JPWO2015128900A1

JPWO2015128900A1 - 熱移動装置

Info

Publication number: JPWO2015128900A1
Application number: JP2016504860A
Authority: JP
Inventors: 徹栗山; 亮宜倉地; 祐二垂水; 勝徳堀内; 大林　誠善; 誠善大林; 善生山野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-03-30
Also published as: WO2015128900A1

Abstract

熱移動装置で用いられる２つ以上のプレート式熱交換器の構造上のゆがみから生じる装置本体への接続問題を解決するものである。熱移動装置Ａは、圧縮機２、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの冷媒側伝熱管路２０Ａ，２０Ｂ、冷媒減圧装置４、および熱源側熱交換器５を連結して成る冷媒回路１と、熱媒体ポンプ７、および冷媒側伝熱管路２０Ａ，２０Ｂ内の冷媒との間で熱交換を行なう熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの熱媒体側伝熱管路２１Ａ，２１Ｂを連結して成る熱媒体用流路６と、を有していて、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂがプレート式熱交換器Ｐ，Ｐで構成され、互いに隣接して配置された２以上のプレート式熱交換器Ｐ，Ｐが、保持部材１３により一体的に保持されて一体型熱交換器８に構成されていることを特徴とするものである。

Description

この発明は、冷媒回路内を流通する冷媒と熱媒体用流路内を流通する熱媒体との間の熱移動を行なうプレート式熱交換器を有する熱移動装置に関するものである。

従来、この種の加熱あるいは冷却を行なう熱移動装置としては、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次環状に接続して成る冷媒回路内に冷媒を循環させることによって、凝縮器では冷媒と被加熱用の熱媒体とを熱交換させ、蒸発器では冷媒と被冷却用の熱媒体とを熱交換させて加熱あるいは冷却を行う冷凍サイクル装置がよく知られている。

また、上記した凝縮器や蒸発器として、図６（ａ）に示すようなプレート式熱交換器Ｐが用いられることがある。このプレート式熱交換器Ｐは、表面に細かな凹凸がある金属製のプレート３１，３１，３１，・・・が、矢印で示す積層方向に複数枚積層された構成を有している。これらのプレート３１，３１，３１，・・・は、それぞれの冷媒および熱媒体の流路穴３２，３２，３２，・・・が上下の横架ロッド（図示省略）に通されて位置決め積層される。積層されたプレート３１，３１，３１，・・・の前後には、固定用板３０，３０があてがわれて締め付け固定するようになっている（下記の特許文献１参照）。そして、前記のプレート式熱交換器Ｐは、図７に示すように、複数層のプレート３１，３１間に冷媒用の流路（後出の冷媒側伝熱管２０Ａまたは２０Ｂ）と熱媒体用の流路（後出の熱媒体側伝熱管２１Ａまたは２１Ｂ）とが交互に形成されている。

尚、上記した従来の熱移動装置用の蒸発器または凝縮器として、前記したプレート式熱交換器を２つ以上用いる場合は、個々のプレート式熱交換器Ｐが別個独立に熱移動装置の本体(以下、装置本体と称する)に設置される。

特開２００８−１７００９０号公報（段落［００１７］〜［００３０］、図１〜図９）

ところで、図６（ｂ）に示すように、上記したプレート式熱交換器Ｐは、構造上、プレート３１の積層位置のバラツキによる積層方向と垂直方向のゆがみが存在する場合がある。このようなゆがみは、以下に示すような不具合を生じさせる。
まず、上記従来の熱移動装置の装置本体に、２つ以上のプレート式熱交換器を別個独立に取り付けると、上記のゆがみによりプレート式熱交換器同士が接触したり、あるいはプレート式熱交換器と装置本体または装置本体内の他部品とが接触したりして取付け不能となってしまうおそれがある。このような接触を回避するためにはプレート式熱交換器を設置するためのスペースを広く取る必要が生じ、装置全体の小型化の障害となる。そして、プレート式熱交換器の設置数が増えるに従い、取付け部品や工数が増加して製品のコストアップにつながるし、熱媒体用および冷媒用の配管接続口も増えるために施工工数が多くなる。

