JP2016151387A - Heat exchanger and intermediate plate for heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器およびこのような熱交換器に用いられる中間プレートに関する。 The present invention relates to a heat exchanger and an intermediate plate used in such a heat exchanger.
一般に、熱交換器は、熱エネルギーの利用や除熱を要する機器などに幅広く利用されている。その中で、高性能熱交換器として代表的なものとして、プレート型熱交換器が知られている(特許文献1参照)。このようなプレート型熱交換器においては、プレス加工やハーフエッチング加工などで部分的に薄肉に形成された金属薄板状プレートを複数枚積み重ね、この金属薄板状プレート間に、熱交換流体の対向する或いは並行する流路を形成するようになっている。 Generally, heat exchangers are widely used for devices that require the use of heat energy or heat removal. Among them, a plate-type heat exchanger is known as a typical high-performance heat exchanger (see Patent Document 1). In such a plate-type heat exchanger, a plurality of thin metal plate plates that are partially thinned by pressing or half-etching are stacked, and the heat exchange fluid faces between the thin metal plate plates. Alternatively, parallel flow paths are formed.
また、プレート型熱交換器においては、温度の異なる2つの熱交換流体間で伝熱効率を高めるために、熱交換流体が通る流路に複数の伝熱フィンを設け、伝熱面積を増やしている。 Moreover, in a plate type heat exchanger, in order to improve heat transfer efficiency between two heat exchange fluids having different temperatures, a plurality of heat transfer fins are provided in a flow path through which the heat exchange fluid passes to increase the heat transfer area. .
しかしながら、従来のプレート型熱交換器においては、一対の対向する金属薄板状プレートを互いに貼り合わせ、この対向するプレート間に流路を形成している。また一般に、各プレートに形成された薄肉部分の深さは、プレートの厚みの約半分以下である。したがって、一対のプレート間に形成される流路の高さは、最大でもプレート1枚の厚み程度となる。このため、流路に直交する方向に切断した流路断面は、横長の形状となることが一般的である。 However, in a conventional plate heat exchanger, a pair of opposed thin metal plate plates are bonded together, and a flow path is formed between the opposed plates. Moreover, generally the depth of the thin part formed in each plate is about half or less of the thickness of a plate. Therefore, the height of the flow path formed between the pair of plates is at most about the thickness of one plate. For this reason, the cross section of the flow path cut in the direction orthogonal to the flow path generally has a horizontally long shape.
一方、プレート型熱交換器においては、流路抵抗を小さくして圧力損失を低下することが求められている。これを実現する1つの方法として、流路を高さ方向に拡大することが考えられる。しかしながら、流路を高さ方向に拡大するためにプレートの材料を厚くすると、流路形状の寸法精度が下がるだけでなく、薄肉部分の深さ方向の形状の制御が困難になり、設計通りの熱交換性能を発揮することが難しくなってしまう。 On the other hand, in the plate type heat exchanger, it is required to reduce the pressure loss by reducing the channel resistance. One way to achieve this is to enlarge the flow path in the height direction. However, increasing the thickness of the plate material to expand the flow path in the height direction not only lowers the dimensional accuracy of the flow path shape, but also makes it difficult to control the shape of the thin wall in the depth direction, as designed. It becomes difficult to demonstrate heat exchange performance.
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、各プレートの厚みを厚くすることなく、プレート間の流路を高さ方向に拡大することが可能な、熱交換器および熱交換器用中間プレートを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such points, and a heat exchanger and a heat exchange capable of expanding the flow path between the plates in the height direction without increasing the thickness of each plate. The object is to provide a dexterous intermediate plate.
本発明は、熱交換器であって、第1のプレートと、第2のプレートと、前記第1のプレートと前記第2のプレートとの間に介在された少なくとも1つの中間プレートとを備え、前記第1のプレートと、前記中間プレートと、前記第2のプレートとは互いに積層されており、前記第1のプレートおよび前記第2のプレートはそれぞれ、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記第1のプレート又は前記第2のプレートの厚み方向にそれぞれ突出するように設けられた複数の伝熱フィンとを有し、各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置され、前記中間プレートは、外周領域と、前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする熱交換器である。 The present invention is a heat exchanger comprising a first plate, a second plate, and at least one intermediate plate interposed between the first plate and the second plate, The first plate, the intermediate plate, and the second plate are laminated with each other, and the first plate and the second plate are formed in an outer peripheral region and an inner side of the outer peripheral region, respectively. A thin region that is thinner than the outer peripheral region, and a plurality of heat transfer fins provided so as to protrude from the thin region in the thickness direction of the first plate or the second plate, respectively. Each heat transfer fin is disposed in a plane direction away from the outer peripheral region and the other heat transfer fins, and the intermediate plate includes an outer peripheral region, a through region formed inside the outer peripheral region, and a front A plurality of heat transfer fins disposed in the through region, and each heat transfer fin is disposed separately from the outer peripheral region and the other heat transfer fins in the planar direction, and the bridge via the bridge. The heat exchanger is characterized in that it is held in the outer peripheral region.
