JP7538991B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明はプレートフィン積層型の熱交換器に関する。 The present invention relates to a plate-fin stacked type heat exchanger.
特許文献1は、従来のプレートフィン積層型の熱交換器を示す。このプレートフィン積層型の熱交換器は、図7、図8に示すように、冷媒等の第1流体が流れる流路を有するプレートフィン101を積層したプレートフィン積層体102と、前記プレートフィン積層体102の両側部に積層配置したエンドプレート103と、前記プレートフィン積層体102の流路を流れる前記第1流体が流入出する流入出管104、105と、を備え、前記プレートフィン積層体102の各プレートフィン積層間に第2流体を流して、前記第1流体と前記第2流体との間で熱交換する。そして、前記プレートフィン積層体102の第1流体流路の出入り口部分となるヘッダ領域106の周縁適所に貫通孔107を設け、補強プレート108を介して前記貫通孔107にボルト109を通しヘッダ領域部分を連結固定している。
本開示は、上記ヘッダ領域部分の連結固定構成を簡素化しつつ、連結固定の強度不足による変形を抑制したプレートフィン積層型の熱交換器を提供する。 This disclosure provides a plate-fin stacked heat exchanger that simplifies the connection and fixing configuration of the header area while suppressing deformation due to insufficient connection and fixing strength.
本開示におけるプレートフィン積層型の熱交換器は、ヘッダ領域部分の周縁適所に設けた貫通孔に筒部を設け、前記筒部同士を嵌合してロー付けすることによりヘッダ領域を連結固定した構成としている。 The plate-fin stacked type heat exchanger disclosed herein has a configuration in which cylindrical sections are provided in through holes provided at appropriate locations on the periphery of the header area, and the header area is connected and fixed by fitting and brazing the cylindrical sections together.
本開示による熱交換器は、補強プレートやボルトを使用することなく筒部同士の接合による簡素な構成でヘッダ領域部分の連結強度を向上させ、プレートフィン積層体の変形を抑制して信頼性の高い熱交換器とすることができる。 The heat exchanger disclosed herein has a simple structure that joins the cylindrical sections together without using reinforcing plates or bolts, improving the connection strength of the header area and suppressing deformation of the plate fin stack, resulting in a highly reliable heat exchanger.
(本開示の基礎となった知見等)
発明者らが本開示に想到するに至った当時、本発明者らは特許文献1に記載されたプレートフィン積層型の熱交換器を提案している。この熱交換器は、流路を流れる冷媒等の第1流体が集まるヘッダ領域106が第1流体の圧力で変形しやすいので、当該ヘッダ領域106の外面に補強プレート108をあてがってボルト109により連結固定しているが、補強プレート108やボルト109を必要とするため構成が複雑で熱交換器全体の重量が増加するとともに、それらを組み立てる作業が必要となって生産性が低下する、という課題があった。
(Knowledge and other information that forms the basis of this disclosure)
At the time when the inventors came up with the present disclosure, they had proposed a plate-fin stacked type heat exchanger described in
発明者らはこのような課題に鑑み、これらの課題を解決するため本開示の主題を構成するに至った。 In light of these problems, the inventors have come up with the subject matter of this disclosure to solve these problems.
そこで本開示は、ヘッダ領域部分の連結固定構成を簡素化しつつ、ヘッダ領域部分の変形を抑制し信頼性の高い熱交換器を提供する。 Therefore, this disclosure provides a highly reliable heat exchanger that simplifies the connection and fixing configuration of the header area while suppressing deformation of the header area.
以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、変形例においても実質的に同一の構成に対しては同じ符号を付して、重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Below, the embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of matters that are already well known, or configurations that are substantially the same even in modified examples may be given the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted. This is to avoid the following explanation being unnecessarily redundant and to make it easier for those skilled in the art to understand.
なお、本発明の熱交換器は、以下の実施形態に記載したプレートフィン積層型熱交換器の構成に限定されるものではなく、以下の実施形態において説明する技術的思想と同等の熱交換器の構成を含むものである。 The heat exchanger of the present invention is not limited to the plate-fin stacked heat exchanger configuration described in the following embodiment, but includes heat exchanger configurations equivalent to the technical ideas described in the following embodiment.
