JP2016130625A - 熱交換器および熱交換器用金属薄板状プレート - Google Patents

Abstract

【課題】金属薄板状プレート内で流体を均一に流すことが可能な、熱交換器および熱交換器用金属薄板状プレートを提供する。【解決手段】熱交換器１０は、互いに積層された複数の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを含む。金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成され、外周領域２１よりも薄肉の薄肉領域２２と、薄肉領域２２からそれぞれ突出するように設けられた複数の伝熱フィン２５とを備えている。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に離間して配置され、各伝熱フィン２５の周囲には、それぞれ流体が流れる流路２６が形成されている。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。【選択図】図１

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金属薄板状プレートに関する。

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、流体が流れる薄肉領域の外側の境界が、プレートの外形と平行な直線状の境界線となっている。このため、前記境界線に沿って、伝熱フィンが近づく箇所と遠ざかる箇所とが繰り返し出現してしまう。この場合、当該境界付近で、他の流路よりも広いスペースが生じるため、このスペースに流体が溜まり易くなり、結果的に流体がプレート内を均一に流れなくなるおそれがある。このような場合、例えば流体の供給圧力を上昇させることが必要となる。また、流体がプレート内を均一に流れなくなることにより、熱交換効率が低下するという問題も生じる。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、金属薄板状プレート内で流体を均一に流すことが可能な、熱交換器および熱交換器用金属薄板状プレートを提供することを目的とする。

本発明は、互いに積層された少なくとも一対の金属薄板状プレートを含む熱交換器であって、前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、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、各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、前記外周領域のうち前記薄肉領域側に位置する縁部が、前記縁部に隣接する前記伝熱フィンの形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっており、前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記縁部に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィンとし、前記第１伝熱フィンに隣接するとともに前記第１伝熱フィンに対して前記縁部の反対側に隣接する伝熱フィンを第２伝熱フィンとしたとき、前記縁部と前記第１伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅は、前記第１伝熱フィンと前記第２伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅よりも狭いことを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記伝熱フィンは、平面Ｓ字形状、平面円形状、平面長円形状、又は平面多角形形状を有することを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記複数の伝熱フィンは、千鳥状に配置されていることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、互いに積層された少なくとも一対の金属薄板状プレートを含む熱交換器であって、前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、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、各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、前記外周領域の縁部に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィンとし、前記第１伝熱フィンに隣接するとともに前記第１伝熱フィンに対して前記縁部の反対側に隣接する伝熱フィンを第２伝熱フィンとしたとき、前記縁部と前記第１伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅は、前記第１伝熱フィンと前記第２伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅よりも狭く、前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、一対の熱交換器用金属薄板状プレートであって、前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、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、各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、前記外周領域のうち前記薄肉領域側に位置する縁部が、前記縁部に隣接する前記伝熱フィンの形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっており、前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする一対の金属薄板状プレートである。

本発明は、一対の熱交換器用金属薄板状プレートであって、前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、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、各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、前記外周領域の縁部に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィンとし、前記第１伝熱フィンに隣接するとともに前記第１伝熱フィンに対して前記縁部の反対側に隣接する伝熱フィンを第２伝熱フィンとしたとき、前記縁部と前記第１伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅は、前記第１伝熱フィンと前記第２伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅よりも狭く、前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする一対の金属薄板状プレートである。

本発明によれば、外周領域のうち薄肉領域側に位置する縁部が、縁部に隣接する伝熱フィンの形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっているので、金属薄板状プレート内で流体を均一に流すことができる。

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、本発明の一実施の形態による熱交換器の金属薄板状プレートを示す平面図。 図３は、金属薄板状プレートを示す部分拡大平面図（図２のIII部拡大図）。 図４は、互いに接合された一対の金属薄板状プレートを示す断面図（図３のIV−IV線断面に対応する図）。 図５は、互いに接合された一対の金属薄板状プレートを示す概略斜視図。 図６は、互いに接合された一対の金属薄板状プレートの変形例を示す断面図。 図７は、変形例としての金属薄板状プレートを示す部分拡大平面図（図３に対応する図）。 図８は、伝熱フィンの変形例を示す部分拡大平面図。 図９は、変形例としての金属薄板状プレートを示す部分拡大平面図（図３に対応する図）。 図１０は、変形例としての一対の金属薄板状プレートを示す断面図（図９のＸ−Ｘ線断面に対応する図）。 図１１は、比較例としての金属薄板状プレートを示す部分拡大平面図（図３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１０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４枚）の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄとを備えている。

