JP7046245B1 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】連通路の周縁部での強度を確保しつつ、連通路付近での圧力損失の増大を抑えることができるプレート式熱交換器を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、複数の伝熱プレートを有する熱交換器本体は、各伝熱プレート間に形成される流路空間と伝熱プレートの貫通孔が連なった連通路とを有し、熱交換器本体における連通路周縁部は、隣り合う伝熱プレートにおける貫通孔の孔周縁部同士が間隔をあけている流体流出入部を有し、該流体流出入部において、二つの孔周縁部のうちの少なくとも一方が相手側の孔周縁部に向けて突出する凸部を有し、該凸部は、中央部が該凸部の突出方向に凸となるように曲がる板状の先端部と、先端部の各端部と該孔周縁部における該凸部との隣接部位とを接続する基部と、を有し、先端部の内側の空間は、連通路と流路空間とに連通している、ことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の伝熱プレートが重ね合わされたプレート式熱交換器に関する。

従来から、複数の伝熱プレートが重ね合わされたプレート式熱交換器が知られている（特許文献１参照）。このプレート式熱交換器は、図１５に示されるように、重ね合わされた複数の伝熱プレート１０１を備える。各伝熱プレート１０１は、矩形状であり、四隅に貫通孔１０２を有する。また、各伝熱プレート１０１の両面には、熱交換効率を向上させるために複数の凸部１０１ａ及び複数の凹部１０１ｂが形成され、隣り合う伝熱プレート１０１の凸部１０１ａ同士が当接することによって、隣り合う二つの伝熱プレート１０１のプレート間（以下、単に「プレート間」とも称する。）に流体が流通可能な流路（流路空間）１０３、１０４が形成される。

この重ね合わされた複数の伝熱プレート１０１において、流体が各プレート間に形成された流路１０３、１０４を流通することによって、熱交換が行われる。具体的に、重ね合わされた複数の伝熱プレート１０１では、各プレート間に第一流体が流通可能な第一流路１０３と、第二流体が流通可能な第二流路１０４とが、伝熱プレート１０１の重ね合わせ方向に交互に形成され、第一流体と第二流体とが各流路１０３、１０４を流通したときに第一流路１０３と第二流路１０４とを隔てる伝熱プレート１０１を通じて熱交換する。

また、プレート式熱交換器１００では、図１５及び図１６に示されるように、各伝熱プレート１０１の貫通孔１０２が重ね合わせ方向に連なることで、第一流路１０３のみと連通する第一連通路１０５と、第二流路１０４のみに連通する第二連通路１０６とが形成されている。第一連通路１０５は、プレート式熱交換器１００の外部から第一流体を各第一流路１０３に流入させ、又は、各第一流路１０３から第一流体を前記外部に流出させる。また、第二連通路１０６は、前記外部から第二流体を各第二流路１０４に流入させ、又は、各第二流路１０４から第二流体を前記外部に流出させる。

以上のように構成されるプレート式熱交換器１００では、流体が流通したときの圧力によって連通路１０５、１０６の周縁部において応力が集中し易い部位が発生するため、二流体（第一流体、第二流体）が断続的に流通する場合等のように内部で圧力変化（圧力の上昇と下降と）が繰り返されると、この応力が集中し易い部位が疲労破壊し易くなる。

そこで、図１７～図１９に示すように、隣り合う伝熱プレート１０１において連通路１０５、１０６から流路（流路空間）１０３、１０４への流体の入口（又は流路（流路空間）１０３、１０４から連通路１０５、１０６への流体の出口）となる部位、詳しくは、重ね合わせ方向に間隔をあけて対向する伝熱プレート１０１の孔周縁部１０７に、相手側の孔周縁部１０７に向けて突出する凸部１０８をそれぞれ設け、これら二つの凸部１０８の先端部同士を当接させることによって対向する孔周縁部１０７同士を支持させ（即ち、連通路１０５、１０６の周縁部での強度を確保し）、これにより、連通路１０５、１０６の周縁部での応力集中に起因する損傷を抑えることが考えられる。

特表２０１５－５１３６５６号公報

しかし、この凸部１０８を設けたプレート式熱交換器１００では、隣り合う伝熱プレート１０１において連通路１０５、１０６から流路（流路空間）１０３、１０４への流体の入口（又は流路（流路空間）１０３、１０４から連通路１０５、１０６への流体の出口）となる部位に凸部１０８が形成されているため、流路断面積が減少し、これにより、連通路１０５、１０６の周縁部での流通抵抗が増加、即ち、圧力損失が増大する。

そこで、本発明は、連通路の周縁部での強度を確保しつつ、連通路付近での圧力損失の増大を抑えることができるプレート式熱交換器を提供することを課題とする。

本発明のプレート式熱交換器は、
それぞれが貫通孔を有し且つ所定方向に重ね合わされる複数の伝熱プレートを有する熱交換器本体を備え、
前記熱交換
器本体は、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間のそれぞれに形成され且つ流体が流通可能な複数の流路空間と、各伝熱プレートの前記貫通孔が前記所定方向に連なることで形成される連通路と、を有し、
前記熱交換器本体における前記連通路の周縁部は、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートにおける前記貫通孔の孔周縁部同士が前記所定方向に間隔をあけていることで当該二つの孔周縁部の間の空間を通じて前記連通路と該二つの伝熱プレートのプレート間の前記流路空間とを連通させる流出入許容部を有し、
前記流出入許容部において、前記間隔をあけた二つの孔周縁部のうちの少なくとも一方の孔周縁部が相手側の孔周縁部に向けて突出して該相手側の孔周縁部に当接する少なくとも一つの凸部を有し、
前記凸部は、
前記所定方向から見て前記孔周縁部の内周縁に沿って延びると共に中央部が該凸部の突出方向に凸となるように曲がっている板状の先端部と、
前記先端部の各端部と該孔周縁部における該凸部との隣接部位とを接続する基部と、を有し、
前記先端部の内側の空間は、前記連通路と前記流路空間とに連通している。

