(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱プレート（１），（１）・・を、これらの伝熱プレート（１），（１）・・間に流路（２），（２）・・を形成するように積層してなり、互いに隣接する流路（２），（２）・・には、異なる流体が流れるように構成したプレート式熱交換器であって、一つの流体（Ｘ）と三つ以上の異なる流体（Ｙ1），（Ｙ2）・・とが熱交換する複数の熱交換部（Ａ1），（Ａ2）・・を有するように構成し且つ該熱交換部（Ａ1），（Ａ2）・・のうち中側に位置するものには、外側に位置する熱交換部を貫通する流体導入路（７）および流体導出路（８）を介して流体が導入および導出されるように構成したことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換部（Ａ1），（Ａ2）・・間には、断熱層（１１）を介在させたことを特徴とする前記請求項１記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記流体導入路（７）および流体導出路（８）を、前記伝熱プレート（１），（１）・・におけるヘッダ部（Ｈ）の穴（１２），（１２）・・に挿入される配管（１４）により構成したことを特徴とする前記請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記流体導入路（７）および流体導出路（８）を、前記伝熱プレート（１），（１）・・におけるヘッダ部（Ｈ）の穴（１２），（１２）・・間に架設されて一連の通路となる複数のスペーサ（１５），（１５）・・により構成したことを特徴とする前記請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
前記流体導入路（７）および流体導出路（８）を、前記伝熱プレート（１），（１）・・におけるヘッダ部（Ｈ）の穴（１２），（１２）・・の口縁から一体に突設され且つ互いに接合されて一連の通路となる複数のリブ（１６），（１６）・・により構成したことを特徴とする前記請求項１および２のいずれか一項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】
【０００２】
本願発明は、プレート式熱交換器に関し、さらに詳しくは一つの流体と三つ以上の流体とが熱交換可能なプレート式熱交換器に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
一般に、プレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートを、該伝熱プレート間に隣り合う流路を形成するように積層し、これらの流路をそれぞれ流通する流体間で熱交換を行うように構成されている。
【０００４】
例えば、図９に示すように、複数の伝熱プレート１′，１′・・を、これらの伝熱プレート１′，１′・・間に隣り合う流路２′，２′・・を形成するように積層してなり、互いに隣接する流路２′，２′・・を流れる一つの流体Ｘ′と二つの異なる流体Ｙ1′，Ｙ2′とを熱交換させ得るように構成されたプレート式熱交換器がある。符号３′は流体Ｘ′の入口、４′は流体Ｘ′の出口、５′は流体Ｙ1′の入口、６′は流体Ｙ1′の出口、７′は流体Ｙ2′の入口、８′は流体Ｙ2′の出口である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一つの流体と三つ以上の流体とを熱交換させる必要がある場合があるが、その場合、上記した従来構成のプレート式熱交換器を使用しようとすると、図１０に示すように、二つのプレート式熱交換器Ａ′，Ａ′を配管２０′等で連結しなければならず、構造的にコンパク化が難しいという難点があった。図１０において、符号３′は流体Ｘ′の入口、４′は流体Ｘ′の出口、５′は流体Ｙ1′の入口、６′は流体Ｙ1′の出口、７′は流体Ｙ2′の入口、８′は流体Ｙ2′の出口、９′は流体Ｙ3′の入口、１０′は流体Ｙ3′の出口、１１′は流体Ｙ4′の入口、１２′は流体Ｙ4の出口である。
【０００６】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、一つの流体と三つ以上の流体とをコンパクな構成の一つの熱交換器で熱交換させることができるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明では、上記課題を解決するための手段として、複数の伝熱プレート１，１・・を、これらの伝熱プレート１，１・・間に流路２，２・・を形成するように積層してなり、互いに隣接する流路２，２・・に、異なる流体が流れるように構成したプレート式熱交換器において、一つの流体Ｘと三つ以上の異なる流体Ｙ1，Ｙ2・・とが熱交換する複数の熱交換部Ａ1，Ａ2・・を有するように構成し且つ該熱交換部Ａ1，Ａ2・・のうち中側に位置するものに、外側に位置する熱交換部を貫通する流体導入路７および流体導出路８を介して流体が導入および導出されるように構成している。
【０００８】
