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公開番号2024051543
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-11
出願番号2022157763
出願日2022-09-30
発明の名称熱交換器
出願人住友精密工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F28D 7/08 20060101AFI20240404BHJP(熱交換一般)
要約【課題】積層造形法により製造可能で更なる熱交換効率の改善が可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】この熱交換器100は、全体として所定方向に延びるように形成された複数の流路10と、複数の流路10の間を仕切る隔壁20とを含むコア部1を備える。複数の流路10は、第1流体3を流通させる第1流路11と、第1流体3と隔壁20を介して熱交換する第2流体4を流通させる第2流路12とを含む。隔壁20は、所定方向に延びる回転中心軸22を中心に、所定方向の位置に応じて回転した螺旋状の形状を有し、かつ、所定方向と直交する断面において、回転中心軸22から渦巻状に延びるように形成された仕切壁部21を有する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
全体として所定方向に延びるように形成された複数の流路と、前記複数の流路の間を仕切る隔壁とを含むコア部を備え、
前記複数の流路は、第１流体を流通させる第１流路と、前記第１流体と前記隔壁を介して熱交換する第２流体を流通させる第２流路とを含み、
前記隔壁は、前記所定方向に延びる回転中心軸を中心に、前記所定方向の位置に応じて回転した螺旋状の形状を有し、かつ、前記所定方向と直交する断面において、前記回転中心軸から渦巻状に延びるように形成された仕切壁部を有する、熱交換器。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記仕切壁部は、前記所定方向と直交する断面において、１／２周期以上の渦巻状部分を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記仕切壁部は、前記所定方向と直交する断面において、３／４周期以上の渦巻状部分を有する、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記仕切壁部は、前記所定方向に沿った縦断面において、前記所定方向と直交する横断面に対する傾斜角度が４５度以上となる螺旋形状を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記隔壁は、前記回転中心軸周りに並ぶ前記第１流路と前記第２流路とを含む単位構造を形成するように、同一の前記回転中心軸から延びる複数の前記仕切壁部を含み、
前記コア部は、前記所定方向と直交する方向に、複数の前記単位構造の配列を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記単位構造は、前記回転中心軸を中心とする回転方向に間隔を隔てて形成された複数の前記仕切壁部により区画され、
前記複数の仕切壁部の間の領域により、複数の前記第１流路と複数の前記第２流路とが、前記回転中心軸周りに交互に並んで形成されている、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記隔壁は、同一の前記回転中心軸から延びる複数の前記仕切壁部の周囲を取り囲むことにより、個々の前記単位構造を区画する周壁部を含み、
一の前記単位構造の前記第１流路と他の前記単位構造の前記第２流路とが、前記周壁部を介して隣接している、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記コア部は、複数の前記単位構造の配列と、前記複数の単位構造の配列を取り囲み前記コア部の外周面を構成するコア外周壁と、を含み、
前記複数の単位構造の各々の前記仕切壁部は、前記所定方向と直交する断面において隣接する他の前記単位構造の前記仕切壁部と接続するように形成され、
前記仕切壁部の接続により、隣接する前記単位構造のそれぞれの前記流路が合流した合流部が形成されている、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記複数の単位構造の各々の前記仕切壁部は、前記所定方向に沿った螺旋形状により、前記所定方向の一端から他端までの間で、異なる２以上の前記単位構造の前記仕切壁部と交替で接続するように形成され、
