JP6429122B2 - 熱交換器および熱交換器用中間プレート - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器およびこのような熱交換器に用いられる中間プレートに関する。

一般に、熱交換器は、熱エネルギーの利用や除熱を要する機器などに幅広く利用されている。その中で、高性能熱交換器として代表的なものとして、プレート型熱交換器が知られている（特許文献１参照）。このようなプレート型熱交換器においては、プレス加工やハーフエッチング加工などで部分的に薄肉に形成された金属薄板状プレートを複数枚積み重ね、この金属薄板状プレート間に、熱交換流体の対向する或いは並行する流路を形成するようになっている。

また、プレート型熱交換器においては、温度の異なる２つの熱交換流体間で伝熱効率を高めるために、熱交換流体が通る流路に複数の伝熱フィンを設け、伝熱面積を増やしている。

特開２００８−５１３９０号公報

しかしながら、従来のプレート型熱交換器においては、一対の対向する金属薄板状プレートを互いに貼り合わせ、この対向するプレート間に流路を形成している。また一般に、各プレートに形成された薄肉部分の深さは、プレートの厚みの約半分以下である。したがって、一対のプレート間に形成される流路の高さは、最大でもプレート１枚の厚み程度となる。このため、流路に直交する方向に切断した流路断面は、横長の形状となることが一般的である。

一方、プレート型熱交換器においては、流路抵抗を小さくして圧力損失を低下することが求められている。これを実現する１つの方法として、流路を高さ方向に拡大することが考えられる。しかしながら、流路を高さ方向に拡大するためにプレートの材料を厚くすると、流路形状の寸法精度が下がるだけでなく、薄肉部分の深さ方向の形状の制御が困難になり、設計通りの熱交換性能を発揮することが難しくなってしまう。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、各プレートの厚みを厚くすることなく、プレート間の流路を高さ方向に拡大することが可能な、熱交換器および熱交換器用中間プレートを提供することを目的とする。

本発明は、熱交換器であって、第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に介在された少なくとも１つの中間プレートとを備え、前記第１のプレートと、前記中間プレートと、前記第２のプレートとは互いに積層されており、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートはそれぞれ、外周領域と、前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、前記薄肉領域から前記第１のプレート又は前記第２のプレートの厚み方向にそれぞれ突出するように設けられた複数の伝熱フィンとを有し、各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置され、前記中間プレートは、外周領域と、前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記ブリッジは、前記中間プレートの前記外周領域の厚みよりも薄肉に形成されていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記ブリッジは、平面視で前記流体が流れる方向を横切る方向に延びていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記中間プレートの前記複数の伝熱フィンは、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向に配列されており、前記ブリッジは、平面視で前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向に沿って延びていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記ブリッジは、平面視で前記流体が流れる方向に沿って延びていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記中間プレートは２枚設けられていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記２枚の前記中間プレートの前記ブリッジは、平面視で互いに異なる方向に延びていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、熱交換器用中間プレートであって、外周領域と、前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする中間プレートである。

本発明によれば、第１のプレートと第２のプレートとの間に少なくとも１つの中間プレートを介在させ、互いに積層された第１のプレートと、中間プレートと、第２のプレートとの間に流路を形成する。これにより、第１のプレートおよび第２のプレートの厚みを厚くすることなく、流路を高さ方向に拡大することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図。 図２（ａ）（ｂ）は、それぞれ熱交換器のプレートを示す平面図。 図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ熱交換器のプレートを示す平面図。 図４は、中間プレートを示す部分拡大平面図（図２（ｂ）のIV部拡大図）。 図５（ａ）〜（ｄ）は、プレートを示す部分拡大平面図（それぞれ図２（ａ）のVA部拡大図、図２（ｂ）のVB部拡大図、図３（ａ）のVC部拡大図、図３（ｂ）のVD部拡大図）。 図６は、互いに接合された４枚のプレートを示す断面図（図５（ａ）〜（ｄ）のVI−VI線断面に対応する図）。 図７は、プレートの変形例（変形例１）を示す部分拡大平面図（図５に対応する図）。 図８は、プレートの変形例（変形例１）を示す断面図（図７（ａ）〜（ｄ）のVIII−VIII線断面に対応する図）。 図９は、プレートの変形例（変形例２）を示す部分拡大平面図（図５に対応する図）。 図１０は、プレートの変形例（変形例２）を示す断面図（図９（ａ）〜（ｄ）のＸ−Ｘ線断面に対応する図）。 図１１は、プレートの変形例（変形例３）を示す部分拡大平面図（図５に対応する図）。 図１２は、プレートの変形例（変形例３）を示す断面図（図１１（ａ）〜（ｄ）のXII−XII線断面に対応する図）。 図１３は、プレートの変形例（変形例４）を示す部分拡大平面図（図５に対応する図）。 図１４は、プレートの変形例（変形例４）を示す断面図（図１３（ａ）〜（ｄ）のXIV−XIV線断面に対応する図）。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。

