JPS6141894A - コンパクト熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱交換器に関する。さらに詳細には。

電子機器を冷却するために用い得る高効率でがんじょう
な流体冷却または流体加熱のためのコンパクト熱交換器
に関する。

〔従来技術および問題点〕

プレート間に流体を流して所望の熱交換を行なう熱交換
器は、従来から種々のタイプのものが知られている。大
容積を扱う場合には１通常、平坦プレートが用いられる
。しかしながら、大容積のためのそのような平坦プレー
トを使用すると、装置の熱交換能力を損ねることＫなる
。

これらのタイプの装置の熱交換特性を増大させるためＫ
は、７″レ一ト間にある種の障害物を導入して、流路を
波形にすることが知られている。これら障害物社しばし
ばハニカム構造の形態をとるが、いくつかの問題点をは
らんでいる。第１に。

流体の流れの方向が通常直線路であシ、せっかくの障害
物を設けた目的が無に帰する。次に、ハニカム構造の鋭
角部分やコーナ一部分によ・って、熱交換器内の不所望
の死角点が生じ、さらに冷却や加熱によシ装置に働く応
力に対して弱い部分となシしばしばクラックが生ずる。

要するに、構造的にがんじょうでしかも効率良く熱交換
を行うコンパクト熱交換器は従来技術のうちには無かっ
た。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、極めて効率良く動作しかつコンパクト
な熱交換器を提供することである。

他の目的は、熱交換プレート間に死角を生ずることなく
プレート表面積を増大させることによって、熱交換特性
を増大させた熱交換器を提供することである。

他の目的は、熱交換プレート間の乱流を増大させて全て
の流体がプレートに晒されうるようにした熱交換器を提
供することである。

他の目的は、熱交換プレートが互いに組合わされて、最
小の支持領域で構造をじょうぶにした熱交換器を提供す
ることである。

他の目的は、熱交換プレート間の空間への流体の流入お
よび流出を可能にしかつ同時にプレート間の空間を密封
するだめの手段を備えた熱交換器を提供することである
。

他の目的は、プレート間の空間に直線流路が生じないよ
うに流体の流入および流出が位置づけられた熱交換器を
提供することである。

上記のおよび他の目的は、以下の説明からいっそう明ら
かになろう。

本発明は一般的に２間隔を置いて平行に位置された複数
のプレートがコンパクト熱交換器を形成する。それらプ
レートの間の空間が流体を受け入れる通路を画成する。

各プレートは通路へと突出する隆起部を含み、それらの
隆起部が隣接プレートの隆起部と互い違いになって、隆
起部が隣接プレートの隆起部の間で隣接プレートに当接
する。

各プレートの周縁にバーが位置されて、高温流体および
冷却流体が交互隣接通路に流入・流出することが可能と
なる。隆起部が都合良く位置され〜るために、流入点と
流出点との間の流体の直接的流れが阻止される。

〔実施例〕

以下に１図面を参照しながら本発明の実施例について説
明する。

本発明に従りたコン・ぐクト熱交換器の一実施例の全体
を第１図の符号２０で示す。本実施例は長方形または正
方形の形状として示したが、他の種々の形状であっても
良い。熱交換器２０は、入力カップリング２２を有する
入力ヘッダ２１を含む。

入力カップリング２２は、ある温度流体（例えば。

冷却流体）の源に結合される。冷却流体は、特定の状況
に適切な液体または気体である。入力ヘッダ２１に対応
した出力ヘッダ２３が設けられ、入力ヘッダ２１から流
入した流体の出口のための出カカッデリング２４を有す
る。熱交換器２０はさらに、第２０入力カップリング２
６を有する第２０入力へラダ２５を含む。入力カップリ
ング２６は、第２０温度流体（例えば、冷却すべき高温
流体）の第、２の流体源に結合される。第２０入力ヘッ
ダ２５に対応した第２０出力ヘッダ２８が設けられ、ヘ
ッダ２５から流入した流体の出口のための第２０出力カ
ッブリング２９を有する。図示のように、ヘッダ２１か
らヘッダ２３へと熱交換器２０を通って対角的に流れる
流れは、熱交換器２０を通って他の対角線状にヘッダ２
５からヘッダ２８へと流れる流れと角度をなしている。

そして基本的に熱交換器２０の十字流を確立する。しか
しながら２図示の正方形状とは異なり熱交換器が長方形
状の場合には、少なくともその中心付近で十字流が達成
される。

