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1. WO2020188690 - プレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置

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明 細 書

発明の名称 プレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置

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   0008  

課題を解決するための手段

0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

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  

符号の説明

0085  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

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

明 細 書

発明の名称 : プレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置

技術分野

[0001]
 本発明は、複数の伝熱プレートを積層して構成されたプレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 異なる2流体間で熱交換するためのプレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを積層し、その伝熱プレート間に第1流路及び第2流路を交互に形成し、第1流路に流す水と第2の流路に流す冷媒との間で熱交換を行わせる構成となっている。
[0003]
 この種のプレート式熱交換器では、プレート式熱交換器を蒸発器として用いる場合に、プレート式熱交換器内で水が凍結し、凍結による水の膨張でプレート式熱交換器が破損する課題があった。従来、このような凍結によるプレート式熱交換器の破損を防止する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特許第5805189号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 ところで、プレート式熱交換器では、伝熱プレート間の内圧による伝熱プレートの歪を抑えるため、伝熱プレートに補強用の凹凸形状を設けている。具体的には、第1伝熱プレートに補強用の凸部を設けると共に、その凸部側に重ねられる第2伝熱プレートに凹部を設け、凸部の上面と凹部の底面とが接触してロウ付けされることで、補強が行われる。
[0006]
 第1伝熱プレートと第2伝熱プレートとは交互に重ねて積層されるため、第2伝熱プレートの凹部の開口側には第1伝熱プレートが重ねられる。これにより、重ねられた第1伝熱プレートの凸部と第2伝熱プレートの凹部とが積層方向に重なることで空洞部が形成され、空洞部の周囲はロウ付けされて密閉される。しかし、空洞部の周囲にロウ付け不良があると、流路を流れる水が空洞部に流入して滞留し、空洞部内の水が凍結して伝熱プレートが破損する課題があった。
[0007]
 ロウ付け不良は、伝熱プレートの伝熱性能、静的強度及び経年的強度など、伝熱プレート本来の機能に影響を及ぼすものではなく、製造段階で検出することが難しい。しかし、製品出荷前にロウ付け不良を未然に検出することができれば、凍結による破損を回避でき、非常に有効である。特許文献1は、凍結によるプレート式熱交換器の破損を防止する技術であるものの、ロウ付けが正常に行われた正規の完成品を対象とした技術であり、ロウ付け不良による凍結を検出できる技術ではない。
[0008]
 本発明はこのような点を鑑みなされたもので、出荷前にロウ付け不良を検出することが可能なプレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009]
 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たプレート式熱交換器であって、積層方向に隣接する2枚の伝熱プレートのうちの正面側の伝熱プレートを第1伝熱プレート、背面側の伝熱プレートを第2伝熱プレートとしたとき、第1伝熱プレートと第2伝熱プレートとが交互に積層されており、第1伝熱プレート及び第2伝熱プレートのそれぞれは、流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部と、熱交換部における流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部とを有し、第1伝熱プレート及び第2伝熱プレートのそれぞれのヘッダー部の一部には、互いに接触して流体が通過しない非流路領域が形成されており、第1伝熱プレートの非流路領域の周縁部は、上側に凸の凸部を有し、第2伝熱プレートの非流路領域の周縁部は、下側に凹の凹部を有し、凸部の空間部と凹部の空間部とが積層方向に重なって空洞部を形成しており、空洞部を形成するプレート部分に、空洞部を外部に連通させる連通口が形成されているものである。

発明の効果

[0010]
 本発明によれば、非流路領域に形成された空洞部が連通口を介して外部に連通する構成としたので、空洞部がロウ付け不良により熱交換部と連通している場合、出荷前の気密検査にて、検査用エアーが連通口から漏れ出ることになり、ロウ付け不良を検出できる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の側面図である。
[図2] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の補強用サイドプレート4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40の伝熱プレート2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40の伝熱プレート3の正面図である。
[図5] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の補強用サイドプレート4の正面図である。
[図6] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の伝熱プレート2と伝熱プレート3とを積層した状態を説明する図である。
[図7] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の分解斜視図である。
[図8] 図6のA-A断面図である。
[図9] 図4のA-A断面図である。
[図10] 図3のA-A断面図である。
[図11] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とを正面側から見た分解斜視図である。
[図12] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが重なった状態の要部斜視図である。
[図13] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが重なった部分の図6のB-Bの位置での断面斜視図である。
[図14] 図13と同じ断面位置での端面図である。
[図15] 本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とを重ねた状態の外周縁部分の断面図である。
[図16] 本発明の実施の形態2に係るヒートポンプ装置100の回路構成図である。
[図17] 図16に示すヒートポンプ装置100の冷媒の状態についてのモリエル線図である。

