(57)【要約】  第１の面および第１の面と対向する第２の面とを有し、第１流体と第２流体とが熱交換を行う第１熱交換ユニット（１０）と、第３の面および第３の面と対向する第４の面とを有し、第１熱交換ユニット（１０）の第２の面と第３の面とが接続されるように配置され、第１熱交換ユニット（１０）において熱交換された第１流体と第３流体とが熱交換を行う第２熱交換ユニット（２０）とを備える。第１流体の第１流入口（６１）と第１流出口（６２）とは第２熱交換ユニット（２０）の第４の面上に設けられている。第２流体の第２流入口（５１）と第２流出口（５２）とは第１熱交換ユニット（１０）の第１の面上に設けられている。第３流体の第３流入口（６３）と第３流出口（６４）とは第２熱交換ユニット（２０）の第４の面上に設けられている。
2017138145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および前記第１の面と対向する第２の面を有し、第１流体と第２流体とが熱交換するための第１熱交換ユニットと、
第３の面および前記第３の面と対向する第４の面を有し、前記第１熱交換ユニットの前記第２の面と前記第３の面とが接続されるように配置され、かつ前記第１熱交換ユニットにおいて熱交換された前記第１流体と、第３流体とが熱交換するための第２熱交換ユニットとを備え、
前記第１熱交換ユニットは、前記第２流体を入出するための第２流入口および第２流出口を含み、
前記第２熱交換ユニットは、前記第１流体を入出するための第１流入口および第１流出口と、前記第３流体を入出するための第３流入口および第３流出口とを含み、
前記第１流入口および前記第１流出口は前記第２熱交換ユニットの前記第４の面上に設けられており、
前記第２流入口および前記第２流出口は前記第１熱交換ユニットの前記第１の面上に設けられており、
前記第３流入口および前記第３流出口は前記第２熱交換ユニットの前記第４の面上に設けられている、プレート式熱交換器。
【請求項２】
前記第１流体の前記第１流出口から流出した前記第１流体が、前記第３流体の前記第３流入口から前記第３流体として流入可能に設けられている、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記第１熱交換ユニットは複数の第１伝熱プレートを含み、
前記第２熱交換ユニットは複数の第２伝熱プレートを含み、
前記第１伝熱プレートの数は前記第２伝熱プレートの数以上である、請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
複数の前記第１伝熱プレートの各々は、前記第１流体または前記第２流体を流通させるための通路孔を４つ有し、
複数の前記第２伝熱プレートの各々は、前記第１流体または前記第３流体を流通させるための通路孔を５つ有している、請求項３に記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
前記第１流体が流れる前記第２伝熱プレートの前記通路孔は、水平方向において前記第２伝熱プレートの中央に位置し、かつ鉛直方向の下方に配置された第１通路孔と、前記第１通路孔に対し鉛直方向の上方に配置された第２通路孔とを有している、請求項４に記載のプレート式熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の前記プレート式熱交換器と、前記プレート式熱交換器に前記第１流体を吐出するための圧縮機とを備える、冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１流体および前記第３流体は冷媒を含み、
前記第２流体は不凍液または水の少なくともいずれか一方を含む、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート式熱交換器および該プレート式熱交換器を備える冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３流体の間で熱交換を行わせるプレート式熱交換器が知られている。このようなプレート式熱交換器は、たとえば特開平１１−９４４８７号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載のプレート式熱交換器は、３流体のうちの第１流体がプレート内部で分配され、当該第１流体の一部と第２流体との間で熱交換を行わせるとともに、当該第１流体の残部と第３流体との間で熱交換を行わせるものである。上記公報に記載のプレート式熱交換器では、各流体の流入口と流出口とが同一面上に形成されているため、プレート式熱交換器の当該流入口および流出口と外部配管（以下、プレート式熱交換器の外部に設けられた配管を外部配管と呼び、外部配管は冷凍サイクル装置内の配管も含む）との接続を流体毎に連続して行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９４４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公報に記載のプレート式熱交換器では、第１流体の一部と残部とを分配させてから合流させる流路が設けられている。そのため、プレート式熱交換器内の流路の構造が複雑になるという問題がある。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、プレート式熱交換器の流入口および流出口と外部配管との接続を流体毎に連続して行うことができ、かつ、構造が簡易なプレート式熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るプレート式熱交換器は、第１の面および第１の面と対向する第２の面を有し、第１流体と第２流体とが熱交換するための第１熱交換ユニットと、第３の面および第３の面と対向する第４の面を有し、第１熱交換ユニットの第２の面と第３の面とが接続されるように配置され、かつ第１熱交換ユニットにおいて熱交換された第１流体と、第３流体とが熱交換するための第２熱交換ユニットとを備える。