JP2005121319A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 相変化型熱媒体の液相部分の流通がスムーズであり，気液分離が確実に行われる熱交換器を提供すること。
【解決手段】 本発明の熱交換器１は，第１プレート１１と第２プレート２１とが積層されて構成されている。そして，単相型熱媒体を通す単相型熱媒体流路と，相変化型熱媒体を通す相変化型熱媒体流路とがそれらのプレート間に形成され，プレート１１，２１を介して単相型熱媒体と相変化型熱媒体との間で熱交換を行う。さらに，相変化型熱媒体流路が，第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面とで形成され，第１プレート１１の表面には，凹部１２と，凹部１２より下方に位置する凹部１３と，凹部１２と凹部１３とを結ぶ平行直線状の溝凹部が形成され，気相の相変化型熱媒体の連通孔１５が凹部１２に設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は，２種の熱媒体の間で熱交換させるための熱交換器に関する。さらに詳細には，一方の熱媒体が気液相変化を伴う相変化型熱媒体であり，他方の熱媒体が相変化を伴わない単相型熱媒体である熱交換器に関するものである。

従来から，空調装置等においては，凝縮器や蒸発器として熱交換器が用いられている。この熱交換器として，複数の伝熱プレートを積層し，そのプレート間に熱媒体の流路を形成することにより，プレート面を介して熱交換を行わせるものがある。プレート面には平行な連続した波形や山形等のパターンが形成され，そのパターンとしては用途や流される物質の種類等に応じてさまざまなものが開発されている。

例えば，特許文献１では，一方の熱媒体として相変化型熱媒体を使用するための熱交換器が提案されている。この文献に記載されている熱交換器１００は，図２３に示すＡプレート１０１と図２４に示すＢプレート１０２とを交互に複数枚積層し，図２５のように構成されている。これらのプレート１０１，１０２には，それぞれ異なる方向の対角線状に平行な波溝が形成され，四隅にはそれぞれ同径の通路孔１０３，１０５，１０６，１０８が設けられている。この熱交換器１００を凝縮器として使用するときには，気体フロンは通路孔１０３から流入され，伝熱面１０４を流れて凝縮され，通路孔１０５から流出される。また，水等の他方の熱媒体は通路孔１０６から伝熱面１０７を介して通路孔１０８へと流される。

ここで，伝熱面１０４は，Ａプレート１０１の表面（おもてめん）（図２３に示している面）とＢプレート１０２の裏面（図２４に示している面の裏側）とが重ねられて形成される流路である。これらの図で白抜き部分が表面から見た凹部であり，すなわち，裏面側への凸部となっている部分である。この流路では，両プレートの間に双方から凸部となっている部分は両プレートがお互いに接する接点であって，流通が閉止される。また，伝熱面１０７は，Ａプレート１０１の裏面とＢプレート１０２の表面とで形成される流路である。
特開平５−１２６４７８号公報

しかしながら，前記した従来の熱交換器では，フロンの流路はかなり複雑なものとなる。フロンの流路を表側から透視して図示すると，図２６に示すようになり，多数の接点を有する複雑な流路となっている。この図では白抜き部分が流通可能な空間であり，着色部分は両プレートの接点であって流路は閉止されている。このため，この流路中で液化されたフロン液の流れがスムーズでなく，流路中で気液混合状態となりやすいという問題点があった。

本発明は，前記した従来の熱交換器が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，相変化型熱媒体の液相部分の流通がスムーズであり，気液分離が確実に行われる熱交換器を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の熱交換器は，単相型熱媒体を通す単相型熱媒体流路と，相変化型熱媒体を通す相変化型熱媒体流路とを内部に有し，単相型熱媒体と相変化型熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって，相変化型熱媒体流路が，ヘッダスペースと，ヘッダスペースより下方に位置するフッタスペースと，ヘッダスペースとフッタスペースとを結ぶ平行直線状の溝スペースとを有し，気相の相変化型熱媒体の出入り口がヘッダスペースに設けられているものである。

本発明の熱交換器によれば，相変化型の熱媒体の流路はヘッダスペースとフッタスペースとが上下に配置され，その間を結ぶ平行直線状の溝スペースを有しているので，液相部分は重力によって溝スペースに沿って下方へ流れ，速やかにフッタスペースへと流れ込む。一方で，気相部分は比重が小さく，液相部分のようには流れ落ちずに上方に溜まる。従って，気相の相変化型熱媒体の出入り口がヘッダスペースに設けられていれば，液相部分とは異なる方向へ向かうこととなる。これにより，相変化型熱媒体の液相部分の流通がスムーズであり，気液分離が確実に行われる熱交換器となっている。

