WO2018056457A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2018056457A1
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heat exchanger
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Inventor
秀充 大岡
茂彦 小野
Original Assignee
伸和コントロールズ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger suitable for combination with a refrigerator having a flat endothermic part.
  • the inventor of the present invention has studied the adoption of the above-mentioned Stirling refrigerator in the refrigerator unit in the cooling hydrogen supply station disclosed in JP-A-2015-127564.
  • the Stirling refrigerator described above has a disk shape with a flat endothermic part as shown in FIG.
  • the inventor of the present invention as shown in FIG. 9, initially made a heat exchanger in which a labyrinth-like refrigerant flow path was formed, and continued investigation.
  • the refrigerant flow path following such a complicated path exhibits high heat exchange performance.
  • the inventors since the path is complicated, the inventors have found that the pressure loss of the refrigerant is high, that is, the driving energy for circulating the refrigerant becomes high.
  • the refrigerant flow path pattern (groove width: 3.2 mm, groove depth: 8.0 mm) shown in FIG. 9 exhibits a high heat exchange performance of 192 W, while producing a pressure loss of 394 kPa. I was allowed to.
  • An object of the present invention is a heat exchanger suitable for combination with a refrigerator having a flat endothermic portion, and exhibits high heat exchange performance while suppressing pressure loss of the refrigerant. It is to provide a heat exchanger that can
  • the present invention includes a plate member having a flat bottom and having a refrigerant flow passage formed therein, and a plate cover that covers the plate member, and the plate cover includes the refrigerant of the plate member.
  • a refrigerant inlet communicating with one side region of the working channel and a refrigerant outlet communicating with the other side region of the refrigerant channel of the plate member are provided, the refrigerant channel serving as the refrigerant inlet
  • the heat exchanger is characterized in that the arrangement density is high in a region far from the straight line connecting the two.
  • the one side region where the refrigerant inlet communicates and the other side region where the refrigerant outlet communicates rather than the region near the straight line connecting the one side region where the refrigerant inlet communicates with the other side region where the refrigerant outlet communicates.
  • the arrangement density of the refrigerant flow paths is high, so that the refrigerant is balanced in each path from the one side region where the refrigerant inlet communicates to the other side region where the refrigerant outlet communicates. It can flow and the pressure loss as the whole heat exchanger can be controlled effectively.
  • the coolant channel includes an oblique grid pattern in plan view.
  • the groove elements of the oblique lattice pattern have a constant width perpendicular to the extending direction of each groove element.
  • Such a groove element can be formed using the same processing tool, so that it is easy to manufacture and design.
  • the arrangement density of the flow paths for the refrigerant depends on the arrangement density of the groove elements in the oblique grid pattern (for example, the interval between adjacent groove elements).
  • the width of each groove element is 1.2 mm to 2.0 mm
  • the depth of each groove element Is found to be 5.0 mm to 8.0 mm
  • the thickness of the plate member is preferably 7.0 mm to 10.0 mm.
  • the plate member (bottom part) of the heat exchanger of the present invention is also disk-shaped in plan view. It preferably has a shape.
  • a straight line connecting the one side region where the refrigerant inlet communicates with the other side region where the refrigerant outlet communicates extends in the diameter direction of the plate member.
  • the refrigerant flow path has a higher arrangement density in a region farther from the center of the plate member than in a region near the center of the plate member.
  • the plate member and the plate cover are separate from each other in order to facilitate manufacturing, but it is not an essential requirement functionally.
  • the present invention is a heat exchanger having a flat bottom portion and having a refrigerant flow path formed therein, a refrigerant inlet communicating with one side region of the refrigerant flow path, and the refrigerant flow
  • a refrigerant outlet communicating with the other side region of the flow path is provided so as to protrude in the same direction, and the refrigerant flow channel communicates with the one side region where the refrigerant inlet communicates with the refrigerant outlet.
  • the arrangement density is higher in a region far from a straight line connecting the one side region where the refrigerant inlet communicates and the other side region where the refrigerant outlet communicates than in a region near the straight line connecting the other side region. It is the heat exchanger characterized by having.
