(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の溝を有し、表面の形状が表と裏とで異なるプレート複数枚を並べて、前記プレート間に、第１の流体であって冷凍サイクルにおける冷媒配管を介して流通し蒸発あるいは凝縮変化される冷媒の通路と、第２の流体である利用側流体の通路とを交互に形成し、かつ、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べて差がなくなるように、利用側流体の通路に比べて冷媒の通路の流路断面積を小さく構成するとともに、前記一方の最外端のプレートまたは他方の最外端のプレートに冷媒入口管および冷媒出口管を設け、前記一方の最外端のプレートまたは他方の最外端のプレートに利用側流体入口管および利用側流体出口管を設け、前記各冷媒通路と前記冷媒入口管とをそれぞれ連通する冷媒連通穴と前記各冷媒通路と前記冷媒出口管とをそれぞれ連通する冷媒連通穴と前記各利用側流体通路と前記利用側流体入口管および前記利用側流体出口管とをそれぞれ連通する利用側流体連通穴とを前記各プレートに設けた構成としたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
複数の溝を有し、表面の形状が表と裏とで異なるプレート複数枚を並べて、前記プレート間に、第１の流体であって冷凍サイクルにおける冷媒配管を介して流通し蒸発あるいは凝縮変化される冷媒の通路と、第２の流体である利用側流体の通路とを交互に形成し、かつ、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べて差がなくなるように、利用側流体の通路に比べて冷媒の通路の流路断面積を小さく構成するとともに、前記一方の最外端のプレートまたは他方の最外端のプレートに冷媒入口管および冷媒出口管を設け、前記一方の最外端のプレートまたは他方の最外端のプレートに利用側流体入口管および利用側流体出口管を設け、前記各冷媒通路と前記冷媒入口管とをそれぞれ連通する冷媒連通穴と前記各冷媒通路と前記冷媒出口管とをそれぞれ連通する冷媒連通穴と前記各利用側流体通路と前記利用側流体入口管および前記利用側流体出口管とをそれぞれ連通する利用側流体連通穴とを前記各プレートに設けた構成としたプレート式熱交換器を備え、圧縮機と、空気側熱交換器と、減圧装置と、前記プレート式熱交換器の冷媒通路とを順次冷媒配管により接続して冷凍サイクルの主回路を構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プレート式熱交換器および冷凍サイクル装置に係わり、さらに詳しくは、ほぼ平行に配列された複数枚のプレート間に冷媒流路と利用側流体流路とが交互に形成されたプレート式熱交換器を凝縮器あるいは蒸発器として用いる冷凍サイクル装置に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＨＣＦＣ２２などの冷媒を凝縮あるいは蒸発させて、熱交換を行う冷凍サイクル技術を用いて、冷暖房装置や給湯装置などを構成した冷凍サイクル装置が使われている。
【０００３】
この種の冷凍サイクル装置は、例えば、冷媒であるＨＣＦＣ２２を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮させる凝縮器として作用し、温度上昇した冷媒を空気などで冷却する空気側熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒を蒸発させる蒸発器として作用し、気化熱を利用して被冷却媒体である水などを冷却する複数枚のプレートを用いたプレート式熱交換器などにより構成されている。上記各部間は、冷媒が循環可能なように順次冷媒配管により接続されており、プレート式熱交換器から排出された冷媒を再度圧縮機に戻すことにより、冷却運転を連続して行うことができる。
【０００４】
また、上記とは逆の経路で冷媒を循環させ、プレート式熱交換器を凝縮器とし、空気側熱交換器を蒸発器とした場合は、加熱運転を連続して行うことができる。
【０００５】
従来における冷凍サイクル装置は、例えば、図１１に示されるように構成されている。ここで、四方切換弁２は、圧縮機１の吐出側と空気側熱交換器４との間およびプレート式熱交換器３と圧縮機１の吸入側との間に配備され、冷却運転時と加熱運転時とで主回路の冷媒流路を反転させる。
【０００６】
また、図１２に示すプレート式熱交換器は、表面を冷媒あるいは水が流動するヘリンボーン状の波形突起を有し、伝熱プレート５５が複数枚並べられた主構成となっている。これらの伝熱プレート５５間には冷媒通路５６と水通路５７が交互に形成されている。
一方の最外端に設けられた前記伝熱プレート５５より肉厚の大きい平板状のカバープレート５１には、冷媒出入口管６１，６２が貫通して設けられており、他方の最外端に設けられた前記伝熱プレート５５より肉厚の大きい平板状のカバープレート５２には水入口管６４および水出口管６３（図示では見えない）が貫通して設けられている。
