WO2011145403A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2011145403A1
WO2011145403A1 PCT/JP2011/058709 JP2011058709W WO2011145403A1 WO 2011145403 A1 WO2011145403 A1 WO 2011145403A1 JP 2011058709 W JP2011058709 W JP 2011058709W WO 2011145403 A1 WO2011145403 A1 WO 2011145403A1
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WO
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fluid
flat tube
heat exchanger
shape
length direction
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PCT/JP2011/058709
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橋本　昌樹
村田　健二
秀徳 吉岡
鈴木　靖彦
聖之 水田
西田　和弘
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株式会社ワイ・ジェー・エス．
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    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded
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Definitions

  • the present invention relates to a flat heat exchanger used for hot water supply and the like, and more particularly to a heat exchanger that can greatly improve heat exchange efficiency.
  • a flat heat exchanger used for hot water supply, etc. is a flat and long outer case with a gap inside the outer tube, and a gap formed between the outer case and the outer surface of the flat tube. Becomes a fluid passage, and a high-temperature fluid flows into the fluid passage from one end portion to the other end portion, and the inside of the flat tube becomes a flow passage.
  • the fluid flowing through the flow path of the flat tube is heated by exchanging the fluid as a heating rod toward the section and exchanging heat between the two fluids flowing inside and outside through the flat tube.
  • a flat tube provided inside the outer case is formed of a material having good heat conductivity, and flows through the outer fluid passage of the flat tube and the flow passage in the flat tube.
  • the structure improved the heat exchange efficiency of the fluid.
  • the heat exchange involves not only the heat conductivity of the flat tube, but also the surface area of the flat tube and the flow velocity of the fluid flowing inside and outside the flat tube. It is known that the use of a flat tube having a smooth surface as in the prior art has a problem that the heat exchange efficiency is inevitably low.
  • an object of the present invention is to provide a heat exchanger that can increase the surface area of the flat tube and increase the flow velocity of the fluid flowing outside the flat tube, thereby greatly improving the heat exchange efficiency. It is in.
  • the present invention stores a flat tube inside a cylindrical storage portion formed in an outer case, and flows a fluid for heat exchange into and out of the flat tube.
  • the peripheral wall of the flat tube is formed in an enlarged shape with a surface area, and the fluid is passed along the length direction outside the flat tube on the inner peripheral surface of the cylindrical storage portion.
  • a fluid passage is provided, and the fluid passage is formed by a plurality of fluid rectifying grooves arranged in parallel.
  • the outer case has a halved structure of a lower outer cylinder and an upper outer cylinder that are joined together in an overlapping state, and a cylindrical storage portion in which the flat tube is accommodated is a recess provided on the overlapping surface of the lower outer cylinder and the upper outer cylinder, respectively. It is formed by a groove, and the fluid passage may be formed by a plurality of parallel fluid rectifying grooves provided on the bottom surfaces of both concave grooves.
  • the outer case for example, is provided between the mounting frame and a lower outer cylinder in which mounting frames for supply / discharge heads are provided at both ends, and three grooves are formed on the inner upper surface along the length direction.
  • the upper outer cylinder is split in half along the length direction, with three shallow shallow grooves on the inner lower surface along the length direction.
  • the lower outer cylinder and upper outer cylinder are close to the outer periphery between the overlapping surfaces.
  • a narrow fluid rectifying groove is provided along the width of the concave groove, and a plurality of fluid rectifying grooves are arranged in parallel along the width direction of the concave groove, and a fluid passage for fluid flowing outside the flat tube by the fluid rectifying groove. Is formed.
  • the outer case has a structure that divides the case body using a pipe and a cylinder into two parts, and is formed of a pair of flow path forming members incorporated in the case main body.
  • a cylindrical housing portion in which the flat tube is accommodated is formed by a concave groove formed between the opposing surfaces, and the fluid passage is formed by a plurality of parallel fluid rectifying grooves provided on the bottom surfaces of both concave grooves. Can be.
  • the expanded shape of the surface area formed on the peripheral wall of the flat tube is a spiral waveform continuous in the length direction, a waveform continuous in the length direction, a waveform of a cross-sectional shape continuous in the width direction, at predetermined intervals in the width direction. You may make it be any one of the fins which protruded in the outer surface so that it might parallel in a length direction.
  • a fluid supply / discharge head is fixed in a watertight manner to both ends of the outer case containing the flat tube, and one fluid supply / discharge path provided in the supply / discharge head communicates with a flow passage in the flat tube, and the other A structure in which the fluid supply / discharge path communicates with the fluid passage of the outer case may be employed.
  • the flat tube is made of a material having high thermal conductivity, has a flat oval cross-sectional shape that fits just in the cylindrical storage portion, has a length at which both ends protrude from the mounting frame of the lower outer cylinder, Becomes a fluid flow path, and an enlarged shape of the surface area is formed in a portion of a length range that fits in the cylindrical storage portion on the peripheral wall of the flat tube.
  • the enlarged shape of the surface area formed on the peripheral wall of the flat tube is such that the thread of the cross-section arc is provided on a single or multiple spiral, or the inclination of the thread is reversed.
  • the two spirals are processed so as to overlap.
  • a waveform that continues in the length direction it has a structure like a general corrugated tube, and the waveform of the cross-sectional shape that continues in the width direction has a concave portion and a convex portion in addition to those that are alternately continuous. Only the ones that continue or the waves of Yamagata continue.
  • the peripheral wall of the flat tube is formed with an enlarged surface area, the inner and outer surface areas of the flat tube can be greatly increased, and the heat exchange efficiency of the fluid flowing inside and outside the flat tube is greatly improved. Can be made.
  • the fluid passage provided in the inner surface of the storage part of the outer case is formed by a plurality of parallel fluid rectifying grooves, the flow rate of fluid flowing outside the flat tube is rectified by the fluid rectifying grooves to increase the flow velocity.
