JP5194010B2

JP5194010B2 - プレート積層型熱交換器

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Publication number: JP5194010B2
Application number: JP2009524329A
Authority: JP
Inventors: 達人山田
Original assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2013-05-08
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Description

本発明は、例えば、オイルクーラやＥＧＲクーラ等のプレート積層型熱交換器に関する。

従来のプレート積層型熱交換器としては、例えば、図１０に示すようなものがある。図１０に示すプレート積層型熱交換器５００は、前後のエンドプレート５１，５２間に複数のコアプレート５３，５４の組（コア５５）を積層し、その外周フランジ部同士（例えば、外周フランジ部５３ａと外周フランジ部５４ａ同士）をロウ付けすることで、これらのエンドプレート５１，５２及びコアプレート５３，５４で囲われた内部を高温流体室と低温流体室とが交互に積層されるように画成するとともに、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート５１に突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び５７ａ，５７ｂに連通させたものである。なお、コアプレート５３，５４間には、フィン２５が形成された中間コアプレート２７が介層されている（例えば、特開２００１−１９４０８６号公報，特開２００７−１２７３９０号公報等参照）。

コアプレート５３，５４は、いずれも略平板状のものである。コアプレート５３，５４の長手方向一端側には、高温流体用の入口ポート５８ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂが設けられている。他方、コアプレート５３，５４の長手方向他端側には、高温流体用の出口ポート５８ｂ及び低温流体用の入口ポート５９ａが設けられている。高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂ、並びに低温流体用の入口ポート５９ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂは、いずれもコアプレート５３，５４の角部付近に配置されており、それぞれが当該コアプレート５３，５４の略対角線上に配置された状態にある。そして、これらのコアプレート５３，５４が１組となってコア５５が構成されている。コア５５内には、高温流体（例えば、オイルやＥＧＲガス等）が流れる高温流体室が画成されている。他方、コア５５間には、低温流体（例えば、冷却水等）が流れる低温流体室が画成されている。高温流体室及び低温流体室は、それぞれ循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び循環パイプ５７ａ，５７ｂに連通している。高温流体及び低温流体は、これらの循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び循環パイプ５７ａ，５７ｂを介して、各流体室に導入され、或いは各流体室から導出される。そして、高温流体と低温流体とは、各流体室を流れる際にコアプレート５３，５４を介して熱交換を行う。その様子を図１１に示す。なお、図１１に示すコアプレートは、図１０に示したコアプレートと形状が異なる。但し、図１１において、図１０と同一若しくは類似の箇所には、同一の符号を付している。

ところで、図１１に示すように、高温流体及び低温流体は、いずれも入口ポート５８ａ，５９ａから出口ポート５８ｂ，５９ｂに向かって略直線状に流れる。そのため、コアプレート５３，５４には、伝熱に寄与しない領域、すなわち高温流体と低温流体との熱交換に寄与しない領域（図１１のＶ部参照）が広く形成されることとなる。その結果、従来のプレート積層型熱交換器５００にあっては、熱交換効率が低いという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、熱交換効率が高いプレート積層型熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、前後のエンドプレート間に複数のコアプレートの組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート及びコアプレートで囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート又は後部側エンドプレートに突設した一対の循環パイプに連通させてなるプレート積層型熱交換器であって、前記コアプレートは、平板状のプレートの片面側に溝状の凸部が複数形成され、これらの凸部が当該プレートの長手方向に対して略平行となるように配置されるとともに、積層方向から視た形状が略平行四辺形とされ、前記コアプレートの長手方向一端側には、円形状の高温流体用の入口ポート及び略三角形状の低温流体用の出口ポートが設けられ、他方、前記コアプレートの長手方向他端側には、円形状の高温流体用の出口ポート及び略三角形状の低温流体用の入口ポートが設けられ、且つ前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートが、対角が大きい方の一対の角部に、並びに前記低温流体用の入口ポート及び前記低温流体用の出口ポートが、対角が小さい方の一対の角部にそれぞれ配置され、前記凸部の両端側が前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートに対して略円弧状を描きながら接続された状態に構成されており、一対のコアプレートの組は、二枚のコアプレートを前記片面側と反対側の他面側同士が相互に向き合い、且つそれぞれに形成した前記凸部同士が逆向きに対をなすように組み付けて構成され、当該一対のコアプレートの組により、前記凸部同士の壁面で囲繞されてなる管が複数形成され、これらの管により、前記高温流体室が構成されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記管は、その両端間の長さが短いものほど、前記コアプレートの幅方向の断面積が小さくなるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前後のエンドプレート間に複数のコアプレートの組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート及びコアプレートで囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート又は後部側エンドプレートに突設した一対の循環パイプに連通させてなるプレート積層型熱交換器であって、前記コアプレートは、平板状のプレートの片面側に溝状の凸部が複数形成されるとともに、これらの凸部が当該プレートの長手方向に対して略平行となるように配置されるとともに、積層方向から視た形状が略平行四辺形とされ、且つ当該プレートの積層方向に山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部が前記長手方向に沿って繰り返されるように前記プレートが湾曲形成されたものであり、前記コアプレートの長手方向一端側には、円形状の高温流体用の入口ポート及び略三角形状の低温流体用の出口ポートが設けられ、他方、前記コアプレートの長手方向他端側には、円形状の高温流体用の出口ポート及び略三角形状の低温流体用の入口ポートが設けられ、且つ前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートが、対角が大きい方の一対の角部に、並びに前記低温流体用の入口ポート及び前記低温流体用の出口ポートが、対角が小さい方の一対の角部にそれぞれ配置され、前記凸部の両端側が前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートに対して略円弧状を描きながら接続された状態に構成されており、一対のコアプレートの組は、二枚のコアプレートを前記片面側と反対側の他面側同士が相互に向き合い、且つそれぞれに形成された前記凸部同士が逆向きに対をなすように組み付けて構成されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記凸部には、前記コアプレートの長手方向と直交する当該コアプレートの幅方向にも山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部が前記コアプレートの長手方向に沿って繰り返されるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明において、一対の前記コアプレートに形成された前記凸部同士は、当該コアプレートの幅方向に形成された山部と谷部によって構成される波の周期及び振幅が同一であることを特徴とする。

