(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする積層式熱交換器。
【請求項２】
板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、前記流路プレートの複数枚おきに隔壁プレートを挿入し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする積層式熱交換器。
【請求項３】
板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを隔壁プレートを介して交互に複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする積層式熱交換器。
【請求項４】
流路Ａと流路Ｂが略Ｕ字形状の折り返し部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層式熱交換器。
【請求項５】
流路Ａと流路Ｂの少なくとも一方の流路の幅が、前記流路の長手方向で略同一である請求項４に記載の積層式熱交換器。
【請求項６】
流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間に貫通孔を設け、他のプレート上にも前記貫通孔に対向する位置に前記貫通孔と連通する貫通孔を設けた請求項４または５に記載の積層式熱交換器。
【請求項７】
各プレートがプレス加工により成形され、前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層された請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層式熱交換器。
【請求項８】
各プレートがプレス加工により成形される工程と、流路プレートがその両
面に鍍金処理を施される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層式熱交換器の製造方法。
【請求項９】
各プレートがプレス加工により成形される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状のロウ材を塗布される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体として液体および相変化を伴う気液２相流の熱交換に用いる積層式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱交換器の小型・軽量化を目的に、特開昭６３−１３７７９３号公報に開示されているような積層式熱交換器が提案されている。この積層式熱交換器は、金属平板を打ち抜いて流路を形成したものを積み重ねて構成したもので、流体が流れる流路が平板の厚み内に形成されるものである。積層式熱交換器は、体積当たりの表面積が大きく、コンパクトであり、使用材料が少なくすむため、従来のシェルアンドチューブ式やプレート式の熱交換器に置き換わる特長を有する。
【０００３】
図１０は、この積層式熱交換器の内部構成が説明できるように、一部を切断して示したものである。積層式熱交換器は、板面を貫通する流路８６が形成された流路プレート８１と、同様に流路８７が形成された流路プレート８２とを、隔壁プレート８３を介して交互に複数枚積み重ね、一対のエンドプレート８４と８５の間に配置した構成である。
【０００４】
流路プレート８１には流路８６以外に貫通孔９２ａと９２ｂが、流路プレート８２には流路８７以外に貫通孔９５ａと９５ｂが、隔壁プレート８３には貫通孔９３ａ、９３ｂ、９４ａおよび９４ｂが、それぞれ設けられている。また、エンドプレート８４には、熱交換流体Ａの入口管８８と出口管８９、熱交換流体Ｂの入口管９０と出口管９１が植立されている。ここで、流路８６と流路８７は、図１０に示したように、隔壁プレート８３を介して、流路内の流れが直交する位置関係にある。
【０００５】
熱交換流体Ａは、エンドプレート８４に設置された入口管８８より熱交換器内部に流入し、貫通孔９４ａおよび９５ａを経由して、流路プレート８１に形成された流路８６に入る。流路８６を流れた熱交換流体Ａは、貫通孔９５ｂおよび９４ｂを経由して、出口管８９より熱交換器外部に流出する。一方、熱交換流体Ｂは、エンドプレート８４に設置された入口管９０より熱交換器内部に流入し、貫通孔９２ａおよび９３ａを経由して、流路プレート８２に形成された流路８７に入る。流路８７を流れた熱交換流体Ｂは、貫通孔９３ｂおよび９２ｂを経由して、出口管９１より熱交換器外部に流出する。このとき、流路８６を流れる熱交換流体Ａは、その上下に位置する２つの隔壁プレート８３を介して、流路８７を流れる熱交換流体Ｂと熱交換を行うことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の積層式熱交換器では、以下のような課題が生じている。
【０００７】
まず、熱交換流体ＡとＢとの伝熱形態が、一般的に対向流よりも伝熱性能に劣る直交流となっている。したがって、所定の伝熱特性を得るためには、対向流型の熱交換器よりも伝熱面積が多く必要となり、熱交換器の大型化を招く。また、例えば、熱交換器の熱交換流体Ａ側の伝熱特性を向上するために、流路８６を長くし伝熱面積を増大する場合、隔壁プレート８３を介して対向する流路８７は、流路数を増加するあるいは流路幅を拡大する必要が生じる。いずれの場合も、流路８７の断面積が増加し、熱交換流体Ｂの流速が低減するため、熱交換流体Ｂの伝熱特性が劣化してしまうという課題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする構成とするものである。
