JP2004333083A

JP2004333083A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004333083A
Application number: JP2003133018A
Authority: JP
Inventors: Soichi Mizui; 総一水井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】デジタル的に容量の予測が可能で効率的な熱交換器を提供することである。
【解決手段】第１の板状エレメント１０と第２の板状エレメント２０との間にスペーサ３０を挟持したアセンブリより成り、第１のエレメント１０と第２のエレメント２０には、それぞれ一定間隔で一定サイズの複数のポケットが対称的に設けられ、前記スペーサ３０には、第１と第２のエレメントのポケットＸ_１、Ｘ_２、Ｘ_３とポケットＹ_１９、Ｙ_１８、Ｙ_１７を順次互い違い連通する流通孔３１ａ、３４、３３が設けられ、流体ＡとＢがこれらのポケットを流通する間に、対応するポケットＸ_１とＹ_１９、Ｘ_２とＹ_１８、Ｘ_３とＹ_１７との間で熱交換が行なわれる。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
この発明は、デジタル的な容量を有する熱交換や熱回収、或は放熱に用いられる板状の熱交換器に関する。
【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挟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。この熱交換器は、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、流体出入口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。
【０００３】
そのため、本発明者らは、薄い金属板の両面にエッチングによって溝を形成し、この金属板を重ね合せて接合した熱交換器を提案している（特願２００２−２７３１５０号、特願２００２−３４８４８２号）。しかしながらこのような熱交換器では、全体としての熱交換効率や容量を測定することができても、そのサイズによって予め容量を予測することができず、従って用途に応じた適切な容量の熱交換器を用意することが難しい問題がある。
【０００４】
【発明の課題】
そこで、この発明の課題は、デジタル的に容量予測が可能で効率的な熱交換器を提供することである。
【０００５】
【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、スペーサの両面に互に対応する複数対の気密なポケットを所定間隔で設け、前記スペーサの一方の面のポケットから他方の面のポケットを互い違いに連続して連通しかつ互に隔離された一対の流体通路をスペーサの一端から他端まで形成したのである。
【０００６】
前記対のポケットの熱交換量を他の対のポケットの熱交換量と実質的に同じにしておくのが好ましい。また、前記スペーサとその両面に設けた気密なポケットを複数積層することができる。
【０００７】
さらに、スペーサの一面に第１の板状エレメントを積層し、他面に第２の板状エレメントを積層してアセンブリを形成し、これら第１と第２のエレメントに互に対応しかつ隔離された複数対の気密なポケットを所定間隔で設け、この間隔と同じ間隔で前記ポケットに連通する流通孔を前記スペーサに設け、前記流通孔によって前記スペーサの一方の面のポケットと他方の面のポケットを互い違いに連続して連通しかつ互に隔離された一対の流体通路をスペーサの一端から他端まで設けたのである。
【０００８】
前記対のポケットの熱交換量を他の対の熱交換量と実質的に同一にしておくのが好ましい。また、それぞれのポケットに連通する複数の流通孔を設け、複数の流通孔のうちのいずれかはスペーサの他の面の対応するポケットに先行する隣接ポケットに連通し、他の流通孔は他の面の対応するポケットの後続する隣接ポケットに連通している。なお、前記アセンブリを複数積層することができる。
【０００９】
【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。まず、この発明の熱交換器を構成する主たる部材について説明する。図１乃至図４に示すように、熱交換アセンブリ１は、第１の長方形状板状エレメント１０と第２の長方形状板状エレメント２０及びこれらの間に挟まれる長方形状スペーサ３０より成り、エレメント１０、２０及びスペーサ３０はほぼ同サイズになっている。第１の板状エレメント１０の両端部には、一方の流体の供給ポート１１ａと排出ポート１１ｂ及び他方の流体の供給ポート１２ａと排出ポート１２ｂがエレメント１０を貫通して設けられている。両端部に設けられたポート間には、エレメント１０の巾方向に細長くほぼ同型同サイズのポケット１３が同一間隔でエレメント１０を貫通するように設けられている。これらのポケット１３に図２に示すような仮番号Ｘ_２、Ｘ_４・・・Ｘ_１６、Ｘ_１８及びＹ_１、Ｙ_３・・・Ｙ_１７、Ｙ_１９を付する。第２のエレメント２０にも同様のポケット２３が設けられている。これらのポケット２３にも図４に示すような仮番号Ｘ_１、Ｘ_３・・・Ｘ_１７、Ｘ_１９及びＹ_２、Ｙ_４・・・Ｙ_１６、Ｙ_１８を付する。また隣接するポケット１３と１３、２３と２３との間は、リブ１４、２４で隔離されている。なお、第１のエレメント１０と第２のエレメント２０は、全く同型同サイズのエレメントを長さ方向の前後を逆にしたものである。
