(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３回路熱交換器組立体（１）で使用され、３つのポートホール（１０７，１０９，１１２；２０７，２０９，２１２；３０７，３０９，３１２；４０７，４０９，４１２）を備えた第１の分配領域（１０２；２０２；３０２；４０２）と、熱交換領域（１０３；２０３；３０３；４０３）と、３つのポートホール（１０８，１１０，１１１；２０８，２１０，２１１；３０８，３１０，３１１；４０８，４１０，４１１）を備えた第２の分配領域（１０４；２０４；３０４；４０４）と、を有し、中央の前記ポートホール（１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２；４１１，４１２）は水用のポートホールであり、他の前記ポートホール（１０７，１０８，１０９，１１０；２０７，２０８，２０９，２１０；３０７，３０８，３０９，３１０；４０７，４０８，４０９，４１０）は冷媒用のポートホールであり、複数の尾根と複数の谷とを備えた波形パターンを有する熱交換プレート（１０１；２０１；３０１；４０１）において、
間に冷媒チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、前記第１の分配領域において、前記冷媒チャネルに対して密封された中央の前記ポートホール（１１２；２１２，３１２；４１２）と前記プレートの短辺側端部との間に、前記中央のポートホール以外の前記ポートホールから流入する前記冷媒の一部だけが流れる流体流路が得られるように、前記中央のポートホールは、前記中央のポートホール以外の前記ポートホールよりも、前記プレートの前記短辺側端部から垂直方向に離れて配置されていることを特徴とする、熱交換プレート。
【請求項２】
間に冷媒チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、前記第２の分配領域において、中央の前記ポートホール（１１１；２１１，３１１；４１１）と前記プレートの短辺側端部との間に流体流路が得られるように、前記中央のポートホールは、前記プレートの前記短辺側端部から垂直方向に離れて配置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。
【請求項３】
前記プレートの角部に位置するポートホール（１０７，１０９，１１０；２０７，２０９，２１０；３０７，３０８，３０９；４０７，４０８，４０９）は、前記プレートの間に冷媒流体チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときにポートの周囲に冷媒バイパス流路を形成するようにされている、平坦で環状のバイパス部分（１１５，１１７，１２１；２１５，２１７，２２１；３１５，３１７，３２３；４１５，４１７，４２３）を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプレート。
【請求項４】
前記プレートの間に水チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、互いに隣接する２つの水バイパス部分（１２４，１２５，１２６，１２７；２２４，２２５，２２６，２２７；３２４，３２５，３２６，３２７；４２４，４２５，４２６，４２７）の間に水流路が得られるように、前記水バイパス部分が前記プレートの角部に設けられていることを特徴とする、請求項１から３に記載のプレート。
【請求項５】
前記第１の分配領域（１０２；２０２；３０２；４０２）は第１のレイアウトを有する山形形状を呈し、前記第２の分配領域（１０４；２０４；３０４；４０４）は第２のレイアウトを有する山形形状を呈し、前記熱交換領域（１０３；２０３；３０３；４０３）は第３のレイアウトを有する山形形状を呈しており、前記第１のレイアウトの前記山形形状は第１の角度方向を向いており、前記第２のレイアウトの前記山形形状はこれと反対の角度方向を向いていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項６】
前記第３のレイアウトを有する山形形状は、前記第１のレイアウトを有する山形形状と同一の角度方向を向いていることを特徴とする、請求項５に記載のプレート。
【請求項７】
前記第３のレイアウトを有する山形形状は、前記第１及び第２のレイアウトを有する山形形状よりも方向変化点が多いことを特徴とする、請求項５に記載のプレート。
【請求項８】
前記第１及び第２のレイアウトを有する山形形状はＶ字に似ており、前記第３のレイアウトを有する山形形状はＷ字に似ていることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項９】
前記プレートの間に流体チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、互いに隣接する２つの下側分配溝（１１８，１１９；２１８，２１９；３１８，３１９；４１８，４１９）の間に下側分配経路が得られるように、前記下側分配溝が前記第１の分配領域と前記熱交換領域との間に設けられていることを特徴とする、請求項１から8のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項１０】
前記下側分配溝（１１８，１１９；２１８，２１９；３１８，３１９；４１８，４１９）は、前記下側分配経路内で流れの制限が得られるように、少なくとも１つの制限領域を有していることを特徴とする、請求項９に記載のプレート。
【請求項１１】
前記プレートの間に流体チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、互いに隣接する２つの上側分配溝（１２０；２２０；３２０；４２０）の間に上側分配経路が得られるように、前記上側分配溝が前記熱交換領域と前記第２の分配領域との間に設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のプレートを４つ有し、前記第１のプレート（１０１）と、前記第２のプレート（２０１）と、前記第３のプレート（３０１）と、前記第４のプレート（４０１）と、は互いに異なることを特徴とする、熱交換器組立体。
【請求項１３】
第１の冷媒チャネル（２）が前記第１のプレート（１０１）と前記第２のプレート（２０１）との間に設けられ、水チャネル（３）が前記第２のプレート（２０１）と前記第３のプレート（３０１）との間に設けられ、第２の冷媒チャネル（４）が前記第３のプレート（３０１）と前記第４のプレート（４０１）との間に設けられており、各流体チャネル（２，３，４）は、互いに隣接する２つの第１の分配領域（１０２，２０２，３０２，４０２）の間に設けられた第１の分配流路（１０；３０；５０）と、互いに隣接する２つの熱交換領域（１０３，２０３，３０３，４０３）の間に設けられた熱交換流路（１１；３１；５１）と、互いに隣接する２つの第２の分配領域（１０４，２０４，３０４，４０４）の間に設けられた第２の分配流路（１２；３２；５２）と、を有する熱交換器組立体において、水平流路（１３；３３；５３）が、中央水ポート（４３）と該中央水ポート（４３）に隣接する前記組立体の短辺側端部との間の前記第１の分配流路に設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の熱交換器組立体。
【請求項１４】
水平流路（１４；３４；５４）が、中央水ポート（４２）と該中央水ポート（４２）に隣接する前記組立体の短辺側端部との間の前記第２の分配流路（１２；３２；５２）に設けられていることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の熱交換器組立体。
【請求項１５】
水バイパス流路（３８，３９，４０，４１）が、冷媒ポート（２１，２２，２３，２４；６１，６２，６３，６４）と前記組立体の角部との間に位置する水分配流路（３０，３２）に設けられていることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１６】
冷媒バイパス流路（１８，１９，２０；５８，５９，６０）が、冷媒分配流路（１０，１２；５０，５２）内の冷媒ポート（２１，２３，２４；６１，６２，６３）の周囲に設けられていることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１７】
作動入口ポート（２１）は入口ノズル（２５）を備え、作動入口ポート（６３）は入口ノズル（６５）を備えており、両方の前記入口ノズルの角度は垂直方向軸線に対して０度から１８０度の間にあり、前記入口ノズルは前記組立体の中央の前記垂直方向軸線を向いていることを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか１項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１８】
