JP4176950B2 - プレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレート熱交換器とそのプレート熱交換器を備えた冷凍サイクルシステムとに関し、詳しくは、プレート熱交換器の冷媒取入流路における冷媒分流路への冷媒流れの均等化手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のプレート熱交換器の冷媒取入流路における冷媒分流路への冷媒流れの均等化手段を、図34乃至図36に基づいて説明する。これらの図は、実開平10−267586号公報に開示されたもので、図34はプレート熱交換器の正面一部断面図、図35はプレート熱交換器の側面図、図36はプレート熱交換器の冷媒取入流路付近の詳細を示す部分正面側断面図である。
図34乃至図36において、図中の符号10は冷却装置としてのプレート熱交換器であって、前部のカバー10aと後部のカバー10bとの間に、縦に置かれた所要枚数のプレート10cが略水平方向に多数積層されて、冷媒が通る冷媒分流路12と、この冷媒分流路12を流れる冷媒と熱交換される別の流体としての、例えばブラインの通る別流体分流路(以下、ブライン流路ともいう)11とがプレート10cを介して交互に形成されている。
【0003】
この熱交換器10の上部には、各ブライン流路11の上端に沿って、各ブライン流路11と連通するブライン取入流路13aが、又、各冷媒分流路12の上端に沿って各冷媒分流路12と連通する冷媒排出流路14bとがそれぞれ形成されている。
一方、この冷却装置の下部には各ブライン流路11の下端に沿って各ブライン流路11と連通するブライン排出流路13b(図34参照)が、又、各冷媒分流路12の下端に沿って各冷媒分流路12と連通する冷媒取入流路14aとがそれぞれ形成されている(図34参照)。この冷媒取入流路14aは、多数積層されたプレートを積層方向に貫通する管状に形成されており、管の一方端が開口し他方端が閉口されている。
尚、ブライン取入流路13aの一端は上部A側ノズル11aとして、ブライン排出流路13bの一端は下部A側ノズル11bとして、それぞれプレートの積層方向の一方側に突き出るように形成されている。
又、同様に、冷媒取入流路14aの一端は下部B側ノズル12aとして、冷媒排出流路14bの一端は上部B側ノズル12bとして、それぞれプレートの積層方向の一方側に突き出るように形成されている(図34、図35参照)。
【0004】
図36において、符号19は冷媒取入流路14a内に設けられた筒状の冷媒管である。この冷媒管19の冷媒取入口19aとしての一方端側の開口が下部B側ノズル12aの開口即ち冷媒取入流路14aの開口部に一致するように設置されている。この冷媒管19の他端は閉口されており、その全長は冷媒取入流路14aの長さにほぼ等しい。又、冷媒管19の胴部にはプレート10cの積層方向即ち当該管19の延在方向に細幅のスリット19bが複数形成されている(図36参照)。
【0005】
再び図34乃至図36において、冷媒取入口19aから冷媒管19に流入した冷媒は、胴部のスリット19bから冷媒取入流路14a内に放出され、そこで分配されて各冷媒分流路12へと流れ込む(図34では下から上へ流れる)。そして、この各冷媒分流路12を流れ、冷媒排出流路14bを経て、上部B側ノズル12bから出て行く。
他方、ブラインは、上部A側ノズル11aからブライン取入流路(非図示)に流入し、そこから各ブライン流路11を流れて(図34では上から下へ流れる)、ブライン排出流路13bを経て、下部A側ノズル11bから出て行く。
【0006】
さて、上記の冷媒管19内おいて、流入した冷媒は、冷媒取入口19aとしての開口側から閉口端側(奥)へと向かって流れながら、胴部の各スリット19bから冷媒取入流路14aへと放出される。
冷媒取入流路14aへと放出された冷媒は、各冷媒分流路12に分かれて、上方へと流れながら、隣接するブライン流路11を対向して流れる別流体としてのブラインと熱交換して、ブラインを冷ブライン化させた後、冷媒ガスとなって冷媒排出流路14bを経て上部B側ノズル12bから流出する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記技術では、胴部に複数のスリットが形成された冷媒管を冷媒取入流路内に用いることで、各冷媒分流路へ流れる冷媒量を均等化させようとしていたのである。
しかし、通常のプレート熱交換器では、冷媒取入流路内の冷媒は流速が早く、液状の冷媒が冷媒取入流路の奥の方即ち閉口端側に多く偏って流れ込んでしまう傾向がある。
【0008】
にも拘わらず、従来の上記手段では、冷媒管の周面に、管の長手方向に細長いスリットが設けられているだけであるため、取込まれた冷媒が冷媒取入流路の奥(閉口側)の方に偏って多く流れ込んでしまうという課題を解消することができない。
