(57)【要約】【課題】拡散接合により製造された熱交換器において、流体のリークが発生しにくい熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１は、放熱ユニット４を構成する複数の放熱プレート４００と、受熱ユニット３を構成する複数の受熱プレート３００と、放熱ユニット３と受熱ユニット４との間に配置される伝熱プレート５と、が積層されて拡散接合され、受熱プレート３００は、積層方向に貫通し、受熱流体が積層方向に流れる受熱ユニット貫通孔３０１，３０２，３０３，３０４と、受熱ユニット貫通孔を流れる受熱流体を、伝熱プレート５における、積層方向と直交する面方向に流す受熱流路部３０５と、受熱ユニット貫通孔と受熱流路部３０５とを連結して受熱流体の流路を形成する分岐流路部３０６とを備え、伝熱プレート５における、受熱プレート３００の分岐流路部３０６と重なる部分の拡散接合時の撓み量δｂ’が、０．００１０以下である。【選択図】図５
2020067255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流れる第１ユニットを構成する複数の第１プレートと、
第２流体が流れる第２ユニットを構成する複数の第２プレートと、
前記第１ユニットと前記第２ユニットとの間に配置され、前記第１流体と前記第２流体とを隔離するとともに、前記第１流体の熱を前記第２流体へと伝熱する伝熱プレートと、が積層されて拡散接合された熱交換器において、
前記第１プレートは、
積層方向に貫通し、前記第１流体が積層方向に流れる第１ユニット貫通孔と、
前記第１ユニット貫通孔を流れる前記第１流体を、前記伝熱プレートにおける、前記積層方向と交差する面方向に流す第１流路部と、
前記第１ユニット貫通孔と前記第１流路部とを連結して前記第１流体の流路を形成する分岐流路部とを備え、
以下の式（１）で表される、前記伝熱プレートにおける、前記第１プレートの前記分岐流路部と重なる部分の拡散接合時の撓み量δｂ’が、０．００１０以下である熱交換器。
δｂ’＝ｗ・Ｌ４・α・ΔＴ・ｔａ／（３２・Ｅ・ｔｂ４）・・・（１）
δｂ’：第２プレートにおける、第１プレートの分岐流路部に面している非拘束部の拡散接合時の撓み量（ｍｍ）
ｗ    ：単位長さ当たりの荷重（Ｎ／ｍｍ）
Ｌ    ：非拘束部の幅（ｍｍ）
α    ：線膨張係数（１／℃）
ΔＴ  ：拡散接合温度と初期温度の差（℃）
Ｅ    ：拡散接合時の温度での降伏応力（Ｎ／ｍｍ２）
ｔａ：第２プレートにおける、第１プレートの分岐流路部及び第１流路部に面していない拘束部の板厚（ｍｍ）
ｔｂ：非拘束部の板厚（ｍｍ）
【請求項２】
前記伝熱プレートにおける、前記第１プレートの前記分岐流路部に面している非拘束部と、前記第２プレートにおける、前記非拘束部と重なる部分との間に、接合前界面を跨ぐ結晶粒が形成されている、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器の材質がステンレス鋼である、
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１流体が受熱流体であり、前記第２流体が放熱流体であり、
前記第２流体の入口側に顕熱回収部、該第２流体の出口側に、潜熱回収部が設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のプレートが拡散接合された熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池等では、化学反応により発電する際に高温の気体が発生する。そして、その高温の気体の熱を熱交換器を用いて回収し、水を高温にしたり、改質器用の蒸気を発生させたりしている。
近年では、熱効率のよいＳＯＦＣ（固体酸化物）型燃料電池等が開発されている。このＳＯＦＣ型燃料電池は、作動温度が７００℃に近くなるため、ろう付け等で接合した熱交換器では高温での疲労強度に問題がある。このため、拡散接合により製作した熱交換器が使用されている。
【０００３】
