(57)【要約】【課題】コンパクトで伝熱性能が良く、かつ耐圧性が高く、高圧冷媒の使用が可能なプレート式熱交換器を得る。【解決手段】熱交換流体の流入口及び流出口が内部に通じるようにされたシール部４と、該シール部４内に流路が形成されるように配置されプレートの厚さ方向に山状に形成された伝熱面要素３と、を有し、プレート１が複数枚積層されて熱交換器とされるプレート式熱交換器において、山状の頂部が平坦とされた上端部６を有する伝熱面要素３と、流路の外周部に底面となる平坦部５と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部７と、を有したシール部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートの外周部に設けられ熱交換流体の流入口及び流出口が内部に通じるようにされたシール部と、該シール部内に流路が形成されるように配置され前記プレートの厚さ方向に山状に形成された伝熱面要素と、を有し、前記プレートが複数枚積層されて熱交換器とされるプレート式熱交換器において、
山状の頂部が平坦とされた上端部を有する四角錐状の前記伝熱面要素と、
前記流路の外周部に底面となる平坦部と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部と、を有した前記シール部と、
を備えたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、上下に隣り合う前記プレートの平坦部と山型部が重なるように積層されたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記伝熱面要素の一部は前記プレート底面となる平坦部と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部と、を有し、上下に隣り合う前記平坦部と前記山型部が重なるように積層されたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記プレートの幅方向の中心上に配置された前記伝熱面要素の一部は、前記プレート底面となる平坦部と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部と、を有し、上下に隣り合う前記平坦部と前記山型部が重なるように積層されたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記シール部の平坦部と山型部は流路の流れ方向に交互に配列され、前記プレートの平坦部と山型部が重なるように積層されたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項６】
請求項１に記載のものにおいて、積層された前記プレートによって形成される流路の一方はＲ４１０Ａが流れ、他方は水が流れることを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項７】
請求項１に記載のものにおいて、積層された前記プレートによって形成される流路の一方は二酸化炭素が流れ、他方は水が流れることを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項８】
請求項１に記載のものにおいて、積層された前記プレートによって形成される流路の少なくとも一方は非共沸混合冷媒が流れ、他方とは対向流となることを特徴とするプレート式熱交換器。
【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わり、特に蒸気圧縮式冷凍サイクルに好適な冷凍空調用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレート式熱交換器をコンパクトで伝熱性能の向上を図るため、プレートの厚さ方向に山又は谷となるように伝熱面要素を形成し、その表面に微細なフィンを設けることが知られ、国際公開ＷＯ００／１６０２９号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用されることを想定しているため、Ｒ４１０Ａや二酸化炭素に代表される高圧冷媒を使用するには、耐圧性を充分確保することが困難であった。また、チラーユニットなどの蒸発器として使用した際に、冷凍サイクル側の動作温度が著しく低下すると、熱交換器内で冷水が凍結し、シールが破断して水と冷媒が混じってしまう恐れがあった。
【０００４】
本発明の目的は、コンパクトで伝熱性能が良く、かつ耐圧性を高くして高圧冷媒の使用を可能とすることにある。また、本発明の目的は、熱交換器内で冷水が凍結しても破断の恐れがなく、低温のチラーユニットなどの蒸発器に適するものにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、プレートの外周部に設けられ熱交換流体の流入口及び流出口が内部に通じるようにされたシール部と、該シール部内に流路が形成されるように配置されプレートの厚さ方向に山状に形成された伝熱面要素と、を有し、プレートが複数枚積層されて熱交換器とされるプレート式熱交換器において、山状の頂部が平坦とされた上端部を有する四角錐状の伝熱面要素と、流路の外周部に底面となる平坦部と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部と、を有したシール部と、を備えたものである。
【０００６】
また、上記のものにおいて、上下に隣り合うプレートの平坦部と山型部が重なるように積層されたことが望ましい。
【０００７】
さらに、伝熱面要素の一部は、プレート底面となる平坦部と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部と、を有し、上下に隣り合う平坦部と山型部が重なるように積層されたことが望ましい。
【０００８】
さらに、プレートの幅方向の中心上に配置された伝熱面要素の一部は、プレート底面となる平坦部と、該平坦部から立ち上がりその頂部が平面状に形成された山型部と、を有し、上下に隣り合う平坦部と山型部が重なるように積層されたことが望ましい。
