JP2019002663A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換の効率を高めるとともに、受熱側水路での受熱側流体の突沸を防止して受熱側流体の温度を確実にコントロールできるプレート式熱交換器を提供する。【解決手段】一つの板状本体部２の内部に、板状本体部２の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路３及び放熱側ガス通路４からなる熱交換部５が形成されたプレート式熱交換器１において、熱交換部５は、板状本体部２の一側面から他側面まで連通され、板状本体部２の厚さ方向に隔離されて配設される放熱側ガス通路４に対して、放熱側ガス通路４の出口側に形成され、受熱側水路３が板状本体部２の厚さ方向に並列に接続されて配設される潜熱回収部５０と、放熱側ガス通路４の入口側に形成され、受熱側水路３が板状本体部２の厚さ方向に直列に接続されて配設される顕熱回収部５１と、を有してなる。【選択図】図２

Description

本発明は、プレート式熱交換器の技術に関し、より詳細には、一つの板状本体部の内部に、前記板状本体部の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、該伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路及び放熱側ガス通路からなる熱交換部が形成されたプレート式熱交換器に関する。

従来、特許文献１又は特許文献２に開示されるように、一つの板状本体部の内部に、板状本体部の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路及び放熱側ガス通路からなる熱交換部が形成されたプレート式熱交換器の構成が公知である。この種のプレート式熱交換器は、伝熱部を介して高温ガス（放熱側流体）と低温水（受熱側流体）とで間接的に熱のやり取りを行うものであり、熱交換の効率が高く小型化が容易であるため、例えば、ヒートポンプユニットと貯湯ユニットを組み合わせた家庭用ヒートポンプ給湯機やコンデンシング型給湯器等の水熱交換器等に好適に用いられている。

通常、家庭用ヒートポンプ給湯機やコンデンシング型給湯器等は、ヒートポンプユニットに配設された気液熱交換器（プレート式熱交換器）にて高温ガス（放熱側流体）と低温水（受熱側流体）とを熱交換して６０℃〜６５℃の温水とし、これを一時的に貯湯ユニットの貯湯槽に貯めておき、使用時に市水と混合させることで４０℃前後の適温水として給湯する仕組みである。最近では、貯湯ユニット（貯湯槽）を小型化するために、貯湯槽中に８０℃〜９０℃の高温水を貯めておくようにしたものも散見されるようになっている。

しかしながら、上述した特許文献１又は特許文献２に開示される従来のプレート式熱交換器では、マニホールド（ノズル）を介して放熱側ガス通路及び受熱側水路に放熱側流体及び受熱側流体がそれぞれ配流され、同様に熱交換された各流体がマニホールドを介してそれぞれ混合された後に排出されるように構成されているため、気液熱交換器として８０℃〜９０℃の高温水を得ようとすると、受熱側水路内で突沸が生じ、受熱側水路の出口（マニホールド）で昇温水と蒸気とが混合される結果、得られる高温水の温度コントロールが困難であるという問題があった。また、受熱側水路内の突沸により、受熱側水路の突沸箇所や受熱側水路の出口付近にてスケールが堆積して、腐食が生じてしまう問題もあった。

すなわち、従来のプレート式熱交換器の構造では、放熱側流体がマニホールドに貯められてから板状本体部の厚さ方向に配設された放熱側ガス通路のそれぞれに配流される際に、各放熱側ガス通路に均等ではなく中央箇所に集中して配流されるため、受熱側水路の中央箇所とその他の箇所で温度差が生じる。したがって、８０℃〜９０℃の高温水を得ようとすると、受熱側水路の中央箇所で受熱側流体が沸騰して蒸気となってしまい、かかる蒸気と受熱側水路の他の箇所のそれ程昇温していない受熱側流体とが受熱側水路の出口（マニホールド）で混合されて排出されることから、得られる高温水の温度コントロールができないという問題があった。

特開２００４−１０８６９０号公報 特開２００４−１８３９１６号公報

そこで、本発明では、プレート式熱交換器に関し、前記従来の課題を解決するもので、熱交換の効率を高めるとともに、受熱側水路での受熱側流体の突沸を防止して高温流体の温度を確実にコントロールできるプレート式熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、一つの板状本体部の内部に、前記板状本体部の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、該伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路及び放熱側ガス通路からなる熱交換部が形成されたプレート式熱交換器において、前記熱交換部は、前記板状本体部の一側面から他側面まで連通され、前記板状本体部の厚さ方向に隔離されて配設される前記放熱側ガス通路に対して、前記放熱側ガス通路の出口側に形成され、前記受熱側水路が前記板状本体部の厚さ方向に並列に接続されて配設される潜熱回収部と、前記放熱側ガス通路の入口側に形成され、前記受熱側水路が前記板状本体部の厚さ方向に直列に接続されて配設される顕熱回収部と、を有してなるものである。

請求項２においては、前記潜熱回収部は、前記受熱側水路が前記板状本体部の内部に厚さ方向に沿って同一軸心上に貫設される流体連結通路を介して連結されるものである。

請求項３においては、前記潜熱回収部は、前記受熱側水路が放熱側流体の流れ方向に対して同一平面上で直交する方向に向けて折り返し交差する連続ジグザグ状に形成されるものである。

