(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート積層型熱交換器であって、
複数のプレートを積層して形成されたプレート積層本体と、
流体が前記プレート積層本体の外部から流入する際に通過する第１ヘッダ、及び前記流体が前記プレート積層本体の前記外部に流出する際に通過する第２ヘッダであって、ともに前記プレート積層本体に接続された前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダを含む熱交換器本体とを備え、
前記複数のプレートは各々、第１表面及び第２表面を有する平板形状に形成され、
前記複数のプレートの少なくとも１つの前記第１表面には、流体が流れる際に通過する、内壁によって規定された複数の溝部が設けられ、
前記複数のプレートは、前記複数のプレートのうちの１つの前記第１表面が前記複数のプレートの他の１つの前記第２表面に蝋付けされるように、互いに蝋付けによって接合され、
前記複数のプレートのうちの少なくとも１つは、前記複数の溝部の周囲に、前記複数のプレートの前記他の１つの前記第２表面に接合するための接合部分を有し、
前記接合部分は、複数の溝部と、蝋付け材料が被覆される複数の平坦面とがそれぞれ交互に配置されてなる補助接合部分を含み、
前記補助接合部分の前記溝部は、所定間隔で平行に配置され、
前記複数の溝部は、第１溝部群と、前記第１溝部群の溝部幅より狭い溝部幅を有する第２溝部群とからなる、少なくとも２つの溝部群を含み、
前記第１溝部群は、
前記プレートの幅方向における第１側に開口し、前記幅方向に沿って前記第１側とは反対側の第２側に向かって延びる入口流路と、
前記プレートの前記第２側に開口し、前記幅方向に沿って前記第１側に延びる出口流路と、
前記プレートの前記幅方向及び長手方向に対して傾斜する方向に延び、前記入口流路と前記第２溝部群とを接続する第１中間流路と、
前記プレートの前記幅方向及び前記長手方向に対して傾斜する方向に延び、前記第２溝部群と前記出口流路とを接続する第２中間流路と、を有し、
前記第２溝部群は、前記長手方向に延びるメイン流路を有し、
前記補助接合部分は、前記第１中間流路の前記第２側、及び前記第２中間流路の前記第１側に設けられる
プレート積層型熱交換器。
【請求項２】
前記第１溝部群と前記第２溝部群との間に、統合部分が設けられ、
前記統合部分は、前記流体の流動方向に交差する方向において、前記第２溝部群の両側
に対応する位置に設けられた２つの内壁により画成された領域である、
請求項１に記載のプレート積層型熱交換器。
【請求項３】
前記第２溝部群の前記溝部幅は、Ｗであり、
前記幅Ｗは、２ｍｍ〜４ｍｍに設定され、
前記複数のプレートの少なくとも１つの厚さは、前記幅Ｗ未満に設定される、
請求項１又は２に記載のプレート積層型熱交換器。
【請求項４】
前記第２溝部群の溝部幅は、Ｗであり、
前記第２溝部群に直交する方向における前記プレートの第１端部から、前記プレートの
前記第１端部により近い前記第２溝部群における最も外側の溝部までの距離は、幅Ｗの１
０倍以下に設定される、
請求項１に記載のプレート積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート積層型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに積層及び接合された複数の波形プレートを含む、従来のプレート積層型熱交換器がある。各波形プレートは、その表面に流体の流路としての複数の凹部を有する（例えば、特開２００２−６２０８５号を参照）。また、拡散接合によって互いに接合された平板から形成される、従来のプレート積層型熱交換器がある（例えば、特開昭６１−６２７９５及び特開（ＰＣＴ出願の翻訳）２００８−５３５２６１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６２０８５号
【特許文献２】特開昭６１−６２７９５号
【特許文献３】特開（ＰＣＴ出願の翻訳）２００８−５３５２６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プレート積層型熱交換器において波形プレートが使用される時、プレートの剛性が十分得られないことがある。また、プレートが蝋付けによって互いに接合される時、各プレート間の接合力が十分に得られないことがある。さらに、隣接のプレートと蝋付けされる接合部分が大きい時、蝋付け材料が接合部分全体に十分広がらないこともあり、つまり、接合部分の中央部分が蝋付け材料で被覆されず、各プレート間の接合力が十分に得られないことがある。従って、従来のプレート積層型熱交換において、プレートは、流路内の圧力が動作中に１００バール以上となった時、剥離するか、又は損傷することがある。
このような理由により、従来のプレート積層型熱交換器によっては、各プレートが拡散接合によって隣接のプレートに接合され、その間の十分な接合力を得るようにしている。しかしながら、拡散接合を使用してプレート積層型熱交換器を作製するには、作製コストが高くなることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様によると、プレート積層型熱交換器であって、複数のプレートを積層して形成されたプレート積層本体と、流体が前記プレート積層本体の外部から流入する際に通過する第１ヘッダ、及び前記流体が前記プレート積層本体の前記外部に流出する際に通過する第２ヘッダであって、ともに前記プレート積層本体に接続された前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダを含む熱交換器本体とを備える。前記複数のプレートは各々、第１表面及び第２表面を有する平板形状に形成される。前記複数のプレートの少なくとも１つの前記第１表面には、流体が流れる際に通過する、内壁によって規定された複数の溝部が設けられる。前記複数のプレートは、前記複数のプレートのうちの１つの前記第１表面が前記複数のプレートの他の１つの前記第２表面に蝋付けされるように、互いに蝋付けによって接合される。
