JP2004333064A

JP2004333064A - 板状熱交換器

Info

Publication number: JP2004333064A
Application number: JP2003131920A
Authority: JP
Inventors: Soichi Mizui; 総一水井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】全体としての厚みをできるだけ小さくし、流体の出入口も端面に設けることができるようにして設置スペースを少なくし、口金１９の装着が容易な板状の熱交換器を提供することである。
【解決手段】３枚以上重ね合せた板状エレメント１０ａ〜１０ｄの対向する面に、厚さ方向に隔離された流通路１１、１２を構成する溝を形成し、上記各流通路１１、１２にそれぞれ流体給排用凹部１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂ、１５ａ、１６ａ、１５ｂ、１６ｂを形成し、重ね合わせた板状エレメントのうち、中間層の板状エレメントのそれぞれの流体給排用凹部に、厚さ方向に貫通する流体給排孔２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ、２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂを形成し、最外層の板状エレメントに、上記中間層の板状エレメントの各流体給排孔を閉塞する閉塞壁を形成し、重ね合わせた板状エレメントの外周面又は表裏面を切り欠いて、流体給排孔に連通する口金装着部１８を形成可能にした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体間の熱交換に用いる厚みの小さい板状熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄いステンレス板をプレス成形して流体の流路を形成し、隣接するステンレス板間に銅箔を挾み込んでステンレス板を所定枚積み重ね、これを加熱炉に装填し、銅箔を溶融してステンレス板を溶着した熱交換器が知られている。
【０００３】
【発明の課題】
上記の熱交換器は、ステンレス板をプレス成形して流路を形成するため、これを積み重ねると全体としての厚みが大きくなり、また、構造上の制約から流体の出入口を厚み方向の前後面に設ける必要があり、口金装着部の口金がさらに厚みを付加する形態になるため、取り付けスペースを増加させる問題がある。
また、口金の装着にも手間がかかるという問題がある。
そこで、この発明の課題は、全体としての厚みをできるだけ小さくし、口金装着部を、外周面又は表裏面に簡単に設けることができる板状熱交換器を提供することである。
【０００４】
【課題の解決手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、３枚以上重ね合せた板状エレメントの対向する面に、厚さ方向に隔離された流通路を構成する溝を形成し、上記各流通路にそれぞれ流体給排用凹部を形成し、重ね合わせた板状エレメントのうち、中間層の板状エレメントのそれぞれの流体給排用凹部に、厚さ方向に貫通する流体給排孔を形成し、最外層の板状エレメントに、上記中間層の板状エレメントの各流体給排孔を閉塞する閉塞壁を形成し、重ね合わせた板状エレメントの外周面又は表裏面に、上記流体給排孔に連通する口金装着部を形成できるようにしたのである。
【０００５】
重ね合わせた板状エレメントの外周面又は表裏面を、切り欠き、あるいは切り抜くことにより、流体給排孔に連通する口金装着部を簡単に形成することができる。
重ね合わせた板状エレメントの外周面を切り欠く場合、口金の台座を気密状態に挿し入れる切り欠き溝にすると、流体を供給し、また排出する配管に接続する口金の装着作業が容易になる。
そして、重ね合わせた板状エレメントのうち、最外層の板状エレメントの一方を残して、上記切り欠き溝を形成した場合、最外層の板状エレメントの一方が口金の台座を挿し入れる際の当たり面にすることができるので、口金の位置合わせが容易になる。
【０００６】
この発明によれば、以上のように、口金装着部を、重ね合わせた板状エレメントの外周面又は表裏面を切り欠き、あるいは切り抜くことにより簡単に設けることができる。
【０００７】
板状エレメントの対向するそれぞれの面の溝形状を、不連続のパターンとし、重ね合せた板状エレメントの対向面において不連続のパターンが互いに交差し、交差部分によって連続する流通路を形成するようにしてもよいし、板状エレメントの対向する少なくとも一方の面に形成する溝の形状を、重ね合せた板状エレメントの対向面に形成される流通路の入口側から出口側に向かって連続するパターンにしてもよい。
【０００８】
重ね合せた板状エレメントの対向面に形成される溝の形状を、流通路の入口側から出口側に向かって連続するパターンにした場合、流通路を通過する流体が、板状エレメントの板面全体に広がり、熱交換効率が向上するように、溝内に流体を分流する多数の隔壁を設けることが好ましい。
