(57)【要約】【課題】低温流体流入のバラツキを抑制されたコンパクトな熱交換器を提供する。【解決手段】高温流体を流通する複数の高温流体通路３と、低温流体を流通する複数の通路４ａと、通路４ａを互いに連通する少なくとも一つ以上の通路４ｂと、を有する低温流体通路４と、を備える。積層構造に構成された通路４ａを、互いに通路４ｂにより連通することにより、各通路４ａに分配された低温流体が、通路４ｂを通って異なる通路に移動可能に構成する。これにより、低温流体の圧力、蒸発状態を通路４ａ間で均一化する。【選択図】      図２
2005308232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体を流通する複数の高温流体通路と、
低温流体を流通する複数の第一低温流体通路と、前記第一低温流体通路を互いに連通する少なくとも一つ以上の第二低温流体通路と、を有する低温流体通路と、を備え、
前記高温流体通路と、前記低温流体通路と、を流れる流体間で熱交換を可能としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
複数の平板形状の第一プレートを積層してなる第一積層体を備え、
前記高温流体通路として、前記第一積層体を積層方向に貫通する通路を備え、
前記第一低温流体通路として、前記第一積層体の積層断面に沿って形成された複数の層を備え、
前記第二低温流体通路として、前記第一低温流体通路を連通し、前記第一積層体の積層断面に沿って形成された少なくとも一つ以上の層を備える請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記高温流体通路を設けた第二プレートと、前記第一低温流体通路を設けた第三プレートを積層してなる第二積層体を備え、
さらに、前記第二低温流体通路として、積層方向に前記第二プレートを介して隣接する第三プレート同士の、前記第一低温流体通路間を連通する中空形状の連通部を備える請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記高温流体通路を設けた第二プレートと、前記第一低温流体通路を設けた第三プレートを積層してなる第二積層体を備え、
さらに、前記第二低温流体通路として、内部に前記第二積層体を積層方向に貫通する貫通孔を有し、側面に前記貫通孔と前記第一低温流体通路間を連通する連通孔を備えた中空形状の連通部を備える請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記連通部を、円筒形状に構成する請求項３または４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記連通部を、前記第一低温流体通路の流れ方向に略直交する矩形状に構成する請求項３に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記連通部を、前記第二プレートと前記第三プレートのうち少なくとも前記第二プレートに設けた、最大プレート厚さに略等しい高さを有する突起により構成する請求項３から６のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第一低温流体通路として、前記第三プレートに設けた平面端部に少なくとも一つ以上の折り返し部を有する流路を備え、
前記連通部として、前記折り返し部に、前記高温流体通路には非連通、前記低温流体通路には連通となるマニホールドを備える請求項３または４に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記高温流体通路および前記低温流体通路を構成する前記第一プレートの、通路形成部の形状または位置を、積層方向に変化させる請求項２に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記流体通路の加工にエッチング、前記プレート同士の接合にロウ付けまたは拡散接合を用いる請求項１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、熱交換器に関する。特に、複数の通路よりなる低温流体通路および高温流体通路のうち、少なくとも一方を積層形状に構成した熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、互いに間隔をあけて配置した第一、第二両ディバイドプレート同士の間に、被加熱流路と加熱流路とを設けたものが知られている。このうちの被加熱流路は、１対の第一スペーサ同士の間に第一インナーフィンを配置して成り、上記各加熱流路は、１対の第二スペーサ同士の間に第二インナーフィンを配置して成る。各部材同士をろう付けする為のろう材の分布を適正にすることにより、ロウ付け性の確保と、ロウ材の存在による不都合の発生防止とを両立させている（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００３】