このため、冷媒取入流路から各冷媒分流路への流入量の分配を均等にすることがでず、別流体との熱交換効率を十分に改善させることができなかった。
本発明は、かかる課題を解決し、熱交換効率の高いプレート熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクルシステムの提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、前記冷媒分配手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有し切り口が楕円を描くよう斜断された斜断筒体又は斜断円柱体であり、楕円の長径は、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路に及ぶことを特徴とするプレート熱交換器にある。
【0010】
また、略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、前記冷媒分配手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有し切り口が楕円を描くよう斜断された斜断筒体又は斜断円柱体であり、楕円の長径の一方端は、少なくとも閉口側の冷媒分流路に及ぶことを特徴とするプレート熱交換器にある。
【0011】
また、略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、前記冷媒分配手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有し切り口が楕円を描くよう斜断された斜断筒体又は斜断円柱体であり、切り口の面は、平面又は切り口の長径方向の断面において凸曲面又は切り口の長径方向の断面において凹曲面であることを特徴とするプレート熱交換器にある。
【0012】
また、楕円の長径の一方端は、少なくとも閉口側の冷媒分流路に及ぶことを特徴とする。
【0013】
また、切り口の面は、平面又は切り口の長径方向の断面において凸曲面又は切り口の長径方向の断面において凹曲面であることを特徴とする。
【0014】
また、冷媒分配手段は、開口側から冷媒取入流路に挿脱自在に挿入され、当該冷媒分配手段と一体に設けられた固定具を介して前記該開口部に着脱自在に装着されることを特徴とする。
【0015】
また、上記いずれいかのプレート熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍サイクルシステムにある。
【0037】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
実施の形態1は、略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、この冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器における上記の冷媒取入流路内に、冷媒取入流路から各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、上記の冷媒取入流路と各冷媒分流路との連通部を、冷媒取入流路の周面を環状に巡って開口する環状開口とした構成のものである。
【0038】
先ず、プレート熱交換器の基本構造を、図1乃至図5に基づいて説明する。図1はプレート熱交換器の斜視図、図2はプレート熱交換器の組立構成図、図3はプレート熱交換器の正面一部断面図、図4は冷却システムのブロック図、図5は冷媒の分配が不均一な状態を示す説明図である。
【0039】
図1乃至図5において、10はプレート熱交換器であり、11aはブライン流入口(従来例では上部A側ノズル)、11bはブライン流出口(従来例では下部A側ノズル)、12aは冷媒流入口(従来例では下部B側ノズル)、12bは冷媒流出口(従来例では上部B側ノズル)である。
【0040】
プレート熱交換器10は、前部カバープレート15a(従来例では10a)と後部カバープレート15b(従来例では10b)との間に、複数のプレート16a、16b、16c・・・(以下、プレート16という)が所要枚数積層され(図1、図2参照)、この多数のプレート16からなる積層部と縁部とが蒸着ブレージングにて一体化され、熱交換されるブラインが通るブライン流路11と冷媒が通る冷媒分流路12とが、積層されたプレート16間に交互に形成されている(図1、図3参照)。
【0041】
図3において、上記積層部の下部には、各ブライン流路11の下端に沿って各ブライン流路11と連通するブライン排出流路13bが、又、各冷媒分流路12の下端に沿って各冷媒分流路12と連通する冷媒取入流路14aがそれぞれ形成されている。
