JP2015064146A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換しようとする二流体の内、少なくとも一方の流体が、熱交換器において気体と液体との間での相変化を伴う場合でも、効率的な熱交換を実現する。【解決手段】縦向きに配置された伝熱プレート１，２が多数枚重ね合わされ、隣接する伝熱プレート１，２間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられる。前記二流体の内、少なくとも一方の流体が通される伝熱プレート１，２間は、上方領域７，８と下方領域９，１０とに分けられる。そして、少なくとも下方領域において、伝熱プレート１，２自体に凹凸（ヘリンボーン１２やディンプル１１）が形成されており、上方領域において、伝熱プレート１，２とは別部材の伝熱面拡大部材（波形フィン３）が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、プレート式熱交換器に関するものである。

周知のとおり、プレート式熱交換器は、伝熱プレートを多数枚重ね合わせて構成される。従来のプレート式熱交換器では、伝熱プレートには、ヘリンボーンやディンプルと呼ばれる凹凸が形成されているだけであった。下記特許文献１に開示されるように、伝熱プレートの上方領域と下方領域とで、ヘリンボーンの傾斜角度を変えることは提案されている。

特開２００２−１０７０８４号公報

しかしながら、伝熱プレートの伝熱面がヘリンボーンやディンプルのみで構成される場合、伝熱効率に限界がある。特に、熱交換器において、気体から液体へと相変化するか、液体から気体へと相変化する流体の場合、気相部において伝熱性能が著しく劣るものであった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、伝熱性能を向上させたプレート式熱交換器を提供することにある。特に、熱交換しようとする二流体の内、少なくとも一方の流体が、熱交換器において気体と液体との間での相変化を伴う場合でも、効率的に熱交換可能なプレート式熱交換器を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、縦向きに配置された伝熱プレートが多数枚重ね合わされ、隣接する伝熱プレート間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられ、前記二流体の内、少なくとも一方の流体が通される伝熱プレート間は、上方領域と下方領域とに分けられ、少なくとも下方領域において、伝熱プレート自体に凹凸が形成されており、上方領域において、伝熱プレートとは別部材の伝熱面拡大部材が設けられていることを特徴とするプレート式熱交換器である。

請求項１に記載の発明によれば、熱交換される二流体の内、少なくとも一方の流体が通される伝熱プレート間は、上方領域と下方領域とに分けられ、上方領域において、伝熱プレートとは別部材の伝熱面拡大部材が設けられるので、伝熱プレート自体に凹凸を形成しただけの場合と比較して、熱交換効率を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、前記一方の流体は、他方の流体との熱交換により、気体から液体へと相変化するか、液体から気体へと相変化する流体とされ、前記伝熱面拡大部材は、フィンおよび／または金属繊維から構成されることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器である。

請求項２に記載の発明によれば、一方の流体が、気体と液体との間での相変化を伴う流体であっても、一方の流体が通される伝熱プレート間には、上方領域に、フィンおよび／または金属繊維から構成される伝熱面拡大部材が設けられるので、気相部における伝熱性能を確保することができる。そして、下方領域には、伝熱プレート自体に凹凸を形成したので、液相部における伝熱性能を確保することができる。

請求項３に記載の発明は、前記他方の流体が通される伝熱プレート間も、上方領域と下方領域とに分けられ、少なくとも下方領域において、伝熱プレート自体に凹凸が形成されており、上方領域において、伝熱プレートとは別部材の伝熱面拡大部材が設けられており、前記他方の流体は、前記一方の流体との熱交換により、液体から気体へと相変化するか、気体から液体へと相変化する流体とされ、前記他方の流体が通される伝熱プレート間に設けられる伝熱面拡大部材も、フィンおよび／または金属繊維から構成されることを特徴とする請求項２に記載のプレート式熱交換器である。

請求項３に記載の発明によれば、双方の流体が、気体と液体との間での相変化を伴う流体であっても、各流体が通される伝熱プレート間には、上方領域に、フィンおよび／または金属繊維から構成される伝熱面拡大部材が設けられるので、気相部における伝熱性能を確保することができる。そして、下方領域には、伝熱プレート自体に凹凸を形成したので、液相部における伝熱性能を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、前記凹凸は、ヘリンボーンおよび／またはディンプルから構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器である。

