JP2002147984A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JP2002147984A
JP2002147984A JP2001283378A JP2001283378A JP2002147984A JP 2002147984 A JP2002147984 A JP 2002147984A JP 2001283378 A JP2001283378 A JP 2001283378A JP 2001283378 A JP2001283378 A JP 2001283378A JP 2002147984 A JP2002147984 A JP 2002147984A
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heat exchanger
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plates
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George Wilson
ウイルソン ジョージ
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Smiths Group PLC
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    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D9/0068Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F2250/10Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い熱伝導効率をもち、低コストで、製造が
容易な既存のものに代わるべき熱交換器を提供する。 【解決手段】 熱交換器6は積み重ねプレート70を通
る2つの逆流する空気通路7、8のための2つの入口6
3、64と2つの出口65、66をもつ。プレート70
は真空形成され、隣接するプレート間に多数の流れチャ
ンネル73を形成するジグザグ形の壁72を各々が有す
るセクション71をもつ。プレートの縁は壁90、9
0′をもち、これらの壁は互いに入れ子状に収まりかつ
2つの側部プレート14、15上のリブ95間に保持さ
れ、密封される。入口と出口にある4つのグリル16乃
至19はプレート対の縁を保持する凹所99を有するバ
ー97をもち、バーはスペーサ98によって分離され、
空気は隣接するプレート対間を流れかつ空気通路7、8
に出入りすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は交互の対の隣接した
プレート間に2つの分離した流体流路を限定するために
間に互いに上下に積み重ねられた複数のプレートと、プ
レートをお互いに保持する保持器とを含む型式の熱交換
器に関するものである。本発明は更に詳細にはビルディ
ングの換気システムに使用するための熱交換器に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】熱交換器は、ビルディングに供給される
空気を冷やすためにビルディングから引き出された暖か
い空気から熱を移転させるためにビルディングの換気シ
ステムに使用される。こうして、ビルディング内の温度
を維持するのに必要なエネルギー量は最少限にされるこ
とができる。
【0003】ビルディングの換気システムに使用される
熱交換器の普通の型式は交互の対のプレート間に2つの
分離した流路を形成するようにお互いに離間して置かれ
た薄いプレートの積み重ね体を含む。暖かい空気は一方
の通路に沿って供給され、その熱の一部が他方の通路に
沿って供給される冷たい空気にプレートの厚さを通って
伝導される。
【0004】理想的な熱交換器は好適には約90%より上
の高い熱伝導効率をもつべきであり、空気を熱交換器に
通すのに使用されるファンによってエネルギー消費を減
じるように低い背圧を専ら生ぜしめるべきである。ま
た、熱交換器は2つの空気通路間の漏洩が低く、かつ低
コストでの製造が容易であるべきである。
【0005】熱交換器に使用されるプレートは通常は、
お互いに離間させてプレートを支持するためにかつ性能
を高めるために低い突出壁をもつ。1実施例では、プレ
ートは対向する両側面にジグザグ形の通路をもつよう型
成形され、流路が開放状に保たれるのを保証するように
プレートはお互いに位相が異なるように配置される。か
かる配置は高い効率をもつが、高い背圧を生じる。とい
うのはそれが対向するプレートの交差する壁間を通過す
るときに、それは空気流路をかなり中断させるからであ
る。
【0006】慣例の熱交換器はそれらのプレートの縁
が、例えば接着剤、溶媒によって又は超音波溶接によっ
て互いに接合されている。それらのプロセスは2つの流
路間に有効なシールを作ることができるが、比較的高価
