CN102650480A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换器。其成本低，能够效率良好地进行热交换。内部热交换器(14)具有如下构造，即将管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部(32a)和凹部(32b)的多叶管(32)沿与外管(31)相同方向配置在圆筒形的该外管(31)内，凸部(32a)顶部的外表面与外管(31)的内表面紧贴，圆筒形的内管(33)的外表面与凹部(32b)顶部的内表面紧贴，通过将内管(33)与连接管(14a、14b)连接，使内管(33)内形成的流路作为内部热交换器(14)的高压侧配管(141)，通过将连接管(14c、14d)与内管(33)和外管(31)之间形成的流路连接，使内管(33)和外管(31)之间形成的流路作为内部热交换器(14)的低压侧配管(142)。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及构成制冷循环、热泵循环等装置的自动售货机的热交换器。

背景技术

在现有技术中，例如在销售罐装饮料、PET瓶装饮料等商品的自动售货机中，包括用于对容纳于商品容纳库中的商品进行冷却或加热以供销售的冷却加热装置，其中，以绝热材料对作为自动售货机主体的主体柜室内进行包围。

冷却加热装置构成为：在机械室内配设压缩机、库外热交换器、膨胀机构、内部热交换器，在商品容纳库内配设蒸发器，并通过致冷剂配管将各设备连接。如此构成的冷却加热装置根据冷却加热的运转模式，使冷却或加热后的空气在商品容纳库内循环以对容纳的罐装饮料、PET瓶装饮料等商品进行冷却或加热。

压缩机对致冷剂进行压缩而通过致冷剂配管使其在各设备内循环，在使用二氧化碳作为致冷剂的情况下，其高压侧约为9MPa，低压侧约为2.5MPa。

库外热交换器为翅片管型热交换器，用于排出冷却运转时剩余的冷凝热。膨胀机构使冷却运转时通过的致冷剂减压而绝热膨胀，例如使用毛细管(capillary)、温度膨胀阀、电子膨胀阀。蒸发器用于以致冷剂蒸发时产生的蒸发热(潜热)对商品容纳库内进行冷却。内部热交换器具有在其内部进行热交换的高温的高压侧配管和低温的低压侧配管。高压侧配管在库外热交换器和膨胀机构之间进行配管连接，低压侧配管在蒸发器和压缩机之间进行配管连接。

这种内部热交换器在现有技术中通过使用套管式热交换器。套管式热交换器为通过在内侧和外侧配设直径不同的两根金属制管材而构成的形式最简单的热交换器，由于其具有制作和保养容易，能够根据需要增减传热面积，高温流体和低温流体能够完全逆流等许多优点，因而现在仍被广泛使用(例如参照专利文献1)。

然而，在这种在内侧和外侧配设两根直径不同的金属制管材的套管式热交换器中，存在的问题是难以提高内管内流通的流体与在其外部流通的流体之间的热交换性能。

因此，为了提高热交换性能，在现有技术中进行了各种各样的研究，例如提出了在圆筒形的外管和内管的间隙插装网状体所得的套管式热交换器，和将内管沿外管的内表面卷成螺旋状以固定内管所得的套管式热交换器的方案(例如参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献：

专利文献1：日本特开昭58-33091号公报

专利文献2：日本特开2008-232449号公报

专利文献3：日本特开2008-25902号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在使用二氧化碳致冷剂作为高压的致冷剂的冷却加热装置的套管式热交换器中，存在作为高压配管的内管的耐压问题，为使高温高压的致冷剂和低温低压的致冷剂在套管的内外流通并进行热交换，需要使内管、外管的厚度变厚，从而存在热交换器大型化、材料成本变高的问题。此外在以使内管在外管内不振动的方式使内管沿着外管的内表面、缠绕成螺旋状(蛇管形)将内管固定所形成的套管式热交换器中，作为供高温的致冷剂流通的高压侧配管的内管与在该内管的外部流通的低温的致冷剂之间的热交换面积变小，不能有效进行热交换，从而成为导致热交换效率变差的重要原因。

