CN107003083A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进一步提高热交换效率的热交换器。热交换器(30)具备多个板部件(32)。多个板部件配置成，使得相邻的板部件的外表面彼此处于留有间隙的非抵接状态，并使得分别从相邻的板部件的相互对置的外表面突出的至少一个凸条(50、70)各自的顶点在多个板部件的配置方向上彼此不对置。

Description

热交换器

相关申请的交叉引用

本国际申请要求2014年12月15日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2014-253377号的优先权，所述日本发明专利申请的全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本公开涉及热交换器。

背景技术

已知有一种具备多个矩形的板部件的板层叠型热交换器，在该板部件内部流动有第1流体，该板层叠型热交换器在流动于多个板部件外部的第2流体和第1流体之间进行热交换(参照下述专利文献1)。专利文献1所记载的热交换器的板部件各自具备将板部件表面以朝外侧凸起的方式压制而形成的突条状的多个压出部。这些压出部以使压出部的长度方向沿循板部件对角线的方式而形成。

专利文献1所记载的热交换器的板部件以使板部件中的长边与第2流体的流动方向正交的方式而配置，并且以使压出部中的凸面彼此在第2流体的流路上相抵接的方式而固定。由此，凸面彼此相抵接的压出部作为通过扰乱第2流体直行的流动而产生湍流的湍流发生器而发挥作用。

其结果是，专利文献1所记载的热交换器能够提高板部件中的外表面的传热系数，从而能够提高热交换效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4122578号公报

发明内容

发明要解决的问题

对热交换器要求提高其热交换效率。因此，专利文献1所记载的热交换器的热交换效率可能还不够充分。

因此，本公开的一个方面期望能够提供进一步提高热交换效率的热交换器。

解决问题的技术方案

本公开的一个方面涉及具备多个板部件的热交换器，多个板部件具有供第1流体流动的流动路径。多个板部件各自具备至少外表面为波形的波形部。该波形部具有通过以规定的间隔使外表面朝外侧呈线条状突出而形成的至少一个凸条。

而且，多个板部件各自配置成使得至少一个凸条各自的长度方向为与第2流体的流动方向正交的方向。此外，多个板部件配置成使得相邻的板部件彼此的外表面处于留有间隙的非抵接状态，并且使得分别从相邻的板部件的相互对置的外表面突出的至少一个凸条各自的顶点在多个板部件的配置方向上彼此不对置。

本公开的一个方面的热交换器的板部件配置成非抵接的状态，由此使得在相邻的板部件彼此的外表面之间留有间隙。此外，本公开的一个方面的热交换器的板部件还配置成使得分别从相邻的板部件的相互对置的外表面突出的凸条的顶点在板部件的配置方向上彼此不对置，由此使得在板部件之间所形成的间隙为波形。

而且，第2流体于该波形的间隙中朝着与板部件的凸条的长度方向正交的方向流动。因此，流动于该间隙的第2流体的一部分会与板部件的凸条碰撞。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够减少在第2流体的一部分所碰撞到的板部件的凸条处形成边界层的状况，从而能够提高板部件外表面和第2流体之间的传热系数。

此外，在本公开的一个方面的热交换器中，形成在板部件之间的波形的间隙作为第2流体的流路而发挥作用，因此，能够尽可能地抑制阻碍第2流体的流动的情况，从而能够减少使第2流体的流速降低的情况。

此外，在本公开的一个方面的热交换器中，板部件的外表面为波形。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够增加与第2流体接触的板部件的表面面积。

由上所述，根据本公开的一个方面的热交换器，能够进一步提高热交换效率。

此外，本公开的一个方面的波形部可以具有至少一个凹条，并且内表面可以是波形。这里所说的凹条是指，与至少一个凸条相邻的、且以外表面相对于该凸条凹陷的方式，使内表面从内表面向内侧呈线条状突出的部位。

而且，多个板部件可构成为，使相互对置的内表面彼此处于留有间隙的非抵接状态，并使至少一个凹条各自的长度方向为沿着第1流体的流动方向的方向。

在如上所述的热交换器中，不仅多个板部件的外表面为波形，多个板部件的内表面也为波形。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够增加板部件的与第1流体接触的表面面积。

而且，在本公开的一个方面的热交换器中，板部件的内部的第1流体沿着板部件的内表面的波形的长度方向而流动。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够尽可能地减少第1流体流动时的阻力，即，能够尽可能地减少压力损失。