  • the heat exchange efficiency of the fluid flowing through the flow passage in the flat tube can be improved by flowing the heating side fluid through the fluid passage.
  • the heat exchange efficiency can be significantly improved by the synergistic effect of the combination of the expanded shape of the surface area of the flat tube and the fluid rectifying groove forming the fluid passage.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
  • A is a perspective view which shows the lower outer cylinder in the heat exchanger of 1st Embodiment based on this invention,
  • (b) is the same top view,
  • (c) is the side surface seen from the one end part of a lower outer cylinder Figure
  • (A) is the perspective view which looked the back side which shows the upper outer cylinder in the heat exchanger of 1st Embodiment based on this invention facing up
  • (b) is a top view similarly
  • (c) is the back side Side view with one side up
  • A) is an enlarged cross-sectional view in the middle of showing the state before assembly in which the lower outer cylinder and the upper outer cylinder are separated vertically
  • (b) is an enlarged cross-sectional view in the middle of showing the assembled state of the above.
  • the enlarged shape of the surface area applied to the flat tube is shown, (a) is a plan view showing an example of a spiral waveform continuous in the length direction, (b) is the same enlarged cross-sectional view along the length direction of the flat tube, (C) is a plan view showing an example of processing so as to overlap two spirals in which the inclination of the thread is reversed, (d) is a plan view showing an example of a corrugated tube in which arc-shaped irregularities are alternately continued, ( e) The same expanded sectional view along the length direction of a corrugated pipe In the enlarged shape of the surface area to be applied to the flat tube, it shows a cross-sectional shape when cut along the width direction of the flat tube, (a) is a cross section showing an example in which the concave and convex portions of the arc are alternately waved (B) is a cross-sectional view showing an example in which concave portions having a U-shaped cross section are continuously repeated, (c) is a cross-
  • Cross section shown (A) is a disassembled perspective view which shows 2nd Embodiment of the heat exchanger which concerns on this invention
  • (b) is the longitudinal cross-sectional view
  • (A) is a perspective view which shows 3rd Embodiment of the heat exchanger which concerns on this invention
  • (b) is a perspective view of the flow-path formation member used for the same as the above.
  • the heat exchanger 1 has three flat and long outer cases 2 that penetrate through the entire length of the outer case 2.
  • the cylindrical storage portions 3 are formed in a parallel arrangement, the flat tubes 4 are stored in the respective cylindrical storage portions 3, and the heat is exchanged on the inner peripheral surface of the cylindrical storage portion 3.
  • a fluid passage 5 is formed to flow one of the fluids along the length direction of the flat tube 4, and the inside of the flat tube 4 serves as a flow passage 6 through which the other fluid flows.
  • Fluid supply / discharge heads 7 and 8 are fixed to both ends of the outer case 2 in a watertight manner, and one fluid supply / discharge path 9 provided in the supply / discharge heads 7 and 8 communicates with the end of the fluid passage 5.
  • the fluid supply / discharge passage 10 communicates with the flow passage 6 in the flat tube 4 at the end, and the heat exchanger 1 has a flat shape as a whole.
  • the outer case 2 has a split structure composed of a combination of a lower outer cylinder 2a and an upper outer cylinder 2a formed using a synthetic resin or a metal material.
  • the lower outer cylinder 2a has a structure as shown in FIGS. It is formed in the shape of a flat and long strip, the attachment frames 11 of the supply / discharge heads 7 and 8 are provided at both ends thereof, and the three grooves 12 are provided on the upper surface so as to be parallel along the length direction. .
  • the upper outer cylinder 2b described above has a flat band plate shape having the same width as the lower outer cylinder 2a and a length that fits between the mounting frames 11 at both ends.
  • a groove 13 is provided over the entire length in the length direction at a position corresponding to each groove 12 of the lower outer cylinder 2a, and the lower outer cylinder 2a and the upper outer cylinder 2b are stacked vertically.
  • the lower outer cylinder 2a and the upper outer cylinder 2b opposed to each other in the vertical direction are stacked vertically and fastened with screws at a plurality of locations, as shown in FIG. 4 (b).
  • the concave groove 12 of the cylinder 2a and the concave groove 13 of the upper outer cylinder 2b communicate with each other to form one cylindrical storage portion 3 having a flat cross section, and are arranged in parallel at an appropriate interval.
  • the cylindrical storage portion 3 is surrounded by an annular packing 14 incorporated along the outer periphery between the overlapping surfaces of the lower outer cylinder 2a and the upper outer cylinder 2b, and watertightness is maintained with respect to the outside.
  • the concave groove 12 and the concave groove 13 are formed in a cross-sectional shape that fits the flat tube 4 from above and below so that the flat tube 4 is accommodated in the cylindrical storage portion 3.
  • a fluid passage 5 is formed on the peripheral surface for flowing one fluid.
  • the fluid passage 5 is formed on the bottom surface of the groove 12 provided in the lower outer cylinder 2a and the bottom surface of the groove 13 provided in the upper outer cylinder 2b. It is formed by a fluid rectifying groove 5a provided over the entire length in the length direction of the cylinder 2a and the upper outer cylinder 2b.
  • the fluid rectifying groove 5a is a thin groove having a relatively small cross-sectional shape, and a plurality of the fluid rectifying grooves 5a are arranged at regular intervals in the width direction of the concave groove 12 and the concave groove 13, and the space between the fluid rectifying grooves 5a is thin.
  • the bottom surfaces of the concave grooves 12 and the concave grooves 13 are irregular surfaces by being separated by the convex stripes 5b, and in the state in which the flat tube 4 is accommodated in the cylindrical storage portion 3 formed by the concave grooves 12 and the concave grooves 13,
  • the tip of 5 b abuts or approaches the outer surface of the flat tube 4, and the open surface of the fluid rectifying groove 5 a faces the outer surface of the flat tube 4.