熱交換器の構成
まず、図１により、本実施の形態による熱交換器の概略について説明する。図１は、本実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態による熱交換器（プレート型熱交換器）１０は、一方の固定板１１と、一方の固定板１１から離間して設けられた他方の固定板１２と、一方の固定板１１と他方の固定板１２との間に互いに積層して配置された複数（図１では８枚）の金属薄板状のプレート２０Ａ〜２０Ｈとを備えている。

このうちプレート２０Ａ〜２０Ｈは、第１の流体Ｆ_１用のプレート２０Ａ〜２０Ｄと、第２の流体Ｆ_２用のプレート２０Ｅ〜２０Ｈとからなっている。すなわち、プレート２０Ａ〜２０Ｄによって、第１の流体Ｆ_１用の第１プレートユニット３１が構成され、プレート２０Ｅ〜２０Ｈによって、第２の流体Ｆ_２用の第２プレートユニット３２が構成されている。各プレート２０Ａ〜２０Ｈは、溶融点に近い温度で隣接するプレート２０Ａ〜２０Ｈに圧着されることにより、接触面でプレートを構成する金属原子を相互に拡散させ、互いに強固に接合されている（拡散接合）。また、一方の固定板１１と他方の固定板１２とは、図示しない連結手段で互いに連結されており、これにより一方の固定板１１とプレート２０Ａとが互いに密着し、他方の固定板１２とプレート２０Ｈとが互いに密着している。

一方の固定板１１および他方の固定板１２は、それぞれ平面略矩形状を有している。このうち一方の固定板１１には、流入管１３Ａ、１３Ｂおよび流出管１４Ａ、１４Ｂが接続されている。これに対して他方の固定板１２は、開口等が形成されることなく、平坦な形状を有している。

流入管１３Ａおよび流出管１４Ａは、それぞれ第１の流体Ｆ_１が流入および流出するものである。第１の流体Ｆ_１は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ａから熱交換器１０に流入し、プレート２０Ａ〜２０Ｄ内で循環しながら熱交換を行い、流出管１４Ａから流出するようになっている。

また、流入管１３Ｂおよび流出管１４Ｂは、それぞれ第２の流体Ｆ_２が流入および流出するものである。第２の流体Ｆ_２は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ｂから熱交換器１０に流入し、プレート２０Ｅ〜２０Ｈ内で循環しながら熱交換を行って、流出管１４Ｂから流出するようになっている。

第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２は、少なくとも流入管１３Ａ、１３Ｂに流入する時点では、互いに温度が異なっている。第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２としては、二酸化炭素、空気等の気体であっても良く、水等の液体であっても良い。第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２は、同一種類の流体を用いても良く、互いに異なる種類の流体を用いても良い。

このように、熱交換器１０においては、プレート２０Ａ〜２０Ｄの間を通過する第１の流体Ｆ_１と、プレート２０Ｅ〜２０Ｈの間を通過する第２の流体Ｆ_２との間で、熱交換が行われるようになっている。なお、プレート２０Ａ〜２０Ｈの枚数は、図１では便宜上８枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば４０枚〜４００枚程度としても良い。

なお、このような熱交換器１０は、例えば給湯器のヒートポンプユニット、空調設備、化学プラント等に用いることができる。

プレートの構成
次に、図２乃至図６を参照して、本実施の形態によるプレートの構成について説明する。なお、以下においては、第１の流体Ｆ_１用のプレート２０Ａ〜２０Ｄ（第１プレートユニット３１）の構成について説明するが、第２の流体Ｆ_２用のプレート２０Ｅ〜２０Ｈ（第２プレートユニット３２）についてもその構成は略同様である。

図２（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）に示すように、プレート２０Ａ〜２０Ｄは、それぞれ平面略矩形形状であり、長手方向と短手方向とを有している。図２（ａ）（ｂ）および図３（ａ）（ｂ）において、長手方向はＹ方向に平行であり、短手方向はＹ方向に直交するＸ方向に平行である。

