(57)【要約】【課題】プレート型熱交換器において、互いに隣接する２枚の金属プレートの間で、熱交換流体が漏洩する内部リークを抑制することが可能な、熱交換器用金属プレートおよび熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器用金属プレート２０Ｄは、外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成され、外周領域２１よりも薄肉の薄肉領域２２と、薄肉領域２２から金属プレート２０Ｄの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィン２５とを備えている。薄肉領域２２には、第２の流体Ｆ２が流入する入口側開口２３Ｂが形成されている。薄肉領域２２のうち入口側開口２３Ｂの周囲に位置する領域に、金属プレート２０Ｄの厚み方向に突出する補強部３１が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器用金属プレートであって、
外周領域と、
前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、
前記薄肉領域から前記金属プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを備え、
前記薄肉領域には、流体が流入又は流出する開口が形成され、
前記薄肉領域のうち前記開口の周囲に位置する領域に、前記金属プレートの厚み方向に突出する補強部が設けられている、熱交換器用金属プレート。
【請求項２】
前記補強部は、前記流体の主流方向に前記伝熱フィンから離間して配置されている、請求項１記載の熱交換器用金属プレート。
【請求項３】
前記補強部は、前記開口に対して流入又は流出する流体を整流する、請求項１又は２記載の熱交換器用金属プレート。
【請求項４】
前記補強部は、平面視で前記伝熱フィンよりも面積が広い、請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器用金属プレート。
【請求項５】
前記補強部は、平面視で前記伝熱フィンと同一形状である、請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器用金属プレート。
【請求項６】
前記補強部は、前記外周領域から前記流体の主流方向を横切る方向に延び、前記外周領域の縁部と前記補強部との間に、狭窄部が形成されている、請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱交換器用金属プレート。
【請求項７】
一対の固定板と
前記一対の固定板の間に互いに積層して配置された複数の熱交換器用金属プレートとを備え、
前記複数の熱交換器用金属プレートのうち少なくとも一枚の熱交換器用金属プレートは、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器用金属プレートである、熱交換器。
【請求項８】
前記複数の熱交換器用金属プレートのうち少なくとも二枚の熱交換器用金属プレートは、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器用金属プレートであり、前記二枚の熱交換器用金属プレートの前記補強部は、互いに異なる平面形状をもつ、請求項７記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器用金属プレートおよび熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱交換器は、熱エネルギーの利用や除熱を要する機器などに幅広く利用されている。その中で、高性能熱交換器として代表的なものとして、プレート型熱交換器が知られている。このようなプレート型熱交換器においては、プレス加工やハーフエッチング加工などで部分的に薄肉に形成された金属プレートを複数枚積み重ね、この金属プレート間に、熱交換流体の対向する或いは並行する流路を形成するようになっている。また、プレート型熱交換器においては、温度の異なる２つの熱交換流体間で伝熱効率を高めるために、熱交換流体が通る流路に複数の伝熱フィンを設け、伝熱面積を増やしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７０５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプレート型熱交換器においては、互いに隣接する２枚の金属プレートの、とりわけ流体の入口及び出口近傍の接合強度が不足すると、２つの熱交換流体が熱交換器の内部で混合してしまうおそれがある。このような熱交換流体の内部リークを防止するためには、特に金属プレートのうち、流体の入口及び出口近傍の領域をしっかりと接合する必要がある。
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、プレート型熱交換器において、互いに隣接する２枚の金属プレートの間で、熱交換流体が漏洩する内部リークを抑制することが可能な、熱交換器用金属プレートおよび熱交換器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】
【０００６】
本発明は、熱交換器用金属プレートであって、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記金属プレートの厚み方向に突出するように設けられた伝熱フィンとを備え、前記薄肉領域には、流体が流入又は流出する開口が形成され、前記薄肉領域のうち前記開口の周囲に位置する領域に、前記金属プレートの厚み方向に突出する補強部が設けられている、熱交換器用金属プレートである。
【０００７】
本発明は、前記補強部は、前記流体の主流方向に前記伝熱フィンから離間して配置されている、熱交換器用金属プレートである。
【０００８】
本発明は、前記補強部は、前記開口に対して流入又は流出する流体を整流する、熱交換器用金属プレートである。
【０００９】
本発明は、前記補強部は、平面視で前記伝熱フィンよりも面積が広い、熱交換器用金属プレートである。
【００１０】
本発明は、前記補強部は、平面視で前記伝熱フィンと同一形状である、熱交換器用金属プレートである。
【００１１】
本発明は、前記補強部は、前記外周領域から前記流体の主流方向を横切る方向に延び、前記外周領域の縁部と前記補強部との間に、狭窄部が形成されている、熱交換器用金属プレートである。
【００１２】
本発明は、一対の固定板と前記一対の固定板の間に互いに積層して配置された複数の熱交換器用金属プレートとを備え、前記複数の熱交換器用金属プレートのうち少なくとも一枚の熱交換器用金属プレートは、前記熱交換器用金属プレートである、熱交換器である。
【００１３】
