JPH10339590A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒の偏流に起因する過冷却水の温度分布の
不均一さを是正し、過冷却状態を安定化させる。 【解決手段】 四隅部に開口(61)〜(64)が形成された伝
熱プレート(P) に、溝面(65)及び平滑面(67)を設ける。
第３開口(63)は水の流入口となり、第２開口(62)は水の
流出口となる。溝面(65)は、第３開口(63)から第２開口
(62)へ向かう方向に順に成形された第１溝面(65a) 、第
２溝面(65b) 及び第３溝面(65c) から成る。第１溝面(6
5a)と第２溝面(65b)との間に第１平滑面(67a)を、第２
溝面(65b)と第３溝面(65c)との間に第２平滑面(67b)を
設ける。溝面(65)において温度が不均一となった水は、
平滑面(67)において水同士が熱交換を行い、その温度分
布が均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレート式熱交換
器に係り、特に、過冷却水の生成に適したプレート式熱
交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和装置や冷凍装置、冷
蔵装置などにおいて、各種の熱交換器が使用されてい
る。それらの熱交換器のうち、プレート式熱交換器は、
熱通過率が大きくコンパクトな熱交換器として知られて
いる。

【０００３】図９に示すように、一般的に、プレート式
熱交換器は、複数枚の略矩形状の伝熱プレート(e) を積
層することにより構成されている。これらの伝熱プレー
ト(e) の四隅部には、開口(a)〜(d)が設けられている。
熱交換を行う各流体の流路は、積層された伝熱プレート
(e) の間に交互に形成されている。各開口(a)〜(d)の周
囲は伝熱プレート(e) の積層方向のいずれか一方に膨出
し、隣り合う伝熱プレート(e) の膨出部分同士が当接し
ている。

【０００４】そして、伝熱プレート(e) の上記開口(a)
〜(d)は、熱交換を行う２流体の流入口(a),(c) 及び流
出口(b),(d) を構成している。また、各伝熱プレート
(e) の中央部には、流体の伝熱を促進する溝面(f) が成
形されている。

【０００５】流入口(a) から流入した一方の流体は、溝
面(f) を通過しながら他方の流体と熱交換を行う。そし
て、熱交換を行った後、流出口(b) から流出する。

【０００６】このように、熱交換を行う２流体は、伝熱
プレート(e) の表面近傍を流れる。しかも、溝面(f) に
よって流れを乱されながら流れるので、伝熱が促進さ
れ、効率的な熱交換を行う。

【０００７】ところで、例えば特開平４−２５１１７７
号公報に開示されているように、従来より、冷房負荷の
ピーク時における電力需要の軽減およびオフピーク時に
おける電力需要の拡大を図ることに鑑みて、いわゆるダ
イナミック式の氷蓄熱式空気調和装置が用いられてい
る。この種の空気調和装置では、冷房負荷のオフピーク
時に、スラリー状の氷を生成して蓄熱槽に貯蔵してお
き、冷房負荷のピーク時に、この氷を冷熱源として利用
する。

【０００８】このようなスラリー状の氷は、過冷却水の
過冷却状態を解消することにより生成される。一般に、
過冷却水は、低温の水を冷媒回路を流れる冷媒の蒸発潜
熱を利用して冷却することにより、生成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、冷媒回路に
設けられた蒸発器では、一般に、冷媒は気液二相状態で
流入する。プレート式熱交換器を上記空気調和装置の過
冷却水生成用の蒸発器として用いた場合、液冷媒とガス
冷媒とではその比重が異なるため、その流路内では、冷
媒は偏流を生じやすい。このような冷媒の偏流が原因と
なり、プレート式熱交換器では以下のような課題があっ
た。

【００１０】図９に模式的に示すように、冷媒流入口
(a) から流入した気液二相冷媒は、冷媒流出口(b) に向
かって流通する。ここで、気液二相冷媒のうちのガス冷
媒は、気泡となって冷媒流路を流通する。ガス冷媒は液
冷媒に比べて比重が軽いため、冷媒流入口(a) の上方の
領域を流れやすい。その結果、気液二相状態で流入した
冷媒は、液冷媒とガス冷媒とが不均一に混じり合った偏
りのある流れとなる。

【００１１】周知のように、液冷媒は熱伝達率が大きい
のに対し、ガス冷媒は熱伝達率が小さい。また、液冷媒
は熱交換を行うことにより蒸発するので、熱流束が大き
い。

【００１２】一方、上記冷媒と熱交換を行って冷却され
る水は、液体であるため、流路内において偏りの少ない
比較的均一な流れとなる。従って、この水は、冷媒によ
って不均一に冷却されることになる。そのため、流路内
の水は、図１０に示すように、温度分布に偏りを生ず
る。

