DE112019001344T5

DE112019001344T5 - Plattenwärmetauscher, wärmepumpengerät mit plattenwärmetauscher und wärmepumpentyp eines kühl-, heiz- und warmwasserversorgungssystems mit wärmepumpengerät

Info

Publication number: DE112019001344T5
Application number: DE112019001344.0T
Authority: DE
Inventors: Faming SUN; Susumu Yoshimura; Yoshitaka EIJIMA; Sho SHIRAISHI; Ryosuke ABE; Masahiro Yokoi; Kazutaka Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-12-03
Also published as: US20200408475A1; CN111819415A; JPWO2019176565A1; WO2019176565A1; JP6615423B1; CN111819415B; US11719495B2

Abstract

Ein Plattenwärmetauscher hat Wärmeübertragungsplatten (1, 2), die jeweils an vier Ecken Öffnungen (27 - 30) haben, an ihren Rändern Außenwandbereiche (17) aufweisen und aufeinander gestapelt sind. Die Wärmeübertragungsplatten (1, 2) sind teilweise zusammengelötet, so dass ein erster Strömungsdurchlass (6) für ein erstes Fluid und ein zweiter Strömungsdurchlass (7) für ein zweites Fluid abwechselnd angeordnet sind, wobei eine zugeordnete Wärmeübertragungsplatte (1, 2) zwischen diesen Strömungsdurchlässen (6, 7) angeordnet ist, wobei die Öffnungen (27 - 30) an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen, wodurch ein erstes Kopfstück (40) gebildet wird, das es dem ersten Fluid ermöglicht, in den ersten Strömungsdurchlass (6) hinein- und aus ihm herauszufließen, und ein zweites Kopfstück (41), das es dem zweiten Fluid ermöglicht, in den zweiten Strömungsdurchlass (7) hinein- und aus ihm herauszufließen. Mindestens eine von zwei der Wärmeübertragungsplatten (1, 2), zwischen denen sich der erste oder zweite Strömungsdurchlass (6, 7) befindet, wird durch Stapeln von zwei Metallplatten (1a, 1b; 2a, 2b) gebildet. Der Raum zwischen den Metallplatten (1a, 1b; 2a, 2b) hat einen Feinstromdurchlass (16), der sich in einem Wärmeaustauschbereich befindet, in dem das erste und das zweite Fluid Wärme austauschen, und einen Umfangs-Leckagedurchlass (14), der außerhalb des Feinstromdurchlasses (16) vorgesehen ist, um mit der Außenseite in Verbindung zu stehen, und einen hydraulischen Durchmesser hat, der größer ist als der des Feinstromdurchlasses (16).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher mit doppelwandigem Aufbau, ein Wärmepumpengerät einschließlich des Plattenwärmetauschers und einen Wärmepumpentyp eines Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems einschließlich des Wärmepumpengerätes.
STAND DER TECHNIK
Ein bekannter Plattenwärmetauscher besteht aus einer Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten, die jeweils an vier Ecken Öffnungen und gewellte Oberflächen aufweisen, wobei die Wärmeübertragungsplatten so aufeinander gestapelt sind, dass Strömungskanäle für zwei Arten von Fluiden, die miteinander Wärme austauschen sollen, abwechselnd zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten vorgesehen sind (siehe z.B. Patentdokument 1).
In dem in Patentdokument 1 beschriebenen Plattenwärmetauscher werden Strömungskanäle, die nebeneinander liegen, für zwei Arten von Fluiden durch eine dreischichtige Platteneinheit voneinander getrennt, die durch Zusammenfügen von drei gleich geformten Wärmeübertragungsplatten zu einer einzigen Plattenform gebildet wird, wobei zwischen den drei Wärmeübertragungsplatten teilweise Adhäsionsverhinderungsschichten vorgesehen sind. Da die Adhäsionsverhinderungsschichten teilweise zwischen den drei Wärmeübertragungsplatten vorgesehen sind, kann auch dann, wenn die Wärmeübertragungsplatten, die die benachbarten Strömungskanäle für die beiden Fluidtypen voneinander trennen, einen Defekt aufweisen und wenn in einem der Strömungskanäle ein Fluidleck auftritt, das ausgetretene Fluid zuverlässig nach außen abgeleitet werden und eine Vermischung der beiden Fluidtypen in den jeweiligen Strömungskanälen verhindert werden.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2001-99 587A
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Beim Plattenwärmetauscher nach Patentdokument 1 dauert es jedoch lange, bis eine Leckage erkannt wird, wenn die ausgetretene Flüssigkeit mit einer geringen Durchflussmenge austritt. Da zudem ein Abflusskanal, über den die Flüssigkeit nach außen abfließt, nicht einfach zu bestimmen ist, müssen außerhalb des Plattenwärmetauschers mehrere Detektionssensoren installiert werden, die eine Flüssigkeitsleckage erkennen. Dies erhöht zwangsläufig die Kosten.
Die vorliegende Erfindung wird zur Lösung des oben genannten Problems angewandt und bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher, mit dem Leckagen in kürzerer Zeit erkannt und die Kosten gesenkt werden können, ein Wärmepumpengerät einschließlich des Plattenwärmetauschers und einen Wärmepumpentyp eines Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems einschließlich des Wärmepumpengerätes.
Mittel zum Lösen der Probleme
Ein Plattenwärmetauscher nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten auf, die jeweils an vier Ecken Öffnungen aufweisen, wobei die Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten an ihren Rändern Außenwandbereiche aufweist und zusammengestapelt ist. Die mehreren Wärmeübertragungsplatten sind teilweise miteinander verlötet, so dass abwechselnd ein erster Strömungsdurchlass, durch den ein erstes Fluid strömt, und ein zweiter Strömungsdurchlass, durch den ein zweites Fluid strömt, vorgesehen sind, wobei eine zugeordnete der mehreren Wärmeübertragungsplatten zwischen dem ersten Strömungsdurchlass und dem zweiten Strömungsdurchlass angeordnet ist. Die Öffnungen an den Ecken der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten sind so vorgesehen, dass die Öffnungen an jeder der Ecken miteinander in Verbindung stehen und dadurch ein erstes Kopfstück und ein zweites Kopfstück bilden, wobei das erste Kopfstück so konfiguriert ist, dass das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchlass einströmen und aus diesem ausströmen kann, während das zweite Kopfstück so konfiguriert ist, dass das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchlass einströmen und aus diesem ausströmen kann. Mindestens eine von zweien der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten, zwischen denen sich der erste Strömungsdurchlass oder der zweite Strömungsdurchlass befindet, wird durch Zusammenstapeln von zwei Metallplatten gebildet. Der Raum zwischen den beiden Metallplatten hat einen Feinstromdurchlass, der sich in einem Wärmeaustauschbereich befindet, in dem das erste Fluid und das zweite Fluid Wärme austauschen, und einen Umfangs-Leckagedurchlass, der außerhalb des Feinstromdurchlasses vorgesehen ist, um mit der Außenseite des Raumes zu kommunizieren, und der einen hydraulischen Durchmesser hat, der größer ist als der hydraulische Durchmesser des Feinstromdurchlasses.
Effekt der Erfindung
Im Plattenwärmetauscher gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Raum zwischen dem Paar Metallplatten: Den Feinstromdurchlass, der sich innerhalb des Wärmeaustauschbereichs befindet, in dem das erste Fluid und das zweite Fluid Wärme miteinander austauschen; und den Leckagekanal, der außerhalb des Feinstromdurchlasses vorgesehen ist, um mit der Außenseite zu kommunizieren und der einen hydraulischen Durchmesser hat, der größer ist als der des Feinstromdurchlasses. Wenn Flüssigkeitsleckage auftritt, fließt die Flüssigkeit, die ausgetreten ist, durch den Feinstromdurchlass, vereinigt sich mit dem Umfangs-Leckagedurchlass, der einen größeren hydraulischen Durchmesser als der Feinstromdurchlass hat, und fließt dann nach außen aus. Dadurch kann der Strömungsdurchgangswiderstand verringert werden, die Flüssigkeit kann mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden, bei der die Leckage erkannt werden kann und die zur Erkennung der Leckage erforderliche Zeitdauer kann so verkürzt werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der äußeren Strömungsdurchlässe reduziert werden und der Ausflusskanal, über den das Fluid nach außen fließt, lässt sich leicht festlegen. Dadurch können die Anzahl der Detektionssensoren zur Erkennung von Flüssigkeitsleckagen reduziert und die Kosten gesenkt werden.
