JP4765619B2 - Heat exchanger and manufacturing method thereof - Google Patents
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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、特にコンパクト性を要求されるシステムで使用される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 heat exchanger used in a system that requires compactness and a manufacturing method thereof.
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14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。図15は、図14のA−A断面図である。 FIG. 14 is a front view of a conventional heat exchanger described in Patent Document 1. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
図14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. 14, the conventional heat exchanger has an inlet tank 1 and an outlet tank 2 which are arranged to face each other at a predetermined interval, and a plurality of
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、内部流体と外部流体とが熱交換する熱交換部と、前記熱交換部の両端に取り付けられる出入口ヘッダーとからなり、前記熱交換部は、略同一線上に少なくとも2個以上設けられたスリットAからなるスリット群と前記スリット群の全長よりも短いスリットBとを略平行に設けた第1の基板と、前記スリットBと略同形状のスリットCと前記スリットA相互間の分断部の長さよりも全長が大きいスリットDとを略平行に前記スリットBと前記スリットCとが連通し前記スリットA相互間の分断部の投影が前記スリットD内に含まれるように設けた第2の基板と、前記スリットBと略同形状のスリットEを前記スリットBと前記スリットCと連通する位置に略平行に設けた第3の基板とを有し、前記第1の基板の前記スリットBと前記第2の基板のスリットCと前記第3の基板のスリットEとが連通して前記外部流体が流れる管外流路を構成すると共に前記スリット群の両端が前記第2の基板の両端よりも外側になって前記スリット群の両端以外の部分が前記第2の基板に挟まれることにより前記内部流体が流れる管内流路が構成されるように前記第3の基板を両端にして前記第1の基板と前記第2の基板とを複数枚積層して、前記スリット群の両端が前記管内流路の出入り口となる前記熱交換部が構成されるものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the heat exchanger of the present invention includes a heat exchange part that exchanges heat between an internal fluid and an external fluid, and an inlet / outlet header that is attached to both ends of the heat exchange part. The exchange unit includes a first substrate in which a slit group including at least two slits A provided on substantially the same line and a slit B shorter than the entire length of the slit group are provided substantially in parallel, and the slit B substantially The slit B and the slit C communicate with each other in parallel with a slit C having the same shape and a slit D whose overall length is larger than the length of the divided portion between the slits A, and projection of the divided portion between the slits A is projected. a second substrate was set only to be included in said slit in D, a third substrate provided substantially in parallel to the slit B substantially the same shape of the slit E at a position that communicates with the slit C and the slit B The The slit B of the first substrate, the slit C of the second substrate, and the slit E of the third substrate communicate with each other to form an extra-tube flow path through which the external fluid flows, and the slit group The first passage is configured such that both ends are outside the both ends of the second substrate and a portion other than both ends of the slit group is sandwiched between the second substrates to form an in-tube flow path through which the internal fluid flows. A plurality of the first substrate and the second substrate are stacked with the three substrates as both ends, and the heat exchange section in which both ends of the slit group serve as entrances and exits of the flow path in the tube is configured. is there.
これにより、管のみによって構成された熱交換部をスリットを設けた基板から構成することができ、容易に製作することができる。また、管内流路をスリットAとスリットDで構成することにより、それぞれのスリット長を短くしても管内流路長を長くすることができ、管壁がよれたり、捩れたり、曲がったりして管内流路を塞ぐことがなく、容易かつ正確に製作することができる。 Thereby, the heat exchange part comprised only with the pipe | tube can be comprised from the board | substrate which provided the slit, and can be manufactured easily. In addition, by configuring the pipe flow path with slits A and D, the pipe flow path length can be increased even if each slit length is shortened, and the pipe wall is twisted, twisted or bent. It can be manufactured easily and accurately without blocking the flow path in the tube.
また、本発明の熱交換器は前記第2の基板で前記第1の基板を挟むように配置したものである。 The heat exchanger according to the present invention is arranged so that the first substrate is sandwiched between the second substrates.
