JP2011169526A

JP2011169526A - 積層型熱交換器

Info

Publication number: JP2011169526A
Application number: JP2010034617A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ono; 裕之大野; Ryutaro Beppu; 竜太郎別府; Hidetaka Shinnaga; 秀孝新長
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】蓄熱材としての第３流体の流通を円滑に行い、伝熱性を向上させること。
【解決手段】蓄熱材が流通する第３流路13の第３インナーフィン10を、その長手方向中央および幅方向中央に平面十字状のマニホールド用隙間16が形成されるように、第３インナーフィン10を平面４分割にする。さらに、第３流路13に介装される一対の第３スペーサ３に連通孔17を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源流体である第１熱交換媒体と熱回収流体である第２熱交換媒体とが蓄熱材を介して熱交換される蓄熱型熱交換器に最適な積層型熱交換器に関する。

下記特許文献１に記載の蓄熱型熱交換器は、第１流路と第２流路とが壁面を介して互いに伝熱的に接するように構成し、第１流路に熱源流体を、第２流路に熱回収流体を流通させ、且つ各流路に壁面を接して蓄熱材を配置したものである。

特開２００３−３３６９７４号公報

従来の積層型熱交換器は、第３熱交換媒体である蓄熱材が第３流路内で均一の温度に維持しにくい欠点があった。これは、特に蓄熱材に粘性がある場合、その流路内の第３インナーフィンの存在により、熱交換媒体の流動が円滑に行われないためである。
そこで、本発明は第３熱交換媒体の流動を可能なかぎり、円滑に行いうる積層型熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、それぞれ外周を閉塞する環状の第１スペーサ(1)、第２スペーサ(2)を介した第１プレート(4)と第２プレート(5)と、その長手方向両端のみに一対の第３スペーサ(3)を介して外周の両側が開放された第３プレート(6)との積層体でエレメント(7)を構成し、
第１プレート(4)と第２プレート(5)との間に第１流路(11)が形成され、第２プレート(5)と第３プレート(6)との間に第２流路(12)が形成され、第３プレート(6)と第１プレート(4)との間に第３流路(13)が形成され、
第１流路(11)に第１インナーフィン(8)が介装され、第２流路(12)に第２インナーフィン(9)が介装され、第３流路(13)に第３インナーフィン(10)が介装され、
複数の前記エレメント(7)が積層されてコア(14)を構成し、そのコア(14)がケーシング(15)に被嵌されて熱交換器を構成し、
前記第３インナーフィン(10)は、その長手方向の中心および幅方向の中心に平面十字状のマニホールド用隙間(16)が存在するように、そのフィン(10)が平面四分割されてなり、一対の前記第３スペーサ(3)は、前記長手方向に連通孔(17)が形成され、
前記各第１流路〜第３流路に第１熱交換媒体(18)，第２熱交換媒体(19)，第３熱交換媒体(20)が流通すると共に、第３熱交換媒体(20)が前記ケーシング(15)内に流通することを特徴とする積層型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
第１流路(11)と第２流路(12)と第３流路(13)の各平面は略同一で、第３流路(13)の流路断面が第１流路(11)および第２流路(12)のそれに比べて大きくされ、その第３流路(13)の第３熱交換媒体(20)を蓄熱材とした積層型熱交換器である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記第１プレート(4)，第２プレート(5)，第３プレート(6)は、平面方形に形成され、その一方の対角位置に第２流体連通孔(21)が設けられ、他方の対角位置には第１流体連通孔(22)が形成され、一対の第３スペーサ(3)にそれらに整合する第２流体連通孔(21)および第１流体連通孔(22)が形成され、
前記第１スペーサ(1)は、平面方形で前記一方の対角位置に第２流体連通孔(21)が形成され、第２スペーサ(2)は、平面方形で前記他方の対角位置に第１流体連通孔(22)が形成された積層型熱交換器である。

請求項１に記載の本発明は、互いに隣接する第１流路11と第２流路12と第３流路13に、それぞれ第１熱交換媒体18と第２熱交換媒体19と第３熱交換媒体20が流通し、互いに熱交換されるものにおいて、その第３流路13の第３インナーフィン10は、長手方向中心および幅方向中心に平面十字状のマニホールド用隙間16が存在するように、そのインナーフィン10が平面４分割されているから、比較的粘性の高い第３熱交換媒体20であっても、第３流路13の各部に円滑に流通し、迅速に均一な温度になる。さらには、第３スペーサ３に連通孔17が設けられており、それによってケーシング15内の第３熱交換媒体20を各第３流路13に円滑に流通しうる。