また、以下で説明する実施形態は、本発明の一例を示すものであって、実施形態において示される構成、機能、動作などは、例示であり、本開示を限定するものではない。
(実施の形態1)
以下、本開示の熱交換器に係る実施の形態1について、図1~図6を用いて説明する。
Furthermore, the embodiments described below are merely examples of the present invention, and the configurations, functions, operations, and the like shown in the embodiments are merely illustrative and do not limit the present disclosure.
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of a heat exchanger according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.
[1-1.構成]
図1は実施の形態1のプレートフィン積層型熱交換器(以下、単に熱交換器と称する)1の外観を示す斜視図、図2は同プレートフィン積層型熱交換器のヘッダ領域を示す拡大斜視図、図3は同プレートフィン積層型熱交換器のヘッダ領域を示す拡大断面図、図4は同プレートフィン積層型熱交換器のヘッダ領域の要部拡大断面図、図5は図4のA部の拡大断面図、図6は同実施の形態1におけるプレートフィン積層型熱交換器のプレートフィンの分解斜視図である。
[1-1. Configuration]
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a plate fin stack type heat exchanger (hereinafter simply referred to as heat exchanger) 1 of
図1~図6に示すように、本実施形態の熱交換器1は、第1流体である冷媒が流入する流入管(入口ヘッダ)2と、長方形の板状である複数のプレートフィン3を積層して構成されたプレートフィン積層体4と、プレートフィン3の中の流路を流れた冷媒を排出する流出管(出口ヘッダ)5とを有している。
As shown in Figures 1 to 6, the
また、プレートフィン積層体4の積層方向の両側(図1では上側及び下側)には、プレートフィン3と平面視が略同一形状のエンドプレート6a、6bが設けられている。エンドプレート6a、6bは、剛性を有する板材で形成されており、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属材を研削により金属加工して形成されている。
In addition,
なお、上記エンドプレート6a、6b、複数のプレートフィン3は積層された状態でロー付け接合し一体化している。これらは、他の耐熱性のある固定方法、例えば化学的な接合部材を用いて接合されていてもよい。
The
また、本実施形態では、上記プレートフィン3を積層して構成したプレートフィン積層体4はその長手方向両端部を連結固定した形となっており、その構成は後述する。
In addition, in this embodiment, the
なお、前記プレートフィン3は、図6に示すように流路7となる凹溝を有する一対の長尺状のプレート3a、3bをロー付け接合して構成してあり、上記接合によって連絡路8を介し流路7に繋がる流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10を備えている。上記プレート3a、3bに設けた流路7は長手方向に沿って配置して端部でUターンさせ、一端側に往き流路7aに繋がる流入用ヘッダ流路9並びに戻り流路7bに繋がる流出用ヘッダ流路10を纏めて設け、往き流路7aと戻り流路7bとの間に両流路を流れる第1流体の熱移動を抑制するスリット11が形成してある。そして、前記プレートフィン3を既述したようにエンドプレート6a、6bとともに積層しロー付けしてプレートフィン積層体4を構成し、前記プレートフィン積層体4の流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10に前記流入管2、流出管5を接続して熱交換器を構成している。
As shown in FIG. 6, the
次に、上記プレートフィン積層体4両端部の連結固定構成について説明する。本実施の形態の熱交換器は、プレートフィン3の流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10が位置するヘッダ領域Xの周縁部に貫通孔12が設けてあり、上記貫通孔12に筒部13を立設形成し、この筒部13を図4、図5に示すように積層方向に隣接する他のプレートフィン3の筒部13と嵌合させてロー付けすることによりヘッダ領域Xを連結固定している。上記筒部13、13はプレート3a、3bにあらかじめ塗布形成してあるロー材のロー付け面とは反対側の面に突出形成してあり、この筒部13、13同士を嵌合させることによりいずれか一方の筒部内周面のロー付け面のロー材が溶融固化して筒部13、13同士が一体化し、複数のプレートフィン3を積層して構成したプレートフィン積層体4のヘッダ領域Xを連結固定する。
