WO2013183629A1 - プレート式熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

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伊東　大輔
岡崎　多佳志
相武 李
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三菱電機株式会社
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    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips

Definitions

  • the present invention relates to a plate heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus including the plate heat exchanger.
  • a plate heat exchanger In a plate heat exchanger, a plurality of heat transfer plates each having a plurality of rows of corrugated irregularities are stacked. As a conventional plate heat exchanger, the line connecting the tops of the corrugated peaks (or the bottom points of the valleys) of the heat transfer plate is arranged so as to intersect the adjacent heat transfer plate.
  • a helibone type has been proposed. Furthermore, an inner fin type heat exchanger has also been proposed in which the degree of freedom in designing the shape of the heat transfer plate is higher than that of the helibone type plate heat exchanger (see, for example, Patent Document 1).
  • Helicon type plate heat exchangers have the following problems.
  • the heat transfer plate since the heat transfer plate has a wave shape, it is difficult to form a leakage prevention function between the first fluid (for example, refrigerant) and the second fluid (for example, water). Since the hot water produced by the plate heat exchanger mounted on the water heater is used for bath water, it is necessary to prevent the refrigerant from leaking into this water. For this reason, if there is no leakage prevention function, combustible refrigerants such as CO2, hydrocarbons, and low GWP refrigerants that are high-pressure refrigerants cannot be used in the water heater.
  • combustible refrigerants such as CO2, hydrocarbons, and low GWP refrigerants that are high-pressure refrigerants cannot be used in the water heater.
  • the cross-sectional areas of the flow paths are substantially equal, when different fluids are flowed, the thermal resistance ratios of both are not equal, and the heat exchange efficiency is poor. Furthermore, the joint between adjacent plates is formed by wave point contact, and the joint area is small and easily broken.
  • the inner fin type heat exchanger as in Patent Document 1 has the following problems.
  • the inner fin type heat exchanger is difficult to use in a water heater because it has no leakage prevention function.
  • the shape of the inner fin is the same for the first flow path and the second flow path, and is not the optimum shape according to the flowing fluid, so the heat exchange efficiency is poor.
  • the inner fin has a specification that matches the required strength of one of the fluids, and the other fluid side is an inner fin having an excessive bonding area, which increases the cost.
  • Patent Document 2 discloses a first flow path plate and a second flow path plate each including a flow path within the thickness of the plate, and these flow path plates.
  • a structure provided with a partition plate for partitioning is disclosed.
  • the partition plate is a simple plate-like member and cannot be used for an embodiment using an inner fin.
  • Patent Document 3 As a heat exchanger provided with a corrosion prevention means, there is one disclosed in Patent Document 3.
  • the sub-plate which is a corrosion prevention means disclosed in Patent Document 3
  • Patent Document 3 since Patent Document 3 is a heat exchanger between a fluid flowing through a circular tube and a fluid flowing between fins, heat is exchanged only at the contact surface between the circular tube and the core plate. Heat exchange efficiency is low compared to exchangers.
  • JP 2003-185375 A page 5, FIG. 1
  • JP 2008-157544 A page 7, FIG. 2
  • JP 2009-133506 A page 12, FIG. 4
  • the present invention has been made in view of the above, and can improve the long-term reliability of the device by preventing fluid leakage while improving the heat exchange efficiency and being simple in structure and capable of being manufactured at low cost. It aims at providing a plate type heat exchanger.
  • the present invention has a plurality of heat transfer plates each having a flat heat transfer surface, and a first flow path and a second flow path are alternately formed between the pair of heat transfer plates.
  • a plate type heat exchanger provided with a plurality of inner fins disposed in the corresponding first flow path or second flow path, the inner fins disposed in the first flow path, The inner fin disposed in the second flow path is provided so as to have a different heat transfer area, and at least the first fluid or the second fluid flows between the pair of heat transfer plates.
  • a leakage prevention plate having holes formed therein is arranged.
  • the present invention it is possible to improve the long-term reliability of the apparatus by preventing fluid leakage while improving the heat exchange efficiency and having a simple structure and being inexpensively manufactured.
  • Embodiment 1 of this invention It is a disassembled perspective view which shows the offset fin type plate type heat exchanger in Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view of an inner fin. It is a perspective view which shows the inner fin in a 1st flow path, and the inner fin in a 2nd flow path from diagonally upward. It is a top view which shows the inner fin in a 1st flow path, and the inner fin in a 2nd flow path. It is a figure explaining the characteristic regarding Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an offset fin type plate heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the inner fin.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the inner fins in the first flow path and the inner fins in the second flow path obliquely from above, and
  • FIG. 4 shows the inner fins in the first flow path and the second flow paths. It is a top view which shows the inner fin.
  • the plate heat exchanger 1 includes at least a pair of side plates 3, a plurality of heat transfer plates 5 and leakage prevention plates 7 disposed between the side plates 3, and at least a pair of inner fins 9. ing.