本发明是为解决上述那样的课题而提出的，其目的在于以低成本提供一种能够效率良好地进行热交换的热交换器。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的第一方面所述的热交换器，其特征在于具有以下构造，即包括：圆筒形的外管；和沿与上述外管相同的方向配置在上述外管内的多叶管，上述多叶管的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部和凹部，上述凸部顶部的外表面与上述外管的内表面紧贴，上述凹部顶部的内表面与圆筒形的内管的外表面紧贴。

此外，本发明的第二方面所述的热交换器，其特征在于在以上所述的第一方面中，上述内管内形成的流路中流动的第一流体与在上述内管和上述外管之间形成的流路中流动的第二流体进行热交换。

此外，本发明的第三方面所述的热交换器，其特征在于具有以下构造，即包括圆筒形的外管；和沿与上述外管相同的方向配置在上述外管内的多叶管，上述多叶管的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部和凹部，上述凸部顶部的外表面与上述外管的内表面紧贴，上述凹部顶部的内侧面相互紧贴。

此外，本发明的第四方面所述的热交换器，其特征在于在以上所述的第三方面中，在上述多叶管和上述外管之间形成的流路中流动的第一流体与在上述多叶管内形成的流路中流动的第二流体进行热交换。

此外，本发明的第五方面所述的热交换器，其特征在于以上所述的第二或第四方面中，上述第一流体为由构成冷却加热装置的压缩机供给的高温高压的致冷剂，上述第二流体为上述高温高压的致冷剂在蒸发器蒸发而回流到上述压缩机的低温低压的致冷剂。

发明的效果

根据第一方面所述的发明，具有以下构造，即，包括：圆筒形的外管；和沿与上述外管相同的方向配置在上述外管内的多叶管，上述多叶管的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部和凹部，上述凸部顶部的外表面与上述外管的内表面紧贴，上述凹部顶部的内表面与圆筒形的内管的外表面紧贴，由此能够将供高温高压的致冷剂所流通的内管形成为圆筒形，从而能够维持与高压的致冷剂对应的耐压强度。

此外，根据第二方面所述的发明，在上述内管内形成的流路中流动的第一流体与在上述内管和上述外管之间形成的流路中流动的第二流体进行热交换，由此能够将内管始终固定在外管的中央。由此，能够使作为供高温的致冷剂流通的高压侧配管的内管与在内管的外部流通的低温的致冷剂之间的热交换面积扩大，因而能够有效利用热交换面积，而且与多叶管的翅片(散热片)效果相结合能够实现高效率的热交换，能够实现小型化及降低成本。

此外，根据第三方面所述的发明，具有以下构造，即，包括：圆筒形的外管；和沿与上述外管相同的方向配置在上述外管内的多叶管，上述多叶管的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部和凹部，上述凸部顶部的外表面与上述外管的内表面紧贴，上述凹部顶部的内侧面相互紧贴，由此在供高温高压的致冷剂流通的内部热交换器，能够使高压的致冷剂循环至多叶管和外管之间形成的高压侧配管，由于凹部顶部的内侧面相互紧贴，因而能够维持与高压的致冷剂对应的耐压强度。

此外，根据第四方面所述的发明，在上述多叶管和上述外管之间形成的流路中流动的第一流体与在上述多叶管内形成的流路中流动的第二流体进行热交换，由此能够使作为供高温的致冷剂流通的高压侧配管的多叶管外部与在多叶管内部流通的低温的致冷剂之间的热交换面积扩大，因而能够有效利用热交换面积，而且能够实现高效率的热交换，能够实现小型化及降低成本。

