| 【発明の名称】 |
熱交換器およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】金子 一久
【氏名】山下 彰広
【氏名】橘井 昭雄
【氏名】清水 唯二
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| 【要約】 |
【課題】流路の間隔を狭くすることを可能にし、熱交換効率を向上させた平板型の熱交換器と、その製造方法を提供する。
【解決手段】所定の間隔で、流体の流路となる直線状の複数の流路穴１２と、この流路穴１２と直交する方向に、前記流路穴１２の両端部において隣接する流路穴１２を連通させる複数の連通穴１３が形成された単一の本体１１と、前記流路穴１２のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し前記流路穴１２と連通穴１３の開口部を塞ぐ複数の栓１４、１５とを設け、前記本体１１内に蛇行状の流路を形成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴と、この流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の連通穴が形成された単一の本体と、前記流路穴のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し前記流路穴と連通穴の開口部を塞ぐ複数の栓とを設け、前記本体内に蛇行状の流路を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴と、この流路穴と平行な方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の長穴が形成された単一の本体と、前記長穴の開口部を塞ぐ複数の栓とを設け、前記本体内に蛇行状の流路を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴が形成された単一の本体と、この本体の両端に接合され、前記流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の溝が形成された一対の蓋とを設け、前記本体に形成された流路穴と蓋に形成された溝とによって、前記本体内に蛇行状の流路を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】長さ方向もしくは幅方向の端面から所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴と、これらの流路穴の内の所定の流路穴の端部に、厚さ方向の端面から流路穴と直交する方向に、前記流路穴に連通する複数の連通穴が形成された単一の本体と、この本体の各端面に接合され、流路穴もしくは連通穴と直交する方向に、隣接する流路穴もしくは連通穴を接続する溝が形成された複数の蓋と、連通穴が形成された流路穴の開口部を塞ぐ複数の栓とを設け、前記本体に形成された流路穴と連通穴および蓋に形成された溝とによって蛇行状の流路を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】単一の本体に流体を流す直線状の複数の流路穴を形成し、この流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の連通穴を形成し、前記本体を洗浄した後、前記流路穴のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し前記流路穴と連通穴の開口部を栓で塞ぎ、この栓を前記本体に接合して、前記本体内に蛇行状の流路を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項６】単一の本体に流体を流す直線状の複数の流路穴を形成し、蓋に前記流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の溝を形成し、前記本体および蓋を洗浄した後、前記流路穴のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し、前記本体の両端に前記蓋を接合して、前記本体に形成された流路穴と蓋に形成された溝とによって蛇行状の流路を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、宇宙往還機、人工衛星等の宇宙機などに使用される平板型の熱交換器とその製造方法にかかり、特に、高圧流体を流して熱交換を行なうのに好適な平板型の熱交換器とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】平板型の熱交換器では、その用途に応じて長さが数１０ｃｍ〜１ｍを超えるものまで各種の大きさのものが要求され、そこに形成される流路穴の径も数〜１０数ｍｍの大きさが要求されている。また、熱交換効率を向上させるためには流路穴を長くすることが必要であり、流路穴はその間隔を数ｍｍで形成することが要求されることがある。さらに、その用途によっては、たとえば、圧力が２０〜３０ｋｇ／ｃｍ2 −Ｇの高圧流体を流して熱交換を行なうことも要求されることもある。
【０００３】このような平板型熱交換においては、図１１に示すように、平板状の本体１の内部に流体を流す蛇行状の流路穴２を直接形成することが理想である。しかし、このような加工を行なうことはできない。
