JP2010032183A - Heat exchanger - Google Patents

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Kazuhiko Machida
和彦 町田
Takumi Kida
琢己 木田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pipe type heat exchanger with superior heat exchange performance without extending the piping length of the heat exchanger. <P>SOLUTION: In the pipe type heat exchanger, a plurality of inner pipes 5 carrying CO<SB>2</SB>coolants 4 through their interiors and spirally twisted to one another are disposed in an outer pipe 3 carrying water 2 through its interior, and a plurality of grooves 6 extending in an axial direction of the inner pipe 5 and a plurality of recessed parts 7 positioned at predetermined intervals in the axial direction of the inner pipe 5 are formed on an outer surface of the inner pipe 3. A temperature boundary layer of a wall surface neighborhood is disturbed by the water 2 swirlingly flowing over the recessed parts 7 of the outer surface of the inner pipe 5, and a heat exchange area is enlarged by the plurality of grooves 6. By this, efficient heat exchange can be performed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、空調装置、給湯装置等の機器に用いられ、特にヒートポンプ式の給湯機等のように、水等の流体と冷媒等の二種の流体を熱交換させる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 a fluid such as water and two kinds of fluids such as a refrigerant, such as a heat pump type hot water heater, etc., used in equipment such as an air conditioner and a hot water heater. It is.

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を形成する外管とから構成された二重管式のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, this type of heat exchanger is composed of an inner pipe in which a refrigerant flow path is formed and an outer pipe that is provided outside the inner pipe and forms a water flow path between the inner pipe and the inner pipe. A double-tube type is known (for example, see Patent Document 1).

図6、図7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ある。   6 and 7 show a conventional heat exchanger described in Patent Document 1. FIG.

図6、図7に示すように、この熱交換器101は、二重管式の熱交換器であり、内部を冷媒用流路102とする内管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を形成する銅製の外管105とから構成され、この熱交換器101の場合は、内管103が2本設けられている。   As shown in FIGS. 6 and 7, the heat exchanger 101 is a double-pipe heat exchanger, and is provided on the outer side of the inner pipe 103 and the inner pipe 103 having the inside as the refrigerant flow path 102. In this heat exchanger 101, two inner tubes 103 are provided. The outer tube 105 is made of copper and forms a water flow path 104 between the inner tube 103 and the inner tube 103.

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を密着している。   The inner pipe 103 includes a copper refrigerant pipe 106 and a copper leak detection pipe 107 provided on the outer periphery of the refrigerant pipe 106, and expands the refrigerant pipe 106 or contracts the leak detection pipe 107. As a result, the refrigerant pipe 106 and the leak detection pipe 107 are in close contact with each other.

また、漏洩検知管107の内面には、配管方向に沿って多数の漏洩検知溝(図示せず)が形成されており、漏洩検知溝内には空気層が形成されている。さらに、漏洩検知溝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、あるいは水は、漏洩検知溝を介して外部に漏出し、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。   A large number of leak detection grooves (not shown) are formed on the inner surface of the leak detection pipe 107 along the pipe direction, and an air layer is formed in the leak detection grooves. Furthermore, the leak detection groove is connected to a leak detection sensor (not shown) provided outside, and the refrigerant or water leaking from the inner tube 103 or the outer tube 105 leaks to the outside through the leak detection groove. However, it is detected by the leak detection sensor.

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の外周を水が流れ、冷媒管106内を冷媒が流れるもので、熱伝導性の良い銅製で且つ密着された冷媒管106と漏洩検知管107を介して冷媒と水が熱交換されるようになっている。
特開2005−69620号公報
The heat exchanger 101 is formed by a double tube of an inner tube 103 and an outer tube 105, and water flows through the outer periphery of the inner tube 103 and refrigerant flows through the refrigerant tube 106, and is made of copper having good thermal conductivity and Heat is exchanged between the refrigerant and water through the refrigerant pipe 106 and the leak detection pipe 107 which are in close contact with each other.
JP 2005-69620 A

しかしながら、上記従来の構成では、内管103の外表面積が水と接触する水側の伝熱面積であるため、熱交換性能を向上させるためには、熱交換器101の内管103、外管105を共に延長させる等して熱交換器101の容量、重量を増加させ、性能を向上させねばならないという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the outer surface area of the inner tube 103 is a heat transfer area on the water side in contact with water. Therefore, in order to improve heat exchange performance, the inner tube 103 and the outer tube of the heat exchanger 101 are improved. For example, the capacity and weight of the heat exchanger 101 should be increased by extending the lengths 105 together to improve the performance.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、熱交換器の管長を延長させることなく熱交換性能を向上させることができる管式の熱交換器を提供することを目的とするものである。   This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the tubular heat exchanger which can improve heat exchange performance, without extending the pipe length of a heat exchanger. .

