WO2021066083A1 - 積層型熱交換器のプレート - Google Patents

Abstract

部品点数が少なく、熱容量の変更が自在でかつ、組み立てが容易な積層型熱交換器のプレートの提供。　熱媒体の流通方向に平行なプレート（１）の一方の側縁部を厚み方向に平行に１回以上折り畳んだ平坦面（６）を形成する。

Description

積層型熱交換器のプレート

　本発明は、プレートとバー材との組合せで、交互に第１流路と第２流路とを形成した積層型熱交換器に関し、特に、熱交換器の軽量化及び量産化に最適なものに関する。

　図８に示す第１バー材９ａ、第２バー材９ｂと各プレート１とで形成された積層型熱交換器が知られている。
　これは、多数のプレート１を並列し、その縦方向の両側に第２バー材９ｂを配置するとともに、横方向の両側に第１バー材９ａを配置し、各バー材間に第１インナーフィン７ａ、第２インナーフィン７ｂを配置し、それら各部品を一体にろう付固定したものである。
　そして、第１インナーフィン７ａ側に第１流体通路３を、第２インナーフィン７ｂ側に第２流体通路５を形成し、第１インナーフィン７ａ、第２インナーフィン７ｂの各インナーフィンを流通する各熱媒体の間に熱交換を行うものである。

　図８に示す積層型熱交換器は、多数のバー材とプレートを要し、部品点数が多くなるとともに、その組立てが面倒である欠点があった。さらには、プレート間の間隔をバー材の厚みで設定する必要から、各熱容量毎に、バー材を設計する必要があるが、厚みの薄いバー材を押出成形で製作することは難しく、流路高さをより低くして、流体の流速を増加させる熱交換器に不向きであった。
　そこで本発明は、部品点数が少なく、熱容量の変更が自在でかつ、組み立てが容易な積層型熱交換器のプレートを提供することを課題とする。

　請求項１に記載の本発明は、夫々対向する一対のプレート１の両側縁部の間が一対のバー材９で接続されてそれらの間に第１流体通路３が形成され、
　前記第１流路３に直交して一対のプレート間が第１接続部２、第２接続部４により接続されて、それらの間に第２流体通路５が形成され、
　前記第１流体通路３と第２流体通路５とがプレートの厚み方向に交互に積層されて、各プレート１間が液密にろう付接合され、
　前記第１流体通路３内の熱媒体と第２流体通路５内の熱媒体との間で熱交換が行なわれる積層型熱交換器のプレートにおいて、
　前記第２流体通路５の前記第１接続部２は、その熱媒体の流通方向に平行なプレート１の一方の側縁部をプレートの厚み方向に平行に一回以上折り畳んだ平坦面６により形成されており、
　前記第２接続部４は、他方の前記側縁部を前記第１接続部２と同様に一回以上折り畳んだ平坦面６により形成され、または、一対の対向するプレート１の他方の前記側縁部どうしが一体に連結され、その連結部が一回以上、断面蛇行状に折畳まれてなる蛇行折畳部１１により形成されており、
　前記プレート１とそれらの接続部２，４とが一体化された積層型熱交換器のプレートである。
　請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
　熱媒体の流通方向に平行なプレートの両方の側縁部をプレート厚み方向に一回以上折り畳んだ平坦面６により、前記第１接続部２および第２接続部４が形成されており、
　それらの接続部２，４と前記プレート１とが一体化された積層型熱交換器のプレートである。
　請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
　二回目以降の折り畳み方向を一回目と同方向として巻き込むように折り畳んだ平坦面６により、前記第１接続部２が形成されており、その第１接続部２と前記プレート１とが一体化された積層型熱交換器のプレートである。
　請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
　複数回の折り畳まれた平坦面６の一部の縁部が、他の折り畳みの縁部よりも、プレートの平面の中心側に突出された突出縁部６ａを有する積層型熱交換器のプレートである。
　請求項５に記載の本発明は、請求項１~請求項４のいずれかに記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
　流体通路内に平面的に分散する複数の突起８が形成された積層型熱交換器のプレートである。
　請求項６に記載の本発明は、請求項１~請求項３のいずれかに記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
　前記第１流体通路３内にフィン７が配置されており、
　前記第２流体通路５の接続部に平坦部６が形成されると共に、第２流体通路５を構成する対向する一対のプレート１の内面どうしが、流体通路内に平面的に分散する複数の突起８で接合された積層型熱交換器のプレートである。