また、本発明において、前記凸部同士は、前記コアプレートの長手方向に沿って同位相で蛇行することを特徴とする。

また、本発明において、一対の前記コアプレートの組により、前記凸部同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が複数形成され、これらの蛇行管により、前記高温流体室が構成されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記凸部同士は、前記コアプレートの長手方向に沿って逆位相で蛇行することを特徴とする。

また、本発明において、前記凸部を構成する壁面には、前記高温流体の流れ方向と略直交する方向に沿って第２凸部が形成されていることを特徴とする。

プレート積層型熱交換器１００において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。プレート積層型熱交換器１１０において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。プレート積層型熱交換器１２０において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。プレート積層型熱交換器１５０の分解斜視図である。プレート積層型熱交換器１６０において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。プレート積層型熱交換器２００の改良部分を示す斜視図である。プレート積層型熱交換器２００の改良部分を示す側面図である。第２凸部５０が形成されたプレート積層型熱交換器２００の斜視図である。図７Ａの拡大図である。プレート積層型熱換器３００の改良部分を示す斜視図である。プレート積層型熱換器４００の改良部分を示す拡大図である。プレート積層型熱換器４００の改良部分を上方から視た概略図である。従来のプレート積層型熱換器５００の分解斜視図である。従来のプレート積層型熱交換器５００において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。

符号の説明

１０，３０，４０凸部
５０第２凸部
５８ａ高温流体用の入口ポート
５８ｂ高温流体用の出口ポート
５９ａ低温流体用の入口ポート
５９ｂ低温流体用の出口ポート
１００，１１０，１２０，１５０，１６０，２００，３００，４００プレート積層型熱交換器

以下、添付図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
まず、図１〜３を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。
図１〜３は、本発明の第１実施形態に係るプレート積層型熱交換器１００，１１０，１２０において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。各図において、図１０，１１に示した箇所と同一若しくは類似の箇所には、同一の符号を付している。

図１〜３に示すプレート積層型熱交換器１００，１１０，１２０は、前後のエンドプレート５１，５２間に複数のコアプレート５３，５４の組を積層し、その外周フランジ部同士（例えば、外周フランジ部５３ａと外周フランジ部５４ａ同士）をロウ付けすることで、エンドプレート５１，５２及びコアプレート５３，５４で囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成するとともに、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート５１に突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び５７ａ，５７ｂに連通させてなるものである。