【０００９】
上記発明によれば、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行うことができる。一般に、対向流は、従来の積層式熱交換器の伝熱形態である直交流や並行流に比べて、高い熱交換特性を有する伝熱形態である。したがって、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行う具体構成を提供できるため、積層式熱交換器の高性能化と小型化を実現できる。
【００１０】
また、これによれば、隣接する同一流体の流路間の熱抵抗が、隣接する異なる流体の流路間の熱抵抗よりも大きくなり、同一流体間の熱の移動が低減されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の積層式熱交換器は、各請求項に記載した具体的な形態とすることにより、所定の効果を実現するものである。
【００１２】
すなわち、請求項１の積層式熱交換器は、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする構成とするものである。これによれば、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行うことができるため、積層式熱交換器の高性能化と小型化を実現できる。また、これによれば、隣接する同一流体の流路間の熱抵抗が、隣接する異なる流体の流路間の熱抵抗よりも大きくなり、同一流体間の熱の移動が低減されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００１３】
また、請求項２の積層式熱交換器は、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、前記流路プレートの複数枚おきに隔壁プレートを挿入し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする構成とするものである。これによれば、流路プレートの積層枚数が多く流路高さが高くなる場合においても、複数枚の流路プレート間に隔壁プレートを挿入することにより、圧力容器としての機械強度が向上するため、請求項１の効果に加え、積層式熱交換器の信頼性向上を実現できる。また、これによれば、隣接する同一流体の流路間の熱抵抗が、隣接する異なる流体の流路間の熱抵抗よりも大きくなり、同一流体間の熱の移動が低減されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００１４】
また、請求項３の積層式熱交換器は、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを隔壁プレートを介して交互に複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられ、前記流路Ａと前記流路Ｂとは折り返し部を有するとともに、前記流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいことを特徴とする構成とするものである。これによれば、流路プレートの積層枚数が多く流路高さが高くなる場合においても、流路プレートを隔壁プレートを介して交互に積層することにより、圧力容器としての機械強度が向上するとともに、各流路が分割され熱交換流体の分流の均一化が図れるため、請求項１の効果に加え、積層式熱交換器のより一層の高性能化と信頼性向上を実現できる。また、これによれば、隣接する同一流体の流路間の熱抵抗が、隣接する異なる流体の流路間の熱抵抗よりも大きくなり、同一流体間の熱の移動が低減されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００１５】
また、請求項４の積層式熱交換器は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明に加え、流路Ａと流路Ｂが略Ｕ字形状の折り返し部を有するものである。これによれば、流路長に対して熱交換器の縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくすることができるため、積層式熱交換器のより一層の小型化を実現できる。
【００１６】
また、請求項５の積層式熱交換器は、請求項４に記載の発明に加え、流路Ａと流路Ｂの少なくとも一方の流路の幅が、前記流路の長手方向で略同一であるものである。これによれば、各流体が流路内を円滑に流れることが可能になり、流体の滞留による伝熱性能の劣化が排除されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００１７】
また、請求項６の積層式熱交換器は、請求項４または５に記載の発明に加え、流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間に貫通孔を設け、他のプレート上にも前記貫通孔に対向する位置に前記貫通孔と連通する貫通孔を設けるものである。これによれば、互いに隣り合う流路における同一流体間の熱の移動が完全に遮断されるため、積層式熱交換器の格段の高性能化を実現できる。
【００１８】
また、請求項７の積層式熱交換器は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明に加え、各プレートがプレス加工により成形され、前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層されるものである。これによれば、各プレートを積層する際、プレス加工により各プレートに発生するバリ同士の当接が回避され、プレート間の密着性が良好になるため、積層式熱交換器の製造時の歩留まりが向上する。
