(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流出入させる流出入孔が形成されたプレート部、該プレート部の外周を囲んで前記流体を流すための流路を形成する外壁部、前記流出入孔を囲むと共に、その囲みの一部を開放する開口が形成された囲み部及び、前記流路内に配置されたインナーフィンを有する複数の伝熱プレートを備え、
前記伝熱プレートは、積層され、
前記プレート部は、前記流出入孔と並び、隣り合う前記伝熱プレートに前記流体を流す管状壁に囲まれた通路孔を有し、プレート面を鉛直方向に延在する向きに向けると共に、前記インナーフィンよりも下側の領域で、前記流出入孔と前記通路孔とを水平方向に並べた状態に配置され、
前記囲み部は、前記プレート部から隣り合う前記伝熱プレートが有する前記プレート部まで突出して該プレート部に当接し、
前記開口は、前記囲み部の、前記流出入孔の中心に対して、前記通路孔側の斜め下方にある部分に設けられ、前記流出入孔の周長の１／２０以下の幅を有する、
プレート式熱交換器。
【請求項２】
前記囲み部は、前記プレート部のプレート面が屈曲したビードの形状を有する、
請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記囲み部は、前記プレート部が有する、前記流出入孔の縁部が、前記伝熱プレートそれ自体が有する前記流路の側へ又は、隣り合う前記伝熱プレートが有する前記流路の側へ立ち上がったバーリングの形状を有する、
請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記流出入孔に挿通され、流体が流される流体管をさらに備え、
前記流体管は、前記開口の方向に向けられた細孔を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器を備え、該プレート式熱交換器が冷媒と水の熱交換をする、
ヒートポンプ式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレート式熱交換器及びヒートポンプ式給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート式熱交換器では、熱交換対象の冷媒、水等の流体を流すための流路を有する伝熱プレートが複数積層されている。このプレート式熱交換器には、流体を伝熱プレートそれぞれに均一に流すため、伝熱プレートの流入口から流体を所望の方向に流すものがある。【０００３】
特許文献１には、メイン流路及びバイパス流路が設けられた伝熱プレートを備えるプレート式熱交換器が開示されている。特許文献１に記載のプレート式熱交換器では、流体が伝熱プレートの流入口からメイン流路とバイパス流路の方向へ流される。その後、流体は、伝熱プレート内部のインナーフィンへ流される。【０００４】
特許文献２には、伝熱プレートの流入口に挿通され、流体が流される分配管と、分配管の側面部に形成され、分配管から伝熱プレートの流入口へ流体を排出する細孔と、分配管が挿通されたＣ型リングと、を備えるプレート式熱交換器が開示されている。特許文献２に記載のプレート式熱交換器では、Ｃ型リングが有する開口に細孔が配置されている。このため、流体が細孔から排出されると、その流体は、Ｃ型リングの開口から、その開口が向けられた方向に流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１３８３２２号
【特許文献２】特表平８−５０４０２７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に記載のプレート式熱交換器では、メイン流路が伝熱プレートの流入口からインナーフィン側に向かって形成されている。このため、流体が気相と液相が混合した二相状態の冷媒である場合に、メイン流路の向きが上向きにされると、二相状態の冷媒のうち、気相の冷媒がメイン流路に集中してしまう。これにより、気相の冷媒がバイパス流路に流れにくい。その結果、気相の冷媒が偏在してプレート式熱交換器の熱交換効率が低下してしまう。【０００７】
特許文献２に記載のプレート式熱交換器では、リングがＣ型である。このため、流体が気相と液相が混合した二相状態の冷媒である場合に、リングの開口が上向きにされると、特許文献１に記載のプレート式熱交換器と同様に、気相の冷媒が偏在してプレート式熱交換器の熱交換効率が低下するおそれがある。【０００８】
また、特許文献２に記載のプレート式熱交換器では、Ｃ型リングは、積層された伝熱プレートと伝熱プレートの間に挟み込まれている。このため、伝熱プレートそれぞれでリングの開口の向きを調整し、その向きをそろえるのが難しい。その結果、特許文献２に記載のプレート式熱交換器は、組立が難しい。【０００９】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、熱交換効率が高く、組立が容易なプレート式熱交換器及びヒートポンプ式給湯システム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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明に係るプレート式熱交換器は、流体を流出入させる流出入孔が形成されたプレート部、プレート部の外周を囲んで流体を流すための流路を形成する外壁部、流出入孔を囲むと共に、その囲みの一部を開放する開口が形成された囲み部及び、流路内に配置されたインナーフィンを有する複数の伝熱プレートを備えている。そして、伝熱プレートは、積層されている。また、プレート部は、流出入孔と並び、隣り合う伝熱プレートに流体を流す管状壁に囲まれた通路孔を有し、プレート面を鉛直方向に延在する向きに向けると共に、インナーフィンよりも下側の領域で、流出入孔と通路孔とを水平方向に並べた状態に配置されている。囲み部は、プレート部から隣り合う伝熱プレートが有するプレート部まで突出してそのプレート部に当接する。開口は、囲み部の、流出入孔の中心に対して、通路孔側の斜め下方にある部分に設けられ、流出入孔の周長の１／２０以下の幅を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の構成によれば、開口が流出入孔を囲む囲み部の一部を開放するので、流体の流出入が開口に絞り込まれ、その流速が大きくなる。これにより、流体が気相と液相の二相状態である場合に、その気相と液相が混合されて気相が偏在しにくい。その結果、プレート式熱交換器の熱交換効率が高められる。また、本発明の構成によれば、囲み部を備える伝熱プレートを積層するだけで、プレート式熱交換器を組み立てることができるので、プレート式熱交換器の組み立てが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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斜視図
【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斜視図
【図３】図２に示すIII-III切断線の断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える第一伝熱プレートの正面図
【図５】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える第二伝熱プレートの正面図
【図６】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える第一伝熱プレートの第一流入孔近傍の拡大斜視図
【図７】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える第一伝熱プレートの第一流入孔の拡大正面図
【図８】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器に供給される液相と気相を有する二相状態の第一流体の概念図
【図９】囲み部が設けられていない第一伝熱プレートを備えるプレート式熱交換器に、液相と気相を有する二相状態の第一流体を供給したときの、第一伝熱プレートの拡大正面図
