JP2003336990A - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
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-
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- F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
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- F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction
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Abstract
すること。 【解決手段】 熱交換器10は、隔壁となるプレート3
の異なる面に第1の流路2と第2の流路6とを配してな
り、第1の流路2は第1の流路プレート1を板厚方向に
抜いた貫通孔で形成し、第2の流路6は第2の流路プレ
ート5と隔壁プレート3との間に形成したものである。
これによれば、平板に設けた貫通孔を第1の流路2とし
て利用するだけの簡単な方法で、耐圧性に優れた微細な
流路を構成することが容易になる。さらに、このような
流路を面状に配置することで、平坦で広い伝熱面を形成
し、薄型の熱交換器を構成することが可能となる。よっ
て、耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供でき
る。
Description
に、ヒートポンプを用いて温水を生成する給湯機や冷温
水を生成する冷暖房機などに利用される冷媒対水の熱交
換器のような、異種媒体間の熱移動を行う熱交換器に関
する。
昭62−5587号公報に開示されているような熱交換
器が提案されている。その構成について、図5を参照し
ながら説明する。
利用して給湯水の加熱を行ういわゆるヒートポンプ給湯
機に利用されるものであり、高温高圧の冷媒が流れる第
1の伝熱管51と、低温低圧の水が流れる第2の伝熱管
52とを備え、第1および第2の伝熱管51および52
をそれぞれ偏平化して密着させ、螺旋状に巻回した構成
となっている。このとき、第1の伝熱管51を流れる高
温の冷媒は、その上下に位置する第2の伝熱管52を流
れる低温の水と熱交換を行い、この水を加熱することに
なる。
く比較的強度の小さい管体を使用することにより偏平化
を容易にするとともに、この偏平化により管同士が密着
する面積すなわち伝熱面積の拡大を図ることにより、熱
交換性能を向上させている。
来の構成では、次のような課題がある。例えば、熱交換
器50を、動作圧力が非常に高い、例えば二酸化炭素冷
媒と水との熱交換器として利用する場合、高圧冷媒の流
れる第1の伝熱管51内部に加わる圧力が非常に高くな
るため、管体をあらかじめ機械的に偏平化する従来のよ
うな構成では、変形に供しやすく、十分な耐圧性を確保
することが困難となる。
に、第1の伝熱管51および第2の伝熱管52を密着さ
せて螺旋状に巻回した構成であり、円筒形状となる熱交
換器50の内側にデッドスペースが形成されるため、伝
熱面積に比して熱交換器の占有体積が大きくなり、装置
内部に収納するスペースが多く必要となるという課題が
あった。
で、耐圧性に優れ、コンパクトな熱交換器を提供するも
のである。
るために、本発明の熱交換器は、隔壁となるプレートの
異なる面に第1および第2の流路を配し、第1の流路は
第1の流路プレートを板厚方向に抜いた貫通孔で形成
し、第2の流路は第2の流路プレートと隔壁プレートと
の間に形成したものである。
だけの簡単な方法で、耐圧性に優れた微細な流路を構成
することが容易になる。さらに、このような流路を面状
に配置することで、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の
熱交換器を構成することが可能となる。よって、耐圧性
に優れ、コンパクトな熱交換器を提供できる。