これにより、スリット群の両端部を残して第2の基板で挟むことにより簡素な構成で容易に管外流路を構成することができる。 As a result, the external flow path can be easily configured with a simple configuration by leaving both ends of the slit group and sandwiching them between the second substrates.
また、本発明の熱交換器は前記スリット群と前記スリットBとを交互に配置したものである。 Moreover, the heat exchanger of this invention arrange | positions the said slit group and the said slit B alternately.
これにより、管外流路と管内流路とが交互に配置されるようにして熱交換効率をより高め、かつ基板全体領域を効率よく活用できるようになる。 As a result, the heat exchange efficiency is further improved by alternately arranging the external flow paths and the internal flow paths, and the entire substrate area can be efficiently utilized.
また、本発明の熱交換器は前記管内流路の出入り口を前記管外流路方向に拡大したものである。 Moreover, the heat exchanger of this invention expands the entrance / exit of the said flow path in a pipe | tube in the said flow path outside a pipe | tube.
これにより、内部流体の出入り口の開口面積を大きくすることができ、管内抵抗を低減し、内部流体の流量を増加させることにより、熱交換器の能力を向上させることができるため、熱交換器を小さくすることができる。 As a result, the opening area of the entrance / exit of the internal fluid can be increased, the resistance in the pipe can be reduced, and the capacity of the heat exchanger can be improved by increasing the flow rate of the internal fluid. Can be small.
また、本発明の熱交換器は少なくとも前記スリットBまたは前記スリットCのいずれかが全長方向に分断されたものである。 In the heat exchanger of the present invention, at least one of the slit B or the slit C is divided in the full length direction.
これにより、管外流路が捩れることがなく、容易かつ正確に製作することができる。また、スリットの分断部分が管外側を流れる流体の境界層を分断し、伝熱性能を促進することができるため、熱交換器を小さくすることができる。 Thereby, the flow path outside the tube is not twisted and can be manufactured easily and accurately. Moreover, since the dividing part of the slit can divide the boundary layer of the fluid flowing outside the pipe and heat transfer performance can be promoted, the heat exchanger can be made small.
また、本発明の熱交換器は前記スリットBが分断され、それと略同形状に前記スリットCが分断されたものである。 In the heat exchanger according to the present invention, the slit B is divided, and the slit C is divided into substantially the same shape as the slit B.
これにより、分断部でも第1の基板と第2の基板が接合できるため、接合強度を向上することができ、信頼性を向上することができる。 Thereby, since the first substrate and the second substrate can be bonded even at the dividing portion, the bonding strength can be improved and the reliability can be improved.
また、本発明の熱交換器の製造方法は前記基板をプレスにより加工したものである。 Moreover, the manufacturing method of the heat exchanger of this invention processes the said board | substrate with a press.
これにより、容易且つ安価に基板を製作することができる。 Thereby, a board | substrate can be manufactured easily and cheaply.
また、本発明の熱交換器の製造方法は前記基板相互を熱溶着接合により接合したものである。 Moreover, the manufacturing method of the heat exchanger of this invention joins the said board | substrates by heat welding joining.
これにより、ロウ材を用いず容易に接合することができ、管内流路を目詰まりさせることがなく、信頼性が向上する。 Thereby, it can join easily, without using a brazing material, and does not clog a pipe | tube flow path, and reliability improves.
また、本発明の熱交換器の製造方法は前記基板相互を超音波接合により接合したものである。 Moreover, the manufacturing method of the heat exchanger of this invention joins the said board | substrates by ultrasonic bonding.
これにより、接合部のみ基材が溶融するため溶融した基材で管内流路を目詰まりさせることがなく、さらに信頼性が向上する。 Thereby, since the base material is melted only at the joint portion, the flow path in the tube is not clogged with the melted base material, and the reliability is further improved.
また、本発明の熱交換器の製造方法は前記基板相互を拡散接合により接合したものである。 Moreover, the manufacturing method of the heat exchanger of this invention joins the said board | substrates by diffusion bonding.
