JP6267954B2

JP6267954B2 - プレート式熱交換器

Info

Publication number: JP6267954B2
Application number: JP2013264033A
Authority: JP
Inventors: 田中　信雄; 信雄田中
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015121335A

Description

本発明は、凝縮器として用いられる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の熱交換によって第一流体を凝縮させる凝縮器として、プレート式熱交換器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この種のプレート式熱交換器は、図５に示す如く、複数の伝熱プレート２，…を含む本体部３を備える。本体部３は、第一流路３０と、第二流路３１と、一対の第一連通路３２，３３と、一対の第二連通路３４，３５とを有する。第一流路３０は、凝縮対象である第一流体Ａを流通させる。第二流路３１は、第一流体Ａを冷却するための第二流体Ｂを流通させる。一対の第一連通路３２，３３は、第一流路３０に連通し、該第一流路３０に第一流体Ａを流出入させる。一対の第二連通路３４，３５は、第二流路３１に連通し、該第二流路３１に第二流体Ｂを流出入させる。

より具体的に説明する。本体部３において、複数の伝熱プレート２，…は、積層されている。これにより、第一流路３０と第二流路３１とが伝熱プレート２，…を境にして交互に形成される。

また、複数の伝熱プレート２，…は、少なくとも四つの開口（採番しない）をそれぞれ有する。そして、複数の伝熱プレート２，…が積層されることによって、伝熱プレート２に形成された各開口が伝熱プレート２の積層方向にそれぞれ連なる。これにより、第一流路３０に第一流体Ａを流入させる一方の第一連通路３２と、第一流路３０から第一流体Ａを流出させる他方の第一連通路３３と、第二流路３１に第二流体Ｂを流入させる一方の第二連通路３４と、第二流路３１から第二流体Ｂを流出させる他方の第二連通路３５とが、伝熱プレート２を貫通して該伝熱プレート２の積層方向に延びるように形成される（例えば、特許文献１参照）。

このプレート式熱交換器１では、一方の第一連通路３２に供給された第一流体Ａが第一流路３０を通って他方の第一連通路３３に流出し、一方の第二連通路３４に供給された第二流体Ｂが第二流路３１を通って他方の第二連通路３５に流出する。これにより、プレート式熱交換器１では、第一流路３０と第二流路３１とを仕切る伝熱プレート２の広範な伝熱面を介して第一流体Ａと第二流体Ｂとが熱交換し、第一流体Ａが凝縮する。

ところで、この種のプレート式熱交換器１では、積層される伝熱プレート２，…の数が多くなると、熱交換に寄与する伝熱面積が広くなるため、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２，…に形成された開口が連なることによって一対の第一連通路３２，３３及び一対の第二連通路３４，３５のそれぞれが形成されているため、一対の第一連通路３２，３３及び一対の第二連通路３４，３５の各流路長は、伝熱プレート２の数が多くなると、その数に応じて長くなる。このため、第一流路３０に第一流体Ａを流入させる第一連通路（一方の第一連通路）３２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。

また、第一流体Ａは、下流側に進むにつれて凝縮し、体積が小さくなる。しかしながら、前記プレート式熱交換器１では、第一流体Ａの流路の各位置における総流路断面積（各第一流路３０における一方の連通路からの距離（流路長）が等しい位置での流路断面積の総計）が一定であることから、第一流路３０の終端位置では第一流体の流速が低下し、その結果、第一流路の終端位置における第一流体と第二流体との熱交換効率が低下する。

特開平１１−２８７５７２号公報

そこで、本発明は、第一連通路における圧力損失を抑えると共に、第一流体の流路の終端位置における第一流体の流速の低下を抑えることのできる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、前記本体部は、凝縮対象である第一流体を流通させる第一流路と、前記第一流体を冷却する第二流体を流通させる第二流路と、前記第一流路に前記第一流体を流出入させる一対の第一連通路と、前記第二流路に前記第二流体を流出入させる一対の第二連通路とを有し、前記第一流路及び前記第二流路が前記伝熱プレートを境にして交互に形成され、前記第一連通路及び前記第二連通路のそれぞれが前記伝熱プレートを貫通して該伝熱プレートの積層方向に延びている、プレート式熱交換器において、前記本体部は、前記伝熱プレートの積層方向の途中位置にある複数の第一流路であって前記第一流体の流路において始点となる前記複数の第一流路によって構成される基準ブロックと、前記基準ブロックを構成する第一流路を除いた少なくとも一つの第一流路によって構成される複数の流路ブロックと、を有し、各ブロックは、第一流体の流れ方向に隣り合うブロックを構成する第一流路同士が流れ方向の折り返し流路を形成するように接続されることによって、前記一対の第一連通路のうちの一方の第一連通路から、前記一対の第一連通路のうちの他方の第一連通路まで延びる前記第一流体の流路を形成し、
前記複数の流路ブロックのうちの少なくとも一つの流路ブロックは、前記積層方向において前記基準ブロックの両側のそれぞれに配置され且つ前記基準ブロックからの流れ方向の折り返し回数が同じ第一流路によって構成され、前記一方の第一連通路は、前記基準ブロックを構成する第一流路のみと連通し、前記他方の第一連通路は、前記第一流体の流路の終端となる流路ブロックを構成する第一流路のみと連通し、前記第一流体の流路の終端位置の流路ブロックを構成する第一流路の数が、前記基準ブロックを構成する第一流路の数より小さい、ことを特徴とする。

