JP6297463B2

JP6297463B2 - 積層型熱交換器

Info

Publication number: JP6297463B2
Application number: JP2014208202A
Authority: JP
Inventors: 坂井　耐事; 耐事坂井; 威一郎川村
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: JP2016080187A

Description

本発明は、多数の皿状プレートを積層して、各プレートの１枚ごとに第１流体が流通する第１流路と、第２流体が流通する第２流路とを交互に配置した、蒸発器としての積層型熱交換器に関する。

冷媒が気液二相状態で流通する蒸発器は、冷凍サイクルにおいて、凝縮器からの液体が膨張弁で急激に温度低下され、液相と気相の混合した気液二相流となって、その冷媒が蒸発器である熱交換器に送られる。このような蒸発器としての積層型熱交換器は、気相および液相の粒が比較的大きいとともに、プレート各部で気液の混合割合に疎密が生じる。その疎密が生じると、全体として熱交換性能を低下させることになる。
これを防止するため、冷媒流路の入口に、環状のスペーサを介装し、そのスペーサに複数の絞り孔を放射方向に設けたものが知られている。冷媒はその絞り孔を介して流路に放出され急激に膨張する。そのとき気液二相状態の冷媒の各粒を細分化して、熱交換能力を向上するものである。

さらに、その細分化を促進するため、本出願人は既に、下記特許文献１に記載された積層型熱交換器を提案している。これは、偏平皿と蓋部材とを有し、それらを第１プレートと第２プレートとの間に挟持する。そして偏平皿の底の外面と、第２プレートとの間に、部分的に内側隙間を形成し、そこに内絞り孔を穿設し、偏平皿と蓋部材との接合部に、外絞り孔を形成したものである。

特開２０１４‐１０９３８８号公報

上記特許文献１に記載の発明は、第１プレートと第２プレートとの間に挟持する偏平皿と蓋部材の成形が複雑であると共に、その組立てが面倒である。
そこで、本発明は上記問題を解決するため、構造が簡単で、組立て易い積層型熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、一対の第１流体(1)の第１入口(2a)および第１出口(2b)と、一対の第２流体(3)の第２入口(4a) および第２出口(4b)と、をそれぞれ有する皿状の第１プレート(5)と第２プレート(6)とが交互に積層され、
積層方向に、第１流体(1)が流通する第１流路(7)と、第２流体(3)が流通する第２流路(8)と、が交互配置され、その第１流路(7)は第１入口(2a)と第１出口(2b)との間に設けられ、第１流体(1)が気液二相流の冷媒(1a)である積層型熱交換器において、
冷媒(1a)の入口側端部に配置され、下流側の一方側端縁(13)を除き、外周(14)が第１流路(7)の入口側端部の内周縁に整合すると共に、各厚みが第１流路(7)の高さの半分に整合して、その厚み方向に重ねあわされた一対の第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)を有し、
第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)には、第２流体(3)の第２入口(4a)に整合する平面円形の第２連通孔(11)が設けられると共に、第１流体(1)の第１入口(2a)に略整合する第１連通孔(12)が設けられ、
第１端部プレート(9)と第２端部プレート(10)の第１連通孔(12)から、前記下流側の一方側端縁(13)に向け、その端縁の長手方向に互いに離間して複数の冷媒流出路(15)が形成され、
その各冷媒流出路(15)は、第１連通孔(12)の孔縁部から第１端部プレート(9)の前記一方側端縁(13)に、スリット状に打ち抜かれた第１通路(15a)と、第２端部プレート(10)の第１連通孔(12)の孔縁部から第２端部プレート(10)の前記一方側端縁(13)に、スリット状に打ち抜かれた第２通路(15b)と、を有し、
その第１通路(15a)の前記一方側端縁(13)の開口(26)は、第２端部プレート(10)の平面とそれに対向する第２プレート(6)とで挟持され、第２通路(15b)の開口(26)は第１端部プレート(9)の平面とそれに対向する第１プレート(5)とで挟持されたことを特徴とする積層型熱交換器である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の積層型熱交換器において、
第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)に設けられた第１連通孔(12)と第２連通孔(11)とが、両端部プレート(9)(10)の幅方向に離間して並列され、
第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)の前記第１連通孔(12)から第２連通孔(11)の前記一方側端縁(13)方向に斜めに延びる誘導路(16)が設けられ、
第１端部プレート(9)は、その誘導路(16)の先端が前記一方側端縁(13)で、幅方向の一端に開放されて、前記第１通路(15a)を形成し、
第２端部プレート(10)の誘導路(16)の先端部は前記幅方向の一端部で閉塞された第１袋状部(17)と、その誘導路(16)の途中から下流側に分岐する分岐部(19)を有し且つ、一方側端縁(13)の手前で閉塞された第２袋状部(18)とを有し、
第１端部プレート(9)には、前記第２袋状部(18)の位置に、前記一方側端縁(13)に開口し、前記誘導路(16)側が閉塞し、前記第２袋状部(18)の少なくとも一部に整合する第１欠切部(20)が形成され、冷媒(1a)が第２端部プレート(10)の前記分岐部(19)から第２袋状部(18)、第１端部プレート(9)の第１欠切部(20)に導かれて、その開口から流出する第３通路(15c)が形成され、その第３通路(15c)の開口が第２端部プレート(10)と第２プレート(6)とで挟持された積層型熱交換器である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器において、
第１端部プレート(9)と第２端部プレート(10)との一方に係止用欠切部(21)を設け、他方に欠切部に整合する係止爪(22)を設けて、カシメにより両者間を締結した積層型熱交換器である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の積層型熱交換器において、
前記カシメにより端部プレート(9)(10)から突出した係止爪(22)の端に整合する位置で、第１プレート(5)または第２プレート(6)に爪収納用凹陥部(23)を形成した積層型熱交換器である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載のいずれかの積層型熱交換器において、
冷媒(1a)の出口側端部に、前記入口側端部に配置された前記一対の第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)の組立て体が、上下および左右逆向きに配置された積層型熱交換器である。