【００１９】
また、請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層式熱交換器の製造方法に関するものであり、各プレートがプレス加工により成形される工程と、流路プレートがその両面に鍍金処理を施される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる製造方法である。これによれば、各プレートを積層する際、プレス加工により各プレートに発生するバリ同士の当接が回避され、プレート間の密着性が良好になるとともに、プレート間の接合が鍍金を使用したロウ付けにより確実に保証されるため、積層式熱交換器の製造時の歩留まりと信頼性が向上する。
【００２０】
また、請求項９の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層式熱交換器の製造方法に関するものであり、各プレートがプレス加工により成形される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状のロウ材を塗布される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる製造方法である。これによれば、鍍金に比べて安価なペースト状のロウ材を使用するため、プレート熱交換器の製造コストの低減が図れる。また、各プレートに対して、プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面、つまり、バリの突出していない面にロウ材を塗布するため、ロウ材塗布に使用するマスク等の治具のバリによる損傷が低減され、積層式熱交換器の製造時の信頼性向上が実現される。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の積層式熱交換器の構成を示し、その内部構成が説明できるように一部を分解している。
【００２３】
本実施例の積層式熱交換器は、図１に示したように、板面を貫通する複数の流路３４と３５が形成された流路プレート３１を複数枚積層し、一対のエンドプレート３２と３３間に配置した構成である。このとき、流路３４と３５が互いに隣り合い並行する位置に設けられ、流路３４を流れる熱交換流体Ａと流路３５を流れる熱交換流体Ｂとが対向して流れる構成としている。
【００２４】
流路プレート３１には、流路３４の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部４０および出口ヘッダー部４１と、流路３５の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部４２および出口ヘッダー部４３が、それぞれ設けられている。
【００２５】
また、エンドプレート３２には、熱交換流体Ａの入口管３６と出口管３７、熱交換流体Ｂの入口管３８と出口管３９が植立されている。入口管３８と出口管３９は、それぞれ熱交換流体Ａの入口ヘッダー部４０と出口ヘッダー部４１に連通している。同様に、入口管３８と出口管３９は、それぞれ熱交換流体Ｂの入口ヘッダー部４２と出口ヘッダー部４３に連通している。
【００２６】
熱交換流体Ａは、図中実線の矢印で示すように、エンドプレート３２に設置された入口管３６より入口ヘッダー部４０に流入し、流路プレート３１に形成された流路３４に入る。流路３４を流れた熱交換流体Ａは、出口ヘッダー部４１に集められ、出口管３７より外部に流出する。一方、熱交換流体Ｂは、図中点線の矢印で示すように、エンドプレート３２に設置された入口管３８より入口ヘッダー部４２に流入し、同じく流路プレート３１に形成された流路３５に入る。流路３５を流れた熱交換流体Ｂは出口ヘッダー部４３に集められ、出口管３９より外部に流出する。このとき、流路３４を流れる熱交換流体Ａは、流路３４と３５の間に位置する仕切部４４を介して、流路３５を流れる熱交換流体Ｂと熱交換を行うことになる。
【００２７】
図１に示すように、流路３４と３５が、仕切部４４を介して各ヘッダー近傍を除いて全て対向する位置に設けられているため、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行うことができる。一般に、対向流は、従来の積層式熱交換器の伝熱形態である直交流や並行流に比べて、高い熱交換特性を有する伝熱形態である。また、従来例で示したような隔壁プレートを排除し、流路プレート３１のみから構成することができるため、プレート構成を簡略化することができる。また、薄板状の流路プレート３１を複数枚積層することにより流路を形成するため、厚板に比べて流路の成形加工が容易であり、製造コストが低減される。
【００２８】
したがって、上記した構成により、積層式熱交換器の高性能化、小型化、製造コストの低減を実現できる。
【００２９】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の積層式熱交換器の構成を示し、その内部構成が説明できるように一部を分解している。
【００３０】
本実施例の積層式熱交換器は、図２に示したように、板面を貫通する複数の流路３４と３５が形成された流路プレート３１を複数枚積層し、流路プレート３１の複数枚おきに隔壁プレート５９を挿入し、一対のエンドプレート３２と３３と間に配置した構成である。このとき、流路３４と３５が互いに隣り合い並行する位置に設けられ、流路３４を流れる熱交換流体Ａと流路３５を流れる熱交換流体Ｂとが対向して流れる構成としている。
【００３１】
