の高温の水によって形成されていた温度境界層を連続的に乱すことができる。 By adopting such a configuration, a difference in distance is periodically provided in both the tube axis direction and the circumferential direction between the outer wall of the plurality of helically twisted second tubes and the inner wall of the first tube. As a result, relatively low temperature water flowing near the center in the width direction of the water flow path between the second pipe and the first pipe, the outer wall of the second pipe, and the vicinity of the inner wall of the first pipe The temperature boundary layer formed by the high temperature water can be continuously disturbed.
また、第3の管を第1の管のねじれに沿って螺旋状に巻き付けることにより、第1の管と第3の管の密着面積が増加すると共に、前記ねじれによって形成される隆起面を第3の管を第1の管に密着させる加工時の位置決めとすることができる。これにより、第3の管の巻き付け時における位置ずれを抑制することができ、熱交換器の組立て精度を高めることができる。 Further, by winding the third tube spirally along the twist of the first tube, the contact area between the first tube and the third tube is increased, and the raised surface formed by the twist is changed to the first surface. Positioning at the time of processing can be made such that the three tubes are in close contact with the first tube. Thereby, the position shift at the time of winding of a 3rd pipe | tube can be suppressed, and the assembly precision of a heat exchanger can be improved.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の管の外壁周面に、所定間隔を形成しながら旋回して伸びる凹部を設けたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the outer wall peripheral surface of the first pipe is provided with a recess that turns and extends while forming a predetermined interval.
かかる構成とすることにより、高い寸法精度で凹部を形成することができ、前記第2の管のねじれピッチと調和させることができる。その結果、前記複数本の螺旋状にねじれた第2の管の外壁との間において、周方向に周期的に距離に差を設けることが精度良く行え、水の流動抵抗の増加を抑えつつ第2の管と第1の管の間の水流路幅方向の中央付近を流れる比較的低温の水と、第2の管の外壁と第1の管の内壁近傍の高温の水によって形成されていた温度境界層を連続的に乱すことができる。 By setting it as this structure, a recessed part can be formed with high dimensional accuracy and it can be made to match with the twist pitch of a said 2nd pipe | tube. As a result, it is possible to accurately provide a distance in the circumferential direction between the plurality of helically twisted second pipe outer walls with high accuracy, while suppressing an increase in water flow resistance. It was formed by relatively low-temperature water flowing near the center in the width direction of the water flow path between the second pipe and the first pipe, and high-temperature water near the outer wall of the second pipe and the inner wall of the first pipe. The temperature boundary layer can be continuously disturbed.
また、円管にねじり加工あるいは螺旋の絞り加工等の二次加工を加えることなく、押出し加工等の素管加工法にて周方向に凹凸を設けることができ、加工費も安価に抑えることができる。 Moreover, without adding secondary processing such as torsion processing or spiral drawing processing to the circular pipe, unevenness can be provided in the circumferential direction by the raw pipe processing method such as extrusion processing, and the processing cost can be kept low. it can.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の発明において、前記第2の管を、外管と、外周面が前記外管の内周面と熱的に密着した内管からなる二重管より構成し、前記内管と外管の密着面に、部分的に隙間を設けたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the second tube is thermally connected to an outer tube and an outer peripheral surface is in contact with an inner peripheral surface of the outer tube. It is composed of a double pipe made of a tightly attached inner pipe, and a gap is partially provided on the close contact surface of the inner pipe and the outer pipe.
かかる構成とすることにより、熱抵抗を小さく保ちつつ、流体Aまたは流体Bが前記隙間を介して漏出した場合は、流体Aまたは流体Bの漏洩を検知可能とすることができ、さらに流体Aと流体Bの間を二重壁としていることから両流体が混合し難くなり、安全性が向上するものである。 With such a configuration, when the fluid A or the fluid B leaks through the gap while keeping the thermal resistance small, the leakage of the fluid A or the fluid B can be detected. Since the space between the fluids B is a double wall, both fluids are difficult to mix and safety is improved.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の発明において、前記第1の管を流れる流体Aと前記第2の管および第3の管を流れる流体Bの流れ方向を、それぞれの流体A、Bが対向流となるように設定し、前記流体Bの熱が前記第2の管と第3の管を介して前記流体Aに伝達するようにしたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the fluid A flowing through the first tube and the fluid B flowing through the second tube and the third tube. The flow direction is set so that the fluids A and B are opposed to each other, and the heat of the fluid B is transmitted to the fluid A through the second and third tubes. is there.
