(57)【要約】【課題】  用いるプレートの縁部形状を最適化し、プレートを一体化させた状態で高い強度を得ることができ、高圧の熱交換用流体にも対応できる熱交換ユニットを提供する。【解決手段】  中央の凹凸パターン部３０は同じ形状ながら、縁部各部の形状が互いに逆の関係となる二種類の熱交換用プレート１０、２０を用い、この二種類のプレートを凹凸パターン部３０の凸部突出方向が同じ向きになるようにしつつ交互に重ね合せて複数並列状態とし、各プレートの縁部４０、５０における当接部位同士を溶接して、各プレートを一体化することから、各熱交換用プレート１０、２０間にガスケット等を介在させずに各プレートを一体化できることとなり、プレートを一体化したユニットとしての耐圧強度が著しく向上し、熱交換用流体の圧力が大である場合にも利用でき、様々な熱交換用途に対応できる。【選択図】  図２
2006317029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の凹凸パターンを有する金属薄板製の熱交換用プレートを複数並列状態で一体化して形成され、前記各熱交換用プレート間に一の熱交換用流体の流通する第一隙間部と他の熱交換用流体の流通する第二隙間部とがそれぞれ一つおきに生じ、各熱交換用プレートを介して一の熱交換用流体と他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる熱交換ユニットにおいて、
前記熱交換用プレートが、中央の凹凸パターン部は同じ形状であるものの縁形状が互いに異なる略矩形状又は略方形状の一のプレートと他のプレートとの二種類からなり、
前記一のプレートが、縁部のうち少なくとも一対の平行をなす二辺に沿う所定範囲を含む一部を、表面側に変位させて他部分から隆起した状態の第一壇状部として成型される一方、縁部の残り部位を前記第一壇状部に対して裏面側に寄った状態の第一平面部として成型され、
前記他のプレートが、縁部のうち前記一のプレートにおける前記第一平面部に対応する所定部位を、表面側に変位させて他部分から隆起した状態の第二壇状部として成型される一方、縁部の前記一のプレートにおける前記第一壇状部に対応する残り部位を、前記第二壇状部に対して裏面側に寄った状態の第二平面部として成型され、
前記一のプレートと他のプレートを、前記凹凸パターン部表面が同じ方向を向くようにしつつ交互に複数重ね合せ、一のプレートの第一壇状部と他のプレートの第二平面部とを当接させると共に、前記一のプレートの第一平面部と別の他のプレートの第二壇状部とを当接させ、当該各当接箇所を溶接一体化させることを
特徴とする熱交換ユニット。
【請求項２】
前記請求項１に記載の熱交換ユニットにおいて、
前記熱交換用プレートの凹凸パターン部が、凸部及び凹部をそれぞれ同じ所定ピッチで配置され、且つ前記凸部から凸部の所定配列方向に半ピッチ分ずれた位置に前記凹部が存在し、プレート中心に対して凸部と凹部がそれぞれ回転対称位置関係にある形状として成型されると共に、
前記縁部が、プレート中心に対して前記凹凸パターン部分の表裏位置はそのままに１８０°回転させた場合も同じ形状となる対称形状とされてなり、
前記一のプレートをプレート中心に対して表裏位置はそのままに１８０°回転させて他のプレートに対し上下辺が入れ替った状態としてプレート同士重ね合せ、縁部の前記第一壇状部と第二平面部、及び前記第一平面部と第二壇状部とをそれぞれ当接させつつ、一のプレートの凸部を他のプレートの凹部裏側に当接させ、且つ別の他のプレートの凸部を一のプレートの凹部裏側に当接させることを
特徴とする熱交換ユニット。
【請求項３】
前記請求項２に記載の熱交換ユニットにおいて、
前記熱交換用プレートの凹凸パターン部が、前記凸部を、一方の面側に略円錐台状又は略多角錐台状に隆起した状態として形成される一方、各凸部のそれぞれ最も近い距離で隣合う同士における対向する錐面間の各中間部分で、凸部の対向する錐面にそれぞれ交わる平面及び／又は曲面を表面に有し、且つ凸部の頂部より低い所定高さの頂部を一又は複数有する隆起形状となる中間隆起部を多数形成され、