流路プレート３１には、流路３４の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部４０および出口ヘッダー部４１と、流路３５の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部４２および出口ヘッダー部４３が、それぞれ設けられている。
【００３２】
一方、隔壁プレート５９には、各プレートを積層したとき、流路３４の入口ヘッダー部４０および出口ヘッダー部４１と連通する貫通孔６０および６１と、流路３５の入口ヘッダー部４２および出口ヘッダー部４３と連通する貫通孔６２および６３が、それぞれ設けられている。
【００３３】
また、エンドプレート３２には、熱交換流体Ａの入口管３６と出口管３７、熱交換流体Ｂの入口管３８と出口管３９が植立されている。入口管３８と出口管３９は、それぞれ熱交換流体Ａの入口ヘッダー部４０と出口ヘッダー部４１に連通している。同様に、入口管３８と出口管３９は、それぞれ熱交換流体Ｂの入口ヘッダー部４２と出口ヘッダー部４３に連通している。
【００３４】
熱交換流体Ａは、図中実線の矢印で示すように、エンドプレート３２に設置された入口管３６より入口ヘッダー部４０に流入し、貫通孔６０を経由して、流路プレート３１に形成された流路３４に入る。流路３４を流れた熱交換流体Ａは、出口ヘッダー部４１に集められ、貫通孔６１を経由して、出口管３７より外部に流出する。一方、熱交換流体Ｂは、図中点線の矢印で示すように、エンドプレート３２に設置された入口管３８より入口ヘッダー部４２に流入し、貫通孔６２を経由して、同じく流路プレート３１に形成された流路３５に入る。流路３５を流れた熱交換流体Ｂは出口ヘッダー部４３に集められ、貫通孔６３を経由して、出口管３９より外部に流出する。このとき、流路３４を流れる熱交換流体Ａは、流路３４と３５の間に位置する仕切部４４を介して、流路３５を流れる熱交換流体Ｂと熱交換を行うことになる。
【００３５】
図２に示すように、流路３４と３５が、仕切部４４を介して各ヘッダー近傍を除いて全て対向する位置に設けられているため、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行うことができる。一般に、対向流は、従来の積層式熱交換器の伝熱形態である直交流や並行流に比べて、高い熱交換特性を有する伝熱形態である。
【００３６】
ここで、実施例１の構成において、積層式熱交換器の熱交換性能を拡大するために、流路プレート３１の積層枚数を多くする場合を考える。このとき、流路プレートの積層高さが高くなり、流路３４と３５との間の仕切部４４の伝熱方向の総面積が広くなる。仕切部４４は、流路３４と３５とを流れる熱交換流体の伝熱面となると同時に、熱交換流体ＡとＢとの間に圧力差がある場合においても流路の変形を防止するための圧力隔壁としての機能を有する。この仕切部４４の面積が拡大すると、圧力を受ける面積も拡大するため、その機械強度は小さくなる。本実施例では、複数枚の流路プレート３１間に隔壁プレート５９を挿入することにより、仕切部４４を積層高さ方向に細かく分割し、圧力を受ける面積を小さくすることにより、熱交換器の圧力容器としての機械強度を向上させる。
【００３７】
したがって、上記した構成により、積層式熱交換器の高性能化に加え、信頼性向上を実現できる。
【００３８】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３の積層式熱交換器の構成を示し、その内部構成が説明できるように一部を分解している。
【００３９】
本実施例の積層式熱交換器は、図３に示したように、板面を貫通する複数の流路３４と３５が形成された流路プレート３１を隔壁プレート５９を介して交互に複数枚積層し、一対のエンドプレート３２と３３間に配置した構成である。このとき、流路３４と３５が互いに隣り合い並行する位置に設けられ、流路３４を流れる熱交換流体Ａと流路３５を流れる熱交換流体Ｂとが対向して流れる構成としている。
【００４０】
流路プレート３１には、流路３４の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部４０および出口ヘッダー部４１と、流路３５の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部４２および出口ヘッダー部４３が、それぞれ設けられている。
【００４１】
一方、隔壁プレート５９には、各プレートを積層したとき、流路３４の入口ヘッダー部４０および出口ヘッダー部４１と連通する貫通孔６０および６１と、流路３５の入口ヘッダー部４２および出口ヘッダー部４３と連通する貫通孔６２および６３が、それぞれ設けられている。
【００４２】
また、エンドプレート３２には、熱交換流体Ａの入口管３６と出口管３７、熱交換流体Ｂの入口管３８と出口管３９が植立されている。入口管３８と出口管３９は、それぞれ熱交換流体Ａの入口ヘッダー部４０と出口ヘッダー部４１に連通している。同様に、入口管３８と出口管３９は、それぞれ熱交換流体Ｂの入口ヘッダー部４２と出口ヘッダー部４３に連通している。
【００４３】
熱交換流体Ａは、図中実線の矢印で示すように、エンドプレート３２に設置された入口管３６より入口ヘッダー部４０に流入し、貫通孔６０を経由して、流路プレート３１に形成された流路３４に入る。流路３４を流れた熱交換流体Ａは、出口ヘッダー部４１に集められ、貫通孔６１を経由して、出口管３７より外部に流出する。一方、熱交換流体Ｂは、図中点線の矢印で示すように、エンドプレート３２に設置された入口管３８より入口ヘッダー部４２に流入し、貫通孔６２を経由して、同じく流路プレート３１に形成された流路３５に入る。流路３５を流れた熱交換流体Ｂは出口ヘッダー部４３に集められ、貫通孔６３を経由して、出口管３９より外部に流出する。このとき、流路３４を流れる熱交換流体Ａは、流路３４と３５の間に位置する仕切部４４を介して、流路３５を流れる熱交換流体Ｂと熱交換を行うことになる。
