JP2000292079A - プレート型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレート型熱交換器において、熱交換流体の
偏流を防止する。 【解決手段】 複数の伝熱プレートを、上下方向に延び
る第１熱交換流路と第２熱交換流路とが伝熱プレートの
積層方向に交互に形成されるように積層する。伝熱プレ
ート(P1)の下端及び上端に、それぞれ水の流入開口(75
a)及び水の流出開口(76a)を設ける。冷媒の流入開口(73
a)を、伝熱プレート(P1)の幅方向中央部であって水の流
入開口(75a)の上方に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレート型熱交換
器に係り、特に、熱交換流体の偏流防止対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和装置や冷凍装置、冷
蔵装置などにおいて、各種の熱交換器が使用されてい
る。それらの熱交換器のうち、プレート型熱交換器は、
熱通過率が大きく且つコンパクトな熱交換器として知ら
れている。

【０００３】図９に示すように、プレート型熱交換器
は、２枚のフレーム(f1),(f2) の間に複数枚の伝熱プレ
ート(P,P,…)が積層されて構成されている。

【０００４】各伝熱プレート(P) は、金属製の平板から
成り、積層される際に伝熱プレートの周縁部同士が当接
して伝熱プレート間に流体の熱交換流路(A,B,A,B,…)が
形成されると共に、当接部分がろう付けにより接合され
て一体に構成されている。

【０００５】また、伝熱プレート(P) の四隅部にはそれ
ぞれ開口(a,b,c,d) が設けられ、当該開口(a,b,c,d) の
周囲にシール部(e) を設けることにより、一方の熱交換
流路(A) にのみ連通する流入空間(A1)及び流出空間(A2)
と、他方の熱交換流路(B) にのみ連通する流入空間(B1)
及び流出空間(B2)とが形成されている。そして、図９に
おいて、一方の流体は、実線矢印で示すように、導入管
から流入空間(A1)に流入し、この流入空間(A1)から各熱
交換流路(A) に分配される。熱交換流路(A)を流れた流
体は、流出空間(A2)に回収されてから導出管を通じて流
出する。他方の流体は、破線矢印で示すように、導入管
から流入空間(B1)を経て熱交換流路(B)を流れ、流出空
間(B2)を通過してから、導出管を通じて流出される。こ
のようにして、両熱交換流路(A),(B) を流れる流体同士
が互いに熱交換を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１０に示
すように、従来のプレート型熱交換器では、熱交換を行
う流体の流入開口(a),(c) 及び流出開口(b),(d) が伝熱
プレート(P) の四隅部に設けられていたため、流体の偏
流を生じやすかった。

【０００７】また、一方の流体の熱交換流路において、
他方の流体の流入開口及び流出開口の周辺には、当該一
方の流体があまり流動しない死水域が発生する。このこ
とも、偏流を生じる原因となる。そして、上記のような
流体の偏流により、以下のような問題が生ずる。

【０００８】つまり、冷却流体の偏流が生じると、熱交
換流路内において冷却流体の流速が速い領域と遅い領域
とが生じることになる。このような場合、流速の速い冷
却流体の方が流速の遅い冷却流体よりも熱交換を行いや
すいことから、流速の速い領域の冷却流体に冷却される
被冷却流体は、流速の遅い領域の冷却流体に冷却される
被冷却流体に比べて温度が低くなる。

【０００９】例えば、図１０に示すように、冷却流体と
して冷媒を用い、被冷却流体として水を用いた場合に、
冷媒の流入開口(a)の上方である伝熱プレートの左側で
流速が速く、右側で流速が遅くなるような偏流が生じた
ときには、右側の領域の水温が左側の領域に比して低く
なり、水温分布は流路の幅方向（図１０の左右方向）に
不均一となる。

【００１０】ところで、水を過冷却状態にまで冷却しよ
うとする場合、過冷却水は一定の限界温度以下になると
その過冷却状態を解消し、過冷却状態が解消して氷化し
た部分は、種氷となって他の過冷却水の過冷却状態を解
消する要因となる。そのため、過冷却水の過冷却状態を
維持するためには、すべての領域を上記限界温度よりも
高温に維持する必要がある。

【００１１】一方、水を安定して過冷却状態にまで冷却
するためには、熱交換器内の過冷却水の温度を均一化す
ることが好ましい。例えば、平均温度が−３℃の過冷却
水を生成する場合には、局所的に−４℃以下の領域を有
するような温度分布が不均一な状態よりも、すべての領
域が−３℃の均一な状態の方が好ましい。過冷却解消の
限界温度が−４℃だと仮定すると、このような不均一な
状態では、−４℃以下の領域で氷化が起こるからであ
る。

【００１２】ところが、上述の通り、従来のプレート型
熱交換器では、各熱交換流路を流れる冷媒の偏流によ
り、図１０に示すように過冷却水の温度が不均一になっ
ていた。そのため、過冷却状態の解消による流路の閉塞
を防止するため、過冷却水の最も低温の領域の温度を上
記限界温度よりも高くする必要があった。その結果、過
冷却水の平均温度を低くすることができず、過冷却水の
生成効率を向上することに限界があった。

