JP2006064281A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝熱プレートを大型化させることなく好適な熱交換を行うことのできるプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】 複数枚の伝熱プレートが積層され、伝熱プレート間に一次流体を流通させる一次流体流通空間と、二次流体を流通させる二次流体流通空間とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されたプレート式熱交換器において、一次流体流通空間を形成する伝熱プレート間には、一次流体流通空間を一次流体流入路に連通する上流側一次流体流通路と、一次流体流出路に連通する下流側一次流体流通路とに画するように、一次流体流入路と一次流体流出路との間を通って伝熱プレートの一端から他端側に延びる仕切部が形成され、仕切部は、上流側一次流体流通路と下流側一次流体流通路とが伝熱プレートの一端側で連通するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数枚の伝熱プレートが積層され、該伝熱プレートを境にして一次流体を流通させる一次流体流通空間と、二次流体を流通させる二次流体流通空間とが交互に形成され、伝熱プレートを介して一次流体と二次流体との間で熱交換させるプレート式熱交換器に関するものである。

従来から、一次流体と二次流体との間で熱交換を行う熱交換器として種々のタイプのものが提供されている。その一つとして、複数枚の伝熱プレートが積層され、各伝熱プレートを境にして一次流体を流通させる一次流体流通空間と、二次流体を流通させる二次流体流通空間とが交互に形成され、伝熱プレートを介して一次流体と二次流体との間で熱交換させるプレート式熱交換器がある。

このプレート式熱交換器は、一次流体流通空間に一次流体を流入させる一次流体流入路が伝熱プレートの一端側に形成され、該一次流体流通空間を流通する一次流体を流出させる一次流体流出路が伝熱プレートの他端側に形成されている。また、このプレート式熱交換器は、二次流体流通空間に二次流体を流入させる二次流体流入路が伝熱プレートの他端側に形成され、該二次流体流通空間を流通する二次流体を流出させる二次流体流出路が伝熱プレートの一端側に形成されている。これにより、伝熱プレートを境にして一次流体と二次流体とが相対方向に流動することになり、伝熱プレートを介して一次流体と二次流体との間で熱交換を行えるように構成されている。

ところで、上記構成のプレート式熱交換器は、一次流体及び二次流体を伝熱プレートの一端から他端、或いは他端から一端に向けて流通させるように構成されているため、熱交換効率が伝熱プレートの大きさに起因するものとなっている。すなわち、上記構成のプレート式熱交換器は、一次流体及び二次流体における熱交換率、及び熱交換量を高めるには、伝熱プレートの一端から他端までの長さを長くして一次流体又は二次流体の流動長を長くしなければならず、性能向上を達成するのにプレート式熱交換器のサイズを大きくする必要があった。

また、上記構成のプレート式熱交換器は、二次流体に相変化型のもの（熱交換によって相変化を起こす流体）を採用した場合、二次流体が液膜として伝熱プレートに付着して伝熱効率の低下の原因となるが、上述の如く、伝熱プレートの一端から他端の長さを長くすると、伝熱プレートの表面に付着した液膜の膜厚は、上流側から下流側に向けて厚くなり、安定した伝熱性能を維持することができないといった問題がある。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、伝熱プレートを大型化させることなく好適な熱交換を行うことのできるプレート式熱交換器を提供することを第一の課題とし、該第一の課題に併せ、二次流体に二相型のものを採用しても伝熱プレートの伝熱面に対する液膜の形成を極力抑えて伝熱効率を高めたものにすることのできるプレート式熱交換器を提供することを第二の課題とする。

本発明に係るプレート式熱交換器は、上記第一の課題を解決すべくなされたもので、複数枚の伝熱プレートが積層され、伝熱プレート間に一次流体を流通させる一次流体流通空間と、二次流体を流通させる二次流体流通空間とが各伝熱プレートを境にして交互に形成され、前記一次流体を一次流体流通空間に流入させる一次流体流入路、及び一次流体流通空間から流出させる一次流体流出路が伝熱プレートの一端に沿って並設され、前記二次流体を二次流体流通空間に流入させる二次流体流入路、及び二次流体流通空間から流出させる二次流体流出路が伝熱プレートの他端に沿って並設され、伝熱プレートを介して一次流体と二次流体との間で熱交換させるプレート式熱交換器において、一次流体流通空間を形成する伝熱プレート間には、一次流体流通空間を、一次流体流入路に連通する上流側一次流体流通路と、一次流体流出路に連通する下流側一次流体流通路とに画するように、一次流体流入路と一次流体流出路との間を通って伝熱プレートの一端から他端側に延びる仕切部が形成され、仕切部は、上流側一次流体流通路と下流側一次流体流通路とを伝熱プレートの他端側で連通させるように形成されていることを特徴とする。

このように一次流体流通空間を仕切部によって仕切ることで、一次流体を伝熱プレートの一端側から他端側に流通させるのに比して、一次流体が流通する流路の長さ（流路長）が長くなり、一次流体からの伝熱作用を効率的に得ることができる。

また、一次流体が流通する流路（上流側一次流体流通路、及び下流側一次流体流通路）の幅（流路幅）についても、一次流体を伝熱プレートの一端側から他端側に流通させるのに比して狭くなり、一次流体を伝熱プレートの一端側から他端側に流通させていたときと同じ流入圧で一次流体の流速を高めることができる。これにより、伝熱プレートの伝熱面に対する境膜伝熱係数が高くなり、熱交換効率を高めることができる。また、一次流体を流通させる流路を、他端側で連通する上流側一次流体流通路と下流側一次流体流通路とで構成することで、一次流体の流動長を長くするようにしているので、圧力損失が大きくなく、一次流体を円滑に流動させることができる。即ち、一次流体の流動方向を一度切り換えるようにしているだけなので、圧力損失が大きくなりすぎることがなく、一次流体を円滑且つ確実に流動させることができる。

さらに、本発明のプレート式熱交換の一態様として、一次流体流通空間を形成する伝熱プレートの伝熱面には、上流側一次流体流通路及び下流側一次流体流通路を横切る複数の凹条及び凸条が形成されていることが好ましい。このようにすれば、一次流体流通空間内で流通する一次流体に乱流を起こすことができ、さらに効率の高い熱交換を行うことができる。

また、第二の課題を解決すべく、前記二次流体には、熱交換に伴って相変化を起こす二相型のものが採用され、二次流体流通空間は、二次流体流入路から伝熱プレートの一端に向けて延びる上流側二次流体流通路と、二次流体流出路から伝熱プレートの一端に向けて延びる下流側二次流体流通路と、上流側二次流体流通路と下流側二次流体流通路とを接続する接続流通路とで構成され、二次流体流通空間を形成する伝熱プレートの伝熱面には、上流側二次流体流通路から下流側二次流体流通路にかけて延びる複数の凹条及び凸条が、伝熱プレートの一端から他端に向けて並列に形成され、前記接続流通路が前記凹条によって形成されていることを特徴する。

このようにすれば、二次流体の流通する流路の全長が、一次流体の流通する流路の全長よりも短くなり、伝熱プレートの伝熱面に対して二次流体の液膜が形成されにくくなる。その結果、二次流体の伝熱効率を高めることができる。つまり、一次流体流通空間内での一次流体の流動長を短くすることなく、二次流体が伝熱プレートの伝熱面に接触して流通する距離を短くすることができるので、一次流体に対する熱交換の性能を維持した上で、二次流体に流通に伴って伝熱面に蓄積される液膜の厚みを薄くすることができる。これにより、二次流体に対する伝熱プレートの伝熱効率を向上させることができる。

