板式热交换器、热泵装置及热泵式制冷制热热水供给系统的制作方法

文档序号:25542295发布日期:2021-06-18 20:38
板式热交换器、热泵装置及热泵式制冷制热热水供给系统的制作方法

本发明涉及具备内翅片的板式热交换器、热泵装置及热泵式制冷制热热水供给系统。



背景技术:

以往,存在一种层叠型的板式热交换器,该层叠型的板式热交换器经由内翅片层叠多个传热板,在形成于传热板与传热板之间的各流路中交替地流动不同的流体,经由传热板进行热交换(例如,参照专利文献1)。

在专利文献1中,板式热交换器整体构成为长方体状,在内翅片的短边方向的两端部,在所述内翅片与从传热板的两端部立设的壁面之间具有间隙。若像这样存在间隙,则产生流体不流经内翅片而优先流向间隙的不良情况。因此,在专利文献1中,为了抑制流体流向间隙,在间隙设置壁面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2015-203508号公报



技术实现要素:

发明所要解决的课题

在专利文献1中,通过设置壁面,能够抑制流体优先流向间隙。由此,能够提高流路中的热交换性。

另外,在板式热交换器中,要求在制造时的组装之际进行内翅片相对于传热板的定位的结构,但在专利文献1中,进行内翅片的定位的结构不明。

本发明是鉴于这样的问题而完成的,其目的在于提供一种能够改善流体的面内分配性能并能够进行内翅片的定位的板式热交换器、热泵装置及热泵式制冷制热热水供给系统。

用于解决课题的技术方案

本发明的板式热交换器由多个层叠的传热板间的各个空间形成流路,在流路配置有内翅片,其中,在将流路中的流体的流动方向设为第一方向,将与第一方向正交的方向设为第二方向时,在传热板的流入侧设置有阻碍流体流入内翅片的第二方向的两端部与传热板的第二方向的两端部之间的间隙的第一凸部,在传热板的流出侧形成有进行将内翅片配置于传热板时的定位的第二凸部,在第一凸部与第二凸部之间配置有内翅片。

发明效果

根据本发明,由于阻碍流体流入内翅片的第二方向的两端部与传热板的第二方向的两端部之间的间隙的第一凸部设置于传热板的流入侧,因此,能够改善流路中的流体的面内分配性能。另外,由于在传热板的流出侧形成有进行将内翅片配置于传热板时的定位的第二凸部,且内翅片配置于第一凸部与第二凸部之间,因此,能够进行内翅片的定位。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的板式热交换器的分解侧视立体图。

图2是本发明的实施方式1的板式热交换器的第一传热板的主视图。

图3是本发明的实施方式1的板式热交换器的第二传热板的主视图。

图4是本发明的实施方式1的板式热交换器的传热组的主视立体图。

图5是图4的a-a剖视图。

图6是图4的b-b截面的端面图。

图7是图4的b-b剖视图。

图8是图4的c-c截面的端面图。

图9是本发明的实施方式2的板式热交换器的传热组的主视立体图。

图10是图9的b-b截面的端面图。

图11是图9的c-c截面的端面图。

图12是在图9的板式热交换器中使用变形例的传热板的情况下的a-a剖视图。

图13是在图9的板式热交换器中使用变形例的传热板的情况下的b-b截面的端面图。

图14是在图9的板式热交换器中使用变形例的传热板的情况下的c-c截面的端面图。

图15是本发明的实施方式3的板式热交换器的传热组的主视立体图。

图16是图15的第一传热板的主视图。

图17是图15的a-a剖视图。

图18是图15的b-b截面的端面图。

图19是图15的c-c截面的端面图。

图20是本发明的实施方式4的板式热交换器的传热组的局部主视立体图。

图21是图20的d-d剖视图。

图22是表示作为比较例在距第一线α距离δ以内的区域设置凹凸构造的情况下的内翅片上的流体的流速分布的图。

图23是作为比较例在距第一线α距离δ以内的区域设置凹凸构造的情况下的向内翅片流入时的速度分布图。

图24是在本发明的实施方式4的板式热交换器中的距第一线α距离δ以内的区域不设置凹凸构造的情况下的向内翅片流入时的速度分布图。

图25是除了凹凸构造以外还具有第一凸部的结构中的、向内翅片流入时的速度分布图。

图26是表示本发明的实施方式5的热泵式制冷制热热水供给系统的结构的概略图。

具体实施方式

以下,参照附图等对发明的实施方式的板式热交换器进行说明。在此,包含图1在内,在以下的附图中,标注相同的附图标记的部分相同或与其相当,在以下记载的实施方式的全文中是共通的。并且,说明书全文所表示的构成要素的方式只不过是例示,并不限定于说明书所记载的方式。另外,在以下的附图中,各构成构件的大小的关系有时与实际不同。

另外,在以下的说明中,为了容易理解而适当使用表示方向的用语(例如“上”、“下”、“右”、“左”、“前”、“后”等),但这只是用于说明的用语,这些用语并不限定本发明申请。另外,在本实施方式1中,在从正面观察板式热交换器100、即在传热板的层叠方向上观察板式热交换器100的状态下,使用“上”、“下”、“右”、“左”、“前”、“后”。另外,“凹”和“凸”以向前方侧凸的部分为“凸”,以向后方侧凸的部分为“凹”。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1的板式热交换器的分解侧视立体图。

