JP7194764B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

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７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。これら複数の伝熱プレート１０１を備えるプレート式熱交換器１００において、隣り合う二つの伝熱プレート１０１の当接部同士は、ろう付けされている。

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７及び図８に示すように、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、二流体（第一流体、第二流体）が断続的に流通する場合、内部で圧力変化（圧力の上昇と下降と）が繰り返され、ろう付接合部（隣り合う伝熱プレート１０１の当接部同士がろう付けされた部位）において応力集中が生じ、特に、各流路１０３、１０４に流体を流入させる側の連通路１０５、１０６に最も近い凸部１０１ａ同士のろう付接合部１１０での応力集中が顕著になる。その結果、このろう付接合部１１０において疲労破壊によるプレート貫通割れが生じ、第一流体と第二流体との混合（二液混合）が生じ易くなる。

そこで、図９～図１１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への流体の入り口となる部位、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、これにより、上述の連通路１０５、１０６に最も近い凸部１０１ａ同士のろう付接合部１１０での応力集中を抑えることが考えられた。

特表２０１５－５１３６５６号公報

しかし、プレート式熱交換器１００の連通路１０５、１０６の周縁部において、例えば、第一連通路１０５から第二流路１０４への第一流体の流入を阻止する部位（積層された状態の二つの孔周縁部１０７）では、液密性を確保するために（流体の流入を確実に防ぐために）一定以上の幅βが必要となるため、各伝熱プレート１０１の伝熱部の面積を変えずに（減らさずに）孔周縁部１０７に凸部１０８が形成される部位を確保すると、図８に示す凸部１０８のない構成に比べて連通路１０５の径（流路断面積）が小さくなる（図９参照）。

これにより、伝熱プレート１０１の孔周縁部１０７に凸部１０８を設けたプレート式熱交換器では、流通抵抗が増加、即ち、圧力損失が大きくなる。

そこで、本発明は、連通路周縁部での応力集中に起因する伝熱プレートの損傷を防ぎつつ、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し、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートの互いの当接部同士がろう付けされてい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において、
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互いに重なった状態で前記所定方向と直交する仮想面に沿って広がることで、前記連通路から当該二つの伝熱プレートのプレート間に形成される前記流路空間への前記流体の流入を阻止する流入阻止部と、
前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートの前記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、前記連通路から当該二つの孔周縁部の間の空間を通じて当該二つの伝熱プレートのプレート間に形成される前記流路空間への前記流体の流入を許容する流入許容部とが、
前記所定方向に交互に配置され、
前記流入許容部は、該流入許容部を構成する前記間隔をあけた二つの孔周縁部の該間隔を維持するための複数の間隔維持部であって、前記連通路の周方向に間隔をあけて配置される複数の間隔維持部を有し、
これら複数の間隔維持部のそれぞれは、当該流入許容部を構成する前記間隔をあけた二つの孔周縁部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を有し、
前記複数の間隔維持部を有する流入許容部と前記所定方向に隣り合う前記流入阻止部は、前記所定方向から見て各間隔維持部の配置された位置と異なる位置において当該流入阻止部を構成する前記重なった状態の二つの孔周縁部を前記所定方向に貫通する少なくとも一つの周縁部貫通孔を有し、
前記連通路と前記少なくとも一つの周縁部貫通孔とが連通すると共に、該少なくとも一つの周縁部貫通孔と前記間隔をあけた二つの孔周縁部の間の空間とが連通している。

かかる構成によれば、間隔をあけて対向する孔周縁部を間隔維持部によって支持することで連通路内での圧力変化等によってろう付けされた部位等で発生する応力を抑え、これにより、連通路の周縁部での応力集中に起因する伝熱プレートの損傷を防ぎつつ、流入阻止部に周縁部貫通孔を設け、外部から供給された流体がプレート間の流路空間に流れ込むまでの該流体が流れる領域（連通路及び周縁部貫通孔）の流路断面積を確保することで該領域での流通抵抗を抑え、これにより、連通路付近での圧力損失も抑えることができる。

