本発明は、ダブルウォール構造を備えたプレート式熱交換器、プレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置、及び、ヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式冷暖房給湯システムに関するものである。

従来、四隅に開口部を有し、表面が波形に成形された伝熱プレートを複数積層し、隣接する各伝熱プレート間に熱交換させるべき2種類の流体が流通する流路が交互に形成されたプレート式熱交換器がある(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1のプレート式熱交換器は、隣接する2種類の流体の流路を仕切る伝熱プレートを、同一形状の3枚の伝熱プレートを間に部分的な接合防止層を介して1枚のプレート状に接合一体化した3層プレートユニットで構成されている。このように、3枚の伝熱プレート間に部分的な接合防止層を形成することで、隣接する2種類の流体の流路を仕切る伝熱プレートに欠陥が発生して流路内に流体が漏洩しても、漏洩流体を外部に確実に排出して両流路間での2種類の流体の混合を回避することができる。

特開2001−99587号公報

しかしながら、特許文献1のプレート式熱交換器では、流体の漏れが発生しても流出流量が少ないと漏洩の検知に時間がかかってしまうという課題があった。また、外部への流出経路が特定しづらいため、流体の漏れを検知する検知センサーを外部に複数設置する必要が生じ、コストが増えてしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、漏洩の検知時間の短縮、及び、コストを抑制することができるプレート式熱交換器、プレート式熱交換器を備えたヒートポンプ装置、及び、ヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ式冷暖房給湯システムを提供することを目的としている。

本発明に係るプレート式熱交換器は、四隅に開口部を有し、端部に外壁部を有する伝熱プレートが複数積層され、各前記伝熱プレート同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路と第二流体が流れる第二流路とが、各前記伝熱プレートを境にして交互に形成されるとともに、四隅の前記開口部のそれぞれが連なって、前記第一流体を流出入させる第一ヘッダー、及び、前記第二流体を流出入させる第二ヘッダーが形成されたプレート式熱交換器において、前記第一流路または前記第二流路を挟む前記伝熱プレートのうち、少なくともいずれか一方の前記伝熱プレートは、2枚の金属プレートを重ね合わせて構成され、2枚の前記金属プレートの間には、前記第一流体と前記第二流体とが熱交換する熱交換領域に形成された微流路と、前記微流路の外側に形成され外部と連通した、前記微流路よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路と、を有するものである。

本発明に係るプレート式熱交換器によれば、2枚の金属プレートの間には、第一流体と第二流体とが熱交換する熱交換領域に形成された微流路と、微流路の外側に形成され外部と連通した、微流路よりも水力直径の大きい漏れ通路と、を有する。そして、流体の漏れが発生した場合、微流路を流れた後、微流路よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路で合流した後、外部へ流出するため、流路抵抗を小さくでき、漏洩の検知が可能な流出流量を確保できるため、漏洩の検知時間を短縮できる。また、外部流路の数を少なくでき、外部への流出経路が特定しやすくなるため、流体の漏れを検知する検知センサーの設置数を減らすことができ、コストを抑制することができる。

本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。

本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを構成する2枚の金属プレートの間を示す部分模式図である。

本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを構成する2枚の金属プレートの間の第1の変形例を示す部分模式図である。

本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートを構成する2枚の金属プレートの間の第2の変形例を示す部分模式図である。

本発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図2におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの断面図である。

本発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの断面図である。

本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図9におけるA−A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の伝熱セットの図9におけるB−B断面図である。

本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図12におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図12におけるB−B断面図である。

本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の変形例の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の変形例の伝熱セットの図15におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の変形例の伝熱セットの図15におけるB−B断面図である。

本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図18におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態7に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態7に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図20におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態7に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図20におけるB−B断面図である。

本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図23におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図23におけるB−B断面図である。

本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器の変形例の伝熱セットの断面図である。

本発明の実施の形態9に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態9に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図27におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態9に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図27におけるB−B断面図である。

本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。

本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの正面斜視図である。

本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図31におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器の分解側面斜視図である。

本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの正面斜視図である。

本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの正面斜視図である。

本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図35におけるA−A断面図である。

本発明の実施の形態12に係るヒートポンプ式冷暖房給湯システムの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

また、以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」等)を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。また、以下に説明する実施の形態では、プレート式熱交換器100を正面視、つまりプレート式熱交換器100を伝熱プレート1、2の積層方向に見た状態において、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」を使用する。また、「凹」と「凸」は、前方側に「凸」とし、後方側に凸の部分を「凹」とする。