また、各プレート５５には、冷媒入口管６１および冷媒出口管６２からそれぞれ各冷媒通路５６に連通する冷媒連通穴５４と、水入口管６４及び水出口管６３からそれぞれ各水通路５７に連通する水連通穴５８とが構成されている。
【０００７】
また、図１３には図１２に示すプレート式熱交換器を平面Ａで切断した場合の断面図（以下、断面図と表記しているのはすべてプレート式熱交換器を平面Ａで切断した場合の断面を表す）を示す。伝熱プレート５５の表面の形状が表と裏でほぼ同一であるために、伝熱プレート５５により形成される冷媒の流路５６と利用側流体の流路５７が、断面積についてＡ’＝Ｂ’で示すように、ほぼ同等である。
【０００８】
冷媒の流れについて説明する。冷房運転時、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器として作用する空気側熱交換器４に流入する。空気側熱交換器４にて凝縮された冷媒は、減圧装置５に流入され、減圧されて低温・低圧の状態となった後、プレート式熱交換器３に流入される。そして、プレート式熱交換器３にて蒸発した後、アキュームレータ６を介して圧縮機１に戻される。
【０００９】
暖房あるいは給湯運転時、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器として作用するプレート式熱交換器３に流入する。プレート式熱交換器３にて凝縮された冷媒は、減圧装置５に流入され、減圧されて低温・低圧の状態となった後、空気側熱交換器４に流入する。そして、空気側熱交換器４にて蒸発した後、アキュームレータ６を介して圧縮機１に戻される。
【００１０】
また、暖房運転時に、空気側熱交換器４を大気との熱交換により、蒸発器として作用させるために、大気の温度が低く湿度が高い場合には、空気側交換器４が着霜してしまう。その霜を取り除くために、いわゆるデフロスト運転を行う。デフロスト運転は、冷房運転時と同様の経路を冷媒は流れ、プレート式熱交換器３を蒸発器として使用する。ただし、冷房運転時とは装置の構成機器の動作に関してファン４ａが運転しないという違いがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷凍サイクル装置は以上のように構成されているので、下記に示す問題点があった。
プレート式熱交換器での熱交換効率を決定する因子として、水側の熱伝達率とプレートの材質および肉厚と冷媒側の熱伝達率がある。そして、冷房運転時に冷媒循環量が少ない条件で運転される場合、水側の熱伝達率に比べて冷媒側の熱伝達率が非常に悪いために、熱交換率が悪いという問題があった。
【００１２】
暖房運転時、凝縮器として作用していたプレート式熱交換器がデフロスト運転時は蒸発器として作用する。そのために、プレート式熱交換器を流れる冷媒の温度が大きく変化する。特に、加熱運転時に冷媒の入口付近に相当する伝熱プレート５５の部位ば最も温度変化がはげしい（加熱運転時に圧縮機１より吐出された高温冷媒ガスが流入するため）。したがって、暖房運転中にデフロスト運転が頻繁に行われると、プレート式熱交換器が早く破壊（冷媒ガスが大気中に漏れること）してしまう危険がある。
つまり、カバープレートと伝熱プレートとの肉厚が違うこと、そのため熱による膨張の特性が異なること、伝熱プレートとカバープレートが規則的かつ部分的に接合されていることにより、デフロスト等により急激な温度変化が繰り返し起こると、プレートが疲労して破壊してしまうという問題があった。
【００１３】
この発明は、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べてそれほど差がなく、効率のよい熱交換が行えるプレート式熱交換器および冷凍サイクル装置を得ようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るプレート式熱交換器では、複数の溝を有し、表面の形状が表と裏とで異なるプレート複数枚を並べて、前記プレート間に、第１の流体であって冷凍サイクルにおける冷媒配管を介して流通し蒸発あるいは凝縮変化される冷媒の通路と、第２の流体である利用側流体の通路とを交互に形成し、かつ、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べて差がなくなるように、利用側流体の通路に比べて冷媒の通路の流路断面積を小さく構成した。
【００１５】
第２の発明に係る冷凍サイクル装置では、複数の溝を有し、表面の形状が表と裏とで異なるプレート複数枚を並べて、前記プレート間に、第１の流体であって冷凍サイクルにおける冷媒配管を介して流通し蒸発あるいは凝縮変化される冷媒の通路と、第２の流体である利用側流体の通路とを交互に形成し、かつ、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べて差がなくなるように、利用側流体の通路に比べて冷媒の通路の流路断面積を小さく構成したプレート式熱交換器を備え、圧縮機と、通気側熱交換器と、減圧装置と、前記プレート式熱交換器の冷媒通路とを順次冷媒配管により接続して冷凍サイクルの主回路を構成した。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に関わるプレート式の第２の熱交換器の分解斜視図である。また、図２（ａ），（ｂ）は、図１に示すプレート式熱交換器を平面Ａで切断した場合の断面図を示す。
