JP5881515B2 - プレート式熱交換器およびその製造方法並びにヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒と被加熱流体との間で熱交換を行うプレート式熱交換器およびその製造方法並びにヒートポンプ装置に関するものである。

一般に複数枚のプレートを積層してロウ付けすることで流路を形成し、２系統の流路間で熱交換を行うプレート式熱交換器が知られている。また、プレート式熱交換器をヒートポンプシステムの凝縮器として使用することにより、圧縮機より吐出された冷媒と、プレート式熱交換器に流入する循環水との間で熱交換を行い、温水を供給するヒートポンプシステムが知られている。

ヒートポンプシステムに使用している圧縮機には自己の発熱により回転機構が壊れないように摩擦熱を低減するために潤滑油を用いている。この潤滑油は圧縮機から吐出される冷媒の流れにより圧縮機から吐き出され、冷媒と共に冷媒回路内を循環する。多くの潤滑油は循環した後に圧縮機の吸入管より圧縮機へと戻ってくるが、一部の潤滑油は凝縮器、余剰冷媒を保持する圧力容器、蒸発器などの冷媒回路部品の中に溜まりこむことがある。
プレート式熱交換器は、伝熱面積を拡大するために波形状の絞り部を持った伝熱プレートが複数枚積み重なって構成されており、またヒートポンプシステムにおいて吐出された冷媒が初めに到達する冷媒回路部品であるため、潤滑油の溜まりこみを起こしやすい冷媒回路部品である。
そこで、溜まりこむ潤滑油を回収する技術として、潤滑油を圧縮機へ戻すためのポートを持ったプレート式熱交換器が特許文献１や特許文献２に示されている。

特開２０１１−２４７５７９号公報 特表２００５−５２７７７７号公報

プレート式熱交換器内に潤滑油が溜まりこむことにより、圧縮機内部の潤滑油総量が減ると圧縮機の焼付けによる故障に繋がる。また、溜まりこむことを予見して潤滑油量を増やすと、凝縮器や蒸発器の壁面に潤滑油が張り付き熱交換性能の低下に繋がる。必要最低限の潤滑油量で熱交換性能と圧縮機信頼性を担保するためには、プレート式熱交換器からの潤滑油戻しを効率的に行うことが重要である。

プレート式熱交換器は、構造上、冷媒の流入・流出口となるノズルより更に下部に、熱交換にも使用せず、容器としての形状を保つために避けられないデッドスペースが存在する。

特許文献１や特許文献２に示されるように、潤滑油回収用のポートを持ったプレート式熱交換器に対しても上述のデッドスペースは存在するために、プレート式熱交換器に流入した潤滑油がデッドスペースに入ってしまうと、潤滑油の確実な回収が出来なくなり、当初の機能を生かせないという問題が発生する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、プレート式熱交換器に流入する潤滑油をできるだけ滞留量を少なくして油回収ポートへ導くことを目的とする。

本発明に係るプレート式熱交換器は、複数の積層された伝熱プレートを含むプレートの積層体であるプレート組立体と、プレート組立体に設けられた第１流体の流入口および流出口と、プレート組立体に設けられた第２流体の流入口および流出口と、プレート組立体の下部に設けられた第１流体の流出口よりも下方位置に設けられ、第１流体が含有する油を取り出す油回収ポートと、を備えたプレート式熱交換器において、油回収ポートに連通する油回収穴が、プレート組立体内の下部に設けられ、伝熱プレートの油回収穴と伝熱プレートの下部縁部との間の油の流路幅を狭める絞り部を、油が油回収穴に向かって整流となるように、複数の伝熱プレートの下部縁部に沿ってそれぞれに形成したものである。

本発明に係るプレート式熱交換器の製造方法は、本発明に係るプレート式熱交換器の製造方法であって、伝熱プレートの下部に油回収穴を形成する工程と、伝熱プレートの下部縁部に沿って、伝熱プレートの油回収穴と伝熱プレートの下部縁部との間の油の流路幅を狭めるＬ字状の絞り部を形成する工程と、絞り部を伝熱プレートの流路間隙の半分だけ絞り加工することによって、隣の伝熱プレートの絞り部と接触させ、その後、該接触部をロウ付けする工程と、を少なくとも有するものである。

