专利名称：热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换器的翅片，尤其涉及在沙尘多的场所使用或在发动机的排气所流通的热交换器中使用，且在其翅片的表面难以附着尘埃等粒子状物质的热交换器。
背景技术：
用于提高热交换器的性能的最有效的方法是在翅片的表面切起形成多个百叶窗。然而，在尘埃多的场所使用的热交换器或发动机的排气所流通的热交换器中，在该百叶窗产生孔眼堵塞，从而使翅片效率快速降低。在此，已知有对百叶窗翅片进行改变而在翅片表面形成波形的凹凸或凸状的各种翅片。作为其一例，提出下述专利文献I。其如图9(A)、(B)所示，在管间配置的翅片表面上交替形成有多个W状的凸条、凹条，且该翅片的横截面形成为波形。并且，该波的峰部和谷部连续而成的线相对于空气的主要流动成为10度 60度的范围。并且，沿着空气的主要的流动的W的折回线形成为左右对称。并且，如图9(A)所示，空气流沿箭头方向相对于W字状的波流通。于是，在其内部产生彼此方向不同的多个涡流。接着，如图4(A)所示，考虑采用该W字状的波的一部分而形成为V字状。在该情况下，在翅片的各区段的内部形成四个均等的涡流。该相邻的各涡流彼此反向形成。在图4㈧中，构成V字状的凸状的倾斜条部2a、2b相对于空气流5的中心形成为左右对称的角度。即，相对于空气流5的中心线，左侧的倾斜条部2a为角α，右侧的倾斜条部2b为负角α。专利文献:W02008/090872A1号公报本发明者通过实验确认了图4(B)的均等的四个涡流稳定，在其相邻的涡流的边界容易滞留尘埃或煤等，并且，它们会增长到某种程度。可知因该粒子状物质的附着而空气流的流通阻力增大，从而热交换性能降低。
发明内容
因此，本发明中，通过各种实验发现在具有这样的V字状或W字状的多个凸状部的波形翅片中能够尽可能减少粒子状物质的滞留的条件，并基于该见解而完成本发明。本发明的第一方面为热交换器，其在并列的多个扁平管(I)之间或该扁平管内固定有多个翅片(2)，且含有粒子状物质的气体在该翅片(2)侧流通，该翅片(2)朝向所述气体的流通方向分别以平面V字状或倒V字状折弯出流通方向的截面为波形的多个V字条部
(9)，所述热交换器的特征在于，在该翅片的第一平面(4)中，构成该V字的一对倾斜条部(2a,2b)中的一方(2a)相对于所述气体的流通方向向正侧倾斜α角度配置，另一方(2b)相对于所述气体的流通方向向负侧倾斜β角度配置，从而两倾斜条部(2a、2b)相对于该流通方向配置成非对称角，在与该第一平面(4)对置的第二平面(3)中，成为与第一平面(4)相反的非对称角，所述一方的倾斜条部(2a)相对于气体的流通方向向正侧倾斜β角度配置，另一方(2b)相对于所述气体的流通方向向负侧倾斜α角度配置。本发明的第二方面在第一方面的基础上，其中，该翅片的V字条部(9)的打开角度为40度 90度，该一对的倾斜条部(2a、2b)的所述α角度与所述β角度的绝对值之差形成为3度 15度。本发明的第三方面在第一方面或第二方面的基础上，其中，将金属板整体折弯成波形而构成翅片(2)，仅在翅片(2)的与扁平管(I)的非接触部即平面上形成有所述V字条部(9)，在翅片的波形的振幅方向上仅形成有一个V字条部(9)，且在该平面上的振幅方向的两缘部与V字条部(9)的两端之间形成有平坦面部(8)，该两缘部的边缘与扁平管(I)接合。[发明效果]本发明的第一方面的热交换器中，其翅片2的V形的多个一对的倾斜条部2a、2b在第一平面4中朝向空气流5形成为左右非对称的角度，且在与第一平面4对置的第二平面3中，形成为与第一平面4左右相反的角度的非对称。由此，在各翅片区段内，大的旋转半径的两个大涡流6和小的旋转半径的两个小涡流7分别形成为螺旋状。并且，各个涡流互相影响，而反复进行混合分离，将附着在翅片2的表面上的粒子状物质吹出，从而形成孔眼堵塞少的热交换器。这是在气体沿着位于翅片2的各区段12内的四个方向的各倾斜条部2a、2b移动时，产后四个螺旋涡流。然而，在倾斜角度小的倾斜条部中，由于其流通阻力比倾斜角度大的倾斜条部小，因此产生势头良好且更大的涡流。其结果是，在各翅片区段中，大的旋转半径的两个涡流和小的旋转半径的两个涡流分别形成为螺旋状。