TWI470181B - 熱交換器 - Google Patents

Description

熱交換器

本發明是有關於一種具有左右的集管(header)、及設置於該些集管之間的傳熱管的熱交換器，更詳細而言，本發明是有關於一種藉由使流體在傳熱管的外周方向的外側沿著軸方向流動而提高熱交換的效率的熱交換器。

先前，提出有各種使用了多重管的熱交換器。圖8表示具有普通的多重管的熱交換器的構造。圖8中，符號83為同軸管，該同軸管將內管85以同軸狀而設置在外管84的內側。關於該多重管，例如有在內管的外周部設置著多個沿著軸方向的散熱片(fin)以作為多重管，或在內管的外周部設置著螺旋狀的散熱片以作為多重管等(專利文獻1～專利文獻3)。於使用此種同軸管來對加熱流體進行冷卻的情況下，被加熱的流體通過內管85的內部，並且冷的流體通過外管84與內管85的間隙，由此使內管85內的流體冷卻。

而且，關於使用了多重管的另一熱交換器，具有如圖9所示般的構造的熱交換器已為人所知(專利文獻4)。圖9中，符號210L、210R為設置於左右的集管，符號210為跨及該左右的集管210L、210R之間而設置的同軸的傳熱管。該傳熱管210由同軸狀的內管211與外管212所構成，使內管211自外管212延伸且使成為熱交換的對象的流體自被集管壁面213隔開的集管210L流入。另一方面，外管212的兩端附近被劃分板214所密封，使冷的流體流入至由集管壁面213及劃分板214所包圍的空間內，並自此流入至與內管211之間所包圍的間隙區域內。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2005-083667號公報

專利文獻2：日本專利特開2007-163092號公報

專利文獻3：日本專利特開2008-69993號公報

專利文獻4：日本專利特開平07-133993號公報

然而，於使用此種多重管來進行熱交換的情況下，會發生如下的問題。亦即，於如圖8或圖9所示的熱交換器中，使成為熱交換的對象的流體通過細的內管，因而若欲確保大的流量，則必需使該內管變粗。然而，若使此種內管變粗，則僅能夠在內管的外側表面進行熱交換，從而會發生熱交換的效率變差的問題。

對此，本發明為了解決上述課題，目的在於提供一種使用了多重管來進行熱交換的熱交換器，即便在確保大流量的情況下亦可高效地進行熱交換。

亦即，本發明為了解決上述課題，提供一種熱交換器，其使用具有外管與內管的傳熱管，在流經外管與內管的間隙的第一流體與流經內管內的第二流體之間進行熱交換，該熱交換器中設置著：集管單元，使上述內管的兩端自外管延伸，且使上述第一流體自該延伸的內管的外周部而流通至該內管與外管的間隙；第二集管，使第二流體流通至自該集管單元延伸的內管；以及間隙部，用以使來自上述第二集管的第二流體流通至經積層的集管單元之間，來自上述第二集管的第二流體通過內管的內部，並且亦經由上述間隙部而沿著軸方向通過外管的外側表面。

更具體而言，該熱交換器中設置著：集管單元，由第一壁面來保持外管的端部附近，並且在與該第一壁面相對向的第二壁面，使自外管延伸的內管延伸，在由該第一壁面與第二壁面包圍的空間內使上述第一流體流通至內管與外管的間隙；第二集管，使第二流體流通至自該集管單元的第二壁面延伸的內管；以及間隙部，使來自上述第二集管的第二流體流通至經積層的各個集管單元之間，且使來自上述第二集管的第二流體通過內管的內部，並且亦經由上述間隙部而沿著軸方向通過外管的外側表面。

如此，因使流經外管與內管的間隙的第一流體從內側與外側利用第二流體進行冷卻或者加熱，故可提高熱交換的效率。

而且，於本發明中，在積層的集管單元與集管單元之間夾持間隙形成構件而形成間隙部。

如此，於變更間隙部的尺寸的情況下，可藉由改變間隙形成構件的厚度來應對該情況，從而能夠容易地設定為最適當的大的間隙。

或者，與集管單元一體地形成凸狀部或凹狀部，並藉由該凸狀部或凹狀部之間來形成間隙部。

如此，僅積層具有凸狀部或凹狀部的集管單元便可形成間隙部，從而不需要組裝步驟中的間隙形成構件的黏著等。

此外，在積層的集管單元的上層與下層的傳熱管之間設置著沿著傳熱管的軸方向的分支構件。

如此，能夠使經間隙部而流入的第二流體經由分支構件而向傳熱管的表面側分支，從而能夠使第二流體流經傳熱管的表面附近而進一步提高熱交換的效率。

而且，使該分支構件與積層的集管單元的傳熱管接觸，且使自上述間隙部流入的第二流體向傳熱管側分支。

若如此而構成，則藉由將分支構件夾持於集管單元的傳熱管之間便可形成間隙部，並且藉由使該分支構件與傳熱管接觸而能夠進行熱擴散。

[發明的效果]

