JP2006078063A - Heat exchanger and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は冷却システム、放熱システムや加熱システム等用の熱交換器に関するもので、特に情報機器などコンパクト性を要求されるシステムで使用される液体と気体の熱交換器及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger for a cooling system, a heat dissipation system, a heating system, and the like, and more particularly to a liquid and gas heat exchanger used in a system that requires compactness such as information equipment and a method for manufacturing the same. is there.
従来、この種の熱交換器としては、管とフィンとから構成されたものが一般的であるが、近年はそのコンパクト化を図るために、管径及び管ピッチを小さくし、管を高密度化する傾向にある。その極端な形態としては、管外径が0.5mm程度の非常に細い管のみから熱交換部が構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of heat exchanger is generally composed of tubes and fins. However, in recent years, in order to achieve compactness, the tube diameter and tube pitch are reduced, and the tubes are made dense. It tends to become. As an extreme form thereof, there is one in which the heat exchanging portion is composed only of a very thin tube having a tube outer diameter of about 0.5 mm (for example, see Patent Document 1).
図8は、特許文献1に記載された従来の熱交換器の正面図である。
FIG. 8 is a front view of a conventional heat exchanger described in
図8に示すように、従来の熱交換器は、所定間隔を置いて対向配置される入口タンク31と出口タンク32と、入口タンク31と出口タンク32の間に断面円環の複数の管33が配置され、管33の外部を外部流体が流通されるコア部34が構成されている。 As shown in FIG. 8, the conventional heat exchanger includes an inlet tank 31 and an outlet tank 32 that are arranged to face each other at a predetermined interval, and a plurality of pipes 33 having an annular cross section between the inlet tank 31 and the outlet tank 32. Is arranged, and a core part 34 through which an external fluid flows through the outside of the pipe 33 is configured.
そして、管33を正方形の碁盤目状に配置するとともに、管33の外径を0.2mm以上0.8mm以下とし、隣接する管33のピッチを管外径で除した値を0.5以上3.5以下とすることで、使用動力に対する熱交換量を大幅に向上できるとしている。
上記従来の熱交換器を構成する具体的な要素や製造方法については示されていないが、一般的には、多数の細い管33と、特定の面に多数の細かい円孔を予め空けた入口タンク31と出口タンク32を用意し、入口タンク31及び出口タンク32の円孔に管33の両端を挿入し、溶接等によって管33の挿入部を入口タンク31及び出口タンク32に接着する方法が考えられる。しかしながら、長くて細い管33は非常に高価であるばかりでなく、入口タンク31や出口タンク32に管33の挿入用の微細な円孔を所定の微細なピッチで設けることと、非常に多くの管33を入口タンク31や出口タンク32に挿入し接着する工程が非常に困難であり、熱交換性能が高くても、非常に高価でかつ接合部の洩れに対する信頼性が低いものになるという課題を有していた。 Although specific elements and manufacturing methods constituting the conventional heat exchanger are not shown, in general, a large number of thin tubes 33 and a large number of fine holes on a specific surface are previously opened. There is a method in which a tank 31 and an outlet tank 32 are prepared, both ends of the pipe 33 are inserted into the circular holes of the inlet tank 31 and the outlet tank 32, and the insertion portion of the pipe 33 is bonded to the inlet tank 31 and the outlet tank 32 by welding or the like. Conceivable. However, the long and thin tube 33 is not only very expensive, but a very large number of holes for inserting the tube 33 in the inlet tank 31 and the outlet tank 32 are provided at a predetermined minute pitch. The process of inserting and bonding the pipe 33 into the inlet tank 31 and the outlet tank 32 is very difficult, and even if the heat exchange performance is high, the problem is that it is very expensive and has low reliability against leakage of the joint. Had.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、非常に優れた熱交換性能を保持しながら、非常に製造が容易な構造で、安価で、かつ信頼性の高い熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an inexpensive and highly reliable heat exchanger having a structure that is extremely easy to manufacture while maintaining extremely excellent heat exchange performance. With the goal.
