JP5993884B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、積層された複数枚の伝熱プレートを備えたプレート式熱交換器であって、各伝熱プレートを境にして熱交換媒体を流通させる第一流通空間と被熱交換媒体を流通させる第二流通空間とが交互に形成されたプレート式熱交換器に関する。

プレート式熱交換器は、冷媒などの熱交換媒体を流通させる第一流通空間と、水などの被熱交換媒体を流通させる第二流通空間とを有する。具体的には、プレート式熱交換器は、積層された複数枚の伝熱プレートを備える。そして、第一流通空間及び第二流通空間は、積層された複数枚の伝熱プレートのそれぞれを境にして交互に形成されている。これにより、この種のプレート式熱交換器は、第一流通空間に熱交換媒体を流通させつつ第二流通空間に被熱交換媒体を流通させることで、伝熱プレートを介して熱交換媒体と被熱交換媒体との間で熱交換（熱移動）させるようになっている。

そして、一台のプレート式熱交換器の熱交換性能では要求される熱交換性能が得られない場合、複数台のプレート式熱交換器を接続した熱交換系統が構築される。

かかる熱交換系統は、熱交換性能を切替え可能に構成される。具体的には、この種の熱交換系統は、複数台のプレート式熱交換器で熱交換媒体と被熱交換媒体とを熱交換させ、複数台のプレート式熱交換器に熱交換性能を発揮させる高性能状態と、高性能状態の時よりも少ない台数のプレート式熱交換器で熱交換媒体と被熱交換媒体とを熱交換させ、高性能状態の時よりも少ない台数のプレート式熱交換器に熱交換性能を発揮させる低性能状態とに切替え可能に構成される。

上記熱交換系統は、低性能状態において、少なくとも一台のプレート式熱交換器に熱交換性能を発揮させないようにすることで、高性能状態の時よりも少ない台数のプレート式熱交換器に熱交換性能を発揮させる。すなわち、少なくとも一台のプレート式熱交換器に対し、第一流通空間への熱交換媒体の流通を停止しつつ第二流通空間への被熱交換媒体の流通を続行することで、当該プレート式熱交換器による熱交換を停止するようになっている。

ところで、この種の熱交換系統は、複数台のプレート式熱交換器が直列又は並列に接続されて構築される。そのため、低性能状態にしたときに、圧力損失が大きくなったり、熱交換効率が悪くなったりするといった問題がある。

具体的には、複数台のプレート式熱交換器が直列に接続された熱交換系統は、流通させる一系統の流路であって、複数台のプレート式熱交換器の第二流通空間が連続した流路を有する。そのため、低性能状態において、熱交換に寄与しないプレート式熱交換器の第二流通空間にも被熱交換媒体が流通することになる。その結果、この種の熱交換系統では、圧力損失が大きくなってしまうといった問題がある。

これに対し、複数台のプレート式熱交換器が並列に接続された熱交換系統は、複数のプレート式熱交換器のそれぞれの第二流通空間が上流側及び下流側で合流した流路を有する。そのため、低性能状態において、熱交換に寄与しないプレート式熱交換器の第二流通空間を流通した被熱交換媒体は、熱交換性能を発揮したプレート式熱交換器の第二流通空間を流通してきた被熱交換媒体と合流することになる。

したがって、この種の熱交換系統では、低性能状態において、熱交換に寄与しないプレート式熱交換器の第二流通空間を流通してきた被熱交換媒体の熱影響を下流側で受けることを考慮し、熱交換性能を発揮するプレート式熱交換器で必要以上の熱交換性能を発揮（必要以上の冷却性能又は加熱性能を発揮）させる必要がある。その結果、この種の熱交換系統では、全体の熱交換効率が悪くなるといった問題がある。

そこで、上記問題を考慮し、高性能状態と低性能状態とに切替え可能なプレート式熱交換器が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

かかるプレート式熱交換器は、一対の第一流通空間と、一対の第一流通空間の間に配置された第二流通空間とによって構成される流路群を少なくとも一つ備える。

この種のプレート式熱交換器は、流路群を複数備える場合、各流路群が伝熱プレートの積層方向に並ぶように配置される。したがって、隣り合う流路群は、一対の第一流通空間のうちの一方の第一流通空間同士を隣接させて配置される。

かかるプレート式熱交換器は、高性能状態において、流路群を構成する一対の第一流通空間のそれぞれに熱交換媒体を流通させつつ第二流通空間に被熱交換媒体を流通させるようになっている。そして、該プレート式熱交換器は、低性能状態において、流路群を構成する一対の第一流通空間のうちの一方の第一流通空間のみに熱交換媒体を流通させつつ第二流通空間に被熱交換媒体を流通させるようになっている。

これにより、この種のプレート式熱交換器は、流路群を構成する一対の第一流通空間に対する熱交換媒体の流通パターンを変更し、第二流通空間を流通する被熱交換媒体との熱交換状態を維持しつつ、熱交換性能を変更できるようになっている。

また、この種のプレート式熱交換器は、高性能状態及び低性能状態のいずれにおいても、熱交換媒体と被熱交換媒体とを熱交換状態を維持し、自身の系内で熱交換を完了するため、上記熱交換系統のように圧力損失を増大（変動）させることがなく、また、熱交換効率の低下の原因となるムダな熱交換を行うことがないといった効果を奏するとされている。

