(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁により内部を２つのユニットＵ１とＵ２に区分された一体構造を有するプレート式熱交換器において、前記２つのユニットＵ１とＵ２に区分する隔壁には、区分されたユニット間を連通する熱交換を行う２つの異なった流体の流路を有し、該熱交換を行う流路の１方の流体の流路は、ユニットＵ１の一方の入口から流入して該ユニットＵ１の熱交換部を通過した後、前記隔壁の一方の連通流路を通ってユニットＵ２に入り、そこで分岐して、一方は、該ユニットＵ２の熱交換部を通過して、該ユニットＵ２の一方の出口から流出し、他方は、該ユニットＵ２の熱交換部を通過することなく別の出口から流出するように形成し、前記熱交換を行う流路の別の流体の流路は、ユニットＵ２の一方の入口から流入して、該ユニットＵ２の熱交換部を通過した後、前記隔壁の他方の連通流路を通ってユニットＵ１に入り、そこでユニットＵ１の他の入口から導入された別の流体と合流し、ユニットＵ１の熱交換部を通って該ユニットＵ１の一方の出口から流出するように形成することを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
隔壁により内部を２つのユニットＵ１とＵ２に区分された一体構造を有するプレート式熱交換器において、前記２つのユニットＵ１とＵ２に区分する隔壁には、区分されたユニット間を連通する熱交換を行う２つの異なった流体の流路を有し、該熱交換を行う流路の１方の流体の流路は、ユニットＵ１の一方の入口から流入して、そこで分岐し、一方は、ユニットＵ１の熱交換部を通過して該ユニットＵ１の一方の出口から流出し、他方は、ユニットＵ１の熱交換部を通過することなく、前記隔壁の一方の連通流路を通ってユニットＵ２に入り、該ユニットＵ２の熱交換部を通過してユニットＵ２の一方の出口から流出するように形成し、前記熱交換を行う流路の別の流体の流路は、ユニットＵ１とＵ２のそれぞれの別の入口から流入し、該ユニットＵ１とＵ２のそれぞれの熱交換部を通過し、該ユニットＵ２の熱交換部を通過した別の流体は、前記隔壁の他方の連通流路を通って、前記ユニットＵ１の熱交換部を通過した別の流体と合流して、該ユニットＵ１の他の出口から流出するように形成することを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項３】
吸収冷凍機の濃溶液と希溶液との熱交換を行う溶液熱交換器において、該熱交換器が、請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器であり、前記熱交換器を行う１つの流体の流路が、希溶液流路であり、別の流体の流路が、濃溶液の流路であることを特徴とする吸収冷凍機用溶液熱交換器。
【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り、特に、複数の熱交換器を一体構造とした吸収冷凍機用溶液熱交換器として有用なプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸収冷凍機用の溶液熱交換器は、従来から多管式（バッフル式）熱交換器が、主に使用されており、吸収サイクルにより、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、排熱回収熱交換器等複数の熱交換器が、構成機器として付属している。
また、これらの溶液熱交換器は、それぞれ単独の熱交換器として配置され、これらを配管接続し、所定の機能が発揮できるように構成されている。
これらは多管式熱交換器であり、かつ単独設置されたものを配管接続しているために、次の欠点があった。
▲１▼  熱交換器内部及び配管中の溶液量が多く、起動特性が悪い。
▲２▼  溶液熱交換器のサイズが大きく、かつ、重いため、小型・軽量化が困難で高価。
▲３▼  配管が複雑で製作に時間が掛かる。
▲４▼  量産化しにくい構造である。
【０００３】
また、これらの溶液熱交換器をプレート式で構成したとしても、単独設置する場合は、外部で配管接続する必要がある為、配管が複雑で高価となり、さらにスペースの縮小もできない。