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の管の内部に、内部を流体Bが流れる第2の管を複数配設した構成において、前記第2の管の外表面に、該第2の管の径方向内側に凹む凹部を少なくとも軸方向に多数設け、さらに前記第2の管の外表面に、該第2の管の軸方向に延びる溝を多数設けた構成としたものである。   In order to solve the above-described conventional problems, the heat exchanger according to the present invention has a configuration in which a plurality of second tubes through which the fluid B flows are arranged inside the first tube through which the fluid A flows. On the outer surface of the second tube, there are provided at least a large number of recesses recessed inward in the radial direction of the second tube, and further on the outer surface of the second tube, in the axial direction of the second tube. In this configuration, a number of extending grooves are provided.

この構成によって、第2の管の外表面に設けた多数の凹部と溝により、流体Aに対する伝熱面積の拡大と、第2の管の外表面に沿って流れる流体Aの流れを乱れさせることができるものである。   With this configuration, the large number of recesses and grooves provided on the outer surface of the second pipe increase the heat transfer area for the fluid A and disturb the flow of the fluid A flowing along the outer surface of the second pipe. Is something that can be done.

したがって、伝熱面積の拡大によって熱交換性能の向上が図れ、また、流体Aの第2の管の外表面近傍の流れを乱すことにより、流体Aにおける主流との温度境界層を攪乱させ、流体Aの主流に熱を拡散させることができる。   Accordingly, the heat exchange performance can be improved by expanding the heat transfer area, and by disturbing the flow of the fluid A in the vicinity of the outer surface of the second pipe, the temperature boundary layer with the main flow in the fluid A is disturbed, Heat can be diffused into the mainstream of A.

本発明の管式の熱交換器は、第2の管の外表面に設けた多数の凹部と溝により、伝熱面積の増加と、流体Aの流れを乱すことができ、その結果、流体B全体の熱を効率よく第2の管を介して流体Aに伝達させることができる。   The tubular heat exchanger of the present invention can increase the heat transfer area and disturb the flow of the fluid A by a large number of recesses and grooves provided on the outer surface of the second tube. The entire heat can be efficiently transferred to the fluid A through the second pipe.

したがって、熱交換器の管長を延長させることなく、熱交換性能を向上させることができる。   Therefore, heat exchange performance can be improved without extending the tube length of the heat exchanger.

請求項1に記載の発明は、内部を流体Aが流れる第1の管と、内部を流体Bが流れ、かつ前記第1の管内に複数配設された第2の管を具備する熱交換器であって、前記第2の管の外表面に、該第2の管の径方向内側に凹む凹部を少なくとも軸方向に多数設け、さらに前記第2の管の外表面に、該第2の管の軸方向に延びる所定深さの溝を多数設けたものである。   The invention according to claim 1 is a heat exchanger comprising a first pipe through which a fluid A flows, and a plurality of second pipes through which the fluid B flows and which are arranged in the first pipe. The outer surface of the second tube is provided with a large number of concave portions recessed at least in the axial direction on the radially inner side of the second tube, and the second tube is formed on the outer surface of the second tube. A plurality of grooves having a predetermined depth extending in the axial direction are provided.

かかる構成とすることにより、第2の管の外表面に設けた凹部と溝が伝熱面積の拡大と、第1の管内を流れる流体Aの流れの撹乱を可能とする。その結果、伝熱面積の拡大によって熱交換性能の向上が図れ、また、流体Aの第2の管の外表面近傍の流れを乱すことにより、流体Aにおける主流との温度境界層を撹乱させ、流体Aの主流に熱を拡散させることができ、さらに熱交換性能を向上することができる。   By adopting such a configuration, the recesses and grooves provided on the outer surface of the second pipe enable expansion of the heat transfer area and disturbance of the flow of the fluid A flowing in the first pipe. As a result, the heat exchange performance can be improved by expanding the heat transfer area, and by disturbing the flow near the outer surface of the second pipe of the fluid A, the temperature boundary layer with the main flow in the fluid A is disturbed, Heat can be diffused into the main stream of the fluid A, and the heat exchange performance can be further improved.

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、前記複数の第2の管を、相互に絡めて螺旋状にねじり合わせた構成としたものである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of second tubes are entangled with each other and twisted in a spiral shape.