または、プレート両面に、内径０．１〜２ｍｍの複数の細径伝熱管を、その軸線を互いに平行させてろう付けにより固着して熱的にも接続させた金属製のプレートを用いた熱交換器が知られている。このようなプレートを複数枚、互いに間隔をおいて平行にかつ接合された細径伝熱管の軸線が垂直になるように配置し、各プレートの上端を冷媒の入口ポートを備えたヘッダに、下端を冷媒の出口ポートを備えたヘッダにそれぞれ結合し、各プレートに接合された細径伝熱管でヘッダ同士を連通させている。プレートには、開口が間隔をおいて複数形成され、各ヘッダと細径伝熱管の冷媒流路は、細径伝熱管を流れる冷媒が、ヘッダ間を折り返して流れるよう構成している（例えば、特許文献２、参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２０３５８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器においては、被加熱流体が流れる層毎に流路が分割されている。そのため、一つの層内の被加熱流体が、一旦、層内全面に渡って蒸発してしまうと、その層内は圧力が上昇して次の液体が流入され難くなる（ベーパロック現象）。また、蒸発が生じた層に流入できなかった被加熱流体は他の層に流入するので、他の層では逆に温度が低下してしまう。その結果、熱交換器出口では蒸気温度が不安定になったり、蒸気に液体が混在してしまうような状態になり、良質の蒸気を生成できないという問題があった。
【０００５】
これに対して、特許文献２に記載の熱交換器では、冷媒と空気を逆にして、細径伝熱管に空気を、その外部に冷媒を流すことで、冷媒の層が分割されず、上述したベーパロックの問題は防ぐことができる。しかしながら、このような所謂シェル＆チューブ型の熱交換器は、一般的に複数の流路層を有する熱交換器に対して単位体積当たりの熱交換性能が劣るため、良質の蒸気を十分に生成するためにその大きさを犠牲にする必要があり、コンパクトさが要求される燃料電池自動車などには適用できない。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題を鑑みて、低温流体流入のバラツキを抑制したコンパクトな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】
【０００７】
本発明は、高温流体を流通する複数の高温流体通路と、低温流体を流通する複数の第一低温流体通路と、前記第一低温流体通路を互いに連通する少なくとも一つ以上の第二低温流体通路と、を有する低温流体通路と、を備える。前記高温流体通路と、前記低温流体通路と、を流れる流体間で熱交換を可能とする。
【発明の効果】
【０００８】
第一低温流体通路を互いに連通する少なくとも一つ以上の第二低温流体通路を備えることで、低温流体が、異なる第一低温流体通路間を移動可能となるので、低温流体の圧力や、熱状態を均一化することができる。その結果、複数の流路を有する比較的コンパクトな熱交換器において、低温流体の流入のバラツキを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の実施形態について説明する。熱交換器１への流体の流出入状態の概略を図１に示す。
【００１０】
例えば、熱交換器１に、高温空気よりなる高温流体をＡから流入してＢから流出する。また、液状の水よりなる低温流体をＣから流入してＤから流出する。なお、ここでは、熱交換器１を、高温空気と水との間で熱交換を行うことにより低温流体である水の蒸気を生成する蒸発器とする。
【００１１】
熱交換器１のコア部分である積層体コア５の構成を図２に示す。
層形状の通路  高温流体通路３、または、低温流体通路４の少なくとも一方を、複数の層形状の通路を積層することにより構成する。ここでは、低温流体通路４を、複数の層形状の通路４ａを積層することにより構成する。
【００１２】
複数のプレート２を積層することにより積層体コア５を構成する。熱交換器１内の高温流体の流通路である高温流体通路３を、各プレート２を厚み方向に貫通する貫通孔３ａにより構成する。各プレート２に、積層方向に重なる位置に貫通孔３ａを設け、高温流体通路３が、積層コア５を積層方向に貫通するように構成する。ここでは、プレート２平面内に、複数の貫通孔３ａを略均等に設ける。
【００１３】
一方、熱交換器１内の低温流体の流通路である低温流体通路４を、複数のプレート２を分断するように構成する。通路４ａは矩形状のプレート２の一方の辺から他方の辺へ流体が流れるように構成される。また、通路４ａ同士は、互いに並列するように構成する。この複数のプレート２を積層することにより通路４ａは積層体コア５の積層方向にも流路を形成し、低温流体は積層体コア５の積層方向および積層方向に直行する方向に流通可能になる。このときプレート２を積層した時に形成された通路４ａは、積層方向に沿って１つの通路の層を形成するような形となるので、このような通路のことを積層断面に沿った層形状の通路と呼ぶ。
【００１４】
