JPWO2020188690A1

JPWO2020188690A1 - プレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置

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Publication number: JPWO2020188690A1
Application number: JP2021506844A
Authority: JP
Inventors: 憲成澤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: CN113557404B; JP7062131B2; DE112019007056T5; CN113557404A; WO2020188690A1; US11976895B2; US20220120519A1

Abstract

積層方向に隣接する２枚の伝熱プレートのうちの正面側の伝熱プレートを第１伝熱プレート、背面側の伝熱プレートを第２伝熱プレートとしたとき、第１伝熱プレート及び第２伝熱プレートのそれぞれのヘッダー部の一部には、互いに接触して流体が通過しない非流路領域が形成されている。第１伝熱プレートの非流路領域の周縁部は、上側に凸の凸部を有し、第２伝熱プレートの非流路領域の周縁部は、下側に凹の凹部を有する。凸部の空間部と凹部の空間部とが積層方向に重なって空洞部を形成しており、空洞部を形成するプレート部分に、空洞部を外部に連通させる連通口が形成されている。

Description

本発明は、複数の伝熱プレートを積層して構成されたプレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置に関するものである。

異なる２流体間で熱交換するためのプレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを積層し、その伝熱プレート間に第１流路及び第２流路を交互に形成し、第１流路に流す水と第２の流路に流す冷媒との間で熱交換を行わせる構成となっている。

この種のプレート式熱交換器では、プレート式熱交換器を蒸発器として用いる場合に、プレート式熱交換器内で水が凍結し、凍結による水の膨張でプレート式熱交換器が破損する課題があった。従来、このような凍結によるプレート式熱交換器の破損を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５８０５１８９号公報

ところで、プレート式熱交換器では、伝熱プレート間の内圧による伝熱プレートの歪を抑えるため、伝熱プレートに補強用の凹凸形状を設けている。具体的には、第１伝熱プレートに補強用の凸部を設けると共に、その凸部側に重ねられる第２伝熱プレートに凹部を設け、凸部の上面と凹部の底面とが接触してロウ付けされることで、補強が行われる。

第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとは交互に重ねて積層されるため、第２伝熱プレートの凹部の開口側には第１伝熱プレートが重ねられる。これにより、重ねられた第１伝熱プレートの凸部と第２伝熱プレートの凹部とが積層方向に重なることで空洞部が形成され、空洞部の周囲はロウ付けされて密閉される。しかし、空洞部の周囲にロウ付け不良があると、流路を流れる水が空洞部に流入して滞留し、空洞部内の水が凍結して伝熱プレートが破損する課題があった。

ロウ付け不良は、伝熱プレートの伝熱性能、静的強度及び経年的強度など、伝熱プレート本来の機能に影響を及ぼすものではなく、製造段階で検出することが難しい。しかし、製品出荷前にロウ付け不良を未然に検出することができれば、凍結による破損を回避でき、非常に有効である。特許文献１は、凍結によるプレート式熱交換器の破損を防止する技術であるものの、ロウ付けが正常に行われた正規の完成品を対象とした技術であり、ロウ付け不良による凍結を検出できる技術ではない。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、出荷前にロウ付け不良を検出することが可能なプレート式熱交換器及びそれを備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプレート式熱交換器は、複数積層された伝熱プレート間のそれぞれの空間によって流路が形成されたプレート式熱交換器であって、積層方向に隣接する２枚の伝熱プレートのうちの正面側の伝熱プレートを第１伝熱プレート、背面側の伝熱プレートを第２伝熱プレートとしたとき、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとが交互に積層されており、第１伝熱プレート及び第２伝熱プレートのそれぞれは、流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部と、熱交換部における流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部とを有し、第１伝熱プレート及び第２伝熱プレートのそれぞれのヘッダー部の一部には、互いに接触して流体が通過しない非流路領域が形成されており、第１伝熱プレートの非流路領域の周縁部は、上側に凸の凸部を有し、第２伝熱プレートの非流路領域の周縁部は、下側に凹の凹部を有し、凸部の空間部と凹部の空間部とが積層方向に重なって空洞部を形成しており、空洞部を形成するプレート部分に、空洞部を外部に連通させる連通口が形成されているものである。

本発明によれば、非流路領域に形成された空洞部が連通口を介して外部に連通する構成としたので、空洞部がロウ付け不良により熱交換部と連通している場合、出荷前の気密検査にて、検査用エアーが連通口から漏れ出ることになり、ロウ付け不良を検出できる。

