JP6735918B2 - プレート式熱交換器及びヒートポンプ式給湯システム - Google Patents
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Description
実施の形態1に係るプレート式熱交換器は、2つの流体の間で熱交換をするため、一方の流体を流すための流路が形成された第一伝熱プレートと、もう一方の流体を流すための流路が形成された第二伝熱プレートと、が積層されたプレート式熱交換器である。このプレート式熱交換器では、流体が第一伝熱プレートと第二伝熱プレートの流路に流れやすくするため、流路に形成された、流体の流出入孔の周辺に空間が設けられている。また、このプレート式熱交換器では、この空間を介して流路に設けられたインナーフィンへ流体が流されることで、圧力損失が小さい。図1−図4を参照して、プレート式熱交換器の構成について説明する。以下の説明では、2つの流体を、第一流体、第二流体と称する。
図1−図4に示すように、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1は、第一流体を流すための流路が形成された第一伝熱プレート30と、第一流体と熱交換をさせる第二流体を流すための流路が形成された第二伝熱プレート40と、が複数枚、交互に積層された積層体100を備えている。積層体100は、第一補強プレート10と第二補強プレート20によって挟み込まれて補強されている。
第一伝熱プレート30は、プレート式熱交換器1内で第一流体を流すための部材である。第一伝熱プレート30は、図5に示すように、プレート部39と、プレート部39の外周を取り囲む第一外周壁部31と、を有する。
なお、図9(A)は、第一凸部50を正面から見たときの斜視図、図9(B)は、第一凸部50を背面から見たときの斜視図を示している。
第一インナーフィン38、第二インナーフィン48は、図8及び図10に示すように、Z方向に凹凸し、かつX方向に延在する波状のフィン部を有している。これにより、第一インナーフィン38、第二インナーフィン48では、第一流体、第二流体がX方向へ流れた場合に、第一流体、第二流体がフィン部に沿って流れる。第一インナーフィン38、第二インナーフィン48のフィン部には、第一流体、第二流体の熱が伝えられ、その結果、第一流体と第二流体が熱交換をする。
なお、第一インナーフィン38と第一流体流出入孔35が離間する距離、及び、第二インナーフィン48と第二流体流出入孔46が離間する距離は、第一流体、第二流体を流れやすくするため、第一流体流出入孔35、第二流体流出入孔46の直径に対して1/20〜1/4であることが望ましい。これらの距離は、第一流体流出入孔35、第二流体流出入孔46の直径に対して1/16〜1/8であることがより望ましい。また、これらの距離は、第一インナーフィン38、第二インナーフィン48が有する波状のフィン部の波のX方向のピッチ又は、Z方向に隣合うフィン部とフィン部のピッチよりも大きいことが望ましく、詳細には、これらのピッチの1.5〜2.0倍であることが望ましい。第一インナーフィン38と第一流体流出入孔32が離間する距離、及び、第二インナーフィン48と第二流体流出入孔43が離間する距離も同様である。
まず、第一流体の流れについて説明する。第一流体は、外部から第一流体供給管12を介して積層体100に供給される。供給された第一流体は、図12に示すように、第二伝熱プレート40の第二通路孔42、第一伝熱プレート30の第一流体流出入孔32を矢印Fの方向、すなわち−Y方向へ流れる。ここで、第二通路孔42には第二管状壁44が形成されている。これに対して、第一流体流出入孔32には外周を囲む管状壁が形成されていない。このため、第一流体は、−Y方向へ流れるだけでなく、第一流体流出入孔32から第一インナーフィン38側への方向(すなわち、矢印F1の方向)にも流れる。これにより、第一流体は、第一伝熱プレート30の+Y面に沿って流れる。第一伝熱プレート30の+Y面では、第一流体流出入孔32と第一インナーフィン38との間に第一凸部50しか存在しない空間が設けられている。このため、第一流体は、この空間で、第一流体流出入孔32からZ方向に第一伝熱プレート30全体へ広がって、均一な分布で第一インナーフィン38へ流れこむ。
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、第一凸部51が第一流体流出入孔32と第一通路孔33の近傍に設けられている。また、第二凸部61が第二流体流出入孔43と第二通路孔42の近傍に設けられている。これに対して、実施の形態2に係るプレート式熱交換器2は、第一凸部51が第一流体流出入孔32の近傍にだけ設けられている。また、第二凸部61が第二流体流出入孔43の近傍にだけ設けられている。以下、図13−図16を参照して、実施の形態2に係るプレート式熱交換器2を説明する。実施の形態2では、実施の形態1と異なる構成について説明する。
図13に示すように、第一凸部51は、第一伝熱プレート30の、第一流体流出入孔32が形成された+X側かつ+Z側の領域だけに形成されている。第一凸部51は、その領域に複数個、ランダムに配置されている。第一凸部51それぞれの形状、大きさは実施の形態1の第一凸部50と同じである。