かかる構成によれば、間隔をあけた二つの孔周縁部において少なくとも一方の孔周縁部の凸部を相手側の孔周縁部に当接させることで連通路の周縁部での強度を確保しつつ、該凸部における先端部の内側の空間を通じた連通路と流路空間との間での流体の流通を可能とすることで、凸部を設けたことによる圧力損失の増大を抑えることができる。

前記プレート式熱交換器では、
前記先端部の幅方向において、前記基部における前記隣接部位との境界部の寸法は、前記先端部の寸法より大きくてもよい。

かかる構成によれば、先端部の幅方向において該先端部の端部より基部の境界部の寸法が大きいため、相手側の孔周縁部から先端部（凸部）に加わる力が幅方向に分散された状態で基部から隣接部位に伝わることで、凸部（基部）と隣接部位との境界での損傷が抑えられる。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記先端部の幅方向における一方の端縁は、前記孔周縁部の内周縁によって構成されてもよい。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記基部は、
前記孔周縁部の周方向に間隔をあけて配置され且つそれぞれが前記先端部の各端部と前記隣接部位とを接続する一対の第一部位と、
前記周方向に沿って延び且つ前記一対の第一部位同士を接続する第二部位と、を有し、
前記一対の第一部位及び前記第二部位は、前記隣接部位から一体に立ち上がってもよい。

このように、凸部の基部を、一対の第一部及び第二部位が隣接部位から一体に立ち上がる構成とすることで、該凸部の強度が十分に確保される。

以上より、本発明によれば、連通路の周縁部での強度を確保しつつ、連通路付近での圧力損失の増大を抑えることができるプレート式熱交換器を提供することができる。

図１は、本実施形態に係るプレート式熱交換器の斜視図である。 図２は、前記プレート式熱交換器の分解斜視図である。 図３は、前記プレート式熱交換器が備える熱交換器本体の連通路周縁部を伝熱プレートの積層方向から見た拡大図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線位置における切断面の端面図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ線位置における切断面を示す端面図である。 図６（ａ）は、連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩ－ＶＩ位置における凸部の断面図であり、図６（ｃ）は、前記凸部を流路空間側から見た図である。 図７（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩ－ＶＩＩ位置における凸部の断面図であり、図７（ｃ）は、前記凸部を流路空間側から見た図である。 図８（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置における凸部の断面図であり、図８（ｃ）は、前記凸部を流路空間側から見た図である。 図９（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸ－ＩＸ位置における凸部の断面図であり、図９（ｃ）は、前記凸部を流路空間側から見た図である。 図１０（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸ－Ｘ位置における凸部の断面図であり、図１０（ｃ）は、前記凸部を流路空間側から見た図である。 図１１（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩ－ＸＩ位置における凸部の断面図であり、図１１（ｃ）は、前記凸部を流路空間側から見た図である。 図１２（ａ）は、流路から連通路側に向けて凸部を見たときの該凸部における連通路と連通している領域を示す図であり、図１２（ｂ）は、凸部の連通路側の端縁位置における該端縁と隣接部位３１５とに囲まれた領域を示す図である。 図１３（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路の延びる方向から見た図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ位置における凸部の断面図である。 図１４（ａ）は、他実施形態における連通路周縁部の流出入許容部の凸部を連通路側から見た図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸＩＶ－ＸＩＶ位置における凸部の断面図である。 図１５は、従来のプレート式熱交換器の連通路位置における横断面図である。 図１６は、前記従来のプレート式熱交換器の連通路周縁部を伝熱プレートの積層方向から見た拡大図である。 図１７は、従来の他のプレート式熱交換器の連通路周縁部を伝熱プレートの積層方向から見た拡大図である。 図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線位置における切断面の端面図である。 図１９は、図１７のＸＩＸ－ＸＩＸ線位置における切断面を示す端面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図６を参照しつつ説明する。

本実施形態に係るプレート式熱交換器（以下、単に「熱交換器」とも称する。）は、図１及び図２に示すように、複数の伝熱プレート３を有する熱交換器本体２と、流体Ａ、Ｂを熱交換器本体２に流入させ又は熱交換器本体２から流出させる筒状のノズル５と、を備える。この熱交換器１は、複数（本実施形態の例では、四つ）のノズル５を備える。

詳しくは、熱交換器本体２は、所定方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート３と、複数の伝熱プレート３全体を前記所定方向の両外側から挟み込む複数の補強プレート４Ａ、４Ｂと、を有する。本実施形態の熱交換器本体２では、重ね合わされた複数の伝熱プレート３において隣り合う二つの伝熱プレート３の互いの当接部同士がろう付け（ブレージング）されている。この熱交換器本体２では、重ね合わされた複数の伝熱プレート３のうちの隣り合う二つの伝熱プレート３のプレート間のそれぞれに、流体Ａ、Ｂの流通可能な流路Ｒが形成されている。即ち、熱交換器本体２は、熱交換器本体２は、流体Ａ、Ｂの流通可能な複数の流路Ｒを有する。

