JP6016935B2 - プレート式熱交換器及びこのプレート式熱交換器を備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレート式熱交換器及びこのプレート式熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来より、２枚のサイドプレートの間に伝熱プレートを所定の間隔を介して複数積層し、これら伝熱プレートの間に形成される空間に第１流体が流通する第１流路と第２流体が流通する第２流路とを交互に形成したプレート式熱交換器が提案されている。また、このような従来のプレート式熱交換器には、伝熱性能を向上させるために流路内にインナーフィンを設けたものも提案されており、例えば「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・・を形成するように積層してなり、前記第１流路２，２・・と前記第２流路３，３・・と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ように構成したプレート式熱交換器において、前記第１流路２，２・・および第２流路３，３・・に、伝熱を促進するとともに伝熱面積を増大させるインナーフィン４，４・・をそれぞれ配設して、形状設計の自由度が高いインナーフィン４，４・・の介在により、流路２，３を構成する伝熱プレート１，１・・間の伝熱が促進されるとともに伝熱面積も増大するようにしている。」（特許文献１参照）というプレート式熱交換器が提案されている。

また、流路内にインナーフィンを設けた従来のプレート式熱交換器には、例えば「オイルクーラのコア部１は、基本的な形状が共通の多数の第１のコアプレート５と第２のコアプレート６とを交互に積層することで、各コアプレート５，６の間に、オイル流路７と冷却水流路８とが交互に構成される。オイル流路７には、それぞれフィンプレート１１が挟み込まれている。オイル流路７から見て外側へ膨らむように第１のコアプレート５には第１の突条部３１が、第２のコアプレート６には第２の突条部３２がそれぞれ設けられ、オイルの流れに対し交互に位置する。」（特許文献２参照）というプレート式熱交換器も提案されている。

また、流路内にインナーフィンを設けた従来の熱交換器には、２枚の伝熱プレートを１本の扁平チューブとして形成したものも提案されており、例えば「 偏平チューブ１の平面部１ａに長手方向に対して傾斜した複数の凝縮水流下用の傾斜溝７をその下流端がチューブの曲面部１ｂに達するように形成し、その偏平チューブ１の外面側に凸条７ａを形成する。そして偏平チューブ１内にインナーフィン６が挿入される。」（特許文献３）という熱交換器も提案されている。

特開２００３−１８５３７５号公報（要約、図１） 特開２０１１−００７４１０号公報（要約、図９） 特開２００３−２９４３８２号公報（要約、図２）

例えばインナーフィンが設けられた流路内において第１流体（例えば冷媒）が蒸気から液へ凝縮する場合、つまり、第１流体が流れる当該流路と隣接する流路を流れる第２冷媒（例えば水）を第１流体で加熱する場合、特許文献１〜特許文献３に記載の熱交換器には次のような課題があった。
特許文献１に記載のプレート式熱交換器は、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する（接する）範囲がフラット（平坦）になっている。このため、第１流体が流れる流路には、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する（接する）範囲に凝縮液の液膜が形成されやすい。このため、この液膜が熱抵抗となり、第１流体から第２流体への熱伝達率が低下してしまうという問題点があった。