かかる構成とすることにより、第2の管の周囲を流れる流体Aは、第2の管の表面のうねり形状に沿って旋回流となり、流体Aの温度混合を加速させるばかりでなく、互いに螺旋状にねじり合わされた第2の管相互の間に生じる止水域に対して、複数の溝が流体Aの流れる隙間を形成する。その結果、第2の管相互の間の温度境界層を乱すことができ、より効率の良い熱交換を実現することができる。   With such a configuration, the fluid A flowing around the second tube becomes a swirling flow along the wavy shape of the surface of the second tube, and not only accelerates the temperature mixing of the fluid A but also spirals with each other. A plurality of grooves form a gap through which the fluid A flows with respect to a water stop region formed between the second pipes twisted together. As a result, the temperature boundary layer between the second tubes can be disturbed, and more efficient heat exchange can be realized.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記第2の管に、該第2の管の温度が比較的低い低温部を定義し、前記溝を、前記第2の管の低温部に設けたものである。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the second pipe defines a low temperature portion in which the temperature of the second pipe is relatively low, and the groove is formed in the second pipe. 2 is provided in the low temperature part of the tube.

かかる構成とすることにより、流体Aがカルシウムの析出が多い水の場合でも、カルシウムが析出し易い高温部に前記溝を設けていないため、カルシウムの付着を極力抑えることができ、これに伴い効率の良い熱交換を実現することができる。   By adopting such a configuration, even when the fluid A is water with a large amount of calcium precipitation, since the groove is not provided in the high temperature portion where calcium is likely to precipitate, the adhesion of calcium can be suppressed as much as possible. Good heat exchange can be realized.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記第2の管における少なくとも前記低温部を除く管径を、前記低温部の管径より大きく設定したものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the tube diameter of the second pipe excluding at least the low temperature part is set larger than the pipe diameter of the low temperature part.

かかることにより、比較的温度の高い範囲における流体Bの圧力損失を抑制し、これに伴う熱交換効率の低下を抑制することができる。   Thus, the pressure loss of the fluid B in a relatively high temperature range can be suppressed, and the accompanying decrease in heat exchange efficiency can be suppressed.

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の管に、前記流体Aの流入口と流出口を設け、前記第2の管に、前記流体Bの流入口と流出口を設け、さらに、前記第1の管を流れる流体Aと、前記第2の管を流れる流体Bの流れが対向する流れとなるように前記第1の管、第2の管における流入口と流出口を定めたものである。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the first pipe is provided with an inlet and an outlet of the fluid A, and the second pipe is provided. The first pipe is provided with an inlet and an outlet for the fluid B, and the fluid A flowing through the first pipe and the flow of the fluid B flowing through the second pipe are opposed to each other. The inflow port and the outflow port in the second pipe are defined.

かかることにより、前記流体Aと流体Bの対向流に伴って流体Aと流体Bの平均的な温度差を大きくすることができ、その結果、熱交換量を大きくすることができる。   Accordingly, the average temperature difference between the fluid A and the fluid B can be increased along with the counter flow of the fluid A and the fluid B, and as a result, the heat exchange amount can be increased.

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を水とし、前記流体Bを二酸化炭素としたものである。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluid A is water and the fluid B is carbon dioxide.

かかることにより、熱交換器を、例えばヒートポンプ式給湯機用として、水と冷媒の間で熱交換を行う熱交換器として用いた場合、前記二酸化炭素は超臨界状態で動作し、フロン系の冷媒に比して密度が高い状態で作動するため、高いヒートポンプ効率を得ることができる。   Thus, when the heat exchanger is used as a heat exchanger for exchanging heat between water and a refrigerant, for example, for a heat pump type hot water heater, the carbon dioxide operates in a supercritical state, and a fluorocarbon refrigerant Since it operates in a state where the density is higher than the above, high heat pump efficiency can be obtained.

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側面図である。図2は、同実施の形態1における熱交換器の一部を切除した斜視図である。図3は、同実施の形態1における熱交換器の管断面構造を示す図2のA−A線による断面図である。図4は、同実施の形態1における内管の構成を示す要部の斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side view of a heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view in which a part of the heat exchanger in Embodiment 1 is cut away. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 showing the tube cross-sectional structure of the heat exchanger in the first embodiment. FIG. 4 is a perspective view of a main part showing the configuration of the inner tube in the first embodiment.