前記各凸部が、それぞれ最も近い距離で隣合って中間に前記中間隆起部を介在させる他の凸部との組合わせを、同時に複数得られる配置状態とされてなり、
前記各中間隆起部と隣合う他の中間隆起部との中間に、隆起高さ方向について最低高さ位置となる非隆起部分が存在し、当該非隆起部分が周囲を中間隆起部及び凸部に取囲まれて前記凹部をなすことを
特徴とする熱交換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属薄板を成形して得られた熱交換用プレートを複数並列状態で一体化されてなり、熱交換器の要部を構成する熱交換ユニットに関し、特に、複数一体化された状態において各プレート間に同様の流路を生じさせつつ、高圧の熱交換用流体にも対応して適切に熱交換を進められる熱交換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温流体と低温流体との間で熱の授受（熱交換）を行わせる熱交換器の使用にあたり、熱伝達率を大きくして熱交換性能を高めたい場合には、従来からプレート式の熱交換器が多く用いられていた。このプレート式の熱交換器は、複数の略板状のプレートを平行に所定間隔で重ね合せ、各プレート間をそれぞれ流路として、各流路にはプレート一枚おきに高温流体と低温流体を交互に流して、各プレートを介して熱交換させる構造である。このような従来のプレート式熱交換器の典型的な例としては、特開平３−９１６９５号公報において従来の技術として記載され、且つ当該公報中で第５図及び第６図として図示されているものがある。
【０００３】
このような従来のプレート式の熱交換器では、プレート間を一定間隔に保つと共に流体の通路部として区画する弾性素材製のガスケットが各プレート間に配設されている。
【０００４】
一方、こうしたプレート式熱交換器の伝熱面形状としては、従来からヘリンボーンタイプの凹凸パターン形状が多く用いられていたが、この形状では圧力損失の低減と耐圧強度確保の両立が難しかったことから、近年、別の凹凸パターン形状が種々提案されており、例えば、特開２００２−２５７４８８号公報に開示されるものがあった。
【０００５】
この従来の熱交換器におけるプレートは、シール部（ガスケット）の内側部分に、プレートの厚さ方向に山状で上端部が平坦となるように、かつ上面から見て方型形状に形成される伝熱面要素を複数備える構成となっており、このプレートが複数枚積層されて一つの熱交換器をなす仕組みとなっている。
【特許文献１】特開平３−９１６９５号公報
【特許文献２】特開２００２−２５７４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の熱交換器は前記各特許文献に示される構成となっており、前記特許文献２に示された従来のプレートは、熱交換器を構成するにあたり、交互に上下辺を反転させつつ積層され、プレートにおける伝熱面要素の上端部（突出方向先端部）と、これに隣合うプレートの流路交差部分（突出方向底部）とが接触するようになっており、伝熱面要素の出張り方向を同じ向きに合わせて積層されていることで、プレートを挟む各流路の形状は同一となる。
【０００７】
このようにプレート表裏の流路形状を同じにする場合、プレートに対する伝熱条件がほぼ同じとなり、各流路を流れる二つの熱交換用流体について熱的には等しい条件で対応することができ、プレートを挟んで熱交換を行う二つの熱交換用流体の温度や性質等によっては、適切な伝熱条件を与えられ、効率のよい熱交換を行えるものの、前記特許文献２に示された従来の熱交換器は、前記特許文献１に示されるものと同様、各プレート間にシール部を介在させる構造であり、熱交換用流体が高圧の場合、シール部が形状を維持できずに変形し、流体同士の隔離が維持できなくなったり、熱交換用プレート間隔が変ったりして熱交換が有効に行えなくなる危険性が高いことから、高圧流体を導入する熱交換には適用できないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、用いるプレートの縁部形状を最適化し、各流体に対する熱伝達性能を十分に確保しつつ、プレートを一体化させた状態で高い強度を得ることができ、高圧の熱交換用流体にも対応できる熱交換ユニット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】
