CN102297614B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种增大扁平管的表面积且提高在外筒内流动的流体的流速，由此实现热交换效率的大幅提高的热交换器。在外壳体(2)的筒状收纳部(3)内收纳扁平管(4)，在所述扁平管(4)的内外分别流动意欲进行热交换的流体，由此进行流体相互间的热交换，将内部形成为流通路(6)的所述扁平管(4)的周壁形成为从在长度方向连续的螺旋状的波形；在长度方向连续的波形；在宽度方向连续的剖面形状的波形；以在宽度方向空余规定间隔、在长度方向并列的方式在外表面突出设置的散热片中选择任一来形成表面积的增大形状(15)，通过在所述外壳体(2)的筒状收纳部(3)的内周面并列的方式设置的多个流体整流槽(5a)形成流体通路(5)。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种用于供给热水等的平板形的热交换器，进一步详细地，涉及一种实现热交换效率大幅的提高的热交换器。

背景技术

用于供给热水等的平板形的热交换器，在扁平且长的外壳体的内部设置间隙而装入扁平的管，利用所述外壳体的内部与扁平的管的外周面之间形成的间隙成为流体通路，在该流体通路从一方的端部朝向另一方的端部流动高温的流体，所述扁平的管内成为流通路，在该流通路从另一方的端部朝向一方的端部流动意欲加热的流体，经由扁平的管进行在内外流动的两流体的热交换，由此，能够加热在扁平的管的流通路中流过的流体(例如，参照专利文献1)。

以往的平板形热交换器，形成为以导热性好的材料形成设置于外壳体的内部的扁平的管，来提高在扁平的管的外侧流体通路流动的流体与扁平的管内的流通路流动的流体的热交换效率的构造。

专利文献1：日本实用新型注册第3133996号公报

另外，已知在经由扁平的管进行流体的热交换的情况下，热交换不仅与扁平的管的导热率有关，还与扁平的管的表面积、在扁平的管的内外流动的流体的流速有关，在以往的表面平滑的扁平的管的使用中，存在热交换效率依旧偏低的问题。

发明内容

由此，本发明的课题在于提供一种能够增大扁平管的表面积，并且加快在扁平管的外侧流动的流体的流速，由此实现热交换效率的大幅提高的热交换器。

为了解决上述课题，在本发明的热交换器中，在形成于外壳体的筒状收纳部的内部收纳扁平管，通过在所述扁平管的内外分别流动意欲进行热交换的流体，进行流体相互间的热交换，该热交换器的特征在于，将所述扁平管的周壁形成为表面积的增大形状，在所述筒状收纳部的内周面设置使流体在扁平管的外侧沿长度方向流动的流体通路，利用并列的多个流体整流槽形成该流体通路。

所述外壳体形成为分成以重叠状态结合的下部外筒与上部外筒的两部分构造，所述收纳扁平管的筒状收纳部，通过分别设置在下部外筒与上部外筒的重叠面的凹槽而形成，所述流体通路通过设置于两凹槽的底面的并列的多个流体整流槽而形成。

此处，例如，所述外壳体形成为分成下部外筒和上部外筒两部分的构造，下部外筒在两端设置有供排用头的安装框，并在内部上表面沿长度方向设置有三条凹槽，下部外筒收纳在所述安装框间的长度，并同样在内部下表面沿长度方向设置有三条浅的凹槽，以在下部外筒与上部外筒的重叠面间的外周附近夹装环状的垫圈的方式组装下部外筒与上部外筒，利用下部外筒的凹槽与上部外筒的凹槽形成扁平管的筒状收纳部，在所述各凹槽的底面，设置沿着该凹槽的长度方向连续的宽度窄的流体整流槽，多个所述流体整流槽沿着凹槽的宽度方向排列成并列状态，通过该流体整流槽形成在扁平管的外侧流动的流体的流体通路。

所述外壳体由使用导管的壳体主体和一对流路形成部件形成，该对流路形成部件具有将筒体分成两部分的构造，并被装入到所述壳体主体内，利用形成于两流路形成部件的对置面间的凹槽形成收纳所述扁平管的筒状收纳部，所述流体通路通过设置于两凹槽的底面的并列的多个流体整流槽而形成。

所述形成于扁平管的周壁的表面积的增大形状是下述情况中的任意一个，即：在长度方向连续的螺旋状的波形；在长度方向连续的波形；在宽度方向连续的剖面形状的波形；以在宽度方向隔开规定间隔且在长度方向并列的方式在外表面突出设置的散热片。

