专利名称：热交换器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种在第 一流体和第二流体之间进行热交换的热交换器及其制造方法。
背景技术：
这种热交换器例如具备偏置型翅片的热交换器，其构成为具有多个扁平容器和偏置型翅片，该翅片设置在形成于该扁平容器内的长度方向一端部的流入口和形成于另 一端部的流出口之间。在该扁平容器内形成有从一端部的流入口进入、经上述翅片之间朝向另一端部、并从流出口流出的流
体的流^各。
上述翅片通过在截面呈梯形的凸条的两侧壁上从其肩部到底板部按照一定的间隔设置一对切口并将该部分向内侧折曲而形成，呈现所述的偏置
形状。并且，通常构成如下结构将多个上述扁平容器层叠，作为第一流体和第二流体交替地流过形成在各扁平容器内的流3各内部，从而能够在两流体之间进行热交换(例如参照专利文献1 )。
专利文献l:(日本)特开2003 -314985号公报
但是，上述翅片在扁平容器内配置成，翅片朝向与在该流路流动的各流体的流向正交或者平行的任一个方向，如果将翅片配置成与流体的流向正交，则由于流体与该翅片碰撞的面积多，所以流体因翅片的作用而容易分散到整个流路，从而能够使流体在整个流路均匀地流动，但会产生压力损失显著增大的问题。
另一方面，如果将翅片配置成平行于流体的流向，则由于流体与翅片碰撞的面积小，所以压力损失小，但难以使流体分散到整个流路，因而不能使流体在整个流路均匀地流动，导致作为热交换器的性能显著降低。
发明内容
本发明是为了解决上述现有课题而作出的，其目的在于提供一种能够在改善流体的不均匀速度分布的同时抑制压力损失的增大的热交换器。
本发明的热交换器具有第 一 流体的流路和第二流体的流路并使两流体之间进行热交换，流路由在一端部具有流体的流入口而在另 一端部具有流体的流出口的扁平容器、以及设置于该扁平容器内的翅片构成，该热交换器的特征在于，具有翅片正交区域和翅片平行区域，在该翅片正交区域中，翅片与从流入口朝向流出口的流体的流动方向正交，在该翅片平行区域中，翅片与从流入口朝向流出口的流体的流动方向平行。
第二方面发明的热交换器，在第一方面发明中，其特征在于，翅片正交区域设置在流入口和流出口侧，翅片平行区域设置在各翅片正交区域之间。
第三方面发明的热交换器，在第一方面或第二方面的发明中，其特征在于，翅片是呈矩形波状的偏置型翅片。
第四方面发明的热交换器，在第一方面-第三方面中任一方面的发明中，其特征在于，第一流体或者第二流体是二氧化碳。
第五方面发明的热交换器的制造方法，制造第一方面 第四方面中任一方面所述的热交换器，该热交换器的制造方法的特征在于，相对于流体的流动方向，对与该流体的流动方向正交的面上的该流体的最大流速与最小流速之差进行积分，在增加翅片正交区域相对于整体的比例时，将积分值的斜度变緩的拐点作为最大值，在大于零而小于等于最大值的范围内设定翅片正交区域的比例。
第六方面发明的热交换器的制造方法，制造第一方面 第五方面中任一方面所述的热交换器，该热交换器的制造方法的特征在于，将扁平容器与翅片分别形成，并将形成的该翅片收纳在扁平容器内。
根据本发明，由于热交换器具有第一流体的流路和第二流体的流路并使两流体之间进行热交换，流路由在一端部具有流体的流入口而在另一端部具有流体的流出口的扁平容器、以及设置于该扁平容器内的翅片构成，该热交换器具有翅片正交区域和翅片平行区域，在该翅片正交区域中，翅片与/人流入口朝向流出口的流体的流动方向正交，在该翅片平4亍区域中，翅片与从流入口朝向流出口的流体的流动方向平行，因此，能够利用翅片正交区域使流体分散到整个流路，并且能够利用翅片平行区域使流体顺畅地流动。由此，能够利用翅片正交区域改善不均匀的速度分布，同时利用翅片平行区域改善压力损失增大的不良情况。
特别是，如第二方面发明那样，通过将翅片正交区域设置在流入口和流出口侧，将翅片平行区域设置在各翅片正交区域之间，从而能够有效改善流入口以及流出口附近的偏流，并有效利用整个流路，因此能够谋求提高热交换性能。
进而，如第三方面发明那样，如果将翅片设为呈矩形波状的偏置型翅片，则由于翅片与扁平容器面接触，所以能够提高该热交换器的耐压性。由此，如第四方面发明那样，至少第一流体或第二流体中的任一个也可使用二氧化碳那样的高压流体。