本発明は、前記複数の熱交換器用金属プレートのうち少なくとも二枚の熱交換器用金属プレートは、前記熱交換器用金属プレートであり、前記二枚の熱交換器用金属プレートの前記補強部は、互いに異なる平面形状をもつ、熱交換器である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、互いに隣接する２枚の金属プレートの間で、熱交換流体が漏洩する内部リークを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図。
【図２】図２（ａ）（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態による金属プレートを示す平面図。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態による金属プレートを示す部分拡大平面図（図２（ｂ）のIII部拡大図）。
【図４】図４は、互いに接合された一対の金属プレートを示す断面図（図３のIV−IV線断面に対応する図）。
【図５】図５は、互いに接合された一対の金属プレートを示す断面図（図３のＶ−Ｖ線断面に対応する図）。
【図６】図６（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態による金属プレートの一部を示す平面図。
【図７】図７（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態による金属プレートの一部を示す平面図。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態による金属プレートの一部を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。
【００１７】
熱交換器の構成
まず、図１により、本実施の形態による熱交換器の概略について説明する。図１は、本実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態による熱交換器（プレート型熱交換器）１０は、一方の固定板１１と、一方の固定板１１から離間して設けられた他方の固定板１２と、一方の固定板１１と他方の固定板１２との間に互いに積層して配置された複数（図１では４枚）の熱交換器用金属プレート（金属薄板状プレート）２０Ａ〜２０Ｄとを備えている。
【００１９】
このうち、複数の金属プレート２０Ａ〜２０Ｄは、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ａ、２０Ｂと、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄとからなっている。各金属プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、溶融点に近い温度で隣接する金属プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに圧着されることにより、接触面でプレートを構成する金属原子を相互に拡散させ、互いに接合されている（拡散接合）。あるいは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、ロウ材によって互いに接合されていても良い。一方の固定板１１と他方の固定板１２とは、図示しない連結手段で互いに連結されており、これにより一方の固定板１１と金属プレート２０Ａとが互いに密着し、他方の固定板１２と金属プレート２０Ｄとが互いに密着している。
【００２０】
一方の固定板１１および他方の固定板１２は、それぞれ平面略矩形状を有している。このうち一方の固定板１１には、流入管１３Ａ、１３Ｂおよび流出管１４Ａ、１４Ｂが接続されている。これに対して他方の固定板１２は、開口等が形成されることなく、平坦な形状を有している。
【００２１】
流入管１３Ａおよび流出管１４Ａは、それぞれ第１の流体Ｆ１が流入および流出するものである。第１の流体Ｆ１は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ａから熱交換器１０に流入し、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ内で循環しながら熱交換を行い、流出管１４Ａから流出するようになっている。また、流入管１３Ｂおよび流出管１４Ｂは、それぞれ第２の流体Ｆ２が流入および流出するものである。第２の流体Ｆ２は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ｂから熱交換器１０に流入し、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ内で循環しながら熱交換を行って、流出管１４Ｂから流出するようになっている。
【００２２】
第１の流体Ｆ１および第２の流体Ｆ２は、少なくとも流入管１３Ａ、１３Ｂに流入する時点では、互いに温度が異なっている。第１の流体Ｆ１および第２の流体Ｆ２としては、二酸化炭素、空気等の気体であっても良く、水等の液体であっても良い。第１の流体Ｆ１および第２の流体Ｆ２は、同一種類の流体を用いても良く、互いに異なる種類の流体を用いても良い。なお、本実施の形態においては、第１の流体Ｆ１として高温高圧冷媒（Ｒ７４４（二酸化炭素）等）が用いられ、第２の流体Ｆ２として低温低圧流体（水等）が用いられる場合を例にとって説明する。
【００２３】
このように、熱交換器１０においては、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの間を通過する第１の流体Ｆ１と、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間を通過する第２の流体Ｆ２との間で、熱交換が行われるようになっている。なお、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの枚数は、図１では便宜上４枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば２０枚以上２００枚以下程度としても良い。また、複数の金属プレートのうちの一部が本実施の形態による金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと異なる構成のものであっても良い。
【００２４】
なお、このような熱交換器１０は、例えば給湯器のヒートポンプユニット、空調設備、冷蔵設備、冷凍設備、車載ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー、化学プラント等に用いることができる。
【００２５】
金属プレートの構成
次に、図２乃至図５を参照して、本実施の形態による金属プレートの構成について説明する。なお、以下においては、第２の流体Ｆ２（低温低圧流体）用の一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについて説明する。
