JPH03504761A - プレート形熱交換器 - 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】 プレート形熱交換器 〈技術分野〉 本発明は互に接触することがない相異なる２種以上の熱搬送媒体間の熱交換作用 を効果的に実現するための熱交換器に関し、そのうち特にプレート形熱交換器に 関する。

本発明に係る熱交換器の最も有望な応用分野は空調系統に延びているが、自動車 やトラクタ等等の種々の乗物の加熱用ラジェータとして採用可能であり、かつ定 置構造物及び液体による機関の冷却系設備に利用することができる。更にこの種 のプレート形熱交換器は構築物内の加熱用として使用することもできる。

〈発明の背景〉 当該技術分野における公知のプレート形熱交換器（ＵＳ、　Ａ。

４、３６１．１８４）としては互に平行に走る複数個のプレートから成り、該各 プレートはそれぞれ２枚の波形状の金属製薄板から構成される。これら波形金属 製薄板はその内部側面に突出部を有し、それらが結合されたとき薄板間に通路が 形成される。

このプレートの一端に転回区域を形成するため、このような熱交換器における熱 搬送媒体の導入及び排出作用は連接されたマニホルドを採用して一つの同一側だ けが効果的に利用されるのみとなっている。

マニホルドを形成するために各薄板の横方向に曲げた板部分が形成される。この ２枚の隣接したプレートの曲げた部分は互に結合されて相互にかつ該プレート平 面に対し成る角度をなして延ばされ、それにより連続的に接続する導入側マニホ ルド及び排出側マニホルドの波形状底壁が形成される。そしり分離して形成され る。この型式の熱交換器における熱搬送媒体は導入側マニホルドから流入し、長 手方向に延びる通路列を通ってプレートの反対端に形成された転回区域を経て隣 接した通路群に流入し、排出側マニホルドに向って流出するように熱交換器内を 循環させる。

第２の熱搬送媒体は熱交換器プレート群の長手方向又はこれと交差する方向に循 環する。

導入側及び排出側マニホルドを隣接して配置することは熱損失を招く。これは一 つのマニホルドから他の７ニホルドへ向ってこれらを仕切る仕切壁を通して熱が 伝達されるからである。

更に熱搬送媒体が循環する隣接する長手方向の通路同志間においてもまた熱損失 が生ずる。

これらは凡ての構成はプレート形熱交換器の熱交換容量を低下させる。

従来技術の熱交換器における隣接プレートを構成する薄板の波形形成はそれらの 通路が相互に対称性をもつか又は非対称性断面をもつように形成され、これによ り第２の熱搬送媒体の通路が種々の異なる流路断面を持つように設計された。そ の波形形状は熱交換器のプレート自体の表面積を増加するが、しかし同時に他の 熱交換器をその間に収容する可能性が皆無になってしまう。

上記後者の点はまた熱交換器の熱伝達容量を低下せしめるものであった。

更に従来技術に係る構造のものは熱搬送媒体をプレート内部の底壁に対し前辺っ て定めた定方向にだけ流過させるものであったから、これは熱搬送媒体の入口の 流れと出口の流れとの間に常時接触作用を生ずる結果となり、前述した熱損失を 生ずるにいたる。したがって従来技術の構造における熱損失を回避するために、 熱の伝達面積を増大することが必要となり、これが熱交換器の大型化を希求する 原因となっている。

〈発明の概要〉 本発明は簡潔なプレート形熱交換器を提供することがその目的となる。このため この熱交換器におけるプレート群とマニホルドは各プレート内通路間の熱損失が 低減されるという改善を含んで熱交換器の容量を増大化するように構成される。

本発明はプレート形熱交換器において互に平行に走る多数のプレートから成り、 該プレートの一個一個は２枚の金属薄板から形成され、それらの互に向き合う内 側表面に上記通路を形成するための突出部が形成される。該通路は熱搬送媒体を 供給するための導入側マニホルドに連通しかつ該媒体をそこから放出するための 排出側マニホルドに連通ずる熱交換器において、本発明によれば、前記プレート はそれら相互間に補助的熱交換部材を位置決め配置するためにプレート間が離さ れて配置され、かつ上記プレートを構成する２枚の金属製薄板は実質的に矩形状 の平坦な外側表面を具える。また隣接するプレートの各薄板はその間に共通の平 坦な架橋部材が設けられ、該架橋部材は薄板の長辺側端辺において上記薄板表面 に対し垂直な一つの同一平面内に延びるように設けられている。上記架橋部材は 導入側マニホルド及び排出側マニホルドの底壁を形成するように相互に連続した 隣接状態で接続されると共に上記通路の入口ボートと出力ボートが底壁の各平面 内に形成され、該通路は迷路状に形成される。このようなプレート形熱交換器の 構成は補助的熱交換部材・例えば伝熱表面積を実質的に増加する如き例えば大な る表面積をもつ波形挿入体を組み込むことができるようにプレート間にその装入 空間を形成せしめることにより熱容量的機能を増進せしめかつ簡潔な設計を提供 することができる。

