CN1115541C - 热交换器 - Google Patents

Abstract

第1传热板(S1)及第2传热板(S2)径向设置于一个大径圆柱形外壳(6)及小径圆柱形内壳(7)之间，以在圆周方向上交互形成燃气通路(4)及空气通路(5)，在第1传热板(S1)及第2传热板(S2)上形成的多个突起(22、23)，其端部相互连接。相邻的突起(22、23)之间的间距(P)在径向方向上改变以使传热单元数在径向方向上基本一定，从而使第1传热板(S1)及第2传热板(S2)上径向方向上的的温度分布一致，以避免换热效率的下降及不希望有的热应力的产生。

Description

热交换器

发明领域

本发明涉及由多个弯折成为折曲形状的多个第1传热板及多个第2传热板交互形成高温流体通路及低温流体通路而构成的热交换器。

背景技术

关于在构成高温流体通路及低温流体通路的传热板上形成许多突起并使突起的前端相互结合而构成的热交换器已由日本专利特开昭61-153500号公报公开。

然而，在将第1传热板及第2传热板配置成为放射状并且在圆周方向交互形成高温流体通路及低温流体通路的热交换器中，高温流体通路及低温流体通路的流路截面面积在半径方向的内侧变窄，而半径方向的外侧变宽，并且在传热板上形成的突起的高度在半径方向的内侧低，而在半径方向的外侧高。结果，传热板的传热系数以及流体质量流量在半径方向上是不均匀的，有可能使整体热交换效率降低或发生令人讨厌的热应力。

另外，关于在以规定的间隔配置多个传热板，在传热板上形成的堤埂状凸条的前端相互接合，而在邻接的传热板间形成高温流体通路及低温流体通路的热交换器已由日本专利特开昭58-223401号公报发表而公开。

然而，在邻接的传热板的边缘处形成的凸条的各前端是利用钎焊接合的场合，有时会由于钎焊热的影响使传热板端部边缘向凸条突出方向的反方向弯折，从而使在邻接的传热板间形成的流体通路的出入口的流路的截面面积变窄。并且，如果在弯折成为回弯折曲形状的第1传热板及第2传热板的折线上配置凸条，则由于该凸条部分的刚性高不仅会使弯折加工困难，而且有时在该部分折线的弯折部分的形状受到破坏而使凸条间产生间隙，从而使流体从该处漏过而使传热效率降低。

发明内容

本发明就是有鉴于前述的事项而完成的，其第1个目的是要使圆环状的热交换器的传热板的温度分布在半径方向上均匀，避免热交换效率降低或发生令人讨厌的热应力。另外，本发明的第2个目的是避免由于对凸条进行钎焊而发生使上述流体通路的出入口变窄。此外，本发明的第3个目的是在与凸条不发生干涉的条件下使折线可以容易而正确地进行弯折。

为达到上述第1个目的，根据本发明的第1个特征，所提出的热交换器的特征为：在半径方向外周壁及半径方向内周壁之间形成的圆环状空间中，在圆周方向上交互形成在轴向方向上延伸的高温流体通路及低温流体通路的热交换器，将多个第1传热板及多个第2传热板通过折线交互连接而成的折板坯料相对该折线折曲成为柳编箱式回弯折曲形状，通过将上述第1传热板及第2传热板在上述半径方向外周壁及半径方向内周壁之间配置成为放射状，在邻接的第1传热板及第2传热板之间在圆周方向上交互形成高温流体通路及低温流体通路，并且在形成高温流体通路入口及低温流体通路出口时使之在上述高温流体通路的轴向方向的两端部上开口的同时，在形成低温流体通路入口及低温流体通路出口时使之在上述低温流体通路的轴向方向的两端部上开口，而且在上述第1传热板及第2传热板的两面上形成的多数突起的各前端之间相互接合而形成的热交换器中，上述突起的配置间距应设定为使传热单元数在半径方向上大致保持一定。

按照上述的构成，因为在半径方向外周壁及半径方向内周壁之间形成的圆环状的空间中，将第1传热板及第2传热板配置成为放射状并且在圆周方向交互形成高温流体通路及低温流体通路，在第1传热板及第2传热板的两面上形成的多数突起的各前端之间相互接合而成的热交换器中，上述突起的配置间距设定为使传热单元数在半径方向上大致保持一定，就可以使传热板的温度分布在半径方向上均匀而避免热交换效率降低或发生令人讨厌的热应力。