【００１３】ところで、過冷却水は、一定の限界温度以
下になるとその過冷却状態を解消する。さらに、過冷却
が解消して氷化した部分は、種氷となって、他の過冷却
水の過冷却状態を解消する要因となる。そのため、過冷
却水の過冷却状態を維持するためには、すべての領域を
上記限界温度よりも高温に維持する必要がある。

【００１４】一方、過冷却水を効率よく生成するために
は、水の平均温度をできるだけ低温にすることが望まし
い。従って、過冷却状態を維持しつつ効率よく過冷却水
を生成するためには、熱交換器内の過冷却水の温度を均
一化することが好ましい。例えば、平均温度が−３℃の
過冷却水を生成する場合には、局所的に−４℃以下の領
域を有するような温度分布が不均一な状態よりも、すべ
ての領域が−３℃の均一な状態の方が好ましい。限界温
度が−４℃だと仮定すると、このような不均一な状態で
は、−４℃以下の領域で氷化が起こるからである。

【００１５】ところが、上述の通り、従来のプレート式
熱交換器では、冷媒の偏流により、過冷却水の温度分布
が不均一になっていた。そのため、過冷却解消による流
路の閉塞を防止するため、過冷却水の最も低温領域の温
度を、上記限界温度よりも高温にする必要があった。そ
の結果、過冷却水の平均温度を低くすることができず、
スラリー状の氷の生成効率を向上することに限界があっ
た。

【００１６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、冷媒の偏流に起因す
る熱媒体の温度分布の不均一を是正し、熱媒体の過冷却
状態を安定化させることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、熱媒体の流路に、熱媒体同士が混合して
熱交換を行う部分を設けることとした。このことによ
り、当該部分以外の部分で熱媒体の温度分布が不均一と
なったとしても、当該部分において熱媒体同士が熱交換
を行うので、その温度分布は均一化される。

【００１８】具体的には、請求項１に記載の発明が講じ
た手段は、積層された複数の伝熱プレート(P) 間に、熱
媒体が流れる熱媒体流路(B) と、冷媒が流れる冷媒流路
(A)とが交互に形成され、熱媒体と冷媒との間で熱交換
を行わせるプレート式熱交換器において、上記伝熱プレ
ート(P) は、熱媒体と冷媒との熱交換を促進させる伝熱
促進溝(53a,53b,54a,54b) が設けられた主熱交換部(65)
と、上記熱媒体通路(B) 内において、上記主熱交換部(6
5)を流通した熱媒体を混合させて該熱媒体同士を熱交換
させることにより、熱媒体の流れ方向と直交する方向の
温度分布を均一化させる温度分布解消部(67)とを備えて
いる構成としたものである。

【００１９】上記発明特定事項により、熱媒体は、主熱
交換部(65)において、冷媒と活発に熱交換を行う。そし
て、主熱交換部(65)で温度分布が不均一になったとして
も、温度分布解消部(67)において熱媒体同士が混合して
熱交換を行うので、その温度分布が均一化される。その
ため、例えば蓄熱媒体を過冷却する際には、蓄熱媒体の
平均の過冷却度を高めることができ、その過冷却状態が
安定する。従って、効率の良い製氷動作が行われること
になる。

【００２０】請求項２に記載の発明が講じた手段は、請
求項１に記載のプレート式熱交換器において、伝熱プレ
ート(P) には、溝面(65)と平滑面(67)とが熱媒体の流れ
方向に交互に形成され、主熱交換部の伝熱促進溝(53a,5
3b,54a,54b) は、上記溝面(65)によって構成されている
一方、温度分布解消部は、上記平滑面(67)によって構成
されている構成としたものである。

【００２１】上記発明特定事項により、熱媒体及び冷媒
は、溝面(65)によって流れが乱され、互いの熱交換が促
進される。一方、平滑面(67)においては、温度分布の異
なる熱媒体同士が混じり合うので、それらは熱交換を行
い、温度分布は均一化する。溝面(65)と平滑面(67)と
は、熱媒体の流れ方向に交互に形成されているので、熱
媒体は、溝面(65)及び平滑面(67)を交互に流れることに
なる。その結果、溝面(65)において温度分布が不均一に
なった熱媒体は、その後平滑面(67)を流れて温度分布が
均一化される。そのため、不均一の程度が大きくなる前
に均一化されることになり、熱媒体の温度分布は確実に
均一化される。

