专利名称：热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过将多个第1传热板和多个第2传热板以曲折状相弯折，而在圆周方向上交替地形成高温流体通路和低温流体通路的圆环状的热交换器。
背景技术：
这样的热交换器由特开昭57-2983号公报而为人所知。又，一种在平行配置着的传热板之间交替地形成高温流体通路和低温流体通路的、并通过将上述传热板的两端部切割成人字形而形成高温流体和低温流体的出入口的热交换器由特开昭59-183296号公报而为人所知。
但是，当在金属制的热交换器的高温流体通路和低温流体通路上接续上通道时，有必要将构成通道的分隔部件的端部用钎焊方法而接合在热交换器的传热板上。当如上述特开昭59-183296号公报所述那样将传热板的两端部切割成人字形时，自然地会使传热板材料的成品率下降；而且由于还必须在切割成该人字形的端面的顶点部分上钎焊上分隔板，所以不仅由于钎焊面积小而使该作业难以进行，而且还存在难以得到足够的钎焊强度的问题。
发明概述本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的是提供一种材料的成品率良好，且为形成流体通道所需的部件的钎焊作业容易进行的热交换器。
为达到上述目的，本发明提供了一种热交换器，其特征在于通过使将为四边形的多个第1传热板和第2传热板经第1折线和第2折线交替地连设而形成的折叠板坯件在该第1、第2折线上以曲折状进行弯折，而在圆周方向上交替地形成沿轴方向延伸的高温流体通路和低温流体通路；通过在位于半径方向外侧上的多个第1折线上钎焊上半径方向外周壁、而在位于半径方向内侧上的多个第2折线上钎焊上半径方向内周壁，而在对沿轴方向延伸的高温流体通路和低温流体通路的半径方向外周和内和内周进行闭塞的同时，形成与高温流体通路连接的高温流体通道和与低温流体通路连接的低温流体通道；在高温流体通路的轴方向两端的开口部上，形成有高温流体通路入口和高温流体通路出口；在将低温流体通路的轴方向两端通过将突设在第1、第2传热板上的凸条之间相钎焊而进行闭塞的同时，在上述高温流体通路出口侧的半径方向外周壁和半径方向内周壁的一方上形成低温流体通路入口，而在上述高温流体通路入口侧的半径方向外周壁和半径方向内周壁的另一方上形成低温流体通路出口。
由上述构成，为了形成与高温流体通路相连的高温流体通道和与低温流体通路相连的低温流体通道，由于是在位于半径方向外侧上的多个第1折线上钎焊上半径方向外周壁，而在位于半径方向内侧上的多个第2折线上钎焊上半径方向内周壁，所以就不必为在第1、第2传热板上形成钎焊部而进行特别的加工作业，这样不仅可以削减加工工时数，而且与在将第1、第2传热板切断的断面上进行钎焊的场合相比，还可以增加钎焊强度。
又，由于在高温流体通路的轴方向两端的开口部上形成有高温流体通路入口和高温流体通路出口，并通过将突设在第1、第2传热壁板上的凸条之间进行钎焊而闭塞住低温流体通路的轴方向两端的同时，在上述高温流体通路出口侧的半径方向外周壁和半径方向内周壁的一方上形成低温流体通路入口，而在上述高温流体通路入口侧的半径方向外周壁和半径方向内周壁的另一方上形成低温流体通路出口，所以即使为提高材料的成品率而使第1传热板和第2传热板形成为单纯的四边形时，也可以形成高温流体和低温流体的出入口。而且，由于对低温流体通路的两端的闭塞是使用了凸条，所以在第1、第2传热板上就不必设置代替上述凸条的挡板，可以进一步提高材料的成品率。
图面的简单说明
图1～图9是显示了本发明的一实施例的示图，其中，图1为燃气轮机发动机的全体侧面图，图2为图1的2-2线的断面图，图3为图2的3-3线的放大断面图(燃烧气体通路的断面图)，图4为图2的4-4线的放大断面图(空气通路的断面图)，图5为图4的5-5线的放大断面图，图6为图4的6-6线的放大断面图，图7为折叠板坯件的展开图，图8为热交换器的主要部分的立体图，图9为显示了燃烧气体和空气的流动的模式图。
实施发明的最佳形态以下，根据所附图面中所示的本发明的实施例，对本发明的实施形态进行说明。