假设第1传热板及第2传热板的传热系数为K，第1传热板及第2传热板的面积为A，流体的比热为C，流过上述传热面积的流体质量流量为dm/dt时，传热单元数N_tu定义为：

      N_tu＝(K×A)/[C×(dm/dt)]

传热单元数在半径方向上大致保持一定的突起的配置间距因热交换器的流路的形状及突起的形状而异，有时从半径方向内侧向半径方向外侧逐渐减小和有时从半径方向内侧向半径方向外侧逐渐增大。

如突起的高度从半径方向内侧向半径方向外侧逐渐增大，可正确地使第1传热板及第2传热板成放射状地定位。

此外，为达到上述第2个目的，根据本发明的第2个特征，所提出的热交换器的特征为：作为将多个第1传热板及多个第2传热板通过第1折线及第2折线交互连接而成的折板坯料相对该第1折线及第2折线折曲成为回弯折曲形状，通过将该第1折线和第1端板接合而使相邻的第1折线间的间隙闭塞的同时，通过将该第2折线和第2端板接合而使相邻的第2折线间的间隙闭塞，而在相邻的上述第1传热板及第2传热板之间交互形成高温流体通路及低温流体通路的热交换器，将第1传热板及第2传热板的流路方向的两个端部切断成有两个边缘的山形，通过在高温流体通路的流路方向的一个端部上将上述两个边缘的一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的各凸条间隙钎焊而使之闭塞并使其另一方开放从而形成高温流体通路入口的同时，通过在高温流体通路的流路方向的另一个端部上将上述两个边缘的一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的各凸条间隙钎焊而使之闭塞并使其另一方开放从而形成高温流体通路出口，并且还通过在低温流体通路的流路方向的另一个端部上将上述两个边缘的另一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的各凸条间隙钎焊而使之闭塞并使其一方开放从而形成低温流体通路入口的同时，通过在低温流体通路的流路方向的一个端部上将上述两个边缘的另一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的各凸条间隙钎焊而使之闭塞并使其一方开放从而形成低温流体通路出口的热交换器中，上述山形的边缘具有延伸于凸条外侧的外延部分，并将在此外延部分上向着和凸条的反方向突出而形成各突起的前端相互连接。

按照上述的构成，对在交互配置的第1传热板及第2传热板的边缘上形成的凸条的各前端进行钎焊，当高压流体通路及低压流体通路的一方闭塞而另一方开放之际，即使由于钎焊热的影响使第1传热板及第2传热板的边缘向着与凸条的突出方向的反方向弯曲，由于在从边缘向外侧延伸的外延部分上形成的突起的各前端相互连接而可以抑制上述弯曲的发生，从而可防止高压流体通路及低压流体通路的通路入口及通路出口的流路截面面积的减小。而且，由于凸条的各前端牢固密接，可提高由凸条所形成的高压流体通路及低压流体通路的密封性。

沿凸条的内侧形成朝该凸条的反方向突出的突起，如将这些突起的各前端相互对接，防止凸条挠曲而将个该凸条牢固连接，就可以增加钎焊的强度。

另外，为达到上述第3个目的，根据本发明的第3个特征，所提出的热交换器的特征为：作为将多个第1传热板及多个第2传热板通过第1折线及第2折线交互连接而成的折板坯料相对该第1折线及第2折线折曲成为回弯形状，在通过将该第1折线和第1端板接合使邻接的第1折线间的间隙闭塞的同时，通过将该第2折线和第2端板接合使邻接的第2折线间的间隙闭塞，而在邻接的上述第1传热板及第2传热板之间交互形成高温流体通路及低温流体通路的热交换器，将第1传热板及第2传热板的流路方向的两个端部以具有两个边缘的山形切断，通过在高温流体通路的流路方向的一个端部上将上述两个边缘的一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的凸条而使之闭塞并使其另一方开放从而形成高温流体通路入口的同时，通过在高温流体通路的流路方向的另一个端部上将上述两个边缘的一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的凸条使之闭塞并使其另一方开放从而形成高温流体通路出口，并且还通过在低温流体通路的流路方向的另一个端部上将上述两个边缘的另一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的凸条使之闭塞并使其一方开放从而形成低温流体通路入口的同时，通过在低温流体通路的流路方向的一个端部上将上述两个边缘的另一方借助对突设于上述第1、第2传热板上的凸条使之闭塞并使其一方开放从而形成低温流体通路出口的热交换器中，在夹着各折线的一对对向凸条的各前端之间形成间隙，并且在此间隙之间配置上述折线。