【００１０】
前記スペーサ３０には、長さ方向に前記ポケット１３、２３と等ピッチで中央の流通孔３３の列と両側の流通孔３４の列が設けられている。両側に沿った貫通孔３３と中央の流通孔３４は、それぞれ巾方向及び長さ方向に中心が一致している。さらに両端部には、一対の付加的な流通孔３１ａ、３１ｂ及び３２ａ、３２ｂが余分に設けられている。そして中心の貫通孔３３と流通孔３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂはほぼ同径とし、両側の流通孔３３よりも大径にしてある。勿論同径にしてもよい。また、スペーサ３０の両端部には、前記エレメント１０及び２０のポート１１ａ、１１ｂ及びポート１２ａ、１２ｂに一致するポート１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが設けられている。
【００１１】
前記エレメント１０と２０を、スペーサ３０を中間に挟んで重ね合せたアセンブリ１を図５に示す。図５（イ）は表面図、図５（ロ）はスペーサ３０に沿った平面縦断面図である。いま、図８に示すような隔離板４０でアセンブリ１の両面を密閉したものと考える。そこでポート１１ａから流体Ａを供給すると、図５、図６、図７から理解されるように、流体Ａはスペーサ３０の流通孔３１ａから裏面側のエレメント２０に設けられたポケットＸ_１に流入する。このとき流通孔３１ａと表面側のエレメント１０のポケットＹ_１９は隔離されているのでポケットＹ_１９に流体Ａが流れ込むことはない。ポケットＸ_１に流入した流体Ａは、流通孔３４から流出する。この流通孔３４は、第２のエレメント２０でポケットＸ_１に隣接するリブ２４によってポケットＹ_１８から隔離され、第１のエレメント１０ではポケットＸ_２に連通しかつ第１のエレメント１０の先行するポケットＹ_１９からリブ１４によって隔離されているため、流体Ａは第１のエレメント１０のポケットＸ_２に流入する。ポケットＸ_２に流入した流体Ａは、流通孔３３から第２のエレメント２０のポケットＸ_３に流入する。かくして流体Ａは、図６（イ）に示すごとく、第２のエレメント２０のポケットＸ_１→第１のエレメント１０のポケットＸ_２→第２のエレメント２０のポケットＸ_３→第１のエレメント１０のポケットＸ_４のように第１エレメント１０と第２のエレメント２０のポケットを互い違いに流通していき、最終的にはポケットＸ_１９に至りポート１１ｂから排出される。一方、ポート１２ａから他の流体Ｂを供給すると、第１のエレメント１０のポケットＹ_１→第２のエレメント２０のポケットＹ_２→第１のエレメント１０のポケットＹ_３を前記流体Ａと混合することなく流通し、最終的にはポケットＹ_１９に至りポート１２ｂから排出される。
【００１２】
上述のように、流体ＡはポケットＸ_１→Ｘ_２→Ｘ_３→・・・Ｘ_１９を流通し、流体ＢはポケットＹ_１→Ｙ_２→Ｙ_３→・・・Ｙ_１９を流通しながら、ポケットＸ_１とＹ_１９、Ｘ_２とＹ_１８、Ｘ_３とＹ_１７・・・Ｘ_１９とＹ_１がスペーサ３０を介して対応しているため、スペーサ３０に熱伝導性の良好な材料を用いると、ポケットＸ_１とＹ_１等々の対応する対のポケット間で熱交換が可能である。そして、対応する対のポケット間、即ち単位当りの熱交換比率を実測すれば、対のポケット数によって全体の容量が判明する。従って必要に応じてポケット数を選択した熱交換器を作製することにより、用途に適した熱交換器を提供することができる。即ち、この発明においては、対応する対のポケットの熱交換量が他の対応する対のポケットと実質的に等しければよく、上下ポケットの体積や面積が厳密に等しくなくてもよい。
【００１３】
前記アセンブリ１は、図１に示すように、複数層に重ねて用いることができる。その場合には、アセンブリ１間に、図８のような隔離板４０を用いればよい。そして、両側を蓋板５０で挟持する。これらを接合するには、ニッケルペーストを塗布したり、銅箔を各板状体間に挟んで加熱炉で加熱したり、高温拡散接合法により熱圧着するなどの方法が採られる。また、流体には、気体、液体、気液混合体などが用いられ、３流体に適用することができる。その場合には、隔離板４０のポート１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂをなくしたものを用いればよい。
