KR20130124150A

KR20130124150A - 열교환기

Info

Publication number: KR20130124150A
Application number: KR1020127028589A
Authority: KR
Inventors: 마사시게 하시모토; 켄지 무라타; 히데노리 요시오카; 야스히코 스즈키; 마사유키 미즈타; 카즈히로 니시다
Original assignee: 가부시키가이샤 와이제이에스
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2013-11-13
Also published as: CN102297614B; WO2011145403A1; JP2012002495A; MY160271A; TWI453367B; DE112011101673T5; EP2573494B1; JP5559088B2; EP2573494A4; TW201207349A; CN102297614A; EP2573494A1; KR101827401B1

Abstract

편평 튜브의 표면적을 증대시킴과 아울러, 외측통 내를 흐르는 유체의 유속을 높임으로써, 열교환 효율의 대폭적인 향상이 도모되는 열교환기를 제공한다. 외부 케이스(2)의 통형상 수납부 (3) 내에 편평 튜브(4)를 수납하고, 상기 편평 튜브(4)의 내외에 열교환하고자 하는 유체를 각각 흐르게 함으로써, 유체 상호의 열교환을 행하도록 한 열교환기로서, 내부가 유통로(6)가 되는 상기 편평 튜브(4)의 둘레벽을 길이 방향으로 연속하는 나선 형상의 파형, 길이 방향으로 연속하는 파형, 폭 방향으로 연속하는 단면 형상의 파형, 폭 방향으로 소정의 간격으로 길이 방향으로 병렬하도록 외면에 돌출된 핀의 어느 하나로부터 선택된 표면적의 확대 형상(15)으로 형성하고, 상기 외부 케이스(2)의 통형상 수납부(3)에 있어서의 내주면에 병렬하도록 설치한 다수의 유체 정류홈(5a)에 의해 유체 통로(5)를 형성했다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 급탕 등에 사용하는 플랫형의 열교환기, 더욱 상세하게는 열교환 효율의 대폭적인 향상이 도모되도록 한 열교환기에 관한 것이다.

급탕 등에 사용하는 플랫형의 열교환기는 편평하며 긴 외부 케이스의 내부에 간극을 설치하여 편평한 튜브를 편입시키고, 상기 외부 케이스의 내부에서 편평한 튜브의 외주면과의 사이에 형성된 간극이 유체 통로가 되고, 이 유체 통로에 일방의 단부로부터 타방의 단부를 향하여 고온의 유체를 유동시키고, 상기 편평한 튜브 내가 유통로가 되고, 이 유통로에 타방의 단부로부터 일방의 단부를 향하여 가열하고자 하는 유체를 흐르게 하고, 편평한 튜브를 통하여 내외를 흐르는 양 유체의 열교환을 행함으로써, 편평한 튜브의 유통로에 흐르는 유체를 가온하도록 되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

종래의 플랫형 열교환기는 외부 케이스의 내부에 설치하는 편평한 튜브를 열전도성이 좋은 재료로 형성하고, 편평한 튜브의 외측 유체 통로를 흐르는 유체와, 편평한 튜브 내의 유통로를 흐르는 유체의 열교환 효율을 향상시키는 것 같은 구조로 되어 있었다.

일본 실용신안 등록 제3133996호 공보

그런데, 편평한 튜브를 통하여 유체의 열교환을 하는 경우에, 열교환은 편평한 튜브의 열전도율 뿐만 아니라 편평한 튜브의 표면적이나 편평한 튜브의 내외를 흐르는 유체의 유속이 관여하는 것이 알려져 있고, 종래와 같은 표면이 평활한 편평 튜브의 사용에서는 어떻게 해도 열교환 효율이 낮다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명의 과제는 편평 튜브의 표면적을 증대시킴과 아울러, 편평 튜브의 외측을 흐르는 유체의 유속을 높임으로써, 열교환 효율의 대폭적인 향상을 도모할 수 있는 열교환기를 제공하는 것에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 외부 케이스에 형성한 통형상 수납부의 내부에 편평 튜브를 수납하고, 상기 편평 튜브의 내외에 열교환하고자 하는 유체를 각각 흐르게 함으로써, 유체 상호의 열교환을 행하도록 한 열교환기에 있어서, 상기 편평 튜브의 둘레벽(周壁)을 표면적의 확대 형상으로 형성하고, 상기 통형상 수납부의 내주면에 편평 튜브의 외측에서 길이 방향을 따라 유체가 흐르는 유체 통로를 설치하고, 이 유체 통로를 병렬하는 다수개의 유체 정류홈(整流溝)에 의해 형성한 것이다.