前記プレート式熱交換器では、
前記熱交換器本体における前記連通路の周縁部において、前記流入阻止部を介して前記所定方向に並ぶ複数の流入許容部における該所定方向の両端に位置する二つの流入許容部のうちの少なくとも一方は、前記複数の間隔維持部を有してもよい。

重ね合わされた複数の伝熱プレートを備えるプレート式熱交換器では、流体が流通したときに、重ね合わせ方向の最も外側（端）の伝熱プレートが圧力の影響を受け易い。このため、上記構成のように、所定方向に並ぶ複数の流入許容部における該所定方向の端の流入許容部が複数の間隔維持部を有することで、連通路の周辺部での応力集中に起因する伝熱プレートの損傷が効果的に防がれる。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記流入阻止部の前記少なくとも一つの周縁部貫通孔は、前記所定方向から見て、前記周方向に隣り合う二つの間隔維持部の間に位置するように、該流入阻止部に配置されてもよい。

このように、周縁部貫通孔が周方向に隣り合う二つの間隔維持部の間に位置することで、流入阻止部を構成する二つの孔周縁部における連通路から離れる方向の寸法が該方向に間隔維持部と周縁部貫通孔とが並ぶ場合等より抑えられ、これにより、連通路を広げて（流路断面積を大きくして）連通路付近での圧力損失を抑えることができる。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記少なくとも一つの周縁部貫通孔を有する流入阻止部は、該流入阻止部を構成する前記孔周縁部の内周縁から外側に所定間隔をあけた位置で前記連通路を囲むシール部を有し、
該シール部は、前記重なった状態の二つの孔周縁部における該シール部と対応する部位同士を液密状態で接続し、
前記少なくとも一つの周縁部貫通孔は、前記二つの孔周縁部の各内周縁と前記シール部との間に配置されてもよい。

かかる構成によれば、周縁部貫通孔を通過する流体の該周縁部貫通孔を有する流入阻止部を通じた流路空間（該流入阻止部を構成する二つの伝熱プレートのプレート間の流路空間）への流入が確実に防がれる。

この場合、
前記複数の間隔維持部のそれぞれは、前記所定方向から見て、当該複数の間隔維持部を有する流入許容部を構成する二つの孔周縁部における各内周縁と前記シール部との間に配置されていることが好ましい。

このように、間隔維持部が流入許容部を構成する二つの孔周縁部においてシール部より連通路側に配置されることで、連通路内の圧力変化等によって該間隔維持部およびその付近に応力が生じ易くなるが、該部位が損傷したとしてもシール部より連通路側であるため、流入阻止部を通じた流路空間（該流入阻止部を構成する二つの伝熱プレートのプレート間の流路空間）への流体の流入が防がれる。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記所定方向において、重ね合わされた前記複数の伝熱プレートのうちの両端にある二つの伝熱プレートのそれぞれの外側の面は、前記熱交換器本体の表面に含まれ、
前記複数の伝熱プレートのそれぞれは、同じ厚さを有してもよい。

このように、流路空間を形成する伝熱プレートが熱交換器本体の表面を構成する、即ち、熱交換器本体において伝熱プレートの外側に厚板状の補強部材等を配置しない領域を有する構成とすることで、温度変化による伝熱プレートの伸縮を吸収でき、これにより、温度変化に起因する伝熱プレートの損傷を防ぐことができる。

以上より、本発明によれば、連通路周縁部での応力集中に起因する伝熱プレートの損傷を防ぎつつ、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の端面図である。 図６は、他実施形態における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７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８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９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１０は、図９のＸ－Ｘ線位置における切断面の端面図である。 図１１は、図９のＸＩ－ＸＩ線位置における切断面の端面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図５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、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いる。

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、両面のそれぞれに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を有する（図２参照）。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Ｐ（具体的には、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）とが、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）から、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）への流体（図３～図５に示す例では、第一流体Ａ）の流入を許容する、又は、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、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から連通路Ｐへの流体Ａ、Ｂの流出を許容する。

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の間隔を維持するための複数の間隔維持部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おり、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。

これら複数の間隔維持部７１のそれぞれは、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。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。本実施形態の各凸部７２は、プレス成型によってそれぞれ形成されている。

