TWI437200B - 熱交換器 - Google Patents

Description

熱交換器

本發明是有關於一種具有左右集管及設於該些集管之間的導熱管的熱交換器，更詳細而言，本發明是有關於一種可將導熱管簡單地連接於集管的熱交換器。

圖14表示先前一般的多管式熱交換器(專利文獻1等)的構造。於圖14中，符號201為鰭片(fin)，設於與多根導熱管202的軸方向垂直的方向上。該鰭片201一般是隔開固定間隔而設有多片，但在圖14中僅圖示了兩端部分。符號202為導熱管，於其內部流通有成為冷卻對象的流體。而且，符號203為設於該導熱管202的兩端的集管，使流體流入多根導熱管。於該集管203的內部，設有多片分隔板204，藉由該些分隔板204來限制流體的流動方向，使自其中一根導熱管202流入的流體流向另一根導熱管202。

當使用此種多管式熱交換器來對流體進行冷卻時，首先，使流體自圖14中的最左上側的集管203流入。於是，該流體通過最上部(第一段)的導熱管202，流至右側的集管203的分隔空間205為止，並自此處在分隔空間205內流向第二段的導熱管202。繼而，該流體流至左側的集管203的第二個分隔空間205為止，以下，同樣地，一邊在右側的集管203與左側的集管203內蛇行一邊流動。另一方面，若使空氣沿著與該些導熱管202垂直的方向上所設的鰭片201而流通，則在該空氣與鰭片201及導熱管202的表面之間進行熱交換，可使導熱管202內流動的流體得以冷卻。

然而，當製造此種熱交換器時，一般須準備左右一對集管與多根導熱管及鰭片等，並將該導熱管的左右兩端安裝於集管。當將導熱管安裝於該些集管時，在集管的相向的側面上形成用於使導熱管通過的插入孔，沿軸方向將導熱管的端部插入該插入孔內。而且，對於相反側的端部亦同樣地，將導熱管插入集管的插入孔內，將兩個端部安裝於插入孔內之後，對該導熱管與插入孔的間隙進行焊接而填孔(專利文獻2)。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2004-108601號公報

專利文獻2：日本專利特開2006-308144號公報

然而，於如此般將導熱管插入集管的插入孔的方法中，會產生如下所述的問題。

亦即，如先前般在集管上形成插入孔並插入導熱管的方法中，必須將導熱管插入該插入孔，因此，若導熱管較多，則相應地插入作業會較為耗費時間。尤其，在將導熱管安裝於其中一側的集管之後，將導熱管安裝於相反側的集管時，由於導熱管的端部被其中一側的集管所約束，因此，只要在將所有導熱管的端部對準相反側的插入孔的位置之後，才能一齊插入導熱管。

因此，本發明是著眼於上述問題而完成，其目的在於提供一種可簡化製造步驟以簡單地將導熱管安裝於集管的熱交換器及其製造方法。

亦即，為了解決上述問題，本發明是一種熱交換器，其使流體在安裝於一對集管間的導熱管內流通而進行熱交換，此熱交換器中，該集管具有：多個第一壁面，具有由與上述導熱管的軸面平行的面分割而成的分割面；凹部，設於該第一壁面的分割面上，以與上述導熱管的外周部相接的方式而形成；以及密封材，對夾入該凹部內的導熱管間的間隙以及上述多個第一壁面的分割面進行密封。

若如此般構成，則可自凹部之上安裝且夾入導熱管，因此與自軸方向將導熱管插入至插入孔的情況相比，可顯著提高作業效率。再者，此處，作為導熱管，既可為剖面圓形狀的導熱管，或者，亦可為剖面矩形狀或扁平狀的導熱管。而且，與此對應地，作為凹部的形狀，亦可為半圓形狀或矩形形狀。