Figurenliste

1 ist eine seitenperspektivische Explosionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Teilschema, das jeweils einen Zwischenraum zwischen zwei Metallplattenpaaren zeigt, die Wärmeübertragungsplatten bilden, die gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung im Plattenwärmetauscher enthalten sind;
4 ist ein Teilschema, das eine erste Modifikation des Raumes zwischen jedem der Paare von Metallplatten darstellt, die die Wärmeübertragungsplatten bilden, die gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung im Plattenwärmetauscher enthalten sind;
5 ist ein Teilschema, das eine zweite Modifikation des Raumes zwischen den Metallplattenpaaren der Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Wärmeübertragungs-Set entlang der Linie A-A in 2;
7 ist ein Schnitt durch einen in einem Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Schnitt durch einen Wärmeübertragungs-Set in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Frontalansicht eines in einem Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 9;
11 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Wärmeübertragungs-Set entlang der Linie B-B in 9;
12 ist eine Frontalansicht eines in einem Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 12;
14 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Wärmeübertragungs-Set entlang der Linie B-B in 12;
15 ist eine Frontalansicht eines Wärmeübertragungs-Sets, der in einer Modifikation des Plattenwärmetauschers gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
16 ist eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragungs-Sets, der in der Modifikation des Plattenwärmetauschers nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten ist entlang der Linie A-A in 15;
17 ist ein Schnitt durch den Wärmeübertragungs-Set, der in der Modifikation des Plattenwärmetauschers nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten ist entlang der Linie B-B in 15;
18 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines Wärmeübertragungs-Sets, der in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
19 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Wärmeübertragungs-Set entlang der Linie A-A in 18;
20 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
21 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 20;
22 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set nach Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 20;
23 ist eine Frontalansicht eines in einem Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
24 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 23;
25 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher nach Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Wärmeübertragungs-Set entlang der Linie B-B in 23;
26 ist ein Schnitt durch einen Wärmeübertragungs-Set, der in einer Modifikation des Plattenwärmetauschers nach Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
27 ist eine Frontalansicht eines Wärmeübertragungs-Sets, der in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
28 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 27;
29 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher nach Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Wärmeübertragungs-Set entlang der Linie B-B in 27;
30 ist eine seitenperspektivische Explosionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
31 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
32 ist eine frontalperspektivische Ansicht einer im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungsplatte gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
33 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 31;
34 ist eine vergrößerte seitliche Perspektivansicht eines Plattenwärmetauschers gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
35 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
36 ist eine frontalperspektivische Ansicht einer im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungsplatte gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
37 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 35, und
38 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Wärmepumpen-Kühl-, Heizungs- und Warmwasserversorgungssystems gemäß Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die nachfolgenden Beschreibungen zu den Ausführungsformen sind jedoch nicht einschränkend. In den Zeichnungen können die Größenverhältnisse zwischen den Bauteilen von den tatsächlichen Verhältnissen abweichen.
Obwohl in der folgenden Beschreibung zum leichteren Verständnis gegebenenfalls Begriffe verwendet werden, die Richtungen darstellen (z.B. „oben“, „unten“, „rechts“, „links“, „vorne“, „hinten“ usw.), dienen diese Begriffe der Erläuterung und sind nicht einschränkend. Darüber hinaus stellen in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen die Begriffe „oben“, „unten“, „rechts“, „links“, „vorne“ und „hinten“ Richtungen in der Vorderansicht eines Plattenwärmetauschers 100 dar, d.h. Richtungen, wie der Plattenwärmetauscher 100 in einer Stapelrichtung gesehen wird, in der die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 gestapelt sind. Darüber hinaus wird bei den Begriffen „Vertiefung“ und „Vorsprung“ ein nach vorne ragender Bereich als „Vorsprung“ und ein nach hinten ragender Bereich als „Vertiefung“ bezeichnet.
Ausführungsform 1
1 ist eine seitenperspektivische Explosionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers 100 nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Teilschema, in dem der Abstand zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 des Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bilden, schematisch dargestellt ist.
4 ist ein Teil schema, das eine erste Änderung des Raumes zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 des Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bilden, zeigt. 5 ist ein Teilschema, das eine zweite Modifikation des Raumes zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 des Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bilden, zeigt. 6 ist ein Schnitt des Wärmeübertragungs-Sets 200 des Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 2.
In 1 zeigen gestrichelte Pfeile den Fluss des ersten Fluids an, während durchgezogene Pfeile den Fluss des zweiten Fluids anzeigen. In 6 sind die geschwärzten Bereiche gelötete Bereiche 52.
Wie in 1 dargestellt, enthält der Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 1 eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die abwechselnd gestapelt sind. Wie in 1 und 2 dargestellt, haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken und weisen flache Überlappungsflächen auf. Jede der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 hat Öffnungen 27 bis 30 an vier Ecken jeder Wärmeübertragungsplatte. Die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 werden korrekterweise auch als Wärmeübertragungs-Sets 200 bezeichnet. In der Ausführungsform 1 haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 eine rechteckige Form mit runden Ecken.
Wie in 6 dargestellt, werden die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 in den Außenwandbereichen 17, die später beschrieben werden, und in der Nähe der Öffnungen 27 bis 30 miteinander verlötet. Um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zu ermöglichen, sind abwechselnd erste Strömungsdurchlässe 6, durch die das erste Fluid strömt, und zweite Strömungsdurchlässe 7, durch die das zweite Fluid strömt, angeordnet, wobei die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 abwechselnd zwischen den ersten Strömungsdurchlässen 6 und den zweiten Strömungsdurchlässen 7 angeordnet sind.
Wie in 1 und 2 dargestellt, sind die Öffnungen 27 bis 30 an den vier Ecken so vorgesehen, dass die Öffnungen 27 miteinander kommunizieren, die Öffnungen 28 miteinander kommunizieren, die Öffnungen 29 miteinander kommunizieren und die Öffnungen 30 miteinander kommunizieren, wodurch ein erstes Kopfstück 40 gebildet wird, das es dem ersten Fluid ermöglicht, in die ersten Strömungsdurchlässe 6 hinein und aus ihnen heraus zu fließen, und ein zweites Kopfstück 41, das es dem zweiten Fluid ermöglicht, in die zweiten Strömungsdurchlässe 7 hinein und aus ihnen heraus zu fließen. Um ausreichende Strömungsgeschwindigkeiten der Fluide zu gewährleisten und die Leistung zu verbessern, sind die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 so angeordnet, dass eine Richtung, in der die Fluide strömen, eine Längsrichtung ist, d.h. eine Richtung entlang der langen Seite jeder Wärmeübertragungsplatte, und eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung eine Breitenrichtung ist, d.h. eine Richtung entlang der kurzen Seite jeder Wärmeübertragungsplatte.
In den ersten Strömungsdurchlässen 6 und den zweiten Strömungsdurchlässen 7 sind die Innenlamellen 4 und 5 vorgesehen. Die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 haben doppelwandige Strukturen, die durch Zusammenfügen der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) erhalten werden. Bei den Innenlamellen 4 und 5 handelt es sich um Lamellen, die zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) angeordnet sind.
Wie in 6 dargestellt, grenzen die Metallplatten 1a und 2a (im Folgenden auch als Wärmeübertragungsplatten A bezeichnet) an die ersten Strömungsdurchlässe 6, in denen die Innenlamellen 4 vorgesehen sind, und die Metallplatten 1b und 2b (im Folgenden auch als Wärmeübertragungsplatten B bezeichnet) an die zweiten Strömungsdurchlässe 7, in denen die Innenlamellen 5 vorgesehen sind.
Die Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b bestehen z.B. aus rostfreiem Stahl, Kohlenstoffstahl, Aluminium, Kupfer oder einer Legierung davon. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, dass die Metallplatten aus rostfreiem Stahl hergestellt sind.
Wie in 1 dargestellt, sind an den äußersten Flächen der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 in Stapelrichtung eine erste Verstärkungsseitenplatte 13 mit Öffnungen an vier Ecken und eine zweite Verstärkungsseitenplatte 8 vorgesehen. Die erste Verstärkungsseitenplatte 13 und die zweite Verstärkungsseitenplatte 8 haben eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken und weisen flache überlappende Flächen auf. Gemäß 1 befindet sich die erste Verstärkungsseitenplatte 13 auf der vordersten der äußersten Flächen und die zweite Verstärkungsseitenplatte 8 auf der hintersten der äußersten Flächen. In der Ausführungsform 1 haben die erste Verstärkungsseitenplatte 13 und die zweite Verstärkungsseitenplatte 8 eine rechteckige Form mit runden Ecken.
In den Öffnungen in der ersten Verstärkungsseitenplatte 13 sind eine erste Einlassleitung 12, eine erste Auslassleitung 9, eine zweite Einlassleitung 10 und eine zweite Auslassleitung 11 vorgesehen. Die erste Einlassleitung 12 ist ein Rohr, in das die erste Flüssigkeit einströmt, die erste Auslassleitung 9 ist ein Rohr, aus dem die erste Flüssigkeit ausströmt, die zweite Einlassleitung 10 ist ein Rohr, in das die zweite Flüssigkeit einströmt, und die zweite Auslassleitung 11 ist ein Rohr, aus dem die zweite Flüssigkeit ausströmt.
Wie in 6 dargestellt, haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 an den Kanten der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 die Außenwandbereiche 17, wobei die Außenwandbereiche 17 in Stapelrichtung gebogen sind.