按照上述的构成，在折曲折板坯料时，由于上述折线是配置在夹着折线的一对相对凸条的各前端之间所形成的间隙内，折线的折曲部分不会干涉凸条而容易折曲，并且由于可以折曲成纯直线形状，加工质量良好。

如使折线的折曲部分的周长与上述间隙之间的宽度一致，就可以使凸条在折曲部分上平滑连接，从而可提高第1端板和第2端板之间的密封性。

不与折线的折曲部分干涉地形成凸条，就可以可靠地防止流体从折曲部分泄漏。

附图简介

图1至图18示出本发明的一个实施例，其中图1为燃气轮机的整体侧视图，图2为沿图1中的2-2线的剖视图，图3为沿图2中的3-3线的剖视放大图(燃气通路的剖视图)，图4为沿图2中的4-4线的剖视放大图(空气通路的剖视图)，图5为沿图3中的5-5线的剖视放大图，图6为沿图3中的6-6线的剖视放大图，图7为折板坯料的展开图，图8为热交换器的主要部件的斜视图，图9为示出燃气和空气流动的模式图，图10A～图10C为说明突起间距均匀场合的作用的曲线图，图11A～图11C为说明突起间距不均匀场合的作用的曲线图，图12A及图12B为说明对应上述图6的主要部件的作用的说明图，图13为图7中13部分的放大图，图14为图7中的14部分的放大图，图15为图13中对应热交换器的局部斜视图，图17为沿图15的17-17线的剖视图，图18为沿图16的18-18线的剖视图。

实施本发明的最佳形态

下面根据附图说明本发明的实施例。

如图1及图2所示，燃气轮机E的构成包括一个内部容纳图中未示出的燃烧器、压缩机、涡轮机等的发动机本体1，围绕此发动机本体1的外周配置有圆环状的热交换器2。热交换器2是由具有90°的中心角的4个组件2₁…夹着接合面3配置在圆周方向上，通过涡轮机的温度较高的燃气通过的燃气通路4…和由压缩机压缩的温度较低的空气通过的空气通路5…在圆周方向上交互形成(参考图5及图6)。另外，图1的剖面对应于燃气通路4…，在该燃气通路4…的身前这一侧和对侧邻接形成空气通路5…。

沿着热交换器2的轴线的剖面形状为在轴向方向长半径方向上短的扁平六角形，其半径方向上的外周面由大径圆柱状外壳6闭塞，同时其半径方向上的内周面由小径圆柱状的内壳7闭塞。热交换器2的剖面的前端侧(图1的左侧)被切成不等长的山形(人字形)，在对应该山形顶点的端面上钎焊有与发动机本体1的外周相连的端板8。另外，热交换器2的剖面的后端侧(图1的右侧)被切成不等长的山形，在对应该山形顶点的端面上钎焊有与后部外壳9相连的端板10。

热交换器2的各燃气通路4在图1的左上方及右下方具有燃气通路入口11及燃气通路出口12，燃气通路入口11与把沿着发动机本体1的外周形成的燃气导入的空间(简称为燃气导入管道)13的下游侧连接，同时，燃气通路出口12与把延伸到发动机本体1的内部的燃气排出的空间(简称为燃气排出管道)14的上游侧连接。

热交换器2的各空气通路5在图1的右上方及左下方具有空气通路入口15及空气通路出口16，空气通路入口15与把沿着后部外壳9形成的空气导入的空间(简称为空气导入管道)17的下游侧连接的同时，空气通路出口16与把扩展到发动机本体1的内部的空气排出的空间(简称为空气排出管道)18的上游侧连接。

这样一来，如图3、图4及图9所示，由于燃气和空气是互相反向流动并且相互交叉，可以实现换热效率高的对向流及所谓的横流。也即通过使高温流体和低温流体相互反方向流动，使得在其流路的全长上高温流体及低温流体之间的温度差可保持很大，从而可提高换热效率。

于是，驱动涡轮机的燃气的温度在燃气通路入口11…处约为600～700℃，由于该燃气通过燃气通路4…之际与空气之间进行换热，在燃气通路出口12…处冷却到约为200～300℃，而该空气由于在通过空气通路5…之际与燃气之间进行换热，在空气通路出口16…处加热到约500～600℃。