請求項２に記載の発明によれば、第３流路13の流路断面を第１流路11、第２流路12のそれより大きくし、第３流路13の第３熱交換媒体20として蓄熱材を用いたから、蓄熱容量を大とし、第１熱交換媒体18、第２熱交換媒体19の熱エネルギーをより多く蓄熱しうる。そして、その蓄熱エネルギーを必要な時に、より多く放出させることができる効果を有する。
請求項３に記載の構成によれば、第１熱交換媒体18および第２熱交換媒体19を多数の第１流路11、第２流路12に供給するとともに、第３熱交換媒体20をケーシング15を介し、各第３流路13に円滑に供給することができる。しかも構造が簡単で組立て容易な信頼性の高い積層型熱交換器を提供できる。

本発明の積層型熱交換器を構成するエレメントの分解斜視図。同積層型熱交換器の要部縦断面図。図２のIII-III矢視断面図。同図２の側面図。同平面図。図５のVI-VI矢視断面図。図６のVII部拡大図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
本発明の積層型熱交換器は、図２に示すごとくコア14と、その外周を被嵌するケーシング15とからなる。コア14は図１に示す平面矩形のエレメント７を複数積重ね、その上下両端に端板26を配置したものである。そのエレメント７は、第１プレート４と第２プレート５と第３プレート６との間に第１スペーサ１、第２スペーサ２、第３スペーサ３を介装したものである。第１スペーサ１、第２スペーサ２は、外周が閉塞された平面方形の環状に形成され、第３スペーサ３は後述する第３流路13の幅方向両側が開放されるように配置された一対の矩形の板材からなる。

そして、第１プレート４と第２プレート５との間に第１流路11を形成し、第２プレート５と第３プレート６との間に第２流路12を形成し、第３プレート６と第１プレート４との間に第３流路13を形成する。そして、第１流路11内に第１インナーフィン８が介装され、第２流路12内に第２インナーフィン９が介装され、第３流路13内に第３インナーフィン10が介装される。

第１プレート４、第２プレート５、第３プレート６および第３スペーサ３には、一方の対角位置に一対の第２流体連通孔21が設けられ、他方の対角位置に一対の第１流体連通孔22が形成されている。さらに、第１スペーサ１には前記一方の対角位置に一対の第２流体連通孔21が形成され、第２スペーサ２には他方の対角位置に一対の第１流体連通孔22が形成されている。このような各部品の積層体からなるエレメント７を多数段積層するとともに、その上下両端に端板26を配置する。
この例では、第３スペーサ３および、第３インナーフィン10の厚みを、第１スペーサ１、第１インナーフィン８，第２スペーサ２、第２インナーフィン９の厚みの２〜３倍にして、第３熱交換媒体20の熱容量を他のそれらに比べて大きくしている。

また、この例では上端の端板26に図５に示すごとく、前記一方の対角位置に一対の第２流体連通孔21が穿設され、その開口縁に第２パイプ24の端部が接続される。そして、他方の対角位置に一対の第１流体連通孔22が設けられ、その開口縁に第１パイプ23の端部が接続される。さらに、端板26の幅方向中央位置でその長手方向両端部寄りの位置に一対の第３流体連通孔27が穿設され、その孔縁部に第３パイプ25の一端がそれぞれ接続される。

このしてようになるコア14は、互いに接触する部品間がろう付け固定される。さらに、その外周にケーシング15が被嵌されて熱交換器を完成する。
そして、一方の第１パイプ23から第１熱交換媒体18を流通させ、それを図１に示すごとく第１インナーフィン８が存在する第１流路11内を流通させ、他方の第１パイプ23からそれを流出させる。また、一方の第２パイプ24から第２熱交換媒体19を流通させ、それを図１のごとく第２インナーフィン９が介装された第２流路12内を流通させ、他方の第２パイプ24からそれを流出させる。

また、第３パイプ25を介してケーシング15内には第３熱交換媒体20が充填され、それが第３インナーフィン10を有する第３流路13内に供給される。この第３熱交換媒体20は、ケーシング15内において、各第３流路13の内部を幅方向に流通するとともに、マニホールド用隙間16を介して第３流路13内に迅速に流通し、マニホールド用隙間16を介してさらに各第３インナーフィン10の矩形流路内に供給される。さらには、第３スペーサ３の連通孔17を介して第３熱交換媒体20が第３流路13内に流通する。