発明を実施するための形態

[0012]
実施の形態1.
 本実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の基本構成を説明する。
 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40の側面図である。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40の補強用サイドプレート4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40の伝熱プレート2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40の伝熱プレート3の正面図である。図5は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の補強用サイドプレート4の正面図である。図6は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の伝熱プレート2と伝熱プレート3とを積層した状態を説明する図である。図7は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40の分解斜視図である。
[0013]
 図1に示すように、プレート式熱交換器40は、伝熱プレート2と伝熱プレート3とが交互に積層される。また、プレート式熱交換器40は、最前面に補強用サイドプレート1が積層され、最背面に補強用サイドプレート4が積層される。
[0014]
 図2に示すように、補強用サイドプレート1は、略長方形状の板状に形成される。補強用サイドプレート1は、略長方形状の四隅に、第1流入管5、第1流出管6、第2流入管7、第2流出管8が設けられる。図3及び図4に示すように、伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれは、補強用サイドプレート1と同様に、略長方形状の板状に形成され、四隅に第1流入口9、第1流出口10、第2流入口11及び第2流出口12が設けられる。
[0015]
 伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれには、波形の凹凸形状を有する波形状15及び波形状16が形成されている。波形状15は、積層方向から見た場合に、略V字状となるように形成されている。波形状16は、積層方向から見た場合に、略逆V字状となるように形成されている。波形状15及び波形状16は、第1流入口9及び第2流入口11から第1流出口10及び第2流出口12へ向かって、凸部と凹部とが繰り返し現れる形状となっている。
[0016]
 伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれは、熱交換部17と、ヘッダー部18と、外周フランジ部19とを有する。熱交換部17は、波形状15又は波形状16が形成された部分であって、流路を流れる流体によって熱交換を行う部分である。ヘッダー部18は、熱交換部17における流体の流れ方向の両端部に設けられた部分である。ヘッダー部18に、第1流入口9、第1流出口10、第2流入口11及び第2流出口12が形成されている。外周フランジ部19は、伝熱プレートの外周縁から、隣接する伝熱プレートの外周縁に向けて延びる部分である。ここでは、外周フランジ部19は、図7に示すように伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれの外周縁から背面側に向かって延びて形成されているが、正面側に向かって延びて形成されてもよい。
[0017]
 図5に示すように、補強用サイドプレート4は、補強用サイドプレート1等と同様に、略長方形状の板状に形成される。補強用サイドプレート4には、第1流入管5、第1流出管6、第2流入管7、第2流出管8が設けられていない。図5では、参照のために補強用サイドプレート4に、第1流入管5、第1流出管6、第2流入管7、第2流出管8の位置を破線で示すが、補強用サイドプレート4にこれらが設けられているわけではない。なお、第1流入管5、第1流出管6、第2流入管7、第2流出管8は必ずしも補強用サイドプレート1に設けられる必要があるわけではなく、補強用サイドプレート4に設けられていてもよい。その場合、補強用サイドプレート1には第1流入管5、第1流出管6、第2流入管7、第2流出管8は設けられない。また、第1流入管5、第1流出管6、第2流入管7、第2流出管8が必ずしも補強用サイドプレート1又は補強用サイドプレート4のどちらかに集約されていなくても良い。
[0018]
 図6に示すように、伝熱プレート2と伝熱プレート3とを積層した場合、向きの異なる略V字状の波形状15及び波形状16が重なり合うことにより、伝熱プレート2と伝熱プレート3との間に複雑な流れを引き起こす流路が形成される。
[0019]
 図7に示すように、伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれは、第1流入口9同士、第1流出口10同士、第2流入口11同士、第2流出口12同士がそれぞれ重なるように積層される。また、補強用サイドプレート1と伝熱プレート2とは、第1流入管5と第1流入口9とが重なり、第1流出管6と第1流出口10とが重なり、第2流入管7と第2流入口11とが重なり、第2流出管8と第2流出口12とが重なるように積層される。
[0020]
