(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なった温度を有する２組の流体を同時に熱交換するプレート式熱交換器において、互いに向かい合うプレート２枚を一組とし、この２枚の内側の密閉された空間を第１流体の通路とし、プレート面を伝熱面として、プレートの外面に沿って流れる流体を第２流体とする熱交換要素（Ａ）と、互いに向かい合うプレート２枚を一組とし、この２枚の内側の密閉された空間を第３流体の通路とし、プレート面を伝熱面として、プレートの外面に沿って流れる流体を第４流体とする熱交換要素（Ｂ）とを有し、該熱交換要素（Ａ）と（Ｂ）とを、各プレート面が向かい合うようにして、所定の隙間を隔てて、複数交互に並べると共に、前記隙間には、液分配器を設け、該液分配器に設けられた穴から熱交換要素（Ａ）及び（Ｂ）の表面上部にそれぞれ第２流体及び第４流体を流すことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記液分配器が、側面にオリフィス穴を設けた樋であることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記液分配器が、樋状であり、樋の側面としてプレート面を利用していることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換要素（Ａ）と（Ｂ）とのプレート面上には、該熱交換要素（Ａ）の内側空間同士と熱交換要素（Ｂ）の内側空間同士とを別々に連通する連通管が形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に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、プレートを積層させてプレート間に交互に２流体を流して熱交換させるプレート式熱交換器に係り、特に、低圧冷媒を用いる冷凍機の蒸発器、低温再生器、凝縮器のように、少なくとも一方の流体が低圧蒸気である場合（あるいは相変化して蒸気化、又は蒸気から液化させる場合）に好適なプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、蒸発器出口の蒸気速度、あるいは吸収器入口の蒸気速度は、５０ｍ／ｓ以内程度に抑えないと、流動抵抗が増え、冷凍機能が低下する。
従来、プレート式熱交換器として、図５のように、吸収器要素２と蒸発器要素２’とをプレート面同上を向かい合わせにして、交互に配置したものが提案されている。この場合のプレート１面に対する蒸気通路の大きさは、プレート高さ×プレート幅となり、プレート間隙間は蒸気流速からの制限を受けずコンパクト化が可能となる。
図５のような形式の熱交換器においては、２枚のプレートを組み合わせた熱交換要素を１個づつ製作し、冷水ヘッダー、冷却水ヘッダーに１個づつ順次取り付けていく必要があり、製作工数がおおきなものになり、また、吸収器と蒸発器の形状が異なり、部品の種類も多くなる。
【０００３】
さらに、例えば吸収器要素と蒸発器要素とを交互に配置した場合、両要素間の隙間のプレート表面の頂部に吸収溶液１１と冷媒液１２とを同時に供給するため、液滴が飛散し、吸収溶液が冷媒中に入ると冷媒が汚れて、沸点上昇をおこし、蒸発温度が上昇し、冷凍機としての性能が劣化するし、また、伝熱面上の溶液量も減少し、濡れ難くなる問題がある。
一方、冷媒液が液滴として飛散し、吸収器側に入ると溶液濃度が低下して、吸収能力が落ち、冷凍機としての性能が劣化する。また、冷媒液が蒸発せず、液のまま飛び出すことで、本来の冷凍効果を発揮せず、効率が低下するし、また、伝熱面上の冷媒液量も減少し、濡れ難くなる問題もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、熱交換要素間への液体の供給に際して、液滴の飛散がなく、プレート上を液体が平均して流下し、高い熱交換効率を有するプレート式熱交換器を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、それぞれ異なった温度を有する２組の流体を同時に熱交換するプレート式熱交換器において、互いに向かい合うプレート２枚を一組とし、この２枚の内側の密閉された空間を第１流体の通路とし、プレート面を伝熱面として、プレートの外面に沿って流れる流体を第２流体とする熱交換要素（Ａ）と、互いに向かい合うプレート２枚を一組とし、この２枚の内側の密閉された空間を第３流体の通路とし、プレート面を伝熱面として、プレートの外面に沿って流れる流体を第４流体とする熱交換要素（Ｂ）とを有し、該熱交換要素（Ａ）と（Ｂ）とを、各プレート面が互いに向かい合うようにして、所定の隙間を隔てて、複数交互に並べると共に、前記隙間には、液分配器を設け、該液分配器に設けられた穴から熱交換要素（Ａ）及び（Ｂ）の表面上部にそれぞれ第２流体及び第４流体を流すこととしたものである。
