WO2024204281A1

WO2024204281A1 - 熱交換器及び冷凍装置

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Publication number: WO2024204281A1
Application number: PCT/JP2024/012112
Authority: WO
Inventors: 大介馬場; 航寺井; 誠小島; 知恵江村
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2023-03-31
Filing date: 2024-03-26
Publication date: 2024-10-03
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP2024146841A; CN120418603A; EP4462065A1; US20250362064A1; EP4462065A4

Abstract

第２流体層（30）には、相変化を伴う第２流体が流れる。第２流体通路（31）は、少なくとも１回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）と、第１流路区間（R1）とは異なる第２流路区間（R2）と、に少なくとも分割される。第１流路区間（R1）は、凝縮出口側又は蒸発入口側に位置する。第１流路区間（R1）の流路断面積は、第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さい。

Description

熱交換器及び冷凍装置

　本開示は、熱交換器及び冷凍装置に関するものである。

　特許文献１には、加熱流体である冷媒の流路を、数回の折り返し構造により長くすることで、伝熱面積を確保して熱交換の効率を高めるようにしたプレート熱交換器が開示されている。

特開２００２－２６７２８９号公報

　ところで、特許文献１のプレート熱交換器を凝縮器として使用する場合、加熱流体である冷媒が下流側に向かうにつれて凝縮することで、冷媒の乾き度が小さくなる。そのため、ガス冷媒から液冷媒へと密度が変化することで、加熱流体の下流側において流速が低くなってしまい、熱伝達率が低下するという問題がある。

　本開示の目的は、流体通路の流れ方向の端部において流体の流速が低くなることによる熱伝達率の低下を抑えることにある。

　本開示の第１の態様は、第１流体が流れる第１流体通路（21）を有する第１流体層（20）と、相変化を伴う第２流体が流れる第２流体通路（31）を有する第２流体層（30）と、が交互に積層され、前記第１流体と前記第２流体とを熱交換させる熱交換器であって、前記第２流体通路（31）は、Ｎを２以上の自然数とする（Ｎ－１）回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）から第Ｎ流路区間（RN）までの複数の流路区間に分割され、前記第１流路区間（R1）は、凝縮出口側又は蒸発入口側に位置し、前記第Ｎ流路区間（RN）は、凝縮入口側又は蒸発出口側に位置し、前記第１流路区間（R1）の流路断面積は、前記第Ｎ流路区間（RN）の流路断面積よりも小さい。

　第１の態様では、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることで、第１流路区間（R1）を流れる第２流体の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　本開示の第２の態様は、第１の態様の熱交換器において、前記第１流路区間（R1）の流路断面積は、前記第Ｎ流路区間（RN）の流路断面積の２５％以下である。

　第２の態様では、第１流路区間（R1）の流路断面積を適切に設定することで、第１流路区間（R1）を流れる第２流体の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　本開示の第３の態様は、第１又は２の態様の熱交換器において、前記第１流路区間（R1）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第１単位通路（r1）が複数設けられ、前記第Ｎ流路区間（RN）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第Ｎ単位通路（rN）が複数設けられ、前記第１単位通路（r1）の流路断面積は、前記第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積と略同じであり、前記第１単位通路（r1）の本数は、前記第Ｎ単位通路（rN）の本数よりも少ない。

　第３の態様では、第１単位通路（r1）の流路断面積を第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積と略同じにし、第１単位通路（r1）の本数を第Ｎ単位通路（rN）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることができる。

　本開示の第４の態様は、第１又は２の態様の熱交換器において、前記第１流路区間（R1）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第１単位通路（r1）が複数設けられ、前記第Ｎ流路区間（RN）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第Ｎ単位通路（rN）が複数設けられ、前記第１単位通路（r1）の本数は、前記第Ｎ単位通路（rN）の本数と略同じであり、前記第１単位通路（r1）の流路断面積は、前記第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積よりも小さい。

　第４の態様では、第１単位通路（r1）の本数を第Ｎ単位通路（rN）の本数と略同じにし、第１単位通路（r1）の流路断面積を第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることができる。

　本開示の第５の態様は、第１又は２の態様の熱交換器において、前記第１流路区間（R1）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第１単位通路（r1）が複数設けられ、前記第Ｎ流路区間（RN）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第Ｎ単位通路（rN）が複数設けられ、前記第１単位通路（r1）の流路断面積は、前記第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積よりも小さく、前記第１単位通路（r1）の本数は、前記第Ｎ単位通路（rN）の本数よりも少ない。

　第５の態様では、第１単位通路（r1）の流路断面積を第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積よりも小さくし、第１単位通路（r1）の本数を第Ｎ単位通路（rN）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることができる。

　本開示の第６の態様は、第１～５の態様の何れか１つの熱交換器において、Ｎは３以上の自然数であり、前記第Ｎ流路区間（RN）から前記第１流路区間（R1）に向かって流路断面積が徐々に小さくなる。