  • the one side region where the refrigerant inlet communicates and the other side region where the refrigerant outlet communicates rather than the region near the straight line connecting the one side region where the refrigerant inlet communicates with the other side region where the refrigerant outlet communicates.
  • the arrangement density of the refrigerant flow paths is high, so that the refrigerant is balanced in each path from the one side region where the refrigerant inlet communicates to the other side region where the refrigerant outlet communicates. It can flow and the pressure loss as the whole heat exchanger can be controlled effectively.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the state which assembled
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a heat exchanger 10 according to an embodiment of the present invention is assembled to a Stirling refrigerator 50
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the heat exchanger 10 is disassembled
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the heat exchanger 10.
  • the heat exchanger 10 includes a plate member 20 having a flat bottom portion 21 and a refrigerant flow path 22 formed therein, and a plate member 20. And a plate cover 30 to be covered.
  • the plate member 20 is made of an aluminum alloy
  • the plate cover 30 is made of stainless steel, but may be made of an aluminum alloy.
  • the plate cover 30 has a refrigerant inlet 31 communicating with one side region 22a of the refrigerant flow path 22 of the plate member 20, a refrigerant outlet 32 communicating with the other side area 22b of the refrigerant flow path 22 of the plate member 20, Is provided.
  • the plate member 20 of the present embodiment has a disk shape in plan view, and the one-side region 22 a that communicates with the refrigerant inlet 31 and the refrigerant outlet 32 communicate with each other.
  • a straight line connecting the other side region 22 b extends in the diameter direction of the plate member 20.
  • the plate member 20 of this embodiment as shown in FIG.1 and FIG.2, in the refrigerant
  • the communicating refrigerant outlet 32 is provided so as to protrude in the same direction.
  • FIG. 4 is a perspective view of the plate member 20 of the heat exchanger 10 of the present embodiment
  • FIG. 5 is a plan view of the plate member 20 of the heat exchanger 10 of the present embodiment
  • FIG. 6 is a plan view of the plate member 20 of the heat exchanger 10 of the present embodiment in which detailed example dimensions are described.
  • the refrigerant flow path 22 is compared with a region close to a straight line connecting the one side region 22 a that communicates with the refrigerant inlet 31 and the other side region 22 b that communicates with the refrigerant outlet 32.
  • the arrangement density is high in a region far from the straight line connecting the one side region 22a communicating with the refrigerant inlet 31 and the other side region 22b communicating with the refrigerant outlet 32.
  • the refrigerant flow path 22 is arranged in a region farther from the center of the disk-like plate member 20 in plan view than in a region near the center of the disk-like plate member 20 in plan view. The density is high.
  • the refrigerant can flow in a well-balanced manner along each path from the one side region 22a to which the refrigerant inlet 31 communicates to the other side region 22b to which the refrigerant outlet 32 communicates.
  • the pressure loss as the whole heat exchanger is effectively suppressed.
  • the refrigerant flow path 22 of the present embodiment includes a diagonal lattice pattern in plan view.
  • the diagonal lattice pattern of the present embodiment is 45 ° with respect to a straight line connecting the one side region 22a with which the refrigerant inlet 31 communicates and the other side region 22b with which the refrigerant outlet 32 communicates. It is tilted.
  • the groove elements (flow path elements) in a diagonal lattice pattern are constant in the width perpendicular to the extending direction. Since such a groove element (flow path element) can be formed using the same processing tool, it is easy to manufacture and design.
  • the arrangement density of the refrigerant flow paths 22 depends on the arrangement density of groove elements (flow path elements) in an oblique grid pattern (for example, an interval between adjacent groove elements).
  • the width of each groove element is 1.2 mm to 2.0 mm, and the depth of each groove element is 5 mm.
  • the thickness of the plate member 20 is preferably 7.0 mm to 10.0 mm.
  • the width of each groove element is 1.5 mm
  • the depth of each groove element is 6.0 mm
  • the thickness of the plate member 20 is 8.0 mm.
