(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-01
(45)【発行日】2023-08-09
(54)【発明の名称】プレート積層型熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28F 3/00 20060101AFI20230802BHJP
F28D 9/02 20060101ALI20230802BHJP
【ＦＩ】
F28F3/00 301A
F28D9/02
F28F3/00 311
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019154169
(22)【出願日】2019-08-26
(65)【公開番号】P2021032501
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2022-08-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000222484
【氏名又は名称】株式会社ティラド
(74)【代理人】
【識別番号】100111202
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 周彦
(72)【発明者】
【氏名】文後 卓也
(72)【発明者】
【氏名】因幡 徳昭
(72)【発明者】
【氏名】大久保 厚
(72)【発明者】
【氏名】坂井 耐事
【審査官】小川 悟史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０１３２４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０１４０５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－１７４０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５０２９６３８（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｆ ３／００
Ｆ２８Ｄ ９／０２
Ｈ０１Ｌ ２３／４６
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
積層方向の一端側に配置した上プレート（１）と、他端側に配置した下プレート（２）と、両プレート間に積層された複数のインナープレート（３）と、を具備し、各インナープレート（３）の間を熱交換媒体が流通するプレート積層型熱交換器において、前記インナープレート（３）には、熱交換媒体の流通方向に平行に配置された多数のフィン部（３ａ）と、各フィン部（３ａ）間を連結する多数の架橋部（３ｂ）とが平面的に一体に配置され、積層方向に隣り合うインナーフィンの各架橋部（３ｂ）は熱交換媒体の流通方向に互いに位置を異にして配置され、
各インナープレート（３）のうち少なくとも一枚は、他より架橋部（３ｂ）の数が少ない、少架橋インナープレート（４）を形成し、前記少架橋インナープレート（４）における架橋部（３ｂ）間の距離は、他のインナープレート（３）における架橋部（３ｂ）間の距離の２倍に形成されると共に、
その少架橋インナープレート（４）が前記上プレート（１）側の最上層または下プレート（２）側の最下層のうち少なくともどちらかに位置しているプレート積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プレート積層型熱交換器における圧力損失の低減を図るものに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、インバータ等の電子機器の冷却器として利用できるプレート積層型熱交換器として、図８に示す、積層したインナープレートをカッププレート形状の天板プレート又は底板プレートを用いて包み込んだカッププレート型のものが知られている。
この熱交換器のインナープレートは、平板に矩形孔を多数形成して、その矩形孔の周りに架橋部と柱部とを配置し、プレートの１枚毎に架橋部の位置を異にして、冷媒を蛇行状に流通させたものである。
この熱交換器のインナープレートは、平板に矩形孔を多数形成して、その矩形孔の周りに架橋部と柱部とを配置し、プレートの１枚毎に架橋部の位置を異にして、冷媒を蛇行状に流通させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１７／１５９８８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このようなプレート積層型熱交換器は、冷媒の流通に伴う圧力損失が比較的高く、その流通のために大きな駆動圧を必要とする欠点があった。
