JP6827186B2 - プレートフィン積層型熱交換器およびそれを用いた冷凍システム - Google Patents

Description

本発明はプレートフィン積層型熱交換器とそれを用いた冷凍システムに関する。

一般に空気調和機や冷凍機等の冷凍システムは、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させ第２流体と熱交換させて冷房もしくは暖房を行うが、前記熱交換器の熱交換効率によってシステムとしての性能や省エネ性が大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。

このような中にあって、空気調和機や冷凍機等の冷凍システムの熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を貫通させて構成したフィンチューブ型熱交換器が用いられており、伝熱管の細径化を図って熱交換効率の向上及び小型化が進められている。

しかしながら、上記伝熱管の細径化には限度があるため、熱交換効率の向上及び小型化は限界に近づきつつある。

一方、熱エネルギーを交換するために使用される熱交換器の中には、流路を有するプレートフィンを積層して構成したプレートフィン積層型熱交換器が知られている。

このプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィンに形成された流路を流れる冷媒と、積層されたプレートフィの間を流れる第２流体との間で熱交換を行うもので、冷量が少なく冷媒圧が低い車両用の空気調和機において使用されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、図１１は上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器を示し、この熱交換器１００は、冷媒が流れる伝熱流路１０１（図１１参照）を有する多数のプレートフィン１０２を積層したプレートフィン積層体１０３の両側端面にエンドプレート１０４を積層配置し、前記伝熱流路１０１の左右両端部に流入側ヘッダ流路１０５及び流出側ヘッダ流路１０６を形成して構成している。

実用新案登録第３１９２７１９号公報

上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィン１０２に凹溝をプレス成形して流路１０１を形成しているので、当該伝熱流路１０１の断面積をフィンチューブ型の伝熱管に比べさらに小さくでき、熱交換効率を高め小型化することができる。

しかしながら、上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン１０２は、その伝熱流路１０１を流れる冷媒の流入及び流出用ヘッダ流路１０５、１０６がプレートフィン１０２の左右両端部に分けて設けられているので、流路長が短く冷媒と空気との熱交換効率が低いものとなってしまう上に、流路長を長くしようとすればプレートフィン１０２の長さ寸法が大きくなってしまうものであった。

そこで出願人は図１２に示すように冷媒の流入及び流出用ヘッダ流路１０５、１０６をプレートフィン１０２の一端部側に纏めて設け、伝熱流路１０１を他端部側でＵターンさせて流出入用ヘッダ流路１０５、１０６に接続する構成として、伝熱流路１０１の長さを長くしつつプレートフィン１０２の寸法を短くし、冷媒と空気の熱交換効率を高めると同時により小型化を促進できるように検討している。

この場合、プレートフィン１０２の他端部側で伝熱流路１０１がＵターンして流入用ヘッダ流路１０５に繋がる伝熱往き流路１０１ａと流出用ヘッダ流路１０６に繋がる伝熱戻り流路１０１ｂとが隣接する形となるので、双方の伝熱流路１０１ａ、１０１ｂ間で熱が移動するのを防止すべくスリット状の断熱溝１０７が必要となる。このスリット状の断熱溝１０７を設けると、プレートフィン１０２の伝熱往き流路１０１ａ側の部分と伝熱戻り流路１０１ｂ側の部分とが断熱溝１０７のスリットによって分断されてこれら両部分がばらばらのような形となるため、プレートフィン１０２を積層する作業に支障をきたす。

そのため、上記断熱溝１０７はその長手方向数箇所に連結部１０８が残してあり、積層したプレートフィン１０２とその両側端面に設けたエンドフレート１０４とを溶接炉でロー付け一体化してプレートフィン積層体を構成した後、前記一方のエンドプレート１０４の上方からプレス刃を入れて断熱溝１０７の連結部１０８をプレス切断することになる。したがって、エンドプレート１０４には図１３に示すようにプレートフィン１０２の断熱溝１０７と同じ形状のスリット溝１０９を形成しておくことになる。