本発明に係るプレート式熱交換器は、伝熱プレートを大型化させることなく好適な熱交換を行うことができる。併せて、二次流体に二相型のものを採用しても、伝熱プレートの伝熱面に対する液膜の形成を極力抑えて伝熱効率を高めたものにすることができる。

以下に、本発明の一実施形態にかかるプレート式熱交換器について、添付図面を参酌しつつ説明する。

本実施形態にかかるプレート式熱交換器は、図１及び図２に示す如く、複数枚の伝熱プレート１０，２０，１０，２０…を積層して形成されており、各伝熱プレート１０，２０，１０，２０…を境にして、一次流体Ａを流通させる一次流体流通空間３０と、二次流体Ｂを流通させる二次流体流通空間４０とが交互に形成されている。なお、一次流体Ａ及び二次流体Ｂには、種々のものを採用できるが、本実施形態において、一次流体Ａには、水や温水等の相変化を起こさない単相型のものを採用し、二次流体Ｂには、フロン等の相変化を起こす二相型のものを採用している。

また、該プレート式熱交換器は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の一端側に、一次流体Ａを一次流体流通空間３０内に流入させるための一次流体流入路２１と、一次流体流通空間３０から一次流体Ａを流出させる一次流体流出路２２とが伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の一端に沿うように並んで形成されている。

また、該プレート式熱交換器は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の他端側に二次流体Ｂを二次流体流通空間４０内に流入させるための二次流体流入路３１と、二次流体流通空間４０から二次流体Ｂを流出させる二次流体流出路３２とが伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の他端に沿うように並んで形成されている。

すなわち、一次流体流出路２２は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の一端側であって、該一端と交差方向に延びる一方の端縁（以下、一側端という。）側に形成され、一次流体流入路２１は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の一端側であって、該一端と交差方向に延びる他方の端縁（以下、他側端という。）側に形成されている。その一方で、二次流体流入路３１は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の他端側であって、一側端側に形成され、二次流体流出路３２は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の他端側であって、他側端側に形成されている。

かかる構成についてより具体的に説明すると、該プレート式熱交換器は、二種類の伝熱プレート１０，２０（以下、一方の伝熱プレート１０を第一伝熱プレートといい、他方の伝熱プレート２０を第二伝熱プレートという。）が交互に積層されることにより、各第一伝熱プレート１０…及び第二伝熱プレート２０…を境にして前記一次流体流通空間３０と二次流体流通空間４０とが交互に形成されている。

第一伝熱プレート１０は、金属製の板材をプレス加工することによって形成されており、前記一次流体流通空間３０と二次流体流通空間４０とを区切るプレート状の第一伝熱部１００と、該第一伝熱部１００に対して所定の角度を有して第一伝熱部１００の外周端縁から該第一伝熱部１００の一方の面とは反対側の面（他方の面）側に延出した第一封止片部１５０（図７〜図９参照）とで構成されている。

前記第一伝熱部１００は、平面視略長方形状に形成されており、長手方向の一端側に一次流体流出路２２を形成するための第一開口１０１と、前記一次流体流入路２１を形成するための第二開口１０２とが貫通して設けられている。前記第一開口１０１は、第一伝熱部１００の一側端（長手方向と直交する方向（短手方向）の一端）側に形成されており、第二開口１０２は、第一伝熱部１００の他側端（長手方向と直交する方向（短手方向）の他端）側に形成されている。

また、該第一伝熱部１００には、長手方向の他端側に前記二次流体流入路３１を形成するための第三開口１０３と、二次流体流出路３２を形成するための第四開口１０４とが貫通して設けられている。前記第三開口１０３は、第一伝熱部１００の短手方向の一端（一側端）側に形成されており、第四開口１０４は、第一伝熱部１００の短手方向の他端（他側端）側に形成されている。

該第一伝熱部１００の両面には、図３及び図４に示す如く、それぞれ機能を有する凸部、凸条、凹部、及び凹条が適宜形成されている。該第一伝熱部１００（第一伝熱プレート１０）は、金型を用いて板材を両面側からプレス加工して形成されたものであり、一方の面を適宜窪ませて凹部又は凹条を形成し、該凹部又は凹条以外の部分で凸部又は凸条が適宜形成されている。そして、他方の面においては、一方の面の凹部又は凹条の形成に伴って膨出した部分で凸部又は凸条が適宜形成され、該凸部又は凸条間によって凹部又は凹条が適宜形成されている。

従って、以下の説明において、一方の面側において凹部又は凹条と表現する場合には、一方の面を基準にして窪んで（凹に）形成された部分を意味し、凸部又は凸条と表現する場合には、プレス成形前の板材における平面状態が保たれた部分を意味する。その一方で、他方の面側において、凸部又は凸条と表現する場合には、一方面に凹部又は凹条を形成することによって膨出した部分を意味し、凹部又は凹条と表現する場合には、この他方の面側において形成された凸条間又は凸部間における谷部分を意味する。なお、図３及び図４において、ハッチングを付した部分がその面側における凸部分を表している。

図３に示す如く、第一伝熱部１００の一方の面において、第一開口１０１及び第二開口１０２の周縁部には、各開口の中心と略同心の環状凹部１０５ａ，１０６ａが形成されている（以下の説明において、第一開口１０１の周縁部に形成された環状凹部１０５ａを第一環状凹部といい、第二開口１０２の周縁部に形成された環状凹部１０６ａを第二環状凹部という。）。

また、第一伝熱部１００の一方の面において、第三開口１０３及び第四開口１０４の周縁部には、各開口の中心と略同心の環状凸部１０７ａ，１０８ａが形成されている（以下の説明において、第三開口１０３の周縁部に形成された環状凸部１０７ａを第三環状凸部といい、第四開口１０４の周縁部に形成された環状凸部１０８ａを第四環状凸部という。）。

第一伝熱部１００の一方の面には、長手方向の一端から他端に向けて延びる凸条（以下、第一仕切用凸条部という。）１０９が、第一開口１０１と第二開口１０２との間（本実施形態においては、第一伝熱部１００の短手方向の略中央）を通るように形成されている。該第一仕切用凸条部１０９は、第一伝熱部１００の長手方向の他端から所定距離に離れた位置に先端が位置している。

さらに、第一伝熱部１００の一方の面には、第三環状凸部１０７ａに接続されて第一環状凹部１０５ａに向けて延びる所定幅の第一帯状凸部１１０が形成されると共に、第四環状凸部１０８ａに接続されて第二環状凹部１０６ａに向けて延びる所定幅の第二帯状凸部１２０が形成されている。該第一帯状凸部１１０及び第二帯状凸部１２０内には、複数の凹部（以下、第一調整凸部形成凹部１１１ａ，１１１ｂという）が、他方の面側の後述する第一流動方向調整用凸部１２１ａ，１２１ｂの配置及び形状に対応して形成されている。

第一帯状凸部１１０内の第一調整凸部形成凹部１１１ａのそれぞれは、第一伝熱部１００の長手方向に延びるように形成されており、第二帯状凸部１２０内の第一調整凸部形成凹部１１１ｂのそれぞれは、第一伝熱部１００の短手方向に延びるように形成されている。

これにより、第一伝熱部１００は、第一仕切用凸条部１０９（長手方向に延びる中心線）を境界にして、一側端側に後述する下流側一次流体流通路Ｄを形成する領域（以下、第一下流側領域という。）Ｄ１が第一帯状凸部１１０を除いて形成されると共に、他側端側に後述する上流側一次流体流通路Ｕを形成する領域（以下、第一上流側領域という。）Ｕ１が第二帯状凸部１２０を除いて形成されている。