상기 외부 케이스가 중첩 상태로 결합하는 하부 외측통(外筒)과 상부 외측통의 2개의 분할 구조로 되고, 상기 편평 튜브가 수납되는 통형상 수납부가 하부 외측통과 상부 외측통의 중첩면에 각각 설치한 오목홈에 의해 형성되고, 상기 유체 통로가 양 오목홈의 바닥면에 설치한 병렬하는 다수개의 유체 정류홈에 의해 형성되어 있게 할 수 있다.

여기서, 상기 외부 케이스는, 예를 들면, 양단에 급배용 헤드의 부착 프레임이 설치되고, 내부 상면에 3조(條)의 오목홈을 길이 방향을 따라 설치한 하부 외측통과, 상기 부착 프레임 사이에 수납되는 길이를 가지고, 동일하게 내부 하면에 3조의 얕은 오목홈을 길이 방향을 따라 설치한 상부 외측통의 2개의 분할 구조로 되고, 하부 외측통과 상부 외측통은 중첩면 사이의 외주에 가깝게 환형상의 패킹을 끼우고 조립되며, 하부 외측통의 오목홈과 상부 외측통의 오목홈에서 편평 튜브의 통형상 수납부가 형성되고, 상기 각 오목홈의 바닥면에 이 오목홈의 길이 방향을 따라 연속하는 폭이 좁은 유체 정류홈이 설치되고, 상기 유체 정류홈은 오목홈의 폭 방향을 따라 다수개가 병렬 상태로 늘어서고, 이 유체 정류홈에 의해 편평 튜브의 외측을 흐르는 유체의 유체 통로가 형성된다.

상기 외부 케이스가 파이프를 사용한 케이스 본체와, 통체를 2개의 분할된 구조를 가지고, 상기 케이스 본체 내에 편입된 한 쌍의 유로 형성 부재로 형성되고, 양 유로 형성 부재의 대향면 사이에 형성된 오목홈에서 상기 편평 튜브가 수납되는 통형상 수납부를 형성하고, 상기 유체 통로가 양 오목홈의 바닥면에 설치한 병렬하는 다수개의 유체 정류홈에 의해 형성되어 있게 할 수 있다.

상기 편평 튜브의 둘레벽에 형성한 표면적의 확대 형상이 길이 방향으로 연속하는 나선 형상의 파형, 길이 방향으로 연속하는 파형, 폭 방향으로 연속하는 단면형상의 파형, 폭 방향으로 소정의 간격으로 길이 방향으로 병렬하도록 외면에 돌출설치(突設)된 핀(fin)의 어느 하나이도록 해도 된다.

상기 편평 튜브를 수납한 외부 케이스의 양단에 유체의 급배용 헤드가 수밀 상(水密狀)로 고정되고, 이 급배용 헤드에 설치한 일방 유체의 급배로가 편평 튜브 내의 유통로와 연통하고, 타방 유체의 급배로가 외부 케이스의 유체 통로와 연통하고 있는 구조로 할 수 있다.

상기 편평 튜브는 열전도율이 높은 재료를 사용하고, 상기 통형상 수납부 내에 알맞게 수납되는 편평한 타원형의 단면 형상이 되고, 하부 외측통의 부착 프레임으로부터 양단이 돌출하는 길이를 가지고, 그 내부가 유체의 유통로가 되고, 이 편평 튜브의 둘레벽에서 통형상 수납부 내에 수납되는 길이 범위의 부분에 표면적의 확대 형상이 형성되어 있다.

상기 편평 튜브의 둘레벽에 형성하는 표면적의 확대 형상은 길이 방향으로 연속하는 나선 형상의 파형의 경우, 단면 원호의 나사산을 단조 또는 복조의 나선으로 설치하거나, 나사산의 경사가 반대가 되는 2조의 나선을 겹치게 가공한 것이다.