プレート２０Ａ〜２０Ｄのうち、プレート２０Ａ、２０Ｄは、それぞれ外側に配置されており、プレート２０Ｂ、２０Ｃは、プレート２０Ａ、２０Ｄの間に介在されている。すなわち一方の固定板１１側から見て、プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの順に互いに積層されている。本実施の形態において、プレート２０Ａが第１のプレート（又は第２のプレート）に対応し、プレート２０Ｄが第２のプレート（又は第１のプレート）に対応する。また、プレート２０Ｂ、２０Ｃがそれぞれ中間プレートに対応する。

次に、図２（ａ）および図３（ｂ）を参照して、プレート２０Ａ、２０Ｄ（第１のプレートおよび第２のプレート）の構成について説明する。

図２（ａ）および図３（ｂ）に示すように、プレート２０Ａ、２０Ｄは、それぞれ外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成された薄肉領域（ハーフエッチング領域）２２とを備えている。このうち外周領域２１は、各プレート２０Ａ、２０Ｄの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域２１は、ハーフエッチングが施されておらず、薄肉領域２２よりも厚い領域である。また、外周領域２１は、本実施の形態においては、全面にわたりほぼ同一の厚みを有している。

また、薄肉領域２２は、外周領域２１よりも薄肉となっており、プレート２０Ａ、２０Ｄの一面側のみに形成されている。この場合、薄肉領域２２は、当該一面側から例えばハーフエッチング加工を施すことにより形成されている。なお、「ハーフエッチング」とは、被エッチング材料をその厚み方向に途中までエッチングすることをいう。薄肉領域２２の深さは、例えば、外周領域２１の厚みの４０％〜６０％程度とされても良い。

薄肉領域２２のうち、プレート２０Ａ、２０Ｄの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａが形成されている。この入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは、第１の流体Ｆ_１が通過するとともに、薄肉領域２２に連通している。

また、外周領域２１のうち、プレート２０Ａ、２０Ｄの他の一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂが形成されている。この入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂは、第２の流体Ｆ_２が通過するとともに、プレート２０Ａ、２０Ｄの薄肉領域２２とは連通しないようになっており、他方、プレート２０Ｅ〜２０Ｈの内部に形成された流路２６に連通するようになっている。

これらの入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、それぞれプレート２０Ａ、２０Ｄを貫通するように形成される。なお、入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、薄肉領域２２を片面側からハーフエッチングにより形成する際、薄肉領域２２と同時に両面側からエッチングすることにより形成されても良い。

薄肉領域２２には、複数の伝熱フィン２５がそれぞれＺ方向（プレート２０Ａ、２０Ｄの厚み方向）に突出して設けられている。各伝熱フィン２５が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。一方、各伝熱フィン２５は、外周領域２１および他の伝熱フィン２５からそれぞれ平面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン２５は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン２５の周囲には、第１の流体Ｆ_１が通過するための流路２６（の一部）が形成されている。なお、図１乃至図３において、便宜上、一部の伝熱フィン２５のみを示しているが、実際には、薄肉領域２２の略全域に亘って伝熱フィン２５が配置されている。なお、伝熱フィン２５は、薄肉領域２２を片面側からハーフエッチングにより形成する際、ハーフエッチングされずに残存する領域の一部からなっている。

本実施の形態において、外周領域２１のうち薄肉領域２２側に位置する縁部２７が、縁部２７に隣接する伝熱フィン２５の形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっている。また、波形状又はジグザグ形状の縁部２７は、略Ｓ字状の伝熱フィン２５の形状に合わせた形状となっている。すなわち、縁部２７は、各伝熱フィン２５の外形形状に沿って湾曲している。これにより、縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６が略一定の幅となるので、第１の流体Ｆ_１をプレート２０Ａ〜２０Ｄ間に均一に流すことができる。この結果、流体の流路抵抗を低減することができるので、流体の圧力損失を小さくすることができる。しかしながら、これに限らず、縁部２７は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って直線状に形成されていても良い。

次に、図２（ｂ）および図３（ａ）を参照して、プレート２０Ｂ、２０Ｃ（中間プレート）の構成について説明する。

図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように、プレート２０Ｂ、２０Ｃは、それぞれ外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成された貫通領域２８とを備えている。このうち外周領域２１は、各プレート２０Ｂ、２０Ｃの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域２１の構成は、上述したプレート２０Ａ、２０Ｄの外周領域２１の構成と同一である。