第１熱交換ユニットは、第２流体を入出するための第２流入口および第２流出口を含む。第２熱交換ユニットは、第１流体を入出するための第１流入口および第１流出口と、第３流体を入出するための第３流入口および第３流出口とを含む。第１流入口および第１流出口は第２熱交換ユニットの第４の面上に設けられている。第２流入口および第２流出口は第１熱交換ユニットの第１の面上に設けられている。第３流入口および第３流出口は第２熱交換ユニットの第４の面上に設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プレート式熱交換器の流入口および流出口と外部配管との接続を流体毎に連続して行うことができ、かつ、構造が簡易なプレート式熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るプレート式熱交換器を一方の出入口プレート側から示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るプレート式熱交換器を他方の出入口プレート側から示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るプレート式熱交換器における各流体の流路の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るプレート式熱交換器の構成の一例を示す分解図である。
【図５】実施の形態１に係るプレート式熱交換器の第１伝熱プレートの一例を示す平面図である。
【図６】図５に示す第１伝熱プレートの側面図である。
【図７】実施の形態１に係るプレート式熱交換器の仕切プレートの一例を示す平面図である。
【図８】図７に示す仕切プレートの側面図である。
【図９】実施の形態１に係るプレート式熱交換器の第２伝熱プレートの一例を示す平面図である。
【図１０】図９に示す第２伝熱プレートの側面図である。
【図１１】実施の形態１に係るプレート式熱交換器の他の第２伝熱プレートの一例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す第２伝熱プレートの側面図である。
【図１３】実施の形態２に係るプレート式熱交換器における各流体の流路の一例を示す図である。
【図１４】実施の形態２に係るプレート式熱交換器を備える冷凍サイクル装置の一例を示す概略図である。
【図１５】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の筐体および接続配管の一例を示す斜視図である。
【図１６】実施の形態１および実施の形態２に係るプレート式熱交換器の変形例を示す斜視図である。
【図１７】実施の形態１および実施の形態２に係るプレート式熱交換器の第２伝熱プレートの変形例を示す平面図である。
【図１８】実施の形態１および実施の形態２に係るプレート式熱交換器の第１伝熱プレートの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１０】
（実施の形態１）
＜プレート式熱交換器＞
図１〜図３を参照して、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。プレート式熱交換器１００は、第１流体と第２流体とが熱交換する第１熱交換ユニット１０と、第１熱交換ユニット１０において熱交換された第１流体と第３流体とが熱交換する第２熱交換ユニット２０とを備える。第１熱交換ユニット１０は、第１の面と、第１の面と対向する第２の面とを有している。第２熱交換ユニット２０は、第３の面と、第３の面と対向する第４の面とを有している。第１熱交換ユニット１０の第２の面は、第２熱交換ユニット２０の第３の面と後述する仕切プレート４を介して接続されている。プレート式熱交換器１００において、第１熱交換ユニット１０の第１の面は、第２の面および第３の面を挟んで、第２熱交換ユニット２０の第４の面と対向している。第１の面、第２の面、第３の面および第４の面は、曲面であってもよいし、平面であってもよい。
【００１１】
図１に示されるように、第１熱交換ユニット１０は、複数の第１伝熱プレート１と第１出入口プレート５とを含む。複数の第１伝熱プレート１は互いに積層されている。第１出入口プレート５は、第１伝熱プレート１の積層方向において、積層された複数の第１伝熱プレート１に対し第２熱交換ユニット２０と反対側に配置されている。第１出入口プレート５は、第１熱交換ユニット１０の第１の面を有している。複数の第１伝熱プレート１において第１出入口プレート５から最も離れた位置に配置された（後述する仕切プレート４と隣接して配置された）第１伝熱プレート１は、第１熱交換ユニット１０の第２の面を有している。第１出入口プレート５の第１の面上には、第２流体をプレート式熱交換器１００内に流出入するための第２流入口５１および第２流出口５２が形成されている。
【００１２】
図１および図２に示されるように、第２熱交換ユニット２０は、複数の第２伝熱プレート２，３と第２出入口プレート６とを含む。複数の第２伝熱プレート２，３は、互いに異なる構造を有する少なくとも２種類の第２伝熱プレート２および第２伝熱プレート３を含む（詳細は後述する）。第２熱交換ユニット２０は、第２伝熱プレート２および第２伝熱プレート３のそれぞれを少なくとも１枚以上ずつ含んでいればよいが、それぞれ複数枚ずつ含んでいるのが好ましい。複数の第２伝熱プレート２，３は互いに交互に積層されている。第２伝熱プレート２，３の積層方向は、第１伝熱プレート１の積層方向と同じである（以下、単に積層方向という）。第２出入口プレート６は、第２伝熱プレート２，３の積層方向において、積層された複数の第２伝熱プレート２，３に対し第１熱交換ユニット１０と反対側に配置されている。第２出入口プレート６は、第２熱交換ユニット２０の第４の面を有している。複数の第２伝熱プレート２，３において第２出入口プレート６から最も離れた位置に配置された（後述する仕切プレート４と隣接して配置された）第２伝熱プレート２は、第２熱交換ユニット２０の第３の面を有している。第２出入口プレート６の第４の面上には、第１流体をプレート式熱交換器１００内に流出入するための第１流入口６１および第１流出口６２と、第３流体をプレート式熱交換器１００内に流出入するための第３流入口６３および第３流出口６４とが形成されている。