前記入口ノズルの前記角度は９０度から１５０度の間であることを特徴とする、請求項１７に記載の熱交換器組立体。
【請求項１９】
下側分配経路（１５，１６；３５，３６；５５，５６）が下側分配流路（１０，３０，５０）と熱交換流路（１１，３１，５１）との間に設けられていることを特徴とする、請求項１２から１８のいずれか１項に記載の熱交換器組立体。
【請求項２０】
上側分配経路（１７，３７，５７）が熱交換流路（１１，３１，５１）と上側分配流路（１２，３２，５２）との間に設けられていることを特徴とする、請求項１２から１９のいずれか１項に記載の熱交換器組立体。
【請求項２１】
前記熱交換プレート（１０１；２０１；３０１；４０１）は、接着、はんだ付け、ろう付け、ボンディング、または溶接によって接合されていることを特徴とする、請求項１２から２０のいずれか１項に記載の熱交換器組立体。
【請求項２２】
請求項１２から２１のいずれか１項に記載の熱交換器組立体を複数個有し、前部プレートと後部プレートとをさらに有する、３回路熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３つの別個の流体回路を有しているプレート熱交換器に関する。このようなプレート熱交換器は、２つの独立した冷媒回路と１つの液体回路とを有するであろう。
【背景技術】
【０００２】
１つの回路が液体用で、２つの回路が冷媒用の３つの別個の流体回路を有しているプレート熱交換器は、２つの流体回路を有している熱交換器に対して有利である。このような熱交換器は、エバポレータとして使用されたときに凍結する危険が少ないバランスの取れた冷却効果を実現する。また、部分負荷条件下でも効果的に動作するため、エネルギー消費を減少させる。据付けが容易かつ迅速であり、それによって据付けコストが減少する。さらに、制御装置をより簡単で、従ってより安価にすることができる。
【０００３】
３回路熱交換器の１つの一般的な用途は、冷却系の中を流れている冷媒の蒸発のためのエバポレータとしての用途である。このような冷却系は、圧縮機、コンデンサ、膨張弁、及びエバポレータを通常有している。このような種類のシステムでエバポレータとして使用されるプレート熱交換器は、互いに溶接またはろう付けされた複数の熱交換プレートを有していることが多いが、密封ガスケットが熱伝達プレート間の密封に使用されることもある。
【０００４】
欧州特許出願公開第０７６５４６１Ｂ号明細書は、複数のプレートの間に３つの互いに異なる流体用の複数の流れ流路を備えたプレート熱交換器を示している。３つの流体は、第１の流体用の流路が残りの２つの各流体用の各流路の両側に存在するようにして、プレートのコアへ供給することができる。これらの流路は、異なる２種類のプレートを使用して作られる。ポートの周囲に領域を設け、円形の平坦な台地状の部分を備える系を定めることによって、３つの流体用の入口チャネル及び出口チャネルを構成する開口位置で、隣接するプレート間を良好に密封することができる。
【０００５】
欧州特許出願公開第１０６２４７２Ｂ号明細書は、３流体回路熱交換器の他の例を示している。この出願は主に、ポートホールを気密接合することに関連している。
【０００６】
欧州特許出願公開第０９６５０２５Ｂ号明細書は、３つの熱交換流体用のプレート熱交換器を記載している。熱交換器のポートホールは、各熱交換流体が通過するように対にされており、ポートホールの中心間に引かれた直線が熱伝達部分を２つの類似した部分に分割するように、ポートホールが熱伝達部分の両側に対称に配置されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの熱交換器は、用途によっては完全に良好に機能するであろう。しかし、現在のこれらの熱交換器においては、改善の余地がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、各流れ回路内で流れの分配が改善されている改善された熱交換器を提供することである。本発明のさらなる目的は、熱伝達係数が改善された熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるこの問題に対する解決策は請求項１の特徴部分に記載されている。請求項２から１１は、熱交換プレートの有利な実施態様を含んでいる。請求項１２から２１は、熱交換器組立体の有利な実施態様を含んでいる。請求項２２は、有利な熱交換器を含んでいる。
【００１０】
３回路熱交換器組立体で使用され、３つのポートホールを備えた第１の分配領域と、熱交換領域と、３つのポートホールを備えた第２の分配領域と、を有し、複数の尾根と複数の谷とを備えた波形パターンを有する熱交換プレートにおいて、本発明の目的は、間に流体チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、第１の分配領域の中央ポートホールとプレートの短辺側端部との間に流体流路が得られるように、中央ポートホールが、プレートの短辺側端部から垂直方向に離れて配置されていることによって達成される。
【００１１】
熱交換器組立体のプレートのこの第１の実施態様によって、冷媒回路用の第１の分配流路内での改善された流れの分配を実現する熱交換プレートが得られる。この利点は、熱交換プレートのより大きな部分、つまり非作動入口ポートの周辺領域も、効果的な熱伝達面として使用できるということである。他の利点は、第１の分配流路つまり下側分配流路内において流体の流れの分配が改善され、それが今度は熱伝達流路内の流れの分配を改善するということである。他の利点は、液体回路内の流れと液体出口ポートへの流れも改善されることである。熱交換器の効率はこのようにして改善されるであろう。
【００１２】
本発明のプレートの有利な発展形態において、間に流体チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、第２の分配領域の中央のポートホールとプレートの短辺側端部との間に流体流路が得られるように、中央のポートホールは、プレートの短辺側端部から垂直方向に離れて配置されている。この利点は、熱交換プレートのより大きな部分、つまり非作動出口ポートの周辺領域も、効果的な熱伝達面として使用できるということである。他の利点は、入口ポートからの液体の流れの分配が改善され、それが今度は熱伝達流路内の液体の流れの分配を改善するということである。従って、熱交換器の効率がさらに改善されるであろう。
【００１３】
本発明のプレートの有利な発展形態において、プレートの少なくとも１つの角部には、プレートの間に冷媒流体チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときにポートの周囲に冷媒バイパス流路を形成するようにされている、平坦で環状のバイパス部分を備えている。これによって、熱交換器の冷媒チャネル内の流体の分配が改善されるであろう。
【００１４】
本発明のプレートの有利な発展形態において、プレートの間に水チャネルが構成されるように２枚のプレートが積層されたときに、互いに隣接する２つの水バイパス部分の間に水流路が得られるように、少なくとも１つの水バイパス部分がプレートの角部に設けられている。これによって、熱交換器の水チャネル内の流体の分配が改善されるであろう。
【００１５】
本発明のプレートのさらなる有利な発展形態において、下側分配溝が第１の分配領域と熱交換領域との間に設けられており、下側分配溝は少なくとも１つの制限領域を有しており、上側分配溝が熱交換領域と上側分配領域との間に設けられている。これらの発展形態は全て、熱交換器内の改善された流体の分配を可能とするであろう。
【００１６】
本発明のプレートの有利な発展形態において、第１の分配領域は第１のレイアウトを有する山形形状を呈し、第２の分配領域は第２のレイアウトを有する山形形状を呈し、熱交換領域は第３のレイアウトを有する山形形状を呈しており、第１のレイアウトの山形形状は第１の角度方向を向いており、第２のレイアウトの山形形状はこれと反対の角度方向を向いている。これによって、熱交換器の改善された熱伝達が可能になるであろう。
【００１７】
本発明の熱交換プレートを４つ備えた熱交換器組立体において、本発明の目的は、第１のプレートと、第２のプレートと、第３のプレートと、第４のプレートとが互いに異なることによって達成される。
【００１８】