图2是本发明的实施方式1的板式热交换器的第一传热板的主视图。

图3是本发明的实施方式1的板式热交换器的第二传热板的主视图。

图4是本发明的实施方式1的板式热交换器的传热组的主视立体图。图4是立体图,但实质上是接近主视图的图。图5是图4的a-a剖视图。图6是图4的b-b截面的端面图。图7是图4的b-b剖视图。图8是图4的c-c截面的端面图。

如图1所示,本实施方式1的板式热交换器100具有第一传热板1和第二传热板2交替层叠的结构,通过相邻的传热板间的空间形成流路。沿层叠方向排列的流路形成为供第一流体流动的第一流路6与供第二流体流动的第二流路7的交替。而且,在第一流路6配置有内翅片4,在第二流路7配置有内翅片5。这样,从近前依次层叠内翅片4、第一传热板1、内翅片5以及第二传热板2而构成传热组200。第一传热板1、第二传热板2、内翅片4及内翅片5分别构成为长板状。

板式热交换器100通过层叠多个传热组200而构成,在流经第一流路6的第一流体与流经第二流路7的第二流体之间进行热交换。层叠的传热组200彼此的接触部分通过钎焊等接合,板式热交换器100整体构成为长方体状。

第一流体例如是水或盐水等。第二流体例如是制冷剂的r410a、r32、r290、hfomix或co2等。在图1中,实线箭头表示第一流体,虚线箭头表示第二流体。另外,在图1中,流体的流动方式示出了第一流体与第二流体在彼此相反的方向上流动的对流型,但本发明并不限定于该流动方式。流体的流动方式也可以设为第一流体与第二流体在同一方向流动的并流型。

第一流体侧的运转压力是使第一流体流动的泵的压力,始终以低压运转。另外,第二流体侧的运转压力是第二流体的饱和压力,始终以高压运转。

另外,在传热组200的层叠方向的最外面配置有第一加强用侧板3及第二加强用侧板8。在图1中,层叠在最前面的板是第一加强用侧板3,层叠在最后面的板是第二加强用侧板8。

另外,如图1所示,第一加强用侧板3及第二加强用侧板8构成为长板状,四个角落的角形成为圆弧状。在第一加强用侧板3的四个角落形成有成为流体的流入口或者流出口的圆形状的孔。而且,在各孔的周缘设置有圆筒形状的流入管或流出管。详细而言,在第一加强用侧板3的右下方设置有供第一流体流入的第一流入管9,在第一加强用侧板3的左下方设置有供第一流体流出的第一流出管10。另外,在第一加强用侧板3的左上方设置有供第二流体流入的第二流入管11,在第一加强用侧板3的右上方设置有供第二流体流出的第二流出管12。

另外,在图1中,示出了侧板的壁厚在整个面上均匀的结构,但并不限定于均匀的结构。例如,流入管以及流出管附近的侧板的壁厚也可以设为比除此以外的部分的壁厚厚等。

另外,在图1中,示出了流入管以及流出管为相同尺寸,但并不限定于此,也可以不是相同尺寸。

在第一传热板1及第二传热板2上分别与第一流入管9、第一流出管10、第二流入管11及第二流出管12相向地形成有孔。具体而言,如图2所示,在第一传热板1的右下方设置有供第一流体流入的第一流入孔13,在左下方设置有供第一流体流出的第一流出孔14。在第一传热板1的左上方设置有供第二流体流入的第二流入孔15,在右上方设置有供第二流体流出的第二流出孔16。而且,在第一传热板1上,在第二流入孔15及第二流出孔16的周围设置有圆筒状的周壁w,第二流入孔15及第二流出孔16成为不与第一流路6连通的结构。由此,第二流体从第二流入孔15及第二流出孔16向第一流路6的流入被阻止。

另外,如图3所示,在第二传热板2的右下方设置有供第一流体流入的第一流入孔17,在左下方设置有供第一流体流出的第一流出孔18。在第二传热板2的左上方设置有供第二流体流入的第二流入孔19,在右上方设置有供第二流体流出的第二流出孔20。而且,在第二传热板2上,在第一流入孔17及第一流出孔18的周围设置有圆筒状的周壁w,第一流入孔17及第一流出孔18成为不与第二流路7连通的结构。由此,第一流体从第一流入孔17及第一流出孔18向第二流路7的流入被阻止。

另外,以下,在不需要区分第一传热板1及第二传热板2时,总称为“传热板”。另外,在不需要区分第一加强用侧板3及第二加强用侧板8时,总称为“侧板”。另外,在不需要区分第一流路6和第二流路7时,总称为“流路”。

另外,以下,将流体的流动方向、即图1的左右方向称为第一方向,将与第一方向正交的方向,即图1的上下方向称为第二方向。

如图5所示,传热板具有平坦部30和从平坦部30的第二方向的两端向外方延伸的外壁部31,在层叠方向上相邻的传热板的外壁部31彼此接触。而且,在相邻的平坦部30彼此之间分别形成有空间,该空间成为第一流路6或第二流路7。另外,在图5中,第一传热板1的上侧是第一流路6,第一传热板1与第二传热板2之间是第二流路7。另外,如图2及图3所示,在传热板上,在第一方向的两端部设置有集管部24。

传热板使用不锈钢、碳素钢、铝、铜及它们的合金等材质,以下,在使用不锈钢的情况下进行说明。

内翅片4具有与第一流路6的流路高度相同的高度l1(参照图5),与第一传热板1的平坦部30及第二传热板2的平坦部30接触。接触部分既可以通过钎焊等接合,也可以不接合。另外,内翅片5具有与第二流路7的流路高度相同的高度l2(参照图5),与第一传热板1的平坦部30及第二传热板2的平坦部30接触。另外,在此,使内翅片4的高度l1比内翅片5的高度l2高,但它们的高度既可以相同,也可以设为相反的关系。