【００１７】
図において、３はプレート式の第２の熱交換器、５１，５２はプレート式の第２の熱交換器３における外周カバーを構成する角筒状体（図示せず）の両端面を閉塞し、その内部に熱交換用空間を形成する最外端のプレート、５５は、それぞれ複数の溝を有し表面の形状が表と裏で異なる複数枚の伝熱プレートである。
【００１８】
この実施の形態１による冷凍サイクル装置に用いるプレート式熱交換器３は、複数の溝を有し表面の形状が表と裏で異なる伝熱プレート５５を複数枚並べて、伝熱プレート５５間に流路断面積が小さくなる方に冷媒の通路５６と流路断面積が大きくなる方に利用側の流体である通路５７とを交互に形成し、一方の最外端のプレート５１に冷媒入口管６１及び冷媒出口管６２を設け、他方の最外端のプレート５２に利用側流体入口管６４および利用側流体出口管６３を設け、各冷媒通路５６と冷媒入口管６１および冷媒出口管６２とをそれぞれ連通する冷媒連通穴５４と各利用側流体通路５７と利用側流体入口管６４および利用側流体出口管６３とをそれぞれ連通する利用側流体連通穴５８とを各伝熱プレート５５に設けた構成となっている。
【００１９】
つぎに、冷房運転時（蒸発器として使用した場合）のプレート式熱交換器３を流れる冷媒および利用側流体（水などの被冷却流体）の流れの状況について説明する。
冷媒入口管６１からプレート式熱交換器内に流入した冷媒は、プレート間に形成された複数の冷媒通路５６を通り、蒸発した後、冷媒出口管６２から流出する。
一方、利用側流体は利用側流体入口管６４からプレート式熱交換器内に流入し、プレート間に形成された複数の利用側流体通路５７を通り、冷却された後、利用側流体出口管６３より流出する。
【００２０】
また、図２（ａ），（ｂ）によれば、伝熱プレート５５は表面の形状が表と裏で異なるために、伝熱プレート５５により形成される冷媒の流路５６と利用側流体の流路５７が、断面積について、断面積Ａ’> Ｂ’で示すように、冷媒の流路５６の方が狭くなっており、サイクル内の冷媒の循環量が同一でも、プレート式熱交換器内を流れる冷媒の流速が速くなり、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べてそれほど差がなくなる。
ここで、図２（ａ），（ｂ）に示す伝熱プレート５５の断面形状については、図（ａ）または図２（ｂ）のような断面形状を持つ伝熱プレート５５の何れかを選択的に用いることができるものである。
【００２１】
この実施の形態１によるプレート式熱交換器は以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態１では、プレート式熱交換器３の構成が、プレート間に形成される冷媒と利用側の流体の流路に関して、利用側の流体である通路５７に対して冷媒の通路５６を流路断面積が小さくなるように構成しているために、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べてそれほど差がなく、効率のよい熱交換が行えるようになった。
【００２２】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図であり、従来装置と同様の部分は同一の符号で示す。
この実施の形態２におけるプレート式熱交換器としては、その内部構造が、図１，図２に示す実施の形態１の構成のもの、あるいは、図１２，図１３に示す従来の構成のものを用いるものである。
【００２３】
この実施の形態２による冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、四方切換弁２と、第１の空気側熱交換器４と、減圧装置５と、開閉弁１３と、プレート式の第２の熱交換器３と、切換弁２と、これら冷凍サイクルにおける熱交換器３等の構成要素間の冷媒配管７と、第１の空気側熱交換器４に空気の流れを起すファン４ａと、開閉弁１３を制御する制御装置（図示せず）から構成されている。
【００２４】
通常加熱運転時、冷媒は次のように流れる。圧縮機１を吐出した冷媒は、切換弁２を経て、プレート式熱交換器３に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は減圧装置５により減圧され、低温・低圧冷媒となった後、空気側熱交換器４に流入する。次いで、冷媒は空気側熱交換器４にて蒸発し、切換弁２とアキュームレータ６を経て圧縮機１に吸入される。
【００２５】
また、デフロスト運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機１を吐出した冷媒は、切換弁２を経て、空気側熱交換器４に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は、制御装置（図示せず）により開状態となった開閉弁１３を経て、高圧・高温状態のまま、プレート式熱交換器３に流入する。次いで、冷媒はプレート式熱交換器３にて蒸発し、切換弁２とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