また、第一伝熱部１００の一方の面の第一下流側領域Ｄ１及び第一上流側領域Ｕ１のそれぞれには、前記第一仕切用凸条部１０９（長手方向に延びる中心線）と交差する方向に延びる複数本の凹条（以下、第一凹条という）１１４，１１４…及び凸条（以下、第一凸条という）１１３，１１３…が形成されている。即ち、一次流体流通空間３０を形成する第一伝熱プレート１０の伝熱面には、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄ（一次流体Ａの流動方向）を横切るように複数の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…が形成されている。

具体的には、第一下流側領域Ｄ１内の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…は、第一伝熱部１００の長手方向の他端に向けて先下りに傾斜した態様で形成されている。該第一凸条１１３，１１３…及び第一凹条１１４，１１４…は、第一伝熱部１００の長手方向に延びる中心線ＣＬ１との内角θ１が４５°以上で９０°未満（より好ましくは、６０°以上で８５°以下））に設定されている。第一下流側領域Ｄ１内の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…は、第一伝熱部１００の一側端側の半分の領域（第一下流側領域）Ｄ１内において長手方向の一端から他端までの間に交互に形成されている。

一方、第一伝熱部１００の他側端側の半分の領域（第一上流側領域）Ｕ１内においても長手方向の一端から他端までの間に複数の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…が交互に形成されている。該第一上流側領域Ｕ１における複数の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…は、第一仕切用凸条部１０９（中心線）を基準に第一下流側領域Ｄ１内の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…と鏡像関係を有して形成されている。即ち、第一上流側領域Ｕ１内の第一凸条１１３，１１３…及び第一凹条１１４，１１４…は、第一伝熱部１００の長手方向の一端側に先下りに傾斜した態様で形成されている。

そして、上述の如く、第一仕切用凸条部１０９は、第一伝熱部１００の他端にまで到達していないので、この部分（第一仕切用凸条部１０９の存在しない領域）における第一上流側領域Ｕ１及び第一下流側領域Ｄ１の第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…は、長手方向に延びる中心線上で接続された態様となっている。即ち、第一仕切用凸条部１０９の形成されていない第一伝熱部１００の他端側において、第一上流側領域Ｕ１から第一下流側領域Ｄ１にかけて形成された第一凹条１１４，１１４…及び第一凸条１１３，１１３…は、前記中心線上に頂点を位置させて屈曲した形状をなしている。

第一伝熱プレート１０は、一方の面が上述のような形態に形成されているので、他方の面においては、図４に示す如く、第一仕切用凸条部１０９に対応した部分に第一仕切凸条形成凹条１１５が形成され、一方の面における第一上流側領域Ｕ１、及び第一下流側領域Ｄ１の第一凹条１１４，１１４…に対応した凸条（以下、第一裏面側凸条という。）１１６と、第一凸条１１３，１１３…に対応した凹条（以下、第一裏面側凹条という。）１１７とが形成されている。さらに、各第一帯状凸部１１０及び第二帯状凸部１２０に対応して他方の面には帯状の凹部１１８，１１９が形成されている（以下、第一帯状凸部１１０の裏面側の凹部を第一裏面側帯状凹部１１８といい、第二帯状凸部１２０の裏面側の凹部を第二裏面側帯状凹部１１９という。）。そして、第一伝熱部１００の第一及び第二裏面側帯状凹部１１８，１１９内には、一方の面側の第一調整凸部形成凹部１１１ａ，１１１ｂに対応した凸部１２１ａ，１２１ｂ（第一流動方向調整用凸部）が形成されている。第一裏面側帯状凹部１１８内に形成された第一流動方向調整用凸部１２１ａは、第一伝熱部１００の長手方向に延びるように形成されており、第二裏面側帯状凹部１１９内に形成された第一流動方向調整用凸部１２１ｂは、第一伝熱部１００の短手方向に延びるように形成されている。

図１及び２に戻り、第二伝熱プレート２０は、金属製の板材をプレス加工することによって形成されており、前記一次流体流通空間３０と二次流体流通空間４０とを区切るプレート状の第二伝熱部２００と、該第二伝熱部２００に対して所定の角度を有して第二伝熱部２００の外周端縁から該第二伝熱部２００の一方の面側に延出した第二封止片部２５０（図７〜図９参照）とで構成されている。

前記第二伝熱部２００は、平面視略長方形状に形成されており、長手方向の一端側に前記一次流体流出路２２を形成するための第五開口２０１と、一次流体流入路２１を形成するための第六開口２０２とが貫通して設けられている。前記第五開口２０１は、第二伝熱部２００の一側端（長手方向と直交する方向（短手方向）の一端）側に形成されており、第六開口２０２は、第二伝熱部２００は短手方向の他側端（長手方向と直交する方向（短手方向）の他端）側に形成されている。

また、該第二伝熱部２００には、長手方向の他端側に前記二次流体流入路３１を形成するための第七開口２０３と、二次流体流出路３２を形成するための第八開口２０４とが貫通して設けられている。前記第七開口２０３は、第二伝熱部２００の短手方向の一端（一側端）側に形成されており、第八開口２０４は、第二伝熱部２００の短手方向の他端（他側端）側に形成されている。

該第二伝熱部２００の両面には、図５及び図６に示す如く、それぞれ機能を有する凸部、凸条、凹部、及び凹条が適宜形成されている。該第二伝熱部２００（第二伝熱プレート２０）は、第一伝熱プレート１０と同様に、金型を用いて板材を両面側からプレス加工して形成されたものであり、一方の面を適宜窪ませて凹部又は凹条を形成し、該凹部又は凹条以外の部分で凸部又は凸条が適宜形成されている。そして、他方の面においては、一方の面の凹部又は凹条の形成に伴って膨出した部分で凸部又は凸条が適宜形成され、該凸部又は凸条間によって凹部又は凹条が適宜形成されている。

従って、第二伝熱プレート２０についても以下の説明において、一方の面側において凹部又は凹条と表現する場合には、一方の面を基準にして窪んで（凹に）形成された部分を意味し、凸部又は凸条と表現する場合には、プレス成形前の板材における平面状態が保たれた部分を意味する。その一方で、他方の面側において、凸部又は凸条と表現する場合には、一方面に凹部又は凹条を形成することによって膨出した部分を意味し、凹条と表現する場合には、この他方の面側において形成された凸条間又は凸部間における谷部分を意味する。なお、図５及び図６において、ハッチングを付した部分がその面側における凸部分を表している。

図５に示す如く、第二伝熱部２００の一方の面において、第五開口２０１及び第六開口２０２の周縁部には、各開口の中心と略同心の環状凹部２０５ａ，２０６ａが形成されている（以下の説明において、第五開口２０１の周縁部に形成された環状凹部２０５ａを第五環状凹部といい、第六開口２０２の周縁部に形成された環状凹部２０６ａを第六環状凹部という。）。

また、第二伝熱部２００の一方の面において、第七開口２０３及び第八開口２０４の周縁部には、各開口の中心と略同心の環状凸部２０７ａ，２０８ａが形成されている（以下の説明において、第七開口２０３の周縁部に形成された環状凸部２０７ａを第七環状凸部といい、第八開口２０４の周縁部に形成された環状凸部２０８ａを第八環状凸部という。）。

第二伝熱部２００の一方の面には、長手方向の一端から他端に向けて延びる凸条２０９（以下、第二仕切用凸条部という。）が、第五開口２０１と第六開口２０２との間（本実施形態においては、第二伝熱部２００の短手方向の略中央）を通るように形成されている。該第二仕切用凸条部２０９は、第二伝熱部２００の長手方向の他端から所定距離に離れた位置に先端が位置している。