　第６の態様では、第Ｎ流路区間（RN）から第１流路区間（R1）に向かう第２流体の流速を上げて熱伝達率を向上させることで、効率良く熱交換を行うことができる。

　本開示の第７の態様は、第１～６の態様の何れか１つの熱交換器（10）と、前記熱交換器（10）が接続され、前記第２流体が流れる流体回路（1a）と、を備える冷凍装置である。

　第７の態様では、熱交換器（10）を備えた冷凍装置を提供できる。

図１は、本実施形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図２は、プレート熱交換器の構成を示す正面断面図である。図３は、第１流体層の構成を示す側面断面図である。図４は、第２流体層の構成を示す側面断面図である。図５は、図４のＡ－Ａ矢視断面図である。図６は、図４のＢ－Ｂ矢視断面図である。図７は、第１流路区間の流路断面積と、第２流路区間の流路断面積と、を示す正面断面図である。図８は、本実施形態１の変形例に係る第１流体層及び第２流体層の構成を示す図５相当図である。図９は、第１流体層及び第２流体層の構成を示す図６相当図である。図１０は、第１流路区間の流路断面積と、第２流路区間の流路断面積と、を示す正面断面図である。図１１は、本実施形態２に係る第２流体層の構成を示す側面断面図である。図１２は、第１流路区間の流路断面積と、第２流路区間の流路断面積と、を示す正面断面図である。図１３は、本実施形態２の変形例に係る第１流路区間の流路断面積と、第２流路区間の流路断面積と、を示す正面断面図である。図１４は、本実施形態３に係る第２流体層の構成を示す側面断面図である。図１５は、第１流路区間の流路断面積と、第２流路区間の流路断面積と、を示す正面断面図である。図１６は、本実施形態３の変形例に係る第１流路区間の流路断面積と、第２流路区間の流路断面積と、を示す正面断面図である。図１７は、本実施形態４に係る第２流体層の構成を示す側面断面図である。図１８は、本実施形態５に係る第２流体層の構成を示す側面断面図である。図１９は、本実施形態６に係る第２流体層の構成を示す側面断面図である。

　《実施形態１》
　図１に示すように、冷凍装置（1）は、第１流体と、相変化を伴う第２流体と、を熱交換する。第１流体は、例えば、水である。第２流体は、ガス冷媒と液冷媒とに相変化する冷媒である。第２流体は、例えば、プロパンである。

　冷凍装置（1）は、冷媒が充填された流体回路としての流体回路（1a）を有する。流体回路（1a）は、圧縮機（2）と、四方切換弁（3）と、減圧機構（4）と、空気熱交換器（5）と、プレート熱交換器（10）と、を有する。

　減圧機構（4）は、例えば、膨張弁である。空気熱交換器（5）は、例えば、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成される。流体回路（1a）は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う。

　四方切換弁（3）は、冷媒の循環方向を切り換える。四方切換弁（3）が図１に実線で示す状態の場合、空気熱交換器（5）が蒸発器、プレート熱交換器（10）が凝縮器として機能する。四方切換弁（3）が図１に破線で示す状態の場合、空気熱交換器（5）が凝縮器、プレート熱交換器（10）が蒸発器として機能する。

　以下では、空気熱交換器（5）が蒸発器、プレート熱交換器（10）が凝縮器として機能する場合について説明する。

　冷凍装置（1）は、例えば、給湯器である。プレート熱交換器（10）には、水回路（6）が接続される。水回路（6）は、タンク（7）を有する。プレート熱交換器（10）では、プレート熱交換器（10）を流れる冷媒と、水回路（6）を流れる水と、が熱交換される。プレート熱交換器（10）で熱交換された水は、タンク（7）に貯留される。タンク（7）には、流入管（8）と、流出管（9）と、が接続される。流入管（8）は、タンク（7）に水を流入する。流出管（9）は、タンク（7）に貯留された水を流出する。

　〈プレート熱交換器〉
　図２～図４に示すように、プレート熱交換器（10）は、第１流体層（20）と、第２流体層（30）と、を有する。第１流体層（20）と、第２流体層（30）と、は、厚み方向に交互に積層される。プレート熱交換器（10）は、第１流体と第２流体とを熱交換させる。

　第１流体層（20）は、第１流体通路（21）を有する。第１流体通路（21）には、第１流体としての水が流れる。なお、各図には、第１流体の流れを黒塗矢印線で示している。第１流体通路（21）は、図３で上下方向に延びる。

　第２流体層（30）は、第２流体通路（31）を有する。第２流体通路（31）には、第２流体としての相変化を伴う冷媒が流れる。なお、各図には、第２流体の流れを白塗矢印線で示している。第２流体通路（31）は、図４で左右方向に延びる。

