JP2008133999A - 熱交換用プレート - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器を構成した状態で各プレート間の間隔を二種類設定する凹凸パターンを採用して、二種類の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。
【解決手段】 凹部１１と当接部１３が規則的に配列される凹凸パターンのうち、当接部１３に二種類の形状を設定し、複数のプレートを同じ面同士対向させて重ね合せた状態で、当接部１３として互いに当接する凸当接部１６と凹当接部１７との高さの差異に応じて、所定のプレートとその表裏両側に隣接するプレートとの間隔が表裏で異なることから、プレート間の各隙間が二種類の流路をなして互いに異なる伝熱性能を発揮でき、各隙間を各熱交換用流体の性状や流入出量に適切に対応させてプレートと各流体との熱伝達を効率的に進行させられる。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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。
特開２００２−２５７４８８号公報

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。

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。

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の各プレート間の間隔を二種類設定する凹凸パターンを採用して、二種類の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を目的とする。

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、一部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凹み形状の多数の凹部と、前記一方の面側における凹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各中間位置に凹部凹み方向と同じ向きに凹んだ凹み形状又は逆向きの隆起形状のいずれかとして多数形成される当接部とを備え、前記当接部が、所定の隆起高さに設定される凸当接部と、前記凸当接部より低い低凸当接部又は前記凹部より浅い凹当接部との二種類とされ、前記一方向及び他方向に二種類の当接部が交互に配置される状態として形成され、前記凹凸パターンをなす各凹部及び当接部が、いずれか二つの凹部に挟まれた中間位置で且つ二種類の当接部に挟まれた中間位置となる箇所を、プレートの中心に一致させる位置関係としてプレート上に配置されるものである。

このように本発明によれば、当接部と凹部が多数規則的に配列される凹凸パターンのうち、当接部にプレート表裏方向について異なる二種類の形状を設定し、複数のプレートを同じ面同士対向させて重ね合せた熱交換器構成状態で、異なる当接部同士の接触に伴い、当接部をなす凸当接部と低凸当接部又は凹当接部との高さの差異に応じて、所定のプレートとその表裏両側に隣接する他プレートとの、当接部同士の接触する面側におけるプレート間隔と、凹部の裏側隆起部分同士の接触する面側におけるプレート間隔とが異なったものとなることにより、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著しく異なる大きさとなって、プレート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、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。

また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記各当接部の周囲所定範囲に、前記凸当接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、隣合う各当接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、前記中間隆起部から凸当接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。

このように本発明によれば、プレートにおける中間隆起部から凸当接部が突出する高さと中間凹部から凹部が凹む深さとを異ならせ、プレート表裏の各隆起形状部分をなす凸当接部と凹部の裏側隆起部分の突出する高さを変えることにより、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、凸当接部の突出量及び凹部裏側隆起部分の各突出量の違いに応じて、プレート表裏のいずれか一方の側における隙間と他方の側の隙間との差異をさらに変化させられることとなり、表裏の各隙間の性状の違いを使用目的に応じてより細かく設定して、それぞれの熱交換用流体の流量や通過速度の相違に確実に対応させることができ、二種類の各隙間に各熱交換用流体の性状や流入出量に適切に対応させた伝熱性能を発揮させて、プレートと各流体との熱伝達をさらに効率的に進行させて熱交換用流体間での熱交換効率の一層の向上が図れる。

また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記当接部が間に凹部を介在させずに直線状に並ぶと共に、凹部が間に当接部を介在させずに直線状に並ぶ所定方向について、隣合う各当接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、前記当接部をなす凸当接部の高さと低凸当接部又は凹当接部の高さとのちょうど中間となる所定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。

このように本発明によれば、当接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、隣合うプレートの当接部同士、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、当接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。

また、本発明に係る熱交換用プレートは必要に応じて、前記当接部が、凸当接部又は低凸当接部の頂部、あるいは凹当接部の底部として、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。

このように本発明によれば、凸当接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、隣合うプレートの当接部同士、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。

（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、Ｄ−Ｄ断面図、及びＥ−Ｅ断面図、図４は図２のＦ−Ｆ断面図、Ｇ−Ｇ断面図、及びＨ−Ｈ断面図、図５は図２のＩ−Ｉ断面図及びＪ−Ｊ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。