特開平１０−１９４８２号公報

ところで、この種のプレート式熱交換器は、上述の如く、低性能状態において、流路群を構成する一対の第一流通空間のうちの一方の第一流通空間のみに熱交換媒体を流通させる。そのため、低性能状態において、第二流通空間を流通する被熱交換媒体は、一方の第一流通空間側のみで熱交換されることになり、効率的な熱交換が実現できてない。

そこで、本発明は、熱交換媒体によって熱交換される被熱交換媒体を異なる温度に変更可能とし、しかも、熱交換される被熱交換媒体に生じる圧力損失を抑え、より効率的に熱交換することができるようにしたプレート式熱交換器を提供することを課題とする。

本発明に係るプレート式熱交換器は、交互に積層された第一伝熱プレートと第二伝熱プレートとを備え、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートを境にして交互に形成された第一流通空間及び第二流通空間であって、熱交換媒体を流通させる第一流通空間及び被熱交換媒体を流通させる第二流通空間と、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの積層方向に延びる熱交換媒体流入路及び熱交換媒体流出路であって、第一流通空間に熱交換媒体を流出入させる熱交換媒体流入路及び熱交換媒体流出路と、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの積層方向に延びる被熱交換媒体流路であって、第二流通空間に熱交換媒体を流出入させる被熱交換媒体流入路及び被熱交換媒体流出路とを有し、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの少なくともいずれか一方は、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの積層方向と交差する方向で第一流通空間を第一領域と第二領域とに仕切る仕切部を備え、前記熱交換媒体流入路として、第一領域内に熱交換媒体としての第一熱交換媒体を流入させる第一熱交換媒体流入路と、第二領域に熱交換媒体としての第二熱交換媒体を流入させる第二熱交換媒体流入路とを有するとともに、前記熱交換媒体流出路として、第一領域内を流通した第一熱交換媒体を流出させる第一熱交換媒体流出路と、第二領域内を流通した第二熱交換媒体を流出させる第二熱交換媒体流出路とを有し、前記第二流通空間として前記第一流通空間を介して順々に並べる第一被熱交換媒体流通空間、第二被熱交換媒体流通空間、第三被熱交換媒体流通空間、第四被熱交換媒体流通空間を含み、該第二流通空間と前記第一流通空間とによって構成された流路群を少なくとも一つ以上含み、前記被熱交換媒体流路は、被熱交換媒体を前記第一被熱交換媒体流通空間内に流入させる第一分断路と、前記第一被熱交換媒体流通空間から前記第一領域を貫通して前記第二被熱交換媒体流通空間に到達する第二分断路と、前記第一被熱交換媒体流通空間から前記第二領域を貫通して前記第三被熱交換媒体流通空間に到達する第三分断路と、前記第二被熱交換媒体流通空間から前記第二領域を貫通して前記第四被熱交換媒体流通空間に到達する第四分断路と、前記第三被熱交換媒体流通空間から前記第一領域を貫通して前記第四被熱交換媒体流通空間に到達する第五分断路と、第四被熱交換媒体流通空間内の被熱交換媒体を流出させる第六分断路とを含んでいることを特徴とする。

このプレート式熱交換器によれば、熱交換媒体流入路及び熱交換媒体流出路によって熱交換媒体流通空間内を流通する熱交換媒体と、被熱交換媒体流路によって被熱交換媒体流通空間内を流通する被熱交換媒体とが、第一伝熱プレートと第二伝熱プレートを介して熱交換される。そして、熱交換媒体流通空間が仕切部によって第一領域と第二領域とに仕切られ、第一領域と第二領域とにそれぞれ第一熱交換媒体と第二熱交換媒体とが流通し、あるいは、第一領域又は第二領域のいずれかにのみ第一熱交換媒体又は第二熱交換媒体が流通する。第一熱交換媒体又は第二熱交換媒体のいずれか一方のみが流通したときは、第一熱交換媒体と第二熱交換媒体の両方が流通したときよりも、熱交換媒体の流量が減少するため、高性能状態から低性能状態に切り替えられる。

また、このプレート式熱交換器によれば、第一被熱交換媒体流通空間ないし第四被熱交換媒体流通空間のいずれも、一方側が第一領域に隣り合い、他方側が第二領域に隣り合う。そして、被熱交換媒体が第一被熱交換媒体流通空間内ないし第四被熱交換媒体流通空間内を異なる方向に流通する。

すなわち、第一分断路によって第一被熱交換媒体流通空間内に流入した被熱交換媒体は、第一被熱交換媒体流通空間内を第二分断路の方と第三分断路の方へ流通する。第一被熱交換媒体流通空間内から第二分断路へ流出した被熱交換媒体は、第二分断路によって第一流通空間の第一領域内に流入することなく第二被熱交換媒体流通空間内に流入する。この被熱交換媒体は、第二被熱交換媒体流通空間内を第二分断路から第四分断路の方へ流通する。この被熱交換媒体は、第四分断路によって第一流通空間の第二領域内に流入することなく第四被熱交換媒体流通空間内に流入する。

また、第一被熱交換媒体流通空間内で第三分断路の方に流通した被熱交換媒体は、第三分断路によって、第一流通空間の第二領域内に流入することなく第三被熱交換媒体流通空間内に流入する。この被熱交換媒体は、第三被熱交換媒体流通空間内を第三分断路から第五分断路の方へ流通する。この被熱交換媒体は、第五分断路によって第一流通空間の第一領域内に流入することなく第四被熱交換媒体流通空間内に流入する。

