WO2006059498A1

WO2006059498A1 - 熱交換器及びその製造方法

Info

Publication number: WO2006059498A1
Application number: PCT/JP2005/021228
Authority: WO
Inventors: Mitsunori Taniguchi; Osao Kido; Kiyoshi Kinoshita; Takashi Okutani
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20080121387A1; TW200630581A; KR20070088654A; TWI322256B

Abstract

　多数の貫通穴を備えた複数の基板と管内が貫通穴と連通し基板間に設けられた複数の管から構成される管群ブロックを管軸方向に複数連結した熱交換器であり、管群ブロックを連結して所定の大きさにするため、管群ブロックの管長を短くしてもよく、射出成形やダイキャスト等により容易に基板と管を同時に製作することができ、管を挿入し接着する工程がなくなるため、優れた熱交換性能を保持する熱交換器を低価格で提供することができる。

Description

明細書

熱交換器及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は冷却システム、放熱システムや加熱システム等用の熱交換器に関するものであり、特に、情報機器などコンパクト性を要求されるシステムで使用される液体と気体の熱交換器及びその製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、この種の熱交翻としては、管とフィンとから構成されたものが一般的である力近年はそのコンパクトィ匕を図るために、管径及び管ピッチを小さくし、管を高密度化する傾向にある。その一例として、日本特許公開公報 2001— 116481号 (文献 1) は、管外径が 0. 5mm程度の、非常に細い管のみ力ゝら熱交換部が構成された熱交換器を開示する。

[0003] 図 29は、文献 1に記載された従来の熱交換器の正面図である。

[0004] 図 29に示すように、従来の熱交換器は、所定間隔を置いて対向配置される入ロタンク 1と出口タンク 2と、入口タンク 1と出口タンク 2の間に断面形状が円環の複数の管 3が配置され、管 3の外部を外部流体が流通されるコア部 4が構成されている。管 3内を流通する内部流体としては主に水や不凍液が用いられ、外部流体としては空気が主流であり、それぞれが流通し、熱交換を行う。

[0005] そして、管 3を、碁盤目状に配置するとともに、管 3の外径を 0. 2mm以上 0. 8mm 以下としている。かつ、隣接する管 3のピッチを管外径で除した値を、 0. 5以上 3. 5 以下とすることで、使用動力に対する熱交換量を大幅に向上できるとしている。

[0006] なお、上記従来の熱交換器を構成する具体的な要素や製造方法につ!、ては示されていない。一般的には、多数の細い管 3と、特定の面に多数の細かい円孔を予め開けた入口タンク 1と出口タンク 2を用意し、入口タンク 1及び出口タンク 2の円孔に管 3の両端を挿入し、溶接等によって管 3の挿入部を入口タンク 1及び出口タンク 2〖こ固定する方法が行われて、る。

[0007] し力しながら、上記従来の熱交^^の場合、熱交換性能を高くすることが出来るにしても、非常に高価となり、かつ洩れに対する信頼性が低くなるという課題を有していた。その理由は、長くて細い管 3は非常に高価であること、及び、入口タンク 1や出口タンク 2に管 3の挿入用の微細な円孔を所定の微細なピッチで設ける工程と、非常に多くの管 3を入口タンク 1や出口タンク 2に挿入し固定する工程が必要とされるため作業が困難であること〖こよる。

発明の開示

[0008] 上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、多数の貫通穴を備えた複数の基板と、管内が貫通穴と連通し基板間に設けられた複数の管から構成される管群ブロックを管軸方向に複数連結したものである。

[0009] 本発明の熱交は、管群ブロックを連結して所定の大きさにするため、管群プロックの管長を短くしてもよぐ射出成形やダイキャスト等により容易に基板と管を同時に製作することができ、管を挿入し接着する工程がなくなるため、低価格で熱交翻を提供することができる。

[0010] また、本発明の熱交翻は、多数の貫通穴を備えた基板間に、管内が貫通穴と連通し基板の表面力略垂直に設けられた複数の管力構成される管群ブロックが混合室を介して複数積層された態様であってもよヽ。

[0011] これにより、管群の一部が目詰まりしても管群ブロック出口の混合室で内部流体が混合され次の管群ブロックへと流れるため、目詰まりをおこして内部流体が流通しな

V、領域は管群一ブロック分で抑えることができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1における熱交換器の正面図である。

