WO2024135547A1 - 熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

熱交換器及び熱交換器の製造方法 Download PDF

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WO2024135547A1
WO2024135547A1 PCT/JP2023/044974 JP2023044974W WO2024135547A1 WO 2024135547 A1 WO2024135547 A1 WO 2024135547A1 JP 2023044974 W JP2023044974 W JP 2023044974W WO 2024135547 A1 WO2024135547 A1 WO 2024135547A1
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WO
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heat transfer
heat exchanger
transfer plate
flow path
plate
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PCT/JP2023/044974
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English (en)
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Inventor
賢太郎 佐川
Original Assignee
株式会社富士通ゼネラル
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and a method for manufacturing a heat exchanger.
  • a stacked heat exchanger is formed by stacking multiple heat transfer plates, each of which has flow paths formed in a metal plate by etching technology, and integrating the multiple heat transfer plates by diffusion bonding or the like (see, for example, Patent Document 1).
  • the multiple heat transfer plates are divided into first heat transfer plates and second heat transfer plates according to the fluids (first fluid and second fluid) that perform heat exchange, and the first heat transfer plates and second heat transfer plates are stacked alternately.
  • the first fluid and the second fluid may be the same fluid or different fluids.
  • the first fluid may be water and the second fluid a refrigerant.
  • a stacked heat exchanger metal plates of the same thickness are used as the first and second heat transfer plates, and flow paths of the same depth are formed in each metal plate.
  • the heat transfer coefficient and pressure loss of the two may differ depending on the physical properties of the fluids performing the heat exchange. This may result in an insufficient amount of heat exchange in the heat exchanger or an increase in the power required to circulate the fluid, which may reduce the refrigeration capacity and operating efficiency of the refrigeration equipment that uses the heat exchanger.
  • through holes may be formed in the heat transfer plate. These through holes are provided to connect the inlet and outlet of the stacked heat exchanger with the flow passages of each heat transfer plate, and allow the fluid to flow in and out of the stacked heat exchanger. It is preferable to form the flow passages and the through holes in the same etching process to suppress an increase in manufacturing costs. However, when the flow passages are formed shallow to obtain an optimal flow passage cross-sectional area, the following problems may occur.
  • the etching time is set to the time for forming the flow passages. For this reason, when a shallow flow passage is formed, the etching time is short, and the heat transfer plate cannot be penetrated in that etching process, and ultimately the flow passages and the through holes cannot be formed in the same etching process.
  • adding a process for forming the through holes increases the manufacturing cost.
  • the thickness of the bottom plate part of the flow passage may be thicker than the thickness of the bottom plate part of the flow passage of the other heat transfer plate.
  • the thickness of the bottom plate part need only be thick enough to satisfy the pressure resistance performance, but if the thickness is too thick, the material cost will increase. In addition, if the thickness of the bottom plate part of the flow passage is too thick, the thermal resistance due to heat conduction will increase, and the heat transfer performance of the heat exchanger will decrease.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger and a method for manufacturing a heat exchanger that suppresses increases in manufacturing costs and improves heat transfer characteristics.
  • a heat exchanger is a heat exchanger formed by stacking a plurality of heat transfer plates.
  • the plurality of heat transfer plates include first heat transfer plates and second heat transfer plates, and the first heat transfer plates and the second heat transfer plates are stacked alternately.
  • a first flow path is formed in the first heat transfer plate, and a second flow path is formed in the second heat transfer plate.
  • the second flow passage has a smaller cross-sectional area than the first flow passage.
  • Such a heat exchanger would prevent increases in manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • the thickness of the second heat transfer plate may be different from the thickness of the first heat transfer plate.
  • Such a heat exchanger would reduce manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • the thickness of the second heat transfer plate may be thinner than the thickness of the first heat transfer plate.
  • Such a heat exchanger would reduce manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • each of the first heat transfer plate and the second heat transfer plate has a bottom plate portion that serves as a partition between the first flow path and the second flow path, and the thickness of the bottom plate portion may be equal to or greater than a predetermined thickness.
  • Such a heat exchanger would reduce manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • the specified thickness may be 0.1 mm or more.
  • Such a heat exchanger would reduce manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • the depth of the first flow path may be 40% or more and 70% or less of the thickness of the first heat transfer plate
  • the depth of the second flow path may be 40% or more and 70% or less of the thickness of the second heat transfer plate
  • Such a heat exchanger would reduce manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • a through hole may be formed in each of the first heat transfer plate and the second heat transfer plate.
  • Such a heat exchanger would reduce manufacturing costs and improve heat transfer characteristics.
  • a method for manufacturing a heat exchanger is a method for manufacturing a heat exchanger as described above.
  • the first flow path and the second flow path are formed by etching.
  • This method of manufacturing a heat exchanger keeps manufacturing costs down and improves heat transfer characteristics.
  • a bottom plate portion that serves as a partition between the first flow path and the second flow path may be formed on each of the first heat transfer plate and the second heat transfer plate by etching, and the thickness of the bottom plate portion may be formed to a predetermined thickness or more.
  • This method of manufacturing a heat exchanger helps prevent increases in manufacturing costs and improves heat transfer characteristics.
  • a first through hole may be formed in the first heat transfer plate by etching, and a second through hole may be formed in the second heat transfer plate by etching, the first through hole may be formed by the same etching process as the first flow path, and the second through hole may be formed by the same etching process as the second flow path.
  • This method of manufacturing a heat exchanger helps prevent increases in manufacturing costs and improves heat transfer characteristics.
  • the first flow path, the second flow path, the first through hole, and the second through hole may be formed by the same etching process.
  • This method of manufacturing a heat exchanger helps prevent increases in manufacturing costs and improves heat transfer characteristics.
  • the present invention provides a heat exchanger and a method for manufacturing a heat exchanger that suppresses increases in manufacturing costs and improves heat transfer characteristics.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a heat exchanger according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a heat transfer plate in which a flow path is formed.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a metal plate.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a heat transfer plate.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process for forming a flow path and a through hole in a heat transfer plate.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of a heat transfer plate.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a heat exchanger according to this embodiment.
  • the direction in which the multiple metal plates 2A and 2B are stacked corresponds to the Z-axis direction
  • the direction from pipe 54 toward pipe 53 corresponds to the X-axis direction
  • the direction from pipe 51 toward pipe 52 corresponds to the Y-axis direction.
  • the heat exchanger 10 shown in FIG. 1 is applied to, for example, a stacked type microchannel heat exchanger.
  • the heat exchanger 10 has, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the heat exchanger 10 has a main surface 1u (upper surface), a main surface 1d (lower surface) opposite to the main surface 1u, and a side surface 1w along the stacking direction of the heat exchanger 10.
  • the side surface 1w is connected to the main surface 1u and the main surface 1d.
  • the side surface 1w is formed in the heat exchanger 10 along the direction in which the multiple metal plates 2A, 2B are stacked. In the state shown in FIG. 1, the side of the main surface 1u is the upper side of the heat exchanger 10, and the side of the main surface 1d is the lower side of the heat exchanger 10.
  • pipes 51, 52, 53, and 54 are joined to the heat exchanger 10.
  • each of the pipes 51, 52, 53, and 54 is joined to the main surface 1u of the heat exchanger 10.
  • first fluid a high-temperature fluid
  • second fluid a low-temperature fluid
  • a high-temperature fluid is water (including hot water; hereinafter, simply referred to as water).
  • An example of a low-temperature fluid is a refrigerant.
  • Heat exchanger 10 has multiple metal plates 2A, multiple metal plates 2B, multiple metal plates 3A, and multiple metal plates 3B.
  • Heat exchanger 10 is a laminate formed by bonding multiple metal plates 3A, multiple metal plates 2A, multiple metal plates 2B, and multiple metal plates 3B by diffusion bonding in the stacking order. Examples of diffusion bonding include solid-state bonding, hot pressure welding, and cold pressure welding.
  • the multiple metal plates 2A and 2B stacked between the multiple metal plates 3A and the multiple metal plates 3B are collectively called laminate 2.
  • the multiple metal plates 3A may be formed from a single metal plate having the same thickness as the multiple metal plates 3A
  • the multiple metal plates 3B may be formed from a single metal plate having the same thickness as the multiple metal plates 3B.
  • Each of the multiple metal plates 2A and the multiple metal plates 2B is a heat transfer plate.
  • the metal plate 2A is the first heat transfer plate
  • the metal plate 2B is the second heat transfer plate.