根据第五方面发明的热交换器的制造方法，在第一方面-第四方面中任一方面所迷的热交换器中，相对于流体的流动方向，对与该流体的流动方向正交的面上的该流体的最大流速与最小流速之差进行积分，在增加翅片正交区域相对于整体的比例时，将积分值的斜度变緩的拐点作为最大值，在大于零而小于等于最大值的范围内设定翅片正交区域的比例，由此能够改善不均匀的速度分布，并且能够制造压力损失小的高性能热交换器。
另外，如第六方面发明那样，若通过将扁平容器与翅片分别形成，并将形成的该翅片收纳在扁平容器内来制造热交换器，则可制造如下的热交换器，即不进行模具的大幅改变，根据应用或使用条件等可自由设定翅片正交区域和翅片平行区域的比例。
图1是示意性表示本发明一实施例的热交换器的结构的立体图2是构成图1的热交换器的各单元的一部分的翅片的主要部分立体
图3是构成图1的热交换器的各单元的一部分的翅片的主要部分立体
图4是表示流过图l的热交换器的第一流体以及第二流体的流向的说
明图5是将图2的翅片配置成与流体的流向平行时的说明图；图6是将图2翅片配置成与流体的流向正交时的说明图；图7是表示流过V型单元的流体的速度分布的图8是表示图7的流动方向的速度分布的图9是表示流过H型单元的流体的速度分布的图IO是表示图9的流动方向的速度分布的图11是示意性表示构成本发明的热交换器的一例的单元的主视图12A、图12B是表示流过图7的V型单元的流体的速度分布与流过 第 一单元的流体的速度分布的图13是表示流过图12的第一单元的流体的流动方向的速度分布的图14A、图14B是表示流过图7的V型单元的流体的速度分布和流过 第二单元的流体的速度分布的图15是表示流过图14的第二单元的流体的流动方向的速度分布的图16A、图16B是表示流过图7的V型单元的流体的速度分布和流过 第三单元的流体的速度分布的图17A、图17B是表示流过图7的V型单元的流体的速度分布和流过 第四单元的流体的速度分布的图18A、图18B是表示流过图12的第一单元的流体的速度分布和流过 第五单元的流体的速度分布的图19是表示流过图18的第五单元的流体的流动方向的速度分布的图20A、图20B是表示流过图14的第二单元的流体的速度分布和流过 第六单元的流体的速度分布的图21是表示流过图20的第六单元的流体的流动方向的速度分布的图22A、图22B是表示流过图12的第一单元的流体的速度分布和流过 第七单元的流体的速度分布的图23是表示流过图22的第七单元的流体的流动方向的速度分布的图24A、图24B是表示流过图14的第二单元的流体的速度分布和流过 第八单元的流体的速度分布的图25是表示流过图24的第八单元的流体的流动方向的速度分布的的压力损失和流速偏差量的变化的图。
具体实施方式
本发明涉及在流体之间进行热交换的热交换器，旨在改善将翅片配置 成与流体的流向正交时产生的压力损失增大的不良情况、以及将翅片配置 成与流体的流向平行时产生的流体偏流。通过设置翅片与从流入口朝向流 出口的流体的流动方向正交的翅片正交区域、和翅片与从流入口朝向流出 口的流体的流动方向平行的翅片平行区域，来实现在改善流体的不均匀速 度分布的同时抑制压力损失这 一 目的。下面根据附图对本发明的实施方式 进4亍i羊细i兌明。
图1是示意性表示本发明一个实施例的热交换器结构的立体图。热交
换器T用作制冷循环装置的散热器或蒸发器等，例如，在制冷剂(第一流 体)和水(第二流体)之间进行热交换。该热交换器T通过下述方式制成 交替层叠并接合单元U1和单元U2，在一端的单元U1上安装罩板(未图示)， 在两端的单元U1、 U2安装接头。
单元Ul、 U2由一面(上面)开口并且具有从底面周缘向铅直方向立 起的周壁部3的扁平容器1以及扁平容器2、和收纳在两扁平容器1、 2内 的多张翅片5等构成。本实施例的扁平容器l、 2以及翅片5以不锈钢作为 原材料，通过对不锈钢的板材进行加工而形成。
在上述扁平容器1、 2的长度方向的一端部形成有沿铅直方向贯通的两 个孔6、 7，在另一端部同样形成有孔8、 9。形成在一端部的孔6、 7和形 成在另一端部的孔8、 9，形成在相对于扁平容器l、 2的长度方向的中心部 而对称的位置上。另外，在扁平容器1的两端部配置有引导板10。在该引 导板IO上形成有圓孔12和U字状切入孔13。该引导板10的圆孔12形成 在与扁平容器l的孔6或者孔8大致对应的位置上，切入孔13形成在与扁 平容器1的孔7或者孔9大致对应的位置上。