一方、引用文献２に記載のプレート式熱交換器には伝熱プレートの伝熱面に突条部（突条部３１，３２）が形成されており、引用文献３に記載の熱交換器にも扁平チューブの伝熱面に傾斜溝（傾斜溝７）が形成されている。このため、これらの熱交換器は、特許文献１に記載のプレート式熱交換器と比べ、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する（接する）範囲に液膜が形成されることを抑制することができる。しかしながら、引用文献２に記載のプレート式熱交換器は、突条部が第１流体の流れ方向に対して垂直に形成されているため、突条部に保持された凝縮液の液捌け性が悪い。このため、引用文献２に記載のプレート式熱交換器は、突条部に滞留した凝縮液が熱抵抗となり、第１流体から第２流体への熱伝達率が低下してしまうという問題点があった。また、引用文献３に記載の熱交換器は、傾斜溝が第１流体の流れ方向に対して傾いており、かつ、断続的に形成されている。このため、引用文献３に記載の熱交換器は、傾斜溝に保持された凝縮液が滞留しやすく、この滞留した凝縮液が熱抵抗となる。したがって、引用文献３に記載の熱交換器も、特許文献２に記載のプレート式熱交換器と同様に、第１流体から第２流体への熱伝達率が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、凝縮液の液膜形成に起因する熱伝達率の低下を抑制でき、凝縮液の滞留に起因する熱伝達率の低下も抑制することができるプレート式熱交換器、及びこの熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係るプレート式熱交換器は、２枚のサイドプレートの間に、フラットな伝熱面が形成された伝熱プレートを所定の間隔を介して複数積層し、前記サイドプレートと前記伝熱プレートとの間及び各前記伝熱プレートの間に形成される空間に、第１流体の流入口及び流出口と、前記第１流体とは異なる第２流体の流入口及び流出口とを交互に連通して、前記第１流体が流通する第１流路と前記第２流体が流通する第２流路を交互に形成し、少なくとも前記第１流路には、前記伝熱面と対向する範囲にインナーフィンが設けられたプレート式熱交換器であって、前記第１流路における前記インナーフィンの設置範囲には、前記インナーフィンにおける前記伝熱プレートと対向する範囲、及び、前記伝熱プレートのうちの少なくとも一方に、前記インナーフィン及び前記伝熱プレートの厚みよりも小さい深さの凹溝が、前記第１流体の流れ方向に沿って形成されており、前記凹溝のうちの少なくとも一部は、前記インナーフィンに形成された貫通溝、及び、前記伝熱プレートの前記貫通溝と対向する部分に形成された底部凹溝によって形成されているものである。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係るプレート式熱交換器を備えたものである。

本発明においては、例えばインナーフィンが設けられた第１流路内において第１流体（例えば冷媒）が蒸気から液へ凝縮する場合、第１流体の凝縮液膜を凹溝に保持し、第１流体の凝縮液膜を凹溝に集約することができる。このため、本発明は、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する（接する）範囲に液膜が形成されることを抑制できる。あるいは、本発明は、伝熱プレートの伝熱面及びインナーフィンの伝熱面と対向する（接する）範囲に形成される第１流体の凝縮液膜を薄くすることができる。したがって、本発明は、第１流体から第２流体への熱伝達率を向上させることができる。

また、本発明においては、凹溝が、第１流体の流れ方向に沿って形成されている。このため、凹溝に保持された第１流体の凝縮液は下流側へ流れやすくなり、凹溝からの第１流体の凝縮液の液捌け性が向上する。したがって、本発明においては、凹溝に第１流体の凝縮液が滞留して第１流体から第２流体への熱伝達率が低下することも抑制できる。

従来のプレート式熱交換器を示す分解斜視図である。 従来のプレート式熱交換器に設けられるインナーフィンを示す斜視図である。 従来のプレート式熱交換器を示す断面図である。 図３のＶ部拡大図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の要部拡大図であり、図３のＶ部に相当する位置の拡大図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の伝熱プレート及びインナーフィンを示す斜視図である。 図６のＷ部拡大図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の伝熱プレートを示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器の一例を示す要部拡大図である。 本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器の一例を示す要部拡大図である。 本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置を示す回路図である。

実施の形態１．
本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、流路にインナーフィン６を設けたものである。そして、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、インナーフィン６に凹溝８を形成し、伝熱プレート７に凹溝９を形成したことを特徴の１つとしている。
以下では、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の理解を容易とするため、まず、従来の一般的なプレート式熱交換器２００（つまり、本実施の形態１に係る凹溝８，９が形成されていないプレート式熱交換器）を説明する。その後、従来のプレート式熱交換器２００と比較しながら、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００について説明する。
なお、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００及び従来のプレート式熱交換器２００を説明するに際し、同一の機能を果たす構成には同一の符号を付して説明することとする。

図１は、従来のプレート式熱交換器を示す分解斜視図である。図２は、このプレート式熱交換器に設けられるインナーフィンを示す斜視図である。図３は、このプレート式熱交換器を示す断面図である。また、図４は、図３のＶ部拡大図である。なお、図３は、伝熱プレート間に形成された流路内を流れる流体の流れ方向と垂直な断面で切断した断面図とあっている。また、図１及び図４に示す「Ａ」は第１流体の流れ方向を示しており、図１及び図４に示す「Ｂ」は第２流体の流れ方向を示している。
まず、図１〜図４を用いて、従来のプレート式熱交換器２００について説明する。