根據本發明，提供一種熱交換器，使用具有外管與內管的傳熱管，在流經外管與內管的間隙的第一流體與流經內管內的第二流體之間進行熱交換，該熱交換器中設置著：集管單元，使上述內管的兩端自外管延伸，且使上述第一流體自該延伸的內管的外周部而流通至該內管與外管的間隙；第二集管，使第二流體流通至自該集管單元延伸的內管；及間隙部，用以使來自上述第二集管的第二流體流通至經積層的集管單元之間，且使來自上述第二集管的第二流體通過內管的內部，並且亦經由上述間隙部而沿著軸方向通過外管的外側表面，因此能夠使流入至外管與內管的間隙的第一流體從內側與外側利用第二流體來進行冷卻或者加熱，從而可提高熱交換的效率。

<第一實施形態>

以下，參照圖式來對本發明的一實施形態進行說明。本實施形態中的熱交換器1如圖1所示，包括如下各部件而構成：第一集管2a，用以使成為熱交換的對象的流體(第一流體)通過內管41與外管42的間隙；以及第二集管2b，設置在該第一集管2a的兩外側，且用以使第二流體通過內管41的內部。而且，本發明的熱交換器1的特徵在於：在多個集管單元21的上下以具有間隙部W的方式而對該第一集管2a進行積層，並使第二流體自該間隙部W通過，以從外管42的外側與內側沿著傳熱管4的軸方向來進行冷卻或者加熱。以下，對本實施形態的熱交換器1的構成進行詳細說明。

若對構成該熱交換器1的第一集管2a的構造進行說明，則該第一集管2a是將對具有內管41與外管42的傳熱管4加以保持的集管單元21進行積層而構成。該集管單元21如圖4所示，使上下一對的單元分離體22上下相對向而構成，在用來安裝該外管42的端部附近的一側即第一壁面23，形成著將該外管42的外形分割一半的第一凹部28a，並且，在與該第一壁面23在軸方向上相對向的第二壁面(後面26)，亦形成著將內管41的外形分割一半的第二凹部28b，以夾持著外管42或內管41。該些第一壁面23或第二壁面26的分割面20被與排成一排的傳熱管4的軸面平行的面分割，使第一凹部28a或第二凹部28b的開放部分面向該分割面20。而且，自該第一壁面23或第二壁面26起設置連續的側面或底面，在一側面側形成開口部27，且使第一流體自該開口部27流入。於使用如此構成的單元分離體22來形成集管單元21的情況下，使單元分離體22上下相對向，由第一凹部28a來夾持外管42的端部附近，並由第二凹部28b來夾持自此延伸的內管41的端部附近，從而使第一流體流入至外管42與內管41之間。於對如此夾持著傳熱管4的集管單元21進行積層的情況下，使用間隙形成構件8於上下方向上形成規定的間隙部W，並在此狀態下，安裝覆蓋各集管單元21的開口部27的集管蓋3a，使第一流體自流入口31a流入。於使用該間隙形成構件8來形成間隙部W的情況下，準備與該間隙部W的間隙寬度相對應的厚度尺寸的間隙形成構件8，並將其安裝在集管單元21的上表面或者下表面側而形成間隙。

其次，對第二集管2b的構造進行說明。第二集管2b使第二流體從自第二凹部28b延伸的內管41流入，本實施形態中，由覆蓋第一集管2a或集管蓋3a用的一個集管蓋3b構成。該集管蓋3b於本實施形態中，成為全部覆蓋左右的第一集管2a或其中央部分的傳熱管4的框體構造，以使第二流體自設置於兩端側的流入口31b或排出口32b(參照圖1)流入及排出。而且，若使第二流體經由如此構成的第二集管2b的流入口31b流入，則該第二流體自內管 41的端部流入，而且，該第二流體亦自集管單元21的間隙部W沿著外管42的外周部流動。

此種傳熱管4使兩根內管41內接於外管42並使各自的軸面一致，由此，即便在內管41因高壓而發生膨脹的情況下，因將該內管41內接於外管42而可防止內管41的膨脹。於構成此種傳熱管4的情況下，為了提高熱交換的效率，例如，將外管42的外徑尺寸設定為0.8mm~2.0mm，較佳設定為0.9mm~1.5mm，內徑尺寸設定為0.7mm~1.9mm，較佳設定為0.8mm~1.4mm左右。