になり、専門的な機械装置を必要とする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は既存の
ものに代わるべき熱交換器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に1形態によれ
ば、保持器が互いに対向する複数の第1と第2の表面を
含み、前記表面間に夫々の対のプレートの縁が互いに密
封掛合状に保持されることを特徴とする本文冒頭に記載
した如き型式の熱交換器が提供される。
【0009】第1と第2の表面は好適には、突出するリ
ブ上に設けられ、前記リブ間に前記対のプレートの縁が
延びる。前記保持器は熱交換器の入口と出口の各々に置
かれた4つのグリルを含むことができる。前記グリルは
熱交換器の1つの面の平面に沿って摺動可能となし、前
記グリルは隣接したプレートの縁を密封掛合状に保持
し、そして流体の流路のうちの一方内に開口する保持さ
れたプレート対間の間隙を保持することができる。熱交
換器は好適には、熱交換器の隣接する面に入口と出口の
面をもち、隣接する面上の夫々のグリルはグリルの隣接
する縁間にシールを形成するようお互いの方に向かって
摺動可能である。プレートは好適には、プレートに沿っ
てそれらの間に多数の流れチャンネルを限定する複数の
内壁をもつ。内壁と、プレートの一側にあるチャンネル
は好適には、それらの反対側に対応するチャンネルと壁
をもつ。プレートは隣接するプレート間にそれらの表面
にわたって間隙を保持するためにスペーサをもつことが
できる。スペーサはチャンネル中に突出部(92)を含
むことができ、突出部に隣接した内壁は縮小させられて
いて、チャンネルに沿った空気流が突出部に妨げられな
いようになす。プレートは6個の側面をもち、前記側面
のうちの4個は閉鎖しており、前記側面のうちの2個は
開放しており、各プレートは4個の閉鎖した側面に沿っ
て側壁をもち、隣接したプレートの側壁は互いに入れ子
状に収まることができる以下、本発明の熱交換器組立体
の実施例を添付図面を参照して説明する。
【0010】
【発明の実施の形態】図1、2を参照すれば、熱交換器
組立体は4つのコーナーに置かれている2つの入口2、
3及び2つの出口4、5をもつ外側ハウジング1をも
つ。熱交換ユニット6はハウジング1内に置かれ、そし
てハウジングを通る2つの分離した空気流路7、8を限
定する。第1の流路7は入口2から交換ユニット6を通
って反対側のコーナーにある出口4へ延び、そして使用
に際して、室から排出された暖かい空気を受け取る。第
2流路8は他の入口3から他の出口3まで延び、そして
使用に際して、外部から冷たい空気を受け取る。交換ユ
ニット6は熱を第1流路7に沿って流れる空気から、第
2流路8に沿って流れる空気へ移転させて、ビルディン
グに供給される新鮮な空気が暖められるようになす。該
組立体は2つの慣例の電気式ファン10、11を含み、
これらは2つの出口4、5においてハウジング1内に置
かれて、夫々の流路7、8に沿って空気を引き入れるよ
うになす。
【0011】熱交換ユニット6は2つの平行な、垂直側
面61、62と、2つの入口と出口を提供する4つの端
面63乃至66をもつ逆流型式のものである。該ユニッ
ト6は水平の基部67と頂部68をもつ。2つのファン
10、11の運転により、ハウジングの入口2を通って
引き入れられた暖かい空気が入口面63に流入し、ユニ
ット6を通り、そして斜め方向で反対側の出口面65か
ら出るようにされる。入口3を通って引き入れられた冷
たい空気は入口面64内に入り、ユニット6を通って、
斜め方向で反対側の出口面66から出る。この出口面か
らその空気は出口5へ行く。
【0012】図3乃至12を参照すれば、熱交換ユニッ
ト6は44個の6側面付き熱交換器プレート70の平行
な積み重ね体を含む。プレート70は基部プレート1
2、頂部プレート13、2つの側面プレート14、1
5、及び4個の入口グリル16乃至19内に含まれてい
る。各プレート70はその縁に壁を形成されており、空
気の入口と出口のために開いた2つの斜め方向で反対側
にある側面を残して、その6つの側面の4つの回りにシ
ールを提供するようになしている。熱交換器プレート7
0は黒色のカーボン含有のuPVCの薄いシートから真空形
成される。前記シートは高い熱伝導率をもち、効率のよ
い熱放射体である。プレート70は或るパターンの内壁
を型成形されて、対向する表面でそれらの間にチャンネ
ルを形成するようになされ、前記チャンネルは交換ユニ
ット6を通る限定された通路に沿って熱交換器を通って
流れる空気を入れるよう作用する。熱交換器プレート7
0は2つの異なった型式、即ち下部型式Aと上部型式B
のものとなす。これらは交互に上下に積み重ねられる。
以下プレート70Aの下部型式の構成を図7を参照して
説明する。
【0013】プレート70Aはジグザグ形の43個の内
壁72をもつ方形の主セクション71をもつ。前記内壁
はプレートの長手方向に互いに平行に延び、そして前記
壁間にプレートに沿って延びる42個のジグザグ形のチャ
