CN106996708B - 热交换器及热交换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明防止热交换器的大型化并提高传热性能，且防止压力损失变得过大。热交换器具备流路构造体，该流路构造体具有第一基板和第二基板，该第一基板排列有第一流路，该第二基板被相对于该第一基板层叠，排列有第二流路，第一流路具有有效区域，从第一基板与第二基板的层叠方向观察，该有效区域与第二基板的设有第二流路的范围重叠，有效区域具有基准传热流路部和高传热流路部，该基准传热流路部包括高温端，该高传热流路部相当于该有效区域的除基准传热流路部以外的部分并包括低温端，高传热流路部具有弯曲的流路形状，使得该高传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度比基准传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度大。

Description

热交换器及热交换方法
技术领域
本发明涉及热交换器及热交换方法。
背景技术
以往，作为热交换器性能优异的热交换器的一种，已知有层叠型的热交换器。该层叠型的热交换器具有多个基板层叠而成的层叠体，在各基板中分别排列有多个微通道。并且，在该热交换器中，在排列于某基板的微通道中流通的流体和在排列于与该基板相邻的别的基板的微通道中流通的流体之间进行热交换。在下述专利文献1中示出了这样的层叠型的热交换器的一例。
下述专利文献1中公开的层叠型的热交换器具备高温部层和低温部层经由隔壁层叠而成的层叠体，该高温部层排列有使高温流体流通的多个微通道，该低温部层排列有使低温流体流通的多个微通道。该热交换器在流体的分配部具备直线性的流路，另一方面，在传热部使用热传递高且压力下降大的波形流路来实现紧凑化。
专利文献1：日本特开2010-286229号公报。
在前述专利文献1的热交换器中，为了使热交换器紧凑化而使传热性能优先，但是存在由微通道的波形流路的部分引起的压力下降即压力损失变得过大的可能性。
发明内容
本发明的目的是防止热交换器的大型化并提高传热性能，且防止压力损失变得过大。
本发明的热交换器是使多个流体流通并在这些流体彼此之间进行热交换的热交换器，前述热交换器具备流路构造体，前述流路构造体具有第一层和第二层，前述第一层排列有使一流体流通的微通道即第一流路，前述第二层相对于该第一层层叠，排列有使与前述一流体不同的其他流体流通的微通道即第二流路，前述第一流路具有有效区域，从前述第一层与前述第二层的层叠方向观察，前述有效区域与前述第二层的设有前述第二流路的范围重叠，前述有效区域具有基准传热流路部和高传热流路部，前述基准传热流路部包括高温端，前述高温端是该有效区域的一侧的端部，前述高传热流路部相当于该有效区域的除前述基准传热流路部以外的部分并包括低温端，前述低温端是该有效区域的与前述高温端相反的一侧的端部，供与前述高温端相比为低温的前述一流体流通，前述高传热流路部具有弯曲的流路形状，使得前述高传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度比前述基准传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度大。
在该热交换器中，第一流路的有效区域具有高传热流路部，该高传热流路部具有弯曲的流路形状，使得该高传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度比有效区域的基准传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度大。即，高传热流路部与基准传热流路部相比具有更多的弯曲部，或者具有弯曲程度比基准传热流路部大的弯曲部。因此，借助高传热流路部的弯曲部处的流体的混乱，能够提高传热性能。并且，弯曲的流路形状的高传热流路部能够抑制该高传热流路部的两端间的间隔的增大，因此能够防止热交换器的大型化。因此，在该热交换器中，能够防止大型化并提高传热性能。
而且，在该热交换器中，基准传热流路部是包括有效区域的高温端的部分，高传热流路部相当于有效区域的除基准传热流路部以外的部分，是包括有效区域的低温端的部分，因此能够抑制第一流路的有效区域的压力损失的增大幅度。即，流路的压力损失与在该流路中流动的流体的流速成比例，因此供低温且密度比较高的第一流体流动且包括该第一流体的流速变小的低温端的部分成为高传热流路部，有效区域的除此以外的部分且包括高温端的部分成为基准传热流路部，由此即使因弯曲的高传热流路部而压力损失增大，也能够减小压力损失的增大幅度。因此，能够防止第一流路中压力损失变得过大。并且，在有效区域的低温端附近的部分，如前述那样第一流体的密度较高且第一流体的流速较小，因此该部分成为传热性能比较低的部分，但是在该热交换器中，由于高传热流路部包括低温端，所以能够借助高传热流路部提升该低温端附近的部分的比较低的传热性能。因此，能够使第一流路的有效区域整体平衡性良好地形成为传热性能高的状态。
