CN109791031A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热交换器，其具有：板部件，其具有平坦的底部，并且在内部形成有制冷剂用流路；以及板盖，其覆盖所述板部件，所述板盖上设置有与所述板部件的所述制冷剂用流路的一侧区域连通的制冷剂入口、以及与所述板部件的所述制冷剂用流路的另一侧区域连通的制冷剂出口。所述制冷剂用流路形成为，相比与将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线接近的区域而言，在远离将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线的区域内配置密度更高。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及适于与吸热部具有平坦形状的制冷机组合的热交换器。
背景技术
日本双鸟工业株式会社开发并销售了具备极高性能的斯特林制冷机(商品名：斯特林冷却器、型号：SC-UE15R)。该斯特林制冷机采用日本特开2013-068362所公开的斯特林循环装置，并且如图8所示，吸热部具有平坦的圆板形状。
本申请发明人在日本特开2015-127564所公开的冷却氢供给站的制冷机单元中，对采用上述的斯特林制冷机的情况进行了研究。
发明内容
如上所述，如图8所示，上述的斯特林制冷机的吸热部具有平坦的圆板形状。
遗憾的是，以往不存在使这样的吸热部与制冷剂高效地进行热交换的热交换器。
如图9所示，本申请发明人曾经试制了形成有迷宫状的制冷剂流路的热交换器，并持续进行了研究。
本申请的发明人验证出经过这样的复杂路径的制冷剂流路发挥出较高的热交换性能。但是，由于路径复杂，因而制冷剂的压力损失较高，即发现了用于使制冷剂循环的驱动能量变高的问题。
实际上，在使用图9所示制冷剂流路的图案(槽的宽度：3.2mm、槽的深度：8.0mm)时，可发挥192W这样的较高的热交换性能，同时会产生394kPa的压力损失。
本发明就是基于以上见解而做出的。本发明的目的在于提供一种适于与吸热部具有平坦形状的制冷机组合的热交换器，该热交换器能够发挥较高的热交换性能，并且还能够抑制制冷剂的压力损失。
本发明的热交换器的特征在于，具有：板部件，其具有平坦的底部，并且在内部形成有制冷剂用流路；以及板盖，其覆盖所述板部件，所述板盖上设置有：制冷剂入口，其与所述板部件的所述制冷剂用流路的一侧区域连通；以及制冷剂出口，其与所述板部件的所述制冷剂用流路的另一侧区域连通，所述制冷剂用流路形成为，相比接近将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线的区域而言，在远离将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线的区域内配置密度更高。
根据本发明，相比接近将制冷剂入口所连通的一侧区域和制冷剂出口所连通的另一侧区域连结的直线的区域而言，在远离将制冷剂入口所连通的一侧区域和制冷剂出口所连通的另一侧区域连结的直线的区域中，制冷剂用流路的配置密度更高，从而能够使制冷剂平衡性良好地在从制冷剂入口所连通的一侧区域到制冷剂出口所连通的另一侧区域的各路径中流动，能够有效地抑制作为热交换器整体的压力损失。
具体而言，例如优选构成为，所述制冷剂用流路包含俯视时呈倾斜格子状的图案。
在该情况下，容易发挥较高的热交换性能，另外，关于制冷剂用流路的配置密度的高低的设计和制造也变得容易。
而且，在这种情况下，优选所述倾斜格子状的图案的槽要素的与各槽要素的延伸方向垂直的宽度一定。这种槽要素可使用相同的加工工具形成，因此制造容易，设计也容易。另外，在该情况下，制冷剂用流路的配置密度取决于倾斜格子状的图案的槽要素的配置密度(例如相邻的槽要素之间的间隔等)。
根据采用了倾斜格子状的图案的本申请的发明人进行的使用实际的试制品的验证实验，得出了如下见解：优选上述各槽要素的宽度为1.2mm～2.0mm，上述各槽要素的深度为5.0mm～8.0mm，上述板部件的厚度为7.0mm～10.mm。
如图8所示，上述的斯特林制冷机的吸热部具有平坦的圆板形状，因此优选本发明的热交换器的板部件(的底部)也具有俯视时呈圆板状的形状。在这种情况下，进一步优选构成为，将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线在所述板部件的直径方向延伸。另外，在这种情况下，进一步优选构成为，所述制冷剂用流路在比接近所述板部件的中心的区域更远离所述板部件的中心的区域内配置密度更高。