【００１４】
流体の供給、排出用ポート１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂに対しては、どのような手段で流体を供給または排出してもよいが、例えば図９に示すように、蓋板５０にポート１１ａと連通する貫通孔５１を設け、この孔５１にノズル５２を取り付け、このノズル５２にフレキシブルホースなどを接続する。勿論端面にノズルを取り付けることができる。
【００１５】
この発明の熱交換器は、流体間の熱交換だけでなく、プリント基板やＬＥＤ照明板などに取り付け、水などの冷却流体を流通させることによって冷却器または放熱器に用いることができる。その場合、冷却流体を両方のポート１１ａ、１２ａから供給することによって、全面を均一に冷却することができる。
【００１６】
また、用途によっては、流通孔の大きさや形状を同一にせず変化させたり、ポケットのサイズや形状を同一にせず変化させることができる。それによって、圧力や流量及び容量を適宜調整可能である。
【００１７】
なお、前記アセンブリ１は、３枚の板状体によって形成したが一枚の板状体から一体的に形成することもできる。また、その材料もステンレス、銅、アルミニウム等の金属のほか、合成樹脂などを用いることができる。そのほか、板状体１０、２０、３０の形状も長方形に限らず、Ｌ字形、弓形、長円形、楕円形など、適宜の形状を採りうる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、スペーサの両面に一定間隔で対応する対のポケットを設け、スペーサの一方の面のポケットから他方の面のポケットを互い違いに連続して連通する互に隔離された一対の流体通路を設け、多数の小空間から成るポケットを流体が流通するようにしたので、熱交換容量の調整や圧力の調整及び流量の調整を容易に行なうことができる。
【００１９】
しかもポケットは小空間であるため、流量が変動しても有効熱伝導面積が一定であるため、迅速かつ効率的な熱交換が行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の熱交換器の一例を示す分解斜視図
【図２】熱交換器の第１の板状エレメントを示す平面図
【図３】熱交換器のスペーサを示す平面図
【図４】熱交換器の第２の板状エレメントを示す平面図
【図５】（イ）第１の板状エレメントとスペーサ及び第２の板状エレメントを重ね合せたアセンブリを示す平面図
（ロ）前記アセンブリをスペーサの平面に沿って縦断した状態を示す平面図
【図６】アセンブリの一部拡大斜視図
【図７】アセンブリの（イ）（ロ）共にポケットの連通状態を模式的に示す縦断面図
【図８】隔離板を示す平面図
【図９】熱交換器の流体出入口を示す一部拡大縦断面図
【符号の説明】
１アセンブリ
１０第１の板状エレメント
１１ａ、１２ａ供給ポート
１１ｂ、１２ｂ排出ポート
１３ポケット
１４リブ
２０第２の板状エレメント
２３ポケット
２４リブ
３０スペーサ
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ付加的流通孔
３３、３４流通孔の列
４０隔離板
５０蓋板
５１貫通孔
５２ノズル
Ａ、Ｂ流体
Ｘ_１・・・Ｘ_１９ポケットの仮番号
Ｙ_１・・・Ｙ_１９ポケットの仮番号

Claims

スペーサの両面に互に対応する複数対の気密なポケットを所定間隔で設け、前記スペーサの一方の面のポケットから他方の面のポケットを互い違いに連続して連通しかつ互に隔離された一対の流体通路をスペーサの一端から他端まで設けた熱交換器。
前記対のポケットの熱交換量を他の対のポケットの熱交換量と実質的に同じにした請求項１に記載の熱交換器。
前記スペーサとその両面に設けた気密なポケットを複数積層した請求項１または２に記載の熱交換器。
スペーサの一面に積層される第１の板状エレメントと、他面に積層される第２の板状エレメントより成り、前記第１と第２のエレメントに互に対応しかつ隔離された複数対の気密なポケットを所定間隔で設け、この間隔と同じ間隔で前記ポケットに連通する流通孔を前記スペーサに設け、前記流通孔によって前記スペーサの一方の面のポケットと他方の面のポケットと互い違いに連続して連通しかつ互に隔離された一対の流体通路をスペーサの一端から他端まで形成したアセンブリより成る熱交換器。
前記第１のエレメントと第２のエレメントの対応するポケットの熱交換量が他の対応するポケットと実質的に同一である請求項４に記載の熱交換器。
前記それぞれのポケットに連通する複数の流通孔を設け、複数の流通孔のうちのいずれかはスペーサの他の面の対応するポケットに先行する隣接ポケットに連通し、他の流通孔は他の面の対応するポケットの後続の隣接ポケットに連通する請求項４または５に記載の熱交換器。
前記アセンブリを複数積層した請求項４〜６のいずれかに記載の熱交換器。