(57)【要約】【課題】  伝熱部分形状が互いに対称関係となる二種類のプレートを用い、各プレート表裏で流路形状を異ならせて各熱交換用流体の性質の違いに対応可能とし、各流体に対する熱伝達性能を十分に確保し、高い熱交換効率を得られる熱交換ユニットを提供する。【解決手段】  中央の凹凸パターン部３０、４０が互いに凹凸の向きを逆にする対称形状とされて形成された二種類の熱交換用プレート１０、２０を用い、この二種類のプレートを各凹凸パターン部３０、４０で対称形状の面同士が向い合わせになるように交互に重ね合せて一体化すると、プレート間の各隙間６１、６２が、プレート表裏で異なる二種類の形状及び大きさとなることから、各隙間が互いに異なる性状の流路として異なった伝熱性能を発揮でき、各流路を各熱交換用流体の性状に対応させれば、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。【選択図】  図３
2007010202.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薄板製の熱交換用プレートを複数並列状態で一体化して形成され、前記各熱交換用プレート間に一の熱交換用流体の流通する第一隙間部と他の熱交換用流体の流通する第二隙間部とがそれぞれ一つおきに生じ、各熱交換用プレートを介して一の熱交換用流体と他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる熱交換ユニットにおいて、
前記熱交換用プレートが、縁部形状を互いに略一致させてそれぞれ形成される一のプレートと他のプレートとの二種類からなり、当該二種類のプレート同士で前記縁部との配置関係を互いに異ならせた凹凸パターン部がそれぞれプレート略中央部分に形成され、
前記凹凸パターン部のいずれも、凹凸パターンをなす各凹凸が裏側の凸凹とは形状を異ならせた表裏非対称凹凸形状とされる一方、前記一のプレートの凹凸パターン部が、前記他のプレートの凹凸パターン部における各凹凸を、表裏方向について縁部位置を基準として逆向きに入替えた形状として形成され、一のプレートの凹凸パターン部と他のプレートの凹凸パターン部とが互いに対称関係をなすものとされてなり、
前記熱交換用プレートを、前記縁部が同じ向きとなり、且つ前記一のプレートと他のプレートとが交互に配置されるようにして複数重ね合せ、各縁部を所定間隔で対向、又はそれぞれ当接させた状態を得ると共に、前記凹凸パターン部の向い合う凸部分の頂部同士を当接させることを
特徴とする熱交換ユニット。
【請求項２】
前記請求項１に記載の熱交換ユニットにおいて、
前記各熱交換用プレートが、矩形状又は方形状とされると共に、
少なくとも前記凹凸パターン部が、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形状とされることを
特徴とする熱交換ユニット。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の熱交換ユニットにおいて、
前記熱交換用プレートの凹凸パターン部が、前記凸部を、一方の面側に略円錐台状又は略多角錐台状に隆起した状態として形成される一方、各凸部のそれぞれ最も近い距離で隣合う同士における対向する錐面間の各中間部分で、凸部の対向する錐面にそれぞれ交わる平面及び／又は曲面を表面に有し、且つ凸部の頂部より低い所定高さの頂部を一又は複数有する隆起形状となる中間隆起部を多数形成され、
前記各凸部が、それぞれ最も近い距離で隣合って中間に前記中間隆起部を介在させる他の凸部との組合わせを、同時に複数得られる配置状態とされてなり、
前記各中間隆起部と隣合う他の中間隆起部との中間に、隆起高さ方向について最低高さ位置となる非隆起部分が存在し、当該非隆起部分が周囲を中間隆起部及び凸部に取囲まれて前記凹部をなすことを
特徴とする熱交換ユニット。
【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た熱交換用プレートを複数並列状態で一体化されてなり、熱交換器の要部を構成する熱交換ユニットに関し、特に、一体化された状態において各プレート間に形状の異なる流路を生じさせ、各熱交換用流体の性質の違いに対応して適切に熱伝達を行わせて熱交換効率を高められる熱交換ユニットに関する。
【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。このような従来のプレート式熱交換器の典型的な例としては、特開平３−９１６９５号公報において従来の技術として記載され、且つ当該公報中で第５図及び第６図として図示されているものがある。
