CN116057285A - 夹钳装置以及层叠型热交换器 - Google Patents

Abstract

夹钳装置(20)将内部被层叠的多个板件(11)划分成多个流路(F1、F2)的层叠型热交换器(1)的核心部(10)在多个板件(11)的层叠方向Z上夹持并固定，夹钳装置(20)具有：2片端板(21、22)，其配置在核心部(10)的层叠方向Z的两侧；连结构件(23)，其将2片端板(21、22)连结，将2片端板(21、22)的间隔保持在比核心部(10)的层叠方向Z的长度大的间隔；和多个螺栓(24)，其分别插入在各端板(21、22)形成的多个贯通螺丝孔(21a、22a)，在层叠方向Z上按压核心部(10)。

Description

夹钳装置以及层叠型热交换器

技术领域

本发明涉及夹钳装置以及层叠型热交换器。

背景技术

以往，作为小型且轻量、热交换效率优异的层叠型热交换器，已知板翅片型热交换器(例如，参照专利文献1～4)。板翅片型热交换器具备核心部，其具有多个板件(plate)、和与多个板件交替层叠的多个翅件(fin)。核心部的内部被多个板件划分成多个流路，通过在这些多个流路中流过2种类以上的流体来进行热交换。板件和翅件通常通过钎焊进行接合，由此确保核心部的耐压强度和传热性能这两者。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2015-152225号公报

专利文献2：JP特开2014-040945号公报

专利文献3：JP特开2012-255646号公报

专利文献4：JP特开2006-313030号公报

发明内容

-发明所要解决的课题-

在板翅片型热交换器中，基于钎焊的板件与翅件的接合部位达到庞大的数量，当即使在一个部位存在接合不良时，也会直接给核心部的耐压强度带来影响。因此，对于板件与翅件的钎焊，在接合强度、品质的方面要求高的可靠性。然而，为了实现其，需要真空炉等大规模的设备，并且需要专业且高层次的技术、知识。为此，稳定地确保耐压强度和传热性能相当困难。此外，作为板件和翅件的材料，需要选择工业的规模上能稳定地、且成本合理地进行钎焊的材料。为此，材料选择的自由度低，为了以高的水平实现兼顾耐压强度和传热性能存在极限。

为此，本发明的目的在于，能实现构成核心部的材料的自由的组合，以简洁的构造使层叠型热交换器的耐压强度和传热性能提高。

-用于解决课题的手段-

为了实现上述的目的，本发明的夹钳装置将通过层叠的多个板件将内部划分成多个流路的层叠型热交换器的核心部在多个板件的层叠方向上夹持并固定，该夹钳装置具备：2片端板，其配置在核心部的层叠方向的两侧；连结构件，其将2片端板连结，将2片端板的间隔保持在比核心部的层叠方向的长度大的间隔；和多个螺栓，其在形成于各端板的多个贯通螺丝孔分别插入，在层叠方向上按压核心部。

此外，本发明的层叠型热交换器具有：核心部，其是核心部，具有层叠为将核心部的内部划分成多个流路的多个板件；和将核心部在多个板件的层叠方向上夹持并固定的上述夹钳装置。

根据这样的夹钳装置以及层叠型热交换器，即使由于流体的压力而内压作用于核心部，也通过螺栓的按压来抑制核心部的膨胀所引起的破损，包含板件的核心部的构成要素间的接触保持良好，确保了核心部的耐压强度和传热性能。为此，不再需要通过钎焊、焊接等公知的接合方法将包含板件的核心部的构成要素机械地接合。由此，材料选择的自由度提高，还能选择以高的水平实现耐压强度和传热性能的兼顾的材料的组合。

-发明效果-

以上，根据本发明，能实现构成核心部的材料的自由的组合，能以简洁的构造使层叠型热交换器的耐压强度和传热性能提高。

附图说明

图1A是本发明的第1实施方式所涉及的热交换器的概略立体图。

图1B是本发明的第1实施方式所涉及的热交换器的概略截面图。

图2是本发明的第2实施方式所涉及的热交换器的概略立体图。

图3是本发明的第3实施方式所涉及的热交换器的概略立体图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在本说明书中，例示板翅片型的热交换器，但运用本发明的夹钳装置的层叠型热交换器并不限定于此，但也可以如后述那样，是板件型的热交换器。另外，这里说的所谓“热交换器”，包含通过在流过流体的流路内填充触媒来进行触媒反应的热交换器、即触媒反应。

(第1实施方式)

图1A是本发明的第1实施方式所涉及的热交换器的概略立体图。图1B是沿着图1A的C-C线的概略截面图。另外，图1所示的热交换器的配置是为了方便进行的，并不限定使用时的姿态。此外，以下的说明中的“上”、“下”等表征方向的用语也是在相对的意义中使用，并不限定热交换器的使用时的姿态。

