(57)【要約】【課題】  熱交換器を構成した状態で各プレート間に生じる各隙間の大きさの比率を調整しやすい凹凸パターンを採用して、各隙間をこれに流通させる各熱交換用流体の性質の違いに対応させ、プレートを介した熱交換の効率を向上させられる熱交換用プレートを提供する。【解決手段】  隆起部１１と凹部１３が多数規則的に配列されると共に、各隆起部１１周囲に中間隆起部１２が、各凹部１３周囲に中間凹部１４がそれぞれ配置される凹凸パターンのうち、隆起部高さ及び凹部深さを適宜調整して設定することから、プレート表裏の各隆起形状部分の高さをプレート表裏で一致させた表裏対称形状の状態や異ならせた非対称形状の状態を使用目的に応じて容易に設定でき、凹凸パターンの基本レイアウトを変えることなくプレートを複数重ね合せた状態でのプレート間の隙間の大きさを自由に設定でき、熱交換器設計とこれに伴うプレート製造が柔軟且つ容易に行える。【選択図】  図２
2008116138.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製略板状体で形成され、凸部同士が当接する状態で複数枚重ね合され一体化されて熱交換器を構成し、一方の面側で接する一の熱交換用流体と他方の面側で接する他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる熱交換用プレートにおいて、
前記凹凸パターンとして、一方の面側に、所定の一方向へ所定ピッチをなして直線状に並び、且つ前記一方向と直交する他方向に前記ピッチと同ピッチ又は異なるピッチで直線状に並ぶ格子状配列で形成される所定隆起形状の多数の隆起部と、前記一方の面側における隆起部の配置に対し前記一方向及び他方向にそれぞれ半ピッチずつずれた中間位置に隆起部隆起方向と逆向きに凹んだ凹み形状として多数形成される凹部とを備えると共に、
前記各隆起部の周囲所定範囲に、前記隆起部より低く前記凹部より高い所定高さの隆起形状とされる中間隆起部が形成され、
前記各凹部の周囲所定範囲に、前記中間隆起部より低く且つ前記凹部より浅い所定深さの凹みとなる中間凹部が形成され、
隣合う各隆起部と凹部の中間位置に、前記中間隆起部と中間凹部との境界となる段差が形成され、
前記一方の面側における中間凹部のちょうど裏側で凹部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の隆起部分が、前記中間隆起部と同一形状をなすと共に、一方の面側における中間隆起部のちょうど裏側で中間隆起部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の凹み部分が、前記中間凹部と同一形状をなし、少なくとも隆起部と凹部を除く部分では表裏面で同じパターン形状とされることを
特徴とする熱交換用プレート。
【請求項２】
前記請求項１に記載の熱交換用プレートにおいて、
前記中間隆起部から隆起部が突出する高さと、前記中間凹部から凹部が凹む深さが異なる値とされることを
特徴とする熱交換用プレート。
【請求項３】
前記請求項１に記載の熱交換用プレートにおいて、
前記中間隆起部から隆起部が突出する高さと、前記中間凹部から凹部が凹む深さが同じ値となり、
前記一方の面側における凹部のちょうど裏側で凹部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の隆起部分が、前記隆起部と同一形状をなすと共に、一方の面側における隆起部のちょうど裏側で隆起部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の凹み部分が、前記凹部と同一形状をなして、表裏面で同じパターン形状とされることを
特徴とする熱交換用プレート。
【請求項４】
前記請求項１又は２に記載の熱交換用プレートにおいて、
前記隆起部が間に凹部を介在させずに直線状に並ぶと共に、凹部が間に隆起部を介在させずに直線状に並ぶ所定方向について、隣合う各隆起部のちょうど中間位置で且つ中間隆起部と中間凹部に囲まれた部位の所定範囲を、隆起部と同じ高さに突出させた突出部とすると共に、
前記所定方向について、隣合う各凹部のちょうど中間位置で且つ中間隆起部と中間凹部に囲まれた部位の所定範囲を、凹部と同じ深さに陥没させた陥没部とすることを
特徴とする熱交換用プレート。
【請求項５】
前記請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換用プレートにおいて、
