JP2009127954A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を向上したプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】ＥＧＲクーラー８は、側壁プレート１０と９枚の伝熱プレート１１〜１９とが積層されて構成されている。側壁プレート１０と伝熱プレート１１との間には、液相室２１ａと液相室２１ａの上に設けられた気相室２１ｂとを有すると共に冷媒である水が収容された冷媒収容部２１が画定されている。液相室２１ａと気相室２１ｂとは、気体冷媒流路４５及び液体冷媒流路４６を介して連通されている。伝熱プレート１１と伝熱プレート１２との間には、液相室２１ａに隣接する高温媒体室２２ａと気相室２１ｂに隣接する低温媒体室２２ｂとを有する流通部２２が画定されている。流通部２２において、高温媒体室２２ａと低温媒体室２２ｂとは、分割部５１によって分離されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、プレート式熱交換器に関する。

通常よく使用される強制対流による熱交換器は、冷媒の相変化を伴う熱交換器、例えば沸騰冷却式熱交換器等に比べて、熱交換の限界性能が劣る。これに対し、冷媒の相変化を伴う熱交換器の１つであるヒートパイプは、高い熱輸送力を示すが、伝熱面積を大きくすることが難しい。

特許文献１には、ヒートパイプを使用した熱交換器が開示されている。この熱交換器の構成を図１０に示す。熱交換器１００は、内部が管板１０１によって２つの室１０２及び１０３に分割される構成を有している。熱交換器１００の内部には、一端が室１０２側に存在すると共に管板１０１を貫通して他端が室１０３側に存在するように複数のヒートパイプ１０４が設けられている。ヒートパイプ１０４の内部には、揮発性液体が密封されている。

流入口１０５から室１０２へ流入した高温流体は、邪魔板１０７によって、破線Ａで示されるようなジグザグ状に室１０２内を流通し、流出口１０６から流出する。一方、流入口１０８から室１０３へ流入した低温流体は、邪魔板１１０によって、破線Ｂで示されるようなジグザク状に室１０３内を流通し、流出口１０９から流出する。ヒートパイプ１０４内の揮発性液体は、室１０２側で高温流体と熱交換することにより暖められてガスとなり、室１０３側（矢印Ｃの方向）へ移動する。室１０３側へ移動したガスは、低温流体と熱交換することにより冷却されて揮発性液体に戻り、室１０２側（矢印Ｄの方向）へ移動する。ヒートパイプ１０４内の揮発性液体とこのような熱交換を行うことにより、室１０２を流通する高温液体は冷却され、室１０３を流通する低温液体は昇温される。

特開昭５５−３８４９２号公報

しかしながら、ヒートパイプ１０４内において、矢印Ｃ方向のガスの流れに邪魔をされて、室１０３側で凝縮された揮発性液体が室１０２側へ戻りにくくなるため、揮発性液体がヒートパイプ１０４内で室１０３側に偏ってしまい、熱交換性能が低下してしまうといった問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、熱交換効率を向上したプレート式熱交換器を提供することを目的とする。

この発明に係るプレート式熱交換器は、液相室と気相室とに分割され、冷媒を収容する冷媒収容部と、前記気相室に隣接する低温媒体室及び前記液相室に隣接する高温媒体室とを備え、前記冷媒収容部と前記低温媒体部及び前記高温媒体部とが積層され、前記液相室と前記気相室とは、気体冷媒流路及び液体冷媒流路によって連通されており、使用時には、前記気相室が前記液相室より上方に位置するように配置される。冷媒収容部において、気体冷媒が液相室から気相室に移動する流路と、液体冷媒が気相室から液相室に移動する流路とが異なるので、液相室と気相室との間の冷媒の循環がスムーズになる。
前記気体冷媒流路の開口面積は、前記液体冷媒流路の開口面積よりも大きくてもよい。
前記液相室の両側に配置される高温媒体室同士が連通されていてもよい。
前記液相室の両側に配置される高温媒体室は、該高温媒体室の上部または下部において、１つの高温媒体連通路によって連通されており、前記プレート式熱交換器を側方から見たときに、隣り合う高温媒体連通路は、上下方向に交互に位置するように設けられていてもよい。
前記気相室の両側に配置される低温媒体室が連通されていてもよい。
前記気相室の両側に配置される２つの低温媒体室は、該低温媒体室の上部または下部において、１つの低温媒体連通路によって連通されており、前記プレート式熱交換器を側方から見たときに、隣り合う低温媒体連通路は、上下方向に交互に位置するように設けられていてもよい。
前記高温媒体室及び前記低温媒体室の両側に配置される冷媒収容部同士が連通されていてもよい。
前記プレート式熱交換器の外部から、前記高温媒体室の１つに高温媒体が流入する高温媒体流入部と、前記高温媒体室の１つから、前記プレート式熱交換器の外部へ高温媒体が流出する高温媒体流出部と、前記プレート式熱交換器の外部から、前記低温媒体室の１つに低温媒体が流入する低温媒体流入部と、前記低温媒体室の１つから、前記プレート式熱交換器の外部へ低温媒体が流出する低温媒体流出部とをそれぞれ少なくとも１ずつ備え、これらのうちの少なくとも１つは、前記冷媒収容部と前記高温媒体室及び前記低温媒体室とが積層される方向に対して垂直に、前記高温媒体室または前記低温媒体室に接続されていてもよい。
前記冷媒収容部には、前記液相室と前記気相室とを分割する分割部が設けられ、該分割部は、前記液相室と前記気相室とを部分的に連通する少なくとも２つの連通部を有し、前記気体冷媒流路は、前記少なくとも２つの連通部のうちの一部と連通するように前記分割部から上方に延びるように設けられた仕切板から構成され、前記液体冷媒流路は、前記少なくとも２つの連通部のうちの他の連通部と連通するように前記分割部から下方に延びるように設けられた仕切板から構成されてもよい。
前記液相室内の液体冷媒は、前記高温媒体室内の高温媒体と熱交換して気体冷媒となって前記気体冷媒流路を介して前記気相室に流入し、該気相室内の気体冷媒は、前記低温媒体室内の低温媒体と熱交換して液体冷媒となって前記液体冷媒流路を介して前記液相室に流入してもよい。