本発明は、前記ブリッジは、前記中間プレートの前記外周領域の厚みよりも薄肉に形成されていることを特徴とする熱交換器である。 The present invention is the heat exchanger, wherein the bridge is formed thinner than a thickness of the outer peripheral region of the intermediate plate.
本発明は、前記ブリッジは、平面視で前記流体が流れる方向を横切る方向に延びていることを特徴とする熱交換器である。 The present invention is the heat exchanger, wherein the bridge extends in a direction crossing a direction in which the fluid flows in a plan view.
本発明は、前記中間プレートの前記複数の伝熱フィンは、X方向およびX方向に直交するY方向に配列されており、前記ブリッジは、平面視で前記X方向又は前記Y方向に沿って延びていることを特徴とする熱交換器である。 In the present invention, the plurality of heat transfer fins of the intermediate plate are arranged in the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction, and the bridge extends along the X direction or the Y direction in plan view. It is the heat exchanger characterized by the above-mentioned.
本発明は、前記ブリッジは、平面視で前記流体が流れる方向に沿って延びていることを特徴とする熱交換器である。 The present invention is the heat exchanger, wherein the bridge extends along a direction in which the fluid flows in a plan view.
本発明は、前記中間プレートは2枚設けられていることを特徴とする熱交換器である。 The present invention is the heat exchanger characterized in that two intermediate plates are provided.
本発明は、前記2枚の前記中間プレートの前記ブリッジは、平面視で互いに異なる方向に延びていることを特徴とする熱交換器である。 The present invention is the heat exchanger, wherein the bridges of the two intermediate plates extend in different directions in plan view.
本発明は、熱交換器用中間プレートであって、外周領域と、前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする中間プレートである。 The present invention is an intermediate plate for a heat exchanger, comprising an outer peripheral region, a through region formed inside the outer peripheral region, and a plurality of heat transfer fins arranged in the through region. The heat fin is an intermediate plate characterized in that the heat fin is spaced apart from the outer peripheral region and the other heat transfer fins in the planar direction and is held in the outer peripheral region via a bridge.
本発明によれば、第1のプレートと第2のプレートとの間に少なくとも1つの中間プレートを介在させ、互いに積層された第1のプレートと、中間プレートと、第2のプレートとの間に流路を形成する。これにより、第1のプレートおよび第2のプレートの厚みを厚くすることなく、流路を高さ方向に拡大することができる。 According to the present invention, at least one intermediate plate is interposed between the first plate and the second plate, and the first plate, the intermediate plate, and the second plate are stacked on each other. A flow path is formed. Thereby, the flow path can be expanded in the height direction without increasing the thickness of the first plate and the second plate.
以下、本発明の一実施の形態について、図1乃至図6を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that, in the following drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and some detailed description may be omitted.
熱交換器の構成
まず、図1により、本実施の形態による熱交換器の概略について説明する。図1は、本実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図である。
Configuration of the heat exchanger first, the FIG. 1, will be outlined in the heat exchanger according to the present embodiment. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a heat exchanger according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態による熱交換器(プレート型熱交換器)10は、一方の固定板11と、一方の固定板11から離間して設けられた他方の固定板12と、一方の固定板11と他方の固定板12との間に互いに積層して配置された複数(図1では8枚)の金属薄板状のプレート20A〜20Hとを備えている。
