DE112019001350B4 - Plattenwärmetauscher und diesen enthaltende Wärmepumpenvorrichtung - Google Patents

Plattenwärmetauscher und diesen enthaltende Wärmepumpenvorrichtung Download PDF

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Abstract

Plattenwärmetauscher (100), der Folgendes aufweist:eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), von denen jede an vier Ecken Öffnungen aufweist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) aufeinandergestapelt ist,wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) bereichsweise zusammengelötet sind, so dass ein erster Strömungsdurchgang (6), durch den ein erstes Fluid strömt, und ein zweiter Strömungsdurchgang (7), durch den ein zweites Fluid strömt, abwechselnd angeordnet sind, wobei eine zugeordnete der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) zwischen dem ersten Strömungsdurchgang (6) und dem zweiten Strömungsdurchgang (7) angeordnet ist,wobei die Öffnungen (27,28,29,30) an den vier Ecken so angeordnet sind, dass die Öffnungen (27,28,29,30) an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen,wodurch sie einen ersten Verteiler (40) und einen zweiten Verteiler (41) bilden, wobei der erste Verteiler (40) so konfiguriert ist, dass das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchgang (6) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei der zweite Verteiler (41) so konfiguriert ist, dass das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchgang (7) einströmen und aus diesem ausströmen kann,wobei sowohl im ersten Strömungsdurchgang (6) als auch im zweiten Strömungsdurchgang (7) innere Rippen (4,5) angeordnet sind,wobei mindestens eine von zweien der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), zwischen denen sich der erste Strömungsdurchgang (6) oder der zweite Strömungsdurchgang (7) befindet, durch Stapeln von zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) so gebildet ist, dass die zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) ebene überlappende Flächen aufweisen, undwobei zwischen den zwei Metallplatten (1a,1b,2a,2b), deren ebene überlappende Flächen bereichsweise zusammengelötet sind, so dass eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51), die nicht zusammengelötet sind, zwischen gelöteten Bereichen der ebenen überlappenden Flächen, in denen die ebenen überlappenden Flächen der zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) zusammengelötet sind, so gebildet werden, dass sie mit der Außenseite des Plattenwärmetauschers (100) in Verbindung stehen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher einschließlich Wärmeübertragungsplatten mit doppelwandigen Strukturen und eine Wärmepumpenvorrichtung einschließlich des Plattenwärmetauschers.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein vorhandener Plattenwärmetauscher weist eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten auf, von denen jede Öffnungen an ihren vier Ecken und unregelmäßige oder gewellte Flächen aufweist, und die gestapelt und an Außenwandbereichen der Wärmeübertragungsplatten und in Bereichen um die Öffnungen herum miteinander verlötet sind, wodurch erste Strömungsdurchgänge, durch die ein erstes Fluid strömt, und zweite Strömungsdurchgänge, durch die ein zweites Fluid strömt, gebildet werden, so dass die ersten Strömungsdurchgänge und die zweiten Strömungsdurchgänge abwechselnd gebildet werden. Die Öffnungen an den vier Ecken sind so angebracht, dass die Öffnungen an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen, wodurch ein erster (zweiter) Verteiler gebildet wird, der es ermöglicht, dass erste (zweite) Fluide in die ersten (zweiten) Strömungsdurchgänge hinein und aus diesen heraus strömen. Im Plattenwärmetauscher hat jede Wärmeübertragungsplatte eine doppelwandige Struktur, in der ein Paar Metallplatten zusammengebracht sind (siehe z.B. Patentliteratur 1).
  • Der Plattenwärmetauscher gemäß Patentliteratur 1 weist Wärmeübertragungsplatten auf, die jeweils eine doppelwandige Struktur aufweisen. Daher ist es selbst dann, wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich Risse in einer der Wärmeübertragungsplatten bilden, möglich, zu verhindern, dass die Strömungsdurchgänge miteinander kommunizieren und Kühlmittel in einen Innenraum entweicht. Außerdem wird Fluid, das zur Außenseite des Wärmetauschers ausgetreten ist, von einem Erkennungssensor erfasst, und in diesem Fall wird eine Vorrichtung, die den Plattenwärmetauscher aufweist, gestoppt. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Vorrichtung beschädigt wird.
  • Die US 2011 / 0 088 882 A1 offenbart einen Plattenwärmetauscher, der einen Stapel von Plattenelementen umfasst, die Strömungspfade für wenigstens zwei wärmetauschende Fluide bilden. Jedes Plattenelement weist eine Doppelwandstruktur auf und umfasst eine erste Platte und eine zweite Platte, wobei jede Platte einen Randbereich und einen zentralen Wärmetauschabschnitt umfasst. Der zentrale Wärmetauschabschnitt der ersten Platte ist mit einem ersten Oberflächenmuster mit einer Vielzahl an ersten vorstehenden Gebieten, die einen ersten Abstand zur Plattenfläche der ersten Platte definieren, und einer Vielzahl an zweiten vorstehenden Gebieten, die einen zweiten Abstand zur Plattenfläche der ersten Plattenfläche definieren, versehen. Der zweite Abstand ist kleiner als der erste Abstand, und die vorstehenden Gebiete bilden zusammen Strömungspfade zwischen der ersten und der zweiten Platte.
  • Die DE 41 00 651 A1 offenbart einen Wärmetauscher bestehend aus hintereinander angeordneten, Profilierungen aufweisenden Platten.
  • Die JP 2012 - 127 597 A offenbart einen plattenförmigen Wärmetauscher, welche eine erste Wärmeübertragungsplatte mit einem flachen Oberflächenteil, in dem eine Vielzahl konvexer Teile gebildet sind, eine zweite Wärmeübertragungsplatte mit einem flachen Oberflächenteil, in dem ein rillenartiger zurückliegender Teil gebildet ist, eine der zweiten Wärmeübertragungsplatte zugewandte dritte Wärmeübertragungsplatte mit einem flachen Oberflächenteil, in dem eine Vielzahl konvexer Teile gebildet sind, und eine der dritten Wärmeübertragungsplatte zugewandte vierte Wärmeübertragungsplatte umfasst, in dem ein rillenartiger zurückliegender Teil gebildet ist.
  • Die DE 10 2015 012 029 A1 offenbart einen Plattenwärmetauscher, der Wärmetauscherplatten und Turbulenzorgane umfasst, die in einem Stapel angeordnet sind. Ränder benachbarter Platten liegen aneinander an und sind miteinander verbunden.
  • Die US 2016 / 0 040 943 A1 offenbart einen Wärmetauscher, der eine erste Wärmetauscheinheit und eine zweite Wärmetauscheinheit umfasst. Die erste Wärmetauscheinheit umfasst ein Gehäuse und eine Platte, welche je eine wellenförmige Struktur aufweisen, zwischen denen ein Strömungskanal gebildet ist. Die zweite Wärmetauscheinheit umfasst eine Verschalung und eine Platte, die je eine wellenförmige Struktur umfassen, zwischen denen ein Durchgang gebildet ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • PATENT-LITERATUR
  • Patentliteratur 1: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. JP 2014- 66 411 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Wenn in einer Stapelstruktur, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, eine von zwei zusammengefügten Metallplatten reißt, muss Fluid, das ausgetreten ist, dazu gebracht werden, aus dem Wärmetauscher nach außen zu strömen. Daher werden die beiden Metallplatten in engen Kontakt miteinander gebracht, aber nicht metallisch miteinander verbunden. Daher befindet sich eine Luftschicht zwischen dem Metallplattenpaar und wirkt als thermischer Widerstand, der die Wärmeübertragungsleistung stark reduziert. Darüber hinaus kann in dem Fall, in dem das Metallplattenpaar zur Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung stark in engen Kontakt miteinander gebracht wird, das ausgetretene Fluid nicht leicht nach außen ausströmen und kann daher in einem Bereich außerhalb des Wärmetauschers nicht leicht erkannt werden.
  • Die vorliegende Erfindung dient der Lösung des obigen Problems und betrifft einen Plattenwärmetauscher, bei dem die Verschlechterung der Wärmeübertragungsleistung, die ein Nachteil einer doppelwandigen Struktur ist, verringert werden kann, und selbst wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich ein Riss in einer Wärmeübertragungsplatte bildet, Fluid, das ausgetreten ist, nach außen aus dem Wärmetauscher ausströmen kann, ohne mit einem anderen Fluid vermischt zu werden, und in einem Bereich außerhalb des Wärmetauschers entdeckt werden kann, sowie eine Wärmepumpenvorrichtung, die den Plattenwärmetauscher aufweist.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Die oben erwähnte Aufgabe wird gelöst durch einen Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, einen Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, einen Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7 und eine Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • In dem Plattenwärmetauscher gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Paar Metallplatten, die so geformt sind, dass sie eine doppelwandige Struktur haben, am gelöteten Bereich teilweise zusammengelötet, so dass die Ausströmdurchgänge zwischen dem Paar Metallplatten entlang ihrer überlappenden Flächen gebildet werden und mit der Außenseite des Wärmeaustauschers in Verbindung stehen. Daher kann die Verschlechterung der Wärmeübertragungsleistung stärker reduziert werden als bei dem vorhandenen Plattenwärmetauscher, bei dem jedes Paar Metallplatten in engen Kontakt miteinander gebracht, aber nicht metallisch miteinander verbunden wird. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich ein Riss in den Wärmeübertragungsplatten bildet, Fluid, das ausgetreten ist, zum Ausströmen zur Außenseite des Wärmetauschers gebracht werden, ohne mit einem anderen Fluid vermischt zu werden, und kann in einem Bereich außerhalb des Wärmetauschers erkannt werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Plattenwärmetauschers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine perspektivische Vorderansicht von Wärmeübertragungsplatten, die in dem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
    • 3 ist eine Schnittansicht der im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungsplatten gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie A-A in 2.