【０００６】
前記プレート式熱交換器において、液分配器としては、側面にオリフィス穴を設けた樋を用いることができ、また、樋状で、樋の側面としてプレート面を利用することもできる。
前記熱交換要素（Ａ）と（Ｂ）とのプレート面上には、該熱交換要素（Ａ）の内側空間同士と熱交換要素（Ｂ）の内側空間同士とを別々に連通する連通管が形成されているのがよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いるプレートは、凹凸部を有する２枚のプレートを内部に空間を形成するように重ね、その周縁部及び両端の開口部の連通管（流体出入口）を単に重ねた時には、全周にわたって軽く接触し（線接触し）、重ね方向に力を加えていくと、その接触部の形状が変化して面接触となり、前記凹凸が接触するまで、力を加えると共に接触面が大きくなり、ろう接（フレージング）で周縁を密封するのに好適な形状のものを用いることができる。
すなわち、前記のプレートは、ろう接の場合、プレート同士を密着させるため、力を加えながらろう接を実施するが、この力を加えたときに、周縁部が平行となり、さらにプレートの凹凸が接触するので好ましい。
【０００８】
上記のような２枚のプレートを、接触予定部にろう材を置きながら（塗りながら）重ねると、上記プレートの両端部に形成された開口部から上記空間の間に流体流路を有する熱交換器が構成される。
本発明では、ろう接（フレージング）以外に、間にガスケットを入れて外部から力を加える場合あるいは溶接で密閉する場合等も含む。
本発明のプレートの凹凸は、所定方向に延びる波状パターンとして形成することができ、２次元的に屈曲する複雑な流路が比較的簡単な構成で形成できる。
また、プレート両端の開口部連通管は、同一流路の熱交換要素と要素の間には他の流路の熱交換要素及び飛散防止手段が挿入されるので、その要素及び防止手段が挿入できる間隔とプレート外面に流路が形成できる間隔を設けた長さの連通管とし、該連通管をプレートの両端の片側に設けることができ、熱交換器の製造に関しては、該要素間にスペーサを挿入して、炉内で力を加えながら、一挙にろう接することができる。
【０００９】
このプレート両端の開口部連通管の一方に、たちあがりを設けることにより、重ね合わせのときに、開口部の嵌め合いで位置決めを簡易にすることができる。これにより、プレートを重ねるだけでプレート同士の２次元的な位置決めが自然に行われるので、製造工程が簡略化される。
本発明の熱交換要素の表面上部に設ける液分配器は、プレート表面と平行して樋状に設けられ、プレート表面に向けて液を流下するオリフィス穴が側面に設けられており、また、該液分配器は、樋の一側面として、プレート面を利用してもよい。これにより、プレート表面に流体を供給する際の液の飛散を防止して、プレート表面上に流体を満遍なく平均に流すことができる。
また、本発明の熱交換要素（Ａ）と（Ｂ）との間の液分配器の下部には、飛散防止手段を挿入することができ、それにより、プレート面上に供給される流体の飛散をより防止することができる。該飛散防止手段としては、それぞれの飛散液を飛散元の伝熱面に戻すように２枚の板材で構成される邪魔板とすることができる。
【００１０】
本発明の熱交換要素は、外表面を流体が流れ、内部流体との間でプレートの伝熱面を介して熱交換を行うため、外表面を流れる流体は、該伝熱面に広がり、乾いた面がないように濡れ性を良くする必要がある。そのため、熱交換要素の伝熱面を構成するプレートはステンレス鋼製とし、その外表面に、電解的に溶解した多孔質層、クロムの溶融塩浴で処理した酸化クロムの拡散層又は小さな多数の凹みを設けるか、あるいは、梨地状にするのがよい。
前記の外表面に多数の小さな凹みを設けるには、プレートの成形時に、金型表面の多数の小さな突起を転写するように凹みを設けることにより、また、梨地状にするには、素材表面が既に梨地状になっているもの、例えばステンレス鋼素材の表面を薄板製造時にローラーで梨地状に形成したものを用いるか、あるいは、表面を放電加工により形成することができ、放電加工は、水中で行うことが好ましく、また、放電加工は、プレート薄板（素材）のとき行っても、プレート成形後で、プレート熱交換器を製作する際に行ってもよい。素材時であれば、電極形状を平面としておき、電極を動かしながら、あるいは、薄板を動かしながら、パルス電流を与えればよく、電極形状が簡易化できる。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のプレート式熱交換器の一例を示す断面構成図であり、３つずつの熱交換要素２、２’を交互に結合して構成されている。