这里,内翅片使用偏置翅片。偏置翅片具有如下结构,即,与传热板垂直的方向的纵壁32和与传热板平行的方向的横壁33在第二方向上交替地连结而形成为波形的波形部各自错开半波,在第一方向上排列而形成为交错状。另外,内翅片并不限定于偏置翅片,也可以是平板翅片型、波状翅片型、百叶窗型、泡孔条纹翅片型以及销翅片型中的任一个或组合多个。

在内翅片4的第二方向的两端部与第一传热板1的第二方向的两端部、具体而言外壁部31之间,为了便于通过自动组装制造板式热交换器,形成有间隙21。从第一传热板1的第一流入孔13流入到第一流路6内的第一流体容易流入比流入内翅片4的情况阻力小的间隙21。因此,第一流体不向第一流路6内均匀地流动,而优先地流向间隙21,热交换性能降低。

因此,在第一传热板1上,在间隙21的上游侧设置有第一凸部22。具体而言,第一凸部22设置在内翅片4的流体流入侧的端边的上游侧且第一传热板1的第二方向的两端部。第一凸部22由从第一传热板1的平坦部30朝向第一流路6突出的凸部构成,通过冲压加工而形成。通过第一凸部22,阻碍第一流体流入间隙21。

另外,在第一传热板1上,在内翅片4的流体流出侧的端边的下游侧设置有第二凸部23。换言之,在从第一凸部22起确保了第一传热板1的第一方向的长度量的位置设置有第二凸部23。第二凸部23由从第一传热板1的平坦部30朝向第一流路6突出的凸部构成,通过冲压加工而形成。如图2所示,第二凸部23既可以是从第一传热板1的第二方向的中心部偏离的位置,也可以是中心部,第二方向的位置没有特别限定。通过这样除了第一凸部22之外还将第二凸部23设置于第一传热板1,能够确定内翅片4的第一方向的两端的位置,能够进行将内翅片4配置于第一传热板1时的第一方向的定位。第一凸部22及第二凸部23在此形成为圆状,但并不限定于圆状,也可以为三角形状、四边形状、椭圆形状等的任一个或组合了多个的形状。

另外,在内翅片5的第二方向的两端部与第二传热板2的第二方向的两端部、具体而言外壁部31之间也同样地,伴随着板式热交换器的自动组装而形成有间隙25(参照图5)。从第二传热板2的第二流入孔19流入到第二流路7内的第二流体容易流入比流入内翅片5的情况阻力小的间隙25。因此,第二流体不向第二流路7内均匀地流动,而优先地流向间隙21,热交换性能降低。

因此,在第二传热板2上,在间隙25的上游侧设置有第一凸部26。具体而言,第一凸部26设置于内翅片5的流体流入侧的端边的上游侧且第二传热板2的第二方向的两端部。第一凸部26由从第二传热板2的平坦部30朝向第二流路7突出的凸部构成,通过冲压加工而形成。通过第一凸部26阻碍第二流体流入间隙25。

另外,在第二传热板2上,在内翅片5的流体流出侧的端边的下游侧设置有第二凸部27。换言之,在从第一凸部26起确保了第二传热板2的第一方向的长度量的位置设置有第二凸部27。第二凸部27由从第二传热板2的平坦部30朝向第二流路7突出的凸部构成,通过冲压加工而形成。如图3所示,第二凸部27既可以是从第二传热板2的第二方向的中心部偏离的位置,也可以是中心部,第二方向的位置没有特别限定。通过这样除了第一凸部22之外还将第二凸部27设置于第二传热板2,能够确定内翅片5的第一方向的两端的位置,能够进行将内翅片5配置于第二传热板2时的第一方向的定位。第一凸部26及第二凸部27在此形成为圆状,但并不限定于圆状,也可以为三角形状、四边形状、椭圆形状等的任一个或组合了多个的形状。

在此,如图5所示,内翅片4以微细的周期具有凹凸的形状。在内翅片4上,在第二方向上相邻的两个纵壁32彼此的间隔在整个第二方向上相同。而且,为了使内翅片4的第一方向的端部可靠地与第一凸部22接触而能够进行内翅片4的定位,如图7所示,第一凸部22的宽度ψ优选为在内翅片4上相邻的两个纵壁32之间的距离χ的2倍以上。所谓将第一凸部22的宽度ψ设为两个纵壁32之间的距离χ的2倍以上,换言之,是指第一凸部22的宽度ψ成为内翅片4的凹凸的一个周期以上。

内翅片4被设计成最大限度地发挥传热板的平坦部30的第二方向的宽度。因此,内翅片4的第二方向的宽度与平坦部30的第二方向的宽度之差比内翅片4的凹凸的一个周期短。因此,通过使第一凸部22的宽度ψ为两个纵壁32之间的距离χ的2倍以上,内翅片4的第一方向的端部能够可靠地与第一凸部22接触而进行内翅片4的定位。

在此,越增大第一凸部22的宽度ψ,内翅片4的定位越容易,但在内翅片4形成流体难以流入的部分。例如,作为内翅片4,若使用单纯的波板状的板、即流体的流动方向被限定为一个方向的构造的翅片,则有可能产生流入不足的波状部。但是,如偏置翅片那样,若使用除了流体的流动方向在主流的方向(图2的箭头方向)上之外也适度地产生与主流交叉的方向的流动的构造的翅片,则能够防止这样的问题。

