特開 2023-97857 熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023097857

(43)【公開日】2023-07-10

(54)【発明の名称】熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/04 20060101AFI20230703BHJP

   F28F 3/00 20060101ALI20230703BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20230703BHJP

   F28D 9/02 20060101ALI20230703BHJP

【ＦＩ】

F28F3/04 A

F28F3/00 311

F28F3/08 311

F28D9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021214214

(22)【出願日】2021-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000148357

【氏名又は名称】株式会社前川製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】西田 耕作

(72)【発明者】

【氏名】赤田 郁朗

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA18

3L103AA37

(57)【要約】

【課題】高い強度と高い熱通過率との双方を実現した熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器を提供する。
【解決手段】第１熱交換器用プレートは、第１開口によって形成される入口ヘッダと、第２開口によって形成される出口ヘッダと、入口ヘッダから出口ヘッダに向かう流体の流路を複数本の並列流路に仕切るように、入口ヘッダと出口ヘッダとの間に設けられる複数の仕切壁と、複数の仕切壁を連結する連結部とを備え、複数の仕切壁のうち１以上の仕切壁は、流体の流れ方向における連結部の位置において切欠きを有し、切欠きを有する仕切壁を挟んで両側にある一対の並列流路は切欠きを介して互いに連通する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１開口によって形成される入口ヘッダと、
第２開口によって形成される出口ヘッダと、
前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かう流体の流路を複数本の並列流路に仕切るように、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に設けられる複数の仕切壁と、
前記複数の仕切壁を連結する連結部と、
を備え、
前記複数の仕切壁のうち１以上の前記仕切壁は、前記流体の流れ方向における前記連結部の位置において切欠きを有し、
前記切欠きを有する前記仕切壁を挟んで両側にある一対の前記並列流路は前記切欠きを介して互いに連通する
熱交換器用プレート。

【請求項2】

前記連結部は、プレート厚さ方向における前記複数の仕切壁のそれぞれの両端のうち、一方側にあるそれぞれの一端のみに連結される
請求項１に記載の熱交換器用プレート。

【請求項3】

前記切欠きは、前記複数の仕切壁のうち前記プレート厚さ方向における他方側の端に形成され、
前記切欠きの切欠き底と、前記連結部の前記他方側の面は、前記プレート厚さ方向において互いに同じ位置にある
請求項２に記載の熱交換器用プレート。

【請求項4】

前記連結部のうちで前記流体の前記流れ方向における上流端は、下流側に向かって円弧状に凹む
請求項２または３に記載の熱交換器用プレート。

【請求項5】

前記流体の流れ方向において、前記連結部の両端はそれぞれ、前記切欠きの両端に対して外側に位置する
請求項１乃至４の何れか１項に記載の熱交換器用プレート。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか１項に記載の複数の第１の熱交換器用プレートを備える熱交換器用プレート積層体。

【請求項7】

請求項６に記載の熱交換器用プレート積層体を備えるマイクロチャンネル熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

公知のマイクロチャンネル熱交換器は、熱交換器用プレートとしてステンレスや銅などの金属の数ミリ以下の薄板を用い、これにエッチング加工を用いて微細な流路を形成し、これを積層させることによって異なる流体が伝熱壁を隔てて交互に流れながら熱交換を行う熱交換器である。マイクロチャンネル熱交換器は、水力直径が数ミリ以下の微細流路を多数並列に緻密に配置しながら積層させることで、小容積で大きな伝熱面積を持たせることができる。微細流路は出入口ヘッダと接続させた多数の並列流路から構成されることから、偏流が起こり易く、特に流体が液体や気液二相流であり、沸騰・蒸発を伴う場合には偏流を抑制させる構造を用いる必要がある。この点、例えば特許文献１では、第１流路を流れる第１流体の液相が蒸発することによって気泡が発生し、第１流体が逆流する結果、第１流路において第１流体の偏流が発生する事象が見出されている。そこで同文献では、第１流路の上流側の部位が波形に形成され、且つ、下流側の部位が直線状に形成される。これによって、気泡が下流側に流れやすくなり、第１流体の偏流が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０２００６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願の発明者らの知見によれば、エッチング加工を用いて熱交換器用プレートに微細な流路を形成する場合、片面からエッチングを行い半円形の断面流路を形成する方法と、両面からエッチングを行い、エッチング面を繋げて正方形や矩形に近い断面の流路を形成する方法がある。流路の水力直径が同じである場合、容積当たりの伝熱面積を増加させたコンパクトな熱交換器とするにはプレートの両側からエッチング加工を行う方が好ましい。また、半円形流路よりも正方形や矩形流路の方が角部の数が多くなり、角部に表面張力によって液膜が集まり、その他の部分で液膜厚さが薄くなることによって生じる蒸発伝熱促進効果により高い熱通過率が得られる。しかし、この構造では流路がスリット状になるため、流路長が長い場合には、流路壁の間隔を一定の値に保持することが困難になる。また、プレートを積層させて拡散接合によって組立てる際に、流路壁が変形して流路形状を維持できなくなり、接合不良や偏流を生じることになる。
さらに上記特許文献において第１流体の偏流を抑制する一定の効果が発揮されるものの、更なる改善の余地がある。