請求項４においては、前記顕熱回収部は、前記受熱側水路が前記板状本体部の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される長孔状の流体連結通路を介して連結されるものである。

請求項５においては、前記顕熱回収部は、前記受熱側水路が放熱側流体の流れ方向に対して同一平面上で直交する一方向に向けて形成されるものである。

請求項６においては、前記板状本体部は、一つの平面に前記受熱側水路の出入口が開口されるものである。

本発明の効果として、熱交換の効率を高めるとともに、受熱側水路での受熱側流体の突沸を防止して高温流体の温度を確実にコントロールできる。

本発明の一実施例に係るプレート式熱交換器の全体的な構成を示した斜視図である。 同じく図１のプレート式熱交換器の平面図である。 板状本体部の分解斜視図である。 板状本体部の正面図である。 側板の平面図である。 流路形成板及び流路形成ユニットの平面図である。 流路形成板及び流路形成ユニットの平面図である。 流路形成板、スペーサ及び流路形成ユニットの平面図である。 流路形成板、スペーサ及び流路形成ユニットの平面図である。 流路形成板、スペーサ及び流路形成ユニットの平面図である。 伝熱体の平面図である。 伝熱体の平面図である。 潜熱回収部を構成する受熱側水路を示した板状本体部の分解斜視図である。 顕熱回収部を構成する受熱側水路を示した板状本体部の分解斜視図である。

次に、発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例においては、図２の矢印Ｘ方向をプレート式熱交換器の上下方向とし、図２の矢印Ｙ方向をプレート式熱交換器の左右方向とする。

まず、本実施例のプレート式熱交換器１の全体構成について、以下に概説する。
図１乃至図３に示すように、本実施例のプレート式熱交換器１は、一例として、高温ガス（放熱側流体）と低温水（受熱側流体）とを熱交換する家庭用ヒートポンプ給湯機の気液熱交換器として構成されており、具体的には、一つの板状本体部２の内部に、板状本体部２の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路３及び放熱側ガス通路４からなる熱交換部５が形成されている。

板状本体部２は、平面視長方形状の直方体として形成され、板状本体部２の表面には、受熱側水路３の受熱側流体入口２ａ及び受熱側流体出口２ｂが開口され、受熱側流体入口２ａ及び受熱側流体出口２ｂに連通されるノズル６・６がそれぞれ突設されている。また、板状本体部２の上方の一側面には、放熱側ガス通路４の放熱側流体入口２ｃが開口され、放熱側流体入口２ｃに連通されるマニホールド７が配設されており、他方、板状本体部２の下方の他側面には、放熱側ガス通路４の放熱側流体出口２ｄが開口され、流体出口２ｄに連通されるマニホールド８が配設されている。

受熱側水路３は、板状本体部２の内部に形成され、受熱側流体入口２ａから受熱側流体出口２ｂに至るまでに、板状本体部２の厚さ方向に沿って同一軸心上に貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを介して連結され、板状本体部２の厚さ方向に並列に接続されて配設されるとともに、放熱側流体の流れ方向に沿って形成される長孔状の流体連結通路３ｃ・３ｄ・３ｅを介して連結され、板状本体部２の厚さ方向に直列に接続されて配設されている（図３等参照）。放熱側ガス通路４は、板状本体部２の内部に形成され、板状本体部２の一側面から他側面まで上下方向に連通され、本実施例では、板状本体部２の厚さ方向に４段に隔離されて配設されている（図４等参照）。

熱交換部５は、放熱側流体出口２ｄの側で受熱側水路３が並列に接続されて配設される箇所にて潜熱回収部５０が形成され、放熱側流体入口２ｃの側で受熱側水路３が直列に接続されて配設される箇所にて顕熱回収部５１が形成されている。この熱交換部５の詳細は後述する（図２、図１３及び図１４等参照）。

次に、板状本体部２の構成について、以下に詳述する。
図３及び図４に示すように、板状本体部２は、側板２０・２１と、受熱側水路３を形成する流路形成ユニット３０・３１と、放熱側ガス通路４を形成する流路形成ユニット４０・４１・４２と、流路形成ユニット３０・３１及び流路形成ユニット４０・４１・４２の間に挟み込まれる伝熱板５２・５３・５４・５５・５６等とから形成され、側板２０・２１、流路形成ユニット３０・３１・３２、流路形成ユニット４０・４１・４２、及び伝熱板５２・５３・５４・５５・５６が相互に接合された一つの接合体として構成されている。

本実施例のプレート式熱交換器１では、表面側から側板２０→流路形成ユニット３０→伝熱板５２→流路形成ユニット４０→伝熱板５３→流路形成ユニット３１→伝熱板５４→流路形成ユニット４１→伝熱板５５→流路形成ユニット３０→伝熱板５２→流路形成ユニット４０→伝熱板５３→流路形成ユニット３１→伝熱板５４→流路形成ユニット４２→伝熱板５６→流路形成ユニット３０→側板２１の順序に配置され、拡散接合やニッケルペーストによる接合など公知の方法により各素材が接合されることで、板状本体部２が形成されている（図３及び図４参照）。