Das obige erste Fluid ist z.B. ein Kältemittel wie R410A, R32, R290, HFOMIX oder CO₂, und das obige zweite Fluid ist Wasser, ein Frostschutzmittel wie Ethylenglykol oder Propylenglykol oder eine Mischung davon.
Der Betriebsdruck des oben genannten ersten Fluids ist im Wesentlichen der Sättigungsdruck des ersten Fluids und ist im Betrieb konstant hoch. Der Betriebsdruck des zweiten Fluids ist im Wesentlichen ein Pumpendruck, der es dem zweiten Fluid ermöglicht zu fließen, und ist im Betrieb konstant niedrig.
Die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 werden gebildet, indem ein Adhäsionsverhinderungsmaterial (z.B. ein Material, das ein Metalloxid als Hauptkomponente enthält und das Fließen eines Hartlötmaterials verhindert) auf Bereiche der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) aufgebracht wird, die sich in einem Wärmeaustauschbereich befinden, in dem das erste Fluid und das zweite Fluid Wärme austauschen, und ein Hartlötblech (Hartlötmaterial), das z.B. aus Kupfer besteht, zwischen jedes der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) gelegt wird. Wie in 6 dargestellt, werden die Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b so zusammengefügt, dass diese Platten in den gelöteten Bereichen 52 teilweise hartgelötet werden und Feinstromdurchlässe 16 zwischen den Bereichen der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) bilden, die sich im Wärmeaustauschbereich befinden.
Darüber hinaus werden zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) entlang der Innenseiten der Außenwandbereiche 17 Umfangs-Leckagedurchlässe 14 gebildet, die mit den Feinstromdurchlässen 16 kommunizieren. Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 sind innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb der Feinstromdurchlässe 16 angeordnet und werden durch Bildung eines Vorsprungs oder einer Vertiefung auf oder in jedem der Bereiche der Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b gebildet, die sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb der Feinstromdurchlässe 16 befinden. Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 können so ausgebildet sein, dass sie sich kontinuierlich oder diskontinuierlich erstrecken.
Äußere Strömungsdurchlässe 15, die nach außen kommunizieren, sind zwischen den Außenwandbereichen 17 der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) vorgesehen. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15 stehen mit den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 in Verbindung.
Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 haben eine größere Höhe (breiter in Stapelrichtung) als die Feinstromdurchlässe 16. Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 haben einen hydraulischen Durchmesser von 0,1 mm bis 1,0 mm, und die Feinstromdurchlässe 16 haben einen hydraulischen Durchmesser von 10 µm bis 100 µm. Die Leckagedurchlässe 14 haben nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt, und ihre Größe wird daher oben in Bezug auf den hydraulischen Durchmesser beschrieben, der dem Durchmesser eines kreisförmigen Rohres entspricht, das zu den Leckagedurchlässen 14 äquivalent ist.
Die Feinstromdurchlässe 16 und die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 kommunizieren mit den äußeren Strömungsdurchlässen 15, die mit der Außenwelt kommunizieren. So fließt austretende Flüssigkeit durch die Feinstromdurchlässe 16 und die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 und fließt dann durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15 nach außen ab.
Wie in 3 dargestellt, dürfen die im Wärmeaustauschbereich liegenden Bereiche der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) jeweils nicht miteinander verbunden sein, und der Feinstromdurchlass 16 kann in den gesamten im Wärmeaustauschbereich liegenden Bereichen gebildet werden. Alternativ können, wie in 4 dargestellt, die Bereiche jedes der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die sich im Wärmeaustauschbereich befinden, mit dem haftungsverhindernden Material in einem Streifenmuster beschichtet werden, und das Hartlötblech, das z.B. aus Kupfer besteht, kann zwischen die Bereiche gelegt werden, wodurch eine Vielzahl von Feinstromdurchlässen 16 in einem Streifenmuster gebildet werden. Alternativ können, wie in 5 dargestellt, die Bereiche jedes der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die sich im Wärmeaustauschbereich befinden, mit dem haftungsverhindernden Material in einem Gittermuster beschichtet werden, und das Hartlötblech, das z.B. aus Kupfer besteht, wird zwischen die Bereiche gelegt, wodurch eine Vielzahl von Feinstromdurchlässen 16 in einem Gittermuster gebildet wird.
Die äußeren Strömungsdurchlässe 15 werden auch zwischen den Außenwandbereichen 17 durch eine der oben genannten Methoden gebildet. Die Feinstromdurchlässe 16 und die äußeren Strömungsdurchlässe 15 können auch in einem anderen Muster als dem Streifen- oder Gittermuster gebildet werden.
Obwohl die Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b sowie die Innenlamellen 4 und 5 gemäß Ausführungsform 1 aus dem gleichen Metallwerkstoff bestehen, sind ihre Werkstoffe nicht darauf beschränkt, und die Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b sowie die Innenlamellen 4 und 5 können aus unterschiedlichen Metallen oder plattierten Werkstoffen hergestellt sein.
Es werden nun die Strömungen der Fluide im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 1 und die Funktionen der Feinstromdurchlässe 16 und der Umfangs-Leckagedurchlässe 14 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, strömt das erste Fluid, das in die erste Einlassleitung 12 geflossen ist, durch das erste Kopfstück 40 in die ersten Strömungsdurchlässe 6. Das erste Fluid, das in die ersten Strömungsdurchlässe 6 eingeflossen ist, durchströmt die Zwischenräume zwischen den Innenlamellen 4 und einem ersten Auslasskopf (nicht abgebildet) und strömt durch die erste Auslassleitung 9 aus. In ähnlicher Weise strömt das zweite Fluid durch die zweite Strömungsdurchlässe 7. Das erste Fluid und das zweite Fluid tauschen durch die doppelwandigen Strukturen der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 Wärme miteinander aus.
In den ersten Strömungsdurchlässen 6 sind die Innenlamellen 4, die eine geringe Höhe haben und in einem kleinen Raster angeordnet sind, vorgesehen. Dadurch wird der Durchmesser der Strömungsdurchlässe reduziert und ein Vorderkanteneffekt (leading edge effect) erzielt, wodurch die Wärmeübertragungsleistung der ersten Strömungsdurchlässe 6 verbessert werden kann. Es ist daher sinnvoll, das erste Fluid, das eine geringere Wärmeübertragungsleistung als das zweite Fluid hat, durch die ersten Strömungsdurchlässe 6 strömen zu lassen. Dadurch kann die geringe Wärmeübertragungsleistung des ersten Fluids kompensiert und die Leistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert werden.
Da die Feinstromdurchlässe 16 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) gebildet werden, wird auch dann, wenn die Wärmeübertragungsplatten A, die an die ersten Strömungsdurchlässe 6 angrenzen und in denen der Druck hoch ist und Korrosion leicht auftritt, beschädigt werden und das erste Fluid, das durch die ersten Strömungsdurchlässe 6 fließt, austritt, die erste ausgetretene Flüssigkeit durch die Feinstromdurchlässe 16 und die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 fließen und fließt dann durch die außerhalb der Umfangs-Leckagedurchlässe 14 gebildeten äußeren Strömungsdurchlässe 15 nach außen aus dem Plattenwärmetauscher 100 heraus. Dann kann die Leckage der ersten Flüssigkeit durch einen extern installierten Detektionssensor erkannt werden. Da die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 zudem doppelwandig aufgebaut sind, strömt das erste ausgetretene Fluid nicht in Richtung des zweiten Fluids, wodurch eine Vermischung der Fluide unterschiedlicher Art verhindert wird.
Da die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) gebildet werden, strömt beim Austritt des ersten Fluids das erste Fluid aus den Feinstromdurchlässen 16 in die Umfangs-Leckagedurchlässe 14. Dann vereinigt sich das erste ausgetretene Fluid sofort in den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 und fließt durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15, die außerhalb der Umfangs-Leckagedurchlässe 14 gebildet ist, zur Außenseite des Plattenwärmetauschers 100 ab.
Wie oben beschrieben, hat der Plattenwärmetauscher 100 die Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die jeweils an ihren vier Ecken die Öffnungen 27 bis 30 haben, wobei die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 an ihren Rändern die Außenwandbereiche 17 haben und zusammen gestapelt sind. Die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 sind teilweise miteinander verlötet, so dass der erste Strömungsdurchlass 6, durch den das erste Fluid strömt, und der zweite Strömungsdurchlass 7, durch den das zweite Fluid strömt, abwechselnd angeordnet sind, wobei eine zugeordnete Wärmeübertragungsplatte der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 zwischen dem ersten Strömungsdurchlass und dem zweiten Strömungsdurchlass angeordnet ist. Die Öffnungen 27 bis 30 an den vier Ecken sind so angeordnet, dass die Öffnungen an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen und so das erste Kopfstück 40 bilden, durch das das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchlass einströmt und aus diesem ausströmt, und das zweite Kopfstück 41, durch das das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchlass einströmt und aus diesem ausströmt. Mindestens eine von zwei der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, zwischen denen der erste Strömungsdurchlass 6 oder der zweite Strömungsdurchlass 7 vorgesehen ist, wird durch Stapeln des Metallplattenpaares (1a und 1b) oder (2a und 2b) gebildet. Der Raum zwischen dem Metallplattenpaar (1a und 1b) oder (2a und 2b) weist den Feinstromdurchlass 16, der sich innerhalb des Wärmeaustauschbereichs befindet, in dem das erste Fluid und das zweite Fluid Wärme austauschen, und den Umfangs-Leckagedurchlass 14 auf, der außerhalb des Feinstromdurchlasses 16 vorgesehen ist, um mit der Außenseite des Raumes zu kommunizieren, und der einen hydraulischen Durchmesser hat, der größer ist als der des Feinstromdurchlasses 16.
