JP2007232307A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換を効率的に行うことができる熱交換器を提供する。
【解決手段】流路１０ａは、波形の形状の蛇行した断面形状を有する。このため、よどみが生じる箇所が少なくなり、液体と熱交換器１０との接触面積が大きくなると同時によどみによる熱伝達率の低下が抑制される。結果として、液体と熱交換器１０との間で熱交換を効率的に行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器に関するものであり、特に、内部に流路を有する熱交換器に関するものである。

従来より、パーソナルコンピュータのＣＰＵを冷却するためのヒートシンクなど、内部に形成された流路に流体を流通させることにより、外部の熱と流路の内部の熱とを交換する熱交換器が知られている。例えば、特許文献１には、櫛歯状のフィンと伝熱板により複数の流路を有する熱交換器が開示されている。この熱交換器では、矩形断面の流路が、多数形成されている。

特開２００２−２８０４９７号公報

しかしながら、従来の熱交換器では、流路が矩形断面を有するので、流路の四隅によどみが生じるため、その部分で液体と熱交換器との熱伝達率が低下し、結果として、液体とプレートとの間で熱交換を効率的に行うことができなかった。

そこで、本願発明は、上述したような課題を解消するためになされたものであり、熱交換を効率的に行うことができる熱交換器を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、熱媒体である流体を流通させる流路を内部に少なくとも１つ有し、熱媒体の熱と外部との間で熱交換する熱交換器であって、流路の流体の流通方向と直交する断面を波形状としたことを特徴とする。これにより、よどみ点が少なくなる。

上記熱交換器において、第１の部材と、この第１の部材と組み合わされる第２の部材とを備え、流路は、互いに組み合わされた第１の部材と第２の部材間に形成されるようにしてもよい。これにより、第１の部材と第２の部材とをより強固に組み合わせることができる。

上記熱交換器において、第１の部材と第２の部材は、流路内部に互いの間隔を維持する間隔維持部を有するようにしてもよい。これにより、外力が加わっても第１の部材と第２の部材との間隔を所定の値にすることができ適正な流路形状が維持できる。

上記熱交換器において、第１の部材と第２の部材は、流通方向に沿った両端部で互いに結合されるようにしてもよい。これにより、精度の高い流路形状を形成できる。

上記熱交換器において、両端部は、かしめ、摩擦攪拌接合、溶融溶接、ろう付けおよび接着のうち少なくとも何れか１つにより互い固定されるようにしてもよい。これにより、第１の部材と第２の部材とはより確実に固定される。

上記熱交換器において、第１の部材および第２の部材は、アルミニウム合金により形成されるようにしてもよい。これにより、確立された押し出し技術により形成することができる。

本発明によれば、流路の断面形状が波形形状を有するので、よどみが生じる箇所が少なくなり、液体と熱交換器との接触面積が大きくなると同時によどみによる熱伝達率の低下が抑制される。結果として、液体と熱交換器との間で熱交換を効率的に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
（熱交換器）
本実施の形態に係る熱交換器１０は、図１に示すように、内部に流路１０ａが形成されたプレート１１と、プレート１１の一端に配設された入口ヘッダ１２（図示せず）と、プレート１１の他端に接続された出口ヘッダ１３（図示せず）とを主に備えている。

プレート１１は、図１に示すように、下面に複数の大型フィン１１１ｂが形成された下部材１１１と、この下部材１１１上面側に設けられ上面に複数の中型フィン１１２ｂが形成された上部材１１２とを備えている。これらは、例えば、ＪＩＳ−Ｈ４１００の６０６３アルミニウム合金等のアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。便宜上、以下において、流路１０ａの流通方向、言い換えると大型フィン１１１ｂまたは中型フィン１１２ｂの長手方向（図１中の奥行き方向）を長さ方向、大型フィン１１１ｂまたは中型フィン１１２ｂが並ぶ方向を幅方向、長さ方向および幅方向に直交する方向を高さ方向という。

