JP6594598B1 - プレート式熱交換器、プレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置、及び、ヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式暖房給湯システム - Google Patents

Abstract

四隅に開口部を有する伝熱プレートが複数積層され、各伝熱プレート同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路と第二流体が流れる第二流路とが、各伝熱プレートを境にして交互に形成されるとともに、四隅の開口部のそれぞれが連なって、第一流体を流出入させる第一ヘッダー、及び、第二流体を流出入させる第二ヘッダーが形成されたプレート式熱交換器において、第一流路または第二流路を挟む伝熱プレートのうち、少なくともいずれか一方の伝熱プレートは、２枚の金属プレートを重ね合わせて構成され、２枚の金属プレートのうち、第二流路側に位置する金属プレートは、第一流路側に位置する金属プレートよりも薄いものである。

Description

本発明は、ダブルウォール構造を備えたプレート式熱交換器、プレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置、及び、ヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式暖房給湯システムに関するものである。

従来、四隅に開口部を有し、表面が凹凸または波形に成形された伝熱プレートを複数積層し、伝熱プレートの外壁部及び開口部周辺でロウ付け接合することにより、第一流体が流れる第一流路と第二流体が流れる第二流路とが交互に形成され、また、四隅の開口部のそれぞれが連なって、第一（第二）流路に対して第一（第二）流体を流出入させる第一（第二）ヘッダーが形成されたプレート式熱交換器において、各伝熱プレートが、２枚の金属プレートが重ね合わされた２重壁（ダブルウォール）で構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のプレート式熱交換器は、腐食及び凍結などの要因でいずれかの伝熱プレートに万が一亀裂が発生した場合でも、伝熱プレートがダブルウォール構造となっているため、両流路が貫通して冷媒が室内側へ漏洩するのを防止することができる。また、外部に流出した漏洩流体を検知センサーで検知し、プレート式熱交換器を備えた装置を停止させることにより、その装置の破損などを防止することができる。

特開２０１４−６６４１１号公報

特許文献１の積層構造では、重ね合わされた２枚の金属プレートのうちいずれかに亀裂が発生した場合、漏洩流体を外部に流出させる必要があるため、２枚の金属プレートは密着させるだけで金属接合されていない。そのため、２枚の金属プレートの間に空気層が存在し、これが熱抵抗となって伝熱性能が大幅に低下するという課題があった。また、伝熱性能を向上させるために２枚の金属プレートを強く密着させると、漏洩流体が外部へ流出しにくく、漏洩流体の外部での検知が困難となる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、ダブルウォール構造の欠点である伝熱性能の低下を抑制しつつ、腐食及び凍結などにより伝熱プレートに万が一亀裂が発生した場合でも、両流体の混合を防止して流体を外部に流出させ、漏洩流体を外部で検知することができるプレート式熱交換器、プレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置、及び、ヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式暖房給湯システムを提供することを目的としている。

本発明に係るプレート式熱交換器は、四隅に開口部を有する伝熱プレートが複数積層され、各前記伝熱プレート同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路と第二流体が流れる第二流路とが、各前記伝熱プレートを境にして交互に形成されるとともに、四隅の前記開口部のそれぞれが連なって、前記第一流体を流出入させる第一ヘッダー、及び、前記第二流体を流出入させる第二ヘッダーが形成されたプレート式熱交換器において、前記第一流路または前記第二流路を挟む前記伝熱プレートのうち、少なくともいずれか一方の前記伝熱プレートは、２枚の金属プレートを重ね合わせて構成され、２枚の前記金属プレートのうち、前記第二流路側に位置する金属プレートは、前記第一流路側に位置する金属プレートよりも薄いものである。

本発明に係るプレート式熱交換器によれば、第二流路側に位置する金属プレートは、第一流路側に位置する金属プレートよりも薄い。このように、第二流路側に位置する伝熱プレートの厚さを薄くすることで、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなるため、プレート式熱交換器の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。また、腐食及び凍結などが発生した場合でも、第一流路側に位置する金属プレートよりも薄い第二流路側に位置する金属プレートの方から先に漏れが発生する。そのため、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、両流体の混合を防止して流体を外部に流出させ、漏洩流体を外部で検知することができる。

本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを構成する２枚の金属プレートの間を示す部分模式図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを構成する２枚の金属プレートの間の第１の変形例を示す部分模式図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを構成する２枚の金属プレートの間の第２の変形例を示す部分模式図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図２におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの断面図である。 本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器の変形例の伝熱セットの断面図である。 本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図９におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図１１におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態５に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの断面図である。 本発明の実施の形態６に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの断面図である。 本発明の実施の形態７に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。 本発明の実施の形態７に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図１５におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態７に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図１５におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。 本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。 本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの正面斜視図である。 本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図１９におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図１９におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図１９におけるＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。 本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。 本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの正面斜視図である。 本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図２５におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図２５におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプ式暖房給湯システムの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