本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の側面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の補強用サイドプレート４の正面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の伝熱プレート２の正面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の伝熱プレート３の正面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の補強用サイドプレート４の正面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した状態を説明する図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の分解斜視図である。図６のＡ−Ａ断面図である。図４のＡ−Ａ断面図である。図３のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とを正面側から見た分解斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが重なった状態の要部斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが重なった部分の図６のＢ−Ｂの位置での断面斜視図である。図１３と同じ断面位置での端面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とを重ねた状態の外周縁部分の断面図である。本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図である。図１６に示すヒートポンプ装置１００の冷媒の状態についてのモリエル線図である。

実施の形態１．
本実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の基本構成を説明する。
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４０の側面図である。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４０の補強用サイドプレート４の正面図である。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４０の伝熱プレート２の正面図である。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４０の伝熱プレート３の正面図である。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４０の補強用サイドプレート４の正面図である。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４０の伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した状態を説明する図である。図７は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０の分解斜視図である。

図１に示すように、プレート式熱交換器４０は、伝熱プレート２と伝熱プレート３とが交互に積層される。また、プレート式熱交換器４０は、最前面に補強用サイドプレート１が積層され、最背面に補強用サイドプレート４が積層される。

図２に示すように、補強用サイドプレート１は、略長方形状の板状に形成される。補強用サイドプレート１は、略長方形状の四隅に、第１流入管５、第１流出管６、第２流入管７、第２流出管８が設けられる。図３及び図４に示すように、伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれは、補強用サイドプレート１と同様に、略長方形状の板状に形成され、四隅に第１流入口９、第１流出口１０、第２流入口１１及び第２流出口１２が設けられる。

伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれには、波形の凹凸形状を有する波形状１５及び波形状１６が形成されている。波形状１５は、積層方向から見た場合に、略Ｖ字状となるように形成されている。波形状１６は、積層方向から見た場合に、略逆Ｖ字状となるように形成されている。波形状１５及び波形状１６は、第１流入口９及び第２流入口１１から第１流出口１０及び第２流出口１２へ向かって、凸部と凹部とが繰り返し現れる形状となっている。

伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれは、熱交換部１７と、ヘッダー部１８と、外周フランジ部１９とを有する。熱交換部１７は、波形状１５又は波形状１６が形成された部分であって、流路を流れる流体によって熱交換を行う部分である。ヘッダー部１８は、熱交換部１７における流体の流れ方向の両端部に設けられた部分である。ヘッダー部１８に、第１流入口９、第１流出口１０、第２流入口１１及び第２流出口１２が形成されている。外周フランジ部１９は、伝熱プレートの外周縁から、隣接する伝熱プレートの外周縁に向けて延びる部分である。ここでは、外周フランジ部１９は、図７に示すように伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれの外周縁から背面側に向かって延びて形成されているが、正面側に向かって延びて形成されてもよい。

図５に示すように、補強用サイドプレート４は、補強用サイドプレート１等と同様に、略長方形状の板状に形成される。補強用サイドプレート４には、第１流入管５、第１流出管６、第２流入管７、第２流出管８が設けられていない。図５では、参照のために補強用サイドプレート４に、第１流入管５、第１流出管６、第２流入管７、第２流出管８の位置を破線で示すが、補強用サイドプレート４にこれらが設けられているわけではない。なお、第１流入管５、第１流出管６、第２流入管７、第２流出管８は必ずしも補強用サイドプレート１に設けられる必要があるわけではなく、補強用サイドプレート４に設けられていてもよい。その場合、補強用サイドプレート１には第１流入管５、第１流出管６、第２流入管７、第２流出管８は設けられない。また、第１流入管５、第１流出管６、第２流入管７、第２流出管８が必ずしも補強用サイドプレート１又は補強用サイドプレート４のどちらかに集約されていなくても良い。

図６に示すように、伝熱プレート２と伝熱プレート３とを積層した場合、向きの異なる略Ｖ字状の波形状１５及び波形状１６が重なり合うことにより、伝熱プレート２と伝熱プレート３との間に複雑な流れを引き起こす流路が形成される。

図７に示すように、伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれは、第１流入口９同士、第１流出口１０同士、第２流入口１１同士、第２流出口１２同士がそれぞれ重なるように積層される。また、補強用サイドプレート１と伝熱プレート２とは、第１流入管５と第１流入口９とが重なり、第１流出管６と第１流出口１０とが重なり、第２流入管７と第２流入口１１とが重なり、第２流出管８と第２流出口１２とが重なるように積層される。

そして伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれの外周フランジ部１９が重なるように積層され、その積層体の正面側及び背面側にさらに補強用サイドプレート１及び補強用サイドプレート１が重なるように積層され、ロウ等により接合される。この状態において、伝熱プレート２及び伝熱プレート３のそれぞれの外周の外周フランジ部１９同士は重なっており、接合の際、その重なった部分も接合される。補強用サイドプレート１及び補強用サイドプレート１の外周の縁もまた、隣接する伝熱プレートと接合される。また、積層方向から見た場合に、前面側に積層された伝熱プレートの波形状の凹部と、背面側に積層された伝熱プレートの波形状の凸部とが重なる部分も接合される。