プレート式熱交換器２００は、例えばプレート式熱交換器２００を補強する機能を果たす２枚のサイドプレート５の間に、フラット（平坦）な伝熱面が形成された伝熱プレート７を所定の間隔を介して複数積層して構成されている。２枚のサイドプレート５は、例えば長方形状に形成されている。また、一方のサイドプレート５には、その四隅に、第１流体の流入口１、第１流体の流出口２、第２流体の流入口３、及び、第２流体の流出口４が形成されている。また、これら第１流体の流入口１、第１流体の流出口２、第２流体の流入口３、及び、第２流体の流出口４には、配管が接続されている。
なお、以下では、便宜上、サイドプレート５の端手方向をｘ軸とし、サイドプレート５の長手方向をｙ方向として説明する。

伝熱プレート７は、２種類の伝熱プレート（伝熱プレート７ａ及び伝熱プレート７ｂ）で構成されている。そして、伝熱プレート７ａ及び伝熱プレート７ｂは、２枚のサイドプレート５の間に交互に配置されている。これら伝熱プレート７ａ及び伝熱プレート７ｂは、サイドプレート５と同様に長方形状となっており、伝熱面がフラット（平坦）に形成されている。そして、これら伝熱プレート７ａ及び伝熱プレート７ｂは、サイドプレート５と同様に、その四隅に、第１流体の流入口１、第１流体の流出口２、第２流体の流入口３、及び、第２流体の流出口４が形成されている（なお、以下では、伝熱プレート７ａ及び伝熱プレート７ｂを総称する場合、伝熱プレート７と称する）。

また、伝熱プレート７ａは、周縁部、第１流体の流入口１及び第１流体の流出口２が突出した形状となっている。つまり、伝熱プレート７ａは、第２流体の流入口３及び第２流体の流出口４が連通する流路と、第１流体の流入口１及び第１流体の流出口２とを隔てる構成となっている。一方、伝熱プレート７ｂは、周縁部、第２流体の流入口３及び第２流体の流出口４が突出した形状となっている。つまり、伝熱プレート７ｂは、第１流体の流入口１及び第１流体の流出口２が連通する流路と、第２流体の流入口３及び第２流体の流出口４とを隔てる構成となっている。このため、サイドプレート５、伝熱プレート７ａ及び伝熱プレート７ｂを組み付けた状態においては、第１流体が流れる第１流路１１と第２流体が流れる第２流路１２とが交互に形成されることとなる。そして、図１及び図４に示すように、第１流路１１を流れる第１流体は、ｙ軸に沿って図１の上側から下側に向かって流れ、第２流路１２を流れる第２流体は、ｙ軸に沿って図１の下側から上側に向かって流れることとなる。つまり、第１流体と第２流体とは対向流となっている。

また、プレート式熱交換器２００の第１流路１１及び第２流路１２の双方には、伝熱プレート７の伝熱面と対向する範囲に、インナーフィン６が設けられている。このインナーフィン６は、基板部６ａから複数の第１切り起こし部６１及び第２切り起こし部６２が切り起こされて形成されている。詳しくは、第１切り起こし部６１は、断面コの字形状をしており、基板部６ａと平行な第１天面部６１ａ及び該第１天面部６１ａの両端部と基板部６ａとを接続する２つの第１脚部６１ｂで形成されている。そして、第１切り起こし部６１は、所定の間隔を介して、ｘ軸方向に複数形成されている。また、第２切り起こし部６２は、断面コの字形状をしており、基板部６ａと平行な第２天面部６２ａ及び該第２天面部６２ａの両端部と基板部６ａとを接続する２つの第２脚部６２ｂで形成されている。そして、第２切り起こし部６２も、第１切り起こし部６１と同様に、所定の間隔を介してｘ軸方向に複数形成されている。

また、第２切り起こし部６２は、第１切り起こし部６１に対してｘ軸方向にオフセットしており、第２天面部６２ａの一部が第１天面部６１ａの一部と接続するように形成されている（以下、第１天面部６１ａと第２天面部６２ａとを総称する場合、天面部６ｂと称する）。そして、所定の間隔を介してｘ軸方向に複数形成された第１切り起こし部６１と、所定の間隔を介してｘ軸方向に複数形成された第２切り起こし部６１とは、第２天面部６２ａの一部が第１天面部６１ａの一部と接続するように、ｙ軸方向に複数配置されている。換言すると、インナーフィン６は、基板部６ａと天面部６ｂとの間に、複数の第１脚部６１ｂ及び第２脚部６２ｂが形成された構成となっている。