【0005】

本開示の目的は、コンパクトさと高い熱通過率との双方を実現した熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の少なくとも一実施形態に係る熱交換器用プレートは、
第１開口によって形成される入口ヘッダと、
第２開口によって形成される出口ヘッダと、
前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かう流体の流路を複数本の並列流路に仕切るように、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に設けられる複数の仕切壁と、
前記複数の仕切壁を連結する連結部とを備え、
前記複数の仕切壁のうち１以上の前記仕切壁は、前記流体の流れ方向における前記連結部の位置において切欠きを有し、
前記切欠きを有する前記仕切壁を挟んで両側にある一対の前記並列流路は前記切欠きを介して互いに連通する。

【0007】

本開示の少なくとも一実施形態に係る熱交換器用プレート積層体は、
前記入口ヘッダから前記出口ヘッダまで第１の流体が流れるように構成される、上記の複数の第１の熱交換器用プレートと、
前記入口ヘッダから前記出口ヘッダまで第２の流体が流れるように構成され、前記複数の第１の熱交換器用プレートと交互に配置される、上記の複数の第２の熱交換器用プレートとを備える。

【0008】

本開示の少なくとも一実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器は、上記の熱交換器用プレート積層体を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、コンパクトさと高い熱通過率との双方を実現した熱交換器用プレート、熱交換器用プレート積層体、及びマイクロチャンネル熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器の概念的な説明図である。

【図2】一実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器の別の概念的な説明図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線矢視方向におけるプレート積層体の概念的な断面図である。

【図4】一実施形態に係る第１熱交換器用プレートの概念的な説明図である。

【図5】一実施形態に係る第２熱交換器用プレートの概念的な説明図である。

【図6】一実施形態に係る仕切壁及び切欠きの概念的な拡大図である。

【図7】図６のＢ－Ｂ線矢視方向における仕切壁及び切欠きの概念的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

【0012】

＜１．マイクロチャンネル熱交換器１の概要＞
図１～図５を参照し、本開示の一実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器１（以下、単に「熱交換器１」という場合がある）の概要を例示する。図１は、一実施形態に係る熱交換器１の概念的な説明図である。図２は、一実施形態に係る熱交換器１の別の概念的な説明図である。図３は、図２のＡ－Ａ線矢視方向におけるプレート積層体３０の概念的な断面図である。図４は、一実施形態に係る第１熱交換器用プレート３１の概念的な説明図である。図５は、一実施形態に係る第２熱交換器用プレート３２の概念的な説明図である。

【0013】

図１に示すように、本開示の一実施形態に係る熱交換器１は、第１流体Ｆ１が循環するための１次冷媒回路１１と、第２流体Ｆ２が循環するための２次冷媒回路１２とを含む冷凍サイクルに組み込まれる。本実施形態では、気液２相状態で熱交換器１に流入する第１流体Ｆ１と、第１流体Ｆ１よりも高温の飽和温度を持つ気相状態で熱交換器１に流入する第２流体Ｆ２とが互いに熱交換する。第１流体Ｆ１は、熱交換によって加熱・蒸発されて熱交換器１から流出し、１次冷媒回路１１を１次冷媒として循環する過程で気液２相状態に戻る。詳細な図示は省略するが、本例の１次冷媒回路１１は、圧縮機、凝縮器、及び膨張弁などを備え、膨張弁によって膨張した気液２相状態の第１流体Ｆ１が熱交換器１に流入する。一方、第２流体Ｆ２は、熱交換によって冷却されて比較的低温の液相状態で熱交換器１から流出し、２次冷媒回路１２を２次冷媒として循環する過程で他の熱媒体を冷却する。本例の２次冷媒回路１２は、受液器（レシーバ）、ポンプ、及び冷却器などを備える。冷却器は、第２流体Ｆ２と、冷凍庫の庫内を循環する空気などの熱媒体とを熱交換させるように構成されてもよい。冷却器で熱交換して蒸発した第２流体Ｆ２は気相の状態で熱交換器１に戻る。なお一例として、第１流体Ｆ１は気相または液相のＮＨ_３であり、且つ、第２流体Ｆ２は気相または液相のＣＯ_２であるが、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２は上記以外の冷媒であってもよく、第２流体Ｆ２はブラインなどの相変化をしない液体でもよい。

【0014】

本開示の一実施形態に係る熱交換器１は、積層された複数のプレート３５と、複数のプレート３５を両側から挟む一対のエンドプレート３７、３８とを含むプレート積層体３０を備える。プレート積層体３０に含まれるこれらプレートは、一例として拡散接合によって互いに接続されている。

【0015】

図１、図２に示すように、エンドプレート３７には、膨張弁を経由した気液２相状態の第１流体Ｆ１をプレート積層体３０に供給する第１供給管５１と、第１流体Ｆ１を排出する第１排出管５９とが接合されている。第１供給管５１及び第１排出管５９は、それぞれ、積層された複数のプレート３５の各々に設けられる第１連通口４１及び第２連通口４２と連通する。

【0016】

さらにエンドプレート３７には、冷却器から供給される比較的高温の気相状態にある第２流体Ｆ２をプレート積層体３０に供給する第２供給管５２と、比較的低温の液相状態にある第２流体Ｆ２をレシーバに向けて排出するための第２排出管５７とが設けられる。第２供給管５２と第２排出管５７は、それぞれ、積層された複数のプレート３５の各々に設けられる第３連通口４３及び第４連通口４４と連通する。