熱交換要素２は、２つのプレート１を重ね合わせ、凹凸パターンの接触部と周縁部６の間を溶接又はろう接することにより、固着して作成されている。
熱交換要素２と２’の間には、プレート表面を流れる流体の飛散を防止するための邪魔板３が配備され、熱交換要素２、２’の上部には、液分配器４が設置されており、液分配器のオリフィス穴５から流体がプレート表面の伝熱面に沿って流れる。
【００１２】
このように、プレート表面の伝熱面に接するように、液分配器を設置し、邪魔板を置いておけば、液分配器４から流下する第２流体１１又は第４流体１２、例えば、吸収溶液１１又は冷媒液１２の飛散を防止することができ、それぞれ蒸発器側又は吸収器側に入り込むことが防止でき、さらに邪魔板を設置することで、溶液を吸収器側に戻すことができ、また冷媒液を蒸発器側に戻すことができ、吸収溶液量及び冷媒液量をそれぞれ確保することができる。熱交換要素２の下には冷媒受皿７が設けられており、蒸発しない冷媒液１２を回収する。回収した冷媒液１２は循環して供給できる。
図１において、図示されていないが、第１流体は熱交換要素２’を連通する連通管によって供給されており、また第３流体は熱交換要素２を連通する連通管によって供給されている。そして、第１流体を冷却水、第３流体を冷水として、吸収冷凍機のプレート式吸収・蒸発器とすることができる。
【００１３】
また、図２に、液分配器４を邪魔板３と一体に形成した場合を示し、このように構成することもできる。
図３に、吸収冷凍機の再生器／凝縮器の組合わせに適用する場合を示し、熱交換要素２の内部に冷却水、熱交換要素２’の内部に熱源流体を連通管を通して供給し、吸収溶液１１を液分配器４を介して熱交換要素２’のプレート表面の伝熱面に流して冷媒液を蒸発させ、熱交換要素２のプレート表面の伝熱面に冷媒１２を凝縮させる。凝縮した冷媒液１２は冷媒受皿７で回収される。従って、熱交換要素２には液分配器を設置する必要はないが、付いていても液を導入しなければよい。
図４に、本発明の他の液分配器を設置したプレート式熱交換器の概略構成図を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分平面図である。このように、液分配器４の樋状の一側面をプレート表面で兼用することができ、この場合、オリフィス穴は、プレート表面との接触部に設けた切り欠き８とすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１種類又は２種類の部分から構成される熱交換要素の内外に凹凸により屈折した流路が形成されると共に、異なった温度の２個の流体から熱交換する複雑なプレート式熱交換器を、少ない部品点数と簡単な製造工程により、低コストで効率の良い熱交換機能を持つ熱交換器を提供することができる。
また、本発明によれば、液滴の飛散を防止できるので、２つの流下する流体が混合することがなく、吸収冷凍機の吸収・蒸発器及び再生・凝縮器として用いた場合、冷凍機としての性能が劣化することがなく、濡れ難くなる問題もなく、高い熱交換機能を有する吸収冷凍機が得られる。
さらに、本発明によれば、プレート面上に流下する流体を満遍なく平均して流すことができるので、熱交換効率の良いプレート式熱交換器が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレート式熱交換器の一例を示す断面構成図。
【図２】本発明のプレート式熱交換器の他の例を示す断面構成図。
【図３】本発明のプレート式熱交換器の他の例を示す断面構成図。
【図４】本発明のプレート式熱交換器の別の例を示す概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）部分平面図。
【図５】従来のプレート式熱交換器を吸収器／蒸発器に適用した部分構成図。
【符号の説明】
１：プレート、２、２’：熱交換要素、３：邪魔板、４：液分配器、５：オリフィス穴、６：周縁部、７：冷媒受皿、８：切り欠き、１１：第２流体（吸収溶液）、１２：第４流体（冷媒液）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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