そこで本発明は、熱交換器の伝熱性能を大幅に悪化させることなく、圧力損失を低減したプレート積層型熱交換器を提供することを課題とする。
そこで本発明は、熱交換器の伝熱性能を大幅に悪化させることなく、圧力損失を低減したプレート積層型熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
請求項１に記載の本発明は、積層方向の一端側に配置した上プレート１と、他端側に配置した下プレート２と、両プレート間に積層された複数のインナープレート３と、を具備し、各インナープレート３の間を熱交換媒体が流通するプレート積層型熱交換器において、
前記インナープレート３には、熱交換媒体の流通方向に平行に配置された多数のフィン部３ａと、各フィン部３ａ間を連結する多数の架橋部３ｂとが平面的に一体に配置され、積層方向に隣り合うインナーフィンの各架橋部３ｂは熱交換媒体の流通方向に互いに位置を異にして配置され、
各インナープレート３のうち少なくとも一枚は、他より架橋部３ｂの数が少ない、少架橋インナープレート４を形成すると共に、
その少架橋インナープレート４が前記上プレート１側の最上層または下プレート２側の最下層のうち少なくともどちらかに位置しているプレート積層型熱交換器である。
前記インナープレート３には、熱交換媒体の流通方向に平行に配置された多数のフィン部３ａと、各フィン部３ａ間を連結する多数の架橋部３ｂとが平面的に一体に配置され、積層方向に隣り合うインナーフィンの各架橋部３ｂは熱交換媒体の流通方向に互いに位置を異にして配置され、
各インナープレート３のうち少なくとも一枚は、他より架橋部３ｂの数が少ない、少架橋インナープレート４を形成すると共に、
その少架橋インナープレート４が前記上プレート１側の最上層または下プレート２側の最下層のうち少なくともどちらかに位置しているプレート積層型熱交換器である。
【0006】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のプレート積層型熱交換器において、
前記インナープレート３のうち少なくとも一枚は、他よりフィン部３ａの数が少ない、小フィン部インナープレート５を形成すると共に、少架橋インナープレート４または少フィン部インナープレート５は、上プレート１側の最上層または下プレート２側の最下層のうち、少なくともどちらかに位置しているプレート積層型熱交換器である。
前記インナープレート３のうち少なくとも一枚は、他よりフィン部３ａの数が少ない、小フィン部インナープレート５を形成すると共に、少架橋インナープレート４または少フィン部インナープレート５は、上プレート１側の最上層または下プレート２側の最下層のうち、少なくともどちらかに位置しているプレート積層型熱交換器である。
【発明の効果】
【0007】
請求項１に記載の発明においては、架橋部３ｂの数の少ない少架橋インナープレート４が、上プレート１側の最上層または下プレート２側の最下層のうち、少なくともどちらかに位置していることにより、当該少架橋インナープレート４における流通抵抗が低下し、圧力損失が減少する。
また、当該上プレート１または下プレート２の流体接触面積が増加するとともに、その近傍の流体の流量が増加し、当該上プレート１または下プレート２と流体との熱伝達率が向上するので、架橋部３ｂの減少による伝熱低下の影響は緩和される。その結果、伝熱性が大幅に悪化することなく、圧力損失が低減され、全体として熱交換性能が向上する。
また、当該上プレート１または下プレート２の流体接触面積が増加するとともに、その近傍の流体の流量が増加し、当該上プレート１または下プレート２と流体との熱伝達率が向上するので、架橋部３ｂの減少による伝熱低下の影響は緩和される。その結果、伝熱性が大幅に悪化することなく、圧力損失が低減され、全体として熱交換性能が向上する。
【0008】
請求項２に記載の発明においては、少架橋インナープレート４または少フィン部インナープレート５が、上プレート１側の最上層または下プレート２側の最下層のうち少なくともどちらかに位置していることにより、当該少フィン部インナープレート５における流通抵抗が減少する。
また、当該上プレート１または下プレート２の流体接触面積が増加するとともに、その近傍の流体の流量が増加し、当該上プレート１または下プレート２と流体との熱伝達率が向上するので、架橋部３ｂまたはフィン部３ａの減少による伝熱抵抗の影響は緩和される。その結果、伝熱性能が大幅に悪化することなく、圧力損失が低減される。
また、当該上プレート１または下プレート２の流体接触面積が増加するとともに、その近傍の流体の流量が増加し、当該上プレート１または下プレート２と流体との熱伝達率が向上するので、架橋部３ｂまたはフィン部３ａの減少による伝熱抵抗の影響は緩和される。その結果、伝熱性能が大幅に悪化することなく、圧力損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明のプレート積層型熱交換器を構成するインナープレート３及び少架橋インナープレート４の平面図であって、（Ａ）は少架橋インナープレート４の平面図、（Ｂ）は少架橋インナープレート４とインナープレート３との組み合わせからなるコア１０の平面図。
