JPH11248387A - 熱交換器および熱交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のプレート式等の積層型熱交換器におけ
る問題点（板材の方向性や配列順序に気を使わねばなら
ない等）を極力なくし、組立作業性を向上させた熱交換
器および部品点数を出来る限り減少させ、結果として低
コストな熱交換器を提供する事。 【解決手段】 （１）連続して小さく交互に曲げられた
アコーデイオン形状の薄板を大きく交互に曲げ、当該薄
板の一方の面側と他方の面側とに熱交換用の流体を流し
て熱交換を行うように構成した事を特徴とする熱交換
器。 （２）連続して小さく交互に曲げられた波形状の薄板を
大きく交互に曲げ、当該薄板の一方の面側と他方の面側
とに熱交換用の流体を流して熱交換を行うように構成し
た事を特徴とする熱交換器。 （３）連続して小さく、かつ、交互の曲げを有する薄板
を、大きく曲げ、更にそれを大きく曲げて３段階以上の
曲げを付与し、当該薄板の一方の面側と他方の面側とに
熱交換用の流体を流して熱交換を行うように構成した事
を特徴とする熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調機器、自動
車、発電、冷却設備、乾燥設備・機器等の加熱源や冷却
源を有する機器・設備等に用いる熱交換器および熱交換
方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】高効率な熱交換器として、特公昭６３−
４３６７９号公報、特開昭６１−４１８９５号公報およ
び特開平６−１２３５７０号公報等に開示されているよ
うな熱交換器が知られている。

【０００３】具体的には、複数枚の板材を積層する事に
より伝熱面積を多くした積層型熱交換器（プレート式熱
交換器、プレートフィン型熱交換器という場合もある）
が知られている。

【０００４】これは一層毎に異なる流体を流して熱交換
する方式である。

【０００５】前記プレート式、あるいは、プレートフィ
ン型熱交換器はそれぞれに特徴を有している。

【０００６】例えば、プレート式熱交換器は、プレート
の枚数を変える事により伝熱面積の増減が容易に行え、
プレートの重ね方によってフローパターンを変えられ、
また、分解により清掃や点検が容易に出来る。

【０００７】また、プレートフィン型熱交換器は、重ね
方で直交、向流どちらでも出来、フィンは補強材として
利用し得に、更に、コンパクト軽量で容量当たりの伝熱
面積を大きくできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとき積層型熱交換器は、多数枚の板材を組み込んで一
体化を計るものであり、パーツである板材の方向性や配
列順序等を間違えないようにしなければならないので取
り扱いが不便であり、同時に、それがため、組立に時間
がかかる。

【０００９】また、これらの事が、結果として、コスト
高を招くという問題を有している。

【００１０】本発明は、従来技術における問題点、すな
わち、板材の方向性や配列順序等に気を使わず、組立作
業性を大幅に向上させた熱交換器と、当該熱交換器を使
用する熱交換方法を提供することを主たる目的とする。

【００１１】また、部品点数を出来る限り減少させ、流
体漏れも起こりにくく、結果として、低コストな熱交換
器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成によって達成できた。

【００１３】（１）連続して小さく交互に曲げられたア
コーデイオン形状の薄板を大きく交互に曲げ、当該薄板
の一方の面側と他方の面側とに熱交換用の流体を流して
熱交換を行うように構成した事を特徴とする熱交換器。

【００１４】（２）連続して小さく交互に曲げられた波
形状の薄板を大きく交互に曲げ、当該薄板の一方の面側
と他方の面側とに熱交換用の流体を流して熱交換を行う
ように構成した事を特徴とする熱交換器。

【００１５】（３）連続して小さく、かつ、交互の曲げ
を有する薄板を、大きく曲げ、更にそれを大きく曲げて
３段階以上の曲げを付与し、当該薄板の一方の面側と他
方の面側とに熱交換用の流体を流して熱交換を行うよう
に構成した事を特徴とする熱交換器。

【００１６】（４）前記薄板に凸部、または、突起部を
設ける事により、曲げられた前記薄板の対向面間隔を維
持するように構成した事を特徴とする（１）、（２）ま
たは（３）に記載の熱交換器。

【００１７】（５）薄板の両端を封止し、流体の出入り
口を前記曲げ部を有する面内に設けた事を特徴とする
（１）、（２）または（３）に記載の熱交換器。

【００１８】（６）大きく曲げられた薄板の対向面間に
流体の流れを規制する規制部材を設けた事を特徴とする
（１）、（２）または（３）に記載の熱交換器。

【００１９】（７）流体の出入り口を有する外枠内に前
記薄板を設置した事を特徴とする（１）、（２）または
（３）に記載の熱交換器。

【００２０】（８）流体の出入り口を薄板の端部に設
け、前記薄板の両面側に流れる流体を、向流方向とした
事を特徴とする（１）、（２）または（３）に記載の熱
交換器。