【００２２】請求項３に記載の発明が講じた手段は、請
求項２に記載のプレート式熱交換器において、溝面(65)
は、伝熱プレート(P) の長手方向に順に成形された互い
に独立な第１溝面(65a) 、第２溝面(65b) 及び第３溝面
(65c) から構成される一方、平滑面(67)は、上記第１溝
面(65a) と上記第２溝面(65b) との間に形成された第１
平滑面(67a) と、該第２溝面(65b) と上記第３溝面(65
c) との間に形成された第２平滑面(67b) とから構成さ
れている構成としたものである。

【００２３】上記発明特定事項により、具体的な構成に
より、溝面(65)と平滑面(67)とが、熱媒体の流れ方向に
交互に形成されることになる。

【００２４】請求項４に記載の発明が講じた手段は、請
求項２または３のいずれか一つに記載のプレート式熱交
換器において、溝面(65)は、平板状の伝熱プレート(P)
の一部を波板状に成形することにより構成されている一
方、平滑面(67)は、上記伝熱プレート(P) の平板面によ
り構成されている構成としたものである。

【００２５】上記発明特定事項により、具体的かつ簡易
な構成により、溝面(65)及び平滑面(67)が得られること
になる。

【００２６】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２７】−空気調和装置(10)の構成− 実施形態１に係るプレート式熱交換器(50)が搭載された
空気調和装置(10)は、冷媒循環回路(20)と水循環回路(3
0)とから構成されている。

【００２８】冷媒循環回路(20)は、圧縮機(21)、四路切
換弁(22)、室外熱交換器(23)、室外電動膨張弁(EV-1)、
室内電動膨張弁(EV-2)、室内熱交換器(24)、及びアキュ
ムレータ(25)が、冷媒配管(26)によって接続されて構成
される可逆運転自在なメイン冷媒回路(27)を備えてい
る。さらに、冷媒循環回路(20)には、蓄熱冷媒回路(2
a)、種氷回路(2b)、及びホットガス回路(2c)が設けられ
ている。

【００２９】蓄熱冷媒回路(2a)は、後述する冷蓄熱運転
時に冷媒が循環する回路であって、一端がメイン冷媒回
路(27)の室外熱交換器(23)と室外電動膨張弁(EV-1)との
間に、他端が四路切換弁(22)とアキュムレータ(25)との
間に接続されている。この蓄熱冷媒回路(2a)には、第１
電磁弁(SV-1)、予熱器(11)、蓄熱電動膨張弁(EV-3)、本
実施形態に係るプレート式熱交換器(50)、及び第２電磁
弁(SV-2)が順に設けられている。

【００３０】種氷回路(2b)は、水循環回路(30)において
種氷を生成させるための回路であって、一端が蓄熱冷媒
回路(2a)における蓄熱電動膨張弁(EV-3)とプレート式熱
交換器(50)との間に、他端がプレート式熱交換器(50)と
第２電磁弁(SV-2)との間に接続されている。この種氷回
路(2b)には、キャピラリーチューブ(CP)及び種氷生成器
(13)が順に設けられている。

【００３１】ホットガス回路(2c)は、蓄熱槽(31)に蓄え
られた氷を利用する冷房運転時等に圧縮機(21)の吐出冷
媒をプレート式熱交換器(50)に供給する回路であって、
一端が圧縮機(21)の吐出側に、他端が蓄熱冷媒回路(2a)
における第２電磁弁(SV-2)とプレート式熱交換器(50)と
の間に接続され、第３電磁弁(SV-3)を備えている。

【００３２】以上が冷媒循環回路(20)の構成である。

【００３３】一方、水循環回路(30)は、図２に示すよう
に、蓄熱槽(31)、ポンプ(32)、予熱器(11)、混合器(3
3)、プレート式熱交換器(50)、及び過冷却解消器(34)が
水配管(35)によって順に接続されて構成されている。

【００３４】このように、プレート式熱交換器(50)は、
冷媒循環回路(20)を流れる冷媒と水循環回路(30)を流れ
る水との間で熱交換を行わせ、冷蓄熱運転時には水を過
冷却状態にまで冷却する過冷却熱交換器として用いられ
る。

【００３５】予熱器(11)は、冷媒循環回路(20)を流れる
冷媒によって蓄熱槽(31)から流れてきた氷水を加熱し
て、水配管(35)を流れる氷片を融解する熱交換器であ
る。混合器(33)は、予熱器(11)で加熱された水と氷とを
撹拌して氷の融解を促進させる。種氷生成器(13)は、水
配管(35)を流れる水の一部を冷媒循環回路(20)を流れる
冷媒によって冷却氷化し、それを種氷として過冷却解消
器(34)に向かって供給する。過冷却解消器(34)は、種氷
生成器(13)で生成された種氷とプレート式熱交換器(50)
で生成された過冷却水とを撹拌して、その過冷却状態を
解消する。

