JPH10122713A - プレート型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝熱プレートの構成を改良することによりプ
レート型熱交換器の性能の向上を図る。 【解決手段】 冷媒によって水を過冷却状態に冷却し、
過冷却水の過冷却解消動作により氷を生成する氷蓄熱装
置に使用される過冷却水生成熱交換器としてプレート型
熱交換器(50)を適用する。波板状に形成された複数枚の
伝熱プレート(53〜58) の各壁面のうち冷媒の流路(A)
に面する壁面を多孔質構造にし、冷媒に対する沸騰熱伝
達率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重ね合された複数
枚の伝熱プレート間に互いに熱交換を行う流体の流路が
形成されたプレート型熱交換器に係り、特に、熱交換能
力の向上対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、氷蓄熱型の空気調和装置等に
設けられている氷蓄熱装置の一例として、例えば、特開
平４−２５１１７７号公報に開示されているように、圧
縮機、凝縮器、膨張機構及び冷媒熱交換部を冷媒配管に
よって順次接続して成る冷媒循環回路と、蓄熱タンク、
上記冷媒熱交換部との間で熱交換可能な蓄熱媒体熱交換
部及び過冷却解消部を水配管によって順次接続して成る
水循環回路とを備えたものが知られている。

【０００３】そして、この種の氷蓄熱装置の製氷動作と
しては、蓄熱タンクから水配管へ取出した水（蓄熱媒
体）を、蓄熱媒体熱交換部において冷媒熱交換部の冷媒
と熱交換して過冷却状態まで冷却し、過冷却解消部にお
いてこの過冷却状態を解消してスラリー状の氷を生成す
る。そして、この氷を蓄熱タンクに供給して貯留する。

【０００４】そして、上記蓄熱媒体熱交換部及び冷媒熱
交換部は、一般にはシェルアンドチューブ型の熱交換器
により一体的に構成されている。

【０００５】ところで、この種の熱交換器以外のものと
して、プレート型熱交換器が一般に知られており、本発
明の発明者らは、このプレート型熱交換器を過冷却水生
成用の熱交換器として使用することに関して考察した。

【０００６】このプレート型熱交換器の一般的な構成に
ついて説明すると、複数枚の伝熱プレートが重ね合わさ
れ、これら各伝熱プレート間に流体通路を形成してい
る。そして、伝熱プレートを挟んで隣接する流路の一方
を高温側流路とし、他方を低温側流路とすることで、こ
の各流路間で熱交換が行われる。また、各伝熱プレート
は、波板状に形成されており、隣り合う伝熱プレートの
波形状、特に波の延長方向は互いに異なっている。この
ため、各流路において流体が撹拌されながら流通し、高
い熱貫流率で高温側流体と低温側流体との間で熱交換が
行われる。このような構成であるため、このプレート型
熱交換器は、シェルアンドチューブ型のものに比べて全
体としてのコンパクト化を図りながら大きな伝熱面積が
確保でき、また、伝熱プレートの積層枚数を変更するこ
とで容易に伝熱面積の増減が可能となるといった利点が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な氷蓄熱装置における過冷却水生成用の熱交換器に上記
従来のプレート型熱交換器をそのまま使用した場合、そ
の内部では、蒸発する冷媒と水との間で熱交換が行われ
ることになるために、以下に述べるような課題がある。

【０００８】一般に、冷媒流路の壁面付近を流れている
冷媒は、強制対流沸騰と沸騰熱伝達とによって熱伝達が
行われる。ところが、従来のプレート型熱交換器の伝熱
プレートにあっては、プレート表面、特に冷媒の流路に
面する壁面には特別な加工が施されておらず、沸騰熱伝
達率の低いものであった。このため、プレート型熱交換
器の性能を更に高くするには改善の余地が残されてい
た。つまり、プレート型熱交換器を冷媒蒸発器として使
用する場合には、伝熱プレートを改良することによって
更なる性能の向上が期待できる。

【０００９】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
あって、その目的は、伝熱プレートの壁面の構成を改良
することによりプレート型熱交換器の更なる性能の向上
を図ることにある。

【００１０】

【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、蒸発する流体（冷媒）の流路と、この流
体との間で熱交換を行う流体（水）の流路とを備えたプ
レート型熱交換器に対し、これら流路を形成する伝熱プ
レートの壁面のうち蒸発する流体に臨む部分に加工を施
して沸騰熱伝達率の向上を図るようにした。

【００１１】具体的に、請求項１記載の発明は、複数枚
の伝熱プレート(53 〜58) が重ね合わされて該伝熱プレ
ート(53 〜58) 間に流体通路(A,B) が形成され、互いに
隣り合う流体通路(A,B) を流れる流体のうち一方が蒸発
しながら他方の流体との間で伝熱プレート(53 〜58) を
介して熱交換を行うプレート型熱交換器を対象としてい
る。そして、蒸発する流体が流れる流体通路(A) に面す
る伝熱プレート(54 〜57) の壁面に、この流体に対する
沸騰熱伝達を促進するための伝熱促進手段(40)を設けた
構成としている。

【００１２】この特定事項により、冷媒等の流体は、流
体通路(A) を流れる際、伝熱プレート(54 〜57) の壁面
に設けられた伝熱促進手段(40)により高い沸騰熱伝達率
でもって他方の流体と熱交換を行うことになる。これに
より、熱交換器全体としての能力が向上する。