これにより、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くさらに信頼性が向上する。 Thereby, since the base material is not melted, the flow path in the tube is not clogged, and the reliability is further improved.
本発明の熱交換器は、製造が容易な構造のため、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 has a structure that is easy to manufacture, the heat exchanger can be provided at low cost.
また、本発明の熱交換器の製造方法は、容易かつ信頼性の高い熱交換器を提供することができる。 Moreover, the manufacturing method of the heat exchanger of this invention can provide an easy and reliable heat exchanger.
請求項1に記載の発明は、内部流体と外部流体とが熱交換する熱交換部と、前記熱交換部の両端に取り付けられる出入口ヘッダーとからなり、前記熱交換部は、略同一線上に少なくとも2個以上設けられたスリットAからなるスリット群と前記スリット群の全長よりも短いスリットBとを略平行に設けた第1の基板と、前記スリットBと略同形状のスリットCと前記スリットA相互間の分断部の長さよりも全長が大きいスリットDとを略平行に前記スリットBと前記スリットCとが連通し前記スリットA相互間の分断部の投影が前記スリットD内に含まれるように設けた第2の基板と、前記スリットBと略同形状のスリットEを前記スリットBと前記スリットCと連通する位置に略平行に設けた第3の基板とを有し、前記第1の基板の前記スリットBと前記第2の基板のスリットCと前記第3の基板のスリットEとが連通して前記外部流体が流れる管外流路を構成すると共に前記スリット群の両端が前記第2の基板の両端よりも外側になって前記スリット群の両端以外の部分が前記第2の基板に挟まれることにより前記内部流体が流れる管内流路が構成されるように
前記第3の基板を両端にして前記第1の基板と前記第2の基板とを複数枚積層して、前記スリット群の両端が前記管内流路の出入り口となる前記熱交換部が構成される熱交換器であり、管のみによって構成された熱交換部をスリットを設けた基板から構成することができ、容易に製作することができる。また、管内流路をスリットAとスリットDで構成することにより、それぞれのスリット長を短くしても管内流路長を長くすることができ、管壁がよれたり、捩れたり、曲がったりして管内流路を塞ぐことがなく、容易かつ正確に製作することができる。これらにより、安価に熱交換器を提供することができる。
The invention according to claim 1 includes a heat exchanging part for exchanging heat between an internal fluid and an external fluid, and an inlet / outlet header attached to both ends of the heat exchanging part, and the heat exchanging part is at least substantially on the same line. A first substrate provided with a slit group consisting of two or more slits A and a slit B shorter than the entire length of the slit group, and a slit C having the same shape as the slit B and the slit A The slit B and the slit C communicate with each other so that the slit D having a total length larger than the length of the divided portion between the slits B and the slit C communicates with each other so that the projection of the divided portion between the slits A is included in the slit D. and a second substrate was set only, and a third substrate provided substantially in parallel to the slit B substantially the same shape of the slit E at a position that communicates with the slit C and the slit B, the first substrate Of the above The slit B, the slit C of the second substrate and the slit E of the third substrate communicate with each other to form an extra-tube flow path through which the external fluid flows, and both ends of the slit group are formed on the second substrate. The third substrate is disposed at both ends so that an in-tube flow path through which the internal fluid flows is formed by sandwiching portions other than both ends of the slit group outside the both ends between the second substrate. A heat exchanger in which a plurality of first substrates and the second substrate are stacked, and the heat exchange unit in which both ends of the slit group serve as entrances and exits of the flow path in the tube, is configured only by a tube The heat exchange part thus formed can be constructed from a substrate provided with a slit, and can be easily manufactured. In addition, by configuring the pipe flow path with slits A and D, the pipe flow path length can be increased even if each slit length is shortened, and the pipe wall is twisted, twisted or bent. It can be manufactured easily and accurately without blocking the flow path in the tube. As a result, the heat exchanger can be provided at low cost.