流体的供排用头被水密状地固定于所述收纳扁平管的外壳体的两端，设置于该供排用头的一方流体的供排路与扁平管内的流通路连通，另一方流体的供排路与外壳体的流体通路连通。

所述扁平管使用导热率高的材料形成为刚好收纳在所述筒状收纳部内的扁平的剖面椭圆形的截面形状，具有两端从下部外筒的两端突出的长度，其内部成为流体的流通路，利用该扁平管的周壁在收纳于筒状收纳部内的长度范围的部分形成表面积的增大形状。

当所述形成于扁平管的周壁的表面积的增大形状为在长度方向连续的螺旋状的波形的情况下，以将剖面圆弧的螺纹牙设置为单条或多条的螺旋、或叠加形成为螺纹牙的倾斜反向的两条螺旋的方式进行加工。

另外，当为在长度方向连续的波形时，形成为普通的波纹管的构造，在宽度方向连续的剖面形状的波形，除圆弧的凹部与凸部交替连续的波形之外，还有只有凹部连续的波形、山形的波连续的波形。

根据本发明，由于将扁平管的周壁形成为表面积的增大形状，因此，能够明显地增大扁平管的内外表面积，能够大幅提高相对于扁平管在内外流动的流体的热交换效率。

另外，由于将设置于外壳体的收纳部内面的流体通路以多个并列的流体整流槽而形成，因此，将在扁平管的外侧流动的流体流，通过流体整流槽整流，由此，能够加速流速，在流体通路中流动加热侧流体，由此实现在扁平管内的流通路流动的流体的热交换效率的提高。

进一步，通过扁平管的表面积的增大形状、与形成流体通路的流体整流槽的组合而叠加的效果，能够大幅提高热交换效率。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的热交换器的第1实施方式的分解立体图。

图2中，(a)是表示本发明所涉及的第1实施方式的热交换器的下部外筒的立体图，(b)是该下部外筒的俯视图，(c)是从下部外筒的一方端部观察的侧视图。

图3中，(a)是将表示本发明所涉及的第1实施方式的热交换器的上部外筒的将里侧置于上方而观察的立体图，(b)是同样进行观察的俯视图，(c)是将该里侧置于上方而从一方端部观察的侧视图。

图4中，(a)是表示将下部外筒与上部外筒上下分离的组装前的状态的过程中的放大剖面图，(b)是表示同上的组装状态的过程中的放大剖面图。

图5是表示实施在扁平管的表面积的增大形状，(a)是表示在长度方向上连续的螺旋状的波形的例的俯视图，(b)是沿着扁平管的长度方向的该例的放大剖面图，(c)是表示以叠加螺纹牙的倾斜反向的两条螺旋的方式加工的一例的俯视图，(d)是表示圆弧状的凹凸交替连续的波纹管的例的俯视图，(e)是沿着波纹管的长度方向的该例的放大剖面图。

图6是表示实施在扁平管的表面积的增大形状中，沿着扁平管的宽度方向切断时的剖面形状，(a)是表示圆弧的凹部与凸部交替地形成波形而连续的一例的剖面图，(b)是表示剖面U字形的凹部反复连续的例的剖面图，(c)是表示山形的波连续的例的剖面图，(d)是表示将多个散热片突出设置的例的剖面图。

图7中，(a)是表示本发明所涉及的热交换器的第2实施方式的分解立体图，(b)是该方式的纵剖面图。

图8中，(a)是表示本发明所涉及的热交换器的第3实施方式的立体图，(b)是用于该方式中所使用的流路形成部件的立体图。

标号说明如下：

1：热交换器；2：外壳体；2a：下部外筒；2b：上部外筒；3：筒状收纳部；4：扁平管；5：流体通路；6：流通路；7：供排用头；8：供排用头；9：供排路；10：供排路；11：安装框；12：凹槽；13：凹槽；14：环状的垫圈；15：表面积的增大形状；16：垫圈；17：コ字状安装部；21：壳体主体；22：流路形成部件；23：隔壁；24：筒状室；25：弯折片；26：螺钉；27：增强用的肋条；28：连接部件；29：供给管；30：流出管；31：流出管；32：供给管。

具体实施方式

以下，结合附图示例，对本发明的实施方式进行说明。

图1～图6表示本发明所涉及的热交换器的第1实施方式，热交换器1在扁平且长的外壳体2的内部，以并列状态的配置形成遍及该外壳体2的全长而贯通的三个筒状收纳部3，在各筒状收纳部3内分别收纳扁平管4，在所述筒状收纳部3的内周面，形成有使意欲进行热交换的流体的一方流体沿着扁平管4的长度方向流动的流体通路5，扁平管4的内部成为供另一方流体流动的流通路6。