Im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 1 sind zwischen jedem der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) der Feinstromdurchlass 16 und der Umfangs-Leckagedurchlass 14 vorgesehen. Der Feinstromdurchlass 16 ist in dem Wärmeaustauschbereich vorgesehen, in dem das erste Fluid und das zweite Fluid Wärme miteinander austauschen. Der Umfangs-Leckagedurchlass 14 befindet sich außerhalb des Feinstromdurchlasses 16, kommuniziert mit der Außenseite und hat einen hydraulischen Durchmesser, der größer als der des Feinstromdurchlasses 16 ist. Bei einem Flüssigkeitsleck strömt die ausgetretene Flüssigkeit durch den Feinstromdurchlass 16, strömt in den Umfangs-Leckagedurchlass 14, dessen hydraulischer Durchmesser größer ist als der des Feinstromdurchlasses 16, und fließt dann nach außen ab. Dadurch kann der Strömungsdurchgangswiderstand verringert werden, wodurch das Fluid mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden kann, bei der die Leckage erkannt werden kann, und wodurch die zur Erkennung der Leckage erforderliche Zeit verringert werden kann. Darüber hinaus kann die Anzahl der äußeren Strömungsdurchlässe 15 reduziert werden, und der Abflusskanal, über den das Fluid nach außen fließt, lässt sich leicht festlegen. Dadurch können die Anzahl der Detektionssensoren für die Erkennung von Flüssigkeitsleckagen reduziert und damit die Kosten gesenkt werden.
Wenn die Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b oder die Innenlamellen 4 und 5 aus einem plattierten Material hergestellt werden, können der gesamte Montageprozess des Plattenwärmetauschers 100 vereinfacht und die Herstellungskosten gesenkt werden.
In der Ausführungsform 1 fließen zwar das erste Fluid und das zweite Fluid im Gegenstrom, die Strömungsart ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das erste Fluid und das zweite Fluid können auch parallel strömen.
Ausführungsform 2
Es wird nun die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich der Ausführungsform 2 werden keine Beschreibungen von Komponenten vorgenommen, die denen der Ausführungsform 1 entsprechen, und Komponenten, die denen der Ausführungsform 1 entsprechen oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
7 ist eine Schnittdarstellung eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. 7 entspricht 6 bezogen auf die Ausführungsform 1.
Wie in 7 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 2 Bereiche der Metallplatten 1b und 2b, die sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb der Feinstromdurchlässe 16 befinden, jeweils mit einem Vorsprung oder einer Vertiefung geformt. Bereiche der Metallplatten 1a und 2a, die sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb der Feinstromdurchlässe 16 befinden, haben weder einen Vorsprung noch eine Vertiefung.
Mit anderen Worten: In der Ausführungsform 2 werden die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) durch die Bildung von Vorsprüngen oder Vertiefungen an oder in nur einer der Metallplatten 1a und 1b und nur einer der Metallplatten 2a und 2b gebildet.
Auf diese Weise werden die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 zwischen den Metallplatten 1a und 1b und zwischen den Metallplatten 2a und 2b durch die Bildung von Vorsprüngen oder Vertiefungen an oder in nur einer der Metallplatten 1a und 1b und nur einer der Metallplatten 2a und 2b gebildet. Dementsprechend können die Anzahl der Prozesse, die an den Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b durchgeführt werden, reduziert und die Herstellungskosten gesenkt werden.
Ausführungsform 3
Es wird nun die Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich der Ausführungsform 3 werden keine Beschreibungen von Komponenten vorgenommen, die denen der Ausführungsform 1 und/oder der Ausführungsform 2 entsprechen, und Komponenten, die denen der Ausführungsform 1 und/oder der Ausführungsform 2 gleich oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
8 ist eine Schnittdarstellung eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. 8 entspricht 6 in Bezug auf Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 8 dargestellt, haben im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 3 die Wärmeübertragungsplatten B eine andere Dicke als die Wärmeübertragungsplatten A und sind dünner als die Wärmeübertragungsplatten A.
Da die Wärmeübertragungsplatten B dünner als die Wärmeübertragungsplatten A sind, kann selbst dann, wenn das zweite Fluid, z.B. Wasser, das durch die zweite Strömungsdurchlässe 7 strömt, gefriert, das zweite Fluid zuerst aus den Wärmeübertragungsplatten B austreten, die dünner als die Wärmeübertragungsplatten A sind. Durch die Leckageerkennung des zweiten Fluids mit dem extern installierten Detektionssensor ist es daher möglich, eine Leckage des ersten Fluids, das ein Kältemittel wie R410A, R32, R290, HFOMIX oder CO₂ ist, zu verhindern.
Darüber hinaus wird durch die Reduzierung der Dicke der Wärmeübertragungsplatten B die Effizienz des Wärmeaustausches zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid erhöht, wodurch die Wärmeaustauschleistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert und die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Ausführungsform 4
Es wird nun die Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich der Ausführungsform 4 werden keine Beschreibungen von Bestandteilen vorgenommen, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 3 übereinstimmen, und Bestandteile, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 3 übereinstimmen oder diesen gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
9 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. 10 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 9. 11 ist ein Schnitt des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 9.
Wie in 9 bis 11 dargestellt, werden im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 4 zwischen den Außenwandbereichen 17 der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) äußere Strömungsdurchlässe 15a und 15b gebildet. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a sind nicht mit der Außenseite verbunden, und die äußeren Strömungsdurchlässe 15b sind mit der Außenseite verbunden. Somit sind nur einige der äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b mit der Außenseite verbunden. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a, die nicht mit der Außenseite verbunden sind, kommunizieren mit den äußeren Strömungsdurchlässen 15b, die mit der Außenseite verbunden sind.
Da nur die äußeren Strömungsdurchlässe 15b wie oben beschrieben mit der Außenseite verbunden sind, fließt bei einem Flüssigkeitsleck die ausgetretene Flüssigkeit durch die Feinstromdurchlässe 16, vereinigt sich in den Umfangs-Leckagedurchlässen 14, die einen größeren hydraulischen Durchmesser als die Feinstromdurchlässe 16 haben, und fließt dann durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15b nach außen ab. Dadurch kann die Flüssigkeit mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden, bei der die Leckage erkannt werden kann, und die zur Erkennung der Leckage benötigte Zeit kann reduziert werden. Darüber hinaus kann die Ausflusspassage, entlang der die Flüssigkeit nach außen fließt, einfach festgelegt werden, wodurch die Anzahl der Detektionssensoren, die eine Flüssigkeitsleckage erkennen, reduziert und die Kosten gesenkt werden können. Da außerdem eine Vielzahl von äußeren Strömungsdurchlässen, d.h. die äußeren Strömungsdurchlässe 15b, mit der Außenseite verbunden sind, kann das Fluid, selbst wenn einige der äußeren Strömungsdurchlässe 15b verstopft sind, dazu gebracht werden, durch die anderen äußeren Strömungsdurchlässe 15b nach außen zu fließen.
Ausführungsform 5
Es wird nun die Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich der Ausführungsform 5 werden keine Beschreibungen von Komponenten vorgenommen, die mit denen der Ausführungsformen 1 bis 4 übereinstimmen, und Komponenten, die mit denen der Ausführungsformen 1 bis 4 übereinstimmen oder ihnen gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
12 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. 13 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 12. 14 ist ein Schnitt des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 12.
Wie in 12 bis 14 dargestellt, wird beim Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 5 jede der Wärmeübertragungsplatten 1 so geformt, dass ein Paar Metallplatten 1a und 1b und jede der Wärmeübertragungsplatten 2 so geformt ist, dass sie eine einzelne Metallplatte 2a enthält. Die Metallplatten 1a und 2a haben eine andere Dicke als die Metallplatte 1b, und die Metallplatte 1b ist dünner als die Metallplatten 1a und 2a.
