JP3197685U - 熱交換器のマイクロチャンネル構造及び集積式マイクロチャンネル熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの流体間で熱交換を目的とした熱交換部材に関し、具体的には、流線型のマイクロチャンネル構造、及び水と冷媒との間で熱エネルギーを伝達可能な集積式マイクロチャンネル熱交換器を提供する。【解決手段】マイクロチャンネル構造は多層積層した熱交換板の間に形成され、熱交換板上に複数のフィンユニット２が成形され、フィンユニットは流体の流動する方向に垂直な方向に沿って均一的に配列されてフィンユニット群となり、複数のフィンユニット群が流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列される。フィンユニットは少なくとも２段の間隔のあるフィン２１からなり、隣接するフィンユニットの間及び隣接するフィンの間の流体チャンネルがマイクロチャンネル構造を形成する。集積式マイクロチャンネル熱交換器は、多層積層した熱交換板を備え、熱交換板の間にマイクロチャンネル構造が形成されている。【選択図】図２

Description

本考案は、２つの流体間で熱交換を目的とした熱交換部材に関し、具体的には、流線型のマイクロチャンネル構造、及び水と冷媒との間で熱エネルギーを伝達可能な集積式マイクロチャンネル熱交換器に関する。

現在の熱交換器分野において、マイクロチャンネル熱交換器は体積が小さく、重さが軽く、コンパクトであるため、いまの熱交換器の新しい研究開発応用の方向となっている。

従来の熱ポンプシステムに用いるマイクロチャンネル熱交換器は、ほとんどが扁平アルミ管型材及び冷媒と作動流体の出入口により実現され、それは冷媒と空気との間の熱交換用分流型熱交換器のみに限られる。例えば、中国特許文献ＣＮ１０２０９５２８５Ａに開示されたマイクロチャンネル熱交換器は上記分流型熱交換器である。熱交換用扁平管はアルミ管型材であるため、型材の寸法は固定値となる。マイクロチャンネルの水力学的直径の選択には制限があり、最適化した熱設計に適したアルミ管型材の選択はとても難しい。また、現在のアルミ管型材の製造技術の制約により、マイクロチャンネル間の壁の厚さは熱伝導に必要な寸法（壁厚さがとても薄いことが要求される）に達することができず、したがって扁平管をアルミ管型材として設計したマイクロチャンネル熱交換器はマイクロチャンネル熱交換器技術が発展する方向とはならない。

微加工技術の向上につれて、平版印刷技術、化学またはフォトエッチング、ダイヤモンド切削及びワイヤカット等方式により加工した金属マイクロチャンネル熱交換器は、本分野の新しい技術の発展方向となっている。例えば、中国特許文献ＣＮ１０１５０９７３６Ａ及びＣＮ２０１９７３９６２Ｕに開示されたマイクロチャンネル熱交換器がこのような熱交換器に属する。しかし、加工及び成形工程の制約により、このような熱交換器は熱交換壁の厚さが厚く、組立が不便であり、出入口の接続方式が単一である等の欠点が存在する。その中で、ＣＮ１０１５０９７３６Ａに開示されたマイクロチャンネル熱交換器は、冷媒チャンネル層、仕切り板層、作動流体層の３層からなる熱交換ユニットが積層されて構成され、３つの異なる形状の流体チャンネル層を加工した後に、原子拡散の方式によって結合させて全体を構成しなければならず、組立の方式が複雑であり、加工コストが比較的高い。ＣＮ２０１９７３９６２Ｕに開示されたマイクロチャンネル熱交換器において、冷媒チャンネルと作動流体チャンネルが積層接合した金属板の間に成形され、隣接する金属板の少なくとも一側面に冷媒凹溝及び作動流体凹溝が交互に成形され、金属板が積層接合された後、冷媒凹溝及び作動流体凹溝がそれぞれ冷媒チャンネルと作動流体チャンネルを形成する。多層の金属板が原子拡散の方式によって接合されるため、熱交換器全体の接合強度を確保するためには、金属板の接合面の幅が０．４ｍｍより低くてはならないが、これにより熱交換器の熱交換の壁の厚さが比較的厚くなってしまい、熱交換能力が要求を満たせなくなる。現在の大多数のマイクロチャンネル熱交換器は、アルミ扁平管またはコンパクトな水と冷媒のマイクロチャンネル熱交換器にかかわらず、内部チャンネルの形は基本的に角形または円形の断面のストレートチャンネルである。このような熱交換器の微細チャンネルは熱交換を強化することができるが、同時に流体圧力損失の増大をもたらしてしまい、且つ、このようなマイクロチャンネル構造は乱れが熱交換の強化に与える影響を考慮していない。

