JP6079410B2

JP6079410B2 - プレート式熱交換器

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Publication number: JP6079410B2
Application number: JP2013091334A
Authority: JP
Inventors: 正樹今藤; 和裕西村
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: JP2014214934A

Description

本発明は、プレート式熱交換器に関し、特に、複数の伝熱プレートを１対の外部プレートで挟み込んだ構成を有するプレート式熱交換器に関するものである。

異なる２流体間で熱交換するためのプレート式熱交換器は、たとえば特開２０１２−１３２６２７号公報に開示されている。このようなプレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを積層して、その伝熱プレート間に第１および第２の流路を交互に形成し、第１の流路に流す流体と第２の流路に流す流体との間で熱交換を行わせるよう構成されている。

上記のプレート式熱交換器において、伝熱プレートの経年使用に伴う割れが発生すると、流体同士が混合されてしまう問題がある。この伝熱プレートの強度を向上させるため、２流体の各流路を２枚の伝熱プレートで仕切る構造（いわゆるダブルウォール構造）が採用されていた。このダブルウォール構造は、たとえば特開２０１２−１２７５９７号公報に開示されている。

特開２０１２−１３２６２７号公報特開２０１２−１２７５９７号公報

しかしながらダブルウォール構造を採用すると、部品点数が増加するという問題がある。

また伝熱プレートの経年使用に伴う割れが熱交換器内のどの部位で発生するかを特定することが難しく、割れによる漏洩流体を熱交換器の外側に排出することが難しいという問題もある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない部品点数で２流体の混合を防止でき、かつ漏洩流体を熱交換器の外部へ排出することが可能なプレート式熱交換器を提供することである。

本発明のプレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートと、第１の外部プレートおよび第２の外部プレートとを備えている。第１の外部プレートおよび第２の外部プレートは、複数枚の伝熱プレートを挟み込むように配置されている。複数枚の伝熱プレートの互いに隣り合う伝熱プレート同士の間には流体を通すための流路が形成されている。複数枚の伝熱プレートは、第１の外部プレートと隣り合う第１の最外部伝熱プレートと、第２の外部プレートと隣り合う第２の最外部伝熱プレートと、第１および第２の最外部伝熱プレートに挟まれる中間部伝熱プレートとを含んでいる。第１および第２の最外部伝熱プレートの少なくとも一方の最外部伝熱プレートの流路を構成する部分は、中間部伝熱プレートの流路を構成する部分よりも割れやすいように構成されている。

本発明のプレート式熱交換器によれば、最外部伝熱プレートが中間部伝熱プレートよりも割れやすいように構成されている。プレート式熱交換器の使用時において、経年的に割れが発生した場合でもこのような構成とすることで、最外部伝熱プレートが中間部伝熱プレートよりも先に割れる。最外部伝熱プレートが割れると、最外部伝熱プレートと中間部伝熱プレートとの間の流路を流れる流体が、最外部伝熱プレートの割れた箇所から、最外部伝熱プレートと外部プレートとの間に漏洩する。このため、その漏洩流体をプレート式熱交換器の外部へ排出することが可能となる。

また最外部伝熱プレートが中間部伝熱プレートよりも先に割れるため、中間部伝熱プレートが割れた場合に生じる中間部伝熱プレートで隔てられた２流体の混合を防止することができる。

また最外部伝熱プレートが中間部伝熱プレートよりも割れやすい構成を有していればよいため、ダブルウォール構造よりも部品点数を少なくすることができる。

上記のプレート式熱交換器において、少なくとも一方の最外部伝熱プレートの流路を構成する部分の厚みは、中間部伝熱プレートの流路を構成する部分の厚みよりも薄い。

これにより、部品点数の少ない簡易な構成で、最外部伝熱プレートを中間部伝熱プレートよりも割れやすくすることができる。

上記のプレート式熱交換器において、少なくとも一方の最外部伝熱プレートの流路を構成する部分に、中間部伝熱プレートの流路を構成する部分よりも機械的強度が低くなるように使用時に応力集中する凹部が設けられている。

上記のプレート式熱交換器において、複数枚の伝熱プレートの各々が、波状の断面形状を有している。少なくとも一方の最外部伝熱プレートの断面形状における波ピッチが、中間部伝熱プレートの断面形状における波ピッチよりも大きい。

上記のプレート式熱交換器において、第１および第２の外部プレートの少なくとも一方の外部プレートには、少なくとも一方の最外部伝熱プレートに割れが生じた際に発生する漏洩流体を排出するための排出用貫通孔が形成されている。

これにより、排出用貫通孔を通じて漏洩流体をプレート式熱交換器の外部へ排出することができる。

上記のプレート式熱交換器において、少なくとも一方の外部プレートには、排出用貫通孔に漏洩流体を導くための漏洩流体排出用溝部が形成されている。

この漏洩流体排出用溝部により漏洩流体を排出用貫通孔にスムーズに導くことが可能となる。

上記のプレート式熱交換器において、第１の最外部伝熱プレートと中間部伝熱プレートとの間で構成される流路に流れる流体と、第２の最外部伝熱プレートと中間部伝熱プレートとの間で構成される流路に流れる流体とが同一である。