コアプレート５３，５４は、平板状のプレートの片面側に溝状の凸部１０が複数形成され、これらの凸部１０ａ〜１０ｅが当該プレートの長手方向に対して略平行となるように配置されて構成されたものである。コアプレート５３，５４の長手方向一端側には、高温流体用の入口ポート５８ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂが設けられている。他方、コアプレート５３，５４の長手方向他端側には、高温流体用の出口ポート５８ｂ及び低温流体用の入口ポート５９ａが設けられている。これらの入口ポート５８ａ及び出口ポート５８ｂ、並びに入口ポート５９ａ及び出口ポート５８ｂは、いずれもコアプレート５３，５４の角部付近に配置され、それぞれが当該コアプレート５３，５４の略対角線上に配置された状態にある。さらに、凸部１０の両端側は、それぞれ高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂに向けて曲げられている。具体的には、凸部１０ａ〜１０ｅは、いずれもその両端側が高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂに対して略円弧状を描きながら接続された状態にある。一対のコアプレート５３，５４の組は、二枚のコアプレート５３，５４を前記片面側と反対側の他面側同士が相互に向き合い、且つそれぞれに形成した凸部１０，１０同士が逆向きに対をなすように組み付けて構成されたものである。そして、当該一対のコアプレート５３，５４の組により、凸部１０，１０同士の壁面で囲繞されてなる管が複数形成され、これらの管により、高温流体室が構成されている。

図１に示すコアプレート５３は、コアプレート５３，５４の積層方向から視た形状が略長方形である。他方、図２，３に示すコアプレート５３は、コアプレート５３，５４の積層方向から視た形状が略平行四辺形である。そして、図２，３に示すコアプレート５３の場合には、対角が大きい方の一対の角部に、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂが配置され、対角が小さい方の一対の角部には、低温流体の入口ポート５９ａ及び低温流体の出口ポート５９ｂが配置されている。

また、図１〜３に示すコアプレート５３において、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂの形状は、いずれも断面略円形状である。他方、低温流体の入口ポート５９ａ及び低温流体の出口ポート５９ｂの形状は、断面略円形状のポートを変形させた形状であり、具体的には、コアプレート５３の角部の形状や、隣接する高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂの形状、並びにコアプレート５３の幅方向の両端側に配置されている凸部１０ａ，１０ｅの形状などに応じて、適宜変形させたものである。特に、図２，３に示すコアプレート５３における低温流体の入口ポート５９ａ及び出口ポート５９ｂは、断面略三角形状とされている。

図１，２に示すプレート積層型熱交換器１００，１１０に複数形成された管は、いずれもコアプレート５３，５４の幅方向の断面積がほぼ同一となるように構成されており、これらの管を構成する凸部１０ａ〜１０ｅは、プレート５３，５４の幅方向の断面積が次のような関係にある。すなわち、凸部１０ａの断面積＝凸部１０ｂの断面積＝凸部１０ｃの断面積＝凸部１０ｄの断面積＝凸部１０ｅの断面積、という関係にある。他方、図３に示すプレート積層型熱交換器１２０に形成された管は、その両端間の長さが長いものほど、当該管の断面積が大きくなるように構成されており、逆に、その両端間の長さが短いものほど、すなわち、高温流体用の入口ポート５８ａへの接続部と高温流体用の出口ポート５８ｂへの接続部との間の距離が短いものほど、コアプレート５３，５４の幅方向の断面積が小さくなるように構成されている。より具体的に説明すると、プレート積層型熱交換器１２０に形成された管は、コアプレート５３，５４の幅方向の両端側から当該コアプレート５３，５４の中心側に配置されたものほど、コアプレート５３，５４の幅方向の断面積が小さくなるように構成されており、これらの管を構成する凸部１０ａ〜１０ｅは、コアプレート５３，５４の幅方向の断面積が次のような関係にある。すなわち、凸部１０ａの断面積＝凸部１０ｅの断面積＞凸部１０ｂの断面積＝凸部１０ｄの断面積＞凸部１０ｃの断面積、という関係にある。

プレート積層型熱交換器１００，１１０，１２０では、一対のコアプレート５３，５４の組により、凸部１０，１０同士の壁面で囲繞されてなる管が複数形成され、これらの管により、高温流体室が構成されている。しかも、管の両端側は、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂに対して略円弧状を描きながら接続されている。そのため、高温流体は、管内の高温流体室を流れるとともに、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂの付近においては円弧状に旋回しながら流れることとなり、コアプレート５３，５４の広範囲の領域と接触しながら流れる。これにより、コアプレート５３，５４においては、伝熱に寄与しない領域が狭くなり、当該コアプレート５３，５４には、高温流体と低温流体との熱交換に寄与する領域が広く形成されることとなる。その結果、コアプレート５３，５４の有効伝熱面積が約１０〜１５％増加する。従って、プレート積層型熱交換器１００，１１０，１２０においては、いずれも従来のプレート積層型熱交換器５００と比べて、高温流体と低温流体との熱交換効率が高くなり、具体的には、熱交換効率が５〜１０％向上する。