米国特許文献ＵＳ７３３４６３１Ｂ２及び日本特許文献ＪＰ２００６１７０５４９Ａのいずれにもマイクロチャンネル熱交換器が開示されている。これらの熱交換器のマイクロチャンネル構造は、多層積層の熱交換板の間に交互に成形され、熱交換板上に複数の規則的に配列した流線型フィンが成形され、フィンの間にマイクロチャンネルを形成する。ストレートチャンネルの熱交換器に比べて、このような熱交換器は強制対流熱伝達率を増加させ、流体の圧力損失を減らすが、このような構造は凝縮を促しまたは蒸発相を変化させる微細構造が足りないため、まだ伝熱性能を高める余地があり、流体流動の抵抗をさらに減らす余地がある。

このため、本考案が解決しようとする課題は、従来の熱交換器のマイクロチャンネル構造設計が不合理的であることにより流体流動の抵抗が大きく、熱交換能力が悪い問題であり、強制対流熱伝達率が高くて流動抵抗が小さい熱交換器マイクロチャンネル構造及び集積式マイクロチャンネル熱交換器を提供する。

上記技術課題を解決するために、本考案の一側面によれば、熱交換器のマイクロチャンネル構造を提供し、前記マイクロチャンネル構造は多層積層した熱交換板の間に形成され、前記熱交換板に複数のフィンユニットが成形され、前記フィンユニットは流体が流動する方向に垂直な方向に沿って均一的に配列されてフィンユニット群となり、複数の前記フィンユニット群は流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列され、上流側の前記フィンユニットの後端は下流側の隣接する２つの前記フィンユニットの中間位置に設けられ、前記フィンユニットは少なくとも２段のフィンからなり、隣接する前記フィンの前に間隔を開け、隣接する前記フィンユニットの間及び隣接する前記フィンの間の流体チャンネルが前記マイクロチャンネル構造を形成する。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記フィンユニットの外輪郭が直線状または曲線状である。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、隣接する前記フィンユニット群が流体流動方向の傾斜方向に対して反対であり、前記フィンユニットと流体流動方向との間の夾角が４５°≦α≦５５°である。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、流体流動方向で隣接する２つの前記フィンユニットが１つのフィンユニット対を形成し、隣接する２つの前記フィンユニットは流体流動方向でのピッチａ≦２ｍｍ、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂ≦２ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対の間は流体流動方向でのピッチ≧２ａであり、隣接する前記フィンユニット対が流体流動方向に垂直な方向でのピッチ≧２ｂである。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記フィンユニットは流体流動方向に沿った長さＬ≦２．５ｍｍ、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈ≦１．５ｍｍ、前記フィンの厚さδ≦０．５ｍｍである。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記フィンユニットを構成する前記フィンは、前記フィンユニットの外輪郭を形成する主流辺及び前記主流辺に隣り合う分流辺を備え、隣接する前記フィンの前記分流辺が互い平行であり、且つそのピッチが０．０５ｍｍ≦ｔ≦０．３５ｍｍであり、前記分流辺と流体流動方向との夾角０°≦β≦１５°である。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記フィンユニットの外輪郭は、中間段が直線である「ｓ」字状曲線を呈し、円冠状の前端フィン、後端フィン及び前記前端フィンと前記後端フィンとの間に設けられた平行四辺形の中間フィンからなる。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記フィンユニットの外輪郭は直線状であり、３つの平行四辺形のフィンからなり、前記フィンの平行四辺形の鈍角辺は弧状でつながっている。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記マイクロチャンネル構造は流体流動方向に沿って順次に導流段、熱交換段及び合流段であり、前記導流段と前記合流段の隣接する前記フィンユニットが流体流動方向に沿ったピッチは、前記熱交換段の隣接する前記フィンユニットが流体流動方向に沿ったピッチより大きい。

