JP2017020694A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、第一流体の流通方向を変更させる方向変換流路内での第一流体の流通性能を確保しつつ、該方向変換流路を形成する伝熱プレートに対する機械的なダメージを低減することのできるプレート式熱交換器を提供する。【解決手段】 本発明は、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、方向変換流路に対して一次流路が連通する位置と方向変換流路に対して二次流路が連通する位置との間で相手方の伝熱プレートに向けて延出して該相手方の伝熱プレートを支持する少なくとも二つの支持部を備え、該二つの支持部間に一次流路側と二次流路側とを連通させる通路が形成されている。【選択図】図９

Description

本発明は、複数の伝熱プレートを備えたプレート式熱交換器に関する。

従来から、第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換器として、プレート式熱交換器が提供されている。

プレート式熱交換器は、図１４に示す如く、一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート５…であって、第一流体Ｘを流通させる第一流路Ｐｘと第二流体Ｙを流通させる第二流路Ｐｙとを区切る複数の伝熱プレート５…を備える。

この種のプレート式熱交換器ＨＥにおいて、第一流路Ｐｘと第二流路Ｐｙとが伝熱プレート５を境にして一方向に交互に形成されている。これにより、プレート式熱交換器ＨＥは、伝熱プレート５を介して第一流路Ｐｘを流通する第一流体Ｘと、第二流路Ｐｙを流通する第二流体Ｙとを熱交換させるようになっている。

ところで、この種のプレート式熱交換器ＨＥには、第一流体Ｘの流路として、一方向の途中位置で隣り合う二つの伝熱プレート５，５間に形成された方向変換流路Ｐｃと、一方向に延び且つ方向変換流路Ｐｃに連通する少なくとも一つの一次流路Ｐｆと、一方向に延び且つ方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置に対して一方向と直交する方向の異なる位置で方向変換流路Ｐｃに連通するとともに第一流路Ｐｘに直接的又は間接的に連通する少なくとも一つの二次流路Ｐｓとを含むものがある（例えば、特許文献１参照）。

この種のプレート式熱交換器ＨＥにおいて、第一流体Ｘは、一次流路Ｐｆから方向変換流路Ｐｃ内に流入し、方向変換流路Ｐｃで一次流路Ｐｆの流通方向と直交方向に流れた上で、二次流路Ｐｓに流出する。すなわち、この種のプレート式熱交換器ＨＥにおいて、方向変換流路Ｐｃは、一次流路Ｐｆからの第一流体Ｘの流通方向を変換した上で、二次流路Ｐｓに流出させるようになっている。

これにより、この種のプレート式熱交換器ＨＥは、第一流体Ｘの性状や第一流体Ｘの圧力損失の改善等の目的に応じ、第一流体Ｘの流通経路の切り換えや第一流体Ｘの分流を行うようになっている。

特開２０１５−３４６９２号公報

ところで、この種のプレート式熱交換器ＨＥにおいて、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート５，５は、第一流体Ｘの流通性を確保すべく、方向変換流路Ｐｃを形成する領域（一次流路Ｐｆ及び二次流路Ｐｓの連通する位置を含む領域）同士を離間させて配置される。そのため、一次流路Ｐｆ、二次流路Ｐｓ、及び方向変換流路Ｐｃを第一流体Ｘが流通すると、第一流体Ｘの流体圧が伝熱プレート５における方向変換流路Ｐｃを形成する領域及びその周辺に曲げ作用を生じさせる。その結果、伝熱プレート５，５同士の接合箇所や伝熱プレート５そのものが機械的にダメージを受けてしまう。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、第一流体の流通方向を変更させる方向変換流路内での第一流体の流通性能を確保しつつ、該方向変換流路を形成する伝熱プレートに対する機械的なダメージを低減することのできるプレート式熱交換器を提供することを課題とする。

本発明に係るプレート式熱交換器は、一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレートであって、第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とを区切る複数の伝熱プレートを備え、第一流路と第二流路とが伝熱プレートを境にして一方向に交互に形成され、第一流体の流路として、一方向の途中位置で隣り合う二つの伝熱プレート間に形成された方向変換流路と、一方向に延び且つ方向変換流路に連通する少なくとも一つの一次流路と、一方向に延び且つ方向変換流路に対して一次流路が連通する位置に対して一方向と直交する方向の異なる位置で方向変換流路に連通するとともに第一流路に直接的又は間接的に連通する少なくとも一つの二次流路とを有するプレート式熱交換器において、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、方向変換流路に対して一次流路が連通する位置と方向変換流路に対して二次流路が連通する位置との間で相手方の伝熱プレートに向けて延出して該相手方の伝熱プレートを支持する少なくとも二つの支持部を備え、該二つの支持部間に一次流路側と二次流路側とを連通させる通路が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、第一流体は、一次流路で一方向に流通した上で方向変換流路内に流入し、該方向変換流路で一方向と直交する方向（一次流路における第一流体の流通方向と直交する方向）に流れた上で二次流路に流入する。従って、第一流体は、二次流路を経て第一流路に到達し、第一流路を流通する間に第二流路を流通する第二流体と熱交換する。