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、本発明の熱交換器は前記スリット群と前記スリットBとを交互に配置したものであり、管外流路と管内流路とが交互に配置されるようにして熱交換効率をより高め、かつ基板全体領域を効率よく活用できるようになる。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1 , wherein the heat exchanger of the present invention is configured by alternately arranging the slit group and the slit B, Are arranged alternately so that the heat exchange efficiency can be further improved and the entire area of the substrate can be efficiently utilized.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記管内流路の出入り口を前記管外流路方向に拡大したものであり、内部流体の出入り口の開口面積を大きくすることができ、管内抵抗を低減し、内部流体の流量を増加させることにより、熱交換器の能力を向上させることができるため、熱交換器を小さくすることができる。
The invention according to
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において、少なくとも前記スリットB、前記スリットCまたは前記スリットEのいずれかが全長方向に分断されたものであり、管外流路が捩れることがなく、容易かつ正確に製作することができる。また、スリットの分断部分が管外側を流れる流体の境界層を分断し、伝熱性能を促進することができるため、熱交換器を小さくすることができる。
The invention according to
請求項5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において、少なくとも前記スリットBまたは前記スリットCのいずれかが全長方向に分断されたものであり、管外流路が捩れることがなく、容易かつ正確に製作することができる。また、スリットの分断部分が管外側を流れる流体の境界層を分断し、伝熱性能を促進することができるため、熱交換器を小さくすることができる。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein at least one of the slit B or the slit C is divided in the full length direction, Can be manufactured easily and accurately. Moreover, since the dividing part of the slit can divide the boundary layer of the fluid flowing outside the pipe and heat transfer performance can be promoted, the heat exchanger can be made small.
請求項6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において、前記スリットBが分断され、それと略同形状に前記スリットCが分断されたものであり、分断部でも第1の基板と第2の基板が接合できるため、接合強度を向上することができ、信頼性を向上することができる。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein the slit B is divided, and the slit C is divided in substantially the same shape as the slit B. However, since the first substrate and the second substrate can be bonded, the bonding strength can be improved and the reliability can be improved.
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の発明において、基板をプレスにより加工した熱交換器の製造方法であり、容易且つ安価に基板を製作することができ、安価に熱交換器を提供することができる。 The invention of claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, a method of manufacturing a heat exchanger by processing the substrate by the press, to be easily and inexpensively manufactured substrate The heat exchanger can be provided at low cost.
請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれか一項に記載の発明において、基板相互を熱溶着接合により接合した熱交換器の製造方法であり、ロウ材を用いず容易に接合することができるため、ロウ材により管内流路を目詰まりさせることがなく、信頼性が向上するとともに、安価に熱交換器を提供することができる。 The invention of claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, the substrate cross a method of manufacturing a heat exchanger joined by thermal fusion bonded, easily without using a brazing material Since they can be joined together, the flow path in the pipe is not clogged by the brazing material, the reliability is improved, and the heat exchanger can be provided at a low cost.
請求項9に記載の発明は請求項1から7のいずれか一項に記載の発明において、基板相互を超音波接合により接合した熱交換器の製造方法であり、接合部のみ基材が溶融するため溶融した基材で管内流路を目詰まりさせることがなく、さらに信頼性が向上するとともに、安価に熱交換器を提供することができる。 In the invention described in the invention is any one of claims 1 to 7 according to claim 9, a method of manufacturing a heat exchanger joined by ultrasonic bonding to the substrate each other substrates only joint is melted Therefore, the melted base material does not clog the flow path in the pipe, and the reliability is further improved and the heat exchanger can be provided at a low cost.
