JP2016001082A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、複数の第一流路のそれぞれに第一流体を均質な状態で供給でき、全体における熱交換の均衡を図ることのできるプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】 本発明は、積層した複数の伝熱プレートを含む本体部が、気液混合状態の第一流体を流入させる入口を当該本体部の一端に有して該本体部の他端に向けて延びた第一流入路と連通する第一流路を分岐位置とする二つ以上の一次分岐流路をであって、それぞれが分岐位置から本体部の他端側に延びて異なる第一流路に連通した二つ以上の一次分岐流路とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層された複数の伝熱プレートを含む本体部を備えたプレート式熱交換器に関する。具体的には、本発明は、複数の伝熱プレートが積層されることによって、本体部内に第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とが伝熱プレートを介して隣り合わせに配置されたプレート式熱交換器に関する。

従来から、第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換器として、図９に示す如く、積層された複数の伝熱プレート１００…を含む本体部１０１を備えたプレート式熱交換器が提供されている。

この種のプレート式熱交換器において、本体部１０１は、図１０に示す如く、第一流体Ａを流通させる第一流路１０２と、第二流体Ｂを流通させる第二流路１０３とを有する。第一流路１０２及び第二流路１０３は、伝熱プレート１００を介して隣り合わせに配置される。一般的に、第一流路１０２及び第二流路１０３は、伝熱プレート１００を境にして複数の伝熱プレート１００…の積層方向（以下、単に積層方向という）に交互に配置される。

これに伴い、本体部１０１は、第一流路１０２のみに連通する第一流入路１０４であって、外部から流入した第一流体Ａを第一流路１０２に流入させる第一流入路１０４と、第一流路１０２のみに連通する第一流出路１０５であって、第一流路１０２から流入した第一流体Ａを外部に流出させる第一流出路１０５と、第二流路１０３のみに連通する第二流入路１０６であって、外部から流入した第二流体Ｂを第二流路１０３に流入させる第二流入路１０６と、第二流路１０３のみに連通する第二流出路１０７であって、第二流路１０３から流入した第二流体Ｂを外部に流出させる第二流出路１０７とを有する。

この種のプレート式熱交換器において、一般的に、第一流入路１０４及び第一流出路１０５は、積層方向に真っ直ぐに延びており、複数の第一流路１０２…の全てに連通している。すなわち、第一流入路１０４及び第一流出路１０５は、積層方向で本体部１０１の全長に亘って形成されている。

そして、第一流入路１０４は、積層方向における本体部１０１の何れか一端に入口を有し、第一流出路１０５は、積層方向における本体部１０１の何れか一端に出口を有する。また、第二流入路１０６は、積層方向における本体部１０１の何れか一端に入口を有し、第二流出路１０７は、積層方向における本体部１０１の何れか一端に出口を有する。

これにより、第一流体Ａは、第一流入路１０４、第一流路１０２、第一流出路１０５の順に流通するとともに、第二流体Ｂは、第二流入路１０６、第二流路１０３、第二流出路１０７の順に流通する。これに伴い、第一流路１０２を流通する第一流体Ａ及び第二流路１０３を流通する第二流体Ｂは、伝熱プレート１００を介して互いに熱交換する。

特開２００５−３２６０７４号公報

ところで、この種のプレート式熱交換器では、積層される伝熱プレート１００…の数が多くなると、熱交換に寄与する伝熱面積が広くなり、熱交換性能が高くなるとされている。

しかしながら、伝熱プレート１００…の数が多くなると、積層方向に延びる第一流入路１０４、第一流出路１０５、第二流入路１０６、及び第二流出路１０７の長さが、積層される伝熱プレート１００…の数に応じて長くなってしまう。

その結果、第一流入路１０４における第一流体Ａの流通抵抗が大きくなり、第一流体Ａが流通し難くなる。そのため、この種のプレート式熱交換器では、第一流入路１０４の入口側にある第一流路１０２への第一流体Ａの流入と、第一流入路１０４の奥側にある第一流路１０２への第一流体Ａの流入とが不均一になり、複数の第一流路１０２…に対する第一流体Ａの分配ムラが生じるといった問題がある。

特に、第一流体Ａが冷媒のような相変化するもの（熱交換に伴って気体と液体とに状態変化するもの）である場合、第一流体Ａが気液混合状態（二相状態）で第一流入路１０４に供給されると、第一流体Ａにおける慣性の大きな液体（気体よりも比重の大きな液体）が第一流入路１０４における奥側と連通する第一流路１０２に流入する割合が高く、第一流体Ａにおける慣性の小さな気体（液体よりも比重の小さな気体）が第一流入路１０４の入口側と連通する第一流路１０２に流入する割合が高くなってしまう。

そのため、この種のプレート式熱交換器では、積層方向における位置によって熱交換効率が異なってしまうといった問題がある。

そこで、本発明は、複数の第一流路のそれぞれに第一流体を均質な状態で供給でき、全体における熱交換の均衡を図ることのできるプレート式熱交換器を提供する。

本発明に係るプレート式熱交換器は、積層された複数の伝熱プレートを含む本体部を備え、本体部は、第一流体を流通させる複数の第一流路であって、それぞれが隣り合う伝熱プレートによって画定され、複数の伝熱プレートの積層方向に並ぶ複数の第一流路と、第二流体を流通させる複数の第二流路であって、それぞれが隣り合う伝熱プレートによって画定され、伝熱プレートを介して第一流路と隣り合った状態で前記積層方向に並ぶ複数の第二流路と、前記積層方向における途中位置に配置され、第一流体の流通経路の分岐の基準となる分岐基準流路であって、隣り合う伝熱プレートによって画定された少なくとも一つの分岐基準流路と、前記積層方向に延び、該積層方向における当該本体部の一端に第一流体の入口となる始端を有するとともに、前記積層方向における途中位置に終端を有する第一流入路であって、前記分岐基準流路と連通し、該分岐基準流路に気液混合状態の第一流体を流入させる第一流入路と、前記積層方向に延びる第一流出路であって、第一流路から第一流体を流出させる第一流出路と、前記積層方向に延びる第二流入路であって、第二流路に第二流体を流入させる第二流入路と、前記積層方向に延びる第二流出路であって、第二流路から第二流体を流出させる第二流出路と、それぞれが分岐基準流路に連通した始端を有するとともに、前記積層方向における当該本体部の他端側に延びて異なる第一流路に直接的又は間接的に連通する終端を有する二つ以上の一次分岐流路とを備え、該一次分岐流路の終端に連通した第一流路は、第一流出路に対して直接的又は間接的に連通していることを特徴とする。

