JPWO2012176336A1 - プレート式熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

プレート式熱交換器及び冷凍サイクル装置 Download PDF

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Abstract

プレート式熱交換器において、流入した流体を、それぞれの熱交換流路に均等に分配するプレート式熱交換器の提供を目的とする。プレート式熱交換器１００は、第１積層方向流路４１に長手方向が積層方向Ｘとなるように差し込まれた主たる管である主管２１０と、主管２１０の内部空間と連通し、それぞれの第１流路２１の位置で主管２１０に配置された従たる管である従管２２０とを備えた。複数の従管のそれぞれは、第１積層方向流路４１における主管２１０の差し込み方向Ｘに進むほど、主管２１０の内径側の表面から主管２１０の内部空間へ突き出す突出部２２３の長さが短い。

Description

この発明は、プレート式熱交換器に関するものである。
従来のプレート式熱交換器の整流分配部品は、プレート並列方向で各プレート間の熱交換流路へ流体を均一に分散流入させるため、主管に小孔またはスリットを設けたもの、流れ方向へ管路を絞り流路断面積を小さくしたものがある（例えば、特許文献１、２、３）。
特開平１１−１０１５８８号公報（第３頁、第２図） 特開２００１−０５０６１１号公報（第３頁、第２図、第３図） 特開平５−２６４１２６号公報（第４頁、第１図、第６図） 特開２００１−２８０８８８号公報（第１図、第３図）
従来、プレート式熱交換器が冷媒（第１流体）と水（第２流体）とが流れる蒸発器として使われる場合、流入口孔をプレート並列方向へ流れる第１流体（冷媒）は二相流となる。この場合、液は慣性力のため奥へ流れやすく、プレート間の熱交換流路へ均一に分散され難い。また、流入口孔では分離流が形成されやすく、この流動様式（分離流の形成）によっても、各プレート間への均一分散が妨げられる。このため、全数のプレートで有効に熱交換が行われず、熱交換量の低下、気液不均一分布による凍結発生といった課題があった。特にこれらの現象はプレート枚数が多い場合に顕著に見られる。
これらの対策として、従来（例えば、特許文献１、２）では、整流分配部品が設けられるけれども、従来のように、主管に小孔またはスリットを設けた構成の場合には、並列方向の抵抗が無いため、並列方向において流体は均一化されず、このため流体は奥へ流れやすい傾向は変わらない。各プレート間への分配孔が凹形（単に主管に孔が形成）であるため（特許文献１）、プレート間の流路内において、プレート長軸方向への流体到達距離が短くプレート短軸方向の分配が難しい。また、ろう付けによるプレート式熱交換器組み立て時、プレート間の流路と分配孔の位置合わせも困難である。特許文献３は、流入口孔の流入口側から流路断面積を逐次小さくしている。この場合、流入口から奥へ行くほど流速が大きくなるため、プレートの積層枚数が１００枚で流路数が５０といった多流路である場合、液流体が手前に流れ難いという傾向は変わらない。また、特許文献４では、特許文献４の図３に示すような中空部材２１を用いている。しかし、中空部材２１を用いたとしても、同様に、液流体が手前に流れ難いという傾向は依然として残る。
この発明は、プレート式熱交換器において、流入した流体を、それぞれの熱交換流路に均等に分配するプレート式熱交換器の提供を目的とする。
この発明のプレート式熱交換器は、
第１流体又は第２流体の流出入口となる孔が四隅に設けられた複数の矩形のプレートが積層され、各プレートの間に前記第１流体が流れる第１流路と、前記第２流体が流れる第２流路とが交互に形成されると共に、前記四隅における位置を同じくし積層方向に連続する複数の前記孔から形成される前記積層方向の前記第１流体の流路であって、それぞれの前記第１流路に前記第１流体が分岐する流路である第１積層方向流路が形成されたプレート式熱交換器において、
前記第１積層方向流路に長手方向が前記積層方向となるように差し込まれ、差し込み方向において手間側の端部から前記第１流体が流入する管であって、前記端部から前記長手方向へ向かう前記第１流体に対して抵抗となる複数の抵抗体が、前記端部側から前記長手方向に向かって順次配置された主たる管である主管と、
前記主管の内部空間と連通し、それぞれの前記第１流路の位置で前記主管に配置された従たる管である複数の従管と
を備えた流体分配器
を備えたことを特徴とする。
