JP4633708B2 - プレート式熱交換器、及びプレート式熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、給湯器や湯沸し器等の種々の機器に採用されるプレート式熱交換器、及びプレート式熱交換器の製造方法に関する。

従来から、熱交換媒体と被熱交換媒体とを熱交換させる熱交換器の一つとして、給湯器や湯沸かし器等の種々の機器に採用されるプレート式熱交換器が知られている。

かかるプレート式熱交換器は、表裏両面に複数の凸条及び凹条の形成された伝熱部を備えた複数の伝熱プレートが積層され、熱湯や蒸気等の熱交換媒体を流通させる第一空間と、水や湯等の被熱交換媒体を流通させる第二空間とが各伝熱プレート（伝熱部）を境にして交互に形成されている。

かかるプレート式熱交換器は、隣接する伝熱部の凸条同士を交差衝合させるようにして複数の伝熱プレートが積層されている。これにより、伝熱プレートの間隔を所定の間隔に保って伝熱プレート間に第一空間及び第二空間を形成するようにしている。

そして、上記構成のプレート式熱交換器は、伝熱部の表裏両面に複数の凸条及び凹条を形成することで、伝熱面積を広くするとともに、熱交換媒体、及び被熱交換媒体の流れに乱れを与えつつ熱交換媒体、及び被熱交換媒体を流通させるようになっている。

これにより、上記構成のプレート式熱交換器は、熱交換媒体と被熱交換媒体との間での熱の移動の機会を増やすことができるため、小型でも高効率な熱交換を行えるとして、給湯器や湯沸し器等の種々の機器に採用されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、前記プレート式熱交換器は、上述の如く、第一空間に熱交換媒体として純粋な熱湯や蒸気等を流通させる一方で、第二空間に水や湯等の被熱交換媒体を流通させるように構成されているが、例えば、浴槽の湯の追い焚き用の熱交換器等に採用される場合、第二空間に湯垢や髪の毛等の不純物を含む浴槽内の湯が被熱交換媒体として流通するため、凸条同士が衝合する部位に不純物が堆積してしまい、被熱交換媒体の流通が阻害されてしまうといった問題があった。

そこで、発明者は、先に、前記第一空間が互いの凸条同士を交差衝合させた伝熱部間に形成される一方、第二空間が互いの凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触の伝熱部間に形成されたプレート式熱交換器を発明した。かかるプレート式熱交換器は、第一空間において、凸条及び凹条の凹凸形状や、凸条同士が衝合する部位の存在で熱交換媒体の流れに乱れを与えつつ熱交換媒体を流通させることができ、該熱交換媒体の熱を伝熱プレート（伝熱部）に対して効率よく熱が伝わることになる。他方、第二空間は、互いの凸条及び凹条同士が略平行で且つ非接触の伝熱部間に形成されているので、不純物が堆積する原因となる部位が存在せず、不純物を含むような被熱交換媒体であっても円滑に流通させることができる。
特開２００５−３２６０７４号公報

しかしながら、上記構成のプレート式熱交換器は、上述の如く、第二空間が互いの凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触の伝熱部間（間隔をおいて対向する伝熱部間）に形成されているため、第一空間或いは第二空間内に大きな流体圧が作用した場合、その流体圧が伝熱部を押し広げるように作用してしまう結果、伝熱プレートに割れが生じて該プレート式熱交換器を破損させる虞があることが判った。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、不純物を含んだ被熱交換媒体を流通させても該不純物が流路を詰まらせるのを防止した上で、機器全体の強度を増強することのできるプレート式熱交換器、及びプレート式熱交換器の製造方法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、表裏両面に複数の凸条及び凹条が交互に形成された伝熱部を有する複数の伝熱プレートを備え、該複数の伝熱プレートが伝熱部同士を対向させて積層され、各伝熱部を境にして熱交換媒体を流通させる第一空間と被熱交換媒体を流通させる第二空間とが交互に形成され、前記第一空間は、互いの凸条同士を交差衝合させた伝熱部間に形成される一方、第二空間は、互いの凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触の伝熱部間に形成されたプレート式熱交換器であって、各伝熱プレートは、前記伝熱部の外周の全周から該伝熱部の一方面側に延出した嵌合部と、該嵌合部の先端から外方に向けて延出した鍔部とを備え、隣接する伝熱プレートの少なくとも何れか一方の鍔部には、該鍔部を部分的に隆起させて形成された複数の支持部、又は別体で作製されて該鍔部に取り付けられた複数の支持部が周方向に間隔をあけて設けられ、一方の伝熱プレートに設けられた複数の支持部は、他方の伝熱プレートの鍔部を支持し、第二空間を形成する伝熱部の凸条及び凹条の形成された領域同士を非接触で維持させるように構成され、隣接する伝熱プレートの嵌合部同士が嵌合状態でロウ付けされて伝熱部間が封止され、前記第一空間を形成すべく対向する伝熱プレートの伝熱部同士が部分的に固着されていることを特徴とする。

