JP3292128B2 - プレート型熱交換器 - Google Patents

プレート型熱交換器

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JP3292128B2 JP04715298A JP4715298A JP3292128B2 JP 3292128 B2 JP3292128 B2 JP 3292128B2 JP 04715298 A JP04715298 A JP 04715298A JP 4715298 A JP4715298 A JP 4715298A JP 3292128 B2 JP3292128 B2 JP 3292128B2
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    • Y10S165/365—Plural plates forming a stack providing flow passages therein with fluid traversing passages formed through the plate including peripheral seal element forming flow channel bounded by seal and heat exchange plates
    • Y10S165/367—Peripheral seal element between corrugated heat exchange plates
    • Y10S165/368—Peripheral seal element between corrugated heat exchange plates including angled corrugations with respect to flow direction

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、流体の圧力損失の低減対策に関する。
【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。例えば日本冷凍協会編集の「新版・第４版 冷凍空
調便覧（応用編）」の第８２頁に開示されているよう
に、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
構成されている。伝熱プレート(p)の周縁部は、隣り合
う伝熱プレート(p)の周縁部と当接し、当接部分がろう
付けにより接合されている。これにより、複数枚の伝熱
プレート(p)が一体に構成されている。各伝熱プレート
(p)間には、第１流体の流路(a1)及び第２流体の流路(b
1)が交互に繰り返し形成されている。
【０００５】伝熱プレート(P)の四隅部には、第１流体
の流路(a1)の流出入口及び第２流体の流路(b1)の流出入
口を形成する開口(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、第１流体の流路(a1)にのみ連通する第１流入空間
(a2)及び第１流出空間(a3)と、第２流体の流路(b1)にの
み連通する第２流入空間(b2)及び第２流出空間(b3)とが
形成されている。そして、図９において実線矢印で示す
ように、第１流体が流路(a1)を流通すると共に、破線矢
印で示すように第２流体が流路(b1)を流通し、これら第
１流体と第２流体とが伝熱プレート(p)を介して互いに
熱交換を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のプレ
ート型熱交換器では、縦方向長さが横方向長さよりも相
当長いいわゆる縦長の伝熱プレート(p)が用いられてい
た。つまり、横方向長さに対する縦方向長さの比、つま
りアスペクト比が大きな伝熱プレート(p)が使用されて
いた。
【０００７】しかし、アスペクト比の大きな伝熱プレー
ト(p)により形成される流路(a1),(b1)では、流路長が長
くなる。そのため、従来のプレート型熱交換器では、流
路(a1),(b1)における流体の圧力損失が大きかった。
【０００８】特に、流体として、熱交換の際に相変化を
行う流体、例えばフロン系の冷媒を使用する場合には、
水等の単相の流体に比べて、流路内の圧力損失は大きく
なる。二相流は単相流に比べて単位流量当たりの圧力損
失が大きいからである。そのため、流路内で冷媒を流通
させるために、大きな駆動力が必要であった。
【０００９】また、冷媒は圧力降下に伴い温度が低下す
るため、圧力損失が大きいと、流通方向に沿った熱交換
器内の温度分布が大きくなり、熱交換効率が低下すると
いう問題があった。
【００１０】プレート型熱交換器が搭載される装置、例
えば空気調和装置の種類によっては、流路内の圧力損失
に厳しい制限が課される場合がある。このような場合、
従来は、伝熱プレートの枚数を増やし、一流路当たりに
流れる冷媒の流量を減少させて圧力損失を低減してい
た。しかし、このような方法では多くの伝熱プレートを
必要とするため、空気調和装置のコストアップを招くこ
とになった。
【００１１】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、流体の圧力損失の小
さなプレート型熱交換器を安価に提供することにある。
【００１２】
【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、伝熱プレートのアスペクト比を小さく
し、伝熱面積を減少させることなく流路長を短くするこ
ととした。
【００１３】第１の発明は、積層された複数の伝熱プレ
ート(P1,P2;P3,P4)間に第１流路(A)または第２流路(B)
