(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記本体部には、複数の前記孔が設けられ、前記孔の少なくとも一部には、前記本体部の上面側に起立する筒状部が設けられ、前記孔の残部には、前記本体部の下面側に起立する筒状部が設けられ、
前記筒状部にはシール部が設けられ、
前記筒状部と前記壁部の高さは略同一であり、
前記本体部を積層する際に、互いの前記筒状部同士が対向するように積層可能であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の熱交換器用プレート。
前記本体部には、複数の前記孔が設けられ、前記孔の少なくとも一部には、前記本体部の上面側に起立する筒状部が設けられ、前記孔の残部には、前記本体部の下面側に起立する筒状部が設けられ、
前記筒状部と前記壁部の高さは略同一であり、
前記筒状部同士が対向するように前記本体部が積層され、前記筒状部同士の間がシールされることを特徴とする請求項5記載の熱交換器。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の熱交換器は、例えば蓄熱材等と熱媒体との熱交換を効率よく行うため、熱伝導性の良い金属ケースで形成される。しかし、金属製のケースでは、熱が外部に逃げてしまうため、熱を有効に利用することが困難であった。
【0006】
また、このようなケースは、加工部位が多く、ろう付けなどの作業が必要となることから、製造性が悪い。また、ろう材が蓄熱材に溶け出すため、熱性能の劣化の恐れがある。
【0007】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、簡易な構造で製造性が良好であり、効率よく熱交換を行うことが可能な熱交換器用プレート及びこれを用いた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前述した目的を達成するため、第1の発明は、熱交換器用のプレートであって、樹脂製の本体部と、前記本体部に設けられる流体通過用の孔と、前記本体部の外周に設けられる壁部と、前記壁部の上面または下面の少なくともいずれかに設けられるシール部と、前記本体部に設けられる熱交換部と、を具備し、前記本体部を積層させて、前記壁部同士を前記シール部によって封止することで、前記熱交換部同士の間に流路を形成可能であ
り、前記熱交換部は、蓄熱材が封入された蓄熱材ケースであり、前記蓄熱材ケースは、一対のケース部材を対向させて配置し、前記本体部によって、前記ケース部材同士の合わせ部が封止されることを特徴とする熱交換器用プレートである。
【0010】
前記ケース部材は、ステンレス製またはアルミニウム製であることが望ましい。
【0011】
前記蓄熱材ケースには、内部の蓄熱材の発核装置が設けられ、前記発核装置の動作部が、前記本体部を貫通して、前記壁部の外部に設けられてもよい。
【0012】
前記本体部には、複数の前記孔が設けられ、前記孔の少なくとも一部には、前記本体部の上面側に起立する筒状部が設けられ、前記孔の残部には、前記本体部の下面側に起立する筒状部が設けられ、前記筒状部にはシール部が設けられ、前記筒状部と前記壁部の高さは略同一であり、前記本体部を積層する際に、互いの前記筒状部同士が対向するように積層可能であってもよい。
【0013】
第1の発明によれば、熱交換器用プレートが、積層可能な樹脂製のプレートであるため、プレートを積層させて熱交換器を形成した際に、外部に対する断熱性が良好である。また、構造が簡易であり、プレートを積層することで、熱交換器を構成することができるため、製造性にも優れる。
【0014】
また、蓄熱材ケースを配置することで、蓄熱材と熱媒体との熱交換を行うことができる。この際、蓄熱材ケースの周囲の封止を、本体部を構成する樹脂で行うことができる。このため、ろう付け等が不要である。なお、ケース部材は、金属製であるため、熱媒体との熱交換効率は良好である。
【0015】
また、蓄熱材ケースに発核装置を設けることで、任意のタイミングで、熱を放出することができる。
【0016】
第2の発明は、熱交換器であって、第1の発明にかかる熱交換器用プレートを、複数枚積層させて、前記壁部同士を前記シール部で封止することで、前記熱交換部同士の間に流路が形成さ