如图1和图2所示，燃气涡轮发动机E具有在其内部收容有图中表示的燃烧器、压缩机、和涡轮等的发动机本体1，并以围绕该发动机本体1的外周的方式配置有圆环状的热交换器2。热交换器2是将具有90°的中心角的4个组件21…以夹持着接合面3…的方式沿圆周方向排列而成的，并且，用于流过通过了涡轮的比较高的温度的燃烧气体的燃烧气体通路4…和用于流过由压缩机所压缩了的比较低的温度的空气的空气通路5…沿圆周方向交替地形成着(参见图5)。又，图1中的断面对应于燃烧气体通路4…，而在该燃烧气体通路4…的眼前侧和对向侧上相邻接地形成有空气通路5…。
热交换器2的轴线方向上的断面形状是为沿轴方向上较长而沿半径方向上较短的长方形，并且，其半径方向外周面由大直径圆筒状的外壳6所闭塞着，同时其半径方向内周面由小直径圆筒状的内壳7所闭塞着。在热交换器2的前部上，前部外侧通道部件8o和前部内侧通道部件8i与外壳6和内壳7的前端相连；而在热交换器2的后部上，后部外侧通道部件10o和后部内侧通道部件10i与外壳6和内壳7的后部相连。
热交换器2的各燃烧气体通路4在图1的左侧和右侧具有燃烧气体通路入口11和燃烧气体通路出口12；并且，在燃烧气体通路入口11上，接续有形成于上述前部外侧通道部件8o和前部内侧通道部件8i之间的用于导入燃烧气体的空间(简略地称为燃烧气体导入通道)13的下游端，同时在燃烧气体通路出口12上，连接着形成于上述后部外侧通道部件10o和后部内侧通道部件10i之间的用于排出燃烧气体的空间(简略地称为燃烧气体排出通道)14的上游端。
热交换器2的各空气通路5具有位于图1的右上方和左下方上的空气通路入口15和空气通路出口16；并且，在空气通路入口15上，连接着沿后部外罩9的内周形成着的用于导入空气的空间(简略地称为空气导入通道)17的下游端，同时在空气通路出口16上，连接着在发动机本体1的内部延伸着的用于排出空气的空间(简略地称为空气排出通道)18的上游端。
这样，如图3、图4和图9所示，燃烧气体和空气相互沿相反的方向进行流动，并且相互为交叉，由此可以实现具有高的热交换效率的对向流和所谓的交叉流。即，通过使高温流体和低温流体相互沿相反的方向进行流动，可以在其流路的全长上维持住高温流体和低温流体间的大的温度差，从而提高热交换效率。
而且，驱动了涡轮的燃烧气体的温度在燃烧气体通路入口11…处约为600～700℃，该燃烧气体由于在通过燃烧气体通路4…时与空气间进行了热交换，所以在燃烧气体通路出口12…处其温度降低到大约300～400℃。另一方面，由压缩机所压缩了的空气的温度在空气通路入口15…处大约为200～300℃，该空气由于在通过空气通路5…时与燃烧气体之间进行了热交换，所以在空气通路出口16…处其温度被加热到大约500～600℃。
下面，对热交换器2的构造参照图3～图8进行说明。
如图3、图4和图7所示，热交换器2的组件21是由折叠板坯件21(参照图7)制成的，而该折叠板坯件21是将不锈钢等金属薄板预先按规定的形状进行剪切后再对其表面进行冲压加工、使之具有凹凸形状而成的。折叠板坯件21是通过将第1传热板S1…和第2传热板S2…交替地配置而成，并且经峰折线L1和谷折线L2以曲折状被弯折着。又，所谓的“峰折”是指向着纸面的眼前侧呈凸出状地弯折，而所谓的“谷折”是指向着纸面的另一侧呈凸出状地弯折。各峰折线L1和谷折线L2并不是尖锐的直线，而是为了在第1传热板S1…和第2传热板S2…间形成规定的空间而实际上形成为圆弧状的折线，或由平行且相邻接的2根折线所构成。
在第1、第2传热板S1、S2上，冲压形成有不等间隔地配置着的多个第1突起22…和第2突起23…。在图7中以符号“x”所示的第1突起22…向纸面的眼前侧突出着，同时以符号“0”所示的第2突起23向纸面的另一侧突出着，并且它们之间相互交替地(即，各第1突起22…之间或各第2突起23…之间不相连续)排列着。在各第1、第2传热板S1、S2的前端部和后端部上，冲压形成着图7所示的向纸面的眼前侧突出着的前部凸条24F和后部凸条24R。
又，图3所示的第1传热板S1的第1突起22…、第2突起23…、前部凸条24F、和后部凸条24R与图7所示的第1传热板S1的相比，其凹凸关系是相反的，这是由于图3所显示的是从内面侧所看到的第1传热板S1的状态。