また，本発明の熱交換器は，ともに凹凸パターンを有し第１面の凸部が第２面の凹部であり第２面の凸部が第１面の凹部である第１種板と第２種板とを交互に積層してなり，第１種板の第２面の凹部と第２種板の第１面の凹部とで形成される隙間が単相型熱媒体流路をなし，第１種板の第１面の凹部と第２種板の第２面の凹部とで形成される隙間が相変化型熱媒体流路をなし，第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，ヘッダスペースをなすヘッダ凹部と，フッタスペースをなすフッタ凹部とが，それぞれ相向き合う位置に形成されており，第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，溝スペースをなす平行直線状の溝凹部が，互いに交差する方向に設けられており，第１種板の第１面および第２種板の第２面における残部に，単相型熱媒体流路の一部をなす第１凸部および第２凸部が設けられているものである。

このようにすれば，第１種板の第１面と第２種板の第２面との間に，ヘッダ凹部によってヘッダスペースが，フッタ凹部によってフッタスペースが，溝凹部によって溝スペースがそれぞれ形成される。従って，第１種板の第１面と第２種板の第２面との間が相変化型の熱媒体の流路として機能できる。また，平行直線状の溝凹部は，互いに交差する方向に設けられているので，接点がなくなって耐久性が低下することはない。また，その残部には第１凸部および第２凸部が設けられているので，裏面（第１種板の第２面および第２種板の第１面）では凹部となり，単相型熱媒体流路の一部をなすことができる。

さらに本発明では，第１種板の第１面の溝凹部の形成方向と第２種板の第２面の溝凹部の形成方向との間の角度が，５°〜３０°の範囲内にあることが望ましい。
このようにすれば，第１種板の第１面の溝凹部と第２種板の第２面の溝凹部とによる接点の数が少なく，その間に形成された流路を流される相変化型熱媒体の流れに対する抵抗が小さい。

さらに本発明では，第１種板の第１面の溝凹部と第２種板の第２面の溝凹部との少なくとも一方が，その板の対角線方向に対して，−１０°〜＋１０°の範囲内の角度で形成されていることが望ましい。
このようにすれば，その板の対角部付近に相変化型熱媒体の出入り口が設けられた場合に，液相の相変化型熱媒体が，第１種板の第１面の溝凹部と第２種板の第２面の溝凹部とのいずれかを通って，フッタスペースへ迅速に流れることができる。

さらに本発明では，液相の相変化型熱媒体の出入り口がフッタ凹部に設けられていることが望ましい。
このようにすれば，この熱交換器を凝縮器として使用した場合，液化された相変化型熱媒体をフッタスペースに集めて，フッタ凹部に設けられた出入り口から出力させることができる。

さらに本発明では，第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，溝凹部の一部を横切る中間凹部が，相向き合う位置に形成されており，液相の相変化型熱媒体の出入り口が中間凹部に設けられていることが望ましい。
このようにすれば，この熱交換器を蒸発器として使用した場合，液相の相変化型熱媒体はその出入り口から中間凹部へと導かれる。ここから，溝凹部を介してフッタ凹部へ向かって流れ落ちつつ熱交換される。この流路は抵抗が小さく，液表面積が大きい適正な流下液膜を形成することができるため，効率のよい熱交換が可能となる。

さらに本発明では，液相の相変化型熱媒体の出入り口がフッタ凹部にも設けられていることが望ましい。
このようにすれば，バルブ等を用いて，どちらを液相の相変化型熱媒体の出入り口として使用するかを切り換えることにより，この熱交換器を凝縮器としても蒸発器としても使用できる。

さらに本発明では，液相の相変化型熱媒体の出入り口がヘッダ凹部に設けられていることが望ましい。
このようにすれば，この熱交換器を蒸発器として使用した場合，その出入り口から入力された液相の相変化型熱媒体をヘッダ凹部に導き，溝凹部を介してフッタ凹部へ向かって流れ落ちつつ熱交換される。この流路は抵抗が小さく，液表面積が大きい適正な流下液膜を形成することができるため，効率のよい熱交換が可能となる。

さらに本発明では，第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，ヘッダ凹部内における液相の相変化型熱媒体の出入り口より設置時に上方となる位置に，土手状凸部が，相向き合うように形成されていることが望ましい。
このようにすれば，この熱交換器を蒸発器として使用し，ヘッダ凹部内における出入り口から液相の相変化型熱媒体を入力したとき，その上方へ飛散することが土手状凸部によって防止される。従って，気相の相変化型熱媒体の出入り口に液相の相変化型熱媒体が飛び込んでしまうことがない。

さらに本発明では，第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，ヘッダ凹部内における気相の相変化型熱媒体の出入り口より設置時に下方となる位置に，土手状凸部が，相向き合うように形成されていることが望ましい。
このようにすれば，この熱交換器を蒸発器として使用し，ヘッダ凹部内における出入り口が液相の相変化型熱媒体の入力用にされているとき，土手状凸部によって，同じヘッダ凹部内における気相の相変化型熱媒体の出入り口へ直接流れ込むことが防止される。従って，気液分離が確実に行われる。