下面参考图3～图8说明热交换器2的构造。

如图3、图4及图7所示，热交换器2的组件2₁是利用预先将不锈钢等的金属薄板切割成规定形状之后，对其表面进行压力加工使之产生凸凹的折板坯料21制造而成。折板坯料21是使第1传热板S1…及第2传热板S2…交互配置，山形折线L₁及谷形折线L₂折成回弯状，所谓山形弯折是指朝身前一侧折弯，所谓谷形弯折是指凸向图面另一侧地弯折。各山形折线L₁及谷形折线L₂并不是尖锐的直线，用于形成第1传热板S1…及第2传热板S2…之间的规定空间实际上是由圆弧状的折线或平行且邻接的2条折线构成。

在各第1、第2传热板S1，S2上利用压力加工形成以不等间隔配置的多个第1突起22…和第2突起23…。在图7中以×号表示的第1突起22…是向着纸面身前侧突出，而以○号表示的第2突起23…是向着纸面后侧突出，这些突起是交互配置的(即各第1突起22…或各第2突起23….不是连续的)。

在各第1、第2传热板S1，S2的切成山形的前端部分及后端部分上利用压力加工形成图7中向着纸面前侧突出的第1凸条24_F…，24_R…，及向着纸面后侧突出的第2凸条25_F…，25_R…。对任何一个第1传热板S1及第2传热板S2都是在对角位置配置前后1对第1凸条24_F，24_R，而在另一对角位置配置前后1对第2凸条25_F，25_R。

还有，图3所示的第1传热板S1的第1突起22…，第2突起23…，第1凸条24_F…，24_R…及第2凸条25_F…，25_R…与图7所示的第1传热板S1的凸凹关系相反，这是因为图3示出的是从第1传热板S1的里面一侧观察所见的状态之故。

参考图5～图7可以明了，在将折板坯料21的第1传热板S1…及第2传热板S2…以山形折线L₁折曲而在两传热板S1…，S2…之间形成燃气通路4…之时，第1传热板S1的第2突起23…的前端和第2传热板S2的第2突起23…的前端相互对接进行钎焊。另外，第1传热板S1的第2凸条25_F…，25_R…和第2传热板S2的第2凸条25_F…，25_R…相互对接进行钎焊，在使图3所示的燃气通路4的左下部分及右上部分闭塞的同时，第1传热板S1的第1凸条24_F…，24_R…和第2传热板S2的第1凸条24_F…，24_R…之间存有间隙相互对向设置，在图3所示的燃气通路4的左上部分及右下部分分别形成燃气通路入口11及燃气通路出口12。

在将折板坯料21的第1传热板S1…及第2传热板S2…以谷形折线L₂折曲而在两传热板S1…，S2…之间形成空气通路5…之时，第1传热板S1的第1突起22…的前端和第2传热板S2的第1突起22…的前端相互对接并钎焊。另外，第1传热板S1的第1凸条24_F…，24_R…和第2传热板S2的第1凸条24_F…，24_R…相互对接并钎焊，在使图4所示的空气通路5的左上部分及右下部分闭塞的同时，第1传热板S1的第2凸条25_F…，25_R…和第2传热板S2的第2凸条25_F…，25_R…之间存有间隙相互对向设置，在图4所示的空气通路5的右上部分及左下部分分别形成空气通路入口15及空气通路出口16。

在图6的上侧(半径方向外侧)示出的是利用第1凸条24_F…闭塞空气通路5的状态，在下侧(半径方向外侧)示出的是利用第2凸条25_F…闭塞燃气通路4的状态。

第1突起22…及第2突起23…具有大致为截圆锥台形状，为提高其前端部分的钎焊强度而采用面接触。另外，第1凸条24_F…，24_R…及第2凸条25_F…，25_R…也具有大致为梯形的剖面，为提高其前端部分的钎焊强度也采用面接触。

由图3及图4可以明了，各第1、第2传热板S1，S2的切成山形的前端部分的第1、第2凸条24_F，25_F的外侧和后端部分的第1、第2凸条24_R，25_R的外侧之间形成宽度很窄的外延部分26…，在这些外延部分26…上形成1列5个或8个防弯突起27…。防弯突起27…向着与其邻接的第1凸条24_F，24_R及第2凸条25_F，25_R的突出方向的反方向突出。即如果第1凸条24_F，24_R及第2凸条25_F，25_R向身前侧突出，则与其邻接的防弯突起27…就向着后侧突出，而如果第1凸条24_F，24_R及第2凸条25_F，25_R向着后侧突出，则与其邻接的防弯突起27…就向身前侧突出。