また、各凸部７２は、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａを含む位置に形成されている。即ち、各間隔維持部７１も、孔周縁部３１０の内周縁３１０ａを含む位置に形成されている。これら間隔維持部７１では、二つの凸部７２の先端部同士が接続されており、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、ろう付けされている。

また、流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０のそれぞれは、周方向に間隔をあけて配置される複数の凸部７２のうちの隣り合う二つの凸部７２間に、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔８３を有する。本実施形態の流出入許容部７を構成する孔周縁部３１０は、周方向に隣り合う凸部７２の間のそれぞれに貫通孔８３を有する。即ち、該孔周縁部３１０は、複数の貫通孔８３を有する。この貫通孔８３は、後述する流出入阻止部８の周縁部貫通孔８２の一部を構成する。

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Ａ、Ｂ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。

この流出入阻止部８は、Ｘ軸方向から見て流出入許容部７の各間隔維持部７１の配置された位置と異なる位置において当該流出入阻止部８（詳しくは、該流出入阻止部８を構成する二つの孔周縁部３１０）をＸ軸方向に貫通する少なくとも一つの周縁部貫通孔８２を有する。この少なくとも一つの周縁部貫通孔８２は、Ｘ軸方向から見て隣り合う間隔維持部７１（凸部７２）の間に配置されている。また、少なくとも一つの周縁部貫通孔８２は、流出入阻止部８において、該流出入阻止部８を構成する二つの孔周縁部３１０の各内周縁３１０ａとシール部８１との間に配置されている。

具体的に、周縁部貫通孔８２は、流出入阻止部８において、隣り合う二つの間隔維持部７１と孔周縁部３１０の内周縁３１０ａとシール部８１とに囲まれた領域に配置されており、Ｘ軸方向から見て、これら間隔維持部７１と内周縁３１０ａとシール部８１とに沿った形状（図３に示す例では、環状扇形）である。

本実施形態の流出入阻止部８は、Ｘ軸方向から見て隣り合う間隔維持部７１（凸部７２）の間のそれぞれに周縁部貫通孔８２を有する。即ち、流出入阻止部８は、複数の周縁部貫通孔８２を有する。そして、これら複数の周縁部貫通孔８２のそれぞれは、流出入阻止部８において、該流出入阻止部８を構成する二つの孔周縁部３１０の各内周縁３１０ａとシール部８１との間に配置されている。

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、該流出入阻止部８の複数の周縁部貫通孔８２のそれぞれは、前記二つの流出入許容部７のうちの一方の流出入許容部７の孔周縁部３１０の貫通孔８３と、他方の流出入許容部７の孔周縁部３１０の貫通孔８３と、によって構成されている。

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７と隣り合う流出入阻止部７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、間隔をあけて対向する孔周縁部３１０を間隔維持部７１によって支持することで連通路Ｐ内での圧力変化等によるろう付けされた部位等での応力の発生が抑えられ、これにより、連通路周縁部６での応力集中に起因する伝熱プレート３の損傷が防がれる。さらに、流出入阻止部８に周縁部貫通孔８２が設けられ、外部から供給された流体Ａ、Ｂがプレート間の流路（流路空間）Ｒに流れ込むまでの該流体Ａ、Ｂが流れる領域（連通路Ｐ及び周縁部貫通孔８２）の流路断面積が確保されることで該領域での流通抵抗が抑えられる。即ち、外部から供給された流体Ａ、Ｂがプレート間の流路Ｒに流れ込む際に、連通路Ｐから流れ込むだけではなく、周縁部貫通孔８２を通じても流れ込むことができ、これにより、流路断面積が確保されて流通抵抗が抑えられる。その結果、連通路Ｐ付近での圧力損失も抑えられる。

