JPS6096891A - 積み重ねプレート・フイン型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプレート・フィン型熱交換器に関するものであ
って、更に詳細には、積み重ねられてクロスフロー熱交
換器を形成することの可能な開放面フィン付きプレー１
〜に関するものである。

プレート・フィン型熱交換器は主にチャンネルとリブ型
構造を有している。自流流１＋、を得ることが可能であ
るが、入１」と出口に於いて流体を分離せねばならない
プレー１〜積み重ね体をマニホールド構成とすることは
極めて複雑である。逆流型熱交換）！汁のマニホールド
構成は比較的簡単であるので、逆流型の熱交換器システ
ムが広く使用されている。然し乍ら、逆流型の熱交換器
システムは向流型熱交換器システムと比べて効率が低く
、しかも熱的及び機械的応力に関し重要な問題を抱えて
いる。

自流型熱交換器のマニホールド構成とする上での問題を
解決すべく提案された１つの向流熱交換器システムがＣ
ａｍｐｂａｌ、１等の米国特許第３，３０５，０１０号
に開示されている。この特許に開示されている熱交換器
は重４１ニジて積み重ねられたプレー１−及びフィン要
素を有すると共に、組立体の反対側から異なった温度の
流体を導入するための複雑なマニホールド手段とを有し
ている。然し乍ら、この特許にＪフいてはプレー］−及
びフィンの両方として機能するプレートを提案するもの
でもなく、又プレー１−面内においてプレー１〜を内部
的にマニホールド構成とする手段を提案するものでもな
い。

別の自流システムは、第５回０ＴＥＣ会議、マイアミ、
フロリブ（１９７８年２月）、のプロシーディングズ、
頁Ｖｌ　２８８−３２０に記載されているＡｌｆａ−Ｌ
ａｖａｌがある。Ａ１．ｆａ−１、ａｖａｌ概念は、主
に、積み重ねた薄い金属プレートと、フレームと、全体
を一体的に保持する手段とで構成されている。

これらのプレートは」二部及び下部における水平担持バ
ーの間に保持されており、且つ定着ボルト及び可動圧力
ブレ−１〜によって静止フレームプレー１−に対して押
圧されている。該フレームプレー１−にはインレッ１へ
及びアラ１−レツ１−接続用のノズルが設けられている
。各プレートはガスケツ１−でその周囲が密閉されてお
り、且つ圧縮した（・ラック内に接着されている。プレ
ート角部の各々における流れボートは個別的にガスケツ
１−が設けられており、従ってプレート間の空間を交互
の流れチャンネルからなる２つのシステムに分割してい
る。

これにより、２つの媒体が通過し、温度の高い方の媒体
力書ｔすいプレー１・を介して熱伝導することにより低
い温度の媒体）＼熱を伝達させる。このガスケット構成
目媒体の相互漏れが発生する危険性を回避している。こ
の様なプレー１〜がＡｌｆａ−Ｌａνａ１概念の基本的
な要素を成すものであり、スタンピングによって形成さ
れた波形パターンを有している。これらの波形形状を配
列させて多数のプレートパターンを形成することが可能
である。特定のパターンは、圧力降士と対流熱伝達特性
との間の注意深い利益考量によって決定される。

Ａ　ｌ　ｆ　ａ　−Ｌ　ｔｒ　ｖ　ａ　ｌ　システムに
おけるガスケツ１−は圧縮された１へラック内のプレー
トに接着され、通常天然ゴム、ニトリル、ブチル、ネオ
ブレン、ビトン（ｖｉＬｏｎ）等の様なエラストマーに
よって形成さｈでいる。この（、′にな物質の選択は使
用条件に依存するものであるが、その上限は約３６０ｐ
ｓｉ及び約／１００”ｌ？である。