【００１３】また、過冷却水を生成する場合に限らず
（被冷却流体が水である場合に限らず）、一般に、プレ
ート型熱交換器の熱交換効率を高めるためにも、冷却流
体及び被冷却流体の偏流を防止することが望まれてい
る。

【００１４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、熱交換器内の流体の
偏流が少ない高性能なプレート型熱交換器を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも一方の熱交換流体の流入開口
を、伝熱プレートの幅方向の中央部に形成することとし
た。

【００１６】具体的には、本発明に係るプレート型熱交
換器は、複数の伝熱プレート(P1,P2)が積層されて成る
プレート型熱交換器であって、伝熱プレート(P1,P2)に
おける少なくとも一方の流体の流入開口(73a,73b)が、
プレートの幅方向中央部に形成されていることとしたも
のである。

【００１７】上記複数の伝熱プレート(P1,P2)は、各伝
熱プレート(P1,P2)の両面側にそれぞれ上下方向に延び
る第１及び第２の熱交換流路(61,62)を形成するように
積層され、第１熱交換流路(61)を流通する第１流体の流
入開口(73a,73b)は、伝熱プレート(P1,P2)の下側に形成
され、第２熱交換流路(62)を流通する第２流体の流入開
口(75a,75b)は、該第１流体の流入開口(73a,73b)よりも
下側に形成されていてもよい。

【００１８】また、本発明に係る他のプレート型熱交換
器は、第１流体の流入開口(73a,73b)と流出開口(74a,74
b)とが上下方向に離隔して形成され、且つ該第１流体と
熱交換を行う第２流体の流入開口(75a,75b)と流出開口
(76a,76b)とが上下方向に離隔して形成された複数の伝
熱プレート(P1,P2)が積層されて成るプレート型熱交換
器であって、上記伝熱プレート(P1,P2)間には、上記第
１流体が流通する第１熱交換流路(61)と上記第２流体が
流通する第２熱交換流路(62)とが該伝熱プレート(P1,P
2)の積層方向に交互に形成され、上記複数の伝熱プレー
ト(P1,P2)の第１流体の流入開口(73a,73b)は、該伝熱プ
レート(P1,P2)の幅方向の中央部に形成される一方、第
１流体導入管(53)からの第１流体を上記第１熱交換流路
(61)に分配する第１流体流入空間(63)を形成し、上記複
数の伝熱プレート(P1,P2)の第１流体の流出開口(74a,74
b)は、上記第１熱交換流路(61)から第１流体を回収して
第１流体導出管(54)に導く第１流体流出空間(64)を形成
し、上記複数の伝熱プレート(P1,P2)の第２流体の流入
開口(75a,75b)は、上記第１流体の流入開口(73a,73b)よ
りも下側に形成される一方、第２流体導入管(55)からの
第２流体を上記第２熱交換流路(62)に分配する第２流体
流入空間(65)を形成し、上記複数の伝熱プレート(P1,P
2)の第２流体の流出開口(76a,76b)は、上記第２熱交換
流路(62)から第２流体を回収して第２流体導出管(56)に
導く第２流体流出空間(66)を形成していることとしたも
のである。

【００１９】上記のように、第１流体の流入開口(73a,7
3b)が伝熱プレート(P1,P2)の幅方向中央部に形成されて
いることにより、第１熱交換流路(61)に流入する第１流
体は、当該流入開口(73a,73b)から伝熱プレート(P1,P2)
の幅方向の全体にわたって万遍なく流入する。この結
果、第１流体の偏流は生じにくくなり、熱交換効率が向
上する。

【００２０】上下方向に延びる第１及び第２熱交換流路
(61,62)が形成されると共に、第１流体の流入開口(73a,
73b)が伝熱プレート(P1,P2)の下側に形成され、第２流
体の流入開口(75a,75b)が第１流体の流入開口(73a、73b)
よりも下側に形成されていることにより、第１流体は第
２流体の流入開口(75a,75b)の影響を受けることなく熱
交換流路(61)を流通することになる。従って、第２流体
の流入開口(75a,75b)の存在による第１流体の死水域が
形成されないため、第１流体の偏流は抑制される。な
お、第１流体及び第２流体が二相流体であっても、これ
ら流体は伝熱プレート(P1,P2)の下側から上側に向かっ
て流れるので、二相間の比重の違いに起因する偏流を生
じることはない。

【００２１】なお、第１流体は、熱交換に伴って温度が
変化する流体であってもよい。

【００２２】熱交換に伴って温度が変化する流体におい
て偏流が生じると、熱交換器内の伝熱プレートの幅方向
に沿った冷却流体の温度分布が不均一となり、熱交換効
率が低下する。上記事項により、このような偏流が防止
され、熱交換に伴って温度が変化する流体の温度分布の
不均一が是正されるので、熱交換効率が特に向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】＜実施形態１＞図１に示すように、実施形
態１のプレート型熱交換器(50)は、第１流体としての冷
媒（Ｒ４０７Ｃ）と第２流体としての水とを熱交換さ
せ、水を過冷却状態にまで冷却するものである。本プレ
ート型熱交換器(50)は、第１プレート(P1)及び第２プレ
ート(P2)の２種類の伝熱プレートが交互に積層され、そ
れらがろう付けにより一体的に接合されて構成されてい
る。