図５に示すように、側板２０は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体２０ａとして形成され、接合体とされた状態で板状本体部２の前面を構成し、プレス加工等により上述した受熱側水路３の受熱側流体入口２ａ及び受熱側流体出口２ｂが穿設されている（図５（ａ））。他方、側板２１は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体２１ａとして形成され、接合体とされた状態で板状本体部２の後面を構成する（図５（ｂ））。

流路形成ユニット３０・３１及び流路形成ユニット４０・４１・４２は、複数の流路形成板等が重ね合わされたユニット体として形成されており、具体的には、流路形成ユニット３０・３１は、流路形成板３２・３３・３４・３５のうち２種が選択されてそれぞれが組み合わされて形成され、流路形成ユニット４０・４１・４２は、流路形成板４３・４４・４５及びスペーサ４６・４７・４８のうち２種が選択されてそれぞれが組み合わされて形成されている。

図６に示すように、流路形成ユニット３０は、複数の流路形成板３２・３３がそれぞれ重ね合わされた状態で形成されている。

流路形成板３２は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体３２ａとして形成され、プレス加工等により内部に受熱側流路形成リブ３２ｂ・３２ｃ及び受熱側流体孔３２ｄ・３２ｅ・３２ｆ・３２ｇ等が形成されている（図６（ａ））。受熱側流路形成リブ３２ｂ・３２ｃは、略「く」の字形に曲がる多数のリブが等間隔に杉綾模様のように連続されることで形成されており、これらのリブの両端及び隣接するリブが相互に閉じられて不連続、又はリブの一旦及び隣接するリブが相互に閉開放されて連続となるように形成されている。

受熱側流路形成リブ３２ｂは、平面視で放熱側流体の流れ方向（図６において紙面左右向）に対して同一平面上で直交する方向（図６において紙面上下方向）に向けて折り返し交差する連続ジグザグ状に形成され、受熱側流路形成リブ３２ｂの両端には、断面円形の受熱側流体孔３２ｄ・３２ｅが形成されている。受熱側流体孔３２ｄ・３２ｅは、流路形成板３２が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを構成する（図６（ｃ））。

受熱側流路形成リブ３２ｃは、平面視で放熱側流体の流れ方向（図６において紙面左右向）に対して同一平面上で直交する一方向（図６において紙面上下方向）に向けて形成され、受熱側流路形成リブ３２ｂの両端には、断面円形の受熱側流体孔３２ｆ・３２ｇが形成されている。受熱側流体孔３２ｆ・３２ｇは、流路形成板３２が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｃ等と連通される。

流路形成板３３は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体３３ａとして形成され、プレス加工等により内部に受熱側流路形成リブ３３ｂ・３３ｃ及び受熱側流体孔３３ｄ・３３ｅ・３３ｆ・３３ｇ等が形成されている（図６（ｂ））。受熱側流路形成リブ３３ｂ・３３ｃのパターンは、上述した流路形成板３２の受熱側流路形成リブ３２ｂ・３２ｃのパターンに対して幅方向にほぼ反転したように形成されている。また、受熱側流路形成リブ３３ｂの両端に形成される受熱側流体孔３３ｄ・３３ｅ及び受熱側流路形成リブ３３ｃの両端に形成される受熱側流体孔３３ｆ・３３ｇは、平面視において流路形成板３２の受熱側流体孔３２ｄ・３２ｅ及び受熱側流体孔３２ｆ・３２ｇと重なる位置に形成されている。

流路形成ユニット３０では、複数の流路形成板３２及び流路形成板３３をそれぞれ重ね合わせて密着させると、受熱側流路形成リブ３２ｂ・３３ｂ及び受熱側流路形成リブ３２ｃ・３３ｃが交差することにより、板状本体部２の厚さ方向に空隙が生じて流体の流通が許容されるように構成されている（図６（ｃ））。すなわち、流路形成ユニット３０の受熱側水路３は、このような空隙が受熱側流体孔３２ｄ・３３ｄから受熱側流体孔３２ｅ・３３ｅまで連通するようなパターンが選択され、同様に空隙が受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆから受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇまで連通するようなパターンが選択されて構成されている。

流路形成ユニット３０においては、流体連結通路３ａとしての受熱側流体孔３２ｄ・３３ｄより流入した受熱側流体が受熱側流路形成リブ３２ｂ・３３ｂの空隙に形成された受熱側水路３を通って流体連結通路３ｂとしての受熱側流体孔３２ｅ・３３ｅから排出され、他方、受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆより流入した受熱側流体が受熱側流路形成リブ３２ｃ・３３ｃの空隙に形成された受熱側水路３を通って受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇから排出される（図６（ｃ））。

図７に示すように、流路形成ユニット３１は、複数の流路形成板３４・３５がそれぞれ重ね合わされた状態で形成されている。

流路形成板３４は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体３４ａとして形成され、上述した流路形成板３２と同様に、略同形状の受熱側流路形成リブ３４ｂ・３４ｃ及び受熱側流体孔３４ｄ・３４ｅ・３４ｆ・３４ｇ等が形成されているが、受熱側流路形成リブ３４ｃにおいては、流路形成板３２の受熱側流路形成リブ３２ｃに対して鏡像関係、すなわち、紙面において１８０度回転させるようにしてパターンや受熱側流体孔３４ｆ・３４ｇが配置形成されている（図７（ａ））。

