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。
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、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート2,3を備える。本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、図2に示す如く、複数の伝熱プレート2,3に加え、該複数の伝熱プレート2,3に対して第一方向に遊挿される流路形成部材4を備える。また、プレート式熱交換器1は、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート2,3を挟む一対のエンドプレート5,6を備える。
複数の伝熱プレート2,3のそれぞれは、図3乃至図6に示す如く、第一方向に第一面Saと該第一面Saの反対側の第二面Sbとを有するプレート本体部20,30を有する。本実施形態において、伝熱プレート2,3は、プレート本体部20,30の外周に接続され且つプレート本体部20,30に対して面交差する方向に延出した環状の嵌合部21,31を備える。
プレート本体部20,30の第一面Sa及び第二面Sbのそれぞれには、複数の凹条200,300及び凸条201,301が形成されている。なお、図3乃至図6において、凹条200,300を破線で表現し、凸条201,301を破線間にある直線で表現している。
複数の凹条200,300及び凸条201,301のそれぞれは、第一方向と直交する第二方向に延びる仮想線(図示しない)に対して傾斜する方向に延びている。複数の凹条200,300及び凸条201,301は、自身の延びる方向と直交する方向に交互に配置されている。伝熱プレート2,3は、金属プレートをプレス成型したもので、第一面Saの凹条200,300は、第二面Sbの凸条201,301と表裏の関係にあり、第一面Saの凸条201,301は、第二面Sbの凹条200,300と表裏の関係にある。
伝熱プレート2,3のそれぞれのプレート本体部20,30は、第一方向から見て矩形状に形成され、四隅のそれぞれに貫通孔202,203,204,205,302,303,304,305を有する。
より具体的には、プレート本体部20,30は、貫通孔として、第二方向の一端側の領域のうち、第一方向及び第二方向と直交する第三方向の一端部に配置された第一貫通孔202,302と、第二方向の他端側の領域のうちの第三方向の一端部に配置された第二貫通孔203,303と、第二方向の他端側の領域のうちの第三方向の他端部に配置された第三貫通孔204,304と、第二方向の一端側の領域のうちの第三方向の他端部に配置された第四貫通孔205,305とを有する。
第一貫通孔202,302の孔径は、流路形成部材4の最大径よりも大きく設定される。本実施形態において、第一貫通孔202,302は、丸孔である。本実施形態において、第一貫通孔202,302の周囲は、第二面Sb側に膨出している。
第二貫通孔203,303の孔径は、流路形成部材4の後述する第一管部材40(図7等参照)の内径と同一又は略同一に設定される。本実施形態において、第二貫通孔203,303は、丸孔である。本実施形態において、第二貫通孔203,303の周囲は、第一貫通孔202,302の周囲と同様に、第二面Sb側に膨出している。
第三貫通孔204,304の孔径及び第四貫通孔205,305の孔径は、同一又は略同一に設定される。本実施形態において、第三貫通孔204,304及び第四貫通孔205,305は、共に丸孔である。本実施形態において、第三貫通孔204,304の周囲及び第四貫通孔205,305の周囲は、共に第一面Sa側に膨出している。
本実施形態において、複数の伝熱プレート2,3には、二種類の伝熱プレート2,3が含まれる。二種類の伝熱プレート2,3は、プレート本体部20,30の凹条200,300及び凸条201,301の傾斜方向を異にするとともに、嵌合部21,31の延出する方向を異にし、それ以外の構成(プレート本体部20,30の第一方向から見た輪郭の形状及びサイズ、第一方向から見た第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔、及び第四貫通孔の配置及びサイズ)は共通している。
具体的には、二種類の伝熱プレート2,3のうちの一方の伝熱プレート2において、凹条200及び凸条201は、第三方向の中央から第三方向の両端に向けて先下りに傾斜するとともに、嵌合部21がプレート本体部20の第二面Sb側に延出している(図3及び図4参照)。これに対し、二種類の伝熱プレート2,3のうちの他方の伝熱プレート3において、凹条300及び凸条301は、第三方向の両端から第三方向の中央に向けて先下りに傾斜するとともに、嵌合部31がプレート本体部30の第一面Sa側に延出している(図5及び図6参照)。
これにより、本実施形態に係るプレート式熱交換器1において、隣り合う伝熱プレート2,3が第一面Sa同士を対向させるとともに第二面Sb同士対向させるように、二種類の伝熱プレート2,3が第一方向において交互に配置されることで、隣り合う伝熱プレート2,3の嵌合部21,31同士が嵌合するのに併せ、隣り合う伝熱プレート2,3の第一面Saの凸条201,301同士が交差衝合するとともに、隣り合う伝熱プレート2,3の第二面Sbの凸条201,301同士が交差衝合するようになっている。
