(57)【要約】      （修正有）【課題】非共沸混合冷媒を使用して超（極）低温を得用とする場合に、流路を狭小とし伝熱面積を確保した、コンパクトな伝熱用ブレージングプレート及びそれを用いた熱交換器を提供する。【解決手段】プレートの周縁に鈍角とした折り曲げ部、端部に冷媒の流出入用の透孔および断面が山形とした溝部を一体にプレス加工成形した伝熱用ブレージングプレートにおいて、前記溝部は交互にプレートの一方端縁から他方端縁に向けて直交方向に櫛歯平行に形成され、かつ、その溝部の先端は他方縁には至らないものとし、前記ブレージングプレートを複数枚、一方を１８０度回転して積層した際、前記溝部は同一芯上に重複することなく、その溝部によって断面が狭小な一本の直線状の冷媒流路が形成されることとし、ブレージングプレート式の熱交換器は伝熱用ブレージングプレートを複数枚積層し、銅等のろう材を用いて恒久的に接合してある。【選択図】図５
2008170090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁に鈍角とした折り曲げ部を形成し、端部に冷媒の流入用、流出用の透孔を形成するとともに、断面が山形とした溝部を一体にプレス加工成形した伝熱用ブレージングプレートにおいて、前記した溝部は交互にプレートの一方端縁から他方端縁に向けて直交方向に櫛歯平行に形成され、かつ、その溝部の先端は他方縁には至らないものとしてあることを特徴とする伝熱用ブレージングプレート
【請求項２】
前記したブレージングプレートを複数枚、一方を１８０度回転して積層した際、前記した溝部は同一芯上に重複することなく、その溝部によって断面が狭小とされた一本の直線状の冷媒流路が形成されることを特徴とする請求項１に記載の伝熱用ブレージングプレート。
【請求項３】
前記した流入用、流出用の透孔は、前記した積層時に同一芯位置とされ、一方の透孔は積層によって密着され、他方は前記した溝部高さの空隙を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の伝熱用ブレージングプレート。
【請求項４】
前記した伝熱用ブレージングプレートを複数枚積層し、銅等のろう材を用いて恒久的に接合してあることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
前記した折り曲げ部は８〜９ｍｍの高さを有し、積層状態で各々積層面と密着し、漏れを遮断することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
冷媒として非共沸冷媒を使用することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は伝熱用ブレージングプレート及びそれを用いた熱交換器に関し、主として冷凍装置、それも超（極）低温を得ることができるようにする冷凍装置に利用して有効な非共沸冷媒を使用するブレージングプレート式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒に求められる特性は沸点が低いこと、即ち、冷却到達温度が低いこと、臨界温度が常温であること、即ち、常温で凝縮できること、蒸発潜熱が大きいこと、即ち、冷媒の単位重量あたりの冷却熱量が大きいこと、蒸気密度が大きいこと、即ち、装置容積が小さくて済むこと、圧縮比が小さいこと、即ち、圧縮動力が小さくて済むことであり、最後に分解性、腐食性、毒性等のないことである。
【０００３】
この条件に適合する冷媒としてはフロン系、プロパン、液化炭酸ガスが知られているが、プロパンはその特性として可燃性を有していること、液化炭酸ガスは高圧力での使用が必要とされるということから、特殊な場合を除いてフロン系が使用されることが一般的となっていた。
【０００４】
しかし、このフロン系は地球オゾン層の破壊につながるものとして、大気中への放散が規制され、その結果、冷凍装置のように閉鎖されている環境であっても、漏洩や廃棄等に伴なって、フロン系の使用ができなくなった。
【０００５】
そこで、フロン系に代わる冷媒としてプロパンの可燃性を抑える不活性材として液化炭酸ガスを混入させて使用する混合冷媒が考え出された。しかし、この混合冷媒は確かに効果はあるものの、現状の圧縮冷凍機における圧力負荷規制等にも起因して、得られる冷却、冷凍の低温には限界があり、それ以上の超（極）低温を得ることは不可能なこととなっている。