  • the pair of side plates 3 plays a role of reinforcement, and has four inlets 11, a first fluid outlet 13, a second fluid inlet 15, and a second fluid outlet 17 at each of the four corners.
  • a passage hole is provided.
  • the first fluid inlet 11 is disposed at the upper corner of the left and right sides
  • the first fluid outlet 13 is disposed at the lower corner
  • the second fluid outlet is disposed at the lower corner of the left and right sides.
  • An inlet 15 is arranged, and an outlet 17 for the second fluid is arranged in the upper corner.
  • the flow direction of the first fluid is indicated by a symbol X
  • the flow direction of the second fluid is indicated by a symbol Y.
  • the heat transfer plate 5 is provided with a first fluid forward passage hole 11c, a first fluid return passage hole 13c, a second fluid forward passage hole 15c, and a second fluid return passage hole 17c as passage holes.
  • the leakage prevention plate 7 is provided with a first fluid forward passage hole 11d, a first fluid return passage hole 13d, a second fluid forward passage hole 15d, and a second fluid return passage hole 17d as passage holes.
  • Both the heat transfer plate 5 and the leakage prevention plate 7 are formed by processing a plate-like member having a substantially uniform thickness so that irregularities are formed by pressing or the like.
  • Each of the heat transfer plates 5 is a member having a flat heat transfer surface that forms the corresponding first flow path or second flow path.
  • Each of the heat transfer plates 5 is formed with a concave portion 5a and a convex portion 5b as a relative relationship.
  • the recess 5a includes the first fluid forward path hole 11c, the first fluid return path hole 13c, and Between these, the wide area which faces the inner fin 9 is occupied, and the convex part 5b occupies the peripheral part of the 2nd fluid outward path hole 15c and the 2nd fluid return path hole 17c.
  • the recess 5a includes the second fluid forward hole 15c, the second fluid return hole 17c, and the inner fin between them.
  • the convex portion 5b occupies a peripheral portion of the first fluid forward passage hole 11c and the first fluid return passage hole 13c.
  • Each of the leakage prevention plates 7 is a member disposed on the back side which is the back side of the flow path forming surface of the corresponding heat transfer plate 5.
  • each of the leakage prevention plates 7 has a flat portion in a region where it meets the heat transfer surface of the heat transfer plate 5, and has a concave portion 7 a and a convex portion 7 b as a relative relationship.
  • each of the leakage prevention plates 7 has a surface having the same concavo-convex shape as the flow path forming surface side that is the surface of the corresponding heat transfer plate 5, and the back surface of the corresponding heat transfer plate 5. Is laminated.
  • the corresponding heat transfer plate 5 and the leakage prevention plate 7 are closely aligned so that the back surface of the heat transfer plate 5 is flush with the surface of the leakage prevention plate 7. In this way, the heat transfer plate 5 and the leakage prevention plate 7 are in surface contact with each other almost entirely, and the heat transfer plate 5 and the leakage prevention plate 7 are held together over a wide area.
  • the inner fins 9 are offset fins for promoting heat transfer disposed between the corresponding heat transfer plate 5 and the leakage prevention plate 7.
  • Each of the inner fins 9 has a substantially plate-like shape in which the width direction and the height direction are larger than the thickness direction, and as shown in FIG. Includes a structure extending so as to be repeated. Further, the end portions (top portion and bottom portion) of these irregularities are formed flat, and the inner fin 9 also makes surface contact with the corresponding heat transfer plate 5 and leakage prevention plate 7 at the flat end portion.
  • the inner fin 9 disposed in the first flow path and the inner fin 9 disposed in the second flow path have different heat transfer areas. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the inner fin 9 (9a) disposed in the first flow path and the inner fin 9 (9b) disposed in the second flow path are dimensioned. Are different from each other.
  • positioned at a 2nd flow path is comprised by the unevenness
  • the inner fin 9 in FIG. 1 has drawn the inner fin arrange
  • Each of the heat transfer plates 5 is brazed with the corresponding leakage prevention plate 7, and further, the corresponding heat transfer plate 5 and the leakage prevention plate 7 stacked so as to sandwich the corresponding inner fin 9 are brazed.
  • the leakage prevention plate is provided on the back surface of the heat transfer plate, for example, heat transfer forming a first flow path through which the first fluid flows. Even if the plate is damaged by corrosion, the first fluid is prevented from leaking into the second flow path due to the presence of the leakage prevention plate behind the plate and the presence of the brazing material between the heat transfer plate and the leakage prevention plate. be able to. Further, the presence of the brazing material can be expected to further suppress the progress of corrosion. Therefore, it is possible to improve the long-term reliability of the heat exchanger by preventing fluid leakage. Moreover, since the air layer is not included unlike the double wall structure in the helibone type plate heat exchanger, the amount of heat exchange is not reduced, and the use fluid can be expanded and the heat exchange performance can be improved.
