CN102822617B

CN102822617B - 换热器

Info

Publication number: CN102822617B
Application number: CN201180007929.1A
Authority: CN
Inventors: 鹿园直毅; 和气庸人; 生田四郎; 神取勇; 岩元和明
Original assignee: KANDORI INDUSTRY Ltd; University of Tokyo NUC; Waki Factory Inc
Current assignee: KANDORI INDUSTRY Ltd; University of Tokyo NUC; Waki Factory Inc
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: JP5620685B2; JP2011158200A; CN102822617A; WO2011096324A1; US20130032320A1

Abstract

将多个形成有槽36和波状凹凸部33、34的扁平管的换热用管30并排配置，使得较长方向成为铅垂方向，使换热介质从下方的流入口31向上方的流出口32流动。通过在壳体40设置引导壁43、44，使排气从上方的流入口41向下方的流出口42流动，使排气在流路46a~46d和多个换热用管30的间隙中蜿蜒。排气与换热介质作为整体成为对流，通过波状凹凸部33、34而在排气中产生二次流，因此换热效率提高，配置成较长方向成为铅垂方向并且形成槽36和波状凹凸部33、34，因此可促进冷凝水向下方排出。

Description

换热器

技术领域

本发明涉及换热器，详细而言，涉及通过燃烧后的排气与换热介质的换热来回收排气的热的无翅片的换热器。

背景技术

以往，作为这种换热器，提出了在形成为U形的多个管中流动冷却水，排气从接近多个管的冷却水的出口侧与多个管内的冷却水大体正交地流动，以回收排气的热的换热器（例如，参照非专利文献1）。在该换热器中，通过用不锈钢形成多个管等来防止排气所导致的腐蚀，并通过在多个管间插入波纹翅片来谋求换热效率的提高。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：日本機械学会論文集（B編）72卷713号，pp.96-103,2006年

发明内容

在将排气的热回收的潜热回收用的换热器中，当谋求小型化时，会出现因通过排气的换热而生成的冷凝水而导致换热效率下降的情况。换热器的小型化通过使管变得扁平并且缩小管间的间隔而提高与排气的换热的效率来进行，但是，当缩小管间的间隔时冷凝水会留在管间而妨碍排气的流通，会使换热的效率下降。特别是在管间安装有翅片的换热器中，除了翅片效率下降之外，翅片还会妨碍冷凝水的排水，因此换热效率的下降变得显著。

本发明的换热器的主要目的是在回收排气的热的潜热回收用的换热器中实现换热器的小型化且提高换热效率。

本发明的换热器为了实现上述主要目的而采用以下的技术方案。

本发明的换热器，无翅片，通过燃烧后的排气与换热介质的换热回收所述排气的热，其特征在于，具备：

多个换热用管，其通过对酸的耐腐蚀性优良的金属板材形成为扁平管，并排配置，使得较长方向主要成为铅垂方向；和

壳体，其收置所述多个换热用管并且在与所述多个换热用管之间形成用于所述气体流通的流路，

所述多个换热用管，在铅垂下方形成有所述换热介质的流入口并且在铅垂上方形成有所述换热介质的流出口，

所述壳体，在铅垂上方形成有所述排气的流入口并且在铅垂下方形成有所述排气的流出口，

所述多个换热用管和/或所述壳体形成有蜿蜒引导部，使得所述排气从铅垂上方向下方蜿蜒地在所述多个换热用管的间隙流动。

在本发明的换热器中，并排配置通过对酸的耐腐蚀性优良的金属板材形成为扁平管的多个换热用管，使得较长方向主要成为铅垂方向，将该配置的多个换热用管收置在壳体内。此时，在壳体与多个换热用管之间形成用于排气流通的流路。在多个换热用管中，在铅垂下方形成换热介质的流入口并且在铅垂上方形成换热介质的流出口，在壳体中，在铅垂上方形成排气的流入口并且在铅垂下方形成排气的流出口。而且，在多个换热用管或壳体中的一方或两方形成蜿蜒引导部，使得排气从铅垂上方向下方蜿蜒地在多个换热用管的间隙流动。这样，并排配置形成为扁平管的多个换热用管，将其收置在壳体内，所以可设为小型的换热器。