 そして伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれの外周フランジ部19が重なるように積層され、その積層体の正面側及び背面側にさらに補強用サイドプレート1及び補強用サイドプレート1が重なるように積層され、ロウ等により接合される。この状態において、伝熱プレート2及び伝熱プレート3のそれぞれの外周の外周フランジ部19同士は重なっており、接合の際、その重なった部分も接合される。補強用サイドプレート1及び補強用サイドプレート1の外周の縁もまた、隣接する伝熱プレートと接合される。また、積層方向から見た場合に、前面側に積層された伝熱プレートの波形状の凹部と、背面側に積層された伝熱プレートの波形状の凸部とが重なる部分も接合される。
[0021]
 これにより、第1流入管5から流入した第1流体が第1流出管6から流出する第1流路13が、伝熱プレート3の背面と伝熱プレート2の前面との間に形成される。同様に、第2流入管7から流入した第2流体が第2流出管8から流出する第2流路14が、伝熱プレート2の背面と伝熱プレート3の前面との間に形成される。外部から第1流入管5へ流入した第1流体は、各伝熱プレート2及び伝熱プレート3の第1流入口9が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、各第1流路13へ流入する。第1流路13へ流入した第1流体は、短辺方向へ徐々に広がりながら、長辺方向へ流れて、第1流出口10から流出する。第1流出口10から流出した第1流体は、第1流出口10が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、第1流出管6から外部へ流出する。
[0022]
 同様に、外部から第2流入管7へ流入した第2流体は、各伝熱プレート2及び伝熱プレート3の第2流入口11が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、各第2流路14へ流入する。第2流路14へ流入した第2流体は、短辺方向へ徐々に広がりながら、長辺方向へ流れて、第2流出口12から流出する。第2流出口12から流出した第2流体は、第2流出口12が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、第2流出管8から外部へ流出する。
[0023]
 第1流路13を流れる第1流体と第2流路14を流れる第2流体とは、波形状15及び波形状16が形成された熱交換部17を流れる際、伝熱プレート2及び伝熱プレート3を介して熱交換される。
[0024]
 第1流体は、例えば水などである。第2流体は、例えば冷媒のCO 、R410A又はHC等である。
[0025]
 次に、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器40のヘッダー部18の構成について説明する。
 図8は、図6のA-A断面図である。図9は、図4のA-A断面図である。図10は、図3のA-A断面図である。なお、図8~図10のA-Aの断面位置は同じである。
[0026]
 第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2のそれぞれのヘッダー部18は、図8に示すように互いに離間して流体が通過する流路領域20と、互いに接触して流体が通過しない非流路領域21とを形成している。
[0027]
 以下、流路領域20及び非流路領域21の具体的な構成を説明する。
[0028]
 図8及び図9に示すように、第1伝熱プレート3のヘッダー部18は、第1流入口9が形成された凸領域20aと、第2流入口11が形成された凹領域21aとを有する。また、図8及び図10に示すように、第2伝熱プレート2のヘッダー部18もまた、第1流入口9が形成された凹領域20bと、第2流入口11が形成された凸領域21bとを有する。第1伝熱プレート3の凸領域20aは、上側に凸となっており、第2伝熱プレート2の凹領域20bは、下側に凹となっている。これにより、凸領域20aと凹領域20bとが互いに離間して、流体が通過する流路領域20が形成されている。流路領域20は第1流路13となっており、第1流体が流れる。つまり、第1流入口9から流入した第1流体は、流路領域20を通過した後、第1伝熱プレート3の熱交換部17と第2伝熱プレート2の熱交換部17との間の第1流路13に流れる。
[0029]
 一方、第1伝熱プレート3の凹領域21aは、下側に凹となっており、第2伝熱プレート2の凸領域21bは、上側に凸となっている。これにより、凹領域21aと凸領域21bとは互いに接触し、ロウ付けされて伝熱プレートの面方向に流体が通過しない非流路領域21となっている。よって、非流路領域21には第1流体は流れない。
[0030]
 ここでは伝熱プレートの長手方向の両端部にあるヘッダー部18のうち、第1流入口9及び第2流入口11が形成された側のヘッダー部18について説明したが、第1流出口10及び第2流出口12が形成された側のヘッダー部18も、同様の構成である。つまり、第1流出口10が形成された第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2のそれぞれのヘッダー部18は、第1流入口9が形成されたヘッダー部18と同様に流路領域20を形成している。また、第2流出口12が形成された第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2のそれぞれのヘッダー部18は、第2流入口11が形成されたヘッダー部18と同様に非流路領域21を形成している。
[0031]