図7に示す如く、流路形成部材4は、同心又は略同心となるように重ね合わされた二つ以上の管部材40,41,42を含む。本実施形態において、流路形成部材4は、図8乃至図10に示す如く、各管部材40,41,42の外周に取り付けられた環状部材43,44,45をさらに含む。本実施形態において、流路形成部材4は、三つの管部材40,41,42を含み、これに伴い、三つの管部材40,41,42のそれぞれの外周に取り付けられた環状部材43,44,45を含む。
三つの管部材40,41,42のそれぞれは、第一方向に真っ直ぐ延びた筒である。本実施形態において、三つの管部材40,41,42の第一方向における長さは、同一である。三つの管部材40は、内径及び外径を異にし、同心又は略同心となるように重ね合わされる。
より具体的に説明すると、流路形成部材4は、管部材として、最小径の第一管部材40と、内径が第一管部材40の外径よりも大きな第二管部材41と、内径が第二管部材41の外径よりも大きな第三管部材42とを含む。
第一管部材40は、第一流体Aの供給源に繋がる配管に対して直接的又は間接的に接続可能に設けられる。これに伴い、第一管部材40の内径は、第一流体Aの供給源に繋がる配管の内径と同一又は略同一に設定される。
第二管部材41の内径は、内側の第一管部材40の外周面との間に間隙ができるサイズに設定される。より具体的には、第一管部材40と第二管部材41との間にできる間隙であって、第一方向から見て環状の間隙の断面積が、第一方向から見た第一管部材40の内部空間の断面積と同一以下になるように、第二管部材41の内径が設定される。本実施形態において、第一管部材40と第二管部材41との間にできる間隙の断面積が、第一管部材40の内部空間の断面積の1/2になるように、第二管部材41の内径が設定される。
第三管部材42の内径は、内側の第二管部材41の外周面との間に間隙ができるサイズに設定される。より具体的には、第二管部材41と第三管部材42との間にできる間隙であって、第一方向から見て環状の間隙の断面積が、第一管部材40と第二管部材41との間にできる間隙であって、第一方向から見て環状の間隙の断面積と同一以下になるように、第三管部材42の内径が設定される。
本実施形態において、第二管部材41と第三管部材42との間にできる間隙であって、第一方向から見て環状の間隙の断面積が、第一管部材40と第二管部材41との間にできる間隙であって、第一方向から見て環状の間隙の断面積の1/2になるように、第三管部材42の内径が設定される。すなわち、第二管部材41と第三管部材42との間にできる間隙であって、第一方向から見て環状の間隙の断面積が、第一管部材40の内部空間の断面積の1/4になるように、第三管部材42の内径が設定される。
図9及び図11に示す如く、第一管部材40、第二管部材41、及び第三管部材42は、径方向に貫通して内外を連通させる開口部400,410,420を有する。図9に示す如く、最も内側にある管部材40の開口部400は、複数の伝熱プレート2,3のうちの第一方向の中間部にある伝熱プレート2,3と対応する位置のみに配置される。これに対し、最も内側にある管部材40よりも外側にある管部材41,42の開口部410,420は、該外側にある管部材41,42に対して内側で対向する管部材40,41の開口部400,410と対応する基準位置BL1,BL2を境界とする第一方向における一方側の第一領域Da1,Db1及び他方側の第二領域Da2,Db2のそれぞれに配置される。
より具体的に説明すると、最も内側にある第一管部材40の開口部400は、複数の伝熱プレート2,3のうちの第一方向の中間部(本実施形態においては、中央部)にある伝熱プレート2,3と対応する位置のみに配置される。
第二管部材41の開口部410は、該第二管部材41に対して内側で対向する第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境界とする第一方向における一方側の第一領域Da1及び他方側の第二領域Da2のそれぞれに配置される。
第三管部材42の開口部420は、該第三管部材42に対して内側で対向する第二管部材41の開口部410と対応する基準位置BL2を境界とする第一方向における一方側の第一領域Db1及び他方側の第二領域Db2のそれぞれに配置される。
ここで、第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境界とした第一領域Da1にある開口部410(第二管部材41の開口部410)と対応する基準位置BL2を境界とした一方側の第一領域Db1及び他方側の第二領域Db2は、第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境界とした第一領域Da1と対応する範囲に設定される。第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境界とした第二領域Da2にある開口部410(第二管部材41の開口部410)と対応する基準位置BL2を境界とした一方側の第一領域Db1及び他方側の第二領域Db2は、第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境界とした第二領域Da2と対応する範囲に設定される。
すなわち、第二管部材41の開口部410と対応する基準位置BL2を境界とした一方側の第一領域Db1及び他方側の第二領域Db2は、該第二管部材41の開口部410の配置の基準となる一方側の第一領域Da1或いは他方側の第二領域Da2と対応する範囲に設定される。