【００２５】図１において最も手前側に位置するプレー
トには、冷媒入口管(53)、冷媒出口管(54)、水入口管(5
5)、及び水出口管(56)が接合されている。水入口管(55)
及び水出口管(56)は、伝熱プレートの幅方向（図１に示
す左右方向）の中央部に設けられ、水入口管(55)はプレ
ートの下端に、水出口管(56)はプレートの上端にそれぞ
れ接合されている。冷媒入口管(53)は水入口管(55)の上
方かつ伝熱プレートの幅方向の中央部に接合され、冷媒
出口管(54)は、水出口管(56)の下方であって伝熱プレー
トの幅方向における端部（図１における右端部）に接合
されている。冷媒入口管(53)、冷媒出口管(54)、水入口
管(55)、水出口管(56)は、それぞれ後述する冷媒流入空
間(63)、冷媒流出空間(64)、水流入空間(65)、水流出空
間(66)に連通している。

【００２６】図２及び図３に示すように、第１プレート
(P1)及び第２プレート(P2)には共に、冷媒入口管(53)、
冷媒出口管(54)、水入口管(55)、水出口管(56)に対応す
る位置に、それぞれ冷媒の流入開口である第１開口(73
a),(73b) 、冷媒の流出開口である第２開口(74a),(74b)
、水の流入開口である第３開口(75a),(75b) 、水の流
出開口である第４開口(76a),(76b) が形成されている。
そして、複数の第１プレート(P1)及び第２プレート(P2)
が交互に積層されることにより、第１開口(73a),(73b)
によって区画される略円筒状空間から成る冷媒流入空間
(63)、第２開口(74a),(74b) によって区画される略円筒
状空間から成る冷媒流出空間(64)、第３開口(75a),(75
b) によって区画される略直方体状の空間から成る水流
入空間(65)、第４開口(76a),(76b) によって区画される
略直方体状の空間から成る水流出空間(66)がそれぞれ形
成されている。

【００２７】次に、伝熱プレート(P1),(P2) の構成につ
いて説明する。両プレート(P1),(P2) は金属製（例え
ば、ステンレス等）の平板から成り、後述する波形状の
伝熱面(81a),(82a) やプレート間の間隔を保持する凸部
(68a),(69a),(77a) 等がプレス加工によって形成されて
いる。両プレート(P1),(P2) の周縁部は、プレート(P
1),(P2) を積層した際に当該周縁部同士が重なり合って
熱交換器の側面を形成するように、その全体がやや末広
がり状に折り曲げられている。つまり、折り曲げられた
周縁部は、重なり合うことによって熱交換器の側面を構
成する。

【００２８】図２は第１プレート(P1)の表側を、図３は
第２プレート(P2)の表側を示している。両プレート(P
1),(P2) の周縁部は、表側から裏側に向かって折り曲げ
られている。第１プレート(P1)及び第２プレート(P2)
は、一方の表側が他方の裏側に対向するように積層され
る。第１プレート(P1)の表側と第２プレート(P2)の裏側
との間には、冷媒が流通する冷媒流通路(61)が形成され
る。一方、第１プレート(P1)の裏側と第２プレート(P2)
の表側との間には、水が流通する水流通路(62)が形成さ
れる。

【００２９】第１プレート(P1)及び第２プレート(P2)に
は、上端に略矩形状の第４開口(76a)、(76b) が、下端に
略矩形状の第３開口(75a),(75b) が形成されている。ま
た、プレートの右端であって第４開口(76a),(76b) の下
方には円形の第２開口(74a),(74b) が形成され、第３開
口(75a),(75b) の上方であってプレートの幅方向の中央
部には、円形の第１開口(73a),(73b) が形成されてい
る。第１開口(73a),(73b) 、第２開口(74a),(74b) は、
それぞれ冷媒入口管(53)、冷媒出口管(54)と同径に形成
されている。

【００３０】第４開口(76a),(76b) 及び第３開口(75a),
(75b) は、伝熱プレート(P1),(P2)の幅方向、つまり水
流通路(62)の幅方向に細長い略矩形状に形成されてい
る。第４開口(76a),(76b) 及び第３開口(75a),(75b)
は、第１開口(73a),(73b) よりも開口面積の大きな開口
であって、伝熱プレート(P1),(P2) の幅方向の中央部に
設けられている。更に、当該第４開口(76a),(76b) 及び
第３開口(75a),(75b) は、横方向の長さが伝熱プレート
(P1),(P2) の幅よりもやや短めに形成されると共に、縦
方向の長さ（水流通路(62)の流通方向の開口長さ）が水
出口管(56)及び水入口管(55)の径にほぼ等しい長さに形
成されている。つまり、第４開口(76a),(76b) 及び第３
開口(75a),(75b) は、伝熱プレート(P1),(P2) の幅と水
出口管(56)及び水入口管(55)の径とに応じて、できるだ
け開口面積が大きくなるように形成されている。