  • the laminate 2 has multiple heat transfer plates, including a first heat transfer plate and a second heat transfer plate.
  • the multiple metal plates 3A are lower outer shell plates.
  • the multiple metal plates 3B are upper outer shell plates. Between the multiple metal plates 3A and the multiple metal plates 3B, the multiple metal plates 2A and the multiple metal plates 2B are alternately stacked in the Z-axis direction. A flow path is formed in each of the multiple metal plates 2A and each of the multiple metal plates 2B (described later).
  • space 21 that communicates with pipe 51
  • space 22 that communicates with pipe 52
  • space 23 that communicates with pipe 53
  • space 24 that communicates with pipe 54.
  • Each of the spaces 21, 22, 23, and 24 is formed by forming a through hole (described later) in each of the multiple metal plates 2A and each of the multiple metal plates 2B before diffusion bonding, and these through holes are connected in the stacking direction.
  • heat exchanger 10 is formed by stacking multiple metal plates in the stacking direction, the height of heat exchanger 10 (length in the stacking direction) depends on the number of metal plates 2A, 2B, 3A, and 3B.
  • the pipes 51, 52, 53, and 54 are inserted, for example, from the side of the main surface 1u of the heat exchanger 10.
  • the pipes 51, 52, 53, and 54 are joined to the main surface 1u, for example, by brazing.
  • the pipes 51, 52, 53, and 54 are arranged so that the direction from the pipe 51 to the pipe 52 intersects with the direction from the pipe 53 to the pipe 54.
  • the metal plate 3B on the top layer of the heat exchanger 10 has holes 61 (inlet/outlet) into which the pipe 51 fits, holes 62 (inlet/outlet) into which the pipe 52 fits, holes 63 (inlet/outlet) into which the pipe 53 fits, and holes 64 (inlet/outlet) into which the pipe 54 fits.
  • Hole 61 communicates with space 21
  • hole 62 communicates with space 22
  • hole 63 communicates with space 23
  • hole 64 communicates with space 24.
  • a solder material (not shown) is provided between each of the pipes 51, 52, 53, 54 and the respective holes.
  • the holes into which the pipes 51, 52, 53, 54 fit are not limited to the top surface (main surface 1u) of the heat exchanger 10, but may be provided from the lowest metal plate 3A of the heat exchanger 10 toward the inside of the heat exchanger 10, or may be provided on each of the four side surfaces 1w.
  • the heat exchanger 10 of this embodiment also includes a structure in which the pipes 51, 52, 53, 54 are fitted and joined to the holes.
  • Figures 2(a) and (b) are schematic perspective views showing a heat transfer plate in which a flow path is formed.
  • Figure 2(a) shows the structure of metal plate 2A
  • Figure 2(b) shows the structure of metal plate 2B.
  • the metal plate 2A shown in FIG. 2(a) has a rectangular outer shape.
  • the metal plate 2A has a principal surface 2ua, a principal surface 2da opposite to the principal surface 2ua, and a side surface 2wa connected to the principal surface 2ua and the principal surface 2da.
  • the main surface 2ua of the metal plate 2A is provided with a plurality of groove-shaped flow paths 25A (first flow paths) that serve as flow paths for high-temperature fluid.
  • the number of the multiple flow paths 25A is not limited to the three shown in the figure. There may be one or more flow paths 25A formed in the metal plate 2A, and tens or hundreds of flow paths 25A may be formed. In the following, this embodiment will be described using three flow paths 25A as an example.
  • the multiple flow paths 25A are aligned in the X-axis direction, and each of the multiple flow paths 25A is formed to extend in the Y-axis direction.
  • the arrows shown in the flow paths 25A indicate the direction in which the high-temperature fluid flows.
  • each of the multiple flow paths 25A may be uniform at any point.
  • the shape of the flow paths 25A is not limited to being linear, and may be any curved shape, such as a sine wave shape or a sawtooth shape.
  • the multiple flow paths 25A are formed on one of the main surfaces 2ua of the metal plate 2A, for example, by half etching.
  • metal plate 2A has through holes 212A, 222A, 232A, and 242A near each of the four sides of its periphery.
  • Through holes 212A and 222A are aligned in the Y-axis direction and extend in the X-axis direction.
  • Through holes 232A and 242A are aligned in the X-axis direction and extend in the Y-axis direction.
  • One end of each of the multiple flow paths 25A is connected to through hole 212A, and the other end of each of the multiple flow paths 25A is connected to through hole 222A.
  • Each of the through holes 212A, 222A, 232A, and 242A is formed by connecting a hole formed by etching on one main surface 2ua of the metal plate 2A with a hole formed by etching on the other main surface 2da of the metal plate 2A.
  • each of the through holes 212A, 222A, 232A, and 242A is formed simultaneously with the multiple flow paths 25A by performing double-sided etching on the metal plate 2A.
  • the metal plate 2B shown in FIG. 2(b) has a rectangular outer shape.
  • the metal plate 2B has a main surface 2ub, a main surface 2db opposite to the main surface 2ub, and a side surface 2wb connected to the main surface 2ub and the main surface 2db.
  • the main surface 2ub of the metal plate 2B is provided with a plurality of groove-shaped flow paths 25B (second flow paths) that serve as flow paths for the low-temperature fluid.
  • the number of the plurality of flow paths 25B is not limited to the three shown in the figure.
  • the number of flow paths 25B may be one or more, and tens or hundreds of flow paths 25B may be formed in the metal plate 2B. In the following, in this embodiment, three flow paths 25B will be described as an example.
  • the multiple flow paths 25B are aligned in the Y-axis direction, and each of the multiple flow paths 25B is formed to extend in the X-axis direction.
  • the multiple flow paths 25B are provided in the metal plate 2B so as to intersect (for example, perpendicular to) the multiple flow paths 25A when the metal plate 2A and the metal plate 2B are laminated.
  • the arrows shown in the flow paths 25B indicate the direction in which the low-temperature fluid flows.
  • each of the multiple flow paths 25B may be uniform at any point.
  • the shape of the flow paths 25B is not limited to being linear, and may be any curved shape, such as a sine wave shape or a sawtooth shape.
  • the multiple flow paths 25B are formed on one of the main surfaces 2ub of the metal plate 2B by, for example, half etching.
  • metal plate 2B has through holes 212B, 222B, 232B, and 242B on each of the four sides of its periphery.
  • Through holes 212B and 222B are aligned in the Y-axis direction and extend in the X-axis direction.
  • Through holes 232B and 242B are aligned in the X-axis direction and extend in the Y-axis direction.
  • One end of each of the multiple flow paths 25B is connected to through hole 232B, and the other end of each of the multiple flow paths 25B is connected to through hole 242B.
  • Each of the through holes 212B, 222B, 232B, and 242B is formed by connecting a hole formed by etching on one main surface 2ub of the metal plate 2B with a hole formed by etching on the other main surface 2db of the metal plate 2B.
  • each of the through holes 212B, 222B, 232B, and 242B is formed simultaneously with the multiple flow paths 25B by performing double-sided etching on the metal plate 2B.
  • the process for forming the above flow paths and through holes can be etching before diffusion bonding, as well as laser processing, precision pressing, cutting, etc.
  • Figures 3(a) and (b) are schematic perspective views showing metal plates.
  • Figure 3(a) shows the structure of metal plate 3B
  • Figure 3(b) shows the structure of metal plate 3A.
  • the metal plate 3B shown in FIG. 3(a) has a rectangular outer shape.
  • the metal plate 3B has a main surface 3u and a main surface 3d opposite to the main surface 3u.
  • the metal plate 3B has through holes 601, 602, 603, and 604 near each of the four sides of its periphery, which penetrate between the main surface 3u and the main surface 3d.
  • the through holes 601, 602, 603, and 604 are formed in advance in each of the multiple metal plates 3B by, for example, laser processing, precision pressing, cutting, or etching before diffusion bonding.
  • the metal plate 3A shown in FIG. 3(b) has a rectangular outer shape. No through holes are formed in the metal plate 3A.
  • Heat transfer plates 2A, 2B and metal plates 3A, 3B have high thermal conductivity and are, for example, metal plates made of the same material. These metal plates are, for example, aluminum, stainless steel, copper, aluminum alloy, titanium, magnesium alloy, etc.
