JP2000258082A - 水・冷媒熱交換器 - Google Patents

水・冷媒熱交換器

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JP2000258082A
JP2000258082A JP11061421A JP6142199A JP2000258082A JP 2000258082 A JP2000258082 A JP 2000258082A JP 11061421 A JP11061421 A JP 11061421A JP 6142199 A JP6142199 A JP 6142199A JP 2000258082 A JP2000258082 A JP 2000258082A
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water
flow path
heat transfer
heat exchanger
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Hirokazu Izaki
博和 井崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水・冷媒熱交換器の凝縮器としてプレート式
熱交換器を使用し、熱交換性能の良いものを提供する。 【解決手段】 複数の略平板状の伝熱プレートを間隔を
おいて重ね合わせることにより伝熱プレート間に冷媒流
路と水流路とを交互に形成し、冷媒出入口用の開口と水
出入口用の開口とを形成したプレート式熱交換器を備え
た水・冷媒熱交換器のにおいて、2枚の伝熱プレートで
挟まれた冷媒流路で、かつ、これら伝熱プレートの外側
を水などの熱源流体の流路になる単位流路を作り、この
単位流路を複数合わせて集合冷媒流路とし、この集合冷
媒流路の流通方向を交互に逆転させて直列に連通させる
と共に、集合冷媒流路の単位流路数を一方の冷媒開口か
ら他方の冷媒開口へ向かって減少させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレート式熱交換
器の構造を用いた水・冷媒熱交換器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、冷媒を使って温水を作って機外に
供給する給湯や温水器用のヒートポンプには、水・冷媒
熱交換器を備えたものがあり、水・冷媒熱交換器を冷媒
回路の凝縮器として使用している。この水・冷媒熱交換
器に圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒ガスを流入さ
せ、水回路を流れる水と熱交換させて水を加熱する。水
回路には貯湯タンクを備え、貯湯タンクに溜めて置いた
水を水・冷媒熱交換器に循環させることにより温水を作
るものである。
【0003】この水・冷媒熱交換器にプレート式熱交換
器を使用すればコンパクトな給湯温水器ができる。一般
に、プレート式熱交換器は略平板状の伝熱プレートで形
成される。この伝熱プレートを、所定間隔をおいて複数
枚重ねあわせ、開口の周りをシール部材で封止し、伝熱
プレートの周縁部をろう付けすることにより、冷媒流路
と水流路とが交互に形成される。図5は従来のプレート
式熱交換器1の内部を模式的に示した断面図である。2
枚の伝熱プレートで挟まれた流路が冷媒と水との流路に
区分され交互に配置される。
【0004】冷媒入口用の開口2から流入した冷媒は、
矢印方向に冷媒流路6を流れて冷媒出口用の開口3から
流出する。一方、水入口用の開口4から流入した水が冷
媒の流れとは対向するように水流路7を流れて水出口用
の開口5から流出する。冷媒と水とがプレート式熱交換
器1内を流れて熱交換が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】プレート式熱交換器1
が水・冷媒熱交換器の凝縮器として使用される場合、熱
交換器内の凝縮を十分に熱交換させるためには流路断面
積に対して流路長さが長いことが必要になる。
【0006】ところが、このプレート式熱交換器1の流
路長さを確保するために形状を細長くすると、熱交換器
を収納する機器やその機器の設置場所を考慮した場合、
実用的ではないという問題がある。さらに、冷媒流路6
を流れる冷媒がプレート式熱交換器1内で凝縮すると、