かかる構成とすることにより、流体Aと流体Bの平均的な温度差を大きくして熱交換量を大きくすることができ、熱交換器の性能を高めることができる。 By setting it as this structure, the average temperature difference of the fluid A and the fluid B can be enlarged, a heat exchange amount can be enlarged, and the performance of a heat exchanger can be improved.
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の発明において、前記流体Aを水、前記流体Bを二酸化炭素としたものである。
The invention according to
かかることにより、ヒートポンプ給湯機用の水―冷媒熱交換器として使用することで高いヒートポンプ効率を得ることができる。 Thus, high heat pump efficiency can be obtained by using it as a water-refrigerant heat exchanger for a heat pump water heater.
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この発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
(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平面図である。図2は、図1のA−A線による熱交換器の水管とその周辺の構造を示す断面図である。図3は、同実施の形態1における熱交換器を構成する水管の一部を切除した斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of a heat exchanger according to
図1から図3において、熱交換器1は、銅製の水管(本発明の第1の管に相当)6と、この水管6内に配置された銅製の冷媒二重管(本発明の第2の管に相当)2を主体とする構成であって、冷媒二重管2は、内面に漏洩検知溝5を持つ銅製の外管3と、外管3の内面に熱的に密着した銅製の内管4により構成されている。したがって、冷媒二重管2は、外管3と内管3の密着により二重壁2aが形成された構造となっている。また、漏洩検知溝5は、本発明における内管3と外管2の密着面に部分的な隙間を形成するものである。
1 to 3, a
前述した外管3と内管4の密着構成は、周知の拡管工法あるいは縮管工法等によって形成することができるものである。
The above-described close contact structure between the
冷媒二重管2は、内管4の内部を二酸化炭素が流動するもので、二本が水管6内に配置され、これらの冷媒二重管2は、互いに螺旋状にねじり合わされ、その螺旋中心と水管6の軸がほぼ同軸となるように水管6に内包されている。したがって、冷媒二重管2と水管6の内壁の間には、水が流動する流路が形成されている。
The refrigerant
また、水管6の外周には、内部を二酸化炭素が流動する銅製の冷媒管(本発明の第3の管に相当)7が螺旋状に巻き付けられており、冷媒管7は水管6の外壁とロウ付けで熱的に密着している。
A copper refrigerant pipe (corresponding to a third pipe of the present invention) 7 in which carbon dioxide flows inside is spirally wound around the outer circumference of the
また冷媒二重管2、冷媒管7における両端は、同一の二酸化炭素の流入口8a、流出口8bに接続され、また、水管6の両端には、水の流入口9a、流出口9bが設けられている。そして、二酸化炭素および水の各流入口8a、9aおよび流出口8b、9bは、各々において、二酸化炭素と水が対向する流れとなるように流入、流出方向が定められている。
In addition, both ends of the refrigerant
以上のように構成された熱交換器1について、以下その動作を説明する。
About the
まず、冷媒二重管2と冷媒管7の内部を二酸化炭素が流動し、水管6内における冷媒二重管2との間を水が二酸化炭素の流れに対向して流れ、外管3と内管4の二重壁2aを介して二酸化炭素と水が熱交換する。さらに、冷媒管7から水管6の壁を通じて二酸化炭素と水が熱交換する。
First, carbon dioxide flows inside the refrigerant
ここで、二酸化炭素と水の間において、外管3の内面に漏洩検知溝5を設けているため、二酸化炭素あるいは水が漏洩検知溝5を介して漏出した場合、検知センサー(図示せず)にてその漏洩を検知することができる。
Here, since the
したがって、熱交換器1は、安全性を確保する二重壁2aを備えつつ、十分な接触面積を確保する二重壁2aを介して高い熱伝導性を得ることができるものである。
Therefore, the
さらに、冷媒二重管2、冷媒管7内の二酸化炭素と水管6の水を対向流とすることにより、効率のよい熱交換を実現することができ、例えば、ヒートポンプ給湯機用の水―冷媒熱交換器として使用することで、高いヒートポンプ効率を得ることができる。
Furthermore, by making the carbon dioxide in the refrigerant
そして、2本の冷媒二重管2を、互いに螺旋状にねじり合わせて水管6内に配置しているため、水管6内を流れる水全体を旋回流にすることができ、これにより水の流れを乱流攪乱し、水管6の水に二酸化炭素の熱を拡散させ、熱交換効率を高めることができる。
And since the two refrigerant
また、冷媒管7が水管6の外周に螺旋状に巻き付き、密着していることにより、水管6の内壁全体から略均一に二酸化炭素の熱を水に伝えることができる。これにより、水に対して2本の冷媒二重管2の外壁と水管6の内壁の両方から水を加熱することになり、水に対する冷媒二重管2の外壁、水管6の内壁における熱流束を小さく抑えることができ、熱交換器1は、所定の加熱能力を得ることができる。
