JP2009186142A - ブレージングプレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】二種類の伝熱プレートによって構成でき、構成が簡素となり、取扱い易く、量産し易く、耐久性、経済性に優れ、第一流路と第二流路の流体の通過抵抗が異なり、その流速も異なり、流体の偏流が発生し難く、不流動も生ぜず、熱交換効率の更なる向上が図れ、熱交換の安定化も図れるブレージングプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】溝部５の形状や配設位置や寸法等が異なる第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢを形成し、複数の第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢを交互に重ねた状態で接合し、第二伝熱プレートＢに第一伝熱プレートＡを重ねたときの間には略蛇行状となる第一流路Ｘを構成し、第一伝熱プレートＡに第二伝熱プレートＢを重ねたときの間には略蛇行状となる第二流路Ｙを構成し、第一流路Ｘと前記第二流路Ｙとで、その流路断面積と流路抵抗を異ならしめて、その流速に差ができるように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の伝熱プレートを積層すると共に、これらをろう付けにより接合してなるブレージングプレート式熱交換器に係り、特に、熱交換率を向上できて、流体の偏流を防止できるように工夫したブレージングプレート式熱交換器に関するものである。

従来、この種のブレージングプレート式熱交換器としては種々のものが提供されており、例えば、図５や図６に示すようなヘリンボーンタイプの伝熱プレートを利用したブレージングプレート式熱交換器（例えば、特許文献１に示すようなタイプ）が使用されている。これは、プレート縦方向中心線から両側方向へ斜交した略山形状の溝部を多数配設してなる一種類の伝熱プレート４０を形成し、これを正立状態とした伝熱プレート４０と、上下方向で１８０度回転せしめて倒立状態とした伝熱プレート４０とを交互に重ねて積層状に接合し、しかも、上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレート４０に正立状態の伝熱プレート４０を重ねたときにその間（正立状態の伝熱プレート４０の背面がわと倒立状態の伝熱プレート４０の正面がわとの間）に構成される第一の流路Ｖと、正立状態の伝熱プレート４０に上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレート４０を重ねたときにその間（倒立状態の伝熱プレート４０の背面がわと正立状態の伝熱プレート４０の正面がわとの間）に構成される第二の流路Ｖとが、交互に設けられるように構成したものであり、主に、同一物性の流体（液体と液体）の熱交換に利用されている。すなわち、一種類の伝熱プレート４０で構成でき、部品点数を軽減できるようになると共に、所要伝熱面積に応じて伝熱プレート４０を重ねることができる等のメリットによって広く使用されているものである。尚、第一の流路Ｖと第二の流路Ｖの流体の流れる向きは図指例と逆であっても良いものである。
ところが、前述のブレージングプレート式熱交換器にあっては、前記第一の流路Ｖと第二の流路Ｖの流路断面がかなり幅広となっており、流体の流速が遅いものとなっていた。そのため、流体の流速を速くすべく、伝熱プレート４０の積層枚数を少なくすると、必要な伝熱面積を確保できなくなる問題点があった。
加えて、積層枚数を増すと、入り口からの流体が各第一の流路Ｖや各第二の流路Ｖへ均等に分散されない難点があった。
特に、冷媒ガスを用いた気液二相の流体を使用した場合にあっては、垂直上昇流の場合に気体（ガス）が流路中に流れ、一方、垂直下降流の場合は液体が流路中央を流下する分離流となることが判明している。ただし、流量がかなり多ければ、偏流は起こらないが、設計条件に適合しなければ不可能であった。
すなわち、流体の種類（物性）や、流量や、流速等によって偏流が発生し易く、効率が悪くなる問題点等があった。

