JP7407619B2 - プレート積層コア型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子等の熱交換対象物との間で伝熱を行う熱交換器に関する。

下記特許文献１には、半導体素子等の熱交換対象物を冷却する熱交換器の一例として、スリットを多数穿設した複数のプレートを積層すると共に、その外周をケーシングで被嵌するものが提案されている。
その熱交換対象物は、ケーシングの外表面に配置され、ケーシング内を流通する流体との間に熱交換が行われる。

国際公開第２０１７／１３１２４０

このような熱交換器の内部に配置されたコアは、各プレート同士を仮固定する手段が外周に形成されているため、その外周は平端ではなく異形に形成されることが多い。すると、その異形部分の外周近傍には、図１０に示す如く、流体が流通できない部分が生じる。
そのため、異形部分の近傍では伝熱性能が低下し、異形部分の近傍に配置された熱交換対象物との熱交換を効果的に行うことができない場合がある。
そこで本発明は、上記問題を解決することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、それぞれ多数のスリット３が穿設された平坦な複数の第１プレート１と第２プレート２を有し、各プレート１，２が互いに接触して積層されると共に、隣接する各プレート１，２の各スリット３が平面方向に位置ずれされたコア４と、
そのコア４の外周を被嵌し、前記コア４の両端に流体のマニホールド部７を有するケーシング６と、を具備し、
それらの各部品間が一体にろう付固定されて、
流体１５が各プレート１，２の各スリット３内を前記プレートの積層方向に蛇行しつつ全体として平面方向に流通する流通路５を有するプレート積層コア型熱交換器において、
前記各プレート１，２の端部８に、複数の端部スリット９が設けられると共に、隣接する各プレート１，２の各端部スリット９が位置ずれされ、それらの各端部スリット９間が連通して端部流通路１２が形成されており、
前記端部８には、その端部８の側面８ｂに前記端部流通路１２と前記マニホールド部７とを連通する端部出入り口が形成されていることを特徴とするプレート積層コア型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、
前記爪部１３と前記凹部１４が嵌合されている状態で、
前記爪部１３の先端と前記ケーシング６との間に前記端部出入り口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、
前記爪部１３には、その脇に欠切部１３ｄが設けられており、前記欠切部１３ｄが前記端部出入り口として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器である。

請求項４に記載の本発明は、プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、
前記爪部１３には、前記端部出入り口として爪部孔１３ａが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器である。

請求項５に記載の本発明は、プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、
前記爪部１３には、その爪部１３に前記端部出入り口として爪部切欠き１３ｂが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器である。

請求項１に記載の発明は、コア４を形成する第１プレート１と第２プレート２の端部８に複数の端部スリット９が設けられると共に、隣接する各プレート１，２の各端部スリット９が位置ずれされ、それらの各端部スリット９間が連通して端部流通路１２が形成されており、その端部８の側面８ｂには、端部流通路１２とコア４の外周を被嵌するケーシング６のマニホールド部７とを連通する端部出入り口が設けられている熱交換器である。
この構造により、熱交換器の端部に流体１５を流通させることができるため、その端部まで伝熱部を拡張することができ、熱交換対象物１７が熱交換器の端部に配置された場合の伝熱性能を向上させることができる。

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、プレートの積層方向の端のプレートには、端部８の側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートに爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、爪部１３と凹部１４が嵌合されている状態で、爪部１３の先端とケーシング６との間に端部出入り口を形成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、プレートの積層方向の端のプレートには、端部８の側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートに爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、爪部１３には、その脇に欠切部１３ｄが設けられており、欠切部１３ｄを端部出入り口として形成することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、プレートの積層方向の端のプレートには、端部８の側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートに爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、前記爪部１３に前記端部出入り口として爪部孔１３ａを形成しておくことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、プレートの積層方向の端のプレートには、端部８の側面８ｂの位置に爪部１３が一体に形成されており、その他のプレートに爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されており、前記爪部１３には、その爪部１３の先端に前記端部出入り口として爪部切欠き１３ｂを形成しておくことができる。

本発明の第１実施例のプレート積層コア型熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図。 同熱交換器の分解斜視図。 同熱交換器の要部平面図。 同熱交換器の端部流通路１２を示す説明図であり、図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図。 同熱交換器の流通路５を示す説明図であり、図３のＶ－Ｖ矢視断面図。 本発明の第２実施例のプレート積層コア型熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図。 本発明の第３実施例のプレート積層コア型熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図。 本発明の第４実施例のプレート積層コア型熱交換器の要部平面図。 同第４実施例の熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図。 従来型熱交換器のコア４の端部の状態を示す図。