プレートを構成する本発明に係る熱交換器の薄板は実質的に矩形形状の平坦な表 面を有する。該薄板を相互に結合したときその間に通路を形成するための突出部 がその内面側に設けられ、その突出部の位置は変化可能であって薄板間の熱損失 を最小限にすることができる。上記薄板の矩形状表面の長辺側端辺においてマニ ホルドの底壁を形成する架橋部材の設置は両マニホルド間の熱交換作用を排除し かつプレート通路内の熱損失を低下する。これは熱搬送媒体の導入側マニホルド 並びに排出側マニホルドが相互に距てられているためである。

本発明に係る熱交換器内の両マニホルドは第２の熱搬送媒体（空気）の流れ方向 に配置されているからマニホルドの表面から二次的な熱の移動が行れるようにな る。平坦でかつ薄板表面に対し垂直に突出する架稿部材の形成は熱交換器の大き さを減小しかつマニホルド箱を共にこれらの架橋部材により形成された底壁の組 立を容易にする。これは上記の架橋部材が底部平面の矩形周辺に沿って相互に連 結されているためである。構造的設計因子（大きさと質量）の減小化は車両のエ ネルギ特性を増進する結果となる。

上記薄板から突出する部分は薄板の長辺側端辺に設置されるのが好ましく、これ は上記平坦な架橋部材により相互に対偶をなして結合される。

この薄板の構造はプレート表面上方のマニホルドがプレートに対し間隔をおいた 関係で位置決めされた挿入物を具備することが可能となり、上記マニホルド下に 死角区域の形成が回避される。

個々の導入側マニホルドと排出側マニホルドを有する補助的熱交換部材が上記熱 交換器プレート間に設けられるのが好適である。

この熱交換器の構造は伝熱容量を増進するものであるがこれは全体的に伝熱表面 を増加すること並びに上記画然搬送媒体が該熱交換器内部を逆向き対向流として 流過されるからである。

上記補助的熱交換部材とプレートは平坦な多通路管から作られたコイル巻回体と して成形され、このコイル巻回体はプレート間に延びて装入されることが大抵場 合好都合である。この熱交換器は空気加熱と空気冷却方式の両者に兼用される車 両用空調装置として採用するのが好ましい。この理由は簡単な設計であり、かつ 伝熱容量が増加するからであって、これは上記プレートと多通路管の巻回表面が 相互に間隔部材、として作用するからである。更に本発明に係る熱交換器は蒸発 器や加熱器が空気の流れ方向に沿って直列に配置された従来の空調装置即ち空気 流を起すために強力な駆動用モータによるファンを必要とする従来の装置に比較 して動力消費量が−そう少くて済む。

本発明の好ましい実施例において、上記プレートは波形テープに成形された大な る表面積をもつ挿入物を介してコイル巻回体に結合されることが好ましい。

〈図面の簡単な説明〉 本発明の他の目的および利点は添付図面に記載した特定の実施例について述べる 次の詳細な説明から明瞭化されよう。

第１図は本発明に係るプレート形熱交換器の一部を断面に示した全般図であり、 第２図はプレート形熱交換器の平面図、第３図は第２図の線■−■に沿って視た 断面図、第４図は第２図の線ｒＶ−ＩＶに沿って視た断面図、第５図は架橋部材 をもつ一つのプレートを構成する両薄板を示し、 第６図はプレート間に位置決めされた他の熱交換器のプレートを有する熱交換器 を示し、 第７図は第６図の線■−■に沿って視た断面図であり、第８図は熱交換器の他の 実施例を示す。

く本発明を実施するための最良の形態〉本発明に係る熱交換器は複数個の平行な プレート１　（第２図、第４図、第６〜８図）から成り、各プレート１は１対の 金属製薄板２（第３図、第５図）から製作される。そしてこれら薄板２は互に結 合される。この薄板２は細長い矩形形状の輪郭外形を有し、かつ実質的に平坦な 外側表面を具えている。この薄板２には相互に向き合う内側面上に突出部分３が 形成されそれら薄板は内部に迷路４を形成するように互に結合される。

上記薄板２の長辺側の端辺は架橋部材５（第１図、第３図、第８図）を用いて互 に連結され、この架橋部材は一つの同一平面内にある薄板２の平面に対して垂直 に延びる。互に接し合って設けられた架橋部分５には導入マニホルド６と排出マ ニホルド７がそれぞれそこに固着されて（第１．２．３，６゜８図）その底壁を 形作る。