これにより、第１流入管５から流入した第１流体が第１流出管６から流出する第１流路１３が、伝熱プレート３の背面と伝熱プレート２の前面との間に形成される。同様に、第２流入管７から流入した第２流体が第２流出管８から流出する第２流路１４が、伝熱プレート２の背面と伝熱プレート３の前面との間に形成される。外部から第１流入管５へ流入した第１流体は、各伝熱プレート２及び伝熱プレート３の第１流入口９が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、各第１流路１３へ流入する。第１流路１３へ流入した第１流体は、短辺方向へ徐々に広がりながら、長辺方向へ流れて、第１流出口１０から流出する。第１流出口１０から流出した第１流体は、第１流出口１０が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、第１流出管６から外部へ流出する。

同様に、外部から第２流入管７へ流入した第２流体は、各伝熱プレート２及び伝熱プレート３の第２流入口１１が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、各第２流路１４へ流入する。第２流路１４へ流入した第２流体は、短辺方向へ徐々に広がりながら、長辺方向へ流れて、第２流出口１２から流出する。第２流出口１２から流出した第２流体は、第２流出口１２が重なり合うことで形成された通路孔を流れ、第２流出管８から外部へ流出する。

第１流路１３を流れる第１流体と第２流路１４を流れる第２流体とは、波形状１５及び波形状１６が形成された熱交換部１７を流れる際、伝熱プレート２及び伝熱プレート３を介して熱交換される。

第１流体は、例えば水などである。第２流体は、例えば冷媒のＣＯ_２、Ｒ４１０Ａ又はＨＣ等である。

次に、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０のヘッダー部１８の構成について説明する。
図８は、図６のＡ−Ａ断面図である。図９は、図４のＡ−Ａ断面図である。図１０は、図３のＡ−Ａ断面図である。なお、図８〜図１０のＡ−Ａの断面位置は同じである。

第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２のそれぞれのヘッダー部１８は、図８に示すように互いに離間して流体が通過する流路領域２０と、互いに接触して流体が通過しない非流路領域２１とを形成している。

以下、流路領域２０及び非流路領域２１の具体的な構成を説明する。

図８及び図９に示すように、第１伝熱プレート３のヘッダー部１８は、第１流入口９が形成された凸領域２０ａと、第２流入口１１が形成された凹領域２１ａとを有する。また、図８及び図１０に示すように、第２伝熱プレート２のヘッダー部１８もまた、第１流入口９が形成された凹領域２０ｂと、第２流入口１１が形成された凸領域２１ｂとを有する。第１伝熱プレート３の凸領域２０ａは、上側に凸となっており、第２伝熱プレート２の凹領域２０ｂは、下側に凹となっている。これにより、凸領域２０ａと凹領域２０ｂとが互いに離間して、流体が通過する流路領域２０が形成されている。流路領域２０は第１流路１３となっており、第１流体が流れる。つまり、第１流入口９から流入した第１流体は、流路領域２０を通過した後、第１伝熱プレート３の熱交換部１７と第２伝熱プレート２の熱交換部１７との間の第１流路１３に流れる。

一方、第１伝熱プレート３の凹領域２１ａは、下側に凹となっており、第２伝熱プレート２の凸領域２１ｂは、上側に凸となっている。これにより、凹領域２１ａと凸領域２１ｂとは互いに接触し、ロウ付けされて伝熱プレートの面方向に流体が通過しない非流路領域２１となっている。よって、非流路領域２１には第１流体は流れない。

ここでは伝熱プレートの長手方向の両端部にあるヘッダー部１８のうち、第１流入口９及び第２流入口１１が形成された側のヘッダー部１８について説明したが、第１流出口１０及び第２流出口１２が形成された側のヘッダー部１８も、同様の構成である。つまり、第１流出口１０が形成された第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２のそれぞれのヘッダー部１８は、第１流入口９が形成されたヘッダー部１８と同様に流路領域２０を形成している。また、第２流出口１２が形成された第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２のそれぞれのヘッダー部１８は、第２流入口１１が形成されたヘッダー部１８と同様に非流路領域２１を形成している。

以上の構成の第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが交互に複数枚、重ね合わせられることで、伝熱プレート同士の間に、第１流入口９から第１流出口１０に流れる流路と、第２流入口１１から第２流出口１２に流れる流路とが交互に形成される。

次に、本実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０のヘッダー部１８のさらに詳細な構成について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とを正面側から見た分解斜視図である。図１２は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが重なった状態の要部斜視図である。図１３は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが重なった部分の図６のＢ−Ｂの位置での断面斜視図である。図１４は、図１３と同じ断面位置での端面図である。