このうち、複数の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、第１の流体Ｆ_１用の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂと、第２の流体Ｆ_２用の金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄとからなっている。各金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、溶融点に近い温度で隣接する金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ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）。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と金属薄板状プレート２０Ａとが互いに密着し、他方の固定板１２と金属薄板状プレート２０Ｄ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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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、金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄ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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの間を通過する第１の流体Ｆ_１と、金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄ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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの枚数は、図１では便宜上４枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば２０枚〜２００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。

金属薄板状プレートの構成
次に、図２（ａ）（ｂ）乃至図７を参照して、本実施の形態による金属薄板状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用の一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの構成について説明するが、第２の流体Ｆ_２用の一対の金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄについてもその構成は略同様である。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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）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。

金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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、各金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ全体の厚みと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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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％〜７０％程度とされても良い。

薄肉領域２２のうち、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２とは連通しないようになっており、他方、金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２に連通され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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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（金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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が形成されている。なお、図１および図２（ａ）（ｂ）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。

図３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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過する。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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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。

図４および図５に示すように、一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂは、薄肉領域２２が形成された面同士を互いに接触させるようにして接合される。このとき、対向する金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ同士の間で薄肉領域２２によって第１の流体Ｆ_１が流れる空間が形成される。また、一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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ている。このため、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂを互いに接合した際、薄肉領域２２同士が一致し、対応する各伝熱フィン２５同士が一致するように接合される（図４および図５参照）。これにより、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ同士の接合強度を高めることができる。また各伝熱フィン２５は、空洞のない中実形状であり、このため互いに連結された各伝熱フィン２５同士が、第１の流体Ｆ_１が流れる空間において、支柱としての機能を果たすので、熱交換器１０の耐久性および耐圧性を向上させることができる。１枚の厚みのある金属薄板状プレートに薄肉領域を形成する場合と比べて、本実施の形態では一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂを接合することで、流路を対称に形成することができるため、流体の流れが均一になり熱交換効率を向上させることができる。

なお、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの伝熱フィン２５同士が完全に一致するように接合されなくても良い。例えば図６に示すように、断面視において金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの伝熱フィン２５同士がわずかにずれた状態で接合されても良い。この場合、伝熱フィン２５のずれδは、伝熱フィン２５の幅ｗ_Ａの１０％以下であることが好ましい。この場合においても、各伝熱フィン２５同士のうち互いに接合された箇所が支柱としての機能を果たすので、熱交換器１０の耐久性および耐圧性を向上させることができる。

ところで、本実施の形態において、図２（ａ）（ｂ）および図３に示すように、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。すなわち、外周領域２１の縁部２７には、薄肉領域２２側に張り出す凸部２１ａと、外周領域２１側に引っ込む凹部２１ｂとが、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って複数個繰り返し形成されている。
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おり、これにより、縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６が略一定の幅となっている。

なお、本実施の形態において、縁部２７に隣接する伝熱フィン２５の形状に沿う波形状は、以下のようにして規定される。すなわち、図３の仮想線（二点鎖線）に示すように、縁部２７に隣接する各伝熱フィン２５ａをそれぞれＸ方向に所定距離だけ平行移動する。
そして縁部２７の波形状は、この所定距離だけ移動した伝熱フィン２５ａのうちＸ方向プラス側に位置する周縁と、当該周縁同士を繋ぐ直線とからなる線から構成される。しかしながら、縁部２７の波形状は、上記線から多少ずれていても良い。

このように、外周領域２１のうち薄肉領域２２側に位置する縁部２７を波形状又はジグザグ形状としたことにより、第１の流体Ｆ_１が一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ間を均一に流れるようになる。なお、縁部２７の平面形状は、サインカーブのように曲線状の波形が繰り返される形状でも良く、三角波、ノコギリ波のように三角形状の波形が繰り返される形状でも良い。また、縁部２７のうち波形状又はジグザグ形状とした部分は、縁部２７の少なくとも一部であれば良い。例えば図３に示すように、縁部２７のうち、入口側開口２３Ａに接続される領域には、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って延びる直線部分２７ａが形成されている。これにより、入口側開口２３Ａからの第１の流体Ｆ_１が、縁部２７に近い流路２６を流れにくくなることを防止し、第１の流体Ｆ_１を一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ間により均一に流すことができる。一方、図７に示す変形例に示すように、入口側開口２３Ａに接続される領域を含め、縁部２７の全域にわたって波形状又はジグザグ形状としても良い。