また、プレート積層型熱交換器１１０，１２０では、コアプレート５３，５４の形状が略平行四辺形であり、当該コアプレート５３，５４の幅方向の両端側に配置された管内を流れる高温流体は、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂの付近において大きく旋回しながら流れる。そのため、コアプレート５３，５４においては、伝熱に寄与しない領域がより狭くなり、当該コアプレート５３，５４には、高温流体と低温流体との熱交換に寄与する領域がより広く形成されることとなる。従って、プレート積層型熱交換器１１０，１２０においては、プレート積層型熱交換器１００と比べて、熱交換効率がより高くなる。

さらに、プレート積層型熱交換器１２０では、前述した管が、コアプレート５３，５４の幅方向の両端側から当該コアプレート５３，５４の中心側に配置されたものほど、コアプレート５３，５４の幅方向の断面積が小さくなるように構成されている。そのため、プレート積層型熱交換器１２０では、コアプレート５３，５４の幅方向の両端側に配置された管内にも、当該コアプレート５３，５４の中心側に配置された管内と同程度に、高温流体が分配されることとなる。その結果、コアプレート５３，５４の幅方向の両端側に配置された管内を流れる高温流体の流量と、当該コアプレート５３，５４の中心側に配置された管内を流れる高温流体の流量とがほぼ同一となり、各管内を流れる高温流体の流量が均一化されることとなる。従って、プレート積層型熱交換器１２０においては、プレート積層型熱交換器１１０と比べて、熱交換効率がより高くなる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
次に、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係るプレート積層型熱交換器１５０の分解斜視図である。同図において、図１〜３に示した箇所と同一若しくは類似の箇所には、同一の符号を付している。

図４に示すプレート積層型熱交換器１５０は、前後のエンドプレート５１，５２間に複数のコアプレート５３，５４の組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート５１，５２及びコアプレート５３，５４で囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、高温流体室を前部側エンドプレート５１に突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ（図示せず）に連通させ、他方、低温流体室を後部側エンドプレート５２に突設した一対の循環パイプ５７ａ，５７ｂ（図示せず）に連通させたものである。前部側エンドプレート５１には、循環パイプ５６ａ，５６ｂを接続するための接続孔５６０ａ，５６０ｂが形成されており、後部側エンドプレート５２には、循環パイプ５７ａ，５７ｂを接続するための接続孔５７０ａ，５７０ｂが形成されている。また、これらのエンドプレート５１，５２には、コアプレート５３，５４の形状に応じて、凹凸が適宜設けられている。

コアプレート５３，５４は、平板状のプレートの片面側に溝状の凸部１０が複数形成されるとともに、これらの凸部１０ａ〜１０ｅが当該プレートの長手方向に対して略平行となるように配置され、且つ当該プレートの積層方向に山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部がプレートの長手方向に沿って繰り返されるように平板状のプレートが湾曲形成されたものである。コアプレート５３，５４は、当該コアプレート５３，５４の積層方向から視た形状が略長方形である。

コアプレート５３，５４の長手方向一端側には、高温流体用の入口ポート５８ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂが設けられている。他方、コアプレート５３，５４の長手方向他端側には、高温流体用の出口ポート５８ｂ及び低温流体用の入口ポート５９ａが設けられている。なお、コアプレート５４において、低温流体用の入口ポート５９ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂには、取付部６０が一体成形されている。これらの高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂ、並びに低温流体用の入口ポート５９ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂは、いずれもコアプレート５３，５４の角部に配置され、それぞれが略対角線上に配置された状態にある。さらに、凸部１０の両端側は、それぞれ高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂに対して略円弧状を描きながら接続されている。そして、一対のコアプレート５３，５４の組は、二枚のコアプレート５３，５４を前記片面側と反対側の他面側同士が相互に向き合い、且つそれぞれに形成された凸部１０，１０同士が逆向きに対をなすように組み付けて構成されている。

