JP2017223430A - Metal plate for heat exchanger and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器用金属プレートおよび熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger metal plate and 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。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プレートを複数枚積み重ね、この金属プレート間に、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。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。 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. In such a plate-type heat exchanger, a plurality of metal plates that are partially thinned by pressing, half-etching, or the like are stacked, and an opposing or parallel flow of heat exchange fluid is performed between the metal plates. A path is formed. 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、特に熱交換流体として高圧流体を用いる熱交換器においては、金属プレートのうち高圧流体の入口流路近傍(特に高圧流体用の配管が接続された側から遠い方の金属プレート近傍)が最も圧力負荷が大きく、接合不良の発生しやすい箇所となっている。このため、例えば金属プレートの高圧流体の入口流路近傍で接合不良が発生した場合、高圧流体が金属プレート同士の間から漏洩してしまうおそれがある。 However, especially in a heat exchanger that uses a high-pressure fluid as the heat exchange fluid, the vicinity of the high-pressure fluid inlet flow path (particularly the vicinity of the metal plate farther from the side where the high-pressure fluid piping is connected) of the metal plates is the most. The pressure load is large, and it is easy to cause poor bonding. For this reason, for example, when a joint failure occurs in the vicinity of the inlet flow path of the high-pressure fluid of the metal plate, the high-pressure fluid may leak from between the metal plates.
これに対して従来、漏洩した一方の流体が他方の流体用の流路に混入しないように、2つの流体用の基板間に介在層を設けた構造であるマイクロチャネル熱交換器が知られている(例えば特許文献1参照)。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、2つの基板の間に別途介在層を設置する必要があるため、基板の枚数が増加してしまうという問題がある。 On the other hand, conventionally, there has been known a microchannel heat exchanger having a structure in which an intervening layer is provided between two fluid substrates so that one leaked fluid does not enter the flow path for the other fluid. (For example, refer to Patent Document 1). However, in the heat exchanger described in Patent Document 1, since it is necessary to separately provide an intervening layer between two substrates, there is a problem that the number of substrates increases.
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、一方の流体が熱交換器内部で漏洩した場合に、この漏洩した一方の流体が他方の流体へ混合することを簡単な構造を用いて防止することが可能な、熱交換器用金属プレートおよび熱交換器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 when one fluid leaks inside the heat exchanger, a simple structure can be used to mix the leaked fluid into the other fluid. It aims at providing the metal plate for heat exchangers and heat exchangers which can be prevented by using.
本発明は、熱交換器用金属プレートであって、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、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金属プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを備え、前記外周領域には、流体が流入又は流出するとともに前記薄肉領域から離間して配置された開口が形成され、前記開口の周囲に、前記開口及び前記薄肉領域から独立した溝が形成され、前記溝の一端が、前記外周領域に形成された貫通孔に接続されていることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。 The present invention is a metal plate for a heat exchanger, which is formed in an outer peripheral region, an inner side of the outer peripheral region, and is thinner than the outer peripheral region, and protrudes in the thickness direction of the metal plate from the thin region. The outer peripheral region is formed with an opening that is arranged so as to flow in or out of the fluid and spaced from the thin-walled region, and around the opening, the opening and the heat transfer fin. The heat exchanger metal plate is characterized in that a groove independent of the thin region is formed, and one end of the groove is connected to a through hole formed in the outer peripheral region.
本発明は、前記貫通孔は、前記開口から見て前記溝の他端よりも遠い箇所に位置していることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。 The present invention is the metal plate for a heat exchanger, wherein the through hole is located at a position farther from the other end of the groove when viewed from the opening.
本発明は、前記溝の他端は、前記開口と前記薄肉領域との間に位置していることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。 The present invention is the metal plate for a heat exchanger, wherein the other end of the groove is located between the opening and the thin region.
本発明は、前記溝の他端は、前記開口に対して前記金属プレートの短手方向側方に位置していることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。 The present invention is the metal plate for a heat exchanger, wherein the other end of the groove is located on the lateral side of the metal plate with respect to the opening.