また、以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」等）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。また、以下に説明する実施の形態では、プレート式熱交換器１００を正面視、つまりプレート式熱交換器１００を伝熱プレート１、２の積層方向に見た状態において、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」を使用する。また、「凹」と「凸」は、前方側に「凸」とし、後方側に凸の部分を「凹」とする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の分解側面斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の正面斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート１、２を構成する２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間を示す部分模式図である。図４は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート１、２を構成する２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の第１の変形例を示す部分模式図である。図５は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート１、２を構成する２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の第２の変形例を示す部分模式図である。図６は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図２におけるＡ−Ａ断面図である。

なお、図１において、点線矢印は第一流体の流れを、実線矢印は第二流体の流れをそれぞれ示している。また、図６において、黒塗りの部分はろう付け部５２を示している。

本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００は、図１に示すように複数の伝熱プレート１、２を備えており、それらは交互に積層されている。伝熱プレート１、２は、図１及び図２に示すようにフラットな重ね合わせ面を有する角丸の矩形状であり、四隅に開口部２７〜３０が形成されている。なお、伝熱プレート１、２の総称を伝熱セット２００とも称する。また、本実施の形態１では、伝熱プレート１、２は角丸の長方形状であるものとする。

各伝熱プレート１、２は、図６に示すように、後述する外壁部１７及び開口部２７〜３０周辺でろう付け接合されている。そして、第一流体と第二流体とが熱交換できるように、第一流体が流れる第一流路６と第二流体が流れる第二流路７とが、各伝熱プレート１、２を境にして交互に形成されている。

また、図１及び図２に示すように四隅の開口部２７〜３０のそれぞれが連なって、第一流路６に対して第一流体を流出入させる第一ヘッダー４０、及び、第二流路７に対して第二流体を流出入させる第二ヘッダー４１がそれぞれ形成されている。伝熱プレート１、２は、流体の流速を確保して性能向上を図るため、流体の流れる方向が長手方向、それに直交する方向が短手方向となっている。

第一流路６及び第二流路７には、インナーフィン４、５がそれぞれ設けられている。また、伝熱プレート１、２は、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）を重ね合わせてダブルウォールに構成されている。ここで、インナーフィン４、５とは、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間に挟み込まれるフィンのことである。

なお、図６に示すようにインナーフィン４が設けられている第一流路６側が金属プレート１ａ、２ａ（以下、伝熱プレートＡとも称する）、インナーフィン５が設けられている第二流路７側が金属プレート１ｂ、２ｂ（以下、伝熱プレートＢとも称する）である。

金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミ、銅及びそれら合金等の材質が用いられるが、以下では、ステンレス鋼を用いる場合で説明する。

図１に示すように、伝熱プレート１、２の積層方向の最外面には、四隅に開口部が形成された第一補強用サイドプレート１３、及び、第二補強用サイドプレート８が配置されている。第一補強用サイドプレート１３及び第二補強用サイドプレート８は、フラットな重ね合わせ面を有する角丸の矩形状である。また、図１において最前面に積層されている方が第一補強用サイドプレート１３であり、最後面に積層されている方が第二補強用サイドプレート８である。なお、本実施の形態１では、第一補強用サイドプレート１３及び第二補強用サイドプレート８は角丸の長方形状であるものとする。

第一補強用サイドプレート１３の開口部には、第一流体が流入する第一流入管１２、及び流出する第一流出管９、第二流体が流入する第二流入管１０、及び流出する第二流出管１１が設けられている。

伝熱プレート１、２は、図６に示すように、端部に積層方向に折り曲げられた外壁部１７が設けられている。

上記の第一流体は、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＨＦＯ_ＭＩＸ、ＣＯ_２等の冷媒であり、上記の第二流体は、水、エチレングリコール、プロピレングリコール等の不凍液、あるいはこれらの混合物である。

伝熱プレート１、２は、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の、第一流体と第二流体とが熱交換する熱交換領域に接合防止材（例えば、金属酸化物が主成分のろうの流れを防止する材料）を塗布し、銅等のブレージングシート（ろう材）を間に挟みこんで構成されている。図６に示すように、金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、それぞれろう付け部５２で部分的にろう付け接合されて一体化されており、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の熱交換領域には、微流路１６が形成されている。

また、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の外壁部１７の間には、外部に繋がる外部流路１５が形成されている。

また、微流路１６は、外部に繋がる外部流路１５と連通しており、漏洩流体が微流路１６を流れた後、外部流路１５から外部に流出されるようになっている。

図３に示すように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の熱交換領域を接合せずに、微流路１６が熱交換領域全体に形成されるようにしてもよい。また、図４に示すように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の熱交換領域に接合防止材を縞状に塗布し、銅等のブレージングシートを間に挟みこんで、微流路１６が縞状に複数形成されるようにしてもよい。また、図５に示すように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の熱交換領域に接合防止材を格子状に塗布し、銅等のブレージングシートを間に挟みこんで、微流路１６が格子状に複数形成されるようにしてもよい。