本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を環状に配管で接続した冷凍回路を有するヒートポンプ装置において、凝縮器または蒸発器として、本発明に係るプレート式熱交換器を使用し、このプレート式熱交換器に設けた油回収穴を圧縮機の吸入口に配管で接続したものである。

本発明に係るプレート式熱交換器は、油回収ポートに連通する油回収穴が、プレート組立体内の下部に設けられ、油が油回収穴に向かって整流となるように、絞り部を伝熱プレートのそれぞれに形成したので、油がプレート式熱交換器のデッドスペースに溜まりこむことを最小限に抑えることができる。したがって、プレート式熱交換器に流入する潤滑油をできるだけ滞留量を少なくして油回収ポートへ導くことができる。

本発明に係るプレート式熱交換器の製造方法は、伝熱プレートの下部に油回収穴を形成する工程と、伝熱プレートの下部縁部に沿ってＬ字状の絞り部を形成する工程と、絞り部を前記伝熱プレートの流路間隙の半分だけ絞り加工することによって、隣の伝熱プレートの絞り部と接触させ、その後、接触部をロウ付けする工程と、を少なくとも有するので、上記効果を有するプレート式熱交換器を得ることができる。

本発明に係るヒートポンプ装置は、冷凍回路の凝縮器または蒸発器として、本発明に係るプレート式熱交換器を使用し、このプレート式熱交換器に設けた油回収穴を圧縮機の吸入口に配管で接続したものであるので、圧縮機内の潤滑油の減少を抑制することができ、もって、圧縮機の故障の少ない、信頼性の高いヒートポンプ装置を実現できる。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置２の構成図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の外観図である。 プレート式熱交換器１の分解斜視図である。 伝熱プレート１００の油回収部の構成を示す外観図である。 従来のプレート式熱交換器の正面図とその油回収ポート１０３ｅの断面図である。 実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の正面図とその油回収ポート１０３ｅの断面図である。 プレート式熱交換器１の側面図である。 プレート式熱交換器１の正面図（図７のＡ矢視図）である。 プレート式熱交換器１の背面図（図７のＢ矢視図）である。 プレート式熱交換器１の断面図（図８のＺ断面図）である。 伝熱プレート１００の概念図である。 サイドプレート１０５の概念図である。 図１０のＤ部分の拡大図である。

まず、本発明のプレート式熱交換器１を備えたヒートポンプ装置２の概略構成について図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置２の構成図である。また、図１中に、冷媒７、潤滑油８、出湯水１０、上水１１のそれぞれの流れを各種態様の矢印で示す。
図１に示すヒートポンプ装置（ヒートポンプユニット）２は、圧縮機３、凝縮器４（第１の熱交換器）、電子膨張弁５、蒸発器６（第２の熱交換器）を備えており、これらの機器を順に配管１５で接続することにより冷媒７が循環する冷凍回路が構成されている。また、図１では、プレート式熱交換器１は、凝縮器４（第１の熱交換器）として使用する例が示されているが、これに限られない。そして、凝縮器４（第１の熱交換器）としてのプレート式熱交換器１から分離して流出する潤滑油８は油配管１６を介して圧縮機３に戻るようになっている。油配管１６は、後述するプレート式熱交換器１に設けられた油回収ポートと圧縮機３の吸入口とを接続している。

圧縮機３は、例えばインバーター方式のスクロール圧縮機であり、冷媒７（第１流体）を圧縮し、冷媒７の持つエンタルピーおよび圧力を上昇させる。凝縮器４は、圧縮された冷媒７（第１流体）と被加熱流体（第２流体）との間で熱交換を行う。電子膨張弁５は、凝縮器４から出た冷媒７を断熱膨張させる。蒸発器６は、電子膨張弁５から出た冷媒７と外部加熱熱源との間で熱交換を行う。
なお、図示はしていないが、ヒートポンプ装置２は、その他、余剰な冷媒７を貯めるレシーバ等の付属部品を備えてもよい。

