JP4263694B2 - 高圧熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器に関し、より詳しくは高圧に耐える熱交換器に関する。

周知のように、冷媒を大気中に排出するとオゾン層の劣化の原因となると考えられている。ＨＦＣ類のような冷媒はＣＦＣ類のような冷媒よりも環境に優しいことは確かであるが、いわゆる温室効果を有する点ではやはり望ましくない。

ＣＦＣ類及びＨＦＣ類は重量や容積が問題となる輸送の分野で広く使用されている。自動車の空気調和に使用される熱交換器の重量が大きすぎると自動車の燃料経済性が低くなる。もしも容積が大きいと重量が重くなるだけでなく、輸送機械の設計者が燃料経済を向上させる空気力学的に滑りの良い設計を行うことを妨げることになる。

大気中への冷媒の漏洩は自動車の空調系統から生じる。何故なら圧縮器は、定置型と同様に、典型的には車両のエンジンからベルト等を介して回転動力を受ける必要があるので、気密的に閉鎖することができないからである。従って、大気に逃れる冷媒が環境を汚染しないような、また装置部品が小型計量であって燃料経済に悪影響を与えないような、車両用の冷媒系を提供することが望まれる。

これらの問題のため、車両に超臨界ＣＯ₂系を使用することが考えられている。一つにはこのような装置で冷媒として使用されるＣＯ₂は最初に大気から取り込まれ、その結果、仮にそれが使用された装置から大気中へ漏洩することがあっても、大気中のＣＯ₂の正味の増加はないことになる。

更に、ＣＯ₂は温室効果の点から望ましくはないが、オゾン層には影響せず、また漏洩のために大気中のＣＯ₂の正味の増加することはないのであるから、温室効果の増加を引き起こすこともない。

しかしながら、超臨界装置は典型的には冷媒側に非常な高圧を使用するので、これらの装置に使用される熱交換器はこのような高圧に耐えることが、好ましくは（特に自動車において）寸法及び重量の大きな増加を招くことなくできなければならない。

本発明はこのような問題の少なくとも１つを解決することを課題とする。

本発明の一つの形態では、冷媒入口ヘッダ部と冷媒出口ヘッダ部、少なくとも一つの第１の多重ポート蛇行管、流体熱交換器入口と流体熱交換器出口、及び少なくとも３個のプレート組立体流体通路を有する熱交換器が提供される。蛇行管は隣接する管路（ｔｕｂｅ ｒｕｎ）の間に管湾曲部を有する複数の管路を有し、前記冷媒入口ヘッダ部から冷媒を受け取るように一つの管路に入口端を有し、冷媒を前記冷媒出口ヘッダ部へ放出するように他の一つの管路に出口端とを有する。各プレート組立体流体通路は、縁部で合体されて囲繞空間を形成している一対の離間したプレートと、前記空間の片側への流体入口と前記空間の他側からの流体出口を備えている。第１のプレート組立体流体通路の前記流体入口は前記熱交換器入口からの流体を受け取るように配置され、第１のプレート組立体流体流路の一つのプレートは前記第１の蛇行管の前記一つの管路に対接している。第２のプレート組立体流体通路の前記流体出口は、流体を前記熱交換器出口に排出するように配置され、第２のプレート組立体流体通路の一つのプレートは前記第１の蛇行管の他の管路に対接している。そして第３の前記プレート組立体流体通路は前記第１の蛇行管の前記これらの管路の間に位置している。

本発明のこの形態の一つの実施形態では、更に第２の多重ポート蛇行管が第１の蛇行管の背後にほぼ整列し、第１のプレート熱交換器組立体流路の一つのプレートは第２の蛇行管の入口管路に対接して配置され、第２のプレート組立体流路の一つのプレートは第２の蛇行管の出口管路に対接して配置され、そして、第３のプレート組立体流路は第２蛇行管のこれら管路の間に位置している。

本発明のこの形態の他の実施形態では、流体通路は管路に直角に、隣接管路の冷媒流とほぼ同じ方向に、又は逆方向に向いていることができる。

他の実施形態では、乱流部材が上記囲繞空間の流体入口と流体出口の間に設けられても良い。冷媒はＣＯ₂が使用できる。

他の実施形態では、この熱交換器は超臨界冷却装置内で使用することができる。

本発明の他の形態では、第１の流体及び第２の流体のための第１の流体通路及び第２の流体通路をそれぞれ有する熱交換器が提供される。第１の流体通路は、隣接する管路の間に約１８０度の管湾曲部を有する複数の管路を備えたマルチポート蛇行管を含む。第２の流体通路は、複数組のプレート熱交換器を有し、各組のプレート熱交換器は２つの熱交換器を含み、各熱交換器は、縁部で互いに結合されて囲繞空間を形成している一対の離間したプレートを有する。第１及び第２の流体通路は交互に配置されている。管路の両側には一組のプレート熱交換器のプレート熱交換器が対接している。