【００４４】
図３に示すように、流路３４と３５が、仕切部４４を介して各ヘッダー近傍を除いて全て対向する位置に設けられているため、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行うことができる。一般に、対向流は、従来の積層式熱交換器の伝熱形態である直交流や並行流に比べて、高い熱交換特性を有する伝熱形態である。
【００４５】
ここで、実施例１の構成において、積層式熱交換器の熱交換性能を拡大するために、流路プレート３１の積層枚数を多くする場合を考える。このとき、流路プレートの積層高さが高くなり、熱交換流体が流れる流路の高さが極めて高くなる。この流路高さが高いと、流体の流れに偏りが生じ、熱交換特性を劣化させる原因となる。特に、熱交換流体が、熱交換を行う過程で、液体から気体もしくは気体から液体への相変化を伴う場合、その密度差により流体の流れに著しい偏りが生じる可能性がある。本実施例では、流路プレート３１の間に隔壁プレート５９を設け、流路高さを流路プレート３１の１枚分の厚さとした構成であるため、特に相変化を伴う熱交換においても、流体の流れに偏りが生じにくく、各流路への熱交換流体の分流の均一化が図れる。
【００４６】
したがって、上記した構成により、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００４７】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４の積層式熱交換器の構成を示し、その内部構成が説明できるように一部を分解している。本発明の積層式熱交換器は、図１と同様な構成を有し、特に、流路プレート３１の流路３４および３５が、それぞれ略Ｕ字形状の折り返し部４５および４６を有するものである。
【００４８】
流路に略Ｕ字形状の折り返し部を設けることにより、プレート上に直線状の流路だけではなく、矩形状や渦巻き状等の任意の形状の流路を構成することができる。これは、流路長の極めて長い流路に対して、熱交換器の縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくできることを意味する。
【００４９】
したがって、上記した構成により、積層式熱交換器のより一層の小型化を実現できる。
【００５０】
なお、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路３４および３５がそれぞれ略Ｕ字形状の折り返し部を有するものとすれば、同様の効果が得られる。
【００５１】
（実施例５）
本発明の実施例５は、図４に示した構成の積層式熱交換器において、流路３４および３５が、それぞれ略Ｕ字形状の折り返し部４５および４６を有するとともに、流路３４と３５の少なくとも一方の流路の幅が、その長手方向で略同一であるものである。
【００５２】
図５は、流路プレート３１の構成図であり、流路３４の形状を詳細に示すものである。流路３４は、熱交換流体Ａの入口および出口ヘッダーの一部を形成するヘッダー部４０および４１を両端に備え、これらと連通する直行部４７および折り返し部４５から構成される。この直行部４７の流路幅Ｔ１と折り返し部４５の流路幅Ｔ２はほぼ同一である。なお、熱交換流体Ｂの流路３５についても、同様の形状を有する。
【００５３】
流路幅が流路の長手方向で略同一ではない場合、特に、流路の折り返し部が矩形状となる場合を考えると、この流路には角部が存在することになる。熱交換流体がこの流路角部を通過するとき、角部近傍の流体は円滑な流れを阻害され、流体の滞留を引き起こしやすい。この流体の滞留は、仕切部４４を介した流路間の熱交換を阻害し、熱交換器全体の性能を劣化させる要因となる。
【００５４】
本実施例では、流路３４の幅が、流路の長手方向、特に直行部４７と折り返し部４５においてほぼ同一となっているため、熱交換流体Ａが流路３４の折り返し部４５を滞留することなく円滑に流れることが可能になる。流路３４と対向する流路３５についても、同様である。
【００５５】
したがって、上記した構成により、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００５６】
なお、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路３４および３５がそれぞれ略Ｕ字形状の折り返し部を有するとともに、流路３４と３５の少なくとも一方の流路の幅がその長手方向で略同一であるとすれば、同様の効果が得られる。
【００５７】
（実施例６）
本発明の実施例６は、図４に示した構成の積層式熱交換器において、流路３４および３５が、それぞれ略Ｕ字形状の折り返し部４５および４６を有するとともに、流路プレート３１上の互いに隣り合う位置にある同一流体、例えば熱交換流体Ａの流路３４間の距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体、熱交換流体ＡとＢの流路３４と３５との距離よりも大きいものである。
【００５８】
図６は、流路プレート３１の構成図であり、流路３４と３５の形状を詳細に示すものである。例えば、流路３４は折り返し部４５を備えるため、同一流体の流路でありながら互いに隣り合う位置を流れる部分を有する。よって、熱交換流体Ａは仕切部４４を介して熱交換流体Ｂと熱交換するとともに、流路３４の隣り合う部分を流れる同じ熱交換流体Ａとも熱交換する可能性がある。本実施例は、この流路３４間の距離Ｔ３を、流路３４と３５との距離Ｔ４よりも大きくするものである。これによれば、隣接する流路３４間の熱抵抗が、隣接する流路３４と３５との間の熱抵抗よりも大きくなり、熱交換流体Ａ同士の熱の移動が低減される。これは、同じく折り返し部４６を備える流路３５側についても、同様である。