また、外部流路１５も、上記で説明したいずれかの方法で外壁部１７に形成されている。なお、微流路１６及び外部流路１５は、縞状及び格子状以外のパターンに形成されるようにしてもよい。

本実施の形態１に係る金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、またはインナーフィン４、５は、同じ材質金属材料であるが、それに限定されない。それぞれの金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ及びインナーフィン４、５を異金属、または、クラッド材としてもよい。

また、伝熱プレート１、２の各金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの個別設計を行うことができる。例えば、第二流路７側に位置している金属プレート１ｂ、２ｂ（以下、伝熱プレートＢと称する）を、第一流路６側に位置している金属プレート１ａ、２ａ（以下、伝熱プレートＡと称する）の厚さよりも薄くすることができる。

次に、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００における流体の流れ、及び、微流路１６との作用について説明する。
図１に示すように、第一流入管１２から流入した第一流体は、第一ヘッダー４０を介して第一流路６へ流入する。第一流路６に流入した第一流体は、インナーフィン４の内部及び第一出口ヘッダー（図示せず）を通って第一流出管９から流出する。同様に第二流路７には第二流体が流れ、伝熱プレート１、２のダブルウォールを介して、第一流体と第二流体とが熱交換される。

ここで、第一流路６内にはフィン高さ及びピッチが小さいインナーフィン４が設けられているため、流路の細径化による伝熱促進と前縁効果とによって、第一流路６の伝熱性を高めることができる。このため、第一流路６には、第二流体よりも伝熱性の低い第一流体を流すとよい。これにより、第一流体の伝熱性の低さをカバーすることができ、プレート式熱交換器１００の性能を向上させることができる。

また、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間に微流路１６を形成することで、万が一、高圧かつ腐食しやすい第一流路６側の伝熱プレートＡが壊れて第一流路６を流れる第一流体の漏れ現象が発生しても、漏れた第一流体が微流路１６を流れた後、外部流路１５を通ってプレート式熱交換器１００の外部に流出する。そして、外部に設置された検知センサーによって第一流体の漏れを検知することができる。また、伝熱プレート１、２は、ダブルウォールに構成されているため、漏れた第一流体が第二流体側に流れず、異種流体が混合するのを抑制することができる。

また、伝熱プレート１、２の各金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの個別設計により、伝熱プレートＡは第一流路６側に位置しており、伝熱プレートＢは第二流路７側に位置しており、伝熱プレートＢの厚さは伝熱プレートＡの厚さよりも薄くなっている。

このように、伝熱プレートＢを伝熱プレートＡよりも薄くすることで、第二流路７を流れる、例えば水等の第二流体に凍結現象が発生しても、伝熱プレートＡよりも薄い伝熱プレートＢの方から先に漏れが発生する。そのため、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＨＦＯ_ＭＩＸ、ＣＯ_２等の冷媒である第一流体の漏れの発生を防ぐことができる。

また、伝熱プレートＢの厚さを薄くすることで、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなるため、プレート式熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。

以上、四隅に開口部２７〜３０を有する伝熱プレート１、２が複数積層され、各伝熱プレート１、２同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路６と第二流体が流れる第二流路７とが、各伝熱プレート１、２を境にして交互に形成されるとともに、四隅の開口部２７〜３０のそれぞれが連なって、第一流体を流出入させる第一ヘッダー４０、及び、第二流体を流出入させる第二ヘッダー４１が形成されたプレート式熱交換器１００において、第一流路６または第二流路７を挟む伝熱プレート１、２のうち、少なくともいずれか一方の伝熱プレート１、２は、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）を重ね合わせて構成され、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）のうち、第二流路７側に位置する金属プレート１ｂ、２ｂは、第一流路６側に位置する金属プレート１ａ、２ａよりも薄いものである。

本実施の形態１に係るプレート式熱交換器１００によれば、第二流路７側に位置する金属プレート１ｂ、２ｂは、第一流路６側に位置する金属プレート１ａ、２ａよりも薄い。このように、第二流路７側に位置する金属プレート１ｂ、２ｂの厚さを薄くすることで、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなるため、プレート式熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。また、金属プレート２ａ、２ｂを金属プレート１ａ、１ｂよりも薄くすることで、第二流路７を流れる例えば水等の第二流体に凍結現象が発生しても、金属プレート１ａ、１ｂよりも薄い金属プレート２ａ、２ｂの方から先に漏れが発生する。そのため、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＨＦＯ_ＭＩＸ、ＣＯ_２等の冷媒である第一流体の漏れの発生を防ぐことができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図７は、本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の断面図である。図８は、本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００の変形例の伝熱セット２００の断面図である。なお、図７及び図８は、実施の形態１の図６に相当する図である。
本実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００では、図７に示すように、伝熱プレート１は、２枚の金属プレート１ａ、１ｂで構成されているが、伝熱プレート２は、１枚の金属プレート２ａで構成されている。また、金属プレート１ａ、１ｂ、２ａの厚さはそれぞれ同じとなっている。

