(57)【要約】  プレート式熱交換器の耐圧強度を高くすることを目的とする。プレート式熱交換器は、流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層されている。隣接する２枚のプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートに形成された前記波形状の頂部と、上側に積層されたプレートに形成された前記波形状の底部とが重なる部分が接合されている。特に、下側に積層されたプレートに形成された波形状の頂部うち、流入口と流出口とに隣接する頂部は平面状に形成されている。
2012143998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層され、前記流入口から流入した前記流体が前記流出口へ向かって流れる流路が隣接する２枚のプレートの間に形成されたプレート式熱交換器であり、
各プレートには、前記流入口と前記流出口との間に、プレートの積層方向に変位する波形状であって、前記流入口側から前記流出口側へ向かって複数の頂部及び底部が繰り返し現れる波形状が形成され、
隣接する２枚のプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートである下側プレートに形成された前記波形状の頂部と、上側に積層されたプレートである上側プレートに形成された前記波形状の底部とが重なる部分が接合され、
前記下側プレートに形成された波形状の頂部うち、前記流入口と前記流出口との少なくともいずれかに隣接する頂部である隣接頂部は、平面状である
ことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記上側プレートに形成された波形状の底部のうち、前記隣接頂部と接合される底部である接合底部は、平面状である
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記隣接頂部は、前記波形状の稜線と垂直方向の幅が１ミリメートル以上２ミリメートル以下の平面である
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記隣接頂部は、曲げ半径が２ミリメートル以上１０ミリメートル以下の曲面である
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
前記上側プレートに形成された波形状の頂部うち、前記隣接頂部と接合される底部である接合底部と、前記隣接頂部とには、積層された場合に嵌り合うように、一方に凹部が形成され、他方に凸部が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項６】
前記隣接頂部は、他の頂部よりも波高が高く形成されていたものが、前記各プレートが積層された際の荷重により潰され平面状になった
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項７】
前記各プレートは、矩形であり、長辺方向の一端側に前記流入口が設けられるとともに、他方側に前記流出口が設けられ、
前記各プレートには、前記積層方向から見た場合にＶ字型となる波形状であって、短辺方向の両端側に両端部を有し、前記両端部から前記長辺方向にずれた位置に折り返し点を有するＶ字型の波形状が形成され、
前記波形状のうち前記隣接頂部を形成する部分は、他の頂部を形成する部分よりも前記Ｖ字型の前記折り返し点における折り返し角度が大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項８】
前記各プレートは、矩形であり、長辺方向の一端側に前記流入口が設けられるとともに、他方側に前記流出口が設けられ、
前記各プレートには、前記積層方向から見た場合にＶ字型となる波形状であって、短辺方向の両端側に両端部を有し、前記両端部から前記長辺方向にずれた位置に折り返し点を有するＶ字型の波形状が形成され、
前記波形状のうち前記隣接頂部を形成する部分には、前記長辺方向における前記折り返し点側に曲がった曲部が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項９】
圧縮機と、第１熱交換器と、膨張機構と、第２熱交換器とが配管で接続された冷媒回路を備え、
前記冷媒回路に接続された前記第１熱交換器は、
流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層され、前記流入口から流入した前記流体が前記流出口へ向かって流れる流路が隣接する２枚のプレートの間に形成されたプレート式熱交換器であり、
各プレートには、前記流入口と前記流出口との間に、プレートの積層方向に変位する波形状であって、前記流入口側から前記流出口側へ向かって複数の頂部及び底部が繰り返し現れる波形状が形成され、
隣接する２枚のプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートである下側プレートに形成された前記波形状の頂部と、上側に積層されたプレートである上側プレートに形成された前記波形状の底部とが重なる部分が接合され、
前記下側プレートに形成された波形状の頂部うち、前記流入口と前記流出口との少なくともいずれかに隣接する頂部である隣接頂部は、平面状である
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の伝熱プレートを積層して形成されたプレート式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート式熱交換器を形成する各伝熱プレートには、流入口と流出口とが設けられ、流入口と流出口との間に、伝熱プレートの積層方向に変位する波形状が形成される。プレート式熱交換器は、下側に積層された伝熱プレートに形成された波形状の頂部と、上側に積層された伝熱プレートに形成された波形状の底部とが、積層方向から見た場合に重なる重複部分が、ロウ付けにより接合される。【０００３】