この発明によれば、液相室内の液体冷媒は、高温媒体室内の高温媒体と熱交換して気体冷媒となって気体冷媒流路を介して気相室に流入し、気相室内の気体冷媒は、低温媒体室内の低温媒体と熱交換して液体冷媒となって液体冷媒流路を介して液相室に流入することにより、気体冷媒が液相室から気相室に移動する流路と、液体冷媒が気相室から液相室に移動する流路とが異なるので、液相室と気相室との間の冷媒の循環がスムーズとなり、熱交換効率を向上することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係るプレート式熱交換器を備えたディーゼルエンジンの構成模式図を図１に示す。ディーゼルエンジン１のシリンダブロック２には、４つの気筒内に燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられ、これらに連通するように吸気マニフォルド３及び排気マニフォルド４が設けられている。吸気マニフォルド３には、空気が流通する吸気管５が接続され、排気マニフォルド４には、燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄで発生した排ガスが流通する排気管６が接続されている。また、一端が排気マニフォルド４に接続されると共に他端が吸気管５に接続されたＥＧＲ通路７が設けられ、ＥＧＲ通路７には、プレート式熱交換器であるＥＧＲクーラー８と、ＥＧＲバルブ９とが設けられている。

図２に、ＥＧＲクーラー８の側方断面図を示す。ＥＧＲクーラー８は、側壁プレート１０と９枚の伝熱プレート１１〜１９とが積層されて構成されている。側壁プレート１０と伝熱プレート１１との間には、液相室２１ａと液相室２１ａの上に設けられた気相室２１ｂとを有する冷媒収容部２１が画定されている。液相室２１ａと気相室２１ｂとは、後述する構成により連通されている。伝熱プレート１１と伝熱プレート１２との間には、伝熱プレート１１を介して液相室２１ａに隣接する高温媒体室２２ａと、伝熱プレート１１を介して気相室２１ｂに隣接する低温媒体室２２ｂとを有する流通部２２が画定されている。流通部２２は、分割部５１によって、高温媒体室２２ａと低温媒体室２２ｂとに分割されている。

伝熱プレート１２及び１３間と、伝熱プレート１４及び１５間と、伝熱プレート１６及び１７間と、伝熱プレート１８及び１９間とにも同様に、冷媒収容部２３，２５，２７，２９がそれぞれ画定されている。また、伝熱プレート１３及び１４間と、伝熱プレート１５及び１６間と、伝熱プレート１７及び１８間とにも同様に、流通部２４，２６，２８がそれぞれ画定されている。尚、冷媒収容部２１，２３，２５，２７，２９のそれぞれには、冷媒として水が収容されている。

側壁プレート１０には、液相室２１ａを貫通して高温媒体室２２ａに連通する高温媒体流入部３１ｂが、側壁プレート１０に対して垂直に設けられている。高温媒体流入部３１ｂは、高温媒体室２２ａの下部において高温媒体室２２ａに連通されている。

液相室２３ａの両側に伝熱プレート１２及び１３を介して隣接する高温媒体室２２ａ及び２４ａ間を連通すると共に液相室２３ａを貫通するように、２つの高温媒体連通路３２ａ及び３２ｂが設けられている。高温媒体連通路３２ａは、高温媒体室２２ａ及び２４ａの上部において高温媒体室２２ａ及び２４ａ間を連通し、高温媒体連通路３２ｂは、高温媒体室２２ａ及び２４ａの下部において高温媒体室２２ａ及び２４ａ間を連通している。同様にして、高温媒体室２４ａ及び２６ａ間を連通すると共に液相室２５ａを貫通するように、２つの高温媒体連通路３３ａ及び３３ｂが設けられ、高温媒体室２６ａ及び２８ａ間を連通すると共に液相室２７ａを貫通するように、２つの高温媒体連通路３４ａ及び３４ｂが設けられている。

伝熱プレート１９には、液相室２９ａを貫通して高温媒体室２８ａに連通する高温媒体流出部３５ａが、伝熱プレート１９に対して垂直に設けられている。高温媒体流出部３５ａは、高温媒体室２８ａの上部において高温媒体室２８ａに連通されている。

また、側壁プレート１０には、気相室２１ｂを貫通して低温媒体室２２ｂに連通する低温媒体流出部３１ｃが、側壁プレート１０に対して垂直に設けられている。低温媒体流出部３１ｃは、低温媒体室２２ｂの上部において低温媒体室２２ｂに連通されている。

気相室２３ｂの両側に伝熱プレート１２及び１３を介して隣接する低温媒体室２２ｂ及び２４ｂ間を連通すると共に気相室２３ｂを貫通するように、２つの低温媒体連通路３２ｃ及び３２ｄが設けられている。低温媒体連通路３２ｃは、低温媒体室２２ｂ及び２４ｂの上部において低温媒体室２２ｂ及び２４ｂ間を連通し、低温媒体連通路３２ｄは、低温媒体室２２ｂ及び２４ｂの下部において低温媒体室２２ｂ及び２４ｂ間を連通している。同様にして、低温媒体室２４ｂ及び２６ｂ間を連通すると共に気相室２５ｂを貫通するように、２つの低温媒体連通路３３ｃ及び３３ｄが設けられ、低温媒体室２６ｂ及び２８ｂ間を連通すると共に気相室２７ｂを貫通するように、２つの低温媒体連通路３４ｃ及び３４ｄが設けられている。