在本发明中，板部件和板盖分体是为了容易制造而优选的方式，但在功能方面不是必须的要件。即，本发明的热交换器具有平坦的底部，并且在内部形成有制冷剂用流路，该热交换器的特征在于，该热交换器被设置为与所述制冷剂用流路的一侧区域连通的制冷剂入口和与所述制冷剂用流路的另一侧区域连通的制冷剂出口向同一方向突出，所述制冷剂用流路形成为，相比与将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线接近的区域而言，在远离将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域的直线的区域内配置密度更高。
根据本发明，相比与将制冷剂入口所连通的一侧区域和制冷剂出口所连通的另一侧区域连结的直线接近的区域而言，在远离将制冷剂入口所连通的一侧区域和制冷剂出口所连通的另一侧区域连结的直线的区域中，制冷剂用流路的配置密度更高，从而能够使制冷剂平衡性良好地在从制冷剂入口所连通的一侧区域到制冷剂出口所连通的另一侧区域的各路径中流动，能够有效地抑制作为热交换器整体的压力损失。
附图说明
图1是示出将本发明的一个实施方式的热交换器组装在制冷机上的状态的立体图。
图2是示出分解了图1的热交换器的状态的立体图。
图3是图1的热交换器的纵剖视图。
图4是图1的热交换器的板部件的立体图。
图5是图1的热交换器的板部件的俯视图。
图6是记载有详细的尺寸例的图1的热交换器的板部件的俯视图。
图7是记载有详细的尺寸例的热交换器的板部件的变形例(变形例3)的俯视图。
图8是斯特林制冷机的立体图。
图9是用于说明迷宫状的制冷剂流路的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出将本发明的一个实施方式的热交换器10组装在斯特林制冷机50上的状态的立体图，图2是示出将热交换器10分解后的状态的立体图，图3是热交换器10的纵剖视图。
如图1至图3所示，本实施方式的热交换器10具有：板部件20，其具有平坦的底部21，并且在内部形成有制冷剂用流路22；以及板盖30，其覆盖板部件20。板部件20为铝合金制，板盖30为不锈钢制，也可以是铝合金制。
在板盖30上设置有：制冷剂入口31，其与板部件20制冷剂用流路22的一侧区域22a连通；以及制冷剂出口32，其与板部件20的制冷剂用流路22的另一侧区域22b连通。
如图1至图3所示，本实施方式的板部件20具有俯视时呈圆板状的形状，将制冷剂入口31所连通的一侧区域22a和制冷剂出口32所连通的另一侧区域22b连结的直线在板部件20的直径方向延伸。
另外，如图1和图2所示，本实施方式的板部件20设置为，与制冷剂用流路22的一侧区域22a连通的制冷剂入口31和与制冷剂用流路22的另一侧区域22b连通的制冷剂出口32向同一方向突出。
接着，图4是本实施方式的热交换器10的板部件20的立体图，图5是本实施方式的热交换器10的板部件20的俯视图。另外，图6是记载有详细的尺寸例的本实施方式的热交换器10的板部件20的俯视图。
如图4至图6所示，制冷剂用流路22形成为，相比与将制冷剂入口31所连通的一侧区域22a和制冷剂出口32所连通的另一侧区域22b连结的直线接近的区域而言，在远离将制冷剂入口31所连通的一侧区域22a和制冷剂出口32所连通的另一侧区域22b连结的直线的区域内配置密度更高。另外，在本实施方式中，制冷剂用流路22在比接近俯视时呈圆板状的板部件20的中心的区域更远离俯视时呈圆板状的板部件20的中心的区域内配置密度更高。
由此，能够使制冷剂平衡性良好地在从制冷剂入口31所连通的一侧区域22a到制冷剂出口32所连通的另一侧区域22b的各个路径中流动。由此，可期待对作为热交换器整体的压力损失有效地进行抑制。
特别地，如图4至图6所示，本实施方式的制冷剂用流路22包含俯视时呈倾斜格子状的图案。本实施方式的倾斜格子状的图案形成为，纵横的格子状的图案相对于将制冷剂入口31所连通的一侧区域22a和制冷剂出口32所连通的另一侧区域22b连结的直线倾斜45°。
通过这种结构，能够发挥较高的热交换性能，另外，关于制冷剂用流路22的配置密度的高低的设计和制造也变得容易。
而且，在本实施方式中，如图5所示，倾斜格子状的图案的槽要素(流路要素)的与其延伸方向垂直的宽度一定。这种槽要素(流路要素)可使用相同的加工工具形成，因此制造容易，设计也容易。在该情况下，制冷剂用流路22的配置密度取决于倾斜格子状的图案的槽要素(流路要素)的配置密度(例如相邻的槽要素之间的间隔等)。
根据采用了倾斜格子状的图案的本申请的发明人进行的使用实际的试制品的验证实验，得出了如下见解：优选各槽要素的宽度为1.2mm～2.0mm，各槽要素的深度为5.0mm～8.0mm，板部件20的厚度为7.0mm～10.0mm。作为一例，在本实施方式中，各槽要素的宽度为1.5mm，各槽要素的深度为6.0mm，板部件20的厚度为8.0mm。
另外，如图6所示，相邻的槽要素的中心线彼此的间隔从中央侧起依次为4.5mm、4.0mm(×2)、3.5mm(×1)、3.0mm(×5)。
下面，对本实施方式的作用进行说明。