流路形成板３５は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体３５ａとして形成され、上述した流路形成板３３と同様に、略同形状の受熱側流路形成リブ３５ｂ・３５ｃ及び受熱側流体孔３５ｄ・３５ｅ・３５ｆ・３５ｇが形成されているが、受熱側流路形成リブ３４ｃにおいては、流路形成板３３の受熱側流路形成リブ３３ｃに対して鏡像関係、すなわち、紙面において１８０度回転させるようにしてリブのパターンや受熱側流体孔３５ｆ・３５ｇが配置形成されている（図７（ｂ））。

流路形成ユニット３１においても、複数の流路形成板３２及び流路形成板３３をそれぞれ重ね合わせて密着させることで、受熱側水路３としては、受熱側流体孔３４ｄ・３５ｄから受熱側流体孔３４ｅ・３５ｅまで連通するようなパターンが選択され、同様に空隙が受熱側流体孔３４ｆ・３５ｆから受熱側流体孔３４ｇ・３５ｇまで連通するようなパターンが選択されて構成されている。そのため、流体連結通路３ａとしての受熱側流体孔３４ｄ・３５ｄより流入した受熱側流体が受熱側流路形成リブ３４ｂ・３５ｂの空隙に形成された受熱側水路３を通って流体連結通路３ｂとしての受熱側流体孔３４ｅ・３５ｅから排出され、受熱側流体孔３４ｆ・３５ｆより流入した受熱側流体が受熱側流路形成リブ３４ｃ・３５ｃの空隙に形成された受熱側水路３を通って受熱側流体孔３４ｇ・３５ｇから排出される（図７（ｃ））。

図８に示すように、流路形成ユニット４０は、流路形成板４３及び複数のスペーサ４６が重ね合わされた状態で形成されている。

流路形成板４３は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体４３ａとして形成され、プレス加工等により内部に伝熱フィン４３ｂ及び受熱側流体孔４３ｄ・４３ｅ・４３ｆ等が形成されている（図８（ａ））。伝熱フィン４３ｂは、フレーム体４３ａの一部が鉛直上方に屈曲されることで立設され、複数の伝熱フィン４３ｂ・４３ｂ・・・が平面視で放熱側流体の流れ方向（図８において紙面左右向）に対して略直角に対向するように配列されている。このように伝熱フィン４３ｂが配設されることで、流路形成ユニット４０にて形成される放熱側ガス通路４の流れを乱して伝熱特性を向上させることができる。

受熱側流体孔４３ｄ・４３ｅは、断面円形状に形成され、流路形成板４３が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを構成する（図８（ｃ））。また、受熱側流体孔４３ｆは、平面視長孔状に形成され、流路形成板４３が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｃを構成する（図８（ｃ））。

スペーサ４６は、厚みが均一で平滑な略長板状の左右一対のフレーム体４６ａ・４６ｂとして形成され、プレス加工等により内部に受熱側流体孔４６ｄ・４６ｅ・４６ｆ等が形成されている（図８（ｂ））。フレーム体４６ａ・４６ｂは、所定間隔を空けて対向するように配置され、スペーサ４６が接合体とされた状態で、離間に放熱側ガス通路４が形成されるとともに、上述した流路形成板４３の伝熱フィン４３ｂが立設可能なように必要な枚数のスペーサ４６が重ね合わされる。

受熱側流体孔４６ｄ・４６ｅは、断面円形状に形成され、スペーサ４６が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを構成する（図８（ｃ））。また、受熱側流体孔４６ｆは、平面視長孔状に形成され、スペーサ４６が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｃを構成する（図８（ｂ））。

流路形成ユニット４０では、流路形成板４３及び複数のスペーサ４６をそれぞれ重ね合わせて密着させると、スペーサ４６の離間に板状本体部２の厚さ方向に空隙が生じて流体の流通が許容され、板状本体部２の一側面の放熱側流体入口２ｃより流入した放熱側流体がスペーサ４６の離間であって板状本体部２の厚さ方向に空隙に形成された放熱側ガス通路４を通って他側面の放熱側流体出口２ｄから排出される。また、流路形成ユニット４０においては、流体連結通路３ａとしての受熱側流体孔４３ｄ・４６ｄ、流体連結通路３ｂとしての受熱側流体孔４３ｅ・４６ｅ、及び流体連結通路３ｃとしての受熱側流体孔４３ｆ・４６ｆを通って受熱側流体が流通される（図８（ｃ））。

図９に示すように、流路形成ユニット４１は、流路形成板４４及び複数のスペーサ４７が重ね合わされた状態で形成されている。

流路形成板４４は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体４４ａとして形成され、上述した流路形成板４３と同様に、プレス加工等により内部に伝熱フィン４４ｂ及び受熱側流体孔４４ｄ・４４ｅ・４４ｆ等が形成されている（図９（ａ））。そして、受熱側流体孔４４ｄ・４４ｅは、流路形成板４４が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを構成し、受熱側流体孔４４ｆは、流路形成板４３が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｄを構成する（図９（ｃ））。