【００２６】
この実施の形態２による冷凍サイクル装置は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態２では、デフロスト運転時に制御装置（図示せず）により開閉弁１３が開状態となるため、冷媒は高温・高圧状態のままプレート式熱交換器に流入し蒸発する。したがって、デフロスト等により、プレート式熱交換器内を流れる冷媒の急激な温度変化が起らないため、プレート式熱交換器の寿命（プレートが疲労し破壊に至るまでの時間）が長くなる。
【００２７】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図であり、図３と同様の部分は同一の符号で示す。
この実施の形態３におけるプレート式熱交換器としては、その内部構造が、図１，図２に示す実施の形態１の構成のもの、あるいは、図１２，図１３に示す従来の構成のものを用いるものである。
【００２８】
ここで、この実施の形態３の冷凍サイクル装置が図３に示す実施の形態２と構成上異なるところは、プレート式熱交換器３と切換弁２を接続する冷媒配管に開閉弁１４と、開閉弁１４と並列に減圧装置１５を設けていることと、開閉弁１４と減圧装置１５を制御する制御装置（図示せず）を設けていることである。
【００２９】
この実施の形態３において、通常加熱運転時、冷媒は次のように流れる。圧縮機１を吐出した冷媒は切換弁２および制御装置（図示せず）により開状態となっている開閉弁１４を経て、プレート式熱交換器３に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は減圧装置５により減圧され、低温・低圧冷媒となった後、空気側熱交換器４に流入する。次いで、冷媒は空気側熱交換器４にて蒸発し、切換弁４とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
【００３０】
また、デフロスト運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機１を吐出した冷媒は切換弁２を経て、空気側熱交換器４に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は、制御装置（図示せず）により開状態となった開閉弁１３を経て、高圧・高温状態のまま、プレート式熱交換器３に流入する。次いで、冷媒はプレート式熱交換器３にて蒸発し、制御装置（図示せず）により開閉弁１４は閉状態となっているために、冷媒は減圧装置１５により減圧され、低温・低圧冷媒となった後、切換弁２とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
【００３１】
この実施の形態３による冷凍サイクル装置は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態３では、デフロスト運転時に制御装置（図示せず）により開閉弁１３が開状態となっているため、冷媒は高温・高圧状態のままプレート式熱交換器３に流入し蒸発する。
したがって、デフロスト等により、プレート式熱交換器の寿命（プレートが疲労し破壊に至るまでの時間）が長くなる。
また、実施の形態２では、圧縮機１の吸入冷媒が減圧されておらず、圧縮機の寿命が短くなる危険があるが、実施の形態３では、減圧装置１５により減圧され、低温・低圧冷媒となった後、圧縮機１に吸入されるため、圧縮機１の寿命は低下されることがはない。
【００３２】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図であり、従来と同様の部分は同一の符号で示す。
この実施の形態４におけるプレート式熱交換器としては、その内部構造が、図１，図２に示す実施の形態１の構成のもの、あるいは、図１２，図１３に示す従来の構成のものを用いるものである。
【００３３】
この実施の形態４による冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、空気側熱交換器４と、開閉弁２０と、減圧装置５と、内部に熱交換機能を備えたチャージモジュレータ１９と、プレート式の第２の熱交換器３とアキュームレータ６とを順次冷媒配管により接続した主回路３１と、冷却運転時と加熱運転時とで圧縮機１の吐出側から空気側熱交換器４への冷媒通路をプレート式熱交換器３に切り換えるとともに、プレート式熱交換器３から圧縮機１の吸入側への冷媒通路を空気側熱交換器４に切り換える切換弁２と、空気側熱交換器４と開閉弁２０を接続する冷媒配管より分岐し、開閉弁２１と減圧装置１６とチャージモジュレータ１９の熱交換器部１９ａとを冷媒配管により接続し、プレート式熱交換器３と圧縮機１とを接続する冷媒配管にバイパスしたバイパス回路３２と、バイパス回路３２に冷媒流し方向をプレート式熱交換器３と圧縮機１とを接続する冷媒配管側に向けて配置した逆止弁１８と、空気側熱交換器４に空気の流れを起すファン４ａと、デフロスト運転時に、開閉弁２１を開にし、開閉弁２０を閉にする制御装置（図示せず）とから構成されている。
