JP5749786B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本開示は、高圧ガスを冷却する熱交換器に関し、例えば、水素ガスを燃料とする車両に供給される水素を冷却する熱交換器に係る。

例えば、水素充填装置用の熱交換器として、特許文献１には、水素充填装置に高圧水素を供給する水素供給路と、水素供給路の内部に設けられて水素供給路に沿って延びて水素と略同圧力の冷媒が通流する冷媒供給路とを有して二重管構造を形成する水素用熱交換器が開示されている。

一方、文献２には、コンパクトな構成にて熱交換を効率的に行うことができるものとしてマイクロチャンネル型熱交換器が記載されている。このマイクロチャンネル型熱交換器は、熱交換器内を流通する流体の流路をマイクロチャンネルで構成されている。

特開２０１１−８０４９５号 特開２００９−７９７８１号

しかしながら、本発明者らは、鋭意検討の結果、例えば文献１の水素充填装置用の熱交換器のように高圧流体を取り扱う熱交換器では、文献２のようなマイクロチャンネル型熱交換器を用いると応力集中の問題が生じうることを見出した。これは、マイクロチャンネルの形成時に、ハーフエッチング溝がされた金属板同士をハーフエッチング溝同士が対向するように積層して、対向配置された一対のハーフエッチング溝同士によって水素供給流路を形成する場合、金属板の積層時に金属板の位置がずれると、この位置ずれが原因となって、比較的に高圧の水素が流れる水素供給流路に応力集中が生じるためである。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、コンパクト化を図るとともに、金属板の積層時に金属板の置ずれに起因した応力集中の抑制が可能なマイクロチャンネル熱交換器及びこの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の幾つかの実施形態に係わるマイクロチャンネル熱交換器は、
複数の金属板によって構成される積層体と、
前記積層体内に形成され、低圧流体を流すための低圧マイクロチャンネルと、
前記積層体内に形成され、前記低圧流体よりも高圧であり該低圧流体と熱交換される高圧流体を流すための高圧マイクロチャンネルと、を備え、
前記高圧マイクロチャンネルは、前記複数の金属板のうち対向配置された金属板のペアのうち一方の金属板に形成されたハーフエッチング溝と、前記ペアの他方の金属板のフラット面とで形成され、
一方、前記低圧マイクロチャンネルは、前記複数の金属板のうち対向配置された金属板の他のペアのうち一方の金属板に形成された第１ハーフエッチング溝と、前記他のペアのうち他方の金属板に形成された第２ハーフエッチング溝とを合わせて形成される合わせ構造を有しているように構成される事を要旨とする。
そして第１の実施形態においては、前記高圧マイクロチャンネルのハーフエッチング溝の開口側端に接する接線と前記フラット面とのなす角度が鈍角であるのがよい。
又第２の実施形態においては前記高圧マイクロチャンネルは、前記低圧マイクロチャンネルに沿って延び、
前記積層体内にはブラインを通流するブラインマイクロチャンネルが設けられ、
前記ブラインマイクロチャンネルは、前記低圧マイクロチャンネルと前記高圧マイクロチャンネルとの間に配置され、
前記ブラインマイクロチャンネル、前記低圧マイクロチャンネル、前記高圧マイクロチャンネルは前記金属板の厚さ方向に同一平面上に配置されているのがよい。

上記マイクロチャンネル熱交換器によれば、高圧マイクロチャンネルはハーフエッチ溝と平坦面で形成されているので、金属板の対向配置時に位置ずれが起きても、高圧マイクロチャンネルの断面形状は変わらないので、位置ずれが応力集中の直接の原因にはならない。一方、低圧マイクロチャンネルは、比較的低圧の流体が流れるため、金属板の位置ずれに起因した応力集中が多少発生したとしても、局所的に集中した応力の大きさは許容範囲に収まるのが通常である。そこで、低圧マイクロチャンネルについては、合わせ溝構造にし、圧力損失の低減を図り、低圧マイクロチャンネルにおける低圧流体の流量を増大させて、熱交換の効率を上昇させることができる。また、高圧及び低圧の流路は共にマイクロチャンネルであるので、積層体を小型化することができる。よって、マイクロチャンネル熱交換器のコンパクト化の実現ができる。

幾つかの実施形態では、
前記ハーフエッチング溝は、断面視において半円形状に形成され、
前記高圧マイクロチャンネルは、半円形状をした前記ハーフエッチング溝の開口側を前記フラット面で覆うようにして形成されている。

この場合、ハーフエッチング溝の断面は、半円形状に形成されるので、断面形状に起因した応力集中が発生したとしても、局所的に集中した応力の大きさは許容範囲に収めることができる。