図１では、プレート式熱交換器１は、例えば凝縮器４に用いられている。これにより、外部加熱熱源の熱（蒸発器６によって吸熱した熱）を、プレート式熱交換器１によって放熱することで、プレート式熱交換器１に流入した第２流体である水を加熱することができる。外部加熱熱源（蒸発器６の熱交換の相手）として利用される媒体として、空気、地熱などの他種の媒体が存在するが、プレート式熱交換器１は、外部加熱熱源を使用する全ての給湯式ヒートポンプユニットに使用することが可能である。また、凝縮器４（第１の熱交換器）に限らず、プレート式熱交換器１は、蒸発器６（第２の熱交換器）として使用されても構わない。

プレート式熱交換器１は更に圧縮機３の高圧側に接続されている。これによりプレート式熱交換器１に流入する冷媒７と共に流れ込み、プレート式熱交換器１の下部に滞留する潤滑油８は、圧縮機３の吸入力に従ってプレート式熱交換器１より吐き出され、油配管１６を通って圧縮機３へと回収される。

潤滑油８は、圧縮機３の内部に存在し、圧縮機３の駆動部品（軸受、摺動部品等）の発熱の放熱を助け、潤滑性を保つことにより、圧縮機３の故障を防ぐものである。圧縮機３から吐出される冷媒７と共に圧縮機３より吐き出され、冷凍サイクル内をめぐる一方、一部の潤滑油８が凝縮器４や蒸発器６、または他の付属部品に溜まりこむことがある。その結果、潤滑油８が減少すると、圧縮機３の駆動部品が焼き付きを起こしたりして圧縮機３の故障に繋がる。

凝縮器４であるプレート式熱交換器１には水回路９が接続されている。そして、出湯水１０（水１０という場合もある）が水回路９を循環する。なお、図１はプレート式熱交換器１による水１０の間接加熱方式を示している。すなわち、水１０は、凝縮器４であるプレート式熱交換器１に流入し、冷媒７によって加熱され、温められた湯となってプレート式熱交換器１から流出する。このように、出湯水１０がプレート式熱交換器１から流出すると、水回路９を構成する配管で繋がれたラジエーターや床暖房などの暖房機器１３に流入し、室内温調として使用される。また、水回路９の途中に出湯水１０と上水１１とを熱交換させる水−水熱交換タンク１２を配置することにより、水回路９で加熱された上水１１を風呂やシャワーなどの上水利用機器１４の生活用水に使用することができる。
なお、このプレート式熱交換器１には、給湯機器、暖房機器の一方または両方を有する水回路９を接続するものでもよい。

以下、図２から図１３を用いて、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の構成について説明する。

図２は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の外観図、図３は、プレート式熱交換器１の分解斜視図である。
実施の形態１に係るプレート式熱交換器１は、複数の伝熱プレート１００（１００ａ、１００ｂ）が積層され、最も外側の伝熱プレート１００の両側にはサイドプレート１０５と補強用プレート（耐圧プレート）１０４とが積層され、これらのプレート１００、１０５、１０４がロウ付けにより接合される方式の熱交換器である。以下では、プレート１００、１０５、１０４の積層体をプレート組立体１２０と呼ぶものとする。
そして、プレート組立体１２０の一端側に位置する補強用プレート１０４ａの長手方向の四隅部には、第１流体としての冷媒７の冷媒流入口１０３ａと冷媒流出口１０３ｂが、第２流体としての例えば水１０の水流入口１０３ｃと水流出口１０３ｄが、それぞれ設けられている。また、プレート組立体１２０の構成については、さらに図７から図１３に示されている。

図３に示すように、伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとは互いに隣り合わせで配置されている。各伝熱プレート１００ａ、１００ｂは波形状の伝熱面を有する。そして、伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとはその間に流路間隙を形成するように所定の間隔をもって配置される。
図３に矢印で示すように、冷媒７は、冷媒流入口１０３ａより流入し、冷媒流入口１０３ａに連通する孔より各隣接の伝熱プレート１００ｂと伝熱プレート１００ａとの間隙に流入し、その伝熱面間を例えば下降流となって流れる。一方、水１０は、水流入口１０３ｃより流入し、水流入口１０３ｃに連通する孔より各隣接の伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとの間隙に流入し、その伝熱面間を例えば上昇流となって流れる。このように、冷媒７の下降流と水１０の上昇流を各伝熱プレート１００ａ、１００ｂ間で繰り返すことで、高温の伝熱プレート１００ａから低温の伝熱プレート１００ｂへ熱が効率よく伝わり、この伝熱によって水１０が高温に加熱される。なお、冷媒７と水１０は対向流で流れると説明したが、水１０の流入口と流出口の位置を図２と反対側に設けることにより、並行流としてもよい。