しかしながらここで、上記エンドプレート１０４はプレートフィン１０２に比べその板厚が厚いため、プレートフィン１０２の断熱溝１０７と同じ溝幅のスリット溝１０９ではエンドプレート１０４作成のためのプレス加工時にスリット溝形成用のプレス刃が折れ、スリット溝１０９を同時加工できず、後加工が必要となってコスト高となる。

これを解消するためにはプレートフィン１０２のプレート１０２ａに設ける断熱溝１０７の溝幅も広くすればよいが、上記プレート１０２ａは図１４に示すようにエンドプレート１０４と接合して流路形成用凹溝１１０を閉塞し伝熱流路１０１を形成することになるため、エンドプレート１０４のスリット溝とともにプレートフィン１０２のプレート１０２ａの断熱溝１０７の溝幅も広くすると、図１５に示すようにエンドプレート１０４とプレートフィン１０２のプレート１０２ａとの接合代（接合面積）がＺに示す破線幅寸法分だけ少なくなってエンドプレート１０４とプレートフィン１０２のプレート１０２ａとの接合が冷媒圧力で剥がれやすくなり耐圧性が低下してしまう。よって、エンドプレート１０４のスリット溝１０９の溝幅を広くすることができず、エンドプレート１０４のスリット溝１０９だけ広くしてエンドプレート１０４をプレスで打ち抜き加工した後切削等によって後加工せざるを得ず、加工工数が増えてコスト高になる、という課題が生じる。

また、エンドプレート１０４のスリット溝幅を広くすると同時にプレートフィン１０２のスリット溝幅もエンドプレート１０４のスリット溝幅に合わせて広くすると、溝幅を広くした分だけプレートフィン１０２の幅方向寸法が大きくなってしまい、プレートフィン積層型熱交換器としたことによって得られる小型化効果を低減させてしまうことになる。つまり、熱交換器の小型化効果を低下させることなくエンドプレート１０４の加工性とプレートフィン１０２の耐圧性確保を両立するのが困難である、という課題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、その目的とするところはエンドプレートの加工性とプレートフィンの耐圧性確保の課題を解決して安価で信頼性が高く、且つ、小型、高効率なプレートフィン積層型熱交換器とそれを用いた冷凍システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、流入及び流出用の一対のヘッダ流路に繋がる複数の伝熱流路を有する多数のプレートフィンを積層してプレートフィン積層体を構成し、前記プレートフィン積層体の両側端面にエンドプレートを接合一体化したプレートフィン積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは複数の流路形成用凹溝を有したプレートを接合して一対のヘッダ流路に繋がる伝熱流路を形成するとともに、前記伝熱流路は各プレート上でＵターン状の伝熱流路を形成し、これに繋がる一対のヘッダ流路をプレートフィンの一端部側に纏めて設け、且つ、前記プレートフィンのＵターン状の伝熱流路の往き流路と戻り流路との間にはスリット状の断熱溝を形成し、且つ、前記プレートフィン積層体の両側端面のプレートフィンは流路形成用凹溝を有するプレートに前記プレートフィンの断熱溝と対向する断熱用スリット溝を設けた薄平板を接合して伝熱流路を形成するとともに、当該両側端面のプレートフィンは前記薄平板を介してエンドプレートと接合し、前記エンドプレートは前記プレートフィンの断熱溝及び薄平板の断熱用スリット溝と対向する位置にスリット溝を設け、前記スリット溝は前記プレートフィンの断熱溝及び薄平板の断熱用スリット溝より溝幅を広くした構成としている。

これにより、エンドプレートと接合するプレートフィンに設けた流路形成用凹溝は薄平板によって閉塞し伝熱流路を形成することができるので、薄平板に設けた断熱用スリット溝の溝幅をプレートフィンに設けたスリット溝の溝幅と同じ幅寸法としてプレートフィンとの接合代（接合面積）を維持し耐圧性を確保すると同時に、プレートフィンのスリット溝幅を必要最小限の溝幅にとどめて、プレートフィンの幅寸法増大を抑制し小型化効果を保持することができる。そして、エンドプレートはプレートフィンの流路形成用凹溝を閉塞する必要がなくなるので、そのスリット溝の溝幅を広くして、スリット溝形成用のプレス刃の刃折れを解消しエンドプレートのプレス加工時にスリット溝を同時形成でき、加工性を向上して安価に提供することができる。

