(57)【要約】【課題】流路溝が形成されたシートを複数段に積層してなる積層型熱交換器において、シートの積層に要する工数を削減し、また接合不良の発生を抑制する。【解決手段】媒体１００が流通する複数の第１溝部１２、および媒体２００が流通する複数の第１孔部１４が形成された第１シート１０と、媒体２００が流通する複数の第２孔部２１が形成された第２シート２０とを交互に複数段に積層した構造とする。第１シート１０に形成した第１溝部１２はＸ方向に貫通して第１熱交換媒体１００の流路となり、第１シート１０に形成した第１孔部１４と第２シート２０に形成された第２孔部２１とがＺ方向に貫通して第２熱交換媒体２００の流路となる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔で並設された柱部（１１）により三次元空間のＸ方向に複数の第１溝部（１２）が形成され、隣接する前記柱部（１１）同士は三次元空間のＹ方向で連結されるとともに、複数の第１孔部（１４）が前記柱部（１１）を貫通するように三次元空間のＺ方向に形成された第１シート（１０）と、複数の第２孔部（２１）がシート本体を貫通するように三次元空間のＺ方向に形成された第２シート（２０）とを備え、前記第１および第２シートを交互に複数段に積層した構造を有する積層型熱交換器であって、
前記第１シート（１０）に形成された第１溝部（１２）が前記Ｘ方向に貫通して第１熱交換媒体（１００）の流路となり、前記第１シート（１０）に形成された第１孔部（１４）と前記第２シート（２０）に形成された第２孔部（２１）とが前記Ｚ方向に貫通して第２熱交換媒体（２００）の流路となることを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項２】
前記第２シート（２０）の少なくとも片面に、前記第１溝部（１２）と係合して第１熱交換媒体（１００）の流路となる第２溝部（２２）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
【請求項３】
板材の両面に表裏対称となる溝部（４１）が三次元空間のＸ方向に複数形成されるとともに、複数の孔部（４３）が前記溝部（４１）と溝部（４１）との間を貫通するように三次元空間のＺ方向に形成されたシート（４０）を備え、当該シート（４０）を複数段に積層した構造を有する積層型熱交換器であって、
前記シート（４０）の表面に形成された溝部（４１）と、積層方向に隣接するシート（４０）の裏面に形成された溝部（４１）とが係合して前記Ｘ方向に貫通する第１熱交換媒体（１００）の流路（４１Ａ）となり、前記各シート（４０）に形成された孔部（４３）が前記Ｚ方向に貫通して第２熱交換媒体（２００）の流路となることを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項４】
前記シート（４０）の両面に形成された溝部（４１）の間に三次元空間のＸ方向に沿ってブリッジ（４２）を延設したことを特徴とする請求項３に記載の積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流路溝が形成されたシートを複数段に積層してなる積層型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流路溝が形成されたシートを複数段に積層し、温度の異なる２つの熱交換媒体（以下、媒体）を一段おきに交互に流通させることで熱交換を行うようにした積層型熱交換器が知られている。この積層型熱交換器では、板状のシートを複数段に積み上げて治具で固定し、拡散接合することで一体に接合するようにしている。
【０００３】
図８は、従来の一般的な積層型熱交換器の主要部を示したもので、（ａ）は熱交換器コア５の要部分解斜視図、（ｂ）は（ａ）の外観斜視図である。各図に示すように、熱交換器コア５は、Ｘ方向に沿って多数の流路溝５１が平行に形成されたシート５２と、Ｙ方向に沿って多数の流路溝５３が平行に形成されたシート５４とからなり、各シートの流路溝５１，５３が平面視で交互に直交するように積層されている。この熱交換器コア５を拡散接合により一体に接合し、さらに外側にフランジ等を取り付ける（あるいは容器に収容する）ことにより積層型熱交換器となる。そして、この積層型熱交換器に温度の異なる２つの媒体１００，２００をＸ、Ｙ方向からそれぞれ供給することにより、熱交換器コア５の内部で媒体１００，２００間で熱交換が行われる。
【０００４】