在这样构成的本发明的换热器中，换热介质从在多个换热用管的铅垂下方形成的流入口流入而在并排配置的多个换热用管中从铅垂下方流向铅垂上方，并从在多个换热用管的铅垂上方形成的流出口流出。另一方面，排气从在壳体的铅垂上方形成的流入口流入而在壳体与多个换热用管之间形成的流路中流动，并从在壳体的铅垂下方形成的流出口流出。排气，在壳体与多个换热用管之间形成的流路中，通过在多个换热用管或壳体中的一方或两方形成的蜿蜒引导部从铅垂上方向下方蜿蜒地在多个换热用管的间隙流动。因此，换热介质从铅垂下方流向铅垂上方，排气虽因蜿蜒引导部而蜿蜒但作为整体从铅垂上方流向铅垂下方，所以换热介质与排气成为对流，可提高换热效率。虽然因排气的换热会在多个换热用管的扁平面产生冷凝水，但是，由于并排配置多个换热用管，使得较长方向主要成为铅垂方向，所以冷凝水边向铅垂下方汇聚并被排水。其结果，可抑制生成的冷凝水滞留而妨碍排气的流动，可降低排气的压力损失。此外，本发明的换热器构成为无翅片的换热器，所以与在多个换热用管之间安装有翅片的换热器相比可促进冷凝水的排水。其结果，可设为小型且换热效率高的换热器。

在本发明的换热器中，也可设为，所述多个换热用管在扁平面的大体中央形成有铅垂方向的槽。如果这样，则在多个换热用管的扁平面产生的冷凝水会沿槽流向铅垂下方，所以可提高冷凝水的排水性，可设为更小型且换热效率高的换热器。此外，通过形成该槽，可提高多个换热用管的强度。其结果，可使用更薄的金属板材形成多个换热用管。该情况下，也可设为，所述多个换热用管的所述槽在内侧接合固定。如果这样，则可进一步提高多个换热用管的强度。

此外，在本发明的换热器中，也可设为，所述蜿蜒引导部是在所述壳体的内侧形成有引导壁，使得所述排气相对于所述多个换热用管在大体水平方向上流动。该情况下，所述蜿蜒引导部，除所述引导壁外，是在与所述壳体的引导壁匹配的位置在该引导壁的方向在所述多个换热用管的扁平面上形成的肋。如果这样，则可更可靠地使排气蜿蜒地向多个换热用管的间隙流动，可提高换热的效率。

再有，在本发明的换热器中，也可设为，所述蜿蜒引导部是在所述多个换热用管的扁平面上在大体水平方向上以成为多阶的方式形成的多个肋，所述壳体形成为，外壁的内侧在所述多个换热用管的形成有多个肋的位置处的两侧面中从最上阶向下阶交替地与一个侧面和另一侧面抵接并且不抵接于同一阶的两侧面中与所述抵接的侧面不同的侧面。如果这样，通过在多个换热用管的扁平面形成的多个肋和壳体，可不在壳体的内侧形成引导壁地使排气边蜿蜒边向多个换热用管的间隙流动，可提高换热效率。

或者，在本发明的换热器中，也可设为，所述多个换热用管，在扁平面上遍及大体一个面地形成有多个由相对于所述排气的主流方向以10度~80度范围内的角度折弯、连续的凹部和凸部构成的波状凹凸部。排气，在多个换热用管的间隙中流动时，因在多个换热用管的扁平面形成的多个波状凹凸部而伴随二次流地流动。其结果，换热效率提高。此外，冷凝水通过排气流及表面张力的效应而导向波状凹凸部的凹部，所以波状凹凸部的凹部起到冷凝水的排水流路的功能。即，通过在多个换热用管的扁平面形成多个波状凹凸部，可提高冷凝水的排水性。

在该多个换热用管的扁平面形成了多个波状凹凸部的方式的本发明的换热器中，也可设为，所述多个换热用管形成为，位于扁平面的铅垂上方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度比位于扁平面的铅垂下方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度小。通过缩小位于多个换热用管的扁平面的铅垂上方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度，可促进排气的二次流以提高排气与换热介质的换热效率，通过增大位于多个换热用管的扁平面的铅垂下方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度，可缩小波状凹凸部的凹部相对于铅垂方向的角度以使冷凝水易于流向铅垂下方。该情况下，所述多个换热用管形成为，位于扁平面的铅垂上方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度为10度~45度的范围内，并且位于扁平面的铅垂下方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度为45度~80度的范围内。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施例的换热器20的结构的概况的结构图。