請求項４に記載の発明によれば、伝熱プレート自体に形成する凹凸として、ヘリンボーンおよび／またはディンプルを用いることで、液相部における伝熱性能を確保して、熱交換効率を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、第一伝熱プレートと第二伝熱プレートとが交互に前後に積層されて構成され、これら各伝熱プレートは、互いに対応する高さにおいて、前記上方領域と前記下方領域とに分けられ、第一伝熱プレートの上方領域には、ヘリンボーンが前方へのみ膨出して形成され、後面に波形フィンがそのうねりを左右方向へ沿って配置され、第一伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、第二伝熱プレートの上方領域には、ヘリンボーンが後方へのみ膨出して形成され、第二伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、前記各伝熱プレートのヘリンボーンは、板面からの膨出高さが互いに同一とされ、前記各伝熱プレートのヘリンボーンを交差させて重ね合わせると共に、前記各伝熱プレートで前記波形フィンを挟み込んで組み立てられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器である。

請求項５に記載の発明によれば、一方の流体が通される流体流路では、下方領域において、第一伝熱プレートのヘリンボーンと第二伝熱プレートのヘリンボーンとが交差して配置され、上方領域において、ヘリンボーンが膨出しない面同士の隙間に波形フィンが挟み込まれる。一方、他方の流体が通される流体流路では、下方領域も上方領域でも、第一伝熱プレートのヘリンボーンと第二伝熱プレートのヘリンボーンとが交差して配置される。このようにして、熱交換しようとする二流体の内、一方の流体が、熱交換器において気体と液体との間での相変化を伴う場合でも、効率的に熱交換可能なプレート式熱交換器を、簡易な構成で製作することができる。

請求項６に記載の発明は、第一伝熱プレートと第二伝熱プレートとが交互に前後に積層されて構成され、これら各伝熱プレートは、互いに対応する高さにおいて、前記上方領域と前記下方領域とに分けられ、第一伝熱プレートの上方領域には、後面に波形フィンがそのうねりを左右方向へ沿って配置され、第一伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、第二伝熱プレートの上方領域には、後面に波形フィンがそのうねりを左右方向へ沿って配置され、第二伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、前記各伝熱プレートのヘリンボーンは、板面からの膨出高さが互いに同一とされ、前記各伝熱プレートのヘリンボーンを交差させて重ね合わせると共に、前記各伝熱プレートで前記波形フィンを挟み込んで組み立てられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器である。

請求項６に記載の発明によれば、いずれの流体が通される流体流路でも、下方領域において、第一伝熱プレートのヘリンボーンと第二伝熱プレートのヘリンボーンとが交差して配置され、上方領域において、ヘリンボーンが膨出しない面同士の隙間に波形フィンが挟み込まれる。このようにして、熱交換しようとする二流体の双方が、熱交換器において気体と液体との間での相変化を伴う場合でも、効率的に熱交換可能なプレート式熱交換器を、簡易な構成で製作することができる。

さらに、請求項７に記載の発明は、前記各伝熱プレートの上方領域には、前記波形フィンが配置される箇所を除いた箇所に、ヘリンボーンおよび／またはディンプルが形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプレート式熱交換器である。

請求項７に記載の発明によれば、波形フィンが配置される箇所を除いた箇所に、ヘリンボーンおよび／またはディンプルを形成して、熱交換効率を一層向上することができる。

本発明によれば、プレート式熱交換器において、伝熱性能を向上させることができる。特に、熱交換しようとする二流体の内、一方または双方の流体が、熱交換器において気体と液体との間での相変化を伴う場合でも、効率的な熱交換を図ることができる。

本発明のプレート式熱交換器の一実施例の主要部を示す概略分解斜視図である。 図１のプレート式熱交換器の組立状態の正面図である。 図２におけるIII−III断面図である。 図２におけるIV−IV断面図である。 図２におけるＶ−Ｖ断面図である。 図１のプレート式熱交換器の変形例を示す図であり、図４に対応した箇所の断面図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明のプレート式熱交換器の一実施例の主要部を示す概略図であり、図１は分解斜視図、図２は組立状態の正面図である。また、図３から図５は、それぞれ、図２におけるIII−III断面図、IV−IV断面図、Ｖ−Ｖ断面図である。なお、図１において、伝熱プレート１，２の長手方向は上下方向であり、伝熱プレート１，２の幅方向は左右方向であり、伝熱プレート１，２の積層方向は前後方向である。