    • 4 ist eine Schnittansicht der Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 2.
    • 5 ist eine schematische Teildarstellung, die einen Bereich zwischen jedem der Paare von Metallplatten darstellt, die die Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bilden.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels von inneren Rippen, die in den Plattenwärmetauscher gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingebaut sind.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Beispiels der inneren Rippen im Plattenwärmetauscher gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine schematische Teildarstellung, die eine erste Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die in 5 dargestellten Wärmeübertragungsplatten bilden, veranschaulicht.
    • 9 ist eine schematische Teildarstellung, die eine zweite Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die in 5 dargestellten Wärmeübertragungsplatten bilden, zeigt.
    • 10 ist eine schematische Teildarstellung, die einen Bereich zwischen jedem der Metallplattenpaare veranschaulicht, die die Wärmeübertragungsplatten in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bilden.
    • 11 ist eine schematische Teildarstellung, die eine erste Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bilden, veranschaulicht.
    • 12 ist eine schematische Teildarstellung, die eine zweite Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bilden, veranschaulicht.
    • 13 ist eine schematische Teildarstellung, die eine dritte Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bilden, veranschaulicht.
    • 14 ist eine Schnittansicht einer Wärmeübertragungsplatte, die in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
    • 15 ist eine Schnittansicht von Wärmeübertragungsplatten in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
    • 16 ist eine perspektivische Vorderansicht von Wärmeübertragungsplatten in einem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
    • 17 ist eine schematische Teildarstellung, die einen Bereich zwischen jedem der Paare von Metallplatten zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten in dem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung bilden.
    • 18 ist eine schematische Teildarstellung, die eine erste Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung bilden, darstellt.
    • 19 ist eine schematische Teildarstellung, die eine zweite Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Metallplattenpaare, die die Wärmeübertragungsplatten im Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung bilden, veranschaulicht.
    • 20 ist eine seitliche perspektivische Explosionsansicht eines Plattenwärmetauschers gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
    • 21 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Wärmeübertragungssatzes 200, der in dem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
    • 22 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte 2, die in dem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
    • 23 ist eine Schnittansicht des im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungssatzes gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 21.
    • 24 ist eine seitliche perspektivische Explosionsansicht eines Plattenwärmetauschers gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
    • 25 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Wärmeübertragungssatzes 200, der in dem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
    • 26 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte 2, die in dem Plattenwärmetauscher gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
    • 27 ist eine Schnittansicht des im Plattenwärmetauscher enthaltenen Wärmeübertragungssatzes gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 25.
    • 28 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems des Wärmepumpentyps gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibungen der Ausführungsformen, die im Folgenden vorgenommen werden, sind nicht beschränkend. In den Zeichnungen können die Verhältnisse zwischen den Größen der Komponenten von den tatsächlichen Verhältnissen abweichen.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine perspektivische Vorderansicht der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 3 ist eine Schnittansicht der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 2. 4 ist eine Schnittansicht der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 im Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 2. 4 zeigt eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten 1 und eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten 2.
  • In 1 zeigen gestrichelte Linienpfeile den Strom des ersten Fluids und durchgezogene Linienpfeile den Strom des zweiten Fluids an. In 3 und 4 sind die durchgehenden geschwärzten Bereiche gelötete Bereiche 52.
  • Wie in 1 dargestellt, weist der Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 auf, die abwechselnd gestapelt sind. Wie in 2 dargestellt, haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken und weisen ebene überlappende Flächen auf. Jede der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 hat an ihren vier Ecken Öffnungen 27 bis 30. Wie in 3 und 4 dargestellt, weisen die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 an ihren Kanten äußere Wandbereiche 17 auf, und die äußeren Wandbereiche 17 sind von den Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 weg in Stapelrichtung gebogen. In der Ausführungsform 1 haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 eine rechteckige Form mit runden Ecken.
  • Die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 sind an den äußeren Wandbereichen 17 und in den Bereichen um die Öffnungen 27 bis 30 miteinander verlötet. Um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zu bewirken, sind abwechselnd erste Strömungsdurchgänge 6, in denen das erste Fluid strömt, und zweite Strömungsdurchgänge 7, in denen das zweite Fluid strömt, angeordnet, wobei die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 abwechselnd zwischen den ersten Strömungsdurchgängen und den zweiten Strömungsdurchgängen 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 erster Verteiler und ein zweiter Verteiler gebildet werden. Der erste Verteiler ermöglicht es dem ersten Fluid, in den ersten Strömungsdurchgang 6 und aus diesem heraus zu strömen, und der zweite Verteiler ermöglicht es dem zweiten Fluid, in den zweiten Strömungsdurchgang 7 und aus diesem heraus zu strömen. Um ausreichende Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids zu gewährleisten und die Leistung zu verbessern, sind die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 so angeordnet, dass die langen Seiten der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 sich in einer Richtung erstrecken, in der die Fluide strömen, d.h. die Längsrichtung der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 ist die gleiche wie die Strömungsrichtung der Ströme, und die kurzen Seiten der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 sind senkrecht zur Längsrichtung.
  • In den ersten Strömungsdurchgängen 6 und in den zweiten Strömungsdurchgängen 7 sind innere Rippen 4 bzw. innere Rippen 5 vorgesehen. Wie in 3 und 4 dargestellt, haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 doppelwandige Strukturen, die durch Zusammenfügen von Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) erhalten werden. Die inneren Rippen 4 und 5 sind Rippen, die zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) angeordnet sind.
  • Die Metallplatten 1a und 2a befinden sich zu den ersten Strömungsdurchgängen 6 benachbart, in denen die inneren Rippen 4 vorgesehen sind, und die Metallplatten 1b und 2b befinden sich zu den zweiten Strömungsdurchgängen 7 benachbart, in denen die inneren Rippen 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 1a, 1b, 2a und 2b aus rostfreiem Stahl hergestellt sind.
  • Wie in 1 dargestellt, sind eine erste Verstärkungs-Seitenplatte 13 mit Öffnungen an ihren vier Ecken und eine zweite Verstärkungs-Seitenplatte 8 an den äußersten Flächen der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 in Stapelrichtung vorgesehen. Die erste Verstärkungs-Seitenplatte 13 und die zweite Verstärkungs-Seitenplatte 8 haben eine rechteckige Form mit runden Ecken und weisen ebene überlappende Flächen auf. Gemäß 1 befindet sich die erste Verstärkungs-Seitenplatte 13 auf der vordersten Seite und die zweite Verstärkungs-Seitenplatte 8 auf der hintersten Seite. Bei Ausführungsform 1 haben die erste Verstärkungs-Seitenplatte 13 und die zweite Verstärkungs-Seitenplatte 8 eine rechteckige Form mit runden Ecken.
  • In den Öffnungen in der ersten Verstärkungs-Seitenplatte 13 sind ein erstes Einlassrohr 12, ein erstes Auslassrohr 9, ein zweites Einlassrohr 10 und ein zweites Auslassrohr 11 angebracht. Das erste Einlassrohr 12 ist ein Rohr, in das das erste Fluid einströmt, das erste Auslassrohr 9 ist ein Rohr, aus dem das erste Fluid ausströmt, das zweite Einlassrohr 10 ist ein Rohr, in das das zweite Fluid einströmt, und das zweite Auslassrohr 11 ist ein Rohr, aus dem das zweite Fluid ausströmt.
  • Das obige erste Fluid ist z.B. ein Kühlmittel wie R410A, R32, R290 oder CO2, und das obige zweite Fluid ist z.B. Wasser, ein Frostschutzmittel wie Ethylenglykol oder Propylenglykol oder eine Mischung davon.
  • 5 ist eine schematische Teildarstellung, die einen Bereich zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels der inneren Rippen 4 und 5, die im Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Beispiels der inneren Rippen 4 und 5 im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 5 dargestellt, werden die Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und so miteinander verbunden. Außerdem sind zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51 in einem Streifenmuster entlang der ebenen überlappenden Flächen der Metallplatten so ausgebildet, dass sie mit der Außenseite des Wärmetauschers 100 in Verbindung stehen. Die Ausströmdurchgänge 51 erstrecken sich in der Richtung, in der das erste Fluid und das zweite Fluid strömen, d.h. entlang den ersten Strömungsdurchgängen 6 und den zweiten Strömungsdurchgängen 7.
  • Außerdem sind zwischen den äußeren Wandbereichen 17 jedes Paares von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) die Ausströmdurchgänge 51 in einem Streifenmuster ausgebildet, ebenso wie die oben genannten Ausströmdurchgänge 51.