本発明のこの形態の一つの実施形態では、蛇行管の一つの管路は入口ヘッダ部から流体を受け取る入口を有し、他の管路は第１の流体を出口ヘッダ部へ排出する出口を有する。一組のプレート熱交換器は流体熱交換器入口から第２の流体を受け取る入口を有し、他の組のプレート熱交換器は第２の流体を流体熱交換器出口に排出する出口を有する。この形態では、この一組のプレート熱交換器は第２の流体を他の組の熱交換器の入口に排出する出口を有することができる。更に、この一組のプレート熱交換器は前記他方の管路の片側に対接して配置でき、他方のプレート熱交換器セットは前記第１の管路の片側に配置することができる。

更に他の実施形態では、乱流部材を流体入口と流体出口の間の囲繞空間内に設けることができ、プレート熱交換器はドロウンカップ型熱交換器（ｄｒａｗｎ−ｃｕｐ熱交換器）を使用でき、或いは第１流体はＣＯ₂を含む冷媒を使用できる。

本発明のこの形態の他の実施形態では、プレート熱交換器は、第２流体が管路を横切ってプレート熱交換器内を、隣接管路を流れる流体とほぼ同じ方向に又はほぼ逆方向に流れるように配置された入口及び出口を有することができる。

本発明のこの形態の他の実施形態では、熱交換器は超臨界冷却系統に使用できる。

本発明の更に他の形態では、熱交換器は冷媒入口ヘッダ部、冷媒出口ヘッダ部、第１及び第２の多重ポート蛇行管、第１流体熱交換器入口、第１流体熱交換器出口、第１、第２、第３、第４プレート熱交換器を含む。各多重ポート蛇行管は隣接管の間に管湾曲部を有する複数の管路を有し、第２の蛇行管の管路が第１の蛇行管の管路とほぼ整列している。各管はまた一つの管路上に冷媒入口ヘッダ部からの冷媒を受けるための入口端を有し、他の管路上に冷媒出口ヘッダ部へ冷媒を排出する出口端を有する。各熱交換器は縁部で互いに結合された一対の離間したプレートにより取り囲まれた囲繞空間を備え、更にこの空間の片側への流体入口と、他側からの流体出口が設けられている。第１及び第２プレート熱交換器の流体入口は流体熱交換器入口から流体を受け取り、第３及び第４プレート熱交換器の流体出口は流体を流体熱交換器出口へ排出する。

第１プレート熱交換器の一つのプレートは第１及び第２蛇行管の一つの管路の片側に対接し、第２プレート熱交換器の一つのプレートは第１及び第２蛇行管の前記一つの管路の他側に対接している。第３プレート熱交換器の一つのプレートは第１及び第２蛇行管の他方の管路の片側に対接され、第４プレート熱交換器の一つのプレートは第１及び第２蛇行管の他方の管路の他側に対接している。

本発明のこの形態の一つの実施形態では、第１及び第２プレート熱交換のための流体出口は前記の第１及び第２プレート熱交換器流体入口からの一つの管路のほぼ反対端に配置され、第３及び第４プレート熱交換器への流体入口は前記第３及び第４プレート熱交換器流体出口からの他の管路のほぼ反対端に配置されている。この形態では、プレート熱交換器内を流れる流体流は、冷媒がプレート熱交換の管路を流れる方向とほぼ同一方向又はほぼ反対方向であって良い。別法として、両蛇行管の管路は関連したプレート熱交換器の流体入口及び流体出口の間に配置されても良く、これによりプレート熱交換器内の流体は管路内の冷媒流の方向にほぼ直角な方向に流れるようにしても良い。

本発明のこの形態には、既に説明したドロウンカップ型熱交換器、プレート熱交換器の囲繞空間内での乱流部材、ＣＯ₂冷媒、及び超臨界冷却系等の本発明の各種実施形態の使用を含むことができる。

本発明の他の形態では、熱交換器は、隣接管路間に湾曲管部を有する複数の管路よりなる多重ポート蛇行管を含む冷媒通路、及び複数のプレート熱交換を含む流体通路を含んでいる。各プレート熱交換器はその周りの縁部（リム）を有する一対のプレート部材を含む。縁部は互いに結合されてプレート部材の間に空間を形成し、少なくとも一つのプレート部材を貫通する入口と、少なくとも一つのプレート部材を貫通する出口を有する。これらのプレート部材は互いにほぼ同一であるが、違いは、それらの選択された一部が入口及び出口の両者を有していること、プレート部材が重畳されて選択された流体通路を形成していること、及び蛇行管の管路がプレート熱交換器の間に配置され、管路の各側に一つのプレート熱交換器が対接するようにして、管路と少なくとも一つのプレート部材とが交互に配置される点である。
本発明のこの形態の１実施形態では、プレート部材の入口及び出口は選択的な流体通路を提供するように選択的に整列されている。
この実施形態では、フランジが各入口及び出口に設けられ、フランジは蛇行管の厚みの約半分だけ関連したプレート部材から持ち上げられている。