另外,即使在内翅片4使用偏置翅片的情况下,在第一凸部22的宽度ψ过大的情况下,第一流体向内翅片4的流入不足的区域也有可能变大。因此,第一凸部22的宽度ψ优选为在内翅片4上相邻的两个纵壁32之间的距离χ的5倍以下。由此,能够减小第一流体向内翅片4的流入不足的区域。在此,将第一凸部22的宽度ψ设为内翅片上相邻的两个纵壁32之间的距离χ的5倍以下是因为以下的理由。若第一凸部22的宽度ψ超过χ的5倍,则对翅片部的流动产生影响,因此设为5倍以下。

另外,在此,对第一凸部22进行了说明,但对于形成于第二传热板2的第一凸部26也同样地,第一凸部26的宽度ψ为在内翅片5上相邻的两个纵壁32之间的距离χ的2倍以上且5倍以下。另外,在此对第一凸部22以及第一凸部26进行了说明,但对于第二凸部23以及第二凸部27也同样地,各个宽度ψ优选为在内翅片上相邻的两个纵壁32之间的距离χ的2倍以上且5倍以下。

另外,第一凸部22的高度h在图7中小于内翅片4的高度l(h<l1),但也可以最大与内翅片4的高度l相同(h=l1)。在使第一凸部22的高度h与内翅片4的高度l1相同的情况下,与比高度l1小的情况相比,能够进一步抑制间隙21中的第一流体的流动。另外,在第一凸部22的高度h小于内翅片4的高度l1(h<l1)的情况下,第一凸部22不与第二传热板2接触,但在第一凸部22的高度h与内翅片4的高度相同(h=l1)的情况下,第一凸部22与第二传热板2接触。其接触部分既可以通过钎焊等接合,也可以不接合。

由于高压的第二流体通过第二流路7,因此优选实现构造强度的提高。因此,优选的是,使第一凸部26的高度与内翅片5的高度l2相同,使第一凸部26的端面与第一传热板1接触而通过钎焊等接合接触部分。

第一凸部22的位置位于内翅片4的流体流入侧的端边的上游侧且第一传热板1的第二方向的两端部,以下,进一步对具体的位置进行说明。参照图4对“第一传热板1的第二方向的两端部”的具体的范围进行说明。各第一凸部22设置于由内翅片4的第一方向的两端边中的作为流入侧的端边的第一线α、作为平坦部30的第二方向的两端边的两条第二线β、以及图4中虚线所示的两个圆弧28包围的区域内。圆弧28是以第一线α与第二线β的交点o为中心的半径r的圆弧,半径r是第一流路6的流路高度l1的3倍。通过将第一凸部22的位置设为上述的位置,能够提高抑制第一流体流入间隙21的效果。

在此,内翅片4与外壁部31之间的间隙21为约1mm。内翅片4的高度l1为约0.5mm~2.5mm。内翅片4的高度l1的“3倍”的范围为1.5mm~7.5mm。内翅片4的相邻的两个纵壁32之间的距离为约0.5mm~1.5mm。第一凸部22的宽度ψ优选为内翅片4的相邻的两个纵壁32之间的距离的2倍以上且5倍以下,因此为约1.0mm~7.5mm。因此,为了极力减小内翅片4与外壁部31的间隙21,并提高抑制流入间隙21的第一流体的流量的效果,将半径r设为第一流路6的流路高度l1的3倍。

在此,关于第一凸部22的位置,对“第一传热板1的第二方向的两端部”的具体的范围进行了说明,但对于第二传热板2的第一凸部26的位置也是同样的。即,各第一凸部26设置于由内翅片5的第一方向的两端边中的作为流入侧的端边的第一线、作为平坦部30的第二方向的两端边的两条第二线和两个圆弧包围的区域内。圆弧是以第一线与第二线的交点为中心的半径r的圆弧,半径r是第二流路7的流路高度l2的3倍。

接下来,对如以上那样构成的板式热交换器100中的流体的流动以及第一凸部22以及第一凸部26的作用进行说明。

从外部流入到第一流入管9的第一流体经由第一传热板1的第一流入孔13流入第一流路6。流入到第一流路6的第一流体一边朝向第一传热板1的外壁部31逐渐扩展,一边如图2的实线箭头所示,在内翅片4中从右朝向左流动,经由第一传热板1的第一流出孔14从第一流出管10流出。

另外,从外部流入到第二流入管11的第二流体经由第二传热板2的第二流入孔19流入第二流路7。流入到第二流路7的第二流体一边朝向第二传热板2的外壁部31扩展,一边如图3的虚线箭头所示,在内翅片5中从左朝向右流动,经由第二传热板2的第二流出孔20从第二流出管12流出。

这样,第一流体在第一流路6中流动并且第二流体在第二流路7中流动,由此经由第一传热板1以及第二传热板2进行第一流体与第二流体的热交换。

在此,由于在第一流路6设置有第一凸部22,因此阻碍第一流路6的第一流体流入间隙21。由此,能够改善第一流路6内的第一流体的偏置,能够提高向图2的上下两侧的分配性能。

另外,在第二流路7中也同样地,在第二流路7设置有第一凸部26,因此,阻碍在第二流路7中流动的第二流体流入间隙25。由此,能够改善第二流路7内的第二流体的偏置,能够提高向图3的上下两侧的分配性能。

这样,通过在第一流路6和第二流路7的每一个中设置第一凸部22和第一凸部26,与不设置它们的情况相比,能够改善流体的偏置。因此,结果能够提高板式热交换器100的性能。