このように構成されたインナーフィン６は、基板部６ａが伝熱プレート７ａ又は伝熱プレート７ｂの一方と対向し（接合され）、天面部６ｂが伝熱プレート７ａ又は伝熱プレート７ｂの他方と対向するように（接合されて）、第１流路１１及び第２流路１２に配置される。つまり、第１切り起こし部６１の第１脚部６１ｂ及び第２切り起こし部６２の第２脚部６２ｂは、第１流路１１及び第２流路１２にｙ軸方向に沿って形成されたフィン部となる。このため、第１流路１１を流れる第１流体及び第２流路１２を流れる第２流体は、これら第１脚部６１ｂ及び第２脚部６２ｂによって攪拌されるため、第１流体と第２流体との間の熱交換効率が向上する。

しかしながら、上記のように構成されたプレート式熱交換器２００には、次のような課題があった。

プレート式熱交換器２００においては、第１流体と第２流体とが熱交換する際、伝熱プレート７の伝熱面、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂを介して、高温側の流体の熱が低温側の流体に伝達される。例えば高温の冷媒等である第１流体と例えば低温の水等である第２流体とが熱交換する場合、第１流体の熱は、伝熱プレート７の伝熱面、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂを通って、第２流体伝達される。そして、蒸気状の第１流体は、第２流体に熱を与える過程で、第１流路１１内で凝縮する。このとき、プレート式熱交換器２００は、伝熱プレート７の伝熱面、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂがフラットに形成されているため、凝縮液となった第１流体の液膜が形成されやすい。このため、この液膜が抵抗となり、第１流体から第２流体への熱伝達率が低下してしまう。

そこで、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、後述の図５〜図８に示すように、従来のプレート式熱交換器２００の構成に加え、インナーフィン６の凹溝８及び伝熱プレート７の凹溝９を備えた構成としている。

図５は、本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の要部拡大図であり、図３のＶ部に相当する位置の拡大図である。図６は、本実施の形態１に係るプレート熱交換器の伝熱プレート及びインナーフィンを示す斜視図である。図７は、図６のＷ部拡大図である。また、図８は、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを示す斜視図である。なお、図５に示す「Ａ」は第１流体の流れ方向を示しており、図１及び図４に示す「Ｂ」は第２流体の流れ方向を示している。

図５及び図７に示すように、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、第１流路１１に設けられたインナーフィン６に、断面コの字形状の凹溝８が複数形成されている。これら凹溝８は、ｙ軸に沿って、つまり第１流体の流れ方向に沿って形成されている。また、これら凹溝８は、基板部６ａ第１流路側の面、及び、天面部６ｂの第１流路側の面に形成されている。つまり、これら凹溝８は、インナーフィン６における伝熱プレート７の伝熱面と対向する範囲（接する範囲）に設けられている。また、本実施の形態１では、これら凹溝８のそれぞれは、インナーフィン６の内部を流れる第１流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されている。さらに、本実施の形態１では、これら凹溝８のそれぞれは、直線状に形成されている。

また、図５及び図８に示すように、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート７の伝熱面には、第１流路１１側に、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂと対向しない範囲（接しない範囲）に、断面コの字形状の凹溝９が複数形成されている。これら凹溝９は、ｙ軸に沿って、つまり第１流体の流れ方向に沿って形成されている。また、本実施の形態１では、これら凹溝９のそれぞれは、インナーフィン６の内部を流れる第１流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されている。さらに、本実施の形態１では、これら凹溝９のそれぞれは、直線状に形成されている。

すなわち、インナーフィン６の凹溝８及び伝熱プレート７の凹溝９は、第１流体と接する範囲に形成されている。

以上、このように構成された本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００においては、例えば高温で蒸気状の冷媒等である第１流体が第２流体に熱を与える過程で第１流路１１内で凝縮する場合、第１流体の凝縮液膜を凹溝８及び凹溝９に保持し、第１流体の凝縮液膜を凹溝８及び凹溝９に集約することができる。このため、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、第１流路１１において伝熱プレート７の伝熱面、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂに第１流体の凝縮液膜ができることを抑制できる。あるいは、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、第１流路１１において伝熱プレート７の伝熱面、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂに形成される第１流体の凝縮液膜を薄くすることができる。したがって、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、第１流体から第２流体への熱伝達率を向上させることができる。

また、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００においては、凹溝８及び凹溝９が、第１流体の流れ方向に沿って形成されている。このため、凹溝８及び凹溝９に保持された第１流体の凝縮液は下流側へ流れやすくなり、凹溝８及び凹溝９からの第１流体の凝縮液の液捌け性が向上する。したがって、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００においては、凹溝８及び凹溝９に第１流体の凝縮液が滞留して第１流体から第２流体への熱伝達率が低下することも抑制できる。