本発明は、上記構成により、熱交換器の小型化効果を低下させることなくエンドプレートの加工性とプレートフィンの耐圧性確保を両立して安価で信頼性が高く、且つ、小型、高効率なプレートフィン積層型熱交換器とそれを用いた冷凍システムとすることができる。

本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器の分解斜視図 （ａ）（ｂ）同プレートフィン積層型熱交換器のプレートフィンを構成する各プレートの斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの積層状態を示す斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの積層状態を示す分解斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器の両側端面に位置するプレート、薄平板、エンドプレートを示す分解斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器の両側端面に位置するプレート、薄平板、エンドプレートの接合状態を示す要部拡大断面図 本発明のプレート積層型熱交換器を用いた実施の形態２における空気調和機の冷凍サイクル図 同空気調和機の概略断面図 従来のプレートフィン積層型熱交換器の断面図 同従来のプレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの平面図 本出願人が提案するプレートフィンの平面図 同プレートフィンのプレートとエンドプレートを示す分解斜視図 同プレートフィンのプレートとエンドプレートとの接合部を示す拡大斜視図 同プレートフィンとエンドプレートとの接合状態を示す要部拡大断面図

第１の発明は、熱交換器であり、この熱交換器は、流入及び流出用の一対のヘッダ流路に繋がる複数の伝熱流路を有する多数のプレートフィンを積層してプレートフィン積層体を構成し、前記プレートフィン積層体の両側端面にエンドプレートを接合一体化したプレートフィン積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは複数の流路形成用凹溝を有したプレートを接合して一対のヘッダ流路に繋がる伝熱流路を形成するとともに、前記伝熱流路は各プレート上でＵターン状の伝熱流路を形成し、これに繋がる一対のヘッダ流路をプレートフィンの一端部側に纏めて設け、且つ、前記プレートフィンのＵターン状の伝熱流路の往き流路と戻り流路との間にはスリット状の断熱溝を形成し、且つ、前記プレートフィン積層体の両側端面のプレートフィンは流路形成用凹溝を有するプレートに前記プレートフィンの断熱溝と対向する断熱用スリット溝を設けた薄平板を接合して伝熱流路を形成するとともに、当該両側端面のプレートフィンは前記薄平板を介してエンドプレートと接合し、前記エンドプレートは前記プレートフィンの断熱溝及び薄平板の断熱用スリット溝と対向する位置にスリット溝を設け、前記スリット溝は前記プレートフィンの断熱溝及び薄平板の断熱用スリット溝より溝幅を広くした構成としている。

これにより、エンドプレートと接合するプレートフィンに設けた流路形成用凹溝は薄平板によって閉塞し伝熱流路を形成することができるので、薄平板に設けた断熱用スリット溝の溝幅をプレートフィンに設けたスリット溝の溝幅と同じ幅寸法としてプレートフィンとの接合代（接合面積）を維持し耐圧性を確保すると同時に、プレートフィンのスリット溝幅を必要最小限の溝幅にとどめて、プレートフィンの幅寸法増大を抑制し小型化効果を保持することができる。そして、エンドプレートはプレートフィンの流路形成用凹溝を閉塞する必要がなくなるので、そのスリット溝の溝幅を広くして、スリット溝形成用のプレス刃の刃折れを解消しエンドプレートのプレス加工時にスリット溝を同時形成でき、加工性を向上して安価に提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記薄平板はプレートフィンのプレートフィン素板を用いて構成している。

これにより、流路形成用凹溝を塞ぐプレートフィンと薄平板との両者がロー材等の接着剤を塗布された状態のものとなっているので、プレートフィンと薄平板との接合が確実かつ強固なものとなり、プレートフィンと薄平板との剥がれ防止効果を高めて耐圧性をより一層向上せることができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記薄平板はエンドプレートより薄くプレートフィンよりも厚い板材を用いて構成している。