伝熱プレート１９には、気相室２９ｂを貫通して低温媒体室２８ｂに連通する低温媒体流入部３５ｄが、伝熱プレート１９に対して垂直に設けられている。低温媒体流入部３５ｄは、低温媒体室２８ｂの下部において低温媒体室２８ｂに連通されている。

図３に、伝熱プレート１１及び１２の平面図を示す。尚、図３において、紙面上方向を単に上方と呼び、紙面下方向を単に下方と呼ぶことにする。伝熱プレート１１は、板状のプレート部１１ａと、プレート部１１ａの周縁にプレート部１１ａに対して垂直に延びるように設けられた周縁部１１ｂとを有している。周縁部１１ｂは、上下方向に平行に延びる２つの縦方向周縁部１１ｂ１と、水平方向に平行に延びる２つの横方向周縁部１１ｂ２とから構成されている。周縁部１１ｂで囲まれた領域には、高温媒体流入部３１ｂと、低温媒体流出部３１ｃとが設けられている。周縁部１１ｂで囲まれた領域の中央付近には、周縁部１１ｂで囲まれた領域を上下方向に下方領域３８ａ及び上方領域３８ｂに分割する分割部３９が設けられている。下方領域３８ａ及び上方領域３８ｂはそれぞれ、側壁プレート１０（図２参照）と伝熱プレート１１とが積層されたときに画定される液相室２１ａ及び気相室２１ｂ（図２参照）に相当する。分割部３９には、２つの縦方向周縁部１１ｂ１との間のそれぞれに、下方領域３８ａ及び上方領域３８ｂ間を部分的に連通する連通部である隙間４１及び４２が形成されている。尚、隙間４１は隙間４２よりも幅が大きくなっている。分割部３９から上方に向かって延びるように、仕切板４３が設けられている。ただし、仕切板４３は、横方向周縁部１１ｂ２には達していない。仕切板４３は、隙間４１が形成されている側の縦方向周縁部１１ｂ１との間隔が隙間４１の幅と同じになるようにして、縦方向周縁部１１ｂ１に平行に上方に向かって延びている。また、分割部３９から下方に向かって延びるように、仕切板４４が設けられている。ただし、仕切板４４は、横方向周縁部１１ｂ２には達していない。仕切板４４は、隙間４２が形成されている側の縦方向周縁部１１ｂ１との間隔が隙間４２の幅と同じになるようにして、縦方向周縁部１１ｂ１に平行に下方に向かって延びている。

プレート部１１ａに対して垂直方向（紙面に対して垂直方向）の仕切板４３及び４４の高さと分割部３９の高さとは、周縁部１１ｂの高さと同じである。これにより、側壁プレート１０（図２参照）と伝熱プレート１１との間で、仕切板４３と、縦方向周縁部１１ｂ１とによって、気体冷媒流路４５が画定される。また、仕切板４４と、縦方向周縁部１１ｂ１とによって、液体冷媒流路４６が画定される。側壁プレート１０と伝熱プレート１１との間に画定される冷媒収容部２１（図２参照）において、液相室２１ａと気相室２１ｂとは、気体冷媒流路４５及び液体冷媒流路４６を介して連通される。尚、隙間４１の幅が隙間４２の幅よりも大きいため、気体冷媒流路４５の開口面積は、液体冷媒流路４６の開口面積よりも大きくなっている。

下方領域３８ａ及び上方領域３８ｂのそれぞれには、上下方向に細長く延びる複数のフィン４７が、互いに平行になるように設けられている。プレート部１１ａに対して垂直方向のフィン４７の高さは、周縁部１１ｂの高さよりも低くなっている。

伝熱プレート１３，１５，１７，１９も、伝熱プレート１１とほぼ同じ構造を有している。ただし、伝熱プレート１３，１５，１７において、高温媒体流入部３１ｂに相当する部分は、高温媒体連通路３２ｂ，３３ｂ，３４ｂであり、低温媒体流出部３１ｃに相当する部分は、低温媒体連通路３２ｃ，３３ｃ，３４ｃであり、分割部３９には、高温媒体連通路３２ａ，３３ａ，３４ａ及び低温媒体連通路３２ｄ，３３ｄ，３４ｄが設けられている。また、伝熱プレート１９において、下部領域３８ａの下部に設けられた高温媒体流入部３１ｂの代わりに、下部領域３８ａの上部に高温媒体流出部３５ａが設けられ、上部領域３８ｂの上部に設けられた低温媒体流出部３１ｃの代わりに、上部領域３８ｂの下部に低温媒体流入部３５ｄが設けられている（図２参照）。