【０００６】
また、混合冷媒を用いて超（極）低温を得るためには凝縮器を縦列させて用い、冷媒の往路と帰路で前記凝縮器を通過させることとして段階的に温度を下げていく方式のものが知られているが、この場合にはシステム（装置）が大規模なものとなってしまい、現実的に構築設置することはかなりの困難があった。
【０００７】
この点に着目して発明者はシンプルな冷凍サイクルを用いて、超（極）低温を得ることができる冷凍方法及び冷凍装置を開発したが、この方法、装置においては、サイクルの自己発生する高効率の熱交換器の使用が必須となる。
【０００８】
ところが、現状の熱交換器、それもブレージングプレート式熱交換器の構造は、同一形態としてプレス加工処理されたプレートを１８０度回転させて積層するものとなっており、その際、流体の流入口もしくは流出口は同芯として重合され、一方側は密着され、他方側に、プレートに形成される断面山形をした溝部と同等高さの隙間が形成され、この隙間が流路とされる。
【０００９】
また、この従来の熱交換器における断面山形とした溝部はヘリンボーン状に形成され、これが交互に対交する形態として積層される。そのため、多数の流路溝が形成され、流路断面は二枚のプレートの溝部の高さとプレートの流路方向の幅を乗じたものとなる。そのため、この流路断面は大きく形成されるものとなっている。
【００１０】
この従来の熱交換器は係る構成となっているため、各流体は断面山形をした溝部に干渉されながら流れることとなり、伝熱面積を有効に利用できることとはなっている。しかし、非共沸混合冷媒を使用すると、まず、高沸点冷媒が液化し、低沸点冷媒を熱交換完了するまでに、前記した液化している高沸点冷媒が熱交換器の底部に滞留してしまい、流れを偏向させ、熱交換器の流路の一部のみに流れる傾向があり、伝熱面積全体を有効に活用できないこととなってしまう。
【００１１】
この高沸点冷媒の滞留は流体の流速を速めることで送り出すことが可能となり、積層されているプレートの全面を通過せざるを得なくなり、伝熱面積を有効に利用することができるようになる。ここで従来の熱交換器は元来、液体（水対湯）の熱交換を基本設計としており、必然通過抵抗等の問題発生防止のため２〜５ｍ／Ｓの流速を基本としている。この流速を略１０倍とすれば前記した滞留冷媒も送り出すことが可能となるが、この流速を得るため、従来の熱交換器では積層段数を減らすことで流路断面を狭小としなければならないが、こうすると伝熱面積が減少し、熱交換不足を招く、また、伝熱面積を確保、拡大するには積層枚数を増加しなければならないが、おのずと流路断面が大きくなり、流速を下げ、熱交換効率を下げてしまう。
【特許文献１】特開２００６−６４３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする問題点は、現在、非共沸混合冷媒を使用して低温、特に超（極）低温を得ようとする場合、流速を速め、即ち、流路を狭小とし、かつ、熱交換のための伝熱面積も十分に確保でき、しかもコンパクトなものとできる伝熱用ブレージングプレート及びそれを用いた熱交換器は存在していなかったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この問題点を解決するために、本発明に係る伝熱用ブレージングプレートは周縁に鈍角とした折り曲げ部を形成し、端部に冷媒の流入用、流出用の透孔を形成するとともに、断面が山形とした溝部を一体にプレス加工成形した伝熱用ブレージングプレートにおいて、前記した溝部は交互にプレートの一方端縁から他方端縁に向けて直交方向に櫛歯平行に形成され、かつ、その溝部の先端は他方縁には至らないものとしてあることを特徴とし、前記したブレージングプレートを複数枚、一方を１８０度回転して積層した際、前記した溝部は同一芯上に重複することなく、その溝部によって断面が狭小とされた一本の直線状の冷媒流路が形成されることを特徴とし、前記した流入用、流出用の透孔は、前記した積層時に同一芯位置とされ、一方の透孔は積層によって密着され、他方は前記した溝部高さの空隙を形成することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係るブレージングプレート式の熱交換器は前記した伝熱用ブレージングプレートを複数枚積層し、銅等のろう材を用いて恒久的に接合してあることを特徴とし、前記した折り曲げ部は８〜９ｍｍの高さを有し、積層状態で各々積層面と密着し、漏れを遮断することを特徴とし、冷媒として非共沸冷媒を使用することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る伝熱用ブレージングプレート及びそれを用いた熱交換器は上記のように構成されている。