第１伝熱プレート３の凸領域２０ａには、下側に凹の複数の凹部が形成されている。具体的には、複数の凹部として、平面視で三角形状の一対の凹部２２ａと、第１伝熱プレート３の角部周縁部に形成された円弧状の凹部２３ａとを有する。また、第１伝熱プレート３の凹領域２１ａには、上側に凸の複数の凸部が形成されている。具体的には、複数の凸部として、平面視で三角形状の一対の凸部２４ａと、第１伝熱プレート３の角部周縁部に形成された円弧状の凸部２５ａとを有する。なお、一対の凹部２２ａ及び一対の凸部２４ａの形状は一例であって、三角形状に限るものではなく、四角形状又は円柱状等としてもよい。

第２伝熱プレート２の凹領域２０ｂには、上側に凸の複数の凸部が形成されている。具体的には、複数の凸部として、平面視で三角形状の一対の凸部２２ｂと、第２伝熱プレート２の角部周縁部に形成された円弧状の凸部２３ｂとを有する。また、第２伝熱プレート２の凸領域２１ｂには、下側に凹の複数の凹部が形成されている。具体的には、複数の凹部として、平面視で三角形状の一対の凹部２４ｂと、第２伝熱プレート２の角部周縁部に形成された円弧状の凹部２５ｂとを有する。なお、一対の凸部２２ｂ及び一対の凹部２４ｂの形状は一例であって、三角形状に限るものではなく、四角形状又は円柱状等としてもよい。

以上のように構成された第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが重ね合わされることで、凸領域２０ａと凹領域２０ｂとで形成される流路領域２０においては、一対の凹部２２ａと一対の凸部２２ｂとが面接触すると共に、凹部２３ａと凸部２３ｂとが面接触する。これら面接触した部分は、ロウ付けされて各流路内の内圧を支える支柱部となり、伝熱プレートの強度向上が図られている。

一方、凹領域２１ａと凸領域２１ｂとで形成される非流路領域２１では、一対の凸部２４ａの空間部と一対の凹部２４ｂの空間部とが上下方向に重なって一対の空洞部が形成される。一対の空洞部は、プレート式熱交換器４０の製造工程における真空ロウ付けにおいて、真空状態で周囲がロウ付けされて密閉空間となる。また、凸部２５ａの空間部と凹部２５ｂの空間部同士が上下方向に重なって空洞部３０（図１３及び図１４参照）が形成される。

本実施の形態１は、空洞部３０を構成するプレート部分に、空洞部３０を外部に連通させる連通口３２を形成したことを特徴としている。以下、具体的な構造について説明する。

ここで、図１１及び後述の各図において、第１伝熱プレート３の外周フランジ部１９を第１外周フランジ部１９ａ、第２伝熱プレート２の外周フランジ部１９を第２外周フランジ部１９ｂとして区別する。空洞部３０を構成するプレート部分である、凸部２５ａ及び凹部２５ｂは、上述したように伝熱プレートの角部周縁部に形成されており、図１３及び図１４に示すように、凸部２５ａの一部は第１外周フランジ部１９ａによって形成されている。第１外周フランジ部１９ａの下端部は、第２外周フランジ部１９ｂの外側に重なっており、凸部２５ａと凹部２５ｂとで閉じた空洞部３０が形成されている。

第１外周フランジ部１９ａには、第１外周フランジ部１９ａの下端１９ａａから上方に延びる切り欠き３１が形成されている。切り欠き３１の上端面３１ａの高さ位置は、凹部２５ｂの底面２５ｂａの高さ位置よりも高くなっている。これにより、図１２に示すように、切り欠き３１が、空洞部３０と連通する連通口３２を形成しており、空洞部３０が連通口３２を通じて外部に連通する構成となっている。

ここで、連通口３２を構成する切り欠き３１が、仮に凸部２５ａの頂部まで延びて形成されていると、空洞部３０が、第１伝熱プレート３とその上面側に重ねられる第２伝熱プレート２との間に形成される第２流路１４に連通してしまう。このため、切り欠き３１、言い換えれば連通口３２は、あくまでも第１外周フランジ部１９ａに形成されている。なお、ここでは、空洞部３０を外部と連通させる連通口３２を切り欠き３１で形成しているが、貫通孔で形成してもよい。

次に、上記した構成の作用について説明する。
連通口３２は、プレート式熱交換器４０の出荷前にロウ付け不良を検出するために設けられたものである。ここではまず、第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とのロウ付け不良について説明する。

図１５は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器４０における第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とを重ねた状態の外周縁部分の断面図である。
第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２とが重ねられた状態では、図中の点線で囲まれた外周縁部分に隙間５０が形成される。ロウ付け時に、この隙間５０にロウが行き渡らない場合、ロウ付け不良となる。

