JP6186382B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、第一流体と第二流体との間で熱交換を行うプレート式熱交換器に関する。

従来、第一流体と第二流体との間で熱交換を行う熱交換器として、プレート式熱交換器が公知である。このプレート式熱交換器は、積層された複数の伝熱プレートを備え、各伝熱プレートが開口を有する。積層された複数の伝熱プレート間に、第一流体を流通させる第一空間と第二流体を流通させる第二空間とが、各伝熱プレートを境にして交互に形成される。また、各開口が連なって第一空間に対して第一流体を流出入させる第一流路が形成されるとともに、第二空間に対して第二流体を流出入させる第二流路が形成される。さらに、伝熱プレート同士をロウ付けにより接合することで第一空間と第二空間とが気密又は液密に画されている（例えば、特許文献１参照）。

この種のプレート式熱交換器において、第一流路又は第二流路を画定する開口が、伝熱プレート間で異なっている場合がある。このような場合が発生するのは、例えば、伝熱プレートの種類が増加することを抑制するために、同一種類の伝熱プレートを裏返し且つ積層方向で回転させて用いるような場合である。

図１０において、プレート式熱交換器は、前記開口として、基準となる第一開口６と、第一開口６の外側に位置する領域とを有する第二開口９と、を備える。図１０において、第一開口６を有する一対の伝熱プレート２、２と、第二開口９を有する一対の伝熱プレート２、２とが、交互に積層されている。第一開口６を有する伝熱プレート２は、第一開口６を包囲し且つ積層方向Ｘで互いに反対側に隆起する第一内側隆起部７及び第一外側隆起部８を備える。そして、隣り合う伝熱プレート２において、互いに対向する第一内側隆起部７、７は接合され、互いに対向する第二外側隆起部８、８も接合されている。一方、第二開口９を有する伝熱プレート２は、第二開口９を包囲し且つ積層方向Ｘのいずれか一方側に隆起する第二外側隆起部１２を備える。そして、隣り合う伝熱プレート２において、互いに対向する第二外側隆起部１２、１２は接合されている。

特開２００５−３２６０７２号公報

ところが、上述の構成の場合、第二開口９が第一開口６の外側に広がっているため、隣り合う２つの伝熱プレート２の第二開口９、９間に、局所的な凹所が形成されている。この結果、この凹所に面する２つの伝熱プレート２、２間の接合部３０には、流体（第一流体又は第二流体）の圧力により第二開口９の外周部に掛かる力と第一開口６の外周部に掛かる力との双方が加わる。これらの力により、接合部３０が分離する虞がある。このため、隣り合う２つの伝熱プレート２、２が分離しないように、第二開口９の外周部において、第二開口を有する２つの伝熱プレート２、２間の接合強度を高めることが望まれている。

よって、本発明の課題は、第二開口の外周部において、第二開口を有する２つの伝熱プレート間の接合強度を高めることができるプレート式熱交換器を提供すること、である。

本発明に係るプレート式熱交換器は、積層された複数の伝熱プレートであって、各伝熱プレートが開口を有する複数の伝熱プレート間に、第一流体を流通させる第一空間と第二流体を流通させる第二空間とが各伝熱プレートを境にして交互に形成され、各開口が連なって第一空間に対して第一流体を流出入させる第一流路が形成されるとともに第二空間に対して第二流体を流出入させる第二流路が形成され、伝熱プレート同士をロウ付けにより接合することで第一空間と第二空間とが気密又は液密に画されているプレート式熱交換器において、前記開口として、基準となる第一開口と、積層方向から見たときに、第一開口に重複する領域と第一開口の外側に位置する領域とを有する第二開口と、を備え、積層方向から見たときに、第一開口の外周の少なくとも一部は、第二開口の外周上又は外側にあり、第二開口を有する少なくとも１つの伝熱プレートの積層方向の両側に、第一開口を有する伝熱プレート及び第二開口を有する伝熱プレートがそれぞれ配置され、第一開口を有する伝熱プレートは、積層方向のいずれか一方側に隆起し且つ第一開口を包囲する第一内側隆起部と、積層方向で第一内側隆起部とは反対側に隆起し且つ第一内側隆起部を包囲する第一外側隆起部とを備え、第二開口を有する伝熱プレートは、積層方向のいずれか一方側に隆起する第二内側隆起部と、積層方向で第二内側隆起部とは反対側に隆起し且つ第二開口及び第二内側隆起部を包囲する第二外側隆起部とを備え、第二内側隆起部は、積層方向から見たときに、第一開口の外周の前記少なくとも一部に沿って第一内側隆起部と重複する領域を有し、第二外側隆起部は、積層方向から見たときに第一外側隆起部と重複する領域を有し、隣り合う２つの伝熱プレートにおいて互いに対向する第一外側隆起部及び第二外側隆起部は接合され、隣り合う２つの伝熱プレートにおいて互いに対向する第二内側隆起部は、接合されている、ことを特徴とする。

