(57)【要約】【課題】耐熱性、耐圧性、液漏れ、熱交換率等に関し高いパフォーマンスを示す熱交換器を低い製造コストでかつコンパクトに提供する。【解決手段】熱交換器１は、積層されたプレート１１１を有する積層プレートアセンブリ１１と、積層プレートアセンブリ１１を内部に収納し当該積層の方向に延伸する中空管形状のケーシング１２とを備えている。熱交換を行う２種類の流体は互いに混ざり合うことなく、隣接する２枚のプレート１１１間に形成される中空部の内部において円弧状に流れる。また、隣接する中空部間はバイパスにより直列的に連結される。また、第一の流体の出入りの積層方向の流路第１のバイパス２１１２と２１１８を第二の流体の積層方向の流路第２のバイパス１１１３の両側に設け、第一の流体の流路が第二の流体の積層方向の流路１１１３を迂回しないことで、第一の流体の流路と第一の流体の流路がお互い干渉なく大きくとることが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されたｎ枚（ｎは３≦ｎを満たす任意の自然数である定数）のプレートを有する積層プレートアセンブリを備え、
前記ｎ枚のプレートのうち互いに隣接する２枚のプレートは各々、当該２枚のプレートの間に中空部を形成し、
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（２ｘ−１）番目（ｘは２ｘ≦ｎを満たす任意の自然数である変数）のプレートと２ｘ番目のプレートとの間に形成される１以上の第１の中空部のうち、前記積層の方向の前記一方の端部に最も近い第１の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第１の開口部を備え、
前記１以上の第１の中空部のうち、前記積層の方向の前記他方の端部に最も近い第１の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第２の開口部を備え、
前記第１の中空部の数が２以上である場合、前記２以上の第１の中空部のうち互いに隣接する２つの第１の中空部を各々連結する第１のバイパスを備え、
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向に数えて２ｙ番目（ｙは２ｙ＋１≦ｎを満たす任意の自然数である変数）のプレートと（２ｙ＋１）番目のプレートとの間に形成される１以上の第２の中空部のうち、前記積層の方向の前記一方の端部に最も近い第２の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第３の開口部を備え、
前記１以上の第２の中空部のうち、前記積層の方向の前記他方の端部に最も近い第２の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第４の開口部を備え、
前記第２の中空部の数が２以上である場合、前記２以上の第２の中空部のうち互いに隣接する２つの第２の中空部を各々連結する第２のバイパスを備え、
前記第１の中空部と前記第２の中空部との間を流体が流れることがないように前記第１の中空部と前記第２の中空部とが互いに分離されており、
前記１以上の第１のバイパスの各々は、前記積層の方向において当該第１のバイパスにより互いに連結される２つの第１の中空部の間に位置する第２の中空部の外側面上に沿うように配置され、
前記１以上の第２のバイパスの各々は、前記積層の方向において当該第２のバイパスにより互いに連結される２つの第２の中空部の間に位置する第１の中空部の内側を貫通するように配置される
熱交換器。
【請求項２】
前記積層プレートアセンブリを内部に収容し、前記積層の方向に延伸する中空管形状のケーシングを備え、
前記ケーシングの中空部は前記積層プレートアセンブリにより、前記積層の方向における前記一方の端部側に位置する中空部と前記他方の端部側に位置する中空部とに分離され、
前記第１の開口部は前記ケーシングの壁面を貫通する第３のバイパスを介して前記ケーシングの外部に連結され、
前記第２の開口部は前記ケーシングの壁面を貫通する第４のバイパスを介して前記ケーシングの外部に連結され、
前記第３の開口部は、前記ケーシングの中空部のうち前記一方の端部側に位置する中空部に対し開口し、
前記第４の開口部は、前記ケーシングの中空部のうち前記他方の端部側に位置する中空部に対し開口する
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記１以上の第１の中空部にある第2のバイパスの壁は、当該中空部の中央から外縁に向かう方向を長手方向とする流体の流れを妨げる形状にしてある
請求項1、２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記１以上の第１の中空部にある第１のバイパスは、前記積層方向から見て、前記第2のバイパスの両側に配置する構造の
請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１のバイパスは前記積層方向から見て、ケーシングへ半径方向に貫通しない密閉する形状にしている
請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１のバイパスがケーシングへ半径方向に貫通しない密閉する形状にしている場合に、前記積層方向から見て穴状の第１のバイパスの周り、及び固着具設置するための穴の周りに、シール材を配置する用の溝を設けた構造の
請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（２ｐ−１）番目（ｐは（２ｐ−１）≦ｎを満たす任意の自然数である変数）に位置する２以上のプレートのうち少なくとも互いに隣接する２つのプレートは同一の形状を有し、
前記同一の形状を有する２つのプレートは、前記積層の方向に見て当該形状が一致する位置から前記積層の方向に延伸する一の軸の周りに所定β度だけ回転された状態で積層されている
請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて２ｑ番目（ｑは２ｑ≦ｎを満たす任意の自然数である変数）に位置する２以上のプレートのうち少なくとも互いに隣接する２つのプレートは同一の形状を有し、
前記同一の形状を有する２つのプレートは、前記積層の方向に見て当該形状が一致する位置から前記積層の方向に延伸する一の軸の周りに所定β度だけ回転された状態で積層されている