  • the leakage prevention plate having a substantially flat shape is simply sandwiched between a pair of heat transfer plates having a substantially flat shape.
  • the heat exchanger can be manufactured at low cost without complicating the manufacture.
  • the heat transfer plate, the leakage prevention plate, and the inner fin are in surface contact with each other on the flat surfaces, the heat transfer plate, the leakage prevention plate, and the inner fin are pressed against each other and the surface contact mode as a whole. Is easy to maintain.
  • the thermal resistance ratio of refrigerant and water can be made equal.
  • the heat resistance ratio between the first fluid and the second fluid can be adjusted according to the physical properties of the flowing fluid, a heat exchanger with high heat exchange efficiency can be provided.
  • the leakage prevention plate is formed with a passage hole serving as a fluid inlet / outlet in a direction perpendicular to the flat heat transfer surface, thereby laminating a plurality of plates and using inner fins for both the water side and refrigerant side flow paths. Applicable to embodiments. Furthermore, since the leakage prevention plate has a passage hole serving as a fluid inlet / outlet in a direction perpendicular to the flat heat transfer surface, there is no need to form a distribution structure separately from the plate, and the flow path is formed thinly by stacking the plates. Combined with the effect, the heat exchanger can be made more compact.
  • the leakage prevention plate has a passage hole serving as a fluid inlet / outlet in a direction perpendicular to the flat heat transfer surface, the passage hole is formed when the first fluid and the second fluid are different from each other as described above. Can be produced in accordance with the characteristics of the fluid.
  • the hole diameter on the steam side is increased to reduce the increase in pressure loss, while the liquid pipe side is reduced in diameter to reduce heat.
  • the heat exchanger can be used efficiently in the two-phase region of steam and liquid with good heat transfer.
  • the heat exchanger has a structure in which a plurality of plates such as 100 or 200 are stacked and has a large number of flow paths
  • the distribution to each flow path is possible by adjusting the diameter of the passage holes.
  • the hole diameter can be adjusted without cost because it can be easily manufactured by a press.
  • the hole diameter can be easily adjusted, by reducing the hole diameter, the flow velocity of the fluid is increased, so that a large amount of fluid flows from the fluid inflow pipe to the flow path on the back side, or the hole diameter is increased. It is possible to easily realize that a large amount of fluid flows through the flow path close to the inflow pipe. Moreover, since the flow velocity can be reduced by increasing the hole diameter, corrosion (erosion) due to the flow velocity in the passage hole can be suppressed.
  • each of the first flow path and the second flow path is adjacent to the inner fin.
  • the temperature efficiency becomes higher than the configuration of Patent Document 2 described above.
  • the hole diameter of the passage hole can be increased, thereby suppressing the increase in pressure loss in the passage hole and the corrosion due to the increase in fluid speed. it can.
  • the inner fin and the flat heat transfer surface of the corresponding plate are joined face to face. Therefore, when the first fluid is a high pressure fluid and the second fluid is a low pressure fluid, an inner fin having a large contact area with the plate is provided in the first flow path through which the first fluid flows.
  • an inner fin with a small contact area with the plate in the second flow path it is possible to obtain a heat exchanger that can obtain sufficient strength required for each part, and can ensure strength without waste as a whole. it can.
  • the first embodiment it is possible to maintain good heat exchange efficiency by maintaining the same heat resistance ratio between the two fluids to be heat exchanged, and the structure is simple. Although it can be manufactured at low cost, the long-term reliability of the apparatus can be improved by preventing fluid leakage. Therefore, it is possible to use natural refrigerants such as CO2, flammable hydrocarbons, and low GWP refrigerants that could not be used because they have no refrigerant leakage prevention function. In addition, since the selection range of the fluid to be used increases, it is possible to select a refrigerant having a large latent heat, and it is possible to improve the heat exchange performance.
  • natural refrigerants such as CO2, flammable hydrocarbons, and low GWP refrigerants that could not be used because they have no refrigerant leakage prevention function.
  • the selection range of the fluid to be used increases, it is possible to select a refrigerant having a large latent heat, and it is possible to improve the heat exchange performance.
  • FIG. 5 the plate-type heat exchanger which concerns on Embodiment 2 of this invention is demonstrated.
  • the leakage prevention plate 7 that covers the entire heat transfer plate 5 is used.
  • the first fluid is used.
  • the leakage prevention plate 107 that covers only the area where the second fluid and the second fluid are adjacent to each other is used. That is, as the form of the leakage prevention plate 107, for example, as shown in FIG. 5B, the peripheral part (convex part 7b) of the first fluid forward passage hole 11d in the leakage prevention plate 7 of the first embodiment is used.
  • the form which was excised can be mentioned. Thereby, the material usage-amount of a leakage prevention plate can be reduced, and a heat exchanger can be manufactured cheaply.