図１〜２は本発明の１実施例による熱交換器１０を例示する。図示の熱交換器１０は３つの適当な多重ポート蛇行管１２、１４、１６を有する。各蛇行管は高圧冷媒を供給源（例えば入口ヘッダ管２２）から受け入れるための入口端２０と、高圧冷媒を受容部（例えば出口ヘッダ管２６）へ排出するための出口端２４を有する。

多重ポート蛇行管１２、１４、１６は周知であり、管１２、１４、１６の側部に延長するウエッブ部材を有することにより内圧に対する補強を行い、更に冷媒から管壁への熱伝達を助ける。このような管１２、１４、１６には設計要件に依存する水力直径を有するマイクロチャンネル管を使用できる。必要な熱交換容量に依存してこれら３つの管よりも少ない又は多い管を使用することもできる。多い数の管（及びポート）は管内の圧力降下を減じるが、熱交換器の寸法、重量及び製造コストを所望されない程度に増加する可能性がある。

各蛇行管１２、１４、１６は６つの離間した平行な管路（ｔｕｂｅ ｒｕｎ）３０の間に５つの１８０度湾曲部を有する。そしてこれら３つの蛇行管の管路３０は互いに整列している。しかし、蛇行管３０は６本の管路より多くても少なくても良い。

これらの管路３０には複数個のプレート型熱交換器４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６（図１〜２の例で７個）が交互に積層されている。以下で説明するように、各プレート熱交換器４０〜４６は縁部で互いに結合された一対のプレートから形成されてそれらの間に囲繞空間を形成している。冷媒と流体の間の熱交換が所望される場合には、各プレート熱交換器４０〜４６はその内部を流れる流体（水又はエンジン冷媒等）のための入口と出口を有する。好ましい実施形態では適当な乱流部材（後で説明する）を囲繞空間内に設けてその中を流れる流体の流動特性を改善すると共に、プレート熱交換器を補強することができる。このような乱流部材は別個の部材（例えば互い違いの帯状フィン）でも良いし、熱交換器のプレートの一体的な一部（例えばプレートからたたき出したリブ等）でも良い。プレート熱交換器がろう付けで組み立てられる場合には、乱流部材はそれらの縁部以外の個所で対向したプレートの部分を互いに結合することにより強度を高めることができる。

プレート熱交換器４０〜４６のプレートは蛇行管１２、１４、１６の隣接管路３０の対向した側面壁に接触して適宜配置することにより有効な熱交換接触を行う。

熱交換器流体入口５０が図示の最下段のプレート熱交換器４０の隅部に設けてあり、また熱交換器流体出口５２が最上段のプレート熱交換器４６の隅部に設けてある。図１〜２には記載されていないが、次のことを理解されたい。
ａ．プレート熱交換器４１、４３、４５からの出口は熱交換器流体入口５０に整列したプレート熱交換器４２、４４、４６の入口にそれぞれ結合できる。
ｂ．プレート熱交換器４０、４２、４４からの出口は熱交換器流体出口５２と整列したプレート熱交換器４１、４３、４５の入口にそれぞれ結合できる。

この構成では、各プレート熱交換器４０〜４６における流体の流れは３つの蛇行管１２、１４、１６を横切る方向に生じる（つまり図２のほぼ右底部から左頂部に、又はほぼ左頂部から右底部に）。更に熱交換器流体入口５０から熱交換器流体出口５２への流れは図１の底部から頂部へほぼ蛇行して流れる（すなわち、図２の頂部と底部の間の交差流れに加えて、流れは図１のように流体入口５０からプレート熱交換器４０内を右から左に、次いでプレート熱交換器４１に上がりその中を左から右に、次いでプレート熱交換器４２に上がり、以下同様に流れて最後にプレート熱交換器４６を右から左に流れて熱交換器流体出口５２に出る）。

図示のように、熱交換器１０は更に向流を使用する。つまり熱交換器流体入口５０は出口端２４を有する管路３０に隣接したプレート熱交換器４０に存在し、熱交換器流体出口５２は入口端２０を有する管路３０に隣接したプレート熱交換器４６に存在する。ただし、用途により、入口と出口を切り替えて、熱交換器流体入口は入口端を有する管路に隣接したプレート熱交換器に設け、熱交換器流体出口は出口端を有する管路に隣接したプレート熱交換器に設けても良い。