如以上说明的那样,根据本实施方式1,由于在第一传热板1的流入侧设置有第一凸部22,因此能够抑制第一流体优先地流向间隙21,能够改善第一流路6中的第一流体的面内分配性能。另外,在第一传热板1的流出侧设置有进行将内翅片4配置于第一流路6时的定位的第二凸部23,因此能够通过第一凸部22和第二凸部23来决定内翅片4的位置。由于第一凸部22以及第二凸部23通过冲压加工而形成,因此能够在不追加附加构件的情况下实现这些效果。因此,能够实现板式热交换器的高性能化和低成本化。

另外,对于第二传热板2也同样地,通过设置第一凸部26和第二凸部27,能够在不追加附加构件的情况下改善第二流体的面内分配性能,并且还能够决定内翅片5的位置。

另外,由于在第二凸部27接合有与第一传热板1及第二传热板2接触的部分,因此能够实现强度提高。

由此,在第一流路6或第二流路7中,内翅片4或内翅片5的定位能够通过第一凸部和第二凸部实现。因此,能够使用于提高强度的其他凹凸构造与内翅片的距离分离,能够设计兼顾分配性和强度性的凹凸构造分布。其结果,能够实现板式热交换器100的高性能化。

内翅片由偏置翅片构成,该偏置翅片具有与传热板垂直的方向的纵壁32和与传热板平行的方向的横壁33在第二方向上交替地连结而形成为波形的波形部。第一凸部的第二方向的宽度为内翅片的相邻的两个纵壁32间的距离的2倍以上。由此,内翅片的第一方向的端部可靠地与第一凸部接触而能够进行内翅片的定位。另外,第一凸部的第二方向的宽度为内翅片的相邻的两个纵壁32间的距离的5倍以下。由此,能够减小流体向内翅片的流入不足的区域。

另外,关于第二凸部的宽度,也能够设为内翅片的相邻的两个纵壁32间的距离的2倍以上且5倍以下。

第一凸部以及第二凸部能够从形成流路的两个传热板的一方朝向流路突出地设置。而且,通过采用将第一凸部及第二凸部与形成流路的两个传热板的另一方接合的结构,能够提高强度。

由于设置于传热板的流入侧的第一凸部和设置于流出侧的第二凸部设置于第一流路和第二流路这两者,因此在第一流路和第二流路这两者中,能够改善面内分配性能。

第一流路6的第一凸部22与第二流路7的第二凸部27的形状相同,在与层叠方向垂直的截面中第二方向的位置重叠而接触。另外,第一流路6的第二凸部23与第二流路7的第一凸部26的形状相同,在与层叠方向垂直的截面中第二方向的位置重叠而接触。由此,能够提高板式热交换器100的强度。

第一凸部设置在传热板的平坦部30的第二方向的两端部、且由内翅片的第一方向的两端边中的作为流入侧的端边的第一线、作为平坦部的第二方向的两端边的两条第二线、和平坦部的第二方向的两端部的两个圆弧包围的区域内。两个圆弧是以第一线和两条第二线各自的交点为中心的半径r的圆弧,半径r是流路的流路高度的3倍。由此,能够提高抑制流体流入间隙的效果。

第二凸部设置在平坦部的第二方向的两端部、且由内翅片的第一方向的两端边中的作为流出侧的端边的第三线、两条第二线、和平坦部的第二方向的两端部的两个圆弧包围的区域内。两个圆弧是以第三线和两条第二线各自的交点为中心的半径r的圆弧,半径r是流路的流路高度的3倍。由此,能够提高抑制流体流入间隙的效果。

实施方式2

在实施方式1中,第二凸部23和第二凸部27形成在一个部位,但在实施方式2中形成在两个部位。以下,以实施方式2与实施方式1的不同点为中心进行说明,在本实施方式2中未说明的结构与实施方式1相同。

图9是本发明的实施方式2的板式热交换器的传热组的主视立体图。图10是图9的b-b截面的端面图。图11是图9的c-c截面的端面图。

实施方式2的第二凸部23及第二凸部27的个数及配置位置与实施方式1不同,除此以外的结构相同。

在实施方式2的传热组200的第一传热板1中,如图9以及图11所示,第二凸部23设置于从第一凸部22起确保了内翅片4的第一方向的长度量的位置、且第一传热板1的第二方向的两端部。另外,在第二传热板2上,第二凸部27设置于从第一凸部26起确保了内翅片4的第一方向的长度量的位置,且如图10所示,第二传热板2的第二方向的两端部。

根据本实施方式2,能够得到与实施方式1同样的效果,并且能够得到以下的效果。即,第二凸部23及第二凸部27在实施方式1中分别为1个,但在实施方式2中在传热板的第二方向的两端部分别设置有两个。第二凸部23和第二凸部27位于第一流路6和第二流路7各自的流出侧。因此,在第一流路6以及第二流路7的每一个中,图9中在左右方向上延伸的间隙21以及间隙25各自的流出侧被第二凸部23以及第二凸部27堵塞。

根据该结构,与仅堵塞间隙21及间隙25各自的流入侧的实施方式1的结构相比,能够进一步防止第一流体及第二流体在间隙21及间隙25中流动。其结果是,实施方式2与实施方式1相比,能够进一步改善面内分配性能。因此,能够实现板式热交换器100的高性能化。