冷媒取入流路14aは、多数積層されたプレート16を積層方向に貫通する管状に形成されており、その一方端が開口して冷媒流入口12aとされ、他方端は閉口されている。この冷媒取入流路14aと各冷媒分流路12との連通部は、冷媒取入流路14aの周面を環状に巡って開口する環状開口としてある。
【0042】
さて、冷媒流入口12aから流入した冷媒は、冷媒取入流路14aを通ってプレート16に挟まれた各冷媒分流路12へと分流即ち分配され、各冷媒分流路12を流れる間に、隣接するブライン流路11を流れるブライン(以下、別流体ともいう)と熱交換しながら蒸発し、冷媒排出流路14bを経て冷媒流出口12bから流出される。
他方、ブライン流入口11aから流入したブラインは、ブライン取入流路(非図示)を通って、各ブライン流路11に分配され、隣接する冷媒分流路12を流れる冷媒との熱交換によって冷却された後、ブライン排出流路13bを経てブライン流出口11bから流出される(図3参照)。
【0043】
図4において、上記のプレート熱交換器10を冷却システムに連結した場合について説明する。図中の符号1は圧縮機、2は凝縮器、3は膨張弁、4は冷媒を循環させるための冷媒回路、5はブライン回路である。
圧縮機1で圧縮されたガス冷媒は凝縮器2で凝縮されて液冷媒となり、膨張弁3を通って減圧され、プレート熱交換器10に入る。プレート熱交換器10内部では前述のような動作を経た後、プレート熱交換器10から出た冷媒は再び圧縮機1に戻る。
他方、プレート熱交換器10のブライン回路2には各種空調・冷却装置(非図示)が接続されており、プレート熱交換器10で冷却されたブラインによって、冷房・冷凍の負荷をまかなう。
膨張弁3で減圧されて冷媒取入流路14aに流入する冷媒は、液冷媒とガス冷媒とが混合した二相状態である場合があり、この二相状態の際に、プレート熱交換器10内での各冷媒分流路12への冷媒分配の不均一が発生し易い。
【0044】
図5において、この冷媒の不均一分配が生じる例を示す。
冷媒取入口14aの開口側の冷媒流入口12aから流入する冷媒は、或る程度の流速を持っており、ガス冷媒に比べて密度の大きい液冷媒は、運動エネルギーが大きいため、冷媒取入口14aの奥即ち閉口側まで到達してしまい、閉口側近くに位置する冷媒分流路 (以下、閉口側冷媒分流路という)12程流入し易くなり、開口側近くに位置する冷媒分流路(以下、開口側冷媒分流路という)12程流入し難くなる。
逆に、密度の小さいガス冷媒は、開口側近くに位置する冷媒分流路12程流入し易くなり、開口側近くに位置する冷媒分流路12程流入し難くなる。
【0045】
この冷媒取入流路14aにおける冷媒分流路12への冷媒流れの不均一化現象は、図36の従来例で示したスリット孔19bを形成した冷媒管19を冷媒取入流路14aに装置しても解消できない。即ち、液冷媒がガス冷媒に比べて冷媒取入流路14aの奥(閉口側)の方へより集まり易いという傾向を改善することはできない。
【0046】
図6は、図5に示すような冷媒の不均一分配が生じた場合の、各冷媒分流路12へ分配される冷媒流量の第1の説明図であり、横軸は冷媒分流路12の位置、縦軸は冷媒流量を示す。
上記のように、密度の大きい液冷媒は、閉口側冷媒分流路12へ大量に流れ、開口側冷媒分流路12へは少量しか流ないので、図6に示されるような、冷媒分流路12の位置による冷媒流量の不均一さが発生し、結果としてプレート熱交換器10の熱交換効率を悪化させる。
【0047】
このため、この実施の形態1では、冷媒取入流路14a内に、冷媒取入流路14aから各冷媒分流路12への冷媒の流入量を、冷媒取入流路14aの開口側冷媒分流路12から閉口側冷媒分流路12にかけて均一にする冷媒分配手段を設けている。
この冷媒分配手段の一例を図7乃至図11に基づいて説明する。図7は冷媒分配手段の設置状態を示す断面図、図8は冷媒分配手段の平面図、図9は冷媒分配手段の3つの個所における各横断面図、図10は冷媒の分配状体を示す第2の説明図、図11は冷媒の分流量を示す第2の説明図である。
【0048】
図7及び図8において、符号17は冷媒分配手段としての斜断筒体である。この斜断筒体17は、冷媒取入流路14aの内径に近い外径を有した筒体が斜めに切られ、その切り口が長い楕円を描くよう斜断されたものである。
上記の楕円は、その長径が開口側冷媒分流路12から閉口側冷媒分流路12に及ぶ長さをもち、少なくともその長径の一方端が最も閉口側に位置する冷媒分流路12に及んでいる。
【0049】
又、斜断筒体17の全長は、この形態1では、冷媒取入流路14aの長さにほぼ等しくしているが、使用環境に応じて適宜の長さとしてよい。
又、斜断筒体17の設置は、プレート熱交換器10の組み立ての際に冷媒取入流路14a内に形成してもよいし、後述のように、プレート熱交換器を組み立てた後にその開口側から挿入して所定位置に設置してもよい。
【0050】