請求項１乃至６のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
前記ｎ枚のプレートの各々に関し、当該プレートの外縁を前記一の軸の方向に投影した形状は、前記一の軸の周りの一の方向に前記所定のβ度だけ回転させる前と後との形状が一致する形状である
請求項６または７に記載の熱交換器。
【請求項１０】
ｎ＝２ｍ（ｍは２≦ｍを満たす任意の自然数である定数）であり、
前記２枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（２ｒ−１）番目（ｒはｒ≦ｍを満たす任意の自然数である変数）に位置するプレートと、前記２枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて２ｒ番目に位置するプレートとは互いに固着されることにより前記第１の中空部を形成するとともに、前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて各々ｒ番目に位置するプレートセットを構成し、
前記プレートセットのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えてｓ番目（ｓは（ｓ＋１）≦ｍを満たす任意の自然数である変数）に位置するプレートセットと、前記プレートセットのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（ｓ＋１）番目に位置するプレートセットとは、当該２枚のプレートセットの間に配置された封止材に対する当該２枚のプレートセットの圧着により前記第２の中空部を形成する
請求項１乃至８のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記第１の中空部および前記第２の中空部のうち少なくとも１の中空部に関し、当該中空部の中央から外縁に向かう方向を長手方向とする流体の流れを妨げる仕切り板を備える請求項１乃至９のいずれかに記載の熱交換器。__
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体の間で熱の交換を行う熱交換器に関する物である。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は生活、工業、様々な分野で広範に使われているため、より高効率よりコンパクトな熱交換器は絶え間なく追求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願2011-029610
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
文献1の特願2011-029610もその背景で考案されたものである。文献1は一種のプレート式高熱効率コンパクトな熱交換器を提案したが、文献1には、その第一の流体の積層方向の流路、半径方向に貫通するように設けた切り欠き（２１１９）は、第二の流体の流路に設けた積層の方向に貫通した貫通孔（１１１３）と同じ半径方向になっている。これにより、第一の流体の切り欠き（２１１９）の通路を大きくしたい場合に、第二の流体の流路の貫通孔（１１１３）が小さくしなければならなくなる。また反対に、第二の流体の流路貫通孔を大きくしたい場合に、第一の流体の切り欠きの通路を小さくならなくなることになる。要するに両方が同じ半径方向にあるため同時に大きくすることができないという欠点がある。これは流量を大きくする場合に非常に不利なことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題を解決するため、本発明は、第一の流体の流路に半径方向に貫通するように設けた切り欠き（２１１９）をなくして、第一の流体の流路に設けた切り欠き（２１１２）と（２１１８）の位置を、第二の流体の流路に設けた積層の方向に貫通した貫通孔（１１１３）の両側に設置する。要するに、第一の流体の積層方向の流路（２１１２）と（２１１８）の位置は第二の流体の積層方向の流路貫通孔（１１１３）の両側に設置する。第一の流体の流路が第二の流体の貫通孔（１１１３）の外側を迂回しないように、第二の流体の貫通孔（１１１３）を囲む仕切り壁２１１７が、第二の流体と、第一の流体とが混ざり合わないようにすると同時に第一の流体の流路上の仕切り壁になる。こうすることで、第一の流体の流路と第二の流体の流路は同じ半径方向になることなく、お互い干渉なく大きくすることが出来、大流量に対応出来るようになる。
本発明は、積層されたｎ枚（ｎは３≦ｎを満たす任意の自然数である定数）のプレートを有する積層プレートアセンブリを備え、
前記ｎ枚のプレートのうち互いに隣接する２枚のプレートは各々、当該２枚のプレートの間に中空部を形成し、
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（２ｘ−１）番目（ｘは２ｘ≦ｎを満たす任意の自然数である変数）のプレートと２ｘ番目のプレートとの間に形成される１以上の第１の中空部のうち、前記積層の方向の前記一方の端部に最も近い第１の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第１の開口部を備え、
前記１以上の第１の中空部のうち、前記積層の方向の前記他方の端部に最も近い第１の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第２の開口部を備え、
前記第１の中空部の数が２以上である場合、前記２以上の第１の中空部のうち互いに隣接する２つの第１の中空部を各々連結する第１のバイパスを備え、
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向に数えて２ｙ番目（ｙは２ｙ＋１≦ｎを満たす任意の自然数である変数）のプレートと（２ｙ＋１）番目のプレートとの間に形成される１以上の第２の中空部のうち、前記積層の方向の前記一方の端部に最も近い第２の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第３の開口部を備え、
前記１以上の第２の中空部のうち、前記積層の方向の前記他方の端部に最も近い第２の中空部は前記積層プレートアセンブリの外部に通じる第４の開口部を備え、