図1から図4において、熱交換器1は二重管式であり、内部を水(本発明の流体A)2が流れる銅製の外管(本発明の第1の管)3と、外管3と同様に銅製であって、外管3内に配設され、内部をCO冷媒(本発明の流体B)4が流れる2本の内管(本発明の第2の管)5を主体に構成されている。内管3の外表面には、所定の深さで該内管3の軸方向に延びる複数の溝6と、同じく軸方向において所定間隔で位置する複数の凹部7が設けられている。 1 to 4, the heat exchanger 1 is of a double tube type, and an outer tube made of copper (first tube of the present invention) 3 through which water (fluid A of the present invention) 2 flows, and an outer tube. 3, which is made of copper as in the case of 3, mainly composed of two inner pipes (second pipe of the present invention) 5 through which the CO 2 refrigerant (fluid B of the present invention) 4 flows. It is configured. The outer surface of the inner tube 3 is provided with a plurality of grooves 6 extending in the axial direction of the inner tube 3 at a predetermined depth, and a plurality of recesses 7 which are also positioned at predetermined intervals in the axial direction.

内管5は、図3に示す如く冷媒管aと冷媒管aの外周に設けられた漏洩検知管bとから構成されている。冷媒管aと漏洩検知管bは冷媒管aを拡管するか、あるいは、漏洩検知管bを縮管することにより密着一体化されているものである。   The inner pipe 5 includes a refrigerant pipe a and a leak detection pipe b provided on the outer periphery of the refrigerant pipe a as shown in FIG. The refrigerant pipe a and the leak detection pipe b are closely integrated by expanding the refrigerant pipe a or contracting the leak detection pipe b.

そして、内管5は、図2に示す如く互いに螺旋状にねじり合わされ、その螺旋の中心が、外管3の軸心とほぼ同軸となるように外管3に内包されている。したがって、外管3内において、内管5との間を水2が流動する。しかもその流れは、内管5の螺旋に沿った旋回流となる。   The inner tube 5 is spirally twisted with each other as shown in FIG. 2 and is contained in the outer tube 3 so that the center of the spiral is substantially coaxial with the axis of the outer tube 3. Therefore, the water 2 flows between the inner pipe 5 and the outer pipe 3. Moreover, the flow becomes a swirl flow along the spiral of the inner tube 5.

さらに、外管3の両端、および内管5の両端には、それぞれ流入口3a、5aと流出口3b、5bが設けられており、内管5のCO冷媒4の流入口5a、流出口5bと、外管3の水2の流入口3a、流出口3bは、各々の流れが対向するように方向付けて設けられている。 Furthermore, inflow ports 3a and 5a and outflow ports 3b and 5b are provided at both ends of the outer tube 3 and the inner tube 5, respectively. The inflow port 5a and the outflow port of the CO 2 refrigerant 4 in the inner tube 5 are provided. 5b, the inlet 2a of the water 2 of the outer tube 3, and the outlet 3b are provided so as to face each other.

また、内管5の外表面に形成された複数の溝6および凹部7は、CO冷媒4の流出口5bから流入口5a側にかけて所定の範囲(所定の長さ)Xに設けられているのみで、その範囲Xを除く表面は、溝6がない状態に形成されている。 A plurality of grooves 6 and recesses 7 formed on the outer surface of the inner tube 5 are provided in a predetermined range (predetermined length) X from the outlet 5b of the CO 2 refrigerant 4 to the inlet 5a side. However, the surface excluding the range X is formed without the groove 6.

具体的な構成の一例として、図4に示す如く、内管5は、二種類の管体を採用し、所定の範囲Xに相当する部分(所定の位置から水2の入口3aにわたる範囲)には表面に多数の溝6と凹部7を具備する管5cを用い、それ以外の部分には、単純にパイプ加工された管5dを用い、両者をロウ付け等の手段によって連結し、その内管5を相互にねじり合わせた構成としている。   As an example of a specific configuration, as shown in FIG. 4, the inner pipe 5 employs two types of pipes, and a part corresponding to a predetermined range X (a range extending from a predetermined position to the inlet 3 a of the water 2). Uses a pipe 5c having a large number of grooves 6 and recesses 7 on the surface, and a pipe 5d that is simply piped to the other parts, and connects them by means such as brazing, and the inner pipe 5 is twisted together.

そして、管5dの内径は、管5cの外径と同等もしくは若干大きく設定され、CO冷媒4の流入口5aまで連続した構成となっている。 The inner diameter of the pipe 5d is set to be equal to or slightly larger than the outer diameter of the pipe 5c, and is continuous to the inlet 5a of the CO 2 refrigerant 4.

ここで、以下の説明において所定の範囲Xを、説明の便宜上「低温部X」と称し、所定の範囲X以外の範囲を「高温部Y」と称して説明する。   Here, in the following description, the predetermined range X will be referred to as “low temperature part X” for convenience of description, and a range other than the predetermined range X will be referred to as “high temperature part Y”.