[図 2]図 2は実施の形態 1の熱交換器の側面図である。

[図 3]図 3は、図 1の熱交^^の A— A線断面図である。

[図 4]図 4は、図 2の熱交換器の B— B線断面図である。

[図 5]図 5は実施の形態 1の熱交換器の管群ブロックの斜視図である。

[図 6]図 6は実施の形態 1の熱交換器の管群ブロックの正面図である。

[図 7]図 7は実施の形態 1の熱交換器の管群ブロックの上面図である。

[図 8]図 8は本発明の実施の形態 2における熱交換器の正面図である。 [図 9]図 9は実施の形態 2の熱交換器の側面図である。

[図 10]図 10は、図 8の熱交^^の C C線断面図である。

[図 11]図 11は、図 9の熱交^^の D— D線断面図である。

[図 12]図 12は実施の形態 2の熱交換器の管群ブロックの斜視図である。

[図 13]図 13は実施の形態 2の熱交換器の管群ブロックの正面図である。

[図 14]図 14は実施の形態 2の熱交換器の管群ブロックの上面図である。

[図 15]図 15は本発明の実施の形態 3における熱交^^の正面図である。

[図 16]図 16は実施の形態 3の熱交換器の側面図である。

[図 17]図 17は、図 16の A— A線断面図である。

[図 18]図 18は、図 16の B— B線断面図である。

[図 19]図 19は実施の形態 3の熱交換器の管群ブロックの斜視図である。

[図 20]図 20は、図 15の管群ブロックの正面図である。

[図 21]図 21は、図 15の管群ブロックの上面図である。

[図 22]図 22は本発明の実施の形態 4における熱交換器の正面図である。

[図 23]図 23は実施の形態 4の熱交換器の側面図である。

[図 24]図 24は、図 23の C C線断面図である。

[図 25]図 25は、図 23の D— D線断面図である。

[図 26]図 26は、図 22の管群ブロックの斜視図である。

[図 27]図 27は、図 22の管群ブロックの正面図である。

[図 28]図 28は、図 22の管群ブロックの側面図である。

[図 29]図 29は従来の熱交換器の正面図である。

符号の説明

10, 10a, 10b, 10c, 10d, lOe, 110 管

20, 120 基板

30, 130 管群ブロック

40, 40a, 40b, 40c 管群ブロック

140, 140a, 140b, 140c 管群ブロック

50, 150 入口ヘッダー 60, 160 出口ヘッダー

70, 70a, 70b, 170, 170a, 170b 混合室

80, 180 スぺーサ

90, 190 周縁

115, 115a, 115b, 115c, 115d, 115e 流路

210 内部流体

220 外部流体

100, 200, 300, 400 熱交^ ¾

発明を実施するための最良の形態

[0014] 上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は多数の貫通穴を備えた複数の基板と管内が貫通穴と連通し基板間に設けられた複数の管力構成される管群ブロックを管軸方向に複数連結したものである。

[0015] これにより、管群ブロックを連結して所定の大きさにするため、管群ブロックの管長を短くしてもよぐ射出成形やダイキャスト等により容易に基板と管を同時に製作することができ、管を挿入し接着する工程がなくなるため、低価格で熱交を提供することがでさる。

[0016] また、本発明の熱交翻は、隣接する基板の周縁上を相互に接合し、管群ブロックを連結してもよい。

[0017] これにより、管群ブロックを連結する際、外部力操作しやすい周縁上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、低価格で熱交翻を提供することができる。

[0018] また、管は管内に複数の流路を備えた多穴管であってもよい。

[0019] これにより、流路数を低減することなぐ管本数を低減できるため、容易に製作可能であり、低価格で熱交翻を提供することができる。

[0020] また、本発明の熱交換器は、基板の周縁相互を直接接合し管群ブロックを連結してもよい。

[0021] これにより、ロウ材が溶出して管を目詰まりさせることがなぐ不良品を大幅に削減することができ、低価格で熱交翻を提供することができる。 [0022] また、本発明は、基板の周縁相互を溶着接合で接合してもよ、。

[0023] これにより、基板自体を溶融し、接合するためロウ材が溶出して管内流路を目詰まりさせることはない。

[0024] また、本発明の熱交換器は、内部流体流通方向に細分化しており、管群の一部が目詰まりを起こしたような場合であっても、内部流体が流通しない領域を有する管群を、該当する一ブロックの管群だけに留めることができ熱交換量の著しい低下を防ぐことができる。

[0025] また本発明の熱交換器は、混合室を、基板の背面と基板の背面の一部に取り付けたスぺーサにより構成することも出来る。スぺーサで混合室の高さを容易に位置決めできるため、工数の低減が可能となり、熱交を低価格で提供できる。

[0026] また本発明の熱交は、混合室を基板の背面と基板の周縁上に設けられたスぺーサにより構成することも出来る。スぺーサで混合室の側壁を形成できるため、改めて側壁を設ける必要が無ぐ低価格で提供できる。

