JP2010230213A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を高めることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、一方の面に複数本の直線部５ａと直線部５ａの端部同士を繋ぐ曲線部５ｂとを有する蛇行形状の凹部５が形成され、他方の面に複数本の直線部６ａと直線部６ａの端部同士を繋ぐ曲線部６ｂとを有して凹部５に対応する蛇行形状の凸部６が形成された２枚のプレート４が、凸部６の直線部６ａ同士が接するように接合され、隣接する凸部６間に流体が流れる流体通路７が形成されている。２枚のプレート４の一方の面に形成された蛇行形状の凹部５には、それぞれ蛇行形状の冷媒管３がはめ込まれている。プレート４には、流体通路７内に突出し、この流体通路７の表面積を増大させる伝熱促進体１０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、冷媒が流れる冷媒管と、この冷媒管の周囲に設けられた流体通路を流れる流体との間での熱交換を効率良く行なえるようにした熱交換器に関する。

従来、冷媒が流れる冷媒管と、この冷媒管の周囲に設けられた流体通路を流れる流体との間で熱交換を行なうようにした熱交換器としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載された熱交換器は、冷媒との間で熱交換される流体（例えば、水）が流れる流体通路が２枚のプレートを張り合わせた間に形成され、プレート間に形成された流体通路内に、冷媒が流れる冷媒管が配置されている。冷媒管は、複数の直線部と直線部の端部に位置する複数の湾曲部とからなり、蛇行形状に形成されている。

特開２００７−３０１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された熱交換器においては、以下の点について考慮されていない。

流体通路内を流れる流体は、流体通路の一端側に形成された流体入口から流入し、流体通路の他端側に形成された流体出口から流出する。そして、流体入口から流体出口に向かう方向が、冷媒管の直線部と略直交している。

このため、流体通路内を流れる流体の流量は、流体入口と流体出口とを結ぶ直線上及びその周囲で最大になり、その直線上から離れるについて少なくなる。したがって、流体通路内における流体入口と流体出口とを結ぶ直線から大きく離れた領域では、冷媒と流体との間の熱交換が有効に行なわれず、熱交換器の熱交換効率が低くなっている。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、熱交換効率を高めることができる熱交換器を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、熱交換器において、一方の面に複数本の直線部と前記直線部の端部同士を繋ぐ曲線部とを有する蛇行形状の凹部が形成され、他方の面に複数本の直線部と前記直線部の端部同士を繋ぐ曲線部とを有して前記凹部に対応する蛇行形状の凸部が形成された２枚のプレートを、前記凸部の前記直線部が接するように接合し、隣接する前記凸部間に流体が流れる流体通路が形成されたプレート本体と、前記プレート本体に設けられて前記流体通路の一端側に連通された流体入口と前記プレート本体に設けられて前記流体通路の他端側に連通された流体出口と、２枚の前記プレートの一方の面に形成された蛇行形状の前記凹部にそれぞれ嵌め込まれた蛇行形状の冷媒管と、前記プレートに形成されて前記流体通路内に突出し、この流体通路の表面積を増大させる伝熱促進体と、を備えることである。

本発明によれば、伝熱促進体を設けることにより流体通路の表面積が増大し、熱交換効率を高めることができる。

本発明の第１の実施の形態の熱交換器の内部構造を断面にして示す斜視図である。 熱交換器を構成する、２枚のプレートからなるプレート本体と、プレートの凹部に嵌め込まれた冷媒管とを示す斜視図である。 図２の分解斜視図である。 図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。 伝熱促進体の第１の変形例を示す断面図である。 伝熱促進体の第２の変形例を示す断面図である。 伝熱促進体の第３の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（実施の形態）
本発明の一実施の形態を、図１ないし図４に基づいて説明する。熱交換器１は、図１に示すように、積層された複数のプレート本体２と、内部を冷媒が流れる複数の冷媒管３とにより構成されている。なお、複数の冷媒管３は、その流入側と流出側とでそれぞれ集合されている。

プレート本体２は、２枚のプレート４を接合することにより形成されている。各プレート４の一方の面である表面には、図３に示すように、複数本の直線部５ａとこれらの直線部５ａの端部同士を繋ぐ曲線部５ｂとを有する蛇行形状の凹部５が形成されている。各プレート４の他方の面である裏面には、複数の直線部６ａとこれらの直線部６ａの端部同士を繋ぐ曲線部６ｂとを有する蛇行形状の凸部６が形成されている。なお、凸部６は凹部５に対応する形状に形成されており、凹部５と凸部６とはプレート４をプレス加工することにより形成されており、このプレス加工により突出した側が凸部６となり、へこんだ側が凹部５となり、凸部６と凹部５とは対応する形状に形成されている。２枚のプレート４において、隣合う直線部５の間隔は同じに形成されている。また、直線部５ａ，６ａの一部は、後述する流体通路７を形成するために曲線部５ｂ，６ｂを越えるプレート４の端部まで延出されている。