また、本実施形態の熱交換器１では、流出入阻止部８の各周縁部貫通孔８２は、周方向に隣り合う二つの間隔維持部７１の間にそれぞれ位置するように、該流出入阻止部８に配置されている。このように、周縁部貫通孔８２が周方向に隣り合う二つの間隔維持部７１の間に位置することで、流出入阻止部８を構成する二つの孔周縁部３１０における連通路Ｐから離れる方向の寸法が該方向に間隔維持部７１と周縁部貫通孔８２とが並ぶ場合等より抑えられる。これにより、連通路Ｐを広げて（流路断面積を大きくして）連通路Ｐ付近での圧力損失を抑えることができる。又は、各伝熱プレート３の伝熱部３１における凹部３５及び凸部３６の配置される領域を広げて熱交換器１の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施形態の熱交換器１では、複数の周縁部貫通孔８２を有する流出入阻止部８が、該流出入阻止部８を構成する孔周縁部３１０の各内周縁３１０ａから外側に間隔（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を液密状態で接続している。そして、複数の周縁部貫通孔８２のそれぞれは、二つの孔周縁部３１０の各内周縁３１０ａとシール部８１との間に配置されている。このため、周縁部貫通孔８２を通過する流体Ａ、Ｂの該周縁部貫通孔８２を有する流出入阻止部８を通じた流路Ｒ（該流出入阻止部８を構成する二つの伝熱プレート３のプレート間の流路空間）への流入が確実に防がれる。即ち、周縁部貫通孔８２の周縁部から流出入阻止部８を構成する二つの孔周縁部３１０間に流体Ａ、Ｂが浸入しても、シール部８１によって流路Ｒ側への浸入が確実に防がれる。

しかも、本実施形態の熱交換器１では、複数の間隔維持部７１のそれぞれが、Ｘ軸方向から見て、当該複数の間隔維持部７１を有する流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０における各内周縁３１０ａとシール部８１との間に配置されている。このように、間隔維持部７１が流出入許容部７を構成する二つの孔周縁部３１０においてシール部８１より内側（連通路Ｐ側）に配置されることで、連通路Ｐ内の圧力変化等の影響を受けやすくなる、即ち、前記圧力変化等によって該間隔維持部７１およびその付近に応力が生じ易くなるが、該部位が損傷したとしてもシール部８１より内側であるため、流出入阻止部８を通じた流路Ｒ（該流出入阻止部８を構成する二つの伝熱プレート３のプレート間の流路空間）への流体Ａ、Ｂの流入が防がれる。

また、この場合、連通路周縁部６における流路側の部位（図３における右側の部位）において、周縁部貫通孔８２を通過した流体Ａ、Ｂが流路Ｒに流れ込む方向（流通経路上）に間隔維持部７１が配置されていないため、流体Ａ、Ｂの流れが間隔維持部７１の影響を受けない若しくは受け難い。これによっても、熱交換器１の連通路Ｐ付近での圧力損失が抑えられる。

また、本実施形態の熱交換器本体２では、Ｘ軸方向において、重ね合わされた複数の伝熱プレート３のうちの両端にある二つの伝熱プレート３のそれぞれの外側の面は、熱交換器本体２の表面に含まれている。より詳しくは、前記両端の伝熱プレート３の各外側の面において、Ｚ軸方向に間隔をあけて配置される二つの第一補強プレート４Ａ間、又は二つの第二補強プレート４Ｂ間の領域は、熱交換器本体２の表面に含まれている。このように、流路Ｒを形成する伝熱プレート３が熱交換器本体２の表面を構成する、即ち、熱交換器本体２において伝熱プレート３の外側に厚板状の補強部材等を配置しない領域を有する構成とすることで、温度変化による伝熱プレート３の伸縮を吸収でき、これにより、温度変化に起因する伝熱プレート３の割れ等の損傷を防ぐことができる。詳しくは、以下の通りである。

熱交換器１が内部を流れる流体Ａ、Ｂによって加熱されると伝熱プレート３等の熱交換器１を構成する各部材が延び、前記流体によって冷却されると前記各部材が縮もうとする。このとき、補強プレート（伝熱プレート３より厚い板状の部材）がＸ軸方向の両側に配置されている（詳しくは、Ｘ軸方向の端の伝熱プレート３の表面に取り付けられている）と、板厚の差により、補強プレートは、伝熱プレート３より温度上昇（又は下降）し難いため延び（又は縮み）が遅く、これにより、補強プレートより温度上昇（又は下降）の早い伝熱プレート３が延びよう（又は縮もう）としても補強プレートによって拘束されているため前記延び（又は縮み）が抑えられて応力が発生し、伝熱プレート３に割れ等が生じる。しかし、熱交換器１のＸ軸方向の両側に補強プレートがなければ、Ｘ軸方向の端に配置された伝熱プレート３が延びよう（又は縮もう）としたときに前記拘束がないため延びる（又は縮む）ことができ、これにより、伝熱プレート３における応力の発生が抑えられ、その結果、温度変化に起因する割れ等の損傷が防がれる。

