專利名稱：雙層管式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種象供熱水裝置或空調(diào)裝置一樣，在水和冷媒之間進(jìn)行熱交換的雙層管式熱交換器，尤其是在高壓側(cè)的壓力為冷媒的臨界壓力以上的熱泵循環(huán)(サイクル)、加熱供熱水或采暖用鹽水的超臨界熱泵式供熱水裝置或超臨界熱泵式空調(diào)裝置所使用的雙層管式熱交換器。
背景技術(shù)：
以往，這種雙層管式熱交換器是將具有凹窩狀凹凸的內(nèi)葉片等促進(jìn)傳熱體插入到內(nèi)管和外管之間，促進(jìn)流體的湍流，由此提高熱交換器的傳熱性能。(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
日本專利公報(bào)特開平9-145285號(hào)(第2-4面，圖4)但是，上述現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)存在的問題是由于除了構(gòu)成雙層管的內(nèi)管和外管之外，還需要內(nèi)葉片等促進(jìn)傳熱材料，所以，材料成本比通常的雙層管高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于解決這樣的以往的問題的，其目的是提供一種并不追加內(nèi)管和外管之外的材料，僅在外管上實(shí)施簡易的加工，就能提高傳熱性能的、價(jià)格更低的高性能的雙層管式熱交換器。
本發(fā)明的第一方面的雙層管式熱交換器，其特征是由內(nèi)管和外管構(gòu)成，通過使上述外管從外側(cè)向內(nèi)側(cè)凹下，在上述外管的內(nèi)側(cè)形成多個(gè)突起部。
本發(fā)明的第二方面，其特征是在第一方面所記載的雙層管式熱交換器中，將多個(gè)上述突起部制成近似圓錐狀、近似圓錐臺(tái)狀、近似球面狀、近似圓柱狀、或近似橢圓柱狀。
本發(fā)明的第三方面，其特征是在第一方面所記載的雙層管式熱交換器中，將多個(gè)上述突起部配置成鋸齒狀。
本發(fā)明的第四方面，其特征是在第一方面所記載的雙層管式熱交換器中，將多個(gè)上述突起部配置成螺旋狀。
本發(fā)明的第五方面，其特征是在第一方面所記載的雙層管式熱交換器中，將上述內(nèi)管內(nèi)作為冷媒的流道，將上述內(nèi)管和外管之間的空間作為水的流道。
本發(fā)明的第六方面，其特征是在第五方面所記載的雙層管式熱交換器中，將上述內(nèi)管制成泄漏檢測管。
本發(fā)明的第七方面，其特征是在第五方面所記載的雙層管式熱交換器中，用二氧化碳?xì)怏w作為冷媒。
本發(fā)明的第八方面，其特征是在第五方面所記載的雙層管式熱交換器中，使冷媒的流動(dòng)方向和水的流動(dòng)方向相反。
本發(fā)明的第九方面，其特征是在第五-八方面的任一方面所記載的雙層管式熱交換器中，與上述水的入口一側(cè)相比，減少配置在出口一側(cè)的多個(gè)上述突起部的數(shù)量。
本發(fā)明的第十方面，其特征是在第五-八方面的任一方面所記載的雙層管式熱交換器中，與上述水的入口一側(cè)相比，使配置在出口一側(cè)的多個(gè)上述突起部的深度較淺。
本發(fā)明的第十一方面，其特征是在第五-八方面的任一方面所記載的雙層管式熱交換器中，在上述水的出口一側(cè)不配置上述突起部。
本發(fā)明的第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器，不追加內(nèi)管和外管之外的材料，僅通過實(shí)施簡易的加工，使外管從外側(cè)向內(nèi)側(cè)凹下、在外管的內(nèi)側(cè)設(shè)置多個(gè)突起部，就能增加在外管的內(nèi)側(cè)流道中流動(dòng)的流體的湍流化程度，促進(jìn)從在內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)的流體向在內(nèi)外管之間流動(dòng)的流體傳熱。而且，例如，由于即使在彎曲部，配置在內(nèi)管的周圍的外管的多個(gè)突起部也能與內(nèi)管的距離保持大致均等，所以，具有能防止傳熱性能降低的作用。
另外，本發(fā)明的第2實(shí)施例是在第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于將多個(gè)突起部制成象是近似圓錐狀、近似圓錐臺(tái)狀、近似球面狀、近似圓柱狀、或近似橢圓柱狀的、朝向內(nèi)管的圓滑的突起形狀，所以，能降低在內(nèi)外管之間流動(dòng)的流體的流動(dòng)阻力，能進(jìn)一步減少由于壓力損失而產(chǎn)生的傳熱性能下降。