本発明の組立体の有利な発展形態において、第１の冷媒チャネルが第１のプレートと第２のプレートとの間に設けられ、水チャネルが第２のプレートと第３のプレートとの間に設けられ、第２の冷媒チャネルが第３のプレートと第４のプレートとの間に設けられており、各流体チャネルは、互いに隣接する２つの第１の分配領域の間に設けられた第１の分配流路と、互いに隣接する２つの熱交換領域の間に設けられた熱交換流路と、互いに隣接する２つの第２の分配領域の間に設けられた第２の分配流路と、を有し、水平流路が、中央水ポートと中央水ポートに隣接する組立体の短辺側端部との間の第１の分配流路に設けられている。このことは、水平流路が第１の分配流路内の流れの分配を改善し、それが熱伝達流路内の流れの分配を改善するため有利である。これによって、熱交換プレートのより大きな部分、つまり非作動入口ポートの周囲領域を有効な熱伝達面として機能させることができる。他の利点は、液体出口ポート全体が開いているため、液体回路内の流体の流れが改善されるということである。従って、熱交換器の効率が改善されるであろう。
【００１９】
本発明の組立体の有利な発展形態において、水平流路が、中央水ポートと中央水ポートに隣接する組立体の短辺側端部との間の第２の分配流路に設けられている。この利点は、熱交換プレートのより大きな部分、つまり非作動出口ポートの周囲領域も効果的な熱伝達面として使用できるということである。他の利点は、入口ポートからの液体の流れの分配が改善され、それが今度は熱伝達流路内の液体の流れの分配を改善するということである。従って、熱交換器の効率がさらに改善されるであろう。
【００２０】
本発明の組立体の有利な発展形態において、水バイパス流路が、冷媒ポートと組立体の角部との間に位置する水分配流路に設けられている。これは、熱交換器内の水流の分配を相当に改善する水バイパスが得られる点で有利である。
【００２１】
本発明の組立体の有利な発展形態において、冷媒バイパス流路が、冷媒分配流路内の冷媒ポートの周囲に設けられている。これは、冷媒の流れの分配が相当に改善される点で有利である。
【００２２】
本発明の組立体の有利な発展形態において、作動冷媒入口ポートは入口ノズルを備えており、入口ノズルの角度は垂直方向軸線に対して０度と１８０度の間にあり、入口ノズルは組立体の中央の垂直方向軸線を向いている。このように、入口ノズルは熱交換器の中心を向いており、それによって熱交換器内の流体の分配が改善されるであろう。
【００２３】
本発明の組立体の有利な発展形態において、下側分配経路が下側分配流路と熱交換流路との間に設けられている。これは、熱交換流路内への流れができるだけ均一化されるように、下側分配流路内の流れの分配をより洗練された方法で制御できる点で有利である。
【００２４】
本発明の組立体の有利な発展形態において、下側分配経路は、下側分配経路内で流れの制限が得られるように、少なくとも１つの制限手段を有している。これは、熱交換流路内への流れができるだけ均一化されるように、下側分配流路内の流れの分配をより洗練された方法で制御できる点で有利である。
【００２５】
本発明の組立体の有利な発展形態において、上側分配経路が熱交換流路と上側分配流路との間に設けられている。これは、上側分配経路内への流れの分配をさらに均一化できる点で有利である。
【００２６】
本発明の熱交換器組立体を複数個有し、さらに、少なくとも前部プレートと後部プレートとを有する３回路熱交換器において、改良された熱交換器が得られる。
【００２７】
本発明を、添付の図面に示す実施形態を参照して、以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の熱交換プレート組立体を示す図である。
【図２】本発明の熱交換プレート組立体で使用される第１の熱交換プレートを示す図である。
【図３】本発明の熱交換プレート組立体で使用される第２の熱交換プレートを示す図である。
【図４】本発明の熱交換プレート組立体で使用される第３の熱交換プレートを示す図である。
【図５】本発明の熱交換プレート組立体で使用される第４の熱交換プレートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に説明する、さらなる改良部を備えた本発明の実施形態は、単に例としてみなすべきであって、特許請求の範囲によってもたらされる保護範囲を限定するものでは決してない。
【００３０】
以下の例では、冷却または加熱される流体の例として水が使用されている。冷却または加熱される流体は、１つの相、完全な液体状態で使用するようにされている。このため、熱交換器のレイアウトは、水回路用の単相液体に適合されている。もちろん、例えば凍結防止または腐食防止の目的で、水と他の流体のさまざまな混合物などの他の流体も使用することもできる。蒸発または凝縮させる流体の例として冷媒が使用される。この流体は、液体状態と気体状態の２つの相で使用されることが好ましいが、流体を液体状態、気体状態または混合状態のうちの１つの状態だけで使用することもできる。従って、熱交換器のレイアウトは、後者の流体回路の２相流体に適合されている。
【００３１】
本発明は、３つの異なる流体回路を実現する３つの別個のチャネル種類を有するプレート熱交換器に関連している。チャネルの１つは、加熱または冷却される単相液体を移送するように構成されている。この用途では、水がこのような液体の例として使用されよう。他の２つのチャネルは、熱交換器内で蒸発及び凝縮を行うようにされた２相冷媒を移送するように構成されている。チャネルは１つの冷媒が２つの回路で共通に用いられるように接続されてもよいし、各回路で異なる冷媒が使用できるように分離されていてもよい。この用途では、熱交換器に進入するときに多少加圧状態であって、熱交換器内で蒸発することになる２相飽和流体が、冷媒の例として使用される。
【００３２】
さらに、プレート熱交換器は、説明する例においては永久接合タイプであり、複数のプレートは完全な熱交換器を構成するように、互いにろう付け、接着、ボンディング、半田付け、または溶接されている。プレート熱交換器は、複数の熱交換器組立体を有しており、各組立体は４つの互いに異なる熱交換プレートを有している。しかし、プレート間ガスケット、溶接プレート、プレート間に１つおきにガスケットを備えた半溶接プレートユニットなどの、異なる密封タイプを使用することもできる。
【００３３】
熱交換プレートは２つの異なるプレス工具を使用して形成され、それによって山形が一方向を向いたレイアウトを有する第１のプレートタイプと、山形が反対方向を向いたレイアウトを有する第２のプレートタイプの、２つの異なるプレートタイプが得られる。このレイアウトは、山形レイアウトでプレートを延びる複数の尾根と複数の谷とからなる波形パターンを有しており、波形パターンはプレートを互いに等しい部分に分割する縦方向の線に沿った角度方向変化点を備えている。山形レイアウトの波形パターンは、複数のプレートが１つに積層される際にパターンの多くの点で交差するように配置され、それによって、効率的な熱伝達が行われる強く剛性の高い熱交換器が構成される。この種類の波形パターンとレイアウトは当業者には公知である。表面全体にわたって同じ角度の、つまり方向変化点が一切無い波形パターンを使用することもできる。
【００３４】
各プレートタイプは第２の工程で、１回以上のさらなるプレス／切断操作を受け、それによって４つの異なるプレートが作られる。さらなる操作では、プレートのポートホール領域が最終的な形状にプレスされかつ切断され、ノズルくぼみが形成される。
【００３５】
以上の結果得られる、第１のプレート１０１と、第２のプレート２０１と、第３のプレート３０１と、第４のプレート４０１と、を備える４つのプレートは、熱交換プレート組立体を構成するように積層される。４つのプレートは、ポートホール領域とノズルのレイアウトを考えなければ１つおきに同じプレートタイプとなるように積層される。ポートホール領域は、以下で説明するように、プレート間で異なっている。第１と第２のプレートタイプは山形のレイアウトの角度が異なるようにすることもできる。従って、角度の平均値がレイアウトの所望の角度値に一致するように、第１のプレートタイプのレイアウトをわずかに小さい角度とし、第２のプレートタイプのレイアウトをわずかに大きい角度とすることができる。
【００３６】
各熱交換プレートは、３つのポートホールを備えた第１の分配領域ないし下側分配領域と、中央熱交換領域と、３つのポートホールを備えた第２の分配領域ないし上側分配領域と、を有している。各プレートは、縦方向軸線ないし垂直方向軸線と、横方向軸線ないし水平方向軸線と、を有している。第１の分配領域の３つのポートホールは縦方向軸線に関し対称に配置されている。第２の分配領域の３つのポートホールも縦方向軸線に関し対称に配置されている。第１の領域のポートホールと第２の領域のポートホールは、互いに対称に配置されていてもよい。しかし、有利な実施形態では、第１の分配領域と第２の分配領域の６つのポートホールは互いに対称に配置されていない。これは、冷媒の蒸気相に適合されたポートホールの直径が、流入する冷媒の液体蒸気混合物に適合されたポートホールの直径よりも大きいからである。ポートホールはプレートの角部からほぼ等距離に位置している。本実施形態においては、第２の分配領域の３つのポートホールは、蒸気状態の冷媒に適合されており、第１の領域の３つのポートホールは液体冷媒に適合されている。
【００３７】