伝熱プレート１２は、板状のプレート部１２ａと、プレート部１２ａの周縁にプレート部１２ａに対して垂直に延びるように設けられた周縁部１２ｂとを有している。周縁部１２ｂで囲まれた領域を上下方向に下部領域５２ａ及び上部領域５２ｂに分割する分割部５１が設けられている。プレート部１２ａに対して垂直方向の分割部５１の高さは、周縁部１２ｂの高さと同じである。これにより、伝熱プレート１１と伝熱プレート１２との間に画定される流通部２２（図２参照）において、下部領域５２ａが高温媒体室２２ａ（図２参照）に相当すると共に上部領域５２ｂが低温媒体室２２ｂ（図２参照）に相当するように、高温媒体室２２ａと低温媒体室２２ｂとが画定される。下部領域５２ａには、高温媒体連通路３２ａ及び３２ｂ（図２参照）にそれぞれ接続される穴５３ａ及び５３ｂが設けられ、上部領域５２ｂには、低温媒体連通路３２ｃ及び３２ｄ（図２参照）にそれぞれ接続される穴５３ｃ及び５３ｄが設けられている。また、下部領域５２ａ及び上部領域５２ｂのそれぞれには、上下方向に細長く延びる複数のフィン５７が、互いに平行になるように設けられている。プレート部１２ａに対するフィン５７の高さは、周縁部１２ｂの高さよりも低くなっている。伝熱プレート１４，１６，１８も、伝熱プレート１２と同じ構造を有している。

次に、実施の形態１に係るプレート式熱交換器を備えたディーゼルエンジンの動作を、図１に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１が始動すると、吸気管５内を流通する空気は、吸気マニフォルド３を介して各燃焼室２ａ〜２ｄに吸入される。各燃焼室２ａ〜２ｄに吸入された空気は、図示しないピストンによって圧縮された後、図示しないインジェクションノズルから各燃焼室２ａ〜２ｄに燃料が噴射されて燃焼し、排ガスとなって各燃焼室２ａ〜２ｄから排気マニフォルド４に排出される。排気マニフォルド４内の排ガスの一部は、ＥＧＲ通路７内を流通する。ＥＧＲ通路７内を流通する排ガスの流量は、ＥＧＲバルブ９によって制御される。ＥＧＲ通路７内を流通する排ガスは、ＥＧＲクーラー８によって冷却された後、ＥＧＲガスとして吸気管５に戻されて空気と合流し、各燃焼室２ａ〜２ｄに吸入される。排気マニフォルド４内の残りの排ガスは、排気管６内を流通して大気中へ排出される。

次に、ＥＧＲクーラー８における排ガスの冷却動作を、図２及び３に基づいて説明する。
高温媒体であるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路７（図１参照）内を流通し、高温媒体流入部３１ｂを介してＥＧＲクーラー８内に流入する。高温媒体流入部３１ｂを流通するＥＧＲガスは、高温媒体室２２ａ内に流入し、伝熱プレート１１及び１２を介して高温媒体室２２ａに隣接する液相室２１ａ及び２３ａ内の水と熱交換することにより冷却される。この際、伝熱プレート１１及び１２にはそれぞれフィン４７及び５７が設けられていることにより、伝熱面積が増加するので、水とＥＧＲガスとの熱交換効率が向上する。続いて、高温媒体室２２ａ内のＥＧＲガスは、高温媒体連通路３２ａ及び３２ｂを介して高温媒体室２４ａに流入し、同様にして、液相室２３ａ及び２５ａ内の水と熱交換することにより冷却される。さらに同様にして、ＥＧＲガスは、高温媒体室２６ａ及び２８ａにおいて順次冷却され、最終的に高温媒体流出部３５ａを介してＥＧＲ通路７へ排出される。

液相室２１ａにおいて、高温媒体室２２ａ内のＥＧＲガスと熱交換した水は、蒸発して水蒸気となる。水蒸気は液相室２１ａ内を上昇するが、液相室２１ａ内における気体冷媒流路４５への入口（隙間４１の下端部に相当）が液体冷媒流路４６への入口（仕切板４４の下端部に相当）よりも高い位置であることから、水蒸気は主に、気体冷媒流路４５に流入して上昇し、気相室２１ｂ内に流入する。また、気体冷媒流路４５の開口面積が液体冷媒流路４６の開口面積よりも大きいことから、水蒸気は気体冷媒流路４５に流入しやすくなるので、水蒸気は主に、気体冷媒流路４５に流入して上昇する。冷媒収容部２３，２５，２７，２９においても、冷媒収容部２１と同様の動作で、液相室２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ内の水が蒸発して水蒸気となり、水蒸気が気相室２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂ内に流入する。

一方、低温媒体である冷却水が、低温媒体流入部３５ｄを介してＥＧＲクーラー８内に流入する。低温媒体流入部３５ｄを流通する冷却水は、低温媒体室２８ｂに流入し、伝熱プレート１７及び１８を介して低温媒体室２８ｂに隣接する気相室２７ｂ及び２９ｂ内の水蒸気と熱交換することにより昇温される。これにより、気相室２７ｂ及び２９ｂ内の水蒸気は冷却されて液体の水となり、気相室２７ｂ及び２９ｂ内を下方に移動する。続いて、低温媒体室２８ｂ内の冷却水は、低温媒体連通路３４ｃ及び３４ｄを介して低温媒体室２６ｂに流入し、同様にして、気相室２５ｂ及び２７ｂ内の水蒸気と熱交換することにより昇温される。さらに同様にして、冷却水は、低温媒体室２４ｂ及び２２ｂにおいて順次昇温され、最終的に低温媒体流出部３１ｃを介してＥＧＲクーラー８から流出し、図示しないラジエータに戻る。気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ内の水蒸気は、気相室２７ｂ及び２９ｂ内の水蒸気と同様に、冷却水との熱交換によって冷却されて液体の水となり、気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ内をそれぞれ下方に移動する。