が形成され、該第１流路(A)及び第２流路(B)にそれぞれ
第１流体及び第２流体を該伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)
の縦方向に流通させ、該第１流体と第２流体とを該伝熱
プレート(P1,P2;P3,P4)を介して熱交換させるプレート
型熱交換器において、上記各伝熱プレート(P1,P2;P3,P
4)は、縦方向長さ(L)が横方向長さ(W)の２倍以下に形成
され、上記第１流路(A)の流入口(21a,21b)及び流出口(2
2a,22b)と、上記第２流路(B)の流入口(23a,23b)及び流
出口(24a,24b)とは、それぞれ上記伝熱プレート(P1,P2;
P3,P4)の四隅部における対角位置に設けられる一方、上
記各伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)には、該各流路(A,B)の
流入口(21a,21b,23a,23b)及び流出口(22a,22b,24a,24b)
の周囲を覆い且つ該伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の表側
または裏側のいずれか一方に膨出するように形成され、
隣り合う一方の伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)と当接する
ことにより第１流体の第２流路(B)への流入及び第２流
体の第１流路(A)への流入を阻止するシール部(12a〜15
b)と、上記伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の縦方向の中央
部に形成され、該伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の縦方向
に流れる各流体の流れに乱れを与えて熱交換を促進する
主伝熱促進面(20a,20b)と、上記伝熱プレート(P1,P2;P
3,P4)のシール部 (12a〜15b)と上記主伝熱促進面(20a,20
b)との間に形成され、上記流入口(21a,21b,23a,23b)か
ら該主伝熱促進面(20a,20b)に向かって拡散する流体ま
たは該主伝熱促進面(20a,20b)から上記流出口(22a,22b,
24a,24b)に向かって集合する流体の流れに乱れを与えて
熱交換を促進する補助伝熱促進面(30a,30b)と、上記各
流入口(21a,21b,23a,23b)の周囲においてそれぞれの長
手方向が該各流入口(21a,21b,23a,23b)の中心から略放
射状に延びるように配設され、該各流入口(21a,21b,23
a,23b)からの各流体をそれぞれ所定方向に均等に導く複
数のリブ(51〜58)とが設けられ、上記複数のリブ(51〜5
8)は、中央部のリブ(53〜56)間の間隔が両端部のリブ(5
1,52,57,58)間の間隔よりも狭い不等間隔に配列されて
いることとしたものである。
【００１４】第２の発明は、第１の発明において、第１
流路(A)を流通する第１流体または第２流路(B)を流通す
る第２流体の少なくとも一方は、相変化を伴いながら熱
交換を行う流体であるものである。
【００１５】上記発明特定事項により、各流路(A),(B)
の流路幅が大きくなる一方、流路長は短くなる。その結
果、伝熱面積を減少させることなく流路長が短くなる。
そのため、伝熱プレートの枚数を増やさなくても、熱交
換量を維持したまま各流体の圧力損失が低減することに
なる。
【００１６】また、上記発明特定事項により、主伝熱促
進面(20a,20b)において各流体の流れが乱され、熱交換
が促進される。流体は流れが乱されることにより圧力損
失が増大する傾向を有しているが、主伝熱促進面(20a,2
0b)は縦方向長さが横方向長さの２倍以下であるため、
主伝熱促進面(20a,20b)における流体の圧力損失は低減
する。従って、圧力損失が大きく増大することなく、熱
交換が促進される。
【００１７】また、上記発明特定事項により、第１流路
(A)における第１流体及び第２流路(B)における第２流体
は、それぞれ伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の対角線に沿
って各流路(A,B)を流通することになる。そのため、ア
スペクト比が小さくても、流路(A,B)内を比較的均一に
流れることになる。
【００１８】また、上記発明特定事項により、第１流路
(A)における第１流体及び第２流路(B)における第２流体
は、それぞれ伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の対角線に沿
って各流路(A,B)を流通する。この際、第１流体及び第
２流体は、補助伝熱促進面(30a,30b)及び主伝熱促進面
(20a,20b)において流れが乱され、活発に熱交換を行う
ことになる。
【００１９】また、上記発明特定事項により、第１流路
(A)における第１流体及び第２流路(B)における第２流体
は、それぞれ伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の対角線に沿
って各流路(A,B)を流通する。この際、第１流体及び第
２流体は、複数のリブ(51〜58)によって偏流が防止され
るので、それぞれ第１流路(A)及び第２流路(B)を均一に
流れることになる。また、補助伝熱促進面(30a,30b)及
び主伝熱促進面(20a,20b)において流れが乱され、活発
に熱交換を行うことになる。
【００２０】また、上記発明特定事項により、本来的に
流体の流れやすい中央部においては、リブ(53〜56)の間
隔が狭いため、流体の流通が抑制される。一方、本来的
