CN112601927A - 板式热交换器 - Google Patents

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CN112601927A
CN112601927A CN201980056105.XA CN201980056105A CN112601927A CN 112601927 A CN112601927 A CN 112601927A CN 201980056105 A CN201980056105 A CN 201980056105A CN 112601927 A CN112601927 A CN 112601927A
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院宝心
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Hisaka Works Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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Abstract

本发明提供板式热交换器,其能够抑制流体的流通阻力的增加,同时得到高的传热性能。本发明具有包括传热区域的多张传热板,以传热板为界,在第一方向交替形成有使第一流体在与第一方向正交的第二方向流通的第一流路和使第二流体在第二方向流通的第二流路,传热区域具有多个凹凸群,该多个凹凸群包括在相对于沿第二方向延伸的自身的中心线倾斜的方向上具有长边的凸部及凹部,且该凸部及凹部沿在所述倾斜的方向上延伸的假想线交替地排列,该多个凹凸群在与所述倾斜的方向正交的方向上排列,凹凸群的凸部与相邻的凹凸群的凹部横向排列地配置,并且凹凸群的凹部与相邻的凹凸群的凸部横向排列地配置,相邻的传热板使相互的凹凸群的凸部彼此交叉对接。

Description

板式热交换器
关联申请的相互参照
本申请主张2018年8月29日提出申请的日本专利申请2018-160542号的优先权,该申请通过引用被纳入。
技术领域
本发明涉及使第一流体和第二流体进行热交换的板式热交换器。
背景技术
一直以来,提供有一种使第一流体和第二流体进行热交换的板式热交换器。板式热交换器具有多张传热板,该传热板在第一方向的两面包括传热区域,各传热区域在第一方向上重叠(例如,参照专利文献1)。
多张传热板的各传热区域包括多条凸条及凹条,该多条凸条及凹条在相对于与第一方向正交的第二方向上延伸的自身的中心线(以下,称作“纵中心线”)倾斜的方向上连续地延伸。在传热区域内,凸条及凹条在与自身的延伸方向正交的方向上交替地配置。此外,传热板通常是对金属板进行冲压成型而制造的。因此,一侧的面的传热区域的凸条与另一侧的面的传热区域的凹条互为表里关系,一侧的面的传热区域的凹条与另一侧的面的传热区域的凸条互为表里关系。
在这种板式热交换器中,多张传热板处于使相互的传热区域在第一方向上重叠的状态,相邻的传热板(传热区域)的凸条彼此配置成格子状。即,多张传热板被配置成使相邻的传热板(传热区域)的凸条彼此成为交叉对接的状态。
由此,在这种板式热交换器中,使第一流体在第二方向上流通的第一流路和使第二流体在第二方向上流通的第二流路以各传热板为界在第一方向上交替地形成,在第一流路中流通的第一流体与在第二流路中流通的第二流体经由传热板进行热交换。
然而,在这种板式热交换器中,由于位于传热板的传热区域内的凸条及凹条在相对于纵中心线倾斜的方向上连续地延伸,因此,根据凸条及凹条的延伸方向(相对于纵中心线的倾斜角度),第一流体及第二流体的流通阻力、第一流体与第二流体的热交换性能(传热性能)都不同。
具体说明的话,在凸条及凹条相对于纵中心线的倾斜角度较大的情况下(在凸条及凹条相对于与第一方向及第二方向正交的第三方向上延伸的传热区域的中心线(以下,称作“横中心线”)的倾斜角度较小的情况下),多条凸条分别在流体(第一流体、第二流体)的流动方向的成分较少的方向上延伸(凸条被配置成横切流体的流动方向)。因此,第一流体及第二流体分别在反复越过多条凸条的同时在流路(第一流路或第二流路)内沿第二方向流通。其结果,在第一流体及第二流体的各自的流动中发生紊流,虽能得到较高的传热性能,但第一流路及第二流路各自的压力损失(流通阻力)会变得非常大。
相对于此,在凸条及凹条相对于纵中心线的倾斜角度较小的情况下(凸条及凹条相对于横中心线的倾斜角度较大的情况下),多条凸条分别在流体(第一流体、第二流体)的流动方向的成分较多的方向上延伸(凸条沿流体的流动方向配置)。因此,第一流体及第二流体分别以不会大幅度越过凸条的方式在第二方向上流通。其结果,第一流路及第二流路各自的压力损失(流通阻力)虽然减小,但难以在第一流体及第二流体的各流动中发生紊流,难以得到较高的传热性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-85044号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此,本发明的课题在于提供一种板式热交换器,其能够抑制流体的流通阻力的增加,并能够得到较高的传热性能。
用于解决课题的方案
本发明的板式热交换器,其特征在于,具有多张传热板,该多张传热板在第一方向的两面包括传热区域,且各传热区域在第一方向重叠,所述板式热交换器以该多张传热板分别为界,在第一方向上交替形成有使第一流体在与第一方向正交的第二方向流通的第一流路以及使第二流体在第二方向流通的第二流路,传热区域具有多个凹凸群,该多个凹凸群包括在相对于沿第二方向延伸的自身的中心线倾斜的方向上具有长边的凸部及凹部,且该凸部及该凹部沿在所述倾斜的方向上延伸的假想线交替地排列,该多个凹凸群在与所述倾斜的方向正交的方向上排列,该多个凹凸群的各凸部相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群的凹部横向排列地配置,并且所述多个凹凸群的各凹部相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群的凸部横向排列地配置,使传热区域对置且相邻的传热板使相互的凹凸群的凸部彼此交叉对接。
根据上述结构,位于传热板(传热区域)的多个凹凸群的凸部及凹部分别呈交错状配置。即,多个凸部在传热区域内呈交错状配置,多个凹部在传热区域内避开多个凸部呈交错状配置。
由此,第一流体在第一流路中沿第二方向流通时,会沿划定第一流路的位于传热板(传热区域)的凹部流动,并在该凹部的下游侧与相邻的凸部(共通的凹凸群的凸部)发生碰撞。这样,第一流体的流向发生改变,第一流体过渡到周边的凹部(例如,两侧的凹凸群的凹部,对方侧的传热板的凹凸群的凹部等)并沿该凹部流动。这样,第一流体反复进行沿凹部的流动及相对于凸部的碰撞,并向下游侧流动。
另外,第二流体在第二流路中沿第二方向流通时,会沿划定第二流路的位于传热板(传热区域)的凹部流动,并在该凹部的下游侧与相邻的凸部(共通的凹凸群的凸部)发生碰撞。这样,第二流体的流向发生改变,第二流体过渡到周边的凹部(例如,两侧的凹凸群的凹部,对方侧的传热板的凹凸群的凹部)并沿该凹部流动。这样,第二流体反复进行沿凹部的流动及相对于凸部的碰撞,并向下游侧流动。
如上所述,由于第一流体及第二流体分别沿划定流路(第一流路或第二流路)的位于传热区域的凹部流动,因此,在上述结构的板式热交换器中,能够抑制流通阻力的增大。另外,由于第一流体及第二流体分别与包括凹部的凹凸群的凸部发生碰撞,因此,在上述结构的板式热交换器中,会分别在第一流体及第二流体的流动中发生紊流,能够得到较高的传热性能。
作为本发明的一个方式,还可以构成为,位于传热板的传热区域的多个凹凸群的凸部分别与位于在第一方向上相邻的对方侧的传热板的传热区域的多个凹凸群中的至少两个凹凸群的凸部交叉对接。
这样,与凸部碰撞后的第一流体被引导至位于包括该凸部的凹凸群的两侧的凹凸群的凹部,与凸部碰撞后的第二流体被引导至位于包括该凸部的凹凸群的两侧的凹凸群的凹部。
具体地说明,位于共通的传热区域内的多个凹凸群由于在相对于倾斜于中心线的方向(假想线的延伸方向)正交的方向上排列,因此,不同的凹凸群的凸部被配置在相对于凹凸群的延伸方向(相对于中心线倾斜的方向)正交的方向上的不同位置。即,不同的凹凸群的凸部在与倾斜的方向(假想线的延伸方向)正交的方向上隔开间隔地配置。
因此,对于位于传热板的传热区域的多个凹凸群的各凸部,对方侧的传热板的至少两个凸部(不同的凹凸群的凸部)在该凸部的长边方向上隔开间隔地与其交叉对接。
即,对于位于传热板的传热区域的多个凹凸群的凸部的各端部或其附近,对方侧的传热板的凸部(不同的凹凸群的凸部)与其交叉对接。
由此,与凸部碰撞后的第一流体即使欲向对方侧的传热板侧流动也会被该对方侧的传热板的凸部阻止,其结果为,第一流体会被位于包括所碰撞的凸部的凹凸群的两侧的凹凸群的凹部引导(分支),并沿该凹部流动。然后,沿凹部流动的第一流体会与和该凹部相邻的凸部发生碰撞。
这样,即使第一流体在这里欲向对方侧的传热板侧流动,也会被该对方侧的传热板的凸部阻止,其结果为,该第一流体会被位于包括所碰撞的凸部的凹凸群的两侧的凹凸群的凹部引导(分支)。即,该第一流体会被原先的凹凸群所包括的凹部引导(汇合)。由此,第一流体通过与凸部发生碰撞而反复进行分支与汇合,并向下游侧流动。第二流体也同样进行该流动(通过与凸部发生碰撞而反复进行分支与汇合的流动)。
这样,在第一流路中,第一流体有机会在凹部流通,在第二流路中,第二流体有机会在凹部流通,因此,能够在各流路中抑制流通阻力的变高。另外,在第一流路内,第一流体反复进行分支与汇合,在第二流路内,第二流体反复进行分支与汇合,由此,会在第一流体及第二流体的各流动中产生紊流,其结果为,能够提高第一流体与第二流体的热交换性能(传热性能)。