并且，大的势头良好的两个涡流的旋转方向相同，且四个涡流的大小不均衡，因此它们的互相影响，彼此的涡流反复混合分离，从而间接地拍打翅片表面各部分，来防止粒子状物质的附着。因此，在如建设机械等那样在尘埃多的场所使用的热交换器或含有煤的排气所流通的EGR冷却器的情况下，具有防止翅片的孔眼堵塞，从而成为使初始性能持续的热交换器的效果。并且，本发明的热交换器的翅片中，无论空气流的流通方向相对于该V字条部为正向或反向，其流通阻力都大致相同，因此即使改换一部分翅片的方向，也具有同等的性能。即使弄错翅片的方向，也没有问题，且制造管理容易。根据本发明的第二方面，还成为热交换性能良好的热交换器。这是因为本发明的第二方面的结构为横向V波翅片的热交换器的最佳条件。即，V字的打开角度为以60度左右为中心的40度 90度时的翅片效率最大。当V字的打开角度为90度以上及40度以下时，表示翅片效率的J/f急剧下降。因此，可选择效率良好的40度 90度。并且，V字的角度中的左右的非对称角度的差异在3度 15度的范围内，与对称形V翅片相比，翅片效率综合地提高。即，在该范围内，与对称形V翅片相比，相对于热传递率略微的几％以内减少，而流通阻力大幅降低到20%左右，其结果是，能够提供一种鼓风动力小的节能型热交换器。在角度差为3度以下时，大体观察不到节能效果。并且，在3度以下时，不能够期望流通阻力的降低，并且也没有防止孔眼堵塞效果。另外，在超过15度时，热传递率大幅降低。本发明的第三方面中，由于在翅片2的平面中的振幅方向的两边缘与V字条部9的两端之间形成有平坦面部8，且该两缘部的边缘与扁平管I接合，因此该平坦面部8位于翅片的角部。因此该部分的流通阻力减少，从而能够防止粒子状物质积存在翅片的各角部。
图1表示本发明的翅片2，(A)是表示该翅片2的制造过程的局部剖视立体简图，(B)是㈧的B-B向视剖视图，(C)是(A)的C-C向视剖视图。图2表示具有该翅片的热交换器的主要部分，㈧是其立体图，⑶是㈧的B-B向视剖视图。图3是表示本发明的热交换器的翅片2的区段12中的大涡流6、小涡流7的形成形态的说明图。图4是用于与本发明的热交换器的翅片比较的翅片2，是V字条部9相对于空气流5左右对称型的主要部分俯视图及该区段12内的涡流10的说明图。图5是表示本发明的热交换器的翅片的效率J/f相对于V字条部9的α+β (总角)的关系的曲线图。图6是表示本发明的热交换器的翅片的热传递率α和压力损失ΛΡ相对于V字条部9的α与β的角度差的关系的曲线图。图7是表示本发明的热交换器的翅片的V字条部9的方向和压力损失Λ P相对于风速的关系的曲线图。图8是表示热交换器的翅片2的区段12内的温度分布的图，(A)是本发明的翅片2，(B)是图4中的翅片。图9是具有现有型的翅片2的热交换器，(A)是其主要部分剖视图，⑶是㈧的B-B向视剖视图。符号说明:I扁平管2 翅片2a倾斜条部2b倾斜条部3第一平面4第二平面5空气流6大涡流7小润流8平坦面部9V字条部10 涡流11滞留部
12 区段13高温部
具体实施例方式接着，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的波形翅片的说明图，(A)是其立体简图，(B)是(A)的第一平面4的俯视图，(C)是(A)的第二平面3的俯视图。另外，图2(A)是热交换器的主要部分立体图，(B)是其B-B向视剖视图。如图2㈧所示，该例的热交换器中，在并列的多个扁平管I之间分别接触固定有波形的翅片2。在该例子中，翅片2整体弯曲形成为矩形波状，翅片2的弯曲的顶部及谷部钎焊固定于扁平管I。并且，在该顶部与谷部之间存在平坦的第一平面4和与其对置的第二平面3，在各平面3、4上沿空气流5方向并列有多个分别朝向该空气流5而成为逐渐扩展的V字状的V字条部9，如图2(B)所示，V字条部9的横截面(空气流5方向的截面)弯曲形成为小的波形，并且其纵截面(与空气流5正交方向的截面)弯曲形成为更小的波形。并且，各V字条部9的宽度形成为比翅片2的振幅略小，如图1(A)、(B)所示，在V字条部9的两端与波的顶部及底部之间形成有平坦面部8。并且，各V字条部9的在该第一平面4中构成V字的一对倾斜条部2a、2b中的一方的倾斜条部2a相对于空气流5的流通方向位于正侧的α角度(以左方为正)，另一方的倾斜条部2b以β角度形成在负侧。