JPH09138089A - プレートパイル構造を有する熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで製造でき、少なくとも２種類の伝
熱流体が貫流して十分な伝熱能力を保証するプレートパ
イル構造を有する熱交換器を提供すること。 【解決手段】 ２つのプレート辺縁区域（３、４）の間
で相並んだ流路貫通孔（２）と、これらの流路貫通孔か
ら分離して配置された連通路貫通孔（５、６）とを有す
る流路プレート（１）と、２つのプレート辺縁区域（１
５、１６）に配置された連通路貫通孔（１９、２０）を
有する連通遮蔽プレート（１３）とを設け、これらを交
互に積み重ね、隣り合う流路プレート同士の流路貫通孔
の間には流体的な連通がなく、各々の流路プレートの流
路貫通孔の同じ側の端部が、隣接する連通遮蔽プレート
の重なり合う連通路貫通孔を通して互いに流体的に連通
し、また隣接したプレートの重なり合う連通路貫通孔を
通してそれぞれ次の次の流路プレートの流路貫通孔の同
じ側の端部と流体的に連通している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貫通孔のある複数
のプレートを積み重ねたプレートパイル構造を有する熱
交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種類の熱交換器は、たとえばドイツ
国特許第３２０６３９７Ｃ２号に記載されている。そこ
では、１枚のプレートの貫通孔が隣接するプレートの同
じ列の隣り合う貫通孔と流体的に連通するように、それ
ぞれ平行な列の縦長の貫通孔を備えた同じ種類のプレー
トが上下に積み重ねられている。このように構成するこ
とによって、互いに上下した貫通孔列のグループは、２
次元的な流路ネットワークを形成する。このとき、ネッ
トワーク面は積み重ね方向に対して平行に延在してお
り、個々のネットワークはパイル内部で互いに流体的に
連通していない。ネットワークが開口している方のパイ
ルの端面に適当な流入装置および流出装置を設けること
によって、個々のネットワークは幾つかのグループに分
割でき、各々のグループに特定の流体が貫流する。

【０００３】ドイツ国特許第３７０９２７８Ｃ２号によ
り、互いに積み重ねたプレートの２つの扁平側の１つに
並行する縦方向溝を設けたプレートパイル構造を有し、
これらの縦方向溝を流路として用いるようにした熱交換
器が知られている。積み重ねるときに、隣り合うプレー
トを必要に応じて同じ向きで互いに１８０°傾けるか、
互いに９０°回転して配置する。そうすることによっ
て、流路断面がより大きい、またはより小さい並流配置
構成もしくは向流配置構成あるいは直交流配置構成が実
現される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、比較
的わずかなコストで製造でき、少なくとも２種類の伝熱
流体が別々に貫流するのに適し、十分少ない圧力損失、
層流特性および十分な伝熱能力を保証する冒頭に記載し
た種類の熱交換器を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、貫通孔の
ある複数のプレートを積み重ねたプレートパイル構造を
有する熱交換器において、２つのプレート辺縁区域の間
で相並んだ１つ以上の流路貫通孔と、これらの流路貫通
孔から分離して配置された連通路貫通孔とを有する流路
プレートユニットを設け、さらに、少なくとも２つのプ
レート辺縁区域に配置された連通路貫通孔を有する連通
遮蔽プレートユニットを設け、前記流路プレートユニッ
トと前記連通遮蔽プレートユニットは交互に積み重ねら
れていて、隣り合う流路プレートユニット同士の流路貫
通孔の間には流体的な連通がなく、各々の流路プレート
ユニットの流路貫通孔の同じ側の端部が、隣接する連通
遮蔽プレートユニットの重なり合う連通路貫通孔を通し
て互いに流体的に連通し、また隣接したプレートユニッ
トの重なり合う連通路貫通孔を通してそれぞれ次の次の
流路プレートユニットの流路貫通孔の同じ側の端部と流
体的に連通していることを特徴とする請求項１に記載し
た熱交換器によって解決される。この熱交換器のプレー
トパイル構造を実現するために、打ち抜きなどによりわ
ずかなコストで設けることができる適当な貫通孔を付け
たプレートユニットのみ必要とされる。この場合、流路
プレートユニットの流路貫通孔は、熱交換の働きをする
流路を形成する。したがって、これらの流路は積み重ね
方向に対して直角に延び、それぞれ隣り合う連通遮蔽プ
レートユニットによって限定されている。連通遮蔽プレ
ートユニットはこのような流路を遮蔽する機能のほか
に、各々の流路プレートユニットの流路貫通孔の同じ側
の端部を、対応する連通路貫通孔によって相互に流体的
に連通させる連通機能も同時に有している。隣接するプ
レートユニット、すなわち連通遮蔽プレートユニットお
よび流路プレートユニットの適当に重なり合う別の連通
路貫通孔を通して、次の次の流路プレートユニットの流
路貫通孔の同じ側の端部がそれぞれ互いに流体的に連通
しているが、隣り合う流路プレートユニットの流路貫通
孔の間には流体的な連通は存在しない。