另外，本發(fā)明的第3實(shí)施例是在第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，通過將外管的多個(gè)突起部配置成鋸齒狀，阻礙在內(nèi)外管之間的流體流動(dòng)時(shí)直線前進(jìn)，促進(jìn)湍流化，能更進(jìn)一步促進(jìn)傳熱。
另外，本發(fā)明的第4實(shí)施例是在第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于將突起部配置成螺旋狀，所以，在內(nèi)外管之間的流體變成螺旋狀流動(dòng)，增加了流體的流速同時(shí)促進(jìn)湍流化，能更進(jìn)一步促進(jìn)傳熱。
另外，本發(fā)明的第5實(shí)施例是在第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，通過將與冷媒相比、由于流體的湍流化程度的增加熱傳遞性能提高的效果大的水的流道作為配置多個(gè)突起部的內(nèi)外管之間的流道，將內(nèi)管內(nèi)作為冷媒的流道，所以，能更加有效地促進(jìn)傳熱。
另外，本發(fā)明的第6實(shí)施例是在第5實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于使內(nèi)管為具有泄漏檢測槽的泄漏檢測管，所以，通過冷媒或水向泄漏檢測管泄漏，能在早期發(fā)現(xiàn)內(nèi)管的腐蝕等，能防止冷媒混入到水(飲用水等)中，能確保安全。
另外，本發(fā)明的第7實(shí)施例是在第5實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于使用在超臨界區(qū)域熱傳遞性能好的二氧化碳?xì)怏w作為冷媒，所以，提高了水的加熱效率。
另外，本發(fā)明的第8實(shí)施例是在第5實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于使冷媒和水的流動(dòng)方向相反，所以，能進(jìn)一步提高從冷媒向水傳熱的熱傳遞性能。
另外，本發(fā)明的第9實(shí)施例是在從第5至第8實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于與水的入口一側(cè)相比，減少了配置在出口一側(cè)的多個(gè)突起部的數(shù)量，擴(kuò)大了更高溫度的水流動(dòng)的、靠近水出口一側(cè)的內(nèi)外管之間的空間，所以，能防止被從高溫的水中析出的碳酸鈣等水銹堵塞水流道。
另外，本發(fā)明的第10實(shí)施例是在從第5至第8實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于與水的入口一側(cè)相比，使配置在出口一側(cè)的多個(gè)突起部的深度較淺，擴(kuò)大了更高溫度的水流動(dòng)的、靠近水出口一側(cè)的內(nèi)外管之間的空間，所以，能防止被從高溫的水中析出的碳酸鈣等水銹堵塞水流道。
另外，本發(fā)明的第11實(shí)施例是在從第5至第8實(shí)施例的雙層管式熱交換器的基礎(chǔ)上，由于并不在水的出口一側(cè)配置突起部，擴(kuò)大了更高溫度的水流動(dòng)的、靠近水出口一側(cè)的內(nèi)外管之間的空間，所以，能防止被從高溫的水中析出的碳酸鈣等水銹堵塞水流道。


圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的剖視圖。
圖2是本發(fā)明的第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的雙層管式熱交換器的剖視圖。
圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的雙層管式熱交換器的主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明的另一其它實(shí)施例的雙層管式熱交換器的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的另一其它實(shí)施例的雙層管式熱交換器的主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是本發(fā)明的第2實(shí)施例的雙層管式熱交換器的主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本發(fā)明的第3實(shí)施例的雙層管式熱交換器的主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是沿圖8中的雙層管式熱交換器的A-A′線剖切的剖視圖。
圖10是沿圖8中的雙層管式熱交換器的B-B′線剖切的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1、圖2所示是本發(fā)明的第1實(shí)施例的雙層管式熱交換器的剖視圖以及主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例的雙層管式熱交換器，例如，是在將二氧化碳作為冷媒的供熱水裝置上作為供熱水用的水冷媒熱交換器使用的，如圖1、圖2所示，通過將內(nèi)管1同心狀地插入到外管2內(nèi)構(gòu)成。而且，圖1是圖2中的雙層管式熱交換器的A-A′截面的剖視圖。
在本實(shí)施例，在內(nèi)管1內(nèi)形成有冷媒R流動(dòng)的冷媒流道4，在內(nèi)管1和外管2之間形成有水W流動(dòng)的水流道5，再有，冷媒R和水W的流動(dòng)為反向流。
外管2通過用沖壓加工等加工方法，通過使其從外側(cè)向內(nèi)側(cè)凹下，向內(nèi)管1形成前端細(xì)的近似圓錐狀的多個(gè)突起部3。再有，這些多個(gè)突起部3沿管長方向配置成鋸齒狀。
內(nèi)管1由泄漏檢測管構(gòu)成，該泄漏檢測管在例如用銅管等熱傳導(dǎo)性能好的材料制成的雙層管1a、1b之間形成有沿管長方向連續(xù)的泄漏檢測槽6。
外管2雖然也可以不是熱傳導(dǎo)性能好的材料，但如果考慮到在出入口部與內(nèi)管1的接合性能等問題的話，最好是使用與內(nèi)管1相同的材料。另外，外管2，最好使用對(duì)水的耐腐蝕性能好的、例如銅等材料。
象上述那樣構(gòu)成的雙層管式熱交換器能獲得以下那樣的作用效果。
在內(nèi)管1和外管2之間，由于象圍繞內(nèi)管1一樣，將多個(gè)突起部3配置成鋸齒狀，所以，能阻礙水流向管長方向直線前進(jìn)，形成S形(蛇行)的流線，促進(jìn)水的湍流化，促進(jìn)從在冷媒流道4中流動(dòng)的冷媒向在水流道5中流動(dòng)的水傳熱。另外，由于多個(gè)突起部3象近似圓錐狀一樣，制成圓滑的突起形狀，所以，能降低在水流道5中S狀流動(dòng)的流體的流動(dòng)阻力，能減少由于壓力損失而產(chǎn)生的傳熱性能的降低。
而且，在本實(shí)施例，雖然將內(nèi)管1內(nèi)作為冷媒R的流道、將內(nèi)外管之間作為水W的流道，但反過來也可以考慮將內(nèi)管內(nèi)作為水W的流道、將內(nèi)外管之間作為冷媒R的流道的情況。但是，由于與冷媒相比，水的由于流體的湍流化程度的增加而出現(xiàn)的熱傳遞性能提高的效果更大，所以，使水在配設(shè)有多個(gè)突起部3的內(nèi)外管之間的流道中流動(dòng)，能更加有效地促進(jìn)傳熱。
另外，由于這種雙層管式熱交換器很緊湊，所以，在將內(nèi)管1插入到外管2內(nèi)的狀態(tài)下，使其彎曲，有時(shí)能將其卷曲加工成盤管狀。在這種場合，配置在內(nèi)管1的周圍的多個(gè)突起部3，即使在彎曲部，也能使內(nèi)管1和外管2保持同心，能防止由于內(nèi)管1和外管2的距離極其接近或者分離引起的傳熱性能降低。
再有，還由于內(nèi)管1采用了具有泄漏檢測槽6的泄漏檢測管，所以，通過冷媒R或水W向泄漏檢測管泄漏，能在早期發(fā)現(xiàn)內(nèi)管1的腐蝕等，能防止冷媒混入到水(飲用水等)中，能確保安全。
那么，第1實(shí)施例的多個(gè)突起部3，如圖3、圖4所示，也可以制成向內(nèi)管前端稍稍變細(xì)的近似圓錐臺(tái)(或橢圓錐臺(tái))的形狀，另外，如圖5、圖6所示，也可以制成圓柱(或橢圓柱)的形狀。另外，除此之外，也可以制成整個(gè)突起部具有圓角的近似球面的形狀。
圖7所示是本發(fā)明的第2實(shí)施例的雙層管式熱交換器的主要部位的結(jié)構(gòu)圖。