【００３１】第１プレート(P1)及び第２プレート(P2)の
第１開口(73a),(73b) の周りには、冷媒流通路(61)にお
ける冷媒の偏流を防止する冷媒流入部(57a),(57b) が形
成されている。図４に示すように、第１プレート(P1)の
冷媒流入部(57a) は、裏側から表側（図４の手前側）に
向かって凸状に形成されたシール部(58a) と、平坦部(5
9a) とにより構成されている。一方、第２プレート(P2)
の冷媒流入部(57b) は、表側から裏側に向かって凸状に
形成されたシール部(58b) と、平坦部(59b) とにより構
成されている。

【００３２】平坦部(59a),(59b) は第１開口(73a),(73
b) の周りを覆うように第１開口(73a),(73b) と同心の
略円環状に形成されると共に、第１開口(73a) に連続す
る平坦部分(93),(93) を備えている。そして、第１プレ
ート(P1)のシール部(58a) の表側が第２プレート(P2)の
シール部(58b) の裏側と当接し且つろう付けされること
により、上記平坦部分(93),(93) に冷媒流入口(60),(6
0) が形成される。図５に示すように、本実施形態で
は、平坦部分(93)に隣接するシール部(58a),(58b) は円
弧状に形成されているので、冷媒流入口(60)は断面が円
形の連通口となる。

【００３３】図４に示すように、冷媒流入口(60),(60)
は、冷媒が冷媒流入空間(63)から冷媒流通路(61)に向か
って左右の斜め下向きに流入するように、第１開口(73
a) の中心から下側に開くハ字状に設けられている。具
体的には、第１開口(73a),(73b) の中心を通る水平線
(N) と冷媒流入口(60)の中軸線(M) とが互いに２２．５
度の角度をなすように形成されている。また、各冷媒流
入口(60)は第１開口(73a),(73b) に比べて小さな開口に
形成されている。詳しくは、各冷媒流入口(60)の開口面
積は、伝熱プレート(P1),(P2) の間隔と第１開口(73a),
(73b) の周囲長さとを乗じた面積よりも小さくなってい
る。

【００３４】一方、第１プレート(P1)の平坦部(59a) の
裏側が第２プレート(P2)の平坦部(59b) の表側と当接し
且つろう付けされることにより、第１開口(73a),(73b)
は水流通路(62)から仕切られ、その結果、冷媒流入空間
(63)と水流通路(62)とが区画される。

【００３５】また、冷媒流入部(57a),(57b) は伝熱面(8
1a),(81b) の内部に設けられている。逆に言うと、冷媒
流入部(57a),(57b) の周りには、伝熱面(81a),(81b) が
形成されている。つまり、第１開口(73a),(73b) は伝熱
面(81a),(81b) 上に設けられている。

【００３６】図２及び図３に示すように、第２開口(74
a),(74b) の周りには、第２開口(74a),(74b) の周囲を
覆う平坦部(67a),(67b) 、略半球状の第１凸部(68a),(6
8b) 、及び蒲鉾形状の第２凸部(69a)、(69b) から成る冷
媒流出部(70a),(70b) が形成されている。第１プレート
(P1)の第１凸部(68a) 及び第２凸部(69a) は裏側から表
側に向かって凸状になっている一方、第２プレート(P2)
の第１凸部(68b) 及び第２凸部(69b) は表側から裏側に
向かって凸状になっている。第１プレート(P1)と第２プ
レート(P2)とが積層されると、第１プレート(P1)の第１
凸部(68a) の表側と第２プレート(P2)の第１凸部(68b)
の裏側、及び第１プレート(P1)の第２凸部(69a) の表側
と第２プレート(P2)の第２凸部(69b) とがそれぞれ当接
し且つろう付けされることにより、第１プレート(P1)の
表側と第２プレート(P2)の裏側との間に所定間隔が保た
れ、冷媒流通路(61)から冷媒流出空間(64)に向かう流路
が確保される。一方、第１プレート(P1)の平坦部(59a)
の裏側と第２プレート(P2)の平坦部(59b) の表側とが当
接し且つろう付けされることにより、第２開口(74a),(7
4b) は水流通路(62)から仕切られ、冷媒流出空間(64)と
水流通路(62)とが区画される。

【００３７】第３開口(75a),(75b) の周りには、平坦部
(72a),(72b) 及び複数の凸部(77a),(77b) から成る水流
入部(71a),(71b) が形成されている。凸部(77a),(77b)
は第３開口(75a),(75b) の周囲を囲むように散点的に設
けられ、平坦部(72a),(72b)は第３開口(75a),(75b) 及
び凸部(77a),(77b) の周囲を覆うように形成されてい
る。第１プレート(P1)の凸部(77a) は表側から裏側に向
かって凸状になっている一方、第２プレート(P2)の凸部
(77b) は裏側から表側に向かって凸状になっている。そ
のため、第１プレート(P1)と第２プレート(P2)とが積層
されると、第１プレート(P1)の平坦部(72a) の表側と第
２プレート(P2)の平坦部(72b) の裏側とが当接し且つろ
う付けされることにより、第３開口(75a),(75b) は冷媒
流通路(61)から仕切られ、冷媒流通路(61)と水流入空間
(65)とが区画される。一方、第１プレート(P1)の凸部(7
7a) の裏側と第２プレート(P2)の凸部(77b) の表側とが
当接し且つろう付けされることにより、第１プレート(P
1)の裏側と第２プレート(P2)の表側との間に所定間隔が
保たれ、水流入空間(65)から水流通路(62)に向かう流路
が確保される。つまり、水は第３開口(75a),(75b) の全
周囲から水流通路(62)に流入する。