【図１０】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器に液相と気相を有する二相状態の第一流体を供給したときの、第一伝熱プレートの拡大正面図
【図１１】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器に液相と気相を有する二相状態の第一流体を供給したときの、第一伝熱プレートに流入する第一流体の概念図
【図１２】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器に液相と気相を有する二相状態の第一流体を供給したときの、第一伝熱プレート内の第一流体の分布を示すグラフの図
【図１３】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器に液相と気相を有する二相状態の第一流体を供給したときの、開口の大きさとプレート式熱交換器の熱交換効率の関係を示すグラフの図
【図１４】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器に液相と気相を有する二相状態の第一流体を供給したときの、開口の位置とプレート式熱交換器の熱交換効率の関係を示すグラフの図
【図１５】本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器が備える第一伝熱プレートの正面図
【図１６】本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器が備える第一伝熱プレートの第一流入孔近傍の拡大斜視図
【図１７】本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器の断面図
【図１８】本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器の斜視図
【図１９】本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器が備える絞り管の斜視図
【図２０】本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器が備える第一伝熱プレートの変形例の正面図
【図２１】本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ式給湯システムのブロック図
【図２２】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える囲み部の変形例の拡大正面図
【図２３】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える囲み部の他の変形例の拡大正面図
【図２４】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備える囲み部のさらに他の変形例の拡大正面図
【図２５Ａ】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備えるインナーフィンに設けられた突起の第１変形例の斜視図
【図２５Ｂ】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備えるインナーフィンに設けられた突起の第２変形例の斜視図
【図２５Ｃ】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備えるインナーフィンに設けられた突起の第３変形例の斜視図
【図２５Ｄ】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備えるインナーフィンに設けられた突起の第４変形例の斜視図
【図２５Ｅ】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備えるインナーフィンに設けられた突起の第５変形例の斜視図
【図２５Ｆ】本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器が備えるインナーフィンに設けられた突起の第６変形例の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係るプレート式熱交換器及びヒートポンプ式給湯システムについて図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。図に示す直交座標系ＸＹＺにおいて、プレート式熱交換器が備える第一補強プレートが正面に向けられ、かつ第二補強プレートが背面に向けられたときの左右方向がＸ軸、上下方向がＺ軸、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方向がＹ軸である。以下、適宜、この座標系を引用して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
実施の形態１に係るプレート式熱交換器は、第一流体を流すための流路が形成された第一伝熱プレートと、第二流体を流すための流路が形成された第二伝熱プレートと、が積層されたプレート式熱交換器である。このプレート式熱交換器では、第一流体が気相と液相が混合した二相状態の冷媒である場合に、その冷媒の偏在を抑制するため、第一伝熱プレートに、第一流体の流入量を絞るための開口を有する囲み部が形成されている。
【００１５】
まず、図１−図５を参照して、プレート式熱交換器の構成を説明する。続いて、図６及び図７を参照して、第一伝熱プレートが備える囲み部について説明する。次に、図８−図１４を参照して、囲み部とその開口の作用を説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａの分解斜視図である。図２は、プレート式熱交換器１Ａの斜視図である。図３は、図２に示すIII-III切断線の断面図である。図４は、プレート式熱交換器１Ａが備える第一伝熱プレート３０Ａの正面図である。図５は、プレート式熱交換器１Ａが備える第二伝熱プレート４０の正面図である。なお、図３では、理解を容易にするため、図１に示すインナーフィン７０を省略している。また、外壁部２５、３５、４５、管状壁３７、４７等の内部構造を実際の大きさよりも大きく表示している。
【００１７】
図１に示すように、プレート式熱交換器１Ａは、最正面側で装置の強度を高める第一補強プレート１０と、第一補強プレート１０の背面側に配置された第一サイドプレート２０と、その第一サイドプレート２０の背面側で、交互に積層された第一伝熱プレート３０Ａ及び第二伝熱プレート４０と、それら積層された第一伝熱プレート３０Ａ及び第二伝熱プレート４０の背面側に設けられた第二サイドプレート５０と、最背面側で装置の強度を高める第二補強プレート６０と、を備えている。
【００１８】
第一補強プレート１０は、図２に示すように、角が丸められた矩形状に形成されている。その厚みは、強度を高めるため、図３に示すように、第一伝熱プレート３０Ａ及び第二伝熱プレート４０のいずれの厚みよりも大きい。そして、第一補強プレート１０の下部領域には、Ｘ方向、すなわち左右方向に並んで貫通孔１１０、１４０が形成されている。図示しないが、第一補強プレート１０の上部領域にも、左右方向に並んで貫通孔が２つ形成されている。これらの貫通孔には、第一流体又は第二流体を供給、排出するため、円管１１−１４が挿入され固定されている。
【００１９】
図２に戻って、円管１１と１２は、上記の貫通孔１１０と図示しない貫通孔に挿入されることにより、第一補強プレート１０の左下領域と左上領域に配置されている。円管１１、１２は、外部機器の円管が接続されることにより、プレート式熱交換器１Ａ内に第一流体を供給する。または、円管１１、１２は、プレート式熱交換器１Ａから第一流体を排出する。
【００２０】
これに対して、円管１３と１４は、図示しない貫通孔と上記の貫通孔１４０に挿入されることにより、第一補強プレート１０の右上領域と右下領域に配置されている。円管１３、１４は、外部機器の円管が接続されてプレート式熱交換器１Ａ内に第二流体を供給する。または、プレート式熱交換器１Ａから第二流体を排出する。円管１１−１４の背面側には、図１に示すように、第一サイドプレート２０が配置される。