各伝熱プレートに形成された波形状の波高の寸法が均一でないと、重複部分においても、隣接する伝熱プレート間に隙間が空いてしまう部分ができ、接合されない未接合部分ができる。一般に、伝熱プレートの波形状はプレス加工により形成される。波形状のうち流出入口と隣接する波（“１つ目の波”と呼ぶ）は、プレス機のクランクシャフトからの距離が遠いため、波高の寸法に誤差が生じやすい。そのため、１つ目の波には、未接合部分ができやすく、接合強度が低くなりやすい。
また、流出入口近傍は、波形状が形成されていない平面であり、受圧面積が大きくなる。そのため、流出入口に隣接する１つ目の波における接合部分にかかる応力は、波形状が形成されている伝熱面部分にかかる応力よりも大きい。したがって、流出入口に隣接する１つ目の波における重複部分は、特に接合強度を高くする必要がある。【０００４】
特許文献１には、流出入口周辺に堰を設けたプレート式熱交換器についての記載がある。特許文献２には、伝熱面部分に堰（補強溝）を設けたプレート式熱交換器についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０９３９４号公報
【特許文献２】特開平７−２６０３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたプレート式熱交換器のように、強度対策として流出入口周辺に堰を形成すると、伝熱プレートの形状が複雑となってしまい、堰の高さ寸法を高精度に出すことが難しい。また、この堰は、隣接する伝熱プレートと接合されているが、未接合部が部分的にあるため圧力負荷に弱い。
特許文献２に記載されたプレート式熱交換器のように、伝熱面に設けた堰（補強溝）は、伝熱プレートの積層方向の変形については脆弱であるため、受圧面積が大きく破損し易い流出入口近傍の強度向上にならない。また、伝熱面に堰を設けてしまうと、流体の圧力損失が大きくなってしまう。
この発明は、プレート式熱交換器の耐圧強度を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るプレート式熱交換器は、
流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層され、前記流入口から流入した前記流体が前記流出口へ向かって流れる流路が隣接する２枚のプレートの間に形成されたプレート式熱交換器であり、
各プレートには、前記流入口と前記流出口との間に、プレートの積層方向に変位する波形状であって、前記流入口側から前記流出口側へ向かって複数の頂部及び底部が繰り返し現れる波形状が形成され、
隣接する２枚のプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートである下側プレートに形成された前記波形状の頂部と、上側に積層されたプレートである上側プレートに形成された前記波形状の底部とが重なる部分が接合され、
前記下側プレートに形成された波形状の頂部うち、前記流入口と前記流出口との少なくともいずれかに隣接する頂部である隣接頂部は、平面状である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るプレート式熱交換器では、１つ目の波の頂部（隣接頂部）が平面状であるため、ロウ付けによる接合強度が高い。そのため、１つ目の波の部分における接合強度が高くなり、プレート式熱交換器の耐圧強度が高い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】プレート式熱交換器３０の側面図。
【図２】補強用サイドプレート１の正面図。
【図３】伝熱プレート２の正面図。
【図４】伝熱プレート３の正面図。
【図５】補強用サイドプレート４の正面図。
【図６】伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した状態を示す図。
【図７】プレート式熱交換器３０の分解斜視図。
【図８】実施の形態１に係る伝熱プレート２を示す図。
【図９】実施の形態１に係る伝熱プレート３を示す図。
【図１０】実施の形態１に係る伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した状態を示す図。
【図１１】図８のＡ−Ａ’断面図。
【図１２】図８のＢ−Ｂ’断面図。
【図１３】図９のＣ−Ｃ’断面図。
【図１４】図９のＤ−Ｄ’断面図。
【図１５】図１０のＥ−Ｅ’断面図。
【図１６】図１０のＦ−Ｆ’断面図。
【図１７】実施の形態３に係る隣接頂部１８の説明図。
【図１８】実施の形態３に係る重複部分２０の説明図。
【図１９】実施の形態４に係る接合底部１９の説明図。
【図２０】実施の形態４に係る隣接頂部１８の説明図。
【図２１】実施の形態４に係る重複部分２０の説明図。
【図２２】凹凸形状を形成しない場合における重複部分２０の説明図。
【図２３】凹凸形状を形成した場合における重複部分２０の説明図。
【図２４】実施の形態５に係る伝熱プレート３を示す図。
【図２５】図２４のＧ−Ｇ’断面図。
【図２６】隣接頂部１８や接合底部１９を形成していない波の波角度を示す図。
【図２７】隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の波角度を示す図。
【図２８】隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の一部の波角度を大きくした例を示す図。