作为本发明的其他方式,还可以构成为,位于传热板的传热区域的多个凹凸群的凸部分别与位于在第一方向上相邻的对方侧的传热板的传热区域的多个凹凸群中的一个凹凸群的一个凸部交叉对接。
这样,与凸部碰撞后的第一流体会被引导至相对于包括该凸部的凹凸群所在的传热板位于对方侧的传热板的凹凸群的凹部,与凸部碰撞后的第二流体会被引导至相对于包括该凸部的凹凸群所在的传热板位于对方侧的传热板的凹凸群的凹部。
具体地说明,位于共通的传热区域内的多个凹凸群由于在相对于倾斜于中心线的方向(假想线延伸的倾斜的方向)正交的方向上排列,因此,不同的凹凸群的凸部被配置在相对于凹凸群的延伸方向(假想线延伸的倾斜的方向)正交的方向上的不同位置。即,不同的凹凸群的凸部在与假想线的延伸方向正交的方向上隔开间隔地配置。与此相伴,对于凹凸群所包括的各凸部,对方侧的传热板的不同的凹凸群的一个凸部与其交叉。与此相伴,相邻的传热板的凸部彼此交叉对接,且相邻的传热板的凹部彼此在隔开间隔的状态下交叉。
由此,若沿凹部流动的第一流体因与凸部发生碰撞而欲改变流向,则会进入到对方侧的传热板的凹部(与第一流体发生碰撞的凸部横向排列的凹部交叉的凹部),并沿该对方侧的传热板的凹部流动。而且,若沿对方侧的传热板的凹部流动的第一流体因与该对方侧的传热板凸部发生碰撞而欲改变流向,则会进入到原先的传热板的凹部(与第一流体发生碰撞的凸部横向排列的凹部交叉的凹部),并沿该原先的传热板的凹部流动。这样,第一流体依次过渡到相邻的传热板的凹部并同时向下游侧流动。
而且,在上述结构的板式热交换器中,由于凹凸群(凸部及凹部)沿相对于在第二方向上延伸的(第一流体的流动方向上延伸)中心线倾斜的假想线(在凹部倾斜的方向上形成长边),因此,如上所述,通过第一流体依次过渡到相邻的传热板的凹部并同时向下游侧流动,第一流体的流动成为螺旋流。第二流体也同样成为该流动(螺旋流)。
这样,在第一流路中,第一流体有机会在凹部中流动,在第二流路中,第二流体有机会在凹部中流动,因此,在各流路中能够抑制流通阻力的变高。另外,由于在第一流路内,第一流体形成螺旋流,在第二流路内,第二流体形成螺旋流,由此,会分别在第一流体及第二流体的流动中进一步形成紊流,其结果,能够提高第一流体与第二流体经由传热板(传热区域)的热交换性能(传热性能)。
在这些情况下,成为凹凸群的配置的基准的假想线优选相对于在第二方向上延伸的中心线以不足45°的角度倾斜。若这样,则在沿凹凸群所包括的凹部的长边延伸的方向的成分中,与正交于第一流体及第二流体的流动方向的成分相比,含有更多流动方向的成分。由此,在第一流路中第一流体变得容易流动,在第二流路中第二流体变得容易流动。即,分别在第一流路及第二流路中,能够抑制流通阻力变高。
发明效果
根据本发明的板式热交换器,能够发挥抑制流体的流通阻力的增加并且得到较高的传热性能这样的优异效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的板式热交换器的整体立体图。
图2是第一实施方式的板式热交换器的概要分解立体图。
图3是第一实施方式的板式热交换器中的第一传热板的主视图。
图4是第一实施方式的板式热交换器中的第一传热板的后视图。
图5是第一实施方式的板式热交换器中的第二传热板的主视图。
图6是第一实施方式的板式热交换器中的第二传热板的后视图。
图7是用于说明第一实施方式的板式热交换器中的第一流体在第一流路中的流动的图。
图8是用于说明第一实施方式的板式热交换器中的第二流体在第二流路中的流动的图。
图9是用于说明第一实施方式的板式热交换器中的第一流体在第一流路的局部区域的流动的图。
图10是用于说明第一实施方式的板式热交换器中的第二流体在第二流路的局部区域的流动的图。
图11是本发明的第二实施方式的板式热交换器的整体立体图。
图12是第二实施方式的板式热交换器的概要分解立体图。
图13是第二实施方式的板式热交换器中的第一传热板的主视图。
图14是第二实施方式的板式热交换器中的第一传热板的后视图。
图15是第二实施方式的板式热交换器中的第二传热板的主视图。
图16是第二实施方式的板式热交换器中的第二传热板的后视图。
图17是用于说明第二实施方式的板式热交换器中的第一流体在第一流路中的流动的图。
图18是用于说明第二实施方式的板式热交换器中的第二流体在第二流路中的流动的图。
图19是用于说明第二实施方式的板式热交换器中的第一流体在第一流路的局部区域的流动的图。
图20是用于说明第二实施方式的板式热交换器中的第二流体在第二流路的局部区域的流动的图。
图21是用于说明本发明的其他实施方式的板式热交换器中的第一流体在第一流路的局部区域的流动的图。
图22是用于说明同一实施方式的板式热交换器中的第二流体在第二流路的局部区域的流动的图。
具体实施方式
以下,边参照附图边对本发明的第一实施方式的板式热交换器进行说明。
如图1所示,板式热交换器用于使第一流体A与第二流体B进行热交换,其具有在第一方向上重叠的多张传热板2、3。
此外,在以下的说明中,将第一方向设为X轴方向,将与第一方向正交的第二方向设为Z轴方向,将与第一方向及第二方向分别正交的第三方向设为Y轴方向。与此相伴,在各图中,辅助地示出了与各方向对应的正交三轴(与X轴方向对应的X轴、与Y轴方向对应的Y轴、及与Z轴方向对应的Z轴)。
在本实施方式的板式热交换器1中,如图2所示,以多张传热板2、3分别为界,在X轴方向上交替地形成有使第一流体A在Z轴方向上流通的第一流路Ra、和使第二流体B在Z轴方向上流通的第二流路Rb。
如图3至图6所示,多张传热板2、3分别在X轴方向的两面S1、S2上包括传热区域200a、200b、300a、300b。更具体地说明,多张传热板2、3分别具有传热部20、30和从传热部20、30的外周全周延伸的环状部21、31,其中,传热部20、30在X轴方向上具有第一面S1和位于该第一面S1相反侧的第二面S2。
传热部20、30的第一面S1及第二面S2包括有助于第一流体A与第二流体B进行热交换的传热区域200a、200b、300a、300b。具体地说明,传热部20、30从X轴方向观察形成为四边形。在本实施方式中,传热部20、30从X轴方向观察形成为在Z轴方向上形成长边的长方形。而且,传热部20、30包括主传热部20a、30a和位于主传热部20a、30a的Z轴方向上的两侧的一对端部20b、30b,其中,主传热部20a、30a包括在Z轴方向上延伸的中心线(以下,称作“纵中心线”)CL1与在Y轴方向上延伸的中心线(以下,称作“横中心线”)CL2的交点。
主传热部20a、30a从X轴方向观察形成为四边形。在本实施方式中,主传热部20a、30a形成为在Z轴方向上形成长边的长方形。一对端部20b、30b与主传热部20a、30a连续,且从X轴方向观察,传热部20、30整体形成为四边形(长方形)。
传热部20、30中的主传热部20a、30a的第一面S1及第二面S2成为传热区域200a、200b、300a、300b。第一面S1及第二面S2的传热区域200a、200b、300a、300b分别具有多个凹凸群201、202、301、302,该多个凹凸群201、202、301、302包括在相对于纵中心线CL1倾斜的方向(以下,称作“倾斜方向”)上具有长边的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b、且该凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b沿在倾斜方向上延伸的假想线VL交替地排列,该多个凹凸群201、202、301、302在与倾斜方向正交的方向上排列。
多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a与在与倾斜方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b横向排列地配置。与此相对,多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b与在与倾斜方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a横向排列地配置。
由此,多列凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在传热区域200a、200b、300a、300b内呈交错状配置,多列凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b在传热区域200a、200b、300a、300b内配置在凸部201a、202a、301a、302a之间,且在该传热区域200a、200b、300a、300b内呈交错状配置。
更准确地说明,在本实施方式中,多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a与相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b在Y轴方向上横向排列地配置。与此相对,多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b与相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在Y轴方向上横向排列地配置。
由此,不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b在Y轴方向上交替地配置而成的多个群(行)在Z轴方向上排列形成有多个。