　第２流体通路（31）は、Ｎを２以上の自然数とする（Ｎ－１）回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）から第Ｎ流路区間（RN）までの複数の流路区間に分割される。図４に示す例では、Ｎ＝４である。なお、第２流体通路（31）の詳細については後述する。

　プレート熱交換器（10）には、第１入口ヘッダ（11）と、第１出口ヘッダ（12）と、第２入口ヘッダ（13）と、第２出口ヘッダ（14）と、が設けられる。

　第１入口ヘッダ（11）は、プレート熱交換器（10）の図３で下側の位置において積層方向に延びる孔で形成される。第１入口ヘッダ（11）には、第１入口管（15）が接続される。第１入口管（15）は、第１流体としての水を、プレート熱交換器（10）に流入する。

　第１出口ヘッダ（12）は、プレート熱交換器（10）の図３で上側の位置において積層方向に延びる孔で形成される。第１出口ヘッダ（12）には、第１出口管（16）が接続される。第１出口管（16）は、第１入口ヘッダ（11）、第１流体通路（21）、及び第１出口ヘッダ（12）を通過した水を、プレート熱交換器（10）の外部に流出する。

　第２入口ヘッダ（13）は、プレート熱交換器（10）の図４で左上側の位置において積層方向に延びる孔で形成される。第２入口ヘッダ（13）には、第２入口管（17）が接続される。第２入口管（17）は、第２流体としての冷媒を、プレート熱交換器（10）に流入する。

　第２出口ヘッダ（14）は、プレート熱交換器（10）の図４で左下側の位置において積層方向に延びる孔で形成される。第２出口ヘッダ（14）には、第２出口管（18）が接続される。第２出口管（18）は、第２入口ヘッダ（13）、第２流体通路（31）、及び第２出口ヘッダ（14）を通過した冷媒を、プレート熱交換器（10）の外部に流出する。

　〈第１流体層〉
　図５及び図６にも示すように、第１流体層（20）は、一対の仕切板（22）と、第１枠状部材（23）と、第１スペーサ部材（25）と、を有する。

　一対の仕切板（22）は、厚み方向に間隔をあけて配置される。第１枠状部材（23）は、図３で上下方向に延びる矩形状の第１内部空間（24）を有する。第１枠状部材（23）は、一対の仕切板（22）の間に配置される。第１内部空間（24）は、仕切板（22）によって密閉される。

　第１スペーサ部材（25）は、第１内部空間（24）に配置される。第１スペーサ部材（25）は、波形状の板材で構成される。第１スペーサ部材（25）は、波形状の山と谷とが図５で左右方向に連続する姿勢で第１内部空間（24）に配置される。第１スペーサ部材（25）における波形状の山の頂部及び谷の底部は、仕切板（22）に当接する。これにより、第１スペーサ部材（25）と仕切板（22）とで仕切られた空間に、第１流体通路（21）が形成される。

　仕切板（22）、第１枠状部材（23）、及び後述する第２枠状部材（33）には、第１入口ヘッダ（11）、第１出口ヘッダ（12）、第２入口ヘッダ、及び第２出口ヘッダ（14）に対応する位置に、それぞれ貫通孔が設けられる。なお、プレート熱交換器（10）の外壁面を構成する仕切板（22）には、貫通孔が設けられていない。これらの貫通孔が積層方向に連続的に繋がることで、第１入口ヘッダ（11）、第１出口ヘッダ（12）、第２入口ヘッダ、及び第２出口ヘッダ（14）が構成される。

　〈第２流体層〉
　第２流体層（30）は、一対の仕切板（22）と、第２枠状部材（33）と、第２スペーサ部材（35）と、を有する。

　一対の仕切板（22）は、厚み方向に間隔をあけて配置される。なお、本実施形態では、第２流体層（30）の仕切板（22）を、第２流体層（30）に隣接する第１流体層（20）の仕切板（22）と共通で用いる。

　第２枠状部材（33）は、図４で上下方向に延びる矩形状の第２内部空間（34）を有する。第２枠状部材（33）は、一対の仕切板（22）の間に配置される。第２内部空間（34）は、一対の仕切板（22）によって密閉される。

　第２内部空間（34）には、第１折り返し部（36）と、第２折り返し部（37）と、第３折り返し部（38）と、が設けられる。第１折り返し部（36）と、第２折り返し部（37）と、第３折り返し部（38）とは、図４で上下方向に間隔をあけて配置される。

　第１折り返し部（36）は、第２内部空間（34）における図４で左側の内壁面から右方に向かって延びる。第１折り返し部（36）の右端部と、第２内部空間（34）の右側の内壁面との間には、隙間が設けられる。第１折り返し部（36）と、第２内部空間（34）の下側の内壁面との空間は、第２出口ヘッダ（14）に連通する。