【図２９】実施の形態７に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図。
【図３０】図２９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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１に係るプレート式熱交換器３０の基本構成を説明する。
図１は、プレート式熱交換器３０の側面図である。図２は、補強用サイドプレート１の正面図（積層方向から見た図）である。図３は、伝熱プレート２の正面図である。図４は、伝熱プレート３の正面図である。図５は、補強用サイドプレート４の正面図である。図６は、伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した状態を示す図である。図７は、プレート式熱交換器３０の分解斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、プレート式熱交換器３０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３０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。
【００１２】
図２に示すように、補強用サイドプレート１は、略矩形の板状に形成される。補強用サイドプレート１は、略矩形の四隅に、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３，４に示すように、各伝熱プレート２，３は、補強用サイドプレート１と同様に、略矩形の板状に形成され、四隅に第１流入口９、第１流出口１０、第２流入口１１、第２流出口１２が設けられる。また、各伝熱プレート２，３は、プレートの積層方向に変位する波形状１５，１６が形成されている。波形状１５，１６は、積層方向から見た場合に、伝熱プレート２，３の短辺方向の両端側に両端部を有し、両端部から長辺方向にずれた位置に折り返し点を有する略Ｖ字状に形成されている。特に、伝熱プレート２に形成された波形状１５と、伝熱プレート３に形成された波形状１６とでは、略Ｖ字状の向きが逆向きになっている。
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、略矩形の板状に形成される。補強用サイドプレート４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が設けられない。なお、図５では、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。
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１５，１６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。
【００１３】
図７に示すように、各伝熱プレート２，３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。そして、各伝熱プレート２，３及び補強用サイドプレート１，４の外周の縁が重なるように積層され、ロウにより接合される。この際、各伝熱プレート２，３は、外周の縁が接合されるだけでなく、積層方向から見た場合に、上側（前面側）に積層された伝熱プレートの波形状の底部と下側（背面側）に積層された伝熱プレートの波形状の頂部とが重なる部分も接合される。
【００１４】
これにより、第１流入管５から流入した第１流体（例えば、水）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２の背面と伝熱プレート３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（例えば、冷媒）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３の背面と伝熱プレート２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２，３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。
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２，３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。
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１５，１６が形成された部分を流れる際、伝熱プレート２，３を介して熱交換される。なお、第１流路１３と第２流路１４とにおいて、波形状１５，１６が形成された部分を熱交換流路１７（図３，４，６参照）と呼ぶ。
【００１５】
次に、実施の形態１に係るプレート式熱交換器３０の特徴について説明する。
図８は、実施の形態１に係る伝熱プレート２を示す図である。図９は、実施の形態１に係る伝熱プレート３を示す図である。図１０は、実施の形態１に係る伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した状態を示す図である。図１１は、図８のＡ−Ａ’断面図である。図１２は、図８のＢ−Ｂ’断面図である。図１３は、図９のＣ−Ｃ’断面図である。図１４は、図９のＤ−Ｄ’断面図である。図１５は、図１０のＥ−Ｅ’断面図である。図１６は、図１０のＦ−Ｆ’断面図である。
【００１６】