下部材１１１は、平面視略矩形の板の形状を有する下本体１１１ａと、下本体１１１ａ下面に所定間隔を隔てて立設された複数の大型フィン１１１ｂと、下本体１１１ａ下面の大型フィン１１１ｂの間に所定間隔を隔てて立設された小型フィン１１１ｃと、下本体１１１ａの上面に所定間隔を隔てて立設された第１凸部１１１ｄとを主に備える。また、下本体１１１ａの長さ方向に沿った両端部には、幅方向に突出した凸部を有する第１係合部１１１ｅが形成されている。さらに、下本体１１１ａ上面の所定の箇所には、下本体１１１ａから立設し、端部が幅方向に折れ曲がった第２係合部１１１ｆが形成されている。この第２係合部１１１ｆは、第１凸部１１１ｄと平行に形成されている。また、第２係合部１１１ｆは、間隔維持部として機能する。

上部材１１２は、平面視略矩形の板の形状を有する上本体１１２ａと、上本体１１２ａ上面に所定間隔を隔てて立設された複数の中型フィン１１２ｂと、上本体１１２ａ上面の中型フィン１１２ｂの間に所定間隔を隔てて立設された小型フィン１１２ｃと、上本体１１２ａの下面に所定間隔を隔てて立設された第２凸部１１２ｄとを主に備える。また、上本体１１２の長さ方向に沿った両端部には、内部方向に凹部を備えるクランク状の第３係合部１１２ｅが形成されている。さらに、上本体１１２ａ下面の第２係合部１１１ｅと対向する箇所には、上本体１１２ａから立設し、下部材１１１と上部材１１２とを対向配置したとき、その端部が第２係合部１１１ｅの端部と反対方向に折れ曲がった第４係合部１１２ｆが形成されている。この第４係合部１１２ｆは、第２凸部１１２ｄと平行に形成されている。また、第４係合部１１２ｆも第２係合部とともに間隔維持部として機能する。

ここで、第２凸部１１２ｄは、下部材１１１の対向する位置に第１凸部１１１ｄが形成されていない位置に形成される。これにより、第１凸部１１１ｄと第２凸部１１２ｄとは、幅方向に互い違いに配設される。

このようなプレート１１は、下部材１１１と上部材１１２とを組み合わせると、図１に示すように、下部材１１１の上面と上部材１１２の下面とで構成される断面が波形の形状を有する流路１０ａが内部に形成される。この流路１０ａは、第２係合部１１１ｆおよび第４係合部１１２ｆで幅方向に分割されることにより、複数形成される。

入口ヘッダ１２は、一の面に開口を有する箱形の形状を有し、他の面にパイプ等と接続される流入孔が形成されている。このような入口ヘッダ１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。

出口ヘッダ１３は、一の面に開口を有する箱形の形状を有し、他の面にパイプ等と接続される流出孔が形成されている。このような出口ヘッダ１３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。

（熱交換器の製造方法）
次に、熱交換器１０の製造方法について説明する。熱交換器１０の製造工程は、下部材１１１と上部材１１２とを用意することから始まる。下部材１１１と上部材１１２とは、所定の金型を使用して押し出し成形により形材を作製し、これを所定の長さで切断することによって作製することができる。また、所定の鋳型を使用して鋳造によって作製するようにしてもよい。また、切削加工により形成するようにしてもよい。

下部材１１１と上部材１１２とが作製されると、上部材１１２を下部材１１１の上面に沿ってスライドさせることにより、図１に示すように、下部材１１１と上部材１１２とを組み合わせる。

このとき、下部材１１１の第１係合部１１１ｅと上部材１１２の第３係合部１１２ｅとは、第１係合部１１１ｅの凸部が第３係合部１１２ｅの凹部に嵌合することにより、互いに掛合する。また、下部材１１１の第２係合部１１１ｆと上部材１１２の第４係合部１１２ｆとは、第２係合部１１１ｆの端部と第４係合部１１２ｆの端部とが高さ方向に引っ掛かった状態となることにより、互いに掛合する。

また、下部材１１１の第１凸部１１１ｄは、上部材１１２に当接しない。同様に、上部材１１２の第２凸部１１２ｄも、下部材１１１に当接しない。したがって、下部材１１１と上部材１１２を組み合わせることにより生成される間隙には、断面が波形に蛇行した断面形状を有する流路１０ａが形成される。