In addition, since the
したがって、冷媒二重管2の外壁近傍、水管6の内壁近傍での水温の局所的な急上昇が抑えられ、壁面近傍で流速が遅い部分での水温の上昇によるカルシウムの析出を極力抑制することができ、カルシウムの冷媒二重管2の外壁、水管6の内壁への付着を抑えることができる。
Therefore, the local rapid increase of the water temperature in the vicinity of the outer wall of the refrigerant
また、場所によりカルシウムの析出が多い水を用いた場合でも、水に対する冷媒二重管2の外壁、水管6の内壁の両面で熱流束を抑えて水を加熱するため、カルシウムの冷媒二重管2の外壁、水管6の内壁の付着が急に成長することもなく、また、冷媒二重管2と水管6の間の水流路幅を大きくしても、冷媒二重管2の外壁と水管6の内壁の両面を伝熱面として水を加熱するため、所定の熱交換能力を得るために、熱交換器1の管長を長くすることがなく、熱交換器1の容量、重量の増加に伴う大形化を抑制することができる。
Further, even when water with a large amount of calcium precipitation is used depending on the location, the water is heated while suppressing the heat flux on both the outer wall of the refrigerant
また、冷媒二重管2および冷媒管7の螺旋のピッチを粗密にし、冷媒二重管2と水管6の間の水流路幅を変化させることで、水側の圧損と熱伝達特性を変えることができるため、例えば、ヒートポンプ式給湯機の場合であれば、その諸条件に合わせて加熱能力や水―冷媒熱交換器としての容積といった性能と仕様をバランス良く、かつ容易に設計することができる。
Further, the pressure loss and heat transfer characteristics on the water side are changed by making the helical pitch of the refrigerant
尚、本実施の形態1では、冷媒管7と水管6の固定にロウ付けを用いたが、両者の固定にはんだを塗布する固定方法等でも同様の作用効果を得ることができる。さらに、冷媒管7は、一本を旋回して設けた構成としたが、複数本を同様に旋回して設ける構成としても良い。かかる場合は、冷媒との熱交換の量が増加するため、熱交換器の性能を高めることができる。
In the first embodiment, brazing is used to fix the
また、本実施の形態1では、冷媒二重管2の外管3、内管4、水管6、冷媒管7を銅製としたが、真鍮、SUS、耐食性を持った鉄、アルミ合金等の金属材料を用いても同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the
さらに、本発明の実施の形態1では、冷媒二重管2内、および冷媒管7の内部を流れる冷媒を二酸化炭素としたが、R410A等の冷媒でも同様の作用効果を得ることができるものである。
Furthermore, in
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における熱交換器の水管とその周辺の構造を示す断面図である。図5は、同実施の形態2における熱交換器を構成する水管の一部を切除した斜視図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the water pipe of the heat exchanger and its surroundings in
尚、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
In addition, about the component same as
図4、図5において、銅製の水管(本発明の第1の管に相当)10は、2本の螺旋状の冷媒二重管2の螺旋中心と略同軸となるようにねじり加工された異形管であり、前述のねじり加工によって大径の凸部10aと小径の凹部10bがスパイラル状に形成され、冷媒管7がスパイラル状の凹部10bに沿って螺旋状に巻き付けられている。
4 and 5, a copper water pipe (corresponding to the first pipe of the present invention) 10 is a deformed shape that is twisted so as to be substantially coaxial with the spiral center of two spiral refrigerant
以上のように構成された熱交換器1の動作について説明するが、本実施の形態2における熱交換器1は、先の実施の形態1と同様の内容で機能するもので、ここでは、実施の形態1と相違する構成に基づく動作を主体に説明する。
Although the operation of the
図4、図5に示すように、水管10を、スパイラル状の凹部10bと凸部10aが施された異形管とし、冷媒管7をスパイラル状の凹部10bに沿って巻き付けることにより、水管10の内壁と2本の螺旋状のねじれた冷媒二重管2の外壁との間において、管軸方向と周方向の両方に周期的に距離に差を設ける構成となり、冷媒二重管2と水管10の間の水流路幅方向の中央付近の比較的低温の水と、冷媒二重管2と水管10の壁面近傍の高温の水によって形成されていた温度境界層を連続的に乱すことができる。したがって、水側の熱伝達性を向上させることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
また、冷媒管7を、水管10のスパイラル状の凹部10bに沿って螺旋状に巻き付けることにより、水管10と冷媒管7の密着面積が増加すると共に、冷媒管7を水管10に密着させる加工時に、位置ずれを起こし難くなり、精度よく熱交換器を組立てることができる。
Further, by winding the
尚、本実施の形態2においても、先の実施の形態1と同様に、複数の冷媒管7を旋回して設ける構成としても良い。