本発明は、前記溝の他端は、前記開口に対して前記薄肉領域の反対側に位置していることを特徴とする熱交換器用金属プレートである。 The present invention is the metal plate for a heat exchanger, wherein the other end of the groove is located on the opposite side of the thin region with respect to the opening.
本発明は、一対の固定板と前記一対の固定板の間に互いに積層して配置された複数の熱交換器用金属プレートとを備え、前記複数の熱交換器用金属プレートのうち少なくとも一枚の熱交換器用金属プレートは、前記熱交換器用金属プレートであることを特徴とする熱交換器である。 The present invention comprises a pair of fixing plates and a plurality of heat exchanger metal plates arranged in a stacked manner between the pair of fixing plates, and is used for at least one of the plurality of heat exchanger metal plates. The metal plate is a heat exchanger characterized by being a metal plate for the heat exchanger.
本発明は、前記一対の固定板のうち少なくとも一つの固定板に隣接する前記熱交換器用金属プレートは、前記熱交換器用金属プレートであ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 the metal plate for heat exchanger adjacent to at least one of the pair of fixed plates is the metal plate for heat exchanger.
本発明は、前記複数の熱交換器用金属プレートの全てに貫通孔が形成され、前記複数の熱交換器用金属プレートの前記貫通孔は、前記複数の熱交換器用金属プレートを積層した状態で互いに同一の位置にあることを特徴とする熱交換器である。 In the present invention, through holes are formed in all of the plurality of metal plates for heat exchanger, and the through holes of the plurality of metal plates for heat exchanger are identical to each other in a state where the plurality of metal plates for heat exchanger are stacked. It is a heat exchanger characterized by being in position.
本発明は、前記一対の固定板のうち少なくとも一つの固定板の近傍に、前記複数の熱交換器用金属プレートの間から漏洩する流体を検知する漏洩検知器が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 characterized in that a leak detector for detecting a fluid leaking from between the plurality of metal plates for heat exchanger is provided in the vicinity of at least one of the pair of fixed plates. It is a heat exchanger.
本発明によれば、一方の流体が熱交換器内部で漏洩した場合に、この漏洩した一方の流体が他方の流体へ混合することを簡単な構造を用いて防止することができる。 According to the present invention, when one fluid leaks inside the heat exchanger, the leaked one fluid can be prevented from being mixed with the other fluid using a simple structure.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1乃至図7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。
(First embodiment)
Hereinafter, a first 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4枚)の熱交換器用金属プレート(金属薄板状プレート)20A〜20D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、複数の金属プレート20A〜20Dは、第1の流体F1用の金属プレート20A、20Bと、第2の流体F2用の金属プレート20C、20Dとからなっている。各金属プレート20A、20B、20C、20Dは、溶融点に近い温度で隣接する金属プレート20A、20B、20C、20D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、互いに接合されている(拡散接合)。あるいは、金属プレート20A、20B、20C、20Dは、ロウ材によって互いに接合されていても良い。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と金属プレート20Aとが互いに密着し、他方の固定板12と金属プレート20Dとが互いに密着している。