本発明の積層型熱交換器は、第１流路の冷媒の入口側端部に一対の第１端部プレート９、第２端部プレート１０が配置され、その各厚みが第１流路７の高さの半分に整合して、その厚み方向に重ね合わされている。
第１端部プレート９には、その第１連通孔１２から一方側端縁１３に、スリット状に打ち抜かれた第１通路１５ａを有し、第２端部プレート１０には、その第１連通孔１２から一方側端縁１３に、スリット状に打ち抜かれた第２通路１５ｂを有する。
そして、第１通路１５ａの開口は、第２端部プレート１０の平面とそれに対向する第２プレート６と挟持され、第２通路１５ｂの開口は第１端部プレート９の平面とそれに対向する第１プレート５とで挟持されたものである。

そのため、第１通路１５ａ、第２通路１５ｂの出口で冷媒が偏平に絞られて、第１流路７に供給される。それにより、気液二相状態の冷媒１ａが効果的に細分化され、冷媒１ａと第２流体３との熱交換を促進する。しかも、その各通路１５ａ、１５ｂは同一厚みの端部プレート９、１０を重ね合わせて、それらのプレートにスリットを形成したものであるから、製造および組立てが容易で、量産性の高いものとなる。

請求項２に記載の発明によれば、上記構成に加えて、第２端部プレート１０の誘導路１６に第２袋状部１８を有し、その第２袋状部１８の位置で、第１端部プレート９に第１欠切部２０が設けられ、冷媒１ａが第２端部プレート１０の分岐部１９から第２袋状部１８、第１端部プレート９の第１欠切部２０に導かれて、その開口から流出する第３通路１５ｃが形成され、その第３通路１５ｃの開口が第２端部プレート１０と第２プレート６とで挟持されたものである。
そのため、その第３通路１５ｃでは、気液二相状態の冷媒１ａが第１端部プレート９と第２端部プレート１０とを縫うように流通して、より効果的に細分化し、冷媒１ａと第２流体３との熱交換を促進することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１端部プレート９と第２端部プレート１０に、係止用欠切部２１と係止爪２２を設けて、カシメにより両者間を締結したものである。
そのため、組立てが容易で量産性のよい熱交換器となる。

請求項４に記載の発明によれば、カシメにより突出した係止爪２２が、第１プレート５または第２プレート６の爪収納用凹陥部２３に収納されるため、各端部プレート９、１０と、第１プレート５、第２プレート６との間を隙間なく形成できる。
それにより、コンパクトで性能のよい熱交換器となる。