为了评价本实施方式的性能，如图1所示，将本实施方式的热交换器10组装于由日本双鸟工业株式会社制造的斯特林制冷机(商品名：斯特林冷却器、型号：SC-UE15R)的吸热部中，对热交换性能和制冷剂的压力损失进行了评价。作为制冷剂，使用了日本昭和株式会社制的GOLD-BRINE(注册商标)FP-40(甲酸钾水溶液)。
其结果是，可发挥205W的较高的热交换性能，并能够使压力损失降低至35.6kPa左右。
(变形例1)
根据上述实施方式，在将各槽要素的深度减少为5.0mm，并将板构件20的厚度减少为7.0mm情况下，也能够发挥196W这样的高热交换性能，并能够使压力损失降低至45.4kPa左右。
(变形例2)
根据上述实施方式，在反之使各槽要素的深度增大为8.0mm，并将板构件20的厚度增大为10.0mm情况下，也能够发挥219W这样的高热交换性能，并能够使压力损失降低至25.7kPa左右。
(变形例3)
根据上述实施方式，在将各槽要素的宽度增大为2.0mm情况下，也能够发挥180W这样的高热交换性能，并能够使压力损失降低至30.7kPa左右。另外，如图7所示，这种情况下的相邻的槽要素的中心线彼此的间隔从中央侧起依次为5.0mm、5.0mm(×1)、4.5mm(×1)、4.0mm(×1)、3.5mm(×4)。
(作用效果的总结)
如上所述，根据本实施方式及其变形例，能够使制冷剂平衡性良好地在从制冷剂入口31所连通的一侧区域22a到制冷剂出口32所连通的另一侧区域22b的各路径中流动，能够有效地抑制作为热交换器10整体的压力损失。
另外，通过使制冷剂用流路22包含俯视时呈倾斜格子状的图案，从而能够容易地发挥高热交换性能，并且，关于制冷剂用流路22的配置密度的高低的设计和制造也变得容易。
另外，倾斜格子状的图案的槽要素的与各槽要素的延伸方向垂直的宽度一定，因而能够使用相同的加工工具形成，因此制造容易，设计也很容易。
并且，板部件20和板盖30分体是为了容易制造而优选的方式，但在功能方面不是必须的要件。
标号说明
10：热交换器；20：板部件；21：底部；22：制冷剂用流路；22a：一侧区域；22b：另一侧区域；30：板盖；31：制冷剂入口；32：制冷剂出口。

Claims (7)

1.一种热交换器，其特征在于，具有：
板部件，其具有平坦的底部，并且在内部形成有制冷剂用流路；以及
板盖，其覆盖所述板部件，
所述板盖上设置有：
制冷剂入口，其与所述板部件的所述制冷剂用流路的一侧区域连通；以及
制冷剂出口，其与所述板部件的所述制冷剂用流路的另一侧区域连通，
所述制冷剂用流路形成为，相比接近将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线的区域而言，在远离将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线的区域内配置密度更高。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述制冷剂用流路包含俯视时呈倾斜格子状的图案。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，
所述倾斜格子状的图案的槽要素的与各槽要素的延伸方向垂直的宽度一定，
所述制冷剂用流路的配置密度取决于所述倾斜格子状的图案的槽要素的配置密度。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
所述各槽要素的宽度是1.2mm～2.0mm，
所述各槽要素的深度是5.0mm～8.0mm，
所述板部件的厚度是7.0mm～10.0mm。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的热交换器，其特征在于，
所述板部件具有俯视时呈圆板状的形状，
将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线在所述板部件的直径方向延伸。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，
所述制冷剂用流路在比接近所述板部件的中心的区域更远离所述板部件的中心的区域内配置密度更高。
7.一种热交换器，其具有平坦的底部，并且在内部形成有制冷剂用流路，该热交换器的特征在于，
该热交换器被设置为与所述制冷剂用流路的一侧区域连通的制冷剂入口和与所述制冷剂用流路的另一侧区域连通的制冷剂出口向同一方向突出，
所述制冷剂用流路形成为，相比接近将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域连结的直线的区域而言，在远离将所述制冷剂入口所连通的所述一侧区域和所述制冷剂出口所连通的所述另一侧区域的直线的区域内配置密度更高。
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