このような従来のプレート式の熱交換器では、プレート間を一定間隔に保つと共に流体の通路部として区画する弾性素材製のガスケットが各プレート間に配設されている。
【０００３】
一方、こうしたプレート式熱交換器の伝熱面形状としては、従来から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号公報に開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】特開平３−９１６９５号公報
【特許文献２】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各特許文献に示される構成となっており、前記特許文献２に示された従来のプレートは、熱交換器を構成するにあたり、交互に上下辺を反転させつつ積層され、プレートにおける伝熱面要素の上端部（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、伝熱部分形状が互いに対称関係となる二種類のプレートを用い、各プレート表裏で流路形状を異ならせてプレート間を流れる各流体の性質の違いに対応可能とし、各流体に対する熱伝達性能を十分に確保し、高い熱交換効率を得られる熱交換ユニット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】
【０００８】
本発明に係る熱交換ユニットは、所定の凹凸パターンを有する金属薄板製の熱交換用プレートを複数並列状態で一体化して形成され、前記各熱交換用プレート間に一の熱交換用流体の流通する第一隙間部と他の熱交換用流体の流通する第二隙間部とがそれぞれ一つおきに生じ、各熱交換用プレートを介して一の熱交換用流体と他の熱交換用流体との間で熱交換を行わせる熱交換ユニットにおいて、前記熱交換用プレートが、縁部形状を互いに略一致させてそれぞれ形成される一のプレートと他のプレートとの二種類からなり、当該二種類のプレート同士で前記縁部との配置関係を互いに異ならせた凹凸パターン部がそれぞれプレート略中央部分に形成され、前記凹凸パターン部のいずれも、凹凸パターンをなす各凹凸が裏側の凸凹とは形状を異ならせた表裏非対称凹凸形状とされる一方、前記一のプレートの凹凸パターン部が、前記他のプレートの凹凸パターン部における各凹凸を、表裏方向について縁部位置を基準として逆向きに入替えた形状として形成され、一のプレートの凹凸パターン部と他のプレートの凹凸パターン部とが互いに対称関係をなすものとされてなり、前記熱交換用プレートを、前記縁部が同じ向きとなり、且つ前記一のプレートと他のプレートとが交互に配置されるようにして複数重ね合せ、各縁部を所定間隔で対向、又はそれぞれ当接させた状態を得ると共に、前記凹凸パターン部の向い合う凸部分の頂部同士を当接させるものである。
【０００９】
このように本発明によれば、縁部は略同じ形状ながら、中央の凹凸パターン部が互いに凹凸の向きを逆にする対称形状とされて形成された二種類の熱交換用プレートを用い、この二種類のプレートを縁部が同じ向きになるようにしつつ交互に重ね合せて複数並列状態とし、各熱交換用プレートの縁部間にガスケット等を介在させて締付けたり、隣合う縁部同士をろう付けしたりして一体化されると、各プレート中央の凹凸パターン部が、他のプレートと対称形状の面同士を向い合わせにした配設状態に応じて、プレート間の各隙間が、プレート表側と裏側とでそれぞれ異なった二種類の形状及び大きさとなってあらわれることにより、各隙間が互いに異なる性状の流路をなすこととなり、それぞれ異なった伝熱性能を発揮でき、各流路を各熱交換用流体の性状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、重ね合せた状態で、隣合うプレートの凸部分同士、並びに凹部分の裏面側にあたる凸部分同士を当接させられることから、縁部だけでなく凹凸パターン部においても多数の当接部位を生じさせることができ、熱交換用プレートの凹凸パターン部が表裏両側の別のプレートから支持されることとなり、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。
【００１０】
また、本発明に係る熱交換ユニットは必要に応じて、前記各熱交換用プレートが、矩形状又は方形状とされると共に、少なくとも前記凹凸パターン部が、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形状とされるものである。