この発明のプレート式熱交換器は主管と複数の従管とを有する流体分配器を備えたので、流入した流体を、それぞれの熱交換流路に均等に分配することができる。
実施の形態１におけるプレート式熱交換器１００を示す図。 実施の形態１におけるプレート式熱交換器１００の構成概要を示す分解斜視図。 実施の形態１における整流分配器２０１を説明する図。 実施の形態１における従管２２０に扁平管を用いた整流分配器２０１を示す図。 実施の形態１における従管２２０に細管を用いた整流分配器２０１を示す図。 実施の形態１における主管２１０に複数の抵抗体２２５が配置された状態を示す図。 実施の形態１における従管２２０の突出部２２３の部分のみを扁平形状に形成した場合を示す図。 実施の形態２における整流分配器２０２を説明する図。 実施の形態２における整流分配器２０２の効果を説明する図。 実施の形態３における主管２１０に流入する冷媒流量と、主管２１０の内径との関係を示す図。 実施の形態４における主管２１０と従管２２０との溝を示す図。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるプレート式熱交換器１００を示す。
（１）図１の（ａ）は、プレート式熱交換器１００の側面図である。
（２）図１の（ｂ）は、正面図（（ａ）のＸ矢視）である。また、図１の（ａ）の矢印Ｘ方向がプレートの積層方向である。図１の（ｂ）の前側補強用サイドプレート１は最も外側に位置する。前側補強用サイドプレート１は、第１流体Ａの流出入管５、第１流体Ａの流出入管７、第２流体Ｂの流入管６、第２流体Ｂの流出管８を備えている。なお、第１流体Ａの流出入管５、第１流体Ａの流出入管７を「流出入管」と呼ぶのは、次の理由による。プレート式熱交換器１００を蒸発器（吸熱器）として用いる場合は、冷媒（第１流体）は、後述する図２の流出入管７から流入し、流出入管５から流出する。また、プレート式熱交換器１００を凝縮器（放熱器）として用いる場合は、冷媒（第１流体）は、流出入管５から流入し、流出入管７から流出する。このように、蒸発器、凝縮器としての使用により流体が流出、あるいは流入する。このため、流出入管５、流出入管７を「流出入管」と呼んでいる。なお、第２流体Ｂは、例えば水であり、また、流入管６へは、蒸発器、凝縮器としてのいずれの使用の場合も第２流体Ｂが流入する。流出管８は、第２流体が流出する。
（３）図１の（ｃ）は、Ｖ字の波形状９が形成され、第１流体Ａと第２流体Ｂとの流路（後述の第１流路２１及び第２流路２２）を構成する前側伝熱プレート２を示す。前側伝熱プレート２は、第１流体Ａ又は第２流体Ｂの流出入口となる孔１１〜１４が四隅に形成されている。
（４）図１の（ｄ）は、Ｖ字の波形状１０が前側伝熱プレート２と対向した形で置かれ（Ｖ字形状が互いに交差するように）、第１流体Ａと第２流体Ｂの流路を構成する後側伝熱プレート３を示す。前側伝熱プレート２と後側伝熱プレート３とを交互に並べることにより、第１流体Ａと第２流体Ｂの流路が交互に繰り返し形成される。第１流体Ａの流れる流路を第１流路２１と呼び、第２流体Ｂの流れる流路を第２流路２２と呼ぶ。すなわち、前側伝熱プレート２と後側伝熱プレート３とを交互に並べることにより、第１流路２１と第２流路２２とが交互に形成される。なお、前側伝熱プレート２、後側伝熱プレート３の区別が必要のない場合は、単にプレートという。
（５）図１の（ｅ）は、最も外側に位置する後側補強用サイドプレート４を示す。プレート式熱交換器１００の背面図である。
（６）図１の（ｆ）は、前側伝熱プレート２と後側伝熱プレート３とを重ね合わせた状態を示した図である。図１の（ｆ）は両者を重ねた状態において図１の（ａ）のＸ方向矢視でみた場合に、現実に見える前側伝熱プレート２の形状を実線で示し、実際には見えない後側伝熱プレート３の波形状を点線で示した。
図２は、プレート式熱交換器１００の構成の概要を示す分解斜視図である。なお、図２には、後述する整流分配器２０１を記載していない。図２はプレートの積層状態及び第１流体Ａ、第２流体Ｂの流れを示すための図である。図２は、プレート式熱交換器１００を、蒸発器として使用する場合を示している。よって第１流体Ａは、流出入管７から流入し、第１流路２１を流れ、流出入管５から流出する。なお、第２流体Ｂは、流入管６から流入し、第２流路２２を流れ、流出管８から流出する。図２に示すように、各プレートの間に、第１流体Ａが流れる第１流路２１と、第２流体Ｂが流れる第２流路２２とが交互に形成されている。また、第１積層方向流路４１が形成されている。第１積層方向流路４１は、四隅における位置を同じくし、積層方向Ｘに連続する複数の孔１３から形成される積層方向Ｘの第１流体Ａの流路であって、それぞれの第１流路２１に第１流体Ａが分岐する流路である。