In the second embodiment as well, as in the first embodiment, a plurality of
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3における熱交換器の水管とその周辺の構造を示す断面図である。図7は、同実施の形態3における熱交換器を構成する水管の一部を切除した斜視図である。図8は、同実施の形態3の異なる熱交換器を構成する水管の一部を切除した斜視図である。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the water pipe of the heat exchanger and its peripheral structure in
尚、実施の形態1、2と同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
In addition, about the component same as
図6、図7において、銅製の水管(本発明の第1の管に相当)11は、押出し加工により、周方向において所定間隔ごとに離間し、管軸方向に略平行となる程度の螺旋(旋回)状態で水管11の内側に窪む複数の凹部12が設けられている。そして、その各凹部12に対応する冷媒管7を嵌め込み、複数の冷媒管7を水管11に螺旋状に巻き付けた構成としている。図7では、凹部12がわかり易いように冷媒管7を破線で記載している。
6 and 7, copper water pipes (corresponding to the first pipe of the present invention) 11 are spirally separated by a predetermined interval in the circumferential direction by extrusion processing and are approximately parallel to the pipe axis direction ( A plurality of
以上のように構成された熱交換器1の動作について説明するが、本実施の形態3における熱交換器1は、先の実施の形態1、実施の形態2と同様の内容で機能するもので、ここでは、実施の形態1、実施の形態2と相違する構成に基づく動作を主体に説明する。
The operation of the
図6、図7に示すように、水管11の外周面に、周方向に離間した複数の凹部12を設けたことにより、水管11の内壁に周方向に凸が離間して形成され、互いに螺旋状にねじれた冷媒二重管2の外壁との間で、周方向に離散的に距離に差を設ける構成となる。しかも、凹部12は、水管11の管軸と交差する角度が浅いため、水の流動抵抗の増加をほとんどさせることなく、冷媒二重管2と水管11の間の水流路幅方向の中央付近の比較的低温の水と、冷媒二重管2と水管11の壁面近傍の高温の水によって形成されていた温度境界層を連続的に乱すことができる。したがって、水側の熱伝達性を向上させることができる。
As shown in FIGS. 6 and 7, by providing a plurality of circumferentially spaced recesses 12 on the outer peripheral surface of the
また、水管11に設けた凹部12は、円管にねじり加工あるいは螺旋の絞り加工といった二次加工を加えることなく、押出し加工等の素管加工法にて設けることができ、加工費も安く抑えることができる。さらに水管11に用いられる材料の量を少なく抑え、材料費も安価に抑えることができる。
Further, the
尚、図6、図7に示す熱交換器1は、複数の凹部12を、管軸方向と略平行となるように設けたが、図8に示す如く、一本の凹部12を管軸と大きく交差する角度で、かつ螺旋状に設ける構成とすることもできる。
The
かかる構成の場合は、水の流動抵抗は増加するが、水側の熱伝達性をさらに向上させることができる。また、図8の熱交換器においても複数の凹部を旋回して設け、複数の冷媒管をこの凹部に嵌め込んで旋回させる構成としても良い。 In such a configuration, the flow resistance of water increases, but the water-side heat transfer can be further improved. Also, the heat exchanger of FIG. 8 may have a configuration in which a plurality of recesses are pivoted and a plurality of refrigerant tubes are fitted into the recesses and swiveled.
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、水用流路の断面積を縮小して流速を増加させたり、管長を長くして内管の伝熱面積を増加させたりしなくとも、熱交換器の熱交換性能を向上させることができ、ヒートポンプ式給湯器や家庭用、業務用の空気調和機、ヒートポンプ式の乾燥機能を有する洗濯機等のヒートポンプ機器や、燃料電池等の用途にも適用できる。 As described above, the heat exchanger according to the present invention does not reduce the cross-sectional area of the water flow path to increase the flow velocity, or increase the pipe length to increase the heat transfer area of the inner pipe. The heat exchange performance of the heat exchanger can be improved, for heat pump water heaters, household and commercial air conditioners, heat pump equipment such as washing machines with a heat pump drying function, and fuel cell applications. Is also applicable.