かかる構成によれば、一方の第一連通路（第一流路に第一流体を流入させる第一連通路）が伝熱プレートの積層方向の途中位置にある複数の第一流路のみに連通しているため、一方の第一連通路の前記積層方向の長さが抑えられて該第一連通路における第一流体の圧力損失が抑えられる。

しかも、第一流体の流路の終端となる流路ブロックの第一流路の数が基準ブロックの第一流路の数より小さく、これにより、前記流路ブロックの第一流路の総流路断面積が第一流路の流路の始点となる基準ブロックを構成する第一流路の総流路断面積より小さくなるため、第一流体が下流側に進むにつれて凝縮して体積が減少しても、第一流体の流路の終端位置における第一流体の流速の低下が抑えられる。

前記プレート式熱交換器では、前記第一流体の流れ方向に隣り合うブロックにおいて、下流側の前記ブロックを構成する第一流路の数が、上流側の前記ブロックを構成する第一流路の数以下であってもよい。

かかる構成によれば、第一流体の流路において下流側に進むにつれて流路ブロック毎に総流路断面積が適宜小さくなるため、第一流体の凝縮が進んで体積が小さくなっていっても、各流路ブロックでの第一流体の流速の低下が好適に抑えられる。

また、前記第一流体の流れ方向に隣り合うブロックにおいて、下流側の前記ブロックを構成する第一流路の数が、上流側の前記ブロックを構成する第一流路の数より小さくてもよい。

かかる構成によれば、第一流体の流路において下流側に進むにつれて流路ブロック毎に総流路断面積が漸減するため、第一流体の凝縮が進んで体積が小さくなっていっても、各流路ブロックでの第一流体の流速低下が好適に抑えられる。

前記プレート式熱交換器において、前記第一流体の流路の終端位置にある流路ブロックが、一つの第一流路である終端流路によって構成され、前記本体部が、前記基準ブロックを構成する複数の第一流路と前記積層方向における該基準ブロックより一端側及び他端側のそれぞれにある少なくとも一つの第一流路とを連通させることによって前記第一流体の流路を分岐させる分岐路と、前記終端流路の上流側において、前記積層方向の一端側における前記分岐路を始点とする第一流体の流路の終端となる第一流路と前記積層方向の他端側における前記分岐路を始点とする第一流体の流路の終端となる第一流路とを連通させると共に前記終端流路と連通することで、前記分岐路によって分岐された第一流体の流れを合流させて前記終端流路に流入させる合流流路と、を有することが好ましい。

かかる構成によれば、分岐路によって分岐された第一流体の流路が合流流路によって合流させられて一つの流路となって他方の連通路に流入するため、第一流体の流路における終端位置での流路断面積を第一流体の流路の始点となる複数の第一流路（基準ブロックを構成する複数の第一流路）の総流路断面積に比べて十分小さくすることができる。その結果、終端流路において十分な流速が得られる。

以上より、本発明によれば、第一連通路における圧力損失を抑えると共に、第一流体の流路の終端位置における第一流体の流速の低下を抑えることのできるプレート式熱交換器を提供することができる。

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概略全体斜視図である。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、同実施形態に係るプレート式熱交換器の第一流体及び第二流体の流路を説明するための概要図である。図４（Ａ）は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の第一流体の流路の模式図であり、図４（Ｂ）は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の第二流体の流路の模式図である。図５は、従来のプレート式熱交換器の第一流体及び第二流体の流路を説明するために概要図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

プレート式熱交換器は、図１に示すように、積層された複数の伝熱プレート２，…を含む本体部３を備える。また、プレート式熱交換器１は、本体部３を挟む一対のエンドプレート４，５を備える。このプレート式熱交換器１は、第一流体Ａと第二流体Ｂとを熱交換させて（具体的には、第一流体Ａを第二流体Ｂによって冷却して）第一流体Ａを凝縮させる。即ち、本実施形態のプレート式熱交換器１は、凝縮器として用いられる。

本体部３は、図２〜図４（Ｂ）に示すように、第一流体Ａを流通させる第一流路３０と、第二流体Ｂを流通させる第二流路３１と、第一流路３０に連通する一対の第一連通路３２，３３であって、第一流路３０に第一流体Ａを流出入させる一対の第一連通路３２，３３と、第二流路３１に連通する一対の第二連通路３４，３５であって、第二流路３１に第二流体Ｂを流出入させる一対の第二連通路３４，３５とを有する。尚、以下の説明において、一対の第一連通路３２，３３のうちの一方の第一連通路３２を「第一流入連通路」と称し、一対の第一連通路３２，３３のうちの他方の第一連通路３３を「第一流出連通路」と称する。また、一対の第二連通路３４，３５のうちの一方の第二連通路３４を「第二流入連通路」と称し、一対の第二連通路３４，３５のうちの他方の第二連通路３５を「第二流出連通路」と称する。

