(57)【要約】【課題】プレート式熱交換器において、チューブの熱交換性能を向上させる。【解決手段】冷媒ガスＧ（第一の媒体）の流通方向に延びる波状突起を平坦部２０により分断した構成により、冷媒ガスＧの流通方向に対して直交する方向に沿って熱交換器１００に流入した空気Ａ（第二の媒体）は、波状突起が分断された平坦部２０を通過することで、流入したときの方向（冷媒ガスＧの流通方向に対して直交する方向）を維持しながら、チューブ１０，１０間に画成されたの第二の通路１４を流れることができ、空気Ａは、冷媒ガスＧの流通方向に対して略直交する方向に、阻害されることなく流通して、チューブ１０の面内（特に冷媒ガスＧの流通方向に沿った方向）において伝熱の偏在が生じるのを防止し、熱交換器１００の熱交換性能を向上させる。【選択図】図３
2008190786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱プレートが積層されて複数の空間が画成され、
前記画成して得られた空間のうち、一方の空間は第一の媒体が所定方向に流通する第一通路をなし、他方の空間は前記伝熱プレートを介して前記第一通路と隣接するとともに第二の媒体が流通する第二通路をなし、
前記伝熱プレートには、前記第一媒体が流通する方向に沿って全体として略波形となる波形突起が、該第一媒体が流通する方向に対して略直交する方向に複数形成され、
前記波形突起は、その切返し部分において、前記第一媒体の流通方向に対して略直交する方向に前記第二媒体の流通を許容する平坦部により分断されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記平坦部の、前記許容された前記第二媒体の流通方向の下流側に、隣接する他の波形突起のうち平坦部によって分断された該波形突起の前端縁が位置するように、前記複数の波形突起が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記複数の波形突起は、第一波形突起と、前記第一波形突起よりもその突出高さが高い第二波形突起とが交互に配列されてなり、
前記配列の中央および前記配列の両端は前記第一波形突起であり、前記配列の両端の第一波形突起は、前記配列の中心線に対して線対称の形状に形成され、
前記配列の中心線に対して線対称の位置に配設された前記第二波形突起は、該中心線に対して非線対称の形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプレート式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関し、詳細には、複数枚の第一伝熱プレートと複数枚の第二伝熱プレートとを交互に積層して媒体の流通通路が形成されたプレート式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置は、温められた冷媒を内部に流し、その外表面に接触する気体との間で熱交換を行なって冷媒を冷やす複数のチューブを備えた凝縮器や、これとは反対に、冷えた冷媒を内部に流し、その外表面に接触する気体との間で熱交換を行なって気体を冷やす複数のチューブを備えた蒸発器などの熱交換器を備えられている。
【０００３】
また、自動車エンジン等の冷却液を冷やす目的で設けられているラジエータやオイルを冷やす目的で設けられているオイルクーラ等も、凝縮器や蒸発器と同様に、冷却水やオイル等の冷媒を冷却する熱交換器の一種である。
【０００４】
このような熱交換器の一例として、複数のチューブプレート（伝熱プレート）が積層されて、冷媒が流通する通路と空気が流通する通路とが隣接して画成されたプレート式の熱交換器が知られている。
【０００５】
そして、このプレート式の熱交換器には、熱交換性能を向上させる目的で、冷媒が流通する方向に沿って全体として略波形となる波形突起が、冷媒が流通する方向に対して直交する方向に複数形成されている。
【０００６】
これらの波形突起は、冷媒が流通する通路の周壁を形成する外周面から突出した突起として形成されており、空気の流通方向に対して直交する方向への表面積の増大により、熱交換を促進させる効果を発揮している（特許文献１〜５）。
【特許文献１】特許第３６７５４７５号公報