또, 길이 방향으로 연속하는 파형의 경우, 일반적인 콜게이트관과 같은 구조가 되고, 폭 방향으로 연속하는 단면 형상의 파형은 원호의 오목부와 볼록부가 교대로 연속하는 것 이외에, 오목부만이 연속하는 것이나 산형의 물결이 연속하는 것이다.

본 발명에 의하면, 편평 튜브의 둘레벽을 표면적의 확대 형상으로 형성했으므로, 편평 튜브의 내외 표면적을 현격히 증대시킬 수 있고, 편평 튜브에 대하여 내외를 흐르는 유체의 열교환 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

또, 외부 케이스의 수납부 내면에 설치한 유체 통로를 다수개의 병렬하는 유체 정류홈으로 형성했으므로, 편평 튜브의 외측을 흐르는 유체의 흐름을 유체 정류홈에 의해 정류로 함으로써 유속을 빠르게 할 수 있고, 유체 통로에 가열측 유체를 흐르게 함으로써 편평 튜브 내의 유통로를 흐르는 유체의 열교환 효율의 향상이 도모된다.

또한, 편평 튜브의 표면적의 확대 형상과, 유체 통로를 형성하는 유체 정류홈의 조합에 의한 상승 효과에 의해, 열교환 효율의 대폭적인 향상이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 제1 실시형태를 나타내는 분해 사시도.
도 2(a)는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 열교환기에 있어서의 하부 외측통을 나타내는 사시도, (b)는 동 평면도, (c)는 하부 외측통의 일방 단부로부터 본 측면도.
도 3(a)는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 열교환기에 있어서의 상부 외측통을 나타내는 이면측을 위로 해서 본 사시도, (b)는 마찬가지의 평면도, (c)는 동 이면측을 위로 해서 일방 단부로부터 본 측면도.
도 4(a)는 하부 외측통과 상부 외측통을 상하로 떼어놓은 조립 전의 상태를 나타내는 도중의 확대 단면도, (b)는 동상의 조립 상태를 나타내는 도중의 확대 단면도.
도 5는 편평 튜브에 시행하는 표면적의 확대 형상을 나타내고, (a)는 길이 방향으로 연속하는 나선 형상의 파형의 예를 나타내는 평면도, (b)는 편평 튜브의 길이 방향을 따른 동 확대 단면도, (c)는 나사산의 경사가 반대가 되는 2조의 나선을 겹치도록 가공한 예를 나타내는 평면도, (d)는 원호 형상의 요철이 교대로 연속하는 콜게이트관의 예를 나타내는 평면도, (e)는 콜게이트관의 길이 방향을 따른 동 확대 단면도.
도 6은 편평 튜브에 시행하는 표면적의 확대 형상에 있어서, 편평 튜브의 폭 방향을 따라 절단했을 때의 단면 형상을 나타내고, (a)는 원호의 오목부와 볼록부가 교대로 파형이 되어 연속하는 예를 나타내는 단면도, (b)는 단면 U자형의 오목부가 반복하여 연속하는 예를 나타내는 단면도, (c)는 산형의 물결이 연속하는 예를 나타내는 단면도, (d)는 다수의 핀을 돌출시킨 예를 나타내는 단면도.
도 7(a)는 본 발명에 따른 열교환기의 제2 실시형태를 나타내는 분해 사시도, (b)는 동 종단면도.
도 8(a)는 본 발명에 따른 열교환기의 제3 실시형태를 나타내는 사시도, (b)는 동상에 사용하는 유로 형성 부재의 사시도.

이하, 본 발명의 실시형태를 도시예에 기초하여 설명한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 열교환기의 제1 실시형태를 나타내고, 열교환기(1)는 편평하며 긴 외부 케이스(2)의 내부에, 이 외부 케이스(2)의 전체 길이에 걸쳐 관통하는 3개의 통형상 수납부(3)를 병렬 상태의 배치로 형성하고, 각 통형상 수납부(3) 내에 편평 튜브(4)를 각각 수납하고, 상기 통형상 수납부(3)의 내주면에 열교환하고자 하는 유체의 일방 유체가 편평 튜브(4)의 길이 방향을 따라 흐르는 유체 통로(5)가 형성되고, 편평 튜브(4)의 내부가 타방 유체가 흐르는 유통로(6)로 되어 있다.