また、第二管部材41の開口部410と対応する基準位置BL2を境界とした第一領域Db1にある開口部420(第三管部材42の開口部420)と対応する基準位置BL3を境界とした一方側の第一領域Dc1及び他方側の第二領域Dc2は、第二管部材41の開口部410と対応する基準位置BL2を境界とした第一領域Db1と対応する範囲に設定される。第二管部材41の開口部410と対応する基準位置BL2を境界とした第二領域Db2にある開口部420(第三管部材42の開口部420)と対応する基準位置BL3を境界とした一方側の第一領域Dc1及び他方側の第二領域Dc2は、第二管部材41の開口部410と対応する基準位置BL2を境界とした第二領域Db2と対応する範囲に設定される。
すなわち、第三管部材42の開口部420と対応する基準位置BL3を境界とした一方側の第一領域Dc1及び他方側の第二領域Dc2は、該第三管部材42の開口部420の配置の基準となる一方側の第一領域Db1或いは他方側の第二領域Db2と対応する範囲に設定される。
本実施形態において、各第一領域Da1,Db1内に配置された開口部410,420は、自身の配置の基準となった第一領域Da1,Db1における第一方向の中間部に配置される。また、各第二領域Da2,Db2内に配置された開口部410,420は、自身の配置の基準となった他方側の第二領域Da2,Db2における第一方向の中間部に配置される。
本実施形態において、第一領域Da1,Db1内の開口部410と、共通の基準位置BL1,BL2で該第一領域Da1,Db1と区画された他方側の第二領域Da2,Db2内の開口部410とは、基準位置BL1,BL2を通る仮想面を基準に対称的に配置される。
環状部材43,44,45は、図8乃至図12に示す如く、対象となる管部材40,41,42の外周面に対して液密に取り付けられる。環状部材43,44,45は、図9及び図11に示す如く、対象となる管部材40,41,42の周方向に延び且つ該管部材40,41,42の開口部400,410,420と連通する流路430,440,450を形成する。これに伴い、環状部材43,44,45は、図10及び図12に示す如く、管部材40,41,42の周方向における開口部400,410,420と異なる位置で流路430,440,450と外部とを連通させる開放部431,441,451を有する。
本実施形態において、環状部材43,44,45は、図11及び図12に示す如く、管部材40,41,42の外周面に対して間隔をあけて対向する無端環状の天部432,442,452と、第一方向に間隔をあけて配置された一対の起立壁部433,443,453であって、天部432,442,452の両端から管部材40,41,42に向けて延出し、管部材40,41,42の外周に接続された一対の起立壁部433,443,453とを含む。これにより、環状部材43,44,45は、断面コの字状を呈し、天部432,442,452と管部材40,41,42の外周面との間に、管部材40,41,42の開口部400,410,420と連通する流路430,440,450を形成する(図11参照)。
より具体的に説明すると、本実施形態において、流路形成部材4は、管部材40,41,42として、第一管部材40、第二管部材41及び第三管部材42を備えるため、環状部材43,44,45として、第一管部材40に取り付けられた第一環状部材43と、第二管部材41に取り付けられた第二環状部材44と、第三管部材42に取り付けられた第三環状部材45とを含む。
第一環状部材43は、第一管部材40の外周面に対して間隔をあけて対向する無端環状の第一天部432と、第一方向に間隔をあけて配置された一対の第一起立壁部433であって、第一天部432の両端から第一管部材40に向けて延出し、第一管部材40の外周に接続された一対の第一起立壁部433とを含む。
これにより、第一環状部材43は、断面コの字状を呈し、第一天部432と第一管部材40の外周面との間に、第一管部材40の開口部400と連通する流路430を形成する(図11参照)。
第一環状部材43において、図10及び図12に示す如く、一対の第一起立壁部433のそれぞれに、開放部431が形成される。第一環状部材43の開放部431は、周方向において第一管部材40の開口部400と異なる位置に配置される。
本実施形態において、第一環状部材43の開放部431は、第一管部材40の軸線を中心として第一管部材40の開口部400のある位置から180°ずれた位置に配置される。第一環状部材43(第一起立壁部433)の内径は、第一管部材40の外径と同一又は略同一に設定され、第一環状部材43(第一天部432)の外径は、第二管部材41の内径以下に設定される。
第二環状部材44は、図11及び図12に示す如く、第二管部材41の外周面に対して間隔をあけて対向する無端環状の第二天部442と、第一方向に間隔をあけて配置された一対の第二起立壁部443であって、第二天部442の両端から第二管部材41に向けて延出し、第二管部材41の外周に接続された一対の第二起立壁部443とを含む。
これにより、第二環状部材44は、断面コの字状を呈し、第二天部442と第二管部材41の外周面との間に、第二管部材41の開口部410と連通する流路440を形成する(図11参照)。
第二環状部材44において、図10及び図12に示す如く、一対の第二起立壁部443のそれぞれに、開放部441が形成される。第二環状部材44の開放部441は、周方向において第二管部材41の開口部410と異なる位置に配置される。
本実施形態において、第二環状部材44の開放部441は、第二管部材41の軸線を中心として第二管部材41の開口部410のある位置から180°ずれた位置に配置される。第二環状部材44(第二起立壁部443)の内径は、第二管部材41の外径と同一又は略同一に設定され、第二環状部材44(第二天部442)の外径は、第三管部材42の内径以下に設定される。