Next, the connection and fixing configuration of both ends of the
また、各プレートフィン3のヘッダ領域Xとは反対側の端部も図示はしないが前記と同様の貫通孔12を設けて筒部13が形成してあり、この筒部13、13同士を嵌合させてロー付けし、各プレートフィン3を積層して構成したプレートフィン積層体4の端部を連結固定している。
In addition, although not shown, the end of each
上記貫通孔12に立設した筒部13は、図6に示すように、前記流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10を取り囲むように設けてある。この例では上記各筒部13は流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10の略中心線上、具体的には流出用ヘッダ流路10と流出用ヘッダ流路10それぞれの略中心線上にその筒部外周がオーバーラップする範疇に入るように設けてある。そして、上記両筒部13、13同士の嵌合クリアランスは0.2mm以下、好ましくは0.2mm~0.1mmとしてある。
The
また、嵌合させる筒部13、13同士はその少なくともいずれか一方、この例では図面上方側のプレート3aの筒部13は先すぼまりのテーパ状に形成してある。
In addition, at least one of the
[1-2.動作]
以上のように構成された熱交換器1について、以下その動作、作用について説明する。
[1-2. Operation]
The operation and function of the
本実施の形態の熱交換器は、例えば冷凍システムに組み込まれて蒸発条件で使用される時、流入管2から第1流体である気液二相状態の冷媒がプレートフィン積層体4の流入用ヘッダ流路9内に流入する。流入用ヘッダ流路9内に流入した冷媒は、各プレートフィン3の連絡路8を介して往き流路7a群へ流れる。各プレートフィン3の往き流路7a群に流れた冷媒はUターンし戻り流路7bを介して気相状態で流出管5より冷凍システムの冷媒回路へと流出する。そして、上記往き流路7aを流れる際に冷媒は、前記プレートフィン積層体4のプレートフィン積層間隔を通り抜ける空気(第2流体)と熱交換する。
When the heat exchanger of this embodiment is incorporated into a refrigeration system and used under evaporation conditions, for example, the first fluid, a gas-liquid two-phase refrigerant, flows from the
この時、上記往き流路7a群と戻り流路7bとの間の熱移動をスリット11によって抑制するので、高い熱交換効率を発揮する。なお、上記熱交換器を凝縮器として使用する場合、第1流体の流れは逆向きになり、流入管2、流入用ヘッダ流路9は流出管、流出用ヘッダ流路となり、流出管5、流出用ヘッダ流路10は流入管、流入用ヘッダ流路となる。
At this time, the
ここで上記熱交換器は、ヘッダ流路9の開口面積が他の流路に比べて大きいため、ヘッダ領域X部分に応力が集中して積層方向に大きく変形しようとするが、本実施の形態の熱交換器はヘッダ領域X部分が強固に連結固定されており、変形が抑制され信頼性の高い熱交換器として使用することができる。
In the above heat exchanger, the opening area of the
詳述すると、本実施の形態の熱交換器は、プレートフィン3を形成する各プレート3a、3bのヘッダ領域X部分に筒部13、13をそれぞれ設け、この筒部13、13同士を嵌合させロー付けして隣接するプレートフィン3のヘッダ領域Xを連結固定している。
In more detail, the heat exchanger of this embodiment has
これにより、各プレートフィン3の筒部13、13同士が嵌合した状態で積層方向に円柱状に繋がり、しかも上記筒部13、13同士がロー材で接合されて固形化したロー材による接合強度が加わることで堅牢なものとなる。よって、ヘッダ領域部分の連結強度を大きく向上させ、プレートフィン積層体の剛性を向上させて信頼性の高い熱交換器とすることができる。
As a result, the
また、ヘッダ領域部分の連結強度を確保するための補強プレートやボルト等を不要とせず、補強プレートやボルト等を用いたものに比べその構成を簡素化することができる。 In addition, there is no need for reinforcing plates, bolts, etc. to ensure the connection strength of the header area, and the structure can be simplified compared to those that use reinforcing plates, bolts, etc.