【００３８】第４開口(76a),(76b) の周りには、第３開
口(75a),(75b) と同様、平坦部(78a),(78b) 及び複数の
凸部(79a),(79b) から成る水流出部(80a),(80b) が形成
されている。水流出部(80a),(80b) は、水流入部(71a),
(71b) と同様の構成をしており、冷媒流通路(61)と水流
出空間(66)とを区画すると共に、水流通路(62)から水流
出空間(66)に向かう流路を確保している。従って、水は
第４開口(76a),(76b)の全周囲を通じて水流通路(62)を
流出し、水流通路(62)に流入する。

【００３９】次に、第１プレート(P1)及び第２プレート
(P2)の伝熱面(81a),(81b) について説明する。各伝熱面
(81a),(81b) は、頂部が平面状の山部（図２及び図３に
おける実線部分）と底部が平面状の谷部（図２及び図３
における破線部分）とが交互に形成された波形状になっ
ている。この波形状は、山部と谷部の延長方向が右方向
に向かうにしたがって上側に傾斜する上方傾斜部(86)
と、下側に傾斜する下方傾斜部(87)とが交互に形成され
たいわゆるヘリンボーン形状になっていると同時に、上
方傾斜部(86)と下方傾斜部(87)は、山部と谷部の配列方
向がプレート(P1),(P2) の長手方向（上下方向）になる
ように形成されている。第１プレート(P1)の伝熱面(81
a) と第２プレート(P2)の伝熱面(81b) とでは、山部と
谷部の延長方向が互いに異なっている。すなわち、第１
プレート(P1)では、図２に示すように、左端から上方傾
斜部(86)、下方傾斜部(87)の順でヘリンボーン形状が形
成されているのに対し、第２プレート(P2)では、図３に
示すように、左端から下方傾斜部(87)、上方傾斜部(86)
の順でヘリンボーン形状が形成されている。

【００４０】伝熱面(81a),(81b) を更に詳細に説明する
と、図６に示すように、第１プレート(P1)の伝熱面(81
a) は、所定深さの谷部(83)と、所定高さの第１山部(8
4)と、第１山部(84)よりも高さの低い第２山部(85)とか
ら構成されている。第１山部(84)と第２山部(85)とは、
谷部(83)を間に挟みながら交互に形成されている。つま
り、伝熱面(81a) の波形状は、第１山部(84)、谷部(8
3)、第２山部(85)、谷部(83)が順に繰り返し設けられて
構成されている。なお、本実施形態では、第２山部(85)
の高さは第１山部(84)の高さの半分になっている。

【００４１】第２プレート(P2)の伝熱面(81b) は、所定
深さの第１谷部(88)と、第１谷部(88)よりも深さの浅い
第２谷部(89)と、所定高さの山部(90)とから構成されて
いる。第１谷部(88)と第２谷部(89)とは、山部(90)を間
に挟みながら交互に形成されている。つまり、伝熱面(8
1b) の波形状は、第１谷部(88)、山部(90)、第２谷部(8
9)、山部(90)が順に繰り返し設けられて構成されてい
る。なお、本実施形態では、第２谷部(89)の深さは第１
谷部(88)の深さの半分になっている。

【００４２】そして、第１プレート(P1)と第２プレート
(P2)とが交互に積層されることにより、伝熱面(81a) の
第１山部(84)と伝熱面(81b) の第１谷部(88)とが当接す
る一方、伝熱面(81a) の第２谷部(89)と伝熱面(81b) の
第２山部(85)とは所定間隔を存して離れた状態となり、
伝熱面(81a) の表側と伝熱面(81b) の裏側との間に冷媒
流通路(61)が形成される。また、伝熱面(81a) の谷部(8
3)と伝熱面(81b) の山部(90)とが当接し、伝熱面(81a)
の裏側と伝熱面(81b) の表側との間に水流通路(62)が形
成される。

【００４３】伝熱面(81a) の第１山部(84)と伝熱面(81
b) の第１谷部(88)とは、ろう付けにより接合されてい
る。これに対し、伝熱面(81a) の谷部(83)と伝熱面(81
b) の山部(90)とは、単に接触しているだけであり、接
合はされていない。つまり、水流通路(62)内で水が凍結
した場合には、伝熱プレート(P1),(P2) は谷部(83)と山
部(90)とが互いに離反するように変形し、氷の体積膨張
を吸収するようになっている。