本発明は前述したＡ　］、ｆ　ａ　−］、ａ　ｖ、、ａ
　］　とは多くの点で異なるものであり、例えば、（１
）　Ａｌｆａ−１ａｖａｌシステムではガスケツ１〜を
必要としており、それが動作圧力及び温度を制限してい
る、（２）Ａｌｆａ−Ｌａｖａｌシステムでは最適の熱
伝達係数を得るために必要なプレー１〜間のコンタク１
−を与えるためのコンタク１−フィン乃至は基本的に平
坦なプレー１−１底部を有するものではない。

空気と油又は空気と水等の様な気体・液体クーラーにお
いては、通常、空気の側において約水柱０．５ｐｓｉの
低い圧力降下を必要とし、且つ例えば許容さＪしる深さ
が１．５インチ以下の自動車のラジェーターの前面の様
な領域にはめ込むことが可能なものでなければならない
。更に、これらの設Ｈ１において必要とされる効率は５
０％以下であり、向流設副のみならずクロスフロー設計
を適用することもｉｉＪ能である。蛇行型フィンチュー
ブ方法及びその他の現在の設計方法は液体管に対して適
切なるコンタクト面積を得ることができないという問題
を抱えており、所要の対流条件に整合させるために液体
側に流体速度制御装置を設けることを必要としている。

更に、製造」ニハンダ付けやロウ伺けを必要とし、これ
ら前述した構成を有する組立体の場合には自動化した大
量生産方式を適用することが困難である。

本発明は、以上の点に鑑み為されたものであって、プレ
ート・フィン型熱交換器用の一体的で内部をマニホール
ド構成どしたフィンプレー１・を提供することをＩＩ的
とする。本発明の別の目的とするところは、開放面フｒ
ンブレ−１〜であって、表面積を増加するとノ１、にプ
レー１−間コンタク１−を増加させることによって熱伝
達を向−ヒさせるための複数個のフィン（１１７成を其
備したフィンプレー１へを提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、ｆｌｆｌ　ｊｌ
−化したマニホールドをイ］する熱交換器を提供するこ
とである。本発明の更に別の］」的とするところは。

内部的しこマニホールド構成としたプレート積み重ね体
用の節、ｔｌｌなマニホールド手段を提供することであ
る。オ〈発明の更に別の目的とするところは、低価格で
あると共に費用効果的なタロスフロー型熱交換器を提供
することである。本発明の更に別の目的とするところは
、機械的及び熱的応力の影響を比較的受けることのない
プレーｈ　’ｒ有する熱交換器を提供することである。

更に、本発明の別の目的とするところは、低価格で製造
することの可能な熱交換器を提供することである。

本発明は積み重ねプレー１−・フィン型熱交換器な提供
するものであって、２つのタイプのフィンイ」きプレー
トを有している。一方のプレー１〜は、望ましくは液体
を送給するために使用されるものであって、平坦な底部
を有すると共に直立状の周囲壁を形成した」二部を持っ
た開放面プレー１−である。上側の中央部分には直立状
のＲ１ｔ隔したフィンが形成されており、フィン領域と
周囲壁との間１、こ凹状喘部領域を構成しており、それ
らは内部マニホールドである。プレー１−を介して横断
方向に複数個のボー１−が形成されており、各ポー１−
は各マニホールド領域を介して設けられている。フィン
の間のチャンネルは２つのマニホールド領域の間に延在
している。フィンと周囲壁との高さは同じであって、そ
れらの上表面は共通表面である。

他方のプレー１〜は、ｑｌ）ましくは気体を送給するた
めに使用さＡしる十ノのであって、平坦な底部を有する
と共にその一１１側の中火部分に離隔して配設した複数
個のフィンを有する開放面プレーＩ−である。

端部領域はフィンの一１１表面と同じ高さを有する上表
面を有しており、従ってフィンの」二表面と端部領域の
」二表面とで共通の同一表面に形成している。

各端部領域内にプレー１〜を介して１！４断方向にボー
トが形成さ４しており、従って、第１プレー１へと第２
プレー１へとが積み重ねられると、そ才しらのマニホー
ルドポー１へか１１１（合して内部乃至はリーダーマニ
ホールドを形成する。又、これらのプレー１〜が１８０
度の和ｈｌｉ性を有することが望ましく、即ち、積み重
ね体内の・力のプレー１−を他のプレー１〜に関して方
位角方向に１．８０度回転させた場合にその回転させた
プレー１・のポーｊ−がなおかつ積み重ね体の他のプレ
ー１〜のボー１〜と整合するものであることが望ましい
。

