JP7019068B2 - プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置 - Google Patents

プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置 Download PDF

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Description

本発明は、プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置に関する。
従来、ヒートポンプサイクルを利用するヒートポンプ装置として、水を加熱し、給湯や空気調和を行うヒートポンプ装置が知られている。このようなヒートポンプ装置では、冷媒回路を循環する冷媒と水回路を流れる水との熱交換をプレート式の水冷媒熱交換器で行い、水回路内の水を加熱している。ここで、加熱によって水が膨張することがあるため、水回路内に圧力逃がし弁が設けられることがある（例えば特許文献１参照）。
日本国特許第５２４６０４１号公報（段落００１７、図２）
水冷媒熱交換器（プレート式熱交換器）が損傷して水回路（第一流路、熱媒体回路）と冷媒回路（第二流路）とが連通した場合、水（第一流体、熱媒体）よりも圧力の高い冷媒（第二流体）が水回路に漏洩する。通常、冷媒が水回路に漏洩した場合には、水回路の圧力が上昇するので、水回路の部品や配管を保護するために水回路の圧力逃がし弁が開き、圧力逃がし弁から水および冷媒が排出される。このとき、水回路に漏洩した冷媒の圧力は水回路の圧力と同じになり、水回路の圧力は圧力逃がし弁の設定圧力となる。ここで、圧力逃がし弁の設定圧力によっては、水回路に流入して断熱膨張した冷媒の温度が水の凝固点を下回る場合がある。この場合、水の凝固点を下回る温度の冷媒と水とが混合することで、水は氷に変化する。加えて、冷媒の圧力が低下すること、および冷媒が水から熱を受け取ることによって、冷媒が気化する。その結果、冷媒ガスに微小な氷が混合した流体が圧力逃がし弁から排出される。この状態が継続することで、圧力逃がし弁内の流路に徐々に氷が付着して圧力逃がし弁が閉塞し、圧力逃がし弁から水および冷媒を排出することができなくなる可能性がある。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、圧力逃がし弁の閉塞を防止し、第一流路に漏洩した第二流体をより確実に第一流路から圧力逃がし弁を介して排出することが可能なプレート式熱交換器およびヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、プレート式熱交換器は、一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とを区画し、第一流路内の第一流体と第二流路内の第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、第一貫通孔に連なる、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口と、第二貫通孔に連なる、第一流路から第一流体を導出するための第一導出口と、第三貫通孔に連なる、第二流路に第二流体を導入するための第二導入口と、第四貫通孔に連なる、第二流路から第二流体を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔のいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した接続口と、が設けられ、複数の伝熱プレートを一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、を備え、接続口は、当該プレート式熱交換器とは別に設けられる圧力逃がし弁と接続され、当該プレート式熱交換器内を流れる前記第一流体に関する温度を検知する温度センサを備え、前記温度センサは、前記接続口が設けられた前記エンドプレートに取り付けられる。
本発明の第二の態様によれば、ヒートポンプ装置は、圧縮機と、プレート式熱交換器と、膨張機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、ポンプと、プレート式熱交換器と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、プレート式熱交換器内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口に接続され、プレート式熱交換器とは別に設けられる圧力逃がし弁と、前記プレート式熱交換器内を流れる前記熱媒体に関する温度を検知する温度センサと、を備え、前記プレート式熱交換器は、一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、前記一方向に重ね合わせられ、前記熱媒体を流通させる第一流路と前記冷媒を流通させる第二流路とを区画し、前記第一流路内の前記熱媒体と前記第二流路内の前記冷媒とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、前記第一貫通孔に連なる、前記熱媒体配管から前記第一流路に前記熱媒体を導入するための第一導入口と、前記第二貫通孔に連なる、前記第一流路から前記熱媒体配管に前記熱媒体を導出するための第一導出口と、前記第三貫通孔に連なる、前記冷媒配管から前記第二流路に前記冷媒を導入するための第二導入口と、前記第四貫通孔に連なる、前記第二流路から前記冷媒配管に前記冷媒を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔に連なって前記第一導入口と対向する位置に配置されたまたは前記第二貫通孔に連なって前記第一導出口と対向する位置に配置された前記接続口と、が設けられ、前記複数の伝熱プレートを前記一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、を有し、前記温度センサは、前記接続口が設けられた前記エンドプレートに取り付けられる。
上記のプレート式熱交換器によれば、プレート式熱交換器が損傷して第一流路と第二流路とが連通した場合、第二流体が第一流路に漏洩することによって第一流路内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁が開く。圧力逃がし弁は、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口および第一流路から第一流体を導出するための第一導出口とは別に、第一流路から分岐して設けられた接続口に接続される。このため、第一流路に漏洩した第二流体は、第一流体がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁から集中的に排出される。したがって、第一流体の凝固物が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、第一流路に漏洩した第二流体をより確実に第一流路から圧力逃がし弁を介して排出することができる。
また、上記のヒートポンプ装置によれば、プレート式熱交換器が損傷して冷媒回路と熱媒体回路とが連通した場合、冷媒が熱媒体回路に漏洩することによって熱媒体回路内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁が開く。圧力逃がし弁は、プレート式熱交換器内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口に接続されているので、熱媒体回路に漏洩した冷媒は、熱媒体がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁から集中的に排出される。したがって、熱媒体の凝固物が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、熱媒体回路に漏洩した冷媒をより確実に熱媒体回路から圧力逃がし弁を介して排出することができる。
本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器を模式的に示す分解斜視図である。 前記プレート式熱交換器を模式的に示す正面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 前記プレート式熱交換器内の流体の流れを模式的に示す図である。 冷媒が漏洩した場合の前記プレート式熱交換器内の流体の流れを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。 圧力逃がし弁が取り付けられた状態における図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器を模式的に示す正面図である。 図９のＸ－Ｘ線における断面図である。 実施の形態４の変形例に係るプレート式熱交換器の図９のＸ－Ｘ線における断面図である。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１から図６を参照して説明する。各図において同一または相当する部分には同一の符号を付している。
図１は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、水（熱媒体）を循環させる水回路（熱媒体回路）２０と、圧力逃がし弁３０と、を備える。