As shown in FIG. 1, a heat exchanger (plate type heat exchanger) 10 according to the present embodiment includes one
このうちプレート20A〜20Hは、第1の流体F1用のプレート20A〜20Dと、第2の流体F2用のプレート20E〜20Hとからなっている。すなわち、プレート20A〜20Dによって、第1の流体F1用の第1プレートユニット31が構成され、プレート20E〜20Hによって、第2の流体F2用の第2プレートユニット32が構成されている。各プレート20A〜20Hは、溶融点に近い温度で隣接するプレート20A〜20Hに圧着されることにより、接触面でプレートを構成する金属原子を相互に拡散させ、互いに強固に接合されている(拡散接合)。また、一方の固定板11と他方の固定板12とは、図示しない連結手段で互いに連結されており、これにより一方の固定板11とプレート20Aとが互いに密着し、他方の固定板12とプレート20Hとが互いに密着している。
Of these, the
一方の固定板11および他方の固定板12は、それぞれ平面略矩形状を有している。このうち一方の固定板11には、流入管13A、13Bおよび流出管14A、14Bが接続されている。これに対して他方の固定板12は、開口等が形成されることなく、平坦な形状を有している。
One fixed
流入管13Aおよび流出管14Aは、それぞれ第1の流体F1が流入および流出するものである。第1の流体F1は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管13Aから熱交換器10に流入し、プレート20A〜20D内で循環しながら熱交換を行い、流出管14Aから流出するようになっている。
The
また、流入管13Bおよび流出管14Bは、それぞれ第2の流体F2が流入および流出するものである。第2の流体F2は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管13Bから熱交換器10に流入し、プレート20E〜20H内で循環しながら熱交換を行って、流出管14Bから流出するようになっている。
Further, the
第1の流体F1および第2の流体F2は、少なくとも流入管13A、13Bに流入する時点では、互いに温度が異なっている。第1の流体F1および第2の流体F2としては、二酸化炭素、空気等の気体であっても良く、水等の液体であっても良い。第1の流体F1および第2の流体F2は、同一種類の流体を用いても良く、互いに異なる種類の流体を用いても良い。
The first fluid F 1 and the second fluid F 2 have different temperatures at least when they flow into the
このように、熱交換器10においては、プレート20A〜20Dの間を通過する第1の流体F1と、プレート20E〜20Hの間を通過する第2の流体F2との間で、熱交換が行われるようになっている。なお、プレート20A〜20Hの枚数は、図1では便宜上8枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば40枚〜400枚程度としても良い。
Thus, in the
なお、このような熱交換器10は、例えば給湯器のヒートポンプユニット、空調設備、化学プラント等に用いることができる。
In addition, such a
プレートの構成
次に、図2乃至図6を参照して、本実施の形態によるプレートの構成について説明する。なお、以下においては、第1の流体F1用のプレート20A〜20D(第1プレートユニット31)の構成について説明するが、第2の流体F2用のプレート20E〜20H(第2プレートユニット32)についてもその構成は略同様である。
Next, the structure of the plate according to this embodiment will be described with reference to FIGS. In the following, the configuration of the first fluid F 1 plates 20A to 20D (first plate unit 31) will be described, but the second fluid F 2 plates 20E to 20H (
図2(a)(b)および図3(a)(b)に示すように、プレート20A〜20Dは、それぞれ平面略矩形形状であり、長手方向と短手方向とを有している。図2(a)(b)および図3(a)(b)において、長手方向はY方向に平行であり、短手方向はY方向に直交するX方向に平行である。
As shown in FIGS. 2A and 2B and FIGS. 3A and 3B, each of the
プレート20A〜20Dのうち、プレート20A、20Dは、それぞれ外側に配置されており、プレート20B、20Cは、プレート20A、20Dの間に介在されている。すなわち一方の固定板11側から見て、プレート20A、20B、20C、20Dの順に互いに積層されている。本実施の形態において、プレート20Aが第1のプレート(又は第2のプレート)に対応し、プレート20Dが第2のプレート(又は第1のプレート)に対応する。また、プレート20B、20Cがそれぞれ中間プレートに対応する。
Of the
次に、図2(a)および図3(b)を参照して、プレート20A、20D(第1のプレートおよび第2のプレート)の構成について説明する。
Next, the configuration of the
図2(a)および図3(b)に示すように、プレート20A、20Dは、それぞれ外周領域21と、外周領域21の内側に形成された薄肉領域(ハーフエッチング領域)22とを備えている。このうち外周領域21は、各プレート20A、20Dの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域21は、ハーフエッチングが施されておらず、薄肉領域22よりも厚い領域である。また、外周領域21は、本実施の形態においては、全面にわたりほぼ同一の厚みを有している。
As shown in FIGS. 2A and 3B, the
また、薄肉領域22は、外周領域21よりも薄肉となっており、プレート20A、20Dの一面側のみに形成されている。この場合、薄肉領域22は、当該一面側から例えばハーフエッチング加工を施すことにより形成されている。なお、「ハーフエッチング」とは、被エッチング材料をその厚み方向に途中までエッチングすることをいう。薄肉領域22の深さは、例えば、外周領域21の厚みの40%〜60%程度とされても良い。
The
薄肉領域22のうち、プレート20A、20Dの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口23A、出口側開口24Aが形成されている。この入口側開口23A、出口側開口24Aは、第1の流体F1が通過するとともに、薄肉領域22に連通している。
In the
