JP2005241049A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型のマイクロチャネル熱交換器において、熱交換器を大きくすることなしに、流路の入口抵抗を低減する。
【解決手段】流路となる溝部１０３が複数並列に形成されたチャネルシート１０１、１０２を溝部１０３が平面視直交するように交互に積層してなる熱交換器１００において、チャネルシート１０１、１０２の側壁部１０１ａ、１０２ａを曲面形状とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両用・産業用ラジエータ及びオイルクーラ、車両用・家庭用凝縮器等に用いられる熱交換器に関し、とくに積層型のマイクロチャネル熱交換器に関する。

従来より、隣接する一方の流路に低温の流体（例えば水素）を、また他方の流路に高温の流体（例えばＬＬＣ）をそれぞれ流通させ、相互の温度差を利用して熱交換を行うように構成された熱交換器が知られている。

積層型熱交換器は、流路を複数段に積層し、同種の流体を流路一つおきに交互に供給することで、隣接する流路に異なる流体が流通するように構成したものである。このうち、２つの流体が平面的に平行に流通するものを平行式、直交するように流通するものを直交式と呼んでいる。近年では、微細加工により形成した微細流路（例えば、流路断面0.2mm×0.4mm、柱幅0.1mm、床厚0.1mm）に流体を流通させるようにした積層型のマイクロチャネル熱交換器が開発されている（ただし、このような積層形のマイクロチャネル熱交換器に関する先行技術文献は出願人の検索範囲内において検出されていない）。

ちなみに、一般的な積層型熱交換器としては、内部に液体の流路が形成されるように２枚のプレート部材を重ね合わせて構成したチューブを積層するとともに、各チューブの一端には液体を導入する入口パイプを、また他端には液体を排出する出口パイプをそれぞれ設け、入口パイプから導入された液体を各チューブの流路を流通させてそれぞれ出口パイプから排出し、液体がチューブの流路を流通する際に、外部から供給される気体との間で熱交換を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特開２００２−１９８０７８号公報 特許第２５６０３４０号公報 特開２００３−１８５３７５号公報

積層形のマイクロチャネル熱交換器の伝熱性能は、一般的な積層型の熱交換器に比べて大幅に向上している。しかし、流路の微細化による開口率の減少や流路数の増加により、流路の入口部分での抵抗（以下、入口抵抗という）が大きくなるという問題点があった。また、これを改善するために流路の開口率を大きくすると、熱交換器自体が大きくなり、小型化のメリットを生かせなくなってしまう。

この発明の目的は、熱交換器を大きくすることなしに、流路の入口抵抗を低減した熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、流体流路となる溝部が複数並列に形成されたチャネルシートを、前記溝部が平面視直交するように交互に積層してなる熱交換器において、前記チャネルシートの流体入口側となる側壁部を曲面形状としたことを特徴とする熱交換器である。

請求項２の発明は、請求項１において、前記溝部の流体入口側となる入口端部を曲面形状としたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記チャネルシートの流体入口側となる側壁部と流体出口側となる側壁部を曲面形状としたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３において、前記溝部の流体入口側となる入口端部と流体出口側となる出口端部を曲面形状としたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１において、流体入口側となる前記側壁部をｎ（ｎ≧２）面からなる多面形状としたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３において、流体入口側となる前記側壁部と、流体出口側となる前記側壁部をｎ（ｎ≧２）面からなる多面形状としたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項２において、流体入口側となる前記入口端部を斜面形状としたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項４において、前記溝部の流体入口側となる入口端部と流体出口側となる出口端部を斜面形状としたことを特徴とする。

本発明に係わる熱交換器によれば、流体の入口側となるチャネルシートの側壁部を曲面形状としたため、流路入口における流体の圧力損失が少なくなり、流路の入口抵抗を低減させることができる。また、流路に流れる流体の単位時間あたり流量が同じであれば、入口抵抗が少ない分だけ流路の開口率を小さくすることができるため、コンパクトな熱交換器とすることができる。

以下、本発明に係わる熱交換器を実施するための最良の形態として、本発明を積層型のマイクロチャネル熱交換器に適用した場合の実施例について説明する。

なお、実施例に用いる各図においては、構造を分かり易くするために、適宜にハッチングや輪郭線、境界線等を省略する。

図１は実施例１に係わる熱交換器１００の外観を示す斜視図、図２はチャネルシート１０１（１０２）の表面形状を示す斜視図、図３は図１のＡ−Ａ′断面に相当する概略断面図である。