【００１１】
このように本発明によれば、熱交換用プレートの凹凸パターン部がいずれかの辺方向の中間位置を中心として対称配置となる形状とされ、一方の熱交換用プレートを反転させて表裏の位置関係を入替えると、入替え前の配置に対して、凹凸の配置はそのままにしてちょうど凹凸の関係のみが入れ替った状態となり、反転させていない他方の熱交換用プレートと凹凸パターン部の形状を全く同じにできることにより、熱交換用プレートをプレス製造する場合に、少なくとも凹凸パターン部については一組の同じ型で成形できることとなり、二種類の異なるプレートにおける複雑な凹凸パターン部分に対し同じ一組の型で対応でき、低コスト化が図れると共に、生産効率を大きく向上させられる。
【００１２】
また、本発明に係る熱交換ユニットは必要に応じて、前記熱交換用プレートの凹凸パターン部が、前記凸部を、一方の面側に略円錐台状又は略多角錐台状に隆起した状態として形成される一方、各凸部のそれぞれ最も近い距離で隣合う同士における対向する錐面間の各中間部分で、凸部の対向する錐面にそれぞれ交わる平面及び／又は曲面を表面に有し、且つ凸部の頂部より低い所定高さの頂部を一又は複数有する隆起形状となる中間隆起部を多数形成され、前記各凸部が、それぞれ最も近い距離で隣合って中間に前記中間隆起部を介在させる他の凸部との組合わせを、同時に複数得られる配置状態とされてなり、前記各中間隆起部と隣合う他の中間隆起部との中間に、隆起高さ方向について最低高さ位置となる非隆起部分が存在し、当該非隆起部分が周囲を中間隆起部及び凸部に取囲まれて前記凹部をなすものである。
【００１３】
このように本発明によれば、熱交換用プレートの凹凸パターン部に略円錐台状又は略多角錐台状に隆起した凸部を形成すると共にこの凸部間に中間隆起部を配設し、熱交換用プレートを複数並列状態で一体化すると、プレート間の隙間が、各凸部の配列方向に沿ってそれぞれ拡大縮小を繰返しながら直線状に連続し、且つ互いに交わる略網状構造の流路をなすことにより、熱交換用流体の流れ関係が並流、向流、及び直交流いずれの場合も熱交換用流体の流れに略同じ挙動を与えてほぼ等しい伝熱性能が得られ、各熱交換用流体の流れがいずれの向きの組合わせであっても低圧力損失でスムーズに熱伝達を行わせることができ、熱交換器設計の自由度を高くでき、汎用性に優れる。また、熱交換用流体がプレート上の各方向へ自由に流れることができ、熱交換用流体をプレート各部に行渡らせつつプレートの面積全てを有効な伝熱部分として寄与させることができると共に、各錐面間に中間隆起部を設けていることで、単純な角錐や円錐の組合せより流れ状態に変化を与えて熱伝達を促進させられ、結果的に単位面積あたりの伝熱量を大きく増大させられ、高性能化が図れる。さらに、他のプレートに当接する凸部が略錐台形状とされ、凸部に加わった力を各錐面方向に分散できることから、他の凹凸形状に比べ強度を高められ、熱交換用流体同士の圧力差が大きい状態にも対応してプレート間隔を維持でき、耐圧性能を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図９に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける一方の熱交換用プレートの概略構成説明図、図２は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける他方の熱交換用プレートの概略構成説明図、図３は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける熱交換用プレートの配列状態説明図、図４は本実施の形態に係る熱交換ユニットの一体化状態説明図、図５は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける一の熱交換用プレートの要部拡大図、図６は図５のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、及びＣ−Ｃ断面図、図７は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける他の熱交換用プレートの要部拡大図、図８は図７のＤ−Ｄ、Ｅ−Ｅ、及びＦ−Ｆ断面図、図９は本実施の形態に係る熱交換ユニットにおける熱交換用プレート凹凸パターン部位置での要部拡大断面図である。
【００１５】