さらに、第二伝熱部２００の一方の面には、第七環状凸部２０７ａに接続されて第五環状凹部２０５ａに向けて延びる所定幅の第三帯状凸部２１０が形成されると共に、第八環状凸部２０８ａに接続されて第六環状凹部２０６ａに向けて延びる所定幅の第三帯状凸部２１０が形成されている。該第三帯状凸部２１０及び第四帯状凸部２２０内には、複数の凹部（以下、第二調整凸部形成凹部２１１ａ，２１１ｂという）が、他方の面側に後述する第二流動方向調整用凸部２２１ａ，２２１ｂの配置及び形状に対応して形成されている。

第三帯状凸部２１０内の第二調整凸部形成凹部２１１ａのそれぞれは、第二伝熱部２００の長手方向に延びるように形成されており、第四帯状凸部２２０内の第二調整凸部形成凹部２１１ｂのそれぞれは、第二伝熱部２００の短手方向に延びるように形成されている。

これにより、第二伝熱部２００は、第二仕切用凸条部２０９（長手方向に延びる中心線）を境界にして、一側端側に後述する下流側一次流体流通路Ｄを形成する領域（以下、第二下流側領域Ｄ２という。）が第三帯状凸部２１０を除いて形成されると共に、他側端側に後述する上流側一次流体流通路Ｕを形成する領域（以下、第二上流側領域Ｕ２という。）が第四帯状凸部２２０を除いて形成されている。

また、第二伝熱部２００の一方の面の第二下流側領域Ｄ２及び第二上流側領域Ｕ２のそれぞれには、前記第二仕切用凸条部２０９（長手方向に延びる中心線）と交差する方向に延びる複数本の凹条（以下、第二凹条という）２１４，２１４…及び凸条（以下、第二凸条という）２１３，２１３…が形成されている。即ち、一次流体流通空間３０を形成する第二伝熱プレート２０の伝熱面には、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄ（一次流体Ａの流動方向）を横切るように複数の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…が形成されている。

具体的には、第二下流側領域Ｄ２内の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…は、第二伝熱部２００の長手方向の一端に向けて先下りに傾斜した態様で形成されている。該第二凸条２１３，２１３…及び第一凹条２１４，２１４…は、第二伝熱部２００の長手方向に延びる中心線ＣＬ２との内角θ２が４５°以上で９０°未満（より好ましくは、６０°以上で８５°以下））に設定されている。第二下流側領域Ｄ２内の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…は、第二伝熱部２００の一側端側の半分の領域（第二下流側領域）Ｄ２内において長手方向の一端から他端までの間に交互に形成されている。

一方、第二伝熱部２００の他側端側の半分の領域（第二上流側領域Ｕ２）内においても長手方向の一端から他端までの間に複数の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…が交互に形成されている。該第二上流側領域Ｕ２における複数の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…は、第二仕切用凸条部２０９（中心線）を基準に第二下流側領域Ｄ２内の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…と鏡像関係を有して形成されている。

そして、上述の如く、第二仕切用凸条部２０９は、第二伝熱部２００の他端にまで到達していないので、この部分（第二仕切用凸条部２０９の存在しない領域）における第二上流側領域Ｕ２及び第二下流側領域Ｄ２の第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…は、長手方向に延びる中心線上で接続された態様となっている。即ち、第二仕切用凸条部２０９の形成されていない第二伝熱部２００の他端側において、第二上流側領域Ｕ２から第二下流側領域Ｄ２にかけて形成された第二凹条２１４，２１４…及び第二凸条２１３，２１３…は、前記中心線上に頂点を位置させて屈曲した形状をなしている。

第二伝熱プレート２０は、一方の面が上述のような形態に形成されているので、他方の面においては、図６に示す如く、第二仕切用凸条部２０９に対応した部分に第二仕切凸条形成凹条２１５が形成され、一方の面における第二上流側領域Ｕ２、及び第二下流側領域Ｄ２の第二凹条２１４，２１４…に対応した凸条（以下、第二裏面側凸条という。）２１６と、第二凸条２１３，２１３…に対応した凹条（以下、第二裏面側凹条という。）２１７とが形成されている。さらに、各第三帯状凸部２１０及び第四帯状凸部２２０に対応して他方の面には帯状の凹部２１８，２１９が形成されている（以下、第三帯状凸部２１０の裏面側の凹部を第三裏面側帯状凹部２１８といい、第四帯状凸部２２０の裏面側の凹部を第四裏面側帯状凹部２１９という。）。

そして、第二伝熱部２００の第三及び第四裏面側帯状凹部２１８，２１９内には、一方の面側の第二調整凸部形成凹部２１１ａ，２１１ｂに対応した凸部２２１ａ，２２１ｂ（第二流動方向調整用凸部）が形成されている。第三裏面側帯状凹部２１８内に形成された第二流動方向調整用凸部２２１ａは、第二伝熱部２００の長手方向に延びるように形成されており、第四裏面側帯状凹部２１９内に形成された第二流動方向調整用凸部２２１ｂは、第二伝熱部２００の短手方向に延びるように形成されている。

第一伝熱プレート１０及び第二伝熱プレート２０は、以上の構成を備えており、本実施形態に係るプレート式熱交換器は、図７乃至図９に示す如く、これらを交互に積層し、互いに接触する部分同士をロウ付けすることにより、内部（一次流体流通空間３０及び二次流体流通空間４０）を液密で且つ気密に保てるようにしている。なお、図７乃至図９において、一次流体流通空間３０及び二次流体流通空間４０の構成を明確に表現すべく、第一凸条１１３、第二凸条２１３等を簡略化して示している。

具体的には、長手方向及び短手方向の一端同士が一致するように、第一伝熱プレート１０（第一伝熱部１００）の他方の面に対して、第二伝熱プレート２０の他方の面を対向させ、この第二伝熱プレート２０の一方の面に対して、別の第一伝熱プレート１０の一方の面を対向させた態様で、第一伝熱プレート１０及び第二伝熱プレート２０を順次積層し、このように積層した状態で第一伝熱プレート１０（第一封止片部１５０）と第二伝熱プレート２０（第二封止片部２５０）とをロウ付けすることで、前記一次流体流通空間３０が第一伝熱プレート１０及び第二伝熱プレート２０の一方面間に形成され、二次流体流通空間４０が第一伝熱プレート１０及び第二伝熱プレート２０の他方面間に形成されることになる。

この状態において、第一伝熱プレート１０の一方の面の各凸条（第一凸条１１３，１１３…、第一仕切用凸条部１０９）及び凸部（第三環状凸部１０７ａ、第四環状凸部１０８ａ、第一帯状凸部１１０、第二帯状凸部１２０）と、第二伝熱プレート２０の一方の面側の各凸条（第二凸条２１３，２１３…、第二仕切用凸条部２０９）及び凸部（第五環状凸部２０５ａ、第六環状凸部２０６ａ、第三帯状凸部２１０第四帯状凸部２２０）とが接触した状態となっている。

第一伝熱部１００の一方の面と第二伝熱部２００の一方の面との間の構造状態について具体的に説明すると、図７及び図８に示す如く、第一仕切用凸条部１０９と第二仕切用凸条部２０９とが長手方向に接触（面接触）することで一次流体流通空間３０を一側端側と他側端側とに仕切る仕切部５０が形成されている。また、第一帯状凸部１１０と第三帯状凸部２１０とが面接触すると共に、第二帯状凸部１２０と第四帯状凸部２２０とが面接触し、この面接触した部分と仕切部５０との間に前記下流側一次流体流通路Ｄと上流側一次流体流通路Ｕとが形成されている。