下部材１１１と上部材１１２とが組み合わされると、第１係合部１１１ｅと第３係合部１１２ｅとを接合する。この接合は、溶接、ろう付け、摩擦攪拌接合、かしめ、接着などにより行うことができる。これにより、プレート１１が製造される。なお、かしめを行う場合、下部材１１１と上部材１１２との間にパッキンを介在させるようにしてもよい。

プレート１１が製造されると、このプレート１１の長さ方向の一端に入口ヘッダ１２を、他端に出口ヘッダ１３を接合する。これは、溶接により接合したり、Ａｌ−Ｓｉ系またはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系などのアルミニウム合金から形成されたろう材によりろう付け接合したりするようにしてもよい。

以上の工程により、内面に断面が波形形状の流路１０ａが形成された熱交換器１０が作製される。このように作成された熱交換器１０の流路１０ａに、加熱または冷却した気体または流体を流通させることにより、熱交換器１０の内部と外部との間で熱交換を行うことができる。

従来のプレートは、流路が矩形断面を有していたので、液体を流通させると流路の四隅によどみが生じるため、その部分で液体とプレートとの熱伝達率が低下し、結果として、液体とプレートとの間で熱交換を効率的に行うことができなかった。一方、本実施の形態では、流路１０ａが蛇行した断面形状を有するので、よどみが生じる箇所が少なくなり、液体と熱交換器１０との接触面積が大きくなると同時によどみによる熱伝達率の低下が抑制される。結果として、液体と熱交換器１０との間で熱交換を効率的に行うことができる。

また、本実施の形態によれば、熱交換器１０を構成するプレート１１を押出形材から形成することにより、形状、特に長さ方向の寸法を適宜自由に設定することができる。また、プレート１１をそれぞれ押出形材からなる下部材１１１と上部材１１２という２つの部材から構成することにより、容易に形成することができる。

本実施の形態では、下部材１１１および上部材１１２それぞれの長さ方向に沿った縁部に第１係合部１１１ｅまたは第３係合部１１２ｅを形成し、これらを係合させている。これにより、下部材１１１と上部材１１２をより強固に接合することができる。
また、下部材１１１上面に第２係合部１１１ｆを、上部材１１２上面に第４係合部１１２ｆをそれぞれ形成し、これらを掛合させている。これにより、流路１０ａを流通する液体によりプレート１１内部の圧力が上昇した場合であっても、所定の流路形状が保持され所定の熱交換性能が得られる。
また、下部材１１１の下面に大型フィン１１１ｂおよび小型フィン１１１ｃ、上部材１１２の上面に中型フィン１１２ｂおよび小型フィン１１２ｃを設けることにより、熱交換器１０外部の表面積が大きくなるので、熱交換器１０外部の流体と熱交換器１０内部を流通する熱媒体との間で熱交換を効率的に行うことができる。

また、本実施の形態において、熱交換器１０には、陽極酸化皮膜処理、化成皮膜処理、めっき、塗装、真空蒸着または乾式めっき等の表面処理を行うようにしてもよい。本実施の形態では、プレート１１１が下部材１１１と上部材１１２という２つの部材から構成されるので、従来のように一体形成されているパネルでは工業的に困難であった陽極酸化皮膜処理を行うことができる。これにより、耐腐食性や耐摩耗性を向上させることができる。

さらに、本実施の形態において、第１凸部１１１ｄの端部および第１凸部１１１ｄと下本体１１１ａの接続部分、並びに、第２凸部１１２ｄの端部および第２凸部１１２ｄと上本体１１２ａの接続部分は、円弧状に形成するようにしてもよい。これにより、よどみ点が生じるのを防ぐことができるので、結果として、液体と熱交換器１０との間で熱交換を効率的に行うことができる。

（飲料サーバ）
次に、上述した熱交換器１０の使用例について説明する。熱交換器１０は、図２に示すようなビールや炭酸飲料などの飲料サーバ１に適用することができる。この飲料サーバ１は、ベース２１と、このベース２１上に設けられた冷却容器２２と、冷却容器２２内部に収容された熱交換器１０と、ベース２１上に配置されパイプ２３を介して熱交換器１０に接続された飲料タンク２４と、冷却容器２２の一側面に設けられパイプ２５を介して熱交換器１０に接続されたノズル２６と、パイプ２７および減圧弁２８を介して飲料タンク２４に炭酸ガスを供給するガスタンク２９とを主に備えている。