このようなロウ付け不良が、図１２において点線で囲った部分に示すように伝熱プレートの外周縁に沿って形成されると、ロウ付け不良部分を介して熱交換部１７と空洞部３０とが連通する。熱交換部１７と空洞部３０とが連通すると、第１流体である水が熱交換部１７からロウ付け不良部分を介して空洞部３０に流入し、空洞部３０に滞留する。空洞部３０に水が滞留すると、プレート式熱交換器４０が蒸発器として使われる場合、空洞部３０内に滞留した水が凍結して膨張し、伝熱プレートが破損する恐れがある。

そこで、本実施の形態１では、上述したように空洞部３０を外部に連通させる構成としている。これにより、熱交換部１７と空洞部３０とが連通するロウ付け不良があった場合に、製造段階における気密検査時に、以下のようにしてロウ付け不良を検出できる。すなわち、気密検査の際には、第１流入口９から検査用エアーが第１流路１３に供給される。ロウ付け不良によって熱交換部１７と空洞部３０とが連通していると、第１流路１３に供給された検査用エアーが熱交換部１７を経へ空洞部３０に流入し、連通口３２から外部に漏れ出る。したがって、連通口３２からの検査用エアーの漏れを検出することで、ロウ付け不良を検出できる。このようにロウ付け不良を検出できることで、不良品が市場へ流出することを防止できる。

ところで、実施の形態１では、図１１〜図１３に示すように第２外周フランジ部１９ｂにも切り欠き３３を設けている。この切り欠き３３は、第２伝熱プレート２のさらに下側に積層される第１伝熱プレート３の連通口３２を、覆うことなく露出させるために設けられている。よって、第２伝熱プレート２の第２外周フランジ部１９ｂが連通口３２を覆ってしまわない寸法関係であれば、切り欠き３３は設けなくてもよい。

ここで、連通口３２の大きさは、検査用エアーとして用いられる気体、例えば窒素又は酸素が０．１ＭＰａＧ程度で通過できる程度の大きさであればよい。

以上説明したように、実施の形態１は、複数積層された伝熱プレート間のそれぞれの空間によって流路が形成されたプレート式熱交換器４０であって、伝熱プレートは、流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部１７と、熱交換部１７における流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部１８とを有する。積層方向に隣接する２枚の伝熱プレートのうちの正面側の伝熱プレートを第１伝熱プレート３、背面側の伝熱プレートを第２伝熱プレート２としたとき、第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２のそれぞれのヘッダー部１８の一部には、互いに接触して流体が通過しない非流路領域２１が形成されている。第１伝熱プレート３の非流路領域２１の周縁部は、上側に凸の凸部２５ａを有し、第２伝熱プレート２の非流路領域２１の周縁部は、下側に凹の凹部２５ｂを有する。凸部２５ａと凹部２５ｂとが積層方向に重なって空洞部３０を形成しており、空洞部３０を形成するプレート部分に、空洞部３０を外部に連通させる連通口３２が形成されている。

この構成により、ロウ付け不良があった場合には、気密検査時に空洞部３０から検査用エアーが漏れ出る。したがって、検査用エアーの漏れを検出することで、ロウ付け不良を検出できる。その結果、ロウ付け不良を有する不良品が市場に出荷されるのを防止できる。

実施の形態１において、第１伝熱プレート３の外周縁には第１外周フランジ部１９ａが形成されている。凸部２５ａの一部は第１外周フランジ部１９ａで形成されており、第１外周フランジ部１９ａに連通口３２が形成されている。

この構成により、連通口３２は第１外周フランジ部１９ａに形成されており、凸部２５ａの頂部には形成されていない。よって、空洞部３０が第１伝熱プレート３の上面側に形成される流路に連通することがない。

実施の形態１において、連通口３２は、切り欠き３１又は貫通孔で形成されている。

このように、連通口３２は、切り欠き３１又は貫通孔で形成できる。

実施の形態１において、第２伝熱プレート２の外周縁には第２外周フランジ部１９ｂが形成されている。第２外周フランジ部１９ｂには、第２伝熱プレート２の下側に積層される第１伝熱プレート３の連通口３２を露出させる切り欠き３３が形成されている。

この構成により、第１伝熱プレート３の連通口３２が第２外周フランジ部１９ｂによって覆われることを防止できる。

実施の形態１では、長方形状の第１伝熱プレート３及び長方形状の第２伝熱プレート２のそれぞれの四隅に、流体として第１流体又は第２流体の流出入口となる通路孔が形成されている。第１流体が流れる第１流路１３と第２流体が流れる第２流路１４とが、隣接する第１伝熱プレート３と第２伝熱プレート２との間に積層方向に交互に形成されている。第１流路１３は、隣接する第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２の長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第１流入口９から流入した第１流体を、長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第１流出口１０から流出させる流路である。第２流路は、隣接する第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２の長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第２流入口１１から流入した第２流体を、長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第２流出口１２から流出させる流路である。第１伝熱プレート３及び第２伝熱プレート２のそれぞれの熱交換部１７には、積層方向に変位する波形状が形成されている。