さらに、通路４ａ同士を連通する通路４ｂを複数のプレート２を分断するように構成する。通路４ｂも、積層体コア５の積層断面に沿った層形状の流路を構成する。ここでは通路４ｂを一つとしたが、複数の流路により構成してもよい。低温流体は、通路４ｂ内を流通することにより、通路４ａ間を自由に行き来する。また、この複数のプレート２を積層することにより通路４ｂにも低温流体が積層方向にも流通可能になる。なお、ここでは、通路４ａと通路４ｂが直交するように構成したがこの限りではない。
【００１５】
前述のように積層体コア５は、積層断面に沿って構成される層形状の低温流体通路４により複数に分断されるが、この限りではなく、プレート２を完全に分断せずに一部を連結して構成してもよい。この場合、連結する部位をプレート２毎にずらして構成して、低温流体通路４が独立した複数の通路４ａ、４ｂで構成されるのを避ける。
【００１６】
低温流体通路３、高温流体通路４に相当する形状加工にはエッチング、構成部材接合には拡散接合を用いる。これにより、複雑構造を実現し、かつ、加工の工程数を低減することができる。
【００１７】
なお、図２では、図面の便宜上、高温流体通路３を構成する貫通孔３ａは比較的少ない数となっているが、多数で構成することが好ましい。また、貫通孔３ａの形状は、円形状に限らず、矩形状で構成してもよい。貫通孔３ａは、エッチングや型によるうち抜きにより容易に構成することができる。
【００１８】
次に、上述したような積層体コア５を有する熱交換器１の全体図を図３に示す。
【００１９】
各プレート２を積層した積層体コア５の最上部と最下部に、高温流体通路３に重なる位置に貫通孔を有し、低温流体通路４に重なる位置には孔を有さない図示しないプレートを積層する。さらに、積層体コア５の高温流体通路３、低温流体通路４に高温流体、低温流体を分配する高温流体マニホールド６、低温流体マニホールド７を備える。高温流体マニホールド６を、高温流体通路３の端部に連通し、積層体コア５の積層方向端部に積層面に沿って構成された高温流体入口マニホールド６ｉ、高温流体出口マニホールド６ｏから構成する。一方、低温流体マニホールド７を、通路４ａの端部に連通し、積層体コア５の側面に沿って構成される低温流体入口マニホールド７ｉ、低温流体出口マニホールド７ｏから構成する。また、高温流体マニホールド６ｉ、６ｏ、低温流体マニホールド７ｉ、７ｏそれぞれには、流体の出入口８ｉ、８ｏ、９ｉ、９ｏを備える。
【００２０】
高温流体は、高温流体入口８ｉから高温流体入口マニホールド６ｉに導入され、各貫通孔３ａにより構成された高温流体通路３に分配される。高温流体通路３内を流通する際に熱交換を行って、比較的低温状態となって高温流体出口マニホールド６ｏに回収され、高温流体出口８ｏから排出される。
【００２１】
一方、低温流体は、低温流体入口９ｉから低温流体入口マニホールド７ｉに導入され、各通路４ａに分配される。通路４ａを流通する低温流体は、通路４ｂとの連通部分で通路４ａ間を互いに自由に行き来することができるので、通路４ａ間の圧力および蒸発の状態が均一化される。その後、再び通路４ａを通って低温流体出口マニホールド７ｏに回収され、低温流体出口９ｏから排出される。このとき低温流体は高温流体との熱交換により蒸発し、水蒸気の状態で排出される。
【００２２】
このように、各通路４ａに分配された低温流体は、通路４ｂを介して通路４ａ間を移動可能に構成される。複数構成した通路４ａ間を、通路４ｂで連通することにより、通路４ａ内のそれぞれの圧力を均一化することができる。また、積層式の熱交換器１において、製造時の接合積層方向Ｅ(プレート２の積層方向)と、通路４ａが並べられる方向Ｆ（プレート２の平面方向）を直交させる。つまり、図２に示すように、高温流体の流通方向であるプレート２の積層方向に対して、直交して低温流体が流れるように構成する。
【００２３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００２４】
高温流体を流通する複数の高温流体通路３と、低温流体を流通する複数の通路４ａと、通路４ａを互いに連通する少なくとも一つ以上の通路４ｂと、を有する低温流体通路４と、を備える。高温流体通路３と、低温流体通路４と、を流れる流体間で熱交換を可能とする。これにより、各通路４ａに分配された低温流体が、通路４ｂにおいて通路４ａ間を移動可能となるので、熱交換器１内の低温流体の圧力状態、熱交換状態を複数の通路４ａで均一化することができる。また、熱交換器１として蒸発器を用いた場合には、複数の通路４ａから排出される蒸気の状態を均一化することができる。その結果、それぞれ複数の流体通路３、４を有する比較的コンパクトな熱交換器１において、低温流体の流入のバラツキを抑えることができる。
【００２５】
複数の平板形状のプレート２を積層してなる積層体コア５を備え、高温流体通路３として、積層体コア５を積層方向に貫通する通路を備える。また、通路４ａとして、積層体コア５の積層断面に沿って形成された複数の層を備える。さらに、通路４ｂとして、通路４ａを連通し、積層体コア５の積層断面に沿って形成された少なくとも一つ以上の層を備えるこれにより、効率のよい熱交換を行うとともに、複数の通路４ａ間の流体圧力、蒸気状態を均一化することができる。