【０００９】
この多数の隔壁は、流線形で、流体給排用ポートの入口側から出口側に向かってジグザクに杉綾模様を描くように配置することにより、流体の圧力損失を小さく抑えながら、高い伝熱性を得ることができる。
【００１０】
また、前記板状エレメントをステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、鉄などで形成することができ、その厚みは約０．３〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００１１】
【実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の熱交換器は、表面にエッチングにより形成した溝を有する板状エレメントを、３枚以上重ね合せて構成され、対向する板状エレメント間に、流通路１１、１２が形成される。
図１〜図４に示す実施形態は、一方の面に、不連続パターンの溝を形成し、他方の面に、連続パターンの溝を形成した板状エレメント１０ａと板状エレメント１０ｂを交互に重ね合わせた中間層と、片面にのみ溝を形成した、最外層の板状エレメント１０ｃと板状エレメント１０ｄとを組み合わせて、対向する板状エレメント間に、流通路１１、１２を交互に形成するようにした熱交換器を示している。
【００１２】
板状エレメント１０ｂの表面と、これに対向して重ねあわされる板状エレメント１０ａの裏面には、図２に示すように、鏡像関係になるように、連続するパターンで、溝１１ａ、１１ｂが形成されている。この溝１１ａ、１１ｂは、それぞれ板状体の対称隅に溝１１ａ、１１ｂに連続する流体の給排用凹部１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂを形成し、この給排用凹部１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂに、それぞれ厚さ方向に貫通する流体給排孔２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂを形成している。
【００１３】
前記溝１１ａ、１１ｂ内には、溝内を通過する流体が、板状エレメント１０ａ、１０ｂの板面全体に広がり、熱交換効率が向上するように、溝内の流体を分流する多数の隔壁１７ａ、１７ｂを設けている。この多数の隔壁１７ａ、１７ｂは、流線形で、溝内を通過する流体に対してジグザクに杉綾模様を描くように配置され、流体の圧力損失を小さく抑えながら、高い伝熱性を得ることができるようにしている。
【００１４】
板状エレメント１０ａ、板状エレメント１０ｂの他方の面、即ち、板状エレメント１０ａの表面と、板状エレメント１０ｂの裏面には、図３に示すように、互いに逆のパターンで、くの字形に曲がる多数の溝１２ａ、１２ｂを一端部から他端部まで等間隔に杉綾模様のように形成している。これらの一つ一つの溝１２ａ、１２ｂの両端は、不連続のパターン形状、即ち、板状体の辺縁まで達しないで、閉じられている。また、溝１２ａ、１２ｂの巾及び深さは均一にしておくのが好ましく、巾は約１．０〜１０ｍｍ程度、深さは約０．３〜２．５ｍｍ程度である。
【００１５】
前記板状エレメント１０ａの表面の対称隅に、それぞれ流体の給排用凹部１５ａ、１６ａが前記溝１２ａと同様にエッチング手法により同じ深さで、左右の側方に突出するように形成され、この突出部分に、それぞれ厚さ方向に貫通する流体給排孔２３ａ、２４ａを形成している。
板状エレメント１０ｂの裏面にも、板状エレメント１０ａの表面の給排用凹部１５ａ、１６ａに対応する位置に給排用凹部１５ｂ、１６ｂが左右の側方に突出するように形成され、この突出部分に、それぞれ厚さ方向に貫通する流体給排孔２３ｂ、２４ｂを形成している。
図１〜図４の例に示す熱交換器は、中間層が、第１の板状エレメント１０ａと第２の板状エレメント１０ｂを交互に順次重ね合せて形成され、この中間層の両面、即ち、最外層に、片面のみをエッチングして溝１２ｃ、１２ｄを形成した第３の板状エレメント１０ｃと第４の板状エレメント１０ｄを重ね合せて構成している。
そして、各板状エレメントを重ね合わせた状態で、中間層の板状エレメント１０ａ、１０ｂに形成した互いに重なる流体給排孔２１ａと２１ｂ、２２ａと２２ｂ、２３ａと２３ｂ、２４ａと２４ｂに連通する口金装着部を、切り欠き溝２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２５ｂによって形成している。
口金１９は、図４に示すように、矩形の台座２０と、この台座２０に設けられたノズル２１とからなる。上記ノズル２１には、流体を供給し、また排出するためのフレキシブルホースが接続される。
最外層の板状エレメント１０ｃ、１０ｄのうち、下側の板状エレメント１０ｃには、上記切り欠き溝２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２５ｂを形成せず、切り欠き溝２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２５ｂに、台座２０を上面側から挿し入れる際に、下側の板状エレメント１０ｃが台座２０の当たり面になるようにしている。
