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1. WO2020100276 - プレート式熱交換器、ヒートポンプ装置およびヒートポンプ式冷暖房給湯システム

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明 細 書

発明の名称 プレート式熱交換器、ヒートポンプ装置およびヒートポンプ式冷暖房給湯システム

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112  

符号の説明

0113  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26  

明 細 書

発明の名称 : プレート式熱交換器、ヒートポンプ装置およびヒートポンプ式冷暖房給湯システム

技術分野

[0001]
 本発明は、インナーフィンを備えたプレート式熱交換器、ヒートポンプ装置およびヒートポンプ式冷暖房給湯システムに関するものである。

背景技術

[0002]
 従来、複数の伝熱プレートがインナーフィンを介して積層され、伝熱プレートと伝熱プレートとの間に形成された各流路に交互に異なる流体を流し、伝熱プレートを介して熱交換する積層型のプレート式熱交換器がある(例えば、特許文献1参照)。
[0003]
 特許文献1においてプレート式熱交換器は、全体として直方体状に構成され、インナーフィンの短手方向の両端部には、伝熱プレートの両端部から立設した壁面との間に隙間を有している。このように隙間があると、流体がインナーフィンを流れず隙間に優先的に流れる不都合が生じる。そこで、特許文献1では、隙間に流体が流れてしまうのを抑制するため、隙間に壁面を設けている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2015-203508号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 特許文献1では、壁面を設けることによって、流体が隙間に優先的に流れてしまうことを抑制できる。これにより、流路における熱交換性を向上できる。
[0006]
 ところで、プレート式熱交換器においては、製造時の組立に際し、伝熱プレートに対するインナーフィンの位置決めを行う構造が求められているが、特許文献1ではインナーフィンの位置決めを行う構成が不明であった。
[0007]
 本発明は、このような点を鑑みなされたもので、流体の面内分配性能を改善しつつ、インナーフィンの位置決めを行うことが可能なプレート式熱交換器、ヒートポンプ装置およびヒートポンプ式冷暖房給湯システムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明に係るプレート式熱交換器は、複数積層された伝熱プレート間のそれぞれの空間によって流路が形成され、流路にインナーフィンが配置されたプレート式熱交換器であって、流路における流体の流れ方向を第1方向、第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、インナーフィンの第2方向の両端部と、伝熱プレートの第2方向の両端部との間の隙間に流体が流入することを妨げる第1凸部が伝熱プレートの流入側に設けられ、伝熱プレートの流出側には、インナーフィンを伝熱プレートに配置する際の位置決めを行う第2凸部が形成されており、第1凸部と第2凸部との間にインナーフィンが配置されるものである。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、インナーフィンの第2方向の両端部と、伝熱プレートの第2方向の両端部との間の隙間に流体が流入することを妨げる第1凸部が伝熱プレートの流入側に設けられているので、流路における流体の面内分配性能を改善できる。また、伝熱プレートの流出側には、インナーフィンを伝熱プレートに配置する際の位置決めを行う第2凸部が形成されており、第1凸部と第2凸部との間にインナーフィンが配置されるため、インナーフィンの位置決めを行える。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。
[図2] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の第1伝熱プレートの正面図である。
[図3] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の第2伝熱プレートの正面図である。
[図4] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。
[図5] 図4のA-A断面図である。
[図6] 図4のB-B断面における端面図である。
[図7] 図4のB-B断面図である。
[図8] 図4のC-C断面における端面図である。
[図9] 本発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。
[図10] 図9のB-B断面における端面図である。
[図11] 図9のC-C断面における端面図である。
[図12] 図9のプレート式熱交換器において変形例の伝熱プレートを用いた場合のA-A断面図である。
[図13] 図9のプレート式熱交換器において変形例の伝熱プレートを用いた場合のB-B断面における端面図である。
[図14] 図9のプレート式熱交換器において変形例の伝熱プレートを用いた場合のC-C断面における端面図である。
[図15] 本発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。
[図16] 図15の第1伝熱プレートの正面図である。
[図17] 図15のA-A断面図である。
[図18] 図15のB-B断面における端面図である。
[図19] 図15のC-C断面における端面図である。
[図20] 本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの一部正面斜視図である。
[図21] 図20のD-D断面図である。
[図22] 比較例として第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造を設けた場合のインナーフィンにおける流体の流速分布を示す図である。
[図23] 比較例として第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造を設けた場合のインナーフィンへの流入時の速度分布図である。
[図24] 本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器における第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造を設けない場合のインナーフィンへの流入時の速度分布図である。
[図25] 凹凸構造に加えて第1凸部を有する構成における、インナーフィンへの流入時の速度分布図である。
[図26] 本発明の実施の形態5に係るヒートポンプ式冷暖房給湯システムの構成を示す概略図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、発明の実施の形態に係るプレート式熱交換器について図面等を参照しながら説明する。ここで、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
[0012]
