JP2008185224A

JP2008185224A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2008185224A
Application number: JP2007016540A
Authority: JP
Inventors: Kimiaki Nakano; 公昭中野; Hiromi Ota; 博巳太田; Ryutaro Beppu; 竜太郎別府; Toyotaka Machida; 豊隆町田
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】耐圧性が高く、構造が簡単で、厚みの薄い複数流体の内部流通型の熱交換器の提供。
【解決手段】それぞれ溝部10を定間隔に平行に並列した第１プレート１，第２プレート２を一体に接合してエレメント４を構成し、その溝部10の位置に多数のチューブ部３を形成すると共に、その長手方向両端部に開口５を設け、その開口５の列ごとに第１タンク６，第２タンク７をエレメント４の平面に被嵌し、一対の第１タンク６間に第１流体８が流通し、第２タンク７間に第２流体９が流通するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、その厚みを著しく小とし、構造が簡単で熱交換性能の良い高耐圧性の熱交換器に関する。

蛇行状の溝部を有する一対のプレートを各溝部が対向するように重ね合わせてコアを構成し、その蛇行状の溝部がチューブ部を形成し、他の平坦部分を一体に接合してなる耐圧性の高い熱交換器が知られている。そして、その内部に気液二層状態の冷媒や水を流通させ、外面側に被冷却気体または燃焼ガスを流通させる熱交換器が知られている。
また、仕切プレートを一対の皿状プレートで挟持するように接合し、仕切プレートの両側に異なる流体を流通させた熱交換器を本出願人は下記特許文献１として提案している。この熱交換器には、仕切プレートの両端部両面に一対づつの第１タンク部と第２タンク部とが設けられている。

特開２００６−１４５１４８号公報

前者の比較的耐圧性の高い熱交換器は、蛇行状に形成したプレートの流路に液体を流通させ、プレートの外面側に気体を流通させるものであり、プレート内には１流体のみしか流通させることができないものである。
また、上記特許文献１に記載された熱交換器は、仕切プレートを挟んで偏平な一対の流路間に２流体を流通させるものであり、構造上耐圧性を高く保てない欠点があった。それと共に、３枚のプレートを必要としていた。
そこで本発明は、２枚のプレートで熱交換器コアを形成し、その内部に２つの流体を独立して流通させることができる構造が簡単で、耐圧性の高い熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、少なくとも一方に多数の溝部(10)が並列された一対の第１プレート(1)と第２プレート(2)とを、その溝部(10)内面側が相手のプレートに対向するように、両プレート(1)(2) が重ね合わされて、前記溝部(10)を除いて互いにその平面どうしが接合され、前記各溝部(10)が多数のチューブ部(3)を構成した平板状のエレメント(4)と、
各チューブ部(3)の両端部で且つ、それぞれ隣り合うチューブ部(3)間では異なった平面又は位置で、各チューブ部(3)に二列に設けた開口(5)と、
そのエレメント(4)の両端部で、各列の前記各開口(5)どうしが互いに連通するように、それらに横断して、エレメント(4)の平面上に被着された少なくとも一対づつの第１タンク(6)と第２タンク(7)と、を具備し、
前記各チューブ部(3)を介して、一方の一対の前記第１タンク(6)間に第１流体(8)が流通すると共に、他方の一対の前記第２タンク(7)間に第２流体(9)が流通するように構成された熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記第１プレート(1)および第２プレート(2)にそれぞれ溝部(10)を有し、両プレート(1)(2)の各溝部(10)が重ならないように平面方向に位置ずれして、互いに各プレート(1) (2)の平面どうしが接合されてエレメント(4)を構成し、第１プレート(1)側に第１チューブ部(3a)が形成されると共に、第２プレート(2)側に第２チューブ部(3b)が形成され、
各チューブ部(3a)(3b)の両端部に前記開口(5)が設けられ、
エレメント(4)の平面上で、その第１チューブ部(3a)の両端部の開口(5)に一対の前記第１タンク(6)が設けられ、第２チューブ部(3b)の両端部の開口(5)に第２タンク(7) が設けられた熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１において、
前記同一のプレートで、隣合うチューブ部(3)間ではその長手方向両端部で且つ、その長手方向に互いに異なるように上側開口(5a)と下側開口(5b)とが二列づつに形成され、上側開口(5a)どうしを連通する上側第１タンク(6a)と下側開口(5b)どうしを連通する下側第１タンク(6b)とを有する熱交換器である。
請求項４に記載の本発明は、前記上側第１タンク(6a)と下側第１タンク(6b)とに異なる流体が流通する熱交換器である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１プレート(1) および第２プレート(2)の両縁まで前記溝部(10)が形成され、前記エレメント(4)のチューブ部(3)の両端がその縁に開放され、その開放端が前記タンク(6)(7)の一方の側壁で閉塞され、その他方の側壁に設けた欠切部(13)が前記チューブ部(3)の外周に整合して、その整合部が液密に閉塞されてなる熱交換器である。