このように第一流体が流通するに際し、第一流体の流体圧が方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートに作用することになる。

しかし、上記構成のプレート式熱交換器においては、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレート（隣り合う伝熱プレート）のうちの少なくとも何れか一方は、方向変換流路に対して一次流路が連通する位置と方向変換流路に対して二次流路が連通する位置との間で相手方の伝熱プレートに向けて延出して該相手方の伝熱プレートを支持する少なくとも二つの支持部を備えるため、該二つの伝熱プレートにおける方向変換流路を形成する領域に第一流体の流体圧が作用しても、伝熱プレートの方向変換流路を形成する領域同士が支持部を介して支え合う。

これにより、伝熱プレートの方向変換流路を形成する領域或いはその近傍に曲げ作用が生じにくくなり、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートに対する機械的なダメージが低減される。そして、二つの支持部間に一次流路側と二次流路側とを連通させる通路が形成されているため、方向変換流路における第一流体の流通の円滑性が確保される。

本発明の一態様として、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、二つの支持部同士を接続する接続部を備えてもよい。このようにすれば、接続部が二つの支持部を拘束し、各支持部の傾倒が防止される。これにより、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのそれぞれは、相手方の伝熱プレートを確実に支持し、機械的なダメージを受けることをより確実に防止する。

本発明の他態様として、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、該二つの伝熱プレートの間の空間を方向変換流路と、第一流路又は第二流路の何れか一方とに区画する区画部を備えてもよい。このようにすれば、隣り合う二つの伝熱プレートの間の空間の一部を熱交換に活用できる流路（第一流路又は第二流路）にできるため、処理能力を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、第一流体の流通方向を変更させる方向変換流路内での第一流体の流通性能を確保しつつ、該方向変換流路を形成する伝熱プレートに対する機械的なダメージを低減することができるという優れた効果を奏し得る。

図１は、本発明の一実施形態に係るプレート式熱交換器の全体斜視図である。 図２は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の概略分解斜視図である。 図３は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の概略断面図であって、第一流体及び第二流体の流通経路を示す概略断面図である。 図４は、同施形態に係るプレート式熱交換器に採用される伝熱プレートの概略斜視図である。 図５は、同施形態に係るプレート式熱交換器に採用される伝熱プレートの概略斜視図である。 図６は、同実施形態に係るプレート式熱交換器において、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの一方の伝熱プレートの部分拡大図であって、図６（ａ）は、伝熱プレートのプレート本体における第二領域の部分拡大正面図であり、図６（ｂ）は、伝熱プレートのプレート本体における第二領域の部分拡大背面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。 図７は、同実施形態に係るプレート式熱交換器において、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの他方の伝熱プレートの部分拡大図であって、図７（ａ）は、伝熱プレートのプレート本体における第二領域の部分拡大正面図であり、図７（ｂ）は、伝熱プレートのプレート本体における第二領域の部分拡大背面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図８は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の部分拡大断面図であって、支持部及び通路を含む部分断面図である。 図９は、同実施形態に係るプレート式熱交換器における一次流路から二次流路に向けての第一流体の流通経路の説明図である。 図１０は、本発明の他実施形態に係るプレート式熱交換器における第一流体の流通経路の説明図であって、図１０（ａ）は、単一の方向変換流路に対し、単一の一次流路が接続されるとともに複数（四つ）の二次流路が接続された流路経路の概略図であり、図１０（ｂ）は、単一の方向変換流路に対し、単一の一次流路が接続されるとともに、単一の方向変換流路に単一又は複数の二次流路が接続された流路経路の概略図である。 図１１は、本発明の別の実施形態に係るプレート式熱交換器の部分拡大断面図であって、支持部及び通路を含む部分断面図である。 図１２は、本発明のさらに別の実施形態に係るプレート式熱交換器の部分拡大断面図であって、支持部及び通路を含む部分断面図である。 図１３は、本発明のさらに別の実施形態に係るプレート式熱交換器の部分拡大断面図であって、支持部及び通路を含む部分断面図である。 図１４は、従来のプレート式熱交換器における第一流体の流通経路の説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係るプレート式熱交換器について、添付図面を参照しつつ説明する。

プレート式熱交換器は、図１に示す如く、一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート１…，２…を備える。かかるプレート式熱交換器ＨＥにおいて、図２及び図３に示す如く、第一流体Ｘを流通させる第一流路Ｐｘと第二流体Ｙを流通させる第二流路Ｐｙとが伝熱プレート１，２を境にして一方向に交互に形成されている。