Among these, the plurality of
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
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、金属プレート20A、20B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。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、金属プレート20C、20D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。
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。なお、本実施の形態においては、第1の流体F1として高温高圧冷媒(R744(二酸化炭素)等)が用いられ、第2の流体F2として低温低圧流体(水等)が用いられる場合を例にとって説明する。
The first fluid F 1 and the second fluid F 2 have different temperatures at least when they flow into the
他方の固定板12の裏面側(金属プレート20Dの反対側)には、高温高圧の第1の流体F1の漏洩を検知するための漏洩検知器15が設けられている。漏洩検知器15は、他方の固定板12の近傍における、金属プレート20C、20Dの間から漏洩し、他方の固定板12の裏面側から流出する第1の流体F1を検知するものである。この漏洩検知器15は、例えば電気抵抗、圧力、温度等が通常時から変化したことに基づいて第1の流体F1の漏洩を検知するものであっても良い。漏洩検知器15は、金属プレート20A〜20D及び/又は他方の固定板12に密着していても良く、これらから離間していても良い。なお、追加の漏洩検知器を他の箇所にも設けても良い。例えば、他方の固定板12に対して漏洩検知器15の反対側となる位置に追加の漏洩検知器を設け、この追加の漏洩検知器によって第2の流体F2の漏洩を検知しても良い。
On the back side of the other of the fixed plate 12 (opposite side of the
このように、熱交換器10においては、金属プレート20A、20Bの間を通過する第1の流体F1と、金属プレート20C、20D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、金属プレート20A〜20Dの枚数は、図1では便宜上4枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば20枚以上200枚以下程度としても良い。また、複数の金属プレートのうちの一部が本実施の形態による金属プレート20A〜20Dと異なる構成のものであっても良い。
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、冷蔵設備、冷凍設備、車載EGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラー、化学プラント等に用いることができる。
Such a
金属プレートの構成
次に、図2乃至図5を参照して、本実施の形態による金属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2の流体F2(低温低圧流体)用の一対の金属プレート20C、20Dについて説明する。
Configuration of Metal Plate Next, the configuration of the metal plate according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following, the pair of
図2(a)(b)に示すように、一対の金属プレート20C、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)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, each of the pair of
金属プレート20C、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とを有している。このうち外周領域21は、各金属プレート20C、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、金属プレート20C、20D全体の厚みと同一の厚みを有している。
Each of the metal plates 20 </ b> C and 20 </ b> D has an outer
また、薄肉領域22は、外周領域21よりも薄肉となっており、金属プレート20C、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%〜70%程度とされても良い。このように、金属プレート20A〜20Dの薄肉領域22が(ハーフ)エッチングにより形成されるので、流体の流路をプレスによって形成する場合と比べて、熱交換器10をコンパクトかつ高効率なものとすることができる。これにより、冷媒量の削減も含め、エネルギー効率を高めることができる。
Moreover, the thin area |
薄肉領域22のうち、金属プレート20C、20D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、薄肉領域22に連通している。
In the