 また、以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」等)を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。また、本実施の形態1では、プレート式熱交換器100を正面視、つまりプレート式熱交換器100を伝熱プレートの積層方向に見た状態において、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」を使用する。また、「凹」と「凸」は、前方側に「凸」とし、後方側に凸の部分を「凹」とする。
[0013]
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の第1伝熱プレートの正面図である。図3は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の第2伝熱プレートの正面図である。図4は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。図4は斜視図であるものの実質的には正面図に近い図となっている。図5は、図4のA-A断面図である。図6は、図4のB-B断面における端面図である。図7は、図4のB-B断面図である。図8は、図4のC-C断面における端面図である。
[0014]
 本実施の形態1のプレート式熱交換器100は、図1に示すように、第1伝熱プレート1と第2伝熱プレート2とが交互に積層された構成を有し、隣接する伝熱プレート間の空間によって流路が形成されている。積層方向に並ぶ流路は、第1流体が流れる第1流路6と、第2流体が流れる第2流路7との交互になっている。そして、第1流路6にはインナーフィン4が配置され、第2流路7にはインナーフィン5が配置されている。このように、手前から順に、インナーフィン4、第1伝熱プレート1、インナーフィン5および第2伝熱プレート2が積層されて伝熱セット200が構成されている。第1伝熱プレート1、第2伝熱プレート2、インナーフィン4およびインナーフィン5はそれぞれ長板状に構成されている。
[0015]
 プレート式熱交換器100は、伝熱セット200が複数積層されて構成されており、第1流路6を流れる第1流体と第2流路7を流れる第2流体との間で熱交換を行う。積層された伝熱セット200同士の接触部分は、ロウ等により接合され、プレート式熱交換器100は、全体として直方体状に構成されている。
[0016]
 第1流体は、例えば水またはブライン液などである。第2流体は、例えば冷媒のR410A、R32、R290、HFOmixまたはCO などである。図1において実線矢印が第1流体、点線矢印が第2流体を示している。また、図1において流体の流れ方式は、第1流体と第2流体とが互いに逆方向に流れる向流形を示しているが、本発明はこの流れ方式に限定するものではない。流体の流れ方式は、第1流体と第2流体とが同一方向に流れる並流形としてもよい。
[0017]
 第1流体側の運転圧力は、第1流体を流すポンプの圧力であり、常々に低圧で運転されている。また、第2流体側の運転圧力は、第2流体の飽和圧力であり、常々に高圧で運転されている。
[0018]
 また、伝熱セット200の積層方向の最外面には、第1補強用サイドプレート3および第2補強用サイドプレート8が配置されている。図1において最前面に積層されている板が第1補強用サイドプレート3であり、最後面に積層されている板が第2補強用サイドプレート8である。
[0019]
 また、第1補強用サイドプレート3および第2補強用サイドプレート8は、図1に示すように長板状に構成されており、四隅の角がR状に形成されている。第1補強用サイドプレート3の四隅には流体の流入口または流出口となる円形状の孔が形成されている。そして、各孔の周縁には円筒形状の流入管または流出管が設けられている。詳しくは、第1補強用サイドプレート3の右下には第1流体が流入する第1流入管9、第1補強用サイドプレート3の左下には第1流体が流出する第1流出管10が設けられる。また、第1補強用サイドプレート3の左上には第2流体が流入する第2流入管11が設けられ、第1補強用サイドプレート3の右上には第2流体が流出する第2流出管12が設けられている。
[0020]
 なお、図1では、サイドプレートの肉厚が全面的に均一である構成を示しているが、均一の構成に限定するものではない。例えば、流入管および流出管付近のサイドプレートの肉厚は、それ以外の部分の肉厚より厚くする等としてもよい。
[0021]
 また、図1では、流入管および流出管が同一寸法を示しているが、これに限定されず、同一寸法でなくてもよい。
[0022]
 第1伝熱プレート1および第2伝熱プレート2には、第1流入管9、第1流出管10、第2流入管11および第2流出管12のそれぞれに対向して孔が形成されている。具体的には、第1伝熱プレート1には、図2に示すように右下に第1流体が流入する第1流入孔13が設けられ、左下に第1流体が流出する第1流出孔14が設けられる。第1伝熱プレート1の左上には第2流体が流入する第2流入孔15が設けられ、右上には第2流体が流出する第2流出孔16が設けられる。そして、第1伝熱プレート1において、第2流入孔15および第2流出孔16の周囲には円筒状の周壁Wが設けられており、第2流入孔15および第2流出孔16が第1流路6に連通しない構成となっている。これにより、第2流入孔15および第2流出孔16から第1流路6への第2流体の流入が阻止される。
[0023]
 また、第2伝熱プレート2には、図3に示すように右下には第1流体が流入する第1流入孔17が設けられ、左下には第1流体が流出する第1流出孔18が設けられる。第2伝熱プレート2の左上には第2流体が流入する第2流入孔19が設けられ、右上には第2流体が流出する第2流出孔20が設けられる。そして、第2伝熱プレート2において、第1流入孔17および第1流出孔18の周囲には円筒状の周壁Wが設けられており、第1流入孔17および第1流出孔18が第2流路7に連通しない構成となっている。これにより、第1流入孔17および第1流出孔18から第2流路7への第1流体の流入が阻止される。
[0024]
 なお、以下において、第1伝熱プレート1および第2伝熱プレート2を区別する必要がないときは、総称して「伝熱プレート」という。また、第1補強用サイドプレート3および第2補強用サイドプレート8を区別する必要がないときは、総称して「サイドプレート」という。また、第1流路6と第2流路7とを区別する必要がないときは、総称して「流路」という。
[0025]
 また、以下では、流体の流れ方向、つまり図1の左右方向を第1方向、第1方向に直交する方向、つまり図1の上下方向を第2方向という。
[0026]
 伝熱プレートは、図5に示すように平坦部30と平坦部30の第2方向の両端から外方に延びる外壁部31とを有しており、積層方向に隣接する伝熱プレートの外壁部31同士は接触している。そして、隣接する平坦部30同士の間のそれぞれには空間が形成され、この空間が第1流路6または第2流路7となっている。なお、図5において第1伝熱プレート1の上側が第1流路6であり、第1伝熱プレート1と第2伝熱プレート2との間が第2流路7である。また、図2および図3に示すように、伝熱プレートにおいて第1方向の両端部にはヘッダ部24が設けられている。
[0027]
 伝熱プレートは、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミ、銅およびそれら合金などの材質が用いられるが、以下では、ステンレス鋼を用いる場合で説明する。
[0028]
 インナーフィン4は、第1流路6の流路高さと同じ高さl1(図5参照)を有し、第1伝熱プレート1の平坦部30および第2伝熱プレート2の平坦部30に接触している。接触部分は、ロウ等により接合してもよいし、接合しなくてもよい。また、インナーフィン5は、第2流路7の流路高さと同じ高さl2(図5参照)を有し、第1伝熱プレート1の平坦部30および第2伝熱プレート2の平坦部30に接触している。なお、ここでは、インナーフィン4の高さl1をインナーフィン5の高さl2よりも高くしているが、それらの高さは同じであってもよいし、逆の関係としてもよい。