倾斜方向被设定为以不足45°的角度相对于纵中心线CL1倾斜的方向。与此相伴,假想线VL相对于纵中心线CL1的倾斜角度θ1被设定为不足45°。即,假想线VL相对于横中心线CL2的倾斜角度θ2被设定为比45°大。在本实施方式中,假想线VL相对于纵中心线CL1的倾斜角度θ1被设定为30°至40°。在本实施方式中,假想线VL相对于横中心线CL2的倾斜角度θ2被设定为60°至70°。
由此,多张传热板2、3以使传热部20、30(传热区域200a、200b、300a、300b)对置的状态重叠,由此,使相邻的传热板2、3的相互的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a彼此交叉对接。
这里,各凹凸群201、202、301、302中所包括的凸部201a、202a、301a、302a的长边方向的长度及凹部201b、202b、301b、302b的长边方向的长度(在假想线VL的延伸方向上排列的凸部201a、202a、301a、302a彼此的间隔)被设定为,一个凸部201a、202a、301a、302a跨过相邻的(对方侧的)传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b所包括的两个(两列)以上的凹凸群201、202、301、302(与两个以上的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a交叉对接)。
使凸部201a、202a、301a、302a(凸部201a、202a、301a、302a的顶部)与凹部201b、202b、301b、302b(凹部201b、202b、301b、302b的底部)在X轴方向上的位置不同。因此,在凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b之间形成从凸部201a、202a、301a、302a的顶部连接到凹部201b、202b、301b、302b的底部(或者从凹部201b、202b、301b、302b的底部到凸部201a、202a、301a、302a的顶部)的中间区域(未编号)。
该中间区域被配置在位于凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b之间、或相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b之间。
中间区域还可以在凸部201a、202a、301a、302a的顶部与凹部201b、202b、301b、302b的底部的中途位置包括向Z轴方向及Y轴方向扩展的中层部位,但在本实施方式中,中间区域从凸部201a、202a、301a、302a的顶部朝向凹部201b、202b、301b、302b的底部(或者从凹部201b、202b、301b、302b的底部朝向凸部201a、202a、301a、302a的顶部)连续地倾斜。
在一对端部20b、30b分别设有在X轴方向上贯穿的一对贯穿孔203、204、303、304。分别在一对端部20b、30b中,一对贯穿孔203、204、303、304在Y轴方向上隔开间隔地配置。在本实施方式中,一对贯穿孔203、204、303、304以夹着纵中心线CL1的方式配置。
在本实施方式中,多张传热板2、3是分别对金属板进行冲压成型而形成的部件。与此相伴,在各传热板2、3中,第一面S1的传热区域200a、300a的凸部201a、301a与第二面S2的传热区域200b、300b的凹部202b、302b互为表里关系,第一面S1的传热区域200a、300a的凹部201b、301b与第二面S2的传热区域200b、300b的凸部202a、302a互为表里关系。即,位于传热板2、3的第一面S1的传热区域200a、300a中的凹凸群201、301与位于传热板2、3的第二面S2的传热区域200b、300b中的凹凸群202、302在对应的位置处凹凸关系以相反的方式形成。
本实施方式的板式热交换器1包括两种传热板2、3。这两种传热板2、3除了环状部21、31的从传热部20、30延伸的延伸方向及凹凸群201、202、301、302的凹凸的位置不同以外,为相同结构。
具体地说明,两种传热板2、3的相同之处在于,具有包括主传热部20a、30a及一对端部20b、30b的传热部20、30以及环状部21、31,主传热部20a、30a的第一面S1及第二面S2的传热区域200a、200b、300a、300b具有多个凹凸群201、202、301、302。
在两种传热板2、3中一侧的传热板(以下,称作“第一传热板”)2中,环状部21向传热部20的第二面S2侧延伸,在两种传热板2、3中另一侧的传热板(以下,称作“第二传热板”)3中,环状部31向传热部30的第一面S1侧延伸。
在第一传热板2的传热部20(主传热部20a)的第一面S1及第二面S2的各传热区域200a、200b中,从X轴方向观察,多个凹凸群201、202从Y轴方向上的传热部20的一端侧朝向另一端侧前端向下地倾斜。与此相对,在第二传热板3的传热部30(主传热部30a)的第一面S1及第二面S2的各传热区域300a、300b中,从X轴方向观察,多个凹凸群301、302从Y轴方向上的传热部30的另一端侧朝向一端侧前端向下地倾斜。
在本实施方式中,第二传热板3的多个凹凸群301、302被配置成,从X轴方向的同一侧观察,使第一传热板2的多个凹凸群201、202以纵中心线CL1反转后在Y轴方向上错开规定节距(在本实施方式中为1节距)后的状态。
而且,如图2所示,第一传热板2及第二传热板3在X轴方向上交替地配置,相邻的第一传热板2及第二传热板3的环状部21、31彼此嵌合(参照图1)。在该状态下,第一传热板2的传热部20的第一面S1与第二传热板3的传热部30的第一面S1对置,第一传热板2的传热部20的第二面S2与第二传热板3的传热部30的第二面S2对置。
在该状态下,第二传热板3的传热部30的第一面S1(传热区域300a)中所包括的两个(两列)凹凸群301与位于第一传热板2的传热部20的第一面S1(传热区域200a)的多个凹凸群201的各凸部201a交叉,且该凹凸群301的凸部301a与其交叉对接。即,位于第二传热板3的传热部30的第一面S1(传热区域300a)的两个凸部301a与位于第一传热板2的传热部20的第一面S1(传热区域200a)的多个凹凸群201的各凸部201a交叉对接(参照图7)。
另外,第二传热板3的传热部30的第二面S2(传热区域300b)所包括的两个(两列)凹凸群302与位于第一传热板2的传热部20的第二面S2(传热区域200b)的多个凹凸群202的各凸部202a交叉,且该凹凸群302的凸部302a与其交叉对接。即,位于第二传热板3的传热部30的第二面S2(传热区域300b)的两个凸部302a与位于第一传热板2的传热部20的第二面S2(传热区域200b)的多个凹凸群202的各凸部202a交叉对接。
而且,在X轴方向上重叠的多张传热板2、3(第一传热板2、第二传热板3)的环状部21、31之间以及贯穿孔203、204、303、304的周围等被适当地进行了液密密封。在本实施方式中,在X轴方向上重叠的多张传热板2、3通过钎焊而成为一体,通过该钎焊,环状部21、31之间以及贯穿孔203、204、303、304的周围等被密封。
由此,以多张传热板2、3的传热部20、30(第一传热板2的传热部20,第二传热板3的传热部30)为界,在X轴方向上交替形成使第一流体A在Z轴方向流通的第一流路Ra和使第二流体B在Z轴方向流通的第二流路Rb。即,由第一传热板2的传热部20的第一面S1所包括的传热区域200a的凹部201b及第二传热板3的传热部30的第一面S1所包括的传热区域300a的凹部301b形成的空间构成第一流路Ra,并且由第一传热板2的传热部20的第二面S2所包括的传热区域200b的凹部202b及第二传热板3的传热部30的第二面S2所包括的传热区域300b的凹部302b形成的空间构成第二流路Rb。
另外,多张传热板2、3(第一传热板2、第二传热板3)的对应的贯穿孔203、204、303、304彼此在X轴方向上相连,并形成仅与第一流路Ra连通且使第一流体A相对于第一流路Ra流进流出的一对第一连通路径Ra1、Ra2,并且形成仅与第二流路Rb连通且使第二流体B相对于第二流路Rb流进流出的一对第二连通路径Rb1、Rb2。
本实施方式的板式热交换器1如上所述,若向一侧的第一连通路径Ra1供给第一流体A,并向一侧的第二连通路径Rb2供给第二流体B,则第一流体A从一侧的第一连通路径Ra1分别流入多条第一流路Ra,第二流体B从一侧的第二连通路径Rb1分别流入多条第二流路Rb。
这样,如图7及图8所示,第一流体A在第一流路Ra内沿Z轴方向流通,第二流体B在第二流路Rb内沿Z轴方向流通。即,第一流体A在第一流路Ra内从Z轴方向的传热区域200a、300a的一端侧向另一端侧流通,第二流体B在第二流路Rb内从Z轴方向的传热区域200b、300b的另一端侧向一端侧流通。
更具体地说明,如图9所示,在第一流路Ra内流通的第一流体A沿位于传热区域200a、300a的凹部201b、301b流动,并与包括该凹部201b、301b的凹凸群201、301中的凸部201a、301a(与凹部201b、301b相邻的凸部201a、301a)碰撞。其结果为,第一流体A向所碰撞的凸部201a、202a、301a、302a的两侧分支。
