JP2013068358A - Twisted tube type heat exchanger with different diameter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水と冷媒との間の熱交換を促すための異径捩り管形熱交換器、例えばヒートポンプ式給湯機用の異径捩り管形熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a different diameter twisted tube heat exchanger for promoting heat exchange between water and a refrigerant, for example, a different diameter twisted tube heat exchanger for a heat pump water heater.
水と冷媒との間の熱交換を行う水冷媒熱交換器は、外周に螺旋状溝を有した捩り管を水配管に用い、この水配管の螺旋状溝に沿って冷媒配管を外周側から巻き付け、水配管と冷媒配管とを半田やロウ材等により伝熱接合したものであり、水配管内を流れる水と冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器である。
また、水配管外周の螺旋状溝は水側の乱流を発生させ、その効果により熱交換性能が向上する働きがある。
A water-refrigerant heat exchanger that performs heat exchange between water and a refrigerant uses a torsion pipe having a spiral groove on the outer periphery for the water pipe, and the refrigerant pipe from the outer peripheral side along the spiral groove of the water pipe. It is a heat exchanger in which a water pipe and a refrigerant pipe are wound and heat-transfer joined to each other by solder, brazing material, etc., and performs heat exchange between water flowing in the water pipe and refrigerant flowing in the refrigerant pipe.
Moreover, the spiral groove on the outer periphery of the water pipe generates a turbulent flow on the water side, and the effect thereof improves the heat exchange performance.
ところで、従来の、水配管内を流れる水と冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器においては、使用する水によっては高温部(水配管出口部)においてスケール(例えば、炭酸カルシウム)が付着し堆積し、温水の流通を阻害するといった問題がある。 By the way, in the conventional water-refrigerant heat exchanger that performs heat exchange between the water flowing in the water pipe and the refrigerant flowing in the refrigerant pipe, depending on the water to be used, the scale ( For example, there is a problem that calcium carbonate) adheres and accumulates, and the flow of hot water is obstructed.
そこで、従来では冷媒配管と水配管の流通断面積を十分に確保し、スケールが堆積しても温水の流通を阻害しないようにしている(例えば、特許文献1参照)。
また、水配管を合成樹脂で構成することでスケールが付着しても剥離しやすくし、スケールの堆積を効果的に防止する提案もなされている(例えば、特許文献2参照)。
また、Zrが0.005〜0.02質量%含有された銅合金管を用いることでスケールの堆積を抑制する提案もなされている(例えば、特許文献3参照)。
Therefore, conventionally, a sufficient flow cross-sectional area between the refrigerant pipe and the water pipe is ensured so as not to hinder the flow of hot water even if the scale accumulates (for example, see Patent Document 1).
In addition, a proposal has been made that the water pipe is made of a synthetic resin so that it can be easily peeled off even if the scale adheres, and scale accumulation is effectively prevented (see, for example, Patent Document 2).
Moreover, the proposal which suppresses deposition of a scale by using the copper alloy pipe | tube containing 0.005-0.02 mass% Zr is also made | formed (for example, refer patent document 3).
しかしながら、特許文献1のように、水配管の外径をガスクーラ全長にわたって、または出口側を径の大きい管で形成すると、材料費の高騰や部品点数増加による生産性の低下、及び接合部増加による信頼性低下が懸念される。
However, as in
また、特許文献2や特許文献3のように、合成樹脂製や特殊元素が添加された銅管を水配管に使用する場合には、材料選定や加工方法の選択範囲が非常に狭まるといった問題が生じる。
In addition, as in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高温水によるスケールが付着しても高温水の流通阻害を抑制でき、効率のよい熱交換ができる安価な異径捩り管形熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is an inexpensive different-diameter torsion pipe that can suppress the flow inhibition of high-temperature water even when scales due to high-temperature water adhere and can efficiently exchange heat. An object is to provide a shape heat exchanger.
本発明に係る異径捩り管形熱交換器は、外周に複数条の螺旋状溝を設けた異径の水配管と、前記水配管外周の前記螺旋状溝に沿って巻きつけた複数の冷媒配管と、を備え、前記水配管の出口部は、外周に前記螺旋状溝及び前記複数の冷媒配管を連続して備えるとともに、該出口部の内径を入口部の内径より大きくしたものである。 The different diameter torsion tube heat exchanger according to the present invention includes a water pipe having a different diameter provided with a plurality of spiral grooves on the outer periphery, and a plurality of refrigerants wound along the spiral grooves on the outer periphery of the water pipe. And an outlet part of the water pipe is provided with the spiral groove and the plurality of refrigerant pipes continuously on the outer periphery, and the inner diameter of the outlet part is larger than the inner diameter of the inlet part.
