JPWO2020245876A1 - プレート式熱交換器及び伝熱装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<伝熱装置100の構成>
図1は、実施の形態1に係る伝熱装置100を示す概略構成図である。図1に示すように、伝熱装置100は、第1流体である熱媒体を冷却又は加熱する冷媒回路10と、熱媒体を家屋内に流通させる熱媒体回路20と、を備える。冷媒回路10は、屋外の室外機11に搭載されている。熱媒体回路20は、室外機11から家屋21内に熱媒体を循環させている。
室外機11は、圧縮機12、四方弁13、プレート式熱交換器30、膨張弁14、及び、室外熱交換器15を有する。室外機11は、圧縮機12、四方弁13、プレート式熱交換器30、膨張弁14、及び、室外熱交換器15が順に冷媒配管16で環状に接続されて冷媒回路10を構成する。室外機11は、ヒートポンプ装置である。冷媒回路10内には、第2流体である冷媒が流通する。
熱媒体回路20は、プレート式熱交換器30、循環ポンプ22、及び、ラジエータ23を有する。熱媒体回路20は、プレート式熱交換器30、循環ポンプ22、及び、ラジエータ23が熱媒体配管24で環状に接続されて構成されている。熱媒体回路20は、熱媒体を貯留する図示しない貯留タンクを備えても良い。第1流体である熱媒体は、水又はブラインである。
伝熱装置100は、プレート式熱交換器30を搭載した多くの産業又は家庭用機器に利用可能である。たとえば、空調、発電又は食品の加熱殺菌処理機器などに伝熱装置100が活用できる。
図2は、実施の形態1に係るプレート式熱交換器30を示す分解斜視図である。図2では、上方向Uと下方向Dと右方向Rと左方向Lと正面方向Fと背面方向Bとが示されている。図2に示すように、プレート式熱交換器30は、一対のサイドプレート31と、複数の第1伝熱プレート32と、複数の第1インナーフィン33と、複数の第2伝熱プレート34と、複数の第2インナーフィン35と、を備える。プレート式熱交換器30の各種構成部品の材料は、ステンレス、銅、アルミ若しくはチタンなどの金属又は合成樹脂が使用できる。また、第1伝熱プレート32又は第2伝熱プレート34は、クラッド材で形成しても良い。
図3は、実施の形態1に係るプレート式熱交換器30を横断面にて示す説明図である。図4は、実施の形態1に係る2つの第1インナーフィン33の間の構成を示す部分斜視図である。図5は、実施の形態1に係る第1インナーフィン33を示す斜視図である。
図3に示すように、第1伝熱プレート32と第2伝熱プレート34との間には、空間部60が形成されている。空間部60には、第1伝熱プレート32と第2伝熱プレート34との間が点在して繋いだ複数の伝熱部材としてロウ付け部61が設けられている。
第1伝熱プレート32と第2伝熱プレート34とがロウ付けされたロウ付け部61では、熱伝導率が高く、第1伝熱プレート32と第2伝熱プレート34との間の接触熱抵抗が低減でき、熱交換性能の低下がより抑制できる。
図3及び図4に示すように、第2インナーフィン35の凹凸ピッチ50は、一定のピッチ幅で凹凸が繰り返されている。第2インナーフィン35の凹凸ピッチ50には、第1インナーフィン33の凹凸ピッチ40のような特殊な第2ピッチ40bが設けられていない。
図6は、実施の形態1に係る第1伝熱プレート32の一部を示す拡大図である。図6に示すように、第1伝熱プレート32及び第2伝熱プレート34の双方は、通路孔の存在する領域を含めて全体を覆う形状である。
図7は、実施の形態1の変形例1に係る第1伝熱プレート32の一部を示す拡大図である。図7に示すように、第1伝熱プレート32又は第2伝熱プレート34は、通路孔の存在する領域には設けられず、熱媒体と冷媒とが隣り合わせになる領域だけを覆う形状でも良い。たとえば、第1伝熱プレート32における熱媒体往路孔32aの周辺部である凸部37は、切除された形態でも良い。これにより、第1伝熱プレート32又は第2伝熱プレート34の材料の使用量が低減でき、プレート式熱交換器30が安価に製造できる。
以上、説明したように、熱交換する熱媒体と冷媒との間で熱抵抗比率が同等に保て、熱交換効率が良好に保て、なおかつ構造が簡単で安価に製造可能でありながら、冷媒の家屋21内への熱媒体回路20を介しての浸入防止により、伝熱装置100の長期信頼性が向上できる。よって、これまで冷媒浸入防止機能が無いために使用できなかったCO2などの自然冷媒、可燃性の炭化水素又は低GWP冷媒などが使用できる。また、使用流体の選定範囲が増えるため、潜熱の大きい冷媒が選定でき、熱交換性能も向上できる。