なるプレートの異なる面に第1の流路と第2の流路とを
配してなり、前記第1の流路は第1の流路プレートを板
厚方向に抜いた貫通孔で形成し、前記第2の流路は第2
の流路プレートと前記隔壁プレートとの間に形成したも
のであり、プレートに貫通孔を設けるだけの簡単な方法
で、耐圧性に優れた微細な流路を構成することが容易に
なる。さらに、このような流路を面状に配置すること
で、平坦な伝熱面を形成し、薄型の熱交換器を構成する
ことが可能となる。よって、耐圧性に優れ、コンパクト
な熱交換器を提供できる。
に対して、特に第1の流路を複数かつ略平行に構成する
ものであり、耐圧性に優れた微細な流路を複数かつ略平
行に並列配置することで、平坦でより広い伝熱面を形成
することが可能となる。よって、耐圧性に優れ、コンパ
クトで熱交換性能に優れた熱交換器を提供できる。
に対して、特に隔壁プレート内に複数の第1の流路と連
通する分配流路を設けたものであり、簡単な構成で容易
に複数の流路に流体を分配することができ、熱交換器の
薄型化を実現できる。
に対して、特に分配流路が略軸対称形状を有するもので
あり、複数の第1の流路に対して均一に流体を分配する
ことができ、有効な伝熱面積が十分確保され、熱交換器
の高性能化を実現できる。
4の構成に対して、特に分配流路の等価直径が、第1の
流路の等価直径よりも大きいものであり、分配流路にお
ける流体の圧力損失を、第1の流路における圧力損失よ
り小さくすることにより、複数の第1の流路に対してよ
り均一に流体を分配することができ、熱交換器のさらな
る高性能化を実現できる。
構成に対して、特に第2の流路の流路幅を第1の流路の
流路幅よりも大きく形成したものであり、流路の微細化
により第1の流路の耐圧性向上を図る一方で、第2の流
路の流路幅を特に小さくすることなく、第2の流路内で
の流体の圧力損失を小さく抑えることができる。よっ
て、第1の流路の耐圧性を保持したまま、第2の流路側
の圧力損失を低減することが可能となる。
構成に対して、特に第1の流路と第2の流路とをこれら
の長手方向の略全体にわたって隔壁プレートを介して対
向する位置に形成するものであり、各流路を流れる流体
が熱交換性能に優れた対向流の形態で熱交換を行うこと
ができるため、熱交換器のさらなる高性能化とコンパク
ト化を実現できる。
構成に対して、特に第1の流路が第1の流路プレート内
で屈曲部を有するものである。同一のプレート面内で流
路を折り返すことにより、直線状の流路だけではなく、
矩形状や渦巻き状等の任意形状の流路を構成することが
できるため、流路長の長い流路に対しても、熱交換器の
縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくでき、熱交
換器のより一層のコンパクト化を実現できる。
構成に対して、特に第1の流路を挟んで両方の面上に、
隔壁プレートを介して複数の第2の流路を設けてなるも
のであり、第1の流路の上下両面で第2の流路との熱交
換が可能となり、格段に広い伝熱面積を確保することが
できる。よって、耐圧性に優れ、さらに熱交換性能が高
く、コンパクトな熱交換器を提供できる。
の構成に対して、特に隔壁となるプレートが板厚方向に
対して複数枚のプレートで構成されるものであり、第1
の流路または第2の流路の一部を形成する隔壁プレート
に万一亀裂等の異常が生じた場合も、複数枚の隔壁プレ
ートの存在により、各々の流路から漏洩した流体が、他
の流路内に混入することを防止できるため、熱交換器の
信頼性の向上を実現できる。
0の構成に対して、特に第2の流路の流路高さを、その
高温側流路で低温側流路よりも高く形成したものであ
る。例えば、給湯水等を加熱する場合、特に出口近傍の
高温側流路内においてスケールが発生しやすいが、この
部分の流路高さを高くすることでスケール析出による流
路の閉塞が緩和され、熱交換器の長寿命化が図られ、信
頼性の向上を実現できる。
しながら説明する。
交換器10の断面図、図2は熱交換器10の構成図であ
る。
るプレート3上下の異なる面に第1の流路2と第2の流
路6とを配してなり、第1の流路2は第1の流路プレー
ト1を板厚方向に抜いた貫通孔で形成し、第2の流路6