而且，在此種發明中，當將導熱管安裝於第一壁面的凹部時，準備多根導熱管，將其沿著分割面而排列成一列。

若如此，則將各個導熱管設為剖面圓形狀時，可耐高壓，並且，排列成一列的導熱管與外氣的表面積亦可增大，因此可進一步提高熱交換的效率。

進而，亦可在第一壁面上的相向的兩分割面上形成凹部，並藉由該第一壁面的凹部來夾入該導熱管。

若如此，例如只要在第一壁面的上部與下部的分割面上分別形成凹部，便可縮小上下導熱管的間隙，從而可安裝多根導熱管。

除此以外，在利用由內管及外管構成的多重管來進行熱交換時，亦可使用同樣的構成。亦即，一種熱交換器，其由兩對集管以及由內管及外管構成的導熱管所構成，使流體分別在該內管與外管內流通而進行熱交換，此熱交換器中，上述兩對集管由使流體在外管與內管之間流通的一對第一集管以及使流體在內管內流通的一對第二集管構成。並且，上述第一集管由第一壁面及與該第一壁面相向的第二壁面所構成，該第一壁面具有由與上述導熱管的軸面平行的面分割而成的分割面，並且該第一集管具有：第一凹部，設於該第一壁面的分割面上，以與外管的外周部相接的方式而形成；以及第二凹部，設於該第二壁面的分割面上，以與內管的外周部相接的方式而形成。並且，利用密封材，對該第一凹部與外管的間隙、第二凹部與內管的間隙以及分割面進行密封。

若如此，則當使用多重管時，不僅外管，內管亦可同樣地被凹部夾入，因此與將外管及內管自軸方向插入至插入孔的情況相比，可顯著提高安裝的作業效率。

而且，在此種發明中，第二集管具有：內側的第三壁面，具有由與上述內管的軸面平行的面分割而成的分割面；以及第三凹部，以與內管的外周部相接的方式而形成。

若如此般構成，則對於第二集管而言，亦可同樣地由上下的第三凹部來夾入內管，從而可簡單地進行該安裝作業。

而且，當使用此種導熱管時，使該導熱管具有內接於外管的兩根內管，並與此對應地，將第一壁面的分割面與上述第二壁面的分割面設定為同一面。

若如此，則藉由使同軸管的外管與內管的軸面一致，可使第一凹部與第二凹部各自的分割面一致，從而可同時夾入多根內管。

【發明的效果】

根據本發明，一種熱交換器，其使流體在安裝於一對集管間的導熱管內流通而進行熱交換，此熱交換器中，該集管具有：多個第一壁面，具有由與上述導熱管的軸面平行的面分割而成的分割面；凹部，設於該第一壁面的分割面上，以與上述導熱管的外周部相接的方式而形成；以及密封材，對夾入該凹部內的導熱管間的間隙以及上述多個第一壁面的分割面進行密封，因此可自凹部之上安裝且夾入該導熱管，與自軸方向將該導熱管插入至插入孔的情況相比，可顯著提高作業效率。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

〈第一實施形態〉

以下，參照圖式來說明本發明的第一實施形態。本實施形態的熱交換器1如圖1所示，在左右集管2之間具有多根導熱管4，特徵之處在於，該集管2由多個集管單元21及集管罩(cover)3構成，進而，各個集管單元21由一對的單元分離體22構成，該單元分離體22具有用於自上下夾入導熱管4的凹部28。以下，對本實施形態進行詳細說明。再者，在說明的關係上，如圖2所示，將安裝導熱管4的一側作為前面(第一壁面23)，將導熱管4的延長方向上作為後面，將其左右兩側作為側面，將上側及下側分別作為上面、底面進行說明。

該集管2使成為熱交換對象的流體流入/排出於各導熱管4，且具備保持著以呈同一平面狀的方式而排列成一列的導熱管4的集管單元21、以及在使該集管單元21積層的狀態下自後面側安裝的集管罩3而構成。當使流體經由該集管2而流入時，使流體自該集管罩3的流入口31流入，並經由集管單元21的後面側所設的開口部27而導入至導熱管4。另一方面，當使該流體排出時，將在導熱管4中經過熱交換的流體導向集管單元21的後端側，並經由與集管罩3的間隙空間S而自排出口32排出。

