JP5226342B2 - 蓄冷・蓄熱型熱交換器 - Google Patents

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本発明は、蓄熱剤または蓄冷剤を介し、第１流体と第２流体との間に熱交換が行われる熱交換器に関する。
第１流体と第２流体とが蓄熱剤を介して熱交換される蓄熱式熱交換器が下記特許文献に記載されている。
これらは、第１流体が流通する第１流路と第２流体が流通する第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されたものであり、熱交換効率が良いと共に熱交換の応答性にも優れている。
特開２００３−３３６９７４号公報 実開平４−１２９６７０号公報
上記の特許文献に記載された発明または考案は、第１流路と第２流路とが熱交換本体に一体に固定されているため、両者間に熱膨張差が生じ、その熱応力によって熱交換器に亀裂や破壊が生じるおそれがある。
そこで本発明は、耐熱応力性に優れ且つ、生産性の良い蓄冷・蓄熱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、互いに独立した第１熱交換体(4)と第２熱交換体(5)とを有し、
各熱交換体(4)(5)は、それぞれの一端部のみに一対の入口タンク部(1)および出口タンク部(2)を有し、そのタンク部(1)(2)に片持ち状に複数の偏平チューブ部(3)が互いに空間を有して、その平面が対向するように並列され、各偏平チューブ部(3) はその先端部で内部の流路が折り返すように形成され、
第１熱交換体(4)の各偏平チューブ部(3)間に、第２熱交換体(5)の各偏平チューブ部(3)が挿通されると共に、一方の熱交換体の各偏平チューブ(3)の先端部が他方の熱交換体に突き当たらないように、互いに熱膨張自在に配置され、
それら各熱交換体(4)(5)の外周がケーシング(6)で被蔽され、ケーシング(6)と各偏平チューブ部(3)の外面との間に蓄熱剤(14)または蓄冷剤が充填され、
第１熱交換体(4)に第１流体(12)が流通されると共に、第２熱交換体(5)に第２流体(13)が流通して、少なくとも蓄熱剤(14)または蓄冷剤を介して、両流体(12)(13)間に熱交換が行われる蓄冷・蓄熱型熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
第１熱交換体(4)の偏平チューブ部(3)の外部平面と第２熱交換体(5)の偏平チューブ部(3) の外部平面とが互いに接触された蓄冷・蓄熱型熱交換器である。
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、
前記入口タンク部(1)と出口タンク部(2)および各偏平チューブ部(3)が一体にプレス成形された一対のプレート(7a)(7b)の組み合わせによりエレメント(7)を構成し、そのエレメント(7)が複数積層されて、前記第１熱交換体(4)および第２熱交換体(5)が形成された蓄冷・蓄熱型熱交換器である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記各偏平チューブ部(3)は、その先端部が閉塞され、他端部が開口された複数の独立したものからなり、
入口タンク部(1)と出口タンク部(2)とが一体に形成されたタンクの開口に各偏平チューブ部(3)の前記開口側が挿通固定されて、前記第１熱交換体(4)および第２熱交換体(5)が形成されてなる蓄冷・蓄熱型熱交換器である。
本発明の蓄冷・蓄熱型熱交換器は、第１熱交換体４の各偏平チューブ部３間に第２熱交換体５の各偏平チューブ部３が挿入されると共に、一方の熱交換体の各偏平チューブ部３の先端部が他方の熱交換体に突き当たらないように、互いに熱膨張自在に配置されたから、熱膨張に伴う熱応力により各熱交換体に亀裂や破損が生じることを有効に防止し得る。
上記構成において、第１熱交換体４の偏平チューブ部３の外部平面と、第２熱交換体５の偏平チューブ部３の外部平面とを互いに接触することができる。その場合には、第１流体12，第２流体13間の熱交換が促進される。
上記構成において、入口タンク部１と出口タンク部２と偏平チューブ部３とが一体に形成された一対のプレート7a，7bによりエレメント７を構成し、そのエレメント７を複数積層して第１熱交換体４，第２熱交換体５を形成することができる。この場合には、部品点数が少なく組立て容易で信頼性の高い熱交換器を提供できる。