また、外周領域21のうち、プレート20A、20Dの他の一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口23B、出口側開口24Bが形成されている。この入口側開口23B、出口側開口24Bは、第2の流体F2が通過するとともに、プレート20A、20Dの薄肉領域22とは連通しないようになっており、他方、プレート20E〜20Hの内部に形成された流路26に連通するようになっている。
Further, in the outer
これらの入口側開口23A、23B、出口側開口24A、24Bは、それぞれプレート20A、20Dを貫通するように形成される。なお、入口側開口23A、23B、出口側開口24A、24Bは、薄肉領域22を片面側からハーフエッチングにより形成する際、薄肉領域22と同時に両面側からエッチングすることにより形成されても良い。
These
薄肉領域22には、複数の伝熱フィン25がそれぞれZ方向(プレート20A、20Dの厚み方向)に突出して設けられている。各伝熱フィン25が設けられている箇所の厚みは、外周領域21の厚みと同一である。一方、各伝熱フィン25は、外周領域21および他の伝熱フィン25からそれぞれ平面方向(X方向およびY方向)に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン25は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン25の周囲には、第1の流体F1が通過するための流路26(の一部)が形成されている。なお、図1乃至図3において、便宜上、一部の伝熱フィン25のみを示しているが、実際には、薄肉領域22の略全域に亘って伝熱フィン25が配置されている。なお、伝熱フィン25は、薄肉領域22を片面側からハーフエッチングにより形成する際、ハーフエッチングされずに残存する領域の一部からなっている。
A plurality of
本実施の形態において、外周領域21のうち薄肉領域22側に位置する縁部27が、縁部27に隣接する伝熱フィン25の形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっている。また、波形状又はジグザグ形状の縁部27は、略S字状の伝熱フィン25の形状に合わせた形状となっている。すなわち、縁部27は、各伝熱フィン25の外形形状に沿って湾曲している。これにより、縁部27と伝熱フィン25との間の流路26が略一定の幅となるので、第1の流体F1をプレート20A〜20D間に均一に流すことができる。この結果、流体の流路抵抗を低減することができるので、流体の圧力損失を小さくすることができる。しかしながら、これに限らず、縁部27は、第1の流体F1の主流方向D(Y方向)に沿って直線状に形成されていても良い。
In the present embodiment, the
次に、図2(b)および図3(a)を参照して、プレート20B、20C(中間プレート)の構成について説明する。
Next, the configuration of the
図2(b)および図3(a)に示すように、プレート20B、20Cは、それぞれ外周領域21と、外周領域21の内側に形成された貫通領域28とを備えている。このうち外周領域21は、各プレート20B、20Cの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域21の構成は、上述したプレート20A、20Dの外周領域21の構成と同一である。
As shown in FIG. 2B and FIG. 3A, the plates 20 </ b> B and 20 </ b> C each include an outer
また、貫通領域28は、プレート20B、20CをZ方向(プレート20B、20Cの厚み方向)に貫通して形成された領域である。この場合、貫通領域28は、プレート20B、20Cの両面側から例えばエッチング加工により形成されたものであっても良い。
The through
外周領域21のうち、プレート20B、20Cの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口23B、出口側開口24Bが貫通形成されている。この入口側開口23B、出口側開口24Bは、第2の流体F2が通過するとともに、プレート20B、20Cの貫通領域28とは連通しないようになっている。一方、上述したプレート20A、20Dと異なり、プレート20B、20Cには、入口側開口23A、出口側開口24Aは形成されていない。
In the outer
貫通領域28の内部には、複数の伝熱フィン25が配置されている。各伝熱フィン25の厚みは、外周領域21の厚みと同一である。また、各伝熱フィン25は、外周領域21および他の伝熱フィン25からそれぞれ平面方向(X方向およびY方向)に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン25は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン25の周囲には、第1の流体F1が通過するための流路26(の一部)が形成されている。なお、伝熱フィン25は、貫通領域28を両面側からエッチングにより形成する際、エッチングされずに残存する領域の一部からなっている。
A plurality of
本実施の形態において、プレート20B、20Cの各伝熱フィン25は、それぞれブリッジ29を介して、直接又は間接的に外周領域21に保持されている。すなわち、各伝熱フィン25には少なくとも1本のブリッジ29が連結されており、このブリッジ29は、他の伝熱フィン25又は外周領域21に連結されている。これにより、全ての伝熱フィン25が、ブリッジ29を介して外周領域21に保持され、外周領域21から脱落しないようになっている。
In the present embodiment, the
また、複数の伝熱フィン25のうち、第1の流体F1の主流方向D(Y方向)両端に位置するいくつかの伝熱フィン25は、それぞれ外周領域21に対して固定用ブリッジ29Aによって繋がれている。これにより、複数の伝熱フィン25が貫通領域28内で不安定になり変形してしまう不具合が防止される。固定用ブリッジ29Aは、プレート20B(20C)の外周領域21の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート20B(20C)の一面側のみに形成されている。固定用ブリッジ29Aは、プレート20B(20C)の面のうち、プレート20A(20D)側を向く面から例えばハーフエッチングにより形成される。
Further, among the plurality of
次に、図4乃至図6を参照して、伝熱フィン25およびブリッジ29の構成について更に説明する。ここで図4は図2(b)のIV部拡大図であり、図5(a)は図2(a)のVA部拡大図であり、図5(b)は図2(b)のVB部拡大図であり、図5(c)は図3(a)のVC部拡大図であり、図5(d)は図3(b)のVD部拡大図であり、図6は図5(a)〜(d)のVI−VI線断面に対応する図である。
Next, the configuration of the
