JP2006207937A - Heat exchanger, and its manufacturing method - 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15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. 15 is a front view of a conventional heat exchanger described in
図15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1と出口タンク2と、入口タンク1と出口タンク2の間に断面円環の複数の管3が配置され、管3の外部を外部流体が流通されるコア部4が構成されている。管3内を流通する内部流体としては主に水や不凍液が用いられ、外部流体としては空気が主流であり、それぞれが流通し、熱交換を行う。
As shown in FIG. 15, the conventional heat exchanger includes an
そして、管3を碁盤目状に配置するとともに、管3の外径を0.2mm以上0.8mm以下とし、隣接する管3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3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1と出口タンク2を用意し、入口タンク1及び出口タンク2の円孔に管3の両端を挿入し、溶接等によって管3の挿入部を入口タンク1及び出口タンク2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3は非常に高価であるばかりでなく、入口タンク1や出口タンク2に管3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3を入口タンク1や出口タンク2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 the specific elements and manufacturing method constituting the conventional heat exchanger are not shown, in general, a large number of
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複数の基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板間に設けられた複数の管から構成される管群ブロックを管軸方向に複数連結したものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the heat exchanger according to the present invention includes a plurality of substrates having a plurality of through holes and a plurality of tubes in which the inside of the tube communicates with the through holes and is provided between the substrates. A plurality of tube group blocks are connected in the tube axis direction.
これにより、管群ブロックを連結して所定の大きさにするため、管群ブロックの管長を短くしてもよく、射出成形やダイキャスト等により容易に基板と管を同時に製作することができ、管を挿入し接着する工程がなくなるため、安価に熱交換器を提供することができる。 Thereby, in order to connect the tube group block to a predetermined size, the tube length of the tube group block may be shortened, and the substrate and the tube can be easily manufactured simultaneously by injection molding or die casting, Since the process of inserting and bonding the tube is eliminated, a heat exchanger can be provided at low cost.
また、本発明の熱交換器は、隣接する前記基板の周上を相互に接合し、前記管群ブロックを連結したことを特徴とするものである。 The heat exchanger of the present invention is characterized in that the circumferences of the adjacent substrates are joined to each other and the tube group blocks are connected.
これにより、管群ブロックを連結する際、外部から操作しやすい周上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、安価に熱交換器を提供することができる。 As a result, when connecting the tube group blocks, the circumferences that are easy to operate from outside are joined, so that the number of man-hours can be reduced, the reliability of joining is improved, and a heat exchanger can be provided at low cost.
また、前記管が管内に複数の流路を備えた多穴管であることを特徴とするものである。 Further, the pipe is a multi-hole pipe having a plurality of flow paths in the pipe.
これにより、流路数を低減することなく、管本数を低減できるため、容易に製作可能であり、安価に熱交換器を提供することができる。 Thereby, since the number of tubes can be reduced without reducing the number of flow paths, it can be easily manufactured and a heat exchanger can be provided at low cost.
また、本発明の熱交換器は、管群ブロックが樹脂材料であることを特徴とするものである。 In the heat exchanger of the present invention, the tube group block is made of a resin material.
これにより、安価な樹脂材料を用いることにより、安価に熱交換器を提供できる。 Thereby, a heat exchanger can be provided inexpensively by using an inexpensive resin material.
また、本発明の熱交換器は、前記基板の周相互を直接接合し管群ブロックを連結したものである。 Moreover, the heat exchanger of this invention joins the circumference | surroundings of the said board | substrate directly and connected the tube group block.
これにより、ロウ材が溶出して管を目詰まりさせることがなく、不良品を大幅に削減することができ、安価に熱交換器を提供することができる。 As a result, the brazing material does not elute and the tube is not clogged, defective products can be greatly reduced, and a heat exchanger can be provided at low cost.
また、本発明は、前記基板の周相互を溶着接合で接合したことを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the substrates are joined together by welding.
これにより、基板自体を溶融し、接合するためロウ材が溶出して管内流路を目詰まりさせることはない。 As a result, the brazing material does not elute to melt and bond the substrate itself, and the flow path in the tube is not clogged.
また、本発明の熱交換器は、前記基板の周相互を超音波接合で接合したことを特徴とする。 In the heat exchanger according to the present invention, the circumferences of the substrates are joined by ultrasonic joining.
これにより、超音波溶接は接合部分のみを加熱して溶融結合させるため、基材が溶出することはなく、管を目詰まりさせることはない。 Thereby, since ultrasonic welding heats and melt-bonds only the joining portion, the base material is not eluted and the tube is not clogged.