上記構成において、複数の独立した偏平チューブ部３を有し、その各偏平チューブ部３は入口タンク部１と出口タンク部２とが一体に形成されたタンクの開口に挿通固定されて、第１熱交換体４，第２熱交換体５を形成することができる。その場合には、構造が簡単で組み立て易く信頼性の高い熱交換器を提供できる。
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。
図１は本発明の熱交換器の正面説明図であり、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は図１のIII−III矢視断面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
この熱交換器は、図１に示す如く左右に離間して互いに独立した第１熱交換体４と第２熱交換体５とを有する。夫々の熱交換体４，５は、所謂ドロンカップ型のものであり、エレメント７の積層体からなる。各エレメント７は互いに逆向きに形成された一対の浅い皿状のプレート7a，7bの組み合わせからなり、図３，図４に示す如く、各プレート7a，7bは周縁部に環状の小フランジ部を有する矩形に形成され、その幅方向中央に小フランジ部と同一高さに凸条10が各プレートの長手方向の一端から他端部の中間まで延在し、その他端部において凸条10の存在しない部分が内部流体のＵターン路を形成している（図３参照）。
そして、各プレートの一端部には凸条10を挟んで一対の入口タンク部１，出口タンク部２が凹陥され、その凹陥部の中央に連通孔９が穿設されている。そして入口タンク部１，出口タンク部２を除く部分には、偏平チューブ部３が形成されている。偏平チューブ部３の高さは、入口タンク部１，出口タンク部２の高さの１／２以下である。
このような一対のプレート7b，プレート7aが互いに逆向きに重ね合わされてエレメント７を構成し、複数のエレメント７をそのタンク部で積層し、第１熱交換体４と第２熱交換体５とを組立てる。
なお、積層方向の最下端には連通孔の存在しないプレートが配置され、最上端の各連通孔９には一対づつの出入口パイプ８が配置されている。
そして各部品間が一体にろう付け固定されて、互いに独立した第１熱交換体４と第２熱交換体５とを構成する。
そしてそれらが図１，図２に示す如くケーシング６内に収納され、出入口パイプ８がケーシング６を貫通する。このとき、第１熱交換体４の偏平チューブ部３間には、第２熱交換体５の偏平チューブ部３が挿通され、それらの外平面が互いに接触すると共に、各偏平チューブ部３の先端部は相手側の熱交換体のエレメント７から僅かに離間し、熱膨張により、偏平チューブ部３がその長手方向に伸縮自在になるように配置されている。
そしてこの例では、右側の第１熱交換体４の一対の出入口パイプ８に、その一方側から第１流体12が流入され、各偏平チューブ部３を図３の如くＵ字状に流通して他方の出入口パイプ８からそれが流出される。
また、左側の第２熱交換体５内には一方の出入口パイプ８から第２流体13が流入し、各偏平チューブ部３をＵ字状に流通して他方の出入口パイプ８からそれが流出する。なお、ケーシング６内には蓄熱剤14が充填されている。
この蓄熱剤14の代わりに、蓄冷剤が充填される場合もある。それらは公知のものであるので、詳細は省略する。
そして第１熱交換体４と第２熱交換体５の各偏平チューブ部３が互いに接触するため、第１流体12と第２流体13とは直接熱交換が行われる。それと共に、蓄熱剤14を介して両流体が熱交換される。第１流体12及び第２流体13の流通に伴い、各偏平チューブ部３は加熱され、その長手方向に伸張するが、その先端部は対向する熱交換体に突き当たることなく、それらの間に少なくとも熱膨張分の隙間が存在するため、各偏平チューブ部３等に熱応力が加わることはない。
次に、図５は本発明の第２の実施例であって、図１のそれと異なる点は、第１熱交換体４の偏平チューブ部３の上下両面が第２熱交換体５の各偏平チューブ部３の上下両面に接触する。なお、積層方向の最上段及び最下段の接触は一方の面のみである。そしてその他は、図１のそれと同様であり、同様の作用をする。