而且，於如此排列成層狀的集管單元21與集管單元21中的上下的傳熱管4中安裝著分支構件9。該分支構件9以與傳熱管4的外周部接觸的方式而設置著，並且使經間隙部W而流入的第二流體向傳熱管4的外周部分形成分支。亦即，若不存在該分支構件9，則經間隙部W而流入的第二流體會流經不存在傳熱管4的間隙空間，從而熱交換的效率變差。對此，於無需進行該熱交換的間隙空間中安裝該分支構件9，以使第二流體接近傳熱管4側，並且使來自該傳熱管4的熱擴散而提高熱交換的效率。於如此安裝該分支構件9的情況下，如圖2或圖3所示，在自傳熱管4的軸方向觀察的情況下，以與成為層狀的集管單元21平行的狀態而安裝在與間隙部W重疊的位置處。

其次，對使用如此構成的熱交換器1的情況的作用進行說明。

首先，若使第一流體自第一集管2a的流入口31a流 入，則該第一流體經由集管蓋3a而流入至各集管單元21中，並自此分支而沿著外管42與內管41之間流動。

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，該第二流體從由集管蓋3b包圍的空間流入至內管41內，且沿著該內管41的軸方向流動。而且，未流入至該內管41的第二流體經由集管單元21的間隙部W而在傳熱管4的軸方向上流動。並且，該第二流體藉由設置於傳熱管4的間隙的分支構件9而向上下的傳熱管4側分支，並與傳熱管4的外側接觸以使第一流體冷卻或者加熱。

如此，根據上述實施形態，將集管單元21以規定的間隙部W而進行積層，亦自該間隙部W沿著傳熱管4的軸方向通過第二流體，因此能夠遍及整個傳熱管4來進行熱交換。

而且，本實施形態中，將與傳熱管4的表面接觸的分支構件9沿著軸方向而設置，因此自間隙部W流入的第二流體接近傳熱管4的表面側，從而能夠進一步提高熱交換的效率。

<第二實施形態>

其次，對本發明的第二實施形態進行說明。上述第一實施形態中，使用間隙形成構件8來形成間隙部W，而於本第二實施形態中，如圖5或圖6所示，於集管單元21的上表面或下表面形成凸狀部25a或凹狀部25b，並使第二流體通過該間隙。另外，本實施形態中，附加了與第一 實施形態相同的符號的構件具有與第一實施形態相同的構成。

構成本實施形態中的集管單元21用的單元分離體22，自底面的下側起以具有一定的厚度的方式使凸狀部25a立起，於該凸狀部25a與凸狀部25a之間形成凹狀部25b，從而形成間隙部W。此處，該凸狀部25a在製造單元分離體22時一體地形成。關於該凸狀部25a，當使集管單元21上下積層時，如圖5所示，因會與上層及下層的凸狀部25a發生干擾，故在將間隙部W的寬度設定為「d」的情況下，將該凸狀部25a的高度設定為「d/2」，由此能夠在與上層及下層的凸狀部25a發生干擾時將間隙寬度設為「d」。

或者，關於該凸狀部25a，亦可如圖6所示，由沿著傳熱管4的軸方向的薄的板狀體而構成，使上層或者下層的凸狀部25a分別重疊。於如此構成的情況下，上層的集管單元21與下層的集管單元21的開口部27僅以相當於其板厚的程度錯開，但當在該開口部27中安裝集管蓋3a時，則亦可利用焊材來填埋該間隙。

如此，根據第二實施形態，與集管單元21一體地形成凸狀部25a(或凹狀部25b)，因此當對集管單元21進行積層時，無需安裝間隙形成構件8，從而可簡化積層步驟時的作業。

另外，本實施形態中，藉由形成凸狀部25a，而於該間隙形成凹狀部25b，相反地，亦可藉由削去該單元分離體22的底面部分來形成凹狀部25b，而於該凹狀部25b與凹狀部25b之間形成凸狀部25a。

<第三實施形態>

其次，對第三實施形態進行說明。在上述第一實施形態及第二實施形態中，藉由間隙形成構件8或凸狀部25a等來形成間隙部W，但本實施形態中，如圖7所示，可藉由夾持於上層與下層的傳熱管4之間的分支構件9來形成間隙部W。另外，本實施形態中，附加了與第一實施形態相同的符號的構件具有與第一實施形態相同的構成。

本實施形態的熱交換器1以不存在圖4中的間隙形成構件8的狀態而構成，因此在左右的集管單元21之間的傳熱管4之間安裝著具有某厚度的分支構件9，並使該分支構件9與傳熱管4接觸，從而可在上下的集管單元21形成間隙部W。