（飲料サーバの動作）
次に、飲料サーバ１の動作について説明する。まず、図２に示すように、冷却容器２２内部に氷ｉを投入する。この氷ｉが熱交換器１０上に載置されると、氷ｉと熱交換器１０との間で熱交換され、熱交換器１０の熱が中型フィン１１２ｂや小型フィン１１２ｃを介して氷ｉに移動し、熱交換器１０が冷却される。なお、受熱して溶けた氷ｉは、熱交換器１０下方に貯留される。この貯留された水ｗと熱交換器１０との間でも熱交換が行われ、熱交換器１０の熱が大型フィン１１１ｂや小型フィン１１１ｃを介して水ｗに移動し、熱交換器１０が冷却される。

熱交換器１０が冷却されると、減圧弁２８を所定の開度に開放して飲料タンク２４内部の圧力を上昇させる。この状態でノズル２６を開けると、飲料タンク２４内部と外部の気圧差により飲料タンク２４内部に貯留されていた飲料がパイプ２３を介して入口ヘッダ１２に送出される。入口ヘッダ１２に達した飲料は、プレート１１１の流路１０ａ内部を流通して出口ヘッダ１３に到達し、パイプ２５を介してノズル２６から外部に放出される。

飲料が流路１０ａ内部を流通する際、飲料と熱交換器１０との間で熱交換が行われ、飲料の熱が熱交換器１０に移動し、飲料が冷却される。これにより、ノズル２６からは、冷却された状態の飲料が放出される。

このように、熱交換器１０を飲料サーバ１に適用することにより、流路１０ａ内部を流通する飲料と熱交換器１０外部との間でより効果的に熱交換を行うことができる。

なお、図１には、第２係合部１１１ｆおよび第４係合部１１２ｆが等間隔に３つずつ設けられているが、第２係合部１１１ｆおよび第４係合部１１２ｆを設ける位置および数量はこれに限定されず、下本体１１１ａ上面または上本体１１２ａ下面に設けるのであれば、適宜自由に設定することができる。これにより、流路１０ａを流通させる液体の特性や流量等に応じて熱交換器１０を設計することが可能となる。

また、本実施の形態において、入口ヘッダ１２および出口ヘッダ１３の内部に仕切り板を設け、流路１０ａ内部を流通する液体が入口ヘッダ１２と出口ヘッダ１３との間を往来するようにしてもよい。これにより、熱交換器１０の流路１０ａ内部を流通する液体をより効果的に冷却することができる。

［第２の実施の形態］
（熱交換器）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３に示すように、本実施の形態に係る熱交換器３０は、内部に流路３０ａが形成されたプレート３１と、このプレート３１の両端部に設けられたヘッダ３２とから構成される。

プレート３１は、全体として略直方体の形状を有し、下面に平面が形成された下部材３１１と、上面に平面が形成された上部材３１２とを備える。プレート３１の下部材３１１と上部材３１２とは、例えば、ＪＩＳ−Ｈ４１００の６０６３アルミニウム合金等のアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。便宜上、以下において、流路３０ａの流通方向を長さ方向、この長さ方向と直交しかつ下部材３１１および上部材３１２の平面と平行な方向を幅方向、長さ方向および幅方向と直交する方向を高さ方向という。

下部材３１１は、平面視略矩形の板の形状を有する下本体３１１ａと、下本体３１１ａの長さ方向に沿った両端部から立設された側壁３１１ｂと、下本体３１１ａの上面に所定間隔を隔てて立設された第１凸部３１１ｃとを主に備える。また、下本体３１１ａの幅方向の中央部には、下本体３１１ａの上面から立設し、端部が幅方向に折れ曲がった第１係合部３１１ｄが形成されている。第１係合部３１１ｄは、第１凸部３１１ｃと平行に形成されている。

