CN115190960B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

热交换器具备：配管，其形成供给第一流体的流路；分隔板，其以堵塞流路的方式在流路的延伸方向上隔开间隔地设置有一对，从而在流路的一部分划分形成闭空间；多个传热管，它们呈两端开口的管状并以贯通一对分隔板的方式延伸，并且相互隔开间隔地排列设置有多个；供给部，其能够从配管的外部向闭空间内供给第二流体；以及排出部，其能够将闭空间内的第二流体向配管的外部排出。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器。

本申请对2020年12月24日在日本申请的特愿2020-214438号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

在包括内燃机、外燃机的热机中，通过使燃料燃烧而产生热能，将该热能例如作为输出轴的旋转能量而取出。此时，在热机中产生高温的废气。作为用于有效利用废气的热能的措施，考虑将热交换器设置在废气流路中的结构。

以往，通常是，热交换器为具有多个传热管以及设置于各传热管的翅片的结构。在这种热交换器中，在传热管的内部流通热介质，并在传热管的外部进一步流通其他介质。由此，经由翅片而在两个介质彼此之间进行热交换。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-223520号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，近年来以上述的热机为代表要求各种装置的小型化。因此，热交换器也需要大幅小型化。

本发明是为了解决上述课题而完成的，目的在于提供进一步小型化了的热交换器。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的热交换器具备：配管，其形成供给第一流体的流路；分隔板，其以堵塞所述流路的方式在该流路的延伸方向上隔开间隔地设置有一对，从而在所述流路的一部分划分形成闭空间；多个传热管，它们呈两端开口的管状并以贯通一对所述分隔板的方式延伸，并且相互隔开间隔地排列设置有多个；供给部，其能够从所述配管的外部向所述闭空间内供给第二流体；以及排出部，其能够将所述闭空间内的所述第二流体向所述配管的外部排出。

发明效果

根据本发明，能够提供进一步小型化了的热交换器。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的热交换器的结构的剖视图。

图2是图1的II-II线处的剖视图。

图3是图1的III-III线处的剖视图。

图4是示出本发明的第二实施方式的热交换器的结构的剖视图。

图5是图4的V-V线处的剖视图。

图6是图4的VI-VI线处的剖视图。

图7是示出本发明的第三实施方式的传热管的结构的剖视图。

图8是示出本发明的第四实施方式的热交换器的结构的剖视图。

图9是图8的IX-IX线处的剖视图。

图10是本发明的第五实施方式的传热管的放大剖视图。

图11是示出本发明的第五实施方式的传热管的变形例的放大剖视图。

图12是示出本发明的第五实施方式的传热管的变形例的立体图。

具体实施方式

[第一实施方式]

(热交换器的结构)

以下，参照图1至图3对本发明的第一实施方式的热交换器100进行说明。如图1所示那样，热交换器100设置于配管1的中途位置。配管1形成供例如从发动机等热机排出的废气(第一流体)流通的流路。在图1的例子中，配管1具有直管状的配管主体11以及在该配管主体11的两端部分别设置的弯头部10。弯头部10形成弯曲部，且在其内部设置有用于与弯曲部相配地引导废气的流动方向的多个翼4。各个翼4沿着弯头部10的曲线弯曲。这样的翼4在与弯头部10的延伸方向交叉的方向上隔开间隔地设置有多个。

在配管主体11的内部，多个传热管3相互隔开间隔地排列设置。在传热管3的内部流通上述的废气。如图2所示那样，传热管3是具有六边形的截面形状的管，其两端开口。传热管3的内部成为第一流路F1。另外，多个传热管3以相互的外表面平行的方式相邻，且以作为整体成为六边形状的方式排列。在传热管3彼此之间形成的空间成为供作为第二流体的水流动的第二流路F2。

在配管主体11的两端部分别设置有作为入口侧集管的供给部21以及作为出口侧集管的排出部22。供给部21向上述的配管1内供给从外部引导的水，排出部22为了将通过了配管1的水向外部排出而设置。更具体而言，在配管1中的上游侧(流来第一流体的一侧)的端部设置有排出部22，在下游侧的端部设置有供给部21。供给部21与排出部22使流体的流动方向不同且具有彼此相同的结构。因此，在此参照图3对排出部22的结构代表性地进行说明。