は第2の流路プレート5と隔壁プレート3との間に形成
したものである。具体的には、第1の流路2は、例えば
プレス機による打ち抜き加工やエッチング加工等によ
り、平板状の第1の流路プレート1に貫通孔を形成し、
上下両面から隔壁プレート3およびエンドプレート4で
挟んでできる空間で構成されている。一方、第2の流路
6は、例えばプレス機による絞り加工等により、第2の
流路プレート5に溝を形成し、隔壁プレート3と第2の
流路プレート5とを重ねてできる空間で構成されてい
る。
に、複数かつ略平行に構成され、第2の流路6に対し
て、隔壁プレート3を介して長手方向の略全体にわたっ
て対向する位置にある。すなわち、第1の流路2を図中
点線矢印方向に流れる流体Aと、第2の流路6を図中実
線矢印方向に流れる流体Bとが対向流となるような構成
を有している。
路プレート1と重ねたときに、第1の流路2の各流路と
連通する分配流路13aおよび13bが設けられてい
る。この分配流路13aおよび13bは、図2のように
略軸対称形状を有しており、第1の流路2を流れる流体
Aの流線方向に対して左右対称となっている。
等価直径は、第1の流路2の各流路の等価直径よりも大
きく構成されている。これは、各流路の高さと幅を適宜
設定することにより、容易に設定可能である。また、図
1に示すように、第2の流路6の流路幅W2は、第1の
流路2の流路幅W1よりも大きくなっている。
ば、第1の流路2に対しては、分配流路13aおよび1
3bと連通するように、第2の流路プレート5に貫通孔
11aおよび11bを設け、これらに配管(図示せず)
を植立させている。また、第2の流路6に対しては、同
様に第2の流路6と連通するように、第2の流路プレー
ト5に貫通孔12aおよび12bを設け、これらに配管
(図示せず)を植立させている。
の材質としては、熱伝導性および成形性の良い金属、例
えば銅やアルミニウム、ステンレス等が挙げられる。ま
た、熱交換器10の製造方法としては、ロウ付けや拡散
溶接による一体化接合が挙げられる。
いて、以下その作用を説明する。
低圧流体をそれぞれ流通させる。熱交換器10を、例え
ば、冷媒の凝縮熱等を利用して給湯水の加熱を行ういわ
ゆるヒートポンプ給湯機に利用するものとすると、高圧
流体は二酸化炭素等の冷媒であり、低圧流体は給湯水と
なる。このとき、高温高圧の冷媒は、第1の流路2を流
れる間に、隔壁プレート3を介して、第2の流路6を流
れる低温低圧の水と熱交換を行うことになる。
の流路プレート1に貫通孔を設け、これを第1の流路2
として利用するだけの簡単な方法で、耐圧性に優れた微
細な流路を構成することが容易になる。さらに、このよ
うな第1の流路2を、図2のように、複数かつ略平行に
並列配置することで、平坦で広い伝熱面を形成すること
が可能となり、薄型でコンパクトな熱交換器を提供でき
る。
路2と連通する分配流路13aおよび13bを設け、こ
れらを略軸対称形状とし、さらに、これらの等価直径を
第1の流路2の等価直径よりも大きくして、分配流路1
3aおよび13bと第1の流路2における流動抵抗に差
をつけることで、複数の第1の流路2に対して均一に流
体を分配することができ、伝熱面全体にわたって有効な
伝熱面積を確保することができる。
流路2の流路幅よりも大きく構成してやれば、流路の微
細化により第1の流路2の耐圧性向上を図る一方で、第
2の流路6の流路幅を特に小さくすることなく、第2の
流路6内での流体の圧力損失を小さく抑えることができ
る。これは、第2の流路6に水等の流体を搬送するため
のポンプ動力等を低く抑制できることを意味し、第1の
流路2の耐圧性を保持したまま、第2の流路6側の圧力
損失を低減することが可能となる。
これらの長手方向の略全体にわたって隔壁プレート3を
介して対向する位置に形成され、各流路を流れる流体
が、並行流や直交流に比べて熱交換性能に優れた対向流
の形態で熱交換を行うことができるため、熱交換器のさ
らなる高性能化が図られる。したがって、耐圧性に優
れ、熱交換性能が高く、コンパクトな熱交換器を提供で
きる。
交換器20の構成図である。本発明の実施例2は、図2
に示した熱交換器10と略同一の構成を有する。本実施