これにより、薄平板がプレートフィンより厚くてプレートフィンより強い剛性を持つのでエンドプレートとしての機能も果たすことになり、その分エンドプレート自体の板厚を薄くしてエンドプレートのスリット溝のプレス加工性を向上させることができる。

第４の発明は冷凍システムであり、この冷凍システムは冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記第１〜第３の発明のいずれかに記載のプレートフィン積層型熱交換器としたものである。

これにより、この冷凍システムは、プレートフィン積層型熱交換器の熱交換器が安価で耐圧性が高く、且つ、小型、高効率であるから、安価で信頼性及び省エネ性の高い高性能な冷凍システムとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

なお、本開示の熱交換器は、以下の実施の形態に記載したプレートフィン積層型熱交換器の構成に限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する技術的思想と同等の熱交換器の構成を含むものである。

また、以下で説明する実施の形態は、本発明の一例を示すものであって、実施の形態において示される構成、機能、動作などは、例示であり、本開示を限定するものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図、図２はプレートフィン積層型熱交換器の分解斜視図、図３（ａ）（ｂ）はプレートフィン積層型熱交換器のプレートフィンを構成する各プレートの斜視図、図４はプレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの積層状態を示す斜視図、図５はプレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの積層状態を示す分解斜視図、図６はプレートフィン積層型熱交換器の両側端面に位置するプレート、薄平板、エンドプレートを示す分解斜視図、図７はプレートフィン積層型熱交換器の両側端面に位置するプレート、薄平板、エンドプレートの接合状態を示す要部拡大断面図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態の熱交換器１は、略弓型形状のプレートフィン積層体２の両側に平面視が略同一形状のエンドプレート３ａ、３ｂを接合一体化して構成している。そして、略弓型長方形状の一端部側に、蒸発器として用いる場合には入口となり凝縮器として用いる場合は出口となる管Ａ４及びその逆となる管Ｂ５とを有している。

上記プレートフィン積層体２の両側のエンドプレート３ａ、３ｂは、プレートフィン積層体２を挟持した形でロー付けされ、ボルト・ナット若しくはカシメピン軸等の締結手段９によりその長手方向両端部を連結固定し、熱交換器としての剛性を保持している。

また、プレートフィン積層体２を構成するプレートフィン２ａは、図３に示す一対のプレート６ａ、６ｂをロー付け等により接合して冷媒等の第１流体（以下、冷媒と称する）が流れる伝熱流路を有する構成としてあり、図４、図５に示すように多数積層して各プレートフィン２ａ同士の間に空気等の第２流体（以下、空気と称する）が流れる積層間隔を形成している。そして、上記プレートフィン２ａに設けた前記伝熱流路を流れる冷媒と各プレートフィン２ａ同士の間の積層間隙を流れる空気との間で熱交換する。

上記プレートフィン２ａを構成する一対のプレート６ａ、６ｂは、図５に示すように、その一方のプレート６ａに、ヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０となる開口８ａ，１０ａ及びその開口縁に設けたリング状凹溝８ｂ，１０ｂと、リング状凹溝８ｂ，１０ｂより導出した連絡流路用凹溝１１ａと、連絡流路用凹溝１１ａの端部に設けた分流路用凹溝１２ａと、分流路用凹溝１２ａより分岐形成した複数の略Ｕ字状に並行した流路形成用凹溝１４ａが設けてある。

一方、他方のプレート６ｂには、ヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０となる開口８ｃ，１０ｃ及びその開口縁に設けたリング状凹溝８ｄ，１０ｄと、前記プレート６ａの連絡流路用凹溝１１ａの端部と対向する部分に位置する分流路用凹溝１２ｂと、分流路用凹溝１２ｂより分岐形成した複数の略Ｕ字状に並行した流路形成用凹溝１４ｂとが設けてある。