このように、流路溝が形成されたシートを複数段に積層した積層型熱交換器に関しては、従来より種々の提案がなされている（特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６４０６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８０７８号公報
【特許文献３】特開２００３−１８５３７５号公報
【特許文献４】特許第２５６０３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示すように細長い形状のシートを積層することにより熱交換器コアとする構造においては、シートの積層枚数が多くなるため、シートを積層するのに工数がかかるだけでなく、積層時に位置ずれが発生するため、これを修正するのにも工数がかかることになる。
【０００６】
また、流路溝は半円形状であり、溝と溝との間は凸形状の柱が形成されている。このため、接合工程で加圧すると、おもに上下で重なり合う柱と柱との交点に力が加わり、他の部分には力が伝わりにくいため、接合不良が発生することがあった。
【０００７】
この発明の目的は、シートの積層に要する工数を削減し、また接合不良の発生を抑制した積層型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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、一定間隔で並設された柱部により三次元空間のＸ方向に複数の第１溝部が形成され、隣接する前記柱部同士は三次元空間のＹ方向で連結されるとともに、複数の第１孔部が前記柱部を貫通するように三次元空間のＺ方向に形成された第１シートと、複数の第２孔部がシート本体を貫通するように三次元空間のＺ方向に形成された第２シートとを備え、前記第１および第２シートを交互に複数段に積層した構造を有する積層型熱交換器であって、前記第１シートに形成された第１溝部が前記Ｘ方向に貫通して第１熱交換媒体の流路となり、前記第１シートに形成された第１孔部と前記第２シートに形成された第２孔部とが前記Ｚ方向に貫通して第２熱交換媒体の流路となることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第２シートの少なくとも片面に、前記第１溝部と係合して第１熱交換媒体の流路となる第２溝部を形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、板材の両面に表裏対称となる溝部が三次元空間のＸ方向に複数形成されるとともに、複数の孔部が前記溝部と溝部との間を貫通するように三次元空間のＺ方向に形成されたシートを備え、このシートを複数段に積層した構造を有する積層型熱交換器であって、前記シートの表面に形成された溝部と、積層方向に隣接するシートの裏面に形成された溝部とが係合して前記Ｘ方向に貫通する第１熱交換媒体の流路となり、前記各シートに形成された孔部が前記Ｚ方向に貫通して第２熱交換媒体の流路となることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３において、前記シートの両面に形成された溝部の間に三次元空間のＸ方向に沿ってブリッジを延設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、シートの積層枚数を少なくすることができるため、シートを積層する工数を大幅に削減することができ、また積層時に位置ずれを抑制することができるため、位置ずれを修正する工数を削減することができる。また、接合工程で加圧したときに、積層した各シートは平面で重なり合い、各部分がほぼ均等に加圧されるため、接合不良の発生を抑制することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、第２シートの片面または両面に形成した第２溝部と第１溝部とが係合して、第１溝よりも大きな流路となるので、媒体の流路断面積を大きくすることができるので、コア内部での熱交換効率を向上させることができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、シート素材の両面に表裏対称となる溝部を形成したシートを積層するようにしたので、シートの積層に要する工数を削減し、また接合不良の発生を抑制することができるのに加えて、同一構成のシートを用いるために生産コストを低減することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、ブリッジがＸ方向に沿って延設されているため、接合工程で加圧したときのシートのたわみが少なく、各部分がより均等に加圧されるようになるため、接合不良の発生を効果的に抑制することができる。