構成此種集管2的集管單元21如圖2及圖3所示，使一對單元分離體22上下相向而構成。該單元分離體22在安裝導熱管4的一側即第一壁面23上設置多個凹部28，並且以自此處連續的方式而設置左右兩側面24及底面25，形成使後面側開放的開口部27。該第一壁面23由與導熱管4的軸面平行的分割面20分割而成，在該分割面20上形成有多個凹部28。該分割面20由與導熱管4的軸面平行的面分割而成，而且，凹部28呈具有將導熱管4的外形分割成一半而成的形狀之形狀。再者，圖2及圖3中，導熱管4為圓形，因此凹部28的形狀亦設為半圓狀，但當使用圖4所示的扁平狀的導熱管4時，亦可設為將該導熱管4的下半部分分割成一半而成的半扁平形狀。形成為此種形狀的凹部28在第一壁面23上被設於呈左右對稱的位置處，藉此，即便使單元分離體22上下逆向而使各個凹部28的開放部29相向時，亦可使各個開放部29對位，藉此來夾入導熱管4。

另一方面，自集管單元21的後面側安裝的集管罩3如圖1所示，設置使流體流入的流入口31及使該流體排出的排出口32而構成，使該流體分支流入(或者排出)於各集管單元21並導向導熱管4。該集管罩3如圖5所示，以覆蓋積層狀態的集管單元21的方式而安裝，且在集管單元21的後面側的開口部27形成有間隙空間S的狀態下，使流體自此處流入集管單元21內。

在如此般構成的集管2內，安裝有導熱性較高的導熱管4。該導熱管4由金屬等構成，且構成為外徑尺寸為0.8 mm～2.0 mm、較佳為0.9 mm～1.5 mm，內徑尺寸為0.7 mm～1.9 mm、較佳為0.8 mm～1.4 mm左右的剖面圓形狀。當將該導熱管4安裝於集管2時，使用焊材5等來作為接合媒體，使其熔解而對集管2與凹部28的間隙進行填孔。

其次，對製造如此般構成的熱交換器1的情況進行說明。在製造該熱交換器1時，首先，將單元分離體22的凹部28配置成朝上，在此狀態下，自該凹部28的開放部29安裝導熱管4。當在該凹部28中安裝導熱管4時，使多根導熱管4在單元分離體22之上以滾動的方式而落入，去除落入凹部28內的導熱管4以外的導熱管4而進行安裝。繼而，以此方式安裝導熱管4後，對該導熱管4的端部的位置進行整理之後，自上方覆蓋上下相反的單元分離體22，以上下的單元分離體22的凹部28來夾入導熱管4。繼而，利用焊材5，對上下的單元分離體22的分割面20或導熱管4與凹部28的間隙進行焊接。

以下，同樣地，設置多個安裝有導熱管4的集管單元21，將該些集管單元21沿上下方向予以積層。此時，集管單元21的後面側呈開口的狀態，自該後面側安裝集管罩3，在集管單元21的後面側形成間隙空間S。以此方式安裝集管罩3之後，對該集管罩3與集管單元21的接合部分進行焊接，以避免流體洩漏至外部。

對使用如此般構成的熱交換器1的情況時的作用進行說明。

首先，當使流體自其中一個集管2的流入口31流入時，該流體流入集管罩3與集管單元21的間隙空間S內，自此處分支至各集管單元21而流入各導熱管4。此時，該流體在與導熱管4的外周部分流動的另一流體之間進行熱交換，在進行了熱交換的狀態下，自相反側的集管單元21排出。繼而，經由該集管單元21的後面側的間隙空間S而自集管罩3的排出口32排出。