[0027] また本発明の熱交換器において、多穴管の断面形状を扁平状にし、管内の流路を長辺方向に配列するとともに、多穴管を、多穴管相互で長辺方向が平行となるように間隔を空けて基板上に配列してもよい。外部流体の流路幅を小さくすることができ風速が大きくなるため、外部流体と管の熱伝達率が向上し、熱交換量を向上することができ、管が目詰まりすることによる熱交換量の低下の一部をカバーでき、著しい熱交換量の低下を防ぐことができる。

[0028] また本発明の熱交翻において、管群、基板及びスぺーサを一体成形してもよい。

管と基板及び基板とスぺーサを改めて接合する必要が無ぐ工数の低減が可能となり、熱交換器を低価格で提供できる。

[0029] また本発明の熱交翻にぉ、て、管群ブロック相互を直接接合して製作してもよ!/ヽ。ロウ材で内部流体の流路を目詰まりさせることはなぐ不良品の数を低減することができ、低価格で提供できる。

[0030] また本発明の熱交翻にぉヽて、管群ブロック相互を拡散接合で接合してもよ!/ヽ。

これにより基材自体も溶融しな、ため、さらに内部流体の流路が目詰まりすることが無くなり、さらに不良品の数を低減することができ、さらに低価格で提供することができる。

[0031] また本発明の熱交換器において、管群ブロック相互を超音波接合で接合してもよい。基材自体も溶融しないため、さらに内部流体の流路を目詰まりさせることはなぐさらに不良品の数を低減することができ、さらに低価格で提供することができる。

[0032] また本発明の熱交換器において、管群ブロックおよびスぺーサの少なくとも一方を、榭脂材料で製作することが出来る。安価な榭脂材料を用いることにより直材費を低減することができ、低価格で提供できる。

[0033] また本発明の熱交翻にぉ、て、管群ブロック及びスぺーサを流動性がよ!、低粘度の榭脂材料で製作してもよい。射出成形により製作する場合、微細な管形状であつても端部まで榭脂を供給することができ、不良品の数を低減することができ、低価格で熱交換器を提供できる。

[0034] また本発明の熱交換器において、管群ブロック及びスぺーサを水蒸気透過率が小さい榭脂材料で製作してもよい。内部流体として水や不凍液を用いた場合、熱交換器からの内部流体の透過量を低減でき、管壁を薄くできるため低価格で熱交を提供できる。

[0035] また本発明の熱交換器において、管群ブロック及びスぺーサをポリプロピレン（PP) またはポリエチレンテレフタレート (PET)で製作してもよヽ。端部まで榭脂を供給することができ、不良品の数を低減することができる。かつ管壁を薄くすることができる。これらにより、熱交翻を低価格で提供できる。

[0036] 以下、本発明の熱交換器を、実施の形態において、具体的に説明する。

[0037] (実施の形態 1)

図 1は、本発明の実施の形態 1における熱交換器の正面図であり、図 2は側面図である。図 3は、図 1の A— A線断面図であり、図 4は図 2の B— B線断面図である。

[0038] 図 1から図 4に示すように、実施の形態 1の熱交^^ 100は、管 10および基板 20からなる管群ブロック 30を有している。さらに、管 10の管軸方向に基板 20の周縁 90上で相互に接合されることで、管群ブロック 30が 2段連結されており、上下方向の両端には入口ヘッダー 50と出口ヘッダー 60が設置されて!、る。

[0039] 本実施の形態では、管 10は円管であり、内部流体流路力^つ設けられている。なお、管 10の形状は円管でなくても良い。例えば、断面形状が矩形の管、多角形の管または楕円形の管であっても良い。また、基板 20の周縁 90相互はロウ材ゃ接着剤を用いず直接接合されている。この接合方法としては、溶着接合、超音波接合及び拡散接合等が挙げられる。このように基板 20の周縁 90相互を直接接合することにより、ロウ材ゃ接着剤が溶出して、管 10内を目詰まりさせるのを防ぐことが出来る。

[0040] 本実施の形態では、拡散接合を用いて、る。拡散接合は基材が溶融しな、温度までの温度と圧力を同時に加えることにより原子の拡散 (相互拡散)現象が生じ、原子の結びつきにより接合を行う方法であるため、基材も溶出することが無ぐ管 10内を目詰まりさせることはな、。このようにロウ材を用いな、拡散接合で接合することにより、ロウ材等が管 10内を目詰まりさせるといった不良品の発生を極力抑えることができ、低価格で熱交換器 100を提供できる。