在前述热交换器中，优选的是，前述基准传热流路部为直线流路，前述高传热流路部为蜿蜒流路。
根据该结构，通过基准传热流路部为直线流路，与基准传热流路部具有拐弯的流路形状或弯曲的流路形状的情况相比，能够降低该基准传热流路部中的压力损失。与之相应地，能够抑制有效区域的压力损失的增大。
在该情况下，优选的是，前述高传热流路部以向作为直线的中心线的两侧摆动的方式蜿蜒，沿着前述中心线的方向上的前述高传热流路部的两端间的距离为前述有效区域的两端间的距离的60%以下。
根据该结构，能够将有效区域的压力损失抑制成小于有效区域全部为直线流路的情况下的该有效区域的压力损失的2倍。在热交换器的实用性的方面，在第一流路的有效区域的压力损失成为有效区域全部为直线流路的情况下的该有效区域的压力损失的2倍以上时，难以采用具有那样的有效区域的第一流路，但是在本结构中，如前述那样能够抑制成小于2倍，因此在压力损失的方面，实用性上可得到能够充分采用的第一流路。
而且，在该情况下，优选的是，沿着前述中心线的方向上的前述高传热流路部的两端间的距离为前述有效区域的两端间的距离的10%以上。
根据该结构，可在有效区域中确保，能够充分弥补通常设想的因有效区域内的污垢及/或流体条件而产生的传热性能的下降的传热面积。
并且，在前述基准传热流路部为直线流路且前述高传热流路部为蜿蜒流路的结构中，优选的是，前述高传热流路部以向作为直线的中心线的两侧摆动的方式蜿蜒，沿着前述中心线的方向上的前述高传热流路部的两端间的距离小于前述基准传热流路部的两端间的距离。
根据该结构，能够防止热交换器的大型化，并能够平衡性良好地实现传热性能的提高和压力损失的过度增大的防止。
本发明的热交换方法是，在前述热交换器的前述第一流路中，使一流体从前述基准传热流路部朝向前述高传热流路部流通，并且在前述热交换器的前述第二流路中使作为其他流体的制冷剂流通，由此在前述一流体与前述制冷剂之间进行热交换。
并且，本发明的热交换方法是，在前述热交换器的前述第一流路中，使一流体从前述高传热流路部朝向前述基准传热流路部流通，并且在前述热交换器的前述第二流路中使作为其他流体的制热剂流通，由此在前述一流体与前述制热剂之间进行热交换。
如以上说明的那样，根据本发明，能够防止热交换器的大型化并提高传热性能，且防止压力损失变得过大。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的热交换器的概略性的立体图。
图2是构成图1所示的热交换器的流路构造体的第一基板的俯视图。
图3是构成图1所示的热交换器的流路构造体的第二基板的俯视图。
图4是第一流路的高传热流路部的放大图。
图5是流路构造体的形成有第一流路的第一基板附近的局部性的剖视图。
图6是表示高传热流路部的两端间的距离相对于第一流路的有效区域的两端间的距离的比例与通过模拟实验算出的压力损失的相关关系的图。
图7是表示高传热流路部的两端间的距离相对于第一流路的有效区域的两端间的距离的比例与通过模拟实验算出的传热系数的相关关系的图。
图8是表示高传热流路部的两端间的距离相对于第一流路的有效区域的两端间的距离的比例与通过模拟实验算出的压力损失相对于传热系数的比例的相关关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。
图1中示出了本发明的一实施方式的热交换器1的整体结构。热交换器1使第一流体和第二流体流通并使这些流体彼此进行热交换。热交换器1具备流路构造体2、第一供给头3、第二供给头4、第一排出头5和第二排出头6。
流路构造体2是在内部具有许多第一流路21（参照图2）和许多第二流路22（参照图3）的长方体状的构造体，前述第一流路21是使第一流体流通的微通道，前述第二流路22是使第二流体流通的微通道。流路构造体2具有多个第一基板11和多个第二基板12，该多个第一基板11分别排列有多个第一流路21，该多个第二基板12分别排列有多个第二流路22。第一基板11是本发明中的第一层的一例，第二基板12是本发明中的第二层的一例。
第一基板11及第二基板12是从其厚度方向的一侧观察呈长方形形状的平板，由例如不锈钢板构成。在流路构造体2中，第一基板11和第二基板12交替地层叠并相互接合。由此，在流路构造体2中，排列于第一基板11的多个第一流路21和排列于第二基板12的多个第二流路22在这些基板的层叠方向上交替地排列。流路构造体2具有由与各基板11、12的四边对应的各端面形成的四个侧面。
如图2所示，在各第一基板11的一侧的板面上形成有构成多个第一流路21的多个第一槽23。各第一槽23通过蚀刻来形成，如图5所示具有圆弧状的截面。第一基板11的一侧的板面的各第一槽23的开口被层叠于该板面上的第二基板12封闭，由此形成在该一侧的板面上排列的多个第一流路21。
各第一流路21大体沿第一基板11的长边方向延伸。在本实施方式中，以各第一流路21的后述的基准传热流路部25沿上下方向延伸那样的姿势来配置流路构造体2。即，流路构造体2以各基板11、12的长边方向与上下方向一致那样的姿势配置。