２枚のプレート４は、凸部６の直線部６ａ同士が接するように接合されている。なお、凸部６の曲線部６ｂは、２枚のプレート４を接合させた場合に互いに接しないように位置をずらして形成されている。

そして、プレート本体２には、２枚のプレート４を接合することにより隣接する凸部６間に流体通路７が形成されている。この流体通路７には、図２において破線の矢印で示すように流体である水が流れる。

また、プレート本体２には、流体通路７の一端側に連通されて流体通路７内に流入する水が流入する流体入口８と、流体通路７の他端側に連通されて流体通路７内を経由した水が流出する流体出口９とが形成されている。

冷媒配管３は、各プレート４の表面に形成された蛇行形状の凹部５と同じ蛇行形状に形成され、冷媒配管３は各プレート４の凹部５に嵌め込まれている。

各プレート４には、図４に示すように、流体通路７内に突出する複数の伝熱促進体１０が形成され、これらの伝熱促進体１０が形成されることにより、流体通路７の表面積が増大されている。また、これらの伝熱促進体１０は、流体通路７内を流れる水の流れ方向を流体通路１０の壁面を構成するプレート４に向ける形状に形成されている。さらに、伝熱促進体１０は、流体通路７内を流れる水の流速を、水の流れ方向に沿った流体通路７の各部において略均一にするような密度で形成されている。具体的には、水の流れ方向が反転する流体通路７の端部側には伝熱促進体１０が設けられず、流体通路７の直線部分にのみ伝熱促進体１０が設けられている。これは、伝熱促進体１０を設けることにより流体通路７の断面積が小さくなって流速が速くなるが、流体通路７の端部側では曲線部６ｂにより流体通路７の断面積が狭められて既に流速が速くなっているためである。また、一方のプレート４に形成された伝熱促進体１０と他方のプレート４に形成された伝熱促進体１０とは、水の流れに沿った方向の同じ位置に配置されず、図４に示すようにその位置をずらして配置されている。

このような構成において、この熱交換器１では、高温の冷媒が矢印Ａで示すように冷媒管３内を流れる。また、水が、流体入口８から流入し、破線の矢印で示すように流体通路７内を流れ、流体出口９から流出する。そして、水が流体通路７内を流れる間に、冷媒管３内を流れる高温の冷媒との間で熱交換され、温水となる。

流体通路７内においては、一方のプレート４に形成された伝熱促進体１０と他方のプレート４に形成された伝熱促進体１０とが水の流れに沿って位置をずらして配置されているため、流体通路７内を流れる水は、図４の矢印で示すように、蛇行しながら流れる。

ここで、冷媒と水との間での熱交換効率を高めるためには、流体通路７の表面積を大きくすることや、流体通路７内を流れる水の流れ方向を流通通路７の壁面に向けることや、流体通路７内を流れる水の流速を速くすることや、流体通路７内を流れる水の流れ方向に沿った流速を流体通路７内の各部において均一化することが考えられる。

したがって、図４に示すように流体通路７内に伝熱促進体１０を設けることにより、流体通路７の表面積が増大し、冷媒と水との間の熱交換効率を高めることができる。

また、流体通路７内に伝熱促進体１０を設けることにより、流体通路７の直線部分の断面積が小さくなるためにこの直線部分を流れる水の流速が速くなり、冷媒と水との間の熱交換効率を高めることができる。

また、流体通路７内に伝熱促進体１０を設けることにより、流体通路７内を流れる水は、図４の矢印で示すように伝熱促進体１０に当たった後その伝熱促進体１０が形成されているプレート４と反対側のプレート４に向かうようになり、流体通路７内を流れる水が伝熱促進体１０を含む流体通路７の壁面にぶつかり、冷媒と水との間の熱交換効率を高めることができる。

また、流体通路７内の伝熱促進体１０を、水の流れ方向が反転する流体通路７の端部側には設けず、流体通路７の直線部分のみに設けているため、伝熱促進体１０を設けない場合には流体通路７の端部側に比べて流速が遅い直線部分の流速を速くすることができる。これにより、流体通路７内を流れる水の流れ方向に沿った流速を流体通路７内の各部において均一化するとと共に速めることができ、冷媒と水との間の熱交換を熱交換器１内の各部で略均等に行なうことができ、熱交換効率を高めることができる。