かかる構成によれば、少なくとも１つの伝熱プレートにおける第二開口の外周部は、積層方向の両側から他の伝熱プレートによって支持される。

したがって、本発明に係るプレート式熱交換器は、第二開口の外周部において、第二開口を有する２つの伝熱プレート間の接合強度を高めることができる。

本発明に係るプレート式熱交換器の一態様として、第二開口の中心は、第一開口の中心とは異なるようにしてもよい。

かかる構成によれば、第一流体又は第二流体が、第一流路又は第二流路から第一空間又は第二空間に流入するときに、第一流体又は第二流体は、第一開口の中心から第二開口の中心へ向けて誘導される。

したがって、本発明に係るプレート式熱交換器は、第一流路又は第二流路から第一空間又は第二空間に流入する第一流体又は第二流体の流れ方向を、特定の方向に誘導できる。

本発明に係るプレート式熱交換器は、第二開口の外周部において、第二開口を有する２つの伝熱プレートの接合強度を高めることができる。

第一実施形態に係るプレート式熱交換器の概略全体斜視図である。 積層方向から見た第一開口の外周部を示す第一実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。 第一開口の外周部を示す参考例に係るプレート式熱交換器の縦断面図である。 積層方向から見た第二開口の外周部を示す第一実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。 第二開口の外周部を示す参考例に係るプレート式熱交換器の縦断面図である。 第一開口及び第二開口の外周部を示す第一実施形態に係るプレート式熱交換器の縦断面図である。 積層方向から見た第二開口の外周部を示す第二実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。 積層方向から見た第二開口の外周部を示す第三実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。 積層方向から見た第二開口の外周部を示す第四実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。 第一開口及び第二開口の外周部を示す従来のプレート式熱交換器の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るプレート式熱交換器を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態において同一または対応する部分には同一の参照符号を付しており、これらの部分の構成についての説明は、基本的には繰り返さない。

図１は、第一実施形態に係るプレート式熱交換器の概略全体斜視図である。図１において、第一実施形態に係るプレート式熱交換器１は、積層された複数の伝熱プレート２、…を有する本体部３を備える。

図６に示されるように、各伝熱プレート２は、金属プレートをプレス成形することによって形成され、開口（６、９）を有する。積層された複数の伝熱プレート２間に、第一流体Ａを流通させる第一空間Ｓ１と第二流体Ｂを流通させる第二空間Ｓ２とが各伝熱プレート２を境にして交互に形成されている。また、各開口（６、９）が連なって第一空間Ｓ１に対して第一流体Ａを流出入させる第一流路１０が形成されるとともに、第二空間Ｓ２に対して第二流体Ｂを流出入させる第二流路が形成されている。さらに、伝熱プレート２、…同士をロウ付けにより接合することで、第一空間Ｓ１と第二空間Ｓ２とが気密又は液密に画されている。なお、第二流路も第一流路１０と同様に構成されるので、第二流路は図示しない。