[0029]
 インナーフィンには、ここではオフセットフィンを用いている。オフセットフィンは、伝熱プレートに垂直な方向の縦壁32と伝熱プレートに平行な方向の横壁33とが第2方向に交互に連結されて波形に形成された波形部が、半波ずつずれて第1方向に並んで千鳥状に形成された構成を有する。なお、インナーフィンは、オフセットフィンに限定するものではなく、平板フィン型、波状フィン型、ルーバ型、コルゲートフィン型およびピンフィン型のいずれか一つ、または複数を組み合わせてもよい。
[0030]
 インナーフィン4の第2方向の両端部と、第1伝熱プレート1の第2方向の両端部、具体的には外壁部31との間には、プレート式熱交換器を自動組立で製造する都合上、隙間21が形成される。第1伝熱プレート1の第1流入孔13から第1流路6内に流入した第1流体は、インナーフィン4に流入する場合に比べて抵抗の少ない隙間21に流れ込み易い。このため、第1流体が第1流路6内に均一に流れず、隙間21に優先的に流れてしまい、熱交換性能が低下する。
[0031]
 そこで、第1伝熱プレート1において隙間21の上流側に第1凸部22を設けている。第1凸部22は、具体的にはインナーフィン4の流体流入側の端辺より上流側であって且つ第1伝熱プレート1の第2方向の両端部に設けられている。第1凸部22は、第1伝熱プレート1の平坦部30から第1流路6に向けて突出した凸部で構成されており、プレス加工によって形成されている。第1凸部22により、隙間21に第1流体が流入することを妨げる。
[0032]
 また、第1伝熱プレート1において、インナーフィン4の流体流出側の端辺より下流側には第2凸部23が設けられている。言い換えれば、第1凸部22から第1伝熱プレート1の第1方向の長さ分を確保した位置に第2凸部23が設けられている。第2凸部23は、第1伝熱プレート1の平坦部30から第1流路6に向けて突出した凸部で構成されており、プレス加工によって形成されている。第2凸部23は、図2に示すように第1伝熱プレート1の第2方向の中心部からずれた位置でもよいし、中心部でもよいし、第2方向の位置は特に限定するものはない。このように第1凸部22に加えて第2凸部23を第1伝熱プレート1に設けたことで、インナーフィン4の第1方向の両端の位置が定まり、インナーフィン4を第1伝熱プレート1に配置する際の第1方向の位置決めを行える。第1凸部22および第2凸部23は、ここでは円状に形成されているが、円状に限られたものではなく、三角形状、四角形状、楕円形状、等のいずれか一つ、または複数を組み合わせた形状としてもよい。
[0033]
 また、インナーフィン5の第2方向の両端部と、第2伝熱プレート2の第2方向の両端部、具体的には外壁部31との間にも同様に、プレート式熱交換器の自動組立に伴い、隙間25(図5参照)が形成されている。第2伝熱プレート2の第2流入孔19から第2流路7内に流入した第2流体は、インナーフィン5に流入する場合に比べて抵抗の少ない隙間25を流れ込み易い。このため、第2流体が第2流路7内に均一に流れず、隙間21に優先的に流れてしまい、熱交換性能が低下する。
[0034]
 そこで、第2伝熱プレート2において隙間25の上流側に第1凸部26を設けている。具体的には第1凸部26は、インナーフィン5の流体流入側の端辺より上流側であって且つ第2伝熱プレート2の第2方向の両端部に設けられている。第1凸部26は、第2伝熱プレート2の平坦部30から第2流路7に向けて突出した凸部で構成されており、プレス加工によって形成されている。第1凸部26により、隙間25に第2流体が流入することを妨げる。
[0035]
 また、第2伝熱プレート2において、インナーフィン5の流体流出側の端辺より下流側には第2凸部27が設けられている。言い換えれば、第1凸部26から第2伝熱プレート2の第1方向の長さ分を確保した位置に第2凸部27が設けられている。第2凸部27は、第2伝熱プレート2の平坦部30から第2流路7に向けて突出した凸部で構成されており、プレス加工によって形成されている。第2凸部27は、図3に示すように第2伝熱プレート2の第2方向の中心部からずれた位置でもよいし、中心部でもよいし、第2方向の位置は特に限定するものはない。このように第1凸部22に加えて第2凸部27を第2伝熱プレート2に設けることで、インナーフィン5の第1方向の両端の位置が定まり、インナーフィン5を第2伝熱プレート2に配置する際の第1方向の位置決めを行える。第1凸部26および第2凸部27は、ここでは円状に形成されているが、円状に限られたものではなく、三角形状、四角形状、楕円形状、等のいずれか一つ、または複数を組み合わせた形状としてもよい。
[0036]
 ここで、インナーフィン4は、図5に示すように微細な周期で凹凸の形状を有する。インナーフィン4において第2方向に隣接する二つ縦壁32同士の間隔は、第2方向全体に渡って同じとなっている。そして、インナーフィン4の第1方向の端部が確実に第1凸部22に接してインナーフィン4の位置決めを行えるように、第1凸部22の幅ψは、図7に示すように、インナーフィン4において隣接する二つ縦壁32の間の距離χの2倍以上とすることが望ましい。第1凸部22の幅ψを二つ縦壁32の間の距離χの2倍以上とするということは、言い換えれば第1凸部22の幅ψが、インナーフィン4の凹凸の一周期以上になる、ということである。
[0037]
 インナーフィン4は、伝熱プレートの平坦部30の第2方向の幅を最大限に生かすように設計されている。よって、インナーフィン4の第2方向の幅と平坦部30の第2方向の幅との差は、インナーフィン4の凹凸の一周期よりは短い。よって、第1凸部22の幅ψを、二つ縦壁32の間の距離χの2倍以上とすることで、インナーフィン4の第1方向の端部が確実に第1凸部22に接してインナーフィン4の位置決めを行える。
[0038]
 ここで、第1凸部22の幅ψを大きくする程、インナーフィン4の位置決めは容易となるが、インナーフィン4に流体が流入しにくい部分ができる。たとえば、インナーフィン4として、単純な波板状の板、つまり流体の流れ方向が一方向に限定される構造のフィンを用いると、流入不足の波状部ができるおそれがある。しかし、オフセットフィンのように、流体の流れ方向が、主流の方向(図2の矢印方向)に加えて、主流に交差する方向の流れも適度に生じる構造のフィンを用いると、そのような問題を防ぐことができる。
[0039]
 また、インナーフィン4にオフセットフィンを用いた場合でも、第1凸部22の幅ψが大きすぎる場合は、インナーフィン4への第1流体の流入不足の領域が大きくなる可能性がある。そこで第1凸部22の幅ψは、インナーフィン4において隣接する二つ縦壁32の間の距離χの5倍以下であることが望ましい。これにより、インナーフィン4への第1流体の流入不足の領域を小さくできる。ここで、第1凸部22の幅ψをインナーフィンにおいて隣接する二つ縦壁32の間の距離χの5倍以下としたのは、以下の理由による。第1凸部22の幅ψはχの5倍超になると、フィン部の流れに影響を及ぼすため、5倍以下とした。
[0040]
 なお、ここでは、第1凸部22について説明したが、第2伝熱プレート2に形成される第1凸部26においても同様に、第1凸部26の幅ψは、インナーフィン5において隣接する二つ縦壁32の間の距離χの2倍以上、5倍以下とする。また、ここでは第1凸部22および第1凸部26について説明したが、第2凸部23および第2凸部27についても同様に、それぞれの幅ψは、インナーフィンにおいて隣接する二つ縦壁32の間の距離χの2倍以上、5倍以下とすることが好ましい。
[0041]