この構成により、第１流体が流れる第１流路１３においてロウ付け不良があった場合には、気密検査時に連通口３２から検査用エアーが漏れ出る。したがって、検査用エアーの漏れを検出することで、ロウ付け不良を検出できる。その結果、第１流体が水である場合に、凍結による破損が生じる可能性のある不良品が市場に出荷されるのを防止できる。

なお、本発明のプレート式熱交換器４０は、上記各図に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように変形して実施することが可能である。

切り欠き３１は、水が流れる流路を形成する２枚の伝熱プレートの非流路領域２１に形成された凸部２５ａに少なくとも形成されていればよく、さらに複数箇所に形成されていてもよい。例えば、切り欠き３１が１箇所であると、他の伝熱プレートに積層する際の向きが限定されることから、四つの角部周縁部の全てに切り欠き３１を形成してもよい。切り欠き３３についても同様で、形成箇所は１箇所に限定されず、さらに複数箇所に形成されていてもよい。

上述したプレート式熱交換器４０では、空洞部３０を形成する凸部２５ａ及び凹部２５ｂが、角部周縁部に形成されていたが、必ずしもこの位置に限られたものではなく、ヘッダー部１８の周縁部であればよい。

上述したプレート式熱交換器４０では、伝熱プレート２と伝熱プレート３とを重ね合わせて形成されているが、伝熱プレート２同士又は伝熱プレート３同士を上下逆さまにして重ね合せて形成してもよい。このように同じ伝熱プレートを上下逆さまにして使用することで、部品仕様の共通化ができコストダウンを図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、プレート式熱交換器４０を用いたヒートポンプ装置１００の回路構成の一例について説明する。

ヒートポンプ装置１００では、冷媒として、上述したように例えば、ＣＯ_２、Ｒ４１０Ａ又はＨＣ等が用いられる。ＣＯ_２のように高圧側が超臨界域となる冷媒もあるが、ここでは、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた場合を例として説明する。

図１６は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図である。図１７は、図１６に示すヒートポンプ装置１００の冷媒の状態についてのモリエル線図である。図１７において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。

ヒートポンプ装置１００は、圧縮機５１と、熱交換器５２と、膨張機構５３と、レシーバ５４と、内部熱交換器５５と、膨張機構５６と、熱交換器５７とが配管により順次接続され、冷媒が循環する主冷媒回路５８を備える。なお、主冷媒回路５８において、圧縮機５１の吐出側には、四方弁５９が設けられ、冷媒の循環方向が切り替え可能となっている。また、熱交換器５７の近傍には、ファン６０が設けられる。また、熱交換器５２は、上記実施の形態で説明したプレート式熱交換器４０である。

さらに、ヒートポンプ装置１００は、レシーバ５４と内部熱交換器５５との間から、圧縮機５１のインジェクションパイプまでを配管により繋ぐインジェクション回路６２を備える。インジェクション回路６２には、膨張機構６１と、内部熱交換器５５とが順次接続される。

熱交換器５２には、水が循環する水回路６３が接続される。なお、水回路６３には、給湯器、ラジエータ又は床暖房等の放熱器等の水を利用する装置が接続される。

まず、ヒートポンプ装置１００の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、四方弁５９は実線方向に設定される。なお、この暖房運転とは、空調で使われる暖房だけでなく、水に熱を与えて温水を作る給湯も含む。

圧縮機５１で高温高圧となった気相冷媒（図１７の点１）は、圧縮機５１から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器５２で熱交換されて液化する（図１７の点２）。このとき、冷媒から放熱された熱により、水回路６３を循環する水が温められ、暖房又は給湯に利用される。

熱交換器５２で液化された液相冷媒は、膨張機構５３で減圧され、気液二相状態になる（図１７の点３）。膨張機構５３で気液二相状態になった冷媒は、レシーバ５４で圧縮機５１へ吸入される冷媒と熱交換され、冷却されて液化される（図１７の点４）。レシーバ５４で液化された液相冷媒は、主冷媒回路５８と、インジェクション回路６２とに分岐して流れる。

主冷媒回路５８を流れる液相冷媒は、膨張機構６１で減圧されて気液二相状態となったインジェクション回路６２を流れる冷媒と内部熱交換器５５で熱交換されて、さらに冷却される（図１７の点５）。内部熱交換器５５で冷却された液相冷媒は、膨張機構５６で減圧されて気液二相状態になる（図１７の点６）。膨張機構５６で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器５７で外気と熱交換され、加熱される（図１７の点７）。そして、熱交換器５７で加熱された冷媒は、レシーバ５４でさらに加熱され（図１７の点８）、圧縮機５１に吸入される。