ヘッダ２１，２３，２５および２８には頂部プレート３
０および底部プレート３１が取付けられ。

それにより熱交換器２００ｔＮ７″−を形成する。プレ
ート３０と３１との間には、符号３２で全体を示した熱
交換コアが設けられている。熱交換コア３２は、複数の
積み重ねたプレートを含む。この積層プレートの枚数は
、それを用いる熱交換応用に依存して変化させることが
できる。図示の例の熱交換コア３２は、４種のタイプの
プレートから成る。すなわち、＄２図に示した頂部プレ
ート３３゜第５図に示す底部プレート３４．及び中間プ
レート３５（第３図）と３６（第４図）である。中間プ
レートは、頂部プレート３３と底部３４との間に交互に
積み重ねる。用途に応じて中間プレート３５．３６の枚
数を変化させ得ることは明白である。全てのプレートは
、アルミニウム、チタンその他の如何なるタイプの熱伝
導金属でも製作することができる。

以下に述べるように、各プレートを互いに間隔をあけて
平行に配置して、熱交換コア３２を形成する◇プレート
間の間隔は、高温流体および冷却流体のための通路を交
互に画成する。第６図に示すように２通路３８はヘッダ
２１からの流体を受け入れ、隣接する通路３９はヘッダ
２５からの流体を受け入れる。

第２および７図に最良に示すように、頂部プレート３３
の上方表面には複数のくぼみ４０を形成する。そのよう
なくぼみ４０は、第６図に示すように、最上通路３９か
ら見ると突き出た隆起部４１となる０隆起部４１は１通
路を流れる流体に対して滑らかな表面となるようには１
１！′半球形でラシ。

後に述べるように装置に対して構造的強度をも与える。

第５および９図に最良に示すように、底部プレート３４
の上方異面には、ｉｋ下通路３９へと上方に突出する複
数の隆起部４２か設けられる。この隆起部４２は、隆起
部４１と同一形状である。プレート３４には２周縁から
上方に伸長する閉鎖バー４３が設けられる。しかし最下
通路３９に対しての開口部を残し、それによりヘッダ２
５からの流体が進入し、ヘッダ２８へと流体が流出でき
る。

複数の中間グレー）３５．３６を頂部プレート３３と底
部プレート３４との間に交互に位置づける。グレー）３
５．３６の枚数は９％定の熱交換用途に依存して変化さ
せる。第７図に最良に図示するように、最上プレート３
５を隣接する頂部プレート３３に対して平行に位置づけ
る。各プレート３５の上方表面には、プレート３３上の
隆起部４１と同一形状の複数の隆起部４４を長方形・や
−ターンに配設する。最上プレート３５の隆起部４４は
、最上通路３９へと突出して、プレート３３の隆起部４
１と互い違いになる。それＫより、プレート３３と最上
プレート３５とが都合良く組合わさる。第１０および１
１図を参照すれば、隆起部４１の先端線、隆起部４４０
間で最上プレート３５の平坦表面に対し当接する。一方
、これと同時に隆起部４４の先端は、隆起部４１の間で
プレート３３の平坦表面に当接し、もって非常にがんじ
ょうな構造をもたらす。

各プレート３５の上方表面にはさらに、複数のくぼみ４
５を長方形・リーンに配設する。くぼみ４５と隆起部４
４とは、互い違いであシ、それらが一緒になってプレー
ト３５の上方表面上にチェッカーボード形のパターンを
形成する。くぼみ４５は、各プレート３５の下方表面上
では隆起部４６として表われ２通路３８へと突出し、後
述するように各プレート３６に係合する。

各プレート３５はさらに２周縁から上方に伸長する閉鎖
バー４８を含む。しかし通路３９への開口部を残し、そ
れによりヘッダ２５から流体が流入し、）ラダ２８へと
流体が流出する。

前述したように、頂部プレート３３と底部プレート３４
との間でプレート３６がプレート３５と交互に位置され
、最上プレート３６は最上プレート３５の下方に位置し
、最下プレート３６は底部プレート３４の直近上方に隣
接する。第８図に最良に示すように、各プレート３６の
上方表面には長方形ｌリー／に複数の隆起部４９を形成
する。

この隆起部４９は、他の隆起部４１．４２．４４および
４６と同一形状である。隆起部４９は通路３８へと突出
し、ｆレート３５の隆起部４６と互い違いであシ、それ
Ｋよシブレート３６とプレート３５とが都合良く組合わ
さる。第１０および１１図に示すように、隆起部４６の
先端は、隆起部４９の間でプレート３６の平坦表面に対
して当接する。