【００２１】
第一サイドプレート２０は、第一補強プレート１０と正面視、すなわち、−Ｙ方向視で同じ形状、同じ大きさに形成されている。そして、第一サイドプレート２０は、第一補強プレート１０と外縁をそろえて重ね合わされる。第一サイドプレート２０には、第一補強プレート１０と重ね合わされた状態で、円管１１−１４とＹ方向に重なる位置に円形状の貫通孔２１−２４が形成されている。これにより、第一サイドプレート２０は、第一流体と第二流体が円管１１と１３に供給されると、それら第一流体と第二流体を、積層された第一伝熱プレート３０Ａ及び第二伝熱プレート４０の側へ供給する。また、第一サイドプレート２０は、積層された第一伝熱プレート３０Ａ及び第二伝熱プレート４０から排出される第一流体と第二流体を円管１２と１４側へ排出する。
【００２２】
また、第一サイドプレート２０には、図３に示すように、背面側に延在すると共に、その外周を取り囲む外壁部２５が設けられている。第一サイドプレート２０の背面側には、第一伝熱プレート３０Ａが配置されている。その第一伝熱プレート３０Ａは、後述するように、外周を取り囲む外壁部３５を備えている。第一サイドプレート２０は、第一伝熱プレート３０Ａに正面側から覆い被され、その外壁部２５が第一伝熱プレート３０Ａの外壁部３５に当接している。これにより、第一サイドプレート２０は、第一伝熱プレート３０Ａの正面側に流路となる空間を形成している。
【００２３】
第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０は、図１に示すように、第一サイドプレート２０と同様に、正面視で第一補強プレート１０と同じ形状、同じ大きさに形成されている。また、第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０は、図３に示すように、背面側に延在すると共に、その外周を取り囲む外壁部３５、４５を備えている。そして、第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０は、正面側から、第一伝熱プレート３０Ａ、第二伝熱プレート４０、の順序で交互に積層されている。また、第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０は、外壁部３５、４５に互いに当接している。これにより、プレート部３６と４６の間には、流路となる空間が形成されている。
【００２４】
その流路となる空間には、図１に示すように、熱交換効率を高めるため、インナーフィン７０が設けられている。インナーフィン７０は、流路に流される第一流体又は第二流体との接触する面積を増加させるため、波状の突起を多数有する。これにより、インナーフィン７０は、第一流体又は第二流体から熱が伝わりやすくして、熱交換効率を高めている。
【００２５】
また、第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０それぞれは、図１、図４及び図５に示すように、第一サイドプレート２０の貫通孔２１−２４とＹ方向に重なる位置に、貫通孔２１−２４と同径、同形状に形成された４つの貫通孔を有する。４つの貫通孔のうち、２つの貫通孔は、円管１１と１３に第一流体が供給されると、第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０の上記流路に、その第一流体と第二流体を供給する。残りの２つの貫通孔は、第一流体と第二流体を第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０の流路から円管１２と１４へ排出する。
【００２６】
ここで、プレート式熱交換器１Ａでは、円管１１−１４に接続される外部機器が第一流体と第二流体の流れる方向を切り換えることがある。例えば、第一流体が円管１１に供給され、かつ第一流体が円管１２から排出される状態から、第一流体が円管１２に供給され、かつ第一流体が円管１１から排出される状態へ、その第一流体の流れの向きが切り換えられることがある。このことは、第二流体でも同様である。以下の説明では、理解を容易にするため、第一流体は、円管１１に供給され、円管１２から排出されるものとする。また、第二流体は、円管１３から供給され、円管１４から排出されるものとする。この前提のもと、本明細書では、第一伝熱プレート３０Ａの上記４つの貫通孔を、第一流入孔３１、第一流出孔３２、第二通路孔３３、第二通路孔３４と称する。さらに、第二伝熱プレート４０の上記４つの貫通孔を、第一通路孔４１、第一通路孔４２、第二流入孔４３、第二流出孔４４と称する。
【００２７】
なお、第一流入孔及び第一流出孔とは、第一伝熱プレート３０Ａに設けられたインナーフィン７０を基準に、第一流体が流入する側にある孔及び、流出する側にある孔のことである。第二流入孔及び第二流出孔とは、第二伝熱プレート４０に設けられたインナーフィン７０を基準に、第二流体が流入する側にある孔及び、流出する側にある孔のことである。また、第一通路孔とは、第一流体を第一伝熱プレート３０Ａへ流すため、第二伝熱プレート４０に設けられた、第一流体が通る通路となる孔のことである。第二通路孔とは、第部流体を第二伝熱プレート４０へ流すため、第一伝熱プレート３０Ａに設けられた、第二流体が通る通路となる孔のことである。
【００２８】
第一伝熱プレート３０Ａの、第一流入孔３１、第一流出孔３２、第二通路孔３３、第二通路孔３４は、図１に示すように、第一サイドプレート２０の貫通孔２１、２２、２３、２４とＹ方向に重なっている。これらの孔のうち、第二通路孔３３、第二通路孔３４は、図３及び図４に示す管状壁３７に囲まれている。残りの第一流入孔３１、第一流出孔３２は、管状壁３７に囲まれていない。このため、第一流体が円管１１から供給され、かつ、第二流体が円管１３から供給されると、第一流体は、第一流入孔３１の側から第一伝熱プレート３０Ａ内のインナーフィン７０へ流入する。そして、インナーフィン７０へ流入した第一流体がインナーフィン７０から第一流入孔３１の側へ流出する。一方、第二流体は、第二通路孔３３、第二通路孔３４を通過して第一伝熱プレート３０Ａの流路に流入しない。また、第二流体は、第一伝熱プレート３０Ａの流路からも流出しない。その結果、第一伝熱プレート３０Ａの流路には、第一流体だけが流れる。
【００２９】
また、第二伝熱プレート４０の、第一通路孔４１、第一通路孔４２、第二流入孔４３、第二流出孔４４は、図１に示すように、第一サイドプレート２０の貫通孔２１、２２、２３、２４とＹ方向に重なっている。これらの孔のうち、第一通路孔４１、第一通路孔４２は、図３及び図５に示す管状壁４７に囲まれている。これに対して、第二流入孔４３、第二流出孔４４は、管状壁４７に囲まれていない。このため、第一流体が円管１１から供給され、かつ、第二流体が円管１３から供給されると、第一流体は、第一通路孔４１、第一通路孔４２を通過して第二伝熱プレート４０の流路に流入せず、また、その第二伝熱プレート４０の流路からも流出しない。一方、第二流体は、第二流入孔４３の側から第二伝熱プレート４０内のインナーフィン７０へ流入する。そして、インナーフィン７０へ流入した第二流体は、インナーフィン７０から第二流出孔４４の側へ流出する。その結果、第二伝熱プレート４０の流路には、第二流体だけが流れる。
【００３０】
一方、図３に示すように、積層された第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０の最も背面側には、これらプレートが交互に積層された結果、第二伝熱プレート４０が位置する。第二伝熱プレート４０には、上述した第一通路孔４１、第一通路孔４２が形成されている。このため、第一流体が円管１１から供給され、かつ第一流体が円管１２へ排出されると、第一通路孔４１、第一通路孔４２を介して、第二伝熱プレート４０の背面側へ第一流体が流れ出てしまうおそれがある。
【００３１】
そこで、第一流体の流出を防ぐため、積層された第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０の背面側には、第一流体を流す流路を有する第二サイドプレート５０が配置されている。
【００３２】