ンネル73を限定している。前記壁72はプレートの上
面で垂直に突出しそしてプレートの材料から型成形され
て、プレートの下側に対応するパターンのチャンネルと
壁を形成するようしている。
【0014】主セクション71の対向する両端に、プレ
ート70Aは入口と出口セクション74、と75をも
ち、両方とも三角形をなす。入口セクション74の一側
面76は側面を閉鎖するために高くされた縁壁77をも
ち、他側面78は僅かに低くした縁79をもっていて開
放している。高くされた壁77が開放側面78に合う所
には、プレートの長手方向に整列した小さい段部177
がある。入口セクション74の表面は浅い平行なリブ8
0をもつリブ付きになっており、このリブはプレートの
横方向にかつ空気流の方向をほぼ横切って延びる。ま
た、入口セクション74は開放側面78に直角に延びる
3つのより高い壁81をもつ。これらのリブ80と壁8
1は開放側面78に入る空気をジグザグ形のチャンネル
73の端の列を実質上一様に横切って導く働きをする。
また、リブ80は少量の乱流を空気流に導入する。同様
に出口セクション75は高くされた壁83をもつ閉鎖し
た側面82と、段部183を経て閉鎖した側面と連結す
る開放した側面84をもつ。出口セクション75はま
た、リブ85と壁86をもち、ジグザグ形のチャンネル
73から出る空気をセクションAの開放側面84に導く
のを助ける。位置付け点(pip)87はプレート70Aの
対向する両端で上向きに入口と出口のセクション74と
75の丁度頂点内に突出する。主セクション71の2つ
の側面は各々、プレートに沿って長手方向に延びるM形
の輪郭をもつ高くされた壁90(図11)によって閉鎖
される。
【0015】プレート70Bの上部型式(図8)はプレ
ート70Aの構成物と同じ番号にプライム符号を付され
ている類似の表面構成物をもっている。上部プレート7
0Bの入口セクション74′は下部プレート70Aのそ
れとは反対側の端にある。プレート70Bはプレート7
0Aの上に交互に積み重ねられており、そして壁72′
がチャンネル73と整列するようにそれらが横に僅かに
変位させられている点を除けば、チャンネル73と同じ
ジグザグ形のチャンネル73′のパターンをもつ。こう
して、壁72′の下側によって限定されたチャンネルは
断面がダイヤモンド形の隣接したプレート間にチャンネ
ルを形成するためにプレート70Aの上側でチャンネル
73と整列させられる。プレート70Aの内壁72の頂
部はプレート70Bのチャンネル73′の基部を支持す
る。
【0016】2つの側面に沿って、プレート70Bの主
セクション71′は減少した高さのかつ断面M形の側壁
90′をもち、それらは下部プレート70Aの側壁90
の頂部で入れ子状に収まる。
【0017】上部プレート70Bの端にある三角形の入
口と出口セクション74′と75′はまた、下部プレー
ト70Aのそれらと同様であり、側面76′の異なるも
の76′、78′、82′及び84′は開閉し、そして
内部リブ80′、85′及び壁81′、86′は開放側
面78′、84′とジグザグ形のチャンネル73′の端
の間に空気を向けるよう作用する。入口と出口セクショ
ン74′と75′は同様に、位置付け点87′をもち、
その下側は下部プレート70A上の位置付け点87に掛
合する。
【0018】隣接したプレート上のジグザグ形の壁は互
いに入れ子状に収まらず、それによって流れを制限しな
いことを保証するために、ジグザグ形の壁のパターンは
内壁72間のチャンネル73内に置かれた数個の高くさ
れた点92(図9と10)によって下部プレート70A
の表面にわたって中断される。これらの点92の領域に
ある壁72は切欠き93を形成するよう高さを減ぜら
れ、その結果チャンネル73に沿って流れる空気は切欠
きを通って隣接したチャンネルに流入することができ、
これらの点の存在によって制限されないようにされる。
【0019】プレート70Aと70Bは底プレート1
2、頂部プレート13、側部プレート14、15、及び
グリル16乃至19によって積み重ね体中で互いに一緒
に保持される。側部プレート14と15(図4と11に
最もよく示されている)は無孔であり、そして剛性の黒
色のABSプラスチック材料から型成形され、それらの
長さに沿って水平に延びる23個の水平リブ95をも
つ。隣接したリブ95間の間隔及びそれらの高さは、各
対のリブが1対のプレート70Aと70Bの番い合わさ
れた側壁90と90′をそれらの間に受け入れ、隣接し
たリブの向き合う表面195が2つの壁を一緒に保持し
て締め付けて、確実なシールを形成するようなものとさ
れる。
【0020】4つのグリル16乃至19(図5、6、1
2に最も良く示されている)は各々同じ構造であり、プ
レートの隣接した対間に空気が流入できるスロット98
を形成するよう互いに離間した23個の水平の、平行な
横バー97をもつ。横バー97の外面はスロット98内
への空気の自由な流入を促進させる空気力学的プロフィ
ルを与えるよう丸み付けされている。内部には、各横バ
ー97は対向する向き合う表面199を有する凹所99
