(57)【要約】【課題】熱交換器におけるプレートやフィンの耐久性を向上させる。【解決手段】プレート５と波型形状のフィン７とが交互に積層されて構成される熱交換器において、プレート５およびフィン７を磁石として、これら両者を磁力により接触させる。【選択図】　　　図１
2004011921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートと波型形状のフィンとが交互に積層されて構成される熱交換器において、前記プレートと前記フィンとを磁力によって互いに接触させることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記プレートを磁石とし、この磁石によってプレートとフィンとを互いに接触させることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記プレートに、通電によって電磁力が発生するコイルを設け、このコイルへの通電により発生する電磁力により、前記プレートと前記フィンとを互いに接触させることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
前記プレートおよび前記フィンを、強磁性体で構成し、前記プレートと前記フィンとを交互に積層した状態で、磁界中に設置して磁力を付与し、この磁力により前記プレートと前記フィンとを互いに接触させることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
前記プレートと前記フィンとの少なくともいずれか一方の表面に、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
前記フィンにおける波型形状の凸部にのみ磁力を持たせたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】
前記プレートと前記フィンとの間に形成される高温流体流路および低温流体流路のそれぞれの入口付近における、前記プレートと前記フィンとの少なくともいずれか一方の互いの接触部にのみ、磁力を持たせたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項８】
前記磁力は、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材により発生することを特徴とする請求項６または７記載の熱交換器。
【請求項９】
板状の磁石の少なくとも一方の面に溝を設け、前記磁石をその板厚方向に複数積層して磁力により互いに接触させて、前記溝を流体流路としたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、板材相互を積層してその板材相互間に流体流路を形成した熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プレートと波型のフィンとを互い違いに積層して構成した熱交換器は、フィンが収容されるプレート相互の空間に、積層方向に高温流体流路と低温流体流路とが交互に配置され、各流体流路に高温流体と低温流体とがそれぞれ流れることで、高温流体と低温流体との間で熱交換が行われる。そして、プレートとフィンとは、相互の接触部にて接合固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高温流体と低温流体とは当然ながら温度差があり、また高温流体の入口部と出口部とでは急激な温度勾配が生じる。このため、上記したようにプレートとフィンとが接合固定された状態であると、高温度部と低温度部との間の熱膨張差により、プレートやフィンが応力を受け亀裂が発生するなど耐久性の低下を招く。
【０００４】
そこで、この発明は、熱交換器の耐久性を向上させることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、プレートと波型形状のフィンとが交互に積層されて構成される熱交換器において、前記プレートと前記フィンとを磁力によって互いに接触させる構成としてある。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記プレートを磁石とし、この磁石によってプレートとフィンとを互いに接触させる構成としてある。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明の構成において、前記プレートに、通電によって電磁力が発生するコイルを設け、このコイルへの通電により発生する電磁力により、前記プレートと前記フィンとを互いに接触させる構成としてある。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１の発明の構成において、前記プレートおよび前記フィンを、強磁性体で構成し、前記プレートと前記フィンとを交互に積層した状態で、磁界中に設置して磁力を付与し、この磁力により前記プレートと前記フィンとを互いに接触させる構成としてある。