次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図１～図５は、本発明のプレート積層コア型熱交換器の第１実施例を示す。
図１は、熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図であり、図２は同熱交換器の分解斜視図である。図３は同熱交換器の要部平面図であり、図４は同熱交換器の端部流通路１２を示す説明図（図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図）であり、図５は同熱交換器の流通路５を示す説明図（図３のＶ－Ｖ矢視断面図）である。

この熱交換器は、図１に記載の如く、それぞれ多数のスリット３が穿設された平坦な第１プレート１と第２プレート２とが交互に積層されてコア４を構成する。
この例では、各プレート１、２には、互いに平行に並列して配置された縦リブ３ａと、隣接する縦リブ３ａ間を複数の個所で連結する横リブ３ｂとを有し、それらのリブ３ａ，３ｂ間に同一形状の長方形の小孔からなるスリット３が穿設されている。
積層方向に隣接する各プレート１，２の縦リブ３ａは整合して接触し、各プレート１，２のスリット３は、図５に記載のように、流体１５の流通方向に平面的に位置ずれしている。即ち、一方のプレートのスリット３内に、他方のプレートの横リブ３ｂが位置する。これにより、流通路５が形成され、その流通路５に流体１５が流通する。

このようなコア４は、図２に示す如く、その外周にケーシング６が被嵌される。ケーシング６は、底部６ｂとその底部６ｂの外周縁から立ち上がる周壁部６ａとからなる皿状のカッププレート６ｃと、そのカッププレート６ｃの開口を閉塞する蓋６ｄとを有する。
ケーシング６のカッププレート６ｃの底部６ｂにコア４が配置され、そのコア４の両端に流体１５のマニホールド部７が対向して形成されている。
図２及び図３に示す如く、ケーシング６の周壁部６ａの内面には、一対の突条１０の間にコア４の位置決め部１１が形成されている。また、各プレート１，２（コア４）の端部８には、位置決め部１１に当接する突出部８ａが最外側に位置する端部縦リブ９ａの中間位置に形成されている。
コア４とケーシング６は一体的にろう付固定されている。

カッププレート６ｃには、図２に記載の如く、流体１５の出入口となる一対のパイプ１６が取付られている。
流体１５は一方のパイプ１６からケーシング６内に供給され、流体１５の流通方向の上流側のマニホールド部７へ導かれる。流体１５は、上流側のマニホールド部７からコア４の各流通路５を流通し、下流側のマニホールド部７へ導かれる。このとき、流体１５はプレートの積層方向に蛇行しながら、各流通路５を直線的に流通する。
そして、流通路５を流通する流体１５によって、ケーシング６の蓋６ｄに接合された熱交換対象物１７から生じる熱を冷却する。

本願発明の特徴は、図１、図３、図４に示す如く、コア４の各プレート１、２の縦リブ３ａの並列方向の最外側に位置する流通路５に隣接して、端部流通路１２が形成されていることである。
この端部流通路１２は、各プレート１、２の端部８に、縦リブ３ａに平行に配置された端部縦リブ９ａと、隣接する端部縦リブ９ａ間を複数の個所で連結する端部横リブ９ｂとを有し、それらの端部縦リブ９ａ，端部横リブ９ｂ間に同一形状の長方形の小孔からなる端部スリット９が穿設されている。

縦リブ３ａと同様、端部縦リブ９ａは整合して接触し、各プレート１，２の端部スリット９は、図４に記載のように、流体１５の流通方向に平面的に位置ずれしている。即ち、一方のプレートの端部スリット９内に、他方のプレートの端部横リブ９ｂが位置する。これにより、端部流通路１２が形成される。
コア４の端部８の側面には、端部流通路１２とマニホールド部７とを連通する端部第１出入り口１２ａが設けられている。これにより、流体１５が端部８の外面側から流入し、端部８の内部に形成された端部流通路１２にも流通する。