【００４４】次に、プレート型熱交換器(50)における冷
媒及び水の流れについて説明する。図１に示すように、
まず、冷媒は冷媒入口管(53)から冷媒流入空間(63)に流
入し、更に冷媒流入口(60)を通って冷媒流通路(61)に流
入する。そして、冷媒流通路(61)を流通し、隣り合う水
流通路(62)内の水と熱交換を行って蒸発し、水を冷却す
る。蒸発した冷媒は、冷媒流出空間(64)を経た後、熱交
換器(50)から流出して冷媒出口管(54)を流れる。一方、
水は、水入口管(55)を通じて水流入空間(65)に流入し、
この水流入空間(65)から水流通路(62)に流入する。そし
て、水流通路(62)を流通し、隣り合う冷媒流通路(61)内
の冷媒と熱交換を行って冷却され、過冷却状態となる。
過冷却状態にまで冷却された水は、水流出空間(66)を経
た後、熱交換器(50)から流出して水出口管(56)を流れ
る。

【００４５】ここで、冷媒の流入開口である第１開口(7
3a),(73b)は伝熱プレート(P1),(P2)の幅方向の中央部に
設けられているので、冷媒は冷媒流通路(61)に万遍なく
流入する。また、冷媒流入部(57a),(57b) は伝熱面(81
a),(81b) の内部に設けられているので、冷媒流入部(57
a),(57b) から冷媒流入空間(63)に流出した冷媒は、流
出直後から伝熱面(81a),(81b) によって撹拌される。そ
のため、流出直後から分散した状態となる。冷媒流入空
間(63)と冷媒流通路(61)とを連通する冷媒流入口(60),
(60) は小さな開口でありハ字状に設けられているの
で、冷媒流入空間(63)の冷媒は冷媒流入口(60),(60) を
通過する際に加速し、左右の斜め下向きに勢いよく流れ
出し、より分散した状態で冷媒流通路(61)に流入する。
そのため、冷媒流通路(61)を流れる冷媒は偏流のない均
一な流れとなる。

【００４６】本実施形態では、熱交換器(50)を流れる冷
媒は非共沸混合冷媒であるが、非共沸混合冷媒は蒸発に
伴って温度が上昇するため、熱交換器(50)内で温度分布
が生じる。しかし、本熱交換器(50)では、冷媒は偏流が
なく均一に流れるので、冷媒流通路(61)における伝熱プ
レート(P1),(P2) の幅方向の冷媒温度分布は均一とな
る。

【００４７】一方、水流入空間(65)は伝熱プレート(P
1),(P2) の幅方向の中央部に設けられ、その断面積が大
きく構成されているので、水入口管(55)から水流入空間
(65)に流入した水の流速は低減し、水流通路(62)に流入
する水の流れがスムーズになる。つまり、水流入空間(6
5)は水流のバッファとなり、その偏流を防止する。ま
た、水流出空間(66)も水流入空間(65)と同様、伝熱プレ
ート(P1),(P2) の幅方向の中央部に設けられ、その断面
積が大きく構成されているので、水流通路(62)を流れる
水は、伝熱プレート(P1),(P2) の幅方向の全体にわたっ
てほぼ均一に流れる。そして、各水流通路(62)において
過冷却された水は、水流出空間(66)において流速が低下
した状態で混合したうえで水出口管(56)に流入するの
で、合流に際しての過冷却状態の解消は発生しにくくな
る。

【００４８】その結果、冷媒及び水の双方とも偏流がな
く均一に流れ、水流通路(62)における伝熱プレート(P
1),(P2) の幅方向の水温分布は均一となる。

【００４９】従って、本実施形態によれば、冷媒の流入
開口である第１開口(73a),(73b)をプレートの幅方向の
中央部に形成したので、冷媒流入空間(63)から冷媒流通
路(61)に流入する冷媒はプレートの幅方向に万遍なく広
がりやすくなり、偏流を効果的に防止することができ
る。

【００５０】また、冷媒流入空間(63)を形成する第１開
口(73a),(73b) を伝熱面(81a),(81b) の内部に設けてい
るので、冷媒流入空間(63)から冷媒流通路(61)に流入し
た冷媒は、冷媒流通路(61)に流入した直後から伝熱面(8
1a),(81b) によって撹拌されるので、容易に分散する。
その結果、冷媒の偏流が抑制される。

【００５１】冷媒の流入開口である第１開口(73a),(73
b)は水の流入開口である第３開口(75a),(75b)よりも上
側、つまり下流側に形成されているので、第３開口(75
a),(75b)の存在によって冷媒流通路(61)内に冷媒の死水
域が生じることはない。

【００５２】また、第１開口(73)の周りに冷媒流入部(5
7)を設け、冷媒流入空間(63)と冷媒流通路(61)とを小さ
な開口である冷媒流入口(60)によって連通することとし
たので、冷媒は冷媒流入口(60)から冷媒流入空間(63)に
勢いよく流れ込み、伝熱プレート(P1),(P2) の幅方向に
広く分散する。そのため、冷媒の偏流がより抑制され
る。