また、貫通領域２８は、プレート２０Ｂ、２０ＣをＺ方向（プレート２０Ｂ、２０Ｃの厚み方向）に貫通して形成された領域である。この場合、貫通領域２８は、プレート２０Ｂ、２０Ｃの両面側から例えばエッチング加工により形成されたものであっても良い。

外周領域２１のうち、プレート２０Ｂ、２０Ｃの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂが貫通形成されている。この入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂは、第２の流体Ｆ_２が通過するとともに、プレート２０Ｂ、２０Ｃの貫通領域２８とは連通しないようになっている。一方、上述したプレート２０Ａ、２０Ｄと異なり、プレート２０Ｂ、２０Ｃには、入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは形成されていない。

貫通領域２８の内部には、複数の伝熱フィン２５が配置されている。各伝熱フィン２５の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。また、各伝熱フィン２５は、外周領域２１および他の伝熱フィン２５からそれぞれ平面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン２５は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン２５の周囲には、第１の流体Ｆ_１が通過するための流路２６（の一部）が形成されている。なお、伝熱フィン２５は、貫通領域２８を両面側からエッチングにより形成する際、エッチングされずに残存する領域の一部からなっている。

本実施の形態において、プレート２０Ｂ、２０Ｃの各伝熱フィン２５は、それぞれブリッジ２９を介して、直接又は間接的に外周領域２１に保持されている。すなわち、各伝熱フィン２５には少なくとも１本のブリッジ２９が連結されており、このブリッジ２９は、他の伝熱フィン２５又は外周領域２１に連結されている。これにより、全ての伝熱フィン２５が、ブリッジ２９を介して外周領域２１に保持され、外周領域２１から脱落しないようになっている。

また、複数の伝熱フィン２５のうち、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）両端に位置するいくつかの伝熱フィン２５は、それぞれ外周領域２１に対して固定用ブリッジ２９Ａによって繋がれている。これにより、複数の伝熱フィン２５が貫通領域２８内で不安定になり変形してしまう不具合が防止される。固定用ブリッジ２９Ａは、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の外周領域２１の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の一面側のみに形成されている。固定用ブリッジ２９Ａは、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の面のうち、プレート２０Ａ（２０Ｄ）側を向く面から例えばハーフエッチングにより形成される。

次に、図４乃至図６を参照して、伝熱フィン２５およびブリッジ２９の構成について更に説明する。ここで図４は図２（ｂ）のIV部拡大図であり、図５（ａ）は図２（ａ）のVA部拡大図であり、図５（ｂ）は図２（ｂ）のVB部拡大図であり、図５（ｃ）は図３（ａ）のVC部拡大図であり、図５（ｄ）は図３（ｂ）のVD部拡大図であり、図６は図５（ａ）〜（ｄ）のVI−VI線断面に対応する図である。

図４および図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、各伝熱フィン２５は、平面略Ｓ字形状を有している。この伝熱フィン２５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って一定の間隔を隔てて多数配置されている。また、伝熱フィン２５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に対して垂直な方向（Ｘ方向）にも一定の間隔で平行に配置されている。この伝熱フィン２５は、その長手方向両端を渦や旋回流などの乱れが生じないような流線型にそれぞれ成形しており、流体抵抗を最小にするように構成されている。

本実施の形態において、複数の伝熱フィン２５は、互いに線対称な形状を有する２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを複数組合せることによって構成されている。このうち伝熱フィン２５ａは、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向プラス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。一方、伝熱フィン２５ｂは、Ｘ方向プラス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。伝熱フィン２５ａおよび２５ｂは、それぞれＸ方向に沿って一列に配置されており、伝熱フィン２５ａの列と伝熱フィン２５ｂの列とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されている。複数の伝熱フィン２５は、これら一組の伝熱フィン２５ａ、２５ｂの位置をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ所定量だけずらして多数配置するように構成され、いわゆる千鳥状の配列（デルタ配列）となっている。本明細書中、これら２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを合わせて、伝熱フィン２５と称する。伝熱フィン２５の幅は、プレート２０Ａ〜２０Ｄの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良い。具体的には、各伝熱フィン２５のうち最も幅の広い箇所で例えば０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとしても良い。