これにより漏洩する流体を特定することができる。
上記のプレート式熱交換器において、第１の最外部伝熱プレートと中間部伝熱プレートとの間で構成される流路に流れる流体と、第２の最外部伝熱プレートと中間部伝熱プレートとの間で構成される流路に流れる流体とが異なる。

これにより異なる２つの流体の各々が漏洩した際に、２つの漏洩流体の各々において混合物の有無を知ることができる。

上記のプレート式熱交換器において、少なくとも一方の最外部伝熱プレートは、断面形状が波状となるような流路用溝形成部を有している。流路用溝形成部の波状の断面形状は、少なくとも一方の最外部伝熱プレートと隣り合う第１または第２の外部プレート側に突き出す複数の頂部を有している。複数の頂部は、少なくとも一方の外部プレートにろう付けされた頂部と、少なくとも一方の外部プレートにろう付けされない頂部とを含んでいる。

これにより、最外部伝熱プレートにおいて割れが生じる確率を高めることができる。

以上説明したように本発明によれば、少ない部品点数で２流体の混合を防止でき、かつ漏洩流体を熱交換器の外部へ排出することが可能なプレート式熱交換器を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の構成を天板側から概略的に示す斜視図である。本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の構成を底板側から概略的に示す斜視図である。本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の構成を天板側から概略的に示す分解斜視図である。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿うプレート式熱交換器の概略断面図である。図１のＶ−Ｖ線に沿うプレート式熱交換器の概略断面図である。本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の天板を下側から概略的に示す斜視図である。図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿うプレート式熱交換器の概略断面図である。図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿うプレート式熱交換器の概略断面図である。本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の天板に設けられた漏洩流体排出用溝部の構成を示す図である。本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の底板に設けられた漏洩流体排出用溝部の構成を示す図である。本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の変形例として最外部伝熱プレートが部分的に厚みの薄い箇所を有する構成を概略的に示す部分断面図である。図１１の一部を拡大して示す部分斜視図である。プレート式熱交換器を製造する際にシート状のろう材を各プレート間に挟む様子を概略的に示す分解斜視図である。最外部伝熱プレートと底板との間にろう付けされない箇所を形成した第１の構成を示す部分断面図である。最外部伝熱プレートと底板との間にろう付けされない箇所を形成した第２の構成を示す部分断面図である。最外部伝熱プレートと底板との間にろう付けされない箇所を形成する方法を示す部分断面図である。図１６の方法により、最外部伝熱プレートと底板との間にろう付けされない箇所を形成した第３の構成を示す部分断面図である。本発明の実施の形態２におけるプレート式熱交換器の構成を概略的に示す部分断面図である。本発明の実施の形態３におけるプレート式熱交換器の構成を概略的に示す部分断面図である。伝熱プレートが４枚の場合の構成を天板側から概略的に示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まずは本実施の形態におけるプレート式熱交換器の構成について図１〜図５を用いて説明する。

図１〜図３を参照して、本実施の形態のプレート式熱交換器１０は、複数枚の伝熱プレート１〜５と、底板（外部プレート）６と、天板（外部プレート）７とを主に有している。底板６と天板７とは、複数枚の伝熱プレート１〜５を挟み込むように配置されている。

主に図１を参照して、天板７は、第１の流体用の２つの流体継手７ａと、第２の流体用の２つの流体継手７ｂとを有している。２つの流体継手７ａの各々は、第１の流体を通す配管を接続するための継手である。２つの流体継手７ａの一方に接続される配管は、第１の流体をプレート式熱交換器１０内に流入させるための配管である。２つの流体継手７ａの他方に接続される配管は、プレート式熱交換器１０内から第１の流体を流出させるための配管である。

２つの流体継手７ｂの各々は、第２の流体を通す配管を接続するための継手である。２つの流体継手７ｂの一方に接続される配管は、第２の流体をプレート式熱交換器１０内に流入させるための配管である。２つの流体継手７ｂの他方に接続される配管は、第２の流体をプレート式熱交換器１０内から流出させるための配管である。

また天板７には漏洩流体排出用貫通孔７ｃが設けられている。この漏洩流体排出用貫通孔７ｃは天板７を厚み方向に貫通している。

主に図２を参照して、底板６には漏洩流体排出用貫通孔６ｃが設けられている。この漏洩流体排出用貫通孔６ｃは天板７を厚み方向に貫通している。

主に図３を参照して、複数枚の伝熱プレート１〜５は、たとえば５枚の伝熱プレートである。複数枚の伝熱プレート１〜５は互いに厚み方向に積層されている。複数枚の伝熱プレートの枚数は５枚に限定されるものではなく３枚以上であればよい。