本体部３において、第一流路３０及び第二流路３１は、伝熱プレート２を境にして交互に形成されている。また、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、及び第二流出連通路３５のそれぞれは、伝熱プレート２を貫通し、複数の伝熱プレート２，…の積層方向（以下、第一方向という）に延びている。そして、第一流路３０同士は、互いに連通することによって第一流入連通路３２から第一流出連通路３３までの第一流体Ａの流路を形成する。また、第二流路３１同士は、互いに連通することによって第二流入連通路３４から第二流出連通路３５までの第二流体Ｂの流路を形成する。

本体部３を構成する複数の伝熱プレート２，…のそれぞれは、図２に示すように、金属プレートをプレス成形したもので、第一流路３０及び第二流路３１を画定する伝熱部２０と、伝熱部２０と面交差する方向に該伝熱部２０の外周から延出した環状の嵌合部２１とを備える。

各伝熱プレート２において、伝熱部２０の表裏には、図示しない複数の凹条及び凸条が交互に形成されている。そして、各伝熱プレート２の伝熱部２０には、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、及び第二流出連通路３５等を形成するための開口（採番しない）が形成されている。即ち、伝熱プレート２における伝熱部２０には、第一方向に延びる流路を形成するために伝熱部２０を貫通する複数の開口が設けられている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器１は、伝熱プレート２として、上述のように、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、及び第二流出連通路３５を形成するための開口が適宜形成されたもの以外に、後述する分岐路３６、第一接続路３７ａ，３７ｂ、合流流路３８、第二接続路３９ａ，３９ｂ等を形成するための開口が適宜形成されたものを備える。尚、本実施形態では、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、第二流出連通路３５、分岐路３６、第一接続路３７ａ，３７ｂ、合流流路３８、及び第二接続路３９ａ，３９ｂ等の流路について詳述することとし、これらを形成するための開口の数や、配置、サイズに関する説明は割愛する。

複数の伝熱プレート２，…は、互いに重ね合わされる。このとき、隣り合う伝熱プレート２，…の伝熱部２０の凸条同士が交差衝合すると共に、隣り合う伝熱プレート２，…の嵌合部２１同士が嵌合する。この状態で、隣り合う伝熱プレート２，…との密接部分がロウ付けによって封止されることにより、本体部３が形成される。

一対のエンドプレート４，５のそれぞれは、金属プレートをプレス成形したもので、伝熱プレート２と略同形である。即ち、エンドプレート４，５は、伝熱部２０と略同形の封止部４０，５０と、封止部４０，５０と面交差する方向に該封止部４０，５０の外周全周から延出した環状の嵌合部４１，５１とを備える。

一方のエンドプレート（以下、第一エンドプレートという）４は、隣り合う伝熱プレート２に形成された開口であって、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、及び第二流出連通路３５を形成するための開口と対応する開口（採番しない）を有する。すなわち、第一エンドプレート４の封止部４０の四箇所に開口が設けられている。そして、第一エンドプレート４の封止部４０の外面には、配管を接続するための筒状のノズル（採番しない）が各開口に対応した位置に接続されている。

これに対し、他方のエンドプレート（以下、第二エンドプレートという）５の封止部５０には、開口が設けられていない。即ち、第二エンドプレート５は、重ね合わされた伝熱プレート２，…の開口によって形成される流路を封止可能な封止部５０を備える。

第一エンドプレート４及び第二エンドプレート５は、本体部３を挟み込むように、積層された複数の伝熱プレート２，…に重ね合わされる。この状態のとき、第一エンドプレート４及び第二エンドプレート５のそれぞれの嵌合部４１，５１は、隣り合う伝熱プレート２の嵌合部２１と嵌合している。そして、第一エンドプレート４及び第二エンドプレート５のそれぞれと隣り合う伝熱プレート２，…（本体部３）との密接部分がロウ付けによって封止される。

以上より、本体部３には、図２及び図３に示すように、伝熱プレート２，…を境にして、凝縮させる流体である第一流体Ａを流通させる第一流路３０と、第一流体Ａを冷却するための第二流体Ｂを流通させる第二流路３１とが交互に形成される。本実施形態の第一流体Ａは、例えば、フロン、アンモニア等であり、第二流体Ｂは、例えば、水、ブライン等である。

また、複数の伝熱プレート２，…の開口が連なることによって、本体部３において、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、及び第二流出連通路３５のそれぞれが第一方向に延びている。

より具体的に説明する。本実施形態において、伝熱プレート２，…の伝熱部２０は、平面視長方形状に形成されている。

第一流入連通路３２及び第二流出連通路３５は、伝熱部２０の長手方向（第一方向と直交する方向：以下、第二方向という）における伝熱プレート２，…の一端側に設けられる。また、第一流出連通路３３及び第二流入連通路３４は、第二方向における伝熱プレート２，…の他端側に設けられる。

これにより、プレート式熱交換器１では、第一流体Ａが第一流路３０内で第一方向と直交する第二方向に流通し、第二流体Ｂが第二流路３１内で第二方向に流通する。即ち、本実施形態に係るプレート式熱交換器１では、第一流路３０において第一流体Ａが伝熱部２０の長手方向に流通し、第二流路３１においても第二流体Ｂが伝熱部２０の長手方向に流通する。