特に、プレート式の場合は、多管式に比べて圧力損失が大きくなる傾向がある為、吸収冷凍サイクル中で限られた許容圧力損失の範囲で、伝熱効果を最大に高める為には、外部配管による圧力損失を極力小さくする構造が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決し、小型・軽量化で安価に量産化が可能で、流路構成の変更が容易にでき、圧力損失を極力小さくしたプレート式熱交換器とそれを用いた吸収冷凍機用溶液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、隔壁により内部を２つのユニットＵ１とＵ２に区分された一体構造を有するプレート式熱交換器において、前記２つのユニットＵ１とＵ２に区分する隔壁には、区分されたユニット間を連通する熱交換を行う２つの異なった流体の流路を有し、該熱交換を行う流路の１方の流体の流路は、ユニットＵ１の一方の入口から流入して該ユニットＵ１の熱交換部を通過した後、前記隔壁の一方の連通流路を通ってユニットＵ２に入り、そこで分岐して、一方は、該ユニットＵ２の熱交換部を通過して、該ユニットＵ２の一方の出口から流出し、他方は、該ユニットＵ２の熱交換部を通過することなく別の出口から流出するように形成し、前記熱交換を行う流路の別の流体の流路は、ユニットＵ２の一方の入口から流入して、該ユニットＵ２の熱交換部を通過した後、前記隔壁の他方の連通流路を通ってユニットＵ１に入り、そこでユニットＵ１の他の入口から導入された別の流体と合流し、ユニットＵ１の熱交換部を通って該ユニットＵ１の一方の出口から流出するように形成することを特徴とするプレート式熱交換器としたものである。
また、本発明では、隔壁により内部を２つのユニットＵ１とＵ２に区分された一体構造を有するプレート式熱交換器において、前記２つのユニットＵ１とＵ２に区分する隔壁には、区分されたユニット間を連通する熱交換を行う２つの異なった流体の流路を有し、該熱交換を行う流路の１方の流体の流路は、ユニットＵ１の一方の入口から流入して、そこで分岐し、一方は、ユニットＵ１の熱交換部を通過して該ユニットＵ１の一方の出口から流出し、他方は、ユニットＵ１の熱交換部を通過することなく、前記隔壁の一方の連通流路を通ってユニットＵ２に入り、該ユニットＵ２の熱交換部を通過してユニットＵ２の一方の出口から流出するように形成し、前記熱交換を行う流路の別の流体の流路は、ユニットＵ１とＵ２のそれぞれの別の入口から流入し、該ユニットＵ１とＵ２のそれぞれの熱交換部を通過し、該ユニットＵ２の熱交換部を通過した別の流体は、前記隔壁の他方の連通流路を通って、Ｕ１の熱交換部を通過した別の流体と合流して、該ユニットＵ１の他の出口から流出するように形成することを特徴とするプレート式熱交換器としたものである。
【０００６】
また、本発明では、吸収冷凍機の濃溶液と希溶液との熱交換を行う溶液熱交換器において、該熱交換器として前記したプレート式熱交換器を用いることとしたものであり、さらに、吸収冷凍機の濃溶液及び排熱と希溶液との熱交換を行う溶液熱交換器において、該熱交換器として前記したプレート式熱交換器を用いることとしたものである。
前記吸収冷凍機は、多重効用吸収冷凍機であり、濃溶液及び／又は希溶液がそれぞれ複数の流路を形成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、プレート式熱交換器の参考例を示す全体構成図であり、（ａ）は正断面図、（ｂ）は上から見た平面図、（ｃ）は下から見た平面図である。
図１において、Ｈ1、Ｈ2は熱交換器、Ｐはプレート、Ｂは隔壁であり、ａ1〜4及びｂ1〜4は、それぞれ被加熱用流体及び加熱用流体の入口ノズル及び出口ノズルであり、１ａ、２ａ及び１ｂ、２ｂはそれぞれ被加熱用流体及び加熱用流体の流れを示している。
図１では、隔壁Ｂにより、上部のユニット１Ｕ1と下部のユニット２Ｕ2に区分されている。独立した熱交換器Ｈ1、Ｈ2が、一体に形成されている。隔壁Ｂの構造としては、ユニット１Ｕ1とユニット２Ｕ2の圧力差が小さい場合は、プレート熱交換器Ｈ1、Ｈ2を構成するプレートＰの基本形状は全く同じで、流体１ａ、流体１ｂ（又は流体２ａ、流体２ｂ）を流す流路の無い閉止型プレートＰを採用することができる。また、圧力差が大きい場合は、強度上必要な厚さを有する隔壁Ｂとすればよい。
【０００８】