図３は、プレート式熱交換器１００の備える整流分配器２０１を説明する図である。図３の（ａ）は、図１の（ｂ）に相当する、流出入管７付近の正面図である。図３の（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。なお、Ａ−Ａ断面は、第１流路２１が連続して見える断面で切断している。積層方向を示す矢印Ｘは、手前から奥に向かう。つまり、前側補強用サイドプレート１の側が手前であり、後側補強用サイドプレート４の側が奥である。
複数のプレートを並列に並べて、各プレートの孔１３に基づく流路Ｌ１〜Ｌｎで構成された第１積層方向流路４１に、整流分配器２０１が挿入されている。整流分配器２０１は、主となる主管２１０に、従となる複数の従管２２０（分配管）をプレート並列方向（積層方向Ｘ）に配置した成である。従管２２０は、細管（後述の図９の（ｂ））や扁平管１８（後述の図９の（ｃ））などを用いる。整流分配器２０１により、各プレート間の熱交換流路へ、第１流体Ａを均一に分散する。
図４は、従管２２０に、図９の（ｃ）で後述する扁平管を用いた整流分配器２０１を示す図である。扁平管は、図９の（ｃ）に示すように、長手方向に略平行に形成された複数の貫通孔２２１を有する。
図５は、従管２２０に、中空円筒形状の細管を用いた整流分配器２０１を示す図である。
図３〜図５に示すように、整流分配器２０１は、第１積層方向流路４１に長手方向が積層方向Ｘとなるように差し込まれた主管２１０と、主管２１０の内部空間と連通し、それぞれの第１流路２１の位置で主管２１０に配置された従管２２０とを備えている。また、従管２２０は、図５に示すように内径が円形状の細管と、図４に示す扁平管との少なくともいずれかが使用される。すなわち、図４では扁平管のみを使用しているが、細管と扁平管とを混在させて用いてもよい。
また、図３〜図５に示すように、複数の従管２２０のそれぞれは、一方の端部が、主管２１０の外側の側面から内側へ貫通して開けられた貫通孔２１１へ差し込まれることで、主管２１０に配置される。複数の従管２２０のそれぞれは、一方の端部が主管２１０の内径側の表面から主管２１０の内部空間に突出部２２３として突き出している。
（差込量ａ）
従来では、図３の（ｂ）の流路Ｌｎが２０以上（プレート枚数４０相当以上）になると、第１冷媒Ａ（第１流体）の各第１流路２１への分散が悪化し易かった。すなわち、液は、慣性力のため、並列方向奥側（後側補強用サイドプレート４側）に多く向かい、手前側（前側補強用サイドプレート１側）では少なくなって、偏りが生じる。しかし、実施の形態１の整流分配器２０１は、細管や扁平管が使用される従管２２０の端部を、突出部２２３として主管２１０に挿し込んでいる。これら従管２２０の主管２１０の内部空間への突出部２２３の差込量ａ（突出部２２３の突き出し長さ）で並列方向（積層方向）の液分布を調整することが可能である。すなわち、突出部２２３が、主管２１０の手前側（前側補強用サイドプレート１側）の端部から長手方向へ向かう第１冷媒Ａに対して抵抗となる。この際に、それぞれの突出部２２３の差込量ａを調整することで、第１冷媒Ａに対する抵抗を加減することができる。差込量ａとは、図３の（ｂ）に示すように、従管２２０の端部が、主管２１０の内径側表面から主管２１０の内部空間に突き出る寸法ａである。図３の（ｂ）は、最も手前側の従管２２０の差込量ａを示している。例えば図３の（ｂ）のように、並列方向奥側へ液が流れ込む場合、手前側の従管２２０の差込量ａを大きく（長く）し、奥へ行くほど差込量ａを小さく（短く）しても良い。このように、それぞれの突出部２２３の差込量ａは、不均一である。「不均一」とは、突出部２２３の差込量ａが、一様ではないことを意味する。すなわち全部の突出部２２３の差込量ａが略同じ長さの場合以外は、「不均一」である。液量の調整によっては、手前側の従管２２０の差込量ａを小さくしてもよいし、あるいは手前と奥側との差込量ａを長めにしてもよい。
このように、液量または主管２１０へ流れ込む流体の流動様式に合わせて、従管２２０の差し込量ａを決定する。
（従管の種類）
なお従管２２０として使用する扁平管は、楕円管、板状扁平管、電縫管、複数の円管を連結した連結管や、円管を絞って扁平形状としたものも含む。すなわち、断面が扁平しており、主管２１０の内部空間から第１流路２１へ第１冷媒を分配できる管であれば、扁平管に含まれる。