尚、図３において、第一流入連通路３２、第一流出連通路３３、第二流入連通路３４、及び第二流出連通路３５は、便宜上、第二方向に並ぶように記載されている。しかし、実際の配置では、第一流入連通路３２及び第二流出連通路３５は、第二方向の一端側において伝熱部２０の短手方向（第一方向及び第二方向と直交する方向：以下、第三方向という）に並ぶように設けられ、第二流入連通路３４及び第一流出連通路３３は、第二方向の他端側において伝熱部２０の短手方向（第三方向）に並ぶように設けられている。

プレート式熱交換器１において、第一方向の途中位置にある複数の第一流路３０，…は、第一流体Ａの流路の始点となる基準流路Ｒａ，…である。本実施形態の基準流路Ｒｂの数は、三つである。各基準流路Ｒａを流れる第一流体Ａの向きは同じである。第一流入連通路３２は、基準流路Ｒａのみに連通している。また、プレート式熱交換器１において、第一流体Ａの流路の終端となる第一流路３０が終端流路Ｒｂである。この終端流路Ｒｂの数は、基準流路Ｒａの数よりも少ない。本実施形態の終端流路Ｒｂの数は、一つである。第一流出連通路３３は、終端流路Ｒｂのみに連通している。

プレート式熱交換器１では、複数の第一流路が、複数の一次流路ブロック（流路ブロック）に区分けされている。具体的には、プレート式熱交換器１は、図４（ａ）に示すように、複数の基準流路Ｒａによって構成される基準ブロックＢＬ₁と、基準ブロックを構成する第一流路３０（基準流路Ｒａ）を除いた少なくとも一つの第一流路３０によって構成される一次流路ブロックＢＬ₂，…であって、第一方向において基準ブロックＢＬ₁の両側に設けられる少なくとも一つの一次流路ブロックＢＬ₂，…と、を有する。本実施形態のプレート式熱交換器１では、複数の第一流路３０，…は、一つの基準ブロックＢＬ₁と、四つの一次流路ブロック（第一〜第四の一次流路ブロック）ＢＬ₂〜ＢＬ₅に区分けされている。また、一流体Ａの流れ方向に隣り合う一次流路ブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1（ｎ：１〜４）において、下流側の一次流路ブロックＢＬ_n+1を構成する第一流路の数３０が、上流側の一次流路ブロックＢＬ_nを構成する第一流路３０の数以下である。これら各ブロックＢＬ₁〜ＢＬ₅は、第一流体Ａの流れ方向に隣り合うブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1を構成する第一流路３０同士が第一流体Ａの流れ方向の折り返し流路を形成するように接続されることによって、第一流入連通路３２から第一流出連通路３３まで延びる第一流体Ａの流路を形成する。即ち、第一流体Ａの流路において、共通のブロックＢＬを構成する（共通のブロックＢＬ_nに含まれる）各第一流路３０では、第一流体Ａが同じ方向に流れ、流れ方向において隣り合うブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1を構成する第一流路３０同士では、第一流体Ａが反対方向に流れる。

また、各ブロックＢＬ₁〜ＢＬ₅は、基準ブロックＢＬ₁（基準ブロックＢＬ₁を構成する基準流路Ｒａ）からの第二方向における流れ方向の折り返し回数が同じ第一流路３０によって構成される。このため、基準ブロックＢＬ₁からの第二方向における折り返し回数が同じであれば、基準ブロックＢＬ₁に対して第一方向の一端側にある第一流路３０と他端側にある第一流路３０とであっても、共通のブロックＢＬ_nを構成する。

具体的には、基準ブロックＢＬ₁は、折り返し回数が０回の第一流路３０（即ち、基準流路Ｒａ）によって構成され、第一の一次流路ブロックＢＬ₂は、折り返し回数が１回の第一流路３０によって構成され、第二の一次流路ブロックＢＬ₃は、折り返し回数が２回の第一流路３０によって構成され、第三の一次流路ブロックＢＬ₄は、折り返し回数が３回の第一流路３０によって構成され、第四の一次流路ブロックＢＬ₅は、折り返し回数が４回の第一流路３０（終端流路Ｒｂ）によって構成される。尚、本実施形態における「流れ方向の折り返し」とは、流路構成（第一流路３０同士が連通すること）により、第二方向において、一端から他端側へ向かう第一流体Ａの流れが他端から一端側に向かう流れになること、及び、他端から一端側へ向かう第一流体Ａの流れが一端から他端側に向かう流れになることをいう。

そして、基準ブロックＢＬ₁は、第一流入連通路３２と連通する第一流路３０であって、第一流体Ａが第二方向の一端から他端側に流れる三つの第一流路３０，３０，３０（基準流路Ｒａ，Ｒａ，Ｒａ）によって構成される。また、第一の一次流路ブロックＢＬ₂は、基準ブロックＢＬ₁を第一方向に挟むように設けられると共に、第一流体Ａが第二方向の他端から一端側に流れる二つの第一流路３０，３０によって構成される。第二の一次流路ブロックＢＬ₃は、第一の一次流路ブロックＢＬ₂を第一方向に挟むように設けられると共に、第一流体Ａが第二方向の一端から他端側に流れる二つの第一流路３０，３０によって構成される。第三の一次流路ブロックＢＬ₄は、第一方向における第二の一次流路ブロックＢＬ₃の一端側に設けられると共に、第一流体Ａが第二方向の他端から一端側に流れる一つの第一流路３０によって構成される。第四の一次流路ブロックＢＬ₅は、第三の一次流路ブロックＢＬ₄に対して第一方向の一端側に設けられると共に、第一流体Ａが第二方向の一端から他端側に流れる一つの第一流路３０（終端流路Ｒｂ）によって構成される。