【００３４】
通常加熱運転時、冷媒は次のように流れる。圧縮機１を吐出して冷媒は、切換弁２を経て、プレート式熱交換器３に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒はチャージモジュレータ１９を経て、減圧装置５により減圧され、低温・低圧冷媒のなった後、開閉弁２０を介して空気側熱交換器４に流入する。次いで、冷媒は空気側熱交換器４にて蒸発し、切換弁２とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
【００３５】
また、デフロスト運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機１を吐出した冷媒は、切換弁２を経て、空気側熱交換器４に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は、制御装置（図示せず）により開閉弁２０を閉状態かつ開閉弁２１が開状態となっているために、開状態となった切換弁２１を経て、減圧装置１６により減圧された後、チャージモジュレータ１９内部の熱交換器１９ａに流入する。
次いで、冷媒は、チャージモジュレータ１９内部に暖房運転時に蓄えられた高温の液冷媒を熱源に、蒸発し、逆止弁１８と切換弁２とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
プレート式熱交換器３の内部の冷媒について説明する。プレート式熱交換器３の内部の圧力は、制御装置（図示せず）により開閉弁２０が閉状態になるために、加熱運転時にプレート式熱交換器３にて冷媒の凝縮熱により製造した高温の利用側流体の温度に相当する飽和圧力とほぼ同等となる。その圧力と圧縮機吸入圧力の差に応じて冷媒はプレート式熱交換器３から圧縮機に流入する。またプレート式熱交換器３内部の冷媒温度は、チャージモジュレータ１９内部の熱交換器１９ａにより冷やされた熱量のうち、チャージモジュレータ１９内に加熱運転時に貯留された冷媒の熱量で足りない分だけ温度低下がおこる。それに応じてプレート式熱交換器３の内部を流れる利用側流体の温度が低下する。したがって、プレート式熱交換器内部の冷媒温度の変化が従来の装置と比較してかなり緩和される。
また、従来の装置において特に問題となるプレート式熱交換器３の部位、加熱運転時とデフロスト運転時でもっとも流れる冷媒の温度の差が大きくなる部位、つまり加熱運転時に冷媒の入口付近に相当するプレート式熱交換器３の部位の温度が、本装置では利用側流体によって加熱され、利用側流体とほぼ同じ温度になり、従来の蒸発温度よりもはるかに高くなる。したがって、プレート式熱交換器３内部の冷媒温度の変化が従来の装置と比較してかなり緩和される。
【００３６】
この実施の形態４による冷凍サイクル装置は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態４では、デフロスト運転時に制御装置（図示せず）により開閉弁２０が閉状態となること、及び内部に熱交換器を有するチャージモジュレータ１９を設けたため、プレート式熱交換器内の冷媒の急激な温度変化が緩和されるので、プレート式熱交換器の寿命（プレートが疲労し破壊に至るまでの時間）が長くなる。
【００３７】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置に用いるプレート式熱交換器の内部構造図であり、従来装置と同様の部分は同一の符号で示す。
この実施の形態５における冷媒回路としては、その構成が、図３，図４，図５に示すこの発明に係る実施の形態による構成のもの、あるいは、図１１に示す従来の構成のものを用いるものである。
【００３８】
図６に示すように、プレート式熱交換器３の構成は、伝熱プレート５５を複数枚並べて、伝熱プレート５５間に冷媒の通路５６と利用側流体の通路５７とを交互に形成し、前記複数枚並べられた伝熱プレート５５の外端に冷媒および利用側流体の流路を形成しないプレート５９を複数枚並べて、一方の最外端のプレート５１に冷媒入口管および冷媒出口管を設け、他方の最外端のプレート５２に利用側流体入口管６４および利用側流体出口管６３を設け、各冷媒通路５６と冷媒入口管６１と冷媒出口管６２とをそれぞれ連通する冷媒連通穴５４と各利用側流体通路５７と利用側流体入口管６４および利用側流体出口管６３とをそれぞれ連通する利用側流体連通穴５８とを前記各伝熱プレート５５とプレート５９に設けた構成となっている。
【００３９】
この実施の形態５による冷凍サイクル装置は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態５では、デフロスト運転時に、プレート式熱交換器内の冷媒の急激な温度変化が起ったとしても、最外端のプレートと伝熱プレートとの間にプレート５９を何枚か設けることにより、伝熱プレート５５と最外端のプレート５１，５２との間に緩やかな温度の勾配が形成されるために、強度的にプレート式熱交換器の寿命（プレートが疲労し破壊に至るまでの時間）が長くなる。