[0041] 図 5から図 7は熱交翻100の管群ブロック 30を説明する図である。図 5は、管群ブロック 30の斜視図、図 6はその正面図、図 7はその上面図である。

[0042] 管群ブロック 30は、管 10と基板 20を射出成形等で一体成形されている。管群プロック 30を作製する材料としては低価格で、成形しやすい榭脂材料が良い。管 10の管径が小さぐかつ本数が多いことにより管群ブロック 30の形状が複雑であるため、特に射出成形で作製する場合には、端部まで榭脂を供給するという観点から、成形カロェ時に低粘度で、流動性のよい榭脂材料が好ましい。このような榭脂材料を用いることにより、不良品の数を低減でき、低価格で熱交翻100を提供することができる。

[0043] また、内部流体として、水や不凍液を用いる場合、水蒸気透過率が小さ!ヽ榭脂材料を用いれば、内部流体が透過しにくいため、管 10の壁厚を薄くすることができて材料費を低減でき、低価格で熱交換器 100を提供することができる。

[0044] 榭脂材料としては、流動性が良ぐ水蒸気透過率が小さくかつ安価なポリプロピレン

(PP)またはポリエチレンテレフタレート（PET)を用いるのが最適である。

[0045] [表 1] ポリプロピレンポリエチレンテレフアクリロニトリル - 材料

(P P) 夕レートブタジエン，スチレ物性

(PET) ン（ABS) メルトフローレ一ト 60 50 22

(g/10 m i n)

成形時充填率 100 100 10 (V o 1 %)

水蒸気透過率

厚み 0. 1mm 1. 5 5. 3 18 (g/m² - d ay)

水蒸気透過率が

1 g/m²， d ay 0. 15 0. 53 1. 8 となる厚み（mm)

[0046] 表 1に示すように、 PPまたは PETは、 ABSと比較すると粘度を示すメルトフローレ一ト（melt— flow rate)が大きく流動性が良い。従って、成形時の金型への充填性が良好である。また、 PPまたは PETは、水蒸気透過率が低いため ABSよりも薄い壁厚が可能となる。

[0047] なお、本実施の形態 1では、管 10の配置は碁盤目状であるが、千鳥状でも良い。

[0048] 以上のように構成された熱交換器 100について、その動作、作用を説明する。

[0049] 内部流体 210は、入口ヘッダー 50内に流入し、管 10それぞれに分流され、管群ブロック 30内を通過し、出口ヘッダー 60より熱交^^ 100外へと流出する。一方、管 1

0外では、管 10相互間を外部流体 220が流動し、管 10を介して、内部流体 210と外部流体 220が熱交換する。

[0050] なお、本実施の形態では管群ブロック 30を 2段積層したが、 2段以上の複数段を積層してちょい。

[0051] 以上のように本実施の形態 1においては、管群ブロック 30を連結して所定の大きさにするため、管群ブロック 30の管 10の長さを短くしてもよい。また、射出成形やダイキヤスト等により、基板 20と管 10を同時に、かつ容易に製作することができる。管 10を挿入して固定する工程がなくなるため、低価格で熱交翻 100を提供することができる。

[0052] また、本実施の形態 1では、基板 20の周縁 90上を相互に接合している。管群プロック 30を連結する際、外部カゝら操作しやすい周縁 90上を接合するため、接合の信頼性が向上するとともに工数の低減が図れるため、熱交翻 100を低価格で提供することができる。

[0053] また、本実施の形態 1では、管群ブロック 30を安価な榭脂材料で作製して、るので、熱交換器 100を低価格で提供できる。

[0054] また、本実施の形態 1では、基板 20の周縁 90相互を拡散接合により直接接合することも出来る。拡散接合により、ロウ材ゃ接着剤を用いる必要がなぐかつ基材を溶融させることなく接合できる。その結果、管 10内の流路を目詰まりさせることがなぐ不良品を大幅に削減することができ、熱交翻100を低価格で提供することができる。

[0055] (実施の形態 2)

図 8は、本発明の実施の形態 2における熱交換器の正面図、図 9はその側面図である。図 10は、図 8の C— C線における断面図、図 11は図 9の D— D線における断面図を示す。

[0056] 図 8から図 11において、熱交^^ 200は、管 110と基板 120からなる管群ブロック 1 30を有している。さらに、管 110の管軸方向に基板 120の周縁 190上で相互に接合されることで、管群ブロック 130が 2段連結されておりし、上下方向の両端には入口へッダー 150と出口ヘッダー 160が設置されている。