如图3所示那样，排出部22具有：筒状的排出部主体22H，其从外侧覆盖多个传热管3的端部；以及分隔板20，其将该排出部主体22H的开口部堵塞。在排出部主体22H的周向的一部分形成有用于向外部排出水的开口部H。通过排出部22的分隔板20与供给部21的分隔板20，而从两侧堵塞配管主体11所形成的流路。由上述一对分隔板20划分形成的空间成为闭空间V。另外，上述的传热管3以将该分隔板20贯通的方式延伸。即，在闭空间V内，由传热管3形成的第一流路F1与由这些传热管3彼此之间的间隙形成的第二流路F2平行地延伸。

具有上述那样的结构的热交换器100的各部件期望通过以AM(AdditiveModeling)为代表的3D打印技术而形成。另外，作为形成热交换器100的材料，优选使用钛、SUS。

(作用效果)

接下来，对热交换器100的动作进行说明。在运转热交换器100时，首先，通过供给部21将作为第二流体的水向闭空间V内供给。此时，运转着热机，从而在传热管3内流通作为第一流体的高温的废气。并且，水在配管主体11的内部中的传热管3彼此之间的间隙(第二流路F2)朝向与废气的流动方向相反的方向流通。在水在第二流路F2流动的中途，经由传热管3的壁面而在与废气之间产生热交换。由此，水成为高温状态，经过排出部22向外部的装置供给。另一方面，废气成为低温状态，在配管1内朝向下游侧流去。通过连续产生这样的现象从而进行水与废气的热交换。

根据上述结构，在配管1的延伸中途由分隔板20形成闭空间V。在该闭空间V内，在流动于传热管3的第一流体与流动于传热管3的外部的第二流体之间进行热交换。这样，根据上述结构，不改变配管1的延伸方向且不大幅扩大该配管1的外径，就能够在配管1的延伸中途设置热交换器100。由此，能够节约用于配置热交换器100的空间。其结果是，在以往设置困难的狭窄区域也能够容易地设置热交换器100。

并且，根据上述结构，传热管3具有多边形(六边形)的截面形状。因此，与例如传热管3具有四边形的截面的情况相比，传热管3的内表面的浸润面积扩大，因此能够进一步提高热交换的效率。另外，更期望的是，通过将传热管3的截面形状设为圆形而能够进一步扩大浸润面积。需要说明的是，在截面形状为圆形的情况下，存在流体的填充密度下降这样的缺点，因此期望根据整体的平衡来决定传热管的形状。

另外，根据上述结构，在传热管3彼此之间的间隔流通作为第二流体的水，因此能够确保与传热管3接触的接触面积较大。由此，能够使热交换器100小型化并且能够进一步提高热交换的效率。

以上，对本发明的第一实施方式进行了说明。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构施加各种变更、修改。

[第二实施方式]

接着，参照图4至图6对本发明的第二实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图4所示那样，在本实施方式中，还设置有仅将传热管3彼此之间的间隔的一部分堵塞的堵塞部5。堵塞部5在配管主体11的延伸方向上隔开间隔地设置有多个。另外，由相互相邻的堵塞部5彼此进行堵塞的区域不同。更具体而言，相邻的堵塞部5中的一侧的堵塞部5如图5所示那样仅堵塞配管主体11内的上部。另一侧的堵塞部5如图6所示那样仅堵塞配管主体11内的下部。通过这样的堵塞部5交替地排列，从而配管主体11内的第二流路F2以蜿蜒行进的方式延伸。即，堵塞部5起到挡板的功能。

根据上述结构，在堵塞部5的作用下在闭空间V内水的流动方向变化。由相邻的堵塞部5彼此进行堵塞的区域不同，因此水在通过多个堵塞部5的期间以蜿蜒行进的方式流动。由此，水在闭空间V内无遗漏地遍布，因此水与传热管3接触的接触面积扩大，能够更进一步提高在水与废气之间产生的热交换的效率。