さらに、このプレート式熱交換器１では、図２に示すように、冷媒流出口１０３ｂの近傍で、冷媒流出口１０３ｂより下方の位置に、冷媒７に含まれる潤滑油８を取り出すための油回収ポート１０３ｅが設けられている。

次に図４の説明をする前に、図７から図９について説明する。

図７は、プレート式熱交換器１の側面図、図８は、プレート式熱交換器１の正面図（図７のＡ矢視図）、図９は、プレート式熱交換器１の背面図（図７のＢ矢視図）である。
図７に示すように、プレート式熱交換器１は、冷媒流入口１０３ａ、冷媒流出口１０３ｂ、水流入口１０３ｃ、水流出口１０３ｄ（以下、これらの冷媒流入出口、水流入出口を総称して、ノズル１０３と称する）であるノズル１０３が取り付けられる補強用プレート１０４ａから順に、サイドプレート１０５ａ、伝熱プレート１００ａ、伝熱プレート１００ｂ・・・伝熱プレート１００ａ、伝熱プレート１００ｂ、サイドプレート１０５ｂ、補強用プレート１０４ｂが積層され、かつ、ロウ付けにより接合される。ここで、補強用プレート１０４ｂはサイドプレート１０５ｂが被さった状態であるため、図７では図示されていない。

図８の正面図（図７のＡ矢視図）では、補強用プレート１０４ａに取り付けられた４つのノズル１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）と油回収ポート１０３ｅが見えている。

図９の背面図（図７のＢ矢視図）では、補強用プレート１０４ａと反対側の補強用プレート１０４ｂの表面を表している。
プレート式熱交換器１は、使用に際しては、図２に示すように、ノズル１０３ａ、１０３ｄを上にし、ノズル１０３ｂ、１０３ｄ、油回収ポート１０３ｅを下にして、設置される。

図４に戻って説明を加える。図４は、伝熱プレート１００の油回収部の構成を示す外観図である。
この実施の形態１に係るプレート式熱交換器１では、図４に示すように、油回収ポート１０３ｅに連通する油回収穴２００が各伝熱プレート１００の下部に設けられている。油回収穴２００は、長円の一端が他端よりも小さい半径の小円弧状に、いわば雨だれ状に形成されており、その小円弧状の最下端部２００ａが油回収ポート１０３ｅの下側口縁部に臨ませてある。

さらに、各伝熱プレート１００の下部縁部に沿ってＬ字状の絞り部２０１が形成されている。この絞り部２０１は、油回収穴２００の小円弧状最下端部２００ａに向かって延びており、その略水平部分２０１ａは傾斜しており、冷媒７から分離した潤滑油８がＬ字状の絞り部２０１に沿って整流の流れとなるように形成されている。以下、この絞り部２０１を整流絞り部２０１と呼ぶことにする。すなわち、整流絞り部２０１は、潤滑油８が油回収穴２００の小円弧状最下端部２００ａに向かって整流の流れとなるように形成されているものである。さらにまた、油回収穴２００の小円弧状最下端部２００ａは、Ｌ字状の整流絞り部２０１の略水平部分２０１ａに接近するように形成されている。
このように構成することによって、潤滑油８が整流絞り部２０１の略水平部分２０１ａから油回収穴２００の小円弧状最下端部２００ａの方へスムーズに流れていき、さらに油回収ポート１０３ｅへと流出する。