前記各図において本実施の形態に係る熱交換ユニット１は、熱交換用流体と表裏で接触する凹凸パターン部３０、４０及びこの凹凸パターン部３０、４０周囲に配置される縁部５０を含む所定形状に成形される二種類の熱交換用プレート１０、２０を備え、これらをガスケット６０と共に複数並列状態で一体化して形成される構成である。
【００１６】
前記熱交換用プレート１０、２０は、略矩形状の金属薄板を素材とし、所定のプレス工程を経て略中央部分に伝熱部分となる凹凸パターン部３０、４０を成型されると共に、凹凸パターン部３０、４０を囲む外周に縁部５０を成型されてなる構成である。一方の熱交換用プレート１０における凹凸パターン部３０と、他方の熱交換用プレート２０における凹凸パターン部４０は、各部の表裏凹凸関係が両者でちょうど逆の対称形状となっており、これら熱交換用プレート１０、２０は、周囲の同一形状の縁部５０に対し中央の凹凸パターン部３０、４０の凹凸の向きが逆向きとなる二種類のプレートとなっている。
【００１７】
また、熱交換用プレート１０には、公知のプレート同様、四隅の縁部５０内側部位に、それぞれ開口孔１１、１２、１３、１４が穿設され、熱交換用流体を通過させる部分として用いられる。熱交換用プレート２０にも、同様に開口孔２１、２２、２３、２４が穿設される。
【００１８】
前記凹凸パターン部３０、４０は、凹凸パターンの基本形状自体は共通のものとされる構成である。凹凸パターン部３０は、一方の面側に略四角錐台状に隆起し、各錐面が隣接する他の略四角錐台状部分の錐面と対向する配置とされると共に各錐面のある四方向へ同じ配置ピッチとされるマトリクス配列で多数成型される凸部３１と、隣合う前記凸部３１の対向する錐面間の各中間部分を、対向する二錐面の各稜線の交差部分を最低高さ位置、前記各交差部分間の中間位置を頂部として、凸部３１の頂部３２より低い所定高さまで略山型に隆起させて形成される中間隆起部３３と、この中間隆起部３３を介さずに隣合う各凸部３１の中間部分に非隆起部分として存在し、周囲を凸部３１の錐面及び中間隆起部３３の斜面に取囲まれてプレート法線方向について最低高さ位置となる凹部３４とを備える構成である。
【００１９】
一方、凹凸パターン部４０は、熱交換用プレート１０、２０に共通する縁部５０を基準とすると、凹凸パターン部３０とは対称関係となる形状となっており、略四角錐台状の陥没部分としてマトリクス配列で多数成型される凹部４１と、隣合う前記凹部４１の対向する錐面間の各中間部分を凹部４１の底部より浅い所定深さまで陥没させた形状として形成される中間谷部４２と、この中間谷部４２を介さずに隣合う各凹部４１の中間部分でプレート法線方向について最高位置となる凸部４３とを備える構成である。凹凸パターン部４０の凹部４１は、凹凸パターン部３０の凸部３１のちょうど裏側の凹形状に一致し、また、中間谷部４２が中間隆起部３３の裏側凹形状、凸部４３が凹部３４の裏側凸形状にそれぞれ一致する構成である。
【００２０】
前記凸部３１と凹部３４、また、凹部４１と凸部４３は、それぞれ互いに配列方向において半ピッチずつずれて存在する関係にあり、凸部３１、４３と凹部３４、４１は同じピッチでマトリクス配列として配置された状態となっている。ただし、これら凹凸パターン部３０、４０において、凸部３１、４３の裏側の凹部分と凹部３４、４１、また、凹部３４、４１の裏側の凸部分と凸部３１、４３の各形状はそれぞれ大きく異なっており、凹凸パターンは一プレートの表面側と裏面側とで非対称の形状である。
【００２１】
さらに、凹凸パターン部３０における各凸部３１の配列のうち、各凸部３１間に凹部３４が介在する向きの配列方向、並びに、凹凸パターン部４０における各凹部４１の配列のうち、各凹部４１間に凸部４３が介在する向きの配列方向は、それぞれ矩形状のプレートの各辺に対し平行又は直角となっている。なお、凹凸パターン部３０、４０はこの他、前記配列方向がプレート各辺に対し４５°、あるいは任意角度の傾きをなす凹凸パターン形状として形成される構成でもかまわない。
【００２２】
前記縁部５０は、いずれの熱交換用プレート１０、２０においても、プレート各辺に沿う同じ平坦形状部分として成型される構成であり、プレート重ね合せの際には複数が表裏方向を全て同じ向きとされて所定間隔で対向する状態となり、且つ、この縁部５０の間にガスケット６０が挟み込まれる仕組みである。なお、この同一形状の縁部５０を基準として、熱交換用プレート１０においては、凸部３１の隆起する側が表面であり、熱交換用プレート２０においては、凸部４３の隆起する側が表面となる。
【００２３】