スペーサ４７は、厚みが均一で平滑な略長板状の左右一対のフレーム体４７ａ・４７ｂとして形成され、上述したスペーサ４６と同様に、プレス加工等により内部に受熱側流体孔４７ｄ・４７ｅ・４７ｆ等が形成されている（図９（ｂ））。そして、受熱側流体孔４７ｄ・４７ｅは、スペーサ４７が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを構成し、受熱側流体孔４７ｆは、スペーサ４７が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｄを構成する（図９（ｃ））。

流路形成ユニット４１では、流路形成板４４及び複数のスペーサ４７をそれぞれ重ね合わせて密着させると、スペーサ４７の離間に板状本体部２の厚さ方向に空隙が生じて流体の流通が許容され、板状本体部２の一側面の放熱側流体入口２ｃより流入した放熱側流体がスペーサ４７の離間であって板状本体部２の厚さ方向に空隙に形成された放熱側ガス通路４を通って他側面の放熱側流体出口２ｄから排出される。また、流路形成ユニット４１においては、流体連結通路３ａとしての受熱側流体孔４４ｄ・４７ｄ、流体連結通路３ｂとしての受熱側流体孔４４ｅ・４７ｅ、及び流体連結通路３ｄとしての受熱側流体孔４４ｆ・４７ｆを通って受熱側流体が流通される（図９（ｃ））。

図１０に示すように、流路形成ユニット４２は、流路形成板４５及び複数のスペーサ４８が重ね合わされた状態で形成されている。

流路形成板４５は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体４５ａとして形成され、上述した流路形成板４３と同様に、プレス加工等により内部に伝熱フィン４５ｂ及び受熱側流体孔４５ｄ・４５ｆ・４５ｇ等が形成されている（図１０（ａ））。受熱側流体孔４５ｄは、流路形成板４５が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａを構成し、受熱側流体孔４５ｆは、流路形成板４５が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｅを構成する（図１０（ｃ））。

また、受熱側流体孔４５ｇは、平面視長孔状に形成され、流路形成板４５が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向（図１０において紙面左右向）に沿って形成される接続切換通路３ｆを構成する。接続切換通路３ｆは、受熱側水路３において、潜熱回収部５０で並列に接続された通路を顕熱回収部５１にて直列に接続するための切換通路として形成され、流体連結通路３ｂの一部としても構成される。

スペーサ４８は、厚みが均一で平滑な略長板状の左右一対のフレーム体４８ａ・４８ｂとして形成され、上述したスペーサ４６と同様に、プレス加工等により内部に受熱側流体孔４８ｄ・４８ｆ・４８ｇ等が形成されている（図１０（ｂ））。そして、受熱側流体孔４８ｄは、スペーサ４８が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って貫設される流体連結通路３ａを構成し、受熱側流体孔４８ｆは、スペーサ４８が接合体とされた状態で板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される流体連結通路３ｅを構成し、受熱側流体孔４８ｇは、スペーサ４８が接合体とされた状態で上述した接続切換通路３ｆを構成する（図１０（ｃ））。

流路形成ユニット４２では、流路形成板４５及び複数のスペーサ４８をそれぞれ重ね合わせて密着させると、スペーサ４８の離間に板状本体部２の厚さ方向に空隙が生じて流体の流通が許容され、板状本体部２の一側面の放熱側流体入口２ｃより流入した放熱側流体がスペーサ４８の離間であって板状本体部２の厚さ方向に空隙に形成された放熱側ガス通路４を通って他側面の放熱側流体出口２ｄから排出される。また、流路形成ユニット４２においては、流体連結通路３ａとしての受熱側流体孔４５ｄ・４８ｄ、流体連結通路３ｅとしての受熱側流体孔４５ｆ・４８ｆ、及び接続切換通路３ｆ（流体連結通路３ｂ）としての受熱側流体孔４５ｇ・４８ｇを通って受熱側流体が流通される（図１０（ｃ））。

図１１（ａ）に示すように、伝熱板５２は、流路形成ユニット３０及び流路形成ユニット４０の間に挟み込まれることで伝熱体となり、この伝熱板５２を介して受熱側水路３及び放熱側ガス通路４を流通する流体相互の熱交換が行われる（図３及び図４参照）。伝熱板５２は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体５２ａとして形成され、受熱側流体孔３２ｄ・３３ｄ及び受熱側流体孔４３ｄ・４６ｄに対応する位置に流体出入口５２ｄが設けられ、同じく受熱側流体孔３２ｅ・３３ｅ及び受熱側流体孔４３ｅ・４６ｅに対応する位置に流体出入口５２ｅが設けられ、同じく受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆ及び受熱側流体孔４３ｆ・４６ｆに対応する位置に流体出入口５２ｅが設けられており、それぞれ流体連結通路３ａ・３ｂ・３ｃに連通されている。

図１１（ｂ）に示すように、伝熱板５３は、流路形成ユニット４０及び流路形成ユニット３１の間に挟み込まれることで伝熱体となる（図３及び図４参照）。伝熱板５３は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体５３ａとして形成され、受熱側流体孔４３ｄ・４６ｄ及び受熱側流体孔３４ｄ・３５ｄに対応する位置に流体出入口５３ｄが設けられ、同じく受熱側流体孔４３ｅ・４６ｅ及び受熱側流体孔３４ｅ・３５ｅに対応する位置に流体出入口５３ｅが設けられ、同じく受熱側流体孔４３ｆ・４６ｆ及び受熱側流体孔３４ｆ・３５ｆ及びに対応する位置に流体出入口５３ｅが設けられており、それぞれ流体連結通路３ａ・３ｂ・３ｃに連通されている。