に流体が流れにくい端部においては、リブ(51,52,57,5
8)の間隔が広いため、流体の流通が促進される。その結
果、流体は流路の全体にわたって均一に流れ、偏流が確
実に防止されることになる。
【００２１】また、第２の発明の発明特定事項によれ
ば、相変化を伴いながら熱交換を行う流体は圧力損失が
比較的大きいという性質を有しているため、流路内の圧
力損失が小さくなるという上記第１の発明の効果がより
顕著に発揮されることになる。
【００２２】
【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。
【００２３】＜参考形態＞ −プレート型熱交換器(1)の構成− 図１の分解斜視図に示すように、本参考形態に係るプレ
ート型熱交換器(1)は、２枚のフレーム(2),(3)の間に２
種類の伝熱プレート(P1),(P2)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。これら伝熱プレート(P1),(P2)の間には、第１流体
が流れる第１流路(A)及び第２流体が流れる第２流路(B)
が交互に繰り返し形成されている。なお、図１において
は、後述する伝熱促進面(20a),(20b)を形成する波形状
及びシール部(12a),(12b)等（図２及び図３参照）の図
示は省略している。
【００２４】図１において最も手前側に位置する第１フ
レーム(2)には、その左下部分、右上部分、左上部分及
び右下部分の四隅部に、それぞれ第１流体の流入管とし
ての第１流入管(4)、第１流体の流出管としての第１流
出管(5)、第２流体の流入管としての第２流入管(6)、及
び第２流体の流出管としての第２流出管(7)が接続され
ている。
【００２５】第１伝熱プレート(P1)及び第２伝熱プレー
ト(P2)には共に、第１流入管(4)、第１流出管(5)、第２
流入管(6)、第２流出管(7)に対応する位置に、それぞれ
第１開口(21)、第２開口(22)、第３開口(23)、第４開口
(24)が形成されている。第１開口(21)、第２開口(22)、
第３開口(23)、第４開口(24)は、それぞれ各第１流路
(A)の流入口、各第１流路(A)の流出口、各第２流路(B)
の流入口、各第２流路(B)の流出口を成している。そし
て、複数の第１伝熱プレート(P1)及び第２伝熱プレート
(P2)が交互に積層されることにより、第１開口(21)によ
って区画される第１流入空間(8)、第２開口(22)によっ
て区画される第１流出空間(9)、第３開口(23)によって
区画される第２流入空間(10)、第４開口(24)によって区
画される第２流出空間(11)がそれぞれ形成されている。
【００２６】図２及び図３に示すように、各伝熱プレー
ト(P1),(P2)は金属製（例えば、ステンレス、アルミ
等）の略矩形状の平板から成り、その表面に伝熱促進面
(20a),(20b),(30a),(30b)がプレス加工によって形成さ
れている。両伝熱プレート(P1),(P2)の周縁部は、伝熱
プレート(P1),(P2)を積層した際に当該周縁部同士が重
なり合ってプレート型熱交換器(1)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が重なり合うことに
よって、プレート型熱交換器(1)の側面が形成されてい
る。
【００２７】図２は第１伝熱プレート(P1)の表側を、図
３は第２伝熱プレート(P2)の表側をそれぞれ表してい
る。両伝熱プレート(P1),(P2)の周縁部は、裏側から表
側に向かって折り曲げられている。第１伝熱プレート(P
1)及び第２伝熱プレート(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伝熱プレート(P1)
の表側と第２伝熱プレート(P2)の裏側との間には、第１
流体が流通する第１流路(A)が形成される。一方、第１
伝熱プレート(P1)の裏側と第２伝熱プレート(P2)の表側
との間には、第２流体が流通する第２流路(B)が形成さ
れる。
【００２８】−伝熱プレート(P1),(P2)のアスペクト比
−本発明の特徴として、各伝熱プレート(P1),(P2)のア
スペクト比は、２以下に設定されている。本参考形態で
は、特に、アスペクト比は１．５に設定されている。つ
まり、図２及び図３に示すように、各伝熱プレート(P
1),(P2)は、縦方向（Ｙ方向）の長さが横方向（Ｘ方
向）の長さの１．５倍になるように形成されている。
【００２９】従来のプレート型熱交換器では、アスペク
ト比は２よりも大きかった。そこで、本参考形態のプレ
ート型熱交換器(1)では、従来に比べて伝熱プレートの
横方向長さを伸ばす一方、縦方向長さを縮めることによ
り、伝熱面積を略一定としたうえでアスペクト比を小さ
くすることとした。このようにすることにより、第１流
路(A)及び第２流路(B)の各流路において、伝熱面積が減
少することなく、流路の幅は増加し、流路長は短くな
る。つまり、流路内圧力損失が低減するように、流路断
面積は増大する一方、流路長は低減している。
【００３０】ここで、アスペクト比が４．７の従来のプ
レート型熱交換器（従来例）と、本発明に係るプレート
型熱交換器との性能を比較しながら、本発明のアスペク
ト比の設定原理について説明する。
【００３１】図４は、伝熱プレートのアスペクト比の逆
数をパラメータとして、流路内の圧力損失を同一とした
場合における、従来例と比較した流速比、熱伝達率比及
び伝熱プレートの必要枚数比の計算結果を示したもので
ある。
【００３２】図４から明らかなように、アスペクト比が
小さくなるほど（アスペクト比の逆数が大きくなるほ
ど）流速比及び熱伝達率比は共に大きくなる。一方、ア
スペクト比が小さくなるほど、つまり横長形状になるほ