このように構成したことにより、複数の熱交換部Ａ1，Ａ2・・において一つの流体Ｘと三つ以上の異なる流体Ｙ1，Ｙ2・・とを熱交換させることができることとなり、多流体用のプレート式熱交換器をコンパクトに構成できる。しかも、熱交換部Ａ1，Ａ2・・のうち中側に位置するものへの流体導入および流体導出を流体導入路７および流体導出路８を介して容易に行うことができる。
【０００９】
請求項２の発明におけるように、請求項１記載のプレート式熱交換器において、前記熱交換部Ａ1，Ａ2・・の間に、断熱層１１を介在させた場合、熱交換部Ａ1，Ａ2・・間の熱の授受（例えば、高温側の熱交換部から低温側の熱交換部への熱移動）が断熱層１１の介在により防止されることとなり、各熱交換部Ａ1，Ａ2・・での熱交換性能を向上させることができる。
【００１０】
請求項３の発明におけるように、請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器において、前記流体導入路７および流体導出路８を、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・に挿入される配管１４により構成した場合、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・に配管１４を挿入するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００１１】
請求項４の発明におけるように、請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器において、前記流体導入路７および流体導出路８を、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・間に架設されて一連の通路となる複数のスペーサ１５，１５・・により構成した場合、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１５，１５・・間にスペーサ１５，１５・・を架設するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００１２】
請求項５の発明におけるように、請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器において、前記流体導入路７および流体導出路８を、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１５，１５・・の口縁から一体に突設され且つ互いに接合されて一連の通路となる複数のリブ１６，１６・・により構成した場合、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１６，１６・・の口縁から一体に突設されたリブ１６，１６・・を互いに接合するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【発明の実施の形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について詳述する。
【００１４】
このプレート式熱交換器は、図１および図２に示すように、複数の平板形状の伝熱プレート１，１・・を、これらの伝熱プレート１，１・・間に隣り合う流路２，２・・を形成するように積層してなり、互いに隣接する流路２，２・・には、異なる流体（例えば、一つの流体Ｘと該流体Ｘと熱交換する四つの異なる流体Ｙ1〜Ｙ4）が流れるように構成されており、一つの流体（即ち、メイン流体）Ｘと四つ異なる流体（即ち、第１ないし第４熱交換流体）Ｙ1〜Ｙ4とが熱交換する第１ないし第４の熱交換部Ａ1〜Ａ4を有するように構成されている。
【００１５】
上記構成において、メイン流体Ｘは、実戦矢印で示すように、前記第１の熱交換部Ａ1におけるメイン流体入口３から導入され、第２の熱交換部Ａ2、第３の熱交換部Ａ3および第４の熱交換部Ａ4を通過して第４の熱交換部Ａ4におけるメイン流体出口４から導出される一方、第１熱交換流体Ｙ1は、３点鎖線矢印に示すように、前記第１の熱交換部Ａ1における第１熱交換流体入口５から導入され、第１の熱交換部Ａ1において前記メイン流体Ｘと熱交換した後、第１の熱交換部Ａ1における第１熱交換流体出口６から導出され、第２熱交換流体Ｙ2は、２点鎖線矢印で示すように、後述する流体導入路７を介して第２の熱交換部Ａ2へ導入され、第２の熱交換部Ａ2において前記メイン流体Ｘと熱交換した後、後述する流体導出路８を介して導出され、第４熱交換流体Ｙ4は、点線矢印で示すように、前記第４の熱交換部Ａ4における第４熱交換流体入口９から導入され、第４の熱交換部Ａ4において前記メイン流体Ｘと熱交換した後、第４の熱交換部Ａ4における第４熱交換流体出口１０から導出され、第３熱交換流体Ｙ3は、１点鎖線矢印で示すように、後述する流体導入路７を介して第３の熱交換部Ａ3へ導入され、第３の熱交換部Ａ3において前記メイン流体Ｘと熱交換した後、後述する流体導出路８を介して導出されることとなっている。なお、第１ないし第４の熱交換部Ａ1〜Ａ4においては、メイン流体Ｘと第１ないし第４熱交換流体Ｙ1〜Ｙ4とはそれぞれ対向流とされている。
【００１６】