  • the distance between the center lines of adjacent groove elements is 4.5 mm, 4.0 mm ( ⁇ 2), 3.5 mm ( ⁇ 1), 3.0 mm (in order from the center side). ⁇ 5).
  • the heat exchanger 10 of this embodiment is endothermic of a Stirling refrigerator (trade name: Stirling cooler, model number: SC-UE15R) manufactured by Twin Bird Industries, Ltd.
  • the heat exchange performance and refrigerant pressure loss were evaluated.
  • a cold brine FP-40 (potassium formate aqueous solution) manufactured by Showa Co., Ltd. was used as the refrigerant.
  • the refrigerant can flow in a balanced manner through each path from the one side region 22a to which the refrigerant inlet 31 communicates to the other side region 22b to which the refrigerant outlet 32 communicates.
  • the pressure loss as the whole heat exchanger 10 can be effectively suppressed.
  • the refrigerant flow path 22 includes an oblique lattice-like pattern in plan view, it is easy to exhibit high heat exchange performance, and the arrangement density of the refrigerant flow paths 22 is high or low. Easy to design or manufacture.
  • the groove elements of the diagonal lattice pattern have a constant width perpendicular to the extending direction of each groove element, and can be formed using the same processing tool, so that they are easy to manufacture and easy to design. It is.
  • the plate member 20 and the plate cover 30 are separate bodies, it is not an essential requirement functionally.

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Abstract

本発明は、平担な底部を有すると共に、内部に冷媒用流路が形成されたプレート部材と、前記プレート部材を覆うプレートカバーと、を備え、前記プレートカバーには、前記プレート部材の前記冷媒用流路の一側領域に連通する冷媒入口と、前記プレート部材の前記冷媒用流路の他側領域に連通する冷媒出口と、が設けられた熱交換器である。 前記冷媒用流路は、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、配置密度が高くなっている。

Description

熱交換器
　本発明は、吸熱部が平坦な形状を有している冷凍機と組み合わせるのに好適な熱交換器に関する。
　ツインバード工業株式会社が、極めて高性能なスターリング冷凍機を開発し、販売している（商品名：スターリングクーラー、型番：ＳＣ－ＵＥ１５Ｒ）。このスターリング冷凍機は、特開２０１３－０６８３６２に開示されたスターリングサイクル機関を採用し、図８に示すように吸熱部が平坦な円板形状を有している。
　本件発明者は、特開２０１５－１２７５６４に開示された冷却水素供給ステーションにおける冷凍機ユニットに、前掲のスターリング冷凍機を採用することについて検討してきた。
　前述の通り、前掲のスターリング冷凍機は、図８に示すように吸熱部が平坦な円板形状を有している。
　このような吸熱部と冷媒とを効率良く熱交換させる熱交換器が、残念ながら存在していなかった。
　本件発明者は、当初、図９に示すように、ラビリンス状の冷媒流路が形成された熱交換器を試作して、検討を続けてきた。
　本件発明者によれば、このような複雑な経路を辿る冷媒流路は、高い熱交換性能を発揮することが検証された。しかしながら、経路が複雑であるがために、冷媒の圧力損失が高く、すなわち、冷媒を循環するための駆動エネルギが高くなってしまうという問題を知見した。