【0017】

図２、図３を参照し、本実施形態の複数のプレート３５の構成についての説明を続ける。複数のプレート３５の内部では、第１連通口４１から供給される第１流体Ｆ１が流れる複数本の並列流路３１８と、第３連通口４３から供給される第２流体Ｆ２が流れる複数本の並列流路３２８とが形成されている。複数本の並列流路３１８と複数本の並列流路３２８は、互いに仕切られている。

【0018】

具体的には、一対のエンドプレート３７、３８によって挟まれる複数のプレート３５は、積層方向に沿って交互に配置される複数の第１熱交換器用プレート３１及び複数の第２熱交換器用プレート３２と、複数の仕切プレート３３とを含む。第１熱交換器用プレート３１及び第２熱交換器用プレート３２は、各々、積層方向の両側から一対の仕切プレート３３によって挟まれる。つまり、複数のプレート３５では積層方向の一方側から順に、第１熱交換器用プレート３１、仕切プレート３３、第２熱交換器用プレート３２、及び仕切プレート３３が順に配置される構成が採用される。以下、これら３種のプレートを総称する場合に単に「プレート３５」といい、プレート３５の厚さ方向を「プレート厚さ方向」という場合がある。プレート厚さ方向は、プレート積層体３０の積層方向と一致する。

【0019】

図４に示すように、第１熱交換器用プレート３１は、第１連通口４１を含む第１開口１１１によって形成される入口ヘッダ３１１と、第２連通口４２を含む第２開口１２２によって形成される出口ヘッダ３１２と、入口ヘッダ３１１と出口ヘッダ３１２の間に設けられる複数本の仕切壁３１５とを備える。複数本の仕切壁３１５は、それぞれ、入口ヘッダ３１１と出口ヘッダ３１２に向かう第１流体Ｆ１の流路を複数本の並列流路３１８に仕切るように設けられる。本例の各仕切壁３１５は、入口ヘッダ３１１から出口ヘッダ３１２との間で直線状に延在する。以下の説明では、仕切壁３１５の延在方向を「第１流体Ｆ１の流れ方向」といい、複数の仕切壁３１５が並ぶ方向を「並列流路３１８の幅方向」という場合がある。なお、本実施形態では既述の通り、第１熱交換器用プレート３１は一対の仕切プレート３３によって挟まれている（図３参照）。従って、並列流路３１８は、複数本の仕切壁３１５と一対の仕切プレート３３によって規定される。また、本実施形態の入口ヘッダ３１１は、下流側に向かうほど流路幅が狭くなるように構成されるが、他の実施形態に係る入口ヘッダ３１１は、上流側の流路幅と下流側の流路幅とが同じになるように構成されてもよい。

【0020】

図５に示すように、第２熱交換器用プレート３２は、第３連通口４３を含む第１開口２２１によって形成される入口ヘッダ３２１と、第４連通口４４を含む第２開口２２２によって形成される出口ヘッダ３２２と、入口ヘッダ３２１と出口ヘッダ３２２の間に設けられる複数本の仕切壁３２５とを備える。複数本の仕切壁３２５は、それぞれ、入口ヘッダ３２１と出口ヘッダ３２２に向かう第２流体Ｆ２の流路を複数本の並列流路３２８に仕切るように設けられる。本例の各仕切壁３２５は、入口ヘッダ３２１から出口ヘッダ３２２との間で折れ曲がり且つ直線状に延在する。以下の説明では、仕切壁３２５の延在方向を「第２流体Ｆ２の流れ方向」といい、複数の仕切壁３２５が並ぶ方向を「並列流路３２８の幅方向」という場合がある。なお、本実施形態では既述の通り、第２熱交換器用プレート３２は一対の仕切プレート３３によって挟まれている（図３参照）。従って、並列流路３２８は、複数本の仕切壁３１５と一対の仕切プレート３３によって規定される。

【0021】

図１～図５を参照して説明した上記構造を有する熱交換器１での第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の熱交換は、以下のように行われる。入口ヘッダ３１１から複数の並列流路３１８に流入する第１流体Ｆ１は、入口ヘッダ３２１から複数の並列流路３２８に流入する第２流体Ｆ２と、仕切プレート３３を介して熱交換を行う。気液２相状態で流入した第１流体Ｆ１は、第１流体Ｆ１の流れ方向の下流側に向かうに従い加熱され、気化した状態で出口ヘッダ３１２から第１排出管５９を経由して熱交換器１から排出される。一方、比較的高温の気相状態で流入した第２流体Ｆ２は、第２流体Ｆ２の流れ方向の下流側に向かうに従い冷却・凝縮され、比較的低温の液相状態で出口ヘッダ３２２から第２排出管５７を経由して熱交換器１から排出される。

【0022】

＜２．第１熱交換器用プレート３１の構成の詳細＞
図４、図６、及び図７を参照し、本開示の一実施形態に係る第１熱交換器用プレート３１の詳細を例示する。図６は、一実施形態に係る仕切壁３１５及び切欠き３１４の概念的な拡大図である。図７は、図６のＢ－Ｂ線矢視方向における仕切壁３１５及び切欠き３１４の概念的な断面図である。

【0023】

＜２－１．連結部３１７と切欠き３１４の構造＞
図６に示すように、本実施形態の第１熱交換器用プレート３１は、複数の仕切壁３１５を連結する少なくとも１つの連結部３１７を備える。本実施形態では、全ての仕切壁３１５がそれぞれ、いずれかの連結部３１７に連結されるが、連結部３１７が介在しない２つ以上の仕切壁３１５が設けられてもよい。

