JPWO2020105658A1 - 拡散接合型熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
図1〜図6を参照して、第1実施形態による熱交換器100の構成について説明する。第1実施形態による熱交換器100は、金属製の伝熱板を積層し、拡散接合によって一体化することにより構成した拡散接合型のプレート式熱交換器である。熱交換器100は、特許請求の範囲の「拡散接合型熱交換器」の一例である。
上記の通り、流路層30は、第1伝熱板21により構成されている。第1伝熱板21は、一方表面(上面)に溝部23が形成されており、他方表面(下面)は平坦面となっている。それぞれの溝部23は、たとえばエッチングにより所定形状に形成されている。第1伝熱板21の一方表面(上面)において、溝部23以外は平坦面となっており、拡散接合による接合面となっている。
図3に示すように、第1伝熱板21aは、第1流路11を構成する溝部23と、第1流路11を区画する壁部24とを含む。図3では便宜的に壁部24にハッチングを付している。
図4に示すように、第1伝熱板21bは、第2流路12を構成する溝部23と、第2流路12を区画する壁部24とを含む。
図2に示したように、流路ブロック40内で、第1流路11を含む流路層30aと、第2流路12を含む流路層30bとは、積層方向(Z方向)に交互に配置されている。流路層30aの個々の第1流路11と、流路層30bの個々の第2流路12とは、積層方向(Z方向)に並ぶように配置されている。つまり、各第1伝熱板21aおよび21bにおける溝部23の形成位置が、少なくとも図3および図4に示した領域A1において、略一致している。第1流路11を流れる高温流体HFと、第2流路12を流れる低温流体LFとが、流路間の(最小)間隔t2の壁部24を介して熱交換を行う。
隔壁層50には、流路が形成されていない。つまり、隔壁層50を構成する第2伝熱板22には、流路を形成するための溝部23が形成されていない。図2の例では、第2伝熱板22は、一方表面(上面)および他方表面(下面)の両方が、平坦面となっている。図5では、第2伝熱板22の平面形状を示しており、溝部が形成されていない中実部51にハッチングを付している。第2伝熱板22は、一方表面(上面)および他方表面(下面)の全面で、拡散接合による接合が可能である。なお、隔壁層50は、流路以外の中空領域を含んでいてもよい。隔壁層50は、たとえば、位置合わせの目印、治具との係合用などのために形成される溝、凹部、貫通孔を有していてもよい。
図1〜図5では、コア1の基本的な構成を説明するため、6層の流路層30を隔壁層50により3層×2ブロックで積層して構成したコア1を示したが、コア1における伝熱面積(流路FPの表面積)を十分に確保するため、流路層30の総数が多くなる場合がある。具体的な構成例として、たとえば図6では、合計21層の流路層30を備えたコア1の例を示している。図6のコア1では、第1流路11の流路層30(つまり、第1伝熱板21a)が12層設けられ、第2流路12の流路層30(つまり、第1伝熱板21b)が9層設けられている。
次に、第1実施形態の熱交換器100の作用を説明する。図6に示したコア1の構造は、図7に示すように模式化することができる。図7は、流路FPと直交する断面におけるコア1の構造を模式化したものである。すなわち、コア1は、複数の流路ブロック40と、流路ブロック40の間を区画する隔壁層50とを、積層方向に並べた構造を有する。流路ブロック40は、流路FPを含んだ複数の流路層30により構成されているため、流路FPの集合からなる中空領域A2の周囲が、中実の壁部24に囲まれた構造と考える。隔壁層50は、全体が中実部51として考えてよい。
次に、図10を参照して、第1実施形態の熱交換器100の製造方法を説明する。
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図11を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、溝部23が未形成の伝熱板HPからなる第2伝熱板22により隔壁層50を構成した上記第1実施形態と異なり、溝部23が形成された第3伝熱板25により隔壁層50を構成した例について説明する。なお、第2実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
第2実施形態でも、上記第1実施形態と同様に、複数の流路層30をそれぞれ含んで構成された複数の流路ブロック40の間を区画するように隔壁層50を配置し、隔壁層50が積層方向に並ぶ流路FP間の間隔t2よりも大きい厚みt3を有するので、伝熱板HPの積層数を多くした場合にも、大きな温度差を有する流体間の熱交換に伴い発生する熱応力を低減することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
11 第1流路(流路)
12 第2流路(流路)
21(21a、21b) 第1伝熱板
22、122 第2伝熱板
23、123 溝部
25 第3伝熱板
30(30a、30b) 流路層
40 流路ブロック
50 隔壁層
51 中実部
100、200 熱交換器
FP 流路
HF 高温流体
HP 伝熱板
LF 低温流体
RE 流路が形成された範囲
t2 流路間の間隔
t3 隔壁層の厚み
Claims (8)
- 複数の伝熱板が積層されて拡散接合されたコアを備え、
前記コアは、流路が形成された複数の流路層をそれぞれ含んで構成された複数の流路ブロックと、複数の前記流路ブロックの間を区画するように配置された隔壁層と、を含み、
積層方向における前記隔壁層の厚みが、積層方向に並ぶ前記流路間の間隔よりも大きい、拡散接合型熱交換器。 - 前記流路と直交する断面において、前記隔壁層における中実部の割合は、前記流路層における中実部の割合よりも大きい、請求項1に記載の拡散接合型熱交換器。
- 前記隔壁層は、前記流路と直交する断面のうち前記流路層に沿った方向において、前記流路層における前記流路が形成された範囲の一端から他端までに亘って連続した中実部を含む、請求項1に記載の拡散接合型熱交換器。
- 前記流路層は、拡散接合により前記流路を構成する溝部が形成された前記伝熱板からなる第1伝熱板により構成され、
前記隔壁層は、前記溝部が未形成の前記伝熱板からなる第2伝熱板により構成されている、請求項1に記載の拡散接合型熱交換器。 - 前記隔壁層は、積層された複数の前記第2伝熱板により構成されている、請求項4に記載の拡散接合型熱交換器。
- 前記流路層は、拡散接合により前記流路を構成する溝部が形成された第1伝熱板、および、前記溝部が形成され前記第1伝熱板よりも大きい厚みを有する第3伝熱板により構成され、
前記隔壁層は、前記第3伝熱板のうち前記溝部以外の部分により構成されている、請求項1に記載の拡散接合型熱交換器。 - 積層方向における前記隔壁層の厚みが、前記流路ブロックを構成する前記流路層のピッチよりも大きい、請求項1に記載の拡散接合型熱交換器。
- 前記流路ブロックを構成する各前記流路層と、前記隔壁層とが、同一材料により構成され、接合材を介さずに拡散接合されている、請求項1に記載の拡散接合型熱交換器。
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