さらに、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００においては、凹溝８及び凹溝９が、インナーフィン６の内部を流れる第１流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されている。このため、凹溝８及び凹溝９からの第１流体の凝縮液の液捌け性がさらに向上し、第１流体から第２流体への熱伝達率をさらに向上させることができる。

さらに、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００においては、凹溝８及び凹溝９が、直線状に形成されているので、凹溝８及び凹溝９からの第１流体の凝縮液の液捌け性がさらに向上し、第１流体から第２流体への熱伝達率をさらに向上させることができる。

さらに、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００においては、凹溝９が伝熱プレート７の厚みよりも小さくなっている。このため、伝熱プレート７の伝熱面を第２流路１２側に突出させることなく、伝熱プレート７に凹溝９を形成することができる。したがって、伝熱プレート７とインナーフィン６との接合が複雑化することがなく、プレート式熱交換器１００の製造が容易となる。

ここで、本実施の形態１では、高温の第１流体が凝縮（相変化）しながら第２流体を加熱する例について説明した。しかしながら、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、低温の第１流体が蒸発しながら高温の第２流体を冷却する場合、及び、第１流体が単相（液相又は気相）の状態のままで第２流体と熱交換する場合にも、第１流体と第２流体との間の熱伝達率を向上させる効果がある。第１流体の蒸発時、凹溝８及び凹溝９に第１流体を保持することで、核沸騰を促進でき、これにより第１流体と第２流体との間の熱伝達率を向上できるからである。また、第１流体が単相（液相又は気相）の状態のままで第２流体と熱交換する場合、凹溝８の角部（インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂのフラットな部分と凹溝８との境界部）及び凹溝９の角部（伝熱プレート７の伝熱面のフラットな部分と凹溝９との境界部）によって、第１流体の攪拌効果が向上するからである。なお、当該攪拌効果は、第１流体が凝縮する場合及び蒸発する場合においても得られる効果である。

実施の形態２．
実施の形態１で示した凹溝８及び凹溝９は、これら凹溝の長手方向と垂直な断面において、開口部から底部までの距離が一定の略コの字形状に形成されていた。これに限らず、凹溝８及び凹溝９を、例えば次のような断面形状に形成してもよい。なお、本実施の形態２で特に記述しない構成については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図９は、本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器の一例を示す要部拡大図である。この図９は、凹溝８及び凹溝９の長手方向と垂直な断面で切断した断面図である。
凹溝８及び凹溝９の長手方向と垂直な断面において、本実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００の凹溝８及び凹溝９は、開口部から底部にかけて幅が小さくなるように形成されている。例えば、図９（ａ）に示すように、凹溝８及び凹溝９を断面三角形状に形成することにより、開口部から底部にかけて幅が小さくなる凹溝８及び凹溝９を形成することができる。また例えば、図９（ｂ）に示すように、凹溝８及び凹溝９の側面部を階段形状に形成することにより、換言すると、凹溝の底部に該凹溝よりも幅の小さい凹溝を形成して凹溝８及び凹溝９を構成することにより、開口部から底部にかけて幅が小さくなる凹溝８及び凹溝９を形成することができる。

なお、図９（ｂ）では、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂに形成された断面四角形状の貫通溝８ａと、伝熱プレート７の貫通溝８ａと対向する部分に形成され、貫通溝８ａよりも幅の小さい底部側凹溝８ｂとにより、凹溝８を形成している。これに限らず、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂに、凹溝の底部に該凹溝よりも幅の小さい凹溝を形成し、凹溝８としても勿論よい。つまり、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂのみを加工して凹溝８を形成しても勿論よい。換言すると、図９（ａ）に示す凹溝８を、インナーフィン６に形成された断面台形形状の貫通溝８ａと、伝熱プレート７の貫通溝８ａと対向する部分に形成された断面三角形状の底部側凹溝８ｂとで構成しても勿論よい。また、実施の形態１で示した凹溝８も、インナーフィン６に形成された断面四角形状の貫通溝８ａと、伝熱プレート７の貫通溝８ａと対向する部分に形成され、貫通溝８ａと同一幅の底部側凹溝８ｂとで構成しても勿論よい。

以上、本実施の形態２のように構成されたプレート式熱交換器１００は、実施の形態１と同様の効果を得られることに加え、実施の形態１と比べて次のような効果を得ることもできる。