プレート積層型熱交換器１５０では、一対のコアプレート５３，５４の組により、凸部１０，１０同士の壁面で囲繞されてなる管が複数形成され、これらの管により、高温流体室が構成されている。また、管の両端側は、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂに対して略円弧状を描きながら接続されている。さらに、コアプレート５３，５４の積層方向には、山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部がコアプレート５３，５４の長手方向に沿って繰り返されるように構成されている。そのため、高温流体は、複雑な構造の高温流体室内を流れるとともに、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂの付近においては円弧状に旋回しながら流れる。従って、高温流体は、コアプレート５３，５４の広範囲の領域と接触しながら流れる。これにより、コアプレート５３，５４においては、伝熱に寄与しない領域が狭くなり、当該コアプレート５３，５４には、高温流体と低温流体との熱交換に寄与する領域が広く形成されることとなる。以上より、プレート積層型熱交換器１５０では、従来のプレート積層型熱交換器５００と比べて、熱交換効率が高くなり、さらには、前述したプレート積層型熱交換器１００と比べても、熱交換効率が高くなる。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
次に、図５を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、本発明の第３実施形態に係るプレート積層型熱交換器１６０において、高温流体と低温流体とがコアプレート５３を介して熱交換を行う様子を示す図である。同図において、図４に示した箇所と同一若しくは類似の箇所には、同一の符号を付している。以下、プレート積層型熱交換器１６０のコアプレート５３について、図４に示したコアプレート５３と異なる箇所を中心に説明する。

図５に示すプレート積層型熱交換器１６０において、コアプレート５３は、コアプレート５３，５４の積層方向から視た形状が略平行四辺形である。コアプレート５３において、対角が大きい方の一対の角部には、断面略円形状の高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂが配置され、対角が小さい方の一対の角部には、断面略三角形状の低温流体用の入口ポート５９ａ及び低温流体用の出口ポート５９ｂが配置されている。また、コアプレート５３には、凸部１０ａ〜１０ｅが形成されており、これらの凸部１０ａ〜１０ｅは、コアプレート５３の長手方向に対して略平行に配置されている。凸部１０ａ〜１０ｅには、図４に示した凸部１０ａ〜１０ｅと同様、コアプレート５３の積層方向に山部と谷部とが形成されている。これらの山部及び谷部は、コアプレート５３の長手方向に沿って周期的に繰り返されるように構成されている。また、凸部１０ａ〜１０ｅには、コアプレート５３の幅方向にも山部と谷部とが形成されている。これらの山部及び谷部は、コアプレート５３の長手方向に沿って周期的に繰り返されるように構成されている。そして、コアプレート５３の積層方向に形成された山部及び谷部によって構成される波と、コアプレート５３の幅方向に形成された山部及び谷部によって構成される波とは、それぞれの波の周期が同一の関係にある。また、コアプレート５３の積層方向に形成された山部及び谷部は、コアプレート５３の幅方向に形成された山部及び谷部によって構成される波において、位相ゼロに相当する箇所に配置されている。但し、本発明の構成は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、コアプレート５３の積層方向に形成された山部及び谷部が当該コアプレート５３の積層方向に形成された山部及び谷部に対応するように構成されたものを含むものとする。

一対のコアプレート５３，５４に形成された凸部１０，１０同士は、コアプレート５３，５４の長手方向に沿って同位相で蛇行するように構成されている。そして、一対のコアプレート５３，５４の組により、凸部１０，１０同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が複数形成され、これらの蛇行管により、高温流体室が構成されている。蛇行管は、コアプレート５３，５４の幅方向の両端側から当該コアプレート５３，５４の中心側に配置されたものほど、その断面積が小さくなるように構成されている。具体的には、蛇行管を構成する凸部１０ａ〜１０ｅは、コアプレート５３，５４の幅方向の断面積が、凸部１０ａの断面積＝凸部１０ｅの断面積＞凸部１０ｂの断面積＝凸部１０ｄの断面積＞凸部１０ｃの断面積、という関係にある。

プレート積層型熱交換器１６０では、一対のコアプレート５３，５４の組により、凸部１０，１０同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が複数形成され、これらの蛇行管により、高温流体室が構成されている。また、蛇行管の両端側は、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂに対して略円弧状を描きながら接続されている。さらに、コアプレート５３，５４の積層方向には、山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部がコアプレート５３，５４の長手方向に沿って繰り返されるように構成されている。また、コアプレート５３，５４の幅方向にも、山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部がコアプレート５３，５４の長手方向に沿って繰り返されるように構成されている。そのため、高温流体は、これらの蛇行管によって構成される高温流体室内を流れ、高温流体用の入口ポート５８ａ及び高温流体用の出口ポート５８ｂの付近においては円弧状に旋回しながら流れる。従って、高温流体は、コアプレート５３，５４の広範囲の領域と接触しながら流れる。これにより、コアプレート５３，５４においては、伝熱に寄与しない領域がより狭くなり、当該コアプレート５３，５４には、高温流体と低温流体との熱交換に寄与する領域が広く形成されることとなる。以上より、プレート積層型熱交換器１６０では、従来のプレート積層型熱交換器５００と比べて、熱交換効率が高くなるととともに、前述したプレート積層型熱交換器１５０と比べても、熱交換効率が高くなる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
次に、図６Ａ，図６Ｂ及び図７Ａ，図７Ｂを参照しながら、本発明のその他の実施形態について説明する。図６Ａ，図６Ｂ及び図７Ａ，図７Ｂは、本発明のその他の実施形態に係るプレート積層型熱交換器２００の改良部分を示す図である。図７Ａ，図７Ｂは、図６Ａ，図６Ｂの凸部３０，４０に第２凸部５０を形成したものを示す図である。各図において、同一若しくは類似の箇所には、同一の符号を付している。