かかるプレート式熱交換器によれば、前記第一空間を形成すべく対向する伝熱部同士が部分的に固着されているので、第一空間を形成すべく対向する二枚一組の伝熱プレート同士が一体的になって強度が増す上に、伝熱部間に形成される第一空間、或いは第二空間内に大きな流体圧が作用しても、その流体圧に対して一体的になった二枚の伝熱プレートで対抗することができ、各伝熱プレート（伝熱部）が押し広げられてしまうことが防止される。

本発明に係るプレート式熱交換器の一態様として、各伝熱プレートの伝熱部に設けられた開口が連なって第二空間に連通する被熱交換媒体流入路、及び被熱交換媒体流出路が形成され、第一空間を形成すべく対向する伝熱部のうち、何れか一方の伝熱部の前記開口縁部が、他方の伝熱部の開口縁部を巻き込むようにかしめられ、開口縁部同士が固着されていることが好ましい。このようにすれば、上述の伝熱部の部分的な固着に加え、開口縁部同士を固着することで二枚の伝熱プレートの一体性を増すことができ、流体圧によって伝熱部が押し広げられるのを更に防止することができる上に、開口縁部間のシール性を高めることもできる。

また、本発明に係るプレート式熱交換器の製造方法は、表裏両面に複数の凸条及び凹条が交互に形成された伝熱部を有する複数の伝熱プレートを備え、該複数の伝熱プレートが伝熱部同士を対向させて積層され、各伝熱部を境にして熱交換媒体を流通させる第一空間と被熱交換媒体を流通させる第二空間とが交互に形成され、前記第一空間は、互いの凸条同士を交差衝合させた伝熱部間に形成される一方、第二空間は、互いの凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触の伝熱部間に形成されたプレート式熱交換器の製造方法であって、伝熱部の外周の全周から該伝熱部の一方面側に延出した嵌合部を有するとともに該嵌合部の先端から外方に向けて延出した鍔部を有する二枚の伝熱プレートを互いの凸条同士を交差衝合させるように重ね合わせ、両伝熱プレートの伝熱部同士を部分的に固着してカセットを作製するカセット作製工程と、隣接する一方のカセットの一方の伝熱プレートの鍔部を部分的に隆起させて周方向に間隔をあけて形成された複数の支持部、又は隣接する一方のカセットの一方の伝熱プレートの鍔部に対して別体で作製されて周方向に間隔をあけて取り付けられた複数の支持部に他方のカセットの他方の伝熱プレートの鍔部を支持させて隣接するカセットの伝熱プレートの互いの伝熱部の凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触となるように複数のカセットを重ね合わせるカセット積層工程と、カセットを構成する伝熱プレートの嵌合状態にある嵌合部同士、及び隣接するカセットの伝熱プレートにおける嵌合状態にある嵌合部同士をロウ付けして封着し、カセット内に第一空間を形成するとともにカセット間に第二空間を形成する空間形成工程とを備えていることを特徴とする。

上記プレート式熱交換器の製造方法によれば、カセット作製工程において、伝熱部同士が部分的に固着されて強度の増した（剛性の増した）カセットを作製することができる。従って、カセット積層工程で複数のカセットを非接触状態で重ね合わせ、空間形成工程で積層したカセット同士を封着することで形成された第一空間、或いは第二空間内に大きな流体圧が作用しても、その流体圧に対して一体的になった二枚の伝熱プレートで対抗することができ、各伝熱プレート（伝熱部）が押し広げられてしまうことが防止される。

また、前記カセット作製工程は、第二空間に連通する被熱交換媒体流入路、及び被熱交換媒体流出路を形成するために伝熱部に設けられた開口が重なるように、二枚の伝熱プレートを重ね合わせ、何れか一方の伝熱部の開口縁部を他方の伝熱部の開口縁部に巻き込むようにかしめて開口縁部同士を固着させる開口縁部固着工程を含んでいることが好ましい。このようにすれば、上述の伝熱部の部分的な固着に加え、開口縁部同士を固着することで二枚の伝熱プレートの一体性を増すことができ、流体圧によって伝熱部が押し広げられるのを更に防止することができる上に、開口縁部間のシール性を高めることもできる。

以上のように、本発明に係るプレート式熱交換器、及びプレート式熱交換器の製造方法によれば、不純物を含んだ被熱交換媒体を流通させても該不純物が流路を詰まらせるのを防止した上で、機器全体の強度を増強することができるという優れた効果を奏し得る。

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。

本実施形態に係るプレート式熱交換器は、給湯器や湯沸かし器等の種々の機器の熱交換器として採用されるもので、図１、図２（ａ）乃至（ｃ）に示す如く、複数の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…を備え、該複数の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…が積層されることで、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂ（後述する伝熱部１００）を境にして熱交換媒体Ｈを流通させる第一空間Ａと被熱交換媒体Ｃを流通させる第二空間Ｂとが交互に形成されている。また、伝熱プレート１０ａ，１０ｂに設けられた開口１２，１２，１３，１３が連なり、前記第一空間Ａに熱交換媒体Ｈを流出入させる熱交換媒体流入路Ａ１及び熱交換媒体流出路Ａ２が形成されるとともに、前記第二空間Ｂに被熱交換媒体Ｃを流出入させる被熱交換媒体流入路Ｂ１及び被熱交換媒体流出路Ｂ２が形成されている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを一体的にしたカセット１０を複数積層することにより、該二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂが交互に積層された態様をなしている。

