专利名称：热交换单元以及使用该热交换单元的热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及潜热或显热回收用热交换单元以及使用该热交换单元的热交换器。
背景技术：
作为潜热或显热回收用热交换器，众所周知的有将带散热片的热交换管形成S形的形状或将多根热交换管贯通设置在风道内的结构等。但是，在上述众所周知的例中具有以下问题，即，热交换器占有的空间比较大，并且为了确保效率，需要进行按照风道等的尺寸或排气温度的设计，因此，制作成本提高。作为解决该问题的方法，在日本国公开专利公报、特开平9(1997)-72679号中公开了将热交换管形成螺旋状的热交换器的提案。
该公开的发明是为了缩小锅炉等的缸体容积，将规定长度的水管的略中央部弯曲成U字状，以该U字状的弯曲部为支点、将水管形成螺旋状的构成。但是在该发明中，为了将一根水管在中央弯曲成U字状、形成螺旋状，加工很麻烦，制作成本很高。另外具有以下问题，即将螺旋状的水管形成多层的情况下，由于该水管重叠，因此效率低，想要得到一定效率的情况下、热交换器则形成大型化。
另外，在日本国公开专利公报、特开平9(1997)-126688号中公开了叉流式的螺旋板式热交换器。该公开的发明是，为了达到清扫装置可以用少量的零件个数简单地构成、并且容易组装的螺旋板式热交换器，即，在具有螺旋流路以及轴方向流路、向两通道的一方流入加热流体、向另一方流入被加热流体的叉流式的螺旋板式热交换器上具有清扫装置，该清扫装置由支撑部件、旋转驱动装置以及附着物去除用棒状部件构成，支撑部件在导热板的上方被设置在螺旋状的直径方向上；旋转驱动装置将支撑部件向正反两方向旋转；附着物去除用棒状部件被相对支撑部件移动自如地悬挂、向螺旋状的轴方向流路下垂。
但是，在该众所周知的发明中，螺旋流路由各个同心圆形成，流体从外向中心方向或从中心方向向外方向螺旋状地流动，不形成特开平9(1997)-72679号中公开的所谓螺旋。
另外，由于该发明的螺旋流路为单层，并且，流路的剖面形成扁平的方形，因此在流路内流体的流速不均匀，效率低。
另外，在日本公开专利公报、特开平11(1999)-248377号中公开了以下构成，即关于使用薄的、设置有凹凸的并且在表面上镀覆或层压氟化树脂薄膜的长的热交换散热片，导热效率高并且不产生泄漏的螺旋式的散热片式热交换器，在密封散热片的轴方向开口端边缘的圆盘状盖子部件上设置相当于规定间隔宽度的绳状空心密封垫片，利用液压将该绳状空心密封垫片的空心部向直径方向扩张，通过从侧面夹住散热片的开口端边缘将其气密地密封。
但是，在该发明中，热交换用管呈螺旋状，是具有特殊用途的金属片，不适合用于潜热或显热回收用。
另外，在日本公开专利公报、特开平2003-510547号中公开了以下构成，即，关于螺旋式热交换器，该螺旋式热交换器具有在共用的中心轴线周围延伸、形成螺旋状的实际上平行的两条流路的至少两个螺旋状的薄片，各流路具有形成各个流路的出口或入口、被设置在各个流路的半径方向外侧部的半径方向外侧的孔口以及可以连通各个流路和各个入口/出口室之间的半径方向内侧的孔口，中心轴线通过半径方向内侧的孔口的入口/出口室，螺旋式热交换器具有在中心轴线的周围延伸、相对流路关闭的中心体。
但是，虽然该发明的两条平行的流路形成螺旋状，但是该流路与上述三个众所周知的例相同，呈扁平的剖面方形并且是密集的螺旋状、单层结构，因此具有结构复杂、形状大型化、制作成本高的问题。
发明内容
本发明的课题是提供以下潜热或显热回收用热交换单元以及利用该热交换单元的热交换器，即结构简单、热交换效率高，通过单元化可以根据设备或条件自由地选择、设计热交换器的大小、性能。
作为解决上述课题的最佳方式，权利要求1中所述的发明是一种热交换单元，其特征在于，包括两个热交换单元元件A和B，该两个热交换单元元件A和B是将热交换管隔开一定的间隔地形成为螺旋状而形成，并且上述元件A和B在相对于面从直角方向看时，管彼此间正好相互被不重合地错开并列设置，上述元件A和B在螺旋的内周端和外周端、管彼此之间被相互连接的同时，在一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流入口，在另一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流出口。