【００１３】
第１熱交換ユニット１０と第２熱交換ユニット２０とは、仕切プレート４により仕切られている。第１出入口プレート５と第２出入口プレート６とは、プレート式熱交換器１００（第１熱交換ユニット１０および第２熱交換ユニット２０）において、それぞれ上記積層方向における一端と他端とを構成している。なお、以下において、上記積層方向における第１出入口プレート５側を前側、第２出入口プレート６側を後側という。
【００１４】
図３に示されるように、第２流入口５１から第１熱交換ユニット１０に流入した第２流体は、第１熱交換ユニット１０内に形成された流路８を通って第２流出口５２から外部へ流出する。第３流入口６３から第２熱交換ユニット２０に流入した第３流体は、第２熱交換ユニット２０内に形成された流路９を通って第３流出口６４から外部へ流出する。第１流入口６１から第２熱交換ユニット２０に流入した第１流体は、第２熱交換ユニット２０内に形成された流路７ａを通って第１熱交換ユニット１０に流入し、第１熱交換ユニット１０内に形成された流路７ｂ，７ｃを通って第２熱交換ユニット２０に流入し、第２熱交換ユニット２０内に形成された流路７ｄを通って第１流出口６２から外部へ流出する。
【００１５】
図３および図４に示されるように、第１流体の流路７ｂと第２流体の流路８とは、第１熱交換ユニット１０において隣り合う第１伝熱プレート１間にそれぞれ複数形成されている。第１流体の流路７ｂと第２流体の流路８とは、第１伝熱プレート１の表面（図５に示される伝熱面１７）に沿うように（上記積層方向に対して交差する方向に）設けられている。第１流体の流路７ｂと第２流体の流路８とは、第１伝熱プレート１を介して互いに隣接するように設けられている。第１熱交換ユニット１０において隣り合う第１伝熱プレート１間には、第１流体の流路７ｂと第２流体の流路８とが交互に形成されている。
【００１６】
図３および図４に示されるように、第１流体の流路７ｄと第３流体の流路９とは、第２熱交換ユニット２０において隣り合う第２伝熱プレート２と第２伝熱プレート３との間にそれぞれ複数形成されている。第１流体の流路７ｄと第３流体の流路９とは、第２伝熱プレート２および第２伝熱プレート３の表面（図９，１１に示される伝熱面２９，３９）に沿うように設けられており、第２伝熱プレート２または第２伝熱プレート３を介して互いに隣接するように設けられている。第２熱交換ユニット２０において隣り合う第２伝熱プレート２と第２伝熱プレート３との間には、第１流体の流路７ｄと第２流体の流路９とが交互に形成されている。
【００１７】
図３および図４に示されるように、第１流体の流路７ａは、第１流入口６１から第１熱交換ユニット１０まで、複数の第２伝熱プレート２，３の表面に垂直な方向（上記積層方向）に沿うように設けられている。第１流体の流路７ａは、第２熱交換ユニット２０に含まれる複数の第２伝熱プレート２，３の全ておよび仕切プレート４を貫通している。
【００１８】
＜各プレートの具体的構成＞
図４〜図１２に示されるように、第１伝熱プレート１、第２伝熱プレート２，３、仕切プレート４，第１および第２出入口プレート５，６の平面形状は、たとえば略矩形状である。第１伝熱プレート１、第２伝熱プレート２，３、仕切プレート４，第１および第２出入口プレート５，６は、上記積層方向に重なる通路孔同士が互いに接続されている。各プレート間は、たとえばろう付けにより接続されている。
【００１９】
図４および図５に示されるように、第１伝熱プレート１の外周部（４隅）には、第１流体または第２流体を流通させるための４つの通路孔１１，１２，１３，１５が設けられている。具体的には、通路孔１１と通路孔１２、通路孔１３と通路孔１５が、それぞれ第２伝熱プレート２の長手方向において間隔を隔てて対向するように設けられている。さらに、通路孔１１と通路孔１５、通路孔１２と通路孔１３が、それぞれ第２伝熱プレート２の短手方向において間隔を隔てて対向するように設けられている。通路孔１１，１２，１３，１５は、第１伝熱プレート１を厚み方向（上記積層方向）に貫通している。
【００２０】
第１伝熱プレート１の中央部には、たとえばヘリンボーン状の波形模様（図示しない）が形成された伝熱面１７が設けられている。図４〜図６に示されるように、第１伝熱プレート１には、伝熱面１７に対して上記積層方向の前側に突出している凸部１４，１６が設けられている。通路孔１３，１５は、凸部１４，１６の頂面上に設けられている。凸部１４，１６の当該頂面は、上記積層方向の前側において隣り合う他の第１伝熱プレート１または第１出入口プレート５の背面と接触している。
【００２１】
図４、図７に示されるように、仕切プレート４の外周部には、第１流体を流通させるための２つの通路孔４１，４３が設けられている。通路孔４１，４３は、仕切プレート４の長手方向において互いに間隔を隔てて設けられている。通路孔４１，４３は、仕切プレート４を厚み方向（上記積層方向）に貫通している。仕切プレート４には、中央部の表面４５に対して上記積層方向の前側に突出している凸部４２，４４が設けられている。通路孔４１，４３は、凸部４２，４４の頂面上に設けられている。凸部４２，４４の当該頂面は、上記積層方向において隣り合う第１伝熱プレート１の背面（伝熱面１７の反対側に位置する面）と接触している。
【００２２】
図４、図９および図１０に示されるように、第２伝熱プレート２の外周部には、第３流体を流通させるための２つの通路孔２１，２２と、第１流体を流通させるための３つの通路孔２３，２５，２７とが設けられている。通路孔２１，２２，２５，２７は、第２伝熱プレート２の４隅に設けられている。具体的には、通路孔２１と通路孔２２、通路孔２５と通路孔２７が、それぞれ第２伝熱プレート２の長手方向において間隔を隔てて対向するように設けられている。さらに、通路孔２１と通路孔２７、通路孔２２と通路孔２５が、それぞれ第２伝熱プレート２の短手方向において間隔を隔てて対向するように設けられている。通路孔２３は、当該短手方向において、通路孔２２と通路孔２５との間に設けられている。通路孔２１，２２，２３，２５，２７は、第２伝熱プレート２を厚み方向（上記積層方向）に貫通している。