本実施例のプレート式熱交換器は、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とが交互に前後に多数枚重ね合わされて構成される。詳細は後述するが、第一伝熱プレート１の後面と第二伝熱プレート２の前面との間には、上方領域に伝熱面拡大部材としての波形フィン３が配置され、第二伝熱プレート２の後面と第一伝熱プレート１の前面との間には、そのような波形フィン３は配置されない。

各伝熱プレート１，２は、互いに対応した大きさの略矩形の金属板から構成され、後述するように、板面には適宜の凹凸（凹部および／または凸部）が形成されている。また、各伝熱プレート１，２の四隅には、互いに対応した位置に流路穴４が形成されている。この流路穴４は、伝熱プレート１，２間の隙間からなる流体流路に、熱交換しようとする流体を出し入れするための穴である。

各伝熱プレート１，２は互いに重ね合わされ、隣接する伝熱プレート１，２間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられる。具体的には、第一伝熱プレート１の後面と第二伝熱プレート２の前面との間の第一流路５に、第一流体が通される一方、第二伝熱プレート２の後面と第一伝熱プレート１の前面との間の第二流路６に、第二流体が通される。この際、第一流体と第二流体とが対向流になるように流すのが好ましい。

たとえば、第一流路５には、第一流体が上方から下方へ流され、第二流路６には、第二流体が下方から上方へ流される。具体的には、第一流路５には、上方左右の流路穴４の内の一つから、下方左右の流路穴４の内の一つへ第一流体が通され、第二流路６には、下方左右の流路穴４の内の残り一つから、上方左右の流路穴４の内の残り一つへ第二流体が通される。つまり、プレート式熱交換器は、上方左右の流路穴４の内、一方が第一流体の流入口とされ、他方が第二流体の流出口とされ、下方左右の流路穴４の内、一方が第一流体の流出口とされ、他方が第二流体の流入口とされる。この際、各流体について、流入口と流出口とは、上下に対応した流路穴４（たとえば流入口が左側の流路穴４なら流出口も左側の流路穴４）により構成されてもよいし、上下で左右にずれた流路穴４（たとえば流入口が左側の流路穴４なら流出口は右側の流路穴４）により構成されてもよい。

あるいは、逆に、第一流路５には、第一流体が下方から上方へ流され、第二流路６には、第二流体が上方から下方へ流される。具体的には、第一流路５には、下方左右の流路穴４の内の一つから、上方左右の流路穴４の内の一つへ第一流体が通され、第二流路６には、上方左右の流路穴４の内の残り一つから、下方左右の流路穴４の内の残り一つへ第二流体が通される。つまり、プレート式熱交換器は、上方左右の流路穴４の内、一方が第一流体の流出口とされ、他方が第二流体の流入口とされ、下方左右の流路穴４の内、一方が第一流体の流入口とされ、他方が第二流体の流出口とされる。この場合も、各流体について、流入口と流出口とは、上下に対応した流路穴４により構成されてもよいし、上下で左右にずれた流路穴４により構成されてもよい。

いずれにしても、上述のような流れを規定するために、たとえば、各伝熱プレート１，２間に設定形状のガスケットを配置するか、そのようなガスケットを配置することなく、次のように組み立てられる。つまり、各伝熱プレート１，２は、互いに密接する方向へ締め付けられたり、外周部や所望により板面に、ろう付け（ブレージング）されたり、溶接されたりして、組み立てられる。

以下、各伝熱プレート１，２の凹凸および波形フィン３について、さらに詳細に説明する。なお、伝熱プレート１，２に施される凹凸は、特に問わないが、典型的にはヘリンボーンおよび／またはディンプルから構成される。

本実施例のプレート式熱交換器の場合、第一伝熱プレート１の後面と第二伝熱プレート２の前面との間の第一流路５は、上方領域と下方領域とに分けられる。そして、その内、少なくとも下方領域において、各伝熱プレート１，２自体に凹凸がプレス加工などにより形成され、上方領域において、伝熱プレート１，２間に波形フィン３が設けられる。