从图5～图7中可以看出，当将折叠板坯件21的第1传热板S1…和第2传热板S2…在峰折线L1上产生弯折、以使在两传热板S1…、S2…之间形成燃烧气体通路4…时，第1传热板S1…的第2突起23…的前端和第2传热板S2的第2突起23…的前端相互接触并被钎焊连接着。这时，前部凸条24F…和后部凸条24R相互离开，并且燃烧气体通路4…的前部和后部分别与燃烧气体通路入口11和燃烧气体通路出口12相连通。
当将折叠板坯件21的第1传热板S1…和第2传热板S2…在谷折线L2上产生弯折、以使在两传热板S1…、S2…之间形成空气通路5…时，第1传热板S1的第1突起22…的前端和第2传热板S2的第1突起22…的前端相互接触并被钎焊连接着。这时，前部凸条24F…和后部凸条24R相互接触并被钎焊连接着，并且，与燃烧气体通路入口11相邻接的空气通路5…的前部和与燃烧气体通路出口12相邻接的空气通路5…的后部被闭塞着。在图6中，显示了由前部凸条24F…而闭塞着空气通路5…的情况。
如从图4、图5中可看出，与峰折线L1…相钎焊连接着的外壳6的后端和后部外侧通道部件10o的前端以具有规定的间隙的方式而被对向设置着，并在该间隙部分上形成有上述空气通路入口15。又，以使谷折线L2…的前部和内壳7的前部相贯通的方式，形成有小孔状的上述空气通路出口16。因此，流经空气导入通道17的空气经空气通路入口15后被导入到在第1传热板S1…和第2传热板S2…之间的空气通路5…中，然后再经形成于谷折线L2…和内壳7上的小孔状的空气通路出口16而被排出到空气排出通道18中。
第1突起22…和第2突起23…大致具有圆台的形状，它们的前端部相互为面接触，以提高钎焊强度。又，前部凸条24F…和后部凸条24R…也具有大致为梯形状的断面，并且它们的前端部也相互为面接触，以提高钎焊强度。
当将折叠板坯件21弯折成曲折状时，相邻接的峰折线L1之间是不会产生直接接触的，但通过第1突起22…之间的相互接触，可使上述峰折线L1相互之间的间隔保持为一定。又，相邻接的谷折线L2之间是不会直接相接触的，但通过第2突起23…之间的相互接触，可使上述谷折线L2相互之间的间隔保持为一定。
当将上述折叠板坯件21弯折成曲折状以制作热交换器2的组件21时，第1传热板S1…和第2传热板S2…从热交换器2的中心呈放射状被配置着。因此，相邻接的第1传热板S1…和第2传热板S2…之间的距离在与外壳6相接的半径方向外周部上为最大，而在与内壳7相接的半径方向内周部上为最小。为此，使上述第1突起22…、第2突起23…、前部凸条24F…、和后部凸条24R…的高度从半径方向的内侧向着外侧而逐渐增大，由此而可以正确地以放射状对第1传热板S1…和第2传热板S2…进行配置(参照图5)通过采用上述放射状的折叠板构造，就可以使外壳6和内壳7同心地得到定位，使热交换器2的轴对称性精确地得到保持。
而且，由于第1传热板S1…和第2传热板S2…为同一形状的长方形，所以折叠板坯件21也为单纯的带状，这与将第1传热板S1…和第2传热板S2…的端部切割成人字形的场合相比，材料的成品率就可以提高。特别是，由于为了对空气通路5…进行闭塞而采用了前部凸条24F...和后部凸条24R…，所以就不会有象在长方形的第1传热板S1…和第2传热板S2…的端部上突设有为了闭塞住空气通路5的挡板这样的场合对所发生的材料成品率的恶化的问题。
又，为形成高温流体导入通道13、高温流体排出通道14、低温流体导入通道17、和低温流体排出通道18，由于是将前部外侧通道部件8o、前部内侧通道部件8i、后部外侧通道部件10o、和后部内侧通道部件10i钎焊在第1、第2传热板S1…、S2…的峰折线L1...和谷折线L2…上的，所以这与将它们钎焊在将第1、第2传热板S1…、S2…切割成人字形的端面上的场合相比，不仅可以削减在进行上述切割加工时所需的作业工时数，而且由于钎焊面积的增加，还可以提高作业性和强度。