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１の発明の構成において、前記プレートと前記フィンとの少なくともいずれか一方の表面に、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材を設けた構成としてある。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１の発明の構成において、前記フィンにおける波型形状の凸部にのみ磁力を持たせた構成としてある。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１の発明の構成において、前記プレートと前記フィンとの間に形成される高温流体流路および低温流体流路のそれぞれの入口付近における、前記プレートと前記フィンとの少なくともいずれか一方の互いの接触部にのみ、磁力を持たせた構成としてある。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項６または７の発明の構成において、前記磁力は、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材により発生する構成としてある。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項８の発明の構成において、構成としてある。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし９のいずれかの発明の構成において、構成としてある。
【００１５】
請求項１１の発明は、板状の磁石の少なくとも一方の面に溝を設け、前記磁石をその板厚方向に複数積層して磁力により互いに接触させて、前記溝を流体流路とした構成としてある。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、プレートとフィンとを固定せず磁力によって互いに接触させるようにしているので、熱交換器としての本来の機能をプレートとフィンとの接触により確保しつつ、高温度部と低温度部との間の熱膨張差に起因するプレートおよびフィンの変形を吸収し、プレートおよびフィンは、熱応力が低減されて亀裂などの発生を防止でき、熱交換器として耐久性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、プレートのみを磁石とすることで、プレートおよびフィンの双方を磁石にする場合に比べコスト低下を達成でき、またフィンに比べ単純な形状のプレートを磁石にすることで、製造が容易となってコスト低下を図ることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、通電電流を制御することで、磁力の制御ができるので、温度分布に応じた磁力の強弱制御が可能となる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、強磁性体で構成したプレートおよびフィンの双方に磁力を付与することで、プレートとフィンとの接触状態を良好に確保することができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、Ｚｎ系のコーティング材を表面に設けたので、材料としての耐熱性を向上させることができるとともに、磁力の長寿命化を達成することができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、フィンの凸部にのみ磁力を持たせることで、全体に磁力を持たせる場合に比べ、コスト低下を図ることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、熱ひずみが大きい部位についてのみ磁力を持たせることで、全体に磁力を持たせる場合に比べ、コスト低下を図ることができる。
【００２３】
請求項８の発明によれば、コーティング材によって容易に磁力を持たせることができる。
【００２４】
請求項９の発明によれば、フィンを使用する場合に比べ、座屈の発生を回避でき、熱による変形を減少させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２６】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す熱交換器の全体構成を示す斜視図である。この熱交換器は、全体が直方体形状を呈しており、最上部の端板１と最下部の端板３との間に、プレート５と、図２に斜視図として示すような波型の凹凸形状を有するフィン７とが図１中で上下方向に交互に積層して構成されている。
【００２７】
上記した端板１，３を含むプレート５およびフィン７（７ａ，７ｂ）は、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁石（Ｓｍ２Ｃｏ１７，Ｓｍ２Ｃｏ５等）を用いており、接合せずに互いに磁力により接触した状態となっている。