热交换器1具有在第1流体A与第2流体B之间进行热交换的长方体状的核心部10。核心部10具有长方形状的多个板件11和波板状的多个翅件12。多个板件11层叠成将核心部10的内部划分成多个流路F1、F2，多个翅件12分别配置成在各流路F1、F2内与上下的板件1相接。因此，多个板件11和多个翅件12交替层叠。以下，将板件11的层叠方向设为Z方向，将与其正交的板件11的长边方向以及短边方向分别设为X方向以及Y方向。

多个流路F1、F2包含：流过第1流体A的第1流路F1；和第1流路F1在Z方向上交替配置且流过第2流体B的第2流路F2。各流路F1、F2通过板件11、和包围翅件12地配置在板件11的周缘部的侧条13来区划。侧条13通过钎焊、焊接等公知的接合方法与上下的板件11接合，由此，确保各流路F1、F2的密闭性。另外，如后述那样，翅件12不一定非要与上下的板件11接合。除此以外，核心部10具有构成核心部10的Z方向的最外面的侧板件14。

此外，热交换器1分别具有与第1流路F1连通的第1流入集管2和第1流出集管3。第1流入集管2安装于核心部10的X方向的一方的端面，具有使第1流体A流入核心部10的功能。第1流出集管3安装于核心部10的X方向的另一方的端面，具有使第1流体A从核心部10流出的功能。由此，第1流体A经过第1流入集管2流入第1流路F1，在核心部10内从一方的端面流到另一方的端面(图1(b)的从纸面的表侧向背侧)后，经过第1流出集管3从第1流路F1流出。

此外，热交换器1分别具有与第2流路F2连通的第2流入集管(未图示)和第2流出集管4。第2流入集管(未图示)安装于核心部10的X方向的另一方的端面，具有使第2流体B流入核心部10的功能。第2流出集管4安装于核心部10的X方向的一方的端面，具有使第2流体B从核心部10流出的功能。由此，第2流体B经过第2流入集管流入第2流路F2，在核心部10内从另一方的端面流到一方的端面(图1(b)的从纸面的背侧向表侧)后，经过第2流出集管4从第2流路F2流出。

进而，热交换器1具有在Z方向(板件11的层叠方向)上夹持核心部10并固定的夹钳装置20。

夹钳装置20具有：2片端板21、22；多个杆23；和多个按压螺栓24。2片端板21、22配置在核心部10的Z方向的两侧，通过多个杆23连结成相互平行。此外，2片端板21、22通过多个杆23连结，以使得其间隔保持在比核心部10的Z方向的长度大的间隔。在各端板21、22形成多个贯通螺丝孔21a、22a。多个按压螺栓24分别插入各端板21、22的多个贯通螺丝孔21a、22a，从Z方向的两侧按压核心部10。

根据这样的夹钳装置20的结构，即使由于流体A、B的压力而内压作用于核心部10，也能通过按压螺栓24的按压来抑制核心部10膨胀而破损。其结果，能对核心部10赋予足够的耐压强度，不再需要将作为其构成要素的板件11和翅件12通过钎焊、焊接等公知的接合方法机械地接合。此外，以抑制核心部10的膨胀，还始终确保了板件11与翅件12的良好的热的接触。其结果，还能良好地维持核心部10的传热性能。除此以外，通过始终确保板件11与翅件12的热的接触，在传热性能方面，也不再需要将板件11和翅件12通过钎焊、焊接等公知的接合方法机械地接合。为此，板件11和翅件12的材料选择的自由度提高，能选择以高的水平实现兼顾耐压强度和传热性能的材料的组合。

例如，到目前位置，作为板件的材料，在出于机械强度的观点而使用不锈钢的情况下，作为承担核心部的耐压强度的翅件的材料，并不考虑采用铜。其理由在于，铜的机械强度低，难以在工业的规模上稳定且以合理的成本将铜与不锈钢钎焊。然而，在本实施方式中，即使是作为板件11的材料而使用不锈钢的情况，作为翅件12的材料，也能出于热传导性的观点而使用铜。这样的材料上的制约的消失在使用本实施方式的热交换器1作为触媒反应器的情况下特别有用。另外，根据所选择的材料，为了耐压强度和传热性能的进一步的提高，也可以将板件11和翅件12通过钎焊、焊接等公知的接合方法进行接合。

如果端板21、22的材料是刚性高且具有能耐受按压螺栓24的反作用力的材料，并没有特别限定，其形状、尺寸(厚度等)也并没有特别限定。在图示的结构中，端板21、22的形状配合核心部10的形状是长方形状，但例如也可以是多边形等其他几何形状。