請求項10に記載の発明は請求項1から7のいずれか一項に記載の発明において、基板相互を拡散接合により接合した熱交換器の製造方法であり、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がなく、さらに信頼性が向上するとともに、安価に熱交換器を提供することができる。
The invention according to
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional example or the embodiments described above, and detailed descriptions thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における熱交換部の斜視図である。熱交換部は第1の基板10と第2の基板20とが複数交互に積層され、第3の基板が両端に積層されて構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a heat exchange unit according to Embodiment 1 of the present invention. The heat exchanging unit is configured by laminating a plurality of
図2は、本発明の実施の形態1における第1の基板の正面図である。第1の基板10にはスリットA40が全長方向の略同一直線上に分断部41を挟んで3個配置されたスリット群45とスリット群45よりも全長が短いスリットB50が略平行に一つずつ交互になるように配置されている。本実施の形態ではスリットA40は3個配置したが、2個以上であればよい。また、スリットB50は全長方向に2分割されており、分断部55が形成されている。本実施の形態ではスリットB50を2等分しているが、等分でなくともよく、また2分割以上であればよい。
FIG. 2 is a front view of the first substrate in the first embodiment of the present invention. In the
図3は、本発明の実施の形態1における第2の基板の正面図である。第2の基板20にはスリットB50と略同形状のスリットC60とスリットA40の相互間つまり分断部41よりも全長が大きいスリットD70とが略平行に一つずつ交互になるように、またスリットC60がスリットB50と連通するように設けられている。また、スリットC60は全長方向に3分割されており、分断部65が形成されている。本実施の形態ではスリットC60を3等分しているが、等分でなくともよく、2分割以上であればよい。また、第1の基板10と第2の基板20とを積層したとき、分断部65と分断部55は重ならない。また、スリットD70は分断部41の投影を含むように配置されており、第1の基板10と第2の基板20とを積層したとき、スリットA40とスリットD70が連通している。また、第2の基板20の全長はスリット群45よりも小さい。
FIG. 3 is a front view of the second substrate in the first embodiment of the present invention. The
図4は、本発明の実施の形態1における第3の基板の正面図である。第3の基板30にはスリットB50と略同形状のスリットE80が積層した場合にスリットB50とスリットC60と連通する位置に略平行に設けられている。
FIG. 4 is a front view of the third substrate in the first embodiment of the present invention. The
このように、スリットB50、スリットC60とスリットE80とが投影面上で重なるために相互に連通することになり、管外流路90が構成される。また、第2の基板20の寸法に関して、スリットB50の長手方向となる方向の寸法はスリット群45の長手方向の長さよりも短く、スリット群45の両端が第2の基板20の両端よりも外側になるよう設置されており、スリット群45の両端以外の部分が第2の基板20に挟まれることにより管内流路100が構成され、分断部45では第2の基板20のスリットD70が分断部45の投影を含むように設置されており、スリットD70がバイパス回路となり、下流側のスリットA40に連通することとなる。また、スリット群40の両端が管内流路100の出入り口となる。なお、本実施の形態では第1の基板10と第2の基板20を交互に設置したが、管内流路100の断面積を大きくしたい場合など、第2の基板20間に第1の基板10を複数設置しても良い。管内流路100の壁となるスリットA40とスリットB50の間隔及び、スリットCとスリットDの間隔はできる限り小さくした方が熱抵抗が低減でき、伝熱性能が向上する。この際、スリットA40をスリットD70のバイパス回路で繋げることにより、管内流路100の全長を短くすることなく、スリットAの全長を短くすることができ、管の壁を小さくしても壁がよれたり、捩れたり、曲がったりして管内流路100を防ぐことがなくなり、不良率を低下することができる。よって、熱交換器を安価に提供することができる。
Thus, since the slit B50, the slit C60, and the slit E80 overlap on the projection surface, they communicate with each other, and the
第1の基板10と第2の基板20及び第3の基板30相互は熱溶着接合により接合すれば、ロウ材を用いず、基材を溶融させて接合するため、ロウ材が管内流路100内に流れ出すことはなく、管内流路100が目詰まりすることによる不良を低減することができる。特に、超音波接合では接合部分のみを加熱することができるため、さらに信頼性が向上する。また、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、拡散接合で接合すれば基材の溶融もなく、管内流路100の目詰まりを防止でき、さらに信頼性が向上する。
If the
第1の基板10と第2の基板20及び第3の基板30をプレス加工により成形すれば、比較的容易にかつ大量に成形できるため、熱交換器を安価に提供できる。
If the
図5は、本発明の実施の形態1における熱交換器の正面図であり、図6は同実施の形態の熱交換器の側面図である。また、図7は図5のB−B断面図であり、図8は図5のC−C断面図である。図9は図6のD−D断面図である。通常、熱交換部の両端に内部流体入口ヘッダー110および出口ヘッダー120を取り付けて使用される。なお、入口ヘッダー110と出口ヘッダー120を入れ替えても良い。
FIG. 5 is a front view of the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 6 is a side view of the heat exchanger of the same embodiment. 7 is a BB cross-sectional view of FIG. 5, and FIG. 8 is a CC cross-sectional view of FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. Usually, the internal
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.