Ein Bereich der dünneren Metallplatte 1b, der sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb des Feinstromdurchlasses 16 befindet, wird zu einem Vorsprung verarbeitet, der in Richtung des zweiten Strömungsdurchlasses 7 ragt. Der Bereich der anderen Metallplatte 1a, der sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb des Feinstromdurchlasses 16 befindet, wird nicht bearbeitet, um einen Vorsprung zu erzeugen. Somit ist der Umfangs-Leckagedurchlass 14 zwischen den Metallplatten 1a und 1b so vorgesehen, dass er nur einen Vorsprung auf der Metallplatte 1b hat. Darüber hinaus werden die äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b zwischen den Außenwandbereichen 17 des Paares Metallplatten 1a und 1b gebildet. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a sind nicht mit der Außenseite verbunden und die äußeren Strömungsdurchlässe 15b sind mit der Außenseite verbunden. Somit sind nur einige der äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b mit der Außenseite verbunden.
15 ist eine Frontalansicht eines Wärmeübertragungs-Sets 200, das in einer Modifikation des Plattenwärmetauschers 100 nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 16 ist eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragungs-Sets 200, das in der Modifikation des Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten ist entlang der Linie A-A in 15. 17 ist ein Schnitt durch den Wärmeübertragungs-Set 200 in der Abwandlung des Plattenwärmetauschers 100 nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung in 15 entlang der Linie B-B.
Wie in den 15 bis 17 dargestellt, enthält bei der Modifikation des Plattenwärmetauschers 100 nach Ausführungsform 5 jede der Wärmeübertragungsplatten 2 ein Paar Metallplatten 2a und 2b und jede der Wärmeübertragungsplatten 1 eine einzelne Metallplatte 1a. Die Metallplatten 1a und 2a haben eine andere Dicke als die Metallplatte 2b, und die Metallplatte 2b ist dünner als die Metallplatten 1a und 2a.
Ein Bereich der Metallplatte 2b, der sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb des Feinstromdurchlasses 16 befindet, wird so bearbeitet, dass ein Vorsprung entsteht, der in Richtung des zweiten Strömungsdurchlasses 7 vorsteht. Der Bereich der anderen Metallplatte 2a, der sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 und außerhalb des Feinstromdurchlasses 16 befindet, wird nicht bearbeitet, um einen Vorsprung zu erhalten. Somit wird der Umfangs-Leckagedurchlass 14 zwischen den Metallplatten 2a und 2b so gebildet, dass er nur zur Metallplatte 2b hin vorsteht. Darüber hinaus werden die äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b zwischen den Außenwandbereichen 17 des Paares Metallplatten 2a und 2b gebildet. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a sind nicht mit der Außenseite verbunden und die äußeren Strömungsdurchlässe 15b sind mit der Außenseite verbunden. Somit sind nur einige der äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b mit der Außenseite verbunden.
Indem die Metallplatten 1b und 2b, wie oben beschrieben, dünner als die Metallplatten 1a und 2a gemacht werden, tritt selbst dann, wenn das zweite Fluid, wie z.B. Wasser, das durch die zweite Strömungsdurchlässe 7 fließt, gefriert, ein Leck aus den Metallplatten 1b und 2b, die dünner als die Metallplatten 1a und 2a sind, zuerst auf. Daher kann durch die Erkennung einer Leckage des zweiten Fluids mit dem extern installierten Detektionssensor eine Leckage des ersten Fluids, das ein Kältemittel wie R410A, R32, R290, HFOMIX oder CO₂ ist, verhindert werden.
Darüber hinaus wird durch die geringe Dicke der Metallplatten 1b und 2b die Effizienz des Wärmeaustauschs zwischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit erhöht. Dadurch können die Wärmeaustauschleistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert und die Herstellungskosten gesenkt werden.
Nur die äußeren Strömungsdurchlässe 15b sind wie oben beschrieben mit der Außenseite verbunden. Bei einem Flüssigkeitsleck strömt also Flüssigkeit durch die Feinstromdurchlässe 16, vereinigt sich in den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 mit einem hydraulischen Durchmesser, der grösser ist als der der Feinstromdurchlässe 16, und fließt dann durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15b nach außen ab. Dadurch kann die Flüssigkeit mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden, bei der die Leckage erkannt werden kann und die zur Erkennung der Leckage benötigte Zeit kann reduziert werden. Darüber hinaus kann die Ausflusspassage, entlang der die Flüssigkeit nach außen fließt, einfach festgelegt werden, wodurch die Anzahl der Detektionssensoren, die eine Flüssigkeitsleckage erkennen, reduziert und die Kosten gesenkt werden können. Da außerdem eine Vielzahl von äußeren Strömungsdurchlässen 15b mit der Außenseite verbunden sind, kann die Flüssigkeit durch die anderen äußeren Strömungsdurchlässe 15b nach außen geleitet werden, selbst wenn einige der äußeren Strömungsdurchlässe 15b verstopft sind.
Eine der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 enthält eine einzelne Metallplatte 1a oder 2a, und der Umfangs-Leckagedurchlass 14 ist zwischen den Metallplatten 1a und 1b so ausgebildet, dass er nur auf einer der Metallplatten 1a und 1b oder zwischen den Metallplatten 2a und 2b so vorsteht, dass er nur auf einer der Metallplatten 2a und 2b vorsteht. Dementsprechend kann die Anzahl der Prozesse, die an den Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b durchgeführt werden, reduziert werden, und die Herstellungskosten können entsprechend gesenkt werden.
Ausführungsform 6
Es wird nun die Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 6 werden keine Beschreibungen von Bestandteilen vorgenommen, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 5 entsprechen, und Bestandteile, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 5 entsprechen oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
18 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. 19 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 18.
Wie in 18 und 19 dargestellt, werden beim Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 6 die Außenwandbereiche 17 des Metallplattenpaares 1b und 2b miteinander verlötet, während die Außenwandbereiche 17 jedes Metallplattenpaares (1a und 1b) (2a und 2b) nicht miteinander verlötet werden. Daher ist im gesamten Raum zwischen den Außenwandbereichen 17 der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) jeweils ein äußerer Strömungsdurchlass 15 vorgesehen, der mit der Außenseite verbunden ist.
Da der mit der Außenseite verbundene äußere Strömungsdurchlass 15 im gesamten Raum zwischen den Außenwandbereichen 17 jedes der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) vorgesehen ist, kann ein Verstopfen des äußeren Strömungsdurchlasses 15 durch Hartlötmaterial verhindert werden, das zwischen den Außenwandbereichen 17 vorgesehen ist und sich am Boden der Außenwandbereiche 17 ansammelt.
Ausführungsform 7
Hinsichtlich der Ausführungsform 7 werden keine Beschreibungen von Komponenten vorgenommen, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 6 identisch sind, und Komponenten, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 6 identisch oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
20 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 nach Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. 21 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 20. 22 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Set 200 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung, der entlang der Linie B-B in 20.
Wie in den 20 bis 22 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 7 zwischen den Außenwandbereichen 17 der jeweiligen Metallplattenpaare (1a und 1b) äußere Strömungsdurchlässe 15a und 15b (2a und 2b) ausgebildet. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a sind nicht mit der Außenseite verbunden. Einer der äußeren Strömungsdurchlässe 15b ist mit der Außenseite verbunden. Das heißt, die Anzahl der äußeren Strömungsdurchlässe 15b ist nur einmal mit der Außenseite verbunden. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a, die nicht mit der Außenseite verbunden sind, kommunizieren mit dem äußeren Strömungsdurchlass 15b, der mit der Außenseite verbunden ist.
Da wie oben beschrieben nur ein äußerer Strömungsdurchlass 15b mit der Außenseite verbunden ist, strömt im Falle einer Flüssigkeitsleckage Flüssigkeit durch die Feinstromdurchlässe 16, vereinigt sich in den Umfangs-Leckagedurchlässen 14, die einen größeren hydraulischen Durchmesser als die Feinstromdurchlässe 16 haben, und fließt dann durch den oben beschriebenen nur einen äußeren Strömungsdurchlass 15b nach außen ab. Dadurch kann die Flüssigkeit mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden, bei der die Leckage erkannt werden kann, und die zur Erkennung der Leckage benötigte Zeit kann reduziert werden. Außerdem kann als Ausströmungsdurchlass, durch den die Flüssigkeit nach außen fließt, nur ein Durchlass festgelegt werden, und die Anzahl der Detektionssensoren, die eine Flüssigkeitsleckage erkennen, kann so auf einen reduziert werden. Entsprechend können die Kosten reduziert werden.
Ausführungsform 8
Hinsichtlich der Ausführungsform 8 werden keine Beschreibungen von Komponenten vorgenommen, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 7 übereinstimmen, und Komponenten, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 7 identisch oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
23 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung. 24 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 23. 25 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Set 200 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 23. 26 ist ein Schnitt durch einen Wärmeübertragungs-Set 200, das in einer Modifikation des Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 26 entspricht 25 in Bezug auf Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 23 bis 25 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 8 die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 so geformt, dass sie auf oder in den Außenwandbereichen 17 der Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen. Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 werden also zwischen den Außenwandbereichen 17 der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) gebildet. Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14, die zwischen den Außenwandbereichen 17 gebildet werden, haben eine größere Fließwegbreite (Fließwegquerschnitt) als die Umfangs-Leckagedurchlässe 14, die entlang der Innenseiten der Außenwandbereiche 17 gebildet werden.