【０００９】
本発明に係る熱交換ユニットは、所定の凹凸パターンを有する金属薄板製の熱交換用プレートを複数並列状態で一体化して形成され、前記各熱交換用プレート間に一の熱交換用流体の流通する第一隙間部と他の熱交換用流体の流通する第二隙間部とがそれぞれ一つおきに生じ、各熱交換用プレートを介して一の熱交換用流体と他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる熱交換ユニットにおいて、
前記熱交換用プレートが、中央の凹凸パターン部は同じ形状であるものの縁形状が互いに異なる略矩形状又は略方形状の一のプレートと他のプレートとの二種類からなり、前記一のプレートが、縁部のうち少なくとも一対の平行をなす二辺に沿う所定範囲を含む一部を、表面側に変位させて他部分から隆起した状態の第一壇状部として成型される一方、縁部の残り部位を前記第一壇状部に対して裏面側に寄った状態の第一平面部として成型され、前記他のプレートが、縁部のうち前記一のプレートにおける前記第一平面部に対応する所定部位を、表面側に変位させて他部分から隆起した状態の第二壇状部として成型される一方、縁部の前記一のプレートにおける前記第一壇状部に対応する残り部位を、前記第二壇状部に対して裏面側に寄った状態の第二平面部として成型され、前記一のプレートと他のプレートを、前記凹凸パターン部表面が同じ方向を向くようにしつつ交互に複数重ね合せ、一のプレートの第一壇状部と他のプレートの第二平面部とを当接させると共に、前記一のプレートの第一平面部と別の他のプレートの第二壇状部とを当接させ、当該各当接箇所を溶接一体化させるものである。
【００１０】
このように本発明によれば、中央の凹凸パターン部は同じ形状ながら、縁部各部のプレート法線方向における高低位置関係が互いに逆の関係となる縁部形状とされて形成された二種類の熱交換用プレートを用い、この二種類のプレートを凹凸パターン部の凸部突出方向が同じ向きになるようにしつつ交互に重ね合せて複数並列状態とし、各プレートの縁部における当接部位同士を溶接して、各プレートが一体化した熱交換ユニットとされることにより、各熱交換用プレート間にガスケット等を介在させずに各プレートを一体化できることとなり、ガスケット等が配設されない分、プレートを一体化したユニットとしての耐圧強度が著しく向上し、熱交換用流体の圧力が大である場合にも利用でき、様々な熱交換用途に対応できる。また、各プレートの中央における凹凸パターン部の表裏関係を同じとした配置状態に応じて、プレート間の各隙間も略同じ形状としてあらわれることから、これら各隙間を流通する熱交換用流体に対し同様の流路を提供することができ、各プレートが各流体に対しそれぞれほぼ等しい伝熱性能を発揮でき、流路が各熱交換用流体の性状に対応している場合、プレートと各流体との熱伝達を極めて効率的に進行させられ、熱交換用流体間で効率よく熱交換が行える。
【００１１】
また、本発明に係る熱交換ユニットは必要に応じて、前記熱交換用プレートの凹凸パターン部が、凸部及び凹部をそれぞれ同じ所定ピッチで配置され、且つ前記凸部から凸部の所定配列方向に半ピッチ分ずれた位置に前記凹部が存在し、プレート中心に対して凸部と凹部がそれぞれ回転対称位置関係にある形状として成型されると共に、前記縁部が、プレート中心に対して前記凹凸パターン部分の表裏位置はそのままに１８０°回転させた場合も同じ形状となる対称形状とされてなり、前記一のプレートをプレート中心に対して表裏位置はそのままに１８０°回転させて他のプレートに対し上下辺が入れ替った状態としてプレート同士重ね合せ、縁部の前記第一壇状部と第二平面部、及び前記第一平面部と第二壇状部とをそれぞれ当接させつつ、一のプレートの凸部を他のプレートの凹部裏側に当接させ、且つ別の他のプレートの凸部を一のプレートの凹部裏側に当接させるものである。