入口ヘッダー110から流入した内部流体が分岐されて管内流路100内を流れ、出口ヘッダー120から流出する。また外部流体は管外流路90を第1の基板10、第2の基板20及び第3の基板30の平面方向に流れる。この内部流体と外部流体とが熱交換部において熱交換する。この際、第1の基板10に設けたスリットA40とスリットD70の幅を微細にし、スリットA40とスリットB50の間隔とスリットD70とスリットC60の間隔とを小さくすることにより、管を細くし、かつスリットB50、スリットC60とスリットE80の幅を小さくすることで、管のピッチを小さくすることが容易にできるので、非常にコンパクトな熱交換器を容易に構成できる。
The internal fluid flowing in from the
この際、スリットA40を3個略同一直線上に設置し、スリットA40間をスリットD70でバイパスして、管内流路100を構成しているため、スリットA40を短くしても有効な管内流路100の長さを成形することができる。よって、管内流路100の壁となるスリットA40とスリットB50の間隔を小さくしても、スリットA40が短いために管内流路100の壁のよれ、ねじれ、曲がりがなく、不良率を低減することができるため、さらに安価に熱交換器を提供することができる。
At this time, since three slits A40 are installed on substantially the same straight line and the slit A40 is bypassed by the slit D70 to form the
以上のように、本実施の形態においては、スリットA40を略同一線上に3個設けたスリット群45と、スリット群45の全長よりも短いスリットB50とを略平行に設けた第1の基板10と、スリットB50と略同形状のスリットC60とスリットA40相互間の分断部の長さよりも全長が大きいスリットD70を略平行に設けてかつ第1の基板10のスリット群45の全長よりもその全長を短くした第2の基板20と、スリットB50と略同形状のスリットE80を略平行に設けかつ全長が第2の基板20よりも大きい第3の基板30とを有し、第1の基板10のスリットB40と第2の基板20のスリットC60と第3の基板30のスリットE80が連通し、かつスリットA40相互間の分断部41の投影がスリットD70内に含まれるように第1の基板10と第2の基板20とを複数枚積層し、その両端に第3の基板30を設置し、第1の基板10のスリットB40と第2の基板20のスリットC60と第3の基板30のスリットE80とで管外流路90を構成し、第1の基板10のスリットA40と第2の基板20のスリットD70とが連通することで管内流路100を構成する構造であり、従来は管のみによって構成された熱交換部をスリットを設けた基板から構成しており、容易に製作することができ、安価に熱交換器を提供することができる。また、管内流路をスリットA40とスリットD70で構成することにより、それぞれのスリット長を短くしても管内流路100長を長くすることができ、管壁がよれたり、捩れたり、曲がったりして管内流路100を塞ぐことがなく、容易かつ正確に製作することができる。これらにより、入口ヘッダー110と出口ヘッダー120間が長い熱交換器でも安価に提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、第1の基板10と第2の基板20を積層した両端に第3の基板30を設置して基板積層方向を密閉したが、この形態に限定されるものではなく、例えば、両端部の基板の管内流路のみを樹脂や接着剤等で埋めてしまってもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、スリットB50を2等分し、スリットC60を3等分したため、スリットB50の分断部55とスリットC60の分断部65が積層したとき重ならないため、外部流体の境界層分断効果が大きくなり、伝熱性能が向上する。ひいては、基板積層枚数を低減しても同等の性能が得られるため、安価に熱交換器を提供することができる。
In the present embodiment, the slit B50 is divided into two equal parts, and the slit C60 is divided into three equal parts. Therefore, when the divided
なお、本実施の形態では、スリットB50を2等分、スリットC60を3等分としたが、分割数や分割割合はこれに限定されるものではない。 In the present embodiment, the slit B50 is divided into two equal parts and the slit C60 is divided into three equal parts. However, the number of divisions and the division ratio are not limited thereto.