上記構成のプレート式熱交換器によれば、第一流路又は第二流路の何れか一方が、第一流路又は第二流路の何れか他方を挟んで配置される。そして、第一流入路が伝熱プレートの積層方向の途中位置にある分岐基準流路だけに連通している。従って、第一流入路は、伝熱プレートの積層方向における途中位置までにしか形成されず、伝熱プレートの積層方向で本体部の全長に亘って形成される従来の第一流入路よりも流路長が短くなる。これにより、第一流入路での第一流体の圧力損失の増大を抑えることができる。

各一次分岐流路の終端が異なる第一流路と連通することで、本体部内には、分岐基準流路を始端とする第一流体の流通経路が二系統以上形成される。従って、第一流入路から第一流出路に至るまでの第一流体の流路の長さ（一系統当りの流路長）が短くなる。これにより、上記構成のプレート式熱交換器では、第一流体の流路全体での圧力損失の増大を抑えることができ、高い熱交換性能を得ることができる。

さらに、上記構成のプレート式熱交換器は、二つ以上の一次分岐流路のそれぞれが、同一の分岐基準流路を基準にして前記積層方向における当該本体部の他端側に延びているため、供給される第一流体が気液混合状態であっても、気液比（気体と液体の割合）を異にした第一流体が各一次分岐流路に流入することを抑制することができる。

例えば、二つ以上の一次分岐流路のうち何れかが分岐基準流路から本体部における他端側に延びるように形成され、残りの一次分岐流路が分岐基準流路から本体部における一端側に延びるように形成された場合、本体部の他端側に延びる一次分岐流路における第一流体の流通方向は、第一流入路における第一流体の流通方向と同じ方向になるのに対し、本体部の一端側に延びる一次分岐流路における第一流体の流通方向は、分岐位置である分岐基準流路で切り替わって第一流入路における第一流体の流通方向と反対向きになる。

これに伴い、第一流体が気液混合状態で第一流入路に供給されると、各一次分岐流路に気体と液体の割合を異にした第一流体が流入してしまう。具体的に説明すると、液体は気体よりも比重が大きいため、流通時の慣性エネルギーの影響を受けやすい。そのため、分岐基準流路に流入した第一流体のうち液体の部分は、慣性エネルギーの影響で直進しようとし、第一流体の流通方向が第一流入路における第一流体の流通方向と同じ方向になる一次分岐流路に積極的に流入してしまう。

そのため、分岐基準流路に流入した第一流体の気体の部分は、第一流入路における第一流体の流通方向と同じ方向になる一次分岐流路への流入が該第一流体の液体の部分に阻まれた状態になり、第一流体の流通方向が第一流入路における第一流体の流通方向と反対向きになる一次分岐流路に流入する。その結果、複数の第一流路のそれぞれに、異なった気液比（気体と液体との比）の第一流体が流入することになり、複数の第一流路の位置によって第一流体と第二流体との熱交換状態が異なってしまう。

しかし、本発明に係るプレート式熱交換器は、二つ以上の一次分岐流路のそれぞれが、同一の分岐基準流路を基準に前記積層方向における当該本体部の他端側に延びている（同方向に延びている）ため、全ての一次分岐流路における第一流体の流通方向が第一流入路における第一流体の流通方向と一致する。

これにより、慣性エネルギーの影響を受けて直進しようとする第一流体の液体の部分が、全ての一次分岐流路に流入し、該第一流体の残りの気体の部分も全ての一次分岐流路に流入する。その結果、複数の第一流路のそれぞれに、同一又は略同一の気液比の第一流体（均質な第一流体）が流入することになるため、複数の第一流路のそれぞれで流通する第一流体と、複数の第二流路のそれぞれで流通する第二流体とをバランスよく熱交換させることができる。

本発明の一態様として、前記本体部は、前記分岐基準流路を二つの領域に区切る区画部を備え、前記第一流入路及び前記二つ以上の一次分岐流路は、前記二つの領域のうちの一方の領域と連通していてもよい。

このようにすれば、区画部によって区画された領域は、区画部によって区画されていない状態の全体領域の大きさよりも小さい。これにより、気液混合状態で流入してきた第一流体の気体の部分や、液体の部分が蒸発によってガス化した気体が分岐基準流路で溜まることを抑制でき、熱交換性能を高めることができる。

具体的に説明すると、第一流体の気体の部分（ガス）は、第二流体との熱交換性能が低い。そのため、第一流体の気体が第一流路内に滞留すると、そのガスの滞留した領域では第二流体とほとんど熱交換が行われず、熱交換効率が低下する傾向にある。

しかし、本発明において、区画部によって区切られることで区画されていない状態の領域よりも小さくなった一つの領域に、前記第一流入路及び前記二つ以上の一次分岐流路が集約されて連通しているため、第一流入路から各一次分岐路までの距離が短くでき、分岐位置での第一流体の気体（ガス）の占有（滞留）を抑制できる。