複数枚の伝熱プレート１〜５の各々は、流路用溝形成部１ｃ〜５ｃを有している。流路用溝形成部１ｃ〜５ｃの各々には、複数の流路用溝が形成されている。複数の流路用溝の各々は、平面視において（複数枚の伝熱プレート１〜５の各々の厚み方向から見て）、たとえばＶ字状の形状を有している。複数の流路用溝に交差する方向の断面において伝熱プレート１〜５の各々は波状の断面形状を有している。

伝熱プレート１は、平面視において４隅に平坦部１ｄを有している。この平坦部１ｄには貫通孔や流路用溝は形成されておらず、平坦な表面を有している。２つの平坦部１ｄの各々は流体継手７ａの真下領域に位置しており、伝熱プレート１の他の２つの平坦部１ｄの各々は流体継手７ｂの真下領域に位置している。

また伝熱プレート２〜５の各々は、平面視において４隅に貫通孔形成部２ｄ〜５ｄを有している。貫通孔形成部２ｄ〜５ｄの各々は、貫通孔２ａ〜５ａ、２ｂ〜５ｂが形成された平坦部からなっており、流路用溝は形成されていない。

貫通孔２ａ〜５ａの各々は流体継手７ａの真下領域に位置しており、流体継手７ａ内の流路に連通している。また貫通孔２ｂ〜５ｂの各々は流体継手７ｂの真下領域に位置しており、流体継手７ｂ内の流路に連通している。

伝熱プレート１における流体継手７ａの真下領域に位置する平坦部１ｄは、伝熱プレート１の厚み方向の上方（天板７側）に対して凹状に形成されている。一方、伝熱プレート１における流体継手７ｂの真下領域に位置する平坦部１ｄは、伝熱プレート１の厚み方向上方に対して凸状に形成されている。

伝熱プレート３、５における貫通孔３ａ、５ａが形成された貫通孔形成部３ｄ、５ｄの各々は、伝熱プレート３、５の各々の厚み方向の上方（天板７側）に対して凹状に形成されている。一方、伝熱プレート３、５における貫通孔３ｂ、５ｂが形成された貫通孔形成部３ｄ、５ｄの各々は、伝熱プレート３、５の各々の厚み方向の上方に対して凸状に形成されている。

伝熱プレート２、４における貫通孔２ａ、４ａが形成された貫通孔形成部２ｄ、４ｄの各々は、伝熱プレート２、４の各々の厚み方向の上方（天板７側）に対して凸状に形成されている。一方、伝熱プレート２、４における貫通孔２ｂ、４ｂが形成された貫通孔形成部２ｄ、４ｄの各々は、伝熱プレート２、４の各々の厚み方向の上方に対して凹状に形成されている。

厚み方向に互いに隣り合う伝熱プレート同士の間には、流体を通すための流路が形成されている。たとえば伝熱プレート１、２の間と、伝熱プレート３、４の間とには、白抜き矢印で示すように第１の流体を通すための流路が形成されている。また、たとえば伝熱プレート２、３の間と、伝熱プレート４、５の間とには、黒塗り矢印で示すように第２の流体を通すための流路が形成されている。

上記の流路は、互いに隣り合う伝熱プレートにより構成されている。具体的には、上記流路は、互いに隣り合う伝熱プレートの流路用溝形成部１ｃ〜５ｃ、平坦部１ｄ、貫通孔形成部２ｄ〜５ｄなどから構成されている。

互いに隣り合う伝熱プレート１〜５同士の接合と、伝熱プレート１および底板６の接合と、伝熱プレート５および天板７の接合との各々は、たとえば銅のろう付けによりなされている。

複数枚の伝熱プレート１〜５は、底板６と隣り合う伝熱プレート１（最外部伝熱プレート）と、天板７と隣り合う伝熱プレート５（最外部伝熱プレート）と、伝熱プレート１および５に挟まれる伝熱プレート２〜４（中間部伝熱プレート）とを含んでいる。

伝熱プレート１および５の少なくとも一方の流路を構成する部分（流路用溝形成部１ｃ、５ｃ、平坦部１ｄ、貫通孔形成部５ｄなど）は、伝熱プレート２〜４の流路を構成する部分（流路用溝形成部２ｃ〜４ｃ、貫通孔形成部２ｄ〜４ｄなど）よりも割れやすいように構成されている。

伝熱プレート１および５は割れやすくなるように、伝熱プレート２〜４よりも機械的強度が劣るように（低くなるように）構成されている。この機械的強度は、たとえば引張強さにより評価されるものである。

ただし、本実施の形態のプレート式熱交換器１０に第１および第２の流体を流して使用する際に、伝熱プレート１および５が伝熱プレート２〜４よりも先に割れるように構成されていれば、特に機械的強度が伝熱プレート２〜４よりも低くなっていなくてもよい。

上記割れやすい構成の一例として、図４および図５に示すように、伝熱プレート１および５の流路を構成する部分の厚みＴ１、Ｔ５が、伝熱プレート２〜４の流路を構成する部分の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄くなっている。これにより、伝熱プレート１および５は、伝熱プレート２〜４よりも機械的強度が劣っている。伝熱プレート２〜４の流路を構成する部分の厚みＴ２〜Ｔ４は、伝熱プレート１および５の流路を構成する部分の厚みＴ１、Ｔ５のたとえば２倍以上である。