２枚の金属プレート１ａ、１ｂの間の熱交換領域には、微流路１６が形成されている。また、２枚の金属プレート１ａ、１ｂの外壁部１７の間には、外部に繋がっている外部流路１５が形成されている。なお、外部流路１５は微流路１６と連通している。

本実施の形態２に係るプレート式熱交換器１００の変形例では、図８に示すように、伝熱プレート２は、２枚の金属プレート２ａ、２ｂで構成されているが、伝熱プレート１は、１枚の金属プレート１ａで構成されている。また、金属プレート１ａ、１ｂ、２ａの厚さはそれぞれ同じとなっている。

２枚の金属プレート２ａ、２ｂの間の熱交換領域には、微流路１６が形成されている。また、２枚の金属プレート２ａ、２ｂの外壁部１７の間には、外部に繋がっている外部流路１５が形成されている。この外部流路１５は、微流路１６と連通している。

このように、伝熱プレート１、２の一方を１枚の金属プレート１ａ、２ａで構成することにより、金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの加工を減らすことができ、製造コストを抑制することができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について説明するが、実施の形態１及び２と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１及び２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図９は、本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の正面斜視図である。図１０は、本発明の実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図９におけるＡ−Ａ断面図である。
本実施の形態３に係るプレート式熱交換器１００では、図９及び図１０に示すように、伝熱プレート１は、２枚の金属プレート１ａ、１ｂで構成されているが、伝熱プレート２は、１枚の金属プレート２ａで構成されている。また、金属プレート１ａ、２ａと金属プレート１ｂとの厚さが異なっており、金属プレート１ｂの方が金属プレート１ａ、２ａよりも薄くなっている。

２枚の金属プレート１ａ、１ｂの間の熱交換領域には、微流路１６が形成されている。また、２枚の金属プレート１ａ、１ｂの外壁部１７の間には、外部に繋がっている外部流路１５が形成されている。この外部流路１５は、微流路１６と連通している。

このように、伝熱プレート１、２の一方を１枚の金属プレート１ａ、２ａで構成することにより、金属プレート１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの加工を減らすことができ、製造コストを抑制することができる。

また、金属プレート２ａ、２ｂを金属プレート１ａ、１ｂよりも薄くすることで、第二流路７を流れる例えば水等の第二流体に凍結現象が発生しても、金属プレート１ａ、１ｂよりも薄い金属プレート２ａ、２ｂの方から先に漏れが発生する。そのため、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＨＦＯ_ＭＩＸ、ＣＯ_２等の冷媒である第一流体の漏れの発生を防ぐことができる。

また、金属プレート１ｂ、２ｂの厚さを薄くすることで、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなるため、プレート式熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４について説明するが、実施の形態１〜３と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１１は、本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の正面斜視図である。図１２は、本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図１１におけるＡ−Ａ断面図である。

本実施の形態４に係るプレート式熱交換器１００では、図１１及び図１２に示すように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間の熱交換領域には、微流路１６が形成されている。また、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間には、外壁部１７の内側に沿って、微流路１６と連通した周囲漏れ通路１４が形成されている。この周囲漏れ通路１４は、外壁部１７の内側かつ微流路１６の外側に位置しており、周囲漏れ通路１４の流路幅（流路断面積）は、微流路１６の流路幅（流路断面積）より大きくなるように形成されている。なお、周囲漏れ通路１４は、全周に渡って形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。

また、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の外壁部１７の間には、外部に繋がる外部流路１５が形成されており、外部流路１５は周囲漏れ通路１４と連通している。

また、微流路１６及び周囲漏れ通路１４は、外部に繋がる外部流路１５と連通しており、漏洩流体が微流路１６及び周囲漏れ通路１４を流れた後、外部流路１５から外部に流出されるようになっている。

このように、金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の間に漏れ通路１４を形成することで、第一流体の漏れが発生した場合、微流路１６から周囲漏れ通路１４に流れ、そこで、漏れた第一流体が速やかに合流する。そして、周囲漏れ通路１４の外側に形成された外部流路１５を通って、プレート式熱交換器１００の外部に流出する。そのため、外部に繋がる外部流路１５の一部が詰まってしまった場合でも、漏洩流体を漏れ通路１４で合流させてから他の外部流路１５から外部に流出させることができる。また、漏洩流体を漏れ通路１４で合流させることにより、漏洩をより早く検知する流出流量を確保することができる。また、外部流路１５の数を減らすことができるため、そうすることにより外部への流出箇所を特定しやすくなり、流出流体を外部で検知する検知センサーの配置が容易であり、さらに、検知センサーの数を減らすことができ、コストを抑制することができる。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５について説明するが、実施の形態１〜４と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜４と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１３は、本発明の実施の形態５に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の断面図である。なお、図１３は、実施の形態１の図６に相当する図である。