図９，１３に示すように、伝熱プレート３に形成された波形状１６の頂部のうち、第１流出口１０及び第２流入口１１に隣接する波形状１６（１つ目の波）の頂部である隣接頂部１８は、平面状に（略平坦）形成されている。また、図８，１１に示すように、伝熱プレート２に形成された波形状１５の底部のうち、隣接頂部１８と接合される底部である接合底部１９は、平面状に形成されている。
そのため、図１０，１５に示すように、隣接頂部１８と接合底部１９とが重なる重複部分２０（図１０において斜線で示す領域）は、点ではなく面となる。したがって、隣接頂部１８と接合底部１９とがロウ付けにより接合される接合面積を大きくすることができ、接合強度を高くすることができる。つまり、伝熱プレート３における第１流出口１０及び第２流入口１１側の１つ目の波と、伝熱プレート２との接合強度を高くすることができる。
【００１７】
なお、一般に、プレートの波形状はプレス加工により形成される。波形状１５，１６のうち流出入口と近い部分は、プレス機のクランクシャフトからの距離が遠いため、伝熱プレート２，３の中心部に形成された波形状１５，１６に比べ、波高の寸法（図１１，１３の寸法ａ）に誤差が生じやすい。波高の寸法ａが、設計値に比べ小さくなってしまうと、伝熱プレート２，３の間における本来密着すべき部分に隙間ができ、ロウ付けにより接合されなくなってしまう。
しかし、隣接頂部１８と接合底部１９とを平面状にすることで、隣接頂部１８と接合底部１９との間に多少の隙間があったとしても、ロウ付けによる接合をすることができる。
【００１８】
一方、図９，１４に示すように、伝熱プレート３に形成された波形状１６の頂部のうち、隣接頂部１８以外の頂部である他頂部２１は、凸状に形成されている。同様に、図８，１２に示すように、伝熱プレート２に形成された波形状１５の底部のうち、接合底部１９以外の底部である他底部２２は、凸状に形成されている。
そのため、図１６に示すように、他頂部２１と他底部２２とが重なる重複部分２３は、点となる。したがって、他頂部２１と他底部２２とがロウ付けにより接合される面積を小さくすることができ、熱交換流路１７における有効な熱交換面積が小さくならない。また、圧力損失を抑えることができる。
【００１９】
なお、上記説明では、伝熱プレート２，３の第１流出口１０及び第２流入口１１側のみ説明した。しかし、第１流入口９及び第２流出口１２側についても同様の構成としてもよい。
つまり、伝熱プレート３に形成された波形状１６の頂部のうち、第１流入口９及び第２流出口１２に隣接する波形状１６（１つ目の波）の頂部を平面状に形成してもよい。また、伝熱プレート３における第１流入口９及び第２流出口１２に隣接する波形状１６（１つ目の波）の頂部と接合される、伝熱プレート２に形成された波形状１５の底部を平面状に形成してもよい。これにより、第１流出口１０及び第２流入口１１側と同様に、伝熱プレート３における第１流入口９及び第２流出口１２側の１つ目の波と、伝熱プレート２との接合強度を高くすることができる。
【００２０】
また、上記説明では、伝熱プレート２の背面側及び伝熱プレート３の前面側についてのみ説明した。しかし、伝熱プレート３の背面側及び伝熱プレート２の前面側についても同様の構成としてもよい。
つまり、伝熱プレート２に形成された波形状１５の頂部のうち、第１流出口１０及び第２流入口１１に隣接する波形状１５（１つ目の波）や、第１流入口９及び第２流出口１２に隣接する波形状１５（１つ目の波）の頂部を平面状に形成してもよい。また、伝熱プレート２における第１流出口１０及び第２流入口１１に隣接する波形状１５（１つ目の波）や、第１流入口９及び第２流出口１２に隣接する波形状１５（１つ目の波）の頂部と接合される、伝熱プレート３に形成された波形状１６の底部を平面状に形成してもよい。これにより、伝熱プレート２の背面側及び伝熱プレート３の前面側と同様に、伝熱プレート３の背面側及び伝熱プレート２の前面側についても、伝熱プレート２における１つ目の波と、伝熱プレート３との接合強度を高くすることができる。
【００２１】
また、上記説明では、流出入口に隣接する１つ目の波の頂部だけを平面状に形成した。しかし、流出入口に隣接する２つ以上の波の頂部を平面状に形成してもよい。また、平面状に形成した頂部と接合される、隣接する伝熱プレート２，３の底部を平面状に形成してもよい。
【００２２】
以上のように、実施の形態１に係るプレート式熱交換器３０は、流出入口に隣接する波形状１５，１６の接合強度を高くすることができる。そのため、プレート式熱交換器３０の耐圧強度は高い。
また、流出入口に隣接する波形状１５，１６の波高の寸法ａが小さくなった場合であっても、ロウ付けにより接合することができる。そのため、量産する場合においても、安定した強度を持ったプレート式熱交換器３０を提供することができる。
【００２３】
プレート式熱交換器３０の強度が高くなると、補強用サイドプレート１，４や伝熱プレート２，３の板厚を薄くすることができ、プレート式熱交換器３０の材料コストを抑えることができる。
また、強度が高くなり、信頼性の高いプレート式熱交換器３０であれば、冷媒の漏えいも少ないため、高圧冷媒であるＣＯ２も使用可能となるし、炭化水素、低ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）冷媒といった可燃性冷媒も使用可能となる。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では、隣接頂部１８や接合底部１９を平面状に形成することについて説明した。実施の形態２では、隣接頂部１８や接合底部１９を所定の幅の平面にすることについて説明する。
【００２５】
ここで、隣接頂部１８や接合底部１９の幅とは、図１１，１３に示す幅ｂのことである。幅ｂは、波形状１５，１６の稜線と垂直な方向の頂部や底部の幅のことである。
【００２６】