关于第二凸部23及第二凸部27的位置,设为“第一传热板1的第二方向的两端部”及“第二传热板2的第二方向的两端部”,但该位置的具体的范围与实施方式1中所述的第一凸部22及第一凸部26的范围基本上相同。即,各第二凸部23设置于由内翅片4的第一方向的两端边中的作为流出侧的端边的第三线γ、两条第二线β和圆弧28包围的区域内。圆弧28是以第三线γ与第二线β的交点o为中心的半径r的圆弧,半径r是第一流路6的流路高度l1的3倍。另外,各第二凸部27设置于由内翅片5的第一方向的两端边中的作为流出侧的端边的第三线、两条第二线β和圆弧包围的区域内。圆弧是以第三线与第二线β的交点为中心的半径r的圆弧,半径r是第二流路7的流路高度l2的3倍。

图12是在图9的板式热交换器中使用变形例的传热板的情况下的a-a剖视图。图13是在图9的板式热交换器中使用变形例的传热板的情况下的b-b截面的端面图。图14是在图9的板式热交换器中使用变形例的传热板的情况下的c-c截面的端面图。

图12~图13所示的变形例的第一传热板1及第二传热板2分别具有将两片板局部接合而成的结构。具体而言,第一传热板1具有将板1a与板1b局部接合而成的结构。第二传热板2具有将板2a和板2b局部接合而成的结构。在图12至图14中,板间的涂黑部分29是接合部分。

这样,传热板具有将两片板局部接合而成的结构,由此在两片板之间形成有与外部空气连通的微流路。因此,即使在分隔相邻的2种流体的流路的传热板上产生缺陷而使流体向流路内泄漏,也能够将泄漏流体可靠地排出到外部而避免两流路间的2种流体的混合(向室内泄漏)。因此,能够使用可燃性制冷剂作为在流路中流动的流体。

另外,图12~图14所示的变形例的传热板不限于实施方式2,也能够应用于实施方式1以及后述的实施方式3。

实施方式3

以下,以实施方式3与实施方式2的不同点为中心进行说明,在本实施方式3中未说明的结构与实施方式2相同。

图15是本发明的实施方式3的板式热交换器的传热组的主视立体图。图15是立体图,但实质上是接近主视图的图。图16是图15的第一传热板的主视图。图17是图15的a-a剖视图。图18是图15的b-b截面的端面图。图19是图15的c-c截面的端面图。图15中,近前侧的传热板成为第二传热板2,里侧的传热板成为第一传热板1,与上述实施方式2相反,这一点希望留意。

在第二传热板2上,与实施方式2同样地在流入侧设置有圆状的第一凸部26,在流出侧设置有圆状的第二凸部27。第一凸部26和第二凸部27与第一传热板1接触,接触部分通过钎焊等接合。第一凸部26和第二凸部27的高度与内翅片5的高度相同。而且,在实施方式3的第二传热板2上,以包围第一凸部26的流入侧的方式进一步形成有圆弧状的第一凹部40。另外,以包围第二凸部27的流出侧的方式形成有圆弧状的第二凹部41。如图18和图19所示,第一凹部40和第二凹部41由从第二传热板2朝向第一流路6凹陷而成的凹部构成。第一凹部40和第二凹部41的高度是内翅片4的高度的1/2。

在第一传热板1上,代替实施方式2的圆状的第一凸部22及第二凸部23而形成有圆弧状的第一凸部22a及第二凸部23a。如图18和图19所示,第一凸部22a和第二凸部23a由从第一传热板1朝向第一流路6突出的凸部构成。第一凸部22a和第二凸部23a的高度是内翅片4的高度的1/2,与第二传热板2的第二凹部41和第一凹部40接触,接触部分通过钎焊等接合。

这样,在本实施方式3的板式热交换器100中,形成于第一传热板1的凸部的形状和形成于第二传热板2的凸部的形状以圆弧状和圆状不同。

如上所述,通过构成第一传热板1和第二传热板2,在第一流路6中,在间隙21的上游侧形成有由第二凹部41与第一凸部22a接触而形成的圆弧状的流路遮断部,能够抑制第一流体向间隙21的流入。在间隙21的下游侧也同样地形成有由第一凹部40与第二凸部23a接触而形成的圆弧状的流路遮断部。即,在间隙21的上游和下游双方形成有流路遮断部,与仅在上游侧设置流路遮断部的结构相比,能够进一步防止第一流体在间隙21中流动。

另外,在第二流路7中,与实施方式2同样地在间隙25的上游侧设置有第一凸部26,在下游侧设置有第二凸部27,因此能够抑制第二流体流入间隙25。

另外,在本实施方式3中,示出了在第一传热板1形成有圆弧状的第一凸部22a和第二凸部23a,在第二传热板2形成有圆状的第一凸部26和第二凸部以及圆弧状的第一凹部40和第二凹部41的结构,但也可以相反。即,也可以构成为,在第一传热板1形成有圆状的第一凸部26和第二凸部27以及圆弧状的第一凹部40和第二凹部41,在第二传热板2形成有圆弧状的第一凸部22a和第二凸部23a。

另外,在本实施方式3中,在第一传热板1上,通过第一凸部22a和第二凸部23a,同时实现第一流路6中的面内分布性能的改善和内翅片4的定位。另外,在第二传热板2上,通过第一凸部26和第二凸部27,同时实现面内分布性能的改善和内翅片5的定位。

需要说明的是,第一凸部22a及第二凸部23a的形状并不限定于圆弧状,也可以是其他形状、例如三角形状、四边形状、椭圆形状等的任一个或组合多个使用。

如以上说明的那样,根据本实施方式3,能够得到与实施方式2同样的效果,并且还能够得到以下的效果。即,采用第一传热板1和第二传热板2通过凸部和凹部的组合在平坦部30接合的构造,因此强度提高。另外,第一流路6的第一凸部22a及第二凸部23a的高度为第一流路6的高度的一半,因此,由于传热板的伸长率的制造上的制约,凸部与凹部的组合部分能够适用于更大的范围。即,由于传热板具有伸长率,因此实施方式3的凸部构造的第一流路6的高度能够为实施方式1的凸部构造的第一流路6的高度的2倍。因此,能够容易地实现实施方式3的凸部构造的第一流路6的高度的最佳化。或者,能够更容易地实现第一凸部22a以及第二凸部23a的大小以及第一流路6的高度的最佳化,其结果,能够实现板式热交换器100的高性能化。