并且，权利要求2所述的发明是一种热交换器，其特征在于，热交换单元包括两个热交换单元元件A和B，该两个热交换单元元件A和B是将热交换管隔开一定的间隔地形成为螺旋状而形成，并且上述元件A和B在相对于面从直角方向看时，管相互间正好不重合地错开并列设置，上述元件A和B在螺旋的内周端或外周端、管彼此之间被相互连接的同时，在一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流入口，在另一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流出口，所述热交换器的构成是将这样构成的热交换单元在壳体(外壳)内设置多层，同时，在该壳体的外侧设置流体入侧顶盖和流体出侧顶盖，将各个元件A和B的流体流入口与流体入侧顶盖连接，将流体流出口与流体出侧顶盖连接。
并且，权利要求3所述发明的特征是，将权利要求2所述的热交换单元的热交换管串联的结构构成。
并且，权利要求4所述发明的特征是，权利要求1或2或3所述的热交换管的螺旋形状由包括圆形、方形、圆锥形或三角形的多角形状构成。
并且，权利要求5所述的发明是一种热交换器，其特征在于，由将热交换单元元件A和B重合地或形成相互相反方向地在中心部相互连接的结构构成。
并且，权利要求6所述发明的特征是，在权利要求1～5中使用波纹软管或螺旋软管或单波峰软管或半波峰软管。
权利要求7所述发明的特征是，构成权利要求1～6所述的热交换单元的元件A和B的热交换管形成为不同的直径。
本发明的热交换单元以及热交换器是，通过流体入侧顶盖、向构成一方的单元元件的热交换管的外周端的流体流入口内流入的流体向着热交换管内、向中心方向螺旋状地流动，在中心上向另一方的单元元件侧的热交换管的中心侧移动，向着热交换管内、向外周方向螺旋状地流动，到达流出侧顶盖，在向该中心方向和外周方向螺旋状的流动期间，可以从向热交换管的外侧流动的例如排气中回收热。具有这样特征的本发明的效果如下。
1.单元元件A和B是，由于被相互螺旋状地形成的热交换管被不相互重合地组合，因此，阻碍向例如管内流入的排气流动的部分少，对排气的压力损失小。
2.单元元件A和B由于结构简单，因此容易制作。
3.热交换器由于只由单元元件A和B构成，因此结构简单，容易制作，制作成本低。
4.热交换器由于是可以在管道内增加或减少单元的数量地构成，因此可以进行根据用途而设计的制作。
5.将单元元件A和B形成圆锥形或圆锥形和倒圆锥形、对其进行组合的热交换器，通过安装在例如狭窄的或细的风道内进行使用，可以确保必要的导热面积。
6.通过将单元元件A和B的热交换管形成不同的直径，在管内产生气液转换的情况下，如果将液体侧设定为小径侧、气体侧设定为大径侧，则可以保持平衡，与使用相同直径的热交换管的情况相比较，可以减轻压力损失。
图1是表示本发明的热交换单元的正视图。
图2是A-A′线剖视图。
图3是与顶盖连接的本发明的热交换单元的正视图。
图4是将本发明的热交换器安装在排气管道内、进行潜热回收的实施例说明图。
图5是表示实施例2的热交换单元的正视图。
图6是实施例2的热交换器的说明图。
图7是实施例3的热交换器的说明图。
图8(A)是将单波峰软管形成圆形的螺旋状的正视图。(B)将单波峰软管形成圆形的螺旋状的侧视图。
图9(A)是将单波峰软管形成方形的螺旋状的正视图。(B)将单波峰软管形成方形的螺旋状的侧视图。
图10(A)是将单波峰软管形成长方形的螺旋状的正视图。(B)将单波峰软管形成长方形的螺旋状的侧视图。
图11(A)是波纹软管的说明图。(B)是螺旋软管的说明图。(C)是单波峰软管的说明图。(D)是从两侧将单波峰软管的外侧一半去掉的例的剖面说明图。
图12(A)是将单波峰软管形成圆锥形的螺旋状的热交换器的正视图。(B)将单波峰软管形成圆锥形的螺旋状的热交换器的侧视图。
图13(A)是将形成多层的热交换单元对顶盖并联的正视图。(B)是将形成多层的热交换单元对顶盖并联的侧视图。
图14(A)是将形成多层的热交换单元对顶盖并联的正视图。(B)是将形成多层的热交换单元对顶盖并联的侧视图。
图15(A)是将相邻单元的元件A和B在螺旋的中心利用凸缘串联的正视图。(B)是将相邻单元的元件A和B在螺旋的中心利用凸缘串联的侧视图。
图16是不同直径地形成单元元件A和B的正视图。