【００３６】−プレート式熱交換器(50)の構成− 次に、プレート式熱交換器(50)の構成について説明す
る。

【００３７】図３の分解斜視図に示すように、プレート
式熱交換器(50)は、２枚のフレーム(51),(52)の間に、
複数枚の伝熱プレート(P) が積層されて構成されてい
る。

【００３８】伝熱プレート(P) は、金属製の平板から成
り、後述するように、その一部がプレス加工によって波
板状に成形されて溝面(65)を構成している。なお、図３
においては、プレート式熱交換器(50)の全体構成の理解
を容易にするために、波形状の図示は省略している。こ
れら伝熱プレート(P) は、波形状の異なる２種類の伝熱
プレート、すなわち第１タイプの伝熱プレートである第
１プレート(P1)と、第２タイプの伝熱プレートとである
第２プレート(P2)とから構成されている。そして、プレ
ート式熱交換器(50)は、第１プレート(P1)と第２プレー
ト(P2)とが一定の間隔を存して交互に重ね合わされ、こ
れらがろう付けにより一体的に接合されて構成されてい
る。

【００３９】一方のフレーム(51)には、その四隅部に開
口が形成され、配管(75)〜(78)がそれぞれ接続されてい
る。すなわち、フレーム(51)の左下部には冷媒導入配管
(75)が、左上部には冷媒導出配管(78)が、右下部には水
導入配管(77)が、右上部には水導出配管(76)がそれぞれ
接続されている。

【００４０】各伝熱プレート(P) の周縁部(66)は、中央
部に比べて肉厚に形成されており、隣り合う伝熱プレー
ト(P) の周縁部(66)同士がろう付けされることによって
互いに接合されるように形成されている。

【００４１】また、各伝熱プレート(P) には、その四隅
部に開口(61)〜(64)が設けられている。伝熱プレート
(P) の左下部には第１開口(61)が、右上部には第２開口
(62)が、右下部には第３開口(63)が、左上部には第４開
口(64)がそれぞれ設けられている。

【００４２】伝熱プレート(P) の接合に際して、所定の
開口(61)〜(64)の周囲には、水と冷媒との混合を防止す
るシール部材(71)が挟まれる。具体的には、冷媒流路
(A) を形成する面には、第３開口(63)及び第２開口(62)
の周囲にシール部材(71)が挟まれている。一方、水流路
(B) を形成する面には、第１開口(61)及び第４開口(64)
の周囲にシール部材(71)が挟まれている。つまり、伝熱
プレート(P) の間には、水流路(B) に冷媒が流入せず、
かつ冷媒流路(A) に水が流入しないように、所定の開口
(61)〜(64)の周囲を覆うシール部材(71)が設けられてい
る。その結果、第１開口(61)は各冷媒流路(A) への冷媒
流入口を構成し、第４開口(64)は冷媒流出口を構成す
る。一方、第３開口(63)は各水流路(B) への水流入口(6
3a) を構成し、第２開口(62)は水流出口(62a) を構成す
る。また、伝熱プレート(P) を積層することにより、冷
媒導入配管(75)に通じる冷媒分流通路(91)が第１開口(6
1)とシール部材(71)とにより区画形成され、冷媒導出配
管(78)に通じる冷媒合流通路(94)が第４開口(64)とシー
ル部材(71)とにより区画形成される。また、水導入配管
(77)に通じる水分流通路(93)が第３開口(63)とシール部
材(71)とにより区画形成され、水導出配管(76)に通じる
水合流通路(92)が第２開口(62)とシール部材(71)とによ
り区画形成される。

【００４３】上記のような構成により、各伝熱プレート
(P) の間には、冷媒流路(A) と水流路(B) とが交互に形
成されている。つまり、図３に示す実線矢印のように、
冷媒は冷媒導入配管(75)から冷媒分流通路(91)に導入さ
れ、各第１開口(61,61,…)を経て冷媒流路(A,A,…)に流
入する。冷媒流路(A,A,…)を通過した冷媒は、各第４開
口(64,64,…)を通じて冷媒合流通路(94)に流出し、冷媒
導出配管(78)から導出されるようになっている。同様
に、水は、図３に破線矢印のように、水導入配管(77)か
ら水分流通路(93)に導入され、各第３開口(63,63,…)か
ら水流路(B,B,…)に流入する。その後、各第２開口(62,
62,…)を経て水合流通路(92)に流出し、水導出配管(76)
から導出されるようになっている。このようにして、伝
熱プレート(P)を介して冷媒と水とが熱交換を行うよう
に構成されている。

