特許 6372130 マイクロ流路熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6372130

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】マイクロ流路熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 9/00 20060101AFI20180806BHJP

   F28F 3/04 20060101ALI20180806BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   F28D9/00

   F28F3/04 A

   F28F3/08 301Z

【請求項の数】2

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-68850(P2014-68850)

(22)【出願日】2014年3月28日

(65)【公開番号】特開2015-190705(P2015-190705A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2016年9月30日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】高橋 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】王 凱建

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００７５０５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−１３５７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４３２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６１８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２０３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８６２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６０９４５１０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４４４８３７７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ９／００ − ９／０４

Ｆ２８Ｆ ３／００ − ３／１４

Ｆ２８Ｆ ９／００ − ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温流体が流通する複数の高温流路が形成された複数の高温流路層と、低温流体が流通する複数の低温流路とが形成された複数の低温流路層とが交互に積層して形成された流路層積層体を有するマイクロ流路熱交換器であって、
前記流路層積層体は、同流路層積層体に流入する前記高温流体を複数の前記高温流路に分配する高温入口ヘッダと、複数の前記高温流路を流れる前記高温流体が合流する高温出口ヘッダと、前記流路層積層体に流入する前記低温流体を複数の前記低温流路に分配する低温入口ヘッダと、複数の前記低温流路を流れる前記低温流体が合流する低温出口ヘッダとを有し、
複数の前記高温流路層は、前記高温入口ヘッダの一部を形成する第１の切り欠き部と、前記高温出口ヘッダの一部を形成する第２の切り欠き部と、前記低温入口ヘッダの一部を形成する第３の切り欠き部と、前記低温出口ヘッダと一部を形成する第４の切り欠き部とを有し、
複数の前記低温流路層は、前記高温入口ヘッダの一部を形成する第５の切り欠き部と、前記高温出口ヘッダの一部を形成する第６の切り欠き部と、前記低温入口ヘッダの一部を形成する第７の切り欠き部と、前記低温出口ヘッダと一部を形成する第８の切り欠き部とを有し、
前記第１の切り欠き部と前記第２の切り欠き部とは、複数の前記高温流路で連通され、
前記第７の切り欠き部と前記第８の切り欠き部とは、複数の前記低温流路で連通され、
前記第１の切り欠き部と前記第５の切り欠き部とが積層されて前記高温入口ヘッダが形成され、
前記第２の切り欠き部と前記第６の切り欠き部とが積層されて前記高温出口ヘッダが形成され、
前記第３の切り欠き部と前記第７の切り欠き部とが積層されて前記低温入口ヘッダが形成され、
前記第４の切り欠き部と前記第８の切り欠き部とが積層されて前記低温出口ヘッダが形成され、
前記高温入口ヘッダ、前記高温出口ヘッダ、前記低温入口ヘッダおよび前記低温出口ヘッダの少なくともいずれか１つに流れる前記高温流体もしくは低温流体に感知点が直接触れるように配置されたセンサーと、
前記流路層積層体に積層され、前記センサーとして差圧センサーが前記流路層積層体に接合する面と逆側の面であるセンサー配置面に配置される差圧センサー配置層と、を具備し、
前記差圧センサー配置層は、
前記高温流体および前記低温流体の少なくともいずれか一方について、
一端が前記入口ヘッダに開口し、他端が前記センサー配置面に開口する第１のセンサー用流路と、
一端が前記出口ヘッダに開口し、他端が前記センサー配置面に開口する第２のセンサー用流路とを有し、
前記差圧センサーは、前記第１のセンサー用流路の他端と前記第２のセンサー用流路の他端での差圧を検出するように構成される
マイクロ流路熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載のマイクロ流路熱交換器であって、
前記センサー配置層の前記第１のセンサー用流路および前記第２のセンサー用流路の少なくとも一部、
前記複数の高温流路層の前記高温流路、および
前記複数の低温流路層の前記低温流路は、
各々の基材の主面にエッチング処理によって溝を設け、
前記各々の基材を重ね合わせ、
接触した面どうしを拡散接合することによって形成されたものである
マイクロ流路熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換用流体の流路が形成された複数の伝熱板を積層して構成されるマイクロ流路熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