この場合、前記一方の領域は、前記二つの領域のうちの他方の領域よりも小さいことが好ましい。

かかる構成によれば、一方の領域は第一流体の流路を分岐させるために必要な大きさに抑えることができ、第一流体の気体の部分（ガス）の滞留をより効果的に抑制できる。

また、前記二つの領域のうちの他方の領域は、第一流路又は第二流路の何れか一方を構成していることが好ましい。

このようにすれば、区画部によって区画された他方の領域において、熱交換させる機会を増やすことができ、熱交換効率を高めることができる。

本発明は、複数の第一流路のそれぞれに第一流体を均質な状態で供給でき、全体における熱交換の均衡を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

図１は、本発明の一実施形態に係るプレート式熱交換器の全体斜視図である。 図２は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の概略分解斜視図である。 図３は、図２の部分拡大図である。 図４は、同実施形態に係るプレート式熱交換器における第一流体及び第二流体のそれぞれの流路を説明する模式図である。 図５は、本発明の他実施形態に係るプレート式熱交換器における第一流体及び第二流体のそれぞれの流路を説明する模式図である。 図６は、本発明の別の実施形態に係るプレート式熱交換器における第一流体及び第二流体のそれぞれの流路を説明する模式図である。 図７は、本発明のさらに別の実施形態に係るプレート式熱交換器における第一流体及び第二流体のそれぞれの流路を説明する模式図である。 図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るプレート式熱交換器における第一流体及び第二流体のそれぞれの流路を説明する模式図である。 図９は、従来のプレート式熱交換器の斜視図である。 図１０は、従来のプレート式熱交換器における第一流体及び第二流体のそれぞれの流路を説明する模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係るプレート式熱交換器について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係るプレート式熱交換器は、図１及び図２に示す如く、積層された複数の伝熱プレート２，…を含む本体部３と、複数の伝熱プレート２，…の積層方向（以下、単に「積層方向」という）で本体部３を挟む一対のエンドプレート４，５とを備える。

複数の伝熱プレート２，…のそれぞれは、金属プレートをプレス成形したもので、図３に示す如く、第一流体Ａと第二流体Ｂとを熱交換させる伝熱部２０と、伝熱部２０の外周に沿った環状の嵌合部２１であって、隣り合う伝熱プレート２，…の外周に嵌合可能な嵌合部２１とを備える。

伝熱部２０は、長方形状に形成され、一方の面と該一方の面の裏側の他方の面とを有する。伝熱部２０は、長手方向の一端を含む所定範囲の第一領域２０ａと、長手方向の他端を含む所定範囲の第二領域２０ｂと、第一領域２０ａと第二領域２０ｂとの間の中間領域２０ｃとを有する。

伝熱部２０の第一領域２０ａには、後述する第一流入路３２、一次分岐流路３７ａ，３７ｂ等の流路を形成するための複数の孔（採番しない）が設けられている。これに対し、伝熱部２０の第二領域２０ｂには、第一流出路３３、第二流入路３４、第二流出路３５等の流路を形成するための複数の孔（採番しない）が設けられている。

中間領域２０ｃは、第一流体Ａと第二流体Ｂとを熱交換させる領域であり、一方の面及び他方の面のそれぞれに複数の凹条及び凸条（図示しない）を有する。凹条及び凸条は、交互に配置されている。なお、凹条及び突条は、第一流体Ａ及び第二流体Ｂの流体的な特性に応じて中間領域２０ｃ（伝熱部２０）内に適宜配置される。

嵌合部２１は、伝熱部２０の外周全周に接続され、伝熱部２０の一方の面側に延出している。

複数の伝熱プレート２，…のそれぞれは、伝熱部２０に対して面交差する方向に積層されることで、隣り合う伝熱プレート２，…の伝熱部２０における凸条同士を交差衝合させつつ、隣り合う伝熱プレート２，…の嵌合部２１同士を嵌合させる。そして、積層された複数の伝熱プレート２，…がロウ付けされることで、隣り合う伝熱プレート２，…の密接する部位が封着されている。

これにより、本体部３は、図２〜図４に示す如く、第一流体Ａを流通させる複数の第一流路３０，…であって、それぞれが隣り合う伝熱プレート２，…よって画定され、積層方向に並ぶ複数の第一流路３０，…と、第二流体Ｂを流通させる複数の第二流路３１，…であって、それぞれが隣り合う伝熱プレート２，２によって画定され、該伝熱プレート２を介して第一流路３０と隣り合った状態で積層方向に並ぶ複数の第二流路３１，…とを備える。本実施形態において、第一流路３０，…と第二流路３１，…とは、伝熱プレート２，…を境に積層方向に交互に配置される。

また、本体部３は、伝熱プレート２，…の伝熱部２０に設けられた孔が連なって形成された流路を有する。すなわち、本体部３は、積層方向に延びる第一流入路３２であって、積層方向における本体部３の一端に第一流体Ａの入口となる始端を有するとともに、積層方向における途中位置に終端を有する第一流入路３２と、積層方向に延びる第一流出路３３であって、第一流路３０，…から第一流体Ａを流出させる第一流出路３３と、積層方向に延びる第二流入路３４であって、第二流路３１，…に第二流体Ｂを流入させる第二流入路３４と、積層方向に延びる第二流出路３５であって、第二流路３１，…から第二流体Ｂを流出させる第二流出路３５とを備える。

本体部３は、上記構成に加え、積層方向における途中位置に配置され、第一流体Ａの流通経路の分岐の基準となる分岐基準流路（以下、一次分岐基準流路という）３６，３６であって、隣り合う伝熱プレート２，…によって画定された一次分岐基準流路３６，３６と、それぞれが一次分岐基準流路３６，３６に連通した始端を有するとともに、積層方向における本体部３の他端側に延びて異なる第一流路３０，…に直接的又は間接的に連通する終端を有する一対（二つ）の一次分岐流路３７ａ，３７ｂとを備える。