該分支構件9由導熱率高的金屬性構件構成，藉由與各傳熱管4的表面接觸而使傳熱管4的熱擴散，並且使自間隙部W流入的第二流體朝向傳熱管4側分支從而進行熱交換。

另外，若此種分支構件9由金屬製剛性構件構成，則上下的集管單元21的間隙由該分支構件9的厚度來決定，在傳熱管4的撓曲或分支構件9的厚度有誤差的情況下，集管單元21的間隙寬度發生改變。而且，根據該間隙寬度的變動，集管單元21的開口部27的位置發生改變，從而有可能難以安裝集管蓋3a。對此，關於該分支構件9，例如，使用金屬製彈性構造體來構成，或者，亦可僅上層與下層的兩面由金屬製構件來構成，關於中間層則由胺基甲酸酯(urethane)等的比較有彈力的彈性材料來構成。如此，能夠藉由該彈性來吸收傳熱管4的撓曲等，在安裝集管蓋3a時，能夠容易進行與開口部27的位置對準。

另外，本發明並不限定於上述各實施形態，能夠以各種態樣來實施。

例如，上述各實施形態中，與成為層狀的集管單元21平行地構成分支構件9，使其夾持於傳熱管4之間，但在即便不存在該分支構件9亦可確保高的熱交換率的情況下，亦可不安裝該分支構件9。

而且，上述實施形態中，在成為圓形的外管42的內側設置二根內管41，但關於該外管的形狀或內管的根數則可採用各種形式。亦即，只要構成為使第一流體自內側與外側進行熱交換，則可為任何的形狀或根數。

1．．．熱交換器

2．．．集管

2a．．．第一集管

2b．．．第二集管

3a、3b．．．集管蓋

4．．．傳熱管

8．．．間隙形成構件

9．．．分支構件

20．．．分割面

21．．．集管單元

22．．．單元分離體

23．．．第一壁面

25a．．．凸狀部

25b．．．凹狀部

26．．．第二壁面(後面)

27．．．開口部

28a．．．第一凹部

28b．．．第二凹部

31a、31b．．．流入口

32b．．．排出口

41、85、211．．．內管

42、84、212．．．外管

83．．．同軸管

210．．．傳熱管

210L．．．左集管

210R．．．右集管

213．．．集管壁面

214．．．劃分板

d．．．間隙部W的寬度

W．．．間隙部

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是圖1中的A-A剖面概略圖。

圖3是圖1中的B-B剖面概略圖。

圖4是表示第一實施形態的集管的附近的立體圖。

圖5是表示本發明的第二實施形態的集管單元的凸狀部的圖。

圖6是表示本發明的第二實施形態的集管單元的另一凸狀部的圖。

圖7是表示本發明的第三實施形態的熱交換器的概略圖。

圖8是表示使用先前的多重管的熱交換器的圖。

圖9是表示使用先前的多重管的熱交換器的圖。

1．．．熱交換器

2a．．．第一集管

2b．．．第二集管

3b．．．集管蓋

4．．．傳熱管

9．．．分支構件

21．．．集管單元

22．．．單元分離體

31a、31b．．．流入口

32b．．．排出口

41．．．內管

42．．．外管

W．．．間隙部

Claims (6)

1. 一種熱交換器，使用具有外管與內管的傳熱管，在流經外管與內管的間隙的第一流體與流經內管內的第二流體之間進行熱交換，該熱交換器的特徵在於設置著：集管單元，使上述內管的兩端自外管延伸，且使上述第一流體自該延伸的內管的外周部而流通至該內管與外管的間隙；第二集管，使第二流體流通至自該集管單元延伸的內管，上述集管單元設置為複數個，且上述集管單元與集管單元以具有間隙部的方式積層，來自上述第二集管的第二流體通過內管的內部，並且亦經由上述間隙部而沿著軸方向通過外管的外側表面。
2. 一種熱交換器，使用具有外管與內管的傳熱管，在流經外管與內管的間隙的第一流體與流經內管內的第二流體之間進行熱交換，該熱交換器的特徵在於設置著：集管單元，由第一壁面來保持外管的端部附近，並且在與該第一壁面相對向的第二壁面，保持自外管延伸的內管，在由該第一壁面與第二壁面包圍的空間內使上述第一流體流通至內管與外管的間隙；以及第二集管，使第二流體流通至自該集管單元的第二壁面延伸的內管，上述集管單元設置為複數個， 且上述集管單元與集管單元以具有間隙部的方式積層，使來自上述第二集管的第二流體通過內管的內部，並且亦經由上述間隙部而沿著軸方向通過外管的外側表面。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱交換器，其中上述間隙部是在積層的集管單元與集管單元之間夾持間隙形成構件而形成。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱交換器，其中上述間隙部是藉由與集管單元一體地形成的凸狀部或凹狀部而形成。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱交換器，其中在上述集管單元與集管單元中的傳熱管之間，設置著用以使自上述間隙部流入的第二流體向傳熱管側分支的分支構件。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱交換器，其中在上述集管單元與集管單元中的傳熱管之間，設置著與該傳熱管接觸、且用以使自上述間隙部流入的第二流體向傳熱管側分支的分支構件。