図３の（ｂ）に示すように、従管２２０は凸形状である。ここで「凸形状」とは、主管２１０の外側表面から各プレート間の第１流路２１側へ突き出ているという意味である。この「凸形状」のため、従管２２０と、この従管２２０に対応する第１流路２１との位置合わせも容易である。すなわち、仮組して、ろう付けする場合には、ろう付け時に多少の変形が生じる。しかし、「凸形状」のため、従管２２０は、多少の変形が生じた場合でも、対応する第１流路の隣の第１流路へ移動することはない。しかし主管２１０に、単に「孔やスリット」（凹形状と呼ぶ）が形成されたのみでは、ろう付け時の変形により「孔やスリット」と、これに対応する第１流路とがずれる可能性がある。このずれが生じると、「孔やスリット」から流出した第１流体Ａがプレートに当たり、第１流路への均一分配が不可能となる。また、主管２１０に、単に「孔やスリット」が形成されたのみでは、「孔やスリット」と第１流路とに距離があると、第１位流体の流量が少ない時には失速しプレート間の流路まで届かない可能性がある。整流分配器２０１では、従管２２０を凸形状に構成したので「孔やスリット」（凹形状）のような不都合は生じない。
（抵抗体）
図６は、主管２１０に、複数の抵抗体２２５が配置された状態を示す図である。図６の（ａ）は、抵抗体２２５が配置された主管２１０をＸ方向（図１の（ａ））から見た図である。図６の（ｂ）は、図３の（ｂ）に相当する断面図である。以上の説明では、図３の（ｂ）に示したように、従管２２０の突出部２２３（差込量ａ）が、手前側（前側補強用サイドプレート１側）の端部から奥側（後側補強用サイドプレート４側）へ向かう第１冷媒Ａに対して抵抗として機能する場合を説明した。しかし図３の（ｂ）は、一例であり、図６に示すように、主管２１０の内部に、主管２１０の手前側から奥側に向かって複数の抵抗体２２５を順次配置してもよい。図３〜図５の場合は、図６における複数の抵抗体２２５のそれぞれを、従管２２０の突出部２２３が兼ねる場合に相当するとも言える。
（扁平形状）
図７は、従管２２０の突出部２２３の部分のみを扁平形状に形成した場合を示す図である。図７の（ａ）は、図６の（ａ）に対応し、図７の（ｂ）は、図６の（ｂ）に対応する。図７の（ｂ）は断面とはしていない。以上の実施の形態１では、図４に示すように、全体が扁平形状である扁平管を従管２２０として使用する場合を説明したが、これは一例である。図７に示すように、従管２２０は、少なくとも突出部２２３を扁平形状に形成してもよい。図７の（ｂ）に示すように、突出部２２３は、主管２１０の差し込み方向Ｘと、主管２１０の差し込み方向と反対方向Ｙとの２方向からつぶされた形状に相当する扁平形状に形成されており、この突出部２２３の差込量ａによって、第１冷媒Ａに対する抵抗を調整する。なお、図４のように、従管２２０の全体を扁平形状にしてもよいことはもちろんである。
（投影面積）
また、突出部２２３として扁平形状を採用する場合、差込量ａに限らず、扁平形状の、積層方向Ｘ（図３の（ｂ））を法線とする面への投影面積の大きさを変えてもよい。すなわち、図３の（ｂ）に対応して説明すれば、扁平形状の投影面積は、手前側の突出部２２３ほど大きく（広く）し、奥へ行くほど小さく（狭く）してもよい。
本実施の形態１の整流分配器２０１であれば、従管２２０が前記凸形状で形成されている。よって、プレート間で形成される流路とほぼ一致またはこの流路に第１流体Ａを重ねられる。このため、確実に各第１流路へ第１冷媒Ａを分配可能である。また、上述のように、整流分配器２０１の組み立て時における第１流路２１と、これに対応する従管２２０との位置合わせも容易である。
また、整流分配器２０１による流体の均一分配により、凍結耐力も向上する。液は慣性力により主管２１０の手前側にあるプレート間で形成する流路へ流れ難く、速度の速い蒸気が流れやすい。このため、これらの流路で蒸発が促進されプレートの急激な温度低下により凍結が生じすい。本実施の形態１の整流分配器２０１であれば、従管２２０の差込量ａの調整により主管２１０の流体分布を均一化できるため、凍結も抑制できる。また、整流分配器２０１によれば、熱交換性能向上により、空調機の必要能力に対する熱交換器の必要プレート枚数を最小限に構成できる。さらに、熱交換器内の凍結を抑えられるので、コストを抑えつつ信頼性の高いプレート式熱交換器を提供できる。
実施の形態２．
図８、図９を参照して実施の形態２を説明する。実施の形態２は、それぞれの第１流路の位置で、従管２２０を複数個、配置する構成である。