【００１２】
このように本発明によれば、同じ配列ピッチとされ且つ互いに半ピッチ分ずれた多数の凸部と凹部が凹凸パターン形状として配設され、プレートを複数並列状態とする際に隣合う二つのプレートの一方を１８０°回転させて、他方のプレートに対し上下辺が入れ替った状態として重ね合せると、上下辺を入替えた側のプレートで凹凸の位置関係が入れ替り、一方のプレートの凸部を他方のプレートの凹部位置に合わせた状態にでき、重ね合せた状態で凸部を凹部の裏側に当接させられることにより、縁部だけでなく凹凸パターン部においても多数の当接部位を生じさせることができ、熱交換用プレートの凹凸パターン部が表裏両側の別のプレートから支持されることとなり、強度を大幅に向上させられ、高圧の熱交換用流体をプレート間に導入した場合でも確実に隙間形状を維持して熱交換を適切に行える。
【００１３】
また、本発明に係る熱交換ユニットは必要に応じて、前記熱交換用プレートの凹凸パターン部が、前記凸部を、一方の面側に略円錐台状又は略多角錐台状に隆起した状態として形成される一方、各凸部のそれぞれ最も近い距離で隣合う同士における対向する錐面間の各中間部分で、凸部の対向する錐面にそれぞれ交わる平面及び／又は曲面を表面に有し、且つ凸部の頂部より低い所定高さの頂部を一又は複数有する隆起形状となる中間隆起部を多数形成され、前記各凸部が、それぞれ最も近い距離で隣合って中間に前記中間隆起部を介在させる他の凸部との組合わせを、同時に複数得られる配置状態とされてなり、前記各中間隆起部と隣合う他の中間隆起部との中間に、隆起高さ方向について最低高さ位置となる非隆起部分が存在し、当該非隆起部分が周囲を中間隆起部及び凸部に取囲まれて前記凹部をなすものである。
【００１４】
このように本発明によれば、熱交換用プレートの凹凸パターン部に略円錐台状又は略多角錐台状に隆起した凸部を形成すると共にこの凸部間に中間隆起部を配設し、熱交換用プレートを複数並列状態で一体化すると、プレート間の隙間が、各凸部の配列方向に沿ってそれぞれ拡大縮小を繰返しながら直線状に連続し、且つ互いに交わる略網状構造の流路をなすこととなり、熱交換用流体の流れ関係が並流、向流、及び直交流いずれの場合も熱交換用流体の流れに略同じ挙動を与えてほぼ等しい伝熱性能が得られ、各熱交換用流体の流れがいずれの向きの組合わせであっても低圧力損失でスムーズに熱伝達を行わせることができ、熱交換器設計の自由度を高くでき、汎用性に優れる。また、熱交換用流体がプレート上の各方向へ自由に流れることができ、熱交換用流体をプレート各部に行渡らせつつプレートの面積全てを有効な伝熱部分として寄与させることができると共に、各錐面間に中間隆起部を設けていることで、単純な角錐や円錐の組合せより流れ状態に変化を与えて熱伝達を促進させられ、結果的に単位面積あたりの伝熱量を大きく増大させられ、高性能化が図れる。さらに、他のプレートに当接する凸部が略錐台形状とされ、凸部に加わった力を各錐面方向に分散できることから、他の凹凸形状に比べ強度を高められ、熱交換用流体同士の圧力差が大きい状態にも対応してプレート間隔を維持でき、耐圧性能を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る熱交換ユニットの概略構成説明図、図２は本実施の形態に係る熱交換ユニットの組立工程説明図、図３は本実施の形態に係る熱交換ユニットをなす一の熱交換用プレートの平面図、図４は本実施の形態に係る熱交換ユニットをなす一の熱交換用プレートの中心部拡大図、図５は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける熱交換用プレート凹凸パターン部位置での要部拡大断面図である。