【００２６】
また、流体通路３、４の加工にエッチング、プレート２同士の接合にロウ付けまたは拡散接合を用いる。これにより、加工自由度の確保、加工工数の低減およびコスト低減を図ることができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態について説明する。熱交換器１の構成を図４に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００２８】
図４にプレート１２の構成を示す。プレート１２として、高温流体通路１３を構成する高温流体プレート１２ｈと、低温流体通路４を構成する低温流体プレート１２ｃを積層することにより積層体コア１５を構成する。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、高温流体プレート１２ｈの一方の平面に沿って、高温流体が略一方向に流通するように層状の高温流体通路１３を構成する。高温流体の流通方向側面に沿って構成される一対のプレート縁部１２１ｈが、プレート１２ｈ平面に対して厚み方向に突出するように構成することで、流路側壁を構成する。なお、もう一方の対向するプレート縁部１２２ｈは、高温流体通路１３の出入口部分となる。
【００３０】
高温流体プレート１２ｈの高温流体通路１３を構成した平面には、中央に高温流体プレート１２ｈを厚み方向に貫通する貫通孔１２３ｈを有する筒形状の突起部１２４ｈを設ける。中空形状の突起部１２４ｈを、後述する低温流体プレート１２ｃに設けた突起部１２４ｃに積層方向に重なる位置に構成する。また、突起部１２４ｈの高さを、流路側壁を構成するプレート縁部１２１ｈと略同じとする。プレート縁部１２１ｈ、突起部１２４ｈは、積層時に隣接するプレート１２との接合部となる。
【００３１】
また、低温流体通路１４を、図４（ｂ）に示すように、低温流体プレート１２ｃの一方の面に沿って形成した通路１４ａと、前述した突起部１２４ｈおよび後述する突起部１２４ｃそれぞれに構成された貫通孔１２３ｈ、１２３ｃおよび突起部１２４ｃ側面に設けた貫通孔１２５ｃを組み合わせて構成される通路１４ｂと、から構成する。
【００３２】
通路１４ａを、低温流体プレート１２ｃの一方の平面に沿って低温流体が略一方向に層状に流通するように構成する。通路１４ａ内の低温流体の流通方向側面に沿って構成される一対のプレート縁部１２２ｃが、プレート平面に対して厚み方向に突出するように構成することにより流路側壁を構成する。なお、もう一方の対向するプレート縁部１２１ｃは、通路４ａの出入口部分となる。
【００３３】
なお、高温流体プレート１２ｈ、低温流体プレート１２ｃの積層時には、プレート縁部１２１ｈとプレート縁部１２１ｃが、また、プレート縁部１２２ｈとプレート縁部１２２ｃが積層方向に重なるように構成する。つまり、高温流体通路１３内の高温流体と、通路１４ａ内の低温流体の流通方向が略直交するように構成する。
【００３４】
また、低温流体プレート１２ｃの通路１４ａを構成した平面には、中央に低温流体プレート１２ｃを厚み方向に貫通する貫通孔１２３ｃを有する筒形状の突起部１２４ｃを設ける。複数の中空形状の突起部１２４ｃを、平面に略均等に構成する。突起部１２４ｃの厚み方向の高さを、流路側壁を構成するプレート縁部１２２ｃと同じ高さとする。プレート縁部１２２ｃ、突起部１２４ｃは、積層時に隣接するプレート１２との接合部となる。
【００３５】
高温流体プレート１２ｈ、低温流体プレート１２ｃの積層時には、突起部１２４ｃと突起部１２４ｈとが重なるように構成する。これにより、筒形状の中央に設けた貫通孔１２３ｃ、１２３ｈが連続して、積層体コア１５を積層方向に貫通する通路１４ｂが構成される。また、突起部１２４ｃの側面には、貫通孔１２３ｃに連通する貫通孔１２５ｃを設ける。つまり、積層方向に連通する通路１４ｂと通路１４ａとを、連通して構成する。
【００３６】
このような高温流体プレート１２ｈ、低温流体プレート１２ｃを交互に積層することにより、図５（ｂ）に示すような積層体コア１５を構成する。なお、高温流体通路１３および低温流体通路１４の通路１４ａ間は、プレート平面により隔離される。
【００３７】
また、図５（ａ）に示すように、積層体コア１５の側面に沿って、高温流体マニホールド１６ｉ、１６ｏ、低温流体マニホールド１７ｉ、１７ｏを設ける。高温流体マニホールド１６ｉ、１６ｏを、開口部であるプレート縁部１２２ｈを介して高温流体通路１３に連通させ、低温流体通路１４には非連通となるように構成する。また、低温流体マニホールド１７ｉ、１７ｏを、開口部であるプレート縁部１２１ｃを介して通路１４ａに連通させ、高温流体通路１３には非連通となるように構成する。また、第１の実施形態と同様に、マニホールド１６ｉ、１６ｏ、１７ｉ、１７ｏには、それぞれ流体の出入口１８ｉ、１８ｏ、１９ｉ、１９ｏを設ける。
【００３８】