前記隆起部が、頂部として所定の大きさの平坦面を有し、
前記凹部が、底部として所定の大きさの平坦面を有することを
特徴とする熱交換用プレート。
【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、複数重ね合せ状態で一体化して熱交換器とされる熱交換用プレートに関し、特に、プレート表裏各面を流れる各熱交換用流体の性質の違いに対応して流路形状を最適化しやすい凹凸パターン形状を有して、熱交換効率の向上が図れる熱交換用プレートに関する。
【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。
【０００３】
このような従来のプレート式熱交換器の伝熱面形状としては、いわゆる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号公報に示されるものがあった。
【０００４】
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２００２−２５７４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の熱交換器は前記特許文献に示される構成となっており、この従来の熱交換器におけるプレートは、熱交換器を構成するにあたり、交互に上下辺を入替えて積層され、プレートにおける伝熱面要素の突出方向先端部と、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。
【０００６】
一般に熱交換器で熱交換を行わせる二つの流体は、異なる物質であり、その性質はもとより熱交換時における圧力や流量等の使用条件も全く違うものとなっているため、熱交換の際にはそれぞれの流体に応じた伝熱を考慮するのが望ましいが、プレート表裏の流路形状が同じである場合、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せざるを得ないこととなり、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の違いに対応した最適な伝熱条件を与えることはできず、効率のよい熱交換が行いにくいという課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、熱交換器を構成した状態で各プレート間に生じる各隙間の大きさの比率を調整しやすい凹凸パターンを採用して、各隙間をこれに流通させる各熱交換用流体の性質の違いに対応するものとして各流体とプレートとの熱伝達性能を最適化でき、プレートを介した熱交換の効率を向上させられる熱交換用プレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換用プレートは、所定の凹凸パターンを有する金属製略板状体で形成され、凸部同士が当接する状態で複数枚重ね合され一体化されて熱交換器を構成し、一方の面側で接する一の熱交換用流体と他方の面側で接する他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる熱交換用プレートにおいて、前記凹凸パターンとして、一方の面側に、所定の一方向へ所定ピッチをなして直線状に並び、且つ前記一方向と直交する他方向に前記ピッチと同ピッチ又は異なるピッチで直線状に並ぶ格子状配列で形成される所定隆起形状の多数の隆起部と、前記一方の面側における隆起部の配置に対し前記一方向及び他方向にそれぞれ半ピッチずつずれた中間位置に隆起部隆起方向と逆向きに凹んだ凹み形状として多数形成される凹部とを備えると共に、前記各隆起部の周囲所定範囲に、前記隆起部より低く前記凹部より高い所定高さの隆起形状とされる中間隆起部が形成され、前記各凹部の周囲所定範囲に、前記中間隆起部より低く且つ前記凹部より浅い所定深さの凹みとなる中間凹部が形成され、隣合う各隆起部と凹部の中間位置に、前記中間隆起部と中間凹部との境界となる段差が形成され、前記一方の面側における中間凹部のちょうど裏側で凹部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の隆起部分が、前記中間隆起部と同一形状をなすと共に、一方の面側における中間隆起部のちょうど裏側で中間隆起部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の凹み部分が、前記中間凹部と同一形状をなし、少なくとも隆起部と凹部を除く部分では表裏面で同じパターン形状とされるものである。