第一流入路３２は、図３及び図４に示す如く、伝熱部２０の第一領域２０ａに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、第一流入路３２は、伝熱部２０の第一領域２０ａ内で積層方向に延び、一次分岐基準流路３６，３６のみに連通している。

第一流出路３３は、伝熱部２０の第二領域２０ｂに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、第一流出路３３は、伝熱部２０の第二領域２０ｂ内で積層方向に延び、所定の第一流路３０，…（複数の第一流路３０，…が繋がった第一流体Ａの流路であって、第一流入路３２と第一流出路３３とを繋ぐ第一流体Ａの流路の最下流位置となる第一流路３０，…）のみに連通している。

第二流入路３４は、伝熱部２０の第二領域２０ｂに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、第二流出路３５は、伝熱部２０の第二領域２０ｂ内で積層方向に延び、所定の第二流路３１，…（複数の第二流路３１，…が繋がった第二流体Ｂの流路であって、第二流入路３４と第二流出路３５とを繋ぐ第二流体Ｂの流路の最上流位置となる第二流路３１，…）のみに連通している。

第二流出路３５は、伝熱部２０の第二領域２０ｂに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、第二流出路３５は、伝熱部２０の第二領域２０ｂ内で積層方向に延び、所定の第一流路３０，…（複数の第二流路３１，…が繋がった第二流体Ｂの流路であって、第二流入路３４と第二流出路３５とを繋ぐ第二流体Ｂの流路の最下流位置となる第二流路３１，…）のみに連通している。

本実施形態において、第二流入路３４及び第二流出路３５は、異なる第二流路３１，…に連通している。そのため、本体部３は、すべての第二流路３１，…に連通した連絡路３８を有する。

連絡路３８は、伝熱部２０の第一領域２０ａに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、連絡路３８は、伝熱部２０の第一領域２０ａ内で積層方向に延び、全ての第二流路３１，…と連通している。従って、第二流入路３４から所定の第二流路３１，…に流入した第二流体Ｂは、連絡路３８に流入した後に残りの第二流路３１，…に流入し、第二流出路３５に流出する。

一次分岐基準流路３６，３６は、積層方向における本体部３の途中位置に配置される。ここで「途中位置」とは、積層方向における本体部３の一端と他端の間にある任意の位置を意味する。より具体的に説明すると、一次分岐基準流路３６，３６は、第一流路３０，…及び第二流路３１，…と同様に、隣り合う伝熱プレート２，２間に形成される空間である。一次分岐基準流路３６，３６は、第一流入路３２及び一次分岐流路３７ａ，３７ｂの連通する空間であるため、一つであってもよいが、本実施形態においては、一次分岐基準流路３６，３６が二つ設けられている。すなわち、本実施形態に係る本体部３は、一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂの分岐位置として二つの一次分岐基準流路３６，３６を有する。

二つの一次分岐基準流路３６，３６は、単一の第一流路３０，…又は単一の第二流路３１，…の何れか一方を挟んで配置される。本実施形態において、二つの一次分岐基準流路３６，３６は、第一流路３０を挟んで配置されている。すなわち、二つの一次分岐基準流路３６，３６のそれぞれは、本来、第一流路３０，…との関係において、第二流路３１，…となるべき位置に配置されている。

これに伴い、本体部３は、一次分岐基準流路３６，３６を二つの領域３６ａ，３６ｂに区切る区画部３９ａを備え、第一流入路３２及び一次分岐流路３７ａ，３７ｂは、一次分岐基準流路３６，３６の二つの領域３６ａ，３６ｂのうちの一方の領域３６ａと連通している。すなわち、一次分岐基準流路３６，３６は、上述の如く、本来、第一流路３０との関係で第二流路３１となるべき位置に配置されているが、区画部３９ａによって二つの領域３６ａ，３６ｂに区画されることで、一方の領域３６ａが第一流入路３２及び一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂを連通させる空間として機能する。本実施形態において、他方の領域３６ｂは、本来の流路である第二流路３１，…として機能する。

本実施形態において、区画部３９ａは、一方の領域３６ａが他方の領域３６ｂよりも小さくなるように設けられる。本実施形態において、第一流入路３２及び一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂが第一領域２０ａの所定領域内に集約されており、区画部３９ａは、第一流入路３２及び一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂを取り囲むように設けられている。これにより、一方の領域３６ａが第一流入路３２及び一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂを連通させる最小限の広さにされ、他方の領域３６ｂが第二流路３１，…として機能するのに必要な広さにされる。すなわち、他方の領域３６ｂは、第一流体Ａとの熱交換に必要な最大限の広さで確保される。

本実施形態において、上述の如く、一次分岐基準流路３６，３６が二つ設けられるに伴い、第一流入路３２及び一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂは、二つの一次分岐基準流路３６，３６と連通している。

一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれは、伝熱部２０の第一領域２０ａに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれは、伝熱部２０の第一領域２０ａ内で積層方向に延びている。一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれの始端は、一次分岐基準流路３６，３６（二つの一次分岐基準流路３６，３６）と連通しているが、一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれの終端は、異なる第一流路３０，…に連通している。

本実施形態において、一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれの終端は、図４に示す如く、複数の第一流路３０，…が繋がった第一流体Ａの流路であって、一次分岐流路３７ａ，３７ｂと第一流出路３３とを繋ぐ第一流体Ａの流路の最上流位置にある第一流路３０（始端となる第一流路３０）に連通する。すなわち、本実施形態に係るプレート式熱交換器１（本体部３）は、一方の一次分岐流路３７ａに繋がる第一流体Ａの流路であって、複数の第一流路３０，…によって形成された第一流体Ａの流路を含む第一ブロックＢＬ１と、他方の一次分岐流路３７ｂに繋がる第一流体Ａの流路であって、複数の第一流路３０，…によって形成された第一流体Ａの流路を含む第二ブロックＢＬ２とを含む。