前記第２の中空部の数が２以上である場合、前記２以上の第２の中空部のうち互いに隣接する２つの第２の中空部を各々連結する第２のバイパスを備え、
前記第１の中空部と前記第２の中空部との間を流体が流れることがないように前記第１の中空部と前記第２の中空部とが互いに分離されており、
前記１以上の第１のバイパスの各々は、前記積層の方向において当該第１のバイパスにより互いに連結される２つの第１の中空部の間に位置する第２の中空部の外側面上に沿うように配置され、
前記１以上の第２のバイパスの各々は、前記積層の方向において当該第２のバイパスにより互いに連結される２つの第２の中空部の間に位置する第１の中空部の内側を貫通するように配置され、
前記第１の中空部を連結する第１のバイパスは、前記第２の中空部を連結する第２のバイパスの両側に設置される
熱交換器を提供する（第１の実施態様）。
【０００６】
また、上記の第１の実施態様において、
前記積層プレートアセンブリを内部に収容し、前記積層の方向に延伸する中空管形状のケーシングを備え、
前記ケーシングの中空部は前記積層プレートアセンブリにより、前記積層の方向における前記一方の端部側に位置する中空部と前記他方の端部側に位置する中空部とに分離され、
前記第１の開口部は前記ケーシングの壁面を貫通する第３のバイパスを介して前記ケーシングの外部に連結され、
前記第２の開口部は前記ケーシングの壁面を貫通する第４のバイパスを介して前記ケーシングの外部に連結され、
前記第３の開口部は、前記ケーシングの中空部のうち前記一方の端部側に位置する中空部に対し開口し、
前記第４の開口部は、前記ケーシングの中空部のうち前記他方の端部側に位置する中空部に対し開口する
構成が採用されてもよい（第２の実施態様）。
【０００７】
また、上記の第２の実施態様において、
前記１以上の第１のバイパスの各々の壁面の一部は、前記ケーシングの壁面である  構成が採用されてもよい（第３の実施態様）。
【０００８】
また、上記の第２または第３の実施態様において、
前記ケーシング内に前記積層の方向に流体の流れを生じさせるファンを備える  
構成が採用されてもよい（第４の実施態様）。
【０００９】
また、上記の第２乃至４のいずれかの実施態様において、
前記ケーシングの中空部のうち前記一方の端部側に位置する中空部と前記他方の端部側に位置する中空部との間を連結するように前記積層プレートアセンブリの内部を積層の方向に貫通し、前記第４の開口部を介して連結される前記第２の中空部を除く前記第１の中空部、前記第１のバイパス、前記第２の中空部および前記第２のバイパスのいずれとの間においても流体が流れることがないように分離されている流路を形成する管状体を備える
構成が採用されてもよい（第５の実施態様）。
【００１０】
また、上記の第１乃至５のいずれかの実施態様において、
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（２ｐ−１）番目（ｐは（２ｐ−１）≦ｎを満たす任意の自然数である変数）に位置する２以上のプレートのうち少なくとも互いに隣接する２つのプレートは同一の形状を有し、
前記同一の形状を有する２つのプレートは、前記積層の方向に見て当該形状が一致する位置から前記積層の方向に延伸する一の軸の周りに所定角度だけ回転された状態で積層されている
構成が採用されてもよい（第６の実施態様）。
【００１１】
また、上記の第１乃至６のいずれかの実施態様において、
前記ｎ枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて２ｑ番目（ｑは２ｑ≦ｎを満たす任意の自然数である変数）に位置する２以上のプレートのうち少なくとも互いに隣接する２つのプレートは同一の形状を有し、
前記同一の形状を有する２つのプレートは、前記積層の方向に見て当該形状が一致する位置から前記積層の方向に延伸する一の軸の周りに所定角度だけ回転された状態で積層されている
構成が採用されてもよい（第７の実施態様）。
【００１２】
また、上記の第６または７の実施態様において、
前記ｎ枚のプレートの各々に関し、当該プレートの外縁を前記一の軸の方向に投影した形状は、前記一の軸の周りに前記所定角度だけ回転させる前と後との形状が一致する形状である
構成が採用されてもよい（第８の実施態様）。
【００１３】
また、上記の第１乃至８のいずれかの実施態様において、
ｎ＝２ｍ（ｍは２≦ｍを満たす任意の自然数である定数）であり、
前記２枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（２ｒ−１）番目（ｒはｒ≦ｍを満たす任意の自然数である変数）に位置するプレートと、前記２枚のプレートのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて２ｒ番目に位置するプレートとは互いに固着されることにより前記第１の中空部を形成するとともに、前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて各々ｒ番目に位置するプレートセットを構成し、
前記プレートセットのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えてｓ番目（ｓは（ｓ＋１）≦ｍを満たす任意の自然数である変数）に位置するプレートセットと、前記プレートセットのうち前記積層の方向の一方の端部から他方の端部に向かう方向に数えて（ｓ＋１）番目に位置するプレートセットとは、当該２枚のプレートセットの間に配置された封止材に対する当該２枚のプレートセットの圧着により前記第２の中空部を形成する
構成が採用されてもよい（第９の実施態様）。
【００１４】
また、上記の第１乃至９のいずれかの実施態様において、中央から外縁に向かう方向を長手方向とする流体の流れを妨げる仕切り板を備える構成が採用されてもよい（第１０の実施態様）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の実施態様にかかる熱交換器によれば、例えば第一の流体の流路を構成するバイパスがプレートの外側に、また第二の流体の流路を構成するバイパスがプレートの内側に配置されているため、第一の流体をプレートの積層方向に概ね垂直に流入、流出させ、第二の流体をプレートの積層方向に沿って流入、流出させるなど、流体の流入出の方向の自由度が高い。
【００１６】