拡散接合により製造された熱交換器としては、従来、エッチングにより様々なパターンで溝を形成したプレートを積層するものがある。このような熱交換器は、積層されたプレートにおいて、積層方向の一端から他端まで連通する貫通孔が形成される。そして、積層方向と交差する面方向に受熱流体の流通路と放熱流体の流通路とが交互に形成される。受熱流体と放熱流体の流通路は、間に伝熱プレートを挟んで互いに隔離されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に開示されている従来の熱交換器では、貫通孔から流通路へ延びる分岐流路部が設けられている。伝熱プレートにおける、分岐流路に面している部分は、拡散接合を行う際に熱膨張によって撓みが生じる場合がある。このような撓みが生じると、撓みが生じた部分で伝熱プレートは放熱流体の流通路側の放熱プレートと十分に拡散接合されず、流体のリークが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、拡散接合により製造された熱交換器において、流体のリークが発生しにくい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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、第１流体が流れる第１ユニットを構成する複数の第１プレートと、第２流体が流れる第２ユニットを構成する複数の第２プレートと、前記第１ユニットと前記第２ユニットとの間に配置され、前記第１流体と前記第２流体とを隔離するとともに、前記第１流体の熱を前記第２流体へと伝熱する伝熱プレートと、が積層されて拡散接合された熱交換器において、前記第１プレートは、積層方向に貫通し、前記第１流体が積層方向に流れる第１ユニット貫通孔と、前記第１ユニット貫通孔を流れる前記第１流体を、前記伝熱プレートにおける、前記積層方向と交差する面方向に流す第１流路部と、前記第１ユニット貫通孔と前記第１流路部とを連結して前記第１流体の流路を形成する分岐流路部とを備え、以下の式（１）で表される、前記伝熱プレートにおける、前記第１プレートの前記分岐流路部と重なる部分の拡散接合時の撓み量δｂ’が、０．００１０以下である熱交換器に関する。
δｂ’＝ｗ・Ｌ４・α・ΔＴ・ｔａ／（３２・Ｅ・ｔｂ４）・・・（１）
δｂ’：第２プレートにおける、第１プレートの分岐流路部に面している非拘束部の拡散接合時の撓み量（ｍｍ）
ｗ    ：単位長さ当たりの荷重（Ｎ／ｍｍ）
Ｌ    ：非拘束部の幅（ｍｍ）
α    ：線膨張係数（１／℃）
ΔＴ  ：拡散接合温度と初期温度の差（℃）
Ｅ    ：拡散接合時の温度での降伏応力（Ｎ／ｍｍ２）
ｔａ：第２プレートにおける、第１プレートの分岐流路部及び第１流路部に面していない拘束部の板厚（ｍｍ）
ｔｂ：非拘束部の板厚（ｍｍ）
【０００８】
また、前記伝熱プレートにおける、前記第１プレートの前記分岐流路部に面している非拘束部と、前記第２プレートにおける、前記非拘束部と重なる部分との間に、接合前界面を跨ぐ結晶粒が形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記熱交換器の材質がステンレス鋼であることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１流体が受熱流体であり、前記第２流体が放熱流体であり、前記第２流体の入口側に顕熱回収部、該第２流体の出口側に、潜熱回収部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、拡散接合により製造された熱交換器において、流体のリークが発生しにくい熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】熱交換器１の斜視図である。
【図２】本体部２の分解斜視図である。
【図３】受熱プレート３００の一例を示した図である。
【図４】放熱プレート４００の一例を示した図である。
【図５】伝熱プレート５の一例を示した図である。
【図６】受熱プレート３００において分岐流路部３０６が設けられている熱交換器１の部分断面図であり、（ａ）は本実施形態、（ｂ）は比較形態である。
【図７】実施例と比較例とにおけるリークの有無を測定した結果を示す表である。