上記熱交換器のマイクロチャンネル構造では、前記熱交換板上の前記フィンはフォトエッチングによって成形されることが好ましい。

本考案の他の側面によれば、集積式マイクロチャンネル熱交換器において、多層積層した熱交換板を有し、前記熱交換板上に複数のフィンユニットが成形され、前記フィンユニットは流体が流動する方向に垂直な方向に沿って均一的に配列してフィンユニット群となり、複数の前記フィンユニット群は流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列され、上流側の前記フィンユニットの後端が下流側の隣接する２つの前記フィンユニットの中間位置に設けられ、前記フィンユニットは少なくとも２段のフィンからなり、隣接する前記フィンの前に間隔を開け、隣接する前記フィンユニットの間及び隣接する前記フィンの間の流体チャンネルがマイクロチャンネル構造を形成し、前記熱交換板の板面に垂直な方向で作動流体マイクロチャンネルと冷媒マイクロチャンネルが交互に設けられて熱交換を実現し、前記マイクロチャンネル構造の流体流動の上流に導流段及び流体流入パイプに連通する入口が設けられ、前記マイクロチャンネル構造の流体流動の下流に合流段及び流体流出パイプに連通する出口が設けられ、多層の前記作動流体マイクロチャンネルの前記入口及び前記出口がそれぞれ連通設置され、多層の前記冷媒マイクロチャンネルの前記入口及び前記出口がそれぞれ連通設置される。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記熱交換板の片側に前記フィンが成形され、前記熱交換板のフィン側が隣接する層の熱交換板の平面側と接合して前記マイクロチャンネル構造を形成する。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記熱交換板の片側に前記フィンが成形され、隣接する前記熱交換板の前記フィン側が互いに接合して前記マイクロチャンネル構造を形成する。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記熱交換板の両側にそれぞれ前記フィンが成形され、片側のフィンの間に前記作動流体マイクロチャンネルが形成され、他側のフィンの間に前記冷媒マイクロチャンネルが形成される。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記フィンユニットの外輪郭が直線状または曲線状であり、前記フィンユニットと流体流動方向との間の夾角が４５°≦α≦５５°である。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記フィンユニットの外輪郭は、中間段が直線である「ｓ」字状曲線を呈し、２つの前記フィンからなり、前記フィンの間のピッチが０．０５ｍｍ≦ｔ≦０．３５ｍｍであり、前記フィンの仕切り辺と流線方向との夾角が０°≦β≦１５°である。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記フィンユニットの外輪郭は直線状であり、３つの平行四辺形のフィンからなり、前記フィンの平行四辺形の鈍角辺は弧状でつながっている。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記入口は前記導流段の対向する両側にそれぞれ設けられ、前記出口は前記合流段の対向する両側にそれぞれ設けられる。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記熱交換板上の前記フィンはフォトエッチングによって成形される。

上記集積式マイクロチャンネル熱交換器では、前記熱交換板（１）の間は原子拡散の方法によって接合されて一体となる。

本考案の上記技術手段は従来技術に比べて以下の利点を有する。

（１）本考案のマイクロチャンネル構造において、フィンユニットは少なくとも２段のフィンからなり、同じ長さと幅を有するマイクロチャンネルはその熱交換面積がストレートチャンネルの場合より約５５％大きくなり、従来の流線型のマイクロチャンネルの熱交換面積に比べて４．８％〜７．５％を増加し、且つ多段フィンの構造形式で流体との接触面積を増やし、より多くの気化コアを形成することができ、これにより、冷媒の相変化と熱伝導に寄与する。そして、断続のフィン構造は流体の乱れを増やすことができ、低いレイノルズ数の流動環境では、このような乱れは流体抵抗の増加が少ないことを前提に、冷媒と作動流体との間の熱交換を増強することができる。従って、このようなマイクロチャンネル構造を用いた熱交換器の強制対流熱伝達率が大いに高められ、熱交換能力が増強される。

（２）本考案において、フィンユニットを構成するフィン間隔の設置は、流体の分流と混合に便利であり、従来技術において間隙が無い流線型フィンにより形成された流体マイクロチャンネルが連続折線の角度により引き起こす渦流を避けることによって、流体流動の抵抗を低減する。

（３）本考案のフィンユニットの外輪郭は直線状または曲線状であってもよく、そのいずれもフォトエッチングの方式により加工成形され、隣接するマイクロチャンネルの間の熱交換壁の厚さを０．１２ｍｍより低く加工させることができ、熱交換器の熱伝導性能をさらに高めることができる。また、隣接する２層の熱交換板の平面側とフィン側との間またはフィン側同士が互いに接合し、熱交換器全体の強度を保証する条件下でさらに大いに熱交換壁の厚さを下げることができる。それによって、熱交換器の熱交換能力をさらに高める。

（４）本考案のマイクロチャンネル構造と従来技術における間隙が無いフィンのマイクロチャンネル構造との間で流体圧力損失上の差異を得るために、出願人は本考案の実施例１、実施例２におけるマイクロチャンネル構造を用いて従来の間隙が無い流線型フィンで形成されたマイクロチャンネル構造との対比試験を行った。図１３の試験結果から、本考案のマイクロチャンネル構造を用いた場合の流体圧力損失ΔＰが低減しており、その中で、実施例１におけるマイクロチャンネル構造の形状は従来技術におけるマイクロチャンネル構造に比べて圧力損失ΔＰが３０．８％低減しており、実施例２におけるマイクロチャンネル構造は従来技術におけるマイクロチャンネル構造に比べて圧力損失ΔＰが４０％低減していることが分かる。

