JPH10300384A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用状態に合わせて各流路における冷媒偏流
を防止できるようにすることにより、熱交換器の性能向
上を図る。 【解決手段】 複数の伝熱プレート１，１・・を、該伝
熱プレート１，１・・間に隣り合う第１流路２，２・・
および第２流路を形成するようにして積層してなり、隣
り合う第１流路２，２・・および第２流路をそれぞれ流
通する第１流体Ｘと第２流体Ｙとの間で熱交換を行うプ
レート式熱交換器において、前記第１流路２，２・・あ
るいは（および）第２流路へ流入する第１流体Ｘあるい
は（および）第２流体Ｙの流速を最適に調整するオリフ
ィス１０を付設して、第１流路２，２・・あるいは（お
よび）第２流路へ流入する第１流体Ｘあるいは（およ
び）第２流体Ｙの流速がオリフィス１０により最適状態
に調整されるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、プレート式熱交
換器に関し、さらに詳しくは流通冷媒の偏流を防止した
プレート式熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から良く知られているプレート式熱
交換器としては、例えば、図７に示すように、複数の伝
熱プレート１，１・・を各伝熱プレート１，１・・間に
隣り合う第１および第２流路２，２・・および３，３・
・を形成するようにして積層してなり、隣り合う第１お
よび第２流路２，２・・および３，３・・を流通する第
１流体Ｘおよび第２流体Ｙの間で熱交換を行うものがあ
る。符号４は両端に位置するカバープレート、５はシー
ルプレート、６は第１流体Ｘの入口、７は第１流体Ｘの
出口、８は第２流体Ｙの入口、９は第２流体Ｙの出口で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な構成のプレート式熱交換器を、例えば蒸発器として作
用させる場合には、下から上に向かう第１流路２，２・
・には、第１流体Ｘである気液二相流の冷媒が流通せし
められるが、その際次のような不具合が生ずる。

【０００４】即ち、図８に示すように、第１流路２，２
・・が並列状態で入口６に対して連通されているため、
冷媒Ｘの流速が速いと、入口６から流入した冷媒Ｘにお
ける液冷媒Ｘｌは奥の方に多く流入することとなる結
果、入口６に近い流路に流入する冷媒Ｘの組成（ガス冷
媒が多い）と、入口６から離れた流路に流入する冷媒Ｘ
の組成（液冷媒が多い）とが大きく相異するという現象
が生ずる。また、冷媒Ｘとして単相流のものを使用した
場合であっても、流入流速により第１流路２，２・・に
おいて冷媒偏流が生じるため、第１流路２，２・・毎の
温度ムラが生じることとなる。また、冷媒Ｘの流速が遅
いと、上記と逆の冷媒偏流が発生する。

【０００５】上記のような冷媒偏流が発生すると、熱交
換器の性能を大きく低下させてしまうところから、図９
に示すように、伝熱プレート１を製作する際におけるプ
レス形状を変更することにより、第１流路２，２・・の
入口の開口面積を小さくし、流通抵抗を付与せしめて冷
媒偏流を防止し得るようにしたものが提案されている。

【０００６】ところが、上記のように構成した場合、汎
用のプレート式熱交換器においては使用する冷媒状態
（例えば、気液組成、流入流速等）に前記した開口面積
が必ずしも最適とはなりがたいところから、使用状態に
合わせて専用設計する必要が生ずる。すると、使用状態
が変わる毎にプレス金型まで変更しなければならないこ
ととなり、コストアップを免れがたいし、対策の自由度
が限られることとなる。

【０００７】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、使用状態に合わせて各流路における冷媒偏流を防
止できるようにすることにより、熱交換器の性能向上を
図ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の基本構
成では、上記課題を解決するための手段として、複数の
伝熱プレート１，１・・を、該伝熱プレート１，１・・
間に隣り合う第１流路２，２・・および第２流路３，３
・・を形成するようにして積層してなり、隣り合う第１
流路２，２・・および第２流路３，３・・をそれぞれ流
通する第１流体Ｘと第２流体Ｙとの間で熱交換を行うプ
レート式熱交換器において、前記第１流路２，２・・あ
るいは（および）第２流路３，３・・へ流入する第１流
体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの流速を最適に調整
するオリフィス１０を付設している。

【０００９】上記のように構成したことにより、第１流
路２，２・・あるいは（および）第２流路３，３・・へ
流入する第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの流
速がオリフィス１０により最適状態に調整されることと
なり、第１流路２，２・・あるいは（および）第２流路
３，３・・毎の偏流が解消されることとなる。しかも、
オリフィス１０は後付けが可能なため、汎用の熱交換器
にオリフィス１０を追加するだけで、使用状態に対応さ
せることができる。