気相室２１ｂにおいて、液体となった水は主に、液体冷媒流路４６を介して液相室２１ａに戻る。これは、液相室２１ａ内の水蒸気が主に気体冷媒流路４５を介して気相室２１ｂに移動することから、液体冷媒流路４６内において、水蒸気の流れによって液体の水が気相室２１ｂへ押し戻されることがないからであり、また、気相室２１ｂにおいて、液体の水が気体冷媒流路４５を介して液相室２１ａに戻るためには、気相室２１ｂにおける液体の水の水位が仕切板４３の上端位置にまで達する必要があるが、水位がそのような位置に達する前に、液体の水は液体冷媒流路４６を介して液相室２１ａに戻るはずだからである。従って、冷媒収容部２１において、液相室２１ａ内の液体の水が蒸発して水蒸気となり、水蒸気は、気体冷媒流路４５を介して気相室２１ｂに移動し、気相室２１ｂ内において水蒸気が液体の水になった後、液体の水は、液体冷媒流路４６を介して液相室２１ａに戻る。冷媒収容部２３，２５，２７，２９においても、冷媒である水は同様の循環動作を行う。

このように、各液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ内の水は、各高温媒体室２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ内のＥＧＲガスと熱交換して水蒸気となって気体冷媒流路４５を介して気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂに流入し、各気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂ内の水蒸気は、低温媒体室２２ｂ，２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ内の冷却水と熱交換して液体の水となって液体冷媒流路４６を介して液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａに流入することにより、水蒸気が液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａから気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂに移動する流路と、液体の水が気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂから液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａに移動する流路とが異なるので、液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａと気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂとの間の水の循環がスムーズとなり、熱交換効率を向上することができる。

実施の形態１において、ＥＧＲクーラー８は、９枚の伝熱プレート１１〜１９を積層して構成されているが、９枚の伝熱プレートに限定するものでなく、必要な冷却能力やＥＧＲクーラー８の設置スペース等を考慮して、適当な枚数で構成してもよい。すなわち、ＥＧＲクーラー８は、プレート式熱交換器であるために、伝熱プレートの数を調整することにより、容易に伝熱面積を調整することができる。
また、ＥＧＲクーラー８において、ＥＧＲガスと冷却水とは対向流であったが、並行流にしてもよい。

実施の形態１では、仕切板４３及び４４を設けることにより、気体冷媒流路４５及び液体冷媒流路４６を形成したが、この形態に限定するものではない。仕切板４３及び４４をなくし、隙間４１及び４２をそれぞれ気体冷媒流路及び液体冷媒流路としてもよい。この場合、隙間４１の幅が隙間４２の幅よりも大きいことから水蒸気が隙間４２よりも隙間４１に流入しやすいため、液相室２１ａ内の水蒸気は主に、流入しやすい隙間４１を介して気相室２１ｂに移動する。一方、気相室２１ｂ内の液体の水は、隙間４１には水蒸気の流れがあることから隙間４１を流通しにくくなり、その結果、主に隙間４２を介して液相室２１ａに戻ることになる。従って、液相室及び気相室間の水のスムーズな循環を確保することができる。
また、図４（ａ）に示されるように、隙間４２に、気相室２１ｂから液相室２１ａのみの流通が可能な逆止弁４８を設けてもよい。これにより、液相室２１ａ内の水蒸気は、隙間４２を通ることができないので、隙間４１のみを介して気相室２１ｂに移動するようになる。さらに、図４（ｂ）に示されるように、隙間４１に、液相室２１ａから気相室２１ｂのみの流通が可能な逆止弁４９を設けてもよい。尚、図４（ａ）及び（ｂ）のように、逆止弁を設ける場合には、隙間４１及び４２の幅についての上記大小関係は必須の構成要件ではない。

実施の形態１では、気体冷媒流路４５及び液体冷媒流路４６がそれぞれ１つずつ設けられていたが、１つに限定するものではない。分割部３９（図３参照）に３つ以上の隙間を設けて、気体冷媒流路及び液体冷媒流路の両方またはいずれか一方を複数設けてもよい。また、隙間を設ける位置も、隙間４１及び４２のように、分割部３９と２つの縦方向周縁部１１ｂ１のそれぞれとの間に限定するものではなく、分割部３９のどの部分に設けてもよい。

実施の形態１では、高温媒体流入部、高温媒体流出部、低温媒体流入部、低温媒体流出部がそれぞれ１つずつ設けられていたが、この形態に限定するものではない。図５に示されるように、２つの高温媒体流入部３１ａ及び３１ｂがそれぞれ、２つの高温媒体室２２ａの上部及び下部において高温媒体室２２ａに連通され、２つの高温媒体流出部３５ａ及び３５ｂがそれぞれ、高温媒体室２８ａの上部及び下部において高温媒体室２８ａに連通され、２つの低温媒体流出部３１ｃ及び３１ｄがそれぞれ、低温媒体室２２ｂの上部及び下部において低温媒体室２２ｂに連通され、低温媒体流入部３５ｃ及び３５ｄがそれぞれ、低温媒体室２８ｂの上部及び下部において低温媒体室２８ｂに連通されていてもよい。
また、高温媒体流入部、高温媒体流出部、低温媒体流入部、低温媒体流出部がそれぞれ１つずつ設けられている場合でも、高温媒体流入部３１ｂが高温媒体室２８ａの上部において高温媒体室２８ａに連通され、高温媒体流出部３５ａが高温媒体室２８ａの下部において高温媒体室２８ａに連通され、低温媒体流出部３１ｃが低温媒体室２２ｂの下部において低温媒体室２２ｂに連通され、低温媒体流入部３５ｄが低温媒体室２８ｂの上部において低温媒体室２８ｂに連通されていてもよい。尚、図２で示された実施形態も含めて、高温媒体流入、高温媒体流出部、低温媒体流入部、低温媒体流出部がそれぞれ１つずつ設けられている場合において、高温媒体流入及び高温媒体流出部の一方が高温媒体室の上部において高温媒体室に連通すると共に他方が高温媒体室の下部において高温媒体室に連通し、さらに、低温媒体流入及び低温媒体流出部の一方が低温媒体室の上部において低温媒体室に連通すると共に他方が低温媒体室の下部において低温媒体室に連通することにより、高温媒体及び低温媒体が、各高温媒体室及び各低温媒体室内で、下部から上部へまたは上部から下部へ確実に流れるようになるので、十分な熱交換効率が行われるようになる。