【０００６】このように構成することによって、次の次
の流路プレートユニットの第１のグループを通って第１
の流体が貫流し、中間にある次の次の流路プレートユニ
ットの第２のグループを通って第２の流体が貫流できる
ので、それぞれ熱は一方の流体から積み重ね方向に対し
て平行に他方の流体に伝達される。選択されたプレート
パイル構造により層流特性が引き起こされ、低粘性流体
に対して伝熱方向における流路幅がたとえば３００μｍ
以下の熱交換器を実現することが可能となる。粘性が高
い流体に対しては、流路幅を最大約１ｍｍ程度に選択す
ることが好ましい。流路貫通孔の縦方向におけるプレー
トユニットの長さによって有効熱交換長さを調整でき、
上下に重ねるプレートユニットの数により２種類の流体
に対するユニット貫流断面積を調整できる。流路プレー
トユニットおよび連通遮蔽プレートユニットの適当な構
造と積み重ねにより、直交流型熱交換器も向流型熱交換
器も実現できる。

【０００７】請求項１に記載の熱交換器において、前記
流路プレートユニットは、相並んだ１組の流路貫通孔
と、この１組の流路貫通孔の両側に配置された１組の連
通路貫通孔とを有する１枚のプレートからなり、前記連
通遮蔽プレートユニットは９０°ずつずらした４つの辺
縁区域に４つの連通路貫通孔を有する１枚のプレートか
らなり、連続する流路プレートユニットを９０°ずつず
らして配置したことを特徴とする請求項２に記載した熱
交換器によれば、プレートパイル構造に対して端面プレ
ートを除き２種類の個々のプレート構造しか必要としな
い直交流型熱交換器を実現することができる。また、請
求項２に記載の熱交換器において、前記プレートパイル
構造には、連通遮蔽プレートの１つに隣接して接続プレ
ートユニットが配置されており、この接続プレートユニ
ットは９０°ずつずらした４つの辺縁区域にそれぞれ１
つの流体接続部を有し、これらの流体接続部は隣接する
連通遮蔽プレートの有する連通路貫通孔と外部との流体
的連通を形成することを特徴とする請求項３に記載した
熱交換器によれば、適当な接続プレートユニットにより
流体の流入および流出に対して好適な接続可能性が提供
される。

【０００８】請求項１に記載の熱交換器において、前記
流路プレートユニットが、相並んだ１組の流路貫通孔
と、前記１組の流路貫通孔の端部の両側位置の４つの連
通路貫通孔とを有する１枚のプレートからなり、連通遮
蔽プレートユニットがそれぞれ１枚の分配プレートとそ
の上に位置する中間プレートからなり、前記分配プレー
トは、一方の辺縁区域に、隣接する流路プレートの流路
貫通孔の同じ側の端部と重なり合う縦長の第１の連通路
貫通孔と、これとは分離した第２の連通路貫通孔とを有
し、反対側の辺縁区域に前記第１の連通路貫通孔及び前
記第２の連通路貫通孔と点対称に配置した２つの対応す
る別の連通路貫通孔を有し、前記中間プレートはそれぞ
れ４つの連通路貫通孔を有し、これらの連通路貫通孔は
隣接する流路プレートの４つの連通路貫通孔および隣接
する分配プレートの４つの連通路貫通孔と重なり合い、
連続する分配プレートがそれぞれ互いに１８０°傾けて
配置されていることを特徴とする請求項４に記載した熱
交換器によれば、適当な貫通孔を種々に設けた３種類の
個別プレートをプレートパイル構造に用いた並流型熱交
換器または直交流型熱交換器を実現することができる。