つまり、外管3内を流れる水2がカルシウムを含む場合、常温あるいは冷却されて低温で流れているとカルシウムの析出が生じ難く、加熱されて高温になると析出し易くなる性質がある。   That is, when the water 2 flowing in the outer tube 3 contains calcium, precipitation of calcium hardly occurs when flowing at room temperature or cooled and at a low temperature, and tends to precipitate when heated to a high temperature.

このことに鑑みて、本実施の形態1の熱交換器1は、高温状態にあるCO冷媒4と常温あるいは低温状態にある水2を熱交換するもので、外管3を流れる水2の温度において、比較的カルシウムの析出が生じ易い温度領域にある範囲、すなわち、CO冷媒4の流入口5a側に近い範囲を高温部Yと定義し、この高温部YからCO冷媒4の流出口5b側に向けての範囲、すなわち比較的カルシウムの析出が生じ難い温度領域を低温部Xと定義したものである。 In view of this, the heat exchanger 1 according to the first embodiment exchanges heat between the CO 2 refrigerant 4 in a high temperature state and the water 2 in a normal temperature or a low temperature state. A range in the temperature range where calcium precipitation is relatively likely to occur, that is, a range close to the inflow port 5a side of the CO 2 refrigerant 4 is defined as the high temperature portion Y, and the flow of the CO 2 refrigerant 4 from the high temperature portion Y is defined. A range toward the outlet 5b side, that is, a temperature region in which calcium precipitation is relatively difficult to occur is defined as a low temperature portion X.

さらに詳述すると、例えば、外管3を流れる水2の出湯温度を約90℃とした場合、内管5を流れるCO冷媒4の温度が約60℃程度の温度となる部分を境に低温部Xと高温部Yを定義したものである。この温度値は、本実施の形態1においては一義的なものであり、実態は熱負荷等によって変動するものである。したがって、熱交換器1の形態、容量等に応じて最適な範囲に定める必要があり、これについては、設計事項として対応することができる。 More specifically, for example, when the temperature of the hot water of the water 2 flowing through the outer pipe 3 is about 90 ° C., the temperature is low at the boundary where the temperature of the CO 2 refrigerant 4 flowing through the inner pipe 5 is about 60 ° C. Part X and high temperature part Y are defined. This temperature value is unambiguous in the first embodiment, and the actual value varies depending on the heat load or the like. Therefore, it is necessary to determine the optimum range according to the form and capacity of the heat exchanger 1, and this can be dealt with as a design matter.

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.

それぞれの流入口3a、5aからCO冷媒4と水2が流入することにより、内管5の内部をヒートポンプの冷媒とするCO冷媒4が流動し、外管3の内部における内管5との間を水2が流れる。これらの流れ方向は、前述の如く流入口3a、5aと流出口3b、5bの方向付けにより、対向して流れ、内管5の壁を介してCO冷媒4と水2が熱交換する。 Each inlet 3a, by CO 2 refrigerant 4 and water 2 flows from 5a, the interior of the inner tube 5 CO 2 refrigerant 4 to flow to the refrigerant of the heat pump, the inner tube 5 inside the outer tube 3 Water 2 flows between them. These flow direction, as described above the inlet 3a, 5a and the outlet 3b, the orientation of 5b, the flow to face, CO 2 refrigerant 4 and water 2 is heat exchange through the wall of the inner tube 5.

したがって、水2は外管3の流出口3bに近くなるにつれてその温度が上昇し、CO冷媒4は、流出口5bに近くなるにつれてその温度が低下する。 Therefore, the temperature of the water 2 increases as it approaches the outlet 3b of the outer tube 3, and the temperature of the CO 2 refrigerant 4 decreases as it approaches the outlet 5b.

上記熱交換作用において、内管5の表面には、該内管5の軸方向において所定間隔をあけて凹部7を設けているため、この凹部7上を流れる水2は、該凹部7を渦状に流れ、内管5の壁面近傍の温度境界層を乱すこととなる。さらに内管5の外表面に設けた複数の溝6により、水2とCO冷媒4との熱交換面積を拡大することができ、より効率の良い熱交換を実現することができる。 In the heat exchange action, since the recesses 7 are provided on the surface of the inner tube 5 at predetermined intervals in the axial direction of the inner tube 5, the water 2 flowing on the recesses 7 causes the recesses 7 to be swirled. And the temperature boundary layer in the vicinity of the wall surface of the inner tube 5 is disturbed. Furthermore, the heat exchange area between the water 2 and the CO 2 refrigerant 4 can be expanded by the plurality of grooves 6 provided on the outer surface of the inner tube 5, and more efficient heat exchange can be realized.