（５）本考案の集積式マイクロチャンネル熱交換器は、作動流体マイクロチャンネルを有する熱交換板と冷媒マイクロチャンネルを有する熱交換板からなり、２つの構造の熱交換板のみを必要とするため、３層板片からなる熱交換ユニットの構造と比べて、板片の数量が少なく、組立が簡単であるため、加工コストを低減させる。

（６）本考案の集積式マイクロチャンネル熱交換器はそれぞれ導流段と合流段の対向する両側に２つの入口と２つの出口が設置され、このような設置方式は、ユーザが異なる取付位置に基づいて接続管路を選択するのに便利である。

本願を構成する一部の明細書図面は本考案をさらに理解するために用いたものであり、本考案のモデル的な実施例及びその説明は本考案を解釈するために用いるものであり、本考案に対する不当な限定を構成しない。図において、
本考案熱交換器のマイクロチャンネル構造を示す全体構造図である。 本考案実施例１の部分フィンユニットの間の位置構造を示す図である。 本考案実施例１における一フィンユニットの構造を示す図である。 本考案実施例２の部分フィンユニットの間の位置構造を示す図である。 本考案実施例２における一フィンユニットの構造を示す図である。 本考案の集積式マイクロチャンネル熱交換器を示す斜視図である。 本考案の集積式マイクロチャンネル熱交換器冷媒層の熱交換板の構造を示す図である。 本考案の集積式マイクロチャンネル熱交換器作動流体層の熱交換板の構造を示す図である。 本考案実施例４の部分フィンユニットの間の位置構造を示す図である。 本考案実施例４における一フィンユニットの構造を示す図である。 本考案実施例５の部分フィンユニットの間の位置構造を示す図である。 本考案実施例５における一フィンユニットの構造を示す図である。及び 本考案と従来技術のマイクロチャンネル構造との間の性能を示す対比図である。

以下、本考案実施例を用いて、本考案の技術的手段について詳しく説明するが、以下の実施例は本考案を理解するためのものにすぎず、本考案を制限するものではない。本考案における実施例及び実施例における特徴は互いに組み合わせることができ、本考案は特許請求の範囲で限定し、含まれるさまざまな形態で実施することができる。

実施例１
図１は本考案の新型マイクロチャンネル構造であって、前記マイクロチャンネル構造は多層積層した熱交換板１の間に形成され、前記熱交換板１上に複数のフィンユニット２が成形され、前記フィンユニット２は流体流動方向に垂直な方向に沿って均一に配列してフィンユニット群９となり、複数の前記フィンユニット群９は流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列され、上流側の前記フィンユニット２の後端は下流側の隣接する２つの前記フィンユニット２の中間位置に設けられる。本考案でいう中間位置とは、下流側の隣接する２つの前記フィンユニット２の間のいかなる位置を指しており、それは前記上流側フィンユニット２の後端が下流側の隣接するフィンユニット２の間の内部に挿入される場合だけでなく、上流側フィンユニット２の後端が下流側の隣接するフィンユニット２の間の外部にある場合も含む。前記フィンユニット２は少なくとも２段のフィン２１からなり、前記フィン２１の前は間隔が開いており、前記フィンユニット２の間及び前記フィン２１の間の流体チャンネルが前記マイクロチャンネル構造を形成する。従って、本考案の熱交換器マイクロチャンネルの熱交換面積は、従来のマイクロチャンネル熱交換面に比べて大いに増加する。

本考案の前記流体流動方向は、図１においてＶ方向として示され、それはマイクロチャンネル構造の入口から出口への直線方向を表す。

前記フィンユニット２の外輪郭は曲線状であり、具体的には、本実施例では、前記フィンユニット２の外輪郭は中間段が直線となっている「ｓ」字状曲線であって、図２と図３に示すように、円冠状の前端フィン２１１、後端フィン２１３及び前記前端フィン２１１と前記後端フィン２１３との間に設けられた平行四辺形の中間フィン２１２からなる。隣接する前記フィンユニット群９は流体流動方向の傾斜方向に対して反対であり、前記フィンユニット２と流体流動方向との間の夾角αは５０°である。

図２に示すように、流体流動方向において、隣接する２つの前記フィンユニット２は１つのフィンユニット対３を形成し、２つの前記フィンユニット２の流体流動方向でのピッチａが２ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂが１ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の間の流体流動方向でのピッチが４ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の流体流動方向に垂直な方向でのピッチが２ｍｍである。

図３に示すように、前記フィンユニット２は流体流動方向に沿った長さＬが２．５ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈが１．５ｍｍであり、前記フィンの厚さδは０．３５ｍｍである。