  • Die inneren Rippen 4 und 5 gemäß Ausführungsform 1 nehmen Wärme von den Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 auf und fördern den Wärmeaustausch, z.B. durch eine Vergrößerung der Fläche für den Wärmeaustausch mit den Fluiden, einen Vorderkanteneffekt und die Erzeugung einer turbulenten Strömung. Die inneren Rippen 4 und 5 sind z.B. gewellte Rippen, wie in 6 dargestellt, oder mit Abstand angeordnete Rippen, wie in 7 dargestellt.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung des Plattenwärmetauschers 100 nach der Ausführungsform 1 beschrieben.
  • Zuerst werden die ebenen überlappenden Flächen jedes Paares von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) mit einem haftungsverhindernden Material (z.B. einem Material, das ein Metalloxid als Hauptkomponente enthält und den Fluss eines Lötmaterials blockiert) in einem Streifenmuster beschichtet, und ein Lötflächenkörper (Lötmaterial) aus z.B. Kupfer wird zwischen die ebenen überlappenden Flächen gelegt, wodurch die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 gebildet werden. Dann werden die Wärmeübertragungsplatten 1, die inneren Rippen 4, die Wärmeübertragungsplatten 2 und die inneren Rippen 5 nacheinander gestapelt, wobei die Lötflächenkörper zwischen den Wärmeübertragungsplatten 1, den inneren Rippen 4, den Wärmeübertragungsplatten 2 und den inneren Rippen 5 angeordnet werden. Dann werden die Wärmeübertragungsplatten 1, die inneren Rippen 4, die Wärmeübertragungsplatten 2 und die inneren Rippen 5 durch Aufbringen einer Last in Stapelrichtung in engen Kontakt miteinander gebracht und in einem Ofen durch Wärme zusammengelötet. Auf diese Weise werden die Wärmeübertragungsplatten 1, die inneren Rippen 4, die Wärmeübertragungsplatten 2 und die inneren Rippen 5 miteinander verbunden, wodurch der Plattenwärmetauscher 100 hergestellt wird. Bei dem oben beschriebenen Lötverfahren werden die Bereiche, auf denen das haftungsverhindernde Material aufgebracht ist, nicht miteinander verbunden, und die Ausströmdurchgänge 51 werden an den Bereichen gebildet.
  • Der Wärmeaustausch im Plattenwärmetauscher 100 nach der Ausführungsform 1 wird beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt, strömt das erste Fluid, das in das erste Einlassrohr 12 geströmt ist, durch den ersten Verteiler 40 in die ersten Strömungsdurchgänge 6. Das erste Fluid, das in die ersten Strömungsdurchgänge 6 geströmt ist, strömt zwischen den inneren Rippen 4 und einem ersten Auslassverteiler (nicht abgebildet) und strömt durch das erste Auslassrohr 9 heraus. In ähnlicher Weise strömt das zweite Fluid durch die zweiten Strömungsdurchgänge 7. Das erste Fluid und das zweite Fluid tauschen Wärme miteinander durch die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 mit den doppelwandigen Strukturen aus.
  • In dem Fall, in dem das erste Fluid Kühlmittel und das zweite Fluid Wasser oder ein Frostschutzmittel ist, kann eine große latente Verdampfungs-/Kondensationswärme des ersten Fluids genutzt werden. Daher wird im Allgemeinen der Massendurchsatz des ersten Fluids so ausgelegt, dass er etwa 1/10 bis 1/5 des Massendurchsatzes des zweiten Fluids beträgt, um die zum Antrieb einer Vorrichtung erforderliche Leistung zu reduzieren. Ausgehend von dieser Betriebsbedingung wird bei der Ausführungsform 1 die Strömungsdurchgangshöhe der ersten Strömungsdurchgänge 6 (Höhe und Steigung der inneren Rippen 4) so optimiert, dass sie kleiner als die der zweiten Strömungsdurchgänge ist.
  • Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 1 mit der obigen Struktur wird jedes Paar von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) mit der Doppelwandstruktur teilweise zusammengelötet. Daher kann im Vergleich zu dem Fall, in dem jedes Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) in engen Kontakt miteinander gebracht, aber nicht metallisch miteinander verbunden wird, die Verschlechterung der Leistung, die durch eine Erhöhung des Wärmewiderstands verursacht wird, stark reduziert werden. Darüber hinaus werden die Strömungsdurchgangshöhen der ersten Strömungsdurchgänge 6 und der zweiten Strömungsdurchgänge 7 (Höhen und Steigungen der Innenrippen 4 und 5) auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des ersten Fluids und des zweiten Fluids (Durchflussmenge, physikalischer Eigenschaftswert usw. jedes Fluids) optimiert. Daher kann die Leistung stärker verbessert werden als bei einem vorhandenen Plattenwärmetauscher mit einer Doppelwandstruktur, bei der Wärmeübertragungsplatten mit Strömungsdurchgängen mit der gleichen gewellten Form aufeinandergestapelt sind.
  • Darüber hinaus sind die Ausströmdurchgänge 51 streifenförmig entlang der überlappenden Flächen so ausgebildet, dass sie mit der Außenseite des Wärmetauschers 100 in Verbindung stehen und einen ausreichend großen Durchgangsquerschnitt aufweisen. Daher kann selbst dann, wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich ein Riss in den Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bildet, das ausgetretene Fluid dazu gebracht werden, zur Außenseite des Wärmetauschers 100 auszuströmen, ohne mit dem anderen Fluid vermischt zu werden, und kann in einem Bereich außerhalb des Wärmetauschers 100 erkannt werden.
  • Die Höhe (a in 4) und Breite (b in 5) der Ausströmdurchgänge 51 sind so festgelegt, dass sie je nach Ausströmbedingungen im Bereich von einigen Mikrometern bis ungefähr 1 mm liegen. Wenn die Breite der Ausströmdurchgänge 51 vergrößert wird, verringert sich ein partieller gelöteter Bereich und der thermische Widerstand wird erhöht. Es ist daher angebracht, die Höhe der Ausströmdurchgänge 51 zu vergrößern. Um die obige Durchgangsform genau zu auszubilden, ist es zum Beispiel notwendig, die Bedingungen, unter denen das haftungsverhindernde Material aufgebracht wird, die Dicke des Lötflächenkörpers und die beim Lötprozess aufgebrachte Belastung zu steuern und Abstandshalter oder Formvorsprünge auf den Metallplatten 1a, 1b, 2a und 2b anzubringen.
  • Es ist schwierig, die oben genannten Regulierungen in einem bestehenden Plattenwärmetauscher durchzuführen, in dem die Wärmeübertragungsplatten mit gewellten Strömungsdurchgängen aufeinander gestapelt sind, da die Wärmeübertragungsplatten eine komplizierte Form haben und die Metallplattenpaare in engen Kontakt miteinander gebracht werden müssen. Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 1 dagegen ist jedes der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) teilweise miteinander verlötet, um den Wärmewiderstand zu verringern, und müssen daher nicht in engen Kontakt miteinander gebracht werden. Da die Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) die ebenen, sich überlappenden Flächen haben, können die oben genannten Regulierungen leicht erreicht werden, und die obige Durchgangsform kann genau ausgebildet werden.
  • Es ist zu beachten, dass die Wärmetauschleistung auch stark durch das Verhältnis zwischen der Fläche der gelöteten Bereiche 52 und der Fläche der Ausströmdurchgänge 51 beeinflusst wird. In jedem der Wärmetauschbereiche, die zwischen den Öffnungen 27 bis 30 liegen und in denen die Fluide Wärme austauschen, d.h. in jedem Bereich, in dem die inneren Rippen 4 vorgesehen sind, wenn die Fläche der gelöteten Bereiche 52 30% oder mehr der Gesamtfläche des Bereichs, insbesondere 50% oder mehr der Gesamtfläche des Bereichs, einnimmt oder weiter erhöht wird, so dass sie 70% oder mehr der Gesamtfläche des Bereichs einnimmt, ist die Leistung im Vergleich zu einer bestehenden doppelwandigen Struktur ohne gelötete Bereiche stark verbessert. Wenn die Fläche der gelöteten Bereiche 52 sich 100% der Gesamtfläche nähert, nimmt die Fläche der Ausströmdurchgänge 51 ab und die Fluide können nicht mehr leicht ausströmen. Es ist daher angemessen, dass die Fläche der gelöteten Bereiche 52 90% oder weniger der Gesamtfläche einnimmt.
  • 8 ist eine schematische Teildarstellung, die eine erste Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, wie in 5 dargestellt, veranschaulicht. 9 ist eine schematische Teildarstellung, die eine zweite Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, wie in 5 dargestellt, veranschaulicht.
  • Obwohl die gelöteten Bereiche 52, die eine ringförmige Gestalt aufweisen, um die Öffnungen 27 bis 30 herum gebildet werden müssen, um zu verhindern, dass die Fluide durch die Öffnungen 27 bis 30 in die Räume zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) eindringen, ist es nicht besonders notwendig, dass die gelöteten Bereich 52 in Bereichen gebildet werden, in denen die inneren Rippen 4 nicht vorgesehen sind. Wenn die gelöteten Bereiche 52 zusätzlich in den Bereichen gebildet werden, in denen die inneren Rippen 4 nicht vorgesehen sind, wie in 8 dargestellt, kann die Wärmetauschleistung verbessert werden.
