JP5595064B2 - プレート式熱交換器及びヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
特許文献1のように上下プレートでV字形波の頂点を一致させ中心部を1点で接合すると、熱交換器では同一プレートを反転してプレートを積層する場合、積層時にプレートがずれV字の頂点が離れてしまいロウ付け面積が不均一または未接合となり、耐圧強度が低下するといった課題があった。
長辺と、短辺とを有する複数の矩形のプレートが積層されたプレート式熱交換器において、
各プレートは、
積層方向に変位する波形状であって、前記長辺方向の仮想基準線を境に進行方向が前記仮想基準線に対して略左右対称に形成されたことにより、前記積層方向から見た場合に前記仮想基準線上をV字の折り返し箇所とする複数のV字状の凹凸に見える、波形状が形成され、
積層方向において隣接する上側プレートと下側プレートとは、
前記V字の向きが互いに逆向きになるように積層されると共に、前記積層方向から見た場合に前記仮想基準線上には、上側プレートの波の底である底部、下側プレートの波の頂である頂部、上側プレートの波の頂である頂部、下側プレートの波の底である底部が、この順に繰り返し配置され、
前記積層方向から見た場合における前記仮想基準線上の隣り合う上側プレートの前記底部と上側プレートの前記頂部との距離aは、
1mm≦a≦7mm
であることを特徴とする。
図1、図2を参照して実施の形態1を説明する。図1は、実施の形態1におけるプレート式熱交換器100の外観を示す図である。
図1(a)は側面図(a)であり、図1(b)は正面図(b)である。
図1(b)に示す補強用サイドプレート1は、最も外側に位置し、流体出入口管を供えている。図1(b)には、第1流体の流入管5、第2流体の流入管6、第1流体の流出管7、第2流体の流出管8が現われている。
図1(c)は第1流体と第2流体の流路を構成する上側伝熱プレート2である。
図1(d)は下側伝熱プレート3を示す。下側伝熱プレート3は波形状が上側伝熱プレート2と対向した形で置かれて第1流体と第2流体の流路を構成する。
上側伝熱プレート2と下側伝熱プレート3を交互に並べて積層することにより、第1流体と第2流体の流路が交互に繰り返し形成される。以下、上側伝熱プレート2と下側伝熱プレート3とを区別する必要の無い場合は単にプレートという場合がある。
図1(e)は補強用サイドプレート4を示す。補強用サイドプレート4は最も外側に位置する。
図1(f)は、上側伝熱プレート2と下側伝熱プレート3とを重ね合わせた状態を示した図である。
図1に示すように、プレート式熱交換器100は、四隅に流体の出入口となる通路孔(流入管5、流入管6、流出管7、流出管8)を設けた伝熱面にV字の波を持っている複数枚のプレートをV字が互いに交差するよう積層してなるプレート式熱交換器である。
各プレートは長辺と、短辺とを有する矩形の形状である。
上側伝熱プレート2の波の底である底部P(1)、
下側伝熱プレート3の波の頂である頂部P(2)、
上側伝熱プレート2の波の頂である頂部P(3)、
下側伝熱プレート3の波の底である底部P(4)、
が、この順に繰り返し配置される。
この状態において積層方向から見た場合における仮想基準線101上の隣り合う上側伝熱プレート2の波のV字頂点9(底部P(1)に相当)と、下側伝熱プレート3の波のV字頂点10(頂部P(2)に相当)とをプレート長手方向にV字が交差するよう「所定の寸法a」だけずらして接合する。これにより、これら頂点を長手方向に重ねられるため、ロウ付け面積を一定にできるので、ロウ付け部の強度が向上し、量産でも安定した強度を持った熱交換器を提供できる。
(1)具体的には、寸法aは1〜4mm(1mm≦a≦4mm)が効果的である。寸法aを1mmより短くするとプレート積層時に上プレートのV字頂点と下プレートのV字頂点との距離が離れ互いのV字が交差しないものがあり、ここでのロウ付け面積が小さくなる。1〜4mmの範囲にするとロウ付け面積は大きくできる。1〜4mmの範囲で寸法aを調整して必要強度に応じたロウ付け面積に調整する。なお寸法aは1〜7mmの範囲で好適である。
(2)寸法aを7mmより大きくすると、V字の頂点で接合しないか、上プレートのV字の頂点が下プレートの狙いのV字の頂点と隣接するV字の頂点で形成されるロウ材と接合するため、ロウ付け面積を一定に保てなくなる。
(2)実施の形態1のプレート式熱交換器100であれば、上下プレートのV字の波の頂点を長手方向で所定の寸法にずらすため、プレート積層時にこれらの頂点が離れずロウ付けを確実に行える。
(3)また、V字の重なりの部分が均一に構成でき、ロウ付け時にこの重なり部が毛細管力でロウ材の保持を容易にし、この部分のロウ付け面積を均一にできる。このため、プレート内のロウ付け面積のバラツキを抑制でき、熱交換器の強度が向上する。プレート内の強度が向上すると、プレートや補強用サイドプレートの板厚を低減でき、材料費が削減できる。