そして、第四分断路から第四被熱交換媒体流通空間内に流入した被熱交換媒体と、第五分断路から第四被熱交換媒体流通空間内に流入した被熱交換媒体は、第六分断路によって第四被熱交換媒体流通空間内から流出する。

以上のように、このプレート式熱交換器は、被熱交換媒体が第一被熱交換媒体流通空間ないし第四被熱交換媒体流通空間内を異なる方向に流通し、第一被熱交換媒体流通空間ないし第四被熱交換媒体流通空間の各間に隣り合った第一流通空間の第一領域内及び第二領域内を流通している熱交換媒体と効率的に熱交換される。

また、前記プレート式熱交換器の他態様として、前記第一伝熱プレート及び前記第二伝熱プレートは、長方形状に形成され、前記第一領域と第二領域とが第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に横並びとされている構成を採用してもよい。

このプレート式熱交換器によれば、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートが長方形状に形成され、第一領域と第二領域とが第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に横並びとされていることにより、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向が垂直方向と交差する方向に向くように配置され、プレート式熱交換器全体の嵩を低くすることができる。

この場合、前記第一熱交換媒体流入路及び前記第一熱交換媒体流出路は、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられ、前記第二熱交換媒体流入路及び前記第二熱交換媒体流出路は、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられていることが好ましい。

このプレート式熱交換器によれば、第一熱交換媒体及び第二熱交換媒体が液体からガス化したときに、上昇したガスを上側の第一熱交換媒体流出路又は第二熱交換媒体流出路、第一熱交換媒体流入路、第二熱交換媒体流入路から排出することができ、あるいは、第一熱交換媒体及び第二熱交換媒体が気体から液体に変化したときに、滴下した液体を下側の第一熱交換媒体流入路又は第二熱交換媒体流入路、第一熱交換媒体流出路、第二熱交換媒体流出路から排出することができる。

この場合、前記被熱交換媒体流路が第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられ、前記被熱交換媒体流通空間内の空気を排出する排気孔を第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートに設けてもよい。

被熱交換媒体流路が第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられることで、被熱交換媒体が被熱交換媒体流通空間内を斜め下方向に流通し、被熱交換媒体流通空間内に空気が残留しやすい領域が作られる場合がある。被熱交換媒体流通空間内に空気が残留していると、被熱交換媒体流通空間内での被熱交換媒体の流通量が減少し、熱交換効率が低下する。しかし、このプレート式熱交換器によれば、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートに排気孔が形成され、この排気孔から空気が排出されることで、被熱交換媒体流通空間内に空気が残留せず、被熱交換媒体を充満させ、熱交換の効率を上昇させることができる。

また、前記プレート式熱交換器のさらに異なる他態様として、前記第一伝熱プレート及び前記第二伝熱プレートは、長方形状に形成され、前記第一領域と第二領域とが第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に縦並びとされている構成を採用してもよい。

このプレート式熱交換器によれば、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートが長方形状に形成され、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向が垂直方向を向くように配置することで、この長手方向と交差する方向の省スペース化を図ることができる。

この場合、前記第一熱交換媒体流入路及び前記第一熱交換媒体流出路は、前記第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に間隔をあけて設けられ、前記第二熱交換媒体流入路及び前記第二熱交換媒体流出路は、前記第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に間隔をあけて設けられている構成を採用してもよい。

このプレート式熱交換器によれば、第一熱交換媒体及び第二熱交換媒体がガス化したときに、上昇したガスを上側の第一熱交換媒体流出路又は第二熱交換媒体流出路、第一熱交換媒体流入路、第二熱交換媒体流入路から排出することができ、あるいは、第一熱交換媒体及び第二熱交換媒体が気体から液体に変化したときに、滴下した液体を下側の第一熱交換媒体流入路又は第二熱交換媒体流入路、第一熱交換媒体流出路、第二熱交換媒体流出路から排出することができる。

本発明によれば、熱交換媒体によって熱交換される被熱交換媒体を異なる温度に変更可能とし、しかも、熱交換される被熱交換媒体に生じる圧力損失を抑え、より効率的に熱交換することができるようにしたプレート式熱交換器を提供することができる。

図１は、本発明に係るプレート式熱交換器の第１の実施形態を示す分解斜視図である。 図２は、本発明に係るプレート式熱交換器の第１の実施形態を示す要部拡大分解斜視図である。 図３は、本発明に係るプレート式熱交換器の第１の実施形態の変形例を示す分解斜視図である。 図４は、本発明に係るプレート式熱交換器の第２の実施形態を示す分解斜視図である。 図５は、本発明に係るプレート式熱交換器の第２の実施形態を示す要部拡大分解斜視図である。

本発明に係るプレート式熱交換器の第１の実施形態について図１及び図２を参照しながら説明する。このプレート式熱交換器は、交互に積層された第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２を備えている。

そして、このプレート式熱交換器では、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２を境にして第一流通空間１０と第二流通空間３０とが交互に形成されている。第一流通空間１０内には、冷媒のような熱交換媒体（以下、「冷媒」という。）１，２が流通する。また、第二流通空間３０内には、水のような被熱交換媒体（以下、「水」という。）３が流通する。

そして、このプレート式熱交換器は、冷媒１，２を第一流通空間１０に流出入させる熱交換媒体流入路（以下、「冷媒流入路」という。）２１ａ，２２ａと熱交換媒体流出路（以下、「冷媒流出路」という。）２１ｂ，２２ｂとを第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の積層方向に延びるように有している。