　請求項１に記載の発明は、第２流体通路５のプレート１の一方の側縁部をプレートの厚み方向に平行に一回以上折り畳んだ平坦面６により前記第１接続部２が形成され、
　第２接続部４は、他方の前記側縁部を前記同様に一回以上折り畳んだ平坦面６または、一対の対向するプレート１の端部どうしが一体に形成され、その一体形成部が一回以上、断面蛇行状に折畳まれてなる蛇行折畳部１１（図７の符号１１）により形成された積層型熱交換器のプレートである。
　このプレートを積層することにより、第１流体通路３を容易に形成でき、部品点数が少ない熱交換器を安価に提供できる。その第１接続部２は平坦面６に形成されているため、プレートどうしのろう付の信頼性が高い。それと共に、プレートどうしの位置決めが容易で、組立て易い熱交換器となる。さらには、接続部を構成する平坦面６の折畳み回数の調整により、第２流体通路５の流路の積層方向の高さを任意に形成できるので、熱交換器の設計が容易となる。折畳み回数を少なくすれば、流路高さを低くして、熱媒体の流速を大として、熱交換を促進できる。折畳み回数を多くすれば、流路高さを高くして、熱媒体の流量を大きくし、容量の大きな熱交換器を提供できる。
　また、蛇行折畳部１１により第２接続部４が形成されている場合には、蛇行折畳部１１により第２流体通路５を１枚のプレートから形成することができるため、さらに組立て易い熱交換器となる。
　請求項２に記載の発明は、プレートの両方の側縁部に平坦面６を形成して、プレート１と接続部とを一体化したものである。これにより、一体化プレートどうしの組合せ、または、一体化プレートと通常のプレートとの組合せにより、流体通路の製作がさらに容易になる。
　請求項３に記載の発明は、二回目以降の折り畳み方向を一回目と同方向として巻き込んで折り畳んだ平坦面６により、接続部を形成し、その接続部とプレート１とが一体化したものである。これにより、一体化プレートどうしの組合せ、または、一体化プレートと通常のプレートとの組合せにより、流体通路の製作がさらに容易になる。
　請求項４に記載の発明は、複数回の折り畳まれた平坦面６の一部の縁部が、他の折り畳みの縁部よりも、プレートの平面の中心側に突出された突出縁部６ａを有するものである。
　この突出縁部６ａは、流体通路にインナーフィンを介装する場合に、フィンの端縁を支持して、熱交換器の組立て時にフィン端部が一体化プレートの接合部に噛み込まれるのを防止する。
　請求項５に記載の発明は、流体通路内に平面的に分散する複数の突起８が形成されたものである。これにより、流体を攪拌し、熱交換を促進するものである。
　請求項６に記載の発明は、第１流体通路２内にフィン７が配置され、第２流体通路５を構成する対向する一対のプレート１の内面どうしが、流体通路内に平面的に分散する複数の突起８で接合されたものである。
　これにより、軽量化と、量産性の向上を図ることができる。

　図１は本発明の第１実施例の積層型熱交換器のコア部の要部斜視図及び同平面図、並びにそれに用いるプレート１の要部分解平面図。
　図２は同熱交換器の組立て説明図。
　図３は本発明の第２実施例の積層型熱交換器のコア部の要部斜視図及び同平面図、並びにそれに用いるプレート１の要部分解平面図。
　図４は本発明の第３実施例の積層型熱交換器のコア部の平面図及びそれに用いるプレート１の分解平面図。
　図５は本発明の第４実施例の積層型熱交換器のコア部の平面図及びそれに用いるプレート１の分解平面図。
　図６は本発明の第５実施例の積層型熱交換器のコア部の平面図及びそれに用いるプレート１の分解平面図。
　図７は本発明の第６実施例の積層型熱交換器のコア部の要部平面図。
　図８は従来型の積層型熱交換器の要部斜視図。