図６Ａ，図６Ｂ及び図７Ａ，図７Ｂに示すプレート積層型熱交換器２００は、前後のエンドプレート５１，５２間に複数のコアプレート１３，１４の組（コア１５）を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート５１，５２及びコアプレート１３，１４で囲われた内部を高温流体室と高温流体室とが交互に積層されるように画成し、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート５１に突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ及び５７ａ，５７ｂに連通させたものである。

コアプレート１３，１４は、平板状のプレートを改良したものである。具体的には、これらのコアプレート１３，１４は、平板状のプレートの片面側に、当該プレートの長手方向に沿って連続的に蛇行する波状の凸部３０，４０を複数形成し、さらにこのプレートを当該プレートの積層方向に山部と谷部とが配置され、これらの山部及び谷部が当該プレートの長手方向に沿って繰り返されるように湾曲形成したものである。凸部３０，４０は、コアプレート１３，１４の長手方向と平行に複数形成されており、隣接する凸部３０，４０の間隔が等間隔となるように配列されている。凸部３０，４０には、コアプレート１３，１４の幅方向に山部と谷部とが形成されており、これらの山部と谷部とが交互にコアプレート１３，１４の長手方向に沿って周期的に繰り返されるように蛇行する。さらに、凸部３０，４０には、コアプレート１３，１４の積層方向にも山部と谷部とが形成され、これらの山部と谷部とが交互にコアプレート１３，１４の長手方向に沿って周期的に繰り返されるように蛇行する。そして、コアプレート１３，１４の幅方向に形成された山部及び谷部は、それぞれコアプレート１３，１４の積層方向に形成された山部及び谷部に対応するように配置されている。凸部３０，４０には、コアプレート１３，１４の積層方向及び幅方向に波が形成されている。そして、凸部３０，４０同士は、当該コアプレート１３，１４の幅方向に形成された波の周期、位相及び振幅が同一の関係にある。

一対のコアプレート１３，１４の組（コア１５）は、二枚のコアプレート１３，１４を凸部３０，４０が形成された片面側とは反対側の他面側同士が相互に向き合い、それぞれに形成した凸部３０，４０同士が上下逆向きに対をなすように組み付けたものである（図６Ａ参照）。コア１５には、凸部３０，４０同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が複数形成されており、これらの蛇行管により、高温流体室が構成されている。また、各コア１５は、それぞれに形成された積層方向の山部同士及び谷部同士が互いに重なり合うように組み付けられている（図６Ｂ参照）。

凸部３０，４０同士は、上下逆向きに対をなして蛇行管を構成し、コアプレート１３，１４の幅方向に隣接する蛇行管同士は、互いに遮断された状態にある。従って、高温流体は、同一の蛇行管内を略長手方向に流れることとなり、隣接する他の蛇行管内には流れ込まない。但し、本発明の構成は、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、凸部３０，４０同士をコアプレート１３，１４の長手方向若しくは幅方向に半位相ずらして形成し、蛇行管を構成しないようにしてもよい（但し図示せず）。このような構成とした場合には、高温流体が隣接する凸部間にも流れ込むようになり、より複雑な高温流体室が形成されることとなる。なお、凸部３０，４０には、コアプレート１３，１４の積層方向に形成された山部及び谷部に相当する箇所に、エンボス３１，４１を形成しておくことが好ましい。この場合に、コアプレート１３，１４の組を積層すると、上下一対のエンボス３１，４１が相互に当接して、低温流体室内に円柱状の柱体が形成される（図６Ｂ参照）。これらの柱体によりコアプレート１３，１４が積層方向に支えられることとなり、その結果、プレート強度が向上する。