このような熱交換器１において、高温流体入口１８ｉから高温流体入口マニホールド１６ｉに導入された高温流体は、各層の高温流体通路１３に分配され、積層面に沿って略一方向に流通する。この際に、隣接する層を流通する低温流体との熱交換を行い、比較的低温状態となって高温流体出口マニホールド１６ｏに回収され、高温流体出口１８ｏから排出される。つまり、高温流体は積層体コア１５内を層毎に独立して流通する。
【００３９】
一方、低温流体入口１９ｉから低温流体入口マニホールド１７ｉに導入された低温流体は、通路１４ａに分配される。通路１４ａ内を流通する低温流体の一部が通路１４ｂに流入し、積層方向に流通する。このため、低温流体は、層形状の通路４ａ間を、通路１４ｂを通って自由に移動することができ、温度状態、蒸発状態を均一化することができる。
【００４０】
言い換えれば、積層体コア１５に、積層方向に貫通し、通路１４ａのみに連通する貫通孔１２５ｃを有する中空連通構造の通路１４ｂを設けることにより、積層式熱交換器１を構成する。つまり、積層体コア１５に、図５（ｃ）に示すようなパイプ状部材より構成し、側面に貫通孔１２５ｃを有する通路１４ｂを挿入して構成してもよい。
【００４１】
また、高温流体通路１３、通路１４ａ内に、突起部１２４ｈ、１２４ｃを設けることで、高温流体、低温流体それぞれの流れに乱流が生じて熱伝達が促進される。さらに、突起部１２４ｈ、１２４ｃが互いに積層方向に重なる位置に構成されるため、剛性の向上効果を得ることができる。
【００４２】
なお、通路形状の加工および接合には、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００４３】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４４】
高温流体通路１３を設けた高温流体プレート１２ｈと、通路４ａを設けた低温流体プレート１２ｃを積層してなる積層体コア１５を備える。さらに、通路４ｂとして、内部に積層体コア１５を積層方向に貫通する貫通孔１２３を有し、側面に貫通孔１２３と通路４ａ間を連通する連通孔１２５を備えた中空形状の突起部１２４を備える。ここでは、突起部１２４ｈ、１２４ｃを組み合わせることにより、積層方向に貫通する通路１４ｂを構成する。これにより、低温流体の異なる通路１４ａ間の移動が可能となり、低温流体の圧力および蒸発状態を均一化することができる。
【００４５】
また、突起部１２４を、円筒形状に構成する。このような突起部１２４をプレート１２平面に分散して構成する。ここでは、突起部１２４を、高温流体プレート１２ｈと低温流体プレート１２ｃのうち少なくとも高温流体プレート１２ｈに設けた、最大プレート厚さに略等しい高さを有する突起により構成する。これにより、隣接するプレート１２に接合することができ、耐久性を維持することができるとともに、高温流体通路３への低温流体漏洩を抑制することができる。
【００４６】
次に、第３の実施形態について説明する。熱交換器１の積層体コア５の構成を図６に示す。以下、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
高温流体プレート２２ｈに、プレート厚さ方向に貫通する貫通孔２２３ｈを有する、円筒形状の突起部２２４ｈを設ける。一方、低温流体プレート２２ｃには突起部は設けず、プレートを厚さ方向に貫通する貫通孔２２３ｃのみを設ける。
【００４８】
これにより、各低温流体プレート２２ｃ平面に沿って設けた通路２４ａを流通する低温流体は、積層方向に隣接する高温流体プレート２２ｈの突起部２２４ｈ内を通って、さらに隣に配置された低温流体プレート２２ｃの通路２４ａに移動可能に構成される。つまり、低温流体通路２４を、低温流体プレート２２ｃ平面に沿って構成される通路２４ａと、突起部２２４ｈの貫通孔２２３ｈと、貫通孔２２３ｃにより構成され、高温流体プレート２２ｈを貫通することにより通路２４ａ同士を連通する通路２４ｂと、から構成する。これにより、積層体コア２５内の低温流体は、高温流体プレート２２ｈを介して隣接する低温流体プレート２２ｃに設けた通路２４ａ間を行き来することができ、圧力および蒸発状態を均一化することができる。
【００４９】
なお、図６には、便宜上、高温流体プレート２２ｈ、低温流体プレート２２ｃを箱型の構成で示しているが、図４、図５に示した構成としてもよい。また、通路形状の加工および接合には、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００５０】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第２の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００５１】
前記高温流体通路を設けた第二プレートと、前記第一低温流体通路を設けた第三プレートを積層してなる第二積層体を備え、高温流体通路３を設けた高温流体プレート２２ｈと、通路２４ａを設けた低温流体プレート２２ｃを積層してなる積層体コア２５を備える。さらに、通路２４ｂとして、積層方向に高温流体プレート２２ｈを介して隣接する低温流体プレート２２ｃ同士の、通路２４ａ間を連通する中空形状の突起部２２４ｈを備える。このように、低温流体プレート２２ｃには突起部を設けず、高温流体プレート２２ｈのみに設けた場合にも、高温流体プレート２２ｈを介して隣接する低温流体プレート２２ｃ間の低温流体の移動可能に構成することができる。