  • Embodiment 3 As a third embodiment of the present invention, a mode in which the leakage prevention plates 7 and 107 are formed of a clad material will be described.
  • the leakage prevention plate is formed of a clad material, production efficiency can be improved.
  • the brazing material is sandwiched by itself in the manufacturing process, the brazing material may be displaced from the proper arrangement, resulting in poor bonding.
  • the production rate decreases.
  • brazing defects can be improved and the processing cost of the heat exchanger can be reduced.
  • Embodiment 4 FIG. As Embodiment 4 of the present invention, an embodiment in which a heat transfer plate, an inner fin, and a leakage prevention plate are integrated by brazing will be described.
  • a heat transfer plate, an inner fin, and a leakage prevention plate are integrated by brazing.
  • the adhesion of each part is improved, and a decrease in the heat transfer coefficient can be suppressed while assuming the presence of a leakage prevention plate.
  • a brazing material having a high thermal conductivity such as copper
  • the effect of suppressing a decrease in heat transfer coefficient is great. Since brazing provides good adhesion between components, the bonding strength is increased and a stable heat exchanger can be manufactured.
  • FIG. 5 of the present invention an aspect in which the thicknesses of the heat transfer plate and the leakage prevention plate are set to different dimensions will be described.
  • Making the leakage prevention plate thicker than the heat transfer plate is effective for the progress of corrosion and the strength improvement of the heat exchanger.
  • the plate thickness of the leakage prevention plate is made smaller than that of the heat transfer plate, the heat resistance of the leakage prevention plate can be reduced, so that the deterioration of the heat exchange performance can be suppressed and the material cost can be reduced.
  • the thickness of the leakage prevention plate may be selected according to desired conditions.
  • Embodiment 6 FIG.
  • a refrigeration cycle apparatus equipped with the plate heat exchanger according to any of the first to fifth embodiments described above will be given.
  • the compressor, the condenser (including the gas cooler), the expansion valve, and the evaporator are sequentially connected by the refrigerant pipe in the sixth embodiment, either or both of the condenser and the evaporator are The plate heat exchanger according to any one of Embodiments 1 to 5 is used.