(4)また、V字部のロウ付け面積を一定にできるため、プレート内部の流体の速度分布が均一となり、よどみ領域が低減して有効伝熱面積が増加する。
(5)また、流体が流れる領域とよどみ領域での速度差を無くせるため圧力損失が低減できる。
(6)また、熱交換性能向上により、空調機の必要能力に対する熱交換器の必要プレート枚数を最小限に構成できる。
(7)また、熱交換効率の高いプレート熱交を提供することが可能となり、この熱交換器を搭載した空調機器によれば、安価な上に消費電力量が抑えられCO2排出量も低減できる。
(8)加えて、よどみ領域低減により、熱交換器に滞留する冷凍機油、スラッジ、ゴミ詰まり等を抑制でき、その信頼性も向上する。
次に図2を参照して実施の形態2を説明する。以上の実施の形態1では、上側伝熱プレート2の波のV字頂点と下側伝熱プレート3のV字頂点とをプレート長手方向に所定の寸法aだけずらして接合し、ロウ付け面積を調整するようにしたものである。実施の形態2では、上下プレートの波のV字頂点となる波の山部と底部との両方、あるいはいずれか一方を平らにして接合した場合について説明する。
次に図4を参照して実施の形態3を説明する。実施の形態2では、上下プレートの波のV字頂点となる波の山部(下側伝熱プレート3の頂部)と底部(上側伝熱プレート2の底部)の両方またはいずれか一方を平らにして接合した場合を説明した。実施の形態3では、上下プレートの波のV字頂点のV字の折り返し部をR1〜4mmの円弧で形成した場合を説明する。
またプレートのV字の角度θ(図4(a))が大きくなると上下プレートのV字の重なり面積が幅方向に大きくなるため、波ピッチが小さい場合と同様の問題が生じるが、R寸法を小さくすることでこの問題を防げる。
図5を参照して実施の形態4を説明する。実施の形態3では、上下プレートの波のV字頂点のR寸法を1〜4mmとし、上下プレートを接合した場合を説明した。実施の形態4は、上下プレートのV字頂点でV字が細くなる方向に突出させた突出部を形成した場合を説明する。
Claims (5)
- 長辺と、短辺とを有する複数の矩形のプレートが積層されたプレート式熱交換器において、
各プレートは、
積層方向に変位する波形状であって、前記長辺方向の仮想基準線を境に進行方向が前記仮想基準線に対して略左右対称に形成されたことにより、前記積層方向から見た場合に前記仮想基準線上をV字の折り返し箇所とする複数のV字状の凹凸に見える、波形状が形成され、
積層方向において隣接する上側プレートと下側プレートとは、
前記V字の向きが互いに逆向きになるように積層され、
前記積層方向から見た場合に、
前記仮想基準線上において隣り合う、上側伝熱プレートの波の底部のなすV字のV字頂点と、下側伝熱プレートの波の頂部のなすV字のV字頂点とが、それぞれのV字が交差するように、前記仮想基準線の方向に所定の距離aだけずらして接合されると共に、前記仮想基準線上には、上側プレートの波の底である底部、下側プレートの波の頂である頂部、上側プレートの波の頂である頂部、下側プレートの波の底である底部が、この順に繰り返し配置され、
前記所定の距離aは、
1mm≦a≦7mm
であり、
各プレートの前記波形状は、
前記積層方向から見た場合に、波の前記頂部を示す稜線と、波の前記底部を示す稜線との少なくとも一方が、前記V字の折り返し箇所においてV字が細くなる方向に突出する形状であることを特徴とするプレート式熱交換器。 - 前記距離aは、
1mm≦a≦4mm
であることを特徴とする請求項1記載のプレート式熱交換器。 - 前記仮想基準線上で隣り合う上側プレートの前記底部と下側プレートの前記頂部との少なくともいずれかは、平らな平坦部が形成されたことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
- 各プレートの前記波形状は、
前記積層方向から見た場合に、前記仮想基準線の位置おける波の前記頂部と前記底部とのV字の折り返し箇所に相当するV字折り返し部が、1mm≦R≦4mmの範囲の半径Rの円弧で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプレート式熱交換器。 - 圧縮機と、第1の熱交換器と、膨張機構と、第2の熱交換器とが配管で接続されたヒートポンプ装置において、
前記第1の熱交換器、前記第2の熱交換器の少なくともいずれかとして、
請求項1〜4のいずれかに記載のプレート式熱交換器を備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。
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