　下記に述べる各発明の特徴部分は、その第２流体通路５の構成にある。その構成の概要を説明する。
　第２流体通路５は、一対の対向する平面を有するプレートからなり、一対の対向するプレートで形成される場合と、一枚のプレートで形成される場合とがある。
　一対の対向するプレートからなる場合は、各プレートの両側縁部（熱媒体の流通方向に平行な側縁部）に第１接続部２、第２接続部４が形成され、各接続部２、４として内側に一回以上折り畳まれた平坦面６が形成され、それらの各平坦面６が突き合わされて一体化されることにより、チューブ状のユニットを形成し、そのユニットの内部に第２流体通路５が形成されている。
　一枚のプレートからなる場合は、プレートの第２接続部４側に断面蛇行状に折り畳まれた蛇行折畳部１１が形成され（プレートの一対の平面が対向するように形成されている。）、第１接続部２側に形成された平坦面６が突き合わされて一体化されることにより、チューブ状のユニットが形成され、そのユニットの内部に第２流体通路５が形成されている。
　次に、図面に基づいて、本発明の実施の形態につき説明する。

　図１（Ｃ）は、本発明の第１実施例の積層型熱交換器のコア部の要部斜視図であり、同図（Ｂ）はその要部平面図、同図（Ａ）はその熱交換器に用いるプレート１の要部分解平面図である。また、図２はその熱交換器の分解斜視図である。
　この実施例の熱交換器は、図１（Ａ）に示す如く、一対の各プレート１の両側縁部（同図において一方側のみ記載、他方側は省略している）を内側に折り曲げて、そこに平坦面６が形成されている。そして、図２に示す如く、一対のプレート１の各平坦面６を突き合わせてユニットが形成されており、そのユニットの内部に第２流体通路５が形成されている。
　この例では、ユニットを並列し、図１（Ｂ）に示す如く、各ユニット間の外側の両端（同図において一方端のみ記載、他方端は省略している）にバー材９が配置され、各バー材９間にはインナーフィン７が配置されている。そして、上下一対のバー材９間に、図１（Ｃ）に示す如く、第１流体通路３が形成されている。バー材９とインナーフィン７は、第２流体通路５の熱媒体の流通方向に直交するように配置されてコアが形成されている。
　なお、積層方向の両端には端板１０が配置され、端部の構成を確保している。また、一対のプレート１の内面側には、図２に記載のように、突起８を突設することができ、対向するプレート１の各突起８は、プレート１の平面において千鳥状に配置することができる。
　この実施例では、突起８の高さは、プレート１両側の平坦面６の高さの２倍であり、ユニットを形成したときに、一方のプレート１に形成された突起８の先端が他方のプレート１の内面に接触する。
　なお、突起８はユニットの仕様によっては、形成しなくともよい（実施例２以下でも同様である。）。
　このようにしてなる積層型熱交換器のコアは、図１（Ｃ）において、上面側に第２流体通路５が形成され、側面側に第１流体通路３が形成される。そして、第２流体通路５側に第１の熱媒体が上下方向に流通し、第１流体通路３内に第２熱媒体が左右方向に流通する。
　そして、第２流体通路５内の熱媒体と第１流体通路３内の熱媒体との間に熱交換が行われるものである。なお、このコアの外側には、図示しないケーシングが被嵌される。そのケーシングには、第１の熱媒体及び第２の熱媒体を導入するための導入部（例えば、タンク、パイプ等）が取付けられて熱交換器を形成する。
　この例では、各プレート１は、その両側縁部に一回折り返した平坦面６が形成され、各プレート１の平坦面６どうしが当接する。このプレートの構造により、製作が難しい厚みの薄いバー材を使用せずに、流路高さが低い第２流体通路５を形成することができる。
　そして、第２流体通路５の流路高さを第１流体通路３のそれに比べて著しく低くすることができる。それにより、第２流体通路５を流通する熱媒体の流速を早くし、熱交換を促進することが可能となる。
　なお、熱交換器を構成する各部品間は、一体的にろう付される。
　一般的には、バー材９を押出成形で製作する場合に成形することができる厚みは３ｍｍ以上であり、この厚み未満の流路高さで第２流体通路５を形成することは困難である。しかしながら、本発明では、流路高さについて３ｍｍ未満の流路高さで第２流体通路５を形成することが可能となる。
　さらには、実施例ではプレートを１回折畳んだプレート１枚分の厚みの第２流体通路５が形成されているため、流路高さが小さくなる分、バー材９部分の材料使用量が少なくて済み軽量化が期待できる。
　また、一般的には、バー材９の幅寸法を厚みより小さくすると、組み立て時にバー材９が倒れやすくなるため、バー材９の幅寸法はバーの厚み寸法より大きくすることが望ましい。しかしながら、本発明では、蛇行折畳部１１は倒れることがないため、蛇行折畳部１１のバー材９相当部の幅寸法を厚みよりも小さくすることが可能で、さらに軽量化が期待できる。