【００５２】
次に、第４の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５３】
図７（ａ）に、低温流体プレート３２ｃの平面図を示す。低温流体通路３４を、プレート平面に沿って構成した通路３４ａと、積層方向に貫通する通路３４ｂと、から構成する。
【００５４】
通路３４ａを、折り返し形状に構成する。このとき、通路３４ａの折り返し部より上流側の領域において、下流側の領域より流路断面が大きくなるように構成する。また、通路３４ａの上流側端部を低温流体入口マニホールド３７ｉに、下流側端部を低温流体出口マニホールド３７ｏに連通する。なお、低温流体マニホールド３７ｉ、３７ｏは、プレート平面の同じ外縁部３２１ｃに構成される。
【００５５】
また、通路３４ａの一部を、積層方向に貫通する通路３４ｂに連通するように構成する。通路３４ｂを、低温流体プレート３２ｃに設けた、プレートを厚さ方向に貫通する貫通孔３２３ｃと、後述するように中空形状に構成した流路壁３２４ｈの貫通孔３２３ｈとの組み合わせにより構成する。ここでは、通路３４ａの比較的断面積が大きい上流側領域の一部と、下流側領域の一部とが、それぞれ通路３４ｂに連通するように構成する。図７（ａ）に示すように、プレート平面のほぼ中央に、通路３４ａを横断する方向に連続する孔により連通孔３２３ｃを構成する。
【００５６】
一方、高温流体通路３３を、図７（ｂ）に示すように、高温流体プレート３２ｈの平面に沿って高温流体が略一方向に流通するように構成する。高温流体と低温流体との流通方向が略直交するように構成する。高温流体通路３３を二つの通路より構成し、通路間に、中空形状に構成した流路壁３２４ｈを設ける。流路壁３２４ｈの内側は、高温流体プレート３２ｈを貫通する貫通孔３２３ｈを有する。なお、この貫通孔３２３ｈは、前述した低温流体プレート３２ｃに設けた貫通孔３２３ｃに積層方向に重なる位置に設けられ、貫通孔３２３ｃ、３２３ｈを組み合わせることにより、積層体コア２５を積層方向に貫通する通路３４ｂを構成する。
【００５７】
なお、ここでは流路壁３２４ｈを一つとしたがこの限りではなく、複数設けても良い。また、通路形状の加工および接合は、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００５８】
このような低温流体プレート３２ｃ、高温流体プレート３２ｈを交互に積層することにより積層体コア３５を構成し、図８に示すような熱交換器１を構成する。
【００５９】
低温流体は、低温流体入口３９ｉから導入され、低温流体入口マニホールド３７ｉにおいて各層の低温流体の通路３４ａに分配される。低温流体通路３４ａを流通する際に、低温流体は通路３４ｂを介して、異なる層に形成された通路３４ａ間を自由に行き来することができる。一方、高温流体は、第１の実施形態と同様に、各層内に形成された高温流体通路３３に沿って流通する。
【００６０】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００６１】
連通部を、通路３４ａの流れ方向に略直交する矩形状に構成する。ここでは、矩形状であり、内部に貫通孔３２３ｈを有する流路壁３２４ｈにより構成する。矩形状の流路壁３２４ｈを、通路３４ａの流路断面を横断するように構成する。これにより、低温流体の流れ全体で移動が可能となるので、低温流体の圧力、蒸発状態を均一化することができる。
【００６２】
次に、第５の実施形態について説明する。以下、第４の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６３】
図９（ａ）に示すように、低温流体プレート４２ｃの表面に沿って低温流体の通路４４ａを、三段の蛇行形状に構成する。このとき、二つの折り返し部４４１を、マニホールド４２３により構成する。マニホールド４２３は、プレート平面内に構成してもよいし、図１０に示すように、積層体コア４５の側面に設けても良い。このマニホールド４２３により、各層に設けた通路４４ａを流通する低温流体の層管の移動を可能に構成する。つまり、通路４３ａ間の低温流体の移動を可能にする通路４４ｂとして、マニホールド４２３を用いる。また、通路４４ａの両端部に低温流体マニホールド４７ｉ、４７ｏを設ける。このとき、マニホールド４２３と、低温流体マニホールド４７ｉ、４７ｏは、対向する一組のプレート縁部４２１ｃ内に構成される。
【００６４】
また、図９（ｂ）に示すように、高温流体プレート４２ｈ平面に、一方向に高温流体を流通する高温流体通路４３を設ける。また、低温流体プレート４２ｃ、高温流体プレート４２ｈを積層した際に、プレート縁部４２１ｃに重なる領域であるプレート縁部４２１ｈには、前述したマニホールド４２３が配置される。なお、第４の実施形態と同様に、高温流体プレート４２ｈの流路壁を設けることで、マニホールド４２３を構成してもよい。なお、通路形状の加工および接合は、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００６５】