同样地，在扁平容器2的两端部配置有引导板11，该引导板ll上也形 成有圆孔12和U字状切入孔13。该引导板11的圓孔12形成在与扁平容器 2的孔7或者孔9大致对应的位置上，切入孔13形成在与扁平容器2的孔 6或者孔8大致对应的位置上。即，在引导板IO和引导板11，圆孔12和切 入孔13形成在相反侧。
两引导板IO、 11是用于将流体向各容器1、 2内引导的引导部件，具 有与后述翅片5大致相同的厚度。
并且，引导板10的圆孑L 12与形成在扁平容器1的孔6或者孔8连通，彼此连通的孔6和圓孔12、以及孔8和圆孔12，在后述的单元U1、 U2的 层叠状态下，用于形成将两个单元U1、 U2连接的通路和将通路连接的流体通道。
同样地，引导4反11的圆孔12与形成在扁平容器2的孔7或者孔9连 通，彼此连通的孔7和圓孑L 12、以及孑L9和圆孑Ll2，在后述的单元U1、 U2的层叠状态下，用于形成将两个单元U1、 U2连接的通路和将通路连接 的流体通道(未图示)。
另外，引导板10的切入孔13与形成在扁平容器1的孔7或者孔9连 通，在两单元U1、 U2的层叠状态下，彼此连通的孔7和切入孔13形成通 向流体通路4的流入口 15，孔9和切入孔13用于形成通向流体通路4的流 出口 16。
同样地，引导板11的切入孔13与形成在扁平容器2的孔6或者孔8 连通，在两单元U1、 U2的层叠状态下，彼此连通的孔6和切入孔13形成 通向流体通路4的流入口 15，孔8和切入孔13用于形成通向流体通路4的 流出口 16。
另一方面，上述翅片5的相对的一组边以与扁平容器1、 2的周壁部3 的高度尺寸大致相同的尺寸构成，而且，相对的另一组边以与扁平容器1、 2内的宽度(内宽)大致相同的尺寸构成，在收纳于扁平容器1内的状态下， 上述翅片5依次收纳到配置在扁平容器1、 2内的两端部的引导板10、 11 之间，使得翅片5的上述一组边中的一个抵接在扁平容器1、 2的底部，另 一个位于上面，上述另一组边抵接在周壁部3上。即，在一个扁平容器l、 2内，在一端部的引导板IO、 11到另一端部的引导板10、 ll之间依次收纳 多个翅片5,与周壁部3抵接的边利用焊料与该周壁部3接合。
各翅片5如图2至图3所示呈下述形状在图中截面呈梯形的凸条5T 的两侧壁5a，从其肩部到底板部5b以规定间隔设置一对切口 ，将该部分向 内侧弯曲，该凸条5T呈偏置形状。即，该翅片5是呈大致矩形波状的偏置 型翅片。这样，通过将翅片5形成为矩形波状，在如前所述将单元U1和单 元U2交替层叠并接合时，各翅片5...与扁平容器1、 2面接触。通过构成为 如上所述将翅片5形成为矩形波状并使翅片5与扁平容器1、 2面接触，从 而能够提高该热交换器T的耐压性。由于这种耐压性的提高，还能够在该 热交换器T内流过二氧化碳那样的高压流体。另外，在图3中，附图标记4表示流体的流路。
并且，上述单元U1和单元U2在未图示的框体内交替层叠，将邻接的
各单元U1和U2的抵接面用焊料接合，从而构成热交换器T。另外，如图 1所示，各单元U1隔着单元U2层叠，使得流入口 15和流出口 16位于相 反侧。同样，各单元U2也隔着单元Ul层叠，使得流入口 15和流出口 16 位于相反侧。由此，如图4所示，在热交换器T内，第一流体蜿蜒地在各 单元U1流动，第二流体蜿蜒地在各单元U2流动(例如，图4的白箭头表 示第一流体的流向，而图4中的黑箭头表示第二流体的流向)。并且，通过 交替层叠单元Ul和单元U2,如图4所示，第一流体和第二流体交替且相 向地在邻接的各单元U1、 U2内流动，从而能够在两流体之间有效地进行热 交换。
但是，收纳在各单元U1、 U2的扁平容器l、 2内的多个翅片5以往是 由下述两种单元中的某一种构成如图5所示那样配置成与从流入口 15朝 向流出口 16的流体的流动方向平行的单元(以下称为V型单元)，和如图 6所示那样配置成与;^流入口 15朝向流出口 16的流体的流动方向正交的单 元(以下称为H型单元)。通过将翅片5如上述那样层叠而构成热交换器。