しかも、作業性も向上し、生産性を高めることができる。すなわち、貫通孔12をガイドピン治具に挿入させて各プレート3a、3bを積層し、そのまま溶融炉に入れてロー付けするだけでヘッダ領域Xを連結固定することができ、従来のロー付け作業とは別に補強プレートとボルトを用いて組み立てる工数が削減でき、その作業性は大幅に向上する。よって、生産性が大きく向上する。
Moreover, workability is improved, and productivity can be increased. In other words, the header region X can be connected and fixed simply by inserting the through
また、本実施の形態の熱交換器では、上記筒部13、13は流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10をそれぞれ取り囲むように設けているので、多くの第1流体が集中して各プレート3a、3bの流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10の周り、すなわちヘッダ領域X部分に高い圧力が加わっても、ヘッダ領域X部分全体の耐圧性を流入用ヘッダ流路9周り、流出用ヘッダ流路10の周りそれぞれを略均等に向上させることができる。この例では上記流出用ヘッダ流路10と流出用ヘッダ流路10それぞれの略中心線上に各筒部13の少なくとも筒部外周がオーバーラップする範疇に入るように各筒部13を設けているので、流出用ヘッダ流路10及び流出用ヘッダ流路10それぞれの略中心線上付近を筒部13により連結することになり、ヘッダ領域X部分の耐圧性をより均等かつ確実に向上させ変形を防止することができる。
In addition, in the heat exchanger of this embodiment, the
また、上記一対のプレート3a、3bに設けた筒部13、13の少なくとも一方はテーパ状としているので、嵌合し合った筒部13、13に寸法公差があっても筒部13、13同士は少なくともその一部が確実に接触してロー材で両者を確実に固定することができる。したがって、ヘッダ領域X部分の連結強度は強固なものとなり、耐圧性をより確実に向上させることができる。
In addition, at least one of the
また、上記両筒部13、13同士の嵌合クリアランスは0.2mm以下、この例では0.2mm~0.1mmの範囲になるようにしているから、筒部13、13同士間にはその全周に溶融したロー材が略均一に廻り込んで固化する。したがって、ロー材を含む筒部13、13同士の接合部強度が確実に向上し、ヘッダ領域X部分の耐圧性向上を更に確実なものとすることができる。
The fitting clearance between the two
(他の実施の形態)
以上のように、本発明において開示する技術の一例として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
Other Embodiments
As described above, the first embodiment has been described as an example of the technology disclosed in the present invention. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which modifications, substitutions, additions, omissions, etc. are made. In addition, it is also possible to combine the components described in the first embodiment to create a new embodiment.
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。 Therefore, other embodiments are given below as examples.
実施の形態1では、第1流体が流れる流路をUターンさせて一端側に往き流路7aに繋がる流入用ヘッダ流路9並びに戻り流路7bに繋がる流出用ヘッダ流路10を纏めて設け熱交換器を例示したが、上記流路7は直線状としてプレートフィン3の一端に流入用ヘッダ流路9、他端に流出用ヘッダ流路10を設け、その流入用ヘッダ流路9、流出用ヘッダ流路10を取り囲むように筒部13、13を設けて連結固定する構成としてもよい。
In the first embodiment, a heat exchanger is illustrated in which the flow path through which the first fluid flows is turned around and an inflow
また、プレートフィン3を構成する一対のプレート3a、3bに設けた筒部13、13は断面円形の筒部としたが、これは六角筒等の多角形筒や楕円形筒等どのような形状としてもよい。また、図6に示すようにスリット11の途中に設けた筒部13aのように切れ目のある非連続な筒部であってもよいものである。
The
また、上記筒部13、13はその少なくとも一方をテーパ状としたものを例示したが、ともにテーパ状でなくてもよい。また、筒部13、13の両方をテーパ状としてもよく、この場合は双方のテーパ角を若干異なるものとしておくのが好ましい。或いは図示しないが、筒部13、13の一方の先端部をネスティング加工したものであってもよい。
In addition, while at least one of the
[1-3.効果等]
以上のように、本開示の熱交換器は、冷媒等の第1流体が流れる流路を有するプレートフィンを積層したプレートフィン積層体と、前記プレートフィン積層体の両側部に積層配置したエンドプレートと、前記プレートフィン積層体の流路を流れる前記第1流体が通過する流入用ヘッダ流路及び流出用ヘッダ流路と、を備え、前記プレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第2流体を流して、前記第1流体と前記第2流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記プレートフィンは一対のプレートをロー付けしてそれらの間に流路を形成した構成とするとともに、前記流路に繋がる流入用ヘッダ流路及び流出用ヘッダ流路を設けたヘッダ領域部分の周縁適所に筒部を設け、前記筒部同士を嵌合させロー付けしてヘッダ領域を連結固定した構成としてある。
[1-3. Effects, etc.]