第二サイドプレート５０は、図１に示すように、４つの貫通孔のうち、２つの貫通孔が形成されていないことを除いて、第一伝熱プレート３０Ａと同じ構成である。詳細には、第二サイドプレート５０は、第一伝熱プレート３０Ａと同じ形状、大きさに形成されている。第二サイドプレート５０には、第一流入孔３１と同じ構成を備える第一流入孔５１と、第一流出孔３２と同じ構成を備える第一流出孔５２と、が形成されている。また、第二サイドプレート５０の流路には、流れ込んだ第一流体で熱交換するため、インナーフィン７０が設けられている。そして、第二サイドプレート５０の背面側には、第一流入孔３１及び第一流出孔３２を塞ぐため、第二補強プレート６０が配置されている。
【００３３】
第二補強プレート６０は、第一補強プレート１０と同じ大きさ、同じ形状に形成されている。そして、第二補強プレート６０には、貫通孔が形成されていない。図３に示すように、第二補強プレート６０は、第二サイドプレート５０に当接している。これにより、第二補強プレート６０は、第二サイドプレート５０から第一流体が漏れることを防いでいる。
【００３４】
また、第二補強プレート６０の厚みは、第一伝熱プレート３０Ａ、第二伝熱プレート４０及び第二サイドプレート５０のいずれの厚みよりも大きい。これにより、第二補強プレート６０は、これらのプレートを補強している。
【００３５】
プレート式熱交換器１Ａでは、上述したように、外部機器が第一流体と第二流体の流れる方向を切り換えることがある。その場合、第一流体が気相の単相状態から気相と液相の二相状態に変化することがある。この場合、上述した第一流入孔３１が第一流出孔３２よりも下側に位置すると、第一流体の気相の部分が第一流入孔３１の上方に向かって流れ、その結果、気相の部分が第一流入孔３１の左右方向に流れにくくなってしまうことがある。これにより、インナーフィン７０全体に第一流体を均一に分配できないことがある。
【００３６】
そこで、第一流体を均一に分配するため、第一伝熱プレート３０Ａには、図４に示すように、開口８０Ａを有する囲み部８１Ａが形成されている。続いて、図６及び図７を参照して、囲み部８１Ａの構成について説明する。
【００３７】
図６は、プレート式熱交換器１Ａが備える第一伝熱プレート３０Ａの第一流入孔３１近傍の拡大斜視図である。図７は、第一流入孔３１近傍の拡大正面図である。
【００３８】
図６及び図７に示すように、第一伝熱プレート３０Ａは、第一流入孔３１と同心の円環状の囲み部８１Ａと、囲み部８１Ａの円環の一部を開放する開口８０Ａと、を備えている。
【００３９】
囲み部８１Ａは、プレート部３６のプレート面が屈曲した、いわゆるビードの形状に形成されている。ここで、ビードとは、プレス加工により成形された突起のことである。
【００４０】
詳細には、囲み部８１Ａは、＋Ｙ側、すなわち、正面側に突出している。囲み部８１Ａの高さは、図３に示すように、第一伝熱プレート３０Ａのプレート部３６から正面側の第一サイドプレート２０又は第二伝熱プレート４０までの高さと同じである。また、図６に示す囲み部８１Ａの幅Ｗ１は、ロウ付けが可能な１−２ｍｍの大きさに形成されている。
【００４１】
また、囲み部８１Ａは、ロウ付けによって、正面側の第一サイドプレート２０又は第二伝熱プレート４０に接合される。これにより、囲み部８１Ａは、第一流入孔３１を囲んで、第一流入孔３１に供給された第一流体が第一伝熱プレート３０Ａ内の流路に流入することを阻止している。
【００４２】
これに対して、開口８０Ａは、図６及び図７に示すように、囲み部８１Ａの中心Ｃから径方向に囲み部８１Ａを横断する形状に形成されている。その径方向は、囲み部８１Ａの中心Ｃから右側斜め下方、すなわち、第二通路孔３４側と反対側の斜め下方に延在する方向である。開口８０Ａが囲み部８１Ａを横断する幅、すなわち、開口幅Ｌは、囲み部８１Ａの幅Ｗ１と同等又はそれ以下である。そして、開口８０Ａは、その開口幅Ｌを保ったまま、上述した方向に直線的に延在している。これにより、開口８０Ａは、第一流入孔３１に供給された第一流体が流れ出す箇所を限定してその流量を絞り込んでいる。これにより、開口８０Ａは、第一流体の流速を大きくする。そして、開口８０Ａは、第一流体が気相と液相の二相状態であるときに、その気相と液相を混合しやすくしている。その結果、開口８０Ａは、気相の偏在を抑制している。
【００４３】
なお、開口８０Ａが延在する上記径方向は、後述するように、熱交換効率を高めるため、囲み部８１Ａの中心Ｃから第二通路孔３４側と反対側の斜め下方向のほか、囲み部８１Ａの中心Ｃから囲み部８１Ａの下方向、囲み部８１Ａの中心Ｃから第二通路孔３４側の斜め下方向又は、囲み部８１Ａの中心Ｃから第二通路孔３４側の斜め上方向であることが望ましい。換言すると、囲み部８１Ａの中心Ｃから鉛直方向に向かう直線と、中心Ｃから開口８０Ａの延在方向へ延びる直線と、が形成する角度をθとし、その角度θが上記中心Ｃから鉛直方向に向かう直線の右側に形成される場合をプラス、左側に形成される場合をマイナスとする場合に、その角度θは、−６０°以上＋１２０°以下の角度範囲にあることが望ましい。
【００４４】
また、開口８０Ａの開口幅Ｌは、後述するように、第一流入孔３１の流入口周長をＤとする場合に、流入口周長Ｄの１／２０以下であることが望ましい。
【００４５】
次に、図８−図１１を参照して、開口８０Ａを有する囲み部８１Ａの作用について説明する。以下の説明では、外部機器の円管が、プレート式熱交換器１Ａの円管１１−１４に接続されている形態を説明する。
【００４６】
この形態では、円管１１−１４のうち、円管１１に、液相と気相を有する二相状態の第一流体が供給され、円管１３に、液相だけの単相状態の第二流体が供給される。また、図２に示すように、プレート式熱交換器１Ａの正面視での長手方向が鉛直方向に向けられ、短手方向が水平方向に向けられる。これにより、第一伝熱プレート３０Ａの第一流入孔３１と第二通路孔３４が水平方向に並べられ、第一流出孔３２と第二通路孔３３が水平方向に並べられる。また、第二伝熱プレート４０の第一通路孔４１と第二流出孔４４が水平方向に並べられ、第一通路孔４２と第二流入孔４３が水平方向に並べられる。また、円管１１、１４が円管１２、１３よりも下に位置する。さらに、プレート式熱交換器１Ａの円管１２から第一流体が排出され、円管１４から第二流体が排出される。
【００４７】
なお、円管１１に供給される第一流体は、液相と気相をあわせた二相のうちの、気相の比率、すなわち、いわゆる乾き度が０．０５−０．３程度である一般的な乾き度の冷媒である。
【００４８】
図８は、プレート式熱交換器１Ａに供給される液相と気相を有する二相状態の第一流体２００の概念図である。図９は、囲み部８１Ａが設けられていない第一伝熱プレート５００を備えるプレート式熱交換器に、液相と気相を有する二相状態の第一流体２００を供給したときの、第一伝熱プレート５００の拡大正面図である。図１０は、プレート式熱交換器１Ａに液相と気相を有する二相状態の第一流体２００を供給したときの、第一伝熱プレート３０Ａの拡大正面図である。図１１は、プレート式熱交換器１Ａに液相と気相を有する二相状態の第一流体２００を供給したときの、第一伝熱プレート３０Ａに流入する第一流体２００の概念図である。
【００４９】
まず、円管１１には、図８に示す状態の第一流体２００が供給される。第一流体２００は、液相２１０内に、気相２２０が大型の気泡の状態で存在している、いわゆるプラグ流の状態で供給される。
【００５０】
円管１１に第一流体２００が供給されると、その第一流体２００は、第一サイドプレート２０の貫通孔２１を通過する。これにより、第一流体２００は、最も正面側にある第一伝熱プレート３０Ａの第一流入孔３１まで供給される。続いて、第一流体２００は、第二伝熱プレート４０の第一通路孔４１を通過して、さらに、背面側にある第一伝熱プレート３０Ａの第一流入孔３１まで供給される。これにより、第一流体２００が全ての第一伝熱プレート３０Ａの第一流入孔３１まで供給される。
【００５１】
第一流体２００が第一流入孔３１まで供給されると、第一流体２００は、第一流入孔３１が図４に示す管状壁３７に囲まれていないことから、第一伝熱プレート３０Ａの流路内に流入する。
【００５２】