  • Die Fläche der gelöteten Bereiche 52 kann verkleinert werden, um ein Einfrieren in Regionen zu verhindern, in denen es leicht zum Einfrieren der Fluide kommt. Zum Beispiel können in den Bereichen um die Öffnungen 27 bis 30, in die die Fluide strömen und in denen ein Einfrieren nicht leicht auftritt, die gelöteten Bereiche 52 wie in 8 dargestellt gebildet werden, um den Wärmeaustausch zu fördern. In den Bereichen um die Öffnungen 27 bis 30, aus denen das Fluid herausströmt und in denen es leicht zum Gefrieren kommt, können die gelöteten Bereiche 52 weggelassen werden, wie in 9 dargestellt, oder die Fläche der gelöteten Bereiche 52 kann reduziert werden, um die Wärmetauschleistung zu verringern.
  • So ist es möglich, die Gesamtwärmetauschleistung zu verbessern und gleichzeitig ein Einfrieren zu verhindern, z.B. durch eine angemessene Verteilung der gelöteten Bereiche 52, indem die Fläche der gelöteten Bereiche 52 in den Regionen, in denen es leicht zum Einfrieren kommt, reduziert wird. Die gelöteten Bereiche 52 können in einem Muster so angeordnet werden, dass das Verhältnis der Fläche der gelöteten Bereiche 52 nicht nur an den Öffnungen 27 bis 30, sondern auch im Wärmetauschbereich aus Gefrier- oder anderen Gründen variiert.
  • Wie oben beschrieben, weist der Plattenwärmetauscher 100 die Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 auf, die jeweils an ihren vier Ecken die Öffnungen 27 bis 30 aufweisen und die zusammen gestapelt sind. Die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 sind teilweise miteinander verlötet, so dass die ersten Strömungsdurchgänge 6, durch die das erste Fluid strömt, und die zweiten Strömungsdurchgänge 7, durch die das zweite Fluid strömt, abwechselnd angeordnet sind, wobei die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 abwechselnd zwischen den ersten Strömungsdurchgängen 6 und den zweiten Strömungsdurchgängen 7 angeordnet sind. Die Öffnungen 27 bis 30 an den vier Ecken sind so angeordnet, dass die Öffnungen 27 miteinander in Verbindung stehen, die Öffnungen 28 miteinander in Verbindung stehen, die Öffnungen 29 miteinander in Verbindung stehen und die Öffnungen 40 miteinander in Verbindung stehen, wodurch der erste Verteiler 40 und der zweite Verteiler 41 gebildet werden. Der erste Verteiler 40 ermöglicht es dem ersten Fluid, in die ersten Strömungsdurchgänge 6 einzuströmen und aus ihnen herauszuströmen, und der zweite Verteiler 41 ermöglicht es dem zweiten Fluid, in die zweiten Strömungsdurchgänge 7 einzuströmen und aus ihnen herauszuströmen. Im ersten Strömungsdurchgang 6 und im zweiten Strömungsdurchgang 7 sind die inneren Rippen 4 bzw. die inneren Rippen 5 vorgesehen. Mindestens eine von zwei der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, zwischen denen sich der erste Strömungsdurchgang 6 oder der zweite Strömungsdurchgang 7 befindet, wird durch Stapeln von zwei Metallplatten (1a und 1b) oder (2a und 2b) gebildet. Jedes Paar von Metallplatten (1a und 1b) oder (2a und 2b) ist an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet, so dass die Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51 zwischen jedem Paar von Metallplatten entlang überlappender Flächen davon gebildet werden und mit der Außenseite des Wärmetauschers 100 in Verbindung stehen.
    In dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 1 wird jedes Paar von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die in der Doppelwandstruktur angeordnet sind, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet, so dass die Ausströmdurchgänge 51 dazwischen entlang ihrer überlappenden Flächen so ausgebildet sind, dass sie mit der Außenseite in Verbindung stehen. Daher kann die Verschlechterung der Wärmeübertragungsleistung weiter verringert werden als bei dem vorhandenen Plattenwärmetauscher, bei dem jedes Paar Metallplatten in engen Kontakt miteinander gebracht, aber nicht metallisch miteinander verbunden wird. Zusätzlich wird jedes Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die in der doppelwandigen Struktur angeordnet sind, teilweise miteinander verlötet, so dass die Ausströmdurchgänge 51 dazwischen entlang ihrer überlappenden Flächen gebildet werden, um mit der Außenseite des Wärmetauschers 100 zu kommunizieren. Daher kann selbst dann, wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich ein Riss in den Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bildet, Fluid, das ausgetreten ist, dazu gebracht werden, zur Außenseite des Wärmetauschers 100 auszuströmen, ohne mit dem anderen Fluid vermischt zu werden, und kann in dem außerhalb des Wärmetauschers 100 befindlichen Bereich festgestellt werden.
  • Ausführungsform 2
  • Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 2 werden Bestandteile, die mit denen der Ausführungsform 1 identisch oder gleichwertig sind, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird deshalb weggelassen.
  • 10 ist eine schematische Teildarstellung, die einen Bereich zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die in einem Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 10 entspricht 5, die sich auf die Ausführungsform 1 bezieht.
  • Mit Bezug auf 10 sind die Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und miteinander verbunden. Zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) ist eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51 entlang ebener überlappender Flächen davon ausgebildet, so dass sie in einem Streifenmuster angeordnet sind und mit der Außenseite des Wärmetauschers 100 in Verbindung stehen. Die Ausströmdurchgänge 51 erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der das erste Fluid und das zweite Fluid strömen, d.h. senkrecht zu den ersten Strömungsdurchgängen 6 und den zweiten Strömungsdurchgängen 7.
  • Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 2 mit der obigen Struktur werden die Ausströmdurchgänge 51, die mit der Außenseite des Wärmeaustauschers 100 in Verbindung stehen, entlang der überlappenden Flächen gebildet. Daher kann, wie in der Ausführungsform 1, selbst wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich ein Riss in den Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bildet, Fluid, das ausgetreten ist, dazu gebracht werden, zur Außenseite des Wärmetauschers 100 auszuströmen, ohne mit dem anderen Fluid vermischt zu werden, und in dem Bereich, der sich außerhalb des Wärmetauschers 100 befindet, erkannt werden. Darüber hinaus sind die Ausströmdurchgänge 51 senkrecht zu den ersten Strömungsdurchgängen 6 und den zweiten Strömungsdurchgängen 7, und die Längen der Ausströmdurchgänge 51 nach außen sind kurz, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Ausströmdurchgänge 51 so ausgebildet sind, dass sie sich entlang der ersten Strömungsdurchgänge 6 und der zweiten Strömungsdurchgänge 7 erstrecken. Dadurch kann der Strömungsdurchgangswiderstand für das ausgetretenen Fluid verringert werden. Daher kann das Fluid mit einer Durchflussrate zum Ausströmen gebracht werden, bei der die Leckage in dem Bereich außerhalb des Wärmetauschers 100 erkannt werden kann.
  • 11 ist eine schematische Teildarstellung, die eine erste Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die im Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
  • Wie in 11 dargestellt, sind die Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und miteinander verbunden. Eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51, die in einem Gittermuster angeordnet sind und die mit der Außenseite in Verbindung stehen, sind zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) entlang ebener, sich überlappender Flächen derselben ausgebildet.
  • Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 2 mit der obigen Struktur sind die Ausströmdurchgänge 51 in einem Gittermuster angeordnet. Beim Ausströmen aus der Außenseite des Wärmetauschers 100 strömt das ausgetretene Fluid von einer Ausströmstartposition nach außen und verzweigt sich dabei im Gittermuster. Dadurch kann der Strömungsdurchgangswiderstand für das ausgetretene Fluid reduziert werden und das Fluid kann mit einer Durchflussrate zum Ausströmen gebracht werden, bei der die Leckage im Außenraum erkannt werden kann.
  • 12 ist eine schematische Teildarstellung, die eine zweite Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die im Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
  • Wie in 12 dargestellt, sind die Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an kreisförmigen gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und miteinander verbunden. Ausströmdurchgänge 51, die in einem Gittermuster angeordnet sind und die mit der Außenseite in Verbindung stehen, werden zwischen jedem Metallplattenpaar (1a und 1b) (2a und 2b) entlang ebener, sich überlappender Flächen davon gebildet.
  • Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 2 mit dem obigen Aufbau sind die Ausströmdurchgänge 51 in einem Gittermuster angeordnet, und beim Ausströmen nach außen strömt das ausgetretene Fluid von einer Ausströmstartposition nach außen, während es im Gittermuster abzweigt. Der Widerstand gegenüber dem Fluid ist zwischen der Ausströmstartposition und der Stelle, an der sich das ausgetretene Fluid zuerst in vier Fluide verzweigt, am größten. In der zweiten Modifikation von Ausführungsform 2 ist die Breite (Querschnitt) der Strömungsdurchgänge an den Kreuzungsbereichen der im Gittermuster gebildeten Strömungsdurchgänge groß. Daher kann der Widerstand für das ausgetretene Fluid verringert und das Fluid dazu gebracht werden, mit einer ausreichenden Durchflussrate auszuströmen.
  • 13 ist eine schematische Teildarstellung, die eine dritte Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die im Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
  • Wie in 13 dargestellt, sind die Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und miteinander verbunden. Eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51, die in einem Gittermuster angeordnet sind und die mit der Außenseite in Verbindung stehen, sind zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) entlang ebener überlappender Flächen davon ausgebildet. Die Strömungsdurchgangsbreite (Strömungsdurchgangquerschnitt) der Ausströmdurchgänge 51 nimmt von Randbereichen der überlappenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 zu zentralen Bereichen der überlappenden Flächen hin zu.