【０００９】請求項１に記載の熱交換器において、各々
の流路プレートユニットの流路貫通孔が一方の辺縁区域
の一方の半分側から他方の辺縁区域の対角線状に向き合
う半分側に延びていて、他方の２つの辺縁区域の半分側
に２つの連通路貫通孔が設けられており、連通遮蔽プレ
ートユニットが２つの向き合う辺縁区域の各々の半分側
に、縦長の連通路貫通孔を１つずつ有し、２つの辺縁区
域の各々で一方の連通路貫通孔は隣接する流路プレート
ユニットの流路貫通孔の当該位置の端部と重なり、他方
の連通路貫通孔は当該位置の連通路貫通孔と重なり合
い、前記プレートパイル構造において、連続する流路プ
レートユニットがそれぞれ１８０°傾けて配置されてい
ることを特徴とする請求項５に記載した熱交換器によれ
ば、並流型熱交換器または直交流型熱交換器を実現する
ことができる。この熱交換器のプレート構造に対して、
それぞれの端面プレートと、場合によって用いる接続プ
レートとを除けば、貫通孔を種々に設けた２種類の個々
のプレートだけしか必要とされない。

【００１０】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１から図３に、プレートパイル
構造を有する直交流型熱交換器に使用されるプレート要
素を示す。図１は流路プレート（１）、図２は連通遮蔽
プレート（１３）、図３は接続プレート（２７）の平面
図である。すべてのプレート（１、１３、２７）は、個
々のシートプレートとして、たとえば打ち抜き、レーザ
ー光切断、噴射水切断またはエッチングによって、わず
かな製造コストで安価に製造でき、一様の正方形の外形
を有する。個々のプレートの厚さは、約３００μｍ以下
であることが好ましい。

【００１２】図１を参照すると、流路プレート（１）は
平行に並んだ４つの流路貫通孔（２）を、流路プレート
（１）の互いに向き合う２つの辺縁区域（３、４）の間
に延在する直線的な開口部として有している。この流路
貫通孔（２）の列の両側には、それぞれ１つの縦長の連
通路貫通孔（５、６）が設けられている。２つの連通路
貫通孔（５、６）は別の２つの辺縁区域（７、８）に沿
って延在しており、それぞれプレート角区域の手前で終
端している。これらの角区域にはそれぞれ１つの孔（９
〜１２）が設けられており、プレートパイル構造を構成
する際にそれぞれ１つのターンバックルをこの孔に通す
ことができる。

【００１３】連通遮蔽プレート（１３）は孔をあけてい
ない中央遮蔽区域（１４）と、４つの辺縁区域（１５〜
１８）の各々に沿ってプレート角区域の手前まで延在し
ている連通路貫通孔（１９〜２２）とを有する。これら
の角区域にも、４つのターンバックル孔（２３〜２６）
がある。

【００１４】熱交換器用プレートパイル構造を構成する
ために、流路プレート（１）と連通遮蔽プレート（１
３）とを１枚ずつ交互に重ねる。このとき、それぞれ次
の流路プレート（１）はそれぞれ先行の流路プレート
（１）に対して９０°回転して配置する。このようにす
ることによって、連通遮蔽プレート（１３）の連通路貫
通孔（１９〜２２）の各々２つは、隣接する流路プレー
ト（１）の２つの連通路貫通孔（５、６）と重なり合
う。他の２つの連通路貫通孔は、この流路プレート
（１）の流路貫通孔（２）の、対応する辺縁区域にある
端部と重なり合うので、これらの端部は伝熱流体を平行
に流入もしくは流出させる目的で互いに流体的に連通し
ている。たとえば、図２に示した位置の連通遮蔽プレー
ト（１３）を、図１に示した位置の流路プレート（１）
の上に置くと、図１と図２で上側の連通路貫通孔（５、
２１）もしくは下側の連通路貫通孔（６、２２）がそれ
ぞれ重なり合って、互いに対向する２つの側部連通路、
すなわち流路プレート（１）の流路貫通孔（２）から分
離した分配路と集合路が提供される。連通遮蔽プレート
（１３）の左側連通路貫通孔（１９）もしくは右側連通
路貫通孔（２０）は、流路貫通孔（２）の左側もしくは
右側の端部と重なり合う。次に、図１に対して９０°回
転した位置で連通遮蔽プレート（１３）に載せた流路プ
レート（１）においては、この流路プレート（１）の左
側の連通路貫通孔もしくは右側の連通路貫通孔は、連通
遮蔽プレート（１３）の対応する２つの連通路貫通孔
（１９、２０）と重なり合う。連通遮蔽プレート（１
３）の他の２つの連通路用通孔（２１、２２）は、この
流路プレート（１）の流路貫通孔（２）の同じ側の端部
と互いに流体的に連通している。