【００１６】
前記各図において本実施の形態に係る熱交換ユニット１は、熱交換用流体と表裏で接触する凹凸パターン部３０及びこの凹凸パターン部３０周囲に配置される縁部４０、５０を含む所定形状に成形される二種類の熱交換用プレート１０、２０を備え、これらを複数並列状態で溶接一体化して形成される構成である。
【００１７】
前記熱交換用プレート１０、２０は、略矩形状の金属薄板を素材とし、所定のプレス工程を経て略中央部分に伝熱部分となる凹凸パターン部３０を成型されると共に、凹凸パターン部３０を囲む外周にそれぞれ異なる形状の縁部４０、５０を成型されてなる構成である。一方の熱交換用プレート１０における縁部４０と、他方の熱交換用プレート２０における縁部５０は、縁部各部の高低関係が両者でちょうど逆となっており、これら熱交換用プレート１０、２０は、中央の凹凸パターン部３０は同じものの縁形状が互いに異なる二種類のプレートとなっている。
【００１８】
前記凹凸パターン部３０は、一方の面側に略四角錐台状に隆起し、各錐面が隣接する他の略四角錐台状部分の錐面と対向する配置とされると共に各錐面のある四方向へ同じ配置ピッチとされるマトリクス配列で多数成型される凸部３１と、隣合う前記凸部３１の対向する錐面間の各中間部分を、対向する二錐面の各稜線の交差部分を最低高さ位置、前記各交差部分間の中間位置を頂部として、凸部３１の頂部３２より低い所定高さまで略山型に隆起させて形成される中間隆起部３３と、この中間隆起部３３を介さずに隣合う各凸部３１の中間部分に非隆起部分として存在し、周囲を凸部３１の錐面及び中間隆起部３３の斜面に取囲まれてプレート法線方向について最低高さ位置となる凹部３４とを備える構成である。この凸部３１と凹部３４は互いに配列方向において半ピッチずつずれて存在する関係にあり、凹部３４も凸部３１と同じピッチでマトリクス配列として配置された状態となっている。この凹凸パターン部３０は、いずれの熱交換用プレート１０、２０においても同様の形状として形成される。
【００１９】
この凹凸パターン部３０における各凸部３１の配列のうち、各凸部３１間に凹部３４が介在する向きの配列方向は、矩形状のプレートの各辺に対し平行又は直角となっている。なお、凹凸パターン部３０はこの他、前記配列方向がプレート各辺に対し４５°、あるいは任意角度の傾きをなす凹凸パターン形状として形成される構成でもかまわない。
【００２０】
さらに、凹凸パターン部３０における凸部３１と凹部３４の各配置の特徴として、熱交換用プレート１０、２０表面における中心位置Ｏ（図４参照）に対し、最も近傍にある凸部３１と凹部３４がこの中心位置Ｏから配列方向にちょうど１／４ピッチ分ずつすれるなど、凸部３１と凹部３４は互いに中心位置Ｏを挟んでちょうど反対の向きへ等距離離れた位置にそれぞれ存在する回転対称位置関係となっている。プレートを表裏位置関係はそのままに１８０°回転させて上下辺の位置関係を入替えると、入替え前の配置に対してちょうど凸部３１と凹部３４の位置が入れ替った配置状態となり、上下位置関係を入替えたプレートと入替えてない他のプレートとを凹凸パターン部３０の表裏位置関係を同じにして重ね合せると、一方のプレートにおける凸部３１の頂部３２を他方のプレートにおける凹部３４の裏側に当接させられる仕組みである。
【００２１】
前記縁部４０は、プレート各辺のうち長辺となっている平行な二辺に沿って第一壇状部４１として他部分より表面側に高い平坦隆起部分を成型される一方、短辺となっている他の平行な二辺に沿う部位を隆起させない第一平面部４２とされてなる構成である。また、前記縁部５０は、プレート各辺のうち短辺となっている平行な二辺に沿って第二壇状部５１として他部分より表面側に高い平坦隆起部分を成型される一方、長辺となっている他の平行な二辺に沿う部位を隆起させない第二平面部５２とされてなる構成である。