本実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００においては、開口部から底部にかけて幅が小さくなるように凹溝８及び凹溝９が形成されているので、凹溝８及び凹溝９に保持する凝縮液の量を調整することができる。例えば、第１流体が第１流路１１内で凝縮する場合、本実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００は、第１流体の凝縮液膜が形成される初期段階において、凝縮液の保持量を実施の形態１よりも少なくできる。そして、第１流体が凝縮されていくにつれて徐々に凹溝８及び凹溝９に保持する凝縮液の量は増加するが、この増加量を実施の形態１よりも大きくさせることができる。

また、本実施の形態２のように、インナーフィン６の貫通溝８ａと伝熱プレート７の底部側凹溝８ｂとで凹溝８を形成することにより、貫通溝８ａ及び底部側凹溝８ｂがインナーフィン６と伝熱プレート７を位置合わせする際の目印となるため、プレート式熱交換器１００の組み立て精度を向上することができ、プレート式熱交換器１００の信頼性が向上する。

なお、図９（ａ）のように凹溝８及び凹溝９を断面三角形状に形成する場合、三角形の頂角や辺の長さによって、凝縮時の液膜の保持量を調整できる。また、図９（ｂ）のように凹溝８及び凹溝９を断面三角形状に形成する場合、寸法ａ及びｂを変更することにより、凝縮時の液膜の保持量を調整できる。

実施の形態３．
凹溝８及び凹溝９の形状は、実施の形態１及び実施の形態２で示した形状に限定されるものではなく、例えば次のような断面形状に形成してもよい。なお、本実施の形態３で特に記述しない構成については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１０は、本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器の一例を示す要部拡大図である。この図１０は、凹溝８及び凹溝９の長手方向と垂直な断面で切断した断面図である。
凹溝８及び凹溝９の長手方向と垂直な断面において、本実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００の凹溝８及び凹溝９は、開口部から底部にかけて幅が大きくなるように形成されている。例えば、図１０（ａ）に示すように、凹溝８及び凹溝９を、短辺側が開口部となった台形形状に形成することにより、開口部から底部にかけて幅が大きくなる凹溝８及び凹溝９を形成することができる。また例えば、図１０（ｂ）に示すように、凹溝８及び凹溝９の側面部を階段形状に形成することにより、換言すると、凹溝の底部に該凹溝よりも幅の大きい凹溝を形成して凹溝８及び凹溝９を構成することにより、開口部から底部にかけて幅が大きくなる凹溝８及び凹溝９を形成することができる。

なお、図１０（ｂ）では、インナーフィン６の基板部６ａ及び天面部６ｂに形成された断面四角形状の貫通溝８ａと、伝熱プレート７の貫通溝８ａと対向する部分に形成され、貫通溝８ａよりも幅の大きい底部側凹溝８ｂとにより、凹溝８を形成している。

以上、本実施の形態３のように構成されたプレート式熱交換器１００は、実施の形態１と同様の効果を得られることに加え、実施の形態１と比べて次のような効果を得ることもできる。

本実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００においては、開口部から底部にかけて幅が大きくなるように凹溝８及び凹溝９が形成されているので、凹溝８及び凹溝９に保持する凝縮液の量を調整することができる。例えば、第１流体が第１流路１１内で凝縮する場合、本実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００は、第１流体の凝縮液膜が形成される初期段階において、凝縮液の保持量を実施の形態１よりも大きくできる。そして、第１流体が凝縮されていくにつれて徐々に凹溝８及び凹溝９に保持する凝縮液の量は増加するが、この増加量を実施の形態１よりも小さくさせることができる。

また、本実施の形態３に係る凹溝８及び凹溝９の形状は、凝縮液を引き込みやすい形状である。このため、凹溝８内及び凹溝９内では隣接する気泡によって沸騰が活性化されやすくなるので、第１流体が蒸発する条件で本実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００を用いる際、実施の形態１及び実施の形態２よりも、第１流体と第２流体との間の熱伝達率を向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３で示した凹溝９の端部に、次のような流出口側凹溝９ａ及び流入口側凹溝９ｂを設けてもよい。なお、本実施の形態４で特に記述しない構成については実施の形態１〜実施の形態３のいずれかと同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１１は、本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを示す斜視図である。
本実施の形態４に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート７には、一端が凹溝９と接続され、他端が第１流体の流出口２に接続された流出口側凹溝９ａが形成されている。
また、本実施の形態４に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート７には、一端が凹溝９と接続され、他端が第１流体の流入口１に接続された流入口側凹溝９ｂも形成されている。