此外，根据第五方面所述的发明，上述第一流体为由构成冷却加热装置的压缩机供给的高温高压的致冷剂，上述第二流体为上述高温高压的致冷剂在蒸发器蒸发而回流到上述压缩机的低温低压的致冷剂，由此通过使由压缩机经由库外热交换器供给的高温高压的致冷剂与在蒸发器蒸发而成为低温低压的致冷剂在内部热交换器内逆向流动(逆流)，从而能够效率良好地进行高温的致冷剂和低温的致冷剂之间的热交换。

由此，根据本发明，能够以低成本提供一种可效率良好地进行热交换的热交换器。

附图说明

图1是具备根据本发明实施方式的热交换器的自动售货机的冷却加热装置的致冷剂回路概略图。

图2是包括图1所示的热交换器的自动售货机的冷却加热装置的立体图。

图3是示出本发明实施方式1的热交换器的图，(a)为其立体图，(b)为其管构造的截面图。

图4是示出本发明实施方式2的热交换器的图，(a)为其立体图，(b)为其管构造的截面图。

符号说明

1     冷却加热装置

11    压缩机

14    内部热交换器

141   高压侧配管

142   低压侧配管

19a   蒸发器

19b   蒸发器

19c   蒸发器

31    外管

32    多叶管

32a   凸部

32b   凹部

33    内管

34    多叶管

34a   凸部

34b   凹部

34c   内侧面

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的热交换器的优选实施方式详细地进行说明。另外，本发明并不受此实施方式限定。

图1是具备本发明实施方式的热交换器的自动售货机的冷却加热装置的致冷剂回路概略图，图2是包括图1所示的热交换器的自动售货机的冷却加热装置的立体图。

在销售罐装饮料、PET瓶装饮料等商品的自动售货机中，包括用于对容纳于商品容纳库中的商品进行冷却或加热以供销售的冷却加热装置1，其中，用绝热材料对作为自动售货机主体的主体柜室内进行包围。

在冷却加热装置1中，在未图示的机械室中配设压缩机11；三通阀12；库外热交换器13；内部热交换器14；膨胀机构15；分配器16；致冷剂电磁阀17a、17b、17c；和集合器22。此外，在商品容纳库2a内配设膨胀机构18a、蒸发器19a，在商品容纳库2b内配设膨胀机构18b、蒸发器19b、电热加热器21b，在商品容纳库2c内配设膨胀机构18c、蒸发器19c、加热热交换器20、电热加热器21c，通过用致冷剂配管L将各设备连接来构成冷却加热装置1。

如此构成的冷却加热装置1根据冷却加热的运转模式使冷却或加热后的空气在商品容纳库2a、2b、2c内循环以对容纳的罐装饮料、PET瓶装饮料等商品进行冷却或加热。在此，使用具有非可燃性、安全性、非腐蚀性并且对臭氧层影响小的二氧化碳作为致冷剂。

冷却加热用的压缩机11用于对致冷剂进行压缩并使其在致冷剂回路内循环，冷却运转时在冷凝温度约为40℃、蒸发温度约为-10℃下使用。冷却加热运转时在冷凝温度约为70℃、蒸发温度约为-10℃下使用，高压侧约为9MPa，低压侧约为2.5MPa。

三通阀12通过改变阀位置来切换致冷剂的循环回路，在对商品容纳库2a、2b、2c内进行冷却时，将被压缩机11压缩的致冷剂的循环方向切换至箭头A所示的方向，使其从库外热交换器13经由内部热交换器14的高压侧配管141向蒸发器19a、19b、19c循环。

此外，在对商品容纳库2c内进行加热时，将被压缩机11压缩的高温高压的致冷剂的循环方向切换至箭头C所示的方向，使其加热热交换器20循环。

库外热交换器13为翅片管型热交换器，用于排出冷却运转时剩余的冷凝热，加热运转时兼用作蒸发器。

内部热交换器14具有在其内部进行热交换的高温的高压侧配管141和低温的低压侧配管142。高压侧配管141在库外热交换器13和膨胀机构15之间进行配管连接，低压侧配管142在集合器22和压缩机11之间进行配管连接。