そのため、相互に重合することのない断面山形の溝部によって形成される流路はその断面が狭小で直線状のものとなり、通過する冷媒の流速を速めることができ、滞留する高沸点冷媒も送り出すことができ、これによって積層されたプレートの全面を冷媒が通過することとなり、伝熱面積も有効に利用することができ、非常に効率のよい熱交換器となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面として示し、実施例として説明したように構成することで実現した。
【実施例１】
【００１７】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施の一例を説明する。図１は本発明を実施したプレスされた一枚の伝熱用ブレージングプレートを示す平面図、図２は同じくＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は同じく同形のプレートを１８０度回転させた状態の第二のプレートを示す平面図、図４は同じくＢ−Ｂ線に沿った断面図、図５は同じく二枚のプレートを重合積層された状態の概念平面図、図６は同じくＣ−Ｃ線に沿った断面図、図７は本発明に係る熱交換器の正面図、図８は同じく平面図、図９は同じく側面図である。
【００１８】
これらの図にあって１は金属、具体的にはステンレス、アルミニウム等をプレス加工処理して得られた第一のプレートを示している。この第一プレート１は全体として各コーナーにアールを形成した矩形状をしており、その全周縁には略８〜９ｍｍ程度とした鈍角の折り曲げ部２を一体に形成したものとなっている。
【００１９】
また、この第一プレート１の四隅近傍には冷媒の流入もしくは流出用の透孔３、３ａ、４、４ａが開口されており、短手方向で隣接する３、４もしくは３ａ、４ａがプレート１に形成された高低段差５を挟んで周縁から等距離位置に同径として形成されたものとなっている。
【００２０】
さらに、図中６、６‥は断面山形をした凹状の溝部で、この溝部６、６‥は最端のものが一部を高低段差５により低部とされた部分に形成されている透孔３、３ａと連通され、他は櫛歯平行状に形成され、第一プレート１の長手方向に沿った一端から直交方向に形成され、その先端はプレート１の他端には至らないものとなっている。この各溝６、６‥と隣接する部分は裏面を凹状とした突面７とされている。
【００２１】
図３として示す第二プレート１ａは、前記した第一プレート１と同一形状にプレス加工処理されたもので、この第一プレート１を１８０度回転、即ち、上下左右を入れ替えた状態のものとなっており、ブレージングして重合積層する際の下層側となる。つまり、符号で示すように、透孔３、３ａ、４、４ａの位置が点対称で入れ替わるものとなっている。
【００２２】
この第二プレート１ａの上面に前記第一プレート１が重合積層される。この重合積層の際に第一プレート１と第二プレート１ａとの間には銅等のろう材が介在され、両者を恒久的に接合することとなる。
【００２３】
１８０度回転された状態の第二プレート１ａ上には図１、図２として示す第一プレート１が重合積層されるが、この際、第一プレート１の折り曲げ部２が第二プレート１ａの外周縁上部に密に被冠される状態となり、第二プレート１ａの溝部６、６‥の開放された端部を密に閉塞し、冷媒の漏水を遮断することとなる。
【００２４】
この重合積層状態にあって第一プレート１の透孔３は第二プレート１ａの透孔４ａと同芯位置として連通する。その他の透孔も図５として示す如く同芯位置として連通されることとなる。また、この各透孔の連通にあって、高低段差５の存在によって第一プレート１の透孔３を形成するパートと第二プレート１ａの透孔４ａを形成するパート及び第一プレート１の透孔４ａを形成するパートと第二プレート１ａの透孔３ａを形成するパートと第二プレート１ａの透孔４を形成するパートは上下で密着されるが、その他の透孔を形成するパートでは前記した溝部６、６‥と同一高さを有する空隙８が形成されることとなる。
【００２５】