  • a highly reliable refrigeration cycle apparatus can be obtained.
  • leakage prevention plate is exemplified as a single sheet, a plurality of leakage prevention plates may be stacked or formed of different materials.
  • material for the heat exchanger components metals such as stainless steel, copper, aluminum, and titanium, and synthetic resins can also be used.
  • the present invention can be used for many industrial and household equipment equipped with a plate heat exchanger, such as air conditioning, power generation, and food sterilization equipment.

Abstract

　熱交換効率を良好にしつつ、構造が簡単で安価に製造可能でありながら流体の漏洩防止による装置の長期信頼性を向上することができる熱交換器１であって、複数の伝熱プレート５と、複数のインナーフィン９と、複数の漏洩防止プレート７とを備え、漏洩防止プレートには、流体を流通させる通路孔が設けられており、第１流路のインナーフィンと第２流路のインナーフィンとは、二流体の熱抵抗比率を同等にするように設けられている。

Description

プレート式熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置
　本発明は、プレート式熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
　プレート式熱交換器においては、波形の凹凸が複数列形成された伝熱プレートが複数積層されている。従来のプレート式熱交換器としては、伝熱プレートの波形の山の頂点（又は谷の底の点）を結んだ線は、隣接する伝熱プレートに対して交差するように配置されている、ヘリボーン型が提案されている。さらに、ヘリボーン型のプレート式熱交換器よりも、伝熱プレートの形状設計に自由度を持たせたインナーフィン型の熱交換器も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　ヘリボーン型のプレート式熱交換器には、次のような問題がある。ヘリボーン型のプレート式熱交換器は、伝熱プレートが波形状のため第１流体（例えば冷媒）と第２流体（例えば水）との間に漏洩防止機能の形成が難しい。給湯器に搭載したプレート式熱交換器で作られた温水は、風呂水に使用されるため、この水に冷媒が漏洩しないようにする必要がある。このため漏洩防止機能が無ければ、高圧冷媒であるＣＯ２や炭化水素、低ＧＷＰ冷媒といった可燃性冷媒は給湯器に使用できない。また、流路断面積が略同等であるため、異なる流体を流す場合、両者の熱抵抗比率が同等でないこととなり、熱交換効率が悪い。さらに、隣り合うプレートの接合部は波の点接触で形成され、接合面積が小さく壊れ易い。
　また、特許文献１のようなインナーフィン型の熱交換器にも次のような問題がある。まず、インナーフィン型の熱交換器は、漏洩防止機能がないため、給湯器に用いることは難しい。インナーフィンの形状は、第１流路及び第２流路に関して同一であり、流れる流体に応じた最適形状でないため、熱交換効率が悪い。また、インナーフィンは、一方の流体の必要強度に合わせた仕様になり、他方の流体側は、過度の接合面積を持つインナーフィンとなるため、コストが高くなる。
　なお、その他の従来の熱交換器として、例えば、特許文献２には、それぞれ板の肉厚内に流路を含む第１の流路板及び第２の流路板と、それら流路板を仕切る仕切板とを供えた構造が開示されている。しかしながら、かかる特許文献２のような構造では、仕切板は単なる板状部材であり、インナーフィンを用いる態様には利用できない。
　また、腐食防止手段を備えた熱交換器としては、特許文献３に開示されたものがある。しかしながら、特許文献３に開示された腐食防止手段であるサブプレートは、平面状であり、円管とフラットな面との仕切りのみに使われており、複数のプレートを積層する態様には利用できない。また、特許文献３は、円管を流れる流体とフィン間を流れる流体との熱交換器であるため、円管とコアプレートの接触面のみで熱交換されるため、インナーフィンを複数積層する熱交換器に比べ熱交換効率が低い。
特開２００３－１８５３７５号公報（５頁、図１） 特開２００８－１５７５４４号公報（７頁、図２） 特開２００９－１３３５０６号公報（１２頁、図４）
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、熱交換効率を良好にしつつ、構造が簡単で安価に製造可能でありながら流体の漏洩防止による装置の長期信頼性を向上することができる、プレート式熱交換器を提供することを目的とする。
　上述した目的を達成するため、本発明は、それぞれフラットな伝熱面を有する複数の伝熱プレートと、一対の前記伝熱プレートの間毎に第１流路及び第２流路が交互に形成され、それぞれが対応する前記第１流路又は第２流路に配置された複数のインナーフィンとを備えたプレート式熱交換器において、前記第１流路に配置された前記インナーフィンと、前記第２流路に配置された前記インナーフィンとは、伝熱面積が異なるように設けられており、一対の前記伝熱プレートの間には、少なくとも前記第１流体又は第２流体を流通させる通路孔が形成された漏洩防止プレートが配置されている。