　第２折り返し部（37）は、第１折り返し部（36）よりも上方に配置される。第２折り返し部（37）は、第２内部空間（34）における図４で右側の内壁面から左方に向かって延びる。第２折り返し部（37）の左端部と、第２内部空間（34）における左側の内壁面との間には、隙間が設けられる。

　第３折り返し部（38）は、第２折り返し部（37）よりも上方に配置される。第３折り返し部（38）は、第２内部空間（34）における図４で左側の内壁面から右方に向かって延びる。第３折り返し部（38）の右端部と、第２内部空間（34）における右側の内壁面との間には、隙間が設けられる。第３折り返し部（38）と、第２内部空間（34）における上側の内壁面との空間は、第２入口ヘッダ（13）に連通する。

　これにより、第２流体通路（31）は、第１折り返し部（36）、第２折り返し部（37）、及び第３折り返し部（38）によって形成された折り返し構造によって、第１流路区間（R1）と、第２流路区間（R2）と、第３流路区間（R3）と、第４流路区間（R4）と、に分割される。第２流体通路（31）を折り返し構造とすることで、伝熱面積を増やすことができる。

　第１流路区間（R1）は、第２内部空間（34）の下側の内壁面と第１折り返し部（36）との間の空間である。これにより、第１流路区間（R1）は、凝縮器として機能するプレート熱交換器（10）の凝縮出口側に位置する。このとき、第４流路区間（R4）は、プレート熱交換器（10）の凝縮入口側に位置する。

　なお、プレート熱交換器（10）を蒸発器として機能させる場合、第１流路区間（R1）は、蒸発入口側に位置する。このとき、第４流路区間（R4）は、プレート熱交換器（10）の蒸発出口側に位置する。

　第２流路区間（R2）は、第２内部空間（34）における第１折り返し部（36）と第２折り返し部（37）との間の空間である。第３流路区間（R3）は、第２内部空間（34）における第２折り返し部（37）と第３折り返し部（38）との間の空間である。第４流路区間（R4）は、第２内部空間（34）の上側の内壁面と第３折り返し部（38）との間の空間である。

　第２スペーサ部材（35）は、第２内部空間（34）に配置される。第２スペーサ部材（35）は、波形状の板材で構成される。第２スペーサ部材（35）は、波形状の山と谷とが図６で上下方向に連続する姿勢で第２内部空間（34）に配置される。第２スペーサ部材（35）における波形状の山の頂部及び谷の底部は、仕切板（22）に当接する。これにより、第２スペーサ部材（35）と仕切板（22）とで仕切られた空間に、第２流体通路（31）が形成される。

　第２スペーサ部材（35）は、第１流路区間（R1）と、第２流路区間（R2）と、第３流路区間（R3）と、第４流路区間（R4）と、にそれぞれ配置される。第２スペーサ部材（35）では、図４の左右方向に冷媒が流通する。

　これにより、第２入口管（17）及び第２入口ヘッダ（13）から流入した冷媒は、第４流路区間（R4）の第２流体通路（31）を通過した後、第３折り返し部（38）と第２内部空間（34）の内壁面との隙間を通って、第３流路区間（R3）に向かって流れる。

　第３流路区間（R3）の第２流体通路（31）を通過した冷媒は、第２折り返し部（37）と第２内部空間（34）の内壁面との隙間を通って、第２流路区間（R2）に向かって流れる。

　第２流路区間（R2）の第２流体通路（31）を通過した冷媒は、第１折り返し部（36）と第２内部空間（34）の内壁面との隙間を通って、第１流路区間（R1）に向かって流れる。

　第１流路区間（R1）の第２流体通路（31）を通過した冷媒は、第２出口ヘッダ（14）及び第２出口管（18）を通ってプレート熱交換器（10）の外部に流出する。

　〈第１流路区間の流路断面積について〉
　ところで、プレート熱交換器（10）を凝縮器として使用する場合、加熱流体である冷媒が下流側に向かうにつれて凝縮することで、冷媒の乾き度が小さくなる。そのため、ガス冷媒から液冷媒へと密度が変化することで、加熱流体の下流側において流速が低くなってしまい、熱伝達率が低下するという問題がある。

　そこで、本実施形態では、第２流体通路（31）の凝縮出口において冷媒の流速が低くなることによる熱伝達率の低下を抑えることができるようにした。

　具体的に、図７に示すように、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第１流路区間（R1）とは異なる第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくするようにした。例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第１単位通路（r1）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間にそれぞれ形成される。

　第２流路区間（R2）には、複数の第２単位通路（r2）が設けられる。第２単位通路（r2）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第２単位通路（r2）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間にそれぞれ形成される。

　第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）の流路断面積と略同じである。また、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）の本数よりも少ない。