図１において、プレート式熱交換器１は、本体部３を挟む一対のエンドプレート４、５を備える。エンドプレート４、５のそれぞれは、金属プレートをプレス成形することによって形成される。一方のエンドプレート４は、本体部３に対する第一流体Ａの流入および流出用の２つの第一流路１０にそれぞれ対応する一対の開口４１、４１と、本体部３に対する第二流体Ｂの流入および流出用の２つの第二流路にそれぞれ対応する一対の開口４２、４２と、を備える。他方のエンドプレート５は、本体部３内に形成される第一流体Ａ及び第二流体Ｂの流路を閉じる。

プレート式熱交換器１は、伝熱プレート２に形成される前記開口として、基準となる第一開口６（図２）と、第一開口６の外側に位置する領域（９２）を有する第二開口９（図４）と、を有する。以下、詳しく説明する。

図２は、積層方向から見た第一開口の外周部を示す第一実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。図２において、ハッチングが付された領域は、第一開口６を示している。積層方向Ｘより見て、第一開口６は円形状を有している。

図３は、第一開口の外周部を示す参考例に係るプレート式熱交換器の縦断面図である。図３において、第一開口６を有する伝熱プレート２が積層されている。第一開口６が連なって、例えば、第一流路１０が形成される。第一開口６を有する伝熱プレート２は、積層方向Ｘのいずれか一方側に隆起し且つ第一開口６を包囲する第一内側隆起部７と、積層方向Ｘで第一内側隆起部７とは反対側に隆起し且つ第一内側隆起部７を包囲する第一外側隆起部８と、を備える。そして、積層方向Ｘで互いに対向する第一内側隆起部７、７は、接合され、積層方向Ｘで互いに対向する第一外側隆起部８、８も接合されている。

隣り合う２つの伝熱プレート２、２の２つの第一開口６、６間の領域は、封止されるので、２つの第一開口６、６間の領域は、第一空間Ｓ１及び第二空間Ｓ２に対して遮断される。

図４は、積層方向から見た第二開口の外周部を示す第一実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。図４において、ハッチングが付された領域は、第二開口９を示している。第二開口９は、積層方向Ｘから見たときに、第一開口６に重複する重複領域９１と、第一開口６の外側に位置する第二非重複領域９２と、を有する。積層方向Ｘから見たときに、第一開口６の外周の少なくとも一部６ａは、第二開口９の外周上又は外側にある。図４において、第一開口６の外周の少なくとも一部６ａは、第一開口６の外周の半分を占めており、第二開口９の外側にある。また、第二非重複領域９２は、重複領域９１に繋がっている。第二開口９は半円形状を有し、重複領域９１は半円形状を有し、第二非重複領域９２は一定の幅を有する円弧形状を有する。

図４において、積層方向Ｘより見て、第二開口９は、第一開口６に対して偏った位置に配置されている。また、第二開口９は、第一開口６の形状とは異なる形状を有している。この結果、第二開口９の中心（図心）９Ｇは、第一開口６の中心（図心）６Ｇとは異なっている。

図５は、第二開口の外周部を示す参考例に係るプレート式熱交換器の縦断面図である。図５において、第二開口９を有する伝熱プレート２が積層されている。第一開口９が連なって、例えば、第一流路１０が形成される。第二開口９を有する伝熱プレート２は、積層方向Ｘのいずれか一方側に隆起する第二内側隆起部１１と、積層方向Ｘで第二内側隆起部１１とは反対側に隆起し且つ第二開口９及び第二内側隆起部１１を包囲する第二外側隆起部１２と、を備える。

図４に示されるように、第二内側隆起部１１は、積層方向Ｘから見たときに、第一開口６の外周の前記少なくとも一部６ａに沿って第一内側隆起部７と重複する対応領域１１ａを有する。第二内側隆起部１１は、対応領域１１ａの他に非対応領域１１ｂを有する。第二内側隆起部１１は、半円形状を有する。対応領域１１ａは、前記一部６ａの外側に位置し、一定の幅を有する円弧形状を有する。非対応領域１１ｂは、前記一部６ａの内側に位置し、半円形状を有する。また、第二外側隆起部１２は、積層方向Ｘから見たときに第一外側隆起部８と重複する対応領域を有する。図４において、第二外側隆起部１２の全体が、第二外側隆起部１２の対応領域である。