冷媒回路１０は、圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張弁（膨張機構）１３と、空気熱交換器（熱源側熱交換器）１４とが冷媒配管１１を介して接続された構成を有している。
冷媒回路１０を循環する冷媒には、環境に対する負荷を考慮して、オゾン層破壊係数（Ｏｚｏｎｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；以下、「ＯＤＰ」と称する。）および地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；以下、「ＧＷＰ」と称する。）の低い性質を有する冷媒が用いられる。このような冷媒として、具体的には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒においてＲ４１０ＡやＲ４０７ＣよりもＧＷＰが低いＲ３２や、ＨＦＯ－１２３４ｙｆやＨＦＯ－１２３４ｚｅ等のＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）系冷媒、プロパンやブタン等のＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒等が用いられる。上述した冷媒は、低ＯＤＰおよび低ＧＷＰの性質を有しているが、可燃性も有している。また、上述した冷媒は、単一冷媒として用いられてもよいし、２種以上が混合された混合冷媒として用いられてもよい。
圧縮機１２は、吸入した低圧の冷媒を圧縮し、高圧の冷媒として吐出する。本実施の形態では、圧縮機１２は、インバータ装置等を備え、駆動周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１２の容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。
プレート式熱交換器４０は、冷媒回路１０を流れる冷媒と水回路２０を流れる水との熱交換を行う。プレート式熱交換器４０の詳細な構成については後述する。
膨張弁１３は、冷媒の流量を調整し、例えば空気熱交換器１４に流入する冷媒の圧力調整（減圧）を行う。本実施の形態では、膨張弁１３は、不図示の制御装置からの指示に基づいて、開度を変化させることが可能な電子膨張弁が用いられている。
空気熱交換器１４は、冷媒回路１０を流れる冷媒と、ファンによって送風される空気（外気）との熱交換を行う。本実施の形態では、空気熱交換器１４は、例えば銅やアルミニウム等で構成されるフィンアンドチューブ熱交換器である。
本実施の形態では、ヒートポンプ装置１は、冷媒回路１０において、水回路２０を流れる水を加熱する通常運転と、通常運転に対して冷媒を逆方向に流通させて空気熱交換器１４の除霜を行う除霜運転とを行うことができるように構成されている。外気が低温の環境下で通常運転を行うと、空気熱交換器１４に結露した水が氷結して、空気熱交換器１４の表面に霜が付着する場合がある。この霜は通常運転を継続することで成長し、空気熱交換器１４の熱交換効率を低下させる。このため、低温環境下では、除霜運転が必要となる。
具体的に、通常運転と除霜運転とを可能にするため、冷媒回路１０には四方弁１５が設けられている。四方弁１５は、流路切替え装置として機能し、通常運転時と除霜運転時とで冷媒回路１０内の冷媒の流れ方向を切り替える。また、プレート式熱交換器４０は、通常運転時には水回路２０を流れる水を加熱する放熱器（凝縮器）として機能し、除霜運転時には水回路２０の水から吸熱する吸熱器（蒸発器）として機能する。空気熱交換器１４は、通常運転時には吸熱器（蒸発器）として機能し、除霜運転時には放熱器（凝縮器）として機能する。
また、本実施の形態では、ヒートポンプ装置１には、冷媒回路１０の圧縮機１２、四方弁１５、プレート式熱交換器４０、膨張弁１３および空気熱交換器１４を収容した室外機５１が設けられている。室外機５１は、屋外に設置されている。また、室外機５１には、冷媒回路１０の動作を制御する、不図示の制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば、圧縮機１２の駆動、四方弁１５の流路切替え、膨張弁１３の開度、空気熱交換器１４のファンの送風等を制御する。
次に、冷媒回路１０の動作の例について図１を参照して説明する。図１において、冷媒回路１０における通常運転時の冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、除霜運転時の冷媒の流れ方向を破線の矢印で示している。
通常運転時には、四方弁１５によって冷媒の流路が実線で示すように切り替えられ、プレート式熱交換器４０に高温高圧の冷媒が流れるように冷媒回路１０が構成される。すなわち、通常運転時には、冷媒回路１０において圧縮機１２、四方弁１５、プレート式熱交換器４０、膨張弁１３、空気熱交換器１４、四方弁１５、圧縮機１２の順に冷媒が循環する。
圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒（以下、「ガス冷媒」と称する。）は、四方弁１５を経てプレート式熱交換器４０の冷媒流路（第二流路）に流入する。プレート式熱交換器４０では、冷媒流路を流れる冷媒とプレート式熱交換器４０の水流路（第一流路）を流れる水との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が水に放熱される。これにより、プレート式熱交換器４０に流入した冷媒は、凝縮して高圧の液状態の冷媒（以下、「液冷媒」と称する。）となる。プレート式熱交換器４０の水流路を流れる水は、冷媒からの放熱によって加熱される。
プレート式熱交換器４０で凝縮した高圧の液冷媒は、膨張弁１３に流入し、減圧されて低圧の二相状態の冷媒（以下、「二相冷媒」と称する。）となる。低圧の二相冷媒は、空気熱交換器１４に流入する。空気熱交換器１４では、内部を流通する冷媒と、ファンにより送風される空気（外気）との熱交換が行われる。これにより、空気熱交換器１４に流入した冷媒は、空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四方弁１５を経て圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２に吸入された冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。通常運転時には、以上のサイクルが繰り返される。
除霜運転時には、四方弁１５によって冷媒の流路が破線で示すように切り替えられ、空気熱交換器１４に高温高圧の冷媒が流れるように冷媒回路１０が構成される。すなわち、除霜運転時には、冷媒回路１０において圧縮機１２、四方弁１５、空気熱交換器１４、膨張弁１３、プレート式熱交換器４０、四方弁１５、圧縮機１２の順に冷媒が循環する。
圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１５を経て空気熱交換器１４に流入する。空気熱交換器１４では、冷媒が内部を流通することで、空気熱交換器１４の表面に付着した霜が冷媒の凝縮熱により加熱されて溶融する。空気熱交換器１４に流入した冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。空気熱交換器１４から流出した液冷媒は、膨張弁１３に流入して二相冷媒となり、プレート式熱交換器４０に流入する。プレート式熱交換器４０に流入した二相冷媒は、プレート式熱交換器４０において水流路を流れる水から吸熱して蒸発し、ガス冷媒となる。ガス冷媒は、四方弁１５を経て圧縮機１２に吸入され、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。除霜運転時には、以上のサイクルが繰り返される。
水回路２０は、ポンプ２２と、上述のプレート式熱交換器４０と、暖房端末（利用側熱交換器）２３とが水配管（熱媒体配管）２１を介して接続された構成を有している。水回路２０を循環する水は、例えば純水や水道水等である。
ポンプ２２は、水回路２０内の水に圧力を与えて水回路２０内を循環させる装置である。暖房端末２３は、室内（屋内）に設置され、空気調和を行う対象である空間６０を暖める。本実施の形態では、暖房端末２３は、例えばパネルヒーターや床暖房パネル等であり、内部に熱交換部を有している。この熱交換部内に、プレート式熱交換器４０において加熱された水回路２０の水が流入する。暖房端末２３の熱交換部では、流入した水と空間６０の空気との熱交換が行われ、水から空間６０の空気に放熱される。これにより、空間６０が暖められるとともに、水が冷却される。
本実施の形態では、水回路２０には、膨張タンク２４と、安全弁２５と、がさらに設けられている。膨張タンク２４は、加熱等に伴う水回路２０内の水の容積変化により変化する圧力を一定範囲内に制御するための装置である。膨張タンク２４は、ポンプ２２と暖房端末２３とを接続する水配管２１から分岐した配管に接続されている。安全弁２５は、保護装置として設けられている。安全弁２５は、水回路２０の圧力が膨張タンク２４の圧力制御範囲を超えて高くなった場合に、水回路２０内の水を外部へ放出する。安全弁２５は、プレート式熱交換器４０と暖房端末２３とを接続する水配管２１から分岐した配管に接続されている。
また、本実施の形態では、ヒートポンプ装置１には、水回路２０のポンプ２２、膨張タンク２４および安全弁２５を収容した室内機５２が設けられている。室内機５２は、室内（屋内）に設置されている。また、室内機５２には、ポンプ２２の駆動等の水回路２０の動作を制御する、不図示の制御装置が設けられている。