上部材３１２は、平面視略矩形の板の形状を有する上本体３１２ａと、この上本体３１２ａの長さ方向に沿った両端部から立設された側壁３１２ｂと、上本体３１１ａの下面に所定間隔を隔てて立設された第２凸部３１２ｃとを主に備える。また、上本体３１２ａの幅方向の中央部には、上本体３１２ａの下面から立設し、下部材３１１と上部材３１２とを対向配置したとき、その端部が第１係合部３１１ｄと反対方向に折れ曲がった第２係合部３１２ｄが形成されている。この第２係合部３１２ｄは、第２凸部３１２ｃと平行に形成されている。ここで、第１係合部３１１ｄと第２係合部３１２ｄとは、相俟って間隔維持部として機能し、下部材３１１と上部材３１２の間隔が拡がる方向への内圧に対して間隔の維持を行う。

第２凸部３１２ｃは、下部材３１１の対向する位置に第１凸部３１１ｃが形成されていない位置に形成される。これにより、第１凸部３１１ｃと第２凸部３１２ｃとは、幅方向に互い違いに配設される。

このようなプレート３１は、下部材３１１と上部材３１２とを組み合わせると、図３（ｃ）に示すように、下部材３１１の上面と上部材３１２の下面とで構成される断面が波形の形状を有する流路３０ａが内部に形成される。この流路３０ａは、第１係合部３１１ｄおよび第２係合部３１２ｄで幅方向に分割されることにより、複数形成される。

ヘッダ３２は、一の面に開口３２ａを有する箱形の形状を有し、開口３２ａに対向する面には熱媒体の流出入孔３２ｂが形成されている。このようなヘッダ３２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。

（熱交換器の製造方法）
次に、熱交換器３０の製造方法について説明する。熱交換器３０の製造工程は、下部材３１１と上部材３１２とを用意することから始まる。下部材３１１と上部材３１２とは、第１の実施の形態で説明したプレート１１の場合と同様、所定の金型を使用して押し出し形材を作製し、これを所定の長さに切断することによって作製することができる。また、所定の鋳型を使用して鋳造によって作製するようにしてもよい。

下部材３１１と上部材３１２とが作製されると、上部材３１２を下部材３１１の上面に沿ってスライドさせる、または、下部材３１１の上方から上部材３１２を嵌め込むことにより、図３に示すように、下部材３１１と上部材３１２とを組み合わせる。

このとき、下部材３１１の第１係合部３１１ｄと上部材３１２の第２係合部３１２ｄとは、第１係合部３１１ｄの端部と上部材３１２ｄの端部とが高さ方向に引っ掛かった状態となることにより、互いに掛合する。

また、下部材３１１の第１凸部３１１ｃは、上部材３１２に当接しない。同様に、上部材３１２の第２凸部３１２ｃも、下部材３１１に当接しない。したがって、下部材３１１と上部材３１２を組み合わせることにより生成される間隙には、波形の形状に蛇行した断面形状を有する流路３０ａが形成される。

下部材３１１と上部材３１２とが組み合わされると、下部材３１１の側壁３１１ｂと上部材３１２の側壁３１２ｂとの接触面を接合する。この接合は、溶接、ろう付け、摩擦攪拌接合、接着などにより行うことができる。これにより、プレート３１が製造される。

プレート３１が製造されると、このプレート３１の長さ方向の両端にヘッダ３２を接合する。これは、溶接により接合したり、Ａｌ−Ｓｉ系またはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系などのアルミニウム合金から形成されたろう材により接合したりするようにしてもよい。

以上の工程により、内面に断面が波形の形状の流路３０ａが形成されたプレート３１が作製される。このように作成された熱交換器３０の流路３０ａに、加熱または冷却した気体または流体を流通させることにより、熱交換器１０の内部と外部との間で熱交換を行うことができる。

本実施の形態によれば、熱交換器３０を構成するプレート３１を押出形材から形成することにより、形状、特に長さ方向の寸法を適宜自由に設定することができる。また、プレート３１をそれぞれ押出形材からなる下部材３１１と上部材３１２という２つの部材から構成することにより、容易に形成することができる。

また、本実施の形態では、下部材３１１上面に第１係合部３１１ｄを、上部材３１２上面に第２係合部３１２ｄをそれぞれ形成し、これらを掛合させている。これにより、下部材３１１または上部材３１２の強度を大きくしなくても流路３０ａを流通する液体によりプレート３１内部の圧力の上昇により下部材３１１と上部材３１２との間隔が維持され熱交換器の機能を損なうことがない。