図５に示されるように、積層方向Ｘで互いに対向する２つの第二内側隆起部１１、１１は、接合され、積層方向Ｘで互いに対向する２つの第二外側隆起部１２、１２も、接合されている。

図５に示される断面では、隣り合う２つの伝熱プレートの２つの第二開口９、９間の領域は、閉じられている。２つの第二開口９、９間の領域は、封止されてもよく、部分的に開放されてもよい。例えば、第二開口９を有する伝熱プレート２に第二外側隆起部１２の外側で開口を形成することによって、２つの第二開口９、９間の領域を第一空間Ｓ１に連通させることができる。なお、２つの第二開口９、９間の領域は、第二空間Ｓ２に対しては遮断されている。

図６は、第一開口及び第二開口の外周部を示す第一実施形態に係るプレート式熱交換器の縦断面図である。図６において、第一開口６を有する一対の伝熱プレート２、２と、第二開口９を有する一対の伝熱プレート２、２とが、交互に積層されている。第一開口６及び第一開口９が連なって、例えば、第一流路１０が形成される。また、第一開口６及び第一開口９が連なって、第二流路が形成されてもよい。上述したように、第二内側隆起部１１及び第二外側隆起部１２は、それぞれ、積層方向Ｘより見て、第一内側隆起部７及び第一外側隆起部８に重複するように構成されている。そして、積層方向Ｘで互いに対向する第一内側隆起部７及び第二内側隆起部１１は、接合され、積層方向Ｘで互いに対向する第一外側隆起部８及び第二外側隆起部１２も、接合されている。この結果、少なくとも１つの伝熱プレート２における第二開口９の外周部は、積層方向Ｘの両側から他の伝熱プレート２、２によって支持される。

隣り合う２つの伝熱プレート２、２の第一開口６及び第二開口９間の領域は、封止されるので、第一開口６及び第二開口９間の領域は、第一空間Ｓ１及び第二空間Ｓ２に対して遮断される。

図７を参照して、第二実施形態に係るプレート式熱交換器１を説明する。図７は、積層方向から見た第二開口の外周部を示す第二実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。第二実施形態では、重複領域９１は、第一開口６に完全に重複する円形状を有する。第二実施形態では、第一開口６の外周の少なくとも一部６ａは、第一開口６の外周の半分を占めており、第二開口９の外周上にある。また、第二開口９の中心９Ｇも、第一開口６の中心６Ｇとは異なっている。

図８を参照して、第三実施形態に係るプレート式熱交換器１を説明する。図８は、積層方向から見た第二開口の外周部を示す第三実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。第三実施形態では、第二開口９は、第一開口６に完全に重複する円形状を有する重複領域９１と、第一開口６の外周に沿って不連続且つ等間隔に配置された複数の第二非重複領域９２と、を有する。各第二非重複領域９２は、四角形状の形状を有し、重複領域９１からその半径方向に延出している。また、第一開口６の外周の少なくとも一部６ａは、第二開口９の外周上にあり、不連続且つ等間隔に配置されている。第三実施形態では、第二開口９の形状は、第一開口６の中心に対して点対称であるので、第二開口９の中心９Ｇは、第一開口６の中心６Ｇと一致する。

図９を参照して、第四実施形態に係るプレート式熱交換器１を説明する。図９は、積層方向から見た第二開口の外周部を示す第四実施形態に係る伝熱プレートの平面図である。第四実施形態では、第二開口９は、第一開口６に完全に重複する円形状を有する重複領域９１と、第一開口６の外周に沿って不連続且つ等間隔に配置された複数の第二非重複領域９２とを有する。複数の第二非重複領域９２は、四角形状の形状を有し、重複領域９１から離れており、重複領域９１と別体である。このため、第一開口６の外周の全部（少なくとも一部）６ａが、第二開口９の外周上にある。第四実施形態では、第二開口９の形状は、第一開口６の中心に対して点対称であるので、第二開口９の中心９Ｇは、第一開口６の中心６Ｇと一致する。