  • the depth, width, and parallel interval of the fluid rectifying grooves 5a provided on the bottom surfaces of the concave grooves 12 and 13 may be set arbitrarily.
  • the planar shape of the fluid rectifying grooves 5 is the lower outer cylinder 2a.
  • it may be formed so as to be bent zigzag along the length direction as shown in FIG. 2 (b) and FIG. 3 (b). If the fluid rectifying groove 5b is formed in a zigzag shape, the contact flow distance of the one fluid with respect to the outer surface of the flat tube 4 can be increased to increase the heat exchange efficiency.
  • the flat tube 4 is formed into a flat cross-sectional oval shape that is just stored in the cylindrical storage portion 3 formed by the concave grooves 12 and the concave grooves 13 using a material such as a metal having a high thermal conductivity, and the lower outer cylinder.
  • 2a has a length that both ends project from the mounting frames 11 positioned at both ends of the flat tube 4 by a predetermined length, and the surface 15 has an enlarged surface area 15 in a portion of the length range that is accommodated in the cylindrical storage portion 3 by the peripheral wall of the flat tube 4. Is formed.
  • FIGS. 5 and 6 show some examples of the above-mentioned enlarged shape 15 having a surface area
  • FIGS. 5A and 5B are examples of spiral waveforms continuous in the length direction.
  • the flat tube 4 is formed so that two spirals with opposite inclinations of the thread are overlapped with each other. It is processed into a peripheral wall.
  • 5 (d) and 5 (e) are examples in which the peripheral wall of the flat tube 4 has a corrugated shape that is continuous in the length direction, like a general corrugated tube in which arc-shaped irregularities are alternately continued. The structure is shown.
  • FIG. 6 shows an example in which the bent shape that is continuous in the width direction is given to the upper and lower surfaces of the peripheral wall of the flat tube 4 with the cross-sectional shape in the width direction as a flat rectangular shape as the enlarged shape 15 of the surface area.
  • FIG. 6B is a view in which concave portions having a U-shaped cross section are continuously repeated
  • FIG. Shows things.
  • FIG. 6D shows an example in which a large number of fins 15a are projected at regular intervals in the width direction on the upper and lower outer surfaces of the peripheral wall of the flat tube 4 having a flat rectangular cross section as the enlarged shape 15 of the surface area. ing.
  • the enlarged shape 15 of the surface area applied to the peripheral wall of the flat tube 4 can be selected from any one of those exemplified in FIGS. 5 and 6.
  • the depth of the fluid passage 5 that surrounds the outside of the flat tube 4 is set in the flow direction of the fluid by forming an uneven outer surface shape in which the enlarged shape 15 of the surface area is formed on the peripheral wall of the flat tube 4.
  • a narrow portion and a pick-up portion are generated along the narrow portion, and the flow of one fluid is secured in the narrow portion by the fluid rectifying groove 5a.
  • the fluid supply / discharge heads 7 and 8 have one fluid on the outer side of a U-shaped mounting portion 17 that is externally fitted and fixed to a mounting frame 11 having a packing 16 fitted on the outer periphery thereof.
  • the one fluid supply / discharge passage 9 communicates with the end of the fluid passage 5 of the outer case 2 in a watertight manner.
  • the fluid supply / discharge path 10 communicates with the end of the flow passage 6 in the flat tube 4 incorporated in the cylindrical housing 3 of the outer case 2 in a watertight manner.
  • FIG. 7 shows a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
  • the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and are not described.
  • the outer case 2 has a structure formed by a combination of a case main body 21 using a single pipe having a flat square cross section and a pair of flow path forming members 22 incorporated in the case main body 21.
  • the case body 21 uses a single pipe having a flat cross-sectional square shape, the mounting frames 11 are provided on the outer surfaces of both ends, and the inside thereof is partitioned into four cylindrical chambers 24 arranged in parallel by partition walls 23,
  • the shape chamber 24 has a slightly larger cross-sectional shape than the flat tube 4.
  • the pair of flow path forming members 22 described above has a structure in which a rectangular cylinder that is just stored in the cylindrical chamber 24 is divided into two along the length direction.
  • a strip-like plate-like thin groove-like cross-sectional shape having a length equal to that of the main body 21 and combining the pair of flow path forming members 22, the flat tube 4 is just formed by the concave groove formed between the opposing surfaces.
  • a cylindrical storage portion 3 is formed, and the pair of flow path forming members 22 are inserted into the cylindrical chamber 3, and the bent pieces 25 at both ends are fixed to the mounting frame 11 with screws 26.
  • a large number of thin fluid rectifying grooves 5 a continuous in the length direction are constant in the width direction of the flow path forming member 22. It is formed to be parallel at intervals.
  • the flat tube 4 is inserted into the housing 3, and the fluid supply / discharge heads 7 and 8 are fixed to the mounting frames 11 provided at both ends of the case body 21, while the fluid supply / discharge path 9 is the fluid of the outer case 2.
  • a flat cylindrical heat exchanger 1 is communicated with the end of the passage 5 in a water-tight manner, and the other fluid supply / discharge passage 10 is communicated with the end of the flow passage 6 in the flat tube 4 in a water-tight manner. Will be assembled.
  • the heat exchanger of the third embodiment shown in FIG. 8 is formed by combining the outer case 2 with the case main body 21 and the flow path forming member 22, as in the second embodiment.
  • the case body 21 can be easily formed by a synthetic resin, and the case body 21 can be formed long.
  • a flow path forming member 22 that is divided into two parts as in the second embodiment is combined in a mold for forming a case body 21 having a rectangular tube shape.
  • the case body 21 is molded by being set in a state and injecting resin into the mold, the case body 21 is obtained by insert molding by embedding a flow path forming member 22 in which a pair is combined. It is a thing.