【００５９】
したがって、上記した構成により、熱交換流体の同一流路間での熱交換が低減されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００６０】
なお、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路３４および３５がそれぞれ略Ｕ字形状の折り返し部を有するとともに、流路プレート３１上の互いに隣接する同一流体の流路間距離が、互いに隣接する異なる流体の流路間距離よりも大きいものとすれば、同様の効果が得られる。
【００６１】
（実施例７）
図７は本発明の実施例７の積層式熱交換器の構成を示し、その内部構成が説明できるように一部を分解している。
【００６２】
本実施例の積層式熱交換器は、図４で示した構成と同様に、流路３４および３５が、それぞれ略Ｕ字形状の折り返し部４５および４６を有するとともに、流路プレート３１上の互いに隣り合う位置にある流路３４の間に貫通孔４８ａを設けた点である。なお、エンドプレート３２と３３にも、貫通孔４８ａと対向する位置に、貫通孔４８ｂと４８ｃが設けられている。
【００６３】
図７に示すように、流路３４が略Ｕ字状の折り返し部４５を有する場合、熱交換流体Ａは仕切部４４を介して熱交換流体Ｂと熱交換するとともに、流路３４の隣り合う部分を流れる同じ熱交換流体Ａとも熱交換する可能性がある。しかし、本実施例によれば、互いに隣り合う位置にある流路３４の間に貫通孔４８ａが形成されるため、この部分における同一流路間の熱の移動が完全に遮断される。流路３５側についても、流路３５の互いに隣り合う位置にある同一流路間に貫通孔を設ければ、同様の効果が得られる。
【００６４】
したがって、上記した構成により、熱交換流体の同一流路間での熱交換が完全に遮断されるため、積層式熱交換器の格段の高性能化を実現できる。
【００６５】
なお、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路３４および３５がそれぞれ略Ｕ字形状の折り返し部を有するとともに、流路プレート３１上の互いに隣り合う位置にある流路３４の間に貫通孔を設け、さらに隔壁プレート５９上にもこの貫通孔と対向する位置にこの貫通孔と連通する貫通孔を設ければ、同様の効果が得られる。
【００６６】
（実施例８）
本発明の実施例８は、図１に示した積層式熱交換器において、流路プレート３１の流路３４と３５、外周形状等がプレス加工により成形され、このプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層されるものである。
【００６７】
一般に、プレス加工によりプレートに貫通孔を成形すると、この貫通孔の輪郭部に突起状のバリが形成される。このバリはプレス加工の打ち抜き方向の下流側のプレート面に形成される。各プレートを積層する際、このバリ同士が当接すると、プレート間の密着性を損ない接合不良の原因となる。本実施例のように、各プレートをプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層すれば、バリ同士が当接が回避され、プレート間の密着性が良好なものになる。
【００６８】
したがって、上記した構成により、積層式熱交換器の製造時の歩留まりが向上する。
【００６９】
なお、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路プレート３１、隔壁プレート５９の流路、貫通孔、外周形状がプレス加工により成形され、このプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層すれば、同様の効果が得られる。
【００７０】
（実施例９）
次に、実施例１から８で説明した積層式熱交換器の製造方法を具体的に説明する。本実施例は、特に各プレートが全てステンレス鋼、銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料からなることを想定している。
【００７１】
図８は、図１に示した積層式熱交換器の矢印ＣＣにおける断面を示しており、積層時のロウ材の設置状態をわかりやすく示したものである。上下のエンドプレート３２と３３の間に、ロウ材５１に示す鍍金層を全面に設けた流路プレート３１が順次積層されている。
【００７２】
まず、流路プレート３１への流路３４と３５、入口ヘッダー部４０等の貫通孔の加工は、量産性に優れたプレス加工により行われる。
【００７３】
次に、流路やヘッダー部等の貫通孔が形成された流路プレート３１に対して、その表面に鍍金加工が施される。流路プレート３１の材質が耐食性に優れたステンレス鋼である場合は、例えばニッケルとリンを主成分とした鍍金を施せばよい。この鍍金加工は、通常、無電解鍍金法により行われる。また、流路プレート３１の材質が熱伝導率の高い銅である場合は、例えば銀を主成分とした鍍金を施せばよい。
【００７４】
さらに、全てのプレートは、図中に矢印で示した方向にプレス加工の打ち抜き方向が一致するように、積層される。
【００７５】
最後に、積層された各プレートを密着した状態で加熱することにより、鍍金層を溶融させ一体的に接合する。
【００７６】
このとき、プレス加工された各プレートが、そのバリ方向を一致させるように積層されているため、バリ同士の当接による密着性の悪化が回避されるとともに、プレート間の接合が鍍金を使用したロウ付けにより確実に保証される。