[0057] 本実施の形態 2では、管 110の断面形状は扁平状であり、複数の流路 115が長辺方向に配列されている。複数の管 110は、それぞれ長辺方向が平行となるように所定の間隔を空けて基板 120上に設置されている。また、基板 120の周縁 190相互はロウ材ゃ接着剤を用いず直接接合されている。この接合方法としては、溶着接合、超音波接合及び拡散接合等が挙げられる。このように基板 120の周縁 190相互を直接接合することにより、ロウ材ゃ接着剤が溶出して、管 110内を目詰まりさせることはない。

[0058] 本実施の形態では、拡散接合を用いて、る。拡散接合は基材が溶融しな、程度の温度と圧力を同時に加えることにより原子の拡散 (相互拡散)現象が生じ、原子の結びつきにより接合を行う方法であるため、基材が溶出することが無ぐ管 110内を目詰まりさせることはない。このようにロウ材を用いない拡散接合で接合することにより、口ゥ材等が管 110内を目詰まりさせるといった不良品の発生を極力抑えることができ、低価格で熱交換器 200を提供できる。

[0059] 図 12から図 14は管群ブロック 130を説明する図であり、図 12は、実施の形態 2の管群ブロックの斜視図、図 13は、その正面図、図 14は、その上面図である。

[0060] 管群ブロック 130は管 110と基板 120を射出成形等で一体成形されている。管群ブロック 130の材料としては低価格で、流動性がよい榭脂材料が良い。このような材料を用いることにより、不良品の数を低減でき、低価格で熱交翻200を提供することができる。

[0061] また、内部流体に水や不凍液を用いる場合、水蒸気透過率が小さ!、榭脂材料を用いれば、内部流体が透過しにくいため、管 110の壁厚を薄くすることができ材料費を低減でき、低価格で熱交翻200を提供することができる。

[0062] 榭脂材料としては、流動性が良ぐ水蒸気透過率が小さくかつ安価なポリプロピレン

[0063] 以上のように構成された熱交換器 200について、以下その動作、作用を説明する。

[0064] 内部流体 210は入口ヘッダー 150内に流入し、管 110それぞれに分流され、管群ブロック 130内を通過し、出口ヘッダー 160より熱交^^ 200外へと流出する。一方、管 110外では、管 110相互間を外部流体 220が流動するため、管 110を介して、内部流体 210と外部流体 220が熱交換する。

[0065] なお、本実施の形態では管群ブロック 130を 2段積層したが、 2段に限定されるのではなぐ 2段以上の複数段であればよい。

[0066] 以上のように本実施の形態 2においては、管群ブロック 130を連結して所定の大きさにするため、管群ブロック 130の管 110長を短くしてもよい。射出成形やダイキャスト等の方法を用いることにより、容易に、かつ同時に基板 120と管 110を製作することができる。そのため、管 110を挿入し固定する工程がなくなるため、低価格で熱交換器 200を提供することができる。

[0067] また、本実施の形態では基板 120の周縁 190上を相互に接合している。管群ブロック 130を連結する際、外部カゝら操作しやすい周縁 190上を接合するため、工数の低減が図れるとともに接合の信頼性が向上し、低価格で熱交 200を提供することができる。

[0068] また、本実施の形態 2において、管 110は管内に複数の流路 115を備えた多穴管である。多穴管を用いることで、流路数を低減することなぐ管本数を低減できるため、製作が容易になり、低価格で熱交 200を提供することができる。

[0069] また、本実施の形態では管群ブロック 130が安価な榭脂材料で作製しているので、熱交換器 200を低価格で提供できる。

[0070] また、本実施の形態では基板 120の周縁 190相互を拡散接合により直接接合することも出来る。拡散接合により、ロウ材ゃ接着剤を用いる必要がなぐかつ基材を溶融させることなく接合できる。その結果、管 110内の流路 115を目詰まりさせることがなく、不良品を大幅に削減することができ、熱交 ^^200を低価格で提供することができる。

[0071] (実施の形態 3)

図 15は、本発明の実施の形態 3の熱交換器の正面図、図 16はその側面図である。図 17は図 16の A— A線断面図であり、図 18は図 16の B— B線断面図を示す。なお、実施の形態 1と同等の要素には同一の符号を付して説明を簡略ィ匕することがある。

[0072] 図 15から図 18において、熱交^^ 300は管 10、基板 20及びスぺーサ 80からなる管群ブロック 40を有している。さらに、管 10内を流れる内部流体の流通方向に管群ブロック 40が 3段積層され、上下方向の両端に入口ヘッダー 50と出口ヘッダー 60が設置される。ここで、スぺーサ 80は、基板 20の周縁において、基板から所定の高さ及び幅で階段状に突出した部分である。

