(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐管に複数の離間する平行な伝熱管の入口端を接続し、該伝熱管の出口端に集合管を接続することで、板状となった伝熱管群を、受入羽の付いた複数の導入孔の穿設される第一ルーバーパネルと、排気羽の付いた複数の排気孔の穿設される第二ルーバーパネルとで表裏から挟んで伝熱管列ユニットを形成し、
前記伝熱管列ユニットを、一対の平行な外板の間で周囲を密閉したハウジングに収容し、
前記ハウジングの前記分岐管の配置側にエア入口を設け、
前記ハウジングの前記集合管の配置側にエア出口を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器であって、
前記ハウジングの内部には導入エア流路を徐々に狭めるとともに、排出エア流路を徐々に広げる整流板を前記伝熱管列ユニットと前記外板との間に設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記受入羽と前記導入孔、及び前記排気羽と前記排気孔が、切り起こし加工によって一体に形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１，２，３のいずれか１つに記載の熱交換器であって、
前記伝熱管列ユニットが、前記一対の平行な外板の間で、略層状となって複数平行に重ねられることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項４記載の熱交換器であって、
前記伝熱管列ユニットは、前記分岐管同士、及び前記集合管同士が干渉しないように、前記伝熱管に沿う方向にずれて相互に近接していることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体と流体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば露光装置では装置内の雰囲気温度が変動すると、露光光路中の空気の揺らぎによる屈折率変動や、位置計測用のレーザ干渉計の測定光路の屈折率変動が発生し、正確な露光動作が困難となる場合がある。そこで、露光装置内の雰囲気中の温度を迅速且つ高精度に調整できる流体用温調機が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、気体と流体を熱交換する熱交換器としては、伝熱管端部をヘッダを用いて接続する多パス方式の構成のものが知られている（例えば特許文献２参照）。この熱交換器は、気流方向に沿って多数のフィンが互いに平行に設置され、このフィンに直交する方向に多数の伝熱管群が挿入される。伝熱管群の各伝熱管の一端間を分岐ヘッダによって、また他端間を集合ヘッダによって、それぞれ連結し、接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１９８９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の熱交換器は、気流方向に沿って多数のフィンが平行に設置され、このフィンに直交する方向に多数の伝熱管群が挿入されるため、伝熱管の延在方向と、気流方向とが直交し、仮に伝熱管群が薄厚に構成できても、気流導入のための流路、及び気流排出のための流路を、伝熱管群を挟んでその前後に確保しなければならず、結果、立体的に大きな設置スペースが組み込み対象となる装置に必要となった。
また、多数のフィンに貫通孔を形成し、各フィンを貫くように伝熱管群を配置構成することから、製造が煩雑であるという欠点もある。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、装置への組み込みスペースを省スペース化でき、且つ簡素な構造の熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載の熱交換器１１は、分岐管１７に複数の離間する平行な伝熱管１３の入口端１９を接続し、該伝熱管１３の出口端２１に集合管２３を接続することで、板状となった伝熱管群を、受入羽２５の付いた複数の導入孔２７の穿設される第一ルーバーパネル２９と、排気羽３１の付いた複数の排気孔３３の穿設される第二ルーバーパネル３５とで表裏から挟んで伝熱管列ユニット１５を形成し、