【特許文献２】特表２００３−５２６０７０号公報
【特許文献３】特開平１１−２８１２６９号公報
【特許文献４】特開２００２−１０７０８４号公報
【特許文献５】特開２０００−１９３３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、波形突起のうち、空気の流通方向の上流側の前端部分つまり波形状の切返し部分は、他の部分に比べて伝熱性能が高い。したがって、この波形状の切返し部分では、熱交換性能が高くなる。
【０００８】
ここで、配列された複数の波形部は、互いに平行または同心状に形成されているため、空気の流通方向に直交する方向（波形突起の延在方向）に沿って、切返し部分は同一位相位置上に揃うことになり、熱交換性能が相対的に高い位相位置と、熱交換性能が相対的に低い位相位置とが偏在するため、伝熱プレートの面内で伝熱の不均衡を生じ、伝熱の効率を低下させる要因となっている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、伝熱プレートの面内における伝熱の偏在を防止して、熱交換性能を向上させることができるプレート式熱交換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るプレート式熱交換器は、波形突起の切返し部分に平坦部を形成したことで、第二の媒体が、第一の媒体の流通方向に対して略直交する方向に流通することが可能となり、第一の媒体の流通方向と第二の媒体の流通方向とが直交して、伝熱プレートの面内における伝熱の偏在を防止し、熱交換性能を向上させたものである。
【００１１】
すなわち、本発明に係るプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層されて複数の空間が画成され、前記画成して得られた空間のうち、一方の空間は第一の媒体（冷媒ガス等）が所定方向に流通する第一通路をなし、他方の空間は前記伝熱プレートを介して前記第一通路と隣接するとともに第二の媒体（空気等）が流通する第二通路をなし、前記伝熱プレートには、前記第一の媒体が流通する方向に沿って全体として略波形となる波形突起が、該第一の媒体が流通する方向に対して略直交する方向に複数形成され、前記波形突起は、その切返し部分において、前記第一媒体の流通方向に対して略直交する方向に前記第二媒体の流通を許容する平坦部により分断されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、波形突起とは、正弦波や余弦波等の三角関数波形に代表される、周期的に増減を繰り返すことによって全体として波形状（三角波状や鋸歯波状も含む）を呈する部分を意味するものであり、この波形突起は、第一の媒体が伝熱プレート内を流通するときの流通方向に沿って延在している。
【００１３】
また、波形突起は、伝熱プレートの外表面よりも外方に突出した凸の輪郭によって形成された突条などである。
【００１４】
切返し部分とは、波形状の変曲点に相当する部分（増減の向きが変化する部分）であるが、この変曲点に相当する部分だけを厳密に意味するものではなく、この変曲点に相当する部分の近傍部分も含めることができる。
【００１５】
そして、このように波形状の切返し部分が平坦部によりに分断されていることにより、波形突起は、全体として略「ハの字」が並んだ形状となる。
【００１６】
なお、熱交換器としては、空気調和装置の冷却サイクルに用いられる凝縮器や蒸発器の他、ラジエータやオイルクーラ等を含む。すなわち、少なくとも、熱交換の対象となる第一の媒体が内部を流れ第二の媒体が外表面に接触するチューブが所定方向に配列されたものであればよい。
【００１７】
このように構成された本発明に係るプレート式熱交換器によれば、波形突起の切返し部分が平坦部により分断されているため、第二の媒体が、第一の媒体の流通方向に対して略直交する方向に流通する際に、平坦部により分断された波形突起の隙間つまり平坦部を通過することで、第一の媒体の流通方向に延びた波形突起によって通過が阻止されるのを防ぐことができる。
【００１８】
この結果、第二の媒体が、第一の媒体の流通方向に対して略直交する方向に流通可能となり、第一の媒体の流通方向と第二の媒体の流通方向とが直交するため、伝熱プレートの面内において伝熱の偏在が生じることがなく、熱交換性能を向上させることができる。