[0073] 本実施の形態では、管 10は円管であり、内部流体流路力^つ設けられている。なお、管 10形状は円管に限定されるわけではなぐ例えば、断面形状が矩形の管、多角形の管や、楕円形の管であっても良い。

[0074] 隣接する管群ブロック 40において、基板 20の周縁上に設けられたスぺーサ 80同士が接合されており、接合された二つの基板 20間には混合室 70が形成されている。なお、本実施の形態 3では隣接する管群ブロック 40の双方にスぺーサ 80が設けられているが、少なくともどちらか一方の基板上にスぺーサ 80が設けられていれば良い。この場合は一方の管群ブロック 40のスぺーサ 80と、他方の管群ブロック 40の基板 2 0の周縁とが接合されることとなる。ここで、管群ブロック 40相互はロウ材を用いないで直接接合されている。ロウ材を用いていないため、ロウ材の溶出により管 10内を目詰まりさせることはない。

[0075] 本実施の形態 3では、上記の接合に際して拡散接合を用いて、る。ロウ付けとは異なり、拡散接合は、基材を、基材が溶融しない温度まで加熱し、同時に圧力を加える接合方法である。拡散接合では、原子の拡散 (相互拡散)現象が生じ、原子の結びつきにより接合が行われるため、基材が溶出することが無ぐ管 10内を目詰まりさせることはない。このようにロウ材を用いない拡散接合で接合することにより、管 10内を目詰まりさせるといった不良品の発生を極力抑えることができ、低価格で熱交翻300 を提供できる。

[0076] なお、超音波接合法を用いても、同様の効果が得られる。また、その他の直接接合方法として、溶着接合、圧着接合を用いることが出来る。

[0077] 図 19から図 21は、管群ブロック 40を説明する図である。図 19は実施の形態 3の熱交換器 300の管群ブロックの斜視図、図 6はその正面図、図 7はその上面図である。

[0078] 管群ブロック 40は、管 10、基板 20及びスぺーサ 80が射出成形等で一体成形されている。管群ブロック 40を作製する材料としては低価格で、成形しやすい榭脂材料が良い。管 10の管径が小さぐかつ本数が多いため、管群ブロック 40の形状が複雑であるため、特に射出成形で製作する場合、端部まで榭脂を供給するという観点力成形加工時に低粘度で、流動性のよい榭脂材料が好ましい。このような榭脂材料を用いることにより、不良品の数を低減でき、低価格で熱交翻 300を提供することができる。

[0079] また、内部流体として、水や不凍液を用いる場合、水蒸気透過率が小さ!ヽ榭脂材料を用いれば、内部流体が透過しにくいため、管 10の壁厚を薄くすることができて、材料費を低減でき、低価格で熱交換器 300を提供することができる。

[0080] 榭脂材料としては、流動性が良ぐ水蒸気透過率が小さくかつ安価なポリプロピレン

[0081] なお、本実施の形態 3では、管 10の配置は碁盤目状であるが、千鳥状でも良い。 [0082] 以上のように構成された熱交換器 300について、以下その動作、作用を説明する。なお、熱交^^ 300ίま、図 15【こ示すよう【こ、三段の管群ブロック 40a、 40bおよび 40 cからなる。

[0083] 内部流体 210は入口ヘッダー 50内に流入し、管 10aそれぞれに分流され、管群ブロック 40a内を通過し、混合室 70aに流入し、混合される。混合された内部流体 210 は、また管 10bそれぞれに分流され、管群ブロック 40b、および混合室 70bを通り、さらに管群ブロック 40cを通過し、出口ヘッダー 60より熱交^^ 300外へと流出する。一方、管 10 (10a、 10b、 10cを含む)外では管 10相互間を外部流体 220が流動し、管 10を介して、内部流体 210と外部流体 220が熱交換する。

[0084] 異物等が混入し、例えば、一つの管 10a内が詰まった場合、内部流体 210はその管 10a内を流れず、その管 10aは熱交換に寄与しなくなる。しかし、管 10aの下流に位置する管 10b、 10cでは、詰まっていない他の管 10aを通過した内部流体 210が混合室 70a、 70bで混合された後、再分流されるため、内部流体 210は管 10b、 10c 内を流れることが出来る。その結果、管 10b、 10c内の内部流体 210は熱交換に寄与することができる。このように、内部流体 210の流動方向に管群ブロック 40を分割することにより、目詰まりが生じた場合であっても、目詰まりにより熱交換に寄与しなくなる領域を削減することができ、熱交換量が著しく低下することを防ぐことができる。