実施の形態1. 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100の分解側面斜視図である。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100の伝熱セット200の正面斜視図である。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100の伝熱プレート1、2を構成する2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間を示す部分模式図である。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100の伝熱プレート1、2を構成する2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間の第1の変形例を示す部分模式図である。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100の伝熱プレート1、2を構成する2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間の第2の変形例を示す部分模式図である。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100の伝熱セット200の図2におけるA−A断面図である。

なお、図1において、点線矢印は第一流体の流れを、実線矢印は第二流体の流れをそれぞれ示している。また、図6において、黒塗りの部分はろう付け部52を示している。

本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100は、図1に示すように複数の伝熱プレート1、2を備えており、それらは交互に積層されている。伝熱プレート1、2は、図1及び図2に示すようにフラットな重ね合わせ面を有する角丸の矩形状であり、四隅に開口部27〜30が形成されている。なお、伝熱プレート1、2の総称を伝熱セット200とも称する。また、本実施の形態1では、伝熱プレート1、2は角丸の長方形状であるものとする。

各伝熱プレート1、2は、図6に示すように、後述する外壁部17及び開口部27〜30周辺でろう付け接合されている。そして、第一流体と第二流体とが熱交換できるように、第一流体が流れる第一流路6と第二流体が流れる第二流路7とが、各伝熱プレート1、2を境にして交互に形成されている。

また、図1及び図2に示すように四隅の開口部27〜30のそれぞれが連なって、第一流路6に対して第一流体を流出入させる第一ヘッダー40、及び、第二流路7に対して第二流体を流出入させる第二ヘッダー41がそれぞれ形成されている。伝熱プレート1、2は、流体の流速を確保して性能向上を図るため、流体の流れる方向が長手方向、それに直交する方向が短手方向となっている。

第一流路6及び第二流路7には、インナーフィン4、5がそれぞれ設けられている。また、伝熱プレート1、2は、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)を重ね合わせてダブルウォールに構成されている。ここで、インナーフィン4、5とは、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間に挟み込まれるフィンのことである。

なお、図6に示すようにインナーフィン4が設けられている第一流路6側が金属プレート1a、2a(以下、伝熱プレートAとも称する)、インナーフィン5が設けられている第二流路7側が金属プレート1b、2b(以下、伝熱プレートBとも称する)である。

金属プレート1a、1b、2a、2bは、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミ、銅及びそれら合金等の材質が用いられるが、以下では、ステンレス鋼を用いる場合で説明する。

図1に示すように、伝熱プレート1、2の積層方向の最外面には、四隅に開口部が形成された第一補強用サイドプレート13、及び、第二補強用サイドプレート8が配置されている。第一補強用サイドプレート13及び第二補強用サイドプレート8は、フラットな重ね合わせ面を有する角丸の矩形状である。また、図1において最前面に積層されている方が第一補強用サイドプレート13であり、最後面に積層されている方が第二補強用サイドプレート8である。なお、本実施の形態1では、第一補強用サイドプレート13及び第二補強用サイドプレート8は角丸の長方形状であるものとする。

第一補強用サイドプレート13の開口部には、第一流体が流入する第一流入管12、及び流出する第一流出管9、第二流体が流入する第二流入管10、及び流出する第二流出管11が設けられている。

伝熱プレート1、2は、図6に示すように、端部に積層方向に折り曲げられた外壁部17が設けられている。

上記の第一流体は、例えばR410A、R32、R290、HFO_MIX、CO₂等の冷媒であり、上記の第二流体は、水、エチレングリコール、プロピレングリコール等の不凍液、あるいはこれらの混合物である。

また、上記の第一流体側の運転圧力は、略が第一流体の飽和圧力であり、常々に高圧で運転されている。上記の第二流体側の運転圧力は、略が第二流体を流れるようにポンプの圧力であり、常々に低圧で運転されている。

伝熱プレート1、2は、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の、第一流体と第二流体とが熱交換する熱交換領域に接合防止材(例えば、金属酸化物が主成分のろうの流れを防止する材料)を塗布し、銅等のブレージングシート(ろう材)を間に挟みこんで構成されている。図6に示すように、金属プレート1a、1b、2a、2bは、それぞれろう付け部52で部分的にろう付け接合されて一体化されており、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間の熱交換領域には、微流路16が形成されている。

また、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間には、外壁部17の内側に沿って、微流路16と連通した周囲漏れ通路14が形成されている。この周囲漏れ通路14は、外壁部17の内側かつ微流路16の外側に位置し、金属プレート1a、1b、2a、2bの外壁部17の内側かつ微流路16の外側に凸形状または凹形状の加工を施すことにより形成されている。なお、周囲漏れ通路14は、全周に渡って形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。

また、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間には、外部に繋がる外部流路15が形成されており、外部流路15は周囲漏れ通路14と連通している。