第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２は、積層方向に並んで配置される。第一ブロックＢＬ１に含まれる第一流体Ａの流路と、第二ブロックＢＬ２に含まれる第一流体Ａの流路とは、同一形態に構成される。第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２のそれぞれに含まれる第一流体Ａの流路は、最上流の第一流路３０，…が一次分岐流路３７ａ，３７ｂと連通し、最下流の第一流路３０，…が第一流出路３３と連通している。

具体的に説明すると、第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２のそれぞれにおける第一流体Ａの流路は、積層方向の途中位置にある二次分岐基準流路４０であって、一次分岐流路３７ａ，３７ｂの終端が連通した二次分岐基準流路４０と、二次分岐基準流路４０に連通する始端を有する一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂであって、積層方向で互いに背反する方向に延び、異なる第一流路３０，…に連通する終端を有する一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂと、二次分岐流路４１ａ，４１ｂの終端が連通する第一流路３０，…を分岐基準とする一対の三次分岐流路４２ａ，４２ｂであって、積層方向で互いに背反する方向に延び、異なる第一流路３０，…に連通する終端を有する一対の三次分岐流路４２ａ，４２ｂと、三次分岐流路４２ａ，４２ｂの終端が連通する第一流路３０，…に連通する始端を有するとともに、始端の連通した第一流路３０，…と隣り合う第一流路３０，…に連通する終端を有し、始端の連通した第一流路３０，…と連通する三次分岐流路４２ａ，４２ｂと同方向に延びる第一連通路４３ａ，４３ｂと、第一連通路４３ａ，４３ｂの終端に連通した第一流路３０，…であって、第一流出路３３と連通し、当該ブロックにおける第一流体Ａの流路の最下流位置にある第一流路３０，…とを有する。

二次分岐基準流路４０は、本来、第一流路３０，…との関係において、第二流路３１，…となるべき位置に配置されている。これに伴い、本実施形態の本体部３は、二次分岐基準流路４０を二つの領域３６ａ，３６ｂに区切る区画部３９ｂを備え、一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂは、二次分岐基準流路４０の二つの領域４０ａ，４０ｂのうちの一方の領域４０ａと連通している。すなわち、二次分岐基準流路４０は、上述の如く、本来、第一流路３０との関係で第二流路３１となるべき位置に配置されているが、区画部３９ｂによって二つの領域４０ａ，４０ｂに区画されることで、一方の領域４０ａが一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂを連通させる空間として機能する。本実施形態において、他方の領域４０ｂは、本来の流路である第二流路３１として機能する。

一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂは、伝熱部２０の第一領域２０ａに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂのそれぞれは、伝熱部２０の第一領域２０ａ内で積層方向に延び、二次分岐基準流路４０（一方の領域４０ａ）と第一流路３０とを連通させている。本実施形態において、一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂは、積層方向において第一流入路３２と直列に配置されている。

一対の三次分岐流路４２ａ，４２ｂは、伝熱部２０の第二領域２０ｂに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、一対の三次分岐流路４２ａ，４２ｂのそれぞれは、伝熱部２０の第二領域２０ｂ内で積層方向に延び、隣り合う第一流路３０，３０を連通させている。

第一連通路４３ａ，４３ｂは、伝熱部２０の第二領域２０ｂに設けられた孔が連なって形成されている。これにより、第一連通路４３ａ，４３ｂは、伝熱部２０の第二領域２０ｂ内で積層方向に延び、隣り合う第一流路３０，３０を連通させている。

これにより、二次分岐基準流路４０に流入した第一流体Ａは、積層方向の一端側及び他端側に分かれ、積層方向における所定位置で第一流路３０，…内の流通方向を代え、最終的に第一流出路３３に流出する。

これに対し、第二流入路３４から所定の第二流路３１，…に流入した第二流体Ｂは、上述の如く、連絡路３８に流入した後に残りの第二流路３１，…に流入することで、第二流出路３５に流出する。これにより、第一流路３０，…内で流通する第一流体Ａと、第二流路３１，…内で流通する第二流体Ｂとが伝熱プレート２，…を介して熱交換する。

一対のエンドプレート４，５のそれぞれは、伝熱プレート２の伝熱部２０と対向するメインフレーム部（採番しない）と、メインフレーム部の外周から延出した環状部（採番しない）とを備える。一対のエンドプレート４，５は、本体部３を積層方向から挟み込むことで、メインフレーム部が伝熱部２０と重なりつつ環状部が伝熱プレート２の嵌合部２１に嵌合するようになっている。そして、一対のエンドプレート４，５のうちの一方のエンドプレート４のメインフレーム部には、第一流入路３２，第一流出路３３、第二流入路３４及び第二流出路３５と対応した位置に開口が形成されている。これに対し、一対のエンドプレート４，５のうちの他方のエンドプレート５のメインフレーム部には、開口が設けられていない。そして、一対のエンドプレート４，５は、複数の伝熱プレート２，…とともにロウ付けされ、本体部３と一体的になっている。