以上の実施の形態１では、第１積層方向流路４１に差し込まれた整流分配器２０１を備えた、プレート式熱交換器１００を説明した。実施の形態１の整流分配器２０１は、従管２２０プレート並列方向に挿し込まれた構成であった。
実施の形態２では、プレート並列方向に配置された従管２２０のそれぞれの位置において、複数の従管２２０が、主管２１０の管周方向に差し込まれた構成を示す。
図８は、実施の形態２の整流分配器２０２を示す図である。
図９は、整流分配器２０２の効果を説明する図である。
図８の（ｂ）は、図３の（ｂ）に対応する断面である。図８の（ａ）は、整流分配器２００のＸ方向矢視である。主管２１０には、従管２２０のそれぞれの位置において、複数の従管２２０が、主管２１０の管周方向に差し込まれている。すなわち、図８の（ｂ）において、第１流路２１−１に対応する従管２２０の位置５１では、（ａ）に示すように、３つの従管２２０が主管２１０の管周方向に差し込まれている。第１流路２１−２に対応する従管２２０の位置５２では、位置５１と同様に、３つの従管２２０が差し込まれている。その他の位置５３〜５６でも同様である。図８の（ｂ）に示すように、複数の従管２２０は、それぞれの第１流路の位置で、複数個が主管２１０の略円周方向に配置されている。
このように、従管２２０を、主管２１０の管周方向に複数個挿し込むことにより、主管２１０を流れる第１流体Ａを主管２１０の管周方向に広げることが可能である。整流分配器２００では従管２２０（分配管）を細管や扁平管で形成しているので、第１流体Ａの圧力損失や方向を調整しやすい。このことを図９を参照して説明する。例えば、図９では、第１流体Ａの経路Ｘ〜Ｚの長さが、
「Ｘ＞Ｚ＞Ｙ」
の順になっており、圧力損失もこの順に小さくなる。よって、この第１流路内には圧力分布が生じる。この場合に、従管２２０の寸法や内径、各位置（位置５１や位置５２等）における本数を変えることで圧力損失を調整できる。
整流分配器２０２では、複数の孔がある扁平管（図１１の（ｃ））の内径を変化させたり、あるいは第１流体Ａの流れ方向を、管周方向の挿し込み角度θ（図８の（ａ））で調整可能である。これらの調整により、流体のよどみやすい、孔１２と短軸方向逆側の領域１９（図９）へ、強制的に流体を流すことも可能となる。
これにより流体のよどみも改善できるため、有効伝熱面積増加により熱交換量が増加し、流体が流れる領域と、よどみ領域との速度差低減により、圧力損失低減も可能となる。流体の種類、主管２１０の流動様式、伝熱プレートの形状、伝熱プレート上の流体の流出入口位置によって、並列方向の従管２２０の本数や、管周方向の従管２２０の本数や、あるいは従管２２０の寸法を変更しても良い。
実施の形態３．
図１０を参照して実施の形態３を説明する。以上の実施の形態２の整流分配器２０２では、従管２２０を主管２１０の管周方向に複数挿し込んだ構成を示した。実施の形態３の整流分配器２０３は、主管２１０が所定の管径（内径）である場合を示す。
図１０は、主管２１０に流入する冷媒流量（横軸；ｋｇ／ｈ）と、整流分配器２０３の主管２１０の内径（縦軸；ｍｍ）の関係を示すグラフである。一般的に伝熱プレートの孔１３は内径が大きく、分離流を形成しやすい。分離流の場合、プレート間の流路で気液の偏りが生じ、有効伝熱面積の減少や凍結が生じる。例えば流体がＲ４１０Ａの場合、図１０の斜線で示す内径の範囲であれば、主管２１０内の流動様式が環状流となり、管周囲に流体の液膜が形成される。整流分配器２０３の主管２１０は、入流する第１流体Ａが環状流となる内径を有する。このため、気液が均等に混合された流体がプレート間の流路において流動しやすくなる。よって、熱交換性能向上のみでなく、凍結防止といった信頼性の高い熱交換器を提供できる。
なお、Ｒ４１０Ａに関して述べたが、この冷媒に限らず従来使用されるフロン系冷媒に加え、ＨＣ系、自然系、Ｒ１２３４ｙｆといった低ＧＷＰ冷媒にも所定の管内径に調整することにより対応できる。また実施の形態１および実施の形態２で述べた構成と合わせて用いると、従管２２０の主管２１０への差込量ａ、流路側への寸法、内径、管周方向や並列方向の本数の調整により、詳細な各流路への流量調整が可能となる。よって、第１流体Ａの、より高い均一分配の効果が得られる。
実施の形態４．
図１１を参照して実施の形態４の整流分配器２０４を説明する。以上の実施の形態３の整流分配器２０３では、主管２１０が所定の管径（内径）を有する場合を説明した。実施の形態４の整流分配器２０４は、主管２１０や従管２２０の管内面に、長手方向の溝が形成された場合を説明する。
