JP4568581B2

JP4568581B2 - プレート型熱交換器

Info

Publication number: JP4568581B2
Application number: JP2004319237A
Authority: JP
Inventors: 直久神山; 修伊藤
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: DE602005004102D1; US7516781B2; EP1662220B1; US20060090886A1; JP2006132805A; EP1662220A3; DE602005004102T2; EP1662220A2

Description

本発明は、プレート型熱交換器に関するものである。

冷媒を循環させて熱交換を行うプレート型熱交換器としては、ハウジングの中央に複数の中空プレート部を形成して、その間を冷媒通路として利用し、ハウジングの両端は、中空プレート部を形成せず、冷媒用のタンク部として利用している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１６１５４７号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、ハウジングの内部を区画することにより、冷媒通路と両側のタンク部を形成する構造のため、製造できる薄さに限界がある。また、薄くしようとすると、製造も困難になる。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、より薄くでき且つ製造の容易なプレート型熱交換器を提供するものである。

請求項１記載の発明は、所定の厚さを有し且つ水平に配されるプレート構造体が、中間に配されるプレート本体を共用した状態で重合することで、入口からの冷媒が、上下のプレート構造体に分離され且つ中間に配されるプレート本体により３枚のプレート本体から形成され、中間の１枚と他の各プレート本体との間に所定の流れ方向に沿う複数の冷媒通路が形成されてなり、プレート構造体の流れ方向両端部に、冷媒通路の端部が開口する切欠状又は溝状の横断通路を、流れ方向と交差する幅方向に沿って形成し、該横断通路をプレート構造体に重合した幅方向に沿うカバー部材により密閉化し、横断通路の一部をプレート構造体の縁部まで延長して、冷媒の入口及び出口を形成することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、１枚のプレート構造体が重合した２枚のプレート本体により形成され、冷媒通路を２枚のプレート本体の間に形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、プレート構造体を形成するプレート本体同士、及びプレート本体とカバー部材とが、拡散接合により重合状態で接合されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、横断通路とカバー部材とにより形成される空間の断面積が、入口の断面積以上であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、プレート構造体とカバー部材とから構成されるだけなので、厚さを薄くできる。また、プレート構造体とカバー部材とを重合させるだけなので、製造も容易である。また、３枚のプレート本体で、それぞれ冷媒通路を有する２枚のプレート構造体を背中合わせ状態で形成することができるため、冷媒の循環量が増し、熱交換性能が向上する。更に、２枚のプレート構造体を水平配置し、入口からの冷媒をそれぞれのプレート構造体用として上下のプレート構造体に分離することにより、低密度のガス状冷媒は上側のプレート構造体に流れ、高密度の液状冷媒は下側のプレート構造体に流れるようになる。従って、上下それぞれのプレート構造体においては、表面の温度分布偏りが少なくなる。すなわち、密度の異なる冷媒を一緒に流すと、低密度のガス状冷媒は入口に近いところを流れ、高密度の液状冷媒は入口から遠いところを流れて、表面に温度分布偏りが生じるが、２枚の背中合わせにしたプレート構造体に対し、それぞれ低密度冷媒と高密度冷媒を分けて循環させることで、各プレート構造体の表面における温度分布偏りを少なくすることができる。

請求項２記載の発明によれば、プレート構造体を２枚のプレート本体で形成し、その間に冷媒通路を形成するようにしたため、プレート構造体の製造が容易である。

請求項３記載の発明によれば、プレート本体とカバー部材とを拡散接合により接合するため、製造が更に容易になる。

請求項４記載の発明によれば、横断通路とカバー部材により形成される空間の断面積が、入口の断面積以上であるため、通路抵抗の増加はなく、冷媒を円滑に冷媒通路へ循環させることができる。

より薄くでき且つ製造の容易なプレート型熱交換器を提供するという目的を、所定の厚さを有し且つ水平に配されるプレート構造体が、中間に配されるプレート本体を共用した状態で重合することで、入口からの冷媒が、上下のプレート構造体に分離され且つ中間に配されるプレート本体により３枚のプレート本体から形成され、中間の１枚と他の各プレート本体との間に所定の流れ方向に沿う複数の冷媒通路が形成されてなり、プレート構造体の流れ方向両端部に、冷媒通路の端部が開口する切欠状又は溝状の横断通路を、流れ方向と交差する幅方向に沿って形成し、該横断通路をプレート構造体に重合した幅方向に沿うカバー部材により密閉化し、横断通路の一部をプレート構造体の縁部まで延長して、冷媒の入口及び出口を形成することで、実現した。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７は、本発明の一実施例を示す図である。この実施例では、自動車のルーフ１に水平状態で４枚並べて設置するプレート型熱交換器２に関するものである（図１及び図２参照）。このプレート型熱交換器２は、天井断熱による熱負荷低減と、天井輻射による面冷房を目的して、車室内の空調とは別に設置されている。