ここで第一流入連通路３２から第一流出連通路３３までの第一流体Ａの流路（流通系統）について詳しく説明する。

本実施形態のプレート式熱交換器１では、第一方向の途中位置にある複数の第一流路３０、３０、３０を基準流路Ｒａ、Ｒａ、Ｒａとする。また、本体部３は、各基準流路Ｒａと基準ブロックＢＬ₁よりも第一方向の一端側にある少なくとも一つの第一流路３０とを連通させると共に、各基準流路Ｒａと基準ブロックＢＬ₁よりも第一方向の他端側にある少なくとも一つの第一流路３０とを連通させる分岐路３６を有する。

分岐路３６は、複数の基準流路Ｒａ，Ｒａ，Ｒａを互いに連通すると共に、これら三つの基準流路Ｒａ，Ｒａ，Ｒａのうちの一端側の基準流路Ｒａと第一方向において隣り合う一つの第一流路３０、及び三つの基準流路Ｒａ，Ｒａ，Ｒａのうちの他端側の基準流路Ｒａと第一方向において隣り合う一つの第一流路３０とを連通させる。これにより、第一流体Ａの流路は、二つの流路（分岐流路）に分岐する。

また、本体部３は、分岐路３６と連通する第一流路（第一の一次流路ブロックＢＬ₂を構成する複数の第一流路）３０，…の下流端と、第一方向において当該第一流路３０を挟んで基準流路Ｒａと反対側に隣り合う第一流路（第二の一次流路ブロックＢＬ₃を構成する第一流路）３０とを連通する複数の第一接続路３７ａ，…を有する。分岐路３６と第一接続路３７ａとは、第二方向に間隔を空けて配置される。本実施形態において、分岐路３６は、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の他端部を貫通し、第一接続路３７ａは、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の一端部を貫通している。

また、本体部３は、第一接続路３７ａと連通する第一流路（第二の一次流路ブロックＢＬ₃を構成する複数の第一流路）３０，…の下流端同士を連通する合流流路３８を有する。この合流流路３８は、本体部３において、第一流体Ａの流路における第二の一次流路ブロックＢＬ₃と第三の一次流路ブロックＢＬ₄との間に設けられ、第二の一次流路ブロックＢＬ₃を構成する第一流路３０，…と第三の一次流路ブロックＢＬ₄を構成する第一流路３０とを連通する。そして、第二の一次流路ブロックＢＬ₃を構成する複数（本実施形態の例では二つ）の第一流路３０，…のそれぞれを流れる第一流体Ａの流れを合流させ、この合流させた第一流体Ａの流れを、第三の一次流路ブロックＢＬ₄を構成する第一流路（本実施形態の例では一つの第一流路）３０に流入させる。即ち、合流流路３８は、分岐路３６によって分岐された第一流体Ａの流路を合流（集合）させて一つ（一本）の流路にする。この合流流路３８は、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の他端部を貫通している。また、本実施形態の合流流路３８は、第一流出連通路３３と同軸となるように、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の他端部を貫通している。即ち、本実施形態では、第一流出連通路３３と合流流路３８とは、第一方向において、重ならない領域（位置）に配置されている。

この合流流路３８は、終端流路Ｒｂと直接又は間接に連通する。本実施形態の合流流路３８は、一つの第一流路３０（第三の一次流路ブロックＢＬ₄を構成する第一流路３０）を介して終端流路Ｒｂと連通する。具体的には、合流流路３８は、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の他端部を貫通し、第一の一次流路ブロックＢＬ₂を第一方向に挟んだ一対の第一流路３０，３０のうちの他端側の第一流路３０から一端側の第一流路３０まで延び、さらに、第二の一次流路ブロックＢＬ₃と第一方向の一端側に隣り合う第一流路３０（第三の一次流路ブロックＢＬ₄）まで延びている。

この合流流路３８に連通する第一流路（第三の一次流路ブロックＢＬ₄に含まれる第一流路）３０は、第一方向における一端側に隣り合う終端流路Ｒｂと第一接続路３７ｂによって連通する。即ち、本体部３は、第一方向において隣り合う終端流路Ｒｂと第一流路３０とを連通する第一接続路３７ｂを有する。この第一接続路３７ｂは、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の一端部を貫通している。

このように、本体部３において複数の第一流路３０，…が連通することで、第一流体Ａが、第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の他端部を貫通する分岐路３６、合流流路３８、及び第二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の一端部を貫通する第一接続路３７ａ，３７ｂ、を通じて下流側の流路ブロックＢＬを構成する第一流路３０に流入する度に、第一流体Ａの流れが方向が第二方向において折り返される。

