JP2006078063A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非常に優れた熱交換性能を維持しながら、非常に製造容易な構造で、安価でかつ信頼性の高い熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】多数の貫通穴４を備えた基板５と管内が貫通穴４と連通し基板５の表面から略垂直に設けられた複数の管６から構成される管群板３を複数備え、基板５の背面の貫通穴４と隣接する管群板３の管６とが連通するように管群板３を積層したものであり、管群板３を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。
【選択図】図４

Description

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、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。

従来、この種の熱交換器としては、管とフィンとから構成されたものが一般的であるが、近年はそのコンパクト化を図るために、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。その極端な形態としては、管外径が０．５ｍｍ程度の非常に細い管のみから熱交換部が構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の熱交換器の正面図である。

図８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口タンク３１と出口タンク３２と、入口タンク３１と出口タンク３２の間に断面円環の複数の管３３が配置され、管３３の外部を外部流体が流通されるコア部３４が構成されている。

そして、管３３を正方形の碁盤目状に配置するとともに、管３３の外径を０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とし、隣接する管３３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。
特開２００１−１１６４８１号公報

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いては示されていないが、一般的には、多数の細い管３３と、特定の面に多数の細かい円孔を予め空けた入口タンク３１と出口タンク３２を用意し、入口タンク３１及び出口タンク３２の円孔に管３３の両端を挿入し、溶接等によって管３３の挿入部を入口タンク３１及び出口タンク３２に接着する方法が考えられる。しかしながら、長くて細い管３３は非常に高価であるばかりでなく、入口タンク３１や出口タンク３２に管３３の挿入用の微細な円孔を所定の微細なピッチで設けることと、非常に多くの管３３を入口タンク３１や出口タンク３２に挿入し接着する工程が非常に困難であり、熱交換性能が高くても、非常に高価でかつ接合部の洩れに対する信頼性が低いものになるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、非常に優れた熱交換性能を保持しながら、非常に製造が容易な構造で、安価で、かつ信頼性の高い熱交換器を提供することを目的とする。

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基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板の表面から略垂直に設けられた複数の管から構成される管群板を複数備え、前記基板の背面の前記貫通穴と隣接する前記管群板の前記管とが連通するように前記管群板を積層したものである。

かかる構成により、管群板を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もない。

また本発明は、前記管の先端の外径を前記貫通穴の内径よりも小さくして、隣接する前記管群板の前記管の先端を前記貫通穴に挿入したものである。

かかる構成により、管の挿入代を設けることで管相互の接続を確実にできる。

また本発明は、前記基板の背面の前記貫通穴に前記管の先端の外径と同等以上の内径の凹みを設け、前記凹みに隣接する前記管群板の前記管の先端を挿入したものである。

かかる構成により、管の貫通穴への挿入長さを規定することができる。

また本発明は、内部に空間を持つヘッダーを積層された前記管群板の両外側に設け、両端の前記基板が前記ヘッダーの一部を構成するものである。

かかる構成により、管群板を利用してヘッダーを構成できるので、ヘッダーに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がない。

また本発明は、前記基板の平面方向を重力方向に配置したものである。

かかる構成により、基板上での埃の堆積や結露水の滞留を防ぐことができる。

また本発明は、前記ヘッダーの前記空間内の前記管の突出長さを不均一にしたものである。

かかる構成により、管内を流れる流体の流量比率を調整することができる。

また本発明は、前記管群板を射出成形またはプレス成形により成形したものである。

かかる構成により、管群板を同一形状で大量に速く加工できる。

また本発明は、前記管の先端と隣接する前記管群板の背面を溶着または拡散接合により接合するものである。

かかる製造方法により、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができる。

本発明の熱交換器は、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。

また本発明の熱交換器は、管の挿入代を設けることで管相互の接続を確実にできるので、洩れに対する信頼性を確保することができる。

また本発明の熱交換器は、管の貫通穴への挿入長さを規定することができるので、熱交換器の反りや歪みを抑えることができる。

また本発明の熱交換器は、ヘッダーに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がないので、少ない工程で製造できるとともに、ヘッダーでの洩れに対する信頼性を確保することができる。

また本発明の熱交換器は、基板上での埃の堆積や結露水の滞留を抑えることができるので、管外を流れる流体の流動抵抗の増大を抑えることができる。

また本発明の熱交換器は、管内を流れる流体の流量比率を調整することができるので、管外を流れる流体の速度分布や温度分布に応じて熱交換量の分布を最適化することができる。