図１に示すように、熱交換器１００は複数の溝部１０３が形成されたチャネルシート１０１および１０２を、それぞれの溝部１０３が平面視で直交するように交互に積層したものである。積層されたチャネルシートの最上部にはエンドプレート１０４が、また最下部にはエンドプレート１０５がそれぞれ配置されている。この熱交換器１００のチャネルシート１０１側の流路に流体１を供給し、またチャネルシート１０２側の流路に流体２を供給することにより、２つの流体間で熱交換が行われる。なお、図１において、矢印の方向が流体の入口側を示し、反対側が出口側を示している。

本実施例に係わるチャネルシート１０１、１０２は共通の形状を備えているため、チャネルシート１０１（１０２）として説明する。

チャネルシート１０１（１０２）には、図２に示すように、シート表面に沿って同一方向に複数の溝部１０３が並列に形成されている。また、矢印Ｘ方向から供給される流体の入口側となる側壁部１０１ａ（１０２ａ）は曲面形状に形成され、流体の出口側となる側壁部１０１ｂ（１０２ｂ）は直線形状に形成されている。

なお曲面形状としては、例えば円弧形状、流線形状などがある。本実施例（他の実施例も同じ）では、断面が略半円形状となるような曲面を形成した例を示している。

チャネルシート１０１（１０２）として、例えばステンレス材やアルミ材を使用した場合、溝部１０３は、例えばエッチング加工によりを形成することができる。また、側壁部１０１ａ（１０２ａ）の曲面形状は、例えばプレス加工やロール加工などの塑性加工により形成することができる（他の実施例についても同様）。

本実施例の熱交換器１００によれば、図３に示すように、流体２の入口側となるチャネルシート１０１の側壁部１０１ａを曲面形状とし、また図１に示すように、流体１の入口側となるチャネルシート１０２の側壁部１０１ｂを曲面形状としたため、流路入口における流体の圧力損失を少なくすることができる。したがって、流路の入口抵抗を低減することができるとともに、流体の縮流抵抗も低減することができる。また、流路に流れる流体の単位時間あたり流量が同じであれば、チャネルシートの側壁部を直線形状とした場合よりも入口抵抗が少ない分だけ流路の開口率を小さくすることができるため、よりコンパクトな熱交換器とすることができる。

とくに、本実施例においては、入口側のほとんどを占める側壁部１０１ａ（１０２ａ）のみを曲面形状としたので加工が容易となり、またチャネルシート１０１と１０２とを共通化することができるため、製造コストを低減することができる。したがって、流路の入口抵抗を低減するとともに、熱交換器としてよりコンパクトで廉価なものを提供することができる。

図４は実施例２に係わる熱交換器２００の外観を示す斜視図、図５はチャネルシート２０１（２０２）の表面形状を示す斜視図、図６は図４のＢ−Ｂ′断面に相当する概略断面図である。なお、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明するものとし、重複する部分の説明は適宜に省略する。

図４に示すように、熱交換器２００は複数の溝部１０３が形成されたチャネルシート２０１および２０２を、それぞれの溝部１０３が平面視で直交するように交互に積層したものである。積層されたチャネルシートの最上部にはエンドプレート１０４が、また最下部にはエンドプレート１０５がそれぞれ配置されている。

チャネルシート２０１には、図５に示すように、シート表面に沿って同一方向に複数の溝部１０３が並列に形成されている。そして、流体２の入口側となる側壁部２０１ａは曲面形状に形成され、流体２の出口側となる側壁部２０１ｂは直線形状に形成されている。さらに、流体１の入口側となる溝部１０３の入口端部１０３ａは曲面形状に形成され、流体１の出口側となる出口端部１０３ｂは直線形状に形成されている。

なお、チャネルシート２０２についても、図４に示すように、シート表面に沿って同一方向に複数の溝部１０３が並列に形成されている。そして、流体１の入口側となる側壁部２０２ａは曲面形状に形成され、流体１の出口側となる側壁部２０２ｂは直線形状に形成されている。さらに、流体２の入口側となる入口端部１０３ａは曲面形状に形成され、図示してない出口側となる出口端部（１０３ｂ）は直線形状に形成されている。