上記各板状エレメント１０ａ〜１０ｄは、各板状エレメントの対向する面に、予めニッケルペーストなどのロウ材を塗布し、重ね合せた板状エレメントを加熱炉中に装填してロウ材を溶融させることにより、各板状エレメントを互に接合することができる。
図５〜図１０には、口金装着部の位置と形状が異なるこの発明の熱交換器の第２の実施形態を示している。
この第２の実施形態では、図５に示すように、口金装着部１８を、対向面に口金１９の台座２０の両側部を挿し入れる挿入溝を形成した一対の突壁１８ａと、重ね合わせた突壁１８ａの上下面を閉塞する、最外層の板状エレメント１０ｃ、１０ｄに形成した閉塞板１８ｂとによって形成している。
最外層の板状エレメント１０ｃ、１０ｄのうち、上面側の板状エレメント１０ｄに形成した閉塞板１８ｂには、口金１９の台座２０を上面側から挿入できるように、切り欠き溝１８ｃを形成している。
この切り欠き溝１８ｃは、下面側の板状エレメント１０ｃの閉塞板１８ｂに形成することもできるが、下面側の板状エレメント１０ｃの閉塞板１８ｂに切り欠き溝１８ｃを形成しない方が、口金１９の台座２０を上面側から挿入する際に、下面側の板状エレメント１０ｃの閉塞板１８ｂを台座２０の当たり面として利用することができる。
図９に示すように、各板状エレメントを重ね合わせた状態で、給排用凹部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂがそれぞれ対向する部分には、流通路１１のみと連通する流体の給排用ポート１３、１４が形成されている。また、給排用凹部１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂがそれぞれ対向する部分には、流通路１２のみと連通する流体の給排用ポート１５、１６が形成されている。
各板状エレメント１０ａ〜１０ｄの外周部には、接合の際に、上記ロウ材が、外面に流れ出ないように、流出防止溝２２を全周に亘って形成している。
上記のように、隣接する第１と第２の板状エレメント１０ａと１０ｂの対向面に形成された溝１２ａと１２ｂは、杉綾模様のパターンが逆になっているため、斜格子状に一定間隔で連続的に交差する。従って、対向する溝１２ａと１２ｂは、板状エレメント１０ａ、１０ｂの一端部から他端部まで連通し、対向面に流通路１２が形成される。
一方、板状エレメント１０ａの裏面の溝１１ａと、板状エレメント１０ｂの表面の溝１１ｂは、連続パターンであり、対向面に流通路１１が形成される。
この流通路１１と１２は互に隔離され、それぞれの流通路１１と１２に温度の異なる流体を流通させることによって熱交換が可能となり、熱交換器１０が得られる。従って、重ね合せる板状エレメントは、３枚以上であれば何枚でもよい。なお、図１０で流通路１１と１２は交差部での断面を表し、他の部分では図の半分、即ち各溝１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂの断面積となる。
ポート１３に取り付けた上記口金１９のノズル２１に流体を供給するホースを接続し、この流体を排出するホースをポート１４の口金１９のノズル２１に接続し、他の流体を供給するホースをポート１５の口金１９のノズル２１に接続し、この流体を排出するホースをポート１６の口金１９のノズル２１に接続すると、一つの流体と他の流体との熱交換回路が形成される。
【００１６】
前記ポート１３、１４、１５、１６の位置は、前述の凹部１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂを形成する位置によって適当に選択することができる。
【００１７】
前記第１と第２の板状エレメント１０ａ、１０ｂに設ける溝１１ａ、１２ａ、１２ｂ、１１ｂのパターンは、並行円弧模様、縦縞模様（並行直線模様）、斜縞模様（斜線模様）のほか、横縞模様或はこれらの組合せなど任意に選択可能である。勿論板状エレメントの表裏のパターンを別の模様にすることができる。この模様は、エッチング方法によるため、マスクパターンを変更することにより容易に設計変更が可能である。
【００１８】
前記板状エレメントの材料は、熱伝導性の良い金属が好ましく、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、アルミニウム合金など、種々選択可能である。また板状エレメントの厚みは、約０．３〜３ｍｍ程度が好ましい。板状エレメントの形状は、図示のような長方形のほか、他の多角形、楕円形、長円形などでもよい。
【００１９】
上述した熱交換器１０は、流体の通路を３分割以上にすることによって、３流体以上の熱交換に適用可能である。また、流体を気体、液体、気液混合体など任意の流体に用いることができ、勿論形態の異なる流体間の熱交換にも用いられる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、薄い板状体に種々のパターンでエッチングを施した板状エレメントを重ね合せて接合し、これを熱交換器としたので、流体の流通路の設計を自由に変更・選択でき、極めて厚みが小さく、小流量であっても効率のよい熱交換器を形成することができる。