【００１３】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
のプレート型熱交換器において、伝熱促進手段(40)を、
伝熱プレート(54 〜57) の壁面に設けられた気泡発生点
としての沸騰核とした構成としている。

【００１４】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜5
7) の壁面部分を多孔質として沸騰核を形成している。

【００１５】請求項４記載の発明は、上記請求項２記載
のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜5
7) の壁面部分を針状結晶組織に構成して沸騰核を形成
している。

【００１６】請求項５記載の発明は、上記請求項２記載
のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜5
7) の壁面に金属粒子を固着して沸騰核を形成してい
る。

【００１７】請求項６記載の発明は、上記請求項２記載
のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜5
7) の壁面にセラミック粒子を固着して沸騰核を形成し
ている。

【００１８】請求項７記載の発明は、上記請求項２記載
のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜5
7) の壁面にアルミニウムを溶射して沸騰核を形成して
いる。

【００１９】請求項８記載の発明は、上記請求項２記載
のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜5
7) の壁面に銅または銅合金の発泡体を固着して沸騰核
を形成している。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項２記載のプ
レート型熱交換器において、伝熱プレート(54 〜57) の
壁面に表面粗度を大きくする加工が施されて沸騰核を形
成している。

【００２１】これらの特定事項により、伝熱促進手段(4
0)の構成が具体化でき、本発明に係る熱交換器の実用性
が向上する。

【００２２】請求項１０記載の発明は、上記請求項１〜
９のうちの１つに記載のプレート型熱交換器において、
蒸発する流体と熱交換を行う他方の流体の通路(B) に面
する伝熱プレート(53 〜58) の壁面にも、蒸発する流体
の通路(A) に面する伝熱プレート(54 〜57) の壁面と同
様の加工を施した構成としている。

【００２３】この特定事項により、蒸発する流体と熱交
換を行う他方の流体の通路(B) に面する伝熱プレート(5
4 〜57) の壁面は、その表面積が拡大されることにな
り、これによって各流体同士の熱交換効率が更に向上す
る。

【００２４】請求項１１記載の発明は、上記請求項１〜
１０のうちの１つに記載のプレート型熱交換器におい
て、伝熱促進手段(40)を、伝熱プレート(54 〜57) の壁
面の一部分のみに設けた構成としている。

【００２５】この特定事項により、任意の部分で沸騰熱
伝達率を高く設定することが可能となる。特に、伝熱プ
レート(54 〜57) の壁面の側端部分のみに伝熱促進手段
(40)を設けるようにすれば、従来では熱伝達率の低かっ
た部分に高い熱伝達率を得ることができ、伝熱プレート
(54 〜57) の壁面全体に亘って均一な熱伝達率を得るこ
とができる。

【００２６】請求項１２記載の発明は、上記請求項１１
記載のプレート型熱交換器において、伝熱プレート(53
〜58) を、板厚方向の一方向に膨出する第１湾曲部と他
方向に膨出する第２湾曲部とが交互に形成された波型に
形成し、この各プレート(53〜58) を互いに重ね合せ
て、その接触部分を接合し、これによりプレート間に流
体通路(A,B) を形成する。そして、伝熱促進手段(40)
を、上記伝熱プレート(54〜57) の壁面うち、隣接する
伝熱プレート(53 〜58) に対して接触しない部分にのみ
設けた構成としている。

【００２７】この特定事項により、伝熱プレート(53 〜
58) 同士の接合部分は、従来と同様の接合状態が得られ
る。従って、伝熱促進手段(40)の存在によって伝熱プレ
ート(53 〜58) 同士の接合強度が低下してしまうといっ
たことが回避される。

【００２８】請求項１３記載の発明は、上記請求項１〜
１２のうちの１つに記載のプレート型熱交換器におい
て、互いに隣り合う流体通路(A,B) を流れる流体の一方
を冷媒とし、他方を水とする。そして、この両者の熱交
換により、冷媒を蒸発させながら水を過冷却状態まで冷
却する構成としている。

【００２９】つまり、本発明は、製氷などを行うための
過冷却水を生成するために使用するプレート型熱交換器
に本発明を適用したものであり、製氷効率の向上が図れ
ることになる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３１】（第１実施形態） −蓄熱式空気調和装置(10)− まず、蓄熱式空気調和装置(10)について説明する。

【００３２】図１に示すように、蓄熱式空気調和装置(1
0)は、冷媒が循環する冷媒循環回路(20)と、水が循環す
る水循環回路(30)とを備える。始めに、上記冷媒循環回
路(20)と水循環回路(30)とを順に説明する。

【００３３】−冷媒循環回路(20)− 冷媒循環回路(20)は、圧縮機(21)と、四路切換弁(22)
と、室外熱交換器(23)と、室外電動膨張弁(EV-1)及び室
内電動膨張弁(EV-2)と、室内熱交換器(24)と、アキュム
レータ(25)とが冷媒配管(26)によって順に接続されて成
る可逆運転可能なメイン冷媒回路(27)を備えている。そ
して、上記室内熱交換器(24)及び室内電動膨張弁(EV-2)
が室内ユニットに設けられる一方、圧縮機(21)等の他の
要素機器が室外ユニットに設けられている。