通过使热交换器2由同一构造的4个组件21…的组合而构成，就可以实现制造的容易化和构造的简略化。又，通过对折叠板坯件21以放射状和曲折状进行弯折，而连续地形成第1传热板S1…和第2传热板S2…，这与将一枚枚独立的多个第1传热板S1…和一枚枚独立的多个第2传热板S2…交替地相互进行钎焊的场合相比，不仅可以大幅度地削减零部件的数量和钎焊部位数量，而且还可以提高所完成的制品的尺寸精度。
如从图5中可以看出，在将热交换器2的组件21…在接合面3…(参照图2)上相互进行接合时，超过峰折线L1的被弯折成“J”字状的第1传热板S1…的端缘和在峰折线L1的眼前处被切断成直线状的第2传热板S2…的端缘之间相互重叠并被钎焊连接着。通过采用上述构造，由于在接合相邻接的组件21…时不需要特别的接合部件，且也不需要为了改变折叠板坯件21的厚度等而进行的特别的加工过程，所以不仅可以削减零部件的数量和加工成本，而且还可以避免在接合部上增加热聚集(ヒ-トマス)的问题。又，由于不会发生既不是燃烧气体通路4…也不是空气通路5…的死空间，所以还可以尽量抑制流路阻力的增加，不会导致热交换效率的降低。
在燃气涡轮发动机E的运转时，由于燃烧气体通路4…的压力相比较而言为低压，而空气通路5…的压力相比较而言为高压，所以由该压力差会对第1传热板S1…和第2传热板S2…作用有弯曲荷载，但通过相互接触并钎焊连接着的第1突起22…和第2突起23…，而可以得到可以抵抗上述荷载的充分的刚性。
又，由第1突起22…和第2突起23…不仅可以增加第1传热板S1…和第2传热板S2…的表面积(即，燃烧气体通路4…和空气通路5…的表面积)，并且由于使燃烧气体和空气的流动受到了搅拌，所以还可以实现热交换效率的提高。
以上，虽然详细叙述了本发明的实施例，但在不脱离其要点的范围内，本发明可以有种种的变更设计。
例如，在实施例中是例示了在燃气涡轮发动机E上所用的热交换器2，但本发明也可以适用于其它用途的热交换器上。
权利要求
1．一种热交换器，其特征为通过使将为四边形的多个第1传热板(S1)和第2传热板(S2)经第1折线(L1)和第2折线(L2)交替连接而成的折叠板坯件(21)在该第1、第2折线(L1、L2)上弯折成曲折状，而在圆周方向上交替地形成沿轴方向延伸的高温流体通路(4)和低温流体通路(5)；通过在位于半径方向外侧上的多个第1折线(L1)上钎焊上半径方向外周围壁(6、8o、10o)，并在位于半径方向内侧上的多个第2折线(L2)上钎焊上半径方向内周壁(7、8i、10i)，而在对沿轴方向延伸着的高温流体通路(4)和低温流体通路(5)的半径方向外周和内周进行闭塞的同时，形成与高温流体通路(4)相连通的高温流体通道(13、14)和与低温流体通路(5)相连的低温流体通道(17、18)；在高温流体通路(4)的轴方向两端的开口部上形成有高温流体通路入口(11)和高温流体通路出口(12)；在将低温流体通路(5)的轴方向两端通过将突设在第1、第2传热板(S1、S2)上的凸条(24F、24R)之间进行钎焊而进行闭塞的同时，在上述高温流体通路出口(12)侧的半径方向外周壁(6、8o、10o)和半径方向内周壁(7、8i、10i)的一方上形成有低温流体通路入口(15)，而在上述高温流体通路入口(11)侧的半径方向外周壁(6、8o、10o)和半径方向内周壁(7、8i、10i)的另一方上形成有低温流体通路出口(16)。
全文摘要
一种热交换器,其四边形的传热板(S1、S2)在折线上被弯折成曲折形,从而在圆周方向上交替地形成燃烧气体通路(4)和空气通路(5),以提高材料的成品率和在形成流体通道时便于各部件间的钎焊。这样,放射状的外周壁(6、8o、10o)和放射状的内周壁(7、8i、10i)分别被钎焊在位于传热板(S1、S2)的外周缘和内周缘上的折线上,从而形成与燃烧气体入口(11)相连接的通道(13)、与燃烧气体出口(12)相连接的通道(14)、与空气通路入口(15)相连接的通道(17)、和与空气通路出口(16)相连接的通道(18)。
文档编号F28F3/08GK1234109SQ97198928
公开日1999年11月3日 申请日期1997年10月17日 优先权日1996年10月17日
发明者角田正 申请人:本田技研工业株式会社