金属板をプレス加工することによって流路を形成した２種類の伝熱板を交互に重ね合わせて積層した構造のプレート式熱交換器が知られている。この種の熱交換器では、伝熱板の間に設けられる流路のうち、作動流体として、一方の流路に圧縮された高温高圧冷媒ガス、水蒸気や熱湯などの高温流体を流通させ、他方の流路に水などの低温流体を流通させることで、高温流体から伝熱板を介して低温流体へ熱伝達し、高温流体と低温流体との間での熱交換が行われる（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、伝熱板を、金属板のプレス加工ではなく、エッチング加工で形成した流路を有する金属箔（フォイル）で形成し、それらを積層して構成されるマイクロ流路熱交換器なども知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４４４８３７７号公報

【特許文献2】特開２０１０−２８６２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、特許文献１で示すような従来のプレート式熱交換器の１流路あたりの流路長は、家庭用空気調和機で使用される場合、１５０−４００ｍｍである。これに対して、同等の熱交換効率で比較した場合、特許文献２で示すようなマイクロ流路熱交換器の１流路あたりの流路長は、１０−６０ｍｍである。これは、作動流体としての冷媒同士の熱交換を行う効率が大きく異なるためである。よってマイクロ流路熱交換器における、流体が流路を流れる距離あたりの流体の温度変化率は、プレート式熱交換器の熱交換器に比べて非常に大きくなる。

【0006】

一般的に、熱交換器で熱交換された冷媒の温度を測定する場合、熱交換器の出口配管に温度センサーが取り付けられる。しかし冷媒と配管との温度抵抗、また配管と温度センサーとの間の温度抵抗により、測定誤差およびタイムラグが生じる。上述したように、マイクロ流路熱交換器では流体が流れる距離あたりの温度変化率が大きい。そのため、温度抵抗による測定誤差やタイムラグを最小限にすることが求められる。よって、熱交換器の出口配管ではなく、流路の途中や流路の合流部分（以下、ヘッダという）などで、冷媒の温度、圧力および流量等の物理量を直接測定する必要がある。

【0007】

しかしながら、特許文献２で示すようなマイクロ流路熱交換器において、熱交換器内の冷媒の物理量を直接測定する方法は考案されていなかった。

【0008】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、熱交換器内部に設けられたヘッダ内の冷媒の物理量を正確に測定することのできるマイクロ流路熱交換器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマイクロ流路熱交換器は、高温流体が流通する複数の高温流路が形成された複数の高温流路層と、低温流体が流通する複数の低温流路とが形成された複数の低温流路層とが交互に積層して形成された流路層積層体を有するものであって、流路層積層体は、流路層積層体に流入する高温流体を複数の高温流路に分配する高温入口ヘッダと、複数の高温流路を流れる高温流体が合流する高温出口ヘッダと、流路層積層体に流入する低温流体を複数の低温流路に分配する低温入口ヘッダと、複数の低温流路を流れる低温流体が合流する低温出口ヘッダとを有し、複数の高温流路層は、高温入口ヘッダの一部を形成する第１の切り欠き部と、高温出口ヘッダの一部を形成する第２の切り欠き部と、低温入口ヘッダの一部を形成する第３の切り欠き部と、低温出口ヘッダと一部を形成する第４の切り欠き部とを有し、複数の低温流路層は、高温入口ヘッダの一部を形成する第５の切り欠き部と、高温出口ヘッダの一部を形成する第６の切り欠き部と、低温入口ヘッダの一部を形成する第７の切り欠き部と、低温出口ヘッダと一部を形成する第８の切り欠き部とを有し、第１の切り欠き部と第２の切り欠き部とは、複数の高温流路で連通され、第７の切り欠き部と第８の切り欠き部とは、複数の低温流路で連通され、第１の切り欠き部と第５の切り欠き部とが積層されて高温入口ヘッダが形成され、第２の切り欠き部と第６の切り欠き部とが積層されて高温出口ヘッダが形成され、第３の切り欠き部と第７の切り欠き部とが積層されて低温入口ヘッダが形成され、第４の切り欠き部と前記第８の切り欠き部とが積層されて前記低温出口ヘッダが形成され、高温入口ヘッダ、高温出口ヘッダ、低温入口ヘッダおよび低温出口ヘッダの少なくともいずれか１つに流れる高温流体もしくは低温流体に感知点が直接触れるように配置されたセンサーとを具備するので、ヘッダ内の作動流体の物理量を正確に測定することが出来る。