本実施形態の熱交換器本体２は、三つ以上の矩形状の伝熱プレート３を備え、これら三つ以上の伝熱プレート３は、二種類の伝熱プレート３ａ、３ｂを含む。熱交換器本体２では、これら二種類の伝熱プレート３ａ、３ｂが交互に重ね合わされている。以下の説明では、伝熱プレート３が重ね合わされる方向（所定方向）を直交座標系のＸ軸方向とし、伝熱プレート３の短辺方向を直交座標系のＹ軸方向とし、伝熱プレート３の長辺方向を直交座標系のＺ軸方向とする。

複数の伝熱プレート３のそれぞれは、Ｘ軸方向と直交する方向に広がり且つＸ軸方向に厚みを有する板状の伝熱部３１と、伝熱部３１の外周縁の全域から該伝熱部３１と面交差する方向に延出する環状の嵌合部３２と、を備える。伝熱プレート３は、例えば、ステンレス、チタン、アルミニウム等の金属プレート（薄板）がプレス成型されることによって形成されており、本実施形態の伝熱プレート３は、ステンレス製である。

伝熱部３１は、Ｘ軸方向から見てＺ軸方向に長尺な矩形状であり、両面にそれぞれ配置される複数の凹部３５及び複数の凸部３６と、複数の貫通孔３１１と、を有する。本実施形態の伝熱部３１は、四つの貫通孔３１１を有し、これら四つの貫通孔３１１は、それぞれ円形の孔であり、伝熱部３１の四隅に配置されている。

以上のように構成される複数の伝熱プレート３のそれぞれは、Ｘ軸方向に隣り合う二つの伝熱プレート３のうちの一方の伝熱プレート３ａ、３ｂの嵌合部３２が、他方の伝熱プレート３ｂ、３ａの嵌合部３２に外嵌されるようにＸ軸方向に重ね合わされることで、熱交換器本体２を構成している。このとき、Ｘ軸方向に隣り合う二つの伝熱プレート３ａ、３ｂの各伝熱部３１の対向する面に形成されている凸部３６同士がそれぞれ当接することにより、該二つの伝熱プレート３ａ、３ｂのプレート間に流体Ａ、Ｂの流通可能な流路（流路空間）Ｒが形成される（図４及び図５参照）。

この熱交換器本体２では、外嵌された嵌合部３２同士、及び、伝熱部３１における互いの当接部（凸部３６等）同士が、例えば、銅ろう等のろう材によってろう付けされており、隣り合う二つの伝熱プレート３のプレート間は、貫通孔３１１を除いて密封されている。

これにより、熱交換器本体２では、第一流体ＡをＺ軸方向に流通させる流路Ｒ（第一流路Ｒａ）が、隣り合う二つの伝熱プレート３ｂ、３ａのプレート間に形成され、第二流体ＢをＺ軸方向に流通させる流路Ｒ（第二流路Ｒｂ）が、隣り合う二つの伝熱プレート３ａ、３ｂのプレート間に形成される。また、熱交換器本体２において、各貫通孔３１１がＸ軸方向に連なることで連通路Ｐを形成する。具体的に、熱交換器本体２では、対応する（Ｘ軸方向から見て重なる位置の）貫通孔３１１がＸ軸方向に連なることで、それぞれがＸ軸方向に延びる第一流入路（連通路）Ｐａ１、第一流出路（連通路）Ｐａ２、第二流入路（連通路）Ｐｂ１、及び第二流出路（連通路）Ｐｂ２が形成されている。

第一流入路Ｐａ１は、熱交換器本体２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第一流路Ｒａのみと連通し、熱交換器本体２の外部から供給された第一流体Ａを各第一流路Ｒａに案内する。また、第一流出路Ｐａ２は、熱交換器本体２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第一流路Ｒａのみと連通し、各第一流路Ｒａを流れた第一流体Ａを熱交換器本体２の外部に案内する。また、第二流入路Ｐｂ１は、熱交換器本体２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第二流路Ｒｂのみと連通し、熱交換器本体２の外部から供給された第二流体Ｂを各第二流路Ｒｂに案内する。また、第二流出路Ｐｂ２は、熱交換器本体２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第二流路Ｒｂのみと連通し、各第二流路Ｒｂを流れた第二流体Ｂを熱交換器本体２の外部に案内する。

複数の補強プレートは、複数の伝熱プレート３に対してＸ軸方向の一方側から重ね合わされる第一補強プレート４Ａと、複数の伝熱プレート３に対してＸ軸方向の他方側から重ね合わされる第二補強プレート４Ｂと、を含む。即ち、熱交換器本体２は、複数の伝熱プレート３をＸ軸方向の外側から挟み込む少なくとも一対の補強プレート４Ａ、４Ｂを備える。

本実施形態の熱交換器本体２では、複数の伝熱プレート３におけるＸ軸方向の一方側においてＺ軸方向に間隔をあけて二つの第一補強プレート４Ａが配置され、複数の伝熱プレート３におけるＸ軸方向の他方側においてＺ軸方向に間隔をあけて二つの第二補強プレート４Ｂが配置されている。即ち、本実施形態の熱交換器本体２は、二対の補強プレート４Ａ、４Ｂを有する。

これら二つの第一補強プレート４Ａのそれぞれは、伝熱プレート３の各貫通孔３１１と対応する位置（具体的には、Ｘ軸方向から見て重なる位置）に貫通孔４１Ａを有する。

複数のノズル５は、熱交換器本体２の各連通路（第一流入路Ｐａ１、第一流出路Ｐａ２、第二流入路Ｐｂ１、第二流出路Ｐｂ２）と対応する位置に配置される。本実施形態の熱交換器では、四つのノズルが、二つの第一補強プレート４Ａにおける各貫通孔４１Ａと対応する位置からＸ軸方向の一方側に延びている。各ノズル５は、Ｘ軸方向に延びる中空部Ｓを囲む筒状であり、該中空部Ｓは、対応する連通路（第一流入路Ｐａ１、第一流出路Ｐａ２、第二流入路Ｐｂ１、第二流出路Ｐｂ２）と連通する。