また、本実施の形態において、熱交換器３０には、陽極酸化皮膜処理、化成皮膜処理、めっき、塗装、真空蒸着または乾式めっき等の表面処理を行うようにしてもよい。本実施の形態では、プレート３１が下部材３１１と上部材３１２という２つの部材から構成されるので、従来のように一体形成されているパネルでは工業上困難であった陽極酸化皮膜処理を行うことができる。これにより、耐腐食性や耐摩耗性を向上させることができる。

また、本実施の形態において、プレート３１の上面または下面には平面が形成されているので、ＣＰＵなどをプレート３１上に容易に配設することができる。結果として、ＣＰＵ等の電子機器を効率的に冷却することができる。

（液冷システム）
次に、上述した熱交換器３０の使用例について説明する。熱交換器３０は、図４に示すような、コンピュータ内部に配設されたＣＰＵを冷却する液冷システム２に適用することができる。この液冷システム２は、発熱体であるＣＰＵを表面に固定した熱交換器３０と、熱媒体が輸送する熱を外部に放出するラジエータ４１と、熱媒体を循環させるマイクロポンプ４２と、温度変化による熱媒体の膨張や収縮を吸収するリザーブタンク４３と、これらを接続するパイプ４４とを主に備えている。ここで、熱媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が使用される。

（液冷システムの動作）
次に、液冷システム２の動作について説明する。まず、液冷システム２が導入されたコンピュータの電源がＯＮにされると、熱交換器３０の上面または下面に配設されたＣＰＵが作動し、発熱し始める。そして、ＣＰＵの熱は、熱交換器３０に伝達する。

一方、コンピュータの電源のＯＮに連動して、マイクロポンプ４２が作動する。すると、熱媒体は、マイクロポンプ４２から熱交換器３０の一方のヘッダ３２の流出入孔３２ｂに送出され、プレート３１の流路３０ａを流通する。

このとき、熱媒体がプレート３１の流路３０ａ内部を流通する間に、熱媒体と熱交換器３０のプレート３１との間で熱交換され、ＣＰＵの熱が熱媒体に伝達し、熱媒体は受熱する。プレート３１で受熱した熱媒体は、他方のヘッダ３２の流出入孔３２ｂより排出され、パイプ４４を経由してラジエータ４１に供給され、ラジエータ４１において熱媒体の熱が放熱される。そして、温度が低下した熱媒体は、パイプ４４を介してマイクロポンプ４２とに流れた後、再び熱交換器３０に供給される。

従来のヒートシンクは、流路が矩形断面を有していたので、熱媒体を流通させると流路の四隅によどみが生じるため、その部分で熱媒体とヒートシンクとの熱伝達率が低下し熱交換を効率的に行うことができなかった。本実施の形態では、流路３０ａが断面が波形に蛇行した断面形状を有するので、よどみによる熱伝達率の低下が抑制される。結果として、熱媒体と熱交換器３０との間で熱交換を効率的に行うことができる。

なお、図３には、第１係合部３１１ｄおよび第２係合部３１２ｄが１つずつ設けられているが、第１係合部３１１ｄおよび第２係合部３１２ｄを設ける位置および数量はこれに限定されず、下本体３１１ａ上面または上本体３１２ａ下面に設けるのであれば、適宜自由に設定することができる。これにより、流路３０ａを流通させる液体の特性や流量等に応じて熱交換器３０を設計することが可能となる。

また、本実施の形態において、ヘッダ３２の内部に仕切り板を設け、流路３０ａ内部を流通する液体が一対のヘッダ３２間を往来するようにしてもよい。これにより、熱交換器３０の表面に配設されたＣＰＵをより効果的に冷却することができる。

［第３の実施の形態］
（熱交換器）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５に示すように、本実施の形態に係る熱交換器５０は、内部に流路５０ａが形成されたプレート５１と、このプレート５１の両端部に設けられたヘッダ５２，５２’とから構成される。