【図８】放熱プレート４００と受熱プレート３００との間の接合界面を模式的に示す図であり、（ａ）は実施例、（ｂ）は比較例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る熱交換器１を、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態の熱交換器１の斜視図である。
【００１４】
熱交換器１は、第１流体としての受熱流体（低温の水）と第２流体としての放熱流体（高温の空気）とを熱交換する、例えば家庭用ヒートポンプ給湯器のプレート式の気液熱交換器である。熱交換器１は、略直方体の本体部２と、本体部２の上面に設けられた受熱流体入口２ａ及び受熱流体出口２ｂと、本体部２の一方の側面にマニフォールド７を介して接続された放熱流体入口２ｃと、本体部２の他方の側面にマニフォールド８を介して接続された放熱流体出口２ｄとを備える。
【００１５】
（本体部２）
図２は、本体部２の分解斜視図である。本体部２は、上面側に受熱流体入口２ａ及び受熱流体出口２ｂが設けられた上板２０と、下面側に下板２１とを備える。そして本体部２は、上板２０と下板２１との間に、第１ユニットとしての受熱ユニット３（３１，３２，３３，３４，３５）と、第２ユニットとしての放熱ユニット４（４１，４２，４３，４４）とが交互に配置され、受熱ユニット３と放熱ユニット４との間には伝熱プレート５（５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８）が配置されている。
なお、実施形態では受熱ユニット３は５段、放熱ユニット４は４段の合計９段構造であるが、本発明はこれに限定されない。また、本体部２の放熱流体出口２ｄ側及び受熱流体入口２ａ側は顕熱回収部２Ａ、本体部２の放熱流体入口２ｃ側及び受熱流体出口２ｂ側は潜熱回収部２Ｂとなっている。
【００１６】
（受熱ユニット３）
受熱ユニット３は、エッチング等により貫通溝が形成された複数枚の第１プレートとしての受熱プレート３００を積層し拡散接合によって接合したものである。図３は、受熱プレート３００の一例（図２の受熱ユニット３２，３４の受熱プレート３００）を示した図である。
受熱プレート３００は、潜熱回収部２Ｂ側と、顕熱回収部２Ａ側とに区切られている。
そして、受熱プレート３００は、潜熱回収部２Ｂ側に第１ユニット貫通孔としての第１受熱ユニット貫通孔３０１及び第２受熱ユニット貫通孔３０２と、潜熱回収部２Ｂ側の第１流路部としての受熱流路部３０５と、潜熱回収部２Ｂ側の分岐流路部３０６とを備える。
また、受熱プレート３００は、顕熱回収部２Ａ側に第１ユニット貫通孔としての第３受熱ユニット貫通孔３０３及び第４受熱ユニット貫通孔３０４と、顕熱回収部２Ａ側の第１流路部としての受熱流路部３０５と、顕熱回収部２Ａ側の分岐流路部３０６とを備える。
【００１７】
また、受熱プレート３００における、第１受熱ユニット貫通孔３０１、第２受熱ユニット貫通孔３０２、第３受熱ユニット貫通孔３０３、第４受熱ユニット貫通孔３０４、受熱流路部３０５、及び分岐流路部３０６以外の外周部分は、拡散接合により接合される受熱プレート拡散接合面３０７となる。
【００１８】
（第１受熱ユニット貫通孔３０１）
第１受熱ユニット貫通孔３０１は、後述する第１放熱ユニット貫通孔４０１及び第１伝熱プレート貫通孔５０１とともに、本体部２の下板２１を除く全てを積層方向（図示する上下方向）に貫通する貫通孔を形成するように、全ての受熱プレート３００において同軸に設けられている。
【００１９】
（第２受熱ユニット貫通孔３０２）
第２受熱ユニット貫通孔３０２は、後述する第２放熱ユニット貫通孔４０２及び第２伝熱プレート貫通孔５０２とともに、本体部２の下板２１を除く全てを積層方向に貫通する貫通孔を形成するように、全ての受熱プレート３００において同軸に設けられている。
【００２０】
（第３受熱ユニット貫通孔３０３）
第３受熱ユニット貫通孔３０３は、一つの受熱ユニット３内にある受熱プレート３００の全てを積層方向に貫通する貫通孔を形成するように、全ての受熱プレート３００において同軸に設けられている。
【００２１】
（第４受熱ユニット貫通孔３０４）