この冷媒分配手段は、上記のように、外径が冷媒取入流路14aの内径とほぼ等しい管状のパイプを斜めに切断した形状の斜断筒体17であるから、冷媒取入流路14aの開口側から閉口側に並ぶ各冷媒分流路12の環状開口に対して、斜断筒体17の外周面が当接或いは近接するため、開口側から閉口側に並ぶ各冷媒分流路12の環状開口の開口面積が、開口側から閉口側に並ぶ順に、次第に小さくなるようその一部が塞さがれる。
【0051】
換言すると、図8及び図9において、冷媒取入流路14aから各冷媒分流路12への連通部としての環状開口の開口面積、即ち流入面積は、通常では、360度の方向に環状開放されているが、上記のように、冷媒分配手段としての斜断筒体17を設置することにより、斜断筒体17の外周面によって、上記環状開口の一部が塞がれ、例えば、図8の断面指示線x−x、y−y、z−zで示した図9のx−x断面、y−y断面、z−z断面で示すように、冷媒取入流路14aの奥即ち閉口側へ行くに従って冷媒取入流路14aから冷媒分流路12への環状開口の開口面積が小さくなって、冷媒が流入し難くなり、冷媒の流入量を減少させるよう規制している。
【0052】
図10の斜断筒体17の周囲の冷媒の流れを示す図と、図11の斜断筒体17によって冷媒分配が改善された状況を示す説明図に基づいて、その作用効果を詳述する。尚、図11における横軸は冷媒分流路12の位置、縦軸は冷媒の流入量を示す。
図10において、冷媒取入流路14a内に斜断筒体17を装着することで、ガスと液の二相状態で流入した冷媒は、従来に比べて、液冷媒が開口側の冷媒分流路12にも十分に流入するので、図11に示すように各冷媒分流路12への冷媒流入量を、上記楕円の形状を使用環境に応じて適宜形成することによって、均一化させることができる。
従って、これにより、冷媒の分配が改善され、各冷媒分流路12に均等に冷媒が流れるので、結果的にプレート熱交換器10の熱交換効率を向上させることができる。
【0053】
上記実施の形態1では、冷媒分配手段としての斜断筒体17は、図7に示す如く、筒体を直線的な平面で切断した切り口形状としてあるが、切り口の形状はこの平面に限定されず、例えば、図12や図13に示すように、曲面としてもよい。図12の切り口の面は、切り口の長径方向の断面において凸曲面としたものであり、図13の切り口の面は、切り口の長径方向の断面において凹曲面としたものである。
要するに、楕円の切り口の面や形状は、冷媒の流速、流量や乾き度等の使用環境に応じて、各冷媒分流路12への流入量が均一化されるように、冷媒取入流路14aと各冷媒分流路12との連通部における流入面積を、開口側冷媒分流路12から閉口側冷媒分流路12へと次第に小さく、狭くなって行くように形成すればよい。
【0054】
上記の冷媒分配手段としては、上記のように、冷媒取入流路14aから各冷媒分流路12への連通部における流入面積、従って当該連結部における冷媒分流路12への流入量を調整できる形態のものであればよい。
従って、図14に示すように、冷媒分配手段として、筒体が略王冠形に形成された二等辺三角形状筒体18としてもよい。
【0055】
二等辺三角形状筒体18は、筒体の側面の一部を構成する湾曲した筒片部材を素材として、三角形の頂点から底辺に向かう垂線が前記筒体の軸線と平行となるよう、前記筒片部材を二等辺三角形に形成した同形の二等辺三角形状筒片を、筒型となるよう多数枚、少なくとも3枚以上組み合わせて、組み合わされた二等辺三角形状筒体18の外径が、当該二等辺三角形状筒体18の全長にわたって、冷媒取入流路14aの内径に近い外径を持つ形態としたものである。
更には、底辺の短い二等辺三角形を4枚以上として、多数枚を組み合わせて形成してもよい。
冷媒分配手段としてこのような二等辺三角形状筒体18を用いても、上記と同様の作用効果が発揮できるだけでなく、更に次のような作用効果も発揮される。
例えば、仮に、組み立てられたプレート熱交換器10の冷媒取入流路14a内に挿入して設置する場合に、当該冷媒取入流路14aの軸を中心とする回転方向に対して、例えば垂直上方に向けたいという最適な角度があったとすると、上記のような斜断筒体17であれば、切り口が一面しかないため、その最適角度若しくはそれに近い角度に調整する当たって、逆転状態とならないように注意を要するため、設置に手間が生じる。
【0056】
これに対して、冷媒分配手段としての二等辺三角形状筒体18の場合には、多数の二等辺三角形状筒片で構成することにより、回転方向に対する装着角度による悪影響が少なくなるので、回転方向に対する自由度が増して、装着の際における角度調整が容易となり、設置作業を迅速に行うことができる。
図示の例では、3枚の二等辺三角形状筒片で二等辺三角形状筒体18を構成しているが、回転方向に対する自由度は、多数枚の二等辺三角形状筒片筒体で構成する程増すので、これに限らず、6枚或いは8枚と、枚数は多い程どよい。
【0057】