　本発明によれば、熱交換効率を良好にし、且つ、構造が簡単で安価に製造可能でありながら流体の漏洩防止による装置の長期信頼性を向上することができる。
本発明の実施の形態１におけるオフセットフィン型プレート式熱交換器を示す分解斜視図である。 インナーフィンの斜視図である。 第１流路内のインナーフィンと第２流路内のインナーフィンとを斜め上方から示す斜視図である。 第１流路内のインナーフィンと第２流路内のインナーフィンとを示す平面図である。 本発明の実施の形態２に関する特徴を説明する図である。
　以下、本発明に係るオフセットフィン型プレート式熱交換器の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１におけるオフセットフィン型プレート式熱交換器を示す分解斜視図である。また、図２は、インナーフィンの斜視図である。図３は、第１流路内のインナーフィンと第２流路内のインナーフィンとを斜め上方から示す斜視図であり、図４は、第１流路内のインナーフィンと第２流路内のインナーフィンとを示す平面図である。プレート式熱交換器１は、少なくとも一対のサイドプレート３と、それらサイドプレート３の間に配置されたそれぞれ複数枚の伝熱プレート５及び漏洩防止プレート７と、少なくとも一対のインナーフィン９とを備えている。
　一対のサイドプレート３は、補強の役割を果たしており、それぞれの四隅に、第１流体の入口１１、第１流体の出口１３、第２流体の入口１５、第２流体の出口１７となる四つの通路孔が設けられている。なお、図示例では、図１においてみて、左右一方側の上隅に第１流体の入口１１が配置され、下隅に第１流体の出口１３が配置され、左右他方側の下隅に第２流体の入口１５が配置され、上隅に第２流体の出口１７が配置されている。なお、図１においては、第１流体の流れ方向を符号Ｘで、第２流体の流れ方向を符号Ｙで示している。
　伝熱プレート５及び漏洩防止プレート７のそれぞれの四隅には、通路孔としての貫通孔が形成されている。具体的には、伝熱プレート５には、通路孔として、第１流体往路孔１１ｃ、第１流体復路孔１３ｃ、第２流体往路孔１５ｃ及び第２流体復路孔１７ｃが設けられている。同様に、漏洩防止プレート７には、通路孔として、第１流体往路孔１１ｄ、第１流体復路孔１３ｄ、第２流体往路孔１５ｄ及び第２流体復路孔１７ｄが設けられている。
　伝熱プレート５も漏洩防止プレート７も肉厚がほぼ均一な板状の部材を、プレス等により、凹凸が形成されるように加工されたものである。伝熱プレート５はそれぞれ、対応する第１流路または第２流路を形成するフラットな伝熱面を有している部材である。伝熱プレート５のそれぞれには、相対的な関係としての凹部５ａ及び凸部５ｂが形成されている。
　図１に示されるように、符号Ｘで示す第１流体が通る第１流路を構成する伝熱プレート５であれば、凹部５ａは、第１流体往路孔１１ｃ、第１流体復路孔１３ｃ及びそれらの間でインナーフィン９と対面する広範な領域を占めており、凸部５ｂは、第２流体往路孔１５ｃ及び第２流体復路孔１７ｃの周囲部分を占めている。また、符号Ｙで示す第２流体が通る第２流路を構成する伝熱プレート５であれば、凹部５ａは、第２流体往路孔１５ｃ、第２流体復路孔１７ｃ及びそれらの間でインナーフィン９と対面する広範な領域を占めており、凸部５ｂは、第１流体往路孔１１ｃ及び第１流体復路孔１３ｃの周囲部分を占めている。
　漏洩防止プレート７はそれぞれ、対応する伝熱プレート５の流路形成面の裏側となる背面に配置される部材である。また、漏洩防止プレート７はそれぞれ、伝熱プレート５の伝熱面と合わさる領域にフラットな部分を有すると共に、相対的な関係としての凹部７ａ及び凸部７ｂを有している。図１に示されるように、漏洩防止プレート７はそれぞれ、対応する伝熱プレート５の表面である流路形成面側と同じ態様の凹凸態様を有する面が、その対応する伝熱プレート５の裏面に積層される。よって、対応する伝熱プレート５と漏洩防止プレート７とは、伝熱プレート５の裏面が漏洩防止プレート７の表面と凹凸が一致するようにしてぴったり合わせられる。このように、伝熱プレート５と漏洩防止プレート７とはほぼ全体にわたって面接触し、伝熱プレート５及び漏洩防止プレート７が相互に広範な面積で抑え合う。
　インナーフィン９は、対応する伝熱プレート５及び漏洩防止プレート７の間に配置された伝熱を促進するためのオフセットフィンである。インナーフィン９はそれぞれ、幅方向及び高さ方向が厚み方向に比べて大きい概ねプレート状の形態であり、図２に示されるように、薄肉要素が幅方向に渡ってほぼ直角で構成される凹凸が繰り返されているように延びる構造を含む。また、これらの凹凸の端部（頂部及び底部）はフラットに形成されており、インナーフィン９もまた、対応する伝熱プレート５や漏洩防止プレート７に対し、フラットな端部で面接触する。
　また、第１流路に配置されるインナーフィン９と、第２流路に配置されるインナーフィン９とは、伝熱面積が異なる。具体的には、図３及び図４に示されるように、第１流路に配置されるインナーフィン９（９ａ）と、第２流路に配置されるインナーフィン９（９ｂ）とは、寸法が相互に異なるものが用いられている。図示例では、第２流路に配置されるインナーフィン９（９ｂ）が、第１流路に配置されるインナーフィン９（９ａ）よりも細かい凹凸で構成されている。なお、図１におけるインナーフィン９は、図示の明瞭性を優先し、第１流路に配置されるインナーフィンと第２流路に配置されるインナーフィンとを同様に描いている。
　伝熱プレート５はそれぞれ、対応する漏洩防止プレート７とロウ付けされ、さらに、対応するインナーフィン９を挟むように積層される対応する伝熱プレート５と漏洩防止プレート７とがロウ付けされる。