周囲漏れ通路14は、微流路16よりも高く(積層方向の幅が広く)なっており、周囲漏れ通路14の水力直径は0.1mm〜1.0mmであり、微流路16の水力直径は10μm〜100μmである。なお、漏れ通路14は必ずしも円形の断面を有さないので、等価な円管に置き換えたときの直径である水力直径でサイズを説明した。

また、微流路16及び周囲漏れ通路14は、外部に繋がる外部流路15と連通しており、漏洩流体が微流路16及び周囲漏れ通路14を流れた後、外部流路15から外部に流出されるようになっている。

図3に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間の熱交換領域を接合せずに、微流路16が熱交換領域全体に形成されるようにしてもよい。また、図4に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間の熱交換領域に接合防止材を縞状に塗布し、銅等のブレージングシートを間に挟みこんで、微流路16が縞状に複数形成されるようにしてもよい。また、図5に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間の熱交換領域に接合防止材を格子状に塗布し、銅等のブレージングシートを間に挟みこんで、微流路16が格子状に複数形成されるようにしてもよい。

また、外部流路15も、上記で説明したいずれかの方法で外壁部17に形成されている。なお、微流路16及び外部流路15は、縞状及び格子状以外のパターンに形成されるようにしてもよい。

本実施の形態1に係る金属プレート1a、1b、2a、2b、またはインナーフィン4、5は、同じ材質金属材料であるが、それに限定されず、それぞれの金属プレート1a、1b、2a、2b及びインナーフィン4、5を異金属、または、クラッド材としてもよい。

次に、本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100における流体の流れ、及び、微流路16と周囲漏れ通路14との作用について説明する。 図1に示すように、第一流入管12から流入した第一流体は、第一ヘッダー40を介して第一流路6へ流入する。第一流路6に流入した第一流体は、インナーフィン4の内部及び第一出口ヘッダー(図示せず)を通って第一流出管9から流出する。同様に第二流路7には第二流体が流れ、伝熱プレート1、2のダブルウォールを介して、第一流体と第二流体とが熱交換される。

ここで、第一流路6内にはフィン高さ及びピッチが小さいインナーフィン4が設けられているため、流路の細径化による伝熱促進と前縁効果とによって、第一流路6の伝熱性を高めることができる。このため、第一流路6には、第二流体よりも伝熱性の低い第一流体を流すとよい。これにより、第一流体の伝熱性の低さをカバーすることができ、プレート式熱交換器100の性能を向上させることができる。

また、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間に微流路16を形成することで、万が一、高圧かつ腐食しやすい第一流路6側の伝熱プレートAが壊れて第一流路6を流れる第一流体の漏れ現象が発生しても、漏れた第一流体が微流路16及び周囲漏れ通路14を流れた後、周囲漏れ通路14の外側に形成された外部流路15を通ってプレート式熱交換器100の外部に流出する。そして、外部に設置された検知センサーによって第一流体の漏れを検知することができる。また、伝熱プレート1、2は、ダブルウォールに構成されているため、漏れた第一流体が第二流体側に流れず、異種流体が混合するのを抑制することができる。

また、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間に周囲漏れ通路14を形成することで、第一流体の漏れが発生した場合、微流路16から周囲漏れ通路14に流れる。そして、周囲漏れ通路14で漏れた第一流体が速やかに合流し、周囲漏れ通路14の外側に形成された外部流路15を通って、プレート式熱交換器100の外部に流出する。

以上、四隅に開口部27〜30を有し、端部に外壁部17を有する伝熱プレート1、2が複数積層され、各伝熱プレート1、2同士の一部がろう付け接合され、第一流体が流れる第一流路6と第二流体が流れる第二流路7とが、各伝熱プレート1、2を境にして交互に形成されるとともに、四隅の開口部27〜30のそれぞれが連なって、第一流体を流出入させる第一ヘッダー40、及び、第二流体を流出入させる第二ヘッダー41が形成されたプレート式熱交換器100において、第一流路6または第二流路7を挟む伝熱プレート1、2のうち、少なくともいずれか一方の伝熱プレート1、2は、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)を重ね合わせて構成され、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間には、第一流体と第二流体とが熱交換する熱交換領域に形成された微流路16と、微流路16の外側に形成され外部と連通した、微流路16よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路14と、を有するものである。

本実施の形態1に係るプレート式熱交換器100によれば、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間には、第一流体と第二流体とが熱交換する熱交換領域に形成された微流路16と、微流路16の外側に形成され外部と連通した、微流路16よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路14と、を有する。そして、流体の漏れが発生した場合、微流路16を流れた後、微流路16よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路14で合流した後、外部へ流出するため、流路抵抗を小さくできる。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮できる。また、外部流路15の数を少なくでき、外部への流出経路が特定しやすくなるため、流体の漏れを検知する検知センサーの設置数を減らすことができ、コストを抑制することができる。