また、隔壁は、例えばプレート複数板を用いて、内部を真空状態の気密空間にして真空断熱層とし熱交換器Ｈ1とＨ2の間の熱ロスを少なくすることができる。さらに、多パスとする場合は、パス内に真空断熱層を設けても良い。
ユニット１Ｕ1おける流体１ａ（実線で示す）はノズルａ1から入りノズルａ2から出る。一方流体１ｂ（破線で示す）はノズルｂ1から入りノズルｂ2から出る。流体１ａ、流体１ｂは交互に流れて熱交換をする。
ユニット２Ｕ2の流れもユニット１Ｕ1と同様に、流体２ａ（実線）はノズルａ3から入りノズルａ4から出て、流体２ｂ（破線）はノズルｂ3から入りノズルｂ4から出て、流体２ａと流体２ｂ間で熱交換をする。
図１は、独立した２つの熱交換器を一体化したものである。
【０００９】
次に、図２に、本発明のプレート式熱交換器の一例の全体構成図を示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は上から見た平面図、（ｃ）は下から見た平面図である。
図２では、流路ｃ1、ｄ1を有する隔壁Ｂにより、上部ユニット１Ｕ1と下部ユニット２Ｕ2に区分されている。
ユニット１Ｕ1には、３個のノズルａ1、ｂ1、ｂ2があり、ユニット２Ｕ2にも、３個のノズルａ2、ｂ3、ａ4がある。また、隔壁Ｂにはノズルａ2に相当する位置ｃ1とノズルｂ1に相当する位置ｄ1の２個所に、ユニット間を連通する流路が設けられている。
【００１０】
これを吸収冷凍機の溶液熱交換器に当てはめて説明すると、吸収器からの希溶液１ａ＋２ａがノズルａ1から入り、ユニット１Ｕ1（低温溶液熱交換器）内のプレート間を流れて、隔壁Ｂの連通流路ｃ1からユニット２Ｕ2（高温溶液熱交換器）に入り、その一部２ａがユニット２Ｕ2内のプレート間を流れてノズルａ4から出て、高温再生器へと流れて行く。一方、連通流路ｃ1から入った希溶液の一部１ａは、そのままノズルａ2から流出し、低温再生器へと流れて行く。
高温再生器からの戻り溶液２ｂは、ユニット２Ｕ2のノズルｂ3から入り、ユニット２Ｕ2内のプレート間を流れて隔壁Ｂの連通流路ｄ1からユニット１Ｕ1に流入し、低温再生器からの戻り溶液１ｂ（ユニット１Ｕ1のノズルｂ1から入ってくる）と合流し、ユニット１Ｕ1のプレート間を流れてノズルｂ2から流出し再び吸収器に戻って行く。
【００１１】
このようにして、低温の希溶液１ａ＋２ａと高温の濃溶液（低温再生器１ｂ又は高温再生器２ｂからの戻り溶液）間で熱交換を行うコンパクトで配管の少ない吸収冷凍機用溶液熱交換器を具体化している。
図２のように実施すれば、配管取合いは６箇所ですむが、従来のように単独で配置した場合は、配管取合いは８箇所となる。
ここでは、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器とも説明を簡単にするため流路構成を１パスとしてあるが、もちろん複数パスにしてもよい。
また、ユニット２Ｕ2の入口部分における希溶液の流量分配（低温再生器側と高温再生器側）を調整するためにノズルａ2部分に流量調節機構（オリフィスＯＬ等）を設けることも可能である。
図２で、ａ、ｃを付した符号は、希溶液の流れ、ノズルを示し、ｂ、ｄを付した符号は、濃溶液の流れ、ノズルを示す。次の図３も同様である。
【００１２】
図３に、本発明のプレート式熱交換器の別の例の全体構成図を示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は上から見た平面図、（ｃ）は下から見た平面図である。
図３では、流路ｃ2、ｄ2を有する隔壁Ｂにより、上部ユニット１Ｕ1と下部ユニット２Ｕ2に区分されている。
ユニット１Ｕ1には、４個のノズルａ1、ａ2、ｂ1、ｂ2があり、ユニット２Ｕ2には２個のノズルｂ3、ａ4がある。また、隔壁Ｂにはノズルａ1に相当する位置ｃ2とノズルｂ2に相当する位置ｄ2の２箇所にユニット間を連通する流路が設けられている。
これを吸収冷凍機の溶液熱交換器に当てはめて説明すると、吸収器からの希溶液１ａ＋２ａがノズルａ1からユニット１Ｕ1（低温溶液熱交換器）に入り、その一部がユニット１Ｕ1のプレート間を流れてノズルａ2から出て、低温再生器へと流れて行く。
【００１３】
ユニット１Ｕ1に流入した希溶液１ａ＋２ａの一部は、隔壁Ｂの連通流路ｃ2を通ってユニット２Ｕ2に入り、プレート間を流れてノズルａ4を出て、高温再生器に流れて行く。