伝熱プレート１および５の流路を構成する部分の厚みＴ１、Ｔ５は、たとえば０．２ｍｍ以上０．４以下であり、たとえば０．３ｍｍであることが好ましい。また伝熱プレート２〜４の流路を構成する部分の厚みＴ２〜Ｔ４は、たとえば０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、０．６ｍｍであることが好ましい。

伝熱プレート１〜５の各々は、たとえばステンレス鋼よりなっている。伝熱プレート１および５はたとえば厚み０．３ｍｍのステンレス鋼板を加工することにより形成され、伝熱プレート２〜４はたとえば厚み０．６ｍｍのステンレス鋼板を加工することにより形成されている。このように形成された場合、伝熱プレート１および５の全体の厚みは、伝熱プレート２〜４の全体の厚みよりも薄くなる。

次に、本実施の形態のプレート式熱交換器１０における第１および第２の流体の流路について図３〜図５を用いて説明する。

図４を参照して、流体継手７ａの真下領域において、伝熱プレート１の平坦部１ｄは凹状に形成されており、かつ伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄは凸状に形成されている。これにより伝熱プレート１の平坦部１ｄと伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄとの間には隙間が形成されており、この隙間が第１の流体の流路となる。

また流体継手７ａの真下領域において、伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄは凸状に形成されており、かつ伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄは凹状に形成されている。これにより伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄと伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄとの間は互いにろう付けされており隙間はない。よって、伝熱プレート２、３の間は第１の流体の流路とはならない。

また流体継手７ａの真下領域において、伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄは凹状に形成されており、かつ伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄは凸状に形成されている。これにより伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄと伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄとの間には隙間が形成されており、この隙間が第１の流体の流路となる。

また流体継手７ａの真下領域において、伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄは凸状に形成されており、かつ伝熱プレート５の貫通孔形成部５ｄは凹状に形成されている。これにより伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄと伝熱プレート５の貫通孔形成部５ｄとの間は互いにろう付けされており隙間はない。よって、伝熱プレート４、５の間は第１の流体の流路とはならない。

これにより図３に示すように、伝熱プレート１、２の間と、伝熱プレート３、４の間とには、白抜き矢印で示すように第１の流体を通すための流路が形成される。２つの流体継手７ａの一方からプレート式熱交換器１０内に流入した第１の流体は、伝熱プレート１、２の間と伝熱プレート３、４の間とを通って、２つの流体継手７ａの他方からプレート式熱交換器１０外へ排出される。

図５を参照して、流体継手７ｂの真下領域において、伝熱プレート１の平坦部１ｄは凸状に形成されており、かつ伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄは凹状に形成されている。これにより伝熱プレート１の平坦部１ｄと伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄとの間は互いにろう付けされており隙間はない。よって、伝熱プレート１、２の間は第２の流体の流路とはならない。

また流体継手７ｂの真下領域において、伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄは凹状に形成されており、かつ伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄは凸状に形成されている。これにより伝熱プレート２の貫通孔形成部２ｄと伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄとの間には隙間が形成されており、この隙間が黒塗り矢印で示すように第２の流体の流路となる。

また流体継手７ｂの真下領域において、伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄは凸状に形成されており、かつ伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄは凹状に形成されている。これにより伝熱プレート３の貫通孔形成部３ｄと伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄとの間は互いにろう付けされており隙間はない。よって、伝熱プレート３、４の間は第２の流体の流路とはならない。

また流体継手７ｂの真下領域において、伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄは凹状に形成されており、かつ伝熱プレート５の貫通孔形成部５ｄは凸状に形成されている。これにより伝熱プレート４の貫通孔形成部４ｄと伝熱プレート５の貫通孔形成部５ｄとの間には隙間が形成されており、この隙間が黒塗り矢印で示すように第２の流体の流路となる。

これにより図３に示すように、伝熱プレート２、３の間と、伝熱プレート４、５の間とには、黒塗り矢印で示すように第２の流体を通すための流路が形成される。２つの流体継手７ｂの一方からプレート式熱交換器１０内に流入した第２の流体は、伝熱プレート２、３の間と伝熱プレート４、５の間とを通って、２つの流体継手７ｂの他方からプレート式熱交換器１０外へ排出される。

伝熱プレート１〜５の各々の厚み方向において第１の流体の流路と第２の流体の流路とが交互に配置されることにより、第１の流体と第２の流体との間で熱交換が行なうことが可能となる。

次に、本実施の形態のプレート式熱交換器１０における漏洩流体を排出するための構成について図３および図６〜図１０を用いて説明する。

図６および図７を参照して、天板７の伝熱プレート５と対向する面（底面）には、漏洩流体排出用溝部７ｅが形成されている。この漏洩流体排出用溝部７ｅは、天板７を貫通する排出用貫通孔７ｃと繋がっている。この漏洩流体排出用溝部７ｅは、伝熱プレート４、５の間から伝熱プレート５の割れを通じて漏洩してきた漏洩流体を排出用貫通孔７ｃに導くためのものである。