【００１５】このように構成することにより、積み重ね
方向に延在する４つの側部連通路が形成される。これら
の連通路のうち、それぞれ１つの連通路は分配路、反対
側の連通路は集合路に用いられる。パイル内の流路プレ
ート（１）は、それぞれ同じ方向を向いて他のグループ
に対し９０°回転して配置されたプレートの２つのグル
ープを形成する。この場合、パイル内で一方のグループ
の流路プレートは他方のグループの流路プレートと交互
に配置されている。こうすることによって、それぞれ次
の次の流路プレートの流路貫通孔（２）が、パイル内の
分配路を反対側の集合路と連通する。中間の流路プレー
トの流路貫通孔（２）はこれと交差して、他方の分配路
を対向する集合路と連通する。

【００１６】分配路と集合路に対してそれぞれ外部か
ら、もしくは外部への接続を作るために、パイルの一方
の端面には、最後の連通遮蔽プレートに隣接して、図３
のような接続プレート（２７）を配置する。この接続プ
レート（２７）は各々の辺縁区域の中央に凹部を付けて
おり、これに接続部（２８〜３１）が挿入されている。
これらの接続部（２８〜３１）により、図３に破線で示
した隣接する連通遮蔽プレートの連通路貫通孔（３２〜
３５）と外部との流体的な連通が形成される。遮蔽プレ
ート（２７）も、４つの角区域にターンバックル孔（３
６〜３９）が設けられている。遮蔽プレート（２７）の
中央区域（２７ａ）には、連通遮蔽プレート（１３）の
中央区域（１４）と同様に貫通孔がない。接続プレート
（２７）を配置する代わりに、プレートパイルの側壁に
孔をあけて側方接続部を設けることもできる。次に、や
はり４つの角区域に４つのターンバックル孔のみを有す
る図示されていない２枚の等しいベースプレートを、プ
レートパイルの両端面に載せることによってプレートパ
イルの構造が完成する。次に、４つの角区域で同列をな
す孔（９〜１２、２３〜２６、３６〜３９）にターンバ
ックルを通して、個々のプレートを互いに固く連結す
る。密閉性、耐熱性、耐腐食性および耐圧性に対する要
求に応じて、個々のプレートを強固に密着させ連結して
直交流プレートパイルを構成するために、接着、はんだ
付け、溶接、特に拡散溶接、または機械的固定など、従
来の適当なすべての連結法を使用可能である。

【００１７】このように構成した熱交換器プレートパイ
ル構造により、相互に熱を交換する２種類の流体を直交
流法で貫流させることができる。一方の流体は、このプ
レートパイル構造の一方の側で流入して、そこの垂直路
から、次の次の流路プレートの一方のグループの流路貫
通孔（２）に達する。反対側の集合路には、流路貫通孔
（２）から出た流体が集まり、外部に流出する。同様
に、他方の流体は別の垂直路に送られ、そこから流路プ
レートの他方のグループの流路貫通孔（２）を通って、
反対側の集合路から再び抜き取られる。したがって、熱
交換はそれぞれ隣り合う流路プレートの流路貫通孔
（２）の交差区域で積み重ね方向と平行に行われる。そ
の際、２種類の流体は、この有効伝熱路に沿ってわずか
な圧力損失で層状に、一方は積み重ね方向に対して垂直
に、他方はこれと互いに垂直に流れる。このように比較
的わずかなコストで作製できる直交流型熱交換器は、伝
熱方向における流路幅が３００μｍ以下と小さいことが
好ましく、その他の伝熱特性を個々のプレートを適当に
設計することにより、その都度必要に応じて調整でき
る。特に、一方では、プレートの形状、例えば、流路貫
通孔（２）の長さを適当に選択することによって、有効
熱交換距離の長さをその都度所望の値に調整でき、他方
では、各々の連通遮蔽プレート（１３）を間にはさんで
対応する数の流路プレート（１）を交差して積み重ねる
ことによって、全体的な交差流路断面積をその都度所望
する値に調整できる。最小のプレート構成は、２枚の端
面側ベースプレート、および場合によって接続プレート
（２７）のほかに、交差して延在する流路貫通孔（２）
を有する２枚の流路プレート（１）と２枚の連通遮蔽プ
レート（１３）を含んでいることは明らかである。

【００１８】図４から図６に、それぞれ流路プレート
（４０）、分配プレート（４８）および中間プレート
（５６）の平面図を示す。これらのプレートによって直
流型熱交換器または向流型熱交換器に対するプレートパ
イル構造を構成できる。これらのプレートも、適当な貫
通孔を付けた穿孔シートプレートによって簡単に製造で
きる。これら３種類のプレート（４０、４８、５６）は
同じ外形の矩形である。この熱交換器プレート構造で
は、積み重ね方向に流路プレート（４０）と交互の連通
遮蔽プレートユニットは、図５に示す分配プレート（４
８）と、図６に示す隣接した中間プレート（５６）とか
らなる。流路プレート（４０）は、前述の例と同様に、
プレート（４０）の互いに向き合う２つの辺縁区域（４
２、４３）の間に延在するそれぞれ平行に並んだ４つの
直線的な流路貫通孔（４１）を有する。プレート（４
０）の４つの角区域には、この例では流体を流す機能を
果たす４つの円形連通路貫通孔（４４〜４７）が設けら
れている。