実施の形態１では、各冷媒収容室において、液相室と気相室とが１対１で対応していたが、この形態に限定するものではない。図６に、１つの気相室に対して２つの液相室が対応するプレート式熱交換器の変形例の部分断面図を示す。尚、図２の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素を示している。１つの気相室２３ｂには、２つの液相室２３ａ１及び２３ａ２が対応している。２つの液相室２３ａ１及び２３ａ２に隣接するように、高温媒体室２３ｅが設けられている。その他の構成は、図２の実施形態と同じである。図６の実施形態は、高温媒体室２３ｅが設けられていることにより、図２の実施形態に比べて高温媒体室の数が多く、その結果、熱交換面積が増大するので、高温媒体の熱伝達量を増大することができる。尚、図６では、気相室２３ｂに対してのみ２つの液相室２３ａ１及び２３ａ２が対応するようにしたが、その他の気相室２１ｂ，２５ｂ、２７ｂ、２９ｂの全部又は一部に対してそれぞれ、２つの液相室が対応するようにしてもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜６の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器は、実施の形態１に対して、液相室の両側に隣接する２つの高温媒体室同士を１つの高温媒体連通路で連通すると共に気相室の両側に隣接する２つの低温媒体室同士を１つの低温媒体連通路で連通するようにしたものである。

図７に示されるように、ＥＧＲクーラー５８は、１つの高温媒体流入部３１ａ及び１つの高温媒体流出部３５ａを備え、高温媒体室２２ａ及び２４ａ間が高温媒体室２２ａ及び２４ａの下部で１つの高温媒体連通路３２ｂで連通され、高温媒体室２４ａ及び２６ａ間が高温媒体室２４ａ及び２６ａの上部で１つの高温媒体連通路３３ａで連通され、高温媒体室２６ａ及び２８ａ間が高温媒体室２６ａ及び２８ａの下部で１つの高温媒体連通路３４ｂで連通されている。すなわち、ＥＧＲクーラー５８を側方から見たときに、隣り合う高温媒体連通路は、上下方向に交互に位置するように設けられている。

また、ＥＧＲクーラー５８は、１つの低温媒体流出部３１ｃ及び１つの低温媒体流入部３５ｃを備え、低温媒体室２２ｂ及び２４ｂ間が低温媒体室２２ｂ及び２４ｂの下部で１つの低温媒体連通路３２ｄで連通され、低温媒体室２４ｂ及び２６ｂ間が低温媒体室２４ｂ及び２６ｂの上部で１つの低温媒体連通路３３ｃで連通され、低温媒体室２６ｂ及び２８ｂ間が低温媒体室２６ｂ及び２８ｂの下部で１つの低温媒体連通路３４ｄで連通されている。すなわち、ＥＧＲクーラー５８を側方から見たときに、隣り合う低温媒体連通路は、上下方向に交互に位置するように設けられている。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。

高温媒体であるＥＧＲガスは、高温媒体流入部３１ａを介して高温媒体室２２ａの上部から高温媒体室２２ａに流入し、高温媒体室２２ａ内を下降する。高温媒体室２２ａ内のＥＧＲガスは、高温媒体連通路３２ｂを介して高温媒体室２４ａの下部から高温媒体室２４ａに流入し、高温媒体室２４ａ内を上昇する。続いて、高温媒体室２６ａ及び２８ａ内を順次下降及び上昇し、最終的に高温媒体流出部３５ａを介してＥＧＲ通路７（図１参照）に排出される。従って、ＥＧＲクーラー５８を側方から見たときに、ＥＧＲガスは、高温媒体室２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａを、順次上下方向にジグザグ状に上昇及び下降しながら移動する。低温媒体流入部３５ｃを介して低温媒体室２８ｂに流入した低温媒体である冷却水も、ＥＧＲガスと同様に、低温媒体室２８ｂ，２６ｂ，２４ｂ，２２ｂを、順次上下方向にジグザグ状に上昇及び下降しながら移動し、最終的に低温媒体流出部３１ｃを介してＥＧＲクーラー５８から流出し、図示しないラジエータに戻る。

このように、ＥＧＲクーラー５８を側方から見たときに、隣り合う高温媒体連通路が上下方向に交互に位置するように設けられていると共に隣り合う低温媒体連通路が上下方向に交互に位置するように設けられていることにより、ＥＧＲガス及び冷却水がそれぞれ、高温媒体室内及び低温媒体室内を上下方向に上昇または下降して、冷媒である水と確実に熱交換するようになるので、熱交換効率を向上することができる。

実施の形態２では、ＥＧＲガス及び冷却水の両方がそれぞれ、高温媒体室２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ及び低温媒体室２８ｂ，２６ｂ，２４ｂ，２２ｂを順次上下方向にジグザグ状に上昇及び下降しながら流通するようにしたが、いずれか一方のみをこのように流通させるようにしてもよい。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器について説明する。
この発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器は、実施の形態１に対して、高温媒体として異なる二種類の流体を使用すると共に各冷媒収容部同士を連通するようにしたものである。