【００２６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄは、それぞれ平面略矩形形状であり、長手方向と短手方向とを有している。図２（ａ）（ｂ）において、長手方向はＹ方向に平行であり、短手方向はＹ方向に直交するＸ方向に平行である。
【００２７】
金属プレート２０Ｃ、２０Ｄは、それぞれ外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成された薄肉領域（ハーフエッチング領域）２２とを有している。このうち外周領域２１は、各金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域２１は、ハーフエッチングが施されておらず、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ全体の厚みと同一の厚みを有している。
【００２８】
また、薄肉領域２２は、外周領域２１よりも薄肉となっており、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの一面側のみに形成されている。この場合、薄肉領域２２は、当該一面側から例えばハーフエッチング加工を施すことにより形成されている。なお、「ハーフエッチング」とは、被エッチング材料をその厚み方向に途中までエッチングすることをいう。薄肉領域２２の深さは、例えば、外周領域２１の厚みの４０％以上７０％以下とされても良い。このように、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの薄肉領域２２が（ハーフ）エッチングにより形成されるので、流体の流路をプレスによって形成する場合と比べて、熱交換器１０をコンパクトかつ高効率なものとすることができる。これにより、冷媒量の削減も含め、エネルギー効率を高めることができる。
【００２９】
薄肉領域２２のうち、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの対角線上にある一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂが形成されている。この入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂは、第２の流体Ｆ２が通過するとともに、薄肉領域２２に連通している。
【００３０】
また、外周領域２１のうち、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの対角線上にある他の一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａが形成されている。この入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは、第１の流体Ｆ１が通過するものである。したがって、入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２とは連通することなく、薄肉領域２２から離間して配置されている。他方、入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ（図１参照）の薄肉領域２２に連通している。
【００３１】
これらの入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄを貫通するように形成される。なお、入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、薄肉領域２２を片面側からハーフエッチングにより形成する際、薄肉領域２２と同時に両面側からエッチングにより形成されても良い。
【００３２】
薄肉領域２２には、複数の伝熱フィン２５がそれぞれＺ方向（金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの厚み方向）に突出して設けられている。各伝熱フィン２５が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。一方、各伝熱フィン２５は、外周領域２１および他の伝熱フィン２５からそれぞれ平面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン２５は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン２５の周囲には、第２の流体Ｆ２が通過するための流路２６が形成されている。なお、図１および図２（ａ）（ｂ）において、便宜上、一部の伝熱フィン２５のみを示しているが、実際には、薄肉領域２２の大部分の領域に亘って伝熱フィン２５が配置されている。
【００３３】
図３に示すように、各伝熱フィン２５は、平面略Ｓ字形状を有している。この伝熱フィン２５は、第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って一定の間隔を隔てて多数配置されている。また、伝熱フィン２５は、第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に対して垂直な方向（Ｘ方向）にも一定の間隔で平行に配置されている。この伝熱フィン２５は、その長手方向両端を渦や旋回流などの乱れが生じないような流線型にそれぞれ成形しており、流体抵抗を低減するように構成されている。なお、各伝熱フィン２５の形状は、平面円形状、平面長円形状、または平面多角形形状としても良い。
【００３４】
本実施の形態において、複数の伝熱フィン２５は、互いに線対称な形状を有する２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを複数組合せることによって構成されている。このうち伝熱フィン２５ａは、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向プラス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。一方、伝熱フィン２５ｂは、Ｘ方向プラス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。伝熱フィン２５ａ、２５ｂは、それぞれＸ方向に沿って一列に配置されており、伝熱フィン２５ａの列と伝熱フィン２５ｂの列とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されている。複数の伝熱フィン２５は、これら一組の伝熱フィン２５ａ、２５ｂの位置をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ所定量だけずらして多数配置するように構成され、いわゆる千鳥状の配列（デルタ配列）となっている。本明細書中、これら２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを合わせて、伝熱フィン２５と称する。伝熱フィン２５の幅は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良い。具体的には、各伝熱フィン２５のうち最も幅の広い箇所で例えば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としても良い。