幾つかの実施形態では、
ハーフエッチング溝の開口側端に接する接線とフラット面とのなす角度は鈍角であるように構成される。

この場合、ハーフエッチング溝の開口側端に接する接線とフラット面とのなす角度が鈍角であるので、ハーフエッチング溝の開口側端がフラット面に接触する部分において高圧マイクロチャンネルの断面形状の急激な変化を防止することができる。よって、応力集中が発生しにくい高圧マイクロチャンネルを備えるマイクロチャンネル熱交換器を実現できる。

幾つかの実施形態では、
前記第１ハーフエッチング溝と前記第２ハーフエッチング溝は、断面視において共に半円形状に形成され、
前記低圧マイクロチャンネルは、半円形状をした前記前記第１ハーフエッチング溝の開口側と、半円形状をした前記第２ハーフエッチング溝の開口側を接合して、断面が円形状に形成されている。

この場合、低圧マイクロチャンネルは、第１ハーフエッチング溝と第２ハーフエッチング溝とを合わせて断面が円形状に形成されているので、低圧マイクロチャンネルの断面積を高圧マイクロチャンネルよりも大きくすることができる。よって、低圧マイクロチャンネルの圧力損失を低減することができる。

幾つかの実施形態では、前記高圧マイクロチャンネルは、前記低圧マイクロチャンネルに沿って延び、
前記積層体内にはブラインを通流するブラインマイクロチャンネルが設けられ、
前記ブラインマイクロチャンネルは、前記低圧マイクロチャンネルと前記高圧マイクロチャンネルとの間に配置され、
前記ブラインマイクロチャンネル、前記低圧マイクロチャンネル、前記高圧マイクロチャンネルは前記金属板の厚さ方向に同一平面上に配置されているように構成される。

この場合、ブラインマイクロチャンネル、低圧マイクロチャンネル、高圧マイクロチャンネルは金属板の厚さ方向に同一平面上に配置されているので、高圧マイクロチャンネルを通流する高圧流体の冷却効率をより高めることができる。

幾つかの実施形態では、
前記複数の金属板は、
表面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に前記低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第１ハーフエッチング溝が設けられた第１金属板と、
表面に前記低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第２ハーフエッチング溝が設けられ、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第２金属板と、
表面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に前記高圧マイクロチャンネルの一部を形成するハーフエッチング溝が設けられた第３金属板と、
表面にフラット面が形成され、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第４金属板と、を含み、
前記第１金属板及び前記第２金属板は、前記第１金属板の裏面に前記第２金属板の表面が当接するとともに前記第１ハーフエッチング溝と前記第１ハーフエッチング溝により前記低圧マイクロチャンネルが形成されるように配置され、
前記第２金属板及び前記第３金属板は、前記第２金属板の裏面に前記第３金属板の表面が当接するとともに前記第２ブライン溝と前記第１ブライン溝により前記ブラインマイクロチャンネルが形成されるように配置され、
前記第３金属板及び前記第４金属板は、前記第３金属板の裏面に前記第４金属板の表面が当接するとともに前記ハーフエッチング溝と前記フラット面により前記高圧マイクロチャンネルが形成されるように配置されている。

この場合、金属板を第１金属板、第２金属板、第３金属板、第４金属板で構成され、これらの金属板を積層することで、低圧マイクロチャンネル、ブラインマイクロチャンネル、高圧マイクロチャンネルが形成されるので、小型化したマイクロチャンネル熱交換器の実現が可能である。

幾つかの実施形態では、
マイクロチャンネル熱交換器の製造方法は、
表面にブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第１ハーフエッチング溝が設けられた第１金属板の裏面に、表面に前記低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第２ハーフエッチング溝が設けられ、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第２金属板の表面を接合させて、前記第１金属板と前記第２金属板との間に低圧マイクロチャンネルを形成する第１工程と、
前記第２金属板の裏面に、表面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に前記高圧マイクロチャンネルの一部を形成するハーフエッチング溝が設けられた第３金属板の表面を接合させて、前記第２金属板と前記第３金属板との間にブラインマイクロチャンネルを形成する第２工程と、
前記第３金属板の裏面に、表面にフラット面が形成され、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第４金属板の表面を接合させて、前記第３金属板と前記第４金属板との間に高圧マイクロチャンネルを形成する第３工程と、を備える。

この場合には、第１工程と第２工程と第３工程を実施することで、低圧マイクロチャンネル、ブラインマイクロチャンネル、高圧マイクロチャンネルが形成されるので、小型化したマイクロチャンネル熱交換器の実現が可能である。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、コンパクト化を図るとともに、金属板の積層時に金属板の置ずれに起因した応力集中の抑制が可能なマイクロチャンネル熱交換器及びこの製造方法を提供することができる。

