(57)【要約】【課題】  ディンプルを有する積層型熱交換器において、各プレート間の内部流体の圧力損失をヘリンボーン条を有する積層型熱交換器と同等となるものを製造すること。【解決手段】  そのコアが同一形状の皿状プレートが多数積層されて形成されるものであり、その皿状プレートの４隅部に一対の連通孔と一対のバイパス孔が配置され、その一対の連通孔の周縁にＣ字状のリブがその開口部側を互いに離反して突設され、その伝熱面に多数のディンプルが突設されている。このような皿状プレートが１枚ごとに周方向に１８０度回転して積層される。そして、各流体は、Ｃ字状のリブを迂回して各ディンプル間を、縫うように一方の連通孔から、他方の連通孔に流通するように形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に側壁部(2b)が形成された平面略方形の３以上の皿状プレート(2)を有し、
その皿状プレート(2)の平面部(2a)の四隅には、一対の連通孔(3)とその口縁が環状に突設された一対のバイパス孔(4)とが設けられ、
前記皿状プレート(2)がその側壁部(2b)で接するように複数積層されてコア(7)を形成し、その皿状プレート(2)の１枚おきに交互に第１流体(13)の第１流路(8)と、第２流体(14)の第２流路(9)とが形成された積層型熱交換器において、
前記一対の連通孔(3)の周縁には、平面Ｃ字状のリブ(5)がその開口部(5a)を互いに離反側に位置し且つ、その開口部(5a)が皿状プレート(2)の前記各流路の端縁側に向くように突設され、
前記バイパス孔(4)および、リブ(5)を避けた位置で、皿状プレート(2)の平面部(2a)に多数のディンプル(6)が突設された伝熱面を有し、
前記バイパス孔(4)、リブ(5)、及びディンプル(6)が厚み方向の同一側に突設されるとともに、それらの頂部が隣接する皿状プレート(2)の平坦な面に当接するように配置され、
前記コア(7)が、前記皿状プレート(2)を１枚ごとに周方向に１８０度回転して積層され、
そのコア(7)の積層方向の両端部に、前記第１流路(8)に連通する一対の出入口孔(11)及び、前記第２流路(9) に連通する一対の出入口孔(11)が形成され、
前記各流体(13)(14)は、Ｃ字状のリブ(5)を迂回して各ディンプル(6)間を、縫うように一方の連通孔(3)から、他方の連通孔(3)に流通することを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型熱交換器において、
前記第１流体(13)及び第２流体(14)のそれぞれの流量が低流量であり、
前記連通孔(3)の中心を基準として、前記Ｃ字状のリブ(5)の開口部(5a)の開口角度αが６０度以上１８０度以下に形成されることを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の積層型熱交換器において、
前記第１流体(13)及び第２流体(14)が対向流となるように前記第１流路(8) に連通する一対の出入口孔(11)及び、第２流路(9) に連通する一対の出入口孔(11)が配置されることを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の積層型熱交換器において、
前記皿状プレート(2)が平面長方形に形成され、
その皿状プレート(2)の幅方向の一方側に前記一対の連通孔(3)が配置され、幅方向の他方側に前記一対のバイパス孔(4)が配置されたことを特徴とする積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数のディンプルが表面に突設された皿状プレートを積層してコアを形成する積層型熱交換器であって、各プレート間に流通する流体の均一化を図るものであり、特に、内部に流通する流体の流量が小さいものに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板を積層してコアを形成する熱交換器として、特許文献１に記載のものが提案されている。
この金属プレートは、その外周が平面略方形に形成されたものであり、その平面部の四隅に一対の連通孔と一対のバイパス孔を有するとともに、それらを避けてヘリボーン波状（平面Ｖ字状）の凹凸条が設けられた伝熱面を有する。
このような金属プレートがガスケットを介して多数積層されてコアを形成し、そのコア内部はプレート１枚おきに第１流体が流通する第１流路と、第２流体が流通する第２流路が交互に形成される。
そして、第１流体と第２流体とが伝熱面を介して熱交換するものである。
【０００３】