請求項５に記載の発明は、冷媒１ａの出口側端部に一対の第１端部プレート９および第２端部プレート１０の組立て体が、入口側端部のものに対して、上下、左右逆向きに配置されたものである。
そのため、同一の部品で、冷媒１ａの流通を円滑に行い、性能のよい熱交換器となる。

本発明の積層型熱交換器の分解斜視図。同熱交換器の斜視図。同熱交換器の冷媒流路の入口側に挿入される第１端部プレート９、第２端部プレート10の分解斜視図。同組立て状態を示す斜視図。同熱交換器の冷媒流路の出口側に挿入される第１端部プレート９、第２端部プレート10の分解斜視図。同組立て状態を示す斜視図。出口側に挿入される第１端部プレート９と第２端部プレート10の冷媒1aの流れを示す説明図であって、図６のVII-VII矢視図。同冷媒および第２流体３の流れを示す説明図であって、図６のVIII−VIII矢視図。同熱交換器の第１流路（冷媒流路）の平面図。図９のＸ−Ｘ矢視断面図。図９のＸＩ−ＸＩ矢視断面図。

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。
この積層型熱交換器は、図１に示すごとく、第１プレート５と第２プレート６とを交互に積層して、その一枚ごとに交互に第１流体１が流通する第１流路７と、第２流体３が流通する第２流路８とを配置したものである（図１０、図１１参照）。
第１プレート５は、その平面が平坦に形成され、一対ずつの端部プレート９、１０とインナーフィン２５とが配置されている。第２プレート６はその平面に多数のディンプル30が突設されている。
各プレートは、この例では、一対の第１流体1用の第１入口2aおよび第１出口2bと、一対の第２流体3用の第２入口4aおよび第２出口4bをそれぞれ並列に配置して、細長い方形の皿状に形成されたものである。そして、第１流路７に流通する第１流体1が気液二相状態の冷媒1aである。

第１プレート５の第１入口２ａ、第１出口２ｂは、図１において下方に凹陥し、第１プレート５の第２入口４ａ、第２出口４ｂは、第１プレート５の平面と面一にある。第２プレート６の第１入口２ａ、第１出口２ｂは、第２プレート６の平面と面一にあり、第２プレート６の第２入口４ａ、第２出口４ｂは第２プレート６の平面から下方に凹陥する。
そして、第１プレート５の両端部には、第１端部プレート９と第２端部プレート１０との組み合わせからなる一対のプレートが配置されている。そして、同図において、左側に配置される一対の第１端部プレート９、第２端部プレート１０と、右側に配置されるそれらとは同一のものであって、その上下及び左右が逆向きに配置されたものである。
そして、第１プレート５の平面に存在する第１流路７の中間部にはインナーフィン２５が配置される。

また、第１プレート５の第１流路７の左端部には、第１入口２ａ、第２入口４ａに隣接して、一対の爪収納用凹陥部２３が下方に凹陥する。また、第２プレート６の右端部であって、第２出口４ｂ、第１出口２ｂに隣接した位置には、爪収納用凹陥部２３が下面側から上方に凹陥している。これらの爪収納用凹陥部２３は、第１端部プレート９、第２端部プレート１０に設けた係止爪２２の折り曲げ部を収納するものである。

（本発明の主要部）
本発明の主要部は、第１流体１としての冷媒１ａを均一に混合して、第１流路７に均等に流通させるものであって、第１端部プレート９と第２端部プレート１０とからなる。第１端部プレート９は、図３に示す如く、その幅方向一端部に第２連通孔１１が穿設され、他方に、第１連通孔１２が穿設されている。この第１連通孔１２の一部からスリット状の誘導路１６が斜めに延長され、それが一方側端縁１３の開口２６に連続する。この開口２６の位置は、第２連通孔１１の下流側である。なお、第１端部プレート９、第２端部プレート１０の外周１４が一方側端縁１３を除き、第１プレート５の内周に整合する。

第１端部プレート９には、その一方側端縁１３に第１欠切部２０と第２欠切部２７とが第１連通孔１２側に開口して形成されている。また、第１端部プレート９の外周であって、その幅方向両側には一対の係止爪２２が突設され、それが第２端部プレート１０の外周に設けられた一対の係止用欠切部２１に嵌入して、両第１端部プレート９、第２端部プレート１０がカシメ固定される。