熱交換器を内蔵する燃料充填装置が設置された水素ステーションの概略構成図である。 同図（ａ）は熱交換器の正面視における内部構造図であり、同図（ｂ）は熱交換器の側面図である。 図２（ａ）のII−II矢視に相当する熱交換器の部分断面図である。 同図（ａ）は４種類のエッチング板の内部構造を説明するための概略図であり、同図（ｂ）は積層体の分解斜視図である。 同図（ａ）は種類一つ目のエッチング板の平面図であり、同図（ｂ）はこのエッチング板の裏面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のV−V矢視に相当するこのエッチング板の部分断面図である。 同図（ａ）は種類二つ目のエッチング板の平面図であり、同図（ｂ）はこのエッチング板の裏面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のVI−VI矢視に相当するこのエッチング板の部分断面図である。 同図（ａ）は種類三つ目のエッチング板の平面図であり、同図（ｂ）はこのエッチング板の裏面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のVII−VII矢視に相当するこのエッチング板の部分断面図である。 同図（ａ）は種類四つ目のエッチング板の平面図であり、同図（ｂ）はこのエッチング板の裏面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のVIII−VIII矢視に相当するこのエッチング板の部分断面図である。 同図（ａ）は種類一つ目の端板の平面図であり、同図（ｂ）はこの端板の側面図である。 同図（ａ）は種類二つ目の端板の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のX−X矢視に相当するこの端板の断面図である。 同図（ａ）は種類三つ目の端板の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のXI−XI矢視に相当するこの端板の断面図である。 他の実施形態に係わる高圧ガス流路の断面図である。

以下、添付図面に従って本発明の熱交換器の実施形態について説明する。本実施形態は、燃料補給時に水素自動車が移動する水素ステーションに設置された燃料充填装置に設けられる熱交換器を例にして以下説明する。先ず、熱交換器を説明する前に、水素ステーションについて概説する。なお、この実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

水素ステーション１は、ガソリンスタンドと同様に道路等に隣接して設けられ、水素自動車３に水素を充填させるための設備である。水素ステーション１は、図１（概略構成図）に示すように、水素製造装置５によって製造された水素を貯蔵する貯蔵タンク７と、貯蔵タンク７から供給された水素を圧縮して高圧化する圧縮機９と、圧縮機９によって高圧化された水素を貯蔵する蓄圧器１１と、蓄圧器１１に貯蔵されている高圧の水素を取り出して水素自動車３の燃料タンク３ａに充填させるための水素充填装置１３とを有して構成される。

蓄圧器１１は、複数のボンベ１２（図１では２つ）からなり、このボンベ１２のバルブを順次切り替えることにより、必要とされる量の水素を連続的に取り出すことができる。このボンベ１２内の高圧の水素は、水素充填装置１３を介して、水素自動車３に搭載の燃料タンク３ａに充填される。水素充填装置１３は、水素ステーション１に設置されている。

水素充填装置１３はノズル体１３ａを備え、このノズル体１３ａを水素自動車３の充填口に差し込むことにより燃料タンク３ａに高圧の水素を充填することができる。

次に、水素充填装置１３に設けられた熱交換器２０について図２〜図１２を参照しながら説明する。熱交換器２０は、図２(ａ)(内部構造図)及び図２(ｂ)(側面図)に示すように、冷媒ガス（例えば、ＣＯ２）、ブライン、高圧ガス（例えば、Ｈ２）を通流する低圧マイクロチャンネル２３、ブラインマイクロチャネル２５、高圧マイクロチャンネル２７が形成された積層体２１を有している。

積層体２１の幅方向両側の側面には、低圧マイクロチャンネル２３の冷媒入口側ヘッダー２３ａ及び冷媒出口側ヘッダー２３ｂが設けられている。また、積層体２１内の下部には、高圧マイクロチャンネル２７の高圧ガス入口側ヘッダー２７ａが複数（図１（ａ）では２つ）設けられ、積層体２１内の上部には、高圧マイクロチャンネル２７の高圧ガス出口側ヘッダー２７ｂが複数（図１（ａ）では２つ）設けられている。

また、積層体２１の両側面にはブラインマイクロチャネル２５のブライン入口側ヘッダー２５ａ及びブライン出口側ヘッダー２５ｂが設けられている。

幾つかの実施形態では、積層体２１は、図３（部分断面図）に示すように、複数の金属板３０を積層して形成されている。複数の金属板３０は、肉厚の薄い（例えば、１．５ｍｍ）ステンレス鋼からなり、平面視において全て同じ大きさの長方形状に形成されている。各金属板３０は、一方の金属板３０の裏面と他方の金属板３０の表面とを拡散接合によって接続されて、一体化されている。金属板３０には、表面と裏面の少なくともいずれかにハーフエッチングによって形成された溝が設けられている。この溝の大きさや溝の延びる方向の相違から、金属板３０には、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、４種類の第１金属板３１、３５、３９、４３と、積層体２１の両端部に配置される３種類の端板４７、５１、５５とが設けられている。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、実線が金属板３０の表面側に形成された流路を示し、破線が金属板の裏面に形成された流路を示している。