【0010】

また、本発明に係るマイクロ流路熱交換器において、前記流路層積層体に積層され、前記高温入口ヘッダ、高温出口ヘッダ、低温入口ヘッダ、および低温出口ヘッダの少なくともいずれか１つのヘッダ内に、前記センサーの感知点が突出するように前記センサーを配置するセンサー配置層を更に具備するものであってもよい。

【0011】

また、本発明に係るマイクロ流路熱交換器において、流路層積層体に積層され、センサーとして差圧センサーが流路層積層体の逆側のセンサー配置面に配置される差圧センサー配置層をさらに具備し、差圧センサー配置層は、高温流体および低温流体の少なくともいずれか一方について、一端が入口ヘッダに開口し、他端がセンサー配置面に開口する第１のセンサー用流路と、一端が出口ヘッダに開口し、他端がセンサー配置面に開口する第２のセンサー用流路とを有し、差圧センサーは、第１のセンサー用流路の他端と第２のセンサー用流路の他端での高温流体の差圧を検出するように構成されてもよい。

【0012】

また、本発明に係るマイクロ流路熱交換器において、センサー配置層の第１のセンサー用流路および第２のセンサー用流路の少なくとも一部、複数の高温流路層の高温流路、および複数の低温流路層の低温流路は、各々の基材の主面にエッチング処理によって溝を設け、各々の基材を重ね合わせ、接触した面どうしを拡散接合することによって形成されたものであってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、センサーの感知点が熱交換器内に設けられたヘッダ内の流体に直接触れるので、作動流体の物理量を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るマイクロ流路熱交換器を示す斜視図である。

【図2】図１のマイクロ流路熱交換器を一部分解して示す斜視図である。

【図3】図１のマイクロ流路熱交換器において高温伝熱板の構成を示す斜視図である。

【図4】図１のマイクロ流路熱交換器において低温伝熱板の構成を示す斜視図である。

【図5】図１のマイクロ流路熱交換器において高温流路層の高温流路を説明するための斜視図である。

【図6】図１のマイクロ流路熱交換器において低温流路層の低温流路を説明するための斜視図である。

【図7】図１のマイクロ流路熱交換器の切断面を示す斜視図である。

【図8】図１のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【図9】図１のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【図10】図１のマイクロ流路熱交換器の切断面を示す斜視図である。

【図11】図１のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【図12】図１のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【図13】本発明の一実施形態に係るマイクロ流路熱交換器を示す斜視図である。

【図14】図１３のマイクロ流路熱交換器の側面図である。

【図15】図１３のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【図16】本発明の一実施形態に係るマイクロ流路熱交換器を一部分解して示す斜視図である。

【図17】図１６のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【図18】図１６のマイクロ流路熱交換器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ流路熱交換器を示す斜視図、図２は図１のマイクロ流路熱交換器を一部分解して示す斜視図である。

【0016】

［全体の構成］
これらの図に示すように、このマイクロ流路熱交換器１は、流路層積層体である熱交換器本体２と、センサー配置層を構成する高温検知板３Ａと、同じくセンサー配置層を構成する低温検知板３Ｂと、高温保護板４Ａと、低温保護板４Ｂと、作動流体である高温流体および低温流体の各々の入口用および出口用の接続金具５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄとを有する。

【0017】

図中、熱交換器本体２、高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂなどの各部材の、Ｚ軸の矢印の方向と反対の方向の面を「高温側の面」または「下面」、各部材の、Ｚ軸の矢印の方向の面を「低温側の面」または「上面」とする。熱交換器本体２の高温側の面には高温検知板３Ａが接合され、熱交換器本体２の低温側の面には低温検知板３Ｂが接合されている。高温検知板３Ａの高温側の面には高温保護板４Ａが接合され、低温検知板３Ｂの低温側の面には低温保護板４Ｂが接合されている。

【0018】

熱交換器本体２は、２種類の伝熱板２Ａ、２Ｂを交互に複数枚積層して構成される。２種類の伝熱板の構成については後で説明する。

【0019】

熱交換器本体２を構成する２種類の伝熱板２Ａ、２Ｂと、高温検知板３Ａと、低温検知板３Ｂと、高温保護板４Ａと、低温保護板４Ｂは、例えば、熱伝導率が高い同じ種類の金属板からなる。より具体的には、ステンレス鋼などが用いられる。これらの金属板は積層された後、拡散接合によって互いに接合されることによって略直方体形状の積層体となる。なお、伝熱板２Ａ、２Ｂの板厚は、後述する溝や切り欠き部が形成できかつ拡散接合が出来るものであれば、どのような厚みでもよい。