図３〜４は本発明を具体化した他の実施例による熱交換器６０を示す。図示の熱交換器６０では、１８０度湾曲部で結合された２つの平行な管路６４、６６を有する単一の適当なマルチポート蛇行管６２が設けられる。一方の管路６６は冷媒源（例えば入口ヘッダ管７２）から高圧冷媒を受けるための入口端７０を有し、他方の管路６４は高圧冷媒を受容部（例えば出口ヘッダ管７６）へ排出するための出口端７４を有する。

第１の実施例について述べたように、意図した用途に従って、単一の蛇行管６２の代わりに複数の蛇行管を使用することも本発明の範囲にあることに注意されたい。同様に蛇行管６２は２個の管路６４、６６よりも多数の管路を有しても良いことに注意されたい。

２つのプレート熱交換器組８０、８２がそれぞれ管路６４、６６の各々に対して設けられている。プレート熱交換器組８０、８２は、それらが関連している管路６４、６６の両側にそれぞれ２個のプレート熱交換器８４、８６と８８、９０とを含んでおり、内側の２つのプレート熱交換器８６、８８の向かい合ったプレート面の間に空隙を有する。

図３に示したように、熱交換器流体入口９４はプレート熱交換８０頂部隅に設けられ、熱交換器流体出口９６はプレート熱交換器８２の他側の隅に設けられている。入口９４及び出口９６は図４に示したように互いに整列していてもよいし、入口９４と出口９６が同一のヘッダにあって従来のようにヘッダ内のバッフルにより適宜に隔離されていてもよい。転向ヘッダ９８が入口９４及び出口９６とは反対の端部に設けられていて、２つプレート熱交換器組８０、８２のプレート熱交換器８４、９６、８８、８９に適宜に結合されている。これにより流体は一方の組８０から他方の組８２へと流れる。

従って、流体の向流流れがこれらプレート熱交換器内に生じ、それにより、図３に示した配置では、１．流体は管路６４（管路内では冷媒は右から左に流れる）の両側面に対接されたプレート熱交換器８４、８６内を左から右に流れ、次いで２．流体はプレート熱交換器８４、８６から流出して転向ヘッダ９８を流下し、次いで３．流体は管路６６（冷媒のこの中を左から右に流れる）の両側面に対接されたプレート熱交換器８８、９０を右から左に流れる。

しかし、先の実施例で指摘したように、熱交換器流体入口を、入口端を有する管路に隣接したプレート熱交換器の組に設け、熱交換器流体出口を、出口端を有する管路に隣接したプレート熱交換器の組に設けることも本発明の範囲内にある。

図５は図３〜４に例示した向流熱交換器の斜視図である。

図６〜７は本発明の熱交換器１１０の他の実施例を例示する。この実施例は図１〜２のものと類似しているが、全てのプレート熱交換器１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４が同一方向に流れを生じること、各々が反対側の隅で熱交換器入口１３０及び熱交換器出口１３２に接続されている点で違う。

具体的には、熱交換器１１０は入口ヘッダ１４２及び出口ヘッダ１４０の間に延長する３本の蛇行管１３４、１３６、１３８を有する。なお、特定の入口と出口がここでは記載されているが、入口と出口は用途により入れ替えることができる。図１の実施例と同様に、蛇行管１３４〜１３８は７つのプレート熱交換器１１２〜１２４の間に６本の管路を介在している。

バッフル（邪魔板）１４６、１４８（図６においてヘッダ１４０、１４２の破断部に一部が見える）が出口ヘッダ１４０及び入口ヘッダ１４２に設けられ、それにより蛇行管１３４〜１３８に順次の流れを生じる。具体的には、入口ヘッダ１４２（図６〜７の左下）に流入する流体はバッフル１４６により阻止され、すべて第１蛇行管１３４に差し向けられる。流体は第１蛇行管１３４から出口ヘッダ１４０に流出し、ついで第２蛇行管１３６に流入する（バッフル１４８が第３蛇行管１３８への流れを阻止する）。流体は次に第２蛇行管１３６から流出して入口ヘッダ１４２に入り、次いで第３蛇行管１３８を流れる。最後に、流体は第３の蛇行管１３８から出口ヘッダ１４０（図６〜７の上部正面右）へ出ていき、そこから熱交換器１１０の外へ出る。
このような蛇行管１３４〜１３８を流通する逐次流れが所望されない場所には、バッフル１４６、１４８を省略してもよい。