在此，将由V型单元构成单元Ul、 U2时在各单元Ul、 U2流动的各 流体的速度分布表示在图7和图8中。另外，将在热交换器流动的流体的 流量设为2L/min。在图8中，纵轴表示流体的流速，，境轴表示各单元U1、 U2的宽度方向距离(即，图8所示的各单元U1、 U2的一端l到另一端2 的长度尺寸)。并且，各单元U1、 U2的Def表示与在单元Ul、 U2流动的 流体的流动方向正交的面上的流体最大流速Umax与最小流速Umin之差， 如果相对于流体的流动方向对该差进行积分，则能够算出流体的流速偏差 量。即，该速度偏差量越大，则流路4中流体流(流体O流;tX )越不均匀， 越会产生偏流。从图7、图8可知，流过流路4的流体的流速在流入口 15 以及流出口 16附近最快，流体流集中在以大致直线连接该流入口 15和流 出口 16的流路4中，在其周围，流体的流速降低。特别是，可知在单元 U1、U2的流入口 15的相反侧的位置、以及流出口 16的相反侧的位置，即， 在图7中的下端的左侧附近和上端的右侧附近，产生流体几乎不流动的死 水区域。
由此可知，在V型单元中，各流路4中的流体的流速不均匀，会产生偏流，流体的速度偏差量增大。另外，在由该V型单元构成的热交换器中，
热交换器的入口侧和出口侧的流体压力差为2555Pa。
另一方面，将由H型单元构成单元U1、 U2时流过该单元U1、 U2的 流体的速度分布表示在图9和图10中。在热交换器流动的流体的流量与上 述情况同样地设为2L/min。从图9和图IO可知，流体在整个流路中大致均 匀地流动。由此可知，在H型单元中，流体分散到整个流路4,并大致均 匀地流动。但是，在该H型单元的情况下，由于翅片5配置成与流体的流 动方向正交，所以由该H型单元构成的热交换器的入口侧和出口侧的流体 压力差为22159Pa,压力损失显著增大。
鉴于此，为了解决上述流体的偏流和压力损失的问题，本发明的热交 换器T构成为具备翅片5与从流入口 15朝向流出口 16的流体的流动方向 正交的翅片正交区域H、和翅片5与从流入口 15朝向流出口 16的流体的流 动方向平行的翅片平行区域V。
在此，对上述翅片正交区域H与翅片平行区域V的配置方法进行具体 研究。首先，对下述情况进行研究如图11所示那样将翅片正交区域H配 置在流入口 15和流出口 16侧，在各翅片正交区域H之间配置翅片平行区 域V。
将各单元U1、 U2配置成在翅片正交区域H之间具备翅片平行区域V 的情况下流过该单元U1、 U2的流体的速度分布表示在图12和图13中。这 种情况下，将流入口 15侧的翅片正交区域H相对于所有翅片5的比例设为 3.5%,将流出口 16侧的翅片正交区域H相对于所有翅片5的比例设为3.5 o/o,将流入口 15侧的翅片正交区域H与流出口 16侧的翅片正交区域H之 间设置的翅片平行区域V的比例设为93% (以后，将由该比例构成的单元 Ul、 U2称作第一单元)。并且，将在由该第一单元U1、 U2构成的热交换 器中流动的流体的流量设为2L/min。在图12中，(A)表示第一单元U1、 U2的速度分布结果。(B)表示前述V型单元的速度分布结果(与图7相同)， 为了与(A)进行比较而布置在同一张图上。
从图12和图13可知，在构成为具备第一单元Ul、 U2的情况下，各 流路4中的流体的速度偏差量小，与V型单元相比，流体在整个流路4中 流动。另外，热交换器的入口侧和出口侧的流体压力差为5729Pa。因此， 可知与由H型单元构成的热交换器相比，能够显著抑制压力损失。接着，基于上述第一单元U1、 U2改变翅片正交区域H和翅片平行区 域V的比例而构成各单元U1、 U2，在由该单元U1、 U2构成的热交换器中 流过流体，对流场(流tl場)进行调查。首先，将流入口 15侧的翅片正交 区域H相对于所有翅片5的比例设为6.9%,将流出口 16侧的翅片正交区 域H的比例设为6.9% ,将流入口 15侧的翅片正交区域H与流出口 16侧的 翅片正交区域H之间设置的翅片平行区域V的比例设为86.2% (以后将由 这种比例构成的单元U1、 U2称作第二单元)。在这种情况下，将流过该第 二单元U1、 U2的流体的速度分布表示在图14 (A)和图15中。在图14 中，(B)是前述V型单元的速度分布结果(与图7以及图12 (B)相同)， 为了与(A)进行比较而布置在同一图上。在由第二单元U1、 U2构成的热 交换器中流动的流体的流量与上述情况同样设为2L/min。