第一流路５の上方領域には、波形フィン３が配置される箇所（各伝熱プレート１，２の板面の内、波形フィン３が重ね合わされる範囲）に、適宜の凹凸を形成してもよいが、この凹凸は、好ましくは、波形フィン３が配置される側とは反対側へのみ膨出して形成される。また、第一流路５の上方領域には、波形フィン３が配置される箇所を除いた箇所に、適宜の凹凸を形成してもよく、この凹凸は、板面に対しいずれの方向へ膨出して形成されてもよい。さらに、第一流路５の下方領域には、適宜の凹凸が形成されるが、この凹凸は、板面に対しいずれの方向へ膨出して形成されてもよい。

さらに具体的に説明すると、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とは、それぞれ、設定高さにおいて、上方領域と下方領域とに分けられる。この設定高さは、特に問わないが、本実施例では両伝熱プレート１，２で対応する高さとされ、図示例では上下方向中央部とされている。

各伝熱プレート１，２の上方領域は、図示例の場合、さらに、上方ディンプル領域７と上方ヘリンボーン領域８とに分けられている。また、各伝熱プレート１，２の下方領域は、図示例の場合、さらに、下方ヘリンボーン領域９と、下方ディンプル領域１０とに分けられている。上下のディンプル領域７，１０は、各伝熱プレート１，２の上下両端部に配置され、前記流路穴４を含んだ領域である。そして、上下のディンプル領域７，１０には、多数のディンプル１１が形成されている。たとえば、略半球状の多数の凹凸が形成されている。一方、上下のヘリンボーン領域８，９には、ヘリンボーン１２が形成されている。つまり、略Ｖ字形状の凹凸が魚の骨状に配列されており、その各凹凸は断面略半円状とされている。

第一伝熱プレート１の上方ヘリンボーン領域８には、ヘリンボーン１２が前方へのみ膨出して形成され、後面に波形フィン３がそのうねりを左右方向へ沿って配置される。また、第一伝熱プレート１の下方ヘリンボーン領域９には、ヘリンボーン１２が前後に膨出して形成される。第一伝熱プレート１の上下のヘリンボーン領域８，９の各ヘリンボーン１２は、図１に示すように、連続的に形成されている。言い換えれば、第一伝熱プレート１の上下のヘリンボーン領域８，９には、ヘリンボーン１２が形成されるが、その内、上方領域においては、後方への膨出形成が省略されて、板面のまま残されている。なお、図示例の場合、第一伝熱プレート１のヘリンボーン１２は、正面または背面から見た場合、略逆Ｖ字形状の溝が上下に等間隔で形成されており、縦断面で見た場合、板面に対し前後に交互に膨出して、全体として波形となるが、上方領域において、後方への膨出はない。

第二伝熱プレート２の上方ヘリンボーン領域８には、ヘリンボーン１２が後方へのみ膨出して形成され、前面には前記波形フィン３がそのうねりを左右方向へ沿って配置される。また、第二伝熱プレート２の下方ヘリンボーン領域９には、ヘリンボーン１２が前後に膨出して形成される。第二伝熱プレート２の上下のヘリンボーン領域８，９の各ヘリンボーン１２は、図１に示すように、連続的に形成されている。言い換えれば、第二伝熱プレート２の上下のヘリンボーン領域８，９には、ヘリンボーン１２が形成されるが、その内、上方領域においては、前方への膨出形成が省略されて、板面のまま残されている。なお、図示例の場合、第二伝熱プレート２のヘリンボーン１２は、正面または背面から見た場合、略Ｖ字形状の溝が上下に等間隔で形成されており、縦断面で見た場合、板面に対し前後に交互に膨出して、全体として波形となるが、上方領域において、前方への膨出はない。

第一伝熱プレート１のヘリンボーン１２と、第二伝熱プレート２のヘリンボーン１２とは、基本的には同一形状であり、Ｖ字の角度や、形成間隔、板面からの膨出高さが互いに同一とされている。但し、Ｖ字の向きは、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とで逆に配置されている。なお、ヘリンボーン１２の形状を、各伝熱プレート１，２で互いに異なったものとしたり、各伝熱プレート１，２の領域に応じて異なったものとしたりしてもよい。また、上下のディンプル領域７，１０には、ディンプル１１に代えてまたはこれに加えて、ヘリンボーン１２等の他の凹凸を形成してもよい。