このヘリボーンタイプの熱交換器は、そのヘリボーンで形成された流路に従って流体が流れる。そして、その流路は使用流量に対してある程度の流通抵抗があるため、プレートの数を増加した際に、配流を考慮しなくても流体が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９７５８１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、本発明の対象とする多数のディンプルを有するカッププレートは、多数のディンプルによって、流体の圧力損失を抑えたものである。そのためプレートの積層数を増加すると、入口近くのプレートに流体がより多く流れ、全プレートに流れず、偏流が発生する。特に、流量が0.5Ｌ／min以下の小流量の場合、その偏流が顕著である。そこで、本発明は、ディンプル付きカッププレートにおいて、この偏流の防止に有効なものを各種実験により確かめ、本発明を完成したものである。
即ち、本発明は、伝熱面にディンプルを設けた積層型熱交換器について、内部を流通する各流体の流量が低流量であっても、各プレートで偏流を起こすことのない積層型熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明は、外周に側壁部(2b)が形成された平面略方形の３以上の皿状プレート(2)を有し、
その皿状プレート(2)の平面部(2a)の四隅には、一対の連通孔(3)とその口縁が環状に突設された一対のバイパス孔(4)とが設けられ、
前記皿状プレート(2)がその側壁部(2b)で接するように複数積層されてコア(7)を形成し、その皿状プレート(2)の１枚おきに交互に第１流体(13)の第１流路(8)と、第２流体(14)の第２流路(9)とが形成された積層型熱交換器において、
前記一対の連通孔(3)の周縁には、平面Ｃ字状のリブ(5)がその開口部(5a)を互いに離反側に位置し且つ、その開口部(5a)が皿状プレート(2)の前記各流路の端縁側に向くように突設され、
前記バイパス孔(4)および、リブ(5)を避けた位置で、皿状プレート(2)の平面部(2a)に多数のディンプル(6)が突設された伝熱面を有し、
前記バイパス孔(4)、リブ(5)、及びディンプル(6)が厚み方向の同一側に突設されるとともに、それらの頂部が隣接する皿状プレート(2)の平坦な面に当接するように配置され、
前記コア(7)が、前記皿状プレート(2)を１枚ごとに周方向に１８０度回転して積層され、
そのコア(7)の積層方向の両端部に、前記第１流路(8)に連通する一対の出入口孔(11)及び、前記第２流路(9) に連通する一対の出入口孔(11)が形成され、
前記各流体(13)(14)は、Ｃ字状のリブ(5)を迂回して各ディンプル(6)間を、縫うように一方の連通孔(3)から、他方の連通孔(3)に流通することを特徴とする積層型熱交換器である。
である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層型熱交換器において、
前記第１流体(13)及び第２流体(14)のそれぞれの流量が低流量であり、
前記連通孔(3)の中心を基準として、前記Ｃ字状のリブ(5)の開口部(5a)の開口角度αが６０度以上１８０度以下に形成されることを特徴とする積層型熱交換器である。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の積層型熱交換器において、
前記第１流体(13)及び第２流体(14)が対向流となるように前記第１流路(8) に連通する一対の出入口孔(11)及び、第２流路(9) に連通する一対の出入口孔(11)が配置されることを特徴とする積層型熱交換器である。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の積層型熱交換器において、
前記皿状プレート(2)が平面長方形に形成され、
その皿状プレート(2)の幅方向の一方側に前記一対の連通孔(3)が配置され、幅方向の他方側に前記一対のバイパス孔(4)が配置されたことを特徴とする積層型熱交換器である。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明は、そのコアが同一形状の皿状プレートが多数積層されて形成されるものであり、その皿状プレートの４隅部に一対の連通孔と一対のバイパス孔が配置され、その連通孔の周縁にＣ字状のリブがその開口部側を互いに離反して突設され、その伝熱面に多数のディンプルが突設されている。このような皿状プレートが１枚ごとに周方向に１８０度回転して積層される。そして、各流体は、Ｃ字状のリブを迂回して各ディンプル間を、縫うように一方の連通孔から、他方の連通孔に流通する。