前記フィンユニット２を構成する前記フィン２１は、前記フィンユニットの外輪郭を形成する主流辺２１４及び前記主流辺２１４に隣り合う分流辺２１５を備え、隣接する前記フィン２１の前記分流辺２１５が互いに平行であり、且つそのピッチｔが０．３５ｍｍであり、前記分流辺２１５と流体流動方向との夾角βが１５°である。

前記マイクロチャンネル構造は流体流動方向に沿って順次に入口段に連通する導流段４、熱交換段５及び出口段に連通する合流段６からなり、前記導流段４と前記合流段６の隣接するフィンユニット２の流体流動方向に沿ったピッチは、前記熱交換段５の隣接するフィンユニット２の流体流動方向に沿ったピッチより大きい。流体は入口段から単層板シートに流れ込み、導流段に入って均一に分布し、熱交換段で熱交換を完了させ、合流段に入って合流し、さらに出口段を経て流れ出る。

前記熱交換板１上の前記フィン２１はフォトエッチングによって成形される。

実施例２
図４と図５は本考案のもう一つのマイクロチャンネル構造であり、実施例１におけるマイクロチャンネル構造とほぼ同じであるがし、相違点はフィンユニットの形状である。

前記フィンユニット２の外輪郭は直線状であり、具体的には、本実施例では、前記フィンユニット２は３つの平行四辺形のフィン２１からなり、前記フィン２１は平行四辺形の鈍角辺において弧状となってつながっている。このようなマイクロチャンネル構造は連続した曲線により発生する渦流を防止し、これにより流動の抵抗損失を低減する。前記フィンユニット２と流体流動方向との間の夾角αは４５°である。

図４に示すように、２つの前記フィンユニット２は流体流動方向でのピッチａが１ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂが２ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の間は流体流動方向でのピッチが３ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３は流体流動方向に垂直な方向でのピッチが５ｍｍである。

図５に示すように、前記フィンユニット２は流体流動方向に沿った長さＬが２．３ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈが１．３ｍｍであり、前記フィンの厚さδが０．５ｍｍである。

隣接する前記フィン２１の前記分流辺２１５のピッチｔは０．２ｍｍであり、前記分流辺２１５と流体流動方向との夾角βは１０°である。

実施例３
本実施例のマイクロチャンネル構造が実施例２とほぼ同じであり、相違点はフィンの設置位置及び寸法パラメータである。

図４に示すように、前記フィンユニット２と流体流動方向との間の夾角αは５５°である。２つの前記フィンユニット２は流体流動方向でのピッチａが１．５ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂが１．５ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の間は流体流動方向でのピッチが３ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３は流体流動方向に垂直な方向でのピッチが４ｍｍである。

図５に示すように、前記フィンユニット２は流体流動方向に沿った長さＬが２ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈが１ｍｍであり、前記フィンの厚さδが０．２５ｍｍである。

隣接する前記フィン２１の前記分流辺２１４のピッチｔが０．０５ｍｍであり、前記分流辺２１４と流体流動方向との夾角βが０°である。

他の実施形態では、異なる設計要求により、本考案の前記フィンユニット２はさらに２段、４段またはさらに多くの段の前記フィン２１からなってもよい。また、前記フィンユニットの外輪郭の曲線構造は、さらにｓｉｎ曲線または円状、楕円状、放物線曲線の一部であってもよい。

実施例４
図６は本考案の集積式マイクロチャンネル熱交換器であって、多層積層した熱交換板１と前記熱交換板１上に成形された複数のフィンユニット２とを備え、前記フィンユニット２は流体流動の方向に垂直な方向で均一配列してフィンユニット群９となり、複数の前記フィンユニット群９は流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列され、上流側の前記フィンユニット２の後端は下流側の隣接する２つの前記フィンユニット２の中間位置に設けられ、本考案に記載の中間位置とは、下流側の隣接する２つの前記フィンユニット２のいかなる位置を指しており、前記上流側フィンユニット２の後端が下流側の隣接するフィンユニット２の間の内部に伸入される場合だけでなく、上流側フィンユニット２の後端が下流側の隣接するフィンユニット２の間の外部にある場合も含む。前記フィンユニット２は少なくとも２段のフィン２１からなり、隣接する前記フィン２１の前は間隔が開いており、隣接する前記フィンユニット２の間及び隣接する前記フィン２１の間の流体チャンネルが前記マイクロチャンネル構造を形成する。従って、本考案の熱交換器マイクロチャンネルの熱交換面積は従来のマイクロチャンネル熱交換面に比べて大いに向上される。前記熱交換板１の板面に垂直な方向で交互に作動流体（図１中Ｂ流体）マイクロチャンネルと冷媒（図１中Ａ流体）マイクロチャンネルが設けられて熱交換を実現する。前記マイクロチャンネル構造の流体流動の上流に導流段４及び流体流入パイプに連通する入口７が設けられ、前記マイクロチャンネル構造の流体流動の下流に合流段５及び流体流出パイプに連通する出口８が設けられ、多層の前記作動流体マイクロチャンネルの前記入口７及び前記出口８はそれぞれ連通設置され、多層の前記冷媒マイクロチャンネルの前記入口７と前記出口８はそれぞれ連通設置される。