【００３５】
第２の流体Ｆ２は、Ｘ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過した後、より下流側（Ｙ方向マイナス側）に位置する他の伝熱フィン２５の上流側（Ｙ方向プラス側）の端部で分岐され、この伝熱フィン２５とＸ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過する。その後、伝熱フィン２５に沿って流れた第２の流体Ｆ２は、伝熱フィン２５の下流側（Ｙ方向マイナス側）の端部で合流する。これにより、流路２６における急激な曲がりによる渦形成や旋回流に起因する圧力損失を最小限に抑え、流路面積の変化、すなわち、流路２６の拡大や縮小を抑えることができ、拡流や縮流による圧力損失を小さく抑えることができる。流路２６の幅は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良く、例えば０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下としても良い。
【００３６】
図３に示すように、外周領域２１のうち薄肉領域２２側には、長手方向縁部２７と横方向縁部２８とが形成されている。このうち長手方向縁部２７は、第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って直線状に延びている。なお、長手方向縁部２７は、伝熱フィン２５の形状に沿って波形状又はジグザグ形状としても良い。また、横方向縁部２８は、外周領域２１のうち主流方向Ｄに直交する方向（Ｘ方向）に沿って屈曲して形成されている。横方向縁部２８は、開口隣接縁部２８ａと、開口隣接縁部２８ａに接続されるＳ字中間縁部２８ｂと、Ｓ字中間縁部２８ｂに接続される傾斜縁部２８ｃとを有している。このうち開口隣接縁部２８ａは、入口側開口２３Ｂの周縁から主流方向Ｄに直交する方向（Ｘ方向）に延びている。また、Ｓ字中間縁部２８ｂは、開口隣接縁部２８ａから第２の流体Ｆ２の下流側（Ｙ方向マイナス側）に向けて延び、平面視で略Ｓ字状に湾曲している。また、傾斜縁部２８ｃは、Ｓ字中間縁部２８ｂからＸ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に傾斜して延びている。
【００３７】
本実施の形態において、薄肉領域２２のうち、入口側開口２３Ｂの周囲に位置する領域に、複数の補強部３１が設けられている。この補強部３１は、第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄに直交する方向（Ｘ方向）に沿って、一定の間隔を隔てて複数（この場合は４つ）配置されている。すなわち複数の補強部３１の中心は、Ｘ方向に平行な直線上に配置されている。各補強部３１は、それぞれ薄肉領域２２から金属プレート２０Ｄの厚み方向（Ｚ方向に）に突出している。すなわち各補強部３１が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。一方、各補強部３１は、外周領域２１および他の補強部３１からそれぞれ平面方向（Ｘ方向）に離間して配置されている。このため、各補強部３１は島状に独立して配置されており、入口側開口２３Ｂからの第２の流体Ｆ２は、各補強部３１の周囲を通過するようになっている。このように、補強部３１は入口側開口２３Ｂから流出する第２の流体Ｆ２を整流する役割を果たす。これにより、第２の流体Ｆ２を薄肉領域２２内で均一に流すことができ、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換効率をより高めることができる。
【００３８】
図３に示すように、複数の補強部３１は互いに同一の平面形状を有している。また、各補強部３１は、伝熱フィン２５とは異なる平面形状を有し、具体的には、平行四辺形形状を有している。この場合、各補強部３１を構成する平行四辺形の対向する一対の辺が、第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に平行に延びている。一方、各補強部３１を構成する平行四辺形の他の対向する一対の辺は、Ｘ方向及びＹ方向に傾斜するように配置されている。このように、複数の補強部３１を平面内で均一に配置したことにより、補強部３１の周囲で第２の流体Ｆ２の流れを均一に分散させることができる。
【００３９】
また、補強部３１は、第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄにおいて伝熱フィン２５から離間して配置されている。すなわち、補強部３１のうち最も伝熱フィン２５に近い部分（Ｙ方向マイナス側の部分）と、伝熱フィン２５のうち最も補強部３１に近い部分（Ｙ方向プラス側の部分）との間に、空間２２ａが形成されている。この空間２２ａにおいて、第２の流体Ｆ２が一時的に滞留することにより、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を促進することができる。なお、空間２２ａの距離Ｄ１（Ｙ方向の長さ）は、例えば０．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下としても良い。また、補強部３１の長さＬ１（Ｙ方向の長さ）は、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としても良く、補強部３１の幅Ｗ１（Ｘ方向の長さ）は、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としても良い。
【００４０】
なお、図２（ａ）に示すように、補強部３１は、金属プレート２０Ｃの薄肉領域２２であって、入口側開口２３Ｂの周囲にも形成されている。この場合、金属プレート２０Ｃの入口側開口２３Ｂ周囲の補強部３１と、金属プレート２０Ｄの入口側開口２３Ｂ周囲の補強部３１とが、Ｚ方向に互いに接合される。このように、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの入口側開口２３Ｂの周囲に位置する領域に複数の補強部３１を設け、これら対向する補強部３１同士を互いに接合している。この場合、補強部３１は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄを接合する支柱部としての役割を果たす。これにより、入口側開口２３Ｂの周囲において金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ同士が強固に接合され、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間で第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２が漏洩する内部リークを抑えることができる。