このような高温流体プレート４２ｈと、低温流体プレート４２ｃを積層することにより、図１０に示すような積層体コア４５を構成する。これにより、各層に分散された低温流体は、通路４４ａの折り返し部４４１において通路４４ｂを通って異なる層に形成した通路４４ａに自由に行き来することができる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第４の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００６７】
通路４４ａとして、低温流体プレート４２ｃに設けた平面端部に少なくとも一つ以上の折り返し部４４１を有する流路を備える。また、連通部として、折り返し部４４１に、高温流体通路３には非連通、通路４４ａには連通となるマニホールド４２３を備える。これにより、異なる層に構成された通路４４ａ間の低温流体の移動が可能となるので、低温流体の圧力および蒸気状態を均一化することができる。
【００６８】
次に、第６の実施形態について説明する。熱交換器１に用いる積層体コア５５の構成を図１１に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６９】
積層体コア５５を複数のプレート５２を積層することにより構成する。積層体コア５５には、各プレート５２に設けた貫通孔５３ａにより積層体コア５５を積層方向に貫通する高温流体通路５３を備える。各プレート５２に設けた貫通孔５３ａの径を、積層方向に変化するように構成する。つまり、高温流体通路５３の流路断面が積層方向に変化するように構成する。
【００７０】
例えば、図１１においては、同じ径φｄの貫通孔５３ａを有する二枚のプレート５２ｘと、これに対して半分の径φ０．５ｄの貫通孔５３ａを有する一枚のプレート５２ｙと、を交互に積層することにより積層体コア５５を構成する。これにより、高温流体通路５３内に乱流が生じやすくなり、熱伝達率を向上することができる。なお、通路形状の加工および接合は、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００７１】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００７２】
高温流体通路５３および低温流体通路５４を構成するプレート５２の、通路形成部の形状を、積層方向に変化させる。ここでは、高温流体通路５３の流路断面積を積層方向に変化させる。これにより、高温流体通路５３内の流れに乱流が生じるので、より熱伝達率を向上することができる。
【００７３】
次に、第７の実施形態について説明する。熱交換器１に用いる積層体コア６５の構成を図１２に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７４】
積層体コア６５を複数のプレート６２を積層することにより構成する。各プレート６２に設けた貫通孔６３ａにより、積層体コア６５を積層方向に貫通する高温流体通路６３を構成する。ここでは、貫通孔６３ａの位置が、積層方向に変化するように構成する。つまり、高温流体通路６３の流路軸が曲線または折線となるように構成する。ただし、貫通孔６３ａにより構成される高温流体通路６３は、積層方向に連続する流路とする。
【００７５】
例えば、図１２に示すように、プレート縁部から貫通孔６３ａの中心までの距離をα、α＋β、α＋２×β、α＋３×β、α＋２×β、α＋βと変化するように、各プレート６２に貫通孔６３ａを構成する。
【００７６】
なお、通路形状の加工および接合は、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００７７】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００７８】
高温流体通路６３および低温流体通路６４を構成するプレート５２の、通路形成部の位置を、積層方向に変化させる。高温流体通路６３、または、低温流体通路６４の少なくとも一方の流路軸を、曲線または折線状に構成する。ここでは、高温流体通路６３の流路軸を、曲線または折線状に構成する。これにより、高温流体通路６３内の流れに乱流が生じるので、熱伝達率を向上することができる。
【００７９】
次に、第８の実施形態について説明する。熱交換器１に用いる積層体コア７５の構成を図１３に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８０】