【００７７】
したがって、歩留まりに優れ、信頼性の高い積層式熱交換器を提供することができる。
【００７８】
なお、本実施例では、全ての流路プレート３１の表面に鍍金加工が施されるとしたが、鍍金加工を施した流路プレートと鍍金加工を施さない流路プレートとを交互に積層し、接合を行うものとしても良い。この場合、ロウ材としての鍍金加工量が低減されるため、熱交換器の製造コストが低減される。また、ロウ材量が過剰な場合に生じるロウ材による流路の閉塞が回避されるため、熱交換器の信頼性が向上する。
【００７９】
また、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路プレート３１および隔壁プレート５９がプレス加工により成形される工程と、流路プレート３１がその両面に鍍金処理を施される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる製造方法により製造を行えば、同様の効果が得られる。
【００８０】
（実施例１０）
次に、実施例１から８で説明した積層式熱交換器の製造方法を具体的に説明する。本実施例は、特に各プレートが全てステンレス鋼、銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料からなることを想定している。
【００８１】
図９は、図１に示した積層式熱交換器の矢印ＣＣにおける断面を示しており、積層時のロウ材の設置状態をわかりやすく示したものである。上下のエンドプレート３２と３３の間に、上面のみにロウ材５２を塗布した流路プレート３１が順次積層されている。
【００８２】
まず、流路プレート３１への流路３４と３５、入口ヘッダー部４０等の貫通孔の加工は、量産性に優れたプレス加工により行われる。
【００８３】
次に、流路プレート３１に対してロウ材を塗布する。ロウ材としては、パウダー状のロウ材にバインダを配合させたペーストロウを用いる。ペーストロウの塗布は、例えばシルクスクリーンプロセス等の印刷方法により、塗布用のマスクを用いて行う。本実施例では、流路プレート３１と略同一形状の開口部を有するマスクにより、流路プレート３１の上面にロウ材５２を塗布する。ここで、ロウ材の塗布は、各プレートのプレス加工の打ち抜き方向の上流側の面（図中では上面）に対して行う。なお、ロウ材としては、各プレートの材質がステンレス鋼である場合は例えばＮｉ系のものを使用し、銅である場合は例えば銀あるいはリン銅系のものを使用することが望ましい。
【００８４】
さらに、全てのプレートは、図中に矢印で示した方向にプレス加工の打ち抜き方向が一致するように、積層される。
【００８５】
最後に、ロウ材を塗布され積層された各プレートを密着した状態で加熱することにより、ペーストロウのロウ材成分を溶融させ一体的に接合する。
【００８６】
したがって、プレート間の接合がペーストロウを使用したロウ付けにより確実に保証される。また、鍍金に比べて安価なペースト状のロウ材を使用するため、熱交換器の製造コストの低減が図れる。さらに、各プレートのバリの突出していない面にロウ材を塗布するため、ロウ材塗布に使用するマスク等の治具のバリによる損傷が低減され、製造時の信頼性向上が実現される。
【００８７】
なお、図２および図３に示した構成の積層式熱交換器についても、流路プレート３１および隔壁プレート５９がプレス加工により成形される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状のロウ材を塗布される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる製造方法により製造を行えば、同様の効果が得られる。
【００８８】
なお、本発明の実施例１、２、３では、流路３４を流れる熱交換流体Ａと流路３５を流れる熱交換流体Ｂとが対向して流れるものとしたが、伝熱特性が著しく低減しない場合は、熱交換流体ＡとＢとが互いに並行して流れるものとしても構わない。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の積層式熱交換器は、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられた構成とするので、熱交換流体ＡとＢとが対向流の形態で熱交換を行うことができるため、積層式熱交換器の高性能化と小型化を実現できる。
【００９０】
また、請求項２の積層式熱交換器は、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを複数枚積層し、前記流路プレートの複数枚おきに隔壁プレートを挿入し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられた構成とするので、流路プレートの積層枚数が多く流路高さが高くなる場合においても、複数枚の流路プレート間に隔壁プレートを挿入することにより、圧力容器としての機械強度が向上するため、請求項１の効果に加え、積層式熱交換器の信頼性向上を実現できる。
【００９１】
また、請求項３の積層式熱交換器は、板面を貫通する複数の流路Ａおよび流路Ｂが形成された流路プレートを隔壁プレートを介して交互に複数枚積層し、一対のエンドプレート間に配した構成を有し、前記流路Ａと前記流路Ｂが互いに隣り合い並行する位置に設けられた構成とするので、流路プレートの積層枚数が多く流路高さが高くなる場合においても、流路プレートを隔壁プレートを介して交互に積層することにより、圧力容器としての機械強度が向上するとともに、各流路が分割され熱交換流体の分流の均一化が図れるため、請求項１の効果に加え、積層式熱交換器のより一層の高性能化と信頼性向上を実現できる。
【００９２】