【００２１】（９）曲げられた前記薄板の対向面間隔を
補強部材により維持するように構成した事を特徴とする
（１）、（２）または（３）に記載の熱交換器。

【００２２】（１０）大きく曲げた薄板で作られる、１
つの積層空間の断面形状は略台形状であり、その中に、
補強部材を配した事を特徴とする（１）、（２）または
（３）に記載の熱交換器。

【００２３】（１１）前記補強部材は螺旋形状を有する
（９）または（１０）に記載の熱交換器。

【００２４】（１２）前記薄板は外枠内に設置してあ
り、当該薄板と、前記外枠との接合は、接着剤、パッキ
ン、溶接、ロー付け、または、溶融によりなる事を特徴
とする（１）、（２）または（３）に記載の熱交換器。

【００２５】（１３）前記（１）、（２）または（３）
に記載の熱交換器を使用して流体の熱交換を行うことを
特徴とする熱交換方法。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて以下に説明する。

【００２７】図１は、本発明に係わる熱交換器の概念を
説明するための斜視図である。

【００２８】図中１は熱交換器全体を示す。２は交互の
小さな曲げを連続的に形成してアコーデイオン状となし
た１枚の薄板（板材）であり、この曲げによって作られ
る空間（以下、層状に見えるこの空間を積層空間と言
う）２ａ、２ｂ内を熱交換用の流体が流れる。

【００２９】３および４は、前記薄板２の曲げ方向の端
面を封止すべく設けた前面壁および後面壁で、前記薄板
とほぼ同じ幅を有する。

【００３０】５および６は、前記薄板２の幅方向（前記
曲げ方向と直交する方向）における端面を封止すべく設
けた左右の側壁である（以下、前後壁３、４及び左右側
壁５、６を総称して外枠という）。

【００３１】７および８は、薄板２の幅方向における略
中央部であって、その幅方向に対して直交する方向に設
けた区画板で、薄板の上方部及び下方部の曲げの頂点に
その一端が接触している。

【００３２】前記薄板２，外枠（３、４、５、６）及び
区画板７、８は接着手段により接着してあり、流体漏れ
を防止できる構成を有する。

【００３３】接着手段としては、接着剤、パッキン、溶
接、ロー付け、または、溶融等、適宜の手段を選択的に
用いる事が出来る。

【００３４】９および１０は、前記薄板の一方の面、す
なわち、積層空間２ａに対する流体Ａの入り口と出口で
あり、１１および１２は、前記薄板の反対側の面、すな
わち、積層空間２ｂに対する流体Ｂの入り口と出口であ
る。

【００３５】前記流体Ａと流体Ｂとは同じ性質を有する
ものでも、異質のものでもよく、用途等、種々の条件に
よって決定できる。

【００３６】以上のような基本的構成を有しているの
で、例えば、入り口９から積層空間２ａに入り込んだ流
体Ａは矢印で示すように、前記積層空間を形成する前記
薄板２の片面に沿って進み、図において右側に流れた
後、出口１０から排出される。

【００３７】一方、入り口１１から入り込んだ流体Ｂ
は、積層空間２ｂを構成する薄板の他面に沿って進み、
図において左側に流れた後、出口１２から排出される。

【００３８】熱交換は、前記薄板２を介しての、熱交換
する流体の移動に伴って行われる。

【００３９】上述の実施の形態においては、１枚の薄板
を用いて従来の積層板に対応する構成を作りうるので、
部品数を大幅に減少できるのみならず、極めて簡単な構
成であるので、取り扱い、組立等の作業性を大幅に向上
させる事ができる。

【００４０】また、板材の方向性についての気遣いは殆
ど必要なく、配列順序については考慮の対象外とする事
ができる。

【００４１】図２は外形形状が図１と異なる熱交換器を
示す概略図、図３は図２におけるＩ−Ｉ線に沿った前記
薄板２の断面形状を示すための図である。

【００４２】図において、前記図１における部材（手
段）と同一部材、または、同一機能を有する部材（手
段）には同一の参照数字を付してあり、その説明は、便
宜上、一部省略する。

【００４３】図中、Ｔ１およびＴ２は外枠を構成する要
素である上壁と底壁を示す。

【００４４】外枠の中に設置された薄板２は、一方の端
部（端面）Ｓ（図において左上）に始まり、他端部（他
端面）Ｆ（図において右上）で終わっている。

【００４５】曲げ方向（図において左右の方向）におけ
る前記薄板２の端部（端面）Ｓ、Ｆと外枠との接合は接
着剤等、前述した手段を利用する事により流体の漏れを
防止できる封止を完成してある。