ここで、プレート式熱交換器ＨＥの有する流路であって、第一流路Ｐｘ及び第二流路Ｐｙのそれぞれに繋がる流路について具体的に説明する。プレート式熱交換器ＨＥは、複数の伝熱プレート１…，２…を一方向に貫通して第一流路Ｐｘのみに間接的に連通する第一流入路Ｐ１ａと、複数の伝熱プレート１…，２…を一方向に貫通して第一流路Ｐｘのみに連通する第一流出路Ｐ１ｂと、複数の伝熱プレート１…，２…を一方向に貫通して第二流路Ｐｙのみに連通する第二流入路Ｐ２ａと、複数の伝熱プレート１…，２…を一方向に貫通して第二流路Ｐｙのみに連通する第二流出路Ｐ２ｂとを有する。

また、プレート式熱交換器ＨＥは、第一流体Ｘの流路として、一方向の途中位置で隣り合う二つの伝熱プレート１，２間に形成された方向変換流路Ｐｃと、一方向に延び且つ方向変換流路Ｐｃに連通する少なくとも一つの一次流路Ｐｆと、一方向に延び且つ方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置に対して一方向と直交する方向の異なる位置で方向変換流路Ｐｃに連通するとともに第一流路Ｐｘに直接的又は間接的に連通する少なくとも一つの二次流路Ｐｓとを有する。

方向変換流路Ｐｃは、第一流体Ｘの性状や第一流体Ｘの圧力損失等を考慮して、一方向の途中位置の少なくとも一箇所に設けられる。本実施形態において、プレート式熱交換器ＨＥは、図３に示す如く、複数の方向変換流路Ｐｃ…を有する。

複数の方向変換流路Ｐｃは、一方向に間隔をあけて（複数の第一流路Ｐｘ及び第二流路Ｐｙを介在させて）配置される。各方向変換流路Ｐｃには、それぞれに対応して設けられた一次流路Ｐｆ及び二次流路Ｐｓが連通している。

複数の方向変換流路Ｐｃは、流体的に接続されている。本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥは、三つの方向変換流路Ｐｃ…を有し、一方向の中央位置にある方向変換流路Ｐｃが最上流の方向変換流路Ｐｃとされ、残りの二つの方向変換流路Ｐｃが最下流の方向変換流路Ｐｃとされている。

一次流路Ｐｆは、方向変換流路Ｐｃを上流側の流路と接続する流路であり、接続の対象となる単一の方向変換流路Ｐｃに対して少なくとも一つ設けられる。これに対し、二次流路Ｐｓは、方向変換流路Ｐｃを下流側の流路と接続する流路であり、接続の対象となる単一の方向変換流路Ｐｃに対して少なくとも一つ設けられる。

本実施形態において、単一の方向変換流路Ｐｃに対して一つの一次流路Ｐｆが連通するとともに、単一の方向変換流路Ｐｃに対して二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓが連通している。

より具体的に説明すると、本実施形態において、最上流の方向変換流路Ｐｃに連通する一次流路Ｐｆは、第一流入路Ｐ１ａである。最上流の方向変換流路Ｐｃに接続される二次流路Ｐｓは、最上流の方向変換流路Ｐｃに連通する一次流路Ｐｆに対して一方向と直交する方向の異なる位置で該一次流路Ｐｆと同方向に延びている。

本実施形態において、最上流の方向変換流路Ｐｃに接続される二次流路Ｐｓは、二つ設けられている。二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓは、最上流の方向変換流路Ｐｃの両側に配置される。すなわち、二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓのうちの一方の二次流路Ｐｓは、最上流の方向変換流路Ｐｃから該方向変換流路Ｐｃよりも一方向の一方側に向けて延び、二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓのうちの他方の二次流路Ｐｓは、最上流の方向変換流路Ｐｃから該方向変換流路Ｐｃよりも一方向の他方側に向けて延びている。すなわち、最上流の方向変換流路Ｐｃと二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓは、分岐流路を構成している。

三つの方向変換流路Ｐｃのうちの最下流となる二つの方向変換流路Ｐｃのうちの一方は、最上流の方向変換流路Ｐｃよりも一方向の一方側の領域の中央位置にあり、三つの方向変換流路Ｐｃのうちの最下流となる二つの方向変換流路Ｐｃのうちの他方は、最上流の方向変換流路Ｐｃよりも一方向の他方側の領域の中央位置にある。

本実施形態において、最下流の方向変換流路Ｐｃに接続される一次流路Ｐｆは、最上流の方向変換流路Ｐｃに接続された二次流路Ｐｓである。すなわち、方向変換流路Ｐｃが複数設けられる場合、上流側の方向変換流路Ｐｃに接続された二次流路Ｐｓは、下流側の方向変換流路Ｐｃに接続される一次流路Ｐｆとされる。

最下流の方向変換流路Ｐｃに接続される二次流路Ｐｓは、最下流の方向変換流路Ｐｃと連通する一次流路Ｐｆ（上流側の方向変換流路Ｐｃに対する二次流路Ｐｓ）に対して一方向と直交する方向の異なる位置で該一次流路Ｐｆと同方向に延びている。