第二環状部材44において、流路440の流路断面積が第一環状部材43によって画定される流路430の流路断面積の1/2以下になるように、一対の第二起立壁部443の間隔が設定される。本実施形態において、第二環状部材44において、流路440の流路断面積が第一環状部材43によって画定される流路430の流路断面積の1/2になるように、一対の第二起立壁部443の間隔が設定される。
第三環状部材45は、図11及び図12に示す如く、第三管部材42の外周面に対して間隔をあけて対向する無端環状の第三天部452と、第一方向に間隔をあけて配置された一対の第三起立壁部453であって、第三天部452の両端から第三管部材42に向けて延出し、第三管部材42の外周に接続された一対の第三起立壁部453とを含む。
これにより、第三環状部材45は、断面コの字状を呈し、第三天部452と第三管部材42の外周面との間に、第三管部材42の開口部420と連通する流路450を形成する(図11参照)。
第三環状部材45において、図10及び図12に示す如く、一対の第三起立壁部453のそれぞれに、開放部451が形成される。第三環状部材45の開放部451は、周方向において第三管部材42の開口部420と異なる位置に配置される。
本実施形態において、第三環状部材45の開放部451は、第三管部材42の軸線を中心として第三管部材42の開口部420のある位置から180°ずれた位置に配置される。第三環状部材45(第三起立壁部453)の内径は、第三管部材42の外径と同一又は略同一に設定され、第三環状部材45(第三天部452)の外径は、伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302の孔径よりも小さく設定される。
第三環状部材45において、流路450の流路断面積が第二環状部材44によって画定される流路440の流路断面積の1/2以下になるように、一対の第三起立壁部453の間隔が設定される。すなわち、第三環状部材45において、流路450の流路断面積が第一環状部材43によって画定される流路430の流路断面積の1/4以下になるように、一対の第三起立壁部453の間隔が設定される。
本実施形態において、第三環状部材45において、流路450の流路断面積が第二環状部材44によって画定される流路440の流路断面積の1/2(第一環状部材43によって画定される流路440の流路断面積の1/4)になるように、一対の第三起立壁部453の間隔が設定される。
これを前提に、図9及び図10に示す如く、第一管部材40に対して第二管部材41が同芯で重ね合わされ、さらに第二管部材41に対して第三管部材42が同芯で重ね合わされる。すなわち、第三管部材42が第二管部材41及び第二環状部材44の外周を覆い、第二管部材41が第一管部材40及び第一環状部材43の外周を覆う。
そして、この状態を維持した状態で、流路形成部材4は、図13に示す如く、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302(第一方向に連なる第一貫通孔202,302)に遊挿される。すなわち、流路形成部材4は、伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302の内周と間隔をあけた状態で、第一方向に連なる第一貫通孔202,302に挿入される。
図2に戻り、一対のエンドプレート5,6のそれぞれは、伝熱プレート2,3のプレート本体部20,30と重なるプレート状のエンドプレート本体50,60と、エンドプレート本体50,60の外周全周から延出した環状嵌合部51,61であって、伝熱プレート2,3の嵌合部21,31と嵌合可能な環状嵌合部51,61とを有する。
一対のエンドプレート5,6のうちの一方のエンドプレート5において、エンドプレート本体50は、伝熱プレート2,3の第二貫通孔203,303、第三貫通孔204,304、第四貫通孔205,305)と対応する貫通孔(図示しない)を有する。
また、一方のエンドプレート5において、エンドプレート本体50は、第一貫通孔202,302内に遊挿される流路形成部材4の第一管部材40の内孔と対応する貫通孔(図示しない)を有する。これに伴い、一方のエンドプレート5は、エンドプレート本体50,60の各貫通孔に対応して設けられた四つのノズル52,53,54,55であって、自身の内孔を対応する貫通孔に連通させた状態で該エンドプレート本体50に接続された筒状のノズル52,53,54,55を有する。
本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、図13に示す如く、複数の伝熱プレート2,3が重ね合わされた上で、該複数の伝熱プレート2,3に跨るように、第一方向に連なる複数の伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302に流路形成部材4が挿通され、この状態で一対のエンドプレート5,6が複数の伝熱プレート2,3を挟んだ状態で配置される。この状態を維持しつつ、各部材の密接する部分が液密に接合される。
本実施形態においては、隣り合う伝熱プレート2,3の凸条201,301の交差衝合した交差点、互い嵌合した嵌合部21,31同士、第一貫通孔202,302の周囲同士、第二貫通孔203,303の周囲同士、第三貫通孔204,304の周囲同士、第四貫通孔205,305の周囲同士がロウ付けされる。