そして、前記第１ないし第４熱交換部Ａ1〜Ａ4の間には、断熱層１１，１１，１１が介在せしめられている。該各断熱層１１は、選ばれた伝熱プレート１，１間に形成される空気あるいは真空の層とされている。このようにすると、隣り合う熱交換部Ａ1〜Ａ4間の熱の授受（例えば、高温側の熱交換部から低温側の熱交換部への熱移動）が断熱層１１の介在により防止されることとなり、各熱交換部Ａ1〜Ａ4での熱交換性能を向上させることができる。
【００１７】
ところで、前記伝熱プレート１，１・・における流体入口および流体出口となる部位Ｐあるいはヘッダ部Ｈには、複数（例えば、２個）の穴１２，１２がそれぞれ形成されている。また、前記伝熱プレート１，１・・のうち選ばれたもの（例えば、第１ないし第４の熱交換部Ａ1〜Ａ4における第１番目および最後の伝熱プレート）におけるヘッダ部Ｈには穴が形成されていない。
【００１８】
さらに、本実施の形態においては、第２および第３の熱交換部Ａ2，Ａ3を構成する伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈには、１個の穴１２のみが形成されている。なお、図３に示すように、第２および第３の熱交換部Ａ2，Ａ3を構成する伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈにも二つの穴１２，１２を形成するようにしてもよく、その場合、伝熱プレート１の種類を減らすことができる。符号１３は断熱層用プレートであり、該断熱層用プレート１３の一方側は流体が流通しない空気あるいは真空の層とされている。
【００１９】
前記流体導入路７および流体導出路８は、例えば図４に示すように、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２に挿入される配管１４により構成されている。このようにすると、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・に配管１４を挿入するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００２０】
ところで、前記流体導入路７および流体導出路８は、図５および図６に示すように、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・間に架設されて一連の通路となる複数のスペーサ１５，１５・・により構成するようにしてもよい。このようにすると、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・間にスペーサ１５，１５・・を架設するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００２１】
また、前記流体導入路７および流体導出路８は、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・の口縁から一体に突設され且つ互いに接合されて一連の通路となる複数のリブ１６，１６・・により構成するようにしてもよい。このようにすると、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・の口縁から一体に突設されたリブ１６，１６・・を互いに接合するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００２２】
上記のように構成されたプレート式熱交換器の場合、伝熱プレート１，１・・における流体入口および流体出口となる部位Ｐあるいはヘッダ部Ｈに形成された複数の穴１２，１２・・を選択的に使用することにより、四つ以上の異なる流体間での熱交換が可能となる。つまり、一つの流体Ｘと四つの異なる流体Ｙ1〜Ｙ4とをコンパクな構成の一つの熱交換器で熱交換させることができるのである。
【００２３】
しかも、伝熱プレート１，１・・のうち選ばれたものにおけるヘッダ部Ｈには穴１２を形成せず、当該伝熱プレート１によって区画された複数の熱交換部Ａ1〜Ａ4を有するように構成することにより、選ばれた伝熱プレート１によって区画された複数の熱交換部Ａ1〜Ａ4において一つの流体Ｘと四つの異なる流体Ｙ1〜Ｙ4間での熱交換を行うことができることとなり、多流体用のプレート式熱交換器をコンパクトに構成できる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、伝熱プレート１の圧力面をフラット面としているが、伝熱プレート圧力面に波形形状等を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の発明によれば、複数の伝熱プレート１，１・・を、これらの伝熱プレート１，１・・間に流路２，２・・を形成するように積層してなり、互いに隣接する流路２，２・・に、異なる流体が流れるように構成したプレート式熱交換器において、一つの流体Ｘと三つ以上の異なる流体Ｙ1，Ｙ2・・とが熱交換する複数の熱交換部Ａ1，Ａ2・・を有するように構成して、複数の熱交換部Ａ1，Ａ2・・において一つの流体Ｘと三つ以上の異なる流体Ｙ1，Ｙ2・・とを熱交換させることができるようにしたので、多流体用のプレート式熱交換器をコンパクトに構成できるという効果がある。しかも、熱交換部Ａ1，Ａ2・・のうち中側に位置するものには、外側に位置する熱交換部を貫通する流体導入路７および流体導出路８を介して流体が導入および導出されるように構成したので、熱交換部Ａ1，Ａ2・・のうち中側に位置するものへの流体導入および流体導出を流体導入路７および流体導出路８を介して容易に行うことができるという効果もある。