本考案の前記流体流動方向は図７においてＶ方向として示され、それはマイクロチャンネルの入口から出口への直線方向を表す。

本実施例では、前記熱交換板１の片側に前記フィン２１が成形され、前記熱交換板１のフィン側が隣接する層の熱交換板１の平面側に接合して前記マイクロチャンネル構造を形成する。前記熱交換板１はフォトエッチングの方式によって成形される。隣接する前記熱交換板１の間は原子拡散の方法によって接合されて一体となる。図７に示すのは、その中の冷媒層の前記熱交換板１構造である。図８に示すのは、その中の作動流体層の前記熱交換板１構造である。異なる管路の取付位置の要求を満たすために、前記作動流体層の前記入口７はそれぞれ前記導流段４の対向する両側に設けられ、前記出口８はそれぞれ前記合流段５の対向する両側に設けられる。

前記フィンユニット２の外輪郭は曲線状であって、具体的には、本実施例では、前記フィンユニット２の外輪郭は中間段が直線となっている「ｓ」字状曲線であり、図９、図１０に示すように、それは２つの前記フィン２１からなり、前記フィン２１の間のピッチｔが０．３５ｍｍであり、前記フィン２１仕切り辺と流線方向の夾角βが１５°である。

隣接する前記フィンユニット群９は流体流動方向の傾斜方向に対して反対であり、前記フィンユニット２と流体流動方向との間の夾角αは５５°である。

図９に示すように、流体流動方向において、隣接する２つの前記フィンユニット２が１つのフィンユニット対３を形成し、２つの前記フィンユニット２は流体流動方向でのピッチａが２ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂが１ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の間は流体流動方向でのピッチが４ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３は流体流動方向に垂直な方向でのピッチが２ｍｍである。

図１０に示すように、前記フィンユニット２は流体流動方向に沿った長さＬが２．５ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈが１．５ｍｍであり、前記フィンの厚さδが０．５ｍｍである。

前記集積式マイクロチャンネル熱交換器の２つの流体は出入口の流動方向が熱交換段流動方向に垂直して配置される。冷媒流体はその入口７から入り込み、その導流段４を経て分流した後、冷媒流体チャンネルを有する前記熱交換板１の板面内に分布し、作動流体はその入口７から入り、その導流段４を経て分流した後、作動流体チャンネルを有する前記熱交換板１の板面内に分布し、２つの流体は熱交換段６によって熱交換が行われ、その後、各自流体の合流段５をそれぞれ経て合流した後、それぞれ冷媒流体の出口８、作動流体の出口８から流れ出る。異なる接続方式を使用できるように、作動流体の他側の入口と出口が予備とされる。

実施例５
本実施例集積式マイクロチャンネル熱交換器が実施例４とほぼ同じであり、相違点はフィンユニットの形状である。

本実施例の前記フィンユニット２の外輪郭は直線状であり、前記フィンユニット２と流体流動方向との間の夾角αが４５°である。具体的には、本実施例では、前記フィンユニット２は３つの平行四辺形のフィン２１からなり、前記フィン２１の平行四辺形の鈍角辺は弧状となってつながっている。このようなマイクロチャンネル構造は連続した曲線により発生する渦流を防止しこれにより、流動の抵抗損失を低減させる。

図１１に示すように、２つの前記フィンユニット２は流体流動方向でのピッチａが１ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂが０．５ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の間は流体流動方向でのピッチが３ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３は流体流動方向に垂直な方向でのピッチが２ｍｍである。

図１２に示すように、前記フィンユニット２は流体流動方向に沿った長さＬが２．３ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈが１．３ｍｍであり、前記フィンの厚さδが０．５ｍｍである。隣接する前記フィン２１の仕切り辺のピッチｔは０．２ｍｍであり、前記仕切り辺と流体流動方向との夾角βは１０°である。

実施例６
本実施例集積式マイクロチャンネル熱交換器が実施例４とほぼ同じであり、相違点はフィンの設置位置及び寸法パラメータである。

図１１に示すように、前記フィンユニット２と流体流動方向との間の夾角αが５５°である。２つの前記フィンユニット２は流体流動方向でのピッチａが１．５ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂが１．５ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３の間は流体流動方向でのピッチが３ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対３は流体流動方向に垂直な方向でのピッチが４ｍｍである。