図３以降は、そのうちの１枚のプレート型熱交換器２の構造を示している。このプレート型熱交換器２は長方形状で、その長手方向を冷媒Ｒの流れ方向Ａとしている。このプレート型熱交換器２は、それぞれ金属製であるアッパプレート本体３と、センタプレート本体４と、ロアプレート本体５とから構成されている。

アッパプレート本体３の長手方向一端部には、流れ方向Ａに交差する幅方向Ｂに沿う切欠状の第１横断通路６が形成されている。第１横断通路６は幅方向サイズの半分に形成されている。第１横断通路６の長手方向外側隣接位置には、第１横断通路６と平行で同じ長さの補助通路７が形成されている。

第１横断通路６はアッパプレート本体３の縁部まで形成されて、そこに入口８を形成している。補助通路７もアッパプレート本体３の縁部まで形成されて、そこに出口９を形成している。

アッパプレート本体３における第１横断通路６の反対側には、幅方向Ｂの全幅にわたって第２横断通路１０が形成されている。そして、第１横断通路６の残りの半分には、補助通路７に連続する第３横断通路１１が形成されている。第１横断通路６、第２横断通路１０、第３横断通路１１、補助通路７、及び後述する同様のものには、それぞれに不要な広がりを防止するための連結部１２が形成されている。

そして、第１横断通路６と第２横断通路１０との間、及び第２横断通路１０と第３横断通路１１との間には、その下面部に溝状の冷媒通路１３が複数形成されている。冷媒通路１３の端部は、それぞれ第１横断通路６、第２横断通路１０、第３横断通路１１内において開口している。補助通路７内には開口していない。

センタプレート本体４には、アッパプレート本体３の補助通路７及び第３横断通路１１に対応する切欠状の補助通路１４が形成されている。センタプレート本体４の流れ方向Ａにおける反対側には何も形成されていない。補助通路１４は縁部まで形成されて、そこに出口９を形成している。また、出口９の隣接位置に入口８だけが切欠形成されている。センタプレート本体４の補助通路１４以外の部分は表面が平坦で、凹凸状の通路等は形成されていない。

ロアプレート本体５には、アッパプレート本体３の第１横断通路６とは異なる半分側に第４横断通路１５が形成され、その反対側に第２横断通路１０に対応する第５横断通路１６が形成されている。そして、ロアプレート本体５におけるアッパプレート本体３の補助通路７と対応する位置に、第６横断通路１７が形成されている。この第６横断通路１７には、残りの半分側に、補助通路１８が連続して形成されている。第６横断通路１７は縁部まで形成されて、そこに出口９を形成している。また、出口９の隣接位置に入口８だけが切欠形成されている。

そして、第４横断通路１５と第５横断通路１６との間、及び第５横断通路１６と第６横断通路１７との間には、その上面部に溝状の冷媒通路１３が複数形成されている。冷媒通路１３の端部は、それぞれ第４横断通路１５、第５横断通路１６、第６横断通路１７内において開口している。補助通路１８内には開口していない。

アッパプレート本体３の上側には、両側に２つのアッパカバー部材１９、２０が接合される。一方のアッパカバー部材１９は、下側に第１横断通路６と、補助通路７及び第３横断通路１１に、それぞれ対応する２本の溝部２３が形成されている。第１横断通路６に対応する溝部２３には、第１横断通路６の端部に対応する位置に隔壁２４（図４参照）が形成されている。他方のアッパカバー部材２０には、下側に第２横断通路１０に対応する溝部２５が形成されている。

ロアプレート本体５の下側には、両側に２つのロアカバー部材２１、２２が接合される。一方のロアカバー部材２１は、下側に第４横断通路１５と、補助通路１８及び第６横断通路１７に、それぞれ対応する２本の溝部２６が形成されている。他方のロアカバー部材２２には、下側に第５横断通路１６に対応する溝部２７が形成されている。

そして、アッパプレート本体３、センタプレート本体４、ロアプレート本体５、アッパカバー部材１９、２０、ロアカバー部材２１、２２をそれぞれ位置合わせした状態で重ね合わせ、図示せぬ接合装置にセットして、上下から加熱・加圧をし、互いに接触している部分同士の金属を、拡散接合（熱圧着）する。単に重ね合わせて拡散接合するだけなので、製造が容易である。