請求項６に記載の本発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１プレート(1)および第２プレート(2)の前記溝部(10)がその両端で予め閉塞された閉塞部(10a)を有し、そのプレート(1)(2)の縁部が平面に形成され、前記エレメント(4)のチューブ部(3)の両端が閉塞され、前記タンク(6)(7)の側壁に設けた欠切部(13)が前記チューブ部(3)の外周に整合して、その整合部が液密に閉塞されてなる熱交換器である。

本発明の熱交換器は、一対の第１プレート１，第２プレート２を重ね合わせて、多数のチューブ部３を有するエレメント４を構成し、そのエレメント４の両端部に設けた各列の開口５に横断して一対づつの第１タンク６，第２タンク７を、エレメント４の平面上で被着し、両者に異なる流体が流通するように構成したから、省スペースで平板状のエレメント４内において直接２流体間に熱交換を行うことができる。
しかも、エレメント４は一対の第１プレート１，第２プレート２の平面どうしが接合されたものであるから、極めて簡単な構造で、耐圧性が高く熱交換性能の高い熱交換器を提供できる。また、各タンク６，７はエレメント４の平面上に位置し、エレメント４との液密性を容易に確保できる。

上記構成において、第１プレート１および第２プレート２に夫々溝部10を形成し、第１プレート１側に第１チューブ部3aを形成すると共に、第２プレート２側に第２チューブ部3bを形成したものにおいては、第１プレート１の表面側と裏面側とに夫々第１タンク６および第２タンク７を設けて、それらに異なった流体を流し、平面的なエレメント４内で直接両流体間の熱交換を行うことができる。この場合には、タンク６，７の取付が容易である。

上記構成において、同一プレートで隣り合うチューブ部３間に長手方向に互いに異なる上側開口5a，下側開口5bを二列に形成し、それらに上側第１タンク6a，下側第１タンク6bを設けることができる。この場合には、同一のプレートの面側に複数の流体を流通させ、熱交換を行うことができる。

上記いずれかの構成において、エレメント４の両端に各チューブ部３の両端を開放し、その開放端を第１タンク６，第２タンク７の一方の側壁で閉塞すると共に、他方の側壁に設けた欠切部13をチューブ部３の外周に整合させ、そこを液密に閉塞した場合には、チューブ部３と各第１タンク６及び第２タンク７との接続を容易におこなうことができる。

上記いずれか構成において、第１プレート１，第２プレート２の溝部10における両端を予め閉塞部10aにより閉塞したものにおいては、第１タンク６および第２タンク７との液密性がより容易に形成できる。それにより、耐圧性の高い熱交換器を提供できる。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器の要部分解斜視図であり、図２はその組立て状態を示す側面図、図３は同熱交換器の縦断面図である。
この熱交換器は、そのエレメント４が、一対の第１プレート１，第２プレート２からなり、各プレートには多数の平行な溝部10が互いに離間して定間隔に多数並列され、その第１プレート１の溝部10と第２プレート２のそれとは、互いに平面方向に半ピッチ位置ずれしている。そして、第１プレート１，第２プレート２間が、各溝部10を除いて、その平面において互いに液密にろう付け固定されてなる。

そのエレメント４は、各プレートの溝部10の部分に第１チューブ部3a，第２チューブ部3bが形成される。そのチューブ部３の長手方向両端には、開口５が切削等により設けられている。この開口５は、予め第１プレート１，第２プレート２を成形する際に開口しても良いが、両者間をろう付け接合した後に切削により開口５を開口しても良い。この例の開口は溝部10の一部を残しているが、溝部の全てを切削等で取り除いてもよい。
このようにしてなるエレメント４のチューブ部３は、一例として高さを１ｍｍ以下とし、そのピッチを数ｍｍ以下とすることができる。その高さは低い程、耐圧性が高い。そしてチューブ部３以外の平坦部分において、第１プレート１と第２プレート２とが一体的にろう付け固定される。