次に、第２端部プレート１０は、幅方向一端に第２連通孔１１が設けられ、他端に第１連通孔１２が形成されている。そして、その第１連通孔１２から誘導路１６が斜めに設けられ、その端部が第１袋状部１７で終着する。さらに、第１連通孔１２からは一方側端縁１３の開口２６に開口する冷媒流出路１５として、第２通路１５ｂが設けられている。また、斜めの誘導路１６には、分岐部１９が分岐し、その端部が第２袋状部１８を形成する。

このようにしてなる第１端部プレート９と第２端部プレート１０とは、図４に示す如く、係止爪２２が係止用欠切部２１に嵌入し、それがカシメられて、一体化される。なお、第１端部プレート９、第２端部プレート１０の板厚は、第１流路７の高さの夫々半分である。このように組立てられた第１端部プレート９と第２端部プレート１０は、図９に示す如く、インナーフィン２５の両端部に配置される。左側の一対の第１端部プレート９と、第２端部プレート１０との組み合わせは図４の如く形成され、右側のそれは図６の如く形成される。両者は、それぞれ第１端部プレート９と第２端部プレート１０との組み合わせが、上下及び左右逆向きであり、それ以外は同一である。従って、同一の組合わせ体を左右ひっくり返して使用することができる。

このように組み付けられた各部品は図１０、図１１に示す如く、組立てられ、その積層方向の一つ置きに第１流路７と第２流路８とが形成される。そして、第２流路８には第２流体３が流通し、第１流路７には冷媒１ａが流通する。

次に、図３、図４、図９を用いて、冷媒の入口側におけるその流れにつき説明する。
第１連通孔１２に導かれた冷媒は、そこから第１端部プレート９の第１通路１５ａ（図３）を介して、一方側端縁１３の開口２６に放出される。
また、第２端部プレート１０の第２通路１５ｂ（図３）からも一方側端縁１３の開口２６に放出される。

さらに、第２端部プレート１０の誘導路１６から第１袋状部１７に流入した冷媒は、第１端部プレート９側に移動し、その開口から第１通路１５ａに流入する。
また、第２端部プレート１０の誘導路１６から第２袋状部１８に流入したれ冷媒は、第１端部プレート９側に移動し、その第１欠切部２０から一方側端縁１３に放出する第３通路１５ｃとして流出する。
さらに、第２端部プレート１０の第１連通孔１２からＬ字状部２８に向かう冷媒は、第１端部プレート９の第２欠切部２７側に移動し、第４通路１５ｄとして一方側端縁１３側に流出される。

それぞれの第１通路１５ａ、第２通路１５ｂ、第３通路１５ｃ、第４通路１５ｄを通過した冷媒１ａは、インナーフィン２５の端部に供給され、第１出口２ｂ（図９）に移動する。その第１出口２ｂにおいては、冷媒が右側の一対の第２端部プレート１０と第１端部プレート９の各通路を、図９及び図７に示す如く、移動する。そして、第１流路７の冷媒１ａと第２流路８の第２流体３との間に熱交換が行われる。
なお、積層方向の上端及び下端には、端板２４及び端板２９が配置され、端板２４の一端部の冷媒入口パイプから冷媒１ａが供給され、第１流路７に供給され、それに隣接する入口パイプから第２流体３が第２流路８に供給される。

１第１流体
１ａ冷媒
２ａ第１入口
２ｂ第１出口
３第２流体
４ａ第２入口
４ｂ第２出口
５第１プレート
５ａ内周
６第２プレート
７第１流路
８第２流路
９第１端部プレート

１０第２端部プレート
１１第２連通孔
１２第１連通孔
１３一方側端縁
１４外周
１５冷媒流出路
１５ａ第１通路
１５ｂ第２通路
１５ｃ第３通路
１５ｄ第４通路
１６誘導路
１７第１袋状部
１８第２袋状部
１９分岐部