溝6は、互いに螺旋状にねじり合わされた内管5の螺旋角とは逆方向になるように配列することが好ましい。すなわち、内管5のねじり合わせにより、その表面に沿って水2が螺旋状に旋回しながら外管3内を流れ、このとき複数の溝6を乗り越える流れが生じる。この複数の溝6を乗り越える流れによって温度境界層をより乱すことができ、さらに効率のよい熱交換が可能となる。   The grooves 6 are preferably arranged so as to be in a direction opposite to the spiral angle of the inner tube 5 twisted in a spiral manner. That is, by twisting the inner pipe 5, the water 2 flows in the outer pipe 3 while turning spirally along the surface thereof, and at this time, a flow over the plurality of grooves 6 is generated. The temperature boundary layer can be further disturbed by the flow over the plurality of grooves 6, and more efficient heat exchange can be achieved.

また、2本の内管5は互いに螺旋状にねじり合わされているので、内管5の周囲を流れる水2は前述の如く旋回流となり、温度混合を加速させる効果がある。さらに螺旋状にねじり合わされた内管5と内管5の接触部に生じた止水域を、複数の溝6および凹部7による隙間を水2が流れるため、さらに温度境界層を乱すことができ、より効率の良い熱交換を実現することができる。   Further, since the two inner pipes 5 are spirally twisted with each other, the water 2 flowing around the inner pipe 5 becomes a swirling flow as described above, and has the effect of accelerating the temperature mixing. Furthermore, since the water 2 flows through the gap between the plurality of grooves 6 and the recesses 7 in the water stop region generated in the contact portion between the inner tube 5 and the inner tube 5 twisted in a spiral shape, the temperature boundary layer can be further disturbed, More efficient heat exchange can be realized.

さらに、複数の溝6を低温部Xに設け、高温部Yに設けないことで、水2の中に溶けているカルシウム成分の高温部Yでの付着を抑えることができ、このカルシウム成分の付着に伴う流路面積の減少が抑制でき、長期にわたる信頼性を確保することができる。   Furthermore, by providing a plurality of grooves 6 in the low temperature portion X and not in the high temperature portion Y, adhesion of the calcium component dissolved in the water 2 at the high temperature portion Y can be suppressed, and this calcium component adhesion Therefore, the reduction of the flow path area accompanying this can be suppressed, and long-term reliability can be ensured.

また、凹部7を低温部Xに設け、高温部Yには設けない構成とすることで、上述の溝6と同様に、水2の中に溶けているカルシウム成分の高温部への付着を抑えることができ、信頼性が向上する。   Further, by providing the concave portion 7 in the low temperature portion X and not in the high temperature portion Y, the adhesion of the calcium component dissolved in the water 2 to the high temperature portion is suppressed similarly to the groove 6 described above. Can improve reliability.

さらに、内管5における少なくとも低温部Xを除く、所謂高温部Yの管5dの径を、低温部Xの管5cの径より大きく設定しているため、比較的温度の高い範囲におけるCO冷媒4の圧力損失を抑制することができ、これに伴う熱交換効率の低下を抑制することができる。 Furthermore, since the diameter of the pipe 5d of the so-called high temperature part Y excluding at least the low temperature part X in the inner pipe 5 is set larger than the diameter of the pipe 5c of the low temperature part X, the CO 2 refrigerant in a relatively high temperature range. 4 can be suppressed, and the accompanying decrease in heat exchange efficiency can be suppressed.

また、水2とCO冷媒4を対向流としたことにより、水2とCO冷媒4との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1の能力を高めることができる。 In addition, since the water 2 and the CO 2 refrigerant 4 are opposed to each other, the temperature difference between the water 2 and the CO 2 refrigerant 4 can be increased to increase the amount of heat exchange, and the capacity of the heat exchanger 1 is increased. be able to.

このように、本実施の形態1における熱交換器1は、内管5内を流れるCO冷媒4と外管3内を流れる水2の熱交換作用を効果的に行うことができ、これにより熱交換器1の管長を延長させることなく、熱交換性能を高めることができるものである。 As described above, the heat exchanger 1 according to the first embodiment can effectively perform the heat exchange action between the CO 2 refrigerant 4 flowing in the inner pipe 5 and the water 2 flowing in the outer pipe 3. Heat exchange performance can be improved without extending the tube length of the heat exchanger 1.