一方、それと同時に、隆起部４９の先端は、隆起部４６
の間でプレート３５の平坦表面に対して当接し、それに
より非常Ｋがんじょうな構造をもたらす。

各プレート３６の上方表面にはさらに、複数のくぼみ５
０が長方形・ぞターンに形成されている。

〈ぼみ５０と隆起部４９とが互い違いＫなシ、ｆレート
３６の上方表面上でチェッカーボード形の・中ターンを
形成する。くぼみ５０は、各プレート３６の下方表面側
からは隆起部５１として表われる。隆起部５１は２通路
３９へと突出し、プレート３５の隆起部４４と互い違い
になる。それによ凱プレート３６とプレート３５とは都
合良く組合わさる。第１０および１１図に示すように、
隆起部４４の先端は、隆起部５１の間でプレート３６の
平坦表面に対して当接する。一方、それと同時に隆起部
５１の先端は、隆起部４４の間でプレート３５の平坦表
面に対して当接し、もって非常にがんじょうな構造がも
たらされる。

同様に、最下プレート３６の隆起部５１は底部プレート
３４の隆起部４２と互い違いＫなシ、それＫよシ最下プ
レート３６とプレート３４とは都合良く組合わさる。再
び第１０および１１図に示すように、最下プレート３６
の隆起部５１の先端は、隆起部４２０間でプレート３４
の平坦表面に対して当接する。一方、それと同時に隆起
部４２の先端は隆起部５１の間で竣工プレート３６の平
坦表面に対して当接し、もって非常にがんじょうな構造
をもたらす。

各プレート３６はさらに１周縁から上方へ伸びる閉鎖バ
ー５２を含む。しかし１通路３８への開口を残して、そ
れにより流体がヘラ〆２１から流入しヘッダ２３へと流
出できる。

選択した数のプレート３５および３６を互いに積重ね、
最上プレート３５の上に頂部プレート３３を位置し、最
下プレート３６の下に底部プレート３４を位置し、この
ように組立てたコア３２を頂部プレート３０と底部プレ
ート３１との間にすべり込ませて、熱交換器２０を都合
良く組立てる。