【００４６】また、曲げ方向と直交する方向（幅方向）
における薄板２の両端部（両端面）と外枠との接合も同
様の手段により封止してある。

【００４７】前記薄板２は連続して交互に小さく曲げた
部位２００と、上下において大きく曲げた部位２０１と
を有する長尺からなる。

【００４８】このように２段階の曲げを持たせる事によ
って伝熱面積を増大せしめ、もって、熱交換率の改善を
計る事が出来る。

【００４９】更に、単位当たりの伝熱面積を増やすため
に、小さな曲げ、大きな曲げ、更に大きな曲げをつける
事により、３段階以上の曲げを有する薄板を作成し、使
用する事ができる。

【００５０】図４に、例として、３段階の曲げを付与し
た薄板の形状を示す。

【００５１】図において、２００は小さな曲げ、２０１
は前記２００よりは大きな曲げ、２０２は前記２０１よ
りもさらに大きな曲げ、あるいは、曲げの部位を示す。

【００５２】前記した連続的、かつ、小さな曲げは自動
プレス機で形成する事が出来、大きな曲げは適宜の治具
を用いて製作する事が出来る。

【００５３】なお、実施の形態においては波形の曲げと
したが、アコーデイオン形状等、図５に示すような種々
の形状を施すことが可能である。

【００５４】図５（ａ）が波形状の、また、（ｄ）がア
コーデイオン形状の基本であり、（ｂ）、（ｃ）および
（ｅ）、（ｆ）が振幅を小さくしたり、頂部の形状を加
工したそれぞれの変形例である。

【００５５】説明に戻り、斯様な形状の小さな曲げの部
位２００を、部位２０１で大きく曲げ、Ｕターンさせる
ことによって出来る積層空間２ａ、２ｂの形状は簡略化
して示す図６のようになるが、ゴミによる目詰まりを回
避し、圧損を小さく押さえる事が出来る事から、図６
（ｂ）のように、流体が流れ込む入り口側の間隔を大き
くなし、略台形状とする事が望ましい。

【００５６】また、略台形状とする事により、積層空間
内に補強部材（補強手段）１５０を配し、形状維持を容
易に行うことが出来る。

【００５７】図７は薄板自体の適所に適正数の凸部（突
起部）を設け、対向する面との間隔、または、積層空間
の形状を維持するようにした構造の一部を示す。

【００５８】前記凸部はプレスにより簡単に作成でき
る。

【００５９】図８は前記図６における補強部材１５０と
同様に積層空間の形状維持機能を果たす他の補強部材の
例を示す。

【００６０】前記態様と異なる点は、支柱１５５および
／または支柱と一体的に設けた小柱１５６により形状維
持させると同時に、流体の流れを出来る限り損なわない
ように螺旋形状としたり（ピッチの粗い、小径のコイル
バネも可）または微細な穴を施こしてある事である。

【００６１】図９は、流体の流れ規制手段（流れ規制部
材）１６０を小さい曲げの部位２００に挿入した態様を
示す。

【００６２】上記図６〜図９に示す補強部材、規制部材
等は必要に応じて備えればよく、その数も種々の条件に
応じて定めることが出来、また、場合により組み合わせ
て使用する事もできる。

【００６３】また、前記薄板の対向面で形成される積層
空間２ａ、２ｂについてであるが、圧損を考慮すると、
対向面間隔は、少なくとも、２〜３ｍｍの間隔とする事
が望ましい。

【００６４】前記薄板２の材質としては、アルミニウ
ム、銅、ステンレス、鉄、チタン等から選ばれる金属材
料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、Ａ
ＢＳ樹脂、ナイロン、ポリアミド・イミド、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルスルホン、フッ素樹脂（ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＰＥ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、
ＰＶＤＦ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＦ）等から選ばれるプラス
チックシート材料、織布、不織布、紙、繊維、板、セラ
ミック材等の曲げが可能な材料であれば使用可能であ
り、それぞれ用途によって選択する事ができる。

【００６５】特に、アルミニウム、ステンレス、プラス
チックシートが形状確保の点、あるいは、流体として液
体を使用する場合に好ましく、熱伝導率を重視する場合
はアルミニウムが望ましい。

【００６６】また、流体が空気であり、空気中の水分の
維持を考慮した場合には、プラスチックシート、紙の
他、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンから
なる不織布が適当である。

【００６７】厚さは金属材料であれば約５μｍから約１
ｍｍ程度が好ましく、１０μｍから１００μｍが強度、
加工性の点でより好ましい。

【００６８】プラスチックシート等の場合は、約２０μ
ｍ以上の厚さのものが有用であるが、強度的には５０μ
ｍ以上が好ましい。

【００６９】前記薄板２の端部（端面）の外枠に対する
封止あるいは接合等に使用するものとしては下記が考え
られる。

【００７０】まず、封止にパッキンとして使用できるゴ
ム材としては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−
ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、
ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレン
ゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴ
ム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、多流化ゴ
ム、シリコンゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム等
が使用できる。