図５と図６は、従来のプレート式熱交換器と実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の油回収部の効果を比較するために示したものである。図５は、従来のプレート式熱交換器の正面図とその油回収ポート１０３ｅの断面図で、図６は、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の正面図とその油回収ポート１０３ｅの断面図である。
図５、図６から分かるように、潤滑油８を含む冷媒７は、それぞれ隣り合う波形の伝熱面を有する伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとの流路間隙を伝って流れ落ちる。その際、潤滑油８が冷媒７よりも密度が大きいので、密度の差により、冷媒７は上に、潤滑油８は下の方へ分離する。各伝熱プレート１００の下部に設けられた油回収穴２００に落下した潤滑油８は、図５の従来例の場合、さらに下側にデッドスペース２０２（図５の点線部で囲まれた空間部）が存在するため、このデッドスペース２０２に、回収しきれなかった潤滑油８が溜まり続けることになる。
一方、本実施の形態１の場合は、図６に示すように、油回収穴２００の直下に、遮蔽壁２０３（図６の点線で囲まれた先端部が閉じた部分）が設けられている。この遮蔽壁２０３は、隣同士の伝熱プレート１００の整流絞り部２０１を接触させ、該接触部をロウ付けすることにより形成されているので、遮蔽壁２０３によってデッドスペース２０２の上部が閉鎖されている。つまり、遮蔽壁２０３がデッドスペース２０２を隔離している。そのため、潤滑油８はデッドスペース２０２に浸入することなく、油回収ポート１０３ｅに向かって流出する。

したがって、実施の形態１によれば、油回収ポート１０３ｅに連通する流路孔（油回収穴）２００の直下に遮蔽壁２０３を設けたので、遮蔽壁２０３によりデッドスペース２０２を隔離することができ、潤滑油８がデッドスペース２０２に溜まりこむことを防ぐことができる。すなわち、別の言い方をすれば、潤滑油８の溜まり込みを最小限に抑えることができる。
また、整流絞り部２０１と遮蔽壁２０３により、プレート式熱交換器１に流入した潤滑油８は、流れに従い、油回収ポート１０３ｅに導かれるので、効率的な油回収が可能となる。

なお、図５、図６において、水１０は、波形伝熱面の下端部が閉止された冷媒７流路の隣の流路を上昇することになる。

次に、図４、図６と図１０から図１３を用いて、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１の製造方法について説明する。

図１０は、プレート式熱交換器１の断面図で、図８のＺ−Ｚ断面に相当する断面図である。ここで、「相当する」としたのは次の理由による。図１０は、説明を簡単にするため、伝熱プレート１００ａ，１００ｂを合計で４枚だけ表している。このような理由から、図８は、図１０とは同一ではないため「相当する」とした。

図１１は、伝熱プレート１００の概念図で、同図の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１０のプレート式熱交換器１の伝熱プレート１００を矢視Ｃからみた際の、伝熱プレート１００ａ、伝熱プレート１００ｂを示す。図１０に示すように、サイドプレート１０５ａの下に伝熱プレート１００ｂが配置され、伝熱プレート１００ｂの下に伝熱プレート１００ａが配置される。積層された状態では、伝熱プレート１００ｂに開けられた流路孔１０６ａ〜１０６ｄ（第２孔）は、伝熱プレート１００ａに開けられた流路孔１０６ａ〜１０６ｄ（第３孔）と重なり、流路を構成する。

実施の形態１のプレート式熱交換器１は、図１１に示すように、波形状の伝熱部１０７ａを有する伝熱プレート１００ａと波形状の伝熱部１０７ｂを有する伝熱プレート１００ｂとを積層することで、第１流体と第２流体との間で熱交換を行うための流路を形成することが主たる構造となっている。図１０に示す横型のプレート組立体１２０は、伝熱プレート１００の伝熱積層体１０８の上部にサイドプレート１０５ａが配置され、伝熱積層体１０８の下部にサイドプレート１０５ｂが配置され、さらに、サイドプレート１０５ａの上部に補強プレート１０４ａが配置され、下部に補強プレート１０４ｂが配置されることで、伝熱プレート１００の積層体１０８を挟んだ形として構成される。

（伝熱プレート１００ａ、伝熱プレート１００ｂ）
図１１に示す伝熱プレート１００ａ、伝熱プレート１００ｂの大きさ、板厚は同様のものである。伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとは四隅に流路孔１０６ａ〜１０６ｄを持つ。長手方向の流路孔１０６ａ、１０６ｂと、流路孔１０６ｃ、１０６ｄとの間に流体を攪拌するための波形状の伝熱部１０７ａ，１０７ｂを持つ。伝熱プレート１００ａの伝熱部１０７ａと伝熱プレート１００ｂの伝熱部１０７ｂとは１８０度反転した形状である。すなわち、波形状１０７ｂは伝熱部１０７ａに対して、伝熱部１０７ａを点Ｐを中心に矢印方向に１８０度回転させたような形状を持つ関係にある。