流体的供排用头7和8水密状地固定于所述外壳体2的两端，设置于该供排用头7和8的一方流体的供排路9，与流体通路5的端部连通，另一方流体的供排路10，与扁平管4内的流通路6在端部连通，热交换器1的整体形成为平板形的形状。

所述外壳体2形成为由使用合成树脂、金属材料而形成的下部外筒2a与上部外筒2b组合而成的两部分的构造，如图2与图4所示，下部外筒2a形成为扁平且长的带板状，在下部外筒2a的两端设置有供排用头7、8的安装框11，在上表面以沿着长度方向平行的方式设置有三条凹槽12。

另外，如图3与图4所示，所述上部外筒2b形成为与下部外筒2a具有同样的宽度、且具有收纳于两端的安装框11间的长度的扁平的带板状，在与下部外筒2a重叠的下表面，在与下部外筒2a的各凹槽12对应的位置，遍及长度方向的全长地设置有凹槽13，通过利用螺钉将所述下部外筒2a与上部外筒2b上下重叠地紧固多个位置，使得下部外筒2a与上部外筒2b以之间夹入沿外周配置的环状的垫圈14的方式组装在一起。

如图4(a)所示，通过利用螺钉将上下对置的所述下部外筒2a与上部外筒2b以上下重叠的方式紧固多个位置，如图4(b)所示，使得下部外筒2a的凹槽12与上部外筒2b的凹槽13上下连通，形成作为剖面扁平的孔的一个筒状收纳部3，彼此间设置有适宜间隔而并列的三个筒状收纳部3被环状的垫圈14包围，确保了对于外部的水密性，该垫圈14沿着下部外筒2a与上部外筒2b的重合面间的外周被装入。

所述凹槽12与凹槽13形成为相对于扁平管4从上下刚好嵌合的剖面形状，以便在该筒状收纳部3的内部收纳扁平管4，在所述筒状收纳部3的内周面形成有用于使一方流体流动的流体通路5。

所述流体通路5由流体整流槽5a形成，如图4(a)、(b)所示，流体整流槽5a遍及下部外筒2a与上部外筒2b的长度方向的全长地设置在凹槽12的底面和凹槽13的底面，该凹槽12设置于下部外筒2a，凹槽13设置于上部外筒2b。

所述流体整流槽5a是比较小的剖面形状偏细的槽，在所述凹槽12以及凹槽13的宽度方向以一定间隔的配置并列设置有多个，各流体整流槽5a间被细的突条5b划分，由此，凹槽12以及凹槽13的底面形成为凹凸面，在扁平管4被收纳在通过凹槽12以及凹槽13形成的筒状收纳部3的状态下，突条5b的顶端抵接或者接近于扁平管4的外表面，所述流体整流槽5a的开放面面向扁平管4的外表面。

如果在通过流体整流槽5a形成于扁平管4的外侧的流体通路5流动一方流体，则一方流体在一边与扁平管4的外表面接触一边沿长度方向流动时，通过流体整流槽5a整流为沿着该流体整流槽5a的长度方向的形状的流体，由此加快流速。

设置于所述凹槽12及凹槽13的底面的流体整流槽5a的深度与宽度以及并列间隔可以任意地设定，例如，该流体整流槽5a的平面的形状，除了沿着下部外筒2a与上部外筒2b的长度方向形成为直线状之外，如图2(b)、图3(b)所示，也可以形成为沿着长度方向弯曲成锯齿状，如果将流体整流槽5a形成为锯齿状，则会增长一方流体相对于扁平管4的外表面的接触流动距离，从而能够提高热交换效率。

所述扁平管4使用导热率高的金属等材料形成为刚好收纳在利用凹槽12与凹槽13形成的筒状收纳部3内的扁平的剖面椭圆形，具有两端从位于下部外筒2a的两端的安装框11突出规定长度的长度，利用该扁平管4的周壁在收纳于筒状收纳部3内的长度范围的部分形成有表面积的增大形状15。

图5与图6表示所述表面积的增大形状15的几个例子，图5(a)与(b)是在长度方向连续的螺旋状的波形的一例，在扁平管4的周壁上将剖面圆弧的螺纹牙设置为单条或者多条的螺旋，图5(c)中，以叠加螺纹牙的倾斜反向的两条螺旋的方式而加工于扁平管4的周壁。

图5(d)与(e)是相对于扁平管4的周壁实施在长度方向连续的波形形状的一例，表示如圆弧状的凹凸交替地连续的一般的波纹管那样的构造。

图6是作为表面积的增大形状15，在将宽度方向的剖面形状设定为扁平的方形的扁平管4的周壁的上下表面，赋予在宽度方向连续的弯曲形状的一例，图6(a)中，圆弧的凹部与凸部形成为交替连续的剖面形状的波形，图6(b)表示剖面U形的凹部重复连续，图6(c)表示山形的波连续。

