JP5331701B2 - プレート積層型熱交換器 - Google Patents

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。

プレート積層型熱交換器は、積層したプレートを介して高温流体（例えば、オイルやＥＧＲガス等）と低温流体（例えば、水等）との間で熱交換させる装置である。この装置は、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エンドプレートに設けた一対の循環孔に連通させてなるものである。従来、かかるプレート積層型熱交換器として、例えば、特表２００４−５３００９２号公報等に示すようなものが知られている。

このような従来のプレート積層型熱交換器において、コアプレートは、略平板状のプレートを成形したものであり、当該プレートの長手方向一端側の幅方向両端には、一対の循環孔に連通する一対の高温流体用の入口ポート及び高温流体用の出口ポートが設けられている。また、当該プレートの片面側には、凸部が形成され、この凸部が高温流体用の入口ポートから当該プレートの長手方向他端側に伸びて当該プレートの長手方向他端側の領域においてＵターンを形成しつつ高温流体用の出口ポートに戻るように構成されている。さらに、当該プレートの長手方向両端には、それぞれもう一対の循環孔に連通する一対の低温流体用の入口ポート及び低温流体用の出口ポートが設けられている。

すなわち、従来のプレート積層型熱交換器において、低温流体用の入口ポートは、当該プレートの長手方向他端側の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域の外側に設けられ、他方、低温流体用の出口ポートは、当該プレートの長手方向一端側の領域のうち前記一対の高温流体用の入口ポート及び高温流体用の出口ポートが設けられた領域の外側に設けられている。そして、一対のコアプレートの組は、二枚のコアプレートを前記凸部が形成された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同士が逆向きに対をなして高温流体室が構成されるように組み付けられてなり、これら一対のコアプレートの組の間及びエンドプレートとこれに隣接するコアプレートとの間には、低温流体室が構成されている。

しかしながら、従来のプレート積層型熱交換器にあっては、前述した如く、低温流体用の入口ポート及び低温流体用の出口ポートが、それぞれプレートの長手方向両端に設けられ、相互にプレートの長手方向に遠く離れた状態で設置される構造を有するため、当該プレートの長手方向の寸法が大きくなってしまう。

すなわち、従来のプレート積層型熱交換器においては、低温流体がプレートの長手方向に略直線状に流れるように構成されており、低温流体用の入口ポートは、当該プレートの長手方向他端側の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域の外側に設けられ、他方、低温流体用の出口ポートは、当該プレートの長手方向一端側の領域のうち前記一対の高温流体用の入口ポート及び高温流体用の出口ポートが設けられた領域の外側に設けられる構造を有する。従って、かかる従来のプレート積層型熱交換器にあっては、プレートの長手方向両端に、それぞれ低温流体用の入口ポート及び低温流体用の出口ポートを設けるための領域（スペース）を確保しておく必要があり、そのためにプレートの長手方向の寸法を大きく設計せざるを得えないのである。

本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、プレートの長手方向の寸法が小さ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、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エンドプレートに設けた一対の循環孔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、略平板状のプレートを成形したものであり、当該プレートの長手方向一端側には、前記一対の循環孔に連通する一対の高温流体用の入口ポート及び高温流体用の出口ポートが設けられ、当該プレートの長手方向他端側には、もう一対の循環孔に連通する一対の低温流体用の入口ポート及び低温流体用の出口ポートが設けられており、当該プレートの片面側には、複数の凸部が形成され、これらの凸部が前記高温流体用の入口ポートから当該プレートの長手方向他端側に伸びて当該プレートの長手方向他端側の領域においてＵターンを形成しつつ前記高温流体用の出口ポートに戻るように構成されており、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して複数の前記高温流体室が管状に構成されるように組み付けられてなり、これら一対のコアプレートの組の間及び前記エンドプレートとこれに隣接するコアプレートとの間に、前記低温流体室が構成され、各低温流体室内には、その内部を前記プレートの長手方向に沿って前記低温流体用の入口ポート側の領域と前記低温流体用の出口ポート側の領域とに仕切る仕切部が形成されることで前記Ｕターンと逆向きのＵ字を有する逆Ｕ字状流路が形成されており、前記仕切部は、前記低温流体室を構成するプレート間に挟み込まれる柱状体、及び前記低温流体室を構成するプレートにそれぞれ設けられた接合用凸部同士の接合部によって形成されており、前記柱状体は、前記低温流体室内の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域の外側の領域において当該Ｕターンを形成する前記凸部の外壁と接触するように配置され、前記接合用凸部は、前記Ｕターンを形成する前記凸部よりも高く形成され、前記接合部は、前記低温流体室内の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域において前記柱状体と接触し、且つ当該接触部から前記Ｕターンの中心に向けて
伸延するとともに当該中心部から前記プレートの長手方向一端側の領域まで伸延す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、前記プレートに設けられた前記接合用凸部のうち、前記コアプレートに設けられた接合用凸部は、前記中心部から前記長手方向一端側の領域まで伸延する部分が、前記Ｕターンを形成する前記凸部によって構成されていることを特徴とする。