各第一流路21在其一端具有接受第一流体的导入口21a（参照图2），在与导入口21a相反的一侧的端部具有使在该第一流路21中流动的第一流体流出的流出口21b。导入口21a在由各基板11、12的长边方向上的一侧的端面形成的流路构造体2的侧面处开口，流出口21b在与导入口21a开口的侧面相反的一侧的侧面处开口。即，导入口21a在流路构造体2的朝向下侧的侧面处开口，流出口21b在流路构造体2的朝向上侧的侧面处开口。
在本实施方式中，从导入口21a向各第一流路21导入低温的第一流体，随着该被导入的第一流体向流出口21b侧流动，与在第二流路22中流动的高温的第二流体之间进行热交换，由此升温。因此，在本实施方式中，越是各第一流路21的靠近导入口21a的部分，越是低温的第一流体流动，越是各第一流路21的靠近流出口21b的部分，越是比较高温的第一流体流动。
第一流路21具有有效区域24（参照图2），前述有效区域24（参照图2）有助于在该第一流路21中流动的第一流体与在第二流路22中流动的第二流体的热交换。有效区域24是从基板11、12的层叠方向观察、在第一流路21中与第二基板12的设有第二流路22的范围重叠的区域。详细而言，从基板11、12的层叠方向观察，第一流路21的导入口21a附近的些许的区域及流出口21b附近的些许的区域未与第二基板12的设有第二流路22的范围重叠，有效区域24相当于第一流路21的除了这些些许的区域以外的区域。
如图2所示，有效区域24由基准传热流路部25和高传热流路部26构成。
在本实施方式中，基准传热流路部25为直线性地延伸的流路即直线流路，沿第一基板11的长边方向延伸。基准传热流路部25包括有效区域24的一侧的端部即高温端24a。高温端24a是供与在后述的低温端24b流通的第一流体相比为高温的第一流体流通的部分。详细而言，高温端24a是供有效区域24中最高温的第一流体流通的部分。基准传热流路部25相当于有效区域24中从高温端24a朝向导入口21a侧既定的长度的部分。
高传热流路部26相当于有效区域24的除基准传热流路部25以外的部分。高传热流路部26包括有效区域24的与高温端24a相反的一侧的端部即低温端24b。低温端24b是供与在高温端24a流通的第一流体相比为低温的第一流体流通的部分。详细而言，低温端24b是供有效区域24中最低温的第一流体流通的部分。高传热流路部26相当于有效区域24中从低温端24b朝向高温端24a侧既定的长度的部分。
高传热流路部26具有弯曲的流路形状，使得该高传热流路部26的两端间的间隔的每单位距离的流路长度比基准传热流路部25的两端间的间隔的每单位距离的流路长度大。具体而言，高传热流路部26是蜿蜒流路，前述高传热流路部26以将直线的蜿蜒中心线27为中心并向该蜿蜒中心线27的两侧摆动的方式蜿蜒。需要说明的是，蜿蜒中心线27是沿与基准传热流路部25的流路宽度的中心线相同的方向延伸的线。并且，高传热流路部26的两端间的间隔为沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离。并且，高传热流路部26的两端间的间隔的每单位距离的流路长度，相当于通过将高传热流路部26的整个流路长度除以该高传热流路部26的两端间的间隔而得到的值。并且，基准传热流路部25的两端间的间隔相当于该基准传热流路部25的两端间的直线距离。并且，基准传热流路部25的两端间的间隔的每单位距离的流路长度，相当于通过将基准传热流路部25的整个流路长度除以该基准传热流路部25的两端间的间隔而得到的值。
如图4所示，高传热流路部26具有多个第一直线部26a、多个第二直线部26b和多个角部26c。
第一直线部26a是从高传热流路部26的一端侧朝向另一端侧，相对于蜿蜒中心线27从一侧向另一侧倾斜地交叉并直线性地延伸的部分。第二直线部26b是从高传热流路部26的一端侧朝向另一端侧，相对于蜿蜒中心线27从前述另一侧向前述一侧倾斜地交叉并直线性地延伸的部分。该第一直线部26a和第二直线部26b从高传热流路部26的一端侧朝向另一端侧交替地反复配置。
各第一直线部26a的流路宽度的中心线相对于蜿蜒中心线27倾斜角度D。各第二直线部26b的流路宽度的中心线虽然是与第一直线部26a的中心线的倾斜的方向相反的方向，但是相对于蜿蜒中心线27倾斜与第一直线部26a相对于中心线的倾斜角度相同的角度D。各角部26c形成为圆角状，将第一直线部26a和第二直线部26b的相互对应的端部彼此相连。
通过如以上那样构成各第一直线部26a、各第二直线部26b及各角部26c，高传热流路部26形成为以蜿蜒中心线27为中心的Z字形状，整体上沿着蜿蜒中心线27延伸。
在将沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设为LX，将有效区域24的压力损失设为fX，将有效区域24的第一流体的界膜传热系数（境膜伝熱係数）（以下简称为关于有效区域24的传热系数）设为jX的情况下，高传热流路部26的两端间的距离LX、有效区域24的压力损失fX和传热系数jX满足以下的关系式（1）。