一方、インジェクション回路６２を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構６１で減圧されて（図１７の点９）、内部熱交換器５５で熱交換される（図１７の点１０）。内部熱交換器５５で熱交換された気液二相状態の冷媒（インジェクション冷媒）は、気液二相状態のまま圧縮機５１のインジェクションパイプから圧縮機５１内へ流入する。

圧縮機５１では、主冷媒回路５８から吸入された冷媒（図１７の点８）が、中間圧まで圧縮及び加熱される（図１７の点１１）。中間圧まで圧縮及び加熱された冷媒（図１７の点１１）に、インジェクション冷媒（図１７の点１０）が合流して、温度が低下する（図１７の点１２）。そして、温度が低下した冷媒（図１７の点１２）が、さらに圧縮及び加熱されて高温高圧となり、吐出される（図１７の点１）。

なお、インジェクション運転を行わない場合には、膨張機構６１の開度を全閉にする。つまり、インジェクション運転を行う場合には、膨張機構６１の開度が所定の開度よりも大きくなっているが、インジェクション運転を行わない際には、膨張機構６１の開度を所定の開度より小さくする。これにより、圧縮機５１のインジェクションパイプへ冷媒が流入しない。

ここで、膨張機構６１の開度は、マイクロコンピュータ等の制御部により電子制御により制御される。

次に、ヒートポンプ装置１００の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、四方弁５９は破線方向に設定される。なお、この冷房運転とは、空調で使われる冷房だけでなく、水から熱を奪って冷水を作ること、また、冷凍を行うこと等も含む。

圧縮機５１で高温高圧となった気相冷媒（図１７の点１）は、圧縮機５１から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器５７で熱交換されて液化する（図１７の点２）。熱交換器５７で液化された液相冷媒は、膨張機構５６で減圧され、気液二相状態になる（図１７の点３）。膨張機構５６で気液二相状態になった冷媒は、内部熱交換器５５で熱交換され、冷却され液化される（図１７の点４）。内部熱交換器５５では、膨張機構５６で気液二相状態になった冷媒と、内部熱交換器５５で液化された液相冷媒を膨張機構６１で減圧させて気液二相状態になった冷媒（図１７の点９）とを熱交換させている。内部熱交換器５５で熱交換された液相冷媒（図１７の点４）は、主冷媒回路５８と、インジェクション回路６２とに分岐して流れる。

主冷媒回路５８を流れる液相冷媒は、レシーバ５４で圧縮機５１に吸入される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される（図１７の点５）。レシーバ５４で冷却された液相冷媒は、膨張機構５３で減圧されて気液二相状態になる（図１７の点６）。膨張機構５３で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器５２で熱交換され、加熱される（図１７の点７）。このとき、冷媒が吸熱することにより、水回路６３を循環する水が冷やされ、冷房又は冷凍に利用される。

そして、熱交換器５２で加熱された冷媒は、レシーバ５４でさらに加熱され（図１７の点８）、圧縮機５１に吸入される。

一方、インジェクション回路６２を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構６１で減圧されて（図１７の点９）、内部熱交換器５５で熱交換される（図１７の点１０）。内部熱交換器５５で熱交換された気液二相状態の冷媒（インジェクション冷媒）は、気液二相状態のまま圧縮機５１のインジェクションパイプから流入する。

圧縮機５１内での圧縮動作については、暖房運転時と同様である。

なお、インジェクション運転を行わない際には、暖房運転時と同様に、膨張機構６１の開度を全閉にして、圧縮機５１のインジェクションパイプへ冷媒が流入しないようにする。

本実施の形態２のヒートポンプ装置は、実施の形態１のプレート式熱交換器４０を備えているので、プレート式熱交換器４０において、出荷前の気密検査にてロウ付け不良を検出することが可能である。

なお、本実施の形態２では、ヒートポンプ装置が、冷房運転及び暖房運転を行う空気調和機であるものとして説明したが、冷蔵冷凍倉庫等を冷却する冷却装置又は給湯装置などとしてもよい。

