JP2007198660A - プレート積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持しつつ、フィンの削減を可能としたプレート積層型熱交換器を提供する。
【解決手段】プレート積層型熱交換器であって、コアプレートは、平板状のプレートの片面側に長手方向に沿って連続的に蛇行する波状の凸部を複数形成し、さらにこのプレートを積層方向に山部と谷部とが配置され、該山部及び該谷部が長手方向に沿って繰り返されるように湾曲形成したものであり、一対のコアプレートは、コアプレートの他面側同士が相互に向き合い、それぞれに形成した凸部同士が逆向きに対をなすとともに、積層方向の山部同士及び谷部同士を相互に重ね合わせるようにして組み付けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイルクーラやＥＧＲクーラ等のプレート積層型熱交換器に関し、特に、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持しつつ、フィンの削減を可能としたプレート積層型熱交換器に関する。

従来のプレート積層型熱交換器としては、例えば図５に示す如く、プレート間にフィンを設けたものがある。図５に示すプレート積層型熱交換器５００は、前後のエンドプレート５１，５２間に複数のコアプレート５３，５４の組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート５１，５２及びコアプレート５３，５４で囲われた内部を高温流体室と低温流体室とが交互に積層されるように画成している。そして、各流体室を前部側エンドプレート５１にそれぞれ突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び５７ａ，５７ｂに連通させており、一組のコアプレート間には、通常、熱交換効率を向上させるためのフィン５８が介層されている（例えば、特許文献１，２参照）。

同図において、コアプレート５３，５４はいずれも平板状であり、コアプレート５３，５４及びフィン５８が１組となってコア５５を構成し、コア５５内には高温流体（例えば、オイルやＥＧＲガス等）が流れる高温流体室が画成され、他方、コア５５間には低温流体（例えば、冷却水等）が流れる低温流体室が画成されている。そして、これらの高温流体室及び低温流体室は、それぞれ循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び循環パイプ５７ａ，５７ｂに連通して、高温流体及び低温流体が導入若しくは導出されるようになっており、各流体室を流れる際に熱交換が行われる。
特開２００１−１９４０８６号公報

しかしながら、フィン５８は、通常ラビリエンス状の複雑な構造を有するので、圧力損失の増大を招いてしまう。そこで、例えば、特開２００５−１９５１９０号公報に示すようにしてフィン５８を削減すれば、圧力損失の低減を図ることができる。しかし、その場合には、フィン５８を設けた場合と比べると、熱交換効率が著しく低下してしまう。なお、フィン５８のピッチ粗さを適宜調整すれば、フィン５８を削減することなく、圧力損失を抑制することも可能であるが、その場合にも、熱交換効率の低下を招いてしまう。
すなわち、従来のプレート積層型熱交換器５００にあっては、フィン５８を設けた場合と同等の熱交換効率を維持しつつ、フィン５８を削減することができなかった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持しつつ、フィンの削減を可能としたプレート積層型熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、前後のエンドプレート間に複数のコアプレートの組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート及びコアプレートで囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、各流体室を前部側エンドプレートにそれぞれ突設した一対の循環パイプに連通させてなるプレート積層型熱交換器であって、前記コアプレートは、平板状のプレートの片面側に前記高温流体の流れ方向に沿って連続的に蛇行する波状の凸部を複数形成し、さらにこのプレートを積層方向に山部と谷部とが配置されるとともに、該山部及び該谷部が前記流れ方向に沿って繰り返されるように湾曲形成したものであり、一対の前記コアプレートは、それらのコアプレートを前記凸部と反対側の他面側同士が相互に向き合い、それぞれに形成した前記凸部同士が逆向きに対をなすとともに、前記積層方向の前記山部同士及び前記谷部同士を相互に重ね合わせるようにして組み付けてなることを特徴とする。

また、本発明において、前記凸部は、前記流れ方向と直交する方向に山部と谷部とが形成され、該山部及び該谷部が前記流れ方向に沿って周期的に繰り返されるように蛇行し、該山部及び該谷部がそれぞれ前記積層方向の山部及び谷部に対応するように湾曲形成してなることを特徴とする。