杆23的材料也没有特别限定，优选与端板21、22的材料相同，作为这样的材料，例如能使用不锈钢。杆23的截面形状并不限于图示的圆形，也可以是多边形等其他几何形状，其尺寸(直径等)也没有特别限定。此外，在图示的结构中，在核心部10的Y方向的两侧分别设有5个杆23，但只要能良好地维持端板21、22彼此的连结，杆23的数量就不限定于此，分别也可以是4个以下，还可以是6个以上。杆23的位置也并不限定于图示的位置，例如可以对应于相对于核心部10的集管2～4的位置适宜变更。只要即使按压螺栓24的反作用力作用于端板21、22，也能确保端板21、22与杆23的固定不会解除的足够的强度，端板21、22与杆23的固定方法没有特别限定。作为这样的固定方法，例如能使用焊接、拧紧等公知的方法。

按压螺栓24的材料并没有特别限定，优选与端板21、22的材料相同。按压螺栓24的配置以及尺寸只要是能对核心部10赋予所期望的按压力的配置以及尺寸，则没有特别限定。在图示的结构中，按压螺栓24在各端板21、22呈矩形格子状地配置，但按压螺栓24的配置并不限定于此，也可以是正方格子、三角格子等其他格子状的配置，还可以是其他周期性的配置。或者，按压螺栓24也可以非周期地配置。

按压螺栓24的拧紧方式、其顺序也是只要能对核心部10赋予所期望的按压力，则并不限定于特定的拧紧方式、顺序。例如，也可以分别在核心部10的Z方向的两侧，将格子状的多个按压螺栓24当中的四角的螺栓先拧入来进行核心部10相对于夹钳装置20的定位后，将各个按压螺栓24以合适的转矩拧入，对核心部10赋予所期望的按压力。另外，通过按压螺栓24从Z方向的两侧按压核心部10的结构能针对核心部10以及夹钳装置20的加工误差、组装误差、按压时的负载所引起的变形通过调整按压螺栓24的拧入量来应对，在这方面也是有利的。

多个螺栓24可以分别以不同的转矩拧入，即，以分别不同的按压力按压核心部10。例如，在核心部10的内压上升的情况下，流体A、B的泄漏易于在板件11的周缘部中的与侧条13的接合部分产生。为此，在板件11与侧条13的接合部分所对应的核心部10的周缘区域，优选以比其内侧的区域大的按压力按压核心部10。另外，如此地，核心部10在以分别不同的按压力被多个螺栓24按压的情况下，在易于任意且正确地控制对核心部10的按压力的分布这点上，多个螺栓24优选如图示那样格子状地配置。

此外，核心部10的结构并不限定于图示的结构。例如，在图1B中，分别示出3个流路F1、F2，但流路F1、F2的数量并不限定于此，也可以分别是4个以上。此外，在图示的结构中，第1流体A和第2流体B在相同方向(X方向)上流向相反朝向，但也可以在相同方向(X方向)流向相同朝向。或者，第1流体A和第2流体B也可以在相互正交的方向上流过。即，也可以2个流体A、B当中一方在X方向上流过，另一方在Y方向上流过。也可以与此对应地，2组集管2～4当中一方安装于核心部10的X方向的端面，另一方安装于核心部10的Y方向的端面。此外，核心部10也可以进行3种类以上的流体的热交换，对应于此，流入集管和流出集管的组也可以设置3组以上。

翅件12的形状也并不限定于图示的形状，能在能确保能耐受按压螺栓24的按压力的足够的强度的范围内适宜变更。其中，也可以取代对翅件12的形状赋予足够的强度，在多个板件11之间的从Z方向来看与按压螺栓24重叠的位置设置多个间隔件(未图示)。由此，能在多个间隔件挡住按压螺栓24的按压力。另外，翅件12的形状可以按配置其的流路F1、F2的每一者而不同。

此外，虽未图示，但本实施方式的热交换器1也可以存放于其他压力容器的内部使用。

在上述的实施方式中，例示了具有板翅片型的构造的核心部10，但运用本实施方式的夹钳装置20的核心部的构造并不限定于此，可以是层叠多个传热板件而构成的板件型。板件型的热交换器根据传热板件的密封方法的差异而分类成几个种类。即，分类成如下等种类：将通过压制加工等成形为波形的传热板件隔着衬垫层叠的衬垫式；将相同地成形为波形的传热板件的周缘部通过焊接接合的焊接式；将具有通过蚀刻等加工的流路的传热板件通过扩散接合进行接合的扩散接合式。在这样的板件型热交换器的任意种类中，都能通过运用本实施方式的夹钳装置20来抑制内压所引起的核心部的膨胀、破损，确保核心部的耐压强度和传热性能。

(第2实施方式)

图2是本发明的第2实施方式所涉及的热交换器的概略立体图。以下，对于与第1实施方式同样的结构，在附图中标注相同附图标记并省略其说明，仅说明与第1实施方式不同的结构。