また、本実施の形態では、スリットB50の分断部55とスリットC60の分断部65が重ならない位置に設けたが、図10の本発明の実施の形態1における他の場合の第2の基板の正面図に示す第2の基板20のようにスリットC60を2等分し、分断部65がスリットB50の分断部55と重なるように設けてもよく、この場合、外部流体の境界層分断効果は低減するが、分断部55と分断部65が接合できるため、熱交換器の強度が向上することとなる。なお、分割数や分割割合はこれに制限されるものではない。
In the present embodiment, the dividing
また、本実施の形態では、スリットB50とスリットC60を分断したが、必ずしも分断する必要はなく、設計上や加工上の事情に応じて分断することも可能である。 In the present embodiment, the slit B50 and the slit C60 are divided. However, the slit B50 and the slit C60 are not necessarily divided, and can be divided according to design and processing circumstances.
また、本実施の形態では第1の基板10と第2の基板20をプレスにより加工したものであり、容易且つ大量・安価に基板を製作することができ、安価に熱交換器を提供することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、第1の基板10と第2の基板20相互は熱溶着接合により接合すれば、ロウ材を用いず、基材を溶融させて接合するため、ロウ材が管内流路100内に流れ出すことはなく、管内流路100が目詰まりすることによる不良を低減することができる。特に、超音波接合では接合部分のみを加熱することができるため、さらに信頼性が向上する。また、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、拡散接合で接合すれば基材の溶融もなく、管内流路100の目詰まりを防止でき、さらに信頼性が向上し、不良品の低減が図れ、安価に熱交換器を提供することができる。
Further, in the present embodiment, if the
なお、本実施の形態ではスリット群45とスリットB50とを一つずつ交互になるように配置することにより、管外流路90と管内流路100とが交互に配置されるようにして熱交換効率をより高め、かつ基板全体領域を効率よく活用できるようにしたが、この形態に限定されるものではなく、例えばスリットB50相互間にスリット群45を配置したり、スリット群45相互間に複数のスリットB50を配置してもよい。
In the present embodiment, the
また、敢えて複数のスリットB50と複数のスリット群45の領域を分けて配置することも設計上の都合や他の条件とのバランスで可能である。
In addition, it is possible to dare to arrange the areas of the plurality of slits B50 and the plurality of
さらに、形状としてはスリットB30とスリット群45との代わりに同様の作用が期待できるものであれば必ずしもスリット形状にこだわらない。
Furthermore, the shape is not necessarily limited to the slit shape as long as the same action can be expected instead of the slit B30 and the
また、スリットB50とスリット群45とを略平行に配置することが、流路の形成においてスペースファクタや熱交換の効率面で好ましくはあるが、この点も必ずしも略平行の配置に限らず設計上や加工上の事情に応じて適宜変形して実施することも可能である。
なお、本実施の形態では、管内流路100は同じ大きさであるが、この形態に限定されるものではなく、外部流体の流入側ほど管内流路100を大きくすることにより、温度差が大きく熱交換量が大きい外部流体流入側の内部流体の流量を増加させることにより、効率よく熱交換することができる。管内流路100の大きさを変える方法としては、第1の基板10の厚みを大きくする、第2の基板20間に積層する第1の基板10の枚数を多くする等があげられる。
In addition, it is preferable to arrange the slit B50 and the
In the present embodiment, the
(実施の形態2)