外管2的多個(gè)突起部3象是卷繞成螺旋狀一樣配置在內(nèi)管1的周圍。因此，在內(nèi)外管之間的流體(水W)形成螺旋狀的液流，促使流體(水W)流速增加或湍流化，能更進(jìn)一步促進(jìn)傳熱。
再有，圖8、圖9、圖10所示是本發(fā)明的第3實(shí)施例的雙層管式熱交換器。
圖9所示是圖8的雙層管式熱交換器的靠近水入口一側(cè)的截面(A-A′)的形狀，圖10所示是圖8的雙層管式熱交換器的靠近水出口一側(cè)的截面(B-B′)的形狀。
在本實(shí)施例，與水的入口一側(cè)相比，減少了配置在出口一側(cè)的單位長度上的多個(gè)突起部3的個(gè)數(shù)。另外，如圖9、圖10所示，與水的入口一側(cè)相比，配置在出口一側(cè)的多個(gè)突起部3的深度較淺。因此，由于能確保在高溫的水流動(dòng)的靠近水出口一側(cè)的內(nèi)外管之間的流道更寬，所以，能防止被從高溫的水析出的碳酸鈣等水銹堵塞水流道。而且，通過在內(nèi)管1和外管2的距離本來就小的地方，完全不配置在水出口一側(cè)的多個(gè)突起部3，能防止由水銹等堵塞水流道。
如由上述實(shí)施例所表明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，由內(nèi)管和外管構(gòu)成的雙層管式熱交換器，通過實(shí)施簡易的加工，使外管從外側(cè)向內(nèi)側(cè)凹下，在外管的內(nèi)面設(shè)置多個(gè)突起部，就能增加在外管的內(nèi)側(cè)流道中流動(dòng)的流體的湍流化程度，促進(jìn)從在內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)的流體向在內(nèi)外管之間流動(dòng)的流體傳熱。而且，例如，即使在彎曲部，配置在內(nèi)管周圍的外管的多個(gè)突起部也能使與內(nèi)管的距離保持大致均等，所以能防止傳熱性能降低。因此，除了內(nèi)管和外管之外，不用追加內(nèi)葉片等促進(jìn)傳熱的材料，由于僅通過在外管上實(shí)施簡易的加工就能提高傳熱性能，所以，能提供價(jià)格更低的高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于外管的多個(gè)突起部，象是前端向內(nèi)管變細(xì)的近似圓錐狀、近似圓錐臺(tái)狀、近似球面狀、或者，近似圓柱狀、近似橢圓柱狀等那樣，具有圓滑的突起形狀，所以，能降低在內(nèi)外管之間流動(dòng)的流體的流動(dòng)阻力，能進(jìn)一步減少由于壓力損失而產(chǎn)生的傳熱性能下降，能提供更高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，通過將外管的多個(gè)突起部配置成鋸齒狀，阻礙內(nèi)外管之間的流體在流動(dòng)時(shí)直線前進(jìn)，進(jìn)一步增加湍流化程度，所以，能更進(jìn)一步促進(jìn)傳熱，能提供更高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于象是在內(nèi)管的周圍卷繞成螺旋狀一樣配置外管的多個(gè)突起部，內(nèi)外管之間的流體形成螺旋狀的液流，增加流體的流速，而且促進(jìn)湍流化程度，因此，能更進(jìn)一步促進(jìn)傳熱，能提供更高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于與冷媒相比，水的由于流體的湍流化程度增強(qiáng)而產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)性能提高的效果更大，由于將配置多個(gè)突起部的內(nèi)外管之間的流道作為水的流道，將內(nèi)管內(nèi)作為冷媒的流道，所以，能更有效地促進(jìn)傳熱，能提供更高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于內(nèi)管采用具有泄漏檢測槽的泄漏檢測管，所以，通過冷媒或水向泄漏檢測管泄漏，能在早期發(fā)現(xiàn)內(nèi)管的腐蝕等問題，因此，能防止冷媒混入到水(飲用水等)中，能提供安全性更高的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于使用二氧化碳?xì)怏w作為冷媒，在超臨界溫度，熱傳遞性能變好了，所以，能提高水的加熱效率，能提供更高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于使冷媒和水向相反的方向流通，所以，能進(jìn)一步提高從冷媒向水傳熱的熱傳遞性能，能提供更高性能的雙層管式熱交換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于與水的入口一側(cè)相比，減少了配置在出口一側(cè)的多個(gè)突起部的數(shù)量，深度淺，再有，在靠近出口一側(cè)未配置突起部，所以，能確保溫度更高的水流過的靠近水的出口一側(cè)的內(nèi)外管之間的空間更寬，因此，能防止被容易從高溫的水中析出的碳酸鈣等水銹堵塞水流道，能提供可靠性更高的雙層管式熱交換器。