れ、前記蓄熱材ケース間が流路となることを特徴とする熱交換器である。
【0018】
前記本体部には、複数の前記孔が設けられ、前記孔の少なくとも一部には、前記本体部の上面側に起立する筒状部が設けられ、前記孔の残部には、前記本体部の下面側に起立する筒状部が設けられ、前記筒状部と前記壁部の高さは略同一であり、前記筒状部同士が対向するように前記本体部が積層され、前記筒状部同士の間がシールされてもよい。
【0019】
第2の発明によれば、熱交換器用プレートを複数枚積層することで構成されるため、構造が簡易であり、外部との断熱性も優れた熱交換器を得ることができる。
【0020】
また、蓄熱材を設けることで、蓄熱材の潜熱を利用した熱交換器を得ることができる。また、筒状部を表裏面の両者に千鳥状に形成し、これらを組み合わせることで、二つの互いに独立した流路を形成することができる。このため、2種類の熱媒体同士の熱交換を行うこともできる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、簡易な構造で製造性が良好であり、効率よく熱交換を行うことが可能な熱交換器用プレート及びこれを用いた熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
(実施形態1)
以下、本発明の実施の形態にかかる熱交換器用プレート1について説明する。
図1は、熱交換器用プレート1を示す斜視図であり、
図2は、平面図である。熱交換器用プレート1は、主に、本体部3、蓄熱材ケース5、シール部材11等から構成される。
【0024】
本体部3は、樹脂製の部材である。本体部3は、例えば、耐熱性に優れるポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)で構成される。本体部3は、略矩形の板状部材であり、外周部に壁部9が形成される。壁部9は、本体部の表裏面の両側に突出する部位である。壁部9で囲まれた内部には、複数の流通孔7が複数形成される。流通孔7は、本体部3を貫通する孔であり、後述する熱媒体(流体)が通過する部位である。
【0025】
壁部9には、表裏面を貫通する貫通孔13が複数形成される。貫通孔13は、固定部材が挿通される部位である。壁部9の上面側であって、貫通孔13の内周側には、環状にシール部材11が設けられる。シール部材11は、例えばOリングなどの部材である。すなわち、壁部9の上面にシール部が形成される。
【0026】
なお、本体部3自体が密着性に優れれば、シール部材11がなくても、壁部9の上面がシール部となり得る。また、壁部9の上面側のみではなく、下面側または両面にシール部を形成してもよい。以下の説明では、シール部材を用いて各部のシールを行う方法について説明するが、他の方法で各部のシール性を確保してもよい。
【0027】
本体部3の略中央には、熱交換部である蓄熱材ケース5が設けられる。流通孔7は、蓄熱材ケース5を挟むように蓄熱材ケース5の両側に形成される。
図3は、
図2のA−A線断面図である。
【0028】
図3に示すように、蓄熱材ケース5は、一対のケース部材5a、5bが対向して配置されて構成される。ケース部材5a、5bは、金属製であり、例えばアルミニウム(アルミニウム合金含む)またはステンレス製である。ケース部材5a、5bの外周部には、フランジ状の合わせ部17がそれぞれ設けられる。ケース部材5a、5bそれぞれの合わせ部17が封止されることで、箱形状が形成される。蓄熱材ケース5の内部には、蓄熱材15が封入される。
【0029】
蓄熱材15は、一時的に熱を蓄えることができればよく、例えば、パラフィンや関東商事社製の「パッサーモ」(商品名)等を使用することができる。また、蓄熱材15は、潜熱蓄熱材を用いることもできる。例えば、酢酸ナトリウム3水塩や硫酸ナトリウム10水塩などを用い、物質の相変化に伴う潜熱を蓄熱することができる。特に、過冷却型蓄熱材は、凝固点温度以下になっても相変化(結晶化)が起きない状態を保ち、液体にある衝撃や振動や摩擦といったエネルギーを加えることで結晶の種を生成し、今まで不規則に浮遊していた分子やイオンが突如、種結晶に向かって結合(凝固)を始めて、一気に凝固熱を周囲に放出するものである。
【0030】
なお、