本实施方式中，将2片端板21、22连结的连结构件的结构与第1实施方式不同。即，在第1实施方式中，在核心部10的Y方向的两侧分别设有多个杆23，与此相对，在本实施方式中，分别设有1片平板25、26。因此，本实施方式的夹钳装置20通过2片端板21、22和2片平板25、26形成为方筒状。通过这样的结构，能提高夹钳装置20整体的构造强度，其结果，能对核心部10赋予更大的按压力。

(第3实施方式)

图3是本发明的第3实施方式所涉及的热交换器的概略立体图。以下，对与上述的实施方式同样的结构，在附图中标注相同附图标记并省略其说明，仅说明与上述的实施方式不同的结构。

本实施方式是第2实施方式的变形例，在追加设置多个加固肋27这点上与第2实施方式不同。多个加固肋27可以在2片端板21、22的相互朝向相反侧的面分别形成为向Z方向(端板21、22的厚度方向)突出。此外，多个加固肋27沿着Y方向(端板21、22的短边方向)相互平行地配置，且在X方向(端板21、22的长边方向)上等间隔地配置。另外，这里说的所谓“等间隔”，不仅是多个加固肋27的间隔(厚度方向的中心间的距离)严密相等的情况，还包含在制造误差的范围内不同的情况。通过这样的结构，能提高端板21、22的刚性，能进一步提高夹钳装置20整体的构造强度。加固肋27的形状、尺寸(厚度等)、其数量并不限定于图示，能对应于端板21、22的形状、所要求的强度来适宜变更。

另外，在本实施方式中，也可以通过设置加固肋27，来使各端板21、22的厚度比第2实施方式薄。此外，本实施方式的加固肋27可以追加设置于第1实施方式的夹钳装置20，这点不言自明。

-符号说明-

1 热交换器

2 第1流入集管

3 第1流出集管

4 第2流出集管

10 核心部

11 板件

12 翅件

13 侧条

14 侧板件

20 夹钳装置

21、22 端板

21a、22a 贯通螺丝孔

23 杆

24 按压螺栓

25、26 平板

27 加固肋。

Claims (13)

1.一种夹钳装置，将内部被层叠的多个板件划分成多个流路的层叠型热交换器的核心部在所述多个板件的层叠方向上夹持并固定，所述夹钳装置的特征在于，具有：

2片端板，其配置在所述核心部的所述层叠方向的两侧；

连结构件，其将所述2片端板连结，将所述2片端板的间隔保持在比所述核心部的所述层叠方向的长度大的间隔；和

多个螺栓，其分别插入在所述各端板形成的多个贯通螺丝孔，在所述层叠方向上按压所述核心部。

2.根据权利要求1所述的夹钳装置，其特征在于，

所述多个螺栓包含以分别不同的按压力按压所述核心部的第1以及第2螺栓。

3.根据权利要求2所述的夹钳装置，其特征在于，

所述第1螺栓按压所述核心部的周缘区域，所述第2螺栓按压所述核心部的所述周缘区域的内侧的区域，所述第1螺栓的按压力比所述第2螺栓的按压力大。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的夹钳装置，其特征在于，

所述多个螺栓在所述各端板格子状地配置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的夹钳装置，其特征在于，

所述夹钳装置具有：多个加固肋，其分别形成于所述2片端板的相互朝向相反侧的面，向所述端板的厚度方向突出。

6.根据权利要求5所述的夹钳装置，其特征在于，

所述各端板形成为长方形状，所述多个加固肋沿着所述端板的短边方向相互平行地配置。

7.根据权利要求6所述的夹钳装置，其特征在于，

所述多个加固肋在所述端板的长边方向上等间隔地配置。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的夹钳装置，其特征在于，

所述连结构件在所述核心部的与所述层叠方向正交的方向的两侧将所述核心部连结。

9.根据权利要求8所述的夹钳装置，其特征在于，

所述连结构件包含多个杆。

10.根据权利要求8所述的夹钳装置，其特征在于，

所述连结构件包含2片平板。

11.一种层叠型热交换器，其特征在于，具有：

核心部，具有层叠为将该核心部的内部划分成多个流路的多个板件；和

权利要求1～10中任一项所述的夹钳装置，其将所述核心部在所述多个板件的层叠方向上夹持并固定。

12.根据权利要求11所述的层叠型热交换器，其特征在于，

所述核心部具有与所述多个板件交替层叠的多个翅件。

13.根据权利要求12所述的层叠型热交换器，其特征在于，

所述核心部具有和所述多个翅件一起配置在所述多个板件之间的多个间隔件，所述多个间隔件从所述层叠方向来看相互重叠配置，所述多个螺栓在从所述层叠方向来看在与所述多个间隔件重叠的位置按压所述核心部。

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