次に、上記のような冷媒分配手段を、組み立てられたプレート熱交換器10の冷媒取入流路14a内に、その開口側から挿脱自在に挿入して装着する装置を、図15及び図16に基づいて説明する。図15は冷媒流入口12aの詳細を示す断面図、図16は冷媒分配手段に一体に設けられた固定具を介しての装着を示す断面図である。
図15において、通常のプレート熱交換器10の冷媒取入流路14aの開口部としての冷媒流入口12aは、図示のように、外周にネジ山が切られており、これを利用して冷媒供給用配管が接続される。図中20は冷媒流入口12aへの配管を接続させるナットであり、21は冷媒供給用配管である。
【0058】
さて、ここで上記のような冷媒分配手段(斜断筒体17や二等辺三角形状筒体18等)を冷媒取入流路14aに実際に装着する手段を考えた場合、例えばプレート熱交換器10自体を改造・加工して装着する手段もあるが、これでは、プレート熱交換器10本体への加工を必要とするため、手間や費用の点から好適な手段とは言えない。
そこで、この実施の形態1では、図16に示すように、上記の冷媒流入口12aのネジ山を利用した装着装置としての固定具22を用いることとした。これを、二等辺三角形状筒体18(以下、冷媒分配手段18ともいう)を例にして説明する。
【0059】
図16において、装着装置としての固定具22は、ナット状のもので、一方端側の内周面に、上記の冷媒流入口12a外周のネジ山(雄ネジ)に対する雌ネジが切られ、他方端側の外周面に、上記冷媒流入口12aのネジ山と同一の雄ネジが切られた形態としたものである。
尚、図中の符号23は冷媒分配手段18を固定具22に一体的に支持させる連結手段としての連結支持部材である。
【0060】
装着装置を上記のような形態に構成した固定具22を用いて冷媒分配手段18を装着すれば、冷媒供給用配管21を接続する部分はプレート熱交換器10の冷媒流入口12と同等のネジ部を有しているため、通常と同じ方法で冷媒供給用配管21を接続することが可能となる。即ち、図15に示すナット20と冷媒供給用配管21のままでの装着が可能となる。
しかも、この手段によれば、プレート熱交換器10自体には何等の加工も、改造も要さない。これは、手間や工程削減という意味でも効果的である。
【0061】
この実施の形態1において、上記のように、冷媒分配手段として斜断筒体17を示したが、このような筒体に限らず、この斜断筒体17の場合と同様に、円柱を斜めに切断した斜断円柱体24であってもよい。これを図17及び図18に基づいて説明する。図17は斜断円柱体24の側面図、図18は斜断円柱体24の平面図である。
図17及び図18に示すように、斜断円柱体24は、冷媒取入流路14aの内径とほぼ等しい外径の円柱を斜めに切断した形状であって、筒体を円柱とした点だけが異なり、その他の構成及び作用効果の全ては、上記の斜断筒体17と同様である。
【0062】
即ち、この冷媒分配手段としての斜断円柱体24を冷媒取入流路14a内に装着すると、冷媒取入流路14a自体が奥に行く程、次第に狭くなり、容積が小さくなる。
しかも、冷媒取入流路14aの開口側から閉口側にかけての各冷媒分流路12の環状開口の開口面積、即ち、冷媒取入流路14aから冷媒分流路12への流入面積が狭くなるため、冷媒流入口12aの開口側から閉口側に位置する冷媒分流路12程、次第に流入抵抗が増加し、冷媒が流れ難くなる。
従って、この斜断円柱体24によれば、斜断筒体17の場合と同様に、斜断円柱体24の切り口等の形態を適宜に形成することにより、冷媒の分配が均等化されて、熱交換効率を向上させることができる。
【0063】
更に又、次のような特有の作用効果を発揮する。
即ち、この斜断円柱体24によれば、斜断筒体17や二等辺三角形状筒体18と異なり、中身の詰まった円柱で形成されているため、その体積分だけ冷媒取入流路14aの容積を低減させることができるので、結果として、冷媒回路全体の所要冷媒量を、従来に比べて、より削減することができる。
【0064】
実施の形態2.
実施の形態2は、上記実施の形態1のプレート熱交換器10の冷媒取入流路14a内に流入する冷媒の流れの抵抗となって、当該冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とを混合する冷媒混合手段を設けた構成としたものである。以下、これを図19乃至図25に基づいて説明する。尚、プレート熱交換器10は実施の形態1と同様であるのでその説明を省略し、以下、冷媒取入流路14a内に設置される冷媒混合手段につて説明する。
【0065】
図19乃至図20で示す冷媒混合手段25は、冷媒取入流路14aの内径に近い外径を有する環状体26であり、この環状体26は冷媒取入流路14aの開口側から閉口側にかけて適宜間隔に複数配置,図では4枚の環状体26a〜26dが配置されている。