図１１（ｃ）に示すように、伝熱板５４は、流路形成ユニット３１及び流路形成ユニット４１の間に挟み込まれることで伝熱体となる（図３及び図４参照）。伝熱板５４は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体５４ａとして形成され、受熱側流体孔３４ｄ・３５ｄ及び受熱側流体孔４４ｄ・４７ｄに対応する位置に流体出入口５４ｄが設けられ、同じく受熱側流体孔３４ｅ・３５ｅ及び受熱側流体孔４４ｅ・４７ｅに対応する位置に流体出入口５５ｅが設けられ、同じく受熱側流体孔３４ｇ・３５ｇ及び受熱側流体孔４４ｇ・４７ｇに対応する位置に流体出入口５４ｇが設けられており、それぞれ流体連結通路３ａ・３ｂ・３ｄに連通されている。

図１２（ａ）に示すように、伝熱板５５は、流路形成ユニット４１及び流路形成ユニット３０の間に挟み込まれることで伝熱体となる（図３及び図４参照）。伝熱板５５は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体５５ａとして形成され、受熱側流体孔４４ｄ・４７ｄ及び受熱側流体孔３２ｄ・３３ｄに対応する位置に流体出入口５５ｄが設けられ、同じく受熱側流体孔４４ｅ・４７ｅ及び受熱側流体孔３２ｅ・３３ｅに対応する位置に流体出入口５５ｅが設けられ、同じく受熱側流体孔４４ｇ・４７ｇ及び受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇに対応する位置に流体出入口５５ｇが設けられており、それぞれ流体連結通路３ａ・３ｂ・３ｄに連通されている。

図１２（ｂ）に示すように、伝熱板５６は、流路形成ユニット４２及び流路形成ユニット３０の間に挟み込まれることで伝熱体となる（図３及び図４参照）。伝熱板５６は、厚みが均一で平滑な略長方形状のフレーム体５６ａとして形成され、受熱側流体孔４５ｄ・４８ｄ及び受熱側流体孔３２ｄ・３３ｄに対応する位置に流体出入口５６ｄが設けられ、同じく受熱側流体孔４５ｇ・４８ｇ及び受熱側流体孔３２ｅ・３３ｅに対応する位置に流体出入口５６ｅが設けられ、同じく受熱側流体孔４５ｇ・４８ｇ及び受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆに対応する位置に流体出入口５６ｆが設けられ、同じく受熱側流体孔４５ｆ・４５ｆ及び受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇに対応する位置に流体出入口５６ｇが設けられており、それぞれ流体連結通路３ａ・３ｂ・３ｅ及び接続切換通路３ｆに連通されている。

次に、熱交換部５の受熱側水路３について、以下に詳述する。
本実施例のプレート式熱交換器１の熱交換部５は、放熱側ガス通路４に対して、板状本体部２の厚さ方向に並列に接続されて配設され、板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って同一軸心上に貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを介して連結される受熱側水路３にて潜熱回収部５０が形成され、放熱側ガス通路４の放熱側流体入口２ｃの側に形成され、板状本体部２の厚さ方向に直列に接続されて配設され、板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される長孔状の流体連結通路３ｃ・３ｄ・３ｅを介して連結される受熱側水路３にて顕熱回収部５１が形成されている。

図３及び図１３に示すように、潜熱回収部５０では、流路形成ユニット３０・３１、流路形成ユニット４０・４１・４２、及び伝熱板５２・５３・５４・５５・５６の受熱側流体孔３２ｄ・３３ｄ・３４ｄ・３５ｄ・４３ｄ・４４ｄ・４５ｄ・４６ｄ・４７ｄ・４８ｄ及び伝熱板５２・５３・５４・５５・５６の流体出入口５２ｄ・５３ｄ・５４ｄ・５５ｄ・５６ｄが連通されて流体連結通路３ａが形成されるとともに、受熱側流体孔３２ｅ・３３ｅ・３４ｅ・３５ｅ・４３ｅ・４４ｅ・４５ｇ・４６ｅ・４７ｅ・４８ｇ及び流体出入口５２ｅ・５３ｅ・５４ｅ・５５ｅ・５６ｅが連通されて流体連結通路３ｂが形成されている。このようにして、受熱側流体入口２ａより流入された受熱側流体（低温水）は、流体連結通路３ａを介して流路形成ユニット３０・３１へと供給され、各流路形成ユニット３０・３１の受熱側水路３を通った後に流体連結通路３ｂへと集められて接続切換通路３ｆへと送られる。