さらに、金属プレート1a、1b、2a、2b、またはインナーフィン4、5をクラッド材とすることで、プレート式熱交換器100の全体組立プロセスを減らすことができ、製造コストを削減することができる。

なお、本実施の形態1では、第一流体及び第二流体の流れ方式は向流形を示しているが、それに限定されず、並流形であってもよい。

実施の形態2. 以下、本発明の実施の形態2について説明するが、実施の形態1と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図7は、本発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の断面図である。なお、図7は、実施の形態1の図6に相当する図である。 本実施の形態2に係るプレート式熱交換器100では、図7に示すように、金属プレート1b、2bの外壁部17の内側かつ微流路16の外側には凸形状または凹形状の加工が施されている。一方、金属プレート1a、2aの外壁部17の内側かつ微流路16の外側には凸形状または凹形状の加工が施されていない。

つまり、本実施の形態2では、金属プレート1a、1bの一方、及び、金属プレート2a、2bの一方にのみ、凸形状または凹形状の加工を施すことにより、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間に周囲漏れ通路14が形成されている。

このように、金属プレート1a、1bの一方、及び、金属プレート2a、2bの一方にのみ凸形状または凹形状の加工を施して、それらの間に周囲漏れ通路14を形成する。そうすることにより、金属プレート1a、1b、2a、2bの加工を減らすことができ、製造コストを抑制することができる。

実施の形態3. 以下、本発明の実施の形態3について説明するが、実施の形態1及び2と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1及び2と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図8は、本発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の断面図である。なお、図8は、実施の形態1の図6に相当する図である。 本実施の形態3に係るプレート式熱交換器100では、図8に示すように、伝熱プレートBと伝熱プレートAとの厚さが異なっており、伝熱プレートBの方が伝熱プレートAよりも薄くなっている。

このように、伝熱プレートBを伝熱プレートAよりも薄くすることで、第二流路7を流れる、例えば水等の第二流体に凍結現象が発生しても、伝熱プレートAよりも薄い伝熱プレートBの方から先に第二流体の漏れが発生する。そのため、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、例えばR410A、R32、R290、HFO_MIX、CO₂等の冷媒である第一流体の漏れの発生を防ぐことができる。

また、伝熱プレートBの厚さを薄くすることで、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなるため、プレート式熱交換器100の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。

実施の形態4. 以下、本発明の実施の形態4について説明するが、実施の形態1〜3と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜3と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

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100の伝熱セット200の正面斜視図である。図10は、本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図9におけるA−A断面図である。図11は、本発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図9におけるB−B断面図である。

本実施の形態4に係るプレート式熱交換器100では、図9〜図11に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間には、外部流路15a、15bが形成されている。そして、外部流路15aは外部に繋がっておらず、外部流路15bは外部に繋がっている。つまり、外部流路15a、15bの一部のみが外部に繋がっている。なお、外部に繋がっていない外部流路15aは、外部に繋がっている外部流路15bと連通している。

このように、一部の外部流路15bのみが外部と繋がっている構成とすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路16を流れた後、微流路16よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路14で合流した後、一部の外部流路15bから外部へ流出する。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮できる。また、外部への流出経路が特定しやすくなるため、流体の漏れを検知する検知センサーの設置数を減らすことができ、コストを抑制することができる。また、外部に繋がっている外部流路15bが複数設けられているため、外部流路15bの一部が詰まってしまった場合でも、他の外部流路15bから外部に流出させることができる。

実施の形態5. 以下、本発明の実施の形態5について説明するが、実施の形態1〜4と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜4と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図12は、本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図13は、本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図12におけるA−A断面図である。図14は、本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図12におけるB−B断面図である。

本実施の形態5に係るプレート式熱交換器100では、図12〜図14に示すように、伝熱プレート1は、2枚の金属プレート1a、1bで構成されているが、伝熱プレート2は、1枚の金属プレート2aで構成されている。また、金属プレート1a、2aと金属プレート1bとの厚さが異なっており、金属プレート1bの方が金属プレート1a、2aよりも薄くなっている。

また、薄い方である金属プレート1bの外壁部17の内側かつ微流路16の外側には第二流路7側に突出した凸形状の加工が施されている。一方、他の金属プレート1aの外壁部17の内側かつ微流路16の外側には、凸形状の加工が施されていない。つまり、金属プレート1a、1bの間には、金属プレート1bにのみ凸形状の加工を施すことにより、周囲漏れ通路14が形成されている。また、2枚の金属プレート1a、1bの外壁部17の間には、外部流路15a、15bが形成されている。そして、外部流路15aは外部に繋がっておらず、外部流路15bは外部に繋がっている。つまり、外部流路15a、15bの一部のみが外部に繋がっている。