由此，两倾斜条部2a、2b相对于中心线形成为左右非对称角。并且，在与该第一平面4对置的第二平面3中，形成与第一平面4相反的左右非对称角。S卩，在第二平面3中，左侧的倾斜条部2a相对于气体的流通方向向正侧倾斜β角度配置，右侧的倾斜条部2b相对于气体的流通方向向负侧倾斜α角度配置。为了形成这样的翅片2，如图1(A)所示，在带状金属板的平面上以固定间隔冲压形成同一形状的左右非对称的V字条部组。接着，将其折弯成矩形波或V字波状。其结果是，如图1(B)、(C)所示，在对置的平面3、4上，成为左右非对称且该非对称彼此反向。根据实验，通过将第一平面4和第二平面3形成为彼此反向的非对称角度的倾斜条部，从而如图1、2所示，在使空气流5如箭头那样流通时，如图3所示，在各翅片的区段12 (扁平管I和第一平面4、第二平面3围成的空间)内的对角线上形成两个大涡流6和两个小涡流7。该现象能够推测为基于以下的理由。这是在气体沿着位于翅片2的区段12内的四个方向的各倾斜条部2a、倾斜条部2b流通时，在倾斜角度小的倾斜条部中，比倾斜角度大的倾斜条部流通阻力小，因此更加势头良好地产生涡流。并且，在该倾斜角度小的倾斜条部产生大涡流6，在其以外的部分产生小涡流7。一对大涡流6沿同一方向形成，由于势头大而两者容易合流。该大涡流6还受小涡流7影响，而反复进行涡流的合流分离。其结果是，在翅片2的各区段12内，涡流随时间和空间发生变化，其结果是，将容易积存在翅片的顶部及谷部的粒子状物质有效地吹出。与此相对，在图4(A)所示的翅片2的情况下，在倾斜条部2a、倾斜条部2b相对于空气流5为左右对称的α时，如图4(B)所示，涡流10均匀地呈现出四个，它们很稳定，因此在它们的边界形成有滞留部11，在该滞留部11容易积存尘埃或煤等粒子状物质。接着，对翅片2的平面的V字条部9的打开角度、即图1中α+β (总角)的最佳范围进行叙述。图5表示左右非对称的α与β的各角度的绝对值之差为9度且使总角变化时的最佳范围。并且，在横轴采用总角，在纵轴采用J/f。该J/f是考虑翅片的热传递率与空气阻力的均衡的效率。在此，J为科尔伯恩因数，f为阻力系数。J = St.Pr273St = Nu/ (Re.Pr)Re =雷诺数Pr =普朗特数Nu =奴塞尔数在风速为3m/s 30m/s的期间进行实验，通过实验确认了相对于各风速下的最大效率的总角，而效率由于该总角的变化怎样降低。其结果是，可知在任何风速下60度 65度的总角时效率最大。并且可知，在40度 90度的总角时，在任何风速下，相对于最大值，效率存在3 %以内的降低。因此，本发明的热交换器中的翅片采用V字的总角为40度 90度的翅片。接着，图6是在总角为 最大效率的60时求出α与β的角度差的最佳值的图。横轴采用角度差，纵轴采用通过实验求出的热传递率α和翅片的压力损失ΛΡ。在该图中示出风速为10m/s、lm/s的情况。在下标记载有10的α1(ι和八？1(|是10111/8时的热传递率和压力损失。同样，在下标附加有I的α:和^P1是lm/s时的热传递率和压力损失。实验的结果是，由图6可知，在角度差小于3度的情况下，在任何的风速下，热传递率α和压力损失Λ P都没有变化。并且，当为3度以上时，热传递率降低，且压力损失降低。当角度差超过15度时，在任何的风速下，热传递率α都急剧下降。在角度差为15度的情况下，在风速为lOm/s时，热传递率α相对于角度差为O而降低2%。此时，压力损失相对于角度差为O而降低20%。该情况可知在角度差为3度 15度的范围内，压力损失的降低大多在热传递率的降低以上。因此，在风速为lOm/s时，若角度差为3度 15度的范围，则相对于略微的热传递率的减少(2% )，能够得到大的压力损失的降低(20%)。当采用这样的角度差的翅片作为热交换器的翅片时，能够显著降低热交换器的鼓风动力，从而能够改善热交换器的综合效率。同样在风速为lm/s时，在角度差为3度 15度的情况下，相对于略微的热传递率的降低(1% )，也能够得到大的压力损失的减少(19% )。风速为20m/s的情况及风速为30m/s的情况也表现出同样的结果。在此，本发明中，翅片的V字条部9的打开角度为40度 90度，倾斜条部2a、倾斜条部2b的α角度与β角度的绝对值之差为3度 15度。接着，相对于V字条部9而将空气流5的方向改变成正向和反向，测定各自的压力损失。在图7中示出该实验结果。图7的横轴表示风速v(m/s),纵轴表示压力损失ΔΡ。并且，作为翅片，对图4所示的对称型的翅片和图1所示的本发明的非对称型的翅片进行比较。此时，对称型和非对称型的总角都为60度。