第４受熱ユニット貫通孔３０４は、一つの受熱ユニット３内にある受熱プレート３００の全てを積層方向に貫通する貫通孔を形成するように、全ての受熱プレート３００において同軸に設けられている。
【００２２】
（分岐流路部３０６）
分岐流路部３０６は、第１受熱ユニット貫通孔３０１と潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５との間、第２受熱ユニット貫通孔３０２と潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５との間、第３受熱ユニット貫通孔３０３と顕熱回収部２Ａ側の受熱流路部３０５との間、第４受熱ユニット貫通孔３０４と顕熱回収部２Ａ側の受熱流路部３０５との間を連結する溝部である。
分岐流路部３０６は、一つの受熱ユニット３内にある受熱プレート３００の全てを積層方向に貫通するように、全ての受熱プレート３００において同位置に設けられている。
【００２３】
（受熱流路部３０５）
潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５は、第１受熱ユニット貫通孔３０１から分岐流路部３０６を通って流入された受熱流体が、積層方向と直交する面方向に流れる溝部である。潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５を流れた受熱流体は、分岐流路部３０６を通って第２受熱ユニット貫通孔３０２へと流出される。
顕熱回収部２Ａ側の受熱流路部３０５は、第３受熱ユニット貫通孔３０３から分岐流路部３０６を通って流入された受熱流体が流れる溝部である。顕熱回収部２Ａ側の受熱流路部３０５を流れた受熱流体は、分岐流路部３０６を通って第４受熱ユニット貫通孔３０４から流出される。
【００２４】
ここで、積層方向の上下に配置され、互いに接合される受熱プレート３００の受熱流路部３０５は、互いに異なる形状を有するが、受熱流路部３０５は一部重なっているので、受熱流体の面方向の流れは確保される。このような異なる形状の受熱流路部３０５を有する受熱プレート３００を重ねることで、受熱流体の面方向の流れが撹拌され、熱交換が促進される。
【００２５】
（放熱ユニット４）
放熱ユニット４は、エッチング等により貫通溝が形成された複数枚の第２プレートとしての放熱プレート４００を、積層し拡散接合によって接合したものである。図４は、放熱プレート４００の一例（図２の放熱ユニット４１，４３の放熱プレート４００）を示した図である。
【００２６】
放熱プレート４００は、放熱流体が流れる第１放熱ユニット貫通孔４０１、第２放熱ユニット貫通孔４０２及び放熱ユニット貫通長孔４０３と、放熱流路部４０５と、を備える。
【００２７】
また、放熱プレート４００における、これらの第１放熱ユニット貫通孔４０１、第２放熱ユニット貫通孔４０２、放熱ユニット貫通長孔４０３、及び放熱流路部４０５以外の外周部分は、拡散接合により接合される放熱プレート拡散接合面４０７となる。
【００２８】
（第１放熱ユニット貫通孔４０１）
第１放熱ユニット貫通孔４０１は、上述したように、第１受熱ユニット貫通孔３０１及び第１伝熱プレート貫通孔５０１とともに、本体部２の下板２１を除く全てを積層方向に貫通する貫通孔を形成するように、全ての放熱プレート４００において同軸に設けられている。
【００２９】
（第２放熱ユニット貫通孔４０２）
第２放熱ユニット貫通孔４０２は、上述したように、第２受熱ユニット貫通孔３０２及び第２伝熱プレート貫通孔５０２とともに、本体部２の下板２１を除く全てを積層方向に貫通する貫通孔を形成するように、全ての放熱プレート４００において同軸に設けられている。
ただし、放熱ユニット４４のみ、第２放熱ユニット貫通孔４０２は長孔であり、長孔における第２受熱ユニット貫通孔３０２及び第２伝熱プレート貫通孔５０２と同軸でない部分は、放熱ユニット４４内の放熱プレート４００のみを貫通している。
【００３０】
（放熱ユニット貫通長孔４０３）
放熱ユニット貫通長孔４０３は、一つの放熱ユニット４内の放熱プレート４００の全てを積層方向に貫通する貫通孔を形成するように、全ての放熱プレート４００において同軸に設けられている。
【００３１】