をもち、前記表面間に1対のプレート70A、70Bの
縁が受け入れられ、密封掛合状に合わせて保持される。
グリル16乃至19は、凹所99の一端を熱交換器プレ
ート70A、70Bのコーナーと整列させることによっ
てユニット6上に組み立てられ、その際それらは1対の
プレートの縁が夫々の凹所内に位置するように側部プレ
ート14、15によって支持される。次いでグリル16
乃至19はそれらの長さに沿って、プレート70A、7
0Bの縁に平行に頂点に向かって摺動させられる。2つ
のグリル16と19、17と18が頂点で出合うと、そ
れらは段部177、183をプレート70A、70B上
に締め付けて、ユニット6の端に沿って良好な密封嵌着
を保証するようになす。各グリル16乃至19は頂点に
位置する垂直縁に沿ってL形の突出部100をもつ。各
グリル16乃至19はまた、その反対側の縁に沿って折
り曲げられた突出部101をもち、これは隣接する側部
プレート14、15の縁の上に重なる。各グリル16乃
至19の頂部と底部の垂直縁に沿って延びるのはクリッ
プ103をもつチャンネル102であり、前記クリップ
は頂部と底部のプレート13、12の縁を留める。同様
に、頂部と底部のプレート13、12は両方とも、クリ
ップ105(図11)をもつそれらの側面に沿ってチャ
ンネル104をもち、前記クリップは側部プレート1
4、15の頂部と底部の縁を留める。
【0021】ユニット6の一端にあるグリル16と19
につき考察すれば、これらのグリル16のうちの1つは
各下部プレート70Aの縁84と一緒にその直下の上部
プレート70Bの縁84′に対して密封する。グリル1
6のスロット98はそれ故下部プレート70Aの上面と
上部プレートの下面の間のスペース内に開口して、空気
流路7がこれらの表面間に延びるようになす。しかし隣
接したグリル19は各下部プレート70Aの縁83と一
緒にその直上の上部プレート70Bの縁83′に対して
密封し、従ってグリル中のスロット98は上部プレート
の上面と下部プレートの下面間に延びる空気流路8内に
開口するようになる。流路7に沿って流れる暖かい空気
は流路8に沿って流れる冷たい空気と平行にしかしそれ
とは反対の方向に、チャンネル73、73′に沿って流
れる。排出空気流路7中の熱はプレート70A、70B
の厚さを通って入口空気流路8内に導かれる。プレート
70A、70Bの構造と配置は、熱は専ら隣接する流路
間の単一の材料層を通して流れなければならないことを
保証する。
【0022】ユニット6は、側部プレート14、15を
基部プレート12にクリップ留めし、次いで、1対の熱
交換プレート70A、70Bを側部プレートに沿ってリ
ブ95間の間隙内に摺動させ、前記プレートが上部プレ
ート中の対応する位置付け箇所87′で下部プレート中
の点87に掛合することによって一緒に置かれるように
なすことによって組み立てられる。すべての対のプレー
ト70が所定位置に摺動させられたとき、頂部プレート
13は側部プレート14、15の上縁にクリップ留めさ
れる。グリル16乃至19は次いで、上述の仕方で所定
位置に摺動させられる。こうして、全ユニット6は接着
剤及び溶媒なしで、そして構成部品を溶接又接合する必
要なしに組み立てることができる。
【0023】熱交換器ユニット6は6個の垂直の縁突出
部111乃至116をもち、これらはその表面近くに置
かれそしてグリル16乃至19及び側部プレート14、
15上に設けられる。これらの突出部はハウジング1の
内面に形成されたチャンネル211乃至216中に密接
した摺動嵌合をなし、それは発泡プラスチック材料から
なり、従って該ユニット6は下方へ摺動してハウジング
内に入ることができる。チャンネル211乃至216中
への突出部の掛合はシールを形成して、交換ユニット6
の外側とハウジング1の内側間の空気の通過を防止す
る。
【0024】本発明の配置は幾つかの利点をもつ。プレ
ートがそれらの縁で一緒に保持される仕方は接着剤又は
溶接の必要性を排除し、それによって組み立てをかなり
簡単化し、コストを減らす。1つのプレートの上面と隣
接したプレートの下面上の整列した、ジグザグ形の空気
流路は、比較的低い背圧を得ることを可能にすると同時
に、スペーサ点(pips)は、空気流路を開いたままに留め
ることを保証する。ジグザグ形の通路をもつ従来の交換
プレートは、隣接したプレート上の壁が互いに交差して
支え合うように、互いに位相が異なるように配置されて
いた。この従来の配置はかなりの空気流の乱れを生じ、
その結果、本発明の配置と比較して、比較的高い背圧を
もたらす。グリルを所定位置に摺動させることによって
グリルと個々のプレートとの整列が他の配置と比較して
かなり簡単化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の組立体の平面図である。
【図2】 熱交換器ユニットの斜視図である。
【図3】 該ユニットの頂部又は基部プレートの斜視図
である。
【図4】 該ユニットの側部プレートの斜視図である。
【図5】 端グリルの斜視図である。
【図6】 図5の線VI-VI上の図5のグリルの断面側立