図１１は、実施の形態４における主管２１０と従管２２０との溝を示す図である。図１１の（ａ）は、実施の形態４の整流分配器２０４のＸ方向矢視（図８の（ａ）に相当）である。主管２１０は、内側表面に、長手方向に延びる複数の溝２１２が形成されている。図１１の（ｂ）は、従管２２０として使用する細管を示す図である。図１１の（ｃ）は、従管２２０として使用する扁平管を示す図である。これら従管２２０には、内側表面に、長手方向に延びる複数の溝２２２が形成されている。従管２２０は複数使用されるが、すべての従管２２０に溝２２２が形成されてもよいし、一部の従管２２０にのみ溝２２２が形成されてもよい。
整流分配器２００の主管２１０や従管２２０に溝を形成し、溝間による液の保持効果や溝のねじれによる遠心力増大により、第１流体Ａの環状流を形成しやすくする。これにより実施の形態３と同様の効果が得られる。実施の形態１および実施の形態２の構成と合わせて用いると、各流路への詳細な流量調整が可能となるため、より高い均一分配の効果が得られる。
実施の形態５．
以上の実施の形態４では、整流分配器２０４の主管２１０や従管２２０の管内面に溝を形成した場合を説明した。実施の形態５では、実施の形態１〜４の整流分配器２０１〜２０４のいずれかを備えたプレート式熱交換器１００を備え持つ、冷凍サイクル装置の実施の形態を説明する。
本実施の形態５では、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器（放熱器）が、冷媒配管によって順次連結された冷凍サイクル装置において、この冷凍サイクル装置は、凝縮器、蒸発器の少なくとも一方に、実施の形態１〜４のいずれかの整流分配器を備えたプレート式熱交換器を用いる。実施の形態５の冷凍サイクル装置によれば、熱交換性能にすぐれた信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。
実施の形態１〜４のいずれかの整流分配器を備えたプレート式熱交換器１００の活用例として、冷凍サイクル装置について述べた。しかし、プレート式熱交換器１００は、空調、発電、食品の加熱殺菌処理機器等、プレート式熱交換器を搭載した多くの産業、家庭用機器に利用可能である。プレート式熱交換器１００を搭載した空調機器によれば、消費電力量が抑えられ、またＣＯ２排出量も低減できる。また流体の圧力損失を低減できるため、炭化水素、低ＧＷＰ冷媒といった圧力損失の大きな流体の使用も可能である。
以上の実施の形態で述べたプレート式熱交換器１００は、整流分配器２０１〜２０４のいずれかを備えている。
（１）これにより、各流路における第１流体Ａと第２流体Ｂとの熱交換が一様に行われ、有効伝熱面積を無駄なく活かせる。このため、熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
（２）流路内に気相が偏ると凍結が発生するが、液流体の均一分配により凍結発生を抑制できるため、凍結による熱交換器破壊を防止できる。
（３）各プレート間への分配管が円管または略扁平管であり凸形状である。このため、各プレート間の流路入口へ流体を流出できる。よって、従管２２０（分配管）と流路との位置調整が容易であり、ロ付け等の製造においても、品質の安定した熱交換器を生産できる。
（４）プレート式熱交換器１００を搭載した空調機器によれば、消費電力量が抑えられ、ＣＯ２排出量も低減できる。よって安価で信頼性の高い冷凍サイクル装置や空調機器を提供できる。
１ 前側補強用サイドプレート、２ 前側伝熱プレート、３ 後側伝熱プレート、４ 後側補強用サイドプレート、５ 流出入管、７ 流出入管、６ 流入管、８ 流出管、９ 波形状、１０ 波形状、１１，１２，１３，１４ 孔、２１ 第１流路、２２ 第２流路、２３ 第１流体流れ方向、４１ 第１積層方向流路、１００ プレート式熱交換器、２０１，２０２，２０３，２０４ 整流分配器、２１０ 主管、２１１ 貫通孔、２１２ 溝、２２０ 従管、２２１ 貫通孔、２２２ 溝、２２３ 突出部、２２５ 抵抗体。
この発明のプレート式熱交換器は、
第１流体又は第２流体の流出入口となる孔が四隅に設けられた複数の矩形のプレートが積層され、各プレートの間に前記第１流体が流れる第１流路と、前記第２流体が流れる第２流路とが交互に形成されると共に、前記四隅における位置を同じくし積層方向に連続する複数の前記孔から形成される前記積層方向の前記第１流体の流路であって、それぞれの前記第１流路に前記第１流体が分岐する流路である第１積層方向流路が形成されたプレート式熱交換器において、