  • In der obigen Struktur des Plattenwärmetauschers 100 der Ausführungsform 2 sind die Längen der Ausströmdurchgänge 51, die sich in den zentralen Bereichen der überlappenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 befinden, länger als die der anderen Ausströmdurchgänge 51, wenn das Fluid, das ausgetreten ist, zur Außenseite des Wärmetauschers 100 ausströmt. Daher sind die Durchgänge im Gittermuster so geformt, dass die Strömungsdurchgangsbreiten (Querschnitte) der in den zentralen Bereichen liegenden Durchgänge groß sind. Auf diese Weise kann der Widerstand für das ausgetretene Fluid weiter verringert werden, und das Fluid kann mit einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit zum Ausströmen gebracht werden.
  • Wie oben beschrieben, kann im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 2 der Widerstand für das ausgetretene Fluid durch die im Streifen- oder Gittermuster angeordneten Ausströmdurchgänge 51 verringert werden. Daher kann das ausgetretene Fluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit nach außen ausströmen, bei der die Leckage in dem außerhalb des Wärmetauschers 100 gelegenen Bereich erkannt werden kann, ohne mit dem anderen Fluid vermischt zu werden, und es kann verhindert werden, dass eine Klimaanlage beschädigt wird, indem die mit dem Plattenwärmetauscher 100 versehene Vorrichtung mit Sicherheit abgestellt wird.
  • Ausführungsform 3
  • In Bezug auf die Ausführungsform 3 werden Komponenten, die denen der Ausführungsform 1 gleich oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden daher weggelassen.
  • 14 ist eine Schnittansicht von jeder der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die in einem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 14 entspricht 4, die sich auf die Ausführungsform 1 bezieht.
  • Wie in 14 dargestellt, sind Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und miteinander verbunden. Zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) wird eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51, die mit der Außenseite in Verbindung stehen, entlang ebener überlappender Flächen davon gebildet. Zusätzlich wird auf einer der Flächen jedes Paares von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) eine Lötschicht 53 gebildet, zwischen denen ein zugehöriger der Ausströmdurchgänge 51 gebildet (zwischengeschaltet) ist.
  • Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 3 mit der obigen Struktur haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 jeweils die doppelwandige Struktur, und der Raum zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), in dem die Ausströmdurchgänge 51 ausgebildet sind, ist eine Luftschicht und überträgt daher nicht leicht Wärme. Da jedoch die Lötschicht 53 auf einer der Flächen jedes Paares von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) ausgebildet ist, zwischen denen der zugehörige Ausströmdurchgang 51 vorgesehen ist, wird die Wärme entlang der überlappenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 leicht zu den gelöteten Bereichen 52 übertragen. Daher kann der Wärmewiderstand durch die teilweise gelötete Struktur weiter reduziert werden, und der Wärmewiderstand, der durch die doppelwandige Struktur entsteht, kann verringert werden.
  • Obwohl 14 zeigt, dass die Lötschicht 53 nur auf einer der Flächen jedes Paares von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) gebildet wird, zwischen denen der zugehörige Ausströmdurchgang 51 vorgesehen ist, ist dies nicht einschränkend. Die Lötschichten 53 können auf den jeweiligen Flächen jedes Paares von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) gebildet werden, zwischen denen der zugehörige Ausströmdurchgang 51 ausgebildet ist. In einem solchen Fall kann der durch die doppelwandige Struktur erzeugte Wärmewiderstand weiter verringert werden.
  • Ausführungsform 4
  • Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 4 werden Komponenten, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 3 identisch oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden daher weggelassen.
  • 15 ist eine Schnittansicht der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die in einem Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 15 entspricht 4, die sich auf die Ausführungsform 1 bezieht.
  • Wie in 15 dargestellt, sind die Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, an den gelöteten Bereichen 52 teilweise zusammengelötet und miteinander verbunden. Zwischen jedem Metallplattenpaar (1a und 1b) (2a und 2b) wird eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51, die mit der Außenseite in Verbindung stehen, entlang ebener überlappender Flächen davon gebildet. Zusätzlich sind innere Rippen 4 und 5 an Flächen der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) angelötet, die gegenüber den Flächen liegen, auf denen die Ausströmdurchgänge 51 gebildet sind.
  • Im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführung 4 mit der obigen Struktur haben die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 jeweils die doppelwandige Struktur, und der Raum zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), in dem die Ausströmdurchgänge 51 ausgebildet sind, ist eine Luftschicht und überträgt daher nicht leicht Wärme. Die inneren Rippen 4 und 5 sind jedoch an die Flächen der Metallplattenpaare (1a und 1b) (2a und 2b) gelötet, die den Flächen gegenüberliegen, auf denen die Ausströmdurchgänge 51 ausgebildet sind. Somit weist der Plattenwärmetauscher 100 dreischichtige Strukturen auf, einschließlich der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, Lötmaterialschichten und der inneren Rippen 4 und 5. Infolgedessen wird die Wärme leichter zu den gelöteten Bereichen 52 übertragen. Daher kann der Wärmewiderstand durch die teilweise gelötete Struktur weiter reduziert werden, und der Wärmewiderstand, der durch die doppelwandige Struktur entsteht, kann verringert werden.
  • Ausführungsform 5
  • Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 5 werden Komponenten, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 4 identisch oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden daher weggelassen.
  • 16 ist eine perspektivische Vorderansicht der Wärmeübertragungsplatten 1 und 2, die in einem Plattenwärmetauscher 100 gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
  • Zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 gemäß Ausführungsform 5 bilden, ist ein Umfangs-Leckagedurchgang 14 entlang der Innenseiten der äußeren Wandbereiche 17 angeordnet. Der Umfangs-Leckagedurchgang 14 kommuniziert mit einer Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51 und steht auch mit der Außenseite in Verbindung. Daher strömt das Fluid, das ausgetreten ist und durch die Ausströmdurchgänge 51 strömt, nach dem Zusammenführen im Umfangs-Leckagedurchgang 14 nach außen aus dem Wärmetauscher 100.
  • 17 ist eine schematische Teildarstellung, die einen Bereich zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) zeigt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 18 ist eine schematische Teildarstellung, die eine erste Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten sind, veranschaulicht. 19 ist eine schematische Teildarstellung, die eine zweite Modifikation des Bereichs zwischen jedem der Paare von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) darstellt, die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, die in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
  • Wie in 17 dargestellt, kann jedes Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) angeordnet sein, ohne im Wärmetauschbereich miteinander verbunden zu sein, so dass der Ausströmdurchgang 51 im gesamten Wärmetauschbereich gebildet wird. Alternativ kann, wie in 18 dargestellt, der Wärmetauschbereich zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) mit einem haftungsverhindernden Material in einem Streifenmuster beschichtet sein, und ein Lötflächenkörper, z.B. aus Kupfer, kann zwischen jedes Paar Metallplatten gelegt werden, so dass die Vielzahl der Ausströmdurchgänge 51 in einem Streifenmuster gebildet wird. Alternativ kann, wie in 19 dargestellt, der Wärmetauschbereich zwischen jedem Paar Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b) mit einem haftungsverhindernden Material in einem Gittermuster beschichtet sein, und ein Lötflächenkörper, z.B. aus Kupfer, kann zwischen jedes Paar Metallplatten gelegt werden, so dass die Vielzahl der Ausströmdurchgänge 51 in einem Gittermuster gebildet wird.
  • In dem Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 5 mit der obigen Struktur ist zwischen den Paaren von Metallplatten (1a und 1b) (2a und 2b), die die Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bilden, der Umfangs-Leckagedurchgang 14 entlang der Innenseiten der äußeren Wandbereiche 17 angeordnet. Selbst wenn also einige der Ausströmdurchgänge 51 verstopft sind, kann das ausgetretene Fluid veranlasst werden, sich im Umfangs-Leckagedurchgang 14 zu vereinigen und dann durch die anderen Ausströmdurchgänge 51 zur Außenseite des Wärmetauschers 100 auszuströmen. Da sich das ausgetretene Fluid im Umfangs-Leckagedurchgang 14 vereinigt, kann das Fluid außerdem mit einer Durchflussrate zum Ausströmen gebracht werden, bei der die Leckage früher erkannt werden kann. Da außerdem die Anzahl der Kanäle, durch die das Fluid ausströmt, reduziert werden kann, kann ein Teil des Wärmetauschers 100, aus dem das Fluid nach außerhalb des Wärmetauschers 100 ausströmt, leicht festgelegt werden, und es können leicht Sensoren zur Erkennung von Leckagen des Fluids im Bereich außerhalb des Wärmetauschers 100 angeordnet werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der Erkennungssensoren reduziert werden, wodurch die Kosten gesenkt werden können.
  • Ausführungsform 6
  • Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 6 werden Komponenten, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 5 identisch oder gleichwertig sind, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden daher weggelassen.
  • 20 ist eine perspektivische seitliche Explosionsansicht eines Plattenwärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. 21 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Wärmeübertragungssatzes 200, der in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 22 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte 2, die in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 23 ist eine Schnittansicht des Wärmeübertragungssatzes 200 im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 21.