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、多数の貫通穴を備えた基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板の表面から略垂直に設けられた複数の管から構成される管群板を複数備え、前記基板の背面の前記貫通穴と隣接する前記管群板の前記管とが連通するように前記管群板を積層したものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a heat exchanger according to the present invention includes a substrate having a large number of through holes and a plurality of tubes in which the inside of the tube communicates with the through holes and is substantially perpendicular to the surface of the substrate. A plurality of tube group plates are provided, and the tube group plates are laminated so that the through holes on the back surface of the substrate communicate with the tubes of the adjacent tube group plates.
かかる構成により、管群板を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もない。 With this configuration, the heat exchanger can be easily configured by stacking the tube group plates, so that it is not necessary to use long and thin tubes, and it is not necessary to arrange the tubes at the same time.
また本発明は、前記管の先端の外径を前記貫通穴の内径よりも小さくして、隣接する前記管群板の前記管の先端を前記貫通穴に挿入したものである。 Further, in the present invention, the outer diameter of the tube tip is made smaller than the inner diameter of the through hole, and the tube tip of the adjacent tube group plate is inserted into the through hole.
かかる構成により、管の挿入代を設けることで管相互の接続を確実にできる。 With such a configuration, it is possible to reliably connect the tubes by providing an insertion allowance for the tubes.
また本発明は、前記基板の背面の前記貫通穴に前記管の先端の外径と同等以上の内径の凹みを設け、前記凹みに隣接する前記管群板の前記管の先端を挿入したものである。 In the present invention, the through hole in the back surface of the substrate is provided with a recess having an inner diameter equal to or greater than the outer diameter of the tube tip, and the tube tip of the tube group plate adjacent to the recess is inserted. is there.
かかる構成により、管の貫通穴への挿入長さを規定することができる。 With this configuration, the length of insertion into the through hole of the tube can be defined.
また本発明は、内部に空間を持つヘッダーを積層された前記管群板の両外側に設け、両端の前記基板が前記ヘッダーの一部を構成するものである。 According to the present invention, a header having a space inside is provided on both outer sides of the tube group plate laminated, and the substrates at both ends constitute a part of the header.
かかる構成により、管群板を利用してヘッダーを構成できるので、ヘッダーに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がない。 With this configuration, since the header can be configured using the tube group plate, there is no need to provide a hole for inserting a tube in the header or to insert and bond the tube into the header.
また本発明は、前記基板の平面方向を重力方向に配置したものである。 In the present invention, the plane direction of the substrate is arranged in the direction of gravity.
かかる構成により、基板上での埃の堆積や結露水の滞留を防ぐことができる。 With this configuration, it is possible to prevent dust accumulation and dew condensation on the substrate.
また本発明は、前記ヘッダーの前記空間内の前記管の突出長さを不均一にしたものである。 Moreover, this invention makes the protrusion length of the said pipe | tube in the said space of the said header non-uniform | heterogenous.
かかる構成により、管内を流れる流体の流量比率を調整することができる。 With such a configuration, the flow rate ratio of the fluid flowing in the pipe can be adjusted.
また本発明は、前記管群板を射出成形またはプレス成形により成形したものである。 In the present invention, the tube group plate is formed by injection molding or press molding.
かかる構成により、管群板を同一形状で大量に速く加工できる。 With this configuration, the tube group plate can be processed quickly in large quantities with the same shape.
また本発明は、前記管の先端と隣接する前記管群板の背面を溶着または拡散接合により接合するものである。 According to the present invention, the back surface of the tube group plate adjacent to the tip of the tube is joined by welding or diffusion bonding.
かかる製造方法により、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができる。 Such a manufacturing method does not use a different material such as a brazing material or an adhesive, so that precipitation of impurities can be prevented.
本発明の熱交換器は、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。 The heat exchanger of the present invention does not need to use long and thin tubes, and does not need to arrange the tubes at the same time. Therefore, the heat exchanger can be manufactured at a very low cost and with a simple process.