从图14和图15可知，在由第二单元构成的情况下，流体在整个流路4 中流动，与V型单元相比，流体在整个流路4中流动。而且可知，翅片正 交区域H相对于所有翅片5的比例比第一单元U1、 U2高，相应地，与该 第一单元U1、 U2相比，各流路4中的流体的偏流减少。另外，热交换器的 入口侧和出口侧的流体压力差为7254Pa。由此可知，这种情况下由于翅片 正交区域H相对于所有翅片5的比例比第一单元U1、 U2高，所以压力损 失比使用第一单元U1、 U2的情况大，但是与由H型单元构成的热交换器 相比，仍能大幅抑制压力损失。
另外，图16 (A)是表示使用如下设置的单元Ul、 U2时流体的速度 分布的图将流入口 15侧的翅片正交区域H相对于所有翅片5的比例"&为 10.4%，将流出口 16侧的翅片正交区域H的比例设为10.4%，将设置在流 入口 15侧的翅片正交区域H和流出口 16侧的翅片正交区域H之间的翅片 平行区域V的比例设为79.2% (以后将由该比例构成的单元Ul 、 U2称作第 三单元)。图17 (A)是表示使用如下设置的单元U1、 U2时流体的速度分 布的图将流入口 15侧的翅片正交区域H相对于所有翅片5的比例设为 13.8%,将流出口 16侧的翅片正交区域H的比例设为13.8%,将设置在流 入口 15侧的翅片正交区域H和流出口 16侧的翅片正交区域H之间的翅片 平行区域V的比例设为72.4%(以后将由这种比例构成的单元U1、 U2称作 第四单元)。另外，在由第三以及第四单元U1、 U2构成的热交换器中流动 的流体的流量与上述情况同样设为2L/min。在图16和图17中，(B)是与前述情况同样的V型单元的速度分布结果。
如图16或者图17所示，即便在由第三单元或者第四单元构成的情况 下，与V型单元相比，也能够使流体流到整个流路4。另外，在使用第三 单元的情况下，热交换器的入口侧和出口侧的流体压力差为7945Pa，在使 用第四单元的情况下，流体压力差为9398Pa，由此可知，与上述情况同样 地，与由H型单元构成的热交换器相比，能够抑制压力损失。但是也发现， 与使用由第 一单元U1 、 U2构成的热交换器的情况相比，压力损失显著增大。
接着，对将翅片正交区域H配置在流入口 15侧，将翅片平行区域V 配置在流出口 16侧的情况进行研究。首先，由如下单元构成热交换器，该 单元为将配置在流入口 15侧的翅片正交区域H相对于所有翅片5的比例设 为6.9%，将配置在流出口 16侧的翅片平行区域V的比例设为93.1%的单元 (以后称作第五单元)，对流场进行调查。这种情况下将流过该第五单元 Ul、 U2的流体的速度分布表示在图18 (A)和图19中。在图18中，(B) 表示由与第五单元大致相同比例的翅片正交区域H和翅片平行区域构成的 第一单元U1、 U2的速度分布结果(与图12 (A)相同)，为了与图18 (A) 进行比较而布置在同一图上。这种情况下，在由第五单元U1、 U2构成的热 交换器中流动的流体的流量与上述情况同样设为2L/min。
如图18和图19所示可知，在由第五单元构成的情况下，在流入口 15 侧，流体的偏流少，在其附近，流体向流路4的宽度方向(图18的橫向) 分散，均勻地流动，但在流出口 16侧，流体流集中在该流出口 16附近， 越往其周围，流体的流速越低。即，可知在流出口 16侧，流体的流速不均 匀，产生偏流。另外，由第五单元构成的热交换器中的入口侧和出口侧的 流体压力差为4554Pa。
由此可知，在第五单元中，能够抑制压力损失，但各流路4中的流体 的流速不均匀，产生偏流，流体的速度偏差量变大。而且可知，与使用该 第五单元的情况相比，使用图18 (B)所示的第一单元更能使得各流路4 中的流体的流速均匀，能改善不均匀的速度分布。