以上，对本发明的第二实施方式进行了说明。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构施加各种的变更、修改。例如，在上述第二实施方式中，对堵塞部5分别堵塞闭空间V内的上部或下部的例子进行了说明。然而，堵塞部5的方案并不限定于此，也能够采用堵塞部5将配管1的延伸方向上的左侧以及右侧分别堵塞的结构。在该情况下，能够使水不克服重力地在水平方向上蜿蜒行进并且顺畅地流动，因此能够进一步提高热交换的效率。尤其是，在流体中包含密度较低的成分、且设想在流路途中的滞留的情况下，该结构优选。

[第三实施方式]

接着，参照图7对本发明的第三实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图7所示那样，在本实施方式中，在相互相邻的传热管3彼此之间设置有支承部6。支承部6将传热管3的外表面相互连接。另外，详细而言，支承部6设置于传热管3的延伸方向上的一部分，对此未图示。

根据上述结构，能够利用支承部6抑制传热管3的位移、变形。由此，能够在更长期的范围内稳定地运用热交换器100。

以上，对本发明的第三实施方式进行了说明。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构施加各种变更、修改。例如，也能够采用在支承部6形成贯通孔、并通过该贯通孔使流体流通的结构。在该情况下，能够抑制流体的流动被支承部6妨碍。

[第四实施方式]

接着，参照图8和图9对本发明的第四实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图9所示那样，在本实施方式中，构成为在多个传热管3中越是流量少的区域的传热管3则流路截面积越大。具体而言，在配管1的弯头部10在上下方向上弯曲的情况下，越是位于上方的传热管3A则流路截面积越大，越是位于下方的传热管3B则流路截面积越小。

例如在配管1的上游侧构成有弯头部10那样的弯曲部等的情况下，处于在惯性力的作用下越是该弯曲部的外周侧则废气的流量越多、越是内周侧则流量越少的倾向。根据上述结构，越是流量少的区域的传热管3则流路截面积越大。由此，即使在如上述那样流量的分布不均匀的情况下，也能够修正该流量的分布不均匀，并在多个传热管3整体的范围内均匀地使废气流动。其结果是，能够进一步提高热交换器100的效率。

以上，对本发明的第四实施方式进行了说明。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构施加各种变更、修改。

[第五实施方式]

接着，参照图10对本发明的第五实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图10所示那样，在本实施方式中，在传热管3的内表面还设置有多个翅片3F。翅片3F从传热管3的内表面朝向内周侧突出，并且在传热管3的延伸方向的整个区域的范围内延伸。这样的翅片3F沿着内表面隔开间隔地排列有多个。另外，在本实施方式中，翅片3F在传热管3的延伸方向上呈直线状延伸。需要说明的是，在将形成传热管3的截面的六边形的一边的长度作为一例而设为6mm时，翅片3F的突出高度期望设为2mm左右，宽度期望设为1mm左右。

根据上述结构，通过设置翅片3F从而废气与传热管3之间的接触面积扩大，因此能够进一步提高热交换的效率。另外，翅片3F如上述那样具有微小的尺寸，因此在传热管3内流通的废气所含的尘埃、煤难以堆积。由此，能够在更长期的范围内稳定地运用热交换器100。

以上，对本发明的第五实施方式进行了说明。需要说明的是，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构施加各种变更、修改。

例如在上述第五实施方式中，对翅片3F呈直线状延伸的例子进行了说明。然而，如图11和图12所示那样，也可以是，翅片3F’随着从传热管3的延伸方向的上游侧趋向下游侧而沿着内表面回转。在图11和图12中，翅片3F’的前端A1以及基端A2以如下方式延伸：以传热管3的中心轴为中心从周向的一侧朝向另一侧回转。能够采用将这样的翅片3F’与上述第五实施方式同样地沿着内表面隔开间隔地排列多个的结构。

根据上述结构，翅片3F’以沿着内表面回转的方式延伸，因此在传热管3的内部对废气的流动附加回转流分量。由此，传热管3的内部中的废气的滞留时间变长，因此能够进一步提高热交换的效率。另外，由于伴随着回转流分量，因此能够抑制在翅片3F’产生尘埃、煤等附着物。由此，能够进一步在长期的范围内稳定地运用热交换器100。