  • the case body 21 can be manufactured by a vertically divided mold, and a draft is not required as in the case where the case body 21 is a single pipe.
  • the flow path forming member 22 can also be manufactured with a split mold by dividing the flow path forming member 22 into a split structure.
  • the numerous thin fluid rectifying grooves 5a provided in the flow path forming member 22 are other than straight lines. Even a complicated shape such as a zigzag shape can be easily formed.
  • the flow path forming member 22 can be easily manufactured not only by molding with a synthetic resin but also by cutting and pressing using a metal material.
  • two sets of flow path forming members 22 are arranged in a parallel state inside the case main body 21 and insert-molded, and the mounting frames 11 are integrated at both ends of the case main body 21.
  • a plurality of reinforcing ribs 27 are provided at regular intervals on the outer peripheral surface of the case body 21, and the ends of the case body 21 are connected to each other using the attachment frame 11 and the connection member 28.
  • a long heat exchanger can be constructed.
  • the heat exchanger of the present invention is configured as described above. Next, the operation of heat exchange will be described using the heat exchanger according to the first embodiment shown in FIGS.
  • a lower outer cylinder 2 a and an upper outer cylinder 2 b are combined to form an outer case 2, and a flat tube 4 is stored in a cylindrical storage portion 3 formed in the outer case 2.
  • the heating fluid supply pipe 29 and the other end-side supply / discharge head 8 are connected to the one fluid supply / discharge path 9 in the one-end supply / discharge head 7.
  • An outlet pipe 30 for heating fluid is connected to the fluid supply / discharge passage 9.
  • an outlet pipe 31 of the heated fluid is connected to the other fluid supply / discharge passage 10 in the one end side supply / discharge head 7, and the heated fluid is supplied to the other fluid supply / discharge passage 10 in the other end side supply / discharge head 8.
  • the supply pipe 32 is connected.
  • the heating fluid is supplied from the heating fluid supply pipe 29 into the fluid passage 5 formed on the inner peripheral surface of the cylindrical housing portion 3 of the outer case 2, and from the heated fluid supply pipe 32.
  • the heating fluid and the fluid to be heated flow in opposite directions along the length direction inside and outside each flat tube 4, and through the peripheral wall of the flat tube 4. Heat exchange is performed, and the heated fluid flowing in the flow passage 6 of the flat tube 4 is heated by the heat of the heating fluid flowing in the outer fluid passage 5, and hot water is taken out from the outflow pipe 31.
  • the peripheral wall of the flat tube 4 is formed in an enlarged shape 15 with a surface area.