次に、第二流入連通路３４から第二流出連通路３５までの第二流体Ｂの流路（流通系統）について詳しく説明する。

本体部３において、複数の第二流路３１，…は、複数の二次流路ブロックｂｌに区分けされている。各ブロックｂｌ₁〜ｂｌ₅は、第二流体Ｂの流れ方向に隣り合うブロックｂｌ_n，ｂｌ_n+1（ｎ：１〜３）を構成する第二流路３１同士が第二流体Ｂの流れ方向の折り返し流路を形成するように接続されることによって、第二流入連通路３４から第二流出連通路３５まで延びる第二流体Ｂの流路を形成する。即ち、第二流体Ｂの流路において、共通のブロックｂｌを構成する（共通のブロックｂｌ_nに含まれる）各第二流路３１では、第二流体Ｂが同じ方向に流れ、流れ方向において隣り合うブロックｂｌ_n，ｂｌ_n+1を構成する第二流路３１同士では、第二流体Ｂが反対方向に流れる。

また、各二次流路ブロックｂｌ_n，…は、基準ブロックＢＬ₁及び第一〜第四の一次流路ブロックＢＬ₂〜ＢＬ₅と同様に、第二流入連通路３４からの第二流体Ｂの流れ方向の折り返し回数が同じ１又は複数の第二流路（即ち、第二方向において同じ向きに第二流体Ｂが流れる第二流路）３１，…によって構成されている。

本実施形態の複数の第二流路３１，…は、図４（Ｂ）に示すように、三つの二次流路ブロックｂｌ₁，ｂｌ₂，ｂｌ₃に区分けされる。具体的に、複数の第二流路３１，…は、第二流体Ｂの流路の上流端から下流側に向かって、順に、第一〜第三の二次流路ブロックｂｌ₁，ｂｌ₂，ｂｌ₃に区分けされる。

第一の二次流路ブロックｂｌ₁は、図２〜図４（Ｂ）に示すように、第一流体Ａの流路における合流流路３８よりも下流側の第一流路３０と対応する位置（隣接する位置）に配置される第二流路３１であって、第二流体Ｂが第二方向の他端から一端側に流れる少なくとも一つの第二流路３１を含む。第三の二次流路ブロックｂｌ₃は、第一流体Ａの流路における最上流の第一流路３０（基準ブロックＢＬ₁）と対応する位置、即ち、各基準流路Ｒａと隣接する位置に配置される第二流路３１であって、第二流体Ｂが第二方向の他端から一端側に流れる複数の第二流路３１，…を含む。第一の二次流路ブロックｂｌ₂は、第一及び第二の一次流路ブロックＢＬ₂，ＢＬ₃と対応する位置、即ち、第一及び第二の一次流路ブロックＢＬ₂，ＢＬ₃に含まれる第一流路３０と隣接する位置に配置される第二流路３１であって、第二流体Ｂが第二方向の一端から他端側に流れる複数の第二流路３１，…を含む。本実施形態の第二の二次流路ブロックｂｌ₂は、第三の二次流路ブロックｂｌ₃を第一方向に挟む位置に設けられる。

また、本体部３は、各二次流路ブロックｂｌ₁，ｂｌ₂，ｂｌ₃間の第二流路３１同士を連通させる第二接続路３９ａ，３９ｂを有する。具体的には、第一の二次流路ブロックｂｌ₁を構成する少なくとも一つの第二流路３１の下流端と、第二の二次流路ブロックｂｌ₂を構成する複数の第二流路３１，…のそれぞれとが、一方の第二接続路３９ａによって連通する。また、第二の二次流路ブロックｂｌ₂を構成する複数の第二流路３１，…の下流端それぞれと、第三の二次流路ブロックｂｌ₃を構成する複数の第二流路３１，…それぞれとが、他方の第二接続路３９ｂによって連通する。

一方の第二接続路３９ａと他方の第二接続路３９ｂとは、第二方向に間隔をあけて配置されている。具体的には、一方の第二接続路３９ａは、二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の一端部を貫通し、第一方向において本体部３の一端の第二流路３１から他端の第二流路３１まで延びている。他方の第二接続路３９ｂは、二方向における伝熱プレート２（伝熱部２０）の他端部を貫通し、第二の二次流路ブロックｂｌ₂における第一方向の一端の第二流路３１から他端の第二流路３１まで延びる。また、他方の第二接続路３９ｂは、第二流入連通路３４と同軸となるように配置されている。

第二流入連通路３４は、第一の二次流路ブロックｂｌ₁に含まれる少なくとも一つの第二流路３１それぞれと連通する。本実施形態の第二流入連通路３４は、本体部３における一端側の三つの第二流路３１，３１，３１と連通する。

第二流出連通路３５は、第三の二次流路ブロックｂｌ₃に含まれる複数の第二流路３１，…それぞれと連通する。本実施形態の第二流出連通路３５は、各基準流路Ｒａと対応する（隣接する）位置にある四つの第二流路３１，３１，３１，３１と連通する。

以上のプレート式熱交換器１によれば、第一流入連通路３２が伝熱プレート２の積層方向（第一方向）の途中位置にある複数の基準流路Ｒａ，…のみに連通しているため、第一流入連通路３２の第一方向の長さが抑えられて該第一流入連通路３２における第一流体Ａの圧力損失が抑えられる。

