CN107003084A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高了从高温流体到低温流体的换热率的热交换器。热交换器(30)具备多个板部件(32)、以及翅片(50)。翅片具备至少一个第1部位(52)以及至少一个第2部位(54)。至少一个第1部位为具有至少一个第1开口(56)的壁面。至少一个第2部位与第1部位成对，且为与第1部位不同的壁面。第2部位具有与至少一个第1开口分别成对的至少一个第2开口(60)。翅片具备至少一个开口对，该开口对为成对的第1开口和第2开口构成的组。至少一个开口对中的、成对的第1开口和第2开口的各自的至少一部分为在第2流体的流动方向上不重叠的不重叠位置关系。

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17日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2014-255334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

已知有一种回收排气热的排气热回收装置，其具有将来自内燃机的排气作为高温流体、且在该高温流体和低温流体之间进行热交换的热交换器(参照下述专利文献1)。

专利文献1所记载的热交换器为板层叠型热交换器，其由具有供低温流体流动的流动空间的多个板部件层叠而成。在专利文献1所记载的热交换器的板部件上形成有凸部，该凸部为从外表面突出的部位。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2014/014080

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的热交换器中，通过在板部件的外表面形成凸部而增加板部件的外表面的表面面积，从而提高低温流体与高温流体之间的换热率。

对热交换器通常要求提高从高温流体到低温流体的换热率，因此，可能需要一种与专利文献1所记载的热交换器相比具有更高换热率的热交换器。

因此，本公开的一个方面期望能够提供一种提高了从高温流体到低温流体的换热率的热交换器。

解决问题的技术方案

本公开的一个方面为一种在第1流体和第2流体之间进行热交换热交换器。

该热交换器具备多个板部件、以及翅片。

多个板部件具有供第1流体流动的流动路径。翅片连接多个板部件中相邻的板部件。此外，翅片具备至少一个第1部位以及至少一个第2部位。

其中，第1部位为具有至少一个第1开口的壁面。第2部位与第1部位成对，且为与第1部位不同的壁面。第2部位具有至少一个第2开口，该至少一个第2开口与至少一个第1开口分别成对。

而且，在本公开的一个方面的翅片中，由第1部位和第2部位构成的组所形成的截面形状为波形。此外，翅片的第1部位以及第2部位均配置在与第2流体的流动方向正交的方向上。此外，在翅片中具备至少一个开口对，该开口对为成对的第1开口和第2开口构成的组。在至少一个开口对中，成对的第1开口和第2开口各自的至少一部分，为在第2流体的流动方向上不重叠的不重叠位置关系。

即，本公开的一个方面的翅片以使翅片的壁面与第2流体的流动方向正交的方式而延伸。由此使第2流体与翅片的壁面整体接触，因此，能够增加翅片和第2流体的接触面积。

此外，在本公开的一个方面中，已通过翅片的第1开口的第2流体与在第2部位中和第1开口对置的区域碰撞。而且，在第2部位的第2流体所碰撞到的区域中，第2流体的流动受到干扰，因此，能够抑制在第2部位中的该第2流体所碰撞到的区域形成边界层的状况。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够抑制在第2流体和翅片之间形成边界层的状况，从而能够有效地实现从第2流体到第1流体的热传递。

换言之，根据本公开的一个方面的热交换器，能够进一步提高从高温流体到低温流体的换热率。

此外，本公开的一个方面的热交换器可以构成为，通过沿着轴向层叠筒形的板部件而成的热交换器。在这种情况下，本公开的一个方面的翅片也可以沿着板部件的周向而配置。

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。此外，在本公开的一个方面的热交换器中，第1流体沿着板部件的周向而流动。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。而且，根据本公开的一个方面的热交换器，能够在板部件的整个径向上，即，能够在第2流体的流动范围整体上实现使第2流体的流动方向为与第1流体的流动方向正交的方向。

此外，本公开的一个方面的热交换器的至少一个开口对中，也可以使成对的第1开口和第2开口各自的整体在第2流体的流动方向上不重叠。

根据如上所述的热交换器，能够扩大已通过第1开口的第2流体所碰撞的第2部位的面积。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够在更大的面积上抑制于第2部位中与第1开口对置的区域的周边形成边界层的状况。

另外，本公开的一个方面的热交换器的翅片中，可以使所有的开口对均为不重叠位置关系。

根据如上所述的热交换器，能够进一步扩大已通过第1开口的第2流体所碰撞的第2部位的面积。因此，根据本公开的一个方面的热交换器，能够在更大的面积上抑制于第2部位中与第1开口对置的区域的周边形成边界层的状况。

附图说明

图1是示出实施方式中的排气热回收装置的概略外观的立体图。

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是热交换器的侧视图。

图4是示出板部件以及翅片的外观的立体图。

图5是示出翅片的外观的立体图。

图6是翅片的俯视图。

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、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…第1板件；