图12A为示出与燃气通路4相连的燃气通路入口11附近的剖视图。设置在第1凸条24_F的外侧的外延部分26上的防弯突起27…的各前端相互对接并钎焊，另外空气通路5通过将各第1凸条24_F钎焊使其闭塞。用实线箭头示出的燃气从燃气通路入口11流入，通过防弯突起27…的周围而导入燃气通路4。另一方面，流过空气通路5的空气(由虚线箭头图示)为各第1凸条24_F的对接部分所阻止。

燃气通路出口12、空气通路入口15及空气通路出口16附近的外延部分26…，也和上述的燃气通路入口11一样，防弯突起27…的各前端相互对接进行钎焊。

但是，如图12B所示，假如外延部分26不具有防弯突起27…，则由于在对相互对接的各第1凸条24_F进行钎焊之际的热影响会使外延部分26向着第1凸条24_F的突出反向弯曲，从而使燃气通路入口11的流路截面面积变小。

然而，如果如图12A所示，在外延部分26上设置防弯突起27…，就可能防止这种弯曲，从而不仅可以可靠地防止燃气通路入口11的流路截面面积的减小，还可使各第1凸条24_F强制密接而提高密封性。同样，也可以避免减小燃气通路出口12、空气通路入口15及空气通路出口16的流路截面面积，并且可以使各第1凸条24_F，24_R…及各第2凸条25_F，25_R可靠地密接。

由图3及图4可以明了，在第1凸条24_F，24_R的及第2凸条25_R，25_R的内侧之上，形成一列地设置在外侧(即外延部分26)上的的防弯突起27…和向着同方向突出的第1突起22…和第2突起23…。通过使这些第1突起22…和第2突起23…的各前端相互对接对第1凸条24_F，24_R及第2凸条25_F，25_R在外侧及内侧两方进行固定就可以可靠地防止其挠曲。结果第1凸条24_F，24_R及第2凸条25_F，25_R的各前端可靠密接，从而可提高钎焊的强度。

由图5可知，空气通路5…的半径方向内周部分由于与折板坯料21的折曲部分(谷形折线L₂)相当而自动闭塞，空气通路5…的半径方向外周部分开放，其开放部分钎焊于外壳6之上而被闭塞。另一方面，燃气通路4…的半径方向外周部分由于与折板坯料21的折曲部分(山形折线L₁)相当而自动闭塞，燃气通路4…的半径方向内周部分开放，其开放部分钎焊于内壳7之上而被闭塞。

因为在由外壳6及内壳7所夹持的热交换器2的轴向方向中央部分上，在第1、第2传热板S1，S2上设置有第1凸条24_F，24_R的及第2凸条25_R，25_R，第1、第2传热板S1，S2之间的间隔保持就由第1突起22…相互对接及第2突起23…相互对接来实现，其结果可提高上述第1、第2突起22…，23…的接合性。

当折板坯料21弯折成为回弯折曲形状时，邻接的各山形折线L₁虽不会直接接触，通过使第1突起22…相互接触使上述山形折线L₁相互间保持一定的间隔。另外，邻接的各谷形折线L₂虽不会直接接触，通过使第2突起23…相互接触使上述谷形折线L₂相互间保持一定的间隔。

如图13所示，第1传热板S1的第1凸条24_F及第2传热板S2的第1凸条24_F向着设置在两传热板S1，S2之间的山形折线L₁延伸，其一对第1凸条24_F，24_F的前端终止处在山形折线L₁的两侧留有宽度为do的间隙。即，山形折线L₁通过由一对第1凸条24_F，24_F的前端所形成的宽度为do的间隙的中心。上述间隙，相对第1、第2传热板S1，S2的本体部分(设置第1突起22…及第2突起23…的平板部分)，连接于同一平面上。

另外，如图14所示，第1传热板S1的第2凸条25_F及第2传热板S2的第2凸条25_F向着设置在两传热板S1，S2之间的谷形折线L₂延伸，其一对第2凸条25_F，25_F的前端终止处在谷形折线L₂的两侧留有宽度为di的间隙。即，谷形折线L₂通过由一对第2凸条25_F，25_F的前端所形成的宽度为di的间隙的中心。上述间隙，相对第1、第2传热板S1，S2的本体部分(设置第1突起22…及第2突起23…的平板部分)，连接于同一平面上。

如图5右上方的圆内所示，第1、第2传热板S1…，S2…的半径方向外端部分由山形折线L₁…连接到外壳6，在外壳6的附近也交互形成燃气通路4…及空气通路5…而使换热可高效地进行。各山形折线L₁的折曲部分，即山形折线L₁的折曲的A点及B点之间的周长Ro设定为等于在上述一对第1凸条24_F，24_F的前端之间所形成的间隙的宽度do。