【０００６】
本構成によると、複数の溝部は、平板形状に形成されたプレート上に形成されるため、各プレートは、波形プレートを使用した場合に比較して、十分な剛性を得ることができる。従って、このプレート積層型熱交換器は、プレート積層型熱交換器内の圧力が高くなる場合でも、損傷を防ぐことができる。従って、プレート積層型熱交換器は、高圧環境下で使用可能である。
さらに、複数のプレートは、各々、互いに蝋付けで接合されるため、プレート積層型熱交換器は、低コストで作製可能である。
【０００７】
本発明の第２態様によると、第１態様に係るプレート積層型熱交換器において、前記複数の溝部は、第１溝部群と、前記第１溝部群の溝部幅より狭い溝部幅を有する第２溝部群とからなる、少なくとも２つの溝部群を含む。
【０００８】
本構成によると、第２溝部群に形成される溝部及び内壁の数が増加する。従って、内壁が形成される第１表面の部分が、隣接プレートへの接合対象となる接合部分として使用されるため、第２溝部群に形成される内壁の数が増加するほど、複数のプレートは互いに対してより強力に接合される。また、内壁が形成される各接合部分は狭いため、各接合部分は、蝋付け材料で十分に被覆可能である。従って、蝋付け材料の不足によって生じる接合欠陥の発生を防ぐことができる。
さらに、プレート積層型熱交換器内の圧力が高くなる時、各プレートに付与される応力が増加し、複数のプレートが応力で剥離してしまうことがある。しかしながら、第２溝部群の溝部幅が狭いため、応力が第２溝部群内の各溝部に分散され、プレートに付与される応力が低減する。従って、各プレートが蝋付けで接合される場合であっても、複数のプレートが応力で剥離されてしまうのを防ぐことができる。
結果として、プレート積層型熱交換器は、高圧環境下で使用可能である。
【０００９】
本発明の第３態様によると、第１態様又は第２態様に係るプレート積層型熱交換器において、前記第１溝部群と前記第２溝部群との間に、統合部分が設けられ、前記流体の流動方向に交差する方向において、前記第２溝部群の両側に対する位置に少なくとも２つの内壁が設けられる。
【００１０】
本構成によると、第１溝部群の幅が第２溝部群とは幅が異なる場合であっても、第１溝部群から流れる流体は、統合部分で統合され、第２溝部群へ均一に分離することができる。従って、流体は、複数の溝部の各々で平滑且つ均一に流れることができる。結果として、プレート積層型熱交換器における圧力損失を防ぐことができ、熱交換の効率を向上することができる。
【００１１】
本発明の第４態様によると、第２態様又は第３態様に係るプレート積層型熱交換器において、前記第２溝部群の前記溝部幅は、Ｗであり、前記幅Ｗは、２ｍｍ〜４ｍｍに設定される。前記複数のプレートの少なくとも１つの厚さは、前記幅Ｗ未満に設定される。
【００１２】
本構成によると、第２溝部群の溝部幅Ｗが２ｍｍ〜４ｍｍに設定されるため、第２溝部群において流体の圧力がさらに上昇される。従って、熱交換の速度を上昇することができ、熱交換の効率を向上することができる。また、本構成によると、少なくとも１つのプレートの厚さが幅Ｗ未満に設定されるため、プレート積層型熱交換器は、コンパクトに、且つ、低コストで製造可能であり、プレートを形成する材料を低減する。
【００１３】
本発明の第５態様によると、第１態様〜第４態様のいずれか１つに係るプレート積層型熱交換器において、前記複数のプレートのうちの少なくとも１つは、前記複数のプレートの前記他の１つの前記第２表面に接合するため、前記複数の溝部の周囲に形成された接合部分を含み、前記接合部分は、補助接合部分を含む。
【００１４】
本発明の第６態様によると、第５態様に係るプレート積層型熱交換器において、前記補助接合部分は、溝部形状に形成される。
【００１５】
本構成によると、補助接合部分が接合部分に形成されるため、接合部分における平坦領域が補助接合部分で分割される。従って、接合部分の平坦領域の総面積を低減することなく、蝋付け対象の接合部分における平坦領域全体に、蝋付け材料を十分に広げることができる。従って、複数のプレートは、各々、強力な接合力で接合可能であり、プレート積層型熱交換器の欠陥の発生を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第７態様によると、第５態様に係るプレート積層型熱交換器において、前記第２溝部群の溝部幅は、Ｗであり、前記第２溝部に直交する方向における前記プレートの第１端部から、前記プレートの前記第１端部により近い前記第２溝部群における最も外側の溝部までの距離は、幅Ｗの１０倍以下に設定される。
【００１７】
本構成によると、複数の溝部の周囲に形成された接合部分を低減することができ、第２溝部群の有効面積を十分に大きくすることができる。従って、熱交換の速度を上昇することができ、熱交換の効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述のプレート積層型熱交換器によると、プレート積層型熱交換器が高圧環境下で使用される場合であっても、欠陥の発生を防ぐことができる。さらに、プレート積層型熱交換器の作製コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す側面図である。
【図３】プレート積層本体の展開斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプレート上に形成された流路のパターンを示す上面図である。
【図５】図４の部分Ａの拡大図である。
【図６】図４の線ＶＩ−ＶＩ’に沿った断面図である。
【図７】図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩ’−ＶＩＩ’’に沿った断面図である。