【００２３】
第２伝熱プレート２の中央部には、たとえばヘリンボーン状の波形模様（図示しない）が形成された伝熱面２９が設けられている。図４、図９および図１０に示されるように、第２伝熱プレート２には、伝熱面２９に対して上記積層方向の前側に突出している凸部２４，２６，２８が設けられている。通路孔２３，２５，２７は、凸部２４，２６，２８の頂面上に設けられている。凸部２４，２６，２８の当該頂面は、上記積層方向の前側において隣り合う仕切プレート４の背面または他の第２伝熱プレート３の背面（図１１に示される伝熱面３９の反対側に位置する面）と接触している。なお、凸部２４と凸部２６とは、連なるように設けられている。
【００２４】
＜第１熱交換ユニットおよび第２熱交換ユニットの具体的構成＞
第１熱交換ユニット１０は、たとえば４枚の第１伝熱プレート１と１枚の第１出入口プレート５により構成されている。４枚の第１伝熱プレート１および１枚の第１出入口プレート５は、それぞれの長手方向が鉛直方向に沿うように配置され、積層されている。各第１伝熱プレート１は、通路孔１１が通路孔１２に対して鉛直方向の上方または下方に位置するように配置されている。第１出入口プレート５は、第２流体の第２流入口５１が第２流出口５２に対して鉛直方向の下方に位置するように配置されている。
【００２５】
第１熱交換ユニット１０において、第１出入口プレート５と隣り合う第１伝熱プレート１は、通路孔１１，１２が第１出入口プレート５の第２流入口５１および第２流出口５２のそれぞれと接続されている。言い換えると、第１出入口プレート５と第１伝熱プレート１との間に形成された通路孔１１，１２および伝熱面１７を含む空間は、第２流入口５１および第２流出口５２のそれぞれと接続されている。
【００２６】
上記第１伝熱プレート１の後側（背面側）において当該第１伝熱プレート１と隣り合う他の第１伝熱プレート１は、通路孔１１，１２がそれぞれ当該第１伝熱プレート１の通路孔１３，１５と接続され、通路孔１３，１５がそれぞれ当該第１伝熱プレート１の通路孔１１，１２と接続されている。さらに、上記他の第１伝熱プレート１の後側（背面側）において当該他の第１伝熱プレート１と隣り合うさらに他の第１伝熱プレート１は、通路孔１１，１２がそれぞれ当該他の第１伝熱プレート１の通路孔１３，１５と接続され、通路孔１３，１５がそれぞれ当該他の第１伝熱プレート１の通路孔１１，１２と接続されている。
【００２７】
異なる観点から言えば、第１熱交換ユニット１０において隣り合う一方の第１伝熱プレート１と他方の第１伝熱プレート１とは、上記積層方向から視て、各第１伝熱プレート１の中心に対し互いに点対称となるように配置されている。
【００２８】
これにより、第１出入口プレート５と第１伝熱プレート１との間に形成された伝熱面１７を含む空間は、当該第１伝熱プレート１の通路孔１２および上記他の第１伝熱プレート１の通路孔１５を介して、上記他の第１伝熱プレート１と上記さらに他の第１伝熱プレート１との間に形成された伝熱面１７を含む空間と接続されている。
【００２９】
第１熱交換ユニット１０において第１出入口プレート５から最も離れた場所に配置された第１伝熱プレート１は、通路孔１１，１２が仕切プレート４の通路孔４３，４１とそれぞれ接続されている。言い換えると、図４、図７に示されるように、仕切プレート４の通路孔４１，４３は、第１出入口プレート５から最も離れて配置された第１伝熱プレート１の通路孔１２，１１とそれぞれと接続されている。また、仕切プレート４の通路孔４１，４３は、第２出入口プレート６から最も離れて配置された第２伝熱プレート２の通路孔２７，２５とそれぞれと接続されている。
【００３０】
第２熱交換ユニット２０は、たとえば積層された４枚の第２伝熱プレート２，３により構成されている。４枚の第２伝熱プレート２，３は、それぞれの長手方向が鉛直方向に沿うように配置されている。各第２伝熱プレート２は、通路孔２１が通路孔２２に対して鉛直方向の下方に位置するように配置されている。各第２伝熱プレート３は、通路孔３１が通路孔３３に対して鉛直方向の下方に位置するように配置されている。第２出入口プレート６は、第流３体の第３流入口６３が第３流出口６４に対して鉛直方向の下方に位置するように配置されている。
【００３１】
第２熱交換ユニット２０において、仕切プレート４と隣り合う第２伝熱プレート２は、通路孔２７，２５が仕切プレート４の通路孔４１，４３とそれぞれ接続されている。上記第２伝熱プレート２の後側（背面側）において当該第２伝熱プレート２と隣り合う他の第２伝熱プレート３は、通路孔３１，３３，３５，３６，３８がそれぞれ当該第２伝熱プレート２の通路孔２１，２２，２３，２５，２７と接続されている。
【００３２】
さらに、上記他の第２伝熱プレート３の後側（背面側）において当該他の第２伝熱プレート３と隣り合うさらに他の第２伝熱プレート２は、通路孔２１，２２，２３，２５，２７が当該他の第２伝熱プレート３の通路孔３１，３３，３５，３６，３８とそれぞれ接続されている。
【００３３】
第２熱交換ユニット２０において、第２出入口プレート６と隣り合う第２伝熱プレート３は、通路孔３１，３３が第２出入口プレート６の第３流入口６３および第３流出口６４のそれぞれと接続されている。
【００３４】
第１熱交換ユニット１０において、第１流体の流路７ｂは、鉛直方向の下方および上方にそれぞれ通路孔１２，１１が配置された第１伝熱プレート１の伝熱面１７と、当該第１伝熱プレート１と前側において隣り合い、鉛直方向の下方および上方に通路孔１１，１２がそれぞれ配置された第１伝熱プレート１の伝熱面１７との間に形成されている。
【００３５】
第１熱交換ユニット１０において、第２流体の流路８は、鉛直方向の下方および上方にそれぞれ通路孔１１，１２が配置された第１伝熱プレート１の伝熱面１７と、当該第１伝熱プレート１と前側において隣り合い、鉛直方向の下方および上方に通路孔１２，１１がそれぞれ配置された第１伝熱プレート１の伝熱面１７との間に形成されている。