面図である。
【図7】 1型式の熱交換器プレートの斜視図である。
【図8】 もう1つの型式の熱交換器プレートの斜視図
である。
【図9】 1つの熱交換器プレートの一部の拡大平面図
である。
【図10】 図9 X−X上のプレートの断面側立面図
である。
【図11】 熱交換器ユニットの下部の側部部分の断面
側立面図で、交換器プレートが側部プレートによって保
持される仕方を示す図である。
【図12】 熱交換器ユニットの上部の端部分の断面側
立面図で、交換器プレートがグリルに掛合する仕方を示
す図である。
【符号の説明】
1 外側ハウジング 2、3 入口 4、5 出口 6 熱交換ユニット 7、8 空気流路 12 基部プレート 13 頂部プレート 14、15 側面プレート 16〜19 入口グリル 70 熱交換器プレート 73 ジグザグ形チャンネル 74 入口セクション 78 開放側面 80 リブ 97 横バー 98 スロット 99 凹所 103、105 クリップ 111〜116 縁突出部 177、183 段部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F28F 3/08 301 F28F 3/08 301Z Fターム(参考) 3L103 AA01 AA35 BB42 CC23 DD15 DD17 DD57 DD73

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交互の対の隣接したプレート間に2つの
    分離した流体の流路(7、8)を限定するために上下に
    平行に積み重ねられた複数のプレート(70)と、互い
    にプレートを保持するための保持器(14乃至19)と
    を含む熱交換器において、前記保持器(14乃至19)
    は互いに対向する複数の第1と第2の表面(95、9
    7)を含み、前記表面間に夫々の対のプレートの縁が互
    いに密封掛合状に保持されることを特徴とする熱交換
    器。
  2. 【請求項2】 第1と第2の表面は突出するリブ(9
    5、97)上に設けられ、前記リブ間に前記対のプレー
    ト(70)の縁が延びることを特徴とする請求項1に記
    載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記保持器は熱交換器の入口と出口(6
    3乃至66)の各々に置かれた4つのグリル(16乃至
    19)を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の
    熱交換器。
  4. 【請求項4】 前記グリル(16乃至19)は熱交換器
    の1つの面の平面に沿って摺動可能であり、前記グリル
    は隣接したプレート(70)の縁を密封掛合状に保持
    し、そして流体の流路(7、8)のうちの一方内に開口
    する保持されたプレート対間の間隙を保持することを特
    徴とする請求項3に記載の熱交換器。
  5. 【請求項5】 熱交換器は熱交換器の隣接する面に入口
    と出口の面(63と66、64と65)をもち、隣接す
    る面上の夫々のグリル(16と19、17と18)はグ
    リルの隣接する縁間にシールを形成するようお互いの方
    に向かって摺動可能であることを特徴とする請求項1か
    ら4の何れか1項に記載の熱交換器。
  6. 【請求項6】 プレートはプレートに沿ってそれらの間
    に多数の流れチャンネル(73)を限定する複数の内壁
    (72)をもつことを特徴とする請求項1から5の何れ
    か1項に記載の熱交換器。
  7. 【請求項7】 内壁(72)と、プレート(70)の一
    側にあるチャンネル(73)はそれらの反対側に対応す
    るチャンネル(73)と壁(70)をもつことを特徴と
    する請求項6に記載の熱交換器。
  8. 【請求項8】 プレート(70)は隣接するプレート間
    にそれらの表面にわたって間隙を保持するためにスペー
    サ(92)をもつことを特徴とする請求項1から7の何
    れか1項に記載の熱交換器。
  9. 【請求項9】 スペーサはチャンネル(73)中に突出
    部(92)を含み、突出部(92)に隣接した内壁(7
    2)は縮小させられていて、チャンネルに沿った空気流
    が突出部に妨げられないようになしたことを特徴とする
    請求項6から8の何れか1項に記載の熱交換器。
  10. 【請求項10】 プレートは6個の側面をもち、前記側
    面のうちの4個は閉鎖しており、前記側面のうちの2個
    は開放しており、各プレートは4個の閉鎖した側面に沿
    って側壁(90、90′、83、83′、77、7
    7′)をもち、隣接したプレートの側壁は互いに入れ子
    状に収まることを特徴とする請求項1から9の何れか1
    項に記載の熱交換器。
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