次に、４種類の第１金属板３１、３５、３９、４３と、３種類の端板４７、５１、５５について説明する。第１金属板３１は、図５（ａ）（平面図）、図５（ｂ）（裏面図）、図５（ｃ）（部分断面図）に示すように、表面３１ａにブラインマイクロチャネル２５の一部を構成する第１ブライン溝３２が形成され、裏面３１ｂに低圧マイクロチャンネル２３となる第１ハーフエッチング溝３３が形成されている。第１ブライン溝３２は、ハーフエッチングによって断面視において半円状に形成されている（図５（ｃ）参照）。半円状の第１ブライン溝３２の直径は、例えば、φ０．２ｍｍである。第１ブライン溝３２は、図５（ａ）に示すように、第１金属板３１の上部の短手方向の左端から右側へ直線状に延びて向きを下方へ変え、第１金属板３１の長手方向の上側から下側へ直線状に延びて向きを短手方向右側へ変え、短手方向右側へ延びている。

第１ブライン溝３２は、第１金属板３１の表面３１ａに所定のピッチ（例えば、１．８ｍｍ）を有して複数（例えば、５０個）設けられている。これら複数の第１ブライン溝３２の左側端部は、これら第１ブライン溝３２に交差する方向に延びる連通溝３２ａに合流している。連通溝３２ａの左側端部は第１金属板３１の左端に延びている。また、複数の第１ブライン溝３２の右側端部もこれらの溝に交差する方向に延びる連通溝３２ｂに合流し、連通溝３２ｂの右側端は第１金属板３１の他方側端に延びている。

第１ハーフエッチング溝３３は、図５（ｃ）に示すように、ハーフエッチングによって断面視において半円状に形成されている。半円状の第１ハーフエッチング溝３３の直径は、例えば、φ０．７５ｍｍである。第１ハーフエッチング溝３３は、図５（ｂ）に示すように、第１金属板３１の短手方向の左端から右端側へ直線状に延びて向きを下方へ変え、第１金属板３１の長手方向の上側から下側へ直線状に延びて向きを右側へ変え、右側端に延びている。

この第１ハーフエッチング溝３３は、第１金属板３１の裏面３１ｂに所定のピッチ（例えば、１．８ｍｍ）を有して複数（例えば、５０個）設けられている。これら複数の第１ハーフエッチング溝３３の左端の全ては第１金属板３１の左端に延びている。また、複数の第１ハーフエッチング溝３３の右端の全ても第１金属板３１の右端に延びている。

第１ブライン溝３２と第１ハーフエッチング溝３３は、第１金属板３１を挟むようにして互いに対向するように同一平面上に配置されている（図５（ｃ）参照）。第１金属板３１の４隅には、同一内径を有した円形の孔部３４が設けられている。これらの孔部３４は、高圧マイクロチャンネル２７を通流する高圧ガス（例えば、水素）が合流する高圧ガス入口側ヘッダー２７ａ及び高圧ガス出口側ヘッダー２７ｂを形成する（図２（ｂ）参照）。

第２金属板３５は、図６（ａ）（平面図）、図６（ｂ）（裏面図）、図６（ｃ）（部分断面図）に示すように、表面３５ａに低圧マイクロチャンネル２３の一部を構成する第２ハーフエッチング溝３６が形成され、裏面３５ｂにブラインマイクロチャネル２５の一部を構成する第２ブライン溝３７が形成されている。この第２ハーフエッチング溝３６は、前述した第１金属板３１に形成された第１ハーフエッチング溝３３と略同様であるので、第１ハーフエッチング溝３３と相違する点についてのみ説明する。第２ハーフエッチング溝３６は、第２金属板３５の短手方向の左端から右端側へ直線状に延びて向きを上方へ変え、第２金属板３５の長手方向の下側から上側へ直線状に延びて向きを右側へ変え、第２金属板３５の短手方向右端に延びている。

第２ブライン溝３７は、前述した第１金属板３１に形成された第１ブライン溝３２と略同様であるので、第１ブライン溝３２と相違する点のみについて説明する。第２ブライン溝３７は、第２金属板３５の下側の短手方向左端から右側へ直線状に延びて向きを上方へ変え、第２金属板３５の長手方向の下側から上側へ直線状に延びて向きを右側へ変え、第２金属板３５の短手方向右側へ延びている。