（伝熱プレート１００による流路の形成）
伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとが積層されることで、伝熱部１０７ａの波形状と伝熱部１０７ｂの波形状とが点接触する。この点接触の部分が、ロウ付けされることで流路を形成する「柱」になる。例えば、伝熱プレート１００ａは水（純水、水道水あるいは不凍液を混合した水など）の流路を形成し、伝熱プレート１００ｂは冷媒７（例えば、Ｒ４１０Ａを代表とした、空気調和機に使用される冷媒）の流路を形成する。伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとを各１枚ずつ積層することで水の流路が形成され、更に伝熱プレート１００ａを積層することで、「水−冷媒」の層が形成される。以下、伝熱プレートの積層枚数を増やすことで、「水−冷媒−水−冷媒・・・」と交互に流路が形成（図３参照）される。これら積層された複数の伝熱プレートによって、図１０に示すような伝熱積層体１０８が構成される。

（油回収穴２００の形成）
各伝熱プレート１００の下部には、図４に示すように、長円の一端が他端よりも小さい半径の小円弧状をなす油回収穴２００が形成される。さらに、油回収穴２００の周囲は、伝熱プレート１００の流路間隙の半分だけ絞り加工され、隣の伝熱プレート１００の油回収穴２００の周囲の絞り部と当接するように形成される。

（整流絞り部２０１の形成）
伝熱プレート１００の下部縁部に沿ってＬ字状の絞り部（整流絞り部）２０１を形成する。この整流絞り部２０１は、油回収穴２００の周囲の絞り加工と同様に、伝熱プレート１００の流路間隙の半分だけ絞り加工することで、形成される。整流絞り部２０１の水平部は、若干傾斜させて、潤滑油８が、図４に示すように、油回収穴２００の小円弧状最下端部２００ａに向かって整流の流れとなるように形成する。これにより、図４の矢印のように上部から流れてきた潤滑油８が整流絞り部２０１に沿って流れ、油回収穴２００の小円弧状最下端部２００ａに到達し、そこからスムーズに油回収穴２００に流入する。

（遮蔽壁２０３の形成）
伝熱プレート１００に形成された整流絞り部２０１は、伝熱プレート１００が積層されることにより、前後の伝熱プレート１００の整流絞り部２０１と接触する。その後、整流絞り部２０１同士をロウ付けすることにより、図６に示すように、油回収ポート１０３ｅの下部に、デッドスペース２０２を隔離するように遮蔽壁２０３を形成する。これにより、潤滑油８の溜まりこみが最小になり、効率的な油回収が可能になる。

（サイドプレート１０５）
図１２は、サイドプレート１０５の概念図である。先に図１０に示したように、伝熱積層体１０８の上下部を挟み込むサイドプレート１０５ａとサイドプレート１０５ｂとは、大きさ、板厚が伝熱プレート１００と同様であり、四隅に流路孔１０６ａ〜１０６ｄを持ち、波形状の伝熱部１０７の無い平面構造のプレートである。また、図３に示すように、サイドプレート１０５ａは伝熱積層体１０８の上部（一方側の最外側）に配置され、サイドプレート１０５ｂは伝熱積層体１０８の下部（他方側の最外側）に配置されて、伝熱プレート１００の積層体を構成する。
また、図１０、図１１に示すように、サイドプレート１０５ａ、１０５ｂの流路孔１０６ａ、１０６ｂの周囲には円形の絞り形状部１１０ａがあり、絞り形状部１１０ａは隣の伝熱プレート１００ａ、１００ｂの流路孔１０６ａ、１０６ｂに接触する。

（絞り形状部１１０ａ）
図１０、図１２に示すように、サイドプレート１０５ａは、流路孔１０６ａ、１０６ｂの周辺に絞り加工によって形成された凹状の絞り形状部１１０ａを、サイドプレート１０５ｂは、流路孔１０６ａの周辺に絞り加工によって形成された凸状の絞り形状部１１０ｂと、流路孔１０６ｂの周辺に絞り加工によって形成された凸状の絞り形状部１１０ｃを有する。これは、伝熱プレート１００ａ、１００ｂの流路孔１０６ａ、１０６ｂにロウ付けされることにより、伝熱プレート１００とサイドプレート１０５の流路孔周りに柱を形成し、強度を向上することを可能にするためである。