また、本発明の熱交換器は、前記基板の周相互を拡散接合で接合したことを特徴とするものである。 The heat exchanger of the present invention is characterized in that the substrates are joined together by diffusion bonding.
これにより、拡散接合は基材も溶融しないため、管内流路を目詰まりさせることはない。 Thereby, since the diffusion bonding does not melt the base material, the flow path in the tube is not clogged.
本発明の熱交換器は、管群ブロックを連結して所定の大きさにするため、管群ブロックの管長を短くしてもよく、射出成形やダイキャスト等により容易に基板と管を同時に製作することができ、管を挿入し接着する工程がなくなるため、安価に熱交換器を提供することができる。 Since the heat exchanger of the present invention connects the tube group blocks to a predetermined size, the tube length of the tube group blocks may be shortened, and the substrate and the tube can be easily manufactured simultaneously by injection molding or die casting. This eliminates the step of inserting and bonding the tube, so that the heat exchanger can be provided at low cost.
また本発明の熱交換器は、管群ブロックを連結する際、外部から操作しやすい周上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、安価に熱交換器を提供することができる。 In addition, when connecting the tube group blocks, the heat exchanger of the present invention joins the circumferences that are easy to operate from the outside, reducing man-hours and improving the reliability of joining, and providing a heat exchanger at low cost. can do.
また、本発明の熱交換器はロウ材が溶出して管を目詰まりさせることがなく、不良品を大幅に削減することができ、安価に熱交換器を提供することができる。 Further, the heat exchanger of the present invention does not clog the tube due to the elution of the brazing material, can greatly reduce defective products, and can provide a heat exchanger at low cost.
請求項1に記載の発明は、多数の貫通穴を備えた複数の基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板間に設けられた複数の管から構成される管群ブロックを管軸方向に複数連結した熱交換器であり、管群ブロックを連結して所定の大きさにするため、管群ブロックの管長を短くしてもよく、射出成形やダイキャスト等により容易に基板と管を同時に製作することができ、管を挿入し接着する工程がなくなるため、安価に熱交換器を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, a tube group block including a plurality of substrates having a plurality of through holes and a plurality of tubes in which the inside of the tube communicates with the through holes and is provided between the substrates is arranged in the tube axis direction. It is a heat exchanger that connects multiple tube groups, and the tube group blocks are connected to a predetermined size. Therefore, the tube length of the tube group block may be shortened, and the substrate and the tube can be easily and simultaneously formed by injection molding or die casting. Since it can be manufactured and the process of inserting and bonding the tube is eliminated, a heat exchanger can be provided at low cost.
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の基板の周上を相互に接合したものであり、管群ブロックを連結する際、外部から操作しやすい周上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、安価に熱交換器を提供することができる。
Invention of Claim 2 joins the circumference | surroundings of the board | substrate of the heat exchanger of invention of
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の管内に複数の流路を備えた多穴管であることを特徴としたものであり、流路数を低減することなく、管本数を低減できるため、容易に製作可能であり、安価に熱交換器を提供することができる。
The invention described in
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の管群ブロックが樹脂材料であることを特徴とするものであり、安価な樹脂材料を用いることにより、安価に熱交換器を提供できる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the tube group block of the heat exchanger according to any one of
請求項5に記載の発明は、請求項2から4のいずれか一項に記載の発明の熱交換器の基板の周上を相互に直接接合し管群ブロックを連結した製造方法であり、ロウ材が溶出して管を目詰まりさせることがなく、不良品を大幅に削減することができ、安価に熱交換器を提供することができる。 The invention described in claim 5 is a manufacturing method in which the circumferences of the substrates of the heat exchanger according to any one of claims 2 to 4 are directly joined to each other and the tube group blocks are connected to each other. The material does not elute and clog the tube, so that defective products can be greatly reduced, and a heat exchanger can be provided at low cost.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明の熱交換器を基板の周上を相互に溶着接合する製造方法であり、基板自体を溶融し、接合するためロウ材が溶出して管内流路を目詰まりさせることはない。 The invention according to claim 6 is a manufacturing method in which the heat exchanger of the invention according to claim 5 is welded and bonded together on the circumference of the substrate, and the brazing material is eluted to melt and bond the substrate itself. Therefore, the flow path in the pipe is not clogged.
請求項7に記載の発明は請求項5に記載の発明の熱交換器を基板の周上を相互に超音波接合する製造方法であり、超音波溶接は接合部分のみを加熱して溶融結合させるため、基材が溶出することはなく、管を目詰まりさせることはない。 The invention according to claim 7 is a manufacturing method in which the heat exchanger of the invention according to claim 5 is ultrasonically bonded to each other on the circumference of the substrate, and ultrasonic welding is performed by heating only the bonded portion and melt-bonding. Therefore, the base material does not elute and the tube is not clogged.