36…第2板件；38…第1连通部；39…第2连通部；

40…第1筒形部位；42…第2筒形部位；44…流入管；46…流出管；

50…翅片；52…第1部位；54…第2部位；56…第1开口；

58…第1开口部；60…第2开口；62…第2开口部；64、66…间隙；

80…导入部件；102…阀芯；104…阀座；108…网状部件；

110…内燃机；112…排气(第2流体)；114…冷却液(第1流体)

具体实施方式

下面，参照附图说明作为本公开中的一例的实施方式。

<排气热回收装置>

图1所示的排气热回收装置1安装在具有内燃机110的移动体上。该排气热回收装置1将来自内燃机110的排气112作为高温流体，并将内燃机110的冷却液114作为低温流体而进行热交换，由此从排气112中回收热。另外，本实施方式中的排气112是本公开中的“第2流体”的一例，冷却液114是本公开中的“第1流体”的一例。本实施方式中的冷却液114可以是冷却水，也可以是油液。

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具备将来自内燃机110的排气112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)，并且在作为高温流体的排气112和流动于热交换器30的板部件32内部的低温流体之间进行热交换。

流入部8是排气112从排气部2流入热交换部6的部位。阀10是对路径进行开闭的公知的阀，并且配置于在排气部2的排气112的流路中与流入部8相比靠下游侧的位置。

<排气热回收装置的结构>

接下来，对排气热回收装置1的结构进行说明。

如图2所示，排气部2具备排气管12。

排气管12是圆筒状部件。来自内燃机110的排气112流入该排气管12中。

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的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的直径的圆筒状部件。

该外壳部件20的下游侧端部与排气管14的上游端16连接。

盖部件22封闭外壳部件20的在排气管12的排气112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是由外壳部件20、盖部件22和排气管12所围成的环形空间。

配置在该热交换室28中的热交换器30是供冷却液114流动于其内部的热交换器，并配置为覆盖排气管12的外周。

<热交换器的结构>

如图3所示，本实施方式中的热交换器30具备多个板部件32-1～32-N、流入管44、流出管46、以及多个翅片50-1～50-M。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。此外，本实施方式中的符号M是表示翅片50的数量的标识符。符号M是，例如比N小“1”的正整数。

各板部件32具有供冷却液114流动的流动路径。翅片50连接多个板部件32中的相邻的板部件32。流入管44是使来自热交换器30外部的冷却液114流入一个板部件32的管。流出管46是使冷却液114从一个板部件32向热交换器30外部流出的管。

如图4所示，各板部件32具备第1板件34以及第2板件36。

第1板件34是环状的部件。第1板件34具有从第1板件34的周缘向相同方向突出的壁部。第2板件36是环状的部件。第2板件36具有从第2板件36的周缘向相同方向突出的壁部。

此外，通过使第2板件36的壁部与第1板件34的壁部相卡合而构成板部件32。各板部件32在第1板件34的内表面和第2板件36的内表面之间具有间隙。该间隙作为供低温流体流动的流动空间，即，作为冷却液114的流路而发挥作用。

各板部件32具备第1连通部38以及第2连通部39。其中，第1连通部38具备供来自流入管44的冷却液114沿着排气部2的排气112的流路从上游向下游而流向相邻的板部件32的路径。第2连通部39具备供冷却液114沿着排气部2的排气112的流路从下游向流出管46而流向相邻的板部件32的路径。

本实施方式中的第1连通部38以及第2连通部39均具备第1筒形部位40以及第2筒形部位42。第1筒形部位40是从第1板件34所具有的开口向与壁部相反的方向而立设的筒形的部位。第2筒形部位42是从第2板件36所具有的开口的周缘向与壁部相反的方向而立设的筒形的部位。

并且，第1板件34所具备的第1筒形部位40与第2板件36所具备的第2筒形部位42通过接合而作为第1连通部38以及第2连通部39来发挥作用。这里所说的第2板件36所具备的第2筒形部位42是指，隔着翅片50而与第1板件34的外表面相邻的第2板件36所具备的第2筒形部位42。

另外，构成第1连通部38以及第2连通部39的方法不限于此，只要将第1连通部38以及第2连通部39构成为作为冷却液114在板部件32之间的流路而发挥作用即可，以任何方式构成皆可。

此外，各板部件32配置为覆盖排气管12的外周。各板部件32以在各板部件32的于径向上位于中心侧的周缘和排气管12的外表面之间沿着排气管12的径向留有间隙64的方式而配置。此外，各板部件32以在各板部件32的于径向上位于外侧的周缘和外壳部件20的内表面之间沿着排气管12的径向留有间隙66的方式而配置。