【００１９】分配プレート（４８）には、互いに向き合
う２つの辺縁区域（４９、５０）に、それぞれ１つの連
通路貫通孔（５１〜５４）が、プレート中心点に対して
点対称に設けられている。このうち、一方の連通路貫通
孔（５１、５３）は一方の角区域を包含した縦長のスリ
ットとして辺縁区域（４９、５０）に沿って延在してお
り、他方の連通路貫通孔は他方の角区域にある別の円形
開口部（５２、５４）として形成されている。残りの分
配プレート中央区域（５５）は、プレートの縦長の連通
路貫通孔（５１〜５４）と重なり合って適当な流体結合
を形成する端部を除き、それぞれ隣接する流路プレート
（４０）の流路貫通孔（４１）を遮蔽するのに用いられ
る。

【００２０】図６に示すように、第３のプレートパイル
要素として用いる中間プレート（５６）は、４つの角区
域に４つの円形連通路貫通孔（５７〜６０）を有し、残
りの遮蔽区域（６１）にはそれ以外の孔がない。熱交換
器プレートパイル構造を構成する際は、図４から６のよ
うな３種類のプレートをそれぞれ交互に繰り返して積み
重ねる。このとき、すべての流路プレート（４０）は同
じ向きに配置するが、後続の分配プレート（４８）はそ
れぞれ１８０°傾けて、すなわち反転して配置する。そ
うすることによって、２種類の伝熱流体に対する並流配
置構成または向流配置構成が実現する。

【００２１】図４から６に示す向きで３種類のプレート
（４０、４８、５６）を積み重ねると、一方では、円形
連通路貫通孔（４４、５２、５７もしくは４６、５４、
５９）が同列に重なり合うことによって、図４から６の
左上もしくは右下の角区域に、導通した２つの円形連通
路が生じる。これら２つの連通路は、対応する流路プレ
ート（４０）の流路貫通孔（４１）の傍らを流体的に連
通することなく積み重ね方向に延びている。他方では、
分配プレート（４８）の２つの縦長の連通路貫通孔（５
１、５３）が、対応する辺縁区域にある隣接する流路貫
通孔（４１）の端部と重なり合う。そうすることによっ
て、流路貫通孔（４１）は互いに流体的に連通する。さ
らに、連通路貫通孔（５１、５３）は、それぞれ１つの
角区域内に延在していることによって、隣接する２枚の
プレート（４０、５６）のそこにある円形連通路貫通
孔、すなわち流路プレート（４０）もしくは中間プレー
ト（５６）の図４および６における左下の連通路貫通孔
（４７、６０）もしくは右上の連通路貫通孔（４５、５
８）と重なり合う。

【００２２】流路プレート、分配プレートおよび中間プ
レート（４０、４８、５６）の３枚組の連続するグルー
プにおいて分配プレート（４８）を傾けて配置すること
により、次の流路プレート（４０）の流路貫通孔（４
１）の端部と、互いに対角線状に向き合う２つの連通路
との間に流体的な連通が形成される。これらの連通路は
先行の流路プレートの流路貫通孔の傍ら、すなわち図４
の向きでは左上もしくは右下の連通路貫通孔を貫通して
いる。これに対して、対角線状に向き合う他の２つの連
通路は、図５に対して向きを１８０°傾けているために
左下もしくは右上の角区域にある分配プレート（４８）
の２つの円形連通路貫通孔（５２、５４）を通り、それ
から後続の流路プレートの流路貫通孔の傍らを流体的に
連通することなく通過する。