図１３は、図１０のＤ部分の拡大図である。

図１３のように、凹凸状の絞り形状部１１０により、サイドプレート１０５ａとサイドプレート１０５ｂとで形成される非伝熱空間１１１に、冷媒が流入することを防ぐ。非伝熱空間１１１は平面と波形状の伝熱部１０７ｂにより形成される空間であり、伝熱に関して有効性を得ることが出来ない空間である。このため、この非伝熱空間１１１に冷媒が流入することを防ぐことにより、余分な放熱および冷媒流速の低下を防ぐことが可能となる。

（補強用プレート１０４）
図１０に示すように、伝熱積層体１０８の上部に補強用プレート１０４ａ（外側プレート）が取り付けられ、下部に補強用プレート１０４ｂが取り付けられる。補強用プレートすなわち耐圧プレート１０４は、伝熱プレート１００及びサイドプレート１０５に対して約５倍の厚みを持つ。プレート式熱交換器１では、補強用プレート１０４ａは、図８に示すように５つの流路孔（ノズル１０３）を持つ。また、補強用プレート１０４ｂは、図９に示すように流路孔を持たない。耐圧プレート１０４ａ，１０４ｂにより、プレート式熱交換器１は、伝熱積層体１０８に流れる流体によって発生する圧力の変動疲労およびプレート式熱交換器１の圧力と大気圧との差により生じる力に耐えることが可能になる。

（ノズルのカシメ加工）
耐圧プレート１０４ａの５つの流路孔のそれぞれには、冷媒および水を伝熱積層体１０８に流入させるためのノズル１０３ａ〜１０３ｄと、潤滑油８を排出するための油回収ポート１０３ｅが取り付けられる。ノズル１０３の取付位置（取付箇所）は、補強プレート１０４ａ、１０４ｂの流路孔の数によって決まる。１枚の補強プレートに最大４つの流路孔を設ければ、１台のプレート式熱交換器１に対して、合計８つのノズル１０３を取り付けることになる。

図１３に示すように、ノズル１０３ａを用いてノズルの取り付けについて説明する。
ノズル１０３ａは、端部に補強用プレート１０４ａの流路孔とはまり合う押し込み部１１２を有している。押し込み部１１２の先端は、補強プレート１０４ａの下よりも１ｍｍ以上出るように構成されている。プレート式熱交換器１をロウ付けで接合する工程の前に、ノズル１０３ａの押し込み部１１２を耐圧プレート１０４ａの流路孔に挿し込み、押し込み部１１２をカシメ加工する。同様にノズル１０３ｂ〜１０３ｄおよび油回収ポート１０３ｅをカシメ加工する。このカシメ加工により補強プレート１０４ａとノズル１０３、油回収ポート１０３ｅとを仮固定した状態で、補強プレート１０４ａがサイドプレート１０５ａを挟んで伝熱積層体１０８に積層され、プレート式熱交換器１全体が仮組みされて、仮組みのプレート式熱交換器１がロウ付け工程に送られる。

（ロウ付け工程）
仮組み状態のプレート式熱交換器１では、伝熱プレート１００ａと伝熱プレート１００ｂとの間、および伝熱積層体１０８と各サイドプレート１０６ａ、１０６ｂとの間、各サイドプレート１０６ａ、１０６ｂと各補強用プレート１０４ａ、１０４ｂとの間に、それぞれロウ材として用いられる銅条が挟みこまれる。更に補強用プレート１０４ａとノズル１０３との間にもロウ材である銅が配置される。ロウ材が配置された仮組み状態のプレート式熱交換器１はロウ付け工程において真空加熱炉に入れられ、真空状態でのロウ付が行われる。このロウ付け工程で銅が融解し、各要素の接合面に浸透する。浸透した銅が冷えることにより各要素同士が半永久的に接着され、プレート式熱交換器１が形成される。