 また、第1凸部22の高さhは、図7ではインナーフィン4の高さlより小さく(h<l1)しているが、最大でインナーフィン4の高さlと同じ(h=l1)としてもよい。第1凸部22の高さhをインナーフィン4の高さl1と同じとした場合、高さl1より小さくする場合と比べて隙間21における第1流体の流れを更に抑制することができる。また、第1凸部22の高さhが、インナーフィン4の高さl1より小さい(h<l1)場合、第1凸部22は第2伝熱プレート2と接触しないが、第1凸部22の高さhがインナーフィン4の高さと同じ(h=l1)場合、第1凸部22は第2伝熱プレート2に接触する。この接触部分はロウ等により接合してもよいし、接合しなくてもよい。
[0042]
 第2流路7には、高圧の第2流体が通過するため、構造強度の向上を図ることが望ましい。このため、第1凸部26の高さを、インナーフィン5の高さl2と同じとし、第1凸部26の端面を第1伝熱プレート1に接触させて接触部分をロウ等により接合した構成とすることが望ましい。
[0043]
 第1凸部22の位置は、インナーフィン4の流体流入側の端辺より上流側であって且つ第1伝熱プレート1の第2方向の両端部としたが、以下、更に具体的な位置について説明する。「第1伝熱プレート1の第2方向の両端部」の具体的な範囲について図4を参照して説明する。各第1凸部22は、インナーフィン4の第1方向の両端辺のうち流入側の端辺である第1線αと、平坦部30の第2方向の両端辺である2つの第2線βと、図4において点線で示した2つの円弧28とで囲まれた領域内に設けられている。円弧28は、第1線αと第2線βとの交点Oを中心とした半径Rの円弧であり、半径Rは、第1流路6の流路高さl1の3倍である。第1凸部22の位置を上記の位置とすることで、隙間21に第1流体が流入することを抑制する効果を高めることができる。
[0044]
 ここで、インナーフィン4と外壁部31との間の隙間21は約1mmである。インナーフィン4の高さl1は約0.5mm~2.5mmである。インナーフィン4の高さl1の「3倍」の範囲は1.5mm~7.5mmである。インナーフィン4の隣接する二つ縦壁32の間の距離は約0.5mm~1.5mmである。第1凸部22の幅ψは、インナーフィン4の隣接する二つ縦壁32の間の距離の2倍以上、5倍以下であることが望ましいため、約1.0mm~7.5mmである。よって、インナーフィン4と外壁部31との隙間21を極力少なくし、隙間21に流入する第1流体の流量を抑制する効果を高めるため、半径Rを、第1流路6の流路高さl1の3倍とした。
[0045]
 ここでは、第1凸部22の位置について、「第1伝熱プレート1の第2方向の両端部」の具体的な範囲について説明したが、第2伝熱プレート2の第1凸部26の位置についても同様である。つまり、各第1凸部26は、インナーフィン5の第1方向の両端辺のうち流入側の端辺である第1線と、平坦部30の第2方向の両端辺である2つの第2線と、2つの円弧とで囲まれた領域内に設けられている。円弧は、第1線と第2線との交点を中心とした半径Rの円弧であり、半径Rは、第2流路7の流路高さl2の3倍である。
[0046]
 次に、以上のように構成されたプレート式熱交換器100における流体の流れおよび第1凸部22および第1凸部26の作用について説明する。
[0047]
 外部から第1流入管9に流入した第1流体は、第1伝熱プレート1の第1流入孔13を介して第1流路6へ流入する。第1流路6に流入した第1流体は、第1伝熱プレート1の外壁部31に向けて徐々に広がりながら、図2の実線矢印に示すようにインナーフィン4を右から左に向けて流れ、第1伝熱プレート1の第1流出孔14を介して第1流出管10から流出する。
[0048]
 また、外部から第2流入管11に流入した第2流体は、第2伝熱プレート2の第2流入孔19を介して第2流路7へ流入する。第2流路7に流入した第2流体は、第2伝熱プレート2の外壁部31に向けて広がりながら、図3の点線矢印に示すようにインナーフィン5を左から右に向けて流れ、第2伝熱プレート2の第2流出孔20を介して第2流出管12から流出する。
[0049]
 このように、第1流路6に第1流体が流れるとともに第2流路7に第2流体が流れることで第1伝熱プレート1および第2伝熱プレート2を介して、第1流体と第2流体との熱交換が行われる。
[0050]
 ここで、第1流路6には第1凸部22が設けられているため、第1流路6の第1流体が隙間21に流入することが妨げられる。これにより、第1流路6内における第1流体の偏りを改善でき、図2の上下両側への分配性能を向上できる。
[0051]
 また、第2流路7においても同様に、第2流路7には第1凸部26が設けられているため、第2流路7を流れる第2流体が隙間25に流入することが妨げられる。これにより、第2流路7内における第2流体の偏りを改善でき、図3の上下両側への分配性能を向上できる。
[0052]
 このように、第1流路6および第2流路7のそれぞれにおいて、第1凸部22および第1凸部26を設けることで、これらを設けない場合に比べて流体の偏りを改善できる。よって、結果的にプレート式熱交換器100の性能を向上することができる。
[0053]
 以上説明したように、本実施の形態1によれば、第1伝熱プレート1の流入側に第1凸部22が設けられているので、隙間21に第1流体が優先的に流れることを抑制でき、第1流路6における第1流体の面内分配性能を改善できる。また、第1伝熱プレート1の流出側に、インナーフィン4を第1流路6に配置する際の位置決めを行う第2凸部23が設けられているので、第1凸部22と第2凸部23とでインナーフィン4の位置を決めることができる。第1凸部22および第2凸部23はプレス加工によって形成されているため、これらの効果を附加部品を追加することなく実現できる。よって、プレート式熱交換器の高性能化と低コスト化を図ることができる。
[0054]
 また、第2伝熱プレート2についても同様に、第1凸部26および第2凸部27を設けたことで、附加部品を追加せずに第2流体の面内分配性能を改善しつつ、インナーフィン5の位置も決めることができる。
[0055]
 また、第2凸部27において第1伝熱プレート1および第2伝熱プレート2と接触する部分を接合したので、強度向上を図ることができる。
[0056]
 以上によって、第1流路6または第2流路7において、インナーフィン4またはインナーフィン5の位置決めは第1凸部と第2凸部により実現できる。このため、強度を向上するための他の凹凸構造とインナーフィンとの距離を離すことができ、分配性と強度性とを両立する凹凸構造分布の設計が可能となる。結果的に、プレート式熱交換器100の高性能化を実現することができる。
[0057]
 インナーフィンは、伝熱プレートに垂直な方向の縦壁32と伝熱プレートに平行な方向の横壁33とが第2方向に交互に連結されて波形に形成された波形部を有するオフセットフィンで構成されている。第1凸部の第2方向の幅は、インナーフィンの隣接する2つの縦壁32間の距離の2倍以上である。これにより、インナーフィンの第1方向の端部が確実に第1凸部に接してインナーフィンの位置決めを行える。また、第1凸部の第2方向の幅は、インナーフィンの隣接する2つの縦壁32間の距離の5倍以下である。これにより、インナーフィンへの流体の流入不足の領域を小さくできる。
[0058]
 また、第2凸部の幅についても、インナーフィンの隣接する2つの縦壁32間の距離の2倍以上、5倍以下にできる。
[0059]
 第1凸部および第2凸部は、流路を形成する2つの伝熱プレートの一方から流路に向けて突出して設けることができる。そして、第1凸部および第2凸部を、流路を形成する2つの伝熱プレートの他方に接合した構成とすることで、強度を向上できる。
[0060]
 伝熱プレートの流入側に設けられる第1凸部と、流出側に設けられる第2凸部とは、第1流路および第2流路の両方に設けられているので、第1流路および第2流路の両方において、面内分配性能を改善できる。