そして、上記一対のプレート６ａ、６ｂは、上記開口８ａ，１０ａと８ｃ，１０ｃ及びその開口縁に設けたリング状凹溝８ｂ，１０ｂと８ｄ，１０ｄ同士、及び分流路用凹溝１２ａと１２ｂ及び流路形成用凹溝１４ａと１４ｂ同士がそれぞれ合致するようにしてロー付け等により接合し、開口８ａ，１０ａ，８ｃ，１０ｃ及びその開口縁のリング状凹溝８ｂ，１０ｂ，８ｄ，１０ｄ部分でヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０を形成し、分流路用凹溝１２ａ，１２ｂと流路形成用凹溝１４ａ，１４ｂ同士で分流路１２と伝熱流路１４を形成し、連絡流路用凹溝１１ａと１１ｂとで連絡流路１１を形成している。

そして、上記構成のプレートフィン積層体２のプレートフィン２ａは、当該プレートフィン２ａの長手方向に沿って適宜設けた複数の突起１５（図３参照）によって空気が流れる積層間隔を形成している。

ここで、上記伝熱流路１４は図３のプレートフィン全体図に示すように、プレートフィン２ａの外形と同様略弓型に屈曲させたうえＵターンする形状としてあり、図４に示すように、ヘッダ流路Ａ８に繋がる伝熱往き流路１４−１群とヘッダ流路Ｂ１０に繋がる伝熱戻り流路１４−２群との間にこれら両者間の熱移動を防止するスリット状の断熱溝１６が形成している。

また、上記断熱溝１６は、プレートフィン２ａが部品の状態、つまり１枚の時はその長手方向数か所に連結部１７を残して形成してあり、断熱溝１６の両側の伝熱往き流路１４−１部分と伝熱戻り流路１４−２部分を連結している。そして上記プレートフィン２ａを積層して構成したプレートフィン積層体２の両側端面に設けたエンドプレート３ａ、３ｂにも前記断熱溝１６の連結部１７を切断するプレス刃入れるため当該断熱溝１６と対向する位置にこれと同形状のスリット溝１８が設けてある。

更に、前記プレートフィン積層体２の両端面のエンドプレート３ａ、３ｂは、当該プレートフィン２ａと同形状でプレートフィン２ａと同じアルミニュウムからなる薄平板１９を介在させてプレートフィン２ａにロー付等により接合一体化している。

上記薄平板１９は、図６に示すように、プレートフィン２ａの断熱溝１６と対向する位置にこれと同形状の断熱用スリット溝２０が形成してあり、その溝幅は図７に示すように、プレートフィン２ａの断熱溝１６の溝幅ｌと同じ寸法としている。

一方、前記エンドプレート３ａに設けたスリット溝１８の溝幅は前記プレートフィン２ａの断熱溝１６及び薄平板１９の断熱用スリット溝２０の溝幅よりも十分広い溝幅Ｌとしている。

なお、上記薄平板１９はこの例では伝熱流路等を構成する凹溝等のない状態のプレートフィン素材を用いて構成しプレートフィン２ａと同じく薄い板厚のものとしているが、これに限られるものではなく、エンドプレート３ａ、３ｂと同じ素材からなる板材を用いて構成し、その板厚は断熱用スリット溝２０をプレートフィン２ａの断熱溝１６と同じ溝幅としてもプレス刃が折れない程度の厚みを持つものとすればよい。

次に上記のように構成したプレートフィン積層型熱交換器について、これを冷凍システムの熱交換器として用いた場合を例にしてその作用効果を説明する。

本実施の形態の熱交換器は、例えば蒸発条件で使用されている時、管Ａ４から気液二相状態の冷媒がプレートフィン積層体２の入り口側のヘッダ流路Ａ８内に流入する。ヘッダ流路Ａ８内に流入した冷媒は、図７及び図８に示す流路構成から明らかなように、各プレートフィン２ａの連絡流路１１及び分流路１２を介して伝熱流路１４群へ流れる。各プレートフィン２ａの伝熱流路１４群に流れた冷媒はＵターンしヘッダ流路Ｂ１０を介して気相状態で管Ｂ５より冷凍システムの冷媒回路へと流出する。