以上のように構成される熱交換器１（熱交換器本体２）の連通路Ｐの周縁部（連通路周縁部）６では、図３～図５に示すように、Ｘ軸方向に隣り合う二つの伝熱プレート３の各孔周縁部３１０（貫通孔３１１の周縁部）によって構成される複数の流出入許容部７がＸ軸方向に並んでいる。本実施形態の連通路周縁部６では、流出入許容部７と流出入阻止部８とがＸ軸方向に交互に配置されている。即ち、連通路周縁部６は、複数の流出入許容部７と、複数の流出入阻止部８と、を有している。

本実施形態の熱交換器１（熱交換器本体２）では、流出入許容部７の一部を構成する部材（部位）と、該流出入許容部７と隣り合う流出入阻止部８の一部を構成する部材（部位）とは、共通の部材（部位）によって構成されている。

具体的には、流出入許容部７を構成する二つの伝熱プレート３（孔周縁部３１０）のうちの流出入阻止部８側の伝熱プレート３（孔周縁部３１０）が、流出入阻止部８を構成する二つの伝熱プレート３（孔周縁部３１０）のうちの流出入許容部７側の伝熱プレート３（孔周縁部３１０）である。

より具体的には、連通路周縁部６において、Ｘ軸方向に隣り合う二つの流出入許容部７Ａ、７Ｂのうちの一方の流出入許容部７Ａを構成する二つの孔周縁部３１０のうちの他方の流出入許容部７Ｂ側の孔周縁部３１０と、前記二つの流出入許容部７Ａ、７Ｂのうちの他方の流出入許容部７Ｂを構成する二つの孔周縁部３１０のうちの一方の流出入許容部７Ａ側の孔周縁部３１０とが重なることによって、これら二つの流出入許容部７Ａ、７Ｂの間の流出入阻止部８が構成されている。また、連通路周縁部６において、Ｘ軸方向に隣り合う二つの流出入阻止部８Ａ、８Ｂのうちの一方の流出入阻止部８Ａを構成する二つの孔周縁部３１０のうちの他方の流出入阻止部８Ｂ側の孔周縁部３１０と、前記二つの流出入阻止部８Ａ、８Ｂのうちの他方の流出入阻止部８Ｂを構成する二つの孔周縁部３１０のうちの一方の流出入阻止部８Ａ側の孔周縁部３１０とが間隔をあけて対向することによって、これら二つの流出入阻止部８Ａ、８Ｂの間の流出入許容部７が構成されている。即ち、本実施形態の連通路周縁部６において、流出入許容部７と流出入阻止部８とが隣り合うとは、相手側の孔周縁部３１０（伝熱プレート３）を共有した状態で隣り合っていることをいう。

また、本実施形態の熱交換器１における四つの連通路Ｐ（第一流入路Ｐａ１、第一流出路Ｐａ２、第二流入路Ｐｂ１、第二流出路Ｐｂ２）の各連通路周縁部６は、同じ構成である。このため、以下では、第一流入路Ｐａ１の周縁部６の構成を示す図３～図５を参照しつつ、各連通路周縁部６の構成について説明する。

複数の流出入許容部７のそれぞれは、連通路周縁部６において、Ｘ軸方向に隣り合う二つの伝熱プレート３の孔周縁部３１０同士がＸ軸方向に間隔をあけている部位である。これら複数の流出入許容部７のそれぞれは、該流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０の間の空間Ｓ１を通じて、連通路Ｐ（図３～図５に示す例では、第一流入路Ｐａ１）と該孔周縁部３１０を含む二つの伝熱プレート３のプレート間に形成される流路Ｒ（流路空間：図３～図５に示す例では、第一流路Ｒａ）とを連通させている。即ち、各流出入許容部７は、前記空間Ｓ１を通じて、連通路Ｐから、該空間Ｓ１を規定する孔周縁部３１０を含む二つの伝熱プレート３のプレート間に形成される流路Ｒ（流路空間）への流体の流入を許容する、又は、前記空間Ｓ１を通じて、該空間Ｓ１を規定する孔周縁部３１０を含む二つの伝熱プレート３のプレート間に形成される流路Ｒから、連通路Ｐへの流体の流出を許容する。

各流出入許容部７は、該流出入許容部を構成する二つの孔周縁部（間隔をあけた二つの孔周縁部）３１０のうちの少なくとも一方の孔周縁部３１０が相手側の孔周縁部３１０に向けて突出して該相手側の孔周縁部３１０に当接する少なくとも一つの凸部７２を有する。本実施形態の流出入許容部７では、二つの孔周縁部３１０のうちの他方の孔周縁部は、一方の孔周縁部３１０の少なくとも一つの凸部７２と対向する位置から突出する少なくとも一つの凸部７２を有する。即ち、各流出入許容部７は、該流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０の対向する位置から互いに接近する方向に突出し且つ突出方向の先端部同士を当接させた二つの凸部７２を有する。

この各流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０のうちの一方の孔周縁部３１０の凸部７２と、該凸部７２と先端部同士を当接させている他方の孔周縁部３１０の凸部７２とは、同じ構成であり、間隔維持部７１を構成している。この間隔維持部７１では、二つの凸部７２の先端部同士が接続されている。本実施形態の間隔維持部７１では、二つの凸部７２の先端部同士は、ろう付けによって接続されている。