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、一方の面側に凹んだ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凹部１１と、この凹部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、凹部１１と同じ向きの凹形状又は凹部１１と逆向きの隆起形状のいずれかとして形成される当接部１３と、当接部１３周囲所定範囲で所定高さの隆起形状に形成される中間隆起部１２と、凹部１１周囲所定範囲で凹部１１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。

前記凹部１１は、プレート表面側で凹んだ凹形状とされ、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。この凹部１１では、底部１１ａが略円形の平坦部分として形成される一方、この底部１１ａ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１１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。

前記当接部１３は、プレート表面側で、前記凹部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凹部同様の格子状配列として多数成型される構成である。この当接部１３は、前記凹部１１の裏側隆起部分１５の隆起高さ以下となる所定の隆起高さに設定される凸当接部１６と、この凸当接部１６より低く且つ凹部１１より浅い凹当接部１７との二種類とされ、前記直交する二方向それぞれにこの当接部１３をなす凸当接部１６と凹当接部１７とが交互に配置される状態として形成される構成である。

前記凸当接部１６は、プレート表面側で、略円錐台状の隆起形状として多数成型される構成である。この凸当接部１６においては、頂部１６ａ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。

前記凹当接部１７は、プレート表面側で、凹部１１と同じ向きに凹んだ凹形状として多数成型される構成である。この凹当接部１７では、底部１７ａが凸当接部１６の頂部１６ａより大きい略円形の平坦部分として形成される一方、この底部１７ａ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。この凹当接部１７のちょうど裏側にあたる他方の面側への裏側隆起部分が、略円錐台状に隆起した状態となっている。

これら凹凸パターンをなす凹部１１及び各当接部１３は、矩形状とされる熱交換用プレート１０のプレート中心に、凹凸パターンのうち二つの凹部１１に挟まれた中間で且つ二種類の当接部に挟まれた中間となる箇所が位置するような配置とされる。凹部１１は、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っている。

各凹部１１及び当接部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、各凹部１１と当接部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、前記凹部１１及び当接部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。

前記中間隆起部１２は、当接部１３をなす凸当接部１６と凹当接部１７のそれぞれの周囲所定範囲に、凸当接部１６より低く前記凹当接部１７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１１より浅い所定深さの凹みとして形成される構成である。

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、この段差の中間高さ位置がプレートの表裏方向の基準位置と同じレベルに配置される構成である。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、各凹部１１とその最も近くで隣合う別の凹部との中間位置であり、且つ各当接部１３とその最も近くで隣合う別の当接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。

そして、プレート表面にある中間凹部１４のちょうど裏側で中間凹部１４の裏返し形状としてあらわれる裏面側の隆起部分が、前記中間隆起部１２と同一形状をなすと共に、プレート表面にある中間隆起部１２のちょうど裏側で中間隆起部１２の裏返し形状としてあらわれる裏面側の凹み部分が、前記中間凹部１４と同一形状をなす構成であり、プレートの凹凸パターンは凹部１１と当接部１３を除いてプレート表裏面で同じパターン形状とされる。

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、一方をプレート中心について１８０°回転させた位置関係とした状態で向い合わせ、表面側で当接部１３における凸当接部１６の頂部１６ａと凹当接部１７の底部１７ａとを当接させ、また、裏面側で各凹部１１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同士が多数の箇所で接し、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。

プレートを重ね合せた状態では、各凸当接部１６の隆起する表面同士が向い合う一の隙間５１で、凸当接部１６より高さの低い中間凹部１４や凹部１１同士がそれぞれ所定の間隔で対向する。これら中間凹部１４間や凹部１１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プレート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。

一方、各凸当接部１６の隆起側と反対側の裏面同士が向い合う他の隙間５２においては、凸当接部１６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。

これら一の隙間５１と他の隙間５２の形状及び大きさは、同じ面同士向い合わせて重ねられているプレートが表裏非対称形状であることで、互いに異なったものとなっている。詳しくは、表面側で互いに当接する当接部１３の凸当接部１６と凹当接部１７で、隆起している凸当接部１６に対し凹当接部１７が凹んでその高さが異なっていることで、凸当接部１６と凹当接部１７が当接するプレート表面同士の間隔が、凹部１１の裏側隆起部分１５同士が当接するプレート裏面同士の間隔に比べて小さくなり、前記一の隙間５１と他の隙間５２の大きさは、プレート表面間の一の隙間５１より、プレート裏面間の他の隙間５２の方が大きくなる。