さらに本発明では，液相の相変化型熱媒体の出入り口がフッタ凹部にも設けられていることが望ましい。
このようにすれば，バルブ等を用いて，どちらを液相の相変化型熱媒体の出入り口として使用するかを切り換えることにより，この熱交換器を凝縮器としても蒸発器としても使用できる。

本発明によれば，相変化型熱媒体の液相部分の流通がスムーズであり，気液分離が確実に行われる熱交換器が提供されている。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，従来と同様に２種類のプレートを交互に積層して構成される熱交換器であるが，本発明の特徴は主にその使用されるプレートにある。

「第１の形態」
本形態の熱交換器１は，図１に示す第１プレート１１と図２に示す第２プレート２１とが，図３に示すように交互に複数枚積層されたものである。第１プレート１１と第２プレート２１とは，略長方形の板状で，それらの外形は等しい。これらのプレート１１，２１は，例えば薄板材をプレスする等によって形成されるものであり，表面が凹部である部分は，裏面では凸部となる。また，図１，図２を含み，以下に示す各プレートの図では，全て各プレートの表面を示しており，外枠と孔周囲以外の着色している部分はこの表面で凸部となっている部分であり，白抜き部分はこの表面で凹んでいる部分である。裏面ではこの凹凸が逆になっている。なお，図３に示すように熱交換器として積層される場合は，各プレートの表面が同じ向きに揃えられる。

図１に示す第１プレート１１の表面には，その上部と下部に横長の凹部１２，１３が設けられ，それらを結んで側端にほぼ平行な多数の平行溝１４が形成されている。平行溝１４は，連続した波形となっている。さらに，第１プレート１１の４隅にはそれぞれ同径の連通孔１５，１６，１７，１８が設けられている。また，平行溝１４の左右には，第１プレート１１の側端に沿って凸部１９，２０が設けられている。すなわち，凹部１２には連通孔１５が，凹部１３には連通孔１６が，凸部１９には連通孔１７が，凸部２０には連通孔１８がそれぞれ配置されている。

一方，図２に示す第２プレート２１の表面には，両側部に凹部２２，２３が設けられ，それらの間には，側端に対してやや角度がついて平行な多数の平行溝２４が形成されている。平行溝２４と第２プレート２１の側端とのなす角度θ１は５°〜３０°の範囲内である。この角度θ１は，平行溝１４と平行溝２４とがなす角度でもあり，左右のどちらへの傾きであってもよい。さらに，第２プレート２１の四隅にはそれぞれ，第１プレート１１と同位置に同径の連通孔２５，２６，２７，２８が設けられている。なお，この第２プレート２１の表面では，第１プレート１１の凹部１２，１３に相当する上下の部分は凸部２９，３０となっている。

熱交換器１は，これらの第１プレート１１と第２プレート２１とを交互に積層し，接点および周囲をブレージング等によって密着させたものである。さらに，両外面をフレームで挟んで密閉されている。図３に示すように，前面フレーム３１には，４つのノズル３５，３６，３７，３８が設けられ，これらが各熱媒体の出入り口として他の流路等と連通される。このように構成されることにより，各プレート１１，２１の四隅に設けられた連通孔は互いに同軸に並べられ，前面フレーム３１のノズル３５〜３８のいずれかにそれぞれ連通される。すなわち，各連通孔１５，２５はノズル３５に，連通孔１６，２６はノズル３６に，連通孔１７，２７はノズル３７に，連通孔１８，２８はノズル３８にそれぞれ連通される。

また，このように密着させることにより，第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面との間，あるいは，第１プレート１１の裏面と第２プレート２１の表面との間にそれぞれ流路が形成される。形成される流路は，どちらか少なくとも一方が凹部となっている部分の全体である。相対する面の同位置が凸部同士であるときにその部分が接点となるので，その部分は流路とはならない。

なお，本形態では第１プレート１１が第１種板に，第２プレート２１が第２種板に相当し，表面が第１面，裏面が第２面に相当する。そして，第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面とで形成される流路が相変化型熱媒体流路であり，第１プレート１１の裏面と第２プレート２１の表面とで形成される流路が単相型熱媒体流路である。ここでは，相変化型熱媒体としてフロンを，単相型熱媒体として水を使用するものとする。なお，以下の各形態では全て，添字の数字の小さいプレートが第１種板に相当する。

次に，フロンの流路である第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面とで形成される流路の形状について説明する。この流路には上下部分に，凹部１２と凸部２９の裏面とが向かい合うことによってできる空間と，凹部１３と凸部３０の裏面とが向かい合うことによってできる空間とが形成される。そして，それらの空間同士は平行溝１４および平行溝２４の裏面によって連通されている。ここで，これらのうち上部の空間がヘッダスペースに，下部の空間がフッタスペースにそれぞれ相当する。また，平行溝１４または平行溝２４の裏面で形成される流路部分が溝スペースに相当する。さらには，ヘッダスペースを構成する凹部１２および凸部２９の裏面がそれぞれヘッダ凹部であり，フッタスペースを構成する凹部１３および凸部３０の裏面がそれぞれフッタ凹部である。また，平行溝１４および平行溝２４の裏面の溝部がそれぞれ溝凹部である。