【００４１】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、補強部３１は、金属プレート２０Ｃの薄肉領域２２であって出口側開口２４Ｂの周囲と、金属プレート２０Ｄの薄肉領域２２であって出口側開口２４Ｂの周囲とにもそれぞれ形成されている。この場合、金属プレート２０Ｃの出口側開口２４Ｂ周囲の補強部３１と、金属プレート２０Ｄの出口側開口２４Ｂ周囲の補強部３１とがＺ方向に互いに接合される。これにより、出口側開口２４Ｂの周囲において金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ同士が強固に接合され、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間で第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２が漏洩する内部リークを抑制することができる。なお、補強部３１は、入口側開口２３Ｂの周囲と出口側開口２４Ｂの周囲のうち、いずれか一方のみに設けられていても良い。
【００４２】
さらに、各補強部３１は、平面視で各伝熱フィン２５よりも面積の広い平面形状を有している。これにより、補強部３１によって金属プレート２０Ｃ、２０Ｄをより強固に接合することができ、上述した内部リークをより効果的に抑制することができる。
【００４３】
次に、図４および図５を参照して、接合された状態の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについて説明する。図４および図５は、それぞれ金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ同士が接合された状態を示す断面図である。
【００４４】
図４に示すように、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄは、薄肉領域２２が形成された面同士を互いに対向させるように配置されている。また、一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２および複数の伝熱フィン２５は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成されている。このため、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄを互いに接合した際、薄肉領域２２同士が一致し、対応する各伝熱フィン２５同士が一致するように接合される。このとき、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２同士によって第２の流体Ｆ２が流れる流路２６が形成される。
【００４５】
流路２６の高さｈ（Ｚ方向の距離）は、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。このように、流路２６の高さｈを抑えることにより、熱交換器１０をコンパクトにすることができるとともに、熱交換の効率を高めることができる。
【００４６】
また、図５に示すように、一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄに形成された複数の補強部３１は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成されている。このため、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄを互いに接合した際、対応する各補強部３１同士が平面視で一致するように接合される。
【００４７】
本実施の形態において、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄは、熱伝導性の良い金属が好ましく、例えばステンレス、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなど、種々選択可能である。また、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの厚みは、それぞれ例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下としても良い。
【００４８】
なお、第１の流体Ｆ１用の一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂの構成は、第２の流体Ｆ２用の一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの構成とそれぞれ略同一であっても良い。あるいは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの伝熱フィン２５の形状及び／又は配置は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの伝熱フィン２５の形状及び／又は配置と異なっていても良い。例えば、第１の流体Ｆ１として高温高圧流体が用いられ、第２の流体Ｆ２として低温低圧流体が用いられる場合には、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの伝熱フィン２５の間隔を、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの伝熱フィン２５の間隔よりも狭くしても良い。この場合、高温高圧の第１の流体Ｆ１が低温低圧の第２の流体Ｆ２よりも流れにくくなるので、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との流速を近づけることができ、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を促進することができる。また本実施の形態において、金属プレート２０Ａ、２０Ｂには、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄと同様の補強部３１が設けられている。しかしながら、これに限らず、金属プレート２０Ａ、２０Ｂに、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄと形状及び／又は配置が異なる補強部３１を設けても良い。あるいは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ又は金属プレート２０Ｃ、２０Ｄのいずれかに補強部３１を設けなくても良い。