また、図３において、縁部２７に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィン２５ｃとし、第１伝熱フィン２５ｃに隣接するとともに第１伝熱フィン２５ｃに対して縁部２７の反対側に位置する伝熱フィンを第２伝熱フィン２５ｄとする。このとき、縁部２７と第１伝熱フィン２５ｃとの間に形成される流路２６の幅ｗ_１は、第１伝熱フィン２５ｃと第２伝熱フィン２５ｄとの間に形成される流路２６の幅ｗ_２よりも狭くなっている。なお、流路２６の幅とは、互いに隣接する伝熱フィン２５間の距離であって、流路２６内を流れる流体の流れ方向に略垂直に計測した距離をいう。また、流路２６の幅ｗ_１、ｗ_２は、各伝熱フィン２５の上流（Ｙ方向マイナス）側端部において測定した幅をいう。とりわけ、金属薄板状プレート２０Ａの最も上流側において、ｗ_１＜ｗ_２となっていることが好ましく、ｗ_１／ｗ_２＝０．７〜１．０となることが更に好ましい。

幅ｗ_１を幅ｗ_２よりも狭くしたことにより、第１伝熱フィン２５ｃと第２伝熱フィン２５ｄとの間に形成される流路２６を、縁部２７と第１伝熱フィン２５ｃとの間に形成される流路２６よりも広くすることができる。これにより、縁部２７の付近に広いスペースが生じることがないので、このスペースに第１の流体Ｆ_１が溜まり易くなることを防止することができる。この結果、第１の流体Ｆ_１が一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ間を均一に流れなくなる不具合をより確実に防止することができる。

図３に示すように、薄肉領域２２のうち入口側開口２３Ａの側方（出口側開口２４Ｂ側）には、伝熱フィン２５が形成されていない熱交換領域２２ａが設けられている。この熱交換領域２２ａは、第１の流体Ｆ_１と第２の流体Ｆ_２との間で熱交換を行うための面積を広く確保するとともに、入口側開口２３Ａから流入する第１の流体Ｆ_１の流れを均一化させる役割を果たす。この熱交換領域２２ａの面積は、入口側開口２３Ａよりも大きいことが好ましい。

また、入口側開口２３Ａの周縁の一部分２３ｃ（Ｘ方向マイナス側かつＹ方向マイナス側の部分）は、薄肉領域２２を介在させることなく、外周領域２１に直接接続されている。これにより、第１の流体Ｆ_１の流れが停止したとき等に、入口側開口２３Ａと外周領域２１との間に第１の流体Ｆ_１が滞留することを防止し、第１の流体Ｆ_１に含まれる固形分が入口側開口２３Ａと外周領域２１との間に析出することを防止することができる。

なお、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ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、各金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの厚みは、例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとしても良い。

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、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ間の薄肉領域２２に形成された流路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、金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄ間の薄肉領域２２に形成された流路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、金属薄板状プレート２０Ｂと金属薄板状プレート２０Ｃとが互いに接合されているので、これら金属薄板状プレート２０Ｂ、２０Ｃ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が金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂの流路２６内を流れる際の作用について、図２（ａ）（ｂ）および図３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から薄肉領域２２に流入する。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内を流れていく。この際、第１の流体Ｆ_１のうちの一部は、外周領域２１の縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６を流れる。

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を伝熱フィン２５の形状に沿って波形状又はジグザグ形状としている。これにより、第１の流体Ｆ_１が縁部２７付近の広いスペースに溜まり、縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６を流れにくくなる不具合を防止することができる。この結果、第１の流体Ｆ_１を一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ間に均一に流すことができる。

その後、縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６を通過した第１の流体Ｆ_１は、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が一対の金属薄板状プレート２０Ｃ、２０Ｄ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、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。このため、第１の流体Ｆ_１（第２の流体Ｆ_２）を一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ（２０Ｃ、２０Ｄ）間に均一に流すことができる。このように、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。

他方、比較例として、外周領域２１の縁部２７を直線とし、かつ縁部２７と第１伝熱フィン２５ｃとの間に形成される流路２６の幅ｗ_１を、第１伝熱フィン２５ｃと第２伝熱フィン２５ｄとの間に形成される流路２６の幅ｗ_２よりも広くした場合（図１１参照）、縁部２７と伝熱フィン２５との間に部分的に広いスペースＳが形成される。この場合、流体がこのスペースＳに溜まってしまい、流体が縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６をスムーズに流れなくなるおそれがある。