図９は、天板７に形成された漏洩流体排出用溝部７ｅを、伝熱プレート５に形成された流路用溝と併せて示す図である。図９を参照して、漏洩流体排出用溝部７ｅは、伝熱プレート５に形成された流路用溝のうち、平面視においてＶ字状の形状を有する複数の流路用溝の全てに対向するように形成されている。この漏洩流体排出用溝部７ｅはたとえば直線状に延びている。

図３および図８を参照して、底板６の伝熱プレート１と対向する面（上面）には、漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂが形成されている。漏洩流体排出用溝部６ｅａは、底板６を貫通する排出用貫通孔６ｃと繋がっている。この漏洩流体排出用溝部６ｅａは、伝熱プレート１、２の間から伝熱プレート１の割れを通じて漏洩してきた漏洩流体を排出用貫通孔６ｃに導くためのものである。

図１０は、底板６に形成された漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂを、伝熱プレート１に形成された流路用溝と併せて示す図である。図１０を参照して、漏洩流体排出用溝部６ｅａは、伝熱プレート１に形成された流路用溝のうち、平面視においてＶ字状の形状を有する複数の流路用溝の全てに対向するように形成されている。また漏洩流体排出用溝部６ｅｂは、漏洩流体排出用溝部６ｅａと対向しない流路用溝と対向し、かつＶ字状の流路用溝の一部とも対向するように形成されている。これらの漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂの各々はたとえば直線状に延びている。

漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂ、７ｅの深さは、たとえば１ｍｍ程度である。漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂ、７ｅの深さが１ｍｍ程度であれば、製造時に用いるろう材で漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂ、７ｅが埋まることが防止でき、かつ切削ではなくプレス加工で漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂ、７ｅを形成することが可能となる。

なお上記においては天板７に１本の漏洩流体排出用溝部７ｅが形成された構成について説明したが、底板６の漏洩流体排出用溝部６ｅｂに対応する溝（漏洩流体排出用溝部７ｅと対向しない流路用溝と対向し、かつ一部のＶ字状の流路用溝とも対向する溝）が漏洩流体排出用溝部７ｅ以外に天板７に設けられていてもよい。

次に、本実施の形態のプレート式熱交換器１０の作用効果について説明する。
本実施の形態のプレート式熱交換器１０によれば、図４および図５に示すように、伝熱プレート１および５が伝熱プレート２〜４よりも割れやすいように（厚みＴ１、Ｔ５が厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄くなるように）構成されている。このため、プレート式熱交換器１０の使用時において、伝熱プレート１および５が伝熱プレート２〜４よりも先に割れる。伝熱プレート１が割れると、伝熱プレート１と伝熱プレート２との間の流路を流れる流体が、伝熱プレート１の割れた箇所から、伝熱プレート１と底板６との間に漏洩する。また伝熱プレート５が割れると、伝熱プレート５と伝熱プレート４との間の流路を流れる流体が、伝熱プレート５の割れた箇所から、伝熱プレート５と天板７との間に漏洩する。このため、その漏洩流体をプレート式熱交換器１０の外部へ排出することが可能となる。

また伝熱プレート１および５が伝熱プレート２〜４よりも先に割れるため、伝熱プレート２〜４が割れた場合に生じる第１の流体と第２の流体との混合を防止することができる。

また伝熱プレート１および５が伝熱プレート２〜４よりも割れやすい構成を有していればよいため、ダブルウォール構造よりも部品点数を少なくすることができる。

また伝熱プレート１および５の流路を構成する部分の厚みＴ１、Ｔ５が、伝熱プレート２〜４の流路を構成する部分の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄い。これにより、部品点数の少ない簡易な構成で、伝熱プレート１および５を伝熱プレート２〜４よりも割れやすくすることができる。

また図６および図７に示すように、天板７には、伝熱プレート５に割れが生じた際に発生する漏洩流体を排出するための排出用貫通孔７ｃが形成されている。また図３および図８に示すように、底板６には、伝熱プレート１に割れが生じた際に発生する漏洩流体を排出するための排出用貫通孔６ｃが形成されている。これにより、排出用貫通孔６ｃ、７ｃを通じて漏洩流体をプレート式熱交換器１０の外部へ排出することが可能となる。

また図６、図７および図９に示すように、天板７には、排出用貫通孔７ｃに漏洩流体を導くための漏洩流体排出用溝部７ｅが形成されている。また図３、図８および図１０に示すように、底板６には、排出用貫通孔６ｃに漏洩流体を導くための漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂが形成されている。これらの漏洩流体排出用溝部６ｅａ、６ｅｂ、７ｅにより漏洩流体を排出用貫通孔６ｃ、７ｃにスムーズに導くことが可能となる。