しかも、本実施形態のプレート式熱交換器１では、第一流体Ａの流路の終端となる第四の一次流路ブロックＢＬ₅の第一流路３０（終端流路Ｒｂ）の数が基準ブロックＢＬ₁の第一流路３０（基準流路Ｒａ）の数より小さく、これにより、第四の一次流路ブロックＢＬ₅の第一流路３０（終端流路Ｒｂ）の総流路断面積が基準ブロックＢＬ₁の第一流路３０（基準流路Ｒａ）の総流路断面積より小さくなるため、第一流体Ａが下流側に進むにつれて凝縮して体積が減少しても、第一流体Ａの流路の終端位置における第一流体Ａの流速の低下（詳しくは、基準流路Ｒａでの第一流体Ａの流速に対する終端流路Ｒｂでの第一流体Ａの流速の低下）が抑えられる。

また、第一流体Ａは、下流側に進むにつれて第二流体Ｂとの熱交換によって凝縮し、体積が減少する。そこで、本実施形態のプレート式熱交換器１では、第一流体Ａの流路において下流側に進むにつれて一次流路ブロックＢＬ₁〜ＢＬ₅毎に総流路断面積が適宜小さくなるため、第一流体Ａの凝縮が進んで体積が小さくなっていっても、各一次流路ブロックＢＬ₁〜ＢＬ₅での第一流体Ａの流速の低下が好適に抑えられる。

また、本実施形態のプレート式熱交換器１では、分岐路３６によって分岐された第一流体Ａの流路が合流流路３８によって合流させられて一つの流路となって第一流出連通路３３に流入するため、第一流体Ａの流路における終端位置での流路断面積を第一流体Ａの流路の始点となる複数の基準流路Ｒａ，…（基準ブロックＢＬ₁を構成する複数の第一流路３０，…）の総流路断面積に比べて十分小さくすることができる。その結果、終端流路Ｒｂにおいて第一流体Ａの十分な流速が得られる。
尚、本発明のプレート式熱交換器は、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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

各一次流路ブロックＢＬ_nに含まれる第一流路３０の具体的な数は、限定されない。即ち、第一流体Ａの流れ方向に隣り合う一次流路ブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1において、下流側の一次流路ブロックＢＬ_n+1を構成する第一流路の数３０が、上流側の一次流路ブロックＢＬ_nを構成する第一流路３０の数以下で、且つ、終端流路Ｒｂの数が、基準流路Ｒａの数より小さければよい。

また、上記実施形態のプレート式熱交換器１では、第一流体Ａの流れ方向に隣り合う一次流路ブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1において、下流側の一次流路ブロックＢＬ_n+1を構成する第一流路の数３０が、上流側の一次流路ブロックＢＬ_nを構成する第一流路３０の数以下であるが、この構成に限定されない。例えば、第一流体Ａの流れ方向に隣り合う一次流路ブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1において、下流側の一次流路ブロックＢＬ_n+1を構成する第一流路３０の数が、上流側のブロックＢＬ_nを構成する第一流路の数より小さくてもよい。

かかる構成によれば、第一流体Ａの流路において下流側に進むにつれて一次流路ブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1毎に総流路断面積が漸減するため、第一流体Ａの凝縮が進んで体積が小さくなっていっても、各一次流路ブロックＢＬ₁〜ＢＬ₅での第一流体Ａの流速低下が好適に抑えられる。

また、一次流路ブロックＢＬ_nの具体的な数は限定されない。上記実施形態のプレート式熱交換器１では、例えば、一次流路ブロックＢＬ_nが五つ（基準ブロックＢＬ₁を含む）設けられているが、二つ以上設けられていればよい。

また、上記実施形態のプレート式熱交換器１において、第一流体Ａの流路における合流流路３８よりも上流側の部位では、分岐路３６によって第一方向の一端側に分岐された第一流体Ａの流路（分岐流路）と、分岐路３６によって第一方向の他端側に分岐された第一流体Ａの流路（分岐流路）とが、第一方向において基準ブロックＢＬ₁を基準にして対称に形成されているが、この構成に限定されず、非対称に形成されてもよい。

また、上記実施形態のプレート式熱交換器１では、分岐路によって分岐された第一流体Ａの流路が合流流路３８によって合流させられた後、第一流出連通路３３に連通しているが、この構成に限定されない。即ち、分岐路３６によって分岐された第一流体Ａの流路（分岐流路）のそれぞれが、互いに合流することなく別々に第一流出連通路３３に連通していてもよい。かかる構成によっても、第一流体Ａの流れ方向に隣り合う一次流路ブロックＢＬ_n，ＢＬ_n+1において、下流側の一次流路ブロックＢＬ_n+1を構成する第一流路の数３０が、上流側の一次流路ブロックＢＬ_nを構成する第一流路３０の数以下で、且つ、終端流路Ｒｂの数が、基準流路Ｒａの数より小さければ、第一流体Ａの流路における終端流路Ｒｂでの第一流体Ａの流速低下を抑えることができる。