ど伝熱プレートの必要枚数は少なくなる。
【００３３】つまり、アスペクト比の逆数が約０．２の
形状（従来品）から、当該逆数が大きくなるように変化
させると、当該逆数が０．５になるまで流速比及び熱伝
達率比は急速に上昇する一方、０．５を越えるとその上
昇率が穏やかになる傾向が見られる。
【００３４】また、アスペクト比の逆数が０．２の形状
から当該逆数が大きくなるように変化させると、上記流
速比及び熱伝達率比の急上昇に対応して伝熱プレートの
必要枚数は急速に低下する一方、０．５を越えると穏や
かになり、１を越えると必要枚数の減少はほとんど見ら
れなくなる。
【００３５】このような傾向に鑑みて、本発明では、ア
スペクト比の逆数を、流速比及び必要枚数がほとんど変
化しない０．５以上に設定している。つまり、アスペク
ト比を２以下に設定している。
【００３６】一方、アスペクト比を小さくすると流路の
幅が大きくなるので、流体の偏流が生じやすくなる。従
って、流体の偏流を抑制しつつ圧力損失を効果的に低減
するには、アスペクト比は１以上且つ２以下が最も望ま
しい。
【００３７】具体的には、アスペクト比が２（アスペク
ト比の逆数が０．５）の場合、必要枚数比は０．８５と
なり、必要枚数を約１５％低減することができる。上記
参考形態のプレート型熱交換器(1)では、アスペクト比
が１．５であるので、必要枚数比は０．８０となり、必
要枚数を約２０％低減することができる。このように、
本発明では、アスペクト比を２以下とすることにより、
従来よりも伝熱プレートの必要枚数を１５％以上低減す
ることが可能となる。
【００３８】 −伝熱プレート(P1),(P2)の詳細構成− 図２及び図３に示すように、第１伝熱プレート(P1)及び
第２伝熱プレート(P2)には、四隅部の左下部分、右上部
分、左上部分、右下部分に、それぞれ円形状の開口から
成る第１開口(21a),(21b)、第２開口(22a),(22b)、第３
開口(23a),(23b)、第４開口(24a),(24b)が形成されてい
る。
【００３９】各開口(21a),(21b)〜(24a),(24b)の周りに
は、当該開口(21a),(21b)〜(24a),(24b)の周囲を覆い且
つ伝熱プレート(P1),(P2)の表側または裏側に膨出する
平坦なシール部(12a),(12b)〜(15a),(15b)が設けられて
いる。
【００４０】具体的には、図２に示すように、第１伝熱
プレート(P1)では、第１開口(21a)の周りのシール部(12
a)及び第２開口(22a)の周りのシール部(13a)は、表側か
ら裏側に向かって膨出している。一方、第３開口(23a)
の周りのシール部(14a)及び第４開口(24a)の周りのシー
ル部(15a)は、裏側から表側に向かって膨出している。
【００４１】これに対し、第２伝熱プレート(P2)では、
第１開口(21b)及び第２開口(22b)の周りのシール部(12
b),(13b)は裏側から表側に向かって膨出し、第３開口(2
3b)及び第４開口(24b)の周りのシール部(14b),(15b)は
表側から裏側に向かって膨出している。
【００４２】そして、第１伝熱プレート(P1)及び第２伝
熱プレート(P2)のシール部(12a),(12b)〜(15a),(15b)同
士が当接し且つ接合されることにより、第１流路(A)へ
の第２流体の流入が阻止されると共に、第２流路(B)へ
の第１流体の流入が阻止される。また、第１流出空間
(9)及び第２流入空間(10)と第１流路(A)とが連通すると
共に、第２流入空間(10)及び第２流出空間(11)と第２流
路(B)とが連通し、第１流体が第１流路(A)を流通するこ
とになる一方、第２流体が第２流路(B)を流通すること
になる。
【００４３】伝熱プレート(P1),(P2)のその他の部分に
は、伝熱促進面(20a),(20b),(30a),(30b)が形成されて
いる。詳しくは、伝熱プレート(P1),(P2)の縦方向の中
央部には、主伝熱促進面(20a),(20b)が形成されてい
る。一方、伝熱プレート(P1),(P2)の上下方向の両端側
には、補助伝熱促進面(30a),(30b)が形成されている。
補助伝熱促進面(30a),(30b)は、シール部(12a),(12b)〜
(15a),(15b)と主伝熱促進面(20a),(20b)との間に万遍な
く形成されている。
【００４４】伝熱促進面(20a),(20b),(30a),(30b)は、
各流体の流れに乱れを与えて熱交換を促進する部分であ
る。伝熱促進面(20a),(20b),(30a),(30b)は、山部と谷
部とが伝熱プレート(P1),(P2)の縦方向に沿って交互に
繰り返された波形状で形成されている。これら伝熱促進
面(20a),(20b),(30a),(30b)は、山部と谷部の延長方向
が図中の右方向に向かうに従って上側に傾斜する上方傾
斜部(26)と、下側に傾斜する下方傾斜部(27)とを備えた
いわゆるヘリンボーン形状になっている。
【００４５】主伝熱促進面(20a),(20b)は、伝熱プレー
ト(P1),(P2)の縦方向の中央部に形成され、伝熱プレー
ト(P1),(P2)の縦方向に流れる各流体の流れに乱れを与
えて熱交換を促進する。一方、補助伝熱促進面(30a),(3
0b)は、各流入口(21a),(21b),(23a),(23b)から主伝熱促
進面(20a),(20b)に向かって拡散する流体または主伝熱
促進面(20a),(20b)から各流出口(22a),(22b),(24a),(24
b)に向かって集合する流体の流れに乱れを与えて熱交換
を促進する。
【００４６】第１伝熱プレート(P1)と第２伝熱プレート
(P2)とでは、伝熱促進面(20a),(20b),(30a),(30b)の山