【００２８】
プレート５の板厚は０．３ｍｍ前後、フィン７の板厚は０．０５ｍｍ前後である。また、プレート５相互の間隔は、１〜２ｍｍであり、この間隔内にフィン７が、プレート５に対して接合固定されずに上記したように磁力によって接触した状態で収容されている。
【００２９】
端板１直下のフィン７は、図１中でＸ方向に凹凸が繰り返すような波板であり、その下部のフィン７は、図１中でＹ方向に凹凸が繰り返すような波板である。以下、この各波板が積層方向に交互に配置されている。図１において、Ｘ方向に凹凸が繰り返す波板を、符号７ａで示し、Ｙ方向に凹凸が繰り返す波板を符号７ｂで示している。
【００３０】
フィン７ａが収容される空間は、高温流体が流れる高温流体流路９である。一方、フィン７ｂが収容される空間は、低温流体が流れる低温流体流路１１である。高温流体流路９のＸ方向両端には側板１３，１５が、低温流体流路１１のＹ方向両端には側板１７，１９がそれぞれ設けられて、各流路９，１１の側部を塞いでいる。
【００３１】
高温流体は図１中で矢印Ｇの方向に流れ、低温流体は図１中で矢印Ｆの方向に流れるものとする。そして、高温流体流路９を流れる高温流体と、低温流体流路１１を流れる低温流体との間で熱交換がなされる。
【００３２】
このような熱交換動作がなされる過程において、当然ながら、高温流体と低温流体との間には温度差があり、また高温流体の入口と出口との間あるいは、高温流体の入口と低温流体の入口との間にも、温度差がそれぞれ生じるので、これらの間で、熱膨張差が発生する。
【００３３】
図３（ａ）は、プレート５およびフィン７における磁性の状態を示している。いずれも、上面がＮ極で、下面がＳ極としてある。図３（ｂ）は、プレート５とフィン７との接触部を拡大して示しており、プレート５の下面のＳ極と、フィン７の凸部における上面のＮ極とが、面圧：Ｐ＝０．５ＭＰ程度で接触している。
【００３４】
その際、プレート５とフィン７との間には、単位面積あたりの摩擦力：Ｆ＝μＰが働くが、μは０．３程度であるので、単位面積あたりの摩擦力Ｆの値は、０．１５ＭＰａ程度と極めて小さいものとなっている。
【００３５】
このため、熱交換器の各部において上記した熱膨張差が発生しても、プレート５とフィン７とは、充分小さい摩擦力Ｆで接触していることから、上記した面圧Ｐによって相互の接触状態が維持されつつ、変形を吸収して熱応力が低減し、プレート５およびフィン７の亀裂発生を防止することができ、熱交換器としての耐久性が向上する。
【００３６】
なお、上記した第１の実施形態では、プレート５およびフィン７の双方を磁石としているが、いずれか一方を磁石としてもよい。この場合、フィン７に比べて形状が単純なプレート５のみを磁石とすることで、製造が容易となってコスト低下が達成される。
【００３７】
図４は、この発明の第２の実施形態を示している。この実施形態における熱交換器の全体の形状は、前記図１のものと同様であるが、プレート２１およびフィン２３を磁性体で構成するとともに、プレート２１上に通電によって電磁力が発生するコイル２５が埋め込まれている。
【００３８】
このコイル２５は、直径が０．１５ｍｍの絶縁被覆されたもので、通電されることで、プレート面に垂直な方向に磁力を発生させる。Ｆ＝｛κ／μ０｝・Ｂ・ｄＢ／ｄｘ（κ：磁化率、μ０：透磁率、Ｂ：磁束密度）、Ｂ＝Ｎ・Ｉ／Ｓ（Ｎ：比例定数，Ｉ：電流，Ｓ：コイルに囲まれる内側の面積）の関係により、プレート面上に１０回巻いたコイルに１０Ａの電流Ｉを流すと、０．５ＭＰａの面圧Ｐが得られる。
【００３９】
これにより、前記図１に示した第１の実施形態を同様の効果が得られる。
【００４０】
ところで、熱交換器内の温度差は、起動時もしくは内部のガスをパージさせるときに最も大きくなるため、熱応力に起因する亀裂の発生は、このときに起こりやすい。そこで、本実施形態では、起動時とパージ時のみに、コイル２５に電流を流して磁力を発生させるという運転を行うようにすることで、電力を効率的に使用することができる。
【００４１】
このように、上記図４に示した第２の実施形態によれば、温度変化に応じて磁力を適宜制御することができる。
【００４２】
図５は、この発明の第３の実施形態を示している。この実施形態における熱交換器２７の全体の形状は、前記図１のものと同様であるが、プレート２９およびフィン３１を強磁性体で構成し、この熱交換器２７を、強度１Ｔ程度の磁場（磁界Ｈ）の中に設置して、プレート２９およびフィン３１に磁力を付与するようにしている。
【００４３】
具体的には、円筒状の磁力付与装置３３の内周面にコイル３５を埋め込み、このコイル３５に電流Ｉを流すことで、磁力付与装置３３内に磁界Ｈを発生させる。この磁界Ｈによってプレート２９およびフィン３１に磁力が付与され、この磁力によってプレート２９とフィン３１とが接触する。
【００４４】
強磁性体としてはＦｅ系ものを使用することで、充分な熱伝導率を確保することができ、熱交換器として適したものとなる。
【００４５】