【００３４】更に、上記冷媒循環回路(20)には、蓄熱冷
媒回路(2a)と、氷核回路(2b)と、ホットガス通路(2c)と
が設けられている。蓄熱冷媒回路(2a)は、冷蓄熱運転時
や冷蓄熱利用の冷房運転時などに冷媒が循環する回路で
あって、一端が室外熱交換器(23)と室外電動膨張弁(EV-
1)との間に、他端が四路切換弁(22)とアキュムレータ(2
5)との間に接続されると共に、第１電磁弁(SV-1)と、予
熱器(11)と、蓄熱電動膨張弁(EV-3)と、過冷却熱交換器
(50)と、第２電磁弁(SV-2)とが順に接続されて構成され
ている。

【００３５】上記氷核回路(2b)は、後述する水循環回路
(30)において氷核を生成するための回路であって、一端
が蓄熱冷媒回路(2a)における蓄熱電動膨張弁(EV-3)と過
冷却熱交換器(50)との間に、他端が過冷却熱交換器(50)
と第２電磁弁(SV-2)との間に接続されると共に、キャピ
ラリチューブ(CP)と氷核生成器(13)が順に接続されて構
成されている。

【００３６】上記ホットガス通路(2c)は、冷蓄熱利用の
冷房運転時等に圧縮機(21)の吐出冷媒を過冷却熱交換器
(50)に供給する回路であって、一端が圧縮機(21)の吐出
側に、他端が蓄熱冷媒回路(2a)における第２電磁弁(SV-
2)と過冷却熱交換器(50)との間に接続され、第３電磁弁
(SV-3)を備えている。

【００３７】−水循環回路(30)− 上記水循環回路(30)は、図２に示すように、蓄熱槽(31)
と、ポンプ(32)と、予熱器(11)と、混合器(33)と、過冷
却熱交換器(50)と、過冷却解消部(34)とが水配管(35)に
よって蓄熱媒体である水の循環（図２の矢印参照）が可
能に順に接続されて構成されている。

【００３８】そして、本発明に係る上記過冷却熱交換器
(50)は、後述するように、プレート型熱交換器であっ
て、冷媒循環回路(20)を流れる冷媒と水循環回路(30)を
流れる水との間で熱交換を行わせ、冷蓄熱運転時には水
を過冷却状態まで冷却するように構成されている。

【００３９】上記予熱器(11)は、二重管型熱交換器であ
って、内側管の外側を冷媒が、内側管の内側を水が流
れ、蓄熱槽(31)から流れてきた氷水を加熱して、水配管
(35)を流れる氷を融解するように構成されている。

【００４０】上記氷核生成器(13)は、過冷却熱交換器(5
0)の下流側に位置して水配管(35)に取り付けられ、水配
管(35)を流れる水の一部を冷媒循環回路(20)の冷媒によ
り冷却氷化し、それを氷核として過冷却解消部(34)に向
かって供給するように構成されている。

【００４１】上記混合器(33)及び過冷却解消部(34)は、
何れも中空円筒状の容器より構成され、接線方向に導入
した水が旋回流となるように構成されている。そして、
上記混合器(33)は、予熱器(11)で加熱された水と氷とを
撹拌して氷の融解を促進させる一方、過冷却解消部(34)
は、氷核生成器(13)で生成された氷核と過冷却熱交換器
(50)で生成された過冷却水とを撹拌して過冷却を解消す
るように構成されている。

【００４２】−過冷却熱交換器(50)− 次に、過冷却熱交換器(50)について説明する。

【００４３】図３（熱交換器の分解斜視図）に示すよう
に、過冷却熱交換器(50)はプレート型のもので成ってい
る。詳しくは、２枚のフレーム(51,52) の間に複数枚の
伝熱プレート(53 〜58) が重ね合わされ、この伝熱プレ
ート(53 〜58) 間に流体通路(A,B) を形成している。

【００４４】以下、これら各伝熱プレート(53 〜58) の
形状及び該各伝熱プレート(53 〜58) によって形成され
る各流路(A,B) について図３〜図６を用いて説明する。

【００４５】伝熱プレート(53 〜58) は、金属製の平板
がプレス加工によって波板状に形成されて成る。また、
これら伝熱プレート(53 〜58) は、波形状の異なる第１
タイプのプレート(53,55,57)と第２タイプのプレート(5
4,56,58)とが交互に重ね合わされ、これらがろう付けに
より一体的に接合されている。尚、図４は第１タイプの
プレート(53)が最も手前側に位置している状態で伝熱プ
レート(53 〜58) が重ね合わされた状態を、図５は第２
タイプのプレート(54)を夫々示している。

【００４６】先ず、第１タイプのプレート(53)について
説明する。図４に示すように、このプレート(53)は、四
隅部に、流体の流通経路を形成するための開口(61 〜6
4) が形成されていると共に、その他の部分は波板状に
形成されている。この波形状としては、波を形成する山
部（図４における太線部分）と谷部（図４における細線
部分）とが交互に形成されている。この波形状について
詳しく説明すると、山部と谷部の延長方向が、図４の右
方向に向うにしたがって上側に傾斜するように配設され
た上方傾斜部(53a) と、下側に傾斜するように配設され
た下方傾斜部(53b) とが交互に形成された所謂ヘリンボ
ーン形状となっている。