　次に、図３は、本発明の第２実施例である。
　この例が前記実施例１と異なる点は、プレート１の両側縁部に形成された平坦面６が複数回折り返された点であり、この例では、図３（Ａ）、同図（Ｃ）に示す如く、一方のプレート１の平坦面６の折り返し回数と、他方プレート１の平坦面６の折り返し回数が、同一に形成されている。平坦面６は、実施例１と同様、ユニットの内側に折り曲げられている。
　また、図３（Ｂ）に示す如く、突起８は各プレート１毎に設けられており、その突起８の頂部どうしが接触している。この突起８の高さは、折り返した平坦面６の高さと同一である。この例の突起８の構成は、前記実施例１の突起８の構成を採用することもできる。（以降の実施例でも同様である。）
　なお、この例の平坦面６の折り返し回数は、さらに多くすることができる。

　次に、図４（Ａ）、同図（Ｂ）は、本発明の第３実施例である。
　この例は、平坦面６の先端部をプレート１の中心部側に延長し、突出部６ａを形成したものでる。
　この突出部６ａは、図４（Ｂ）において、一対のプレート１内の第２流体通路５にインナーフィンを配置する場合、フィンの端縁を支持して、熱交換器の組立て時にフィン端部が一体化プレートの接合部に噛み込まれるのを防止することができる。インナーフィンの位置決めとしても最適となる。

　次に、図５（Ａ）、同図（Ｂ）は、本発明の第４実施例である。
　この例は、図５（Ａ）に記載の如く、一方のプレート１のみの両側縁部に平坦面６が形成され、他方のプレート１にはそれが存在しない。このプレートの構造によっても、製作が難しい厚みの薄いバー材を使用せずに、流路高さが低い第２流体通路５を形成することができる。

　次に、図６（Ａ）、同図（Ｂ）は、本発明の第５実施例である。
　図６（Ａ）に記載の如く、この例の平坦面６は、二回目以降の折り畳み方向を一回目と同方向として巻き込んで折り畳んでいる。この平坦面６により接続部を形成し、その接続部とプレート１とが一体化したものである。
　このプレートの構造によっても、製作が難しい厚みの薄いバー材を使用せずに、流路高さが低い第２流体通路５を形成することができる。