次に、上記構成を基調とする熱交換器の一部を変更した構成について説明する。   Next, the structure which changed a part of heat exchanger based on the said structure is demonstrated.

図5は、実施の形態1における熱交換器の内管の異なる構成を示す要部の斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view of a main part showing a different configuration of the inner tube of the heat exchanger in the first embodiment.

図5において、図4との相違は、高温部Yに用いる内管5eの表面に、凹部7aと溝6aを設けた点である。   5 is different from FIG. 4 in that a concave portion 7a and a groove 6a are provided on the surface of the inner tube 5e used for the high temperature portion Y.

かかる構成により、内管5eの表面積の増加と、内管5eの表面を流れる水2の撹乱作用が向上し、熱交換器1の熱交換能力を高めることができるものである。   With this configuration, the increase in the surface area of the inner tube 5e and the disturbing action of the water 2 flowing on the surface of the inner tube 5e are improved, and the heat exchange capability of the heat exchanger 1 can be increased.

この高温部Yに設ける内管5eについては、水2に含まれるカルシウムの析出、付着を抑制するために、溝6aについて、数と深さを低温部Xよりも少なく、かつ浅いものとし、また凹部7aについて、相互の配置間隔を低温部Xよりも広く設定する等の配慮を行っている。   For the inner tube 5e provided in the high temperature portion Y, the number and depth of the grooves 6a are less than that of the low temperature portion X and shallower in order to suppress precipitation and adhesion of calcium contained in the water 2, and For the recesses 7a, consideration is given such that the mutual arrangement interval is set wider than that of the low temperature part X.

また、高温部Yについては、溝6a、凹部7aのいずれか一方のみを設ける構成とすることもでき、その形状、数量等については、水2に含まれるカルシウムの析出、付着が抑制できる範囲で設定すればよい。   Moreover, about the high temperature part Y, it can also be set as the structure which provides only any one of the groove | channel 6a and the recessed part 7a, About the shape, quantity, etc., in the range which can suppress precipitation and adhesion of calcium contained in the water 2 You only have to set it.

尚、本発明の実施の形態1では、外管3内に配置する内管5の本数を2本としているが、それ以上の本数とすることもでき、同様の作用効果を期待することができる。   In the first embodiment of the present invention, the number of the inner pipes 5 arranged in the outer pipe 3 is two. However, the number of the inner pipes 5 may be more than that and the same effect can be expected. .

また、本実施の形態1において、凹部7、7aは、内管5を構成する管5c、5eの軸方向に所定間隔毎に配置する構成としたが、その軸方向に加えて周方向に並んで配置する、あるいは千鳥状に配置する構成、さらにはスパイラル状に配置する構成とすることができ、凸部7はどのような配置関係であっても同様の作用効果を期待することができる。   In the first embodiment, the recesses 7 and 7a are arranged at predetermined intervals in the axial direction of the tubes 5c and 5e constituting the inner tube 5, but are arranged in the circumferential direction in addition to the axial direction. Or a staggered arrangement, or a spiral arrangement, and the convex portion 7 can be expected to have the same effect regardless of the arrangement relationship.

さらに、本発明の実施の形態1において、外管3、内管5を銅製としたが、少なくともいずれか一方を真鍮、ステンレス、耐食性を持った鉄、アルミ合金等を材料として構成しても、同様の作用効果が期待できる。   Furthermore, in Embodiment 1 of the present invention, the outer tube 3 and the inner tube 5 are made of copper, but at least one of them may be made of brass, stainless steel, corrosion-resistant iron, aluminum alloy, or the like as a material. Similar effects can be expected.

また、本発明の実施の形態1では、内管5を流れる冷媒をCO冷媒4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できる。 In Embodiment 1 of the present invention, the refrigerant flowing through the inner pipe 5 is the CO 2 refrigerant 4, but it may be a hydrocarbon refrigerant, an HFC refrigerant (such as R410A), or an alternative refrigerant thereof.

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、管長を長くして内管の伝熱面積を増加させることなく、熱交換器の熱交換性能を向上させることができるもので、CO冷媒を用いた超臨界ヒートポンプ式給湯器や、暖房用ブラインを加熱する超臨界ヒートポンプ装置、さらには、家庭用、業務用の空気調和機、あるいはヒートポンプによる乾燥機能を具備した洗濯乾燥機、穀物貯蔵倉庫等のヒートポンプ機器の他に、燃料電池等の熱交換用途にも適用できる。 As described above, the heat exchanger according to the present invention, without increasing the heat transfer area of the inner tube by increasing the tube length, one which can improve heat exchange performance of the heat exchanger, CO 2 refrigerant Supercritical heat pump type water heaters using heat pumps, supercritical heat pump devices for heating heating brine, air conditioners for home use and commercial use, washing dryers equipped with a drying function using heat pumps, grain storage warehouses In addition to heat pump devices such as these, it can also be applied to heat exchange applications such as fuel cells.