また、このプレート式熱交換器は、水３を第二流通空間３０に流出入させる被熱交換媒体流路（以下、「水流路」という。）４０を第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の積層方向に延びるように有している。

そして、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２は、平行な一対の側部と平行な一対の端部とを有する長方形状に形成されている。図２に示すように、以下、一方の側部を第一側部１１１といい、他方の側部を第二側部１１２という。また、一方の端部を第一端部１２１といい、他方の端部を第二端部１２２という。

そして、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の少なくともいずれか一方には、第一流通空間１０を仕切る仕切部１０３が備えられる。仕切部１０３は、第一冷媒１が流通する第一領域１１と、第二冷媒２が流通する第二領域１２とに仕切るように突条によって設けられる。

図示した仕切部１０３は、第一伝熱プレート１０１の第一側部１１１の中心と第二側部１１２の中心を結ぶように縦方向に設けられている。したがって、仕切部１０３は、第一端部１２１及び第二端部１２２と平行に設けられ、第一領域１１と第二領域１２が横並びとされている。

また、第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２との間に形成される第二流通空間３０としては、図１に示すように、第一流通空間１０を介して順々に並べられる第一被熱交換媒体流通空間（以下、「第一水流通空間」という。）３１、第二被熱交換媒体流通空間（以下、「第二水流通空間」という。）３２、第三被熱交換媒体流通空間（以下、「第三水流通空間」という。）３３、第四被熱交換媒体流通空間（以下、「第四水流通空間」という。）３４を含んでいる。

この第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４と、この第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４の各間に介在する第一流通空間１０とによって一つの流路群Ｂが構成される。そして、プレート式熱交換器は、一つ以上の流路群Ｂを第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の積層方向に備えている（図１では一つの流路群Ｂのみ図示する。）。

そして、第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２には、第一側部１１１と第二側部１１２に沿って５か所ずつ開口部１０４が設けられている。隣り合った第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２の対向する開口部１０４の周囲が封止されることで、冷媒流入路２１ａ，２２ａ、冷媒流出路２１ｂ，２２ｂ、水流路４０が形成される。

ただし、冷媒流入路２１ａ，２２ａは、第一冷媒流入路２１ａと第二冷媒流入路２２ａとによって構成され、第一冷媒流入路２１ａによって第一領域１１に第一冷媒１が流入し、第二冷媒流入路２２ａによって第二領域１２に第二冷媒２が流入するように形成されている。

また、冷媒流出路２１ｂ，２２ｂは、第一冷媒流出路２１ｂと第二冷媒流出路２２ｂとによって構成され、第一冷媒流出路２１ｂによって第一領域１１から第一冷媒１が流出し、第二冷媒流出路２１ｂによって第二領域１２から第二冷媒２が流出するように形成されている。

そして、第一冷媒流入路２１ａと第一冷媒流出路２１ｂとは、第一側部１１１及び第２側部１１２と直交する方向、すなわち、第一端部１２１及び第二端部１２２と平行な方向に間隔をあけて設けられている。また、第二冷媒流入路２２ａと第二冷媒流出路２１ｂ，２２ｂとは、第一側部１１１及び第２側部１１２と直交する方向、すなわち、第一端部１２１及び第二端部１２２と平行な方向に間隔をあけて設けられている。

第１の実施形態では、第一冷媒流入路２１ａが、第一側部１１１側で第一端部１２１と仕切部１０３の中間の第一領域１１に形成される。第一冷媒流出路２１ｂが第二側部１１２側で第一端部１２１と仕切部１０３の中間の第一領域１１に形成される。第二冷媒流入路２２ａが、第一側部１１１側で第二端部１２２と仕切部１０３の中間の第二領域１２に形成される。第二冷媒流出路２２ｂが第二側部１１２側で第二端部１２２と仕切部１０３の中間の第二領域１２に形成される。

したがって、第一冷媒１が第一領域１１内を第一側部１１１側から第二側部１１２側へ上向きに流通する。また、第二冷媒２が第二領域１２内を第一側部１１１側から第二側部１１２側へ上向きに流通する。また、第一流通空間１０内が仕切部１０３によって仕切られることで、第一冷媒１が第二領域１２内を流通することがなく、第二冷媒２が第一領域１１内を流通することがない。

そして、水流路４０は、第一分断路４１ないし第六分断路４６によって構成されている。第一分断路４１は、水３を第一水流通空間３１内に流入させるように形成される。第二分断路４２は、第一水流通空間３１から第一領域１１を貫通して第二水流通空間３２に到達するように形成される。第三分断路４３は、第一水流通空間３１から第二領域１２を貫通して第三水流通空間３３に到達するように形成される。

第四分断路４４は、第二水流通空間３２から第二領域１２を貫通して第四水流通空間３４に到達するように形成される。第五分断路４５は、第三水流通区間３３から第一領域１１を貫通して第四水流通空間３４に到達するように形成される。第六分断路４６は、第四水流通空間３４内の水３を流出させるように形成される。

さらに詳しく説明すると、第一分断路４１は、第一側部１１１の中心で仕切部１０３を分断するように形成される。第二分断路４２は、第二側部１１２と第一端部１２１との交点に形成される。第三分断路４３は、第二側部１１２と第二端部１２２との交点に形成される。第四分断路４４は、第一側部１１１と第二端部１１２との交点に形成される。第五分断路４５は、第一側部１１１と第一端部１２１との交点に形成される。第六分断路４６は、第二側部１１２の中心で仕切部１０３を分断するように形成される。