」二部プレー１〜を平坦なプレー１−でカバーすること
が可能であり、又名プレー１〜の１戊部はその下側のプ
レー１−に対するカバーとして機能する。これらのプレ
ー１〜を所望により接着させたリガスケツトを設けたり
することが可能である。第２プレートのフィン及びチャ
ンネルは第１プレー１へに形成されているフィン及びチ
ャンネルの方向に対し交差する方向に形成されている。

本発明は、能率的であり、簡単で、容易に製造可能であ
り、容易に組み立てることが可能であり、比較的廉価な
プレート積み重ね体熱交換器を提供するものであり、そ
れはその内部において液体を空気冷却する場合に外部の
マニホールド構成を必要とするものではない。

以下、ｒＡ　（ｑの図面を参考に、本発明の具体的実施
の態様について詳細に説明する。

第１図は３個のプレー１１２．１４及び１２′からなる
積み重ね体］０の分解斜視図である。２つの異なった構
成に形成されたプレート」２及び１４が使用されている
。第１プレー１−１２は開放面プレートであって、平坦
な底部１６を有している。プレー１−１２の上表面１７
は高さｌ１１を有する直立状周囲壁１−８が設（づらオ
している。第１プレー　１−１２の中央領域にけ複数個
の直立状であり離隔したフィン２０が設４）らｔしてお
り、好適には互いに並設さ４しており、それらの間にチ
ャンネル２２を形成している。こＡ＜、らのフィン２０
の端部と端部周ＩＪｆ目！、’（２（ｉとの間の端部領
域は凹所が形成されており、該凹所は内部マニホールド
２４を画定し、そ牡を介してマニホールドボー１−２８
が１−リルで９？Ｊさ］している。ｐ１１解される如く
、プレー１−１２の各端部にマニホールド２４とマニホ
ールドポーー１〜２８どが形成されている。フィン２０
の上表面も高さｌ＋１を有しており、従ってフィンの」
二表面と周囲壁と（Ｊ平坦な平面を形成している。チャ
ンネル２２どフィン２０とは、それらの小出かマユホー
ル１−ボート２８間に引かれた直線の如く実質的に同・
方向に延在する様に形成さ４している。

第２プレート１４も開放面プレー１−であり、平坦な）
底部：３４が形成さ］している。ｊ底部３４と１、表面
３６との間の第２プレー１−１４の高さはｌ＋２であり
、第１プレー１〜１２が高温オイルの様な液体の流れの
ために使用され１１つ第２プレー１−１４が冷却用空気
の様な流体の流れのために使用される場合には、ｈ２は
ｈ　、よりも大きいことが望ましい。

第２プレー１−１４の中央領域にもフィン２０′とチャ
ンネル２２′とが設けられており、チャンネル２２′は
上表面３６から下側に延在して形成されている。フィン
２０′とチャンネル２２′とは端部領域３２と隣接して
おり、その各々にはマニホールドボー１−が形成さ汎て
おり、それはプレー１−が積み重ねられた場合にマニホ
ールドポ−１〜２８．２８’が整合して積み重ね体内に
内部マニホールドを形成する様な位置に横断方向に貫通
して延在している。マニホールドボー１〜及び第ｊ−ブ
レー１−の溝を貫通して流れる流体の流れをＡ及びＩ３
の矢印で示しである。第２プレー１−の溝を介して流れ
る流体の流れは矢印Ｃで示しである。これらの方向の１
つ又は両方を反転させることが可能であることは勿論で
ある。

注意すべきことであるが、プレート１２及び１４を方位
角方向に１８０度互いに回転させることが可能であり、
その場合に於いてもボー１−同士は整合する。プレー１
〜内の各ボートがプレー１〜の長手中心軸から反対方向
に同−距渾ｔオフセットしたとしても１．８０度の相補
性は維持される。勿論、このことは積み虫ね体内の全て
のプレー１−に関して成立せねばならない。

