JPH11248388A

JPH11248388A - 熱交換器および熱交換方法

Info

Publication number: JPH11248388A
Application number: JP5507998A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kurematsu; 雅行榑松
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のプレート式等の積層型熱交換器におけ
る問題点（板材の方向性や配列順序に気を使わねばなら
ない等）を極力なくし、組立作業性を向上させた熱交換
器および部品点数を出来る限り減少させ、結果として低
コストな熱交換器を提供する事。【解決手段】（１）一枚の薄板を連続して交互に曲げ
ることにより形成される面状空間を、当該薄板に設けた
凹凸または突起、および／または、前記薄板とは別部材
の補強部材を利用して維持するように構成するととも
に、前記薄板の両面側に熱交換する流体をそれぞれ流し
て、当該流体の熱交換を行うように構成した事を特徴と
する熱交換器。（２）一枚の薄板を連続して交互に曲げることにより形
成される面状空間を、前記曲げの一部に形成したジグザ
グ状の曲げを利用して維持するように構成するととも
に、前記薄板の両面側に熱交換する流体をそれぞれ流し
て、当該流体の熱交換を行うように構成した事を特徴と
する熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調機器、自動
車、発電、冷却設備、乾燥設備・機器等の加熱源や冷却
源を有する、または、温度を維持する機器・設備等に用
いる熱交換器および熱交換方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】高効率な熱交換器として、特公昭６３−
４３６７９号公報、特開昭６１−４１８９５号公報およ
び特開平６−１２３５７０号公報等に開示されているよ
うな熱交換器が知られている。

【０００３】具体的には、複数枚の板材を積層する事に
より伝熱面積を多くした積層型熱交換器（プレート式熱
交換器、プレートフィン型熱交換器という場合もある）
が知られている。

【０００４】これは一層毎に異なる流体を流して熱交換
する方式である。

【０００５】前記プレート式、あるいは、プレートフィ
ン型熱交換器はそれぞれに特徴を有している。

【０００６】例えば、プレート式熱交換器は、プレート
の枚数を変える事により伝熱面積の増減が容易に行え、
プレートの重ね方によってフローパターンを変えられ、
また、分解により清掃や点検が容易に出来る。

【０００７】また、プレートフィン型熱交換器は、重ね
方で直交、向流どちらでも出来、フィンは補強材として
利用し得、更に、コンパクト軽量で容量当たりの伝熱面
積を大きくできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとき積層型熱交換器は、多数枚の板材を組み込んで一
体化を計るものであり、パーツである板材の方向性や配
列順序等を間違えないようにしなければならないので取
り扱いが不便であり、同時に、それがため、組立に時間
がかかる。

【０００９】また、これらの事が、結果として、コスト
高を招くという問題を有している。

【００１０】本発明は、従来技術における問題点、すな
わち、板材の方向性や配列順序等に気を使わず、組立作
業性を大幅に向上させる事が出来る熱交換器と、当該熱
交換器を使用する熱交換方法を提供することを主たる目
的とする。

【００１１】また、部品点数を出来る限り減少させ、流
体漏れも起こりにくく、結果として、低コストな熱交換
器を提供することを他の目的とする。

【００１２】また、従来の熱交換器におけるプレートに
対応する部材として、極めて薄い板の使用を可能とする
熱交換器を提供する事を更なる目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的は下記の構成に
より達成する事ができた。

【００１４】（１）一枚の薄板を連続して交互に曲げる
ことにより形成される面状空間を、当該薄板に設けた凹
凸または突起、および／または、前記薄板とは別部材の
補強部材を利用して維持するように構成するとともに、
前記薄板の両面側に熱交換する流体をそれぞれ流して、
当該流体の熱交換を行うように構成した事を特徴とする
熱交換器。

【００１５】（２）一枚の薄板を連続して交互に曲げる
ことにより形成される面状空間を、前記曲げの一部に形
成したジグザグ状の曲げを利用して維持するように構成
するとともに、前記薄板の両面側に熱交換する流体をそ
れぞれ流して、当該流体の熱交換を行うように構成した
事を特徴とする熱交換器。

【００１６】（３）前記凹凸または突起はプレスにより
形成したものである事を特徴とする前記（１）に記載の
熱交換器。

【００１７】（４）前記凹凸または突起、および／また
は補強部材を流体の流れ方向と平行な方向に延設してな
る事を特徴とする前記（１）に記載の熱交換器。

【００１８】（５）少なくとも前記薄板の片面側で形成
される面状空間を流れる流体を規制すべく、流体の移動
方向に対応する前記薄板の両端を封止するとともに、当
該流体の入り口および／または出口を、前記薄板の占め
る領域内に設けた事を特徴とする前記（１）または
（２）に記載の熱交換器。