第一凸条１１３，１１３…及び第二凸条２１３，２１３…は、互いに交差して部分的に接触した態様をなしており、第一凸条１１３，１１３…間の第一凹条１１４，１１４…と第二凸条２１３，２１３…間の第二凹条２１４，２１４…により、前記下流側一次流体流通路Ｄ及び上流側一次流体流通路Ｕが蛇行した態様で形成されている。なお、仕切部５０の先端と第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の他端との間は、仕切部５０が形成されないので、この部分に対応する下流側一次流体流通路Ｄ及び上流側一次流体流通路Ｕは、屈曲した第一凸条１１３，１１３…と第二凸条２１３，２１３…とが交差状態で部分的に接触しており、互いに連通した態様となっている。

また、第三環状凸部１０７ａと第七環状凸部２０７ａとも接触しており、交互に配設される第三開口１０３と第七開口２０３とが連なって、二次流体Ｂを流入させる二次流体流入路３１が形成されている。すなわち、第三環状凸部１０７ａと第七環状凸部２０７ａとをロウ付けによって封着することで、第三開口１０３及び第七開口２０３（二次流体流入路３１）と一次流体流通空間３０との間で一次流体Ａ及び二次流体Ｂが流通するのを防止している。

一方、第四環状凸部１０８ａと第八環状凸部２０８ａとも接触しており、交互に配設される第四開口１０４と第八開口２０４とが連なって、二次流体Ｂを流出させる二次流体流出路３２が形成されている。すなわち、第四環状凸部１０８ａと第八環状凸部２０８ａとをロウ付けによって封着することで、第四開口１０４及び第八開口２０４（二次流体流出路３２）と一次流体流通空間３０との間で一次流体Ａ及び二次流体Ｂが流通するのを防止している。

第一環状凹部１０５ａと第五環状凹部２０５ａとは、図９に示す如く、互いに離間しており、下流側一次流体流通路Ｄを流れてきた一次流体Ａを第一開口１０１及び第五開口２０１（前記一次流体流出路２２）から流出させることができるようになっている。また、第二環状凹部１０６ａと第六環状凹部２０６ａとも、互いに離間しており、該第二開口１０２と第六開口２０２が連なって形成される一次流体流入路２１から一次流体Ａを上流側一次流体流通路Ｕ内に流入させることができるようになっている。

一方、第一伝熱部１００の他方の面と第二伝熱部２００の他方の面との間の構造状態について具体的に説明すると、図８に示す如く、第一裏面側帯状凹部１１８と第三裏面側帯状凹部２１８とが離間しており、これによって、伝熱部（第一伝熱部１００、第二伝熱部２００）の一側端側に二次流体流通空間４０の一部を構成し、且つ二次流体流入路３１に連通した上流側二次流体流通路Ｘが形成されている。また、第二裏面側帯状凹部１１９と第四裏面側帯状凹部２１９とが離間しており、これによって、伝熱部（第一伝熱部１００、第二伝熱部２００）の他側端側に二次流体流通空間４０の一部を構成し、二次流体流出路３２と連通した下流側二次流体流通路Ｙが形成されている。該上流側二次流体流通路Ｘ及び下流側二次流体流通路Ｙ内において、第一流動方向調整用凸部１２１ａ，１２１ｂと第二流動方向調整用凸部２２１ａ，２２１ｂとが接触状態になっている。

第一帯状凹部１１８の第一流動方向調整用凸部１２１ａと第三裏面側帯状凹部２１８の第二流動方向調整用凸部２２１ａとは、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の長手方向に延びるように形成されているので、二次流体流入路３１（第三開口１０３及び第七開口２０３）から流入してくる二次流体Ｂが第一流動方向調整用凸部１２１ａ及び第二流動方向調整用凸部２２１ａに沿って流れ、各第一流動方向調整用凸部１２１ａ，１２１ｂ間を介して後述する接続流通路Ｚに向けて流れるようになっている。

そして、第二裏面側帯状凹部１１９内の第一流動方向調整用凸部１２１ｂ及び第四裏面側帯状凹部２１９内の第二流動方向調整用凸部２２１ｂは、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の短手方向に延びるように形成されているので、上流側の上流側二次流体流通路Ｘ（接続流通路Ｚ）から流れ込んでくる二次流体Ｂが一旦第一流動方向調整用凸部１２１ｂ及び第二流動方向調整用凸部２２１ｂに沿って流れた後に、下流側二次流体流通路Ｙを介して二次流体流出路３２（第四開口１０４及び第八開口２０４）に流出するようになっている。

前記上流側二次流体流通路Ｘと下流側二次流体流通路Ｙとの間には、これらを連通させる前記接続流通路Ｚが形成されている。該接続流通路Ｚは、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の他方の面に形成された第一裏面側凹条１１７と第二裏面側凹条２１７とで形成される空間である。すなわち、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の一方の面において、第一帯状凸部１１０と第二帯状凸部１２０との間に第一凸条１１３，１１３…が形成され、第三帯状凸部２１０と第四帯状凸部２２０との間に第二凸条２１３，２１３…が形成されることにより、他方の面側に第一裏面側凹条１１７及び第二裏面側凹条２１７が形成されているので、該第一裏面側凹条１１７と第二裏面側凹条２１７とで形成された空間は、伝熱部（第一伝熱部１００、第二伝熱部２００）の短手方向において形成され、第一裏面側凹条１１７及び第二裏面側凹条２１７の長手方向において、蛇行して形成されている。なお、第一裏面側凸条１１６と第二裏面側凸条とは、一方の面側の第一凸条１１３，１１３…及び第二凸条２１３，２１３…と同様に、互いに交差して部分的に接触した状態となっている。

また、図９に示す如く、第一裏面側環状凸部１０５ｂと第五裏面側環状凸部２０５ｂとも接触しており、交互に配設される第一開口１０１と第五開口２０１とが連なって、一次流体Ａを一次流体流通空間３０から流出させる一次流体流出路２２が形成されている。すなわち、第一裏面側環状凸部１０５ｂと第五裏面側環状凸部２０５ｂとをロウ付けによって封着することで、第一開口１０１及び第五開口２０１（一次流体流出路２２）と二次流体流通空間４０との間で一次流体Ａ及び二次流体Ｂが流通するのを防止している。

一方、第二環状凹部１０６ａの裏面側の環状凸部（第二裏面側環状凸部）１０６ｂと、第六環状凹部２０６ａの裏面側の環状凸部（第六裏面側環状凸部）２０６ｂとも接触しており、交互に配設される第二開口１０２と第六開口２０２とが連なって、一次流体Ａを流入させる一次流体流入路２１が形成されている。すなわち、第二裏面側環状凸部１０６ｂと第六裏面側環状凸部２０６ｂとをロウ付けによって封着することで、第二開口１０２及び第六開口２０２（一次流体流入路２１）と二次流体流通空間４０との間で一次流体Ａ及び二次流体Ｂが流通するのを防止している。