なお、図示しない第一伝熱プレート30の第一流体流出入孔35近傍にも第一凸部51が設けられている。第二伝熱プレート40の第二流体流出入孔46近傍にも第二凸部61が設けられている。このため、第一流体流出入孔35と第二流体流出入孔46の近傍でも、同様に、積層体100が変形しにくく、第一流体、第二流体は、円滑に流れる。
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、第一伝熱プレート30に第一凸部50が設けられている。また、第二伝熱プレート40に第二凸部60が設けられている。これに対して、実施の形態3に係るプレート式熱交換器3は、第二伝熱プレート40に第一凸部52と第二凸部62が設けられている。以下、図17、図18を参照して、実施の形態3に係るプレート式熱交換器3を説明する。実施の形態3では、実施の形態1、2と異なる構成について説明する。
図17に示すように、第二伝熱プレート40は、+Y方向に突出した複数の第二凸部62と、第一流路の高さと同じだけ、−Y方向に突出した複数の第一凸部52と、を備えている。そして、第二凸部62、第一凸部52それぞれは、Y方向に重ならない位置に配置されている。また、第二凸部62、第一凸部52は、第二伝熱プレート40内の、第二インナーフィン48よりも+X側の領域に配置されている。詳細には、第二凸部62、第一凸部52は、第二通路孔42近傍と、第二流体流出入孔43の近傍と、に配置されている。
実施の形態4に係るプレート式熱交換器4は、第一伝熱プレート30に、実施の形態3に記載の第二伝熱プレート40と同様の形状を有する第一凸部52と第二凸部62とが設けられている。以下、図19を参照して、実施の形態4に係るプレート式熱交換器4を説明する。実施の形態4では、実施の形態1−3と異なる構成について説明する。
図19に示すように、第一伝熱プレート30は、プレート面から+Y方向に突出した第二凸部62と、プレート面から−Y方向に突出した第一凸部52と、を備えている。第二凸部62と第一凸部52はプレート面から同じ距離だけ突出している。また、第二伝熱プレート40も、同じ形状を有する第二凸部62と、第一凸部52と、を備えている。そして、第一伝熱プレート30が有する第二凸部62と第二伝熱プレート40が有する第一凸部52がY方向に重なる位置に形成されている。第一伝熱プレート30が有する第二凸部62の+Y端と第二伝熱プレート40が有する第一凸部52−Y端は、互いに当接し、かつロウ付けされている。これにより、第一伝熱プレート30が有する第二凸部62と第二伝熱プレート40が有する第一凸部52が積層体100の支柱として機能している。
実施の形態5は、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1が用いられたヒートポンプ式給湯システム5である。図20を参照して、実施の形態5に係るヒートポンプ式給湯システム5について説明する。
図20に示すように、ヒートポンプ式給湯システム5は、冷媒回路80と、冷媒回路80と熱交換をする水回路90と、を備えている。
図20−図23を参照して、実施の形態6に係るプレート式熱交換器6を説明する。実施の形態6では、実施の形態1−5と異なる構成について説明する。
図21は本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器6が備える第一伝熱プレート30の端部の拡大平面図である。図22は本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器6が備える第二伝熱プレート40の端部の拡大平面図である。図23は、本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器6において、第一凸部53と第二凸部63の位置関係を示す拡大平面図である。
図21に示すように、第一伝熱プレート30の+X端にある第一流体流出入孔32と第一通路孔33の近傍には、第一凸部53が設けられている。なお、図示しないが、第一伝熱プレート30の−X端にある第一流体流出入孔35と第一通路孔36の近傍にも同数の第一凸部53が設けられている。
図24及び図25に示すように、フランジ301は、第一管状壁34、37の+Y端から、第一通路孔33、36の内側へ延在してもよい。図示しないが、フランジ301は、第二管状壁44、47にも設けられてもよい。この場合、第二管状壁44、47に設けられたフランジ301は、第二管状壁44、47の+Y端から、第二通路孔42、45の内側へ延在してもよい。なお、フランジ300、301は、第一伝熱プレート30に設けられたものを第一フランジ、第二伝熱プレート40に設けられたものを第二フランジと称してもよい。
図28に示すように、第一凸部50の直径は実施の形態1の場合よりも大きくてもよい。この場合、第一凸部50の数は、実施の形態1の場合よりも少なくてもよい。逆に、図29に示すように、第一凸部50の直径は実施の形態1の場合よりも小さくてもよい。この場合、第一凸部50の数は、実施の形態1の場合よりも多くてもよい。このように、第一凸部50は、その数によってY方向視の大きさ、すなわち、Y方向視の面積を変更してもよい。第一凸部50の数及び面積は、要求される積層体100の耐圧性に応じて決定するとよい。このことは、第一凸部51−53及び、第二凸部60−63についても同様である。
Claims (10)