【００５３】更に、冷媒流入口(60),(60) は、第１開口
(73a),(73b)の中心から右斜め下方向に向かう開口及び
左斜め下方向に向かう開口の２つの開口から成り、これ
ら開口(60),(60) がハ字状に配置されているので、冷媒
は冷媒流通路(61)に流入する際、左右斜め下方向に向か
って流れる。そのため、冷媒流通路(61)を上方に向かっ
て流れる主流の影響を受け、結果的に、冷媒の偏流が一
層効果的に緩和され、冷媒は更に均一な状態で冷媒流通
路(61)を流れる。

【００５４】特に、冷媒として非共沸混合冷媒を用いて
いるので、冷媒に偏流がある場合にはその温度分布がプ
レートの幅方向に不均一となるが、本実施形態では、上
述のように冷媒の偏流が防止されるので、冷媒の温度分
布はプレートの幅方向に均一となる。従って、偏流を防
止する効果がより顕著に発揮される。

【００５５】また、水の流入開口である第３開口(75a),
(75b)を面積の大きな開口にしたので、水流入空間(65)
は容積が大きくなる。そのため、水流入空間(65)は水流
のバッファとなり、水入口管(55)から流入した水は水流
入空間(65)において減速する。そのため、水流入空間(6
5)から水流通路(62)への水の流入をスムーズにすること
できるので、水の偏流を抑制することができる。

【００５６】また、第４開口(76a),(76b)も第３開口(75
a),(75b)と同様に、伝熱プレート(P1),(P2) の幅方向に
広く形成し、かつ面積の大きな開口にしたので、水流入
空間(65)から水流出空間(66)へ向かう水流通路(62)にお
ける水の流れがスムーズになる。更に、水流出空間(66)
の容積も大きくなるため、各水流通路(62)を流通した過
冷却状態の水は、水流出空間(66)において流速が小さい
状態で合流する。従って、合流に際しての過冷却状態の
解消を回避することができるので、熱交換器内での凍結
を防止することができる。

【００５７】また、第３開口(75a),(75b)及び第４開口
(76a),(76b)を、それぞれ伝熱プレート(P1),(P2) の幅
方向の中央部に形成したので、水流通路(62)を流れる水
の偏流をより抑制することができる。

【００５８】また、第３開口(75a),(75b)及び第４開口
(76a),(76b) は伝熱プレート(P1),(P2) の幅方向に細長
形状に形成され、当該幅方向のほぼ全域にわたって広く
形成されているので、水は伝熱プレート(P1),(P2) の幅
方向に広がった状態で水流入空間(65)から水流通路(62)
に流入すると共に、水流通路(62)から水流出空間(66)へ
流出する。その結果、水の偏流を一層抑制することがで
きる。

【００５９】このように、本実施形態では、冷媒及び水
の偏流を抑制することができるため、熱交換量を増大さ
せることが可能になる。また、図７に示すように、水の
温度分布がプレートの幅方向に均一となるので、水の過
冷却状態を安定化することが可能となる。なお、図７に
おいては、伝熱面(81a),(81b) の図示は省略している。

【００６０】＜その他の実施形態＞図８に示すように、
水の流入開口である第３開口(75a)を第１開口(73a)と同
様の形態とし、水の流出開口である第４開口(76a)を第
２開口(74a)と同様の形態とし、第３開口(75a)を伝熱プ
レートの幅方向中央部であって第１開口(73a)の下側に
形成し、第４開口(76a)を第２開口(74a)とほぼ同一の高
さであって、第２開口(74a)とは逆側（図８の左側）の
伝熱プレート側部に形成するようにしてもよい。

【００６１】実施形態１では、第１開口(73a),(73b) が
水流入部(71a),(71b) から所定距離を隔てて設けられて
いるため、冷媒流入口(60)は斜め下向きに設けてあった
が、第１開口の位置に応じて冷媒流入口(60)の開口方向
を変更することも可能である。例えば、第１開口が上記
実施形態１の第１開口(73a),(73b) よりも下方に設けら
れている場合には、冷媒流入口(60)を第１開口の中心か
ら水平方向に設けてもよい。また、第１開口を伝熱面(8
1a),(81b) の最下端に形成した場合には、冷媒流入口(6
0)を第１開口の中心からやや斜め上向きに設けてもよ
い。これらの場合にも冷媒の偏流が防止され、実施形態
１と同様の効果を得ることができる。

【００６２】冷媒流入口(60),(60) は２つに限らず、３
つ以上であってもよい。

【００６３】なお、冷媒は非共沸混合冷媒に限らず、疑
似共沸冷媒、単一冷媒等のその他の冷媒であってもよい
ことは勿論である。また、冷却流体は冷媒に限らず、ブ
ライン、水等であってもよい。被冷却流体も水に限定さ
れず、ブラインや冷媒等であってもよい。つまり、本プ
レート型熱交換器では、任意の熱交換流体を使用するこ
とができる。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１流
体の流入開口を伝熱プレートの幅方向中央部に形成した
ので、熱交換流路に流入する第１流体は伝熱プレートの
幅方向の全体にわたって均一に流入し、その偏流が防止
される。その結果、熱交換効率が向上する。