【０００９】
このように本発明によれば、隆起部と凹部が多数規則的に配列されると共に、各隆起部周囲に中間隆起部が、各凹部周囲に中間凹部がそれぞれ配置される凹凸パターンのうち、中間隆起部及び中間凹部に係る形状部分はそのまま不変とし、また隆起部の中間隆起部に対する突出高さと凹部の中間凹部に対する凹み深さの合計値が常に一定となるようにしながら、前記突出高さ及び凹み深さを適宜調整して設定することにより、凹凸パターン部分のプレート表裏方向寸法は変更せずに、プレート表裏各面での各隆起形状部分の高さをプレート表裏で一致させた表裏対称形状の状態や前記高さを異ならせた非対称形状の状態を使用目的に応じて容易に設定できることとなり、凹凸パターンの基本レイアウトを変えることなくプレートを複数重ね合せた状態でのプレート間の隙間の大きさを自由に設定でき、熱交換器設計とこれに伴うプレート製造が柔軟且つ容易に行える。
【００１０】
また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記中間隆起部から隆起部が突出する高さと、前記中間凹部から凹部が凹む深さが異なる値とされるものである。
【００１１】
このように本発明によれば、隆起部又は凹部の裏側隆起部分である凹凸パターンの各隆起形状部分の突出高さをプレート表裏で異ならせて形成し、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、隆起部の突出量及び凹部の凹み量に応じてプレート表裏のいずれか一方の側における隙間が他方の側の隙間と異なった形状及び大きさとなってプレート間に生じることにより、表裏の各隙間を通過するそれぞれの熱交換用流体の流量や通過速度を大きく異ならせることができ、二種類の各隙間が互いに異なる性状の流路をなして互いに異なった伝熱性能を発揮できることとなり、各隙間を各熱交換用流体の性状や熱交換器に対する流入出量に適切に対応させれば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。
【００１２】
また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記中間隆起部から隆起部が突出する高さと、前記中間凹部から凹部が凹む深さが同じ値となり、前記一方の面側における凹部のちょうど裏側で凹部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の隆起部分が、前記隆起部と同一形状をなすと共に、一方の面側における隆起部のちょうど裏側で隆起部の裏返し形状としてあらわれる他方の面側の凹み部分が、前記凹部と同一形状をなして、表裏面で同じパターン形状とされるものである。
【００１３】
このように本発明によれば、隆起部又は凹部の裏側隆起部分である凹凸パターンの各隆起形状部分の突出高さをプレート表裏で一致させ、凹凸パターンを表裏対称形状として成型し、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、プレート表裏のいずれの隙間も同じ形状及び大きさとなってプレート間に生じることにより、プレートに対する伝熱条件が表裏の各隙間でほぼ同じとなり、各隙間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、表裏の各隙間形状を異ならせる場合よりも適切な伝熱条件を与えられ、熱交換効率を向上させられる。また、プレート中心を適切に設定すれば辺位置の入替えのみで凹凸の位置関係を逆にすることができ、表裏反転無しで各隆起形状部分同士を当接させた複数重ね合せ状態とすることも可能であり、表裏方向を同じ向きのままで重ね合せるプレート端部形状が採用される場合に対応して一種類のプレートでの熱交換器形成を実現でき、製造コストを抑えられる。
【００１４】
また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記隆起部が間に凹部を介在させずに直線状に並ぶと共に、凹部が間に隆起部を介在させずに直線状に並ぶ所定方向について、隣合う各隆起部のちょうど中間位置で且つ中間隆起部と中間凹部に囲まれた部位の所定範囲を、隆起部と同じ高さに突出させた突出部とすると共に、前記所定方向について、隣合う各凹部のちょうど中間位置で且つ中間隆起部と中間凹部に囲まれた部位の所定範囲を、凹部と同じ深さに陥没させた陥没部とするものである。