[0061]
 第1流路6の第1凸部22と第2流路7の第2凸部27とは形状が同じであり、積層方向に対して垂直な断面において第2方向の位置が重なって接触している。また、第1流路6の第2凸部23と第2流路7の第1凸部26とは形状が同じであり、積層方向に対して垂直な断面において第2方向の位置が重なって接触している。これにより、プレート式熱交換器100の強度を向上できる。
[0062]
 第1凸部は、伝熱プレートの平坦部30の第2方向の両端部であって、インナーフィンの第1方向の両端辺のうち流入側の端辺である第1線と、平坦部の第2方向の両端辺である2つの第2線と、平坦部の第2方向の両端部の2つの円弧とで囲まれた領域内に設けられている。2つの円弧は、第1線と2つの第2線とのそれぞれとの交点を中心とした半径Rの円弧であり、半径Rは、流路の流路高さの3倍である。これにより、隙間に流体が流入することを抑制する効果を高めることができる。
[0063]
 第2凸部は、平坦部の第2方向の両端部であって、インナーフィンの第1方向の両端辺のうち流出側の端辺である第3線と、2つの第2線と、平坦部の第2方向の両端部の2つの円弧とで囲まれた領域内に設けられている。2つの円弧は、第3線と2つの第2線とのそれぞれとの交点を中心とした半径Rの円弧であり、半径Rは、流路の流路高さの3倍である。これにより、隙間に流体が流入することを抑制する効果を高めることができる。
[0064]
実施の形態2.
 実施の形態1では、第2凸部23および第2凸部27が1箇所に形成されていたが、実施の形態2では2箇所に形成されているものである。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる点を中心に説明するものとし、本実施の形態2で説明されていない構成は実施の形態1と同様である。
[0065]
 図9は、本発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。図10は、図9のB-B断面における端面図である。図11は、図9のC-C断面における端面図である。
[0066]
 実施の形態2は、第2凸部23および第2凸部27の個数および配置位置が実施の形態1と異なり、それ以外の構成は同じである。
[0067]
 実施の形態2の伝熱セット200の第1伝熱プレート1において、第2凸部23は図9および図11に示すように、第1凸部22からインナーフィン4の第1方向の長さ分確保した位置であって、第1伝熱プレート1の第2方向の両端部に設けている。また、第2伝熱プレート2において、第2凸部27は、第1凸部26からインナーフィン4の第1方向の長さ分確保した位置であって、図10に示すように、第2伝熱プレート2の第2方向の両端部に設けている。
[0068]
 本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、以下の効果が得られる。すなわち、第2凸部23および第2凸部27のそれぞれが、実施の形態1では1つであったが、実施の形態2では伝熱プレートの第2方向の両端部に2つ設けた。第2凸部23および第2凸部27は、第1流路6および第2流路7のそれぞれの流出側に位置している。よって、第1流路6および第2流路7のそれぞれにおいて、図9において左右方向に延びる隙間21および隙間25のそれぞれの流出側が第2凸部23および第2凸部27で塞がれる。
[0069]
 この構成により、いわば隙間21および隙間25のそれぞれの流入側のみを塞ぐ実施の形態1の構成よりも、第1流体および第2流体が隙間21および隙間25を流れることを、より防止できる。その結果、実施の形態2は、実施の形態1に比べて、より面内分配性能を改善できる。したがって、プレート式熱交換器100の高性能化を実現することができる。
[0070]
 第2凸部23および第2凸部27の位置に関し、「第1伝熱プレート1の第2方向の両端部」および「第2伝熱プレート2の第2方向の両端部」としたが、この位置の具体的な範囲は実施の形態1で述べた第1凸部22および第1凸部26の範囲と基本的に同じである。つまり、各第2凸部23は、インナーフィン4の第1方向の両端辺のうち流出側の端辺である第3線γと2つの第2線βと円弧28とによって囲まれた領域内に設けられている。円弧28は、第3線γと第2線βとの交点Oを中心とした半径Rの円弧であり、半径Rは、第1流路6の流路高さl1の3倍である。また、各第2凸部27は、インナーフィン5の第1方向の両端辺のうち流出側の端辺である第3線と2つの第2線βと円弧とによって囲まれた領域内に設けられている。円弧は第3線と第2線βとの交点を中心とした半径Rの円弧であり、半径Rは、第2流路7の流路高さl2の3倍である。
[0071]
 図12は、図9のプレート式熱交換器において変形例の伝熱プレートを用いた場合のA-A断面図である。図13は、図9のプレート式熱交換器において変形例の伝熱プレートを用いた場合のB-B断面における端面図である。図14は、図9のプレート式熱交換器において変形例の伝熱プレートを用いた場合のC-C断面における端面図である。
[0072]
 図12~図13に示す変形例の第1伝熱プレート1および第2伝熱プレート2のそれぞれは、2枚のプレートを部分接合した構成を有する。具体的には、第1伝熱プレート1は、プレート1aとプレート1bとを部分接合した構成を有する。第2伝熱プレート2は、プレート2aとプレート2bとを部分接合した構成を有する。図12~図14において、プレート間の黒塗り部分29は接合部分である。
[0073]
 このように、伝熱プレートが2枚のプレートを部分接合した構成を有することにより、2枚のプレートの間に、外気に連通する微流路が形成される。このため、隣接する2種類の流体の流路を仕切る伝熱プレートに欠陥が発生して流路内に流体が漏洩しても、漏洩流体を外部に確実に排出して両流路間での2種類の流体の混合(室内に漏洩)を回避することができる。したがって、流路を流れる流体として可燃性冷媒を用いることができる。
[0074]
 なお、図12~図14に示した変形例の伝熱プレートは、実施の形態2のみに限らず、実施の形態1および後述の実施の形態3にも適用できる。
[0075]
実施の形態3.
 以下、実施の形態3が実施の形態2と異なる点を中心に説明するものとし、本実施の形態3で説明されていない構成は実施の形態2と同様である。
[0076]
 図15は、本発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。図15は斜視図であるものの実質的には正面図に近い図となっている。図16は、図15の第1伝熱プレートの正面図である。図17は、図15のA-A断面図である。図18は、図15のB-B断面における端面図である。図19は、図15のC-C断面における端面図である。図15は、手前側の伝熱プレートが第2伝熱プレート2、奥側の伝熱プレートが第1伝熱プレート1となっており、上記実施の形態2と逆になっていることに注意されたい。
[0077]
 第2伝熱プレート2には、実施の形態2と同様に流入側に円状の第1凸部26が設けられ、流出側に円状の第2凸部27が設けられている。第1凸部26および第2凸部27は、第1伝熱プレート1と接触し、接触部分はロウ等により接合している。第1凸部26および第2凸部27の高さは、インナーフィン5の高さと同じである。そして、実施の形態3の第2伝熱プレート2には更に、第1凸部26の流入側を囲むように、円弧状の第1凹部40が形成されている。また、第2凸部27の流出側を囲むように、円弧状の第2凹部41が形成されている。第1凹部40および第2凹部41は、図18および図19に示すように、第2伝熱プレート2から第1流路6に向けて凹んだ凹部で構成されている。第1凹部40および第2凹部41の高さは、インナーフィン4の高さの1/2である。