この第１実施例では、各プレート１，２の端部８の位置で、コア４の積層方向の上端及び下端に位置するプレートに爪部１３が一体に突設されている。そして、その他のプレートには、前記爪部１３と嵌合する凹部１４が形成されている。この爪部１３が各プレートの凹部１４に嵌着するように曲折されて、コア４が固定される。この例では、爪部１３の側面８ｂは、各プレートの凹部１４の壁面に接触している。
爪部１３は、この例では、端部流通路１２の両端位置の端部縦リブ９ａから突設されている。そして、その爪部１３は、爪部１３の外面がコア４の端部８の側面８ｂと整合するように、爪部１３の曲折部１３ｃから曲折されている。
曲折部１３ｃの脇には、爪部１３を曲折しやすいように欠切部１３ｄが形成されている。その欠切部１３ｄが第１の端部出入り口１２ａを形成し、それが端部流通路１２と連通している。

また、図１において、左側（流体１５の流通方向の下流側）の爪部１３は曲折したときに、最下端のプレートの凹部１４の一部のみを被嵌し、爪部１３の先端とケーシング６との間に隙間が設けられている。右側（流体の流通方向の上流側）の爪部１３でも、最上端のプレートの凹部１４の一部のみを被嵌し、その先端とケーシング６との間に隙間が設けられる。つまり、端のプレートの凹部１４が第２の端部出入り口１２ｂを形成し、それが端部流通路１２と連通している。

そして、図４に記載のように、流体１５が上流側のマニホールド部７からコア４の第１の端部出入り口１２ａと第２の端部出入り口１２ｂから流入し、そこから端部流通路１２に流通し、下流側の各端部出入り口から下流側のマニホールド部７へ導かれる。このとき、流体１５はプレートの積層方向に蛇行して端部流通路１２を流通する。
上述のような構成により、図１０に記載のような従来型コアでは流体１５を流通させることができなかった異形の端部８の近傍に流体の流通路を確保することができる。そして、その分だけ流路形成範囲を拡大することができ、熱交換対象物１７との熱交換を促進できる。
第１実施例に記載のように、第１の端部出入り口１２ａと第２の端部出入り口１２ｂは両方採用することが好ましい。ただし、第１の端部出入り口１２ａ、第２の端部出入り口１２ｂのいずれか一方のみを採用することもできる。

図６は、本発明の第２実施例のプレート積層コア型熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図である。
この例のコア４は、爪部１３の曲折部１３ｃから先端までの平面の中央位置に、外面から内面側に貫通する爪部孔１３ａが穿設されている。その爪部孔１３ａが第３の端部出入り口１２ｃを形成し、それが端部流通路１２と連通している。爪部孔１３ａの穿設位置は、中央位置に限られるものではない。ケーシング６は第１実施例のものを採用できる。
この例では、第１実施例の第１の端部出入り口１２ａと第２の端部出入り口１２ｂに加え、第３の端部出入り口１２ｃを追加して形成している点で、端部８に流通する流体１５の出入り口を十分に確保することができ、流体１５を円滑に端部８に流通させることが可能となる。
ただし、第３の端部出入り口１２ｃのみを採用することもできる。また、第３の端部出入り口１２ｃに加え、第１実施例のいずれか一方の端部出入り口を採用することもできる。

図７は、本発明の第３実施例のプレート積層コア型熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図である。
この例のコア４は、第２実施例の爪部孔１３ａに替えて、爪部１３の先端から中間の位置に爪部切欠き１３ｂを形成したものである。その爪部切欠き１３ｂが第３の端部出入り口１２ｃを形成し、それが端部流通路１２と連通している。爪部切欠き１３ｂの形成位置は、図７の位置に限られるものではない。例えば、爪部１３の先端の左端もしくは右端に形成することもでき、先端ではなく、曲折部１３ｃの近傍に形成することもできる。ケーシング６は第１実施例のものを採用できる。
この例も、第２実施例と同様、第３の端部出入り口１２ｃに、第１の端部出入り口１２ａ、第２の端部出入り口１２ｂを追加して採用するか否かは任意である。

図８及び図９は、本発明の第４実施例である。
図８はプレート積層コア型熱交換器の要部平面図であり、図９はその熱交換器に収納されるコア４の要部斜視図である。
この例のコア４は、第１実施例の第１の端部出入り口１２ａと第２の端部出入り口１２ｂに加え、第４の端部出入り口１２ｄを追加して形成したものである。ケーシング６は第１実施例のものを採用できる。
この第４の端部出入り口１２ｄは、コア４の端部８の側面８ｂに位置する端部縦リブ９ａが欠切されて形成され、第４の端部出入り口１２ｄが第１の端部出入り口１２ａ、第２の端部出入り口１２ｂと同様に端部流通路１２と連通している。
第４の端部出入り口１２ｄに、第１の端部出入り口１２ａ、第２の端部出入り口１２ｂ、第３の端部出入り口１２ｃを追加して採用するか否かは任意である。