幅ｂは、１ミリメートル以上２ミリメートル以下とすることが望ましい。幅ｂを１ミリメートル以上２ミリメートル以下とすることで、圧力損失が大きくなることを防ぎつつ、接合強度を高めることができる。
【００２７】
なお、幅ｂを１ミリメートルより小さくすると、接合面積が小さくなり過ぎて接合強度が低くなってしまう場合がある。また、例えば、プレス精度の下限値で形成され、重複部分２０における伝熱プレート２，３間に０．１ミリメートル程度の隙間が空いた場合には、ロウ付けにより接合できないことが起こり得る。
一方、幅ｂを２ミリメートルより大きくすると、ロウ付け面積が大きくなり過ぎ、圧力損失が大きくなってしまう。また、場合によっては、ロウ付け面積が大きくなり過ぎて、隣接する重複部分のロウと連結して、流路を塞いでしまう。
【００２８】
なお、幅ｂは、必要な接合強度に応じたロウ付け面積になるように、上記範囲で調整すればよい。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態２では、隣接頂部１８や接合底部１９を所定の幅の平面にすることについて説明した。実施の形態３では、隣接頂部１８や接合底部１９を平面に近い緩やかな曲面にすることについて説明する。
【００３０】
図１７は、実施の形態３に係る隣接頂部１８の説明図であり、図９のＣ−Ｃ’断面図である。図１８は、実施の形態３に係る重複部分２０の説明図であり、図１０に示すＥ−Ｅ’断面図である。
【００３１】
図１７に示すように、隣接頂部１８を曲げ半径Ｒが２ミリメートル以上１０ミリメートル以下の曲面とする。同様に、接合底部１９も曲げ半径Ｒが２ミリメートル以上１０ミリメートル以下の曲面とする。隣接頂部１８や接合底部１９を曲げ半径Ｒが２ミリメートル以上１０ミリメートル以下の曲面とすることで、圧力損失が大きくなることを防ぎつつ、接合強度を高めることができる。
【００３２】
なお、曲げ半径Ｒを２ミリメートルより小さくすると、接合面積が小さくなり過ぎて接合強度が低くなってしまう場合がある。また、例えば、プレス精度の下限値で形成され、重複部分２０における伝熱プレート２，３間に０．１ミリメートル程度の隙間が空いた場合には、ロウ付けにより接合できないことが起こり得る。
一方、曲げ半径Ｒを１０ミリメートルより大きくすると、ロウ付け面積が大きくなり、圧力損失が大きくなってしまう。また、場合によっては、ロウ付け面積が大きくなり過ぎて、隣接する重複部分のロウと連結して、流路を塞いでしまう場合がある。
【００３３】
なお、曲げ半径Ｒは、必要な接合強度に応じたロウ付け面積になるように、上記範囲で調整すればよい。
【００３４】
実施の形態４．
実施の形態１−３では、隣接頂部１８や接合底部１９を平面状に形成することについて説明した。実施の形態４では、隣接頂部１８や接合底部１９に、互いに嵌り合う凹凸形状を形成することについて説明する。
【００３５】
図１９は、実施の形態４に係る接合底部１９の説明図であり、図８のＡ−Ａ’断面図である。図２０は、実施の形態４に係る隣接頂部１８の説明図であり、図９のＣ−Ｃ’断面図である。図２１は、実施の形態４に係る重複部分２０の説明図であり、図１０に示すＥ−Ｅ’断面図である。
【００３６】
図１９，２０に示すように、接合底部１９に凸部２４が形成され、隣接頂部１８に凹部２５が形成されている。そして、図２１に示すように、伝熱プレート２，３が積層された場合に、凸部２４と凹部２５とが互いに嵌り合う。
隣接頂部１８及び接合底部１９に凸部２４及び凹部２５のような凹凸形状を形成することにより、伝熱プレート２，３が積層された場合の接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。
【００３７】
図２２は、凹凸形状を形成しない場合における重複部分２０の説明図である。図２３は、凹凸形状を形成した場合における重複部分２０の説明図である。
図２２に示すように、凹凸形状を形成しない場合、重複部分２０においてロウ材２６が大きく広がり、下流側に流体が流れない死流域２７ができ、圧力損失が大きくなる。一方、図２３に示すように、凹凸形状を形成した場合、重複部分２０においてロウ材２６は凹凸形状の間に広がるため、ロウ材２６が広がる面積を小さくできる。そのため、ロウ材２６によってできる死流域２７を小さくでき、圧力損失が大きくなることを防止できる。また、死流域２７が小さくなれば、有効な熱交換面積が大きくなり、熱交換性能が高くなる。
【００３８】
以上の効果により、必要な能力に対するプレート式熱交換器３０の伝熱プレート２，３の枚数を少なくできる。また、プレート式熱交換器３０内における冷凍機油やゴミ等の遺物の滞留を抑えられる。そのため、プレート式熱交換器３０の材料コストを抑えつつ、信頼性を高くすることができる。
【００３９】
なお、上記説明では、隣接頂部１８と接合底部１９とに凹凸形状を形成することについて説明した。つまり、波形状１５，１６のうち、流出入口と隣接する１つ目の波と、この波と接合される波との頂部及び底部に凹凸形状を形成することについて説明した。しかし、波形状１５，１６全体の頂部及び底部に凹凸形状を形成してもよい。
【００４０】
また、凹凸形状は、隣接頂部１８全体と接合底部１９全体とに形成してもよいし、隣接頂部１８と接合底部１９とのうちの重複部分２０だけに形成してもよい。
【００４１】
実施の形態５．
実施の形態１−３では、隣接頂部１８や接合底部１９を平面状に形成することについて説明した。実施の形態５では、隣接頂部１８と接合底部１９との波高を他の波の波高よりも高くすることについて説明する。
【００４２】
図２４は、実施の形態５に係る伝熱プレート３を示す図である。図２５は、図２４のＧ−Ｇ’断面図である。