また、本発明の第２の実施態様にかかる熱交換器によれば、中空管形状のケーシングを備えているので、積層プレートアセンブリをケーシング内の所定位置に配置することで、容易にその位置決めをすることができる。
【００１７】
また、本発明の第３の実施態様にかかる熱交換器によれば、ケーシングの壁面の一部が第１のバイパスの壁面の一部を兼ねるので、例えば外側面に対し内側から開口するように中空部を形成するプレート群をケーシング内に配置することで第１のバイパスを形成することができ、バイパス形成のコストを削減することができる。
【００１８】
また、本発明の第４の実施態様にかかる熱交換器によれば、ファンにより、ケーシング内において積層の方向に流体の流れを生じさせることができる。
【００１９】
また、本発明の第５の実施態様にかかる熱交換器によれば、ケーシングの一方の端部が開口していない場合であっても、第２の中空部を通ってケーシングの軸方向の一方の端部から他方の端部へと流れる流体が積層プレートアセンブリの内部を積層の方向に貫通する管状体を通って一方の端部へと流れることができ、流体間の熱交換を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の第６または第７の実施態様にかかる熱交換器によれば、複数のプレートの各々が積層の方向を軸として互いに適切な角度で回転した位置関係に配置されることで流路の形成が行われる。従って、例えば所定角度だけずれた位置に流入口および流出口を配置した同一形状のプレートを当該所定角度だけ軸周りに回転させて積層することにより、容易に直接的に配置された中空部間に流路を形成することができる。
【００２１】
また、本発明の第８の実施態様にかかる熱交換器によれば、積層の方向を軸とし所定角度だけ互いに回転させた複数のプレートが軸方向に見た時に同一形状となって重なるため、その形状が同一となるようにプレートを回転させ積層することにより、容易にそれらのプレート間の位置決めを行うことができる。
【００２２】
また、本発明の第９の実施態様にかかる熱交換器によれば、例えば溶接等の固着により一体化されたプレートセットを任意の枚数だけ積層させ、それらを積層方向内側に圧着することで、熱交換器を実現することができる。従って、プレートセットの枚数を変更することで、容易に熱交換効率を変更することができる。
【００２３】
また、本発明の第１０の実施態様にかかる熱交換器によれば、流体が仕切り板を迂回するように中空部内を流れるため、高い熱交換効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる熱交換器内の流体の流れのイメージを概念的に示した図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる熱交換器の積層プレートアセンブリ内における流体の流れを示した図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態にかかる熱交換器の積層プレートアセンブリを構成する２種類のプレートのうちの一方の断面図および平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる熱交換器の積層プレートアセンブリを構成する２種類のプレートのうちのもう一方の断面図および平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態にかかる熱交換器の積層プレートアセンブリを構成するプレートセットの断面の概略を表す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかかる熱交換器の積層プレートアセンブリを構成するプレートの一変形例の斜視図である。
【図７】図８は、本発明の実施形態の一変形例にかかる熱交換器内の流体の流れのイメージを概念的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態）
以下、本発明の一具体例である実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかる熱交換器１の概略を示すとともに、その中を流れる流体の流れの様子を概念的に示した断面図である。
【００２６】
熱交換器１は、積層された複数枚のプレートを有する積層プレートアセンブリ１１と、積層プレートアセンブリ１１を内部に収納し当該積層の方向に延伸する中空管形状のケーシング１２とを備えている。
【００２７】
積層プレートアセンブリ１１は、図２に示されるように積層された複数枚のプレート１１１、流体の流れが流路から漏れることを防ぐための封止材１１２、複数枚のプレート１１１を中心軸の位置において締結する固着具１１３を有している。封止材１１２は中心軸から見て内側のリング状凹部１１１５１に配置されるＯリング１１２１と、プレート１１１の外縁部に沿って設けられた切り欠き１１１５２に配置される弾性体紐１１２２とにより構成される。封止材１１２の素材は例えばシリコンゴムであるがそれに限られない。
【００２８】
なお、プレート１１１の枚数は任意に変更可能であり、図１においては８枚のプレート１１１が用いられ、図２においては６枚のプレート１１１が用いられる。
【００２９】
各々の図において、左右方向がプレート１１１の積層の方向である。以下、特に断ることなく積層の方向というとき、各々の図における右側から左側へ向かう方向を意味するものとする。
【００３０】
上述したように、積層プレートアセンブリ１１を構成するプレート１１１の枚数は任意に変更可能であるが、以下、特に断る場合を除き、積層プレートアセンブリ１１には６枚のプレート１１１が用いられているものとする。また、それらのプレート１１１を互いに区別する必要がある場合、積層の方向に１番目のプレート１１１をプレート１１１−１、２番目のプレート１１１をプレート１１１−２、・・・、６番目のプレート１１１をプレート１１１−６、のように枝符号を付す。
【００３１】
プレート１１１は、例えばステンレス製であり、いずれも同じ直径の略円盤形状を有している点で共通しているが、積層の方向において奇数番目のプレート１１１と偶数番目のプレート１１１とではその形状が異なっている。以下、奇数番目のプレート１１１を右側プレート１１１、偶数番目のプレート１１１を左側プレート１１１と呼ぶ。
【００３２】
図３は右側プレート１１１の形状を示した断面図および平面図である。右側プレート１１１は、略円盤形状の中心位置に積層の方向に貫通するように設けられた貫通孔１１１１と、略円盤形状の外縁部に積層の方向に貫通するように設けられた切り欠き１１１２と、例えば略円盤形状の半径方向に細長く積層の方向に貫通するように設けられた貫通孔１１１３とを有している。