【００４７】一方、図５に示すように、第２タイプのプ
レート(54)も上記第１タイプのプレート(53)と同様に、
四隅部に、流体の流通経路を形成するための開口(61 〜
64)が形成されていると共に、その他の部分は波板状に
形成されている。そして、この第２タイプのプレート(5
4)は、波形状が第１タイプのものと異なっている。

【００４８】詳しく説明すると、この第２タイプのプレ
ート(54)もヘリンボーン形状に形成されているが、山部
と谷部の延長方向が、第１タイプのものと異なってい
る。即ち、上述した第１タイプのプレート(53)は、図４
に示すように、左端から、上方傾斜部(53a) 、下方傾斜
部(53b) の順でヘリンボーン形状が構成されているのに
対し、第２タイプのプレート(54)は、図５に示すよう
に、左端から、下方傾斜部(54b) 、上方傾斜部(54a) の
順でヘリンボーン形状が構成されている。

【００４９】次に、各伝熱プレート(53 〜58) の配設状
態について説明する。図３において最も手前側に位置す
る第１タイプのプレートとしての第１プレート(53)は、
各開口(61 〜64) の周囲を囲むようにシール部(71)が形
成されている。このシール部(71)は、各開口(61 〜64)
の周囲がフレーム(51)に向かって突出して成っており、
この突出部で成るシール部(71)がフレーム(51)に当接す
ることで、この各開口(61 〜64) の周囲をシールしてい
る。

【００５０】また、上記第１プレート(53)と図３におい
て手前から２番目に位置する第２タイプのプレートとし
ての第２プレート(54)との間には図３において左下に位
置する第１開口(61)の周囲と右上に位置する第２開口(6
2)の周囲とを囲むようにシール部(72)が形成されてい
る。つまり、この第１プレート(53)と第２プレート(54)
との間では、図３において右下に位置する第３開口(63)
と左上に位置する第４開口(64)との間で流体（水）の流
通が可能となっている。一方、上記第２プレート(54)
と、これに図３の奥側に隣接する第３プレート(55)との
間には第３開口(63)の周囲と第４開口(64)の周囲とを囲
むようにシール部(73)が形成されている。つまり、この
第２プレート(54)と第３プレート(55)との間では、第１
開口(61)と第２開口(62)との間で流体（冷媒）の流通が
可能となっている。このようにして隣合う流路に異なる
流体（水、冷媒）が流れるように第１タイプの伝熱プレ
ート(53,55,57)と第２タイプの伝熱プレート(54,56,58)
とが交互に重ね合わされ、これらが一体的にろう付けさ
れている。このろう付け部分は、上述した各シール部(7
1,72,73)及び各伝熱プレート(53 〜58) の周縁部であ
る。

【００５１】図６は、各伝熱プレート(53 〜57) の重な
り合い状態を示している。このような重なり合い状態に
おける流体の流通状態について説明すると、例えば、第
１プレート(53)と第２プレート(54)との間に形成される
流路(B) では、この流路断面において第１プレート(53)
に近い領域（図６において上側の領域）を流れる流体
は、第２プレート(54)の山部を乗り越えながら、この第
１プレート(53)の山部の延長方向に沿って流れる。一
方、第２プレート(54)に近い領域（図６において下側の
領域）を流れる流体は、第１プレート(53)の谷部（下方
への突出部）を乗り越えながら、この第２プレート(54)
の山部の延長方向に沿って流れる。つまり、この各流路
(A,B) では流体が乱れた流れ状態で流れることになり、
高い熱貫流率で熱交換が行われる構成である。

【００５２】更に、一方（図３の手前側）のフレーム(5
1)には、上記各開口(61 〜64) に対応して配管(75 〜7
8) が接続されている。第１開口(61)に対応した配管(7
5)は冷媒導入配管、第２開口(62)に対応した配管(76)は
冷媒導出配管、第３開口(63)に対応した配管(77)は水導
入配管、第４開口(64)に対応した配管(78)は水導出配管
である。

【００５３】このような構成であるために、各伝熱プレ
ート(53 〜58) の間に形成されている流路(A,B) は、冷
媒流路(A) と水流路(B) とが交互に形成されている。つ
まり、冷媒は、図３に実線で示す矢印のように、冷媒導
入配管(75)を経て各第１開口(61,61, …) より冷媒流路
(A,A) を流れ、その後、各第２開口(62,62, …) を経て
冷媒導出配管(76)より導出されるようになっている。同
様に、水は、図３に破線で示す矢印のように、水導入配
管(77)を経て各第３開口(63,63, …) より水流路(B) を
流れ、その後、各第４開口(64,64, …) を経て水導出配
管(78)より導出されるようになっている。このようにし
て、伝熱プレート(53 〜58) を介して冷媒と水とが熱交
換を行うように構成されている。

【００５４】そして、本形態の特徴とする構成は、上記
各伝熱プレート(53 〜58) の壁面の構成にある。つま
り、各伝熱プレート(53 〜58) のうち冷媒流路(A,A) に
臨む壁面（図３において、第２プレート(54)の奥側面、
第３プレート(55)の手前側面、第４プレート(56)の奥側
面、第５プレート(57)の手前側面）は多孔質で構成され
ている。