膨胀机构15、18a、18b、18c使冷却运转时通过的致冷剂减压并绝热膨胀，例如使用毛细管、温度膨胀阀、电子膨胀阀。

分配器16用于将致冷剂分配给蒸发器19a、19b、19c。

致冷剂电磁阀17a、17b、17c用于开闭使由压缩机11压缩并供给的致冷剂向蒸发器19a、19b、19c循环的致冷剂回路。

蒸发器19a用于对商品容纳库2a内进行冷却，蒸发器19b用于对商品容纳库2b内进行冷却，蒸发器19c用于对商品容纳库2c内进行冷却。此外，加热热交换器20以由压缩机11供给的高温高压的致冷剂热对商品容纳库2c内进行加热。

电热加热器21b用于对商品容纳库2b内进行加热，电热加热器21c用于对商品容纳库2c内进行加热。

集合器(收集器)22用于集合从蒸发器19a、19b、19c经由内部热交换器14的低压侧配管142回流至压缩机11的致冷剂。

而且，在以冷却加热装置1对商品容纳库2a、2b、2c内进行冷却的运转模式情况下，如下构成致冷剂回路，即致冷剂从压缩机11在三通阀12的箭头A方向上经由库外热交换器13、内部热交换器14的高压侧配管141、膨胀机构15而连接到分配器16。从分配器16一方面经由致冷剂电磁阀17a、膨胀机构18a、蒸发器19a连接到集合器22，此外，从分配器16经由致冷剂电磁阀17b、膨胀机构18b、蒸发器19b连接到集合器22，而且从分配器16经由致冷剂电磁阀17c、膨胀机构18c、蒸发器19c连接到集合器22，并从集合器22经由内部热交换器14的低压侧配管142回流到压缩机11。

在如此构成的致冷剂回路中，当压缩机11运转致冷剂电磁阀17a、17b、17c打开时，被压缩机11压缩后的致冷剂向蒸发器19a、19b、19c循环，由此通过风扇(未图示)使被致冷剂在蒸发器19a、19b、19c蒸发时产生的蒸发热(潜热)冷却的空气循环而对商品容纳库2a、2b、2c内进行冷却，并对商品容纳库2a、2b、2c中容纳的罐装饮料、PET瓶装饮料等商品进行冷却。

另一方面，在对商品容纳库2a、2b进行冷却、对商品容纳库2c进行加热的冷却加热运转模式情况下，如下构成致冷剂回路，即：致冷剂从压缩机11在三通阀12的箭头C方向上经由加热热交换器20、库外热交换器13、内部热交换器14的高压侧配管141、膨胀机构15连接到分配器16。从分配器16一方面经由致冷剂电磁阀17a、膨胀机构18a、蒸发器19a连接到集合器22，此外，从分配器16经由致冷剂电磁阀17b、膨胀机构18b、蒸发器19b连接到集合器22，并且致冷剂从集合器22经由内部热交换器14的低压侧配管142回流到压缩机11。

在如此构成的致冷剂回路中，当压缩机11运转，致冷剂电磁阀17a、17b打开时，被压缩机11压缩后的高温高压的致冷剂在加热热交换器20中循环，由此通过风扇使被达到高温(例如约70℃)的致冷剂的高热加热的空气循环而对商品容纳库2c内进行加热，并对商品容纳库2c中容纳的罐装饮料、PET瓶装饮料等商品进行加热。

此外，通过风扇使被致冷剂在蒸发器19a、19b中蒸发时产生的蒸发热(潜热)冷却的空气循环而对商品容纳库2a、2b内进行冷却，并对商品容纳库2a、2b中容纳的罐装饮料、PET瓶装饮料等商品进行冷却。

(实施方式1)