波形フィン３は、本実施例では、薄い金属製の板材を矩形波状に屈曲形成されて構成される。そして、そのうねりを左右方向へ沿って配置される。つまり、横断面において、前方へ開口するコ字形状部と、後方へ開口するコ字形状部とが、互い違いに出現するように、板材を順次屈曲して形成される。本実施例では、各コ字形状部の大きさは、互いに同一とされており、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２との間の隙間に丁度挟み込まれる。言い換えれば、波形フィン３のフィン高さ（波の高さ）は、第一伝熱プレート１の下方において、第一伝熱プレート１の板面から後方へのヘリンボーン１２の膨出寸法と、第二伝熱プレート２の下方において、第二伝熱プレート２の板面から前方へのヘリンボーン１２の膨出寸法とを合わせた寸法とされている。

ところで、波形フィン３は、本実施例では、好ましくは矩形波状に形成されているが、場合により、正弦波状、台形波状、三角波状、のこぎり波状など、波形形状は適宜に変更可能である。また、うねりを左右方向に配置した波形フィン３において、上下方向等間隔でさらに波形を半周期分だけ左右にずらしたオフセットフィンとしてもよい。なお、波形フィン３は、各コ字形状部の溝が上下方向へ沿う以外に、適宜の傾斜や湾曲などが施されていてもよい。

プレート式熱交換器は、各伝熱プレート１，２のヘリンボーン１２を交差させて重ね合わせると共に、上方領域において、ヘリンボーン１２が膨出しない面同士の隙間に波形フィン３が挟み込まれる。これにより、波形フィン３の各コ字形状部の中央片（溝の底部）が各伝熱プレート１，２の板面と重ね合わされて密着される。この重ね合わせ部において、伝熱プレート１，２と波形フィン３とを圧接または溶接すれば、両部材間の伝熱性を一層向上することができる。

本実施例のプレート式熱交換器の場合、波形フィン３が配置された第一流路５には、典型的には、気体と液体との間での相変化を伴う流体が通される。波形フィン３のうねりは左右方向に配置され、波形フィン３の各コ字形状部の溝は上下方向に配置されるので、流体の流通が阻害されるおそれはない。その一方、伝熱プレート１，２とは別部材の波形フィン３を設けたので、伝熱プレート１，２自体に凹凸を形成しただけの場合と比較して、熱交換効率を高めることができる。つまり、主として、気相部においては、上方領域の波形フィン３により熱交換が図られ、液相部においては、下方領域のヘリンボーン１２により熱交換が図られる。

第一流路５に通される流体が、気体から液体へと相変化する流体の場合、第一流路５には、上方から下方へ流体が流される。よって、上方から導入された気体は、波形フィン３により凝縮され、凝縮水が下方へ脱落する。一方、第二流路６へ通される流体は、本実施例では熱交換器内で相変化しない流体（液体または気体）とされ、下方から上方へ流されるのがよい。

あるいは、第一流路５に通される流体が、液体から気体へと相変化する流体の場合、第一流路５には、下方から上方へ流体が流される。よって、下方から導入された液体は、上方へ行くに従って気化され、さらに所望により過熱される。一方、第二流路６へ通される流体は、本実施例では熱交換器内で相変化しない流体（液体または気体）とされ、上方から下方へ流されるのがよい。

いずれにしても、第一流路５の上方領域と下方領域との境界は、上方領域が気相部、下方領域が液相部となるように、構成するのがよい。図示例では、上方領域と下方領域との境界は、伝熱プレート１，２の上下方向中央部であるが、必ずしもこれに限らず、気相部と液相部との境界に合わせて設定するのがよい。

本実施例のプレート式熱交換器によれば、第一流体が、気体と液体との間での相変化を伴う流体であっても、第一流体が通される第一流路５には、上方領域に、波形フィン３が設けられているので、単純にヘリンボーンなどを形成しただけの場合と比較して伝熱面積の拡大が図られており、気相部における伝熱性能を確保することができる。

図６は、前記実施例のプレート式熱交換器の変形例を示す図であり、図４に対応した箇所の断面図である。本変形例のプレート式熱交換器も、基本的には前記実施例と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記実施例では、第一流路５を通される第一流体のみが、熱交換器内で相変化する場合について述べたが、本変形例では、第二流路６を通される第二流体も、熱交換器内で相変化する場合に好適に用いられる。

本変形例では、各伝熱プレート１，２間は、いずれも上方領域と下方領域とに分けられ、少なくとも下方領域において、伝熱プレート１，２自体に凹凸が形成されており、上方領域において、伝熱プレート１，２とは別部材の伝熱面拡大部材が設けられている。そして、典型的には、伝熱面拡大部材は波形フィン３から構成され、凹凸はヘリンボーン１２やディンプル１１から構成される。