なお上記においては伝熱プレート１および５の双方の厚みＴ１、Ｔ５が伝熱プレート２〜４の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄い場合について説明したが、伝熱プレート１の厚みＴ１および伝熱プレート５の厚みＴ５のいずれか一方の厚みのみが、伝熱プレート２〜４の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄くなっていてもよい。

また上記においては伝熱プレート１および５の流路を構成する部分の全体の厚みＴ１、Ｔ５が伝熱プレート２〜４の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄い場合について説明したが、伝熱プレート１および５の流路を構成する部分の一部の厚みが伝熱プレート２〜４の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄くてもよい。以下、その構成を本実施の形態の変形例として、図１１および図１２を用いて説明する。

図１１および図１２を参照して、この変形例においては、伝熱プレート１の流路を構成する部分の一部１ｅの厚みＴ１ａのみが伝熱プレート２〜４の厚みＴ２〜Ｔ４よりも薄くなっている。厚みＴ１ａの部分１ｅ以外の伝熱プレート１の流路を構成する部分の厚みＴ１ｂは、厚みＴ１ａよりも厚く、たとえば伝熱プレート２〜４の厚みＴ２〜Ｔ４と同じ厚みである。

厚みＴ１ａの部分１ｅは、伝熱プレート１の流路を構成する部分の一部に凹部を形成することにより設けることができる。この厚みＴ１ａの部分１ｅは、底板６の貫通孔６ｆの真上に設けられている。この貫通孔６ｆは、漏洩流体をプレート式熱交換器１０の外部へ排出するための排出用貫通孔である。この排出用貫通孔６ｆの周囲においては伝熱プレート１はろう付けにより底板６に支持されている。

なお、これ以外の本変形例の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

底板６に排出用貫通孔６ｆが設けられた場合、この排出用貫通孔６ｆの真上に位置する伝熱プレート１の箇所は底板６に支持されないため、底板６に支持された箇所に比べて割れやすくなる。この割れやすい伝熱プレート１の部分の厚みＴ１ａを伝熱プレート１の他の部分の厚みＴ１ｂより薄くすることにより、厚みＴ１ａの部分１ｅを上記他の部分よりもさらに割れやすくすることができる。

また厚みＴ１ａの部分１ｅが排出用貫通孔６ｆの真上に位置するため、この厚みＴ１ａの部分が割れた際に、漏洩流体をプレート式熱交換器１０の外部へ確実に排出することができる。

なお上記においては伝熱プレート１の流路を構成する部分の一部の厚みを薄くする構成について説明したが、伝熱プレート５の流路を構成する部分の一部の厚みが薄くされても同様の効果を得ることができる。

次に、本実施の形態の他の変形例として、底板６と伝熱プレート１とのろう付けを一部省略した構成について図１３〜図１７を用いて説明する。

図１３を参照して、プレート式熱交換器１０を製造する際には、底板６と伝熱プレート１との間、各伝熱プレート１〜５の間、および伝熱プレート５と天板７との間の各々に、たとえばシート状の銅箔よりなるろう材１１が挟み込まれる。このろう材１１が一旦溶かされた後に固化されることにより、底板６、各伝熱プレート１〜５、および天板７が互いにろう付けされて一体化される。

図１４を参照して、底板６と伝熱プレート１とのろう付けを一部省略するために、底板６の伝熱プレート１と対向する表面に凹部６ｇが設けられている。この凹部６ｇを設けたことにより、伝熱プレート１の波状の断面形状において、底板６側に突き出す複数の頂部のうち凹部６ｇと対向する頂部は、底板６との間隔が大きくなり底板６とはろう付けされない。なお、それ以外の伝熱プレート１の底板６側に突き出す波状の頂部はろう付け部１１ａにより底板６に固定されている。

図１５を参照して、底板６と伝熱プレート１とのろう付けを一部省略するために、伝熱プレート１の波状の断面形状において、底板６側に突き出す複数の頂部のうち一部（たとえば１個）の頂部の波高さＨ１が、他の頂部の波高さＨ２よりも低く設定されている。これにより、低い波高さＨ１を有する頂部は、底板６との間隔が大きくなり底板６とはろう付けされない。なおそれ以外の伝熱プレート１の底板６側に突き出す波状の頂部はろう付け部１１ａにより底板６に固定されている。

図１６を参照して、底板６と伝熱プレート１とのろう付けを一部省略するために、製造時において底板６と伝熱プレート１との間に挟み込むシート状のろう材１１の一部に切欠部１１ｂが設けられる。その切欠部１１ｂ内にストップオフ材１２が塗られる。このストップオフ材１２により、溶けたろう材が切欠部１１ｂ内に流れることが防止される。

図１７を参照して、上記のろう材１１とストップオフ材１２とを用いることで、伝熱プレート１の波状の断面形状において、底板６側に突き出す複数の頂部のうちろう材１１の切欠部１１ｂと対向していた一部（たとえば１個）の頂部が、底板６とろう付けされない。なおそれ以外の伝熱プレート１の底板６側に突き出す波状の頂部はろう付け部１１ａにより底板６に固定されている。