【００１９】（６）連続した曲げで面状空間を形成する
一枚の薄板と、前記曲げ方向と直交する方向にある前記
薄板の両端を封止する手段と、前記薄板の占める領域内
に設けた流体の入り口及び／または出口と、前記入り口
及び／または出口近傍にのみ、前記薄板とは別部材の補
強部材を設けた事を特徴とする熱交換器。

【００２０】（７）連続した曲げで面状空間を形成する
一枚の薄板と、前記薄板を覆うとともに、流体の出入り
口、および、前記薄板とは別の補強手段を一体的に有し
てなる外枠とを含む事を特徴とする熱交換器。

【００２１】（８）面状空間の厚みは０．５ｍｍ〜２０
ｍｍの範囲である事を特徴とする前記（１）、（２）、
（６）または（７）に記載の熱交換器。

【００２２】（９）前記（１）、（２）、（６）または
（７）に記載の熱交換器を使用して熱交換を行う事を特
徴とする熱交換方法。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て以下に説明する。

【００２４】図１は、本発明に係わる熱交換器の概念を
説明するための斜視図である。

【００２５】図において、１は熱交換器全体を示す。２
は交互の小さな曲げを連続的に形成してアコーディオン
状となした一枚の薄板（板材）であり、この曲げによっ
て作られる空間（以下、この空間を積層空間、または、
面状空間と言う）２ａ、２ｂ内を熱交換用の流体が流れ
る。

【００２６】３および４は、前記薄板２の曲げ方向の端
面を封止すべく設けた前面壁および後面壁で、前記薄板
とほぼ同じ幅を有する。

【００２７】５および６は、前記薄板２の幅方向（前記
曲げ方向と直交する方向）における端面を封止すべく設
けた左右の側壁である（以下、前後壁３、４及び左右側
壁５、６を総称して述べる事が便利な場合、外枠とい
う）。

【００２８】前記封止手段は、左右側壁とは別の板材で
もよく、また、片側の面状空間のみに必要であれば、前
記積層空間の断面形状にあった形状の板材としても良
い。

【００２９】７および８は、前記薄板２の幅方向におけ
る略中央部であって、その幅方向に対して直交する方向
に設けた区画板であり、薄板の上方部及び下方部の曲げ
の頂点にその一端が接触するように関係づけてある。

【００３０】前記薄板２、外枠（３、４、５、６）及び
区画板７、８は接着手段により接着、または、封止して
あり、流体漏れを防止できる構成になっている。

【００３１】接着手段としては、接着剤、パッキン、溶
接、ロー付け、または、溶融等、適宜の手段を選択的に
用いる事が出来る。

【００３２】接着手段の詳細については後述する。

【００３３】９および１０は、前記薄板２の一方の面、
すなわち、積層空間２ａに対する流体Ａの入り口と出口
であり、１１および１２は、前記薄板の反対側の面、す
なわち、積層空間２ｂに対する流体Ｂの入り口と出口を
示す。

【００３４】前記流体Ａと流体Ｂとは同じ性質を有する
ものでも、異質のものでもよく、用途等、種々の条件に
よって決定できる。

【００３５】熱交換器１は以上のような基本的構成を有
しているので、例えば、入り口９から積層空間２ａに入
り込んだ流体Ａは矢印で示すように、前記積層空間、あ
るいは、面状空間を形成する前記薄板２の片面に沿って
進み、図において右側に流れた後、出口１０から排出さ
れる。

【００３６】一方、入り口１１から入り込んだ流体Ｂ
は、積層空間２ｂを構成する薄板の他面に沿って進み、
図において左側に流れた後、出口１２から排出される。

【００３７】熱交換は、前記薄板２を介しての、熱交換
する流体の移動に伴って行われる。

【００３８】上述の実施の形態においては、一枚の薄板
を用いて従来の積層板（プレート）に対応する構成を作
りうるので、部品数を大幅に減少できる。

【００３９】また、一枚の薄板からなる極めて簡単な構
成であるので、板の取り扱い、加工、組立等における作
業性を大幅に向上させる事ができる。

【００４０】また、従来装置の組立時におけるような、
板材の方向性についての気遣いは殆ど必要なく、配列順
序については考慮の対象外とする事ができる等、幾つも
の有用性を持ち合わせている。