第一传热板1的第一凸部22a和第二传热板2的第二凸部27的形状不同,在与层叠方向垂直的截面中第二方向的位置不同。另外,第一传热板1的第二凸部23a与第二传热板2的第一凸部26的形状不同,在与层叠方向垂直的截面中第二方向的位置不同。这样,能够通过凸部与凹部的组合来抑制流体向间隙的流入。

实施方式4

实施方式4在集管部24设置凹凸构造,实现强度提高。以下,以实施方式4与实施方式1的不同点为中心进行说明,在本实施方式4中未说明的结构与实施方式1相同。

图20是本发明的实施方式4的板式热交换器的传热组的局部主视立体图。图21是图20的d-d剖视图。

在第一传热板1的流入侧和流出侧的各自的集管部24分散设置有多个凹部50。另外,在第二传热板2的流入侧以及流出侧的各自的集管部24,与凹部50相向地设置有多个凸部51。凸部51的顶端面与凹部50的底面接触,接触部分被接合。这样,在集管部24形成凹凸构造52,实现集管部24的强度提高。凹部50和凸部51形成为圆状,以相同的直径和高度构成。

为了不堵塞从内翅片4流出的第一流体的流动,凹部50在流出侧的集管部24不设置于距内翅片4的第三线γ距离δ以内的区域。在流入侧也同样地,在流入侧的集管部24,在距内翅片4的第一线α距离δ以内的区域不设置凹部50。

凸部51也同样地省略图示,为了不堵塞从内翅片5流出的第二流体的流动,在流出侧的集管部24不设置于距内翅片5的第三线γ距离δ以内的区域。在流入侧也同样地,在流入侧的集管部24,在距内翅片5的第一线α距离δ以内的区域不设置凹部50。

在此,距离δ优选为截面形状e的等效直径的1倍以上,该截面形状e是通过凹部50以及凸部51的接合部分的中心地用与第一方向垂直的面切断该接合部分而成的。

即,δ≥2wl/(w+l)

其中,

w:凹部50和凸部51的直径

l:凹部50和凸部51的接合部分的高度

通过采用在距第一线α距离δ以内的区域不设置凹凸构造52的结构,与在距第一线α距离δ以内的区域设置凹凸构造52的结构相比,能够实现流体向内翅片的速度分布的均匀化。以下表示证实了这一点的试验的结果。在此,表示第二流路7中的试验结果。

图22是作为比较例而表示在距第一线α距离δ以内的区域设置了凹凸构造的情况下的内翅片上的流体的流速分布的图。图22相当于接下来的图23的f-f截面中的速度分布。在图22中,横轴表示内翅片的第二方向,纵轴表示流速。图23是作为比较例在距第一线α距离δ以内的区域设置有凹凸构造的情况下的向内翅片流入时的速度分布图。在图23中,箭头的长度越长,表示流速越快。图24是在本发明的实施方式4的板式热交换器中的距第一线α距离δ以内的区域不设置凹凸构造的情况下的向内翅片流入时的速度分布图。在图23及图24中,横轴x表示内翅片的第二方向,纵轴y表示内翅片的第一方向,箭头表示流速的大小。

将比较例的图22和图23与本实施方式4的图24进行比较可知,在本实施方式4中,通过采用在距第一线α距离δ以内的区域不设置凹凸构造52的结构,遍及内翅片5的第二方向使流速均匀化。

图22~图24是用于进行将凹凸构造52设置于距第一线α距离δ以内的区域的情况和不设置于距第一线α距离δ以内的区域的情况的比较的图,未设置用于抑制第二流体向第二流路7的两端部的间隙25的流入的第一凸部26。因此,在内翅片5的第二方向的两端部流速变大。在接下来的图25中示出设置有第一凸部26的情况下的流速分布。

图25是除了凹凸构造之外还具有第一凸部的结构中的、向内翅片流入时的速度分布图。在图25中,横轴x表示内翅片的第二方向,纵轴y表示内翅片的第一方向,箭头表示流速的大小。另外,图25是用于说明第一凸部的效果的图,因此表示凹凸构造52设置于距第一线α距离δ以内的区域的情况。

如图25所示,通过设置第一凸部26,第二流路7的两端部的间隙中的流体的流速比图24小。

在此,对第二流路7中的流体的流速分布进行了说明,但在第一流路6中也成为同样的倾向。

如以上说明的那样,根据本实施方式4,能够得到与实施方式1同样地设置有第一凸部的效果,并且由于在集管部24设置有凹凸构造52,因此能够实现集管部24的强度提高。

在集管部24设置凹凸构造52时,若接近内翅片而设置,则会产生向内翅片流入的流体的流速的不均匀化。但是,在本实施方式4中,采用至少在分别距第一线α和第三线γ距离δ以内的区域不设置凹凸构造52的结构。由此,能够改善通过在集管部24设置凹凸构造52而引起的面内分配性能降低的问题,能够使流体的流速遍及内翅片的第二方向地均匀化。