第三環状凸部１０７ａの裏面側の環状凹部１０７ｂ（第三裏面側環状凹部）と第七環状凸部２０７ａの裏面側の環状凹部２０７ｂ（第七裏面側環状凹部）とは、図７に示す如く、互いに離間しており、二次流体流入路３１（第三開口１０３及び第七開口２０３）から二次流体流通空間４０（上流側一次流体流通路Ｕ）に二次流体Ｂを流入させることができるようになっている。また、第四環状凸部１０８ａの裏面側の環状凹部１０８ｂ（第四環状凹部）と第八環状凸部２０８ａの裏面側の環状凹部２０８ｂ（第八裏面側環状凹部）とは、互いに離間しており、二次流体流通空間４０（下流側一次流体流通路Ｄ）から流れてくる二次流体Ｂを第四開口１０４と第八開口２０４が連なって形成される二次流体流出路３２に流出させることができるようになっている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器は、図７乃至図９に示す如く、上記構成の伝熱プレート１０，２０，１０，２０…（第一伝熱プレート１０及び第二伝熱プレート２０）に加え、当該プレート式熱交換器のフレームを構成する一対のフレーム板６０ａ，６０ｂを備えており、積層状態にある複数枚の伝熱プレート１０，２０，１０，２０…をこの一対のフレーム板６０ａ，６０ｂで挟み込んだ態様で形成されている。本実施形態に係る一方のフレーム板６０ａは、前記第一開口１０１（第五開口２０１）、第二開口１０２（第六開口２０２）、第三開口１０３（第七開口２０３）、及び第四開口１０４（第八開口２０４）の配置に対応するように四つの開口が設けられており、各開口縁部には配管を接続するための筒状部Ｐが延設されている。

各フレーム板６０ａ，６０ｂについても、第一伝熱プレート１０及び第二伝熱プレート２０と同様に封止片部６１ａ，６１ｂが延設されており、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…を挟み込んだ状態で、各伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の第一及び第二封止片部１５０，２５０とフレーム板６０ａ，６０ｂの封止片部６１ａ，６１ｂとがロウ付けによって封着されている。

他方のフレーム板６０ｂと対向する第一伝熱プレート１０又は第二伝熱プレート２０は、一次流体流入路２１及び一次流体流出路２２を形成するための開口（本実施形態においては、第一伝熱プレート１０であるので、第一開口１０１、第二開口１０２、第三開口１０３及び第四開口１０４）が設けられておらず、一次流体流入路２１及び一次流体流出路２２のエンドプレートとして機能するようになっている。また、一次流体流入路２１及び一次流体流出路２２のエンドプレートとして機能する伝熱プレート（第一伝熱プレート１０）と対向する第二伝熱プレート２０には、第七開口２０３及び第八開口２０４が設けられておらず、第五開口２０１及び第六開口２０２のみが開口しており、二次流体流入路３１及び二次流体流出路３２のエンドプレートとして機能するように構成されている。

本実施形態に係るプレート式熱交換器は、以上の構成からなり、以下にこのプレート式熱交換器の使用態様及び作用について説明する。

本実施形態に係るプレート式熱交換器は、室内を冷暖房する冷暖房システムに採用することができ、以下の説明において、冷暖房システムでの使用態様を一例にして説明する。

かかる冷暖房システムは、本実施形態に係るプレート式熱交換器によって熱交換された熱媒体（本実施形態においては二次流体Ｂ）を室内に設置した室内器に送り込み、室内器内で熱交換された該二次流体Ｂを再度プレート式熱交換器に戻すようにした熱媒循環式のものである。

より具体的に説明すると、本実施形態に係るプレート式熱交換器は、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の短手方向の一端（一側端）が上方に位置し、他側端が下方に位置するように配置される。すなわち、一次流体流入路２１が一次流体流出路２２よりも下方に位置する一方で、二次流体流入路３１が二次流体流出路３２よりも上方に位置するように配置される（図１参照）。そして、このような態様で配置された前記プレート式熱交換器の一次流体流入路２１に一次流体Ａ（冷房時には冷水、暖房時には温水）を流入させると共に、二次流体流入路３１に室内器から送られてくる二次流体Ｂ（例えば、フロン）を流入させる。

そうすると、一次流体Ａは、図１０に示す如く、下方に位置する一次流体流入路２１から各一次流体流通空間３０（上流側一次流体流通路Ｕ）に流れ込み、一旦伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の長手方向の他端側に流れた後に、仕切部５０の形成されていない他端の領域で流動方向が切り替わって下流側一次流体流通路Ｄに入り込んで一次流体流出路２２から流出されることになる。つまり、冷水又は温水（一次流体Ａ）は、一次流体流入路２１から流入して伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の長手方向の他端側に流れた後に、一度だけターンして、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の長手方向の一端側に流れて一次流体流出路２２から流出することになる。このように冷水、又は温水Ａをターンさせるように流通させるようにすると、一次流体流入路２１から一次流体流出路２２に向けて直線的に冷水又は温水を流動させる場合に比して、一次流体流通空間３０内で冷水又は温水が流動する距離が長くなる。これにより、冷水又は温水の熱を第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００に効率的に伝達させることができる。つまり、冷水又は温水の熱をできるだけ多く第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００を介して二次流体流通空間４０内を流通する二次流体Ｂに作用させることができる。また、一次流体流通空間３０を流通する冷水又は温水を一度だけターンさせるだけであるので、冷水又は温水に対する圧力損失を極限に抑えることができる。

また、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄの流路幅がターンさせないようにしたときの流路の幅に比して狭くなるので、そのターンさせないときと同じ流入圧で冷水又は温水を流入させても、流速が高まることになる。これにより、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄ内での冷水又は温水の流速分布において、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００近傍と中央部分との差が少なくなるので、境膜伝熱係数が大きくなり、効率の高い伝熱作用を得ることになる。さらに、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄは、第一凹条１１４，１１４…と第二凹条２１４，２１４…とによって形成された空間であるので、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄで流通する冷水又は温水は、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００近傍において乱流状態となり、これによっても伝熱効率が高まる。

一方、二次流体Ｂは、室内の冷房時において、上方側に位置する二次流体流入路３１からフロンガスとして上流側一次流体流通路Ｕに流れ込むことになり、暖房時においては、二次流体流入路３１から液化フロンとして上流側二次流体流通路Ｘに流れ込むことになる。即ち、二次流体Ｂは、室内器内において室内の空気との熱交換が行われるため、冷房時において液化したフロンを室内器に送り込むと、空気との熱交換によって気化するので、二次流体流入路３１から二次流体流通空間４０内にガス化したフロンが流れ込むことになる。その一方で、暖房時において気化したフロンを室内器に送り込むと、空気との熱交換によって該フロンが凝縮されて液化することになり、二次流体流入路３１から二次流体流通空間４０内に液化したフロンが流れ込むことになる。

そうすると、図１１に示す如く、該上流側二次流体流通路Ｘ内の第一流動方向調整用凸部１２１ａと第二流動方向調整用凸部２２１ａとが第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の長手方向に延びるように形成されているので、該上流側二次流体流通路Ｘ内に流れ込んだ二次流体Ｂは、該二次流体Ｂの態様（液相状態であるか、気相状態であるか）に関係なく、上流側二次流体流通路Ｘ内の第一流動方向調整用凸部１２１ａと第二流動方向調整用凸部２２１ａに誘導され、伝熱プレート１０，２０，１０，２０…の一端から他端に向けて流れることになる。そして、上流側二次流体流通路Ｘに充満した二次流体Ｂは接続流通路Ｚを流れて下流側二次流体流通路Ｙに流れ込むことになる。このように、二次流体Ｂが上流側二次流体流通路Ｘから下流側二次流体流通路Ｙに向けて接続流通路Ｚを流動するに際し、冷房時においては一次流体流通空間３０において冷水が流通しているので、ガス化したフロンは下流側一次流体流通路Ｄに向かうにつれて凝縮され、下流側二次流体流通路Ｙに到達した時点或いはその前に完全に液化することになる。そして、暖房時においては一次流体流通空間３０において温水が流通しているので、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００から温水の熱が伝達され、液化したフロンは下流側二次流体流通路Ｙに向かうにつれて気化し、下流側二次流体流通路Ｙに到達した時点或いはその前において完全或いは略完全にガスになる。