상기 외부 케이스(2)의 양단에 유체의 급배용 헤드(7과 8)가 수밀상으로 고정되고, 이 급배용 헤드(7과 8)에 설치한 일방 유체의 급배로(9)가 유체 통로(5)의 단부와 연통하고, 타방 유체의 급배로(10)가 편평 튜브(4) 내의 유통로(6)와 단부에서 연통하며, 열교환기(1)는 전체가 플랫형의 형상으로 되어 있다.

상기 외부 케이스(2)는 합성 수지나 금속 재료를 사용하여 형성한 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2a)의 조합으로 이루어지는 2개의 분할 구조로 되고, 하부 외측통(2a)은 도 2와 도 4에 나타낸 바와 같이 편평하며 긴 띠판 형상으로 형성되고, 그 양단에 급배용 헤드(7, 8)의 부착 프레임(11)이 설치되고, 상면에 3조의 오목홈(12)이 길이 방향을 따라 평행하게 설치되어 있다.

또, 상기한 상부 외측통(2b)은 도 3과 도 4에 나타내는 바와 같이 하부 외측통(2a)과 동일한 폭으로 양단의 부착 프레임(11) 사이에 수납되는 길이를 가지는 편평한 띠판 형상이 되고, 하부 외측통(2a)에 겹쳐지는 하면에는 하부 외측통(2a)의 각 오목홈(12)과 대응하는 위치에 오목홈(13)이 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 설치되고, 상기 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2b)은 상하로 겹쳐서 복수 개소를 비스로 체결함으로써, 외주를 따라 배치한 환형상의 패킹(14)을 끼우고 조립된다.

도 4(a)와 같이, 상하로 대향시킨 상기 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2b)을 상하로 겹쳐서 복수 개소를 비스로 체결함으로써, 도 4(b)와 같이, 하부 외측통(2a)의 오목홈(12)과 상부 외측통(2b)의 오목홈(13)은 상하로 연통하여 단면 편평한 구멍인 하나의 통형상 수납부(3)를 형성하게 되고, 적당히 간격을 설치하여 병렬하는 3개의 통형상 수납부(3)는 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2b)의 중첩면 사이의 외주를 따르도록 편입시킨 환형상의 패킹(14)으로 둘러싸여, 외부에 대하여 수밀상이 유지된다.

이 통형상 수납부(3)의 내부에 편평 튜브(4)가 수납되도록, 상기 오목홈(12)과 오목홈(13)은 편평 튜브(4)에 대하여 상하로부터 알맞게 서로 끼워지는 단면 형상으로 형성되고, 상기 통형상 수납부(3)의 내주면에 일방 유체를 흐르게 하기 위한 유체 통로(5)가 형성된다.

상기 유체 통로(5)는 하부 외측통(2a)에 설치한 오목홈(12)의 바닥면과, 상부 외측통(2b)에 설치한 오목홈(13)의 바닥면에, 도 4(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2b)의 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 설치한 유체 정류홈(5a)에 의해 형성되어 있다.

상기 유체 정류홈(5a)은 비교적 작은 단면 형상의 가는 홈이며, 상기 오목홈(12) 및 오목홈(13)의 폭 방향으로 일정 간격의 배치로 다수개가 늘어서서 설치되고, 각 유체 정류홈(5a) 사이가 가는 볼록조(5b)로 구분됨으로써 오목홈(12) 및 오목홈(13)의 바닥면은 요철면이 되고, 양 오목홈(12) 및 오목홈(13)에 의해 형성된 통형상 수납부(3)에 편평 튜브(4)가 수납되는 상태에서, 볼록조(5b)의 선단이 편평 튜브(4)의 외면에 맞닿거나 또는 접근하고, 상기 유체 정류홈(5a)의 개방면이 편평 튜브(4)의 외면에 면하고 있다.

상기와 같은 유체 정류홈(5b)에 의해 편평 튜브(4)의 외측에 형성된 유체 통로(5)에 일방 유체를 흐르게 하면, 일방 유체는 편평 튜브(4)의 외면에 접촉하면서 길이 방향을 따라 흐를 때, 유체 정류홈(5)에 의해 이 유체 정류홈(5)의 길이 방향의 형상을 따른 흐름으로 정류되고, 이것에 의해 유속이 빨라지게 된다.