また、図７Ａ，図７Ｂに示すように、凸部３０，４０を構成する各壁面には、第２凸部５０を形成し、蛇行管内を複雑な構造にしておくことが好ましい。すなわち、図７Ａ，図７Ｂに示す凸部３０，４０を構成する各壁面には、それぞれ高温流体の流れ方向と略直交する方向に沿って連続する小さな第２凸部５０が形成されており、これらの第２凸部５０は、コアプレート１３，１４の幅方向と略平行となるように配列されている。これにより、蛇行管内には、より複雑な流路が形成されている。但し、本発明は、かかる構成に限定されるものではなく、第２凸部５０を不連続的に形成してもよい。また、第２凸部５０の形状、方向及び配列等は、適宜設計することとする。例えば、第２凸部５０を、凸部３０，４０が蛇行する方向と直交する方向に沿って連続的若しくは不連続的に形成し、或いは凸部３０，４０が蛇行する方向に沿って連続的若しくは不連続的に形成してもよい。

以上の構成によれば、一対のコアプレート１３，１４の組には、コアプレート１３，１４の積層方向及び幅方向に蛇行する蛇行管が形成されている。これらの蛇行管内には、高温流体室が構成され、蛇行管同士で挟まれた領域には、低温流体室が構成されている。蛇行管は、フィンに代替する複雑な流路を形成するので、コアプレート１３，１４の伝熱面積が増加する。また、各流体室における出入口間の長さ（パス長）が増加して、熱交換効率が約１０〜２０％向上する。従って、フィンを削減したプレート積層型熱交換器２００においても、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持することが可能となる。また、すべてのコア１５において、フィンを完全に廃止することも可能となる。さらに、フィンの削減若しくは廃止により、部品点数の低減、及びコスト削減も可能となる。

ところで、プレート積層型熱交換器２００は、高温流体が蛇行管内を長手方向一端側から他端側に向けて流れるように構成されており、チューブ式熱交換器と類似の構造を有する。しかし、プレート積層型熱交換器２００は、複雑な流路が形成されており、この点でチューブ式熱交換器の構造と相違する。つまり、チューブ式熱交換器では、各流体室が直管状のチューブ管で構成されており、その構造上、チューブ管を積層方向及び幅方向に蛇行させて蛇行管とすることが困難である。そのため、チューブ式熱交換器の場合には、チューブ管内及びチューブ管同士で挟まれた領域に、複雑な流路を形成することが著しく困難である。ところが、本発明のプレート積層型熱交換器２００の場合には、コアプレート１３，１４を積層するだけで、複雑な流路を形成することが可能となる。これにより、プレート積層型熱交換器２００においては、高温流体と低温流体との熱交換効率が著しく向上する。

さらに、図８及び図９Ａ，図９Ｂを参照しながら、本発明のその他の実施形態について説明する。図８は、プレート積層型熱換器３００の改良部分を示す斜視図、図９Ａ，図９Ｂは、プレート積層型熱換器４００の改良部分を示す図である。各図において、図６Ａ，図６Ｂ及び図７Ａ，図７Ｂと同一若しくは類似の箇所には同一の符号を付している。

図８及び図９Ａ，図９Ｂに示すように、プレート積層型熱換器３００，４００は、いずれも図７Ａ，図７Ｂに示したプレート積層型熱交換器２００とほぼ同じ構成を有するが、凸部３０，４０の断面形状が断面略矩形ではなく断面略半円形である点で、プレート積層型熱交換器２００と異なる構成を有する。そして、図８に示すプレート積層型熱換器３００においては、凸部３０，４０同士がいずれも長手方向に沿って同位相で蛇行し、一対のコアプレート１３，１４の組には、同位相の凸部３０，４０同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が形成されている。この蛇行管は、断面略円形状であり、フィンに代替する複雑な流路を構成する。従って、本実施形態においても、コアプレート１３，１４の伝熱面積が増加する。また、各流体室における出入口間の長さ（パス長）も増加して、熱交換効率が向上する。

他方、図９Ａ，図９Ｂに示すプレート積層型熱換器４００においては、凸部３０，４０同士がコアプレート１３，１４の長手方向に沿って逆位相で蛇行するように構成されている（図９Ａ参照）。なお、図９Ｂは、図９Ａに示したプレート積層型熱換器４００を上方から視た概略図であり、図９ＢのＡ−Ａ線矢視図が図９Ａにほぼ対応する。但し、図９Ｂには、図９Ａに示した第２凸部５０を図示していない。

以上の構成によれば、一対のコアプレート１３，１４の組には、凸部３０，４０同士の壁面により、高温流体が交差攪拌する複雑な流路が形成されることとなり、その結果、高温流体と低温流体との熱交換効率が著しく向上する。従って、プレート積層型熱換器３００，４００においては、フィンを設けた場合と同等の熱交換効率を維持することが容易となり、また、すべての組においてフィンを完全に廃止することも容易となる。