（α×fX /jX）＜A×LX …（1）
在前述关系式（1）中，α是由以下的关系式（2）规定的修正系数。
α×f0 /j0=1 …（2）
在该关系式（2）中，f0 是使有效区域24全部为基准传热流路部25那样的直线流路的情况下的该有效区域的压力损失，j0是使有效区域24全部为基准传热流路部25那样的直线流路的情况下的关于该有效区域的传热系数。
并且，在前述关系式（1）中，A是由以下的关系式（3）规定的值。
A=（α×fall/jall）/Lall …（3）
在该关系式（3）中，fall是使有效区域24的全部为高传热流路部26那样的弯曲的流路形状的情况下的该有效区域的压力损失，jall是使有效区域24的全部为高传热流路部26那样的弯曲的流路形状的情况下的关于该有效区域的传热系数。并且，Lall是有效区域24的两端间的距离，相当于低温端24b与高温端24a之间的距离。需要说明的是，有效区域24的两端间的距离具体而言为沿着基准传热流路部25的流路宽度的中心线及高传热流路部26的蜿蜒中心线27的方向上的有效区域24的两端间的距离。
在本实施方式中，沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设定为，有效区域24的两端间的距离的10%以上且有效区域24的两端间的距离的60%以下。并且，优选的是，沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设定为，比基准传热流路部25的两端间的距离小的距离，换言之设定为小于有效区域24的两端间的距离的50%的距离。
并且，如图2所示，各第一流路21具有导入流路部29和流出流路部30。
导入流路部29是第一流路21的导入口21a附近的些许的部分，相当于未与第二基板12的设有第二流路22的范围重叠的部分。即，导入流路部29相当于第一流路21的相对于有效区域24位于导入口21a侧的部分。导入流路部29从导入口21a直线性地延伸并与高传热流路部26相连。向导入口21a供给的第一流体通过该导入流路部29向高传热流路部26流动。
流出流路部30是第一流路21的流出口21b附近的些许的部分，相当于未与第二基板12中设有第二流路22的范围重叠的部分。即，流出流路部30相当于第一流路21的相对于有效区域24位于流出口21b侧的部分。流出流路部30在基准传热流路部25的延长线上，沿与该基准传热流路部25相同的方向直线性地延伸，与流出口21b相连。流过基准传热流路部25后的第一流体通过流出流路部30并从流出口21b流出。
在各第二基板12（参照图3）的一侧的板面上，通过蚀刻形成有构成多个第二流路22的多个第二槽32。在图3中，主要示出了形成于第二基板12的多个第二槽32整体的外形，关于各第二槽32及各第二流路22的图示，除了它们的上游侧的端部附近的部分及下游侧的端部附近的部分以外都省略了图示。第二基板12的一侧的板面中的各第二槽32的开口被层叠于该板面上的第一基板11封闭，由此形成排列于该一侧的板面的多个第二流路22。
在本实施方式中，各第二流路22反复设有在第二基板12的短边方向上从一侧向另一侧直线性地延伸的部分和从该部分折回并从前述另一侧向前述一侧直线性地延伸的部分，作为整体成为较大地蜿蜒的形状。
各第二流路22在其一端具有接受第二流体的导入口22a，在与导入口22a相反的一侧的端部具有使流过该第二流路22的第二流体流出的流出口22b。
导入口22a在由各基板11、12的短边方向的一侧的端面形成的流路构造体2的侧面上开口。在本实施方式中，导入口22a在水平方向上朝向一侧的流路构造体2的侧面上开口，配置于该侧面的上端部附近。即，导入口22a配置于靠第一流路21的流出口21b处。
流出口22b在相对于供导入口22a开口的流路构造体2的侧面相反的一侧的侧面上开口。在本实施方式中，流出口22b配置于供该流出口22b开口的流路构造体2的侧面的下端部附近。即，流出口22b配置于靠第一流路21的导入口21a处。
在本实施方式中，从导入口22a向各第二流路22导入比第一流体高温的第二流体，随着该被导入的第二流体向流出口22b侧流动，与在第一流路21中流动的低温的第一流体进行热交换，由此降温。
第一供给头3（参照图1及图2）向设于流路构造体2内的全部的第一流路21的各导入口21a分配并供给第一流体。第一供给头3安装于流路构造体2的供第一流路21的导入口21a开口的侧面。第一供给头3将在供该第一供给头3安装的流路构造体2的侧面上开口的全部的导入口21a整体覆盖。由此，第一供给头3的内侧的空间与各导入口21a连通。在第一供给头3上连接有省略图示的供给配管，通过该供给配管并向第一供给头3供给的第一流体被从第一供给头3的内侧的空间向各导入口21a分配。