【0020】

以降、説明上の必要に応じて、マイクロ流路熱交換器１のＺ軸に垂直な面を「主面」と呼び、主面以外のＸ軸やＹ軸に垂直な４つの面を「側面」と呼ぶこととする。

【0021】

図２に示すように、マイクロ流路熱交換器１の各側面には、各々、熱交換器本体２内の高温流路に高温流体を流入させる高温入口ヘッダ２１と、熱交換器本体２内の高温流路から高温流体を流出させる高温出口ヘッダ２２と、熱交換器本体２内の低温流路に低温流体を流入させる低温入口ヘッダ２３と、熱交換器本体２内の低温流路から低温流体を流出させる低温出口ヘッダ２４が形成されている。

【0022】

図１に示したように、高温入口ヘッダ２１には、接続金具５Ａが溶接などにより接合されている。この接続金具５Ａには、高温流体の流入のための管８Ａが着脱自在に接続される。高温出口ヘッダ２２には、接続金具５Ｂが溶接などにより接合されている。この接続金具５Ｂには、高温流体の流出のための管８Ｂが着脱自在に接続される。低温入口ヘッダ２３には、接続金具５Ｃが溶接などにより接合されている。この接続金具５Ｃには、低温流体の流入のための管８Ｃが着脱自在に接続される。低温出口ヘッダ２４には、接続金具５Ｄが溶接などにより接合されている。この接続金具５Ｄには、低温流体の流出のための管８Ｄが着脱自在に接続される。

【0023】

［熱交換器本体２の構成］
次に、熱交換器本体２の構成を説明する。
前述したように、熱交換器本体２は、２種類の伝熱板２Ａ、２Ｂを交互に複数枚積層して構成される。これらの伝熱板２Ａ、２Ｂにはエッチング処理によって溝および切り欠き部が形成されている。伝熱板２Ａ、２Ｂでは、流す流体が異なるので、溝のパターンは異なっているが、切り欠き部は、伝熱板２Ａおよび２Ｂの積層後に各ヘッダ部となるように形成されるので、切り欠き部の形状は同一である。なお、伝熱板２Ａおよび２Ｂに対するエッチング処理は、溝や切り欠き部を形成することができるものであれば、どのような方法でもよい。また、溝や切り欠き部はプレス加工によって形成してもよい。

【0024】

図３および図４は２種類の伝熱板２Ａ、２Ｂを示す斜視図である。ここで、図３に示す伝熱板２Ａは「高温伝熱板２Ａ」、図４に示す伝熱板２Ｂは「低温伝熱板２Ｂ」である。

【0025】

（高温伝熱板２Ａの構成）
図３に示すように、高温流路層を形成する高温伝熱板２Ａには、高温流体の流路を形成する溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａおよび切り欠き部２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａがそれぞれ設けられている。溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａは高温伝熱板２Ａの一方の面にのみ設けられる。溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａの深さはどこも均一であってよい。切り欠き部２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａは、高温伝熱板２Ａの基材の４辺に各々対応する縁端部における所定の部位を基材の厚み分除去することによって形成される。

【0026】

以後、説明の必要に応じて、高温伝熱板２Ａの各々の切り欠き部２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａを、第１の切り欠き部２６Ａ、第２の切り欠き部２７Ａ、第３の切り欠き部２８Ａ、および第４の切り欠き部２９Ａと呼ぶ。

【0027】

高温伝熱板２Ａにおいて、図中Ｙ軸方向において対向して設けられる第１の切り欠き部２６Ａと第２の切り欠き部２７Ａとの間の領域には、これら第１の切り欠き部２６Ａと第２の切り欠き部２７Ａとの間を連通する複数の溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａが形成されている。なお、図３において、溝２５Ａの数は３本であるが、もっと幅の小さい数多くの溝を形成するようにしても良い。