  • Wie in den 21 bis 23 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 6 zwischen den Metallplattenpaaren (1a und 1b) (2a und 2b) Trennwanddurchgänge 31 und 32 vorgesehen, die sich in Längsrichtung erstrecken. Die Trennwanddurchgänge 31 und 32 sind mit einer Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51 verbunden, die in einem Streifenmuster angeordnet sind und die mit der Außenseite in Verbindung stehen.
  • Wie in 23 dargestellt, wird der Trennwanddurchgang 31 gebildet, indem ein Vorsprung auf der Metallplatte 1a gebildet und die Metallplatten 1a und 1b miteinander verbunden werden. Der Trennwanddurchgang 32 wird durch Ausbilden eines Vorsprungs auf der Metallplatte 2b und Verbinden der Metallplatten 2a und 2b miteinander gebildet.
  • Obwohl die Trennwanddurchgänge 31 und 32 durch die Bildung von Vorsprüngen an den Metallplatten 1a und 2b gebildet werden, wie in 23 dargestellt, ist dies nicht beschränkend. Beispielsweise können die Trennwanddurchgänge 31 und 32 durch die Bildung von Vorsprüngen oder Ausnehmungen an oder in mindestens einem der Metallplattenpaare (1a und 1b) und mindestens einem der Metallplattenpaare (2a und 2b) gebildet werden.
  • In jedem ersten Strömungsdurchgang 6 wird die vorstehende Außenwand eines zugehörigen Trennwanddurchgangs 31 mit einer zugehörigen Metallplatte 2a verlötet, um eine Trennwand im ersten Strömungsdurchgang 6 zu bilden. In jedem zweiten Strömungsdurchgang 7 wird die vorstehende Außenwand eines zugehörigen Trennwanddurchgangs 32 an eine zugehörige Metallplatte 1b gelötet, um eine Trennwand im zweiten Strömungsdurchgang 7 zu bilden.
  • Wie in 21 dargestellt, kann das erste Fluid in jedem ersten Strömungsdurchgang 6 durch die Trennwand im ersten Strömungsdurchgang 6 eine Kehrtwende machen. Um genauer zu sein, macht das erste Fluid in jedem ersten Strömungsdurchgang 6 eine Kehrtwende und strömt auf folgende Weise. Das erste Fluid, das durch die Öffnung 27 in den ersten Strömungsdurchgang 6 geströmt ist, strömt durch einen zwischen der Trennwand im ersten Strömungsdurchgang 6 und den äußeren Wandbereichen 17 des ersten Strömungsdurchgangs 6 gebildeten Strömungsdurchgang zur Öffnung 29, macht eine Kehrtwende durch einen Strömungsdurchgang um die Öffnung 29 und die Öffnung 30, strömt durch einen zwischen der Trennwand im ersten Strömungsdurchgang 6 und den Wandbereichen 17 des ersten Strömungsdurchgangs 6 gebildeten Strömungsdurchgang zur Öffnung 28 und strömt dann durch die Öffnung 28 heraus.
  • Wie in 22 dargestellt, kann das zweite Fluid in jedem zweiten Strömungsdurchgang 7 durch die Trennwand im zweiten Strömungsdurchgang 7 eine Kehrtwende machen. Um genauer zu sein, macht das zweite Fluid in jedem zweiten Strömungsdurchgang 7 eine Kehrtwende und strömt auf folgende Weise. Das zweite Fluid, das durch die Öffnung 29 in den zweiten Strömungsdurchgang 7 geströmt ist, strömt zur Öffnung 27 durch einen Strömungsdurchgang, der zwischen der Trennwand im zweiten Strömungsdurchgang 7 und den äußeren Wandbereichen 17 des zweiten Strömungsdurchgangs 7 gebildet ist, macht eine Kehrtwende durch einen Strömungsdurchgang um die Öffnung 27 und die Öffnung 28, strömt zur Öffnung 30 durch einen Strömungsdurchgang, der zwischen der Trennwand im zweiten Strömungsdurchgang 7 und den äußeren Wandbereichen 17 des zweiten Strömungsdurchgangs 7 gebildet ist, und strömt dann durch die Öffnung 30 heraus.
  • Da die Trennwanddurchgänge 31 und 32 die Ausströmdurchgänge 51 überlappen, dienen die Trennwanddurchgänge 31 und 32 als Bereiche der Ausströmdurchgänge 51. Daher ist der Strömungsdurchgangswiderstand für das ausgetretene Fluid geringer als in dem Fall, in dem nur die Ausströmdurchgänge 51 vorgesehen sind, die streifenförmig angeordnet sind und mit der Außenseite in Verbindung stehen, und das Fluid kann mit einer Strömungsgeschwindigkeit zum Strömen gebracht werden, bei der die Leckage im Bereich außerhalb des Wärmetauschers 100 erkannt werden kann. In dem Fall, dass die Ausströmdurchgänge 51, wie in 10 dargestellt, so vorgesehen sind, dass sie sich senkrecht zu den ersten Strömungsdurchgängen 6 und den zweiten Strömungsdurchgängen 7 erstrecken, bilden die Ausströmdurchgänge 51 zusammen mit den zusätzlich gebildeten Trennwanddurchgängen 31 Ausströmdurchgänge in einem solchen Gittermuster, wie in 11 dargestellt. Beim Ausströmen nach außen strömt also das ausgetretene Fluid von einer Ausströmstartposition nach außen und verzweigt sich dabei im Gittermuster. Auf diese Weise kann der Strömungsdurchgangswiderstand für das ausgetretene Fluid reduziert werden und das Fluid kann mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit zum Ausströmen gebracht werden, bei der die Leckage im Bereich außerhalb des Wärmetauschers 100 erkannt werden kann.
  • Darüber hinaus kann durch die Anordnung der Trennwanddurchgänge 31 und 32 die Strömungsdurchgangbreite (Breite in einer Richtung senkrecht zur Strömung) der Strömungsdurchgänge um die Hälfte reduziert werden. So kann beim Einströmen in die inneren Rippen 4 durch die Öffnung 27 das erste Fluid dazu gebracht werden, gleichmäßig in die Räume zwischen den inneren Rippen 4 zu strömen. Dadurch kann die Wärmetauschleistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert werden. In dem Fall, dass das erste Fluid Kühlmittel und das zweite Fluid Wasser oder ein Frostschutzmittel ist, strömt das erste Fluid bei der Verdampfung in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeits-Zustand, in dem Gas und Flüssigkeit gemischt sind, und das Gasverhältnis steigt mit der allmählichen Verdampfung der Flüssigkeit. Im Gegensatz dazu strömt beim Kondensieren das erste Fluid in einem gasförmigen Zustand, und das Gasverhältnis nimmt ab, wenn das Gas allmählich kondensiert. Wenn also das erste Fluid verdampft, steigt der Druckverlust, je näher die Stelle zum Auslass hin liegt, und wenn das erste Fluid kondensiert, steigt der Druckverlust, je näher die Stelle zum Einlass hin liegt. Daher kann, wie in 21 dargestellt (die die Strömung des Fluids für den Fall veranschaulicht, dass das Fluid verdampft), ein stromabwärts gelegener Bereich des Strömungsdurchgangs von der Öffnung 30 bis zur Öffnung 28 so ausgebildet werden, dass die Breite des Strömungsdurchgangs geringer ist als die eines stromaufwärts gelegenen Bereichs des obigen Strömungsdurchgangs, wodurch der Druckverlust verringert und somit die Wärmeaustauschleistung verbessert werden kann. Obwohl der Trennwanddurchgang 32 für das zweite Fluid als Wärmeverlustdurchgang dient, hat der Wärmeverlustdurchgang einen ausreichend hohen Wärmewiderstand, da der Trennwanddurchgang 32 eine hohle Struktur hat. Der Einfluss des Trennwanddurchgangs 32 auf die Leistung ist daher gering.
  • Ausführungsform 7
  • Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 7 werden Komponenten, die mit denen in den Ausführungsformen 1 bis 6 identisch oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden daher weggelassen.
  • 24 ist eine perspektivische seitliche Explosionsansicht eines Plattenwärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. 25 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Wärmeübertragungssatzes 200, der in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 26 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte 2, die in dem Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 27 ist eine Schnittansicht des Wärmeübertragungssatzes 200, der im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung enthalten ist, entlang der Linie A-A in 25.
  • Wie in den 25 bis 27 dargestellt, sind im Plattenwärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 7 zwischen dem Metallplattenpaar (1a und 1b) in Längsrichtung verlaufende Trennwanddurchgänge 31 und 32 angeordnet. Die Trennwanddurchgänge 31 und 32 sind mit einer Vielzahl von Ausströmdurchgängen 51 verbunden, die in einem Streifenmuster angeordnet sind und die mit der Außenseite des Wärmetauschers 100 in Verbindung stehen.
  • Wie in 27 dargestellt, werden die Trennwanddurchgänge 31 und 32 gebildet, indem Vorsprünge an der Metallplatte 1a gebildet und die Metallplatte 1a und die Metallplatte 1b miteinander verbunden werden.