すると、アッパプレート本体３とセンタプレート本体４により上側のプレート構造体２８が形成され、その間には冷媒通路１３が形成される。また、ロアプレート本体５とセンタプレート本体４とにより下側のプレート構造体２９が形成され、その間には冷媒通路１３が形成される。すなわち、アッパプレート本体３、センタプレート本体４、ロアプレート本体５の３枚により、センタプレート本体４を共用した状態で、背中合わせ状態の２枚のプレート構造体２８、２９が同時に形成される。

第１横断通路６、第２横断通路１０、第３横断通路１１、第４横断通路１５、第５横断通路１６、第６横断通路１７や、補助通路７、１４、１８などは、対応するアッパカバー部材１９、２０及びロアカバー部材２１、２２により閉塞される。最後に、入口８及び出口９に、それぞれ入口パイプ３０及び出口パイプ３１を挿入してロウ付けし、プレート型熱交換器２が形成される。

入口パイプ３０から冷媒Ｒを流入すると、その冷媒Ｒはセンタプレート本体４により上下に分離されて、それぞれ上側のプレート構造体２８及び下側のプレート構造体２９に流れる。プレート型熱交換器２が水平で、入口８が上下に分離されているため、冷媒Ｒのうち、低密度のガス状冷媒は上側のプレート構造体２８に流れ、高密度の液状冷媒は下側のプレート構造体２９に流れる。

ここで、入口パイプ３０の上側の実質的入口部分の断面積Ｄ１は、第１横断通路６と、アッパカバー部材１９の溝部２３とを合計した空間の断面積Ｄ２と等しい（断面積Ｄ２の方が大きくても可）。従って、通路抵抗の増加はなく、冷媒Ｒを円滑に冷媒通路１３へ循環させることができる。尚、第２横断通路１０及び第３横断通路１１と、アッパカバー部材１９、２０との間に形成される空間の断面積も同様である。

上側のプレート構造体２８に流れた冷媒Ｒは、第１横断通路６から、その内部に開口している冷媒通路１３へ流れる。この時、アッパカバー部材１９の溝部２３には隔壁２４が形成されているため、冷媒Ｒはそれよりも遠い部分には行かない。従って、ガス状の冷媒Ｒが奥に溜まるようなことなない。

第１横断通路６から冷媒通路１３に入った冷媒Ｒは、その冷媒通路１３を通じて第２横断通路１０の半分側へ達する。第２横断通路１０の半分側に達した冷媒Ｒは、第２横断通路１０を通じて他の半分側へ流れ、残りの半分の冷媒通路１３を通じて、第３横断通路１１側へ戻る。第３横断通路１１に戻った冷媒Ｒは、補助通路７を経て出口９より流出される。

一方、下側のプレート構造体２９では、冷媒Ｒの流れが逆になる。すなわち、入口パイプ３０の下側部分から流入した冷媒Ｒは、ロアカバー部材２１の溝部２６を通過して第４横断通路１５に達し、そこから冷媒通路１３内に入る。

ここでも、入口パイプ３０の下側の実質的入口部分の断面積Ｅ１は、第４横断通路１５と、ロアカバー部材２１の溝部２６とを合計した空間の断面積Ｅ２と等しい（断面積Ｅ２の方が大きくても可）。従って、通路抵抗の増加はなく、冷媒Ｒを円滑に冷媒通路１３へ循環させることができる。尚、第５横断通路及び第６横断通路１７と、ロアカバー部材２１、２２との間に形成される空間の断面積も同様である。

第４横断通路１５から冷媒通路１３を通過した冷媒Ｒは第５横断通路１６の半分側へ達する。第５横断通路１６の半分側に達した冷媒Ｒは、第５横断通路１６を通じて他の半分側へ流れ、残りの半分の冷媒通路１３を通じて、第６横断通路１７側へ戻る。第６横断通路１７に戻った冷媒Ｒは出口９より流出される。尚、第６横断通路１７に戻った冷媒Ｒの一部は反対側の補助通路１８側にも流れるが、高密度の液状冷媒Ｒは溜まりにくいため問題ない。

この実施例によれば、以上説明したように、背中合わせ状態の２種類のプレート構造体２８、２９と、アッパカバー部材１９、２０及びロアカバー部材２１、２２とから構成されるだけなので、厚さを薄くすることができる。

また、プレート構造体２８、２９を、センタプレート本体４を共用として、それぞれアッパプレート本体３及びロアプレート本体５との組み合わせで形成し、その間に冷媒通路１３をそれぞれ形成するようにしたため、プレート構造体２８、２９の製造が容易である。