如此，根據上述實施形態，使具有凹部28的多個單元分離體22上下相向地夾入導熱管4，因此與如先前般沿軸方向插入導熱管4的情況相比，可顯著簡化該安裝作業。

再者，上述第一實施形態中，使具有相同形狀的單元分離體22上下相向，但若焊接時的熔接部分較少，則亦可如圖6所示，使單方的單元分離體22構成為稍小，並使第一壁面23及側面24重疊而進行焊接。此時，若欲在集管單元21上安裝集管罩3，則會在構成較小的單元分離體22(圖6中為上側的單元分離體22)與集管罩3之間產生間隙，但該間隙亦可使用焊材5或金屬板等來密封。

〈第二實施形態〉

其次，對於本發明的第二實施形態，使用圖7或圖8來說明。上述第一實施形態中，使集管單元21的後面側開口，並使流體通過此處，但在第二實施形態中，使集管單元21的側面側開口，並使流體通過此處。

對於本實施形態的集管單元21與集管罩3的構成，使用圖7或圖8來說明。該集管單元21與第一實施形態同樣地，使一對單元分離體22相向而構成，且在各個單元分離體22上，設置與導熱管4的形狀對應的分割成一半的凹部28、與具有該凹部28的第一壁面23相向的後面26、及底面25，從而整體上呈向上的U字形狀。並且，當使該上面側與側面側開口並安裝集管罩3時，與第一實施形態同樣地，由一對單元分離體22夾入導熱管4，並以焊接的狀態予以積層。繼而，對於如此般積層的集管單元21的開口部27，以具有間隙空間S的方式安裝並焊接集管罩3。

即便在如此般構成的情況下，以分割成一半而成的一對單元分離體22來夾入導熱管4，因此與如先前般沿軸方向插入導熱管4的情況相比，可顯著簡化該安裝作業。

再者，於本實施形態中，設標註有與第一實施形態相同符號者具有與第一實施形態相同的構成。

〈第三實施形態〉

其次，對於本發明的第三實施形態，使用圖9來進行說明。上述實施形態中，在單元分離體22的第一壁面23的上邊部分設置凹部28，但本實施形態中，在第一壁面23的上邊部分及下邊部分設置凹部28。

該單元分離體22具有第一壁面23及兩側面24，並且在該些壁面的上下中央位置設置底面25，並使上面側及下面側、後面側開口。並且，在該第一壁面23的分割面20上，形成與軸面平行地將導熱管4分割成一半而成的凹部28，並且在其下側的分割面20上亦設有呈相同形狀的凹部28，藉此，當積層有相同的單元分離體22時，由各凹部28來夾入並保持導熱管4的外筒部分。

在如此的情況下，以分割成一半而成的一對單元分離體22的凹部28來夾入導熱管4，因此與如先前般沿軸方向插入導熱管4的情況相比，可顯著簡化該安裝作業。

並且，於本實施形態中，在將單元分離體22予以積層時，上下方向的底面25的片數較少，因此可減小上下方向的厚度，伴隨此，亦可減小導熱管的間隙。

〈第四實施形態〉

其次，對於本發明的第四實施形態，使用圖10或圖11來進行說明。在上述第一實施形態及第二實施形態中，將作為單一管的導熱管4安裝於單元分離體22的凹部內，但在該第四實施形態中，將具有內管41及外管42的導熱管4安裝於集管2的凹部28內。再者，本實施形態中，如圖11所示，使兩根內管41內接於外管42，藉此，即便在內管41因高壓而膨脹的情況下，亦可藉由外管42來防止膨脹，並且使各自的軸面一致。

首先，對於使用具有該內管41及外管42的導熱管4來進行熱交換時的作用，使用圖10來進行說明，首先，當使用該熱交換器1時，使成為熱交換對象的第一流體自流入口31a經由第一集管2a而流入。而且，與此同時，使第二流體自第二集管2b的流入口31b流入。於是，自流入口31a流入的第一流體通過外管42與內管41的間隙，另一方面，自流入口31b流入的第二流體通過內管41內，在其中途與第一流體進行熱交換。再者，當使用此種導熱管4來進行熱交換時，與此相反地，既可使成為熱交換對象的流體在內管41內流通而與在外管42之間流通的其他流體進行熱交換，或者亦可使成為熱交換對象的流體通過內管41與外管42的環(ring)狀的間隙，以在內管41內流通的流體與在外管42的外側流通的流體之間進行熱交換。