上記の図１４、図１５および図１７に示すように、底板６側に突き出す複数の頂部のうち一部（たとえば１個）の頂部が底板６とろう付けされないことにより、伝熱プレート１は流体の圧力などにより変形しやすくなり、割れが生じる確率を高めることができる。

なお上記のろう付けされない頂部は、図３に示すＶ字状の流路用溝の全長においてろう付けされていなくてもよく、また流路用溝の一部においてのみろう付けされていなくてもよい。

流路用溝の一部においてのみろう付けされないようにした場合、強度を向上させ、耐久性を向上させることができる。また流路用溝の全長においてろう付けされないようにした場合、割れをより一層生じさせやすくすることができる。

また上記の他の変形例においては、底板６と伝熱プレート１とのろう付けを一部省略した場合について説明したが、天板７と伝熱プレート５とのろう付けが同様にして一部省略されてもよい。また底板６と伝熱プレート１とのろう付けの一部と、天板７と伝熱プレート５とのろう付けの一部との双方が省略されてもよい。

（実施の形態２）
上記の実施の形態１においては、割れやすい伝熱プレート１および５の構成として、伝熱プレート１および５の厚みが伝熱プレート２〜４の厚みよりも薄い場合について説明したが、割れやすい伝熱プレート１および５の構成はこれに限定されるものではない。

本実施の形態においては、伝熱プレート１を割れやすくするために、図１８に示すように、プレート式熱交換器１０の使用時に応力集中する凹部が形成されている。この使用時に応力集中する凹部は、たとえば伝熱プレート１に形成された細い溝１ｇなどである。使用時に応力集中する凹部が形成されることにより、伝熱プレート１が伝熱プレート２〜４と同じ厚みを有していても、伝熱プレート１の機械的強度を伝熱プレート２〜４よりも低くすることができる。

ここで、使用時に応力集中する凹部は、たとえば伝熱プレート１の厚みの半分くらいの深さを有しており、たとえば深さと同程度の幅を有している。また使用時に応力集中する凹部は、製造時にろう材で埋まらないように伝熱プレート１の底板６側の面に設けられていることが好ましい。また使用時に応力集中する凹部は、伝熱プレート１が割れた際に漏洩流体がプレート式熱交換器１０の外部へ確実に排出されるように、漏洩流体排出用貫通孔６ｃの付近に設けられていることが好ましい。また使用時に応力集中する凹部は、波状の断面形状の頂部同士の間に配置されていることが好ましい。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、伝熱プレート１に細い溝１ｇなどの応力集中する凹部を設けることにより、部品点数の少ない簡易な構成で、伝熱プレート１を伝熱プレート２〜４よりも割れやすくすることができる。

上記においては伝熱プレート１に使用時に応力集中する凹部を設けた構成について説明したが、同様の応力集中する凹部は、伝熱プレート５に設けられてもよく、また伝熱プレート１および５の双方に設けられてもよい。

また上記においては伝熱プレート１が伝熱プレート２〜４と同じ厚みを有する場合について説明したが、伝熱プレート１および５の各々は、応力集中する凹部を形成されたうえで、さらに実施の形態１で説明したように伝熱プレート２〜４よりも薄い厚みを有していてもよい。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、伝熱プレート１を割れやすくするために、図１９に示すように伝熱プレート１の波状の断面形状における波ピッチＰ１が、伝熱プレート２〜４の波状の断面形状における波ピッチＰ２よりも大きくなっている。これにより、伝熱プレート１の底板６とのろう付け部１１ａのピッチＰ１も、伝熱プレート２〜４同士のろう付け部１１ａのピッチＰ２よりも大きくなる。

本実施の形態によれば、上記のとおり伝熱プレート１の底板６とのろう付け部１１ａのピッチＰ１が、伝熱プレート２〜４同士のろう付け部１１ａのピッチＰ２よりも大きい。このため伝熱プレート１は、伝熱プレート２〜４と同じ厚みを有していても、周囲からのろう付けによる拘束が弱くなるため、使用時の流体の圧力、温度などで変形しやすくなって割れやすくなる。

また伝熱プレート１の波ピッチＰ１を大きくするだけでよいため、部品点数の少ない簡易な構成で、伝熱プレート１を伝熱プレート２〜４よりも割れやすくすることができる。

上記においては伝熱プレート１の波ピッチＰ１が伝熱プレート２〜４の波ピッチＰ２よりも大きい構成について説明したが、伝熱プレート５の波ピッチが伝熱プレート２〜４の波ピッチＰ２よりも大きくてもよく、また伝熱プレート１および５の双方の波ピッチが伝熱プレート２〜４の波ピッチＰ２よりも大きくてもよい。

また上記においては伝熱プレート１が伝熱プレート２〜４と同じ厚みを有する場合について説明したが、伝熱プレート１および５の各々は、波ピッチを伝熱プレート２〜４の波ピッチＰ２よりも大きくされたうえで、さらに実施の形態１で説明したように伝熱プレート２〜４よりも薄い厚みを有していてもよい。