また、外周領域21のうち、金属プレート20C、20Dの他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が通過するものである。したがって、入口側開口23A、出口側開口24Aは、金属プレート20C、20Dの薄肉領域22とは連通することなく、薄肉領域22から離間して配置されている。他方、入口側開口23A、出口側開口24Aは、金属プレート20A、20B(図1参照)の薄肉領域22に連通している。
Further, in the outer
これらの入口側開口23A、23B、出口側開口24A、24Bは、金属プレート20C、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(金属プレート20C、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2の流体F2が通過するための流路26が形成されている。なお、図1および図2(a)(b)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。
A plurality of
図3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2の流体F2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2の流体F2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。なお、各伝熱フィン25の形状は、平面円形状、平面長円形状、または平面多角形形状としても良い。
As shown in FIG. 3, 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、金属プレート20C、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以上1.0mm以下としても良い。
In the present embodiment, the plurality of
第2の流体F2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方向マイナス側)に位置する他の伝熱フィン25の上流側(Y方向プラス側)の端部で分岐され、この伝熱フィン25と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を通過する。その後、伝熱フィン25に沿って流れた第2の流体F2は、伝熱フィン25の下流側(Y方向マイナス側)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、金属プレート20C、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以上3.0mm以下としても良い。
The second fluid F 2 passes through the
図2(a)(b)および図3に示すように、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。すなわち、外周領域21の縁部27には、薄肉領域22側に張り出す凸部21aと、外周領域21側に引っ込む凹部21bとが、第2の流体F2の主流方向D(Y方向)に沿って複数個繰り返し形成されている。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おり、これにより、縁部27と伝熱フィン25との間の流路26が略一定の幅となっている。
As shown in FIGS. 2A and 2B and FIG. 3, the
次に、図4を参照して、接合された状態の金属プレート20C、20Dについて説明する。図4は、金属プレート20C、20D同士が接合された状態を示している。
Next, the joined
図4に示すように、金属プレート20C、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。また、一対の金属プレート20C、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ている。このため、金属プレート20C、20Dを互いに接合した際、薄肉領域22同士が一致し、対応する各伝熱フィン25同士が一致するように接合される。このとき、金属プレート20C、20Dの薄肉領域22同士によって第2の流体F2が流れる流路26が形成される。
As shown in FIG. 4, the metal plates 20 </ b> C and 20 </ b> D are arranged so that the surfaces on which the
流路26の高さh(Z方向の距離)は、例えば0.1mm以上1.0mm以下とすることが好ましい。このように、流路26の高さhを抑えることにより、熱交換器10をコンパクトにすることができるとともに、熱交換の効率を高めることができる。
The height h (distance in the Z direction) of the
図5は、金属プレート20Dの部分拡大平面図である。図5に示すように、金属プレート20Dの入口側開口23Aの周囲に、平面視略直線状の溝28が形成されている。また外周領域21に貫通孔29が形成され、溝28はこの貫通孔29に接続されている。溝28は、仮に入口側開口23Aの周縁で金属プレート20C、20Dが互いに剥離してしまった場合に、貫通孔29を介して第1の流体F1(高温高圧冷媒)を熱交換器10の外部へ排出させるとともに、漏洩検知器15(図1参照)を用いて第1の流体F1の漏洩を検知するために用いられる。
FIG. 5 is a partially enlarged plan view of the