　実際に、図９に示す冷媒流路のパターン（溝の幅：３．２ｍｍ、溝の深さ：８．０ｍｍ）では、１９２Ｗという高い熱交換性能を発揮する一方で、３９４ｋＰａもの圧力損失を生じさせてしまった。
　本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、吸熱部が平坦な形状を有している冷凍機と組み合わせるのに好適な熱交換器であって、高い熱交換性能を発揮する一方、冷媒の圧力損失をも抑制することができる熱交換器を提供することである。
　本発明は、平担な底部を有すると共に、内部に冷媒用流路が形成されたプレート部材と、前記プレート部材を覆うプレートカバーと、を備え、前記プレートカバーには、前記プレート部材の前記冷媒用流路の一側領域に連通する冷媒入口と、前記プレート部材の前記冷媒用流路の他側領域に連通する冷媒出口と、が設けられており、前記冷媒用流路は、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、配置密度が高くなっていることを特徴とする熱交換器である。
　本発明によれば、冷媒入口が連通する一側領域と冷媒出口が連通する他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、冷媒入口が連通する一側領域と冷媒出口が連通する他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、冷媒用流路の配置密度が高くなっていることにより、冷媒入口が連通する一側領域から冷媒出口が連通する他側領域に至る各経路をバランスよく冷媒が流れることができ、熱交換器全体としての圧力損失を効果的に抑制することができる。
　具体的には、例えば、前記冷媒用流路は、平面視で斜め格子状のパターンを含んでいることが好ましい。
　この場合、高い熱交換性能を発揮することが容易であるし、また、冷媒用流路の配置密度の高低に関する設計ないし製造が容易である。
　更にこの場合、前記斜め格子状のパターンの溝要素は、各溝要素の延伸方向に垂直な幅が一定であることが好ましい。そのような溝要素は、同一の加工工具を用いて形成され得るので製造が容易であるし、設計も容易である。また、この場合には、冷媒用流路の配置密度は、斜め格子状のパターンの溝要素の配置密度（例えば隣接する溝要素の間の間隔等）に依存することになる。
　斜め格子状のパターンを採用した本件発明者による実際の試作品を用いた検証実験によれば、前記各溝要素の幅は、１．２ｍｍ～２．０ｍｍであり、前記各溝要素の深さは、５．０ｍｍ～８．０ｍｍであり、前記プレート部材の厚みは、７．０ｍｍ～１０．０ｍｍであることが好ましい、という知見が得られている。
　前掲のスターリング冷凍機は、図８に示すように吸熱部が平坦な円板形状を有しているため、本発明の熱交換器のプレート部材（の底部）も、平面視で円板状の形状を有していることが好ましい。この場合、更に、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線は、前記プレート部材の直径方向に延びていることが好ましい。また、この場合、更に、前記冷媒用流路は、前記プレート部材の中心に近い領域よりも、前記プレート部材の中心から遠い領域において、配置密度が高くなっていることが好ましい。
　本発明において、プレート部材とプレートカバーとが別体であることは、製造を容易にするために好ましい態様ではあるが、機能的には必須の要件ではない。すなわち、本発明は、平担な底部を有すると共に、内部に冷媒用流路が形成された熱交換器であって、前記冷媒用流路の一側領域に連通する冷媒入口と、前記冷媒用流路の他側領域に連通する冷媒出口と、が同一方向に突出するように設けられており、前記冷媒用流路は、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、配置密度が高くなっていることを特徴とする熱交換器である。
　本発明によれば、冷媒入口が連通する一側領域と冷媒出口が連通する他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、冷媒入口が連通する一側領域と冷媒出口が連通する他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、冷媒用流路の配置密度が高くなっていることにより、冷媒入口が連通する一側領域から冷媒出口が連通する他側領域に至る各経路をバランスよく冷媒が流れることができ、熱交換器全体としての圧力損失を効果的に抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る熱交換器を冷凍機に組み付けた状態を示す斜視図である。 図１の熱交換器を分解した状態を示す斜視図である。 図１の熱交換器の縦断面図である。 図１の熱交換器のプレート部材の斜視図である。 図１の熱交換器のプレート部材の平面図である。 詳細な寸法例を記載した図１の熱交換器のプレート部材の平面図である。 詳細な寸法例を記載した熱交換器のプレート部材の変形例（変形例３）の平面図である。 スターリング冷凍機の斜視図である。 ラビリンス状の冷媒流路を説明するための平面図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器１０をスターリング冷凍機５０に組み付けた状態を示す斜視図であり、図２は、熱交換器１０を分解した状態を示す斜視図であり、図３は、熱交換器１０の縦断面図である。