本実施の形態５に係るプレート式熱交換器１００では、図１３に示すように、２枚の金属プレート１ｂ、２ｂの外壁部１７の間はろう付け接合されているが、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の外壁部１７の間はろう付け接合されていない。そのため、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の外壁部１７の間全体に外部に繋がる外部流路１５が形成されている。

このように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、（２ａと２ｂ）の外壁部１７の間全体に外部に繋がる外部流路１５を形成することで、外壁部１７の間のろう材が外壁部１７の底部に溜まって外部流路１５が詰まってしまうのを抑制することができる。

実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６について説明するが、実施の形態１〜５と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜５と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１４は、本発明の実施の形態６に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の断面図である。なお、図１４は、実施の形態１の図６に相当する図である。
本実施の形態６に係るプレート式熱交換器１００では、図１４に示すように、第二流路７側に位置している金属プレート１ｂ、２ｂに防食層５５が設けられている。この防食層５５は、例えば樹脂コーティング層、ガラスコーティング層などである。

第二流路７側に位置している金属プレート１ｂ、２ｂに防食層５５を設けることで、伝熱プレート１、２にろう材などの異金属が侵入し、第二流路７を流れる第二流体の影響で伝熱プレート１、２に侵入した異金属が脱落するのを防ぐことができる。なお、防食層５５の厚さとしては、第二流体の浸入を防ぐことができる範囲内で薄い方がよく、例えば５０μｍ以内にすることが望ましい。

このように、第二流路７側に位置している金属プレート１ｂ、２ｂに防食層５５を設けることで、伝熱プレート１、２に侵入した異金属が脱落するのを防ぐことができる。また、第二流路７側に位置している金属プレート１ｂ、２ｂの厚さをより薄く設計することができるため、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなり、プレート式熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。

実施の形態７．
以下、本発明の実施の形態７について説明するが、実施の形態１〜６と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜６と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１５は、本発明の実施の形態７に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の正面斜視図である。図１６は、本発明の実施の形態７に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図１５におけるＡ−Ａ断面図である。図１７は、本発明の実施の形態７に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図１５におけるＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態７に係るプレート式熱交換器１００では、図１５〜図１７に示すように、伝熱プレート１は、２枚の金属プレート１ａ、１ｂで構成されているが、伝熱プレート２は、１枚の金属プレート２ａで構成されている。また、金属プレート１ａ、２ａと金属プレート１ｂとの厚さが異なっており、金属プレート１ｂの方が金属プレート１ａ、２ａよりも薄くなっている。

また、金属プレート１ｂの外壁部１７の内側かつ微流路１６の外側の一部には、図１７に示すように第二流路７側に突出した凸形状の加工が施されている。一方、金属プレート１ｂの外壁部１７の内側かつ微流路１６の外側のその他の部分には、図１６に示すように第二流路７側に突出した凸形状の加工が施されていない。また、金属プレート１ａの外壁部１７の内側かつ微流路１６の外側には、凸形状の加工が施されていない。

つまり、金属プレート１ａ、１ｂの間には、図１５及び図１７に示すように金属プレート１ｂの一部にのみ凸形状の加工を施すことにより、漏れスポット５４が形成されている。また、２枚の金属プレート１ａ、１ｂの外壁部１７の間には、外部流路１５ａ、１５ｂが形成されているが、外部流路１５ａは外部に繋がっておらず、外部流路１５ｂは外部に繋がっている。つまり、外部流路１５ａ、１５ｂの一部のみが外部に繋がっている。

このように、金属プレート１ｂを金属プレート１ａ、２ａよりも薄くするとともに、金属プレート１ｂの外壁部１７の内側かつ微流路１６の外側の一部に漏れスポット５４を形成する。そうすることで、金属プレート１ｂの漏れスポット５４が形成されている部分が、厚さも薄く凸形状の加工が施されているため、他の部分に比べて強度が弱くなる。そのため、第二流路７を流れる例えば水等の第二流体に凍結現象が発生しても、金属プレート１ｂの漏れスポット５４が形成されている部分が先に壊れ、そこから先に漏れが発生する。その結果、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＨＦＯ_ＭＩＸ、ＣＯ_２等の冷媒である第一流体の漏れの発生を防ぐことができる。

実施の形態８．
以下、本発明の実施の形態８について説明するが、実施の形態１〜７と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜７と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図１８は、本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００の分解側面斜視図である。図１９は、本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の正面斜視図である。図２０は、本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート２の正面斜視図である。図２１は、本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図１９におけるＡ−Ａ断面図である。図２２は、本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図１９におけるＢ−Ｂ断面図である。図２３は、本発明の実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図１９におけるＣ−Ｃ断面図である。