【００１５】
このように本発明によれば、隆起部間の中間位置に突出部を形成すると共に、凹部間の中間位置に陥没部を形成し、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、隣合うプレートの隆起部同士、並びに凹部の裏側隆起部分同士を当接させられることに加え、隆起部間の中間の突出部や凹部間の中間の陥没部裏側突出部分同士が互いに当接することにより、隣合うプレート同士の接触箇所を大幅に増やした状態とすることができ、プレートの凹凸パターン部分各部が表裏両側の別のプレートから多数の箇所で支持されて接合状態での強度を大幅に向上させられ、プレート間に導入される熱交換用流体の圧力が高くなっても確実に隙間形状を維持して熱交換を適切に行える。
【００１６】
また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記隆起部が、頂部として所定の大きさの平坦面を有し、前記凹部が、底部として所定の大きさの平坦面を有するものである。
【００１７】
このように本発明によれば、隆起部及び凹部の裏側隆起部分の各頂部を平坦形状とし、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、隣合うプレートの隆起部同士、並びに凹部の裏側隆起部分同士が平面同士で当接することにより、十分な接触面を有して強度を確保できると共に、拡散接合によりプレートを接合する場合は十分に接合面積を確保して確実な接合が得られ、凹凸パターン各部に多数配置した接合部分で極めて高い強度を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る熱交換用プレートの正面図、図２は図１のＡ−Ｂ部分拡大図、図３は図２のＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図、図４は図２のＥ−Ｅ断面図、Ｆ−Ｆ断面図、及びＧ−Ｇ断面図、図５は図２のＨ−Ｈ断面図及びＩ−Ｉ切断部端面図、図６は本実施形態に係る熱交換用プレートの重ね合せ状態における一断面図及び他断面図である。
【００１９】
前記各図において本実施形態に係る熱交換用プレート１０は、矩形状の金属製略板状体で形成され、プレス成型される凹凸パターンとして、一方の面側に隆起した状態として形成され、直交する二方向にそれぞれ異なる所定ピッチで並ぶ格子状配列状態として多数成型される隆起部１１と、隆起部１１の配置に対し前記二方向にそれぞれ半ピッチ分ずつずれたちょうど中間の各位置で、隆起部１１と逆向きの凹形状として形成される凹部１３と、隆起部１１周囲所定範囲で隆起部１１より低い所定高さの隆起形状に形成される中間隆起部１２と、凹部１３周囲所定範囲で凹部１３より浅い所定深さの凹み形状に形成される中間凹部１４とを備える構成である。
【００２０】
前記隆起部１１は、プレート表面側で、略円錐台状の隆起形状として、プレート長辺方向と平行な向きへ所定ピッチをなして複数列で直線状に並び、且つプレート短辺方向と平行な向きへ前記所定ピッチより長い他ピッチで複数列直線状に並ぶ格子状配列で多数成型される構成である。この隆起部１１においては、頂部１１ａを略円形の平坦部分として形成される一方、円錐底面側の外周面端部を周りの中間隆起部１２と滑らかに連続する曲面形状とされてなる構成である。
【００２１】
前記凹部１３は、プレート表面側で、前記隆起部１１の配置に対し前記プレート長辺方向及び短辺方向にそれぞれ半ピッチずつずれた中間位置に隆起部同様の格子状配列として配置され、隆起部隆起方向と逆向きに凹んだ凹形状として多数成型される構成である。この凹部１３では、底部１３ａが略円形の平坦部分として形成される一方、この底部１３ａとは反対側の内周面端部を周囲の中間凹部１４と滑らかに連続する曲面形状とされてなる構成である。この凹部１３のちょうど裏側にあたる他方の面側への裏側隆起部分１５が、略円錐台状に隆起した状態となっている。
【００２２】
これら凹凸パターンをなす隆起部１１及び凹部１３は、矩形状とされる熱交換用プレート１０に対し、プレート横辺方向又は縦辺方向の各中間位置を挟む両側部分が対称関係となる配置とされる。
【００２３】