圧力逃がし弁３０は、プレート式熱交換器４０に接続されている。より具体的には、圧力逃がし弁３０は、後述するプレート式熱交換器４０の接続口４８に接続されている。接続口４８は、プレート式熱交換器４０内の水回路２０から分岐して設けられている。本実施の形態では、圧力逃がし弁３０は、プレート式熱交換器４０とともに室外機５１に収容されて、屋外に配置されている。圧力逃がし弁３０は、例えばプレート式熱交換器４０内の冷媒回路１０から水回路２０に冷媒が漏洩することによって、水回路２０の圧力が予め定めた設定値を超えると自動的に開き、外部に水や冷媒等の流体を放出する。流体の放出によって水回路２０の圧力が設定値以下となると圧力逃がし弁３０は自動的に閉じ、流体の放出を停止する。
次に、プレート式熱交換器４０の構成について図２から図６を参照して説明する。図２は、プレート式熱交換器４０を模式的に示す分解斜視図である。図３は、プレート式熱交換器４０を模式的に示す正面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。
図２および図４に示すように、プレート式熱交換器４０は、複数の伝熱プレート４１と、一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂと、を備える。
複数の伝熱プレート４１は、所定の一方向（以下、「積層方向」と称する。）に重ね合わせられており、水（熱媒体、第一流体）を流通させる水流路（第一流路）と冷媒（第二流体）を流通させる冷媒流路（第二流路）とを区画し、水流路内の水と冷媒流路内の冷媒とを熱交換させる構成を有している。また、各伝熱プレート４１には、積層方向に貫通する４つの貫通孔である第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが設けられている。本実施の形態では、伝熱プレート４１は、積層方向から見て略矩形の板状に形成されており、略矩形の四隅に第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄがそれぞれ設けられている。伝熱プレート４１の表面には、例えば積層方向に変位する波形がＶ字状に複数列形成された、熱交換のための伝熱面が形成されている。伝熱プレート４１は、例えばステンレス鋼板等の金属プレートをプレス加工することによって作製される。
一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂは、複数の伝熱プレート４１を積層方向に挟み込んでいる。また、一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂには、第一導入口４４と、第一導出口４５と、第二導入口４６と、第二導出口４７と、接続口４８と、が設けられている。第一導入口４４は、伝熱プレート４１の第一貫通孔４２Ａに連なっており、水配管２１から水流路に水を導入するために用いられる。第一導出口４５は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なっており、水流路から水配管２１に水を導出するために用いられる。第二導入口４６は、伝熱プレート４１の第三貫通孔４２Ｃに連なっており、冷媒配管１１から冷媒流路に冷媒を導入するために用いられる。第二導出口４７は、伝熱プレート４１の第四貫通孔４２Ｄに連なっており、冷媒流路から冷媒配管１１に冷媒を導出するために用いられる。接続口４８には、圧力逃がし弁３０が接続されている。また、接続口４８は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なり水流路から分岐して設けられている。本実施の形態では、接続口４８は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なって第一導出口４５と対向する位置に配置されている。なお、上述の説明では、説明を容易にするため、通常運転時を基準とした冷媒および水の流れを記載している。したがって、例えば除霜運転時では、冷媒は第二導出口４７からプレート式熱交換器４０に導入され、第二導入口４６から導出されることになる。
本実施の形態では、図２から図４に示すように、一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂは、積層方向から見て略矩形の板状に形成されている。エンドプレート４３Ａには、第二導入口４６、第二導出口４７および接続口４８が略矩形の四隅のうち、伝熱プレート４１の第三貫通孔４２Ｃ、第四貫通孔４２Ｄおよび第二貫通孔４２Ｂの位置に対応する三隅にそれぞれ設けられている。エンドプレート４３Ｂには、第一導入口４４および第一導出口４５が略矩形の四隅のうち、伝熱プレート４１の第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂの位置に対応する二隅にそれぞれ設けられている。よって、接続口４８は、第一導入口４４および第一導出口４５とは異なるエンドプレートに設けられている。また、第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６、第二導出口４７および接続口４８には、円筒状のノズルがそれぞれ設けられている。
複数の伝熱プレート４１および一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂは、各々の外周の縁が重なるように重ね合わせられて、ろう付け等により接合されている。これにより、隣り合う伝熱プレート４１の間に水流路および冷媒流路がそれぞれ形成されている。また、複数の伝熱プレート４１を重ね合わせた状態では、水流路および冷媒流路が交互に配置され、第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂが水流路と連通し、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが冷媒流路と連通するように構成されている。
図５は、プレート式熱交換器４０内の流体の流れを模式的に示す図である。図５では、プレート式熱交換器４０内の水の流れを実線で示し、冷媒の流れを破線で示している。通常運転時は、図５に示すように、水回路２０の水は、第一導入口４４からプレート式熱交換器４０に導入され、各伝熱プレート４１間に形成された水流路を流通し、第一導出口４５から導出される。冷媒回路１０の冷媒は、第二導入口４６からプレート式熱交換器４０に導入され、各伝熱プレート４１間に形成された冷媒流路を流通し、第二導出口４７から導出される。このとき、水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
次に、プレート式熱交換器４０内で冷媒が水流路に漏洩した場合の動作について、図６を参照して説明する。図６は、冷媒が漏洩した場合のプレート式熱交換器４０内の流体の流れを模式的に示す図である。プレート式熱交換器４０では、例えば伝熱プレート４１の腐食や経年劣化による金属疲労破断等によって、伝熱プレート４１が破損する可能性が考えられる。また、例えば、除霜運転の際にプレート式熱交換器４０では冷媒は水から吸熱するので、水が冷却される。このとき、水温が低い場合には、プレート式熱交換器４０の水回路を流れる水が凍る可能性がある。この場合、水が凍る際の体積膨張によって伝熱プレート４１が変形し、破断する可能性が考えられる。
通常運転時には、例えば、水回路２０の水の圧力は０．３ＭＰａ程度であるに対して、プレート式熱交換器４０に流入する際の冷媒回路１０の冷媒の圧力は１．０ＭＰａ程度である。このため、冷媒の圧力が水の圧力よりも大きいので、図６に示すように伝熱プレート４１が破損して水流路と冷媒流路とが連通部分Ａで連通した場合、冷媒流路を流れる冷媒が連通部分Ａを通って水流路に流入する。これにより、水流路の圧力が上昇する。水流路の圧力が接続口４８に接続された圧力逃がし弁３０の設定値を超えると、圧力逃がし弁３０が開く。
連通部分Ａから水流路に流入した冷媒は、連通部分Ａと圧力逃がし弁３０との間に存在する水を押しながら、圧力逃がし弁３０に向かって流れ、圧力逃がし弁３０から水を排出する。水の排出が完了した後、圧力逃がし弁３０から冷媒が排出される。このとき、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒が第一導入口４４または第一導出口４５から水回路２０へ流れる可能性も考えられる。しかし、水は非圧縮性であるため、冷媒が第一導入口４４または第一導出口４５へ流れることは水によって妨げられる。また、仮に安全弁２５が開いており安全弁２５から水や冷媒を放出可能な状態であっても、連通部分Ａから第一導出口４５を通って安全弁２５までの経路は連通部分Ａから圧力逃がし弁３０までの経路よりもはるかに長く、圧力損失が大きくなるため、冷媒が安全弁２５に向かって流れる可能性は非常に小さい。このため、圧力逃がし弁３０が開いた後は、ほぼ全ての冷媒が圧力逃がし弁３０から排出される。その一方で、圧力逃がし弁３０が接続された接続口４８は第一導入口４４および第一導出口４５とは別に設けられているので、水流路に流れ込む水回路２０の水は、圧力逃がし弁３０が開いた後も、第一導入口４４から水流路を通って第一導出口４５に流れることができる。加えて、水の圧力は圧力逃がし弁３０に向かって流れる冷媒の圧力よりも低いため、水が圧力逃がし弁３０へ流れることは冷媒によって妨げられる。このため、圧力逃がし弁３０が開いたときに連通部分Ａと圧力逃がし弁３０との間に存在した水は圧力逃がし弁３０から排出されるものの、これ以外の水はほとんどが圧力逃がし弁３０からは排出されずに、第一導出口４５から水回路２０へ流れる。このようにして、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。