【００４９】
本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる熱交換器の作用について述べる。
【００５０】
まず、図１に示す熱交換器１０において、流入管１３Ａに第１の流体Ｆ１を導入するとともに、流入管１３Ｂに第２の流体Ｆ２を導入する。この場合、第１の流体Ｆ１の温度と第２の流体Ｆ２の温度とは互いに異なっている。
【００５１】
次に、第１の流体Ｆ１は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ間の薄肉領域２２に形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ａから流出する。同様に、第２の流体Ｆ２は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ間の薄肉領域２２に形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ｂから流出する。流出管１４Ａ、１４Ｂから流出する時点で、相対的に低温の流体である第２の流体Ｆ２の温度は流入時よりも上昇し、相対的に高温の流体である第１の流体Ｆ１の温度は流入時よりも低下している。この場合、金属プレート２０Ｂと金属プレート２０Ｃとが互いに接合されているので、これら金属プレート２０Ｂ、２０Ｃを介して、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間で熱交換が効率的に行なわれる。
【００５２】
このようにして熱交換器１０を使用している間、高温高圧の第１の流体Ｆ１が継続的に流入管１３Ａに流入する。この第１の流体Ｆ１は、各金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの入口側開口２３Ａを順次通過して、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２によって形成された各流路２６に流入する。このように高温高圧の第１の流体Ｆ１が流入することにより、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間の入口側開口２３Ａに高い負荷が加わる。仮に、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ同士の入口側開口２３Ａ付近の接合が不十分であると、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄが互いに剥離するおそれがある。この場合、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間に形成された入口側開口２３Ａ付近の隙間から第１の流体Ｆ１が侵入してしまうおそれがある。仮に、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間に第１の流体Ｆ１が侵入した場合、侵入した第１の流体Ｆ１は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２同士によって形成された流路２６に到達し、流路２６内の第２の流体Ｆ２と混合してしまう。
【００５３】
同様に、第２の流体Ｆ２は継続的に流入管１３Ｂに流入する。この第２の流体Ｆ２は、各金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの入口側開口２３Ｂを順次通過して、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２によって形成された各流路２６に流入する。このとき、仮に金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士の入口側開口２３Ｂ付近の接合が不十分であると、金属プレート２０Ａ、２０Ｂが剥離するおそれがある。この場合、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの間に形成された入口側開口２３Ｂ付近の隙間から、第２の流体Ｆ２が侵入してしまうおそれがある。仮に、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの間に第２の流体Ｆ２が侵入した場合、侵入した第２の流体Ｆ２は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２同士によって形成された流路２６に到達し、流路２６内の第１の流体Ｆ１と混合してしまう。
【００５４】
これに対して本実施の形態によれば、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２のうち、入口側開口２３Ｂ及び出口側開口２４Ｂの周囲に、補強部３１が形成されている。これにより、とりわけ入口側開口２３Ｂ及び出口側開口２４Ｂの周囲における金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ間の接合強度を高めることができ、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間で剥離が生じる不具合を抑えることができる。これにより、第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２が漏洩する内部リークを抑制し、熱交換器１０の耐久性や熱交換性能を向上させることができる。また、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ間の接合強度を高めたことにより、第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２としてより高圧の流体を用いることも可能となる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