更に、２つ以上のプレート式熱交換器を装置本体に設置する際、プレート式熱交換器の冷媒配管または熱媒体配管への接続口の位置のバラツキにより、次のような接続問題を生じる場合がある。冷媒配管または熱媒体配管の一方の接続口を固定した場合、他方の接続口の位置がばらついてしまう。通常、接続先の相手配管の位置はほとんど固定されており、プレート式熱交換器の接続口の位置のバラツキが大きいと、接続ができなくなるおそれがある。このような問題の回避のためには、フレキシブル配管などを使用する必要が生じ、これによってコストアップや強度低下につながるおそれがある。
一方で、蒸発器としてプレート式熱交換器を利用する場合において、熱交換性能を増加させることを目的に、１つのプレート式熱交換器につきプレート積層枚数を多くすることが考えられる。しかしながら、そのような場合においては、冷媒と熱媒体の各流路の流量に大きな差が発生し、熱交換効率が向上しない、あるいは悪化するという問題を生じることがあった。

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、熱媒体・冷媒熱交換器のコンパクト化と熱交換性能の改善とを両立させることができ、２つ以上のプレート式熱交換器の構造上のゆがみから生じる装置本体への接続問題を解決するようにした熱移動装置の提供を目的とする。

この発明に係る熱移動装置は、圧縮機、熱媒体・冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管路、冷媒減圧装置、および熱源側熱交換器を連結して成る冷媒回路と、熱媒体ポンプ、および冷媒側伝熱管路内の冷媒との間で熱交換を行なう熱媒体・冷媒熱交換器の熱媒体側伝熱管路を連結して成る熱媒体用流路と、を有していて、熱媒体・冷媒熱交換器がプレート式熱交換器で構成され、互いに隣接して配置された２つ以上のプレート式熱交換器が、保持部材により一体的に保持されて一体型熱交換器に構成されていることを特徴とするものである。

この発明の熱移動装置は、２つ以上のプレート式熱交換器を隣接させて配置し、保持部材で保持させることにより、１つのアセンブリとした一体型熱交換器に構成したので、２つ以上のプレート式熱交換器をアセンブリ化するに先立って、プレート式熱交換器同士の接触または装置本体との接触を引き起こすようなズレを持ったプレート式熱交換器同士があった場合は、アセンブリ化しないように選別することができる。このようにして、装置本体に取り付ける際のプレート式熱交換器同士の接触が生じることを回避できる。また、２以上のプレート式熱交換器を１つのアセンブリにしたことで、プレート式熱交換器の装置本体への取付け部品および工数を削減できるという効果もある。

この発明の実施の形態１における熱移動装置の概略構成を示す概略回路図である。前記熱移動装置の一体型熱交換器を示す斜視図である。前記一体型熱交換器を構成するプレート式熱交換器の側面図である。この発明の実施の形態２および３における熱移動装置の一体型熱交換器を示す斜視図である。一体型熱交換器のプレート式熱交換器のプレート積層方向に対する冷媒・熱媒体の流れとチャンネル当りの流量とを示した図であり、（ａ−１）は実施の形態２および３におけるプレート式熱交換器の流れ状態を示した模式図、（ａ−２）は実施の形態２および３におけるプレート式熱交換器のチャンネル当りの流量を示したグラフの図、（ｂ−１）は実施の形態１におけるプレート式熱交換器の流れ状態を示した模式図、（ｂ−２）は実施の形態１におけるプレート式熱交換器のチャンネル当りの流量を示したグラフの図である。一般的なプレート式熱交換器を示す図であって、（ａ）は複数のプレートを積層する態様を示す外観図、（ｂ）は複数のプレートが規定の積層方向からずれてゆがんで積層された態様を示す外観図である。一般的なプレート式熱交換器を部分拡大した平断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における熱移動装置の概略構成を示す概略回路図である。
図１において、この実施形態における熱移動装置Ａは、冷媒が循環して冷凍サイクル動作を行なう冷媒回路１と、熱媒体（例えば水）が流通する熱媒体用流路６と、冷媒回路１と熱媒体用流路６との間で熱移動を行なう一体型熱交換器８と、から構成されている。
上記の冷媒回路１は、圧縮機２と、冷媒流路切替弁１９と、並列配備された２つの熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの冷媒側伝熱管路２０Ａ，２０Ｂと、冷媒減圧装置４と、熱源側熱交換器５とが、それぞれ冷媒配管１９を介して順次環状に連結されて構成されている。上記の熱媒体用流路６は、熱媒体ポンプ７と、冷媒側伝熱管路２０Ａ，２０Ｂ内の冷媒との間で熱交換を行なう熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの熱媒体側伝熱管路２１Ａ，２１Ｂと、利用側機器２３とが、それぞれ熱媒体配管２２を介して連結されて構成されている。