第２図には別のタイプの第１プレー１へ３８を示しであ
る。この場合は、中央領域にフィン２０”とチャンネル
２２″が設けられており、２つの側部フィン／１０及び
４２がプレー１〜３８の各々の側部に於りる周囲ｔ１．
（の役割を成している。端部領域は平坦であり、」−表
面４４はフィン２０′′の上表面３０のＦ側に位１１°
゛′１しており、好ましくはチャンネルのｊ底部の面内
に存、１７＋：　Ｌ、ている。大１＋１３　ＴＪ字形状
をした弱１４部包囲体乃至は防壁部４４４６が各端部領
域の表面４４」−に載置されており、その両端部を側部
フィン４０及び４２の対応する端部と夫々当接させてそ
の際にプレー１−３８の周囲を取り囲む堤防を形成して
いる。また、各端部領域には内部マニホールド２４′が
形成されている６各プレー１−３８の内部マニホールド
領域内にはマニホールドポー１〜２８”が形成されてお
り、これらのマニホールドポー１・は、ｖｒ、み重ねら
れた場合に、第２プレー１−１４のマニホールドボー１
−２８　’と整合する。

防壁部材４６は端部領域に接着乃至はその他の方法でシ
ールされており端部包囲体を形成している。第２プレー
ト」４のｊ底部も下側に存在する第１プレーｈ１２（又
は３８）の」二部とシールされるへきであって、そうす
ることにより第１プレー１−１２（又は３８）のチャン
ネル２２″及び内部マニホールド２４″を介して流れる
流体の漏れを防止する。このことは、例えば、プレート
間のロウイ」け用フォイル又はガスケツ１〜を使用して
ロウイ」け金型内においてロウイー１けを行なうことに
よって実施することがｉｉＪ能である。第２プレート」
４が気体を送給する為に使用さｉシる場合には、第１プ
レー１−１２の底部と第２プレー１−１４の」二部との
間のシールを行なうことは不必要であるが、積み重ね体
１０の安定性の観点からはそのようなシ−ルを行なうこ
とが望ましい。

何れのｆｆｆみ屯ね体に於いても、第１プレートを第２
プレー１−のド側に設けることも可能である。

第１プレー１−１２（第１図）は、例えば、衝撃押し出
しθ；によって形成することが可能であり、その場合に
、形成用金型が平均なプレートをプレスして、フィン及
び周囲壁又はフレームが金型のチャンネル内に押し出し
成形される。

第２プレー１−１４を押し出し方法によって形成するこ
と力Ｓ　ｉｊＪ能であり、その場合に、形成用金型は単
に中央領域のチャンネル及びフィンを押し出し成形づ−
る。

従って、防壁部４４ブレー１−３８は、素材のプレート
の全面にσｐっでフィンを押し出し成形し、次いでプレ
ートの端部領域に於いてそれらのフィンを機械加■：に
より切除して端部包囲体を形成するために防壁部月を設
けることの可能な端部表面を設けることによって形成す
ることが可能である。

第：３図は績み虫ね体１０に対するカバープレー１−４
８として使用することの可能な簡単なプレートを示して
いる。カバープレー１〜４８は積み重ね体１０に接着す
るか又はポル１−によって固定することが可能である。

該カバープレー１−及び同様な底部プレー１〜はボルト
穴又はノツチを設けた外側に突出する表面を有すること
が可能であり、それにより積み重ね組立体全体を一体的
にボルト定着することが可能である。」二部プレー１へ
又は底部プレート又はその両者がプレー１−積み重ね組
立体に対するインレット導管及びアウトレット供するこ
とが可能である。