本実施形態に係るプレート式熱交換器の作用、効果を説明する。

第一から第四実施形態のそれぞれに係るプレート式熱交換器１では、積層された複数の伝熱プレート２であって、各伝熱プレート２が開口（６、９）を有する複数の伝熱プレート２間に、第一流体Ａを流通させる第一空間Ｓ１と第二流体Ｂを流通させる第二空間Ｓ２とが、各伝熱プレート２を境にして交互に形成される。各開口（６、９）が連なって第一空間Ｓ１に対して第一流体Ａを流出入させる第一流路１０が形成されるとともに、第二空間Ｓ２に対して第二流体Ｂを流出入させる第二流路が形成される。伝熱プレート２同士をロウ付けにより接合することで第一空間Ｓ１と第二空間Ｓ２とが気密又は液密に画されている。前記プレート式熱交換器１は、前記開口（６、９）として、基準となる第一開口６と、積層方向Ｘから見たときに、第一開口６に重複する重複領域９１と第一開口６の外側に位置する第二非重複領域９２とを有する第二開口９と、を備える。積層方向Ｘから見たときに、第一開口６の外周の少なくとも一部６ａは、第二開口９の外周上又は外側にある。第二開口９を有する少なくとも１つの伝熱プレート２の積層方向Ｘの両側に、第一開口６を有する伝熱プレート２及び第二開口９を有する伝熱プレート２がそれぞれ配置される。第一開口６を有する伝熱プレート２は、積層方向Ｘのいずれか一方側に隆起し且つ第一開口６を包囲する第一内側隆起部７と、積層方向Ｘで第一内側隆起部７とは反対側に隆起し且つ第一内側隆起部７を包囲する第二外側隆起部８とを備える。第二開口９を有する伝熱プレート２は、積層方向Ｘのいずれか一方側に隆起する第二内側隆起部１１と、積層方向Ｘで第二内側隆起部１１とは反対側に隆起し且つ第二開口９及び第二内側隆起部１１を包囲する第二外側隆起部１２とを備える。第二内側隆起部１２は、積層方向Ｘから見たときに、第一開口６の外周の前記少なくとも一部６ａに沿って第一内側隆起部７と重複する対応領域１１ａを有し、第二外側隆起部１２は、積層方向Ｘから見たときに第一外側隆起部８と重複する対応領域（１２）を有する。隣り合う２つの伝熱プレート２、２において互いに対向する第一外側隆起部７及び第二外側隆起部１１は接合されている。隣り合う２つの伝熱プレート２、２において互いに対向する第二内側隆起部１２、１２は、接合されている。

かかる構成によれば、少なくとも１つの伝熱プレート２における第二開口９の外周部は、積層方向Ｘの両側から他の伝熱プレート２、２によって支持される。

したがって、第一から第四実施形態のそれぞれに係るプレート式熱交換器１は、第二開口９の外周部において、第二開口９を有する２つの伝熱プレート２、２間の接合強度を高めることができる。

第一、及び第二実施形態のそれぞれに係るプレート式熱交換器１では、第二開口９の中心９Ｇは、第一開口６の中心６Ｇとは異なっている。

かかる構成によれば、第一流体Ａ又は第二流体Ｂが、第一流路１０又は第二流路から第一空間Ｓ１又は第二空間Ｓ２に流入するときに、第一流体Ａ又は第二流体Ｂは、第一開口６の中心６Ｇから第二開口９の中心９Ｇへ向けて誘導される。

したがって、第一、及び第二実施形態のそれぞれに係るプレート式熱交換器１は、第一流路１０又は第二流路から第一空間Ｓ１又は第二空間Ｓ２に流入する第一流体Ａ又は第二流体Ｂの流れ方向を特定の方向に誘導できる。

なお、本発明に係るプレート式熱交換器は、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の変更を加えることができる。