[0085] また、熱交換量が大きい場合には、図 16に示すように、外部流体 220と、外部流体の上流側に位置する管 10d内を流れる内部流体 210との温度差が小さくなることがある。このような場合であっても、熱交換量が大きいため、内部流体 210との温度差力、さくなつた外部流体上流側に位置する管 10d内を流れる内部流体 210と、熱交換量が小さいため、外部流体 220との大きな温度差を維持する外部流体下流側に位置する管 10e内を流れる内部流体 210と、が混合室 70a、 70bで混合される。そのため、内部流体下流側に位置する管群ブロック 40b、 40cを通過する際、外部流体 2 20と内部流体 210との平均温度差が大きくなり、大きな熱交換量を実現することが出来る。

[0086] なお、本実施の形態では管群ブロック 40を 3段積層したが、 2段以上の複数段であればよい。 [0087] (実施の形態 4)

図 22は、本発明の実施の形態 4の熱交換器 400の正面図、図 23は、その側面図である。図 24は、図 23の C C線断面図、図 25は図 23の D— D線断面図を示すものである。なお、実施の形態 1、 2と同等の要素には同一の符号を付して説明を簡略ィ匕することがある。

[0088] 図 22力ら図 25に示すように、熱交^^ 400は管 110と、基板 120及びスぺーサ 18 0力もなる管群ブロック 140を有して、る。管 110内を流れる内部流体の流通方向に、管群ブロック 140が 3段積層され、上下方向の両端には入口ヘッダー 50と出口へッダー 60が設置される。

[0089] 本実施の形態 4では、管 110は断面形状が扁平な形状であり、複数の流路 115が長辺方向に配列された多穴管である。管 110は、扁平な形状の長辺方向が互いに平行となるように、所定の間隔で基板 120に対して垂直方向に配列されている。

[0090] 隣接する管群ブロック 140において、基板 120の周縁上に設置されたスぺーサ 18 0同士が接合されているため基板 120間には混合室 170が形成されている。なお、本実施の形態では隣接する管群ブロック 140の双方にスぺーサ 180が設けられている力少なくともどちらか一方にスぺーサ 180が設けられていれば良ぐこの場合は一方の管群ブロック 140のスぺーサ 180と他方の管群ブロック 140の基板 120とが接合されることとなる。ここで、管群ブロック 140相互はロウ材を用いず直接接合されている。ロウ材を用いていないため、ロウ材の溶出により、管 110内を目詰まりさせることはない。

[0091] 本実施の形態では、拡散接合を用いて、る。拡散接合は、基材が溶融しな、程度の温度と圧力を基材に同時に加えることにより、原子の拡散 (相互拡散)現象が生じ、原子の結びつきにより接合させるものである。基材が溶出することが無ぐ管 110内を目詰まりさせることはない。このようにロウ材を用いない拡散接合により、管群ブロック 140が相互に接合されることにより、管 110内を目詰まりさせるといった不良品の発生を極力抑えることができ、低価格で熱交翻 400を提供できる。

[0092] なお、超音波接合法を用いても、同様の効果が得られる。また、その他の直接接合方法としては溶着接合、圧着接合がある。 [0093] 図 26から図 28は管群ブロック 140を説明する図である。図 26は実施の形態 4の熱交換器 400の管群ブロックの斜視図、図 27はその正面図、図 28はその側面図である。

[0094] 管群ブロック 140は、管 110、基板 120及びスぺーサ 180が接合されて構成されている。管 110は複数の流路 115を有しており、流路数を確保しながら基板 120と接合する管本数を低減することができるため、工数を削減でき低価格で熱交翻 400を提供できる。

[0095] 以上のように構成された熱交換器 400について、以下その動作、作用を説明する。

[0096] 内部流体 210は、入口ヘッダー 50内に流入し、管 110のそれぞれの流路 115に分流され、管群ブロック 140a内を通過し、混合室 170aに流入して混合される。混合された内部流体 210は、管 110のそれぞれの流路 115に分流され、管群ブロック 140b 、さらに混合室 170bを通って管群ブロック 140cを通過し、出口ヘッダー 60から熱交 400外へと流出する。

[0097] 一方、管 110外では管 110相互間を外部流体 220が流動し、管 110を介して、内部流体 210と外部流体 220が熱交換する。この際、管 110は、断面形状が扁平状であり、かつ長辺方向が互いに平行となるように所定の間隔で配列されているため、円管からなる実施の形態 3の管 10の後流部のように外部流体 220が流れる流路が拡大されるようなことは無い。従って、外部流体 220の流速が大きくなり、外部流体 220と管 110の熱伝達率が向上し、熱交換量を増加させることができる。