一方，第１プレート１１の裏面と第２プレート２１の表面とで形成される水の流路は，上記のフロン流路の残りの部分となる。すなわち，凸部１９の裏面と凹部２２とで形成される空間，凸部２０の裏面と凹部２３とで形成される空間，および平行溝１４の裏面と平行溝２４とで形成される流路部分である。ここで，凸部１９，２０および凹部２２，２３の裏面が第１凸部に，平行溝１４の間の凸部および平行溝２４の裏面の凸部が第２凸部にそれぞれ相当している。

ここで，平行溝１４，２４によって形成される流路では，互いの凸部が向き合うことによる接点ができる。例えば，第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面との間に形成されるフロン流路中には，図４に示すように，流路とならない部分として僅かな数の接点３９を有する。この接点３９の数が少ないのは，平行溝１４と平行溝２４とがなす角度θ１が，５°〜３０°程度と比較的小さいためである。ここで，この角度θ１を５°未満とすると接点がほとんどなくなり，熱交換器１の強度（耐圧）が確保できなくなる。一方，この角度θ１が３０°より大きいと，接点が多くなりすぎて，流路が複雑になるので望ましくない。また，第１プレート１１の裏面と第２プレート２１の表面との間に形成される水流路では，接点３９とほぼ同数同配置で，全体にわずかにずれた位置に接点を有する形状となる。この２種のプレートに形成される平行溝同士がなす角度が５°〜３０°という点は，以下の全ての形態に共通である。

また，熱交換器１では，図３に示すように，各プレート１１，１２の四隅の連通孔１５〜１８，２５〜２８はそれぞれ一繋がりの流路となって，それぞれ該当するノズル３５〜３８へと連通されている。そのため，凹部１２および凸部２９の裏面で形成されるヘッダスペースは連通孔１５，２５を介してノズル３５に連通されている。また，凹部１３および凸部３０の裏面で形成されるフッタスペースはノズル３６へと連通されている。このことから，フロン流路はノズル３５，３６と連通されていることになる。一方。水流路は，凹部２２，２３の連通孔２７，２８を介してノズル３７，３８に連通されている。

この熱交換器１は，下辺を水平に設置され，凝縮器としての使用に適している。このように設置すると，第１プレート１１の平行溝１４はほぼ鉛直方向に整列されることとなる。凝縮器として使用される場合には，熱交換器１には気体フロンとその気体フロンを冷却するための冷却水が入力される。図３中に白矢印で示すように，気体フロンは前面フレーム３１のノズル３５から入力される。これにより，第１プレート１１の連通孔１５から凹部１２に流入されて水平方向へ広がり，第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面との間に形成されるフロン流路（図４参照）へと流れ込む。

フロン流路において，冷却水との熱交換によって液化された液体フロンは，平行溝１４の壁面または平行溝２４の裏面の壁面に滴状となって付着する。そして，重力によって鉛直下方向へ流れ落ちる。この熱交換器１の流路では，鉛直方向に接点や障害物のない流路位置が多数あるので，流れに対する抵抗が小さく，壁面に沿ってスムーズに流れ落ちることができる。流れ落ちて凹部１３に溜まった液体フロンは連通孔１６からノズル３６に出力される。

一方，フロンを冷却する冷却水は，図３中に黒矢印で示すように，前面フレーム３１のノズル３７から入力される。そして，連通孔２７から凹部２２に流入し，第１プレート１１の裏面と第２プレート２１の表面との間に形成される水流路を流される。さらに，凹部２３の連通孔２８を介してノズル３８へ出力される。水は相変化しないので，水圧によって強制的に流通する。さらに，この流路には流通方向に多数の接点や障害物が存在するので，水の流れは乱流となり，各プレート１１，２１を介してフロンを効率的に冷却することができる。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器１によれば，第１プレート１１の表面と第２プレート２１の裏面との間に形成されるフロン流路は，流れに対する抵抗となる接点３９が少ないものとなっている。しかも，鉛直方向に接点のない流路位置が多数あるので，液化された液体フロンは重力によってスムーズに流れ落ちることができる。従って，ノズル３５から入力された気体フロンが冷却されて液化された後の気液分離が確実に行われる。一方で，第１プレート１１の裏面と第２プレート２１の表面との間に形成される水流路は，流通方向に多数の接点が存在するので乱流となる。従って，効率のよい熱交換が可能となる。