【００４１】図２は外形形状が図１と異なる熱交換器を
示す概略図であり、基本的には図１と同様に、交互に連
続した曲げにより面状空間を呈してなる一枚の薄板を内
蔵している。

【００４２】図において、前記図１における部材（手
段）と同一部材、または、同一機能を有する部材（手
段）には同一の参照数字を付してあり、説明は省略す
る。

【００４３】図中、Ｔ１は外枠を構成する要素である上
壁であり、下部には同様の底壁Ｔ２を有する。

【００４４】９０および１００は上壁側に設けた枠で、
前述のように薄板で形成される面状空間の片側に供給さ
れる流体の入り口９および出口１０とに連通している。

【００４５】また１１０及び１２０は底壁側に設けた枠
で、前記面状空間と対向する薄板の他側に作られる面状
空間に供給される流体の入り口１１および出口１２と連
通している。

【００４６】換言すれば、９０、１１０は実質的に流体
の入り口であり、１００、１２０は実質的に流体の出口
であるといえる。

【００４７】本実施の形態における薄板と流体の出入り
口との関係は、前記図１の薄板と入り口（９、１１）及
び出口（１０、１２）との関係と同じである。

【００４８】即ち、前後壁、左右壁および上底壁で形成
される外枠に内蔵されている薄板の占める領域内に前記
出入り口９〜１２を設けてある。

【００４９】ここで、薄板の占める領域内に出入り口が
あるとは、例えば、図において上壁に対して（実質的に
は薄板に対して）垂直方向からみた時、前記薄板が存在
する仮想平面を垂直方向に移動した仮想平面内に出入り
口が位置する関係にある事を指す。

【００５０】前記薄板は前記面内で交互の曲げを有して
おり、従って、前記出入り口は薄板の曲げ部がある範囲
内にあるとも言える。

【００５１】いずれにせよ、前記の構成は、交換器の小
型化に寄与する。但し、種々の条件により、例えば、出
入り口９、１０は図の通りの位置におき、片方の出入り
口１１、１２を左右壁に関係付けて設ける事が出来る
等、自由度は広い。

【００５２】図３は前記図２のＩ−Ｉ線に沿った断面を
示す概略図であり、特に、薄板の端部（端面）の封止に
ついて説明するためのものであるので、出入り口は割愛
してある。

【００５３】図において、外枠（前記の通り、前後左右
壁等で構成される）の中に設置されている薄板２は、一
方の端部（端面）Ｓ（図において左上）に始まり、連続
的に交互に曲げられた部位を介して、他端部（他端面）
Ｆ（図において右上）で終わっている。

【００５４】曲げ方向（図において左右の方向）におけ
る前記薄板２の端部（端面）Ｓ、Ｆと外枠との接合は接
着剤等、前述した手段を利用する事により流体の漏れを
防止できる封止を完成してある。

【００５５】また、曲げ方向と直交する方向（幅方向）
における薄板２の両端部（両端面）と外枠との接合も同
様の手段により封止してある。

【００５６】なお、実施の形態においては薄板の曲げ形
状をアコーディオン形状としたが、波形の曲げ形状等、
図５に示すような種々の形状を施すことが可能である。

【００５７】図５（ａ）が波形状の、また、（ｄ）がア
コーディオン形状の基本であり、（ｂ）、（ｃ）および
（ｅ）、（ｆ）が振幅を小さくしたり、頂部の形状を加
工したそれぞれの変形例である。

【００５８】ところで、本願発明に係わる薄板の材質と
しては、後述する種々のものを採用する事が出来、ま
た、板の厚さも数十μｍ程度のものを使用する事ができ
るが、特に、厚さが薄いものの場合、面状空間（積層空
間）を自己保持するには強度が不足する場合がある。

【００５９】そのような不具合を解消すべく、以下に、
補強の方法について説明する。

【００６０】１つの方法は、薄板自体に凹凸もしくは突
起を設けて強度を稼ぐことであり、図４にその一例を示
す。

【００６１】（ａ）は、基準面から突出する凸部２０
０、それに引き続く平面（基準面）２０１，前記凸部の
突出方向と反対側に突出させた部位２０２（基準面から
みて、凸部に対する凹部）、それに引き続く平面（基準
面）２０３を１単位として、連続的に形成してなる態様
を示す。

【００６２】（ｂ）は、金属からなる細線あるいは断面
が三角形状である剛体を薄板に接着することにより突起
２０５を設けた態様を示す。

【００６３】（ｃ）は、前記（ａ）の変形で凸部と凹部
との間の平面を無くし、凸部２００、凹部２０２、平面
（基準面）２０３を１単位として、連続的に形成してな
る態様を示す。