 以上の構成の第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが交互に複数枚、重ね合わせられることで、伝熱プレート同士の間に、第1流入口9から第1流出口10に流れる流路と、第2流入口11から第2流出口12に流れる流路とが交互に形成される。
[0032]
 次に、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器40のヘッダー部18のさらに詳細な構成について説明する。
[0033]
 図11は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とを正面側から見た分解斜視図である。図12は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが重なった状態の要部斜視図である。図13は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが重なった部分の図6のB-Bの位置での断面斜視図である。図14は、図13と同じ断面位置での端面図である。
[0034]
 第1伝熱プレート3の凸領域20aには、下側に凹の複数の凹部が形成されている。具体的には、複数の凹部として、平面視で三角形状の一対の凹部22aと、第1伝熱プレート3の角部周縁部に形成された円弧状の凹部23aとを有する。また、第1伝熱プレート3の凹領域21aには、上側に凸の複数の凸部が形成されている。具体的には、複数の凸部として、平面視で三角形状の一対の凸部24aと、第1伝熱プレート3の角部周縁部に形成された円弧状の凸部25aとを有する。なお、一対の凹部22a及び一対の凸部24aの形状は一例であって、三角形状に限るものではなく、四角形状又は円柱状等としてもよい。
[0035]
 第2伝熱プレート2の凹領域20bには、上側に凸の複数の凸部が形成されている。具体的には、複数の凸部として、平面視で三角形状の一対の凸部22bと、第2伝熱プレート2の角部周縁部に形成された円弧状の凸部23bとを有する。また、第2伝熱プレート2の凸領域21bには、下側に凹の複数の凹部が形成されている。具体的には、複数の凹部として、平面視で三角形状の一対の凹部24bと、第2伝熱プレート2の角部周縁部に形成された円弧状の凹部25bとを有する。なお、一対の凸部22b及び一対の凹部24bの形状は一例であって、三角形状に限るものではなく、四角形状又は円柱状等としてもよい。
[0036]
 以上のように構成された第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが重ね合わされることで、凸領域20aと凹領域20bとで形成される流路領域20においては、一対の凹部22aと一対の凸部22bとが面接触すると共に、凹部23aと凸部23bとが面接触する。これら面接触した部分は、ロウ付けされて各流路内の内圧を支える支柱部となり、伝熱プレートの強度向上が図られている。
[0037]
 一方、凹領域21aと凸領域21bとで形成される非流路領域21では、一対の凸部24aの空間部と一対の凹部24bの空間部とが上下方向に重なって一対の空洞部が形成される。一対の空洞部は、プレート式熱交換器40の製造工程における真空ロウ付けにおいて、真空状態で周囲がロウ付けされて密閉空間となる。また、凸部25aの空間部と凹部25bの空間部同士が上下方向に重なって空洞部30(図13及び図14参照)が形成される。
[0038]
 本実施の形態1は、空洞部30を構成するプレート部分に、空洞部30を外部に連通させる連通口32を形成したことを特徴としている。以下、具体的な構造について説明する。
[0039]
 ここで、図11及び後述の各図において、第1伝熱プレート3の外周フランジ部19を第1外周フランジ部19a、第2伝熱プレート2の外周フランジ部19を第2外周フランジ部19bとして区別する。空洞部30を構成するプレート部分である、凸部25a及び凹部25bは、上述したように伝熱プレートの角部周縁部に形成されており、図13及び図14に示すように、凸部25aの一部は第1外周フランジ部19aによって形成されている。第1外周フランジ部19aの下端部は、第2外周フランジ部19bの外側に重なっており、凸部25aと凹部25bとで閉じた空洞部30が形成されている。
[0040]
 第1外周フランジ部19aには、第1外周フランジ部19aの下端19aaから上方に延びる切り欠き31が形成されている。切り欠き31の上端面31aの高さ位置は、凹部25bの底面25baの高さ位置よりも高くなっている。これにより、図12に示すように、切り欠き31が、空洞部30と連通する連通口32を形成しており、空洞部30が連通口32を通じて外部に連通する構成となっている。
[0041]
 ここで、連通口32を構成する切り欠き31が、仮に凸部25aの頂部まで延びて形成されていると、空洞部30が、第1伝熱プレート3とその上面側に重ねられる第2伝熱プレート2との間に形成される第2流路14に連通してしまう。このため、切り欠き31、言い換えれば連通口32は、あくまでも第1外周フランジ部19aに形成されている。なお、ここでは、空洞部30を外部と連通させる連通口32を切り欠き31で形成しているが、貫通孔で形成してもよい。
[0042]
 次に、上記した構成の作用について説明する。
 連通口32は、プレート式熱交換器40の出荷前にロウ付け不良を検出するために設けられたものである。ここではまず、第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とのロウ付け不良について説明する。