このとき、図９に示すように、囲み部８１Ａが形成されていない第一伝熱プレート５００である場合、第一流体２００がプラグ流の状態で大型の気泡を含むため、その気相２２０が第一流入孔３１の上方に向かって流れる。その結果、第一流体２００は、第一伝熱プレート５００の左右方向、すなわち、Ｘ方向に均一に広がらない。その結果、第一流体２００は、第一流入孔３１の上方かつ第一伝熱プレート５００の左側領域に偏在してしまう。
【００５３】
一般に気相２２０の熱伝導率は、液相２１０の概ね１０％である。このため、大型の気泡を含む状態のままで第一流体が流れると、インナーフィン７０での熱交換効率が低下してしまう。
【００５４】
これに対して、第一伝熱プレート３０Ａでは、図１０に示すように、囲み部８１Ａが形成されている。このため、第一流入孔３１から孔周辺に流出した第一流体２００は、囲み部８１Ａによって流路への拡散が阻止されて、第一流入孔３１の上方に向かって流れることができない。
【００５５】
一方、囲み部８１Ａには、その囲みの一部を開放する開口８０Ａが形成されている。このため、第一流体２００は、開口８０Ａから囲み部８１Ａの外へ流れる。
【００５６】
このとき、第一流体２００は、第一流入孔３１の中心Ｃから開口８０Ａが開口する方向に流れる。第一流体２００は、矢印Ａ１に示すように、開口８０Ａから外壁部３５に向かって流れる。その後、第一流体２００は、外壁部３５にぶつかって、矢印Ａ２−Ａ４に示すように、第一流入孔３１と第二通路孔３４との間、第一流入孔３１よりも−Ｘ側及び、第二通路孔３４よりも＋Ｘ側に分流する。その結果、第一流体２００は、矢印Ａ５に示すように、第一伝熱プレート３０ＡのＸ方向全体に均一に広がった状態で、インナーフィン７０を通過する。これにより、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率が図９に示す第一伝熱プレート５００の場合よりも高められる。
【００５７】
また、第一流体２００は、囲み部８１Ａの内側からその外側へ流れるときに、開口８０Ａにその流量が絞り込まれる。これにより、第一流体２００の流速が大きくなる。その結果、気相と液相が混合されやすくなり、第一流体２００は、プラグ流の状態から、図１１に示す、より小型の気泡を含む気泡流の状態に変化する。これにより、第一流体２００は、少数の大型の気泡が存在する状態から、小型の気泡が存在する状態へ変化する。すなわち、第一流体２００は、気泡と液が均等な割合の状態へ変化する。その結果、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率が高くなる。
【００５８】
図示しないが、第一流体２００は、インナーフィン７０を通過し、第一伝熱プレート３０Ａの上部領域にある第一流出孔３２まで達する。第一流出孔３２まで達した第一流体は、第一流出孔３２から第一サイドプレート２０の貫通孔２２へ流れる。その後、第一流体２００は、円管１２から、プレート式熱交換器１Ａの外部へ排出される。そして、円管１２に接続された外部機器に戻る。
【００５９】
上述したように、開口８０Ａは、第一流体２００を第一伝熱プレート３０ＡのＸ方向に均一に広げる。また、開口８０Ａは、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率を高める。続いて、図１２−図１４を参照して、開口８０Ａの詳細な効果について説明する。
【００６０】
図１２は、プレート式熱交換器１Ａに液相と気相を有する二相状態の第一流体２００を供給したときの、第一伝熱プレート３０Ａ内の第一流体２００の分布を示すグラフの図である。図１３は、開口８０Ａの大きさとプレート式熱交換器１Ａの熱交換効率の関係を示すグラフの図である。図１４は、開口８０Ａの位置とプレート式熱交換器１Ａの熱交換効率の関係を示すグラフの図である。
【００６１】
なお、図１２のグラフの横軸は、図７に示す第一伝熱プレート３０Ａの左端面を原点Ｏ、右端面を位置Ｗとしたときの、Ｘ方向の各位置の流量を示している。また、図１２のグラフに記載の「流入口絞り有」は、第一伝熱プレート３０Ａが開口８０Ａを有する囲み部８１Ａを備え、開口８０Ａによって第一流体２００の流量が絞られたときのプレート式熱交換器１Ａの流量を示している。また同グラフに記載の「流入口絞り無」は、囲み部８１Ａを有さず、囲み部８１Ａの開口８０Ａによって第一流体２００の流量が絞られていない、図９に示す第一伝熱プレート５００を備えるプレート式熱交換器の流量を示している。
【００６２】
また、図１３では、図７に示す、開口８０Ａの開口幅をＬ、第一流入孔３１の流入口周長をＤとしたときの、Ｌ／Ｄを絞り率としている。図１３は、その絞り率を変化させたときのプレート式熱交換器１Ａの熱交換効率を示している。その熱交換効率は、絞り率＝１の状態の熱交換効率を１としたときの、相対的な熱交換効率である。すなわち、図１３に示す熱交換効率は、図１２の「流入口絞り無」の状態の熱交換効率を１としたときの、相対的な熱交換効率である。図１３では、この相対的な熱交換効率を「熱交換性能」と表示している。
【００６３】
図１４は、図７に示す角度θを変化させたときの、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率を示している。図１４でも、図１２の「流入口絞り無」の状態であるときの熱交換効率を１としたときの、相対的な熱交換効率を示している。その相対的な熱交換効率を「熱交換性能」と表示している。なお、図１４での絞り率は、０．０２である。
【００６４】
図１２を参照すると、開口８０Ａ及び囲み部８１Ａを備える第一伝熱プレート３０Ａでは、開口８０Ａ及び囲み部８１Ａを備えない第一伝熱プレート５００よりも、第一流体２００が第一伝熱プレート３０ＡのＸ方向全体に均一に流れていることがわかる。
【００６５】
また、図１３を参照すると、絞り率が０．０５、すなわちＬ／Ｄが１／２０以下である場合に、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率が高まることがわかる。この結果から、上述したように、開口８０Ａの開口幅Ｌは、第一流入孔３１の流入口周長Ｄに対して１／２０以下であることが望ましいことがわかる。
【００６６】
図１４を参照すると、開口８０Ａの角度θは、−６０°以上＋１２０°以下であると、開口８０Ａの角度θが−６０°よりも小さく、又は１２０°よりも大きい場合と比較して、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率が高まることがわかる。この結果から、上述したように、図７に示す囲み部８１Ａの中心Ｃから鉛直方向に延びる直線と、中心Ｃから開口８０Ａが延在する方向に延びる直線と、が形成する角度をθとするときに、その角度θが、−６０°以上＋１２０°以下であることが望ましいことがわかる。
【００６７】
以上のように、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａでは、第一伝熱プレート３０Ａが、囲み部８１Ａの一部を開放して第一流体２００の流出を絞る開口８０Ａを備えている。これにより、開口８０Ａを通過するときの第一流体２００の流速が大きくなる。その結果、プレート式熱交換器１Ａでは、第一流体２００が気相と液相の二相状態である場合に、第一流体を混合して、その気相の気泡を小さくすることができる。これにより、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率を高めることができる。
【００６８】
第一伝熱プレート３０Ａでは、開口８０Ａが斜め下方に向けられている。そして、第一伝熱プレート３０Ａのプレート部３６は、外壁部３５によって囲まれている。このため、第一流体２００は、開口８０Ａから流出した後、外壁部３５にぶつかる。これにより、第一流体２００は、第一伝熱プレート３０ＡのＸ方向に均一に広がる。その結果、第一伝熱プレート３０Ａ内で第一流体２００が偏在せず、プレート式熱交換器１Ａの熱交換効率が高まる。
【００６９】
第一伝熱プレート３０Ａそれぞれに、開口８０Ａを有する囲み部８１Ａが形成されている。また、その囲み部８１Ａ及び開口８０Ａは、第一伝熱プレート３０Ａと一体である。このため、第一伝熱プレート３０Ａ毎に、開口８０Ａの向きを調整する必要がない。第一伝熱プレート３０Ａと第二伝熱プレート４０を積層するだけで、プレート式熱交換器１Ａを組み立てることができる。その結果、その組立が容易である。