【0024】

本実施形態では、複数の仕切壁３１５のうち１以上の仕切壁３１５は、第１流体Ｆ１の流れ方向における連結部３１７の位置において切欠き３１４を有する。切欠き３１４は、並列流路３１８の幅方向において連結部３１７と並ぶ。本例では、全ての仕切壁３１５のそれぞれに切欠き３１４が設けられる。また、本実施形態では、切欠き３１４を有する仕切壁３１５を挟んで両側にある一対の並列流路３１８は、切欠き３１４を介して互いに連通する。つまり、一対の並列流路３１８に連通する連通路３１６が切欠き３１４によって規定される。

【0025】

従って、図４の拡大図に例示されるように、第１流体Ｆ１は、切欠き３１４によって規定される連通路３１６を介して、複数の並列流路３１８の間を移動することができる。複数の並列流路３１８のそれぞれを流れる第１流体Ｆ１の混合と分岐が起こるので、複数の並列流路３１８における第１流体Ｆ１の流動様相を均等化できる。これにより、例えば並列流路３１８の下流側において、液相の第１流体Ｆ１が消失するドライアウトが局所的に発生するのを抑制できる。従って、第１熱交換器用プレート３１は高い熱通過率を実現できる。また、連結部３１７が設けられることによって、第１熱交換器用プレート３１の組立前及び組立時における仕切壁３１５の変形と位置ずれを抑制することができる。特に、第１熱交換器用プレート３１などのプレート積層体３０を構成するプレートに拡散接合が行われるとき、加熱開始直後は均等な加熱ができず、プレートに温度勾配ができる。結果、温度勾配に起因する膨張差によって仕切壁３１５が変形するおそれがあるが、本実施形態では、連結部３１７が設けられることによって、上記変形を抑制することができる。

【0026】

本開示の一実施形態に係る連結部３１７を作製するための加工方法は、例えば以下の通りである（図６、図７参照）。はじめに、並列流路３１８が形成されるように、第１熱交換器用プレート３１を作製するためのプレート状の基材に両面エッチング処理が施される。そして、連結部３１７の設置場所にのみ、両面エッチング処理に代えてハーフエッチング処理が施され、これにより連結部３１７が形成される。従って、プレート厚さ方向において、複数の仕切壁３１５のそれぞれの両端のうち一方側にあるそれぞれの一端３１５Ａのみに、連結部３１７は接続される。従って、連結部３１７は、並列流路３１８を部分的に塞ぐ絞りとして機能することができる。なお、図７の例では、仕切壁３１５のうちでプレート厚さ方向の略中心から一端３１５Ａまでの部位が、連結部３１７に連結される。

【0027】

発明者らの推察によれば、並列流路３１８に流れる第１流体Ｆ１の圧力は大きく変動することがある。例えば、液相の第１流体Ｆ１が沸騰することによる圧力変動（図４の下側の拡大図では、気泡を符号Ｂｕによって示す）、第１流体Ｆ１の乾き度の違いによって圧力差の違いが生じることがある。この場合、第１流体Ｆ１の偏流が発生しやすくなる。
この点、上記構成によれば、連結部３１７が、プレート厚さ方向における各仕切壁３１５の両端のうち一方側にある一端３１５Ａのみに連結される。従って、連結部３１７は、並列流路３１８を部分的に塞ぐ絞りとしても機能する。これにより、連結部３１７において適度な圧力損失が発生し、上記のような圧力変動に起因した複数本の並列流路３１８間における圧力の差異を小さくすることができる。
従って、切欠き３１４によって規定される連通路３１６を第１流体Ｆ１が流れ易くなるので、複数本の並列流路３１８における第１流体Ｆ１の編流を抑制することができる。よって、第１熱交換器用プレート３１は、高い熱通過率を達成することができる。

【0028】

なお、図４では、連結部３１７と切欠き３１４が左右一列に並ぶように構成されるが、本開示はこれに限定されず、例えば、切欠き３１４を避けた位置にて、連結部３１７が左右一列に並ぶように配置されてもよい。一例を挙げると、複数の仕切壁３１５のそれぞれの上流端を繋ぐように（つまり、入口ヘッダ３１１に臨むように）、連結部３１７は一列に配置されてもよい。別の例を挙げると、複数の仕切壁３１５のそれぞれの下流端を繋ぐように（つまり、出口ヘッダ３１２に臨むように）、連結部３１７は一列に配置されてもよい。さらに別の例を挙げると、図４で示される、切欠き３１４Ａ、３１４Ｄの間、切欠き３１４Ｄ、３１４Ｃの間、または切欠き３１４Ｃ、３１４Ｂの間に、連結部３１７が一列に並ぶように配置されてもよい。そして、入口ヘッダ３１１から出口ヘッダ３１２に向かって規定間隔で連結部３１７が配置されてもよい。この場合、第１流体Ｆ１の流れ方向において規定間隔で配置される連結部３１７のいずれかが切欠き３１４と左右に一列に並ぶ。なお、入口ヘッダ３１１から出口ヘッダ３１２に向かって連結部３１７は等ピッチで配置されなくてもよい。