【００３６】
第２熱交換ユニット２０において、第１流体の流路７ａは、上記積層方向に重なるように設けられ、かつ互いに接続された第２伝熱プレート２，３の各通路孔２５，３６内に形成されている。
【００３７】
第２熱交換ユニット２０において、第１流体の流路７ｄは、第２伝熱プレート３の伝熱面３９と、当該第２伝熱プレート３と前側において隣り合う第２伝熱プレート２の伝熱面２９との間に形成されている。第２熱交換ユニット２０において、第３流体の流路９は、第２伝熱プレート２の伝熱面２９と、当該第２伝熱プレート２と前側において隣り合う第２伝熱プレート３の伝熱面３９との間に形成されている。
【００３８】
これにより、第１熱交換ユニット１０には、複数の第１流体の流路７ｂが互いに並列に設けられ、また、複数の第２流体の流路８が互いに並列に設けられている。第１流体の流路７ｂと第２流体の流路８とは、各第１伝熱プレート１の伝熱面１７を挟んで隣り合うように設けられている。第２熱交換ユニット２０には、複数の第１流体の流路７ｄが互いに並列に設けられ、また、複数の第３流体の流路９が互いに並列に設けられている。第１流体の流路７ｄと第３流体の流路９とは、各第２伝熱プレート２，３の伝熱面２９，３９を挟んで隣り合うように設けられている。第２熱交換ユニット２０において、第１流体の流路７ａは、第２伝熱プレート２，３の伝熱面２９，３９を含む空間を通ることなく第１熱交換ユニット１０に達するように設けられている。
【００３９】
第１流入口６１からプレート式熱交換器１００内に流入した第１流体は、第２熱交換ユニット２０において第３流体などとの間で熱交換されることなく第１熱交換ユニット１０に達し、第１熱交換ユニット１０において第２流体との間で初めて熱交換される。第２流体と熱交換された第１流体は、第２熱交換ユニット２０に達し、第２熱交換ユニット２０において第３流体との間でさらに熱交換される。
【００４０】
プレート式熱交換器１００は、たとえば冷凍サイクル装置において圧縮機、膨張弁および他の熱交換器などと接続される。第１流入口６１、第１流出口６２、第２流入口５１、第２流出口５２、第３流入口６３、および第３流出口６４は、圧縮機、膨張弁および他の熱交換器などと接続され、冷媒が流通する冷媒配管や、水または不凍液が流通する配管などと接続される。第１流入口６１、第１流出口６２、第２流入口５１、第２流出口５２、第３流入口６３、および第３流出口６４と各配管とは、任意の方法により接続されていればよく、たとえばろう付けにより接続されていてもよい。また、第１流入口６１、第１流出口６２、第２流入口５１、第２流出口５２、第３流入口６３、および第３流出口６４と上記配管とがそれぞれフランジ部を有し、フランジ部同士が締結または接合されることにより接続されていてもよい。
【００４１】
＜作用効果＞
次に、プレート式熱交換器１００の作用効果について説明する。
【００４２】
プレート式熱交換器１００は、第１の面と第１の面と対向する第２の面とを有し、第１流体と第２流体とが熱交換するための第１熱交換ユニット１０と、第３の面と第３の面と対向する第４の面とを有し、第１熱交換ユニット１０の第２の面と第３の面とが接続されるように配置され、かつ第１熱交換ユニット１０において熱交換された第１流体と第３流体とが熱交換するための第２熱交換ユニット２０とを備える。第１熱交換ユニット１０は、第２流体を入出するための第２流入口５１および第２流出口５２を含む。第２熱交換ユニット２０は、第１流体を入出するための第１流入口６１および第１流出口６２と、第３流体を入出するための第３流入口６３および第３流出口６４とを含む。第１流入口６１および第１流出口６２は第２熱交換ユニット２０の第４の面上に設けられている。第２流入口５１および第２流出口５２は第１熱交換ユニット１０の第１の面上に設けられている。第３流入口６３および第３流出口６４は第２熱交換ユニット２０の第４の面上に設けられている。
【００４３】
このようにすれば、第１流体、第２流体、および第３流体の各流入口・流出口が第１熱交換ユニット１０または第２熱交換ユニット２０に対して同一面上に設けられている。そのため、第１流体の第１流入口６１と外部配管との接続、および第１流出口６２と外部配管との接続を連続して行うことができる。さらに、第２流体の第２流入口５１と外部配管との接続、および第２流出口５２と外部配管との接続を連続して行うことができる。さらに、第３流体の第３流入口６３と外部配管との接続、および第３流出口６４と外部配管との接続を連続して行うことができる。つまり、プレート式熱交換器１００によれば、各流入口・流出口と外部配管との接続を流体毎に連続して行うことができる。そのため、各流入口および流出口と外部配管とを接続しやすい。よって、当該接続の作業性を向上させることができる。
【００４４】
また、プレート式熱交換器１００には、第１流体の一部と残部とを分配させてから合流させる流路が設けられてない。そのため、プレート式熱交換器１００は、構造が簡易である。
【００４５】
また、プレート式熱交換器１００を備える冷凍サイクル装置（たとえば、後述する冷凍サイクル装置２００（図１４参照））は、流入口・流出口が流体毎に同一面上に設けられていないプレート式熱交換器を備える冷凍サイクル装置と比べて、配管の取り回しが容易になる。そのため、プレート式熱交換器１００を備える当該冷凍サイクル装置は、流入口・流出口が流体毎に同一面上に設けられていない冷凍サイクル装置と比べて小型化することができる。
【００４６】
また、プレート式熱交換器１００によれば、第１熱交換ユニット１０において第２流体との間で熱交換された第１流体は、第２熱交換ユニット２０において第３流体との間で熱交換されるため、第１流体に対し２段階で熱交換させることができる。そのため、プレート式熱交換器１００は、第１流体に対し１段階で熱交換させるプレート式熱交換器と比べて、熱交換効率を向上させることができる。
【００４７】