図６は、この発明の第４の実施形態を示していいる。この実施形態における熱交換器は、板状の磁石３７の下面に図６中でＹ方向に延長される溝３７ａを複数設けるとともに、他の板状の磁石３９の下面に図６中でＸ方向に延長される溝３９ａを複数設けている。
【００４６】
上記した各磁石３７，３９を、その板厚方向に交互に積層して磁力により互いに接触させることで、溝３７ａと磁石３９との間に高温流体流路４１が形成されるとともに、溝３９ａと磁石３７との間に低温流体流路４３が形成される
この第４の実施形態によれば、図１に示した第１の実施形態の熱交換器におけるプレート５とフィン７に対応する各磁石３７，３９が、接合されずに磁力により互いに接触しているので、第１の実施形態と同様の効果が得られるほか、プレートやフィンを使用する場合に比べ、座屈の発生を回避でき、熱による変形を減少させることができる。
【００４７】
なお、上記図６に示した第４のの実施形態においては、磁石３７，３９の互いに対向する両方の面に溝を形成してもよい。
【００４８】
図７は、この発明の第５の実施形態を示している。この実施形態は、プレート４５とフィン４７とが交互に積層されて熱交換器を構成する点は、前記図１に示した第１の実施形態と同様であるが、ここでのフィン４７は、プレート４５に接触する波型形状における凸部４７ａにのみ磁力を持たせている。
【００４９】
上記した磁力は、凸部４７ａのプレート４５に接触する表面に、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材４９を塗布することで発生させている。
【００５０】
上記したコーティング材は、フィン４７の全面あるいはプレート４５の全面に塗布してもよいが、フィン４７の凸部４７ａにのみ塗布することで、コスト低下が達成される。
【００５１】
なお、プレート４５およびフィン４７の全面にＳｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材を塗布する場合には、このコーティング材によって、プレート４５およびフィン４７の耐熱性を向上させることができるとともに、磁力の長寿命化を達成することができる。
【００５２】
図８は、この発明の第６の実施形態を示している。この実施形態は、プレート５１とフィン５３とが交互に積層して熱交換器を構成する点は、前記図１に示した第１の実施形態と同様であるが、ここでのプレート５１およびフィン５３は、高温流体Ｇの入口側（図中で手前側）と低温流体Ｆの出口側（図中で右側）とが隣接する角部５５と、低温流体Ｆの入口側（図中で左側）と高温流体Ｇの出口側（図中で奥側）とが隣接する角部５７とを結ぶ対角線５９より、高温流体Ｇおよび低温流体Ｆの各入口側のほぼ全域にのみ磁力を持たせている。
【００５３】
上記した磁力は、プレート５１およびフィン５３の双方の表面に、前記図７に示した第５の実施形態と同様に、Ｓｍ−Ｃｏ系の磁体を含むＺｎ系のコーティング材６１を塗布することで発生させている。
【００５４】
上記した第６の実施形態によれば、互いの温度差が大きく熱ひずみが大きくなる、高温流体の入口付近および低温流体の入口付近についてのみ磁力を持たせることで、プレート５１およびフィン５３の全域に磁力を持たせる場合に比べ、コスト低下を図ることができる。
【００５５】
なお、上記図８の実施形態においては、プレート５１とフィン５３との少なくともいずれか一方の互いの接触部に磁力を持たせればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わる熱交換器の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の熱交換器に使用されるフィンの斜視図である。
【図３】（ａ）は、図１の熱交換器におけるプレートおよびフィンにおける磁性の状態を示す分解斜視図、（ｂ）は同プレートとフィンとの接触部を拡大して示す説明図である。
【図４】この発明の第２の実施形態を示すプレートとフィンとの分解斜視図である。
【図５】この発明の第３の実施形態に係わる熱交換器を磁界中に設置して磁力を付与している状態を示す説明図である。
【図６】この発明の第４の実施形態を示す熱交換器の斜視図である。
【図７】この発明の第５の実施形態を示すプレートとフィンとの分解斜視図である。
【図８】この発明の第６の実施形態を示すプレートとフィンとの分解斜視図である。
【符号の説明】
５，２１，２９，４５，５１　プレート
７，２３，３１，４７，５３　フィン
３７，３９　板状の磁石
３７ａ，３９ａ　溝
４７ａ　凸部
４９，６１　コーティング材
【図１】
2004011921.tif 000003
【図２】
2004011921.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004011921.tif 000007
【図６】
2004011921.tif 000008
【図７】
2004011921.tif 000009
【図８】
2004011921.tif 000010