  • Wie oben beschrieben, werden im Plattenwärmetauscher 100 der Ausführungsform 7 mit dem oben beschriebenen Aufbau in einem Strömungsdurchgang zwei Trennwanddurchgänge 31 und 32 gebildet, so dass zusätzlich zu dem Vorteil der Ausführungsform 6 folgende Vorteile erzielt werden können. Der Strömungsdurchgangswiderstand für das ausgetretenen Fluid kann weiter verringert werden, und das Fluid kann mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit zum Ausströmen gebracht werden, bei der die Leckage in dem außerhalb des Wärmetauschers 100 befindlichen Raum festgestellt werden kann. Außerdem wird durch dir Anbringung der Trennwanddurchgänge 31 und 32 eine S-förmig mäanderförmige Strömung erzeugt, wodurch die Breite der Strömungsdurchgänge (Breite in einer Richtung senkrecht zur Strömung) weiter verringert werden kann. Daher kann beim Einströmen in die inneren Rippen 4 durch die Öffnung 27 das erste Fluid gleichmäßiger in die inneren Rippen 4 geleitet werden. Dadurch kann die Wärmetauschleistung des Plattenwärmetauschers 100 verbessert werden. Darüber hinaus werden in dem Fall, dass das erste Fluid Kühlmittel und das zweite Fluid Wasser oder ein Frostschutzmittel ist, wie in 25 dargestellt (die die Strömung beim Verdampfungsprozess veranschaulicht), drei Strömungsdurchgänge von der Öffnung 27 zur Öffnung 28 gebildet, so dass deren Strömungsdurchgangbreite abnimmt, je näher die Stelle an der stromaufwärts gelegenen Seite liegt. Dadurch kann der Druckverlust verringert und die Wärmetauschleistung verbessert werden.
  • Ausführungsform 8
  • Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. In Bezug auf die Ausführungsform 8 werden Komponenten, die denen in den Ausführungsformen 1 bis 7 gleich oder gleichwertig sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibungen werden daher weggelassen.
  • Eine Wärmepumpenvorrichtung 26, auf die der Plattenwärmetauscher 100 angewandt wird, der in einer der Ausführungsformen 1 bis 7 beschrieben ist, wird in Ausführungsform 8 beschrieben. Ein Wärmepumpentyp eines Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 wird als Beispiel einer Anwendung der Wärmepumpenvorrichtung 26 beschrieben.
  • 28 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Wärmepumpentyps des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 28 dargestellt, weist der Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 gemäß Ausführungsform 8 die in einem Gehäuse angeordnete Wärmepumpenvorrichtung 26 auf. Die Wärmepumpenvorrichtung 26 weist einen Kühlmittelkreislauf 24, in dem das Kühlmittel zirkuliert, und einen Wärmemittelkreislauf 25, in dem ein Wärmemittel zirkuliert, auf. Im Kühlmittelkreislauf 24 sind ein Kompressor 18, ein erster Wärmetauscher 21, eine Druckminderungseinrichtung 20 und ein zweiter Wärmetauscher 19 nacheinander durch Rohre verbunden. Die Druckminderungseinrichtung 20 ist z.B. ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr.
  • Im Wärmemittelkreislauf 25 sind der erste Wärmetauscher 21, eine Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorrichtung 23 und eine Pumpe 22, die das Wärmemittel zirkulieren lässt, durch Rohre nacheinander verbunden.
  • Der erste Wärmetauscher 21 ist der Plattenwärmetauscher 100 nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7 und bewirkt den Wärmetausch zwischen dem im Kühlmittelkreislauf 24 zirkulierenden Kühlmittel und dem im Wärmemittelkreislauf 25 zirkulierenden Wärmemittel. Das im Wärmemittelkreislauf 25 zirkulierende Wärmemittel kann jedes Fluid sein, das in der Lage ist, Wärme mit dem Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 24 auszutauschen, wie z.B. Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol oder eine Mischung davon. Das Kühlmittel ist z.B. R410A, R32, R290 oder CO2.
  • Der Plattenwärmetauscher 100 ist im Kühlmittelkreislauf 24 so angeordnet, dass das Kühlmittel durch die ersten Strömungsdurchgänge 6 und das Wärmemittel durch die zweiten Strömungsdurchgänge 7 strömt.
  • Die Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorrichtung 23 weist einen Warmwasserbehälter (nicht abgebildet) und eine Inneneinheit (nicht abgebildet) auf, die einen Innenraum klimatisiert. Das Wärmemittel, das durch den Wärmemittelkreislauf 25 strömt, tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, das durch den Kühlmittelkreislauf 24 im Plattenwärmetauscher 100 strömt, und wird dadurch erwärmt. Das erwärmte Wärmemittel wird im Warmwasserbehälter (nicht abgebildet) gespeichert. Darüber hinaus wird das erwärmte Wärmemittel zu einem Wärmetauscher geleitet, der in der Inneneinheit (nicht abgebildet) enthalten ist, und tauscht Wärme mit der Raumluft aus, wodurch die Raumluft erwärmt wird. Die erwärmte Raumluft wird in den Innenraum geleitet, um den Innenraum zu erwärmen.
  • Obwohl es nicht dargestellt ist, wird bei einem Kühlvorgang die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 24 z.B. durch ein Vierwegeventil umgekehrt und das durch den Wärmemittelkreislauf 25 strömende Wärmemittel tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, das im Plattenwärmetauscher 100 durch den Kühlmittelkreislauf 24 strömt und dabei gekühlt wird. Das abgekühlte Wärmemittel wird zum Wärmetauscher in der Inneneinheit (nicht abgebildet) geleitet und tauscht Wärme mit der Raumluft aus, wodurch die Raumluft gekühlt wird. Die abgekühlte Raumluft wird in den Innenraum geleitet, um den Innenraum zu kühlen.
  • Die Konfiguration der Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorrichtung 23 ist nicht auf die obige Konfiguration beschränkt. Die Konfiguration der Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorrichtung 23 kann in jeder beliebigen Konfiguration angewendet werden, solange die Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorrichtung 23 eine Konfiguration hat, die die Durchführung von Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungsvorgängen unter Verwendung von Wärme- oder Kühlenergie des Wärmemittels im Wärmemittelkreislauf 25 ermöglicht.
  • Wie oben bei den Ausführungsformen 1 bis 7 beschrieben, enthält der Plattenwärmetauscher 100 die inneren Rippen 4 und 5, deren Strömungsdurchgangsformen für die Strömungen der jeweiligen Fluide optimiert werden können, um die Leistung des Plattenwärmetauschers 100 zu verbessern. Darüber hinaus kann im Plattenwärmetauscher 100 die Verschlechterung der Wärmeübertragungsleistung, die ein Nachteil einer doppelwandigen Struktur ist, verringert werden, und selbst wenn z.B. Korrosion oder Gefrieren auftritt und sich ein Riss in den Wärmeübertragungsplatten 1 und 2 bildet, können beide Fluide dazu gebracht werden, nach außen aus dem Wärmeaustauscher 100 herauszuströmen, ohne miteinander vermischt zu werden, und können in dem Bereich, der sich außerhalb des Wärmeaustauschers 100 befindet, erkannt werden. Der Plattenwärmetauscher 100 hat eine hohe Leistung und kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
  • So kann in dem Fall, dass der Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 gemäß Ausführungsform 8 mit dem Plattenwärmetauscher 100 ausgestattet ist, der Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300 mit einem hohen Wirkungsgrad und einer hohen Zuverlässigkeit betrieben und dessen Stromverbrauch und CO2-Emissionen reduziert werden.
  • In Ausführungsform 8 wird der Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300, der den Wärmetausch zwischen Kühlmittel und Wasser bewirkt, oben als Beispiel für einen Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems beschrieben, bei dem der Plattenwärmetauscher 100 eingesetzt wird. Jeder der Plattenwärmetauscher 100 gemäß den Ausführungsformen 1 bis 7 kann jedoch nicht nur für den Wärmepumpentyp des Kühl-, Heiz- und Warmwasserversorgungssystems 300, sondern auch für verschiedene Industrie- und Haushaltsgeräte, wie z.B. einen Kühler, ein Stromerzeugungsgerät oder eine Hitzesterilisationsvorrichtung für Lebensmittel, eingesetzt werden.