　このように、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）を流れる冷媒の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　なお、本実施形態では、２回以上の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）、第２流路区間（R2）、第３流路区間（R3）、及び第４流路区間（R4）を含むように分割される。そのため、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）、第３流路区間（R3）、第４流路区間（R4）のうち最も流路断面積が大きい流体区間の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　－実施形態１の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることで、第１流路区間（R1）を流れる第２流体の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　本実施形態の特徴によれば、第１流路区間（R1）の流路断面積を適切に設定することで、第１流路区間（R1）を流れる第２流体の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　本実施形態の特徴によれば、第１単位通路（r1）の流路断面積を第２単位通路（r2）の流路断面積と略同じにし、第１単位通路（r1）の本数を第２単位通路（r2）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることができる。

　本実施形態の特徴によれば、熱交換器（10）と、熱交換器（10）が接続され、第２流体が流れる流体回路（1a）と、を備える。これにより、熱交換器（10）を備えた冷凍装置（1）を提供できる。

　《実施形態１の変形例》
　以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

　図８及び図９に示すように、第１流体層（20）は、一対の仕切板（22）と、第１枠状部材（23）と、第１スペーサ部材（25）と、を有する。一対の仕切板（22）は、厚み方向に間隔をあけて配置される。第１枠状部材（23）は、一対の仕切板（22）の間に配置される。

　第１スペーサ部材（25）は、隣接する仕切板（22）の一方に一体形成された複数の突起部で構成される。第１スペーサ部材（25）の突起部は、図８で左右方向に間隔をあけて複数設けられる。第１スペーサ部材（25）における突起部の先端部は、隣接する仕切板（22）の他方に当接する。これにより、第１スペーサ部材（25）と仕切板（22）とで仕切られた空間に、第１流体通路（21）が形成される。

　第２流体層（30）は、一対の仕切板（22）と、第２枠状部材（33）と、第２スペーサ部材（35）と、を有する。

　一対の仕切板（22）は、厚み方向に間隔をあけて配置される。なお、本実施形態では、第２流体層（30）の仕切板（22）を、第２流体層（30）に隣接する第１流体層（20）の仕切板（22）と共通で用いている。第２枠状部材（33）は、一対の仕切板（22）の間に配置される。

　第２スペーサ部材（35）は、複数の溝部を有する板材で構成される。複数の溝部は、図９で上下方向に間隔をあけて配置される。第２スペーサ部材（35）は、仕切板（22）に当接する。これにより、第２スペーサ部材（35）の溝部と仕切板（22）とで仕切られた空間に、第２流体通路（31）が形成される。

　図１０に示すように、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第１流路区間（R1）とは異なる第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくしている。例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　具体的に、第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第１単位通路（r1）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成される。

　第２流路区間（R2）には、複数の第２単位通路（r2）が設けられる。第２単位通路（r2）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第２単位通路（r2）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成される。

　ここで、第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）の流路断面積と略同じである。また、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）の本数よりも少ない。

　《実施形態２》
　以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

　図１１及び図１２に示すように、第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第１単位通路（r1）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間にそれぞれ形成される。

　ここで、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）の本数と略同じである。また、第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）の流路断面積よりも小さい。

　これにより、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第１流路区間（R1）とは異なる第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくすることができる。また、第２流路区間（R2）の流路断面積は、第３流路区間（R3）の流路断面積よりも小さい。第３流路区間（R3）の流路断面積は、第４流路区間（R4）の流路断面積よりも小さい。このように、第４流路区間（R4）から第１流路区間（R1）に向かって流路断面積が徐々に小さくなる。ここで、例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第４流路区間（R4）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　なお、第３流路区間（R3）の流路断面積は、第２流路区間（R2）の流路断面積と略同じであってもよい。

　また、第１流路区間（R1）の流路断面積と、第２流路区間（R2）の流路断面積とが略同じであってもよい。このようにすれば、第１流路区間（R1）及び第２流路区間（R2）において第２流体の流速を上げることができる。特に、プレート熱交換器（10）内において、過冷却状態の第２流体が占める割合が大きい場合に、第１流体との熱交換を効率的に行うことができる。

　なお、第１単位通路（r1）及び第２単位通路（r2）の本数を、第４単位通路（r4）の本数と略同じにし、第１単位通路（r1）及び第２単位通路（r2）の流路断面積を第４単位通路（r4）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）及び第２流路区間（R2）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　また、第１単位通路（r1）及び第２単位通路（r2）の流路断面積を第４単位通路（r4）の流路断面積よりも小さくし、第１単位通路（r1）及び第２単位通路（r2）の本数を第４単位通路（r4）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　－実施形態２の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１単位通路（r1）の本数を第２単位通路（r2）の本数と略同じにし、第１単位通路（r1）の流路断面積を第２単位通路（r2）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることができる。