[0043]
 図15は、本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器40における第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とを重ねた状態の外周縁部分の断面図である。
 第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2とが重ねられた状態では、図中の点線で囲まれた外周縁部分に隙間50が形成される。ロウ付け時に、この隙間50にロウが行き渡らない場合、ロウ付け不良となる。
[0044]
 このようなロウ付け不良が、図12において点線で囲った部分に示すように伝熱プレートの外周縁に沿って形成されると、ロウ付け不良部分を介して熱交換部17と空洞部30とが連通する。熱交換部17と空洞部30とが連通すると、第1流体である水が熱交換部17からロウ付け不良部分を介して空洞部30に流入し、空洞部30に滞留する。空洞部30に水が滞留すると、プレート式熱交換器40が蒸発器として使われる場合、空洞部30内に滞留した水が凍結して膨張し、伝熱プレートが破損する恐れがある。
[0045]
 そこで、本実施の形態1では、上述したように空洞部30を外部に連通させる構成としている。これにより、熱交換部17と空洞部30とが連通するロウ付け不良があった場合に、製造段階における気密検査時に、以下のようにしてロウ付け不良を検出できる。すなわち、気密検査の際には、第1流入口9から検査用エアーが第1流路13に供給される。ロウ付け不良によって熱交換部17と空洞部30とが連通していると、第1流路13に供給された検査用エアーが熱交換部17を経へ空洞部30に流入し、連通口32から外部に漏れ出る。したがって、連通口32からの検査用エアーの漏れを検出することで、ロウ付け不良を検出できる。このようにロウ付け不良を検出できることで、不良品が市場へ流出することを防止できる。
[0046]
 ところで、実施の形態1では、図11~図13に示すように第2外周フランジ部19bにも切り欠き33を設けている。この切り欠き33は、第2伝熱プレート2のさらに下側に積層される第1伝熱プレート3の連通口32を、覆うことなく露出させるために設けられている。よって、第2伝熱プレート2の第2外周フランジ部19bが連通口32を覆ってしまわない寸法関係であれば、切り欠き33は設けなくてもよい。
[0047]
 ここで、連通口32の大きさは、検査用エアーとして用いられる気体、例えば窒素又は酸素が0.1MPaG程度で通過できる程度の大きさであればよい。
[0048]
 以上説明したように、実施の形態1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たプレート式熱交換器40であって、伝熱プレートは、流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部17と、熱交換部17における流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部18とを有する。積層方向に隣接する2枚の伝熱プレートのうちの正面側の伝熱プレートを第1伝熱プレート3、背面側の伝熱プレートを第2伝熱プレート2としたとき、第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2のそれぞれのヘッダー部18の一部には、互いに接触して流体が通過しない非流路領域21が形成されている。第1伝熱プレート3の非流路領域21の周縁部は、上側に凸の凸部25aを有し、第2伝熱プレート2の非流路領域21の周縁部は、下側に凹の凹部25bを有する。凸部25aと凹部25bとが積層方向に重なって空洞部30を形成しており、空洞部30を形成するプレート部分に、空洞部30を外部に連通させる連通口32が形成されている。
[0049]
 この構成により、ロウ付け不良があった場合には、気密検査時に空洞部30から検査用エアーが漏れ出る。したがって、検査用エアーの漏れを検出することで、ロウ付け不良を検出できる。その結果、ロウ付け不良を有する不良品が市場に出荷されるのを防止できる。
[0050]
 実施の形態1において、第1伝熱プレート3の外周縁には第1外周フランジ部19aが形成されている。凸部25aの一部は第1外周フランジ部19aで形成されており、第1外周フランジ部19aに連通口32が形成されている。
[0051]
 この構成により、連通口32は第1外周フランジ部19aに形成されており、凸部25aの頂部には形成されていない。よって、空洞部30が第1伝熱プレート3の上面側に形成される流路に連通することがない。
[0052]
 実施の形態1において、連通口32は、切り欠き31又は貫通孔で形成されている。
[0053]
 このように、連通口32は、切り欠き31又は貫通孔で形成できる。
[0054]
 実施の形態1において、第2伝熱プレート2の外周縁には第2外周フランジ部19bが形成されている。第2外周フランジ部19bには、第2伝熱プレート2の下側に積層される第1伝熱プレート3の連通口32を露出させる切り欠き33が形成されている。
[0055]
 この構成により、第1伝熱プレート3の連通口32が第2外周フランジ部19bによって覆われることを防止できる。
[0056]