図15は、本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の変形例の伝熱セット200の正面斜視図である。図16は、本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の変形例の伝熱セット200の図15におけるA−A断面図である。図17は、本発明の実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の変形例の伝熱セット200の図15におけるB−B断面図である。

本実施の形態5に係るプレート式熱交換器100の変形例では、図15〜図17に示すように、伝熱プレート2は、2枚の金属プレート2a、2bで構成されているが、伝熱プレート1は、1枚の金属プレート1aで構成されている。また、金属プレート1a、2aと金属プレート2bとの厚さが異なっており、金属プレート2bの方が金属プレート1a、2aよりも薄くなっている。

また、金属プレート2bの外壁部17の内側かつ微流路16の外側には第二流路7側に突出した凸形状の加工が施されている。一方、他の金属プレート2aの外壁部17の内側かつ微流路16の外側には、凸形状の加工が施されていない。つまり、金属プレート2a、2bの間には、金属プレート2bにのみ凸形状の加工を施すことにより、周囲漏れ通路14が形成されている。また、2枚の金属プレート2a、2bの外壁部17の間には、外部流路15a、15bが形成されている。そして、外部流路15aは外部に繋がっておらず、外部流路15bは外部に繋がっている。つまり、外部流路15a、15bの一部のみが外部に繋がっている。

このように、金属プレート2a、2bを金属プレート1a、1bよりも薄くすることで、第二流路7を流れる例えば水等の第二流体に凍結現象が発生しても、金属プレート1a、1bよりも薄い金属プレート2a、2bの方から先に漏れが発生する。そのため、外部に設置された検知センサーによって第二流体の漏れを検知することで、例えばR410A、R32、R290、HFO_MIX、CO₂等の冷媒である第一流体の漏れの発生を防ぐことができる。

また、金属プレート1b、2bの厚さを薄くすることで、第一流体と第二流体との間での熱交換効率がよくなるため、プレート式熱交換器100の熱交換性能を向上させることができるとともに、製造コストを抑制することができる。

また、一部の外部流路15bのみが外部と繋がっている構成とすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路16を流れた後、微流路16よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路14で合流した後、一部の外部流路15bから外部へ流出する。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮できる。また、外部への流出経路が特定しやすくなるため、流体の漏れを検知する検知センサーの設置数を減らすことができ、コストを抑制することができる。また、外部に繋がっている外部流路15bが複数設けられているため、外部流路15bの一部が詰まってしまった場合でも、他の外部流路15bから外部に流出させることができる。

また、伝熱プレート1、2の一方を1枚の金属プレート1a、2aで構成するとともに、金属プレート1a、1bの一方、または、金属プレート2a、2bの一方にのみ凸形状の加工を施してその間に周囲漏れ通路14を形成する。そうすることにより、金属プレート1a、1b、2a、2bの加工を減らすことができ、製造コストを抑制することができる。

実施の形態6. 以下、本発明の実施の形態6について説明するが、実施の形態1〜5と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜5と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図18は、本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図19は、本発明の実施の形態6に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図18におけるA−A断面図である。

本実施の形態6に係るプレート式熱交換器100では、図18及び図19に示すように、2枚の金属プレート1b、2bの外壁部17の間はろう付け接合されているが、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間はろう付け接合されていない。そのため、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間全体に外部に繋がる外部流路15が形成されている。

このように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間全体に外部に繋がる外部流路15を形成することで、外壁部17の間のろう材が外壁部17の底部に溜まって外部流路15が詰まってしまうのを抑制することができる。

実施の形態7. 以下、本発明の実施の形態7について説明するが、実施の形態1〜6と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜6と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図20は、本発明の実施の形態7に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図21は、本発明の実施の形態7に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図20におけるA−A断面図である。図22は、本発明の実施の形態7に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図20におけるB−B断面図である。

本実施の形態7に係るプレート式熱交換器100では、図20〜図22に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間には、外部流路15a、15bが形成されている。外部流路15aは外部に繋がっておらず、外部流路15bは外部に繋がっている。そして、外部に繋がっている外部流路15bは1つのみ設けられている。なお、外部に繋がっていない外部流路15aは、外部に繋がっている外部流路15bと連通している。

このように、一か所の外部流路15bのみが外部と繋がっている構成とすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路16を流れた後、微流路16よりも水力直径の大きい周囲漏れ通路14で合流した後、一か所の外部流路15bから外部へ流出する。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮できる。また、外部への流出経路を1つに特定でき、流体の漏れを検知する検知センサーの設置数を1つにすることができるため、コストを抑制することができる。