【００５５】図７に、この多孔質に構成されたプレート
壁面の断面を示す。このように、冷媒流路(A) に臨む壁
面（図７において上側の壁面）が多孔質で構成されてい
ることにより、各孔(H,H, …) が気泡発生点としての沸
騰核に構成される。つまり、この壁面付近を流れる冷媒
が飽和温度近くまで加熱されると、この各孔(H,H, …)
において気泡が円滑に発生して沸騰が開始され、冷媒の
蒸発動作が行われる構成である。このようにして本発明
でいう伝熱促進手段(40)が構成されている。また、実際
に、このプレート壁面を多孔質で構成するには、該壁面
を腐食させたり、或いはプレート壁面付近を焼結金属に
より構成するなどといった手段が用いられる。

【００５６】−運転動作− 次に、上述した蓄熱式空気調和装置(10)の運転動作につ
いて説明する。まず、過冷却熱交換器(50)を用いた冷蓄
熱運転について説明する。

【００５７】−冷蓄熱運転− この運転モードでは、図８に示すように、四路切換弁(2
2)が実線側に切り換えられ、蓄熱電動膨張弁(EV-3)が所
定開度に調整される一方、他の電動膨張弁(EV-1 ，EV-
2) を閉鎖する。また、第１及び第２電磁弁(SV-1 ，SV-
2) は開口し、第３電磁弁(SV-3)は閉鎖している。

【００５８】この状態において、冷媒循環回路(20)で
は、圧縮機(21)から吐出した冷媒は、図８に矢印で示す
ように、室外熱交換器(23)で外気と熱交換して凝縮す
る。その後、この冷媒は、蓄熱電動膨張弁(EV-3)で減圧
した後、過冷却熱交換器(50)で水と熱交換して蒸発し、
この水を過冷却状態（例えば−２℃）まで冷却する。そ
の後、上記冷媒はアキュムレータ(25)を経て圧縮機(21)
に吸入される。

【００５９】また、本運転にあっては、冷媒の一部が、
蓄熱電動膨張弁(EV-3)の下流側から氷核回路(2b)に分流
し、キャピラリチューブ(CP)により減圧した後、氷核生
成器(13)で蒸発して、アキュムレータ(25)を経て圧縮機
(21)に吸入される。この氷核生成器(13)において、冷媒
は、水配管(35)を流れる水と熱交換し、氷塊を水配管(3
5)の内壁面に生成する。

【００６０】一方、水循環回路(30)では、ポンプ(32)を
駆動することにより、水を循環させる。蓄熱槽(31)から
流出した水は、ポンプ(32)を経て、予熱器(11)で加熱さ
れた後、混合器(33)で撹拌される。その後、この水は過
冷却熱交換器(50)で冷媒と熱交換して冷却され、所定の
過冷却状態になって過冷却熱交換器(50)から流出する。
そして、熱交換器(50)から流出した過冷却状態の水は、
氷核生成器(13)において更に冷却され、氷塊を水配管(3
5)の内壁面に生成する。その後、この氷塊の周囲で氷核
が生成され、この氷核を含んだ過冷却水は過冷却解消部
(34)に供給される。そして、過冷却解消部(34)におい
て、氷核と過冷却水とが撹拌され、蓄熱用のスラリー状
の氷が生成されて蓄熱槽(31)に回収貯留される。

【００６１】本運転時には、予熱器(11)に比較的高温の
冷媒が流れ、仮に蓄熱槽(31)から氷が流出しても、予熱
器(11)において加熱されて融解し、過冷却熱交換器(50)
に氷が混入することが回避される。

【００６２】この際の過冷却熱交換器(50)内の冷媒およ
び水の流れは、上述したように、各流路(A,B) では冷媒
及び水が共に乱れた流れ状態で流れているために、高い
熱貫流率で熱交換が行われる。また、各伝熱プレート(5
4 〜57) の冷媒流路(A) に臨む壁面は多孔質に構成さ
れ、沸騰熱伝達率が高くなっている。このため、冷媒と
水との間では効率的に熱交換が行われ、水は蒸発する冷
媒により急速に冷却され、例えば−２℃まで冷却され
る。このようにして過冷却状態となった水が過冷却熱交
換器(50)から流出する。

【００６３】以上のようにして、過冷却熱交換器(50)を
用いた冷蓄熱運転が行われる。

【００６４】次に、蓄熱式空気調和装置(10)の他の運転
動作について概略説明する。

【００６５】−通常冷房運転− この運転モードでは、冷媒循環回路(20)のみを動作さ
せ、水循環回路(30)は動作を行わない。

【００６６】この運転モードでは、四路切換弁(22)が図
１の実線側に切り換えられ、室内電動膨張弁(EV-2)が過
熱度制御され、室外電動膨張弁(EV-1)を全開状態に、蓄
熱電動膨張弁(EV-3)を全閉状態に制御する。一方、各電
磁弁(SV-1 ，SV-2，SV-3) は共に閉鎖している。

【００６７】この状態において、圧縮機(21)から吐出さ
れた冷媒は、室外熱交換器(23)で外気と熱交換して凝縮
する。その後、この冷媒は室内電動膨張弁(EV-2)で減圧
した後、室内熱交換器(24)で蒸発して、アキュムレータ
(25)を経て圧縮機(21)に吸入される。この循環動作によ
って、蓄熱式空気調和装置(10)は室内の冷房を行う。