溝28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、同時にハーフエッチングにより形成される。このため、溝28は、薄肉領域22と略同一の深さに形成される。溝28は底面を有し、この底面の断面形状は、略半円、略半楕円等、湾曲した弧状となっている。溝28の幅は、例えば0.1mm以上3.0mm以下としても良い。溝28の深さは、例えば0.05mm以上1.4mm以下としても良い。溝28の幅及び深さをこの範囲内とすることにより、漏洩した第1の流体F1を熱交換器10の外部へ確実に排出するとともに、漏洩検知器15によって第1の流体F1の漏洩を確実に検知することができる。
The
また貫通孔29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、同時に両面からエッチングにより形成される。このため、貫通孔29は、外周領域21を厚み方向に貫通して形成される。貫通孔29の平面形状は略円形であるが、これに限らず、略楕円形、略多角形等、第1の流体F1が通過可能な任意の形状としても良い。貫通孔29の幅(直径)は、溝28の幅よりも大きく、例えば0.2mm以上4.0mm以下としても良い。貫通孔29の幅をこの範囲内とすることにより、漏洩した第1の流体F1が熱交換器10の外部へ流出することを妨げないようにすることができる。
Further, the through
また溝28及び貫通孔29は、入口側開口23A及び薄肉領域22の両方から独立しており、平面視において、入口側開口23A及び薄肉領域22からそれぞれ離間して配置されている。このため、通常時(第1の流体F1の非漏洩時)、溝28及び貫通孔29は、入口側開口23A及び薄肉領域22のいずれとも連通しない。一方、仮に入口側開口23Aの周縁で金属プレート20C、20Dが互いに剥離した場合には、入口側開口23Aからの第1の流体F1が、溝28及び貫通孔29を介して外周領域21の外方へ排出されるようになっている。
Further, the
溝28は、上述したように略直線状であり、一端28aと他端28bとを有している。このうち一端28aは、貫通孔29に接続されている。一方、溝28の他端28bは、入口側開口23Aと薄肉領域22との間に位置している。この場合、入口側開口23Aから漏洩した第1の流体F1が、溝28の他端28bから一端28aまで流れ、貫通孔29から熱交換器10の外部に排出される。また溝28の他端28bが、入口側開口23Aと薄肉領域22とが最も接近する箇所の近傍に位置するので、第1の流体F1が薄肉領域22に流入することをより確実に防止することができる。
The
貫通孔29は、外周領域21の長手方向縁部21c近傍に形成されている。また貫通孔29は、入口側開口23Aから見て溝28の他端28bよりも遠い箇所に位置していることが好ましい。これにより、仮に金属プレート20C、20Dが互いに剥離した場合であっても、第1の流体F1を入口側開口23Aから遠ざかる方向に向けて流すことができる。また図5において、貫通孔29の位置は、入口側開口23Aよりも外側かつ外周領域21の長手方向縁部21cの内側に設けられている。これにより、第1の流体F1が貫通孔29を経由することなく外周領域21の長手方向縁部21cから直接外部に漏れることを防止している。また、貫通孔29は、後述するように、他の金属プレート20A〜20Dの同一位置にも形成されるため、他の金属プレート20A〜20Dの薄肉領域22と重なる位置には形成されないことが好ましい。
The through
本実施の形態において金属プレート20Dの溝28は、薄肉領域22が形成された面と同一の面に形成されているが、これに限られるものではない。金属プレート20Dのうち薄肉領域22が形成されていない側の面に形成されていても良い。また、溝28は、金属プレート20Dだけでなく、金属プレート20Cの入口側開口23Aの周囲に更に設けられていても良い(図2(a)の二点鎖線参照)。この場合、金属プレート20Cの溝28は、金属プレート20Dの溝28に対応する位置に設けられ、金属プレート20C、20Dを互いに接合した際、双方の溝28が一つの一体化された溝を構成しても良い。この場合、溝の断面積を広くし、溝から排出する第1の流体F1の量を増やすことができる。さらに、溝28及び貫通孔29は、金属プレート20Dの出口側開口24Aの周囲に更に設けられていても良い(図2(b)の二点鎖線参照)。この場合、仮に出口側開口24Aの周縁で金属プレート20C、20Dが剥離した場合においても、漏洩する第1の流体F1を熱交換器10の外部へ排出することができる。
In the present embodiment, the
また、熱交換器10が複数の金属プレート20Dを有する場合、溝28は、複数の金属プレート20Dの全てに設けられていなくても良い。溝28は、複数の金属プレート20Dのうち、他方の固定板12に隣接する金属プレート20Dを含む1枚以上の金属プレート20Dに設けられ、それ以外の金属プレート20Dに設けられていなくても良い。一般に、第1の流体F1が高圧である場合、流入管13Aから最も遠い位置にある他方の固定板12に隣接する金属プレート20Dの入口側開口23A付近が最も圧力負荷が大きい領域である。このため、この領域付近は、金属プレート20Dの接合不良が最も発生しやすい箇所であると考えられる。このため、他方の固定板12に隣接する金属プレート20Dに溝28を設けておくことにより、漏洩した第1の流体F1を効果的に排出することができる。
Moreover, when the
一方、貫通孔29は、溝28を有する金属プレート20Dだけでなく、溝28を有しない金属プレート20A〜20Dにも形成されることが好ましい(図1参照)。また、各金属プレート20A〜20Dの貫通孔29は、金属プレート20A〜20Dを積層した状態で互いに同一の面内位置となるように設けられている。このため、溝28から流出した第1の流体F1は、当該溝28が形成された金属プレート20Dの貫通孔29だけでなく、他の金属プレート20A〜20Dの貫通孔29も順次通過して熱交換器10の外部へ排出される。とりわけ貫通孔29は、少なくとも溝28の形成されている金属プレート20Dよりも漏洩検知器15側(例えば他方の固定板12側)に位置する金属プレート20A〜20Dの全てに形成されていることが好ましい。なお、他方の固定板12の裏面側(金属プレート20Dの反対側)に漏洩検知器15が設けられている場合には、他方の固定板12の同一位置にも貫通孔29が形成される(図1参照)。なお、本実施の形態において、漏洩検知器15によって第1の流体F1を確実に検出するために、一方の固定板11には貫通孔29が形成されていない。しかしながら、例えば一方の固定板11側に更に漏洩検知器15を設けた場合等には、一方の固定板11に貫通孔29を形成しても良い。