另外，如图5左下方的圆内所示，第1、第2传热板S1…，S2…的半径方向内端部分由谷形折线L₂…连接到小径圆柱状的内壳7，在小径圆柱状的内壳7的附近也交互形成燃气通路4…及空气通路5…可使换热高效地进行。各谷形折线L₂的折曲部分，即谷形折线L₂的折曲的C点及D点之间的周长Ri设定为等于在上述一对第2凸条25_F，25_F的前端之间所形成的间隙的宽度di。

将图15及图17合并起来参考可知，在山形折线L₁整个长度上都折曲时，位于山形折线L₁的两侧的一对第1凸条24_F，24_F的侧壁在上述宽度do的两侧平滑连接而形成宽度Do的平坦面。于是，由于上述宽度Do的平坦面与外壳6的接合没有间隙，所以就可以防止空气通路5的空气从第1凸条24_F，24_F和外壳6之间泄漏。

另外，将图16及图18合并起来参考可知，在谷形折线L₂整个长度上都折曲时，位于谷形折线L₂的两侧的一对第2凸条25_F，25_F的侧壁在上述宽度di的两侧平滑连接而形成宽度Di的平坦面。于是，由于上述宽度Di的平坦面与内壳7的接合没有间隙，所以就可以防止燃气通路6的燃气从第2凸条25_F，25_F和内壳7之间泄漏。

如上所述，因为山形折线L₁是配置在一对第1凸条24_F，24_F的前端之间的间隙内，并且谷形折线L₂是配置在一对第2凸条25_F，25_F的前端之间的间隙内，所以在折曲时山形折线L₁及谷形折线L₂分别与第1凸条24_F，24_F及第2凸条25_F，25_F无干涉，不仅容易进行加工，折曲部分加工质量良好，而且可以防止流体从折曲部分泄漏。

特别是，因为将一对第1凸条24_F，24_F的前端之间的间隙的宽度do设定为等于山形折线L₁的周长Ro，将一对第2凸条25_F，25_F的前端之间的间隙的宽度di设定为等于谷形折线L₂的周长Ri，可以在第1凸条24_F，24_F的前端形成宽度为do的平坦部分而获得与外壳6之间的良好的密封性，并且在第2凸条25_F，25_F的前端形成宽度为di的平坦部分而获得与内壳7之间的良好的密封性。

上面对前侧的第1凸条24_F及第2凸条25_F的有关结构进行了说明，由于后侧的第1凸条24_R及第2凸条25_R的有关结构实质上是一样的，所以其说明省略而不再重复。

在将上述折板坯料21弯折成为折曲形状制作热交换器2的组件2₁时，是将第1传热板S1…及第2传热板S2…配置成为以热交换器2为中心的放射状。所以，邻接的第1传热板S1…及第2传热板S2…之间的距离在与外壳6相接的半径方向外周部分处为最大，并且在与内壳7相接的半径方向内周部分处为最小。因此，上述第1突起22…，第2突起23…，第1凸条24_F，24_R及第2凸条25_F，25_R的高度从半径方向内侧向着外侧逐渐增加，因此就可以将第1传热板S1…及第2传热板S2…准确地配置成为放射状(参考图5及图6)。

由于采用上述的放射状的折板结构，外壳6及内壳7定位处于同心状态，可以精确保持热交换器2的轴对称性。

由于热交换器2是由4个结构相同的组件2₁…组合而构成，所以可以做到制造容易结构简单。另外，由于是将折板坯料21弯折成为放射状及回弯折曲状而连续地形成第1传热板S1…及第2传热板S2…，与将每一个都是独立的许多第1传热板S1…和每一个都是独立的许多第2传热板S2…交互钎焊的场合相比，不仅部件个数及钎焊点数可大幅度减少，而且可以提高成品的尺寸精度。

由图5可知，在使热交换器2的组件2₁…与接合面3…(参考图2)相互接合时，是将越过山形折线L₁的折曲成为J字形的第1传热板S1…的边缘与在山形折线L₁的前方切断成为直线形状的第2传热板S2…的边缘重叠钎焊。由于采用了上述结构，不需要特别的接合部件来使相邻的组件2₁接合，并且由于不需要改变折板坯料21的厚度的特别加工，不仅可以减少部件的个数和加工成本，也可以避免接合部分的受热质量的增加。并且，因为不会发生既不是燃气通路4…也不是空气通路5…的死角，可将流路阻力抑制到最小限度而不必担心出现换热效率降低。