これら複数の第２ブライン溝３７の左端部は、これらの溝に交差する方向に延びる連通溝３７ａに合流し、連通溝３７ａの左端は第２金属板３５の左端に延びている。また、複数の第２ブライン溝３７の右側端部もこれらの流路に交差する方向に延びる連通溝３７ｂに合流し、連通溝３７ｂの右端は第２金属板３５の右端に延びている。

第２ブライン溝３７と第２ハーフエッチング溝３６は、第２金属板３５を挟むようにして互いに対向するように同一平面上に配置されている（図６（ｃ）参照）。第２金属板３５の４隅には、同一内径を有した円形の孔部３４が設けられている。これらの孔部３４の大きさや位置は、前述した第１金属板３１に設けられた孔部３４と同様なので、説明は省略する。

第３金属板３９は、図７（ａ）（平面図）、図７（ｂ）（裏面図）、図７（ｃ）（部分断面図）に示すように、表面３９ａにブラインマイクロチャネル２５の一部を形成する第１ブライン溝４０が形成され、裏面３９ｂに高圧マイクロチャンネル２７の一部を構成するハーフエッチング溝４１が設けられている。第１ブライン溝４０は、第１金属板３１に形成された第１ブライン溝３２と同一であるので、説明は省略する。

第３金属板３９に形成されたハーフエッチング溝４１は、上端が第３金属板３９の左側上部に設けられた後述する孔部３４に連通して下側が第３金属板３９の短手方向右側に延びるに従って下側へ傾斜して直線状に延びて向きを下方へ変え、第３金属板３９の長手方向上側から下側へ直線状に延びて向きを左側へ変え、第３金属板３９の短手方向左側に延びるに従って下側へ傾斜して、第３金属板３９の左側下部に設けられた後述する孔部３４に連通するハーフエッチング溝左４１Ｌと、上端が第３金属板３９の右側上部に設けられた後述する孔部３４に連通して下側が第３金属板３９の短手方向左側に延びるに従って下側へ傾斜して直線状に延びて向きを下方へ変え、第３金属板３９の長手方向上側から下側へ直線状に延びて向きを右側へ変え、第３金属板３９の短手方向右側に延びるに従って下側へ傾斜して、第３金属板３９の右側下部に設けられた後述する孔部３４に連通するハーフエッチング溝右４１Ｒとを含む。

ハーフエッチング溝左４１Ｌ及びハーフエッチング溝右４１Ｒは、ハーフエッチングによって断面視において半円状に形成されている。半円状のハーフエッチング溝左４１Ｌ及びハーフエッチング溝右４１Ｒの各直径は、例えば、φ０．５ｍｍである。ハーフエッチング溝左４１Ｌ及びハーフエッチング溝右４１Ｒは、第３金属板３９の裏面３９ｂに所定のピッチ（例えば、１．８ｍｍ）を有して複数（例えば、各２５個）設けられている。

ハーフエッチング溝左４１Ｌ及びハーフエッチング溝右４１Ｒは、第３金属板３９を挟むようにして互いに対向するように同一平面上に配置されている（図７（ｃ）参照）。第３金属板３９の４隅には、同一内径を有した円形の孔部３４が設けられている。これらの孔部３４の大きさや位置は、前述した第１金属板３１に設けられた孔部３４と同様なので、説明は省略する。

第４金属板４３は、図８（ａ）（平面図）、図８（ｂ）（裏面図）、図８（ｃ）（部分断面図）に示すように、表面４３ａが平面状に形成されたフラット面４４を有し、裏面４３ｂにブラインマイクロチャネル２５の一部を構成する第２ブライン溝４５が形成されている。この第２ブライン溝４５は、第２金属板３５に形成された第２ブライン溝３７と同一であるので、説明は省略する。

また、第４金属板４３の４隅には、互いに同一内径を有した円形の孔部３４が設けられている。これらの孔部３４は、前述した第１金属板３１、３５、３９に設けられた孔部と同様であるので、その説明は省略する。

幾つかの実施形態において、端板４７は、図９（ａ）（平面図）、図９（ｂ）（側面図）に示すように、その表面４７ａ及び裏面４７ｂは平面状のフラット面４８として形成されている。端板４７の表面４７ａの下部には、高圧ガス入口側ヘッダー２７ａ（図２（ｂ）参照）に連通する流入穴部５０が設けられ、端板４７の表面４７ａの上部には、高圧ガス出口側ヘッダー２７ｂに連通する流出穴部４９が設けられている。