【図2】同コア１０の組立て斜視図（Ａ）、及び（Ａ）のＢ－Ｂ断面図（Ｂ）。
【図3】同プレート積層型熱交換器の全体を示す分解斜視図。
【図4】同他の実施例のプレート積層型熱交換器の全体を示す分解斜視図。
【図5】（Ａ）は少フィン部インナープレート５と少架橋インナープレート４を合体したプレートの平面図、（Ｂ）はそられとインナープレート３との組み合わせ状態を示すコア１０の平面図。
【図6】（Ａ）は少フィン部インナープレート５と少架橋インナープレート４との合体プレートを１段目に配置した熱交換器の縦断面図、（Ｂ）は同プレートを１段目及び８段目に配置した熱交換器の縦断面図。
【図8】従来のプレート積層型熱交換器の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【実施例1】
【0011】
図１～図３は本発明のプレート積層型熱交換器であって、図１（Ａ）はその構成要素の１つである少架橋インナープレート４の平面図、図１（Ｂ）は少架橋インナープレート４とインナープレート３との組み合わせ状態を示す平面図、図２（Ａ）はそのコア１０の分解斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図、図３は同プレート積層型熱交換器の全体を示す分解斜視図である。
この実施例の特徴は、熱交換器のコア１０を構成する多数のインナープレート３と、その最上段に配置される少架橋インナープレート４とを有する点である。
各インナープレート３は、熱交換媒体６（図２（Ａ）および（Ｂ））の流通方向に平行な多数のフィン部３ａと、各フィン部３ａ間を一体に連結する架橋部３ｂとを有する。それと共に、積層される架橋部３ｂの位置は隣接するプレートの架橋部３ｂの位置と異なっている。
この実施例の特徴は、熱交換器のコア１０を構成する多数のインナープレート３と、その最上段に配置される少架橋インナープレート４とを有する点である。
各インナープレート３は、熱交換媒体６（図２（Ａ）および（Ｂ））の流通方向に平行な多数のフィン部３ａと、各フィン部３ａ間を一体に連結する架橋部３ｂとを有する。それと共に、積層される架橋部３ｂの位置は隣接するプレートの架橋部３ｂの位置と異なっている。
【0012】
次に、少架橋インナープレート４は、熱交換媒体６の流通方向に平行な多数のフィン部３ａと、各フィン部３ａ間を連結する架橋部３ｂとからなり、少架橋インナープレート４における架橋部３ｂ間の距離は、この例では、他のインナープレート３における架橋部３ｂ間の距離の２倍に形成されている。また、少架橋インナープレート４における架橋部３ｂの位置と、それに隣接する架橋部３ｂの位置とは熱交換媒体６の流通方向に異なって配置されている。
また、この例では図３に示す如く、コア１０を内装する上プレート１は平面的に形成され、下プレート２は皿状に形成されている。そして下プレート２の端部には、一対のパイプ７が接続され、上プレート１上には複数の被冷却体８が配置されている。
被冷却体８は一例として、インバータ等の電子部品である。この被冷却体８は、熱交換器の完成後、上プレート１上に導電性接着剤等を利用して接合されものである。
また、この例では図３に示す如く、コア１０を内装する上プレート１は平面的に形成され、下プレート２は皿状に形成されている。そして下プレート２の端部には、一対のパイプ７が接続され、上プレート１上には複数の被冷却体８が配置されている。
被冷却体８は一例として、インバータ等の電子部品である。この被冷却体８は、熱交換器の完成後、上プレート１上に導電性接着剤等を利用して接合されものである。
【0013】
図２及び図３のように組み立てられた各プレートは、高温の炉内で一体にろう付されて熱交換器を完成する。そして図３において、一方のパイプ７から熱交換媒体６が下プレート２内に導かれ、それが下プレート２の幅方向に流通し、図２（Ｂ）の如くインナープレート３及び少架橋インナープレート４の架橋部３ｂ間を蛇行状に流通する。そして、上プレート１上に配置された被冷却体８を冷却する。
この例では、少架橋インナープレート４を上プレート１に接続し、被冷却体８を上プレート１に配置しているが、これに替えて、少架橋インナープレート４を下プレート２に接続し、被冷却体８を下プレート２に配置することもできる。
この例では、少架橋インナープレート４を上プレート１に接続し、被冷却体８を上プレート１に配置しているが、これに替えて、少架橋インナープレート４を下プレート２に接続し、被冷却体８を下プレート２に配置することもできる。
【実施例2】
【0014】
次に、図４は本発明のプレート積層型熱交換器の第２実施例であり、これが図３の実施例と異なる点は、インナープレート３及び少架橋インナープレート４、並びに上プレート１及び下プレート２の形状である。