在燃气轮机E运行中间，由于燃气通路4…的压力比较低，而空气通路5…的压力比较高，由于其压力差的作用，在第1传热板S1…及第2传热板S2…上受到弯曲载荷的作用，借助相互对接的第1突起22…及第2突起23…，可以得到能够耐受上述载荷的足够的刚度。

另外，由于第1突起22…及第2突起23…使第1传热板S1…及第2传热板S2…的表面积(即燃气通路4…及空气通路5…的表面积)增加，所以由于燃气及空气流得到搅拌而可以使换热效率提高。

可是，表示燃气通路4…及空气通路5…之间的传热量的传热单元数N_tu由下式

N_tu＝(K×A)/[C×(dm/dt]                  …(1)给出。

上述(1)式中，K是第1传热板S1…及第2传热板S2…的传热率，A是第1传热板S1…及第2传热板S2…的面积(传热面积)，C是流体的比热，dm/dt是流过上述传热面积的流体的质量流量。上述传热面积A及比热C为常数，所以上述传热率K及质量流量dm/dt是邻接的第1突起22…之间或第2突起23…之间的间距P(参考图5)的函数。

如传热单元数N_tu在第1传热板S1…及第2传热板S2…的半径方向上变化，则第1传热板S1…及第2传热板S2…的温度分布不均匀，不仅会使换热效率降低，也会使第1传热板S1…及第2传热板S2…在半径方向上出现不均匀热膨胀而发生不希望出现的热应力。于是，如果适当设定第1突起22…及第2突起23…的半径方向上的配置间距P，使传热单元数N_tu在第1传热板S1…及第2传热板S2…的半径方向各部位上都为一定，就可以消除上述各问题。

如图10A所示，在使上述间距P在热交换器2的半径方向上为一定的场合，则如图10B所示，由于传热单元数N_tu在半径方向的内侧部分变大，而在半径方向的外侧部分变小，就如图10C所示，第1传热板S1…及第2传热板S2…的温度分布也是在半径方向的内侧部分上高，在半径方向的外侧部分上低。另一方面，如图11A所示，如将上述间距P设定为在热交换器2的半径方向内侧部分上大，在半径方向外侧部分上小，则如图11B及图11C所示，可使传热单元数N_tu及温度分布在半径方向上大致为一定。

由图3～图5可知，在本实施例的热交换器2中，设置在其半径方向内侧部分上第1突起22…及第2突起23…的半径方向上的配置间距P大的领域，同时设置在其半径方向外侧部分上第1突起22…及第2突起23…的半径方向上的配置间距P小的领域。结果，在第1传热板S1…及第2传热板S2…的整个范围中传热单元数N_tu大致为一定，可以提高换热效率并减小热应力。

此外，如热交换器的整体形状及第1突起22…及第2突起23…的形状不同时，传热率K及质量流量dm/dt也会改变，适当的间距P的配置也会与本实施例不同。所以，除了如本实施例这种间距P向着半径方向外侧逐渐减小的场合外，也有向着半径方向外侧逐渐增加的场合。所以，如果设定间距P的配置使上式(1)成立，则可以与热交换器的整体形状及第1突起22…及第2突起23…的形状无关而得到上述的作用效果。

由图3及图4可知，在热交换器2的前端部分及后端部分上是将第1传热板S1…及第2传热板S2…分别切为具有长边和短边的不等长的山形，沿着前端侧及后端侧的长边分别形成燃气通路入口11及燃气通路出口12的同时，沿着后端侧及前端侧的短边分别形成空气通路入口15及空气通路出口16。

这样，因为在热交换器2的前端部分沿着山形的两边分别形成燃气通路入口11及空气通路出口16的同时，在热交换器2的后端部分沿着山形的两边分别形成燃气通路出口12及空气通路入口15，与不将热交换器2的前端部分及后端部分切为山形而形成这些入口11、15及出口12、16的场合相比，可以确保这些入口11、15及出口12、16的流路截面面积大而压头损失最小。并且，因为沿着山形的两边形成入口11、15及出口12、16，所以不仅可以使出入燃气通路4…及空气通路5…的燃气及空气的流路平滑而进一步使压头损失减小，而且与入口11、15及出口12、16相连的通路不是急剧地弯曲沿轴向方向配置，可以使热交换器2的半径方向的尺寸小型化。