図示の実施例では、プレート熱交換器１１２〜１２４はいずれも囲繞側壁１５２に適正に固定された２枚の離間したプレート１５０から形成されている。乱流部材１５６が離間したプレート１５０の間に固定されている。入口開口１６２及び出口開口１６４がプレート１５０の反対側の隅に設けてある。なお、図示の例では入口及び出口開口は反対側の隅に設けてあるが、例えばプレート熱交換器端部の中間部分等、任意の位置に出口開口及び入り口開口を設けることができる。

スペーサ挿入体１６６は端部でプレート熱交換器１１２〜１２４の間に配置される。挿入体１６６は開口１６２、１６４に整列して貫通する開口１６８を有する。挿入体１６６の厚さは好ましくは蛇行管１３４〜１３８の厚さにほぼ等しく、それぞれの挿入体１６６がその反対側に衝接するプレート熱交換器に確実に封止されている（隣接するプレート熱交換器１１２〜１２４の開口の間に漏れのない流体通路を提供する）とともに、プレート熱交換器１１２〜１２４が蛇行管１３４〜１３８に確実の衝接してそれらの間に所望の熱交換を行うようにしている。蛇行管１３４〜１３８の厚さにほぼ等しい厚さの追加の中間挿入体１７０を蛇行管１３４〜１３８の間に挿入して蛇行管を支持しても良い。

図６〜７の実施例から分かるように、本発明による熱交換器はモジュールの形に製造するのが有利である。プレート熱交換器１１２〜１２４は互いに同一であり、熱交換器１１２〜１２４のプレート１５０は互いに同一である。挿入体１６６もまた同一である。このようにして、蛇行管は所望の寸法まで（つまり管路数が選択された数になるまで）湾曲でき、必要数の同一のプレート熱交換器１１２〜１２４を選択された数の管路に基づき選択できる（例えば図６〜７のような交差流構造では、プレート熱交換器の数は管路数に１を足したもの）。

向流もまた容易に同様なモジュール構造で提供できる。例えば、各プレートは単一の開口のみを備え、プレートが交互に反対側隅で入口及び出口を提供しても良い。別法として、流体流が所望されない場合には、図６に示したように２つの開口を有するプレートを使用し、若干の開口のない挿入体をプレート間に挿入してプレート１５０の開口を塞ぐこともできる。

図８は本発明で使用できるプレート熱交換器の製造に使用できるプレート１８０、１８２を例示する。プレート部材１８６の周りに一体化したリム（縁部）１８４が形成され、そしてリム１８４同士はそれらの長手方向に沿って固定されてプレート熱交換器の間に囲繞空間を形成する。

プレート１８０、１８２には側部フランジ１９０、１９２が形成され、これらの側部フランジには貫通する開口１９４とボス１９６、１９８が形成されている。ボス１９６、１９８はプレート部材１８６からリム１８４とは反対方向に延びている。プレート１８０、１８２は図示のように重畳でき、対面するボス１９６、１９８が結合してプレート熱交換器の間に流体通路を形成する（ボス１９６、１９８は好ましくはそれと共に使用される蛇行管の厚さに等しい結合厚さだけ持ち上げられてプレート部材１８６が隣接蛇行管の壁に接触して配置される適正な間隔を与える）。

プレス加工で形成される場合には、この作業に使用されるブランク板は異なったプレート１８０、１８２に対して同一であってよく、単にプレス方向が２つの異なったプレート１８０、１８２を形成するように異なった向きにあるだけである。

記載した他の実施例におけると同様に、図８に記載したプレートと同様な思想のプレートは他の構造へと容易に修正できることが理解できよう。例えば図８に示したプレート１８０、１８２はすべて両フランジ１９０、１９２を貫通する開口１９４を有する。この構造では、一端に複数の整列した流体入口が、他端に複数の整列した流体出口が設けられて純粋に交差流が形成され、その結果流体は図６〜７の実施例とほぼ同一の態様ですべてのプレート熱交換器中を平行に（つまり、前後に蛇行しないで）流れることになる。

別法として、ボス１９６、１９８の一部には開口がなく、そこを通しての隣接プレート熱交換器への流体流が阻止され、それにより選択された蛇行状の流体流が提供される。これは選択した開口１９４を閉鎖することにより達成でき、所望の流れを提供できる。これは例えば開口に閉鎖部材を追加するとか、開口がプレス加工で形成される場合にはプレート１８０、１８２の選択したものに開口を設けない等の方法で形成できる。更に他の変形例は前記のモジュール製造の利益を維持しながら本発明の範囲内で容易に得ることができる。