＜関連文献とのクロスリファレンス＞
本件出願は、２００６年１０月２３日付けで出願した日本国特願２００７―２７５３６５号に基づく優先権の主張を伴うものであって、その内容を援用するものである。

本発明の第一実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す分解斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す分解斜視図である。 本発明の第三実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す分解斜視図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ 仕切部材
１１ａ，１１ｂ 柱状部
１２ａ，１２ｂ 伸延部
２０ 柱状体
５１，５２ エンドプレート
５３，５４ コアプレート
５３ａ，５４ａ 凸部（Ｕ字状）
５１ａ，５２ａ，５３ｂ，５４ｂ 接合用凸部
５５ 高温流体室（一対のコアプレートの組）
６０ 低温流体室
６０ａ Ｕターンが形成された領域の外側の領域
１００，２００，３００ プレート積層型熱交換器
５１０ａ，５２０ａ，５３０ｂ，５４０ｂ 接合用凸部

以下、本発明の各実施形態について説明する。

＝＝＝第一実施形態＝＝＝
まず、図１を参照しながら、本発明の第一実施形態に係るプレート積層型熱交換器について説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す分解斜視図である。

図１に示すプレート積層型熱交換器１００は、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５５と低温流体が流れる低温流体室６０とに画成し、各流体室をそれぞれエンドプレート５１，５２（図１の場合にはエンドプレート５１）に突設した一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂ、５７ａ，５７ｂに連通させたものである。

コアプレート５３，５４は、略平板状のプレートを成形したものであり、当該プレートの長手方向一端側（図１の場合には右側）には、一対の循環パイプ５６ａ，５６ｂに連通する一対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が設けられ、当該プレートの長手方向他端側（図１の場合には左側）には、もう一対の循環パイプ５７ａ，５７ｂに連通する一対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が設けられている。そして、当該プレートの片面側、すなわちコアプレート５３の上方側及びコアプレート５４の下方側には、それぞれ凸部５３ａ、５４ａが複数形成され、これらの凸部５３ａ、５４ａが高温流体用の入口ポート５８ａから当該プレートの長手方向他端側に伸びて当該プレートの長手方向他端側の領域においてＵターンを形成しつつ高温流体用の出口ポート５８ｂに戻るように構成されている。

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された凸部５３ａ、５４ａ同士が逆向きに対をなして管状の高温流体室５５が複数構成されるように組み付けられている。そして、これら一対のコアプレート５３，５４の組の間及びエンドプレート５１，５２とこれに隣接するコアプレート５３，５４との間には、低温流体室６０が構成されている。

各低温流体室６０内には、Ｕターンが形成された領域及び当該領域の外側の領域（図１の領域６０ａ参照）を低温流体用の入口ポート５９ａ側の領域と低温流体用の出口ポート５９ｂ側の領域とに仕切る仕切部が形成されている。より具体的には、図１に示すプレート積層型熱交換器１００の場合、仕切部は、プレート５１〜５４とは別の仕切部材１０ａ，１０ｂによって形成されており、仕切部材１０ａは、コアプレート５３とコアプレート５４との間に挟み込まれるように構成され、仕切部材１０ｂは、エンドプレート５１とコアプレート５３との間及びエンドプレート５２とコアプレート５４との間に挟み込まれるように構成されている。そして、これらの仕切部材１０ａ，１０ｂは、それぞれＵターンが形成された領域の外側の領域６０ａに配置される柱状部１１ａ，１１ｂと、当柱状部１１ａ，１１ｂからＵターンの中心に向けて伸延する伸延部１２ａ，１２ｂと、を備えている。伸延部１２ａ，１２ｂには凹凸が設けられ、その凸部がコアプレート５３，５４に形成された複数の凸部間（すなわち、隣接する凸部５３ａ，５３ａの間及び隣接する凸部５４ａ，５４ａの間の凹部）に嵌め込まれるように構成されている。