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、凹部１３の中間凹部１４からの凹み深さに対する、凸当接部１６の中間隆起部１２からの突出高さ並びに凹当接部１７との高さの差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。

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、各凸当接部１６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。

各プレート間の隙間５１、５２は、凹凸パターンに対応して、凹部１１又は当接部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。

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、各凸当接部１６の隆起する一の隙間５１では、所定の入口側から各凹部１１の並ぶ各方向に沿って、凹部１１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。

他方、各凸当接部１６の隆起側と反対側の他の隙間５２では、凸当接部１６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。

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。

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、凹部１１と当接部１３が多数規則的に配列される凹凸パターンのうち、当接部１３にプレート表裏方向で高さを異ならせた二種類の形状を設定し、複数のプレート１０を同じ面同士対向させて重ね合せた熱交換器構成状態で、当接部１３をなす凸当接部１６と凹当接部１７との高さの差異に応じて、所定のプレートとその表裏両側に隣接する他プレートとの、異なる当接部同士の接触する側におけるプレート間隔と、凹部１１の裏側隆起部分１５同士の接触する側におけるプレート間隔とが異なったものとなることから、プレート表面側における隙間５１が裏面側の隙間５２と著しく異なる大きさとなって、プレート表裏の各隙間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、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て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。

なお、前記実施形態に係る熱交換用プレートにおいて、当接部１３のうち凹当接部１７の周囲には凸当接部１６同様に中間隆起部１２を配置する構成としているが、これに限らず、図７に示すように、凹当接部１７の周囲に、中間隆起部１２より低く且つ凹当接部１７より浅い所定深さの凹みとして形成される中間凹部１８を配置する構成とすることもでき、凹当接部１７と凸当接部１６との高さの差をより大きく与えられることで、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、プレート表面同士の間隔をより小さく設定でき、プレート表面側の隙間５１と裏面側の隙間５２との差異をさらに大きくして表裏の各隙間の性状の違いをより顕著なものとすることができ、それぞれの熱交換用流体の性状や流入出量、通過速度等の相違に確実且つ柔軟に対応可能となる。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図８及び図９に基づいて説明する。図８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９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。

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、凹部２１と、当接部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、当接部１３を凸当接部１６と凹当接部１７という凹凸の組合わせとして形成する構成としているのに対し、異なる構成として、当接部２３をなす一方の凸当接部２６と当接させる他方を、凸当接部２６より低い高さの低凸当接部２７とする構成を有するものである。

プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、各凸当接部２６及び低凸当接部２７の隆起する表面側では、凸当接部２６に対し低凸当接部２７の高さが異なっていることで、凸当接部２６と低凸当接部２７が当接するプレート表面同士の間隔が、凹部２１の裏側隆起部分２５同士が当接するプレート裏面同士の間隔に比べて小さくなり、各凸当接部２６及び低凸当接部２７の隆起するプレート表面同士が向い合う一の隙間５３と、反対側の他の隙間５４の大きさは、前記第１の実施形態の場合よりその差は小さくなるものの、一の隙間５３より他の隙間５４の方が大きくなる。流す熱交換用流体の性質を十分に考慮して互いに異なる伝熱特性となる形状に設定された各隙間５３、５４を、熱交換を行う二つの熱交換用流体がそれぞれ流通することで、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。

（本発明の第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は本実施形態に係る熱交換用プレートの要部拡大図、図１１は図１０のＫ−Ｋ断面図、Ｌ−Ｌ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。

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、凹部３１と、当接部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、各凹部１１が当接部１３を介在させずに隣合う配列方向における別の凹部１１との中間位置は、同時に各当接部１３が凹部１１を介在させずに隣合う別の当接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、各凹部３１が間に当接部３３を介在させずに直線状に並ぶプレート短辺方向で凹部３１と同じ並びに位置する分を凹部３１と同じ深さに凹ませた陥没部３８とする一方、前記プレート短辺方向で当接部３３をなす凸当接部３６や凹当接部３７と同じ並びに位置する分については、凸当接部３６の高さと凹当接部３７の高さとのちょうど中間となる所定高さに突出させた突出部３９としてそれぞれ形成し、突出した突出部３９や陥没部３８の裏側突出部分３８ａ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。