また本発明の熱交換器は、管の挿入代を設けることで管相互の接続を確実にできるので、洩れに対する信頼性を確保することができる。 Moreover, since the heat exchanger of this invention can ensure the connection between pipes by providing the insertion allowance of a pipe | tube, it can ensure the reliability with respect to a leak.
また本発明の熱交換器は、管の貫通穴への挿入長さを規定することができるので、熱交換器の反りや歪みを抑えることができる。 Moreover, since the heat exchanger of this invention can prescribe | regulate the insertion length to the through-hole of a pipe | tube, it can suppress the curvature and distortion of a heat exchanger.
また本発明の熱交換器は、ヘッダーに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がないので、少ない工程で製造できるとともに、ヘッダーでの洩れに対する信頼性を確保することができる。 In addition, the heat exchanger of the present invention does not need to be provided with a hole for inserting a pipe in the header or to insert and bond the pipe into the header, so that it can be manufactured with a small number of processes and has reliability against leakage in the header. Can be secured.
また本発明の熱交換器は、基板上での埃の堆積や結露水の滞留を抑えることができるので、管外を流れる流体の流動抵抗の増大を抑えることができる。 Moreover, since the heat exchanger of the present invention can suppress the accumulation of dust and the retention of condensed water on the substrate, an increase in the flow resistance of the fluid flowing outside the tube can be suppressed.
また本発明の熱交換器は、管内を流れる流体の流量比率を調整することができるので、管外を流れる流体の速度分布や温度分布に応じて熱交換量の分布を最適化することができる。 Moreover, since the heat exchanger of the present invention can adjust the flow rate ratio of the fluid flowing in the pipe, the heat exchange amount distribution can be optimized according to the velocity distribution and temperature distribution of the fluid flowing outside the pipe. .
また本発明の熱交換器の製造方法は、管群板を同一形状で大量に速く加工できるので、品質が安定し、加工費を抑えることができる。 Moreover, since the manufacturing method of the heat exchanger of this invention can process a tube group board rapidly in large quantities with the same shape, quality is stabilized and processing cost can be held down.
また本発明の熱交換器の製造方法は、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができ、安全性を高めることができる。 Moreover, since the manufacturing method of the heat exchanger of this invention does not use dissimilar materials, such as a brazing material and an adhesive agent, precipitation of an impurity etc. can be prevented and safety | security can be improved.
請求項1に記載の発明は、多数の貫通穴を備えた基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板の表面から略垂直に設けられた複数の管から構成される管群板を複数備え、前記基板の背面の前記貫通穴と隣接する前記管群板の前記管とが連通するように前記管群板を積層した熱交換器であり、管群板を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明の熱交換器において、前記管の先端の外径を前記貫通穴の内径よりも小さくして、隣接する前記管群板の前記管の先端を前記貫通穴に挿入したものであり、管の挿入代を設けることで管相互の接続を確実にできるので、洩れに対する信頼性を確保することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the heat exchanger according to the first aspect of the present invention, the outer diameter of the tip of the tube is made smaller than the inner diameter of the through hole, and the tube of the adjacent tube group plate is used. The tip of the tube is inserted into the through hole, and by providing the insertion allowance for the tube, the tubes can be reliably connected to each other, so that reliability against leakage can be ensured.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明の熱交換器において、前記基板の背面の前記貫通穴に前記管の先端の外径と同等以上の内径の凹みを設け、前記凹みに隣接する前記管群板の前記管の先端を挿入したものであり、管の貫通穴への挿入長さを規定することができるので、熱交換器の反りや歪みを抑えることができる。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の発明の熱交換器において、内部に空間を持つヘッダーを積層された前記管群板の両外側に設け、両端の前記基板が前記ヘッダーの一部を構成するものであり、ヘッダーに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がないので、少ない工程で製造できるとともに、ヘッダーでの洩れに対する信頼性を確保することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat exchanger according to any one of the first to third aspects of the present invention, the heat exchanger according to any one of the first to third aspects is provided on both outer sides of the tube group plate in which headers having a space are stacked. The substrate of the above is a part of the header, and it is not necessary to provide a hole for inserting a pipe in the header or to insert and bond a pipe to the header. It is possible to ensure reliability against leakage in the market.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の発明の熱交換器において、 基板の平面方向を重力方向に配置したものであり、基板上での埃の堆積や結露水の滞留を抑えることができるので、管外を流れる流体の流動抵抗の増大を抑えることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the heat exchanger according to any one of the first to fourth aspects, the plane direction of the substrate is arranged in the direction of gravity, and dust is deposited on the substrate. And the retention of condensed water can be suppressed, so that an increase in the flow resistance of the fluid flowing outside the pipe can be suppressed.