さらに、ブリッジが流路の内部に存在しないため、流路断面積を大きくすることができ、また媒体の流れを妨げることがないので、流路抵抗を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係わる積層型熱交換器の各実施例を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は実施例１に係わる積層型熱交換器の主要部となる熱交換器コアの基本構成を示す斜視図、図２は図１のＡ部分における拡大図である。また、図３は第１シート１０の構造を示しており、（ａ）は第１シート１０の部分平面図、（ｂ）は正面図を示している。
【００１８】
本実施例の熱交換器コア１は、図１および図２に示すように、媒体１００が流通する複数の第１溝部１２、および媒体２００が流通する複数の第１孔部１４が形成された第１シート１０と、媒体２００が流通する複数の第２孔部２１が形成された第２シート２０とから構成され、この第１シート１０と第２シート２０とを交互に複数段に積層した構造となっている。
【００１９】
第１シート１０は、図２に示すように、細長い四角柱形の柱部１１を一定間隔に並べてシート状にしたもので、各柱部１１により仕切られた第１溝部１２が三次元空間のＸ方向（以下、Ｘ方向）に複数形成されている。この第１溝部１２は、Ｘ方向に沿って媒体１００を流通させるための空間となる。そして、図３（ａ）に示すように、隣接する柱部１１同士は三次元空間のＹ方向（以下、Ｙ方向）においてブリッジ１３により連結されている。このブリッジ１３には、図３（ｂ）に示すように、三次元空間のＺ方向（以下、Ｚ方向）において両端に切り欠き１３ａが形成されている。この切り欠き１３ａは、ブリッジ１３において媒体１００をＸ方向に流通させるための空間となる。
【００２０】
また、各柱部１１には、図２に示すように、柱部１１を貫通するように断面長円形の第１孔部１４が三次元空間のＺ方向（以下、Ｚ方向）に複数形成されている。この第１孔部１４は、媒体２００をＺ方向に流通させるための空間である。本実施例において、第１シート１０の柱部１１とブリッジ１３とは一体に形成され、１枚のシートとなっている。
【００２１】
第２シート２０は、断面長円形の第２孔部２１がシート本体を貫通するようにＺ方向に複数形成されている。この第２孔部２１は媒体２００をＺ方向に流通させるための空間であり、第１シート１０に形成された第１孔部１４と同一形状に形成されている。そして、第１シート１０と第２シート２０とを積層したときに、平面視で第１シート１０の第１孔部１４と一致するように配置されている。
【００２２】
上記第１シート１０と第２シート２０とを交互に複数段に積層することにより、図４の外観斜視図に示すような形状の熱交換器コア１となる。この熱交換器コア１を拡散接合により一体に接合し、さらに外側に図示しないプレートやフランジ等を取り付ける（あるいは容器に収容する）ことにより積層型熱交換器が完成する。そして、この積層型熱交換器に対して、媒体１００をＸ方向から供給し、また媒体２００をＺ方向から供給することにより、熱交換器コア１の内部で熱交換が行われる。
【００２３】
なお、図４に示す熱交換器コア１では、図８に示す従来例の熱交換器コアと同数の媒体流路が確保されているものとする。
【００２４】
次に、本実施例による熱交換器コア１の内部構造について説明する。
【００２５】
図５は熱交換器コアの部分断面図であり、（ａ）は第１孔部１４の位置でＹ方向に切断したときの断面図、（ｂ）はブリッジ１３の位置でＹ方向に切断したときの断面図である。詳しくは、図５（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線、図５（ｂ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ線から見たときの断面図に相当している。なお、図５の各断面図において、最上部および最下部に配置されるシートは他のシートと厚みが異なる。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層すると、断面矩形状の第１溝部１２がそれぞれＸ方向に貫通して媒体１００の流路となる。そして、図５（ｂ）に示すように、ブリッジ１３の部分には切り欠き１３ａが形成されているため、媒体１００はブリッジ１３の切り欠き１３ａを通過しながら流通する。したがって、Ｘ方向の入口側から媒体１００を供給すると、媒体１００は第１溝部１２と切り欠き１３ａをそれぞれ流通して出口側まで達することになる。