【００６８】−冷蓄熱利用冷房運転− この運転モードでは、図９に示すように、四路切換弁(2
2)を実線側に切り換え、室内電動膨張弁(EV-2)を所定開
度に制御し、他の電動膨張弁(EV-1 ，EV-3) を全開にす
る。また、第１及び第３電磁弁(SV-1 ，SV-3) は開口
し、第２電磁弁(SV-2)は閉鎖する。

【００６９】この状態で、水循環回路(30)においては、
ポンプ(32)を駆動して冷水を循環する。蓄熱槽(31)内の
冷水はポンプ(32)、予熱器(11)、混合器(33)を順に経た
後、過冷却熱交換器(50)に流入する。そして過冷却熱交
換器(50)に流入した冷水は、冷媒と熱交換を行い加熱さ
れる。その後、加熱された水は過冷却熱交換器(50)を流
出し、過冷却解消部(34)を経て蓄熱槽(31)に戻る。そし
て、加熱された水は蓄熱槽(31)内に貯留された氷と熱交
換して冷却され、冷水となって、再び蓄熱槽(31)から流
出して水循環回路(30)を循環する。

【００７０】一方、冷媒循環回路(20)においては、圧縮
機(21)から吐出された冷媒は、図９に矢印で示すよう
に、その一部が、四路切換弁(22)を経て室外熱交換器(2
3)に流れ、室外熱交換器(23)で外気と熱交換して凝縮す
る。また、他の吐出冷媒は、ホットガス通路(2c)を経て
過冷却熱交換器(50)に流れ、水循環回路(30)を循環する
冷水と熱交換を行って凝縮する。そして、上記室外熱交
換器(23)と過冷却熱交換器(50)で凝縮した冷媒は、合流
して室内電動膨張弁(EV-2)で減圧された後、室内熱交換
器(24)で蒸発し、室内空気を冷却した後、アキュムレー
タ(25)を経て圧縮機(21)に吸入される。

【００７１】以上の動作によって、蓄熱槽(31)内に貯留
された氷の冷熱を利用した室内冷房運転が行われる。

【００７２】−通常暖房運転− この運転モードでは、水循環回路(30)は動作させず、冷
媒循環回路(20)のみを動作させる。

【００７３】この運転モードでは、四路切換弁(22)を図
１の破線側に切り換え、室外電動膨張弁(EV-1)を所定開
度に制御し、室内電動膨張弁(EV-2)を全開状態に、蓄熱
電動膨張弁(EV-3)を全閉状態に制御する。一方、各電磁
弁(SV-1 ，SV-2，SV-3) は共に閉鎖している。

【００７４】この状態において、圧縮機(21)から吐出さ
れた冷媒は、室内熱交換器(24)に流れて室内空気と熱交
換して凝縮し、室内空気を加熱する。その後、この冷媒
は、室外電動膨張弁(EV-1)で減圧した後、室外熱交換器
(23)で外気と熱交換して蒸発する。その後、冷媒はアキ
ュムレータ(25)を経て圧縮機(21)に吸入される。このよ
うな冷媒の循環動作によって室内の暖房を行う。

【００７５】以上が蓄熱式空気調和装置(10)の運転動作
である。

【００７６】以上説明したように、本形態では、冷媒流
路(A) に臨む伝熱プレート(54 〜57) の壁面を多孔質に
構成して沸騰熱伝達率を高くしたために、プレート型熱
交換器(50)の性能の大幅な向上を図ることができ、製氷
能力の向上を図ることができる。

【００７７】−変形例− 次に、伝熱促進手段(40)変形例として、上述の如くプレ
ート壁面を多孔質で構成した場合の変形例について説明
する。図１０は、プレート壁面を多孔質で構成した場合
の変形例１における伝熱プレート(54)の断面を示してい
る。この図のように本例の伝熱プレート(54)は、冷媒流
路(A) に臨む壁面ばかりでなく、水流路(B) に臨む壁面
をも多孔質に構成している。

【００７８】この構成によれば、冷媒流路(A) に臨む壁
面では上述した実施形態と同様に高い沸騰熱伝達率が得
られ、一方、水流路(B) に臨む壁面ではその表面積が拡
大されることになる。これにより、冷媒と水との熱交換
効率が更に拡大でき、プレート型熱交換器(50)の性能の
大幅な向上が図れる。

【００７９】図１１は、プレート壁面を多孔質で構成し
た場合の変形例２における伝熱プレート(54)の断面を示
している。この図のように本例の伝熱プレート(54)は、
冷媒流路(A) に臨む壁面のうち隣接する伝熱プレート(5
5)に接合される部分（湾曲部近傍）は多孔質に構成され
ていない。つまり、この接合部分は、通常の平滑な壁面
で構成されている。

【００８０】この構成によれば、伝熱プレート(54,55)
同士の接合部分が多孔質で構成されていることによる接
合強度の低下が回避されることになり、熱交換器(50)全
体としての剛性を維持しながら上述した実施形態の効果
を発揮させることができる。

