JP5722394B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は平板式の熱交換器に関するものである。

省エネ化が促進され、熱効率の向上、廃熱の回収による節電、燃料消費量の低減等が求められている。

斯かる要請に対応して、システム内に熱交換器を組込み熱効率を向上させること、或は排気ガスラインに熱交換器を設けて廃熱を回収することが行われている。

本出願人は、特許文献１に示される様に、平板に所定の分布で突起を形成し、平板を所定幅で交互に多層に折返し、平板間で前記突起分の間隙を形成すると共に平板を境界とした伝熱体が示され、前記間隙に高温流体と低温流体とを流し、前記伝熱体を介して熱交換する熱交換器を提案している。

該熱交換器は、簡単な構造で、安価であり、熱効率が高く、保守性に優れるという利点を有するが、前記熱交換器は熱交換の対象とする流体に対して高気密性、高耐圧性が要求されないものであった。

特開２０１２−１１７６８１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構造で、更に気密性、耐圧性を有し、種々の使用状況に対応可能な平板式の熱交換器を提供するものである。

本発明は、中空箱体に構成されたケーシングと該ケーシング内に収納された伝熱体から構成される熱交換器であって、前記伝熱体は、平板が折返し線に沿って交互に反対方向に折返され、該平板間に第１流路と第２流路とが交互に多層形成され、前記ケーシングに前記第１流路に連通する第１開口と第２開口を設け、前記第２流路に連通する第３開口と第４開口とを設け、前記伝熱体の前記第１流路又は前記第２流路に隣接する平板の、前記折返し線の端側に位置する端部を圧潰させて密着させ該端部の端縁を溶接した熱交換器に係るものである。

又本発明は、前記第１流路の一端部、前記第２流路の他端部を交互に圧潰させて密着させて溶接した熱交換器に係るものである。

又本発明は、前記第１流路、前記第２流路のいずれか一方の両端部を圧潰させて密着させて溶接した熱交換器に係るものである。

又本発明は、前記端部の圧潰により、前記第２流路を画成する平板の折返し部は矩形形状に形成され、各第２流路に対応して櫛歯状に形成され、更に２つ折りされた爪片を有する縁部封止金具を、該爪片を前記第２流路の折返し部にそれぞれ嵌合して前記端部に装着し、前記縁部封止金具と前記端部の端縁とを溶接した熱交換器に係るものである。

又本発明は、帯状金具を２つ折り状態とした稜線部封止金具を前記端部の全長に亘って装着し、前記稜線部封止金具と前記端部とを溶接した熱交換器に係るものである。

更に又本発明は、前記封止金具には溝が刻設され、該溝部分で２つ折りされ、前記溝が端部にレーザ溶接される熱交換器に係るものである。

本発明によれば、中空箱体に構成されたケーシングと該ケーシング内に収納された伝熱体から構成される熱交換器であって、前記伝熱体は、平板が折返し線に沿って交互に反対方向に折返され、該平板間に第１流路と第２流路とが交互に多層形成され、前記ケーシングに前記第１流路に連通する第１開口と第２開口を設け、前記第２流路に連通する第３開口と第４開口とを設け、前記伝熱体の前記第１流路又は前記第２流路に隣接する平板の、前記折返し線の端側に位置する端部を圧潰させて密着させ該端部の端縁を溶接したので、前記伝熱体は簡単に構成され、更に、前記第１流路と前記第２流路との離隔は確実に行われる。

又本発明によれば、前記端部の圧潰により、前記第２流路を画成する平板の折返し部は矩形形状に形成され、各第２流路に対応して櫛歯状に形成され、更に２つ折りされた爪片を有する縁部封止金具を、該爪片を前記第２流路の折返し部にそれぞれ嵌合して前記端部に装着し、前記縁部封止金具と前記端部の端縁とを溶接したので、前記端部の隙間を確実に封止でき、更に前記縁部封止金具が伝熱体の形状保持の治具として機能し、溶接作業性が向上する。

又本発明によれば、帯状金具を２つ折り状態とした稜線部封止金具を前記端部の全長に亘って装着し、前記稜線部封止金具と前記端部とを溶接したので、前記端部の隙間を確実に封止でき、更に前記稜線部封止金具が伝熱体の形状保持の治具として機能し、溶接作業性が向上する。