【0029】

図６、図７に示すように、本実施形態の切欠き３１４は、複数の仕切壁３１５のうちプレート厚さ方向における他方側の端である他端３１５Ｂに形成される。切欠き３１４の切欠き底３０９と、連結部３１７の他方側の面３１７Ｆは、プレート厚さ方向において同じ位置にある。つまり、連結部３１７の面３１７Ｆと切欠き底３０９は直接的に連結される。上記構成によれば、切欠き３１４によって規定される連通路３１６を通過した第１流体Ｆ１は、連結部３１７の他方側の面３１７Ｆを伝って並列流路３１８に流入することができる。第１流体Ｆ１が連結部３１７を経由することで、連通路３１６から並列流路３１８に向かう第１流体Ｆ１の混合と分岐が生じるので、複数本の並列流路３１８における第１流体Ｆ１の編流を抑制することができ、第１熱交換器用プレート３１は、高い熱通過率を達成することができる。

【0030】

また、図６に示すように、連結部３１７のうち第１流体Ｆ１の流れ方向における上流端３９９は、下流側に向かって円弧状に凹む。上記構成によれば、第１流体Ｆ１の流れ方向に沿って第１流体Ｆ１が連結部３１７を通過するときに発生する圧力損失が過大になるのを抑制できる。これにより、仕切壁３１５の延在方向に沿った第１流体Ｆ１の流れの剥離が生じるのを抑制できる。よって、圧力損失の増加を抑制できる。

【0031】

また、第１流体Ｆ１の流れ方向において、連結部３１７の両端はそれぞれ、切欠き３１４の両端に対して外側に位置する。上記構成によれば、連結部３１７による仕切壁３１５や並列流路３２８形状の変形を防止できる。

【0032】

＜２－２．切欠き３１４（連通路３１６）の配置例＞
図４を参照し、切欠き３１４の配置例を説明する。なお、以下の説明では、切欠き３１４と連結部３１７が第１流体Ｆ１の流れ方向において互いに同じ位置に配置される実施形態を例示するが、切欠き３１４と連結部３１７の流れ方向における位置は異なってもよい。

【0033】

本実施形態では、並列流路３１８の幅方向に配列される複数の切欠き３１４が、第１流体Ｆ１の流れ方向に沿って４列配置される。４列の切欠き３１４のうちで、最も上流側にある列の切欠き３１４は第１切欠き３１４Ａであり、最も下流側にある列の切欠き３１４は第２切欠き３１４Ｂである。そして、第１流体Ｆ１の流れ方向において第２切欠き３１４Ｂと隣り合う切欠き３１４が第３切欠き３１４Ｃであり、第１切欠き３１４Ａ及び第３切欠き３１４Ｃのそれぞれと隣り合う切欠き３１４が第４切欠き３１４Ｄである。つまり、複数の切欠き３１４は、上流側から順に、複数の第１切欠き３１４Ａ（１列目）、複数の第４切欠き３１４Ｄ（２列目）、複数の第３切欠き３１４Ｃ（３列目）、複数の第２切欠き３１４Ｂ（４列目）を備える。第１切欠き３１４Ａによって規定される連通路３１６は、第１連通路３１６Ａである。同様に、第２切欠き３１４Ｂ、第３切欠き３１４Ｃ、及び第４切欠き３１４Ｄによって規定される連通路３１６は、それぞれ、第２連通路３１６Ｂ、第３連通路３１６Ｃ、及び第４連通路３１６Ｄである。なお、本実施形態では一例として、第１切欠き３１４Ａ、第２切欠き３１４Ｂ、第３切欠き３１４Ｃ、及び第４切欠き３１４Ｄのそれぞれの個数は互いに同一である。

【0034】

本実施形態では、第１流体Ｆ１の流れ方向における入口ヘッダ３１１と１以上の切欠き３１４との間の第１距離は、第１流体Ｆ１の流れ方向における出口ヘッダ３１２と１以上との切欠き３１４との間の第２距離よりも小さい。より具体的な一例として、第１距離は、入口ヘッダ３１１から第１切欠き３１４Ａの中央までの最短距離（寸法Ｌ１）であり、第２距離は、出口ヘッダ３１２から第２切欠き３１４Ｂの中央までの最短距離（寸法Ｌ２）である。上記構成によれば、第１距離が第２距離よりも短いので、第１切欠き３１４Ａによって規定される第１連通路３１６Ａ（連通路３１６）が、入口ヘッダ３１１に近づく。これにより、入口ヘッダ３１１と第１切欠き３１４Ａとの間において、第１流体Ｆ１の液相の沸騰による気泡の発生、または気泡の成長が起きても、この気泡を第１切欠き３１４Ａよって形成される第１連通路３１６Ａに導くことができる。従って、気泡が入口ヘッダ３１１に逆流することに起因する、複数本の並列流路３１８における第１流体Ｆ１の偏流が抑制され、高い熱通過率を実現した第１熱交換器用プレート３１を提供できる。
なお、他の実施形態では、切欠き３１４は、第１切欠き３１４Ａ、第２切欠き３１４Ｂ、第３切欠き３１４Ｃ、または第４切欠き３１４Ｄの少なくともいずれかを含まなくてもよい。例えば、第２切欠き３１４Ｂ、第３切欠き３１４Ｃ、及び第４切欠き３１４Ｄが設けられない実施形態では、第２距離は、第１切欠き３１４Ａから出口ヘッダ３１２との間の距離（寸法Ｍ）になる。この場合でも、上記した利点は得られる。同様に、第２切欠き３１４Ｂ、第３切欠き３１４Ｃ、及び第４切欠き３１４Ｄのうちで第３切欠き３１４Ｃと第４切欠き３１４Ｄのみが設けられる実施形態では、第２距離は、第３切欠き３１４Ｃから出口ヘッダ３１２までの間の距離となる。