【００８１】尚、本例のように、伝熱プレート(54,55)
同士の接合部分を多孔質で構成しないものにおいても、
水流路(B) に臨む壁面を多孔質に構成するようにしても
よい。この場合にも、水流路(B) に臨む壁面のうち隣接
する伝熱プレートに接合される部分は多孔質に構成しな
いことが好ましい。

【００８２】（他の実施形態）以下、伝熱促進手段(40)
変形例として、冷媒流路(A) に臨む伝熱プレート(54〜5
7) の壁面を多孔質で構成する以外の手段によって沸騰
核を形成するための複数の実施形態について説明する。

【００８３】（第２実施形態）本形態は、冷媒流路(A)
に臨む壁面付近の金属結晶構造に特徴がある。つまり、
図１２に示すように、この部分を針状結晶構造としてい
る。これにより、結晶(C,C, …) 同士の間に沸騰核を構
成している。この針状結晶構造は、例えば金属を加熱し
た後、急冷することによって得られる針状マルテンサイ
トによりなる。

【００８４】このような構成によっても、冷媒流路(A)
を流れる冷媒に対する沸騰熱伝達率を高くでき、プレー
ト型熱交換器(50)の性能の大幅な向上を図ることができ
る。

【００８５】（第３実施形態）本形態は、図１３に示す
ように、冷媒流路(A) に臨む壁面に金属粒子(D,D, …)
を固着させ、これにより、金属粒子(D,D, …) 間に沸騰
核を構成したものである。具体的にはアルミニウムや銅
の球体等をプレート壁面に固着させている。

【００８６】尚、このような粒子(D,D, …) をプレート
壁面に固着させる構成において、固着させる粒子の材料
としては、上述したアルミニウムや銅の他に、各種の金
属化合物やセラミックス等を適用することも可能であ
る。また、特に、この固着させる粒子として、多孔質セ
ラミック、銅や銅合金の発泡体を適用すれば、更に多数
の沸騰核を生成できることになり、より好ましい構成が
得られる。

【００８７】（第４実施形態）本実施形態は、図１４に
示すように、冷媒流路(A) に臨む壁面にアルミニウム
(E,E, …) を溶射させ、これにより、各アルミニウム
(E,E, …) 間に沸騰核を構成したものである。

【００８８】（第５実施形態）本実施形態は、図１５に
示すように、冷媒流路(A) に臨む壁面の粗度を、水流路
(B) に臨む壁面の粗度よりも大きく設定したものであ
る。これは、冷媒流路(A) に臨む壁面に多数の傷を付け
るような加工を施して形成している。

【００８９】尚、伝熱プレート(54 〜57) の壁面を加工
して構成される伝熱促進手段(40)は、任意の部分に適用
することが可能である。従って、特に、伝熱プレート(5
3 〜58) の壁面の左右両側端部分のみに設けるようにす
れば、従来では熱伝達率の低かった部分に高い熱伝達率
を得ることができ、伝熱プレート(54 〜57) の壁面全体
に亘って均一な熱伝達率を得ることができて、熱交換効
率の向上を図ることができる。また、このように局所的
に伝熱促進手段(40)を設ける場合、伝熱プレート(53 〜
58) の壁面の左右両側端部分以外の部分に適用すること
も可能である。

【００９０】また、上述した各実施形態では、各伝熱プ
レートにおける冷媒及び水を流通させるための開口の周
囲及びプレート周縁部をろう付けによってシールするよ
うにしたが、溶接やガスケットによりシールするものに
適用してもよい。

【００９１】また、本発明に係るプレート型熱交換器(5
0)は、製氷のための過冷却水生成用に限らず、その他、
種々の用途に使用される熱交換器として適用可能であ
る。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下に
述べるような効果が発揮される。

【００９３】請求項１記載の発明によれば、互いに熱交
換を行う流体のうち一方が蒸発するようになっているプ
レート型熱交換器に対し、蒸発する流体が流れる流体通
路に面する伝熱プレートの壁面に、この流体に対する沸
騰熱伝達を促進するための伝熱促進手段を設けた。この
ため、冷媒等の蒸発する流体は、高い沸騰熱伝達率でも
って他方の流体と熱交換を行うことになり、熱交換器の
能力の向上を図ることができる。

【００９４】請求項２〜９記載の発明によれば、伝熱促
進手段の構成が具体化でき、本発明に係る熱交換器の実
用性の向上を図ることができる。

【００９５】請求項１０記載の発明では、蒸発する流体
と熱交換を行う他方の流体の通路に面する伝熱プレート
の壁面にも、蒸発する流体の通路に面する伝熱プレート
の壁面と同様の加工を施した。このため、他方の流体の
通路に面する伝熱プレートの壁面の表面積を拡大でき
る。つまり、蒸発する流体の通路に面する伝熱プレート
の壁面では高い沸騰熱伝達率が得られ、一方、他方の流
体の通路に面する伝熱プレートの壁面では大きな伝熱面
積が得られていることになり、これらの相乗効果によっ
て各流体同士の熱交換効率を大幅に向上できる。

【００９６】請求項１１記載の発明では、伝熱促進手段
を、伝熱プレートの壁面の一部分のみに設けるようにし
ている。このため、任意の部分で沸騰熱伝達率を高く設
定することが可能となる。特に、伝熱プレートの壁面の
側端部分のみの熱伝達率を高くするようにすれば、伝熱
プレートの壁面全体に亘って均一な熱伝達率が得られ、
熱交換効率の向上を図ることができる。