[0098] 例えば、異物等が混入し、図 24に示す流路 115a内に詰まった場合、内部流体 21 0は、その詰まった流路 115a内を流れないため、詰まった流路 115aは熱交換に寄与しなくなる。しかし、流路 115aの下流側に位置する流路 115b、 115cでは、詰まつていない他の流路 115aを通過した内部流体 210が混合室 170a、 170bで混合された後、再分流されるため流路 115b、 115c内を内部流体 210が流れることが出来る。その結果、流路 115b、 115c内の内部流体 210は熱交換に寄与することができる。このように、内部流体 210の流動方向に管群ブロック 140を分割したため、目詰まりが生じて熱交換に寄与しな、領域を削減することができ、熱交換量が著しく低下することを防ぐことができる。 [0099] さらに、図 25に示すように、外部流体 220との熱交換量の多い外部流体上流側の流路 115d内を流れる内部流体 210は、外部流体 220との温度差が小さくなり熱交換量が減少する。一方、外部流体 220との熱交換量が小さい外部流体下流に位置する流路 115e内を流れる内部流体 210は、外部流体 220との大きな温度差を維持している。混合室 170a、 170bで、それらの内部流体 210が混合されるため、外部流体 220が管群ブロック 140b、 140cを通過する際、外部流体 220と内部流体 210の平均温度差が大きくなり、熱交換量が増加する。

[0100] なお、本実施の形態 4では管群ブロック 140を 3段積層したが、 2段以上の複数段であればよい。また、本実施の形態では管 110と基板 120を接合している力実施の形態 3と同様に一体で形成されてヽても良ヽ。

産業上の利用可能性

[0101] 以上のように、本発明にかかる熱交翻は、非常に優れた熱交換性能を維持しながら、低価格で実現でき、冷凍冷蔵機器や空調機器用の熱交換器や、廃熱回収機器等の用途にも適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 熱交^^であって、管群ブロックを有し、

前記管群ブロックは、

複数の貫通穴を備えた複数の基板と、

対向する前記基板間に固定され、かつ管内が前記貫通穴と連通する複数の管を有し、

前記管群ブロックが、前記管の軸方向に、二以上連結されてなる熱交換器。

[2] 隣接する前記管群ブロックは、隣接する前記基板同士が周縁で接合されることにより、互いに連結される、請求項 1に記載の熱交換器。

[3] さらに混合室を有し、隣接する前記管群ブロックが前記混合室を介して連結される

、請求項 1に記載の熱交換器。

[4] 隣接する前記管群ブロックが、互いに対向する前記基板の周縁に、所定の高さと所定の幅のスぺーサをさらに有し、

前記スぺーサは対向する前記基板の間隙を保持し、

前記混合室は、対向する前記基板と前記スぺーサにより構成される、

請求項 3に記載の熱交換器。

[5] 前記スぺーサが、対向する前記基板の少なくとも一方の周縁に形成された、段差状の凸部である、請求項 4に記載の熱交^^。

[6] 前記管が、前記管内に複数の流路を備えた多穴管である、請求項 1から 4のいずれか一項に記載の熱交換器。

[7] 前記多穴管の断面形状が扁平形状であり、

前記管内で前記流路が長辺方向に配列されるとともに、

二以上の前記多穴管が長辺方向を略平行にして、所定の間隔で、前記基板に対して垂直に配列される、請求項 6に記載の熱交換器。

[8] 前記管群ブロックが榭脂材料力もなる成形品である、請求項 1から 4のいずれか一項に記載の熱交換器。

[9] 前記管群ブロックが一体成形品である、請求項 8に記載の熱交換器。

[10] 前記榭脂材料が低粘度材料である、請求項 8に記載の熱交換器。

[11] 前記管群ブロックが水蒸気透過率の小さい榭脂材料力もなる成形品である、請求項 8に記載の熱交換器。

[12] 前記榭脂材料がポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートである請求項 8に記載の熱交換器。

[13] 熱交^^の製造方法であって、

複数の貫通孔を有し、対向する一対の基板間を、

複数の管を前記貫通孔に揷通することで連結して管群ブロックを形成する第 1ステツプと、

2以上の前記管群ブロック間を前記基板の周縁で直接接合して連結する第 2ステップと、

連結した前記管群ブロックの両端に、入力ヘッダーと出力ヘッダーをそれぞれ装着する第 3ステップと、

を有する熱交換器の製造方法。

[14] 前記第 3ステップが、溶着接合、拡散接合または超音波接合で接合するステップである、請求項 13に記載の熱交換器の製造方法。

[15] 前記第 1ステップが、前記管群ブロックを榭脂成形するステップであり、

前記第 2ステップが、成形された榭脂製の前記基板を直接接合するステップである、請求項 13に記載の熱交換器の製造方法。