【００１０】本願発明の第１の基本構成において、前記
オリフィス１０を、複数の絞り穴１１，１１・・を有す
るものとした場合、絞り穴１１，１１・・の開口面積や
個数を最適設計すれば、第１流路２，２・・あるいは
（および）第２流路３，３・・に流入する流体Ｘ，Ｙの
状態に容易に対応させることができる。

【００１１】また、前記絞り穴１１，１１・・の合計開
口面積を、第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの
流入方向に関して上部と下部とで異ならしめた場合、流
入流体Ｘ，Ｙとして気液二相流のものを使用した場合に
おける偏流解消が容易となる。

【００１２】本願発明の第２の基本構成では、上記課題
を解決するための手段として、複数の伝熱プレート１，
１・・を、該伝熱プレート１，１・・間に隣り合う第１
流路２，２・・および第２流路３，３・・を形成するよ
うにして積層してなり、隣り合う第１流路２，２・・お
よび第２流路３，３・・をそれぞれ流通する第１流体Ｘ
と第２流体Ｙとの間で熱交換を行うプレート式熱交換器
において、前記第１流路２，２・・あるいは（および）
第２流路３，３・・へ流入する流体Ｘあるいは（およ
び）第２流体Ｙの流速を最適に調整するための複数の開
口１３，１３・・を有する分流管１２を配設している。

【００１３】上記のように構成したことにより、第１流
路２，２・・あるいは（および）第２流路３，３・・へ
流入する第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの流
速が分流管１２内において最適状態に調整された後、開
口１３，１３・・から第１流路２，２・・に均等分配さ
れることとなり、第１流路２，２・・あるいは（およ
び）第２流路３，３・・毎の偏流が解消されることとな
る。しかも、分流管１２は後付けが可能なため、汎用の
熱交換器に分流管１２を追加するだけで、使用状態に対
応させることができる。

【００１４】本願発明の第２の基本構成において、前記
開口１３，１３・・の合計開口面積を、前記第１流体Ｘ
あるいは（および）第２流体Ｙの流入方向に関して手前
側と奥側とで異ならしめた場合、流入流体Ｘ，Ｙの流速
に対応した最適な分流管１２による分流が行われること
となり、第１流路２，２・・あるいは（および）第２流
路３，３・・毎の偏流がより確実に解消される。

【００１５】また、前記開口１３，１３・・の合計開口
面積を、前記第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙ
の流入方向に関して上部と下部とで異ならしめた場合、
流入流体Ｘ，Ｙとして気液二相流のものを使用した場合
における偏流解消が容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。

【００１７】第１の実施の形態（請求項１〜３に対応） 図１および図２には、本願発明の第１の実施の形態にか
かるプレート式熱交換器が示されている。

【００１８】このプレート式熱交換器は、従来技術の項
において説明したもの（図７に示すもの）と同様に、複
数の伝熱プレート１，１・・を各伝熱プレート１，１・
・間に隣り合う第１流路２，２・・および第２流路３，
３・・を形成するようにして積層してなり、隣り合う第
１流路２，２・・および第２流路３，３・・を流通する
第１流体Ｘおよび第２流体Ｙの間で熱交換を行うものと
されている。なお、ここでは、カバープレートおよびシ
ールプレートが省略されている。符号６は第１流体Ｘの
入口、７は第１流体Ｘの出口、８は第２流体Ｙの入口、
９は第２流体Ｙの出口である。

【００１９】しかして、本実施の形態においては、第１
流路２，２・・の入口６には、該第１流路２，２・・へ
流入する第１流体Ｘの流速を最適に調整するオリフィス
１０が付設されている。この場合、該オリフィス１０に
は、図２（イ）に示すように１個の絞り穴１１を形成し
てもよく、図２（ロ）に示すように同じ開口面積を有す
る複数個（例えば、５個）の絞り穴１１，１１・・を均
等配置で形成してもよく、図２（ハ）に示すように上部
と下部で開口面積が異なる絞り穴１１，１１・・（即
ち、上部に小径の絞り穴１１，１１、下部に大径の絞り
穴１１，１１）を均等配置で形成してもよく、図２
（ニ）に示すように同じ開口面積を有する複数個（例え
ば、８個）の絞り穴１１，１１・・を上部と下部とで個
数を異ならしめて（即ち、上部に２個、下部に３個）形
成してもよい。