【００１９】
さらに、波状突起が平坦部によって分断されているため、本発明のプレート式熱交換器をエバポレータとして用いたものでは、第二の通路を通過する第二の媒体に含まれる水蒸気が、チューブの外表面に接触して凝縮した場合にも、その凝縮した水滴の滴下し易くなり、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るプレート式熱交換器によれば、熱交換性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るプレート式熱交換器の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るプレート式熱交換器１００の外観を示す斜視図、図２（ａ）は、図１における矢視Ｄによるチューブプレートの外表面を表す図、図２（ｂ）は、（ａ）におけるＥ−Ｅ線に沿った断面を示す断面図である。
【００２３】
図示のプレート式熱交換器１００は、車両に搭載される空気調和システムの一部を構成する凝縮器であり、内部を流れる冷媒Ｇ（第一の媒体）と外表面に接触する空気Ａ（第二の媒体）との間で熱交換を行う、断面が扁平なチューブ１０を複数平行に配列して形成されたものである。
【００２４】
これらのチューブ１０は、第一のチューブプレート１１（伝熱プレート）と第二のチューブプレート１２（伝熱プレート）とを接合することにより形成されており、図２（ｂ）に示すように、チューブ１０の内部には、冷媒ガスＧが図２（ａ）の縦方向に流通する第一の通路１３が画成されている。
【００２５】
そして、複数のチューブ１０が積層されて、各チューブ１０，１０間には、第一の通路１３とは連通しない第二の通路１４が形成されている。
【００２６】
チューブプレート１１の扁平な表面には、図２（ａ）に示す多数の突起１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，…が形成されている。なお、他方のチューブプレート１２についても同様に多数の突起１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，…が形成されている。
【００２７】
これらの突起１１ａ，１１ｂ，…（以下、突起１１ａ等という。）は、図２（ａ）の縦方向すなわち冷媒ガスＧの流通方向に沿って、全体として略波形状の輪郭を有する突起（波形突起）の切返し部分すなわち波形状の頂点およびその近傍部分がチューブプレート１１，１２の外表面と同一高さとなるように平坦に形成された平坦部２０（図２（ａ）において二点鎖線で示す）によって分断されて形成されたものであり、この分断された状態では、全体として「横倒しのハの字」（図３において符号Ｈ１，Ｈ２，…で表記）が図示（図２（ａ））の縦方向並んだ様相を呈し、これら「ハの字」をそれぞれ構成する各斜め線状の突起１１ａ等となっている。なお、この「ハの字」は、縦方向に等ピッチで並んでいる。
【００２８】
また、波形突起は空気Ａの流通方向に複数並んで配列されており、隣接する波形突起間では、各波形状の繰り返しの周期Ｔの１／４（つまり周期Ｔ／４）または３／４（つまり周期３Ｔ／４）だけオフセットして形成されている。
【００２９】
また、これら複数の突起１１ａ等は、図２（ｂ）の断面図に示すように、第一突起１１ａ，１１ｆ，１１ｄ（１２ａ，１２ｆ，１２ｄ）と、第一突起１１ａ，１１ｆ，１１ｄ（１２ａ，１２ｆ，１２ｄ）よりもその突出高さ（チューブプレート１１，１２の扁平な外表面からの突出高さを意味する。）が高い第二突起１１ｂ，１１ｃ（１２ｂ，１２ｃ）とが交互に配列されてなり、配列方向の中央列（図３において第３列目）および配列方向の両端列（図３において第１列目および第５列目）は、相対的に突出高さの低い第一突起であり、かつ配列の両端列の第一突起１１ａ，１１ｄ（１２ａ，１２ｄ）は、配列方向の中心線に対して線対称の形状に形成され、配列の中心線に対して線対称の位置に配設された他の列（図３において第２列目および第４列目）の第二突起１１ｂ，１１ｃ（１２ｂ，１２ｃ）は、その中心線に対して非線対称の形状に形成されている。
【００３０】