図4および図5(a)〜(d)に示すように、各伝熱フィン25は、平面略S字形状を有している。この伝熱フィン25は、第1の流体F1の主流方向D(Y方向)に沿って一定の間隔を隔てて多数配置されている。また、伝熱フィン25は、第1の流体F1の主流方向D(Y方向)に対して垂直な方向(X方向)にも一定の間隔で平行に配置されている。この伝熱フィン25は、その長手方向両端を渦や旋回流などの乱れが生じないような流線型にそれぞれ成形しており、流体抵抗を最小にするように構成されている。
As shown in FIG. 4 and FIGS. 5A to 5D, each
本実施の形態において、複数の伝熱フィン25は、互いに線対称な形状を有する2種類の伝熱フィン25a、25bを複数組合せることによって構成されている。このうち伝熱フィン25aは、X方向マイナス側およびY方向マイナス側から、X方向プラス側およびY方向プラス側へ向かって延びる略S字形状を有している。一方、伝熱フィン25bは、X方向プラス側およびY方向マイナス側から、X方向マイナス側およびY方向プラス側へ向かって延びる略S字形状を有している。伝熱フィン25aおよび25bは、それぞれX方向に沿って一列に配置されており、伝熱フィン25aの列と伝熱フィン25bの列とは、Y方向に沿って交互に配置されている。複数の伝熱フィン25は、これら一組の伝熱フィン25a、25bの位置をX方向およびY方向にそれぞれ所定量だけずらして多数配置するように構成され、いわゆる千鳥状の配列(デルタ配列)となっている。本明細書中、これら2種類の伝熱フィン25a、25bを合わせて、伝熱フィン25と称する。伝熱フィン25の幅は、プレート20A〜20Dの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良い。具体的には、各伝熱フィン25のうち最も幅の広い箇所で例えば0.3mm〜1.0mmとしても良い。
In the present embodiment, the plurality of
そして、第1の流体F1は、X方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン25間の流路26を通過した後、より下流側(Y方向プラス側)に位置する他の伝熱フィン25の上流側(Y方向マイナス側)の端部で分岐され、この伝熱フィン25とX方向に隣接する一対の伝熱フィン25と間の各流路26をそれぞれ通過する。その後、伝熱フィン25に沿って流れた第1の流体F1は、伝熱フィン25の下流側(Y方向プラス側)の端部で合流する。これにより、流路26における急激な曲がりによる渦形成や旋回流に起因する圧力損失を最小限に抑え、流路面積の変化、すなわち、流路26の拡大や縮小を抑えることができ、拡流や縮流による圧力損失を小さく抑えることができる。流路26の幅は、プレート20A〜20Dの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良く、例えば0.2mm〜3.0mmとしても良い。
Then, the first fluid F 1 passes through the
各ブリッジ29は、平面略直線形状を有している。ブリッジ29は、各伝熱フィン25aの上流側又は下流側(Y方向マイナス側又はプラス側)端部と、当該伝熱フィン25aの上流側又は下流側(Y方向マイナス側又はプラス側)に隣接する伝熱フィン25bの略中央部分とを互いに連結している。
Each
本実施の形態において、各ブリッジ29は、平面視で第1の流体F1が流れる方向(図4の矢印FL参照)を横切る方向に延びている。すなわち、各ブリッジ29は、それぞれX方向マイナス側およびY方向マイナス側から、X方向プラス側およびY方向プラス側へ向かって延びている。この場合、各ブリッジ29の長手方向は、第1の流体F1が流れる方向に対して例えば30°〜90°程度の角度で交わっていても良い。
In this embodiment, each
図6は、プレート20A〜20Dが積層された状態を示しており、図5(a)〜(d)のVI−VI線断面図に対応している。図6に示すように、プレート20B(20C)のブリッジ29は、プレート20B(20C)の外周領域21の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート20B(20C)の一面側のみに形成されている。各ブリッジ29は、貫通領域28を両面側からエッチング形成する際に一緒に形成される。すなわち、各ブリッジ29は、プレート20B(20C)の面のうち、プレート20A(20D)側を向く面から例えばハーフエッチングを施すことにより形成される。このため、ブリッジ29は、伝熱フィン25と一体に構成されている。この場合、プレート20Bのブリッジ29と、プレート20Cのブリッジ29とは、プレート20B、20Cの接合界面で互いに接触している。このようにブリッジ29を薄肉化したことにより、ブリッジ29によって流路26が大幅に塞がれることを防止し、第1の流体F1の流路抵抗を低減することができる。
FIG. 6 shows a state in which the
ブリッジ29の幅や厚みは、プレート20B、20Cの材料の厚みや流体によって適宜設定することができる。具体的には、ブリッジ29の幅は例えば0.1mm〜1.0mmとしても良く、ブリッジ29の厚みは例えば外周領域21の厚みの40%〜60%程度としても良い。
The width and thickness of the
図6に示すように、プレート20A、20Dは、薄肉領域22が形成された面同士を互いに対向させるように配置されている。さらに、プレート20A、20Dの間にプレート20B、20Cが介在され、この状態でプレート20A〜20Dが互いに接合されている。このとき、プレート20A、20Dの薄肉領域22と、プレート20B、20Cの貫通領域28とによって第1の流体F1が流れる流路26が形成される。
As shown in FIG. 6, the plates 20 </ b> A and 20 </ b> D are arranged so that the surfaces on which the
また、プレート20Aの薄肉領域22および複数の伝熱フィン25と、プレート20Bの貫通領域28および複数の伝熱フィン25とは、それぞれ互いに同一形状であり、それぞれプレート20A、20B内で互いに同一の位置に配置されている。さらに、プレート20Dの薄肉領域22および複数の伝熱フィン25と、プレート20Cの貫通領域28および複数の伝熱フィン25とは、それぞれ互いに同一形状であり、それぞれプレート20C、20D内で互いに同一の位置に配置されている。一方、プレート20A、20Dの薄肉領域22および複数の伝熱フィン25は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成され、プレート20B、20Cの貫通領域28および複数の伝熱フィン25は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成されている。このため、プレート20A〜20Dを互いに接合した際、各薄肉領域22と各貫通領域28とが重なり、対応する各伝熱フィン25同士が重なる(図6参照)。
Further, the
なお、プレート20A〜20Dは、熱伝導性の良い金属が好ましく、例えばステンレス、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなど、種々選択可能である。また、プレート20A、20Dの厚みは、それぞれ例えば0.1mm〜2.0mmとしても良い。一方、プレート20B、20Cの厚みは、流路26に必要とされる高さによって適宜設定することができるが、プレート20A、20Dの厚みよりも薄くしても良く、それぞれ例えば0.05mm〜1.0mmとしても良い。