請求項8に記載の発明は請求項5に記載の発明の熱交換器を基板の周上を相互に拡散接合する製造方法であり、基材も溶融しないため、管内流路を目詰まりさせることはない。 The invention described in claim 8 is a manufacturing method in which the heat exchanger of the invention described in claim 5 is diffusion-bonded to each other on the circumference of the substrate, and the base material is not melted, so that the flow path in the tube is clogged. There is no.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における熱交換器の正面図、図2は、同実施の形態の熱交換器の側面図、図3は図1のA−A線断面図、図4は図2のB−B線断面図を示すものである。
(Embodiment 1)
1 is a front view of a heat exchanger according to
図1から図4において、熱交換器は管10、基板20からなる管群ブロック30を管10の管軸方向に基板20の周40上を相互に接合し2段連結し、両端に入口ヘッダー50と出口ヘッダー60を設置したものである。本実施の形態では、管10は円管であり、内部流体流路が1つ設けられている。なお、管10の形状は円管でなくても良く、例えば矩形管、多角形管や楕円管であっても良い。また、基板20の周40相互はロウ材や接着剤を用いず直接接合されている。この接合方法としては、溶着接合、超音波接合及び拡散接合等が挙げられる。このように基板20の周40相互を直接接合することにより、ロウ材や接着剤が溶出して、管10内を目詰まりさせることはない。本実施の形態では、拡散接合を用いている。拡散接合は基材が溶融しない温度までの加熱と加圧を同時に掛けることにより原子の拡散(相互拡散)現象が生じ、原子の結びつきにより接合を行うため、基材も溶出することが無く、管10内を目詰まりさせることはない。このようにロウ材を用いない拡散接合で接合することにより、管10内を目詰まりさせるといった不良品の発生を極力抑えることができ、安価に熱交換器を提供できる。
1 to 4, the heat exchanger includes a
図5から図7は管群ブロック30を説明する図であり、図5は、同実施の形態の熱交換器の管群ブロックの斜視図、図6は、同実施の形態の熱交換器の管群ブロックの正面図、図7は、同実施の形態の熱交換器の管群ブロックの上面図である。
5 to 7 are views for explaining the
管群ブロック30は管10と基板20を射出成形等で一体成形されている。管群ブロック30の材料としては安価で、成形しやすい樹脂材料が良い。特に射出成形で製作する場合、管10の管径が小さく、本数が多いため複雑な形状となり、端部まで樹脂を供給するといった観点から粘性が小さく、流動性がよい材料がよい。このような材料を用いることにより、不良品の数を低減でき、安価に熱交換器を提供することができる。また、内部流体に水や不凍液を用いる場合、蒸気透過率が小さい樹脂材料を用いれば、内部流体が透過しにくいため、管10の壁厚を薄くすることができ材料費を低減でき、安価に熱交換器を提供することができる。これらにより、流動性が良く、蒸気透過率が小さくかつ安価なポリプロピレン(PP)またはポリエチレンテレフタレート(PET)を用いるのが最適である。
In the
本実施の形態では管10は碁盤目状に配置されているが、千鳥状でも良い。
In the present embodiment, the
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat exchanger comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
内部流体は入口ヘッダー50内に流入し、管10それぞれに分流され、管群ブロック30内を通過し、出口ヘッダー60より熱交換器外へと流出する。一方、管10外では管10相互間を外部流体が流動し、管10を介して、内部流体と外部流体が熱交換する。
The internal fluid flows into the
なお、本実施の形態では管群ブロック30を2段積層したが、2段以上の複数段であればよい。 In the present embodiment, the tube group blocks 30 are stacked in two stages, but may be a plurality of stages of two or more stages.
以上のように本実施の形態においては、管群ブロック30を連結して所定の大きさにするため、管群ブロック30の管10長を短くしてもよく、射出成形やダイキャスト等により容易に基板20と管10を同時に製作することができ、管10を挿入し接着する工程がなくなるため、安価に熱交換器を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、本実施の形態では基板20の周40上を相互に接合したものであり、管群ブロック30を連結する際、外部から操作しやすい周40上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、安価に熱交換器を提供することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では管群ブロック30が安価な樹脂材料で構成したことにより、安価に熱交換器を提供できる。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態では基板20の周40相互を拡散接合により直接接合したことにより、ロウ材や接着剤を用いず基材も溶融せず接合でき、管10内の流路を目詰まりさせることがなく、不良品を大幅に削減することができ、安価に熱交換器を提供することができる。
Further, in the present embodiment, by directly joining the
(実施の形態2)
図8は、本発明の実施の形態2における熱交換器の正面図、図9は、同実施の形態の熱交換器の側面図、図10は図8のC−C線断面図、図11は図9のD−D線断面図を示すものである。
(Embodiment 2)
8 is a front view of a heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 9 is a side view of the heat exchanger of the same embodiment, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. FIG. 9 is a sectional view taken along line DD in FIG.