以上のように、本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、積層された複数の伝熱プレート２，…を含む本体部３を備え、本体部３は、第一流体Ａを流通させる複数の第一流路３０，…であって、それぞれが隣り合う伝熱プレート２，…よって画定され、複数の伝熱プレート２，…の積層方向に並ぶ複数の第一流路３０，…と、第二流体Ｂを流通させる複数の第二流路３１，…であって、それぞれが隣り合う伝熱プレート２，…によって画定され、伝熱プレート２，…を介して第一流路３０，…と隣り合った状態で積層方向に並ぶ複数の第二流路３１，…と、積層方向における途中位置に配置され、第一流体Ａの流通経路の分岐の基準となる一次分岐基準流路３６，３６であって、隣り合う伝熱プレート２，…によって画定された少なくとも一つの一次分岐基準流路３６，３６と、積層方向に延び、該積層方向における当該本体部３の一端に第一流体Ａの入口となる始端を有するとともに、積層方向における途中位置に終端を有する第一流入路３２であって、一次分岐基準流路３６，３６と連通し、該一次分岐基準流路３６，３６に気液混合状態の第一流体Ａを流入させる第一流入路３２と、積層方向に延びる第一流出路３３であって、第一流路３０，…から第一流体Ａを流出させる第一流出路３３と、積層方向に延びる第二流入路３４であって、第二流路３１，…に第二流体Ｂを流入させる第二流入路３４と、積層方向に延びる第二流出路３５であって、第二流路３１，…から第二流体Ｂを流出させる第二流出路３５と、それぞれが一次分岐基準流路３６，３６に連通した始端を有するとともに、積層方向における当該本体部３の他端側に延びて異なる第一流路３０，…に直接的又は間接的に連通する終端を有する二つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂとを備え、該一次分岐流路３７ａ，３７ｂの終端に連通した第一流路３０，…は、第一流出路３３に対して直接的又は間接的に連通する。

上記構成のプレート式熱交換器１によれば、第一流路３０，…及び第二流路３１，…の何れか一方が、第一流路３０，…及び第二流路３１，…の何れか他方を挟んで配置される。そして、第一流入路３２が伝熱プレート２，…の積層方向の途中位置にある一次分岐基準流路３６，３６だけに連通している。従って、第一流入路３２は、伝熱プレート２，…の積層方向における途中位置までにしか形成されず、伝熱プレート２，…の積層方向で本体部３の全長に亘って形成される従来の第一流入路３２よりも流路長が短くなる。これにより、第一流入路３２での第一流体Ａの圧力損失の増大を抑えることができる。

各一次分岐流路３７ａ，３７ｂの終端が異なる第一流路３０，…と連通することで、本体部３内には、一次分岐基準流路３６，３６を始端とする第一流体Ａの流通経路が二系統以上形成される。従って、第一流入路３２から第一流出路３３に至るまでの第一流体Ａの流路の長さ（一系統当りの流路長）が短くなる。これにより、上記構成のプレート式熱交換器１では、第一流体Ａの流路全体での圧力損失の増大を抑えることができ、高い熱交換性能を得ることができる。

さらに、二つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれが、同一の一次分岐基準流路３６，３６を基準に前記積層方向における当該本体部３の他端側に延びているため、供給される第一流体Ａが気液混合状態であっても、気液比（気体と液体の割合）を異にした第一流体Ａが各一次分岐流路３７ａ，３７ｂに流入することを抑制することができる。

例えば、二つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのうち何れかが一次分岐基準流路３６，３６から本体部３における他端側に延びるように形成され、残りの一次分岐流路３７ａ，３７ｂが一次分岐基準流路３６，３６から本体部３における一端側に延びるように形成された場合、本体部３の他端側に延びる一次分岐流路３７ａ，３７ｂにおける第一流体Ａの流通方向は、第一流入路３２における第一流体Ａの流通方向と同じ方向になるのに対し、本体部３の一端側に延びる一次分岐流路３７ａ，３７ｂにおける第一流体Ａの流通方向は、分岐位置である一次分岐基準流路３６，３６で切り替わって第一流入路３２における第一流体Ａの流通方向と反対向きになる。

これに伴い、第一流体Ａが気液混合状態で第一流入路３２に供給されると、各一次分岐流路３７ａ，３７ｂに気体と液体の割合を異にした第一流体Ａが流入してしまう。具体的に説明すると、液体は気体よりも比重が大きいため、流通時の慣性エネルギーの影響を受けやすい。そのため、一次分岐基準流路３６，３６に流入した第一流体Ａのうち液体の部分は、慣性エネルギーの影響で直進しようとし、第一流体Ａの流通方向が第一流入路３２における第一流体Ａの流通方向と同じ方向になる一次分岐流路３７ａ，３７ｂに積極的に流入してしまう。

そのため、一次分岐基準流路３６，３６に流入した第一流体Ａの気体の部分は、第一流入路３２における第一流体Ａの流通方向と同じ方向になる一次分岐流路３７ａ，３７ｂへの流入が該第一流体Ａの液体の部分に阻まれた状態になり、第一流体Ａの流通方向が第一流入路３２における第一流体Ａの流通方向と反対向きになる一次分岐流路３７ａ，３７ｂに流入する。その結果、複数の第一流路３０，…のそれぞれに、異なった気液比（気体と液体との比）の第一流体Ａが流入することになり、複数の第一流路３０，…の位置によって第一流体Ａと第二流体Ｂとの熱交換状態が異なってしまう。

しかし、本実施形態に係るプレート式熱交換器１においては、二つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれが、同一の一次分岐基準流路３６，３６を基準に前記積層方向における当該本体部３の他端側に延びている（同方向に延びている）ため、全ての一次分岐流路３７ａ，３７ｂにおける第一流体Ａの流通方向が第一流入路３２における第一流体Ａの流通方向と一致する。

これにより、慣性エネルギーの影響を受けて直進しようとする第一流体Ａの液体の部分が、全ての一次分岐流路３７ａ，３７ｂに流入し、該第一流体Ａの残りの気体の部分も全ての一次分岐流路３７ａ，３７ｂに流入する。その結果、複数の第一流路３０，…のそれぞれに、同一又は略同一の気液比の第一流体Ａ（均質な第一流体Ａ）が流入することになるため、複数の第一流路３０，…のそれぞれで流通する第一流体Ａと、複数の第二流路３１，…のそれぞれで流通する第二流体Ｂとをバランスよく熱交換させることができる。