 実施の形態1では、長方形状の第1伝熱プレート3及び長方形状の第2伝熱プレート2のそれぞれの四隅に、流体として第1流体又は第2流体の流出入口となる通路孔が形成されている。第1流体が流れる第1流路13と第2流体が流れる第2流路14とが、隣接する第1伝熱プレート3と第2伝熱プレート2との間に積層方向に交互に形成されている。第1流路13は、隣接する第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2の長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第1流入口9から流入した第1流体を、長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第1流出口10から流出させる流路である。第2流路は、隣接する第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2の長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第2流入口11から流入した第2流体を、長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第2流出口12から流出させる流路である。第1伝熱プレート3及び第2伝熱プレート2のそれぞれの熱交換部17には、積層方向に変位する波形状が形成されている。
[0057]
 この構成により、第1流体が流れる第1流路13においてロウ付け不良があった場合には、気密検査時に連通口32から検査用エアーが漏れ出る。したがって、検査用エアーの漏れを検出することで、ロウ付け不良を検出できる。その結果、第1流体が水である場合に、凍結による破損が生じる可能性のある不良品が市場に出荷されるのを防止できる。
[0058]
 なお、本発明のプレート式熱交換器40は、上記各図に示した構造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で例えば以下のように変形して実施することが可能である。
[0059]
 切り欠き31は、水が流れる流路を形成する2枚の伝熱プレートの非流路領域21に形成された凸部25aに少なくとも形成されていればよく、さらに複数箇所に形成されていてもよい。例えば、切り欠き31が1箇所であると、他の伝熱プレートに積層する際の向きが限定されることから、四つの角部周縁部の全てに切り欠き31を形成してもよい。切り欠き33についても同様で、形成箇所は1箇所に限定されず、さらに複数箇所に形成されていてもよい。
[0060]
 上述したプレート式熱交換器40では、空洞部30を形成する凸部25a及び凹部25bが、角部周縁部に形成されていたが、必ずしもこの位置に限られたものではなく、ヘッダー部18の周縁部であればよい。
[0061]
 上述したプレート式熱交換器40では、伝熱プレート2と伝熱プレート3とを重ね合わせて形成されているが、伝熱プレート2同士又は伝熱プレート3同士を上下逆さまにして重ね合せて形成してもよい。このように同じ伝熱プレートを上下逆さまにして使用することで、部品仕様の共通化ができコストダウンを図ることができる。
[0062]
実施の形態2.
 実施の形態2では、プレート式熱交換器40を用いたヒートポンプ装置100の回路構成の一例について説明する。
[0063]
 ヒートポンプ装置100では、冷媒として、上述したように例えば、CO 、R410A又はHC等が用いられる。CO のように高圧側が超臨界域となる冷媒もあるが、ここでは、冷媒としてR410Aを用いた場合を例として説明する。
[0064]
 図16は、本発明の実施の形態2に係るヒートポンプ装置100の回路構成図である。図17は、図16に示すヒートポンプ装置100の冷媒の状態についてのモリエル線図である。図17において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。
[0065]
 ヒートポンプ装置100は、圧縮機51と、熱交換器52と、膨張機構53と、レシーバ54と、内部熱交換器55と、膨張機構56と、熱交換器57とが配管により順次接続され、冷媒が循環する主冷媒回路58を備える。なお、主冷媒回路58において、圧縮機51の吐出側には、四方弁59が設けられ、冷媒の循環方向が切り替え可能となっている。また、熱交換器57の近傍には、ファン60が設けられる。また、熱交換器52は、上記実施の形態で説明したプレート式熱交換器40である。
[0066]
 さらに、ヒートポンプ装置100は、レシーバ54と内部熱交換器55との間から、圧縮機51のインジェクションパイプまでを配管により繋ぐインジェクション回路62を備える。インジェクション回路62には、膨張機構61と、内部熱交換器55とが順次接続される。
[0067]
 熱交換器52には、水が循環する水回路63が接続される。なお、水回路63には、給湯器、ラジエータ又は床暖房等の放熱器等の水を利用する装置が接続される。
[0068]
 まず、ヒートポンプ装置100の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、四方弁59は実線方向に設定される。なお、この暖房運転とは、空調で使われる暖房だけでなく、水に熱を与えて温水を作る給湯も含む。
[0069]
 圧縮機51で高温高圧となった気相冷媒(図17の点1)は、圧縮機51から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器52で熱交換されて液化する(図17の点2)。このとき、冷媒から放熱された熱により、水回路63を循環する水が温められ、暖房又は給湯に利用される。
[0070]