また、上記実施形態のプレート式熱交換器１において、終端流路Ｒｂを構成する第一流路３０の具体的な数は限定されない。上記実施形態のプレート式熱交換器１の終端流路Ｒｂは一つであるが、並列に配置された複数の終端流路Ｒｂ，…であってもよい。

また、上記実施形態のプレート式熱交換器１において、基準流路Ｒａの具体的な数も、限定されない。上記実施形態のプレート式熱交換器１の基準流路Ｒａの数は、例えば、三つであるが、二つでもよく、四つ以上でもよい。

また、上記実施形態のプレート式熱交換器１は、分岐路３６を有しているが、分岐路３６がない構成でもよい。即ち、第一接続路３７の配置等によって、第一方向における基準ブロックＢＬ₁の両側それぞれに一次流路ブロックＢＬ_nが構成されていればよい。

１…プレート式熱交換器、２…伝熱プレート、２０…伝熱部、２１…嵌合部、３…本体部、３０…第一流路、３１…第二流路、３２…第一流入連通路（一方の第一連通路）、３３…第一流出連通路（他方の第一連通路）、３４…第二流入連通路（他方の第二連通路）、３５…第二流出連通路（一方の第二連通路）、３６…分岐路、３７ａ，３７ｂ…第一接続路、３８…合流流路、３９ａ，３９ｂ…第二接続路、４…第一エンドプレート、５…第二エンドプレート、４０，５０…封止部、４１，５１…嵌合部、Ａ…第一流体、Ｂ…第二流体、ＢＬ，ＢＬ_n…一次流路ブロック、ＢＬ₁…基準ブロック、ＢＬ₂…第一の一次流路ブロック、ＢＬ₃…第二の一次流路ブロック、ＢＬ₄…第三の一次流路ブロック、ＢＬ₅…第四の一次流路ブロック、ｂｌ，ｂｌ_n…二次流路ブロック、ｂｌ₁…第一の二次流路ブロック、ｂｌ₂…第二の二次流路ブロック、ｂｌ₃…第三の二次流路ブロック、Ｒａ…基準流路、Ｒｂ…終端流路

Claims

積層された複数の伝熱プレートを含む本体部を備え、前記本体部は、凝縮対象である第一流体を流通させる第一流路と、前記第一流体を冷却する第二流体を流通させる第二流路と、前記第一流路に前記第一流体を流出入させる一対の第一連通路と、前記第二流路に前記第二流体を流出入させる一対の第二連通路とを有し、前記第一流路及び前記第二流路が前記伝熱プレートを境にして交互に形成され、前記第一連通路及び前記第二連通路のそれぞれが前記伝熱プレートを貫通して該伝熱プレートの積層方向に延びている、プレート式熱交換器において、
前記本体部は、
前記伝熱プレートの積層方向の途中位置にある複数の第一流路であって前記第一流体の流路において始点となる前記複数の第一流路によって構成される基準ブロックと、
前記基準ブロックを構成する第一流路を除いた少なくとも一つの第一流路によって構成される複数の流路ブロックと、を有し、
各ブロックは、第一流体の流れ方向に隣り合うブロックを構成する第一流路同士が流れ方向の折り返し流路を形成するように接続されることによって、前記一対の第一連通路のうちの一方の第一連通路から、前記一対の第一連通路のうちの他方の第一連通路まで延びる前記第一流体の流路を形成し、
前記複数の流路ブロックのうちの少なくとも一つの流路ブロックは、前記積層方向において前記基準ブロックの両側のそれぞれに配置され且つ前記基準ブロックからの流れ方向の折り返し回数が同じ第一流路によって構成され、
前記一方の第一連通路は、前記基準ブロックを構成する第一流路のみと連通し、
前記他方の第一連通路は、前記第一流体の流路の終端となる流路ブロックを構成する第一流路のみと連通し、
前記第一流体の流路の終端位置の流路ブロックを構成する第一流路の数が、前記基準ブロックを構成する第一流路の数より小さい、ことを特徴とするプレート式熱交換器。
前記第一流体の流れ方向に隣り合うブロックにおいて、下流側の前記ブロックを構成する第一流路の数が、上流側の前記ブロックを構成する第一流路の数以下である、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記第一流体の流れ方向に隣り合うブロックにおいて、下流側の前記ブロックを構成する第一流路の数が、上流側の前記ブロックを構成する第一流路の数より小さい、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記第一流体の流路の終端位置にある流路ブロックは、一つの第一流路である終端流路によって構成され、
前記本体部は、
前記基準ブロックを構成する複数の第一流路と前記積層方向における該基準ブロックより一端側及び他端側のそれぞれにある少なくとも一つの第一流路とを連通させることによって前記第一流体の流路を分岐させる分岐路と、
前記終端流路の上流側において、前記積層方向の一端側における前記分岐路を始点とする第一流体の流路の終端となる第一流路と前記積層方向の他端側における前記分岐路を始点とする第一流体の流路の終端となる第一流路とを連通させると共に前記終端流路と連通することで、前記分岐路によって分岐された第一流体の流れを合流させて前記終端流路に流入させる合流流路と、を有する、請求項１〜３のいずれか一方に記載のプレート式熱交換器。