そして、上記伝熱流路１４を流れる際に冷媒は、前記プレートフィン積層体２のプレートフィン積層間隔を通り抜ける空気と熱交換する。

上記のようにして熱交換が行われるが、上記空気と熱交換する冷媒流路用の伝熱流路１４のうちプレートフィン積層体２の最も外側端面に形成される伝熱流路１４は、図７に示すようにプレートフィン２ａの流路形成用凹溝１４ａをエンドプレート３ａとプレートフィン２ａとの間に介在させた薄平板１９によって覆うことにより形成している。そして、上記薄平板１９はプレートフィン２ａと同じ素材で形成していて薄いものである。

したがって、薄平板１９の断熱用スリット溝２０とプレートフィン２ａの断熱溝１６の溝幅を同じとして薄平板１９とプレートフィン２ａとの接合代（接合面積）を十分に確保することができる。

よって、薄平板１９とプレートフィン２ａとの接合部の接合剥がれがない耐圧性を十分なものとすることができる。つまり、プレートフィン２ａの流路形成用凹溝１４ａを塞ぐ薄平板１９はプレートフィン２ａと同じアルミニュウムの薄い板としているからその断熱用スリット溝２０はプレートフィン２ａの断熱溝１６と同じ程度の幅狭な溝幅としていてもプレス刃が折れるなどの支障がなく、断熱用スリット溝２０の溝幅を小さくしてプレートフィン２ａとの接合代（接合面積）を確保し、耐圧性を十分なものとすることができる。

一方、エンドプレート３ａはプレートフィン２ａの流路形成用凹溝１４ａを薄平板１９によって塞いで伝熱流路１４を形成しているので、スリット溝１８はプレート６ａ、６ｂとの接合代（接合面積）が減少するのを気にすることなくその溝幅を広くすることができる。したがって、エンドプレート３ａのスリット溝１８を形成するプレス刃が折れない程度に広いものとすることができ、エンドプレート３ａのプレス加工時に同時にスリット溝１８形成することができ、加工工数を削減、すなわちエンドプレート３ａの加工性を向上させることができる。

また、本実施の形態では薄平板１９はプレートフィン素板を利用して形成しているので、薄平板１９もプレートフィン２ａと同様ロー材等の接合材を塗布したものとなっていて薄平板１９とプレートフィン２ａとの接合を確実かつ強固なものとすることができ、より耐圧性の高いものとすることができる。

また、上記薄平板１９をエンドプレート３ａより薄くプレートフィン２ａよりも厚い板厚構成のものとすれば、プレートフィン２ａより厚い薄平板１９がプレートフィン２ａより強い剛性を持つことになるので、エンドプレート３ａと同様強度メンバーともなる。よって、その分エンドプレート３ａの板厚を薄くしてエンドプレート３ａのプレスによる加工性を向上させることができる。なお、この場合、薄平板１９の板厚はプ既述したようにレス刃が折れない程度の板厚としておく。

（実施の形態２）
本実施の形態２は、実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器を用いて構成した空気調和機である。

図８は空気調和機の冷凍サイクル図、図９は同空気調和機の室内機を示す概略断面図である。

図８、図９において、この空気調和機は、室外機５１と、室外機５１に接続された室内機５２から構成されている。室外機５１には、冷媒を圧縮する圧縮機５３、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁５４、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器５５、冷媒を減圧する減圧器５６、室外送風機５９が配設されている。また、室内機５２には、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５７と、室内送風機５８とが配設されている。そして、前記圧縮機５３、四方弁５４、室内熱交換器５７、減圧器５６、室外熱交換器５５を冷媒回路で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを形成している。

なお、本実施形態による冷媒回路には、テトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペン、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、単体、もしくはそれぞれ２成分混合または３成分混合した冷媒を使用している。

上記構成からなる空気調和機は、冷房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室外熱交換器５５とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通って室外熱交換器５５に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり、減圧器５６に送られる。減圧器５６では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室内機５２に送られる。室内機５２では、冷媒は室内熱交換器５７に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒は室外機５１に戻り、四方弁５４を経由して圧縮機５３に戻される。