この間隔維持部７１は、流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０の間隔を維持するための部位であり、本実施形態の複数の流出入許容部７のそれぞれは、複数の間隔維持部７１を有する。これら複数の間隔維持部７１は、流出入許容部７において連通路Ｐの周方向（以下、単に「周方向」と称する。）に間隔をあけて配置されている。本実施形態の複数の間隔維持部７１は、周方向に等間隔に配置されている。これら複数の間隔維持部７１のそれぞれは、同じ形状を有する。また、連通路周縁部６において流出入阻止部８を介してＸ軸方向に並ぶ複数の流出入許容部７は、複数の間隔維持部７１を周方向の同じ位置にそれぞれ有している。

具体的に、各凸部７２は、図６（ａ）～図６（ｃ）にも示すように、対向する凸部７２と当接する先端部７３と、先端部７３と孔周縁部３１０における該凸部７２との隣接部位３１５とを接続する基部７４と、を有する。本実施形態の各凸部７２は、連通路Ｐの中心から径方向外側に向かって見て（以下、単に「連通路Ｐの径方向に見て」と称する。）、台形状である（図６（ａ）参照）。また、各凸部７２の連通路Ｐ側の端縁７２ａは、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａによって構成されている。即ち、先端部７３の連通路Ｐ側の端縁と、基部７４の連通路Ｐ側の端縁とのそれぞれは、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａによって構成されている。そして、各凸部７２の連通路側の端縁７２ａは、周方向から見て隣接部位３１５からＸ軸方向に沿って立ち上がっている（図６（ｂ）参照）。

先端部７３は、Ｘ軸方向から見て孔周縁部３１０の内周縁３１０ａに沿って延びると共に、連通路Ｐの径方向から見て中央部が該凸部７２の突出方向（Ｘ軸方向）に凸となるように曲がっている板状の部位である。この先端部７３の延びる方向の各位置における幅（連通路Ｐの径方向の寸法）は、略一定である。即ち、先端部７３は、中央部が突出方向に凸となるように曲がっている帯板状の部位である。

基部７４は、周方向に間隔をあけて配置され且つそれぞれが先端部７３の各端部と隣接部位３１５とを接続する一対の第一部位７４１と、周方向に沿って延び且つ一対の第一部位７４１同士を接続する第二部位７４２と、を有する。また、基部７４は、第二部位７４２と異なる位置で周方向に延び且つ一対の第一部位７４１同士を接続する第三部位７４３も有する。本実施形態の一対の第一部位７４１と第二部位７４２と第三部位７４３とは、一体である。

一対の第一部位７４１のそれぞれは、隣接部位３１５から一体に立ち上がり、該隣接部位３１５からＸ軸方向に離れるに伴って相手側の第一部位７４１に接近する傾斜方向に延びると共に連通路Ｐの径方向に沿って延びる板状の部位である。

先端部７３の幅方向（図６（ｂ）における左右方向）において、この第一部位７４１の先端（先端部７３側の端）の寸法α１は、先端部７３の端部の寸法α２より大きい。また、先端部７３の幅方向において、第一部位７４１の先端の寸法α１は、第一部位７４１の基端（隣接部位３１５との境界部）の寸法α３より小さい。即ち、第一部位７４１における隣接部位３１５との境界部の寸法α３は、先端部７３の端部の寸法α１より大きい。

ここで、凸部７２の連通路Ｐ側の端縁７２ａは、上述のように、隣接部位３１５からＸ軸方向に立ち上がっている。このため、第一部位７４１における連通路Ｐから遠い側の端縁（図６（ｂ）における右側の端縁）は、周方向から見て、隣接部位３１５からＸ軸方向に離れるに伴って連通路Ｐに接近する傾斜方向に延びている。

第二部位７４２は、隣接部位３１５から一体に立ち上がり、各第一部位７４１の連通路Ｐから遠い側の端縁同士を接続している板状の部位である。即ち、第二部位７４２は、周方向に沿って延びると共に隣接部位３１５から第一部位７４１の連通路Ｐから遠い側の端縁と同方向（即ち、隣接部位３１５からＸ軸方向に離れるに伴って連通路Ｐに接近する傾斜方向）に延びる板状の部位である。

第三部位７４３は、一対の第一部位７４１の各先端と第二部位７４２の先端とを接続し且つ隣接部位３１５と略平行に広がる板状の部位である。

以上のように構成される各凸部７２では、先端部７３の内側の空間Ｓ２が連通路Ｐと流路（流路空間）Ｒとに連通している。本実施形態の各凸部７２は、板状の孔周縁部３１０の一部によってそれぞれ構成されている。

複数の流出入阻止部８のそれぞれは、連通路周縁部６において、Ｘ軸方向に隣り合う二つの伝熱プレート３の孔周縁部３１０同士が互いに重なった状態でＸ軸方向と直交する仮想面（Ｙ軸方向とＺ軸方向とを含む面）Ｋに沿って広がる部位である。これら複数の流出入阻止部８のそれぞれは、連通路Ｐ（図３～図５に示す例では、第一流入路Ｐａ１）から該流出入阻止部８を構成する孔周縁部３１０を含む二つの伝熱プレート３のプレート間に形成される流路Ｒ（流路空間：図３～図５に示す例では、第二流路Ｒｂ）への流体（図３～図５に示す例では、第一流体Ａ）の流入を阻止する、又は、該流出入阻止部８を構成する孔周縁部３１０を含む二つの伝熱プレート３のプレート間に形成される流路Ｒから連通路Ｐへの流体の流出を阻止する。