下面，基于第五单元U1、 U2改变翅片正交区域H与翅片平行区域V 的比例而构成各单元U1、 U2,在由该单元U1、 U2构成的热交换器中流过 流体，对流场进行调查。这种情况下，将配置在流入口 15侧的翅片正交区 域H相对于所有翅片5的比例设为13.8%，将配置在流出口 16侧的翅片平行区域V的比例设为86.2% (以后称作第六单元)。这种情况下将流过该第 六单元的流体的速度分布表示在图20 (A)和图21中。在图20中，(B) 表示由与第六单元大致相同比例的翅片正交区域H和翅片平行区域构成的 第二单元U1、 U2的速度分布结果(与图14 (A)相同)，为了与图18 (A) 进行比较而布置在同一图上。这种情况下，在由第六单元U1、 U2构成的热 交换器中流动的流体的流量与上述情况同样设为2L/min。
如图20和图21所示，可知在由第六单元构成的情况下，与由上述第 五单元构成的情况同样地，在流入口 15侧，流体的偏流少，流体向流路4 的宽度方向(图21的横向)分散，并均匀地流动。另外，在流出口 16侧， 与由上述第五单元构成的情况同样地，流体流集中在流出口 16附近，越往 其周围，流体的流速越低。即，可知在流出口16侧，流体的流速不均匀， 产生偏流。另外，由第六单元构成的热交换器中的入口侧和出口侧的流体 压力差为5706Pa。
从以上说明可知，在将翅片正交区域H配置在流入口 15侧，将翅片平 行区域V配置在流出口 16侧的情况下，与由V型单元构成的热交换器相比， 能够改善流体的不均匀速度分布，而且，与由H型单元构成的热交换器相 比，能够抑制压力损失。但是，流出口 16侧的偏流几乎没有改善，即使增 减翅片正交区域H的比例，4艮明显也不能改善流入口 15侧的偏流。
下面，对将翅片平行区域V配置在流入口 15侧，将翅片正交区域H 配置在流出口 16侧的情况进行研究。首先，由如下单元构成热交换器，该 单元将配置在流入口 15侧的翅片平行区域V相对于所有翅片5的比例设为 91.3%,将配置在流出口 16侧的翅片正交区域H的比例设为6.9% (以后称 作第七单元)，对流场进行调查。这种情况下将流过该第七单元U1、 U2的 流体的速度分布表示在图22 (A)和图23中。在图22中，(B)表示由与 第七单元大致相同比例的翅片正交区域H和翅片平行区域构成的第一单元 Ul、 U2的速度分布结果(与图12 (A)相同)，为了与图22 (A)进行比 较而布置在同一图上。这种情况下，在由第七单元U1、 U2构成的热交换器 中流动的流体的流量与上述情况同样地设为2L/min。
如图22和图23所示可知，在由第七单元构成的情况下，在流出口 16 侧，流体的偏流少，在其附近，流体向流路4的宽度方向(图22的横向) 分散，均匀地流动，但在流入口 15侧，流体流集中在该流入口 15附近，越往其周围，流体的流速越低。即，可知在流入口 15侧，流体的流速不均 匀，产生偏流。另外，由第七单元构成的热交换器中的入口侧和出口侧的
流体压力差为5219Pa。
由此可知，在第七单元中，能够抑制压力损失，但各流路4中流体的 流速不均匀，产生偏流，因此，很明显，使用图22 (B)所示的第一单元能 改善不均匀的速度分布。
下面，基于第七单元U1、 U2改变翅片正交区域H与翅片平行区域V 的比例而构成各单元，并在由该单元U1、 U2构成的热交换器中流过流体， 对流场进行调查。这种情况下，将配置在流入口 15侧的翅片平行区域V相 对于所有翅片5的比例设为86.2%，将配置在流出口 16侧的翅片正交区域 H的比例设为13.8% (以后称作第八单元)。这种情况下将流过该第八单元 的流体的速度分布表示在图24 (A)和图25中。在图24中，(B)表示由 与第八单元大致相同比例的翅片正交区域H和翅片平行区域构成的第二单 元U1、 U2的速度分布结果(与图14 (A)相同)，为了与图24 (A)进行 比较而布置在同一图上。这种情况下，在由第八单元U1、 U2构成的热交换 器中流动的流体的流量与上述情况同样地设为2L/min。
如图24和图25所示可知，在由第八单元构成的情况下，在流出口 16 侧，与由上述第七单元构成的情况同样地，流体的偏流少，流体向流路4 的宽度方向(图24的横向)分散，均匀地流动。另外，在流入口 15侧， 与由上述第七单元构成的情况同样地，流体流集中在流入口 15附近，越往 其周围，流体的流速越低。即，可知在流入口15侧，流体的流速不均匀， 产生偏流。而且，该流入口15附近的偏流，与上述第七单元的情况相比几 乎没有变化。另外，由第八单元构成的热交换器中的入口侧和出口侧的流 体压力差为6166Pa。