本発明の実施の形態1における熱交換器の側面図Side view of heat exchanger in Embodiment 1 of the present invention 同実施の形態1における熱交換器の一部を切除した斜視図The perspective view which excised part of the heat exchanger in Embodiment 1 同実施の形態1における熱交換器の管断面構造を示す図2のA−A線による断面図Sectional drawing by the AA line of FIG. 2 which shows the pipe cross-section of the heat exchanger in Embodiment 1 同実施の形態1における内管の構成を示す要部の斜視図The perspective view of the principal part which shows the structure of the inner tube | pipe in the same Embodiment 1. 同実施の形態1における熱交換器の内管の異なる構成を示す要部の斜視図The perspective view of the principal part which shows the different structure of the inner tube | pipe of the heat exchanger in the same Embodiment 1. 従来例を示す熱交換器の上面図Top view of a conventional heat exchanger 同熱交換器の断面構造を示す図6のB−B線による断面図Sectional drawing by the BB line of FIG. 6 which shows the cross-section of the same heat exchanger

符号の説明Explanation of symbols

1 熱交換器
2 水(流体A)
3 外管(第1の管)
3a 流入口
3b 流出口
4 CO冷媒(流体B)
5 内管(第2の管)
5a 流入口
5b 流出口
5c 管
5d 管
5e 管
6 溝
7 凹部
X 低温部
1 Heat exchanger 2 Water (fluid A)
3 Outer pipe (first pipe)
3a Inlet 3b Outlet 4 CO 2 refrigerant (fluid B)
5 Inner pipe (second pipe)
5a Inlet 5b Outlet 5c Pipe 5d Pipe 5e Pipe 6 Groove 7 Recess X Low-temperature part

Claims (6)

内部を流体Aが流れる第1の管と、内部を流体Bが流れ、かつ前記第1の管内に複数配設された第2の管を具備する熱交換器であって、前記第2の管の外表面に、該第2の管の径方向内側に凹む凹部を少なくとも軸方向に多数設け、さらに前記第2の管の外表面に、該第2の管の軸方向に延びる所定深さの溝を多数設けた熱交換器。   A heat exchanger comprising: a first pipe through which fluid A flows; and a second pipe through which fluid B flows and a plurality of second pipes disposed in the first pipe, wherein the second pipe A plurality of recesses recessed at least in the axial direction on the outer surface of the second tube in the radial direction, and having a predetermined depth extending in the axial direction of the second tube on the outer surface of the second tube. A heat exchanger with many grooves. 前記複数の第2の管を、相互に絡めて螺旋状にねじり合わせた構成とした請求項1に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 1, wherein the plurality of second tubes are entangled with each other and twisted in a spiral shape. 前記第2の管に、該第2の管の温度が比較的低い低温部を定義し、前記溝を、前記第2の管の低温部に設けた請求項1または2に記載の熱交換器。   3. The heat exchanger according to claim 1, wherein a low temperature part in which the temperature of the second pipe is relatively low is defined in the second pipe, and the groove is provided in the low temperature part of the second pipe. . 前記第2の管における少なくとも前記低温部を除く管径を、前記低温部の管径より大きく設定した請求項3に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 3, wherein a pipe diameter excluding at least the low temperature part in the second pipe is set larger than a pipe diameter of the low temperature part. 前記第1の管に、前記流体Aの流入口と流出口を設け、前記第2の管に、前記流体Bの流入口と流出口を設け、さらに、前記第1の管を流れる流体Aと、前記第2の管を流れる流体Bの流れが対向する流れとなるように前記第1の管、第2の管における流入口と流出口を定めた請求項1から4のいずれか一項に記載の熱交換器。   The first pipe is provided with an inlet and an outlet for the fluid A, the second pipe is provided with an inlet and an outlet for the fluid B, and the fluid A flowing through the first pipe The inflow port and the outflow port in the first tube and the second tube are defined so that the flow of the fluid B flowing through the second tube is an opposing flow. The described heat exchanger. 前記流体Aを水とし、前記流体Bを二酸化炭素とした請求項1から5のいずれか一項に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluid A is water and the fluid B is carbon dioxide.
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