　図１乃至図３に示すように、本実施形態に係る熱交換器１０は、平担な底部２１を有すると共に、内部に冷媒用流路２２が形成されたプレート部材２０と、プレート部材２０を覆うプレートカバー３０と、を備えている。プレート部材２０は、アルミ合金製であり、プレートカバー３０は、ステンレス製であるが、アルミ合金製であってもよい。
　プレートカバー３０には、プレート部材２０の冷媒用流路２２の一側領域２２ａに連通する冷媒入口３１と、プレート部材２０の冷媒用流路２２の他側領域２２ｂに連通する冷媒出口３２と、が設けられている。
　本実施形態のプレート部材２０は、図１乃至図３に示すように、平面視で円板状の形状を有しており、冷媒入口３１が連通する一側領域２２ａと冷媒出口３２が連通する他側領域２２ｂとを結ぶ直線が、プレート部材２０の直径方向に延びている。
　また、本実施形態のプレート部材２０では、図１及び図２に示すように、冷媒用流路２２の一側領域２２ａに連通する冷媒入口３１と、冷媒用流路２２の他側領域２２ｂに連通する冷媒出口３２とが、同一方向に突出するように設けられている。
　続いて、図４は、本実施形態の熱交換器１０のプレート部材２０の斜視図であり、図５は、本実施形態の熱交換器１０のプレート部材２０の平面図である。また、図６は、詳細な寸法例を記載した本実施形態の熱交換器１０のプレート部材２０の平面図である。
　図４乃至図６に示すように、冷媒用流路２２は、冷媒入口３１が連通する一側領域２２ａと冷媒出口３２が連通する他側領域２２ｂとを結ぶ直線に近い領域と比較して、冷媒入口３１が連通する一側領域２２ａと冷媒出口３２が連通する他側領域２２ｂとを結ぶ直線から遠い領域において、配置密度が高くなっている。また、本実施形態では、冷媒用流路２２は、平面視で円板状のプレート部材２０の中心に近い領域よりも、平面視で円板状のプレート部材２０の中心から遠い領域において、配置密度が高くなっている。
　これにより、冷媒入口３１が連通する一側領域２２ａから冷媒出口３２が連通する他側領域２２ｂに至る経路の各々を、冷媒がバランスよく流れることができる。このことによって、熱交換器全体としての圧力損失を効果的に抑制することが期待できる。
　特に、図４乃至図６に示すように、本実施形態の冷媒用流路２２は、平面視で斜め格子状のパターンを含んでいる。本実施形態の斜め格子状のパターンは、縦横の格子状のパターンが、冷媒入口３１が連通する一側領域２２ａと冷媒出口３２が連通する他側領域２２ｂとを結ぶ直線に対して、４５°傾けられたものである。
　このような構成により、高い熱交換性能を発揮することが可能であり、また、冷媒用流路２２の配置密度の高低に関する設計ないし製造も容易である。
　更に、本実施形態では、図５に示すように、斜め格子状のパターンの溝要素（流路要素）が、その延伸方向に垂直な幅において一定となっている。このような溝要素（流路要素）は、同一の加工工具を用いて形成され得るので製造が容易であるし、設計も容易である。この場合、冷媒用流路２２の配置密度は、斜め格子状のパターンの溝要素（流路要素）の配置密度（例えば隣接する溝要素の間の間隔等）に依存する。
　斜め格子状のパターンを採用した本件発明者による実際の試作品を用いた検証実験によれば、各溝要素の幅は１．２ｍｍ～２．０ｍｍであって、各溝要素の深さは５．０ｍｍ～８．０ｍｍであって、プレート部材２０の厚みは７．０ｍｍ～１０．０ｍｍであることが好ましい。一例として、本実施形態においては、各溝要素の幅は１．５ｍｍであって、各溝要素の深さは６．０ｍｍであって、プレート部材２０の厚みは８．０ｍｍである。
　また、隣接する溝要素の中心線同士の間隔は、図６に示すように、中央側から順に、４．５ｍｍ、４．０ｍｍ（×２）、３．５ｍｍ（×１）、３．０ｍｍ（×５）、となっている。
　次に、本実施形態の作用について説明する。
　本実施形態の性能を評価するために、図１に示すように本実施形態の熱交換器１０がツインバード工業株式会社製のスターリング冷凍機（商品名：スターリングクーラー、型番：ＳＣ－ＵＥ１５Ｒ）の吸熱部に組み付けられて、熱交換性能と冷媒の圧力損失とが評価された。冷媒としては、ショーワ株式会社製のコールドブラインＦＰ－４０（ギ酸カリウム水溶液）が用いられた。
　その結果、２０５Ｗという高い熱交換性能を発揮する一方で、圧力損失を３５．６ｋＰａ程度にまで低減させることができた。
（変形例１）
　前記実施形態から、各溝要素の深さを５．０ｍｍ、プレート部材２０の厚みを７．０ｍｍ、に低減した場合においても、１９６Ｗという高い熱交換性能を発揮する一方で、圧力損失を４５．４ｋＰａ程度にまで低減させることができた。
（変形例２）
　前記実施形態から、逆に、各溝要素の深さを８．０ｍｍ、プレート部材２０の厚みを１０．０ｍｍ、に増大した場合においても、２１９Ｗという高い熱交換性能を発揮する一方で、圧力損失を２５．７ｋＰａ程度にまで低減させることができた。