其结果是，根据本公开的一个方面的热交换器，能够提高热交换效率。

此外，在本公开的一个方面中，多个板部件各自也可以为筒形。在这种情况下，多个板部件可沿着轴向配置。即，本公开的一个方面的热交换器可构成为将筒形的板部件沿着轴向层叠而成的热交换器，即，可构成为板层叠型且为筒形的热交换器。

在如上所述的热交换器中，能够使第2流体的流动方向为沿着径向的方向，能够使第1流体的流动方向为沿着板部件的周向的方向。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够使第2流体的流动方向为与第1流体的流动方向正交的方向。此外，根据本公开的一个方面的热交换器，由于热交换器的形状为筒形，因此，能够在板部件的整个径向上实现使第2流体的流动方向为与第1流体的流动方向正交的方向。

附图说明

图1是示出实施方式中的排气热回收装置的外观的立体图。

图2是闭阀状态下的排气热回收装置的剖视图，且是图1中的II-II剖视图。

图3是示出实施方式中的热交换器的概略结构的立体图。

图4是示出变形例中的热交换器的概略结构的立体图。

附图标记的说明

1…排气热回收装置；2…排气部；4…壳体部件；6…热交换部；

8…流入部；10…阀；12…排气管；14…排气管；16…上游端；

18…排气下游端；20…外壳部件；22…盖部件；24…保持部件；

28…热交换室；30…热交换器；32…板部件；34…流入管；

36…流出管；38…主体部；40…第1连通部；41…第2连通部；

42…第1板件；43…壁部；44…第1主体部；46…第1连通部；

48…第2连通部；50…第1凸条；52…第1凹条；54…第1连通孔；

56…第2连通孔；62…第2板件；63…壁部；64…第2主体部；

66…第3连通部；68…第4连通部；70…第2凸条；72…第2凹条；

80…间隙；82…间隙；84…间隙；88…导入部件；90…前端部位；

92…直管部位；94…阀芯；96…阀座；98…阀轴；100…网状部件；

140…内燃机；142…排气(第2流体)；144…冷却液(第1流体)

具体实施方式

以下参照附图说明作为本公开的一例的实施方式。

<排气热回收装置>

如图1所示排气热回收装置1安装在具有内燃机140的移动体上。该排气热回收装置1在作为高温流体的来自内燃机140的排气142和作为低温流体的内燃机140的冷却液144之间进行热交换，由此从排气142中回收热。本实施方式中的冷却液144可以是冷却水，也可以是油液。

另外，本实施方式中的排气142相当于本公开的第2流体的一例，本实施方式中的冷却液144相当于本公开的第1流体的一例。

本实施方式的排气热回收装置1具备排气部2、壳体部件4、热交换部6(参照图2)、流入部8(参照图2)、以及阀10。

排气部2具有将来自内燃机140的排气142导向下游侧的路径。壳体部件4是覆盖排气部2外侧的部件。热交换部6具有配置在排气部2和壳体部件4之间的热交换器30(参照图2)，并在排气142和冷却液144之间进行热交换。

流入部8是排气142从排气部2流入热交换部6的部位。阀10是对排气142的流路进行开闭的阀，并配置于在排气部2的排气142的流路中与流入部8相比靠下游侧的位置。

如图2所示，排气部2具备排气管12。排气管12是两端开口的圆筒状部件。排气管12的上游侧端部与来自内燃机140的排气142所流入的排气管道或排气歧管等相连接。

壳体部件4具备排气管14、外壳部件20、盖部件22、以及保持部件24。

排气管14整体上是圆筒状的部件，作为一个端部的上游端16具有内径大于排气管12外径的开口。排气管12中的作为与上游端相反一侧的端部的排气下游端18以与壳体部件4不接触的状态而配置在该排气管14的上游端16的内部空间中。

外壳部件20是内径大于排气管12外径的圆筒状部件。外壳部件20的下游侧的端部与排气管14的上游端16相连接。

盖部件22封闭外壳部件20的在排气管12的排气142的流路中的上游侧的开口。

即，通过外壳部件20、盖部件22和排气管12形成热交换室28。热交换室28为由外壳部件20、盖部件22和排气管12所围成的环形空间。

<热交换器的结构>

配置在热交换室28的热交换器30具备多个板部件32-1～32-N、流入管34、以及流出管36。即，热交换器30是所谓的板层叠型热交换器。另外，这里的符号N是表示板部件32的片数的标识符，为2以上的正整数。