なお、本実施の形態では、水の流れ方向が反転する流体通路７の端部側には伝熱促進体１０を設けず、流体通路７の直線部分にのみ伝熱促進体１０を設けた場合を例に挙げて説明したが、流体通路７の端部側に少数の伝熱促進体１０を設け、流体通路７の直線部分に多数の伝熱促進体１０を設けることにより、流体通路７内を流れる水の流速を、水の流れ方向に沿った流体通路７の各部において略均一にするようにしてもよい。

（第１の変形例）
以下、伝熱促進体の変形例について説明する。

図５は、第１の変形例の伝熱促進体１１を示している。この伝熱促進体１１は、図４に示した伝熱促進体１０に比べて、流体通路７内への突出寸法が大きく形成されている。

これにより、流体通路７の表面積がさらに増大し、冷媒と水との間の熱交換効率をさらに高めることができる。

また、この伝熱促進体１１を設けることにより、流体通路７の直線部分の断面積がさらに狭くなり、この直線部分を流れる水の流速がさらに速くなり、冷媒と水との間の熱交換効率をさらに高めることができる。

また、この伝熱促進体１１を設けることにより、流体通路７内を流れる水がプレート４の壁面に強くぶつかるようになり、冷媒と水との間の熱交換効率をさらに高めることができる。

（第２の変形例）
図６は、第２の変形例の伝熱促進体１２，１３を示している。一方のプレート４には流体通路７内への突出寸法が小さい伝熱促進体１２が形成され、他方のプレート４には流体通路７内への突出寸法が大きい伝熱促進体１３が形成されている。また、伝熱促進体１２，１３における水の流れ方向の下流側に向けた面の傾きが緩やかになっている。

これにより、流体通路７内を流れる水が伝熱促進体１２，１３から剥離せずに伝熱促進体１２，１３の表面をなめるように流れるようになり、冷媒と水との間の熱交換効率をさらに高めることができる。

（第３の変形例）
図７は、第３の変形例の伝熱促進体１４を示している。前述した実施の形態及び各変形例では、一方のプレート４と他方のプレート４とに形成された伝熱促進体１０〜１３は、水の流れに沿った方向の位置をずらして配置されているが、第３の変形例の伝熱促進体１４は、水の流れに沿った方向の同じ位置に配置されている。

このように、二つのプレート４に形成された伝熱促進体１４を水の流れ方向に沿った同じ位置で対向させた場合でも、流体通路７の表面積を大きくすることができ、また、流体通路７内を流れて伝熱促進体１４を通過した水を流通通路７の壁面に向けることができ、また、流体通路７内を流れる水の流速を速くすることができ、冷媒と水との間の熱交換効率を高めることができる。

なお、前述した実施の形態及び各変形例では、２つのプレート４にそれぞれ伝熱促進体１０〜１４を形成した場合について説明したが、伝熱促進体を一方のプレート４にのみ形成し、他方のプレート４には伝熱促進体を形成しなくてもよい。

このように、一方のプレート４にのみ伝熱促進体を形成した場合でも、冷媒と水との間の熱交換効率を高めることができる。

１…熱交換器，２…プレート本体，３…冷媒管，４…プレート，５…凹部，５ａ…直線部，５ｂ…曲線部，６…凸部，６ａ…直線部，６ｂ…曲線部，７…流体通路，８…流体入口，９…流体出口，１０…伝熱促進体，１１，１２，１３…伝熱促進体

Claims (5)

1. 一方の面に複数本の直線部と前記直線部の端部同士を繋ぐ曲線部とを有する蛇行形状の凹部が形成され、他方の面に複数本の直線部と前記直線部の端部同士を繋ぐ曲線部とを有して前記凹部に対応する蛇行形状の凸部が形成された２枚のプレートを、前記凸部の前記直線部が接するように接合し、隣接する前記凸部間に流体が流れる流体通路が形成されたプレート本体と、
   前記プレート本体に設けられて前記流体通路の一端側に連通された流体入口と前記プレート本体に設けられて前記流体通路の他端側に連通された流体出口と、
   ２枚の前記プレートの一方の面に形成された蛇行形状の前記凹部にそれぞれ嵌め込まれた蛇行形状の冷媒管と、
   前記プレートに形成されて前記流体通路内に突出し、この流体通路の表面積を増大させる伝熱促進体と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記伝熱促進体は、前記流体通路内を流れる流体の流れ方向をこの流体通路の壁面に向ける形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記伝熱促進体は、前記流体通路を流れる流体の流速を流体の流れ方向に沿った前記流体通路の各部において略均一にするような密度で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記伝熱促進体は、２枚の前記プレートのそれぞれに形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. ２枚の前記プレートにそれぞれ形成された前記伝熱促進体は、位置をずらして対向していることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。

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