【００７０】
（実施の形態２）
実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａでは、囲み部８１Ａがいわゆるビードの形状であり、そのビードに開口８０Ａが形成されている。しかし、囲み部８１Ａと開口８０Ａはこれに限定されない。囲み部８１Ａと開口８０Ａは、第一流体の流れを制御するものであればよい。囲み部８１Ａと開口８０Ａの形状はその限りにおいて任意である。実施の形態２では、囲み部８１Ａと開口８０Ａの変形例の形状について説明する。
【００７１】
実施の形態２に係るプレート式熱交換器１Ａでは、囲み部８１Ｂが、いわゆるバーリングの形状である。また、開口８０Ｂが細孔である。以下、図１５−図１７を参照して、実施の形態２に係るプレート式熱交換器１Ｂを説明する。実施の形態２では、実施の形態１と異なる構成について説明する。
【００７２】
図１５は、実施の形態２に係るプレート式熱交換器１Ｂが備える第一伝熱プレート３０Ｂの正面図である。図１６は、プレート式熱交換器１Ｂが備える第一伝熱プレート３０Ｂの第一流入孔３１近傍の拡大斜視図である。図１７は、プレート式熱交換器１Ｂの断面図である。なお、図１７は、図２に示すIII-III切断線と同じ箇所の切断線でプレート式熱交換器１Ｂを切断したときの断面図である。図１７では、理解を容易にするため、図１に示すインナーフィン７０を省略している。また、外壁部２５、３５、４５、管状壁３７、４７等の内部構造を実際の大きさよりも大きく表示している。
【００７３】
図１６に示すように、プレート式熱交換器１Ｂが備える第一伝熱プレート３０Ｂは、第一流入孔３１がバーリング加工することにより形成された囲み部８１Ｂと、囲み部８１Ｂが立ち上がった高さよりも小さい細孔の形状の開口８０Ｂと、を備える。ここで、バーリング加工とは、第一流入孔３１の外縁部を立ち上げる加工のことである。
【００７４】
囲み部８１Ｂは、図１６及び図１７に示すように、円管状に形成されている。その管軸は、Ｙ方向に延在し、プレート部３６に垂直である。また、囲み部８１Ｂの＋Ｙ側、すなわち、正面側には、管壁が円管外側へ折れ曲がった形状のフランジ部が設けられている。
【００７５】
囲み部８１Ｂは、図１６に示すプレート部３６から、図示しない隣り合う第一サイドプレート２０又は第二伝熱プレート４０までの距離と同じＹ方向高さに形成されている。そして、囲み部８１Ｂが有するフランジ部の先端部は、図１７に示す第一サイドプレート２０又は第二伝熱プレート４０にロウ付けにより接合される。
【００７６】
これに対して、開口８０Ｂは、一定の円形状のまま、囲み部８１Ｂの側壁を貫通している。その貫通方向は、Ｙ方向視での、実施の形態１で説明した開口８０Ａの、第一流入孔３１の中心Ｃに対する方向と同じ方向である。また、その開口８０Ｂの貫通方向は、プレート部３６に平行である。さらに、開口８０Ｂの径は、実施の形態１で説明した開口８０Ａの幅と同じである。なお、開口８０Ｂの貫通方向は、実施の形態１で説明した望ましい角度θの方向と同方向であるとよい。また、開口８０Ｂの径は、実施の形態１で説明した望ましい幅Ｌと同じ大きさであるとよい。
【００７７】
開口８０Ｂの作用は、実施の形態１の開口８０Ａと同じである。このため、実施の形態２では、開口８０Ｂの作用の説明を省略する。
【００７８】
以上のように、実施の形態２に係るプレート式熱交換器１Ｂでは、管状の囲み部８１Ｂに形成された細孔の形状の開口８０Ｂを備える。このため、開口８０Ｂが第一流入孔３１からその外へ流出する第一流体２００の流量を絞り込みことができる。その結果、プレート式熱交換器１Ｂでは、第一流体２００の流速を大きくして、第一流体２００が気相と液相の二相状態である場合に、気相の気泡を小さくすることができる。これにより、実施の形態１と同様に、プレート式熱交換器１Ｂの熱交換効率が高められる。
【００７９】
また、プレート式熱交換器１Ｂでは、管状の囲み部８１Ｂに孔を形成するだけで、開口８０Ｂを形成できるので、プレート式熱交換器１Ｂの製造が容易である。また、開口８０Ｂによる第一流体２００の流量調整も容易である。
【００８０】
（実施の形態３）
実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａは、囲み部８１Ａ及び開口８０Ａ以外の構成を備えてもよい。実施の形態３に係るプレート式熱交換器１Ｃは、実施の形態１の囲み部８１Ａ、開口８０Ａに加えて、第一流入孔３１に挿入され、第一流体の流量を絞り込む絞り管９０を備える。以下、図１８−図２０を参照して、実施の形態３に係るプレート式熱交換器１Ｃを説明する。実施の形態３では、実施の形態１、２と異なる構成について説明する。
【００８１】
図１８は、実施の形態３に係るプレート式熱交換器１Ｃの斜視図である。図１９は、プレート式熱交換器１Ｃが備える絞り管９０の斜視図である。図２０は、プレート式熱交換器１Ｃが備える第一伝熱プレート３０Ｃの変形例の正面図である。
【００８２】
図１８に示すように、プレート式熱交換器１Ｃは、円管１１に挿入された絞り管９０を備える。なお、絞り管９０は、本明細書でいうところの、流体が流れる流体管の一例である。
【００８３】
絞り管９０の外径は、円管１１の内径よりも小さい。また、図示しないが、第一伝熱プレート３０Ｃの第一流入孔３１の内径よりも小さい。そして、絞り管９０は、円管１１と第一流入孔３１の管軸と同軸である。絞り管９０は、図示しないが、円管１１の正面側から第二補強プレート６０まで延在している。また、絞り管９０は、プレート式熱交換器１Ｃ内で、第一伝熱プレート３０Ｃの第一流入孔３１と、第二伝熱プレート４０の第一通路孔４１と、を挿通している。
【００８４】
また、絞り管９０には、図１９に示すように、実施の形態２で説明した開口８０Ｂと同径の円形状の細孔９１が複数個、形成されている。細孔９１のピッチは、積層された第一伝熱プレート３０Ｃと第二伝熱プレート４０のプレート間隔と同じである。そして、細孔９１は、絞り管９０の管面部を貫通し、その貫通方向を実施の形態１で説明した開口８０Ｂと同じ方向に向けている。
【００８５】
上述したように、絞り管９０は、第一伝熱プレート３０Ｃの第一流入孔３１の内径よりも小さい。このため、絞り管９０に第一流体２００が供給された場合に、絞り管９０内の第一流体２００の流速は、実施の形態１で説明した第一流入孔３１内の第一流体２００よりも大きい。その結果、第一流体２００が気相と液相の二相状態であるときの、第一流体２００内の気泡が小さい。
【００８６】
以上のように、実施の形態３に係るプレート式熱交換器１Ｃは、第一伝熱プレート３０Ｃの第一流入孔３１の内径よりも小さい絞り管９０を備えるので、絞り管９０に気相と液相の二相状態である第一流体２００が供給された場合に、絞り管９０を備えないときよりも第一流体２００の流速が大きくなる。これにより、プレート式熱交換器１Ｃでは、第一流体２００内の気泡を小さくして、プレート式熱交換器１Ｃの熱交換効率を高めることができる。
【００８７】
なお、図２０に示すように、プレート式熱交換器１Ｃが絞り管９０を備える場合、第一伝熱プレート３０Ｃの第一流入孔３１と第一流出孔３２は、第二通路孔３３と第二通路孔３４と同径であるとよい。この場合、第二伝熱プレート４０の第一通路孔４１と第一通路孔４２は、第二流入孔４３と第二流出孔４４と同径であるとよい。このような形状であれば、第一伝熱プレート３０Ｃと第二伝熱プレート４０が向きを除いて同じ構成となる。これにより、プレート式熱交換器１Ｃで、第一伝熱プレート３０Ｃと第二伝熱プレート４０を共用化することができる。また、図２０に示すように、プレート式熱交換器１Ｃが絞り管９０を備えるため、囲み部８１Ａと開口８０Ａは省略されてもよい。この場合においても、絞り管９０によって第一流体２００の流速を大きくすることができる。
【００８８】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａが用いられたヒートポンプ式給湯システム３００である。以下、図２１を参照して、実施の形態４に係るヒートポンプ式給湯システム３００について説明する。
【００８９】
図２１は、実施の形態４に係るヒートポンプ式給湯システム３００のブロック図である。