【００２７】
また、第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層することにより、第１シート１０に形成された断面長円形の第１孔部１４と、第２シート２０に形成された同じく断面長円形の第２孔部２１とが係合し、Ｚ方向に貫通して媒体２００の流路となる。したがって、Ｚ方向の入口側から媒体２００を供給すると、媒体２００は第１シート１０に形成された第１孔部１４と第２シート２０に形成された第２孔部２１とをそれぞれ流通して出口側まで達することになる。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、熱交換器コア１に対してＸ方向に媒体１００を供給し、またＹ方向に媒体２００を供給することにより、図８と同じ方向から媒体が流通する熱交換器コアとすることができる。
【００２９】
上記実施例１の熱交換器コア１によれば、図８の従来例と同数の媒体流路を形成した場合でも、シートの積層枚数を少なくすることができるため、シートを積層する工数が大幅に削減することができる。また、積層時の位置ずれを抑制することができるため、位置ずれを修正するための工数を削減することができる。さらに、接合工程で加圧したときに、第１シート１０と第２シート２０は平面で重なり合うことになり、各部分がほぼ均等に加圧されるため、接合不良の発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００３０】
次に、実施例２に係わる熱交換器コア２の内部構造を図６とともに説明する。なお、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。
【００３１】
図６（ａ）、（ｂ）は実施例２の熱交換器コア２における部分断面図であり、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）の断面図と対応している。
【００３２】
本実施例は、実施例１の第２シート２０の代わりに、シート両面に断面半円形状の第２溝部２２を形成した第２シート３０を用いている。他の構成は実施例１と同じである。
【００３３】
第２溝部２２は、第１シート１０の第１溝部１２と同じＸ方向（図２参照）に延設され、第２シート３０と第１シート１０とを交互に積層したときに、第１シート１０の第１溝部１２と係合する位置に形成されている。また、第２シート３０は、第２溝部２２を両面に形成するため、シートの厚みが実施例１の第２シート２０よりも厚くなっている。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、第１シート１０と第２シート３０とを交互に積層すると、断面矩形状の第１溝部１２と断面半円形状の第２溝部２２とが係合して、第１溝部１２よりも流路断面積の大きい断面長円形状の流路となる。また、図６（ｂ）に示すように、第２シート３０の両面に形成された第２溝部２２は、ブリッジ１３に形成された切り欠き１３ａと係合して、ブリッジ１３に形成された切り欠き部１３ａよりも流路断面積の大きい断面略円形状の流路となる。
【００３５】
上記実施例２の熱交換器コア２では、実施例１と同じくシートの積層に要する工数を削減し、また接合不良の発生を抑制することができるのに加えて、媒体１００の流路断面積を大きくすることができるので、コア内部での熱交換効率を向上させることができる。
【００３６】
なお、第２溝部２２は、第２シート３０の片面のみに形成してもよく、その場合でも媒体１００の流路断面積を実施例１よりも大きくすることができるので、コア内部での熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３７】
なお、上記各実施例では、隣接する柱部１１同士をブリッジ１３で部分的に連結しているが、隣接する柱部１１同士をＸ方向に沿って延設したブリッジ１３により連結してもよい。
【実施例３】
【００３８】
次に、実施例３に係わる熱交換器コア３の内部構造を図７とともに説明する。本例においても、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。
【００３９】
図７は実施例３の熱交換器コア３における部分断面図であり、図５（ａ）の断面図と対応している。
【００４０】