また本発明の熱交換器の製造方法は、管群板を同一形状で大量に速く加工できるので、品質が安定し、加工費を抑えることができる。

また本発明の熱交換器の製造方法は、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができ、安全性を高めることができる。

請求項１に記載の発明は、多数の貫通穴を備えた基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板の表面から略垂直に設けられた複数の管から構成される管群板を複数備え、前記基板の背面の前記貫通穴と隣接する前記管群板の前記管とが連通するように前記管群板を積層した熱交換器であり、管群板を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の熱交換器において、前記管の先端の外径を前記貫通穴の内径よりも小さくして、隣接する前記管群板の前記管の先端を前記貫通穴に挿入したものであり、管の挿入代を設けることで管相互の接続を確実にできるので、洩れに対する信頼性を確保することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の熱交換器において、前記基板の背面の前記貫通穴に前記管の先端の外径と同等以上の内径の凹みを設け、前記凹みに隣接する前記管群板の前記管の先端を挿入したものであり、管の貫通穴への挿入長さを規定することができるので、熱交換器の反りや歪みを抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の熱交換器において、内部に空間を持つヘッダーを積層された前記管群板の両外側に設け、両端の前記基板が前記ヘッダーの一部を構成するものであり、ヘッダーに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がないので、少ない工程で製造できるとともに、ヘッダーでの洩れに対する信頼性を確保することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の熱交換器において、 基板の平面方向を重力方向に配置したものであり、基板上での埃の堆積や結露水の滞留を抑えることができるので、管外を流れる流体の流動抵抗の増大を抑えることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明の熱交換器において、前記ヘッダーの前記空間内の前記管の突出長さを不均一にしたものであり、管内を流れる流体の流量比率を調整することができるので、管外を流れる流体の速度分布や温度分布に応じて熱交換量の分布を最適化することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明の熱交換器の製造方法において、前記管群板を射出成形またはプレス成形により成形したものであり、管群板を同一形状で大量に速く加工できるので、品質が安定し、加工費が安くなる。

請求項８に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明の熱交換器の製造方法において、前記管の先端と隣接する前記管群板の背面を溶着や拡散接合により接合したものであり、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができ、安全性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の熱交換器の正面図、図２は、同実施の形態の熱交換器の上面図、図３は図１のＡＡ断面図、図４は図２のＢＢ断面図、図５は同実施の形態の熱交換器の管群板の正面図、図６は同実施の形態の熱交換器の管群板の側面図、図７は同実施の形態の熱交換器の部分拡大図である。

図１から図７において、熱交換器は、熱交換部１と熱交換部１の両端のヘッダー２ａと２ｂから構成される。熱交換部１は、基板５の平面方向が重力方向となるように複数の管群板３を水平方向に積層して構成されている。管群板３は、多数の貫通穴４を備えた基板５と管内が貫通穴４と連通し基板５の表面から垂直に設けられた複数の管６から構成され、基板５の背面の貫通穴４には管６の先端の外径よりやや大きい内径の凹み７が設けられている。そして、図７に示すように、凹み７に隣接する管群板３の管６の先端を挿入することで、基板５の背面の貫通穴４と隣接する管群板３の管６とが連通するように積層されている。ヘッダー２ａは内部に空間８ａと流入管９を備えるとともに、隣接する管群板３ａの基板５ａがヘッダー２ａの一部を構成し、また管群板３ａの管６ａは流入管９から離れるにしたがって空間８ａへの突出長さが大きくなっている。ヘッダー２ｂは内部に空間８ｂと流出管１０を備えるとともに、隣接する管群板３ｂの基板５ｂがヘッダー２ｂの一部を構成する。

以上のように構成された熱交換器では、管６の管内を流れる流体Ａと管６の外部を流れる流体Ｂとが管６を介して熱交換する。流体Ａの具体例としては水や冷媒、流体Ｂの具体例としては空気やガスなどが考えられる。また流体Ａは、流入管９からヘッダー２ａの空間８ａに流入し、空間８ａに接続されている複数の管６の内部を分岐して流れる。管６の内部を流れた流体Ａはヘッダー２ｂの空間８ｂで合流した後、流出管１０から流出する。この際、この熱交換器では管６を備えた管群板３を積層することで管群状の熱交換部１を構成するので、非常に細い管を非常に高密度に配列することができ、流体Ａや流体Ｂが接する管６の伝熱面積を非常に大きくすることができるので、非常に高能力でコンパクトな熱交換器を実現することができる。