第１の実施形態のプレート式熱交換器は、以上のように構成される。そして、第１の実施形態では、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２が第一端部１２１及び第二端部１２２を垂直方向として設置される。次に、このプレート式熱交換器を蒸発器として使用する場合について説明する。

通常の使用時においては（高性能状態）、液体の第一冷媒１が第一冷媒流入路２１ａから第一流通空間１０の第一領域１１内に流入し、液体の第二冷媒２が第二冷媒流入路２２ａから第一流通空間１０の第二領域１２内に流入する。第一冷媒１と第二冷媒２は、仕切部１０３によって混合されず、第一領域１１内と第二領域１２内とを上向きに流通する。そして、この第一冷媒１は、第一冷媒流出路２１ｂから流出し、第二冷媒２は、第二冷媒流出路２２ｂとから流出する。

また、水３が第一分断路４１から第一水流通空間３１内の第一側部１１１側の中心部に流入する。この水３は、第一水流通空間３１内を第一端部１２１の方と第二端部１２２の方の両方に向かって流通し、第二分断路４２と第三分断路４３とから流出する。

第一水流通空間３１から第二分断路４２へ流出した水３は、第二水流通空間３２内に流入する。この水３は、第二水流通空間３２内を第一端部１２１側から第二端部１２２側へ流通し、第四分断路４４から流出する。また、第一水流通空間３１から第三分断路４３へ流出した水３は、第三水流通空間３３内に流入する。この水３は、第三水流通空間３３内を第二端部１２２側から第一端部１２１側へ流通し、第五分断路４５から流出する。

そして、第四分断路４４へ流出した水３及び第五分断路４５へ流出した水３は、第四水流通空間３４内に流入する。この水３は、第四水流通空間３４において、第二端部１２２側と第一端部１２１側とから第二側部１１２の中央部の方へ流通し、第六分断路４６から流出する。

以上のように、水３が第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４において異なる斜め方向に流通する。そして、第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４の各間に挟まれた第一流通空間１０の第一領域１１内を第一冷媒１が上向きに流通し、第二領域１２内を第二冷媒２が上向きに流通する。したがって、水３と第一冷媒１及び第二冷媒２とが第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２を介し、並行流となったり対向流となったりしながら熱交換される。すなわち、水３が第一冷媒１及び第二冷媒２によって冷却される。

そして、水３の冷却温度を上げたいときは（低性能状態）、第一冷媒１を第一領域１１にのみ流通させ、あるいは、第二冷媒２を第二領域１２にのみ流通させる。この場合は、第一冷媒１が第一領域１１を流通するとともに、第二冷媒２が第二領域１２を流通する場合よりも、第一冷媒１及び第二冷媒２の流量が半減することから、水３が冷却されにくくなる。したがって、第一領域１１又は第二領域１２にのみ第一冷媒１又は第二冷媒２が流通した場合は、第一冷媒１が第一領域１１を流通し、第二冷媒２が第二領域１２を流通していたときよりも水３の冷却温度が上げられる。

なお、液体の第一冷媒１及び第二冷媒２は、水３と熱交換されることで、ガスに変化する場合がある。この場合は、第一冷媒流出路２１ｂと第二冷媒流出路２２ｂが第一流通空間１０の第一領域１１と第二領域１２の第二側部１１２側（上部）に形成されているため、上昇したガスがこの第一冷媒流出路２１ｂと第二冷媒流出路２２ｂから排出されやすくなっている。

次に、この第一の実施形態の変形例について図３を参照しながら説明する。この変形例の第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２は、排気孔１０６を備えている。このプレート式熱交換器は、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２が長方形状に形成され、第一領域１１と第二領域１２とが横並びとされている。

そして、第二水流通空間３２において、第二側部１１２の第一端部１２１側から第一側部１１１の第二端部１２２側に向かって（斜め下向きに）水３が流通する。したがって、第二水流通空間３２の第二側部１１２の第二端部１２２側の部分に水３が流れず、この部分の空気６が排出されずに残留することがある。

また、第三水流通空間３３において、第二側部１１２の第二端部１２２側から第一側部１１１の第一端部１２１側に向かって（斜め下向きに）水３が流通する。したがって、第三水流通空間３３の第二側部１１２の第一端側の部分に水３が流れず、この部分の空気６が排出されずに残留することがある。

第二水流通空間３２内や第三水流通空間３３内に空気６が残留していると、水３の流通量が減少することから、熱交換の効率が低下し、また、第一冷媒１及び第二冷媒２と熱交換されない水３が凍結し、第一伝熱プレート１０１又は第二伝熱プレート１０２が割れることもある。そこで、第二水流通空間３２内や第三水流通空間３３内に残留している空気６を排出するための排気孔１０６が第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の第二側部１１２部に設けられる。

空気６が残留しない第二流通空間３０の部位や第一流通空間１０において排気孔１０６が露出しないように排気孔１０６を囲むリング状のガスケット（図示せず）が第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２との間に挟まれるようにしてもよいし、排気孔１０６の内径が水３や第一冷媒１及び第二冷媒２を流出させない小径とすることで、ガスケットが備えられなくてもよい。