【0028】

高温伝熱板２Ａにおける上記の各溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａは、Ｘ軸方向に沿って形成された複数の溝２５Ａと、Ｙ軸方向に沿って形成された２本の溝３０Ａ、３１Ａで構成される。Ｙ軸方向に沿って形成された２本の溝３０Ａ、３１Ａのうち一方の溝３０Ａは一端が第１の切り欠き部２６Ａと連通し、他方の溝３１Ａは一端が第２の切り欠き部２７Ａと連通する。Ｘ軸方向に沿って形成された複数の溝２５Ａは各々２本の溝３０Ａ、３１Ａの間を連通する。これにより、高温伝熱板２Ａの高温入口ヘッダ２１および高温出口ヘッダ２２と、後述する低温伝熱板２Ｂの低温入口ヘッダ２３および低温出口ヘッダ２４との位置関係を互いに９０度異なるようにしている。

【0029】

（低温伝熱板２Ｂの構成）
図４に示すように、低温流路層を形成する低温伝熱板２Ｂには、低温流体の流路を形成する溝２５Ｂおよび切り欠き部２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂがそれぞれ設けられている。溝２５Ｂは低温伝熱板２Ｂの一方の面にのみ設けられる。溝２５Ｂの深さはどこも均一であってよい。切り欠き部２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂは、低温伝熱板２Ｂの基材の４辺に各々対応する縁端部における所定の部位を基材の厚み分除去することによって形成される。

【0030】

以後、説明の必要に応じて、低温伝熱板２Ｂの各々の切り欠き部２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂを、第５の切り欠き部２６Ｂ、第６の切り欠き部２７Ｂ、第７の切り欠き部２８Ｂ、および第８の切り欠き部２９Ｂと呼ぶ。

【0031】

低温伝熱板２Ｂにおいて、図中Ｘ軸方向において対向して設けられる第７の切り欠き部２８Ｂと第８の切り欠き部２９Ｂとの間には、これら第７の切り欠き部２８Ｂと第８の切り欠き部２９Ｂとの間を連通する複数の溝２５Ｂが形成されている。これら複数の溝２５Ｂは、高温伝熱板２Ａに形成された複数の溝２５Ａと、Ｙ軸方向にて同じ位置に各々形成されている。

【0032】

（高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとの積層構造）
上記のような構成を有する高温伝熱板２Ａおよび低温伝熱板２Ｂは、図５および図６に示すように、双方の溝２５Ａ、２５Ｂ、３０Ａ、３１Ａが設けられた面の向きをＺ軸方向に一致させて、各々複数交互に重ね合わせて積層される。このようにして熱交換器本体２が構成される。

【0033】

この熱交換器本体２において、高温伝熱板２Ａの第１の切り欠き部２６Ａと低温伝熱板２Ｂの第５の切り欠き部２６Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、高温入口ヘッダ２１を形成する。

【0034】

高温伝熱板２Ａの第２の切り欠き部２７Ａと低温伝熱板２Ｂの第６の切り欠き部２７Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、高温出口ヘッダ２２を形成する。

【0035】

高温伝熱板２Ａの第３の切り欠き部２８Ａと低温伝熱板２Ｂの第７の切り欠き部２８Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、低温入口ヘッダ２３を形成する。

【0036】

高温伝熱板２Ａの第４の切り欠き部２９Ａと低温伝熱板２Ｂの第８の切り欠き部２９Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、低温出口ヘッダ２４を形成する。

【0037】

（高温流路と低温流路について）
図５は熱交換器本体２における高温流路を示す斜視図である。
高温流路は、高温伝熱板２Ａの各溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａと低温伝熱板２Ｂの下面との間に形成される。高温流体は、高温入口ヘッダ２１から流入し、溝３０Ａを通って複数の溝２５Ａに分配される。複数の溝２５Ａを通過した高温流体は溝３１Ａで合流し、高温出口ヘッダ２２より流出する。このような高温流体の流れが各々の高温伝熱板２Ａにおいて生じる。

【0038】

図６は熱交換器本体２における低温流路を示す斜視図である。
低温流路は、低温伝熱板２Ｂの溝２５Ｂと高温伝熱板２Ａの下面もしくは低温検知板３Ｂの下面との間に形成される。低温流体は、低温入口ヘッダ２３から流入し、複数の溝２５Ｂを通って低温出口ヘッダ２４から流出する。このような低温流体の流れが各々の低温伝熱板２Ｂにおいて生じる。