例が実施例1と異なるのは、第1の流路22が、第1の
流路プレート21の面内で、略U字形状の屈曲部28を
有する点である。隔壁プレート23を介して、この第1
の流路22と対向する位置には、第2の流路26が、溝
を形成した第2の流路プレート25と隔壁プレート23
との間の空間として形成され、こちらも略U字形状の屈
曲部29を有する。分配流路33aおよび33b、貫通
孔31a、31b、32aおよび32bについては、実
施例1と同様の機能を有するので、ここでは説明を省略
する。
線状やL字形状等の屈曲部28を設けることにより、第
1の流路プレート21上に直線状の流路だけではなく、
矩形状や渦巻き状等の任意の形状の流路を構成すること
ができる。これは、必要な伝熱面積に応じて流路長を極
めて長くとる必要のある流路に対して、熱交換器20の
縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくできること
を意味する。したがって、上記した構成により、熱交換
器のより一層のコンパクト化を実現できる。
交換器30の断面図である。図4において、熱交換器3
0は、実施例1と同様に、隔壁となるプレート3a上下
の異なる面に第1の流路2と第2の流路6aとを配して
なり、第1の流路2は第1の流路プレート1を板厚方向
に抜いた貫通孔で形成し、第2の流路6aは第2の流路
プレート5aと隔壁プレート3aとの間に形成したもの
である。本実施例は、さらに、第1の流路2の下面に、
隔壁プレート3bを介して、第2の流路プレート5bで
形成される第2の流路6bを設けた構成となっている。
て、以下その作用を説明する。
の流路2に高温高圧の流体、第2の流路6aおよび6b
に低温低圧の流体がそれぞれ流れるとする。このとき、
高温高圧流体は、第1の流路2を流れる間に、隔壁プレ
ート3aおよび3bを介して、上下に位置する第2の流
路6aおよび6bを流れる低温低圧流体と熱交換を行う
ことになる。
上下両面で第2の流路との熱交換が可能となり、格段に
広い伝熱面積を確保することができる。また、第2の流
路6aおよび6bに低温側の流体を流通させてやれば、
熱交換器をとりまく大気等との温度差が小さくなり、熱
交換器の断熱性も向上する。したがって、耐圧性に優
れ、さらに熱交換性能が高く、コンパクトな熱交換器を
提供できる。
交換器40の断面図である。本発明の実施例4は、図1
に示した熱交換器20と略同一の構成を有する。本実施
例が実施例1と異なるのは、隔壁となるプレート3が板
厚方向に対して複数枚のプレート3aおよび3bで構成
されるとともに、第2の流路6の流路高さをその高温側
流路6dで低温側流路6cよりも高く形成した点であ
る。ここで、流路高さが途中で異なる第2の流路6の作
製は、絞り加工等の方法を用いて、第2の流路プレート
5に対して部分的に深さの異なる溝を形成することによ
り、容易に行うことができる。
いて、以下その作用を説明する。
向に、流体Aとして、高温高圧の冷媒、例えば、ヒート
ポンプ装置等に用いられる二酸化炭素、炭化水素、フロ
ンなどが流れ、第2の流路6には、図中実線矢印で示す
方向に、流体Bとして、低温低圧の給湯水が流れるとす
る。このとき、高温高圧の冷媒は、第1の流路2を流れ
る間に、隔壁板3aおよび3bを介して、第2の流路6
を流れる低温低圧流体と熱交換を行うことになる。低温
低圧の給湯水は、第2の流路6の出口側(高温側流路6
d)において、最も高温となる。
路2の一部を形成する隔壁プレート3bが、腐食等によ
り経時的に劣化・侵食され、その内面に亀裂等の異常が
生じ、高圧冷媒が第1の流路2から外部に漏洩するよう
な場合も、隔壁プレート3aの存在により第2の流路6
への流入を防止できるため、低温低圧の水に高温高圧の
冷媒が混入することはない。同様に、低温低圧の水が流
れる第2の流路6の一部を形成する隔壁プレート3aに
亀裂等の異常が生じ、低圧の水が第2の流路6から外部
に漏洩するような場合も、隔壁プレート3bが存在する
ため、高温高圧の冷媒が低温低圧の水が流れる第2の流
路6に流入することはない。このとき、隔壁プレート3
aおよび3bの間に、これらのプレートの外周面と連通