また、本発明において、一対の前記コアプレートに形成された前記凸部同士は、前記流れ方向に沿って同位相で蛇行することを特徴とする。

また、本発明において、一対の前記コアプレートの組には、同位相の前記凸部同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が形成され、該蛇行管により前記高温流体が流れる前記流体室が構成されていることを特徴とする。

また、本発明において、一対の前記コアプレートに形成された前記凸部同士は、前記流れ方向に沿って逆位相で蛇行することを特徴とする。

また、本発明において、前記凸部を構成する各壁面に、凹凸を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、プレート積層型熱交換器において、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持しつつ、フィンを削減することができる。

以下、本発明の各実施形態について説明する。本実施形態のプレート積層型熱交換器は、プレートに形成した凸部が長手方向と直交する方向（以下「水平方向」という。）及び積層方向に蛇行するものである。なお、第一実施形態と第二実施形態では、凸部の断面形状が異なり、第一実施形態では凸部の長手方向と直交する断面が略矩形の場合を例に挙げ、第二実施形態では同断面が略半円形の場合を例に挙げている。但し、本発明において、凸部の断面形状は、断面略六角形、断面略楕円形その他の形状であってもよく、また、これらの形状に限定されるものではない。

＝＝＝第一実施形態＝＝＝
まず、図１，図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら、本発明の第一実施形態について説明する。図１はプレート積層型熱交換器１００の全体を示す概略分解斜視図、図２Ａ及び図２Ｂはプレート積層型熱交換器２００の主要部を示す概略説明図であり、図２Ｂは図２Ａの凸部に凹凸を設けて第二凸部を形成したものを示す。同図において、図５と同一若しくは類似の箇所には同一の符号を付し、新たに追加した箇所及び変更した箇所には異なる符号を付している。

プレート積層型熱交換器１００，２００は、いずれも図５に示したプレート積層型熱交換器５００と同様の構成を有し、前後のエンドプレート５１，５２間に複数のコアプレート１３，１４の組１５を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート５１，５２及びコアプレート１３，１４で囲われた内部を高温流体室と高温流体室とが交互に積層されるように画成している。そして、各流体室を前部側エンドプレート５１，５２にそれぞれ突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び５７ａ，５７ｂに連通させている。但し、同図に示すコアプレート１３，１４は、図５に示した平板状のコアプレート５３，５４と比べると形状が異なり、コアプレート１３，１４間には複雑な流路が形成され、フィンが介層されていない（図１参照）。

すなわち、コアプレート１３，１４は、平板状のプレートを改良したものであり、平板状のプレート片面に長手方向（高温流体が流れる方向と同じ方向）に沿って連続的に蛇行する波状の凸部３０，４０を複数形成し、さらにこのプレートを積層方向に山部と谷部とが配置され、該山部及び該谷部が長手方向に沿って繰り返されるように湾曲形成したものである。なお、凸部３０，４０は、プレートの長手方向に対して平行に複数形成されており、隣接する凸部３０，４０が等間隔で配列されている。

これらの凸部３０，４０は、いずれも水平方向に山部と谷部とが形成され、該山部と該谷部とが交互に長手方向に沿って周期的に繰り返されるように蛇行する。そして、水平方向の山部及び谷部は、それぞれ積層方向の山部及び谷部に配置され、両波形が同一周期となるように形成されている。

一対のコアプレート１３，１４の組１５は、二枚のコアプレート１３，１４を凸部形成されていない他面側同士が相互に向き合い、それぞれに形成した凸部３０，４０同士が上下逆向きに対をなすとともに（図２Ａ（ａ）参照）、積層方向の山部同士及び谷部同士を相互に重ね合わせるようにして組み付けたものである（図２Ａ（ｂ）参照）。

凸部３０，４０同士は、いずれも長手方向に沿って同位相で蛇行し、凸部３０の水平方向の山部及び谷部がそれぞれ凸部４０の水平方向の山部及び谷部と一致している。他方、凸部３０の積層方向の山部及び谷部は、それぞれ凸部４０の積層方向の山部及び谷部と一致している。そして、一対のコアプレート１３，１４の組１５には、同位相の凸部３０，４０同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が形成され、該蛇行管により高温流体が流れる流体室が構成されている。