상기 오목홈(12) 및 오목홈(13)의 바닥면에 설치하는 유체 정류홈(5a)의 깊이와 폭 및 병렬 간격은 임의로 설정하면 되지만, 예를 들면, 이 유체 정류홈(5)의 평면적인 형상은 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2b)의 길이 방향을 따라 직선 형상으로 하는 것 이외에, 도 2(b)나 도 3(b)와 같이, 길이 방향을 따라 지그재그 형상으로 굴곡하도록 형성해도 되고, 유체 정류홈(5b)을 지그재그 형상으로 하면, 편평 튜브(4)의 외면에 대한 일방 유체의 접촉 유동 거리를 길게하여 열교환 효율을 높일 수 있다.

상기 편평 튜브(4)는 열전도율이 높은 금속 등의 재료를 사용하여 오목홈(12)과 오목홈(13)으로 형성된 통형상 수납부(3) 내에 알맞게 수납되는 편평한 단면 타원형으로 형성되고, 하부 외측통(2a)의 양단에 위치하는 부착 프레임(11)으로부터 양단이 소정 길이만큼 돌출하는 길이를 가지고, 이 편평 튜브(4)의 둘레벽에서 통형상 수납부(3) 내에 수납되는 길이 범위의 부분에 표면적의 확대 형상(15)이 형성되어 있다.

도 5와 도 6은 상기 표면적의 확대 형상(15)의 몇가지 예를 나타내고, 도 5(a)와 (b)는 길이 방향으로 연속하는 나선 형상의 파형의 예이며, 편평 튜브(4)의 둘레벽에 대하여 단면 원호의 나사산을 단조 또는 복조의 나선으로 설치한 것이며, 도 5(c)는 나사산의 경사가 반대가 되는 2조의 나선을 겹치도록 편평 튜브(4)의 둘레벽에 가공한 것이다.

도 5(d)와 (e)는 편평 튜브(4)의 둘레벽에 대하여 길이 방향으로 연속하는 파형 형상을 시행한 예이며, 원호 형상의 요철이 교대로 연속하는 일반적인 콜게이트관과 같은 구조를 나타내고 있다.

도 6은 표면적의 확대 형상(15)으로서 폭 방향의 단면 형상을 편평한 각형으로 한 편평 튜브(4)의 둘레벽에 있어서의 상하면에, 폭 방향으로 연속하는 굴곡 형상을 부여한 예이며, 도 6(a)는 원호의 오목부와 볼록부가 교대로 연속하는 단면 형상의 파형으로 형성하고, 도 6(b)는 단면 U형의 오목부가 반복하여 연속하는 것, 도 6(c)는 산형의 물결이 연속하는 것을 나타내고 있다.

또한, 도 6(d)는 표면적의 확대 형상(15)으로서, 편평한 각형의 단면으로 한 편평 튜브(4)의 둘레벽에 있어서의 상하 외면에, 폭 방향으로 일정 간격으로 다수의 핀(15a)을 돌출시킨 예를 나타내고 있다.

이와 같이 편평 튜브(4)의 둘레벽에 시행하는 표면적의 확대 형상(15)은 도 5와 도 6에서 예시한 것의 어느 하나로부터 선택할 수 있다.

상기한 바와 같이, 편평 튜브(4)의 둘레벽에 표면적의 확대 형상(15)을 형성한 요철의 외면 형상으로 함으로써, 이 편평 튜브(4)의 외측을 둘러싸는 유체 통로(5)의 깊이는 일방 유체의 흐름 방향을 따라, 좁은 부분과 넓은 부분이 생기게 되는데, 좁은 부분은 유체 정류홈(5a)에 의해 일방 유체의 흐름이 확보되게 된다.

도 1과 같이, 상기 유체의 급배용 헤드(7, 8)는 외주에 패킹(16)을 끼운 부착 프레임(11)에 수밀상으로 되도록 외측 끼움 고정하는 ㄷ자형상 부착부(17)의 외측에 일방 유체의 급배로(9)와 타방 유체의 급배로(10)가 설치되고, 부착 프레임(11)에 고정한 상태에서, 일방 유체의 급배로(9)가 외부 케이스(2)의 유체 통로(5)의 단부와 수밀상으로 연통하고, 타방 유체의 급배로(10)가 외부 케이스(2)의 통형상 수납부(3) 내에 편입시킨 편평 튜브(4) 내의 유통로(6)의 단부와 수밀상으로 연통하게 된다.