The
本実施の形態において、流路26の高さh(図6参照)は、プレート20A、20Dの薄肉領域22の深さと、プレート20B、20Cの厚みとの合計によって規定される。具体的には、流路26の高さhは、例えば0.2mm〜4.0mmとすることができる。このように、流路26の高さhを高くすることにより、各プレート20A〜20Dそれぞれの厚みを厚くすることなく、プレート20A〜20D間の流路26を高さ方向に拡大することができる。
In the present embodiment, the height h (see FIG. 6) of the
上記において、プレート20A、20Dの間に2枚のプレート(中間プレート)20B、20Cが介在されている場合を例にとって説明したが、これに限らず、中間プレートは少なくとも1枚設けられていれば良い。あるいは、プレート20A、20Dの間に3枚以上の中間プレートが介在されていても良い。
In the above description, the case where two plates (intermediate plates) 20B and 20C are interposed between the
本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
Operation of the present embodiment Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
まず、図1に示す熱交換器10において、流入管13Aに第1の流体F1を導入するとともに、流入管13Bに第2の流体F2を導入する。この場合、第1の流体F1の温度と第2の流体F2の温度とは互いに異なっている。
First, in the
次に、第1の流体F1は、プレート20A、20Dの薄肉領域22と、プレート20B、20Cの貫通領域28とによって形成された流路26を通過し、熱交換器10の流出管14Aから流出する。同様に、第2の流体F2は、プレート20E、20Hの薄肉領域22と、プレート20F、20Gの貫通領域28とによって形成された流路26を通過し、熱交換器10の流出管14Bから流出する。流出管14A、14Bから流出する時点で、第1の流体F1および第2の流体F2のうち一方の温度は流入時よりも上昇し、他方の温度は流入時よりも降下している。この場合、プレート20Dとプレート20Eとが互いに接合されているので、これらプレート20D、20Eを介して、第1の流体F1と第2の流体F2との間で熱交換が効率的に行なわれる。
Next, the first fluid F 1 passes through the
以下、第1の流体F1がプレート20A〜20Dの流路26内を流れる際の作用について、図4を参照して説明する。
Hereinafter, the first fluid F 1 is the operation when flowing through the
まず、第1の流体F1が、入口側開口23Aから流入する。続いて、入口側開口23Aからの第1の流体F1は、互いに隣接する一対の伝熱フィン25間の流路26を通過し、第1の流体F1の主流方向D(Y方向)に沿って薄肉領域22および貫通領域28内を流れていく。この際、第1の流体F1は、主に互いに隣接する伝熱フィン25同士の間の流路26を流れる。
First, the first fluid F 1 is, flows from the inlet-
本実施の形態において、プレート20Aとプレート20Dとの間にプレート20B、20Cを介在させ、互いに積層されたプレート20A〜20Dの間に流路26を形成している。これにより、プレート20A、20Dの厚みを厚くすることなく、流路26を高さ方向に拡大することができる。これにより、第1の流体F1が流れる際の流路抵抗を小さくし、圧力損失を低下することができる。
In the present embodiment,
その後、伝熱フィン25同士の間の流路26を通過した第1の流体F1は、他の伝熱フィン25同士の間の流路26を通過した第1の流体F1と合流し、出口側開口24Aから流出する。
Thereafter, the first fluid F 1 that has passed through the
なお、第2の流体F2が一対のプレート20E〜20H間を流れる際の作用についても上記と略同様である。
The second fluid F 2 are substantially same above and the operation when flowing between the pair of
このように本実施の形態によれば、プレート20Aとプレート20Dとの間にプレート20B、20Cを介在させ、互いに積層されたプレート20A〜20Dの間に流路26を形成している。これにより、プレート20A、20Dの厚みを厚くすることなく、流路26を高さ方向に拡大することができる。この場合、流体の流路抵抗を低減することができるので、流体の圧力損失を小さくすることができる。これにより、熱交換器10の流入管13A、13Bに流体を送り込むコンプレッサーやポンプの負荷を低減することができる。また、流体の圧力損失を小さくすることにより、熱交換器10をコンパクト化することができるとともに、使用される流体の量を削減することができる。さらに、熱交換器10を給湯器内で用いる場合には、水道水(流体)に含まれるカルキ成分が熱交換器10内に析出しにくくなるという効果も得られる。
Thus, according to the present embodiment, the
さらに、本実施の形態によれば、上述したようにプレート20A、20Dの厚みを厚くする必要がないので、プレート20A、20Dの厚みを厚くした場合に生じる不具合、例えば、流路26の形状の寸法精度が下がる不具合や、薄肉領域22の深さ方向の形状の制御が困難になる不具合を防止することができる。
Furthermore, according to the present embodiment, since it is not necessary to increase the thickness of the
変形例
次に、図7乃至図14により、本実施の形態によるプレートの各変形例について説明する。図7乃至図14に示す各変形例は、ブリッジ29の構成が異なるものであり、他の構成は図1乃至図6に示す実施の形態と略同一である。図7乃至図14において、図1乃至図6に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
Modifications Next, each modification of the plate according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Each of the modifications shown in FIGS. 7 to 14 is different in the configuration of the