各隆起部１１及び凹部１３の配列が、プレート長辺方向のピッチと短辺方向のピッチとを異ならせたものとなっていることで、各隆起部１１と凹部１３が一つずつ交互に並ぶ向きの並び方向が、プレート短辺方向に対しほぼ３０°傾いた（長辺方向に対し約６０°傾いた）状態であり、各中間隆起部１２及び中間凹部１４の平面形状がそれぞれ菱形をなす凹凸パターンとなる。なお、熱交換用プレート１０の凹凸パターンはこの他、前記隆起部１１及び凹部１３の各配列について、プレート長辺方向のピッチを短辺方向のピッチより長くしたパターンや、直交する二方向へ同じ所定ピッチをなして直線状に並ぶ正方格子状配列とされるパターンとして形成される構成でもかまわない。
【００２４】
前記中間隆起部１２は、前記各隆起部１１の周囲所定範囲に、前記隆起部１１より低く前記凹部より高い所定高さの隆起形状として形成される構成である。また、前記中間凹部１４は、前記各凹部１３の周囲所定範囲に、前記中間隆起部１２より低く且つ前記凹部１３より浅い所定深さの凹みとして形成される構成である。
【００２５】
これら中間隆起部１２と中間凹部１４との境界部分は、高低差の分の段差を生じた状態となっており、この段差は中間隆起部１２中の隆起部１１と中間凹部１４中の凹部１３との間のちょうど中間位置に配置される構成である。そして、隆起部１１の中間隆起部１２から突出する高さが、凹部１３の中間凹部１４からの凹み深さより大であり、プレート表面側における隆起部１１の突出高さが、裏面側における凹部１３の裏側隆起部分１５の突出高さより大きい構成である。
【００２６】
また、各中間隆起部１２同士が隣合うと共に各中間凹部１４同士が隣合う中間位置は、各隆起部１１とその最も近くで隣合う別の隆起部との中間位置であり、且つ各凹部１３とその最も近くで隣合う別の凹部との中間位置ともなっているが、そのプレート表裏方向位置については、中間隆起部１２と中間凹部１４とのちょうど中間となる構成である。
【００２７】
この熱交換用プレート１０は、同形状の他プレートと同じ面同士を向い合わせ、前記隆起部１１の頂部１１ａ同士、又は各凹部１３の裏側隆起部分１５同士を当接させた複数並列状態で一体化され、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を有する熱交換器を構成するものであり、プレート表面側で接する一の熱交換用流体と裏面側で接する他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる。このプレートを一体化させた状態でプレートの隆起形状部分同士が接し、また場合によっては拡散接合等で接合状態となることから、強度が大きくプレート間に高い圧力が加わっても変形しにくく、プレート間隔の変化が抑えられ、熱交換用流体同士の圧力差が大きい状態にも対応できる。
【００２８】
プレートを重ね合せた状態では、各隆起部１１の隆起した側の一の隙間５１で、隆起部１１より隆起高さの低い中間隆起部１２同士、及びさらに低い中間凹部１４や凹部１３同士がそれぞれ所定の間隔で対向する。これら中間隆起部１２間や凹部１３間にそれぞれ生じている小間隙が合さって一つの隙間をなし、これが一の熱交換用流体の流路となる。この隙間５１による流路はプレート間隔の各位置での違いに対応して流路断面積を変化させるものとなっており、流路は拡大、縮小を繰返しながらプレートの一端から他端まで連続している。
【００２９】
一方、各隆起部１１の隆起側と反対側の他の隙間５２においては、隆起部１１裏側部分同士、中間隆起部１２裏側部分同士、さらに中間凹部１４裏側部分同士がそれぞれ所定の間隔で対向しており、各対向部分間の小間隙が合さって一つの隙間が生じている。この他の隙間５２による他の熱交換用流体の流路も、前記一の隙間５１の場合と同様、拡大、縮小を繰返しながらプレートの一端から他端まで連続している。
【００３０】