这样,所分支的第一流体A沿位于包括所碰撞的凸部201a、301a的凹凸群201、301的两侧的凹凸群201、301的凹部201b、301b向下游侧流动。然后,沿凹部201b、301b流动的第一流体A与包括该凹部201b、301b的凹凸群201、301的凸部201a、301a(与凹部201b、301b相邻的凸部201a、301a)碰撞。其结果为,与凸部201a、301a碰撞的第一流体A向该凸部201a、301a的两侧分支。
由此,第一流体A沿原凹凸群201、301所包括的凹部201b、301b流通。即,通过上游侧的凸部201a、301a而分支后的第一流体A通过与不同的列(相邻的列)的凸部201a、301a的碰撞而与原先的列(凹凸群201、301)汇合。这样,第一流体A反复进行分支与汇合并向下游侧流动。由此,在第一流路Ra内,在第一流体A的流动中会发生紊流。
尤其,在本实施方式中,由于凹凸群201、301(凹凸群201、301所沿假想线VL)相对于纵中心线CL1以不足45°的角度倾斜,因此,其以含有较多第一流体A流动方向上的成分的角度被配置。由此,当第一流体A向下游侧流通时,因沿凹部201b、301b的流通变得容易,故能够抑制流通阻力的增加。
在本实施方式中,划定第二流路Rb的主传热部20a、30a(位于第二面S2的传热区域200b、300b)的多个凹凸群202、302相对于划定第一流路Ra的主传热部20a、30a(位于第一面S1的传热区域200a、300a)的多个凹凸群201、301处于使凹凸关系相反的状态,由于两个凸部202a、302a相对于一个凸部202a、302a交叉对接,因此,如图10所示,对于在第二流路Rb内流通的第二流体B来说,其也与在第一流路Ra内流通的第一流体A同样地反复进行分支及汇合,并同时向下游侧流通。
这样,通过第一流体A在第一流路Ra内流通,且第二流体B在第二流路Rb内流通,由此,第一流体A与第二流体B经由划分第一流路Ra与第二流路Rb的主传热部20a、30a(传热区域200a、200b、300a、300b)进行热交换。而且,如图2所示,结束了热交换的第一流体A从第一流路Ra经过另一侧的第一连通路径Ra2被排出到外部,结束了热交换的第二流体B从第二流路Rb经过另一侧的第二连通路径Rb2被排出到外部。
如上所述,本实施方式的板式热交换器1具有多张传热板2、3,该多张传热板2、3在X轴方向的两面包括传热区域200a、200b、300a、300b,各传热区域200a、200b、300a、300b在X轴方向上重叠,分别以该多张传热板2、3为界在X轴方向上交替形成有使第一流体A在与X轴方向正交的Z轴方向上流通的第一流路Ra和使第二流体B在Z轴方向上流通的第二流路Rb,传热区域200a、200b、300a、300b具有多个凹凸群201、202、301、302,该多个凹凸群201、202、301、302包括在相对于沿Z轴方向延伸的自身的纵中心线CL1倾斜的方向上具有长边的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b且该凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b沿在所述倾斜的方向上延伸的假想线VL交替排列,且该多个凹凸群201、202、301、302在与所述倾斜的方向正交的方向上排列,该多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b横向排列地配置,并且,所述多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a横向排列地配置,使传热区域200a、200b、300a、300b对置且相邻的传热板2、3使相互之间的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a彼此交叉对接。
根据上述结构,位于传热板2、3(传热区域200a、200b、300a、300b)的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b分别以交错状配置。即,多个凸部201a、202a、301a、302a在传热区域200a、200b、300a、300b内以交错状配置,多个凹部201b、202b、301b、302b在传热区域200a、200b、300a、300b内避开多个凸部201a、202a、301a、302a以交错状配置。
由此,当第一流体A在第一流路Ra中沿Z轴方向流通时,沿位于划定第一流路Ra的传热板2、3(传热区域200a、300a)的凹部201b、301b流动,并在该凹部201b、301b的下游侧与相邻的凸部201a、301a(共通的凹凸群201、301的凸部201a、301a)碰撞。
这样,第一流体A的流动发生改变,第一流体A转移到周边的凹部201b、301b(例如,两侧的凹凸群201、301的凹部201b、301b,对方侧的传热板2、3的凹凸群201、301的凹部201b、301b)并沿该凹部201b、301b流动。这样,第一流体A会反复进行沿凹部201b、301b的流动及与凸部201a、301a的碰撞,并同时向下游侧流动。
另外,当第二流体B在第二流路Rb中沿Z轴方向流通时,沿位于划定第二流路Rb的传热板2、3(传热区域200b、300b)中的凹部202b、302b流动,并在该凹部202b、302b的下游侧与相邻的凸部202a、302a(共通的凹凸群202、302的凸部202a、302a)发生碰撞。
这样,第二流体B的流动发生改变,第二流体B转移到周边的凹部202b、302b(例如,两侧的凹凸群202、302的凹部202b、302b,对方侧的传热板2、3的凹凸群202、302的凹部202b、302b)并沿该凹部202b、302b流动。这样,第二流体B会反复进行沿凹部202b、302b的流动及与凸部202a、302a的碰撞,并同时向下游侧流动。
如上所述,由于第一流体A及第二流体B分别沿位于划定流路(第一流路Ra或第二流路Rb)的传热区域200a、200b、300a、300b中的凹部201b、202b、301b、302b流动,因此,在上述结构的板式热交换器1中,能够抑制流通阻力的增大。另外,由于第一流体A及第二流体B分别与包括凹部201b、202b、301b、302b的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a发生碰撞,因此,在上述结构的板式热交换器1中,分别在第一流体A及第二流体B的流动中分别发生紊流,而能够得到较高的传热性能。
尤其,在本实施方式中,位于传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a分别与位于在X轴方向上相邻的对方侧的传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302中的至少两个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a交叉对接。
这样,与凸部201a、301a碰撞后的第一流体A被位于包括该凸部201a、301a的凹凸群201、301的两侧的凹凸群201、301的凹部201b、301b引导,与凸部202a、302a碰撞后的第二流体B被位于包括该凸部202a、302a的凹凸群202、302的两侧的凹凸群202、302的凹部202b、302b引导。
具体地说明,位于共通的传热区域200a、200b、300a、300b内的多个凹凸群201、202、301、302在与相对于纵中心线CL1倾斜的方向(假想线VL的延伸方向)正交的方向上排列,因此,不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a被配置在相对于凹凸群201、202、301、302的延伸方向(假想线VL的延伸方向)正交的方向上的不同位置。即,不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在与相对于纵中心线CL1倾斜的方向(假想线VL的延伸方向)正交的方向上隔开间隔地配置。
因此,对于位于传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a,对方侧的传热板2、3的至少两个凸部201a、202a、301a、302a(不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a)在该凸部201a、202a、301a、302a的长边方向上隔开间隔地与之交叉对接。
即,相对于位于传热板2、3的传热区域的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a的各端部或其附近,对方侧的传热板2、3的凸部201a、202a、301a、302a(不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a)与之交叉对接。
由此,与凸部201a、301a碰撞后的第一流体A即使欲向对方侧的传热板2、3侧流动也会被该对方侧的传热板2、3的凸部201a、301a阻止,其结果就是被引导(分支)至位于包括碰撞后的凸部201a、301a的凹凸群201、301的两侧的凹凸群201、301的凹部201b、301b,并沿该凹部201b、301b流动。然后,沿凹部201b、301b流动的第一流体A与相邻于该凹部201b、301b的凸部201a、301a发生碰撞。
这样,这里虽然第一流体A欲向对方侧的传热板2、3侧流动,但会被该对方侧的传热板2、3的凸部201a、301a阻止,其结果就是被引导(分支)至位于包括碰撞后的凸部201a、301a的凹凸群201、301的两侧的凹凸群201、301的凹部201b、301b。即,会被向在原先的凹凸群201、301中包括的凹部201b、301b引导(汇合)。由此,第一流体A通过与凸部201a、301a的碰撞而反复进行分支和汇合,并向下游侧流动。第二流体B也进行同样的该流动(通过与凸部201a、301a的碰撞而反复进行分支和汇合的流动)。