各流出入阻止部８は、該流出入阻止部８を構成する孔周縁部３１０の内周縁３１０ａから外側に所定間隔αをあけた位置で連通路Ｐを囲むシール部８１を有する。このシール部８１では、重なった状態の二つの孔周縁部３１０における該シール部８１と対応する部位同士が液密状態で接続されている。本実施形態のシール部８１では、周方向の各位置の幅（連通路Ｐの径方向の寸法）が一定又は略一定であり、重なった状態の孔周縁部３１０がろう付けによって接続されている。また、シール部８１は、Ｘ軸方向から見て、各間隔維持部７１より外側（連通路Ｐの径方向外側）に配置されている。

ここで、本実施形態の連通路周縁部６では、Ｘ軸方向に隣り合う二つの流出入許容部７によって流出入阻止部８が構成されているため、流出入阻止部８を構成する孔周縁部３１０同士を液密状態で接続しているシール部８１は、前記二つの流出入許容部７における相手側の孔周縁部３１０同士を液密状態で接続していることになる。

また、本実施形態の連通路周縁部６では、Ｘ軸方向に隣り合う二つの流出入許容部７によって流出入阻止部８が構成されているため、各流出入許容部７の間隔維持部７１を構成する凸部７２が流出入阻止部８にも形成されていることになる。詳しくは、流出入阻止部８を構成する二つの孔周縁部３１０のそれぞれは、周方向の同じ位置において互いに離間する方向に突出する凸部７２を有し、これら二つの凸部７２は、該凸部７２を有する流出入阻止部８と隣り合う流出入阻止部８の対向する位置から突出する凸部７２と先端同士を当接させている。

以上の熱交換器１によれば、連通路周縁部６の流出入許容部７において、間隔をあけた二つの孔周縁部３１０における少なくとも一方の孔周縁部３１０の凸部７２を相手側の孔周縁部３１０に当接させることで、該連通路周縁部６の強度を確保することができる。しかも、該凸部７２における先端部７３の内側の空間Ｓ２を通じた連通路Ｐと流路（流路空間）Ｒとの間での流体の流通を可能とすることで、連通路周縁部６における凸部７２を設けたことによる圧力損失の増大を抑えることができる。

また、本実施形態の熱交換器１では、先端部７３の幅方向において、基部７４（第一部位７４１）における隣接部位３１５との境界側の端部（境界部）の寸法α３が、先端部７３の寸法α２より大きい（図６（ｂ）参照）。このように、先端部７３の幅方向において該先端部７３の端部の寸法α２より基部７４の境界部の寸法α３が大きいため、相手側の孔周縁部３１０から先端部７３（凸部７２）に加わる力が幅方向に分散された状態で基部７４から隣接部位３１５に伝わることで、凸部７２（基部７４）と隣接部位３１５との境界での割れや裂け等の損傷が抑えられる。より詳しくは、一定幅の帯状の部位によって凸部が形成されている場合、即ち、凸部における先端部の幅と基部における隣接部位３１５との境界部の幅とが同じ寸法の場合、前記境界部の幅方向の端縁と隣接部位３１５との境界に応力が集中し易く、該凸部にＸ軸方向の力が加わったときに前記境界から割れ（裂け）やすいが、本実施形態の基部７４のように、先端部７３の幅（寸法α２）より基部７４の境界部の幅（寸法α３）を大きくすることで、Ｘ軸方向の力が先端部７３に加わっても、基部７４において幅方向に分散された状態で隣接部位３１５に伝わるため、前記割れ（裂け）が生じ難い。

また、本実施形態の熱交換器１では、先端部７３の幅方向における連通路Ｐ側（一方）の端縁、即ち、凸部７２の連通路Ｐ側の端縁７２ａが、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａによって構成されている。このように、先端部７３（凸部７２）の連通路Ｐ側の端縁７２ａが孔周縁部３１０の内周縁３１０ａによって構成される位置まで凸部７２を孔周縁部３１０の内周縁３１０ａ側（連通路Ｐ側）に寄せることで、該凸部７２を有する伝熱プレート３における熱交換領域（主に熱交換に使用される領域）の面積をより大きくすることができる。即ち、伝熱プレート３の伝熱部３１における凹部３５や凸部３６の配置領域をより広くすることができる。

また、本実施形態の熱交換器１では、凸部７２の基部７４が、周方向に間隔をあけて配置され且つそれぞれが先端部７３の各端部と隣接部位３１５とを接続する一対の第一部位７４１と、周方向に沿って延び且つ一対の第一部位７４１同士を接続する第二部位７４２と、を有する。そして、一対の第一部位７４１及び第二部位７４２が、隣接部位３１５から一体に立ち上がっている。このように、凸部７２の基部７４を、一対の第一部位７４１及び第二部位７４２が隣接部位３１５から一体に立ち上がる構成とすることで、該凸部７２の強度を十分に確保することができる。

尚、本発明の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変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

凸部７２の具体的な形状は限定されない。例えば、上記実施形態の熱交換器１では、連通路周縁部６の流出入許容部７において、先端部７３の内側の空間（連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに先端部７３と基部７４の第三部位７４３とに囲まれた領域）Ｓ２が、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに流路Ｒと連通し、基部７４の内側の空間（凸部７２の内側において第三部位７４３より隣接部位３１５側の領域：図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）Ｓ３が連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに第二部位７４２等によって流路Ｒと遮られているが、この構成に限定されない。図７（ａ）～図９（ｃ）に示すように、基部７４の内側の領域Ｓ３の全部又は一部が、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに流路Ｒと連通する構成でもよい。

この構成の場合、図８（ａ）～図９（ｃ）に示すように、基部７４の内側の領域Ｓ３が、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに、複数に分割された状態で流路Ｒと連通してもよい。また、第三部位７４３は、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに、隣接部位３１５と平行又は略平行でなく、図９（ａ）～図１０（ｃ）に示すように、中央部が隣接部位３１５側に凹となるように曲がっていてもよい。