 熱交換器52で液化された液相冷媒は、膨張機構53で減圧され、気液二相状態になる(図17の点3)。膨張機構53で気液二相状態になった冷媒は、レシーバ54で圧縮機51へ吸入される冷媒と熱交換され、冷却されて液化される(図17の点4)。レシーバ54で液化された液相冷媒は、主冷媒回路58と、インジェクション回路62とに分岐して流れる。
[0071]
 主冷媒回路58を流れる液相冷媒は、膨張機構61で減圧されて気液二相状態となったインジェクション回路62を流れる冷媒と内部熱交換器55で熱交換されて、さらに冷却される(図17の点5)。内部熱交換器55で冷却された液相冷媒は、膨張機構56で減圧されて気液二相状態になる(図17の点6)。膨張機構56で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器57で外気と熱交換され、加熱される(図17の点7)。そして、熱交換器57で加熱された冷媒は、レシーバ54でさらに加熱され(図17の点8)、圧縮機51に吸入される。
[0072]
 一方、インジェクション回路62を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構61で減圧されて(図17の点9)、内部熱交換器55で熱交換される(図17の点10)。内部熱交換器55で熱交換された気液二相状態の冷媒(インジェクション冷媒)は、気液二相状態のまま圧縮機51のインジェクションパイプから圧縮機51内へ流入する。
[0073]
 圧縮機51では、主冷媒回路58から吸入された冷媒(図17の点8)が、中間圧まで圧縮及び加熱される(図17の点11)。中間圧まで圧縮及び加熱された冷媒(図17の点11)に、インジェクション冷媒(図17の点10)が合流して、温度が低下する(図17の点12)。そして、温度が低下した冷媒(図17の点12)が、さらに圧縮及び加熱されて高温高圧となり、吐出される(図17の点1)。
[0074]
 なお、インジェクション運転を行わない場合には、膨張機構61の開度を全閉にする。つまり、インジェクション運転を行う場合には、膨張機構61の開度が所定の開度よりも大きくなっているが、インジェクション運転を行わない際には、膨張機構61の開度を所定の開度より小さくする。これにより、圧縮機51のインジェクションパイプへ冷媒が流入しない。
[0075]
 ここで、膨張機構61の開度は、マイクロコンピュータ等の制御部により電子制御により制御される。
[0076]
 次に、ヒートポンプ装置100の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、四方弁59は破線方向に設定される。なお、この冷房運転とは、空調で使われる冷房だけでなく、水から熱を奪って冷水を作ること、また、冷凍を行うこと等も含む。
[0077]
 圧縮機51で高温高圧となった気相冷媒(図17の点1)は、圧縮機51から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器57で熱交換されて液化する(図17の点2)。熱交換器57で液化された液相冷媒は、膨張機構56で減圧され、気液二相状態になる(図17の点3)。膨張機構56で気液二相状態になった冷媒は、内部熱交換器55で熱交換され、冷却され液化される(図17の点4)。内部熱交換器55では、膨張機構56で気液二相状態になった冷媒と、内部熱交換器55で液化された液相冷媒を膨張機構61で減圧させて気液二相状態になった冷媒(図17の点9)とを熱交換させている。内部熱交換器55で熱交換された液相冷媒(図17の点4)は、主冷媒回路58と、インジェクション回路62とに分岐して流れる。
[0078]
 主冷媒回路58を流れる液相冷媒は、レシーバ54で圧縮機51に吸入される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される(図17の点5)。レシーバ54で冷却された液相冷媒は、膨張機構53で減圧されて気液二相状態になる(図17の点6)。膨張機構53で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器52で熱交換され、加熱される(図17の点7)。このとき、冷媒が吸熱することにより、水回路63を循環する水が冷やされ、冷房又は冷凍に利用される。
[0079]
 そして、熱交換器52で加熱された冷媒は、レシーバ54でさらに加熱され(図17の点8)、圧縮機51に吸入される。
[0080]
 一方、インジェクション回路62を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構61で減圧されて(図17の点9)、内部熱交換器55で熱交換される(図17の点10)。内部熱交換器55で熱交換された気液二相状態の冷媒(インジェクション冷媒)は、気液二相状態のまま圧縮機51のインジェクションパイプから流入する。
[0081]
 圧縮機51内での圧縮動作については、暖房運転時と同様である。
[0082]
 なお、インジェクション運転を行わない際には、暖房運転時と同様に、膨張機構61の開度を全閉にして、圧縮機51のインジェクションパイプへ冷媒が流入しないようにする。
[0083]
 本実施の形態2のヒートポンプ装置は、実施の形態1のプレート式熱交換器40を備えているので、プレート式熱交換器40において、出荷前の気密検査にてロウ付け不良を検出することが可能である。
[0084]
 なお、本実施の形態2では、ヒートポンプ装置が、冷房運転及び暖房運転を行う空気調和機であるものとして説明したが、冷蔵冷凍倉庫等を冷却する冷却装置又は給湯装置などとしてもよい。

