热交换器的制作方法

1.本发明例如涉及一种涡轮制冷机等制冷机的构成冷凝器或蒸发器的热交换器。


背景技术：

2.以往，作为蒸发器、冷凝器等的伴随流体的相变的热交换器使用管壳式热交换器、翅管式热交换器、板式热交换器及板翅式热交换器等。管壳式热交换器成为使单相流体在管体内流动并且对外部流体进行加热/冷却而使外部流体蒸发/冷凝的结构。翅管式热交换器成为使气体在管体外的翅片之间流动并且对管体内的流体进行加热/冷却而使管体内流体蒸发/冷凝的结构。板式热交换器或板翅式热交换器成为使单相流体在一侧板之间流动并且对另一侧板之间的流体进行加热/冷却而使其蒸发/冷凝的结构。其中，作为板翅式热交换器，例如报告有如下述专利文献1～3那样的热交换器。
3.以往技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特表2007
‑
520682号公报
6.专利文献2：日本特开2013
‑
113479号公报
7.专利文献3：日本特开2013
‑
113480号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的技术课题
9.当流体蒸发或冷凝时，流体发生相变，因此在热交换过程中，流体体积发生较大的变化。尤其，在流体流路中内部的流体处于气相状态的部分(气体侧)，流体流路中的流体体积变得非常大，从而有可能产生过度的压力损失。另一方面，若以在气体侧的流动中不会产生过度的压力损失的方式确定流体流路，则在液体侧(内部的流体处于液相状态的部分)的流速显著下降，从而产生传热性能下降的问题。
10.在管壳式热交换器的情况下，使用以对应于流体的热交换过程的体积变化而使传热性能及压力损失成为适当的方式改变管体间距等的不等间距。然而，在该情况下，管壳式热交换器的体积变大，从而存在进行相变的一侧的保有流体量变多这一问题。另一方面，翅管式热交换器、板式热交换器及板翅式热交换器与管壳式热交换器相比，能够实现紧凑化，但当前所报告的热交换器的形状因上述那样的相变而未成为与流体体积变化对应的形状。
11.本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够对应于由相变引起的流体的体积变化而抑制产生过度的压力损失，并且能够确保适当的流速的紧凑的热交换器。
12.用于解决技术课题的手段
13.为了解决上述问题，本发明采用以下机构。
14.本发明提供一种热交换器，所述热交换器具备流路，所述流路具有流体流入的流入口及所流入的所述流体流出的流出口，并且在所述流入口与所述流出口之间从液相向气
相进行相变，在所述流路的内部形成有所述流出口侧与所述流入口侧相比施加于所述流体的流动的流路阻力的大小小的阻力形状。。
15.若流入流路的流体在流路内通过热交换从液相向气相进行相变(蒸发)，则流体体积增加。在该情况下，在流出口侧，有可能因流体体积的增加而产生过度的压力损失。然而，在本发明的第1方式所涉及的热交换器中，在流路的内部形成有流出口侧与流入口侧相比施加于流体的流动的流路阻力的大小(例如分5个阶段)变小的阻力形状。因此，在流出口侧(气体侧)，施加于流体的流动的流路阻力的大小较小，因此能够抑制产生过度的压力损失。另一方面，在流入口侧(液体侧)，施加于流体的流动的流路阻力的大小较大，因此能够防止流体的流速显著下降(即，能够确保适当的流速)，并且能够促进乱流。如此，在本发明的第1方式所涉及的热交换器中，能够对应于由相变引起的流体的体积变化而抑制产生过度的压力损失，并且能够促进乱流。因此，只要是这种热交换器，则成为传热性能(蒸发传热性能)高的热交换器。在流路的内部仅形成特定的阻力形状即可，因此能够实现热交换器的紧凑化。
16.本发明提供一种热交换器，所述热交换器具备流路，所述流路具有流体流入的流入口及所流入的所述流体流出的流出口，并且在所述流入口与所述流出口之间从气相向液相进行相变，在所述流路的内部形成有所述流出口侧与所述流入口侧相比施加于所述流体的流动的流路阻力的大小大的阻力形状。
17.若流入流路的流体在流路内通过热交换从气相向液相进行相变(冷凝)，则流体体积减少。在该情况下，在流入口侧，流体体积较大，因此有可能产生过度的压力损失。然而，在本发明的第2方式所涉及的热交换器中，在流路的内部形成有流出口侧与流入口侧相比施加于流体的流动的流路阻力的大小(例如分5个阶段)变大的阻力形状。因此，在流入口侧(气体侧)，施加于流体的流动的流路阻力的大小较小，因此能够抑制产生过度的压力损失。另一方面，在流出口侧(液体侧)，施加于流体的流动的流路阻力的大小较大，因此能够防止流体的流速显著下降(即，能够确保适当的流速)，并且能够促进乱流。如此，在本发明的第2方式所涉及的热交换器中，能够对应于由相变引起的流体的体积变化而抑制产生过度的压力损失，并且能够促进乱流。因此，只要是这种热交换器，则成为传热性能(冷凝性能)高的热交换器。在流路的内部仅形成特定的阻力形状即可，因此能够实现热交换器的紧凑化。