勿論、図８に記載した型のプレートは図５のような向流型の使用に適合させることも可能である。具体的に言うと、図８の左側の４枚のプレート１８０、１８２により一方の管路の両側に２つのプレート熱交換器を作り、図８の右側の他の４枚のプレート１８０、１８２により第２の管路の両側に２つのプレート熱交換器を作ることができる。２枚の中間プレート部材の間で一体に結合されるはずのボス（図８の１９６’、１９８’）は適宜に閉鎖されてそれらの間の流れを阻止し（閉鎖されたボスは図８では隠れている）、それにより図５の実施例で形成されたような流れを形成する。それらのプレート熱交換器の間の中間空隙が管路のためのプレート熱交換器の間に形成される他の空隙とは異なることが望まれる場合には、中間のプレート部材（図８の１８６’）の両端のボスの高さが調整され、及び／又は１個以上の適宜のスペーサが設けられる。

本発明の熱交換器は、異なった数の蛇行管及び／又は管路が必要な場合に、種々の異なった用途に適する熱交換器の容易で安価な製造を行うモジュール型に特に適している。更に、こうした小型で軽量設計の熱交換器は一定の圧力を熱交換器全体に印加した状態で行われる単一のろう付け動作により提供することができる。

更に、このような熱交換器に使用される流体はそれを取り囲む外側シェルを要しないで閉じこめることができる。この流体は例えばこのような熱交換で可能な短いヘッダ長により有利に分配されて良好な熱伝達をおこなう。冷媒もまた、この構造体中で有利に分配され、高い冷媒圧力(例えば超臨界ＣＯ₂系での典型的な破壊圧力は熱源としての使用では２７．５ＭＰａ、ヒートシンクとしての使用では４１．７ＭＰａ)を取り扱うことができるであろう。

更に、乱流部材が使用される場合には、それらの高さは熱交換器が使用される特定の用途に必要な流体側表面積を与えるように容易に変更できる。

以上の説明は一般に超臨界冷凍システムの範囲で説明したが、本発明は広範囲な熱交換の用途に有利に適用できる。

本発明の他の形態、目的、及び利益は明細書、図面及び請求項より明らかであろう。

本発明を具体化した交差流熱交換器の概略図である。 図１の熱交換器の頂部のプレート熱交換器を取り除いて示した平面図である。 本発明を具体化した向流熱交換器の概略図である。 図３熱交換器の頂部のプレート熱交換器を取り除いて示した平面図である。 図３〜４の向流熱交換器の斜視図である。 差流熱交換器の一部を破断して示した斜視図である。 図６の熱交換器の斜視図である。 本発明を具体化した熱交換器に使用できる延伸カップ型プレートの分解斜視図である。

Claims (38)