【００２２】
このように、縁部４０はその長辺側が表面側に隆起する一方で短辺側が長辺側に対し裏面側に寄った形状とされ、また、縁部５０はその短辺側が表面側に隆起する一方で長辺側が短辺側に対し裏面側に寄った形状とされており、縁部各部のプレート法線方向における高低関係が両者で逆となっている。そして、いずれの縁部４０、５０も、プレートの中心を基準に凹凸パターン部３０の表裏位置関係はそのままに１８０°回転させて上下辺を入替えた状態においても、縁部４０、５０の各壇状部と各平面部の配置関係には変化が生じない対称形状とされる。
【００２３】
熱交換用プレート１０、２０は、凹凸パターン部３０における凸部３１の隆起する側を表面、反対側を裏面とすると、熱交換用プレート１０に対し、熱交換用プレート２０をその表面側が同じ方向に向くようにし且つプレート上下辺の位置関係を逆にした状態で重ね合わせ、縁部４０と縁部５０を互いに当接させた複数並列状態で一体化されることで熱交換ユニット１をなす。熱交換ユニット１として一体化した状態では、縁部４０と縁部５０の他、凹凸パターン部３０における凸部３１の頂部３２と、別プレートの凹部３４裏側の凸状部分とが当接しており、当接箇所以外の各プレート間に熱交換用流体が流通可能な隙間が生じることとなる。
【００２４】
凹凸パターン部３０間の隙間の間隔は前記当接箇所から離れるに従って徐々に大きくなって、凹部３４と別プレートの凸部３１裏側の凹状部分との間で最大となり、隙間のなす流路は拡大、縮小を繰返しながら直線状に連続し、且つ互いに交差・連通する状態となっている。
【００２５】
この各プレート間の隙間は、熱交換用プレート１０、２０の二つの短辺に沿う第一平面部４２と第二壇状部５１とに挟まれた開口部分で外部に連通する第一隙間部６１と、二つの長辺に沿う第一壇状部４１と第二平面部５２とに挟まれた開口部分で外部に連通する第二隙間部６２とからなり、これら第一隙間部６１と第二隙間部６２の形状及び大きさは、プレートが凹凸パターン部３０を共通に有し且つ重ね合せている各プレートの隙間に対する位置関係が同じであるために、ほとんど同じ形状となっている。
【００２６】
縁部のみ異なる二種類の熱交換用プレート１０、２０を製造する場合、プレス装置の型における縁部に対応する部分の位置を他部分に対しそれぞれ調整可能なプレス装置、例えば本発明者の発明した特開２００３−２７５８２４号公報に記載されるプレス装置などを用いて製造することができ、型において凹凸パターン部３０を生じさせる中央主型部分に対し縁部４０、５０に対応する補助型部分の位置をプレス方向に調節してプレスを行えば良い。この場合、同じ型で縁部形状の異なる二種類のプレートを製造でき、生産効率が極めて高い。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る熱交換ユニットの組立工程について説明する。前提として、金属薄板のプレス成型により、中央部分の凹凸パターン部３０形状は同じものの、縁部４０、５０の形状を異ならせてそれぞれ形成された二種類の熱交換用プレート１０、２０があらかじめ複数得られているものとする。これら熱交換用プレート１０、２０のそれぞれの凹凸パターン部３０における凸部３１の隆起する側を表面、反対側を裏面とすると、まず二種類の熱交換プレート１０、２０をそれぞれ表面が同じ方向へ向くようにし、且つ一方のプレートが他方に対し上下辺の位置関係を入替えた状態とされた上で、熱交換用プレート１０の縁部４０における第一壇状部４１と、熱交換用プレート２０の縁部５０における第二平面部５２とが互いに当接するようにして二つの熱交換用プレート１０、２０を重ね合せる。
【００２８】