また、請求項４の積層式熱交換器は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の発明に加え、流路Ａと流路Ｂが略Ｕ字形状の折り返し部を有するので、流路長に対して熱交換器の縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくすることができるため、積層式熱交換器のより一層の小型化を実現できる。
【００９３】
また、請求項５の積層式熱交換器は、請求項４記載の発明に加え、流路Ａと流路Ｂの少なくとも一方の流路の幅が、前記流路の長手方向で略同一であるので、各流体が流路内を円滑に流れることが可能になり、流体の滞留による伝熱性能の劣化が排除されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００９４】
また、請求項６の積層式熱交換器は、請求項４または５記載の発明に加え、流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間距離が、互いに隣り合う位置にある異なる流体の流路間距離よりも大きいので、隣接する同一流体の流路間の熱抵抗が、隣接する異なる流体の流路間の熱抵抗よりも大きくなり、同一流体間の熱の移動が低減されるため、積層式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。
【００９５】
また、請求項７の積層式熱交換器は、請求項４ないし６のいずれか１項記載の発明に加え、流路プレート上の互いに隣り合う位置にある同一流体の流路間に貫通孔を設け、他のプレート上にも前記貫通孔に対向する位置に前記貫通孔と連通する貫通孔を設けるので、互いに隣り合う流路における同一流体間の熱の移動が完全に遮断されるため、積層式熱交換器の格段の高性能化を実現できる。
【００９６】
また、請求項８の積層式熱交換器は、請求項１ないし６のいずれか１項記載の発明に加え、各プレートがプレス加工により成形され、前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層されるので、各プレートを積層する際、プレス加工により各プレートに発生するバリ同士の当接が回避され、プレート間の密着性が良好になるため、積層式熱交換器の製造時の歩留まりが向上する。
【００９７】
また、請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項記載の積層式熱交換器の製造方法に関するものであり、各プレートがプレス加工により成形される工程と、流路プレートがその両面に鍍金処理を施される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる製造方法であるので、各プレートを積層する際、プレス加工により各プレートに発生するバリ同士の当接が回避され、プレート間の密着性が良好になるとともに、プレート間の接合が鍍金を使用したロウ付けにより確実に保証されるため、積層式熱交換器の製造時の歩留まりと信頼性が向上する。
【００９８】
また、請求項１０の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項記載の積層式熱交換器の製造方法に関するものであり、各プレートがプレス加工により成形される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状のロウ材を塗布される工程と、前記各プレートが前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、前記積層されたプレートが密着した状態で加熱される工程からなる製造方法であるので、鍍金に比べて安価なペースト状のロウ材を使用するため、プレート熱交換器の製造コストの低減が図れる。また、各プレートに対して、プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面、つまり、バリの突出していない面にロウ材を塗布するため、ロウ材塗布に使用するマスク等の治具のバリによる損傷が低減され、積層式熱交換器の製造時の信頼性向上が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１、８の積層式熱交換器の構成図
【図２】  本発明の実施例２の積層式熱交換器の構成図
【図３】  本発明の実施例３の積層式熱交換器の構成図
【図４】  本発明の実施例４、５、６の積層式熱交換器の構成図
【図５】  本発明の実施例５の積層式熱交換器の流路プレートの構成図
【図６】  本発明の実施例６の積層式熱交換器の流路プレートの構成図
【図７】  本発明の実施例７の積層式熱交換器の構成図
【図８】  本発明の実施例９の積層式熱交換器の断面図
【図９】  本発明の実施例１０の積層式熱交換器の断面図
【図１０】  従来の積層式熱交換器の構成図
【符号の説明】
３１  流路プレート
３２、３３  エンドプレート
３４、３５  流路
【図１】
0004482997.tif 000002
【図２】
0004482997.tif 000003
【図３】
0004482997.tif 000004
【図４】
0004482997.tif 000005
【図５】
0004482997.tif 000006
【図６】
0004482997.tif 000007
【図７】
0004482997.tif 000008
【図８】
0004482997.tif 000009
【図９】
0004482997.tif 000010
【図１０】
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