そして、第１の流体Ｆ_１は、Ｘ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過した後、より下流側（Ｙ方向プラス側）に位置する他の伝熱フィン２５の上流側（Ｙ方向マイナス側）の端部で分岐され、この伝熱フィン２５とＸ方向に隣接する一対の伝熱フィン２５と間の各流路２６をそれぞれ通過する。その後、伝熱フィン２５に沿って流れた第１の流体Ｆ_１は、伝熱フィン２５の下流側（Ｙ方向プラス側）の端部で合流する。これにより、流路２６における急激な曲がりによる渦形成や旋回流に起因する圧力損失を最小限に抑え、流路面積の変化、すなわち、流路２６の拡大や縮小を抑えることができ、拡流や縮流による圧力損失を小さく抑えることができる。流路２６の幅は、プレート２０Ａ〜２０Ｄの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良く、例えば０．２ｍｍ〜３．０ｍｍとしても良い。

各ブリッジ２９は、平面略直線形状を有している。ブリッジ２９は、各伝熱フィン２５ａの上流側又は下流側（Ｙ方向マイナス側又はプラス側）端部と、当該伝熱フィン２５ａの上流側又は下流側（Ｙ方向マイナス側又はプラス側）に隣接する伝熱フィン２５ｂの略中央部分とを互いに連結している。

本実施の形態において、各ブリッジ２９は、平面視で第１の流体Ｆ_１が流れる方向（図４の矢印Ｆ_Ｌ参照）を横切る方向に延びている。すなわち、各ブリッジ２９は、それぞれＸ方向マイナス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向プラス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びている。この場合、各ブリッジ２９の長手方向は、第１の流体Ｆ_１が流れる方向に対して例えば３０°〜９０°程度の角度で交わっていても良い。

図６は、プレート２０Ａ〜２０Ｄが積層された状態を示しており、図５（ａ）〜（ｄ）のVI−VI線断面図に対応している。図６に示すように、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）のブリッジ２９は、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の外周領域２１の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の一面側のみに形成されている。各ブリッジ２９は、貫通領域２８を両面側からエッチング形成する際に一緒に形成される。すなわち、各ブリッジ２９は、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の面のうち、プレート２０Ａ（２０Ｄ）側を向く面から例えばハーフエッチングを施すことにより形成される。このため、ブリッジ２９は、伝熱フィン２５と一体に構成されている。この場合、プレート２０Ｂのブリッジ２９と、プレート２０Ｃのブリッジ２９とは、プレート２０Ｂ、２０Ｃの接合界面で互いに接触している。このようにブリッジ２９を薄肉化したことにより、ブリッジ２９によって流路２６が大幅に塞がれることを防止し、第１の流体Ｆ_１の流路抵抗を低減することができる。

ブリッジ２９の幅や厚みは、プレート２０Ｂ、２０Ｃの材料の厚みや流体によって適宜設定することができる。具体的には、ブリッジ２９の幅は例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとしても良く、ブリッジ２９の厚みは例えば外周領域２１の厚みの４０％〜６０％程度としても良い。

図６に示すように、プレート２０Ａ、２０Ｄは、薄肉領域２２が形成された面同士を互いに対向させるように配置されている。さらに、プレート２０Ａ、２０Ｄの間にプレート２０Ｂ、２０Ｃが介在され、この状態でプレート２０Ａ〜２０Ｄが互いに接合されている。このとき、プレート２０Ａ、２０Ｄの薄肉領域２２と、プレート２０Ｂ、２０Ｃの貫通領域２８とによって第１の流体Ｆ_１が流れる流路２６が形成される。

また、プレート２０Ａの薄肉領域２２および複数の伝熱フィン２５と、プレート２０Ｂの貫通領域２８および複数の伝熱フィン２５とは、それぞれ互いに同一形状であり、それぞれプレート２０Ａ、２０Ｂ内で互いに同一の位置に配置されている。さらに、プレート２０Ｄの薄肉領域２２および複数の伝熱フィン２５と、プレート２０Ｃの貫通領域２８および複数の伝熱フィン２５とは、それぞれ互いに同一形状であり、それぞれプレート２０Ｃ、２０Ｄ内で互いに同一の位置に配置されている。一方、プレート２０Ａ、２０Ｄの薄肉領域２２および複数の伝熱フィン２５は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成され、プレート２０Ｂ、２０Ｃの貫通領域２８および複数の伝熱フィン２５は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成されている。このため、プレート２０Ａ〜２０Ｄを互いに接合した際、各薄肉領域２２と各貫通領域２８とが重なり、対応する各伝熱フィン２５同士が重なる（図６参照）。