上記実施形態では、第一流路１０を画定する開口として、第一開口６及び第二開口９が適用されているが、第二流路を画定する開口として、第一開口６及び第二開口９が適用されてもよく、第一流路１０及び第二流路の双方を画定する開口として、第一開口６及び第二開口９が適用されてもよい。また、第一流路１０及び第二流路の少なくとも一部において、第一流路１０又は第二流路を画定する開口として、第一開口６及び第二開口９が適用されればよい。第一流路１０及び第二流路の一部では、第一流路１０又は第二流路を画定する開口として、従来と同様の開口が適用されてもよい。また、第一流路１０及び第二流路の一部は、参考例（図３、図５）のように、第一開口６のみによって画定される領域、及び／又は、第二開口９のみによって画定される領域を含んでもよい。

第二開口９において、第二非重複領域９２は、重複領域９１と一体でも別体でもよい。第四実施形態（図９）では、複数の第二非重複領域９２は重複領域９１と別体であって、第一開口６の中心に対して点対称に配置されている。この構成に代えて、１又は複数の第二非重複領域９２が重複領域９１と別体であって、第一開口６の中心６Ｇに対して偏って配置されてもよい。つまり、第二開口９の重心が第一開口の重心に対して異なっていてもよい。

１…プレート式熱交換器、２…伝熱プレート、３…本体部、４…エンドプレート、５…エンドプレート、６…第一開口（開口）、６ａ…外周、６Ｇ…中心、７…第一内側隆起部、８…第一外側隆起部、９…第二開口（開口）、９Ｇ…中心、１０…第一流路、１１…第二内側隆起部、１１ａ…対応領域、１１ｂ…非対応領域、１２…第二外側隆起部、１３…追加隆起部、３０…接合部、４１…開口、４２…開口、６１…第一非重複領域、９１…重複領域、９２…第二非重複領域、Ａ…第一流体、Ｂ…第二流体、Ｓ１…第一空間、Ｓ２…第二空間、Ｘ…積層方向

Claims (2)

1. 積層された複数の伝熱プレートであって、各伝熱プレートが開口を有する複数の伝熱プレート間に、第一流体を流通させる第一空間と第二流体を流通させる第二空間とが各伝熱プレートを境にして交互に形成され、各開口が連なって第一空間に対して第一流体を流出入させる第一流路が形成されるとともに第二空間に対して第二流体を流出入させる第二流路が形成され、伝熱プレート同士をロウ付けにより接合することで第一空間と第二空間とが気密又は液密に画されているプレート式熱交換器において、
   前記開口として、基準となる第一開口と、積層方向から見たときに、第一開口に重複する重複領域と第一開口の外側に位置する第二非重複領域とを有する第二開口と、を備え、積層方向から見たときに、第一開口の外周の少なくとも一部は、第二開口の外周上又は外側にあり、
   第二開口を有する少なくとも１つの伝熱プレートの積層方向の両側に、第一開口を有する伝熱プレート及び第二開口を有する伝熱プレートがそれぞれ配置され、
   第一開口を有する伝熱プレートは、積層方向のいずれか一方側に隆起し且つ第一開口を包囲する第一内側隆起部と、積層方向で第一内側隆起部とは反対側に隆起し且つ第一内側隆起部を包囲する第一外側隆起部とを備え、
   第二開口を有する伝熱プレートは、積層方向のいずれか一方側に隆起する第二内側隆起部と、積層方向で第二内側隆起部とは反対側に隆起し且つ第二開口及び第二内側隆起部を包囲する第二外側隆起部とを備え、第二内側隆起部は、積層方向から見たときに、第一開口の外周の前記少なくとも一部に沿って第一内側隆起部と重複する対応領域を有し、第二外側隆起部は、積層方向から見たときに第一外側隆起部と重複する対応領域を有し、
   隣り合う２つの伝熱プレートにおいて互いに対向する第一外側隆起部及び第二外側隆起部は接合され、隣り合う２つの伝熱プレートにおいて互いに対向する第二内側隆起部は、接合されている、ことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 第二開口の中心は、第一開口の中心とは異なっている、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
   

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