図8から図11において、熱交換器は管110と基板120からなる管群ブロック130を管110の管軸方向に基板120の周140上を相互に接合し2段連結し、両端に入口ヘッダー150と出口ヘッダー160を設置したものである。本実施の形態では、管110は断面形状が扁平状であり、複数の流路115が長辺方向に配列されている。管110は長辺方向が平行となるように間隔を空けて基板120上に設置されている。また、基板120の周140相互はロウ材や接着剤を用いず直接接合されている。この接合方法としては、溶着接合、超音波接合及び拡散接合等が挙げられる。このように基板120の周140相互を直接接合することにより、ロウ材や接着剤が溶出して、管110内を目詰まりさせることはない。本実施の形態では、拡散接合を用いている。拡散接合は基材が溶融しない温度までの加熱と加圧を同時に掛けることにより原子の拡散(相互拡散)現象が生じ、原子の結びつきにより接合を行うため、基材が溶出することが無く、管110内を目詰まりさせることはない。このようにロウ材を用いない拡散接合で接合することにより、管110内を目詰まりさせるといった不良品の発生を極力抑えることができ、安価に熱交換器を提供できる。
8 to 11, in the heat exchanger, a
図12から図14は管群ブロック130を説明する図であり、図12は、同実施の形態の熱交換器の管群ブロックの斜視図、図13は、同実施の形態の熱交換器の管群ブロックの正面図、図14は、同実施の形態の熱交換器の管群ブロックの上面図である。
12 to 14 are views for explaining the
管群ブロック130は管110と基板120を射出成形等で一体成形されている。管群ブロック130の材料としては安価で、流動性がよい樹脂材料が良い。このような材料を用いることにより、不良品の数を低減でき、安価に熱交換器を提供することができる。また、内部流体に水や不凍液を用いる場合、蒸気透過率が小さい樹脂材料を用いれば、内部流体が透過しにくいため、管110の壁厚を薄くすることができ材料費を低減でき、安価に熱交換器を提供することができる。これらにより、流動性が良く、蒸気透過率が小さくかつ安価なポリプロピレン(PP)またはポリエチレンテレフタレート(PET)を用いるのが最適である。
In the
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。 About the heat exchanger comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
内部流体は入口ヘッダー150内に流入し、管110それぞれに分流され、管群ブロック130内を通過し、出口ヘッダー160より熱交換器外へと流出する。一方、管110外では管110相互間を外部流体が流動し、管110を介して、内部流体と外部流体が熱交換する。
The internal fluid flows into the
なお、本実施の形態では管群ブロック130を2段積層したが、2段以上の複数段であればよい。 In the present embodiment, the tube group blocks 130 are stacked in two stages, but may be a plurality of stages of two or more stages.
以上のように本実施の形態においては、管群ブロック130を連結して所定の大きさにするため、管群ブロック130の管110長を短くしてもよく、射出成形やダイキャスト等により容易に基板120と管110を同時に製作することができ、管110を挿入し接着する工程がなくなるため、安価に熱交換器を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、本実施の形態では基板120の周140上を相互に接合したものであり、管群ブロック130を連結する際、外部から操作しやすい周140上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、安価に熱交換器を提供することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態で管110は管内に複数の流路115を備えた多穴管であり、流路数を低減することなく、管本数を低減できるため、容易に製作可能であり、安価に熱交換器を提供することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では管群ブロック130が安価な樹脂材料で構成したことにより、安価に熱交換器を提供できる。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態では基板120の周140相互を拡散接合により直接接合したことにより、ロウ材や接着剤を用いず基材も溶融せず接合でき、管110内の流路115を目詰まりさせることがなく、不良品を大幅に削減することができ、安価に熱交換器を提供することができる。
Further, in this embodiment, by directly joining 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維持しながら、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 be realized at low cost while maintaining very excellent heat exchange performance, such as heat exchangers for refrigeration equipment and air conditioning equipment, waste heat recovery equipment, etc. It can also be applied to applications.
10、110 管
20、120 基板
30、130 管群ブロック
40、140 周
115 流路
10, 110
Claims (8)
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