また、この重合積層状態にあって第一プレート１と第二プレート１ａの各溝部６、６‥は同一芯に重合することなく、互い違いの状態としてセットされる。このことによって上側となる第一プレート１の溝部６、６‥の底面が下側となる第二プレート１ａの突面７の上面と当接され、第一プレート１の突面７の裏面に形成された凹部と、第二プレート１ａの溝部６、６‥とを空間として接続させ、一つの冷媒の流路９を形成することとなる。
【００２６】
なお、この図５、図６にあっては二枚のプレート１、１ａを重合積層した状態を示し、一つの流路９を形成しているが、実際上は、この積層状態の上にさらに、数枚のプレートを交互に１８０度回転させた状態で積層重合させていくことで、一枚のプレートを介在させて流通する他の流体の流路を形成することとなる。
【００２７】
そして、複数枚のプレートが積層重合されて形成された熱交換器本体１０には表面側に表出する各透孔部分に接続短管１１、１１‥が取り付けられ、例えば二種類の流体（少なくとも一方は冷媒）の流入口及び流出口とされ、底面側に各透孔を閉塞する閉塞プレート１２が固設される。
【００２８】
本実施例に係るブレージングプレート式の熱交換器は上記のように構成されている。そのため、冷媒の通過していく流路９は、各プレート１、１ａの溝部６、６‥の形態によって、その断面が狭小で直線状のものとされ、冷媒の通過していく流速を速めることができることとなり、この流速は従来の溝部をヘリンボーン式としたものと比べ、約１０倍の２０〜５０ｍ／Ｓとすることができるようになる。
【００２９】
この冷媒流速を速めることで、非共沸冷媒を用いても、先に液化してしまっている高沸点冷媒の滞留も送り出すパワーが得られ、積層されているプレートの全面を伝熱面としてフルに利用できることとなり、非常に有効な熱交換作用を得ることができる。
【００３０】
このように、本実施例におけるブレージングプレート式の熱交換器は、プレートの積層枚数も必要以上に多くすることなく、伝熱面積も確保できるため、従来と比してもコンパクトな形態としての製品とすることができ、これを組み込むシステムとしても全体としてのコンパクト化が図れるものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係るブレージングプレート式の熱交換器は上述のように構成されており、素材としてはステンレスを用いるとしても従来のように種々の液体と対応して耐食性の強い３１６に限らず３０４でもよく、また、アルミニウムでも可能となる。これは、本発明の主目的は液体よりも、超低温を得るためガス対ガスの熱交換においてあるためである。しかし、本願の構成はこのガス対ガスの熱交換に限らず水等の液体対液体やガス対液体における熱交換にも応用実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に用いられるプレスされた一枚のプレートを示す平面図である。
【図２】Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】同形のプレートを１８０度回転させた状態の第二のプレートを示す平面図である。
【図４】Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】二枚のプレートを重合積層された状態の概念平面図である。
【図６】Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図７】全体の正面図である。
【図８】平面図である。
【図９】側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    第一プレート
１ａ  第二プレート
２    折り曲げ部
３    透孔
３ａ  透孔
４    透孔
４ａ  透孔
５    高低段差
６    溝部
７    突面
８    空隙
９    流路
１０  熱交換器本体
１１  接続短管
１２  閉塞プレート
【図１】
2008170090.tif 000003
【図２】
2008170090.tif 000004
【図３】
2008170090.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008170090.tif 000007
【図６】
2008170090.tif 000008
【図７】
2008170090.tif 000009
【図８】
2008170090.tif 000010
【図９】
2008170090.tif 000011