該二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂは、前記開口１２，１３の周辺部の凹凸の態様と、後述する鍔部１０２（支持部１０３）の態様とが異なる以外は、基本構成が同一に設定されている。具体的には、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂは、何れもステンレス合金やチタン合金製の平板をプレス成形したもので、第一空間Ａと第二空間Ｂとを仕切る伝熱部１００と、該伝熱部１００の外周の全周から該伝熱部１００の一方面側に延出した嵌合部１０１と、該嵌合部１０１の先端から外方に向けて延出した鍔部１０２とを備えている。

前記伝熱部１００は、図３(ａ)及び（ｂ）に示す如く、平面視略長方形状を形成され、前記熱交換媒体流入路Ａ１、熱交換媒体流出路Ａ２、被熱交換媒体流入路Ｂ１及び被熱交換媒体流出路Ｂ２を形成するための開口１２，１２，１３，１３が四隅に形成されている。

前記伝熱部１００は、表裏両面に複数の凸条２０…及び凹条２１…が交互に形成されている。前記凸条２０…及び凹条２１…は、該伝熱部１００の長手方向の中心線（基準線）に対して傾斜状態で延びるように形成されている。本実施形態において、凸条２０…及び凹条２１…は、中心線を境に、伝熱部１００の短手方向の一端側の領域と、伝熱部１００の短手方向の他端側の領域とで鏡像状態をなすように形成され、平面視において、いわゆる、ヘリングボーン形状（魚の骨形状）を呈し、断面において波形状を呈している。なお、伝熱部１００は、上述の如く、プレス成形によって形成されたものであるため、一方の面の凸条２０…の裏面（他方の面）は凹条２１…となり、一方の面の凹条２１…の裏面は凸条２０…となっている。

そして、本実施形態に係る伝熱部１００は、部分的に凸条２０…及び凹条２１のない平坦部２５が形成されている。該平坦部２５は、二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ同士を固着させるための部位で、本実施形態においては、前記中心線上で間隔をおいて複数箇所（図においては三カ所）に形成されている。各平坦部２５…は、第一空間Ａを形成する面側に突出するように形成されており、カセット１０を構成する二枚（二種）の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを重ね合わせた状態で、対向する平坦部２５同士が密接して互いに接合できるようになっている。なお、平坦部２５は、対向する相手方の平坦部２５と密接した状態（平坦部２５同士が接合された状態）で、第一空間Ａを形成すべく対向する伝熱部１００の凸条２０…同士が接触（後述の如く交差衝合）するように突出量が設定されている。

図１及び図２に戻り、前記嵌合部１０１は、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…同士を積層した状態で、隣接する伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…の嵌合部１０１に嵌合できるように形成され、該嵌合部１０１，１０１同士がロウ付けされることにより、前記伝熱部１００，１００間（第一空間Ａ及び第二空間Ｂ）を封止できるようになっている。

前記鍔部１０２は、伝熱プレート１０ａ，１０ｂの外周の全周に設けられており、伝熱部１００の面方向と同方向に延出し、積層された他の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…の鍔部１０２と対向するように形成されている。そして、該鍔部１０２には、積層されて隣接する伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…の鍔部１０２を支持する支持部１０３…が形成されている。該支持部１０３…は、鍔部１０２を部分的に隆起させて形成されている。

具体的に説明すると、本実施形態に係る鍔部１０２は、嵌合部１０１と鍔部１０２との境界（稜線）に沿って断続的に切断され、図４に示す如く、該切断された範囲を伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…（伝熱部１００）の他方面側に略台形状に隆起させることで複数の支持部１０３…が形成されている。複数の支持部１０３…は、第二空間Ｂを画定する一方の伝熱プレート１０ａ…の伝熱部１００と他方の伝熱プレート１０ｂ…の伝熱部１００とが非接触状態で所定間隔を開けるように（図６参照）、一方の伝熱プレート１０ａ…の外周が他方の伝熱プレート１０ｂ…の外周を支持するように形成されている。

そのため、一方の伝熱プレート１０ａ…の支持部１０３…と、他方の伝熱プレート１０ｂ…の支持部１０３…とは、前記稜線の延びる方向において、支持部１０３…が１ピッチ（支持部１０３…１個分）ずれた位置に形成され、一方の伝熱プレート１０ｂ…の支持部１０３…が他方の伝熱プレート１０ｂ…の鍔部１０２（隆起させていない部分）を支持す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１は、何れの伝熱プレート１０ａ，１０ｂにも台形状に隆起した支持部１０３を設けているため、複数の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…を積層した状態で、側面視において複数の支持部１０３…及び鍔部１０２によってハニカム形状を呈し、該プレート式熱交換器１全体の強度を高めるようにしている。なお、支持部１０３…は伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…の全周に亘って設けてもよいが、本実施形態においては、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…の短手方向の両端側の鍔部１０２の略全長に複数の支持部１０３…を設けるとともに、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…の長手方向の両端側の鍔部１０２の一部に複数の支持部１０３…を設けている。