変形例1
図7および図8は、本実施の形態の変形例(変形例1)を示す部分拡大平面図である。図7および図8において、図1乃至図6に示す実施の形態と異なり、各ブリッジ29は、平面視でY方向(第1の流体F1の主流方向D)に沿って直線状に延びている。ブリッジ29は、各伝熱フィン25aの上流側又は下流側(Y方向マイナス側又はプラス側)端部と、当該伝熱フィン25aの上流側又は下流側(Y方向マイナス側又はプラス側)に隣接する伝熱フィン25bとを互いに連結している。この場合、各伝熱フィン25bにはそれぞれ2本のブリッジ29が連結されている。
Modification 1
7 and 8 are partially enlarged plan views showing a modification (Modification 1) of the present embodiment. 7 and 8, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, each
図8は、プレート20A〜20Dが積層された状態を示しており、図7(a)〜(d)のVIII−VIII線断面図に対応している。図8に示すように、プレート20B(20C)のブリッジ29は、外周領域21の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート20B(20C)の一面側のみに形成されている。この場合、プレート20B(20C)の各ブリッジ29は、プレート20B(20C)の面のうち、プレート20A(20D)側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図7および図8において、各ブリッジ29が、第1の流体F1の主流方向D(Y方向)に沿って延びていることにより、流体の流路抵抗を低減することができ、流体の圧力損失を小さくすることができる。
FIG. 8 shows a state in which the
変形例2
図9および図10は、本実施の形態の変形例(変形例2)を示す部分拡大平面図である。図9および図10において、図1乃至図6に示す実施の形態と異なり、各ブリッジ29は、平面視でX方向(第1の流体F1の主流方向Dに直交する方向)に沿って直線状に延びている。ブリッジ29は、各伝熱フィン25a(25b)の略中央部と、当該伝熱フィン25a(25b)のX方向プラス側又はマイナス側に隣接する伝熱フィン25a(25b)の略中央部とを互いに連結している。
Modification 2
FIG. 9 and FIG. 10 are partially enlarged plan views showing a modification (Modification 2) of the present embodiment. 9 and 10, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, each
図10は、プレート20A〜20Dが積層された状態を示しており、図9(a)〜(d)のX−X線断面図に対応している。図10に示すように、プレート20B(20C)のブリッジ29は、外周領域21の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート20B(20C)の一面側のみに形成されている。この場合、プレート20B(20C)の各ブリッジ29は、プレート20B(20C)の面のうち、プレート20A(20D)側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図9および図10において、各ブリッジ29が、第1の流体F1の主流方向Dに直交する方向(X方向)に沿って延びていることにより、流体が、ブリッジ29を乗り越えるようにブリッジ29の周囲でZ方向にも流れるため、熱交換の効率を高めることができる。
FIG. 10 shows a state in which the
変形例3
図11および図12は、本実施の形態の変形例(変形例3)を示す部分拡大平面図である。図11および図12において、図1乃至図6に示す実施の形態と異なり、2枚のプレート20B、20Cのブリッジ29は、平面視で互いに異なる方向に延びている。すなわち、プレート20Bの各ブリッジ29は、X方向(第1の流体F1の主流方向Dに直交する方向)に沿って直線状に延びており、プレート20Cの各ブリッジ29は、Y方向(第1の流体F1の主流方向D)に沿って直線状に延びている。なお、プレート20Bは、図9(b)に示すプレート20Bと略同一の構成を有し、プレート20Cは、図7(c)に示すプレート20Cと略同一の構成を有している。
Modification 3
11 and 12 are partially enlarged plan views showing a modification (Modification 3) of the present embodiment. 11 and 12, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, the
図12は、プレート20A〜20Dが積層された状態を示しており、図11(a)〜(d)のXII−XII線断面図に対応している。図12に示すように、プレート20B(20C)のブリッジ29は、外周領域21の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート20B(20C)の一面側のみに形成されている。この場合、プレート20B(20C)の各ブリッジ29は、プレート20B(20C)の面のうち、プレート20A(20D)側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図12に示すように、プレート20A〜20Dを積層した状態で、プレート20Bのブリッジ29とプレート20Cのブリッジ29とが、互いに直交している。図11および図12において、プレート20B、20Cのブリッジ29は、互いに異なる方向に延びていることにより、第1の流体F1とプレート20A〜20Dとの接触面積が増え、熱交換の効率を高めることができる。
FIG. 12 shows a state in which the
変形例4
図13および図14は、本実施の形態の変形例(変形例4)を示す部分拡大平面図である。図13および図14において、図1乃至図6に示す実施の形態と異なり、各ブリッジ29は、平面視で第1の流体F1が流れる方向に沿って直線状に延びている。ブリッジ29は、各伝熱フィン25a(25b)の上流側又は下流側(Y方向マイナス側又はプラス側)端部と、当該伝熱フィン25a(25b)の上流側又は下流側(Y方向マイナス側又はプラス側)に隣接する伝熱フィン25a(25b)の下流側又は上流側(Y方向プラス側又はマイナス側)端部とを互いに連結している。この場合、各伝熱フィン25a(25b)にはそれぞれ2本のブリッジ29が連結されている。
Modification 4
13 and 14 are partially enlarged plan views showing a modification (Modification 4) of the present embodiment. 13 and 14, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, each