次に、図６及び図７は本発明の第３の実施の形態を示し、この例は、入口タンク部１および出口タンク部２と、偏平チューブ部３とが独立した部品からなり、入口タンク部１および出口タンク部２は図７に示す如く、細長いタンク本体の幅方向中央に仕切11が形成されたものであり、その入口タンク部１および出口タンク部２に、複数の偏平チューブ部３の開口端が挿入され、各偏平チューブ部３と入口タンク部１，出口タンク部２との間が一体にろう付け固定されたものである。
偏平チューブ部３は、図７の如く、一端側が閉塞され他端側が開放されている。そして、偏平チューブ部３の幅方向中央には上端から下方に凸条10が伸び、それが最下端部の手前で終わる。そして、偏平チューブ部３内にＵ字状の流路が形成され、凸条10が仕切11に整合するものである。
この例においても、各偏平チューブ部３の先端部は相手方の熱交換体の入口タンク部１，出口タンク部２に接触しないように配置されている。その動作は図１のそれと同様である。
次に、図８は本発明の第４の実施の形態を示し、この例が図６のそれと異なる点は、第２熱交換体５の入口タンク部１，出口タンク部２が第１熱交換体４の側方に位置している点である。なお、上記いずれかの実施例において、偏平チューブ部内のＵ字状の流路の代わりに、それを蛇行状の流路とすることもできる。
本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器の正面説明図。 図１のII−II矢視断面図。 図１のIII−III矢視断面図。 図３のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ矢視断面図。
本発明の第２の実施の形態を示す熱交換器の正面説明図。 本発明の第３の実施の形態を示す熱交換器の正面説明図。 図６のVII−VII矢視断面図。 本発明の第４の実施の形態を示す熱交換器の縦断面図説明図。
符号の説明
１ 入口タンク部
２ 出口タンク部
３ 偏平チューブ部
４ 第１熱交換体
５ 第２熱交換体
６ ケーシング
７ エレメント
7a プレート
7b プレート
８ 出入口パイプ
９ 連通孔
10 凸条
11 仕切
12 第１流体
13 第２流体
14 蓄熱剤

Claims (4)

  1. 互いに独立した第１熱交換体(4)と第２熱交換体(5)とを有し、
    各熱交換体(4)(5)は、それぞれの一端部のみに一対の入口タンク部(1)および出口タンク部(2)を有し、そのタンク部(1)(2)に片持ち状に複数の偏平チューブ部(3)が互いに空間を有して、その平面が対向するように並列され、各偏平チューブ部(3)はその先端部で内部の流路が折り返すように形成され、
    第１熱交換体(4)の各偏平チューブ部(3)間に、第２熱交換体(5)の各偏平チューブ部(3)が挿通されると共に、一方の熱交換体の各偏平チューブ(3)の先端部が他方の熱交換体に突き当たらないように、互いに熱膨張自在に配置され、
    それら各熱交換体(4)(5)の外周がケーシング(6)で被蔽され、ケーシング(6)と各偏平チューブ部(3)の外面との間に蓄熱剤(14)または蓄冷剤が充填され、
    第１熱交換体(4)の内部に第１流体(12)が流通されると共に、第２熱交換体(5)の内部に第２流体(13)が流通して、少なくとも蓄熱剤(14)または蓄冷剤を介して、両流体(12)(13)間に熱交換が行われる蓄冷・蓄熱型熱交換器。
  2. 請求項１において、
    第１熱交換体(4)の偏平チューブ部(3)の外部平面と第２熱交換体(5)の偏平チューブ部(3) の外部平面とが互いに接触された蓄冷・蓄熱型熱交換器。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記入口タンク部(1) と出口タンク部(2)および各偏平チューブ部(3)が一体にプレス成形された一対のプレート(7a)(7b)の組み合わせによりエレメント(7)を構成し、そのエレメント(7)が複数積層されて、前記第１熱交換体(4)および第２熱交換体(5)が形成された蓄冷・蓄熱型熱交換器。
  4. 請求項１または請求項２において、
    前記各偏平チューブ部(3)は、その先端部が閉塞され、他端部が開口された複数の独立したものからなり、
    入口タンク部(1)と出口タンク部(2)とが一体に形成されたタンクの開口に、各偏平チューブ部(3)の前記開口側が挿通固定されて、前記第１熱交換体(4)および第２熱交換体(5)が形成されてなる蓄冷・蓄熱型熱交換器。
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