本発明に係る異径捩り管形熱交換器は、水配管の出口部が、外周に螺旋状溝及び複数の冷媒配管を備えるとともに、該出口部の内径を入口部の内径より大きくしたので、高温水によるスケールが付着しても高温水の流通阻害を抑制でき、効率のよい熱交換ができ、かつ部品点数が少なく安価にできるといった効果がある。 In the different diameter torsion tube heat exchanger according to the present invention, the outlet portion of the water pipe has a spiral groove and a plurality of refrigerant pipes on the outer periphery, and the inner diameter of the outlet portion is larger than the inner diameter of the inlet portion. Even if scale due to high-temperature water adheres, there is an effect that it is possible to suppress the flow inhibition of high-temperature water, perform efficient heat exchange, reduce the number of parts, and reduce the cost.
以下、本発明に係る異径捩り管形熱交換器の一実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a different diameter twisted tube heat exchanger according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器の部分断面図である。
この実施の形態に係る異径捩り管形熱交換器1は、外周に複数条(例えば、3条)の螺旋状溝2を設けた水配管3と、水配管3外周の螺旋状溝2に沿って巻きつけた複数の冷媒配管4とを備えている。
さらに、この水配管3は、テーパー部3cを介して接続された径小部3aと径大部3bとを有し、継ぎ目の無い一体管(異径管)で形成されている。複数条の螺旋状溝2は、水配管3のほぼ全長にわたって形成されている。但し、図1ではテーパー部3cにおける螺旋状溝2は省略されている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a different diameter twisted tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
The different diameter torsion
Further, the
各冷媒配管4は、水配管3外周のそれぞれの螺旋状溝2の中に嵌め込まれて巻き付けられており、さらに好ましくは伝熱性向上のために半田又はロウ材(図示せず)により水配管3と接合されている。
Each refrigerant pipe 4 is fitted into and wound around a
そして、本発明の特徴とする点は、図1に示すように、水配管3の出口部は、外周に螺旋状溝2及び複数の冷媒配管4を連続して備えるとともに、その出口部の内径を入口部の内径より大きくした点である。このように構成することで、熱交換性能を向上させることができるとともに、水配管3の出口部にスケールが付着しても温水の流通を阻害されることはない。また、継ぎ目のない一体管で水配管3が構成されているので、部品点数が少なく安価な熱交換器とすることができる。
As shown in FIG. 1, the feature of the present invention is that the outlet part of the
図2に、本発明の実施の形態に係る異径捩り形熱交換器1の全体斜視図を示す。図2に示すように、この異径捩り形熱交換器1は、長円コイル状に巻回して使用されている。
水配管3の入口側(径小側)には、出口冷媒配管7とこれに接続された冷媒合流部8とが設けられ、冷媒合流部8には複数条(本例では3本)の冷媒配管4がそれぞれ接続されている。
また、水配管3の出口側(径大側)には、入口冷媒配管5とこれに接続された冷媒分流部6とが設けられ、冷媒分流部6には複数条(本例では3本)の冷媒配管4がそれぞれ接続されている。
FIG. 2 is an overall perspective view of the different diameter
On the inlet side (smaller diameter side) of the
In addition, an inlet refrigerant pipe 5 and a
水は、図2に矢印で示すように、水配管3の径小側より流入し、径大側より高温の温水となって流出する。
一方、冷媒は、熱交換効率向上のため、水の流れに対して対向流となるように送入される。したがって、冷媒は、水配管3の径大側に設けられた入口冷媒配管5より流入し、冷媒分流部6にて各々の冷媒配管4内を分流して流れる。そして、図示しない冷媒回路の圧縮機により圧縮されて高温となった冷媒ガスが水回路(給湯回路)の水配管3の外周の螺旋状溝2(図2では省略)に巻きつけられた冷媒配管4内を水配管3の径小側に向かって流れることによって、水と冷媒との間で効率よく熱交換が行われる。すなわち、各冷媒配管4は、水配管3の径小部のみならず径大部にも、ほぼ全長にわたって螺旋状溝2に巻きつけられているので、伝熱面積が増大するため、効率のよい熱交換が行われる。また、水配管3内を流れる水は螺旋状溝2のために乱流が発生するため、熱交換が促進される。
各冷媒配管4内を流れた冷媒は水との熱交換によって冷却され、水配管3の径小側の冷媒合流部8にて合流したのち、出口冷媒配管7より流出し、冷媒回路を循環するようになっている。
As shown by arrows in FIG. 2, water flows in from the small diameter side of the
On the other hand, the refrigerant is sent in such a way as to be opposed to the water flow in order to improve heat exchange efficiency. Therefore, the refrigerant flows in from the inlet refrigerant pipe 5 provided on the large diameter side of the