【００９７】請求項１２記載の発明によれば、伝熱プレ
ートの壁面うち、隣接する伝熱プレートに対して接触し
ない部分にのみ伝熱促進手段を設けている。このため、
伝熱促進手段の存在によって伝熱プレート同士の接合強
度が低下してしまうといったことが回避され、熱交換器
全体としての剛性を高く維持しながら上述した請求項１
記載の発明に係る効果を発揮させることができる。

【００９８】請求項１３記載の発明では、上述した各本
発明に係るプレート式熱交換器を、製氷などを行うため
の過冷却水を生成するために使用した。これにより、製
氷効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱式空気調和装置の冷媒循環回路および水循
環回路を示す図である。

【図２】水循環回路を示す図である。

【図３】プレート型熱交換器の分解斜視図である。

【図４】第１タイプの伝熱プレートを示す図である。

【図５】第２タイプの伝熱プレートを示す図である。

【図６】各プレートの重ね合せ状態を示す図である。

【図７】第１実施形態における伝熱プレートの一部を示
す断面図である。

【図８】冷蓄熱運転時の冷媒循環動作を説明するための
回路図である。

【図９】冷蓄熱利用冷房運転時の冷媒循環動作を説明す
るための回路図である。

【図１０】第１実施形態の変形例１における図７相当図
である。

【図１１】第１実施形態の変形例２における図７相当図
である。

【図１２】第２実施形態における図７相当図である。

【図１３】第３実施形態における図７相当図である。

【図１４】第４実施形態における図７相当図である。

【図１５】第５実施形態における図７相当図である。

【符号の説明】

(40) 伝熱促進手段 (50) 過冷却熱交換器（熱交換部） (53 〜58) 伝熱プレート (A) 冷媒流路 (B) 水流路

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の伝熱プレート(53 〜58) が重ね
   合わされて該伝熱プレート(53 〜58) 間に流体通路(A,
   B) が形成され、互いに隣り合う流体通路(A,B) を流れ
   る流体のうち一方が蒸発しながら他方の流体との間で伝
   熱プレート(53〜58) を介して熱交換を行うプレート型
   熱交換器であって、 上記蒸発する流体が流れる流体通路(A) に面する伝熱プ
   レート(54 〜57) の壁面には、この流体に対する沸騰熱
   伝達を促進するための伝熱促進手段(40)が設けられてい
   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記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱促進手段(40)は、伝熱プレート(54 〜57) の壁面に
   設けられた気泡発生点としての沸騰核であることを特徴
   とするプレート型熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面部分が多孔質とされて沸
   騰核が形成されていることを特徴とするプレート型熱交
   換器。
4. 【請求項４】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面部分を針状結晶組織に構
   成して沸騰核が形成されていることを特徴とするプレー
   ト型熱交換器。
5. 【請求項５】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面に金属粒子を固着して沸
   騰核が形成されていることを特徴とするプレート型熱交
   換器。
6. 【請求項６】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面にセラミック粒子を固着
   して沸騰核が形成されていることを特徴とするプレート
   型熱交換器。
7. 【請求項７】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面にアルミニウムを溶射し
   て沸騰核が形成されていることを特徴とするプレート型
   熱交換器。
8. 【請求項８】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面に銅または銅合金の発泡
   体を固着して沸騰核が形成されていることを特徴とする
   プレート型熱交換器。
9. 【請求項９】 請求項２記載のプレート型熱交換器にお
   いて、 伝熱プレート(54 〜57) の壁面に表面粗度を大きくする
   加工が施されて沸騰核が形成されていることを特徴とす
   るプレート型熱交換器。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のうちの１つに記載のプ
    レート型熱交換器において、 蒸発する流体と熱交換を行う他方の流体の通路(B) に面
    する伝熱プレート(53〜58) の壁面も、蒸発する流体の
    通路(A) に面する伝熱プレート(54 〜57) の壁面と同様
    の加工が施されていることを特徴とするプレート型熱交
    換器。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のうちの１つに記載の
    プレート型熱交換器において、 伝熱促進手段(40)は、伝熱プレート(54 〜57) の壁面の
    一部分のみに設けられていることを特徴とするプレート
    型熱交換器。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の記載のプレート型熱
    交換器において、 伝熱プレート(53 〜58) は、板厚方向の一方向に膨出す
    る第１湾曲部と他方向に膨出する第２湾曲部とが交互に
    形成された波型に形成され、この各プレート(53 〜58)
    が互いに重ね合され、その接触部分が接合されてプレー
    ト間に流体通路(A,B) が形成されており、 伝熱促進手段(40)は、上記伝熱プレート(54 〜57) の壁
    面うち、隣接する伝熱プレート(53 〜58) に対して接触
    しない部分にのみ設けられていることを特徴とするプレ
    ート型熱交換器。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のうちの１つに記載の
    プレート型熱交換器において、 互いに隣り合う流体通路(A,B) を流れる流体の一方は冷
    媒であり、他方は水であって、この両者の熱交換によ
    り、冷媒を蒸発させながら水を過冷却状態まで冷却する
    ように構成されていることを特徴とするプレート型熱交
    換器。