다음에 도 7은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 열교환기를 나타내고 있다. 또한, 상기 서술한 제1 실시형태와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 설명을 대신한다.

이 제2 실시형태의 열교환기(1)는 상기 서술한 제1 실시형태에 대하여 외부 케이스(2)에 필요한 환형상의 패킹(14)이나 복수의 비스의 사용을 생략하도록 한 것이며, 외부 케이스(2)를, 편평한 단면 각형이 되는 일체물의 파이프를 사용한 케이스 본체(21)와, 이 케이스 본체(21) 내에 편입시킨 한 쌍의 유로 형성 부재(22)의 조합에 의해 형성한 구조로 한 것이다.

상기 케이스 본체(21)는 편평한 단면 각형이 되는 일체물의 파이프를 사용하고, 양단부의 외면에 부착 프레임(11)이 설치되고, 그 내부를 격벽(23)으로 병렬하는 4개의 통형상실(24)로 구분하고, 각 통형상실(24)을 편평 튜브(4)보다 조금 큰 단면 형상으로 한 것이다.

상기한 한 쌍의 유로 형성 부재(22)는 상기 통형상실(24) 내에 알맞게 수납되는 각형의 통체를 길이 방향을 따라 2개로 분할한 구조를 가지고, 이 유로 형성 부재(22)는 케이스 본체(21)와 동일한 길이를 가지는 띠형상 플레이트 형상이며 얇은 홈형의 단면 형상이 되고, 한 쌍의 유로 형성 부재(22)를 조합함으로써, 그 대향면 사이에 형성된 오목홈으로 상기 편평 튜브(4)가 알맞게 수납되는 통형상 수납부(3)를 형성하고, 한 쌍의 유로 형성 부재(22)는 통형상실(3) 내에 삽입한 상태에서, 양단의 절곡편(25)을 부착 프레임(11)에 비스(26)로 고정하도록 되어 있다.

한 쌍의 유로 형성 부재(22)에 있어서의 오목홈의 바닥면에는 제1 실시형태와 마찬가지로 길이 방향으로 연속하는 다수의 가는 유체 정류홈(5a)이 유로 형성 부재(22)의 폭 방향으로 일정한 간격으로 병렬하도록 형성되어 있다.

상기한 바와 같이, 외부 케이스(2) 내에 한 쌍의 유로 형성 부재(22)를 고정한 상태에서, 통형상 수납부(3) 내에 편평 튜브(4)를 관통하도록 삽입하면, 유체 정류홈(5a)에 의해 편평 튜브(4)의 외측에 유체 통로(5)가 형성된다.

이 제2 실시형태에 있어서는, 케이스 본체(21)의 각 통형상실(24) 내에 한 쌍의 유로 형성 부재(22)를 조합시킨 상태에서 편입시키고, 한 쌍의 유로 형성 부재(22) 사이에 형성된 통형상 수납부(3) 내에 편평 튜브(4)를 삽입 통과시키고, 케이스 본체(21)의 양단에 설치한 부착 프레임(11)에 유체의 급배용 헤드(7, 8)를 고정하고, 일방 유체의 급배로(9)가 외부 케이스(2)의 유체 통로(5)의 단부와 수밀 상으로 연통하고, 타방 유체의 급배로(10)가 편평 튜브(4) 내의 유통로(6)의 단부와 수밀상으로 연통함으로써 편평한 통형의 열교환기(1)가 조립되게 된다.

다음에 도 8에 나타내는 제3 실시형태의 열교환기는 제2 실시형태와 마찬가지로 외부 케이스(2)를 케이스 본체(21)와 유로 형성 부재(22)의 조합에 의해 형성한 것이며, 특히 케이스 본체(21)의 합성 수지에 의한 성형성을 용이하게 함과 아울러, 케이스 본체(21)를 길게 형성할 수 있도록 한 것이다.