图2是从侧面表示实施例的换热器20所使用的多个换热用管30的外观的侧视图。

图3是将换热用管30的一部分放大表示的放大说明图。

图4是示意地表示实施例的换热器20中的排气流的说明图。

图5是表示变形例的换热器20B的结构的概况的结构图。

图6是表示变形例的换热器20C的结构的概况的结构图。

图7是表示变形例的换热器20D的结构的概况的结构图。

图8是表示变形例的换热器20E的结构的概况的结构图。

图9是表示变形例的换热用管30F的结构的概况的结构图。

图10是表示变形例的换热器20G的结构的概况的结构图。

具体实施方式

接下来，使用实施例来说明用于实施本发明的方式。

图1是表示作为本发明的一个实施例的换热器20的结构的概况的结构图，图2是从侧面表示实施例的换热器20所使用的多个换热用管30的外观的侧视图，图3是将换热用管30的一部分放大表示的放大说明图。实施例的换热器20构成为，通过燃烧后的排气与冷却水等换热介质的换热来回收排气的热的无翅片的换热器，如图所示，具备：并排配置的多个（例如22个等）换热用管30，使得较长方向成为铅垂方向；和收置该多个换热管30的壳体40。

各换热用管30，通过由对酸的耐腐蚀性优良的金属材料（例如不锈钢等）制成的厚度为0.3mm的板材，形成为高度（长度）为150mm、宽度为30mm、内侧的换热介质的流路的厚度为2.4mm（整体的厚度包括板厚为3.0mm）的整体大体为矩形形状的扁平管，以与相邻的换热用管30的间隙为1.6mm的方式并排配置，使得较长方向成为铅垂方向。在各换热用管30的铅垂下方的下端附近形成有换热介质的流入口31，各换热用管30的各流入口31通过连通管31a而连通。此外，在各换热用管30的铅垂上方的上端附近形成有换热介质的流出口32，各换热用管30的各流出口32通过连通管32a而连通。因此，换热介质从位于各换热用管30的铅垂下方的各流入口31流入，在各换热用管30中向铅垂上方流动，并从位于各换热用管30的铅垂上方的各流出口32流出。

在各换热用管30的扁平面的中央，如图1及图3所示，形成有铅垂方向的深度是1.2mm且宽度是1.6mm的向内侧呈凸状的槽36。槽36在换热用管30的两扁平面上形成，因此两扁平面的槽36在管的内侧抵接。在实施例中，在该管的内侧抵接的两扁平面的槽36通过软钎焊等接合固定。由此，可提高换热用管30的强度。此外，该槽36成为使通过与排气的换热而在换热用管30的表面产生的冷凝水汇聚而导向铅垂下方的部件，因此可提高冷凝水的排水性。

此外，在各换热用管30的扁平面，在整个面形成有由相对于水平以预定角度α折弯而连续的“V”字或“W”字旋转90度而连续的形状的凹部33和凸部34构成的波状凹凸部33、34。该波状凹凸部33、34的相对于水平的角度α为10度~80度的范围，优选为30度~60度的范围，更优选为30度~45度的范围，在实施例中设为30度。在各换热用管30的扁平面形成的波状凹凸部33、34，在排气大体水平地流动时，除排气的主流之外还产生二次流。因此，可提高排气与换热介质的换热效率。此外，波状凹凸部33、34，通过排气流及表面张力的效果将附着的冷凝水向凹部33汇聚，进而向铅垂下方导向，所以可提高冷凝水的排水性。

壳体40与各换热用管30同样地，通过由对酸的耐腐蚀性优良的金属材料（例如不锈钢等）制成的厚度为0.3mm的板材，形成为收置由连通管31a、32a连结的多个换热用管30的大体长方体形状的盒，在与多个换热用管30之间形成排气的流路46a、46b、46c、46d。在壳体40的铅垂上方的图1中左侧形成有排气的流入口41，在壳体40的铅垂下方的图1中右侧形成有排气的流出口42。此外，在壳体40的内侧，安装有划分在与多个换热用管30之间形成的排气的流路46a、46b、46c、46d并且导引排气流的引导壁43、44。因此，排气如图4中空心箭头所示那样，从在壳体40的铅垂上方形成的流入口41流入、蜿蜒通过多个换热用管30的间隙和流路46a、46b、46c、46d，而从在壳体40的铅垂下方形成的流出口42流出。因此，排气与在多个换热用管30中流动的换热介质作为整体成为对流，可提高换热的效率。

根据以上说明了的实施例的换热器20，将形成为扁平管的大体矩形形状的多个换热用管30以具有1.6mm的间隔的方式并排配置，使得较长方向成为铅垂方向，使换热介质从位于铅垂下方的各流入口31流入，在各换热用管30中流向铅垂上方，从位于各换热用管30的铅垂上方的各流出口32流出，另一方面，使排气从在壳体40的铅垂上方形成的流入口41流入，在由壳体40、多个换热用管30和引导壁43、44形成的流路46a、46b、46c、46d与多个换热用管30的间隙中蜿蜒流动，从在壳体40的铅垂下方形成的流出口42流出，从而使排气与在多个换热用管30中流动的换热介质作为整体成为对流，可实现换热的效率的提高。通过并排配置多个换热用管30，使得较长方向成为铅垂方向，可将通过排气的换热在多个换热用管30的扁平面产生的冷凝水向铅垂方向汇聚同时排水。其结果，可抑制生成的冷凝水滞留而妨碍排气流，可降低排气的压力损失。而且，如果实施例的换热器20构成为无翅片的换热器，则与在多个换热用管30之间安装有翅片的换热器相比可促进冷凝水的排水。其结果，可成为体积小且换热效率高的换热器。