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。

上記実施形態の熱交換器１では、複数の連通路周縁部６のそれぞれが同じ構成であるが、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が上記実施形態と同様の構成、即ち、流出入許容部（流入許容部）７が間隔維持部７１を有し、且つ、流出入阻止部（流入阻止部）８が周縁部貫通孔８２を有する構成であればよい。尚、複数の連通路周縁部６において、少なくとも、第一流体Ａ及び第二流体Ｂが熱交換器１の内部を流通するときに連通路Ｐから各流路Ｒ（各第一流路Ｒａ又は各第二流路Ｒｂ）に流れ込む側の連通路周縁部６が、上記実施形態と同様の構成であることが好ましい。

流出入阻止部８が有する周縁部貫通孔８２の具体的な数、形状、配置は限定されない。

例えば、上記実施形態の連通路周縁部６の流出入阻止部８では、周縁部貫通孔８２は、周方向に間隔をあけて配置される複数の間隔維持部７１の各間隔維持部７１間にそれぞれ配置されているが、この構成に限定されない。周縁部貫通孔８２は、複数の間隔維持部７１間のうちの一部の間隔維持部７１間に配置されていてもよい。この場合、一又は複数の周縁部貫通孔８２は、円周状に延びる流出入阻止部８における連通路Ｐから伝熱プレート３の中央部（伝熱プレート３の伝熱部３１において熱交換が主に行われる領域）に向かう側に配置されることが好ましい。これにより、連通路周縁部６における圧損が好適に抑えられる。

また、共通の流出入阻止部８に配置される複数の周縁部貫通孔８２は、それぞれ同じ形状であるが、異なる形状の周縁部貫通孔８２を含んでいてもよい。

また、上記実施形態の周縁部貫通孔８２は、Ｘ軸方向から見て、間隔維持部７１と内周縁３１０ａとシール部８１とに沿った形状（図３に示す例では、環状扇形）であるが、この形状に限定されない。例えば、周縁部貫通孔８２は、図６に示すような円形等であってもよい。即ち、周縁部貫通孔８２の数、形状、大きさ等は、熱交換器１において熱交換される流体の種類や運転条件等によって異なる。

また、上記実施形態の熱交換器１の連通路周縁部６では、複数の流出入許容部７のそれぞれが複数の間隔維持部７１を有し、複数の流出入阻止部８のそれぞれが複数の周縁部貫通孔８２を有しているが、この構成に限定されない。複数の流出入許容部７のうちの一部の流出入許容部７が複数の間隔維持部７１を有する構成でもよい。また、複数の流出入阻止部８のうちの一部の流出入阻止部８が少なくとも一つの周縁部貫通孔８２を有する構成でもよい。

また、上記実施形態の連通路周縁部６の各流出入許容部７では、複数の間隔維持部７１の形状（即ち、間隔維持部７１を構成する各凸部７２の形状）は、それぞれ同じであるが、異なる形状の間隔維持部７１（凸部７２）を含んでいてもよい。

また、重ね合わされた複数の伝熱プレート３を備える熱交換器１では、流体Ａ、Ｂが流通したときに、重ね合わせ方向（Ｘ軸方向）の最も外側（端）の伝熱プレート３が圧力の影響を受け易い。このため、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における該Ｘ軸方向の両端に位置する二つの流出入許容部７のうちの少なくとも一方が複数の間隔維持部７１を有していれば、連通路Ｐの周辺部での応力集中に起因する伝熱プレート３の損傷が効果的に防がれる。この場合、周縁部貫通孔８２は、少なくとも間隔維持部７１を有する流出入許容部７と隣り合う流出入阻止部８に配置されていればよい。即ち、連通路周縁部６において複数の流出入許容部７のうちの一部の流出入許容部７だけが間隔維持部７１を有する構成では、複数の流出入阻止部８のうちの少なくとも前記流出入許容部（間隔維持部７１を有する流出入許容部）７と隣り合う流出入阻止部８が、周縁部貫通孔８２を有していればよい。この場合、間隔維持部７１を有していない流出入許容部７を構成する孔周縁部３１０は、間隔維持部７１がない分、内径を大きくする（該部位の連通路Ｐの内径を大きくする）ことで圧損が抑えられる。