本実施の形態８に係るプレート式熱交換器１００では、図１８〜図２３に示すように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）、２ａの間には、長手方向に沿って仕切り通路３１、３２がそれぞれ形成されている。また、仕切り通路３１、３２はそれぞれ外部流路１５を通して外部に繋がっている。

なお、漏れスポット５４を設ける場合、仕切り通路３１、３２は一部の漏れスポット５４と連通しており、外部流路１５ｂを通して外部に繋がっていることが望ましい。

また、図２１〜図２３に示すように、仕切り通路３１または仕切り通路３２は、金属プレート１ａに凸形状の加工を、金属プレート１ｂに凹形状の加工をそれぞれ施し、それらを接合することにより形成されている。また、図２１に示すように、仕切り通路３１と仕切り通路３２とは連通している。

また、第一流路６において、仕切り通路３１の凸外壁（あるいは金属プレート１ａの凸形状）と、金属プレート２ａとがろう付け接合されており、第一流路６の仕切りになる。また、第二流路７において、仕切り通路３２の凹外壁（あるいは金属プレート１ｂの凹形状）と、金属プレート２ａとがろう付け接合されており、第二流路７の仕切りになる。

また、図１９に示すように、第一流路６の仕切りでは、第一流路６の流れをＵ型流れに実現することができる。第一流路６のＵ型流れでは、第一流体が開口部２７から第一流路６に流入し、開口部２９に向いて、第一流路６の外壁部１７と第一流路６の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部２９及び開口部３０の周囲流路に沿ってＵターンをして、開口部２８に向いて、第一流路６の外壁部１７と第一流路６の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れて、開口部２８から流出する。

また、図２０に示すように、第二流路７の仕切りでは、第二流路７の流れをＵ型流れに実現することができる。第二流路７のＵ型流れでは、第二流体が開口部２９から第二流路７に流入し、開口部２７に向いて、第二流路７の外壁部１７と第二流路７の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部２７及び開口部２８の周囲流路に沿ってＵターンをして、開口部３０に向いて、第二流路７の外壁部１７と第二流路７の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れて、開口部３０から流出する。

このように、仕切り通路３１と仕切り通路３２とが連通して、漏れスポット５４及び外部流路１５と繋がっている構成とする。そうすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路１６を流れた後、微流路１６から微流路１６よりも高さの高い仕切り通路３１、３２に流入し、より早く外部へ流出することができる。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮することができる。また、仕切り通路３１、３２の導入により、面内流路のＵ型流れを実現することができ、面内流路幅を大幅に小さくすることで面内流路の面内分配性も改善することができる。よって、プレート式熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができる。

実施の形態９．
以下、本発明の実施の形態９について説明するが、実施の形態１〜８と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜８と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２４は、本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器１００の分解側面斜視図である。図２５は、本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の正面斜視図である。図２６は、本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器１００の伝熱プレート２の正面斜視図である。図２７は、本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図２５におけるＡ−Ａ断面図である。図２８は、本発明の実施の形態９に係るプレート式熱交換器１００の伝熱セット２００の図２５におけるＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態９に係るプレート式熱交換器１００では、図２４〜図２８に示すように、２枚の金属プレート（１ａと１ｂ）の間には、長手方向に沿って仕切り通路３１、３２が形成されている。なお、仕切り通路３１、３２はそれぞれ一部の漏れスポット５４と連通しており、外部流路１５ｂを通して外部に繋がっていることが望ましい。

また、図２４〜図２８に示すように、仕切り通路３１、３２は、金属プレート１ａに凸形状を施し、金属プレート１ｂと接合することにより形成されている。

ここで、仕切り通路３１、３２は、図２７〜図２８に示すように、各金属プレート１ａに対して凸形状の加工が施されて形成されているが、それに限定されない。例えば、金属プレート１ａに凸形状の加工を、金属プレート２ａに凹形状の加工をそれぞれ施すことによって仕切り通路３１、３２を形成してもよい。

また、第一流路６において、仕切り通路３２の凸外壁（あるいは金属プレート１ａの凸形状）と、金属プレート２ａとがろう付け接合されており、第一流路６の第一仕切りになる。また、第一流路６において、仕切り通路３１の凸外壁（あるいは金属プレート１ａの凸形状）と、金属プレート２ａとがろう付け接合されており、第一流路６の第二仕切りになる。なお、第二流路７において、仕切りはない。

また、図２５に示すように、第一流路６の仕切りでは、第一流路６の流れを二つのＵ型流れに実現することができる。第一流路６の二つのＵ型流れでは、第一流体が開口部２７から第一流路６に流入し、開口部２９に向いて、第一流路６の外壁部１７と第一流路６の第一仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部２９の周囲流路及び第二仕切りに沿って一回目のＵターンをして、開口部３０に向いて、第一仕切りと第二仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部３０の周囲流路及び第一仕切りに沿って二回目のＵターンをして、第一流路６の外壁部１７と第一流路６の第二仕切りとの間に形成された流路に沿って流れて、開口部２８から流出する。