【0035】

また本実施形態では、１以上の切欠き３１４は、複数の仕切壁３１５のそれぞれに含まれ、第１流体Ｆ１の流れ方向において互いに同じ位置に配置される複数の第１切欠き３１４Ａを備える。従って、第１切欠き３１４Ａによって規定される連通路３１６である第１連通路３１６Ａは、並列流路３１８の幅方向に並ぶ。上記構成によれば、複数本の並列流路３１８のいずれにおいて気泡が発生しても、いずれかの第１連通路３１６Ａに流入できるので、第１流体Ｆ１の偏流を抑制でき、気泡の入口ヘッダ３１１への逆流を抑制できる。

【0036】

また本実施形態では、第１距離（図４の例では寸法Ｌ１）は、並列流路３１８の全長（寸法Ｋ）に対して０％を上回り且つ１０％未満であり、より好ましくは０％を上回り５％以下である。この構成によってもたらされる作用は以下の通りである。
上記構成によれば、第１距離は、並列流路３１８の全長に対して０％を上回り且つ１０％未満であるので、入口ヘッダ３１１から複数本の並列流路３１８のそれぞれに流入して間もない第１流体Ｆ１が、第１切欠き３１４Ａによって形成される第１連通路３１６Ａを介して混流する。つまり、第１連通路３１６Ａは、入口ヘッダ３１１と類似の機能を果たすこととなり、入口ヘッダ３１１から並列流路３１８に流入した第１流体Ｆ１は、各並列流路３１８の絞りを通過して、下流側に向けて供給される。さらに第１連通路３１６Ａ内では、入口ヘッダ３１１のような右向き（一方向）の流れがなく、両方向の流れを可能とするため、複数の並列流路３１８において気液の割合（乾き度）の偏りがあっても、それを解消するように第１連通路３１６Ａ内で第１流体Ｆ１の混合と再分配を行うことができる。また、並列流路３１８において第１流体Ｆ１の気泡が発生して逆流が起こる場合であっても、第１連通路３１６Ａにおいて入口ヘッダ３１１からの流れと混合され、再分配されて並列流路３１８に供給される。従って、複数本の並列流路３１８の上流側における第１流体Ｆ１の乾き度を均等化させることができ、第１流体Ｆ１の偏流を抑制できる。よって、高い熱通過率を実現した第１熱交換器用プレート３１を提供できる。

【0037】

また本実施形態の第１熱交換器用プレート３１は、第１切欠き３１４Ａよりも下流側に位置し、第１流体Ｆ１の流れ方向において第１切欠き３１４Ａと隣り合う１以上の隣接切欠き３１３を備える。本例では、第４切欠き３１４Ｄが隣接切欠き３１３に該当する。そして、第１切欠き３１４Ａと隣接切欠き３１３との間の最短距離である隣接距離（寸法Ａ）が並列流路３１８の全長に対して２５％以上且つ９０％未満となる。この隣接距離は、並列流路３１８の全長に対して２５％以上且つ３５％未満であることがより好ましい。
第１切欠き３１４Ａと隣接切欠き３１３とが、流れ方向において互いに近接し過ぎると、隣接切欠き３１３によって形成される連通路３１６（本例では第４連通路３１６Ｄ）での第１流体Ｆ１の流動が過剰に弱くなり、複数本の並列流路３１８の間における第１流体Ｆ１の混流が起こりづらくなる。この点、上記構成によれば、第１切欠き３１４Ａと隣接切欠き３１３が適度に互いに離れるので、連通路３１６での第１流体Ｆ１の流動を適正化でき、複数本の並列流路３１８における第１流体Ｆ１の混ざり合いを促進できる。よって、高い熱通過率を実現した熱交換器用プレートを実現できる。

【0038】

なお、本開示は第４切欠き３１４Ｄが隣接切欠き３１３に該当する実施形態に限定されない。第２切欠き３１４Ｂ、第３切欠き３１４Ｃ、または第４切欠き３１４Ｄのうちで、第４切欠き３１４Ｄが設けられない実施形態では、第３切欠き３１４Ｃが第１切欠き３１４Ａと第１流体Ｆ１の流れ方向において隣り合う隣接切欠き３１３に該当する。この場合の上記隣接距離は、並列流路３１８の全長に対して５０％以上６０％未満であることが好ましい。

【0039】

本実施形態では、上述したように、１以上の切欠き３１４は、第１切欠き３１４Ａと第２切欠き３１４Ｂとを備える。上記構成によれば、第１切欠き３１４Ａよりも下流側にある第２切欠き３１４Ｂによって形成される連通路３１６である第２連通路３１６Ｂを介して、第１流体Ｆ１が複数本の並列流路３１８の間を流れることができる。従って、第１流体Ｆ１が複数本の並列流路３１８の間で適度に混流することができる。よって、複数本の並列流路３１８の間における第１流体Ｆ１の偏流を抑制することができ、熱交換器用プレートは高い熱通過率を達成することができる。