上記の熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂはそれぞれ、多数のプレートが積層されて成るプレート式熱交換器Ｐ，Ｐで構成されている。そして、これら２つの熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂは互いに隣接して配置され、これらの外周面を取り囲んで配備された保持部材１３により一体的に保持され、これにより密接した状態に固定されてアセンブリ化されて、一体型熱交換器８と成っている。保持部材１３の材質は特に限定されないが、ここでは例えばクッション性を有する断熱材で構成されている。

冷媒回路１において、分岐配管１６と分岐配管１７はそれぞれ分岐した３つの接続口を有している。そして、分岐配管１６の１つの接続口は冷媒流路切替弁１９からの冷媒配管１８に接続されている。分岐配管１６の残り２つの接続口は、冷媒側伝熱管路２０Ａとつながる冷媒配管入口部１１Ａと、冷媒側伝熱管路２０Ｂとつながる冷媒配管入口部１１Ｂとにそれぞれ接続されている。また、分岐配管１７の１つの接続口は冷媒減圧装置４からの冷媒配管１８に接続されている。分岐配管１７の残り２つの接続口は、冷媒側伝熱管路２０Ａとつながる冷媒配管出口部１２Ａと、冷媒側伝熱管路２０Ｂとつながる冷媒配管出口部１２Ｂとにそれぞれ接続されている。

一方、熱媒体用流路６において、分岐配管１４と分岐配管１５も、それぞれ分岐した３つの接続口を有している。そして、分岐配管１５の１つの接続口は熱媒体ポンプ７からの熱媒体配管１２に接続されている。分岐配管１５の残り２つの接続口は、熱媒体側伝熱管路２１Ａとつながる熱媒体配管入口部１０Ａと、熱媒体側伝熱管路２１Ｂとつながる熱媒体配管入口部１０Ｂとにそれぞれ接続されている。また、分岐配管１４の１つの接続口は利用側機器２３につながる熱媒体配管２２に接続されている。分岐配管１４の残り２つの接続口は、熱媒体側伝熱管路２１Ａとつながる熱媒体配管出口部９Ａと、熱媒体側伝熱管路２１Ｂとつながる熱媒体配管出口部９Ｂとにそれぞれ接続されている。

そして、一体型熱交換器８においては、図２および図３に示すように、熱媒体配管出口部９Ａ，９Ｂと熱媒体配管入口部１０Ａ，１０Ｂが熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの一方の側面に突出して設けられ、冷媒配管入口部１１Ａ，１１Ｂと冷媒配管出口部１２Ａ，１２Ｂが熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの他方の側面に突出して設けられている。

次に動作について説明する。
上記のように構成された熱移動装置Ａにおいて、冷媒回路１は、冷媒流路切替弁１９の流路切替えにより冷媒の流通方向が反転するように成っている。この例では、圧縮機２から吐出された冷媒が、冷媒流路切替弁１９から一体型熱交換器８の熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂへとヒートポンプ態様で流通する例を示している。この場合、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂは凝縮器として機能する。
そこで、冷媒回路１において、圧縮機２から吐出された冷媒は、冷媒流路切替弁１９を経て一体型熱交換器８の冷媒側伝熱管路２０Ａ，２０Ｂに流入する。この冷媒は、熱媒体用流路６の熱媒体側伝熱管２１Ａ，２１Ｂを流れる熱媒体と熱交換して液化したのちに冷媒減圧装置４に流入する。冷媒減圧装置４に流入した冷媒は減圧されて気液二相となったのちに熱源側熱交換器５に流入してガス化され圧縮機２に戻る。このような冷凍サイクル動作が繰り返される。一方、熱媒体用流路６において、熱媒体ポンプ７から吐出された熱媒体（例えば水）は、前述したように、一体型熱交換器８の熱媒体側伝熱管路２１Ａ，２１Ｂに流入し冷媒と熱交換して加熱され熱湯となって利用側機器２３に供給される。前記した熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂにおいて、プレート積層方向に対する、冷媒と熱媒体の流れ状態は図５（ｂ−１）に示す通りである。また、チャンネル（流路）当りの冷媒と熱媒体の流量変化は図５（ｂ−２）に示す通りである。
他方で、一体型熱交換器８を冷媒回路１の蒸発器として機能させる場合は、冷媒流路切替弁１９の冷媒流路が切り替えられて圧縮機２からの冷媒を熱源側熱交換器５に流させて一体型熱交換器８で熱媒体用流路６の熱媒体を冷却するようになっている。