（放熱流路部４０５）
放熱流路部４０５は、放熱流体入口２ｃから流入した放熱流体が面方向に溝部である。放熱流路部４０５を流れた放熱流体は、放熱流体出口２ｄから流出される。
【００３２】
（伝熱プレート５）
図５は、伝熱プレート５の一例（図２の伝熱プレート５２，５６）を示した図である。伝熱プレート５は、積層方向の上下に配置された受熱ユニット３と放熱ユニット４との間で熱交換を行う。伝熱プレート５には、エッチング等により、第１伝熱プレート貫通孔５０１と、第２伝熱プレート貫通孔５０２と、第３伝熱プレート貫通孔５０３と、伝熱部５０５とが形成されている。
第１伝熱プレート貫通孔５０１と、第２伝熱プレート貫通孔５０２と、第３伝熱プレート貫通孔５０３以外の部分は貫通しておらず、この貫通していない伝熱プレート５の外周部は、拡散接合により接合される伝熱プレート拡散接合面５０７となる。
実施形態において伝熱部５０５には、ハーフエッチングによって所定の深さにエッチングされた非貫通溝が形成されている。また、図５において点線で示す、接合される受熱プレート３００の分岐流路部３０６と重なる部分は、実施形態では溝は形成されていないが、ハーフエッチングによって非貫通溝を形成してもよい。
【００３３】
（拡散接合）
そして、熱交換器１は、上板２０、第１受熱ユニット３１、第１伝熱プレート５１、第１放熱ユニット４１、第２伝熱プレート５２、第２受熱ユニット３２、第３伝熱プレート５３、第２放熱ユニット４２、第４伝熱プレート５４、第３受熱ユニット３３、第５伝熱プレート５５、第３放熱ユニット４３、第６伝熱プレート５６、第４受熱ユニット３４、第７伝熱プレート５７、第４放熱ユニット４４、第８伝熱プレート５８、第５受熱ユニット３５の順に積層されて、互いに隣接するプレート間が拡散接合されて一体に形成されている。
【００３４】
（流体の流れ）
図２に示すように本実施形態の熱交換器１において、上板２０の受熱流体入口２ａから第１受熱ユニット３１の第１受熱ユニット貫通孔３０１へと流入した受熱流体の一部は、第１受熱ユニット３１内に流入され、第１受熱ユニット貫通孔３０１の周囲に設けられた分岐流路部３０６を通って潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５へと流れる。
【００３５】
上板２０の受熱流体入口２ａから第１受熱ユニット３１の第１受熱ユニット貫通孔３０１へと流入した受熱流体の残りは、それぞれの第１貫通孔（５０１，４０２，３０１）を通って、第１伝熱プレート５１、第１放熱ユニット４１、第２伝熱プレート５２、第２受熱ユニット３２、第３伝熱プレート５３、第２放熱ユニット４２、第４伝熱プレート５４、第３受熱ユニット３３、第５伝熱プレート５５、第３放熱ユニット４３、第６伝熱プレート５６、第４受熱ユニット３４、第７伝熱プレート５７、第４放熱ユニット４４、第８伝熱プレート５８、第５受熱ユニット３５と流れつつ、第２受熱ユニット３２、第３受熱ユニット３３、第４受熱ユニット３４及び第５受熱ユニット３５の潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５へと流入される。
【００３６】
第１受熱ユニット３１、第２受熱ユニット３２、第３受熱ユニット３３、第４受熱ユニット３４及び第５受熱ユニット３５の潜熱回収部２Ｂ側の受熱流路部３０５に流入された受熱流体は、積層方向の上下に配置された放熱ユニット４１，４２，４３，４４を流れる放熱流体と熱交換をし、放熱流体の潜熱を回収し温度が上昇する。
温度が上昇した放熱流体は第２受熱ユニット貫通孔３０２の周囲に設けられた分岐流路部３０６を通って第２受熱ユニット貫通孔３０２から流出される。
【００３７】
そして、例えば、受熱ユニット３１の第２受熱ユニット貫通孔３０２から流出された放熱流体は、第１伝熱プレート５１の第２伝熱プレート貫通孔５０２、第１放熱ユニット４１の第２放熱ユニット貫通孔４０２、第２伝熱プレート５２の第２伝熱プレート貫通孔５０２、第２受熱ユニット３２の第２受熱ユニット貫通孔３０２、第３伝熱プレート５３の第２伝熱プレート貫通孔５０２、第２放熱ユニット４２の第２放熱ユニット貫通孔４０２、第４伝熱プレート５４の第２伝熱プレート貫通孔５０２、第３受熱ユニット３３の第２受熱ユニット貫通孔３０２、第５伝熱プレート５５の第２伝熱プレート貫通孔５０２、第３放熱ユニット４３の第２放熱ユニット貫通孔４０２、第６伝熱プレート５６の第２伝熱プレート貫通孔５０２、第４受熱ユニット３４の第２受熱ユニット貫通孔３０２、第７伝熱プレート５７の第２伝熱プレート貫通孔５０２、を通って、第４放熱ユニット４４の第２放熱ユニット貫通孔４０２へ流れる。