这样,在第一流路Ra中,第一流体A有机会流过凹部201b、301b,在第二流路Rb中,第二流体B有机会流过凹部202b、302b,因此,能够抑制各流路中流通阻力变高。另外,在第一流路Ra内第一流体A反复进行分支和汇合,在第二流路Rb内第二流体B反复进行分支和汇合,由此,分别在第一流体A及第二流体B的流动中发生紊流,其结果为,能够提高第一流体A与第二流体B的热交换性能(传热性能)。
而且,在本实施方式的板式热交换器1中,在第一流路Ra内第一流体A反复进行分支和汇合,在第二流路Rb内第二流体B反复进行分支和汇合,由此,会分别在第一流体A及第二流体B的流动中发生紊流,因此,通过该流动的紊流能够发挥混合作用。
由此,本实施方式的板式热交换器1能够防止第一流体A或第二流体B的至少某一方所包括的成分在流通过程中分离。
另外,在本实施方式的板式热交换器1中,使混合了两种以上的液体的流体或混合了一种以上的液体与粉末的流体作为第一流体A或第二流体B并使其在第一流路Ra或第二流路Rb的某一方中流通,由此,能够使构成第一流体A或第二流体B的两种以上的液体或一种以上的液体与粉末进行混合(搅拌)。
因此,本实施方式的板式热交换器1能够作为使第一流体A或第二流体B的某一方所含有的多种成分进行混合的混合器(搅拌器)发挥作用。即,本实施方式的板式热交换器1通过边使第一流体A或第二流体B的某一方所含有的多种成分混合,边使第一流体A与第二流体B进行热交换(使第一流体A或第二流体B的某一方加热或冷却),由此,能够作为使第一流体A或第二流体B的某一方所含有的成分彼此反应的反应器发挥作用。
另外,在本实施方式中,作为凹凸群201、202、301、302的配置的基准的假想线VL相对于在Z轴方向上延伸的纵中心线CL1以不足45°的角度倾斜,因此,在凹凸群201、202、301、302所包括的凹部201b、202b、301b、302b的沿长边延伸的方向上的成分中,第一流体A及第二流体B的流动方向的成分比与该流动方向正交的方向上的成分含有得多。
由此,在第一流路Ra中第一流体A容易流动,在第二流路Rb中第二流体B容易流动。即,在各第一流路Ra及第二流路Rb中能够抑制流通阻力变高。
这样,根据本实施方式的板式热交换器1,能够发挥抑制流体的流通阻力的增加、同时得到高传热性能的优异效果。
接下来,参照附图对本发明的第二实施方式的板式热交换器进行说明。本实施方式的板式热交换器具有与第一实施方式相同或相当的结构。与此相伴,在对本实施方式的板式热交换器进行说明时,对与第一实施方式相同或相当的结构,标注相同的名称及相同的附图标记。
如图11所示,板式热交换器用于使第一流体A与第二流体B进行热交换,其具有在第一方向重叠的多张传热板2、3。
此外,在以下的说明中,也将第一方向设为X轴方向,将与第一方向正交的第二方向设为Z轴方向,将与第一方向及第二方向分别正交的第三方向设为Y轴方向。与此相伴,在各图中,辅助地对与各方向对应的正交三轴(与X轴方向对应的X轴,与Y轴方向对应的Y轴,及与Z轴方向对应的Z轴)进行图示。
如图12所示,在本实施方式的板式热交换器1中,以多张传热板2、3分别为界,在X轴方向上交替地形成有使第一流体A在Z轴方向上流通的第一流路Ra和使第二流体B在Z轴方向上流通的第二流路Rb。
如图13至图16所示,多张传热板2、3分别在X轴方向的两面S1、S2上包括传热区域200a、200b、300a、300b。更具体地说明,多张传热板2、3分别具有传热部20、30和从传热部20、30的外周全周延伸出来的环状部21、31,其中,传热部20、30在X轴方向上具有第一面S1和位于该第一面S1的相反侧的第二面S2。
传热部20、30的第一面S1及第二面S2包括用于进行第一流体A与第二流体B的热交换的传热区域200a、200b、300a、300b。
具体地说明,传热部20、30从X轴方向观察形成为四边形。在本实施方式中,传热部20、30从X轴方向观察形成为在Z轴方向形成长边的长方形。而且,传热部20、30具有主传热部20a、30a和Z轴方向上的位于主传热部20a、30a的两侧的一对端部20b、30b,其中,所述主传热部20a、30a包括在Z轴方向上延伸的中心线(以下,称作“纵中心线”)CL1与在Y轴方向上延伸的中心线(以下,称作“横中心线”)CL2的交点。
主传热部20a、30a从X轴方向观察形成为四边形。在本实施方式中,主传热部20a、30a形成为在Z轴方向上形成长边的长方形。一对端部20b、30b与主传热部20a、30a连续,且使传热部20、30整体从X轴方向观察形成为四边形(长方形)。
传热部20、30中的主传热部20a、30a的第一面S1及第二面S2成为传热区域200a、200b、300a、300b。第一面S1及第二面S2的传热区域200a、200b、300a、300b分别具有多个凹凸群201、202、301、302,该多个凹凸群201、202、301、302包括在相对于纵中心线CL1倾斜的方向(以下,称作“倾斜方向”)上具有长边的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b、且该凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b沿在倾斜方向上延伸的假想线VL交替地排列,该多个凹凸群201、202、301、302在与倾斜方向正交的方向上排列。
多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a与在与倾斜方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b横向排列地配置。与此相对,多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b与在与倾斜方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a横向排列地配置。
即,多列凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在传热区域200a、200b、300a、300b内呈交错状配置,多列凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b在传热区域200a、200b、300a、300b内配置在凸部201a、202a、301a、302a之间,且在该传热区域200a、200b、300a、300b内呈交错状配置。
更准确地说明,在本实施方式中,多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a与相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b在Y轴方向上横向排列地配置。与此相对,多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b与相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在Y轴方向上横向排列地配置。
由此,不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b在Y轴方向上交替配置而成的多个群(行)在Z轴方向上排列形成有多个。
倾斜方向被设定为以相对于纵中心线CL1不足45°的角度倾斜的方向。与此相伴,假想线VL相对于纵中心线CL1的倾斜角度θ1被设定为不足45°。即,假想线VL相对于横中心线CL2的倾斜角度θ2被设定为比45°大。在本实施方式中,假想线VL相对于纵中心线CL1的倾斜角度θ1被设定为30°至40°。在本实施方式中,假想线VL相对于横中心线CL2的倾斜角度θ2被设定为60°至70°。
由此,多张传热板2、3以使传热部20、30(传热区域200a、200b、300a、300b)对置的状态重叠,由此,使相邻的传热板2、3的相互的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a彼此交叉对接。
这里,各凹凸群201、202、301、302中所包括的凸部201a、202a、301a、302a的长边方向的长度及凹部201b、202b、301b、302b的长边方向的长度(在假想线VL的延伸方向上排列的凸部201a、202a、301a、302a彼此的间隔)被设定为,一个凸部201a、202a、301a、302a与相邻的(对方侧的)传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b所包括的一个(一列)凹凸群201、202、301、302交叉(与一个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a交叉对接)。
使凸部201a、202a、301a、302a(凸部201a、202a、301a、302a的顶部)与凹部201b、202b、301b、302b(凹部201b、202b、301b、302b的底部)在X轴方向上的位置不同。因此,在凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b之间形成有从凸部201a、202a、301a、302a的顶部连接到凹部201b、202b、301b、302b的底部(或从凹部201b、202b、301b、302b的底部到凸部201a、202a、301a、302a的顶部)的中间区域(未编号)。