図２１に示すように、ヒートポンプ式給湯システム３００は、冷媒回路３１０と、冷媒回路３１０と熱交換をする水回路３２０と、を備えている。
【００９０】
冷媒回路３１０は、冷媒を圧縮する圧縮機３１１と、冷媒を水回路３２０の水と熱交換させるプレート式熱交換器１Ａと、膨張弁３１２と、膨張弁３１２で膨張された冷媒を外気と熱交換させる熱交換器３１３と、を備えている。圧縮機３１１、プレート式熱交換器１Ａ、膨張弁３１２及び、熱交換器３１３は、この順序で接続されている。そして、圧縮機３１１は、プレート式熱交換器１Ａの円管１２に接続され、膨張弁３１２は、円管１１に接続されている。これにより、冷媒回路３１０は、プレート式熱交換器１Ａに冷媒を第一流体として供給している。また、冷媒回路３１０は、図示しない四方弁を備える。
【００９１】
一方、水回路３２０は、暖房給湯用水利用装置３２２、ポンプ３２１及び、プレート式熱交換器１Ａを備えている。ここで、プレート式熱交換器１Ａは、冷媒回路３１０と同じ装置である。水回路３２０では、暖房給湯用水利用装置３２２、ポンプ３２１及び、プレート式熱交換器１Ａは、この順序で接続され、閉回路を形成している。そして、ポンプ３２１がプレート式熱交換器１Ａの円管１３に接続され、暖房給湯用水利用装置３２２が円管１４に接続されている。これにより、水回路３２０は、プレート式熱交換器１Ａに水を第二流体として供給している。
【００９２】
次に、ヒートポンプ式給湯システム３００の動作について説明する。以下の説明では、第一流体２００がＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＣＯ２などの冷媒、第二流体が水であるものとする。
【００９３】
まず、ヒートポンプ式給湯システム３００で暖房をする場合について説明する。第一流体２００が、圧縮機３１１から図１に示すプレート式熱交換器１Ａの円管１２に供給される。このとき、第一流体２００は、高温高圧の気相を有する単相状態である。続いて、第一流体２００は、プレート式熱交換器１Ａの第一伝熱プレート３０Ａ内に流入する。第一流体２００は、第一伝熱プレート３０Ａ内に気相の単相の状態で流入するため、実施の形態１で説明した第一流体の偏在は発生しにくい。第一流体２００は、第一伝熱プレート３０Ａ内で凝縮、放熱して気相と液相が混在する二相状態となる。さらに、第一流体２００は、完全に液化される。その後、第一流体２００は、高圧液体の単相状態でプレート式熱交換器１Ａの円管１１から排出される。そして、第一流体２００は、再度圧縮機３１１に戻る。これにより、第一流体２００は冷媒回路３１０を循環する。
【００９４】
これに対して、第二流体は、図１に示すプレート式熱交換器１Ａの円管１３に供給される。第二流体は、プレート式熱交換器１Ａの第二伝熱プレート４０内に流入して、第二伝熱プレート４０で吸熱して温水となる。そして、第二流体は、円管１４からプレート式熱交換器１Ａの外部に排出される。第二流体は、暖房給湯用水利用装置３２２で室内を暖房する。
【００９５】
次に、ヒートポンプ式給湯システム３００で冷房をする場合について説明する。ヒートポンプ式給湯システム３００の暖房動作が冷房動作に切り替わると、図示しない四方弁が冷媒回路３１０の第一流体２００の流れを逆転させる。第一流体２００は、膨張弁３１２から図１に示すプレート式熱交換器１Ａの円管１１に供給される。このとき、第一流体２００は、低圧の二相状態である。続いて、第一流体２００は、プレート式熱交換器１Ａの第一伝熱プレート３０Ａ内に流入する。このとき、第一流体２００は、第一伝熱プレート３０Ａに開口８０Ａを有する囲み部８１Ａが設けられているので、第一伝熱プレート３０Ａ内で偏在しにくい。また、開口８０Ａで第一流体２００の流速が大きくなり第一流体２００内の気泡が小さくなる。その結果、第一流体２００は、高い効率で熱交換される。第一流体２００は、第一伝熱プレート３０Ａ内で蒸発、吸熱して気相が多い二相状態となる。さらに第一流体２００は完全に気化される。その後、第一流体２００は、円管１２からプレート式熱交換器１Ａの外部に排出される。
【００９６】
これに対して、第二流体は、図１に示すプレート式熱交換器１Ａの円管１４に供給される。第二流体は、プレート式熱交換器１Ａの第二伝熱プレート４０内に流入して、第二伝熱プレート４０で放熱して冷水となる。そして、第二流体は、円管１３からプレート式熱交換器１Ａの外部に排出され、暖房給湯用水利用装置３２２で室内を冷房する。
【００９７】
以上のように、実施の形態４に係るヒートポンプ式給湯システム３００は、プレート式熱交換器１Ａを備えているので、熱交換効率が高い。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態に係るプレート式熱交換器１Ａ−１Ｃ及びヒートポンプ式給湯システム３００について説明したが、プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃ及びヒートポンプ式給湯システム３００は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施の形態１−４では、囲み部８１Ａ、８１Ｂ及び開口８０Ａ、８０Ｂが第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂに形成されている。しかし、囲み部８１Ａ、８１Ｂ及び開口８０Ａ、８０Ｂはこれに限定されない。囲み部８１Ａ、８１Ｂ及び開口８０Ａ、８０Ｂは、第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ又は第二伝熱プレート４０に備えられていればよい。これは、第一流体２００又は第二流体が二相状態で流されることがあるからである。
なお、第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ又は第二伝熱プレート４０は、本明細書でいうところの伝熱プレートの一例である。
【００９９】
また、実施の形態１−４では、囲み部８１Ａ、８１Ｂが第一流入孔３１を囲んでいるが、囲み部８１Ａ、８１Ｂはこれに限定されない。外部機器の接続によって、第一流出孔３２から第一流体２００が流入し、第一流入孔３１へ第一流体２００が流出することがあることから、囲み部８１Ａ、８１Ｂは、第一流出孔３２を囲んでもよい。この場合、第一流出孔３２に、二相状態の第一流体２００を流入させるとよい。また、囲み部８１Ａ、８１Ｂは、第二流入孔４３又は第二流出孔４４を囲んでもよい。この場合、第二流入孔４３又は第二流出孔４４に二相状態の第二流体を流入させるとよい。このような形態であれば、二相状態の第一流体２００又は第二流体を流入させる第一流出孔３２、第二流入孔４３、第二流出孔４４がインナーフィン７０よりも下側に位置する場合でも、熱交換効率が低下しにくい。
【０１００】
なお、第一流入孔３１、第一流出孔３２、第二流入孔４３、第二流出孔４４は、本明細書でいうところの流出入孔の一例である。
【０１０１】
実施の形態１−４では、プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃの向きが、正面視で長手方向を鉛直方向に向け、さらに、円管１１と１４を円管１２、１３に対して下側に配置している。しかし、円管１１−１４の位置はこれに限定されない。二相状態の第一流体２００又は第二流体を流す場合、その二相状態の第一流体２００又は第二流体が供給される円管１１−１４が他の円管１１−１４よりも下に配置されていればよい。
【０１０２】
また、実施の形態１では、囲み部８１Ａの幅Ｗ１がロウ付け可能な大きさに形成されているが、囲み部８１Ａの幅Ｗ１の大きさも任意である。
【０１０３】
図２２は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａが備える囲み部８１Ａの変形例の拡大正面図である。
【０１０４】
図２２に示すように、囲み部８１Ｃの幅Ｗ２は、実施の形態１で説明した囲み部８１Ａの幅Ｗ１よりも大きい。囲み部８１Ｃの幅Ｗ２が大きい場合、第一流体２００が開口８０Ｃを通過するとき、プレート部３６の表面付近に流速の小さい流れの層、すなわち境界層が発達する。第一流体２００はその境界層が発達するまで流速が大きく変化する。このため、囲み部８１Ｃの幅Ｗ２は、境界層が発達する程度の大きさであることが望ましい。