流入管34是使来自热交换器30外部的冷却液144流入一个板部件32的管。流出管36是使冷却液144从一个板部件32向热交换器30的外部流出的管。

如图3所示，各板部件32是具有冷却液144的流动路径的部件，并且各板部件32具备主体部38、第1连通部40、以及第2连通部41。主体部38具有供第1流体在板部件32的内部流动的一般流路。第1连通部40以及第2连通部41作为从该板部件32通向与该板部件32相邻的另一个板部件32的连通流路而发挥作用。

具体地，各板部件32具备第1板件42以及第2板件62。

第1板件42整体上是环状(圆筒状)的部件。该第1板件42具备从第1板件42的周缘向相同方向突出的壁部43。以下，在第1板件42中，将突出有壁部43的面称为内表面，将与突出有壁部43的面相反的一侧的面称为外表面。

此外，第1板件42具备第1主体部44、第1连通部46、以及第2连通部48。第1主体部44中，沿着径向交替设置有第1凸条50-1～50-M和第1凹条52-1～52-L。由此，第1板件42的外表面以及内表面的沿着径向的截面为正弦波形。

这里的符号M是表示第1凸条50的数量的标识符，且是1以上的正整数。这里的符号L是表示第1凹条52的数量的标识符，且是1以上的正整数。

每一个第1凸条50为从第1主体部44的外表面朝与壁部43的突出方向相反一侧的方向突出的部位，且为使第1主体部44的外表面呈线条状突出而成的部位。各第1凸条50的线条沿着第1主体部44的周向而设置。

第1凹条52为从第1主体部44的内表面朝壁部43的突出方向突出的部位，且为使第1主体部44的内表面呈线条状突出而成的部位。各第1凹条52的线条与第1凸条50相邻，且沿着第1主体部44的周向而设置。

第2板件62是环状(圆筒状)的部件。该第2板件62具备从第2板件62的周缘向相同方向突出的壁部63。以下，在第2板件62中，将突出有壁部63的面称为内表面，将与突出有壁部63的面相反的一侧的面称为外表面。

此外，第2板件62具备第2主体部64、第3连通部66、以及第4连通部68。第2主体部64中，沿着径向交替设置有第2凸条70-1～70-O和第2凹条72-1～72-P。由此，第2板件62的外表面以及内表面的沿着径向的截面形成为正弦波形。

这里的符号O是表示第2凸条70的数量的标识符，且是1以上的正整数。这里的符号P是表示第2凹条72的数量的标识符，且是1以上的正整数。

第2凸条70为从第2主体部64的外表面朝与壁部63的突出方向相反一侧突出的部位，且为使第2主体部64的外表面呈线条状突出而成的部位。各第2凸条70的线条沿着第2主体部位64的周向而设置。

第2凹条72为，从第2主体部64的内表面朝壁部63的突出方向突出的部位，且为使第2主体部64的内表面呈线条状突出而成的部位。各第2凹条72的线条与第2凸条70相邻，且沿着第2主体部位64的周向而设置。

另外，内表面以及外表面为波形的第1主体部44以及第2主体部64相当于本公开中的波形部的一例。

各板部件32通过使第2板件62的壁部63的外表面与第1板件42的壁部43的内表面相卡合而形成。在各板部件32中，以使第1板件42的内表面与第2板件62的内表面彼此处于非接触状态的方式配置第1板件42和第2板件62。

此外，各板部件32中，以使第1凹条52的顶点和第2凹条72的顶点彼此交错的方式配置第1板件42和第2板件62。这里所说的“彼此交错”是指，第1凹条52的顶点与第2凹条72的顶点在轴向上不重合。在本实施方式中，作为“彼此交错”的具体例，包括第2板件62中的第2凹条72的顶点在轴向上与第1板件42中的第1凸条50的顶点重合的情形。

由此，每一个板部件32中，在构成该板部件32的第1板件42的内表面和第2板件62的内表面之间留有间隙。该间隙作为冷却液144的流动路径，即，作为冷却液144的一般流路而发挥作用，具有该间隙的第1主体部44以及第2主体部64作为主体部38而发挥作用。