上記プレート式熱交換器１００において、複数の第１伝熱プレート１の各々は、第１流体または第２流体を流通させるための通路孔を４つ有している。また、複数の第２伝熱プレート２，３の各々は、第１流体または第３流体を流通させるための５つの通路孔を有している。このようにすれば、上記第１伝熱プレート１を含む第１熱交換ユニット１０において第１流体の流路７ｂと第２流体の流路８とを形成することができ、かつ上記第２伝熱プレート２，３を含む第２熱交換ユニット２０において第１流体の流路７ａおよび流路７ｄと、第３流体の流路９とを形成することができる。その結果、プレート式熱交換器１００は、第１流体に対して２段階で熱交換させることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、図１３を参照して、実施の形態２に係るプレート式熱交換器１０１について説明する。実施の形態２に係るプレート式熱交換器１０１は、基本的には実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００と同様の構成を備えるが、第１流体の第１流出口６２から流出した第１流体が、第３流体の第３流入口６３から第３流体として流入可能に設けられている点で異なる。
【００４９】
具体的には、プレート式熱交換器１０１の外部において、第１流出口６２と第３流入口６３との間には、第１流出口６２からプレート式熱交換器１０１の外部へ流出した第１流体を第３流入口６３からプレート式熱交換器１０１内に流入するための第１流体の流路７ｅが形成されている。第１流体の流路７ｅは、第１流体の流路７ｄと、第１流体の流路７ｆとの間を接続している。第１流体の流路７ｆは、図３に示されるプレート式熱交換器１００における第３流体の流路９に相当する。つまり、プレート式熱交換器１０１を備える冷凍サイクル装置は、一端および他端がそれぞれ第１流出口６２および第３流入口６３に接続され、第１流体の流路７ｅを構成する配管部をさらに備えている。
【００５０】
図１４を参照して、プレート式熱交換器１０１を備える冷凍サイクル装置２００は、たとえば圧縮機７１、膨張弁７２、蒸発器７３、インジェクション膨張弁７４、およびポンプ７５をさらに備える。プレート式熱交換器１０１は、第１流入口６１が圧縮機７１の吐出側と接続されている。なお、図１４では、説明の便宜上、プレート式熱交換器１０１内における第１流体および第２流体の各流路（第１流入口６１と第１流出口６２との間に形成された第１流体の各流路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、第３流入口６３と第３流出口６４との間に形成された第１流体の流路７ｆ、および第２流入口５１と第２流出口５２との間に形成された第２流体の流路８）を直線状に図示している。
【００５１】
プレート式熱交換器１０１の第１流入口６１は、圧縮機７１の吐出側と接続されている。第１流出口６２は、膨張弁７２と接続されているとともに、インジェクション膨張弁７４と接続されている。第３流入口６３は、インジェクション膨張弁７４と接続されている。第３流出口６４は、圧縮機７１の中間部に接続（インジェクション）されている。言い換えると、第１流出口６２と膨張弁７２との間を接続する配管から分岐する配管が形成されており、当該配管がインジェクション膨張弁７４を介して第３流入口６３に接続されている。蒸発器７３は、膨張弁７２と圧縮機７１との間に配置されている。第２流入口５１は、ポンプ７５と接続されている。冷凍サイクル装置２００は、プレート式熱交換器１０１、圧縮機７１、膨張弁７２、蒸発器７３、インジェクション膨張弁７４、およびポンプ７５を収容する筐体７６をさらに備える。図１４および図１５に示されるように、筐体７６には、第２流体を冷凍サイクル装置２００の内外に入出させるための接続配管７７，７８が設けられている。接続配管７７，７８はプレート式熱交換器１０１の第２流出口５２、第２流入口５１とそれぞれ接続されている。このとき、第１流体（第３流体）は冷媒であり、第２流体は水または不凍液（ブライン）である。
【００５２】
プレート式熱交換器１０１は、第１流体の第１流出口６２から流出した第１流体が、第３流体の第３流入口６３から第３流体として流入可能に設けられている。そのため、プレート式熱交換器１０１は、第１流体を３段階で熱交換させることができる。
【００５３】
プレート式熱交換器１０１は、第１流体を冷媒とし、第２流体を水または不凍液（ブライン）とすることにより、水または不凍液（ブライン）を熱源とする空気調和装置または冷凍装置としての冷凍サイクル装置２００に好適である。たとえば、第１流体は、第１熱交換ユニット１０において第２流体との間で熱交換されることにより凝縮される。凝縮された第１冷媒は、第２熱交換ユニット２０を通った後、インジェクション膨張弁７４により減圧される。減圧された第１冷媒は、第２熱交換ユニット２０において上記凝縮された第１冷媒との間で熱交換される。これにより、プレート式熱交換器１０１および冷凍サイクル装置２００によれば、第１流体を過冷却させることができる。
【００５４】
また、冷凍サイクル装置２００において、第１流入口６１、第１流出口６２、第３流入口６３、および第３流出口６４はいずれも冷媒としての第１流体を入出させるものである。また、上記プレート式熱交換器１００において、第１流入口６１、第１流出口６２、第３流入口６３、および第３流出口６４は、いずれも第２熱交換ユニット２０において第２出入口プレート６上（同一平面上）に設けられている。そのため、第１流入口６１、第１流出口６２、第３流入口６３、および第３流出口６４のそれぞれと外部配管（冷凍サイクル装置２００の内部配管）との接続を、連続して行うことができる。また、プレート式熱交換器１０１によれば、外部配管（冷凍サイクル装置２００の内部配管）の取り回しを単純化させることができるため、冷凍サイクル装置２００を小型化することができる。
【００５５】