そこで、本願発明者は、前述の如き難点等を解消すべく、図７、図８に示すようなブレージングプレート式熱交換器（特許文献２）を発明した。
これは、略くし歯状の溝部を有する一種類の伝熱プレート５０を形成し、これを正立状態とした伝熱プレート５０と、上下方向で１８０度回転せしめて倒立状態とした伝熱プレート５０とを交互に重ねて積層状に接合し、しかも、上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレート５０に正立状態の伝熱プレート５０を重ねたときにその間（倒立状態の伝熱プレート５０の正面がわと正立状態の伝熱プレート５０の背面がわとの間）に構成される略蛇行状となる第一の流路Ｗと、正立状態の伝熱プレート５０に上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレート５０を重ねたときにその間（正立状態の伝熱プレート５０の正面がわと倒立状態の伝熱プレート５０の背面がわとの間）に構成される略蛇行状となる第二の流路Ｗとが、交互に設けられるように構成したものであるり、かなり細い流路に形成し、流体の流速を速めることができるように構成されている。しかも、流路の出入口を狭く形成してあるので、流体の偏流を防げるようになり、更に、流速を速めることで熱交換率を向上させることができるように構成されたものである。
そして、今日のブレージングプレート式熱交換器にあっては、液対ガス、ガス対ガスの熱交換器として使用されるようになり、特に、蒸気圧縮冷凍サイクルにあっては、水冷コンデンサー用（液対ガス）、カスケードコンデンサー用（ガス対ガス）、チラーユニット用（ガス対液）等のように冷媒ガスを冷却体や被冷却体とすることが多くなってきた。しかも、冷媒ガスのサイクル中にあっては、気液二相の状態（湿り蒸気）が多くみられ、この気液二相の状態でブレージングプレート式熱交換器に導入されている実態がある。

特開２００１−１１６４８３（図３、図４） 特願２００７−４５９０

ところで、従来の（例えば、後者の如き）ブレージングプレート式熱交換器にあっては、第一の流路Ｗと第二の流路Ｗが同様な構造となっているため、第一の流路Ｗと第二の流路Ｗの流体の通過抵抗が同じとなり、その流速も同じとなり、液化冷媒循環上、偏流を発生する難点や、不流動となる問題点等があった。

そこで、本発明は前述の如き難点等を解消すると共に、熱交換効率の更なる向上を図れるようにすると共に、熱交換の安定化を図れるようにすべく創出されたもので、請求項１記載のブレージングプレート式熱交換器にあっては、複数の伝熱プレートをろう付けにより接合してなるブレージングプレート式熱交換器に於いて、その溝部５、１５の形状や配設位置や寸法等が異なる第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢを形成し、複数の第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢを交互に重ねた状態で接合し、第二伝熱プレートＢに第一伝熱プレートＡを重ねたときの間には略蛇行状となる第一流路Ｘを構成し、第一伝熱プレートＡに第二伝熱プレートＢを重ねたときの間には略蛇行状となる第二流路Ｙを構成し、前記第一流路Ｘと前記第二流路Ｙとで、その流路断面積と流路抵抗を異ならしめて、その流速に差ができるように構成する手段を採用した。

また、請求項２記載のブレージングプレート式熱交換器にあっては、略蛇行状となる第二流路Ｙの中間部に位置する流路を二本の流路で夫々構成して、流路抵抗を低下させる手段を採用した。

更に、請求項３記載のブレージングプレート式熱交換器にあっては、第一流路Ｘや第二流路Ｙの流出入口の断面積を、第一流路Ｘや第二流路Ｙの断面積と略同じとなるように構成する手段を採用した。

従って、本発明の請求項１記載のブレージングプレート式熱交換器によれば、第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢの二種類の伝熱プレートによって構成でき、構成が比較的簡素となり、取扱い易く、量産し易く、耐久性、経済性の優れたものとなる。
特に、第二伝熱プレートＢに第一伝熱プレートＡを重ねたときの間には略蛇行状となる第一流路Ｘを構成し、第一伝熱プレートＡに第二伝熱プレートＢを重ねたときの間には略蛇行状となる第二流路Ｙを構成し、前記第一流路Ｘと前記第二流路Ｙとで、その流路断面積と流路抵抗を異ならしめて、その流速に差ができるように構成したので、例えば、第一流路Ｘを狭くして流体の流速を速くすることが簡単に且つ確実に行えるようになり、更に、第一流路Ｘと第二流路Ｙの流体の通過抵抗が異なるように形成することが比較的簡単に行えるようになる。ひいては、第一流路Ｘと第二流路Ｙを通過する流体の流速も異なるようにでき、流体の偏流が発生し難くなり、不流動も生じないようになり、しかも、熱交換効率の更なる向上が図れるようになり、熱交換の安定化も図れるようになる。