[附记]

各实施方式所述的热交换器100例如如以下那样掌握。

(1)第一方案的热交换器100具备：配管1，其形成供给第一流体的流路；分隔板20，其以堵塞所述流路的方式在该流路的延伸方向上隔开间隔地设置有一对，从而在所述流路的一部分划分形成闭空间V；多个传热管3，它们呈两端开口的管状并以贯通一对所述分隔板20的方式延伸，并且相互隔开间隔地排列设置有多个；供给部21，其能够从所述配管1的外部向所述闭空间V内供给第二流体；以及排出部22，其能够将所述闭空间V内的所述第二流体向所述配管1的外部排出。

根据上述结构，在配管1的延伸中途由分隔板20形成闭空间V。在该闭空间V内，在流动于传热管3的第一流体与流动于传热管3的外部的第二流体之间进行热交换。这样，根据上述结构，能够在配管1的延伸中途，不改变配管1的延伸方向并且不大幅扩大该配管1的外径地设置热交换器100。由此，能够节约用于配置热交换器100的空间。

(2)在第二方案的热交换器100中，也可以是，所述传热管3从所述延伸方向观察时具有多边形的截面形状。

根据上述结构，传热管3的内表面中的浸润面积扩大，因此能够进一步提高热交换的效率。

(3)在第三方案的热交换器100中，也可以是，构成为所述第二流体在所述闭空间V内在所述多个传热管3彼此之间的间隔流通。

根据上述结构，第二流体在传热管3彼此之间的间隔流通，因此能够确保与传热管3的接触面积较大。由此，能够使热交换器100小型化，并且能够进一步提高热交换的效率。

(4)第四方案的热交换器100也可以是，还具有仅将所述传热管3彼此之间的间隔的一部分堵塞的堵塞部5，该堵塞部5在所述延伸方向上隔开间隔地设置有多个，且由相互相邻的所述堵塞部5彼此进行所述堵塞的区域不同。

根据上述结构，在堵塞部5的作用下在闭空间V内第二流体的流动方向变化。由相邻的堵塞部5彼此进行堵塞的区域不同，因此第二流体在通过多个堵塞部5的期间以蜿蜒行进的方式流动。由此，第二流体在闭空间V内无遗漏地遍布，因此能够更进一步提高热交换的效率。

(5)第五方案的热交换器100也可以是，还具有在所述传热管3彼此之间设置的支承部6。

根据上述结构，能够利用支承部6抑制传热管的位移、变形。

(6)在第六方案的热交换器100中，也可以是，构成为在所述多个传热管3中越是流量少的区域的所述传热管3则流路截面积越大。

例如在配管1的上游侧构成有弯曲部等的情况下，处于在惯性力的作用下越是该弯曲部的外周侧则第一流体的流量越多、越是内周侧则流量越少的倾向。根据上述结构，越是流量少的区域的传热管3则流路截面积越大。由此，即使在如上述那样流量的分布不均匀的情况下，也能够修正该流量的分布不均匀，并在多个传热管3整体的范围内均匀地使第一流体流动。

(7)第七方案的热交换器100也可以是，还具有从所述传热管3的内表面突出、并沿所述延伸方向延伸并且沿着该内表面隔开间隔地设置有多个的翅片3F。

根据上述结构，利用翅片3F扩大与第一流体的接触面积，因此能够进一步提高热交换的效率。

(8)在第八方案的热交换器100中，也可以是，所述翅片3F’以随着从所述延伸方向的上游侧趋向下游侧而沿着所述内表面回转的方式延伸。

根据上述结构，翅片3F’以沿着内表面回转的方式延伸，因此在传热管3的内部对第一流体附加回转流分量。由此，传热管3的内部中的第一流体的滞留时间变长，因此能够进一步提高热交换的效率。另外，由于伴随着回转流分量，因此能够抑制在翅片3F’产生垃圾等附着物。