幾つかの実施形態において、端板５１は、図１０（ａ）（平面図）、図１０（ｂ）（断面図）に示すように、その表面５１ａ及び裏面５１ｂに平面状のフラット面５２を形成している。端板５１の裏面５１ｂの４隅には、高圧ガス入口側ヘッダー２７ａ及び高圧ガス出口側ヘッダー２７ｂの一方側（左側）の端部を構成する半球状の凹部５３が形成されている。４つの凹部５３の大きさや位置は、前述した第１金属板３１に設けられた４つの孔部３４と同様であるので、その説明は省略する。凹部５３の底部には、端板５１の表面５１ａ側へ延びて貫通する貫通孔５４が設けられている。この貫通孔５４は高圧ガス入口側ヘッダー２７ａ及び高圧ガス出口側ヘッダー２７ｂの内径（例えば、φ５０ｍｍ）と比較して小径（例えば、φ３．２ｍｍ）に形成されて、絞りとして機能する。

幾つかの実施形態において、端板５５は、図１１（ａ）（平面図）、図１１（ｂ）（断面図）に示すように、その表面５５ａ及び裏面５５ｂに平面状のフラット面５６を形成している。端板５５の表面５５ａの４隅には、高圧ガス入口側ヘッダー２７ａ及び高圧ガス出口側ヘッダー２７ｂの他方側（右側）の端部を構成する半球状の凹部５７が形成されている。４つの凹部５７の大きさや位置は、前述した第１金属板３１に設けられた４つの孔部３４と同様であるので、その説明は省略する。

このように構成された４種類の第１金属板３１、３５、３９、４３と３種類の端板４７、５１、５５は、図４（ｂ）に示すように、端板４７の裏面４７ｂ上に端板５１の表面５１ａが接触するように積層され、端板５１の裏面５１ｂ上に第１金属板３１の表面３１ａが接触するように積層され、第１金属板３１の裏面３１ｂ上に第２金属板３５の表面３５ａが接触するように積層され、第２金属板３５の裏面３５ｂ上に第３金属板３９の表面３９ａが接触するように積層され、第３金属板３９の裏面３９ｂ上に第４金属板４３の表面４３ａが接触するように積層される。そして、これらの第１金属板３１、３５、３９、４３は、前述した積層方法と同様の方法で積層が複数回（例えば、３７回）繰り返された後に、第４金属板４３の裏面４３ｂ上に第１金属板３１の表面３１ａが接触するように積層され、第１金属板３１の裏面３１ｂ上に第２金属板３５の表面３５ａが接触するように積層され、第２金属板３５の裏面３５ｂ上に端板５５の表面５５ａが接触するように積層される。そして、これらの第１金属板３１、３５、３９、４３と端板４７、５１、５５同士が拡散接合によって接合される。

従って、積層体２１には、図３（図２（ａ）のII−II矢視断面図）に示すように、第１金属板３１の第１ハーフエッチング溝３３と第２金属板３５の第２ハーフエッチング溝３６とを合わせた合わせ構造であって断面が円形状の低圧マイクロチャンネル２３が形成されている。また、積層体２１には、第２金属板３５の第２ブライン溝３７と第３金属板３９の第１ブライン溝４０とを合わせた合わせ構造であって断面が円形状のブラインマイクロチャネル２５が形成されている。

また、積層体２１には、第３金属板３９のハーフエッチング溝４１と第４金属板４３のフラット面４４とで形成される断面が半円形状の高圧マイクロチャンネル２７が形成されている。さらに、積層体２１には、第４金属板４３の第２ブライン溝４５と第１金属板３１の第１ブライン溝３２とを合わせて形成される合わせ構造であって断面が円形状のブラインマイクロチャネル２５が形成されている。そして、積層体２１には、第１金属板３１に第２金属板３５を積層して低圧マイクロチャンネル２３が形成される。さらに、同様にして、積層体２１には、積層方向に沿って、低圧マイクロチャンネル２３、ブラインマイクロチャネル２５、高圧マイクロチャンネル２７、ブラインマイクロチャネル２５の順に各流路が形成されている。

ここで、高圧マイクロチャンネル２７には、高圧（例えば、約８０ＭＰａ）のガス（例えば、水素）が通流する。また、高圧マイクロチャンネル２７は、ハーフエッチング溝４１にフラット面４４が対向して形成されるので、金属板３０同士の重ね合わせの位置がずれても高圧マイクロチャンネル２７の断面形状は常に一定の半円状になる。このため、高圧マイクロチャンネル２７は、金属板３０同士の位置ずれに起因する応力集中を未然に防止することができる。

一方、低圧マイクロチャンネル２３は、前述したように、第１金属板３１に形成された断面半円形状の第１ハーフエッチング溝３３と、第２金属板３５に形成された断面半円形状の第２ハーフエッチング溝３６とが重ね合わせて断面円形状に形成されている。このため、第１金属板３１と第２金属板３５との重ね合わせ時に位置ずれが生じると、低圧マイクロチャンネル２３の断面形状は非円形状になり、金属板３０同士の位置ずれに起因する応力集中を招き易くなる。しかしながら、低圧マイクロチャンネル２３を流れる冷媒ガス（例えば、ＣＯ２）の圧力は、高圧ガスの圧力よりも小さい（例えば、約１ＭＰａ）。このため、金属板３０同士に位置ずれが生じても、この位置ずれに起因する応力集中は発生しない。