「第２の形態」
本形態の熱交換器２は，図５に示す第３プレート４１と図６に示す第４プレート４２とが，図７に示すように交互に複数枚積層されたものである。本形態の熱交換器２は，第１の形態の熱交換器１と比較して，各プレートの平行溝の形成角度，および，熱交換器としての設置角度が異なるのみであるので，同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の第３プレート４１の平行溝４３は，プレート側端に対して角度θ２をなして形成されている。この角度θ２は，図５に示すように，時計回り方向とし，０°〜１０°の範囲が好ましい。ただし，角度θ２が０°の場合は，第１の形態の熱交換器１と同じものとなる。ここで，時計回り方向とは，フロン用の連通孔１５，１６を結ぶ対角線方向に近づく角度方向である。

また，第４プレート４２の平行溝４４は，図６に示すように，プレート側端に平行かやや反時計方向へ傾いている。平行溝４４とプレート側端とのなす角度θ３は，両プレートの平行溝４３と平行溝４４とのなす角度が第１の形態のθ１で示した範囲であるように決定される。すなわち，角度（θ２＋θ３）が５°〜３０°の範囲内になるように決められる。従って，熱交換器１と同様に，凹部１２，１３の間に流されるフロン流路には，接点の数が少なく，流れに対する抵抗が小さい。

この熱交換器２は，図７に示すように，その下辺が水平面と角度θ２をなすようにやや傾けて設置され，凝縮器としての使用に適している。このように設置されると，第３プレート４１の平行溝４３はほぼ鉛直方向に整列されることになる。気体フロンはノズル３５から入力され，凹部１２を介して第３プレート４１の表面と第４プレート４２の裏面とで形成されるフロン流路に流されて冷却される。液体フロンは鉛直方向に整列された平行溝４３を流れ落ちて凹部１３に溜まり，連通孔１６へと流される。このとき，連通孔１６が凹部１３のうち最も低い位置に配置されるので，凹部１３に流れ落ちた液体フロンは，速やかに連通孔１６に流れ込みノズル３６から出力される。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器２によれば，第１の形態の熱交換器１と同様に，液化された液体フロンが重力によってスムーズに流れ落ち，気液分離が確実に行われる。

「第３の形態」
本形態の熱交換器３は，図８に示す第５プレート５１と図９に示す第６プレート５２とが，図１０に示すように交互に複数枚積層されたものである。本形態の熱交換器３は，第１の形態の熱交換器１と比較して，各プレートの凹部や平行溝の配置，および，熱交換器としての設置姿勢が異なるのみであるので，同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の第５プレート５１は，図８に示すように，連通孔１５，１６の周囲にそれぞれ略くさび形の凹部５３，５４が設けられている。また，両側の凹部５３，５４を繋ぐ平行溝５５が形成されている。この平行溝５５は，図８中に横線で示されている長辺に対して，０°〜４５°の範囲の角をなして設けられる。より好ましくは，連通孔１５，１６を結んだ線に平行に形成されるのがよい。
また，第６プレート５２は，図９に示すように，連通孔２７，２８の周囲に凹部５６，５７が設けられている。さらに，第５プレート５１の凹部５３，５４に対応する位置を繋ぐ平行溝５８が形成されている。ここで，平行溝５５と平行溝５８とは角度θ１をなしている。

この熱交換器３は，図１０に示すように，その下面が水平面と角度θ４をなすように設置され，凝縮器としての使用に適している。気体フロンは，連通孔１５に連通されるノズル３５から入力され，凹部５３を介して第５プレート５１の表面と第６プレート５２の裏面とで形成されるフロン流路に流されて冷却される。液体フロンは，第５プレート５１の表面側に溜まり，平行溝５５を伝って図中左手前方向へ流れる。そして，凹部５４と連通孔１６を介してノズル３７から流れ出る。この熱交換器３では，ノズル３５，３８は図中上側のフレームに，ノズル３６，３７は下側のフレームに設けられる。冷却水は，ノズル３８から入力され，第５プレート５１の裏面と第６プレート５２の表面とで形成される流路を流れて，ノズル３７から流れ出る。

この熱交換器３は，熱交換器１と同様に平行溝５５，５８のなす角が小さく，流路中の接点の数が少ない。特に，凹部５３と凹部５４とは平行溝５５によって直接接続されているので，液体フロンは平行溝５５に沿ってスムーズに流れ落ちる。ここで，平行溝５５のプレート長辺に対する角度が０°〜４５°としたのは，この範囲を超えると凹部５３と凹部５４とを直接接続する平行溝５５の数が少なくなりすぎるからである。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器３によれば，第１の形態の熱交換器１と同様に，液化された液体フロンが重力によってスムーズに流れ落ち，気液分離が確実に行われる。