部と谷部の延長方向が互いに異なっている。すなわち、
図２に示すように、第１伝熱プレート(P1)では、左側に
上方傾斜部(26)が形成され、右側に下方傾斜部(27)が形
成されている。これに対し、図３に示すように、第２伝
熱プレート(P2)では、左側に下方傾斜部(27)が形成さ
れ、右側に上方傾斜部(26)が形成されている。
【００４７】そして、第１伝熱プレート(P1)と第２伝熱
プレート(P2)とが接合されることにより、互いの伝熱プ
レート(P1),(P2)の山部と谷部とが接合され、各伝熱プ
レート(P1),(P2)間に曲がりくねったジグザグの流路
(A),(B)が形成されることになる。
【００４８】−熱交換動作− 次に、プレート型熱交換器(1)における第１流体と第２
流体との熱交換動作を説明する。ここでは、第１流体及
び第２流体には、熱交換に際して相変化を伴うフロン系
の冷媒、例えばＲ４０７Ｃを用いるものとする。
【００４９】図１に実線矢印で示すように、低温の気液
二相状態の第１冷媒は、第１流入管(4)から流入し、第
１流入空間(8)を通じて各第１流路(A),(A),…に流入す
る。一方、高温のガス状態の第２冷媒は、第２流入管
(6)から流入し、第２流入空間(10)を通じて各第２流路
(B),(B),…に流入する。
【００５０】第１流路(A)を流れる第１冷媒と第２流路
(B)を流れる第２冷媒とは、伝熱プレート(P1),(P2)を介
して互いに熱交換を行い、第１冷媒は蒸発し、第２冷媒
は凝縮する。そして、蒸発してガス状態となった第１冷
媒は、第１流出空間(9)を経て、第１流出管(5)から流出
する。一方、凝縮して液状態となった第２冷媒は、第２
流出空間(11)を経て、第２流出管(7)から流出する。
【００５１】−本参考形態の効果− 本参考形態に係るプレート型熱交換器(1)によれば、伝
熱プレート(P1),(P2)のアスペクト比が小さいので、第
１流路(A)及び第２流路(B)の各流路は、流路断面積が大
きく且つ流路長が短い。そのため、流路(A),(B)内の各
冷媒の圧力損失が小さい。従って、伝熱プレートの枚数
を増やすことなく、各冷媒の圧力損失を低減させること
が可能となる。
【００５２】このように圧力損失が低減することによ
り、各冷媒を循環させるために必要な循環駆動力が小さ
くなるので、装置の効率を向上させることができる。
【００５３】また、圧力損失が小さいため、各冷媒の流
路(A),(B)内での温度変化が小さい。そのため、熱交換
効率の低下を抑制することができる。
【００５４】以上のことから、本プレート型熱交換器
(1)は、圧力損失の制約が厳しい空気調和装置等に対し
ても搭載が可能である。従って、本プレート型熱交換器
(1)は、従来は困難であった低容量のポンプによって冷
媒を循環させるような装置等にも、搭載することができ
る。例えば、中間段階で冷媒を媒体として熱搬送を行う
ような空調システムにおいて、本発明の効果が顕著に発
揮される。このように、本プレート型熱交換器(1)によ
れば、搭載可能な空気調和装置の範囲を拡大することが
できる。
【００５５】＜実施形態＞ 実施形態に係るプレート型熱交換器は、流路(A),(B)内
における冷媒の偏流を抑制する偏流抑制リブ(50a),(50
b),(60a),(60b)を設けたものである。
【００５６】実施形態に係るプレート型熱交換器は、参
考形態のプレート型熱交換器(1)において、第１伝熱プ
レート(P1)及び第２伝熱プレート(P2)を、それぞれ図５
に示す第１伝熱プレート(P3)、図６に示す第２伝熱プレ
ート(P4)に置き換えた構成をしている。伝熱プレート(P
3),(P4)以外の部分は参考形態と同様であるので、ここ
では伝熱プレート(P3),(P4)のみを説明し、その他の部
分についての説明は省略する。
【００５７】−伝熱プレート(P3),(P4)の構成− 図５及び図６に示すように、第１伝熱プレート(P3)及び
第２伝熱プレート(P4)には、参考形態と同様、四隅部の
左下部分、右上部分、左上部分、右下部分に、それぞれ
円形状の開口から成る第１開口(21a),(21b)、第２開口
(22a),(22b)、第３開口(23a),(23b)、第４開口(24a),(2
4b)が形成されている。
【００５８】各開口(21a),(21b)〜(24a),(24b)の周囲に
は、表側または裏側に膨出する平坦なシール部(12a),(1
2b)〜(15a),(15b)と、当該シール部(12a),(12b)〜(15
a),(15b)の近傍に形成された複数のリブ(51)〜(58)から
成る偏流抑制リブ(50a),(50b),(60a),(60b)とが設けら
れている。
【００５９】各伝熱プレート(P3),(P4)の縦方向（図中
のＹ方向）の中央部には、複数の波形状の突起列から成
る主伝熱促進面(20a),(20b)が形成されている。また、
上下方向の両端側には、補助伝熱促進面(30a),(30b)が
形成されている。補助伝熱促進面(30a),(30b)は、主伝
熱促進面(20a),(20b)とシール部(12a),(12b)〜(15a),(1
5b)との間に形成されている。
【００６０】以下、シール部、伝熱促進面及び偏流抑制
リブの詳細な構成について説明する。
【００６１】−シール部の構成− 図５に示すように、第１伝熱プレート(P3)では、第１開
口(21a)の周りのシール部(12a)及び第２開口(22a)の周
りのシール部(13a)は、表側から裏側に向かって膨出し
ている。一方、第３開口(23a)の周りのシール部(14a)及
び第４開口(24a)の周りのシール部(15a)は、裏側から表
側に向かって膨出している。これに対し、図６に示すよ
うに、第２伝熱プレート(P4)では、第１開口(21b)及び