図3に示すように、壁部9の厚み(高さ)は、蓄熱材ケース5の厚み(高さ)よりも厚い(高い)。したがって、後述するように、壁部9同士が接触するように熱交換器用プレート1を積層した際にも、蓄熱材ケース5同士の間には空間が形成される。
【0031】
図4は、
図3のB部における、ケース部材5a、5bの封止工程を示す図である。
図4(a)に示すように、ケース部材5a、5bの外縁部には、それぞれ合わせ部17が設けられる。
【0032】
図4(b)に示すように、ケース部材5a、5bを対向させて合わせ部17同士を密着させた状態で、プレス治具19によって挟み込む(図中矢印C)。さらに、
図4(c)に示すように、この状態の合わせ部17を覆うように、樹脂21射出成型する。樹脂21は、本体部3を構成する樹脂である。すなわち、蓄熱材ケース5は、本体部3と一体化される。この際、合わせ部17を覆うように樹脂21が射出されるため、合わせ部17が開くことがなく、確実にケース部材5a、5bを封止することができる。
【0033】
なお、ケース部材5a、5bの形状や封止方法は図示した例には限られない。ケース部材5a、5bの外周部が、本体部3を構成する樹脂によって封止され、本体部3と蓄熱材ケース5とが一体化できれば、いずれの方法も適用可能である。
【0034】
なお、蓄熱材ケース5内に発核装置を設けることもできる。発核装置は、蓄熱材ケース5内部で動作し、蓄熱材15の相変化のトリガーとなる装置である。例えば、蓄熱材15に対して衝撃を加えることで、任意のタイミングで蓄熱材15を相変化させ、凝固熱を得ることができる。
【0035】
図5は、発核装置を動作させる動作部25の構造の一例を示す図である。合わせ部17の間には管体23が設けられる。管体23および合わせ部17は、樹脂21によって封止されて一体化される。管体23には、発核装置を動作させるための動作部25が挿通される。すなわち、管体23によって、動作部25が蓄熱材ケース5の内外を貫通する。なお、管体23の内面と棒状の動作部25の間は、シール部材によってシールされる。
【0036】
このように、発核装置の動作部25を、合わせ部17の間から蓄熱材ケース5の外部に引き出すことで、蓄熱材ケース5の外部から動作部25によって、発核装置を動作させることができる。例えば、動作部25の往復動作または回転動作によって、蓄熱材15に衝撃等を付与することができる。なお、以下の説明では、発核装置等に関する構成については、図示および説明を省略する。
【0037】
次に、熱交換器用プレート1を用いた熱交換器について説明する。
図6は、熱交換器10を示す断面図である。熱交換器10は、複数枚の熱交換器用プレート1が積層されて構成される。熱交換器用プレート1は、壁部9の上下面が互いに接触するように積層される。この際、対向する壁部9同士の間には、シール部材11が配置されるため、熱交換器用プレート1の壁部9で囲まれた空間が封止される。
【0038】
なお、熱交換器10の最上段および最下段には、カバー部材27が設けられる。すなわち、カバー部材27で熱交換器用プレート1が挟み込まれる。カバー部材27は、樹脂製である。カバー部材27は、シール部材11を介して壁部9と密着する。したがって、熱交換器10の上下面を覆い、カバー部材27および熱交換器用プレート1の壁部9で囲まれた空間が密閉される。
【0039】
また、カバー部材27には、熱交換器用プレート1の貫通孔13に対応した位置に孔が形成される。したがって、熱交換器用プレート1の貫通孔13とカバー部材27の孔とが直線状に配列する。貫通孔13には、カバー部材27の上下面に貫通するように固定部材33が設けられて、固定される。すなわち、固定部材33によって、カバー部材27および熱交換器用プレート1が固定される。
【0040】
一方のカバー部材27には流入口29が設けられる。他方のカバー部材27には流出口31が設けられる。流入口29および流出口31は、熱交換器用プレート1の流通孔7に対応する部位に形成される。
【0041】
流入口29より熱媒体(例えば水やオイル、エアなど)を流すと(図中矢印D)、熱媒体は、流通孔7を流れながら、流出口31から排出される(図中矢印F)。この際、熱媒体が、蓄熱材ケース5の間を流れる(図中矢印E)。蓄熱材ケース5は、金属製であるため、比較的熱伝導性が高い。したがって、蓄熱材ケース5の近傍を流れる際に、熱媒体と蓄熱材15との間で熱交換が行われる。例えば、蓄熱材が潜熱を発した際には、熱媒体を温めることができる。