いずれにしても、第二水流通空間３２の上部に残留した空気６や、第三水流通空間３３の上部に残留した空気６は、隣り合った第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２に連通するように形成された排気孔１０６から第四水流通空間３４の第二側部１１２へ移動し、第四水流通空間３４の第六分断路４６から排出される。したがって、このプレート式熱交換器は、第二水流通空間３２の第二側部１１２側や第三水流通空間３３の第二側部１１２側に空気６が残留しないようにすることができる。

次に、本発明に係るプレート式熱交換器の第２の実施形態について図４及び図５を参照しながら説明する。第２の実施形態のプレート式熱交換器も、第１の実施形態と同様、交互に積層された第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２を備えている。

そして、このプレート式熱交換器では、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２を境にして冷媒１，２が流通する第一流通空間１０と、水３が流通する第二流通空間３０とが交互に形成されている。

そして、第２の実施形態のプレート式熱交換器も、冷媒流入路２１ａ，２２ａ、冷媒流出路２１ｂ，２２ｂ、水流路４０を第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の積層方向に延びるように有している。

そして、第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２は、平行な一対の側部と平行な一対の端部とを有する長方形状に形成されている。図５に示すように、以下、一方の側部を第一側部１１１といい、他方の側部を第二側部１１２という。また、一方の端部を第一端部１２１といい、他方の端部を第二端部１２２という。

そして、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の少なくともいずれか一方には、第一流通空間１０を仕切る仕切部１０３が備えられる。仕切部１０３は、第一冷媒１が流通する第一領域１１と、第二冷媒２が流通する第二領域１２とに仕切るように突条によって設けられる。

図示した仕切部１０３は、第一伝熱プレート１０１の第一側部１１１の中心と第二側部１１２の中心を結ぶように設けられている。したがって、仕切部１０３は、第一端部１２１及び第二端部１２２と平行に設けられ、第一領域１１と第二領域１２が縦並びとされる。

また、第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２との間に形成される第二流通空間３０としては、図４に示すように、第一流通空間１０を介して順々に並べられる第一水流通空間３１、第二水流通空間３２、第三水流通空間３３、第四水流通空間３４を含んでいる。

この第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４と、この第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４の各間に介在する第一流通空間１０とによって一つの流路群Ｂが構成される。そして、プレート式熱交換器は、一つ以上の流路群Ｂを第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の積層方向に備えている（図面４では一つの流路群Ｂのみ図示する。）。

そして、第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２には、第一側部１１１と第二側部１１２に沿って３か所ずつ開口部１０４が設けられ、第一端部１２１と第二端部１２２の各中心を結ぶ中心線上に４か所の開口部１０４が設けられている。第一側部１１１と第二側部１１２の各中心に設けられた開口部１０４は、仕切部１０３の各端部を分断するように形成される。

また、第一端部１２１と第二端部１２２の各中心を結ぶ中心線上の開口部１０４は、第一領域１１の第一端部１２１側と仕切部１０３側、そして、第二領域１２の仕切部１０３側と第二端部１２２側とに設けられる。

そして、隣り合った第一伝熱プレート１０１と第二伝熱プレート１０２の対向する開口部１０４の周囲が封止されることで、冷媒流入路２１ａ，２２ａ、冷媒流出路２１ｂ，２２ｂ、水流路４０が形成される。

ただし、冷媒流入路２１ａ，２２ａは、第一冷媒流入路２１ａと第二冷媒流入路２２ａとによって構成され、第一冷媒流入路２１ａによって第一領域１１に第一冷媒１が流入し、第二冷媒流入路２２ａによって第二領域１２に第二冷媒２が流入するように形成されている。

また、冷媒流出路２１ｂ，２２ｂは、第一冷媒流出路２１ｂと第二冷媒流出路２２ｂとによって構成され、第一冷媒流出路２１ｂによって第一領域１１から第一冷媒１が流出し、第二冷媒流出路２２ｂによって第二領域１２から第二冷媒２が流出するように形成されている。

第一冷媒流入路２１ａと第一冷媒流出路２１ｂとは、第一側部１１１及び第二側部１１２と平行な方向に間隔をあけて設けられている。また、第二冷媒流入路２２ａと第二冷媒流出路２２ｂとは、第一側部１１１及び第二側部１１２と平行な方向に間隔をあけて設けられている。第２の実施形態では、第一冷媒流入路２１ａが第一端部１２１側の中心に形成され、第一冷媒流出路２１ｂが仕切部１０３側の中心に形成される。したがって、第一冷媒１が第一領域１１内を第一端部１２１側から仕切部１０３側へ下向きに流通する。

また、第二冷媒流入路２２ａが第二端部１２２側の中心に形成され、第二冷媒流出路２２ｂが仕切部１０３側の中心に形成される。したがって、第二冷媒２が第二領域１２内を第二端部１２２側から仕切部１０３側へ上向きに流通する。また、第一流通空間１０内が仕切部１０３によって仕切られることで、第一冷媒１が第二領域１２内を流通することがなく、第二冷媒２が第一領域１１内を流通することがない。

そして、水流路４０は、第一分断路４１ないし第六分断路４６によって構成されている。第一分断路４１は、水３を第一水流通空間３１内に流入させるように形成される。第二分断路４２は、第一水流通空間３１から第一領域１１を貫通して第二水流通空間３２に到達するように形成される。第三分断路４３は、第一水流通空間３１から第二領域１２を貫通して第三水流通空間３３に到達するように形成される。