【００３３】
貫通孔１１１１は固着具１１３の挿入を受け入れる。切り欠き１１１２は図３の平面図における背面側から手前側に向かい流れてくる第一の流体の流路である第１のバイパスの一部を構成する。貫通孔１１１３は図３の平面図における手前側から背面側に流れていく第二の流体の流路である第２のバイパスの一部を構成する。
【００３４】
右側プレート１１１は、図３の断面図に示されるように、貫通孔１１１１の外縁部から積層の方向と逆方向にリング状に隆起した内壁１１１４と、右側プレート１１１の外縁部から積層の方向と逆方向にリング状に隆起した外壁１１１５を有している。外壁１１１５の積層の方向に見た手前側面には、積層の方向に陥没する凹部１１１５１が積層の方向に見た場合にリング状となるように右側プレート１１１の外縁に沿って設けられている。凹部１１１５１にはＯリング１１２１が配置される。
【００３５】
また、外壁１１１５には、右側プレート１１１の外縁部の積層の方向に見た手前側角部を削るように、積層の方向に貫通しない切り欠き１１１５２が設けられている。切り欠き１１１５２は積層の方向に見た場合、全体として略リング状であるが、切り欠き１１１２において分断されている。切り欠き１１１５２には弾性体紐１１２２が配置される。
【００３６】
内壁１１１４と外壁１１１５との間には、図３の平面図における手前方向に開口する中空部１１１６が形成される。中空部１１１６は、図３の平面図における手前側から背面側へと流れる第二の流体の流路となる。
【００３７】
さらに、右側プレート１１１には、内壁１１１４と外壁１１１５を連結するように半径方向に延伸する仕切り壁１１１７が設けられている。仕切り壁１１１７は図３の平面図における手前側から背面側へと流れる第二の流体が直接、貫通孔１１１３に流れ入ることを妨げる。仕切り壁１１１７により、第二の流体は、図３の平面図における矢印の方向、すなわち積層の方向を軸とする軸周りに円弧を描くように流れた後、貫通孔１１１３に流れ入ることになる。
【００３８】
ところで、プレート１１１−１には仕切り壁１１１７が設けられていない。これは、プレート１１１−１より第二の流体の上流側にプレート１１１が存在しないため、仕切り壁１１１７が不要であるためである。ただし、プレート１１１−１が仕切り壁１１１７を有していてもよい。その場合、プレート１１１−１と他の右側プレート１１１とを同じ形状とすることができるので、量産の際にそれらの製造コストを下げることができる。
【００３９】
図４は左側プレート１１１の形状を示した断面図および平面図である。左側プレート１１１は、略円盤形状の中心位置に積層の方向に貫通するように設けられた貫通孔２１１１と、略円盤形状の外縁部に半径方向に外壁１１１５に貫通した切り欠き２１１２と２１１８が設けられ、その切り欠き２１１２はまた積層の方向にも貫通するような形状をし、例えば略円盤形状の半径方向に積層の方向に貫通するように設けられた貫通孔２１１３とを有し、切り欠き２１１２と２１１８は角度βで均等に貫通孔２１１３の両側に設けている。
【００４０】
貫通孔２１１１は固着具１１３の挿入を受け入れる。切り欠き２１１２は図４の平面図における背面側から手前側に向かい流れてくる第一の流体の流路である第１のバイパスの一部を構成する。貫通孔２１１３は図４の平面図における手前側から背面側に流れていく第二の流体の流路である第２のバイパスの一部を構成する。
【００４１】
左側プレート１１１は、図４の断面図に示されるように、貫通孔２１１１の外縁部から積層の方向と逆方向にリング状に隆起した内壁２１１４と、左側プレート１１１の外縁部から積層の方向と逆方向に隆起した外壁２１１５を有している。外壁２１１５は積層の方向に見て概ねリング状になっている。
図４の平面図に示されるように、切り欠き２１１８は図４の平面図において、左側プレート１１１の手前側から、さらに手前側に配置されている他の左側プレート１１１へと流れていく第一の流体の流路である第１のバイパスの一部を構成する。
【００４２】
内壁２１１４と外壁２１１５との間には、図４の平面図における手前方向に開口する中空部２１１６が形成される。中空部２１１６は、図４の平面図における背面側から手前側へと流れる第一の流体の流路となる。
【００４３】
さらに、左側プレート１１１には、貫通孔２１１３の外縁を取り囲むように積層の方向の反対方向に隆起した仕切り壁２１１７が設けられている。仕切り壁２１１７は内壁２１１４とともに図４の平面図における手前側から背面側へと貫通孔２１１３を通って流れる第二の流体と、図４の平面図における背面側から中空部２１１６に流れ込み、切り欠き２１１８から手前側に流れ出る第一の流体とが混ざり合わないようにそれらの流路を仕切るとともに、第一の流体が中空部２１１６において矢印の方向、すなわち積層の方向を軸とする軸周りに円弧を描くように流れるように導く役割を果たす。
【００４４】
互いに隣接する右側プレート１１１と左側プレート１１１は、それらの貫通孔１１１１と貫通孔２１１１および貫通孔１１１３と貫通孔２１１３が各々連結するように積層の方向に見た場合の位置決めが行われた後、右側プレート１１１の背面（図３の平面図における背面）と、左側プレート１１１の手前面（図４の平面図における手前面）との接触面間の流体の通過を封止するように、例えば溶接による固着が行われている。図５はそのように固着された右側プレート１１１と左側プレート１１１とにより構成されるプレートセット２０の断面図である。なお、図５において溶接位置をＷで示している。
【００４５】
以下、プレートセット２０を互いに区別する必要がある場合、積層の方向に１番目のプレートセット２０をプレートセット２０−１、２番目のプレートセット２０をプレートセット２０−２、３番目のプレートセット２０をプレートセット２０−３のように枝符号を付す。
【００４６】
これら複数のプレートセット２０は積層の方向に重ね合わされ、ケーシング１２により積層の方向の外側から内側に押さえつけられるように挟み込まれることによってケーシング１２内の所定位置に固定される（図１参照）。その際、封止材１１２が隣接するプレートセット２０間に挟み込まれそれらのプレートセット２０に対し圧着され、その結果、プレートセット２０の接触面間が封止される。
【００４７】