この構造によると、Ｃ字状のリブが迂回路を形成し、流体抵抗の比較的小さい多数のディンプル間に可及的に均一に流体が流通する。さらにＣ字状のリブは連通孔の出口側に堰を造り、各プレートに均一に流体を分配し、プレート間に偏流をなくす効果がある。即ち、比較的簡単な構造で各プレート間の流量を均一にすることができる。
【００１１】
上記構成において、連通孔の中心を基準として、Ｃ字状のリブの開口部の開口角度αを６０度以上１８０度以下とした場合には、コアの内部の流路を流通する各流体の流量が小さくても、それぞれの流路における極端な偏流が抑制され、熱交換性能と流体の圧力損失とのバランスを取ることができる積層型熱交換器を提供することができる。
上記構成において、第１流体と第２流体の流通方向が各流路で対向流となるように設計することができる。この構成により、より効率の良い積層型熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の積層型熱交換器の実施例を示す分解斜視図。
【図２】同熱交換器を構成する皿状プレート２の平面図（Ａ）であって、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図、（Ｅ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図、（Ｆ）は（Ａ）のＦ部拡大図。
【図３】図２のIII-III矢視断面図。
【図４】同熱交換器の組立斜視図。
【図５】図４のV-V矢視断面図。
【図６】図４のVI−VI矢視断面図。
【図７】図６のVII部拡大図。
【図８】本願の熱交換器と比較例の皿状プレート２を用いた熱交換器との圧力損失の比較図であり、縦軸に圧力損失（％）を、横軸に本願の熱交換器のＣ字状のリブ５の開口角度（°）をプロットした図。
【図９】積層型熱交換器の皿状プレート２の比較例を示す平面図。
【図１０】本願の積層型熱交換器の第２実施例を示す組立斜視図。
【図１１】本願の積層型熱交換器の第３実施例を示す組立斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき、説明する。
図１〜図７は、本発明の第１の実施形態を示すものであり、図１はその分解斜視図であり、図２（Ａ）は熱交換器に用いる皿状プレート２の平面図であり、図３は図２のIII-III矢視断面図であり、図４は積層型熱交換器の組立斜視図であり、図５は図４のV-V矢視断面図、図６は図４のVI-VI矢視断面図である。図２（Ｂ）以降は、図面の簡単な説明で記載されているとおりである。
【００１４】
本発明の特徴は、特に、コア７を構成する各皿状プレート２の構造に有る。
このコア７は、図２の皿状プレート２を交互に180°回転させて積層するものである。
各皿状プレート２は、プレス成型により同一形状に形成されるものであり、図２（Ａ）に示す如く、平面部2aが平面視で長方形に形成され、その周縁部には図２（Ｂ）において、斜め下方に立ち下げられた側壁部2bを有している。その皿状プレート２の平面部２aの４隅部に一対の連通孔３と、孔縁部が環状に突設された一対のバイパス孔４とが配置されている。一対の連通孔３は皿状プレート２の幅方向の一方側に配置され、一対のバイパス孔４は幅方向の他方側に配置されている。
【００１５】
前記一対の連通孔３の周縁には、図２（Ａ）に示す如く、Ｃ字状のリブ５がその開口部5aを長手方向の端縁側に位置して、その開口部5aが互いに離反するように突設されている。この開口部5aは、連通孔３の中心を基準として、その開口角度αが６０度以上１８０度以下に形成され、このC字状のリブ５が堰（各流体がリブ５を迂回する）となり、コア７の内部に流通する各流体を各ディンプル間に均一に分配する作用をする。さらに、そのリブ５による堰は連通孔の流体の出口側をＣ字状に取り囲み、各皿状プレートに均一に流体を分配し、各プレート間の偏流をなくす作用がある。
そして、バイパス孔４の外周縁と、リブ５を避けた皿状プレート２の平面部2aには、多数のディンプル６を突設した伝熱面が形成される。図３に示す如く、パイパス孔４の突設高さ、リブ５の突設高さ、ディンプル６の突設高さは互いに略整合し、さらに、それらは前記側壁部２ｂと反対の方向に突設されている。
【００１６】
このような皿状プレート２は、１枚ごとに周方向に１８０度回転して、その側壁部2bで液密に接するように複数積層されてコア７を形成する。このとき、各ディンプル６の先端は対向する皿状プレート２の平面に当接する（図７の符号６参照）。従って、各ディンプル６の配置は、対向する皿状プレート２の平面に接触するように分散して設けられる。そして、各ディンプル６の頂部は、隣接する皿状プレート２の各ディンプル６間に配置されるようにして接触する。また、図５、図６に示す如く、前記バイパス孔４の突設部の頂部は、隣接する皿状プレート２の連通孔３の孔縁に整合して接触し、前記リブ５の頂部は、隣接する皿状プレート２のバイパス孔４の外周部の平面部２aに当接する。