プレート５１は、全体として略直方体の形状を有し、下面側に形成された平面状の下部壁５１１と、この下部壁５１１と対向配置されプレート５１の上面側に形成された平面状の上部壁５１２と、下部壁５１１と上部壁５１２の流路５０ａに沿った方向の両端部に形成された側壁５１３とを備える。このようなプレート５１は、一体に形成されており、内部に流路５０ａを形成する中空部が２つ形成されている。プレート５１は、ＪＩＳ−Ｈ４１００の６０６３アルミニウム合金等のアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。便宜上、以下において、流路５０ａの流通方向を長さ方向、この長さ方向と直交しかつ下部壁５１１および上部壁５１２の平面と平行な方向を幅方向、長さ方向および幅方向と直交する方向を高さ方向という。

プレート５１の下部壁５１１の上面には、所定間隔を隔てて立設された第１凸部５１１ａを備え、上部壁５１２の下面には所定間隔を隔てて立設された第２凸部５１２ａが形成されている。また、下部壁５１１と上部壁５１２の幅方向の中央部には、下部壁５１１と上部壁５１２とを繋ぐ仕切壁５１１ｂが形成される。この仕切壁５１１ｂは、間隔維持部として機能し、下部壁５１１と上部壁５１２の間隔が拡がる方向への内圧に対してその間隔を維持するよう機能するとともに、下部壁５１１と上部壁５１２の間隔を狭める方向への外圧に対して、その間隔の維持するよう機能する。

第１凸部５１１ａと第２凸部５１２ａとは、幅方向に互いに違いに配設される。また、第１凸部５１１ａと上部壁５１２とは、離間して配設される。同様に、第２凸部５１２ａと下部壁５１１とは、離間して配設される。

このようなプレート５１の流路５０ａは、下部壁５１１、上部壁５１２、第１凸部５１１ａ、第２凸部５１２ａおよび仕切壁５１１ｂにより形成される空間から構成される。これにより、流路５０ａの断面は、波形の形状に形成される。また、流路５０ａは、仕切壁５１１ｂによって上記空間が分割されることにより、２つの流路５０ａ１，５０ａ２が形成される。

ヘッダ５２は、一の面に開口５２ａを有する箱形の形状を有し、開口５２ａに対向する面には、熱媒体の流入孔５２ｂ１および流出孔５２ｂ２が形成されている。また、ヘッダ５２の内部には、ヘッダ５２の内部を２つに仕切るとともに、プレート５１に取り付けた際に仕切壁５１１ｂに当接する仕切壁５２ｃが形成されている。このようなヘッダ５２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される。

ヘッダ５２’は、ヘッダ５２と同等の形状を有する。なお、ヘッダ５２'には、流入孔５２ｂ１、流出孔５２ｂ２および仕切壁５２ｃが形成されていない。

（熱交換器の製造方法）
次に、熱交換器５０の製造方法について説明する。熱交換器５０の製造工程は、プレート５１を用意することから始まる。
プレート５１は、所定の金型を使用して押出形材を作成し、これを所定の長さに切断することによって作成することができる。また、所定の鋳型を使用して鋳造によって作製するようにしてもよいし、断面長方形の部材を用意して切削により流路５０ａを形成するようにしてもよい。

プレート５１が製造されると、このプレート５１の長さ方向の両端に、ヘッダ５２，５２’を接合する。これは、溶接により接合したり、Ａｌ−Ｓｉ系またはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系などのアルミニウム合金から形成されたろう材によりろう付け接合したりするようにしてもよい。

以上の工程により、内面に断面が波形の形状の流路５０ａが形成されたプレート５１が作製される。このように作製された熱交換器５０の流路５０ａに、加熱または冷却した気体または流体を流通させることにより、熱交換器１０の内部と外部との間で熱交換を行うことができる。具体的には、熱媒体は、流入孔５２ｂ１よりヘッダ５２に流入し、プレート５１の片側の流路５０ａ１を通って反対側のヘッダ５２’に流入し、プレート５１の他方の流路５０ａ２を通ってヘッダ５２に流入し、流出孔５２ｂ２から排出される。本実施の形態では、流路５０ａが断面が波形に蛇行した断面形状を有するため、よどみによる熱伝達率の低下が抑制されるので、熱媒体と熱交換器５０との間で熱交換を効率的に行うことができる。