従来の構成のように、例えばプレート式熱交換器の下流の水回路に圧力逃がし弁が設けられている場合には、水流路に流入した冷媒は水流路の水と一緒に第一導出口から水配管に流れて圧力逃がし弁に向かうので、冷媒は水を伴って圧力逃がし弁から排出される。このため、冷媒が水を冷却することによって水が氷に変化して圧力逃がし弁の流路に付着していき、圧力逃がし弁を閉塞させてしまう。一方で、本実施の形態に係る構成では、上述したように、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。また、圧力逃がし弁３０から排出される水は少量であるので、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒が断熱膨張して水の凝固点を下回る温度になったとしても、圧力逃がし弁３０を閉塞させるには至らない。したがって、圧力逃がし弁３０の閉塞を防止できるので、水流路に漏洩した冷媒をより確実に水流路から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる。
本実施の形態に係るヒートポンプ装置１は、圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張弁１３と、空気熱交換器１４とが冷媒配管１１を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、ポンプ２２と、プレート式熱交換器４０と、暖房端末２３とが水配管２１を介して接続され、水を循環させる水回路２０と、プレート式熱交換器４０内の水回路２０から分岐して設けられた接続口４８に接続された圧力逃がし弁３０と、を備える。
上述した構成によれば、プレート式熱交換器４０が損傷して冷媒回路１０と水回路２０とが連通した場合、冷媒が水回路２０に漏洩することによって水回路２０内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁３０が開く。圧力逃がし弁３０は、プレート式熱交換器４０内の水回路２０から分岐して設けられた接続口４８に接続されているので、水回路２０に漏洩した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。したがって、水が冷媒に冷却されることによって生成される氷が圧力逃がし弁３０を閉塞させることを防止できるので、水回路２０に漏洩した冷媒をより確実に水回路２０から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる。
また、本実施の形態に係るプレート式熱交換器４０は、積層方向に貫通する第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが各々に設けられ、積層方向に重ね合わせられ、水を流通させる水流路と冷媒を流通させる冷媒流路とを区画し、水流路内の水と冷媒流路内の冷媒とを熱交換させる複数の伝熱プレート４１と、第一貫通孔４２Ａに連なる、水流路に水を導入するための第一導入口４４と、第二貫通孔４２Ｂに連なる、水流路から水を導出するための第一導出口４５と、第三貫通孔４２Ｃに連なる、冷媒流路に冷媒を導入するための第二導入口４６と、第四貫通孔４２Ｄに連なる、冷媒流路から冷媒を導出するための第二導出口４７と、第二貫通孔４２Ｂに連なり水流路から分岐した、圧力逃がし弁３０と接続するための接続口４８と、が設けられ、複数の伝熱プレート４１を積層方向に挟み込む一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂと、を備える。
上述した構成によれば、プレート式熱交換器４０が損傷して水流路と冷媒流路とが連通した場合、冷媒が水流路に漏洩することによって水流路内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁３０が開く。圧力逃がし弁３０は、水流路に水を導入するための第一導入口４４および水流路から水を導出するための第一導出口４５とは別に、水流路から分岐して設けられた接続口４８に接続される。このため、水流路に漏洩した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。したがって、水が冷媒に冷却されることによって生成される氷が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、水流路に漏洩した冷媒をより確実に水流路から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる。
また、圧力逃がし弁３０は、屋外に配置されている。このため、冷媒を圧力逃がし弁３０から排出する場合に、暖房端末２３や室内機５２等が設置された屋内に冷媒が流入することなく屋外に放出されるので、屋内での冷媒ガスによる窒息の可能性を低減することができる。さらに、冷媒が可燃性を有する場合には、屋内に冷媒が流入しないので、屋内で冷媒ガスが燃焼する可能性を低減することができる。したがって、屋内での安全性を高めることができる。
なお、本実施の形態では、接続口４８は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なって第一導出口４５と対向する位置に配置されているとしたが、これに限らない。接続口４８は、第一貫通孔４２Ａに連なって第一導入口４４と対向する位置に配置されていてもよい。また、エンドプレート４３Ａに、第二導入口４６、第二導出口４７および接続口４８が設けられており、エンドプレート４３Ｂに、第一導入口４４および第一導出口４５が設けられているとしたが、各導入口および各導出口の配置はこれに限らない。例えば、エンドプレート４３Ａに、接続口４８のみが設けられ、エンドプレート４３Ｂに、第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６および第二導出口４７が設けられていてもよい。
また、プレート式熱交換器４０は、室外機５１に収容されて、屋外に配置されているとしたが、これに限らない。プレート式熱交換器４０は、室外機５１には収容されずに、単独で屋外に配置されていてもよい。また、プレート式熱交換器４０は、屋内に配置されていてもよい。この場合に、プレート式熱交換器４０に接続された圧力逃がし弁３０は、屋外に配置されていなくてもよく、圧力逃がし弁３０から排出される冷媒等の流体を屋外へ放出するための放出用配管が圧力逃がし弁３０に接続されていればよい。
また、熱媒体回路を循環する熱媒体を水としたが、これに限らない。熱媒体は、例えばエチレングリコール等の不凍液であってもよいし、不凍液を混合した水であってもよい。また、熱媒体回路に接続される利用側熱交換器を暖房端末２３としたが、これに限らない。利用側熱交換器は、例えば内部に熱交換部を有して温水を生成し留める貯湯タンク等であってもよい。
また、水回路２０には安全弁２５が設けられていたが、これに限らず、水回路２０に安全弁２５が設けられていなくてもよい。この場合には、図１に示すように圧力逃がし弁３０が水回路２０に接続されているので、圧力逃がし弁３０が安全弁２５の機能を兼ねることが可能である。すなわち、例えばプレート式熱交換器４０での冷媒の漏洩以外の原因によって水回路２０で異常な圧力上昇が生じた場合であっても、圧力逃がし弁３０が開いて水回路２０内の水を外部へ放出することで、水回路２０の部品や機器等を水圧破壊から保護することができる。なお、水回路２０に安全弁２５が設けられている場合には、水回路２０は圧力逃がし弁３０と安全弁２５との両方によって水圧破壊に対して保護されることになる。このため、水回路２０において水圧破壊に対する信頼性を向上させることができる。例えば、圧力逃がし弁３０と安全弁２５とのうち一方が故障した場合であっても、他方によって水回路２０を保護することができる。また、この場合には、例えば圧力逃がし弁３０の設定値よりも安全弁２５の設定値を若干高くする等して、プレート式熱交換器４０で冷媒が漏洩して圧力が上昇したときに安全弁２５ではなく圧力逃がし弁３０がより確実に開くようにしてもよい。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置２について、図７を参照して説明する。図７は、ヒートポンプ装置２の概略構成を示す図である。なお、上述した実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と同様の構成を有する部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態に係るヒートポンプ装置２は、水回路２０に逆止弁２６が設けられている点で、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と異なっている。図７に示すように、逆止弁２６は、水回路２０においてポンプ２２とプレート式熱交換器４０との間に設けられている。逆止弁２６は、水回路２０の水の流れを常にポンプ２２からプレート式熱交換器４０に向かう方向に保ち、逆流を防止する。また、本実施の形態では、逆止弁２６は、室内機５２に収容されている。