各当接部３３間の中間の突出部３９同士や、凹部３１間の中間における陥没部３８の裏側突出部分３８ａ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。

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。

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、前記凸当接部や低凸当接部の隆起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、凸当接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形状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。

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。

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、当接部における凸当接部の中間隆起部からの突出高さと、凹部の中間凹部からの凹み深さを同じにする構成としているが、これに限らず、図１２に示すように、当接部４３における凸当接部４６の中間隆起部４２からの突出高さと、凹部４１の中間凹部４４からの凹み深さとを異ならせる構成とすることもでき、熱交換用プレート４０表裏の各隆起形状部分をなす凸当接部４６と凹部４１の裏側隆起部分４５の突出する高さを変えることで、プレートを複数重ね合せた熱交換器構成状態で、凸当接部４６と凹当接部４７との高さの差異に加え、凸当接部４６の突出量及び凹部４１の裏側隆起部分４５の各突出量の違いに応じて、プレート表面側の隙間５７と裏面側の隙間５８との大小をさらに変化させられることとなり、表裏の各隙間の性状の違いを使用目的に応じてより細かく設定して、それぞれの熱交換用流体の流量や通過速度の相違に確実に対応させることができ、二種類の各隙間に各熱交換用流体の性状や流入出量に適切に対応させた伝熱性能を発揮させて、プレートと各流体との熱伝達をさらに効率的に進行させられる。

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１のＡ−Ｂ部分拡大図である。 図２のＣ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、及びＥ−Ｅ断面図である。 図２のＦ−Ｆ断面図、Ｇ−Ｇ断面図、及びＨ−Ｈ断面図である。 図２のＩ−Ｉ断面図及びＪ−Ｊ切断部端面図である。 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。 本発明の第１の実施形態に係る他の熱交換用プレートの断面図及び重ね合せ状態断面図である。 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。 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。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換用プレートの要部拡大図である。 図１０のＫ−Ｋ断面図、Ｌ−Ｌ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。 本発明の他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並びに重ね合せ状態断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０ 熱交換用プレート
１１、２１、３１ 凹部
１１ａ 底部
１２、２２、３２ 中間隆起部
１３、２３、３３ 当接部
１４、２４、３４ 中間凹部
１５、２５、３５ 裏側隆起部分
１６、２６、３６ 凸当接部
１６ａ 頂部
１７、３７ 凹当接部
１７ａ 底部
１８ 中間凹部
２７ 低凸当接部
３８ 陥没部
３８ａ 裏側突出部分
３９ 突出部
４０ 熱交換用プレート
４１ 凹部
４２ 中間隆起部
４３ 当接部
４４ 中間凹部
４５ 裏側隆起部分
４６ 凸当接部
４７ 凹当接部
５１、５３、５５、５７ 隙間
５２、５４、５６、５８ 隙間

Claims (4)

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、一部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凹み形状の多数の凹部と、前記一方の面側における凹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各中間位置に凹部凹み方向と同じ向きに凹んだ凹み形状又は逆向きの隆起形状のいずれかとして多数形成される当接部とを備え、
   前記当接部が、所定の隆起高さに設定される凸当接部と、前記凸当接部より低い低凸当接部又は前記凹部より浅い凹当接部との二種類とされ、前記一方向及び他方向に二種類の当接部が交互に配置される状態として形成され、
   前記凹凸パターンをなす各凹部及び当接部が、いずれか二つの凹部に挟まれた中間位置で且つ二種類の当接部に挟まれた中間位置となる箇所を、プレートの中心に一致させる位置関係としてプレート上に配置されることを
   特徴とする熱交換用プレート。
2. 前記請求項１に記載の熱交換用プレートにおいて、
   前記各当接部の周囲所定範囲に、前記凸当接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、
   隣合う各当接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、
   前記中間隆起部から凸当接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。
3. 前記請求項２に記載の熱交換用プレートにおいて、
   前記当接部が間に凹部を介在させずに直線状に並ぶと共に、凹部が間に当接部を介在させずに直線状に並ぶ所定方向について、隣合う各当接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、前記当接部をなす凸当接部の高さと低凸当接部又は凹当接部の高さとのちょうど中間となる所定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。
4. 前記請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換用プレートにおいて、
   前記当接部が、凸当接部又は低凸当接部の頂部、あるいは凹当接部の底部として、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。

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