凸部３０，４０同士は、上下逆向きに対をなして蛇行管を構成し、水平方向に隣接する蛇行管同士は互いに遮断されている。従って、高温流体は、同一の蛇行管内を略長手方向に流れ、隣接する他の蛇行管内には流れ込まない。但し、本発明の構成は、かかる形態に限定されるものではなく、例えば、凸部３０，４０同士を長手方向若しくは水平方向に半位相ずらして形成し、蛇行管を構成しないようにしてもよい（但し図示せず）。このような構成とした場合、高温流体は、隣接する凸部間にも流れ込むようになり、より複雑な高温流体室が形成される。

なお、図１には示していないが、これらの凸部３０，４０には、積層方向の山部及び谷部に相当する箇所にエンボス３１，４１を形成しておくことが好ましい（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。その場合、コアプレート１３，１４の組１５を積層すると、上下一対のエンボス３１，４１が相互に当接して、低温流体室内に円柱状の柱体が形成される。これらの柱体によりコアプレート１３，１４が積層方向に支えられ、プレート強度が向上する。

また、図２Ｂに示すように、凸部３０，４０を構成する各壁面に、さらに凹凸を設けて第二凸部５０を形成し、蛇行管内を複雑な構造とすることが好ましい。すなわち、同図に示す大きな凸部３０，４０には、水平方向に沿って連続する小さな第二凸部５０が複数形成され、これらが同方向に対して平行に配列されている。そのため、蛇行管内にはより複雑な流路が形成されている。但し、本発明は、かかる構成に限定されるものではなく、凸部３０，４０と異なり第二凸部５０を不連続的に形成してもよく、また、第二凸部５０の形状、方向及び配列等は適宜設計することとする。例えば、第二凸部５０を凸部３０，４０の蛇行方向と直交する方向に沿って連続的若しくは不連続的に形成したり、或いは凸部３０，４０の蛇行方向に沿って連続的若しくは不連続的に形成してもよい。

以上の構成によれば、一対のコアプレート１３，１４の組１５には、水平方向及び積層方向に蛇行する蛇行管が形成されており、その管内に高温流体室が構成され、蛇行管同士で挟まれた領域には低温流体室が構成されている。蛇行管は、フィンに代替する複雑な流路を形成し、これにより伝熱面積が増加する。また、各流体室における出入口間の長さ（パス長）も増加し、熱交換効率の向上に寄与する（同コストでは約１０〜２０％向上）。従って、フィンを削減したプレート積層型熱交換器１００，２００においても、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持することが可能となり、すべての組１５においてフィンを完全に廃止することもできる。また、フィンの削減により、部品点数の低減、及びコスト削減も可能となる。

なお、プレート積層型熱交換器１００，２００は、高温流体が蛇行管内を長手方向一端側から他端側に向けて流れるように構成されており、チューブ式熱交換器と類似の構造を有する。しかし、プレート積層型熱交換器１００，２００は、複雑な流路が形成されており、この点でチューブ式熱交換器の構造と相違する。つまり、チューブ式熱交換器では、各流体室が直管状のチューブ管で構成されており、その構造上、該チューブ管を水平方向及び積層方向に蛇行させて蛇行管とすることが困難である。そのため、チューブ式熱交換器の場合、チューブ管内及びチューブ管同士で挟まれた領域に複雑な流路を形成することができない。ところが、本発明に係るプレート積層型熱交換器１００，２００の場合には、コアプレート１３，１４を積層するだけで、複雑な流路を形成することが可能となる。

＝＝＝第二実施形態＝＝＝
次に、図３及び図４を参照しながら、本発明の第二実施形態について説明する。図３はプレート積層型熱換器３００の主要部を示す概略説明図、図４はプレート積層型熱換器４００の主要部を示す概略説明図である。なお、第一実施形態と同一若しくは類似の箇所には同一の符号を付している。

図３に示すように、プレート積層型熱換器３００は、図２Ｂに示したプレート積層型熱交換器２００とほぼ同様の構成を有しているが、プレートに形成した凸部３０，４０の断面形状が断面略半円形である点で、図２Ｂに示した構成と異なっている。