【図８】図５の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’−ＶＩＩＩ’’−ＶＩＩＩ’’’に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（プレート積層型熱交換器の構成）
以下、本発明の一実施形態に係るプレート積層型熱交換器１について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、プレート積層型熱交換器１を示す斜視図である。
図２は、プレート積層型熱交換器１を示す側面図である。
図３は、本発明の実施形態に係るプレート積層本体３０の展開斜視図である。
【００２２】
図１に示される通り、プレート積層型熱交換器１は、プレート積層本体３０及びヘッダ４から構成される熱交換器本体２を含む。
【００２３】
図３に示される通り、プレート積層本体３０は、高温流体Ｇ１を流すための高温流体流路３９ａを有する第１プレート３ａと、低温流体Ｇ２を流すための低温流体流路３９ｂを有する第２プレート３ｂとを交互に積層することによって形成される。以降、第１プレート３ａ及び第２プレート３ｂをプレート３と総称する。高温流体流路３９ａ及び低温流体流路３９ｂを流路３９と総称する。高温流体Ｇ１及び低温流体Ｇ２を流体Ｇと総称する。
プレート３は、幅方向及び長手方向の２つの方向を有する。幅方向は、高温流体Ｇ１が図３の高温流体流路３９ａを出入りして流れる方向に対応する。
以下の説明において、プレート３の幅方向をＸ方向と称する。プレート３の長手方向をＹ方向と称する。プレート３の積層方向をＺ方向と称する。
図２に示される通り、プレート３は、Ｘ方向の一方側（−Ｘ方向）に配置された第１側面３８ｃと、Ｘ方向の他方側（＋Ｘ方向）に配置された第２側面３８ｄと、Ｙ方向の一方側（＋Ｙ方向）に配置された第３側面３８ｅと、Ｙ方向の他方側（−Ｙ方向）に配置された第４側面３８ｆとの４つの側面を有する。
プレート３を積層して形成されたプレート積層本体３０の４つの側面を、プレート３の第１側面３８ｃ、第２側面３８ｄ、第３側面３８ｅ、及び第４側面３８ｆと同一名称で称する。
【００２４】
本実施形態において、図２に示される通り、ヘッダ４は、第１入口ヘッダ４ａ、第２入口ヘッダ４ｂ、第１出口ヘッダ４ｃ、及び第２出口ヘッダ４ｄの４つのヘッダから構成される。
図２に示される通り、第１入口ヘッダ４ａは、第３側面３８ｅにより近い、プレート積層本体３０の第１側面３８ｃ上に配される。第１入口ヘッダ４ａは、高温流体Ｇ１がプレート積層本体３０の外部から流入する際に通過する第１入口４ｅを有する。
第２入口ヘッダ４ｂは、第３側面３８ｅにより近い、プレート積層本体３０の第２側面３８ｄ上に配される。第２入口ヘッダ４ｂは、低温流体Ｇ２がプレート積層本体３０の外部から流入する際に通過する第２入口４ｆを有する。
第１出口ヘッダ４ｃは、第４側面３８ｆにより近い、プレート積層本体３０の第２側面３８ｄ上に配される。第１出口ヘッダ４ｃは、高温流体Ｇ１がプレート積層本体３０の外側に流出する際に通過する第１出口４ｇを有する。
第２出口ヘッダ４ｄは、第４側面３８ｆにより近い、プレート積層本体３０の第１側面３８ｃ上に配される。第２出口ヘッダ４ｄは、低温流体Ｇ２がプレート積層本体３０の外側に流出する際に通過する第２出口４ｈを有する。
【００２５】
図３に示される通り、プレート３は、平板形状に形成され、第１表面３８ａ及び第２表面３８ｂを有する。
図３に示される通り、高温流体Ｇ１が通過して流れる高温流体流路３９ａは、エッチングにより、第１プレート３ａの第１表面３８ａ上で溝部形状に形成される。低温流体Ｇ２が通過して流れる低温流体流路３９ｂは、エッチングにより、第２プレート３ｂの第１表面３８ａ上で溝部形状に形成される。
【００２６】
図４は、第１プレート３ａ（プレート３）の第１表面３８ａ上に形成された高温流体流路３９ａのパターンを示す上面図である。
図５は、図４の部分Ａの拡大図である。
図６は、図４の線ＶＩ−ＶＩ’に沿った断面図である。
図３及び図４に示される通り、高温流体流路３９ａは、第１入口通路３１ａ、第１中間通路３３ａ、メイン通路３４ａ、第２中間通路３３ｂ、及び第１出口通路３２ａの４つの部分を有する。低温流体流路３９ｂは、第２入口通路３１ｂ、第１中間通路３３ａ、メイン通路３４ｂ、第２中間通路３３ｂ、及び第２出口通路３２ｂの４つの部分を有する。
第１入口通路３１ａ及び第２入口通路３１ｂを入口通路３１と総称する。第１中間通路３３ａ及び第２中間通路３３ｂを中間通路３３と総称する。メイン通路３４ａ及びメイン通路３４ｂをメイン通路３４と総称する。第１出口通路３２ａ及び第２出口通路３２ｂを出口通路３２と総称する。また、入口通路３１、中間通路３３、及び出口通路を第１溝部群と総称する。メイン通路３４を第２溝部群と称する。
基本的構成は同一であるため、以下の説明は、第１プレート３ａの高温流体流路３９ａに基づいて行う。
【００２７】
図４に示される通り、第１入口通路３１ａは、平面視で（＋Ｚ方向から見ると）線状溝部形状を有する複数の溝部から構成され、複数の溝部がＹ方向に配列されるように、Ｙ方向において範囲Ｌ３（図５に示される通り）内に形成される。
第１入口通路３１ａは、第１プレート３ａの第３側面３８ｅから離間した位置において、第１プレート３ａの第１側面３８ｃへ（−Ｘ方向へ）開いた第１入口開口４０ａを有する。
第１入口通路３１ａは、第１プレート３ａの第２側面３８ｄ側に向かって（＋Ｘ方向に向かって）、第１プレート３ａの第３側面３８ｅと平行に、第１入口通路３１ａと第１プレート３ａの第２側面３８ｄとの間に所定距離で配された位置まで延びる。
また第１入口通路３１ａは、第１プレート３ａの第４側面３８ｆ側に接近するに連れてＸ方向の長さがより短くなるように形成される。
【００２８】
図４に示される通り、第１中間通路３３ａは、平面視で（＋Ｚ方向から見ると）線状溝部形状を有する複数の溝部から構成される。
第１中間通路３３ａは、Ｙ方向の範囲Ｌ３において、且つ、Ｘ方向の範囲Ｌ１において、第１側面３８ｃの付近に配置された第１中間通路３３ａの最も外側の溝部から、第２側面３８ｄの付近に配置された第１中間通路３３ａの最も外側の溝部まで、範囲Ｌ２（図５に図示）内に形成される。