【００６４】前記凹凸あるいは突起は、薄板の曲げ（折
り曲げ）方向（例えば、図３における左右方向）に対し
て直交する方向（図３において、紙面の表から裏に抜け
る方向）、即ち、流体の流れ方向と同方向に所定の長さ
延びている。

【００６５】このように凹凸等を形成し、かつ、流体の
流れ方向と関係づけて外枠内に配置することにより、流
体の圧損を出来る限り小さくできる。

【００６６】なお、凹凸はプレスで形成でき、前記した
ように連続的に形成せず、曲げ部をのぞいた非連続の形
態としてもよい。

【００６７】更に、流体の流れ方向において、その全長
に渡って設ける必然性はない。

【００６８】前記の変形として、例えば、突起２０５の
代わりに、ジグザグ状の小さな襞を作り、これを以て形
状維持に役立たしめるようにしてもよい。

【００６９】補強の第２の方法は、薄板の曲げ部に薄板
とは別部材の補強部材２１０を挿入し（図３に１つの補
強部材を示してある）、曲げ部を懸架するように当該補
強部材を外枠（ここでは左右壁）に位置固定する方法で
ある。

【００７０】補強の第３の方法は、積層空間２ｂに薄板
とは別部材の補強部材２２０（図３に１つの補強部材を
示してある）を挿入し、固定する方法である。

【００７１】場合により、前記補強部材２２０は流体の
入り口部と出口部近傍に配設するだけでも良い。

【００７２】更に、第４の方法として、積層空間２ａの
底壁側であって流体の出入り口近傍にのみ薄板とは別部
材の補強部材２３０（図３に１つの補強部材を示してあ
る）を固定して設ける方法である。補強部材２３０とし
ては、ピッチの粗いコイルバネ等、流体の流れに影響の
少ない形態のものが好ましい。

【００７３】前記の他に、左右側壁の使用に変え、薄板
で形成される積層空間をその両端部において板材で封止
するとともに、当該封止手段を補強に役立てることも出
来る。この際の封止手段（板材）の形状は、それぞれの
積層空間２ａ、２ｂの断面形状と整合する形状にするこ
とが望ましい。

【００７４】上記において、補強部材を両方の積層空間
２ａ、２ｂに設けるか否かとか、大きさとかは、用途、
熱交換能力等、求められる条件によって適宜定める事が
出来、また、前記形態を組み合わせて使用することもで
きる。

【００７５】さらに、前記形態を含み、補強部材は前記
流体の出入り口を限定する枠９０等とともに外枠と一体
的に設けてもよい。

【００７６】いずれにせよ、積層空間の形状維持は完璧
でなくともよく、流体の流れに大きな支障を来さない範
囲に維持できればよい。

【００７７】上記のような構成により、板厚が薄く、強
度的にやや不足気味の材料でも熱交換器を構成する要素
として使用できるようになる。

【００７８】また、前記積層空間２ａ、２ｂの形状は、
ゴミによる目詰まりを回避し、圧損を小さく抑える事が
出来る事から、図３のように、流体が流れ込む入り口側
の間隔を大きくなし、略台形状とする事が望ましい。

【００７９】また、前記薄板の対向面で形成される積層
空間２ａ、２ｂについてであるが、板面による対向面間
隔は、約０．５ｍｍ〜２０ｍｍ程度がよく、圧損を考慮
した場合、２〜１５ｍｍの間隔とする事がより望まし
い。

【００８０】前記薄板２の材質としては、アルミニウ
ム、銅、ステンレス、鉄、チタン等から選ばれる金属材
料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、Ａ
ＢＳ樹脂、ナイロン、ポリアミド・イミド、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルスルホン、フッ素樹脂（ＰＴＦ
Ｅ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＰＥ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、
ＰＶＤＦ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＦ）等から選ばれるプラス
チックシート材料、織布、不織布、紙、繊維、板、セラ
ミック材等の曲げが可能な材料であれば使用可能であ
り、それぞれ用途によって選択する事ができる。

【００８１】特に、アルミニウム、ステンレス、プラス
チックシートが形状確保の点、あるいは、流体として液
体を使用する場合に好ましく、熱伝導率を重視する場合
はアルミニウムが望ましい。

【００８２】また、流体が空気であり、空気中の水分の
維持を考慮した場合には、プラスチックシート、紙の
他、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンから
なる不織布が適当である。