第２開口(22b)の周りのシール部(12b),(13b)は裏側から
表側に向かって膨出し、第３開口(23b)及び第４開口(24
b)の周りのシール部(14b),(15b)は表側から裏側に向か
って膨出している。そして、膨出している部分同士が接
合されることにより、第１伝熱プレート(P3)の表側と第
２伝熱プレート(P4)の裏側との間に形成される第１流路
(A)への第２流体の流入が阻止され、第１流体のみが第
１流路(A)を流通することになる。また、第１伝熱プレ
ート(P3)の裏側と第２伝熱プレート(P4)の表側との間に
形成される第２流路(B)への第１流体の流入が阻止さ
れ、第２流体のみが第２流路(B)を流通することにな
る。
【００６２】 −伝熱促進面(20a),(20b),(30a),(30b)の構成− 主伝熱促進面(20a),(20b)は、参考形態と同様に、上方
傾斜部(26)及び下方傾斜部(27)とから成るヘリンボーン
形状に形成されている。
【００６３】一方、第１伝熱プレート(P3)の補助伝熱促
進面(30a)は、図中の右方向に向かうに従って上側に傾
斜する上方傾斜部のみによって形成されている。第２伝
熱プレート(P4)の補助伝熱促進面(30b)は、図中の右方
向に向かうに従って下側に傾斜する下方傾斜部のみによ
って形成されている。
【００６４】本実施形態の特徴として、主伝熱促進面(2
0a),(20b)は、縦方向長さと横方向長さの比がほぼ１に
なるように形成されている。つまり、主伝熱促進面(20
a),(20b)は、縦方向長さと横方向長さとがほぼ等しく形
成され、縦方向長さが横方向長さの２倍以下になってい
る。
【００６５】 −偏流抑制リブ(50a),(50b),(60a),(60b)の構成− 次に、偏流抑制リブ(50a),(50b),(60a),(60b)の構成を
説明する。
【００６６】図５に示すように、第１伝熱プレート(P3)
のシール部(12a)における第１開口(21a)の上方と、シー
ル部(13a)における第２開口(22a)の下方とには、裏側か
ら表側に向かって膨出する８本のリブ(51)〜(58)から成
る第１偏流抑制リブ(50a)が形成されている。一方、シ
ール部(14a)における第３開口(23a)の下方と、シール部
(15a)における第４開口(24a)の上方とには、表側から裏
側に向かって膨出する８本のリブ(51)〜(58)から成る第
２偏流抑制リブ(60a)が形成されている。
【００６７】上記各偏流抑制リブ(50a),(50b)はそれぞ
れ互いに対称な形状であるので、ここでは第１開口(21
a)の周囲に設けられた第１偏流抑制リブ(50a)の構成の
みを説明する。
【００６８】図７に示すように、第１偏流抑制リブ(50
a)は、第１開口(21a)の上方を覆うように左側から順に
設けられた第１リブ(51)、第２リブ(52)、第３リブ(5
3)、第４リブ(54)、第５リブ(55)、第６リブ(56)、第７
リブ(57)、及び第８リブ(58)によって構成されている。
複数のリブ(51)〜(58)は、第１開口(21a)を通じて第１
流路(A)に流入する第１流体を主伝熱促進面(20a)に向か
って円滑且つ均等に導くように、第１開口(21a)を中心
として略放射状に配設されている。具体的には、各リブ
(51)〜(58)は、鉛直方向と時計回りになす角度αが、第
１リブ(51)から第８リブ(58)にいくに従って次第に増加
するように鉛直軸に対して傾斜している。
【００６９】各リブ(51)〜(58)は、それぞれの長手方向
が第１開口(21a)の中心から略放射状に延びるように形
成されている。また、各リブ(51)〜(58)は、配設位置に
おける第１開口(21a)と主伝熱促進面(20a)との距離に応
じて、その長さがそれぞれ異なっている。例えば、第１
開口(21a)と伝熱促進面(20a)との距離が長い位置に設け
られた第１リブ(51)や第８リブ(58)は長く形成され、上
記距離が短い位置に設けられた第４リブ(54)は、最も短
く形成されている。具体的には、第１リブ(51)から第４
リブ(54)にいくに従ってリブの長さはいったん減少し、
第４リブ(54)から第８リブ(58)にいくに従ってリブの長
さは増加している。
【００７０】各リブ(51)〜(58)の幅は、第１リブ(51)か
ら第４リブ(54)にいくに従っていったん増加し、第４リ
ブ(54)から第８リブ(58)にいくに従って減少している。
つまり、リブ(51)〜(58)の中央側に位置する第４リブ(5
4)の幅が最も太く、端側に位置する第１リブ(51)及び第
８リブ(58)の幅が最も細くなっている。言い換えると、
第１開口(21a)と第２開口(22a)とをつなぐ仮想線Ｍに近
い中央部では、リブの幅が太くなっており、当該仮想線
Ｍから離れた両端部では、リブの幅が細くなっている。
【００７１】各リブ(51)〜(58)の間の間隔は、二相流の
流動特性を考慮に入れたうえで、不均一に設定されてい
る。つまり、複数のリブ(51)〜(58)は、二相状態で流入
した冷媒が主伝熱促進面(20a)に対して均等に導かれる
ように、不等間隔に配列されている。具体的には、中央
部のように、第１開口(21a)から流入した冷媒が流れや
すい箇所では、リブ間の間隔を狭くしている。一方、両
端部のように、冷媒が流れにくい箇所では、リブ間の間
隔を広くしている。このことにより、複数のリブ(51)〜
(58)は、流れにくい箇所に対してはより多くの冷媒を案
内すると同時に、流れやすい箇所に対しては冷媒が過剰
に流れることを抑制し、その結果、偏流を抑制する。な
お、第７リブ(57)と第８リブ(58)との間は、冷媒が最も
流れにくいため、最も広く形成されている。
【００７２】第２伝熱プレート(P4)の偏流抑制リブ(50
b),(60b)は、上記第１伝熱プレート(P3)の偏流抑制リブ