  • the contact area between the heating fluid and the fluid to be heated is increased, the heat exchange efficiency is improved in proportion to the increase in the contact area, and the fluid to be heated can be efficiently heated.
  • the flow of the heating fluid flowing through the fluid passage 5 located outside the flat tube 4 is along the length direction of the flat tube 4 by the thin fluid rectifying groove 5 a formed on the inner peripheral surface of the cylindrical housing 3. Rectified in a straight or zigzag shape, and the flow direction is induced by such rectification by the fluid rectifying groove 5a, so that the heating fluid has a higher flow velocity from one end of the fluid passage 5 to the other end,
  • the heat exchange efficiency can be improved by promptly replacing the heating fluid in the fluid passage 5.
  • the number of flat tubes 4 set by the cylindrical storage portion 3 provided in the outer case 2 is not limited to two to four as illustrated, The number is not limited as long as it is one or more.

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Abstract

　扁平チューブの表面積を増大させると共に、外筒内を流れる流体の流速を上げることで、熱交換効率の大幅な向上が図れる熱交換器を提供する。外ケース（２）の筒状収納部（３）内に扁平チューブ（４）を収納し、前記扁平チューブ（４）の内外に熱交換せんとする流体をそれぞれ流すことで、流体相互の熱交換を行うようにした熱交換器であって、内部が流通路（６）となる前記扁平チューブ（４）の周壁を、長さ方向に連続する螺旋状の波形、長さ方向に連続する波形、幅方向に連続する断面形状の波形、幅方向に所定の間隔で長さ方向に並列するよう外面に突設したフィンの何れか一つから選択された表面積の拡大形状（１５）に形成し、前記外ケース（２）の筒状収納部（３）における内周面に並列するよう設けた多数の流体整流溝（５ａ）によって流体通路５を形成した。

Description

熱交換器
　この発明は、給湯などに用いるフラット形の熱交換器、更に詳しくは、熱交換効率の大幅な向上が図れるようにした熱交換器に関する。
　給湯などに用いるフラット形の熱交換器は、扁平で長い外ケースの内部に隙間を設けて扁平なチューブを組込み、前記外ケースの内部で扁平なチューブの外周面との間に形成された隙間が流体通路となり、この流体通路に一方の端部から他方の端部に向けて高温の流体を流動させ、前記扁平なチューブ内が流通路となり、この流通路に他方の端部から一方の端部に向けて加熱せんとする流体を流し、扁平なチューブを介して内外を流れる両流体の熱交換を行うことで、扁平なチューブの流通路に流した流体を加温するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
　従来のフラット形熱交換器は、外ケースの内部に設ける扁平なチューブを熱伝導性のよい材料で形成し、扁平なチューブの外側流体通路を流れる流体と、扁平なチューブ内の流通路を流れる流体の熱交換効率を向上させるような構造になっていた。
実用新案登録第３１３３９９６号公報
　ところで、扁平なチューブを介して流体の熱交換を行う場合に、熱交換は、扁平なチューブの熱伝導率だけでなく、扁平なチューブの表面積や扁平なチューブの内外を流れる流体の流速が関与することが知られており、従来のような表面が平滑な扁平チューブの使用では、どうしても熱交換効率が低いという問題がある。
　そこで、この発明の課題は、扁平チューブの表面積を増大させると共に、扁平チューブの外側を流れる流体の流速を上げることで、熱交換効率の大幅な向上を図ることができる熱交換器を提供することにある。
　上記の課題を解決するため、この発明は、外ケースに形成した筒状収納部の内部に扁平チューブを収納し、前記扁平チューブの内外に熱交換せんとする流体をそれぞれ流すことで、流体相互の熱交換を行うようにした熱交換器において、前記扁平チューブの周壁を表面積の拡大形状に形成し、前記筒状収納部の内周面に扁平チューブの外側で長さ方向に沿って流体を流す流体通路を設け、この流体通路を並列する多数本の流体整流溝によって形成したものである。
　上記外ケースが、重なり状態で結合する下部外筒と上部外筒の二つ割構造となり、上記扁平チューブが納まる筒状収納部が、下部外筒と上部外筒の重なり面にそれぞれ設けた凹溝によって形成され、上記流体通路が、両凹溝の底面に設けた並列する多数本の流体整流溝によって形成されているようにすることができる。
　ここで、上記外ケースは、例えば、両端に給排用ヘッドの取付け枠が設けられ、内部上面に三条の凹溝を長さ方向に沿って設けた下部外筒と、前記取付け枠間に収まる長さを有し、同じく内部下面に三条の浅い凹溝を長さ方向に沿って設けた上部外筒の二つ割構造となり、下部外筒と上部外筒は重ね合わせ面間の外周寄りに環状のパッキンを挟んで組立てられ、下部外筒の凹溝と上部外筒の凹溝で扁平チューブの筒状収納部が形成され、前記各凹溝の底面に、この凹溝の長さ方向に沿って連続する幅の狭い流体整流溝が設けられ、前記流体整流溝は凹溝の幅方向に沿って多数本が並列状態に並び、この流体整流溝によって扁平チューブの外側を流れる流体の流体通路が形成される。