  • the heat exchanger 10 is manufactured, for example, according to the following procedure. For example, multiple metal plates 3A (FIG. 3(b)), 3B (FIG. 3(a)), 2A (FIG. 2(a)), and 2B (FIG. 2(b)) are prepared. Next, metal plates 2A (FIG. 2(a)) and 2B (FIG. 2(b)) are alternately stacked on top of multiple stacked metal plates 3A (FIG. 3(b)), and multiple metal plates 3B (FIG. 3(a)) are stacked on top of that. After this, the metal plates 3A, 2A, 2B, and 3B stacked in the stacking direction are pressurized from the stacking direction and diffusion-bonded to each other in a high-temperature vacuum atmosphere.
  • the through holes 212A formed in each of the metal plates 2A and the through holes 212B formed in each of the metal plates 2B communicate with each other to form the space 21
  • the through holes 222A formed in each of the metal plates 2A and the through holes 222B formed in each of the metal plates 2B communicate with each other to form the space 22
  • the through holes 232A formed in each of the metal plates 2A and the through holes 232B formed in each of the metal plates 2B communicate with each other to form the space 23
  • the through holes 242A formed in each of the metal plates 2A and the through holes 242B formed in each of the metal plates 2B communicate with each other to form the space 24.
  • the flow path 25A provided in the metal plate 2A communicates with the spaces 21 and 22
  • the flow path 25B provided in the metal plate 2B communicates with the spaces 23 and 24.
  • the through holes 601 formed in each of the multiple metal plates 3B communicate with each other to form hole portion 61
  • the through holes 602 formed in each of the multiple metal plates 3B communicate with each other to form hole portion 62
  • the through holes 603 formed in each of the multiple metal plates 3B communicate with each other to form hole portion 63
  • the through holes 604 formed in each of the multiple metal plates 3B communicate with each other to form hole portion 64.
  • pipe 51 is joined to hole 61
  • pipe 52 is joined to hole 62
  • pipe 53 is joined to hole 63
  • pipe 54 is joined to hole 64.
  • Figures 4(a) and (b) are schematic cross-sectional views showing the cross section of a heat transfer plate.
  • Figure 4(a) shows the cross-sectional structure cut along line A1-A2 of metal plate 2A shown in Figure 2(a).
  • Figure 4(b) shows the cross-sectional structure cut along line B1-B2 of metal plate 2B shown in Figure 2(b).
  • the heat transfer plate 2A has a plurality of flow paths 25A aligned in the X-axis direction and extending in the Y-axis direction.
  • the depth 2A1 of each of the plurality of flow paths 25A is 40% to 70%, preferably 50% to 70%, of the plate thickness 2At of the heat transfer plate 2A.
  • the heat transfer plate 2A has through holes 232A and 242A that penetrate between the main surface 2ua and the main surface 2da.
  • the through holes 212A and 222A shown in FIG. 2(a) are not shown in FIG. 4(a).
  • the region between the broken line 2AL and the main surface 2da is the bottom plate portion 26A of the heat transfer plate 2A.
  • the bottom plate portion 26A functions as a partition between the flow path 25A of the heat transfer plate 2A and the flow path 25B of the heat transfer plate 2B.
  • the thickness 2A2 of the bottom plate portion 26A is formed to be thick enough (a predetermined thickness) or more to meet the pressure resistance performance against the pressure of a fluid (e.g., a high-temperature fluid) when the fluid flows through the flow path 25A.
  • a fluid e.g., a high-temperature fluid
  • the predetermined thickness is 0.1 mm or more.
  • the plate thickness 2At is 0.3 mm
  • the depth 2A1 is 0.2 mm
  • the thickness 2A2 is 0.1 mm.
  • the heat transfer plate 2B has a plurality of flow paths 25B arranged in the Y-axis direction and extending in the X-axis direction.
  • the depth 2B1 of each of the plurality of flow paths 25B is 40% to 70%, preferably 50% to 70%, of the plate thickness 2Bt of the heat transfer plate 2B.
  • the heat transfer plate 2B also has through holes 212B and 222B penetrating between the main surface 2ub and the main surface 2db.
  • the through holes 232B and 242B shown in FIG. 2(b) are not shown in FIG. 4(b).
  • the depth 2B1 is formed shallower than the depth 2A1 of the flow path 25A of the heat transfer plate 2A.
  • the plate thickness 2Bt of the heat transfer plate 2B is the same as the plate thickness 2At of the heat transfer plate 2A, and the width of the flow path 25B in the Y-axis direction is the same as the width of the flow path 25A in the X-axis direction.
  • the region between the broken line 2BL and the main surface 2db is the bottom plate portion 26B of the heat transfer plate 2B.
  • the bottom plate portion 26B functions as a partition between the flow path 25A of the heat transfer plate 2A and the flow path 25B of the heat transfer plate 2B.
  • the thickness 2B2 of the bottom plate portion 26B is formed to a thickness (predetermined thickness) or more that satisfies the pressure resistance performance against the pressure of a fluid (e.g., a low-temperature fluid) when the fluid flows through the flow path 25B.
  • a thickness predetermined thickness
  • the predetermined thickness is 0.1 mm or more.
  • the plate thickness 2Bt is 0.3 mm
  • the depth 2B1 is 0.15 mm
  • the thickness 2B2 is 0.15 m.
  • Figures 5(a) to 5(d) are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process for forming flow paths and through holes in a heat transfer plate.
  • Figures 5(a) and (b) show the manufacturing process for forming flow paths 25A and through holes 232A and 242A in heat transfer plate 2A.
  • Figures 5(c) and (d) show the manufacturing process for forming flow paths 25B and through holes 212B and 222B in heat transfer plate 2B.
  • mask members 2Am are placed on the main surfaces 2ua, 2da and side surfaces 2wa of the heat transfer plate 2A so that the areas where the flow paths 25A and the through holes 232A and 242A are to be formed are exposed. At this time, the mask members 2Am are placed so that the areas where the through holes 212A and 222A are to be formed are also exposed.
  • the heat transfer plate 2A with the mask member 2Am exposed is subjected to a wet etching process to form a flow path 25A and through holes 232A and 242A in the heat transfer plate 2A.
  • through holes 212A and 222A are also formed.
  • a half-etching process is performed from the main surface 2ua side to form the flow path 25A, and a double-sided etching process is performed from the main surface 2ua and the main surface 2da to form the through holes 212A, 222A, 232A, 242A.
  • a half-etching process is performed to form the flow path 25A, a metal portion of a certain thickness remains between the flow path 25A and the main surface 2da, and the bottom plate portion 26A is formed on the main surface 2da side.
  • the flow path 25A and the through holes 212A, 222A, 232A, 242A are formed in the same etching process.
  • mask members 2Bm are placed on the main surfaces 2ub, 2db and side surfaces 2wb of the heat transfer plate 2B so that the areas where the flow paths 25B and the through holes 212B, 222B are to be formed are exposed. At this time, the mask members 2Bm are placed so that the areas where the through holes 232B, 232B are to be formed are also exposed.
  • a wet etching process is performed on the heat transfer plate 2B with the mask member 2Bm exposed, and a flow path 25B and through holes 212B, 212B are formed in the heat transfer plate 2B.
  • through holes 232B, 242B are also formed.
  • half etching is performed from the main surface 2ub side to form the flow passage 25B, and double-sided etching is performed from the main surface 2ub and the main surface 2db to form the through holes 212B, 222B, 232B, and 242B.
  • half etching is performed to form the flow passage 25B, a metal portion of a certain thickness remains between the flow passage 25B and the main surface 2db, and the bottom plate portion 26B is formed on the main surface 2db side.
  • the flow passage 25B and the through holes 212B, 222B, 232B, and 242B are formed in the same etching process.
  • the time for which heat transfer plate 2B is exposed to the etching solution may be shorter than the time for which heat transfer plate 2A is exposed to the etching solution, and flow paths 25A, 25B, through holes 212A, 222A, 232A, 242A, and through holes 212B, 222B, 232B, 242B may be formed by the same etching process. Since the time for which heat transfer plate 2B is exposed to the etching solution is shorter than the time for which heat transfer plate 2A is exposed to the etching solution, flow paths 25B are formed shallower than flow paths 25A.
  • the number of flow paths 25A formed in heat transfer plate 2A (e.g., three) is the same as the number of flow paths 25B formed in heat transfer plate 2B (e.g., three), and each flow path is formed to have the same width.
  • the depth 2B1 of flow paths 25B in heat transfer plate 2B is shallower than the depth 2A1 of flow paths 25A in heat transfer plate 2A.
  • the flow path cross-sectional area of flow path 25B is smaller than the flow path cross-sectional area of flow path 25A.
