(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種の流体の入口側及び出口側通路孔を有する伝熱プレートの複数枚を対応する２種流体の通路孔を同心状に連通させた状態で積層して、各伝熱プレート間に２種の流体を入口通路孔から出口側通路孔へと流通させる２種の流体流路を交互に形成したプレート式熱交換器において、
前記２種の流体流路それぞれは前記伝熱プレートの波板状の熱交換伝熱部で挟まれた凹凸空間であり、第一の流体用流体流路（６）における同流体流路（６）の極一部を占める小体積部分である、第二の流体用通路孔（２ａ）の周辺部分（ｎ）を、同流体流路（６）を流通する流体（Ｑ）が流入せず迂回する閉塞空間（Ｍａ）にしたものであって、隣接する伝熱プレート（１）を前記通路孔（２ａ）周辺でろう付けすることにより前記閉塞空間（Ｍａ）を形成したことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
２種の流体が冷媒（Ｐ）とこの冷媒で冷却される被冷却液（Ｑ）で、この被冷却液用流体流路（６）の冷媒用通路孔（２ａ）（２ｂ）周辺部分に閉塞空間（Ｍａ）（Ｍｂ）を形成したことを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
被冷却液用流体流路（６）の被冷却液流れ方向の下流側で、冷媒用流体流路（５）の冷媒流れ方向上流側にある冷媒用通路孔（２ａ）周辺部分に閉塞空間（Ｍａ）を形成したことを特徴とする請求項２記載の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、複数枚の伝熱プレートをろう付け等で積層一体化したプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チラーユニットの冷水を得る蒸発器等に使用されるプレート式熱交換器の従来例を図５〜図７に示し説明すると、これは複数枚の伝熱プレート１、…と２枚の金属フレーム１２，１３をろう材（図示せず）を介し積層して、高温・真空下でろう付け（ブレージング）したブレージング式熱交換器である。伝熱プレート１と金属フレーム１２，１３は例えば縦長のステンレス製の略矩形板で、各伝熱プレート１の４隅部に冷媒Ｐと被冷却液Ｑの２種の流体が流通する通路孔２，３が形成され、一方の金属フレーム１２の４隅部に冷媒Ｐと被冷却液Ｑの出入口となるノズル４，…が貫通させてろう付けされる。
【０００３】
伝熱プレート１は波板プレートの熱交換伝熱部１ａと、熱交換伝熱部１ａの周縁部を折曲した縁立て部１ｂを有し、隣接する伝熱プレート１の縁立て部１ｂが気密にろう材で溶融接合される。複数の伝熱プレート１を積層一体化したとき、各々の熱交換伝熱部１ａの４隅に形成された通路孔２，３が同心に対向して連通する。図６に示すように、１枚の伝熱プレート１の上下２隅の通路孔２は、冷媒Ｐを外部から流入させるための入口側冷媒通路孔２ａと外部に流出させるための出口側冷媒通路孔２ｂであり、残り上下２隅の通路孔３は、被冷却液Ｑを外部から流入させるための入口側被冷却液通路孔３ａと外部に流出させるための出口側被冷却液通路孔３ｂである。
【０００４】
また、複数の伝熱プレート１を積層一体化したとき、図７に示すように、各伝熱プレート１間に冷媒Ｐが流通する流体流路５と被冷却液Ｑが流通する流体流路６が交互に形成される。各流体流路５，６は伝熱プレート１の波板状の熱交換伝熱部１ａで挟まれた凹凸空間で、この凹凸空間の全域に冷媒Ｐと被冷却液Ｑが充満した状態で流通する。冷媒用流体流路５の上下開口が冷媒用通路孔２ａ、２ｂに連通し、被冷却液用流体流路６の上下開口が被冷却液用通路孔３ａ、３ｂに連通する。隣接する伝熱プレート１の各連通孔２，３の周縁部同士がろう材で気密に接合一体化されて、冷媒用流体流路５から冷媒Ｐが被冷却駅用通路孔３に流入せず、被冷却液用流体流路６から被冷却液Ｑが冷媒用通路孔２に流入しないようにしてある。
【０００５】