また、本発明の請求項２記載のブレージングプレート式熱交換器によれば、略蛇行状となる第二流路Ｙの中間部に位置する流路を二本の流路で夫々構成して、流路抵抗を低下させたので、これに適した（物性の）流体をよりスムーズに通過させられるようになる。しかも、第二流路Ｙを通過する流体の粘性等が高い場合であっても、これをスムーズに通過せしめられるようになり、ひいては、流体を第二流路Ｙに流すための動力の出力を抑制できるようになると共に、より小さい出力の動力を利用できるようになり、経済的にも優れたものとなる。

更に、本発明の請求項３記載のブレージングプレート式熱交換器によれば、第一流路Ｘや第二流路Ｙの流出入口の断面積を、第一流路Ｘや第二流路Ｙの断面積と略同じとなるように構成したので、第一流路Ｘや第二流路Ｙを通過する流体の偏流をより確実に防止できるようになる。

以下、本発明を図示例に基づいて説明すると、次の通りである。
本発明は、二種類の第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢを交互に複数重ねた積重状態とすると共に、これらをろう付けにより接合したブレージングプレート式熱交換器である。
そして、このブレージングプレート式熱交換器にあっては、第一伝熱プレートＡと第二伝熱プレートＢの溝部５、１５の形状や配設位置や寸法等が異なるように形成し、第二伝熱プレートＢの正面がわに第一伝熱プレートＡの背面がわを重ねたときの間には略蛇行状となる第一流路Ｘを構成し、第一伝熱プレートＡの正面がわに第二伝熱プレートＢの背面がわを重ねたときの間には略蛇行状となる第二流路Ｙを構成する。
しかも、前記第一流路Ｘと前記第二流路Ｙとで、その流路断面積と流路抵抗を異ならしめて、その流速に差ができるように構成されている。すなわち、例えば、第一流路Ｘの断面積を狭く形成して、これを通過する流体の流速が速くなるようにし、熱交換効率の向上が図れて、熱交換の安定化も図れるように形成してある。更に、流体の偏流や、不流動も防止できるように構成されている。
また、略蛇行状となる第二流路Ｙの中間部に位置する流路（例えば、図１の（ニ）に示すように左右部分を除く水平な中間部分）は、二本の流路で夫々構成して、流路抵抗を低下させられるように構成されている。すなわち、流体をスムーズに通過させられるように形成してある。
更に、第一流路Ｘや第二流路Ｙの流出入口の断面積を、第一流路Ｘや第二流路Ｙの断面積と略同じとなるように構成してある。すなわち、第一流路Ｘや第二流路Ｙを通過する流体の偏流を確実に防止できるように形成されている。

前記第一伝熱プレートＡは、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属板をプレス加工することによって形成されるもので、四隅が丸い略矩形状の基板部１と、この基板部１の外周縁部分に一体的に連設されると共に、基板部１から離れるに従って漸次拡開するように傾斜する折曲周縁部２とからなる。

そして、基板部１の四隅部分には、冷媒等の流体の流入出口となる円孔状の透孔３が夫々穿設されている。

更に、基板部１には、所定（例えば、図１の（イ）にあっては、右上隅と右下隅）の透孔３を夫々囲繞するように凹部４が形成され、しかも、基板部１の上下端部を除く中間部分には、水平方向に沿って配される共に相互に平行となるように配される略細長溝状で略櫛刃状に配される複数の溝部５が凹設されている。

また、前記第二伝熱プレートＢは、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属板をプレス加工することによって形成されるもので、四隅が丸い略矩形状の基板部１１と、この基板部１１の外周縁部分に一体的に連設されると共に、基板部１１から離れるに従って漸次拡開するように傾斜する折曲周縁部１２とからなる。

そして、基板部１１の四隅部分には、冷媒等の流体の流入出口となる円孔状の透孔１３が夫々穿設されている。
尚、これら基板部１１や折曲周縁部１２や透孔１３は、前記第一伝熱プレートＡと同様に形成されるものである。

更に、基板部１１には、所定（例えば、図１の（ロ）にあっては、左上隅と左下隅）の透孔３を夫々囲繞するように凹部１４が形成され、しかも、基板部１１の上下端部を除く中間部分には、水平方向に沿って配される共に相互に平行となるように配される略細長溝状の溝部１５が凹設されている。

それから、前記第一流路Ｘは、図１の（ハ）に示すように、第二伝熱プレートＢの正面がわに第一伝熱プレートＡの背面がわを重ねたときにその間に構成されるもので、比較的断面積が狭い略蛇行状となるように構成されている。