ケーシング１２は積層プレートアセンブリ１１を積層の方向に挟み込むために、積層の方向の上流側に配置される管状体の右側管１２１と、積層の方向の下流側に配置される管状体の左側管１２２と、右側管１２１と積層プレートアセンブリ１１の上流側端部外縁との間に配置されるリング状体のスペーサリング１２３と、左側管１２２と積層プレートアセンブリ１１の下流側端部外縁との間に配置されるリング状体のスペーサリング１２４と、スペーサリング１２３およびスペーサリング１２４を介して積層プレートアセンブリ１１を挟み込んだ状体で右側管１２１と左側管１２２との接合をロックするリング状体であ
るロックリング１２５を備えている。
【００４８】
スペーサリング１２３には、積層プレートアセンブリ１１において積層の方向の上流側端部に位置するプレートセット２０の内部（中空部２１１６）から流れ出る第一の流体をケーシング１２の壁面を貫通する貫通孔を介してケーシング１２の外部へと導く第３のバイパスの一部を構成する切り欠き１２３１が設けられている。
【００４９】
スペーサリング１２４には、積層プレートアセンブリ１１において積層の方向の下流側端部に位置するプレートセット２０の内部（中空部２１１６）へと積層プレートアセンブリ１１の外部から第一の流体を流れ入れるために、ケーシング１２の壁面を貫通する貫通孔を介してケーシング１２の外部へと通じる第４のバイパスの一部を構成する切り欠き１２４１が設けられている。
【００５０】
なお、スペーサリング１２３と右側管１２１との接触面間、スペーサリング１２４と積層プレートアセンブリ１１との接触面間、スペーサリング１２４と左側管１２２との接触面間には、それぞれ、それらの接触面間を流体が通過しないように封止材として機能する例えばシリコンゴム製のＯリングが配置されている。
【００５１】
また、スペーサリング１２３の切り欠き１２３１に通じるようにケーシング１２の壁面に設けられた貫通孔の外側には、積層プレートアセンブリ１１から第一の流体を流し出すための流路である第３のバイパスの一部を形成する管状体である流出管１２７が取り付けられている。
【００５２】
同様に、スペーサリング１２４の切り欠き１２４１に通じるようにケーシング１２の壁面に設けられた貫通孔の外側には、積層プレートアセンブリ１１へと第一の流体を流し入れるための流路である第４のバイパスの一部を形成する管状体である流入管１２６が取り付けられている。
【００５３】
なお、図１においては、流入管１２６および流出管１２７はケーシング１２の外側面上の積層の方向に延伸する同一直線上に配置されているように示されているが、実際には積層の方向に見た場合の流入管１２６と流出管１２７の位置は異なっていてもよい。１枚のプレートセット２０における第一の流体の流入口を構成する切り欠き２１１２と流出口を構成する切り欠き２１１８との間の角度が約２β度であるため、例えば積層プレートアセンブリ１１を構成するプレートセット２０が３枚である場合、第一の流体の流入口と流出口の位置は積層の方向に見て約６β度ずれることになる。
【００５４】
ところで、複数の積層されたプレートセット２０が右側管１２１および左側管１２２により外縁部においてのみ積層の方向の内側に締め付け固定される場合、何らかの原因でその中心軸付近において積層の方向に膨らむような変形を生じやすい。そのような変形が生じると、右側プレート１１１の仕切り壁１１１７とそれに対向する左側プレート１１１の背面との間に隙間が生じ、第二の流体の一部がプレートセット２０の間に形成された中空部１１１６で図３の平面図における矢印で示されるような円弧を描く流れをしないでその隙間から直接、貫通孔１１１３に流れてしまい、十分な熱交換効率が得られなくなり望ま
しくない。そのような問題を回避するため、積層プレートアセンブリ１１を積層の方向に見た場合の中央付近には固着具１１３が取り付けられ、固着具１１３により複数のプレートセット２０が積層の方向の内側に向けて締め付けられるようになっている。
【００５５】
固着具１１３は例えばステンレス製のボルトとナットである。積層プレートアセンブリ１１を積層の方向に見た場合の中央付近には、積層の方向に貫通する貫通孔が生じている。この貫通孔は、右側プレート１１１の貫通孔１１１１と、左側プレート１１１の貫通孔２１１１が連結されて生じたものである。固着具１１３のボルトが積層プレートアセンブリ１１に生じている貫通孔に通された後、ナットにより締め上げられることにより、複数のプレートセット２０の中央付近における積層の方向の固定が行われる。
【００５６】
以上が熱交換器１の構成の説明である。
【００５７】
続いて、熱交換器１において第一の流体と第二の流体との間で熱交換が行われる様子を説明する。
【００５８】
第一の流体と第二の流体は互いに温度差を持つ流体である。以下、例として、第一の流体が相対的に低温であり、第二の流体が相対的に高温であるものとする。
【００５９】
第一の流体は、流入管１２６に対し外部から所定の圧力で圧入される（図１参照）。流入管１２６に圧入された第一の流体は、流入管１２６、スペーサリング１２４の切り欠き１２４１、プレート１１１−６の切り欠き２１１２により構成される第４のバイパスを通って、プレート１１１−６とプレート１１１−５との間の中空部２１１６（第１の中空部）に流れ込む。
【００６０】
図２に示されるように、プレート１１１−６とプレート１１１−５との間の中空部２１１６（第１の中空部）に流れ込んだ第一の流体は、その中空部２１１６の中を円弧を描くように流れた後、プレート１１１−６の切り欠き２１１８、プレート１１１−５の切り欠き１１１２、プレート１１１−４の切り欠き２１１２により構成される第１のバイパスを通って、プレート１１１−４とプレート１１１−３との間の中空部２１１６（第１の中空部）に流れ込む。
【００６１】
プレート１１１−４とプレート１１１−３との間の中空部２１１６に流れ込んだ第一の流体は、その中空部２１１６の中を円弧を描くように流れた後、プレート１１１−４の切り欠き２１１８、プレート１１１−３の切り欠き１１１２、プレート１１１−２の切り欠き２１１２により構成される第１のバイパスを通って、プレート１１１−２とプレート１１１−１との間の中空部２１１６（第１の中空部）に流れ込む。
【００６２】
プレート１１１−２とプレート１１１−１との間の中空部２１１６に流れ込んだ第一の流体は、その中空部２１１６の中を円弧を描くように流れた後、プレート１１１−２の切り欠き２１１８、プレート１１１−１の切り欠き１１１２、スペーサリング１２３の切り欠き１２３１、流出管１２７により構成される第３のバイパスを通って熱交換器１の外部へ流れ出す（図１参照）。