On the other hand, the through
さらに、一方の固定板11と他方の固定板12との間に積層された全ての金属プレート20A〜20Dに貫通孔29が形成されていても良い。この場合、貫通孔29を、金属プレート20A〜20Dを積層する際の位置決め孔としても用いることができる。これにより、金属プレート20A〜20Dに別個の位置決め手段を設ける必要がなく、貫通孔29を用いて金属プレート20A〜20Dを精度良く位置決めして接合することができる。さらに、一方の固定板11及び他方の固定板12にも貫通孔29を形成し、これを一方の固定板11及び他方の固定板12用の位置決め孔として用いても良い。
Furthermore, the through
次に、図6(a)−(c)を参照して、溝28の各種変形例について説明する。
Next, various modifications of the
図6(a)において、溝28は、外周領域21の長手方向縁部21c(長辺)に対して略平行かつ直線状に延びている。貫通孔29は、外周領域21の短手方向縁部21d(短辺)の内側かつ短手方向縁部21dから離間して設けられている。溝28の一端28aは、貫通孔29に接続されている。溝28の他端28bは、入口側開口23Aに対して金属プレート20Dの短手方向側方であって、出口側開口24B側に位置している。一般に入口側開口23Aから同心円状に金属プレート20Cと金属プレート20Dとが剥がれていく。このため、図6(a)に示す変形例のように、薄肉領域22側とは逆側に溝28を設けても漏洩を検知することが可能となる。図6(a)に示す変形例は、とりわけ入口側開口23Aと薄肉領域22との間の接合強度が必要な構造や、入口側開口23Aと薄肉領域22との間の幅が狭い構造に適している。
In FIG. 6A, the
図6(b)において、溝28は、外周領域21の短手方向縁部21d(短辺)に対して略平行かつ直線状に延びている。貫通孔29は、入口側開口23Aと出口側開口24Bとの間に設けられている。溝28の一端28aは、貫通孔29に接続されている。溝28の他端28bは、入口側開口23Aに対して金属プレート20Dの短手方向側方であって、出口側開口24B側に位置している。一般に入口側開口23Aから同心円状に金属プレート20Cと金属プレート20Dとが剥がれていく。このため、図6(b)に示す変形例のように、薄肉領域22側とは逆側に溝28を設けても漏洩を検知することが可能となる。図6(b)に示す変形例は、とりわけ入口側開口23Aと薄肉領域22との間の接合強度が必要な構造や、入口側開口23Aと薄肉領域22との間の幅が狭い構造に適している。
In FIG. 6B, the
図6(c)において、溝28は、外周領域21の長手方向縁部21c(長辺)および短手方向縁部21d(短辺)に対して斜めかつ直線状に延びている。貫通孔29は、外周領域21のコーナー部21eの内側かつコーナー部21eから離間して設けられている。溝28の一端28aは、貫通孔29に接続されている。溝28の他端28bは、入口側開口23Aに対して薄肉領域22の反対側に位置している。一般に入口側開口23Aから同心円状に金属プレート20Cと金属プレート20Dとが剥がれていく。このため、図6(c)に示す変形例のように、薄肉領域22側とは逆側に溝28を設けても漏洩を検知することが可能となる。図6(c)に示す変形例は、とりわけ入口側開口23Aと薄肉領域22との間の接合強度が必要な構造や、入口側開口23Aと薄肉領域22との間の幅が狭い構造に適している。
In FIG. 6C, the
本実施の形態において、金属プレート20C、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、金属プレート20C、20Dの厚みは、それぞれ例えば0.1mm以上2.0mm以下としても良い。
In the present embodiment, the
なお、第1の流体F1用の一対の金属プレート20A、20Bの構成は、第2の流体F2用の一対の金属プレート20C、20Dの構成とそれぞれ略同一であっても良い。あるいは、金属プレート20A、20Bの伝熱フィン25の形状及び/又は配置は、金属プレート20C、20Dの伝熱フィン25の形状及び/又は配置と異なっていても良い。また、金属プレート20A、20Bには、金属プレート20Dと同様の溝28が設けられていても良く、あるいは溝28が設けられていなくても良い。また、上述したように、溝28の有無に関わらず、金属プレート20A、20Bにも貫通孔29が設けられていることが好ましい。
The configuration of the pair of
本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる熱交換器の作用について述べる。
Operation of the present embodiment Next, the operation of the heat exchanger 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、金属プレート20A、20B間の薄肉領域22に形成された流路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、金属プレート20C、20D間の薄肉領域22に形成された流路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、相対的に低温の流体である第2の流体F2の温度は流入時よりも上昇し、相対的に高温の流体である第1の流体F1の温度は流入時よりも低下している。この場合、金属プレート20Bと金属プレート20Cとが互いに接合されているので、これら金属プレート20B、20C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