適宜間隔に複数配置された環状体26a〜26dの内円の径は何れも同径としているが、図21で示す冷媒混合手段28のように、開口側から閉口側への配置の順に小さい径となるよう、内径が異なるように形成された環状体を配置してもよい。
尚、環状体26の設置枚数は、勿論、4枚に限らず、適宜枚数とればよい。又、配置間隔も図示のように等間隔に限定するものではなく、使用環境に応じて適宜設定すればよい。
【0066】
図中の符号27は複数の環状体26a〜26dを一体化するための連結手段としての連結支持部材であり、上記実施の形態1の連結手段としての連結支持部材23と同様である。
実施の形態2においては、この連結支持部材27を介して、複数の環状体26a〜26dから成る冷媒混合手段25を一体化させ、更に、この冷媒混合手段25を、図示してはいないが、上記実施の形態1における装着装置としての固定具22を介して、プレート熱交換器10に装着されている。
【0067】
図20において、冷媒取入流路14a内に上記のような冷媒混合手段25,28を設置すると、図示のように、冷媒は、流れに対して複数の環状体26a〜26dによる抵抗を各所にて受けるため、液冷媒が冷媒取入流路14aの閉口側に片寄って流れ込むことがなく、各冷媒分流路12に冷媒を均等に流入させることができる。
【0068】
又、各所における抵抗によって、冷媒の流れは一部で滞流し一部で流速を増して乱流化されるので、冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とがより混合され、均一化された状態にて、各冷媒分流路(実施の形態1における符号12)に供給される。これにより、従来に比べて、冷媒分配が均一化し、熱交換効率を向上させることができる。
又、複数配置される環状体の内径を変化させることによって、例えば開口側から閉口側への配置の順に内径を小さくすると、液冷媒の閉口側への片寄った流れ込みを効率よく解消することができる。
【0069】
図22乃至図25で示す冷媒混合手段29,30,32.35は、冷媒が透過可能な多孔質透過部材を、冷媒取入流路14aの内径に近い外径を有する円柱体29、30或いは円盤体33a〜33dに構成して設置したものであって、上記の冷媒混合手段25,28と同様の作用効果を発揮させることができる。
即ち、設置された円柱体29、30或いは円盤体33a〜33dが、冷媒の流れに対して抵抗となるので、冷媒を構成する液冷媒とガス冷媒とがより混合され均一化されて各冷媒分流路(12)に流入するので、冷媒分配が均一化され、熱交換効率を向上させることができる。
【0070】
図22の冷媒混合手段としての円柱体29は、全体を均一の空隙率とした多孔質透過部材で構成されているが、図23の冷媒混合手段としての円柱体30のように、開口側から閉口側にかけて空隙率が順に段階的に小さくなるよう異なる構成とし、例えば4種類の空隙率の異なる円柱体31a、31b、31c、31dを一体化させて冷媒混合手段30を構成してもよい。
この例では、4個の円柱体31a、31b、31c、31dを同じ長さに形成しているが、勿論、使用環境に応じて適宜異なる長さとしてもよい。
このような構成によって、より効果的な冷媒の混合が可能になり、プレート熱交換器10の熱交換効率を向上させることができる。
尚、一本の円柱体29において、開口側から閉口側へかけて空隙率が次第に小さくなるように構成しても上記と同様の作用効果を発揮させることができる。
【0071】
図24及び図25において、上記の円柱体29,30の場合には、冷媒取入流路内14aの全体を満たすよう配置されているが、図24に示すように、多孔質透過部材を輪切り状に形成して複数の円盤体33(33a〜33d)で構成してもよい。
これら複数の円盤体33を、冷媒の流速や乾き度等の使用環境に応じて適宜、適当間隔にて配置することで、上記と同様の作用効果をより効率的に発揮させることができる。
又、上記の円柱体29,30と比べると、少量の多孔質透過部材を用いて冷媒混合手段を構成することができる。
【0072】
図中の符号34は、各円盤体33a〜33dを一体化させ冷媒混合手段32,35を構成するための連結手段としての連結支持部材34であり、上記した連結支持部材23,27と同様である。
又、図示されていない当該連結支持部材を介して上記の装着装置としての固定具22を用いてプレート熱交換器10の冷媒取入流路14aに装着される点も同様である。
【0073】
更に又、上記の各冷媒混合手段25、28、29、30、32、35は、何れも、回転方向に対する指向性がないため、冷媒分配手段18で説明したのと同様に、冷媒取入流路14aの内部に設置する際、その向きを調整する必要が無く、従って、製造・組立上の手間を軽減することができる。
しかも、一般に多孔質透過部材は流体の流動音を低減させる特性を持つので、上記の各冷媒混合手段29、30、32、35を用いることにより、騒音の低いプレート熱交換器10を提供することができる。
【0074】
実施の形態3.