【０００４】このため、一般的には、図１２に示すように、平板状の本体１に所定の間隔で直線状の流路穴２を形成し、各流路穴２の端部をＵ字管３で接続して蛇行状の流路を形成している。前記Ｕ字管３のを本体１に固定する方法としては、内部に流れる流体の圧力が、たとえば、数ｋｇ／ｃｍ2 −Ｇ以下の低圧である場合には、ろう付けなどの方法を採用することができる。しかし、圧力が２０〜３０ｋｇ／ｃｍ2 −Ｇのような高圧流体を流すような場合には、本体１とＵ字管３を溶接している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１２に示す構成では、流路穴の間隔が狭くなった場合、本体とＵ字管の溶接作業が困難となるため、熱交換効率が低下しても、溶接作業が可能な間隔を設けることが必要になる。
【０００６】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、流路穴の間隔を狭くすることを可能にし、熱交換効率を向上させることができる平板型の熱交換器とその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本出願の第１の発明は、所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴と、この流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の連通穴が形成された単一の本体と、前記流路穴のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し前記流路穴と連通穴の開口部を塞ぐ複数の栓とを設け、前記本体内に蛇行状の流路を形成した。
【０００８】また、第２の発明は、所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴と、この流路穴と平行な方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の長穴が形成された単一の本体と、前記長穴の開口部を塞ぐ複数の栓とを設け、前記本体内に蛇行状の流路を形成した。
【０００９】また、第３の発明は、所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴が形成された単一の本体と、この本体の両端に接合され、前記流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の溝が形成された一対の蓋とを設け、前記本体に形成された流路穴と蓋に形成された溝とによって、前記本体内に蛇行状の流路を形成した。
【００１０】また、第４の発明は、長さ方向もしくは幅方向の端面から所定の間隔で、流体を流す直線状の複数の流路穴と、これらの流路穴の内の所定の流路穴の端部に、厚さ方向の端面から流路穴と直交する方向に、前記流路穴に連通する複数の連通穴が形成された単一の本体と、この本体の各端面に接合され、流路穴もしくは連通穴と直交する方向に、隣接する流路穴もしくは連通穴を接続する溝が形成された複数の蓋と、連通穴が形成された流路穴の開口部を塞ぐ複数の栓とを設け、前記本体に形成された流路穴と連通穴および蓋に形成された溝とによって蛇行状の流路を形成した。
【００１１】また、第５の発明は、単一の本体に流体を流す直線状の複数の流路穴を形成し、この流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の連通穴を形成し、前記本体を洗浄した後、前記流路穴のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し前記流路穴と連通穴の開口部を栓で塞ぎ、この栓を前記本体に接合して、前記本体内に蛇行状の流路を形成する。
【００１２】さらに、第６の発明は、単一の本体に流体を流す直線状の複数の流路穴を形成し、蓋に前記流路穴と直交する方向に、前記流路穴の両端部において隣接する流路穴を連通させる複数の溝を形成し、前記本体および蓋を洗浄した後、前記流路穴のうち流体の流入口と流出口となる開口部を残し、前記本体の両端に前記蓋を接合して、前記本体に形成された流路穴と蓋に形成された溝とによって蛇行状の流路を形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による熱交換器の第１の実施の形態を示し、流路穴の中心を通る平面で切断した正面断面図である。同図において、１１は本体で、その長さ方向の端面から本体１１を貫通する複数の流路穴１２と、本体１１の厚さ方向の端面から流路穴に直交し、隣接する流路穴１２を接続する複数の連通穴１３が形成されている。前記流路穴１２の両端には、流路穴１２より大径の穴１２ａが形成され、前記連通穴１３の一端も、連通穴１３より大径の穴１３ａが形成されている。
【００１４】１４は栓で、流路穴１２の開口部を塞ぐように穴１２ａに挿入され、溶接等により本体１１に固定されている。１５は栓で、連通穴１３の開口部を塞ぐように穴１３ａに挿入され、溶接等により本体１１に固定されている。そして、本体１１の流入口から送りこまれた流体が、流路穴１２と連通穴１３を交互に通る蛇行状の流路を形成している。
【００１５】図２ないし図５は、図１に示す熱交換器の製造工程を示す工程図である。まず、図２に示すように、たとえば、ガンドリル等を用いた機械加工により、本体１１に複数の流路穴１２を形成する。