从使用上述第七以及第八单元的结果可知，在将翅片平行区域V配置 在流入口 15侧而将翅片正交区域H配置在流出口 16侧的情况下，与由V 型单元构成的热交换器相比，能够改善流体的不均匀速度分布，而且，与 由H型单元构成的热交换器相比，能够抑制压力损失。但是，流出口 16侧 的偏流几乎没有改善，即便增减翅片正交区域H的比例，很明显流出口16 侧的偏流也几乎不能得到改善。
在此，图26是对上面详细描述的结果进行汇总的图，纵轴的主轴表示压力损失，第二轴表示流动方向的各截面中的速度偏差量，横轴表示翅片
正交区域H相对于所有翅片5的比例。即，横轴的0%表示用所有翅片5 都由翅片平行区域V构成的单元构成的热交换器(即用V型单元构成热交 换器的情况)，100%表示用所有翅片5都由翅片正交区域H构成的单元构 成的热交换器(即用H型单元构成热交换器的情况)。
在图26中，P1表示由在流入口 15和流出口 16侧配置翅片正交区域H、 在各翅片正交区域H之间配置翅片平行区域V的单元构成的热交换器中， 改变翅片正交区域H的比例时的压力损失，P2表示由在流入口 15配置翅 片平行区域V、在流出口 16配置翅片正交区域H的单元构成的热交换器中， 改变翅片正交区域H的比例时的压力损失。
另外，Dl表示由在流入口 15和流出口 16侧配置翅片正交区域H、在 各翅片正交区域H之间配置翅片平行区域V的单元构成的热交换器中，改 变翅片正交区域H的比例时的速度偏差量，由D2的虚线表示的区域表示由 在流入口 15配置翅片正交区域H、在流出口 16配置翅片平行区域V的单 元构成的热交换器中，改变翅片正交区域H的比例时的速度偏差量。
从图26可知，随着翅片正交区域H的增加，各热交换器的压力损失增 大，其变化的比例大致成比例。另一方面，可知各热交换器中的流体的流 速偏差量(相对于该流体的流动方向，对与上述流体的流动方向正交的面 上的该流体的最大流速与最小流速之差进行积分的积分值)，随着翅片正交 区域H的增加而减小，但该值存在斜度变緩的拐点。具体而言，如果使用 由将翅片正交区域H配置在流入口和流出口侧、在各翅片正交区域H之间 配置翅片平行区域V的单元构成的热交换器的结果(Dl)进行说明，则从 翅片正交区域H的比例变为零的值100。/Q开始增加翅片正交区域H的比例 时，流速偏差量急剧减小，从翅片正交区域H的比例超过10。/。的附近(约 15%)开始，斜度变緩，如果比率超过30%,则流速偏差量大致恒定，约 为10%。
即，很明显，即便使翅片正交区域H的比例高于30。/。，也几乎看不到 流体的速度偏差量变化。另外，在使用由将翅片正交区域H配置在流入口 15、将翅片平行区域V配置在流出口 16的单元构成的热交换器时也同样地， 如果增加翅片正交区域H的比例，则存在斜度变緩的拐点(如图26所示那 样在翅片正交区域H的比例为28%附近)。因此，将热交换器T的翅片正
15交区域H的比例设为大于零而小于等于作为拐点的28%，是能够在抑制压 力损失的同时改善不均匀的速度分布的最佳范围。通过设定翅片正交区域H 相对于所有翅片5的比例以便达到这样的最佳范围，来制造热交换器T,从 而能够制造高性能的热交换器。
总的来说，通过使热交换器T构成为具有翅片正交区域H和翅片平行 区域V,能够在改善不均匀的速度分布的同时，抑制压力损失。特别是， 通过将翅片正交区域H设置在流入口 15和流出口 16侧，在各翅片正交区 域H之间设置翅片平行区域V，从而能够最为有效地改善流体的偏流，能 有效利用整个流路4。由此，能够谋求提高热交换器T的热交换性能。
另外，在制造热交换器T的情况下，如下设定翅片正交区域H和翅片 平行区域V的比例相对于该流体的流动方向，对与流体的流动方向正交 的面上的该流体的最大流速与最小流速之差进行积分，在增加翅片正交区 域H相对于整体的比例时，将积分值的斜度变緩时的拐点作为最大值，设 定各翅片正交区域H的比例，使得翅片正交区域H的比例处在大于零而小 于等于最大值的范围内。此时，扁平容器l、 2和各翅片5预先分别形成， 再将翅片5收纳到扁平容器1、 2内，使得翅片正交区域H和翅片平行区域 V的比例达到设定的比例。