容積が減少するので、熱交換器内の冷媒の流速が低下す
る。また、液化した冷媒は熱交換器内側に液膜を作った
り、液滴となるので、熱交換器内の冷媒と水との熱伝達
率が低下するという問題がある。
【0007】本発明の目的は、上記の問題点を解消し水
・冷媒熱交換器の凝縮器としてプレート式熱交換器1を
使用する場合に熱交換性能の良いものを提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、複数
の略平板状の伝熱プレートを間隔をおいて重ね合わせる
ことにより伝熱プレート間に冷媒流路と水流路とを交互
に形成し、端のプレートに冷媒出入口用の開口と水出入
口用の開口とを形成したプレート式熱交換器を備えた水
・冷媒熱交換器において、2枚の伝熱プレートで挟まれ
た冷媒流路で、かつ、これら伝熱プレートの外側を水な
どの熱源流体の流路になる単位流路を作り、この単位流
路を複数合わせて集合冷媒流路とし、この集合冷媒流路
の流通方向を交互に逆転させて直列に連通させると共
に、集合冷媒流路の単位流路数を一方の冷媒開口から他
方の冷媒開口へ向かって減少させたものである。
【0009】請求項2の発明は、複数の略平板状の伝熱
プレートを間隔をおいて重ね合わせることにより伝熱プ
レート間に冷媒流路と水流路とを交互に形成し、端のプ
レートに冷媒出入口用の開口と水出入口用の開口とを形
成したプレート式熱交換器を備えた水・冷媒熱交換器に
おいて、2枚の伝熱プレートで挟まれた冷媒流路で、か
つ、これら伝熱プレートの外側を水などの熱源流体の流
路になる単位流路を作り、この単位流路を複数合わせて
集合冷媒流路とし、この集合冷媒流路の流通方向を交互
に逆転させて直列に連通させると共に、集合冷媒流路の
単位流路数を一方の冷媒開口から他方の冷媒開口へ向か
って順次減少させたものである。
【0010】請求項3の発明は、請求項1または2記載
のプレート式熱交換器を備えた水・冷媒熱交換器におい
て、一方の冷媒開口に接続された冷媒流路は1本の単位
流路によって構成されている。
【0011】プレート式熱交換器を凝縮器として使用す
る場合、上流側から流入した冷媒がプレート式熱交換器
内で液化し下流側では容積を減少させるが、請求項1、
2または3記載の発明によれば、上流側開口から下流側
開口へ向かって冷媒の容積の減少に合わせて単位流路数
を減少させているので、冷媒流路の断面積も減り、この
流路を流れる冷媒の流速の低下を抑えることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
【0013】図1は第1の実施形態によるプレート式熱
交換器1の分解構造図で、四隅部に流体の出入口となる
開口部または閉塞部が設けられた略平板状のプレートで
構成される。このプレートを所定間隔をおいて複数枚重
ねあわせ、開口の周りをシール部材で封止し、伝熱プレ
ートの周縁部をろう付けすることにより、冷媒流路6と
水流路7とを交互に形成する。一番上と一番下のプレー
ト8A、8Bは、プレート式熱交換器1のフレームを形
成する強度の強い厚板である。その中間を5種類の伝熱
プレートが組み合わされて配置される。9は伝熱プレー
トAでプレートの隅2ヵ所に階段状の凹部10が設けら
れ、さらに隅2ヵ所に流体の通る流通孔11a、11b
が設けられている。その下の伝熱プレート12は従来か
ら使用されている標準の伝熱プレートEであり、隅2ヵ
所に階段状の凹部10、隅4ヵ所に流通孔11a、11
a、11b、11bが設けられている。13は標準の伝
熱プレートEであり、上の伝熱プレートE12の向きを
変えて配置したものである。その下の伝熱プレートE1
4、15、16、17、18、19も順次伝熱プレート
Eの向きを交互に変えながら配置される。20は隅に2
ヵ所の凹部10、3ヵ所の流通孔11a、11b、11
bの設けられた伝熱プレートBである。その下に2枚の
伝熱プレートE21、22が配置され、3ヵ所の流通孔
11a、11a、11bと2ヵ所の凹部10が設けられ
た伝熱プレートC23が配置される。その下に伝熱プレ
ートE24、25、伝熱プレートC26、伝熱プレート
E27、28、29、伝熱プレートB30及び伝熱プレ
ートE31が配置された後、2ヵ所の流通孔11a、1
1bと2ヵ所の凹部10が設けられた伝熱プレートD3
2が配置される。
【0014】上部フレーム用のプレート8Aと伝熱プレ
ートA9との間には、凹部10の流通孔11aに合わせ