また、本実施の形態によれば、外周領域２１の凸部２１ａが薄肉領域２２側に張り出していることにより、縁部２７を直線とした場合と比較して、金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ（２０Ｃ、２０Ｄ）の接合面積を増加することができる。これにより、一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ（２０Ｃ、２０Ｄ）同士の接合強度が向上し、熱交換器１０の耐久性向上を図ることができる。さらに熱交換器１０の耐圧性を向上させることにより、従来よりも高圧なガスを流体として使用することも可能になる。

変形例
次に、図８乃至図１０により、本実施の形態による金属薄板状プレートの各変形例について説明する。図８乃至図１０において、図１乃至図７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。

図１乃至図７に示す実施の形態では、伝熱フィン２５が平面略Ｓ字形状である場合を例にとって説明したが、これに限られるものではない。

例えば、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、伝熱フィン２５は、平面円形状（図８（ａ））、平面長円形状（楕円形状）（図８（ｂ））、平面多角形（四角形）形状（図８（ｃ））、又は平面多角形（六角形）形状（図８（ｄ））等であってもよい。このような場合においても、外周領域２１の縁部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ことにより、流体を一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ（２０Ｃ、２０Ｄ）間に均一に流すことができる。

また、図９および図１０に示す変形例において、外周領域２１の縁部２７は直線状であり、かつ縁部２７と第１伝熱フィン２５ｃとの間に形成される流路２６の幅ｗ_１は、第１伝熱フィン２５ｃと第２伝熱フィン２５ｄとの間に形成される流路２６の幅ｗ_２よりも狭くなっている。これにより、縁部２７の付近のスペースに第１の流体Ｆ_１が溜まり易くなる不具合を防止することができ、第１の流体Ｆ_１が一対の金属薄板状プレート２０Ａ、２０Ｂ間を均一に流れなくなる不具合をより確実に防止することができる。

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
１４Ｂ 流出管
２０Ａ〜２０Ｄ 金属薄板状プレート
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、２５ａ〜２５ｄ 伝熱フィン
２６ 流路
２７ 縁部

Claims (7)

1. 互いに積層された少なくとも一対の金属薄板状プレートを含む熱交換器であって、
   前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、
   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、
   各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、
   前記外周領域のうち前記薄肉領域側に位置する縁部が、前記縁部に隣接する前記伝熱フィンの形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっており、
   前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記縁部に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィンとし、前記第１伝熱フィンに隣接するとともに前記第１伝熱フィンに対して前記縁部の反対側に隣接する伝熱フィンを第２伝熱フィンとしたとき、
   前記縁部と前記第１伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅は、前記第１伝熱フィンと前記第２伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記伝熱フィンは、平面Ｓ字形状、平面円形状、平面長円形状、又は平面多角形形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記複数の伝熱フィンは、千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
5. 互いに積層された少なくとも一対の金属薄板状プレートを含む熱交換器であって、
   前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、
   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、
   各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、
   前記外周領域の縁部に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィンとし、前記第１伝熱フィンに隣接するとともに前記第１伝熱フィンに対して前記縁部の反対側に隣接する伝熱フィンを第２伝熱フィンとしたとき、
   前記縁部と前記第１伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅は、前記第１伝熱フィンと前記第２伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅よりも狭く、
   前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする熱交換器。
6. 一対の熱交換器用金属薄板状プレートであって、
   前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、
   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、
   各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、
   前記外周領域のうち前記薄肉領域側に位置する縁部が、前記縁部に隣接する前記伝熱フィンの形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっており、
   前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする一対の金属薄板状プレート。
7. 一対の熱交換器用金属薄板状プレートであって、
   前記一対の金属薄板状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金属薄板状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備え、
   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、
   各伝熱フィンの周囲には、それぞれ流体が流れる流路が形成されており、
   前記外周領域の縁部に隣接する伝熱フィンを第１伝熱フィンとし、前記第１伝熱フィンに隣接するとともに前記第１伝熱フィンに対して前記縁部の反対側に隣接する伝熱フィンを第２伝熱フィンとしたとき、
   前記縁部と前記第１伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅は、前記第１伝熱フィンと前記第２伝熱フィンとの間に形成される前記流路の幅よりも狭く、
   前記一対の金属薄板状プレートは、前記薄肉領域が形成された面同士が対向するように配置されることを特徴とする一対の金属薄板状プレート。

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