  • the flow path cross-sectional area means the area of the cross section when the flow path is cut in a direction perpendicular to the direction in which the fluid flows through the flow path and the bottom of the flow path (the total area of the flow path cross-sectional areas of the three flow paths).
  • water is passed through flow path 25A, which has a larger cross-sectional area, and a refrigerant is passed through flow path 25B.
  • flow rate of water is relatively slower when it passes through flow path 25A than when it passes through flow path 25B. Therefore, the heat transfer rate of water that passes through flow path 25A is relatively low.
  • the heat transfer coefficient of water is greater than that of the refrigerant. Therefore, even if the heat transfer coefficient of water decreases relatively, the heat transfer coefficient of the heat exchanger as a whole is less affected. This is because the heat transfer coefficient of the heat exchanger as a whole is greatly affected by the fluid with a low heat transfer coefficient.
  • the depth of the flow path is formed by etching to a length of 40% to 70% of the plate thickness of the heat transfer plate.
  • the plate thickness of both heat transfer plates 2A and 2B is 0.3 mm, and as an example, the depth 2A1 of flow path 25A of heat transfer plate 2A is 0.2 mm, and the depth 2B1 of flow path 25B of heat transfer plate 2B is 0.15 mm. Therefore, even if the etching time is set to the time for forming the flow path, the through hole can be formed by double-sided etching, and the through hole and the flow path can be formed in the same etching process. Therefore, a separate process for forming the through hole is not required, and an increase in manufacturing costs can be suppressed.
  • the thickness of the bottom plate portion of the heat transfer plate is formed to a thickness sufficient to withstand the pressure of the fluid.
  • the thickness 2A2 of the bottom plate portion 26A of the heat transfer plate 2A is 0.1 mm
  • the thickness 2B2 of the bottom plate portion 26B of the heat transfer plate 2B is 0.15 mm. Therefore, the bottom plate portion does not become excessively thick, and an increase in material costs is suppressed. Furthermore, with a bottom plate portion of this thickness, an increase in thermal resistance due to the bottom plate portion is suppressed, and a decrease in the heat transfer performance of the heat exchanger is suppressed.
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view showing another example of a heat transfer plate.
  • the plate thickness of heat transfer plate 2A and the plate thickness of heat transfer plate 2B may be different.
  • its plate thickness 2Bta is thinner than the plate thickness 2At of heat transfer plate 2A.
  • the thickness of bottom plate portion 26B is formed to a thickness that satisfies the pressure resistance performance against the pressure of the flowing fluid.
  • the thickness 2B2a of bottom plate portion 26B is formed to be 0.1 mm or more.
  • the depth 2B1a of each of the multiple flow paths 25B is formed to be 40% to 70% of the plate thickness 2Bta of the heat transfer plate 2B, and preferably 50% to 70%.
  • the plate thickness 2Bta is 0.2 mm
  • the depth 2B1a is 0.1 mm
  • the thickness 2B2a is 0.1 mm.
  • the depth of flow path 25B is formed by etching to a length of 40% to 70% of the thickness of heat transfer plate 2B, so that through holes 212B, 222B, 232B, and 242B can be formed by double-sided etching in the same etching process as flow path 25B. This eliminates the need for a separate process for forming the through holes, and suppresses the increase in manufacturing costs.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and can of course be modified in various ways.
  • the thickness of each of the heat transfer plates 2A and 2B may be the same, and the depth of the flow path 25A and the depth of the flow path 25B may be the same.
  • the depth of each flow path is formed to be 40% to 70% of the thickness of the heat transfer plate.
  • the through holes and the flow paths can be formed in the same etching process by using double-sided etching to form the through holes.