本実施形態において、最下流の方向変換流路Ｐｃに接続される二次流路Ｐｓは、二つ設けられている。二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓは、最下流の方向変換流路Ｐｃの両側に配置される。すなわち、二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓのうちの一方の二次流路Ｐｓは、最下流の方向変換流路Ｐｃから一方向の一方側に向けて延び、二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓのうちの他方の二次流路Ｐｓは、最下流の方向変換流路Ｐｃから一方向の他方側に向けて延びている。これにより、最下流の方向変換流路Ｐｃと二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓは、分岐流路を構成している。本実施形態においては、最下流の方向変換流路Ｐｃと連通する二次流路Ｐｓ，Ｐｓの終端は、第一流路Ｐｘのみと連通している。

このように、本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥでは、第一流体Ｘにおける第一流路Ｐｘに至るまでの流通経路は、複数箇所で分岐を繰り返し、最終的に第一流路Ｐｘに接続されている。

ところで、プレート式熱交換器ＨＥは、上述の如く、第一流路Ｐｘと第二流路Ｐｙとが伝熱プレート１…，２…を境にして交互に形成されることで、第一流体Ｘと第二流体Ｙとを熱交換させる。そして、上述の如く、隣り合う伝熱プレート１…，２…間全域を方向変換流路Ｐｃとすると、この部分に第一流路Ｐｘ又は第二流路Ｐｙを配置できなくなり、熱交換能力を低下させてしまう虞がある。

そこで、本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥにおいては、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２の間の空間を、少なくとも第一流路Ｐｘ又は第二流路Ｐｙとする第一領域Ａ１と、方向変換流路Ｐｃとする第二領域Ａ２とに区画し、二枚の伝熱プレート１，２の間の空間を最大限活用できるようになっている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥの有する流路は、以上の通りであり、上記の流路に応じて伝熱プレート１…，２…の複数箇所に開口が設けられる（図２参照）。

具体的に説明すると、複数の伝熱プレート１…，２…のそれぞれは、図４及び図５に示す如く、第一面と該第一面とは反対向きの第二面とを有するプレート本体１０，２０と、プレート本体１０，２０の外周から該プレート本体１０，２０の第二面側に突出する環状の嵌合部１１，２１とを備える。

複数の伝熱プレート１…，２…のそれぞれのプレート本体１０，２０は、第一流路Ｐｘに繋がる流路を形成するための開口、及び第二流路Ｐｙに繋がる流路を形成するための開口を複数箇所に有する。すなわち、複数の伝熱プレート１…，２…のそれぞれのプレート本体１０，２０は、複数箇所に開口を有し、複数の伝熱プレート１…，２…が一方向に重ね合わされた状態で、伝熱プレート１，２の特定の位置にある単一の開口、或いは複数の伝熱プレート１…，２…の特定の位置にある複数の開口が、第一流路Ｐｘに繋がる流路、及び第二流路Ｐｙに繋がる流路を形成する。

なお、伝熱プレート１，２のプレート本体１０，２０に設けられる開口の数及び位置は、伝熱プレート１，２の重ね合わされる位置によって異なるため（図２参照）、図４及び図５において、伝熱プレート１，２の全体を概略的に図示し、配置位置によって開口となるべき領域（開口される領域）を二点鎖線で包囲した領域として示している。すなわち、図４及び図５において、二点鎖線で包囲された領域は、必ずしも全てが開口とはならず、伝熱プレート１，２に配置に応じて開口される。

複数の伝熱プレート１…，２…のそれぞれは、プレート本体１０，２０の第一流路Ｐｘ及び第二流路Ｐｙを形成する領域に複数の凹条１２…，２２…及び凸条１３…，２３…を有し、一方向に重ね合わされることで、隣り合う伝熱プレート１，２の凸条１３，２３同士が交差衝合するように構成される。

本実施形態において、プレート式熱交換器ＨＥは、プレート本体１０，２０の凸条１３…，２３…の傾斜方向を異にする伝熱プレート１，２を備える。すなわち、プレート式熱交換器ＨＥは、プレート本体１０に対して幅方向の中央から両端に向けて上り傾斜した凹条１２…及び凸条１３…の形成された伝熱プレート１（図４参照）と、プレート本体２０に対して幅方向の中央から両端に向けて下り傾斜した凹条２２…及び凸条２３…の形成された伝熱プレート２（図５参照）とを備え、これらを一方向で交互に配置することで、隣り合う伝熱プレート１，２のプレート本体１０，２０の凸条１３，２３同士を交差衝合させている（図２参照）。

本実施形態においては、上述の如く、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１…，２…の間の空間が第一領域Ａ１と第二領域Ａ２とに区画される。これに伴い、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）に示す如く、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれは、相手方の伝熱プレート１，２に向けて突出して該伝熱プレート１，２に密接可能な区画部１４，２４を備える。区画部１４，２４は、プレート本体１０，２０の第一面又は第二面の少なくとも何れか一方の全域を第一領域Ａ１と第二領域Ａ２とのそれぞれと対応する領域に区画するように配置される。これに伴い、一次流路Ｐｆ及び二次流路Ｐｓを形成する開口は、区画部１４，２４によって包囲された領域であって、方向変換流路Ｐｃを形成する第二領域Ａ２と対応する領域内に配置される。本実施形態においては、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれの区画部１４，２４同士が密接するようになっている（図８参照）。なお、図６（ａ）及び図７（ａ）において、正面視手前側に突出した領域にドットを付し、図６（ｂ）及び図７（ｂ）において、背面視手前側に突出した領域にドットを付している。