これら一の隙間５１と他の隙間５２の形状及び大きさは、隆起部１１の中間隆起部１２からの突出高さと、凹部１３の中間凹部１４からの凹み深さが異なって表裏で非対称形状であるプレートを、同じ面同士向い合わせて重ねられているために、互いに異なったものとなっており、大きさは他の隙間５２の方が一の隙間５１より小さくなる。各隙間５１、５２は、その形状及び大きさに基づいて互いに異なる伝熱特性をそれぞれ有することになるが、あらかじめ熱交換を行わせる二つの流体の性質を考慮して、これに合わせた伝熱特性となるように、各隙間５１、５２の形状及び大きさが、隆起部１１の中間隆起部１２からの突出高さと、凹部１３の中間凹部１４からの凹み深さの調整により設定される。そして、これら各隙間５１、５２に、その特性に合った性質を有する方の熱交換用流体がそれぞれ導入されるよう、熱交換器全体の構造も設定される。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る熱交換用プレートを用いた熱交換器の使用状態について説明する。熱交換用プレート１０が複数重ね合されて一体に組合わされた熱交換器構成状態では、各隆起部１１の隆起した側の一の隙間５１に一の熱交換用流体を流入・流出させる一方、前記隙間５１と熱交換用プレート１０を隔てて位置する各隆起部１１の隆起方向と反対側の他の隙間５２に、他の熱交換用流体を流通させると、二つの熱交換用流体の間で熱交換が行えることとなる。
【００３２】
各プレート間の隙間５１、５２は、凹凸パターンに対応して、隆起部１１又は凹部１３の並ぶ各方向について、主な流路となる凹形状部分に挟まれた間隙部分が直線状に連続し且つそれぞれ直交する状態となっており、隙間５１、５２にそれぞれ流通させる二つの熱交換用流体の流れ関係が並流、向流、又は直交流のいずれの場合でも、流れについて熱交換用流体に略同じ条件を与えられ、二つの流体がいずれの向きの組合わせであっても、流路における圧力損失を抑えてスムーズに隙間５１、５２を流通させられ、効率よく熱交換が行えることとなる。
【００３３】
例えば、熱交換用流体が互いに向流となる流れ関係で流通している場合、各隆起部１１の隆起する一の隙間５１では、所定の入口側から各隆起部１１同様の配列をなす各凹部１３の並ぶ各方向に沿って、凹部１３間と中間凹部１４間を中心とする流路を一の熱交換用流体が流れる状態となっている。
【００３４】
他方、各隆起部１１の隆起側と反対側の他の隙間５２では、隆起部１１裏側と中間隆起部１２裏側の各凹形状部分の間を中心とする流路を他の熱交換用流体が前記隙間５１の場合とはほぼ逆向きに流れる状態となっている。それぞれ熱交換用流体が隙間５１、５２を進みながら自然に合流、分岐して熱交換用プレート１０の表裏面各部にもれなくスムーズに行渡ることとなる。
【００３５】
こうして熱交換用流体がプレート全体に広く行渡ることでプレートと各流体間の熱伝達が促されることに加え、プレート間で拡大、縮小を繰返して連続する独特な形状を有し、且つプレート表裏両側において各熱交換用流体の性質を十分に考慮した熱伝達特性となる形状に設定された各隙間５１、５２をそれぞれ熱交換用流体が流通することで、熱交換用プレート１０と各熱交換用流体間ではそれぞれ効率よく熱伝達が進行し、流体間での熱交換効率が大きく向上する。
【００３６】
このように、本実施の形態に係る熱交換用プレートにおいては、隆起部１１と凹部１３が多数規則的に配列されると共に、各隆起部１１周囲に中間隆起部１２が、各凹部１３周囲に中間凹部１４がそれぞれ配置される凹凸パターンのうち、隆起部１１又は凹部１３の裏側隆起部分１５である凹凸パターンの各隆起形状部分の高さをプレート表裏で異ならせて形成し、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、隆起部１１の突出量及び凹部１３の凹み量に応じてプレート表裏の一方の隙間５１が他方の隙間５２と異なった形状及び大きさとなってプレート間に生じることから、表裏の各隙間５１、５２を通過するそれぞれの熱交換用流体の流量や通過速度を大きく異ならせることができ、二種類の各隙間５１、５２が互いに異なる性状の流路をなして互いに異なった伝熱性能を発揮できることとなり、各隙間５１、５２を各熱交換用流体の性状や熱交換器に対する流入出量に適切に対応させれば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。また、隆起部１１の突出高さ及び凹部１３の凹み深さを適宜調整することで、凹凸パターン部分のプレート表裏方向寸法を変更せず凹凸パターンの基本レイアウトを変えることなくプレートを複数重ね合せた状態でのプレート間の隙間の大きさを自由に設定でき、熱交換器設計とこれに伴うプレート製造が柔軟且つ容易に行える。
【００３７】
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。図７は本実施形態に係る熱交換用プレートの一断面図及び他断面図、図８は本実施形態に係る熱交換用プレートの重ね合せ状態における一断面図及び他断面図である。