【００２１】
また、エッチングによって流体の流通路と同時に給排用ポートを形成することができ、かつ任意の位置にポートを設け、特に熱交換器の側面にポートを形成できるので、取り付けスペースの点で厚みの薄い空間に設置することができる。
【００２２】
また、流体を供給し、また排出する配管に接続する口金の装着作業を、板状エレメントの端面または側面に一体に形成した口金装着部に、口金の台座を気密状態に挿し入れることにより、簡単に行える。
【００２３】
さらに、３流体以上の熱交換器も簡単に得られるので、適用範囲が拡がる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】口金装着部を形成する前の状態におけるこの発明に係る熱交換器の全体を示す分解斜視図
【図２】第１の板状エレメントの裏面と第２の板状エレメントの表面の重なり状態を示す分解斜視図
【図３】第１の板状エレメントの表面と第２の板状エレメントの裏面の重なり状態を示す分解斜視図
【図４】口金装着部を形成した後の状態におけるこの発明に係る熱交換器の全体を示す斜視図
【図５】この発明に係る熱交換器の他の例を示す全体斜視図
【図６】板状エレメントの重なり状態を示す分解斜視図
【図７】第１の板状エレメントの裏面と第２の板状エレメントの表面の重なり状態を示す分解斜視図
【図８】第１の板状エレメントの表面と第２の板状エレメントの裏面の重なり状態を示す分解斜視図
【図９】口金の装着部分を示す分解斜視図
【図１０】図５の熱交換器を示す部分拡大縦断面図
【符号の説明】
１０熱交換器
１０ａ第１の板状エレメント
１０ｂ第２の板状エレメント
１０ｃ第３の板状エレメント
１０ｄ第４の板状エレメント
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ溝
１１、１２流通路
１３、１４、１５、１６ポート
１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂ、１５ａ、１６ａ、１５ｂ、１６ｂ凹部
１８口金装着部
１８ａ突壁
１８ｂ閉塞板
１８ｃ切り欠き溝
１９口金
２０台座
２１ノズル
２２流出防止溝
２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ、２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂ流体給排孔
２５ａ、２６ａ、２５ｂ、２６ｂ切り欠き溝

Claims

３枚以上重ね合せた板状エレメントの対向する面に、厚さ方向に隔離された流通路を構成する溝を形成し、上記各流通路にそれぞれ流体給排用凹部を形成し、重ね合わせた板状エレメントのうち、中間層の板状エレメントのそれぞれの流体給排用凹部に、厚さ方向に貫通する流体給排孔を形成し、最外層の板状エレメントに、上記中間層の板状エレメントの各流体給排孔を閉塞する閉塞壁を形成し、重ね合わせた板状エレメントの外周面又は表裏面に、上記流体給排孔に連通する口金装着部を形成したことを特徴とする板状熱交換器。
上記口金装着部が、重ね合わせた板状エレメントの外周面を切り欠いて形成した、口金の台座を気密状態に挿し入れる切り欠き溝からなる請求項１記載の板状熱交換器。
重ね合わせた板状エレメントのうち、最外層の板状エレメントの一方を除いて、上記切り欠き溝を形成している請求項２記載の板状熱交換器。
重ね合わせた板状エレメントのうち、最外層の板状エレメントの閉塞壁を切り抜いて上記口金装着部を形成した請求項１記載の板状熱交換器。
板状エレメントの対向するそれぞれの面の溝形状を、不連続のパターンとし、重ね合せた板状エレメントの対向面において不連続のパターンが互いに交差し、交差部分によって連続する流通路を形成する請求項１〜４のいずれかに記載の板状熱交換器。
板状エレメントの対向する少なくとも一方の面に形成する溝の形状を、重ね合せた板状エレメントの対向面に形成される流通路の入口側から出口側に向かって連続するパターンにした請求項１〜４のいずれかに記載の板状熱交換器。
重ね合せた板状エレメントの対向する面に形成した連続するパターンの溝内に、流通路の入口側から出口側に向かって、流通路を通過する流体を分流する多数の隔壁を設けた請求項５に記載の板状熱交換器。
前記多数の隔壁が、流線形で、流通路の入口側から出口側に向かってジグザクに杉綾模様を描くように配置している請求項５または６に記載の板状熱交換器。
前記板状エレメントがステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、鉄のいずれかより成る請求項１〜７のいずれかに記載の板状熱交換器。
前記板状エレメントの厚みが約０．３〜５ｍｍである請求項１〜８のいずれかに記載の板状熱交換器。
厚さ方向に隔離された流通路を通過させて熱交換する流体が、気体と液体である請求項１〜９のいずれかに記載の板状熱交換器。