【００７１】接着剤としては、シアノアクリレート、ア
クリル構造用アクリル、エポキシ樹脂、ＥＶＡホットメ
ルト、ナイロンホットメルト、ポリエステル、プラスチ
ックハンダパーサロン型ポリアミド、シリコンＲＴＶ、
クロロプレンゴム、塩ビ酢ビ樹脂、酢ビ、構造用接着剤
（ポリマーアロイ型）、ポリイミド、アラビアゴム糊、
水ガラス、セラミック樹脂剤等が使用できる。

【００７２】更に、液状から固化する形態の溶融金属
（ハンダ、亜鉛、スズ、アルミニウム、鉄）、ゴム、熱
硬化性プラスチック、熱可塑性プラスチック、セラミッ
クが使用出来る。

【００７３】

【発明の効果】１枚の薄板により、従来の積層プレート
に対応する部材を構成したので、板材の方向性や配列順
序に気を使う必要が殆どなく、また部品点数を大幅に減
少できたので組立作業性が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱交換器の概念を説明するため
の斜視図である。

【図２】他の形態の熱交換器の外形を示す図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線に沿った薄板の断面形状を示す
図である。

【図４】３段階の曲げを付与した薄板の形状を示す図で
ある。

【図５】薄板に施しうる波形、アコーデイオン型の曲げ
形状を示す図である。

【図６】積層空間の形状および補強部材との関係を簡略
化して示す図である。

【図７】凸部を設けた薄板の構造の一部を示す図であ
る。

【図８】他の補強部材の構造を示す図である。

【図９】流体の流れを規制する手段を積層空間に配置し
た図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ 薄板（板材） ２ａ，２ｂ 積層空間 ３ 前面壁 ４ 後面壁 ５，６ 側壁 ７，８ 区画板 ９，１１ 流体の入り口 １０，１２ 流体の出口 １５０ 補強部材 ２００ 小さな曲げの部位 ２０１ 大きな曲げの部位 Ｔ１ 上壁 Ｔ２ 底壁

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続して小さく交互に曲げられたアコー
   デイオン形状の薄板を大きく交互に曲げ、当該薄板の一
   方の面側と他方の面側とに熱交換用の流体を流して熱交
   換を行うように構成した事を特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 連続して小さく交互に曲げられた波形状
   の薄板を大きく交互に曲げ、当該薄板の一方の面側と他
   方の面側とに熱交換用の流体を流して熱交換を行うよう
   に構成した事を特徴とする熱交換器。
3. 【請求項３】 連続して小さく、かつ、交互の曲げを有
   する薄板を、大きく曲げ、更にそれを大きく曲げて３段
   階以上の曲げを付与し、当該薄板の一方の面側と他方の
   面側とに熱交換用の流体を流して熱交換を行うように構
   成した事を特徴とする熱交換器。
4. 【請求項４】 前記薄板に凸部、または、突起部を設け
   る事により、曲げられた前記薄板の対向面間隔を維持す
   るように構成した事を特徴とする請求項１、２または請
   求項３に記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 薄板の両端を封止し、流体の出入り口を
   前記曲げ部を有する面内に設けた事を特徴とする請求項
   １、２または請求項３に記載の熱交換器。
6. 【請求項６】 大きく曲げられた薄板の対向面間に流体
   の流れを規制する規制部材を設けた事を特徴とする請求
   項１、２または請求項３に記載の熱交換器。
7. 【請求項７】 流体の出入り口を有する外枠内に前記薄
   板を設置した事を特徴とする請求項１、２または請求項
   ３に記載の熱交換器。
8. 【請求項８】 流体の出入り口を薄板の端部に設け、前
   記薄板の両面側に流れる流体を、向流方向とした事を特
   徴とする請求項１、２または請求項３に記載の熱交換
   器。
9. 【請求項９】 曲げられた前記薄板の対向面間隔を補強
   部材により維持するように構成した事を特徴とする請求
   項１、２または請求項３に記載の熱交換器。
10. 【請求項１０】 大きく曲げた薄板で作られる、１つの
    積層空間の断面形状は略台形状であり、その中に、補強
    部材を配した事を特徴とする請求項１、２または請求項
    ３に記載の熱交換器。
11. 【請求項１１】 前記補強部材は螺旋形状を有する請求
    項９または請求項１０に記載の熱交換器。
12. 【請求項１２】 前記薄板は外枠内に設置してあり、当
    該薄板と、前記外枠との接合は、接着剤、パッキン、溶
    接、ロー付け、または、溶融によりなる事を特徴とする
    請求項１、２または請求項３に記載の熱交換器。
13. 【請求項１３】 前記請求項１、２または請求項３に記
    載の熱交換器を使用して流体の熱交換を行うことを特徴
    とする熱交換方法。