Darüber hinaus werden die äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b zwischen den Außenwandbereichen 17 der jeweiligen Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) gebildet. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a sind nicht mit der Außenseite verbunden, und die äußeren Strömungsdurchlässe 15b sind mit der Außenseite verbunden. Somit sind nur einige der äußeren Strömungsdurchlässe 15a und 15b mit der Außenseite verbunden. Die äußeren Strömungsdurchlässe 15a, die nicht mit der Außenseite verbunden sind, kommunizieren mit den äußeren Strömungsdurchlässen 15b, die mit der Außenseite verbunden sind.
Wie in 26 dargestellt, können die äußeren Strömungsdurchlässe 15b durch die Bildung von Durchgangslöchern gebildet werden, die sich in Stapelrichtung durch die Außenwandbereiche 17 der Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b erstrecken.
Durch die Bereitstellung der Umfangs-Leckagedurchlässe 14 zwischen den Außenwandbereichen 17, die nicht wesentlich zur Wärmeübertragung beitragen, können die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 so gestaltet werden, dass sie eine große Strömungskanalbreite (Strömungskanalquerschnitt) aufweisen und das Fluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit zum Fließen gebracht werden kann, bei der die Leckage nachgewiesen werden kann. Dadurch kann die Zeit, die zum Aufspüren der Leckage benötigt wird, reduziert werden, wobei die Wärmeübertragungsleistung des Plattenwärmetauschers 100 erhalten bleibt.
Ausführungsform 9
Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 9 werden keine Beschreibungen von Bestandteilen vorgenommen, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 8 entsprechen, und Bestandteile, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 8 entsprechen oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
27 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines in einem Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung. 28 ist eine Schnittdarstellung des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 27. 29 ist ein Schnitt des im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie B-B in 27.
Wie in 27 bis 29 dargestellt, werden im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 9 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) entlang der Innenseiten der Außenwandbereiche 17 die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 gebildet, die mit den Feinstromdurchlässen 16 kommunizieren. Die Umfangs-Leckagedurchlässe 14 befinden sich außerhalb der Feinstromdurchlässe 16 und innerhalb der Außenwandbereiche 17 und sind so ausgebildet, dass sie Vorsprünge oder Vertiefungen auf oder in Bereichen der Metallplatten 1b und 2b aufweisen, die sich innerhalb der Außenwandbereiche 17 befinden. Wie in 29 dargestellt, werden die äußeren Strömungsdurchlässe 15b, die mit der Außenseite verbunden sind, durch die Bildung von Durchgangslöchern gebildet, die sich durch die Außenwandbereiche 17 der Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b in Stapelrichtung an den kurzen Seiten der Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b erstrecken.
In dem Fall, dass der Plattenwärmetauscher 100 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, befinden sich am oberen und unteren Ende des Plattenwärmetauschers 100 die äußeren Strömungsdurchlässe 15b, die mit den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 kommunizieren. Wenn z.B. die zweite Flüssigkeit gefriert und die zweite Flüssigkeit austritt, dienen die äußeren Strömungsdurchlässe 15b am oberen Ende des Plattenwärmetauschers 100 als Lufteinlässe, und die zweite Flüssigkeit, die ausgetreten ist, wird veranlasst, umgehend durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15b am unteren Ende des Plattenwärmetauschers 100 auszutreten. Durch die Anordnung eines Detektionssensors näher am unteren Ende des Plattenwärmetauschers 100 ist es daher möglich, das Austreten der zweiten Flüssigkeit mit dem Detektionssensor sofort zu erkennen.
Ausführungsform 10
Es nun wird die Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 10 werden keine Beschreibungen von Bestandteilen vorgenommen, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 9 entsprechen, und Bestandteile, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 9 entsprechen oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
30 ist eine seitenperspektivische Explosionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers 100 nach Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. 31 ist eine frontal-perspektivische Ansicht eines im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. 32 ist eine frontalperspektivische Ansicht einer im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungsplatte 2 gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. 33 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie A-A in 31.
Wie in den 30 bis 33 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 10 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) jeweils Trennwanddurchlässe 31 und 32 in Längsrichtung verlaufend vorgesehen. Die Trennwanddurchlässe 31 und 32 kommunizieren mit den jeweiligen Umfangs-Leckagedurchlässen 14 und sind durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15 mit der Außenseite verbunden.
Der Trennwanddurchlass 31 wird gemäß 33 gebildet, indem ein Vorsprung auf der Metallplatte 1a und eine Vertiefung in der Metallplatte 1b gebildet und die Metallplatten 1a und 1b miteinander verbunden werden. Der Trennwanddurchlass 32 wird durch Ausbilden eines Vorsprungs auf der Metallplatte 2b und einer Vertiefung in der Metallplatte 2a und durch Zusammenfügen der Metallplatten 2a und 2b gebildet.
Obwohl die Trennwanddurchlässe 31 und 32 so geformt sind, dass sie auf oder in den Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b Vorsprünge oder Vertiefungen aufweisen, wie in 33 dargestellt, sind die Trennwanddurchlässe 31 und 32 nicht auf solche Passagen beschränkt. Zum Beispiel können die Trennwanddurchlässe 31 und 32 so ausgebildet sein, dass sie Vorsprünge oder Vertiefungen auf oder in mindestens einer der Metallplatten (1a und 1b) und mindestens einer der Metallplatten (2a und 2b) aufweisen.
Bei jedem ersten Strömungsdurchlass 6 werden die vorstehende Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 31 (bzw. der Vorsprung auf der zugehörigen Metallplatte 1a) und die zurückgesetzte Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 32 (bzw. die Vertiefung auf der zugehörigen Metallplatte 2a) zu einer Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 zusammengelötet. Darüber hinaus werden in jedem zweiten Strömungsdurchlass 7 die vertiefte Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 31 (oder die Vertiefung in der zugehörigen Metallplatte 1b) und die vorstehende Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 32 (oder der Vorsprung auf der zugehörigen Metallplatte 2b) zu einer Trennwand im zweiten Strömungsdurchlass 7 zusammengelötet.
Wie in 31 dargestellt, kann durch die Anordnung der Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 eine U-förmige Strömung im ersten Strömungsdurchlass 6 erzeugt werden. Die U-förmige Strömung im ersten Strömungsdurchlass 6 ist so gestaltet, dass das erste Fluid durch die Öffnung 27 in den ersten Strömungsdurchlass 6 einströmt und durch einen Strömungskanal, der zwischen der Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 und den Außenwandbereichen 17 des ersten Strömungsdurchlasses 6 gebildet wird, zur Öffnung 29 strömt. Dann macht die erste Flüssigkeit eine Wende durch einen Strömungskanal um die Öffnung 29 und die Öffnung 30, strömt zur Öffnung 28 durch einen weiteren Strömungskanal, der zwischen der Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 und dem Außenwandbereich 17 des ersten Strömungsdurchlasses 6 gebildet wird, und wird durch die Öffnung 28 zum Ausströmen gebracht.
Wie in 32 dargestellt, kann durch die Anordnung der Trennwand im zweiten Strömungsdurchlass 7 eine U-förmige Strömung in den zweiten Strömungsdurchlässen erzeugt werden. Die U-förmige Strömung im zweiten Strömungsdurchlass 7 ist so gestaltet, dass das zweite Fluid durch die Öffnung 29 in den zweiten Strömungsdurchlass 7 einströmt und durch einen Strömungskanal, der zwischen der Trennwand im zweiten Strömungsdurchlass 7 und dem Außenwandbereich 17 des zweiten Strömungsdurchlasses 7 gebildet wird, zur Öffnung 27 hin strömt. Dann macht das zweite Fluid eine Wende durch einen Strömungskanal um die Öffnung 27 und die Öffnung 28, strömt durch einen weiteren Strömungskanal, der zwischen dem zweiten Strömungsdurchlass 7 und dem Außenwandbereich 17 des zweiten Strömungsdurchlasses 7 gebildet wird, in Richtung Öffnung 30 und wird durch die Öffnung 30 zum Ausströmen gebracht.
Wie oben beschrieben, sind die Trennwanddurchlässe 31 und 32 mit den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 verbunden. Dadurch kann bei Flüssigkeitsleckagen die Fließstrecke, um die die Flüssigkeit nach dem Durchströmen der Feinstromdurchlässe 16, d.h. die Fließstrecke zwischen den Umfangs-Leckagedurchlässen 14, die eine größere Höhe als die Feinstromdurchlässe 16 haben, und den Trennwanddurchlässen 31 und 32, verringert und die Flüssigkeit sofort nach außen abfließen gelassen werden. Daher kann die Flüssigkeit mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden, bei der eine Leckage erkannt werden kann, und die zur Erkennung der Leckage benötigte Zeit kann reduziert werden. Da die U-förmige Strömung entlang der in der Ebene liegenden Strömungspassagen durch die Trennwanddurchlässe 31 und 32 ermöglicht wird, kann die Breite der in der Ebene liegenden Strömungspassagen stark reduziert und die Verteilung in der Ebene zwischen den in der Ebene liegenden Strömungspassagen verbessert werden. Dadurch kann die Wärmeaustauschleistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert werden.