プレート式熱交換器４０において伝熱プレート４１が破損して水流路と冷媒流路とが連通した場合に、冷媒が水流路に流入して水流路内の圧力が上昇する。これによって、水回路２０の逆止弁２６に逆流方向の圧力が発生する。このとき、逆止弁２６が閉じて、水回路２０の水が逆流方向に流れることを防止し、水の流れを止める。このため、水流路に流入した冷媒が第一導入口４４から水回路２０へより流れにくくなるので、水流路に流入した冷媒をより集中的に圧力逃がし弁３０から排出することができる。
また、このように構成されたヒートポンプ装置２においても、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と同様の効果を得ることができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置１について、図８を参照して説明する。図８は、圧力逃がし弁が取り付けられた状態における図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。実施の形態３では、実施の形態１で説明を行ったヒートポンプ装置１の圧力逃がし弁３０とプレート式熱交換器４０との接続についてより詳細に説明する。従って、上述した実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と同様の構成を有する部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
圧力逃がし弁３０は、第一の開口部３０ａと、第二の開口部３０ｂと、弁内流路部３０ｃと、弁体３０ｄとを備える。第一の開口部３０ａはプレート式熱交換器４０の接続口４８に接続される。第二の開口部３０ｂは、圧力逃がし弁３０が開いた場合に水回路２０内の水又は冷媒を排出する排出口となる。放出用配管が圧力逃がし弁３０に接続される場合は第二の開口部３０ｂに放出用配管が接続される。弁内流路部３０ｃは第一の開口部３０ａと第二の開口部３０ｂを連通させる流路を形成する。弁体３０ｄは弁内流路部３０ｃの途中に設けられる。弁体３０ｄは、水回路２０の圧力が予め定められた設定値以下である場合は弁内流路部３０ｃが形成する流路を閉じる。つまり、水回路２０の圧力が設定値以下である場合では圧力逃がし弁３０は閉じた状態であり、第二の開口部３０ｂと水回路２０とは連通せず、第二の開口部３０ｂから水回路２０内の水又は冷媒が排出されない。弁体３０ｄは、水回路２０の圧力が設定値を超える場合は、弁内流路部３０ｃが形成する流路を開く。つまり、水回路２０の圧力が設定値を超える場合では圧力逃がし弁３０は開いた状態であり、第二の開口部３０ｂと水回路２０とは連通し、第二の開口部３０ｂから水回路２０内の水又は冷媒が排出される。また、弁体３０ｄは、水回路２０の圧力が設定値を超えて開いた状態になった後に水回路２０の圧力が下がり設定値以下となった場合には、弁内流路部３０ｃが形成する流路を閉じる状態に戻る。
また、接続口４８はエンドプレート４３Ａからプレート式熱交換器４０の外側に向かって延出して設けられる。また、圧力逃がし弁３０の第一の開口部３０ａは接続口４８の先端に接続される。すなわち、接続口４８はプレート式熱交換器４０とは別に設けられている圧力逃がし弁３０と接続される。さらに、圧力逃がし弁３０全体はエンドプレート４３Ａよりもプレート式熱交換器４０の外側に位置する。
以上より、実施の形態３に係るプレート式熱交換器４０は、一方向に貫通する第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流体（熱媒体）を流通させる第一流路（熱媒体回路）と第二流体（冷媒）を流通させる第二流路（冷媒回路）とを区画し、第一流路内の第一流体と第二流路内の第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレート４１と、第一貫通孔４２Ａに連なる、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口４４と、第二貫通孔４２Ｂに連なる、第一流路から第一流体を導出するための第一導出口４５と、第三貫通孔４２Ｃに連なる、第二流路に第二流体を導入するための第二導入口４６と、第四貫通孔４２Ｄに連なる、第二流路から第二流体を導出するための第二導出口４７と、第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂのいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した接続口４８と、が設けられ、複数の伝熱プレート４１を一方向に挟み込む一対のエンドプレート４３と、を備え、接続口４８は当該プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０と接続される構成である。当該構成は、プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０が接続口４８に接続される構成であるため、圧力逃がし弁３０の選択の幅が広がり、設計の自由度が広がる効果を奏する。例えば、本実施の形態の構成とは異なり、弾性変形させて接続口に嵌め込ませるゴム栓または接続口に貼られるアルミテープなどを圧力逃がし弁に使用し圧力逃がし弁とプレート式熱交換器を一体化させる場合では、設定圧力の調整が困難である。しかしながら、本実施の形態のように、プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０が接続口４８に接続される構成では圧力逃がし弁３０として設定圧力の調整が可能な構造を有する弁を使用することができる。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張機構１３と、熱源側熱交換器とが冷媒配管１１を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、ポンプ２２と、プレート式熱交換器４０と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、プレート式熱交換器４０内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口４８に接続され、プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０と、を備える構成である。当該構成は、プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０を備える構成であるため、圧力逃がし弁３０の選択の幅が広がり、設計の自由度が広がる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、付加的な構成として、プレート式熱交換器４０は、一方向に貫通する第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流体（熱媒体）を流通させる第一流路（熱媒体回路）と第二流体（冷媒）を流通させる第二流路（冷媒回路）とを区画し、第一流路内の第一流体と第二流路内の第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレート４１と、第一貫通孔４２Ａに連なる、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口４４と、第二貫通孔４２Ｂに連なる、第一流路から第一流体を導出するための第一導出口４５と、第三貫通孔４２Ｃに連なる、第二流路に第二流体を導入するための第二導入口４６と、第四貫通孔４２Ｄに連なる、第二流路から第二流体を導出するための第二導出口４７と、第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂのいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した接続口４８と、が設けられ、複数の伝熱プレート４１を一方向に挟み込む一対のエンドプレート４３と、を備える構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態３に係るヒートポンプ装置は、実施の形態１で述べたように水が冷媒に冷却されることによって生成される氷が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、水流路に漏洩した冷媒をより確実に水流路から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、付加的な構成として、圧力逃がし弁３０は熱媒体回路の圧力が予め定められた設定値を超える場合には開き、圧力逃がし弁３０が開いた後であり熱媒体回路の圧力が設定値以下である場合には閉じる構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態３に係るヒートポンプ装置は流出する熱媒体又は冷媒の量を少なくすることができる効果を奏する。特に、冷媒が可燃性を有する場合には、流出する冷媒の量を少なくすることによって、滞留する冷媒が可燃濃度になることを抑制することができる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、付加的な構成として、圧力逃がし弁３０全体はプレート式熱交換器４０の外側に位置している構成を有する。圧力逃がし弁の一部がプレート式熱交換器の内部に位置する場合、圧力逃がし弁が伝熱プレートを流通する流体の流れを妨げてしまいプレート式熱交換器の熱交換効率が低下してしまう可能性がある。しかしながら、当該付加的な構成によって、実施の形態３に係るヒートポンプ装置は伝熱プレートを流通する流体の流れを圧力逃がし弁が妨げることはなく、熱交換効率の低下を防ぐことができる。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、付加的な構成として、圧力逃がし弁３０は屋外に配置されている構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、実施の形態１で述べたように屋内での冷媒ガスによる窒息の可能性を低減することができる効果を奏する。特に、冷媒が可燃性を有する場合には、屋内に冷媒が流入しないので、屋内で冷媒ガスが燃焼する可能性を低減することができる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、付加的な構成として、圧力逃がし弁３０には圧力逃がし弁３０から排出される流体を屋外へ放出するための放出用配管が接続されている構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１は、実施の形態１で述べたように屋内での冷媒ガスによる窒息の可能性を低減することができる効果を奏する。特に、冷媒が可燃性を有する場合には、屋内に冷媒が流入しないので、屋内で冷媒ガスが燃焼する可能性を低減することができる効果を奏する。