そして、伝熱プレート１，２におけるプレート本体１０，２０の第一領域Ａ１は、第一流路Ｐｘ及び第二流路Ｐｙを形成する領域（第一流路Ｐｘと第二流路Ｐｙとを区切る領域）とされる。すなわち、第一領域Ａ１は、第一流体Ｘと第二流体Ｙとを熱交換させる伝熱領域とされる。これに伴い、第一領域Ａ１の第一面及び第二面のそれぞれには、複数の凹条１２…，２２…及び凸条１３…，２３…が設けられる。なお、伝熱プレート１，２は、金属プレートをプレス成形したものであり、第一面の凹条１２，２２は、第二面の凸条１３，２３を形成し、第一面の凸条１３，２３は、第二面の凹条１２，２２を形成している。そして、上述の如く、凹条１２，２２及び凸条１３，２３の傾斜方向を異にする伝熱プレート１，２が交互に重ね合わされることで、隣り合う伝熱プレート１，２の第一領域Ａ１，Ａ１にある凸条１３…，２３…同士が交差衝合するようになっている。

これに対し、各伝熱プレート１，２のプレート本体１０，２０の第二領域Ａ２には、凹条１２…，２２…及び凸条１３…，２３…はなく、各プレート本体１０，２０の第二領域Ａ２は、一部（開口や後述する支持部１５，２５の存在する部分）を除いて平板状に形成される。すなわち、プレート本体１０，２０の第二領域Ａ２は、一方向に重ね合わされた状態で、隣り合う伝熱プレート１…，２…におけるプレート本体１０，２０の第二領域Ａ２に対して間隔をあけて面対向するように形成される。

そして、本実施形態においては、上述の如く、単一の方向変換流路Ｐｃに対して単一の一次流路Ｐｆが連通するとともに、一対の二次流路Ｐｓ，Ｐｓが連通する。このため、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のうちの一方の伝熱プレート１における第二領域Ａ２には、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く、一次流路Ｐｆを形成する開口及び一方の二次流路Ｐｓを形成する開口が設けられている。これに対し、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のうちの他方の伝熱プレート２における第二領域Ａ２には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す如く、他方の二次流路Ｐｓを形成する開口のみが設けられている。

本実施形態において、一方の伝熱プレート１の第二領域Ａ２に設けられた一方の二次流路Ｐｓを形成する開口と、他方の伝熱プレート２の第二領域Ａ２に設けられた他方の二次流路Ｐｓを形成する開口とは、対応した配置（重なる配置）となっている。従って、方向変換流路Ｐｃに対して二つの二次流路Ｐｓ，Ｐｓのそれぞれが連通する位置は、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置に対して一方向と直交する方向において同じ距離離れた位置となっている。

本実施形態において、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれは、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図７（ａ）、及び図７（ｃ）に示す如く、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓが連通する位置との間で相手方の伝熱プレート１，２に向けて延出して該相手方の伝熱プレート１，２を支持する少なくとも二つの支持部１５…，２５…を備える。本実施形態において、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓが連通する位置との間に、六つの支持部１５…，２５…が設けられている。

この少なくとも二つの支持部１５…，２５…は、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓが連通する位置とが並ぶ方向と直交する方向に間隔をあけて配置される。これにより、隣り合う二つの支持部１５，１５，２５，２５間に一次流路Ｐｆ側と二次流路Ｐｓ側とを連通させる通路１７，２７が形成されている。

各支持部１５…，２５…は、片状に形成され、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓが連通する位置とが並ぶ方向と直交する方向におけるサイズが、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓが連通する位置とが並ぶ方向におけるサイズよりも小さく設定されている。

本実施形態において、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれは、二つの支持部１５，１５，２５，２５同士を接続する接続部１６，２６を備える。本実施形態において、接続部１６，２６は、二つの支持部１５，１５，２５，２５の先端同士を接続している。これに伴い、接続部１６，２６は、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２を一方向に重ね合わせた状態で、相手方の伝熱プレート１，２に当接するように配置されている。

本実施形態において、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれの支持部１５，２５は、対応した配置とされる。これに伴い、図８に示す如く、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２を一方向に重ね合わせた状態で、互いの接続部１６，２６同士が当接する。

本実施形態においては、上述の如く、伝熱プレート１，２が金属プレートをプレス成形により作製される。これに伴い、支持部１５，２５及び接続部１６，２６は、プレス成形によって形成される膨出部の一部に貫通孔を設けることで形成されている。

具体的には、金属プレートから伝熱プレート１，２を作製するにあたり、金属プレートがプレス成形され、そのプレス成形により、プレート本体１０，２０の第二領域Ａ２となる領域内に第一面側に突出した膨出部（図示しない）が形成される。膨出部は、正面視多角形状に形成される。すなわち、正面視多角筒状の周壁部と、周壁部の先端開口を閉じる正面視多角形状の閉塞部とを有する膨出部が形成される。