２０第１欠切部
２１係止用欠切部
２２係止爪
２３爪収納用凹陥部
２４端板
２５インナーフィン
２６開口
２７第２欠切部
２８Ｌ字状部
２９端板
３０ディンプル

Claims

一対の第１流体(1)の第１入口(2a)および第１出口(2b)と、一対の第２流体(3)の第２入口(4a) および第２出口(4b)と、をそれぞれ有する皿状の第１プレート(5)と第２プレート(6)とが交互に積層され、
積層方向に、第１流体(1)が流通する第１流路(7)と、第２流体(3)が流通する第２流路(8)と、が交互配置され、その第１流路(7)は第１入口(2a)と第１出口(2b)との間に設けられ、第１流体(1)が気液二相流の冷媒(1a)である積層型熱交換器において、
冷媒(1a)の入口側端部に配置され、下流側の一方側端縁(13)を除き、外周(14)が第１流路(7)の入口側端部の内周縁に整合すると共に、各厚みが第１流路(7)の高さの半分に整合して、その厚み方向に重ねあわされた一対の第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)を有し、
第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)には、第２流体(3)の第２入口(4a)に整合する平面円形の第２連通孔(11)が設けられると共に、第１流体(1)の第１入口(2a)に略整合する第１連通孔(12)が設けられ、
第１端部プレート(9)と第２端部プレート(10)の第１連通孔(12)から、前記下流側の一方側端縁(13)に向け、その端縁の長手方向に互いに離間して複数の冷媒流出路(15)が形成され、
その各冷媒流出路(15)は、第１連通孔(12)の孔縁部から第１端部プレート(9)の前記一方側端縁(13)に、スリット状に打ち抜かれた第１通路(15a)と、第２端部プレート(10)の第１連通孔(12)の孔縁部から第２端部プレート(10)の前記一方側端縁(13)に、スリット状に打ち抜かれた第２通路(15b)と、を有し、
その第１通路(15a)の前記一方側端縁(13)の開口(26)は、第２端部プレート(10)の平面とそれに対向する第２プレート(6)とで挟持され、第２通路(15b)の開口(26)は第１端部プレート(9)の平面とそれに対向する第１プレート(5)とで挟持されたことを特徴とする積層型熱交換器。
請求項１に記載の積層型熱交換器において、
第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)に設けられた第１連通孔(12)と第２連通孔(11)とが、両端部プレート(9)(10)の幅方向にそれぞれ離間して並列され、
第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)の前記第１連通孔(12)から、第２連通孔(11)の前記一方側端縁(13)方向に斜めに延びる誘導路(16)が設けられ、
第１端部プレート(9)は、その誘導路(16)の先端が前記一方側端縁(13)で、幅方向の一端に開放されて、前記第１通路(15a)を形成し、
第２端部プレート(10)の誘導路(16)の先端部は前記幅方向の一端部で閉塞された第１袋状部(17)と、その誘導路(16)の途中から下流側に分岐する分岐部(19)を有し且つ、一方側端縁(13)の手前で閉塞された第２袋状部(18)とを有し、
第１端部プレート(9)には、前記第２袋状部(18)の位置に、前記一方側端縁(13)に開口し、前記誘導路(16)側が閉塞し、前記第２袋状部(18)の少なくとも一部に整合する第１欠切部(20)が形成され、冷媒(1a)が第２端部プレート(10)の前記分岐部(19)から第２袋状部(18)、第１端部プレート(9)の第１欠切部(20)に導かれて、その開口から流出する第３通路(15c)が形成され、その第３通路(15c)の開口が第２端部プレート(10)と第２プレート(6)とで挟持された積層型熱交換器。
請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器において、
第１端部プレート(9)と第２端部プレート(10)との一方に係止用欠切部(21)を設け、他方に欠切部に整合する係止爪(22)を設けて、カシメにより両者間を締結した積層型熱交換器。
請求項３に記載の積層型熱交換器において、
前記カシメにより端部プレート(9)(10)から突出した係止爪(22)の端に整合する位置で、第１プレート(5)または第２プレート(6)に爪収納用凹陥部(23)を形成した積層型熱交換器。
請求項１〜請求項４に記載のいずれかの積層型熱交換器において、
冷媒(1a)の出口側端部に、前記入口側端部に配置された前記一対の第１端部プレート(9)および第２端部プレート(10)の組立て体が、上下および左右逆向きに配置された積層型熱交換器。