在上述各实施方式1~实施方式4中分别作为其他实施方式进行了说明,但也可以将各实施方式的特征性的结构适当组合而构成板式热交换器100。例如,也可以将实施方式1与实施方式3组合,将实施方式3中的第一凸部26以及第二凸部27各自的宽度设为内翅片的相邻的两个纵壁之间的距离的2倍以上且5倍以内。另外,也可以构成为将实施方式3与实施方式4组合,在图15所示的实施方式3的传热组200的集管部24设置实施方式4的凹凸构造52。在各实施方式1~4的各实施方式中,对同样的构成部分应用的变形例也同样适用于说明了其变形例的实施方式以外的其他实施方式。

实施方式5

在本实施方式5中,对搭载有在实施方式1~4中说明的板式热交换器100的热泵装置进行说明。在此,作为热泵装置的利用方式的一例,对热泵式制冷制热热水供给系统进行说明。

图26是表示本发明的实施方式5的热泵式制冷制热热水供给系统的结构的概略图。

热泵式制冷制热热水供给系统300具有具备制冷剂回路60的热泵装置65和热介质回路70。制冷剂回路60通过利用配管依次连接压缩机61、热交换器62、由膨胀阀或者毛细管等构成的减压装置63以及热交换器64而构成。热介质回路70通过利用配管依次连接热交换器62、制冷制热热水供给装置71以及使热介质循环的泵72而构成。压缩机61、热交换器62、减压装置63以及热交换器64被收纳在热泵装置65的框体内。

在此,热交换器62是在以上的实施方式1~实施方式4中说明的板式热交换器100,进行在制冷剂回路60中流动的制冷剂与在热介质回路70中流动的热介质的热交换。另外,用于热介质回路70的热介质只要是水、乙二醇、丙二醇或者它们的混合物等能够与制冷剂回路60的制冷剂进行热交换的流体即可。另外,在制冷剂回路60中流动的制冷剂没有特别限定,例如能够使用r22或r410a等。另外,在该热泵式制冷制热热水供给系统300中,由于制冷剂不向室内侧供给,因此作为制冷剂,也能够使用r32、r290、hfomix等可燃性制冷剂。

构成热交换器62的板式热交换器100以制冷剂在传热性比第一流路6高的第二流路7中流动,且热介质在第一流路6中流动的方式组装于热泵式制冷制热热水供给系统300。由于内翅片4和内翅片5的传热面积相等,且内翅片5的水力直径小于内翅片4的水力直径,因此,第二流路7的传热性比第一流路6高。

制冷制热热水供给装置71由热水贮存箱(未图示)或对室内进行空气调节的室内机(未图示)的室内热交换器等构成。在制冷制热热水供给装置71为热水贮存箱的情况下,热介质为水,利用热交换器62将水与制冷剂回路60的制冷剂进行热交换而加热,加热后的水贮存于热水贮存箱(未图示)。另外,在制冷制热热水供给装置71是室内热交换器的情况下,通过将热介质回路70的热介质引导到室内热交换器而与室内空气进行热交换,从而对室内进行制冷制热。另外,制冷制热热水供给装置71的结构并不特别限定于上述结构,只要构成为能够使用热介质回路70的热介质的热能进行制冷制热及热水供给即可。

在进行制热及热水供给的情况下,热交换器62作为冷凝器使用,在制冷的情况下,热交换器62作为蒸发器使用。图26所示的箭头是制热及热水供给的情况下的制冷剂流动方向,在制冷的情况下,制冷剂的流动方向为相反方向(未图示)。

在将热交换器62作为蒸发器使用的情况下,制冷剂以气液二相流的状态流入热交换器62的第二流路7。此时,气液二相流被第一凸部22阻碍流入间隙21。

根据实施方式5,通过具备实施方式1~实施方式4的板式热交换器100,能够实现高性能化及低成本化。另外,能够得到热交换效率高的热泵式制冷制热热水供给系统300。另外,能够得到实现强度提高而可靠性高的热泵式制冷制热热水供给系统300。即,能够实现热交换效率良好、耗电量被抑制、安全性提高、能够降低co2排出量的热泵式制冷制热热水供给系统300。

另外,在实施方式5中,作为以上的实施方式中说明的板式热交换器100的应用例,对使制冷剂与水进行热交换的热泵式制冷制热热水供给系统300进行了说明。但是,以上的实施方式中说明的板式热交换器100不限于热泵式制冷制热热水供给系统300,能够用于制冷用途冷却装置、发电装置以及食品的加热杀菌处理设备等许多工业设备以及家庭用设备。

作为本发明的应用例,以上的实施方式中说明的板式热交换器100能够用于制造容易、热交换性能提高、且需要提高节能性能的热泵装置。

附图标记的说明

1传热板、1a板、1b板、2第二传热板、2a板、2b板、3第一加强用侧板、4内翅片、5内翅片、6第一流路、7第二流路、8第二加强用侧板、9第一流入管、10第一流出管、11第二流入管、12第二流出管、13第一流入孔、14第一流出孔、15第二流入孔、16第二流出孔、17第一流入孔、18第一流出孔、19第二流入孔、20第二流出孔、21间隙、22第一凸部、22a第一凸部、23第二凸部、23a第二凸部、24集管部、25间隙、26第一凸部、27第二凸部、28圆弧、29涂黑部分、30平坦部、31外壁部、40第一凹部、41第二凹部、50凹部、51凸部、52凹凸构造、60制冷剂回路、61压缩机、62热交换器、63减压装置、64热交换器、65热泵装置、70热介质回路、71制冷制热热水供给装置、72泵、100板式热交换器、200传热组、300热泵式制冷制热热水供给系统。

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