【０００９】
さらに、シール部の平坦部と山型部は流路の流れ方向に交互に配列され、プレートの平坦部と山型部が重なるように積層されたことが望ましい。
さらに、積層されたプレートによって形成される流路の一方はＲ４１０Ａが流れ、他方は水が流れることが望ましい。
さらに、積層されたプレートによって形成される流路の一方は二酸化炭素が流れ、他方は水が流れることが望ましい。
さらに、積層されたプレートによって形成される流路の少なくとも一方は非共沸混合冷媒が流れ、他方とは対向流となることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし３により説明する。図１は、プレート式熱交換器を構成するプレート１の平面図であり、図２はプレート１を交互に上下反転して積層した状態を示す平面図（図１を裏側から見たもの）である。
プレート１は、薄い金属板をプレス加工する事により作られ、４個所の開口部２を有しているが、開口部２ａ、ｂのみがプレート１の流路を形成し、シール部４により仕切られる。プレート１上には、プレートの厚さ方向に山又は谷となるように、ピラミッド状の伝熱面要素として形成され、頂部が平坦とされた上端部６を有し、つまり切頭四角錐状に形成されている。そして、ピラミッド状の伝熱面要素３が千鳥状に、かつ略等間隔に配列されている。よって、伝熱面要素３間は、網掛け状に略一定幅となる流路が形成されていることとなる。また、図１に示すものでは、より一層伝熱性能を向上するため、山又は谷の斜面となる表面に伝熱面要素の高さよりも小さな凹凸で微細なフィンを設けている。
【００１１】
プレート１は、図２に示すようにそれぞれ交互に上下反転して積層され、下側のプレート１の上端部６と、上側のプレート１の流路（伝熱面要素３の底部）の交差する部分が接触するようになっており、プレート１上に形成されるこれらの多数の接触点により高い耐圧強度を得る事ができる。これにより、チラーユニット用として通常使用されるＲ２２やＲ４０４Ａ等の比較的低圧の冷媒に対しては実用上十分な耐圧性が得られる。そして、ピラミッド状の伝熱面要素３が流路内で立体的に配置されることになるので、流体の混合が促進されることとなる。また、微細なフィンは、より一層流体の混合を促進するためのもので、ピラミッド状の伝熱面要素３で３次元的な流れを形成すれば、微細なフィンを設けなくても充分な性能が得られる。
【００１２】
チラーユニット用の水−冷媒熱交換器として使用する場合、熱交換性能や重力の影響から、蒸発器であれば冷媒は下側の開口部２ａから流入し、プレート１上の伝熱面要素３間を流れた後、上側の開口部２ｂから流出させ、水は上側の開口部２ｄから流入し、隣のプレート１上の伝熱面要素３間を流れた後、下側の開口部２ｃから流出させるようにする。逆に、凝縮器であれば冷媒は上側の開口部２ｂから流入し、プレート１上の伝熱面要素３間を流れた後、下側の開口部２ａから流出させ、水は下側の開口部２ｃから流入し、隣のプレート１上の伝熱面要素３間を流れた後、上側の開口部２ｄから流出させるようにする。これにより、流れが完全対向流となり、冷媒がＲ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒を用いた場合の冷凍サイクルの効率向上に対して特に有効である。
【００１３】
さらに、運転条件によっては水側の流路が凍結する場合が危惧され、凍結が発生すると体積膨張により周辺のシール部４が破断し、冷媒の漏れや水への混入といった事態が生じかねない。そこで、プレートの凍結が発生しても破断せず、あるいは給湯機に使われている二酸化炭素や、ルームエアコン用に使われているＲ４１０Ａ等の高圧冷媒にも使用できるように、シール部４での接合強度を増大させ、耐圧性を向上している。
【００１４】
図１のシール部４において、流れ方向に対して一つおきに平坦部５と山型部７を形成し、左右両側の平坦部５と山型部７の形成パターンを互いに１／２ピッチずらしている。山型部７の底面の形状は正方形を凡そ半分にした三角形としている。これにより、プレート１を交互に上下反転して積層した状態では、図２に示すがごとく、下側のプレート１の山型部７と、上側のプレート１の平坦部５が大きな面積で接触することとなり、プレート１上の周辺部に形成されるこれらの接触部により高い耐圧強度並びにシール性を大幅に高める事が出来る。
【００１５】
図３は、他の実施の形態を示し、図１のものに対してプレートの中心上で、平坦部５と山型部７を形成している。プレート１を交互に上下反転して積層した状態では、下側のプレート１の山型部７と、上側のプレート１の平坦部５が大きな面積で接触することとなり、プレート１上の中心部および周辺部に形成されるこれらの接触部により高い耐圧強度並びにシール性を大幅に高める事が出来る。
【００１６】
なお、流体が開口部２ａ、２ｂのどちら側から流入してもほぼ同様の伝熱性能が得られるので、例えば冷媒をルームエアコンに用いられているＲ４１０Ａとしても、凝縮器（使用圧３〜４ＭＰａ）としても使用できる。さらに、冷媒を給湯機に用いられる二酸化炭素としても、蒸発器（使用圧３〜４ＭＰａ）として十分に使用でき、凝縮器（使用圧１０〜１７ＭＰａ程度）としての使用も可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトで伝熱性能が良く、かつ耐圧性が向上されたプレート式熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるプレートの平面図。
【図２】本発明の一実施の形態によるプレートを積層した状態を示す平面図。
【図３】本発明の他の実施の形態によるプレートの平面図。
【符号の説明】
１…プレート、２…開口部、３…伝熱面要素、４…シール部、５…平坦部、６…上端部、７…山型部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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