Ausführungsform 11
Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 11 werden keine Beschreibungen von Bestandteilen vorgenommen, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 10 entsprechen, und Bestandteile, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 10 entsprechen oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
34 ist eine seitenperspektivische Explosionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. 35 ist eine frontalperspektivische Ansicht eines im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Sets 200 gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. 36 ist eine frontalperspektivische Ansicht einer im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungsplatte 2 gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. 37 ist ein Schnitt durch den im Plattenwärmetauscher 100 enthaltenen Wärmeübertragungs-Set gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 35.
Wie in den 34 bis 37 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 nach Ausführungsform 11 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) jeweils Trennwanddurchlässe 31 und 32 in Längsrichtung verlaufend vorgesehen. Die Trennwanddurchlässe 31 und 32 kommunizieren mit den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 und sind durch die äußeren Strömungsdurchlässe 15 mit der Außenseite verbunden.
Wie in 37 dargestellt, wird der Trennwanddurchlass 31 gebildet, indem man einen Vorsprung auf der Metallplatte 1a bildet und die Metallplatte 1a und die Metallplatte 1b miteinander verbindet. Der Trennwanddurchlass 32 wird gebildet, indem eine Vertiefung in der Metallplatte 2a gebildet und die Metallplatte 2a und die Metallplatte 2b miteinander verbunden werden.
In jedem ersten Strömungsdurchlass 6 werden die vorstehende Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 31 (bzw. der Vorsprung auf der zugehörigen Metallplatte 1a) und die zurückgesetzte Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 31 (bzw. die Vertiefung in der zugehörigen Metallplatte 2a) zu einer ersten Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 zusammengelötet. Zusätzlich werden in jedem ersten Strömungsdurchlass 6 die vorstehende Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 32 (bzw. der Vorsprung auf der zugehörigen Metallplatte 1a) und die vertiefte Außenwand des zugehörigen Trennwanddurchlasses 32 (bzw. die Vertiefung auf der zugehörigen Metallplatte 2a) zu einer zweiten Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 zusammengelötet. Es ist zu beachten, dass in jedem zweiten Strömungsdurchlass 7 keine Trennwand vorgesehen ist.
Wie in 35 dargestellt, können durch die Anordnung der Trennwände im ersten Strömungsdurchlass 6 zwei U-förmige Strömungen erzeugt werden. Die beiden U-förmigen Strömungen in den ersten Strömungsdurchlässen 6 sind so gestaltet, dass das erste Fluid durch die Öffnung 27 in den ersten Strömungsdurchlass 6 einströmt und durch einen Strömungskanal, der zwischen der ersten der Trennwände im ersten Strömungsdurchlass 6 und dem Außenwandbereich 17 des ersten Strömungsdurchlasses 6 gebildet wird, zur Öffnung 29 strömt. Dann macht die erste Flüssigkeit eine erste Wende durch einen Strömungsdurchgang um die Öffnung 29 und entlang der zweiten Trennwand und fließt zur Öffnung 30 durch einen Strömungsdurchgang, der zwischen der obigen ersten Trennwand und der zweiten der Trennwände gebildet wird. Dann macht das erste Fluid eine zweite Wende durch einen Strömungskanal um die Öffnung 30 und entlang der ersten Trennwand, strömt durch einen Strömungskanal, der zwischen der obigen zweiten Trennwand im ersten Strömungsdurchlass 6 und dem Außenwandbereich 17 des ersten Strömungsdurchlasses 6 gebildet wird, und wird durch die Öffnung 28 zum Ausströmen gebracht.
Wie in 36 dargestellt, hat jeder zweite Strömungsdurchlass 7 keine Trennwand. Das zweite Fluid tritt also durch die Öffnung 29 in den zweiten Strömungsdurchlass 7 ein, strömt durch einen zwischen den Außenwandbereichen 17 des zweiten Strömungsdurchlasses 7 gebildeten Strömungskanal diagonal auf die Öffnung 30 zu und wird durch die Öffnung 30 zum Ausströmen gebracht.
Wie oben beschrieben, sind die Trennwanddurchlässe 31 und 32 mit den Umfangs-Leckagedurchlässen 14 verbunden. Daher kann bei Flüssigkeitsleckagen die Fließstrecke, über die die Flüssigkeit nach dem Durchströmen der Feinstromdurchlässe 16 fließt, d.h. die Fließstrecke zwischen den Umfangs-Leckagedurchlässen 14, die eine größere Höhe als die Feinstromdurchlässe 16 haben, und den Trennwanddurchlässen 31 und 32 weiter verkürzt werden, und die Flüssigkeit kann sofort nach außen abfließen. Daher kann die Flüssigkeit mit einer Durchflussrate zum Fließen gebracht werden, bei der die Leckage erkannt werden kann, und die zur Erkennung der Leckage benötigte Zeit kann reduziert werden. Da durch die Trennwanddurchlässe 31 und 32 die beiden U-förmigen Strömungen entlang der in der Ebene liegenden Strömungspassagen möglich sind, kann die Breite der in der Ebene liegenden Strömungspassagen weiter stark reduziert und damit die Verteilung in der Ebene auf die in der Ebene liegenden Strömungspassagen verbessert werden. Dadurch kann die Wärmeaustauschleistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert werden.
Ausführungsform 12
Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 12 werden keine Beschreibungen von Bestandteilen vorgenommen, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 11 entsprechen, und Bestandteile, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 11 entsprechen oder gleichwertig sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
38 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Wärmepumpe Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage 300 gemäß Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung.
Zu einem Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 nach Ausführungsform 12 gehört ein Wärmepumpengerät 26, das in einem Gehäuse untergebracht ist. Das Wärmepumpengerät 26 hat einen Kältemittelkreislauf 24 und einen Wärmeträgerkreislauf 25. Im Kältemittelkreislauf 24 sind ein Kompressor 18, ein zweiter Wärmetauscher 19, eine Druckminderungsvorrichtung 20 und ein erster Wärmetauscher 21 durch Rohre hintereinander geschaltet. Die Druckminderungsvorrichtung 20 ist z.B. ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr. Im Wärmeträgerkreislauf 25 sind der erste Wärmetauscher 21, eine Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage 23 und eine Pumpe 22 hintereinander verbunden. Die Pumpe 22 lässt ein Wärmemedium zirkulieren.
Der erste Wärmetauscher 21 ist der oben zu den Ausführungsformen 1 bis 11 beschriebene Plattenwärmetauscher 100 und bewirkt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel, das im Kältemittelkreislauf 24 zirkuliert, und dem Wärmeträgermedium, das im Wärmeträgerkreislauf 25 zirkuliert. Das im Wärmeträgerkreislauf 25 zirkulierende Wärmeträgermedium kann ein Fluid sein, das mit dem Kältemittel im Kältemittelkreislauf 24 Wärme austauschen kann, z.B. Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol oder ein Gemisch davon.
Der Plattenwärmetauscher 100 ist im Kältemittelkreislauf 24 so vorgesehen, dass das Kältemittel durch die ersten Strömungsdurchlässe 6, deren Wärmeübertragungsleistung höher ist als die der zweiten Strömungsdurchlässe 7, und das Wärmemedium durch die zweite Strömungsdurchlässe 7 strömt.
Beim Plattenwärmetauscher 100 haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die zwischen den ersten Strömungsdurchlässen 6 und den zweiten Strömungsdurchlässen 7 liegen, die äußere Strömungsdurchlässe 15 mit der Außenseite verbunden. Im Plattenwärmetauscher 100, der im Kältemittelkreislauf 24 vorgesehen ist, tritt also auch bei Korrosion der ersten Strömungsdurchlässe 6 oder Einfrieren der zweiten Strömungsdurchlässe 7 das Kältemittel, das durch die ersten Strömungsdurchlässe 6 fließt, nicht in die zweiten Strömungsdurchlässe 7 aus.
Die Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage 23 hat einen Warmwasserspeicher (ohne Abbildung) und ein Innengerät (ohne Abbildung), das einen Innenraum klimatisiert. Im Falle des Wärmeträgers Wasser wird das Wasser im Kältemittelkreislauf 24 zum Wärmeaustausch mit dem Kältemittel veranlasst und dabei im Plattenwärmetauscher 100 erwärmt, und das erwärmte Wasser wird im Warmwasserspeicher (nicht abgebildet) gespeichert. Das Innengerät (nicht abgebildet) kühlt oder heizt den Innenraum, indem es das Wärmemedium im Wärmeträgerkreislauf 25 in einen im Innengerät enthaltenen Wärmetauscher leitet und bewirkt, dass das Wärmemedium Wärme mit der Luft im Innenraum austauscht. Es ist zu beachten, dass die Konfiguration der Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage 23 nicht auf die obige Konfiguration beschränkt ist. D.h. wie die Konfiguration der Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage 23 kann jede beliebige Konfiguration angewendet werden, solange die Konfiguration so vorgenommen wird, dass die Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorgänge mit der Heizenergie des Wärmeträgermediums im Wärmeträgerkreislauf 25 durchgeführt werden können.