実施の形態３の変形例について説明する。
実施の形態３に係るヒートポンプ装置１に、実施の形態２で説明した逆止弁２６を設けても構わない。つまり、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置は、付加的な構成として、熱媒体回路にはポンプとプレート式熱交換器との間に逆止弁が設けられている構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置は、実施の形態２で述べたように熱媒体流路に流入した冷媒をより集中的に圧力逃がし弁から排出することができる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１において、第一の開口部３０ａの流路断面積と第二の開口部３０ｂの流路断面積と弁内流路部３０ｃが形成する流路の流路断面積は、接続口４８の流路断面積よりも大きい方が望ましい。ここで流路断面積とは、流路を流れる水又は冷媒の流れ方向に対して垂直な面における断面積のことである。なお、第一の開口部３０ａと第二の開口部３０ｂと弁内流路部３０ｃが形成する流路とを流れる水又は冷媒の流れ方向は、圧力逃がし弁３０が開いた状態において第二の開口部３０ｂより排出される水又は冷媒が流れる方向である。つまり、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置は、付加的な構成として、圧力逃がし弁は接続口と接続される第一の開口部と、熱媒体又は冷媒を排出する第二の開口部と、第一の開口部と第二の開口部を連通させる流路を形成する弁内流路部と、を備え、第一の開口部の流路断面積と第二の開口部の流路断面積と弁内流路部が形成する流路の流路断面積は接続口の流路断面積よりも大きい構成を有する。当該付加的な構成によって、圧力逃がし弁内の流路に氷が付着しても圧力逃がし弁が閉塞しにくくなる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１では、接続口４８と圧力逃がし弁３０が直接接続されているがこれに限らない。例えば、接続口と圧力逃がし弁は接続用配管を介して接続しても構わない。つまり、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置は、付加的な構成として、接続口と圧力逃がし弁は接続用配管を介して接続される構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置は、圧力逃がし弁の配置の自由度が広がる効果を備える。特に、冷媒が可燃性を有する場合には、電気回路などの着火源となる部品とは離れた場所に圧力逃がし弁を配置することができるようになり、冷媒が燃焼する可能性を低減することができる効果を奏する。
さらに、接続用配管の流路断面積は接続口４８の流路断面積よりも大きい方が望ましい。つまり、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置は、付加的な構成として、接続用配管の流路断面積は接続口の流路断面積よりも大きい構成を有する。当該付加的な構成によって、圧力逃がし弁内の流路に氷が付着しても圧力逃がし弁が閉塞しにくくなる効果を奏する。
また、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１では、接続口４８の流路断面積と第一導出口４５の流路断面積とがほぼ同一であるが、これに限られない。接続口の流路断面積を第一導出口の流路断面積より大きくした構成であってもよい。つまり、実施の形態３の変形例に係るプレート式熱交換器またはヒートポンプ装置は、付加的な構成として、接続口の流路断面積は第一導出口の流路断面積より大きい構成を有する。一般的に、冷媒は流路断面積が大きい流出口から流出しやすくなる。つまり、接続口の流路断面積は第一導出口の流路断面積より大きい場合には、熱媒体回路に漏洩した冷媒は流路断面積の小さい第一導出口よりも流路断面積が大きい接続口に流出しやすくなる。従って、当該付加的な構成によって実施の形態３の変形例に係るプレート式熱交換器またはヒートポンプ装置は、熱媒体回路に冷媒が漏洩した際に漏洩した冷媒が接続口４８に流出しやすくなり、漏洩した冷媒を速やかに外部に排出することができる効果を奏する。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置３について、図９と図１０を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態４に係るプレート式熱交換器を模式的に示す正面図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ線における断面図である。なお、上述した実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と同様の構成を有する部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
実施の形態４に係るヒートポンプ装置３は、プレート式熱交換器４０に温度センサ３１が取り付けられている点で実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と異なっている。温度センサ３１は、例えばサーミスタなどが用いられる。
温度センサ３１はエンドプレート４３Ａの表面に設けられる。実施の形態１で説明した通り、エンドプレート４３Ａには圧力逃がし弁３０が接続される接続口４８と第二導入口４６と第二導出口４７が設けられる。また、温度センサ３１は接続口４８の近傍に設けられる。このため、温度センサ３１と接続口４８との距離は、温度センサ３１と第二導入口４６との距離および温度センサ３１と第二導出口４７との距離よりも短い。なお、エンドプレート４３Ａに第一導入口４４または第一導出口４５が設けられる場合では、温度センサ３１と接続口４８との距離は、温度センサ３１と第一導入口４４との距離および温度センサ３１と第一導出口４５との距離よりも短い。
また、エンドプレート４３Ａの表面に対して垂直な方向から見た際に、温度センサ３１は接続口４８とエンドプレート４３Ａの端部４３Ａ１の間に設けられる。また、接続口４８とエンドプレート４３Ａの端部４３Ａ１の間には第二導入口４６と第二導出口４７は位置しない。つまり、接続口４８とエンドプレート４３Ａの端部４３Ａ１の間には、温度センサ３１が位置し、エンドプレート４３Ａに設けられた他の導入口又は導出口が位置しない。
温度センサ３１はエンドプレート４３Ａの表面の温度を検知する。プレート式熱交換器４０内を流れる水の温度の上昇または低下に追従してエンドプレート４３Ａの表面の温度も上昇または低下するため、温度センサ３１はプレート式熱交換器４０内を流れる水に関する温度を検知する。
温度センサ３１は図示を省略した制御装置と通信可能に接続される。温度センサ３１が検知した温度に関する情報は制御装置に送信される。制御装置は、少なくとも圧縮機１２と通信可能に接続される。制御装置は、受信した温度センサ３１が検知した温度に基づいて圧縮機１２の制御を行うことができる。制御装置は、受信した温度センサ３１が検知した温度が予め定められた閾値よりも低い場合に圧縮機１２の動作を停止する。更に、制御装置は、ポンプ、ファン、その他のヒートポンプ装置に含まれる各要素も最終的に停止させる。また、制御装置は冷媒漏洩を検知したことをユーザーに通知する通知部を備えることが望ましい。なお、制御装置は制御プログラムを実行するプロセッサと、プロセッサが実行する制御プログラムを記憶するメモリと、プロセッサ又はメモリを温度センサ３１および圧縮機１２と通信可能に接続するためのハードウェアインターフェースで構成される。