　図１に例示されるように、サイドプレート３、漏洩防止プレート７、第１流路用のインナーフィン９、第１流路用の伝熱プレート５、第１流路用の伝熱プレート５とぴったり合わさる漏洩防止プレート７、第２流路用のインナーフィン９、第２流路用の伝熱プレート５、第２流路用の伝熱プレート５とぴったり合わさる漏洩防止プレート７、第１流路用のインナーフィン９等、以降、必要に応じた積層要素が繰り返されるように配置・積層され、最後に、サイドプレート３が積層された積層構造が得られている。
　以上に説明した本実施の形態１に係るプレート式熱交換器によれば、次のような利点が得られている。まず、本実施の形態に係るプレート式熱交換器では、伝熱プレートの裏面に漏洩防止プレートが設けられているため、例えば、第１流体が流通する第１流路を形成している伝熱プレートが腐食により破損したとしても、その背後の漏洩防止プレートの存在や、伝熱プレート及び漏洩防止プレートの間にあるロウ材の存在により、第１流体が第２流路へ漏洩することを防ぐことができる。また、ロウ材の存在により、さらなる腐食の進行の抑制も期待できる。よって、流体の漏洩防止による熱交換器の長期信頼性を向上させることができる。また、ヘリボーン型プレート式熱交換器にあるダブルウォール構造のように空気層を含まないため、熱交換量の低下が少なく、使用流体の拡大とこれに伴う熱交換性能向上を図ることもできる。
　しかも、このように腐食した伝熱プレートを漏洩防止プレートが保護する作用を得るにあたっては、ほぼフラットな形状の漏洩防止プレートを、一対のほぼフラットな形状の伝熱プレート間に挟み込むだけであるため、熱交換器の製造を複雑にすることはなく、安価に製造できる。さらに、伝熱プレート、漏洩防止プレート及びインナーフィンは、相互にフラットな面の部分同士で面接触するため、これら伝熱プレート、漏洩防止プレート及びインナーフィンが相互に抑え合い全体としての面接触態様が維持しやすい。
　また、ヘリボーン型プレート熱交換器に用いられるダブルウォール構造のような空気層を含まないため、熱伝達率の低下による熱交換量の低下も少ない。ヘリボーン型プレート熱交換器は、第１流体と第２流体との流路断面積が略同一であるため、水と冷媒の熱交換の場合、水側に比べ冷媒側の熱抵抗が大きくなり熱交換効率が悪い。
　一方、本実施の形態１では、異なる寸法のインナーフィンを用いるため、圧力損失の影響の大きい冷媒側は熱伝達の良い細かい寸法のフィンを用い、水側には熱伝達は悪いが圧力損失の小さいフィンを用いることにより、冷媒と水の熱抵抗比率を同等にできる。このように、流れる流体の物性に応じて第１流体と第２流体との熱抵抗比率を調整できるため、熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
　漏洩防止プレートは、フラットな伝熱面と垂直な方向に流体の出入口となる通路孔を形成することで、複数のプレートを積層し水側と冷媒側との両方の流路にインナーフィンを用いる態様に適用可能である。さらに、漏洩防止プレートは、フラットな伝熱面と垂直な方向に流体の出入口となる通路孔を有するので、分配構造をプレートと別に形成する必要が無く、流路をプレートの積層で薄く形成した効果と合わせて熱交換器をよりコンパクトに作製できる。また、漏洩防止プレートは、フラットな伝熱面と垂直な方向に流体の出入口となる通路孔を有するので、上述したように第１流体と第２流体とで流体の種類が異なる場合、通路孔の径を流体の特性に合わせて作製できる。
　孔径を小さくすると、通路孔での流速を上げることが可能であり、凝縮器として使用する場合、蒸気側の孔径を大きくして圧力損失の増加を低減し、液管側は孔径を小さくし熱交換器からの液はけを良くすることにより、熱交換器を熱伝達の良い蒸気と液の二相域で効率良く使用できる。
　また、熱交換器が、１００枚や２００枚といった複数のプレートを積層し多くの流路を持つ構造の場合、通路孔の径の調整により各流路への等分配が可能となるが、漏洩防止プレートと伝熱プレートとで通路孔を確保する本実施の形態であれば、プレスで容易に作製できるため、コストをかけずに孔径の調整が可能である。
　また、孔径の調整が簡単に行える利点として、孔径を小さくすることで、流体の流速を上げ、流体の流入管から奥側の流路へ流体を多く流すようにしたり、孔径を大きくすることで、流入管に近い流路へ流体を多く流したりすることを簡単に実現できる。また、孔径を大きくすると流速を小さくできるため、通路孔での流速による腐食（エロージョン）を抑制できる。
　また、第１流路及び第２流路を交互に積層しそれらの流路の間にインナーフィンを挿入しているため、第１流路及び第２流路のそれぞれがインナーフィンと隣り合う面が、前述した特許文献２の構成よりも多くなり、温度効率が高くなる利点がある。
　通路孔は、材料の伸び率と関係無くプレス時の金型の径のみで決まるため、通路孔の穴径を大きくできることから、通路孔における圧損増大の抑制や流体の高速化に伴う腐食を抑制できる。
　インナーフィンと対応するプレートのフラットな伝熱面とは面同士で接合されている。このため、第１流体が圧力の高い流体で第２流体が圧力の低い流体である場合、第１流体の流れる第１流路にはプレートとの接触面積が大きいインナーフィンを、第２流体の流れる第２流路にはプレートとの接触面積が小さいインナーフィンを用いることにより、各部毎に必要な十分な強度が得られ、全体で無駄のない強度確保が実現できる熱交換器を得ることができる。
　以上に説明したように、本実施の形態１によれば、熱交換する二流体間で熱抵抗比率を同等に保つことで熱交換効率を良好に保つことができ、尚且つ、構造が簡単で安価に製造可能でありながら流体の漏洩防止による装置の長期信頼性を向上することができる。よって、これまで、冷媒漏洩防止機能が無いために使用できなかったＣＯ２等の自然冷媒や可燃性の炭化水素、低ＧＷＰ冷媒の使用が可能となる。また、使用流体の選定範囲が増えるため、潜熱の大きい冷媒の選定が可能となり、熱交換性能の向上も可能である。