　また、第４流路区間（R4）から第１流路区間（R1）に向かう第２流体の流速を上げて熱伝達率を向上させることで、効率良く熱交換を行うことができる。

　また、例えば、気液二相状態で第２内部空間（34）に流入した第２流体の乾き度の変化に対応して、流路断面積を変化させるようにすれば、気液二相域での熱交換を効率良く行うことができる。

　《実施形態２の変形例》
　以下、前記実施形態１の変形例と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

　図１３に示すように、第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第１単位通路（r1）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成される。

　これにより、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第１流路区間（R1）とは異なる第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくすることができる。例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　《実施形態３》
　以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

　図１４及び図１５に示すように、第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第１単位通路（r1）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間にそれぞれ形成される。

　ここで、第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）の流路断面積よりも小さい。また、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）の本数よりも少ない。

　－実施形態３の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１単位通路（r1）の流路断面積を第２単位通路（r2）の流路断面積よりも小さくし、第１単位通路（r1）の本数を第２単位通路（r2）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくすることができる。

　《実施形態３の変形例》
　以下、前記実施形態３の変形例と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

　図１６に示すように、第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第１単位通路（r1）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成される。

　《実施形態４》
　図１７に示すように、第２流体通路（31）は、Ｎを２以上の自然数とする（Ｎ－１）回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）から第Ｎ流路区間（RN）までの複数の流路区間に分割される。図１７に示す例では、Ｎ＝２である。

　第２内部空間（34）には、第１折り返し部（36）が設けられる。第１折り返し部（36）は、第２内部空間（34）における図４で左側の内壁面から右方に向かって延びる。第１折り返し部（36）の右端部と、第２内部空間（34）の右側の内壁面との間には、隙間が設けられる。

　第１折り返し部（36）と、第２内部空間（34）の下側の内壁面との空間は、第１流路区間（R1）である。第１流路区間（R1）は、第２出口ヘッダ（14）に連通する。第１折り返し部（36）と、第２内部空間（34）における上側の内壁面との空間は、第２流路区間（R2）である。第２流路区間（R2）は、第２入口ヘッダ（13）に連通する。

　これにより、第２流体通路（31）は、第１折り返し部（36）によって形成された１回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）と、第２流路区間（R2）と、に分割される。

　第１流路区間（R1）は、凝縮器として機能するプレート熱交換器（10）の凝縮出口側に位置する。このとき、第２流路区間（R2）は、プレート熱交換器（10）の凝縮入口側に位置する。

　なお、プレート熱交換器（10）を蒸発器として機能させる場合、第１流路区間（R1）は、蒸発入口側に位置する。このとき、第２流路区間（R2）は、プレート熱交換器（10）の蒸発出口側に位置する。

　第１流路区間（R1）には、複数の第１単位通路（r1）が設けられる。第１単位通路（r1）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第２流路区間（R2）には、複数の第２単位通路（r2）が設けられる。第２単位通路（r2）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。

　ここで、前記実施形態１（図７参照）において説明したように、第１単位通路（r1）及び第２単位通路（r2）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間で形成すればよい。

　なお、前記実施形態１の変形例（図１０参照）において説明したように、第１単位通路（r1）及び第２単位通路（r2）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成するようにしてもよい。

　図１７に示す例では、第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）の流路断面積と略同じである。また、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）の本数よりも少ない。

　これにより、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくすることができる。例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　なお、第１単位通路（r1）の本数を第２単位通路（r2）の本数と略同じにし、第１単位通路（r1）の流路断面積を第２単位通路（r2）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　また、第１単位通路（r1）の流路断面積を第２単位通路（r2）の流路断面積よりも小さくし、第１単位通路（r1）の本数を第２単位通路（r2）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　－実施形態４の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）を流れる冷媒の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　《実施形態５》
　図１８に示すように、第２流体通路（31）は、Ｎを２以上の自然数とする（Ｎ－１）回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）から第Ｎ流路区間（RN）までの複数の流路区間に分割される。図１８に示す例では、Ｎ＝４である。

　第２内部空間（34）には、第１折り返し部（36）と、第２折り返し部（37）と、第３折り返し部（38）と、が設けられる。第１折り返し部（36）と、第２折り返し部（37）と、第３折り返し部（38）とは、図１８で上下方向に間隔をあけて配置される。

　これにより、第２流体通路（31）は、第１折り返し部（36）、第２折り返し部（37）、及び第３折り返し部（38）によって形成された３回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）と、第２流路区間（R2）と、第３流路区間（R3）と、第４流路区間（R4）と、に分割される。

　第１流路区間（R1）は、凝縮器として機能するプレート熱交換器（10）の凝縮出口側に位置する。このとき、第４流路区間（R4）は、プレート熱交換器（10）の凝縮入口側に位置する。

　第３流路区間（R3）には、複数の第３単位通路（r3）が設けられる。第３単位通路（r3）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第４流路区間（R4）には、複数の第４単位通路（r4）が設けられる。第４単位通路（r4）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。