周壁部は、多角筒状に形成されることにより、連続する複数の平板部を有し、そのうちの少なくとも一つの平板部（好ましくは、互いに対向する二つの平板部）が、一次流路Ｐｆと二次流路Ｐｓとが並ぶ方向と対応する方向に沿った配置とされる。そして、周壁部に対して一次流路Ｐｆを形成する開口と二次流路Ｐｓを形成する開口との並ぶ方向に貫通した貫通孔が形成される。貫通孔は、例えば、正面視において、周壁部だけでなくその周辺（閉塞部の一部及び周壁部の基部近傍の一部）に至るサイズに形成される。すなわち、貫通孔は、例えば、レーザー切断により周壁部の一部を完全に切除し且つ当該貫通孔を画定するエッジが周壁部と閉塞部との境界及び周壁部の基部から外れた位置となるように形成される。これにより、第一流体Ｘの流体圧が作用したときに、貫通孔を画定するエッジ近傍に応力集中が発生することを抑制している。

これにより、貫通孔の両側に板片状の支持部１５，１５，２５，２５が形成されるとともに、支持部１５，１５，２５，２５を接続した接続部１６，２６が形成される。すなわち、膨出部の周壁部の一部によって一対の支持部１５，１５が形成されるとともに、膨出部の閉塞部の一部によって一対（二つ）の支持部１５，１５，２５，２５を接続した接続部１６，２６が形成される。

そして、上記構成を有する複数の伝熱プレート１…，２…は、互いのプレート本体１０，２０を一方向に重ね合わせた状態で配置される。この状態で隣り合う伝熱プレート１…，２…の嵌合部１１，２１同士が嵌合状態で密接する。そして、一次流路Ｐｆ、二次流路Ｐｓ等の流路形態に応じて隣り合う伝熱プレート１…，２…の開口周辺同士が密接する。これに伴い、本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥは、隣り合う伝熱プレート１，２の互いに密接する部位同士がロウ付けされる。これにより、必要箇所がシールされ、各流路Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐｆ，Ｐｓが形成される。また、隣り合う伝熱プレート１，２のプレート本体１０，２０の凸条１３，２３同士が交差衝合しているため、ロウ付けにより凸条１３，２３同士が交差点で接合される。

本実施形態では、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれは、第二領域Ａ２に相手方の伝熱プレート１，２を支持する支持部１５，２５と、隣り合う支持部１５，１５，２５，２５同士を接続する接続部１６，２６とを備え、互いの接続部１６，２６同士が密接しているため、ロウ付けによって接続部１６，２６同士が接合される。これにより、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２（第二領域Ａ２）は、支持部１５，２５を介して一方向の変形や移動が拘束される。

また、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２におけるプレート本体１０，２０の第二領域Ａ２において、図８及び図９に示す如く、隣り合う支持部１５，１５，２５，２５間に一次流路Ｐｆ側と二次流路Ｐｓ側とを連通させる通路１７，２７が形成される。従って、一次流路Ｐｆを通って方向変換流路Ｐｃに流入した第一流体Ｘは、方向変換流路Ｐｃにおいて、一方向と直交する方向に流れるに際し、支持部１５，１５，２５，２５間の通路１７，２７を通って二次流路Ｐｓに流入する。

以上のように、本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥは、一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート１…，２…であって、第一流体Ｘを流通させる第一流路Ｐｘと第二流体Ｙを流通させる第二流路Ｐｙとを区切る複数の伝熱プレート１…，２…を備え、第一流路Ｐｘと第二流路Ｐｙとが伝熱プレート１，２を境にして一方向に交互に形成され、第一流体Ｘの流路として、一方向の途中位置で隣り合う二つの伝熱プレート１，２間に形成された方向変換流路Ｐｃと、一方向に延び且つ方向変換流路Ｐｃに連通する少なくとも一つの一次流路Ｐｆと、一方向に延び且つ方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置に対して一方向と直交する方向における異なる位置で方向変換流路Ｐｃに連通するとともに第一流路Ｐｘに直接的又は間接的に連通する少なくとも一つの二次流路Ｐｓとを有する。そして、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２は、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓが連通する位置との間で相手方の伝熱プレート１，２に向けて延出して該相手方の伝熱プレート１，２を支持する少なくとも二つの支持部１５，１５，２５，２５を備え、該二つの支持部１５，１５，２５，２５間に一次流路Ｐｆ側と二次流路Ｐｓ側とを連通させる通路１７，２７が形成されている。

従って、図２及び図３に示す如く、一次流路Ｐｆを流通してきた第一流体Ｘは、一次流路Ｐｆで一方向に流通した上で方向変換流路Ｐｃ内に流入し、該方向変換流路Ｐｃで一方向と直交する方向（一次流路Ｐｆにおける第一流体Ｘの流通方向と直交する方向）に流れた上で二次流路Ｐｓに流入する。従って、第一流体Ｘは、二次流路Ｐｓを経て第一流路Ｐｘに到達し、第一流路Ｐｘを流通する間に第二流路Ｐｙを流通する第二流体Ｙと熱交換する。