图3是示出本发明实施方式1的内部热交换器14的图，(a)为其立体图，(b)为其管构造的截面图。

内部热交换器14如图3(b)所示具有如下构造，即在圆筒形的外管31内沿与该外管31相同方向配置多叶管32，其中该多叶管32的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部(山部)32a和凹部(谷部)32b，凸部32a顶部的外表面与外管31的内表面紧贴，圆筒形的内管33的外表面与凹部32b顶部的内表面紧贴，将如此构成的管构造如图3(a)所示形成为螺旋形。

而且，通过将内管33与连接管14a、14b连接，从而使内管33内形成的流路作为内部热交换器14的高压侧配管141，将连接管14a与库外热交换器13连接，将连接管14b与膨胀机构15连接。

此外，通过将连接管14c、14d与内管33和外管31之间形成的流路连接，从而使内管33与外管31之间形成的流路作为内部热交换器14的低压侧配管142，将连接管14c与集合器22连接，将连接管14d与压缩机11连接。

如此，由构成冷却加热装置1的压缩机11经由库外热交换器13供给的高温高压的致冷剂(第一流体)从连接管14a流到内管33内形成的高压侧配管141并从连接管14b循环到膨胀机构15。

此外，从膨胀机构15经由分配器16、经由致冷剂电磁阀17a、17b、17c，膨胀机构18a、18b、18c，蒸发器19a、19b、19c而从集合器22回流到压缩机11的、在蒸发器19a、19b、19c蒸发而变为低温低压的致冷剂(第二流体)从连接管14c流到内管33与外管31之间形成的低压侧配管142并从连接管14d回流到压缩机11。

如以上那样，根据本实施方式1，通过将内部热交换器14构成为具有如下构造，即：在圆筒形的外管31内沿与该外管31相同方向配置多叶管32，其中该多叶管32的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部(山部)32a和凹部(谷部)32b，凸部32a顶部的外表面与外管31的内表面紧贴，圆筒形的内管33的外表面与凹部32b顶部的内表面紧贴，能够将供高温高压的致冷剂流通的内管33形成为圆筒形，从而能够维持与高压的致冷剂对应的耐压强度。

此外，由于多叶管32的凸部32a顶部的外表面与外管31的内表面紧贴，圆筒形的内管33的外表面与凹部32b顶部的内表面紧贴，因而能够将内管33始终固定在外管31的中央。由此，能够使作为供高温的致冷剂流通的高压侧配管的内管33与在内管33外部流通的低温的致冷剂之间的热交换面积扩大，因而能够有效利用热交换面积，而且与多叶管32的翅片效果相结合还能够实现高效率的热交换，能够实现小型化及降低成本。

而且，通过使由压缩机11经由库外热交换器13供给的高温高压的致冷剂与在蒸发器19a、19b、19c蒸发而成为低温低压的致冷剂在内部热交换器14内逆向流动(逆流)，从而能够效率良好地进行高温的致冷剂和低温的致冷剂之间的热交换。

(实施方式2)

接下来参照图4对根据本发明实施方式2的热交换器进行说明。图4是示出内部热交换器14的图，(a)为其立体图，(b)为其管构造的截面图。另外，对与实施方式1相同的结构使用相同附图标记。

在实施方式1中，具有如下构造，即包括圆筒形的外管31，在外管31内沿与该外管31相同方向配置多叶管32，其中该多叶管32的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部32a和凹部32b，多叶管32的凸部32a顶部的外表面与外管31的内表面紧贴，圆筒形的内管33的外表面与凹部32b顶部的内表面紧贴，由此使得在内管33内形成的流路中流动的、由构成冷却加热装置1的压缩机11供给的高温高压的致冷剂(第一流体)，与在内管33和外管31之间形成的流路中流动的、高温高压的致冷剂在蒸发器19a、19b、19c蒸发而回流到压缩机11的低温低压的致冷剂(第二流体)进行热交换。而在实施方式2中，具有如下构造，即包括圆筒形的外管31，在外管31内沿与该外管相同方向配置多叶管34，其中该多叶管34的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部34a和凹部34b，多叶管34的凸部34a顶部的外表面与外管31的内表面紧贴，凹部34b顶部的内侧面34c相互紧贴，由此使得在多叶管34和外管31之间形成的流路中流动的、由构成冷却加热装置1的压缩机11供给的高温高压的致冷剂(第一流体)，与在多叶管34内形成的流路中流动的、高温高压的致冷剂在蒸发器19a、19b、19c蒸发而回流到压缩机11的低温低压的致冷剂(第二流体)进行热交换。