（変形例３）
　前記実施形態から、各溝要素の幅を２．０ｍｍ、に増大した場合においても、１８０Ｗという高い熱交換性能を発揮する一方で、圧力損失を３０．７ｋＰａ程度にまで低減させることができた。なお、この場合の隣接する溝要素の中心線同士の間隔は、図７に示すように、中央側から順に、５．０ｍｍ、５．０ｍｍ（×１）、４．５ｍｍ（×１）、４．０ｍｍ（×１）、３．５ｍｍ（×４）であった。
（作用効果の纏め）
　以上の通り、本実施形態及びその変形例によれば、冷媒入口３１が連通する一側領域２２ａから冷媒出口３２が連通する他側領域２２ｂに至る各経路をバランスよく冷媒が流れることができ、熱交換器１０全体としての圧力損失を効果的に抑制することができる。
　また、冷媒用流路２２が平面視で斜め格子状のパターンを含んでいることにより、高い熱交換性能を発揮することが容易であるし、また、冷媒用流路２２の配置密度の高低に関する設計ないし製造が容易である。
　また、斜め格子状のパターンの溝要素は、各溝要素の延伸方向に垂直な幅が一定とされており、同一の加工工具を用いて形成され得るので製造が容易であるし、設計も容易である。
　なお、プレート部材２０とプレートカバー３０とが別体であることは、製造を容易にするために好ましい態様ではあるが、機能的には必須の要件ではない。
１０　熱交換器
２０　プレート部材
２１　底部
２２　冷媒用流路
２２ａ　一側領域
２２ｂ　他側領域
３０　プレートカバー
３１　冷媒入口
３２　冷媒出口

Claims (7)

  1. 　平担な底部を有すると共に、内部に冷媒用流路が形成されたプレート部材と、
    　前記プレート部材を覆うプレートカバーと、
    を備え、
    　前記プレートカバーには、
    　前記プレート部材の前記冷媒用流路の一側領域に連通する冷媒入口と、
    　前記プレート部材の前記冷媒用流路の他側領域に連通する冷媒出口と、
    が設けられており、
    　前記冷媒用流路は、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、配置密度が高くなっている
    ことを特徴とする熱交換器。
  2. 　前記冷媒用流路は、平面視で斜め格子状のパターンを含んでいる
    ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記斜め格子状のパターンの溝要素は、各溝要素の延伸方向に垂直な幅が一定であり、　前記冷媒用流路の配置密度は、前記斜め格子状のパターンの溝要素の配置密度に依存している
    ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
  4. 　前記各溝要素の幅は、１．２ｍｍ～２．０ｍｍであり、
    　前記各溝要素の深さは、５．０ｍｍ～８．０ｍｍであり、
    　前記プレート部材の厚みは、７．０ｍｍ～１０．０ｍｍである
    ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
  5. 　前記プレート部材は、平面視で円板状の形状を有しており、
    　前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線は、前記プレート部材の直径方向に延びている
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器。
  6. 　前記冷媒用流路は、前記プレート部材の中心に近い領域よりも、前記プレート部材の中心から遠い領域において、配置密度が高くなっている
    ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
  7. 　平担な底部を有すると共に、内部に冷媒用流路が形成された熱交換器であって、
    　前記冷媒用流路の一側領域に連通する冷媒入口と、
    　前記冷媒用流路の他側領域に連通する冷媒出口と、
    が同一方向に突出するように設けられており、
    　前記冷媒用流路は、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線に近い領域よりも、前記冷媒入口が連通する前記一側領域と前記冷媒出口が連通する前記他側領域とを結ぶ直線から遠い領域において、配置密度が高くなっている
    ことを特徴とする熱交換器。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11343940B2 (en) * 2020-08-27 2022-05-24 Nvidia Corporation Configurable cold-plates of datacenter cooling systems
US20220337014A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-20 General Electric Company Thermal control apparatus for laser system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11506873A (ja) * 1996-01-04 1999-06-15 ダイムラー−ベンツ アクチエンゲゼルシャフト ピンを備えた冷却部材