また、支持部１０３を設ける主たる目的は、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００同士を非接触状態にすることにあるため、対向する伝熱プレート１０ａ，１０ｂのうちの一方の伝熱プレート１０ａに支持部１０３を設け、他方の伝熱プレート１０ｂに該支持部１０３に支持される鍔部１０２のみを設けるようにしてもよい。但し、プレート式熱交換器１の全体的な剛性を高めるには、本実施形態のように各伝熱プレート１０ａ，１０ｂに支持部１０３を設けることが好ましい。

本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、伝熱部１００の四隅の開口１２，１２，１３，１３のうち、該伝熱部１００の長手方向の一端側で短手方向の一端側の開口１２…が連なって熱交換媒体流入路Ａ１が形成され、伝熱部１００の長手方向の他端側で短手方向の他端側の開口１２…が連なって熱交換媒体流出路Ａ２が形成されている。また、伝熱部１００の四隅の開口１２，１２，１３，１３のうち、該伝熱部１００の長手方向の他端側で短手方向の一端側の開口１３…が連なって被熱交換媒体流入路Ｂ１が形成され、伝熱部１００の長手方向の一端側で短手方向の他端側の開口１３…が連なって被熱交換媒体流出路Ｂ２が形成されている。これにより、該プレート式熱交換器１は、図５（ａ）及び（ｂ）に示す如く、第一空間Ａ及び第二空間Ｂ内で斜傾流を形成するようになっている。

各伝熱プレート１０ａ，１０ｂの基本構成は以上の通りであるが、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂのうち、一方の伝熱プレート１０ａは、図３（ａ）に示す如く、長手方向の一端側で短手方向の一端側の開口１２の周辺部と、長手方向の他端側で短手方向の他端側の開口１２の周辺部とが、伝熱部１００の他方面（図において手前側）側に膨出（凸出）して形成され、長手方向の一端側で短手方向の他端側の開口１３の周辺部と、長手方向の他端側で短手方向の一端側の開口１３の周辺部とが、伝熱部１００の他方面側で凹む（一方面側に膨出（凸出）する）ように形成されている。なお、図３において波線のハッチングを付した領域が、紙面に対して手前側に凸をなし、斜めのハッチングを付した領域が、紙面に対して奥側に凹をなしている。

他方の伝熱プレート１０ｂは、図３（ｂ）に示す如く、長手方向の一端側で短手方向の一端側の開口１２の周辺部と、長手方向の他端側で短手方向の他端側の開口１２の周辺部とが、伝熱部１００の他方面側で凹む（一方面側に膨出（凸出）する）ように形成され、長手方向の一端側で短手方向の他端側の開口１３の周辺部と、長手方向の他端側で短手方向の一端側の開口１３の周辺部が、伝熱部１００の他方面（図において手前側）側に膨出（凸出）して形成されている。

これにより、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを積層した状態で、対向する伝熱部１００，１００の開口１２，１２，１３，１３の凸出した周辺部同士が密接し、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂの伝熱部１００の長手方向の一端側で短手方向の一端側にある開口１２が連なって、第一空間Ａにのみ連通する熱交換媒体流入路Ａ１となり、長手方向の他端側で短手方向の他端側にある開口１２が連なって、第一空間Ａにのみ連通する熱交換媒体流入路Ａ１となる一方、伝熱部１００の長手方向の他端側で短手方向の一端側の開口１３が連なって、第二空間Ｂにのみ連通する被熱交換媒体流入路Ｂ１となり、伝熱部１００の長手方向の一端側で短手方向の他端側の開口１３が連なって、第二空間Ｂにのみ連通する被熱交換媒体流出路Ｂ２になるようになっている（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。

本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、上述の如く、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂで作製されたカセット１０を複数積層することにより構築されている。前記カセット１０は、一方の伝熱プレート１０ａの一方面側と他方の伝熱プレート１０ｂの他方面側（対向した伝熱部１００）の凸条２０…同士が交差衝合した態様となるように、二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂが重ね合わされ、図２（ｃ）に示す如く、密接状態にある平坦部２５，２５同士を接合されている。なお、平坦部２５，２５同士の接合は、スポット溶接やカシメ処理等によって行われるが、本実施形態においては両平坦部２５，２５を部分的にかしめる（いわゆる、トックスカシメ処理する）ことにより、平坦部２５，２５同士が接合されている。

また、本実施形態に係るカセット１０は、二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂの被熱交換媒体流入路Ｂ１となる開口１３，１３縁部同士が固着されるとともに、被熱交換媒体流出路Ｂ２となる開口１３，１３縁部同士が固着されている。すなわち、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、何れか一方の開口１３の縁部を対向する他方の開口１３の縁部を巻き込むようにかしめられ（いわゆる、バーリングカシメ処理され）、周辺部が密接状態にある開口１３，１３の縁部同士が固着されている。そして、カセット１０を構成する伝熱プレート１０ａ，１０ｂが溶着（封着）されることにより、カセット１０内には、図６（ａ）に示す如く、伝熱部１００が部分的に接触した領域と、図６（ｂ）に示す如く、伝熱部１００同士が非接触の領域とを有する第一空間Ａが形成されている。