これら重ね合せた二つの熱交換用プレート１０、２０は、当接する第一壇状部４１と第二平面部５２とを溶接代として溶接され、一体化した一つの単位プレート組７０となる。さらに、単位プレート組７０は、同様にして形成された他の単位プレート組７０と、それぞれの縁部４０と縁部５０とがそれぞれ短辺側の第一平面部４２と第二壇状部５１とで互いに当接するようにして並列に重ね合され、この当接する第一平面部４２と第二壇状部５１を溶接されて一体化される。同様に単位プレート組７０同士の重ね合せと溶接を繰返し、最終的に全ての単位プレート組７０を一体化して熱交換ユニット１とする。この得られたユニットに対しては、必要に応じて、ユニットのコーナ部分等に補助材を溶接一体化してプレート同士の一体化強度を高める構成とすることもできる。
【００２９】
熱交換ユニット１では、単位プレート組７０をなす熱交換用プレート１０、２０間に第一隙間部６１が生じ、短辺に沿う第一平面部４２と第二壇状部５１に挟まれる開口部分がこの第一隙間部６１に連通する。また、第一隙間部６１と熱交換用プレート１０、２０を隔てて隣合う位置の隙間として第二隙間部６２も生じており、長辺に沿う第一壇状部４１と第二平面部５２に挟まれる開口部分がこの第二隙間部６２に連通する。各第一隙間部６１と第二隙間部６２は、その形状及び大きさがほぼ一致することで互いに同等の流動及び伝熱特性をそれぞれ有する流路となる。
【００３０】
この熱交換用プレート１０、２０を一体化した熱交換ユニット１において、通常、プレート各辺は水平又は垂直方向にそれぞれ一致させて支持されることから、プレート間の主な流路部分、すなわち、プレートの各凹部３４と中間隆起部３３に沿って連続する隙間部分は斜めに傾くこととなる。
【００３１】
続いて、本実施の形態に係る熱交換ユニットの熱交換器における使用状態について説明する。熱交換ユニット１をなす各熱交換用プレート１０、２０の短辺側における各第一平面部４２と第二壇状部５１間の開口部分から、第一隙間部６１に一方の熱交換用流体を流入・流出させる一方、プレート長辺側における各第一壇状部４１と第二平面部５２間の開口部分から、第二隙間部６２に他方の熱交換用流体を流通させる。
【００３２】
熱交換用流体の流通する各隙間部６１、６２では、各凹部３４の並ぶ斜め各方向に向け、凹部３４と中間隆起部３３の各近傍を主とする流体流路が連続し、これを熱交換用流体が流通する状態となっている。熱交換用流体は各隙間部６１、６２のそれぞれ拡大、縮小を繰返して連続する独特な形状で、且つプレート表裏両側でほぼ同じ形状の流路を斜めに進みながら自然に合流、分岐して熱交換用プレート１０、２０の凹凸パターン部３０の表裏面各部にもれなくスムーズに行渡ることとなり、プレートと各流体間の熱伝達が促される。こうして各隙間部６１、６２に各熱交換用流体を通過させつつ、熱交換用プレート１０、２０との間で熱伝達を適切に行わせることで、各熱交換用プレート１０、２０を介して二つの熱交換用流体の間でロス無く効率よく熱交換を行わせることができる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係る熱交換ユニットにおいては、中央の凹凸パターン部３０は同じ形状ながら、縁部各部のプレート法線方向における高低位置関係が互いに逆の関係となる縁部形状とされて形成された二種類の熱交換用プレート１０、２０を用い、この二種類のプレートを凹凸パターン部３０の凸部３１突出方向が同じ向きになるようにしつつ交互に重ね合せて複数並列状態とし、各プレートの縁部４０、５０における当接部位同士を溶接して、各プレートが一体化した熱交換ユニット１とされることから、各熱交換用プレート１０、２０間にガスケット等を介在させずに各プレートを一体化できることとなり、ガスケット等が配設されない分、プレートを一体化したユニットとしての耐圧強度が著しく向上し、熱交換用流体の圧力が大である場合にも利用でき、様々な熱交換用途に対応できる。また、凹凸パターン部３０の表面が同じ方向に向くようにした配置状態に応じて、プレート間の各隙間部６１、６２も略同じ形状としてあらわれることから、これらを流通する熱交換用流体に対し同様の流路を提供することができ、各プレートが各流体に対しそれぞれほぼ等しい伝熱性能を発揮でき、流路が各熱交換用流体の性状に対応している場合、プレートと各流体との熱伝達を極めて効率的に進行させられ、熱交換用流体間で効率よく熱交換が行える。