【0040】

本実施形態の第２距離（図４の例では寸法Ｌ２）は、並列流路３１８の全長に対して、１０％以上且つ３５％以下である。発明者らの知見によれば、入口ヘッダ３１１に気液２相状態の第１流体Ｆ１が供給されるように第１熱交換器用プレート３１が使用される場合、複数本の並列流路３１８の上流側では、並列流路３１８に応じて乾き度の違いが現れる傾向にある。特に入口ヘッダ３１１を形成する第１開口１１１のうちで上流側の部位（第１連通口４１に近い部位）と接続する並列流路３１８では第１流体Ｆ１の乾き度が大きくなる傾向にあり、該並列流路３１８の流れ方向の下流側ではドライアウトが生じ易くなる傾向になる。一方で、並列流路３１８を流れる液相の第１流体Ｆ１の液膜は薄い方が高い熱通過率が発揮される。従って、ドライアウトが生じうる並列流路３１８に別の並列流路３１８から第１流体Ｆ１が流入する位置は、ドライアウトが生じうる位置に対して近接することが好ましい。この点、上記構成によれば、第２切欠き３１４Ｂによって規定される第２連通路３１６Ｂが出口ヘッダ３１２から適度に離れることにより、ドライアウトの発生が見込まれる領域よりも僅かに上流側で、第１流体Ｆ１の混流が促進される。よって、第１熱交換器用プレート３１は、熱通過率の低下を抑制しつつ、第１流体Ｆ１のドライアウトを効果的に抑制することができる。

【0041】

既述の通り、本実施形態の切欠き３１４は、さらに、１以上の第３切欠き３１４Ｃを備える。第３切欠き３１４Ｃは、第１切欠き３１４Ａと第２切欠き３１４Ｂとの間に位置し、第１流体Ｆ１の流れ方向において第２切欠き３１４Ｂと隣り合う。入口ヘッダ３１１と第３切欠き３１４Ｃとの間の距離（寸法Ｂ）は、並列流路３１８の全長に対して、５０％以上且つ６０％未満である。上記構成によれば、第３切欠き３１４Ｃによって形成される連通路３１６である第３連通路３１６Ｃを介して、複数本の並列流路３１８の間で第１流体Ｆ１は混流する。第１流体Ｆ１が混流する機会が増大するうえに、第１切欠き３１４Ａと第３切欠き３１４Ｃとが、適度に互いに離れているので、第３連通路３１６Ｃにおける第１流体Ｆ１の流動を確保することができ、複数本の並列流路３１８の間での第１流体Ｆ１の混流をさらに効果的に促進することができる。

【0042】

既述の通り、本実施形態の切欠き３１４は、１以上の第４切欠き３１４Ｄを備える。第４切欠き３１４Ｄは、第１切欠き３１４Ａと第２切欠き３１４Ｂとの間に位置し、第１流体Ｆ１の流れ方向に第１切欠き３１４Ａと隣り合う。そして、入口ヘッダ３１１と第４切欠き３１４Ｄとの間の最短の距離（寸法Ａ）は、並列流路３１８の全長に対して２５％以上且つ３５％未満である。上記構成によれば、第１切欠き３１４Ａと第２切欠き３１４Ｂとの間にある第４切欠き３１４Ｄによって形成される連通路３１６である第４連通路３１６Ｄを介して、複数本の並列流路３１８の間で第１流体Ｆ１は混流する。第１流体Ｆ１が混流する機会が増大するうえに、第１切欠き３１４Ａと第４切欠き３１４Ｄとが、適度に互いに離れているので、第４連通路３１６Ｄにおける第１流体Ｆ１の流動を確保することができ、複数本の並列流路３１８の間での第１流体Ｆ１の混流をさらに効果的に促進することができる。

【0043】

＜３．第２熱交換器用プレート３２の構成の詳細＞
図５を参照し、第２熱交換器用プレート３２の構成の詳細を例示する。第２熱交換器用プレート３２は、第１熱交換器用プレート３１の同様の構成を有する。具体的には、第２熱交換器用プレート３２は、第１開口２２１に形成される入口ヘッダ３２１と、第２開口２２２によって形成される出口ヘッダ３２２と、入口ヘッダ３２１と出口ヘッダ３２２の間に設けられる複数の仕切壁３２５とを備える。複数の仕切壁３２５は、入口ヘッダ３２１から出口ヘッダ３２２に向かう第２流体Ｆ２の流路を仕切るように設けられる。

【0044】

＜５．その他＞
本開示は、上記した幾つかの実施形態に限定されない。並列流路３１８は、並列流路３１８の全長に亘って直線状に延在する代わりに、ジグザグパターンに形成される流路を部分的に含んでもよい。ジグザグパターンは、湾曲するコーナーを有するパターン、及び、直線状に折れ曲がるコーナーを有するパターンを含む概念である。

【0045】

＜６．まとめ＞
本開示は、例えば以下のように把握される。

【0046】

１）本開示の少なくとも一実施形態に係る熱交換器用プレート（第１熱交換器用プレート３１）は、
第１開口（１１１）によって形成される入口ヘッダ（３１１）と、
第２開口（１２２）によって形成される出口ヘッダ（３１２）と、
前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かう流体（第１流体Ｆ１）の流路を複数本の並列流路（３１８）に仕切るように、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に設けられる複数の仕切壁（３１５）と、
前記複数の仕切壁を連結する連結部（３１７）と、
を備え、
前記複数の仕切壁のうち１以上の前記仕切壁は、前記流体の流れ方向における前記連結部の位置において切欠き（３１４）を有し、
前記切欠きを有する前記仕切壁を挟んで両側にある一対の前記並列流路は前記切欠きを介して互いに連通する。