そして、かかる構成のカセット１０が複数積層され、そのカセット１０同士が溶着されることで、カセット１０，１０間に第二空間Ｂが形成されている。本実施形態において、隣接するカセット１０のうちの一方のカセット１０（上層側にあるカセット１０）における他方の伝熱プレート１０ｂに対し、他方のカセット１０（下層側にあるカセット１０）における一方の伝熱プレート１０ａが対向し、該隣接して対向するカセット１０の凸条２０…及び凹条２１…同士が略平行をなすように、複数のカセット１０が積層され、図４に示す如く、下層側のカセット１０の一方の伝熱プレート１０ａの支持部１０３が、上層側で隣接するカセット１０の他方の伝熱プレート１０ａの鍔部１０２を支持する結果、図６（ａ）及び（ｂ）に示す如く、他方の伝熱プレート１０ｂの他方面（伝熱部１００の凸条２０…及び凹条２１…の形成された領域）と一方の伝熱プレート１０ａの一方面（伝熱部１００の凸条２０…及び凹条２１…の形成された領域）とが全領域に亘って非接触で対向している。そして、積層されたカセット１０同士が溶着（封着）されることで、カセット１０間（伝熱部１００，１００）間に第二空間Ｂが形成されている。

これにより、本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、図７に示す如く、上層側から下層側に向けて同種の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを積層順に伝熱部１００の面上において１８０°反転させるようにして、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを交互に積層された状態になっている。なお、本実施形態においては、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂの凸条２０…、凹条２１…の形状、配置、及びサイズを同一に設定しているため、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００，１００は、凸条２０…及び凹条２１同士が略平行をなし、一方の伝熱プレート１０ａの凹条２１に他方の伝熱プレート１０ｂの凸条２０を対向させた態様をなしている。また、支持部１０３の高さ（鍔部１０２から隆起した高さ）設定により、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００，１００は、非接触状態（所定の間隔）を維持しつつ一方の伝熱プレート１０ａの凹条２１に他方の伝熱プレート１０ｂの凸条２０が入り込んだ態様をなしている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、図１に示す如く、積層された状態で最も外側に位置する一方の伝熱プレート１０ａのみに、配管接続される筒状のノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを四隅部分の開口１２，１２，１３，１３の周辺部に接続したものを採用し、最も外側に位置する他方の伝熱プレート１０ｂのみに開口１２，１２，１３，１３が形成されていないものを採用している。

そして、本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、最も外側にある一方の伝熱プレート１０ａとこれに隣接する他方の伝熱プレート１０ｂ…との間に第一空間Ａを形成し、最も外側にある他方の伝熱プレート１０ｂ…とこれに隣接する伝熱プレート１０ａ…との間に第一空間Ａを形成するように、上述の如く、複数の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…が順々に積層されている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、以上の構成からなり、次に、上記構成のプレート式熱交換器１の製造方法について説明する。

まず、チタン合金、或いはステンレス合金等の平板をプレス加工し、上記構成の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを複数成形しておく。そして、対向する凸条２０…同士が交差し、且つ四隅の開口１２，１２，１３，１３が重なるように、二種類の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを重ね合わせる。この際、後の行程において伝熱プレート１０ａ，１０ｂを溶着（ロウ付け）すべく、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ間に銅板等の溶着媒体を介装しておく。

そして、対向する凸条２０…同士が接触するように、重ね合わされた伝熱プレート１０ａ，１０ｂの平坦部２５，２５同士をトックスカシメ処理して接合し、カセット１０を作製する（カセット作製工程）。また、該カセット作製工程において、一方の開口１３の縁部を対向する他方の開口１３の縁部が巻き込むようにバーリングカシメ処理し、開口１３，１３の縁部同士についても固着させておく（開口縁部固着工程）。

かかる工程を繰り返し行い、複数のカセット１０を予め作製しておく。なお、積層状態で最も外側に位置する一方のカセット１０についても、二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂを重ね合わせ、これらの平坦部２５，２５同士がカシメ処理されるとともに、開口１３，１３縁部同士がカシメ処理されることによって作製されるが、ノズル３０ａ〜３０ｄは、カセット１０にする前の一方の伝熱プレート１０ａに予め溶接しておいてもよいし、カシメ処理された後のカセット１０に対して溶接するようにしてもよい。他方、最も外側に位置する他方のカセット１０については、一方の伝熱プレート１０ａに開口１２，１３の形成されていない他方の伝熱プレート１０ｂが重ね合わされた上で、平坦部２５，２５同士がカシメ処理されるとともに、開口１３，１３縁部同士がカシメ処理されることによって作製される。

そして、複数のカセット１０を積層する（カセット積層工程）。本実施形態に係る伝熱プレート１０ａ，１０ｂは、上述の如く、支持部１０３が形成されているので、カセット積層工程でカセット１０を積層するだけで、隣接するカセット１０の一方が他方に支持され、各カセット１０，１０が非接触で維持することになる。なお、カセット１０を作製するのと同様、カセット１０，１０間に銅板等の溶着媒体を介装しておく。

そして、複数のカセット１０（伝熱プレート１０ａ、１０ｂ）を積層したものを加熱処理すると、介装した溶着媒体が溶け、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ（カセット１０，１０）の密接した部位間に流れ込む結果、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ間が封止された状態になり、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂ（伝熱部１００）を境にして、第一空間Ａ及び第二空間Ｂが交互に形成され（空間形成工程）、上記構成のプレート式熱交換器１が完成する。