该中间区域配置在位于凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b之间、或相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a与凹部201b、202b、301b、302b之间。
中间区域还可以在凸部201a、202a、301a、302a的顶部与凹部201b、202b、301b、302b的底部的中途位置包括向Z轴方向及Y轴方向扩展的中层部位,但在本实施方式中,中间区域从凸部201a、202a、301a、302a的顶部朝向凹部201b、202b、301b、302b的底部(或从凹部201b、202b、301b、302b的底部朝向凸部201a、202a、301a、302a的顶部)连续地倾斜。
在一对端部20b、30b分别设有在X轴方向上贯穿的一对贯穿孔203、204、303、304。分别在一对端部20b、30b中,一对贯穿孔203、204、303、304在Y轴方向上隔开间隔地配置。在本实施方式中,一对贯穿孔203、204、303、304以夹着纵中心线CL1的方式配置。
在本实施方式中,多张传热板2、3是分别对金属板进行冲压成型而形成的部件。与此相伴,在各传热板2、3中,第一面S1的传热区域200a、300a的凸部201a、301a与第二面S2的传热区域200b、300b的凹部202b、302b互为表里关系,第一面S1的传热区域200a、300a的凹部201b、301b与第二面S2的传热区域200b、300b的凸部202a、302a互为表里关系。即,位于传热板2、3的第一面S1的传热区域200a、300a中的凹凸群201、301与位于传热板2、3的第二面S2的传热区域200b、300b中的凹凸群202、302在对应的位置处凹凸关系以相反的方式形成。
本实施方式的板式热交换器1包括两种传热板2、3。该两种传热板2、3除了环状部21、31的从传热部20、30延伸的延伸方向及凹凸群201、202、301、302的凹凸的位置不同以外,为相同结构。
具体地说明,两种传热板2、3的相同之处在于,具有包括主传热部20a、30a及一对端部20b、30b的传热部20、30以及环状部21、31,主传热部20a、30a的第一面S1及第二面S2的传热区域200a、200b、300a、300b具有多个凹凸群201、202、301、302。
在两种传热板2、3中的一侧的传热板(以下,称作“第一传热板”)2中,环状部21向传热部20的第二面S2侧延伸,在两种传热板2、3中的另一侧的传热板(以下,称作“第二传热板”)3中,环状部31向传热部30的第一面S1侧延伸。
在第一传热板2的传热部20(主传热部20a)的第一面S1及第二面S2的各传热区域200a、200b中,从X轴方向观察,多个凹凸群201、202从X轴方向观察从Y轴方向上的传热部20的一端侧朝向另一端侧前端向下地倾斜。与此相对,而在第二传热板3的传热部30(主传热部30a)的第一面S1及第二面S2的各传热区域300a、300b中,从X轴方向观察,多个凹凸群301、302从X轴方向观察从Y轴方向上的传热部30的另一端侧朝向一端侧前端向下地倾斜。在本实施方式中,第二传热板3的多个凹凸群301、302被配置成,从X轴方向的同一侧观察,成为使第一传热板2的多个凹凸群201、202相对于以纵中心线CL1反转后的配置状态。
而且,如图12所示,第一传热板2及第二传热板3在X轴方向上交替地配置,且相邻的第一传热板2及第二传热板3的环状部21、31彼此嵌合(参照图13)。在该状态下,第一传热板2的传热部20的第一面S1与第二传热板3的传热部30的第一面S1对置,第一传热板2的传热部20的第二面S2与第二传热板3的传热部30的第二面S2对置。
在该状态下,第二传热板3的传热部30的第一面S1(传热区域300a)中所包括的一列凹凸群301与位于第一传热板2的传热部20的第一面S1(传热区域200a)的多个凹凸群201的各凸部201a交叉,且该凹凸群301的凸部301a与其交叉对接。即,位于第二传热板3的传热部30的第一面S1(传热区域300a)的一个凸部301a与位于第一传热板2的传热部20的第一面S1(传热区域200a)的多个凹凸群201的各凸部201a交叉对接。
另外,第二传热板3的传热部30的第二面S2(传热区域300b)所包括的一列凹凸群302与位于第一传热板2的传热部20的第二面S2(传热区域200b)的多个凹凸群202的各凸部202a交叉,且该凹凸群302的凸部302a与其交叉对接。即,位于第二传热板3的传热部30的第二面S2(传热区域300b)的一个凸部302a与位于第一传热板2的传热部20的第二面S2(传热区域200b)的多个凹凸群202的各凸部202a交叉对接。
而且,在X轴方向上重叠的多张传热板2、3(第一传热板2、第二传热板3)的环状部21、31之间以及贯穿孔203、204、303、304的周围等被适当地液密密封。在本实施方式中,在X轴方向上重叠的多张传热板2、3通过钎焊而成为一体,通过该钎焊,环状部21、31之间及贯穿孔203、204、303、304的周围等被密封。
由此,以多张传热板2、3的传热部20、30(第一传热板2的传热部20,第二传热板3的传热部30)为界,在X轴方向上交替地形成有使第一流体A在Z轴方向流通的第一流路Ra和使第二流体B在Z轴方向上流通的第二流路Rb。即,由第一传热板2的传热部20的第一面S1所包括的传热区域200a的凹部201b及第二传热板3的传热部30的第一面S1所包括的传热区域300a的凹部301b所形成的空间构成第一流路Ra,并且由第一传热板2的传热部20的第二面S2所包括的传热区域200b的凹部202b及第二传热板3的传热部30的第二面S2所包括的传热区域300b的凹部302b所形成的空间构成第二流路Rb。
另外,多张传热板2、3(第一传热板2、第二传热板3)的对应的贯穿孔203、204、303、304彼此在X轴方向上相连,并形成仅与第一流路Ra连通且使第一流体A相对于第一流路Ra流进流出的一对第一连通路径Ra1、Ra2,并且形成仅与第二流路Rb连通且使第二流体B相对于第二流路Rb流进流出的一对第二连通路径Rb1、Rb2。
本实施方式的板式热交换器1如上所述,若向一侧的第一连通路径Ra1供给第一流体A,且向一侧的第二连通路径Rb1供给第二流体B,则第一流体A从一侧的第一连通路径Ra1分别流入多条第一流路Ra,第二流体B从一侧的第二连通路径Rb1分别流入多条第二流路Rb。
这样,如图17及图18所示,第一流体A在第一流路Ra内沿Z轴方向流通,第二流体B在第二流路Rb内沿Z轴方向流通。即,第一流体A在第一流路Ra内从Z轴方向的传热区域200a、300a的一端侧朝向另一端侧流通,第二流体B在第二流路Rb内从Z轴方向的传热区域200b、300b的另一端侧朝向一端侧流通。
更具体地说明,如图19所示,在第一流路Ra内流通的第一流体A沿位于传热区域200a、300a的凹部201b、301b流动,并与包括该凹部201b、301b的凹凸群201、301中的凸部201a、301a(与凹部201b、301b相邻的凸部201a、301a)碰撞。其结果为,第一流体A欲越过凸部201a、301a。
这样,第一流体A会向其所流通的凹部201b、301b所在的传热板2、3的对方侧的传热板2、3侧流动。
在本实施方式中,相邻的传热板2、3的单独的凸部201a、301a彼此交叉对接,且相对于对方侧的传热板2、3的凸部201a、301a,与包括该凸部201a、301a的凹凸群201、301横向排列的其他的凹凸群201、301的凹部201b、301b横向排列地存在。
因此,与凸部201a、301a发生碰撞而改变了流通方向的第一流体A过渡到对方侧的传热板2、3的凹部201b、301b,并沿该凹部201b、301b流通。然后,与包括该凹部201b、301b的凹凸群201、301的凸部201a、301a(与凹部201b、301b相邻的凸部201a、301a)发生碰撞。与此相伴,第一流体A欲越过凸部201a、301a,并欲向相对于所流通的凹部201b、301b所在的传热板2、3的对方侧的传热板2、3侧流动。
在本实施方式中,相邻的传热板2、3的单独的凸部201a、202a、301a、302a彼此在中央交叉对接,相对于对方侧的传热板2、3的凸部201a、301a,与包括该凸部201a、301a的凹凸群201、301横向排列的其他凹凸群201、301的凹部201b、301b横向排列地存在,因此,在与凸部201a、301a碰撞而改变了流通方向的第一流体A过渡到对方侧的传热板2、3的凹部201b、301b,并沿该凹部201b、301b流通。
这样,第一流体A边依次过渡到相邻的传热板2、3的多个凹部201b、301b(相邻的传热板2、3的倾斜方向不同的凹部201b、301b)边向下游侧移动。即,第一流体A边形成螺旋流边向下游侧流通。由此,在第一流路Ra内,在第一流体A的流动中发生紊流。
尤其,在本实施方式中,由于凹凸群201、301(凹凸群201、301所沿假想线VL)相对于纵中心线CL1以不足45°倾斜,因此,其以含有较多第一流体A流动方向上的成分的角度被配置。由此,在第一流体A向下游侧流通时,因沿凹部201b、301b的流通变得容易,故能够抑制流通阻力的增加。