上記実施例は、熱交換対象物１７を発熱体として、そこから生じる熱を冷却するものとして紹介したが、それに限らず、流体を温熱流体として、熱交換対象物１７に熱を加えることもできる。熱交換対象物１７は、カッププレート６ｃの底部６ｂの外面側に取り付けることもできる。
また、この実施例は、本発明を実施するのに最適な形態であるが、コア４の端部８の形状、ケーシング６の突条１０の形成の有無、スリット３、各リブ３ａ，３ｂ，９ａ，９ｂの形状、パイプ１６の取付位置等は実施例に限定されるものではない。
例えば、ケーシング６の周壁部６ａに設けられる突条１０は形成しなくともよい。その場合、コア４の端部８に突出部８ａを設けない設計に変更することもできる。

１ 第１プレート
２ 第２プレート
３ スリット
３ａ 縦リブ
３ｂ 横リブ
４ コア
５ 流通路

６ ケーシング
６ａ 周壁部
６ｂ 底部
６ｃ カッププレート
６ｄ 蓋
７ マニホールド部

８ 端部
８ａ 突出部
８ｂ 側面
９ 端部スリット
９ａ 端部縦リブ
９ｂ 端部横リブ
１０ 突条
１１ 位置決め部

１２ 端部流通路
１２ａ 第１の端部出入り口
１２ｂ 第２の端部出入り口
１２ｃ 第３の端部出入り口
１２ｄ 第４の端部出入り口
１３ 爪部
１３ａ 爪部孔
１３ｂ 爪部切欠き
１３ｃ 曲折部
１３ｄ 欠切部
１４ 凹部

１５ 流体
１６ パイプ
１７ 熱交換対象物

Claims (5)

1. それぞれ多数のスリット（３）が穿設された平坦な複数の第１プレート（１）と第２プレート（２）を有し、各プレート（１，２）が互いに接触して積層されると共に、隣接する各プレート（１，２）の各スリット（３）が平面方向に位置ずれされたコア（４）と、
   そのコア（４）の外周を被嵌し、前記コア（４）の両端に流体のマニホールド部（７）を有するケーシング（６）と、を具備し、
   それらの各部品間が一体にろう付固定されて、
   流体（１５）が各プレート（１，２）の各スリット（３）内を前記プレートの積層方向に蛇行しつつ全体として平面方向に流通する流通路（５）を有するプレート積層コア型熱交換器において、
   前記各プレート（１，２）の端部（８）に、複数の端部スリット（９）が設けられると共に、隣接する各プレート（１，２）の各端部スリット（９）が位置ずれされ、それらの各端部スリット（９）間が連通して端部流通路（１２）が形成されており、
   前記端部（８）には、その端部（８）の側面（８ｂ）に前記端部流通路（１２）と前記マニホールド部（７）とを連通する端部出入り口が形成されていることを特徴とするプレート積層コア型熱交換器。
2. プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面（８ｂ）の位置に爪部（１３）が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部（１３）と嵌合する凹部（１４）が形成されており、
   前記爪部（１３）と前記凹部（１４）が嵌合されている状態で、
   前記爪部（１３）の先端と前記ケーシング（６）との間に前記端部出入り口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器。
3. プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面（８ｂ）の位置に爪部（１３）が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部（１３）と嵌合する凹部（１４）が形成されており、
   前記爪部（１３）には、その脇に欠切部（１３ｄ）が設けられており、前記欠切部（１３ｄ）が前記端部出入り口として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器。
4. プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面（８ｂ）の位置に爪部（１３）が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部（１３）と嵌合する凹部（１４）が形成されており、
   前記爪部（１３）には、前記端部出入り口として爪部孔（１３ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器。
5. プレートの積層方向の端のプレートには、前記側面（８ｂ）の位置に爪部（１３）が一体に形成されており、その他のプレートには、前記爪部（１３）と嵌合する凹部（１４）が形成されており、
   前記爪部（１３）には、その爪部（１３）に前記端部出入り口として爪部切欠き（１３ｂ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層コア型熱交換器。

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