閉鎖バー４３．４８および５２によシ画成された。

通路３８および３９への開口を、ヘッダ２１，２３゜２
５および２８に整合させて、全組立体を互いに溶接し、
密封ユニットを形成する。

通路３８および３９に流入する流体は、上方つプレート
から垂下しあるいは下方のプレートから隆起して互いに
入り組んだ隆起部の独特の・イターンに直面する。流体
が入口から出口への波状の通路を流れるときに生ずる乱
流によって、装置の熱交換特性が著しく増大する。さら
に隆起部およびくぼみＫよりもたらされるプレート表面
積の増大によっても、熱交換特性が増大する。その上、
丸い隆起部が互いに組合わされ、実際に隣接プレートに
係合することにより、熱交換器に構造上の剛性が付与さ
れる。その結果、薄い金属プレート材料の使用が可能に
なり、熱交換特性がさらに増大する。　・ 上記のごとく１本発明に従って製作された熱交換器は当
技術を大幅に進歩させ１本発明の目的を達成するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の実施例である熱交換器の一部切欠き
斜視図である。 Ｍ２図は、前記熱交換器に用いるあるタイプの頂部プレ
ートの部分断面端面図である。 第３図は、他のタイプの中間プレートの部分断面端面図
である。 第４図は、さらに他のタイツの中間プレートの部分断面
端面図である。 第５図は、他のタイツの底部プレートの部分断面端面図
である。 第６図は、第１図の６−６線に沿ってとった断面図であ
る。 第７図り、第６図の７−’１ｆｌＪＫ沿ってとっ九一部
切欠き平面図であり２反復・ぐターンを一部省略したも
のである。 第８図は、第６図の８−８線に沿ってとった平面図であ
シ１反復パターンを一部省略したものである。 第９図は、第６図の９−９線に沿ってとった一部切欠き
平面図であ〕１反復・ぜターンを一部省略したものであ
る。 第１０図は、第７図の１０−１０線に沿ってとった断面
図である。 第１１図は、第７図の１１−１１線に沿ってとった断面
図であシ２２反復母ターンを一部省略したものである。 〔主要符号の説明〕 ２０・・・熱交換器　　　２１・・・入力ヘッダ２２・
・・入力カップリング ２３・・・出力ヘッダ　　　２４・・・出力カップリン
グ２５・・・第２０入力ヘッダ ２６・・・第２０入力カップリング ２８・・・第２０出力ヘッダ ２９・・・第２０出力カップリング ３０・・・頂部プレート　　３１・・・底部プレート３
２・・・熱交換コア　　３３・・・頂部プレート３４・
・・底部グレー）　　　３５，３６・・・中間プレート
３８．３９・・・通路　　４０・・・くぼみ４１・・・
隆起部　　　　４２・・・隆起部４３・・・閉鎖バー　
　　４４・・・隆起部４５・・・くぼみ　　　　　４６
・・・隆起部４８・・・閉鎖バー　　　４９・・・隆起
部５０・・・〈ぼみ　　　　５１・・・隆起部５２・・
・閉鎖バー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、間隔をあけて平行に位置された複数のプレート；な
   らびに ある温度の第１の流体および異なる温度の第２の流体の
   ための流入点および流出点を形成し、前記の第１および
   第２の流体を交互に隣接する通路を通過させるようにし
   た、前記プレートの周縁上の手段； から成るコンパクト熱交換器であって、 前記プレート間の間隔が流体を受け入れる通路を画成し
   、 前記プレートが前記通路へと突出する隆起部を含み、 前記各プレート上の前記隆起部が隣接する前記プレート
   上の前記隆起部と互い違いになり、それにより前記プレ
   ートの前記各隆起部が隣接する前記プレートの前記隆起
   部の間で該隣接プレートに当接し、かつ 前記流入点から前記流出点への前記流体の直接流を前記
   隆起部が阻止するように、前記流入点および前記流出点
   が位置されている、 ことを特徴とする熱交換器。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された熱交換器であっ
   て； 前記プレートが端部プレートおよび中間プレートを含み
   ； 前記端部プレートが、前記中間プレートに対面する側に
   隆起部を有し；かつ 前記中間プレートが、その両面に隆起部を有する； ことを特徴とする熱交換器。 ３、特許請求の範囲第１項に記載された熱交換器であっ
   て： 前記各プレートの前記隆起部が、ほぼ長方形パターンに
   配置されている； ことを特徴とする熱交換器。 ４、特許請求の範囲第１項に記載された熱交換器であっ
   て； 前記プレートが、一方の側から外方へ突出する前記隆起
   部のある位置に対応して他方の側にくぼみを有する； ことを特徴とする熱交換器。 ５、特許請求の範囲第１項に記載された熱交換器であっ
   て； 前記隆起部が半球形状であり、前記隆起部の間の前記プ
   レート部分がほぼ平坦である； ことを特徴とする熱交換器。 ６、特許請求の範囲第１項に記載された熱交換器であっ
   て； 前記プレートがほぼ長方形状である； ことを特徴とする熱交換器。 ７、特許請求の範囲第６項に記載された熱交換器であっ
   て； 流体の前記流入点および流出点の位置が前記プレートの
   各隅の付近にある； ことを特徴とする熱交換器。 ８、特許請求の範囲第７項に記載された熱交換器であっ
   て； 各流体の前記流入点がその流出点との対角方向に位置し
   て、隣接する通路内の流体の十字流を生ずる； ことを特徴とする熱交換器。 ９、特許請求の範囲第７項に記載された熱交換器であっ
   て； 前記プレートの周縁上の前記手段が、複数のバーを含み
   ； 該バーが、前記プレートの対向する２辺の全長に沿って
   延在し、また他の対向する２辺に沿って部分的に延在し
   て、前記プレートの各隅の付近に前記流入点および流出
   点を画成する；ことを特徴とする熱交換器。 １０、特許請求の範囲第１項に記載された熱交換器であ
   って；さらに 前記複数のプレートを挾む頂部プレートおよび底部プレ
   ート； 前記流体を前記流入点へと導く入口ヘッダ；前記流出点
   からの前記流体を受ける出口ヘッダ； から成る熱交換器。 １１、頂部プレート； 交互に配置された少なくとも１枚の第１０中間プレート
   および少なくとも１枚の第２の中間プレート；ならびに 底部プレート； から成る熱交換器のためのコアであって； 前記プレートの全てが互いに平行に位置づけられ、 前記頂部プレートが、前記第１の中間プレートの１つに
   隣接して位置され、該第１の中間プレートへ向けて外方
   へ突出する隆起部を有し、前記底部プレートが、前記第
   ２０中間プレートの１つに隣接して位置され、該第２の
   中間プレートへ向けて外方へ突出する隆起部を有し、前
   記各第１０中間プレートが、前記頂部プレートへ向けて
   外方へ突出する隆起部と前記第２の中間プレートへ向け
   て外方へ突出する隆起部とを有し、 前記各第２の中間プレートが、前記底部プレートへ向け
   て外方へ突出する隆起部と前記第１の中間プレートへ向
   けて外方へ突出する隆起部とを有し、 前記隆起部の全てが半球形状であり、前記プレート上に
   ほぼ長方形パターンに配置され、前記各プレート上の隆
   起部の長方形パターンが、それに対面する隣接プレート
   上の隆起部の長方形パターンに対してオフセットして、
   それにより前記各プレートが組合わさり、前記各プレー
   ト上の隆起部が隣接するプレートの隆起部の間で該隣接
   するプレートに接触する、 ことを特徴とするコア。 １２、特許請求の範囲第１１項に記載されたコアであっ
   て；さらに 前記全プレートの間の空間を包囲しまた前記プレート間
   の流体の流入点および流出点を画成するための、前記中
   間プレートおよび前記底部プレートの周縁上の手段； から成るコア。