【００４０】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図であり、従来装置と同様の部分は同一の符号で示す。
また、図８は、この発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置に用いるプレート式熱交換器の分解斜視図であり、図９は、この発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置に用いるプレート式熱交換器の断面図を示す。
なお、従来装置と同様の部分は同一の符号で示す。
【００４１】
この実施の形態６による冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、空気側熱交換器４と、第１の減圧装置５と、３つの流体が通る複数の流路を有したプレート式熱交換器３の２つを並列に順次冷媒配管により接続した主回路３１と、冷却運転時と加熱運転時とで前記圧縮機１の吐出側から空気側熱交換器４への冷媒通路を前記プレート式熱交換器３に切り換えるとともに、プレート式熱交換器３から圧縮機１の吸入側への冷媒通路を空気側熱交換器に切り換える切換弁２と、前記第１の減圧装置５側に前記のプレート式の第２の熱交換器の２つの流路のうちの一方に配置した第１の開閉弁１１と、前記切換弁２側に前記のプレート式熱交換器の２つの流路のうちの第１の開閉弁１１を配置した側に配置した第２の開閉弁１０と、空気側熱交換器４と第１の減圧装置５を接続する冷媒配管より分岐して前記第２の開閉弁１０のプレート式熱交換器３側に第３の開閉弁９を介しバイパスして接続される第１のバイパス回路３２と、前記第１の開閉弁のプレート式熱交換器３側より分岐して第２の減圧装置１２を介してプレート式熱交換器３の２つの流路のうちのもう一方の流路の第１の減圧装置５側にバイパスして接続される第２のバイパス回路３３と、前記空気側熱交換器に空気の流れを起すファン４ａと、デフロスト運転時に、前記第１の開閉弁１１および第２の開閉弁１０を閉にし、前記第３の開閉弁９を開にする制御装置（図示せず）とから構成されている。
【００４２】
また、プレート式の熱交換器の構成は、図８，図９に示すように、伝熱プレート５５を複数枚並べて、前記プレート間に最外端から順に第１の流体である冷媒の通路５６と第２の流体である冷媒の通路５６’と第３の利用側の流体５７である通路とを交互に形成し、前記一方の最外端のプレートまたは他方の最外端のプレートに第１の流体の入口管６１および出口管６２を設け、もう一方の最外端のプレートに第２の流体の入口管６１’および出口管６２’と利用側流体入口管６４および利用側流体出口管６３を設け、第１の流体の通路５６と第１の流体の入口管６１および第１の流体の出口管６２とをそれぞれ連通する連通穴５４と、第２の流体の通路５６’と第２の流体の入口管６１’および第２の流体の通路と前記第２の流体の出口管６２’とをそれぞれ連通する連通穴５４’と前記各利用側流体通路５７と前記利用側流体入口管６４および前記利用側流体出口管６３とをそれぞれ連通する利用側流体連通穴５８とを前記各伝熱プレート５５に設けた構成となっている。
【００４３】
次に冷媒の流れについて説明する。通常加熱運転時、圧縮機１を吐出して冷媒は、切換弁２を経て、一方の冷媒は冷媒接続配管を通ってプレート式熱交換器３の冷媒入口管６１から流入し、冷媒通路５６を通って凝縮した後、冷媒出口管からプレート式熱交換器３を流出する。
次いで、冷媒は、減圧装置５で減圧された後、空気側熱交換器４に流入する。もう一方の冷媒は、制御装置７４により開状態となった開閉弁１０を介してプレート式熱交換器３の冷媒入口管６１’から流入し、冷媒通路５６’を通って凝縮した後、冷媒出口管６２’からプレート式熱交換器３を流出する。
次いで、冷媒は、制御装置７４により開状態となった開閉弁１１を介して、減圧装置５で減圧された後、空気側熱交換器４に流入する。
そして、冷媒は、空気側熱交換器で蒸発し、切換弁２，アキュームレータ６を介して圧縮機１に流入する。
【００４４】
デフロスト運転時、圧縮機１を吐出した冷媒は、切換弁２を経て、空気側熱交換器４に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は、制御装置（図示せず）により開閉弁９を経て、冷媒入口管６１’よりプレート式熱交換器３に流入し、過冷却状態となる。次いで、冷媒は、冷媒出口管６２’より流出し、減圧装置１２で減圧された後、再び冷媒出口管６２よりプレート式熱交換器３に流入する。そして、冷媒は、プレート式熱交換器で蒸発し、冷媒入口管６１より流出し、切換弁２，アキュームレータ６を介して圧縮機１に流入する。
【００４５】
この実施の形態６による冷凍サイクル装置は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態６では、温度変化の激しい冷媒の流路を最外端のプレート５１，５２から遠く離すことにより、プレート式熱交換器の寿命（プレートが疲労し破壊に至るまでの時間）が長くなる。
【００４６】