更に又本発明によれば、前記封止金具には溝が刻設され、該溝部分で２つ折りされ、前記溝が端部にレーザ溶接されるので、前記封止金具と前記端部との溶接が確実に行われる等の優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る熱交換器の斜視図である。 該熱交換器に用いられている伝熱体の断面を示し、図１のＡ−Ａ矢視相当図である。 ケーシングに前記伝熱体が収納されている状態と熱交換される流体の流れ状態を示す説明図である。 本発明の実施例に係る前記伝熱体断面を示し、図３のＢ−Ｂ矢視相当図である。 該伝熱体端部の気密構造の部分斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、該気密構造に用いられる縁部封止金具の説明図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、該気密構造に用いられる稜線部封止金具の説明図である。 前記伝熱体の端部に前記縁部封止金具、前記稜線部封止金具が装着された状態を示す部分斜視図である。 他の実施例に係る伝熱体断面を示し、図３のＢ−Ｂ矢視相当図である。 他の実施例に於いて、ケーシングに前記伝熱体が収納されている状態と熱交換される流体の流れ状態を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の一実施例である熱交換器を説明する。

熱交換器１は、中空箱体に構成されたケーシング２と該ケーシング２内に収納された伝熱体３から構成される。

図２は該伝熱体３を示しており、前記伝熱体３は、アルミニウム等熱伝導の高い材料の平板４を葛折状に交互に折返して多層としたものであり、該平板４の折返し線５は同一平面内に含まれる様になっている。前記平板４を境界として第１流路６と第２流路７とが交互に分離した状態で、又多層に画成される。

前記平板４には、突起部８ａ，８ｂが所定の分布で押出し成形される。前記突起部８ａと前記突起部８ｂは、平面２方向にそれぞれ交互に形成され、又前記平板４を折返した状態で前記平板４の上面側に前記突起部８ａが突出し、下面側に前記突起部８ｂが突出し、前記突起部８ａと前記突起部８ｂとが突合わされる様になっている。

前記突起部８ａ，８ｂにより、前記第１流路６、前記第２流路７に必要な間隙が形成される様になっている。

図３は、前記伝熱体３が前記ケーシング２に収納された状態を模式化したものである。

前記ケーシング２の、前記折返し線５に接する前壁面１３、後壁面１４（図示せず）に、それぞれ第１開口９、第２開口１０、第３開口１１（図示せず）、第４開口１２（図示せず）が設けられている。

前記第１開口９と前記第２開口１０は、前記前壁面１３の両端部に設けられ、前記第１流路６に連通している。前記第３開口１１と前記第４開口１２は、前記後壁面１４の両端部に設けられ、前記第２流路７に連通している。

第１流体、例えば高温流体１６は、前記第１開口９から流入し、前記第２開口１０から流出する。又第２流体、例えば低温流体１７は、前記第３開口１１から流入し、前記第４開口１２から流出する。ここで、前記高温流体１６は、石油、ガス等が燃焼した場合の排気ガス、前記低温流体１７は常温の空気等である。尚、前記第１流体を低温流体、前記第２流体を高温流体としてもよい。

前記高温流体１６、前記低温流体１７が前記第１流路６、前記第２流路７を流動することで、前記伝熱体３を介して熱の授受が行われる。

図３に見られる様に、前記平板４を葛折状に交互に折返し、前記第１流路６、前記第２流路７を形成した状態では、前記第１流路６、前記第２流路７は両左右端で開放されている。前記第１流路６、前記第２流路７の両左右端を封止することで、前記第１流路６と前記第２流路７が完全に分離される。

前記第１流路６、前記第２流路７の両左右端を封止する構造としては、右側板１８、左側板１９をシール部材（図示せず）を介して前記伝熱体３に押圧することが考えられる（特許文献１）。以下に説明する封止構造は、気密性、耐圧性を更に向上させたものである。

図４は、本実施例に係る前記伝熱体３を部分的に示しており、図３のＢ−Ｂ矢視相当図である。尚、説明を容易にする為、前記突起部８ａ，８ｂは省略している。

前記伝熱体３の前記第１流路６と前記第２流路７の内の一方の流路、図示では前記第１流路６に隣接する平板４ａ，４ｂの両端部を圧潰し、該平板４ａ，４ｂの両端部４ａ′，４ｂ′を密着させると共に気密に密閉する。