１ プレート式熱交換器、２ ヒートポンプ装置（ヒートポンプユニット）、３ 圧縮機、４ 凝縮器、５ 電子膨張弁、６ 蒸発器、７ 冷媒、８ 潤滑油、９ 水回路、１０ 出湯水、１１ 上水、１２ 水―水熱交換タンク、１３ 暖房機器、１４ 上水利用機器、１５ 配管、１６ 油配管、１００ 伝熱プレート、１０３ ノズル、１０３ａ 冷媒流入口、１０３ｂ 冷媒流出口、１０３ｃ 水流入口、１０３ｄ 水流出口、１０３ｅ 油回収ポート、１０４ 補強用プレート（耐圧プレート）、１０５ サイドプレート、１０６ 流路孔、１０７ 伝熱部、１０８ 伝熱積層体、１１０ 絞り形状部、１１１ 非伝熱空間、１１２ 押し込み部、１２０ プレート組立体、２００ 油回収穴、２００ａ 最下端部、２０１ 整流絞り部、２０１ａ 略水平部分、２０２ デッドスペース、２０３ 遮蔽壁。

Claims (10)

1. 複数の積層された伝熱プレートを含むプレートの積層体であるプレート組立体と、
   前記プレート組立体に設けられた第１流体の流入口および流出口と、
   前記プレート組立体に設けられた第２流体の流入口および流出口と、
   前記プレート組立体の下部に設けられた前記第１流体の流出口よりも下方位置に設けられ、前記第１流体が含有する油を取り出す油回収ポートと、
   を備えたプレート式熱交換器において、
   前記油回収ポートに連通する油回収穴が、前記プレート組立体内の下部に設けられ、
   前記伝熱プレートの前記油回収穴と前記伝熱プレートの下部縁部との間の油の流路幅を狭める絞り部を、前記油が前記油回収穴に向かって整流となるように、前記複数の伝熱プレートの下部縁部に沿ってそれぞれに形成した
   ことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記絞り部は、前記各伝熱プレートの下部縁部に沿ってＬ字状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。
3. 前記油が、前記各伝熱プレートの下部に設けられたデッドスペースへ浸入するのを防止する遮蔽壁が、前記油回収穴の下部に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。
4. 前記遮蔽壁は、隣同士の前記伝熱プレートの前記絞り部が接触した接触部を有し、該接触部が接合されている
   ことを特徴とする請求項３記載のプレート式熱交換器。
5. 前記油回収穴は、長円の一端が他端よりも小さい半径の小円弧状に形成され、その小円弧状の最下端部が前記絞り部の略水平部分に接近して形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器の製造方法であって、
   伝熱プレートの下部に油回収穴を形成する工程と、
   前記伝熱プレートの下部縁部に沿って、前記伝熱プレートの前記油回収穴と前記伝熱プレートの下部縁部との間の油の流路幅を狭めるＬ字状の絞り部を形成する工程と、
   前記絞り部を前記伝熱プレートの流路間隙の半分だけ絞り加工することによって、隣の伝熱プレートの絞り部と接触させ、その後、該接触部をロウ付けする工程と、
   を少なくとも有する
   ことを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
7. 前記ロウ付けの工程において、
   前記油回収穴の周囲を前記伝熱プレートの流路間隙の半分だけ絞り加工することによって、隣の伝熱プレートの油回収穴の周囲の絞り部と接触させ、その後、該接触部をロウ付けする
   ことを特徴とする請求項６記載のプレート式熱交換器の製造方法。
8. 前記油回収穴の形成工程において、
   前記油回収穴を、長円の一端が他端よりも小さい半径の小円弧状に形成し、その小円弧状の最下端部を前記絞り部の略水平部分に接近するように形成する
   ことを特徴とする請求項６または７記載のプレート式熱交換器の製造方法。
9. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を環状に配管で接続した冷凍回路を有するヒートポンプ装置において、
   前記凝縮器または前記蒸発器として、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器を使用し、
   このプレート式熱交換器に設けた油回収穴を前記圧縮機の吸入口に配管で接続した
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
10. 請求項９において、
    プレート式熱交換器に、給湯機器、暖房機器の一方または両方を有する水回路が接続されている
    ことを特徴とするヒートポンプ装置。

Images