２種の流体の一方の冷媒Ｐはフロンや液体窒素等であり、他方の被冷却液Ｑは水である。このような冷媒Ｐは、伝熱プレート１の下部に形成された冷媒通路孔２ａから冷媒流路５を上昇して上部の冷媒通路孔２ｂに達し、冷媒通路孔２ｂに連通させたノズル４から外部に流出する。被冷却液（以下、必要に応じて水と称する）Ｑは、伝熱プレート１の上部に形成された水用通路孔３ａから水用流体流路６を下降して下部の水用通路孔３ｂに達する。隣接する各流体流路５、６にそれぞれ充満させて冷媒Ｐと水Ｑを流す間に熱交換が高効率で行われて、水用流体流路６の下部の水用通路孔３ｂに連通させたノズル４から外部に所望温度の冷水が取り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示すように、縦長の流体流路６の上部から下部に水Ｑを流し、逆に流体流路５に下部から上部に冷媒Ｐを流すことで、水Ｑと冷媒Ｐの効率の良い熱交換が連続して行われるが、水用流体流路６を温度低下しながら流下する水Ｑの温度が低下し過ぎて、その流下途中で凍結する場合がある。特に、水用流体流路６を温度低下しながら流下する水Ｑは、伝熱プレート１の下部の入口側冷媒通路孔２ａの周辺部分（図６の×印部分）ｎで入口側冷媒通路孔２ａを迂回するように流れて流速が落ち、かつ、この周辺部分ｎで水Ｑが熱交換前の最低温度の冷媒Ｐで急冷されるために、入口側冷媒通路孔２ａに流入する冷媒Ｐがわずかに氷点を下回っても周辺部分ｎの水Ｑが凍結する場合がある。この水用流体流路６の出口側に近い位置にある入口側冷媒通路孔２ａの周辺部分ｎで水Ｑが凍結し始めると、流速がさらに落ちて凍結面積が拡大し、凍結部分の体積膨張によって熱交換器の内部破損が発生する場合があり、これが冷媒の温度管理を含む熱交換器の保守管理を難しくしている。
【０００７】
本発明の目的とするところは、伝熱プレート内部で水等の被冷却液が凍結しないようにして冷媒などの温度管理を容易にしたプレート式熱交換器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、請求項１の発明は、２種の流体の入口側及び出口側通路孔を有する伝熱プレートの複数枚を対応する２種流体の通路孔を同心状に連通させた状態で積層して、各伝熱プレート間に２種の流体を入口通路孔から出口側通路孔へと流通させる２種の流体流路を交互に形成したプレート式熱交換器において、
前記２種の流体流路それぞれは前記伝熱プレートの波板状の熱交換伝熱部で挟まれた凹凸空間であり、第一の流体用流体流路（６）における同流体流路（６）の極一部を占める小体積部分である、第二の流体用通路孔（２ａ）の周辺部分（ｎ）を、同流体流路（６）を流通する流体（Ｑ）が流入せず迂回する閉塞空間（Ｍａ）にしたものであって、隣接する伝熱プレート（１）を前記通路孔（２ａ）周辺でろう付けすることにより前記閉塞空間（Ｍａ）を形成したことを特徴とする。
複数の伝熱プレートがろう付けされるブレージング式熱交換器において、流体流路に閉塞空間を伝熱プレート間のろう付けで形成することで、伝熱プレートを積層してろう付けする１工程で流体流路の閉塞空間が同時に形成できるため製造上も有利である。
【０００９】
ここで、２種の流体はフロン等の冷媒と水等の被冷却液であり、これら冷媒と他の流体の熱交換条件に応じて伝熱プレート間の２種流体の流体流路の一方或いは両方の伝熱プレート通路孔周辺部分が選択的に閉塞空間にされて、冷媒による他の流体の過冷却や過冷却による凍結等が回避される。流体流路における部分的な閉塞空間は、隣接する伝熱プレート間の部分的なろう付け、圧接、金属製ガスケット類の介在等で形成される。
【００１０】
また、本発明の請求項２の発明は、請求項１の２種の流体が冷媒（Ｐ）とこの冷媒で冷却される被冷却液（Ｑ）の場合で、この被冷却液用流体流路（６）の冷媒用通路孔（２ａ）（２ｂ）周辺部分に閉塞空間（Ｍａ）（Ｍｂ）を形成したことを特徴とする。この場合、冷媒で被冷却液が凍結するのを防止するために、被冷却液の流体流路の凍結し易い冷媒通路孔周辺部分を閉塞空間にして、被冷却液が冷媒通路孔周辺部分に流れないようにしている。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項２の被冷却液用流体流路の閉塞空間形成場所を限定したもので、被冷却液用流体流路（６）の被冷却液流れ方向の下流側で、冷媒用流体流路（５）の冷媒流れ方向上流側にある冷媒用通路孔（２ａ）周辺部分に閉塞空間（Ｍａ）を形成したことを特徴とする。つまり、被冷却液流体流路のうちで被冷却液が最も温度低下を起こして凍結し易い部分を被冷却液が流入しない閉塞空間にすることで、結果的に被冷却液用流体流路全体での被冷却液の凍結を回避するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図７のブレージング式のプレート式熱交換器に適用した本発明の一実施形態を図１乃至図４を参照して詳述する。なお、図１乃至図４の図３乃至図５と同一、又は、相当部分には同一参照符号を付して説明の重複を避ける。