プレート式熱交換器１０１において、第２流入口５１および第２流出口５２は、いずれも第１熱交換ユニット１０において第１出入口プレート５上（同一平面上）に設けられている。そのため、冷凍サイクル装置２００の筐体７６において接続配管７７，７８は同一平面上に設けられている。そのため、冷凍サイクル装置２００によれば、接続配管７７，７８のそれぞれと外部配管との接続を連続して行うことができる。また、冷凍サイクル装置２００によれば、当該外部配管の取り回しを単純化することができる。これにより、たとえば冷凍サイクル装置２００が複数並べられて設置される場合にも、設置場所の省スペース化を図ることができる。
【００５６】
＜変形例＞
実施の形態１および実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００は、第１伝熱プレート１と第２伝熱プレート２とがいずれも同数であるが、これに限られるものでは無い。たとえば、図１６を参照して、第１熱交換ユニット１０に含まれる第１伝熱プレート１の数が第２熱交換ユニット２０に含まれる第２伝熱プレート２，３の数よりも多くてもよい。たとえば、４枚の第２伝熱プレート２，３を含む第２熱交換ユニット２０に対し、第１熱交換ユニット１０は６枚の第１伝熱プレート１を含んでいてもよい。このようにすれば、第１熱交換ユニット１０において第１流体と第２流体との間で熱交換可能な領域を大きくすることができる。
【００５７】
実施の形態１および実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００，１０１の各プレートの具体的構成は、図４〜図１１に示される構成に限られるものでは無い。
【００５８】
図１７を参照して、たとえば第２伝熱プレート３は、第１流体が流れる前記第２伝熱プレートの前記通路孔は、水平方向（たとえば短手方向）において第２伝熱プレート３の中央に位置し、かつ鉛直方向（たとえば長手方向）の下方に配置された第１通路孔３８と、第１通路孔３８に対し鉛直方向の上方に配置された第２通路孔３５とを有していてもよい。このようにすれば、第１流体が第１通路孔３８から第２通路孔３５へ鉛直方向の下方から上方へ第２伝熱プレート３の伝熱面３９上を流通する際に、第１流体が水平方向において非対称に流通することを抑制することができる。そのため、たとえば第１熱交換ユニット１０において熱交換された第１流体が気液２相状態で第２熱交換ユニット２０に流入する場合であっても、第１流体が第２伝熱プレート３上で分配されることを抑制することができ、プレート式熱交換器１００，１０１における第１流体の分配特性を向上させることができる。
【００５９】
また、図１８を参照して、第１伝熱プレート１の平面形状は、たとえば台形状であってもよい。このとき、たとえば第１熱交換ユニット１０において流入時にガス状態であった第１流体が凝縮されて液状態で流出する場合には、第１伝熱プレート１において鉛直方向の上方に配置される上辺の長さが鉛直方向の下方に配置される下辺の長さよりも長くなるように設けられているのが好ましい。このようにすれば、図４に示されるように第１熱交換ユニット１０において第１流体は鉛直方向の上方から下方に向けて流通するため、鉛直方向の下方において第１流体の流路７ｂが狭くなることで、第１伝熱プレート１上において第１流体の流速を上昇させることができる。その結果、第１熱交換ユニット１０における第１流体と第２流体との間の熱交換量を大きくすることができる。なお、このような第１伝熱プレート１を備えるプレート式熱交換器は、第２伝熱プレート２，３、仕切プレート４および第１および第２出入口プレート５，６の平面形状も、第１伝熱プレート１の平面形状と同一形状を有していればよい。
【００６０】
また、実施の形態１および実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００，１０１は、第２流体の第２流入口５１および第３流体の第３流入口６３が第１および第２出入口プレート５，６の鉛直方向の下方に、第２流出口５２および第３流出口６４が第１および第２出入口プレート５，６の鉛直方向の上方に、それぞれ設けられているが、これに限られるものでは無い。第２流入口５１および第３流入口６３が第１および第２出入口プレート５，６の鉛直方向の上方に、第２流出口５２および第３流出口６４が第１および第２出入口プレート５，６の鉛直方向の下方に、それぞれ設けられていてもよい。プレート式熱交換器１００，１０１において、第２流入口５１、第２流出口５２、第３流入口６３、および第３流出口６４は、第１熱交換ユニット１０および第２熱交換ユニット２０における各流体の状態、および第１伝熱プレート１および第２伝熱プレート２，３上での各流体の分配特性を考慮して、第１および第２出入口プレート５，６上での位置関係を適宜変更することが可能である。また、そのようにすることで、第１熱交換ユニット１０および第２熱交換ユニット２０における各流体の流れを、対向流または並行流とすることができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点において例示であって制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１  第１伝熱プレート、２，３  第２伝熱プレート、４  仕切プレート、５  第１出入口プレート、６  第２出入口プレート、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，８，９  流路、１０  第１熱交換ユニット、１１，１２，１３，１５，２１，２２，２３，２５，２７，３１，３３，３５，３６，３８，４１，４３  通路孔、１４，１６，２４，２６，２８，４２，４４  凸部、１７，２９，３９  伝熱面、２０  第２熱交換ユニット、４５  表面、５１  第２流入口、５２  第２流出口、６１  第１流入口、６２  第１流出口、６３  第３流入口、６４  第３流出口、７１  圧縮機、７２  膨張弁、７３  蒸発器、７４  インジェクション膨張弁、７５  ポンプ、７６  筐体、７７，７８  接続配管、１００，１０１  プレート式熱交換器、２００  冷凍サイクル装置。
【図１】
2017138145.tif 000003
【図２】