図１２に示すように、前記フィンユニット２は流体流動方向に沿った長さＬが２ｍｍであり、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈが１ｍｍであり、前記フィンの厚さδが０．２５ｍｍである。隣接する前記フィン２１の仕切り辺のピッチｔは０．０５ｍｍであり、前記仕切り辺と流体流動方向の夾角βは０°である。

他の実施形態では、異なる設計要求により、本考案に記載のフィンユニット２はさらに４段またはさらに多くの段の前記フィン２１からなってもよい。また、前記フィンユニットの外輪郭の曲線構造は、さらにｓｉｎ曲線または円状、楕円状、放物線曲線の一部であってもよい。

他の実施形態では、前記熱交換板１は、さらにその片側に前記フィン２１が成形され、隣接する前記熱交換板１の前記フィン側に互いに接合して１つの流体のマイクロチャンネル構造を形成し、もう一つの流体のマイクロチャンネル構造は、同様に上記フィン側に接合した熱交換板上に形成され、２つの流体チャンネルが互いに交互に配列して前記熱交換器を形成する。

他の実施形態では、前記熱交換板１はさらに両側にそれぞれ前記フィン２１が成形されることができ、その中、片側のフィン２１の間に前記作動流体マイクロチャンネルが形成され、他側のフィン２１の間に前記冷媒マイクロチャンネルが形成される。多層の前記熱交換板１が積層されて前記熱交換器を形成する。

他の実施形態では、異なる接続方式を使用できように、前記冷媒層の前記入口７はそれぞれ前記導流段４の対向する両側に設けられ、前記出口８はそれぞれ前記合流段５の対向する両側に設けられる。

以上はただ本考案の好ましい実施例に過ぎず、本考案を制限するためのものではない。当業者にとって、本考案には種々の変更や変化があってもよい。すべての本考案の精神や原則内でなされた如何なる修正、均等な代替、改善等も本考案の保護範囲内に含まれるべきである。

図面における符号は以下を表す。

１ 熱交換板
２ フィンユニット
３ フィンユニット対
４ 導流段
５ 合流段
６ 熱交換段
７ 入口
８ 出口
９ フィンユニット群
２１ フィン
２１１ 前端フィン
２１２ 中間フィン
２１３ 後端フィン
２１４ 主流辺
２１５ 分流辺

Claims (20)