上記の実施の形態１〜３においては、図３に示すように５枚（奇数枚）の伝熱プレート１〜５を有するプレート式熱交換器１０について説明した。この構成においては、伝熱プレート１および２で構成される流路に流れる流体は第１の流体である。このため、伝熱プレート１から漏洩する漏洩流体は第１の流体である。また伝熱プレート４および５で構成される流路に流れる流体は第２の流体である。このため、伝熱プレート５から漏洩する漏洩流体は第２の流体であり、伝熱プレート１から漏洩する第１の流体とは異なる流体となる。よって、互いに異なる第１および第２の流体の各々が漏洩した際に、第１および第２の漏洩流体の各々において混合物の有無を知ることができる。また伝熱プレートを奇数枚とした場合に、第１または第２の最外部伝熱プレートのうち一方を他方の最外部伝熱プレートよりも割れやすい構成とすることで、漏洩する流体を特定することができる。

一方、図２０に示すように４枚（偶数枚）の伝熱プレート１〜４を有するプレート式熱交換器１０においては、伝熱プレート１および２で構成される流路に流れる流体は第１の流体である。このため、伝熱プレート１から漏洩する漏洩流体は第１の流体である。また伝熱プレート３および４で構成される流路に流れる流体は第１の流体である。このため、伝熱プレート４から漏洩する漏洩流体も第１の流体であり、伝熱プレート１から漏洩する第１の流体と同じ流体となる。これにより漏洩する流体を特定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１〜５伝熱プレート、１ｃ〜５ｃ流路用溝形成部、１ｄ平坦部、１ｇ溝、２ａ〜５ａ，２ｂ〜５ｂ，６ｆ貫通孔、２ｄ〜５ｄ貫通孔形成部、６底板、６ｃ漏洩流体排出用貫通孔、６ｅａ，６ｅｂ，７ｅ漏洩流体排出用溝部、６ｇ凹部、７天板、７ａ，７ｂ流体継手、１０プレート式熱交換器、１１ろう材、１１ａろう付け部、１１ｂ切欠部、１２ストップオフ材。

Claims

複数枚の伝熱プレートと、
前記複数枚の伝熱プレートを挟み込むように配置された第１の外部プレートおよび第２の外部プレートとを備え、
前記複数枚の伝熱プレートの互いに隣り合う前記伝熱プレート同士の間には流体を通すための流路が形成されており、
前記複数枚の伝熱プレートは、前記第１の外部プレートと隣り合う第１の最外部伝熱プレートと、前記第２の外部プレートと隣り合う第２の最外部伝熱プレートと、前記第１および第２の最外部伝熱プレートに挟まれる中間部伝熱プレートとを含み、
前記第１および第２の最外部伝熱プレートの少なくとも一方の最外部伝熱プレートの前記流路を構成する部分は、前記中間部伝熱プレートの前記流路を構成する部分よりも割れやすいように構成されている、プレート式熱交換器。
前記少なくとも一方の最外部伝熱プレートの前記流路を構成する部分の厚みは、前記中間部伝熱プレートの前記流路を構成する部分の厚みよりも薄い、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記少なくとも一方の最外部伝熱プレートの前記流路を構成する部分に、前記中間部伝熱プレートの前記流路を構成する部分よりも機械的強度が低くなるように使用時に応力集中する凹部が設けられている、請求項１または２に記載のプレート式熱交換器。
前記複数枚の伝熱プレートの各々が、波状の断面形状を有し、
前記少なくとも一方の最外部伝熱プレートの断面形状における波ピッチが、前記中間部伝熱プレートの断面形状における波ピッチよりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
前記第１および第２の外部プレートの少なくとも一方の外部プレートには、前記少なくとも一方の最外部伝熱プレートに割れが生じた際に発生する漏洩流体を排出するための排出用貫通孔が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
前記少なくとも一方の外部プレートには、前記排出用貫通孔に前記漏洩流体を導くための漏洩流体排出用溝部が形成されている、請求項５に記載のプレート式熱交換器。
前記第１の最外部伝熱プレートと前記中間部伝熱プレートとの間で構成される前記流路に流れる流体と、前記第２の最外部伝熱プレートと前記中間部伝熱プレートとの間で構成される前記流路に流れる流体とが同一である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
前記第１の最外部伝熱プレートと前記中間部伝熱プレートとの間で構成される前記流路に流れる流体と、前記第２の最外部伝熱プレートと前記中間部伝熱プレートとの間で構成される前記流路に流れる流体とが異なる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
前記少なくとも一方の最外部伝熱プレートは、断面形状が波状となるような流路用溝形成部を有し、
前記流路用溝形成部の波状の断面形状は、前記少なくとも一方の最外部伝熱プレートと隣り合う前記第１または第２の外部プレート側に突き出す複数の頂部を有し、
前記複数の頂部は、前記少なくとも一方の外部プレートにろう付けされた頂部と、前記少なくとも一方の外部プレートにろう付けされない頂部とを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。