本実施例の熱交換器２００では、図６に示すように、チャネルシート２０１と２０２とを交互に積層したときに、チャネルシート２０１の側壁部２０１ａとチャネルシート２０２の入口端部１０３ａとの重なり合った部分が断面略半円形状となり、また図４に示すように、チャネルシート２０２の側壁部２０２ａとチャネルシート２０１の入口端部１０３ａとの重なり合った部分が断面略半円形状となる。したがって、流路入口における流体の圧力損失は実施例１よりも少なくなり、流路の入口抵抗をより低減させることができるとともに、流体の縮流抵抗もより低減させることができる。したがって、流路の入口抵抗を低減するとともに、熱交換器としてよりコンパクトなものを提供することができる。

次に、実施例３について説明する。この実施例３の基本構成は実施例１と同じであるため、同等部分には同一符号を付して説明する。

図７は実施例３に係わるチャネルシート１０１（１０２）の表面形状を示す斜視図、図８はチャネルシートを交互に積層したときの概略断面図であり、実施例１の図３に相当する。

本実施例に係わるチャネルシート１０１、１０２は共通の形状を備えているため、チャネルシート１０１（１０２）として説明する。図７に示すように、チャネルシート１０１（１０２）には、シート表面に沿って同一方向に複数の溝部１０３が並列に形成されている。そして、矢印Ｘ方向から供給される流体の入口側となるチャネルシート１０１（１０２）の側壁部１０１ａ（１０２ａ）を曲面形状に形成するとともに、流体の出口側となる側壁部１０１ｂ（１０２ｂ）を同じく曲面形状に形成している。

本実施例によれば、図８に示すように、チャネルシート１０１の側壁部１０１ａ、１０１ｂを曲面形状とし、またチャネルシート１０２についても、図示していない側壁部（１０２ａ、１０２ｂ）を曲面形状に形成したため、流路入口における流体の圧力損失が少なくなり、流路の入口抵抗を低減させることができるとともに、流体の縮流抵抗も低減させることができる。

とくに、本実施例においては、入口側のほとんどを占める側壁部１０１ａ（１０２ａ）と、出口側のほとんどを占める側壁部１０１ｂ（１０２ｂ）とを曲面形状としたので加工が容易となり、またチャネルシート１０１と１０２とを共通化することができるため、製造コストを低減することができる。したがって、流路の入口抵抗を低減するとともに、熱交換器としてよりコンパクトで廉価なものを提供することができる。

また、本実施例によれば、チャネルシートを積層して組み立てる際の作業性を向上させることができる。すなわち、チャネルシートの流体入口側と流体出口側となる側壁部を曲面形状とすることにより、これまでチャネルシートの位置合わせ位置は１箇所（１辺）であったものが２箇所（２辺）となるため、シートの位置合わせが容易なものとなる。

次に、実施例４について説明する。この実施例４の基本構成は実施例２と同じであるため、同等部分には同一符号を付して説明する。

図９は実施例４に係わるチャネルシート２０１（２０２）の表面形状を示す斜視図、図１０はチャネルシートを交互に積層したときの概略断面図であり、実施例２の図６に相当する。

本実施例に係わるチャネルシート２０１、２０２は共通の形状を備えているため、チャネルシート２０１（２０２）として説明する。図９に示すように、チャネルシート２０１（２０２）には、シート表面に沿って同一方向に複数の溝部１０３が並列に形成されている。そして、矢印Ｘ方向から供給される流体の入口側となるチャネルシート２０１（２０２）の側壁部２０１ａ（２０２ａ）を曲面形状に形成するとともに、流体の出口側となる側壁部２０１ｂ（２０２ｂ）を同じく曲面形状に形成している。また、矢印Ｙ方向から供給される流体の入口側となる溝部１０３の入口端部１０３ａを曲面形状に形成するとともに、流体の出口側となる出口端部１０３ｂを同じく曲面形状に形成している。

本実施例では、図１０に示すように、チャネルシート２０１と２０２とを交互に積層したときに、チャネルシート２０１の側壁部２０１ａとチャネルシート２０２の入口端部１０３ａとの重なり合った部分が断面略半円形状となり、またチャネルシート２０２の図示していない側壁部（２０２ａ）とチャネルシート２０１の図示していない入口端部（１０３ａ）との重なり合った部分が断面略半円形状となる。また、チャネルシート２０１の側壁部２０１ｂとチャネルシート２０２の出口端部１０３ｂとの重なり合った部分が断面略半円形状となり、またチャネルシート２０２の図示していない側壁部（２０２ａ）とチャネルシート２０１の図示していない出口端部（１０３ａ）との重なり合った部分が断面略半円形状となる。したがって、本実施例において、流路入口における流体の圧力損失は実施例１および実施例３よりも少なくなり、流路の入口抵抗をより低減させることができるとともに、流体の縮流抵抗もより低減させることができる。