【0039】

熱交換器本体２において高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂは交互に積層されているので、高温伝熱板２Ａおよび低温伝熱板２Ｂの熱伝導によって高温流体と低温流体との間での熱交換が行われる。また、高温伝熱板２Ａの溝２５Ａを流れる高温流体と低温伝熱板２Ｂの溝２５Ｂを流れる低温流体は、対向流となっている。

【0040】

［熱交換器本体２出入口ヘッダの流体温度の検出機能］
この実施形態のマイクロ流路熱交換器１では、熱交換器本体２のヘッダ内を流れる高温流体および低温流体の温度を直接測定することを可能とするために、次のような構成を採用している。

【0041】

図７は、第１の実施形態のマイクロ流路熱交換器１の２つのＹ−Ｚ断面図（切断面Ａ−Ａおよび切断面Ｂ−Ｂ）の位置を示す矢視図である。また、図８は、切断面Ａ−Ａの断面図であり、図９は、切断面Ｂ−Ｂの断面図である。

【0042】

図１０は、本実施形態のマイクロ流路熱交換器１の２つのＸ−Ｚ断面図（切断面Ｃ−Ｃおよび切断面Ｄ−Ｄ）の位置を示す矢視図である。また、図１１は、切断面Ｃ−Ｃの断面図であり、図１２は、切断面Ｄ−Ｄの断面図である。

【0043】

図８、図９、図１１、図１２、および図２に示すように、熱交換器本体２の両主面には各々、センサー配置層を構成するための高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂが接合されている。高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂには、例えばエッチング処理などによってセンサー収容溝３５Ａ、３５Ｂが形成されている。このセンサー収容溝３５Ａ、３５Ｂの一端は、高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂの端まで達している（図２参照）。

【0044】

高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂは各々、センサー収容溝３５Ａ、３５Ｂが形成された面の向きを、高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂにおいて溝２５Ａ、２５Ｂ、３０Ａ、３１Ａが形成された面の向きに一致させて積層される。これにより、高温検知板３Ａのセンサー収容溝３５Ａは、熱交換器本体２の高温側の主面（高温伝熱板２Ａの高温側の主面）によって塞がれた状態となり、シース熱電対などの温度センサー４１Ａを収容する空間が形成される。一方、低温検知板３Ｂのセンサー収容溝３５Ｂと低温保護板４Ｂとの間にも、同様の空間が形成される。

【0045】

高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂの各々のセンサー収容溝３５Ａ、３５Ｂは、一端が高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂの端まで形成されているので、マイクロ流路熱交換器１の側面には開口３３Ａ、３３Ｂが形成される。この開口３３Ａ、３３Ｂからセンサー収容溝３５Ａ、３５Ｂの空間内に温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄを挿入することができる。

【0046】

温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄの挿入された空間内の隙間は、少なくとも、温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄの温度感知点４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、および４３Ｄが位置する部分を除いて充填材４２Ａ、４２Ｂが充填される。これにより温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄの温度感知点４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、および４３Ｄは、センサー収容溝３５Ａ、３５Ｂに連通する空間内で露出した状態となる。この温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄの温度感知点４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、および４３Ｄが露出する空間が、流体の温度を測定するための測定空間３４Ａ、３４Ｂとなる。

【0047】

なお、測定空間３４Ａ、３４Ｂは、温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄの温度感知点４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、および４３Ｄと流体との接触量が十分確保されるように幅広い空間とされている（図２参照）。

【0048】

高温検知板３Ａの測定空間３４Ａは、高温検知板３Ａと接合された高温伝熱板２Ａにおける高温入口ヘッダ２１および高温出口ヘッダ２２に開口しているので、高温入口ヘッダ２１および高温出口ヘッダ２２を流れる高温流体が測定空間３４Ａにも流れる。

【0049】

そして、本実施形態のマイクロ流路熱交換器１には、熱交換器本体２の低温入口ヘッダ２３内および低温出口ヘッダ２４内を流れる低温流体を測定空間３４Ｂに導入するために連通穴３２Ｂが設けられている。

【0050】

低温検知板３Ｂに対応して設けられる連通穴３２Ｂは、低温検知板３Ｂにおける測定空間３４Ｂの底面に一端が開口し、他端が低温検知板３Ｂと接合された低温伝熱板２Ｂにおける溝２５Ｂに開口するように、低温検知板３Ｂを積層方向に貫く穴として設けられている。