実施の形態8. 以下、本発明の実施の形態8について説明するが、実施の形態1〜7と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜7と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図23は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図24は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図23におけるA−A断面図である。図25は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図23におけるB−B断面図である。図26は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の変形例の伝熱セット200の断面図である。なお、図26は、本実施の形態8の図25に相当する図である。

本実施の形態8に係るプレート式熱交換器100では、図23〜図25に示すように、各金属プレート1a、1b、2a、2bの外壁部17に凸形状または凹形状の加工を施すことにより、周囲漏れ通路14が形成されている。つまり、周囲漏れ通路14は、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間に形成されている。この外壁部17に形成された周囲漏れ通路14は、外壁部17の内側に沿って形成されたものよりも流路幅(流路断面積)が大きい。

また、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の外壁部17の間に外部流路15a、15bも形成されている。そして、外部流路15aは外部に繋がっておらず、外部流路15bは外部に繋がっている。つまり、外部流路15a、15bの一部のみが外部に繋がっている。なお、外部に繋がっていない外部流路15aは、外部に繋がっている外部流路15bと連通している。

ここで、外部流路15bは、図26に示すように、各金属プレート1a、1b、2a、2bの外壁部17に対して積層方向に貫通孔を設けることにより形成してもよい。

このように、熱伝達性の役割が低い外壁部17に周囲漏れ通路14を設けることで、流路幅(流路断面積)を大きく設計することができ、漏洩の検知が可能な流出流量を確保できる。そのため、プレート式熱交換器100の伝熱性能を維持しつつ、漏洩の検知時間を短縮できる。

実施の形態9. 以下、本発明の実施の形態9について説明するが、実施の形態1〜8と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜8と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図27は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図28は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図27におけるA−A断面図である。図29は、本発明の実施の形態8に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の図27におけるB−B断面図である。

本実施の形態9に係るプレート式熱交換器100では、図27〜図29に示すように、金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間には、外壁部17の内側に沿って、微流路16と連通した周囲漏れ通路14が形成されている。この周囲漏れ通路14は、微流路16の外側かつ外壁部17の内側に位置し、金属プレート1b、2bの外壁部17の内側に凸形状または凹形状の加工を施すことにより形成されている。また、各金属プレート1a、1b、2a、2bの短手側には、図29に示すように各金属プレート1a、1b、2a、2bの外壁部17に対して積層方向に貫通孔を設けることにより、外部に繋がっている外部流路15bが形成されている。

このように、プレート式熱交換器100を縦向きにする場合、周囲漏れ通路14に連通する外部流路15bが、プレート式熱交換器100の上下端に位置する。そして、凍結等により第二流体の漏れが発生する場合、プレート式熱交換器100の上端に位置する外部流路15bが空気の流入口になり、プレート式熱交換器100の下端に位置する外部流路15bから速やかに漏れた第二流体が外に出る。そのため、プレート式熱交換器100の下端付近に検知センサーを設置することで、第二流体の漏れをより素早く検知することができる。

実施の形態10. 以下、本発明の実施の形態10について説明するが、実施の形態1〜9と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜9と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図30は、本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器100の分解側面斜視図である。図31は、本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図32は、本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器100の伝熱プレート2の正面斜視図である。図33は、本発明の実施の形態10に係るプレート式熱交換器の伝熱セットの図31におけるA−A断面図である。

本実施の形態10に係るプレート式熱交換器100では、図30〜図33に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間には、長手方向に沿って仕切り通路31、32がそれぞれ形成されている。また、仕切り通路31、32はそれぞれ周囲漏れ通路14と連通しており、外部流路15を通して外部に繋がっている。

また、図33に示すように、仕切り通路31は、金属プレート1aに凸形状の加工を、金属プレート1bに凹形状の加工をそれぞれ施し、それらを接合することにより形成されている。また、仕切り通路32は、金属プレート2aに凸形状の加工を、金属プレート2bに凹形状の加工をそれぞれ施し、それらを接合することにより形成されている。

ここで、仕切り通路31、32は、図33に示すように、各金属プレート1a、1b、2a、2bに対して凸形状または凹形状の加工が施されて形成されているが、それに限定されない。例えば、2枚の金属プレート(1a、1b)のうち少なくとも一方、及び、2枚の金属プレート(2a、2b)のうち少なくとも一方に凸形状または凹形状の加工を施すことによって仕切り通路31、32を形成してもよい。

また、第一流路6において、仕切り通路31の凸外壁(あるいは金属プレート1aの凸形状)と、仕切り通路32の凹外壁(あるいは金属プレート2aの凹形状)とがろう付け接合されており、第一流路6の仕切りになる。また、第二流路7において、仕切り通路31の凹外壁あるいは金属プレート1bの凹形状と、仕切り通路32の凸外壁あるいは金属プレート2bの凸形状とがろう付け接合されており、第二流路7の仕切りになる。