また、図７（ａ）～図８（ｃ）に示すように、凸部７２において、基部７４の内側の空間Ｓ３が、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに、先端部７３の内側の空間Ｓ２と分離した状態で流路Ｒと連通する構成に限定されず、図９（ａ）～図１０（ｃ）に示すように、基部７４の内側の空間Ｓ３が、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに、先端部７３の内側の空間Ｓ１と一体となった状態で流路Ｒと連通する構成でもよい。

また、凸部７２を形成する具体的な方法は、限定されない。例えば、図７（ａ）～図７（ｃ）に示す凸部７２のように、先端部７３が、いわゆる切り起しによって形成されてもよい。詳しくは、孔周縁部３１０における凸部７２の形成が予定されている部位において、先端部７３と基部７４（第三部位７４３）との境界位置に相当する位置に切り込みが入れられた状態で、プレス成型によって凸部７２が形成されてもよい。

また、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときに流路Ｒと連通する開口は、上記のように、凸部７２の形成前の平らな孔周縁部３１０に切り込みを入れ、この切れ込みによって形成された帯状の部位（両端が隣接部位３１５と連接した状態の帯状の部位）をプレス成型等によって凸部形状に持ち上げるいわゆる切り起しによって形成されるが、この構成に限定されない。前記開口は、プレス成型等によって形成された凸部７２の一部がレーザ等によって切り取られる、又は削り取られることによって形成される構成等でもよい（図１１（ａ）～図１１（ｃ）参照）。

以上のように、凸部７２において、流路Ｒから連通路Ｐの中心部側に向けて凸部７２を見たときの該凸部７２における連通路Ｐと連通している領域（図１２（ａ）におけるスモークで示す領域）の面積が、凸部７２の連通路Ｐ側の端縁７２ａの位置における該端縁（内周縁３１０ａの一部により構成される端縁）７２ａと隣接部位３１５とに囲まれた領域（図１２（ｂ）におけるスモークで示す領域）の面積より小さくなっている構成であればよい。

また、上記実施形態の連通路周縁部６の流出入許容部７では、凸部７２の連通路Ｐ側の端縁７２ａが、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａによって構成されている、即ち、凸部７２が孔周縁部３１０における連通路Ｐ側の端縁（内周縁）３１０ａを含む位置に配置されているが、この構成に限定されない。凸部７２は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａと間隔をあけた位置に配置（形成）されていてもよい。この場合、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、基部７４は、先端部７３の幅方向において、基部７４の隣接部位３１５との境界位置における連通路Ｐ側の端部が先端部７３より連通路Ｐ側に位置する構成でもよい。

また、上記実施形態の連通路周縁部６の流出入許容部７において、連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときの形状が台形状であるが、この構成に限定されない。連通路Ｐの中心部から凸部７２を見たときの凸部７２の形状は、三角状、半円状等の他の形状でもよい。

また、上記実施形態の熱交換器１では、連通路周縁部６が有する複数の流出入許容部７のそれぞれが、少なくとも先端部７３の内側の空間Ｓ１が連通路Ｐと流路Ｒとに連通する少なくとも一つの凸部７２を有しているが、この構成に限定されない。連通路周縁部６が有する複数の流出入許容部７のうちの少なくとも一つの流出入許容部７が、前記少なくとも一つの凸部７２を有していればよい。

また、上記実施形態の熱交換器１では、各連通路周縁部６において、流出入許容部７が、少なくとも先端部７３の内側の空間Ｓ１が連通路Ｐと流路Ｒとに連通する少なくとも一つの凸部７２を有しているが、この構成に限定されない。複数の連通路周縁部６のうちの少なくとも一つの連通路周縁部６において、流出入許容部７が、前記少なくとも一つの凸部７２を有していればよい。この場合、流路Ｒから連通路Ｐに流体が流出する側の連通路周縁部６において、流出入許容部７が、前記少なくとも一つの凸部７２を有していることが好ましい。これにより、熱交換器１の圧損が効果的に抑えられる。

また、上記実施形態の連通路周縁部６の流出入許容部７では、該流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０の対向する位置のそれぞれから凸部７２が突出し、これら二つの凸部７２が先端部７３同士を当接させているが、この構成に限定されない。流出入許容部７において、前記二つの孔周縁部３１０における一方の孔周縁部３１０に凸部７２が設けられ、該凸部７２の先端部７３が他方の孔周縁部３１０の平坦な面に当接する構成であってもよい。

また、上記実施形態の熱交換器本体２では、伝熱部３１の凹部３５及び凸部３６の配置パターンの異なる二種類の伝熱プレート３が重ね合わされているが、この構成に限定されない。熱交換器本体２では、伝熱部３１に配置された凹部３５及び凸部３６の配置パターンの異なる三種類以上の伝熱プレート３が重ね合わされる構成でもよい。また、熱交換器本体２において一種類の伝熱プレート３が重ね合わされる構成でもよい。

また、上記実施形態の熱交換器本体２は、複数の伝熱プレート３と、補強プレート４Ａ、４Ｂとを有しているが、補強プレート４Ａ、４Ｂを有していなくてもよい。即ち、熱交換器本体２は、伝熱プレートのみで構成されていてもよい。この場合、各ノズル５は、Ｘ軸方向の最も外側の伝熱プレート３の貫通孔３１１と該ノズル５の中空部Ｓとが連通するように前記最も外側の伝熱プレート３の各孔周縁部３１０にそれぞれ接続される。