【００８３】厚さは金属材料であれば約５μｍから約１
ｍｍ程度が好ましく、１０μｍから１００μｍが強度、
加工性の点でより好ましい。

【００８４】プラスチックシート等の場合は、約２０μ
ｍ以上の厚さのものが有用であるが、強度的には５０μ
ｍ以上が好ましい。

【００８５】前記薄板２の端部（端面）の外枠に対する
封止あるいは接合等に使用するものとしては下記が考え
られる。

【００８６】まず、封止にパッキンとして使用できるゴ
ム材としては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−
ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、
ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレン
ゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴ
ム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、多流化ゴ
ム、シリコンゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム等
が使用できる。

【００８７】接着剤としては、シアノアクリレート、ア
クリル構造用アクリル、エポキシ樹脂、ＥＶＡホットメ
ルト、ナイロンホットメルト、ポリエステル、プラスチ
ックハンダパーサロン型ポリアミド、シリコンＲＴＶ、
クロロプレンゴム、塩ビ酢ビ樹脂、酢ビ、構造用接着剤
（ポリマーアロイ型）、ポリイミド、アラビアゴム糊、
水ガラス、セラミック接着剤等が使用できる。

【００８８】更に、液状から固化する形態の溶融金属
（ハンダ、亜鉛、スズ、アルミニウム、鉄）、ゴム、熱
硬化性プラスチック、熱可塑性プラスチック、セラミッ
クが使用出来る。

【００８９】

【発明の効果】１枚の薄板により、従来の積層プレート
に対応する部材を構成したので、板材の方向性や配列順
序に気を使う必要が殆どなく、また部品点数を大幅に減
少できたので組立作業性が向上した。

【００９０】また、簡単な補強部材を使用することによ
り、極めて薄く、かつ、形状保持において強度が不足す
るようなものでも十分なる強度を持たすことが出来、使
用の自由度を広げる事が出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱交換器の概念を説明するため
の斜視図である。

【図２】他の形態の熱交換器の外形を示す図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線に沿った薄板の断面形状を示す
図である。

【図４】補強のために板に施す加工形状の例を示す図で
ある。

【図５】薄板に施しうる波形、アコーディオン型の曲げ
形状を示す図である。

【符号の説明】

１熱交換器２薄板（板材）２ａ，２ｂ積層空間３前面壁４後面壁５，６側壁７，８区画板９，１１流体の入り口１０，１２流体の出口２００凸部２０１，２０３平面２０２凹部２０５突起２１０，２２０，２３０補強部材Ｔ１上壁Ｔ２底壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一枚の薄板を連続して交互に曲げること
により形成される面状空間を、当該薄板に設けた凹凸ま
たは突起、および／または、前記薄板とは別部材の補強
部材を利用して維持するように構成するとともに、前記
薄板の両面側に熱交換する流体をそれぞれ流して、当該
流体の熱交換を行うように構成した事を特徴とする熱交
換器。
【請求項２】一枚の薄板を連続して交互に曲げること
により形成される面状空間を、前記曲げの一部に形成し
たジグザグ状の曲げを利用して維持するように構成する
とともに、前記薄板の両面側に熱交換する流体をそれぞ
れ流して、当該流体の熱交換を行うように構成した事を
特徴とする熱交換器。
【請求項３】前記凹凸または突起はプレスにより形成
したものである事を特徴とする請求項１に記載の熱交換
器。
【請求項４】前記凹凸または突起、および／または補
強部材を、流体の流れ方向と平行な方向に延設してなる
事を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】少なくとも前記薄板の片面側で形成され
る面状空間を流れる流体を規制すべく、流体の移動方向
に対応する前記薄板の両端を封止するとともに、当該流
体の入り口および／または出口を、前記薄板の占める領
域内に設けた事を特徴とする請求項１または請求項２に
記載の熱交換器。
【請求項６】連続した曲げで面状空間を形成する一枚
の薄板と、前記曲げ方向と直交する方向にある前記薄板
の両端を封止する手段と、前記薄板の占める領域内に設
けた流体の入り口及び／または出口と、前記入り口及び
／または出口近傍にのみ、前記薄板とは別部材の補強部
材を設けた事を特徴とする熱交換器。
【請求項７】連続した曲げで面状空間を形成する一枚
の薄板と、前記薄板を覆うとともに、流体の出入り口、
および、前記薄板とは別の補強手段を一体的に有してな
る外枠とを含む事を特徴とする熱交換器。
【請求項８】面状空間の厚みは０．５ｍｍ〜２０ｍｍ
の範囲である事を特徴とする請求項１、２、６または請
求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】請求項１、２、６または請求項７に記載
の熱交換器を使用して熱交換を行う事を特徴とする熱交
換方法。