とくに、本実施例においては、チャネルシート２０１と２０２とを共通化することができるため、製造コストを低減することができる。したがって、流路の入口抵抗を低減するとともに、熱交換器としてよりコンパクトで廉価なものを提供することができる。

また、本実施例では、実施例３と同じくチャネルシートの位置合わせ位置が２箇所（２辺）となるため、シートの位置合わせが容易なものとなることから、チャネルシートを積層して組み立てる際の作業性を向上させることができる。

上記各実施例では、側壁部を曲面形状（略半円形状の一部）に形成した例について示したが、他の形状とした場合でも本発明を実施することができる。図１１（ａ）は、実施例１に示すチャネルシート１０１の側壁部１０１ａを２面からなる多面形状とした例を示す部分断面図である。また図１１（ｂ）は同じチャネルシート１０１の側壁部１０１ａを３面からなる多面形状とした例を示す部分断面図である。このように、曲面形状とする部分をｎ（ｎ≧２）面からなる多面形状としても、流路の入口抵抗を低減させることができる。なお、チャネルシート１０１（１０２）の図示していない側壁部１０１ｂ（１０２ｂ）を多面形状としてもよい。

また、実施例２では溝部１０３の入口端部１０３ａを、また実施例４では溝部１０３の入口端部１０３ａと出口端部１０３ｂをそれぞれ曲面形状（略半円形状の一部）に形成した例について示したが、他の形状とした場合でも本発明を実施することができる。図１２は、実施例２に示すチャネルシート２０２の入口端部１０３ａを斜面形状とした例を示す部分断面図である。このように、入口端部１０３ａを斜面形状としても、曲面形状と同様に流路の入口抵抗を低減させることができる。なお、チャネルシート２０２の図示していない出口端部１０３ｂを斜面形状としてもよい。

実施例１に係わる熱交換器の外観を示す斜視図。 実施例１に係わるチャネルシートの表面形状を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ′断面に相当する概略断面図。 実施例２に係わる熱交換器の外観を示す斜視図。 実施例２に係わるチャネルシートの表面形状を示す斜視図。 図４のＢ−Ｂ′断面に相当する概略断面図。 実施例３に係わるチャネルシートの表面形状を示す斜視図。 実施例３のチャネルシートを交互に積層したときの概略断面図。 実施例４に係わるチャネルシートの表面形状を示す斜視図。 実施例４のチャネルシートを交互に積層したときの概略断面図。 チャネルシートの側壁部を他の形状とした例を示す部分断面図。（ａ）は２面からなる多面形状とした例を示す部分断面図。（ｂ）は３面からなる多面形状とした例を示す部分断面図。 チャネルシートの入口端部を斜面形状とした例を示す部分断面図。

符号の説明

１、２…流体
１００、２００…熱交換器
１０１、１０２、２０１、２０２…チャネルシート
１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０２ｂ…側壁部
１０３…溝部
１０３ａ…入口端部
１０３ｂ…出口端部
１０４、１０５…エンドプレート

Claims (8)

1. 流体流路となる溝部（１０３）が複数並列に形成されたチャネルシート（１０１、１０２）を、前記溝部（１０３）が平面視直交するように交互に積層してなる熱交換器において、
   前記チャネルシート（１０１、１０２）の流体入口側となる側壁部（１０１ａ、１０２ａ）を曲面形状としたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記溝部（１０３）の流体入口側となる入口端部（１０３ａ）を曲面形状としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記チャネルシート（１０１、１０２）の流体入口側となる側壁部（１０１ａ、１０２ａ）と、流体出口側となる側壁部（１０１ｂ、１０２ｂ）を曲面形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記溝部（１０３）の流体入口側となる入口端部（１０３ａ）と流体出口側となる出口端部（１０３ｂ）を曲面形状としたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 流体入口側となる前記側壁部（１０１ａ、１０２ａ）をｎ（ｎ≧２）面からなる多面形状としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
6. 流体入口側となる前記側壁部（１０１ａ、１０２ａ）と、流体出口側となる前記側壁部（１０１ｂ、１０２ｂ）をｎ（ｎ≧２）面からなる多面形状としたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
7. 流体入口側となる前記入口端部（１０３ａ）を斜面形状としたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
8. 前記溝部（１０３）の流体入口側となる入口端部（１０３ａ）と流体出口側となる出口端部（１０３ｂ）を斜面形状としたことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
   

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