なお、本実施の形態によれば、熱交換器５０を構成するプレート５１を押出形材から形成すれば、形状、特に長さ方向の寸法を適宜自由に設定することができる。

また、本実施の形態では、仕切壁５１１ｂにより下部壁５１１および上部壁５１２を結合して両者の間隔を維持している。これにより、下部壁５１１、上部壁５１２の強度を大きくしなくても、流路５０ａを流通する液体によりプレート５１内部の圧力の上昇により下部壁５１１と上部壁５１２との間隔が維持され、熱交換器５０の機能を損なうのを防ぐことができる。

また、本実施の形態では、プレート５１の上面または下面に平面が形成されているので、ＣＰＵなどをプレート５１上に容易に配設することができる。結果として、ＣＰＵ等の電子部品を効率的に冷却することができる。

本発明は、液冷システム等の冷却用熱交換器、放熱装置用熱交換器、熱媒体を閉鎖回路で利用する熱交換器や開放型の回路で利用する熱交換器等の各種熱交換器に適用することができる。

第１の実施の形態の熱交換器の構成を示す要部断面図である。 飲料サーバの構成を示す模式図である。 （ａ）は第２の実施の形態の熱交換器の平面図、（ｂ）は熱交換器の正面図構成、（ｃ）は（ａ）のI-I線断面図である。 液冷システムの構成を示すブロック図である。 （ａ）は第３の実施の形態の熱交換器の平面図、（ｂ）は熱交換器の正面図構成、（ｃ）は（ａ）のI-I線断面図である。

符号の説明

１…飲料サーバ、２…液冷システム、１０…熱交換器、１０ａ…流路、１１…プレート、１２…入口ヘッダ、１３…出口ヘッダ、２１…ベース、２２…冷却容器、２３…パイプ、２４…飲料タンク、２５…パイプ、２６…ノズル、２７…パイプ、２８…減圧弁、２９…ガスタンク、３０…熱交換器、３０ａ…流路、３１…パネル、３２…ヘッダ、３２ａ…開口、３２ｂ…流出入孔、４１…ラジエータ、４２…マイクロポンプ、４３…リザーブタンク、４４…パイプ、５０…熱交換器、５０ａ，５０ａ１，５０ａ２…流路、５１…プレート、５２，５２’…ヘッダ、５２ｂ１…流入孔、５２ｂ２…流出孔、５２ｃ…仕切壁、１１１…下部材、１１１ａ…下本体、１１１ｂ…大型フィン、１１１ｃ…小型フィン、１１１ｄ…第１凸部、１１１ｅ…第１係合部、１１１ｆ…第２係合部、１１２…上部材、１１２ａ…上本体、１１２ｂ…中型フィン、１１２ｃ…小型フィン、１１２ｄ…第２凸部、１１２ｅ…第３係合部、１１２ｆ…第４係合部、３１１…下部材、３１１ａ…下本体、３１１ｂ…側壁、３１１ｃ…第１凸部、３１１ｄ…第１係合部、３１２…上部材、３１２ａ…上本体、３１２ｂ…側壁、３１２ｃ…第２凸部、３１２ｄ…第２係合部、５１１…下部壁、５１１ａ…第１凸部、５１１ｂ…仕切壁、５１２…上部壁、５１２ａ…第２凸部、５１３…側壁。

Claims (6)

1. 熱媒体である流体を流通させる流路を内部に少なくとも１つ有し、前記熱媒体の熱と外部との間で熱交換する熱交換器であって、
   前記流路の前記流体の流通方向と直交する断面が波形の形状を有する
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 第１の部材と、
   この第１の部材と組み合わされる第２の部材と
   を備え、
   前記流路は、互いに組み合わされた前記第１の部材と前記第２の部材間に形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記第１の部材と前記第２の部材は、前記流路内部に互いの間隔を維持する間隔維持部を有する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 前記第１の部材と前記第２の部材は、前記流通方向に沿った両端部で互いに結合される
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 前記両端部は、かしめ、摩擦攪拌接合、溶融溶接、ろう付けおよび接着のうち少なくとも何れか１つにより互い固定される
   ことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 前記第１の部材および前記第２の部材は、アルミニウム合金により形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱交換器。

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