図２５に示すように、隣接頂部１８の波高（図２５の寸法ｃ）を他頂部２１の波高（図２５の寸法ａ）よりも高くしている。図示していないが、同様に、接合底部１９の波高を他底部２２の波高よりも高くする。
隣接頂部１８や接合底部１９の波高を他の波の波高よりも高くすることにより、ロウ付け時における荷重で隣接頂部１８や接合底部１９が潰され凹み、平面状になる。そのため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
実施の形態１に係るプレート式熱交換器３０を形成する場合には、隣接頂部１８と接合底部１９とを平面状に加工する必要がある。しかし、実施の形態５に係るプレート式熱交換器３０を形成する場合には、隣接頂部１８と接合底部１９との波高を高くするだけでよい。つまり、隣接頂部１８と接合底部１９との波高についての金型寸法の変更のみで、実施の形態５に係るプレート式熱交換器３０を形成することができる。したがって、実施の形態５に係るプレート式熱交換器３０は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器３０に比べ、コストをかけずに製造することができる。
【００４４】
実施の形態６．
実施の形態１−５では、隣接頂部１８や接合底部１９の形状を変更することについて説明した。実施の形態６では、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の角度を変更することについて説明する。
【００４５】
図２６は、隣接頂部１８や接合底部１９を形成していない波の波角度を示す図である。図２７は、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の波角度を示す図である。
波角度は、伝熱プレート２，３の長辺と平行な線２８ａと波の稜線２８ｂとがなす角度である。図２６，２７に示すように、隣接頂部１８や接合底部１９を形成していない波の波角度θ１は例えば６５度であり、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の波角度θ２は例えば７５度である。つまり、波角度θ２は、波角度θ１よりも大きい。言い換えれば、Ｖ字状に形成された波の折り返し角度は、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の方が、隣接頂部１８や接合底部１９を形成していない波よりも大きい。
図２６，２７に示すように、波角度を大きくすることにより、重複部分２０の面積が大きくなる。つまり、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の波角度を大きくすることにより、接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。
【００４６】
図２８は、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の一部の波角度を大きくした例を示す図である。
図２８に示すように、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波を部分的に長辺方向へ折り曲げた曲部２９を設けている。これにより、隣接頂部１８や接合底部１９を形成する波の一部の波角度を大きくしている。一部の波角度を大きくした場合であっても、その部分における接合面積が大きくなり、接合強度が高くなる。
【００４７】
実施の形態７．
実施の形態７では、プレート式熱交換器３０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。
ヒートポンプ装置１００では、冷媒として、例えば、ＣＯ２、Ｒ４１０Ａ、ＨＣ等が用いられる。ＣＯ２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。
【００４８】
図２９は、実施の形態７に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図である。
図３０は、図２９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３０において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。
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３０である。
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、内部熱交換器５５が順次接続される。
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、ラジエータや床暖房等の放熱器等の水を利用する装置が接続される。
【００４９】
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。
【００５０】
圧縮機５１で高温高圧となった気相冷媒（図３０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３０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、暖房や給湯に利用される。
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３０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３０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。