このように第一流体Ｘが流通するに際し、第一流体Ｘの流体圧が方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２に作用することになる。

しかし、上記構成のプレート式熱交換器ＨＥにおいては、図８に示す如く、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート（隣り合う伝熱プレート）１，２のそれぞれは、方向変換流路Ｐｃに対して一次流路Ｐｆが連通する位置と方向変換流路Ｐｃに対して二次流路Ｐｓ，Ｐｓが連通する位置との間で相手方の伝熱プレート１，２に向けて延出して該相手方の伝熱プレート１，２を支持する少なくとも二つの支持部１５…，２５…を備えるため、該二つの伝熱プレート１，２における方向変換流路Ｐｃを形成する領域に第一流体Ｘの流体圧が作用しても、伝熱プレート１，２の方向変換流路Ｐｃを形成する領域同士が支持部１５，２５を介して支え合う。

これにより、伝熱プレート１，２の方向変換流路Ｐｃを形成する領域或いはその近傍に曲げ作用が生じにくくなり、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２に対する機械的なダメージが低減される。そして、図９に示す如く、二つの支持部１５，１５，２５，２５間に一次流路Ｐｆ側と二次流路Ｐｓ側とを連通させる通路１７，２７が形成されているため、方向変換流路Ｐｃにおける第一流体Ｘの流通の円滑性が確保される。

また、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２は、二つの支持部１５…，２５…同士を接続する接続部１６，２６を備えているため、二つの支持部１５…，２５…を接続部１６，２６が拘束する結果、支持部１５，２５の傾倒が抑制される。これにより、相手方の伝熱プレート１，２をより確実に支持することができ、伝熱プレート１，２に対する機械的なダメージの発生を抑えることができる。

特に、本実施形態において、支持部１５，２５及び接続部１６，２６が、プレス成形によって形成された膨出部の一部に貫通孔を設けることで形成されているため、支持部１５，２５及び接続部１６，２６の剛性が高くなり、十分な補強強度を得ることができる。

また、膨出部に対して貫通孔が設けられるにあたり、周壁部の一部を完全に切除し且つ当該貫通孔を画定するエッジが周壁部と閉塞部との境界及び周壁部の基部から外れた位置となるように貫通孔が形成されるため、第一流体Ｘの流体圧が作用したときに、貫通孔を画定するエッジ近傍に応力集中が発生することを抑制することができる。

また、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１…，２…のうちの少なくとも何れか一方は、該二つの伝熱プレート１…，２…の間の空間を方向変換流路Ｐｃと、第一流路Ｐｘ又は第二流路Ｐｙの何れか一方（本実施形態においては、第二流路Ｐｙ）とに区画する区画部１４，２４を備えているため、隣り合う二つの伝熱プレート１…，２…の間の空間の一部を熱交換に活用できる流路（第一流路Ｐｘ又は第二流路Ｐｙ）にできるため、熱交換能力を向上させることができる。

このように、本実施形態に係るプレート式熱交換器ＨＥによれば、第一流体Ｘの流通方向を変更させる方向変換流路Ｐｃ内での第一流体Ｘの流通性能を確保しつつ。該方向変換流路Ｐｃを形成する伝熱プレート１，２に対する機械的なダメージを低減することができるという優れた効果を奏し得る。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更を加え得ることは勿論のことである。

例えば、上記実施形態において、単一の方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２の両方に相手方に向けて突出した区画部１４，２４が設けられたが、これに限定されない。例えば、伝熱プレート１，２に区画部１４，２４を設ける場合、隣り合う伝熱プレート１，２の何れか一方に区画部１４，２４が設けられてもよい。また、上記実施形態において、伝熱プレート１，２に区画部１４，２４が設けられることで、プレート本体１０，２０の全域を第一領域Ａ１と第二領域Ａ２とに区画したが、例えば、伝熱プレート１，２のプレート本体１０，２０に区画部１４，２４を設けることなく、プレート本体１０，２０全域で第二領域Ａ２を画定してもよい。この場合においても、隣り合う伝熱プレート１，２の第二領域Ａ２同士は間隔をあけて（非接触の状態で）配置されることは勿論であり、その第二領域Ａ２内にある開口間（一次流路Ｐｆとの連通位置と二次流路Ｐｓの連通位置との間）に支持部１５，２５が設けられることも勿論である。