  • Each embodiment is not limited to being an independent form, and can be combined as far as technically possible.

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Abstract

【課題】製造コストの上昇を抑え、伝熱特性を向上させた熱交換器を提供する。 【解決手段】上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱交換器は、複数の伝熱板が積層され形成された熱交換器である。上記複数の伝熱板は、第１伝熱板と第２伝熱板とを有し、上記第１伝熱板と上記第２伝熱板とが交互に積層される。上記第１伝熱板には第１流路が形成され、上記第２伝熱板には第２流路が形成される。上記第２流路の流路断面積は、上記第１流路の流路断面積より小さい。

Description

熱交換器及び熱交換器の製造方法
　本発明は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。
　積層型熱交換器は、金属板にエッチング技術によって流路が形成された複数の伝熱板を積層し、拡散接合等によって複数の伝熱板を一体化することで形成される（例えば、特許文献１参照）。複数の伝熱板は、熱交換を行う流体（第１流体と第２流体）に応じて第１伝熱板と第２伝熱板とに分けられ、第１伝熱板と第２伝熱板とが交互に積層される。第１流体と第２流体は同じ流体であってもよく、異なる流体であってもよい。例えば、第１流体を水、第２流体を冷媒としてもよい。
　積層型熱交換器では、第１伝熱板及び第２伝熱板として、同じ板厚の金属板を用い、それぞれの金属板に同じ深さの流路を形成している。この際、第１流体として水、第２流体として冷媒を使用すると、熱交換を行う流体の物性により両者の熱伝達率や圧力損失が異なる場合がある。これにより、熱交換器における熱交換量が十分でなくなったり、流体を流す動力が大きくなったりして、熱交換器を用いる冷凍装置の冷凍能力や運転効率が低下する虞がある。
　このような状況のなか、積層型熱交換器と似た構造を有するプレート式熱交換器においては、熱交換器内における、第１流体の流路断面積と第２流体の流路断面積とを異ならせる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。例えば、この技術では、第１流体の熱伝達率及び圧力損失が第２流体より大きい場合に、第１流体の流路断面積を第２流体の流路断面積よりも大きくする。これにより、第１流体の流速が減少することで第１流体の圧力損失が低減される。一方で、第２流体の流速は減少しないため第２流体の熱伝達率が低下せず、伝熱性能の低下を抑えながら第１流体の搬送動力を軽減できる。
特開２０１５－１９０７０５号公報 特開平１０－２８８４８０号公報
　これに対し、積層型熱交換器では、異なる流体用の伝熱板として、未だ同じ板厚の金属板を用い、それぞれに同じ深さの流路を形成しているのが現状である。すなわち、積層型熱交換器では、流体の特性に適合させて流路断面積を変更することが行われておらず、流体の特性に適合させた最適な伝熱設計がなされていない。
　さらに、積層型熱交換器では、伝熱板に流路のほかに貫通孔を形成する場合がある。この貫通孔は、積層型熱交換器の流出入口と各々の伝熱板の流路を接続し、流体を積層型熱交換器に流入もしくは流出させるために設けられる。流路と貫通孔とは、製造コストの上昇を抑えるために同じエッチング工程で形成することが好ましい。しかしながら、最適な流路断面積を得るために流路を浅く形成する場合には、次の不具合が起き得る。例えば、積層された伝熱板間での隔壁として機能する底板部を備えた伝熱板では、流路と伝熱板を貫通する貫通孔とを同じエッチング工程で加工する場合、エッチング時間は、流路を形成する時間に設定される。このため、浅い流路を形成する場合はエッチング時間が短くなり、そのエッチング工程で伝熱板を貫通させることができず、結局、流路と貫通孔とを同じエッチング工程で形成することができなくなる。ここで、貫通孔を形成する工程を追加してしまうと、製造コストが上昇してしまう。
　また、同じ板厚の伝熱板の一方に浅い流路を形成する場合、流路の底板部の厚さが他方の伝熱板の流路の底板部の厚さより厚くなる場合がある。底板部の厚さは、耐圧性能を満たすほどの厚さであれば足り、その厚さが厚くなると、材料コストの上昇を招く。また、流路の底板部の厚さが厚くなると熱伝導による熱抵抗が増加するため、熱交換器の伝熱性能が低下してしまう。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑え、伝熱特性を向上させた熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱交換器は、複数の伝熱板が積層され形成された熱交換器である。
　上記複数の伝熱板は、第１伝熱板と第２伝熱板とを有し、上記第１伝熱板と上記第２伝熱板とが交互に積層される。
　上記第１伝熱板には第１流路が形成され、上記第２伝熱板には第２流路が形成される。
　上記第２流路の流路断面積は、上記第１流路の流路断面積より小さい。
　このような熱交換器であれば、製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器においては、上記第２伝熱板の板厚は、上記第１伝熱板の板厚とは異なってもよい。
　このような熱交換器であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器においては、上記第２伝熱板の板厚は、上記第１伝熱板の板厚より薄くてもよい。
　このような熱交換器であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器においては、上記第１伝熱板及び上記第２伝熱板のそれぞれは、上記第１流路と上記第２流路との間の隔壁となる底板部を有し、上記底板部の厚さが所定の厚さ以上であってもよい。
　このような熱交換器であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器においては、上記所定の厚さは、０．１ｍｍ以上であってもよい。
　このような熱交換器であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器においては、上記第１流路の深さは、上記第１伝熱板の板厚の４０％以上７０％以下であり、上記第２流路の深さは、上記第２伝熱板の板厚の４０％以上７０％以下であってもよい。
　このような熱交換器であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器においては、上記第１伝熱板及び上記第２伝熱板のそれぞれには貫通孔が形成されてもよい。
　このような熱交換器であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱交換器の製造方法は、上記のいずれか一つに記載された熱交換器の製造方法である。上記第１流路及び上記第２流路は、エッチングによって形成される。
　このような熱交換器の製造方法であれば、製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器の製造方法においては、上記第１伝熱板及び上記第２伝熱板のそれぞれに、エッチングによって上記第１流路と上記第２流路との間の隔壁となる底板部を形成し、上記底板部の厚さを所定の厚さ以上に形成してもよい。
　このような熱交換器の製造方法であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器の製造方法においては、上記第１伝熱板にエッチングによって第１貫通孔と、上記第２伝熱板にエッチングによって第２貫通孔とを形成し、上記第１貫通孔を、上記第１流路を形成するエッチング工程と同じ工程によって形成し、上記第２貫通孔を、上記第２流路を形成するエッチング工程と同じ工程によって形成してもよい。
　このような熱交換器の製造方法であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　上記の熱交換器の製造方法においては、上記第１流路、上記第２流路、上記第１貫通孔、及び上記第２貫通孔を、同じエッチング工程によって形成してもよい。
　このような熱交換器の製造方法であれば、より製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性が向上する。
　以上述べたように、本発明によれば、製造コストの上昇が抑えられ、伝熱特性を向上させた熱交換器及び熱交換器の製造方法が提供される。
本実施形態に係る熱交換器の一例を示す模式的斜視図である。 流路が形成された伝熱板を示す模式的斜視図である。 金属板を示す模式的斜視図である。 伝熱板の断面を示す模式的断面図である。 伝熱板に流路と貫通孔とを形成する製造工程を示す模式的断面図である。 伝熱板の別の例を示す模式的断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。