このような構成とした場合には、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、いずれもプレートの長手方向他端側に設けられ、相互にプレートの幅方向に近接した状態で設置されることとなる。そのため、プレート積層型熱交換器１００によれば、プレートの長手方向の寸法が小さくなる。また、このような構成とした場合であっても、各低温流体室６０には、仕切部材１０ａ若しくは仕切部材１０ｂが形成されているので、低温流体は、この仕切部材１０ａ，１０ｂの作用により、低温流体用の入口ポート５９ａと低温流体用の出口ポート５９ｂとの間をプレートの幅方向に流れてショートパスしてしまうことはなく、むしろ、プレートの長手方向一端側でＵターンを形成しながら流れてロングパスすることとなる。そのため、プレートの伝熱領域が広範囲となり、熱交換器としての機能が阻害されることはない。

＝＝＝第二実施形態＝＝＝
次に、図２を参照しながら、本発明の第二実施形態に係るプレート積層型熱交換器について説明する。但し、同図において、図１に示した箇所と同一の箇所には同一の符号を付し、図１と異なる箇所（仕切部）を中心に説明する。図２は、本発明の第二実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す分解斜視図である。

図２に示すプレート積層型熱交換器２００において、仕切部は、低温流体室６０を構成するプレート間に挟み込まれる柱状体（例えば、カラー等）２０、及びこれらのプレートにそれぞれ設けられた接合用凸部同士の接合部、すなわち接合用凸部５１ａと接合用凸部５３ｂとの接合部、接合用凸部５２ｂと接合用凸部５４ｂとの接合部、及び接合用凸部５３ｂと接合用凸部５４ｂとの接合部によって形成されている。そして、これらの接合用凸部５１ａ〜５４ｂは、Ｕターンを形成する凸部５３ａ，５４ａよりも高く形成されている。

柱状体２０は、プレートとは別の部材で構成され、低温流体室６０内の領域のうちＵターンが形成された領域の外側の領域６０ａにおいて当該Ｕターンを形成する凸部５１ａ〜５４ａのうち最外側に位置するものの外壁と接触するように配置されている。一方、接合部は、プレートと同一部材で構成され、低温流体室６０内の領域のうちＵターンが形成された領域において柱状体２０と接触するとともに当該接触部からＵターンの中心に向けて伸延するように構成されている。そして、このような構成とした場合にも、前述したプレート積層型熱交換器１００と同様の構成（具体的には、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の配置が同様の構成であり、且つ仕切部が同様の構成）を有するので、当然にこれと同様の効果が得られることとなる。

ところで、上記各実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、上記各実施形態では、仕切部を形成する際に、プレート５１〜５４とは別の部材である仕切部材１０ａ，１０ｂ（図１参照）若しくは柱状体２０（図２参照）を用いているが、本発明では、このような別の部材を用いることなく、プレート５１〜５４に形成した接合用凸部同士の接合のみで仕切部が形成される実施形態を含むものとする。

また、上記各実施形態では、プレート５１〜５４には、ボルト貫通孔が形成されていないが、プレート５１〜５４に、それぞれ柱状部１１ａ，１１ｂ（図１参照）若しくは柱状体２０（図２参照）に形成された貫通孔と連通するボルト貫通孔を形成し、これらの貫通孔内にボルトを挿入して、プレート５１〜５４及び柱状部１１ａ，１１ｂ若しくは柱状体２０がボルト締めされる構成としてもよい。このような構成とした場合にも、前述したプレート積層型熱交換器１００，２００と同様に仕切部が形成されることとなり、当然に、これらと同様の効果が得られる。また、このような構成とした場合には、プレート５１〜５４及び柱状部１１ａ，１１ｂ若しくは柱状体２０がボルト締めされて補強されることとなり、その結果、プレート積層型熱交換器の耐久性が向上する。

＝＝＝第三実施形態＝＝＝
最後に、図３〜５を参照しながら、本発明の第三実施形態に係るプレート積層型熱交換器について説明する。但し、同図において、図２に示した箇所と同一の箇所には同一の符号を付し、図２と異なる箇所（仕切部）を中心に説明する。図３は本発明の第三実施形態に係るプレート積層型熱交換器を示す分解斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図である。