【００４４】次に、本発明の特徴となる伝熱プレート
(P) の構成について説明する。上述したように、伝熱プ
レート(P) は、第１プレート(P1)と第２プレート(P2)と
から構成されている。まず、第１プレート(P1)について
説明する。

【００４５】図４に示すように、第１プレート(P1)に
は、溝面(65)と平滑面(67)とが設けられている。

【００４６】溝面(65)は、冷媒及び水の流れの乱れを大
きくし、それらの熱交換を促進する主熱交換部を構成し
ている。この溝面(65)の溝形状は、波を形成する山部
（図４における太線部分）と谷部（図４における細線部
分）とが交互に形成された波形状となっている。この波
形状は、山部と谷部の延長方向が、図４の右方向に向か
うにしたがって上側に傾斜するように成形された上方傾
斜部(53a) と、下側に傾斜するように成形された下方傾
斜部(53b) とが交互に形成されたいわゆるヘリンボーン
形状となっている。溝面(65)は、第１プレート(P1)の長
手方向に間欠的に設けられた第１溝面(65a) 、第２溝面
(65b) 及び第３溝面(65c) から構成されている。

【００４７】平滑面(67)は、温度分布の不均一な水同士
を混合させて熱交換させ、その温度分布を均一化させる
温度分布解消部を構成している。この平滑面(67)は、伝
熱プレート(P) の表面に矩形上に形成された第１平滑面
(67a) 及び第２平滑面(67b)から構成されている。第１
平滑面(67a) は、第１溝面(65a) と第２溝面(65b) との
間に設けられ、第２平滑面(67b) は、第２溝面(65b) と
第３溝面(65c) との間に設けられている。つまり、溝面
(65)は、伝熱プレート(P) の長手方向、言い換えると水
の流れ方向に向かって間欠的に設けられている。従っ
て、溝面(65)と平滑面(67)とは、伝熱プレート(P) の長
手方向に向かって交互に形成されている。

【００４８】一方、図５に示すように、第２プレート(P
2)も、第１プレート(P1)と同様に、四隅部に開口(61)〜
(64)が形成されているとともに、その他の部分に溝面(6
5)及び平滑面(67)が形成されている。この第２プレート
(P2)の溝面(65)の形状は、山部と谷部の延長方向が第１
プレート(P1)のものと異なっている。すなわち、上述し
た第１プレート(P1)では、図４に示すように、左端から
上方傾斜部(53a) 、下方傾斜部(53b) の順でヘリンボー
ン形状が構成されているのに対し、第２プレート(P2)で
は、図５に示すように、左端から、下方傾斜部(54b) 、
上方傾斜部(54a) の順でヘリンボーン形状が構成されて
いる。その他の形状は、第１プレート(P1)と同様であ
る。

【００４９】−運転動作− 次に、空気調和装置(10)の運転動作（冷蓄熱運転動作）
について説明する。

【００５０】蓄熱槽(31)にスラリー状の氷を蓄える冷蓄
熱運転では、図１に示すように、四路切換弁(22)が実線
側に切り換えられ、蓄熱電動膨張弁(EV-3)が所定開度に
調整される一方、他の電動膨張弁(EV-1,EV-2) は閉鎖さ
れる。また、第１及び第２電磁弁(SV-1,SV-2) は開口
し、第３電磁弁(SV-3)は閉鎖している。

【００５１】この状態において、冷媒循環回路(20)で
は、圧縮機(21)から吐出された冷媒は、図１に実線矢印
で示すように、室外熱交換器(23)で外気と熱交換して凝
縮する。その後、この冷媒は、蓄熱電動膨張弁(EV-3)で
減圧した後、プレート式熱交換器(50)内で水と熱交換し
て蒸発し、この水を過冷却状態にまで冷却する。その
後、上記冷媒はアキュムレータ(25)を経て圧縮機(21)に
吸入される。

【００５２】また、本運転にあっては、冷媒の一部が、
蓄熱電動膨張弁(EV-3)の下流側から種氷回路(2b)に分流
し、キャピラリチューブ(CP)により減圧された後、種氷
生成器(13)で蒸発して、アキュムレータ(25)を経て圧縮
機(21)に吸入される。この種氷生成器(13)において、冷
媒は、水配管(35)を流れる水と熱交換し、種氷を水配管
(35)の内壁面に生成する。