そして、下流側二次流体流通路Ｙに到達した二次流体Ｂは、下流側二次流体流通路Ｙ内の第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の短手方向に延びるように形成された第一流動方向調整用凸部１２１ｂ及び第二流動方向調整用凸部２２１ｂに沿って流れ、下流側一次流体流通路Ｄにおける第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の最も他側端側（二次流体流通空間４０の最下部分）を通って、二次流体流出路３２から流出して再度室内器に送り込まれることになる。

上述のように、二次流体Ｂが上流側二次流体流通路Ｘから下流側二次流体流通路Ｙに向けて流動するに際し、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の表面（他方の面）に液膜が形成されることになるが、本実施形態に係るプレート式熱交換器は、二次流体Ｂを第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の短手方向に流動させるように構成しているので、液膜の膜厚を極めて薄くすることができ、二次流体Ｂに対する熱交換率を高めることができる。つまり、一次流体流通空間３０及び二次流体流通空間４０は、同じ第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００によって画定されているので、伝熱面積は同じであるが、流動長が二次流体Ｂの流動長が一次流体Ａの流動長よりも極めて短くなっているので、該二次流体Ｂの流通に伴う液膜の形成を抑制することができ、熱交換効率を低下させる原因の一つであった液膜の膜厚の増加を抑制することができ、一次流体Ａと二次流体Ｂとの熱交換を効率よく行うことができる。

特に、二次流体Ｂを上方から下方に向けて流動させると、伝熱面に形成される液膜は、下方に向かうにつれて厚くなり、流動長が長くなればなるほど、上方側の膜厚と下方側の膜厚が上方の膜厚に比して極めて厚くなるといった問題があるが、上述の如く、二次流体Ｂの流動長を短くすることで、上方側と下方側の膜厚差が小さくなり、伝熱面全体で均一な熱交換を行うことができる。つまり、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の縦横比の違いに着目して、一次流体Ａの流動方向と二次流体Ｂの流動方向とが交差方向となるようにすることで、熱交換を行うに際して流動長を長くすることが好ましい一次流体Ａ（単相型の熱媒体）と、流動長の長さを短くして液膜の形成を抑制する必要のある二次流体Ｂ（二相型の熱媒体）とを用いるようにしても、何れの条件に対しても満足させることができ、極めて効率のよい熱交換を行うことができる。

従って、室内の空気に対して熱交換を行うのに高効率で熱交換する必要のある二次流体Ｂを循環させる上記循環式の冷暖房装置であっても、本実施形態に係るプレート式熱交換器は十分な性能を発揮することができる。

以上のように、本実施形態に係るプレート式熱交換器は、一次流体Ａを流通させる一次流体流通空間３０に仕切部５０を設けることで、上流側一次流体流通路Ｕと下流側一次流体流通路Ｄとを形成し、一次流体Ａの流路を一度だけターン（Ｕターン）させるようにしたので、一次流体流入路２１から一次流体流出路２２に直接一次流体Ａを流通させる場合に比して、一次流体Ａが流通する流路幅が狭くなり、一次流体Ａの流速を速めて境膜伝熱係数を高めることができると共に、流動長を長くすることができ、一次流体Ａの熱を伝熱面に効率よく伝達させることができる。

また、一次流体流通空間３０を形成する第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の一方の面に、上流側一次流体流通路Ｕにおける流動方向、及び下流側一次流体流通路Ｄにおける一次流体Ａの流動方向と交差する方向に延びる第一凸条１１３，１１３…、第一凹条１１４，１１４…、第二凸条２１３，２１３…、及び第二凹条２１４，２１４…を形成するようにしたので、上流側一次流体流通路Ｕ及び下流側一次流体流通路Ｄで一次流体Ａを流通させるに際し、伝熱面近傍で乱流を発生させることができ、これによって伝熱効率を高めることができる。

また、一次流体流通空間３０と二次流体流通空間４０とを画定する第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００を長方形状に形成し、二次流体流通空間４０内で二次流体Ｂを短手方向に流通させるようにしたので、喩え二次流体Ｂに二相型の熱媒体を採用したとしても、伝熱面に形成される液膜の膜厚が厚くなるのを抑えることができる。さらに、二次流体流通空間４０内での二次流体Ｂの流動長を短くすることで、伝熱面に形成される液膜が上方側より下方側が厚くなるのを抑えることができ、伝熱面全体で効率のよい伝熱を行うことができる。

尚、本発明のプレート式熱交換器は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

即ち、上記実施形態において、一次流体Ａとして、水又は熱湯を採用するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、蓄熱性に優れた油等を採用することができる。

また、二次流体Ｂに二相型（熱交換によって気相と液相との間で変化するタイプ）のもの（フロン）を採用するようにしたが、これに限定されるものではなく、二次流体Ｂは、例えば、一次流体Ａと同様に、水又は熱湯を採用したり、蓄熱性に優れた油を採用したりするようにしてもよい。このようにしても、一次流体流通空間３０は、仕切部５０によって上流側一次流体流通路Ｕと下流側一次流体流通路Ｄとに画定され、一次流体Ａの流動長を長くすると共に、流速を高めることができ、二次流体Ｂに対する熱伝達効率を高くすることができる。

上記実施形態において、第一伝熱プレート１０の第一伝熱部１００及び第二伝熱プレート２０の第二伝熱部２００を長方形状に形成し、二次流体Ｂを第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の短手方向に流動させるようにして該二次流体Ｂの流動長をできるだけ短くするようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の何れについても縦横比を同一（正方形状）に形成するようにしてもよい。但し、上記実施形態の如く、二次流体Ｂに二相型のもの（伝熱面に対して液膜が形成されるもの）を採用する場合には、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００を長方形状に形成して、二次流体Ｂを短手方向に流動させることが好ましい。

上記実施形態において、第一伝熱プレート１０（第一伝熱部１００）に第一仕切用凸条部１０９を形成すると共に、第二伝熱プレート２０（第二伝熱部２００）に第二仕切用凸条部２０９を形成し、この第一仕切用凸条部１０９と第二仕切用凸条部２０９とで一次流体流通空間３０を仕切る仕切部５０を形成するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一伝熱部１００と第二伝熱部２００との間に、線状、或いは帯状にパッキン材を挟み込み、このパッキン材で仕切部５０を構成するようにしてもよい。

上記実施形態において、一次流体流通空間３０を画定する第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００に第一凸条１１３，１１３…、第一凹条１１４，１１４…、第二凸条２１３，２１３…及び第二凹条２１４，２１４…を形成し、一次流体流通空間３０を流通する一次流体Ａに乱流を発生させ、伝熱効率を高めるようにしてが、これに限定されるものではなく、例えば、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００を平板状に形成すると共に、第一伝熱部１００と第二伝熱部２００との間に仕切部５０を設けるようにしてもよい。このようにしても、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００を介して二次流体Ｂに熱伝達することができる。但し、効率の良い熱伝達を行うには、上記実施形態と同様に、第一凸条１１３，１１３…、第一凹条１１４，１１４…、第二凸条２１３，２１３…、及び第二凹条２１４，２１４…を形成することが好ましい。