【００６３】
なお、第４のバイパスおよび第１のバイパスは、その壁面の一部がケーシング１２の壁面の一部により構成されている。
【００６４】
一方、第二の流体は、ケーシング１２内の積層プレートアセンブリ１１から見て積層の方向の上流側から下流側に向かい加圧されて流れるように供給される。積層の方向に上流側から加圧されて流れてきた第二の流体は、図２に示されるように、プレート１１１−１の貫通孔１１１３、プレート１１１−２の貫通孔２１１３により構成されるバイパスを通って、プレート１１１−２とプレート１１１−３との間の中空部１１１６（第２の中空部）に流れ込む。
【００６５】
プレート１１１−２とプレート１１１−３との間の中空部１１１６（第２の中空部）に流れ込んだ第二の流体は、その中空部１１１６の中を円弧を描くように流れた後、プレート１１１−３の貫通孔１１１３、プレート１１１−４の貫通孔２１１３により構成される第２のバイパスを通って、プレート１１１−４とプレート１１１−５との間の中空部１１１６（第２の中空部）に流れ込む。
【００６６】
プレート１１１−４とプレート１１１−５との間の中空部１１１６（第２の中空部）に流れ込んだ第二の流体は、その中空部１１１６の中を円弧を描くように流れた後、プレート１１１−５の貫通孔１１１３、プレート１１１−６の貫通孔２１１３により構成されるバイパスを通って、ケーシング１２内の積層プレートアセンブリ１１から見て下流側に流れ出す。
【００６７】
上記のように、第一の流体が第１のバイパスにより直列的に連結された複数の中空部２１１６（第１の中空部）内の流路を順次流れると同時に、第二の流体が第２のバイパスにより直列的に連結された複数の中空部１１１６（第２の中空部）内の流路を順次流れる間、各プレート１１１を介して第二の流体から第一の流体への熱伝導が行われる。その結果、第一の流体と第二の流体の間の熱交換が行われる。
【００６８】
なお、上述のような第一の流体および第二の流体のための流路が形成されるためには、図２に示されるように、プレートセット２０−１に対しプレートセット２０−２が、またプレートセット２０−２に対しプレートセット２０−３が、各々、積層の方向の中心軸（プレートセット２０の中心を通る軸）の周りに左方向に約２β度、ずれるように配置される必要がある。
【００６９】
以上のように、熱交換器１によれば、第二の流体の流路を形成している管の途中に熱交換器１を咬ませるように配置するとともに、第二の流体の流れの方向に対し概ね垂直方向に開口する流入管１２６に対し第一の流体を圧入することで、第一の流体と第二の流体との間の熱交換を行うことができる。従って、例えば第二の流体の流路を形成している管の外に熱交換器を設ける場合と比較し、その配管がシンプルであるとともに、熱交換器１の配置に多くの空間を要することもない。
【００７０】
なお、第一の流体は第二の流体の流れの方向に対し概ね垂直方向に開口する流出管１２７から流れ出てくる。そのため、第一の流体の循環流路を熱交換器１に対し接続する際、循環流路の取り回しも容易である。
【００７１】
さらに、熱交換器１に用いるプレートセット２０の数を変更することで容易に熱交換器１の熱交換能力を変更することができる。また、熱交換器１の組み立ては複数のプレートセット２０を積層し、それらを固着具１１３で固定した後、ケーシング１２内に設置するだけでよく、短時間で簡単にその組み立て、分解、掃除等を行うことができる。
【００７２】
（変形例）
上述した実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で様々に変形が可能である。以下にそのような変形の例を示す。
【００７３】
上述した実施形態においては、図４に示されるように、プレートセット２０の左側プレート１１１に設けられた半径方向貫通した切り欠き２１１２と２１１８が図６のようにケーシングへ半径方向に貫通しないような積層方向の穴の形状にしてもよい。同じく、右側プレート１１１の切り欠き１１１２もケーシングへ半径方向に貫通しないような積層方向の穴の形状にすることも出来る。切り欠きが積層方向の穴に変更することで右側プレート１１１の穴１１１２の周りに、及び、右側プレート１１１の固着具１１３を通すための貫通孔２１１１の周りに溝を設け溝にシールを設置することで、右側プレート１１１に設置したリング状凹部１１１５１、或はケーシング１２を省くことが出来る。
【００７４】
また、ケーシング１２内に、上述の積層の方向に第二の流体の流れを生じさせるファンを備えるように熱交換器１を構成してもよい。そのような構成の熱交換器１によれば、当該ファンの回転により第二の流体に流れが生じるため、例えば外部に第二の流体を圧入する装置を配置することが困難な場合であっても熱交換を行うことができる。
【００７５】
なお、本明細書中における「ファン」は、各種プロペラ、羽根車、コンプレッサ等も含む広い意味での流体加圧装置であるものとする。
【００７６】
また、プレート１１１とケーシング１２は積層の方向に見た場合、略円盤状の形状を有するものとしたが、その形状は任意に変更可能である。例えば、プレート１１１とケーシング１２を積層の方向に見た場合の形状を概ね正十八角形とすると、互いに隣接するプレートセット２０の位置決めを行う際、積層の方向に見て同じ形状位置となるように配置したそれらのプレートセット２０の一方を、正十八角形の対応する頂点が一つ分ずれるように積層の方向の中心軸周りに回転させれば正確に２０度のずれを実現することができる。
【００７７】
このように、プレートセット２０間をずらす角度と同様の角度だけ中心軸周りに回転させると同じ形状となるようにプレート１１１の形状を定めることにより、プレートセット２０間の位置決めが容易となる。その際、プレート１１１は正多角形に限られず、所定角度だけ回転させると同じ形状となる如何なる形状が採用されてもよい。
【００７８】
なお、上述した実施形態においては、隣接するプレートセット２０間は中心軸周りに２β度回転して配置されるものとしたが、その角度は任意に変更可能である。その角度を小さくすると、第一の流体の流路である第２のバイパスの断面積が小さくなる一方、第一の流体および第二の流体の流路を長くすることができ、熱変換能力を高めることができる。一方、その角度を大きくすると、熱変換能力は下がるが、第２のパイパスの断面積を広くすることができるため、例えば第二の流体の粘性が高い或は流量が大きい場合に望ましい。