【００５３】一方、水循環回路(30)では、ポンプ(32)を
駆動することにより、水を循環させる。図２に示すよう
に、蓄熱槽(31)から流出した水は、ポンプ(32)を経て、
予熱器(11)で加熱された後、混合器(33)で攪拌される。
その後、この水はプレート式熱交換器(50)内で冷媒と熱
交換して冷却され、所定の過冷却状態になってプレート
式熱交換器(50)から流出する。そして、プレート式熱交
換器(50)から流出した過冷却状態の水は、種氷生成器(1
3)において更に冷却され、種氷を水配管(35)の内壁面に
生成する。その後、この種氷の周囲で氷核が生成され、
この氷核を含んだ過冷却水は過冷却解消器(34)に供給さ
れる。そして、過冷却解消器(34)において、氷核と過冷
却水とが攪拌され、蓄熱用のスラリー状の氷が生成され
て蓄熱槽(31)に回収貯留される。

【００５４】−プレート式熱交換器(50)内の冷媒及び水
の流れ− 次に、プレート式熱交換器(50)内の冷媒及び水の流れに
ついて、具体的に説明する。

【００５５】プレート式熱交換器(50)に流入する冷媒
は、気液二相状態の低温冷媒である。この気液二相冷媒
は、図３に実線矢印で示すように、冷媒導入配管(75)を
経て、冷媒分流通路(91)に導入される。そして、この冷
媒分流通路(91)から各第１開口(61,61,…)を通じて各冷
媒流路(A,A,…)に流入する。そして、各冷媒流路(A,A,
…)を上向きに流れ、隣り合う水流路(B,B,…)内の水と
熱交換を行って蒸発し、水を冷却する。蒸発した冷媒
は、各第４開口(64,64,…)を通じて各冷媒流路(A,A,…)
を流出し、冷媒合流通路(94)において合流する。そし
て、冷媒合流通路(94)内の冷媒は、冷媒導出配管(78)を
経てプレート式熱交換器(50)から導出される。

【００５６】一方、水は、水導入配管(77)を通じて水分
流通路(93)に導入された後、各第３開口(63,63,…)を経
て各水流路(B,B,…)に流入する。水流路(B) において、
水は、第３開口(63)から第２開口(62)に向かって、上向
きに流れる。

【００５７】図６に示すように、水流入口(63a) から流
入した水は、まず、第１溝面(65a)を流れる。この第１
溝面(65a) において、水と冷媒は、ともに流れが乱さ
れ、活発に熱交換を行う。しかし、冷媒は気液二相状態
であるため、ガス冷媒と液冷媒とが不均一に混ざり合っ
て流れ、冷媒流路(A) 内で偏流となることがある。その
ため、局所的には、専らガス冷媒が存在する領域や専ら
液冷媒が存在する領域が形成される。ガス冷媒と液冷媒
とでは熱伝達率が異なるため、水を冷却する程度が異な
る。そのため、第１溝面(65a) を流れる水にあっては、
冷却の程度の大きい領域と、冷却の程度の小さい領域と
が混在し、その温度分布は不均一となる。具体的には、
冷媒流路(A) 内の専ら液冷媒が流れる領域に隣接する領
域の水は、温度が低くなる。これに対して、専らガス冷
媒が流れる領域に隣接する領域の水は、温度が高くな
る。その結果、水の温度分布は、図６の等温線Ａに示す
ような分布となる。このように、水は、不均一な温度分
布を持った状態で第１溝面(65a) から第１平滑面(67a)
に流入する。

【００５８】第１平滑面(67a) においては、温度の異な
った領域の水同士が合流する。その結果、温度の異なる
水同士が熱交換を行い、水の温度分布は流れ方向に徐々
に均一化される。つまり、等温線Ｂに示すように、流れ
方向に直交する方向の温度分布が徐々に平準化される。
その結果、第１平滑面(67a) から第２溝面(65b) に流入
する水は、ほぼ均一な温度分布を有する流れとなる。な
お、第１平滑面(67a)においても、水は冷媒によって冷
却されているのは勿論である。

【００５９】第１平滑面(67a) を通過した後、水と冷媒
は、第２溝面(65b) において再び活発に熱交換を行う。
そして、等温線Ｃに示すように、第１溝面(65a) と同様
に、水の温度分布は不均一な状態となる。

【００６０】その後、第２溝面(65b) から第２平滑面(6
7b) に流入した水は、第１平滑面(67a) と同様にして、
再びその温度分布が均一化される。

【００６１】そして、第２平滑面(67b) から第３溝面(6
5c) に流入した水は、再び冷媒と活発に熱交換を行って
冷却された後、過冷却状態を維持したまま水流出口(62
a) から流出する。