1. 熱交換器のマイクロチャンネル構造において、
   前記マイクロチャンネル構造は多層積層した熱交換板（１）の間に形成され、前記熱交換板（１）に複数のフィンユニット（２）が成形され、前記フィンユニット（２）は流体が流動する方向に垂直な方向に沿って均一的に配列されてフィンユニット群（９）となり、複数の前記フィンユニット群（９）は流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列され、上流側の前記フィンユニット（２）の後端は下流側の隣接する２つの前記フィンユニット（２）の中間位置に設けられ、前記フィンユニット（２）は少なくとも２段のフィン（２１）からなり、隣接する前記フィン（２１）の前に間隔を開け、隣接する前記フィンユニット（２）の間及び隣接する前記フィン（２１）の間の流体チャンネルが前記マイクロチャンネル構造を形成することを特徴とする熱交換器のマイクロチャンネル構造。
2. 前記フィンユニット（２）の外輪郭が直線状または曲線状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
3. 隣接する前記フィンユニット群（９）は流体流動方向の傾斜方向に対して反対であり、前記フィンユニット（２）と流体流動方向との間の夾角が４５°≦α≦５５°であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
4. 流体流動方向で隣接する２つの前記フィンユニット（２）が１つのフィンユニット対（３）を形成し、隣接する２つの前記フィンユニット（２）は流体流動方向でのピッチａ≦２ｍｍ、流体流動方向に垂直な方向でのピッチｂ≦２ｍｍであり、隣接する前記フィンユニット対（３）の間は流体流動方向でのピッチ≧２ａであり、隣接する前記フィンユニット対（３）が流体流動方向に垂直な方向でのピッチ≧２ｂであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
5. 前記フィンユニット（２）は流体流動方向に沿った長さＬ≦２．５ｍｍ、流体流動方向に垂直な方向に沿った幅ｈ≦１．５ｍｍ、前記フィン（２１）の厚さδ≦０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
6. 前記フィンユニット（２）を構成する前記フィン（２１）は、前記フィンユニット（２）の外輪郭を形成する主流辺（２１４）及び前記主流辺（２１４）に隣り合う分流辺（２１５）を備え、隣接する前記フィン（２１）の前記分流辺（２１５）が互いに平行であり、且つそのピッチが０．０５ｍｍ≦ｔ≦０．３５ｍｍであり、前記分流辺（２１５）と流体流動方向との夾角０°≦β≦１５°であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
7. 前記フィンユニット（２）の外輪郭は、中間段が直線である「ｓ」字状曲線を呈し、円冠状の前端フィン（２１１）、後端フィン（２１３）及び前記前端フィン（２１１）と前記後端フィン（２１３）との間に設けられた平行四辺形の中間フィン（２１２）からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
8. 前記フィンユニット（２）の外輪郭は直線状であり、３つの平行四辺形のフィン（２１）からなり、前記フィン（２１）の平行四辺形の鈍角辺は弧状でつながっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
9. 前記マイクロチャンネル構造は流体流動方向に沿って順次に導流段（４）、熱交換段（６）及び合流段（５）であり、前記導流段（４）と前記合流段（５）の隣接する前記フィンユニット（２）の流体流動方向に沿ったピッチは、前記熱交換段（６）の隣接する前記フィンユニット（２）の流体流動方向に沿ったピッチより大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
10. 前記熱交換板（１）上の前記フィン（２１）はフォトエッチングによって成形されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器のマイクロチャンネル構造。
11. 集積式マイクロチャンネル熱交換器において、
    多層積層した熱交換板（１）を有し、前記熱交換板（１）上に複数のフィンユニット（２）が成形され、前記フィンユニット（２）は流体が流動する方向に垂直な方向に沿って均一的に配列してフィンユニット群（９）となり、複数の前記フィンユニット群（９）は流体流動方向に沿って間隔を開けて交互に配列され、上流側の前記フィンユニット（２）の後端が下流側の隣接する２つの前記フィンユニット（２）の中間位置に設けられ、前記フィンユニット（２）は少なくとも２段のフィン（２１）からなり、隣接する前記フィン（２１）の前に間隔を開け、隣接する前記フィンユニット（２）の間及び隣接する前記フィン（２１）の間の流体チャンネルがマイクロチャンネル構造を形成し、前記熱交換板（１）の板面に垂直な方向で作動流体マイクロチャンネルと冷媒マイクロチャンネルが交互に設けられて熱交換を実現し、前記マイクロチャンネル構造の流体流動の上流に導流段（４）及び流体流入パイプに連通する入口（７）が設けられ、前記マイクロチャンネル構造の流体流動の下流に合流段（５）及び流体流出パイプに連通する出口（８）が設けられ、多層の前記作動流体マイクロチャンネルの前記入口（７）及び前記出口（８）がそれぞれ連通設置され、多層の前記冷媒マイクロチャンネルの前記入口（７）及び前記出口（８）がそれぞれ連通設置されることを特徴とする集積式マイクロチャンネル熱交換器。
12. 前記熱交換板（１）の片側に前記フィン（２１）が成形され、前記熱交換板（１）のフィン側が隣接する層の熱交換板（１）の平面側と接合して前記マイクロチャンネル構造を形成することを特徴とする請求項１１に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
13. 前記熱交換板（１）の片側に前記フィン（２１）が成形され、隣接する前記熱交換板（１）の前記フィン側が互いに接合して前記マイクロチャンネル構造を形成することを特徴とする請求項１１に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
14. 前記熱交換板（１）の両側にそれぞれ前記フィン（２１）が成形され、片側のフィン（２１）の間に前記作動流体マイクロチャンネルが形成され、他側のフィン（２１）の間に前記冷媒マイクロチャンネルが形成されることを特徴とする請求項１１に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
15. 前記フィンユニット（２）の外輪郭が直線状または曲線状であり、前記フィンユニット（２）と流体流動方向との間の夾角が４５°≦α≦５５°であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
16. 前記フィンユニット（２）の外輪郭は、中間段が直線である「ｓ」字状曲線を呈し、２つの前記フィン（２１）からなり、前記フィン（２１）の間のピッチが０．０５ｍｍ≦ｔ≦０．３５ｍｍであり、前記フィン（２１）の仕切り辺と流線方向との夾角が０°≦β≦１５°であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
17. 前記フィンユニット（２）の外輪郭は直線状であり、３つの平行四辺形のフィン（２１）からなり、前記フィン（２１）の平行四辺形の鈍角辺は弧状でつながっていることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
18. 前記入口（７）は前記導流段（４）の対向する両側にそれぞれ設けられ、前記出口（８）は前記合流段（５）の対向する両側にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
19. 前記熱交換板（１）上の前記フィン（２１）はフォトエッチングによって成形されることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。
20. 前記熱交換板（１）の間は原子拡散の方法によって接合されて一体となることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の集積式マイクロチャンネル熱交換器。