また、本実施形態において、本体部３は、一次分岐基準流路３６，３６を二つの領域３６ａ，３６ｂに区切る区画部３９ａを備え、第一流入路３２及び二つの一次分岐流路３７ａ，３７ｂは、二つの領域３６ａ，３６ｂのうちの一方の領域３６ａと連通しているため、気液混合状態で流入してきた第一流体Ａの気体の部分や、第一流体Ａの液体の部分がガス化した気体が、一次分岐基準流路３６，３６で溜まることを抑制でき、熱交換性能を高めることができる。

具体的に説明すると、第一流体Ａの気体（ガス）は、第二流体Ｂとの熱交換性能が低い。そのため、第一流体Ａの気体が第一流路３０内に滞留すると、その気体の滞留した領域では第二流体Ｂとほとんど熱交換が行われず、熱交換効率が低下する傾向にある。

しかし、本実施形態に係るプレート式熱交換器１においては、一次分岐基準流路３６，３６が区画部３９ａによって二つの領域３６ａ，３６ｂに区切られることで、各領域３６ａ，３６ｂは、区画されていない状態の領域（区画前の全領域）よりも小さくなるため、その一つの領域３６ａに、第一流入路３２及び一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂが集約されて連通することで、第一流入路３２から各一次分岐流路３７ａ，３７ｂまでの距離が短くなり、一次分岐基準流路３６（分岐位置）で第一流体Ａの気体（ガス）の占有（滞留）を抑制できる。

特に、本実施形態において、一方の領域３６ａは、二つの領域３６ａ，３６ｂのうちの他方の領域３６ｂよりも小さいため、一方の領域３６ａが第一流体Ａの流路を分岐させるために必要な大きさに抑えられ、第一流体Ａの気体（ガス）の滞留をより効果的に抑制できる。

また、二つの領域３６ａ，３６ｂのうちの他方の領域３６ｂは、第二流路３１，…を構成するため、本体部３内のスペースを有効利用して、熱交換させる機会を増やすことができ、熱交換効率を高めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態において、第一流入路３２の分岐位置として二つの一次分岐基準流路３６，３６を設けたが、これに限定されない。一次分岐基準流路３６，３６は、第一流入路３２の分岐位置一箇所当り、少なくとも一つあればよい。すなわち、一次分岐基準流路３６，３６は、第一流入路３２の分岐位置一箇所当り、一つ設けられてもよいし、二つ以上設けられてもよい。

上記実施形態において、一次分岐流路３７ａ，３７ｂが一対（二つ）設けられたが、これに限定されない。例えば、一次分岐流路３７ａ，３７ｂは、三つ以上設けられてもよい。但し、この場合においても、三つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂのそれぞれは、一次分岐基準流路３６，３６に連通した始端を有するとともに、積層方向における当該本体部３の他端側に延びて異なる第一流路３０，…に連通する終端を有することは勿論である。

上記実施形態において、一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂが相反する方向に延びて形成されたが、これに限定されない。例えば、一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂのそれぞれは、一対の一次分岐流路３７ａ，３７ｂと同様に、それぞれが二次分岐基準流路４０に連通した始端を有するとともに、積層方向における当該本体部３の他端側に延びて異なる第一流路３０，…に直接的又は間接的に連通する終端を有してもよい。また、二次分岐流路４１ａ，４１ｂは、三つ以上設けられてもよい。これらの点は、三次分岐流路４２ａ，４２ｂも同様である。

上記実施形態において、本体部３が第一流路３０，…の流路を二系統備えた（第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２を備えた）が、これに限定されない。例えば、図５に示す如く、第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２を含む大ブロックＢＬ，…を二つ以上備えてもよい。すなわち、本体部３は、第一流路３０，…の流路を二系統以上備えてもよい。

また、図５及び図６に示す如く、第一流入路３２の分岐位置を二箇所以上設け、各分岐位置において、少なくとも一つの一次分岐基準流路３６を配置してもよい。この場合、各分岐位置にある一次分岐基準流路３６，３６に対し、二つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂを連通させ、各一次分岐流路３７ａ，３７ｂを対応する大ブロックＢＬ，…の第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２にある第一流体Ａの流路の最上流に連通させればよい。

さらに、図５に示す如く、単一の第一流入路３２を二箇所の分岐位置にある一次分岐基準流路３６，３６と連通させてもよいし、図６に示す如く、二箇所の分岐位置にある一次分岐基準流路３６，３６のそれぞれに対応して二つ以上の第一流入路３２，３２を設けてもよい。

また、本体部３が第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２を含む大ブロックＢＬ，…を二つ以上備える場合、図７に示す如く、積層方向の途中位置の一箇所に第一流入路３２の分岐位置となる一次分岐基準流路３６，３６が設けられるとともに、一次分岐基準流路３６，３６に二つ以上の一次分岐流路３７ａ，３７ｂが連通されることを前提に、各一次分岐流路３７ａ，３７ｂの終端に連通する位置に分岐基準流路４４が設けられるとともに、該分岐基準流路４４に二つ以上の分岐流路４５ａ，４５ｂが連通され、該二つ以上の分岐流路４５ａ，４５ｂのそれぞれが大ブロックＢＬ，…内の第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２のそれぞれにおける第一流体Ａの流路（最上流）に連通されてもよい。

さらに、本体部３が第一ブロックＢＬ１及び第二ブロックＢＬ２を含む大ブロックＢＬ，…を二つ以上備える場合、図８に示す如く、大ブロックＢＬ，…毎に第一流入路３２及び第一流出路３３が設けられてもよい。すなわち、本体部３が二つ以上の大ブロックＢＬ，…を備えた場合、第一流体Ａの流出入を大ブロックＢＬ，…毎に行えるよう、第一流入路３２及び第一流出路３３は、大ブロックＢＬ，…単位で設けられてもよい。