また、流路形成部材4の一端(第一管部材40の一端、第二管部材41の一端、第三管部材42の一端)が一方のエンドプレート5のエンドプレート本体50に対してロウ付けによって液密に接合され、流路形成部材4の他端(第一管部材40の他端、第二管部材41の他端、第三管部材42の他端)が他方のエンドプレート6のエンドプレート本体60に対してロウ付けによって直接的又は間接的に接合される。
これにより、本実施形態に係るプレート式熱交換器1において、図13及び図14に示す如く、伝熱プレート2,3を境にして、第一流体Aを第二方向に流通させる第一流路Raと、第二流体Bを第二方向に流通させる第二流路Rbとが、第一方向において交互に形成される。
また、複数の伝熱プレート2,3の第二貫通孔203,303が第一方向に連なり、第一流路Raのみに連通し、第一流路Raから第一流体Aを流出させる第一流体排出路Ra2が形成される(図13参照)。さらに、複数の伝熱プレート2,3の第三貫通孔204,304が第一方向に連なり、第二流路Rbのみに連通し、第二流路Rbに第二流体Bを流入させる第二流体供給路Rb1が形成され、複数の伝熱プレート2,3の第四貫通孔205,305が第一方向に連なり、第二流路Rbのみに連通し、第二流路Rbから第二流体Bを流出させる第二流体排出路Rb2が形成される(図14参照)。
本実施形態にプレート式熱交換器1では、図13に示す如く、複数の伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302が第一方向に連なった連続孔Hが形成され、この連続孔Hに流路形成部材4が遊挿される、これに伴い、連続孔Hに遊挿された流路形成部材4が、第一流路Raのみに連通した第一流体供給路Ra1であって、第一流路Raに対して第一流体Aを流入させる第一流体供給路Ra1を形成する。すなわち、第一管部材40の内孔、第一管部材40の開口部400、第一管部材40と第二管部材41との間の間隙、第二管部材41の開口部410、第二管部材41と第三管部材42との間の間隙、第三管部材42の開口部420が連通する。
本実施形態においては、第一管部材40の開口部400と、第一管部材40と第二管部材41との間の間隙とが第一環状部材43の画定する流路430及び開放部431を介して連通し、第二管部材41の開口部410と、第二管部材41と第三管部材42との間の間隙とが第二環状部材44の画定する流路440及び開放部441を介して連通し、第三管部材42の開口部420と、連続孔Hとが第三環状部材45の画定する流路450及び開放部451を介して連通する。これにより、第一管部材40の内孔と連続孔H(複数の第一流路Raと連通する連続孔H)とを流体的に接続した第一流体供給路Ra1が形成される。
本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、以上の通りであり、ノズル52に接続された配管(図示しない)から第一流体供給路Ra1に第一流体Aが供給されると、第一流体Aは、流路形成部材4の第一管部材40の内孔を通り、第一方向における中央部にある第一管部材40の開口部400から第一管部材40と第二管部材41との間の間隙に流出する。本実施形態においては、第一管部材40の開口部400から流出した第一流体Aは、第一環状部材43によって画定された流路430を通り、第一管部材40の開口部400のある位置と異なる位置(本実施形態においては、第一管部材40の周囲で180°ずれた位置)にまで誘導され、第一環状部材43の開放部431から第一管部材40と第二管部材41との間に流出する。
ここで第一環状部材43の開放部431は、一対の第一起立壁部433のそれぞれに設けられるため、第一流体Aは、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート2,3のうち、第一方向の中央部にある伝熱プレート2,3を基準にして、第一方向の一方側及び他方側に流出する。これに伴い、第一流体Aは、第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境にした第一領域Da1及び第二領域Da2のそれぞれにおいて、第一管部材40と第二管部材41との間隙を相反する方向に流通する。
そして、第一管部材40と第二管部材41との間の間隙を流通した第一流体Aは、第二管部材41の開口部410であって、第一管部材40の開口部400と対応する基準位置BL1を境にした第一領域Da1及び第二領域Da2のそれぞれにある開口部410から、第二管部材41と第三管部材42との間の間隙に流出する。
本実施形態においては、第二管部材41の開口部410から流出した第一流体Aは、第二環状部材44によって画定された流路440を通り、第二管部材41の開口部410のある位置と異なる位置(本実施形態においては、第二管部材41の周囲で180°ずれた位置)にまで誘導され、第二環状部材44の開放部441から第二管部材41と第三管部材42との間に流出する。
ここで第二環状部材44の開放部441は、一対の第二起立壁部443のそれぞれに設けられるため、第一流体Aは、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート2,3のうち、第一方向の中央部にある伝熱プレート2,3を基準にした一方側の領域及び他方側の領域のそれぞれにおいて、第一方向の一方側及び他方側に流出する。これに伴い、第一流体Aは、第二管部材41の開口部410のある基準位置BL2を境にした第一領域Db1及び第二領域Db2のそれぞれにおいて、第一管部材40と第二管部材41との間隙を相反する方向に流通する。