実施の形態７．
図１０は、この発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図であり、従来装置と同様の部分は同一の符号で示す。
この実施の形態７におけるプレート式熱交換器としては、その内部構造が、図１，図２に示す実施の形態１の構成のもの、あるいは、図１２，図１３に示す従来の構成のものを用いるものである。
【００４７】
この実施の形態７による冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、空気側熱交換器４と、第１の開閉弁２０と、第１の減圧装置５と、内部に熱交換機能１９ａを備えたチャージモジュレータ１９と、前記チャージモジュレータ１９よりも低い位置に配置され前記チャージモジュレータとは各々下部で接続されるプレート式熱交換器３と、第２の開閉弁１４と、アキュームレータ６とを順次冷媒配管により接続した主回路３１と、冷却運転時と加熱運転時とで圧縮機１の吐出側から空気側熱交換器４への冷媒通路を前記プレート式熱交換器３に切り換えるとともに、プレート式熱交換器３から圧縮機１の吸入側への冷媒通路を前記第１の空気側熱交換器に切り換える切換弁２と、空気側熱交換器４と開閉弁２０を接続する冷媒配管より分岐し、開閉弁２１と減圧装置１６とチャージモジュレータ１９の熱交換器部１９ａとを冷媒配管により接続し、プレート式熱交換器３と圧縮機１とを接続する冷媒配管にバイパスした第１のバイパス回路３２と、バイパス回路３２に冷媒流し方向をプレート式熱交換器３と圧縮機１とを接続する冷媒配管側に向けて配置した逆止弁１８と、前記チャージモジュレータ１９上部から、プレート式熱交換器３と第２の開閉弁１４を接続する冷媒配管へ第４の開閉弁２２を介してバイパスして接続される第２のバイパス回路３３と、空気側熱交換器に空気の流れを起すファンと４ａ、デフロスト運転時に、前記第３の開閉弁２１と第４の開閉弁２２を開にし、前記第１の開閉弁２０と第２の開閉弁１４を閉にする制御装置（図示せず）とから構成されている。
【００４８】
通常加熱運転時、冷媒は次のように流れる。圧縮機１を吐出して冷媒は、切換弁２と第１の開閉弁１４を経て、プレート式熱交換器３の上部に配置された冷媒入口管６１からプレート式熱交換器３に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は、プレート式熱交換器３の下部に配置された冷媒出口管６２からプレート式熱交換器３を流出し、チャージモジュレータ１９の上部からチャージモジュレータ１９に流入する。
次いで、冷媒はチャージモジュレータ１９の上部からチャージモジュレータ１９を流出し、減圧装置５により減圧され、低温・低圧冷媒となった後、開閉弁２０を介して空気側熱交換器４に流入する。
次いで、冷媒は空気側熱交換器４にて蒸発し、切換弁２とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
【００４９】
また、デフロスト運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機１を吐出した冷媒は、切換弁２を経て、空気側熱交換器４に流入し、凝縮する。凝縮した冷媒は、制御装置（図示せず）により開閉弁２０が閉状態かつ開閉弁２１が開状態となっているために、開状態となった開閉弁２１を経て、減圧装置１６により減圧された後、チャージモジュレータ１９内部の熱交換器１９ａに流入する。次いで、冷媒は、チャージモジュレータ１９内部の熱交換器１９ａにて蒸発し、逆止弁１８と切換弁２とアキュームレータ６を経て、圧縮機１に吸入される。
【００５０】
また、一方、プレート式熱交換器３内部の冷媒は、加熱運転時からデフロスト運転に切り替わったと同時に開閉弁１４と２０が閉状態となるために、高温・高圧の状態で蒸発する（圧力は加熱運転時にプレート式熱交換器３にて冷媒の凝縮熱により製造した利用側流体の温度に相当する飽和圧力とほぼ同等になる）。そして蒸発した冷媒は、上部に位置するチャージモジュレータに移動し、熱交換器１９ａで冷やされ凝縮し、プレート式熱交換器に流入する。この時、循環する冷媒量は非常に少ない。これはチャージモジュレータ１９内部の圧力とプレート式熱交換器３内部の圧力に差がそれほどないためである（圧力差はプレート式熱交換器３とチャージモジュレータ１９の物理的な高低差で決定されるためである）。そのために、従来の装置において特に問題となるプレート式熱交換器３の部位、加熱運転時とデフロスト運転時でもっとも流れる冷媒の温度の差が大きくなる部位、つまり加熱運転時に冷媒の入口付近に相当するプレート式熱交換器３の部位の温度が、本装置では利用側流体によって加熱され、利用側流体とほぼ同温度になり、従来の蒸発温度よりもはるかに高くなる。したがって、プレート式熱交換器３内部の冷媒温度の変化が従来の装置と比較してかなり緩和される。
【００５１】