图17是由形成S型的单元元件A和B构成的热交换单元的正视图。
具体实施例方式
实施例1图1是表示对应权利要求1～3所述的发明的热交换单元1的正视图，图2是A-A′线剖视图，图3是热交换器的正视图，图4是将本发明的热交换器安装在排气管道内、进行潜热回收的构成状态的说明图。
符号1是热交换单元，该热交换单元1包括单元元件A和单元元件B，单元元件A由在外周端形成流体流入口3、隔开一定间隔W在半径减小方向形成螺旋状的热交换管2构成；单元元件B在热交换管4的外周端形成流体流出口5、隔开一定间隔W1在半径减小方向形成螺旋状，在上述单元元件A和B的热交换管2、4的螺旋的中心被连接管6连接，热交换管2、4相互不重合，从正面看时分别面对间隔W和W1。
7是组装单元元件A和B、进行保持的方形的单元框，8、8a是被架起来的管固定支架，连接该单元框7的相对的框边的中央，热交换管2和4被用固定带9(参照图4)每周圈分别固定在固定支架8、8a上。
上述的热交换单元1可以单独使用是不言而喻的，通常作为多个并列设置在壳体内构成的热交换器被一体化、安装在排气管等上进行使用。
图3、图4是表示将多个单元并列设置在该排气管内构成的热交换器，热交换器10是将五组单元1并列设置在两端10a开放的正方形的壳体11内，在壳体11的侧面和下面露出与各单元1的流体流入口3连接的管接头3a和与流体流出口5连接的管接头5a，利用流入管13、锁紧螺母13a将流体入侧顶盖12连接在该管接头3a上，利用流入管15、锁紧螺母15a连接在流体出侧顶盖14上。图中的16是设置在壳体11外侧的观察玻璃窗，可以观察内部。17是排气管道。上述热交换器10的壳体在该排气管道17之间通过两端10a被分别连接。
在上述的实施例中，高温的排气通过向排气管道17内流动，该排气在热交换器10内通过单元元件A和B的螺旋状的热交换管2、4之间时，对流入该热交换管2、4内的流体施加热，对流体进行加热。
在上述实施例1中，热交换单元1全部由不锈钢制成，材质是根据用途在满足耐腐蚀性、耐热性、耐撞击性等条件的范围内，可以适当地使用例如铜、钛、钛合金、镍基耐蚀合金、超奥氏体不锈钢、超两相不锈钢和超铁素体不锈钢等。
热交换器1的外形在本实施例1中作为方形管道17用被形成方形的螺旋状，管道17的剖面为圆形的情况下则形成圆形。作为热交换器的特殊例，也可以考虑三角形、五角形、六角形等。
实施例2本实施例2是在同一平面内将热交换管2螺旋状地形成，将其单独使用，或与实施例1相同单元元件A和B一起构成热交换器1、3，在图5中，6是在中心部连接元件A和B的热交换管2、3的连接管。图6是将上述多个单元1排列作为热交换器10，因此，18是流体入侧和出侧为一体的流体出入顶盖，利用该顶盖18的流体的流动与实施例1相同，例如，流体从元件A的外周侧进入，从中心的连接管6向元件B移动，从该元件B的外周返回顶盖18内。
在本实施例2中，也可以一面任意设定单元1的数量一面进行热交换器10的设计。另外，单独使用元件A和B的情况下，使流体从螺旋的外周侧流入，从中心部向外部送出，或者使流体从中心部流入，从外周部向外部送出。
实施例3实施例3是对应权利要求4所述的发明，因此与实施例1、2所不同的是如图7所示，不是将热交换管2、4在同一平面内形成螺旋状，而是通过卷成螺旋状形成圆锥形状，通过利用连接管6连接与该圆锥形状的元件A同样地通过卷成螺旋状形成倒圆锥形状的元件B，构成一对热交换单元1，将其组装在例如风道a内。
该形状的热交换单元1的组合可以连续向纵向延长，风道a是小径的情况下，在一面极力抑制风道a内的压力损失、一面扩大导热面积的情况下有效。另外，流入热交换管2、4内的流体的压力损失也减小，有助于提高性能。
在上述实施例1～3中，热交换管2、4使用直管，也可以使用图11(A)所示的波纹软管、(B)所示的螺旋软管、(C)所示的单波峰软管、(D)所示的去掉单波峰的上半部分的半波峰软管，来扩大导热面积，也可以使用利用波峰在流体上产生涡流、提高热交换效率地形成的软管。
图8(A)、(B)是利用单波峰软管的圆形的热交换单元的实施例，图9是形成方形的实施例，图10(A)、(B)形成长方形的实施例、图12(A)、(B)是重叠地组合圆锥形状的元件A和B的热交换单元1，该方式在一面缩小单元1的外径、一面确保导热面积的情况下有效。