第４図に示した如く、フィン２０．２０’及びチャンネ
ル２２．２２’は種々の横断面形状を取ることが可能で
ある。従来のチャンネル及びフィン形状はとがった角部
を有しており、数字５ｏで表わしたものである。然し乍
ら、角部を丸めたチャンネル５２や、Ｕ字形状をしたチ
ャンネル５４や、７字形状をしたチャンネル５６や、台
形形状をしたチャンネル５８等を設けることも可能であ
り、又、第５図に示した如く、断続したフィン６０とす
ることも可能であって、これらは全て本発明の技術的゛
範囲内に属するものである。又、同一プレー１−　にに
設りられるこれらのチャンネルは異なった幅の（’Ｊの
とすることも可能である。フィン２０、２０′は蛇行形
状６２（第６図）とすることも可能であり、又第７図の
ヘリンボーン形状の如く非線形の形状とすることも可能
である。

以」二、本発明の置体的実施の態様に伺いて詳細に説明
したが、本発明はこ，ｌ−ｙら具体例にのみ限定される
べきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱すること
なしに種々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて４苗成さＪした熱交換滞用の
プレー１−積み重ね体の分解斜視図、第２図は異なった
タイプの第１プレー１−を有するプレート積め重ね体の
分解斜視図、第；３図はカバープレー１〜の剥視図、第
７１図は本発明において使用することの可能なフィン及
びチャンネルの種々の形状を示し・た説明図、第５図は
本発明において使用することの可能な断続的フィンの１
例を示した説明図、第６図は蛇行形状を有するタイプの
フィンを示した説明図、第７図はへリンボーン形状のフ
ィンを示した説明図、である。 （符号の説明） １２：第１プレー１〜 １４：第２プレート １６：平坦底部 １７：上部表面 １８：直立状周囲壁 ２０：フィン ２２：チャンネル ２４：内部マニホールド ２６：端部周囲壁 ２８：マニホールドボ−１− ３４＝平坦底部 ３６二上部表面 ４６：防壁部材（端部包囲体） ４８二カバープレート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱交換器用のプレート積み重ね組立体に於いて、平
   坦な底部を具備すると共にその上部に直立状周囲壁と前
   記−」二部の中央領域に設けられチャンネルを形成する
   直立状のＡｌ１隔したフィンとを具備した少なくとも１
   個の第」プレー１−が設けられており、１）１ｊ記周囲
   壁及びフィンの高さは同一であり、前記第１プレートは
   各端部に於いて前記フィンと前記周囲壁との間に対抗し
   た内部マニホールド領域を有し−Ｃおり、各マユボール
   １−領域には前記プレートの」二部からｊ底部へ貫通す
   るマニホール１くポー１〜が形成されており、前記フィ
   ンの軸は前記マニホール１〜ボー１へを接続する線と実
   質的に同一方向であり、前記第１プレー１−と同一の形
   状及び寸法の少なくとも１個の第２プレートが設けられ
   ており、１）「記第２プレー１−は平坦な底部を具備す
   ると共にその４１ユ部の中央領域にチャンネルを形成す
   る直立状の離隔したフィンを具備しており更に前記フィ
   ンの高さと同一の高さの対抗した端部領域を具備してお
   り、酌記端部領域の各々には同一の端部における前記第
   １プレー１−のマニホールドボー１〜と同し位置にそれ
   を貫通してマニホールドポートが形成されてお５、す、
   前記フィンの軸は前記マニホールドポート 質的に交差しており、前記第１及び第２プレー１〜を積
   み重ねた場合に、前記マニホールドボーＩ−が整合して
   各端部に異なった横断用のマニホールドを形成し、且つ
   １つのプレー１−の１１１部がその下側のプレー１−の
   フィンの」二端部に接触してｉ；■配下側の端部内のチ
   ャンネルをカバーし、１）η記夫々のプレー１−を介し
   て流れる流体の流れかグロスフローであることを特徴と
   する組立体。 ２、特許請求の範囲第１項に於いて、他のプレー１へと