この実施の形態７による冷凍サイクル装置は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態７では、デフロスト運転時に制御装置７５により開閉弁２０が閉状態となるため、プレート式熱交換器内の冷媒の急激な温度変化が緩和されるので、プレート式熱交換器の寿命（プレートが疲労し破壊に至るまでの時間）が長くなる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した通り、第１の発明に係わるプレート式熱交換器では、複数の溝を有し表面の形状が表と裏で異なるプレート複数枚を並べて、前記プレート間に、第１の流体であって冷凍サイクルにおける冷媒配管を介して流通し蒸発あるいは凝縮変化される冷媒の通路と、第２の流体である利用側流体の通路とを交互に形成し、かつ、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べて差がなくなるように、利用側流体の通路に比べて冷媒の通路の流路断面積を小さく構成したので、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べてそれほど差がなく、効率のよい熱交換が行えるようになった。
【００５３】
第２の発明に係る冷凍サイクル装置では、複数の溝を有し表面の形状が表と裏で異なるプレート複数枚を並べて、前記プレート間に、第１の流体であって冷凍サイクルにおける冷媒配管を介して流通し蒸発あるいは凝縮変化される冷媒の通路と、第２の流体である利用側流体の通路とを交互に形成し、かつ、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べて差がなくなるように、利用側流体の通路に比べて冷媒の通路の流路断面積を小さく構成したプレート式熱交換器を備え、圧縮機と、空気側熱交換器と、減圧装置と、前記プレート式熱交換器の冷媒通路とを順次冷媒配管により接続して冷凍サイクルの主回路を構成したので、冷媒側の熱伝達率が利用側流体の熱伝達率に比べてそれほど差がなく、効率のよい熱交換が行える冷凍サイクル装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の分解斜視図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の断面を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係わる冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態３に係わる冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態４に係わる冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態５に係わる冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の断面を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態６に係わる冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態５，６に係わる冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の分解斜視図である。
【図９】  この発明の実施の形態５、６に係わる冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の断面を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態７に係わる冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図である。
【図１１】  従来の冷凍サイクル装置を示す冷媒回路構成図である。
【図１２】  従来の冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の分解斜視図である。
【図１３】  従来の冷凍サイクル装置に用いるプレート熱交換器の断面を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機、２  切換弁、３  プレート式熱交換器、４  空気側熱交換器、４ａ  ファン、５  減圧装置、６  アキュームレータ、８  利用側流体流路、１３，１４  開閉弁、１５，１６  減圧装置、２０，２１，２２  開閉弁、１９  チャージモジュレータ、１９ａ  チャージモジュレータ内部の熱交換器、１８  逆止弁、５１，５２  最外端のプレート、５４  冷媒連通穴、５５  伝熱プレート、５６，５６’各伝熱プレート間に形成された冷媒流路、５７  各伝熱プレート間に形成された利用側流体通路、５８  利用側流体連通穴、５９  プレート、６１，６１’冷媒入口管、６２，６２’冷媒出口管、６３  利用側流体出口管、６４  利用側流体入口管。
【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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