【００３８】
第４放熱ユニット４４の第２放熱ユニット貫通孔４０２へ流入した受熱流体は、第２放熱ユニット貫通孔４０２が長孔であるので、第８伝熱プレートの顕熱回収部２Ａ側の第３伝熱プレート貫通孔５０３へ流れ、第５受熱ユニット３５の第３受熱ユニット貫通孔３０３と流入する。
【００３９】
第５受熱ユニット３５の第３受熱ユニット貫通孔３０３から流入した受熱流体は、第５受熱ユニット３５の顕熱回収部２Ａ側の受熱流路部３０５を流れる。
そして、積層方向の上に位置する放熱ユニット４４を流れる放熱流体と熱交換をして顕熱を回収し、さらに温度が上昇する。
温度が上昇した放熱流体は第４受熱ユニット貫通孔３０４の周囲に設けられた分岐流路部３０６を通って第４受熱ユニット貫通孔３０４から流出される。
【００４０】
そして放熱流体は、第５受熱ユニット３５の第４受熱ユニット貫通孔３０４、第８伝熱プレート５８の第４伝熱プレート貫通孔５０４、第４放熱ユニット４４の放熱ユニット貫通長孔４０３、第７伝熱プレート５７の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第４受熱ユニット３４の第３受熱ユニット貫通孔３０３、第４受熱ユニット貫通孔３０４、第６伝熱プレート５６の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第３放熱ユニット４３の放熱ユニット貫通長孔４０３、第５伝熱プレート５５の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第３受熱ユニット３３の第３受熱ユニット貫通孔３０３、第４受熱ユニット貫通孔３０４、第４伝熱プレート５４の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第２放熱ユニット４２の放熱ユニット貫通長孔４０３、第３伝熱プレート５３の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第２受熱ユニット３２の第３受熱ユニット貫通孔３０３、第４受熱ユニット貫通孔３０４、第２伝熱プレート５２の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第１放熱ユニット４１の放熱ユニット貫通長孔４０３、第１伝熱プレート５１の第３伝熱プレート貫通孔５０３、第１受熱ユニット３１の第３受熱ユニット貫通孔３０３へと流れ、第４受熱ユニット貫通孔３０４から流出された受熱流体は、上板２０に設けられた受熱流体出口２ｂより流出される。
【００４１】
ここで、図６（ａ）は受熱プレート３００において分岐流路部３０６が設けられている、例えば図５のＡ線の位置での、熱交換器１の部分断面図である。
図においては一例として２枚の伝熱プレート５の間に４枚の受熱プレート３００が配置され、受熱プレート３００の上下にそれぞれ３枚の放熱プレート４００が配置されている形態を示す。
図６（ａ）に示すように、伝熱プレート５における、受熱プレート３００の分岐流路部３０６に面している側は空洞部Ｓ１であり、受熱プレート３００によって拘束されていない非拘束部５０８となっている。
【００４２】
伝熱プレート５の板厚は、十分に熱交換が行われるためには０．５ｍｍ以下が望ましい。しかし、伝熱プレート５の板厚が薄くなると、非拘束部５０８で伝熱プレート５に拡散接合を行う際に撓みが生じやすくなる。図６（ｂ）は、非拘束部５０８で撓みが生じた状態を示した図である。
【００４３】
（撓みの原因）
このような撓みが生じる原因は以下と考えられる。非拘束部５０８の周囲の、伝熱プレート５における、受熱プレート３００の分岐流路部３０６や受熱流路部３０５に面していない部分は、受熱プレート３００と放熱プレート４００とによって挟持、すなわち拘束されている拘束部である。