　図１は、本実施形態に係る熱交換器の一例を示す模式的斜視図である。本実施形態では、複数の金属板２Ａ、２Ｂが積層された方向（積層方向）がＺ軸方向に対応し、配管５４から配管５３に向かう方向がＸ軸方向に対応し、配管５１から配管５２に向かう方向がＹ軸方向に対応する。
　図１に示す熱交換器１０は、例えば、積層型マイクロ流路熱交換器に適用される。熱交換器１０は、例えば、略直方体形状をしている。熱交換器１０は、主面１ｕ（上面）と、主面１ｕとは反対側の主面１ｄ（下面）と、熱交換器１０の積層方向に沿った側面１ｗとを有する。側面１ｗは、主面１ｕと主面１ｄとに連設されている。側面１ｗは、熱交換器１０において、複数の金属板２Ａ、２Ｂが積層された方向に沿って形成される。また、図１に示す状態において、主面１ｕの側が熱交換器１０の上側、主面１ｄの側が熱交換器１０の下側であるとする。
　熱交換器１０には、例えば、配管５１、５２、５３、５４が接合される。例えば、図１の例では、配管５１、５２、５３、５４のそれぞれが熱交換器１０の主面１ｕに接合されている。例えば、高温の流体（第１流体）が熱交換器１０の配管５１から流入すると、流体は、熱交換器１０の内部を経由し、配管５２から流出する。一方、低温の流体（第２流体）が配管５３から流入すると、流体は、熱交換器１０の内部を経由し、配管５４から流出する。高温の流体としては、例えば、水（温水を含む。以下、単に水とする）があげられる。低温の流体としては、例えば、冷媒があげられる。
　熱交換器１０は、複数の金属板２Ａと、複数の金属板２Ｂと、複数の金属板３Ａと、複数の金属板３Ｂとを有する。熱交換器１０は、複数の金属板３Ａ、複数の金属板２Ａ、複数の金属板２Ｂ、及び複数の金属板３Ｂのそれぞれが、この積層順に拡散接合により接合され形成された積層体である。拡散接合としては、固相接合、熱間圧接、冷間圧接等があげられる。複数の金属板３Ａと複数の金属板３Ｂとの間に積層された複数の金属板２Ａ、２Ｂをまとめて積層体２とする。また、複数の金属板３Ａは、複数の金属板３Ａの厚さと同じ厚さを持つ一枚の金属板によって形成されてもよく、複数の金属板３Ｂは、複数の金属板３Ｂの厚さと同じ厚みを持つ一枚の金属板によって形成されてもよい。
　複数の金属板２Ａ及び複数の金属板２Ｂのそれぞれは、伝熱板である。本実施形態では、金属板２Ａを第１伝熱板、金属板２Ｂを第２伝熱板とする。換言すれば、積層体２は、複数の伝熱板を有し、この複数の伝熱板は、第１伝熱板と第２伝熱板とを含む。また、複数の金属板３Ａは、下側外殻板である。複数の金属板３Ｂは、上側外殻板である。複数の金属板３Ａと複数の金属板３Ｂとの間では、Ｚ軸方向に、複数の金属板２Ａと、複数の金属板２Ｂとが交互に積層されている。複数の金属板２Ａのそれぞれ及び複数の金属板２Ｂのそれぞれには、流路が形成されている（後述）。
　積層体２の内部には、配管５１に通じる空間部２１と、配管５２に通じる空間部２２と、配管５３に通じる空間部２３と、配管５４に通じる空間部２４とが形成されている。空間部２１、２２、２３、２４のそれぞれは、拡散接合前に複数の金属板２Ａのそれぞれ及び複数の金属板２Ｂのそれぞれに貫通孔（後述）が形成され、これらの貫通孔が積層方向に連通して形成されたものである。
　また、図１では、積層方向に積層した複数の金属板のそれぞれの境界に実線が描かれているが、拡散接合された熱交換器１０では、このような実線は視認されることなく消滅することがある。また、複数の金属板が積層方向に積層されて熱交換器１０が形成されることから、熱交換器１０の高さ（積層方向における長さ）は、金属板２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂのそれぞれの枚数に依存する。
　配管５１、５２、５３、５４は、例えば、熱交換器１０の主面１ｕの側から挿入される。配管５１、５２、５３、５４は、例えば、主面１ｕにロウ付けにより接合される。例えば、配管５１から配管５２に向かう方向と、配管５３から配管５４に向かう方向とが交差するように配管５１、５２、５３、５４が配置される。
　熱交換器１０の最上層の金属板３Ｂからは、熱交換器１０の内部に向かって配管５１が嵌合する孔部６１（流出入口）と、配管５２が嵌合する孔部６２（流出入口）と、配管５３が嵌合する孔部６３（流出入口）と、配管５４が嵌合する孔部６４（流出入口）とが設けられている。孔部６１は、空間部２１に連通し、孔部６２は、空間部２２に連通し、孔部６３は、空間部２３に連通し、孔部６４は、空間部２４に連通している。
　配管５１、５２、５３、５４のそれぞれと、それぞれの孔部との間には、ロウ材（不図示）が設けられている。配管５１、５２、５３、５４が嵌合する孔部は、熱交換器１０の上面（主面１ｕ）とは限らず、熱交換器１０の最下層の金属板３Ａから熱交換器１０の内部に向かって設けられてもよく、４つの側面１ｗのそれぞれに設けられてもよい。配管５１、５２、５３、５４が孔部に嵌合され接合された構造も、本実施形態の熱交換器１０に含まれる。
　図２（ａ）、（ｂ）は、流路が形成された伝熱板を示す模式的斜視図である。図２（ａ）には、金属板２Ａの構造が示され、図２（ｂ）には、金属板２Ｂの構造が示されている。
　図２（ａ）に示す金属板２Ａは、その外形形状が矩形状になっている。金属板２Ａは、主面２ｕａと、主面２ｕａとは反対側の主面２ｄａと、主面２ｕａと主面２ｄａとに連なる側面２ｗａとを有する。
　金属板２Ａの主面２ｕａには、高温流体の流路となる、溝状の流路２５Ａ（第１流路）が複数、設けられている。複数の流路２５Ａの数は、図示される３本には限らない。流路２５Ａは、金属板２Ａに１本以上となって形成されていればよく、数十本、数百本が形成されてもよい。以下、本実施形態では、３本の流路２５Ａを例に説明する。複数の流路２５Ａが金属板２Ａに形成された場合、複数の流路２５Ａは、Ｘ軸方向に並び、複数の流路２５Ａのそれぞれは、Ｙ軸方向に延びて形成される。流路２５Ａ内に示された矢印は、高温流体が流れる方向を意味する。
　複数の流路２５Ａのそれぞれの深さはいずれの箇所でも均一であってよい。また、流路２５Ａの形状は直線状に限らず、正弦波状、鋸歯状など任意の曲線状でもよい。複数の流路２５Ａは、金属板２Ａの一方の主面２ｕａに、例えば、ハーフエッチング加工によって形成される。
　また、金属板２Ａには、その外周の４辺のそれぞれの近傍に、貫通孔２１２Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ、２４２Ａが設けられている。貫通孔２１２Ａと貫通孔２２２Ａとは、Ｙ軸方向に並び、Ｘ軸方向に延びて形成される。貫通孔２３２Ａと貫通孔２４２Ａとは、Ｘ軸方向に並び、Ｙ軸方向に延びて形成される。貫通孔２１２Ａには、複数の流路２５Ａのそれぞれの一方の端が連通し、貫通孔２２２Ａには、複数の流路２５Ａのそれぞれの他方の端が連通する。
　貫通孔２１２Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ、２４２Ａのそれぞれは、金属板２Ａの一方の主面２ｕａにエッチング加工によって形成する孔と、金属板２Ａの他方の主面２ｄａにエッチング加工によって形成する孔とを主面間において繋げ合わすことにより形成される。すなわち、貫通孔２１２Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ、２４２Ａのそれぞれは、金属板２Ａに両面エッチング加工を施すことによって、複数の流路２５Ａと同時に形成される。
　図２（ｂ）に示す金属板２Ｂは、その外形形状が矩形状になっている。金属板２Ｂは、主面２ｕｂと、主面２ｕｂとは反対側の主面２ｄｂと、主面２ｕｂと主面２ｄｂとに連なる側面２ｗｂとを有する。
　金属板２Ｂの主面２ｕｂには、低温流体の流路となる、溝状の流路２５Ｂ（第２流路）が複数、設けられている。複数の流路２５Ｂの数は、図示される３本には限らない。流路２５Ｂは、金属板２Ｂに１本以上となって形成されていればよく、数十本、数百本が形成されてもよい。以下、本実施形態では、３本の流路２５Ｂを例に説明する。複数の流路２５Ｂが金属板２Ｂに形成された場合、複数の流路２５Ｂは、Ｙ軸方向に並び、複数の流路２５Ｂのそれぞれは、Ｘ軸方向に延びて形成される。すなわち、複数の流路２５Ｂは、金属板２Ａと金属板２Ｂを積層したとき、複数の流路２５Ａと交差（例えば、直交）するように金属板２Ｂに設けられる。流路２５Ｂ内に示された矢印は、低温流体が流れる方向を意味する。
　複数の流路２５Ｂのそれぞれの深さはいずれの箇所でも均一であってよい。また、流路２５Ｂの形状は直線状に限らず、正弦波状、鋸歯状など任意の曲線状でもよい。複数の流路２５Ｂは、金属板２Ｂの一方の主面２ｕｂに、例えば、ハーフエッチング加工によって形成される。
　また、金属板２Ｂには、その外周の４辺のそれぞれに、貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂが設けられている。貫通孔２１２Ｂと貫通孔２２２Ｂとは、Ｙ軸方向に並び、Ｘ軸方向に延びて形成される。貫通孔２３２Ｂと貫通孔２４２Ｂとは、Ｘ軸方向に並び、Ｙ軸方向に延びて形成される。貫通孔２３２Ｂには、複数の流路２５Ｂのそれぞれの一方の端が連通し、貫通孔２４２Ｂには、複数の流路２５Ｂのそれぞれの他方の端が連通する。
　貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂのそれぞれは、金属板２Ｂの一方の主面２ｕｂにエッチング加工によって形成する孔と、金属板２Ｂの他方の主面２ｄｂにエッチング加工によって形成する孔とを主面間において繋げ合わすことにより形成される。すなわち、貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂのそれぞれは、金属板２Ｂに両面エッチング加工を施すことによって、複数の流路２５Ｂと同時に形成される。