第１中間通路３３ａは、（＋Ｘ方向における）第２側面３８ｄの付近の第１入口通路３１ａの端部に近い部分から、統合部分３７（後述）をその間に介在させて形成される。
第１中間通路３３ａは、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近に配置された第１入口通路３１ａの最も外側の溝部の位置と同一のＹ軸方向における位置まで、第１プレート３ａの第４側面３８ｆに向かって延び、傾斜する。
【００２９】
図４に示される通り、メイン通路３４ａは、平面視で（＋Ｚ方向から見ると）波形形状を有する複数の溝部で形成され、複数の溝部がＸ方向に配列されるように、Ｘ方向の範囲Ｌ１（図５に図示）内に形成される。
メイン通路３４ａは、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近の第１中間通路３３ａの端部に近い部分から、統合部分３７をその間に介在させて形成され、（−Ｘ方向における）第１側面３８ｃの付近に配置されたメイン通路３４ａの最も外側の溝部が、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近に配置された第１入口通路３１ａの最も外側の溝部上の（＋Ｘ方向における）第２側面３８ｄに近い端部に接続される。
メイン通路３４ａは、Ｘ方向においてメイン通路３４ａの両側に所定幅Ｗ４（図６に図示）を有して、第１プレート３ａの略中央に配置される。
メイン通路３４ａは、第１プレート３ａの第１側面３８ｃと平行に、第４側面３８ｆ（−Ｙ方向）に向かって延びる。
【００３０】
中間通路３３ｂの構成は、中間通路３３ａのものと同様である。すなわち、図３に示される通り、第２中間通路３３ｂは、複数の溝部から構成される。
第２中間通路３３ｂは、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近のメイン通路３４ａの端部に近い部分から、統合部分３７をその間に介在させて形成される。
第２中間通路３３ｂは、第１プレート３ａの第２側面３８ｄに向かって延び、傾斜する。
【００３１】
第１出口通路３２ａの構成は、第１入口通路３１ａのものと同様である。すなわち、図４に示される通り、第１出口通路３２ａは、複数の溝部がＹ方向に配列されるように、複数の溝部から構成される。
第１出口通路３２ａは、（＋Ｘ方向における）第２側面３８ｄの付近の第２中間通路３３ｂの端部に近い部分から、統合部分３７を介在させて形成され、（＋Ｙ方向における）第３側面３８ｅの付近に配置された第１出口通路３２ａの最も外側の溝部は、（＋Ｘ方向における）第２側面３８ｄの付近に配置されたメイン通路３４ａの最も外側の溝部上の（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆに近い端部に接続される。
第１出口通路３２ａは、第１プレート３ａの第４側面３８ｆと平行に、（＋Ｘ方向に向かって）第１プレート３ａの第２側面３８ｄに向かって延びる。
第１出口通路３２ａは、第１プレート３ａの第４側面３８ｆから離間した位置に、第１プレート３ａの第２側面３８ｄへ（＋Ｘ方向へ）開いた第１出口開口４１ａを有する。
【００３２】
図５に示される通り、メイン通路３４ａは、溝部幅Ｗ１を有し、第１中間通路３３ａは、溝部幅Ｗ２を有し、第１入口通路３１ａは、溝部幅Ｗ３を有する。第２中間通路３３ｂは、第１中間通路３３ａと同一の溝部幅を有し、第１出口通路３２ａは、第１入口通路３１ａと同一の溝部幅を有する。
溝部幅Ｗ１〜Ｗ３は、以下の関係を満たす。
Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３
【００３３】
本実施形態において、図６に示される通り、メイン通路３４ａの溝部幅Ｗ１は、２ｍｍ〜４ｍｍに設定される。溝部幅Ｗ１は、３ｍｍに設定されることがより好ましい。
プレート３の厚さＴは、幅Ｗ１未満に設定されることが好ましい。プレート３の厚さは、２ｍｍ以下に設定されることがより好ましい。
第１入口通路３１ａ、中間通路３３、メイン通路３４ａ、及び第１出口通路３２ａの溝部深さＤは、約１．５ｍｍに設定されることが好ましい。
【００３４】
さらに、範囲Ｌ１〜Ｌ３は、以下の関係を満たす。
Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１
また、メイン通路３４ａにおける溝部の数は、中間通路３３より多く、中間通路３３における溝部の数は、第１入口通路３１ａ及び第１出口通路３２ａより多い。
【００３５】
図７は、図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩ’−ＶＩＩ’’に沿った断面図である。
図８は、図５の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’−ＶＩＩＩ’’−ＶＩＩＩ’’’に沿った断面図である。
図７において、第１中間通路３３ａは、ＶＩＩ−ＶＩＩ’の間の領域によって示され、統合部分３７は、ＶＩＩ’−ＶＩＩ’’の間の領域によって示される。
図７に示される通り、第１中間通路３３ａとメイン通路３４ａとの間の統合部分３７は、例えば、第１中間通路３３ａより広い溝部幅を有する１つの溝部を有するように構成される。
より具体的には、第１中間通路３３ａには、図７のＶＩＩ−ＶＩＩ’間の領域に示される通り、幅Ｗ２の間隔で内壁４２に規定される複数の溝部が設けられる。従って、高温流体Ｇ１は、第１中間通路３３ａにおける各溝部に別々に流れる。
しかしながら、第１中間通路３３ａとメイン通路３４ａとの間の統合部分３７は、図７のＶＩＩ’−ＶＩＩ’’間の領域に示される通り、Ｘ方向における範囲Ｌ１の両側に設けられる２つの内壁４２を有する。統合部分３７の２つの内壁４２のうちの一方は、第１側面３８ｃの付近に配置された第１中間通路３３ａとメイン通路３４ａの最も外側の溝部が接続される部分である。統合部分３７の２つの内壁４２のうちの他方は、第２側面３８ｄの付近に配置される第１中間通路３３ａとメイン通路３４ａの最も外側の溝部が接続される部分である。従って、第１中間通路３３ａから流れる高温流体Ｇ１は、統合部分で統合される。