なお、プレート２０Ａ〜２０Ｄは、熱伝導性の良い金属が好ましく、例えばステンレス、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなど、種々選択可能である。また、プレート２０Ａ、２０Ｄの厚みは、それぞれ例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとしても良い。一方、プレート２０Ｂ、２０Ｃの厚みは、流路２６に必要とされる高さによって適宜設定することができるが、プレート２０Ａ、２０Ｄの厚みよりも薄くしても良く、それぞれ例えば０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍとしても良い。

本実施の形態において、流路２６の高さｈ（図６参照）は、プレート２０Ａ、２０Ｄの薄肉領域２２の深さと、プレート２０Ｂ、２０Ｃの厚みとの合計によって規定される。具体的には、流路２６の高さｈは、例えば０．２ｍｍ〜４．０ｍｍとすることができる。このように、流路２６の高さｈを高くすることにより、各プレート２０Ａ〜２０Ｄそれぞれの厚みを厚くすることなく、プレート２０Ａ〜２０Ｄ間の流路２６を高さ方向に拡大することができる。

上記において、プレート２０Ａ、２０Ｄの間に２枚のプレート（中間プレート）２０Ｂ、２０Ｃが介在されている場合を例にとって説明したが、これに限らず、中間プレートは少なくとも１枚設けられていれば良い。あるいは、プレート２０Ａ、２０Ｄの間に３枚以上の中間プレートが介在されていても良い。

本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。

まず、図１に示す熱交換器１０において、流入管１３Ａに第１の流体Ｆ_１を導入するとともに、流入管１３Ｂに第２の流体Ｆ_２を導入する。この場合、第１の流体Ｆ_１の温度と第２の流体Ｆ_２の温度とは互いに異なっている。

次に、第１の流体Ｆ_１は、プレート２０Ａ、２０Ｄの薄肉領域２２と、プレート２０Ｂ、２０Ｃの貫通領域２８とによって形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ａから流出する。同様に、第２の流体Ｆ_２は、プレート２０Ｅ、２０Ｈの薄肉領域２２と、プレート２０Ｆ、２０Ｇの貫通領域２８とによって形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ｂから流出する。流出管１４Ａ、１４Ｂから流出する時点で、第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２のうち一方の温度は流入時よりも上昇し、他方の温度は流入時よりも降下している。この場合、プレート２０Ｄとプレート２０Ｅとが互いに接合されているので、これらプレート２０Ｄ、２０Ｅを介して、第１の流体Ｆ_１と第２の流体Ｆ_２との間で熱交換が効率的に行なわれる。

以下、第１の流体Ｆ_１がプレート２０Ａ〜２０Ｄの流路２６内を流れる際の作用について、図４を参照して説明する。

まず、第１の流体Ｆ_１が、入口側開口２３Ａから流入する。続いて、入口側開口２３Ａからの第１の流体Ｆ_１は、互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過し、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って薄肉領域２２および貫通領域２８内を流れていく。この際、第１の流体Ｆ_１は、主に互いに隣接する伝熱フィン２５同士の間の流路２６を流れる。

本実施の形態において、プレート２０Ａとプレート２０Ｄとの間にプレート２０Ｂ、２０Ｃを介在させ、互いに積層されたプレート２０Ａ〜２０Ｄの間に流路２６を形成している。これにより、プレート２０Ａ、２０Ｄの厚みを厚くすることなく、流路２６を高さ方向に拡大することができる。これにより、第１の流体Ｆ_１が流れる際の流路抵抗を小さくし、圧力損失を低下することができる。

その後、伝熱フィン２５同士の間の流路２６を通過した第１の流体Ｆ_１は、他の伝熱フィン２５同士の間の流路２６を通過した第１の流体Ｆ_１と合流し、出口側開口２４Ａから流出する。

なお、第２の流体Ｆ_２が一対のプレート２０Ｅ〜２０Ｈ間を流れる際の作用についても上記と略同様である。

このように本実施の形態によれば、プレート２０Ａとプレート２０Ｄとの間にプレート２０Ｂ、２０Ｃを介在させ、互いに積層されたプレート２０Ａ〜２０Ｄの間に流路２６を形成している。これにより、プレート２０Ａ、２０Ｄの厚みを厚くすることなく、流路２６を高さ方向に拡大することができる。この場合、流体の流路抵抗を低減することができるので、流体の圧力損失を小さくすることができる。これにより、熱交換器１０の流入管１３Ａ、１３Ｂに流体を送り込むコンプレッサーやポンプの負荷を低減することができる。また、流体の圧力損失を小さくすることにより、熱交換器１０をコンパクト化することができるとともに、使用される流体の量を削減することができる。さらに、熱交換器１０を給湯器内で用いる場合には、水道水（流体）に含まれるカルキ成分が熱交換器１０内に析出しにくくなるという効果も得られる。