【００４４】
拡散接合によってプレート同士を接合する際、各プレートは加熱される。そうすると加熱よって伝熱プレート５が膨張する。伝熱プレート５が膨張した場合、一方に空洞部Ｓ１が存在すると、伝熱プレート５の非拘束部が空洞部Ｓ１側に撓む可能性がある。
撓みが生じると、拡散接合の際に、図６（ｂ）に矢印で示す方向に押圧力を加えても、伝熱プレート５と放熱プレート４００との間が互いに押圧されずに十分に接合されない。さらには、拡散接合が終了した後における冷却されても、収縮変化によっても撓みが残存する場合もある。
そうすると、非拘束部５０８においては、拡散接合が終了した後における冷却されて撓みがなくなっても、貫通孔に受熱流体が流された際に、伝熱プレート５と放熱プレート４００の間に受熱流体が流入する可能性がある。
そして、この伝熱プレート５と放熱プレート４００の間への受熱流体の流入により、熱交換器において、受熱流体のリークが生じる。
【００４５】
そこで、実施形態においては、以下の式（１）で表される非拘束部５０８の拡散接合時の撓み量δｂ’を０．００１０ｍｍ以下とする。
δｂ’＝ｗ・Ｌ４・α・ΔＴ・ｔａ／（３２・Ｅ・ｔｂ４）・・・（１）
δｂ’：非拘束部の拡散接合時の撓み量（ｍｍ）
ｗ    ：単位長さ当たりの荷重（Ｎ／ｍｍ）
Ｌ    ：非拘束部の幅（ｍｍ）
α    ：線膨張係数（１／℃）
ΔＴ  ：拡散接合温度と初期温度の差（℃）
Ｅ    ：拡散接合時の温度での降伏応力（Ｎ／ｍｍ２）
ｔａ：拘束部の板厚（ｍｍ）
ｔｂ：非拘束部の板厚（ｍｍ）
【００４６】
この式（１）の導出方法について説明する。両端固定時の分布荷重による、はりの最大撓みの式は、式（２）で示される。
δ＝ｗ・Ｌ４／（３８４・Ｅ・Ｉｂ）・・・（２）
ここで、Ｉｂは非拘束部の断面２次モーメント（ｍｍ４）で、長方形断面で奥行方向を平面歪と考えるとＩｂ＝ｔｂ３／１２と考えられ、これを（２）式に代入すると
δ＝ｗ・Ｌ４／（３２・Ｅ・ＴＢ３）・・・（３）
となる。
【００４７】
さらに拡散接合時には分布荷重以外に熱膨張の影響が考えられ、その影響は線膨張係数に拡散接合温度と初期温度の差ΔＴ及び拘束率ｋの積で表される。
拘束率は非拘束部と拘束部との板厚割合としてｋ＝ｔｂ／ｔａとすると、影響係数はα・ΔＴ・ｔｂ／ｔａと表され、（３）式にかけると、（１）式が導かれる。
【００４８】
次に、非拘束部５０８の拡散接合時の撓み量δｂ’を０．００１０ｍｍ以下とした本実施形態の効果について検証した検証実験の結果について述べる。
検証実験においては、受熱プレート３００の分岐流路部３０６の幅(すなわち非拘束部５０８の幅Ｌ）を種々変更し、撓み量δｂ’が０．００１０ｍｍ以下の範囲の実施例１から実施例８の熱交換器１を製造し、撓み量δｂ’が０．００１０ｍｍより大きい比較例１から比較例１３の熱交換器を製造し、それぞれにおけるリークの有無を調べた。
【００４９】
その結果を図７の表に示す。図７に示すように拡散接合時の圧力Ｗは一定の８０（Ｎ／ｍｍ２）である。（１）の撓み量δｂ’の演算に用いる長さ当たりの荷重ｗ（Ｎ／ｍｍ）はｗ＝Ｗ・Ｌから計算した。
【００５０】
図７に示すように、撓み量δｂ’が０．０００６の実施例１、撓み量δｂ’が０．０００２の実施例２、撓み量δｂ’が０．０００１の実施例３、撓み量δｂ’が０．０００４の実施例４、撓み量δｂ’が０．０００４の実施例５、撓み量δｂ’が０．０００１の実施例６、撓み量δｂ’が０．０００８の実施例７、撓み量δｂ’が０．０００１の実施例８、においては、リークが生じなかった。
【００５１】
一方、撓み量δｂ’が０．００２６の比較例１、撓み量δｂ’が０．０１４９の比較例２、撓み量δｂ’が０．０４６７の比較例３、撓み量δｂ’が０．００３２の比較例４、撓み量δｂ’が０．０１７０の比較例５、撓み量δｂ’が０．００１２の比較例６、撓み量δｂ’が０．００５８の比較例７、撓み量δｂ’が０．００１９の比較例８、撓み量δｂ’が０．０１０５の比較例９、撓み量δｂ’が０．０３３０の比較例１０、撓み量δｂ’が０．００２３の比較例１１、撓み量δｂ’が０．０１２０の比較例１２、撓み量δｂ’が０．００４１の比較例１３においてはリークが生じた。