　上記の流路、貫通孔を形成する処理は、拡散接合前におけるエッチング加工のほか、レーザ加工、精密プレス加工、切削加工などでもよい。
　図３（ａ）、（ｂ）は、金属板を示す模式的斜視図である。図３（ａ）には、金属板３Ｂの構造が示され、図３（ｂ）には、金属板３Ａの構造が示されている。
　図３（ａ）に示す金属板３Ｂは、その外形形状が矩形状になっている。金属板３Ｂは、主面３ｕと、主面３ｕとは反対側の主面３ｄとを有する。金属板３Ｂには、その外周の４辺のそれぞれの近傍に、主面３ｕと主面３ｄとの間を貫通する、貫通孔６０１、６０２、６０３、６０４が設けられている。貫通孔６０１、６０２、６０３、６０４は、例えば、拡散接合前に、レーザ加工、精密プレス加工、切削加工、またはエッチング加工などよって複数の金属板３Ｂのそれぞれに予め形成される。図３（ｂ）に示す金属板３Ａは、その外形形状が矩形状になっている。金属板３Ａには、貫通孔は形成されない。
　伝熱板２Ａ、２Ｂ、金属板３Ａ、３Ｂは、熱伝導率が高く、例えば、同じ材質の金属板である。これらの金属板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、銅、アルミニウム合金、チタン、マグネシウム合金等である。
　熱交換器１０の製造は、例えば、以下の手順で行われる。例えば、金属板３Ａ（図３（ｂ））、金属板３Ｂ（図３（ａ））、金属板２Ａ（図２（ａ））、及び金属板２Ｂ（図２（ｂ））のそれぞれが複数準備される。次に、複数に積層された金属板３Ａ（図３（ｂ））の上に、金属板２Ａ（図２（ａ））と金属板２Ｂ（図２（ｂ））とが交互に積層されて、さらにその上に、金属板３Ｂ（図３（ａ））が複数積層される。この後、積層方向に積層された金属板３Ａ、２Ａ、２Ｂ、３Ｂが、積層方向から加圧され、高温の真空雰囲気で互いに拡散接合される。
　拡散接合後、複数の金属板２Ａのそれぞれに形成された貫通孔２１２Ａと、複数の金属板２Ｂに形成された貫通孔２１２Ｂとが互いに連通して、空間部２１が形成され、複数の金属板２Ａのそれぞれに形成された貫通孔２２２Ａと、複数の金属板２Ｂに形成された貫通孔２２２Ｂとが互いに連通して、空間部２２が形成され、複数の金属板２Ａのそれぞれに形成された貫通孔２３２Ａと、複数の金属板２Ｂに形成された貫通孔２３２Ｂとが互いに連通して、空間部２３が形成され、複数の金属板２Ａのそれぞれに形成された貫通孔２４２Ａと、複数の金属板２Ｂに形成された貫通孔２４２Ｂとが互いに連通して、空間部２４が形成される。また、金属板２Ａに設けられた流路２５Ａは、空間部２１、２２に連通し、金属板２Ｂに設けられた流路２５Ｂは、空間部２３、２４に連通する。
　また、拡散接合後、複数の金属板３Ｂのそれぞれに形成された貫通孔６０１が互いに連通して、孔部６１が形成され、複数の金属板３Ｂのそれぞれに形成された貫通孔６０２が互いに連通して、孔部６２が形成され、複数の金属板３Ｂのそれぞれに形成された貫通孔６０３が互いに連通して、孔部６３が形成され、複数の金属板３Ｂのそれぞれに形成された貫通孔６０４が互いに連通して、孔部６４が形成される。
　さらに、孔部６１には、配管５１が接合され、孔部６２には、配管５２が接合され、孔部６３には、配管５３が接合され、孔部６４には、配管５４が接合される。このような工程で熱交換器１０が形成される。
　図４（ａ）、（ｂ）は、伝熱板の断面を示す模式的断面図である。図４（ａ）には、図２（ａ）に示される金属板２ＡのＡ１－Ａ２線に沿って切断された断面構造が示される。図４（ｂ）には、図２（ｂ）に示される金属板２ＢのＢ１－Ｂ２線に沿って切断された断面構造が示されている。
　図４（ａ）に示すように、伝熱板２Ａには、Ｘ軸方向に並びＹ軸方向に延びる、複数の流路２５Ａが形成されている。複数の流路２５Ａのそれぞれの深さ２Ａ１は、伝熱板２Ａの板厚２Ａｔの４０％以上７０％以下、好ましくは５０％以上７０％以下である。また、伝熱板２Ａには、主面２ｕａと主面２ｄａとの間を貫通する貫通孔２３２Ａ、２４２Ａが形成されている。図２（ａ）に示す貫通孔２１２Ａ、２２２Ａは、図４（ａ）では示されていない。
　また、伝熱板２Ａ内に、複数の流路２５Ａのそれぞれの底部２５Ａｂに接するように伝熱板２Ａの主面２ｄａに沿って破線２ＡＬを引いたとき、破線２ＡＬと主面２ｄａとの間の領域を伝熱板２Ａの底板部２６Ａとする。底板部２６Ａは、伝熱板２Ａと伝熱板２Ｂとを積層したときに、伝熱板２Ａの流路２５Ａと伝熱板２Ｂの流路２５Ｂとの間の隔壁として機能する。底板部２６Ａの厚さ２Ａ２は、流路２５Ａに流体（例えば、高温流体）が流れたとき、この流体の圧力に対する耐圧性能を満たすほどの厚さ（所定の厚さ）以上で形成されている。例えば、所定の厚さは、０．１ｍｍ以上である。また、一例として、板厚２Ａｔは、０．３ｍｍ、深さ２Ａ１は、０．２ｍｍ、厚さ２Ａ２は、０．１ｍｍである。
　図４（ｂ）に示すように、伝熱板２Ｂには、Ｙ軸方向に並びＸ軸方向に延びる、複数の流路２５Ｂが形成されている。複数の流路２５Ｂのそれぞれの深さ２Ｂ１は、伝熱板２Ｂの板厚２Ｂｔの４０％以上７０％以下、好ましくは５０％以上７０％以下である。また、伝熱板２Ｂには、主面２ｕｂと主面２ｄｂとの間を貫通する貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂが形成されている。図２（ｂ）に示す貫通孔２３２Ｂ、２４２Ｂは、図４（ｂ）では示されていない。伝熱板２Ｂにおいて、深さ２Ｂ１は、伝熱板２Ａの流路２５Ａの深さ２Ａ１よりも浅く形成されている。伝熱板２Ｂの板厚２Ｂｔは、伝熱板２Ａの板厚２Ａｔと同じであり、流路２５ＢのＹ軸方向における幅は、流路２５ＡのＸ軸方向における幅と同じである。
　また、伝熱板２Ｂ内に、複数の流路２５Ｂのそれぞれの底部２５Ｂｂに接するように伝熱板２Ｂの主面２ｄｂに沿って破線２ＢＬを引いたとき、破線２ＢＬと主面２ｄｂとの間の領域を伝熱板２Ｂの底板部２６Ｂとする。底板部２６Ｂは、伝熱板２Ａと伝熱板２Ｂとを積層したときに、伝熱板２Ａの流路２５Ａと伝熱板２Ｂの流路２５Ｂとの間の隔壁として機能する。底板部２６Ｂの厚さ２Ｂ２は、流路２５Ｂに流体（例えば、低温流体）が流れたとき、この流体の圧力に対する耐圧性能を満たすほどの厚さ（所定の厚さ）以上で形成されている。例えば、所定の厚さとは、０．１ｍｍ以上である。また、一例として、板厚２Ｂｔは、０．３ｍｍ、深さ２Ｂ１は、０．１５ｍｍであり、厚さ２Ｂ２は、０．１５ｍである。
　図５（ａ）～図５（ｄ）は、伝熱板に流路と貫通孔とを形成する製造工程を示す模式的断面図である。図５（ａ）、（ｂ）には、伝熱板２Ａに、流路２５Ａと貫通孔２３２Ａ、２４２Ａとを形成する製造工程が示されている。図５（ｃ）、（ｄ）には、伝熱板２Ｂに、流路２５Ｂと貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂとを形成する製造工程が示されている。
　図５（ａ）に示すように、エッチング加工前の伝熱板２Ａには、流路２５Ａ、貫通孔２３２Ａ、２４２Ａが形成される箇所が露出するように主面２ｕａ、２ｄａと側面２ｗａとにマスク部材２Ａｍが配置される。このとき、貫通孔２１２Ａ、２２２Ａが形成される箇所も露出するように、マスク部材２Ａｍが配置される。
　次に、図５（ｂ）に示すように、マスク部材２Ａｍが露出された伝熱板２Ａに湿式エッチング処理が施されて、伝熱板２Ａに流路２５Ａと貫通孔２３２Ａ、２４２Ａとが形成される。この際、図示しない貫通孔２１２Ａ、２２２Ａも形成される。
　伝熱板２Ａの湿式エッチング処理では、流路２５Ａの形成において主面２ｕａの側からのハーフエッチング処理がなされ、貫通孔２１２Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ、２４２Ａの形成では、主面２ｕａと主面２ｄａとからの両面エッチング処理がなされる。ここで、流路２５Ａの形成においては、ハーフエッチング処理がなされることから、流路２５Ａと主面２ｄａとの間に所定の肉厚の金属部分が残存して、主面２ｄａの側に底板部２６Ａが形成される。流路２５Ａと貫通孔２１２Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ、２４２Ａとは、同じエッチング工程で形成される。
　また、図５（ｃ）に示すように、エッチング加工前の伝熱板２Ｂには、流路２５Ｂ、貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂが形成される箇所が露出するように主面２ｕｂ、２ｄｂと側面２ｗｂとにマスク部材２Ｂｍが配置される。このとき、貫通孔２３２Ｂ、２３２Ｂが形成される箇所も露出するように、マスク部材２Ｂｍが配置される。
　次に、図５（ｄ）に示すように、マスク部材２Ｂｍが露出された伝熱板２Ｂに湿式エッチング処理が施されて、伝熱板２Ｂに流路２５Ｂと貫通孔２１２Ｂ、２１２Ｂとが形成される。この際、図示しない貫通孔２３２Ｂ、２４２Ｂも形成される。