さらに、本実施の形態によれば、上述したようにプレート２０Ａ、２０Ｄの厚みを厚くする必要がないので、プレート２０Ａ、２０Ｄの厚みを厚くした場合に生じる不具合、例えば、流路２６の形状の寸法精度が下がる不具合や、薄肉領域２２の深さ方向の形状の制御が困難になる不具合を防止することができる。

変形例
次に、図７乃至図１４により、本実施の形態によるプレートの各変形例について説明する。図７乃至図１４に示す各変形例は、ブリッジ２９の構成が異なるものであり、他の構成は図１乃至図６に示す実施の形態と略同一である。図７乃至図１４において、図１乃至図６に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

変形例１
図７および図８は、本実施の形態の変形例（変形例１）を示す部分拡大平面図である。図７および図８において、図１乃至図６に示す実施の形態と異なり、各ブリッジ２９は、平面視でＹ方向（第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ）に沿って直線状に延びている。ブリッジ２９は、各伝熱フィン２５ａの上流側又は下流側（Ｙ方向マイナス側又はプラス側）端部と、当該伝熱フィン２５ａの上流側又は下流側（Ｙ方向マイナス側又はプラス側）に隣接する伝熱フィン２５ｂとを互いに連結している。この場合、各伝熱フィン２５ｂにはそれぞれ２本のブリッジ２９が連結されている。

図８は、プレート２０Ａ〜２０Ｄが積層された状態を示しており、図７（ａ）〜（ｄ）のVIII−VIII線断面図に対応している。図８に示すように、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）のブリッジ２９は、外周領域２１の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の一面側のみに形成されている。この場合、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の各ブリッジ２９は、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の面のうち、プレート２０Ａ（２０Ｄ）側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図７および図８において、各ブリッジ２９が、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って延びていることにより、流体の流路抵抗を低減することができ、流体の圧力損失を小さくすることができる。

変形例２
図９および図１０は、本実施の形態の変形例（変形例２）を示す部分拡大平面図である。図９および図１０において、図１乃至図６に示す実施の形態と異なり、各ブリッジ２９は、平面視でＸ方向（第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄに直交する方向）に沿って直線状に延びている。ブリッジ２９は、各伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）の略中央部と、当該伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）のＸ方向プラス側又はマイナス側に隣接する伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）の略中央部とを互いに連結している。

図１０は、プレート２０Ａ〜２０Ｄが積層された状態を示しており、図９（ａ）〜（ｄ）のＸ−Ｘ線断面図に対応している。図１０に示すように、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）のブリッジ２９は、外周領域２１の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の一面側のみに形成されている。この場合、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の各ブリッジ２９は、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の面のうち、プレート２０Ａ（２０Ｄ）側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図９および図１０において、各ブリッジ２９が、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄに直交する方向（Ｘ方向）に沿って延びていることにより、流体が、ブリッジ２９を乗り越えるようにブリッジ２９の周囲でＺ方向にも流れるため、熱交換の効率を高めることができる。

変形例３
図１１および図１２は、本実施の形態の変形例（変形例３）を示す部分拡大平面図である。図１１および図１２において、図１乃至図６に示す実施の形態と異なり、２枚のプレート２０Ｂ、２０Ｃのブリッジ２９は、平面視で互いに異なる方向に延びている。すなわち、プレート２０Ｂの各ブリッジ２９は、Ｘ方向（第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄに直交する方向）に沿って直線状に延びており、プレート２０Ｃの各ブリッジ２９は、Ｙ方向（第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ）に沿って直線状に延びている。なお、プレート２０Ｂは、図９（ｂ）に示すプレート２０Ｂと略同一の構成を有し、プレート２０Ｃは、図７（ｃ）に示すプレート２０Ｃと略同一の構成を有している。