在本实施方式中,划定第二流路Rb的主传热部20a、30a(位于第二面S2的传热区域200b、300b)的多个凹凸群202、302相对于划定第一流路Ra的主传热部20a、30a(位于第一面S1的传热区域200a、300a)的多个凹凸群201、301处于使凹凸关系相反的状态,由于单独的凸部201a、301a相对于单独的凸部201a、301a交叉对接,因此,如图20所示,对于在第二流路Rb内流通的第二流体B来说,也与在第一流路Ra内流通的第一流体A同样地边形成螺旋流边向下游侧流通。
这样,通过第一流体A在第一流路Ra内流通,第二流体B在第二流路Rb内流通,由此,第一流体A与第二流体B经由划定第一流路Ra与第二流路Rb的主传热部20a、30a(传热区域200a、200b、300a、300b)进行热交换。而且,如图12所示,结束了热交换的第一流体A从第一流路Ra经过另一侧的第一连通路径Ra2被排出到外部,结束了热交换的第二流体B从第二流路Rb经过另一侧的第二连通路径Rb2被排出到外部。
如上所述,本实施方式的板式热交换器1,其特征在于,具有多张传热板2、3,该多张传热板2、3在X轴方向的两面包括传热区域200a、200b、300a、300b,各传热区域200a、200b、300a、300b在X轴方向上重叠,分别以该多张传热板2、3的分别为界,在X轴方向上交替形成有使第一流体A在与X轴方向正交的Z轴方向上流通的第一流路Ra和使第二流体B在Z轴方向上流通的第二流路Rb,传热区域200a、200b、300a、300b具有多个凹凸群201、202、301、302,该多个凹凸群201、202、301、302包括在相对于沿Z轴方向延伸的自身的纵中心线CL1倾斜的方向上具有长边的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b且该凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b沿在所述倾斜的方向上延伸的假想线VL交替排列,且该多个凹凸群201、202、301、302在与所述倾斜的方向正交的方向上排列,该多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b横向排列地配置,并且,所述多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a横向排列地配置,使传热区域200a、200b、300a、300b对置而且相邻的传热板2、3使相互之间的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a彼此交叉对接。
根据上述结构,位于传热板2、3(传热区域200a、200b、300a、300b)的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b分别以交错状配置。即,多个凸部201a、202a、301a、302a在传热区域200a、200b、300a、300b内以交错状配置,多个凹部201b、202b、301b、302b在传热区域200a、200b、300a、300b内避开多个凸部201a、202a、301a、302a以交错状配置。
由此,当第一流体A在第一流路Ra中沿Z轴方向流通时,沿位于划定第一流路Ra的传热板2、3(传热区域200a、300a)的凹部201b、301b流动,并在该凹部201b、301b的下游侧与相邻的凸部201a、301a(共通的凹凸群201、301的凸部201a、301a)碰撞。
这样,第一流体A的流动发生改变,第一流体A过渡到周边的凹部201b、301b(例如,两侧的凹凸群201、301的凹部201b、301b,对方侧的传热板2、3的凹凸群201、301的凹部201b、301b)并沿该凹部201b、301b流动。这样,第一流体A会反复进行沿凹部201b、301b的流动及与凸部201a、301a的碰撞,并向下游侧流动。
另外,当第二流体B在第二流路Rb中沿Z轴方向流通时,沿位于划定第二流路Rb的传热板2、3(传热区域200b、300b)中的凹部202b、302b流动,并在该凹部202b、302b的下游侧与相邻的凸部202a、302a(共通的凹凸群202、302的凸部202a、302a)碰撞。
这样,第二流体B的流动发生改变,第二流体B过渡到周边的凹部202b、302b(例如,两侧的凹凸群202、302的凹部202b、302b,对方侧的传热板2、3的凹凸群202、302的凹部202b、302b)并沿该凹部202b、302b流动。这样,第二流体B会反复进行沿凹部202b、302b的流动及与凸部202a、302a的碰撞,并向下游侧流动。
如上所述,由于第一流体A及第二流体B分别沿位于划定流路(第一流路Ra或第二流路Rb)的传热区域200a、200b、300a、300b的凹部201b、202b、301b、302b流动,因此,在上述结构的板式热交换器1中,能够抑制流通阻力的增大。
另外,由于第一流体A及第二流体B分别与包括凹部201b、202b、301b、302b的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a碰撞,因此,在上述结构的板式热交换器1中,在第一流体A及第二流体B的流动中分别发生紊流,而能够得到较高的传热性能。
尤其,在本实施方式中,位于传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a分别与位于在X轴方向上相邻的对方侧的传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302中的一个凹凸群201、202、301、302的一个凸部201a、202a、301a、302a交叉对接。
根据上述结构,与凸部201a、301a发生碰撞后的第一流体A相对于包括该凸部201a、301a的凹凸群201、301所在的传热板2、3被对方侧的传热板2、3的凹凸群201、301的凹部201b、301b引导,与凸部202a、302a发生碰撞后的第二流体B相对于包括该凸部202a、302a的凹凸群202、302所在的传热板2、3被对方侧的传热板2、3的凹凸群202、302的凹部202b、302b引导。
具体地说明,位于共通的传热区域200a、200b、300a、300b内的多个凹凸群201、202、301、302在相对于倾斜于纵中心线CL1的方向(假想线VL的延伸方向)正交的方向上排列,因此,不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a被配置在相对于凹凸群201、202、301、302的延伸方向(假想线VL的延伸方向)正交的方向上的不同位置。即,不同的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在与假想线VL的延伸方向正交的方向上隔开间隔地配置。
与此相伴,对方侧的传热板2、3的不同的凹凸群201、202、301、302中的一个凸部201a、202a、301a、302a与凹凸群201、202、301、302中所包括的凸部201a、202a、301a、302a分别交叉。与此相伴,相邻的传热板2、3的凸部201a、202a、301a、302a彼此交叉对接,且相邻的传热板2、3的凹部201b、202b、301b、302b彼此在隔开间隔的状态下交叉。
由此,若沿凹部201b、301b流动的第一流体A因与凸部201a、301a发生碰撞而欲改变流向,则其会进入到对方侧的传热板2、3的凹部201b、301b(与第一流体A所碰撞的凸部201a、301a横向排列的凹部201b、301b交叉的凹部201b、301b),并沿该对方侧的传热板2、3的凹部201b、301b流动。
而且,若沿对方侧的传热板2、3的凹部201b、301b流动的第一流体A因与该对方侧的传热板2、3的凸部201a、301a发生碰撞而欲改变流向,则会进入原来的传热板2、3的凹部201b、301b(与第一流体A所碰撞的凸部201a、301a横向排列的凹部201b、301b交叉的凹部201b、301b),并沿该原来的传热板2、3的凹部201b、301b流动。这样,第一流体A会依次过渡到相邻的传热板2、3的凹部201b、301b并同时向下游侧流动。
而且,在本实施方式的板式热交换器1中,凹凸群201、202、301、302(凸部201a、202a、301a、302a,凹部201b、202b、301b、302b)沿相对于在Z轴方向延伸的(在第一流体A的流动方向延伸)纵中心线CL1倾斜的假想线VL(凹部201b、301b在倾斜方向形成长边),因此,如上所述,第一流体A依次过渡到相邻的传热板2、3的凹部201b、301b并同时向下游侧流动,因此,第一流体A的流动成为螺旋流。第二流体B也同样进行该流动(螺旋流)。
这样,在第一流路Ra中,第一流体A有机会在凹部201b、301b中流通,在第二流路Rb中,第二流体B有机会在凹部202b、302b中流通,因此,能够在各流路中抑制流通阻力变高。另外,由于在第一流路Ra内第一流体A形成螺旋流,在第二流路Rb内第二流体B形成螺旋流,因此,分别在第一流体A及第二流体B的流动中进一步产生紊流,其结果,能够提高经由传热板2、3(传热区域200a、200b、300a、300b)的第一流体A与第二流体B的热交换性能(传热性能)。
而且,在本实施方式的板式热交换器1中,在第一流路Ra内第一流体A形成螺旋流,在第二流路Rb内第二流体B形成螺旋流,由此,分别在第一流体A及第二流体B的流动中进一步产生紊流,因此,通过该流动的紊流能够发挥混合功能。
由此,在本实施方式的板式热交换器1中,能够防止第一流体A或第二流体B的至少某一方所包括的成分在流通过程中分离。