[0078]
 第1伝熱プレート1には、実施の形態2の円状の第1凸部22および第2凸部23に代えて、円弧状の第1凸部22aおよび第2凸部23aが形成されている。第1凸部22aおよび第2凸部23aは、図18および図19に示すように、第1伝熱プレート1から第1流路6に向けて突出した凸部で構成されている。第1凸部22aおよび第2凸部23aの高さは、インナーフィン4の高さの1/2であり、第2伝熱プレート2の第2凹部41および第1凹部40と接触し、接触部分はロウ等で接合されている。
[0079]
 このように、本実施の形態3に係るプレート式熱交換器100では、第1伝熱プレート1に形成される凸部の形状と、第2伝熱プレート2に形成される凸部の形状とが、円弧状と円状とで異なっている。
[0080]
 以上のように第1伝熱プレート1および第2伝熱プレート2を構成することで、第1流路6においては、隙間21の上流側に第2凹部41と第1凸部22aとが接触することによる円弧状の流路遮断部が形成され、隙間21への第1流体の流入が抑制できる。隙間21の下流側にも同様に、第1凹部40と第2凸部23aとが接触することによる円弧状の流路遮断部が形成される。つまり、隙間21の上流と下流の両方に流路遮断部が形成され、上流側のみに流路遮断部を設ける構成よりも、第1流体が隙間21を流れることを、より防止できる。
[0081]
 また、第2流路7においては、実施の形態2と同様に隙間25の上流側に第1凸部26、下流側に第2凸部27が設けられているため、隙間25に第2流体が流入することを抑制できる。
[0082]
 なお、本実施の形態3では、第1伝熱プレート1に円弧状の第1凸部22aおよび第2凸部23aが形成され、第2伝熱プレート2に円状の第1凸部26および第2凸部と、円弧状の第1凹部40および第2凹部41とが形成された構成を示したが、逆でもよい。つまり、第1伝熱プレート1に円状の第1凸部26および第2凸部27と、円弧状の第1凹部40および第2凹部41とが形成され、第2伝熱プレート2に円弧状の第1凸部22aおよび第2凸部23aが形成された構成としてもよい。
[0083]
 また、本実施の形態3では、第1伝熱プレート1においては、第1凸部22aおよび第2凸部23aにより、第1流路6における面内分布性能の改善とインナーフィン4の位置決めとを同時に実現する。また、第2伝熱プレート2においては、第1凸部26および第2凸部27により、面内分布性能の改善とインナーフィン5の位置決めとを同時に実現する。
[0084]
 なお、第1凸部22aおよび第2凸部23aの形状は、円弧状に限定するものではなく、他の形状、例えば、三角形状、四角形状、楕円形状、等のいずれか一つ、または複数を組み合わせて使っても良い。
[0085]
 以上説明したように、本実施の形態3によれば、実施の形態2と同様の効果を得ることができるとともに、更に以下の効果が得られる。すなわち、第1伝熱プレート1と第2伝熱プレート2とが凸部と凹部の組み合わせによって平坦部30において接合する構造としたので、強度が向上する。また、第1流路6の第1凸部22aおよび第2凸部23aの高さは第1流路6の高さの半分であるので、伝熱プレートの伸び率の製造上の制約により、凸部と凹部の組み合わせ部分は、もっと広い範囲に適用できる。つまり、伝熱プレートの伸び率が有るため、実施の形態3の凸部構造の第1流路6の高さは、実施の形態1の凸部構造の第1流路6の高さより2倍高くできる。したがって、実施の形態3の凸部構造の第1流路6の高さの最適化を容易に実現することができる。或いは、第1凸部22aおよび第2凸部23aの大小および第1流路6の高さの最適化をより容易に実現し、結果的に、プレート式熱交換器100の高性能化を実現できる。
[0086]
 第1伝熱プレート1の第1凸部22aと、第2伝熱プレート2の第2凸部27とは形状が異なり、積層方向に対して垂直な断面において第2方向の位置が異なっている。また、第1伝熱プレート1の第2凸部23aと、第2伝熱プレート2の第1凸部26とは形状が異なり、積層方向に対して垂直な断面において第2方向の位置が異なっている。このように、凸部と凹部との組み合わせによって隙間へ流体の流入を抑制できる。
[0087]
実施の形態4.
 実施の形態4は、ヘッダ部24に凹凸構造を設け、強度向上を図ったものである。以下、実施の形態4が実施の形態1と異なる点を中心に説明するものとし、本実施の形態4で説明されていない構成は実施の形態1と同様である。
[0088]
 図20は、本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの一部正面斜視図である。図21は、図20のD-D断面図である。
 第1伝熱プレート1の流入側および流出側のそれぞれのヘッダ部24には、複数の凹部50が分散して設けられている。また、第2伝熱プレート2の流入側および流出側のそれぞれのヘッダ部24には、凹部50と対向して複数の凸部51が設けられている。凸部51の先端面は凹部50の底面に接触し、接触部分は接合されている。このように、ヘッダ部24には凹凸構造52が形成されてヘッダ部24の強度向上が図られている。凹部50および凸部51は円状に形成され、同じ径および高さで構成されている。
[0089]
 凹部50は、インナーフィン4から流出する第1流体の流れを塞がないように、流出側のヘッダ部24においてインナーフィン4の第3線γから距離δの間の領域には設けないようにしている。流入側においても同様に、流入側のヘッダ部24においてインナーフィン4の第1線αから距離δの間の領域には凹部50を設けないようにしている。
[0090]
 凸部51も同様に、図示省略するが、インナーフィン5から流出する第2流体の流れを塞がないように、流出側のヘッダ部24においてインナーフィン5の第3線γから距離δの間の領域には設けないようにしている。流入側においても同様に、流入側のヘッダ部24においてインナーフィン5の第1線αから距離δの間の領域には凹部50を設けないようにしている。
[0091]
 ここで、距離δは、凹部50および凸部51の接合部分を、その接合部分の中心を通るように第1方向に対して垂直な面で切断した断面形状Eの等価直径の1倍以上であることが望ましい。
 つまり、δ≧2wl/(w+l)
 ここで、
 w:凹部50および凸部51の直径
 l:凹部50および凸部51の接合部分の高さ
[0092]
 第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造52を設けない構成としたことにより、第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造52を設けた構成と比較してインナーフィンへの流体の速度分布の均一化が図れる。この点を実証した試験の結果を以下に示す。ここでは、第2流路7における試験結果を示す。
[0093]
 図22は、比較例として第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造を設けた場合のインナーフィンにおける流体の流速分布を示す図である。図22は、次の図23のF-F断面における速度分布に相当する。図22において横軸はインナーフィンの第2方向を示し、縦軸は流速を示している。図23は、比較例として第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造を設けた場合のインナーフィンへの流入時の速度分布図である。図23において矢印の長さが長い程、流速が速いことを示している。図24は、本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器における第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造を設けない場合のインナーフィンへの流入時の速度分布図である。図23および図24において、横軸Xはインナーフィンの第2方向を示し、縦軸Yはインナーフィンの第1方向を示し、矢印は流速の大きさを示している。