这样，如下设定翅片正交区域H和翅片平行区域V的比例相对于该 流体的流动方向，对与流体的流动方向正交的面上的该流体的最大流速与 最小流速之差进行积分，在增加翅片正交区域H相对于整体的比例时，将 积分值的斜度变緩时的拐点作为最大值，设定各翅片正交区域H的比例， 使得翅片正交区域H的比例处在大于零而小于等于最大值的范围内，由此 能制造一种可改善不均匀的速度分布且压力损失小的高性能的热交换器。
特别是，本发明的热交换器通过分别形成扁平容器1、 2和翅片5并将 翅片5收纳到扁平容器1、 2的引导板10、 11之间而构成，因此可以根据 应用或使用用途等来方便地自由选择收纳到引导板10、 11中的翅片5...的 种类或形状。
以往的热交换器中，引导部件和翅片一体形成。这种情况下，由于引 导部件和翅片的形状为由模具预先确定的形状，因而不能根据使用用途改 变成最合适的形状。而且，在引导部件由薄的分隔板形成，通过将一体形 成有该引导部件和翅片的扁平容器层叠而构成单元的情况下，因该形状而使引导部件的强度降低，故难以实现高耐压。
但是，根据上面详述的本发明的结构，能够实现高耐压，而且能够根 据应用或使用条件等自由设定翅片正交区域和翅片平行区域的比例或形 状。由此，还能期待提高热交换器的通用性。
权利要求
1.一种热交换器，具有第一流体的流路和第二流体的流路并使两流体之间进行热交换，所述流路由在一端部具有流体的流入口而在另一端部具有流体的流出口的扁平容器、以及设置于该扁平容器内的翅片构成，该热交换器的特征在于，具有翅片正交区域和翅片平行区域，在该翅片正交区域中，所述翅片与从所述流入口朝向流出口的流体的流动方向正交，在该翅片平行区域中，所述翅片与从所述流入口朝向流出口的流体的流动方向平行。
2. 如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述翅片正交区域设 置在所述流入口和流出口侧，所述翅片平行区域设置在各翅片正交区域之间。
3. 如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述翅片是呈矩 形波状的偏置型翅片。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第 一流体或者第二流体是二氧化碳。
5. —种热交换器的制造方法，制造如权利要求1至4中任一项所述的 热交换器，该热交换器的制造方法的特征在于，相对于该流体的流动方向，对与所述流体的流动方向正交的面上的该 流体的最大流速与最小流速之差进行积分，在增加所述翅片正交区域相对 于整体的比例时，将所述积分值的斜度变緩的拐点作为最大值，在大于零 而小于等于所述最大值的范围内设定所述翅片正交区域的比例。
6. —种热交换器的制造方法，制造如权利要求1至5中任一项所述的 热交换器，该热交换器的制造方法的特征在于，分别形成所述扁平容器与 所述翅片，将形成的该翅片收纳在所述扁平容器内。
全文摘要
本发明提供一种能够在改善流体的不均匀速度分布的同时抑制压力损失的增大的热交换器。在本发明的热交换器(T)中，流路(4)由扁平容器(1、2)和设置在扁平容器(1、2)内的偏置型翅片(5)构成，该扁平容器在一端部具有的流体的流入口(15)而在另一端部具有流体的流出口(16)。该热交换器构成为具有翅片正交区域(H)和翅片平行区域(V)，在该翅片正交区域中，翅片(5)与从流入口(15)朝向流出口(16)的流体的流动方向正交，在该翅片平行区域中，翅片(5)与从流入口(15)朝向流出口(16)的流体的流动方向平行。翅片正交区域(H)设置在流入口(15)和流出口(16)侧，翅片平行区域(V)设置在各翅片正交区域(H)之间。
文档编号F28F1/40GK101517347SQ20078003504
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月26日 优先权日2006年9月28日
发明者友近一善, 向山洋, 松康太郎, 泽田范雄 申请人:三洋电机株式会社;东京焊接株式会社