이 제3 실시형태에 있어서는, 각통 형상이 되는 케이스 본체(21)를 성형하기 위한 금형 내에 제2 실시형태와 마찬가지의 2개로 분할되는 유로 형성 부재(22)를 조합한 상태로 세트하고, 상기 금형 내에 수지를 주입하여 케이스 본체(21)를 성형할 때, 그 내부에 한 쌍을 조합한 유로 형성 부재(22)를 메워넣음으로써, 케이스 본체(21)를 인서트 성형에 의해 얻도록 한 것이다.

상기와 같은 인서트 성형에 의해, 케이스 본체(21)는 상하 분할의 금형으로 제작할 수 있고, 케이스 본체(21)가 1개의 파이프의 경우와 같은 드래프트 앵글이 필요하지 않으므로, 긴 케이스 본체(21)를 합성 수지에 의해 제작할 수 있고, 또, 유로 형성 부재(22)도 2개 분할의 분할 구조로 함으로써 분할 금형으로 제작할 수 있으며, 이 유로 형성 부재(22)에 설치하는 다수의 가는 유체 정류홈(5a)은 직선 이외의 지그재그 형상 등과 같은 복잡한 형상이어도 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다.

제2 및 제3 실시형태에 있어서, 상기 유로 형성 부재(22)는 합성 수지에서의 성형 이외에, 금속 재료를 사용하여 절삭 및 프레스 가공 등으로도 용이하게 제작할 수 있다.

또한, 도 8에 나타내는 제3 실시형태에서는, 케이스 본체(21)의 내부에 2세트의 유로 형성 부재(22)를 병렬 상태의 배치로 하여 인서트 성형하고, 케이스 본체(21)의 양단에 부착 프레임(11)을 일체로 성형함과 아울러, 케이스 본체(21)의 외주면에 다수의 보강용의 리브(27)를 일정 간격의 배치로 설치하고, 부착 프레임(11)과 접속 부재(28)를 사용하여 케이스 본체(21)의 단부를 서로 접속함으로써, 긴 열교환기를 구성할 수 있도록 하고 있다.

본 발명의 열교환기는 상기와 같은 구성이며, 다음에 도 1 내지 도 6에 나타내는 제1 실시형태의 열교환기를 사용하여 열교환의 작용을 설명한다.

도 1과 같이, 하부 외측통(2a)과 상부 외측통(2b)을 조합하여 외부 케이스(2)로 하고, 이 외부 케이스(2)에 형성한 통형상 수납부(3) 내에 편평 튜브(4)를 수납하고, 외부 케이스(2)의 양단에 고정한 유체의 급배용 헤드(7, 8)에 대하여, 일단측 급배용 헤드(7)에 있어서의 일방 유체의 급배로(9)에 가열용 유체의 공급 관(29)과, 타단측 급배용 헤드(8)에 있어서의 일방 유체의 급배로(9)에 가열용 유체의 유출관(30)을 접속한다.

또, 일단측 급배용 헤드(7)에 있어서의 타방 유체의 급배로(10)에 피가열 유체의 유출관(31)을 접속하고, 타단측 급배용 헤드(8)에 있어서의 타방 유체의 급배로(10)에 피가열 유체의 공급관(32)을 접속한다.

이 상태에서, 가열용 유체의 공급관(29)으로부터 외부 케이스(2)의 통형상 수납부(3)의 내주면에 형성한 유체 통로(5) 내에 가열용 유체를 공급하고, 또 피가열 유체의 공급관(32)으로부터 각 편평 튜브(4) 내의 유통로(6)에 피가열 유체를 공급하면, 각 편평 튜브(4)의 내외를 길이 방향을 따라 가열용 유체와 피가열 유체가 역방향으로 흐르고, 편평 튜브(4)의 둘레벽을 통하여 열교환이 행해지고, 외측의 유체 통로(5)를 흐르는 가열용 유체의 열에 의해 편평 튜브(4)의 유통로(6)를 흐르는 피가열 유체가 가열되어, 유출관(31)으로부터 온탕이 나오게 된다.

상기 편평 튜브(4)의 둘레벽을 통하여 가열용 유체와 피가열 유체의 열교환이 행해질 때, 편평 튜브(4)의 둘레벽은 내외면이 표면적의 확대 형상(15)으로 형성되어 있으므로, 표면적의 증대에 의해 가열용 유체 및 피가열 유체의 접촉 면적이 확대하고, 접촉 면적의 확대에 비례하여 열교환 효율이 향상되어, 피가열 유체를 효율적으로 가온할 수 있다.