薄板２の長辺側には突出部分８（第３図、第５図）が設けられて前記架橋部分５ に結合される。上記マニホルドの底壁６゜７の平面は通路４　（第１、第６，８ 図）の入口ボート９と出口ボート１０が設けられている平面と一致する。

挿入物１１（第１．２，４，６．７．８図）は大なる表面積を有するものであり 、例えばプレート１相互の内部空間には波形状の帯板が挿入される。マニホルド ６．７に取付けた導管１２．１３は機関の冷却装置へ導いたり、これから排出し たりするために熱搬送媒体の供給作用と排出作用に対し設けられたものである。

本発明に係る熱交換器は次のようにして製作される。架橋部材５により互に連結 された薄板２の外形はスタンプ加工及び曲げ加工により形成される。次いでそれ らの薄板は積み重ねられて複数個の平行なプレート１に成形される。大面積をも つ挿入物１１は上記プレート１の間に装入される。マニホルド箱は導入側マニホ ルド６と排出側マニホルド７のそれぞれの底壁を形成する架橋部材上におかれる 。これらの組立後プレート形熱交換器は図示されていない治具内に収められつい で炉内に鑞接される。

構造要素間を相互に組み付ける他の方法もまた利用可能である。かくして上記マ ニホルド箱は機械的にその底部床壁に結合されかつ大なる表面積をもつ上記挿入 物はプレート１の表面に接合固定化される。このプレート形熱交換器の作動は機 関の液体冷却系を具備する車両加熱用ラジェータに対し採用するとき説明される 。

エンジンの冷却剤として液体を採用する熱搬送媒体は導管１２を通って導入側マ ニホルド６に供給される。入口ボート９に分布された液体は迷路を形成する通路 ４に導入され次いで出口ボート１０から流出して排出側マニホルド７に逃れ、そ こから導管１３を経て機関の冷却系へ送り出される。プレート１相互の空間内部 に挿入された波形帯板の形に構成された挿入部１１を流過する空気は車両のキャ ビン（乗客室）内を加熱してその室内温度を上昇せしめる。

上記導入マニホルド６と排出マニホルド７内は第２の熱搬送媒体即ち空気が流れ てその底壁はプレート１並びに挿入物１１をもつ空間を限定するように配置され 、本発明に係る熱交換器内のマニホルド６及び７の下には死角領域が全熱発生せ ず、このため運転者及び乗客の乗心地を増進せしめる。第６，７図はプレート間 に別の熱交換器を構成する熱交換プレート１４を具備するプレート形熱交換器を 示す。この形成のものは他にもう一対の導入マニホルド１５と排出マニホルド１ ６を具備する。これらの第２のマニホルド対１６．１７は例えば機関の油系統に 接続され、かつこれは大なる表面積を有する挿入物１１により第１熱交換器のプ レート１内に結合される。

この熱交換器は幾分前者の実施例に比較して大形になる。何故ならばそのマニホ ルド６．７及び１５．１６は該熱交換器の核心部分の両側に設けられているから である。同時に該熱交換器の伝熱表面は熱量の移動作用が増進されるように益々 増大化される。更に熱搬送媒体は対向流方式で循環させることが可能である。

この熱交換器は複数個の平行プレート１を形成するために薄板２を複数個重ね合 せて組立てられる。プレート１４を形成する薄板２はそのときプレート２の間に 挿入される。大表面積をもつ挿入物１１はそのときプレート１４０間の空間内に 装入される。二対のマニホルド６．７及び１５．１６を形成するマニホルド箱は そのとき底壁上に設置されかつ組立てられた積重組立体は治具内に置かれる。該 装置の密封性は炉（図示されない）内部で鑞接することにより確保される。

この形式の熱交換器は三種類の液体を取り扱うものとして設計される。かくして 上述した第１の熱交換器は機関冷却系統に結合され、第２の熱交換器は油系統に 接続されて車両のキャビン（乗客室）における空気（第３の流体）の加熱作用を 確保するために採用される。この熱交換器は前述したとおり作用するが唯一の相 違点はプレート１及び１４の各列内の熱搬送媒体が対向流方式で循環することで ある。

第８図は平行プレート１間にコイル状に巻回された平坦な多通路管１７を具備す る熱交換器の他の実施例を本発明に係わるものとして示される。上記多通路管１ ７は空調機器（図示されない）の圧縮機に接続された導入側マニホルド１８と排 出側マニホルド１９（図示に現われない）を具備する。また多通路管１７は大な る表面積を有する挿入物１１を介してプレート１に結合される。