また、図２６に示すように、第二流路７の仕切りがないため、第二流体が前記開口部２９から第二流路７に流入し、開口部３０に向いて、クロス流れて、第二流路７の外壁部１７の間で形成された流路に沿って、開口部３０から流出する。

このように、仕切り通路３１、３２は漏れスポット５４及び外部流路１５と繋がっている構成とする。そうすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路１６を流れた後、微流路１６から微流路１６よりも高さの高い仕切り通路３１、３２に流入し、より早く外部へ流出することができる。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮することができる。また、仕切り通路３１と３２の導入により、面内流路の二つのＵ型流れを実現することができ、面内流路幅をより大幅に小さくすることで面内流路の面内分配性も改善することができる。よって、プレート式熱交換器１００の熱交換性能を向上させることができる。

実施の形態１０．
以下、本発明の実施の形態１０について説明するが、実施の形態１〜９と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１〜９と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図２９は、本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプ式暖房給湯システム３００の構成を示す概略図である。
本実施の形態１０に係るヒートポンプ式暖房給湯システム３００は、筐体内に収納されたヒートポンプ装置２６を備える。ヒートポンプ装置２６は、冷媒回路２４と、熱媒体回路２５とを有する。冷媒回路２４は、圧縮機１８、第二熱交換器１９、膨張弁またはキャピラリーチューブ等で構成された減圧装置２０、及び、第一熱交換器２１が順次配管で接続されて構成されている。熱媒体回路２５は、第一熱交換器２１、暖房給湯装置２３、及び、熱媒体を循環させるポンプ２２が順次配管で接続されて構成されている。

ここで、第一熱交換器２１は、実施の形態１〜９で説明したプレート式熱交換器１００であり、冷媒回路２４を循環する冷媒と熱媒体回路２５を循環する熱媒体との熱交換を行う。なお、熱媒体回路２５に用いられる熱媒体は、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、あるいはこれらの混合物等、冷媒回路２４の冷媒と熱交換可能な流体であればよい。

また、プレート式熱交換器１００において、第二流路７よりも伝熱性の高い第一流路６に冷媒が流れ、第二流路７に熱媒体が流れるように、プレート式熱交換器１００が冷媒回路２４に組み込まれている。

また、プレート式熱交換器１００において、第一流路６と第二流路７との間を介した伝熱プレート１、２は、外部に繋がる外部流路１５を有するため、第一流路６に腐食現象、あるいは第二流路７に凍結現象等が発生しても、第一流路６に流れる冷媒が第二流路７に漏れないプレート式熱交換器１００が冷媒回路２４に組み込まれている。

暖房給湯装置２３は、貯湯タンク（図示せず）と、室内を空調する室内機（図示せず）等を備えている。熱媒体を水とした場合は、水を、冷媒回路２４の冷媒とプレート式熱交換器１００で熱交換して加熱し、加熱した水を貯湯タンク（図示せず）に貯留する。また、室内機（図示せず）は、熱媒体回路２５の熱媒体を室内機内部の熱交換器に導いて室内空気と熱交換することで、室内を暖房する。なお、暖房給湯装置２３の構成は上記の構成に特に限定するものではなく、熱媒体回路２５の熱媒体の温熱を用いて暖房及び給湯を行える構成とされていればよい。

実施の形態１〜９で説明したように、プレート式熱交換器１００は、熱交換効率がよく、可燃性冷媒（例えば、Ｒ３２、Ｒ２９０、ＨＦＯ_ＭＩＸ等）に対応することが可能、また、強度向上が図られて信頼性が高い。したがって、本実施の形態１０で説明したヒートポンプ式暖房給湯システム３００にプレート式熱交換器１００を搭載すると、効率がよく、消費電力量が抑えられ、安全性が向上され、ＣＯ_２排出量を低減できるヒートポンプ式暖房給湯システム３００を実現することができる。

なお、本実施の形態１０では、実施の形態１〜９で説明したプレート式熱交換器１００の適用例として、冷媒と水とを熱交換させるヒートポンプ式暖房給湯システム３００について説明した。しかし、実施の形態１〜９で説明したプレート式熱交換器１００は、ヒートポンプ式暖房給湯システム３００に限らず、冷房用途チラー、発電装置、食品の加熱殺菌処理機器等、多くの産業機器及び家庭用機器に利用可能である。

本発明の活用例として、実施の形態１〜９で説明したプレート式熱交換器１００は、製造が容易で熱交換性能が向上し、省エネルギー性能を向上することが必要なヒートポンプ装置２６に用いることができる。