2017138145.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017138145.tif 000009
【図８】
2017138145.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2017138145.tif 000012
【図１１】
2017138145.tif 000013
【図１２】
2017138145.tif 000014
【図１３】
2017138145.tif 000015
【図１４】
2017138145.tif 000016
【図１５】
2017138145.tif 000017
【図１６】
2017138145.tif 000018
【図１７】
2017138145.tif 000019
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月23日(2017.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および前記第１の面と対向する第２の面を有し、第１流体と第２流体とが熱交換するための第１熱交換ユニットと、
第３の面および前記第３の面と対向する第４の面を有し、前記第１熱交換ユニットの前記第２の面と前記第３の面とが接続されるように配置され、かつ前記第１熱交換ユニットにおいて熱交換された前記第１流体と、第３流体とが熱交換するための第２熱交換ユニットとを備え、
前記第１熱交換ユニットは、前記第２流体を入出するための第２流入口および第２流出口を含み、
前記第２熱交換ユニットは、前記第１流体を入出するための第１流入口および第１流出口と、前記第３流体を入出するための第３流入口および第３流出口とを含み、
前記第１流入口および前記第１流出口は前記第２熱交換ユニットの前記第４の面上に設けられており、
前記第２流入口および前記第２流出口は前記第１熱交換ユニットの前記第１の面上に設けられており、
前記第３流入口および前記第３流出口は前記第２熱交換ユニットの前記第４の面上に設けられており、
前記第２熱交換ユニットは、伝熱面を有し、前記伝熱面に垂直な方向に互いに積層されている複数の第２伝熱プレートをさらに含み、
前記複数の第２伝熱プレートには、前記伝熱面に対して前記垂直な方向の前記第１の面側に突出している凸部と、前記第１流体を流通させるための通路孔とが設けられており、前記通路孔は、前記凸部の頂面上に設けられており、
前記凸部の前記頂面は、前記垂直な方向において前記第１の面側において隣り合う仕切プレートまたは他の前記第２伝熱プレートと接触している、プレート式熱交換器。
【請求項２】
前記第１流体の前記第１流出口から流出した前記第１流体が、前記第３流体の前記第３流入口から前記第３流体として流入可能に設けられている、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記第１熱交換ユニットは複数の第１伝熱プレートを含み、
前記第１伝熱プレートの数は前記第２伝熱プレートの数以上である、請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
複数の前記第１伝熱プレートの各々は、前記第１流体または前記第２流体を流通させるための通路孔を４つ有し、
複数の前記第２伝熱プレートの各々は、前記第１流体または前記第３流体を流通させるための通路孔を５つ有している、請求項３に記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
前記第１流体が流れる前記第２伝熱プレートの前記通路孔は、水平方向において前記第２伝熱プレートの中央に位置し、かつ鉛直方向の下方に配置された第１通路孔と、前記第１通路孔に対し鉛直方向の上方に配置された第２通路孔とを有している、請求項４に記載のプレート式熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の前記プレート式熱交換器と、前記プレート式熱交換器に前記第１流体を吐出するための圧縮機とを備える、冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１流体および前記第３流体は冷媒を含み、
前記第２流体は不凍液または水の少なくともいずれか一方を含む、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係るプレート式熱交換器は、第１の面および第１の面と対向する第２の面を有し、第１流体と第２流体とが熱交換するための第１熱交換ユニットと、第３の面および第３の面と対向する第４の面を有し、第１熱交換ユニットの第２の面と第３の面とが接続されるように配置され、かつ第１熱交換ユニットにおいて熱交換された第１流体と、第３流体とが熱交換するための第２熱交換ユニットとを備える。第１熱交換ユニットは、第２流体を入出するための第２流入口および第２流出口を含む。第２熱交換ユニットは、第１流体を入出するための第１流入口および第１流出口と、第３流体を入出するための第３流入口および第３流出口とを含む。第１流入口および第１流出口は第２熱交換ユニットの第４の面上に設けられている。第２流入口および第２流出口は第１熱交換ユニットの第１の面上に設けられている。第３流入口および第３流出口は第２熱交換ユニットの第４の面上に設けられている。第２熱交換ユニットは、伝熱面を有し、伝熱面に垂直な方向に互いに積層されている複数の第２伝熱プレートをさらに含む。複数の第２伝熱プレートには、伝熱面に対して垂直な方向の第１の面側に突出している凸部と、第１流体を流通させるための通路孔とが設けられており、通路孔は、凸部の頂面上に設けられている。凸部の頂面は、垂直な方向において第１の面側において隣り合う仕切プレートまたは他の第２伝熱プレートと接触している。 
【国際調査報告】
2017138145.tif 000021
2017138145.tif 000022
2017138145.tif 000023
2017138145.tif 000024