さらに具体的に説明すると、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とは、それぞれ、設定高さにおいて、上方領域と下方領域とに分けられる。この設定高さは、特に問わないが、本変形例では両伝熱プレート１，２で対応する高さとされ、図示例では上下方向中央部とされている。

本変形例の場合、第一伝熱プレート１の上方領域の内、波形フィン３が配置される箇所（前記実施例の上方ヘリンボーン領域８に対応する箇所）には、ヘリンボーン１２は形成されず平板状とされ、後面に波形フィン３がそのうねりを左右方向へ沿って配置される。また、第一伝熱プレート１の下方ヘリンボーン領域９には、ヘリンボーン１２が前後に膨出して形成される。

一方、第二伝熱プレート２の上方領域の内、波形フィン３が配置される箇所（前記実施例の上方ヘリンボーン領域８に対応する箇所）には、ヘリンボーン１２は形成されず平板状とされ、後面に波形フィン３がそのうねりを左右方向へ沿って配置される。また、第二伝熱プレート２の下方ヘリンボーン領域９には、ヘリンボーン１２が前後に膨出して形成される。

そして、プレート式熱交換器は、各伝熱プレート１，２のヘリンボーン１２を交差させて重ね合わせると共に、上方領域において、ヘリンボーン１２が膨出しない平板面同士の隙間に波形フィン３が挟み込まれる。これにより、波形フィン３の各コ字形状部の中央片（溝の底部）が各伝熱プレート１，２の板面と重ね合わされて密着される。

なお、第一伝熱プレート１の後面と第二伝熱プレート２の前面との間（つまり第一流路５）に挟まれる波形フィン３と、第二伝熱プレート２の後面と第一伝熱プレート１の前面との間（つまり第二流路６）に挟まれる波形フィン３とは、同一の構成としてもよいが、場合により異なる構成としてもよい。

本変形例のプレート式熱交換器の場合、波形フィン３が配置された各流路５，６には、典型的には、気体と液体との間での相変化を伴う流体が通される。第一流体が、第二流体との熱交換により、気体から液体へと相変化する場合、第二流体は、第一流体との熱交換により、液体から気体へと相変化する。あるいは、第一流体が、第二流体との熱交換により、液体から気体へと相変化する場合、第二流体は、第一流体との熱交換により、気体から液体へと相変化する。

従って、本変形例のプレート式熱交換器は、たとえば、二段ヒートポンプの下段ヒートポンプ（低温側サイクル）と上段ヒートポンプ（高温側サイクル）とを接続するカスケード熱交換器（下段ヒートポンプの凝縮器と上段ヒートポンプの蒸発器を兼ねる熱交換器）に適用することができる。その場合、第一流路５には、下段ヒートポンプの冷媒を上方から下方へ流して凝縮を図り、第二流路６には、上段ヒートポンプの冷媒を下方から上方へ流して気化を図ればよい。

本変形例のプレート式熱交換器によれば、熱交換しようとする各流体が、気体と液体との間での相変化を伴う流体であっても、各流体が通される各流路には、上方領域に、波形フィン３が設けられているので、気相部における伝熱性能を確保することができる。その他の構成は、前記実施例と同様のため、説明は省略する。

本発明のプレート式熱交換器は、前記実施例（変形例を含む）の構成に限らず適宜変更可能である。特に、少なくとも一方の流体が通される伝熱プレート１，２間を上方領域と下方領域とに分け、少なくとも下方領域において、伝熱プレート１，２自体に凹凸が形成されており、上方領域において、伝熱プレート１，２とは別部材の伝熱面拡大部材が設けられているのであれば、前記実施例に限定されるものではない。たとえば、伝熱面の構成内容や面積は、前記実施例に限定されるものではない。

また、前記実施例では、波形フィン３が配置される箇所（正面視で波形フィン３と重なる領域）には、波形フィン３の側へはヘリンボーン１２を膨出させなかったが、場合により、波形フィン３の側へもヘリンボーン１２などを膨出させてもよい。逆に、前記実施例において、波形フィン３が設置された領域よりも下方領域にも、場合により、適宜の伝熱面拡大部材を設けてもよい。