【００７９】
また、上述した実施形態においては、第一の流体は流入管１２６から流入し、流出管１２７から熱交換器１の外へ流出するものとしたが、その流れの方向は逆であってもよい。すなわち、第一の流体が流出管１２７から圧入され、流入管１２６から流れ出るように、第一の流体の循環流路の熱交換器１に対する接続がおこなわれてもよい。
【００８０】
同様に、第二の流体の流れの方向を上述した実施形態におけるものと逆としてもよい。すなわち、図１における左側から右側へと第二の流体が流れるように、第二の流体に対する加圧が行われてもよい。
【００８１】
なお、第一の流体と第二の流体の温度差が熱交換器１における特定部分において不必要に大きくなることは熱膨張比率の差による熱交換器１の破損などをもたらす等の理由で望ましくない。その点、熱交換器１においては、隣接するプレート１１１の間に形成される中空部を直列的に連結することにより第一の流体および第二の流体の流路が形成されており、それらの流路内を流れる第一の流体の流れの方向と、第二の流体の流れの方向とを互いに逆にすることが可能であるため、互いにプレート１１１を介して接するそれら２種類の流体の温度差を流路の全領域において小さくすることができる。
【００８２】
例えば、第一の流体が相対的に低温であり、第二の流体が相対的に高温である場合、流入管１２６から流入されたばかりの第一の流体は、熱を奪われて低温化された第二の流体との間で熱交換を行い、流出管１２７近くに流れ至った第一の流体は、熱を奪って高温化した状体でまだ低温化されていない高温の第二の流体との間で熱交換を行うことになる。従って、互いにプレート１１１を介して接する第一の流体と第二の流体との温度差が平均化され、局所的に大きい温度差が生じることがないため安全である。
【００８３】
また、上述した実施形態における熱交換器１の各構成部の素材は任意に変更可能である。例えば、封止材としてシリコンゴム以外の素材が採用されてもよい。また、プレート１１１やケーシング１２、固着具１１３の素材として、ステンレス以外の素材が採用されてもよい。例えば、プレート１１１に銅などの熱伝導率が高い素材を採用することで熱交換率を高めることができる。
【００８４】
また、固着具１１３は、ボルトおよびナットによって構成されるものとしたが、積層プレートアセンブリ１１を軸方向に締結することが可能な他のいかなる固着のための器具が用いられてもよい。さらに、プレートセット２０が変形するおそれがない場合には、固着具１１３は設けられなくてもよい。
【００８５】
また、上述した実施形態においては、隣接する右側プレート１１１の背面と左側プレート１１１の手前面との接触面（の端部）が溶接により固着されるものとしたが、それらの固着の方法は溶接に限られず、流体を封止可能な他の如何なる固着の方法が採用されてもよい。例えば、接着により接触面が互いに固着されてもよい。
【００８６】
また、隣接する右側プレート１１１の背面と左側プレート１１１の手前面との接触面を固着させプレートセット２０を構成することに代えて、プレートセット２０間の封止と同様に、Ｏリング等の封止材を右側プレート１１１の背面と左側プレート１１１の手前面との間に配置し、それらの封止材を右側プレート１１１と左側プレート１１１で挟み込み、封止材をそれらに圧着させることで、それらの間の封止を行う構成が採用されてもよい。
【００８７】
また、隣接するプレートセット２０の間を封止材の圧着により封止する代わりに、それらを溶接や接着剤等による固着により封止する構成が採用されてもよい。
【００８８】
また、ケーシング１２に積層プレートアセンブリ１１を収容する代わりに、例えば第１のバイパスを形成するための壁面を設けるとともに、第二の流体を積層プレートアセンブリ１１に流入させる流入管をプレート１１１−１の貫通孔１１１３に、また積層プレートアセンブリ１１から流出する第二の流体を受容する流出管をプレート１１１−６の貫通孔２１１３に、各々連結する構成が採用されてもよい。そのような変形例にかかる左側プレート１１１の斜視図を図６に示す。
【００８９】
また、上述した実施形態における第一の流体の流路の配置、第二の流体の流路の配置は各々変更可能である。例えば、第１のバイパスはプレート１１１の外縁部に、第２のバイパスはプレート１１１の内側を貫くように配置されるものとしたが、それらの配置は任意に変更可能である。
【００９０】
例えば、図８はそのような流体の流路の配置を上述した実施形態から変更した一変形例を示している。図８に示す変形例においては、ケーシング１２の一方が開口せず、壁に対しその管状体の軸が垂直となるように設置されている。このような場合、図８における左方向に第二の流体が流れることができないため、貫通孔１１１１および貫通孔２１１１の内側にパイプを配置し、そのパイプを第二流体の流路としている。
【００９１】
また、第一の流体は中空部２１１６の中を、第二の流体は中空部１１１６の中を円弧を描くように流れるものとしたが、例えば渦巻き状の流路や蛇行する流路など、他の様々な形状の流路がそれらの中空部の中に構成されてもよい。また、第一の流体および第二の流体の熱交換器１における流入、流出の位置やその方向も任意に変更可能である。
【００９２】
また、上述した実施形態においては例として、第一の流体が相対的に低温であり、第二の流体が相対的に高温であるものとしたが、これらは逆であってもよい。
【００９３】
また、本願における流体とは液体、気体を含む全ての流体である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、熱交換を要する様々な装置に適用が可能であり、かつ量産可能であるため、いわゆる製造業や小売業等のサービス業において利用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…熱交換器、１１…積層プレートアセンブリ、１２…ケーシング、２０…プレートセット、１１１…プレート、１１２…封止材、１１３…固着具、１２１…右側管、１２２…左側管、１２３…スペーサリング、１２４…スペーサリング、１２５…ロックリング、１２６…流入管、１２７…流出管
【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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