高温再生器からの戻り溶液２ｂは、ユニット２Ｕ2のノズルｂ3から入り、ユニット２Ｕ2のプレート間を流れて、隔壁Ｂの連通流路ｄ2を通ってユニット１Ｕ1に流入し、低温再生器からの戻り溶液１ｂ（ユニット１Ｕ1のノズルｂ1から入ってくる）と合流し、そのままノズルｂ2から流出し、再び吸収器に戻って行く。
また、ユニット２Ｕ2のノズルａ3（鎖線にて図示）を追加し、他系統の溶液２ｃをユニット２Ｕ2に導入することも可能である。
【００１４】
このようにして、低温の希溶液１ａ＋２ａと高温の濃溶液（低温再生器１ｂ又は高温再生器２ｂからの戻り溶液）間で熱交換を行う、コンパクトで配管の少ない吸収冷凍機用溶液熱交換器を具体化している。
図３のように実施すれば、配管取合いは６箇所ですむが、従来のように単独で配置した場合は、配管取合いは８箇所となる。
図３では、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器とも説明を簡単にするため流路構成を１パスとしてあるが、もちろん複数パスにしてもよい。
また、ユニット１Ｕ1の入口部分における希溶液１ａ＋２ａの流量分配（低温再生器側１ａと高温再生器側２ａ）を調整するために、図２と同様にノズルａ2部分に流量調節機構（オリフィス等）をもうけることも可能である（図示せず）。
【００１５】
図４に、本発明を適用する二重効用吸収冷温水機のフロー構成図を示す。
図４において、Ａは吸収器、ＧＬは低温再生器、ＧＨは高温再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＨＬは低温熱交換器、ＨＨは高温熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプであり、１〜７は溶液流路で、８〜１１は冷媒流路、１２は冷却水流路である。
この装置の冷房運転において、冷媒を吸収した希溶液は、吸収器Ａから溶液ポンプＳＰにより低温熱交換器ＨＬの被加熱側を通り、一部は高温熱交換器ＨＨの被加熱側を通り流路２から高温再生器ＧＨに導入される。高温再生器ＧＨでは希溶液は加熱熱源１３より加熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、濃縮された濃溶液は流路３を通り高温熱交換器ＨＨで熱交換され、低温再生器からの濃溶液と合され、低温熱交換器ＨＬを通り流路７から吸収器Ａに導入される。
【００１６】
一方、低温溶液熱交換器ＨＬを通った希溶液は、流路４で分岐され高温再生器ＧＨ側へ流れた残部が、低温再生器ＧＬに導入される。低温再生器では高温再生器からの冷媒蒸気により加熱濃縮された後、流路５で高温再生器からの濃溶液と合されて、低温熱交換器ＨＬの加熱側を通り、流路７から吸収器Ａに導入される。
高温再生器ＧＨで蒸発した冷媒ガスは、冷媒流路８を通り、低温再生器ＧＬの熱源として用いられたのち凝縮器Ｃに導入される。凝縮器Ｃでは低温再生器ＧＬからの冷媒ガスと共に冷却水１２より冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒液は、流路９から蒸発器Ｅに入る。蒸発器Ｅでは冷媒が冷媒ポンプＲＰ、流路１０、１１により循環されて蒸発し、その際に蒸発熱を負荷側の冷水１４から奪い、冷水１４を冷却し、冷房に供される。
【００１７】
蒸発した冷媒は吸収器Ａで濃溶液により吸収されて、希溶液となり溶液ポンプＳＰで循環されるサイクルとなる。
図４中で、バイパス管１５、１６は、この吸収冷温水機を暖房用に使用するための配管であり、暖房運転時には、冷暖切換弁Ｖ1、Ｖ2を開として、高温再生器の蒸気をＡ／Ｅ（吸収器／蒸発器）缶胴に導き、蒸発器チューブ内を通る温水１４を加熱する。ここで、冷媒蒸気は凝縮し、ドレン（冷媒液）となるわけであるが、冷媒液をＶ2を通して、希溶液循環系に戻すことにより、暖房用にも用いることができる。
図４の吸収冷温水器において、溶液熱交換器（低温ＨＬ、高温ＨＨ）に本発明のプレート式熱交換器を用いている。図４の吸収冷温水器は、低温溶液熱交換器ＨＬを出た後に希溶液１が低温再生器ＧＬと高温溶液熱交換器ＨＨに分岐して流れる分岐フローであり、前記図２のプレート式熱交換器を適用できる。
【００１８】
図２と図４を対比すると、図４の熱交換器ＨＬ、ＨＨがそれぞれ図２のＨ1、Ｈ2に相当し、図４の流路１、２、４がそれぞれ図２のａ1、ａ4、ａ2に相当し、流路３、５、６、７が図２のｂ3、ｂ1、ｄ1、ｂ2に相当する。