凸部３０，４０同士は、第一実施形態と同様、いずれも長手方向に沿って同位相で蛇行し、一対のコアプレート１３，１４の組１５には、同位相の凸部３０，４０同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が形成されている。この蛇行管は、断面略円形状であり、フィンに代替する複雑な流路を構成する。従って、本実施形態においても、第一実施形態と同様の効果を奏し、伝熱面積が増加する。また、各流体室における出入口間の長さ（パス長）も増加し、熱交換効率の向上に寄与する。

一方、図４に示すように、凸部３０，４０同士は、長手方向に沿って逆位相で蛇行するように構成してもよい（図４（ａ）参照）。その場合、凸部３０の水平方向の山部が凸部４０の水平方向の谷部に対応し、凸部３０の谷部が凸部４０の山部に対応する（図４（ｂ）参照）。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）を上方から視た概略説明図であるが、同図には図４（ａ）に示した第二凸部５０を図示していない。

以上の構成によれば、一対のコアプレート１３，１４の組１５には、高温流体が交差攪拌する複雑な流路が形成されることとなり、熱交換効率が著しく向上する。従って、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持することが容易となり、また、すべての組１５においてフィンを完全に廃止することも容易となる。

第一実施形態に係るプレート積層型熱交換器の全体を示す概略分解斜視図である。 プレート積層型熱交換器の主要部を示す概略説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）側面図である。 図２の凸部に凹凸を設けて第二凸部を形成した場合のプレート積層型熱交換器の主要部を示す概略説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は拡大斜視図である。 第二実施形態に係るプレート積層型熱交換器の主要部を示す概略説明図である。 凸部同士が長手方向に沿って逆位相で蛇行する場合のプレート積層型熱交換器の主要部を示す概略説明図であり、（ａ）は拡大斜視図、（ｂ）は上面図である。 従来のプレート積層型熱交換器の全体を示す概略分解斜視図である。

符号の説明

１３，１４ コアプレート
１５ コア（一対のコアプレートの組）
３０，４０ 凸部
５０ 第二凸部
１００，２００，３００，４００ プレート積層型熱交換器

Claims (6)

1. 前後のエンドプレート間に複数のコアプレートの組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート及びコアプレートで囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、各流体室を前部側エンドプレートにそれぞれ突設した一対の循環パイプに連通させてなるプレート積層型熱交換器であって、
   前記コアプレートは、平板状のプレートの片面側に前記高温流体の流れ方向に沿って連続的に蛇行する波状の凸部を複数形成し、さらにこのプレートを積層方向に山部と谷部とが配置されるとともに、該山部及び該谷部が前記流れ方向に沿って繰り返されるように湾曲形成したものであり、
   一対の前記コアプレートは、それらのコアプレートを前記凸部と反対側の他面側同士が相互に向き合い、それぞれに形成した前記凸部同士が逆向きに対をなすとともに、前記積層方向の前記山部同士及び前記谷部同士を相互に重ね合わせるようにして組み付けてなることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
2. 請求項１に記載のプレート積層型熱交換器において、
   前記凸部は、前記流れ方向と直交する方向に山部と谷部とが形成され、該山部及び該谷部が前記流れ方向に沿って周期的に繰り返されるように蛇行し、該山部及び該谷部がそれぞれ前記積層方向の山部及び谷部に対応するように湾曲形成してなることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の積層型熱交換器において、
   一対の前記コアプレートに形成された前記凸部同士は、前記流れ方向に沿って同位相で蛇行することを特徴とするプレート積層型熱交換器。
4. 請求項３に記載の積層型熱交換器において、
   一対の前記コアプレートの組には、同位相の前記凸部同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が形成され、該蛇行管により前記高温流体が流れる前記流体室が構成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
5. 請求項１又は２に記載の積層型熱交換器において、
   一対の前記コアプレートに形成された前記凸部同士は、前記流れ方向に沿って逆位相で蛇行することを特徴とするプレート積層型熱交換器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の積層型熱交換器において、
   前記凸部を構成する各壁面に、凹凸を設けたことを特徴とするプレート積層型熱交換器。