【００３６】
図８において、第１中間通路３３ａは、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’−ＶＩＩＩ’’間の領域に示され、統合部分３７は、ＶＩＩＩ’’−ＶＩＩＩ’’’間の領域に示される。
図８に示される通り、第１入口通路３１ａと第１中間通路３３ａの間の統合部分３７は、例えば、複数の溝部を有するように構成される。
より具体的には、第１入口通路３１ａと第１中間通路３３ａの間の統合部分３７には、図８のＶＩＩＩ’’−ＶＩＩＩ’’’間の領域に示される通り、範囲Ｌ２の両側に設けられた２つの内壁４２を含む中間通路３３の幅Ｗ２より広い間隔で内壁４２に規定された複数の溝部が設けられる。本構成により、第１入口通路３１ａから流れる高温流体Ｇ１は、依然として統合部分３７で統合可能である。
【００３７】
本実施形態において、統合部分３７が１つの溝部を有する第１種別と統合部分３７が複数の溝部を有する第２種別との、２つの種別の統合部分３７を説明する。しかしながら、第１中間通路３３ａとメイン通路３４ａの間の統合部分３７は、第２種別で形成されてもよい。第１入口通路３１ａと第１中間通路３３ａの間の統合部分３７は、第１種別で形成されてもよい。
メイン通路３４ａと第２中間通路３３ｂの間、及び第２中間通路３３ｂと第１出口通路３２ａの間の統合部分３７は、また、第１種別及び第２種別のいずれか一方で形成される。
【００３８】
図４に示される通り、接合部分３５は、第２プレート３ｂの第２表面３８ｂに接合されてプレート積層本体３０を形成するように構成された第１プレート３ａの高温流体流路３９ａの周囲に形成される。
図６に示される通り、接合部分３５は、Ｘ方向において、第１側面３８ｃにより近い第１表面３８ａの端部縁部から第１側面３８ｃの付近のメイン通路３４ａの最も外側の溝部まで、幅Ｗ４を有する。
本実施形態において、幅Ｗ４は、メイン通路３４ａの幅Ｗ１の１０倍以下に設定されることが好ましい。
【００３９】
図４に示される通り、接合部分３５は、所定の空間を有して＋Ｘ方向における第１中間通路３３ａの側と、所定の空間を有して−Ｘ方向における第２中間通路３３ｂの側との２箇所に形成された補助接合部分３６を有する。
本実施形態において、第１中間通路３３ａの側に形成された補助接合部分３６は、例えば、第３側面３８ｅの付近に配置された第１入口通路３１ａの最も外側の溝部の位置と同一のＸ方向における位置に配置された第１辺と、第２側面３８ｄの付近に配置されたメイン通路３４ａの最も外側の溝部の位置と同一のＹ方向における位置に配置された第２辺と、間に所定空間を介在させて、第２側面３８ｄの付近に配置された第１中間通路３３ａの最も外側の溝部に平行な第３辺とを有する正三角形状を有する。
複数の溝部は、補助接合部分３６の内部に形成される。本実施形態は、補助接合部分３６の複数の溝部は、複数の溝部がＸ方向に延びるように、所定間隔で形成される。補助接合部分３６の複数の溝部は、例えば、Ｙ方向等、他の方向に延びるように形成されてもよい。
【００４０】
本実施形態において、第２プレート３ｂの低温流体流路３９ｂは、第１プレート３ａの高温流体流路３９ａと同様の形状を有する。しかしながら、低温流体流路３９ｂは、Ｘ方向において高温流体流路３９ａを左右反転した形状を有して形成される。
以下、第２プレート３ｂの低温流体流路３９ｂと第１プレート３ａの高温流体流路３９ａの違いのみについて説明する。
【００４１】
図３に示される通り、第２入口通路３１ｂは、第２プレート３ｂの第３側面３８ｅから離間した位置において第２プレート３ｂの第２側面３８ｄへ（＋Ｘ方向へ）開いた第２入口開口４０ｂを有する。第２入口通路３１ｂは、第２プレート３ｂの第１側面３８ｃ側に向かって（−Ｘ方向に向かって）、第２プレート３ｂの第３側面３８ｅと平行に、第２入口通路３１ｂと第２プレート３ｂの第１側面３８ｃとの間に所定距離で配された位置まで延びる。
【００４２】
図３に示される通り、第１中間通路３３ａは、（−Ｘ方向における）第１側面３８ｃの付近の第２入口通路３１ｂの端部に近い部分から、統合部分３７を介在させて形成される。
第１中間通路３３ａは、第２プレート３ｂの第４側面３８ｆに向かって、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近に配置された第２入口通路３１ｂの最も外側の溝部の位置とＹ方向における同一位置まで延び、傾斜する。
【００４３】
図３に示される通り、メイン通路３４ｂは、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近の第１中間通路３３ａの端部に近い部分から、統合部分３７を介在させて形成され、（＋Ｘ方向における）第２側面３８ｄの付近に配置されたメイン通路３４ｂの最も外側の溝部は、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近に配置された第１入口通路３１ａの最も外側の溝部上の（−Ｘ方向における）第１側面３８ｃに近い端部に接続される。
本実施形態において、メイン通路３４ｂは、メイン通路３４ａへの同一方向（Ｙ方向）に配置される。
【００４４】
図３に示される通り、第２中間通路３３ｂは、（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆの付近のメイン通路３４ｂの端部に近い部分から、統合部分３７を介在させて形成される。
第２中間通路３３ｂは、第２プレート３ｂの第１側面３８ｃに向かって延び、傾斜する。
【００４５】