１補強用サイドプレート、２伝熱プレート（第２伝熱プレート）、３伝熱プレート（第１伝熱プレート）、４補強用サイドプレート、５第１流入管、６第１流出管、７第２流入管、８第２流出管、９第１流入口、１０第１流出口、１１第２流入口、１２第２流出口、１３第１流路、１４第２流路、１５波形状、１６波形状、１７熱交換部、１８ヘッダー部、１９外周フランジ部、１９ａ第１外周フランジ部、１９ａａ下端、１９ｂ第２外周フランジ部、２０流路領域、２０ａ凸領域、２０ｂ凹領域、２１非流路領域、２１ａ凹領域、２１ｂ凸領域、２２ａ凹部、２２ｂ凸部、２３ａ凹部、２３ｂ凸部、２４ａ凸部、２４ｂ凹部、２５ａ凸部、２５ｂ凹部、２５ｂａ底面、３０空洞部、３１切り欠き、３１ａ上端面、３２連通口、３３切り欠き、４０プレート式熱交換器、５０隙間、５１圧縮機、５２熱交換器、５３膨張機構、５４レシーバ、５５内部熱交換器、５６膨張機構、５７熱交換器、５８主冷媒回路、５９四方弁、６０ファン、６１膨張機構、６２インジェクション回路、６３水回路、１００ヒートポンプ装置。

本発明に係るプレート式熱交換器は、複数積層された伝熱プレート間のそれぞれの空間によって流路が形成されたプレート式熱交換器であって、積層方向に隣接する２枚の伝熱プレートのうちの正面側の伝熱プレートを第１伝熱プレート、背面側の伝熱プレートを第２伝熱プレートとしたとき、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとが交互に積層されており、第１伝熱プレート及び第２伝熱プレートのそれぞれは、流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部と、熱交換部における流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部とを有し、第１伝熱プレート及び第２伝熱プレートのそれぞれのヘッダー部の一部には、互いに接触して流体が通過しないロウ付け部である非流路領域が形成されており、第１伝熱プレートの非流路領域の外周縁部は、上側に凸の凸部を有し、第２伝熱プレートの非流路領域の外周縁部は、下側に凹の凹部を有し、凸部の空間部と凹部の空間部とが積層方向に重なって空洞部を形成しており、空洞部を形成するプレート部分には、空洞部を外部に連通させる開口であって、空洞部と熱交換部とがロウ付け不良部分を介して連通している場合に熱交換部を外部に連通させる連通口が形成されているものである。

Claims

複数積層された伝熱プレート間のそれぞれの空間によって流路が形成されたプレート式熱交換器であって、
積層方向に隣接する２枚の前記伝熱プレートのうちの正面側の前記伝熱プレートを第１伝熱プレート、背面側の前記伝熱プレートを第２伝熱プレートとしたとき、前記第１伝熱プレートと前記第２伝熱プレートとが交互に積層されており、
前記第１伝熱プレート及び前記第２伝熱プレートのそれぞれは、前記流路を流れる流体によって熱交換を行う熱交換部と、前記熱交換部における前記流体の流れ方向の両端部に設けられたヘッダー部とを有し、
前記第１伝熱プレート及び前記第２伝熱プレートのそれぞれの前記ヘッダー部の一部には、互いに接触して前記流体が通過しない非流路領域が形成されており、
前記第１伝熱プレートの前記非流路領域の周縁部は、上側に凸の凸部を有し、
前記第２伝熱プレートの前記非流路領域の周縁部は、下側に凹の凹部を有し、
前記凸部の空間部と前記凹部の空間部とが前記積層方向に重なって空洞部を形成しており、前記空洞部を形成するプレート部分に、前記空洞部を外部に連通させる連通口が形成されているプレート式熱交換器。
前記第１伝熱プレートの外周縁には第１外周フランジ部が形成されており、
前記凸部の一部は前記第１外周フランジ部で形成されており、前記第１外周フランジ部に前記連通口が形成されている請求項１記載のプレート式熱交換器。
前記連通口は、切り欠き又は貫通孔である請求項１又は請求項２に記載のプレート式熱交換器。
前記第２伝熱プレートの外周縁には第２外周フランジ部が形成されており、前記第２外周フランジ部には、前記第２伝熱プレートの下側に積層される前記第１伝熱プレートの前記連通口を露出させる切り欠きが形成されている請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のプレート式熱交換器。
長方形状の前記第１伝熱プレート及び長方形状の前記第２伝熱プレートのそれぞれの四隅に、前記流体として第１流体又は第２流体の流出入口となる通路孔が形成され、
前記第１流体が流れる第１流路と前記第２流体が流れる第２流路とが、隣接する前記第１伝熱プレートと前記第２伝熱プレートとの間に前記積層方向に交互に形成されており、
前記第１流路は、前記第１伝熱プレート及び前記第２伝熱プレートの長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第１流入口から流入した前記第１流体を、前記長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第１流出口から流出させる流路であり、
前記第２流路は、前記第１伝熱プレート及び前記第２伝熱プレートの長辺方向の一方側に設けられた通路孔である第２流入口から流入した前記第２流体を、前記長辺方向の他方側に設けられた通路孔である第２流出口から流出させる流路であり、
前記第１伝熱プレート及び前記第２伝熱プレートのそれぞれの前記熱交換部には、波形の凹凸形状を有する波形状が形成されている請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のプレート式熱交換器。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のプレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置。