然而，与通过空气通路入口15及空气通路出口16的空气的体积流量相比，使燃料在该空气中混合而燃烧，再在涡轮机中膨胀而使压力下降的燃气的体积流量增大。在本实施例中，由于上述不等长的山形，体积流量小的空气通过的空气通路入口15及空气通路出口16的长度缩短，体积流量大的燃气通过的燃气通路入口11及燃气通路出口12的长度加长，因此使燃气的流速相对下降而可以更有效地避免压损的发生。

除此之外还有，因为形成为山形的热交换器2的前端部分及后端部分的先端的端面钎焊有端板8，10，所以可以使钎焊的面积减少到最低限度，从而可以减小由于钎焊不良所引起的燃气及空气泄漏的可能性，并且在抑制入口11、15及出口12、16的开口面积的减小的同时还可以对该入口11、15及出口12、16简单而可靠地分隔开。

以上对本发明的实施例进行了详细的描述，但在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行种种设计改变。

比如，在实施例中是以燃气轮机E用的热交换器2作为示例，但本发明也可适用于其他用途的热交换器。另外，本发明并不限于第1传热板S1…及第2传热板S2…配置成为放射状的热交换器2，也可用于平行配置的热交换器。

Claims (5)

1.一种热交换器，为一种多个第1传热板(S1)及多个第2传热板(S2)通过第1折线(L₁)及第2折线(L₂)交互连接而成的折板坯料(21)相对该第1、第2折线(L₁、L₂)处折曲成为回弯状，在通过将该第1折线(L₁)和第1端板(6)接合使相邻的第1折线(L₁)间的间隙闭塞的同时，通过将该第2折线(L₂)和第2端板(7)接合使相邻的第2折线(L₂)间的间隙闭塞，而在邻接的上述第1传热板(S1)及第2传热板(S2)之间交互形成高温流体通路(4)及低温流体通路(5)的热交换器，

将第1传热板(S1)及第2传热板(S2)的流路方向的两个端部以具有两个边缘的山形切断，通过在高温流体通路(4)的流路方向的一个端部上将上述两个边缘的一方借助对突设于上述第1、第2传热板(S1、S2)上的各凸条(25_F)间隙钎焊而使之闭塞并使其另一方开放从而形成高温流体通路入口(11)，同时，通过在高温流体通路(4)的流路方向的另一个端部上将上述两个边缘的一方借助对突设于上述第1、第2传热板(S1、S2)上的各凸条(25_R)间隙钎焊而使之闭塞并使其另一方开放从而形成高温流体通路出口(12)，还通过在低温流体通路(5)的流路方向的另一个端部上的上述两个边缘的另一方借助对突设于上述第1、第2传热板(S1、S2)上的各凸条(24_R)钎焊使之闭塞并使其一方开放从而形成低温流体通路入口(15)，同时通过在低温流体通路(5)的流路方向的一个端部上将上述两个边缘的另一方借助对突设于上述第1、第2传热板(S1、S2)上的各凸条(24_F)钎焊使之闭塞并使其一方开放从而形成低温流体通路出口(16)的热交换器中，其特征在于，

上述山形的边缘具有延伸于凸条(24_F、24_R、25_F、25_R)外侧的外延部分(26)，并且将在此外延部分(26)上向着和凸条(24_F、24_R、25_F、25_R)的反方向突出而形成的突起(27)的各前端相互连接。

2.如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于，沿凸条(24_F、24_R、25_F、25_R)的内侧形成向着与该凸条(24_F、24_R、25_F、25_R)的反方向突出的突起(22、23)，这些突起(22、23)的各前端相互对接。

3.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，上述第1传热板(S1)及第2传热板(S2)的两面上形成的许多突起(22、23)和各前端之间相互接合且设定有配置间距(P)，上述配置间距从半径方向内侧向半径方向外侧逐渐减小。

4.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，上述第1传热板(S1)及第2传热板(S2)的两面上形成的许多突起(22、23)和各前端之间相互接合且设定有配置间距(P)，上述配置间距从半径方向内侧向半径方向外侧逐渐增大。

5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在夹着各折线(L₁、L₂)的一对相对凸条(24_F、24_R、25_F、25_R)的各前端之间形成间隙，并且在此间隙之间配置上述折线(L₁、L₂)，上述折线(L₁、L₂)的折曲部分的周长(Ro、Ri)与上述前端之间的间隙的宽度(do、di)一致。

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