Wie oben zu den Ausführungsformen 1 bis 11 beschrieben, hat der Plattenwärmetauscher 100 eine hohe Wärmeaustauscheffizienz und ermöglicht den Einsatz von brennbaren Kältemitteln (z.B. R32, R290 oder HFOMIX) im Plattenwärmetauscher 100. Darüber hinaus ist der Plattenwärmetauscher 100 auf eine höhere Festigkeit und damit auf eine hohe Zuverlässigkeit ausgelegt. Wenn der Plattenwärmetauscher 100 im Wärmepumpentyp Kühlen, Heizen vorgesehen ist, kann daher ein Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 erreicht werden, bei dem ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, der Stromverbrauch reduziert, die Sicherheit verbessert und der CO₂-Ausstoß reduziert werden kann.
In der Ausführungsform 12 wird ein Wärmepumpentyp eines Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300, der einen Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Wasser bewirkt, als Beispiel für ein System beschrieben, auf das der Plattenwärmetauscher 100 nach einer der Ausführungsformen 1 bis 11 angewendet werden kann. Das System bzw. der Apparat oder die Vorrichtung, in dem der Plattenwärmetauscher 100 nach einer der Ausführungsformen 1 bis 11 eingesetzt wird, ist jedoch nicht auf den Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 beschränkt. D.h. der Plattenwärmetauscher 100 nach einer der Ausführungsformen 1 bis 11 kann für verschiedene industrielle und häusliche Apparate oder Geräte eingesetzt werden, wie z.B. ein Kühlgerät, ein stromerzeugendes Gerät oder ein Hitzesterilisationsgerät für Lebensmittel.
Als Anwendungsbeispiel für die vorliegende Erfindung kann der zu den Ausführungsformen 1 bis 11 beschriebene Plattenwärmetauscher 100 auf ein Wärmepumpengerät angewendet werden, das einfach herzustellen ist und eine verbesserte Wärmetauschleistung und eine verbesserte Energiesparleistung aufweisen soll.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeübertragungsplatte
1a: Metallplatte
1b: Metallplatte
2: Wärmeübertragungsplatte
2a: Metallplatte
2b: Metallplatte
4: Innenlamelle
5: Innenlamelle
6: erster Strömungsdurchlass
7: zweiter Strömungsdurchlass
8: zweite Verstärkungsseitenplatte
9: erste Auslassleitung
10: zweite Einlassleitung
11: zweite Auslassleitung
12: erste Einlassleitung
13: erste Verstärkungsseitenplatte
14: Umfangs-Leckagedurchlass
15: äußerer Strömungsdurchlass
15a: äußerer Strömungsdurchlass
15b: äußerer Strömungsdurchlass
16: Feinstromdurchlass
17: Außenwandbereich
18: Kompressor
19: zweiter Wärmetauscher
20: Druckminderungsvorrichtung
21: erster Wärmetauscher
22: Pumpe
23: Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage
24: Kältemittelkreislauf
25: Wärmeträgerkreislauf
26: Wärmepumpengerät
27: Öffnung
28: Öffnung
29: Öffnung
30: Öffnung
31: Trennwanddurchlass
32: Trennwanddurchlass
40: erstes Kopfstück
41: zweites Kopfstück
52: gelöteter Bereich
100: Plattenwärmetauscher
200: Wärmeübertragungs-Set
300: Wärmepumpen-Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001099587 A [0004]

Claims

Plattenwärmetauscher, der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten, von denen jede an vier Ecken Öffnungen aufweist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten an ihren Rändern Außenwandbereiche aufweisen und miteinander gestapelt sind, wobei die mehreren Wärmeübertragungsplatten teilweise zusammengelötet sind, so dass ein erster Strömungsdurchlass, durch den ein erstes Fluid strömt, und ein zweiter Strömungsdurchlass, durch den ein zweites Fluid strömt, abwechselnd vorgesehen sind, wobei eine zugeordnete der mehreren Wärmeübertragungsplatten zwischen dem ersten Strömungsdurchlass und dem zweiten Strömungsdurchlass angeordnet ist, wobei die Öffnungen an den Ecken der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten so vorgesehen sind, dass die Öffnungen an jeder der Ecken miteinander in Verbindung stehen und dadurch ein erstes Kopfstück und ein zweites Kopfstück bilden, wobei das erste Kopfstück so konfiguriert ist, dass das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchlass einströmen und aus diesem ausströmen kann, und das zweite Kopfstück so konfiguriert ist, dass das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchlass einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei mindestens eine von zweien der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten, zwischen denen sich der erste Strömungsdurchlass oder der zweite Strömungsdurchlass befindet, durch Zusammenstapeln von zwei Metallplatten gebildet wird, und wobei der Raum zwischen den beiden Metallplatten einen Feinstromdurchlass, der sich innerhalb einer Wärmeaustauschregion befindet, in der das erste Fluid und das zweite Fluid Wärme austauschen, und einen Umfangs-Leckagedurchlass aufweist, der außerhalb des Feinstromdurchlasses vorgesehen ist, um mit der Außenseite des Raumes zu kommunizieren, und der einen hydraulischen Durchmesser hat, der größer ist als der hydraulische Durchmesser des Feinstromdurchlasses.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei eine der beiden Wärmeübertragungsplatten aus der Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten, zwischen denen der erste Strömungsdurchlass oder der zweite Strömungsdurchlass vorgesehen ist, eine einzige Metallplatte ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine der beiden Metallplatten so bearbeitet ist, dass sie einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweist, die den Umfangs-Leckagedurchlass bildet.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Metallplatten, zwischen denen sich der zweite Strömungsdurchlass befindet, dünner sind als die Metallplatten, zwischen denen sich der erste Strömungsdurchlass befindet.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, bei dem die Metallplatten, die dünner sind, mit Vorsprüngen ausgebildet sind, die den Umfangs-Leckagedurchlass bilden.
Plattenwärmetauscher eines der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Metallplatten an gelöteten Bereichen teilweise miteinander verlötet sind, so dass eine Vielzahl der Feinstromdurchlässe im Wärmeaustauschbereich zwischen den Metallplatten gebildet werden.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl von äußeren Strömungsdurchlässen außerhalb des Umfangs-Leckagedurchlasses vorgesehen ist und mindestens einer oder mehrere der Vielzahl von äußeren Strömungsdurchlässen mit der Außenseite verbunden sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, wobei nur ein Bereich der Vielzahl der äußeren Strömungsdurchlässe mit der Außenseite verbunden ist.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, wobei nur einer der Vielzahl der äußeren Strömungsdurchlässe mit der Außenseite verbunden ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Außenwandbereiche nicht zusammengelötet sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, bei dem die Vielzahl der äußeren Strömungsdurchlässe durch die Bildung von Durchgangslöchern gebildet wird, die sich in Stapelrichtung durch die Außenwandbereiche erstrecken.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Umfangs-Leckagedurchlass innerhalb der Außenwandbereiche und außerhalb des Feinstromdurchlasses vorgesehen ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Umfangs-Leckagedurchlass zwischen den Außenwandbereichen vorgesehen ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei mindestens eine der beiden Metallplatten so bearbeitet ist, dass sie einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweist, die einen Trennwanddurchlass bildet.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 14, wobei der Trennwanddurchlass mit dem Umfangs-Leckagedurchlass verbunden ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem eine Außenwand des Trennwanddurchlasses zur Bildung einer Trennwand im ersten Strömungsdurchlass oder im zweiten Strömungsdurchlass hartgelötet wird.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei eine in einer Ebene liegende Strömung im ersten Strömungsdurchlass oder im zweiten Strömungsdurchlass eine U-förmige Strömung ist.
Wärmepumpengerät; das Folgendes aufweist: Einen Kältemittelkreislauf, in dem ein Kompressor, ein Wärmetauscher, eine Druckminderungsvorrichtung und ein Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17 angeschlossen sind und Kältemittel umgewälzt wird; und einen Wärmeträgerkreislauf, in dem ein Wärmemedium im Kreislauf geführt wird, wobei das Wärmemedium im Plattenwärmetauscher Wärme mit dem Kältemittel austauscht.
Wärmepumpentyp eines Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems, das Folgendes aufweist: Ein Wärmepumpengerät nach Anspruch 18; eine Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage, die einen Kühlbetrieb, einen Heizbetrieb und einen Warmwasserversorgungsbetrieb unter Verwendung von Heizenergie des Wärmemediums durchführt; und eine im Wärmeträgerkreislauf vorgesehene Pumpe, die so konfiguriert ist, dass sie das Wärmemedium zirkulieren lässt.