【0051】

このように、第１の実施形態のマイクロ流路熱交換器１では、測定空間３４Ａおよび３４Ｂに各ヘッダ内の流体が流れて温度センサー４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、および４１Ｄの温度感知点４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、および４３Ｄに触れる構成を採用することによって、熱交換器本体２内の出入口ヘッダにおいて大きな流動抵抗をつくりだすことなく、流体の温度を直接測定することができる。

【0052】

第１の実施形態のマイクロ流路熱交換器１では、高温流体および低温流体の温度を直接測定して熱交換器の性能を特定することができる。このため、高温高圧ガスの温度や圧力ならびに流量の調整によって、熱交換器の性能を最大現に発揮することができる。

【0053】

なお、上記の説明では、流体の温度を測るために温度センサーを用いたが、これに限らず、流体の圧力を測るために、温度センサーの代わりに圧力センサーを用いる構成でもよい。

【0054】

また、流体の温度および圧力を両方とも測るために、センサー収容溝３５Ａおよび３５Ｂに温度センサーおよび圧力センサーの両方を挿入する構成でもよい。

【0055】

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂに、それぞれセンサーを収容するためのセンサー収容溝３５Ａおよび３５Ｂを設けた。これに対し、第２の実施形態では、流体の温度や圧力を出入口ヘッダ部分で測定するために、低温保護板４Ｂに積層方向に貫通穴を設け、その貫通穴にセンサーを挿入し、センサーの感知点をヘッダ内に突出させている。そのため、第２の実施形態では、高温検知板３Ａおよび低温検知板３Ｂを省略することが出来る。

【0056】

図１３は、第２の実施形態のマイクロ流路熱交換器１Ａの斜視図である。また、図１４は、第２の実施形態のマイクロ流路熱交換器１Ａを、図１３の管８Ｄの方向から見た側面図である、また、図１５は、第２の実施形態のマイクロ流路熱交換器１ＡのＹ−Ｚ断面の断面図である。

【0057】

図１３、図１４、および図１５の例では、高温入口ヘッダ２１、高温出口ヘッダ２２、低温入口ヘッダ２３、および低温出口ヘッダ２４内の温度や圧力をそれぞれ測るために、低温保護板４Ｂに積層方向に４つの貫通穴を設け、貫通穴それぞれに、センサー４１Ｅ、４１Ｆ、４１Ｇ、および４１Ｈを挿入している。また、センサー４１Ｅ、４１Ｆ、４１Ｇ、および４１Ｈから出た信号線は、低温保護板４Ｂ上に設置されたコネクタにまとめてられ、コネクタからケーブルを用いて図示しない制御回路と接続される。

【0058】

なお、図１３、図１４、および図１５では、低温保護板４Ｂに貫通穴を形成したが、これに限らず、高温保護板４Ａの方に貫通穴を形成しセンサーを挿入してもよい。

【0059】

第１の実施形態では、センサーが高温検知板３Ａや低温検知板３Ｂの中に配置されるので、センサーの感知点を置く位置に関しＺ軸方向の自由度は無かった。それに対し、第２の実施形態の構成では、貫通穴の位置だけでなく、センサーの挿入量やヘッダ内への突出量を調整することにより、センサーの感知点を出入口ヘッダ部の空間内の積層方向を含めた任意の位置に設けることができるので、流体の温度や圧力をより適切に測定することが出来る。

【0060】

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。上記の実施形態では、出入口ヘッダ部における温度や圧力を測定するために、センサーの感知点をヘッダ内部またはヘッダ近傍に設けた。これに対し、第３の実施形態では、圧力伝達路を用いて、入口ヘッダの圧力および出口ヘッダの圧力を、差圧センサーを設置した場所まで導き、差圧センサーにより入口ヘッダと出口ヘッダの差圧を測定する。

【0061】

図１６は、第３の実施形態のマイクロ流路熱交換器１Ｂの圧力伝達路を示す図である。また、図１７は、第３の実施形態のマイクロ流路熱交換器１Ｂの圧力伝達路に関するＹ−Ｚ断面図であり、図１８は、第３の実施形態のマイクロ流路熱交換器１Ｂの圧力伝達路に関するＸ−Ｚ断面図である。なお、図１７および図１８では、伝熱板２Ａおよび２Ｂに設けられている流路の図示は省略している。