そして、第二管部材41と第三管部材42との間の間隙を流通した第一流体Aは、第三管部材42の開口部420であって、第二管部材41の開口部410のある基準位置BL2を境にした第一領域Db1及び第二領域Db2のそれぞれにある開口部420から、第三管部材42と連続孔Hとの間の間隙に流出する。
本実施形態においては、第三管部材42の開口部420から流出した第一流体Aは、第三環状部材45によって画定された流路450を通り、第三管部材42の開口部420のある位置と異なる位置(本実施形態においては、第三管部材42の周囲で180°ずれた位置)にまで誘導され、第三環状部材45の開放部451から第三管部材42と連続孔Hとの間に流出する。
ここで第三環状部材45の開放部451は、一対の第三起立壁部453のそれぞれに設けられるため、第一流体Aは、第一方向の一方側及び他方側に流出する。これに伴い、第一流体Aは、第三管部材42の開口部420のある基準位置BL3を境にした第一領域Dc1及び第二領域Dc2のそれぞれにおいて、第三管部材42と連続孔Hとの間隙を相反する方向に流通し、対応する位置にある第一流路Raに流入する。
すなわち、供給された第一流体Aは、同一距離又は略同一距離の経路を通って第一方向における複数箇所に均等に分配され、複数の第一流路Raのそれぞれ(分配された箇所に近い第一流路Ra)に流れ込む。
そして、第一流体Aは、第一流路Raを第二方向に流通した上で、第一流体排出路Ra2及びこれに繋がるノズル53を通って流出する。
これに対し、図14に示す如く、ノズル54に接続された配管(図示しない)から第二流体供給路Rb1に第二流体Bが供給されると、第二流体Bは、第二流体供給路Rb1を通って複数の第二流路Rbに流入する。そして、第二流体Bは、第二流路Rbを第二方向に流通した上で、第二流体排出路Rb2及びこれに繋がるノズル55を通って流出する。
このように、第一流体Aが第一流路Raを流通するのに併せ、第二流体Bが第二流路Rbを流通することにより、第一流体A及び第二流体Bは、第一流路Raと第二流路Rbとを区画する伝熱プレート2,3を介して熱交換を行う。
以上のように、プレート式熱交換器1は、第一方向に貫通した貫通孔(第一貫通孔202,302、第二貫通孔203,303、第三貫通孔204,304、第四貫通孔205,305)を互いに対応した位置に有する複数の伝熱プレート2,3であって、第一方向に重ね合わされ、第一流体Aを流通させる第一流路Raと第二流体Bを流通させる第二流路Rbとを第一方向で交互に形成した複数の伝熱プレート2,3と、第一流体Aを第一流路Raのみに供給する第一流体供給路Ra1を形成する流路形成部材4であって、複数の伝熱プレート2,3に跨るように、第一方向に連なる複数の伝熱プレート2,3の貫通孔(第一貫通孔202,302)に遊挿される流路形成部材4とを備え、流路形成部材4は、同心又は略同心となるように重ね合わされた二つ以上の管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)であって、それぞれが径方向に貫通して内外を連通させる開口部400,410,420を有する二つ以上の管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)を含み、最も内側にある管部材(第一管部材40)は、第一流体Aの供給源に繋がる配管に対して直接的又は間接的に接続可能に設けられ、該最も内側にある管部材(第一管部材40)の開口部400は、複数の伝熱プレート2,3のうちの第一方向の中間部にある伝熱プレート2,3と対応する位置のみに配置され、最も内側にある管部材(第一管部材40)よりも外側にある管部材(第二管部材41、第三管部材42)の開口部410,420は、該外側にある管部材(第二管部材41、第三管部材42)に対して内側で対向する管部材(第一管部材40、第二管部材41)の開口部400,410と対応する基準位置BL1,BL2を境界とする第一方向における一方側の第一領域Da1,Db1及び他方側の第二領域(Da2,Db2)のそれぞれに配置され、一方側の第一領域Da1,Db1の開口部410,420及び他方側の第二領域Da2,Db2の開口部410,420は、基準位置BL1,BL2から同一距離又は略同一距離離れた位置に配置される。
上記構成によれば、流路形成部材4によって形成される第一流体供給路Ra1は、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート2,3のうちの第一方向の中央部にある伝熱プレート2,3と対応する位置を基準とした第一方向の一方側の第一領域及び他方側の第二領域のそれぞれにおいて、第一方向の一方側及び他方側に順々に分岐した態様で形成される。これにより、第一流体供給路Ra1を流通する第一流体Aは、第一方向に順々に分岐した態様で流通した上で第一流路Raに到達する。すなわち、第一流体Aは、第一方向において異なる位置にある第一流路Raに流入するが、最も内側にある管部材(第一管部材40)の開口部400から流入する第一流路Raに到達するまでの距離が同一又は略同一になる。従って、第一流体Aは、第一方向の複数箇所に分配され、複数の第一流路Raのそれぞれに対して略等しい状態で流入する。よって、本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、複数の第一流路Raに対して蒸発又は凝縮の対象となる第一流体Aを均等に供給でき、熱交換性能を高めることができる。