【００１４】
図１に示される第１の実施形態のプレート式熱交換器は、図７熱交換器と基本構造は同一であり、熱交換されるべき２種の流体は冷媒Ｐと被冷却液の例えば水Ｑである。図１の図７と相違する特徴は、水用流体流路６の伝熱プレート冷媒用通路孔２ａの周辺部分ｎだけを閉塞空間Ｍａとして、この周辺部分ｎに水Ｑが流入しないようにしたことである。図１熱交換器の伝熱プレート１の隣接する２枚の概要を図３に示すと、１つの縦長の水用流体流路６の下流側で、伝熱プレート１の入口側冷媒通路孔１ａの周辺部分ｎの流体流路６だけが、同流体流路６の他の部分と区切られた閉塞空間Ｍａにしてある。この閉塞空間Ｍａは、例えば図１の黒丸印で示すように隣接する伝熱プレート１の熱交換伝熱部１ａの冷媒通路孔周辺部分ｎと他の部分の境界線部分同士をろう材で接合したろう付け部７で形成する。
【００１５】
なお、熱交換器の他の形式によっては、上記ろう付け部７を伝熱プレート同士の圧接部、金属製ガスケット等の介在物で形成してもよい。
【００１６】
上記実施形態の熱交換器においては、１つの縦長の水用流体流路６を温度低下しながら流下する水Ｑは、伝熱プレート１の下部の入口側冷媒通路孔２ａの周辺部分ｎの閉塞空間Ｍａに近付く。この閉塞空間Ｍａの在る冷媒通路孔周辺部分ｎは流下する水Ｑの流速が落ち、熱交換前の最低温度の冷媒Ｐで急冷されて最も凍結し易い部所であるが、水Ｑが流体流路６を流下して周辺部分ｎに近付くと、ろう付け部７に遮られて閉塞空間Ｍａに流入せず、水Ｑはろう付け部７に沿って周辺部分ｎを迂回するように流れて下部の出口側水用通路孔３ｂに達する。したがって、入口側冷媒通路孔２ａに流入する冷媒Ｐがわずかに氷点を下回るようなことがあっても、水Ｑは流体流路６の最も冷却される通路孔２ａの周辺部分ｎを避けて流下するので、過冷却されて凍結する心配が無くなる。
【００１７】
なお、閉塞空間Ｍａは冷媒Ｐと水Ｑの熱交換にほとんど寄与しないが、閉塞空間Ｍａは１つの流体流路６の極一部を占める小体積部分であることから、閉塞空間Ｍａの存在で流体流路６の熱交換効率はほとんど低下せず、熱交換器の性能に問題を引き起こすことはない。また、隣接する伝熱プレート１をろう付けして流体流路６を形成するときに、同時にろう付け部７を形成して流体流路６の一部を閉塞空間Ｍａとして形成することで、１ろう付け工程でブレージング式のプレート式熱交換器が製作でき、かつ、図７と同様の既設伝熱プレート１をそのまま使用して製作することができる。
【００１８】
図２及び図４に示される第２の実施形態のプレート式熱交換器は、第１の実施形態の熱交換器における水用流体流路６に上記閉塞空間Ｍａと共に別の閉塞空間Ｍｂを形成し、さらに、冷媒用流体流路５にも一対の閉塞空間Ｍｃ、Ｍｄを形成している。図４に示される水用流体流路６における閉塞空間Ｍｂは、伝熱プレート１の上部の出口側冷媒用通路孔２ｂの周辺部分に他の閉塞空間Ｍａと同様に部分的なろう付けにて形成される。また、冷媒用流体流路５における一方の閉塞空間Ｍｃは伝熱プレート１の上部の入口側水用通路孔３ａの周辺部分に形成され、他方の閉塞空間Ｍｄは伝熱プレート１の下部の出口側水用通路孔３ｂの周辺部分に形成され、これら各閉塞空間Ｍｃ、Ｍｄは、図２に示すように隣接する伝熱プレート１を部分的に接合したろう付け部７’で形成される。
【００１９】
第２の実施形態の熱交換器においても、１つの水用流体流路６における閉塞空間Ｍａで水Ｑの凍結が防止される。この第２実施形態の場合、水用流体流路６を流下する水Ｑが閉塞空間Ｍａを迂回して出口側通路孔３ｂへと流れる流路の裏面が冷媒用密閉空間Ｍｄであり、この密閉空間Ｍｄに冷媒Ｐが流入しないので、水Ｑの過冷却と凍結がより確実、効果的に防止される。