このようにして熱交換器10を使用している間、高温高圧の第1の流体F1が継続的に流入管13Aに流入する。この第1の流体F1は、各金属プレート20A〜20Dの入口側開口23Aを順次通過して、金属プレート20C、20Dの薄肉領域22によって形成された各流路26に流入する。このときの熱交換器10の概略断面を図7に示す。このように高温高圧の第1の流体F1が流入することにより、金属プレート20C、20Dの間の入口側開口23Aに高い負荷が加わる。仮に、入口側開口23Aの周囲で金属プレート20C、20Dの接合が不十分であると、入口側開口23Aの周囲で金属プレート20C、20Dが剥離するおそれがある(図7の位置P参照)。この場合、金属プレート20C、20Dの間に形成された隙間から第1の流体F1が浸入してしまう。金属プレート20C、20Dの間に第1の流体F1が浸入した場合、浸入した第1の流体F1は、金属プレート20C、20Dの薄肉領域22同士によって形成された流路26に到達し、流路26内の第2の流体F2と混合してしまうおそれがある。
In this way, during use of the
これに対して本実施の形態によれば、金属プレート20Dの入口側開口23Aの周囲に、溝28が形成され、溝28の一端28aが貫通孔29に接続されている。さらに各金属プレート20A〜20Dの同一位置にそれぞれ貫通孔29が形成されている。したがって、金属プレート20C、20Dの間に第1の流体F1が浸入した場合であっても、この第1の流体F1が溝28及び貫通孔29を介して熱交換器10の外部へと排出される。これにより、第1の流体F1と第2の流体F2とが混合してしまう不具合を防止することができる。さらに、漏洩した第1の流体F1を漏洩検知器15によって検知することにより、第1の流体F1の漏洩を発見することができ、熱交換器10を迅速に修理したり交換したりすることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the
以上説明したように本実施の形態によれば、入口側開口23Aの周囲に、入口側開口23A及び薄肉領域22から独立した溝28が形成され、溝28の一端28aが外周領域21に形成された貫通孔29に接続されている。これにより、第1の流体F1が熱交換器10の内部で漏洩した場合であっても、漏洩した第1の流体F1が第2の流体F2へ混合することを防止し、かつ第1の流体F1の漏洩を検知することができる。また、溝28は、外周領域21のうち入口側開口23Aの周囲に形成され、かつ貫通孔29に接続されているので、金属プレート20C、20Dの間に別途介在層等を設ける必要がなく、漏洩した第1の流体F1の排出を簡単な構造で実現することができる。また、溝28及び貫通孔29は、薄肉領域22を形成する際に(ハーフ)エッチングで同時に形成されるので、溝28及び貫通孔29を形成するための特別な製造工程が必要となることもない。
As described above, according to the present embodiment, the
さらに、本実施の形態によれば、複数の金属プレート20A〜20Dの全てに貫通孔29が形成されていることにより、貫通孔29を、金属プレート20A〜20Dを積層する際の位置決め孔としても用いることができる。これにより、金属プレート20A〜20Dに別個の位置決め手段を設ける必要が無くなり、貫通孔29を用いて、金属プレート20A〜20Dを精度良く位置決めして積層することができる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the through
(第2の実施の形態)
次に、図8および図9を参照して本発明の第2の実施の形態について説明する。図8および図9は本発明の第2の実施の形態を示す図である。図8および図9に示す第2の実施の形態は、熱交換器10Aが2種類の金属プレート20B、20Dによって構成されている点が異なるものであり、他の構成は上述した第1の実施の形態と略同一である。図8および図9において、第1の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。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 are views showing a second embodiment of the present invention. The second embodiment shown in FIGS. 8 and 9 is different in that the
図8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)10A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4枚)の熱交換器用金属プレート(金属薄板状プレート)20B、20Dとを備えている。
As shown in FIG. 8, a heat exchanger (plate type heat exchanger) 10 </ b> A according to the present embodiment includes one fixing
本実施の形態においては、一方の固定板11と他方の固定板12との間で、金属プレート20Bと金属プレート20Dとが順番に繰り返し配置されている。金属プレート20Bは、第1の流体F1用の金属プレートであり、金属プレート20Dは、第2の流体F2用の金属プレートである。各金属プレート20B、20Dの構成は、第1の実施の形態における金属プレート20B、20Dの構成とそれぞれ略同様である。