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３０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３０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３０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３０の点８）、圧縮機５１に吸入される。
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３０の点９）、内部熱交換器５５で熱交換される（図３０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。
圧縮機５１では、主冷媒回路５８から吸入された冷媒（図３０の点８）が、中間圧まで圧縮、加熱される（図３０の点１１）。中間圧まで圧縮、加熱された冷媒（図３０の点１１）に、インジェクション冷媒（図３０の点１０）が合流して、温度が低下する（図３０の点１２）。そして、温度が低下した冷媒（図３０の点１２）が、さらに圧縮、加熱され高温高圧となり、吐出される（図３０の点１）。
【００５１】
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。
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。
【００５２】
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や、冷凍等も含む。
【００５３】
圧縮機５１で高温高圧となった気相冷媒（図３０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３０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３０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３０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３０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３０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。
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３０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３０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３０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、冷房や冷凍に利用される。
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３０の点８）、圧縮機５１に吸入される。
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３０の点９）、内部熱交換器５５で熱交換される（図３０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。
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。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１  補強用サイドプレート、２，３  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、１５，１６  波形状、１７  熱交換流路、１８  隣接頂部、１９  接合底部、２０  重複部分、２１  他頂部、２２  他底部、２３  重複部分、２４  凸部、２５  凹部、２６  ロウ材、２７  死流域、２８  長辺と平行な線、２９  曲部、３０  プレート式熱交換器、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、１００  ヒートポンプ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月25日(2013.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係るプレート式熱交換器は、
流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層され、前記流入口から流入した前記流体が前記流出口へ向かって流れる流路が隣接するプレートの間に形成されたプレート式熱交換器であり、
各プレートには、前記流入口と前記流出口との間に、プレートの積層方向に変位する波形状であって、前記流入口側から前記流出口側へ向かって複数の頂部及び底部が繰り返し現れる波形状が形成され、
前記各プレートに形成されている波形状は、前記積層方向から見た場合にＶ字型となるものであって、
隣接するプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートである下側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の頂部と、上側に積層されたプレートである上側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の底部とが重なる部分が接合され、
前記下側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の頂部うち、前記流入口と前記流出口との少なくともいずれかに隣接する頂部である隣接頂部は、平面状である
ことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層され、前記流入口から流入した前記流体が前記流出口へ向かって流れる流路が隣接するプレートの間に形成されたプレート式熱交換器であり、
各プレートには、前記流入口と前記流出口との間に、プレートの積層方向に変位する波形状であって、前記流入口側から前記流出口側へ向かって複数の頂部及び底部が繰り返し現れる波形状が形成され、
前記各プレートに形成されている波形状は、前記積層方向から見た場合にＶ字型となるものであって、
隣接するプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートである下側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の頂部と、上側に積層されたプレートである上側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の底部とが重なる部分が接合され、
前記下側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の頂部うち、前記流入口と前記流出口との少なくともいずれかに隣接する頂部である隣接頂部は、平面状である
ことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記上側プレートに形成された波形状の底部のうち、前記隣接頂部と接合される底部である接合底部は、平面状である
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記隣接頂部は、前記波形状の稜線と垂直方向の幅が１ミリメートル以上２ミリメートル以下の平面である
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記隣接頂部は、曲げ半径が２ミリメートル以上１０ミリメートル以下の曲面である
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
前記上側プレートに形成された波形状の頂部うち、前記隣接頂部と接合される底部である接合底部と、前記隣接頂部とには、積層された場合に嵌り合うように、一方に凹部が形成され、他方に凸部が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項６】
前記隣接頂部は、他の頂部よりも波高が高く形成されていたものが、前記各プレートが積層された際の荷重により潰され平面状になった
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項７】
前記各プレートは、矩形であり、長辺方向の一端側に前記流入口が設けられるとともに、他方側に前記流出口が設けられ、
前記各プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状は、短辺方向の両端側に両端部を有し、前記両端部から前記長辺方向にずれた位置に折り返し点を有し、
前記波形状のうち前記隣接頂部を形成する部分は、他の頂部を形成する部分よりも前記Ｖ字型の前記折り返し点における折り返し角度が大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項８】
前記各プレートは、矩形であり、長辺方向の一端側に前記流入口が設けられるとともに、他方側に前記流出口が設けられ、
前記各プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状は、短辺方向の両端側に両端部を有し、前記両端部から前記長辺方向にずれた位置に折り返し点を有し、
前記波形状のうち前記隣接頂部を形成する部分には、前記長辺方向における前記折り返し点側に曲がった曲部が形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項９】
圧縮機と、第１熱交換器と、膨張機構と、第２熱交換器とが配管で接続された冷媒回路を備え、
前記冷媒回路に接続された前記第１熱交換器は、
流体の流入口及び流出口が設けられた複数のプレートが積層され、前記流入口から流入した前記流体が前記流出口へ向かって流れる流路が隣接するプレートの間に形成されたプレート式熱交換器であり、
各プレートには、前記流入口と前記流出口との間に、プレートの積層方向に変位する波形状であって、前記流入口側から前記流出口側へ向かって複数の頂部及び底部が繰り返し現れる波形状が形成され、
前記各プレートに形成されている波形状は、前記積層方向から見た場合にＶ字型となるものであって、
隣接するプレートは、前記積層方向から見た場合に、下側に積層されたプレートである下側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の頂部と、上側に積層されたプレートである上側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の底部とが重なる部分が接合され、
前記下側プレートに形成された前記Ｖ字型の波形状の頂部うち、前記流入口と前記流出口との少なくともいずれかに隣接する頂部である隣接頂部は、平面状である
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【国際調査報告】
2012143998.tif 000033
2012143998.tif 000034
2012143998.tif 000035
2012143998.tif 000036
2012143998.tif 000037