また、前記第二流路Ｙは、図１の（ニ）に示すように、第一伝熱プレートＡの正面がわに第二伝熱プレートＢの背面がわを重ねたときにその間に構成されるもので、全体略蛇行状となるように形成されると共に、その水平な中間部分（左右部分を除く水平な中間部分）に位置する流路夫々が、二本の流路で構成してあり、流路抵抗を低下させられるように構成されている。尚、第二流路Ｙに於ける水平な中間部に位置する二本宛の流路部分は、例えば、第一流路Ｘの断面積の略２倍となるように設定される。すなわち、第二流路Ｙの通過抵抗を低減して、第二流路Ｙを通過する流体がよりスムーズに流れるようにしてある。そのため、流体を第二流路Ｙに流すための動力の出力を抑制できるようになる。

図中２０は貫通プレートで、この貫通プレート２０の四隅には前記透孔３、１３に連通するような略円筒状のソケット２１が固定されている。
また、図中２２はカバーシートで、図中２３は補強プレートである。

ところで、ブレージングプレート式熱交換器の具体的構成、形状、寸法、材質、第一伝熱プレートＡの具体的構成、形状、寸法、材質、数、配設位置、基板部１の具体的構成、形状、寸法、材質、折曲周縁部２の具体的構成、形状、寸法、材質、透孔３の具体的構成、形状、寸法、配設位置、数、凹部４の具体的構成、形状、寸法、配設位置、溝部５の具体的構成、形状、寸法、数、配設位置、第二伝熱プレートＢの具体的構成、形状、寸法、材質、数、配設位置、基板部１１の具体的構成、形状、寸法、材質、折曲周縁部１２の具体的構成、形状、寸法、材質、透孔１３の具体的構成、形状、寸法、配設位置、数、凹部１４の具体的構成、形状、寸法、配設位置、溝部１５の具体的構成、形状、寸法、数、配設位置、貫通プレート２０の具体的構成、形状、寸法、材質、ソケット２１の具体的構成、形状、寸法、材質、数、配設位置、カバーシート２２の具体的構成、形状、寸法、材質、補強プレート２３の具体的構成、形状、寸法、材質、第一流路Ｘの具体的構成、形状、寸法、第二流路Ｙの具体的構成、形状、寸法等は図示例のもの等に限定されることなく適宜自由に設定、変更できるものである。

本発明のブレージングプレート式熱交換器は、前述の如く構成されており、次にその使用例について説明する。
図４は、本発明のブレージングプレート式熱交換器を蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用したウォーターチラーの回路を示し、図中３０は冷凍機で、図中３１は水冷コンデンサーを示し、この水冷コンデンサー３１には、高圧冷媒が通過するために、この冷媒の流速を上げて熱交換率を高められるようにした第一流路Ｘと、高圧冷媒より質量が大きい冷却水が通過するために、その通過抵抗を低減できるようにした第二流路Ｙとが構成されている。

図中３２は、戻り冷却ガスを利用して高圧ガスを過冷却させるインタークーラーを示し、このインタークーラー３２には、高圧ガスが通過するために、その流速を上げて熱交換率を高められるようにした第一流路Ｘと、蒸発膨張後の低圧冷媒を通過するために、その通過抵抗を低減できるようにした第二流路Ｙとが構成されている。

図中３３は、冷却器を示し、この冷却器３３には、冷媒を蒸発させる膨張弁３４を通過することで低圧となる低圧ガスが通過するために、その通過抵抗を低減できるようにした第二流路Ｙと、チラー水を通過させるために、その流速を上げて冷却効率を向上できるようにした第一流路Ｘとが構成されている。

図中３５は循環ポンプで、図中３６は冷却器である。
尚、本発明のブレージングプレート式熱交換器は、デフロストユニット（例えば、本願発明者が発明した特許第３７１００９３号等）の熱交換器や、その他の適宜熱交換器として使用できる汎用性の優れたものである。
また、本発明のブレージングプレート式熱交換器は、例えば、その第一流路Ｘと第二流路Ｙ内を流れる流体が、その性状が異なる液対ガス、或いはガス対ガスの熱交換器として使用した場合に、より優れた効果が発揮されるようになる。