次に、第１プレート１，第２プレート２の表面両端部には、夫々一対づつの第１タンク６，第２タンク７が、エレメント４の両平面に被嵌される。各タンク６，７は一側面が開放された箱状に形成され、その一方の細長い側面に第１プレート１のチューブ部３のピッチ間隔で欠切部13が形成されている。同様に、第２タンク７にも欠切部13が形成されている。そして、このような第１タンク６，第２タンク７をエレメント４の両面の両端部に被嵌する。このとき欠切部13は、各チューブ部３の外周に整合される。そして第１タンク６，第２タンク７の他方の細長い側壁は、各チューブ部３の上端および下端の開口を閉塞し、両者間が一体的に溶接またはろう付けにより接合される。

第１タンク６，第２タンク７には、入口パイプ11，出口パイプ12が接続され、全体が図２，図３の如く接合される。そして第１プレート１側においては、上部に位置した第１タンク６にその入口パイプ11から第１流体８が流入し、各第１チューブ部3aを介し下部の第１タンク６に流入し、出口パイプ12よりそれが流出する。また第２プレート２側においては、下部の第２タンク７にその入口パイプ11から流入した第２流体９が、各第２チューブ部3bを流通し、上部の第２タンク７および出口パイプ12を介し外部に流出される。そして、第１流体８と第２流体９との間に熱交換が行われるものである。

次に、図４，図５は本発明の第２の熱交換器の要部分解斜視図および側面図であり、この例が図１のそれと異なる点は、第１プレート１，第２プレート２側に夫々上下に一対づつの上側開口5a，下側開口5bが各チューブ部の一つ置きに二列に設けられ、それらの第１プレート１側に上側第１タンク6a，下側第１タンク6bが二列に設けられ、第２プレート２側に上側第２タンク7a，下側第２タンク7bが二列に被嵌されたものである。

この熱交換器では、図５および図６に示す如く、第１プレート１側において隣り合う第１チューブ部3aに異なった流体である第１流体８，第３流体14を流通させることができる。同様に第２プレート２側においても隣り合う第２チューブ部3bに異なった流体である第２流体９，第４流体15を流通させ、この例では合計４つの流体間に熱交換を行わせることができる。一例として図５において、第１流体８を上部の下側第１タンク6bから下部の下側第１タンク6bに隣り合う一つ置きの第１チューブ部3aを介して流通させ、下部の上側第１タンク6aから第３流体14を各第１チューブ部3a内に流通させ、上部の上側第１タンク6aからそれを流出させることができる。

第２プレート２側においては、下部の上側第２タンク7aから第２流体９を各第２チューブ部3bを介し上部の上側第２タンク7aよりそれを流出させ、下部の下側第２タンク7bより第４流体15を流入させ各第２チューブ部3bを介し上部の下側第２タンク7bよりそれを流出させることができる。
なお、適宜なタンクどうしを連通することにより、３流体間の熱交換を行ったり、２流体間の熱交換を行ったりすることができる。

次に、図７は本発明の第３の実施の形態を示す要部分解斜視図であり、この例が図１のそれと異なる点は、第１プレート１，第２プレート２の各溝部10の長手方向両端が閉塞部10aで閉塞されたことである。そしてこの例では、第１タンク６および、第２タンク７の上下両側壁には夫々欠切部13が形成されている。この欠切部13は、溝部10の外周に整合する。その第１タンク６，第２タンク７が各チューブ部３を覆うように被嵌され、その接触部間が一体にろう付けまたは溶接固定されるものである。

なお、ろう付けの場合には、第１タンク６，第２タンク７と第１プレート１，第２プレート２を一体に組立てて、その組立状態で炉内に挿入し、各接触部間を一体にろう付け固定することができる。また、予め第１プレート１，第２プレート２間をろう付けした後に、各第１チューブ部3a，第２チューブ部3bに夫々開口５を形成し、次いでそれに第１タンク６，第２タンク７を被嵌し、その嵌着部を一体に溶接固定することもできる。