実施の形態3は、上記実施の形態1のプレート熱交換器10の冷媒取入流路14a内に、冷媒の流れ方向を変える冷媒流れ方向変更手段を設けた構成としたものである。以下、これを図26乃至図33に基づいて説明する。
尚、プレート熱交換器10は実施の形態1と同様であるのでその説明を省略し、以下、冷媒取入流路14a内に設置される冷媒流れ方向変更手段について説明する。
【0075】
図26に示す捩りテープ体36は、テープ状部材の長手方向を軸として捩りを加え、冷媒取入流路14aの内径とほぼ等しい外径の捩りテープ体を構成して冷媒流れ方向変更手段としたものである。
この捩りテープ体36を、冷媒取入流路14aの内部に装着することで、冷媒流入口12aから冷媒取入流路14aに沿った冷媒の流れ方向に、回転方向の流れを発生させ、その遠心力によって、各冷媒分流路12への冷媒の流入を促進させることができる。
【0076】
従って、図27に示すように、冷媒流入口12aから流入した冷媒が、冷媒流入口12a即ち開口側に近く位置する冷媒分流路12にも流入し易くなるため、結果として、各冷媒分流路12への冷媒分配を均一にすることができ、プレート熱交換器10の熱交換効率を向上させることができる。
尚、図26ではテープの捩り回転数を5回としているが、勿論、これに限定されず、使用環境に応じた回数とすればよい。
【0077】
図26に示す捩りテープ体36のピッチ(ねじれ1回転分の長さ)やテープの幅は概ね均等としているが、使用環境に応じては、図28に示す捩りテープ体36のように冷媒の流れ方向に対してピッチを変更したり、或いは又、図29に示す捩りテープ体36のようにテープ幅を変更したり、或いは更に、ピッチ及びレープ幅ともに異なるように形成してもよい(非図示)。
【0078】
図30に示す冷媒流れ方向変更手段37は、開口側から閉口側にかけて、円形に形成された複数の案内板を、斜め方向に傾けた状態にて適宜間隔を空けて配置した構成のものである。図示されていないが、これら6枚の案内板37も、上記と同様の連結支持部材(23,27,34)を介して一体化した構成としておくと装着作業が容易となる。
上記のように、冷媒取入流路14a内に複数の案内板37を上記のように配置することにより、上記捩りテープ体36と同様の作用効果が発揮される。
この円形の案内板37は、勿論平面に限る必要はなく、例えば図31に示す案内板38のように、傾き方向に湾曲させた曲面としてもよい。
【0079】
図32に示す冷媒流れ方向変更手段39は、円錐形或いは円錐体に形成された案内部材(以下、円錐状案内部材ともいう)40を複数個間隔を置いて配置させた構成としたものである。この各円錐状案内部材40は、頂点を開口側に向け、当該円錐の底面側を閉口側方向に向けて、同一軸線に適当間隔を空けて一列に並べた配置としてある。
尚、図33に示すように、使用環境に応じて上記の円錐形や円錐体を適宜変形させ、例えば、図33に示すように、円錐体の表面に頂点から底辺側に向けて曲面を設けた形態としてもよい。
【0080】
上記のように、冷媒取入流路14a内に複数の円錐状案内部材40を配置することにより、上記の捩りテープ体36や案内板37と同様の作用効果を発揮させることができる。
又、上記捩りテープ体36や円錐状案内部材40、42では、いずれも回転方向に対する指向性がないため、上記実施の形態1において説明した冷媒分配手段18の場合と同様に、冷媒取入流路14aの内部に設置する際、その向きを調整する必要が無く、従って製造・組立上の手間を軽減させる。
【0081】
図32中の符号41は各円錐状案内部材40を一体化させるための連結支持部材であり、上記実施の形態1及び2の連結支持部材と同様に、この連結支持部材41を介して、複数の円錐状案内部材40を一体化させて冷媒流れ変更手段39を構成している。
又、この冷媒流れ変更手段39では、図示されてはいないが、上記実施の形態1における装着装置としての固定具22を介して、プレート熱交換器10に装着されている。
又、冷媒流れ方向変更手段を図32や図33に示すような構成にすることによって、その体積分だけ冷媒取入流路14aの容積が低減し、結果として冷媒回路全体の冷媒量を削減できるという効果も得ることができる。
【0082】
上記実施の形態1及び形態3において、冷媒と熱交換する別流体の例としてブラインを用いて説明したが、勿論、これに限定されず、熱交換可能な適当な媒体であってもよい。
又、上記実施の形態1及び形態3で示した冷媒分配手段や冷媒混合手段や冷媒流れ方向変更手段を備えたプレート熱交換器を有する冷凍サイクルシステムにおいても、装備された冷媒分配手段や冷媒混合手段や冷媒流れ方向変更手段に応じた作用効果を発揮させることができる。
【0083】
【発明の効果】
この発明によれば、冷媒分配手段や冷媒混合手段や冷媒流れ変更手段等により、冷媒取入流路から冷媒分流路への冷媒の流れを均一化することができ、熱交換性能が高いプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
又、プレート熱交換器の冷媒取入流路内に、冷媒の流速や乾き度などに適した最適な手段が設置されたプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【0084】
また、回転方向に対する指向性が無いので、冷媒取入流路内に設置する際の手間が低減されるプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【0085】
また、冷媒取入流路の容積を低減させるので、冷媒の所要量が削減されたプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【0086】
また、冷媒混合手段として多孔質透過部材を用いているので、冷媒の流動音が低減されたプレート熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクルシステムを提供できる。
【0087】