以上より、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、一方向に貫通する第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流体（熱媒体）を流通させる第一流路（熱媒体回路）と第二流体（冷媒）を流通させる第二流路（冷媒回路）とを区画し、第一流路内の第一流体と第二流路内の第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレート４１と、第一貫通孔４２Ａに連なる、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口４４と、第二貫通孔４２Ｂに連なる、第一流路から第一流体を導出するための第一導出口４５と、第三貫通孔４２Ｃに連なる、第二流路に第二流体を導入するための第二導入口４６と、第四貫通孔４２Ｄに連なる、第二流路から第二流体を導出するための第二導出口４７と、第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂのいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した、圧力逃がし弁３０と接続するための接続口４８と、が設けられ、複数の伝熱プレート４１を一方向に挟み込む一対のエンドプレート４３と、を備える構成である。当該構成によって、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、実施の形態１で述べたように水が冷媒に冷却されることによって生成される氷が圧力逃がし弁を閉塞させることを抑制できる効果を奏する。
また、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、付加的な構成として、プレート式熱交換器４０内を流れる熱媒体に関する温度を検知する温度センサを備える構成を有する。当該付加的な構成によって、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、温度センサ３１がプレート式熱交換器４０内を流れる冷媒の温度に関する温度を検知できる効果を奏する。プレート式熱交換器４０が損傷して冷媒漏洩が生じた場合、プレート式熱交換器４０に取り付けられている圧力逃がし弁３０から漏洩冷媒が外部に排出される。このため、ヒートポンプ装置１内の水回路２０の全体の経路のうち、プレート式熱交換器４０内の水流路の温度が最も早く低下する。従って、当該付加的な構成によって、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、冷媒漏洩が生じた際に早期に検知することができる効果を奏する。
また、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、付加的な構成として、温度センサ３１は接続口４８が設けられたエンドプレート４３Ａに取り付けられる構成を有する。冷媒漏洩が生じた場合、接続口４８と接続された圧力逃がし弁３０から漏洩冷媒が外部に排出される。このため、当該付加的な構成によって、接続口４８が設けられたエンドプレート４３Ａの温度はもう一方のエンドプレート４３Ｂの温度よりも顕著に低下するため、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は冷媒漏洩をより確実に検知することができる。
また、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、付加的な構成として、接続口４８が設けられたエンドプレート４３Ａには第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６または第二導出口４７の少なくともいずれか一つが設けられ、接続口４８と温度センサ３１との距離は接続口４８が設けられたエンドプレート４３Ａに設けられた第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６または第二導出口４７と温度センサ３１とのそれぞれの距離よりも短い構成を有する。当該付加的な構成によって、温度センサ３１が検知する温度は、他の導入口または導出口を流通する流体の温度の影響を受けにくくなり、冷媒漏洩によって低下する接続口４８近傍の流体の温度の影響が大きくなる効果を奏する。このため、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、冷媒漏洩をより確実に検知することができる。
また、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、付加的な構成として、接続口４８が設けられたエンドプレート４３Ａの表面に対して垂直な方向から見た際に、温度センサ３１は接続口４８とエンドプレート４３Ａの端部４３Ａ１との間に設けられ、接続口４８とエンドプレート４３Ａの端部４３Ａ１の間には第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６または第二導出口４７が設けられていない構成を有する。当該付加的な構成によって、温度センサ３１が検知する温度は、他の導入口または導出口を流通する流体の温度の影響を受けにくくなり、冷媒漏洩によって低下する接続口４８近傍の流体の温度の影響が大きくなる効果を奏する。このため、実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０は、冷媒漏洩をより確実に検知することができる。
さらに、上述の実施の形態４に係るプレート式熱交換器４０の付加的な構成は、以下の構成のヒートポンプ装置１と組み合わせても構わない。ヒートポンプ装置１は圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張機構１３と、熱源側熱交換器とが冷媒配管１１を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、ポンプ２２と、プレート式熱交換器４０と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、プレート式熱交換器４０内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口４８に接続された圧力逃がし弁３０と、を備える構成である。
また、実施の形態４に係るヒートポンプ装置１は、付加的な構成として、温度センサ３１および圧縮機１２と通信可能に接続された制御装置と、を備え、制御装置は温度センサ３１が検知した温度が予め定められた閾値を下回った場合、圧縮機１２を停止させる構成を有する。当該付加的な構成によって、冷媒漏洩が生じた際に自動的に圧縮機を停止することができ、冷媒漏洩による影響をより少なくすることができる効果を奏する。更に、付加的な構成として、制御装置は、ポンプ、ファン、その他のヒートポンプ装置に含まれる各要素も最終的に停止させる構成を有する。当該付加的な構成によって、冷媒漏洩が生じた際に自動的にヒートポンプ装置を停止することができ、冷媒漏洩による影響をより少なくすることができる効果を奏する。また、付加的な構成として、制御装置は冷媒漏洩を検知したことをユーザーに通知する通知部を備えることが望ましい。当該付加的な構成によって、冷媒漏洩が生じたことをユーザーに通知することができる効果を奏する。
実施の形態４の変形例について説明する。
実施の形態３に係るヒートポンプ装置１に実施の形態４で説明した付加的構成を付加しても構わない。実施の形態４で説明した付加的構成は、以下の構成のプレート式熱交換器４０またはヒートポンプ装置１に付加しても構わない。プレート式熱交換器４０は、一方向に貫通する第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流体（熱媒体）を流通させる第一流路（熱媒体回路）と第二流体（冷媒）を流通させる第二流路（冷媒回路）とを区画し、第一流路内の第一流体と第二流路内の第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレート４１と、第一貫通孔４２Ａに連なる、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口４４と、第二貫通孔４２Ｂに連なる、第一流路から第一流体を導出するための第一導出口４５と、第三貫通孔４２Ｃに連なる、第二流路に第二流体を導入するための第二導入口４６と、第四貫通孔４２Ｄに連なる、第二流路から第二流体を導出するための第二導出口４７と、第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂのいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した接続口４８と、が設けられ、複数の伝熱プレート４１を一方向に挟み込む一対のエンドプレート４３と、を備え、接続口４８は当該プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０と接続される構成である。ヒートポンプ装置１は、圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張機構１３と、熱源側熱交換器とが冷媒配管１１を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、ポンプ２２と、プレート式熱交換器４０と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、プレート式熱交換器４０内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口４８に接続され、プレート式熱交換器４０とは別に設けられる圧力逃がし弁３０と、を備える構成である。