図３〜５に示すプレート積層型熱交換器３００において、各低温流体室６０内には、その内部をプレートの長手方向に沿って低温流体用の入口ポート５７ａ側の領域と低温流体用の出口ポート５７ｂ側の領域とに仕切る仕切部が形成され、前記Ｕターンと逆向きのＵ字を有する逆Ｕ字状流路が形成されている。

仕切部は、柱状体２０及び低温流体室６０を構成するプレートにそれぞれ設けられた接合用凸部同士の接合部（具体的には、コアプレート５３の接合用凸部５３０ｂとコアプレート５４の接合用凸部５４０ｂとの接合部、及び、エンドプレート５１の接合用凸部５１０ａとコアプレート５３のうち最上段のものの接合用凸部５３０ｂとの接合部、並びに、エンドプレート５２の接合用凸部５２０ａとコアプレート５４のうち最下段のものの接合用凸部５４０ｂとの接合部）によって形成されている。

これらの接合部は、低温流体室６０内の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域において柱状体２０と接触し、且つ当該接触部から前記Ｕターンの中心に向けて伸延するとともに当該中心部から前記プレートの長手方向一端側（図３の場合には右側。以下同じ。）の領域まで伸延するように構成されており、接合用凸部５３０ｂ，５４０ｂは、前記中心部から前記長手方向一端側の領域まで伸延する部分が、前記Ｕターンを形成する複数の凸部５３ａ,５４ａのうち最内側に位置するものによって構成されている。

このような構成とした場合にも、プレート積層型熱交換器３００は、プレート積層型熱交換器１００,２００と同様の構成を有するので、当然にこれらと同様の効果が得られることとなる。さらに、このような構成とした場合には、前記仕切部によって各低温流体室６０内に逆Ｕ字状流路が形成されるため、低温流体と高温流体との熱交換領域が増加する。その結果、プレート積層型熱交換器３００にあっては、プレート積層型熱交換器１００,２００と比べて、熱交換率が著しく向上することとなる。このことは、プレート積層型熱交換器３００とプレート積層型熱交換器１００,２００とが相互に熱交換率を同じくする場合には、プレート積層型熱交換器３００の方がプレート積層型熱交換器１００,２００よりも小型化して、プレートの長手方向の寸法が小さくなることを意味する。

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 (2)

1. 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エンドプレートに設けた一対の循環孔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、略平板状のプレートを成形したものであり、
   当該プレートの長手方向一端側には、前記一対の循環孔に連通する一対の高温流体用の入口ポート及び高温流体用の出口ポートが設けられ、当該プレートの長手方向他端側には、もう一対の循環孔に連通する一対の低温流体用の入口ポート及び低温流体用の出口ポートが設けられており、
   当該プレートの片面側には、複数の凸部が形成され、これらの凸部が前記高温流体用の入口ポートから当該プレートの長手方向他端側に伸びて当該プレートの長手方向他端側の領域においてＵターンを形成しつつ前記高温流体用の出口ポートに戻るように構成されており、
   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して複数の前記高温流体室が管状に構成されるように組み付けられてなり、
   これら一対のコアプレートの組の間及び前記エンドプレートとこれに隣接するコアプレートとの間に、前記低温流体室が構成され、
   各低温流体室内には、その内部を前記プレートの長手方向に沿って前記低温流体用の入口ポート側の領域と前記低温流体用の出口ポート側の領域とに仕切る仕切部が形成されることで前記Ｕターンと逆向きのＵ字を有する逆Ｕ字状流路が形成されており、
   前記仕切部は、前記低温流体室を構成するプレート間に挟み込まれる柱状体、及び前記低温流体室を構成するプレートにそれぞれ設けられた接合用凸部同士の接合部によって形成されており、
   前記柱状体は、前記低温流体室内の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域の外側の領域において当該Ｕターンを形成する前記凸部の外壁と接触するように配置され、
   前記接合用凸部は、前記Ｕターンを形成する前記凸部よりも高く形成され、
   前記接合部は、前記低温流体室内の領域のうち前記Ｕターンが形成された領域において前記柱状体と接触し、且つ当該接触部から前記Ｕターンの中心に向けて伸延するとともに当該中心部から前記プレートの長手方向一端側の領域まで伸延す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。
2. 前記プレートに設けられた前記接合用凸部のうち、前記コアプレートに設けられた接合用凸部は、前記中心部から前記長手方向一端側の領域まで伸延する部分が、前記Ｕターンを形成する前記凸部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層型熱交換器。

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