The refrigerant that has flowed through each refrigerant pipe 4 is cooled by heat exchange with water, merges at the
図3は水配管3の製造途中状態を示す図であり、図4は水配管3の製造に使用するマンドレル10を示す図である。
マンドレル10は、図3及び図4に示すように、テーパー部10cを介して径小部10aと径大部10bとを有する異径に形成されている。
水配管3は、芯金としてマンドレル10を用いた捩り加工によって製造される。すなわち、ロウ付けや曲げ加工が容易にできる長さが例えば5m位のリン脱酸銅管(素管)を使用し、この平滑面を有する素管12の一方の端部の外周に複数個(ここでは3個)の打痕(凹み)を所定の円周角度で設けておく。ついで、上記の異径マンドレル10を素管12の内径側に挿入することによって、素管12の一端部を所定の長さにわたって拡径し、径小部3a、テーパー部3c、径大部3bを有する素管12を形成する。その後、異径マンドレル10を挿入したまま、この拡径された素管12の上記3個の打痕をチャックして固定し、素管12の他端を回転することにより、打痕を起点として3条の螺旋状溝2を当該素管12の外周に形成することができる。このように素管12を異径マンドレル10を用いて捩り加工することで、外周に複数条の螺旋状溝2を有し、かつ、一端部を所定の長さで拡径した水配管3を容易に製造することができる。また、冷媒配管4を螺旋状溝2に巻きつけた状態で容易に水配管3をコイル状に曲げることができる。
このような捩り加工による水配管3の製造方法は、素管の外周にツールを押しつけて螺旋状溝を形成する方法に比べて、より簡単に水配管3を製造することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a state in the middle of manufacturing the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
The manufacturing method of the
図5は上記の捩り加工により製造された水配管3の径小側(入口部)の内径Diを示し、図6はその水配管3の径大側(出口部)の内径Doを示す。
水配管3の出口部の内径Doは、入口部の内径Diに対し、1.1倍以上1.25倍以下となるように加工することで、マンドレル10による捩り加工を安定的に実施することができ、かつ、螺旋状溝2の山谷の比率を大幅に変化させることがないので、高温部(水配管3出口部)においても乱流による熱交換効果を期待できる。
FIG. 5 shows the inner diameter Di of the small diameter side (inlet part) of the
By performing processing so that the inner diameter Do of the outlet portion of the
以上のように、異径マンドレル10を用いた捩り加工により、外周に複数条の螺旋状溝2を設けた異径の水配管3を形成することができる。さらに、この水配管3の出口部は、外周に螺旋状溝2及び複数の冷媒配管4を連続して備えるとともに、その出口部の内径を入口部の内径より大きくしたので、水配管3を流れる水と冷媒配管4を流れる冷媒との間で効率よく熱交換を行うことができるとともに、水配管3の出口部にスケールが付着しても温水の流通を阻害されることがない。また、継ぎ目のない一体管で水配管3が構成されているので、部品点数が少なく安価な熱交換器とすることができる。すなわち、新規に内径の大きい管を接続する必要がないので、工程を増やすことなく安価に製造でき、かつ接続箇所が増えることがないので、漏れ不良の心配がなく信頼性の高い給湯用熱交換器を製造できる。
As described above, the
さらに、最も熱交換性能が必要とされる高温部(水配管3出口部)において、螺旋状溝2を連続して製造可能なので、従来の高温部側の径を大きくしない給湯用熱交換器の仕様と比較しても、伝熱接触面積が低下することがないので同等以上の熱交換性能を保持することができる。
Furthermore, since the
1 異径捩り管形熱交換器、2 螺旋状溝、3 水配管、3a 径小部、3b 径大部、3c テーパー部、4 冷媒配管、5 入口冷媒配管、6 冷媒分流部、7 出口冷媒配管、8 冷媒合流部、10 マンドレル、10a 径小部、10b 径大部、10c テーパー部、12 素管。 1 heat pipe with different diameters, 2 spiral groove, 3 water pipe, 3a small diameter part, 3b large diameter part, 3c taper part, 4 refrigerant pipe, 5 inlet refrigerant pipe, 6 refrigerant distribution part, 7 outlet refrigerant Piping, 8 Refrigerant merge part, 10 mandrel, 10a small diameter part, 10b large diameter part, 10c taper part, 12 elementary pipe.
Claims (4)
前記水配管外周の前記螺旋状溝に沿って巻きつけた複数の冷媒配管と、を備え、
前記水配管の出口部は、外周に前記螺旋状溝及び前記複数の冷媒配管を連続して備えるとともに、該出口部の内径を入口部の内径より大きくしたことを特徴とする異径捩り管形熱交換器。 Water pipes with different diameters provided with a plurality of spiral grooves on the outer periphery;
A plurality of refrigerant pipes wound along the spiral groove on the outer circumference of the water pipe,
The outlet portion of the water pipe is continuously provided with the spiral groove and the plurality of refrigerant pipes on the outer periphery, and the inner diameter of the outlet portion is larger than the inner diameter of the inlet portion. Heat exchanger.
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