进一步，图6中(d)表示作为表面积的增大形状15，在形成为扁平方形的剖面的扁平管4的周壁的上下外表面，在宽度方向以一定间隔突出设置多个散热片15a的一例。

这样，在扁平管4的周壁实施的表面积的增大形状15，能够从以图5与图6所示例的任意一个中选择。

如上所述，通过设置为在扁平管4的周壁形成表面积的增大形状15的凹凸的外表面形状，使得包围该扁平管4的外侧的流体通路5的深度沿着一方流体的流动方向产生狭窄部分与宽阔部分，但狭窄部分通过流体整流槽5a确保一方流体的流动。

如图1所示，所述流体的供排用头7、8在コ字状安装部17的外侧，设置有一方流体的供排路9与另一方流体的供排路10，该コ字状安装部17以水密状的方式外嵌固定于在外周嵌装有垫圈16的安装框11，在固定于安装框11的状态下，一方流体的供排路9与外壳体2的流体通路5的端部水密状地连通，另一方流体的供排路10与在外壳体2的筒状收纳部3内装入的扁平管4内的流通路6的端部水密状地连通。

接着，图7表示本发明所涉及的第2实施方式的热交换器。其中，对于与上述的第1实施方式的相同部分，使用相同的标号而省去说明。

该第2实施方式的热交换器1，相对于上述的第1实施方式，在外壳体2省略必要的环状的垫圈14、多个螺钉的使用，是采用通过使用形成为扁平的剖面方形的一根导管的壳体主体21、与装入到该壳体主体21内的一对流路形成部件22的组合而形成的构造。

所述壳体主体21，使用形成为扁平的呈剖面方形的一根导管，在两端部的外表面设置安装框11，以隔壁23将安装框11的内部划分为并列的四个筒状室24，将各筒状室24设定为比扁平管4稍大一些的剖面形状。

所述一对流路形成部件22，具有将在所述筒状室24内刚好收纳的方形的筒体沿着长度方向分为两部分的构造，该流路形成部件22形成为具有与壳体主体21相等长度的带状板状且薄槽形的剖面形状，通过组合一对流路形成部件22，利用在该对置面间形成的凹槽，形成刚好收纳所述扁平管4的筒状收纳部3，在一对流路形成部件22插入到筒状室3内的状态下，利用螺钉26将两端的弯折片25固定于安装框11。

在一对流路形成部件22的凹槽的底面，与第1实施方式相同，在长度方向连续的多个细流体整流槽5a，在流路形成部件22的宽度方向以一定的间隔并列的方式形成。

如上所述，在将一对流路形成部件22固定于外壳体2内的状态下，如果在筒状收纳部3内贯通插入扁平管4，则通过流体整流槽5a在扁平管4的外侧形成流体通路5。

在该第2实施方式中，将一对流路形成部件22以组合的状态装入到壳体主体21的各筒状室24内，并将扁平管4贯通插入到形成在一对流路形成部件22间的筒状收纳部3内，在设置于壳体主体21的两端的安装框11固定流体的供排用头7、8，一方流体的供排路9与外壳体2的流体通路5的端部水密状地连通，另一方流体的供排路10与扁平管4内的流通路6的端部水密状地连通，由此组装扁平的筒状的热交换器1。

接着，图8所示的第3实施方式的热交换器，与第2实施方式相同，是通过壳体主体21与流路形成部件22的组合而形成外壳体2的，特别是，容易实现壳体主体21的基于合成树脂的成形性，并且使壳体主体2形成为更长。

在该第3实施方式中，将与第2实施方式相同的分为两部分的流路形成部件22以组合的状态放置在用于成形形成为方筒状的壳体主体21的模具内，在向所述模具内注入树脂从而成形壳体主体21时，通过在其内部埋入一对组合的流路形成部件22，由此利用嵌入成形得到壳体主体21。

通过上述的嵌入成形，壳体主体21能够利用上下分割的模具制作，由于壳体主体21无需一根导管时的拔模斜度，因此，能够通过合成树脂制作长的壳体主体21，另外，流路形成部件22也可通过采用分为两部分的分割构造而由分割模具制作，设置于该流路形成部件22的多个细流体整流槽5a能够容易地形成直线以外的锯齿形状等的复杂形状。