上記実施形態において、方向変換流路Ｐｃが三つ設けられたが、これに限定されない。例えば、方向変換流路Ｐｃは、少なくとも一つ設けられればよい。

また、上記実施形態において、方向変換流路Ｐｃに対して一つの一次流路Ｐｆと二つの二次流路Ｐｓとが連通したが、これに限定されない。例えば、図１０（ａ）に示す如く、単一の方向変換流路Ｐｃに対し、単一の一次流路Ｐｆが連通するとともに、三つ以上（図１０（ａ）においては、四つ）の二次流路Ｐｓ…が連通するようにしてもよい。また、上記実施形態において、一対の二次流路Ｐｓ，Ｐｓが単一の方向変換流路Ｐｃに対して一方向の両側に設けられたが、これに限定されない。例えば、図１０（ｂ）に示す如く、二つ以上の二次流路Ｐｓ，Ｐｓが、単一の方向変換流路Ｐｃに対して一方向の一方側に設けられてもよい。また、方向変換流路Ｐｃに対して一方向の一方側に一次流路Ｐｆが設けられるとともに、一方向の他方側に単一の二次流路Ｐｓが設けられてもよい。これらの場合、何れにおいても、方向変換流路Ｐｃに対する一次流路Ｐｆの連通位置と方向変換流路Ｐｃに対する二次流路Ｐｓの連通位置とが、一方向と直交する方向の異なる位置にあることを前提に、これらの連通位置間に支持部１５…，２５…が設けられれば、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。

また、上記実施形態において、単一の方向変換流路Ｐｃに単一の一次流路Ｐｆが連通したが、これに限定されない。例えば、単一の方向変換流路Ｐｃに対して二つ以上の一次流路Ｐｆが接続されてもよい。すなわち、単一の流路が複数に分岐する系統に限定されるものではなく、多数の一次流路Ｐｆが方向変換流路Ｐｃで合流し、単一の二次流路Ｐｓに集約された系統であってもよいし、単一の一次流路Ｐｆと単一の二次流路Ｐｓとが方向変換流路Ｐｃに連通し、第一流体Ｘの流通位置を変更する系統等であってもよい。この場合においても、方向変換流路Ｐｃに対する一次流路Ｐｆの連通位置と方向変換流路Ｐｃに対する二次流路Ｐｓの連通位置とが、一方向と直交する方向で異なる位置にあることを前提に、これらの連通位置間に支持部１５…，２５…が設けられれば、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。

上記実施形態において、プレス成形によって形成した膨出部に貫通孔を形成することで、膨出部の一部を支持部１５…，２５…及び接続部１６，２６としたが、これに限定されない。例えば、プレート本体１０，２０に支持部１５…，２５…となる片部材等を連結してもよいし、プレート本体１０，２０の一部を切り起こして支持部１５…，２５…としてもよい。

上記実施形態において、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２のそれぞれに支持部１５，２５が設けられたが、これに限定されない。例えば、図１１及び図１２に示す如く、方向変換流路Ｐｃを形成する二つの伝熱プレート１，２の何れか一方に支持部１５，２５が設けられてもよい。

上記実施形態において、支持部１５…，２５…同士を連結した接続部１６，２６が設けられたが、これに限定されない。例えば、図１３に示す如く、片状の支持部１５…，２５…のみをプレート本体１０，２０に設け、支持部１５…，２５…の先端で相手方の伝熱プレート１…，２…を支持するようにしてもよい。

１，２…伝熱プレート、１０，２０…プレート本体、１１，２１…嵌合部、１２，２２…凹条、１３，２３…凸条、１４，２４…区画部、１５，２５…支持部、１６，２６…接続部、１７，２７…通路、Ａ１…第一領域、Ａ２…第二領域、ＨＥ…プレート式熱交換器、Ｐ１ａ…第一流入路、Ｐ１ｂ…第一流出路、Ｐ２ａ…第二流入路、Ｐ２ｂ…第二流出路、Ｐｃ…方向変換流路、Ｐｆ…一次流路、Ｐｓ…二次流路、Ｐｘ…第一流路、Ｐｙ…第二流路、Ｘ…第一流体、Ｙ…第二流体

Claims (3)

1. 一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレートであって、第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とを区切る複数の伝熱プレートを備え、第一流路と第二流路とが伝熱プレートを境にして一方向に交互に形成され、第一流体の流路として、一方向の途中位置で隣り合う二つの伝熱プレート間に形成された方向変換流路と、一方向に延び且つ方向変換流路に連通する少なくとも一つの一次流路と、一方向に延び且つ方向変換流路に対して一次流路が連通する位置に対して一方向と直交する方向の異なる位置で方向変換流路に連通するとともに第一流路に直接的又は間接的に連通する少なくとも一つの二次流路とを有するプレート式熱交換器において、方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、方向変換流路に対して一次流路が連通する位置と方向変換流路に対して二次流路が連通する位置との間で相手方の伝熱プレートに向けて延出して該相手方の伝熱プレートを支持する少なくとも二つの支持部を備え、該二つの支持部間に一次流路側と二次流路側とを連通させる通路が形成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、二つの支持部同士を接続する接続部を備えている請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 方向変換流路を形成する二つの伝熱プレートのうちの少なくとも何れか一方は、該二つの伝熱プレートの間の空間を方向変換流路と、第一流路又は第二流路の何れか一方とに区画する区画部を備えている請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。