本実施形態において、第一領域Da1,Db1内にある開口部410,420と対応する基準位置BL2,BL3を境界とした第一領域Db1,Dc1及び第二領域Db2,Dc2は、該開口部410,420のある第一領域Da1,Db1と対応する範囲に設定されるとともに、第二領域Da2,Db2内にある開口部410,420と対応する基準位置BL2,BL3を境界とした第一領域Db1,Dc1及び第二領域Db2,Dc2は、該開口部410,420のある第二領域Da2,Db2と対応する範囲に設定される。
このようにすれば、外側にある管部材(第二管部材41、第三管部材42)の開口部410,420は、基準となる範囲内に存在するため、その開口部410,420から流出する第一流体Aが、基準となる範囲と異なる範囲で流れる第一流体Aと混ざり合うことを抑えることができる。従って、第一流体Aをより均等に分配して第一流路Raに到達させることができる。
また、本実施形態において、第一領域Da1,Db1内の開口部410,420は、該第一領域Da1,Db1における第一方向の中間部に配置され、共通の基準位置BL1,BL2で該第一領域Da1,Db1と区画された第二領域Da2,Db2内の開口部410,420は、該第二領域Da2,Db2における第一方向の中間部に配置される。
このようにすれば、第一流体Aの流通する経路(第一流路Raに到達する経路)の距離がより均等になる。従って、複数の第一流路Raに対して第一流体Aをより均等に供給することができる。
特に、本実施形態において、第一領域Da1,Db1内の開口部410,420と、共通の基準位置BL1,BL2で該第一領域Da1,Db1と区画された第二領域Da2,Db2内の開口部410,420とは、基準位置BL1,BL2を通る仮想面を基準に対称的に配置される。
このようにすれば、第一方向の一方側の第一領域Da1,Db1,Dc1と他方側の第二領域Da2,Db2,Dc2のそれぞれで流通する第一流体Aの流通態様及び流通距離が同一になり、第一流体Aが複数の第一流路Raに対してより均等に流入する。
また、本実施形態において、流路形成部材4は、管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)の外周面に対して液密に取り付けられた環状部材(第一環状部材43、第二環状部材44、第三環状部材45)であって、管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)の周方向に延び且つ該管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)の開口部400,410,420と連通する流路430,440,450)を形成する環状部材(第一環状部材43、第二環状部材44、第三環状部材45)をさらに含み、環状部材(第一環状部材43、第二環状部材44、第三環状部材45)は、管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)の周方向における開口部400、410、420と異なる位置に流路430,440,450と外部とを連通させる開放部431、441、451を有している。
このようにすれば、管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)の開口部400、410、420の位置と異なる位置にある開放部431、441、451から第一流体Aを流出させることができる。すなわち、管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)の周方向において、開口部400、410、420の配置に依存することなく、第一流体Aを適正な位置で流出させることができる。
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。
上記実施形態において、流路形成部材4が三つの管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)を備えたが、これに限定されない。例えば、流路形成部材4は、二つの管部材(第一管部材40、第二管部材41)を備えてもよい。また、流路形成部材4は、重ね合わされた四つ以上の管部材を備えてもよい。すなわち、流路形成部材4は、最も内側にある管部材(第一管部材40)と、該最も内側にある管部材(第一管部材40)を覆う管部材であって、最も内側にある管部材(第一管部材40)の開口部400を直接的又は間接的な基準として配置された開口部を有する管部材を一つ以上備えていればよい。
上記実施形態において、流路形成部材4が、管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)に加え、これらに取り付けられた環状部材(第一環状部材43、第二環状部材44、第三環状部材45)を備えたが、これに限定されない。例えば、流路形成部材4は、開口部400、410、420を有する二つ以上の管部材のみ備えてもよい。このようにしても、開口部400を流通した第一流体Aは、第一方向の一方側及び他方側に分岐して下流側に向けて流通するため、上記実施形態と同様に、第一流体Aは複数の第一流路Raに対して均等又は略均等に収入する。
上記実施形態において、流路形成部材4を構成する二つ以上(三つ)の管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)が同心又は略同心で配置されたが、これに限定されない。例えば、流路形成部材4を構成する二つ以上の管部材(第一管部材40、第二管部材41、第三管部材42)は、内側の管部材と外側の管部材との間に第一流体供給路Ra1となる間隙を形成することを前提に、偏心した状態で重ね合わされてもよい。