インナーフィン６内を流れた第１流体は、その流れを傾けて第１流体の流出口２に流入することとなる。また、第１流体の流入口１から第１流路１１内に流入した第１流体は、インナーフィン６側に流れた後、その流れを傾けてインナーフィン６内に流入することとなる。このため、第１流体の流入口１からインナーフィン６へ至るまでの流路、及び、インナーフィン６から第１流体の流出口２へ至るまでの流路は、インナーフィン６内流路に対して流れ難い流路となっている。しかしながら、本実施の形態４に係るプレート式熱交換器１００は、流入口側凹溝９ｂ及び流出口側凹溝９ａを備えているので、これらインナーフィン６内流路に対して流れ難い流路において、第１流体を流入口側凹溝９ｂ及び流出口側凹溝９ａに沿わせて流すことにより、第１流体を円滑に流すことができる。また、これらインナーフィン６内流路に対して流れ難い流路において、第１流体を円滑に流すことができるため、伝熱プレート７の有効伝熱面積を拡大することもできる。これらの効果は、第１流体を流入口側凹溝９ｂ及び流出口側凹溝９ａの一方を設けるだけでも得ることができる。

なお、上記の実施の形態１〜実施の形態４では、第２流路１２にインナーフィン６を設けたプレート式熱交換器１００を例に本発明を説明したが、第２流路１２にインナーフィン６が設けられておらず、第１流路１１にのみインナーフィン６を設けたプレート式熱交換器に本発明を実施することも勿論可能である。

また、上記の実施の形態１〜実施の形態４では、凹溝８、凹溝９、流出口側凹溝９ａ及び流入口側凹溝９ｂを第１流路１１側にのみ形成したプレート式熱交換器１００を例に本発明を説明したが、第２流路１２側に凹溝８、凹溝９、流出口側凹溝９ａ及び流入口側凹溝９ｂを形成してもよい。第２流路１２側でも、第１流路１１側で得られた上記の効果を得ることができる。

また、上記の実施の形態１〜実施の形態４では、凹溝８及び凹溝９の双方を形成したプレート式熱交換器１００について説明したが、凹溝８及び凹溝９のうちの一方のみを形成しても、上記の効果を得ることができる。

また、上記の実施の形態１〜実施の形態４では、第１流路と第２流路とが対向流となったプレート式熱交換器１００について説明したが、第１流路と第２流路とを並行流としても勿論よい。

また、本発明に係るプレート式熱交換器は、実施の形態１〜実施の形態３で示した形状の凹溝８及び凹溝９を組み合わせて構成しても勿論よい。

実施の形態５．
最後に、実施の形態１〜実施の形態４で示したプレート式熱交換器１００を備えた冷凍サイクル装置の一例について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置を示す回路図である。
この図１２に示す冷凍サイクル装置１５０は、実施の形態１〜実施の形態４に記載のいずれかのプレート式熱交換器１００を冷媒対冷媒熱交換器として用いた空気調和装置である。冷凍サイクル装置１５０は熱源側冷媒回路３０及び利用側冷媒回路４０等から構成されている。

熱源側冷媒回路３０は、圧縮機３１、凝縮器となるプレート式熱交換器１００、膨張弁３３、及び蒸発器３２が順次冷媒配管により接続されて構成されている。また、利用側冷媒回路４０は、ポンプ４１、利用側熱交換器４２及びプレート式熱交換器１００が順次冷媒配管により接続されて構成されている。

圧縮機３１で圧縮された蒸気状態の熱源側冷媒（例えば第１流体）は、プレート式熱交換器１００に流入する。プレート式熱交換器１００に流入した熱源側冷媒は、利用側冷媒（例えば第２流体）を加熱して凝縮する。プレート式熱交換器１００で凝縮した熱源側冷媒は過冷却状態の液冷媒となり、膨張弁３３に流入する。膨張弁３３で膨張した低温低圧の熱源側冷媒は低乾き度の二相状態となり、蒸発器３２に流入する。蒸発器３２に流入した熱源側冷媒は、送風機３２ａから送り出された空気から吸熱して蒸発する。蒸発器３２で蒸発した熱源側冷媒は、圧縮機３１に吸入されて再び圧縮される。