【００３８】
前記各図において本実施形態に係る熱交換用プレート２０は、前記第１の実施形態同様、プレス成型される凹凸パターンとして、隆起部２１と、凹部２３と、中間隆起部２２と、中間凹部２４とを備える一方、前記第１の実施形態において、隆起部１１の中間隆起部１２からの突出量と、凹部１３の中間凹部１４からの凹み量とを異ならせ、プレート表裏の隆起部分突出状態の異なる表裏非対称形状に形成する構成としているのに対し、異なる構成として、隆起部２１の中間隆起部２２からの突出量と、凹部２３の中間凹部２４からの凹み量とを同じくし、隆起部２１又は凹部２３の裏側隆起部分２５である凹凸パターンの各隆起形状部分の突出高さをプレート表裏で一致させ、中間隆起部２２及び中間凹部２４も含めて凹凸パターンを表裏対称形状にする構成を有するものである。
【００３９】
プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、各隆起部２１の隆起した側の隙間５３の形状と、これと反対側の隙間５４の形状とが同一となることで、プレートに対する伝熱条件が表裏の各隙間５３、５４でほぼ同じとなり、各隙間５３、５４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、表裏の各隙間形状を異ならせる場合よりも適切な伝熱条件を与えられ、熱交換効率を向上させられる。
【００４０】
また、プレート全体の中心を、凹凸パターンにおける最短距離で隣合う所定の隆起部２１と凹部２３のちょうど中間位置となるよう適切に設定すれば、辺位置の入替えのみで隆起部２１と凹部２３の位置関係を逆にすることができ、表裏反転無しで各隆起形状部分同士を当接させた複数重ね合せ状態とすることも可能であり、表裏方向を同じ向きのままで重ね合せるプレート端部形状が採用される場合に対応して、一種類のプレートでの熱交換器形成を実現でき、製造コストを抑えられる。
【００４１】
（本発明の第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。図９は本実施形態に係る熱交換用プレートの部分拡大図、図１０は図９のＪ−Ｊ断面図、Ｋ−Ｋ断面図、及び本実施形態に係る熱交換用プレートの重ね合せ状態断面図である。
【００４２】
前記各図において本実施形態に係る熱交換用プレートは、前記第１の実施形態同様、プレス成型される凹凸パターンとして、隆起部３１と、凹部３３と、中間隆起部３２と、中間凹部３４とを備える一方、前記第１の実施形態において、各隆起部１１が凹部１３を介在させずに隣合う形となる別の隆起部１１との中間位置は、同時に各凹部１３が隆起部１１を介在させずに隣合う別の凹部との中間位置ともなっており、高さ方向についてちょうど中間隆起部１２と中間凹部１４の中間の高さとされる構成であるのに対し、異なる構成として、この中間位置部分について、各隆起部３１が間に凹部３３を介在させずに直線状に並ぶプレート短辺方向で隆起部３１と同じ並びに位置する分を隆起部３１と同じ高さに突出させた突出部３６とする一方、前記プレート短辺方向で各凹部３３と同じ並びに位置する分については、凹部３３と同じ深さに凹ませた陥没部３７として、突出した突出部３６や陥没部３７の裏側突出部分３８を、それぞれプレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で隆起部３１や凹部３３の裏側隆起部分３５と同様のプレート同士の当接部分として用いる構成を有するものである。
【００４３】
隆起部３１間の中間の突出部３６同士や、凹部３３間の中間における陥没部３７の裏側突出部分３８同士が互いに当接することで、隣合うプレート同士の接触箇所を大幅に増やした状態とすることができ、プレートの凹凸パターン部分各部が表裏両側の別のプレートから多数の箇所で支持されて接合状態での強度を大幅に向上させられ、プレート間に導入される熱交換用流体の圧力が高くなっても確実に隙間５５、５６形状を維持して熱交換を適切に行える。
【００４４】
なお、前記第１ないし第３の各実施形態に係る熱交換用プレートにおいて、プレートに所定形状の凹凸パターンを設ける点以外については任意の構成とすることができ、前記凹凸パターン部分の周囲に配置されるプレート端部のフランジ部形状や流体流路となる開口孔の有無や配置箇所等を適宜設定することにより、プレート並列状態における各熱交換用流体の流入出位置を熱交換器の使用目的に適した配置で配設することができる。