する微小な溝を形成しておけば、漏洩した流体を外部に
排出できる。さらに、流体に応じたセンサを設置すれ
ば、流体の漏洩を検出し、装置の異常を検出することも
できる。
ことにより、異なる流体(例えば、冷媒と水)の混合が
防止されるため、例えば、ヒートポンプ装置の冷媒およ
び冷凍機油が給湯水に混入する危険性を低減し、熱交換
器の信頼性の向上を実現できる。
冷媒対水熱交換器の場合、一般に、カルシウムやマグネ
シウム等の硬度成分を多く含んだ水を長期間高温に加熱
すると、最も高温となる水側流路の出口部近傍において
スケールが発生する可能性がある。このようなスケール
が水側流路の内周に付着すると、水の流動抵抗となって
圧力損失が増大し、熱交換器としての性能を低減させ
る。ここで、本実施例では、第2の流路6の高温側流路
6dの流路高さを、その低温側流路6cの流路高さより
も大きく構成しているため、万一水側流路内にスケール
が生成し付着した場合も、水の流動抵抗の増加を緩和す
ることができる。
に高温部で発生しやすい、スケール析出による流路の閉
塞が緩和され、熱交換器の長寿命化が図られ、信頼性の
向上を実現できる。
の発明によれば、隔壁となるプレートの異なる面に第1
および第2の流路を配し、第1の流路は第1の流路プレ
ートを板厚方向に抜いた貫通孔で形成し、第2の流路は
第2の流路プレートと隔壁プレートとの間に形成したも
のであり、プレートに貫通孔を設けるだけの簡単な方法
で、耐圧性に優れた微細な流路を構成することが容易に
なり、さらに、このような流路を面状に配置すること
で、平坦で広い伝熱面を形成し、薄型の熱交換器を構成
することが可能となる。よって、耐圧性に優れ、コンパ
クトな熱交換器を提供できる。
斜視図
Claims (11)
- 【請求項1】 隔壁となる隔壁プレートの異なる面に第
1の流路と第2の流路とを配してなり、前記第1の流路
は第1の流路プレートを板厚方向に抜いた貫通孔で形成
し、前記第2の流路は第2の流路プレートと前記隔壁プ
レートとの間に形成した熱交換器。 - 【請求項2】 第1の流路は複数かつ略平行に構成され
る請求項1記載の熱交換器。 - 【請求項3】 隔壁プレート内に複数の第1の流路と連
通する分配流路を設けた請求項2記載の熱交換器。 - 【請求項4】 分配流路が略軸対称形状を有する請求項
3記載の熱交換器。 - 【請求項5】 分配流路の等価直径を第1の流路の等価
直径よりも大きく形成した請求項3または4記載の熱交
換器 - 【請求項6】 第2の流路の流路幅を第1の流路の流路
幅よりも大きく形成した請求項1〜5のいずれか1項に
記載の熱交換器。 - 【請求項7】 第1の流路と第2の流路とをこれらの長
手方向の略全体にわたって、かつ隔壁プレートを介して
対向する位置に形成し、各流路を流れる流体を対向流と
した請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項8】 第1の流路が第1の流路プレート内で屈
曲部を有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱交
換器。 - 【請求項9】 第1の流路を挟んで両方の面上に、隔壁
プレートを介して複数の第2の流路を設けてなる請求項
1〜8のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 【請求項10】 隔壁となるプレートが板厚方向に対し
て複数枚のプレートで構成される請求項1〜9のいずれ
か1項に記載の熱交換器。 - 【請求項11】 第2の流路の流路高さをその高温側流
路で低温側流路よりも高く形成した請求項1〜10のい
ずれか1項に記載の熱交換器。
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2002
- 2002-05-15 JP JP2002139605A patent/JP3922088B2/ja not_active Expired - Fee Related
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