図３及び図１４に示すように、顕熱回収部５１では、接続切換通路３ｆより伝熱板５６の流体出入口５６ｆを介して流路形成ユニット３０の受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆに連通されており、以下、流路形成ユニット３０の受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇ→伝熱板５６の流体出入口５６ｇ→流路形成ユニット４２の受熱側流体孔４５ｆ・４８ｆ（流体連結通路３ｅ）→伝熱板５４の流体出入口５４ｇ→流路形成ユニット３１の受熱側流体孔３４ｇ・３５ｇ→流路形成ユニット３１の受熱側流体孔３４ｆ・３５ｆ→伝熱板５３の流体出入口５３ｆ→流路形成ユニット４０の受熱側流体孔４３ｆ・４６ｆ（流体連結通路３ｃ）→伝熱板５２の流体出入口５２ｆ→流路形成ユニット３０の受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆ→流路形成ユニット３０の受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇ→伝熱板５５の流体出入口５５ｇ→流路形成ユニット４１の受熱側流体孔４４ｆ・４７ｆ（流体連結通路３ｄ）→伝熱板５４の流体出入口５４ｇ→流路形成ユニット３１の受熱側流体孔３４ｇ・３５ｇ→流路形成ユニット３１の受熱側流体孔３４ｆ・３５ｆ→流路形成ユニット４０の受熱側流体孔４３ｆ・４６ｆ（流体連結通路３ｃ）→伝熱板５２の流体出入口５２ｆ→流路形成ユニット３０の受熱側流体孔３２ｆ・３３ｆ→流路形成ユニット３０の受熱側流体孔３２ｇ・３３ｇの順に直列に連通されている。このようにして、接続切換通路３ｆへ送られた受熱側流体は、上記の通り流路形成ユニット３０・３１へと供給され、各流路形成ユニット３０・３１の受熱側水路３を通った後に、受熱側流体出口２ｂより排出される。

以上のように、本実施例のプレート式熱交換器１は、一つの板状本体部２の内部に、板状本体部２の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路３及び放熱側ガス通路４からなる熱交換部５が形成されたプレート式熱交換器１において、熱交換部５は、板状本体部２の一側面から他側面まで連通され、板状本体部２の厚さ方向に隔離されて配設される放熱側ガス通路４に対して、放熱側ガス通路４の出口側に形成され、受熱側水路３が板状本体部２の厚さ方向に並列に接続されて配設される潜熱回収部５０と、放熱側ガス通路４の入口側に形成され、受熱側水路３が板状本体部２の厚さ方向に直列に接続されて配設される顕熱回収部５１と、を有してなるため、熱交換の効率を高めるとともに、受熱側水路３での受熱側流体の突沸を防止して受熱側流体の温度を確実にコントロールできる。

すなわち、本実施例のプレート式熱交換器１は、熱交換部５において、受熱側水路３が並列に接続されて配設される潜熱回収部５０と、直列に接続されて配設される顕熱回収部５１とを有するため、潜熱回収部５０にて１００℃以下の放熱側流体（高温ガス）の潜熱を回収できるので熱交換の効率に優れ、エネルギー効率の高い高温水を効果的に得ることができる。特に、高温の放熱側流体が通過する放熱側ガス通路４の入口側に形成される顕熱回収部５１にて直列に配置されるため、受熱側流体を徐々に昇温させて受熱側水路３内での突沸が生じるのを防止することができ、昇温した受熱側流体を単一の受熱側流体出口２ｂより回収でき、従来の構造のように蒸気とそれ程昇温していない受熱側流体とがマニホールドで混合されて排出されるものではないので、得られる受熱側流体の温度コントロールが容易となる。

また、潜熱回収部５０は、受熱側水路３が板状本体部２の内部に厚さ方向に沿って同一軸心上に貫設される流体連結通路３ａ・３ｂを介して連結されるため、受熱側水路３を板状本体部２の厚さ方向に適切に並列に配置することができ、板状本体部２の小型化を図ることができる。

また、潜熱回収部５０は、受熱側水路３が放熱側流体の流れ方向に対して同一平面上で直交する方向に向けて折り返し交差する連続ジグザグ状に形成されるため、潜熱回収部５０にて放熱側流体の潜熱を効果的に回収して、熱交換の効率に優れ、エネルギー効率の高い受熱側流体をより効果的に得ることができる。

また、顕熱回収部５１は、受熱側水路３が板状本体部２の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される長孔状の流体連結通路３ｃ・３ｅ・３ｄを介して連結されるため、受熱側水路３を板状本体部２の厚さ方向に適切に直列に配置することができ、板状本体部２の小型化を図ることができる。

また、顕熱回収部５１は、受熱側水路３が放熱側流体の流れ方向に対して同一平面上で直交する一方向に向けて形成されるため、顕熱回収部５１にて放熱側流体の顕熱を効果的に回収して、熱交換の効率に優れ、エネルギー効率の高い受熱側流体をより効果的に得ることができる。

なお、プレート式熱交換器１の構成としては、上述した実施例に限定されず、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

すなわち、上述した実施例のプレート式熱交換器１では、熱交換部５において、放熱側ガス通路４を４段として構成したが、受熱側水路３及び放熱側ガス通路４の配列の仕方はこれに限定されず、放熱側ガス通路４を受熱側水路３で挟むような積層構造であれば、それぞれの積層数は適宜設定することができる。