図３に示される通り、第２出口通路３２ｂは、（−Ｘ方向における）第１側面３８ｃの付近の第２中間通路３３ｂの端部に近い部分から、統合部分３７を介在させて形成され、（＋Ｙ方向における）第３側面３８ｅの付近に配置された第２出口通路３２ｂの最も外側の溝部は、（−Ｘ方向における）第１側面３８ｃの付近に配置されたメイン通路３４ａの最も外側の溝部上の（−Ｙ方向における）第４側面３８ｆに近い端部に接続される。
第２出口通路３２ｂは、第１プレート３ａの第１側面３８ｃに向かって（−Ｘ方向に向かって）、第２プレート３ｂの第４側面３８ｆと平行に延びる。
第２出口通路３２ｂは、第２プレート３ｂの第４側面３８ｆから離間した位置に、第２プレート３ｂの第１側面３８ｃへ（−Ｘ方向へ）開いた第２出口開口４１ｂを有する。
【００４６】
図４に示される通り、第２プレート３ｂの接合部分３５は、第１プレート３ａの第２表面３８ｂに接合してプレート積層本体３０を形成するように構成されている。接合部分３５は、−Ｘ方向における第１中間通路３３ａの一方側と、＋Ｘ方向における第２中間通路３３ｂの一方側の２箇所に形成された補助接合部分３６を有する。
【００４７】
（プレート積層型熱交換器の組立方法）
次に、図１〜図３を参照して、プレート積層型熱交換器１の組立方法を説明する。
【００４８】
まず、図３に示される通り、第１プレート３ａ及び第２プレート３ｂは、第１プレート３ａの第１表面３８ａと第２プレート３ｂが同一方向（図３の＋Ｚ方向）を向き、第１入口開口４０ａがＸ方向において第２プレート３ｂ上に形成された第２入口通路３１ｂの第２入口開口４０ｂと反対側に位置付けられるように、交互に配置される。
そして、第１プレート３ａと第２プレート３ｂの接合部分が蝋付け材料で被覆され、第１プレート３ａと第２プレート３ｂの第２表面３８ｂにそれぞれ蝋付けされて、プレート積層本体３０を形成する。
【００４９】
次に、図２に示される通り、第１入口４ｅが第１入口通路３１ａの第１入口開口４０ａに対して配置されるように、第１入口ヘッダ４ａがプレート積層本体３０の第１側面３８ｃの第３側面３８ｅ側に取り付けられる。
第２入口４ｆが第２入口通路３１ｂの第２入口開口４０ｂに対して配置されるように、第２入口ヘッダ４ｂがプレート積層本体３０の第２側面３８ｄの第３側面３８ｅ側に取り付けられる。
第１出口４ｇが第１出口通路３２ａの第１出口開口４１ａに対して配置されるように、第１出口ヘッダ４ｃがプレート積層本体３０の第２側面３８ｄの第４側面３８ｆに取り付けられる。
第２出口４ｈが第２出口通路３２ｂの第２出口開口４１ｂに対して配置されるように、第２出口ヘッダ４ｄがプレート積層本体３０の第１側面３８ｃの第４側面３８ｆに取り付けられる。
このように、第１入口ヘッダ４ａ、第２入口ヘッダ４ｂ、第１出口ヘッダ４ｃ、及び第２出口ヘッダ４ｄがプレート積層本体３０に取り付けられ、熱交換器本体２を形成する（図１に図示）。
【００５０】
その後、熱交換器本体２に高温流体Ｇ１及び低温流体Ｇ２を供給するパイプ（不図示）が、第１入口４ｅ及び第２入口４ｆに各々接続される。また、熱交換器本体２から高温流体Ｇ１及び低温流体Ｇ２を排出するパイプ（不図示）が、第１出口４ｇ及び第２出口４ｈに各々接続される。
このようにして、プレート積層型熱交換器１の組立を完了する。
【００５１】
（プレート積層型熱交換器の動作）
次に、図２及び図３を参照して、プレート積層型熱交換器１の動作を説明する。
まず、図２に示される通り、高温流体Ｇ１が熱交換器本体２の外部から第１入口ヘッダ４ａの第１入口４ｅに供給される。
図３に示される通り、高温流体Ｇ１は、第１入口ヘッダ４ａから第１入口開口４０ａを通って高温流体流路３９ａの第１入口通路３１ａに流入する。第１入口通路３１ａにおいて、高温流体Ｇ１は、第１入口通路３１ａの伸長方向に沿って＋Ｘ方向に流入する。
そして、高温流体Ｇ１は、第１入口通路３１ａから統合部分３７に流入する。第１入口通路３１ａから流れる高温流体Ｇ１は、統合部分３７で統合される。その後、高温流体Ｇ１は、第１中間通路３３ａへ流入するように分離される。
第１中間通路３３ａにおいて、高温流体Ｇ１は、第１中間通路３３ａの傾斜に沿う方向に流れる。
そして、高温流体Ｇ１は、第１中間通路３３ａから統合部分３７に流入する。第１中間通路３３ａから流れる高温流体Ｇ１は、統合部分３７で統合される。その後、高温流体Ｇ１は、メイン通路３４ａに流入するように分離される。
メイン通路３４ａにおいて、高温流体Ｇ１は、メイン通路３４ａの伸長方向に沿って−Ｙ方向に流れる。
そして、高温流体Ｇ１は、メイン通路３４ａから統合部分３７に流入する。メイン通路３４ａから流れる高温流体Ｇ１は、統合部分３７で統合される。その後、高温流体Ｇ１は、第２中間通路３３ｂに流入するように分離される。
第２中間通路３３ｂにおいて、高温流体Ｇ１は、第２中間通路３３ｂの傾斜に沿う方向に流れる。
そして、高温流体Ｇ１は、第２中間通路３３ｂから統合部分３７に流入する。第２中間通路３３ｂから流れる高温流体Ｇ１は、統合部分３７で統合される。その後、高温流体Ｇ１は、第１出口通路３２ａに流入するように分離される。
第１出口通路３２ａにおいて、高温流体Ｇ１は、第１出口通路３２ａの伸長方向に沿って＋Ｘ方向に流れる。高温流体Ｇ１は、第１出口通路３２ａから第１出口開口４１ａを通って第１出口ヘッダ４ｃに流れる。
そして、図２に示される通り、高温流体Ｇ１は、第１出口ヘッダ４ｃの第１出口４ｇを通って熱交換器本体２の外部に排出される。
【００５２】
さらに、図２に示される通り、低温流体Ｇ２が熱交換器本体２の外部から第２入口ヘッダ４ｂの第２入口４ｆに供給される。
図３に示される通り、低温流体Ｇ２は、第２入口ヘッダ４ｂから第２入口開口４０ｂを通って低温流体流路３９ｂの第２入口通路３１ｂに流入する。第２入口通路３１ｂにおいて、低温流体Ｇ２は、第２入口通路３１ｂの伸長方向に沿う−Ｘ方向に流れる。
そして、低温流体Ｇ２は、第２入口通路３１ｂから統合部分３７に流入する。第２入口通路３１ｂから流れる低温流体Ｇ２は、統合部分３７で統合される。その後、低温流体Ｇ２は、第１中間通路３３ａに流入するように分離される。
第１中間通路３３ａにおいて、低温流体Ｇ２は、第１中間通路３３ａの傾斜に沿う方向に流れる。