「第４の形態」
本形態の熱交換器４は，図１１に示す第７プレート６１と図１２に示す第８プレート６２とが，図１３に示すように交互に複数枚積層されたものである。本形態の熱交換器４は，第１の形態の熱交換器１と比較して，各プレートの凹部や平行溝の配置が異なるのみであるので，同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の第７プレート６１は，図１１に示すように，上辺に沿って連通孔１５を含む凹部６３が，下辺に沿って凹部６４がそれぞれ設けられている。また，両凹部６３，６４を繋いで，第７プレート６１の短辺に平行に平行溝６５が形成されている。また，両凹部６３，６４の中央よりやや左上位置に，略平行四辺形の凹部６６が形成されている。凹部６６はその長手方向がほぼ左上から右下へのプレート対角線に沿って形成されている。さらに，凹部６６のほぼ中央部に連通孔６７が設けられている。
また，第８プレート６２には，図１２に示すように，第７プレート７１の平行溝６５に対して角度θ１をなす平行溝６８が設けられている。この形態では，第１の形態において図中左下位置に設けられた連通孔１６，２６は省略されている。

この熱交換器４は，図１３に示すように，長辺を水平にして設置され，蒸発器としての使用に適している。このように使用される場合，連通孔６７に連通されるノズル６９から液体フロンが入力される。ここから，液体フロンは凹部６６中に広がり，第７プレート６１の表面と第８プレート６２の裏面とで形成されるフロン流路を流れて，平行溝６５を伝って流れ落ちる。これにより，広い面積で流下滴膜が形成される。ここで，連通孔６７や凹部６６の配置は，適正な流下液膜が形成でき，液体フロンが連通口１５へ流れ出ることのないように決定されればよい。液化滴膜となった液体フロンは，凹部６４までの途中で加温され，気化される。そして，気化したフロンはフロン流路に沿って上昇する。そして，凹部６３に集められ，連通孔１５を介してノズル３５から出力される。一方，液体フロンを加温する温水は，ノズル３７から入力され，第７プレート６１の裏面と第８プレート６２の表面とで形成される水流路を流れて，ノズル３８から流れ出る。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器４によれば，液体フロンが重力によってスムーズに流れ落ちることにより，広い面積で流下液膜が形成されるので気化の効率がよく，気液分離が確実に行われる。

「第５の形態」
本形態の熱交換器５は，図１４に示す第９プレート７１と図１５に示す第１０プレート７２とが，図１６に示すように交互に複数枚積層されたものである。本形態の熱交換器５は，第３の形態の熱交換器３と比較して，各プレートの連通孔の配置が異なるのみであるので，同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の第９プレート７１は，図１４に示すように，連通孔１５の周囲に設けられた略くさび形の凹部５３中に，さらなる連通孔７３が設けられている。さらに，連通孔１５と連通孔７３とが直接連通されないように，両連通孔１５，７３の一部周囲に土手状凸部７４，７５が設けられている。連通孔１５の周囲には図中左方に半周以上の土手状凸部７４が設けられ，連通孔７３の周囲には図中右方に半周以上の土手状凸部７５が設けられている。

また，第１０プレート７２は，図１５に示すように，連通孔７３と同位置に連通孔７６が設けられている。さらに，第１０プレート７２の裏面には，土手状凸部７４，７５と同位置に土手状凸部７７，７８が設けられている。これらの土手状凸部７４と７７，７５と７８は，図１６に示すように両プレート７１，７２が交互に積層された時には互いに密着し，その部分の流路を閉塞する。なおここでは，両プレートに土手状凸部を設けて密着させるとしたが，一方のみに高いものを形成して，他方の連通孔の周囲に密着させるようにしてもよい。

この熱交換器５は，図１６に示すように，その下面が水平面と角度θ４をなすように設置され，蒸発器としての使用に適している。液体フロンは連通孔７３，７６と連通されるノズル７９から入力される。ここで，土手状凸部７５によって図中右方への流通が制限されているので，入力された液体フロンが直接連通孔１５へ流れ込むことはない。液体フロンは凹部５３を介して，第９プレート７１の表面と第１０プレート７２の裏面とで形成されるフロン流路を流され加温される。そして，平行溝５５で気化されて上昇し，凹部５３の図中上方（右方）に溜まる。連通孔１５は図中右方に開放されているので，気体フロンは，連通孔１５を介してノズル３５から流れ出る。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器５によれば，第４の形態の熱交換器４と同様に，液体フロンが重力によってスムーズに流れ落ちることにより，広い面積で流下液膜が形成されるので気化の効率がよく，気液分離が確実に行われる。

「第６の形態」
本形態の熱交換器６は，図１７に示す第１１プレート８１と図１８に示す第１２プレート８２とが，図１９に示すように交互に複数枚積層されたものである。本形態の熱交換器６は，第２の形態の熱交換器２と比較して，各プレートに凹部および連通孔が追加されたのみであるので，同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の第１１プレート８１は，図１７に示すように，第２の形態の第３プレート４１に加えて，第４の形態の第７プレート６１と同様の凹部６６および連通孔６７をも有している。また，本形態の第１２プレート８２は，図１８に示すように，第２の形態の第４プレート４２に加えて，第４の形態の第８プレート６２と同様の凸部と連通孔をも有している。