また、冷媒分配手段と固定具が一体化され、冷媒混合手段や冷媒流れ変更手段では当該手段を構成する構成部材が連結手段を介して一体化された上、更に固定具とも一体化されているので、プレート熱交換器の冷媒取入流路への装着作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1のプレート熱交換器の斜視図である。
【図2】 プレート熱交換器の組立構成図である。
【図3】 プレート熱交換器の正面一部断面図である。
【図4】 冷却システムのブロック図である。
【図5】 冷媒の分配が不均一な状態を示す説明図である。
【図6】 各冷媒分流路への分流量を示す第1の説明図である。
【図7】 冷媒分配手段の設置状態を示す断面図である。
【図8】 冷媒分配手段の平面図である。
【図9】 冷媒分配手段の3つの個所における横断面図である。
【図10】 冷媒の分配状体を示す第2の説明図である。
【図11】 冷媒の分流量を示す第2の説明図である。
【図12】 凸曲面の切り口を示す側面図である。
【図13】 凹曲面の切り口を示す側面図である。
【図14】 二等辺三角形状筒体を示す側面図である。
【図15】 冷媒流入口の詳細を示す断面図である。
【図16】 冷媒分配手段に一体に設けられた固定具を介しての装着を示す断面図である。
【図17】 斜断円柱体の側面図である。
【図18】 斜断円柱体の平面図である。
【図19】 環状体の斜視図である。
【図20】 冷媒混合手段の作用説明図である。
【図21】 別の環状体の斜視図である。
【図22】 円柱体の斜視図である。
【図23】 別の円柱体の斜視図である。
【図24】 円盤体の斜視図である。
【図25】 別の円盤体の斜視図である。
【図26】 捩りテープ体の側面図である。
【図27】 冷媒流れ方向変更手段の作用説明図である。
【図28】 別の捩りテープ体の側面図である。
【図29】 更に別の捩りテープ体の側面図である。
【図30】 案内板とその作用説明図である。
【図31】 別の案内板の斜視図である。
【図32】 円錐体の斜視図である。
【図33】 別の円錐体の斜視図である。
【図34】 従来のプレート熱交換器の正面一部断面図である。
【図35】 従来のプレート熱交換器の側面図である。
【図36】 従来のプレート熱交換器の冷媒取入流路付近の詳細を示す部分正面側断面図である。
【符号の説明】
4 冷媒回路、5 ブライン回路、10 プレート熱交換器、10c プレート、11 ブライン流路、12 冷媒分流路、12a 冷媒流入口、12b 冷媒流出口、14a 冷媒取入流路、17、18、24 冷媒分配手段、21 冷媒供給用配管、22 固定具(装着装置)、23、27、34、41 連結支持部材、25、28、29、30、32、35 冷媒混合手段、26a、26b、26c、26d 環状体、 31a、31b、31c、31d 多孔質透過部材、33a、33b、33c、33d 円盤状の多孔質透過部材、36、37、39 冷媒流れ方向変更手段、38 案内板、40 円錐状案内部材。
Claims (7)
- 略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、
前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、
前記冷媒分配手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有し切り口が楕円を描くよう斜断された斜断筒体又は斜断円柱体であり、楕円の長径は、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路に及ぶ
ことを特徴とするプレート熱交換器。 - 略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、
前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、
前記冷媒分配手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有し切り口が楕円を描くよう斜断された斜断筒体又は斜断円柱体であり、楕円の長径の一方端は、少なくとも閉口側の冷媒分流路に及ぶ
ことを特徴とするプレート熱交換器。 - 略水平方向に積層されたプレートを介して、冷媒の通る冷媒分流路と、前記冷媒と熱交換される別の流体の通る別流体分流路とが交互に形成されると共に、前記プレートの下部を当該プレートの積層方向に貫通して形成され、一方端が開口し他方端が閉口された管状の冷媒取入流路を備えたプレート熱交換器において、
前記冷媒取入流路内に、当該冷媒取入流路から前記各冷媒分流路への冷媒の流入量を、開口側の冷媒分流路から閉口側の冷媒分流路にかけて均一にする冷媒分配手段を設け、
前記冷媒分配手段は、冷媒取入流路の内径に近い外径を有し切り口が楕円を描くよう斜断された斜断筒体又は斜断円柱体であり、切り口の面は、平面又は切り口の長径方向の断面において凸曲面又は切り口の長径方向の断面において凹曲面である
ことを特徴とするプレート熱交換器。 - 楕円の長径の一方端は、少なくとも閉口側の冷媒分流路に及ぶことを特徴とする請求項1に記載のプレート熱交換器。
- 切り口の面は、平面又は切り口の長径方向の断面において凸曲面又は切り口の長径方向の断面において凹曲面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプレート熱交換器。
- 冷媒分配手段は、開口側から冷媒取入流路に挿脱自在に挿入され、当該冷媒分配手段と一体に設けられた固定具を介して前記該開口部に着脱自在に装着されることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のプレート熱交換器。
- 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のプレート熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍サイクルシステム。
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