第四分断路４４は、第二水流通空間３２から第二領域１２を貫通して第四水流通空間３４に到達するように形成される。第五分断路４５は、第三水流通空間３３から第一領域１１を貫通して第四水流通空間３４に到達するように形成される。第六分断路４６は、第四水流通空間３４内の水３を流通させるように形成される。

さらに詳しく説明すると、第一分断路４１は、第一側部１１１の中心で仕切部１０３を分断するように形成される。第二分断路４２は、第二側部１１２と第一端部１２１との交点に形成される。第三分断路４３は、第二側部１１２と第二端部１２２との交点に形成される。第四分断路４４は、第一側部１１１と第二端部１１２との交点に形成される。第五分断路４５は、第一側部１１１と第一端部１２１との交点に形成される。第六分断路４６は、第二側部１１２の中心で仕切部１０３を分断するように形成される。

第２の実施形態のプレート式熱交換器は、以上のように構成される。そして、第２の実施形態では、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２が第一側部１１１及び第二側部１１２を垂直方向として設置される。次に、このプレート式熱交換器を蒸発器として使用する場合について説明する。

通常の使用時においては（高性能状態）、液体の第一冷媒１が第一冷媒流入路２１ａから第一流通空間１０の第一領域１１内に流入し、液体の第二冷媒２が第二冷媒流入路２２ａから第一流通空間１０の第二領域１２内に流入する。第一冷媒１は、第一領域１１内を下向きに流通し、第一冷媒流出路２１ｂから流出する。第二冷媒２は、第二領域１２内を上向きに流通し、第二冷媒流出路２２ｂから流出する。第一冷媒１と第二冷媒２は、仕切部１０３によって混合しない。

また、水３が第一分断路４１から第一水流通空間３１の第一端部１２１側の中心部に流入する。この水３は、第一水流通空間３１内を第一端部１２１の方と第二端部１２２の方の両方に向かって流通し、第二分断路４２と第三分断路４３とから流出する。

第一水流通空間３１から第二分断路４２へ流出した水３は、第二水流通空間３２内に流入する。この水３は、第二水流通空間３２内を第一端部１２１側から第二端部１２２側へ下向きに流通し、第四分断路４４から流出する。また、第一水流通空間３１から第三分断路４３へ流出した水３は、第三水流通空間３３内に流入する。この水３は、第三水流通空間３３を第二端部１２２側から第一端部１２１側へ上向きに流通し、第五分断路４５から流出する。

そして、第四分断路４４へ流出した水３及び第五分断路４５へ流出した水３は、第四水流通空間３４内に流入する。この水３は、第四水流通空間３４において、第二端部１２２側と第一端部１２１側とから第二側部１１２の中央部の方へ流通し、第六分断路４６から流出する。

以上のように、水３が第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４において異なる斜め向きに流通する。そして、第一水流通空間３１ないし第四水流通空間３４の各間に挟まれた第一流通空間１０の第一領域１１内を第一冷媒１が下向きに流通し、第二領域１２内を第二冷媒２が上向きに流通する。したがって、水３と第一冷媒１及び第二冷媒２とが第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２を介し、並行流となったり対向流となったりしながら熱交換される。すなわち、水３が第一冷媒１及び第二冷媒２によって冷却される。

そして、水３の冷却温度を上げたいときは（低性能状態）、第一冷媒１を第一領域１１にのみ流通させ、あるいは、第二冷媒２を第二領域１２にのみ流通させる。この場合は、第一冷媒１が第一領域１１を流通するとともに、第二冷媒２が第二領域１２を流通した場合よりも水３の冷却温度が上げられる。

なお、液体の第一冷媒１及び第二冷媒２は、水３と熱交換されることで、ガスに変化する場合がある。この場合は、第一冷媒流出路２１ｂが第一領域１１の第一端部１２１側（上部）に形成され、また、第二冷媒流出路２２ｂが第二領域１２の仕切部１０３側（上部）に形成されているため、上昇したガスがこの第一冷媒流出路２１ｂと第二冷媒流出路２２ｂとから排出されやすくなっている。

本発明は、上記実施形態に限定することなく、種々変更することができる。例えば、上記実施形態では、プレート式熱交換器を蒸発器として使用した。しかし、このプレート式熱交換器は、凝縮器としても使用することができる。凝縮器として使用する場合の冷媒は、ガスが流入し、液体が流出するため、液体が第一流通空間１０の下部に滴下する。しかし、第一冷媒流出路２１ｂと第二冷媒流出路２２ｂが第一流通空間１０の第一領域１１と第二領域１２の下部に形成されているため、液体が第一流通空間１０の下部に貯留することはない。

また、第１の実施形態において説明したプレート式熱交換器においては、第一冷媒１及び第二冷媒２がそれぞれ第一流通空間１０の第一領域１１内及び第二領域１２内を上向きに流通した。しかし、第一冷媒１及び第二冷媒２は、それぞれ第一領域１１及び第二領域１２内を下向きに流通してもよいし、いずれか一方が上向きに流通し、他方が下向きに流通してもよい。

また、第２の実施形態において説明したプレート式熱交換器においては、第一冷媒１が第一流通空間１０の第一領域１１内を下向きに流通し、第二冷媒２が第一流通空間１０の第二領域１２内を上向きに流通した。しかし、第一冷媒１が第一領域１１内を上向きに流通し、第二冷媒２が下向きに流通してもよいし、第一冷媒１と第二冷媒２がともに下向きに流通し、逆に上向きに流通してもよい。