インナープレート３及び少架橋インナープレート４は、その平面において外周に枠部９を有し、その枠部９の内側に多数のフィン部３ａ，架橋部３ｂが形成されている。そして、最上段及び最下段に配置される上プレート１及び下プレート２は、平坦に形成されている。
インナープレート３及び少架橋インナープレート４は、その平面において外周に枠部９を有し、その枠部９の内側に多数のフィン部３ａ，架橋部３ｂが形成されている。そして、最上段及び最下段に配置される上プレート１及び下プレート２は、平坦に形成されている。
【実施例3】
【0015】
次に、図５は本発明の第３実施例であり、（Ａ）は少フィン部インナープレート５と少架橋インナープレート４とが合体されたプレートの平面図、（Ｂ）はその少フィン部インナープレート５及び少架橋インナープレート４の合体プレートと、他のインナープレート３の組み合わせからなるコア１０の平面図である。
この少フィン部インナープレート５及び少架橋インナープレート４からなるプレートは、従来のインナーフィン３に比較して、フィン部間の距離、架橋部間の距離が二倍広く配置されている。これにより、他のインナーフィン３に比べて流通抵抗がさらに大きく減少する
この少フィン部インナープレート５及び少架橋インナープレート４からなるプレートは、従来のインナーフィン３に比較して、フィン部間の距離、架橋部間の距離が二倍広く配置されている。これにより、他のインナーフィン３に比べて流通抵抗がさらに大きく減少する
【0016】
次に、図６（Ａ）は、上プレート１のみに隣接して、少フィン部インナープレート５及び少架橋インナープレート４からなるプレートが配置されている。また図６（Ｂ）は、上プレート１および下プレート２に隣接して、少フィン部インナープレート５及び少架橋インナープレート４からなるプレートが配置されている。
【0017】
次に、図７は従来型熱交換器と本発明の図２（Ｂ）に示した熱交換器とを比較したものであり、（Ａ）はその積層方向の各段における流量比率の比較であり、（Ｂ）は両者の熱抵抗及び圧力損失の比較である。
網棒は従来、白棒は本案である。
図７（Ａ）において、積層方向最上段における流量比率は、従来のものよりも本発明のものの方が、その比率が高い。この流量比率の増加は、上プレート１と流体との熱伝達の向上に寄与する。
また、図７（Ｂ）において、従来のものと本発明のものとでは、その熱抵抗が略同一であるが、圧力損失については本発明の方が従来のものより低く、熱交換媒体６の流通を円滑に行うことができる。即ち、熱交換媒体６の加圧力を比較的小さくしてもその流通を円滑に行える。
網棒は従来、白棒は本案である。
図７（Ａ）において、積層方向最上段における流量比率は、従来のものよりも本発明のものの方が、その比率が高い。この流量比率の増加は、上プレート１と流体との熱伝達の向上に寄与する。
また、図７（Ｂ）において、従来のものと本発明のものとでは、その熱抵抗が略同一であるが、圧力損失については本発明の方が従来のものより低く、熱交換媒体６の流通を円滑に行うことができる。即ち、熱交換媒体６の加圧力を比較的小さくしてもその流通を円滑に行える。
【0018】
よって、図２（Ｂ）の熱交換器において、上プレート１に被冷却体８を取り付ければ、被冷却体８を効果的に冷却することができる。
なお、下プレート２に被冷却体８を取り付ける場合には、少架橋インナープレート４を下プレート２に隣接して配置すれば良い。
また、図５に示す如く、少フィン部インナープレート５と少架橋インナープレート４とを有するプレートにおいては、図７における１段目の流量比率がさらに高くなると共に、図７（Ｂ）における圧力損失もより低くなる。
なお、下プレート２に被冷却体８を取り付ける場合には、少架橋インナープレート４を下プレート２に隣接して配置すれば良い。
また、図５に示す如く、少フィン部インナープレート５と少架橋インナープレート４とを有するプレートにおいては、図７における１段目の流量比率がさらに高くなると共に、図７（Ｂ）における圧力損失もより低くなる。
【産業上の利用可能性】
【0019】
本発明は、インバータ等に使用される小型電子部品の冷却に最適なプレート積層型熱交換器として利用できる。
【符号の説明】
【0020】
１ 上プレート
２ 下プレート
３ インナープレート
３ａ フィン部
３ｂ 架橋部
２ 下プレート
３ インナープレート
３ａ フィン部
３ｂ 架橋部
【0021】
４ 少架橋インナープレート
５ 少フィン部インナープレート
６ 熱交換媒体
７ パイプ
８ 被冷却体
９ 枠部
１０ コア
１１ 通路部
５ 少フィン部インナープレート
６ 熱交換媒体
７ パイプ
８ 被冷却体
９ 枠部
１０ コア
１１ 通路部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】