當在使用此種導熱管4的熱交換器1的集管中安裝導熱管4時，分別設置使第一流體流入內管41與外管42之間的第一集管2a、以及用於使第二流體僅流入該內管41的內側的第二集管2b。

對該熱交換器1的構成進行詳細敍述，該熱交換器1的第一集管2a的單元分離體22如圖11所示，具備：具有將外管42的外形分割成一半而成的第一凹部28a的第一壁面23、以及具有將內管41的外形分割成一半而成的第二凹部28b的第二壁面(後面26)，並使其中一側的側面形成開口。此時，對於第一凹部28a的分割面20與第二凹部28b的分割面20，為了使所有管的軸面一致，可設為同一平面狀。並且，與上述實施形態同樣地，使一對單元分離體22上下逆向地相向，由第一凹部28a來夾入外管42的外周部，並且由第二凹部28b夾入內管41。藉此，在第一集管2a的集管單元21a內，可使第一流體通過外管42與內管41的間隙。

於如此般構成的集管單元21a上安裝集管罩3。再者，本實施形態中，外管42或內管41突出於集管單元21a的第一壁面23及後面26，因此無法自後面側安裝集管罩3。因此，對於第一集管2a的集管單元21a，在側面側形成開口部27，自該開口部27以具有規定的間隙空間S的方式來安裝集管罩3。該集管罩3如第二實施形態的圖8所示，既可僅安裝於左右任一方的側面上，或者亦可安裝於兩方的側面上。

另一方面，第二集管2b的單元分離體22是與第一實施形態(圖2)及第二實施形態(圖7)同樣地構成。該第二集管2b的單元分離體22由於導熱管4未突出於後面26側，因此可與第一實施形態同樣地自後面側安裝集管罩3。或者，亦可與安裝於第一集管2a上的集管罩3同樣地，在側面側安裝集管罩3。圖10表示在第二集管2b的側面24安裝有集管罩3的狀態。再者，在與本發明的關係上，對於第二集管2b的單元分離體22，將安裝內管41的一側的壁面作為第三壁面，而且將在軸方向上與其相向的壁面作為第四壁面(後面)。

當製造如此般構成的熱交換器1時，在左右兩側配置第一集管2a與第二集管2b的集管單元，在此狀態下將導熱管4安裝於凹部28a、28b。此時，將外管42插入第一集管2a的第一壁面23的凹部28a，將自該外管42突出的內管41插入後面26上所設的凹部28b及第二集管2b的凹部28，並且亦插入第二集管2b的第三壁面上所設的凹部。繼而，在如此般安裝有同軸的導熱管4的狀態下，自上面側覆蓋其他單元分離體22，以相向的凹部28a、28b自上下來夾入外管42及內管41。繼而，在如此般夾入導熱管4的狀態下，對接合部分進行焊接而密封間隙，再將如此般焊接的集管單元21沿上下方向積層多個，並在第一集管2a及第二集管2b的側面24安裝集管罩3。

若如此，則即便在將由內管41及外管42構成的導熱管4安裝於集管2時，亦無需如先前般與插入孔對位並插入導熱管4，可極為有效率地將導熱管4安裝於集管2。

再者，本發明並不限定於上述實施形態，能以各種形態來實施。

例如，上述實施形態中，使一對單元分離體22上下相向地夾入導熱管4，但亦可如圖12所示，設置U字狀的凹部28並使導熱管4落入，並且對於該凹部28的開放部分，安裝呈長方形狀的一片板材210。

而且，上述實施形態中，以一對單元分離體22自上下來夾入導熱管4，但並不限於此，亦可僅利用焊材5來對安裝導熱管4後的間隙進行填孔以保持導熱管4。

進而，上述實施形態中，當使用同軸的導熱管4時，使用圓形的管來作為外管42，但例如亦可使用圖13所示的剖面矩形狀的外管。尤其若如此般使用剖面矩形狀的外管42，則當使兩根內管41內接時，可利用與該外管42的壁面及鄰接的內管41來進行三點支持，從而可使內管41以穩定的狀態保持於外管42內。該剖面矩形形狀的外管42的尺寸較佳為，外形的一邊的尺寸為0.8 mm～2.0 mm，厚度的尺寸為0.05 mm～0.15 mm左右。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．熱交換器