前記伝熱管列ユニット１５を、一対の平行な外板３９の間で周囲を密閉したハウジング４１に収容し、
前記ハウジング４１の前記分岐管１７の配置側にエア入口４３を設け、
前記ハウジング４１の前記集合管２３の配置側にエア出口４５を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この熱交換器１１では、複数の平行な伝熱管１３の入口端１９と出口端２１とを直交方向の分岐管１７と集合管２３に接続し、これを受入羽２５の付いた導入孔２７の穿設される第一ルーバーパネル２９と、排気羽３１の付いた排気孔３３の穿設される第二ルーバーパネル３５とで表裏から挟むことで、受入羽２５により導入孔２７へ導入したエアが伝熱管１３を横断して他方の側の排気孔３３から排出され、エアが伝熱管１３に沿う方向に流れて熱交換されるようになる。なお、排気羽３１の下流面側は負圧となるので、排気孔３３における排気促進作用も発生する。
【０００９】
請求項２記載の熱交換器１１は、請求項１記載の熱交換器１１であって、
前記ハウジング４１の内部には導入エア流路４９を徐々に狭めるとともに、排出エア流路４７を徐々に広げる整流板５１を前記伝熱管列ユニット１５と前記外板３９との間に設けたことを特徴とする。
【００１０】
この熱交換器１１では、エア入口４３から入ったエアが、導入エア流路４９にて徐々に絞られて伝熱管列ユニット１５に入るので、均一な流れのエアが伝熱管列ユニット１５に流入する。また、伝熱管列ユニット１５を厚み方向に横断しないで通過するエアが減少する。排出エア流路４７が徐々に広がることで、一度にエア下流端側を全開放する場合の乱れた流れが生じ難くなる。
【００１１】
請求項３記載の熱交換器１１は、請求項１又は２に記載の熱交換器１１であって、
前記受入羽２５と前記導入孔２７、及び前記排気羽３１と前記排気孔３３が、切り起こし加工によって一体に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この熱交換器１１では、第一ルーバーパネル２９、第二ルーバーパネル３５に切り起こし加工が施されることで、導入孔２７や排気孔３３を切り欠いた後の板片が、一辺部３７で繋がって所定角度で起き上がった受入羽２５、排気羽３１となる。なお、受入羽２５は、繋がり部がエア下流側となり、伝熱管１３と反対側に起き上がる。排気羽３１は、繋がり部がエア上側となり、伝熱管１３と反対側に起き上がる。
【００１３】
請求項４記載の熱交換器１１は、請求項１，２，３のいずれか１つに記載の熱交換器１１であって、
前記伝熱管列ユニット１５が、前記一対の平行な外板３９の間で、略層状となって複数平行に重ねられることを特徴とする。
【００１４】
この熱交換器１１では、エア入口４３から入ったエアが、複数の伝熱管列ユニット１５を板厚方向に横断させることが可能となり、エアと伝熱管列ユニット１５との接触回数が増加する。
【００１５】
請求項５記載の熱交換器１１は、請求項４記載の熱交換器１１であって、
前記伝熱管列ユニット１５は、前記分岐管同士、及び前記集合管同士が干渉しないように、前記伝熱管１３に沿う方向にずれて相互に近接していることを特徴とする。
【００１６】
この熱交換器１１では、分岐管同士、及び集合管同士が干渉せず、無駄な間隙が形成されない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る請求項１記載の熱交換器によれば、伝熱管列ユニットを板状に形成できるので薄型化，小型化が可能となり、しかも、伝熱管列ユニットの伝熱管に沿う方向にエアを流して熱交換できるので、装置への組み込みスペースを省スペース化できる。また、平行に配置した複数の伝熱管に、導入孔，排気孔を有する一対のルーバーパネルで挟む構成であり、貫通孔の形成などの煩雑さが無く、簡素な構成で得られる。
【００１８】
請求項２記載の熱交換器によれば、導入エア流路を徐々に狭めることで導入エアと伝熱管列ユニットとの接触を確実にできるとともに、排出エア流路を徐々に広げることで、一度にエア下流端側を全開放するのに比べ、伝熱管列ユニットのエア下流端側でのエア流を均一化できる。