【００２０】上記のように構成したことにより、第１流
路２，２・・へ流入する第１流体Ｘの流速がオリフィス
１０により最適状態に調整されることとなり、第１流路
２，２・・毎の偏流が解消されることとなる。しかも、
オリフィス１０は後付けが可能なため、汎用の熱交換器
にオリフィス１０を追加するだけで、使用状態に対応さ
せることができる。

【００２１】ちなみに、流入流体Ｘの流入速度と第１流
路２，２・・における偏流とについて調べたところ、図
３（イ）、（ロ）に示すような現象が生ずることがわか
った。

【００２２】即ち、流入流速Ｖが小さいときには、図３
（イ）に示すように、入口６に近い方から遠い方にかけ
て流量Ｑが次第に小さくなる偏流が発生し、逆に流入流
速Ｖが大きいときには、図３（ロ）に示すように、入口
６から遠い方から近い方にかけて流量Ｑが小さくなる偏
流が発生する。従って、流入流速Ｖをオリフィス１０に
より最適状態に調整してやると、偏流が発生することな
く、第１流路２，２・・に均等に流体が流れることとな
る。

【００２３】ところで、図２（ロ）〜（ニ）に示すよう
に、前記オリフィス１０を、複数の絞り穴１１，１１・
・を有するものとした場合、絞り穴１１，１１・・の開
口面積や個数を最適設計すれば、第１流路２，２・・に
流入する流体Ｘの状態に容易に対応させることができ
る。

【００２４】また、図２（ハ）、（ニ）に示すように、
前記絞り穴１１，１１・・の合計開口面積を、第１流体
Ｘの流入方向に関して上部と下部とで異ならしめた場
合、流入流体Ｘ，Ｙとして気液二相流のものを使用した
場合における偏流解消が容易となる。

【００２５】なお、オリフィス１０を、第２流体Ｙの入
口８に、あるいは第１流体Ｘの入口６および第２流体Ｙ
の入口８の両方に設けてもよいことは勿論である。

【００２６】第２の実施の形態（請求項４〜６に対応） 図４ないし図６には、本願発明の第２の実施の形態にか
かるプレート式熱交換器が示されている。

【００２７】この場合、第１流路２，２・・の入口６に
は、該第１流路２，２・・へ流入する流体Ｘの流速を最
適に調整するための複数の開口１３，１３・・を有する
分流管１２を配設している。この場合、該分流管１２の
開口１３，１３・・は、図５（イ）に示すように同径の
円形穴として第１流体Ｘの流入方向に関して均等配置と
してもよく、図５（ロ）に示すように第１流体Ｘの流入
方向に関して手前側と奥側とで径の異なる（即ち、手前
側から奥側に向かうに従って径が小さくなる）円形穴と
してもよく、図５（ハ）に示すように第１流体Ｘの流入
方向に関して手前側と奥側とで個数の異なる（即ち、手
前側から奥側に向かうに個数が多くなる）同径の円形穴
としてもよく、図５（ニ）に示すように第１流体Ｘの流
入方向に関して上部と下部とで径の異なる（即ち、上部
が小径、下部が大径）円形穴としてもよい。また、図６
（イ）に示すように同じ開口面積のスリットとして第１
流体Ｘの流入方向に関して均等配置としてもよく、図６
（ロ）に示すように第１流体Ｘの流入方向に関して手前
側と奥側とで開口面積の異なる（即ち、手前側から奥側
に向かうに従って開口面積が小さくなる）スリットとし
てもよく、図６（ハ）に示すように第１流体Ｘの流入方
向に関して手前側と奥側とで個数の異なる（即ち、手前
側から奥側に向かうに個数が多くなる）同開口面積のス
リットとしてもよく、図６（ニ）に示すように第１流体
Ｘの流入方向に関して上部と下部とで開口面積の異なる
（即ち、上部が開口面積小、下部が開口面積大）スリッ
トとしてもよい。その他の構成は第１の実施の形態にお
けると同様なので説明を省略する。

【００２８】上記のように構成したことにより、第１流
路２，２・・へ流入する第１流体Ｘの流速が分流管１２
内において最適状態に調整された後、開口１３，１３・
・から第１流路２，２・・に均等分配されることとな
り、第１流路２，２・・毎の偏流が解消されることとな
る。しかも、分流管１２は後付けが可能なため、汎用の
熱交換器に分流管１２を追加するだけで、使用状態に対
応させることができる。