第１の実施形態と同様に、低温流体通路７４を、積層体コア７５の積層断面に沿って層形状に構成された、複数の層形状の通路７４ａと、複数の通路７４ａを連通する通路７４ｂにより構成する。低温流体通路７４の流路壁面に、内部に向かって突出する複数の突起部７６を設ける。ここでは、通路７４ａ、７４ｂ両方の壁面に、それぞれ複数の突起部７６を設けるが、どちらか一方のみとしてもよい。これにより、熱伝達面積が増大するので、低温流体の熱交換性が向上される。なお、通路形状の加工および接合は、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００８１】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００８２】
高温流体通路７３、または、低温流体通路７４の少なくとも一方の流路壁に、突起状のフィンを設ける。これにより、熱伝達面積を増大することができ、熱交換性を向上することができる。
【００８３】
次に、第９の実施形態について説明する。熱交換器１に用いる積層体コア８５の構成を図１４に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８４】
積層体コア８５を、複数のプレート８２を積層することにより構成する。各プレート８２に貫通孔８３ａを設けることにより、積層体コア８５に、積層方向に貫通する高温流体通路８３を構成する。貫通孔８３ａを、プレート平面内で円形状の貫通孔を複数個連結するように構成する。ここでは、図１４に示すように、層形状に構成された低温流体の通路８４ａ、８４ｂで分断された一つのプレート平面領域内に、一つの貫通孔８３ａを設ける。これにより、プレート８２の熱伸びの吸収が良好となり、耐久性を向上することができる。なお、通路形状の加工および接合は、第１の実施形態と同様にエッチングおよび拡散接合を用いる。
【００８５】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００８６】
高温流体通路８３、または、低温流体通路８４の少なくとも一方の断面が、プレート平面の一方向に沿った長径を有するように構成する。これにより、プレート８２が温度変化により伸縮した場合に、これを吸収することができ、耐久性を向上することができる。
【００８７】
なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、熱交換器に適用することができる。特に、蒸発器に適用することで、適切な効果を得ることができる。また、移動体に用いる場合などのように、コンパクト化が要求されるシステムに用いられる熱交換器に適用することで、適切な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１の実施形態における熱交換器への流体の流通状態を示す図である。
【図２】第１の実施形態の熱交換器に用いる積層体コアの構成図である。
【図３】第１の実施形態の熱交換器および積層体コアの構成図である。
【図４】第２の実施形態の熱交換器に用いるプレートの構成図である。
【図５】第２の実施形態の熱交換器および積層体コアの構成図である。
【図６】第３の実施形態の熱交換器に用いる積層体コアの構成図である。
【図７】第４の実施形態の熱交換器に用いるプレートの平面図である。
【図８】第４の実施形態の熱交換器および積層体コアの構成である。
【図９】第５の実施形態の熱交換器に用いるプレートの平面図である。
【図１０】第５の実施形態の熱交換器および積層体コアの構成図である。
【図１１】第６の実施形態の熱交換器に用いる積層体コアの構成図である。
【図１２】第７の実施形態の熱交換器に用いる積層体コアの構成図である。
【図１３】第８の実施形態の熱交換器に用いる積層体コアの構成図である。
【図１４】第９の実施形態の熱交換器に用いる積層体コアの構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
１    積層式熱交換器
２    プレート
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３    高温流体通路
４、１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４    低温流体通路
５、１５、２５、５５、６５、７５    積層体コア
【図１】
2005308232.tif 000003
【図２】
2005308232.tif 000004
【図３】
2005308232.tif 000005
【図４】
2005308232.tif 000006
【図５】
2005308232.tif 000007
【図６】
2005308232.tif 000008
【図７】
2005308232.tif 000009
【図８】
2005308232.tif 000010
【図９】
2005308232.tif 000011
【図１０】
2005308232.tif 000012
【図１１】
2005308232.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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