[0094]
 比較例の図22および図23と、本実施の形態4の図24とを比較して明らかなように、本実施の形態4では、第1線αから距離δの間の領域に凹凸構造52を設けない構成としたことで、インナーフィン5の第2方向に渡って流速が均一化されている。
[0095]
 図22~図24は、凹凸構造52を、第1線αから距離δの間の領域に設けた場合と設けない場合との比較を行うための図であって、第2流路7の両端部の隙間25への第2流体の流入を抑制するための第1凸部26は設けられていない。このため、インナーフィン5の第2方向の両端部において流速が大となっている。次の図25に、第1凸部26を設けた場合の流速分布を示す。
[0096]
 図25は、凹凸構造に加えて第1凸部を有する構成における、インナーフィンへの流入時の速度分布図である。図25において、横軸Xはインナーフィンの第2方向を示し、縦軸Yはインナーフィンの第1方向を示し、矢印は流速の大きさを示している。なお、図25は、第1凸部の効果を説明するための図であるため、凹凸構造52は、第1線αから距離δの間の領域に設けている場合を示している。
[0097]
 図25に示すように、第1凸部26を設けたことによって、第2流路7の両端部の隙間における流体の流速が図24に比べて小さくなっている。
[0098]
 ここでは、第2流路7における流体の流速分布について説明したが、第1流路6においても同様の傾向となる。
[0099]
 以上説明したように、本実施の形態4によれば、実施の形態1と同様に第1凸部を設けたことによる効果が得られるとともに、ヘッダ部24に凹凸構造52を設けたので、ヘッダ部24の強度向上を図ることができる。
[0100]
 ヘッダ部24に凹凸構造52を設けるにあたり、インナーフィンに近接して設けると、インナーフィンへ流入する流体の流速の不均一化が生じる。しかし、本実施の形態4では、凹凸構造52を、少なくとも第1線αおよび第3線γのそれぞれから距離δの間の領域には設けない構成としている。これにより、ヘッダ部24に凹凸構造52を設けることによる面内分配性能低下の問題を改善でき、流体の流速をインナーフィンの第2方向に渡って均一化することができる。
[0101]
 上記各実施の形態1~実施の形態4においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせてプレート式熱交換器100を構成してもよい。たとえば、実施の形態1と実施の形態3とを組み合わせ、実施の形態3における第1凸部26および第2凸部27のそれぞれの幅を、インナーフィンの隣接する2つの縦壁間の距離の2倍以上、5倍以内としてもよい。また、実施の形態3と実施の形態4とを組み合わせ、図15に示した実施の形態3の伝熱セット200のヘッダ部24に実施の形態4の凹凸構造52を設けた構成としてもよい。各実施の形態1~4のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。
[0102]
実施の形態5.
 本実施の形態5では、実施の形態1~4で説明したプレート式熱交換器100を搭載したヒートポンプ装置について説明する。ここでは、ヒートポンプ装置の利用形態の一例としてヒートポンプ式冷暖房給湯システムについて説明する。
[0103]
 図26は、本発明の実施の形態5に係るヒートポンプ式冷暖房給湯システムの構成を示す概略図である。
[0104]
 ヒートポンプ式冷暖房給湯システム300は、冷媒回路60を備えたヒートポンプ装置65と、熱媒体回路70とを有する。冷媒回路60は、圧縮機61、熱交換器62、膨張弁またはキャピラリーチューブ等で構成された減圧装置63および熱交換器64が順次配管で接続されて構成されている。熱媒体回路70は、熱交換器62、冷暖房給湯装置71および熱媒体を循環させるポンプ72が順次配管で接続されて構成されている。圧縮機61、熱交換器62、減圧装置63および熱交換器64は、ヒートポンプ装置65の筐体内に収納されている。
[0105]
 ここで、熱交換器62は、以上の実施の形態1~実施の形態4で説明したプレート式熱交換器100であり、冷媒回路60を流れる冷媒と熱媒体回路70を流れる熱媒体との熱交換を行う。なお、熱媒体回路70に用いられる熱媒体は、水、エチレングリコール、プロピレングリコールあるいはこれらの混合物など、冷媒回路60の冷媒と熱交換可能な流体であればよい。また、冷媒回路60を流れる冷媒は特に限定するものではなく、例えば、R22またはR410A等を用いることができる。また、このヒートポンプ式冷暖房給湯システム300は、冷媒が室内側に供給されないため、冷媒として、R32、R290、HFOmix等の可燃性冷媒を用いることもできる。
[0106]
 熱交換器62を構成するプレート式熱交換器100は、第1流路6よりも伝熱性の高い第2流路7に冷媒が流れ、第1流路6に熱媒体が流れるようにヒートポンプ式冷暖房給湯システム300に組み込まれている。インナーフィン4とインナーフィン5とは、伝熱面積が同等で、インナーフィン5はインナーフィン4よりも水力直径が小さいため、第2流路7の方が第1流路6よりも伝熱性が高くなっている。
[0107]
 冷暖房給湯装置71は、貯湯タンク(図示せず)または室内を空調する室内機(図示せず)の室内熱交換器等で構成されている。冷暖房給湯装置71が貯湯タンクである場合、熱媒体は水であり、水を熱交換器62で冷媒回路60の冷媒と熱交換して加熱し、加熱した水が貯湯タンク(図示せず)に貯留される。また、冷暖房給湯装置71が室内熱交換器である場合、熱媒体回路70の熱媒体を室内熱交換器に導いて室内空気と熱交換することで、室内を冷暖房する。なお、冷暖房給湯装置71の構成は上記の構成に特に限定するものではなく、熱媒体回路70の熱媒体の温熱を用いて冷暖房および給湯を行える構成とされていればよい。
[0108]
 暖房および給湯を行う場合、熱交換器62が凝縮器として使用され、冷房の場合、熱交換器62は蒸発器として使用される。図26に示す矢印は、暖房および給湯する場合の冷媒流れ方向であり、冷房の場合、冷媒の流れ方向は逆方向となる(図示せず)。
[0109]
 熱交換器62を蒸発器として使用する場合、冷媒は、熱交換器62に気液二相流の状態で第2流路7に流入する。この際、気液二相流は、第1凸部22によって隙間21に流入することが妨げられる。
[0110]
 実施の形態5によれば、実施の形態1~実施の形態4のプレート式熱交換器100を備えることにより、高性能化および低コスト化を図ることができる。また、熱交換効率が高いヒートポンプ式冷暖房給湯システム300を得ることができる。また、強度向上が図られて信頼性の高いヒートポンプ式冷暖房給湯システム300を得ることができる。すなわち、熱交換効率がよく、消費電力量が抑えられ、安全性が向上し、CO 排出量を低減できるヒートポンプ式冷暖房給湯システム300を実現できる。
[0111]
 なお、実施の形態5では、以上の実施の形態で説明したプレート式熱交換器100の適用例として、冷媒と水とを熱交換させるヒートポンプ式冷暖房給湯システム300について説明した。しかし、以上の実施の形態で説明したプレート式熱交換器100は、ヒートポンプ式冷暖房給湯システム300に限らず、冷房用途チラー、発電装置および食品の加熱殺菌処理機器など、多くの産業機器および家庭用機器に利用可能である。
[0112]
 本発明の活用例として、以上の実施の形態で説明したプレート式熱交換器100は、製造が容易で熱交換性能が向上し、省エネルギー性能を向上することが必要なヒートポンプ装置に用いることができる。