　伝熱板２Ｂの湿式エッチング加工では、流路２５Ｂの形成において主面２ｕｂの側からのハーフエッチング処理がなされ、貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂの形成においては、主面２ｕｂと主面２ｄｂとからの両面エッチング処理がなされる。ここで、流路２５Ｂの形成においては、ハーフエッチング処理がなされることから、流路２５Ｂと主面２ｄｂとの間に所定の肉厚の金属部分が残存して、主面２ｄｂの側に底板部２６Ｂが形成される。流路２５Ｂと貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂとは、同じエッチング工程で形成される。
　なお、伝熱板２Ａにエッチング溶液を晒す時間よりも伝熱板２Ｂにエッチング溶液を晒す時間を短くして、流路２５Ａ、流路２５Ｂ、貫通孔２１２Ａ、２２２Ａ、２３２Ａ、２４２Ａ、及び貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂを同じエッチング工程によって形成してもよい。伝熱板２Ａにエッチング溶液を晒す時間よりも伝熱板２Ｂにエッチング溶液を晒す時間が短いことから、流路２５Ｂは、流路２５Ａよりも浅く形成される。
　本実施形態では、伝熱板２Ａに形成される流路２５Ａの本数（例えば、３本）と、伝熱板２Ｂに形成される流路２５Ｂの本数（例えば、３本）とが同じであり、また、各流路の幅が同じに形成される。但し、伝熱板２Ｂにおける流路２５Ｂの深さ２Ｂ１は、伝熱板２Ａにおける流路２５Ａの深さ２Ａ１よりも浅い。これにより、流路２５Ｂの流路断面積は、流路２５Ａの流路断面積より小さくなる。流路断面積とは、流路に流体が流れる方向と流路の底部とに直交する方向に流路を切断したときの切断面の面積（３本の流路の流路断面積の総面積）を意味する。
　これにより、例えば、同質の流体を同じ流量で伝熱板２Ａの流路２５Ａと伝熱板２Ｂの流路２５Ｂとに流入した場合、流路Ｂに流れる流体の流速よりも流路断面積がより大きい流路Ａに流れる流体の流速が遅くなる。これにより、流路Ａに流れる流体の熱通過率が低減する。また、流路Ｂに流れる流体の圧力損失よりも流路断面積がより大きい流路Ａに流れる流体の圧力損失が小さくなる。
　本実施形態では、例えば、流体として、流路断面積がより大きい流路２５Ａには、水を通過させ、流路２５Ｂには、冷媒を通過させる。この場合、水を流路２５Ｂに通過させたときよりも流路２５Ａを通過させたときは、その流速が相対的に低下する。従って、流路２５Ａを通過させた水の熱通過率は相対的に低下する。
　しかし、水と冷媒との熱伝達率を考慮した場合、水の熱伝達率の方が冷媒の熱伝達率よりも大きい。このため、水の熱通過率が相対的に低下しても、熱交換器全体としての熱通過率は影響を受けにくい。これは、熱交換器全体としての熱通過率は、熱伝達率が低い流体の影響を大きく受けるからである。
　また、流路Ａに流れる流体の圧力損失が小さくなることから、流路Ａに流れる流体を循環させるための動力を低減できる。
　また、本実施形態においては、エッチング加工によって、流路の深さを伝熱板の板厚の４０％以上７０％以下の長さに形成する。例えば、伝熱板２Ａ、２Ｂの板厚は、ともに０．３ｍｍであり、一例として、伝熱板２Ａの流路２５Ａの深さ２Ａ１は、０．２ｍｍ、伝熱板２Ｂの流路２５Ｂの深さ２Ｂ１は、０．１５ｍｍである。このため、エッチング時間を流路を形成する時間に設定したとしても、両面エッチングで貫通孔を形成することができ、貫通孔と流路とを同じエッチング工程で形成することができる。従って、貫通孔を形成する別工程を要さず、製造コストの上昇を抑えられる。
　また、本実施形態においては、伝熱板の底板部の厚さは、流体の圧力に対する耐圧性能を満たすほどの厚さで形成されている。例えば、伝熱板２Ａの底板部２６Ａの厚さ２Ａ２は、０．１ｍｍであり、伝熱板２Ｂの底板部２６Ｂの厚さ２Ｂ２は、０．１５ｍｍである。従って、底板部の厚さが過剰な厚さとなることなく、材料コストの上昇が抑えられる。また、この程度の厚さの底板部であれば、底板部による熱抵抗の増加が抑えられ、熱交換器の伝熱性能の低下が抑えられる。
　図６は、伝熱板の別の例を示す模式的断面図である。
　伝熱板２Ａの板厚と、伝熱板２Ｂの板厚とは異なってもよい。例えば、図６に示す伝熱板２Ｂにおいては、その板厚２Ｂｔａが伝熱板２Ａの板厚２Ａｔよりも薄くなっている。このような場合においても、底板部２６Ｂの厚さは、流れる流体の圧力に対する耐圧性能を満たすほどの厚さで形成される。例えば、底板部２６Ｂの厚さ２Ｂ２ａは、０．１ｍｍ以上に形成される。
　また、図６に示す伝熱板２Ｂにおいても、複数の流路２５Ｂのそれぞれの深さ２Ｂ１ａは、伝熱板２Ｂの板厚２Ｂｔａの４０％以上７０％以下、好ましくは５０％以上７０％以下に形成される。一例として、板厚２Ｂｔａは、０．２ｍｍ、深さ２Ｂ１ａは、０．１ｍｍであり、厚さ２Ｂ２ａは、０．１ｍである。
　このように、伝熱板２Ｂの板厚を伝熱板２Ａの板厚よりも薄くすることにより、材料コストの上昇がさらに抑えられる。また、この変形例においても、エッチング加工によって流路２５Ｂの深さを伝熱板２Ｂの板厚の４０％以上７０％以下の長さに形成することから、両面エッチングで貫通孔２１２Ｂ、２２２Ｂ、２３２Ｂ、２４２Ｂを流路２５Ｂと同じエッチング工程で形成することができる。これにより、貫通孔を形成する別工程を要さず、製造コストの上昇が抑えられる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、伝熱板２Ａ、２Ｂのそれぞれの板厚は同じ板厚とし、流路２５Ａの深さと流路２５Ｂの深さを同じ深さとしてもよい。この場合、それぞれの流路の深さは、伝熱板の板厚の４０％以上７０％以下の長さに形成される。このような場合でも、貫通孔の形成に両面エッチング加工を利用することにより、貫通孔と流路とを同じエッチング工程で形成することができる。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。
　１ｕ、１ｄ、２ｕａ、２ｕｂ、２ｄａ、２ｄｂ、３ｕ、３ｄ…主面
　１ｗ、２ｗａ、２ｗｂ…側面
　２…積層体
　２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ…金属板
　２Ａｍ、２Ｂｍ…マスク部材
　１０…熱交換器
　２１、２２、２３、２４…空間部
　２５Ａ、２５Ｂ…流路
　２５Ａｂ、２５Ｂｂ…底部
　２６Ａ、２６Ｂ…底板部
　５１、５２、５３、５４…配管
　６１、６２、６３、６４…孔部
　２１２Ａ、２１２Ｂ、２２２Ａ、２２２Ｂ、２３２Ａ、２３２Ｂ、２４２Ａ、２４２Ｂ…貫通孔
　６０１、６０２、６０３、６０４…貫通孔
　２Ａｔ、２Ｂｔ、２Ｂｔａ…板厚
　２ＡＬ、２ＢＬ…破線
　２Ａ１、２Ｂ１…深さ
　２Ａ２、２Ｂ２、２Ｂ２ａ…厚さ

Claims (11)

  1. 　複数の伝熱板が積層され形成された熱交換器であって、
    　前記複数の伝熱板は、第１伝熱板と第２伝熱板とを有し、前記第１伝熱板と前記第２伝熱板とが交互に積層され、
    　前記第１伝熱板には第１流路が形成され、前記第２伝熱板には第２流路が形成され、
    　前記第２流路の流路断面積は、前記第１流路の流路断面積より小さい
    　熱交換器。
  2. 　請求項１に記載された熱交換器であって、
    　前記第２伝熱板の板厚は、前記第１伝熱板の板厚とは異なる
    　熱交換器。
  3. 　請求項１に記載された熱交換器であって、
    　前記第２伝熱板の板厚は、前記第１伝熱板の板厚より薄い
    　熱交換器。
  4. 　請求項１に記載された熱交換器であって、
    　前記第１伝熱板及び前記第２伝熱板のそれぞれは、前記第１流路と前記第２流路との間の隔壁となる底板部を有し、前記底板部の厚さが所定の厚さ以上である
    　熱交換器。
  5. 　請求項４に記載された熱交換器であって、
    　前記所定の厚さは、０．１ｍｍ以上である
    　熱交換器。
  6. 　請求項１に記載された熱交換器であって、
    　前記第１流路の深さは、前記第１伝熱板の板厚の４０％以上７０％以下であり、
    　前記第２流路の深さは、前記第２伝熱板の板厚の４０％以上７０％以下である
    　熱交換器。
  7. 　請求項１に記載された熱交換器であって、
    　前記第１伝熱板及び前記第２伝熱板のそれぞれには貫通孔が形成されている
    　熱交換器。
  8. 　請求項１～７のいずれか一つに記載された熱交換器の製造方法であって、
    　前記第１流路及び前記第２流路をエッチングによって形成する
    　熱交換器の製造方法。
  9. 　請求項８に記載された熱交換器の製造方法であって、
    　前記第１伝熱板及び前記第２伝熱板のそれぞれに、エッチングによって前記第１流路と前記第２流路との間の隔壁となる底板部を形成し、前記底板部の厚さを所定の厚さ以上に形成する
    　熱交換器の製造方法。
  10. 　請求項８に記載された熱交換器の製造方法であって、
    　前記第１伝熱板にエッチングによって第１貫通孔と、前記第２伝熱板にエッチングによって第２貫通孔とを形成し、
    　前記第１貫通孔を、前記第１流路を形成するエッチング工程と同じ工程によって形成し、
    　前記第２貫通孔を、前記第２流路を形成するエッチング工程と同じ工程によって形成する
    　熱交換器の製造方法。
  11. 　請求項１０に記載された熱交換器の製造方法であって、
    　前記第１流路、前記第２流路、前記第１貫通孔、及び前記第２貫通孔を、同じエッチング工程によって形成する
    　熱交換器の製造方法。
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