此外，根据实施例的换热器20，通过在多个换热用管30的扁平面的中央形成了铅垂方向的槽36，可将通过排气的换热在多个换热用管30的扁平面产生的冷凝水汇聚而导向铅垂下方，可提高冷凝水的排水性，并且可提高多个换热用管30的强度，可用薄板厚的金属材料形成多个换热用管30，可成为更小型的换热器。而且，槽36通过在管的内侧接合固定，可进一步提高换热用管30的强度。

再有，根据实施例的换热器20，在多个换热用管30的扁平面在整个面形成了由相对于排气主要流动方向的水平方向以预定角度α折弯而连续的凹部33和凸部34构成的波状凹凸部33、34，从而可在排气中除了主流外还产生二次流，其结果，可提高排气与换热介质的换热效率。此外，波状凹凸部33、34，通过排气的流动将附着的冷凝水向凹部33汇聚而导向铅垂下方，所以可进一步提高冷凝水的排水性。

在实施例的换热器20中，在多个换热用管30的扁平面的中央形成了槽36并且在扁平面的大体整个面形成了波状凹凸部33、34，但是，也可以如图5的变形例的换热器20B所示，在多个换热用管30B的中央形成槽36，但是，在扁平面不形成波状凹凸部33、34，或者，相反地，也可以如图6的变形例的换热器20C所示，在多个换热用管30C的扁平面的中央不形成槽36，但是，在扁平面形成波状凹凸部33C、34C。该情况下，也可以在多个换热用管30C的扁平面的中央还形成波状凹凸部33C、34C。或者，当然也可以在多个换热用管的扁平面不形成槽36也不形成波状凹凸部33、34。

在实施例的换热器20中，在多个换热用管30的扁平面的中央形成了槽36并且在扁平面的大体整面形成了波状凹凸部33、34，但是，也可以如图7的变形例的换热器20D所示，在多个换热用管30D的扁平面的与引导壁43、44匹配的位置形成向外侧凸的肋37a~37d。如果这样，则能够更可靠地引导排气的蜿蜒流动。该情况下，优选，相邻的肋37a和肋37b、肋37c和肋37d由槽36分离开。这样，在多个换热用管30D的扁平面的与引导壁43、44匹配的位置形成肋的情况下，也可以如图8的变形例的换热器20E所示，仅形成从多个换热用管30E的扁平面的与引导壁43、44相邻的部位到槽36为止的肋37a、37d。

在实施例的换热器20的多个换热用管30中，关于扁平面的波状凹凸部33、34相对于水平的角度α为30度，但是，只要是10度~80度的范围即可，优选的是30度~60度的范围。此外，也可以如图9的变形例的换热用管30F所示，关于位于排气的流入侧的波状凹凸部33Fa、34Fa，相对于水平的角度α小，关于位于排气的流出侧的波状凹凸部33Fb、34Fb，相对于水平的角度β比角度α大。例如，关于角度α，优选为10度~45度，关于角度β，优选为45度~80度。在变形例的换热用管30F中，关于角度α，使用30度，关于角度β，使用60度。这是基于，关于位于排气的流入侧的波状凹凸部33Fa、34Fa，设定角度α以促进排气的二次流而提高换热效率，关于位于排气的流出侧的波状凹凸部33Fb、34Fb，设定角度β以促进冷凝水向下方排出。因此，也可以，以越从排气的流入侧朝向流出侧相对于水平的角度越连续或阶段性地变大的方式，形成波状凹凸部33、34。