実施の形態1によれば、プレート式熱交換器30は、それぞれ平坦な伝熱面を有し、一対毎に一対内に第1流路としての熱媒体流路38が形成される複数の第1伝熱プレート32を備える。プレート式熱交換器30は、一対の第1伝熱プレート32の間の熱媒体流路38にそれぞれ配置され、凹凸ピッチ40を繰り返す複数の第1インナーフィン33を備える。プレート式熱交換器30は、それぞれ平坦な伝熱面を有し、2組毎の一対の第1伝熱プレート32との間にて一対毎に一対内に第2流路としての冷媒流路39が形成される複数の第2伝熱プレート34を備える。プレート式熱交換器30は、一対の第2伝熱プレート34の間の冷媒流路39にそれぞれ配置され、凹凸ピッチ50を繰り返す複数の第2インナーフィン35を備える。第1伝熱プレート32と第2伝熱プレート34との間には、空間部60が形成されている。プレート式熱交換器30は、空間部60にて第1伝熱プレート32と第2伝熱プレート34との間を点在して繋いだ複数の伝熱部材としてのロウ付け部61を有する。複数の第1インナーフィン33での熱媒体流路38を流通する第1流体としての熱媒体の流通方向に対して交差方向における凹凸ピッチ40は、第1ピッチ40aと、第1ピッチ40aよりもピッチ幅の広い第2ピッチ40bと、を有する。複数のロウ付け部61は、第1伝熱プレート32及び第2伝熱プレート34の重なり方向に投影したときに、第1ピッチ40aの領域に設けられている。
図8は、実施の形態2に係るプレート式熱交換器30を横断面にて示す説明図である。実施の形態2では、上記実施の形態1と同事項の説明が省略され、その特徴部分のみが説明されている。
実施の形態2によれば、第1インナーフィン33の凹凸ピッチ40は、第1ピッチ40aと第2ピッチ40bとの間に第1ピッチ40aよりもピッチ幅の狭い第3ピッチ40cを有する。
図9は、実施の形態3に係るプレート式熱交換器30を横断面にて示す説明図である。実施の形態3では、上記実施の形態1及び実施の形態2と同事項の説明が省略され、その特徴部分のみが説明されている。
実施の形態3によれば、第2ピッチ40bは、第1伝熱プレート32及び第2伝熱プレート34の重なり方向にて隣の一対の第2伝熱プレート34の次の一対の第1伝熱プレート32の間の第1インナーフィン33の第2ピッチ40bと向かい合っている。
Claims (19)
- それぞれ平坦な伝熱面を有し、一対毎に一対内に第1流路が形成される複数の第1伝熱プレートと、
一対の前記第1伝熱プレートの間の前記第1流路にそれぞれ配置され、凹凸ピッチを繰り返す複数の第1インナーフィンと、
それぞれ平坦な伝熱面を有し、2組毎の一対の前記第1伝熱プレートとの間にて一対毎に一対内に第2流路が形成される複数の第2伝熱プレートと、
一対の前記第2伝熱プレートの間の前記第2流路にそれぞれ配置され、凹凸ピッチを繰り返す複数の第2インナーフィンと、
を備え、
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は、空間部が形成され、
前記空間部にて前記第1伝熱プレートと前記第2伝熱プレートとの間を点在して繋いだ複数の伝熱部材を有し、
複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する第1流体の流通方向に対して交差方向における前記凹凸ピッチは、第1ピッチと、前記第1ピッチよりもピッチ幅の広い第2ピッチと、を有し、
複数の前記伝熱部材は、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの重なり方向に投影したときに、前記第1ピッチの領域に設けられているプレート式熱交換器。 - 複数の前記伝熱部材は、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの重なり方向に投影したときに、前記第2ピッチの領域には存在しない請求項1に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第2ピッチは、複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向に対して交差方向において少なくとも1以上の前記第1ピッチを挟んで1ピッチごとに1以上設けられている請求項1又は請求項2に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第2ピッチは、複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向にて異なる前記凹凸ピッチにおける前記第2ピッチに対して、前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向に対して交差方向にずれて設けられている請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向にて前記第2ピッチを有する前記凹凸ピッチと、複