熱交換器は一例では、冷媒チャネル側が上昇膜蒸発に、これと対向流配置された水側が冷却に使用されることを意図している。以下では、上昇膜蒸発に使用される熱交換器が、本発明を例示するために用いられる。従って、説明中の記載はこのような垂直姿勢の直立熱交換器に関する寸法形状を指す。例えば、水平方向軸線を中心とした角度を様々に変え、必要に応じて他の姿勢で熱交換器を使用することもできる。冷媒２相流体は、熱交換器への進入時に液体と蒸気の混合物であってもよく、熱交換器を出るときに完全に蒸発していても、さらには過熱されていてもよい。熱交換器は、水と冷媒が同じ方向に流れる状態、つまり並流の状態で使用することもできる。説明される熱交換器は、冷媒が対角線方向に流れる状態、つまり冷媒が熱交換器の下側角部のポートを通って熱交換器に進入し、反対側の上側角部のポートを通って熱交換器を出る状態に適合されている。もちろん、熱交換器を平行な流れ、つまり冷媒が熱交換器の下側角部のポートを通って熱交換器に進入し、同じ側の上側角部のポートを通って熱交換器を出る流れに適合させることも可能であり、それは、入口または出口ポートをそのように適合させることで可能となる。
【００３８】
熱交換器は、対向流または並流の構成で水側を加熱する、下降流の冷媒膜凝縮に使用することもできる。２相冷媒流体は、上側分配流路を通って熱交換器に進入するときに過熱されていても飽和蒸気状態にあってもよく、また下側冷媒ポートを通って熱交換器を出るときに、部分的にまたは完全に凝縮していてもよく、過冷却されていてもよい。熱交換器は、設置の際の要求によって、１相熱伝達における過熱もどし器または気体冷却器や、蒸発用のエコノマイザや、同様の用途にも使用可能である。用途によっては、プレートのレイアウトにわずかな修正が必要なこともある。
【００３９】
図２に示す第１の熱交換プレート１０１は、第１の分配領域つまり下側分配領域１０２と、熱交換領域１０３と、第２の分配領域つまり上側分配領域１０４と、を有している。プレートは、縦方向軸線つまり垂直方向軸線１０５と、横方向軸線つまり水平方向軸線１０６と、を有している。下側分配領域１０２は、第１の冷媒入口ポートホール１０７と、水出口ポートホール１１２と、第２の冷媒入口ポートホール１０９と、を備えている。第１の入口ポートホール１０７にはノズルくぼみ１１４が設けられている。
【００４０】
理解されるように、プレートの反対面に流体流路のある熱交換プレートの表面全体は、熱伝達領域である。そこで、熱交換領域１０３は熱交換領域と呼ばれる。これは、熱交換領域でもある程度の流体の分配は行われるものの、主な目的は熱伝達であるためである。下側及び上側分配領域は、流体の分配と熱伝達の両方の二重の目的を有している。
【００４１】
第１の分配領域１０２のレイアウトは、１つの山形形状、つまりＶ字形状を呈しており、方向変化点はプレートの中心にあり、第１の分配領域を互いに等しい部分に分割している。Ｖ字レイアウトのレイアウト角度は、熱交換器の垂直方向軸線に対して５０度から７０度の間であることが好ましい。従って、Ｖ字形状の内角は１００度から１４０度の間である。他の角度も可能であるが、Ｖ字形状の内角は鈍角であることが有利である。山形レイアウトを水平方向軸線に対してかなり小さい角度にすることによって、下側分配チャネルの水平方向の摩擦係数が比較的低くなり、プレートの幅方向にわたる冷媒の分配が促進される。
【００４２】
熱交換領域１０３には、３つの方向変化点を有し熱交換領域を４つの等しい部分に分割する山形レイアウト、つまりＷ字形状を呈する波形パターンが設けられている。山形の間の内角は、チャネルの摩擦係数にとって非常に重要である。同じ内角でＶ字形状ではなくＷ字形状を使用する１つの利点は、熱伝達領域の平均摩擦係数がＶ字形状を使用した時よりも高くなることである。従って、従来のＶ字形状の場合よりも熱伝達率が高くなる。Ｗ字形状を用いることで、方向が３回変わるレイアウトが実現される。方向が２回または４回以上変わる山形レイアウトを使用することもできる。山形の遷移領域、つまり方向変化点において、水平方向と垂直方向の流れ速度成分が減少し、零に近くなることもある。図示している第１のプレートでは、レイアウトは上下逆に配置されたＷ字に似ている。
【００４３】
波形のＷ字形状の角度は熱交換器の垂直方向軸線に対して５０度から７０度の間であることが好ましい。従って、山形の内角は１００度から１４０度の間である。熱交換領域の山形の内角は、第１の分配領域の山形と同じであってもよく、それより幾分小さくてもよい。他の角度も可能であるが、山形の内角は鈍角であることが重要である。熱交換流路の摩擦係数は、例えば、方向変化の数と共に山形の内角に依存している。
【００４４】
プレートの上側分配領域１０４は、第１の冷媒出口ポートホール１０８と、水入口ポートホール１１１と、第２の冷媒出口ポートホール１１０と、を備えている。上側分配領域の波形パターンは、上下逆に配置された１つのＶ字と似た山形レイアウトを呈している。Ｖ字形状の内角は、下側分配領域と同じであってもよい。
【００４５】
下側分配領域と、熱交換領域と、上側分配領域の山形の内角は同じであっても異なっていてもよい。有利な実施形態では、下側分配領域と熱交換領域の山形は同じ内角を備えている。上側分配領域の山形形状は、本実施形態では、垂直方向軸線に対して、より小さい角度を備えている。さらに有利な実施形態では、下側分配領域の山形は第１の角度を備え、熱交換領域の山形はより小さな第２の角度を備え、上側分配領域の山形はさらに小さな角度を備えている。これらの角度は、５０度と７０度の間にあることが好ましい。異なる領域で異なる内角を有することの利点は、冷媒が蒸発しているときに、体積流量が熱交換器の上部でより大きくなることである。従って、内角を異ならせることにより、チャネル内の流れの方向とともに体積流量が増加したときに流れの抵抗が低くなるであろう。流れが反対向きで熱交換器が蒸気を凝縮させために使用されるときにも同様である。垂直方向軸線に対して山形の内角が小さいと、この流れ方向における流れ抵抗が低くなる。
【００４６】
図３に示す第２の熱交換プレート２０１は、下側分配領域２０２と、熱交換領域２０３と、上側分配領域２０４と、を有している。プレートは、垂直方向軸線２０５と、水平方向軸線２０６と、を有している。下側分配領域２０２は、第１の冷媒入口ポートホール２０７と、水出口ポートホール２１２と、第２の冷媒入口ポートホール２０９と、を備えている。第１の入口ポートホール２０７にはノズルくぼみ２１４が設けられている。
【００４７】
下側分配領域２０２のレイアウトは、１つの山形形状、つまりＶ字形状を呈しており、Ｖ字は上下逆に配置されたＶ字に似ている。方向変化点はプレートの中心にあり、第１の分配領域を互いに等しい部分に分割している。山形形状の方向を除き、レイアウトの角度は第１のプレートと同じである。
【００４８】
熱交換領域２０３には、３つの方向変化点を有し熱交換領域を４つの等しい部分に分割する山形レイアウト、つまりＷ字形状を呈する波形パターンが設けられている。図示している第２のプレートでは、レイアウトはＷ字に似ている。山形形状の方向を除き、レイアウトの角度は第１のプレートと同じである。
【００４９】
第２のプレートの上側分配領域２０４は、第１の冷媒出口ポートホール２０８と、水入口ポートホール２１１と、第２の冷媒出口ポートホール２１０と、を備えている。上側分配領域の波形横断パターンは、１つのＶ字と似た山形レイアウトを呈している。Ｖ字形状の内角は、下側分配領域と同じであってよい。山形形状の方向を除き、レイアウトの角度は第１のプレートと同じである。
【００５０】
図４に示す第３の熱交換プレート３０１は、下側分配領域３０２と、熱交換領域３０３と、上側分配領域３０４と、を有している。プレートは、垂直方向軸線３０５と、水平方向軸線３０６と、を有している。下側分配領域３０２は、第１の冷媒入口ポートホール３０７と、水出口ポートホール３１２と、第２の冷媒入口ポートホール３０９と、を備えている。プレートの上側分配領域３０４は、第１の冷媒出口ポートホール３０８と、水入口ポートホール３１１と、第２の冷媒出口ポートホール３１０と、を備えている。ポートホールとノズルくぼみを除き、第３の熱交換プレートは第１の熱交換プレートに似ている。
【００５１】
図５に示す第４の熱交換プレート４０１は、下側分配領域４０２と、熱交換領域４０３と、上側分配領域４０４と、を有している。プレートは、垂直方向軸線４０５と、水平方向軸線４０６と、を有している。下側分配領域４０２は、第１の冷媒入口ポートホール４０７と、水出口ポートホール４１２と、第２の冷媒入口ポートホール４０９と、を備えている。プレートの上側分配領域４０４は、第１の冷媒出口ポートホール４０８と、水入口ポートホール４１１と、第２の冷媒出口ポートホール４１０と、を備えている。ポートホールとノズルくぼみを除き、第４の熱交換プレートは第２の熱交換プレートに似ている。
【００５２】