（作用）
第１熱交換媒体18、第２熱交換媒体19のいずれか一方が熱源流体であり、他方が熱回収流体である。そして、第３熱交換媒体20が蓄熱材である。そして、第１熱交換媒体18と第２熱交換媒体19との間に熱交換が行われるとともに、第１熱交換媒体18と第３熱交換媒体20との間および第２熱交換媒体19と第３熱交換媒体20との間に熱交換が行われる。そして、第３熱交換媒体20に蓄熱される。このとき、第３熱交換媒体20はマニホールド用隙間16の存在により第３流路13各部に迅速に流通し、温度分布を迅速に均一にする。それにより、効率の良い蓄熱が第３熱交換媒体20に行われる。

そして、第３熱交換媒体20からは、蓄熱されたエネルギーが必要に応じ、第１熱交換媒体18、第２熱交換媒体19に、熱交換により引渡される。このときも、第３熱交換媒体20が第３流路13内部を流通することにより、効率よく伝熱される。第３熱交換媒体20としては、従来知られている公知の各種流動体或いは半流動体を用いることができる。
熱源流体としては高温の流体を、熱回収流体としては水等を使用することができる。

１第１スペーサ
２第２スペーサ
３第３スペーサ
４第１プレート
５第２プレート
６第３プレート
７エレメント
８第１インナーフィン
９第２インナーフィン

10 第３インナーフィン
11 第１流路
12 第２流路
13 第３流路
14 コア
15 ケーシング
16 マニホールド用隙間
17 連通孔
18 第１熱交換媒体
19 第２熱交換媒体
20 第３熱交換媒体

21 第２流体連通孔
22 第１流体連通孔
23 第１パイプ
24 第２パイプ
25 第３パイプ
26 端板
27 第３流体連通孔

Claims

それぞれ外周を閉塞する環状の第１スペーサ(1)、第２スペーサ(2)を介した第１プレート(4)と第２プレート(5)と、その長手方向両端のみに一対の第３スペーサ(3)を介して外周の両側が開放された第３プレート(6)との積層体でエレメント(7)を構成し、
第１プレート(4)と第２プレート(5)との間に第１流路(11)が形成され、第２プレート(5)と第３プレート(6)との間に第２流路(12)が形成され、第３プレート(6)と第１プレート(4)との間に第３流路(13)が形成され、
第１流路(11)に第１インナーフィン(8)が介装され、第２流路(12)に第２インナーフィン(9)が介装され、第３流路(13)に第３インナーフィン(10)が介装され、
複数の前記エレメント(7)が積層されてコア(14)を構成し、そのコア(14)がケーシング(15)に被嵌されて熱交換器を構成し、
前記第３インナーフィン(10)は、その長手方向の中心および幅方向の中心に平面十字状のマニホールド用隙間(16)が存在するように、そのフィン(10)が平面四分割されてなり、一対の前記第３スペーサ(3)は、前記長手方向に連通孔(17)が形成され、
前記各第１流路〜第３流路に第１熱交換媒体(18)，第２熱交換媒体(19)，第３熱交換媒体(20)が流通すると共に、第３熱交換媒体(20)が前記ケーシング(15)内に流通することを特徴とする積層型熱交換器。
請求項１において、
第１流路(11)と第２流路(12)と第３流路(13)の各平面は略同一で、第３流路(13)の流路断面が第１流路(11)および第２流路(12)のそれに比べて大きくされ、その第３流路(13)の第３熱交換媒体(20)を蓄熱材とした積層型熱交換器。
請求項１または請求項２において、
前記第１プレート(4)，第２プレート(5)，第３プレート(6)は、平面方形に形成され、その一方の対角位置に第２流体連通孔(21)が設けられ、他方の対角位置には第１流体連通孔(22)が形成され、一対の第３スペーサ(3)にそれらに整合する第２流体連通孔(21)および第１流体連通孔(22)が形成され、
前記第１スペーサ(1)は、平面方形で前記一方の対角位置に第２流体連通孔(21)が形成され、第２スペーサ(2)は、平面方形で前記他方の対角位置に第１流体連通孔(22)が形成された積層型熱交換器。