【０１０５】
また、囲み部８１Ａ−８１Ｃと開口８０Ａ−８０Ｃの数も任意である。
【０１０６】
図２３は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａが備える囲み部８１Ａの他の変形例の拡大正面図である。図２４は、囲み部８１Ａのさらに他の変形例の拡大正面図である。
【０１０７】
図２３に示すように、第一流入孔３１は、同心かつ円形の複数の囲み部８１Ｄ、８１Ｅで囲まれてもよい。この場合、囲み部８１Ｄ、８１Ｅそれぞれに開口８０Ｄ、８０Ｅが形成されるとよい。そして、開口８０Ｄ、８０Ｅは、第一流入孔３１の中心Ｃに対して異なる方向に位置してもよい。さらに、図２３に示す、第一流体２００が囲み部８１Ｄ、８１Ｅを通過するまでの距離Ｗ３が、上記幅Ｗ２よりも大きくなるとよい。これにより、上述した境界層が発達するまで、第一流体２００の流速を大きくすることができる。
【０１０８】
また、図２４に示すように、囲み部８１Ｆには、複数の開口８０Ｆ、８０Ｇが形成されてもよい。この場合、複数の開口８０Ｆ、８０Ｇは、実施の形態１で説明した角度θの望ましい角度範囲内に形成されるとよい。また、複数の開口８０Ｆ、８０Ｇの開口幅Ｌ２、Ｌ３を合計したときの総合計幅が、実施の形態１で説明した望ましい絞り率を満たすとよい。なお、開口８０Ｆ、８０Ｇは、囲み部８１Ｆの外側に向かって狭まってもよく、図２３の開口８０Ｄ、８０Ｅと同様に、幅が一定であってもよい。
【０１０９】
実施の形態１−４では、囲み部８１Ａ−８１Ｅの形状が円環状又は円管状である。しかし、囲み部８１Ａ−８１Ｅはこれに限定されない。プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃでは、囲み部８１Ａ−８１Ｅは、第一流入孔３１、第一流出孔３２等の流体の流出入孔を囲んでいればよい。これにより、囲み部８１Ａ−８１Ｅが流体の流出入を阻止しているとよい。そして、開口８０Ａ−８０Ｅが囲み部８１Ａ−８１Ｅの一部を開放すればよい。これにより、開口８０Ａ−８０Ｅが流体の流出入を絞っているとよい。従って、この限りにおいて、囲み部８１Ａ−８１Ｅの形状は任意である。例えば、囲み部８１Ａ−８１Ｅは、楕円、長円等の環の形状であってもよい。また、囲み部８１Ａ−８１Ｅは角管の形状であってもよい。
【０１１０】
実施の形態１−４では、第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ又は第二伝熱プレート４０の外壁部３５、４５が−Ｙ方向に延在している。そして、これらのプレートがＹ方向に積層されることにより、外壁部３５、４５がプレート部３６、４６に当接して、第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ又は第二伝熱プレート４０の流路となる空間が＋Ｙ側に形成されている。しかし、外壁部３５、４５はこれに限定されない。プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃでは、外壁部３５、４５が流路を形成し、その流路が形成された第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ、第二伝熱プレート４０が積層された状態で、囲み部８１Ａ−８１Ｅが隣り合う第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ、第二伝熱プレート４０のプレート部３６、４６まで突出し、かつその囲み部８１Ａ−８１Ｅがプレート部３６、４６に当接していればよい。従って、この限りにおいて、外壁部３５、４５の向き、形状は、任意である。例えば、外壁部３５、４５は、プレート部３６、４６から＋Ｙ方向に延在してもよい。
【０１１１】
実施の形態１−４では、第一伝熱プレート３０Ａ、３０Ｂ又は第二伝熱プレート４０が有する流路の空間に波状の突起を多数有するインナーフィン７０が配置されている。しかし、インナーフィン７０はこれに限定されない。インナーフィン７０の具体的な形状は任意である。
【０１１２】
図２５Ａ−図２５Ｆは、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１Ａが備えるインナーフィン７０に設けられた突起７１の第１−第６変形例の斜視図である。
【０１１３】
図２５Ａに示すように、インナーフィン７０は、細長い直方体の形状の突起７１が複数個、互いに平行に並び、それら複数の突起７１の側壁に出っ張り部が交互に出っ張るオフセット型フィンであってもよい。また、図２５Ｂに示すように、平板状の突起７１を複数個有する平板型フィンであってもよい。さらに、インナーフィン７０は、図２５Ｃに示すように、平面視で波状の突起７１を複数個有する波型フィンであってもよい。
【０１１４】
また、インナーフィン７０は、図２５Ｄに示す、断面視ルーバー状の突起７１を有するルーバー型フィン、図２５Ｅに示す、断面視コルゲート状の突起７１を有するコルゲート型フィン、又は図２５Ｅに示す、ピン状の突起７１を有するピン型フィンであってもよい。
【０１１５】
実施の形態４では、プレート式熱交換器１Ａがヒートポンプ式給湯システム３００に使用されている。しかし、プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃの用途はこれに限定されない。プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃは、冷房用チラーにも適用可能である。また、プレート式熱交換器１Ａ−１Ｃは、発電装置、食品用加熱殺菌処理機器等の産業用及び家庭用機器に利用可能である。このような機器にプレート式熱交換器１Ａ−１Ｃを用いることで、熱交換効率を高めることができる。
【０１１６】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【０１１７】
本出願は、平成３０年１１月２６日に出願された日本国特許出願特願２０１８−２２０６０２号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１８−２２０６０２号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【０１１８】
１Ａ−１Ｃ  プレート式熱交換器、１０  第一補強プレート、１１−１４  円管、２０  第一サイドプレート、２１−２４  貫通孔、２５  外壁部、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  第一伝熱プレート、３１  第一流入孔、３２  第一流出孔、３３  第二通路孔、３４  第二通路孔、３５  外壁部、３６  プレート部、３７  管状壁、４０  第二伝熱プレート、４１  第一通路孔、４２  第一通路孔、４３  第二流入孔、４４  第二流出孔、４５  外壁部、４６  プレート部、４７  管状壁、５０  第二サイドプレート、５１  第一流入孔、５２  第一流出孔、６０  第二補強プレート、７０  インナーフィン、７１  突起、８０Ａ−８０Ｇ  開口、８１Ａ−８１Ｆ  囲み部、９０  絞り管、９１  細孔、１１０，１４０  貫通孔、２００  第一流体、２１０  液相、２２０  気相、３００  ヒートポンプ式給湯システム、３１０  冷媒回路、３１１  圧縮機、３１２  膨張弁、３１３  熱交換器、３２０  水回路、３２１  ポンプ、３２２  暖房給湯用水利用装置、５００  第一伝熱プレート、Ａ１−Ａ５  矢印、Ｃ  中心、Ｄ  流入口周長、Ｌ，Ｌ２，Ｌ３  開口幅、Ｏ  原点、Ｗ  位置、Ｗ１，Ｗ２  幅、Ｗ３  距離、θ  角度。
【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２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２５Ｅ】
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【図２５Ｆ】
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