JP2005166751A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Ngk Spark Plug Co Ltd 半導体部品の冷却装置、冷却装置付き半導体部品及び半導体部品の冷却装置の製造方法
JP2010098204A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Stanley Electric Co Ltd 光源の冷却構造
JP2010153785A (ja) * 2008-11-28 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体冷却装置
JP2011187599A (ja) * 2010-03-08 2011-09-22 Stanley Electric Co Ltd 液冷ジャケット
JP2012527109A (ja) * 2009-05-12 2012-11-01 アイセオトープ リミテッド 冷却される電子システム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61109627A (ja) * 1984-10-30 1986-05-28 Hitachi Cable Ltd 蒸発伝熱壁の形成方法
JPH09216234A (ja) * 1996-02-13 1997-08-19 Nishikawa Rubber Co Ltd ウエザーストリップ成形用金型構造
JP3751191B2 (ja) * 2000-08-22 2006-03-01 シャープ株式会社 スターリング冷凍システム
US6578626B1 (en) * 2000-11-21 2003-06-17 Thermal Corp. Liquid cooled heat exchanger with enhanced flow
DE50212972D1 (de) * 2001-12-21 2008-12-11 Behr Gmbh & Co Kg Wärmeübertrager, insbesondere für ein kraftfahrzeug
JP2004286378A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Sanyo Electric Co Ltd スターリング冷凍機
JP2005024130A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Sanden Corp スターリング冷凍機用熱交換器
JP2005114181A (ja) * 2003-10-02 2005-04-28 Denso Corp 熱交換器
KR200361913Y1 (ko) * 2004-06-30 2004-09-14 주식회사 엘지화학 접합부가 볼트로 체결된 난방용 패널
US8369090B2 (en) 2009-05-12 2013-02-05 Iceotope Limited Cooled electronic system
JP5435460B2 (ja) * 2009-05-28 2014-03-05 古河電気工業株式会社 伝熱管
JP2013068362A (ja) 2011-09-22 2013-04-18 Twinbird Corp スターリングサイクル機関
JP5632065B1 (ja) 2013-12-27 2014-11-26 伸和コントロールズ株式会社 冷却水素供給ステーション及び水素冷却装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11506873A (ja) * 1996-01-04 1999-06-15 ダイムラー−ベンツ アクチエンゲゼルシャフト ピンを備えた冷却部材
JP2005166751A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Ngk Spark Plug Co Ltd 半導体部品の冷却装置、冷却装置付き半導体部品及び半導体部品の冷却装置の製造方法
JP2010098204A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Stanley Electric Co Ltd 光源の冷却構造
JP2010153785A (ja) * 2008-11-28 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体冷却装置
JP2012527109A (ja) * 2009-05-12 2012-11-01 アイセオトープ リミテッド 冷却される電子システム
JP2011187599A (ja) * 2010-03-08 2011-09-22 Stanley Electric Co Ltd 液冷ジャケット

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