図11は、本発明の実施の形態2における第1の基板の正面図である。第1の基板200には管内流路入口210を含むスリットA220と管内流路出口230を含むスリットA240と両スリット間に配置されたスリットA250とからなるスリット群260とスリット群260よりも短いスリットB270が略平行に複数設けられている。スリットA220の管内流路入口210とスリットA240の管内流路出口230とが管外流路であるスリットB270方向に拡大されている。第2の基板20と第3の基板30は実施の形態1と同一構成であるため同一符号を付して説明する。第2の基板20にはスリットB270と略同形状のスリットC60とスリットA40相互間つまり分断部41よりも全長が大きいスリットD70とが略平行に一つずつ交互になるように、またスリットC60がスリットB270と連通するように設けられている。また、スリットC60は全長方向に3分割されており、分断部65が形成されている。本実施の形態ではスリットC60を3等分しているが、等分でなくともよく、2分割以上であればよい。また、第1の基板10と第2の基板20とを積層したとき、分断部65と分断部55は重ならない。また、スリットD70は分断部55の投影を含むように配置されており、第1の基板10と第2の基板20とを積層したとき、スリットA40とスリットD70が連通している。また、第2の基板20の全長はスリット群45よりも小さい。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a front view of the first substrate according to Embodiment 2 of the present invention. The
第3の基板30にはスリットB270と略同形状のスリットE80が積層した場合にスリットB270と連通する位置に略平行に設けられている。
The
第1の基板200と第2の基板20相互は熱溶着接合により接合すれば、ロウ材を用いず、基材を溶融させて接合するため、ロウ材が管内流路内に流れ出すことはなく、管内流路が目詰まりすることによる不良を低減することができる。特に、超音波接合では接合部分のみを加熱することができるため、さらに信頼性が向上する。また、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、拡散接合で接合すれば基材の溶融もなく、管内流路の目詰まりを防止でき、さらに信頼性が向上する。
If the
第1の基板200と第2の基板20をプレス加工により成形すれば、比較的容易にかつ大量に成形できるため、熱交換器を安価に提供できる。
If the 1st board |
図12は、本発明の実施の形態2における熱交換器の側面図であり、図13は図12のD−D断面図である。本実施の形態2の熱交換器は実施の形態1と同様に、第1の基板200と第2の基板20とが複数交互に積層され、第3の基板30が両端に積層されて熱交換部が構成されており、熱交換部の両端に内部流体入口ヘッダー110および出口ヘッダー120を取り付けられている。なお、入口ヘッダー110と出口ヘッダー120を入れ替えても良い。
FIG. 12 is a side view of the heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. In the heat exchanger according to the second embodiment, as in the first embodiment, a plurality of
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.
入口ヘッダー110から流入した内部流体が分岐されて管内流路入口210から管内流路170内を流れ、管内流路出口230を通って出口ヘッダー120から流出する。この時、管内流路入口210及び管内流路出口230が拡大されているため流路抵抗が小さく、同じポンプ動力でも内部流体の循環量を増加させることができる。よって、熱交換量が向上し、熱交換器を小さくすることができるため、安価に熱交換器を提供することができる。また外部流体は管外流路を第1の基板200や第2の基板20の平面方向に流れる。この内部流体と外部流体とが熱交換部において熱交換する。
The internal fluid flowing in from the
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態1に加えて、管内流路入口210と管内流路出口230を管外流路方向に拡大することにより、内部流体の出入り口の開口面積を大きくすることができ、管内抵抗を低減し、内部流体の流量を増加させることにより、熱交換器量を向上させることができるため、熱交換器を小さくすることができ、熱交換器を安価に提供することができる。
As described above, in the present embodiment, in addition to the first embodiment, by expanding the in-tube
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.
10,200 第1の基板
20 第2の基板
40,220,240,250 スリットA
41,55,65 分断部
45,260 スリット群
50,270 スリットB
60 スリットC
70 スリットD
90 管外流路
100 管内流路
210 管内流路入口
230 管内流路出口
10, 200
41, 55, 65 Dividing
60 Slit C
70 Slit D
90 Out-of-
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