本発明のブレージングプレート式熱交換器を構成する各伝熱プレートと各流路を例示するもので、（イ）は第一伝熱プレートを例示する概略正面図、（ロ）は第二伝熱プレートを例示する概略正面図、（ハ）は第二伝熱プレートの正面がわに第一伝熱プレートの背面がわを重ねたときにその間に構成される第一流路を例示する概略正面図、（ニ）は第一伝熱プレートの正面がわに第二伝熱プレートの背面がわを重ねたときにその間に構成される第二流路を例示する概略正面図である。 本発明のブレージングプレート式熱交換器に於いて、第一伝熱プレートと第二伝熱プレートを交互に重ねたときに構成される第一流路と第二流路を通過する流体の概略流れ図である。 本発明のブレージングプレート式熱交換器に於いて、第一伝熱プレートと第二伝熱プレートを交互に重ねる状態を例示する概略分解斜視図である。 本発明のブレージングプレート式熱交換器の使用例を示す概略回路図である。 従来のブレージングプレート式熱交換器を構成する伝熱プレートと流路を例示するもので、（イ）は伝熱プレートを例示する概略正面図、（ロ）はイの伝熱プレートを上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレートにイの正立状態の伝熱プレートを重ねたときにその間（倒立状態の伝熱プレートの背面と正立状態の伝熱プレートの正面との間）に構成される第二の流路を例示する概略正面図、（ハ）はイの正立状態の伝熱プレートに上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレートを重ねたときにその間（正立状態の伝熱プレートの背面と倒立状態の伝熱プレートの正面との間）に構成される第一の流路を例示する概略正面図である。 図５に示す従来のブレージングプレート式熱交換器に於いて、正立状態の伝熱プレートと上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレートを交互に重ねたときに構成される第一の流路と第二の流路を通過する流体の概略流れ図である。 本願発明者が創出した従来のブレージングプレート式熱交換器を構成する伝熱プレートと流路を例示するもので、（イ）は伝熱プレートを例示する概略正面図、（ロ）は上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレートにイの正立状態の伝熱プレートを重ねたときにその間に構成される第一の流路を例示する概略正面図、（ハ）はイの正立状態の伝熱プレートに上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレートを重ねたときにその間に構成される第二の流路を例示する概略正面図である。 図７に示す従来のブレージングプレート式熱交換器に於いて、正立状態の伝熱プレートと上下方向で１８０度回転させた倒立状態の伝熱プレートを交互に重ねたときに構成される第一の流路と第二の流路を通過する流体の概略流れ図である。

符号の説明

Ａ 第一伝熱プレート
１ 基板部
２ 折曲周縁部
３ 透孔
４ 凹部
５ 溝部
Ｂ 第二伝熱プレート
１１ 基板部
１２ 折曲周縁部
１３ 透孔
１４ 凹部
１５ 溝部
２０ 貫通プレート
２１ ソケット
２２ カバーシート
２３ 補強プレート
３０ 冷凍機
３１ 水冷コンデンサー
３２ インタークーラー
３３ 冷却器
３４ 膨張弁
３５ 循環ポンプ
３６ 冷却器
４０ 伝熱プレート
５０ 伝熱プレート
Ｖ 第一の流路、第二の流路
Ｗ 第一の流路、第二の流路
Ｘ 第一流路
Ｙ 第二流路

Claims (3)

1. 複数の伝熱プレートをろう付けにより接合してなるブレージングプレート式熱交換器に於いて、その溝部の形状や配設位置や寸法等が異なる第一伝熱プレートと第二伝熱プレートを形成し、複数の第一伝熱プレートと第二伝熱プレートを交互に重ねた状態で接合し、第二伝熱プレートに第一伝熱プレートを重ねたときの間には略蛇行状となる第一流路を構成し、第一伝熱プレートに第二伝熱プレートを重ねたときの間には略蛇行状となる第二流路を構成し、前記第一流路と前記第二流路とで、その流路断面積と流路抵抗を異ならしめて、その流速に差ができるように構成したことを特徴とするブレージングプレート式熱交換器。
2. 略蛇行状となる第二流路の中間部に位置する流路を二本の流路で夫々構成して、流路抵抗を低下させたことを特徴とする請求項１記載のブレージングプレート式熱交換器。
3. 第一流路や第二流路の流出入口の断面積を、第一流路や第二流路の断面積と略同じとなるように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のブレージングプレート式熱交換器。

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