　ここで、前記実施形態１（図７参照）において説明したように、第１単位通路（r1）、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、及び第４単位通路（r4）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間で形成すればよい。

　なお、前記実施形態１の変形例（図１０参照）において説明したように、第１単位通路（r1）、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、及び第４単位通路（r4）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成するようにしてもよい。

　図１８に示す例では、第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、及び第４単位通路（r4）の流路断面積と略同じである。また、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、及び第４単位通路（r4）の本数よりも少ない。

　これにより、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）、第３流路区間（R3）、及び第４流路区間（R4）の流路断面積よりも小さくすることができる。なお、図１８に示す例では、第２流路区間（R2）、第３流路区間（R3）、及び第４流路区間（R4）の流路断面積は略同じである。ここで、例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第４流路区間（R4）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　なお、第１単位通路（r1）の本数を第４単位通路（r4）の本数と略同じにし、第１単位通路（r1）の流路断面積を第４単位通路（r4）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　また、第１単位通路（r1）の流路断面積を第４単位通路（r4）の流路断面積よりも小さくし、第１単位通路（r1）の本数を第４単位通路（r4）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　－実施形態５の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第４流路区間（R4）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）を流れる冷媒の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　《実施形態６》
　図１９に示すように、第２流体通路（31）は、Ｎを２以上の自然数とする（Ｎ－１）回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）から第Ｎ流路区間（RN）までの複数の流路区間に分割される。図１９に示す例では、Ｎ＝６である。

　第２内部空間（34）には、第１折り返し部（36）と、第２折り返し部（37）と、第３折り返し部（38）と、第４折り返し部（39）と、第５折り返し部（40）と、が設けられる。第１折り返し部（36）と、第２折り返し部（37）と、第３折り返し部（38）と、第４折り返し部（39）と、第５折り返し部（40）とは、図１９で上下方向に間隔をあけて配置される。

　これにより、第２流体通路（31）は、第１折り返し部（36）、第２折り返し部（37）、第３折り返し部（38）、第４折り返し部（39）と、第５折り返し部（40）とによって形成された５回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）と、第２流路区間（R2）と、第３流路区間（R3）と、第４流路区間（R4）と、第５流路区間（R5）と、第６流路区間（R6）と、に分割される。

　第１流路区間（R1）は、凝縮器として機能するプレート熱交換器（10）の凝縮出口側に位置する。このとき、第６流路区間（R6）は、プレート熱交換器（10）の凝縮入口側に位置する。

　なお、プレート熱交換器（10）を蒸発器として機能させる場合、第１流路区間（R1）は、蒸発入口側に位置する。このとき、第６流路区間（R6）は、プレート熱交換器（10）の蒸発出口側に位置する。

　第５流路区間（R5）には、複数の第５単位通路（r5）が設けられる。第５単位通路（r5）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。第６流路区間（R1）には、複数の第６単位通路（r6）が設けられる。第６単位通路（r6）は、流路断面積が略一定で冷媒の流れ方向に沿って延びる。

　ここで、前記実施形態１（図７参照）において説明したように、第１単位通路（r1）、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、第４単位通路（r4）、第５単位通路（r5）、及び第６単位通路（r6）は、波形状の第２スペーサ部材（35）における、隣接する山の頂部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間、及び隣接する谷の底部の間と仕切板（22）とで囲まれる空間で形成すればよい。

　なお、前記実施形態１の変形例（図１０参照）において説明したように、第１単位通路（r1）、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、第４単位通路（r4）、第５単位通路（r5）、及び第６単位通路（r6）は、第２スペーサ部材（35）の溝部と、仕切板（22）と、で囲まれる空間で形成するようにしてもよい。

　図１９に示す例では、第１単位通路（r1）の流路断面積は、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、第４単位通路（r4）、第５単位通路（r5）、及び第６単位通路（r6）の流路断面積と略同じである。また、第１単位通路（r1）の本数は、第２単位通路（r2）、第３単位通路（r3）、第４単位通路（r4）、第５単位通路（r5）、及び第６単位通路（r6）の本数よりも少ない。

　これにより、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第２流路区間（R2）、第３流路区間（R3）、第４流路区間（R4）、第５流路区間（R5）、及び第６流路区間（R6）の流路断面積よりも小さくすることができる。

　ここで、第２流路区間（R2）の流路断面積は、第３流路区間（R3）の流路断面積よりも小さい。第３流路区間（R3）の流路断面積は、第４流路区間（R4）の流路断面積よりも小さい。第４流路区間（R4）の流路断面積は、第５流路区間（R5）の流路断面積よりも小さい。第５流路区間（R5）の流路断面積は、第６流路区間（R6）の流路断面積よりも小さい。