　上記外ケースが、パイプを用いたケース本体と、筒体を二つ割にした構造を有し、前記ケース本体内に組み込まれた一対の流路形成部材で形成され、両流路形成部材の対向面間に形成された凹溝で上記扁平チューブが納まる筒状収納部を形成し、上記流体通路が、両凹溝の底面に設けた並列する多数本の流体整流溝によって形成されているようにすることができる。
　上記扁平チューブの周壁に形成した表面積の拡大形状が、長さ方向に連続する螺旋状の波形、長さ方向に連続する波形、幅方向に連続する断面形状の波形、幅方向に所定の間隔で長さ方向に並列するよう外面に突設したフィンの何れか一つであるようにしてもよい。
　上記扁平チューブを収納した外ケースの両端に流体の給排用ヘッドが水密状に固定され、この給排用ヘッドに設けた一方流体の給排路が扁平チューブ内の流通路と連通し、他方流体の給排路が外ケースの流体通路と連通している構造とすることができる。
　上記扁平チューブは、熱伝導率の高い材料を用い、上記筒状収納部内に丁度収まる扁平な長円形の断面形状となり、下部外筒の取付け枠から両端が突出する長さを有し、その内部が流体の流通路となり、この扁平チューブの周壁で筒状収納部内に納まる長さ範囲の部分に表面積の拡大形状が形成されている。
　上記扁平チューブの周壁に形成する表面積の拡大形状は、長さ方向に連続する螺旋状の波形の場合、断面円弧のねじ山を単条又は複条の螺旋に設けたり、ねじ山の傾斜が逆となる二条の螺旋を重なるように加工したものである。
　また、長さ方向に連続する波形の場合、一般的なコルゲート管のような構造となり、幅方向に連続する断面形状の波形は、円弧の凹部と凸部が交互に連続するもの以外に、凹部だけが連続するものや山形の波が連続するものである。
　この発明によると、扁平チューブの周壁を表面積の拡大形状に形成したので、扁平チューブの内外表面積を格段に増大させることができ、扁平チューブに対して内外を流れる流体の熱交換効率を大幅に向上させることができる。
　また、外ケースの収納部内面に設けた流体通路を多数本の並列する流体整流溝で形成したので、扁平チューブの外側を流れる流体の流れを流体整流溝によって整流にすることで流速を速めることができ、流体通路に加熱側流体を流すことで扁平チューブ内の流通路を流れる流体の熱交換効率の向上が図れる。
　更に、扁平チューブの表面積の拡大形状と、流体通路を形成する流体整流溝の組み合わせによる相乗効果によって、熱交換効率の大幅な向上が可能になる。
この発明に係る熱交換器の第１の実施の形態を示す分解斜視図 （ａ）はこの発明に係る第１の実施の形態の熱交換器における下部外筒を示す斜視図、（ｂ）は同平面図、（ｃ）は下部外筒の一方端部から見た側面図 （ａ）はこの発明に係る第１の実施の形態の熱交換器における上部外筒を示す裏面側を上にして見た斜視図、（ｂ）は同じく平面図、（ｃ）は同裏面側を上にして一方端部から見た側面図 （ａ）は下部外筒と上部外筒を上下に引き離した組立て前の状態を示す途中での拡大断面図、（ｂ）は同上の組立て状態を示す途中での拡大断面図 扁平チューブに施す表面積の拡大形状を示し、（ａ）は長さ方向に連続する螺旋状の波形の例を示す平面図、（ｂ）は扁平チューブの長さ方向に沿った同拡大断面図、（ｃ）はねじ山の傾斜が逆となる二条の螺旋を重なるように加工した例を示す平面図、（ｄ）は円弧状の凹凸が交互に連続するコルゲート管の例を示す平面図、（ｅ）はコルゲート管の長さ方向に沿った同拡大断面図 扁平チューブに施す表面積の拡大形状において、扁平チューブの幅方向に沿って切断したときの断面形状を示し、（ａ）は円弧の凹部と凸部が交互に波形となって連続する例を示す断面図、（ｂ）は断面Ｕ字形の凹部が繰り返し連続する例を示す断面図、（ｃ）は山形の波が連続する例を示す断面図、（ｄ）は多数のフィンを突設した例を示す断面図 （ａ）はこの発明に係る熱交換器の第２の実施の形態を示す分解斜視図、（ｂ）は同縦断面図 （ａ）はこの発明に係る熱交換器の第３の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上に用いる流路形成部材の斜視図
　以下、この発明の実施の形態を図示例に基づいて説明する。
　図１乃至図６は、この発明に係る熱交換器の第１の実施の形態を示し、熱交換器１は、扁平で長い外ケース２の内部に、この外ケース２の全長にわたって貫通する三本の筒状収納部３を並列状態の配置で形成し、各筒状収納部３内に扁平チューブ４をそれぞれ収納し、前記筒状収納部３の内周面に、熱交換せんとする流体の一方流体を扁平チューブ４の長さ方向に沿って流す流体通路５が形成され、扁平チューブ４の内部が他方流体を流す流通路６となっている。
　上記外ケース２の両端に流体の給排用ヘッド７と８が水密状に固定され、この給排用ヘッド７と８に設けた一方流体の給排路９が流体通路５の端部と連通し、他方流体の給排路１０が扁平チューブ４内の流通路６と端部で連通し、熱交換器１は全体がフラット形の形状になっている。
　上記外ケース２は、合成樹脂や金属材料を用いて形成した下部外筒２ａと上部外筒２ａの組み合わせからなる二つ割構造となり、下部外筒２ａは、図２と図４に示すように、扁平で長い帯板状に形成され、その両端に給排用ヘッド７、８の取付け枠１１が設けられ、上面に三条の凹溝１２が長さ方向に沿って平行するよう設けられている。
　また、上記した上部外筒２ｂは、図３と図４に示すように、下部外筒２ａと同様の幅で両端の取付け枠１１間に収まる長さを有する扁平な帯板状となり、下部外筒２ａに重なる下面には、下部外筒２ａの各凹溝１２と対応する位置に凹溝１３が長さ方向の全長にわたって設けられ、前記下部外筒２ａと上部外筒２ｂは上下に重ねて複数箇所をビスで締結することにより、外周に沿って配置した環状のパッキン１４を挟んで組立てられる。
　図４（ａ）のように、上下に対向させた上記下部外筒２ａと上部外筒２ｂを上下に重ねて複数箇所をビスで締結することにより、図４（ｂ）のように、下部外筒２ａの凹溝１２と上部外筒２ｂの凹溝１３は上下に連通して断面扁平な孔である一つの筒状収納部３を形成することになり、適宜間隔を設けて並列する三本の筒状収納部３は、下部外筒２ａと上部外筒２ｂの重ね合わせ面間の外周に沿うよう組み込んだ環状のパッキン１４で囲まれ、外部に対して水密が保たれる。
　この筒状収納部３の内部に扁平チューブ４が納まるよう、上記凹溝１２と凹溝１３は扁平チューブ４に対して上下から丁度嵌り合う断面形状に形成され、前記筒状収納部３の内周面に一方流体を流すための流体通路５が形成される。
　上記流体通路５は、下部外筒２ａに設けた凹溝１２の底面と、上部外筒２ｂに設けた凹溝１３の底面に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、下部外筒２ａと上部外筒２ｂの長さ方向の全長にわたって設けた流体整流溝５ａによって形成されている。