또, 편평 튜브(4)의 외측에 위치하는 유체 통로(5)를 흐르는 가열용 유체의 흐름은 통형상 수납부(3)의 내주면에 형성한 가는 유체 정류홈(5a)에 의해, 편평 튜브(4)의 길이 방향을 따라 스트레이트나 지그재그 형상으로 정류되고, 이러한 유체 정류홈(5a)에 의한 정류에 의해 흐름 방향이 유도됨으로써, 가열용 유체는 유체 통로(5)의 일단으로부터 타단을 향한 유속이 빨라져, 유체 통로(5) 내에 있어서의 가열용 유체의 치환을 신속하게 행함으로써 열교환 효율의 향상이 도모되게 된다.

또한, 제2 및 제3 실시형태의 열교환기(1)에 있어서도, 상기한 제1 실시형태의 열교환기와 마찬가지의 열교환의 작용이 얻어지게 된다.

또, 어느 실시형태의 열교환기(1)에 있어서도, 외부 케이스(2)에 설치하는 통형상 수납부(3)에 의해 설정되는 편평 튜브(4)의 사용 개수는 도시와 같은 2개 내지 4개 뿐만아니라 1개 이상이면 개수에 한정되는 것은 아니다.

1…열교환기
2…외부 케이스
2a…하부 외측통
2b…상부 외측통
3…통형상 수납부
4…편평 튜브
5…유체 통로
6…유통로
7…급배용 헤드
8…급배용 헤드
9…급배로
10…급배로
11…부착 프레임
12…오목홈
13…오목홈
14…환형상의 패킹
15…표면적의 확대 형상
16…패킹
17…ㄷ자형상 부착부
21…케이스 본체
22…유로 형성 부재
23…격벽
24…통형상실
25…절곡편
26…비스
27…보강용의 리브
28…접속 부재
29…공급관
30…유출관
31…유출관
32…공급관

Claims

외부 케이스에 형성한 통형상 수납부의 내부에 편평 튜브를 수납하고, 상기 편평 튜브의 내외에 열교환하고자 하는 유체를 각각 흐르게 함으로써 유체 상호의 열교환을 행하도록 한 열교환기에 있어서,
상기 편평 튜브의 둘레벽을 표면적의 확대 형상으로 형성하고, 상기 통형상 수납부의 내주면에 편평 튜브의 외측에서 길이 방향을 따라 유체가 흐르는 유체 통로를 설치하고, 이 유체 통로를 병렬하는 다수개의 유체 정류홈에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서, 상기 외부 케이스가 중첩 상태로 결합하는 하부 외측통과 상부 외측통의 2개의 분할 구조로 되고, 상기 편평 튜브가 수납되는 통형상 수납부가 하부 외측통과 상부 외측통의 중첩면에 각각 설치한 오목홈에 의해 형성되고, 상기 유체 통로가 양 오목홈의 바닥면에 설치한 병렬하는 다수개의 유체 정류홈에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서, 상기 외부 케이스가 파이프를 사용한 케이스 본체와, 통체를 2개로 분할한 구조를 가지고, 상기 케이스 본체 내에 편입된 한 쌍의 유로 형성 부재로 형성되고, 양 유로 형성 부재의 대향면 사이에 형성된 오목홈으로 상기 편평 튜브가 수납되는 통형상 수납부를 형성하고, 상기 유체 통로가 양 오목홈의 바닥면에 설치한 병렬하는 다수개의 유체 정류홈에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편평 튜브의 둘레벽에 형성한 표면적의 확대 형상이 길이 방향으로 연속하는 나선 형상의 파형, 길이 방향으로 연속하는 파형, 폭 방향으로 연속하는 단면 형상의 파형, 폭 방향으로 소정의 간격으로 길이 방향으로 병렬하도록 외면으로 돌출설치된 핀의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편평 튜브를 수납한 외부 케이스의 양단에 유체의 급배용 헤드가 수밀상으로 고정되고, 이 급배용 헤드에 설치한 일방 유체의 급배로가 편평 튜브 내의 유통로와 연통하고, 타방 유체의 급배로가 외부 케이스의 유체 통로와 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.