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…プレート式熱交換器、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、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（連通路の周縁部）、７、７Ａ、７Ｂ…流出入許容部（流入許容部）、７１…間隔維持部、７２…凸部、８、８Ａ、８Ｂ…流出入阻止部（流入阻止部）、８１…シール部、８２…周縁部貫通孔、８３…貫通孔、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、１０４…第二流路、１０５…第一連通路、１０６…第二連通路、１０７…孔周縁部、１０８…凸部、１１０…ろう付接合部、Ａ…第一流体（流体）、Ｂ…第二流体（流体）、Ｋ…仮想面、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（流路空間）、Ｒｂ…第二流路（流路空間）、Ｓ…中空部、Ｓ１…空間、α…所定間隔、β…幅

Claims (6)

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し、前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートの互いの当接部同士がろう付けされてい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において、
   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互いに重なった状態で前記所定方向と直交する仮想面に沿って広がることで、前記連通路から当該二つの伝熱プレートのプレート間に形成される前記流路空間への前記流体の流入を阻止する流入阻止部と、
   前記所定方向に隣り合う二つの伝熱プレートの前記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、前記連通路から当該二つの孔周縁部の間の空間を通じて当該二つの伝熱プレートのプレート間に形成される前記流路空間への前記流体の流入を許容する流入許容部とが、
   前記所定方向に交互に配置され、
   前記流入許容部は、該流入許容部を構成する前記間隔をあけた二つの孔周縁部の該間隔を維持するための複数の間隔維持部であって、前記連通路の周方向に間隔をあけて配置される複数の間隔維持部を有し、
   これら複数の間隔維持部のそれぞれは、当該流入許容部を構成する前記間隔をあけた二つの孔周縁部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を有し、
   前記複数の間隔維持部を有する流入許容部と前記所定方向に隣り合う前記流入阻止部は、前記所定方向から見て各間隔維持部の配置された位置と異なる位置において当該流入阻止部を構成する前記重なった状態の二つの孔周縁部を前記所定方向に貫通する少なくとも一つの周縁部貫通孔を有し、
   前記連通路と前記少なくとも一つの周縁部貫通孔とが連通すると共に、該少なくとも一つの周縁部貫通孔と前記間隔をあけた二つの孔周縁部の間の空間とが連通している、プレート式熱交換器。
2. 前記熱交換器本体における前記連通路の周縁部において、前記流入阻止部を介して前記所定方向に並ぶ複数の流入許容部における該所定方向の両端に位置する二つの流入許容部のうちの少なくとも一方は、前記複数の間隔維持部を有する、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記流入阻止部の前記少なくとも一つの周縁部貫通孔は、前記所定方向から見て、前記周方向に隣り合う二つの間隔維持部の間に位置するように、該流入阻止部に配置されている、請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記少なくとも一つの周縁部貫通孔を有する流入阻止部は、該流入阻止部を構成する前記孔周縁部の内周縁から外側に所定間隔をあけた位置で前記連通路を囲むシール部を有し、
   該シール部は、前記重なった状態の二つの孔周縁部における該シール部と対応する部位同士を液密状態で接続し、
   前記少なくとも一つの周縁部貫通孔は、前記二つの孔周縁部の各内周縁と前記シール部との間に配置されている、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。
5. 前記複数の間隔維持部のそれぞれは、前記所定方向から見て、当該複数の間隔維持部を有する流入許容部を構成する二つの孔周縁部における各内周縁と前記シール部との間に配置されている、請求項４に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記所定方向において、重ね合わされた前記複数の伝熱プレートのうちの両端にある二つの伝熱プレートのそれぞれの外側の面は、前記熱交換器本体の表面に含まれ、
   前記複数の伝熱プレートのそれぞれは、同じ厚さを有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。

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