【００６２】各水流出口(62a,62a,…)から各水流路(B,
B,…)を流出した水は、水合流通路(92)で合流した後、
水導出配管(76)を通じてプレート式熱交換器(50)から導
出される。

【００６３】以上のようにして、プレート式熱交換器(5
0)を過冷却熱交換器として利用した冷蓄熱運転が行われ
る。

【００６４】なお、本空気調和装置(10)では、上記の冷
蓄熱運転の他に、四路切換弁(22)や各電磁弁(SV-1,SV-
2,SV-3)等を切り換えることによって、蓄熱槽(31)内に
貯留された氷の冷熱を利用した室内冷房運転が可能にな
っている。また、冷媒循環回路(20)のみを利用して室内
の空調を行う通常冷房運転や通常暖房運転も可能であ
る。

【００６５】−プレート式熱交換器(50)の効果− 本プレート式熱交換器(50)によれば、溝面(65)において
温度分布が不均一となった水は、平滑面(67)によってそ
の温度分布が均一化される。そのため、水の過冷却状態
は安定し、より低温まで過冷却状態を維持することが可
能となる。従って、より低温の過冷却水を生成すること
ができ、効率のより製氷動作を行うことが可能となる。

【００６６】溝面(65)と平滑面(67)とは、水の流れ方向
に交互に設けられた複数の溝面(65a,65b,65c) と複数の
平滑面(67a,67b) とから構成されているので、伝熱の促
進と水の温度分布の均一化とが交互に繰り返される。そ
のため、水の温度分布が大きく乱れる前にその均一化が
行われるので、温度分布の均一化を確実に行うことがで
きる。また、伝熱の促進と温度分布の均一化とをバラン
スよく行うことができる。

【００６７】平滑面(67)は、平板状の伝熱プレート(P)
の平滑面をそのまま利用することによって構成されてい
る。また、溝面(65)は、伝熱プレート(P) の一部を波板
状に成形することによって構成されている。従って、水
と冷媒との熱交換を促進する主熱交換部と、水流路(B)
内の水同士を熱交換させてその温度分布を均一化させる
温度分布解消部とを、簡易かつ安価に構成することがで
きる。

【００６８】

【発明の実施の形態２】実施形態２に係るプレート式熱
交換器(50a) は、実施形態１のプレート式熱交換器(50)
において、第１開口(61)〜第４開口(64)の位置を変更し
たものである。

【００６９】図７は、実施形態２の伝熱プレート(P) の
うちの第１プレート(P3)を表す。図７に示すように、こ
の第１プレート(P3)では、各開口(61)〜(64)は、プレー
トの幅方向の中心位置に設けられている。水流入口とな
る第３開口(63)は、プレートの下端部の中心位置に設け
られている。一方、水流出口(62a) となる第２開口(62)
は、プレートの上端部の中心位置に設けられている。つ
まり、水の出入口は、プレートの中心線上に位置してい
る。言い換えると、水はプレートの中心位置から水流路
(B) に流入し、中心位置から流出するように構成されて
いる。

【００７０】冷媒の流入口となる第１開口(61)は、第３
開口(63)の上方に設けられ、冷媒の流出口となる第４開
口(64)は、第２開口(62)の下方に設けられている。

【００７１】第１開口(61)と第４開口(64)との間には、
実施形態１と同様の溝面(65)及び平滑面(67)が形成され
ている。

【００７２】図示しない第２プレートは、上記第１プレ
ート(P3)において、溝面(65)の溝形状を異なったものと
したものである。具体的には、第２プレートの溝は、第
１プレート(P3)の溝とそれぞれ交差するように形成され
たヘリンボーン形状から構成されている。つまり、第１
プレート(P3)と第２プレートの溝は、互いの上方傾斜部
(54a) と下方傾斜部(54b) とが交差するように構成され
ている。

【００７３】そして、これら第１プレート(P3)及び第２
プレートを、実施形態１と同様にして交互に積層するこ
とにより、図８に示すような本実施形態２のプレート式
熱交換器(50a) が構成されている。

【００７４】本プレート式熱交換器(50a) 内の水及び冷
媒の流れは、基本的に、実施形態１のプレート式熱交換
器(50)と同様である。しかし、本プレート式熱交換器(5
0a)においては、それぞれの流入位置及び流出位置がプ
レートの中心位置にあるため、水及び冷媒は、プレート
の幅方向の全体にわたって均一に流れやすい。

【００７５】そのため、水の温度分布はより均一になり
やすく、その過冷却度は一層安定する。従って、より低
温の過冷却水を生成することができ、一層効率の良い製
氷動作を行うことが可能となる。