18.在所述热交换器中，所述阻力形状优选由构成所述流路的板或设置于该板的多个翅片形成。
19.如此，形成于流路内部的阻力形状能够由(例如在板式热交换器中)构成流路的板或(例如在板翅式热交换器中)设置于板的多个翅片形成。具体而言，在加大流路阻力的部分，将板或翅片配置成相对于流体的流动方向垂直。另一方面，在减小流路阻力的部分，将板或翅片配置成相对于流体的流动方向平行。由此，能够形成上述阻力形状。因此，本发明的热交换器尤其能够适当地适用于板式热交换器或板翅式热交换器。板式热交换器或板翅式热交换器能够实现紧凑化，因此若将本发明的热交换器适用于板式热交换器或板翅式热交换器，则传热性能得到提高，且成为紧凑的热交换器。
20.在所述热交换器中，优选与所述流路相邻地设置有与流过该流路的流体进行热交换的另一流路。
21.在本发明的热交换器中，通过设置如上述那样的另一流路，能够设为在流过流路
的流体与流过另一流路的流体之间进行热交换的结构。
22.在所述热交换器中，优选在所述另一流路的内部形成有遍及流过该另一流路的流体流入的流入口与所流入的所述流体流出的流出口之间赋予相同的流路阻力的阻力形状。
23.如上所述，只要组合内部的阻力形状设为施加于流体的流动的流路阻力的大小成为恒定的阻力形状的另一流路与上述流路，则能够适当地适用于设为其中一个流体为单相而另一个流体进行相变的结构的热交换器。
24.在所述热交换器中，优选在所述另一流路的内部形成有所流入的所述流体流出的流出口与流过该另一流路的流体流入的流入口相比流路阻力大的阻力形状或流路阻力小的阻力形状。
25.在本发明的热交换器中，例如能够组合上述第1方式中的流路与上述第2方式中的流路。即，本发明的热交换器能够适当地适用于设为其中一个流体在流路内进行蒸发而另一流体在流路内进行冷凝的结构的热交换器。
26.发明效果
27.只要是本发明的热交换器，则成为能够对应于由相变引起的流体的体积变化而抑制产生过度的压力损失，并且能够确保适当的流速的紧凑的热交换器。
附图说明
28.图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的热交换器(板翅式热交换器)的结构的立体分解图。
29.图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的热交换器中的流路的俯视图。
30.图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的热交换器中的流路的俯视图。
31.图4是从长度方向侧面观察了本发明的第3实施方式所涉及的热交换器中的流路及另一流路的示意图。
32.图5是从长度方向侧面观察了本发明的第4实施方式所涉及的热交换器中的流路及另一流路的示意图。
具体实施方式
33.以下，参考附图对本发明所涉及的热交换器的一实施方式进行说明。
34.在以下的实施方式中，以将本发明所涉及的热交换器适用于板翅式热交换器的情况为例子进行说明。
35.〔第1实施方式〕
36.以下，利用图1～图2对本发明的第1实施方式进行说明。
37.图1是表示本实施方式所涉及的热交换器(板翅式热交换器)的结构的立体分解图。图1所示的热交换器1例如使用于涡轮制冷机等制冷机的冷凝器或蒸发器。热交换器1为交替层叠板(第1板)2a与板(第2板)2b并进行接合，并且在始端的第1板2a中安装有凸台3a、3b，在终端的第1板2a中安装有盖板4的结构。在第1板2a及第2板2b中的盖板4侧的面分别设置有内散热片5a、5b。
38.在热交换器1中，流体(第1流体)6从凸台3a流入，流体(第2流体)7从凸台3b流入。第1流体6在形成于第2板2b与内散热片5a之间的流路8内流通。第2流体7在形成于第1板2a
与内散热片5b之间且与流路8相邻的另一流路9内流通。
39.通过设为这种结构，在热交换器1中，交替配置第1流体6的流路8与第2流体7的另一流路9，从而成为在两个流体6、7之间进行热交换的结构。
40.接着，利用图2进一步对本实施方式的流路8进行详细说明。
41.图2是表示本实施方式的热交换器1中的流路8的俯视图。