上記のように、この実施形態の熱移動装置Ａは、個々のプレート式熱交換器Ｐ，Ｐを別個独立に装置本体に取り付けた場合と異なり、プレート式熱交換器Ｐのゆがみによるプレート式熱交換器Ｐ，Ｐ同士の接触、またはプレート式熱交換器Ｐと装置本体自体もしくは装置本体内の他部品との接触を排除することができる。また、保持部材１３がクッション性を有する断熱材で構成されているので、仮に装置本体自体または装置本体内の他部品と接触しても、保持部材１３の断熱材は柔らかく潰し代があるため、一体型熱交換器８の接触は許容できるようになる。

実施の形態２．
実施の形態１は、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの一側面に熱媒体配管入口部１０Ａ，１０Ｂおよび出口部９Ａ，９Ｂを配置し、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの他側面に冷媒配管入口部１１Ａ，１１Ｂおよび出口部１２Ａ，１２Ｂを配置するようにしたものであるが、実施形態１とは異なる配管配置にした実施形態２を次に説明する。
図４はそのような実施形態２を示している。この実施形態の熱移動装置では、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの一側面、すなわち一体型熱交換器８の同一面に、熱媒体配管入口部１０Ａ，１０Ｂおよび出口部９Ａ，９Ｂ、冷媒配管入口部１１Ａ，１１Ｂおよび出口部１２Ａ，１２Ｂといった、全ての配管の入口部および出口部が配置されている。この場合、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂにおいて、プレート積層方向に対する、冷媒と熱媒体の流れ状態は図５（ａ−１）に示す通りである。また、チャンネル（流路）当りの冷媒と熱媒体の流量変化は図５（ａ−２）に示す通りである。

以上のように、全ての配管の入口部１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂおよび出口部９Ａ，９Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを一体型熱交換器８の同一面に配置したことで、装置本体にプレート式熱交換器Ｐ，Ｐを設置する際に、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの反対側の面にゆがみによるバラツキが全て集約されてしまうために装置本体自体または装置本体内の他部品への接触がいっそう起こりやすくなってしまうが、保持部材１３の断熱材が柔らかく潰し代があるため、一体型熱交換器８の接触は許容される。また、プレート式熱交換器Ｐを利用するにあたり、熱媒体・冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂの一側面で冷媒と液体を同一方向に流入および流出させることにより、冷媒と熱媒体の流路ごとの流量の差が減少するため、一体型熱交換器８ａの熱交換効率を向上させることができる。

実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３の一体型熱交換器８Ａを示した外観図である。
この実施形態における熱移動装置では、実施形態２で示した２つのプレート式熱交換器Ｐ，Ｐにおける２つの熱媒体配管入口部１０Ａ，１０Ｂが分岐配管１５を介して並列接続され、２つの熱媒体配管出口部９Ａ，９Ｂが分岐配管１４を介して並列接続されている。また、２つの冷媒配管入口部１１Ａ，１１Ｂも分岐配管１６を介して並列接続され、２つの冷媒配管出口部１２Ａ，１２Ｂが分岐配管１７を介して並列接続されている。