　次に、図７は、本発明の第６実施例の積層型熱交換器のコア部の要部平面図である。
　この実施例の第２流体通路５は、１枚のプレートからなるものである。
　第１接続部２側または第２接続部４側のいずれか一方の側縁部に蛇行折畳部１１が設けられ、他方の側縁部に一対の平坦面６が形成される。
　図７の例では、その第２接続部４に、一回以上、断面蛇行状に折畳まれて蛇行折畳部１１が形成されている。
　そして、一対の平面が対向するように、第１接続部２側に形成された平坦面６が突き合わされて一体化されることにより、チューブ状のユニットが形成され、そのユニットの内部に第２流体通路５が形成されている。
　この例では、この蛇行折畳部１１の厚みは、第１接続部２の２倍の厚みである。
　このように、対向する一対の平面を有するプレート１の一方の側縁部に蛇行折畳部１１を形成して第２接続部４を形成した場合には、１枚のプレートを曲折形成するのみで第２流体通路５が形成できるので、さらに組立て易い熱交換器のプレートとなる。
　変形例
　前記各実施例は、プレートの両側縁部に平坦面６を形成したが、それに代えて、プレートの片側縁部のみに平坦面６を形成し、一対の同一形状のプレートを交互に１８０度回転して熱交換器を組み立ててもよい。

　本発明は、二種の熱媒体を互いに直交する方向に流通させる各種熱交換器のプレートとして利用できる。

１　プレート
２　第１接続部
３　第１流体通路
４　第２接続部
５　第２流体通路
６　平坦面
６ａ　突起
７　インナーフィン
７ａ　第１インナーフィン
７ｂ　第２インナーフィン
８　突起部
９　バー材
９ａ　第１バー材
９ｂ　第２バー材
１０　端板
１１　蛇行折畳部

Claims (6)

1. 　夫々対向する一対のプレート（１）の両側縁部の間が一対のバー材（９）で接続されてそれらの間に第１流体通路（３）が形成され、
   　前記第１流体流路（３）に直交して一対のプレート間が第１接続部（２）、第２接続部（４）により接続されて、それらの間に第２流体通路（５）が形成され、
   　前記第１流体通路（３）と第２流体通路（５）とがプレートの厚み方向に交互に積層されて、各プレート（１）間が液密にろう付接合され、
   　前記第１流体通路（３）内の熱媒体と第２流体通路（５）内の熱媒体との間で熱交換が行なわれる積層型熱交換器のプレートにおいて、
   　前記第２流体通路（５）の前記第１接続部（２）は、その熱媒体の流通方向に平行なプレート（１）の一方の側縁部をプレートの厚み方向に平行に一回以上折り畳んだ平坦面（６）により形成されており、
   　前記第２接続部（４）は、他方の前記側縁部を前記第１接続部（２）と同様に一回以上折り畳んだ平坦面（６）により形成され、または、一対の対向するプレート（１）の他方の前記側縁部どうしが一体に連結され、その連結部が一回以上、断面蛇行状に折畳まれてなる蛇行折畳部（１１）により形成されており、
   　前記プレート（１）とそれらの接続部（２，４）とが一体化された積層型熱交換器のプレート。
2. 　請求項１に記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
   　熱媒体の流通方向に平行なプレートの両方の側縁部をプレート厚み方向に一回以上折り畳んだ平坦面（６）により、前記第１接続部（２）および第２接続部（４）が形成されており、
   　それらの接続部（２，４）と前記プレート（１）とが一体化された積層型熱交換器のプレート。
3. 　請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
   　二回目以降の折り畳み方向を一回目と同方向として巻き込むように折り畳んだ平坦面（６）により、前記第１接続部（２）が形成されており、その第１接続部（２）と前記プレート（１）とが一体化された積層型熱交換器のプレート。
4. 　請求項１または請求項２に記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
   　複数回の折り畳まれた平坦面（６）の一部の縁部が、他の折り畳みの縁部よりも、プレートの平面の中心側に突出された突出縁部（６ａ）を有する積層型熱交換器のプレート。
5. 　請求項１~請求項４のいずれかに記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
   　流体通路内に平面的に分散する複数の突起（８）が形成された積層型熱交換器のプレート。
6. 　請求項１~請求項３のいずれかに記載の積層型熱交換器のプレートにおいて、
   　前記第１流体通路（３）内にフィン（７）が配置されており、
   　前記第２流体通路（５）の接続部に平坦部（６）が形成されると共に、第２流体通路（５）を構成する対向する一対のプレート（１）の内面どうしが、流体通路内に平面的に分散して配置された複数の突起（８）により接合された積層型熱交換器のプレート。

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