【００７６】−変形例− 上記の実施形態は、本発明に係るプレート式熱交換器を
蓄熱式空気調和装置の過冷却水生成用の熱交換器として
用い、熱媒体に水を使用した実施形態であった。しか
し、本発明に係るプレート式熱交換器は、上記のような
実施形態に限定されるものではなく、熱媒体として、ブ
ライン等の他の流体を用いたものであってもよい。その
場合、熱媒体の温度分布が均一化されることにより、熱
交換の効率が向上する効果を得ることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下の
ような効果が発揮される。

【００７８】請求項１に記載の発明によれば、主熱交換
部によって冷媒と熱媒体とが活発に熱交換を行う一方、
温度分布解消部によって、熱媒体の温度分布が均一化さ
れる。そのため、熱媒体の平均の過冷却度を高めること
ができ、その過冷却状態を安定化することができる。そ
の結果、効率の良い製氷動作を行うことができる。

【００７９】請求項２に記載の発明によれば、溝面の溝
が熱媒体及び冷媒の流れを乱すので、それらの熱交換を
促進することができる。一方、平滑面が温度分布の異な
る熱媒体同士を混合させるので、それら熱媒体同士は、
熱媒体流路内において熱交換を行う。そのため、熱媒体
の温度分布を均一化することができる。

【００８０】請求項３に記載の発明によれば、具体的な
構成により、熱媒体の流れ方向に溝面及び平滑面を交互
に形成することができる。

【００８１】請求項４に記載の発明によれば、具体的な
構成により、熱媒体と冷媒との熱交換を促進する溝面
と、熱媒体の温度分布を均一化させる平滑面とを得るこ
とができる。また、これら溝面及び平滑面を、簡易かつ
安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和装置の冷媒循環回路図である。

【図２】空気調和装置の水循環回路図である。

【図３】プレート式熱交換器の分解斜視図である。

【図４】第１プレートの正面図である。

【図５】第２プレートの正面図である。

【図６】水流路内の水の等温線図である。

【図７】第１プレートの正面図である。

【図８】プレート式熱交換器の斜視図である。

【図９】従来のプレート式熱交換器内での冷媒の流動図
である。

【図１０】従来のプレート式熱交換器内での水の等温線
図である。

【符号の説明】

(50) プレート式熱交換器 (61) 第１開口 (62) 第２開口 (63) 第３開口 (64) 第４開口 (65) 溝面 (67) 平滑面 (75) 冷媒導入配管 (76) 水導出配管 (77) 水導入配管 (78) 冷媒導出配管 (91) 冷媒分流通路 (92) 水合流通路 (93) 水分流通路 (94) 冷媒合流通路 (P) 伝熱プレート (P1) 第１プレート (P2) 第２プレート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層された複数の伝熱プレート(P) 間
   に、熱媒体が流れる熱媒体流路(B) と、冷媒が流れる冷
   媒流路(A) とが交互に形成され、熱媒体と冷媒との間で
   熱交換を行わせるプレート式熱交換器において、 上記伝熱プレート(P) は、 熱媒体と冷媒との熱交換を促進させる伝熱促進溝(53a,5
   3b,54a,54b) が設けられた主熱交換部(65)と、 上記熱媒体通路(B) 内において、上記主熱交換部(65)を
   流通した熱媒体を混合させて該熱媒体同士を熱交換させ
   ることにより、熱媒体の流れ方向と直交する方向の温度
   分布を均一化させる温度分布解消部(67)とを備えている
   ことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプレート式熱交換器に
   おいて、 伝熱プレート(P) には、溝面(65)と平滑面(67)とが熱媒
   体の流れ方向に交互に形成され、 主熱交換部の伝熱促進溝(53a,53b,54a,54b) は、上記溝
   面(65)によって構成されている一方、 温度分布解消部は、上記平滑面(67)によって構成されて
   いることを特徴とするプレート式熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のプレート式熱交換器に
   おいて、 溝面(65)は、伝熱プレート(P) の長手方向に順に成形さ
   れた互いに独立な第１溝面(65a) 、第２溝面(65b) 及び
   第３溝面(65c) から構成される一方、 平滑面(67)は、上記第１溝面(65a) と上記第２溝面(65
   b) との間に形成された第１平滑面(67a) と、該第２溝
   面(65b) と上記第３溝面(65c) との間に形成された第２
   平滑面(67b) とから構成されていることを特徴とするプ
   レート式熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項２または３のいずれか一つに記載
   のプレート式熱交換器において、 溝面(65)は、平板状の伝熱プレート(P) の一部を波板状
   に成形することにより構成されている一方、 平滑面(67)は、上記伝熱プレート(P) の平板面により構
   成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。