【0047】

上記１）の構成によれば、両面エッチングを用いたコンパクトかつ高い熱通過率を有する熱交換器の製作において課題となる仕切壁や並列流路形状の変形、それによって生じる組立時の接合不良を防止できる。また、流体は、切欠きによって規定される連通路を介して、複数本の並列流路の間で移動することができる。これにより、乾き度の異なる流体が混流することができるので、複数本の並列流路における流体の流動様相が均等化する。従って、液相の流体が消失するドライアウトが並列流路で局所的に発生するのを抑制でき、熱交換器用プレートは高い熱通過率を実現できる。以上より、コンパクトさと高い熱通過率との双方を実現した熱交換器用プレートを提供できる。

【0048】

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の熱交換器用プレートであって、
前記連結部は、プレート厚さ方向における前記複数の仕切壁のそれぞれの両端のうち、一方側にあるそれぞれの一端（３１５Ａ）のみに連結される。

【0049】

発明者らの推察によれば、並列流路に流れる流体の圧力は大きく変動することがある。例えば、流体の気化に伴う気泡の発生または気泡の成長が特定の並列流路において起こると、該並列流路では流体圧力は大きく変動する。別の例を挙げると、流体が並列流路を流れるに従い流体の乾き度が増加すると、同様に流体圧力が大きく変動する。この点、上記２）の構成によれば、連結部が、プレート厚さ方向における各仕切壁の両端のうち一方側にある一端のみに連結される。従って、連結部は、並列流路を部分的に塞ぐ絞りとしても機能する。これにより、連結部において適度な圧力損失が発生し、上記のような圧力変動による複数本の並列流路間における圧力の差異を小さくすることができる。従って、切欠きによって規定される連通路を流体が流れ易くなるので、複数本の並列流路における流体の編流を抑制することができる。よって、熱交換器用プレートは、高い熱通過率を達成することができる。

【0050】

３）幾つかの実施形態では、上記１）または２）に記載の熱交換器用プレートであって、
前記切欠きは、前記複数の仕切壁のうち前記プレート厚さ方向における他方側の端（３１５Ｂ）に形成され、
前記切欠きの切欠き底（３０９）と、前記連結部の前記他方側の面（３１７Ｆ）は、前記プレート厚さ方向において互いに同じ位置にある。

【0051】

上記３）の構成によれば、切欠きによって規定される連通路を通過した流体は、連結部の他方側の面を伝って並列流路に流入することができる。流体が連結部を経由することで、連通路から並列流路に向かう流体の圧力損失が過大になることを抑制でき、連通路における流体の滞留を抑制することができる。これにより、複数本の並列流路における流体の編流を抑制することができ、熱交換器用プレートは、高い熱通過率を達成することができる。

【0052】

４）幾つかの実施形態では、上記２）または３）に記載の熱交換器用プレートであって、
前記連結部のうちで前記流体の前記流れ方向における上流端（３９９）は、下流側に向かって円弧状に凹む。

【0053】

上記４）の構成によれば、流れ方向に沿って流体が連結部を通過するときに発生する圧力損失が過大になるのを抑制することができ、連結部の上流側から下流側への流れ方向に沿った流体の流れが過度に弱まるのを抑制できる。つまり、切欠きによって規定される連通路における流体の流れが過度に支配的になるのを抑制できるので、複数本の並列流路の間における流体の流動様相を均等化することができる。

【0054】

５）幾つかの実施形態では、上記１）から４）のいずれかに記載の熱交換器用プレートであって、
前記流体の流れ方向において、前記連結部の両端はそれぞれ、前記切欠きの両端に対して外側に位置する。

【0055】

上記５）の構成によれば、連結部による仕切壁や並列流路形状の変形を防止できる。

【0056】

６）幾つかの実施形態では、上記１）から５）のいずれかに記載の熱交換器用プレート積層体（３０）は、
上記１）乃至５）の何れかに記載の複数の第１の熱交換器用プレート（第１熱交換器用プレート３１）を備える。

【0057】

上記６）の構成によれば、上記１）と同様の理由によって、コンパクトさと高い熱通過率との双方を実現した熱交換器用プレート積層体を提供できる。

【0058】

７）幾つかの実施形態では、上記６）に記載のマイクロチャンネル熱交換器は、
上記６）に記載の熱交換器用プレート積層体を備える。

【0059】

上記７）の構成によれば、上記１）と同様の理由によって、コンパクトさと高い熱通過率との双方を実現した熱交換器を提供できる。

【符号の説明】

【0060】

１ ：熱交換器（マイクロチャンネル熱交換器）
３０ ：プレート積層体
３１ ：第１熱交換器用プレート
３２ ：第２熱交換器用プレート
３５ ：プレート
１１１、１２２ ：第１開口
１２２、２２２ ：第２開口
３０９ ：切欠き底
３１１、３２１ ：入口ヘッダ
３１２、３２２ ：出口ヘッダ
３１４、３２４ ：切欠き
３１５、３２５ ：仕切壁
３１５Ａ ：一端
３１７、３２７ ：連結部
３１７Ｆ ：面
３１８、３２８ ：並列流路
３２５ ：仕切壁
３２７ ：連結部
３９９ ：上流端
Ｆ１ ：第１流体
Ｆ２ ：第２流体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】