前記平板４ａ，４ｂの両端部を気密構造とする為、縁部封止金具２１（図５参照）、稜線部封止金具２２（図５参照）が用いられる。

前記平板４ａ，４ｂの両端部を圧潰した場合、図５に見られる様に、一端は流路（図示では前記第１流路６）が閉塞され、前記平板４ａ，４ｂが折返された自由端となるが、他端は流路（図示では前記第２流路７）が押広げられた状態となる。この他端では、前記第２流路７が押広げられたことで、該第２流路７を画成する前記平板４の折返し部は、端部４ａ′，端部４ｃ′，端部４ｂ′によって矩形形状となる。又、密着した前記両端部４ａ′，４ｂ′の接合線に沿って溝２３が形成される。該溝２３は前記第１流路６と連通しているので閉塞しなければならない。

前記伝熱体３の他端に、櫛歯状の前記縁部封止金具２１を嵌込み、該縁部封止金具２１と伝熱体３の端縁とを溶接し、前記伝熱体３の他端を封止する。

又、前記平板４ａ，４ｂの両端部４ａ′，４ｂ′全長に亘って前記稜線部封止金具２２を嵌込み、該稜線部封止金具２２と前記両端部４ａ′，４ｂ′の端縁とを全長に亘って溶接する。

図６に於いて、前記縁部封止金具２１について説明する。

帯板状の金属板２５に、櫛歯状に爪片２６を形成する。該爪片２６の基端に隣接して前記金属板２５全長に亘って曲げ溝２７を刻設する。前記爪片２６の切出しは、プレス加工、レーザ切断の所要の加工方法が用いられる。又、前記曲げ溝２７は、所要の加工機、例えばフライスによって加工される。

前記金属板２５の平板部が直角に折曲げられ（図６（Ｃ））、更に前記曲げ溝２７部分で前記平板部とは逆の方向に２つ折り状態で折返される（略１８０゜で折返される）（図６（Ｄ））。

前記縁部封止金具２１が前記伝熱体３の他端に装着される。

前記爪片２６が拡大された前記第２流路７に挿入される。前記爪片２６の幅は、拡大した前記第２流路７の内寸と等しくなっており、更に前記爪片２６のピッチは、前記第１流路６、前記第２流路７が形成されたピッチと等しくなっている。従って、前記爪片２６が前記第２流路７に挿入された状態では、前記両端部４ａ′，４ｂ′が密着された状態となる。

前記縁部封止金具２１が装着された状態で、前記曲げ溝２７部分を溶融させ、前記縁部封止金具２１と前記伝熱体３とを溶接する。尚、溶接法としては、歪みがなく高精度に溶接でき、溶込み深さも深い、レーザ溶接が用いられることが好ましい。

尚、前記縁部封止金具２１は、前記伝熱体３の加工後のスプリングバックを抑止し、前記両端部４ａ′，４ｂ′の密着状態を維持するので、溶接施工用の治具としての機能も有する。

前記縁部封止金具２１が溶接されると、前記溝２３も完全に封止され、前記第１流路６は完全に離隔された状態となる。

次に、図７により前記稜線部封止金具２２について説明する。

該稜線部封止金具２２は金属の帯板２８に、全長に亘って曲げ溝２９を刻設したものであり、該曲げ溝２９は、例えばフライスによって加工される。

前記稜線部封止金具２２は２つ折りに折曲げられ（図７（Ｃ））、折曲げられた状態で前記両端部４ａ′，４ｂ′を挾込む様に装着される。更に前記曲げ溝２９部分が溶接され、前記稜線部封止金具２２が前記両端部４ａ′，４ｂ′に溶接付けされる。又、前記稜線部封止金具２２の溶接法もレーザ溶接が用いられることが好ましい。尚、この場合も、前記稜線部封止金具２２は、前記両端部４ａ′，４ｂ′の密着状態を維持する治具として機能することは言う迄もない。

図８は、前記伝熱体３の端部に前記縁部封止金具２１、前記稜線部封止金具２２が溶接された状態を示している。

前記伝熱体３の端部が、前記縁部封止金具２１、前記稜線部封止金具２２を介して溶接されることで、前記第１流路６と、前記第２流路７とは完全に離隔され、更に前記伝熱体３単体で、前記第１流路６と前記第２流路７とが離隔されるので、前記伝熱体３の前記ケーシング２への組込みは、簡単に行える。