As described above, the heat exchanger of the present disclosure comprises a plate fin stack comprising plate fins having a flow path through which a first fluid such as a refrigerant flows, end plates stacked on both sides of the plate fin stack, and an inlet header flow path and an outlet header flow path through which the first fluid flows through the flow path of the plate fin stack, and is a heat exchanger that exchanges heat between the first fluid and the second fluid by flowing a second fluid between the plate fin stacks of the plate fin stack, and the plate fins are configured by brazing a pair of plates to form a flow path between them, and cylindrical portions are provided at appropriate locations on the periphery of a header region where an inlet header flow path and an outlet header flow path connected to the flow paths are provided, and the cylindrical portions are fitted together and brazed to connect and fix the header region.
これにより、補強プレートやボルトを使用することなく簡素な構成でヘッダ領域部分の連結強度を向上させ、プレートフィン積層体の剛性を向上して信頼性の高い熱交換器とすることができる。 This improves the connection strength of the header area with a simple configuration without using reinforcing plates or bolts, improving the rigidity of the plate fin stack and creating a highly reliable heat exchanger.
また、本開示の熱交換器は上記のような構成と効果を有するが、前記筒部は流入用ヘッダ流路、流出用ヘッダ流路を取り囲むように設けるのが好ましく、これによりヘッダ領域部分の耐圧性向上をより確実なものとすることができる。 The heat exchanger disclosed herein has the above-mentioned configuration and effects, but it is preferable that the cylindrical portion is arranged to surround the inflow header flow path and the outflow header flow path, which can more reliably improve the pressure resistance of the header area.
また、本開示の熱交換器は、前記各熱交換器において、前記筒部は一対のプレートに設けた各筒部の少なくとも一方をテーパ状或いはネスティング加工した形状としておくのが好ましく、これにより筒部同士の接合を確実なものとしてヘッダ領域部分の耐圧性をより確実に向上させることができる。 In addition, in each of the heat exchangers disclosed herein, it is preferable that at least one of the cylindrical portions provided on the pair of plates is tapered or has a nested shape, thereby ensuring a secure connection between the cylindrical portions and more reliably improving the pressure resistance of the header area.
また、本開示の熱交換器は、前記筒部同士の嵌合クリアランスを0.2mm以下としておくのが好ましく、これにより前記と同様筒部同士の接合を確実なものとしてヘッダ領域部分の耐圧性向上を更に確実なものとすることができる。 In addition, in the heat exchanger disclosed herein, it is preferable to set the fitting clearance between the cylindrical portions to 0.2 mm or less, which ensures a secure connection between the cylindrical portions as described above and further improves the pressure resistance of the header area.
以上、本発明に係るプレートフィン積層型の熱交換器について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。つまり、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれるものである。 The plate-fin stacked heat exchanger according to the present invention has been described above using the above-mentioned embodiments, but the present invention is not limited to these. In other words, the embodiments disclosed here are illustrative in all respects and are not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
本開示の熱交換器は、簡素な構成でヘッダ領域部分の連結強度を向上させ、プレートフィン積層体の剛性を向上させて信頼性の高い熱交換器とすることができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。 The heat exchanger disclosed herein has a simple configuration that improves the connection strength of the header area and improves the rigidity of the plate fin laminate, making it a highly reliable heat exchanger. Therefore, it can be widely used in heat exchangers for home and commercial air conditioners, various types of refrigeration equipment, etc., and has great industrial value.
1 熱交換器
2 流入管
3 プレートフィン
3a、3b プレート
4 プレートフィン積層体
5 流出管
6a、6b エンドプレート
7 流路
7a 往き流路
7b 戻り流路
8 連絡路
9 流入用ヘッダ流路
10 流出用ヘッダ流路
11 スリット
12 貫通孔
13 筒部
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