そして、コア７を形成する皿状プレート２の１枚おきに、第１流体13の第１流路８と第２流体14の第２流路９と、が交互に形成される。
【００１７】
このコア７の積層方向の両端部には、第１流体13の出入口孔11と第２流体14の出入口11が設けられた端プレート10が配置される。この第１流体13の一対の出入口孔11は、図６に示す如く、各第１流路８と連通しており、第２流体14の一対の出入口孔11は、図５に示す如く、各第２流路９と連通している。
さらに、端プレート10の外側からカバープレート12が取付けられる。カバープレート12には、前記端プレート10の各出入口孔11に整合する位置にパイプ取付孔が穿設され、その孔に第１流体13の出入口パイプ15および、第２流体14の出入口パイプ16が取付けられる。
このような組立て状態で、高温の炉内で各部品が一体的にろう付け固定されて、本願の積層型熱交換器１（図４）が完成する。
【００１８】
この例の積層型熱交換器は、通常、コア７が重力方向に配置され、第１流体13が下方から上方へ内部を上昇するように流通され、第２流体14が上方から下方へ内部を流下するように流通される。即ち、互いの流体13、14が対向流となるように流通される。
そして、第１流体13として被加温用の水が第１流路８を流通し、第２流体14として高温の熱水が第２流路９を流通する。それらの流量は、比較的小さく、１Ｌ／ｍｉｎ以下で流通されるものである。
【００１９】
（性能）
図８は、本発明のディンプル６が設けられた伝熱面を有する積層型熱交換器と、図９に示す、従来のヘリンボーン条が設けられた伝熱面を有する積層型熱交換器との圧力損失を比較したものである。この図のヘリンボーン条（長手方向に定間隔に並列した平面視で「くの字状」の凸条）を有する積層型熱交換器には、Ｃ字状のリブ５が形成されていないものを用いている。その条の頂部は隣接するプレートに接触するように設計されているものである。
このヘリンボーン条を有する積層型熱交換器の場合、その条自体が抵抗体となるため、皿状プレート２の積層枚数に関係なく、各プレートの流路について、均一に配流される。その圧力損失は、約１１０ｈＰａである。
【００２０】
ディンプルを有する積層型熱交換器において、Ｃ字状のリブ５が突設されない場合、その圧力損失は６０ｈＰａを下回り、各流体はディンプル間を略素通りする状態となり、各プレート間で、その配流が不均一化する。
【００２１】
そこで、本発明者は、ディンプル６を有する積層型熱交換器において、上記ヘリンボーン条と同等の圧力損失になるように、Ｃ字状のリブ５の開口部5aを連通孔３の中心を基準として、その開口角度αを変化させて、圧力損失試験を行った。
その結果、開口角度αが１８０°で７５ｈＰａとなり、６０°で１１０ｈＰａとなり、６０°〜１８０°の範囲でヘリンボーン条の積層型熱交換器の圧力損失に近づくことが分かった。好ましくは、６０°〜１２０°の範囲で設定するとより、ヘリンボーン条と同等な圧力損失を得ることができることが分かった。
また、開口角度αが４５°以下になると、圧力損失が１２０ｈＰａを超えることとなり、流通抵抗を過度に上昇させてしまい、つまりの原因となるおそれがある。
【００２２】
（流体の流通方向に関する他の例）
第１実施例の積層型熱交換器１の夫々のパイプ配置を変更し、図１０、図１１のように流体を流通させることもできる。この場合も、夫々の流路８、９を流通する流体13、14が対向流となるように設計され、第１実施例のようにその流量も低流量に設定される。
図１０の場合、２つの流れはＺ字状にコア内部を流通し、図１１の場合それらの流れはＵ字状に流通する。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本願発明の積層型熱交換器は、主として、内部に流通する流体の流量が小さい給湯用の熱交換器に利用することができる。ただし、オイルクーラ等の他の熱交換器に利用することもできる。
【符号の説明】
【００２４】
１  積層型熱交換器
２  皿状プレート
２ａ  平面部
２ｂ  側壁部
３  連通孔
４  バイパス孔
５  リブ  
５ａ  開口部
６  ディンプル  
【００２５】
７  コア  
８  第１流路
９  第２流路
１０  端プレート
１１  出入口孔
１２  カバープレート
１３  第１流体
１４  第２流体
１５  出入口パイプ
１６  出入口パイプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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