前記第１積層方向流路に長手方向が前記積層方向となるように差し込まれ、差し込み方向において手前側の端部から前記第１流体が流入する管であって、前記手前側の端部から前記長手方向へ向かう前記第１流体に対して抵抗となる複数の抵抗体が、前記手前側の端部から前記長手方向の他端部に向かって順次配置された主たる管である主管と、
前記主管の内部空間と連通し、それぞれの前記第１流路の位置で前記主管に配置された従たる管である複数の従管と、を備えた流体分配器を備え、
前記複数の抵抗体のそれぞれは、
前記第１積層方向流路における前記主管の差し込み方向に進むほど、前記主管の内径側の表面から前記主管の前記内部空間へ突き出す長さが短いことを特徴とする。
複数のプレートを並列に並べて、各プレートの孔１３に基づく流路Ｌ１〜Ｌｎで構成された第１積層方向流路４１に、整流分配器２０１が挿入されている。整流分配器２０１は、主となる主管２１０に、従となる複数の従管２２０（分配管）をプレート並列方向（積層方向Ｘ）に配置した成である。従管２２０は、細管（図５参照）や扁平管１８（図４参照）などを用いる。整流分配器２０１により、各プレート間の熱交換流路へ、第１流体Ａを均一に分散する。
図４は、従管２２０に、扁平管を用いた整流分配器２０１を示す図である。扁平管は、図１１（ｃ）に示すように、長手方向に略平行に形成された複数の貫通孔２２１を有する。 図５は、従管２２０に、中空円筒形状の細管を用いた整流分配器２０１を示す図である。
本実施の形態１の整流分配器２０１であれば、従管２２０が前記凸形状で形成されている。よって、プレート間で形成される流路とほぼ一致またはこの流路に第１流体Ａを重ねられる。このため、確実に各第１流路へ第１流体Ａを分配可能である。また、上述のように、整流分配器２０１の組み立て時における第１流路２１と、これに対応する従管２２０との位置合わせも容易である。
図８の（ｂ）は、図３の（ｂ）に対応する断面である。図８の（ａ）は、整流分配器２０２のＸ方向矢視である。主管２１０には、従管２２０のそれぞれの位置において、複数の従管２２０が、主管２１０の管周方向に差し込まれている。すなわち、図８の（ｂ）において、第１流路２１−１に対応する従管２２０の位置５１では、（ａ）に示すように、３つの従管２２０が主管２１０の管周方向に差し込まれている。第１流路２１−２に対応する従管２２０の位置５２では、位置５１と同様に、３つの従管２２０が差し込まれている。その他の位置５３〜５６でも同様である。図８の（ｂ）に示すように、複数の従管２２０は、それぞれの第１流路の位置で、複数個が主管２１０の略円周方向に配置されている。
このように、従管２２０を、主管２１０の管周方向に複数個挿し込むことにより、主管２１０を流れる第１流体Ａを主管２１０の管周方向に広げることが可能である。整流分配器２０２では従管２２０（分配管）を細管や扁平管で形成しているので、第１流体Ａの圧力損失や方向を調整しやすい。このことを図９を参照して説明する。例えば、図９では、第１流体Ａの経路Ｘ〜Ｚの長さが、
「Ｘ＞Ｚ＞Ｙ」
の順になっており、圧力損失もこの順に小さくなる。よって、この第１流路内には圧力分布が生じる。この場合に、従管２２０の寸法や内径、各位置（位置５１や位置５２等）における本数を変えることで圧力損失を調整できる。
整流分配器２０４の主管２１０や従管２２０に溝を形成し、溝間による液の保持効果や溝のねじれによる遠心力増大により、第１流体Ａの環状流を形成しやすくする。これにより実施の形態３と同様の効果が得られる。実施の形態１および実施の形態２の構成と合わせて用いると、各流路への詳細な流量調整が可能となるため、より高い均一分配の効果が得られる。

Claims (11)

  1. 第１流体又は第２流体の流出入口となる孔が四隅に設けられた複数の矩形のプレートが積層され、各プレートの間に前記第１流体が流れる第１流路と、前記第２流体が流れる第２流路とが交互に形成されると共に、前記四隅における位置を同じくし積層方向に連続する複数の前記孔から形成される前記積層方向の前記第１流体の流路であって、それぞれの前記第１流路に前記第１流体が分岐する流路である第１積層方向流路が形成されたプレート式熱交換器において、
    前記第１積層方向流路に長手方向が前記積層方向となるように差し込まれ、差し込み方向において手間側の端部から前記第１流体が流入する管であって、前記端部から前記長手方向へ向かう前記第１流体に対して抵抗となる複数の抵抗体が、前記端部側から前記長手方向に向かって順次配置された主たる管である主管と、