  • Auflistung der Bezugszahlen
    • 1
    Wärmeübertragungsplatte
    1a
    Metallplatte
    1b
    Metallplatte
    2
    Wärmeübertragungsplatte
    2a
    Metallplatte
    2b
    Metallplatte
    4
    innere Rippe
    5
    innere Rippe
    6
    erster Strömungsdurchgang
    7
    zweiter Strömungsdurchgang
    8
    zweite Verstärkungs-Seitenplatte
    9
    erstes Auslassrohr
    10
    zweites Einlassrohr
    11
    zweites Auslassrohr
    12
    erstes Einlassrohr
    13
    erste Verstärkungs-Seitenplatte
    14
    Umfangs-Leckagedurchgang
    17
    äußerer Wandbereich
    18
    Kompressor
    19
    zweiter Wärmetauscher
    20
    Druckminderungseinrichtung
    21
    erster Wärmetauscher
    22
    Pumpe
    23
    Warmwasser-Versorgungsvorrichtung
    24
    Kühlmittelkreislauf
    25
    Wärmemittelkreislauf
    26
    Wärmepumpenvorrichtung
    27
    Öffnung
    28
    Öffnung
    29
    Öffnung
    30
    Öffnung
    31
    Trennwanddurchgang
    32
    Trennwanddurchgang
    40
    erster Verteiler
    41
    zweiter Verteiler
    51
    Ausströmdurchgang
    52
    gelöteter Bereich
    53
    Lötschicht
    100
    Plattenwärmetauscher
    300
    Warmwasserversorgungssystem

Claims (12)

  1. Plattenwärmetauscher (100), der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), von denen jede an vier Ecken Öffnungen aufweist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) aufeinandergestapelt ist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) bereichsweise zusammengelötet sind, so dass ein erster Strömungsdurchgang (6), durch den ein erstes Fluid strömt, und ein zweiter Strömungsdurchgang (7), durch den ein zweites Fluid strömt, abwechselnd angeordnet sind, wobei eine zugeordnete der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) zwischen dem ersten Strömungsdurchgang (6) und dem zweiten Strömungsdurchgang (7) angeordnet ist, wobei die Öffnungen (27,28,29,30) an den vier Ecken so angeordnet sind, dass die Öffnungen (27,28,29,30) an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen, wodurch sie einen ersten Verteiler (40) und einen zweiten Verteiler (41) bilden, wobei der erste Verteiler (40) so konfiguriert ist, dass das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchgang (6) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei der zweite Verteiler (41) so konfiguriert ist, dass das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchgang (7) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei sowohl im ersten Strömungsdurchgang (6) als auch im zweiten Strömungsdurchgang (7) innere Rippen (4,5) angeordnet sind, wobei mindestens eine von zweien der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), zwischen denen sich der erste Strömungsdurchgang (6) oder der zweite Strömungsdurchgang (7) befindet, durch Stapeln von zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) so gebildet ist, dass die zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) ebene überlappende Flächen aufweisen, und wobei zwischen den zwei Metallplatten (1a,1b,2a,2b), deren ebene überlappende Flächen bereichsweise zusammengelötet sind, so dass eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51), die nicht zusammengelötet sind, zwischen gelöteten Bereichen der ebenen überlappenden Flächen, in denen die ebenen überlappenden Flächen der zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) zusammengelötet sind, so gebildet werden, dass sie mit der Außenseite des Plattenwärmetauschers (100) in Verbindung stehen.
  2. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Ausströmdurchgänge (51) in einem Streifen- oder Gittermuster angeordnet sind.
  3. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 1, wobei ein gelöteter Bereich (52), in dem die ebenen überlappenden Flächen zusammengelötet sind, eine kreisförmige Gestalt hat.
  4. Plattenwärmetauscher (100), der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), von denen jede an vier Ecken Öffnungen (27,28,29,30) aufweist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) aufeinandergestapelt ist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) bereichsweise zusammengelötet sind, so dass ein erster Strömungsdurchgang (6), durch den ein erstes Fluid strömt, und ein zweiter Strömungsdurchgang (7), durch den ein zweites Fluid strömt, abwechselnd angeordnet sind, wobei eine zugeordnete der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) zwischen dem ersten Strömungsdurchgang (6) und dem zweiten Strömungsdurchgang (7) angeordnet ist, wobei die Öffnungen (27,28,29,30) an den vier Ecken so angeordnet sind, dass die Öffnungen (27,28,29,30) an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen, wodurch sie einen ersten Verteiler (40) und einen zweiten Verteiler (41) bilden, wobei der erste Verteiler (40) so konfiguriert ist, dass das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchgang (6) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei der zweite Verteiler (41) so konfiguriert ist, dass das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchgang (7) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei sowohl im ersten Strömungsdurchgang (6) als auch im zweiten Strömungsdurchgang (7) innere Rippen (4,5) angeordnet sind, wobei mindestens eine von zweien der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), zwischen denen sich der erste Strömungsdurchgang (6) oder der zweite Strömungsdurchgang (7) befindet, durch Stapeln von zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) so gebildet ist, dass die zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) ebene überlappende Flächen aufweisen, wobei zwischen den zwei Metallplatten (1a,1b,2a,2b), deren ebene überlappende Flächen bereichsweise zusammengelötet sind, so dass eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51), die nicht zusammengelötet sind, zwischen gelöteten Bereichen (52) der ebenen überlappenden Flächen, in denen die ebenen überlappenden Flächen der zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) zusammengelötet sind, so gebildet werden, dass sie mit der Außenseite des Plattenwärmetauschers (100) in Verbindung stehen, wobei die Vielzahl der Ausströmdurchgänge (51) in einem Gittermuster angeordnet sind, wobei ein zentraler Bereich von jedem der Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51) einen größeren Strömungsdurchgangsquerschnitt aufweist als ein Strömungsdurchgangsquerschnitt eines Randbereichs jedes Ausströmdurchgangs (51).
  5. Plattenwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Lötschicht (53) auf mindestens einer der ebenen überlappenden Flächen der beiden Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) ausgebildet ist, zwischen denen die Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51) gebildet ist.
  6. Plattenwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die inneren Rippen (4,5) an ebenen Flächen der beiden Metallplatten (1a, 1 b,2a,2b) angelötet sind, die den ebenen überlappenden Flächen gegenüberliegen, zwischen denen die Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51) gebildet sind.
  7. Plattenwärmetauscher (100), der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), von denen jede an vier Ecken Öffnungen (27,28,29,30) aufweist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) aufeinandergestapelt ist, wobei die Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) bereichsweise zusammengelötet sind, so dass ein erster Strömungsdurchgang (6), durch den ein erstes Fluid strömt, und ein zweiter Strömungsdurchgang (7), durch den ein zweites Fluid strömt, abwechselnd angeordnet sind, wobei eine zugeordnete der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2) zwischen dem ersten Strömungsdurchgang (6) und dem zweiten Strömungsdurchgang (7) angeordnet ist, wobei die Öffnungen (27,28,29,30) an den vier Ecken so angeordnet sind, dass die Öffnungen (27,28,29,30) an jeder der vier Ecken miteinander in Verbindung stehen, wodurch sie einen ersten Verteiler (40) und einen zweiten Verteiler (41) bilden, wobei der erste Verteiler (40) so konfiguriert ist, dass das erste Fluid in den ersten Strömungsdurchgang (6) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei der zweite Verteiler (41) so konfiguriert ist, dass das zweite Fluid in den zweiten Strömungsdurchgang (7) einströmen und aus diesem ausströmen kann, wobei sowohl im ersten Strömungsdurchgang (6) als auch im zweiten Strömungsdurchgang (7) innere Rippen (4,5) angeordnet sind, wobei mindestens eine von zweien der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (1,2), zwischen denen sich der erste Strömungsdurchgang (6) oder der zweite Strömungsdurchgang (7) befindet, durch Stapeln von zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) so gebildet ist, dass die zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) ebene überlappende Flächen aufweisen, wobei zwischen den zwei Metallplatten (1a,1b,2a,2b), deren ebene überlappende Flächen bereichsweise zusammengelötet sind, so dass eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51), die nicht zusammengelötet sind, zwischen gelöteten Bereichen (52) der ebenen überlappenden Flächen, in denen die ebenen überlappenden Flächen der zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) zusammengelötet sind, so gebildet werden, dass sie mit der Außenseite des Plattenwärmetauschers (100) in Verbindung stehen, wobei die Kanten der beiden Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) äußere Wandbereiche (17) aufweisen, und wobei ein Umfangs-Leckagedurchgang (14), der mit der Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51) in Verbindung steht, zwischen den beiden Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) und innerhalb der äußeren Wandbereiche (17) ausgebildet ist.
  8. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten (1,2) je äußere Wandbereiche (17) an Kanten der Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten (1,2) aufweisen, und die äußeren Wandbereiche (17) von der Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten (1,2) in einer Richtung, in der die Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten (1,2) aufeinandergestapelt sind, gebogen sind, und wobei zwischen Räumen zwischen den äußeren Wandbereichen (17) jeder der Vielzahl der Wärmeübertragungsplatten (1,2), welche zwischen den zwei Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) angeordnet sind, auch die Vielzahl der Ausströmdurchgänge (51) angeordnet sind.
  9. Plattenwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens eine der beiden Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) so bearbeitet ist, dass sie einen Vorsprung oder eine Ausnehmung aufweist, um einen Trennwanddurchgang (31,32) zu bilden, der den ersten Strömungsdurchgang (6) oder den zweiten Strömungsdurchgang (7) voneinander isoliert.
  10. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 9, wobei der Trennwanddurchgang (31,32) mit der Vielzahl von Ausströmdurchgängen (51) überlappt.
  11. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine von einer der mindestens einen der beiden Metallplatten (1a, 1b, 2a, 2b) vorstehende Außenwand des Trennwanddurchgangs (31,32) an eine zugehörige Metallplatte (1b,2a) gelötet ist, um eine Trennwand in dem ersten Strömungsdurchgang (6) oder dem zweiten Strömungsdurchgang (7) zu bilden.
  12. Wärmepumpenvorrichtung (26), aufweisend: einen Kühlmittelkreislauf (24), in dem ein Kompressor (18), ein Wärmetauscher, eine Druckminderungseinrichtung (20) und der Plattenwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verbunden sind und in dem Kühlmittel zirkuliert; und einen Wärmemittelkreislauf (25), in dem ein Wärmemittel zirkuliert, wobei das Wärmemittel im Plattenwärmetauscher (100) Wärme mit dem Kühlmittel austauscht.
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