以上のように構成したことにより、２つのプレート式熱交換器Ｐ，Ｐにおける熱媒体配管入口部１０Ａ，１０Ｂおよび出口部９Ａ，９Ｂと冷媒配管入口部１１Ａ，１１Ｂおよび出口部１２Ａ，１２Ｂの接続位置は、分岐配管１４，１５，１６，１７の分岐形状の精度で定まる。従って、プレート式熱交換器Ｐ，Ｐ自体のゆがみは配管入口部および出口部がある面とは反対側の面に寄せ集められるために熱媒体配管入口部および出口部または冷媒配管入口部および出口部という接続位置のバラツキによって接続先の相手配管が接続できなくなるといった不具合を回避できる。しかも、２つ以上の熱媒体配管入口部１０Ａ，１０Ｂまたは出口部９Ａ，９Ｂを１つの分岐配管１５または分岐配管１４で１本化することができるため、装置本体を設置する際の施工工数を削減することができる。また、プレート式熱交換器Ｐ，Ｐにおいてゆがみが寄せ集められた反対側が、仮に装置本体自体または装置本体内の他部品と接触しても、断熱材で構成されている保持部材１３は柔らかく潰し代があるため、一体型熱交換器８の接触は許容されるという効果を奏する。

尚、上記の各実施形態では、２つのプレート式熱交換器を用いた一体型熱交換器の例を示したが、本発明の一体型熱交換器はそれに限られない。例えば３つまたはそれ以上のプレート式熱交換器を用い、これらを保持部材で一体的に保持させたものも、本発明に含まれることは言うまでもない。

１冷媒回路
２圧縮機
３Ａ，３Ｂ熱媒体・冷媒熱交換器
４冷媒減圧装置
５熱源側熱交換器
６熱媒体用流路
７熱媒体ポンプ
８，８ａ一体型熱交換器
９Ａ，９Ｂ熱媒体配管出口部
１０Ａ，１０Ｂ熱媒体配管入口部
１１Ａ，１１Ｂ冷媒配管入口部
１２Ａ，１２Ｂ冷媒配管出口部
１３保持部材
１４，１５，１６，１７分岐配管
１８冷媒配管
１９冷媒流路切替弁
２０Ａ，２０Ｂ冷媒側伝熱管路
２１Ａ，２１Ｂ熱媒体側伝熱管路
２２熱媒体配管
２３利用側機器
３０固定用板
３１プレート
３２冷媒および熱媒体の流路穴
Ａ熱移動装置
Ｐプレート式熱交換器

この発明に係る熱移動装置は、圧縮機、熱媒体・冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管路、冷媒減圧装置、および熱源側熱交換器を連結して成る冷媒回路と、熱媒体ポンプ、および冷媒側伝熱管路内の冷媒との間で熱交換を行う熱媒体・冷媒熱交換器の熱媒体側伝熱管路を連結して成る熱媒体用流路と、を有していて、熱媒体・冷媒熱交換器がプレート式熱交換器で構成され、互いに隣接して配置された２以上のプレート式熱交換器が、単一の保持部材により一体的に保持されて一体型熱交換器を構成しており、２以上のプレート式熱交換器において、２以上の冷媒側伝熱管路が並列に接続され、２以上の熱媒体側伝熱管路が並列に接続されており、各プレート式熱交換器における熱媒体配管の入口部および出口部が、一体型熱交換器の一方の側面に配置され、各プレート式熱交換器における冷媒配管の入口部および出口部が、一体型熱交換器の他方の側面に配置されているものである。

Claims

圧縮機、熱媒体・冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管路、冷媒減圧装置、および熱源側熱交換器を連結して成る冷媒回路と、熱媒体ポンプ、および前記冷媒側伝熱管路内の冷媒との間で熱交換を行なう前記熱媒体・冷媒熱交換器の熱媒体側伝熱管路を連結して成る熱媒体用流路と、を有していて、前記熱媒体・冷媒熱交換器がプレート式熱交換器で構成され、互いに隣接して配置された２以上のプレート式熱交換器が、保持部材により一体的に保持されて一体型熱交換器を構成していることを特徴とする熱移動装置。
保持部材が断熱材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱移動装置。
各プレート式熱交換器における熱媒体配管の入口部および出口部、ならびに冷媒配管の入口部および出口部が、一体型熱交換器の同じ側面に配置され、２以上のプレート式熱交換器における複数の熱媒体配管の入口部が分岐配管を介して並列接続され、複数の熱媒体配管の出口部が分岐配管を介して並列接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱移動装置。