工业实用性

根据本发明，能够提供进一步小型化了的热交换器。

附图标记说明

100 热交换器

1 配管

3、3A、3B 传热管

3F、3F’ 翅片

4 翼

5 堵塞部

6 支承部

10 弯头部

11 配管主体

20 分隔板

21 供给部

22 排出部

22H 排出部主体

F1 第一流路

F2 第二流路

H 开口部

V 闭空间。

Claims (11)

1.一种热交换器，其中，

所述热交换器具备：

配管，其形成供给第一流体的流路；

分隔板，其以堵塞所述流路的方式在该流路的延伸方向上隔开间隔地设置有一对，从而在所述流路的一部分划分形成闭空间；

多个传热管，它们呈两端开口的管状并以贯通一对所述分隔板的方式延伸，并且相互隔开间隔地排列设置；

供给部，其设置于所述第一流体的流动的下游侧，且能够从所述配管的外部向所述闭空间内供给第二流体；以及

排出部，其设置于比所述供给部靠所述第一流体的流动的上游侧的位置，且能够将所述闭空间内的所述第二流体向所述配管的外部排出，

所述传热管在所述闭空间内的一对所述分隔板之间的范围内从所述延伸方向观察时具有六边形的截面形状，

所述多个传热管通过以彼此的外表面平行的方式相邻配置从而形成传热管组，

在所述闭空间内，由所述传热管形成并使所述第一流体流通的第一流路与由所述传热管彼此之间的间隔形成并使所述第二流体流通的第二流路平行地延伸，

所述热交换器还具有从所述传热管的内表面突出、并沿所述延伸方向延伸并且沿着该内表面隔开间隔地设置有多个的翅片。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，

所述传热管组以作为整体成为六边形形状的方式排列。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，

所述热交换器构成为在所述多个传热管中越是流量少的区域的所述传热管则流路截面积越大。

4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，

所述翅片以随着从所述延伸方向的上游侧趋向下游侧而沿着所述内表面回转的方式延伸。

5.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，

所述热交换器还具有仅将所述传热管彼此之间的间隔的一部分堵塞的堵塞部，

该堵塞部在所述延伸方向上隔开间隔地设置有多个，且由相互相邻的所述堵塞部彼此进行所述堵塞的区域不同。

6.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，

所述热交换器还具有在所述传热管彼此之间设置的支承部。

7.一种热交换器，其中，

所述热交换器具备：

配管，其形成供给第一流体的流路；

分隔板，其以堵塞所述流路的方式在该流路的延伸方向上隔开间隔地设置有一对，从而在所述流路的一部分划分形成闭空间；

多个传热管，它们呈两端开口的管状并以贯通一对所述分隔板的方式延伸，并且相互隔开间隔地排列设置；

供给部，其能够从所述配管的外部向所述闭空间内供给第二流体；以及

排出部，其能够将所述闭空间内的所述第二流体向所述配管的外部排出，

所述传热管从所述延伸方向观察时具有六边形的截面形状，

所述多个传热管通过以彼此的外表面平行的方式相邻配置从而形成传热管组，

在所述闭空间内，由所述传热管形成并使所述第一流体流通的第一流路与由所述传热管彼此之间的间隔形成并使所述第二流体流通的第二流路平行地延伸，

所述热交换器还具有从所述传热管的内表面突出、并沿所述延伸方向延伸并且沿着该内表面隔开间隔地设置有多个的翅片，

所述热交换器构成为在所述多个传热管中越是流量少的区域的所述传热管则流路截面积越大。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其中，

所述传热管组以作为整体成为六边形形状的方式排列。

9.根据权利要求7或8所述的热交换器，其中，

所述翅片以随着从所述延伸方向的上游侧趋向下游侧而沿着所述内表面回转的方式延伸。

10.根据权利要求7或8所述的热交换器，其中，

所述热交换器还具有仅将所述传热管彼此之间的间隔的一部分堵塞的堵塞部，

该堵塞部在所述延伸方向上隔开间隔地设置有多个，且由相互相邻的所述堵塞部彼此进行所述堵塞的区域不同。

11.根据权利要求7或8所述的热交换器，其中，

所述热交换器还具有在所述传热管彼此之间设置的支承部。