   同一寸法のカバープレー１へか最」二部のプレートの上
   部を被覆していることを特徴とする組立体。 ３、特許請求の範囲第１項に於いて、前記プレート積み
   重ね組立体が複数個の第１プレートと複数個の第２プレ
   ー１−とから形成されていることを特徴とする組立体。 ４、特許請求の範囲第１項に於いて、隆起された周囲ｊ
   ；１７が前記第１プレー１〜の前記中央領域の両側部に
   沿ってのみ延在しており、前記組立体が防壁部材を有し
   ており、前記防壁部材は前記プレートの各端部」二にお
   いて前記周囲壁間の前記第１プレー１−の周囲壁が存在
   しない部分に沿って延在し各端部上に内部マニホールド
   領域を形成しており、前記防壁部月が１）ｉＩ記第１プ
   レー１−上の所定位置に位置された場合に前記防壁部材
   の上表面が前記フィンの」二表面と共通・１１而をなす
   ように前記防壁部材高さを有していることを特徴とする
   組立体。 ５、特許請求の範囲第２項に於いて、前記プレー１へが
   一体的に接着されていることを特徴とする組立体、５ ６、特許請求の範囲第２項に於いて、前記第１プレー１
   −内の１）ｆＪ記ラフイン平行なチャンネルを形成して
   いることを特徴とする組立体。 ７、特許請求の範囲第２項に於いて、前記第２プレート
   内の前記フィンが平行なチャンネルを形成していること
   を特徴とする組立体。 ８、特許請求の範囲第４項に於いて、前記防壁部材が前
   記第１プレートに接着されており、且つ前記プレートが
   一体的に接着されていることを特徴とする組立体。 ９、熱交換器用のプレート積み重ね組立体用のプレート
   であって、平坦な底部を具備すると共にその上部の周囲
   に沿って延在する直立状の壁を具備しており更にその上
   部の中央領域にチャンネルを形成する直立状の離隔した
   フィンを具備したプレートを有しており、前記周囲壁と
   フィンの高さは同一であり、前記プレー１〜は各端部に
   於いて前記フィンと前記周囲壁との間に対抗した内部マ
   ニホールド領域を具有しており、各マニホールド領域に
   は前記プレートの上部から底部へ貫通するマニホールド
   ボー１〜が形成されており、前記フィンの軸は前記マニ
   ホールドポー１〜間を接続する線と実質的に同一方向で
   あることを特徴とするプレー１〜。 １０、特許請求の範囲第９項に於いて、前記フィンが平
   行なチャンネルを形成していることを特徴とするプレー
   １〜。 １１、特許請求の範囲第９項に於いて、前記直立状の周
   囲壁が前記プレー１〜の前記中央領域の両側部に沿って
   のみ延在しており、前記プレー１−が防壁部材を有して
   おり、前記防壁部材は各端部に於いて内部マニホールド
   領域を形成するために両側部における周囲壁の間を前記
   プレー１への壁のない部分にｆ（７って延在しており、
   前記防壁部材の高さは前記防壁部材を前記プレート」二
   の所定位置に位置させた場合にそのに表面が前記フィン
   の上表面と共通面をなすようなものであることを特徴と
   するプレー１へ。 １２、熱交換器用のプレート積み重ね組立体用のプレー
   １へにおいて、平坦な底部を具備すると共にその」二部
   の中央領域にチャンネルを形成する直立状の離隔したフ
   ィンを具備しており更に前記フィンの高さと同一の高さ
   を有する対抗端部領域を具備したプレートを有しており
   、前記各端部領域にはマニホールドボートが形成されて
   おり、前記フィンと端部領域の上表面は共通面を形成し
   ており、前記フィンの軸は前記マニホールドボート間を
   接続する線に対して実質的に交差していることを特徴と
   するプレー１へ。 １３、特許請求の範囲第９項に於いて、前記フィンはそ
   の断面が実質的に矩形状であることを特徴とするプレー
   ト。 １４、特許請求の範囲第１１項に於いて、前記フィンは
   その横断面が実質的に矩形状であることを特徴とするプ
   レー１〜。 １５、特許請求の範囲第１２項に於いて、前記フィンは
   その横断面において実質的に矩形状であることを特徴と
   するプレート。