次に、図６（ａ）（ｂ）を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。図６（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施の形態を示す図である。具体的には、図６（ａ）は、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ｂの一部を示す平面図であり、図６（ｂ）は、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｄの一部を示す平面図である。図６（ａ）（ｂ）に示す第２の実施の形態は、補強部の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図６（ａ）（ｂ）において、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５６】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、金属プレート２０Ｂ、２０Ｄは、それぞれ補強部３２を有している。すなわち、図６（ａ）に示すように、金属プレート２０Ｂの薄肉領域２２のうち、入口側開口２３Ａの周囲に位置する領域に、補強部３２が形成されている。また、図６（ｂ）に示すように、金属プレート２０Ｄの薄肉領域２２のうち、出口側開口２４Ｂの周囲に位置する領域に、補強部３２が形成されている。金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの補強部３２は、それぞれ薄肉領域２２から金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの厚み方向（Ｚ方向に）に突出している。すなわち各補強部３２が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。
【００５７】
この場合、金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの補強部３２は、それぞれ外周領域２１から第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２の主流方向Ｄを横切る方向（Ｘ方向）に向けて延びている。各補強部３２は、それぞれ第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２を整流する役割を果たす。また、各補強部３２は、平面略三角形形状を有し、それぞれ外周領域２１からＸ方向に向けて離れるにつれて徐々にその幅が狭くなっている。
【００５８】
各補強部３２と、外周領域２１の横方向縁部２８（Ｓ字中間縁部２８ｂ、傾斜縁部２８ｃ）との間には、それぞれ狭窄部３３が形成されている。この狭窄部３３において、入口側開口２３Ａから薄肉領域２２に流入する第１の流体Ｆ１（図６（ａ））、又は薄肉領域２２から出口側開口２４Ｂに流出する第２の流体Ｆ２（図６（ｂ））の流れが制限される。このように狭窄部３３が流路抵抗としての役割を果たすため、第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２の流れる速度が低下し、第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２が薄肉領域２２内に滞留しやすくなる。これにより、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換をより促進することができる。
【００５９】
ところで本実施の形態において、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ｂの補強部３２と、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｄの補強部３２とは、互いに異なる平面形状を有している。具体的には、金属プレート２０Ｂの狭窄部３３の幅Ｗ２（図６（ａ））は、金属プレート２０Ｄの狭窄部３３の幅Ｗ３（図６（ｂ））よりも狭い（Ｗ２＜Ｗ３）。この場合、高温高圧の第１の流体Ｆ１が低温低圧の第２の流体Ｆ２よりも流れにくくなるので、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との流速を相対的に近づけることができ、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を促進することができる。
【００６０】
金属プレート２０Ｂの狭窄部３３の幅Ｗ２（主流方向Ｄに沿う幅）は、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下としても良く、金属プレート２０Ｄの狭窄部３３の幅Ｗ３（主流方向Ｄに沿う幅）は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下としても良い。また、金属プレート２０Ｂの補強部３２の長さ（Ｘ方向に沿う長さ）Ｌ２（図６（ａ））は、薄肉領域２２の幅（Ｘ方向に沿う長さ）Ｗ４の例えば３０％以上７０％以下であり、金属プレート２０Ｄの補強部３２の長さ（Ｘ方向に沿う長さ）Ｌ３（図６（ｂ））は、薄肉領域２２の幅（Ｘ方向に沿う長さ）Ｗ４の例えば３０％以上７０％以下である。
【００６１】
なお、図示していないが、金属プレート２０Ｂの出口側開口２４Ａ側と、金属プレート２０Ｄの入口側開口２３Ｂ側にも、それぞれ上記と同様の補強部３２が形成されている。また、金属プレート２０Ａは、金属プレート２０Ｂ（図６（ａ））と鏡面対称となる平面形状を有し、金属プレート２０Ｃは、金属プレート２０Ｄ（図６（ｂ））と鏡面対称となる平面形状を有している。
【００６２】
このように、本実施の形態によれば、金属プレート２０Ｂの入口側開口２３Ａの周囲と、金属プレート２０Ｄの出口側開口２４Ａの周囲とに、それぞれ補強部３２が形成されている。これにより、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ間の接合強度を高めることができ、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの間で剥離が生じる不具合を抑えることができる。また、本実施の形態によれば、金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの外周領域２１の横方向縁部２８と補強部３２との間に、狭窄部３３が形成されているので、第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２が薄肉領域２２内に滞留しやすくなり、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換効率をより向上させることができる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、図７（ａ）（ｂ）を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。図７（ａ）（ｂ）は本発明の第３の実施の形態を示す図である。具体的には、図７（ａ）は、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ｂの一部を示す平面図であり、図７（ｂ）は、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｄの一部を示す平面図である。図７（ａ）（ｂ）に示す第３の実施の形態は、補強部の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図７（ａ）（ｂ）において、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、金属プレート２０Ｂ、２０Ｄは、それぞれ複数の補強部３４を有している。すなわち、図７（ａ）に示すように、金属プレート２０Ｂの薄肉領域２２のうち、入口側開口２３Ａの周囲に位置する領域に複数の補強部３４が形成されている。また、図７（ｂ）に示すように、金属プレート２０Ｄの薄肉領域２２のうち、出口側開口２４Ｂの周囲に位置する領域に複数の補強部３４が形成されている。金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの補強部３４は、それぞれ薄肉領域２２から金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの厚み方向（Ｚ方向に）に突出している。すなわち各補強部３４が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。