説明において、作動入口ポートという用語は、冷媒が入口ポートを通って冷媒チャネルに流入できるように入口ポートが開いていることを意味している。非作動入口ポートは、入口ポートが密封されており、冷媒が非作動入口ポートを通って冷媒チャネルに流入できないことを意味している。作動出口ポートという用語も同様で、冷媒が作動出口ポートから流出できるように出口ポートが冷媒チャネルに接していることを意味している。非作動出口ポートは密封されており、冷媒は冷媒チャネルから非作動出口ポートを通って流出することができない。
【００５３】
図１に、第１のプレート１０１と、第２のプレート２０１と、第３のプレート３０１と、第４のプレート４０１と、を備える、本発明の熱交換プレート組立体１を示している。さまざまなプレートを図２〜５に示している。複数のプレートが特定の熱交換器に必要な数だけ互いに積層されている。このようにして、複数の組立体を有する熱交換器が構成される。組立体の数は、熱交換器の必要な仕様に依存して選択可能である。完全な熱交換器は、個々の熱交換プレートよりも厚い特定の前部プレートと後部プレート（不図示）も有している。前部プレートと後部プレートは、接続部などを有していよう。完全な熱交換器において、前部と後部のプレートに最も近い液体チャネルは水チャネルになるであろう。従って、第１のプレートと共に水チャネルを構成する別個の熱交換プレートが、前部プレートに含まれていてもよく、第４のプレートと共に水チャネルを構成する別個の熱交換プレートが後部プレートに含まれていてもよい。前部と後部のプレートは、熱交換器の強度を増し、熱交換器をより安定しかつ剛性の高いものとする。
【００５４】
熱交換器は、ろう付けタイプである。第１と第２のプレートの間には、第１の冷媒チャネル２が構成されている。第２と第３のプレートの間には、水チャネル３が構成されている。第３と第４のプレートの間には、第２の冷媒チャネル４が構成されている。第４のプレートと別の組立体の第１のプレートとの間には、水チャネルが構成されている。このようにして熱交換器は、一つおきに配置され両側が水チャネルで囲まれた第１及び第２の冷媒チャネルを有することになる。
【００５５】
冷媒チャネルと水チャネルはともに、下側分配流路と、熱交換流路と、上側分配流路と、を有することになる。下側分配流路の垂直方向の長さは、熱交換器の幅の半分未満であることが好ましく、上側分配流路の垂直方向の長さは、熱交換器の幅の３分の２未満であることが好ましい。
【００５６】
第１のプレート１０１と第２のプレート２０１とが互いに隣接配置されると、第１の冷媒チャネル２が構成される。冷媒は、第１の冷媒入口ポートホール１０７，２０７によって構成される作動入口ポートである第１の冷媒入口ポート２１を通って、第１の冷媒チャネルに進入することになる。入口ポートホール１０７，２０７は、互いに押さえ付けられることになる同心の密封部分１１３，２１３を備えている。第１の冷媒チャネルへの入口は、密封部分内の入口ノズル２５によって構成されている。入口ノズルは、第２のプレス工程によってプレスされる、一方または両方の密封部分のノズルくぼみ１１４，２１４によって実現されている。入口ノズルの大きさ、つまり長さと断面とは、入口ノズルの角度位置とともに、下側分配領域１０２と２０２の間に形成されている下側分配流路１０内の冷媒の分配に対して重要である。入口ノズルの大きさは、一つには冷媒の入口圧力に依存しており、熱交換器全体の全ての冷媒チャネルにわたって一様な流れ分配を実現するように選択される。入口ノズルの角度位置は、各冷媒チャネル内で熱交換器の全幅にわたって冷媒が一様に分配されるように選択される。
【００５７】
入口ノズルは、例えば下側分配流路と入口ポート周囲のバイパス部分の波形パターンレイアウトに依存して、任意の選択された角度に向けられていてよい。入口ノズルの角度は、垂直方向軸線に対して０度と１８０度の間であって、中央の垂直方向軸線を向いていることが好ましく、９０度と１５０度の間であることがより好ましい。
【００５８】
一実施形態では、入口ポートは開いている。これは、例えば気体冷却器において、入口ポートが蒸気出口ポートとして作動するように熱交換器が使用される場合に有利となる場合がある。蒸気が出口を塞がないようにするために、密封部分とノズルとが、製造段階で切り取られる。代わりに、出口ポート２２と似た開いたポートが得られる。このようなポートは、蒸気または蒸気と液体との混合物がポートを通って出ることができるようにする。
【００５９】
冷媒の分配をさらに改善するために、作動入口ポートは、冷媒が入口ポートの両側の周囲を流れるように、作動入口ポートバイパス流路１８を入口ポートの周囲に備えている。各プレートは、第１の入口ポートホールの周囲全体を延びているバイパス部分１１５，２１５を有している。バイパス部分は、プレートの波形部分と同じプレス深さを有している。従って、この結果得られるバイパス流路１８は、プレス深さの２倍の高さを有している。これはバイパス流路内の摩擦圧力低下が、波形パターンに沿った場合よりもはるかに小さいことを意味している。従って、バイパス流路１８は、入口ノズルからの冷媒の一部を作動入口ポートの周囲の分配領域に分配することになる。
【００６０】
ノズルからの冷媒の一部は、ノズルから波形パターンへの方向に、そしてさらに非作動入口ポートである第２の冷媒入口ポート２３に向かって流れ続ける。水出口ポートホール１１２，２１２は、プレートの下側短辺側端部から垂直方向に離れて配置されているため、下側水平流路１３が、水出口ポートと熱交換器の下側短辺側端部との間の下側分配チャネル内に形成される。従って、冷媒は、水出口ポートの下方から、非作動入口ポートの周囲領域まで流れることができる。冷媒の入口ノズルからの流れは、本例では第１のプレートの波形パターンとほぼ同じ角度を有しているため、冷媒の一部は水出口ポートの下方を比較的小さい摩擦係数で、従って比較的高い流量で、主に水平方向に通過する。冷媒が非作動入口ポートの周囲領域に到達すると、非作動入口ポートの周囲の非作動入口ポートバイパス流路１９は、冷媒の非作動入口ポートの周囲領域への分配を促進することになる。非作動入口ポート２３の周囲のバイパス流路１９は、作動入口ポートにおけるのと同様に作られている。すなわちバイパス流路１９は、第２の入口ポートホールの周囲全体を延びるバイパス部分１１７，２１７を備える各プレートによって作られている。バイパス部分は、プレートの波形部分と同じプレス深さを有している。従って、この結果得られるバイパス流路は、プレス深さの２倍の高さを有している。これはバイパス流路内の摩擦が波形パターンに沿った摩擦よりもはるかに小さくなることを意味している。従って、バイパス流路は冷媒の一部を非作動入口ポートの周囲の分配領域に分配することになる。第２の入口ポートホール１０９，２０９には、互いに押し付けられ、従って非作動入口ポートを密封することになる同心の密封部分１１６，２１６が設けられている。
【００６１】
水出口ポートホール１１２，２１２の周囲の平坦な円形部分は、水出口ポートが冷媒チャネルに対して密封されるように互いに押し付けられる。水出口ポートホールは各プレートの下側短辺側端部から垂直方向に離れて配置されている。水出口ポートホールは、冷媒入口ポートホールよりも直径が大きく、水出口ポートホールの中心は冷媒入口ポートホールの中心よりもプレートの水平方向軸線の近くに配置されている。このようにして、下側水平流路１３が水出口ポートと熱交換器の短辺側端部との間の冷媒チャネル内に作られている。この流路を通って、冷媒は水出口ポートの下方を通過して非作動入口ポートの周囲領域に到達することができる。これによって、チャネルの幅にわたる冷媒の分配が大幅に改善され、チャネルの幅にわたる、従って熱交換流路を通る、より一様な流れがもたらされる。水出口ポートの下方の流路は、非作動入口ポートの周囲領域によって、熱交換器の有効熱伝達領域も増加させることになる。
【００６２】
冷媒の分配をさらに改善するために、第１の冷媒チャネルには、下側分配流路１０と熱交換流路１１との間に、作動入口ポート及び非作動入口ポートの上方に位置する下側分配経路１５，１６が設けられている。下側分配経路は、分配領域のＶ字形状と熱交換領域のＷ字形状との間の、プレート内にプレスされている平坦な分配溝１１８，１１９，２１８，２１９によって主に構成されており、プレートの長辺から水出口ポートホールまで延びている。下側分配経路は、一方では、冷媒の熱交換流路１１内への一様な分配を促進し、他方では分配領域のＶ字形状レイアウトと熱交換領域のＷ字形状レイアウトとの遷移領域としての役割を果たすことになる。下側分配経路の高さと形状は、流れの分配を最適化するように選択することができる。プレスされた溝の高さは、一例ではプレートのプレス深さの約半分である。熱交換器の機械的強度を改善するために、下側分配経路は、１つまたは２つ以上の接触点を有していてもよい。対応する分配経路が水チャネル内に作られるため、冷媒チャネル内の下側分配経路の高さは、１プレス深さの合計以下であることが好ましい。下側分配経路は、熱伝達流路の波形パターン内の同じ長さと幅の流れ管に沿った流れ抵抗と比較して、チャネルの水平方向で流れ抵抗が低くなる。