【００２６】
請求項２の発明におけるように、請求項１記載のプレート式熱交換器において、前記熱交換部Ａ1，Ａ2・・の間に、断熱層１１を介在させた場合、熱交換部Ａ1，Ａ2・・間の熱の授受（例えば、高温側の熱交換部から低温側の熱交換部への熱移動）が断熱層１１の介在により防止されることとなり、各熱交換部Ａ1，Ａ2・・での熱交換性能を向上させることができる。
【００２７】
請求項３の発明におけるように、請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器において、前記流体導入路７および流体導出路８を、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・に挿入される配管１４により構成した場合、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・に配管１４を挿入するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００２８】
請求項４の発明におけるように、請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器において、前記流体導入路７および流体導出路８を、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１２，１２・・間に架設されて一連の通路となる複数のスペーサ１５，１５・・により構成した場合、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１５，１５・・間にスペーサ１５，１５・・を架設するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【００２９】
請求項５の発明におけるように、請求項１および２のいずれか一項記載のプレート式熱交換器において、前記流体導入路７および流体導出路８を、前記伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１５，１５・・の口縁から一体に突設され且つ互いに接合されて一連の通路となる複数のリブ１６，１６・・により構成した場合、伝熱プレート１，１・・におけるヘッダ部Ｈの穴１６，１６・・の口縁から一体に突設されたリブ１６，１６・・を互いに接合するだけで流体導入路７および流体導出路８を容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （イ）は本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器の断面図、（ロ）および（ハ）は同左右側面図である。
【図２】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器の分解斜視図である。
【図３】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器の変形例を示す部分分解斜視図である。
【図４】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器における流体導入路および流体導出路の一つの実施例を示す断面図である。
【図５】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器における流体導入路および流体導出路の実施例を示す断面図である。
【図６】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器における流体導入路および流体導出路の他の実施例において用いられるスペーサの拡大斜視図である。
【図７】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器における流体導入路および流体導出路の他のもう一つの実施例を示す断面図である。
【図８】  本願発明の実施の形態にかかるプレート式熱交換器における流体導入路および流体導出路の他のもう一つの実施例において用いられるリブを有する伝熱プレートの斜視図である。
【図９】  （イ）は従来例のプレート式熱交換器の断面図、（ロ）および（ハ）は同左右側面図である。
【図１０】  （イ）は他の従来例のプレート式熱交換器の断面図、（ロ）および（ハ）は同左右側面図である。
【符号の説明】
１は伝熱プレート、２は流路、７は流体導入路、８は流体導出路、１２は穴、１４は配管、１５はスペーサ、１６はリブ、Ａ1，Ａ2・・は熱交換部、Ｐは流体入口および流体出口となる部位、Ｈはヘッダ部、Ｘはメイン流体、Ｙ1，Ｙ2・・は熱交換流体。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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