さらに、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したプレート式熱交換器は、第一伝熱プレート１０１及び第二伝熱プレート１０２の隅部に開口部１０４を設けた。しかし、開口部１０４は、中心寄りに偏心させてもよい。また、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明した仕切部１０３は、中心線に設けたが、中心線より片方に偏心した位置に設けてもよい。こうすることで、第一領域１１の大きさと第二領域１２の大きさが異なり、水３の冷却温度を３種類にすることができる。

また、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したプレート式熱交換器では、熱交換媒体として冷媒を使用し、被熱交換媒体として水を使用した。しかし、熱交換媒体として蒸気や温水などを使用してもよい。

１………第一熱交換媒体（第一冷媒）
２………第二熱交換媒体（第二冷媒）
３………被熱交換媒体（水）
６………空気
１０……熱交換媒体流通空間
１１……第一領域
１２……第二領域
２１ａ…第一熱交換媒体流入路（第一冷媒流入路）
２１ｂ…第一熱交換媒体流出路（第一冷媒流出路）
２２ａ…第二熱交換媒体流入路（第二冷媒流入路）
２２ｂ…第二熱交換媒体流出路（第二冷媒流出路）
３０……被熱交換媒体流通空間（水流通空間）
３１……第一被熱交換媒体流通空間（第一水流通空間）
３２……第二被熱交換媒体流通空間（第二水流通空間）
３３……第三被熱交換媒体流通空間（第三水流通空間）
３４……第四被熱交換媒体流通空間（第四水流通空間）
４０……被熱交換媒体流路（水流路）
４１……第一分断路
４２……第二分断路
４３……第三分断路
４４……第四分断路
４５……第五分断路
４６……第六分断路
１０１…第一伝熱プレート
１０２…第二伝熱プレート
１０３…仕切部
１０４…開口部
１０６…排気孔
Ｂ………流路群

Claims (6)

1. 交互に積層された第一伝熱プレートと第二伝熱プレートとを備え、
   第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートを境にして交互に形成された第一流通空間及び第二流通空間であって、熱交換媒体を流通させる第一流通空間及び被熱交換媒体を流通させる第二流通空間と、
   第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの積層方向に延びる熱交換媒体流入路及び熱交換媒体流出路であって、第一流通空間に熱交換媒体を流出入させる熱交換媒体流入路及び熱交換媒体流出路と、
   第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの積層方向に延びる被熱交換媒体流路であって、第二流通空間に熱交換媒体を流出入させる被熱交換媒体流入路及び被熱交換媒体流出路とを有し、
   第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの少なくともいずれか一方は、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの積層方向と交差する方向で第一流通空間を第一領域と第二領域とに仕切る仕切部を備え、
   前記熱交換媒体流入路として、第一領域内に熱交換媒体としての第一熱交換媒体を流入させる第一熱交換媒体流入路と、第二領域に熱交換媒体としての第二熱交換媒体を流入させる第二熱交換媒体流入路とを有するとともに、
   前記熱交換媒体流出路として、第一領域内を流通した第一熱交換媒体を流出させる第一熱交換媒体流出路と、第二領域内を流通した第二熱交換媒体を流出させる第二熱交換媒体流出路とを有し、
   前記第二流通空間として前記第一流通空間を介して順々に並べる第一被熱交換媒体流通空間、第二被熱交換媒体流通空間、第三被熱交換媒体流通空間、第四被熱交換媒体流通空間を含み、該第二流通空間と前記第一流通空間とによって構成された流路群を少なくとも一つ以上含み、
   前記被熱交換媒体流路は、被熱交換媒体を前記第一被熱交換媒体流通空間内に流入させる第一分断路と、前記第一被熱交換媒体流通空間から前記第一領域を貫通して前記第二被熱交換媒体流通空間に到達する第二分断路と、前記第一被熱交換媒体流通空間から前記第二領域を貫通して前記第三被熱交換媒体流通空間に到達する第三分断路と、前記第二被熱交換媒体流通空間から前記第二領域を貫通して前記第四被熱交換媒体流通空間に到達する第四分断路と、前記第三被熱交換媒体流通空間から前記第一領域を貫通して前記第四被熱交換媒体流通空間に到達する第五分断路と、第四被熱交換媒体流通空間内の被熱交換媒体を流出させる第六分断路とを含んでいることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記第一伝熱プレート及び前記第二伝熱プレートは、長方形状に形成され、前記第一領域と第二領域とが第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に横並びとされていることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記第一熱交換媒体流入路及び前記第一熱交換媒体流出路は、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられ、前記第二熱交換媒体流入路及び前記第二熱交換媒体流出路は、第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記被熱交換媒体流路が第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向と直交する方向に間隔をあけて設けられ、前記被熱交換媒体流通空間内の空気を排出する排気孔を第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートに設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記第一伝熱プレート及び前記第二伝熱プレートは、長方形状に形成され、前記第一領域と第二領域とが第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に縦並びとされていることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記第一熱交換媒体流入路及び前記第一熱交換媒体流出路は、前記第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に間隔をあけて設けられ、前記第二熱交換媒体流入路及び前記第二熱交換媒体流出路は、前記第一伝熱プレート及び第二伝熱プレートの長手方向に間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項５に記載のプレート式熱交換器。

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