そして、低温流体Ｇ２は、第１中間通路３３ａから統合部分３７に流入する。第１中間通路３３ａから流れる低温流体Ｇ２は、統合部分３７で統合される。その後、低温流体Ｇ２は、メイン通路３４ｂに流入するように分離される。
メイン通路３４ｂにおいて、低温流体Ｇ２は、メイン通路３４ｂの伸長方向に沿って−Ｙ方向に流れる。
そして、低温流体Ｇ２は、メイン通路３４ｂから統合部分３７に流入する。メイン通路３４ｂから流れる低温流体Ｇ２は、統合部分３７で統合される。その後、低温流体Ｇ２は、第２中間通路３３ｂに流入するように分離される。
第２中間通路３３ｂにおいて、低温流体Ｇ２は、第２中間通路３３ｂの傾斜に沿う方向に流れる。
そして、低温流体Ｇ２は、第２中間通路３３ｂから統合部分３７に流入する。第２中間通路３３ｂから流れる低温流体Ｇ２は、統合部分３７で統合される。その後、高温流体Ｇ１は、第２出口通路３２ｂに流入するように分離される。
第２出口通路３２ｂにおいて、低温流体Ｇ２は、第２出口通路３２ｂの伸長方向に沿って−Ｘ方向に流れる。
低温流体Ｇ２は、第２出口開口４１ｂを通って第２出口ヘッダ４ｄに流れる。
そして、図２に示される通り、低温流体Ｇ２は、第２出口ヘッダ４ｄの第２出口４ｈを通って熱交換器本体２の外部に排出される。
【００５３】
このように、メイン通路３４ａを通って流れる高温流体Ｇ１とメイン通路３４ｂを通って流れる低温流体Ｇ２は、同一の方向（図３の−Ｙ方向）に流れる。
この時、高温流体Ｇ１の熱が低温流体Ｇ２に伝達され、両者間の熱交換が実施される。
【００５４】
（効果）
このように、上述の実施形態においては、メイン通路３４の溝部幅Ｗ１、中間通路３３の溝部幅Ｗ２、並びに入口通路３１及び出口通路３２の溝部幅Ｗ３がＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３の関係を満たすように流路３９が形成されるため、メイン通路３４内に形成される溝部及び内壁４２の数が増加する。内壁４２が形成される第１表面３８ａの部分が、隣接するプレート３に接合される接合部分として使用されるため、メイン通路３４内に形成される内壁４２の数が増加するほど、プレート３が互いにより強力に接合される。さらに、内壁４２が形成される各接合部分が狭いため、各接合部分は、蝋付け材料で十分に被覆することができる。従って、蝋付け材料の不足によって生じる接合欠陥の発生を防ぐことができる。
また、プレート積層型熱交換器１内の圧力が高くなる時、プレート３に付与される応力が上昇し、複数のプレート３が応力によって剥離してしまうことがある。しかしながら、メイン通路３４の溝部幅Ｗ１が狭いため、応力がメイン通路３４内の各溝部に分散され、プレート３に付与される応力が低下する。従って、複数のプレート３が剥離してしまうのを防ぐことができる。
結果として、プレート積層型熱交換器１は、例えば、圧力が１００バールを超える高圧環境下で使用可能である。
【００５５】
上述の構成により、各プレート３の間の接合力が上昇するため、各プレート３は、プレート積層型熱交換器１が高圧環境下で使用される場合であっても、互いに蝋付けにより接合することができる。さらに、各プレート３が蝋付けによって接合されるため、プレート積層型熱交換器１は、低コストで作製することができる。
【００５６】
また、メイン通路３４の幅Ｗ１が２ｍｍ〜４ｍｍに設定されるため、メイン通路３４内で流体Ｇの圧力がさらに上昇され、高温流体Ｇ１と低温流体Ｇ２の間の熱交換の速度を上昇することができ、熱交換の効率を向上することができる。
さらに、プレート３の厚さＴがメイン通路３４の幅Ｗ１未満に設定されるため、薄いプレートを使用してプレート３を形成することができる。従って、プレート積層型熱交換器１は、コンパクトに、且つ、低コストで製造可能であり、プレート３を形成する材料を低減する。
【００５７】
また、流路３９は、平板形状を有するプレート３の第１表面３８ａをエッチングすることにより、溝部形状に形成されるため、メイン通路３４の溝部幅Ｗ１を狭くすることができ、プレート３は、薄いプレートから形成されるものの、波形プレートを使用した場合に比べて、十分な剛性を得ることができる。従って、プレート積層型熱交換器１内の圧力が１００バールを上回る場合であっても、プレート積層型熱交換器１が損傷するのを防ぐことができる。従って、プレート積層型熱交換器１は、高圧環境下で使用可能である。
【００５８】
さらに、メイン通路３４が形成される範囲Ｌ１、中間通路３３が形成される範囲Ｌ２、並びに入口通路３１及び出口通路３２が形成される範囲Ｌ３が、Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１の関係を満たすように流路３９が形成されるため、熱交換が実施されるメイン通路３４の有効面積を増加することができ、中間通路３３、入口通路３１、及び出口通路３２の面積が低減する。従って、熱交換を効率的に実施することができる。
【００５９】
また、統合部分３７が入口通路３１と中間通路３３の間、中間通路３３とメイン通路３４の間、メイン通路３４と中間通路３３の間、及び中間通路３３と出口通路３２の間に形成されるため、入口通路３１から流れる流体Ｇが統合部分３７で統合され、中間通路３３に均一に分離され、中間通路３３から流れる流体Ｇが統合部分３７で統合され、メイン通路３４に均一に分離され、メイン通路３４から流れる流体Ｇが統合部分３７で統合され、中間通路３３に均一に分離され、中間通路３３から流れる流体Ｇが統合部分３７で統合され、出口通路３２に均一に分離される。
上述の構成によると、入口通路３１及び出口通路３２に形成される溝部の数、中間通路３３に形成される溝部の数、及びメイン通路３４に形成される溝部の数が異なるものの、流体Ｇは、各統合部分３７で統合可能であり、各溝部に均一に分離可能である。従って、流体Ｇは、流路３９の各溝部に平滑且つ均一に流れることができる。結果として、プレート積層型熱交換器１における圧力損失を防ぐことができ、熱交換器の効率を向上することができる。
【００６０】