また、低圧マイクロチャンネル２３の半径（例えば、φ０．７５ｍｍ）は、高圧マイクロチャンネル２７の内径（例えば、φ０．５ｍｍ）よりも大きく、また低圧マイクロチャンネル２３の断面形状は円形であるのに対し、高圧マイクロチャンネル２７の断面形状は半円形である。このため、低圧マイクロチャンネル２３の断面積は高圧マイクロチャンネル２７の断面積よりも大きい。さらに、低圧マイクロチャンネル２３は高圧マイクロチャンネル２７に沿って延びるとともに、高圧マイクロチャンネル２７に対して金属板３０の二枚分の厚さ（例えば、約３．０ｍｍ）の位置に近接して配置されている。このため、高圧マイクロチャンネル２７を流れる高圧ガスの熱は、二枚の金属板３０を伝わって低圧マイクロチャンネル２３を流れる冷媒ガスに吸収される。よって、高圧ガスを効果的に冷却することができる。

さらに、本実施形態では、高圧マイクロチャンネル２７と低圧マイクロチャンネル２３との間に、ブラインマイクロチャネル２５が設けられている。このため、高圧マイクロチャンネル２７を流れる高圧ガスの熱は、二枚の金属板３０を伝わる途中でブラインマイクロチャネル２５を流れるブラインによって吸収され、さらに低圧マイクロチャンネル２３を流れる冷媒ガスに吸収される。よって、高圧ガスをより効果的に冷却することができる。

なお、前述した実施形態では、高圧マイクロチャンネル２７の断面が半円状に形成された場合を示したが、図１２（断面図）に示すように、ハーフエッチング溝４１の開口側端に接する接線Ｌとフラット面４４とのなす角度θが鈍角になるように、高圧マイクロチャンネル２７の断面を形成してもよい。この場合には、第３金属板３９にハーフエッチングによって半円よりも大きく円よりも小さいハーフエッチング溝４１'を形成する。

このように、高圧マイクロチャンネル２７の断面形状が、接線Ｌとフラット面４４とのなす角度θが鈍角になるように構成することで、ハーフエッチング溝４１'の開口側端の周辺における断面形状の急激な変化を抑えることができる。このため、断面形状の急激な変化に起因した応力集中を緩和することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。例えば、上述した各種実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１ 水素ステーション
３ 水素自動車
５ 水素製造装置
７ 貯蔵タンク
９ 圧縮機
１１ 蓄圧機
１２ ボンベ
１３ 水素充填装置
１３ａ ノズル体
２０ 熱交換器
２１ 積層体
２３ 低圧マイクロチャンネル
２３ａ 冷媒入口側ヘッダー
２３ｂ 冷媒出口側ヘッダー
２５ ブラインマイクロチャンネル
２５ａ ブライン入口側ヘッダー
２５ｂ ブライン出口側ヘッダー
２７ 高圧マイクロチャンネル
２７ａ 高圧ガス入口側ヘッダー
２７ｂ 高圧ガス出口側ヘッダー
３０ 金属板
３１、３５，３９、４３ 第１金属板、第２金属板、第３金属板、第４金属板
３１ａ、３５ａ、３９ａ、４３ａ、４７ａ、５１ａ、５５ａ 表面
３１ｂ、３５ｂ、３９ｂ、４３ｂ、４７ｂ、５１ｂ、５５ｂ 裏面
３２、４０ 第１ブライン溝
３２ａ、３２ｂ，３７ａ、３７ｂ 連通溝
３６ 第１ハーフエッチング溝
３７、４５ 第２ブライン溝
４１ ハーフエッチング溝
４４、４８ フラット面
４７、５１、５５ 端板
４９、５０ 流入穴部
５３、５７ 凹部
Ｌ 接線

Claims (8)