図１２は、プレート２０Ａ〜２０Ｄが積層された状態を示しており、図１１（ａ）〜（ｄ）のXII−XII線断面図に対応している。図１２に示すように、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）のブリッジ２９は、外周領域２１の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の一面側のみに形成されている。この場合、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の各ブリッジ２９は、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の面のうち、プレート２０Ａ（２０Ｄ）側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図１２に示すように、プレート２０Ａ〜２０Ｄを積層した状態で、プレート２０Ｂのブリッジ２９とプレート２０Ｃのブリッジ２９とが、互いに直交している。図１１および図１２において、プレート２０Ｂ、２０Ｃのブリッジ２９は、互いに異なる方向に延びていることにより、第１の流体Ｆ_１とプレート２０Ａ〜２０Ｄとの接触面積が増え、熱交換の効率を高めることができる。

変形例４
図１３および図１４は、本実施の形態の変形例（変形例４）を示す部分拡大平面図である。図１３および図１４において、図１乃至図６に示す実施の形態と異なり、各ブリッジ２９は、平面視で第１の流体Ｆ_１が流れる方向に沿って直線状に延びている。ブリッジ２９は、各伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）の上流側又は下流側（Ｙ方向マイナス側又はプラス側）端部と、当該伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）の上流側又は下流側（Ｙ方向マイナス側又はプラス側）に隣接する伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）の下流側又は上流側（Ｙ方向プラス側又はマイナス側）端部とを互いに連結している。この場合、各伝熱フィン２５ａ（２５ｂ）にはそれぞれ２本のブリッジ２９が連結されている。

図１４は、プレート２０Ａ〜２０Ｄが積層された状態を示しており、図１３（ａ）〜（ｄ）のXIV−XIV線断面図に対応している。図１４に示すように、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）のブリッジ２９は、外周領域２１の厚みよりも薄肉に形成されており、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の一面側のみに形成されている。この場合、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の各ブリッジ２９は、プレート２０Ｂ（２０Ｃ）の面のうち、プレート２０Ａ（２０Ｄ）側を向く面から例えばハーフエッチング加工を施すことにより薄肉化されている。図１３および図１４において、各ブリッジ２９が、平面視で第１の流体Ｆ_１が流体が流れる方向に沿って延びていることにより、流体の流路抵抗を低減することができ、流体の圧力損失を小さくすることができる。

上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

１０ 熱交換器
１１ 一方の固定板
１２ 他方の固定板
１３Ａ、１３Ｂ 流入管
１４Ａ、１４Ｂ 流出管
２０Ａ〜２０Ｈ プレート
２１ 外周領域
２２ 薄肉領域
２３Ａ、２３Ｂ 入口側開口
２４Ａ、２４Ｂ 出口側開口
２５ 伝熱フィン
２６ 流路
２７ 縁部
２８ 貫通領域
２９ ブリッジ
３１ 第１プレートユニット
３２ 第２プレートユニット

Claims (8)

1. 熱交換器であって、
   第１のプレートと、
   第２のプレートと、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に介在された少なくとも１つの中間プレートとを備え、
   前記第１のプレートと、前記中間プレートと、前記第２のプレートとは互いに積層されており、
   前記第１のプレートおよび前記第２のプレートはそれぞれ、
   外周領域と、
   前記外周領域の内側に形成され、前記外周領域よりも薄肉の薄肉領域と、
   前記薄肉領域から前記第１のプレート又は前記第２のプレートの厚み方向にそれぞれ突出するように設けられた複数の伝熱フィンとを有し、
   各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置され、
   前記中間プレートは、
   外周領域と、
   前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、
   前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、
   各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記ブリッジは、前記中間プレートの前記外周領域の厚みよりも薄肉に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記ブリッジは、平面視で前記流体が流れる方向を横切る方向に延びていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記中間プレートの前記複数の伝熱フィンは、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向に配列されており、前記ブリッジは、平面視で前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
5. 前記ブリッジは、平面視で前記流体が流れる方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
6. 前記中間プレートは２枚設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の熱交換器。
7. 前記２枚の前記中間プレートの前記ブリッジは、平面視で互いに異なる方向に延びていることを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
8. 熱交換器用中間プレートであって、
   外周領域と、
   前記外周領域の内側に形成された貫通領域と、
   前記貫通領域内に配置された複数の伝熱フィンとを有し、
   各伝熱フィンは、前記外周領域および他の伝熱フィンからそれぞれ平面方向に離間して配置されるとともに、ブリッジを介して前記外周領域に保持されていることを特徴とする中間プレート。

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