而且，各板部件32以使得相邻的板部件32彼此的外表面处于留有间隙82(参照图2)的非接触状态的方式而配置。此外，各板部件32配置成，使得分别从相邻的板部件32的相互对置的外表面突出的第1凸条50和第2凸条70的顶点彼此交错。

这里所说的“彼此交错”是指，第1板件42的第1凸条50的顶点和具有与该第1板件42的外表面对置的外表面的第2板件62中的第2凸条70的顶点在板部件32的配置方向(即轴向)上不对置的情形。在本实施方式中，作为“不对置”的具体例包括，第1板件42中的第1凸条50的顶点在轴向上与具有与该第1板件42的外表面对置的外表面的第2板件62中的第2凹条72的顶点重合的情形。

而且，通过对第2板件62的第3连通部位66和具有与该第2板件62的外表面对置的外表面的第1板件42的第1连通部46进行接合而形成第2连通部41。该第2连通部41具有使来自流入管34的冷却液144向具有第1板件42的板部件32的内部流动的流路。即，第1板件42的第1连通孔54作为冷却液144流入该板部件32的流入口而发挥作用。

此外，通过对第1板件42的第2连通部48和具有与该第1板件42的外表面对置的外表面的第2板件62的第4连通部68进行接合而形成第1连通部40。该第1连通部40具有使来自具有该第1板件42的板部件32的内部的冷却液144向流出管36流动的连通流路。即，第1板件42的第2连通孔56作为冷却液144从该板部件32流出的流出口而发挥作用。

返回图2而进行说明，热交换器30配置成使得在各板部件32的内周侧的周缘和排气管12的外表面之间留有间隙80。并且，热交换器30配置成使得在各板部件32的于径向上的外侧的周缘和外壳部件20的内表面之间留有间隙84。

由此，在本实施方式的热交换器30中，排气142流动于间隙80、间隙82、以及间隙84中。该排气142的流动方向为沿着热交换器30的径向的方向。因此，在本实施方式的热交换器30中，板部件32的第1凸条50以及第2凸条70中的长度方向为与排气142的流动方向正交的方向。

此外，在热交换器30中，将流动于间隙80、间隙82、以及间隙84中的排气142作为高温流体，将流动于各板部件32内的冷却液144作为低温流体而进行热交换。即，配置有热交换器30的热交换室28，作为热交换部6而发挥作用。

保持部件24对配置在热交换室28的热交换器进行保持。

与保持部件24连接的导入部件88是直径大于排气管12的外径的圆筒状的部件，并且导入部件88的一个端部与保持部件24相连接。

在导入部件88中，连接有保持部件24的一侧的相反侧的端部形成为扩径的扩散器形状。

而且，将导入部件88配置成使得在导入部件88和排气管12的排气下游端18之间于周向上具有开口。该开口作为排气142从排气部2流入热交换部6的流入口，即，作为流入部8而发挥作用。

阀10至少具备阀芯94以及阀座96，阀芯94通过与阀座96接触来封闭排气部2(导入部件88)。

在本实施方式中，导入部件88中的扩散器形状的端部作为阀座96而发挥作用。不过，本公开中的阀座96不限于此，阀座96也可以构成为专用部件。

在阀座96安装有网状部件100。网状部件100是网状的部件。

另外，本实施方式中的阀10在内燃机140的冷却液144的温度高于预先规定的规定温度时开放。另一方面，阀10在内燃机140的冷却液144的温度低于规定温度时封闭。

<实施方式的效果>

热交换器30的各板部件32配置为彼此非抵接的状态，由此使得在相邻的板部件32彼此的外表面之间留有间隙82。此外，各板部件32配置为使得分别从相邻的板部件32的相互对置的外表面突出的第1凸条50和第2凸条70的顶点彼此交错，由此使得板部件32之间的间隙82为波形。

而且，排气142于该波形的间隙82中朝着与第1凸条50以及第2凸条70的长度方向正交的方向流动。因此，流动于间隙82中的排气142的一部分会与第1凸条50和第2凸条70碰撞。由此，根据热交换器30，能够减少在排气142的一部分所碰撞到的第1凸条50处和第2凸条70处形成边界层的状况，从而能够提高板部件外表面和第2流体之间的传热系数。