この熱交換器６は，図１９に示すように，熱交換器２と同様に，長辺を水平から角度θ２に設置される。さらに，この熱交換器６は，凝縮器としても蒸発器としても使用可能なものである。この熱交換器６を設置する際には，ノズル３６とノズル６９とにバルブを接続しておく。そのバルブの操作によって，ノズル３６またはノズル６９のいずれか一方のみが連通され，他方は閉止されるようにする。この熱交換器６を凝縮器として使用する場合は，ノズル３６を連通させてノズル６９を閉止する。またあるいは，蒸発器として使用する場合は，ノズル６９を連通させてノズル３６を閉止する。

このようにすれば，凝縮器として使用する場合には熱交換器２と同様に，気体フロンをノズル３５から入力して，液体フロンをノズル３６から出力する。蒸発器として使用する場合には熱交換器４と同様に，液体フロンをノズル６９から入力して，気体フロンをノズル３５から出力する。そしていずれの場合においても，第１１プレート８１の表面と第１２プレート８２の裏面とで形成されるフロン流路には，ほぼ鉛直方向に接点のない流路部分が多数あるので，液体フロンは重力によって速やかに流れ落ちる。なお，もう一つの熱媒体である水は，いずれの場合も，ノズル３７から入力してノズル３８から出力する。

なおここでは，第１１プレート８１の表面に形成される平行溝４３として，第２の形態の第３プレート４１と同様のやや傾いたものとしたが，第１の形態の第１プレート１１に設けられたほぼ鉛直状の平行溝１４としてもよい。この場合は，熱交換器６を水平に設置することにより，ほぼ鉛直方向に液体フロンの流路を形成することができる。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器６によれば，液体フロンが重力によってスムーズに流れ落ちることにより，気液分離が確実に行われる。

「第７の形態」
本形態の熱交換器７は，図２０に示す第１３プレート９１と図２１に示す第１４プレート９２とが，図２２に示すように交互に複数枚積層されたものである。本形態の熱交換器５は，第５の形態の熱交換器５と比較して，各プレートの連通孔の配置が異なるのみであるので，同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の第１３プレート９１は，図２０に示すように，第５の形態の第９プレート７１に加え，図中左下の連通孔１６をも有している。また，本形態の第１４プレート９２は，図２１に示すように，第５の形態の第１０プレート７２に加え，図中左下の連通孔２６をも有している。第１３プレート９１には，第５の形態の第９プレート７１と同様に，連通孔１５，７３の一部周囲に土手状凸部７４，７５が設けられている。第１４プレート９２には，第５の形態の第１０プレート７２と同様に，連通孔２５，７６の一部周囲に土手状凸部７７，７８が設けられている。

この熱交換器７は，図２２に示すように，その下面が水平面と角度θ４をなすように設置される。さらに，この熱交換器７は，凝縮器としても蒸発器としても使用可能なものである。この熱交換器７を設置する際には，ノズル３６とノズル７９とにバルブを接続しておく。そのバルブの操作によって，ノズル３６またはノズル７９のいずれか一方のみが連通され，他方は閉止されるようにする。この熱交換器７を凝縮器として使用する場合は，ノズル３６を連通させてノズル７９を閉止する。あるいは，蒸発器として使用する場合は，ノズル７９を連通させてノズル３６を閉止する。

このようにすれば，凝縮器として使用する場合には熱交換器３と同様に，気体フロンをノズル３５から入力して，液体フロンをノズル３６から出力する。蒸発器として使用する場合には熱交換器５と同様に，液体フロンをノズル７９から入力して，気体フロンをノズル３５から出力する。そしていずれの場合においても，第１３プレート９１の表面と第１４プレート９２の裏面とで形成される流路中の液体フロンは，第１３プレート９１の平行溝５５の深い部分に溜まり，溝に沿って流れ落ちる。なお，もう一つの熱媒体である水は，いずれの場合も，ノズル３８から入力してノズル３７から出力する。

以上詳細に説明したように，本形態の熱交換器７によれば，液体フロンが重力によってスムーズに流れ落ちることにより，気液分離が確実に行われる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。 例えば，上記の各形態における熱交換器の平行溝は連続した波形で形成されるとしたが，四角溝や三角溝の連続によって構成されていてもよい。