上記実施形態において、第一流体Aが第一流体供給路Ra1で分岐(分配)されることを前提に、外側の管部材(第二管部材41、第三管部材42)に取り付けられた環状部材(第二環状部材44、第三環状部材45)の画定する流路440、450の断面積が、内側の管部材(第一管部材40、第二管部材41)に取り付けられた環状部材(第一環状部材43、第二環状部材44)の画定する流路430、440の断面積よりも小さく設定されたが、これに限定されない。例えば、各環状部材(第一環状部材43、第二環状部材44、第三環状部材45)の画定する流路430、440、450の断面積は同一又は略同一であってもよい。
上記実施形態において、第一流路Raに第一流体Aを供給する第一流体供給路Ra1を流路形成部材4で構成したが、例えば、第二流路Rbに対して第二流体Bを均等に供給されるような場合には、第二流体供給路Rb1についても、流路形成部材で構成してもよい。この場合の流路形成部材は、第一流体供給路Ra1を形成する流路形成部材4と同様に構成されることは言うまでもない。
上記実施形態において、内側にある管部材(第一管部材40、第二管部材41)を覆う外側の管部材(第二管部材41、第三管部材42)の開口部410,420(第一領域Da1,Db1及び第二領域Da2,Db2内にある開口部410,420)は、内側にある管部材(第一管部材40、第二管部材41)の開口部400、410と対応する基準位置BL1,BL2を通る仮想面を基準に対称的に配置されたが、これに限定されない。
例えば、外側の管部材(第二管部材41、第三管部材42)の開口部410,420(第一領域Da1,Db1及び第二領域Da2,Db2内にある開口部410,420)は、内側にある管部材(第一管部材40、第二管部材41)の開口部400、410と対応する基準位置BL1,BL2からの第一方向における距離を同一又は略同一にした上で、周方向に位置ズレして配置されてもよい。
上記実施形態において、第一領域Da1,Db1内にある開口部410,420と対応する基準位置BL2,BL3を境界とした一方側の第一領域Db1,Dc1及び他方側の第二領域Db2,Dc2が、該開口部410,420のある第一領域Da1,Db1と対応する範囲に設定されるとともに、第二領域Da2,Db2内にある開口部410,420と対応する基準位置BL2,BL3を境界とした一方側の第一領域Db1,Dc1及び他方側の第二領域Db2,Dc2が、該開口部410,420のある第二領域Da2,Db2と対応する範囲に設定されたが、これに限定されない。
例えば、第一領域Da1,Db1内にある開口部410,420と対応する基準位置BL2,BL3を境界とした一方側の第一領域Db1,Dc1及び他方側の第二領域Db2,Dc2は、該開口部410,420のある第一領域Da1,Db1と対応する範囲に対して不一致であってもよい。また、第二領域Da2,Db2内にある開口部410,420と対応する基準位置BL2,BL3を境界とした一方側の第一領域Db1,Dc1及び他方側の第二領域Db2,Dc2は、該開口部410,420のある第二領域Da2,Db2と対応する範囲に対して不一致であってもよい。
上記実施形態において、第一貫通孔202,302が第一方向に連なって形成される連続孔Hが複数の第一流路Raの全てと連通することで、第一流体供給路Ra1において分配された第一流体Aが複数の第一流路Raの全てに流入したが、これに限定されない。
例えば、図15及び図16に示す如く、第一貫通孔202,302が第一方向に連なって形成される連続孔Hが、第一方向に並ぶ複数の第一流路Raのうち、所定数の第一流路Raを挟んで第一方向で間隔をあけて配置される第一流路Raのみに連通するようにしてもよい。すなわち、一群となる所定数の第一流路Raのそれぞれが連続孔Hに対して遮断(封止)され、その所定数の第一流路Raを挟んで配置される特定の第一流路Raのみが連続孔Hと連通するようにしてもよい。
この場合、連続孔Hに対して遮断された第一流路Ra(所定数の第一流路Ra)は、伝熱プレート2,3に設けられた貫通孔(採番しない)であって、第一貫通孔202,302から第二方向において離れた位置で第一方向に貫通した貫通孔を介して互いに連通され、その貫通孔によって少なくとも二回ターンする経路を構成すればよい。この場合において、連続孔Hから第一流体排出路Ra2に至る流通経路(所定数の第一流路Raの全て又は一部によって形成される第一流体Aの流通経路)は、連続孔Hと連通する第一流路Raから第一方向の一方側及び他方側のそれぞれに分かれる(分岐する)ように形成されることが好ましい。また、この場合において、流路形成部材4の最も外側にある管部材(第三管部材42)の開口部420は、第一方向において、連続孔Hと連通する第一流路Ra間(所定数の第一流路Raを挟んだ二つの第一流路Ra間)に配置されることが好ましい。
これらの場合においても、第一流体Aの流通距離は均一又は略均一となるため、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
そして、上記の通り、所定数(複数)の第一流路Raを連続孔Hと遮断するには、図15に示す如く、第一方向で隣り合うことで第一流路Raを画定した伝熱プレート2,3であって、連続孔Hと遮断される第一流路Raを画定した伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302の周囲間に環状の封止部材46を介装してもよい。また、図16に示す如く、第一方向で隣り合うことで第一流路Raを画定した伝熱プレート2,3であって、連続孔Hと遮断される第一流路Raを画定した伝熱プレート2,3の第一貫通孔202,302の周囲同士を封着してもよい。