2、203．．．集管

2a．．．第一集管

2b．．．第二集管

3．．．集管罩

4、202‧‧‧導熱管

5‧‧‧焊材

20‧‧‧分割面

21、21a‧‧‧集管單元

22‧‧‧單元分離體

23‧‧‧第一壁面

24‧‧‧側面

25‧‧‧底面

26‧‧‧後面

26a‧‧‧第二壁面

27‧‧‧開口部

28、28a、28b‧‧‧凹部

29‧‧‧開放部

31、31a、31b‧‧‧流入口

32‧‧‧排出口

41‧‧‧內管

42‧‧‧外管

201‧‧‧鰭片

204‧‧‧分隔板

205‧‧‧分隔空間

210‧‧‧板材

S‧‧‧間隙空間

圖1是表示本發明的一實施形態的熱交換器的概略圖。

圖2是表示本實施形態的集管單元與導熱管的分解立體圖。

圖3是表示組裝有本實施形態的集管單元的狀態的圖。

圖4是本實施形態的另一導熱管與集管單元的分解立體圖。

圖5是本實施形態的集管單元上安裝有集管罩的狀態圖。

圖6是使本實施形態的集管單元重疊(overlap)的圖。

圖7是表示第二實施形態的集管單元的圖。

圖8是在圖7的集管單元上安裝有集管罩的狀態圖。

圖9是表示第三實施形態的單元分離體的圖。

圖10是表示第四實施形態的使用同軸管的熱交換器的概略圖。

圖11是表示第四實施形態的集管單元的分解立體圖。

圖12是表示另一實施形態的覆蓋凹部的狀態的圖。

圖13是表示另一實施形態的同軸管的圖。

圖14是先前例的普通的熱交換器的概略圖。

4．．．導熱管

5．．．焊材

20．．．分割面

21．．．集管單元

22．．．單元分離體

23．．．第一壁面

24．．．側面

25．．．底面

27．．．開口部

28．．．凹部

29．．．開放部

Claims (4)

1. 一種熱交換器，其由兩對集管以及由內管及外管構成的導熱管所構成，使流體分別在該內管與外管內流通而進行熱交換，此熱交換器的特徵在於，上述兩對集管由使流體在外管與內管之間流通的一對第一集管以及使流體在內管內流通的一對第二集管構成，上述第一集管由第一壁面及與該第一壁面相向的第二壁面所構成，該第一壁面具有由與上述導熱管的軸面平行的面分割而成的分割面，並且該第一集管具有：第一凹部，設於該第一壁面的分割面上，以與外管的外周部相接的方式而形成；以及第二凹部，設於該第二壁面的分割面上，以與內管的外周部相接的方式而形成，並且上述第一集管具有對該第一凹部與該外管的間隙、該第二凹部與該內管的間隙以及上述分割面進行密封的密封材。
2. 如申請專利範圍第1項所述的熱交換器，其中上述第一集管具有沿上下方向積層的多個的集管單元，上述集管單元具有上下逆向地相向的一對單元分離體，上述單元分離體具有上述第一壁面以及上述第二壁面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的熱交換器，其中上述第二集管具有：第三壁面，具有由與上述內管的軸面平行的面分割而成的分割面；以及第三凹部，設於該第三壁面的分割面上，以與內管的外周部相接的方式而形成， 且上述第二集管具有對該第三凹部與該內管的間隙以及上述分割面進行密封的密封材。
4. 如申請專利範圍第1項所述的熱交換器，其中上述導熱管具有內接於外管的兩根內管，且將外管的軸面、內管的軸面、上述第一壁面的分割面及上述第二壁面的分割面設為同一面。