图13(A)、(B)是将圆形的热交换单元1并联在入和出的顶盖12、14上的例子，图14(A)、(B)是利用连接管6a将多个热交换单元1的热交换管2、4串联的例子，图15(A)、(B)是将热交换单元的元件A和B在螺旋的中心将流体入口3和出口5连接在凸缘3b、5b上，利用凸缘3b、5b、可以将相邻的热交换单元1之间串联的热交换单元的例子，在没有设置有上述顶盖12、14的空间的情况下，本方式有效。
图16是将单元元件A侧形成小径、将B侧形成大径，在中心部利用锥形接头6b进行连接，从小径的元件A侧流入的液体在进行气化时，从大径的元件B侧向单元1外回收。
当然，相反也可以使气体从大径的元件B侧倒流，用液体从小径的元件A侧回收。
图17是组合使单元元件A和B的热交换管2、4形成S型的热交换单元，虽然其不呈螺旋的形状，但在组合元件A和B、进行单元化方面是利用本发明的技术的实施方式。
另外，在图8～图17中，与实施例1～3中所说明的同样的符号是指同样的结构物，因此，为了避免重复省略了符号的说明。
本发明的热交换单元以及热交换器可以在以下的领域进行利用。
1.从各种设备产生的、废弃的排气中进行的潜热回收热交换器。
2.各种机器上的液体和液体或者液体和气体用的热交换器。
3.暖风或冷风用热交换器。
权利要求
1.一种热交换单元，其特征在于，包括两个热交换单元元件A和B，该两个热交换单元元件A和B是将热交换管在同一平面内隔开一定的间隔地形成为螺旋状而形成，并且上述元件A和B在相对于面从直角方向看时，管相互间正好不重合地错开并列设置，上述元件A与B在螺旋的内周端或外周端、管彼此之间被相互连接的同时，在一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流入口，在另一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流出口。
2.一种热交换器，其特征在于，热交换单元包括两个热交换单元元件A和B，该两个热交换单元元件A和B是将热交换管在同一平面内隔开一定的间隔地形成为螺旋状而形成，并且上述元件A和B在相对于面从直角方向看时，管相互间正好不重合地错开并列设置，上述元件A和B在螺旋的内周端或外周端、管彼此之间被相互连接的同时，在一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流入口，在另一方的元件A或B的管的外周端或内周端上形成流体流出口，所述热交换器的构成是将这样构成的热交换单元在壳体(外壳)内设置多层，同时，在该壳体的外侧设置流体入侧顶盖和流体出侧顶盖，将各个元件A和B的流体流入口与流体入侧顶盖连接，将流体流出口与流体出侧顶盖连接。
3.如权利要求2所述热交换器，其特征在于，由将热交换单元的热交换管进行串联的结构构成。
4.如权利要求1或2或3所述的热交换其单元以及热交换器，其特征在于，热交换管的螺旋形状由包括圆形、方形、圆锥形或三角形的多角形状构成。
5.一种热交换器，其特征在于，由将热交换管形成螺旋圆锥形状的热交换单元元件A和B重合、或形成相互相反方向地在中心部相互连接的结构构成。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的热交换单元以及热交换器，其特征在于，使用波纹软管或螺旋软管或单波峰软管或将单波峰去掉一半的半波峰软管。
7.如权利要求1～6中的任一项所述的热交换单元以及热交换器，其特征在于，构成热交换单元的元件A和B的热交换管形成为不同的直径。
全文摘要
为了提供结构简单、制作成本低、可以根据条件设定热交换器的容量、效率的热交换单元以及热交换器，将热交换管(2)和(4)隔开一定的间隔形成螺旋状、形成热交换单元元件A和B的同时，上述元件A和B是管(2)和(4)相互不重合地错开组合。并且，上述元件A和B在螺旋的内周端通过连接管(6)相互连接，从流入侧顶盖(12)向元件A内流入的流体在元件A的中心经过连接管(6)向元件B内移动，经过该元件B从流体出侧顶盖(14)被向外部送出，在此期间进行热的回收。
文档编号F28D1/04GK1865826SQ20051007277
公开日2006年11月22日 申请日期2005年5月19日 优先权日2005年5月19日
发明者中川安明, 稻垣胜之, 小泽隆治 申请人:株式会社钛具