1. 冷媒入口ヘッダ部及び出口ヘッダ部、隣接する管路の間に管湾曲部を有する複数の管路を形成する少なくとも第１の一つの多重ポート蛇行管、前記入口ヘッダ部から冷媒を受け取るように前記管路の一つに設けた入口端、冷媒を前記出口ヘッダ部へ排出するように前記管路の他の一つに設けた出口端、流体熱交換器入口及び流体熱交換出口、及び、各々が縁部で合体された一対の離間したプレートにより取り囲まれた囲繞空間を形成すると共に前記空間の片側への流体入口と前記空間の他側からの流体出口を備えている少なくとも３つのプレート組立流体通路を有している熱交換器であって、第１の前記プレート組立体流体通路の前記流体入口は前記流体熱交換器入口からの流体を受け取り、第１の前記プレート組立体流体通路の一つのプレートは前記蛇行管の前記一つの管路に対接しており、第２の前記プレート組立体流体通路の前記流体出口は流体を前記流体出口に排出し、第２の前記プレート組立体流体通路の一つのプレートは前記第１の蛇行管の他の一つの管路に対接しており、そして第３の前記プレート組立体流体通路は前記第１の蛇行管の前記両管路の間に位置している熱交換器。
2. 更に、隣接した管路の間に湾曲管を有する複数の第２の管路を有する第２の多重ポート蛇行管を備え、前記第２の蛇行管は前記第１の蛇行管の背後にほぼ整列しており、前記第２の蛇行管は、前記入口ヘッダ部から冷媒を受け取るように前記第２の管路の一つに設けた入口端及び冷媒を前記出口ヘッダ部へ排出するように前記第２の管路の他の一つに設けた出口端を有し、前記第１のプレート組立体流体通路の前記一つのプレートは前記第２の蛇行管の前記一つの管路に対接しており、前記第２のプレート組立体流体通路の前記一つのプレートは前記第２の蛇行管の前記他の一つの管路に対接しており、そして前記第３のプレート組立体通路は前記第２の蛇行管の前記両管路間に配置されている請求項１の熱交換器。
3. 更に、前記第１の多重ポート蛇行管の前記入口端と前記第２の多重ポート蛇行管の前記出口端に接続された第１のヘッダと、前記第１の多重ポート蛇行管の前記接続された入口端を前記第２の多重ポート蛇行管の前記接続された出口端から分離するバッフル部材とを有する請求項２の熱交換器。
4. 前記プレート組立体流体通路における流体の流れは前記管路に対して横断方向である請求項１の熱交換器。
5. 各前記プレート組立体流体通路における流体の流れは該プレート組立体流体通路の前記一つのプレートに対接する前記蛇行管内の冷媒の流れと同一の方向である請求項１の熱交換器。
6. 各前記プレート組立体流体通路における流体の流れは該プレート組立体流体通路の前記一つのプレートに対接する前記蛇行管内の冷媒の流れと反対方向である請求項１の熱交換器。
7. 前記流体入口と前記流体出口の間の前記囲繞空間には乱流部材が設けられている請求項１の熱交換器。
8. 前記冷媒はＣＯ₂である請求項１の熱交換器。
9. 各前記プレート組立体流体通路は前記管路の両端部に配置されている流体入口及び流体出口を有する請求項１の熱交換器。
10. 各前記プレート組立体流体通路は前記管路の両端部に配置されている流体入口及び流体出口を有する請求項１の熱交換器。
11. 請求項１に記載の熱交換器を備えた超臨界冷却装置。
12. 隣接する管路の間に１８０度の管湾曲部を有する複数の管路を形成する多重ポート蛇行管を備えた第１の流体通路と、各々が縁部で合体された一対の離間したプレートにより取り囲まれた囲繞空間を形成している複数組のプレート熱交換器を有している第２の流体通路とを有し、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路は前記管路と交互に配置され、前記複数組のプレート熱交換器のうちの一組のプレート熱交換器は前記管路の両側部に対接して配置されている熱交換器。
13. 前記管路の一つは入口ヘッダ部からの第１の流体を受け入れる入口を有し、前記管路の他の一つは出口ヘッダ部へ前記第１の流体を排出する出口を有し、前記複数組のプレート熱交換器の一組は流体熱交換器入口から第２の流体を受け入れる入口を有し、前記複数組のプレート熱交換器組の他の一組は前記第２の流体を流体熱交換器出口に排出する出口を有している請求項１２の熱交換器。
14. 前記複数組のプレート熱交換器の前記一組は前記他方の管路の片側に配置され、前記複数組のプレート熱交換器の前記他の一組は前記一方の管路の片側に対接して配置されている請求項１３の熱交換器。
15. 前記複数組のプレート熱交換器の前記一組は前記他の組のプレート熱交換器の入口に前記第２の流体を排出する出口を有する請求項１３の熱交換器。
16. 前記プレート熱交換器はドローンカップ型の熱交換器である請求項１２の熱交換器。
17. 前記プレート熱交換器の囲繞空間には乱流部材が配置されている請求項１２の熱交換器。
18. 前記第１の流体が冷媒である請求項１２の熱交換器。
19. 前記冷媒がＣＯ₂である請求項１８の熱交換器。
20. 前記複数組のプレート熱交換器の各組は前記管路の両端に配置された流体入口と流体出口を有する請求項１２の熱交換器。
21. 前記複数組のプレート熱交換器の各々における前記第２の流体の流れは、前記前記一組のプレート熱交換器の前記プレート熱交換器の間に配置された蛇行管内を流れる冷媒とほぼ同一方向である請求項２０の熱交換器。