【００２３】このようにすることによって、このプレー
トパイル構造は互いに分離した２つの流路系を構成す
る。その際、それぞれ次の次の流路プレート（４０）の
流路貫通孔（４１）は同じ流路系に属する。すべての流
路貫通孔（４１）はパイル内で平行に延びているので、
このプレート構成は並流型熱交換器だけでなく、向流型
熱交換器としても使用できる点が好都合である。この場
合、一方の端面の中間プレート（５６）の４つの円形連
通路貫通孔（５７〜６０）は、接続部として用いること
ができ、プレートパイル構造の反対側は孔のないベース
プレートで遮蔽する。あるいは、端面の中間プレート
（５６）の４つの連通路貫通孔（５７〜６０）の２つを
通し、それぞれ残りの２つの貫通孔を遮蔽することによ
って、プレートパイルの両端面にも接続部を設けること
ができる。いずれの場合も、中間プレート（５６）のそ
れぞれ一方の貫通孔が、１つの分配路に対する接続部を
形成し、対角線状に向き合う他方の貫通孔が同じ流路系
の有する集合路に対する接続部を形成する。この並流型
熱交換器もしくは向流型熱交換器の寸法および流動特性
については、前述の例に関連して述べたことが相応に当
てはまる。少なくとも伝熱方向、すなわち積み重ね方向
に、流路幅が小さく圧力損失の少ない層流が実現され
る。流路貫通孔の長さは有効熱交換距離の長さを規定
し、パイル内に設けた流路プレート（４０）の数は、向
流または並流で貫流する２種類の流体に対する全体的な
有効流路通路断面積を規定する。最小の構成では、プレ
ートパイルはベースプレートのほかに、流路プレート
（４０）、分配プレート（４８）および中間プレート
（５６）を１枚ずつ有する２組のプレートからなる。そ
の際、２枚の分配プレート（４８）は互いに１８０°傾
けて配置されている。

【００２４】図７および８に、別の向流型熱交換器もし
くは並流型熱交換器に対するプレートパイル構造を実現
するのに用いる流路プレート（７０）と連通遮蔽プレー
ト（８０）をそれぞれ平面図で示す。流路プレート（７
０）は、それぞれ平行にずれて相並んだ４つの流路貫通
孔（７１）を含んでいる。これらの流路貫通孔（７１）
は中央区域では矩形プレートの縦軸心（７４）と平行に
延び、それぞれ互いに向き合う辺縁区域（７２、７３）
に位置する端部（７７、７８）に向かって折れ曲がり、
一方の端部（７７）はすべてプレート縦軸心（７４）を
基準にして一方の半分（７６）側にあり、他方の端部
（７８）は他方の半分（７５）側にあって対角線状に向
き合っている。これに対応して連通遮蔽プレート（８
０）は、互いに向き合う辺縁区域（８８、８９）に、プ
レート縦軸心（８１）によって規定されたプレート半分
（８２、８３）の各々に、このプレート縦軸心（８１）
に対して対称的にそれぞれ１つの縦長の連通路貫通孔
（８４〜８７）を有している。残りのプレート区域は、
隣接する流路プレート（７０）の流路貫通孔（７１）を
遮蔽するために用いられ、したがって貫通孔がない。

【００２５】このプレートパイル構造を構成するため
に、それぞれ１枚の流路プレート（７０）と連通遮蔽プ
レート（８０）を上下に重ねる。このとき、連続する流
路プレートは互いに１８０°傾けて、すなわち反転して
配置する。その結果として、図７に示すプレート下半分
の左側辺縁区域とプレート上半分の右側辺縁区域に端部
（７７、７８）を有する向きの流路プレートから出発し
て、後続の流路プレートの流路貫通孔の対応する端部
は、それぞれ他方のプレート半分の同じ辺縁区域、すな
わち図７の向きに対応してプレート上半分の左側辺縁区
域とプレート下半分の右側辺縁区域で終わっている。そ
れゆえ、パイル内で連続する流路プレート（７０）の流
路貫通孔（７１）の端部（７７、７８）は、それらの間
の連通遮蔽プレート（８０）の対角線状に向き合う連通
路貫通孔（８４、８７；８５、８６）の一方または他方
の対と交互に重なり合う。このとき、流路貫通孔（７
１）の同じ側の端部は、これらの端部と重なり合う隣接
する連通遮蔽プレート（８０）の対応する連通路貫通孔
を通して互いに流体的に連通しており、また後続の反転
して配置した流路プレートの同じ側の連通路貫通孔と次
の連通遮蔽プレート（８０）の同じ側の連通路貫通孔を
通してそれぞれ次の次の流路プレートの流路貫通孔の同
じ側の端部と流体的に連通している。これに対し、それ
ぞれ連続する流路プレート（７０）の流路貫通孔（７
１）は流体的に連通しないままである。