更に、３枚のアッパプレート本体３、センタプレート本体４、ロアプレート本体５で、２種類のプレート構造体２８、２９を背中合わせ状態で形成することができるため、冷媒Ｒの循環量が増し、熱交換性能が向上する。

そして、２枚のプレート構造体２８、２９を水平配置し、入口８からの冷媒Ｒをそれぞれのプレート構造体２８、２９用として、センタプレート本体４により上下に分離することにより、低密度のガス状冷媒は上側のプレート構造体２８に流れ、高密度の液状冷媒は下側のプレート構造体２９に流れるようなる。

従って、上下それぞれのプレート構造体２８、２９においては、表面の温度分布偏りが少なくなる。つまり、密度の異なる冷媒Ｒを一緒に流すと、低密度のガス状冷媒は入口８に近いところを流れ、高密度の液状冷媒は入口８から遠いところを流れて、表面に温度分布偏りが生じるが、２枚の背中合わせにしたプレート構造体２８、２９に、それぞれ低密度冷媒と高密度冷媒に分けて循環することで、各プレート構造体２８、２９の表面における温度分布偏りを少なくすることができる。

以上の実施例では、それぞれアッパプレート本体３とセンタプレート本体４により上側のプレート構造体２８を形成し、センタプレート本体４とロアプレート本体５により下側のプレート構造体２９を形成する例を示したが、プレート構造体２８、２９自体がそれぞれ一枚構造であって良い。また、入口８及び出口９を同じ場所に形成する例を示したが、入口と出口をプレート型熱交換器２における長手方向の両側に離した状態で形成しても良い。更に、水平に設置して使用する例を示したが、温度分布偏りが特に問題とならない状況では、垂直にして使用することができる。

プレート型熱交換器をルーフに設置した自動車の断面図。プレート型熱交換器をルーフに設置した自動車の平面図。本発明の一実施例に係るプレート型熱交換器を示す斜視図。図３のプレート型熱交換器を示す分解斜視図。図４のプレート型熱交換器の一端側を示す分解斜視図。図４のプレート型熱交換器の他端側を示す分解斜視図。図３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。

符号の説明

２プレート型熱交換器
３アッパプレート本体
４センタプレート本体
５ロアプレート本体
６第１横断通路
８入口
９出口
１０第２横断通路
１１第３横断通路
１３冷媒通路
１５第４横断通路
１６第５横断通路
１７第６横断通路
１９、２０アッパカバー部材
２１、２２ロアカバー部材
２８、２９プレート構造体
Ａ流れ方向
Ｂ幅方向
Ｒ冷媒

Claims

所定の厚さを有し且つ水平に配されるプレート構造体（２８、２９）が、中間に配されるプレート本体（４）を共用した状態で重合することで、入口（８）からの冷媒（Ｒ）が、上下のプレート構造体（２８、２９）に分離され且つ中間に配されるプレート本体（４）により３枚のプレート本体（３、４、５）から形成され、中間の１枚と他の各プレート本体との間に所定の流れ方向（Ａ）に沿う複数の冷媒通路（１３）が形成されてなり、
プレート構造体（２８、２９）の流れ方向（Ａ）両端部に、冷媒通路（１３）の端部が開口する切欠状又は溝状の横断通路（６、１０、１１、１５、１６、１７）を、流れ方向（Ａ）と交差する幅方向（Ｂ）に沿って形成し、
該横断通路（６、１０、１１、１５、１６、１７）をプレート構造体（２８、２９）に重合した幅方向に沿うカバー部材（１９、２０、２１、２２）により密閉化し、
横断通路（６、１０、１１、１５、１６、１７）の一部をプレート構造体（２８、２９）の縁部まで延長して、冷媒の入口（８）及び出口（９）を形成することを特徴とするプレート型熱交換器。
請求項１記載のプレート型熱交換器であって、
１枚のプレート構造体（２８、２９）が重合した２枚のプレート本体（３、４、５）により形成され、冷媒通路（１３）を２枚のプレート本体（３、４、５）の間に形成したことを特徴とするプレート型熱交換器。
請求項１又は請求項２に記載のプレート型熱交換器であって、
プレート構造体（２８、２９）を形成するプレート本体（３、４、５）同士、及びプレート本体（３、４、５）とカバー部材（１９、２０、２１、２２）とが、拡散接合により重合状態で接合されていることを特徴とするプレート型熱交換器。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート型熱交換器であって、
横断通路（６、１０、１１、１５、１６、１７）とカバー部材（１９、２０、２１、２２）とにより形成される空間の断面積（Ｄ２、Ｅ２）が、入口（８）の断面積（Ｄ１、Ｅ１）以上であることを特徴とするプレート型熱交換器。