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の発明の熱交換器において、前記ヘッダーの前記空間内の前記管の突出長さを不均一にしたものであり、管内を流れる流体の流量比率を調整することができるので、管外を流れる流体の速度分布や温度分布に応じて熱交換量の分布を最適化することができる。 A sixth aspect of the present invention is the heat exchanger according to the fourth aspect of the present invention, wherein the protruding length of the pipe in the space of the header is made non-uniform, and the flow rate of the fluid flowing in the pipe Since the ratio can be adjusted, the heat exchange amount distribution can be optimized according to the velocity distribution and temperature distribution of the fluid flowing outside the pipe.
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の発明の熱交換器の製造方法において、前記管群板を射出成形またはプレス成形により成形したものであり、管群板を同一形状で大量に速く加工できるので、品質が安定し、加工費が安くなる。
The invention according to claim 7 is the method of manufacturing a heat exchanger according to any one of
請求項8に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の発明の熱交換器の製造方法において、前記管の先端と隣接する前記管群板の背面を溶着や拡散接合により接合したものであり、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができ、安全性を高めることができる。
The invention according to
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の熱交換器の正面図、図2は、同実施の形態の熱交換器の上面図、図3は図1のAA断面図、図4は図2のBB断面図、図5は同実施の形態の熱交換器の管群板の正面図、図6は同実施の形態の熱交換器の管群板の側面図、図7は同実施の形態の熱交換器の部分拡大図である。
(Embodiment 1)
1 is a front view of a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view of the heat exchanger according to the first embodiment, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 5 is a front view of the tube group plate of the heat exchanger of the same embodiment, FIG. 6 is a side view of the tube group plate of the heat exchanger of the same embodiment, and FIG. 7 is the same embodiment. It is the elements on larger scale of the heat exchanger.
図1から図7において、熱交換器は、熱交換部1と熱交換部1の両端のヘッダー2aと2bから構成される。熱交換部1は、基板5の平面方向が重力方向となるように複数の管群板3を水平方向に積層して構成されている。管群板3は、多数の貫通穴4を備えた基板5と管内が貫通穴4と連通し基板5の表面から垂直に設けられた複数の管6から構成され、基板5の背面の貫通穴4には管6の先端の外径よりやや大きい内径の凹み7が設けられている。そして、図7に示すように、凹み7に隣接する管群板3の管6の先端を挿入することで、基板5の背面の貫通穴4と隣接する管群板3の管6とが連通するように積層されている。ヘッダー2aは内部に空間8aと流入管9を備えるとともに、隣接する管群板3aの基板5aがヘッダー2aの一部を構成し、また管群板3aの管6aは流入管9から離れるにしたがって空間8aへの突出長さが大きくなっている。ヘッダー2bは内部に空間8bと流出管10を備えるとともに、隣接する管群板3bの基板5bがヘッダー2bの一部を構成する。
1 to 7, the heat exchanger includes a
以上のように構成された熱交換器では、管6の管内を流れる流体Aと管6の外部を流れる流体Bとが管6を介して熱交換する。流体Aの具体例としては水や冷媒、流体Bの具体例としては空気やガスなどが考えられる。また流体Aは、流入管9からヘッダー2aの空間8aに流入し、空間8aに接続されている複数の管6の内部を分岐して流れる。管6の内部を流れた流体Aはヘッダー2bの空間8bで合流した後、流出管10から流出する。この際、この熱交換器では管6を備えた管群板3を積層することで管群状の熱交換部1を構成するので、非常に細い管を非常に高密度に配列することができ、流体Aや流体Bが接する管6の伝熱面積を非常に大きくすることができるので、非常に高能力でコンパクトな熱交換器を実現することができる。
In the heat exchanger configured as described above, the fluid A flowing in the