また、上述した実施例では、放熱側ガス通路４を構成する流路形成ユニット４０・４１・４２として、伝熱フィンを有する流路形成板の表面にスペーサを配設した構成について説明したが、流路形成ユニット４０・４１・４２の構成はこれに限定されず、例えば、流路形成ユニット３０・３１と同様に、所定のパターンを有する流路形成リブを形成したもの重ね合わせてその空隙に放熱側流体を流通させるように構成してもよい。

また、上述した実施例では、受熱側水路３を構成する流路形成ユニット３０・３１として、プレス可能にて所定のパターンを有する流路形成リブを重ね合わせてその空隙に受熱側流体を流通させるようにした構成について説明したが、流路形成ユニット３０・３１の構成はこれに限定されず、例えば、板状体表面にエッチングで浅い（板状体表裏を貫通しない）流路形成リブを設け、その板状体を重ね合わせることにより形成するなどしてもよい。

また、上述した実施例のプレート式熱交換器１として、高温ガス（放熱側流体）と低温水（受熱側流体）とを熱交換して所定温度の高温水を得る家庭用ヒートポンプ給湯機の気液熱交換器として構成される場合について説明したが、プレート式熱交換器１の適用はこれに限定されず、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いたＳＯＦＣ型発電装置の気化器やＳＯＦＣ型コジェネレーションシステムの温水器等として構成するようにしてもよい。

１ プレート式熱交換器
２ 板状本体部
２ａ 受熱側流体入口
２ｂ 受熱側流体出口
２ｃ 放熱側流体入口
２ｄ 放熱側流体出口
３ 受熱側水路
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ 流体連結通路
３ｆ 流体連結通路
４ 放熱側ガス通路
５ 熱交換部
６ ノズル
７ マニホールド
８ マニホールド
２０、２１ 側板
２０ａ、２１ａ フレーム体
３０、３１ 流路形成ユニット
３２ 流路形成板
３２ａ フレーム体
３２ｂ、３２ｃ 受熱側流路形成リブ
３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ 受熱側流体孔
３３ 流路形成板
３３ａ フレーム体
３３ｂ、３３ｃ 受熱側流路形成リブ
３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ 受熱側流体孔
３４ 流路形成板
３４ａ フレーム体
３４ｂ、３４ｃ 受熱側流路形成リブ
３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ 受熱側流体孔
３５ 流路形成板
３５ａ フレーム体
３５ｂ、３５ｃ 受熱側流路形成リブ
３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇ 受熱側流体孔
４０、４１、４２ 流路形成ユニット
４３ 流路形成板
４３ａ フレーム体
４３ｂ 伝熱フィン
４３ｄ、４３ｅ、４３ｆ 受熱側流体孔
４４ 流路形成板
４４ａ フレーム体
４４ｂ 伝熱フィン
４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ 受熱側流体孔
４５ 流路形成板
４５ａ フレーム体
４５ｂ 伝熱フィン
４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ、４５ｇ 受熱側流体孔
４６ スペーサ
４６ａ、４６ｂ フレーム体
４６ｄ、４６ｅ、４６ｆ 受熱側流体孔
４７ スペーサ
４７ａ、４７ｂ フレーム体
４７ｄ、４７ｅ、４７ｆ 受熱側流体孔
４８ スペーサ
４８ａ、４８ｂ フレーム体
４８ｄ、４８ｅ、４８ｆ、４８ｇ 受熱側流体孔
５２ 伝熱板
５２ａ フレーム体
５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ 流体出入口
５３ 伝熱板
５３ａ フレーム体
５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ 流体出入口
５４ 伝熱板
５４ａ フレーム体
５４ｄ、５４ｅ、５４ｇ 流体出入口
５５ 伝熱板
５５ａ フレーム体
５５ｄ、５５ｅ、５５ｇ 流体出入口
５６ 伝熱板
５６ａ フレーム体
５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ 流体出入口

Claims (6)

1. 一つの板状本体部の内部に、前記板状本体部の厚さ方向に伝熱体にて交互に隔離され、該伝熱体を介して熱交換を行う受熱側水路及び放熱側ガス通路からなる熱交換部が形成されたプレート式熱交換器において、
   前記熱交換部は、
   前記板状本体部の一側面から他側面まで連通され、前記板状本体部の厚さ方向に隔離されて配設される前記放熱側ガス通路に対して、
   前記放熱側ガス通路の出口側に形成され、前記受熱側水路が前記板状本体部の厚さ方向に並列に接続されて配設される潜熱回収部と、
   前記放熱側ガス通路の入口側に形成され、前記受熱側水路が前記板状本体部の厚さ方向に直列に接続されて配設される顕熱回収部と、
   を有してなることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記潜熱回収部は、前記受熱側水路が前記板状本体部の内部に厚さ方向に沿って同一軸心上に貫設される流体連結通路を介して連結される請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記潜熱回収部は、前記受熱側水路が放熱側流体の流れ方向に対して同一平面上で直交する方向に向けて折り返し交差する連続ジグザグ状に形成される請求項１又は請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記顕熱回収部は、前記受熱側水路が前記板状本体部の内部に放熱側流体の流れ方向に沿って形成される長孔状の流体連結通路を介して連結される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記顕熱回収部は、前記受熱側水路が放熱側流体の流れ方向に対して同一平面上で直交する一方向に向けて形成される請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記板状本体部は、一つの平面に前記受熱側水路の出入口が開口される請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。

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