熱交換用プレート１０、２０をそれぞれ表裏位置関係を同じにして複数重ね合せ、熱交換ユニット１として一体化した状態では、縁部５０の他、熱交換用プレート１０の凹凸パターン部３０における凸部３１と、熱交換用プレート２０の凹凸パターン部４０における凹部４１裏側の凸状部分とが当接しており、また、熱交換用プレート１０の凹凸パターン部３０における凹部３４裏側の凸状部分と、前記とは別の熱交換用プレート２０の凹凸パターン部４０における凸部４３とが当接しており、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が生じることとなる。
【００２４】
凹凸パターン部３０における凸部３１の隆起した側の隙間である第一隙間部６１では、凸部３１より隆起高さの低い中間隆起部３３と中間谷部４２の裏側部分、及びさらに低い凹部３４と凸部４３の裏側部分が、それぞれ所定の間隔で対向する状態となっており、これら中間隆起部３３表面側と凹部３４表面側に生じている各隙間が連通して直線状の流路をなしている。これらの流路は中間隆起部３３近傍より凹部３４近傍で流路断面積が大きくなっており、各流路は拡大、縮小を繰返しながら直線状に連続し、且つ互いに交差・連通している。そして、この第一隙間部６１は、熱交換用プレート１０、２０の同じ側の二つの隅部にある開口孔１１、１３、２１、２３で第一隙間部６１同士及び外部とそれぞれ連通することとなる。
【００２５】
一方、凹凸パターン部４０の凸部４３の隆起側の隙間である第二隙間部６２においては、中間谷部４２と中間隆起部３３裏側部分との間のトンネル状隙間部分が、凹部４１と凸部３１裏側部分との間に生じる空間同士を連通させる状態となっており、直線状の流路が形成される。これらの流路は中間谷部４２近傍より凹部４１近傍で流路断面積が大きくなっており、各流路は拡大、縮小を繰返しながら凹部４１の並んだ方向に直線状に連続し、且つ互いに交差・連通している。そして、この第二隙間部６２は、前記開口孔１１、１３、２１、２３とは別の隅部にある開口孔１２、１４、２２、２４で第二隙間部６２同士及び外部とそれぞれ連通することとなる。
【００２６】
これら第一隙間部６１と第二隙間部６２の形状及び大きさは、一プレートの凹凸が表裏で非対称形状であり、且つプレート一体化状態で各プレートの対称をなす面同士を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いる。第一隙間部６１と第二隙間部６２は、その形状及び大きさの差異に基づいて、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、これに合わせた流動及び伝熱特性となるように、各隙間の形状及び大きさがプレート凹凸形状の調整により設定される。そして、これら第一隙間部６１と第二隙間部６２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。
【００２７】
また、熱交換用プレート１０、２０における他の特徴として、縁部５０より内側の各開口孔部分及び凹凸パターン部３０、４０の領域における短辺方向の中心位置を挟んで、この短辺方向の両側部分がちょうど対称関係をなす形状とされている。これにより、一方の熱交換用プレート１０を長辺方向の位置関係はそのままに１８０°反転させて表裏の位置関係を入替えると、入替え前の配置に対して、凹凸や開口孔の位置はそのままにしてちょうど凹凸の関係のみが入れ替った配置状態となり、この反転させたプレート１０と反転させていない他のプレート２０とは互いに縁部５０より内側の領域の形状が全く同じになる仕組みである。
【００２８】
こうして、凹凸パターン部３０、４０を含む所定範囲を、一方の表裏を反転すると他方と全く同じ形状となるように設定すれば、各プレートのプレス製造の際、二種類の熱交換用プレート１０、２０における凹凸パターン部３０、４０を同様の手法で製造でき、この場合、プレス装置の型における縁部５０に対応する部分の位置を他部分に対しそれぞれ調整可能なプレス装置、例えば本発明者の発明した特開２００３−２７５８２４号公報に記載されるプレス装置などを用いて製造することができ、型において凹凸パターン部３０、４０を生じさせる中央主型部分に対し縁部５０に対応する補助型部分の位置をプレス方向に調節してプレスを行えば良い。この場合、同じ型で二種類の異なるプレートを製造でき、生産効率が極めて高い。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る熱交換ユニットの組立について説明する。あらかじめ、金属薄板のプレス成型により、縁部５０形状が同じで、中央部分の凹凸パターン部３０、４０が互いに対称関係にある二種類の熱交換用プレート１０、２０がそれぞれ複数得られているものとする。