【００２６】このように構成することによって、前述の
例のように、このプレートパイル構造により２つの互い
に分離した流路系が構成される。これらの流路系には、
パイル内で連続する流路プレート（７０）が交互に属
し、対角線状に向き合うそれぞれ２つの連通路が分配路
もしくは集合路として具備されている。これらの連通路
は半分ずつ当該プレートパイル側で積み重ね方向に延在
して、連続する連通路貫通孔（７９ａ、７９ｂ、８４〜
８７）と流路貫通孔の端部（７７、７８）とが重なり合
うことによって形成されている。前述の例のように、対
向するパイル構造端面を孔のないベースプレートで遮蔽
することによって、パイル構造端面に置かれた連通遮蔽
プレートは接続プレートとして用いることができる。あ
るいは、４つの連通路貫通孔（８４〜８７）のそれぞれ
２つを適当に遮蔽することによって、互いに反対側のパ
イル端面に置かれた連通遮蔽プレート（８０）は接続プ
レートとして機能できる。いずれの場合も、熱を伝達す
る２種類の流体は、別々に、交互の面上で必要に応じて
並流または向流で熱交換器プレート構造を貫流できる。
ここでも、流路貫通孔（７１）の長さが有効熱交換距離
を規定し、流路プレート（７０）の数が層流特性を有す
る熱交換器の全体的な有効流路通路断面積を規定する。
伝熱方向、すなわち積み重ね方向で小さい流路幅を実現
するために、プレートの厚さはやはり２００μｍを越え
ないように形成されていることが好ましい。最小のプレ
ート構成は、１枚のベースプレートのほかに、反転位置
で連続する２枚の流路プレート（７０）と、それらの間
に置かれた連通遮蔽プレート（８０）を含んでいる。上
下に積み重ねた個々のプレートは、やはりはんだ付け、
拡散溶接などで互いに液密に連結できる。

【００２７】前述の３つの実施例の説明から、本発明に
より、技術的に簡単に製造できる少ない種類の個々のプ
レートから容易に構成でき、伝熱方向に小さい流路幅で
２種類の伝熱流体の層流を直交流、向流または並流で貫
流できるプレートパイル構造を有する熱交換器を提供で
きることは明らかである。このような熱交換器は、高温
バッテリーの冷却部材など、さまざまな用途に用いるこ
とができる。プレートには上述の矩形のほかに、すべて
の２次元的な形態を選択でき、また流路貫通孔は必ずし
も互いに向き合うプレート辺縁区域の間で延びている必
要がないことは言うまでもない。たとえば、これらの貫
通孔はプレート面内部で一方の辺縁区域から、対角線状
に向き合っていない辺縁区域に弓形に延びることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】直交流熱交換器に対するプレートパイル構造を
実現するために、それぞれ適当に交互に数枚積み重ねら
れる二種類のプレートの一方である流路プレートの平面
図である。

【図２】直交流熱交換器に対するプレートパイル構造を
実現するために、それぞれ適当に交互に数枚積み重ねら
れる二種類のプレートの他方である連通遮蔽プレートの
平面図である。

【図３】図１および２のプレートによって実現可能な熱
交換器プレートパイル構造に使用できる接続プレートの
平面図である。

【図４】並流型熱交換器または直交流型熱交換器に対す
るプレートパイル構造を実現するためにそれぞれ周期的
な順序で幾つか積み重ねられる三種類のプレートのうち
の流路プレートの平面図である。

【図５】並流型熱交換器または直交流型熱交換器に対す
るプレートパイル構造を実現するためにそれぞれ周期的
な順序で幾つか積み重ねられる三種類のプレートのうち
の分配プレートの平面図である。

【図６】並流型熱交換器または直交流型熱交換器に対す
るプレートパイル構造を実現するためにそれぞれ周期的
な順序で幾つか積み重ねられる三種類のプレートのうち
の中間プレートの平面図である。

【図７】別の並流型熱交換器または直交流型熱交換器に
対するプレートパイル構造を実現するために好適な仕方
で交互に積み重ねられる二種類のプレートのうちの流路
プレートの平面図である。

【図８】別の並流型熱交換器または直交流型熱交換器に
対するプレートパイル構造を実現するために好適な仕方
で交互に積み重ねられる二種類のプレートのうちの連通
遮蔽プレートの平面図である。