産業上の利用の可能性

本発明によれば、熱交換効率が高いプレート積層型熱交換器を提供することができる。

Claims

前後のエンドプレート間に複数のコアプレートの組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート及びコアプレートで囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート又は後部側エンドプレートに突設した一対の循環パイプに連通させてなるプレート積層型熱交換器であって、
前記コアプレートは、平板状のプレートの片面側に溝状の凸部が複数形成され、これらの凸部が当該プレートの長手方向に対して略平行となるように配置されるとともに、積層方向から視た形状が略平行四辺形とされ、
前記コアプレートの長手方向一端側には、円形状の高温流体用の入口ポート及び略三角形状の低温流体用の出口ポートが設けられ、他方、前記コアプレートの長手方向他端側には、円形状の高温流体用の出口ポート及び略三角形状の低温流体用の入口ポートが設けられ、
且つ前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートが、対角が大きい方の一対の角部に、並びに前記低温流体用の入口ポート及び前記低温流体用の出口ポートが、対角が小さい方の一対の角部にそれぞれ配置され、
前記凸部の両端側が前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートに対して略円弧状を描きながら接続された状態に構成されており、
一対のコアプレートの組は、二枚のコアプレートを前記片面側と反対側の他面側同士が相互に向き合い、且つそれぞれに形成した前記凸部同士が逆向きに対をなすように組み付けて構成され、
当該一対のコアプレートの組により、前記凸部同士の壁面で囲繞されてなる管が複数形成され、これらの管により、前記高温流体室が構成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項１において、
前記管は、その両端間の長さが短いものほど、前記コアプレートの幅方向の断面積が小さくなるように構成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
前後のエンドプレート間に複数のコアプレートの組を積層し、その外周フランジ部同士をロウ付けすることで、エンドプレート及びコアプレートで囲われた内部を高温流体が流れる高温流体室と低温流体が流れる低温流体室とに画成し、各流体室をそれぞれ前部側エンドプレート又は後部側エンドプレートに突設した一対の循環パイプに連通させてなるプレート積層型熱交換器であって、
前記コアプレートは、平板状のプレートの片面側に溝状の凸部が複数形成されるとともに、これらの凸部が当該プレートの長手方向に対して略平行となるように配置されるとともに、積層方向から視た形状が略平行四辺形とされ、且つ当該プレートの積層方向に山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部が前記長手方向に沿って繰り返されるように前記プレートが湾曲形成されたものであり、
前記コアプレートの長手方向一端側には、円形状の高温流体用の入口ポート及び略三角形状の低温流体用の出口ポートが設けられ、他方、前記コアプレートの長手方向他端側には、円形状の高温流体用の出口ポート及び略三角形状の低温流体用の入口ポートが設けられ、
且つ前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートが、対角が大きい方の一対の角部に、並びに前記低温流体用の入口ポート及び前記低温流体用の出口ポートが、対角が小さい方の一対の角部にそれぞれ配置され、
前記凸部の両端側が前記高温流体用の入口ポート及び前記高温流体用の出口ポートに対して略円弧状を描きながら接続された状態に構成されており、
一対のコアプレートの組は、二枚のコアプレートを前記片面側と反対側の他面側同士が相互に向き合い、且つそれぞれに形成された前記凸部同士が逆向きに対をなすように組み付けて構成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項３において、
前記凸部には、前記コアプレートの長手方向と直交する当該コアプレートの幅方向にも山部と谷部とが形成され、これらの山部及び谷部が前記コアプレートの長手方向に沿って繰り返されるように構成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項４において、
一対の前記コアプレートに形成された前記凸部同士は、当該コアプレートの幅方向に形成された山部と谷部によって構成される波の周期及び振幅が同一であることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項５において、
前記凸部同士は、前記コアプレートの長手方向に沿って同位相で蛇行することを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項６において、
一対の前記コアプレートの組により、前記凸部同士の壁面で囲繞されてなる蛇行管が複数形成され、これらの蛇行管により、前記高温流体室が構成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項５において、
前記凸部同士は、前記コアプレートの長手方向に沿って逆位相で蛇行することを特徴とするプレート積層型熱交換器。
請求項１〜８において、
前記凸部を構成する壁面には、前記高温流体の流れ方向と略直交する方向に沿って第２凸部が形成されていることを特徴とするプレート積層型熱交換器。