图中的最上部的实线是表示V字条部9沿着空气流5的朝向方向形成为逐渐扩宽的情况，将其作为正向。并且，将其相反作为反向。V字条部9左右对称且正向的情况相对于风速而压力损失最高。压力损失第二高的还是左右对称型，但为反向的V字条部9。压力损失第三高的是作为本发明的对象的非对称型且正向。最低的是本发明的非对称型且反向。由图7可知，在本发明的热交换器的翅片的非对称型的情况下，相对于正向的空气流5的压力损失和相对于反向的压力损失之差几乎没有。这意味着即使弄错翅片2的方向或弄错一部分翅片2的方向，热交换性能也几乎不降低。与此相对，在对称型的情况下，相对于空气流5沿正向设置V字条部9情况和沿反向设置V字条部9情况压力损失差异较大。因此，弄错其方向表现出大的性能变化。接着，图8是表示使高温流体在扁平管I内流通且使常温的空气流在翅片2侧流通时其流动方向出口端的温度分布的图。并且，(A)是使用了图1所示的本发明的热交换器的左右非对称型的翅片2的情况，⑶是使用了图4所示的左右对称型的翅片2的例子。根据该高温等高线可知，在本发明中高温度13的范围比图4的高温度的范围小。这意味着本发明的翅片的热交换效率闻。在上述的实施例中，翅片配置在扁平管的外表面，但也可以对其改变而将翅片配置在扁平管的内表面。另外，翅片既可以整体折弯成矩形波状，也可以折弯成三角波状。
权利要求
1.一种热交换器，其在并列的多个扁平管(I)之间或该扁平管内固定有多个翅片(2)，含有粒子状物质的气体向该翅片(2)侧流通， 该翅片(2)朝向所述气体的流通方向分别以平面V字状或倒V字状折弯出多个V字条部(9)，这多个V字条部(9)的流通方向的截面为波形， 所述热交换器的特征在于， 在该翅片的第一平面(4)中，构成该V字的一对倾斜条部(2a、2b)中的一方(2a)相对于所述气体的流通方向，向正侧倾斜α角度配置，另一方(2b)相对于所述气体的流通方向，向负侧倾斜β角度配置，从而两倾斜条部(2a、2b)相对于该流通方向配置成非对称角， 在与该第一平面(4)对置的第二平面(3)中，成为与第一平面(4)的非对称角相反的非对称角，所述一方的倾斜条部(2a)相对于气体的流通方向，向正侧倾斜所述β角度配置，另一方(2b)相对于所述气体的流通方向，向负侧倾斜所述α角度配置。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中， 该翅片的V字条部(9)的打开角度形成为40度 90度，该一对倾斜条部(2a、2b)的所述α角度与所述β角度的绝对值之差形成为3度 15度。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中， 将金属板整体折弯成波形而构成翅片(2)，仅在作为与扁平管(I)的非接触部的平面上形成有所述V字条部(9)，在翅片的波形的振幅方向上仅形成有一个V字条部(9)，且在该平面上的振幅方向的两缘部与V字条部(9)的两端之间形成有平坦面部(8)，该两缘部的边缘与扁平管(I)接合。
全文摘要
本发明提供一种热交换器，其在热交换器的翅片的表面并列有多个V字条部(9)，且尘埃或煤等难以附着在翅片(2)的各部分，并且热效率良好。在翅片(2)的第一平面(3)中，构成V字的一对倾斜条部(2a)、倾斜条部(2b)中的一方相对于气体的流通方向向正侧倾斜(α)角度配置，另一方向相对于气体的流通方向负侧倾斜(β)角度配置，从而两者配置成左右非对称角。并且，在与第一平面(3)对置的第二平面(4)中，该左右非对称的角度相对于气体的流通方向与第一平面(3)相反。
文档编号F28F1/30GK103090713SQ20111034934
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者中野公昭, 佐佐木洁, 秋泽宏一, 小野纯, 八谷敏克, 佐久间哲, 渡濑惠梨子 申请人:株式会社T.Rad