第一排出头5（参照图1及图2）接受从设于流路构造体2内的全部的第一流路21的流出口21b流出的第一流体。第一排出头5安装于流路构造体2的供第一流路21的流出口21b开口的侧面。第一排出头5将在供该第一排出头5安装的流路构造体2的侧面开口的全部的流出口21b整体覆盖。由此，第一排出头5的内侧的空间与各流出口21b连通。在第一排出头5上连接有省略图示的排出配管，从各流出口21b向第一排出头5的内侧的空间流出的第一流体通过该排出配管并被排出。
第二供给头4（参照图1及图3）向设于流路构造体2内的全部的第二流路22的各导入口22a分配并供给第二流体。第二供给头4安装于流路构造体2的供第二流路22的导入口22a开口的侧面，将在该侧面开口的全部的导入口22a整体覆盖。由此，第二供给头4的内侧的空间与各导入口22a连通。在第二供给头4上连接有省略图示的供给配管，被通过该供给配管向第二供给头4供给的第二流体被从第二供给头4的内侧的空间向各导入口22a分配。
第二排出头6（参照图1及图3）接受从设于流路构造体2内的全部的第二流路22的流出口22b流出的第二流体。第二排出头6安装于流路构造体2的供第二流路22的流出口22b开口的侧面，将在该侧面开口的全部的流出口22b整体覆盖。由此，第二排出头6的内侧的空间与各流出口22b连通。在第二排出头6上连接有省略图示的排出配管，从各流出口22b向第二排出头6的内侧的空间流出的第二流体通过该排出配管并被排出。
在本实施方式中，实行使用具有以上那样的结构的热交换器1在第一流体与第二流体之间进行热交换的热交换方法。例如，为了使第一流体升温而实行在该第一流体与比该第一流体高温的第二流体即制热剂（热媒）之间进行热交换的热交换方法。
具体而言，通过使第一流体通过供给配管向第一供给头3供给，从第一供给头3向各第一流路21供给第一流体，由此使第一流体从高传热流路部26朝向基准传热流路部25流通于各第一流路21。另一方面，通过使作为第二流体的制热剂通过供给配管向第二供给头4供给，从第二供给头4向各第二流路22供给制热剂，由此使制热剂流通于各第二流路22。由此，在第一流路21中流通的第一流体与在第二流路22中流通的制热剂之间进行热交换，由此使第一流体升温。
在本实施方式的热交换器1中，第一流路21的有效区域24具有高传热流路部26，该高传热流路部26为弯曲的蜿蜒流路，使得该高传热流路部26的两端间的间隔的每单位距离的流路长度比基准传热流路部25的两端间的间隔的每单位距离的流路长度大。因此，借助高传热流路部26的弯曲部处的流体的混乱（乱れ），能够提高传热性能。
并且，弯曲的流路形状的高传热流路部26能够抑制该高传热流路部26的两端间的间隔的增大，因此在本实施方式中，能够防止热交换器1的大型化。因此，在本实施方式中，能够防止热交换器1的大型化并提高传热性能。
并且，在本实施方式的热交换器1中，基准传热流路部25是包括有效区域24的高温端24a的部分，高传热流路部26相当于有效区域24的除基准传热流路部25以外的部分，是包括有效区域24的低温端24b的部分，因此能够抑制第一流路21的有效区域24的压力损失的增大幅度。即，流路的压力损失与在该流路中流动的流体的流速成比例，因此供低温且密度比较高的第一流体流动且包括该第一流体的流速变小的低温端24b的部分成为高传热流路部26，有效区域24的除此以外的部分且包括高温端24a的部分成为基准传热流路部25，由此即使因弯曲的高传热流路部26而压力损失增大，也能够减小该压力损失的增大幅度。因此，能够防止第一流路21中压力损失变得过大。
并且，在有效区域的低温端附近的部分，如前述那样第一流体的密度较高且第一流体的流速较小，因此该部分成为传热性能比较低的部分，但是在本实施方式中，由于高传热流路部26包括低温端24b，所以能够借助高传热流路部26提升该低温端24b附近的部分的比较低的传热性能。因此，能够使第一流路21的有效区域24整体平衡性良好地形成为传热性能高的状态。
并且，在本实施方式中，高传热流路部26为蜿蜒流路，因此与高传热流路部简单地拐弯的那种结构相比，能够抑制高传热流路部26的两端间的间隔的增大，并进一步扩大高传热流路部26的流路长度而进一步增加传热面积。即，能够抑制高传热流路部26的两端间的间隔的增大，更有效地提高传热性能。并且，基准传热流路部25为直线流路，因此与基准传热流路部具有拐弯的流路形状或弯曲的流路形状的情况相比，能够降低该基准传热流路部25的压力损失。与之相应地，能够抑制有效区域24的压力损失的增大。
并且，在本实施方式中，沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设定为有效区域24的两端间的距离的60%以下，因此能够将有效区域24的压力损失抑制成小于有效区域全部成为直线流路的情况下的该有效区域的压力损失的2倍，能够充分满足热交换器的实用上的压力损失的方面。
并且，在本实施方式中，沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设定为有效区域24的两端间的距离的10%以上。