リング33a、流通孔のない凹部10に円板33bが挿
入され、プレート8A下面と伝熱プレートA9の上面と
が接合される。次に伝熱プレートA9と伝熱プレートE
12とは、伝熱プレートA9の凹部10とその下に位置
する伝熱プレートE12の部分とが接合される。伝熱プ
レートA9と伝熱プレートE12との間を流れる流体
は、流通孔11a、11aから流出することはなく、流
通孔11b、11bを自由に流通する。同様に他の伝熱
プレート間においても凹部10とその下に位置する部分
とで接合され、凹部10とその上に位置する凹部10と
の間で隙間が設けられる。この隙間の上下にある流通孔
11a、11aまたは11b、11bを通して流体が流
れる。
【0015】上部フレーム用のプレート8Aと同様、下
部のフレーム用のプレート8Bと伝熱プレートD32と
の間にリング33aと円板33bとが挿入され接合され
る。
【0016】上部フレーム用のプレート8Aの冷媒入口
用の開口2から入った冷媒は、伝熱プレートA9と伝熱
プレートE12との間の流路に入らずに伝熱プレートE
12と伝熱プレートE13とで形成される流路に入る。
同様に伝熱プレートE14と伝熱プレートE15との
間、伝熱プレートE16と伝熱プレートE17との間、
伝熱プレートE18と伝熱プレートE19との間の4本
の単位流路34を合わせた1つの集合流路を並列に同一
方向に流れる。
【0017】このようなプレート式熱交換器1は上述の
ような構成で水と冷媒とが交互に流れるようになってい
るが、冷媒の流れを中心に考えると2枚の伝熱プレート
で挟まれた冷媒流路6の外側を水などの熱源流体の流路
としている単位流路(以下単に単位流路という)を積み
重ね、水などの熱源流体も閉じた流路となるように形成
した熱交換器と見ることもできる。
【0018】例えば、図2は図1のようなプレートの組
み合わせによって作られたプレート式熱交換器1を模式
的に示した断面図ある。冷媒入口用の開口2から入った
冷媒は、4本の単位流路34が一緒になった集合冷媒流
路35を右方向に流れる。次に、3本の単位流路からな
る集合冷媒流路36の向きを逆転させて冷媒が流れる。
さらに2本の単位流路からなる集合冷媒流路37、1本
の単位流路からなる集合冷媒流路38を冷媒が順次向き
を逆転させながら流れる。冷媒が直列に連通された各集
合冷媒流路35、36、37、38内を向きを逆転させ
ながら流れるので、長い冷媒流路6が形成される。それ
とともに集合冷媒流路35、36、37、38の単位流
路数を順次減少させているので、冷媒流路断面積が順次
減少される。
【0019】プレート式熱交換器1内を流れる向きを順
次逆転させることによりに長い冷媒流路6が形成される
ので、凝縮器としての機能が十分発揮される。さらに、
冷媒が熱交換器内で凝縮され容積を減少させていって
も、冷媒流路断面積を減少させているので冷媒の流速の
低下を抑えることができる。流速が一定以上あれば、生
成された液冷媒が吹き飛ばされて液冷媒による液膜の成
長を抑えることができる。
【0020】一方、水流路7は水入口用の開口4から流
入し5本の流路で形成された集合水流路39を流れ、1
度向きを変えて別の6本の流路で形成された集合水流路
40を流れ水出口用の開口5から流出する。
【0021】この第1の実施形態で使用される5種類の
伝熱プレートは、4隅の流通孔11の有無によって作製
できるので部品の共通化が図れる。
【0022】図3は第2の実施形態によるプレートを組
み合わせて作られたプレート式熱交換器1を模式的に示
した断面図ある。伝熱プレートの組み合わせを変えるこ
とによって、冷媒入口用の開口2から冷媒出口用の開口
3へ向かって集合冷媒流路数を減少させる。それぞれ集
合冷媒流路41、42、43、44の単位流路数を3、
2、2、1と順次逆転させ連通させる。使用される水・
冷媒熱交換器の能力や設置条件に合わせて集合冷媒流路
の単位流路数を構成させている。
【0023】図4は第3の実施形態によるプレートを組
み合わせて作られたプレート式熱交換器1を模式的に示
した断面図ある。冷媒入口用の開口2から冷媒出口用の
開口3へ向かって集合冷媒流路45、46、47、48
の単位流路数を4、2、1、1と順次減少させている。
【0024】以上、3つの実施形態に基づいて本発明を
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