1 熱交換器
2 冷媒二重管(第2の管)
2a 二重壁
3 外管
4 内管
5 漏洩検知溝(隙間)
6 水管(第1の管)
7 冷媒管(第3の管)
10 水管(第1の管)
11 水管(第1の管)
12 凹部
1
6 Water pipe (first pipe)
7 Refrigerant pipe (third pipe)
10 Water pipe (first pipe)
11 Water pipe (first pipe)
12 recess
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008060667A JP2009216309A (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008060667A JP2009216309A (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Heat exchanger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009216309A true JP2009216309A (en) | 2009-09-24 |
Family
ID=41188358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008060667A Pending JP2009216309A (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Heat exchanger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009216309A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013167418A (en) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Cooling device for thermally-treated material |
JP2015092126A (en) * | 2013-09-30 | 2015-05-14 | 株式会社Uacj | Heat exchanger for hot-water supply |
CN106970101A (en) * | 2017-04-27 | 2017-07-21 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | A kind of active cooling high temperature resistant electric insulation hot head probe of anticorrosion particle flux |
JP2017166797A (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 三菱電機株式会社 | Heat exchanger |
JPWO2018189860A1 (en) * | 2017-04-13 | 2019-11-07 | 三菱電機株式会社 | Water refrigerant heat exchanger and heat pump device equipped with water heat exchanger |
WO2024009395A1 (en) * | 2022-07-05 | 2024-01-11 | 三菱電機株式会社 | Refrigerator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005076915A (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-24 | Kobe Steel Ltd | Composite heat exchanger tube |
JP2005164166A (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Kobelco & Materials Copper Tube Inc | Heat exchanger |
JP2006170571A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Hitachi Cable Ltd | Double multitubular heat exchanger |
JP2007178091A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Sharp Corp | Heat pump water heater |
-
2008
- 2008-03-11 JP JP2008060667A patent/JP2009216309A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005076915A (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-24 | Kobe Steel Ltd | Composite heat exchanger tube |
JP2005164166A (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Kobelco & Materials Copper Tube Inc | Heat exchanger |
JP2006170571A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Hitachi Cable Ltd | Double multitubular heat exchanger |
JP2007178091A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Sharp Corp | Heat pump water heater |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013167418A (en) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Cooling device for thermally-treated material |
JP2015092126A (en) * | 2013-09-30 | 2015-05-14 | 株式会社Uacj | Heat exchanger for hot-water supply |
JP2017166797A (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 三菱電機株式会社 | Heat exchanger |
JPWO2018189860A1 (en) * | 2017-04-13 | 2019-11-07 | 三菱電機株式会社 | Water refrigerant heat exchanger and heat pump device equipped with water heat exchanger |
CN106970101A (en) * | 2017-04-27 | 2017-07-21 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | A kind of active cooling high temperature resistant electric insulation hot head probe of anticorrosion particle flux |
CN106970101B (en) * | 2017-04-27 | 2019-07-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | A kind of active cooling high temperature resistant electrical isolation anticorrosion particle flux heat head probe |
WO2024009395A1 (en) * | 2022-07-05 | 2024-01-11 | 三菱電機株式会社 | Refrigerator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101608996B1 (en) | Heat exchanger | |
JP2009216309A (en) | Heat exchanger | |
JP4736533B2 (en) | Heat exchanger | |
JP2002228370A (en) | Heat exchanger | |
JP4572662B2 (en) | Heat exchanger | |
JP2009264644A (en) | Heat exchanger | |
JP2005069620A (en) | Heat exchanger | |
JP2006057998A (en) | Heat exchanger | |
JP2007240092A (en) | Water-refrigerant heat exchanger | |
JP2008267631A (en) | Heat exchanger | |
JP2006078062A (en) | Heat exchanger | |
JP5157617B2 (en) | Heat exchanger | |
JP7199842B2 (en) | water heat exchanger, gas cooler | |
JP2010038429A (en) | Heat exchanger | |
JP2010255856A (en) | Heat exchanger and heat pump water heater using the same | |
JP2005147570A (en) | Double pipe type heat exchanger | |
JP2006162165A (en) | Heat exchanger | |
JP2005147567A (en) | Double pipe type heat exchanger | |
JP2004340455A (en) | Heat exchanger | |
JP2008249163A (en) | Heat exchanger for supplying hot water | |
CN211120757U (en) | Heat exchanger | |
JP2008175450A (en) | Heat exchanger | |
JP2010255980A (en) | Heat exchanger and heat pump water heater using the same | |
JP2007101151A (en) | Heat exchanger | |
JP4552567B2 (en) | Heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20101220 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Effective date: 20110113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20120409 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20120417 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120821 |