図８に示されるように、ＥＧＲクーラー５９は、側壁プレート１０と９枚の伝熱プレート６１〜６９とが積層されて構成されている。また、高温媒体室２４ａに連通する高温媒体流出部３６ａ及び高温媒体室２６ａに連通する高温媒体流入部３７ａがそれぞれ、伝熱プレート６１〜６９が積層される方向に対して垂直な向きに設けられている。尚、高温媒体室２４ａと高温媒体室２６ａとは、連通されていない。

図９に示されるように、伝熱プレート６２には、２つの冷媒連通路７２が設けられている。また、伝熱プレート６１には、各冷媒連通路７２に接続される２つの穴７１が設けられている。冷媒連通路７２と穴７１とによって、流通部２２（図８参照）の両側に伝熱プレート６１及び６２を介して隣接する２つの冷媒収容部２１及び２３間が連通されている。尚、冷媒連通路７２は、液相室及び気相室の両方に連通するように設けられている。伝熱プレート６３，６５，６７，６９は伝熱プレート６１と同じ構造を有すると共に伝熱プレート６４，６６，６８は伝熱プレート６２と同じ構造を有することにより、冷媒収容部２３及び２５間と、冷媒収容部２５及び２７間と、冷媒収容部２７及び２９間とがそれぞれ連通される。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。

第１の高温媒体であるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路７（図１参照）内を流通し、高温媒体流入部３１ｂを介してＥＧＲクーラー５９内に流入する。高温媒体流入部３１ｂを流通するＥＧＲガスは、高温媒体室２２ａ内に流入し、伝熱プレート６１及び６２を介して高温媒体室２２ａに隣接する液相室２１ａ及び２３ａ内の水と熱交換することにより冷却される。続いて、高温媒体室２２ａ内のＥＧＲガスは、高温媒体連通路３２ａ及び３２ｂを介して高温媒体室２４ａに流入し、同様にして、液相室２３ａ及び２５ａ内の水と熱交換することにより冷却され、最終的に高温媒体流出部３６ａを介してＥＧＲ通路７へ排出される。

また、第２の高温媒体であるエンジンオイルは、高温媒体流入部３７ａを介してＥＧＲクーラー５９内に流入する。高温媒体流入部３７ａを流通するエンジンオイルは、高温媒体室２６ａ内に流入し、伝熱プレート６５及び６６を介して高温媒体室２６ａに隣接する液相室２５ａ及び２７ａ内の水と熱交換することにより冷却される。続いて、高温媒体室２６ａ内のエンジンオイルは、高温媒体連通路３４ａ及び３４ｂを介して高温媒体室２８ａに流入し、同様にして、液相室２７ａ及び２９ａ内の水と熱交換することにより冷却され、最終的に高温媒体流出部３５ａを介してＥＧＲクーラー５９から流出する。
尚、低温媒体である冷却水が各低温媒体室を流通する動作については、実施の形態１と同じである。

液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａにおいて、ＥＧＲガスまたはエンジンオイルと熱交換した水は、蒸発して気体の水となり、実施の形態１と同様にして、液相室２１ａ，２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ及び気相室２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂ間をそれぞれ、蒸発及び凝縮を伴いながら循環する。この循環動作の他に、実施の形態３では、各冷媒収容部同士が冷媒連通路を介して連通されているので、各冷媒収容部間での水の移動も生じる。通常、ＥＧＲガス及びエンジンオイルは各液相室で順次冷却されるので、各液相室内のＥＧＲガス及びエンジンオイルの温度は液相室ごとに異なる。また、冷却水も各気相室で順次昇温されるので、各気相室内の冷却水の温度は、気相室ごとに異なる。その結果、各液相室で必要とされる、ＥＧＲガス及びエンジンオイルを冷却する能力及び各気相室で必要とされる、水を冷却する能力はそれぞれ異なるものである。すると、各冷媒収容部が連通していることにより、当該冷却能力が比較的必要とされていない液相室及び気相室から、大きな冷却能力が必要とされている液相室及び気相室に水が移動して、当該冷却能力を補うことができる。これにより、各液相室及び各気相室において、適切な冷却能力が発揮されるようになる。

このように、伝熱プレート６１〜６９が積層される方向に対して垂直な向きに設けられている高温媒体流出部３６ａ及び高温媒体流入部３７ａをさらに有することにより、例えば、高温媒体室２２ａ及び２４ａにはＥＧＲガスを流通させると共に高温媒体室２６ａ及び２８ａにはエンジンオイルを流通させることができるので、異なる二種類の高温媒体を冷却することができる。
また、各流通部の両側に隣接する２つの冷媒収容部同士が冷媒連通路を介して連通されていることにより、冷却能力が比較的必要とされていない液相室及び気相室から、大きな冷却能力が必要とされている液相室及び気相室に水が移動できるようになるので、各液相室及び各気相室において、適切な冷却能力を発揮させることができる。

実施の形態３では、高温媒体流出部３６ａ及び高温媒体流入部３７ａだけが、伝熱プレート６１〜６９が積層される方向に対して垂直な向きに設けられていたが、高温媒体流入部３１ｂと、高温媒体流出部３５ａと、低温媒体流出部３１ｃと、低温媒体流入部３５ｄとについても、同様の向きに設けることができる。これにより、ＥＧＲクーラー８を設置する際の自由度を増すことができる。また、当該向きに設けられた高温媒体流入部及び高温媒体流出部の数を増加することにより、三種類以上の高温媒体の冷却も可能になる。さらに、当該向きに設けられた低温媒体流入部及び低温媒体流出部をさらに備えることにより、低温媒体についても、複数種類流通させることができる。