在热交换器中，考虑通常因流路内的污垢（附着物）及/或流体的温度、压力等流体条件而传热性能下降的可能性，设定相对于通过计算求出的传热面积的理论值具有富余度的传热面积。在该情况下，通常设定比前述传热面积的理论值大该理论值的5%～10%左右的传热面积。相对于此，通过如本实施方式那样将沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设定为有效区域24的两端间的距离的10%以上，可在有效区域24中确保能够充分弥补因有效区域24内的污垢及/或流体条件而通常设想的传热性能的下降的传热面积。
并且，作为本实施方式中的更优选的方式，沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离设定为比基准传热流路部25的两端间的距离小的距离。在该情况下，能够防止热交换器1的大型化，并能够平衡性良好地实现传热性能的提高和压力损失的过度增大的防止。
即，在假设高传热流路部26的两端间的距离大于基准传热流路部25的两端间的距离的情况下，高传热流路部26对传热性能的提高效果升高，但是另一方面压力损失的增大幅度变大。为了缓和该压力损失的增大，考虑例如增加在流路构造体2内设置的第一流路21的数目，但是在该情况下不得不使流路构造体2大型化。即，不得不使热交换器1大型化。相对于此，通过使高传热流路部26的两端间的距离小于基准传热流路部25的两端间的距离，能够平衡性良好地实现传热性能的提高和压力损失的过度增大的防止，其结果是，也能够防止热交换器1的大型化。
接着，说明进行的模拟实验的结果，前述进行的模拟实验是为了研究通过本实施方式的热交换器1获得的效果，即通过使有效区域24的除基准传热流路部25以外的部分且包括该有效区域24的低温端24b的部分为高传热流路部26产生的效果。
首先，作为与本实施方式对应的实施例，设定了仅使作为蜿蜒流路的高传热流路部26的两端间的间隔即沿着蜿蜒中心线27的方向上的高传热流路部26的两端间的距离分别不同的以下的第一～第四实施例。
（第一实施例）
将高传热流路部26的两端间的距离设定为相当于有效区域24的两端间的距离的20%的距离，使除该高传热流路部26以外的有效区域24的部分为作为直线流路的基准传热流路部25。
（第二实施例）
将高传热流路部26的两端间的距离设定为相当于有效区域24的两端间的距离的40%的距离，使除该高传热流路部26以外的有效区域24的部分为作为直线流路的基准传热流路部25。
（第三实施例）
将高传热流路部26的两端间的距离设定为相当于有效区域24的两端间的距离的60%的距离，使除该高传热流路部26以外的有效区域24的部分为作为直线流路的基准传热流路部25。
（第四实施例）
将高传热流路部26的两端间的距离设定为相当于有效区域24的两端间的距离的80%的距离，使除该高传热流路部26以外的有效区域24的部分为作为直线流路的基准传热流路部25。
并且，作为用于与各实施例比较效果的比较例，设定了以下的第一～第五比较例。
（第一比较例）
使有效区域24的全部为直线流路。
（第二比较例）
使有效区域24中从高温端24a朝向低温端24b侧相当于有效区域24的两端间的距离的20%的部分为与高传热流路部26对应的蜿蜒流路，使除此以外的部分为直线流路。
（第三比较例）
使有效区域24中从高温端24a朝向低温端24b侧相当于有效区域24的两端间的距离的40%的部分为与高传热流路部26对应的蜿蜒流路，使除此以外的部分为直线流路。
（第四比较例）
使有效区域24中从高温端24a朝向低温端24b侧相当于有效区域24的两端间的距离的60%的部分为与高传热流路部26对应的蜿蜒流路，使除此以外的部分为直线流路。
（第五比较例）
使有效区域24中从高温端24a朝向低温端24b侧相当于有效区域24的两端间的距离的80%的部分为与高传热流路部26对应的蜿蜒流路，使除此以外的部分为直线流路。
（第六比较例）
使有效区域24的全部为与高传热流路部26对应的蜿蜒流路。
分别针对以上的第一～第四实施例和第一～第六比较例，通过模拟实验算出有效区域24整体的总压力损失和传热系数。此时，针对各实施例及各比较例，关于在流路中流动的流体的物性或流速、其他各条件，全部设定为相等的条件，算出压力损失和传热系数。
以下的表1中记载了关于第一～第四实施例的压力损失f和传热系数j的算出结果及压力损失f相对于该传热系数j的比例f/j。并且，以下的表2中记载了关于第一～第六比较例的压力损失f和传热系数j的算出结果及压力损失f相对于该传热系数j的比例f/j。不过，在以下的各表中，将针对第一比较例算出的压力损失的值表示为100，将针对第一～第四实施例及第二～第六比较例算出的压力损失的值表示为相对于该第一比较例的压力损失的值。并且，在以下的各表中，将针对第一比较例算出的传热系数的值表示为100，将针对第一～第四实施例及第二～第六比较例算出的传热系数的值表示为相对于该第一比较例的传热系数的值。
【表1】
。
【表2】
。