上述した第二の通路１４は、複数のチューブ１０を積層したとき、一部の突起同士が突き当たるため、チューブ１０，１０間に空間が画成されるものであり、このチューブ１０，１０間に画成された第二の通路１４には、空気Ａが通過する。
【００３１】
ここで、チューブ１０，１０間に画成された第二の通路１４は、波状突起同士が突き当たることによって形成されているため、波状突起に平坦部２０が形成されていない従来の熱交換器においては、冷媒ガスＧの流通方向に沿った波状突起が、第二の通路１４の壁面となり、冷媒ガスＧの流通方向に対して直交する方向に沿って熱交換器１００に流入する空気Ａの、当該方向（冷媒ガスＧの流通方向に対して直交する方向）への流れを妨げることになる。
【００３２】
これに対して、本実施形態の熱交換器１００によれば、図２に示すように、波状突起が平坦部２０により分断されているため、冷媒ガスＧの流通方向に対して直交する方向に沿って熱交換器１００に流入した空気Ａは、図３に示すように波状突起が分断された平坦部２０を通過することで、流入したときの方向（冷媒ガスＧの流通方向に対して直交する方向）をある程度維持しながら、チューブ１０，１０間に画成されたの第二の通路１４を流れることができる。
【００３３】
この結果、空気Ａは、冷媒ガスＧの流通方向に対して略直交する方向に、阻害されることなく流通するため、チューブ１０の面内（特に冷媒ガスＧの流通方向に沿った方向）において伝熱の偏在が生じるのを防止することができ、熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができる。
【００３４】
さらに、波状突起が平坦部２０によって分断されているため、この熱交換器１００をエバポレータとして用いたものでは、第二の通路１４を通過する空気Ａに含まれる水蒸気が、チューブ１０の外表面に接触して凝縮した場合にも、その凝縮した水滴の滴下し易くなり、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００３５】
また、本実施形態の熱交換器１００は、複数のチューブ１０が積層されて構成されているが、積層された隣接する２つのチューブ１０，１０間は、一方のチューブ１０のチューブプレート１２の第二波形突起１２ｂ，１２ｃと他方のチューブ１０のチューブプレート１１の第二波形突起１１ｂ，１１ｃとが突き当たって接合されている。
【００３６】
ここで、一方のチューブプレート１１を、波形突起の配列方向の中心線を回転軸として裏返し、この裏返して得られたチューブプレートを他方のチューブプレート１２として適用すると、裏返す前における第１列目の第一波形突起１１ａは裏返し後における第５列目の第一波形突起１２ｄに対応し、裏返す前における第２列目の第二波形突起１１ｂは裏返し後における第４列目の第二波形突起１２ｃに対応し、裏返す前における第３列目の第一波形突起１１ｆは裏返し後における第３列目の第一波形突起１２ｆに対応し、裏返す前における第４列目の第二波形突起１１ｃは裏返し後における第２列目の第二波形突起１２ｂに対応し、裏返す前における第５列目の第一波形突起１１ｄは裏返し後における第１列目の第一波形突起１２ａに対応する。
【００３７】
そして、配列方向の中心線を回転軸として裏返すことで、左右の輪郭形状も反転することとなり、裏返す前における第１列目の第一波形突起１１ａは裏返し後に左右反転されてチューブプレート１２における第５列目の第一波形突起１２ｄに対応するが、チューブ１０が積層されたとき、この第５列目の第一波形突起１２ｄが対向することとなるチューブプレート１１の第５列目の第一波形突起１１ｄは、同じチューブプレート１１の第１列目の第一波形突起１１ａに対して左右対称に形成されているため、結果的に、裏返して得られたチューブプレート１２における第５列目の第一波形突起１２ｄと裏返し前のチューブプレート１１における第５列目の第一波形突起１１ｄとは、図３に示した平面視の状態において輪郭形状が一致する。
【００３８】
ただし、第一波形突起１１ｄおよび第二波形突起１２ｄは、いずれも、対応する第二波形突起１１ｂ，１２ｂ，１１ｃ，１２ｃよりも突出高さが低いため、チューブ１０，１０が積層された状態においても、第５列目の第一波形突起１１ｄと第一波形突起１２ｄとの間には、隙間Ｓが確保されており、空気Ａの自由な流通が許容されている。