　上記流体整流溝５ａは、比較的小さな断面形状の細い溝であり、上記凹溝１２及び凹溝１３の幅方向に一定間隔の配置で多数本が並べて設けられ、各流体整流溝５ａ間が細い凸条５ｂで区切られることで凹溝１２及び凹溝１３の底面は凹凸面となり、両凹溝１２及び凹溝１３によって形成された筒状収納部３に扁平チューブ４が納まる状態で、凸条５ｂの先端が扁平チューブ４の外面に当接又は接近し、前記流体整流溝５ａの開放面が扁平チューブ４の外面に臨んでいる。
　上記のような流体整流溝５ｂによって扁平チューブ４の外側に形成された流体通路５に一方流体を流すと、一方流体は、扁平チューブ４の外面に接触しながら長さ方向に沿って流れるとき、流体整流溝５によってこの流体整流溝５の長さ方向の形状に沿った流れに整流され、これによって流速が早められることになる。
　上記凹溝１２及び凹溝１３の底面に設ける流体整流溝５ａの深さと幅及び並列間隔は任意に設定すればよいが、例えば、この流体整流溝５の平面的な形状は、下部外筒２ａと上部外筒２ｂの長さ方向に沿って直線状とするほか、図２（ｂ）や図３（ｂ）のように、長さ方向に沿ってジグザグ状に屈曲するように形成してもよく、流体整流溝５ｂをジグザグ状にすると、扁平チューブ４の外面に対する一方流体の接触流動距離を長くして熱交換効率を上げることができる。
　上記扁平チューブ４は、熱伝導率の高い金属等の材料を用いて凹溝１２と凹溝１３で形成された筒状収納部３内に丁度納まる扁平な断面長円形に形成され、下部外筒２ａの両端に位置する取付け枠１１から両端が所定長さだけ突出する長さを有し、この扁平チューブ４の周壁で筒状収納部３内に納まる長さ範囲の部分に表面積の拡大形状１５が形成されている。
　図５と図６は、上記表面積の拡大形状１５の幾つかの例を示し、図５（ａ）と（ｂ）は長さ方向に連続する螺旋状の波形の例であり、扁平チューブ４の周壁に対して断面円弧のねじ山を単条又は複条の螺旋に設けたものであり、図５（ｃ）は、ねじ山の傾斜が逆となる二条の螺旋を重なるように扁平チューブ４の周壁に加工したものである。
　図５（ｄ）と（ｅ）は、扁平チューブ４の周壁に対して長さ方向に連続する波形形状を施した例であり、円弧状の凹凸が交互に連続する一般的なコルゲート管のような構造を示している。
　図６は、表面積の拡大形状１５として、幅方向の断面形状を扁平な角形とした扁平チューブ４の周壁における上下面に、幅方向に連続する屈曲形状を付与した例であり、図６（ａ）は円弧の凹部と凸部が交互に連続する断面形状の波形に形成し、図６（ｂ）は断面Ｕ形の凹部が繰り返し連続するもの、図６（ｃ）は山形の波が連続するものを示している。
　更に、図６（ｄ）は、表面積の拡大形状１５として、扁平な角形の断面とした扁平チューブ４の周壁における上下外面に、幅方向に一定間隔で多数のフィン１５ａを突設した例を示している。
　このように、扁平チューブ４の周壁に施す表面積の拡大形状１５は、図５と図６で例示したものの何れか一つから選択することができる。
　上記のように、扁平チューブ４の周壁に表面積の拡大形状１５を形成した凹凸の外面形状とすることにより、この扁平チューブ４の外側を囲む流体通路５の深さは、一方流体の流れ方向に沿って、狭い部分と拾い部分が生じることになるが、狭い部分は流体整流溝５ａによって一方流体の流れが確保されることになる。
　図１のように、上記流体の給排用ヘッド７、８は、外周にパッキン１６を嵌めた取付け枠１１に水密状となるよう外嵌固定するコ字状取付け部１７の外側に一方流体の給排路９と他方流体の給排路１０が設けられ、取付け枠１１に固定した状態で、一方流体の給排路９が外ケース２の流体通路５の端部と水密状に連通し、他方流体の給排路１０が、外ケース２の筒状収納部３内に組み込んだ扁平チューブ４内の流通路６の端部と水密状に連通することになる。
　次に、図７は、この発明に係る第２の実施の形態の熱交換器を示している。なお、上述した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明に代える。
　この第２の実施の形態の熱交換器１は、上述した第１の実施の形態に対して外ケース２に必要な環状のパッキン１４や複数のビスの使用を省くようにしたものであり、外ケース２を、扁平な断面角形となる一本物のパイプを用いたケース本体２１と、このケース本体２１内に組み込む一対の流路形成部材２２の組み合わせによって形成した構造としたものである。
　上記ケース本体２１は、扁平な断面角形となる一本物のパイプを用い、両端部の外面に取付け枠１１が設けられ、その内部を隔壁２３で並列する四つの筒状室２４に仕切り、各筒状室２４を扁平チューブ４よりも少し大き目の断面形状としたものである。
　上記した一対の流路形成部材２２は、上記筒状室２４内に丁度納まる角形の筒体を長さ方向に沿って二つ割にした構造を有し、この流路形成部材２２は、ケース本体２１と等しい長さを有する帯状プレート状で薄い溝形の断面形状となり、一対の流路形成部材２２を組合わせることにより、その対向面間に形成された凹溝で上記扁平チューブ４が丁度納まる筒状収納部３を形成し、一対の流路形成部材２２は筒状室３内に挿入した状態で、両端の折り曲げ片２５を取付け枠１１にビス２６で固定するようになっている。
　一対の流路形成部材２２における凹溝の底面には、第１の実施の形態と同様、長さ方向に連続する多数の細い流体整流溝５ａが、流路形成部材２２の幅方向に一定の間隔で並列するように形成されている。
　上記のように、外ケース２内に一対の流路形成部材２２を固定した状態で、筒状収納部３内に扁平チューブ４を貫通するよう挿入すれば、流体整流溝５ａによって扁平チューブ４の外側に流体通路５が形成される。
　この第２の実施の形態においては、ケース本体２１の各筒状室２４内に一対の流路形成部材２２を組合わせた状態で組み込み、一対の流路形成部材２２間に形成された筒状収納部３内に扁平チューブ４を挿通し、ケース本体２１の両端に設けた取付け枠１１に流体の給排用ヘッド７、８を固定し、一方流体の給排路９が外ケース２の流体通路５の端部と水密状に連通し、他方流体の給排路１０が、扁平チューブ４内の流通路６の端部と水密状に連通することにより、扁平な筒形の熱交換器１が組立てられることになる。
　次に、図８に示す第３の実施の形態の熱交換器は、第２の実施の形態と同様、外ケース２をケース本体２１と流路形成部材２２の組み合わせによって形成したものであり、特に、ケース本体２１の合成樹脂による成形性を容易にすると共に、ケース本体２１を長く形成することができるようにしたものである。
　この第３の実施の形態においては、角筒状となるケース本体２１を成形するための金型内に、第２の実施の形態と同様の二つ割となる流路形成部材２２を組合わせ状態でセットし、前記金型内に樹脂を注入してケース本体２１を成形するとき、その内部に一対を組合わせた流路形成部材２２を埋め込むことにより、ケース本体２１をインサート成形によって得るようにしたものである。