符号の説明

[0113]
 1 伝熱プレート、1a プレート、1b プレート、2 第2伝熱プレート、2a プレート、2b プレート、3 第1補強用サイドプレート、4 インナーフィン、5 インナーフィン、6 第1流路、7 第2流路、8 第2補強用サイドプレート、9 第1流入管、10 第1流出管、11 第2流入管、12 第2流出管、13 第1流入孔、14 第1流出孔、15 第2流入孔、16 第2流出孔、17 第1流入孔、18 第1流出孔、19 第2流入孔、20 第2流出孔、21 隙間、22 第1凸部、22a 第1凸部、23 第2凸部、23a 第2凸部、24 ヘッダ部、25 隙間、26 第1凸部、27 第2凸部、28 円弧、29 黒塗り部分、30 平坦部、31 外壁部、40 第1凹部、41 第2凹部、50 凹部、51 凸部、52 凹凸構造、60 冷媒回路、61 圧縮機、62 熱交換器、63 減圧装置、64 熱交換器、65 ヒートポンプ装置、70 熱媒体回路、71 冷暖房給湯装置、72 ポンプ、100 プレート式熱交換器、200 伝熱セット、300 ヒートポンプ式冷暖房給湯システム。

請求の範囲

[請求項1]
 複数積層された伝熱プレート間のそれぞれの空間によって流路が形成され、前記流路にインナーフィンが配置されたプレート式熱交換器であって、
 前記流路における流体の流れ方向を第1方向、第1方向に直交する方向を第2方向としたとき、前記インナーフィンの前記第2方向の両端部と、前記伝熱プレートの前記第2方向の両端部との間の隙間に前記流体が流入することを妨げる第1凸部が前記伝熱プレートの流入側に設けられ、
 前記伝熱プレートの流出側には、前記インナーフィンを前記伝熱プレートに配置する際の位置決めを行う第2凸部が形成されており、前記第1凸部と前記第2凸部との間に前記インナーフィンが配置されるプレート式熱交換器。
[請求項2]
 前記インナーフィンは、前記伝熱プレートに垂直な方向の縦壁と前記伝熱プレートに平行な方向の横壁とが前記第2方向に交互に連結されて波形に形成された波形部を有するオフセットフィンで構成され、前記第1凸部の前記第2方向の幅は、前記インナーフィンの隣接する2つの前記縦壁間の距離の2倍以上、5倍以内である請求項1記載のプレート式熱交換器。
[請求項3]
 前記第2凸部の前記第2方向の幅は、前記インナーフィンの隣接する2つの前記縦壁間の距離の2倍以上、5倍以内である請求項2記載のプレート式熱交換器。
[請求項4]
 前記第2凸部は、前記伝熱プレートの流出側において前記第2方向の両端部に設けられている請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項5]
 前記第1凸部および前記第2凸部は、前記流路を形成する2つの前記伝熱プレートの一方から前記流路に向けて突出して設けられている請求項1または請求項2記載のプレート式熱交換器。
[請求項6]
 前記第1凸部および前記第2凸部は、前記流路を形成する2つの前記伝熱プレートの他方に接合されている請求項5記載のプレート式熱交換器。
[請求項7]
 前記流路は前記伝熱プレートの積層方向に第1流路と第2流路とが交互に形成されており、前記第1凸部および前記第2凸部は前記第1流路および前記第2流路の両方に設けられている請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項8]
 前記第1流路と前記第2流路における前記流体の流れ方向は互いに逆方向であり、
 前記第1流路の前記第1凸部と前記第2流路の前記第2凸部とは形状が同じであり、積層方向に対して垂直な断面において前記第2方向の位置が重って接触している請求項7記載のプレート式熱交換器。
[請求項9]
 前記第1流路と前記第2流路における前記流体の流れ方向は互いに逆方向であり、
 前記第1流路の前記第2凸部と前記第2流路の前記第1凸部とは形状が同じであり、積層方向に対して垂直な断面において前記第2方向の位置が重なって接触している請求項7記載のプレート式熱交換器。
[請求項10]
 前記伝熱プレートは、前記インナーフィンが配置される平坦部を有し、
 前記第1凸部は、前記平坦部の前記第2方向の両端部であって、前記インナーフィンの前記第1方向の両端辺のうち流入側の端辺である第1線と、前記平坦部の前記第2方向の両端辺である2つの第2線と、前記平坦部の前記第2方向の両端部の2つの円弧とで囲まれた領域内に設けられており、
 前記2つの円弧は、前記第1線と2つの前記第2線とのそれぞれとの交点を中心とした半径Rの円弧であり、前記半径Rは、前記流路の流路高さの3倍である請求項1~請求項9のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項11]
 前記第2凸部は、前記平坦部の前記第2方向の両端部であって、前記インナーフィンの前記第1方向の両端辺のうち流出側の端辺である第3線と、2つの前記第2線と、前記平坦部の前記第2方向の両端部の2つの円弧とで囲まれた領域内に設けられており、
 前記2つの円弧は、前記第3線と2つの前記第2線とのそれぞれとの交点を中心とした半径Rの円弧であり、前記半径Rは、前記流路の流路高さの3倍である請求項10記載のプレート式熱交換器。
[請求項12]
 前記流路を形成する2つの前記伝熱プレートの一方には、前記第1凸部および前記第2凸部が前記流路に向けて突出して設けられており、他方には、前記第1凸部および前記第2凸部と対向する位置に前記流路に向けて凹んで前記第1凸部および前記第2凸部と接触する第1凹部および第2凹部が形成されている請求項1~請求項7のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項13]
 一方の前記伝熱プレートの前記第1凸部および前記第2凸部と、他方の前記伝熱プレートの前記第1凹部および前記第2凹部との接触部分は接合されている請求項12記載のプレート式熱交換器。
[請求項14]
 前記流路は前記伝熱プレートの積層方向に第1流路と第2流路とが交互に形成されており、前記第1流路と前記第2流路における前記流体の流れ方向は互いに逆方向であり、
 一方の前記伝熱プレートの前記第1凸部と、他方の前記伝熱プレートの前記第2凸部とは形状が異なり、積層方向に対して垂直な断面において前記第2方向の位置が異なる請求項12または請求項13記載のプレート式熱交換器。
[請求項15]
 前記流路は前記伝熱プレートの積層方向に第1流路と第2流路とが交互に形成されており、前記第1流路と前記第2流路における前記流体の流れ方向は互いに逆方向であり、
 一方の前記伝熱プレートの前記第2凸部と、他方の前記伝熱プレートの前記第1凸部とは形状が異なり、積層方向に対して垂直な断面において前記第2方向の位置が異なる請求項12または請求項13記載のプレート式熱交換器。
[請求項16]
 前記伝熱プレートは、2枚のプレートを部分接合した構造を有する請求項1~請求項15のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項17]
 前記伝熱プレートの前記第1方向の両端部にはヘッダ部が形成されており、
 前記ヘッダ部には、強度向上を図る凹凸構造が形成されている請求項1~請求項16のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項18]
 前記凹凸構造は、前記流路を形成する2つの前記伝熱プレートの一方に設けられた円状の複数の凹部と、他方に前記複数の凹部と対向して設けられた円状の複数の凸部とを有し、前記凹部と前記凸部とは接合されており、
 前記凹凸構造は、少なくとも前記インナーフィンの前記第1方向の両端から距離δの間の領域には形成されておらず、前記距離δは、前記凹部と前記凸部との接合部分を前記接合部分の中心を通るように前記第1方向に対して垂直な面で切断した断面形状の等価直径の1倍以上である請求項17記載のプレート式熱交換器。
[請求項19]
 圧縮機と、請求項1~請求項18のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器と、減圧装置と、熱交換器とが接続され、冷媒が循環する冷媒回路を備えたヒートポンプ装置。
[請求項20]
 請求項19記載のヒートポンプ装置と、前記プレート式熱交換器と、冷暖房および給湯を行う冷暖房給湯装置と、ポンプとが接続され、熱媒体が循環する熱媒体回路を備えたヒートポンプ式冷暖房給湯システム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]

[ 図 26]