次に、上記構成のプレート式熱交換器１の作動について、給湯器（追い炊き器）に採用した場合を一例にして説明すると、該プレート式熱交換器１は、熱交換媒体流入路Ａ１のノズル３０ａが熱湯等の熱交換媒体Ｈを供給する配管に液密に接続される一方、熱交換媒体流出路Ａ２のノズル３０ｂが熱交換媒体Ｈを再加熱するための加熱源に繋がる配管に接続される。これにより、当該プレート式熱交換器１は、熱交換媒体Ｈの加熱循環経路の一部を構成することになる。

他方、被熱交換媒体流入路Ｂ１のノズル３０ｃは、ポンプを介して浴槽に接続された往路配管に接続され、被熱交換媒体流出路Ｂ２のノズル３０ｄは、浴槽に接続された復路配管に接続される。これにより、該プレート式熱交換器１は、浴槽内の水（湯）を循環させる循環経路の一部を構成することになる。

そして、各循環経路で熱交換媒体Ｈ及び被熱交換媒体Ｃを循環させると、第一空間Ａを流通する熱交換媒体Ｈと、第二空間Ｂを流通する被熱交換媒体Ｃとが、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…（伝熱部１００）を介して熱交換されることになる。この際、熱交換媒体Ｈは、対向する凸条２０…及び凹条２１…の存在で流れに乱れを生じさせつつ、凸条２０…同士の衝合した部位を躱すように迂曲して第一空間Ａ内を流通し、該熱交換媒体Ｈの熱が効率よく伝熱部１００に伝達される。

他方、第二空間Ｂにおいては、第一空間Ａとは異なり、対向する伝熱部１００が非接触状態であるため、被熱交換媒体Ｃは、伝熱部１００間を抜けるようにして（凸条２０…及び凹条２１…の形状に沿うように）、被熱交換媒体流入路Ｂ１から被熱交換媒体流出路Ｂ２に向けて流通し、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…（伝熱部１００）を介して伝わる熱交換媒体Ｈの熱を受け、熱交換媒体Ｈと被熱交換媒体Ｃとの熱交換が行われることになる。そして、湯垢等の不純物を含んだ浴槽内の湯が循環されたとしても、該被熱交換媒体Ｃを流通させる第二空間Ｂには、不純物を堆積させるように凸条２０…の接触部分が存在しないため、第二空間Ｂ内に不純物が堆積されることなく、被熱交換媒体Ｃの循環が長期に亘って円滑に行われることになる。

このように第一空間Ａに熱交換媒体Ｈを流通させるとともに、第二空間Ｂに被熱交換媒体Ｃを流通させると、該第一空間Ａ及び第二空間Ｂのそれぞれで流体圧が作用することになるが、上述の如く、第一空間Ａを形成する二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂが部分的に接合（固着）されてカセット１０になっているため、第一空間Ａ及び第二空間Ｂ内に作用する流体圧をカセット１０（二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ）で受けることになる。このように高い剛性のカセット１０で流体圧を受ける結果、流体圧が高い場合であっても、伝熱プレート１０，１０ｂが押し広げられることを防止することができ、プレート式熱交換器１全体が破損してしまうことが防止される。

以上のように、本実施形態に係るプレート式熱交換器１及びプレート式熱交換器１の製造方法は、第一空間Ａを形成すべく対向する伝熱部１００，１００の平坦部２５，２５同士（部分的）に固着するようにしたので、第一空間Ａを形成すべく対向する二枚一組の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ同士が一体的になって強度が増す上に、伝熱部１００，１００間に形成される第一空間Ａ、或いは第二空間Ｂ内に大きな流体圧が作用しても、その流体圧に対して一体的になった二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂ（カセット１０）で対抗することができ、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂ（伝熱部１００，１００）が押し広げられてプレート式熱交換器１全体が破損してしまうことが防止される。

また、第一空間Ａを形成すべく対向する伝熱部１００，１００の一方の前記開口１３，１３の縁部が、他方の伝熱部１００の開口１３，１３の縁部を巻き込むようにかしめられ、開口１３，１３の縁部同士が固着されているので、上述の伝熱部１００，１００同士の部分的な固着に加え、伝熱プレート１０ａ，１０ｂの一体性を更に増して剛性を高めることができる上に、開口１３，１３の縁部間のシール性を高めることもできる。

そして、第一空間Ａが互いの凸条２０…同士を接触させた伝熱部１００，１００間に形成されているので、第一空間Ａにおいて、接触状態にある凸条２０…の存在で熱交換媒体Ｈの流れに適度な乱れを与えつつ熱交換媒体Ｈを流通させることができ、該熱交換媒体Ｈの熱を伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…（伝熱部１００）に対して効率よく熱が伝わることになる。その一方で、第二空間Ｂが非接触の状態の伝熱部１００間に形成されているので、凸条２０…同士が接触した部位、すなわち、不純物が堆積する原因となる部位が存在せず、不純物を含むような被熱交換媒体Ｃを第二空間Ｂ内で円滑に流通させることができる。