暖房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室内機５２とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通り、室内機５２に送られる。高温高圧の冷媒は室内熱交換器５７に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は減圧器５６に送られ、減圧器５６において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器５５に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁５４を経由して圧縮機５３へ戻される。

上記のように構成された空気調和機は、その室外熱交換器５５或いは室内熱交換器５７に前記実施の形態で示した熱交換器を使用することにより、熱交換器が安価で耐圧性が高く、且つ、小型、高効率であるから、安価で信頼性及び省エネ性の高い高性能な冷凍システムとすることができる。

以上、本発明に係るプレートフィン積層型熱交換器及びそれを用いた冷凍システムについて、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。つまり、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれるものである。

本発明は、エンドプレートの加工性とプレートフィンの耐圧性確保を両立して安価で信頼性が高く、且つ、小型、高効率なプレートフィン積層型熱交換器とそれを用いた省エネ性の高い冷凍システムを提供することができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。

１ 熱交換器
２ プレートフィン積層体
２ａ プレートフィン
３ａ、３ｂ エンドプレート
４ 管Ａ
５ 管Ｂ
６ａ プレート
６ｂ プレート
８ ヘッダ流路Ａ
８ａ，８ｃ 開口
８ｂ，８ｄ リング状凹溝
９ 締結手段（ボルト・ナット）
１０ ヘッダ流路Ｂ
１０ａ，１０ｃ 開口
１０ｂ，１０ｄ リング状凹溝
１１ 連絡流路
１１ａ，１１ｂ 連絡流路用凹溝
１２ 分流路
１２ａ，１２ｂ 分流路用凹溝
１４ 伝熱流路
１４−１ 伝熱往き流路
１４−２ 伝熱戻り流路
１４ａ 流路形成用凹溝
１４ｂ 流路形成用凹溝
１５ 突起
１６ 断熱溝
１７ 連結部
１８ スリット溝
１９ 薄平板
２０ 断熱用スリット溝
５１ 室外機
５２ 室内機
５３ 圧縮機
５４ 四方弁
５５ 室外熱交換器
５６ 減圧器
５７ 室内熱交換器
５８ 室内送風機

Claims (4)

1. 流入及び流出用の一対のヘッダ流路に繋がる複数の伝熱流路を有する多数のプレートフィンを積層してプレートフィン積層体を構成し、前記プレートフィン積層体の両側端面にエンドプレートを接合一体化したプレートフィン積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは複数の流路形成用凹溝を有したプレートを接合して一対のヘッダ流路に繋がる伝熱流路を形成するとともに、前記伝熱流路は各プレート上でＵ ターン状の伝熱流路を形成し、これに繋がる一対のヘッダ流路を前記プレートフィンの一端部側に纏めて設け、且つ、前記プレートフィンのＵ ターン状の伝熱流路の往き流路と戻り流路との間にはスリット状の断熱溝を形成し、且つ、前記プレートフィン積層体の両側端面の前記プレートフィンは前記流路形成用凹溝を有する前記プレートに前記プレートフィンの断熱溝と対向する断熱用スリット溝を設けた薄平板を接合して伝熱流路を形成するとともに、当該両側端面のプレートフィンは前記薄平板を介してエンドプレートと接合し、前記エンドプレートは前記プレートフィンの断熱溝及び前記薄平板の断熱用スリット溝と対向する位置にスリット溝を設け、該スリット溝は前記プレートフィンの断熱溝及び薄平板の断熱用スリット溝より溝幅を広くしたプレートフィン積層型熱交換器。
2. 前記薄平板は前記プレートフィンのプレートフィン素板を用いて構成した請求項１に記載のプレートフィン積層型熱交換器。
3. 前記薄平板は前記エンドプレートより薄く前記プレートフィンよりも厚い板材を用いて構成した請求項１に記載のプレートフィン積層型熱交換器。
4. 冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記熱交換器とした冷凍システム。

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