【００６５】上下方向に延びる第１及び第２熱交換流路
を形成すると共に、第１流体の流入開口を伝熱プレート
の下側に形成し、第２流体の流入開口を第１流体の流入
開口よりも下側に形成することにより、第２流体の流入
開口による第１流体の死水域の発生を防止することがで
き、この結果、第１流体の死水域による偏流を防止する
ことができる。また、第１流体または第２流体を上下方
向に流通させることにより、これら流体が二相流体であ
っても、二相間の比重の違いによる偏流を防止すること
ができる。

【００６６】第１流体が熱交換に伴って温度が変化する
流体である場合には、偏流が抑制されることによりその
熱交換器内の温度分布の不均一が抑制され、熱交換効率
を顕著に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プレート型熱交換器の斜視図である。

【図２】第１プレートの正面図である。

【図３】第２プレートの正面図である。

【図４】第１プレートの正面の部分拡大図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線断面図である。

【図６】プレート型熱交換器の伝熱面の断面図である。

【図７】水流通路における水の等温線図である。

【図８】他の実施形態の伝熱プレートの正面図である。

【図９】従来のプレート型熱交換器の分解斜視図であ
る。

【図１０】従来のプレート型熱交換器における水の等温
線図である。

【符号の説明】

(50) プレート型熱交換器 (53) 冷媒入口管（第１流体導入管） (54) 冷媒出口管（第１流体導出管） (55) 水入口管（第２流体導入管） (56) 水出口管（第２流体導出管） (61) 冷媒流通路（第１熱交換流路） (62) 水流通路（第２熱交換流路） (63) 冷媒流入空間（第１流体流入空間） (64) 冷媒流出空間（第１流体流出空間） (65) 水流入空間（第２流体流入空間） (66) 水流出空間（第２流体流出空間） (73a),(73b) 第１開口（第１流体の流入開口） (74a),(74b) 第２開口（第１流体の流出開口） (75a),(75b) 第３開口（第２流体の流入開口） (76a),(76b) 第４開口（第２流体の流出開口） (P1),(P2) 伝熱プレート

フロントページの続き (72)発明者 水谷 和秀 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 3L103 AA05 AA09 AA18 AA37 BB33 BB42 BB44 CC02 CC28 DD08 DD09 DD55 DD57

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の伝熱プレート(P1,P2)が積層され
   て成るプレート型熱交換器であって、 伝熱プレート(P1,P2)における少なくとも一方の流体の
   流入開口(73a,73b)が、プレートの幅方向中央部に形成
   されているプレート型熱交換器。
2. 【請求項２】 複数の伝熱プレート(P1,P2)は、各伝熱
   プレート(P1,P2)の両面側にそれぞれ上下方向に延びる
   第１及び第２の熱交換流路(61,62)を形成するように積
   層され、 第１熱交換流路(61)を流通する第１流体の流入開口(73
   a,73b)は、伝熱プレート(P1,P2)の下側に形成され、 第２熱交換流路(62)を流通する第２流体の流入開口(75
   a,75b)は、該第１流体の流入開口(73a,73b)よりも下側
   に形成されている請求項１に記載のプレート型熱交換
   器。
3. 【請求項３】 第１流体の流入開口(73a,73b)と流出開
   口(74a,74b)とが上下方向に離隔して形成され、且つ該
   第１流体と熱交換を行う第２流体の流入開口(75a,75b)
   と流出開口(76a,76b)とが上下方向に離隔して形成され
   た複数の伝熱プレート(P1,P2)が積層されて成るプレー
   ト型熱交換器であって、 上記伝熱プレート(P1,P2)間には、上記第１流体が流通
   する第１熱交換流路(61)と上記第２流体が流通する第２
   熱交換流路(62)とが該伝熱プレート(P1,P2)の積層方向
   に交互に形成され、 上記複数の伝熱プレート(P1,P2)の第１流体の流入開口
   (73a,73b)は、該伝熱プレート(P1,P2)の幅方向の中央部
   に形成される一方、第１流体導入管(53)からの第１流体
   を上記第１熱交換流路(61)に分配する第１流体流入空間
   (63)を形成し、 上記複数の伝熱プレート(P1,P2)の第１流体の流出開口
   (74a,74b)は、上記第１熱交換流路(61)から第１流体を
   回収して第１流体導出管(54)に導く第１流体流出空間(6
   4)を形成し、 上記複数の伝熱プレート(P1,P2)の第２流体の流入開口
   (75a,75b)は、上記第１流体の流入開口(73a,73b)よりも
   下側に形成される一方、第２流体導入管(55)からの第２
   流体を上記第２熱交換流路(62)に分配する第２流体流入
   空間(65)を形成し、 上記複数の伝熱プレート(P1,P2)の第２流体の流出開口
   (76a,76b)は、上記第２熱交換流路(62)から第２流体を
   回収して第２流体導出管(56)に導く第２流体流出空間(6
   6)を形成しているプレート型熱交換器。
4. 【請求項４】 第１流体は、熱交換に伴って温度が変化
   する流体である請求項１〜３のいずれか一つに記載のプ
   レート型熱交換器。