　実施の形態２．
　次に、図５に基づいて、本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器について説明する。上記実施の形態１では、図５の（ａ）に示されるように、伝熱プレート５の全体を覆うような漏洩防止プレート７を用いていたが、本実施の形態２においては、第１流体と第２流体とが隣り合わせになる領域だけをカバーする漏洩防止プレート１０７を用いる。すなわち、漏洩防止プレート１０７の形態としては、例えば、図５の（ｂ）に示されるように、実施の形態１の漏洩防止プレート７における第１流体往路孔１１ｄの周辺部（凸部７ｂ）を切除したような形態を挙げることができる。これにより、漏洩防止プレートの材料使用量を低減でき、熱交換器を安価に製造可能である。
　実施の形態３．
　本発明の実施の形態３として、漏洩防止プレート７，１０７をクラッド材で形成した態様を挙げる。このように漏洩防止プレートをクラッド材で形成すれば、生産効率を向上させることができる。製造工程でロウ材を単体で挟み込むと、ロウ材が適正な配置からずれることがあり接合不良の原因となる。熱交換器を組む場合に積層部材が増えると、生産速度が減少する。しかし、漏洩防止プレートのクラッド化により、これらの課題を改善できるため、ロウ付け不良改善と熱交換器の加工費低減ができる。
　実施の形態４．
　本発明の実施の形態４として、伝熱プレート、インナーフィン、漏洩防止プレートをロウ付けにより一体化した態様を挙げる。構成部品をロウ付け接合することにより、各部品の密着が改善し、漏洩防止プレートの存在を前提としながらも熱伝達率の低下を抑制できる。特に銅等の熱伝導率の高いロウ材を用いると、熱伝達率低下の抑制効果が大きい。ロウ付けは各部品の密着が良いため、接合強度が高まり安定した熱交換器の製造が可能となる。
　実施の形態５．
　本発明の実施の形態５として、伝熱プレートと漏洩防止プレートとの板厚を異寸法にした態様を挙げる。漏洩防止プレートの板厚を伝熱プレートよりも大きくすると、熱交換器の腐食の進行や強度向上に有効である。漏洩防止プレートの板厚を伝熱プレートよりも小さくすると、漏洩防止プレートの熱抵抗を低減できるため、熱交換性能の低下を抑制でき、材料費も低減できる。このように漏洩防止プレートの板厚は所望の条件に合わせて選定するとよい。
　実施の形態６．
　本発明の実施の形態６として、上述した実施の形態１～５の何れかのプレート式熱交換器を搭載した冷凍サイクル装置を挙げる。本実施の形態６は、圧縮機、凝縮器（ガスクーラー含む）、膨張弁及び蒸発器が、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、凝縮器及び蒸発器の両者又は何れか一方に、実施の形態１～５の何れかのプレート式熱交換器を用いたものである。本実施の形態６によれば信頼性の高い冷凍サイクル装置を得ることができる。
　以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
　例えば、漏洩防止プレートは、１枚の場合を例としたが複数枚重ねたり、異なる材料で形成しても良い。熱交換器の構成部品の材料は、ステンレス、銅、アルミ、チタン等の金属や合成樹脂も使用可能である。
　また、本発明の活用例としては、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。
　１　プレート式熱交換器、５　伝熱プレート、７　漏洩防止プレート、９　インナーフィン。

Claims (7)

  1. 　それぞれフラットな伝熱面を有する複数の伝熱プレートと、
    　一対の前記伝熱プレートの間毎に第１流路及び第２流路が交互に形成され、それぞれが対応する前記第１流路又は第２流路に配置された複数のインナーフィンとを備えたプレート式熱交換器において、
    　前記第１流路に配置された前記インナーフィンと、前記第２流路に配置された前記インナーフィンとは、伝熱面積が異なるように設けられており、
    　一対の前記伝熱プレートの間には、少なくとも第１流体又は第２流体を流通させる通路孔が形成された漏洩防止プレートが配置されている、
    プレート式熱交換器。
  2. 　前記漏洩防止プレートはそれぞれ、前記伝熱プレートの伝熱面と合わさる領域にフラットな部分を有し、前記伝熱プレート及び前記漏洩防止プレートは相互に面接触して抑え合う、
    請求項１のプレート式熱交換器。
  3. 　前記インナーフィンは、凹凸が繰り返されている構造を含んでおり、前記凹凸の端部はフラットに形成されており、該インナーフィンは、対応する伝熱プレート及び漏洩防止プレートに対し、フラットな前記端部で面接触している、
    請求項２のプレート式熱交換器。
  4. 　前記漏洩防止プレートはそれぞれ、前記第１流体と前記第２流体とが隣り合わせになる領域だけをカバーするように構成されている、
    請求項１～３の何れか一項のプレート式熱交換器。
  5. 　前記漏洩防止プレートはそれぞれ、クラッド材で形成されている、
    請求項１～４の何れか一項のプレート式熱交換器。
  6. 　前記伝熱プレートと前記漏洩防止プレートとの板厚を相互に異なっている、
    請求項１～５の何れか一項のプレート式熱交換器。
  7. 　凝縮器及び蒸発器の両者又は何れか一方に、請求項１～６の何れか一項のプレート式熱交換器を備えた冷凍サイクル装置。
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