１ 伝熱プレート、１ａ 金属プレート、１ｂ 金属プレート、２ 伝熱プレート、２ａ 金属プレート、２ｂ 金属プレート、４ インナーフィン、５ インナーフィン、６ 第一流路、７ 第二流路、８ 第二補強用サイドプレート、９ 第一流出管、１０ 第二流入管、１１ 第二流出管、１２ 第一流入管、１３ 第一補強用サイドプレート、１４ 周囲漏れ通路、１５ 外部流路、１５ａ 外部流路、１５ｂ 外部流路、１６ 微流路、１７ 外壁部、１８ 圧縮機、１９ 第二熱交換器、２０ 減圧装置、２１ 第一熱交換器、２２ ポンプ、２３ 暖房給湯装置、２４ 冷媒回路、２５ 熱媒体回路、２６ ヒートポンプ装置、２７ 開口部、２８ 開口部、２９ 開口部、３０ 開口部、３１ 仕切り通路、３２ 仕切り通路、４０ 第一ヘッダー、４１ 第二ヘッダー、５２ ろう付け部、５４ 漏れスポット、５５ 防食層、１００ プレート式熱交換器、２００ 伝熱セット、３００ ヒートポンプ式暖房給湯システム。

Claims (16)

1. 四隅に開口部を有する伝熱プレートが複数積層され、
   各前記伝熱プレート同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路と第二流体が流れる第二流路とが、各前記伝熱プレートを境にして交互に形成されるとともに、四隅の前記開口部のそれぞれが連なって、前記第一流体を流出入させる第一ヘッダー、及び、前記第二流体を流出入させる第二ヘッダーが形成されたプレート式熱交換器において、
   前記第一流路または前記第二流路を挟む前記伝熱プレートのうち、少なくともいずれか一方の前記伝熱プレートは、２枚の金属プレートを重ね合わせて構成され、
   ２枚の前記金属プレートのうち、前記第二流路側に位置する金属プレートは、前記第一流路側に位置する金属プレートよりも薄い
   プレート式熱交換器。
2. 四隅に開口部を有する伝熱プレートが複数積層され、
   各前記伝熱プレート同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路と第二流体が流れる第二流路とが、各前記伝熱プレートを境にして交互に形成されるとともに、四隅の前記開口部のそれぞれが連なって、前記第一流体を流出入させる第一ヘッダー、及び、前記第二流体を流出入させる第二ヘッダーが形成されたプレート式熱交換器において、
   前記第一流路または前記第二流路を挟む前記伝熱プレートのうち、少なくともいずれか一方の前記伝熱プレートは、２枚の金属プレートを重ね合わせて構成され、
   ２枚の前記金属プレートは同じ厚さであり、
   前記第一流路または前記第二流路を挟む前記伝熱プレートのうち、一方の前記伝熱プレートは、１枚の金属プレートで構成されている
   プレート式熱交換器。
3. 前記第一流路または前記第二流路を挟む前記伝熱プレートのうち、一方の前記伝熱プレートは、１枚の金属プレートで構成されている
   請求項１に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記第一流路及び前記第二流路には、インナーフィンが設けられている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
5. ２枚の前記金属プレートの間には、
   前記第一流体と前記第二流体とが熱交換する熱交換領域に形成された微流路と、
   前記微流路の外側に形成され、外部に連通した周囲漏れ通路と、を有する
   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. 前記周囲漏れ通路の外側に、外部に繋がっている外部流路が設けられている
   請求項５に記載のプレート式熱交換器。
7. 前記金属プレートの一部に凸形状の加工が施されて漏れスポットが形成されている
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
8. 端部に外壁部を有し、
   前記外壁部の間はろう付け接合されていない
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
9. 前記第二流路を挟む金属プレートには、防食層が設けられている
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
10. ２枚の前記金属プレートのうち、少なくとも一方に、凸形状または凹形状の加工が施されて仕切り通路が形成されている
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
11. 前記仕切り通路が複数形成されており、
    前記仕切り通路同士が連通している
    請求項１０に記載のプレート式熱交換器。
12. 前記仕切り通路は一部の前記漏れスポットと繋がっている
    請求項７に従属する請求項１０または１１に記載のプレート式熱交換器。
13. 前記仕切り通路の外壁は前記伝熱プレートとろう付け接合されており、前記第一流路または前記第二流路の仕切りになっている
    請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
14. 前記第一流路または前記第二流路において、面内流れはＵ型流れである
    請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
15. 圧縮機、熱交換器、減圧装置、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
    前記冷媒と前記プレート式熱交換器で熱交換される熱媒体が循環する熱媒体回路と、を備えた
    ヒートポンプ装置。
16. 請求項１５に記載のヒートポンプ装置と、前記熱媒体の温熱を用いて暖房及び給湯を行う暖房給湯装置と、前記熱媒体回路に設けられ、前記熱媒体を循環させるポンプと、を備えた
    ヒートポンプ式暖房給湯システム。

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