【００１６】ついで、図３に示すように、たとえば、エンドミル等を用いた機械加工により、隣接する流路穴１２を連通させる連通穴１３を形成する。さらに、機械加工により、図４に示すように、流路穴１２の両端および連通穴１３の一端を拡径する穴１２ａ、１３ａを形成する。
【００１７】機械加工が終了したら、本体１１を十分に洗浄する。ついで、図５に示すように、穴１２ａのうち流体の流入口、流出口を残して、栓１４を挿入し本体１１に溶接して固定する。また、穴１３ａにも栓１５を挿入し本体１１に溶接して固定する。
【００１８】この本体１１と栓１４、１５の接合は、熱交換器内を流れる流体の圧力が高い場合には、溶接等の接合手段を用い、あるいは、穴１２ａ、１３ａをねじ穴として、栓１４、１５におねじを形成し螺合させるようにしてもよい。また、熱交換器内を流れる流体の圧力が低い場合には、ろう付け、接着などの手段を用いることもできる。
【００１９】また、穴１２ａ、１３ａを形成しないで、流路穴１２、連通穴１３に直接栓１４、１５を固定するようにしてもよい。なお、熱交換器の材料としては、通常アルミニウム、銅、鉄などを用いるが、熱交換器の用途によっては、ステンレス鋼、チタン等を用いることもできる。
【００２０】図６は、本発明による熱交換器の第２の実施の形態を示し、流路穴の中心を通る平面で切断した正面断面図である。同図において、１１は本体で、長さ方向の端面から長さの異なる複数の流路穴１２と、幅方向の端面から流路穴１２に直交し、隣接する流路穴１２を接続する複数の連通穴１３が形成されている。
【００２１】１４は栓で、流体の流入口と流出口を残して、流路穴１２の開口部を塞ぐよう挿入され、本体１１に接合されている。１５は栓で、所要の流路穴１１の連通部を残して連通穴１３の開口部を塞ぐように連通穴１３に挿入され、本体１０に接合されている。
【００２２】このような構成としても、本体１１内に蛇行状の流路を形成することができる。なお、上記の構成において、連通穴１３の径を流路穴１２の径より大きくしてもよい。
【００２３】図７は、本発明による熱交換器の第３の実施の形態を示し、流路穴の中心を通る平面で切断した正面断面図である。同図において、１３ｂは連通穴で、本体１１の流路穴１２が開口する端面に、隣接する流路穴１２を連通するように長穴状に形成されている。１５ａは栓で、連通穴１３ａに嵌合する長円形に形成され、本体１１に接合されている。
【００２４】このような構成とすることにより、加工を容易にすることができ、かつ、構成部品の数を少なくすることができる。また、栓１５ａの端部を曲線とすることにより、流体の流れを円滑にすることができる。
【００２５】図８は、本発明による熱交換器の第４の実施の形態を示し、流路穴の中心を通る平面で切断した正面断面図である。同図において、１１は本体で、その外形が所要に形状に形成され、たとえば長さ方向の両端面から長さの異なる複数の流路穴１２と、幅方向の両端面から流路穴１２に直交し、隣接する流路穴１２を接続する複数の連通穴１３が形成されている。
【００２６】１４、１５は栓で、それぞれ流路穴１２と連通穴１３の開口部を塞ぐように挿入され、本体１１に溶接されている。
【００２７】このように、本願発明による熱交換器は、その外形が矩形である必要はなく、図示のような形状のほか、流路穴１２と連通路１３を形成できる形状であれば多角形、円形であってもよい。したがって、熱交換器を配置する空間の形状に合わせて任意の形状の熱交換器を得ることができる。
【００２８】図９は、本発明による熱交換器の第５の実施の形態を示し、流路穴の中心を通る平面で切断した正面断面図である。同図において、１１は本体で、複数の流路穴１２が形成されている。１８は蓋で、隣接する流路穴１２を接続する溝１９が形成され、本体１１の両端に固定されている。
【００２９】このような構成とすることにより、加工を容易にすることができ、かつ、構成部品の数を少なくすることができる。
【００３０】図１０は、本発明による熱交換器の第６の実施の形態を示す斜視図である。同図において、１１は本体で、複数の流路穴１２と、本体１１の厚さ方向の端面と流路穴１２を接続する接続穴１３が形成されている。１４は栓で、接続穴１３が接続された流路穴１２の端部に挿入され、本体１１に固定されている。１８は蓋で、隣接する流路穴１２もしくは連通穴１３を接続するように本体１１の各端面に固定されている。
【００３１】このような構成にすることによって、流路穴１２の間隔を狭くしても、蓋１８の取付けが容易であり、流路穴１２間の短絡を発生させることなく熱交換器を構成することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、流路穴の間隔を狭くして、熱交換効率の高い熱交換器を得ることができる。また、本体に対する穴明けと栓あるいは蓋の取付け作業だけで熱交換器を形成することができるので、製作が容易であり、安価で信頼性の高い熱交換器を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】秋本 正実
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３１７３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２６日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１８１４３９ |
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