また、図31に示すように、第一流路6の仕切りでは、第一流路6の流れをU型流れに実現することができる。第一流路6のU型流れでは、第一流体が開口部27から第一流路6に流入し、開口部29に向いて、第一流路6の外壁部17と第一流路6の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部29及び開口部30の周囲流路に沿ってUターンをして、開口部28に向いて、第一流路6の外壁部17と第一流路6の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れて、開口部28から流出する。

また、図32に示すように、第二流路7の仕切りでは、第二流路7の流れをU型流れに実現することができる。第二流路7のU型流れでは、第二流体が開口部29から第二流路7に流入し、開口部27に向いて、第二流路7の外壁部17と第二流路7の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部27及び開口部28の周囲流路に沿ってUターンをして、開口部30に向いて、第二流路7の外壁部17と第二流路7の仕切りとの間に形成された流路に沿って流れて、開口部30から流出する。

このように、仕切り通路31、32を周囲漏れ通路14と繋がっている構成とする。そうすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路16を流れた後の流動距離、つまり、微流路16よりも高さの高い周囲漏れ通路14と、仕切り通路31、32との間の流動距離を短くすることができ、外部への流出を早くすることができる。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮することができる。また、仕切り通路31、32の導入により、面内流路のU型流れを実現することができ、面内流路幅を大幅に小さくすることで面内流路の面内分配性も改善することができる。よって、プレート式熱交換器100の熱交換性能を向上させることができる。

実施の形態11. 以下、本発明の実施の形態11について説明するが、実施の形態1〜10と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜10と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図34は、本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器100の分解側面斜視図である。図35は、本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器100の伝熱セット200の正面斜視図である。図36は、本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器100の伝熱プレート2の正面斜視図である。図37は、本発明の実施の形態11に係るプレート式熱交換器100の伝熱セットの図35におけるA−A断面図である。

本実施の形態11に係るプレート式熱交換器100では、図34〜図37に示すように、2枚の金属プレート(1aと1b)、(2aと2b)の間には、長手方向に沿って仕切り通路31、32がそれぞれされている。また、仕切り通路31、32はそれぞれ周囲漏れ通路14と連通しており、外部流路15を通して外部に繋がっている。

また、図37に示すように、仕切り通路31は、金属プレート1aに凸形状の加工を施し、金属プレート1bと接合を施すことにより形成されている。また、仕切り通路32は、金属プレート2aに凹形状の加工を施し、金属プレート2bと接合を施すことにより形成されている。

また、第一流路6において、仕切り通路32の凸外壁(あるいは金属プレート1aの凸形状)と、仕切り通路31の凹外壁(あるいは金属プレート2aの凹形状)とがろう付け接合されており、第一流路6の第一仕切りになる。また、第一流路6において、仕切り通路31の凸外壁(あるいは金属プレート1aの凸形状)と、仕切り通路32の凹外壁(あるいは金属プレート2aの凹形状)とがろう付け接合されており、第一流路6の第二仕切りになる。なお、第二流路7において、仕切りはない。

また、図35に示すように、第一流路6の仕切りでは、第一流路6の流れを二つのU型流れに実現することができる。第一流路6の二つのU型流れでは、第一流体が開口部27から第一流路6に流入し、開口部29に向いて、第一流路6の外壁部17と第一流路6の第一仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部29の周囲流路及び第二仕切りに沿って一回目のUターンをして、開口部30に向いて、第一仕切りと第二仕切りとの間に形成された流路に沿って流れる。そして、開口部30の周囲流路及び第一仕切りに沿って二回目のUターンをして、第一流路6の外壁部17と第一流路6の第二仕切りとの間に形成された流路に沿って流れて、開口部28から流出する。

また、図36に示すように、第二流路7の仕切りがないため、第二流体が開口部29から第二流路7に流入し、開口部30に向いて、クロスに流れて、第二流路7の外壁部17の間に形成された流路に沿って、開口部30から流出する。

このように、仕切り通路31、32は周囲漏れ通路14と繋がっている構成とする。そうすることで、流体の漏れが発生した場合、微流路16を流れた後の流動距離、つまり、微流路16よりも高さの高い周囲漏れ通路14と、仕切り通路31、32との間の流動距離をさらに短くすることができ、外部への流出を早くすることができる。そのため、漏洩の検知が可能な流出流量を確保でき、漏洩の検知時間を短縮することができる。また、仕切り通路31、32の導入により、面内流路の二つのU型流れを実現することができ、面内流路幅をより大幅に小さくすることで面内流路の面内分配性も改善することができる。よって、プレート式熱交換器100の熱交換性能を向上させることができる。