【００４５】
また、前記第１ないし第３の各実施形態に係る熱交換用プレートにおいて、前記隆起部の形状を略円錐台状とし、凹部形状についても裏側隆起部分が略円錐台状となるような凹み形状に形成する構成としているが、これに限らず、隆起部形状を任意の曲面による隆起形状や平面を組合わせた略多角錐台状とし、また凹部形状も裏側隆起部分がこの隆起部同様の形状となるような所定凹み形状に形成する構成とすることもできる。さらに、中間隆起部や中間凹部についても、任意の曲面や平面の組合わせで形成することができる。
【００４６】
また、前記第１ないし第３の各実施形態に係る熱交換用プレートにおいては、熱交換器を構成する際、同じプレートを一つおきに表裏反転させて重ね合せ、熱交換器構成を一種類のプレートのみで済ませるようにしているが、これに限らず、熱交換器を構成する全てのプレートについてプレート端部のフランジ形状が同じで且つ同一の向きで重ね合せることを要求される場合、例えば、プレート重ね合せ状態で順次直接接触しつつ重なり合い、ろう付け等により互いに接合され、側面に一切開口を生じさせないフランジ形状や、間にガスケットを介在させるタイプのフランジ形状とされる場合には、フランジ形状は同じながら凹凸パターンを表裏反転させた形状の別のプレートを併用するようにしてプレートを二種類とし、一つおきに異なるプレートを重ね合せる組合わせとすれば、一種類のプレートで構成する場合と同様隆起形状部分同士を当接させて強固な重ね合せ状態で一体化して熱交換器とすることができ、同じ形状となる一方の面側で接する一の熱交換用流体と他方の面側で接する他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる状態が得られるなど、様々な熱交換器形式への対応が図れることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱交換用プレートの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ｂ部分拡大図である。
【図３】図２のＣ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図である。
【図４】図２のＥ−Ｅ断面図、Ｆ−Ｆ断面図、及びＧ−Ｇ断面図である。
【図５】図２のＨ−Ｈ断面図及びＩ−Ｉ切断部端面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る熱交換用プレートの重ね合せ状態における一断面図及び他断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る熱交換用プレートの一断面図及び他断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る熱交換用プレートの重ね合せ状態における一断面図及び他断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る熱交換用プレートの正面図である。
【図１０】図９のＪ−Ｊ断面図、Ｋ−Ｋ断面図、及び本発明の第３の実施形態に係る熱交換用プレートの重ね合せ状態断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、２０、３０  熱交換用プレート
１１、２１、３１  隆起部
１１ａ            頂部
１２、２２、３２  中間隆起部
１３、２３、３３  凹部
１３ａ            底部
１４、２４、３４  中間凹部
１５、２５、３５  裏側隆起部分
３６              突出部
３７              陥没部
３８              裏側突出部分
５１、５３、５５  隙間
５２、５４、５６  隙間
【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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【図９】
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【図１０】
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