【００６５】
この場合、各補強部３４は、各伝熱フィン２５と同一の平面形状を有し、具体的には平面略Ｓ字形状を有している。各補強部３４は、それぞれ第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２を整流する役割を果たす。また、金属プレート２０Ｂ、２０Ｄのそれぞれにおいて、複数の補強部３４は、主流方向Ｄに対して垂直な方向（Ｘ方向）に一定の間隔を空けて配置されている。この補強部３４は、その長手方向両端を渦や旋回流などの乱れが生じないよう、流体抵抗を低減するように構成されている。
【００６６】
本実施の形態において、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ｂの補強部３４と、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｄの補強部３４とは、互いに異なる数だけ配置されている。具体的には、金属プレート２０Ｂの補強部３４の数（７つ）は、金属プレート２０Ｄの補強部３４の数（４つ）よりも多くなっている。また、金属プレート２０Ｂの補強部３４の間隔は、金属プレート２０Ｄの補強部３４の間隔よりも狭い。この場合、高温高圧の第１の流体Ｆ１が低温低圧の第２の流体Ｆ２よりも流れにくくなるので、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との流速を相対的に近づけることができ、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を促進することができる。
【００６７】
なお、図示していないが、金属プレート２０Ｂの出口側開口２４Ａ側と、金属プレート２０Ｄの入口側開口２３Ｂとにも、それぞれ上記と同様の補強部３４が形成されている。また、金属プレート２０Ａは、金属プレート２０Ｂ（図７（ａ））と鏡面対称となる平面形状を有し、金属プレート２０Ｃは、金属プレート２０Ｄ（図７（ｂ））と鏡面対称となる平面形状を有している。
【００６８】
このように、本実施の形態によれば、金属プレート２０Ｂ、２０Ｄの薄肉領域２２のうち、入口側開口２３Ａ及び出口側開口２４Ｂの周囲に、それぞれ複数の補強部３４が形成されている。これにより、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの間で第１の流体Ｆ１又は第２の流体Ｆ２が漏洩する内部リークを抑制することができる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
次に、図８（ａ）（ｂ）を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。図８（ａ）（ｂ）は本発明の第４の実施の形態を示す図である。具体的には、図８（ａ）は、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ｂの一部を示す平面図であり、図８（ｂ）は、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｄの一部を示す平面図である。図８（ａ）（ｂ）に示す第４の実施の形態は、補強部の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図８（ａ）（ｂ）において、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７０】
図８（ａ）において、金属プレート２０Ｂは、図６（ａ）に示す金属プレート２０Ｂと同様の構成を有しており、入口側開口２３Ａの周囲に位置する領域に補強部３２が形成されている。一方、図８（ｂ）において、金属プレート２０Ｄは、図７（ｂ）に示す金属プレート２０Ｄと同様の構成を有しており、出口側開口２４Ｂの周囲に位置する領域に複数の補強部３４が形成されている。すなわち、金属プレート２０Ｂの補強部３２と、金属プレート２０Ｄの補強部３４とは、互いに異なる平面形状をもつ。
【００７１】
本実施の形態において、第１の流体Ｆ１用の金属プレート２０Ｂが、外周領域２１から主流方向Ｄを横切る方向（Ｘ方向）に向けて延びる補強部３２を有する一方、第２の流体Ｆ２用の金属プレート２０Ｄは、上記補強部３２とは異なる複数の補強部３４を有している。この場合、金属プレート２０Ｂにおける第１の流体Ｆ１の全体的な流れの方向ＦＡ（図８（ａ））を、金属プレート２０Ｄにおける第２の流体Ｆ２の全体的な流れの方向ＦＢ（図８（ｂ））に略一致させることができる。これにより、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２との間の熱交換を更に促進することができる。
【００７２】
なお、図示していないが、金属プレート２０Ｂの出口側開口２４Ａ側にも、上記と同様の補強部３２が形成され、金属プレート２０Ｄの入口側開口２３Ｂにも、上記と同様の補強部３４が形成されている。また、金属プレート２０Ａは、金属プレート２０Ｂ（図８（ａ））と鏡面対称となる平面形状を有し、金属プレート２０Ｃは、金属プレート２０Ｄ（図８（ｂ））と鏡面対称となる平面形状を有している。
【００７３】
上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１０Ａ  熱交換器
１１        一方の固定板
１２        他方の固定板
２０Ａ〜２０Ｄ  金属プレート
２１        外周領域
２２        薄肉領域
２３Ａ、２３Ｂ  入口側開口
２４Ａ、２４Ｂ  出口側開口
２５        伝熱フィン
２６        流路
２７        長手方向縁部
２８        横方向縁部
３１        補強部
【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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