第１形態の第１プレートを示す説明図である。 第１形態の第２プレートを示す説明図である。 第１形態の熱交換器を示す説明図である。 第１形態の熱交換器内部の流路を示す説明図である。 第２形態の第３プレートを示す説明図である。 第２形態の第４プレートを示す説明図である。 第２形態の熱交換器を示す説明図である。 第３形態の第５プレートを示す説明図である。 第３形態の第６プレートを示す説明図である。 第３形態の熱交換器を示す説明図である。 第４形態の第７プレートを示す説明図である。 第４形態の第８プレートを示す説明図である。 第４形態の熱交換器を示す説明図である。 第５形態の第９プレートを示す説明図である。 第５形態の第１０プレートを示す説明図である。 第５形態の熱交換器を示す説明図である。 第６形態の第１１プレートを示す説明図である。 第６形態の第１２プレートを示す説明図である。 第６形態の熱交換器を示す説明図である。 第７形態の第１３プレートを示す説明図である。 第７形態の第１４プレートを示す説明図である。 第７形態の熱交換器を示す説明図である。 従来の熱交換器に用いられているプレートを示す説明図である。 従来の熱交換器に用いられているプレートを示す説明図である。 従来の熱交換器を示す説明図である。 従来の熱交換器内部の流路を示す説明図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，６，７ 熱交換器
１１ 第１プレート（第１種板）
１２，５３，６３ 凹部（ヘッダ凹部）
１３，５４，６４ 凹部（フッタ凹部）
１４，４３，５５，６５ 平行溝（溝凹部）
１５，１６，１７，１８，２５，２６，２７，２８ 連通孔（出入り口）
２１ 第２プレート（第２種板）
４１ 第３プレート（第１種板）
４２ 第４プレート（第２種板）
５１ 第５プレート（第１種板）
５２ 第６プレート（第２種板）
６１ 第７プレート（第１種板）
６２ 第８プレート（第２種板）
６６ 凹部（中間凹部）
７１ 第９プレート（第１種板）
７２ 第１０プレート（第２種板）
７４，７５，７７，７８ 土手状凸部
８１ 第１１プレート（第１種板）
８２ 第１２プレート（第２種板）
９１ 第１３プレート（第１種板）
９２ 第１４プレート（第２種板）

Claims (11)

1. 単相型熱媒体を通す単相型熱媒体流路と，相変化型熱媒体を通す相変化型熱媒体流路とを内部に有し，単相型熱媒体と相変化型熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器において，
   前記相変化型熱媒体流路が，ヘッダスペースと，前記ヘッダスペースより下方に位置するフッタスペースと，前記ヘッダスペースと前記フッタスペースとを結ぶ平行直線状の溝スペースとを有し，
   気相の相変化型熱媒体の出入り口が前記ヘッダスペースに設けられていることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載する熱交換器において，
   ともに凹凸パターンを有し第１面の凸部が第２面の凹部であり第２面の凸部が第１面の凹部である第１種板と第２種板とを交互に積層してなり，
   第１種板の第２面の凹部と第２種板の第１面の凹部とで形成される隙間が前記単相型熱媒体流路をなし，
   第１種板の第１面の凹部と第２種板の第２面の凹部とで形成される隙間が前記相変化型熱媒体流路をなし，
   第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，前記ヘッダスペースをなすヘッダ凹部と，前記フッタスペースをなすフッタ凹部とが，それぞれ相向き合う位置に形成されており，
   第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，前記溝スペースをなす平行直線状の溝凹部が，互いに交差する方向に設けられており，
   第１種板の第１面および第２種板の第２面における残部に，前記単相型熱媒体流路の一部をなす第１凸部および第２凸部が設けられていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２に記載する熱交換器において，
   第１種板の第１面の溝凹部の形成方向と第２種板の第２面の溝凹部の形成方向との間の角度が，５°〜３０°の範囲内にあることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３に記載する熱交換器において，
   第１種板の第１面の溝凹部と第２種板の第２面の溝凹部との少なくとも一方が，その板の対角線方向に対して，−１０°〜＋１０°の範囲内の角度で形成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項２に記載する熱交換器において，
   液相の相変化型熱媒体の出入り口が前記フッタ凹部に設けられていることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項２に記載する熱交換器において，
   第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，前記溝凹部の一部を横切る中間凹部が，相向き合う位置に形成されており，
   液相の相変化型熱媒体の出入り口が前記中間凹部に設けられていることを特徴とする熱交換器。
7. 請求項６に記載する熱交換器において，
   液相の相変化型熱媒体の出入り口が前記フッタ凹部にも設けられていることを特徴とする熱交換器。
8. 請求項２に記載する熱交換器において，
   液相の相変化型熱媒体の出入り口が前記ヘッダ凹部に設けられていることを特徴とする熱交換器。
9. 請求項８に記載する熱交換器において，
   第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，前記ヘッダ凹部内における液相の相変化型熱媒体の出入り口より設置時に上方となる位置に，土手状凸部が，相向き合うように形成されていることを特徴とする熱交換器。
10. 請求項８に記載する熱交換器において，
    第１種板の第１面および第２種板の第２面にはともに，前記ヘッダ凹部内における気相の相変化型熱媒体の出入り口より設置時に下方となる位置に，土手状凸部が，相向き合うように形成されていることを特徴とする熱交換器。
11. 請求項８に記載する熱交換器において，
    液相の相変化型熱媒体の出入り口が前記フッタ凹部にも設けられていることを特徴とする熱交換器。

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