以上のように、本実施の形態においては、多数の貫通穴４を備えた基板５と管内が貫通穴４と連通し基板５の表面から略垂直に設けられた複数の管６から構成される管群板３を複数備え、基板５の背面の貫通穴４と隣接する管群板３の管６とが連通するように管群板３を積層したものであり、管群３板を積層することで熱交換器を容易に構成することができるので、長くて細い管を使用する必要はなく、同時に管を並べる必要もないので、熱交換器を非常に安価でかつ簡単な工程で製造できる。

また管６の先端の外径を貫通穴４の内径よりも小さくして、隣接する管群板３の管６の先端を貫通穴４に挿入したものであり、管６の挿入代を設けることで管６相互の接続を確実にできるので、洩れに対する信頼性を確保することができる。

また基板５の背面の貫通穴４に管６の先端の外径と同等以上の内径の凹み７を設け、凹み７に隣接する管群板３の管６の先端を挿入したものであり、管６の貫通穴４への挿入長さを規定することができるので、熱交換器の反りや歪みを抑えることができる。

また内部に空間８ａ、８ｂを持つヘッダー２ａ、２ｂを積層された管群板３の両外側に設け、両端の基板５ａ、５ｂがヘッダー２ａ、２ｂの一部を構成するものであり、ヘッダー２ａ、２ｂに管挿入用の穴を設けたり、管をヘッダーに挿入し接着したりする必要がないので、少ない工程で製造できるとともに、ヘッダーでの洩れに対する信頼性を確保することができる。

また基板５の平面方向を重力方向に配置したものであり、基板５上での埃の堆積や結露水の滞留を抑えることができるので、管外を流れる流体Ｂの流動抵抗の増大を抑えることができる。

またヘッダー２ａの空間８ａ内の管６ａの突出長さを不均一にしたものであり、管内を流れる流体Ａの流量比率を調整することができるので、管外を流れる流体Ｂの速度分布や温度分布に応じて熱交換量の分布を最適化することができる。

また管群板３を射出成形またはプレス成形により成形したものであり、管群板３を同一形状で大量に速く加工できるので、品質が安定し、加工費が安くなる。

また管６の先端と隣接する管群板３の背面を溶着または拡散接合により接合したものであり、ロウ材や接着剤等の異種材料を使用しないので、不純物の析出等を防ぐことができ、安全性を高めることができる。

なお本実施の形態１の熱交換器では管６を円管としたが、管６は楕円管や矩形管としても良い。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、非常に優れた熱交換性能を、非常に製造が容易な構造で、かつ安価に実現でき、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。

本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図 同実施の形態の熱交換器の上面図 図１の熱交換器のＡＡ断面図 図２の熱交換器のＢＢ断面図 同実施の形態の熱交換器の管群板の正面図 同実施の形態の熱交換器の管群板の側面図 同実施の形態の熱交換器の部分拡大図 従来の熱交換器の正面図

符号の説明

２ ヘッダー
３ 管群板
４ 貫通穴
５ 基板
６ 管
７ 凹み

Claims (8)

1. 多数の貫通穴を備えた基板と管内が前記貫通穴と連通し前記基板の表面から略垂直に設けられた複数の管から構成される管群板を複数備え、前記基板の背面の前記貫通穴と隣接する前記管群板の前記管とが連通するように前記管群板を積層した熱交換器。
2. 前記管の先端の外径を前記貫通穴の内径よりも小さくして、隣接する前記管群板の前記管の先端を前記貫通穴に挿入した請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記基板の背面の前記貫通穴に前記管の先端の外径と同等以上の内径の凹みを設け、前記凹みに隣接する前記管群板の前記管の先端を挿入した請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 内部に空間を持つヘッダーを積層された前記管群板の両外側に設け、両端の前記基板が前記ヘッダーの一部を構成する請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 基板の平面方向を重力方向に配置した請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記ヘッダーの前記空間内の前記管の突出長さを不均一にした請求項４に記載の熱交換器。
7. 前記管群板を射出成形またはプレス成形により成形した請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
8. 前記管の先端と隣接する前記管群板の背面を溶着または拡散接合により接合した請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。

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