1. 複数の金属板によって構成される積層体と、
   前記積層体内に形成され、低圧流体を流すための低圧マイクロチャンネルと、
   前記積層体内に形成され、前記低圧流体よりも高圧であり該低圧流体と熱交換される高圧流体を流すための高圧マイクロチャンネルと、を備え、
   前記高圧マイクロチャンネルは、前記複数の金属板のうち対向配置された金属板のペアのうち一方の金属板に形成されたハーフエッチング溝と、前記ペアの他方の金属板のフラット面とで形成されるとともに、前記ハーフエッチング溝の開口側端に接する接線と前記フラット面とのなす角度は鈍角であり、
   一方、前記低圧マイクロチャンネルは、前記複数の金属板のうち対向配置された金属板の他のペアのうち一方の金属板に形成された第１ハーフエッチング溝と、前記他のペアのうち他方の金属板に形成された第２ハーフエッチング溝とを合わせて形成される合わせ構造を有する
   ことを特徴とするマイクロチャンネル熱交換器。
2. 複数の金属板によって構成される積層体と、
   前記積層体内に形成され、低圧流体を流すための低圧マイクロチャンネルと、
   前記積層体内に形成され、前記低圧流体よりも高圧であり該低圧流体と熱交換される高圧流体を流すための高圧マイクロチャンネルと、を備え、
   前記高圧マイクロチャンネルは、前記複数の金属板のうち対向配置された金属板のペアのうち一方の金属板に形成されたハーフエッチング溝と、前記ペアの他方の金属板のフラット面とで形成され、
   前記低圧マイクロチャンネルは、前記複数の金属板のうち対向配置された金属板の他のペアのうち一方の金属板に形成された第１ハーフエッチング溝と、前記他のペアのうち他方の金属板に形成された第２ハーフエッチング溝とを合わせて形成される合わせ構造を有し、
   前記高圧マイクロチャンネルは、前記低圧マイクロチャンネルに沿って延び、
   前記積層体内にはブラインを通流するブラインマイクロチャンネルが設けられ、
   前記ブラインマイクロチャンネルは、前記低圧マイクロチャンネルと前記高圧マイクロチャンネルとの間に配置され、
   前記ブラインマイクロチャンネル、前記低圧マイクロチャンネル、前記高圧マイクロチャンネルは前記金属板の厚さ方向に同一平面上に配置されている
   ことを特徴とするマイクロチャンネル熱交換器。
3. 前記ハーフエッチング溝は、断面視において半円形状に形成され、
   前記高圧マイクロチャンネルは、半円形状をした前記ハーフエッチング溝の開口側を前記フラット面で覆うようにして形成されている
   ことを特徴とする請求項１若しくは２に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
4. 前記第１ハーフエッチング溝と前記第２ハーフエッチング溝は、断面視において共に半円形状に形成され、
   前記低圧マイクロチャンネルは、半円形状をした前記前記第１ハーフエッチング溝の開口側と、半円形状をした前記第２ハーフエッチング溝の開口側を接合して、断面が円形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１若しくは２に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
5. 前記低圧マイクロチャンネルの断面積は、前記高圧マイクロチャンネルの断面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロチャンネル熱交換器。
6. 前記複数の金属板は、
   表面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に前記低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第１ハーフエッチング溝が設けられた第１金属板と、
   表面に前記低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第２ハーフエッチング溝が設けられ、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第２金属板と、
   表面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に前記高圧マイクロチャンネルの一部を形成するハーフエッチング溝が設けられた第３金属板と、
   表面にフラット面が形成され、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第４金属板と、を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
7. 前記第１金属板及び前記第２金属板は、前記第１金属板の裏面に前記第２金属板の表面が当接するとともに前記第１ハーフエッチング溝と前記第１ハーフエッチング溝により前記低圧マイクロチャンネルが形成されるように配置され、
   前記第２金属板及び前記第３金属板は、前記第２金属板の裏面に前記第３金属板の表面が当接するとともに前記第２ブライン溝と前記第１ブライン溝により前記ブラインマイクロチャンネルが形成されるように配置され、
   前記第３金属板及び前記第４金属板は、前記第３金属板の裏面に前記第４金属板の表面が当接するとともに前記ハーフエッチング溝と前記フラット面により前記高圧マイクロチャンネルが形成されるように配置されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロチャンネル熱交換器。
8. 表面にブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第１ハーフエッチング溝が設けられた第１金属板の裏面に、表面に前記低圧マイクロチャンネルの一部を形成する第２ハーフエッチング溝が設けられ、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第２金属板の表面を接合させて、前記第１金属板と前記第２金属板との間に低圧マイクロチャンネルを形成する第１工程と、
   前記第２金属板の裏面に、表面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第１ブライン溝が設けられ、裏面に前記高圧マイクロチャンネルの一部を形成するハーフエッチング溝が設けられた第３金属板の表面を接合させて、前記第２金属板と前記第３金属板との間にブラインマイクロチャンネルを形成する第２工程と、
   前記第３金属板の裏面に、表面にフラット面が形成され、裏面に前記ブラインマイクロチャンネルの一部を形成する第２ブライン溝が設けられた第４金属板の表面を接合させて、前記第３金属板と前記第４金属板との間に高圧マイクロチャンネルを形成する第３工程と、を備える
   ことを特徴とするマイクロチャンネル熱交換器の製造方法。

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