本実施例の熱交換器コア３は、１種類のシート４０を複数段に積層した構造となっている。このシート４０は、シート素材の両面に表裏対称となる溝部４１がＸ方向（図２参照）に沿って複数形成されている。また、シート４０の両面に形成された溝部４１の間にはＸ方向に沿ってブリッジ４２が延設されている。さらに、溝部４１間を貫通するように断面長円形の孔部４３がＺ方向（図２参照）に複数形成されている。
【００４１】
図７に示すように、シート４０を複数段に積層すると、隣接するシート４０の溝部４１同士が係合して断面長円形状となり、Ｘ方向に貫通して媒体１００の流路４１Ａとなる。また、それぞれのシート４０に形成された断面長円形状の孔部４３同士が係合して、Ｚ方向に貫通して媒体２００の流路となる。
【００４２】
上記実施例３の熱交換器コア３によれば、実施例１と同じくシートの積層に要する工数を削減し、また接合不良の発生を抑制することができる。とくに本実施例では、同一構成のシート４０を積層する構造であるため、生産コストを低減することができる。また、ブリッジ４２がＸ方向に沿って延設されているため、接合工程で加圧したときのシート４０のたわみを少なくすることができる。これにより、各部分がより均等に加圧されるようになり、接合不良の発生をより効果的に抑制することができる。さらに、ブリッジ４２が流路４１Ａの内部に存在しないので、流路断面積を大きくすることができ、また媒体１００の流れを妨げることがないので、流路抵抗を低減することができる。
【００４３】
以上説明したように、各実施例の熱交換器コアでは、シートの積層枚数を少なくすることができるため、シートを積層する工数を大幅に削減することができ、また積層時に位置ずれを抑制することができるため、位置ずれを修正する工数を削減することができる。また、接合工程で加圧したときに、積層した各シートは平面で重なり合い、各部分がほぼ均等に加圧されるため、接合不良の発生を抑制することができる（請求項１の効果）。
【００４４】
とくに、実施例２に示すように、第２シート３０両面（または片面）に第２溝部２２を形成するようにした構成では、媒体１００の流路断面積を大きくすることができるので、コア内部での熱交換効率を向上させることができる（請求項２の効果）。
【００４５】
とくに、実施例３に示すように、シート素材の両面に表裏対称となる溝部４１を形成したシート４０を積層するようにした構成では、シートの積層に要する工数を削減し、また接合不良の発生を抑制することができるのに加えて、同一構成のシートを用いるために生産コストを低減することができる（請求項３の効果）。
【００４６】
また実施例３では、ブリッジ４２がＸ方向に沿って延設されているため、接合工程で加圧したときのシート４０のたわみが少なく、各部分がより均等に加圧されるようになるため、接合不良の発生をより効果的に抑制することができる。さらに、ブリッジ４２が流路４１Ａの内部に存在しないため、流路断面積を大きくすることができ、また媒体１００の流れを妨げることがないので、流路抵抗を軽減することができる（請求項４の効果）。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１に係わる積層型熱交換器の主要部となる熱交換器コアの基本構成を示す斜視図。
【図２】図１のＡ部分における拡大図。
【図３】（ａ）は第１シートの部分平面図。（ｂ）は正面図。
【図４】熱交換器コアの外観斜視図。
【図５】熱交換器コアの部分断面図。（ａ）は第１孔部の位置でＹ方向に切断したときの断面図。（ｂ）はブリッジの位置でＹ方向に切断したときの断面図。
【図６】実施例２に係わる熱交換器コアの部分断面図。（ａ）は第１孔部の位置でＹ方向に切断したときの断面図。（ｂ）はブリッジの位置でＹ方向に切断したときの断面図。
【図７】実施例３に係わる熱交換器コアの部分断面図。（ａ）は第１孔部の位置でＹ方向に切断したときの断面図。（ｂ）はブリッジの位置でＹ方向に切断したときの断面図。
【図８】従来の一般的な積層型熱交換器の主要部を示す図。（ａ）は熱交換器コアの要部分解斜視図。（ｂ）は（ａ）の外観斜視図。
【符号の説明】
【００４８】
１、２、３、４、５…熱交換器コア
１０…第１シート
１１…柱部
１２…第１溝部
１３、４２…ブリッジ
１３ａ…切り欠き部
１４…第１孔部
２０、３０…第２シート
２１…第２孔部
２２…第２溝部
４０…シート
４１…溝部
４１Ａ…流路
４３…孔部
１００，２００…媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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