42.如图2所示，流路8具有第1流体6流入的流入口10及所流入的第1流体6流出的流出口11。在该流路8内，第1流体6在流入口10与流出口11之间从液相向气相进行相变。即，热交换器1用作使制冷剂蒸发的蒸发器。
43.在流路8的内部形成有流出口11侧与流入口10侧相比施加于第1流体6的流动的流路阻力的大小小的阻力形状12。该阻力形状12形成为流路阻力的大小从流入口10侧到流出口11侧分5个阶段变小。在本实施方式中，阻力形状12由设置于第1板2a的多个翅片13形成。
44.具体而言，在加大流路阻力的部分(液体侧)，将翅片13配置成相对于流体6的流动方向垂直，且随着从流入口10侧朝向流出口11侧而缩短翅片13的长度(相对于流体6的流动方向垂直方向的长度)。另一方面，在减小流路阻力的部分(气体侧)，将翅片13配置成相对于流体6的流动方向平行，且配置成随着从流入口10侧朝向流出口11侧而使翅片13的数量从密集变得稀疏。
45.通过以上说明的结构，根据本实施方式，发挥以下作用效果。
46.在本实施方式所涉及的热交换器1中，在流路8的内部形成有施加于流体6的流动的流路阻力的大小从流入口10侧到流出口11侧分5个阶段变小的阻力形状12。因此，在流出口11侧(气体侧)，施加于流体6的流动的流路阻力的大小较小，因此能够抑制产生过度的压力损失。另一方面，在流入口10侧(液体侧)，施加于流体6的流动的流路阻力的大小较大，因此能够防止流体6的流速显著下降(即，能够确保适当的流速)，并且能够促进乱流。如此，在本实施方式所涉及的热交换器1中，能够对应于由相变引起的流体6的体积变化而抑制产生过度的压力损失，并且能够促进乱流。因此，只要是这种热交换器1，则成为传热性能(蒸发传热性能)高的热交换器1。在流路8的内部仅形成特定的阻力形状12即可，因此能够实现热交换器1的紧凑化。
47.如此，形成于流路8内部的阻力形状12能够由(在板翅式热交换器中)设置于第1板2a的多个翅片13形成。因此，本实施方式的热交换器1尤其能够适当地适用于板翅式热交换器。板翅式热交换器能够实现紧凑化，因此若将本实施方式的热交换器1适用于板翅式热交换器，则传热性能得到提高，且成为紧凑的热交换器1。
48.上述阻力形状12也能够由(在板式热交换器中)构成流路8的第1板2a形成。因此，本实施方式的热交换器1也能够适当地适用于板式热交换器。板式热交换器也能够实现紧凑化，因此若将本实施方式的热交换器1适用于板式热交换器，则与上述同样地，传热性能得到提高，且成为紧凑的热交换器1。
49.在本实施方式中，如图2所示，以形成施加于流体6的流动的流路阻力的大小从流入口10侧到流出口11侧分5个阶段变小的阻力形状12的情况为例子进行了说明，但并不限定于此。流路阻力的大小能够从流入口10侧到流出口11侧优选分3～10阶段减小。
50.〔第2实施方式〕
51.接着，利用图3对本发明的第2实施方式进行说明。
52.本实施方式的基本结构与第1实施方式基本相同，但与第1实施方式的不同点在于，第1流体26在流路28内从气相向液相进行相变及阻力形状22的结构。因此，在本实施方式中，对该不同的部分进行说明，关于其他重复的部分省略说明。
53.对与第1实施方式相同的构成要件标注相同的符号并省略其重复说明。
54.图3是表示本实施方式的热交换器21中的流路28的俯视图。
55.在图3所示的流路28内，第1流体26在流入口10与流出口11之间从气相向液相进行相变。即，热交换器1用作使制冷剂冷凝的冷凝器。在流路28的内部形成有流出口11侧与流入口10侧相比施加于第1流体26的流动的流路阻力的大小大的阻力形状22。该阻力形状22形成为流路阻力的大小从流入口10侧到流出口11侧分5个阶段变大。该阻力形状22与第1实施方式同样地，由设置于第1板2a的多个翅片13形成。
56.具体而言，在减小流路阻力的部分(气体侧)，将翅片13配置成相对于流体26的流动方向平行，且配置成随着从流入口10侧朝向流出口11侧而使翅片13的数量从稀疏变得密集。另一方面，在加大流路阻力的部分(液体侧)，将翅片13配置成相对于流体26的流动方向垂直，且随着从流入口10侧朝向流出口11侧而加长翅片13的长度(相对于流体26的流动方向垂直方向的长度)。
57.通过以上说明的结构，根据本实施方式，发挥以下作用效果。