【００３０】
これら熱交換用プレート１０、２０の縁部５０を基準とした表裏方向を同じくして、凹凸パターン部３０、４０における対称関係となる面同士を向い合わせるようにして、熱交換用プレート１０、２０を交互に重ね合せる点の他は、従来公知のプレート式熱交換器の場合と同様に、各プレートの縁部５０間や所定の開口孔周囲部分にガスケット６０を挟み込みながら熱交換用プレート１０、２０を重ね合せ、所定数重ね合せた状態で、重ね合せ方向の両側から締付け状態で固定し、全てのプレートが水密状態で一体化した熱交換ユニット１とする。
【００３１】
得られた熱交換ユニット１では、各熱交換用プレート１０の凸部３１のある側に第一隙間部６１が生じており、開口孔１１、１３、２１、２３がこの第一隙間部６１に連通する。また、第一隙間部６１と熱交換用プレート１０、２０を隔てて隣合う位置の隙間として第二隙間部６２も生じており、開口孔１２、１４、２２、２４がこれに連通する。この熱交換ユニット１として一体化された状態において、通常、プレート各辺は水平又は垂直方向にそれぞれ一致させて支持されることから、各プレート間の隙間部６１、６２における主な流路部分、すなわち、熱交換用プレート１０の各凹部３４と中間隆起部３３に沿って連続する隙間部分、及び熱交換用プレート２０の各凹部４１と中間谷部４２に沿って連続する隙間部分は、それぞれ斜めに傾くこととなる。
【００３２】
続いて、本実施の形態に係る熱交換ユニットの熱交換器における使用状態について説明する。熱交換ユニット１をなす各熱交換用プレート１０、２０の二つの開口孔１１、１３、２１、２３を通じて、第一隙間部６１に一方の熱交換用流体を流入・流出させる一方、別の二つの開口孔１２、１４、２２、２４を通じて、第二隙間部６２に他方の熱交換用流体を流通させる。
【００３３】
熱交換用流体の流通する各隙間部６１、６２では、各凸部３１、４３や各凹部３４、４１の並ぶ斜め各方向に向け、凹部分間と中間隆起部３３又は中間谷部４２の近傍を主とする流体流路が直線状に連続し、これを熱交換用流体が流通する状態となっている。熱交換用流体は各隙間部６１、６２を斜めに進みながら自然に合流、分岐して熱交換用プレート１０、２０の凹凸パターン部３０、４０の表裏面各部にもれなくスムーズに行渡ることとなり、仮に、各隙間部６１、６２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、プレートにおける独特の凹凸パターン形状により、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各隙間部６１、６２を流通させられる。
【００３４】
こうして熱交換用流体がプレート間の各隙間部６１、６２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、プレート間の各隙間部６１、６２がそれぞれ拡大、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に設定される互いに異なる形状の流路をなすことで、これを通過する各熱交換用流体と各熱交換用プレート１０、２０間では効率よく熱伝達が進行することとなり、、各熱交換用プレート１０、２０を介して二つの熱交換用流体の間でロス無くスムーズに熱交換を行わせることができる。
【００３５】
このように、本実施の形態に係る熱交換ユニットにおいては、縁部５０は同じ形状ながら、中央の凹凸パターン部３０、４０が互いに凹凸の向きを逆にする対称形状とされて形成された二種類の熱交換用プレート１０、２０を用い、この二種類のプレートを縁部５０が同じ向きになるようにしつつ交互に重ね合せて複数並列状態とし、各熱交換用プレート１０、２０の縁部５０間にガスケット６０を介在させて締付けると、各プレート中央の凹凸パターン部３０、４０が、互いに対称形状となる面同士を向い合わせにされた配設状態に応じて、プレート間の各隙間部６１、６２が、プレート表側と裏側とでそれぞれ異なった二種類の形状及び大きさとなってあらわれることから、各隙間部６１、６２が互いに異なる性状の流路をなすこととなり、それぞれ異なった伝熱性能を発揮でき、各流路を各熱交換用流体の性状に対応させれば、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。