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向にて異なる前記第2ピッチを有する前記凹凸ピッチと、の間には、前記第1ピッチのみを有する前記凹凸ピッチが設けられている請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向にて前記第2ピッチを有する前記凹凸ピッチは、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの重なり方向にて隣の一対の前記第2伝熱プレートの次の一対の前記第1伝熱プレートの間の前記第1インナーフィンの前記第1ピッチのみを有する前記凹凸ピッチと向かい合う請求項5に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1インナーフィンの前記凹凸ピッチは、前記第1ピッチと前記第2ピッチとの間に前記第1ピッチよりもピッチ幅の狭い第3ピッチを有する請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1インナーフィンに設けられた複数の前記第2ピッチは、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの重なり方向にて同じ側を開口している請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1ピッチのピッチ幅を前記第2ピッチのピッチ幅で割った値は、1よりも小さい請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1ピッチのピッチ幅を前記第2ピッチのピッチ幅で割った値は、0.5よりも大きい請求項9に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第2ピッチは、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの重なり方向にて隣の一対の前記第2伝熱プレートの次の一対の前記第1伝熱プレートの間の前記第1インナーフィンの前記第2ピッチと向かい合う請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記凹凸ピッチは、前記第1伝熱プレート及び前記第2伝熱プレートの重なり方向にて隣の一対の前記第2伝熱プレートを中心に自身とは反対側の一対の前記第1伝熱プレート内の前記第1インナーフィンの前記凹凸ピッチと対称構造に設けられている請求項11に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1インナーフィンの前記凹凸ピッチは、複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向に対する交差方向に対して直角に屈曲して直交又は平行に伸びている請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1インナーフィンの前記凹凸ピッチにおける一対の前記第1伝熱プレート内にて一対の前記第1伝熱プレートの双方を繋げて伸びる直交部は、複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向にて隣接する前記凹凸ピッチにおける隣り合う前記直交部の間にずれて設けられている請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1インナーフィンの前記凹凸ピッチにおける一対の前記第1伝熱プレート内にて一対の前記第1伝熱プレートの双方を繋げて伸びる前記直交部は、複数の前記第1インナーフィンでの前記第1流路を流通する前記第1流体の流通方向にて隣接する前記凹凸ピッチにおける隣り合う前記直交部の間の中央にずれて設けられている請求項14に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第1流体は、水又はブラインである請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第2流路を流通する第2流体は、冷媒である請求項1〜請求項16のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記第2インナーフィンの前記凹凸ピッチは、前記第1インナーフィンの前記凹凸ピッチよりも細かい請求項1〜請求項17のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器。
- 請求項1〜請求項18のいずれか1項に記載のプレート式熱交換器を備える伝熱装置。
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