接続する前記仕切壁部の交替により、いずれかの前記単位構造の前記流路が、異なる２以上の前記単位構造の前記流路と合流および分離する、請求項８に記載の熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器に関し、特に、流路を流れる流体間で熱交換を行う熱交換器に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、流路を流れる流体間で熱交換を行う熱交換器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に熱交換器は、プレートフィン型、シェルアンドチューブ型などの基本構造が知られている。これに対して、本出願人の出願による上記特許文献１では、構造例の１つとして、十字形状の隔壁で仕切られた複数の管状の流路を備え、複数の流路が全体として所定方向に延びるように形成され、隔壁が、所定方向の一端から他端の間で螺旋状に形成された、新規な構造の熱交換器が提案されている。上記構造例の熱交換器は、特に、積層造形法による製造に適した構造を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－４６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層造形法は、造形可能な形状の自由度が高いが、製造時の水平面とのなす角度が概ね４５度以下の傾斜面（または水平面）を形成しようとすると、重力の作用によって、当該傾斜面において造形不良が生じ易くなることが知られている。そのため、上記特許文献１に記載の熱交換器を製造する場合にも、螺旋状の隔壁を構成する傾斜面の角度が、製造可能な構造の限界を規定する要因の１つとなる。
【０００６】
そこで、本願発明者らは、上記特許文献１の熱交換器に対して、積層造形法により製造可能で更なる熱交換効率の改善が可能な構造の改良を検討した。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、積層造形法により製造可能で更なる熱交換効率の改善が可能な熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、螺旋状の隔壁が、１回転する間の軸方向の距離（以下、ピッチという）を小さくするほど、流路の経路長が大きくなり、流路の伝熱面積（すなわち、隔壁の表面積）が大きくなるので、熱交換効率を向上できることを見出した。一方、螺旋状の隔壁のピッチを小さくするほど、積層造形法により造形する際の水平面に対する隔壁の傾斜角度が、下限値（概ね４５度）に近付いてしまう。そこで、本願発明者は、設定したピッチに対する隔壁の傾斜角度を大きくすることが可能な以下の構造を想到するに至った。すなわち、この発明による熱交換器は、全体として所定方向に延びるように形成された複数の流路と、複数の流路の間を仕切る隔壁とを含むコア部を備え、複数の流路は、第１流体を流通させる第１流路と、第１流体と隔壁を介して熱交換する第２流体を流通させる第２流路とを含み、隔壁は、所定方向に延びる回転中心軸を中心に、所定方向の位置に応じて回転した螺旋状の形状を有し、かつ、所定方向と直交する断面において、回転中心軸から渦巻状に延びるように形成された仕切壁部を有する。
【０００９】
なお、「複数の流路が全体として所定方向に延びる」とは、複数の流路が、いずれも、流路の入口から所定方向に配置された出口へ向けて延びているが、入口から出口へ向かう過程では、所定方向とは異なる方向に曲がることを許容することを意味する。「螺旋状」とは、回転中心軸周りに回転しながら回転中心軸が延びる所定方向へ移動する形状を意味する。「渦巻状」とは、回転中心軸周りの回転角度の増大に伴って回転中心軸からの距離が増大する形状を意味する。「～状」とは、厳密な幾何学的な定義からは異なっていても許容する広い概念であることを示す。
【００１０】
この発明による熱交換器では、上記のように、隔壁は、所定方向に延びる回転中心軸を中心に、所定方向の位置に応じて回転した螺旋状の形状を有し、かつ、所定方向と直交する断面において、回転中心軸から渦巻状に延びるように形成された仕切壁部を有する。このように、所定方向と直交する断面において渦巻状の形状を有する仕切壁部が、所定方向に沿って螺旋状に形成される場合、この仕切壁部は、円錐状に傾斜した面が螺旋状に回転する３次元形状となる。仕切壁部が円錐状に傾斜しているため、所定方向と直交する断面で十字状の隔壁を同一のピッチの螺旋状に形成した場合（この場合、十字の隔壁がねじれた形状になる）と比べて、仕切壁部の傾斜角度（製造時の水平面とのなす角度）を大きくすることができる。このことは、仕切壁部の傾斜角度を製造限界となる下限角度（たとえば４５度）となるまでピッチを短縮した場合のピッチの大きさ（製造可能な最小ピッチ）を、十字状の隔壁を螺旋状に形成する場合と比べてより小さくでき、伝熱面積を大きくすることが可能であることを示す。したがって、本発明により、積層造形法により製造可能で更なる熱交換効率の改善が可能な熱交換器を提供することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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