一方、プレート式熱交換器１００で熱源側冷媒との熱交換により加熱された利用側冷媒は、ポンプ４１に吸引された後、吐出され、利用側熱交換器４２に流入する。利用側熱交換器４２において、利用側冷媒は、送風機４２ａから送り出された空気調和空間の空気を加熱し、空気調和空間を暖房する。その後、利用側冷媒は、再びプレート式熱交換器１００に流入する。

このように構成された冷凍サイクル装置１５０は、実施の形態１〜実施の形態４で示したプレート式熱交換器１００を備えているので、省エネ性と信頼性の高い冷凍サイクル装置となる。

なお、本実施の形態５の冷凍サイクル装置１５０は、熱源側冷媒回路３０の凝縮器としてプレート式熱交換器１００を用いたが、熱源側冷媒回路３０の蒸発器としてプレート式熱交換器１００を用いてもよい。熱源側冷媒回路３０の凝縮器及び蒸発器の双方にプレート式熱交換器１００を用いても勿論よい。

本発明に係るプレート式熱交換器は、上述した空気調和装置以外にも、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 第１流体の流入口、２ 第１流体の流出口、３ 第２流体の流入口、４ 第２流体の流出口、５ サイドプレート、６ インナーフィン、６ａ 基板部、６ｂ 天面部、６１ 第１切り起こし部、６１ａ 第１天面部、６１ｂ 第１脚部、６２ 第２切り起こし部、６２ａ 第２天面部、６２ｂ 第２脚部、７ 伝熱プレート、７ａ 伝熱プレート、７ｂ 伝熱プレート、８ 凹溝、８ａ 貫通溝、８ｂ 底部側凹溝、９ 凹溝、９ａ 流出口側凹溝、９ｂ 流入口側凹溝、１１ 第１流路、１２ 第２流路、３０ 熱源側冷媒回路、３１ 圧縮機、３２ 蒸発器、３２ａ 送風機、３３ 膨張弁、４０ 利用側冷媒回路、４１ ポンプ、４２ 利用側熱交換器、１００ プレート式熱交換器、１５０ 冷凍サイクル装置、２００ プレート式熱交換器（従来）、Ａ 第１流体の流れ方向、Ｂ 第２流体の流れ方向。

Claims (9)

1. ２枚のサイドプレートの間に、フラットな伝熱面が形成された伝熱プレートを所定の間隔を介して複数積層し、
   前記サイドプレートと前記伝熱プレートとの間及び各前記伝熱プレートの間に形成される空間に、第１流体が流通するための第１流体流入ポート及び第１流体流出ポートと、前記第１流体とは異なる第２流体が流通するための第２流体流入ポート及び第２流体流出ポートとが交互に連通し、
   前記第１流体が流通する第１流路と前記第２流体が流通する第２流路が交互に形成され、
   少なくとも前記第１流路には、前記伝熱面と対向する範囲にインナーフィンが設けられたプレート式熱交換器であって、
   前記第１流路における前記インナーフィンの設置範囲には、
   前記インナーフィンにおける前記伝熱プレートと対向する範囲、及び、前記伝熱プレートのうちの少なくとも一方に、前記インナーフィン及び前記伝熱プレートの厚みよりも小さい深さの凹溝が、前記第１流体の流れ方向に沿って形成されており、
   前記凹溝のうちの少なくとも一部は、
   前記インナーフィンに形成された貫通溝、及び、前記伝熱プレートの前記貫通溝と対向する部分に形成された底部凹溝によって形成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記凹溝の長手方向と垂直な断面において、
   前記凹溝は、開口部から底部にかけて幅が小さくなっ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. 前記凹溝の長手方向と垂直な断面において、
   前記凹溝は、開口部から底部にかけて幅が大きくなっ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。
4. 前記凹溝が形成された流路には、
   一端が前記凹溝と接続され、他端が当該流路と連通する流入口に接続された流入口側凹溝、及び、一端が前記凹溝と接続され、他端が当該流路と連通する流出口に接続された流出口側凹溝のうちの少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記第２流路にも、
   前記伝熱面と対向する範囲に前記インナーフィンが設けられ、
   前記凹溝が、前記第２流体の流れ方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記インナーフィンの設置範囲において、
   前記凹溝のそれぞれは、該インナーフィンの内部を流れる流体の流れ方向上流側から下流側にかけて途切れることなく形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
7. 前記凹溝のそれぞれは、直線状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
8. 前記凹溝の前記伝熱プレートに形成された部分の深さは、該伝熱プレートの厚みよりも小さくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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