　上記のようなインサート成形により、ケース本体２１は上下分割の金型で製作でき、ケース本体２１が一本のパイプの場合のような抜き勾配が必要とならないので、長いケース本体２１を合成樹脂によって製作することができ、また、流路形成部材２２も二つ割の分割構造とすることで分割金型で製作でき、この流路形成部材２２に設ける多数の細い流体整流溝５ａは、直線以外のジグザグ形状等のような複雑な形状でも容易に形成することができることになる。
　第２及び第３の実施の形態において、上記流路形成部材２２は、合成樹脂での成形以外に、金属材料を用いて切削並びにプレス加工等でも容易に製作することができる。
　なお、図８に示す第３の実施の形態では、ケース本体２１の内部に二組の流路形成部材２２を並列状態の配置にしてインサート成形し、ケース本体２１の両端に取付け枠１１を一体に成形すると共に、ケース本体２１の外周面に多数の補強用のリブ２７を一定間隔の配置で設け、取付け枠１１と接続部材２８を用いてケース本体２１の端部を互いに接続することにより、長い熱交換器を構成することができるようにしている。
　この発明の熱交換器は、上記のような構成であり、次に、図１乃至図６に示す第１の実施の形態の熱交換器を用いて熱交換の作用を説明する。
　図１のように、下部外筒２ａと上部外筒２ｂを組み合わせて外ケース２とし、この外ケース２に形成した筒状収納部３内に扁平チューブ４を収納し、外ケース２の両端に固定した流体の給排用ヘッド７、８に対して、一端側給排用ヘッド７における一方流体の給排路９に加熱用流体の供給管２９と、他端側給排用ヘッド８における一方流体の給排路９に加熱用流体の流出管３０を接続する。
　また、一端側給排用ヘッド７における他方流体の給排路１０に被加熱流体の流出管３１を接続し、他端側給排用ヘッド８における他方流体の給排路１０に被加熱流体の供給管３２を接続する。
　この状態で、加熱用流体の供給管２９から外ケース２の筒状収納部３の内周面に形成した流体通路５内に加熱用流体を供給し、また、被加熱流体の供給管３２から各扁平チューブ４内の流通路６に被加熱流体を供給すると、各扁平チューブ４の内外を長さ方向に沿って加熱用流体と被加熱流体が逆方向に流れ、扁平チューブ４の周壁を介して熱交換が行われ、外側の流体通路５を流れる加熱用流体の熱によって扁平チューブ４の流通路６を流れる被加熱流体が加熱され、流出管３１から温湯が取り出されることになる。
　上記扁平チューブ４の周壁を介して加熱用流体と被加熱流体の熱交換が行われるとき、扁平チューブ４の周壁は、内外面が表面積の拡大形状１５に形成されているので、表面積の増大により加熱用流体及び被加熱流体の接触面積が拡大し、接触面積の拡大に比例して熱交換効率が向上し、被加熱流体を効率よく加温することができる。
　また、扁平チューブ４の外側に位置する流体通路５を流れる加熱用流体の流れは、筒状収納部３の内周面に形成した細い流体整流溝５ａによって、扁平チューブ４の長さ方向に沿ってストレートやジグザグ状に整流され、このような流体整流溝５ａによる整流によって流れ方向が誘導されることにより、加熱用流体は、流体通路５の一端から他端に向けての流速が速くなり、流体通路５内における加熱用流体の置換を速やかに行うことで熱交換効率の向上が図れることになる。
　なお、第２及び第３の実施の形態の熱交換器１においても、上記した第１の実施の形態の熱交換器と同様の熱交換の作用が得られることになる。
　また、何れの実施の形態の熱交換器１においても、外ケース２に設ける筒状収納部３によって設定される扁平チューブ４の使用本数は、図示のような二本乃至四本だけでなく、一本以上であれば本数に限定されるものではない。
１　　　　熱交換器
２　　　　外ケース
２ａ　　　下部外筒
２ｂ　　　上部外筒
３　　　　筒状収納部
４　　　　扁平チューブ
５　　　　流体通路
６　　　　流通路
７　　　　給排用ヘッド
８　　　　給排用ヘッド
９　　　　給排路
１０　　　給排路
１１　　　取付け枠
１２　　　凹溝
１３　　　凹溝
１４　　　環状のパッキン
１５　　　表面積の拡大形状
１６　　　パッキン
１７　　　コ字状取付け部
２１　　　ケース本体
２２　　　流路形成部材
２３　　　隔壁
２４　　　筒状室
２５　　　折り曲げ片
２６　　　ビス
２７　　　補強用のリブ
２８　　　接続部材
２９　　　供給管
３０　　　流出管
３１　　　流出管
３２　　　供給管

Claims (5)

  1. 　外ケースに形成した筒状収納部の内部に扁平チューブを収納し、前記扁平チューブの内外に熱交換せんとする流体をそれぞれ流すことで、流体相互の熱交換を行うようにした熱交換器において、
    　前記扁平チューブの周壁を表面積の拡大形状に形成し、前記筒状収納部の内周面に扁平チューブの外側で長さ方向に沿って流体を流す流体通路を設け、この流体通路を並列する多数本の流体整流溝によって形成したことを特徴とする熱交換器。
  2. 　上記外ケースが、重なり状態で結合する下部外筒と上部外筒の二つ割構造となり、上記扁平チューブが納まる筒状収納部が、下部外筒と上部外筒の重なり面にそれぞれ設けた凹溝によって形成され、上記流体通路が、両凹溝の底面に設けた並列する多数本の流体整流溝によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　上記外ケースが、パイプを用いたケース本体と、筒体を二つ割にした構造を有し、前記ケース本体内に組み込まれた一対の流路形成部材で形成され、両流路形成部材の対向面間に形成された凹溝で上記扁平チューブが納まる筒状収納部を形成し、上記流体通路が、両凹溝の底面に設けた並列する多数本の流体整流溝によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  4. 　上記扁平チューブの周壁に形成した表面積の拡大形状が、長さ方向に連続する螺旋状の波形、長さ方向に連続する波形、幅方向に連続する断面形状の波形、幅方向に所定の間隔で長さ方向に並列するよう外面に突設したフィンの何れか一つであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の熱交換器。
  5. 　上記扁平チューブを収納した外ケースの両端に流体の給排用ヘッドが水密状に固定され、この給排用ヘッドに設けた一方流体の給排路が扁平チューブ内の流通路と連通し、他方流体の給排路が外ケースの流体通路と連通していることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の熱交換器。
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