58.在本实施方式所涉及的热交换器21中，在流路28的内部形成有施加于流体26的流动的流路阻力的大小从流入口10侧到流出口11侧分5个阶段变大的阻力形状22。因此，在流入口10侧(气体侧)，施加于流体26的流动的流路阻力的大小较小，因此能够抑制产生过度的压力损失。另一方面，在流出口11侧(液体侧)，施加于流体26的流动的流路阻力的大小较大，因此能够防止流体26的流速显著下降(即，能够确保适当的流速)，并且能够促进乱流。如此，在本实施方式所涉及的热交换器21中，能够对应于由相变引起的流体26的体积变化而抑制产生过度的压力损失，并且能够促进乱流。因此，只要是这种热交换器21，则成为传热性能(冷凝性能)高的热交换器21。在流路28的内部仅形成特定的阻力形状22即可，因此能够实现热交换器21的紧凑化。
59.在本实施方式中，如图3所示，以形成施加于流体26的流动的流路阻力的大小从流入口10侧到流出口11侧分5个阶段变大的阻力形状22的情况为例子进行了说明，但并不限定于此。流路阻力的大小能够从流入口10侧到流出口11侧优选分3～10阶段加大。
60.〔第3实施方式〕
61.接着，利用图4对本发明的第3实施方式进行说明。
62.本实施方式的基本结构与第2实施方式基本相同，但与第2实施方式不同点在于，在另一流路49的内部形成有遍及流入口40与流出口41之间赋予相同的流路阻力的阻力形状42。因此，在本实施方式中，对该不同的部分进行说明，关于其他重复的部分省略说明。
63.对与第2实施方式相同的构成要件标注相同的符号并省略其重复说明。在图4中，概念性地示出了阻力形状22、42的形状，但这只是示意图。
64.图4是从长度方向侧面观察了本实施方式所涉及的热交换器31中的流路28及另一流路49的示意图。如图4所示，在流路28内，第1流体26在流入口10与流出口11之间从气相向液相进行相变。在流路28的内部形成有流出口11侧与流入口10侧相比施加于第1流体26的流动的流路阻力的大小大的阻力形状22。
65.另一方面，另一流路49具有第2流体47流入的流入口40及所流入的第2流体47流出的流出口41。在该另一流路49内，第2流体47在流入口40与流出口41之间不进行相变而以保持液相的状态在另一流路49中流通(即，为单相)。在另一流路49的内部形成有遍及流入口40与流出口41之间赋予相同的流路阻力的阻力形状42。
66.通过以上说明的结构，根据本实施方式，发挥以下作用效果。
67.如上所述，能够组合内部的阻力形状42设为施加于流体47的流动的流路阻力的大小变得恒定的阻力形状42的另一流路49与上述第2实施方式所涉及的流路28。即，本发明能够适当地适用于设为其中一个流体47为单相而另一个流体26进行相变的结构的热交换器31。
68.〔第4实施方式〕
69.接着，利用图5对本发明的第4实施方式进行说明。
70.本实施方式的基本结构与第3实施方式基本相同，但与第3实施方式不同点在于，形成于另一流路59内部的阻力形状52的结构。因此，在本实施方式中，对该不同的部分进行说明，关于其他重复的部分省略说明。
71.对与第3实施方式相同的构成要件标注相同的符号并省略其重复的说明。在图5中，概念性地示出了阻力形状22、52的形状，但这只是示意图。
72.图5是从长度方向侧面观察了本实施方式所涉及的热交换器51中的流路28及另一流路59的示意图。如图5所示，在本实施方式所涉及的另一流路59内，第2流体57在流入口40与流出口41之间从液相向气相进行相变。在另一流路59的内部形成有流出口41与流入口40相比流路阻力小的阻力形状52。即，另一流路59的结构实质上与第1实施方式中的流路8的结构相同。
73.通过以上说明的结构，根据本实施方式，发挥以下作用效果。
74.在本实施方式的热交换器51中，例如能够组合上述第1实施方式中的流路8(另一流路59)与上述第2实施方式中的流路28。即，本实施方式的热交换器51能够适当地适用于设为其中一个流体57在流路8(另一流路59)内进行蒸发而另一个流体26在流路28内进行冷凝的结构的热交换器51。
75.另外，在以上进行说明的实施方式中，以将本发明的热交换器适用于板翅式热交换器的情况为例子进行了说明，但本发明并不限定于此。具体而言，本发明的热交换器也能够适用于板式热交换器或翅管式热交换器等。另外，本发明的热交换器优选适用于板式热交换器或板翅式热交换器。
76.符号说明
77.1、21、31、51
‑
热交换器，2a
‑
板(第1板)，2b
‑
板(第2板)，3a、3b
‑
凸台，4
‑
盖板，5a、5b
‑
内散热片，6、26
‑
流体(第1流体)，7、47、57
‑
流体(第2流体)，8，28
‑
流路，9、49、59
‑
另一流路，10、40
‑
流入口，11、41
‑
流出口，12，22、42、52
‑
阻力形状，13
‑
翅片。