由此，本实施方式中的排气112沿着板部件32的径向从排气管12的外表面朝外壳部件20的内表面的方向而流动。

翅片50是与相邻的两个板部件32相连接的、截顶弧形的部件。如图5、图6所示，翅片50具备第1部位52-1～52-L以及第2部位54-1～54-L。在翅片50中，第1部位52和第2部位54相连接，由此，翅片50整体的截面形状成为三角波形。这里的符号“L”是1以上的正整数。

第1部位52是作为翅片50的壁面而发挥作用的矩形板状的部位。该第1部位52各自具备至少一个第1开口部58，第1开口部58具有第1开口56。在本实施方式中，第1部位52可以以等间隔具有第1开口56，也可以以不等间隔具有第1开口56。

第2部位54是与第1部位52成对、并作为与第1部位52不同的壁面而发挥作用的矩形板状的部位。此外，第2部位54具备至少一个第2开口部62，第2开口部62具有与第1开口56成对的第2开口60。在本实施方式中，第2部位可以以等间隔具有第2开口60，也可以以不等间隔具有第2开口60。

另外，各第1开口56的面积、各第2开口60的面积、第1开口56的总面积、以及第2开口60的总面积可基于与排气112的压力之间的关系适当确定。

而且，第1部位52的沿着长度方向的一边与一个第2部位54的沿着长度方向的一边相连接。另一方面，该第1部位52的沿着长度方向的另一边与另一个不同的第2部位54的沿着长度方向的一边相连接。由此，翅片50的截面形状整体上成为三角波形。

此外，翅片50以使得翅片50的圆弧沿循着板部件32的周向的方式与板部件32相连接。具体地，翅片50的三角波形的一个顶点与一个板部件32的外表面相连接。三角波形的剩余顶点与和该板部件32相邻的另一个板部件32的外表面相连接。由此，在本实施方式中，第1部位52以及第2部位54均配置在与排气112的流动方向正交的方向上。

另外，无论第1部位52在径向上的位置如何，一个第1部位52所具有的第1开口56的数量可以是相同的，或者，也可以是越是位于外周侧的第1部位52其所具有的第1开口56的数量越多。此外，第2部位54所具有的第2开口60的数量优选与形成在和该第2部位54相对应的第1部位52上的第1开口56的数量相同。

而且，在翅片50中，开口对70是由成对的第1开口56和第2开口60构成的组，开口对70中的、构成至少一个开口对70的第1开口56和第2开口60的各自的至少一部分为沿着排气112的流动方向不重叠的不重叠位置关系。

这里所说的开口对70是指，成对的一组第1部位52以及第2部位54所具备的第1开口56和第2开口60中，由第1开口56和满足规定条件的第2开口60所形成的对。这里所说的规定条件可以是存在于距该第1开口56最近的位置，也可以是其他条件。

而且，在本实施方式中，不重叠位置关系具体是指，第2开口60整体在第1部位52的法线方向上与作为开口对70而与该第2开口60成对的第1开口56不重叠。不重叠位置关系包括，例如，第2开口60和第1开口56呈交错状。另外，在本实施方式中，构成所有开口对70的第1开口56和第2开口60的位置关系均为不重叠位置关系。

在本实施方式中，间隙64、第1开口56、第2开口60、以及间隙66作为排气112的流路而发挥作用。而且，将流动于间隙64、第1开口56、第2开口60、以及间隙66的排气112作为高温流体(第2流体)，并将流动于各板部件32内的冷却液114作为低温流体(第1流体)，而进行热交换。即，在本实施方式中，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。

如图2所示，保持部件24是用于保持配置在热交换室28的热交换器30的部件。

导入部件80是直径大于排气管12的圆筒状的部件，导入部件80的一个端部与保持部件24相连接。在导入部件80中，位于连接保持部件24的一侧的相反侧的端部为扩径的扩散器形状。

该导入部件80配置为在其和排气管12之间具有开口。而且，该开口作为排气112流入热交换部6的流入口而发挥作用。

阀10至少具有阀芯102和阀座104，阀芯102通过与阀座104接触来封闭排气部2(导入部件80)。另外，在本实施方式中，导入部件80中的扩散器形状的端部作为阀座104而发挥作用。不过，本公开中的阀座104不限于此，也可以设置专用的阀座。

在阀座104的内周面安装有网状的网状部件108。

另外，本实施方式中的阀10在内燃机110的冷却液114的液体温度高于预先规定的规定温度时开放排气部2。另一方面，阀10在内燃机110的冷却液114的液体温度低于规定温度时封闭排气部2。

<排气热回收装置的作用及效果>

在排气热回收装置1中，若阀10关闭从而封闭排气部2，则来自内燃机110的排气112从流入部8流入热交换部6，通过热交换部6在排气112和冷却液114之间进行热交换。