【００２９】ところで、図５（ロ）、（ハ）および図６
（ロ）、（ハ）に示すように、前記分流管１２における
開口１３，１３・・の合計開口面積を、第１流体Ｘの流
入方向に関して手前側と奥側とで異ならしめた場合、流
入流速に対応した分流が行われることとなり、より確実
な偏流解消が得られる。

【００３０】また、図５（ニ）および図６（ニ）に示す
ように、前記分流管１２における開口１３，１３・・の
合計開口面積を、第１流体Ｘの流入方向に関して上部と
下部とで異ならしめた場合、流入流体Ｘ，Ｙとして気液
二相流のものを使用した場合における偏流解消が容易と
なる。

【００３１】なお、分流管１２を、第２流体Ｙの入口８
に、あるいは第１流体Ｘの入口６および第２流体Ｙの入
口８の両方に設けてもよいことは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本願発明の第１の基本構成によれば、複
数の伝熱プレート１，１・・を、該伝熱プレート１，１
・・間に隣り合う第１流路２，２・・および第２流路
３，３・・を形成するようにして積層してなり、隣り合
う第１流路２，２・・および第２流路３，３・・をそれ
ぞれ流通する第１流体Ｘと第２流体Ｙとの間で熱交換を
行うプレート式熱交換器において、前記第１流路２，２
・・あるいは（および）第２流路３，３・・へ流入する
第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの流速を最適
に調整するオリフィス１０を付設して、第１流路２，２
・・あるいは（および）第２流路３，３・・へ流入する
第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの流速がオリ
フィス１０により最適状態に調整されるようにしたの
で、第１流路２，２・・あるいは（および）第２流路
３，３・・毎の偏流が解消されるという優れた効果があ
る。しかも、オリフィス１０は後付けが可能なため、汎
用の熱交換器にオリフィス１０を追加するだけで、使用
状態に対応させることができるという効果もある。

【００３３】本願発明の第１の基本構成において、前記
オリフィス１０を、複数の絞り穴１１，１１・・を有す
るものとした場合、絞り穴１１，１１・・の開口面積や
個数を最適設計すれば、第１流路２，２・・あるいは
（および）第２流路３，３・・に流入する流体Ｘ，Ｙの
状態に容易に対応させることができる。

【００３４】また、前記絞り穴１１，１１・・の合計開
口面積を、第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙの
流入方向に関して上部と下部とで異ならしめた場合、流
入流体Ｘ，Ｙとして気液二相流のものを使用した場合に
おける偏流解消が容易となる。

【００３５】本願発明の第２基本構成によれば、複数の
伝熱プレート１，１・・を、該伝熱プレート１，１・・
間に隣り合う第１流路２，２・・および第２流路３，３
・・を形成するようにして積層してなり、隣り合う第１
流路２，２・・および第２流路３，３・・をそれぞれ流
通する第１流体Ｘと第２流体Ｙとの間で熱交換を行うプ
レート式熱交換器において、前記第１流路２，２・・あ
るいは（および）第２流路３，３・・へ流入する流体Ｘ
あるいは（および）第２流体Ｙの流速を最適に調整する
ための複数の開口１３，１３・・を有する分流管１２を
配設して、第１流路２，２・・あるいは（および）第２
流路３，３・・へ流入する第１流体Ｘあるいは（およ
び）第２流体Ｙの流速が分流管１２内において最適状態
に調整された後、開口１３，１３・・から第１流路２，
２・・に均等分配されるようにしたので、第１流路２，
２・・あるいは（および）第２流路３，３・・毎の偏流
が解消されるという優れた効果がある。しかも、分流管
１２は後付けが可能なため、汎用の熱交換器に分流管１
２を追加するだけで、使用状態に対応させることができ
るという効果もある。

【００３６】本願発明の第２の基本構成において、前記
開口１３，１３・・の合計開口面積を、前記第１流体Ｘ
あるいは（および）第２流体Ｙの流入方向に関して手前
側と奥側とで異ならしめた場合、流入流体Ｘ，Ｙの流速
に対応した最適な分流管１２による分流が行われること
となり、第１流路２，２・・あるいは（および）第２流
路３，３・・毎の偏流がより確実に解消される。

【００３７】また、前記開口１３，１３・・の合計開口
面積を、前記第１流体Ｘあるいは（および）第２流体Ｙ
の流入方向に関して上部と下部とで異ならしめた場合、
流入流体Ｘ，Ｙとして気液二相流のものを使用した場合
における偏流解消が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかるプレート
式熱交換器の一部を切除した斜視図である。