【0042】
一方、熱交換器用プレート1の本体部3およびカバー部材27は樹脂製であるため、熱媒体の熱が外部に逃げることを抑制することができる。なお、熱交換器用プレート1の積層数等は図示した例には限られない。
【0043】
本実施の形態によれば、熱交換器用プレート1の構造が簡易であり、熱交換器用プレート1を積層することで、熱交換器を構成することができるため、構造が簡易で組立作業性にも優れる熱交換器を得ることができる。
【0044】
また、熱交換器用プレート1が樹脂製であるため、熱交換器用プレート1を積層させて熱交換器10を形成した際に、外部に対する断熱性が良好である。また、本体部3が樹脂製であるため、例えば射出成型によって、流通孔7等の形成が容易である。また、樹脂製であるため軽量である。
【0045】
また、蓄熱材ケース5を配置することで、蓄熱材15と熱媒体との熱交換を行うことができる。この際、蓄熱材ケース5の周囲の封止を、本体部3を構成する樹脂21で行うことができる。このため、ろう付け等が不要であり、製造性も良好である。
【0046】
また、壁部9の厚みが、蓄熱材ケース5の厚みよりも厚いため、壁部9同士が接触するように熱交換器用プレート1を積層した際にも、蓄熱材ケース5同士の間には流路を確保することができる。
【0047】
(実施形態2)
次に、第2の実施の形態について説明する。
図7は、第2の実施の形態にかかる熱交換器用プレート1aを示す斜視図であり、
図8は、平面図である。また、
図9(a)は、
図8のG−G線断面図、
図9(b)は、
図8のH−H線断面図である。なお、以下の説明において、
図1〜
図6に示した構成と同一機能を奏する構成については、
図1〜
図6と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0048】
熱交換器用プレート1aは、熱交換器用プレート1とほぼ同様の構成であるが、流通孔7の態様が異なる。熱交換器用プレート1aでは、流通孔7は、本体部3の四隅近傍に形成される。また、流通孔7が形成される部位には、筒状部35が形成される。なお、流通孔7は、本体部3の中心に対して対称な位置に形成される。
【0049】
図9(a)に示すように、本体部3の辺に沿った隣り合う流通孔7同士は、筒状部35の形成方向が上下逆方向となる。すなわち、上方に突出した筒状部35と下方に突出した筒状部35とが隣り合うように形成される。筒状部35の高さは、壁部9の高さとほぼ一致する。また、筒状部35の上面または下面の少なくとも一方にはシール部材37が形成される。
【0050】
図9(b)に示すように、本体部3の対角線上に対向する流通孔7同士は、筒状部35の形成方向が同一方向となる。図示した例では、両者が上方に向けて配置される。なお、他の対角線上で対向する流通孔7は、両者が下方に向けて配置される。
【0051】
図10は、
図9(b)に対応した、熱交換器用プレート1aを用いた熱交換器10aを示す断面図である。熱交換器10aでは、熱交換器用プレート1aが、90°づつ回転させた状態で積層される。この際、流通孔7の位置が一致し、筒状部35の端面同士が対向するように配置される。筒状部35の端面同士の間には、シール部材37が設けられるため、一対の筒状部35が連続して柱状に形成される。
【0052】
なお、本実施形態では、カバー部材27に代えて、カバー部材27a、27bが用いられる。カバー部材27aには、流入口29および流出口31が形成される。カバー部材27bは、流入口等の孔が形成されない。
【0053】
流入口29より熱媒体を流すと(図中矢印I)、熱媒体は、流通孔7を流れながら、流出口31から排出される(図中矢印K)。この際、熱媒体が、蓄熱材ケース5の間を流れる(図中矢印J)。蓄熱材ケース5は、金属製であるため、比較的熱伝導性が高い。したがって、蓄熱材ケース5の近傍を流れる際に、熱媒体と蓄熱材15との間で熱交換が行われる。
【0054】
ここで、カバー部材27aに流入口29および流出口31をそれぞれ一つずつ形成すると、熱媒体が、流れる層と流れない層とが形成される。図示した例では、最上段の熱交換器用プレート1aと上から2段目の熱交換器用プレート1aの間には、熱媒体が流れるが、同2段目と3段目の熱交換器用プレート1aの間には、熱媒体が流れない。このようにしてしても、蓄熱材ケース5は、少なくとも一方の面が熱媒体と接するため、熱交換を行うことができる。