權(quán)利要求
1.一種雙層管式熱交換器，其特征是由內(nèi)管和外管構(gòu)成，通過使上述外管從外側(cè)向內(nèi)側(cè)凹下，在上述外管的內(nèi)側(cè)形成多個(gè)突起部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的雙層管式熱交換器，其特征是將多個(gè)上述突起部制成近似圓錐狀、近似圓錐臺(tái)狀、近似球面狀、近似圓柱狀、或近似橢圓柱狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的雙層管式熱交換器，其特征是將多個(gè)上述突起部配置成鋸齒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的雙層管式熱交換器，其特征是將多個(gè)上述突起部配置成螺旋狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的雙層管式熱交換器，其特征是將上述內(nèi)管內(nèi)作為冷媒的流道，將上述內(nèi)管和外管之間的空間作為水的流道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的雙層管式熱交換器，其特征是將上述內(nèi)管制成泄漏檢測管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的雙層管式熱交換器，其特征是用二氧化碳?xì)怏w作為冷媒。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的雙層管式熱交換器，其特征是使冷媒的流動(dòng)方向和水的流動(dòng)方向相反。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求8的任意一項(xiàng)的雙層管式熱交換器，其特征是與上述水的入口一側(cè)相比，減少配置在出口一側(cè)的多個(gè)上述突起部的數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求8的任意一項(xiàng)的雙層管式熱交換器，其特征是與上述水的入口一側(cè)相比，使配置在出口一側(cè)的多個(gè)上述突起部的深度較淺。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求8的任意一項(xiàng)的雙層管式熱交換器，其特征是在上述水的出口一側(cè)不配置上述突起部。
全文摘要
一種除了構(gòu)成雙層管的內(nèi)管和外管之外，不追加內(nèi)葉片等促進(jìn)傳熱的材料、價(jià)格更低的高性能的雙層管式熱交換器，其中，由內(nèi)管和外管構(gòu)成的雙層管式熱交換器，將使外管從外側(cè)向內(nèi)側(cè)凹下、前端朝向內(nèi)管變細(xì)的近似圓錐狀、近似圓錐臺(tái)狀、近似球面狀、或近似圓柱、近似橢圓柱狀等多個(gè)突起部，象是卷繞在內(nèi)管上一樣，配置成鋸齒狀或螺旋狀。由此，僅在外管上實(shí)施簡易的沖壓等加工，就能增加在內(nèi)管和外管之間流動(dòng)的流體的湍流化程度，促進(jìn)從在內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)的流體向在內(nèi)外管之間流動(dòng)的流體傳熱。
文檔編號(hào)F28F1/10GK1506647SQ20031012026
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者井上雄二, 岡座典穗, 中谷和生, 川邉義和, 和, 生, 穗 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社