【図２】本願発明の第１の実施の形態にかかるプレート
式熱交換器において用いられるオリフィスの斜視図であ
り、（イ）は１個の絞り穴を有するもの、（ロ）は複数
個の絞り穴を均等配置したもの、（ハ）は上下で径の異
なる複数個の絞り穴を均等配置したもの、（ニ）は同径
の複数個の絞り穴を上下で不均等配置したものを示す。

【図３】（イ）は流入流速が小さい場合の偏流状態を示
す説明図であり、（ロ）は流入流速が大きい場合の偏流
状態を示す説明図である。

【図４】本願発明の第２の実施の形態にかかるプレート
式熱交換器の一部を切除した斜視図である。

【図５】本願発明の第２の実施の形態にかかるプレート
式熱交換器において用いられる分流管の一例を示す側面
図であり、（イ）は同径の開口を均等配置したもの、
（ロ）は異径の開口を均等配置したもの、（ハ）は同径
の開口を不均等配置したもの、（ニ）は上下で異なる径
の開口を均等配置したものを示す。

【図６】本願発明の第２の実施の形態にかかるプレート
式熱交換器において用いられる分流管の他の例を示す側
面図であり、（イ）は同径の開口を均等配置したもの、
（ロ）は異径の開口を均等配置したもの、（ハ）は同径
の開口を不均等配置したもの、（ニ）は上下で異なる径
の開口を均等配置したものを示す。

【図７】一般的なプレート式熱交換器の分解斜視図であ
る。

【図８】一般的なプレート式熱交換器における第１流路
の部分断面図である。

【図９】従来のプレート式熱交換器における第１流路の
部分断面図である。

【符号の説明】

１は伝熱プレート、２は第１流路、３は第２流路、６，
８は入口、１０はオリフィス、１１は絞り穴、１２は分
流管、１３は開口、Ｘは第１流体、Ｙは第２流体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の伝熱プレート（１），（１）・・
   を、該伝熱プレート（１），（１）・・間に隣り合う第
   １流路（２），（２）・・および第２流路（３），
   （３）・・を形成するようにして積層してなり、隣り合
   う第１流路（２），（２）・・および第２流路（３），
   （３）・・をそれぞれ流通する第１流体（Ｘ）と第２流
   体（Ｙ）との間で熱交換を行うプレート式熱交換器であ
   って、前記第１流路（２），（２）・・あるいは（およ
   び）第２流路（３），（３）・・へ流入する第１流体
   （Ｘ）あるいは（および）第２流体（Ｙ）の流速を最適
   に調整するオリフィス（１０）を付設したことを特徴と
   するプレート式熱交換器。
2. 【請求項２】 前記オリフィス（１０）は、複数の絞り
   穴（１１），（１１）・・を有していることを特徴とす
   る前記請求項１記載のプレート式熱交換器。
3. 【請求項３】 前記絞り穴（１１），（１１）・・の合
   計開口面積は、第１流体（Ｘ）あるいは（および）第２
   流体（Ｙ）の流入方向に関して上部と下部とで異なって
   いることを特徴とする前記請求項２記載のプレート式熱
   交換器。
4. 【請求項４】 複数の伝熱プレート（１），（１）・・
   を、該伝熱プレート（１），（１）・・間に隣り合う第
   １流路（２），（２）・・および第２流路（３），
   （３）・・を形成するようにして積層してなり、隣り合
   う第１流路（２），（２）・・および第２流路（３），
   （３）・・をそれぞれ流通する第１流体（Ｘ）と第２流
   体（Ｙ）との間で熱交換を行うプレート式熱交換器であ
   って、前記第１流路（２），（２）・・あるいは（およ
   び）第２流路（３），（３）・・へ流入する流体（Ｘ）
   あるいは（および）第２流体（Ｙ）の流速を最適に調整
   するための複数の開口（１３），（１３）・・を有する
   分流管（１２）を配設したことを特徴とするプレート式
   熱交換器。
5. 【請求項５】 前記開口（１３），（１３）・・の合計
   開口面積は、前記第１流体（Ｘ）あるいは（および）第
   ２流体（Ｙ）の流入方向に関して手前側と奥側とで異な
   っていることを特徴とする前記請求項４記載のプレート
   式熱交換器。
6. 【請求項６】 前記開口（１３），（１３）・・の合計
   開口面積は、前記第１流体（Ｘ）あるいは（および）第
   ２流体（Ｙ）の流入方向に関して上部と下部とで異なっ
   ていることを特徴とする前記請求項４および請求項５の
   いずれか一項記載のプレート式熱交換器。