并且，在图6中，针对第一～第四实施例E1～E4及第一～第六比较例R1～R6，示出了高传热流路部的两端间的距离相对于有效区域的两端间的距离的比例与算出的压力损失f的相关关系。在图7中，针对第一～第四实施例E1～E4及第一～第六比较例R1～R6，示出了高传热流路部的两端间的距离相对于有效区域的两端间的距离的比例与算出的传热系数j的相关关系。而且，在图8中，针对第一～第四实施例E1～E4及第一～第六比较例R1～R6，示出了高传热流路部的两端间的距离相对于有效区域的两端间的距离的比例与算出的压力损失f相对于传热系数j的比例f/j的相关关系。
根据表1及2和图7，比较第一～第四实施例E1～E4和第二～第五比较例R2～R5中的高传热流路部的两端间的距离相等的例子彼此的传热系数j时，可知实施例的传热系数j与比较例相比稍大。另一方面，根据表1及2和图6，比较第一～第四实施例E1～E4和第二～第五比较例R2～R5中的高传热流路部的两端间的距离相等的例子彼此的压力损失f时，可知实施例的压力损失f与比较例相比相当小。
并且，根据表1及2和图8，比较第一～第四实施例E1～E4和第二～第五比较例R2～R5中的高传热流路部的两端间的距离相等的例子彼此的压力损失f相对于传热系数j的比例f/j时，可知实施例的该比例f/j与比较例相比非常小。
根据以上内容，发现在如各实施例那样使包括有效区域的低温端的部分为高传热流路部（蜿蜒流路）的情况下，与在有效区域完全未设置高传热流路部的情况相比，压力损失增大，但是与如各比较例那样从有效区域的高温端起使与该高传热流路部的两端间的距离相等的距离的部分为高传热流路部（蜿蜒流路）的情况相比，能够抑制压力损失的增大幅度，获得良好的传热性能。
并且，图8中所记载的基准线S是将第一比较例R1的点与第六比较例R6的点连结的直线，成为如下基准，判别相对于因高传热流路部26的两端间的距离的增加而获得的关于有效区域24的传热系数的上升的长处，有效区域24的压力损失的增大的短处是否过大。具体而言，在通过高传热流路部26的两端间的距离与前述比例f/j的关系确定的点处于比基准线S靠下侧的区域的情况下，表示相对于关于有效区域24的传热系数的上升的长处，有效区域24的压力损失的增大的短处并不过大。作为决定热交换器1的大小的因素的总传热系数，根据在第一流路21流动的第一流体的该第一流路21的界膜传热系数和在第二流路22流动的第二流体的该第二流路22的界膜传热系数来决定，因此通过关于有效区域24的第一流体的界膜传热系数上升，能够提高热交换器1的总传热系数，与之相应地，能够实现热交换器1的紧凑化。
在通过高传热流路部26的两端间的距离与前述比例f/j的关系确定的点处于基准线S以上的区域的情况下，表示相对于关于有效区域24的传热系数的上升的长处，有效区域24的压力损失的增大的短处过大。比基准线S靠下侧的区域相当于由前述关系式（1）规定的区域，该基准线S的斜率相当于前述关系式（1）中的A的值。
根据图8，可知第一～第四实施例E1～E4位于比基准线S靠下侧的区域，因此在该第一～第四实施例E1～E4中，相对于关于有效区域24的传热系数的上升的长处，有效区域24的压力损失的增大的短处未过大，满足前述关系式（1）。另一方面，可知第二～第五比较例R2～R5位于基准线S以上的区域，因此在该第二～第五比较例R2～R5中，相对于关于有效区域24的传热系数的上升的长处，有效区域24的压力损失的增大的短处过大，不满足前述关系式（1）。
并且，在热交换器中，在其实用性的方面，流路的压力损失是非常重要的要素。例如有时向热交换器的流路供给流体的供给装置包括对流体进行压缩的压缩机，在该情况下热交换器的流路的压力损失增大时，需要使向该流路供给的流体进一步升压，为了该流体的升压而需要的压缩机的动力增大，能量消耗增大。因此，通过在流路设置高传热流路部，即使压力损失的增大无法避免，也能抑制压力损失的增大幅度，这是重要的。通过在第一流路的有效区域设置高传热流路部，在假设该有效区域的压力损失成为有效区域全部为直线流路的情况下的压力损失的2倍以上的值时，从热交换器的实用性的方面出发，这样的第一流路难以采用。
如根据表1所知的那样，到第一～第四实施例中的第一～第三实施例为止，压力损失f被抑制成小于第一比较例的压力损失f的2倍的值即200。因此，可知在包括有效区域的低温端的高传热流路部的两端间的距离为有效区域的两端间的距离的60%以下的情况下，在压力损失的方面，实用上能够形成为可充分采用的第一流路。
需要说明的是，本发明的热交换器并不一定限定于前述实施方式那样的方式。作为本发明的热交换器的结构，能够采用例如以下那样的结构。
作为高传热流路部的弯曲的流路形状，也可以采用例如正弦曲线等那种使弯曲部连续的波形。并且，Z字形状的高传热流路部的角部也可以不是圆角状而成为有棱角的形状。
并且，前述实施方式中的高传热流路部的第一直线部及第二直线部的长度、该第一直线部及第二直线部与蜿蜒中心线构成的倾斜角度D能够适当设定。即，也可以适当增减第一及第二直线部的长度及/或倾斜角度D，由此适当变更高传热流路部的Z字形的振幅或该Z字形的反复周期。并且，也可以适当变更圆角状的角部的曲率。