実施の形態３では、１つの冷媒連通路が液相室及び気相室の両方に連通するように設けられていたが、このような形態に限定するものではない。冷媒連通路が、液相室同士を連通するような形態でも、気相室同士を連通するような形態でもよい。

実施の形態１〜３では、本願発明に係るプレート式熱交換器の用途として、ディーゼルエンジンのＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラーを例にして説明したが、これに限定するものではなく、様々な用途の熱交換器として使用することができる。その他に適した用途としては、半導体製造装置等に用いられる冷却装置が挙げられる。
また、実施の形態１〜３では、冷媒として水を使用したが、これに限定するものではない。相変化可能な流体であればなんでもよく、その他に、フロン、アンモニア、エタノール等が使用可能である。
さらに、実施の形態１〜３では、高温媒体をＥＧＲガス及びエンジンオイルとし、低温媒体を冷却水として説明したが、これらに限定するものではない。高温媒体及び低温媒体とも、本願発明に係るプレート式熱交換器の用途によって適宜変更可能なものである。

この発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器を備えたディーゼルエンジンの構成模式図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器の側方断面図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの平面図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの変形例の平面図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器の変形例の側方断面図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器の別の変形例の側方部分断面図である。 実施の形態２に係るプレート式熱交換器の側方断面図である。 実施の形態３に係るプレート式熱交換器の側方断面図である。 実施の形態３に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの平面図である。 従来の沸騰冷却式熱交換器の断面図である。

符号の説明

８，５８，５９ ＥＧＲクーラー（プレート式熱交換器）、２１，２３，２５，２７，２９ 冷媒収容部、２１ａ，２３ａ，２３ａ１，２３ａ２，２５ａ，２７ａ，２９ａ 液相室、２１ｂ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂ 気相室、２２ａ，２３ｅ，２４ａ，２６ａ，２８ａ 高温媒体室、２２ｂ，２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ 低温媒体室、３１ａ，３１ｂ，３７ａ 高温媒体流入部、３１ｃ，３１ｄ 低温媒体流出部、３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ 高温媒体連通路、３２ｃ，３２ｄ，３３ｃ，３３ｄ，３４ｃ，３４ｄ 低温媒体連通路、３５ａ，３５ｂ，３６ａ 高温媒体流出部、３５ｃ，３５ｄ 低温媒体流入部、３９ 分割部、４１，４２ 隙間（連通部）、４３，４４ 仕切板、４５ 気体冷媒流路、４６ 液体冷媒流路。

Claims (10)

1. 液相室と気相室とに分割され、冷媒を収容する冷媒収容部と、
   前記気相室に隣接する低温媒体室及び前記液相室に隣接する高温媒体室と
   を備え、
   前記冷媒収容部と前記低温媒体部及び前記高温媒体部とが積層され、
   前記液相室と前記気相室とは、気体冷媒流路及び液体冷媒流路によって連通されており、
   使用時には、前記気相室が前記液相室より上方に位置するように配置されるプレート式熱交換器。
2. 前記気体冷媒流路の開口面積は、前記液体冷媒流路の開口面積よりも大きい、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記液相室の両側に配置される高温媒体室同士が連通されている、請求項１または２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記液相室の両側に配置される高温媒体室は、該高温媒体室の上部または下部において、１つの高温媒体連通路によって連通されており、
   前記プレート式熱交換器を側方から見たときに、隣り合う高温媒体連通路は、上下方向に交互に位置するように設けられている、請求項３に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記気相室の両側に配置される低温媒体室が連通されている、請求項請求項１〜４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記気相室の両側に配置される低温媒体室は、該低温媒体室の上部または下部において、１つの低温媒体連通路によって連通されており、
   前記プレート式熱交換器を側方から見たときに、隣り合う低温媒体連通路は、上下方向に交互に位置するように設けられている、請求項５に記載のプレート式熱交換器。
7. 前記高温媒体室及び前記低温媒体室の両側に配置される冷媒収容部同士が連通されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
8. 前記プレート式熱交換器の外部から、前記高温媒体室の１つに高温媒体が流入する高温媒体流入部と、
   前記高温媒体室の１つから、前記プレート式熱交換器の外部へ高温媒体が流出する高温媒体流出部と、
   前記プレート式熱交換器の外部から、前記低温媒体室の１つに低温媒体が流入する低温媒体流入部と、
   前記低温媒体室の１つから、前記プレート式熱交換器の外部へ低温媒体が流出する低温媒体流出部と
   をそれぞれ少なくとも１ずつ備え、
   これらのうちの少なくとも１つは、前記冷媒収容部と前記高温媒体室及び前記低温媒体室とが積層される方向に対して垂直に、前記高温媒体室または前記低温媒体室に接続されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
9. 前記冷媒収容部には、前記液相室と前記気相室とを分割する分割部が設けられ、
   該分割部は、前記液相室と前記気相室とを部分的に連通する少なくとも２つの連通部を有し、
   前記気体冷媒流路は、前記少なくとも２つの連通部のうちの一部と連通するように前記分割部から上方に延びるように設けられた仕切板から構成され、
   前記液体冷媒流路は、前記少なくとも２つの連通部のうちの他の連通部と連通するように前記分割部から下方に延びるように設けられた仕切板から構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
10. 前記液相室内の液体冷媒は、前記高温媒体室内の高温媒体と熱交換して気体冷媒となって前記気体冷媒流路を介して前記気相室に流入し、該気相室内の気体冷媒は、前記低温媒体室内の低温媒体と熱交換して液体冷媒となって前記液体冷媒流路を介して前記液相室に流入する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。

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