図５に、溶液熱交換器（低温、高温）と排熱回収熱交換器の配置と溶液流れの種々の方式の説明図を示し、本発明では、破線で囲まれた部分を一体化してプレート式熱交換器としている。
図５（ａ）は、低温溶液熱交換器ＨＬと高温溶液熱交換器ＨＨが直列に配列され、低温溶液熱交換器ＨＬを出たあとに、希溶液が低温再生器ＧＬ側と高温溶液熱交換器ＨＨに分岐して流れる場合であり、分岐フローで図２のプレート式熱交換器に具体化されている。
【００１９】
図５（ｂ）は、低温溶液熱交換器ＨＬと高温溶液熱交換器ＨＨが並列に配列され、希溶液がそれぞれに並列に流れる場合であり、パラレルフローで図３に具体化されている。
図５（ｃ）は、低温溶液熱交換器ＨＬと排熱回収熱交換器ＨＯ及び高温溶液熱交換器ＨＨが直列に配列され、希溶液が排熱回収熱交換器ＨＯを出た後に低温再生器側ＧＬと高温溶液熱交換器ＨＨ側に分岐して流れる場合であり、分岐フローである。
ここで、排熱回収熱交換器ＨＯとは加熱源に蒸気を使った場合の蒸気ドレーンから熱を回収するドレーン熱交換器、エンジンや各種排熱から回収した温水からの熱を、冷凍サイクルに回収する為の熱交換器類を総称している。
【００２０】
図６に、プレート熱交換器の流れを説明する為の一般的な模式図を示す。
積層された複数枚のプレートＰ間を、低温流体と高温流体が交互に流れてプレート間で熱交換している。各プレートＰには、流体１ａ、流体１ｂの出入口用として4個の流通穴があいている。
図７に、図６に対する断面構造の一般的な模式図を示す。
断面図は流体ａの出入口ノズル部分のものであり、流路ａを流れることになる。
流体ａはノズルａ1から入り、プレート熱交換器の流路を通って反対側のノズルａ2に出る。また流体ａの出口をノズルｂ1とすることも可能である。
一方、流体１ｂはノズルｂ1から入り、プレート熱交換器の流路ｂを通って反対側のノズルｂ2に出る。また、流体ｂ2の出口をノズルａ1とすることも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）  プレート熱交換器化することによリ溶液量を少なくし、安価に量産化が可能である。
（２）  複数の溶液熱交換器を隔壁を介して一体化することにより、高機能化が図れ、配管が容易になるとともに、大幅な小型軽量化が可能となる。
（３）  熱交換器の機能、目的により、隔壁部の構造を変えることで自由な流路構成（吸収サイクル）が可能である。即ち、隔壁部の通路構成により、分岐フロー、パラレルフロー、シリーズフロー等の溶液流れに自由に対応可能となる。
(４)隔壁は、プレート熱交換器を構成するプレートと同様な構造とし、流路の
構成のみを変えることにより対応できるため、安価に量産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プレート式熱交換器の参考例を示す全体構成図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は上から見た平面図、（ｃ）は下から見た平面図。
【図２】  本発明のプレート式熱交換器の一例を示す全体構成図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は上から見た平面図、（ｃ）は下から見た平面図。
【図３】  本発明のプレート式熱交換器の別の例を示す全体構成図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は上から見た平面図、（ｃ）は下から見た平面図。
【図４】  本発明を適用する二重効用吸収冷温水機のフロー構成図。
【図５】  本発明を適用する熱交換器と溶液流れの種々の方式の説明図。
【図６】  プレート熱交換器の流れを説明するための模式図。
【図７】  図６の断面構造を説明する模式図。
【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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【図６】
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【図７】
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