此外，在热交换器30中，波形的间隙82作为排气142的流路而发挥作用，因此，能够尽可能地抑制阻碍排气142流动的情况，从而能够减少排气142的流速降低的情况。

此外，在热交换器30中，板部件32的外表面为波形。因此，根据热交换器30，能够增加板部件32中与排气142接触的表面面积。

此外，在热交换器30中，不仅板部件32的外表面为波形，板部件32的内表面也为波形。因此，根据热交换器30，能够增加板部件32中与冷却液144接触的表面面积。

热交换器30内的冷却液144沿着第1凹条52以及第2凹条72的长度方向而流动。因此，根据热交换器30，能够尽可能地减少冷却液144流动时的阻力，即，能够尽可能地减少压力损失。

由上所述，根据热交换器30，能够进一步提高热交换效率。

另外，热交换器30整体的形状为筒形，排气142沿着热交换器30的径向而流动。因此，根据热交换器30，能够使排气142的流动方向为与冷却液144的流动方向正交的方向。此外，根据热交换器30，能够在板部件32的整个径向上实现使排气142的流动方向为与冷却液144的流动方向正交的方向。

[其他实施方式]

以上说明了本公开的实施方式，但是本公开不限于上述实施方式，在不脱离本公开主旨的范围内，可以以各种方式进行实施。

例如，在上述实施方式中，热交换器30的应用对象为排气热回收装置1，不过热交换器30的应用对象不限于排气热回收装置1。

此外，热交换器30中的板部件32的形状不限于圆筒状。即，在本公开的热交换器中，如图4所示，板部件32的形状可以是矩形，也可以是其他形状。

当板部件32的形状为矩形时，例如，第1凸条50的线条以及第1凹条52的线条可以是沿着第1板件42长度方向的线条。此外，第2凸条70的线条以及第2凹条72的线条可以是沿着第2板件62长度方向的线条。

即，当板部件32的形状为矩形时，可以沿着第1板件42的短边方向交替地配置第1凸条50和第1凹条52，由此使外表面的沿着短边方向的截面以及内表面的沿着短边方向的截面为波形。此外，当板部件32的形状为矩形时，可以沿着第2板件62的短边方向交替地配置第2凸条70和第2凹条72，由此使外表面的沿着短边方向的截面以及内表面的沿着短边方向的截面为波形。

此外，在上述实施方式的热交换器30中，板部件32的表面形状为沿着径向的正弦波形，不过板部件32的表面形状不限于此，可以是三角波形，也可以是矩形波形，还可以是锯齿波形。即，板部件32的表面形状只要是波形即可，可以是任意一种波形。

进而言之，在上述实施方式中，板部件32由分体形成的第1板件42和第2板件62构成，不过板部件32也可以由一体形成的第1板件42和第2板件62构成。

此外，在上述实施方式中，将在排气下游端18与导入部件88之间的开口作为排气142从排气管12流入热交换部6的流入口而发挥作用，不过也可以通过在排气管12本身穿设孔而使排气管12具备供排气142从排气管12流入热交换部6的流入口。

另外，省略了上述实施方式的一部分结构的形态也是本公开的实施方式。此外，将上述实施方式和变形例进行适当组合而构成的形态也是本公开的实施方式。并且，在不脱离由专利权利要求书中记载的语句所确定的发明本质的范围内各种可想到的形态亦皆是本公开的实施方式。

Claims (3)

1.一种热交换器，其特征在于，

具备多个板部件，所述多个板部件具有供第1流体流动的流动路径，

所述多个板部件各自具备波形部，所述波形部具有通过以规定的间隔使外表面朝外侧呈线条状突出而形成的至少一个凸条，并且所述外表面为波形，

所述多个板部件配置成，使得所述至少一个凸条各自的长度方向为与第2流体的流动方向正交的方向，并使得相邻的板部件彼此的外表面处于留有间隙的非抵接状态且使得分别从相邻的板部件的相互对置的外表面突出的所述至少一个凸条各自的顶点在所述多个板部件的配置方向上彼此不对置。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述波形部具有至少一个凹条，且内表面为波形，其中，所述至少一个凹条与所述至少一个凸条相邻，并且以所述外表面相对于该凸条凹陷的方式，使所述内表面从所述内表面向内侧呈线条状突出，

所述多个板部件各自构成为，使相互对置的内表面彼此处于留有间隙的非抵接状态，并使所述至少一个凹条各自的长度方向为沿着所述第1流体的流动方向的方向。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，

所述多个板部件各自为筒形，

所述多个板部件沿着轴向而配置。