【００１９】
請求項３記載の熱交換器によれば、切り起こし加工によって、受入羽と導入孔、及び排気羽と排気孔を、同時に且つ高精度に形成することができる。
【００２０】
請求項４記載の熱交換器によれば、板状の伝熱管列ユニットを、厚み方向に略層状に重ねて構成できるので、小さなスペース（厚み）の拡大で効率を高めることができる。
【００２１】
請求項５記載の熱交換器によれば、分岐管同士、及び集合管同士が干渉することによる無駄な間隙の形成されることを防止して、伝熱効率の向上となり、小型化（薄型化）し易くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱交換器の分解斜視図である。
【図２】図１に示した伝熱管列ユニットの分解斜視図である。
【図３】伝熱管列ユニットにおける気流及び冷媒の流れを表した水平断面図である。
【図４】図１に示した熱交換器の水平断面図である。
【図５】排出エア流路の拡大図である。
【図６】図１に示した熱交換器の中央縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る熱交換器の分解斜視図、図２は図１に示した伝熱管列ユニットの分解斜視図である。
本実施の形態に係る熱交換器１１は、例えば半導体製造装置内や露光装置内の雰囲気の温度を迅速且つ高精度に調整する流体用温調装置に用いられる。より具体的には、装置内へ温度の低い空気を送風するために、暖まった空気を通し、伝熱管１３にて冷却する。
【００２４】
熱交換器１１は、その主要部に伝熱管列ユニット１５を備える。伝熱管列ユニット１５は、分岐管１７に複数の離間する平行な伝熱管１３の入口端１９を接続する。伝熱管１３は、例えばφ１．２ｍｍの細径なＳＵＳ（ＳＵＳ３０３）製パイプが用いられる。本実施の形態では、１９本を上下に並列する。伝熱管１３は、やや間隔をあけて、各々等間隔で、平行となる。また、伝熱管１３の出口端２１には集合管２３が接続される。複数の平行な伝熱管１３の入口端１９と出口端２１に、直交方向の分岐管１７と集合管２３が接続されることで矩形状の板状となった伝熱管群が形成される。
【００２５】
図３は伝熱管列ユニット１５における気流及び冷媒の流れを表した水平断面図である。
板状となった伝熱管群は、受入羽２５の付いた複数の導入孔２７の穿設される第一ルーバーパネル２９と、排気羽３１の付いた複数の排気孔３３の穿設される第二ルーバーパネル３５とで表裏から挟まれることで伝熱管列ユニット１５を形成している。第一ルーバーパネル２９、第二ルーバーパネル３５は、伝熱管群に接触して配設される。後述するように、このようにして形成された単体の伝熱管列ユニット１５は、厚み方向に複数が配置可能となる。
【００２６】
導入孔２７、排気孔３３は、伝熱管１３の長手方向に直交方向でスリット状の貫通穴として形成されている。受入羽２５と導入孔２７、及び排気羽３１と排気孔３３は、切り起こし加工によって一体に形成されている。第一ルーバーパネル２９、第二ルーバーパネル３５に切り起こし加工が施されることで、導入孔２７や排気孔３３を切り欠いた後の板片が、一辺部３７で繋がって所定角度、本実施の形態では約２４°で起き上がった受入羽２５、排気羽３１となる。受入羽２５は、繋がり部がエア下流側となり、伝熱管１３と反対側に起き上がる。排気羽３１は、繋がり部がエア上側となり、伝熱管１３と反対側に起き上がる。切り起こし加工によれば、受入羽２５と導入孔２７、及び排気羽３１と排気孔３３を、同時に且つ高精度に形成することができる。
【００２７】
導入孔２７、排気孔３３を通るエアは、受入羽２５、排気羽３１で流れ方向がガイドされ伝熱管１３を横断するようにしてこの伝熱管１３の外周面に接触しながら通過する。また、第一ルーバーパネル２９、第二ルーバーパネル３５は、伝熱管群に接していることで、受入羽２５、排気羽３１も伝熱管群に熱伝導する。
【００２８】
伝熱管列ユニット１５は、一対の平行な外板３９の間で周囲を密閉したハウジング４１（図６参照）に収容される。ハウジング４１の分岐管１７の配置側にはエア入口４３が設けられ、ハウジング４１の集合管２３の配置側にはエア出口４５が設けられる。
【００２９】