符号の説明

[0085]
 1 補強用サイドプレート、2 伝熱プレート(第2伝熱プレート)、3 伝熱プレート(第1伝熱プレート)、4 補強用サイドプレート、5 第1流入管、6 第1流出管、7 第2流入管、8 第2流出管、9 第1流入口、10 第1流出口、11 第2流入口、12 第2流出口、13 第1流路、14 第2流路、15 波形状、16 波形状、17 熱交換部、18 ヘッダー部、19 外周フランジ部、19a 第1外周フランジ部、19aa 下端、19b 第2外周フランジ部、20 流路領域、20a 凸領域、20b 凹領域、21 非流路領域、21a 凹領域、21b 凸領域、22a 凹部、22b 凸部、23a 凹部、23b 凸部、24a 凸部、24b 凹部、25a 凸部、25b 凹部、25ba 底面、30 空洞部、31 切り欠き、31a 上端面、32 連通口、33 切り欠き、40 プレート式熱交換器、50 隙間、51 圧縮機、52 熱交換器、53 膨張機構、54 レシーバ、55 内部熱交換器、56 膨張機構、57 熱交換器、58 主冷媒回路、59 四方弁、60 ファン、61 膨張機構、62 インジェクション回路、63 水回路、100 ヒートポンプ装置。

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たプレート式熱交換器であって、
 積層方向に隣接する2枚の前記伝熱プレートのうちの正面側の前記伝熱プレートを第1伝熱プレート、背面側の前記伝熱プレートを第2伝熱プレートとしたとき、前記第1伝熱プレートと前記第2伝熱プレートとが交互に積層されており、
 前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートのそれぞれは、前記流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部と、前記熱交換部における前記流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部とを有し、
 前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートのそれぞれの前記ヘッダー部の一部には、互いに接触して前記流体が通過しない非流路領域が形成されており、
 前記第1伝熱プレートの前記非流路領域の周縁部は、上側に凸の凸部を有し、
 前記第2伝熱プレートの前記非流路領域の周縁部は、下側に凹の凹部を有し、
 前記凸部の空間部と前記凹部の空間部とが前記積層方向に重なって空洞部を形成しており、前記空洞部を形成するプレート部分に、前記空洞部を外部に連通させる連通口が形成されているプレート式熱交換器。
[請求項2]
 前記第1伝熱プレートの外周縁には第1外周フランジ部が形成されており、
 前記凸部の一部は前記第1外周フランジ部で形成されており、前記第1外周フランジ部に前記連通口が形成されている請求項1記載のプレート式熱交換器。
[請求項3]
 前記連通口は、切り欠き又は貫通孔である請求項1又は請求項2に記載のプレート式熱交換器。
[請求項4]
 前記第2伝熱プレートの外周縁には第2外周フランジ部が形成されており、前記第2外周フランジ部には、前記第2伝熱プレートの下側に積層される前記第1伝熱プレートの前記連通口を露出させる切り欠きが形成されている請求項1~請求項3の何れか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項5]
 長方形状の前記第1伝熱プレート及び長方形状の前記第2伝熱プレートのそれぞれの四隅に、前記流体として第1流体又は第2流体の流出入口となる通路孔が形成され、
 前記第1流体が流れる第1流路と前記第2流体が流れる第2流路とが、隣接する前記第1伝熱プレートと前記第2伝熱プレートとの間に前記積層方向に交互に形成されており、
 前記第1流路は、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第1流入口から流入した前記第1流体を、前記長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第1流出口から流出させる流路であり、
 前記第2流路は、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第2流入口から流入した前記第2流体を、前記長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第2流出口から流出させる流路であり、
 前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートのそれぞれの前記熱交換部には、波形の凹凸形状を有する波形状が形成されている請求項1~請求項4の何れか一項に記載のプレート式熱交換器。
[請求項6]
 請求項1~請求項5の何れか一項に記載のプレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置。

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]