而且通过将连接管14c、14d连接到多叶管34和外管31之间形成的流路，从而使多叶管34和外管31之间形成的流路作为内部热交换器14的高压侧配管141，将连接管14d连接到库外热交换器13，将连接管14c连接到膨胀机构15。

此外，通过将多叶管34与连接管14a、14b连接，从而使多叶管34内形成的流路作为内部热交换器14的低压侧配管142，将连接管14b连接到集合器22，将连接管14a连接到压缩机11。

这样的话，由构成冷却加热装置1的压缩机11经由库外热交换器13供给的高温高压的致冷剂(第一流体)从连接管14d流到多叶管34和外管31之间形成的高压侧配管141并从连接管14c循环到膨胀机构15。

此外，从膨胀机构15经由分配器16、经由致冷剂电磁阀17a、17b、17c，膨胀机构18a、18b、18c，蒸发器19a、19b、19c从集合器22回流到压缩机11的，在蒸发器19a、19b、19c蒸发而变为低温低压的致冷剂(第二流体)从连接管14b流到多叶管34内形成的低压侧配管142并从连接管14a回流到压缩机11。

如以上那样，根据本实施方式2，通过将内部热交换器14构成为具有如下构造，即：在圆筒形的外管31内沿与该外管31相同方向配置多叶管34，其中该多叶管34的管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部(山部)34a和凹部(谷部)34b，凸部34a顶部的外表面与外管31的内表面紧贴，凹部34b顶部的内侧面34c相互紧贴，由此即使在供高温高压的致冷剂流通的内部热交换器14，能够使高压的致冷剂循环到多叶管34和外管31之间形成的高压侧配管141，由于凹部34b顶部的内侧面34c相互紧贴，因而也能够使其维持与高压的致冷剂对应的耐压强度。

此外，由于能够使作为供高温的致冷剂流通的高压侧配管的多叶管34外部与在多叶管34的内部流通的低温的致冷剂的热交换面积扩大，因而能够有效利用热交换面积，能够实现高效率的热交换，能够实现小型化及降低成本。

Claims (5)

1.一种热交换器，其特征在于，包括：

圆筒形的外管；和

多叶管，所述多叶管沿与所述外管相同的方向配置在所述外管内，管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部和凹部，所述凸部顶部的外表面与所述外管的内表面紧贴，所述凹部顶部的内表面与圆筒形的内管的外表面紧贴。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：

在所述内管内形成的流路中流动的第一流体，与在所述内管和所述外管之间形成的流路中流动的第二流体进行热交换。

3.一种热交换器，其特征在于，包括：

圆筒形的外管；和

多叶管，所述多叶管沿与所述外管相同的方向配置在所述外管内，管壁在圆周方向交替地形成有多个凸部和凹部，所述凸部顶部的外表面与所述外管的内表面紧贴，所述凹部顶部的内侧面相互紧贴。

4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于：

在所述多叶管和所述外管之间形成的流路中流动的第一流体，与在所述多叶管内形成的流路中流动的第二流体进行热交换。

5.如权利要求2或4所述的热交换器，其特征在于：

所述第一流体为由构成冷却加热装置的压缩机供给的高温高压的致冷剂，所述第二流体为所述高温高压的致冷剂在蒸发器蒸发而回流到所述压缩机的低温低压的致冷剂。

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