図１１は、実施の形態４の変形例に係るプレート式熱交換器の図９のＸ－Ｘ線における断面図である。また、図１１に示すように、温度センサ３１をプレート式熱交換器４０の側面に位置する伝熱プレート４１に設けても構わない。つまり、実施の形態４の変形例に係るプレート式熱交換器は、付加的構成として、温度センサはプレート式熱交換器の側面に位置する伝熱プレートに取り付けられる構成を有する。この付加的構成によって、実施の形態４の変形例に係るプレート式熱交換器は、エンドプレート４３Ａを介さずに、伝熱プレート４１の表面の温度を直接、検知できるので、冷媒漏洩が生じた際に早期に検知することができる効果を奏する。また、温度センサ３１は、複数積層された伝熱プレート４１のうちの接続口４８に近い位置にある伝熱プレート４１に設けることが望ましい。伝熱プレート４１の表面の温度を直接、検知できるとともに、漏洩冷媒及び水の流出側の温度を検知できるので、更に早期に検知することができる効果を奏する。
また、実施の形態４の変形例に係るプレート式熱交換器は、付加的な構成として、接続口４８と温度センサ３１との距離は、第一導入口４４と温度センサ３１との距離、第一導出口４５と温度センサ３１との距離、第二導入口４６と温度センサ３１との距離および第二導出口４７と温度センサ３１との距離よりも短い構成を有する。当該付加的な構成によって、温度センサ３１が検知する温度は、他の導入口または導出口を流通する流体の温度の影響が少なり、冷媒漏洩によって低下する接続口４８近傍の流体の温度の影響が大きくなる効果を奏する。このため、実施の形態４の変形例に係るプレート式熱交換器４０は、冷媒漏洩をより確実に検知することができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
上記のプレート式熱交換器およびヒートポンプ装置によれば、圧力逃がし弁の閉塞を防止し、第一流路に漏洩した第二流体をより確実に第一流路から圧力逃がし弁を介して排出することができる。
１、２：ヒートポンプ装置、１０：冷媒回路、１１：冷媒配管、１２：圧縮機、１３：膨張弁（膨張機構）、１４：空気熱交換器（熱源側熱交換器）、１５：四方弁、２０：水回路（熱媒体回路）、２１：水配管（熱媒体配管）、２２：ポンプ、２３：暖房端末（利用側熱交換器）、２４：膨張タンク、２５：安全弁、２６：逆止弁、３０：圧力逃がし弁、３０ａ 第一の開口部、３０ｂ 第二の開口部、３０ｃ 弁内流路部、３０ｄ 弁体、３１ 温度センサ、４０：プレート式熱交換器、４１：伝熱プレート、４２Ａ：第一貫通孔、４２Ｂ：第二貫通孔、４２Ｃ：第三貫通孔、４２Ｄ：第四貫通孔、４３Ａ、４３Ｂ：エンドプレート、４４：第一導入口、４５：第一導出口、４６：第二導入口、４７：第二導出口、４８：接続口、５１：室外機、５２：室内機、６０：空間、Ａ：連通部分。

Claims (12)

  1. 一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、前記一方向に重ね合わせられ、第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とを区画し、前記第一流路内の前記第一流体と前記第二流路内の前記第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、
    前記第一貫通孔に連なる、前記第一流路に前記第一流体を導入するための第一導入口と、前記第二貫通孔に連なる、前記第一流路から前記第一流体を導出するための第一導出口と、前記第三貫通孔に連なる、前記第二流路に前記第二流体を導入するための第二導入口と、前記第四貫通孔に連なる、前記第二流路から前記第二流体を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔のいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した接続口と、が設けられ、前記複数の伝熱プレートを前記一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、を備えるプレート式熱交換器であり、
    前記接続口は、当該プレート式熱交換器とは別に設けられる圧力逃がし弁と接続され、
    当該プレート式熱交換器内を流れる前記第一流体に関する温度を検知する温度センサを備え、
    前記温度センサは、前記接続口が設けられた前記エンドプレートに取り付けられるプレート式熱交換器。
  2. 前記第一導入口と前記第一導出口は、同じ前記エンドプレートに設けられており、
    前記接続口は、前記第一導入口と前記第一導出口が設けられた前記エンドプレートとは異なる前記エンドプレートに設けられる請求項１に記載のプレート式熱交換器。
  3. 前記接続口が設けられたエンドプレートに前記第一導入口、前記第一導出口、前記第二導入口または前記第二導出口の少なくともいずれか一つが設けられ、
    前記接続口と前記温度センサとの距離は、前記接続口が設けられたエンドプレートに設けられた前記第一導入口、前記第一導出口、前記第二導入口または前記第二導出口と前記温度センサとのそれぞれの距離よりも短い請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器。
  4. 前記接続口が設けられた前記エンドプレートの表面に対して垂直な方向から見た際に、前記温度センサは前記接続口と前記エンドプレートの端部との間に設けられ、前記接続口と前記エンドプレートの前記端部との間には前記第一導入口、前記第一導出口、前記第二導入口および前記第二導出口が設けられていない請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
  5. 前記接続口の流路断面積は、前記第一導出口の流路断面積よりも大きい請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
  6. 圧縮機と、プレート式熱交換器と、膨張機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、
    ポンプと、前記プレート式熱交換器と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、
    前記プレート式熱交換器内の前記熱媒体回路から分岐して設けられた接続口に接続され、前記プレート式熱交換器とは別に設けられる圧力逃がし弁と、
    前記プレート式熱交換器内を流れる前記熱媒体に関する温度を検知する温度センサと、
    を備え、
    前記プレート式熱交換器は、
    一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、前記一方向に重ね合わせられ、前記熱媒体を流通させる第一流路と前記冷媒を流通させる第二流路とを区画し、前記第一流路内の前記熱媒体と前記第二流路内の前記冷媒とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、
    前記第一貫通孔に連なる、前記熱媒体配管から前記第一流路に前記熱媒体を導入するための第一導入口と、前記第二貫通孔に連なる、前記第一流路から前記熱媒体配管に前記熱媒体を導出するための第一導出口と、前記第三貫通孔に連なる、前記冷媒配管から前記第二流路に前記冷媒を導入するための第二導入口と、前記第四貫通孔に連なる、前記第二流路から前記冷媒配管に前記冷媒を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔に連なって前記第一導入口と対向する位置に配置されたまたは前記第二貫通孔に連なって前記第一導出口と対向する位置に配置された前記接続口と、が設けられ、前記複数の伝熱プレートを前記一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、を有し、
    前記温度センサは、前記接続口が設けられた前記エンドプレートに取り付けられるヒートポンプ装置。
  7. 前記プレート式熱交換器の前記第一導入口と前記第一導出口は、同じ前記エンドプレートに設けられており、
    前記プレート式熱交換器の前記接続口は、前記第一導入口と前記第一導出口が設けられた前記エンドプレートとは異なる前記エンドプレートに設けられる請求項６に記載のヒートポンプ装置。
  8. 前記温度センサおよび前記圧縮機と通信可能に接続された制御装置と、を備え、
    前記制御装置は前記温度センサが検知した温度が予め定められた閾値を下回った場合、前記圧縮機を停止させる請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ装置。
  9. 前記圧力逃がし弁は前記熱媒体回路の圧力が予め定められた設定値を超える場合には開き、前記圧力逃がし弁が開いた後であり前記熱媒体回路の圧力が前記設定値以下である場合には閉じる請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  10. 前記圧力逃がし弁は、屋外に配置されている請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  11. 前記圧力逃がし弁には、前記圧力逃がし弁から排出される流体を屋外へ放出するための放出用配管が接続されている請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  12. 前記熱媒体回路には、前記ポンプと前記プレート式熱交換器との間に逆止弁が設けられている請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
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