在实施例的换热器20中，通过由不锈钢制成的厚度为0.3mm的板材将多个换热用管30，形成为高度（长度）为150mm、宽度为30mm、内侧的换热介质的流路的厚度为2.4mm（整体的厚度包括板厚为3.0mm）的整体为大体矩形形状的扁平管，以与相邻的换热用管30的间隙为1.6mm的方式并排配置，使得较长方向成为铅垂方向，但是，只要是由不锈钢以外的对酸的耐腐蚀性优良的金属材料制成的板材，就可以是任何板材，板材的厚度，只要能够保持强度即可，既可以比0.3mm薄也可以比0.3mm厚。此外，高度和宽度、内侧的换热介质的流路的厚度不限定于150mm、30mm、2.4mm，只要内侧的换热介质的流路的厚度是3mm以下，就可以设为任何高度、宽度、内侧的换热介质的流路的厚度。再有，多个换热用管30的形状也可以不是大体矩形形状的扁平的中空管，例如，也可以是椭圆状的扁平中空管。而且，与相邻的换热用管30的间隙不限定于1.6mm，只要是3mm以下，就可以设为任何间隔。进而，多个换热用管30不需要并排配置使得较长方向正确地成为铅垂方向，只要并排配置使得较长方向具有某一程度的角度地成为铅垂方向即可。

在实施例的换热器20中，通过由不锈钢制成的厚度为0.3mm的板材，将壳体形成为收置多个换热用管30的大体长方体形状的盒，但是，只要是由不锈钢以外的对酸的耐腐蚀性优良的金属材料制成的板材，就可以是任何板材，板材的厚度只要能够保持强度，既可以比0.3mm薄也可以比0.3mm厚。

在实施例的换热器20中，将壳体40形成为收置多个换热用管30的大体长方体形状的盒，在其内侧设置了引导壁43、44而使排气蜿蜒同时在多个换热用管30的间隙和流路46a、46b、46c、46d中流动，但是，也可以如图10的变形例的换热器20G所示，使用形成有肋37a~37d的多个换热用管30D将壳体40G形成为，其外壁的内侧与多个换热用管30D的形成有肋37a的侧面和多个换热用管30D的形成有肋37d的侧面抵接，即外壁的内侧在多个换热用管30D的形成有多个肋37a~37d的位置处的两侧面中从最上阶向下阶交替地与一个侧面（形成有肋37a的位置处的侧面）和另一侧面（形成有肋37d的位置处的侧面）抵接并且不抵接于同一阶的两侧面中与抵接的侧面（形成有肋37a、37d的位置处的侧面）不同的侧面（形成有肋37b、37c的位置处的侧面）。如果这样，则通过在多个换热用管30D的扁平面形成的多个肋37a~37d和壳体40G，可不在壳体40G的内侧形成引导壁地使排气边蜿蜒边向多个换热用管30D的间隙流动，可提高换热效率。

以上，使用实施例关于用于实施本发明的形式进行了说明，但是，本发明丝毫不限定于该实施例，显然在不脱离本发明主旨的范围内，可用各种方式来进行实施。

产业上的应用可能性

本发明可在换热器的制造产业等中应用。

Claims

1.一种换热器，其无翅片，通过燃烧后的排气与换热介质的换热回收所述排气的热，其特征在于，具备：

多个换热用管，其通过对酸的耐腐蚀性优良的金属板材形成为使所述换热介质的流路的厚度为3mm以下的扁平的中空管，以3mm以下的间隔并排配置使得较长方向主要成为铅垂方向；和

所述多个换热用管，在扁平面的大体中央形成有铅垂方向的槽，在内侧由相向的所述槽接合固定，并且通过在铅垂下方形成有所述换热介质的流入口并且在铅垂上方形成有所述换热介质的流出口，使所述换热介质从铅垂下方向铅垂上方流动，而且，在扁平面上遍及大体一个面地形成有多个由使相对于所述排气的主流方向以10度～80度范围内的角度交叉的V字或W字旋转90度而连续的形状的折弯、连续的凹部和凸部构成的波状凹凸部，所述壳体，在铅垂上方形成有所述排气的流入口并且在铅垂下方形成有所述排气的流出口，

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述蜿蜒引导部是在所述壳体的内侧形成的引导壁，使得所述排气相对于所述多个换热用管在大体水平方向流动。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，

所述蜿蜒引导部，除所述引导壁外，是在与所述壳体的引导壁匹配的位置在该引导壁的方向上在所述多个换热用管的扁平面形成的肋。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述蜿蜒引导部是在所述多个换热用管的扁平面在大体水平方向上以成为多阶的方式形成的多个肋，

所述壳体形成为，外壁的内侧在所述多个换热用管的形成有多个肋的位置处的两侧面中从最上阶向下阶交替地与一个侧面和另一侧面抵接并且不抵接于同一阶的两侧面中与所述抵接的侧面不同的侧面。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述多个换热用管形成为，位于扁平面的铅垂上方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度比位于扁平面的铅垂下方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度小。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，

所述多个换热用管形成为，位于扁平面的铅垂上方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度为10度～45度的范围内，并且位于扁平面的铅垂下方的部位处的所述波状凹凸部相对于所述排气的主流方向的角度为45度～80度的范围内。