実施の形態12. 以下、本発明の実施の形態12について説明するが、実施の形態1〜11と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜11と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図38は、本発明の実施の形態12に係るヒートポンプ式冷暖房給湯システム300の構成を示す概略図である。 本実施の形態12に係るヒートポンプ式冷暖房給湯システム300は、筐体内に収納されたヒートポンプ装置26を備える。ヒートポンプ装置26は、冷媒回路24と、熱媒体回路25とを有する。冷媒回路24は、圧縮機18、第二熱交換器19、膨張弁またはキャピラリーチューブ等で構成された減圧装置20、及び、第一熱交換器21が順次配管で接続されて構成されている。熱媒体回路25は、第一熱交換器21、冷暖房給湯装置23、及び、熱媒体を循環させるポンプ22が順次配管で接続されて構成されている。

ここで、第一熱交換器21は、実施の形態1〜11で説明したプレート式熱交換器100であり、冷媒回路24を循環する冷媒と熱媒体回路25を循環する熱媒体との熱交換を行う。なお、熱媒体回路25に用いられる熱媒体は、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、あるいはこれらの混合物等、冷媒回路24の冷媒と熱交換可能な流体であればよい。

また、プレート式熱交換器100において、第二流路7よりも伝熱性の高い第一流路6に冷媒が流れ、第二流路7に熱媒体が流れるように、プレート式熱交換器100が冷媒回路24に組み込まれている。

また、プレート式熱交換器100において、第一流路6と第二流路7との間を介した伝熱プレート1、2は、外部に繋がる外部流路15を有するため、第一流路6に腐食現象、あるいは第二流路7に凍結現象等が発生しても、第一流路6に流れる冷媒が第二流路7に漏れないプレート式熱交換器100が冷媒回路24に組み込まれている。

冷暖房給湯装置23は、貯湯タンク(図示せず)と、室内を空調する室内機(図示せず)等を備えている。熱媒体を水とした場合は、水を、冷媒回路24の冷媒とプレート式熱交換器100で熱交換して加熱し、加熱した水を貯湯タンク(図示せず)に貯留する。また、室内機(図示せず)は、熱媒体回路25の熱媒体を室内機内部の熱交換器に導いて室内空気と熱交換することで、室内を冷暖房する。なお、冷暖房給湯装置23の構成は上記の構成に特に限定するものではなく、熱媒体回路25の熱媒体の温熱を用いて冷暖房及び給湯を行える構成とされていればよい。

実施の形態1〜11で説明したように、プレート式熱交換器100は、熱交換効率がよく、可燃性冷媒(例えば、R32、R290、HFO_MIX等)に対応することが可能、また、強度向上が図られて信頼性が高い。したがって、本実施の形態12で説明したヒートポンプ式冷暖房給湯システム300にプレート式熱交換器100を搭載すると、効率がよく、消費電力量が抑えられ、安全性が向上され、CO₂排出量を低減できるヒートポンプ式冷暖房給湯システム300を実現することができる。

なお、本実施の形態12では、実施の形態1〜11で説明したプレート式熱交換器100の適用例として、冷媒と水とを熱交換させるヒートポンプ式冷暖房給湯システム300について説明した。しかし、実施の形態1〜11で説明したプレート式熱交換器100は、ヒートポンプ式冷暖房給湯システム300に限らず、冷房用途チラー、発電装置、食品の加熱殺菌処理機器等、多くの産業機器及び家庭用機器に利用可能である。

本発明の活用例として、実施の形態1〜11で説明したプレート式熱交換器100は、製造が容易で熱交換性能が向上し、省エネルギー性能を向上することが必要なヒートポンプ装置に用いることができる。

1 伝熱プレート、1a 金属プレート、1b 金属プレート、2 伝熱プレート、2a 金属プレート、2b 金属プレート、4 インナーフィン、5 インナーフィン、6 第一流路、7 第二流路、8 第二補強用サイドプレート、9 第一流出管、10 第二流入管、11 第二流出管、12 第一流入管、13 第一補強用サイドプレート、14 周囲漏れ通路、15 外部流路、15a 外部流路、15b 外部流路、16 微流路、17 外壁部、18 圧縮機、19 第二熱交換器、20 減圧装置、21 第一熱交換器、22 ポンプ、23 冷暖房給湯装置、24 冷媒回路、25 熱媒体回路、26 ヒートポンプ装置、27 開口部、28 開口部、29 開口部、30 開口部、31 仕切り通路、32 仕切り通路、40 第一ヘッダー、41 第二ヘッダー、52 ろう付け部、100 プレート式熱交換器、200 伝熱セット、300 ヒートポンプ式冷暖房給湯システム。