【００５２】
さらに、図８（ａ）は実施例７（Ｎｏ．１９）における、放熱プレート４００と伝熱プレート５との間の接合界面を示す図である。図示するように、リークの生じなかった実施例７（Ｎｏ．１９）の接合界面には接合前界面を跨ぐ結晶粒が存在することが観察された。
また、図８（ｂ）は比較例６（Ｎｏ．８）における、放熱プレート４００と伝熱プレート５との間の接合界面を示す図である。図示するように、リークが生じた比較例６（Ｎｏ．８）の接合界面は接合前界面を跨ぐ結晶粒が存在していなかった。
【００５３】
以上のように、撓み量δｂ’が０．００１０ｍｍ以下の実施形態の熱交換器１によると、放熱プレート４００と伝熱プレート５との間の接合界面に、接合界面を跨ぐ結晶粒を発生させることができ、リークの無い接合の信頼性が高い熱交換器１を提供することができる。
【００５４】
また、熱交換器１において放熱流体が流れる上流側を顕熱回収部２Ａとし、下流側を潜熱回収部２Ｂとした。そして、受熱流体を、まず、放熱流体が低温の潜熱回収部２Ｂ側にて温度を上昇させ、次いで放熱流体が高温である顕熱回収部２Ａ側を通すようにした。これにより、受熱流体を徐々に昇温させることができ、エネルギー効率の高い高温水を効果的に得ることができる。
【００５５】
また、実施形態によると昇温した受熱流体を単一の受熱流体出口２ｂより回収できる。すなわち、例えば、蒸気とそれ程昇温していない受熱流体とをマニフォールドで混合して排出する構造ではないので、得られる受熱流体の温度コントロールが容易となる。
【００５６】
以上本発明の熱交換器１の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、第１ユニットを受熱流体が流通する受熱ユニットとし、第２ユニットを放熱流体が流通する放熱ユニットとして熱交換器を構成したが、これに限らない。すなわち、第１ユニットを放熱ユニットとし、第２ユニットを受熱ユニットとして熱交換器を構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１    熱交換器
２    本体部
２Ａ    顕熱回収部
２Ｂ    潜熱回収部
２ａ    受熱流体入口
２ｂ    受熱流体出口
２ｃ    放熱流体入口
２ｄ    放熱流体出口
７    マニフォールド
８    マニフォールド
２０    上板
２１    下板
３    受熱ユニット（第１ユニット）
３１    第１受熱ユニット
３２    第２受熱ユニット
３３    第３受熱ユニット
３４    第４受熱ユニット
３５    第５受熱ユニット
３００    受熱プレート（第１プレート）
３０１    第１受熱ユニット貫通孔（第１ユニット貫通孔）
３０２    第２受熱ユニット貫通孔（第１ユニット貫通孔）
３０３    第３受熱ユニット貫通孔（第１ユニット貫通孔）
３０４    第４受熱ユニット貫通孔（第１ユニット貫通孔）
３０５    受熱流路部（第１流路部）
３０６    分岐流路部
４    放熱ユニット（第２ユニット）
４１    第１放熱ユニット
４２    第２放熱ユニット
４３    第３放熱ユニット
４４    第４放熱ユニット
４００    放熱プレート（第２プレート）
４０１    第１放熱ユニット貫通孔
４０２    第２放熱ユニット貫通孔
４０３    放熱ユニット貫通長孔
４０５    放熱流路部
４０６    拡散接合面
５    伝熱プレート
５１    第１伝熱プレート
５２    第２伝熱プレート
５３    第３伝熱プレート
５４    第４伝熱プレート
５５    第５伝熱プレート
５６    第６伝熱プレート
５７    第７伝熱プレート
５８    第８伝熱プレート
５０１    第１伝熱プレート貫通孔
５０２    第２伝熱プレート貫通孔
５０３    第３伝熱プレート貫通孔
５０４    第４伝熱プレート貫通孔
５０５    伝熱部
５０８    非拘束部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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