上記実施形態において、一次分岐流路３７ａ，３７ｂから第一流出路３３までの第一流体Ａの流路は、二次分岐基準流路４０、一対の二次分岐流路４１ａ，４１ｂ、第一流路３０，…、一対の三次分岐流路４２ａ，４２ｂ、第一連通路４３ａ，４３ｂを備えたが、これに限定されない。一次分岐流路３７ａ，３７ｂから第一流出路３３までの第一流体Ａの流路（第一流路３０，…の繋ぎ方）は、適宜変更可能である。

上記実施形態において、本体部３が一次分岐基準流路３６，３６を二つの領域３６ａ，３６ｂに区画する区画部３９ａを備え、一方の領域３６ａに第一流入路３２及び一次分岐流路３７ａ，３７ｂを連通させ、他方の領域３６ｂを第二流路３１としたが、これに限定されない。例えば、本体部３が一次分岐基準流路３６，３６を二つの領域３６ａ，３６ｂに区画する区画部３９ａを備え、一方の領域３６ａに第一流入路３２及び一次分岐流路３７ａ，３７ｂを連通させ、他方の領域３６ｂを第一流路３０（第一流体Ａの流路の一部）としてもよい。なお、図５〜図６に上記実施形態と異なる別の実施形態に係るプレート式熱交換器１が図示されており、これらにおいて分岐位置（基準位置）が本来第二流路３１，…となるべき位置にあるが、この分岐位置においても、第一流路３０，…となるべき位置にあっても勿論よい。

上記実施形態において、本体部３が一次分岐基準流路３６，３６を二つの領域３６ａ，３６ｂに区画する区画部３９ａを備えたが、これに限定されない。例えば、一次分岐基準流路３６，３６の内部が区画されることなく単一の流路を構成してもよい。なお、一次分岐基準流路３６，３６の流路長（伝熱部２０の長手方向の長さ）が長いと、第一流体Ａの気体の部分が滞留する虞があるため、第一流入路３２及び一次分岐流路３７ａ，３７ｂを接続する領域が確保できる最小限の領域にされることが好ましい。

上記実施形態において、第一流路３０，…と第二流路３１，…とが伝熱プレート２，…を境にして一つずつ交互に配置されているが、これに限定されない。例えば、積層方向に並ぶ二つの第二流路３１，…間に二つの第一流路３０，…が隣り合って配置されてもよい。また、第一流路３０，…及び第二流路３１，…のそれぞれが二つずつ交互に配置されてもよい。すなわち、積層方向における第一流路３０，…の両側のうちの少なくとも一方側に第二流路３１，…が配置されればよい。

１…プレート式熱交換器、２…伝熱プレート、３…本体部、４…エンドプレート、５…エンドプレート、２０…伝熱部、２０ａ…第一領域、２０ｂ…第二領域、２０ｃ…中間領域、２１…嵌合部、３０…第一流路、３１…第二流路、３２…第一流入路、３３…第一流出路、３４…第二流入路、３５…第二流出路、３６…一次分岐基準流路（分岐基準流路）、３６ａ…一方の領域、３６ｂ…他方の領域、３７ａ，３７ｂ…一次分岐流路、３８…連絡路、３９ａ…区画部、３９ｂ…区画部、４０…二次分岐基準流路、４０ａ…一方の領域、４０ｂ…他方の領域、４１ａ，４１ｂ…二次分岐流路、４２ａ，４２ｂ…三次分岐流路、４３ａ，４３ｂ…第一連通路、４４…分岐基準流路、４５ａ，４５ｂ…分岐流路、Ａ…第一流体、Ｂ…第二流体、ＢＬ…大ブロック、ＢＬ１…第一ブロック、ＢＬ２…第二ブロック

Claims (4)

1. 積層された複数の伝熱プレートを含む本体部を備え、本体部は、第一流体を流通させる複数の第一流路であって、それぞれが隣り合う伝熱プレートによって画定され、複数の伝熱プレートの積層方向に並ぶ複数の第一流路と、第二流体を流通させる複数の第二流路であって、それぞれが隣り合う伝熱プレートによって画定され、伝熱プレートを介して第一流路と隣り合った状態で前記積層方向に並ぶ複数の第二流路と、前記積層方向における途中位置に配置され、第一流体の流通経路の分岐の基準となる分岐基準流路であって、隣り合う伝熱プレートによって画定された少なくとも一つの分岐基準流路と、前記積層方向に延び、該積層方向における当該本体部の一端に第一流体の入口となる始端を有するとともに、前記積層方向における途中位置に終端を有する第一流入路であって、前記分岐基準流路と連通し、該分岐基準流路に気液混合状態の第一流体を流入させる第一流入路と、前記積層方向に延びる第一流出路であって、第一流路から第一流体を流出させる第一流出路と、前記積層方向に延びる第二流入路であって、第二流路に第二流体を流入させる第二流入路と、前記積層方向に延びる第二流出路であって、第二流路から第二流体を流出させる第二流出路と、それぞれが分岐基準流路に連通した始端を有するとともに、前記積層方向における当該本体部の他端側に延びて異なる第一流路に直接的又は間接的に連通する終端を有する二つ以上の一次分岐流路とを備え、該一次分岐流路の終端に連通した第一流路は、第一流出路に対して直接的又は間接的に連通していることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記本体部は、前記分岐基準流路を二つの領域に区切る区画部を備え、前記第一流入路及び前記二つ以上の一次分岐流路は、前記二つの領域のうちの一方の領域と連通している請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記一方の領域は、前記二つの領域のうちの他方の領域よりも小さい請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記二つの領域のうちの他方の領域は、第一流路又は第二流路の何れか一方を構成している請求項２又は３に記載のプレート式熱交換器。

Images