【００３４】
なお、前記実施の形態に係る熱交換ユニットにおいて、凹凸パターン部３０は、一つの凸部３１に対し四方に中間隆起部３３を介在させつつ凸部３１をそれぞれ配置し、且つ半ピッチずれた位置に凹部３４を配置した構成としているが、これに限らず、熱交換用プレート１０、２０における縁部形状を二種類設定する点以外については任意の構成とすることができ、凹凸パターン部３０における凸部の形状、中間隆起部の介在の有無や、一つの凸部に隣合う他の凸部の配置数設定等の調整でパターン形状を変更した構成とすることもでき、プレート間の隙間に導入される熱交換用流体の特性に適切に対応させたものとなるように調整できることとなる。
【００３５】
また、前記実施の形態に係る熱交換ユニットにおいて、凹凸パターン部３０における凸部３１の形状は四角錐状とする構成としているが、この他、凸部を五角錐や六角錐等、他の多角錐台状に形成したり、円錐台状に形成したりすることもでき、熱交換器として得たい特性に合わせて適宜設定してもかまわない。
【００３６】
また、前記実施の形態に係る熱交換ユニットにおいて、熱交換用プレート１０、２０の一体化に際しては、二枚一組の単位プレート組７０にする手順を経て、全てを一体化する構成としているが、これに限らず、複数の熱交換用プレート１０、２０を、凹凸パターン部３０表面が同じ方向を向くようにして交互に且つ一枚毎に上下辺の位置関係を変えながら重ね合わせ、縁部のうち長辺をなす各端辺部位で当接する第一壇状部４１と第二平面部５２をこの長辺全長にわたり溶接すると共に、別途短辺をなす各端辺部位で当接する第一平面部４２と第二壇状部５１を溶接して、順次複数並列状態で一体化していくようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットの概略構成説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットの組立工程説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットをなす一の熱交換用プレートの平面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットをなす一の熱交換用プレートの中心部拡大図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける熱交換用プレート凹凸パターン部位置での要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１                  熱交換ユニット
１０、２０          熱交換用プレート
３０                凹凸パターン部
３１                凸部
３２                頂部
３３                中間隆起部
３４                凹部
４０、５０          縁部
４１                第一壇状部
４２                第一平面部
５１                第二壇状部
５２                第二平面部
６１                第一隙間部
６２                第二隙間部
７０                単位プレート組
【図１】
2006317029.tif 000003
【図２】
2006317029.tif 000004
【図３】
2006317029.tif 000005
【図４】
2006317029.tif 000006
【図５】
2006317029.tif 000007