(50a),(60a)とその膨出方向が逆向きであり、その他の
構成は同様である。
【００７３】−熱交換動作−参考 形態と同様、図１に実線矢印で示すように、第１流
入管(4)から流入した低温の気液二相状態の第１冷媒
は、第１流入空間(8)を通じて各第１流路(A,A,…)に流
入する。その際、第１冷媒は、偏流抑制リブ(50a),(50
b)によって、伝熱促進面(20a),(20b)に均等に導かれ
る。一方、第２流入管(6)から流入した高温のガス状態
の第２冷媒は、第２流入空間(10)を通じて各第２流路
(B,B,…)に流入する。この際、第２流体も偏流抑制リブ
(60a),(60b)によって、伝熱促進面(20a),(20b)に対して
均等に導かれる。
【００７４】第１流路(A)を流れる第１冷媒と第２流路
(B)を流れる第２冷媒とは、伝熱プレート(P3),(P4)を介
して互いに熱交換を行い、第１冷媒は蒸発し、第２冷媒
は凝縮する。そして、蒸発してガス状態となった第１冷
媒は、第１流出空間(9)を経て、第１流出管(5)から流出
する。一方、凝縮して液状態となった第２冷媒は、第２
流出空間(11)を経て、第２流出管(7)から流出する。
【００７５】−実施形態の効果− 伝熱プレート(P3),(P4)のアスペクト比を小さくする
と、流路(A),(B)内の冷媒の偏流による熱交換能力の低
下が懸念される。しかし、実施形態では、偏流抑制リブ
(50a),(50b),(60a),(60b)を設けたことにより、流路
(A),(B)内の冷媒の偏流が十分に抑制される。そのた
め、アスペクト比をより小さくすることが可能となる。
従って、冷媒の圧力損失を一層低減することができる。
【００７６】＜その他の実施形態及び参考形態＞ 上記実施形態は、第１流体及び第２流体を伝熱プレート
(P1),(P2),(P3),(P4)の対角線に沿って流す形態であっ
たが、各流体の流通形態はこれに限定されるものではな
い。例えば、図８に示すように、第１開口(21)及び第３
開口(23)をそれぞれ第１流体の流入口及び流出口とし、
第２開口(22)及び第４開口(24)をそれぞれ第２流体の流
入口及び流出口としてもよい。つまり、各流体の流入口
及び流出口を、互いに平行になるように形成してもよ
い。このような形態にすることにより、１種類の伝熱プ
レートを順次上下方向を逆向きに重ね合わせていくだけ
でプレート型の熱交換器を構成することが可能となる。
この結果、伝熱プレートのプレスに必要なプレス型が１
種類で足り、熱交換器の製造コストを安価にすることが
可能となる。
【００７７】なお、第１流体及び第２流体は、Ｒ４０７
Ｃに限らず、他の冷媒であってもよい。また、第１流体
及び第２流体は、熱交換に際して相変化を伴わない流
体、例えば水やブライン等であってもよい。
【００７８】伝熱プレート(P1)〜(P4)のアスペクト比は
１．５に限定されるものではなく、２以下であればよ
い。
【００７９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、伝熱面
積を減少させることなく、流路長を短くすることができ
る。従って、伝熱プレートの枚数を増やさなくても流体
の圧力損失を低下させることができ、圧力損失の小さな
熱交換器を安価に構成することが可能となる。
【００８０】また、流体の偏流を抑制しつつ圧力損失を
低下させるのに好適な伝熱プレートを得ることができ
る。
【００８１】また、流体の流れを乱すことにより熱交換
を促進する主伝熱促進面を、その縦方向長さが横方向長
さの２倍以下になるように形成しているので、圧力損失
を低く抑えたまま熱交換量を増加させることができる。
【００８２】また、各流体は伝熱プレートの対角線に沿
って流通することになるので、各流路内において各流体
を比較的均一に流すことができる。
【００８３】また、各流体は伝熱プレートの対角線に沿
って流通することになるので、各流路内において各流体
を比較的均一に流すことができる。また、各流体は主伝
熱促進面及び補助伝熱促進面において流れが乱されるの
で、熱交換を促進させることができる。
【００８４】また、複数のリブによって流体の偏流が防
止されるので、アスペクト比を小さくすることに起因す
る偏流の増大を抑制することができる。
【００８５】また、本来的に流体の流れやすい中央部で
はリブの間隔が狭いため、流体の流通が抑制される一
方、本来的に流体が流れにくい端部ではリブの間隔が広
いため、流体の流通が促進される。そのため、流体を流
路の全体にわたって均一に流すことができ、偏流を確実
に防止することが可能となる。
【００８６】第２の発明によれば、流路内の圧力損失が
小さくなるという第１の発明の効果をより顕著に発揮さ
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分解斜視図である。
【図２】参考形態に係る第１伝熱プレートの正面図であ
る。
【図３】参考形態に係る第２伝熱プレートの正面図であ
る。
【図４】アスペクト比の逆数をパラメータとした本発明
と従来例との性能を比較した図である。
【図５】実施形態に係る第１伝熱プレートの正面図であ
る。
【図６】実施形態に係る第２伝熱プレートの正面図であ
る。
【図７】偏流抑制リブの構成を示す伝熱プレートの一部
拡大正面図である。
【図８】他の参考形態に係るプレート型熱交換器の分解
斜視図である。
【図９】従来のプレート型熱交換器の分解斜視図であ
る。
【符号の説明】