ハウジング４１に収容される伝熱管列ユニット１５は、一対の平行な外板３９の間で、複数のものが平行に重ねられる。本実施の形態では図４に示すように３層となる。エア入口４３から入ったエアが、複数の伝熱管列ユニット１５を板厚方向に横断するようにでき、エアと伝熱管列ユニット１５との接触回数が増加する。このように、板状の伝熱管列ユニット１５を、厚み方向に重ねて構成することで、小さなスペース（厚み）の拡大で効率を高めることができる。
【００３０】
図４は図１に示した熱交換器１１の水平断面図、図５は排出エア流路４７の拡大図である。
伝熱管列ユニット１５の積層構造において、それぞれの伝熱管列ユニット１５は、分岐管同士、及び集合管同士が干渉しないように、伝熱管１３に沿う方向にずれて相互に近接している。分岐管同士、及び集合管同士が干渉せず、無駄な間隙が形成されない。このように、熱交換器１１では、分岐管同士、及び集合管同士が干渉することによる無駄な間隙の形成されることを防止して、小型化（薄型化）し易くしている。
【００３１】
ハウジング４１の内部には導入エア流路４９を徐々に狭めるとともに、排出エア流路４７を徐々に広げる整流板５１を、伝熱管列ユニット１５と外板３９との間に設けている。本実施の形態では、対となる各整流板５１を伝熱管列ユニット１５の表裏に略接触する位置とされて設けられる。エア入口４３から入ったエアは、導入エア流路４９にて徐々に絞られて伝熱管列ユニット１５に入るので、均一な流れのエアが伝熱管列ユニット１５に流入する。伝熱管列ユニット１５を厚み方向に横断しないで通過するエアが減少する。また、図５に示すように、排出エア流路４７が徐々に広がることで、一度にエア下流端側を全開放する場合の乱れた流れが生じ難くなる。このように、導入エア流路４９を徐々に狭めることで、導入エアと伝熱管列ユニット１５との接触を確実にできるとともに、排出エア流路４７を徐々に広げることで、伝熱管列ユニット１５のエア下流端側でのエア流を均一化できる。
【００３２】
エア流の均一化は、渦流を生じさせない効果を奏する。渦流が発生すると、流れエネルギーに損失が生じ、抵抗が増大したり、伝熱管１３の表面と接触して流れるエアとの熱伝達が不均一となったりする。結果、安定した確実な熱交換が行われなくなる。本実施の形態のように、整流板５１を設け、エア流の均一化を図ることで、このような状態を生じにくくして、熱交換の効率を高めることができる。
【００３３】
図６は図１に示した熱交換器１１の中央縦断面図である。
分岐管１７は、一端が栓５３によって閉鎖され、他端に水入口５５が設けられている。集合管２３は、他端が栓５３によって閉鎖され、一端に水出口５７が設けられている。熱交換器１１では、分岐管１７、伝熱管１３、集合管２３、エア入口４３、エア出口４５、水入口５５、水出口５７の接続部分が、全てロウ付けによって接合されている。各接続部では、穴あけ、差しこみの後、管同士の接触面にロウ材を置き、炉中ロウ付けすることにより一体的に接合する所謂置きロウの手法を採用することができる。
【００３４】
次に、上記構成を有する熱交換器１１の作用を説明する。
図示しない往管から冷水が水入口５５に流入すると、冷水は分岐管１７からそれぞれの伝熱管１３に流れ込む。伝熱管１３の入口端１９に流入した冷水は出口端２１へ向かって流れる。一方、ハウジング４１のエア入口４３からは図示しない装置内の雰囲気空気が送り込まれる。エア入口４３から送り込まれた空気は、整流板５１によって徐々に狭められた導入エア流路４９で伝熱管列ユニット１５へ流速を上げ均圧されて送られる。
【００３５】
一つの伝熱管列ユニット１５をみれば、伝熱管列ユニット１５の表裏に沿ってエアは流れる。第一ルーバーパネル２９に沿って流れるエアは受入羽２５によって導入孔２７へ入り、伝熱管１３を横断した後、第二ルーバーパネル３５の排気孔３３から排出される。排気羽３１の下流面側は負圧となるので、排気孔３３における排気促進作用が発生する。排出されたエアは、第二ルーバーパネル３５に沿って流れるか、或いは隣接する他の伝熱管列ユニット１５の第一ルーバーパネル２９から同様に導入孔２７を介して取り込まれる。
【００３６】