又、前記第１流路６と前記第２流路７の離隔は、溶接により完全に行われるので、一方の流体が液体、他方が気体である場合、或は混合することが好ましくない流体間の熱交換が可能となり、安全性が向上する。

尚、本熱交換器１の他の使用方法として、図１に於いて、前壁面１３の第１開口９及び第２開口１０を閉塞し、右側板１８に第１開口を設け、左側板１９に第２開口を設け、前記右側板１８の第１開口から前記左側板１９の第２開口に向って第１の流体、例えば高温流体１６を流通させる様にしてもよい。

本実施例によれば、ケーシング２に設ける開口の位置の変更、及び熱交換させる流体の方向を変更させることができ、熱交換器１の設置上の制約を緩和できる。

更に、図９、図１０により、他の実施例について説明する。

図９は、伝熱体３を示している。図４で示す伝熱体３では、同一の流路（第１流路６、第２流路７の一方）、図示では第１流路６の両端部を圧潰し、気密に密閉している。

一方、図９で示す前記伝熱体３では、多層の流路の、一層毎に、即ち第１流路６、第２流路７を交互に、而も各層毎に、一端部、他端部と位置を変えて圧潰し、前記第１流路６、前記第２流路７の一端を密着させると共に気密に密閉している。

各層毎に密着させる位置を変更することで、前記第１流路６と前記第２流路７間の伝熱面積が増大し、熱効率が向上する。

更に、図１０は、ケーシング２に前記伝熱体３を収納した熱交換器１を示している。

上記した様に、前記伝熱体３を各層毎に密着させる位置を変更することで、前記伝熱体３の両端部で前記第１流路６と前記第２流路７とを離隔できるので、熱交換する流体を側方から流入させ、前面或は後面から流出させる様な流路構成とすることができる。

例えば、図１０に示される様に、前記ケーシング２の右側板１８に第１開口９を形成し、前壁面１３に第２開口１０を形成し、高温流体１６を前記第１開口９から流入させ、前記第２開口１０より流出させる。

更に、図示しないが、前記ケーシング２の左側板に第３開口を形成し、後壁面に第４開口を形成し、低温流体１７を前記第３開口から流入させ、前記第４開口より流出させる。

本実施例によれば、前記伝熱体３の伝熱面積が増大すると共に、流路構成を異ならせることができるので、熱効率を向上させると共に前記ケーシング２に設ける開口の位置の変更、及び熱交換させる流体の方向を変更させることができ、前記熱交換器１の設置上の制約を緩和できる。

１ 熱交換器
２ ケーシング
３ 伝熱体
４ 平板
５ 折返し線
６ 第１流路
７ 第２流路
９ 第１開口
１０ 第２開口
１１ 第３開口
１２ 第４開口
１３ 前壁面
１６ 高温流体
１７ 低温流体
２１ 縁部封止金具
２２ 稜線部封止金具
２６ 爪片
２７ 曲げ溝
２９ 曲げ溝

Claims (3)

1. 中空箱体に構成されたケーシングと該ケーシング内に収納された伝熱体から構成される熱交換器であって、前記伝熱体は、平板が折返し線に沿って交互に反対方向に折返され、該平板間に第１流路と第２流路とが交互に多層形成され、前記ケーシングに前記第１流路に連通する第１開口と第２開口を設け、前記第２流路に連通する第３開口と第４開口とを設け、前記伝熱体の前記第１流路又は前記第２流路に隣接する平板の、前記折返し線の端側に位置する端部を圧潰させて密着させ、
   前記端部の圧潰により、前記第２流路を画成する平板の折返し部の一端は前記折返し線と平行な部分と、前記折返し線と直交する部分とにより矩形形状に形成され、
   各第２流路に対応して櫛歯状に形成され、更に２つ折りされた爪片を有する縁部封止金具を、前記爪片を前記第２流路の折返し部の前記端部にそれぞれ嵌合して装着し、前記縁部封止金具の上から前記端部の端縁をレーザ溶接したことを特徴とする熱交換器。
2. 帯状金具を２つ折り状態とした稜線部封止金具を、密着された隣接する平板の前記端部の全長に亘って嵌込み、前記稜線部封止金具の上から前記端部をレーザ溶接した請求項１の熱交換器。
3. 前記封止金具には溝が刻設され、該溝部分で２つ折りされ、前記溝の上から端部をレーザ溶接する請求項１又は請求項２の熱交換器。

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