    前記主管の内部空間と連通し、それぞれの前記第１流路の位置で前記主管に配置された従たる管である複数の従管と
    を備えた流体分配器
    を備えたことを特徴とするプレート式熱交換器。
  2. 前記複数の従管のそれぞれは、
    一方の端部が前記主管に開けられた孔に差し込まれることで前記主管に配置されると共に、前記一方の端部が前記主管の内径側の表面から前記主管の内部空間に突出部として突き出し、
    前記複数の抵抗体のそれぞれは、
    前記従管の前記突出部が兼ねることを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。
  3. 前記複数の従管のそれぞれは、
    前記主管の内径側の表面から前記主管の前記内部空間へ突き出す前記突出部の長さが、不均一であることを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
  4. 前記複数の従管のそれぞれは、
    前記第１積層方向流路における前記主管の差し込み方向に進むほど、前記主管の内径側の表面から前記主管の前記内部空間へ突き出す前記突出部の長さが短いことを特徴とする請求項３記載のプレート式熱交換器。
  5. 前記複数の従管の少なくともいずれかは、
    少なくとも前記突出部が、
    前記主管の差し込み方向と、前記主管の差し込み方向と反対方向との２方向からつぶされた形状に相当する扁平形状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
  6. 少なくとも前記突出部が前記扁平形状に形成された前記従管は、
    長手方向に略平行に形成された複数の貫通孔を有する扁平管が使用されることを特徴とする請求項５記載のプレート式熱交換器。
  7. 前記主管は、
    それぞれの前記第１流路の位置で、複数の前記従管が前記主管の略周方向に配置されたことを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
  8. 前記主管は、
    所定の流量の前記第１流体が前記端部から流入すると共に、前記端部から入流する所定の流量の前記第１流体が環状流となる内径を有することを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
  9. 前記主管は、
    内径側表面に、長手方向に延びる複数の溝が形成されたことを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
  10. 前記複数の従管の少なくともいずれかは、
    内径側表面に、長手方向に延びる複数の溝が形成されたことを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
  11. 圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張機構と、第２の熱交換器とが配管で接続された冷凍サイクル装置において、
    前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器の少なくともいずれかとして、
    第１流体又は第２流体の流出入口となる孔が四隅に設けられた複数の矩形のプレートが積層され、各プレートの間に前記第１流体が流れる第１流路と、前記第２流体が流れる第２流路とが交互に形成されると共に、前記四隅における位置を同じくし積層方向に連続する複数の前記孔から形成される前記積層方向の前記第１流体の流路であって、それぞれの前記第１流路に前記第１流体が分岐する流路である第１積層方向流路が形成されたプレート式熱交換器において、
    前記第１積層方向流路に長手方向が前記積層方向となるように差し込まれ、差し込み方向において手間側の端部から前記第１流体が流入する管であって、前記端部から前記長手方向へ向かう前記第１流体に対して抵抗となる複数の抵抗体が、前記端部側から前記長手方向に向かって順次配置された主たる管である主管と、
    前記主管の内部空間と連通し、それぞれの前記第１流路の位置で前記主管に配置された従たる管である複数の従管と
    を備えた流体分配器
    を備えたことを特徴とするプレート式熱交換器。
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