3つの実施形態においては全体の伝熱プレートを22枚
または18枚を組み合わせて構成しているが、さらに多
くの伝熱プレートを組み合わせて構成しても良い。また
は少ない枚数で組み合わせて構成しても良い。
【0025】また、上流から下流に向かって単位流路数
を4、3、2、1の組み合わせ、3、2、2、1の組み
合わせ、4、2、1、1の組み合わせで集合冷媒流路を
構成しているが、この単位流路数の組み合わせを極端に
変えたもので構成しても良い。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、集合冷媒流路の流通方
向を交互に逆転させて直列に連通させることにより、従
来のプレート式熱交換器の形状で冷媒流路長さを長くす
ることができる。これにより、プレート式熱交換器はア
スペクト比の大きな細長い形状にすることなく、従来の
形状で構成されるので、従来のプレート式熱交換器の部
品を共通に使用することができコスト低減が図れる。
【0027】また、単位流路数を上流から下流に向かっ
て減少させているので、冷媒の凝縮に伴う流速の低下を
抑えることができる。流速の低下が少なくプレート式熱
交換器内で生成される液冷媒を吹き飛ばすので、液膜の
成長による熱伝達率の低下を減少させることができ、熱
交換器の性能を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態によるプレート式熱交
換器の分解構造図である。
【図2】本発明の第1の実施形態によるプレート式熱交
換器を模式的に示した断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態によるプレート式熱交
換器を模式的に示した断面図である。
【図4】本発明の第3の実施形態によるプレート式熱交
換器を模式的に示した断面図である。
【図5】従来のプレート式熱交換器を模式的に示した断
面図である。
【符号の説明】
1 プレート式熱交換器 2 冷媒入口用の開口 3 冷媒出口用の開口 6 冷媒流路 7 水流路 9 伝熱プレートA 12〜19、21、22、24〜29、31 伝熱プレ
ートE 20、30 伝熱プレートB 23、26 伝熱プレートC 32 伝熱プレートD 34 単位流路 35〜38、41〜48 集合冷媒流路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の略平板状の伝熱プレートを間隔を
    おいて重ね合わせることにより伝熱プレート間に冷媒流
    路と水流路とを交互に形成し、端のプレートに冷媒出入
    口用の開口と水出入口用の開口とを形成したプレート式
    熱交換器において、 2枚の伝熱プレートで挟まれた冷媒流路で、かつ、これ
    ら伝熱プレートの外側を水などの熱源流体の流路になる
    単位流路を作り、この単位流路を複数合わせて集合冷媒
    流路とし、この集合冷媒流路の流通方向を交互に逆転さ
    せて直列に連通させると共に、集合冷媒流路の単位流路
    数を一方の冷媒開口から他方の冷媒開口へ向かって減少
    させたことを特徴とするプレート式熱交換器を備えた水
    ・冷媒熱交換器。
  2. 【請求項2】 複数の略平板状の伝熱プレートを間隔を
    おいて重ね合わせることにより伝熱プレート間に冷媒流
    路と水流路とを交互に形成し、端のプレートに冷媒出入
    口用の開口と水出入口用の開口とを形成したプレート式
    熱交換器において、 2枚の伝熱プレートで挟まれた冷媒流路で、かつ、これ
    ら伝熱プレートの外側を水などの熱源流体の流路になる
    単位流路を作り、この単位流路を複数合わせて集合冷媒
    流路とし、この集合冷媒流路の流通方向を交互に逆転さ
    せて直列に連通させると共に、集合冷媒流路の単位流路
    数を一方の冷媒開口から他方の冷媒開口へ向かって順次
    減少させたことを特徴とするプレート式熱交換器を備え
    た水・冷媒熱交換器。
  3. 【請求項3】 一方の冷媒開口に接続された冷媒流路は
    1本の単位流路によって構成されていることを特徴とす
    る請求項1または2記載のプレート式熱交換器を備えた
    水・冷媒熱交換器。
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