- 第一流体を流出入させる第一流出入孔が形成された第一プレート部、該第一プレート部の一方の面側で該第一プレート部の外周を囲んで第一流体を流すための第一流路を形成する第一外周壁部及び、前記第一プレート部の一方の面の、前記第一流路内の前記第一流出入孔から離間した位置に載置された第一インナーフィン、を備えた第一伝熱プレートと、
第二流体を流出入させる第二流出入孔が形成された第二プレート部、該第二プレート部の一方の面側で該第二プレート部の外周を囲んで第二流体を流すための第二流路を形成する第二外周壁部及び、前記第二プレート部の一方の面の、前記第二流路内の前記第二流出入孔から離間した位置に載置された第二インナーフィン、を備えた第二伝熱プレートと、
が複数枚、交互に積層されたプレート式熱交換器であって、
前記第二プレート部は、
一方の面側に突出し、該一方の面側に隣り合う前記第一伝熱プレートが有する前記第一プレート部に当接すると共に、前記第二流路の、前記第二流出入孔から前記第二インナーフィンまでの間に配置された第一凸部と、
他方の面側に突出し、該他方の面側に隣り合う前記第一伝熱プレートが有する前記第一プレート部に当接すると共に、前記第一流路の、前記第一流出入孔から前記第一インナーフィンまでの間に配置された第二凸部と、
を有する、
プレート式熱交換器。 - 前記第一凸部と前記第二凸部は、前記第二プレート部の、前記第一伝熱プレートと前記第二伝熱プレートが積層された方向から視てずれた位置に配置されている、
請求項1に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第二プレート部は、前記第一凸部と前記第二凸部をそれぞれ複数個、有し、
前記第二プレート部には、前記第二流路に前記第一流体よりも圧力の高い前記第二流体が流される場合に、前記第一凸部が前記第二凸部よりも多く設けられ、前記第一流路に前記第二流体よりも圧力の高い前記第一流体が流される場合に、前記第二凸部が前記第一凸部よりも多く設けられている、
請求項1又は2に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第一伝熱プレートそれぞれが備える第一プレート部は、平板であり、
前記第一凸部及び前記第二凸部は、前記第一プレート部の板面に当接する、
請求項1から3のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第一プレート部は、
一方の面側に突出し、該一方の面側に隣り合う前記第二伝熱プレートが有する前記第二プレート部の前記第二凸部に当接して前記第一流路の、前記第一伝熱プレートと前記第二伝熱プレートが積層された方向の形状を保つ第三凸部と、
他方の面側に突出し、該他方の面側に隣り合う前記第一伝熱プレートが有する前記第一プレート部の前記第一凸部に当接して前記第二流路の、前記第一伝熱プレートと前記第二伝熱プレートが積層された前記方向の形状を保つ第四凸部と、
を有する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第一流出入孔の全周は、前記第一インナーフィンが配置されていない第一空間と接しており、前記第二流出入孔の全周は、前記第二インナーフィンが配置されていない第二空間と接しており、
前記第一空間には、前記第二凸部が配置され、前記第二空間には、前記第一凸部が配置されている、
請求項1から5のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第一プレート部及び前記第二プレート部は、平面視矩形に形成され、
前記第一インナーフィン及び前記第二インナーフィンは、前記第一プレート部及び前記第二プレート部よりも長手方向が短い平面視矩形に形成され、
前記第一インナーフィンの短手方向の辺は、前記第一流出入孔と離間し、前記第二インナーフィンの短手方向の辺は、前記第二流出入孔と離間している、
請求項6に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第一プレート部は、第一管状壁によって取り囲まれ、前記第二流体を前記第二プレート部に形成された前記第二流路に流出入させる第一通路孔と、前記第一管状壁の端部に設けられ、前記第二伝熱プレートに接合される第一フランジと、を有し、
前記第二プレート部は、第二管状壁によって取り囲まれ、前記第一流体を前記第一プレート部に形成された前記第一流路に流出入させる第二通路孔と、前記第二管状壁の端部に設けられ、前記第一伝熱プレートに接合される第二フランジと、を有する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。 - 前記第一インナーフィンが前記第一流出入孔から離間する距離は、前記第一インナーフィンが有するフィンとフィンのピッチよりも大きく、
前記第二インナーフィンが前記第二流出入孔から離間する距離は、前記第二インナーフィンが有するフィンとフィンのピッチよりも大きい、
請求項1から8のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器を備え、該プレート式熱交換器が冷媒と水の熱交換をする、
ヒートポンプ式給湯システム。
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