另外,在本实施方式的板式热交换器1中,使混合了两种以上的液体后的流体或混合了一种以上的液体和粉末的流体作为第一流体A或第二流体B在第一流路Ra或第二流路Rb的某一方流通,由此,能够对构成第一流体A或第二流体B的两种以上的液体或一种以上的液体和粉末进行混合(搅拌)。
因此,在本实施方式的板式热交换器1中,还能够作为使第一流体A或第二流体B的某一方所包括的多种成分相混合的混合器(搅拌器)发挥功能。即,本实施方式的板式热交换器1边使第一流体A或第二流体B的某一方所包括的多种成分进行混合,边使第一流体A与第二流体B进行热交换(使第一流体A或第二流体B的某一方加热或冷却),由此,能够作为使第一流体A或第二流体B的某一方所包括的成分彼此进行反应的反应器发挥作用。
另外,在本实施方式中,作为凹凸群201、202、301、302的配置的基准的假想线VL相对于在Z轴方向上延伸的纵中心线CL1以不足45°的角度倾斜,因此,在凹凸群201、202、301、302所包括的凹部201b、202b、301b、302b的长边上延伸的方向的成分中,与正交于该流动方向的方向的成分相比,包括有更多第一流体A及第二流体B的流动方向的成分。
由此,在第一流路Ra中第一流体A变得容易流动,在第二流路Rb中第二流体B变得容易流动。即,分别在第一流路Ra及第二流路Rb中能够抑制流通阻力变高。
这样,根据本实施方式的板式热交换器1,能够发挥抑制流体的流通阻力的增加且得到较高的传热性能这样的优异效果。
此外,本发明不限于上述各实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内当然能够追加适当的变更。
上述各实施方式中,在第一方向上重叠的多张传热板2、3彼此被钎焊,传热板2、3间被液密地密封,但不限于此。例如,还可以在相邻的传热板2、3间配置划定流路的环状的垫圈,通过该垫圈对传热板2、3间进行密封。
在上述各实施方式中,板式热交换器1包括两种传热板2、3,该两种传热板2、3中的凹凸群201、202、301、302的凹凸位置不同,且该两种传热板2、3(第一传热板2、第二传热板3)交替重叠,但不限于此。
例如,还可以构成为,以位于传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a分别与位于在第一方向相邻的对方侧的传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302中的至少两个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a交叉对接的方式,或者,以位于传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b的多个凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a分别与位于在第一方向上相邻的对方侧的传热板2、3的传热区域200a、200b、300a、300b中的多个凹凸群201、202、301、302中的一个凹凸群201、202、301、302的一个凸部201a、202a、301a、302a交叉对接的方式,设定传热板2、3的凹凸群201、202、301、302的凹凸的位置、尺寸(长度、宽度)、间隔(节距)等,并以此为前提,使相同的传热板2、3(共通的传热板2、3)在X轴方向上重叠。
此外,在该情况下,与上述各实施方式同样地,在多张传热板2、3彼此被钎焊的情况下,由于各传热板2、3包括环状部21、31,因此,在X轴方向上使传热板2、3每隔一个以在X轴方向上延伸的假想线为中心旋转180°地进行配置。与此相对,在相邻的传热板2、3间配置划定流路的环状的垫圈,并通过该垫圈对传热板2、3间进行密封的情况下,由于传热板2、3不包括环状部21、31,因此,将传热板2、3配置成在X轴方向上使其每隔一个以在X轴方向上延伸的假想线为中心旋转180°或以纵中心线CL1或横中心线CL2为基准(中心)反转180°。
上述各实施方式中,传热板2、3的凹凸群201、202、301、302中所包括的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b分别沿相对于在Z轴方向上延伸的纵中心线CL1以不足45°的倾斜角度倾斜的假想线VL延伸,但不限于此。
例如,传热板2、3的凹凸群201、202、301、302中所包括的凸部201a、202a、301a、302a及凹部201b、202b、301b、302b还可以分别沿相对于在Z轴方向上延伸的纵中心线CL1以45°以上的倾斜角度倾斜的假想线VL延伸。但是,假想线VL由于相对于Z轴方向上延伸的纵中心线CL1必须倾斜,因此,假想线VL当然必须相对于在Z轴方向上延伸的纵中心线CL1以不足90°的角度倾斜。
上述各实施方式中,多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a与相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b在Y轴方向上横向排列地配置,多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b与相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在Y轴方向上横向排列地配置,但不限于此。
例如,还可以构成为,多个凹凸群201、202、301、302的各凸部201a、202a、301a、302a与相邻的凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b在相对于倾斜方向正交的方向上(Y轴方向及Z轴方向的合成方向)横向排列地配置,多个凹凸群201、202、301、302的各凹部201b、202b、301b、302b与相邻的凹凸群201、202、301、302的凸部201a、202a、301a、302a在相对于倾斜方向正交的方向(Y轴方向及Z轴方向的合成方向)上横向排列地配置。
在上述第二实施方式中,凹凸群201、202、301、302的凹部201b、202b、301b、302b及凸部201a、202a、301a、302a沿假想线VL笔直地延伸,但不限于此。例如,如图21及图22所示,为了提高第一流体A及第二流体B的螺旋流的连续性,凹部201b、202b、301b、302b及凸部201a、202a、301a、302a还可以分别形成为从X轴方向观察呈弯曲形状(S字状或倒S字状)。
上述各实施方式中,虽未特别提及,但如上所述,在使板式热交换器1发挥混合器(搅拌器)的功能的情况下,还可以将混合了作为混合的对象的两种以上的液体后的流体或混合了一种以上的液体和粉末后的流体作为第一流体A或第二流体B向一侧的第一连通路径Ra1或一侧的第二连通路径Rb1供给。另外,还可以构成为,设置两个以上成为流体的供给源的一侧的第一连通路径Ra1或一侧的第二连通路径Rb1的某一方,向这些连通路径分别供给作为混合的对象的液体等,并在第一流路Ra或第二流路Rb使其汇合,并在第一流路Ra或第二流路Rb的一侧一方中使其作为第一流体A或第二流体B流通。
附图标记说明
1…板式热交换器,2…第一传热板(传热板),3…第二传热板(传热板),20、30…传热部,20a、30a…主传热部,20b、30b…端部,21、31…环状部,200a、200b、300a、300b…传热区域,201、202、301、302…凹凸群,201a、202a、301a、302a…凸部,201b、202b、301b、302b…凹部,203、204、303、304…贯穿孔,A…第一流体,B…第二流体,CL1…纵中心线(中心线),CL2…横中心线(中心线),Ra…第一流路,Ra1、Ra2…第一连通路径,Rb…第二流路,Rb1、Rb2…第二连通路径,S1…第一面,S2…第二面,VL…假想线,θ1…倾斜角度,θ2…倾斜角度。

Claims (4)

1.一种板式热交换器,其特征在于,具有多张传热板,该多张传热板在第一方向的两面包括传热区域,且各传热区域在第一方向上重叠,所述板式热交换器以该多张传热板分别为界,在第一方向上交替形成有使第一流体在与第一方向正交的第二方向流通的第一流路以及使第二流体在第二方向流通的第二流路,传热区域具有多个凹凸群,该多个凹凸群包括在相对于沿第二方向延伸的自身的中心线倾斜的方向上具有长边的凸部及凹部,且该凸部及该凹部沿在所述倾斜的方向上延伸的假想线交替地排列,该多个凹凸群在与所述倾斜的方向正交的方向上排列,该多个凹凸群的各凸部相对于在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群的凹部横向并列排列地配置,并且所述多个凹凸群的各凹部在与所述倾斜的方向正交的方向上相邻的凹凸群的凸部横向并列排列地配置,使传热区域对置且相邻的传热板使相互的凹凸群的凸部彼此交叉对接。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器,位于传热板的传热区域的多个凹凸群的凸部分别与位于在第一方向上相邻的对方侧的传热板的传热区域的多个凹凸群中的至少两个凹凸群的凸部交叉对接。
3.根据权利要求1所述的板式热交换器,位于传热板的传热区域的多个凹凸群的凸部分别与位于在第一方向上相邻的对方侧的传热板的传热区域的多个凹凸群中的一个凹凸群的一个凸部交叉对接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的板式热交换器,作为凹凸群的配置的基准的假想线相对于在第二方向上延伸的中心线以不足45°的角度倾斜。
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