蝋付けされる接合部分の総面積が小さい時、各プレート間の接合力が十分に得られないことがある。また接合部分が蝋付けされる大きな平坦領域を有する時、蝋付け材料が接合部分の平坦領域全体に十分に広がらず、接合部分の平坦領域の中間が蝋付け材料で被覆されないことがある。結果として、各プレート間の接合力を弱めることがあり、プレート積層型熱交換器の欠陥が発生してしまうことがある。
しかしながら、上述の実施形態において、接合部分３５内に補助接合部分３６が形成されるため、接合部分３５は大きくなり、接合部分３５内の平坦領域が補助接合部分３６で分割される。従って、接合部分３５の総面積を低減することなく、蝋付け材料を蝋付けされる接合部分３５の平坦領域全体に十分広げることができる。従って、各プレート３は、強力な接合力で接合可能であり、プレート積層型熱交換器の欠陥の発生を防ぐことができる。
さらに、上述の通り、中間通路３３、入口通路３１、及び出口通路３２の面積を低減しつつ、熱交換が実施されるメイン通路３４の有効面積を増加することができるため、補助接合部分３６を形成するために接合部分３５の面積が増加する場合であっても、メイン通路３４は、十分な有効面積を有することができる。
【００６１】
以上の実施形態では、各構成要素の形状又は組み合わせを例示したが、特定の構成がこれらに限定されるものでなく、本発明の原則及び精神から逸脱することなく、設計の修正が適切に行われてもよい。
【００６２】
以上の実施形態では、メイン通路３４ａを通って流れる高温流体Ｇ１とメイン通路３４ｂを通って流れる低温流体Ｇ２が同一の方向（図３の−Ｙ方向）に流れる構成について説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。
メイン通路３４ａを通って流れる高温流体Ｇ１がメイン通路３４ｂを通って流れる低温流体Ｇ２と反対方向に流れてもよく、メイン通路３４ｂを通って流れる低温流体Ｇ２に直交する方向に流れてもよい。本構成においても、熱交換は十分に実施可能である。
しかしながら、この場合、高温流体流路３９ａ及び低温流体流路３９ｂに形成される溝部は、高温流体Ｇ１及び低温流体Ｇ２が流れる方向に基づいて、適切に配置される必要がある。
【００６３】
以上の実施形態では、流路３９がエッチングによって平板形状を有するプレート３の第１表面３８ａ上で溝部形状に形成される構成について説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。
流路３９は、機械的加工により、溝部形状に形成されてもよい。
【００６４】
以上の実施形態では、中間通路３３、入口通路３１、及び出口通路３２が線状溝部形状に形成され、メイン通路３４が波形形状に形成される構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものでない。
メイン通路３４は、線形溝部形状に形成されてもよい。メイン通路３４の有効面積は十分に大きいため、メイン通路３４内で熱交換を効果的に実施することができる。
中間通路３３、入口通路３１、及び出口通路３２は、波形形状に形成されてもよい。従って、熱交換は、中間通路３３、入口通路３１、及び出口通路３２で効率的に増加可能である。
【００６５】
以上の実施形態において、補助接合部分３６が正三角形状に形成される構成について説明したが、本発明は、これに限定されるものでない。
補助接合部分３６は、接合部分３５の平坦領域が分割可能である時、正三角形以外の任意の形状に形成されてもよい。
また、補助接合部分３６は、複数の溝部を有することに限定されるものでない。補助接合部分３６は、エンボスパターン又はナールパターンを有してもよい。これらの構成によっても接合力を十分に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によると、プレート積層型熱交換器が高圧環境下で使用される場合であっても、欠陥の発生を防ぐことができる。さらに、プレート積層型熱交換器の作製コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：プレート積層型熱交換器
２：熱交換器本体
３：プレート
４：ヘッダ
４ａ：第１入口ヘッダ（入口ヘッダ）
４ｂ：第２入口ヘッダ（入口ヘッダ）
４ｃ：第１出口ヘッダ（出口ヘッダ）
４ｄ：第２出口ヘッダ（出口ヘッダ）
４ｅ：第１入口（入口）
４ｆ：第２入口（入口）
４ｇ：第１出口（出口）
４ｈ：第２出口（出口）
３０：プレート積層本体
３ａ：第１プレート（プレート）
３ｂ：第２プレート（プレート）
３１：入口通路（第１溝部群）
３１ａ：第１入口通路（入口通路）
３１ｂ：第２入口通路（入口通路）
３２：出口通路（第１溝部群）
３２ａ：第１出口通路（出口通路）
３２ｂ：第２出口通路（出口通路）
３３：中間通路（第１溝部群）
３３ａ：第１中間通路（中間通路）
３３ｂ：第２中間通路（中間通路）
３４：メイン通路（第２溝部群）
３５：接合部分
３６：補助接合部分
３７：統合部分
３８ａ：第１表面
３８ｂ：第２表面
３８ｃ：第１側面
３８ｄ：第２側面
３８ｅ：第３側面
３８ｆ：第４側面
３９：流路
３９ａ：高温流体流路（流路）
３９ｂ：低温流体流路（流路）
４０：入口開口
４０ａ：第１入口開口
４０ｂ：第２入口開口
４１：出口開口
４１ａ：第１出口開口
４１ｂ：第２出口開口
４２：内壁
Ｇ：流体
Ｇ１：高温流体
Ｇ２：低温流体
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３：溝部幅
Ｗ４：接合部分の幅
Ｔ：プレートの厚さ
Ｄ：溝部の深さ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：流路が形成される範囲
【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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