【００３９】
第１列目の第一波形突起１１ａ，１２ａ間においても同様である。第３列目の第一波形突起１１ｆと第一波形突起１２ｆとは、常に左右対称の輪郭形状を呈し、平面視において両者が交差する部分においては、上述した第１列目や第５列目の第一波形突起１１ａ，１２ａ間および１１ｄ，１２ｄ間と同様に、隙間Ｓが確保されており、空気Ａの自由な流通が許容されている。
【００４０】
一方、第２列目の第二波形突起１２ｂと第二波形突起１１ｂとは突き当てられて接合されるため、両者間に隙間Ｓは確保されない。しかし、第２列目の第二波形突起１１ｂと第４列目の第二波形突起１１ｃとは、裏返す回転軸に対して互いに非対称であるため、一方のチューブプレート１１を裏返して得られた他方のチューブプレート１２における第２列目の第二波形突起１１ｂ，１２ｂは、これら突起１１ｂ，１２ｂの交差部分が突き当たるに過ぎず、第４列目の第二波形突起１１ｃ，１２ｃについても、これら突起１１ｃ，１２ｃの交差部分が突き当たるに過ぎず、これらが突き当てられて形成された部分は、空気Ａの流入方向への進行を大きく妨げる障害物とはならない。
【００４１】
したがって、単一種類の型により形成された単一種類のチューブプレート１１を、裏返して他方のチューブプレート１２として用いることができ、製造コストの大幅な低減を図ることができる。
【００４２】
また、本実施形態の熱交換器１００は、平坦部２０を通ることで許容された空気Ａの流通方向の下流側に、隣接する他の波形突起（例えば図３において、第１列の波形突起を基準としたとき、隣接する下流側の波形突起は第２列の波形突起）のうち平坦部２０によって分離して得られた突起１１ｂの前端縁１１ｂ′が位置している。これは、波形突起の配列方向について隣接する２つの波形突起間で、繰り返しの周期Ｔの１／４または周期３／４だけ、位相がずれて形成されていることによる。
【００４３】
このように、平坦部２０を通った空気Ａの流通方向の下流側に、隣接する他の波形突起の分断された突起１１ｂの前端縁１１ｂ′が位置していることにより、当該突起１１ｂよりも上流側の平坦部２０を通った空気Ａが、当該突起１１ｂの前端縁１ｂ′に吹き付けることとなり、さらに下流側の突起１１ｆ，１１ｃ，１１ｄに対しても、それぞれ対応する上流側の突起１１ｂ，１１ｆ，１１ｃで向きを変えられつつ流れた空気Ａが、その前端縁１１ｆ′，１１ｃ′，１１ｄ′に吹き付ける。
【００４４】
ここで、空気Ａが吹き付けられた各突起１１ｂ，１１ｆ，１１ｃ，１１ｄの前端縁１１ｂ′，１１ｆ′，１１ｃ′，１１ｄ′は、各突起１１ｂ，１１ｆ，１１ｃ，１１ｄの部分のうちで最も熱交換性能が高いが、各突起１１ｂ，１１ｆ，１１ｃ，１１ｄの前端縁１１ｂ′，１１ｆ′，１１ｃ′，１１ｄ′は、各突起１１ｂ，１１ｆ，１１ｃ，１１ｄが縦方向について周期Ｔ／４または周期３Ｔ／４ずつ位相差を以て配列されているため、縦方向すなわち冷媒ガスＧの流通方向における伝熱の偏在は分散され、チューブプレート１１の全体として熱交換性能を向上する。
【００４５】
なお、この作用、効果は、一方のチューブプレート１１だけでなく、他方のチューブプレート１２においても同様に発揮され、熱交換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱交換器の外観を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１における矢視Ｄによる示したチューブプレートの外表面を表す図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線に沿った断面を示す断面図である。
【図３】図２におけるＦ−Ｆ線に沿った断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    チューブ
１１，１２  チューブプレート
１１ａ〜１１ｆ  突起
１３    第一の通路
１４    第二の通路
１００  熱交換器
Ａ      空気（第二の媒体）
Ｇ      冷媒ガス（第一の媒体）
【図１】
2008190786.tif 000003
【図２】
2008190786.tif 000004
【図３】
2008190786.tif 000005