(1) プレート型熱交換器 (20a) 主伝熱促進面 (21a) 第１開口 (22a) 第２開口 (23a) 第３開口 (24a) 第４開口 (12a) シール部 (30a) 補助伝熱促進面 (50a) 偏流抑制リブ (A) 第１流路 (B) 第２流路 (P1) 第１伝熱プレート (P2) 第２伝熱プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 勝彦 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 (56)参考文献 特開 平６−241672（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−109394（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−236967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−55545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−83882（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−148964（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−78914（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−1278（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭62−18867（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 3/00 - 3/14 F28D 1/00 - 13/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 積層された複数の伝熱プレート(P1,P2;P
    3,P4)間に第１流路(A)または第２流路(B)が形成され、
    該第１流路(A)及び第２流路(B)にそれぞれ第１流体及び
    第２流体を該伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の縦方向に流
    通させ、該第１流体と第２流体とを該伝熱プレート(P1,
    P2;P3,P4)を介して熱交換させるプレート型熱交換器に
    おいて、 上記各伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)は、縦方向長さ(L)が
    横方向長さ(W)の２倍以下に形成され、 上記第１流路(A)の流入口(21a,21b)及び流出口(22a,22
    b)と、上記第２流路(B)の流入口(23a,23b)及び流出口(2
    4a,24b)とは、それぞれ上記伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)
    の四隅部における対角位置に設けられる一方、 上記各伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)には、 該各流路(A,B)の流入口(21a,21b,23a,23b)及び流出口(2
    2a,22b,24a,24b)の周囲を覆い且つ該伝熱プレート(P1,P
    2;P3,P4)の表側または裏側のいずれか一方に膨出するよ
    うに形成され、隣り合う一方の伝熱プレート(P1,P2;P3,
    P4)と当接することにより第１流体の第２流路(B)への流
    入及び第２流体の第１流路(A)への流入を阻止するシー
    ル部(12a〜15b)と、 上記伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の縦方向の中央部に形
    成され、該伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)の縦方向に流れ
    る各流体の流れに乱れを与えて熱交換を促進する主伝熱
    促進面(20a,20b)と、 上記伝熱プレート(P1,P2;P3,P4)のシール部(12a〜15b)
    と上記主伝熱促進面(20a,20b)との間に形成され、上記
    流入口(21a,21b,23a,23b)から該主伝熱促進面(20a,20b)
    に向かって拡散する流体または該主伝熱促進面(20a,20
    b)から上記流出口(22a,22b,24a,24b)に向かって集合す
    る流体の流れに乱れを与えて熱交換を促進する補助伝熱
    促進面(30a,30b)と、 上記各流入口(21a,21b,23a,23b)の周囲においてそれぞ
    れの長手方向が該各流入口(21a,21b,23a,23b)の中心か
    ら略放射状に延びるように配設され、該各 流入口(21a,2
    1b,23a,23b)からの各流体をそれぞれ所定方向に均等に
    導く複数のリブ(51〜58)とが設けられ、 上記複数のリブ(51〜58)は、中央部のリブ(53〜56)間の
    間隔が両端部のリブ(51,52,57,58)間の間隔よりも狭い
    不等間隔に配列されている ことを特徴とするプレート型
    熱交換器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のプレート型熱交換器に
    おいて、 第１流路(A)を流通する第１流体または第２流路(B)を流
    通する第２流体の少なくとも一方は、相変化を伴いなが
    ら熱交換を行う流体であることを特徴とするプレート型
    熱交換器。
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