【００６３】
必要な場合は、下側分配経路１５，１６は下側分配流路内のチャネルの幅にわたる流れの分配を制御するために、１つまたは２つ以上の制限領域を有していてもよい。制限領域の大きさと位置は、分配経路１５または１６を通る流れができるだけ均一に分配されるように選択される。制限部分は、プレート内の制限領域の位置におけるプレス深さを変え、つまり制限領域の高さを変えることによって、及び／または下側分配経路に沿った制限領域の幅を変えることによって、実現することができる。このようにして、さまざまな制限部分を下側分配経路１５，１６内のさまざまな位置に配置することができる。制限部分によって、下側分配経路の幅にわたって流れの分配を実現する局所的な流れ抵抗の増加がもたらされる。一例では、制限部分は、分配経路のほとんどにわたっており、それによって分配流路と熱交換流路との間に１つまたは少数個の小さい開口が形成される。制限部分の大きさと位置は、実験または計算によって決定することができる。こうして、熱交換流路に流入する冷媒の分配が改善される。
【００６４】
冷媒は、作動入口ポート２１に進入し下側分配流路１０内で分配された後、熱交換領域１０３，２０３の間に形成されている熱交換流路１１に進入し、通過することになる。熱交換流路は、２つのプレートの波形パターン間のすべての接触点によって、大きな熱交換領域と比較的高摩擦の流れ抵抗をもたらし、冷媒チャネルと水チャネルとの間の効果的な熱伝達を確保する。Ｗ字形状は、１つのＶ字形状と比較して、熱交換流路内の摩擦圧力低下を多少増加させ、熱交換器の総熱伝達を改善する。
【００６５】
各プレートの熱交換領域と上側分配領域との間には、平らな水平方向分配溝１２０，２２０が各プレートにプレスされており、第１の冷媒チャネル内に上側分配経路１７を形成している。上側分配経路は、冷媒がプレートの上側分配領域１０４，２０４の間に形成されている上側分配流路に進入する前に、冷媒の流れを分配し、同時に冷媒の蒸発の変動によって熱交換流路内で発生する可能性のある圧力差を均一化する。上側分配経路は熱交換器の水平方向で流れ抵抗が低いため、上側分配流路１２に進入する前に冷媒の分配が促進される。冷媒の蒸発は主に上側分配流路内で終了し、冷媒蒸気の過熱が生じることもある。各分配溝の高さはプレートのプレス深さの約半分であるが、これは、対応している水平方向分配経路が水チャネル内に作られるためである。このため、上側分配経路は１プレス深さの全高となる。
【００６６】
大部分が蒸発した状態の冷媒は、プレートの上側分配領域１０４，２０４によって形成されている上側分配流路に進入する。作動ポートである第１の冷媒出口ポート２２は、プレート間の第１の冷媒出口ポートホール１０８，２０８の位置に形成されている。冷媒の一部は垂直方向軸線１０５の右側の上側分配流路内に進入し、冷媒の一部は垂直方向軸線１０５の左側の上側分配流路に進入する。冷媒の一部は、第２の出口ポート２４の周囲全体を延びるバイパス部分１２１，２２１によって形成されているバイパス流路２０に到達する。第２の冷媒出口ポートホール１１０，２１０には、互いに押し付けられ、非作動出口ポートである第２の出口ポートを密封することになる同心の密封部分１２２，２２２が設けられている。バイパス部分はプレートの波形部分と同じプレス深さを有している。従って、この結果得られるバイパス流路２０はプレス深さの２倍の高さを有することになる。これはバイパス流路内の流れ抵抗が波形パターンを通る流れ抵抗よりもはるかに小さくなることを意味している。従って、バイパス流路は、過熱されていることもある冷媒の相当な部分が水入口ポートの上方の水平方向流路を通って、作動出口ポートまで主に水平方向に通過できるようにしている。
【００６７】
水入口ポートホール１１１，２１１の周囲の平坦な円形部分は互いに押し付けられており、水入口は冷媒チャネルから密封されている。水入口ポートホールは、各プレートの上側短辺側端部の下方に、垂直方向に離れて配置されている。水入口ポートホールの中心は、冷媒出口ポートホールの中心よりもプレートの水平方向軸線の近くに配置されている。このように、上側水平流路１４は、水入口ポートと熱交換器の上側短辺側端部との間の冷媒チャネル内に配置されている。この水平流路を通って、冷媒は水入口ポートの上方を、非作動出口ポート２４の位置にあるバイパス流路２０から第１の冷媒出口ポートホール１０８，２０８の間に形成されている作動出口ポート２２まで流れることができる。これによって、過熱されていることもある蒸気の流れ抵抗が減少し、上側分配流路内の流れの分配が相当に改善される。さらに、この水平流路は、蒸気が非作動出口ポートの周囲に蓄積し、非作動出口ポートの周囲領域に蒸気が滞留した遮断領域となることを防止する。流路はまた、非作動出口ポートの周囲領域が設けられていることによって、熱交換器の全有効熱伝達領域を増加させる。
【００６８】
第２のプレート２０１と第３のプレート３０１とが互いに隣接配置されると、水チャネル３が構成される。水は、水入口ポートホール２１１，３１１によって構成される水入口ポート４２を通って水チャネルに進入することになる。水は、出口ポートホール２１２，３１２によって構成される水出口ポート４３を通って水チャネルを出ることになる。全ての冷媒ポートは、水と冷媒とが混ざることのないように密封されることになる。第２と第３のプレートが積層されると、バイパス部分２１５，３１５は互いに押し付けられ、従って、第１の冷媒入口ポートを密封することになる。バイパス部分２１７，３１７とバイパス部分２２１，３２１も同様で、第２の冷媒入口ポートと第２の冷媒出口ポートが密封されるように互いに押し付けられている。第１の冷媒出口ポートは、互いに押し付けられている冷媒出口ポートホール２０８，３０８の周囲の平坦な部分２２３，３２３によって密封されている。
【００６９】
水入口ポートホール２１１，３１１は、各プレートの各プレート縁部の上側短辺側端部から、垂直方向に離れて配置されている。水入口ポートホールの中心は、冷媒出口ポートホールの中心よりもプレートの水平方向軸線の近くに配置されている。このようにして、上側水平流路３４が、水入口ポートと熱交換器の上側短辺側端部との間の水チャネル内に形成される。これによって、入口での水の有効な横断流路領域が増加し、それが次に上部分配流路内の水の分配を改善し、水チャネルの圧力低下を減少させる。
【００７０】
水の分配をさらに改善し、また水の圧力低下を減少させるために、水チャネルには、第２及び第１の非作動冷媒出口ポートと熱交換器の上側角部との間に、上側水バイパス流路４０，４１が設けられている。上側水バイパス流路４０，４１は、第２及び第１の冷媒出口ポートホールの各々の外側にある水バイパス部分２２６，２２７，３２６，３２７によって形成されている。これらのバイパス部分は、冷媒チャネルを構成するようにプレートが配置されたときに、互いに押し付けられる。これは水バイパス流路がプレス深さの２倍の高さを有することを意味している。従って、これらの水バイパス流路は、摩擦圧力低下が少なく、上側分配流路全域にわたって水の側方への分配を相当に促進することになる。
【００７１】
水が上側分配流路３２内で分配されるときに、水は、各プレートにプレスされ水チャネル内に水平な上側分配経路３７を構成する平坦な水平方向分配溝２２０，３２０を通過する。この分配経路によって、水のさらなる分配が可能になり、上側分配経路全域に沿った水圧が実質的に等しくなる。上側分配経路は、上側分配流路のＶ字形状と熱交換流路のＷ字形状との遷移領域としての役割もある。各分配溝の高さは、プレートのプレス深さの約半分である。従って、上側分配経路は合計で１プレス深さの高さとなる。
【００７２】
上側分配経路３７を通過した後、水は熱交換領域２０３，３０３の間に形成されている熱交換流路３１に進入し、通過することになる。２つのプレートの波形パターン間の全ての接触点によって、熱交換流路は大きな熱交換領域と比較的高い摩擦係数とを実現し、それによって水チャネルと冷媒チャネルとの間の効果的な熱伝達が確保される。Ｗ字形状のレイアウトのため、１つのＶ字レイアウトに比べて熱交換流路での摩擦係数が幾分増加し、それによって熱伝達が改善されることになる。
【００７３】
水が熱交換流路３１を通過すると、水は熱交換流路と下側分配流路との間に配置されている２つの下側分配経路３５，３６を通って、下側分配流路３０に進入する。これらの下側分配経路は、分配領域のＶ字形状と熱交換領域のＷ字形状との間の、プレートにプレスされている平坦な分配溝２１８，２１９，３１８，３１９によって主に構成されており、プレートの長辺から水出口ポートホールまで延びている。これらの分配経路は、水の下側分配流路内への一様な分配を促進するとともに、熱交換流路のＷ字形状のレイアウトと下側分配流路のＶ時形状のレイアウトとの遷移領域としての役割を果たすこととなる。下側分配経路の高さと形状は、流れの分配を最適化するように選択することができる。プレスされた溝の高さは、一例ではプレートのプレス深さの約半分であってよい。熱交換器の機械的強度を改善するために、下側分配経路は、１つまたは２つ以上の接触点を有していてもよい。分配経路は、下側分配流路内の波形パターンに沿った流れ抵抗と比較して、熱交換器の水平方向で流れ抵抗が低くなる。これは、水の下側分配経路内への一様な流れの分配を促進する。