上記実施形態において、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の短手方向が上下方向となり、且つ一次流体流入路２１を一次流体流出路２２よりも下方に位置するように上記構成のプレート式熱交換器を使用するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の長手方向が上下方向となるように上記構成のプレート式熱交換器を使用するようにしてもよい。但し、二次流体Ｂにフロン等の二相型のものを採用する場合には、第一伝熱部１００及び第二伝熱部２００の短手方向を上下方向にし、二次流体Ｂが上方から下方に向けて流動できる態様で使用することが好ましい。

上記実施形態において、二次流体流通空間４０を上流側二次流体流通路Ｘと、下流側二次流体流通路Ｙと、接続流通路Ｚとで構成するようにし、二次流体Ｂを一次流体Ａに対して直交する方向に流動させるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、一次流体Ａと同様に二次流体Ｂに単相型のものを採用する場合には、二次流体流通空間４０を一次流体流通空間５０と同様に仕切部で仕切るようにしても勿論よい。

上記実施形態において、一次流体Ａを熱媒体とし採用し、該一次流体Ａの熱を伝熱部（第一伝熱部１００、第二伝熱部２００）を介して二次流体Ｂに伝達させるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、二次流体Ｂを熱媒体とする一方で、一次流体Ａを二次流体Ｂから伝熱される被熱交換体とした使用態様であっても勿論よい。

図１は、本発明の一実施形態にかかるプレート式熱交換器の全体斜視図を示す。 図２は、同実施形態にかかるプレート式熱交換器の概略分解斜視図を示す。 図３は、同実施形態にかかるプレート式熱交換器を構成する第一伝熱プレートの正面図（一方の面側から見た図）を示す。 図４は、同実施形態にかかるプレート式熱交換器を構成する第一伝熱プレートの背面図（他方の面側から見た図）を示す。 図５は、同実施形態にかかるプレート式熱交換器を構成する第二伝熱プレートの正面図（他方の面側から見た図）を示す。 図６は、同実施形態にかかるプレート式熱交換器を構成する第二伝熱プレートの背面図（一方の面側から見た図）を示す。 図７は、図１におけるＩ−Ｉ線断面図を示す。 図８は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。 図９は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示す。 図１０は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の一次流体流通空間内に一次流体を流通させた状態を説明するための説明図を示す。 図１１は、同実施形態に係るプレート式熱交換器の二次流体流通空間内に二次流体を流通させた状態を説明するための説明図を示す。

符号の説明

１０…第一伝熱プレート（伝熱プレート）、２０…第二伝熱プレート（伝熱プレート）、２１…一次流体流入路、２２…一次流体流出路、３０…一次流体流通空間（流通空間）、３１…二次流体流入路、３２…二次流体流出路、４０…二次流体流通空間（流通空間）、５０…仕切部、６０ａ，６０ｂ…フレーム板、６１ａ，６１ｂ…封止片部、１００…第一伝熱部（伝熱部）、１０１…第一開口、１０２…第二開口、１０３…第三開口、１０４…第四開口、１０５ａ…第一環状凹部（環状凹部）、１０５ｂ…第一裏面側環状凸部（環状凸部）、１０６ａ…第二環状凹部（環状凹部）、１０６ｂ…第二裏面側環状凸部（環状凸部）、１０７ａ…第三環状凸部（環状凸部）、１０７ｂ…第三裏面側環状凹部（環状凹部）、１０８ａ…第四環状凸部（環状凸部）、１０８ｂ…第四裏面側環状凹部（環状凹部）、１０９…第一仕切用凸条部（凸条）、１１０…第一帯状凸部、１１１ａ，１１１ｂ…第一調整凸部形成凹部、１１３…第一凸条（凸条）、１１４…第一凹条（凹条）、１１５…第一仕切凸条形成凹条、１１６…第一裏面側凸条（凸条）、１１７…第一裏面側凹条（凹条）、１１８…第一裏面側帯状凹部（凹部）１１９…第二裏面側帯状凹部、１２０…第二帯状凸部、１２１ａ，１２１ｂ…第一流動方向調整用凸部（凸部）、１５０…第一封止片部、２００…第二伝熱部、２０１…第五開口、２０２…第六開口、２０３…第七開口、２０４…第八開口、２０５ａ…第五環状凹部（環状凹部）、２０５ｂ…第五裏面側環状凸部（環状凸部）、２０６ａ…第六環状凹部（環状凹部）、２０６ｂ…第六裏面側環状凸部（環状凸部）、２０７ａ…第七環状凸部（環状凸部）、２０７ｂ…第七裏面側環状凹部（環状凹部）、２０８ａ…第八環状凸部（環状凸部）、２０８ｂ…第八裏面側環状凹部（環状凹部）、２０９…第二仕切用凸条部（凸条）、２１０…第三帯状凸部、２１１ａ，２１１ｂ…第二調整凸部形成凹部、２１３…第二凸条、２１４…第二凹条、２１５…第二仕切凸条形成凹条、２１６…第二裏面側凸条（凸条）、２１７…第二裏面側凹条（凹条）、２１８…第三裏面側帯状凹部（凹部）、２１９…第四裏面側帯状凹部（凹部）、２２０…第四帯状凸部、２２１ａ，２２１ｂ…第二流動方向調整用凸部（凸部）、２５０…第二封止片部、Ａ…一次流体、Ｂ…二次流体、Ｄ…下流側一次流体流通路、、Ｕ…上流側一次流体流通路、Ｄ１…第一下流側領域、Ｄ２…第二下流側領域、Ｕ１…第一上流側領域、Ｕ２…第二上流側領域、Ｘ…上流側二次流体流通路、Ｙ…下流側二次流体流通路、Ｚ…接続流通路、Ｐ…筒状部

Claims (3)

1. 複数枚の伝熱プレートが積層され、伝熱プレート間に一次流体を流通させる一次流体流通空間と、二次流体を流通させる二次流体流通空間とが各伝熱プレートを境にして交互に形成され、前記一次流体を一次流体流通空間に流入させる一次流体流入路、及び一次流体流通空間から流出させる一次流体流出路が伝熱プレートの一端に沿って並設され、前記二次流体を二次流体流通空間に流入させる二次流体流入路、及び二次流体流通空間から流出させる二次流体流出路が伝熱プレートの他端に沿って並設され、伝熱プレートを介して一次流体と二次流体との間で熱交換させるプレート式熱交換器において、一次流体流通空間を形成する伝熱プレート間には、一次流体流通空間を、一次流体流入路に連通する上流側一次流体流通路と、一次流体流出路に連通する下流側一次流体流通路とに画するように、一次流体流入路と一次流体流出路との間を通って伝熱プレートの一端から他端側に延びる仕切部が形成され、仕切部は、上流側一次流体流通路と下流側一次流体流通路とを伝熱プレートの他端側で連通させるように形成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 一次流体流通空間を形成する伝熱プレートの伝熱面には、上流側一次流体流通路及び下流側一次流体流通路を横切る複数の凹条及び凸条が形成されていることを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。
3. 前記二次流体には、熱交換に伴って相変化を起こす二相型のものが採用され、二次流体流通空間は、二次流体流入路から伝熱プレートの一端に向けて延びる上流側二次流体流通路と、二次流体流出路から伝熱プレートの一端に向けて延びる下流側二次流体流通路と、上流側二次流体流通路と下流側二次流体流通路とを接続する接続流通路とで構成され、二次流体流通空間を形成する伝熱プレートの伝熱面には、上流側二次流体流通路から下流側二次流体流通路にかけて延びる複数の凹条及び凸条が、伝熱プレートの一端から他端に向けて並列に形成され、前記接続流通路が前記凹条によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプレート式熱交換器。

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