在第2及第3实施方式中，所述流路形成部件22，在利用合成树脂成形之外，使用金属材料进行切削、冲压加工等也能够容易地制作。

此外，在图8所示的第3实施方式中，在壳体主体21的内部以并列的状态配置两组流路形成部件22，从而嵌入成形，在壳体主体21的两端将安装框11一体地成形，并且，在壳体主体21的外周面以一定间隔的配置设置多个增强用的肋条27，能够通过使用安装框11与连接部件28将壳体主体21的端部相互连接，构成长的热交换器。

该发明的热交换器为上述那样的结构，接着，使用图1～图6所示的第1实施方式的热交换器对热交换的作用进行说明。

如图1所示，组合下部外筒2a与上部外筒2b，从而形成外壳体2，在形成于该外壳体2的筒状收纳部3内收纳扁平管4，相对于在外壳体2的两端固定的流体的供排用头7、8，将加热用流体的供给管29连接于一端侧供排用头7的一方流体的供排路9，加热用流体的流出管30连接于另一端侧供排用头8的一方流体的供排路9。

另外，将被加热流体的流出管31连接于一端侧供排用头7的另一方流体的供排路10，被加热流体的供给管32连接于另一端侧供排用头8的另一方流体的供排路10。

在该状态下，如果从加热用流体的供给管29向形成于外壳体2的筒状收纳部3的内周面的流体通路5内供给加热用流体，并且从被加热流体的供给管32向各扁平管4内的流通路6供给被加热流体，则加热用流体与被加热流体在各扁平管4的内外沿着长度方向朝相反方向流动，经由扁平管4的周壁进行热交换，通过在外侧流体通路5流动的加热用流体的热量，加热在扁平管4的流通路6流动的被加热流体，从流出管31取出热水。

在经由所述扁平管4的周壁进行加热用流体与被加热流体的热交换时，由于扁平管4的周壁的内外表面形成为表面积的增大形状15，因此，通过表面积的增大，加热用流体以及被加热流体的接触面积增大，与接触面积的增大成正比热交换效率提高，有效地加热被加热流体。

另外，在位于扁平管4的外侧的流体通路5流动的加热用流体的流动，通过形成于筒状收纳部3的内周面的细流体整流槽5a，沿着扁平管4的长度方向整流为直线、锯齿状，通过该流体整流槽5a的整流来引导流动方向，由此加热用流体从流体通路5的一端朝向另一端的流速加快，快速地进行流体通路5内的加热用流体的置换，由此，实现热交换效率的提高。

此外，在第2以及第3实施方式的热交换器1中，能够得到与所述第1实施方式的热交换器相同的热交换的作用。

另外，在任一个实施方式的热交换器1中，通过设置于外壳体2的筒状收纳部3设定的扁平管4的使用个数，不止是如图所示的两个乃至四个，只要是一个以上，其数量并不受限定。

Claims (5)

1.一种热交换器，在形成于外壳体的筒状收纳部的内部收纳扁平管，通过在所述扁平管的内外分别流动意欲进行热交换的流体，进行流体相互间的热交换，

该热交换器的特征在于，

将所述扁平管的周壁形成为表面积的增大形状，使所述扁平管的周壁外周面与所述筒状收纳部的内表面接触，在该以内表面接触的所述筒状收纳部的内周面设置使流体在扁平管的外侧沿长度方向流动的流体通路，利用并列的多个流体整流槽形成该流体通路，所述流体整流槽遍及长度方向的全长地形成于所述筒状收纳部的内周面，所述流体整流槽形成为锯齿状。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述外壳体形成为分成以重叠状态结合的下部外筒与上部外筒的两部分构造，所述收纳扁平管的筒状收纳部，通过分别设置在下部外筒与上部外筒的重叠面的凹槽而形成，所述流体通路通过设置于两凹槽的底面的并列的多个流体整流槽而形成。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述外壳体由使用导管的壳体主体和一对流路形成部件形成，该对流路形成部件具有将筒体分成两部分的构造，并被装入到所述壳体主体内，利用形成于两流路形成部件的对置面间的凹槽形成所述收纳扁平管的筒状收纳部，所述流体通路通过设置于两凹槽的底面的并列的多个流体整流槽而形成。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述形成于扁平管的周壁的表面积的增大形状是下述情况中的任意一个，即：在长度方向连续的螺旋状的波形；在长度方向连续的波形；在宽度方向连续的剖面形状的波形；以在宽度方向隔开规定间隔且在长度方向并列的方式在外表面突出设置的散热片。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

流体的供排用头被水密状地固定于所述收纳扁平管的外壳体的两端，设置于该供排用头的一方流体的供排路与扁平管内的流通路连通，另一方流体的供排路与外壳体的流体通路连通。