【００７４】
多少の水、特に熱交換流路３１の中央部からの水は、水出口ポートホール２１２，３１２によって構成されている水出口ポート４３に、上方の熱交換流路から直接進入することになる。水出口ポートの周囲の波形パターンによって全ての方向から水出口ポートへの水の流れが可能になるため、水出口ポートは完全に開いている。これによって、下側分配領域に分配された水の一部が、水出口ポートと冷媒入口ポートとの間のパターンを通って、また水出口ポートの下方のパターンから、水出口開口に進入することができるようになる。
【００７５】
水の分配をさらに改善するために、下側分配流路３０には、非作動の第１及び第２の冷媒入口ポートと熱交換器の下側角部との間に、下側水バイパス流路３８，３９が設けられている。下側水バイパス流路は、第１及び第２の冷媒入口ポートホールの各々のところに位置する水バイパス部分２２４，２２５，３２４，３２５によって構成されている。これらのバイパス部分は、冷媒流路を構成するようにプレートが配置されたときに、互いに押し付けられる。これは下側水バイパス流路がプレス深さの２倍の高さを有することを意味している。従って、これらの下側水バイパス流路は摩擦圧力低下が少なく、水流を水出口ポートに導くのに相当に貢献する。
【００７６】
水分配を促進し、熱交換器の有効熱伝達領域を増加させるために、水出口ポートホールは各プレートの下側短辺側端部から垂直方向に離れて配置されている。このようにして、下側水平流路３３が、水出口ポートと熱交換器の下側短辺側端部との間の水チャネル内に作られている。この水平流路を通って、水はポートの下方からも水出口ポート内に流入することが可能であり、熱交換器の効率が改善される。下側バイパス流路は、水出口ポートが上方向にずらされていることと合わせて、出口における水の流れの分配を相当に改善し、水の有効な横断流路領域を増加させることによって、ポートの周辺全周にわたって出口圧力の低下を減少させる。
【００７７】
第２の冷媒チャネル４は、第３のプレート３０１と第４のプレート４０１が互いに隣接して配置されたときに、これらの間に形成され、第１の冷媒チャネルと類似している。第１の冷媒チャネルと第２の冷媒チャネルの違いは、入口ポート、出口ポート及び入口ノズルだけである。
【００７８】
冷媒は、冷媒入口ポートホール３０９，４０９によって構成される作動入口ポートである第２の入口ポート６３を通って、第２の冷媒チャネルに進入することになる。入口ポートホール３０９，４０９は、互いに押し付けられることになる同心の密封部分３１６，４１６を備えている。第２の冷媒チャネルへの入口は、密封部分を通る入口ノズル６５によって形成されている。入口ノズルは、一方または両方の密封部分のノズルくぼみ３１４，４１４によって実現されている。入口ノズルの大きさ、つまり長さと断面とは、入口ノズルの角度位置とともに、下側分配領域３０２と４０２の間に形成されている下側分配流路５０内の冷媒の分配に対して重要である。入口ノズルの大きさは、一つには冷媒回路の圧力低下に依存しており、熱交換器全体の冷媒回路の全ての冷媒チャネルにわたって一様な流れ分配を実現するように選択される。入口ノズルの角度位置は、各冷媒チャネル内で熱交換器の全幅にわたって冷媒が一様に分配されるように選択される。
【００７９】
入口ノズルは、例えば、下側分配流路と入口ポート周囲のバイパス部分の波形パターンレイアウトに依存して、任意の選択された方向に向けられていてよい。入口ノズルの角度は、垂直方向軸線に対して０度と１８０度の間であって、プレートの中央の垂直軸線を向いていることが好ましく、９０度と１５０度の間であることがより好ましい。
【００８０】
冷媒の分配をさらに改善するために、作動入口ポートは、冷媒が入口ポートの両側の周囲を流れるように、作動入口バイパス流路５９を入口ポートの周囲に備えている。各プレートは、入口ポートホールの周囲全体を延びるバイパス部分３１７，４１７を有している。バイパス部分は、プレートの波形部分と同じプレス深さを有している。従って、この結果得られる作動入口バイパス流路は、プレス深さの２倍の高さを有している。これはバイパス流路内の摩擦が波形パターンに沿った摩擦よりもはるかに小さいことを意味している。従って、バイパス流路は、入口ノズルからの冷媒の一部を作動入口ポートの周囲の分配領域に分配することになる。
【００８１】
ノズルからの冷媒の一部はまた、ノズルから波形パターンへの方向に、そしてさらに非作動入口ポートである第１の冷媒入口ポート６１に向かって流れ続ける。水出口ポートホール３１２，４１２は、各プレートの下側短辺側端部から垂直方向に離れて配置されているため、下側水平流路５３が水出口ポートと熱交換器の下側短辺側端部との間の下側分配チャネル内に形成される。従って、冷媒は、水出口ポートの下方から、非作動入口ポートの周囲領域まで流れることができる。冷媒の入口ノズルからの流れは、本例では第３のプレートの波形パターンとほぼ同じ角度を有しているため、冷媒の一部は水出口ポートの下方を比較的小さい摩擦係数で、従って比較的高い流量で、主に水平方向に通過する。冷媒が非作動入口ポート６１の周囲領域に到達すると、非作動入口ポートの周囲のバイパス流路５８は、冷媒の非作動入口ポートの周囲領域への分配を促進することになる。バイパス流路５８は、作動入口ポートにおけるのと同様に作られている。すなわちバイパス流路５８は、第１の冷媒入口ポートホールの周囲全体を延びるバイパス部分３１５，４１５を有している各プレートによって作られている。バイパス部分は、プレートの波形部分と同じプレス深さを有している。従って、この結果得られるバイパス流路は、プレス深さの２倍の高さを有している。これはバイパス流路内の摩擦が波形パターンに沿った摩擦よりもはるかに小さくなることを意味している。従って、バイパス流路は冷媒の一部を非作動入口ポートの周囲の分配領域に分配することになる。第１の入口ポートホール３０７，４０７には、互いに押し付けられ、従って非作動入口ポートを密封することになる同心の密封部分３１３，４１３が設けられている。
【００８２】
水出口ポートホール３１２，４１２の周囲の平坦な円形部分は水出口ポートが冷媒チャネルに対して密封されるように互いに押し付けられている。水出口ポートホールは各プレートの下側短辺側端部から垂直方向に離れて配置されている。水出口ホールは、冷媒入口ポートホールよりも直径が大きく、水出口ホールの中心は冷媒入口ポートホールの中心よりもプレートの水平方向軸線の近くに配置されている。このようにして、下側水平流路５３が水出口ポートと熱交換器の下側短辺側端部との間の冷媒チャネル内に作られている。この水平流路を通って、冷媒は水出口ポートの下方を通過して非作動入口ポートの周囲領域に到達することができる。これによって、冷媒のプレート幅にわたる分配が相当に改善され、それによって熱交換流路を通したより一様な流れが実現され、また非作動入口ポートの周囲領域によって熱交換器の総有効熱伝達領域も大きくなる。
【００８３】
冷媒の分配をさらに改善するために、第２の冷媒チャネルには、下側分配流路５０と熱交換流路５１の間に、作動入口ポート及び非作動入口ポートの上方に配置されている下側分配経路５５，５６が設けられている。下側分配経路は、分配領域のＶ字形状と熱交換領域のＷ字形状との間の両プレート内の平坦な分配溝３１８，３１９，４１８，４１９によって主に構成されており、プレートの長辺から水出口ポートホールまで延びている。下側分配経路は、一方では、冷媒の熱交換流路５１内への一様な分配を促進し、他方では分配領域のＶ字形状レイアウトと熱交換領域のＷ字形状レイアウトとの遷移領域の役割を果たすことになる。下側分配経路の高さと形状は、流れの分配を最適化するように選択することができる。溝の高さは、一例ではプレートのプレス深さの約半分であってよい。熱交換器の機械的強度を改善するために、下側分配経路は、１つまたは２つ以上の接触点を有していてもよい。対応する分配経路が水チャネル内に作られることになるため、冷媒チャネル内の下側分配経路の高さは、合計で１プレス深さ以下であることが好ましい。下側分配経路は、熱交換流路の波形パターン内の同じ長さと幅の流れ管を通る流れ抵抗と比較して、流路の水平方向で流れ抵抗が低くなる。下側分配経路５５，５６は下側分配流路内のチャネルの幅にわたる流れの分配を制御するために、１つまたは２つ以上の制限領域を有していてもよい。制限領域は、かなり小さな類似した１つまたは２つ以上の接触点であってもよいし、分配流路と熱交換流路の間にただ１つまたは少数の小さい流路が構成されるように、比較的大きくてもよい。