该热交换器30所具备的翅片50以使翅片50的壁面与排气112的流动方向正交的方式而延伸。因此，排气112与翅片50的壁面整体接触。因此，能够增加翅片50和排气112的接触面积，从而可以更有效地实现从排气112向冷却液114的热传递。

此外，已通过翅片50的第1开口56的排气112与在第2部位54中与第1开口56对置的区域碰撞。而后，使排气112的流动在第2部位54的排气112所碰撞到的区域中受到干扰，因此，能够抑制在第2部位54的该排气112所碰撞到的区域形成边界层的状况。因此，根据热交换器30，能够有效地实现在流动于板部件32之间的排气112和流动于板部件32内的冷却液114之间的热传递。

特别是，在本实施方式中，作为至少一个开口对70而相关联的第1开口56和第2开口60各自的整体在排气112的流动方向上不重叠，并且，使所有的开口对70均为不重叠位置关系。

因此，根据热交换器30，能够扩大已通过第1开口56的排气112所碰撞的第2部位54的面积。因此，根据热交换器30，能够在更大的面积上抑制形成边界层的状况。

由上所述，根据热交换器30，能够进一步提高从高温流体到低温流体的换热率。

此外，热交换器30的筒形的板部件32沿着轴向层叠。而且，翅片50以使其圆弧沿循着板部件32的周向的方式而配置。

因此，在热交换器30中，能够使排气112的流动方向为沿着板部件32的径向的方向。此外，在如上所述的热交换器30中，冷却液114沿着板部件32的周向而流动。因此，根据热交换器30，能够使排气112的流动方向为与冷却液114的流动方向正交的方向。进一步地，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112的流动方向为与冷却液114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，翅片50的截面形状整体上为三角波形，不过翅片50的截面形状不限于此，既可以是正弦波形，也可以是矩形波形，还可以是锯齿波形。即，翅片50的截面形状可以是任何形状，只要翅片50整体上的截面形状为波形即可。

此外，在上述实施方式中，将构成至少一个开口对70的第1开口56和第2开口60各自的整体在排气112的流动方向上不重叠的状态定义为不重叠位置关系，不过不重叠位置关系不限于此，也可以是构成至少一个开口对70的第1开口56和第2开口60各自的至少一部分不重叠的状态。

而且，在上述实施方式中，所有的开口对70均为处于不重叠位置关系的开口对70，不过在本公开中处于不重叠位置关系的开口对70也可以是开口对70中的至少一个。

此外，在上述实施方式中，将排气下游端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，但是排气142从排气管12流入热交换部6的流入口也可以是在排气管12自身上穿设的孔。

此外，上述实施方式中的排气热回收装置1安装在具有内燃机110的移动体上，不过本公开中的排气热回收装置也可以不安装在移动体上。即，本公开中的排气热回收装置也可以在不安装在移动体上的情况下使用，只要其将来自内燃机110的排气112作为高温流体而进行热交换由此从排气112中回收热即可。而且，排气热回收装置中的低温流体可以不是冷却液114，而可以是作为低温流体发挥作用的其他流体。

另外，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的形状不限于圆筒状。即，在本公开的热交换器中，只要将连接相邻的板部件32的翅片50设置成与第2流体的流动方向正交即可，板部件32以及翅片50的形状可以是矩形，也可以是其他形状。

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 (4)

1.一种热交换器，其在第1流体和第2流体之间进行热交换，所述热交换器的特征在于，具备：

多个板部件，所述多个板部件具有供所述第1流体流动的流动路径；以及

翅片，所述翅片连接所述多个板部件中相邻的板部件，

所述翅片具备至少一个第1部位以及至少一个第2部位，

所述至少一个第1部位为具有至少一个第1开口的壁面，

所述至少一个第2部位与所述第1部位成对，且为与所述第1部位不同的壁面，并且具有至少一个第2开口，所述至少一个第2开口与所述至少一个第1开口分别成对，

由所述第1部位和所述第2部位构成的组所形成的截面形状为波形，

所述第1部位以及所述第2部位均配置在与所述第2流体的流动方向正交的方向上，

所述翅片具备至少一个开口对，该开口对为成对的所述第1开口和所述第2开口构成的组，

在所述至少一个开口对中，成对的所述第1开口和所述第2开口各自的至少一部分为在所述第2流体的流动方向上不重叠的不重叠位置关系。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

所述多个板部件各自形成为筒形，

所述多个板部件沿着轴向而配置，

所述翅片沿着所述板部件的周向而配置。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，

所述至少一个开口对中，成对的所述第1开口和所述第2开口各自的整体在所述第2流体的流动方向上不重叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其特征在于，

在所述翅片中，所有的所述开口对均为所述不重叠位置关系。