22. 前記複数のプレート熱交換器の各々における前記第２の流体の流れは前記一組のプレート熱交換器の前記プレート熱交換器の間に配置された蛇行管内を流れる冷媒とほぼ反対方向である請求項２０の熱交換器。
23. 前記複数組のプレート組立体の各組は前記管路の両側に配置された流体入口及び出口を有する請求項１２の熱交換器。
24. 請求項１２の熱交換器を具備した超臨界冷却装置。
25. 冷媒入口ヘッダ部及び冷媒出口ヘッダ部、隣接する管路の間に管湾曲部を有する複数の管路をそれぞれ形成し且つ互いにほぼ整列している第１及び第２の多重ポート蛇行管、前記各蛇行管において前記入口ヘッダ部から冷媒を受け取るように前記管路の一つに設けた入口端、冷媒を前記出口ヘッダ部へ排出するように前記管路の他の一つに設けた出口端、流体熱交換器入口及び流体熱交換出口、各々が縁部で合体された一対の離間したプレートにより取り囲まれた囲繞空間を形成すると共に前記空間の片側への流体入口と前記空間の他側からの流体出口を備えている第１、第２、第３及び第４のプレート熱交換器よりなり、
    前記第１及び第２のプレート熱交換器の前記流体入口は前記流体熱交換器入口より流体を受け取り、前記第１のプレート熱交換器の一つのプレートは、前記第１及び第２蛇行管の前記一つの管路の片側に対接しており、前記第２のプレート熱交換器の一つのプレートは前記第１及び第２の蛇行管の前記一つの管路の他側に対接して配置されており、
    前記第３及び第４のプレート熱交換器の前記流体出口は流体を前記流体熱交換器出口に排出し、前記第３のプレート熱交換器の一つのプレートは前記第１及び第２の蛇行管の前記他の一つの管路の片側に対接しており、前記第４のプレート熱交換器の一つのプレートは前記第１及び第２の蛇行管の前記他の一つの管路の他側に対接している熱交換器。
26. 前記第１及び第２のプレート熱交換器は前記第３及び第４のプレート熱交換器の入口に流体を排出する出口を有する請求項２５の熱交換器。
27. 前記プレート熱交換器はドローンカップ型熱交換器である請求項２５の熱交換器。
28. 更に前記プレート熱交換器の囲繞空間に乱流部材を有する請求項２５の熱交換器。
29. 前記冷媒はＣＯ₂である請求項２５の熱交換器。
30. 更に前記第１及び第２のプレート熱交換器の流体出口が前記第１及び第２のプレート熱交換器流体入口からみて前記一つの管路のほぼ反対端に配置され、そして前記第３及び第４のプレート熱交換器流体への流体入口が前記第３及び第４のプレート熱交換器流体出口からみて前記他の管路のほぼ反対端に配置されている請求項２５の熱交換器。
31. 前記第１及び第２プレート熱交換器中の前記流体は前記第１及び第２の蛇行管の前記一つの管路中の流れとほぼ同一の方向に流れ、そして前記第３及び第４プレート熱交換器中の前記流体は前記第１及び第２の蛇行管の他の管路中の流れとほぼ同一の方向に流れる請求項３０の熱交換器。
32. 前記第１及び第２のプレート熱交換器中の前記流体は前記第１及び第２蛇行管の前記一つの管路中を流れる冷媒とはほぼ反対方向に流れ、そして前記第３及び第４のプレート熱交換器中の前記流体は前記第１及び第２蛇行管の他の管路を流れる冷媒とはほぼ反対方向に流れる請求項３０の熱交換器。
33. 更に前記第１及び第２プレート熱交換器からの流体出口が設けられ、前記第１及び第２プレート熱交換器の前記流体出口及び前記流体入口はそれらの間に前記第１及び第２蛇行管の前記一つの管路が挟まれるように配置され、そして前記第３及び第４のプレート熱交換器への流体入口が設けられ、前記第３及び第４のプレート熱交換器の前記流体出口及び前記流体入口はぞれらの間に前記第１及び第２蛇行管の前記他の管路が配置され、それにより前記プレート熱交換器中の流体が前記管路中の冷媒の流れ方向を横断する方向に流れるようにした請求項２５の熱交換器。
34. 更に前記第１及び第２の蛇行管の第１端に結合された第１ヘッダと、前記第１及び第２の蛇行管の第２端に結合された第２のヘッダを含み、前記第１のヘッダは、前記冷媒入口部と前記第１の蛇行管の前記結合された第１端を前記第２の蛇行管の前記結合された第一端から分離するバッフルを有する請求項２５の熱交換器。
35. 請求項２５に記載の熱交換器を含んでいる超臨界冷却装置。
36. 隣接する管路の間に１８０度の管湾曲部を有する複数の管路を形成する多重ポート蛇行管よりなる冷媒通路、各々が縁部で合体できて一対の離間したプレート部材により取り囲まれた囲繞空間を形成できる複数のプレート部材を備えた複数のプレート熱交換器、前記プレート部材の少なくとも一つを貫通する入口、及び前記プレート部材の少なくとも一つを貫通する出口よりなり、前記プレート部材はそれらのうち選択されたプレート部材が入口及び出口を有する他はほぼ同一の形状を有しており、前記プレート部材は重畳されて選択された流体通路を形成し、前記蛇行管の管路は前記プレート熱交換器と交互に配置され、前記プレート熱交換器の少なくとも一つのプレート部材は前記管路の各側部に対接している熱交換器。
37. 前記プレート部材の前記入口及び出口は選択された流体通路を形成するように選択的に整列している請求項３６の熱交換器。
38. 更に各入口及び出口にフランジを備え、前記フランジはそれが関連しているプレート部材から前記管路の厚さのほぼ半分だけ持ち上がっている請求項３６の熱交換器。

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