【0062】

図１６、図１７、および図１８から分かるように、低温保護板４Ｂ'には、積層方向に低温保護板４Ｂ'を貫通する貫通穴５３Ａ、５３Ｂ、５６Ａ、および５６Ｂが開けられている。また低温検知板３Ｂ'には、積層方向に低温検知板３Ｂ'を貫通する貫通穴５１Ａ、５１Ｂ、５５Ａ、および５５Ｂが開けられている。低温保護板４Ｂ'および低温検知板３Ｂ'が、差圧センサー配置層に相当する。低温保護板４Ｂ'の低温側の面（センサー配置面）には、差圧センサー４１Jおよび４１Ｋが配置されている。

【0063】

また、低温保護板４Ｂ'には、溝５２Ａおよび５２Ｂが、エッチング処理などにより形成され、低温検知板３Ｂ'には、溝５４Ａおよび５４Ｂが、エッチング処理などにより形成されている。

【0064】

高温入口ヘッダ２１に開口する貫通穴５１Ａ、溝５２Ａ、およびセンサー配置面に開口する貫通穴５３Ａは、連通して、高温入口ヘッダ２１の圧力を差圧センサー４１Ｋに導く圧力伝達路（第１のセンサー用流路）を形成するように配置される。

【0065】

高温出口ヘッダ２２に開口する貫通穴５１Ｂ、溝５２Ｂ、およびセンサー配置面に開口する貫通穴５３Ｂは、連通して、高温出口ヘッダ２２の圧力を差圧センサー４１Ｋに導く圧力伝達路（第２のセンサー用流路）を形成するように配置される。

【0066】

センサー配置面に開口する貫通穴５６Ａ、５５Ａ、および溝５４Ａは、連通して、低温入口ヘッダ２３の圧力を差圧センサー４１Ｊに導く圧力伝達路（第１のセンサー用流路）を形成するように配置される。

【0067】

センサー配置面に開口する貫通穴５６Ｂ、５５Ｂ、および溝５４Ｂは、連通して、低温出口ヘッダ２４の圧力を差圧センサー４１Ｊに導く圧力伝達路（第２のセンサー用流路）を形成するように配置される。

【0068】

第３の実施形態の構成によると、高温入口ヘッダ２１と高温出口ヘッダ２２との差圧や、低温入口ヘッダ２３と低温出口ヘッダ２４との差圧を計測するために、別途配管を設ける必要が無い。

【0069】

なお、上記の構成を採った場合、高温検知板３Ａは省略することが出来る。

【0070】

また、上記の説明では、低温保護板４Ｂ'および低温検知板３Ｂ'に圧力伝達路を形成したが、この構成に限らず、同様にして高温保護板４Ａ'および高温検知板３Ａ'に圧力伝達路を形成する構成でもよい。

【0071】

また、高温流体の入口ヘッダと出口ヘッダの差圧を計測するための圧力伝達路および差圧センサーを低温保護板４Ｂ'および低温検知板３Ｂ'側に設け、低温流体の入口ヘッダと出口ヘッダの差圧を計測するための圧力伝達路および差圧センサーを高温保護板４Ａ'および高温検知板３Ａ'側に設ける構成でもよいし、その逆の構成でもよい。

【0072】

［補足事項］
その他、本技術は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術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。

【符号の説明】

【0073】

１、１Ａ、１Ｂ…マイクロ流路熱交換器
２…熱交換器本体
２Ａ…高温伝熱板
２Ｂ…低温伝熱板
３Ａ、３Ａ'…高温検知板
３Ｂ、３Ｂ'…低温検知板
４Ａ、４Ａ'…高温保護板
４Ｂ、４Ｂ'…低温保護板
２５Ａ、２５Ｂ、３０Ａ、３０Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、５４Ａ、５４Ｂ…溝
３２Ａ、３２Ｂ、５１Ａ、５１Ｂ、５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、５５Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ…連通穴
３４Ａ、３４Ｂ…測定空間
３５Ａ、３５Ｂ…センサー収容溝
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ、４１Ｇ、４１Ｈ…温度（圧力）センサー
４１Ｊ、４１Ｋ…差圧センサー
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ…温度感知点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】