そして、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００においても凸条２０…及び凹条２１…が形成されているため、伝熱面積を広くすることができる上に、凸条２０…及び凹条２１…の凹凸形状で被熱交換媒体Ｃの流れに適度な乱れを与えつつ被熱交換媒体Ｃを流通させることができ、第一空間Ａ内を流通する熱交換媒体Ｈとの熱交換を伝熱部１００を介して効率的に行うことができる。

また、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…は、前記伝熱部１００の外周に鍔部１０２を備え、第二空間Ｂを形成する伝熱プレート１０ａ…の一方の鍔部１０２に、第二空間Ｂを形成する相手方の伝熱プレート１０ｂ…の鍔部１０２を支持し、第二空間Ｂを形成すべく対向した伝熱部１００同士を所定間隔で維持させる支持部１０３を設けるようにしたので、第二空間Ｂ内に不純物を堆積させる原因となる部位形成することなく、対向する伝熱部１００の間隔を熱交換に好ましい間隔にすることができる。特に、当該プレート式熱交換器１を作製するにあたり、伝熱プレート１０ａ，１０ｂ…（カセット１０）を適切な位置に配置することができ、製作効率の観点においても非常に有効である。

尚、本発明のプレート式熱交換器１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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態において、プレート式熱交換器１を浴槽の湯を追い焚きするための熱交換器として説明したが、これに限定されるものではなく、前記プレート式熱交換器１は、非熱交換媒体Ｃを流通させる配管系（循環系）が、外部から何らかの不純物が入り込むような開放型であれば有効に機能する。もちろん、非熱交換媒体Ｃを流通させる配管系（循環系）が、外部から何ら不純物が入り込むことのない閉塞型の配管系等であっても採用できることは言うまでもない。

上記実施形態において、伝熱プレート１０ａ、１０ｂの平坦部２５，２５同士をカシメ処理することでカセット１０を形成するようにしたが、伝熱プレート１０ａ，１０ｂの伝熱部１００，１００同士を部分的に固着させる方法は、これに限定されるものではなく、例えば、平坦部２５，２５同士をスポット溶接するようにしてもよい。

上記実施形態において、カセット１０を構成する伝熱プレート１０ａ，１０ｂ（伝熱部１００，１００）の開口１３，１３の縁部をカシメ処理するようにしたが、これに限定されるものではなく、伝熱部１００，１００同士（凸条２０…、及び凹条２１…の形成された領域同士）のみを固着するようにしてもよい。但し、二枚の伝熱プレート１０ａ，１０ｂの一体性を高め、且つ、開口１３，１３縁部のシール性を高めるには、上記実施形態と同様、開口１３，１３同士をカシメ処理によって固着させることが好ましい。

また、上記実施形態において開口１３，１３の縁部をカシメ処理することで、伝熱部１００，１００の開口１３，１３の縁部同士を固着するようにしたが、例えば、ロウ付けよりも接合強度の高い溶接によって開口１３，１３同士を接合するようにしてもよい。

上記実施形態において、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂの凸条２０…、凹条２１…の形状、配置、及びサイズを同一に設定し、非接触状態を維持しつつ対向する凹条２１…に凸条２０…が入り込んだ態様の伝熱部１００間に第二空間Ｂを形成するようにしたが、これに限定されるものではなく、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００，１００の凸条２０…及び凹条２１…の形成された領域同士が非接触となることを前提に、例えば、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００の凸条２０…同士が対向するように、各伝熱部１００の凸条２０…及び凹条２１を形成するようにしたり、第二空間Ｂを形成する伝熱部１００の凸条２０…同士が交差するように、各伝熱部１００の凸条２０…及び凹条２１…を形成するようにしたりしてもよい。このようにしても、互いの凸条２０…同士が非接触となるため、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

上記実施形態において、対向する伝熱部１００を非接触状態で維持させ、該伝熱部１００間に第二空間Ｂを形成すべく、支持部１０３を台形状に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、支持部１０３は、鍔部１０２を部分的に膨出させるようにして形成してもよい。但し、プレート式熱交換器１の全体の強度を高めるには、上記実施形態のように、各伝熱プレート１０ａ，１０ｂのそれぞれに台形状を呈する支持部１０３を複数形成し、プレート式熱交換器１の周囲をハニカム構造にすることが好ましい。

また、支持部１０３は、鍔部１０２自体を変形等をさせて形成されるものに限定されるものではなく、例えば、別体で作製した支持部１０３を鍔部１０２に取り付けるようにしても勿論よい。すなわち、一方が他方を支持できる形態であれば支持部１０３の形態は種々変更可能である。

本発明の一実施形態にかかるプレート式熱交換器の斜視図を示す。 同実施形態にかかるプレート式熱交換器の断面図であって、（ａ）は、図１のＩ−Ｉ断面を示し、（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示し、（ｃ）は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。 同実施形態にかかるプレート式熱交換器に採用される伝熱プレートの説明図であって、（ａ）は、一方の伝熱プレートを示し、（ｂ）は、他方の伝熱プレートを示す。 同実施形態にかかるプレート式熱交換器の部分側面図を示す。 同実施形態にかかるプレート式熱交換器の熱交換媒体及び被熱交換媒体の流れを説明するための説明図であって、（ａ）は、第一空間内の流れを示し、（ｂ）は、第二空間の流れを示す。 同実施形態にかかるプレート式熱交換器の第一空間及び第二空間を説明するための説明図であって、(ａ)は、第一空間を形成する伝熱部の凸条同士が接触した領域と第二空間の説明図を示し、(ｂ)は、第一空間を形成する伝熱部の凸条同士が非接触の領域と第二空間の説明図を示す。 同実施形態にかかるプレート式熱交換器の伝熱プレートの積層態様を説明するための説明図を示す。