図14は、プレート20A〜20Dが積層された状態を示しており、図13(a)〜(d)のXIV−XIV線断面図に対応している。図14に示すように、プレート20B(20C)のブリッジ29は、外周領域21の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート20B(20C)の一面側のみに形成されている。この場合、プレート20B(20C)の各ブリッジ29は、プレート20B(20C)の面のうち、プレート20A(20D)側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図13および図14において、各ブリッジ29が、平面視で第1の流体F1が流体が流れる方向に沿って延びていることにより、流体の流路抵抗を低減することができ、流体の圧力損失を小さくすることができる。
FIG. 14 shows a state in which the
上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 It is also possible to appropriately combine a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment and the modification examples as necessary. Or you may delete a some component from all the components shown by the said embodiment and modification.
10 熱交換器
11 一方の固定板
12 他方の固定板
13A、13B 流入管
14A、14B 流出管
20A〜20H プレート
21 外周領域
22 薄肉領域
23A、23B 入口側開口
24A、24B 出口側開口
25 伝熱フィン
26 流路
27 縁部
28 貫通領域
29 ブリッジ
31 第1プレートユニット
32 第2プレートユニット
DESCRIPTION OF
Claims (8)
第1のプレートと、
第2のプレートと、
前記第1のプレートと前記第2のプレートとの間に介在された少なくとも1つの中間プレートとを備え、
前記第1のプレートと、前記中間プレートと、前記第2のプレートとは互いに積層されており、
前記第1のプレートおよび前記第2のプレートはそれぞれ、
外周領域と、
前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、
前記薄肉領域から前記第1のプレート又は前記第2のプレートの厚み方向にそれぞれ突出するように設けられた複数の伝熱フィンとを有し、
各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置され、
前記中間プレートは、
外周領域と、
前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、
前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、
各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger,
A first plate;
A second plate;
Comprising at least one intermediate plate interposed between the first plate and the second plate;
The first plate, the intermediate plate, and the second plate are stacked on each other;
Each of the first plate and the second plate is
An outer peripheral area; and
Formed on the inner side of the outer peripheral region, and a thinner region than the outer peripheral region, and
A plurality of heat transfer fins provided so as to protrude in the thickness direction of the first plate or the second plate from the thin region,
Each heat transfer fin is arranged in a plane direction away from the outer peripheral region and other heat transfer fins,
The intermediate plate is
An outer peripheral area; and
A penetrating region formed inside the outer peripheral region;
A plurality of heat transfer fins disposed in the penetrating region;
Each heat transfer fin is spaced apart in the planar direction from the outer peripheral region and other heat transfer fins, and is held in the outer peripheral region via a bridge.
外周領域と、
前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、
前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、
各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする中間プレート。 An intermediate plate for a heat exchanger,
An outer peripheral area; and
A penetrating region formed inside the outer peripheral region;
A plurality of heat transfer fins disposed in the penetrating region;
Each of the heat transfer fins is spaced apart from the outer peripheral region and the other heat transfer fins in the planar direction, and is held in the outer peripheral region via a bridge.
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