導入孔２７から取り込まれ、伝熱管１３を横断するエアは、冷水が流れることによって低温となった伝熱管１３の表面と熱伝達によって熱が奪われ、温度が下がる。また、伝熱管１３に接触している第一ルーバーパネル２９、第二ルーバーパネル３５も、熱伝導によって低温となっているので、これら第一ルーバーパネル２９、第二ルーバーパネル３５、受入羽２５、排気羽３１に接触することによってもエアは低温となる。
【００３７】
伝熱管列ユニット１５との熱交換によって温度が下げられたエアは、徐々に広がる排出エア流路４７に到達し、エア出口４５から装置の冷却側サプライ配管へと送られる。一方、伝熱管１３にてエアとの熱交換によって温度の上昇した冷水は、水出口５７から冷却水環管に送られ、再び冷却されて水入口５５から供給されることとなる。
【００３８】
このように熱交換器１１では、複数の平行な伝熱管１３の入口端１９と出口端２１とを直交方向の分岐管１７と集合管２３に接続し、これを受入羽２５の付いた導入孔２７の穿設される第一ルーバーパネル２９と、排気羽３１の付いた排気孔３３の穿設される第二ルーバーパネル３５とで表裏から挟むことで、受入羽２５により導入孔２７へ導入したエアが伝熱管１３を横断して他方の側の排気孔３３から排出され、結果、エアが伝熱管１３に沿う方向に流れて熱交換されるようになる。
【００３９】
また、この熱交換器１１では、一定長の多数の伝熱管１３が同一平面上に並べられる。この際、例えば伝熱管１３は外径が１．２ｍｍの細い管径で形成されている。熱交換器１１の温度効率は、伝熱面積が広いほど大きく、水当量(water value) が小さいほど大きくなる。伝熱管列ユニット１５は、極細の多数の伝熱管１３からなることで、ハウジング４１を流れるエアと伝熱管１３を流れる冷水の伝熱面積が広くなる。
【００４０】
伝熱管１３を極細とすることで本数を増やせ、伝熱面積を広く確保できるからである。伝熱管１３は極細とすることで管路が長くなると圧力損失が増大するが、短管を多数並設することによりこれを抑制できる。また、熱交換器１１は、伝熱管１３を多数とし、分岐経路を増やすことで流速を遅くし、伝熱管１３の１本当たりの水当量を小さくすることが可能となる。また、伝熱管１３とエアとの熱伝達率には、伝熱管１３を極細化するスケール効果によって増大する伝熱学的原理を利用することが可能となる。結果、温度効率の高い伝熱管列ユニット１５が得られている。
【００４１】
これに加え、伝熱管列ユニット１５が複数段に積層されるので、伝熱面積をさらに広げて、水当量もさらに小さくでき、限られた設置面積で、温度効率の高い熱交換器１１が得られる。
【００４２】
熱交換器１１は、このようにして効率が高められることで、従来に比べて収容スペースを大幅に小さくすることができる。また、積層構造となることで、小型化、省スペース化が容易となり、設置面積も小さくできる。これにより、従来の熱交換器１１では設置できなかった狭小スペースの装置へも設置を可能にすることができるようになる。また、平行に配置した複数の伝熱管１３に、導入孔２７，排気孔３３を有する一対のルーバーパネル２９，３５で挟む構成であり、従来のような多数のフィンに伝熱管を通す貫通孔を形成するなどの煩雑さが無く、簡素な構成で得られる。
【００４３】
したがって、本実施の形態に係る熱交換器１１によれば、伝熱管列ユニット１５を板状に形成できるので小型化が可能となり、しかも、伝熱管列ユニット１５の伝熱管１３に沿う方向にエアを流して熱交換できるので、装置への組み込みスペースを省スペース化できる。
【符号の説明】
【００４４】
１１…熱交換器
１３…伝熱管
１５…伝熱管列ユニット
１７…分岐管
１９…入口端
２１…出口端
２３…集合管
２７…導入孔
２９…第一ルーバーパネル
３１…排気羽
３３…排気孔
３５…受入羽
３５…第二ルーバーパネル
３９…外板
４１…ハウジング
４３…エア入口
４５…エア出口
４７…排出エア流路
４９…導入エア流路
５１…整流板
【図１】
0005524791.tif 000002
【図２】
0005524791.tif 000003
【図３】
0005524791.tif 000004
【図４】
0005524791.tif 000005
【図５】
0005524791.tif 000006
【図６】
0005524791.tif 000007