図示しないもう一つの実施例において、上記多通路管１７はそれぞれ相互に平行 に結合された導入側マニホルド及び排出側マニホルドを有するＵ字状の巻回体を 形成するように曲げ加工することもできる。このようにして、空調機器の蒸発器 用多通路管１７は熱交換器のプレート１間に装着される。この熱交換器は次のよ うにして組立てられる。

上記薄板２が多数の平行プレートが限定されるように積み重ねられる。平坦な多 通路管１７０巻回されたものがプレート１の間に挿入され、かつ大なる表面積を もつ挿入物１１がその間の空間に装入される。そのときこの組み上った積重ね体 は治具内に置かれ、炉内に鑞接される。

この形式の熱交換器は二種類の作動形態で作動する。即ち寒冷季節内の空気加熱 用と炎暑季節間の空気冷却用として使用することである。空気加熱方式における 熱交換器の作動は第６図について記載した熱交換器のものに類似する。

上記熱交換器が空気冷却方式に従って作動するとき、冷却剤として使用する熱搬 送媒体は空調装置の空気圧縮機から熱交換器の導入側マニホルド１８に導かれ、 その多通路管１７のコイル内を循環し、排出側マニホルドを経て空気圧縮機に帰 還する。液体から蒸気に変化する冷却剤の位相変換作用は多通路管１７内で生ず るが、このとき挿入物１１を通って流れる空気のために熱量の移動作用が生ずる 。かくしてこのとき該空気は冷却され、キャビン（乗客室）に導入されて運転者 （乗客）に対する乗心地を増進する。この場合、蒸発器からの熱量移動は熱交換 器のプレート１の伝熱表面が増加されているから−そう増進する。

本発明は前述した実施例に示す熱交換器に限定されないものであり、他の実施例 および変形例は本発明の精神並びに請求の範囲記載を越えない範囲で採用可能で ある。

〈産業上の応用性〉 本発明は液体方式の機関冷却系統をもつ種々の車両用加熱ラジェータとしての空 調装置に採用したりまた定置設備用としても採用可能である。

手続補正書（方式） 特許庁長官　深　沢　　　亘　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＳＵ８９１０００３３ 平成１年特許願第５０６７６５号 ２、発明の名称 プレート形熱交換器 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号６、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文 ７、補正の内容 明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 明細書及び請求の範囲の翻訳文　　各　１　通国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互に平行に走る多数のプレート（１）を具備し、該プレートはそれぞれ２枚 の金属製薄板（２）の相互に向い合せた内面に突出部（３）を有して形成され、 これらの薄板（２）が互に結合されたときそれらの間に熱搬送媒体を供給するた めの通路（４）が導入側マニホルド（６）に連通すると共に該媒体を送出するた めの排出側マニホルドを具備するプレート形熱交換器において、前記多数のプレ ート（１）はその間に補助的熱交換部材を収容するためそれら相互間が間隔を距 てた関係で配置され、前記プレート（１）を構成する金属製薄板（２）は実質的 に矩形形状の平坦な外側表面により形成され、前記隣接するプレート（１）の薄 板（２）はその間に共有的平坦な架橋部材（５）が設けられ、該架構部材（５） はプレートの長辺側端辺におけるプレート（２）の表面に対し一つの同一平面内 に延びて形成され、かつそれらは導入側マニホルド（６）及び排出側マニホルド （７）のそれぞれの底壁が形成されるように相互に隣接して接続され、更に前記 通路（４）の入口ポートと出口ポートが底壁平面内に形成され、該通路（４）は 迷路に形成されていることを特徴とするプレート形熱交換器。 ２．前記薄板（２）から突出する部分は前記薄板（２）の長辺側端辺に設けられ 、該薄板（２）は前記架橋部材（５）により相互に一対をなして結合されている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプレート形熱交換器。 ３．補助的熱交換部材を構成する補助プレート（１４）がプレート（１）の間に 設けられ、この補助プレート（１４）には個別の導入側マニホルド（１５）と排 出側マニホルド（１６）が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１ 項又は第２項記載のプレート形熱交換器。 ４．前記補助的熱交換部材を構成するプレートは平坦な多通路管（１７）から成 るコイル形状をなして形成され該コイル巻回体はプレート（１）の相互間に位置 決めされて設けられていることを特徴とする特許請求の第１項又は第２項記載の プレート形熱交換器。 ５．前記諸種のプレート（１，１４，１７）は波形状テープから成る大表面積を もつ挿入物（１１）を介して相互に連結して設けられていることを特徴とする特 許請求の範囲第４項に記載のプレート形熱交換器。