また、前記実施例では、伝熱面拡大部材は、波形フィン３から構成したが、これに限らない。たとえば、波形フィン３に代えてまたはこれに加えて、金属繊維を用いてもよい。この場合も、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２との間に、金属繊維を挟み込めばよい。また、伝熱面拡大部材をフィンから構成する場合、波形フィンに限らず、伝熱プレート１，２に適宜の部材を設けてフィンとしてもよい。その他、伝熱面拡大部材またはフィンとして、連続気泡体のような多孔質材料、上下方向に貫通穴を配置したハニカム構造の部材、または金属線材を適宜の形状に編み込んだり溶接したりした部材などを用いてもよい。

さらに、伝熱面拡大部材として、複数種のフィンなどを設けてもよい。たとえば、伝熱面拡大部材が設置される上方領域を、上下方向に複数の領域に分け、各領域にピッチ（周期）の異なる波形フィンを設けてもよい。

１ 第一伝熱プレート
２ 第二伝熱プレート
３ 波形フィン
４ 流路穴
５ 第一流路
６ 第二流路
７ 上方ディンプル領域
８ 上方ヘリンボーン領域
９ 下方ヘリンボーン領域
１０ 下方ディンプル領域
１１ ディンプル
１２ ヘリンボーン

Claims (7)

1. 縦向きに配置された伝熱プレートが多数枚重ね合わされ、隣接する伝熱プレート間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられ、
   前記二流体の内、少なくとも一方の流体が通される伝熱プレート間は、上方領域と下方領域とに分けられ、
   少なくとも下方領域において、伝熱プレート自体に凹凸が形成されており、
   上方領域において、伝熱プレートとは別部材の伝熱面拡大部材が設けられている
   ことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記一方の流体は、他方の流体との熱交換により、気体から液体へと相変化するか、液体から気体へと相変化する流体とされ、
   前記伝熱面拡大部材は、フィンおよび／または金属繊維から構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記他方の流体が通される伝熱プレート間も、上方領域と下方領域とに分けられ、少なくとも下方領域において、伝熱プレート自体に凹凸が形成されており、上方領域において、伝熱プレートとは別部材の伝熱面拡大部材が設けられており、
   前記他方の流体は、前記一方の流体との熱交換により、液体から気体へと相変化するか、気体から液体へと相変化する流体とされ、
   前記他方の流体が通される伝熱プレート間に設けられる伝熱面拡大部材も、フィンおよび／または金属繊維から構成される
   ことを特徴とする請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記凹凸は、ヘリンボーンおよび／またはディンプルから構成される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
5. 第一伝熱プレートと第二伝熱プレートとが交互に前後に積層されて構成され、
   これら各伝熱プレートは、互いに対応する高さにおいて、前記上方領域と前記下方領域とに分けられ、
   第一伝熱プレートの上方領域には、ヘリンボーンが前方へのみ膨出して形成され、後面に波形フィンがそのうねりを左右方向へ沿って配置され、
   第一伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、
   第二伝熱プレートの上方領域には、ヘリンボーンが後方へのみ膨出して形成され、
   第二伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、
   前記各伝熱プレートのヘリンボーンは、板面からの膨出高さが互いに同一とされ、
   前記各伝熱プレートのヘリンボーンを交差させて重ね合わせると共に、前記各伝熱プレートで前記波形フィンを挟み込んで組み立てられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器。
6. 第一伝熱プレートと第二伝熱プレートとが交互に前後に積層されて構成され、
   これら各伝熱プレートは、互いに対応する高さにおいて、前記上方領域と前記下方領域とに分けられ、
   第一伝熱プレートの上方領域には、後面に波形フィンがそのうねりを左右方向へ沿って配置され、
   第一伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、
   第二伝熱プレートの上方領域には、後面に波形フィンがそのうねりを左右方向へ沿って配置され、
   第二伝熱プレートの下方領域には、ヘリンボーンが前後に膨出して形成され、
   前記各伝熱プレートのヘリンボーンは、板面からの膨出高さが互いに同一とされ、
   前記各伝熱プレートのヘリンボーンを交差させて重ね合わせると共に、前記各伝熱プレートで前記波形フィンを挟み込んで組み立てられる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
7. 前記各伝熱プレートの上方領域には、前記波形フィンが配置される箇所を除いた箇所に、ヘリンボーンおよび／またはディンプルが形成されている
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のプレート式熱交換器。

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