并且，基准传热流路部的流路形状只要是，该基准传热流路部的两端间的间隔（直线距离）的每单位距离的流路长度比高传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度小的形状即可，并不一定限定于直线状。例如，基准传热流路部的流路形状也可以是缓慢地拐弯的形状等。
并且，第二流路也可以并不一定蜿蜒，例如其整体可以具有直线流路或其他流路形状。
并且，流通于热交换器内的流路的流体并不一定限定于第一流体和第二流体这两种流体。即，也可以使三种以上的多个流体分别在热交换器内的单独的流路中流通，并在这些多个流体彼此之间进行热交换。
并且，并不一定限定于在第一流路中流动的第一流体为低温的流体且在第二流路中流动的第二流体为高温的流体的情况。即，也可以使高温的第一流体在第一流路中流动，使低温的第二流体在第二流路中流动。例如，为了使第一流体降温，可以实行在该第一流体与比该第一流体低温的第二流体即制冷剂之间进行热交换的热交换方法。
在该情况下，使第一排出头5为与供给第一流体的供给配管连接的第一供给头，使第一供给头3为接受从第一流路21流出的第一流体的第一排出头。并且，使第二排出头6为与供给制冷剂的供给配管连接的第二供给头，使第二供给头4为接受从第二流路22流出的制冷剂的第二排出头。并且，在该情况下，第一流路21的导入口21a成为使第一流体流出的流出口，第一流路21的流出口21b成为接受第一流体的导入口。并且，第二流路22的导入口22a成为使第二流体流出的流出口，第二流路22的流出口22b成为接受第二流体的导入口。
并且，通过使第一流体通过供给配管并向第一供给头供给，从第一供给头向各第一流路21供给第一流体，由此使第一流体从基准传热流路部25朝向高传热流路部26流通于各第一流路21。即，使第一流体沿与上述实施方式的情况相反的方向流通于各第一流路21。另一方面，通过使作为第二流体的制冷剂通过供给配管向第二供给头供给，从第二供给头向各第二流路22供给制冷剂，由此使制冷剂沿与上述实施方式中使第二流体流通的方向相反的方向流通于各第二流路22。由此，在第一流路21中流通的第一流体与在第二流路22中流通的制冷剂之间进行热交换，由此使第一流体降温。
附图标记说明
1 热交换器；
2 流路构造体
11 第一基板（第一层）；
12 第二基板（第二层）；
21 第一流路；
22 第二流路；
24 有效区域；
24a 高温端；
24b 低温端；
25 基准传热流路部；
26 高传热流路部；
27 蜿蜒中心线。

Claims (4)

1.一种热交换器，一边使多个流体流通一边在这些流体彼此之间进行热交换，其特征在于，
前述热交换器具备流路构造体，前述流路构造体具有第一层和第二层，前述第一层排列有使一流体流通的微通道即第一流路，前述第二层被相对于该第一层层叠，排列有使与前述一流体不同的其他流体流通的微通道即第二流路，
前述第一流路具有有效区域，从前述第一层与前述第二层的层叠方向观察，前述有效区域与前述第二层的设有前述第二流路的范围重叠，
前述有效区域具有基准传热流路部和高传热流路部，前述基准传热流路部包括高温端，前述高温端是该有效区域的一侧的端部，前述高传热流路部相当于该有效区域的除前述基准传热流路部以外的部分并包括低温端，前述低温端是该有效区域的与前述高温端相反的一侧的端部，供与前述高温端相比为低温的前述一流体流通，
前述高传热流路部具有弯曲的流路形状，使得前述高传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度比前述基准传热流路部的两端间的间隔的每单位距离的流路长度大，
前述基准传热流路部为直线流路，
前述高传热流路部为蜿蜒流路，
前述高传热流路部以向作为直线的中心线的两侧摆动的方式蜿蜒，
沿着前述中心线的方向上的前述高传热流路部的两端间的距离为前述有效区域的两端间的距离的60%以下，
沿着前述中心线的方向上的前述高传热流路部的两端间的距离为前述有效区域的两端间的距离的10%以上。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
沿着前述中心线的方向上的前述高传热流路部的两端间的距离小于前述基准传热流路部的两端间的距离。
3.一种热交换方法，其特征在于，
在权利要求1所述的热交换器的前述第一流路中，使一流体从前述基准传热流路部朝向前述高传热流路部流通，并且在前述热交换器的前述第二流路中使作为其他流体的制冷剂流通，由此在前述一流体与前述制冷剂之间进行热交换。
4.一种热交换方法，其特征在于，
在权利要求1所述的热交换器的前述第一流路中，使一流体从前述高传热流路部朝向前述基准传热流路部流通，并且在前述热交换器的前述第二流路中使作为其他流体的制热剂流通，由此在前述一流体与前述制热剂之间进行热交换。
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