符号の説明

１…プレート式熱交換器、１０…カセット、１０ａ，１０ｂ…伝熱プレート、１２，１２，１３，１３…開口、２０…凸条、２１…凹条、２５…平坦部、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…ノズル、１００…伝熱部、１０１…嵌合部、１０２…鍔部、１０３…支持部、Ａ…第一空間、Ａ１…熱交換媒体流入路、Ａ２…熱交換媒体流出路、Ｂ…第二空間、Ｂ１…被熱交換媒体流入路、Ｂ２…被熱交換媒体流出路、Ｃ…被熱交換媒体、Ｈ…熱交換媒体

Claims (4)

1. 表裏両面に複数の凸条及び凹条が交互に形成された伝熱部を有する複数の伝熱プレートを備え、該複数の伝熱プレートが伝熱部同士を対向させて積層され、各伝熱部を境にして熱交換媒体を流通させる第一空間と被熱交換媒体を流通させる第二空間とが交互に形成され、前記第一空間は、互いの凸条同士を交差衝合させた伝熱部間に形成される一方、第二空間は、互いの凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触の伝熱部間に形成されたプレート式熱交換器であって、各伝熱プレートは、前記伝熱部の外周の全周から該伝熱部の一方面側に延出した嵌合部と、該嵌合部の先端から外方に向けて延出した鍔部とを備え、隣接する伝熱プレートの少なくとも何れか一方の鍔部には、該鍔部を部分的に隆起させて形成された複数の支持部、又は別体で作製されて該鍔部に取り付けられた複数の支持部が周方向に間隔をあけて設けられ、一方の伝熱プレートに設けられた複数の支持部は、他方の伝熱プレートの鍔部を支持し、第二空間を形成する伝熱部の凸条及び凹条の形成された領域同士を非接触で維持させるように構成され、隣接する伝熱プレートの嵌合部同士が嵌合状態でロウ付けされて伝熱部間が封止され、前記第一空間を形成すべく対向する伝熱プレートの伝熱部同士が部分的に固着されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 各伝熱プレートの伝熱部に設けられた開口が連なって第二空間に連通する被熱交換媒体流入路、及び被熱交換媒体流出路が形成され、第一空間を形成すべく対向する伝熱部のうち、何れか一方の伝熱部の前記開口縁部が、他方の伝熱部の開口縁部を巻き込むようにかしめられ、開口縁部同士が固着されている請求項１記載のプレート式熱交換器。
3. 表裏両面に複数の凸条及び凹条が交互に形成された伝熱部を有する複数の伝熱プレートを備え、該複数の伝熱プレートが伝熱部同士を対向させて積層され、各伝熱部を境にして熱交換媒体を流通させる第一空間と被熱交換媒体を流通させる第二空間とが交互に形成され、前記第一空間は、互いの凸条同士を交差衝合させた伝熱部間に形成される一方、第二空間は、互いの凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触の伝熱部間に形成されたプレート式熱交換器の製造方法であって、伝熱部の外周の全周から該伝熱部の一方面側に延出した嵌合部を有するとともに該嵌合部の先端から外方に向けて延出した鍔部を有する二枚の伝熱プレートを互いの凸条同士を交差衝合させるように重ね合わせ、両伝熱プレートの伝熱部同士を部分的に固着してカセットを作製するカセット作製工程と、隣接する一方のカセットの一方の伝熱プレートの鍔部を部分的に隆起させて周方向に間隔をあけて形成された複数の支持部、又は隣接する一方のカセットの一方の伝熱プレートの鍔部に対して別体で作製されて周方向に間隔をあけて取り付けられた複数の支持部に他方のカセットの他方の伝熱プレートの鍔部を支持させて隣接するカセットの伝熱プレートの互いの伝熱部の凸条及び凹条の形成された領域同士が非接触となるように複数のカセットを重ね合わせるカセット積層工程と、カセットを構成する伝熱プレートの嵌合状態にある嵌合部同士、及び隣接するカセットの伝熱プレートにおける嵌合状態にある嵌合部同士をロウ付けして封着し、カセット内に第一空間を形成するとともにカセット間に第二空間を形成する空間形成工程とを備えていることを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
4. 前記カセット作製工程は、第二空間に連通する被熱交換媒体流入路、及び被熱交換媒体流出路を形成するために伝熱部に設けられた開口が重なるように、二枚の伝熱プレートを重ね合わせ、何れか一方の伝熱部の開口縁部を他方の伝熱部の開口縁部に巻き込むようにかしめて開口縁部同士を固着させる開口縁部固着工程を含んでいる請求項３記載のプレート式熱交換器の製造方法。

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