　これにより、第６流路区間（R6）から第１流路区間（R1）に向かって流路断面積が徐々に小さくなる。ここで、例えば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第６流路区間（R6）の流路断面積の２５％以下とするのが好ましい。

　なお、第１単位通路（r1）の本数を第６単位通路（r6）の本数と略同じにし、第１単位通路（r1）の流路断面積を第６単位通路（r6）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　また、第１単位通路（r1）の流路断面積を第６単位通路（r6）の流路断面積よりも小さくし、第１単位通路（r1）の本数を第６単位通路（r6）の本数よりも少なくすることで、第１流路区間（R1）の流路断面積を小さくするようにしてもよい。

　なお、第２流路区間（R2）、第３流路区間（R3）、第４流路区間（R4）、第５流路区間（R5）、及び第６流路区間（R6）の流路断面積が略同じであってもよい。

　－実施形態６の効果－
　本実施形態の特徴によれば、第１流路区間（R1）の流路断面積を、第６流路区間（R6）の流路断面積よりも小さくすることで、第１流路区間（R1）を流れる冷媒の流速を上昇させ、第１流路区間（R1）における熱伝達率の低下を抑えることができる。

　また、第６流路区間（R6）から第１流路区間（R1）に向かう第２流体の流速を上げて熱伝達率を向上させることで、効率良く熱交換を行うことができる。

　《その他の実施形態》
　以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。また、明細書及び特許請求の範囲の「第１」、「第２」、「第３」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

　以上説明したように、本開示は、熱交換器及び冷凍装置について有用である。

　 1　　冷凍装置
　1a　　冷媒回路（流体回路）
　10　　プレート熱交換器（熱交換器）
　20　　第１流体層
　21　　第１流体通路
　30　　第２流体層
　31　　第２流体通路
　r1　　第１単位通路
　r2　　第２単位通路
　r3　　第３単位通路
　r4　　第４単位通路
　R1　　第１流路区間
　R2　　第２流路区間

Claims

　第１流体が流れる第１流体通路（21）を有する第１流体層（20）と、相変化を伴う第２流体が流れる第２流体通路（31）を有する第２流体層（30）と、が交互に積層され、前記第１流体と前記第２流体とを熱交換させる熱交換器であって、
　前記第２流体通路（31）は、Ｎを２以上の自然数とする（Ｎ－１）回の折り返し構造によって、第１流路区間（R1）から第Ｎ流路区間（RN）までの複数の流路区間に分割され、
　前記第１流路区間（R1）は、凝縮出口側又は蒸発入口側に位置し、
　前記第Ｎ流路区間（RN）は、凝縮入口側又は蒸発出口側に位置し、
　前記第１流路区間（R1）の流路断面積は、前記第Ｎ流路区間（RN）の流路断面積よりも小さい
熱交換器。
　請求項１の熱交換器において、
　前記第１流路区間（R1）の流路断面積は、前記第Ｎ流路区間（RN）の流路断面積の２５％以下である
熱交換器。
　請求項１又は２の熱交換器において、
　前記第１流路区間（R1）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第１単位通路（r1）が複数設けられ、
　前記第Ｎ流路区間（RN）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第Ｎ単位通路（rN）が複数設けられ、
　前記第１単位通路（r1）の流路断面積は、前記第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積と略同じであり、
　前記第１単位通路（r1）の本数は、前記第Ｎ単位通路（rN）の本数よりも少ない
熱交換器。
　請求項１又は２の熱交換器において、
　前記第１流路区間（R1）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第１単位通路（r1）が複数設けられ、
　前記第Ｎ流路区間（RN）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第Ｎ単位通路（rN）が複数設けられ、
　前記第１単位通路（r1）の本数は、前記第Ｎ単位通路（rN）の本数と略同じであり、
　前記第１単位通路（r1）の流路断面積は、前記第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積よりも小さい
熱交換器。
　請求項１又は２の熱交換器において、
　前記第１流路区間（R1）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第１単位通路（r1）が複数設けられ、
　前記第Ｎ流路区間（RN）には、流路断面積が略一定で前記第２流体の流れ方向に沿って延びる第Ｎ単位通路（rN）が複数設けられ、
　前記第１単位通路（r1）の流路断面積は、前記第Ｎ単位通路（rN）の流路断面積よりも小さく、
　前記第１単位通路（r1）の本数は、前記第Ｎ単位通路（rN）の本数よりも少ない
熱交換器。
　請求項１～５の何れか１つの熱交換器において、
　Ｎは３以上の自然数であり、
　前記第Ｎ流路区間（RN）から前記第１流路区間（R1）に向かって流路断面積が徐々に小さくなる
熱交換器。
　請求項１～６の何れか１つの熱交換器（10）と、
　前記熱交換器（10）が接続され、前記第２流体が流れる流体回路（1a）と、を備える
冷凍装置。