（変形例）
上記の実施の形態では、第１タンク６，第２タンク７は一側が開口した箱状に形成されていたが、これに代えて矩形管を用い、チューブ部３の外周に整合するようにその一側にスリットをチューブ部３のピッチで形成し、各第１タンク６，第２タンク７の各スリットをチューブ部３の開口５の孔縁部に嵌着し、その嵌着部を一体にろう付けまたは溶接固定することも可能である。

本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器の要部分解斜視図。同熱交換器の組の立て状態を示す側面図。同熱交換器の縦断面図。本発明の第２の実施の形態を示す熱交換器の要部分解斜視図。

同熱交換器の組立て状態を示す側面図。同熱交換器のエレメント４における縦断面図。本発明の第３の実施の形態を示す熱交換器の要部分解斜視図。同熱交換器の組立て状態を示す縦断面図。

符号の説明

１第１プレート
２第２プレート
３チューブ部
3a 第１チューブ部
3b 第２チューブ部
４エレメント
５開口
5a 上側開口
5b 下側開口

６第１タンク
6a 上側第１タンク
6b 下側第１タンク
７第２タンク
7a 上側第２タンク
7b 下側第２タンク

８第１流体
９第２流体
10 溝部
10a 閉塞部
11 入口パイプ
12 出口パイプ
13 欠切部
14 第３流体
15 第４流体

Claims

少なくとも一方に多数の溝部(10)が並列された一対の第１プレート(1)と第２プレート(2)とを、その溝部(10)内面側が相手のプレートに対向するように、両プレート(1)(2) が重ね合わされて、前記溝部(10)を除いて互いにその平面どうしが接合され、前記各溝部(10)が多数のチューブ部(3)を構成した平板状のエレメント(4)と、
各チューブ部(3)の両端部で且つ、それぞれ隣り合うチューブ部(3)間では異なった平面又は位置で、各チューブ部(3)に二列に設けた開口(5)と、
そのエレメント(4)の両端部で、各列の前記各開口(5)どうしが互いに連通するように、それらに横断して、エレメント(4)の平面上に被着された少なくとも一対づつの第１タンク(6)と第２タンク(7)と、を具備し、
前記各チューブ部(3)を介して、一方の一対の前記第１タンク(6)間に第１流体(8)が流通すると共に、他方の一対の前記第２タンク(7)間に第２流体(9)が流通するように構成された熱交換器。
請求項１において、
前記第１プレート(1)および第２プレート(2)にそれぞれ溝部(10)を有し、両プレート(1)(2)の各溝部(10)が重ならないように平面方向に位置ずれして、互いに各プレート(1) (2)の平面どうしが接合されてエレメント(4)を構成し、第１プレート(1)側に第１チューブ部(3a)が形成されると共に、第２プレート(2)側に第２チューブ部(3b)が形成され、
各チューブ部(3a)(3b)の両端部に前記開口(5)が設けられ、
エレメント(4)の平面上で、その第１チューブ部(3a)の両端部の開口(5)に一対の前記第１タンク(6)が設けられ、第２チューブ部(3b)の両端部の開口(5)に第２タンク(7) が設けられた熱交換器。
請求項１において、
前記同一のプレートで、隣合うチューブ部(3)間ではその長手方向両端部で且つ、その長手方向に互いに異なるように上側開口(5a)と下側開口(5b)とが二列づつに形成され、上側開口(5a)どうしを連通する上側第１タンク(6a)と下側開口(5b)どうしを連通する下側第１タンク(6b)とを有する熱交換器。
請求項３において、
前記上側第１タンク(6a)と下側第１タンク(6b)とに異なる流体が流通する熱交換器。
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１プレート(1) および第２プレート(2)の両縁まで前記溝部(10)が形成され、前記エレメント(4)のチューブ部(3)の両端がその縁に開放され、その開放端が前記タンク(6)(7)の一方の側壁で閉塞され、その他方の側壁に設けた欠切部(13)が前記チューブ部(3)の外周に整合して、その整合部が液密に閉塞されてなる熱交換器。
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記第１プレート(1)および第２プレート(2)の前記溝部(10)がその両端で予め閉塞された閉塞部(10a)を有し、そのプレート(1)(2)の縁部が平面に形成され、前記エレメント(4)のチューブ部(3)の両端が閉塞され、前記タンク(6)(7)の側壁に設けた欠切部(13)が前記チューブ部(3)の外周に整合して、その整合部が液密に閉塞されてなる熱交換器。