【0055】
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱交換器用プレート1aは、対角線上に筒状部35が上面または下面に形成されるため、熱交換器用プレート1aを90°回転させて積層することで、熱交換経路を形成することができる。
【0056】
(実施形態3)
次に、第3の実施の形態について説明する。
図11は、第3の実施の形態にかかる熱交換器用プレート1bを示す斜視図であり、
図12(a)は、
図9(a)に対応する断面図、
図12(b)は、
図9(b)に対応する断面図である。
【0057】
熱交換器用プレート1bは、熱交換器用プレート1aとほぼ同様の構成であるが、蓄熱材ケース5に代えて、熱伝導材39が設けられる点で異なる。熱交換部である熱伝導材39は、金属製であり、例えば、アルミニウム(アルミニウム合金含む)またはステンレス製である。
【0058】
熱伝導材39は、本体部3と一体化される。すなわち、熱伝導材39の外周部が、本体部3に埋設される。熱伝導材39の厚みは、壁部9の厚みよりも薄い。なお、筒状部35等の配置は、熱交換器用プレート1aと同様である。
【0059】
図13は、
図12(a)に対応した、熱交換器用プレート1bを用いた熱交換器10bを示す断面図である。熱交換器10bは、熱交換器用プレート1bが、90°づつ回転させた状態で積層される。すなわち、筒状部35の端面同士が対向するように配置され、前述したように、二つの独立した流路が形成される。
【0060】
カバー部材27cは、カバー部材27bとほぼ同様であるが、流入口29a、29bが一対形成され、さらに、対応する流出口(図示省略)が一対形成される。すなわち、対応する流入口と流出口が、熱交換器10bの対角線上に形成される。
【0061】
一方の流入口29aから熱媒体を流入させると(図中矢印L)、筒状部35同士が連結された層には、熱媒体が流入しないが、筒状部35の背面側同士が対向する層に熱媒体が流入する(図中矢印M)。さらに、図示を省略する流出口から流出する。
【0062】
また、他方の流入口29bから熱媒体を流入させると(図中矢印N)、筒状部35同士が連結された層には、熱媒体が流入しないが、筒状部35の背面側同士の対向する熱媒体が層に流入する(図中矢印O)。さらに、図示を省略する流出口から流出する。
【0063】
それぞれの流入口29a、29bからの熱媒体は、互いに独立した経路を通過するため、互いに混じりあうことがない。また、それぞれの熱媒体は、熱伝導材39によって、熱交換が行われる。すなわち、熱交換器10bは、二つの熱媒体同士の熱交換を行うことができる。なお、熱伝導材39の上下面には、壁部9よりも低いフィンや凹凸を形成して、熱媒体との接触面積を増加させてもよい。
【0064】
第3の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、二つの熱媒体をそれぞれ流すことで、二つの熱媒体同士の熱交換を効率よく行うことができる。
【0065】
なお、
図10等に示す熱交換器10aにおいて、カバー部材27aに、さらに一対の流入口29および流出口31を設ければ、熱交換器10bと同様に、前述した熱媒体の流れない層間にも熱媒体をさらに流すこともできる。この場合には、同じ熱媒体を用いてもよく、異なる熱媒体を用いることもできる。例えば、二つの異なる熱経路をそれぞれの対角線上の流入口29および流出口31に別々に接続して、同一の熱交換器10aの内部で、互いに独立した熱交換流路を構成することもできる。
【0066】
また、熱交換器用プレート1a、1bを互いに回転させずに積層すれば、熱交換器10と同様の構成とすることもできる。
【0067】
また、熱交換器10a、10bにおいて、流入口29と流出口31とを同一面(図では上面)に形成しなくてもよく、一方の面に流入口を形成し、他方の面に流出口を形成してもよい。また、二つの熱媒体を流す場合には、それぞれの熱媒体の流入口及び流出口を、上下面にそれぞれ分けて配置してもよい。
【0068】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。