【００２０】
また、第２の実施形態の場合、水用流体流路６の上流側の出口側冷媒用通路孔２ｂの周辺部分で水Ｑが凍結するような場合でも、この凍結を閉塞空間Ｍｂが防止する。さらに、図４に示すように隣接する２枚の伝熱プレート１、１は上下対称形となるので、熱交換器をその上下を逆にして据付使用しても問題が無い熱交換器が提供できる。
【００２１】
以上は冷媒と水の２種の流体の熱交換器に適用した実施形態であるが、２種の流体の冷媒でない流体は水等の被冷却液に限らず気体等であってもよく、冷媒と水以外の凍結の心配のない流体を使用する熱交換器においては流体の過冷却によるトラブル発生を回避するために本発明構造が有効である。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、冷媒と水等の他の流体の熱交換動作時に、流体が伝熱プレートの冷媒用通路孔周辺部分に近付いて過度に冷却されようとしても、この過度に冷却される流体流路が流体の流入を阻止する閉塞空間となっているので流体の過冷却が回避されて、流体の過冷却に伴うトラブル発生の少ない、また、流体過冷却防止のための冷媒の温度管理の容易なプレート式熱交換器が提供できる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、冷媒で冷却される被冷却液が伝熱プレートの冷媒用通路孔の周辺部分に近付いても、この周辺部分に形成された被冷却液用流体流路の閉塞空間を通らず迂回するので、被冷却液の過冷却による凍結が回避されて、被冷却液凍結による熱交換器内部破損の少ない長寿命、高信頼度のプレート式熱交換器が提供できる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、被冷却液用流体流路を流通して冷媒で冷却される被冷却液が最も冷却されて凍結し易い部所に凍結を防止する閉塞空間を形成したので、被冷却液の凍結がより確実の防止されると共に、１つの被冷却液用流体流路における閉塞空間の占める体積を最小限に抑制することができて、熱交換効率の低下が容易に防止できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、隣接する伝熱プレートの流体通路孔周辺部分の部分的なろう付けで流体流路に閉塞空間を形成するようにしたので、複数の伝熱プレートを同時にろう付けしたブレージング式熱交換器の１ろう付け工程で閉塞空間も形成でき、また、特別な別部材を使用することなく既存の伝熱プレート等の部品を使用して既存方法で製作的有利に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すプレート式熱交換器の要部の断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すプレート式熱交換器の要部の断面図。
【図３】図１熱交換器における伝熱プレートの概要を示す斜視図。
【図４】図２熱交換器における伝熱プレートの概要を示す斜視図。
【図５】（Ａ）は従来のプレート式熱交換器の一部省略部分を含む正面図、（Ｂ）は側面図。
【図６】図５熱交換器における伝熱プレートの概要を示す斜視図。
【図７】図５（Ａ）のＴ−Ｔ線に沿う拡大断面図。
【符号の説明】
Ｐ    流体、冷媒
Ｑ    流体、被冷却液、水
１    伝熱プレート
２    通路孔
２ａ    上流側通路孔
２ｂ    下流側通路孔
３    通路孔
３ａ    上流側通路孔
３ｂ    下流側通路孔
５    流体流路
６    流体流路
Ｍａ  閉塞空間
Ｍｂ〜Ｍｄ  閉塞空間
ｎ    冷媒通路孔周辺部分
７、７’    ろう付け部
【図１】
0004554025.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004554025.tif 000006
【図６】
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【図７】
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