In the present embodiment, the
本実施の形態において、金属プレート20Bの表面(薄肉領域22が形成された面)は、金属プレート20Dの裏面(薄肉領域22が形成されていない面)に直接接合されている。この場合、金属プレート20Bの薄肉領域22と金属プレート20Dの裏面とによって第1の流体F1が流れる流路26が形成される。同様に、金属プレート20Dの表面(薄肉領域22が形成された面)は、金属プレート20Bの裏面(薄肉領域22が形成されていない面)に直接接合されている。この場合、金属プレート20Dの薄肉領域22と金属プレート20Bの裏面とによって第2の流体F2が流れる流路26が形成される。
In the present embodiment, the surface of the
図9は、使用時における熱交換器10Aの概略断面を示す図である。図9に示すように、高温高圧の第1の流体F1は、各金属プレート20B、20Dの入口側開口23Aを順次通過して、各金属プレート20Bの薄肉領域22によって形成された流路26に流入する。第1の流体F1が流入することにより、金属プレート20Dの入口側開口23Aに高い負荷が加わり、入口側開口23Aの周囲で金属プレート20B、20Dが剥離するおそれがある。(図9の位置P参照)。この場合、金属プレート20B、20Dの間に形成された隙間から第1の流体F1が浸入することが考えられる。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic cross section of the
本実施の形態によれば、金属プレート20Dの入口側開口23Aの周囲に、溝28が形成され、溝28が貫通孔29に接続されている。さらに各金属プレート20A〜20Dの同一位置にそれぞれ貫通孔29が形成されている。したがって、金属プレート20B、20Dの間に第1の流体F1が浸入した場合であっても、この第1の流体F1が溝28及び貫通孔29を介して熱交換器10の外部へ排出される。これにより、第1の流体F1と第2の流体F2とが混合してしまう不具合を防止することができる。
According to the present embodiment, 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、10A 熱交換器
11 一方の固定板
12 他方の固定板
20A〜20D 金属プレート
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 溝
29 貫通孔
10,
Claims (9)
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金属プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを備え、
前記外周領域には、流体が流入又は流出するとともに前記薄肉領域から離間して配置された開口が形成され、
前記開口の周囲に、前記開口及び前記薄肉領域から独立した溝が形成され、前記溝の一端が、前記外周領域に形成された貫通孔に接続されていることを特徴とする熱交換器用金属プレート。 A metal plate for a heat exchanger,
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 heat transfer fin provided so as to protrude in the thickness direction of the metal plate from the thin region,
In the outer peripheral region, an opening is formed that flows in or out and is spaced apart from the thin region,
A groove independent of the opening and the thin region is formed around the opening, and one end of the groove is connected to a through-hole formed in the outer peripheral region. .
前記一対の固定板の間に互いに積層して配置された複数の熱交換器用金属プレートとを備え、
前記複数の熱交換器用金属プレートのうち少なくとも一枚の熱交換器用金属プレートは、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の熱交換器用金属プレートであることを特徴とする熱交換器。 A plurality of metal plates for a heat exchanger disposed between the pair of fixing plates and the pair of fixing plates,
6. The heat exchanger according to claim 1, wherein at least one of the plurality of heat exchanger metal plates is a heat exchanger metal plate according to claim 1.
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---|---|---|---|---|
JP2019196875A (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 大日本印刷株式会社 | Vapor chamber and electronic device |
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