【００３６】
なお、前記実施の形態に係る熱交換ユニットにおいて、凹凸パターン部３０は、一つの凸部３１に対し四方に中間隆起部３３を介在させつつ凸部３１をそれぞれ配置し、且つ半ピッチずれた位置に凹部３４を配置した構成とし、凹凸パターン部４０も略同様の配置にする構成としているが、これに限らず、熱交換用プレート１０、２０における凹凸パターン部３０、４０の形状は、互いに対称関係となるように設定する点以外については任意の構成とすることができ、凹凸パターン部における凸部の形状、中間隆起部の介在の有無や、一つの凸部に隣合う他の凸部の配置数設定等の調整でパターン形状を変更した構成とすることもでき、プレート間の隙間に導入される熱交換用流体の特性に適切に対応させたものとなるように調整できることとなる。
【００３７】
また、前記実施の形態に係る熱交換ユニットにおいて、凹凸パターン部３０における凸部３１の形状は四角錐状とする構成としているが、この他、凸部を五角錐や六角錐等、他の多角錐台状に形成したり、円錐台状に形成したりすることもでき、熱交換器として得たい特性に合わせて適宜設定してもかまわない。
【００３８】
また、前記実施の形態に係る熱交換ユニットにおいては、熱交換用プレート１０、２０をガスケット６０を介して重ね合せて一体化するタイプについて、凹凸パターン部３０、４０を所定の対称形状とした二種類のプレートを用いて形成する構成としているが、これに限らず、隣合うプレート同士をろう付けにより水密状態で連結して複数並列一体化する場合についても、前記同様に縁部は共通ながら凹凸パターン部を所定の対称形状とした二種類のプレートを用いて形成する構成とすることができ、前記同様の熱交換特性を備えつつ、より高圧に耐えうる熱交換ユニットが得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける一方の熱交換用プレートの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける他方の熱交換用プレートの概略構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける熱交換用プレートの配列状態説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットの一体化状態説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける一の熱交換用プレートの要部拡大図である。
【図６】図５のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、及びＣ−Ｃ断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける他の熱交換用プレートの要部拡大図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ、Ｅ−Ｅ、及びＦ−Ｆ断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る熱交換ユニットにおける熱交換用プレート凹凸パターン部位置での要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１                      熱交換ユニット
１０、２０              熱交換用プレート
１１、１２、１３、１４  開口孔
２１、２２、２３、２４  開口孔
３０、４０              凹凸パターン部
３１                    凸部
３２                    頂部
３３                    中間隆起部
３４                    凹部
４１                    凹部
４２                    中間谷部
４３                    凸部
５０                    縁部
６０                    ガスケット
６１                    第一隙間部
６２                    第二隙間部
【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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