【００８４】
冷媒は、作動入口ポート６３に進入し下側分配流路５０内で分配された後、第１の冷媒チャネルで説明したのと同様にして、熱交換流路５１に進入し、通過することになる。
【００８５】
各プレートの熱交換領域と上側分配領域の間には、平坦な水平方向分配溝３２０，４２０が各プレートにプレスされており、第２の冷媒チャネル内に上側分配経路５７を形成している。上側分配経路は、冷媒がプレートの上側分配領域３０４，４０４の間に形成されている上側分配流路５２内に進入する前に、冷媒の蒸発の変動によって熱交換流路内で発生する可能性のある圧力差を均一化する。冷媒は、この段階で部分的または完全に蒸発していてもよく、さらに過熱されていてもよい。上側分配経路では、熱交換器の水平方向で流れ抵抗が低いため、上側分配流路に進入する前に冷媒の分配が促進される。各分配経路の高さは、プレートのプレス深さの約半分であるが、これは、対応する水平方向分配経路が水チャネル内に作られるためである。これによって、分配経路が合計で１プレス深さの高さとなる。
【００８６】
この横断部分で大部分が蒸発している状態の冷媒は、プレートの上側分配領域３０４，４０４によって形成されている上側分配流路５２内に進入する。作動ポートである第２の冷媒出口ポート６４は、プレート間の第２の冷媒出口ポートホール３１０，４１０の位置に形成されている。冷媒の一部は垂直方向軸線３０５の左側の上側分配流路内に進入し、冷媒の一部は垂直方向軸線３０５の右側の上側分配流路に進入する。冷媒の一部は、非作動出口ポートである第１の冷媒出口ポート６２の周囲全体を延びているバイパス部分３２３，４２３によって構成されている非作動出口ポートバイパス流路６０に到達する。第１の冷媒出口ポートホール３０８，４０８には、互いに押し付けられ、第１の出口ポートを密封することになる同心の密封部分３２８，４２８が設けられている。バイパス部分はプレートの波形部分と同じプレス深さを有している。従って、この結果得られるバイパス流路は、プレス深さの２倍の高さを有する。これはバイパス流路内の摩擦が波形パターンに沿った摩擦よりもはるかに小さくなることを意味している。従って、バイパス流路は、過熱されていることもある冷媒の相当な部分が水入口ポートの上方の横断波形パターン流路を通って、作動出口ポートまで通過できるようにしている。
【００８７】
水入口ポートホール３１１，４１１の周囲の平坦な円形部分は互いに押し付けられており、水入口は冷媒チャネルから密封されている。水入口ポートホールは、各プレートの上側短辺側端部から垂直方向に離れて配置されている。水入口ポートホールの中心は、冷媒出口ポートホールの中心よりもプレートの水平方向軸線の近くに配置されている。このようにして、上側水平流路５４は、水入口ポートと熱交換器の上側短辺側端部との間の冷媒チャネル内に配置されている。この水平流路を通って、冷媒は水入口ポートの上方を、非作動出口ポート６２の位置のバイパス流路６０から第２の冷媒出口ポートホール３１０，４１０の間に構成されている作動出口ポート６４まで流れることができる。これによって、上側分配流路内の冷媒の流れの分配が相当に改善され、非作動出口ポートの周囲への熱の集中が防止される。さらに、熱交換器の全有効熱伝達領域が、非作動出口ポートの周囲領域によって増加する。
【００８８】
本発明によって、熱交換器の全体的な熱的性能が相当に改善された、改良された３回路プレート熱交換器を得ることができる。これは、熱交換器内の改善された流れの分配によるものである。本発明は、上述の実施形態によって制限されるとみなされるべきではなく、以降の特許請求の範囲において多数のさらなる変形と修正が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  プレート組立体
２  第１の冷媒チャネル
３  水チャネル
４  第２の冷媒チャネル
１０  下側分配流路
１１  熱交換流路
１２  上側分配流路
１３  下側水平流路
１４  上側水平流路
１５  下側分配経路
１６  下側分配経路
１７  上側分配経路
１８  第１の冷媒入口ポートバイパス流路
１９  第２の冷媒入口ポートバイパス流路
２０  第２の冷媒出口ポートバイパス流路
２１  作動入口ポート
２２  作動出口ポート
２３  非作動入口ポート
２４  非作動出口ポート
２５  入口ノズル
３０  下側分配流路
３１  熱交換流路
３２  上側分配流路
３３  下側水平流路
３４  上側水平流路
３５  下側分配経路
３６  下側分配経路
３７  上側分配経路
３８  水バイパス流路
３９  水バイパス流路
４０  水バイパス流路
４１  水バイパス流路
４２  水入口ポート
４３  水出口ポート
５０  下側分配流路
５１  熱交換流路
５２  上側分配流路
５３  下側水平流路
５４  上側水平流路
５５  下側分配経路
５６  下側分配経路
５７  上側分配経路
５８  第１の冷媒入口ポートバイパス流路
５９  第２の冷媒入口ポートバイパス流路
６０  第１の冷媒出口ポートバイパス流路
６１  非作動入口ポート
６２  非作動出口ポート
６３  作動入口ポート
６４  作動出口ポート
６５  入口ノズル
１０１  第１の熱交換プレート
１０２  下側分配領域
１０３  熱交換領域
１０４  上側分配領域
１０５  垂直方向軸線
１０６  水平方向軸線
１０７  第１の冷媒入口ポートホール
１０８  第１の冷媒出口ポートホール
１０９  第２の冷媒入口ポートホール
１１０  第２の冷媒出口ポートホール
１１１  水入口ポートホール
１１２  水出口ポートホール
１１３  密封部分
１１４  ノズルくぼみ
１１５  バイパス部分
１１６  密封部分
１１７  バイパス部分
１１８  下側分配溝
１１９  下側分配溝
１２０  上側分配溝
１２１  バイパス部分
１２２  密封部分
１２３  平坦部分
１２４  下側水バイパス部分
１２５  下側水バイパス部分
１２６  上側水バイパス部分
１２７  上側水バイパス部分
２０１  第２の熱交換プレート
２０２  下側分配領域
２０３  熱交換領域
２０４  上側分配領域
２０５  垂直方向軸線
２０６  水平方向軸線
２０７  第１の冷媒入口ポートホール
２０８  第１の冷媒出口ポートホール
２０９  第２の冷媒入口ポートホール
２１０  第２の冷媒出口ポートホール
２１１  水入口ポートホール
２１２  水出口ポートホール
２１３  密封部分
２１４  ノズルくぼみ
２１５  バイパス部分
２１６  密封部分
２１７  バイパス部分
２１８  下側分配溝
２１９  下側分配溝
２２０  上側分配溝
２２１  バイパス部分
２２２  密封部分
２２３  平坦部分
２２４  下側水バイパス部分
２２５  下側水バイパス部分
２２６  上側水バイパス部分
２２７  上側水バイパス部分
３０１  第３の熱交換プレート
３０２  下側分配領域
３０３  熱交換領域
３０４  上側分配領域
３０５  垂直方向軸線
３０６  水平方向軸線
３０７  第１の冷媒入口ポートホール
３０８  第１の冷媒出口ポートホール
３０９  第２の冷媒入口ポートホール
３１０  第２の冷媒出口ポートホール
３１１  水入口ポートホール
３１２  水出口ポートホール
３１３  密封部分
３１４  ノズルくぼみ
３１５  バイパス部分
３１６  密封部分
３１７  バイパス部分
３１８  下側分配溝
３１９  下側分配溝
３２０  上側分配溝
３２１  平坦部分
３２３  バイパス部分
３２４  下側水バイパス部分
３２５  下側水バイパス部分
３２６  上側水バイパス部分
３２７  上側水バイパス部分
３２８  密封部分
４０１  第４の熱交換プレート
４０２  下側分配領域
４０３  熱交換領域
４０４  上側分配領域
４０５  垂直方向軸線
４０６  水平方向軸線
４０７  第１の冷媒入口ポートホール
４０８  第１の冷媒出口ポートホール
４０９  第２の冷媒入口ポートホール
４１０  第２の冷媒出口ポートホール
４１１  水入口ポートホール
４１２  水出口ポートホール
４１３  密封部分
４１４  ノズルくぼみ
４１５  バイパス部分
４１６  密封部分
４１７  バイパス部分
４１８  下側分配溝
４１９  下側分配溝
４２０  上側分配溝
４２１  平坦部分
４２３  バイパス部分
４２４  下側水バイパス部分
４２５  下側水バイパス部分
４２６  上側水バイパス部分
４２７  上側水バイパス部分
４２８  密封部分
【図１】
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【図２】
0005553828.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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