また、上記実施形態の熱交換器本体２のＸ軸方向の一方の端部に、二つの第一補強プレート４ＡがＺ軸方向に間隔をあけて配置され、熱交換器本体２のＸ軸方向の他方の端部に、二つの第二補強プレート４ＢがＺ軸方向に間隔をあけて配置されているが、この構成に限定されない。熱交換器本体２のＸ軸方向の各端部に、伝熱プレート３の伝熱部３１全体を覆う一つの補強プレートがそれぞれ配置された構成でもよい。

１…熱交換器、２…熱交換器本体、３、３ａ、３ｂ…伝熱プレート、３１…伝熱部、３１０…孔周縁部、３１０ａ…内周縁、３１１…貫通孔、３１５…隣接部位、３２…嵌合部、３５…凹部、３６…凸部、４Ａ…第一補強プレート（補強プレート）、４１Ａ…貫通孔、４Ｂ…第二補強プレート（補強プレート）、５…ノズル、６…連通路周縁部（周縁部）、７…流出入許容部、７、７Ａ、７Ｂ…流出入許容部、７１…間隔維持部、７２…凸部、７３…先端部、７４…基部、７４１…第一部位、７４２…第二部位、７４３…第三部位、８、８Ａ、８Ｂ…流出入阻止部、８１…シール部、１００…プレート式熱交換器、１０１…伝熱プレート、１０１ａ…凸部、１０１ｂ…凹部、１０２…貫通孔、１０３…第一流路（流路）、１０４…第二流路（流路）、１０５…第一連通路（連通路）、１０６…第二連通路（連通路）、１０７…孔周縁部、１０８…凸部、Ａ…第一流体（流体）、Ｂ…第二流体（流体）、Ｐ…連通路、Ｐａ１…第一流入路（連通路）、Ｐａ２…第一流出路（連通路）、Ｐｂ１…第二流入路（連通路）、Ｐｂ２…第二流出路（連通路）、Ｒ…流路（流路空間）、Ｒａ…第一流路（流路、流路空間）、Ｒｂ…第二流路（流路、流路空間）、Ｓ…中空部、Ｓ１…先端部の内側の空間（領域）、Ｓ２…基部の内側の空間（領域）、α…内周縁とシール部との間隔、α１…第一部位の先端部の寸法、α２…先端部の端部の寸法、α３…第一部位の隣接部位側の端部の寸法、γ…凸部の連通路側の端縁位置

Claims (3)

1. それぞれが貫通孔を有し且つ所定方向に重ね合わされる複数の伝熱プレートを有する熱交換器本体を備え、
   前記熱交換器本体は、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間のそれぞれに形成され且つ流体が流通可能な複数の流路空間と、各伝熱プレートの前記貫通孔が前記所定方向に連なることで形成される連通路と、を有し、
   前記熱交換器本体における前記連通路の周縁部は、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートにおける前記貫通孔の孔周縁部同士が前記所定方向に間隔をあけていることで当該二つの孔周縁部の間の空間を通じて前記連通路と該二つの伝熱プレートのプレート間の前記流路空間とを連通させる流出入許容部を有し、
   前記流出入許容部において、前記間隔をあけた二つの孔周縁部のうちの少なくとも一方の孔周縁部が相手側の孔周縁部に向けて突出して該相手側の孔周縁部に当接する少なくとも一つの凸部を有し、
   前記凸部は、
   前記所定方向から見て前記孔周縁部の内周縁に沿って延びると共に中央部が該凸部の突出方向に凸となるように曲がっている板状の先端部と、
   前記先端部の各端部と該孔周縁部における該凸部との隣接部位とを接続する基部と、を有し、
   前記先端部の内側の空間は、前記連通路と前記流路空間とに連通し、
   前記先端部の幅方向において、前記基部における前記隣接部位との境界部の寸法は、前記先端部の寸法より大きい、プレート式熱交換器。
2. それぞれが貫通孔を有し且つ所定方向に重ね合わされる複数の伝熱プレートを有する熱交換器本体を備え、
   前記熱交換器本体は、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間のそれぞれに形成され且つ流体が流通可能な複数の流路空間と、各伝熱プレートの前記貫通孔が前記所定方向に連なることで形成される連通路と、を有し、
   前記熱交換器本体における前記連通路の周縁部は、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートにおける前記貫通孔の孔周縁部同士が前記所定方向に間隔をあけていることで当該二つの孔周縁部の間の空間を通じて前記連通路と該二つの伝熱プレートのプレート間の前記流路空間とを連通させる流出入許容部を有し、
   前記流出入許容部において、前記間隔をあけた二つの孔周縁部のうちの少なくとも一方の孔周縁部が相手側の孔周縁部に向けて突出して該相手側の孔周縁部に当接する少なくとも一つの凸部を有し、
   前記凸部は、
   前記所定方向から見て前記孔周縁部の内周縁に沿って延びると共に中央部が該凸部の突出方向に凸となるように曲がっている板状の先端部と、
   前記先端部の各端部と該孔周縁部における該凸部との隣接部位とを接続する基部と、を有し、
   前記先端部の内側の空間は、前記連通路と前記流路空間とに連通し、
   前記基部は、
   前記孔周縁部の周方向に間隔をあけて配置され且つそれぞれが前記先端部の各端部と前記隣接部位とを接続する一対の第一部位と、
   前記周方向に沿って延び且つ前記一対の第一部位同士を接続する第二部位と、を有し、
   前記一対の第一部位及び前記第二部位は、前記隣接部位から一体に立ち上がっている、プレート式熱交換器。
3. 前記先端部の幅方向における一方の端縁は、前記孔周縁部の内周縁によって構成されている、請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。

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