以上のように、本実施の形態においては、多数の貫通穴4を備えた基板5と管内が貫通穴4と連通し基板5の表面から略垂直に設けられた複数の管6から構成される管群板3を複数備え、基板5の背面の貫通穴4と隣接する管群板3の管6とが連通するように管群板3を積層したものであり、管群3板を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。
As described above, in the present embodiment, the
また管6の先端の外径を貫通穴4の内径よりも小さくして、隣接する管群板3の管6の先端を貫通穴4に挿入したものであり、管6の挿入代を設けることで管6相互の接続を確実にできるので、洩れに対する信頼性を確保することができる。
Further, the outer diameter of the tip of the
また基板5の背面の貫通穴4に管6の先端の外径と同等以上の内径の凹み7を設け、凹み7に隣接する管群板3の管6の先端を挿入したものであり、管6の貫通穴4への挿入長さを規定することができるので、熱交換器の反りや歪みを抑えることができる。
Further, a recess 7 having an inner diameter equal to or larger than the outer diameter of the tip of the
また内部に空間8a、8bを持つヘッダー2a、2bを積層された管群板3の両外側に設け、両端の基板5a、5bがヘッダー2a、2bの一部を構成するものであり、ヘッダー2a、2bに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がないので、少ない工程で製造できるとともに、ヘッダーでの洩れに対する信頼性を確保することができる。
Also, headers 2a and 2b having spaces 8a and 8b inside are provided on both outer sides of the laminated
また基板5の平面方向を重力方向に配置したものであり、基板5上での埃の堆積や結露水の滞留を抑えることができるので、管外を流れる流体Bの流動抵抗の増大を抑えることができる。
Further, the plane direction of the
またヘッダー2aの空間8a内の管6aの突出長さを不均一にしたものであり、管内を流れる流体Aの流量比率を調整することができるので、管外を流れる流体Bの速度分布や温度分布に応じて熱交換量の分布を最適化することができる。 Further, the protruding length of the pipe 6a in the space 8a of the header 2a is made non-uniform, and the flow rate ratio of the fluid A flowing through the pipe can be adjusted, so the velocity distribution and temperature of the fluid B flowing outside the pipe The distribution of the heat exchange amount can be optimized according to the distribution.
また管群板3を射出成形またはプレス成形により成形したものであり、管群板3を同一形状で大量に速く加工できるので、品質が安定し、加工費が安くなる。
Further, the
また管6の先端と隣接する管群板3の背面を溶着または拡散接合により接合したものであり、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができ、安全性を高めることができる。
In addition, the tip of the
なお本実施の形態1の熱交換器では管6を円管としたが、管6は楕円管や矩形管としても良い。
In the heat exchanger of the first embodiment, the
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、非常に優れた熱交換性能を、非常に製造が容易な構造で、かつ安価に実現でき、冷凍冷蔵機器や空調機器用の熱交換器や、廃熱回収機器等の用途にも適用できる。 As described above, the heat exchanger according to the present invention can realize extremely excellent heat exchange performance with a structure that is very easy to manufacture and at low cost, and can be used for heat exchangers for refrigeration equipment and air conditioning equipment. It can also be applied to uses such as waste heat recovery equipment.
2 ヘッダー
3 管群板
4 貫通穴
5 基板
6 管
7 凹み
2
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CN110966877A (en) * | 2019-08-15 | 2020-04-07 | 南通三圣石墨设备科技股份有限公司 | Tube bundle block heat exchange core and manufacturing method and application thereof |
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