【符号の説明】

１，４０…流路プレート ２…流路貫通孔 ５，６…連通路貫通孔 １３…連通遮蔽プレート １９，２０，２１，２２…連通路貫通孔 ２７…接続プレート ２８，２９，３０，３１…接続部 ４８…分配プレート ５６…中間プレート ５１，５２，５３，５４…連通路貫通孔 ５７，５８，５９，６０…連通路貫通孔 ７０…流路プレート ７１…流路貫通孔 ７９ａ，７９ｂ…連通路貫通孔 ８０…連通遮蔽プレート ８４，８５，８６，８７…連通路貫通孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔のある複数のプレートを積み重ね
   たプレートパイル構造を有する熱交換器において、 ２つのプレート辺縁区域（３、４）の間で相並んだ１つ
   以上の流路貫通孔（２）と、これらの流路貫通孔から分
   離して配置された連通路貫通孔（５、６）とを有する流
   路プレートユニット（１）を設け、 さらに、少なくとも２つのプレート辺縁区域（１５、１
   ６）に配置された連通路貫通孔（１９、２０）を有する
   連通遮蔽プレートユニット（１３）を設け、 前記流路プレートユニットと前記連通遮蔽プレートユニ
   ットは交互に積み重ねられていて、 隣り合う流路プレートユニット同士の流路貫通孔の間に
   は流体的な連通がなく、 各々の流路プレートユニットの流路貫通孔の同じ側の端
   部が、隣接する連通遮蔽プレートユニットの重なり合う
   連通路貫通孔を通して互いに流体的に連通し、また隣接
   したプレートユニットの重なり合う連通路貫通孔を通し
   てそれぞれ次の次の流路プレートユニットの流路貫通孔
   の同じ側の端部と流体的に連通していることを特徴とす
   る熱交換器。
2. 【請求項２】 前記流路プレートユニットは、相並んだ
   １組の流路貫通孔（２）と、この１組の流路貫通孔の両
   側に配置された１組の連通路貫通孔（５、６）とを有す
   る１枚のプレート（１）からなり、 前記連通遮蔽プレートユニットは９０°ずつずらした４
   つの辺縁区域（１５〜１８）に４つの連通路貫通孔（１
   ９〜２２）を有する１枚のプレート（１３）からなり、 連続する流路プレートユニットを９０°ずつずらして配
   置したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記プレートパイル構造において、連通
   遮蔽プレート（１３）の１つに隣接して接続プレートユ
   ニット（２７）が配置されており、この接続プレートユ
   ニット（２７）は９０°ずつずらした４つの辺縁区域に
   それぞれ１つの流体接続部（２８〜３１）を有し、これ
   らの流体接続部（２８〜３１）は隣接する連通遮蔽プレ
   ートの有する連通路貫通孔（３２〜３５）と外部との流
   体的連通を形成することを特徴とする請求項２に記載の
   熱交換器。
4. 【請求項４】 前記流路プレートユニットが、相並んだ
   １組の流路貫通孔（４１）と、前記１組の流路貫通孔の
   端部の両側位置の４つの連通路貫通孔（４４〜４７）と
   を有する１枚のプレート（４０）からなり、 連通遮蔽プレートユニットがそれぞれ１枚の分配プレー
   ト（４８）とその上に位置する中間プレート（５６）か
   らなり、 前記分配プレート（４８）は、一方の辺縁区域（４９）
   に、隣接する流路プレートの流路貫通孔の同じ側の端部
   と重なり合う縦長の第１の連通路貫通孔（５１）と、こ
   れとは分離した第２の連通路貫通孔（５２）とを有し、
   反対側の辺縁区域（５０）に前記第１の連通路貫通孔及
   び前記第２の連通路貫通孔と点対称に配置した２つの対
   応する別の連通路貫通孔（５３、５４）を有し、 前記中間プレート（５６）はそれぞれ４つの連通路貫通
   孔（５７〜６０）を有し、これらの連通路貫通孔（５７
   〜６０）は隣接する流路プレート（４０）の４つの連通
   路貫通孔（４４〜４７）および隣接する分配プレート
   （４８）の４つの連通路貫通孔（５１〜５４）と重なり
   合い、 連続する分配プレート（４８）がそれぞれ互いに１８０
   °傾けて配置されていることを特徴とする請求項１に記
   載の熱交換器。
5. 【請求項５】 各々の流路プレートユニット（７０）の
   流路貫通孔（７１）が一方の辺縁区域（７２）の一方の
   半分側（７６）から他方の辺縁区域（７３）の対角線状
   に向き合う半分側（７５）に延びていて、他方の２つの
   辺縁区域の半分側に２つの連通路貫通孔（７９ａ、７９
   ｂ）が設けられており、 連通遮蔽プレートユニット（８０）が２つの向き合う辺
   縁区域（８８、８９）の各々の半分側（８２、８３）
   に、縦長の連通路貫通孔（８４〜８７）を１つずつ有
   し、２つの辺縁区域の各々で一方の連通路貫通孔は隣接
   する流路プレートユニットの流路貫通孔の当該位置の端
   部と重なり、他方の連通路貫通孔は当該位置の連通路貫
   通孔と重なり合い、 前記プレートパイル構造において、連続する流路プレー
   トユニット（７０）がそれぞれ１８０°傾けて配置され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。