板式换热器及热泵装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的是，在流体在板式换热器内冻结的情况下，防止板式换热器损坏。在传热板（2）上，从第一流入口（9）这一侧朝向第一流出口（10）这一侧反复出现多个顶部及底部的波形状部（15）形成在热交换流路部分。另外，在传热板（2）上，在第二流入口（11）的热交换流路这一侧形成有与波形状部（15）连接的波形状部（19）。波形状部（15）的顶部和波形状部（19）的顶部形成为平面状，波形状部（15）的顶部与波形状部（19）的顶部相比，与波形状部的棱线垂直的方向上的宽度更宽。
【专利说明】板式换热器及热泵装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及层叠多个传热板而形成的板式换热器。
【背景技术】
[0002]已知有一种板式换热器，层叠了四角设置有成为水或制冷剂的流出流入口的通路孔的大致矩形的板，供水流动的流路和供制冷剂流动的流路沿层叠方向交替地形成在相邻的板之间(参照专利文献I )。在该板式换热器中，水的流路在成为制冷剂的流出流入口的通路孔的附近被封闭。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特表2009-500588号公报
[0006]板式换热器在作为蒸发器使用的情况下，在板式换热器内，存在水冻结的情况。水冻结时，膨胀约9%。例如，在水的流路的中央部或成为水的流出流入口的通路孔附近水冻结的情况下，在周围的流路或通路孔内存在水膨胀的空间。因此，即使水冻结，也几乎不会在层叠方向上对传热板施加力，难以引起传热板之间被剥离而使板式换热器损坏的情况。但是，例如，在水从流路的中央部逐渐冻结，最后，在制冷剂的流出流入口附近的封闭区域冻结的情况下，没有水膨胀的空间。因此，水冻结时，向层叠方向对传热板施加力，容易引起传热板剥离而使板式换热器损坏的情况。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是，在流体在板式换热器内冻结的情况下，防止板式换热器损坏。
[0008]在本发明的板式换热器中，四角设置有成为第一流体或第二流体的流出流入口的通路孔的矩形的第一板及第二板交替地层叠，供所述第一流体流动的第一流路和供所述第二流体流动的第二流路沿层叠方向交替地形成在相邻的所述第一板和所述第二板之间，其特征在于，
[0009]所述第一流路是使从设置在所述第一板及所述第二板的长边方向的一侧的通路孔即第一流入口流入的所述第一流体从设置在所述长边方向的另一侧的通路孔即第一流出口流出的流路，在所述第一流入口和所述第一流出口之间，形成有使所述第一流体与在相邻的第二流路中流动的所述第二流体进行热交换的热交换流路，
[0010]在所述第一板上，在所述层叠方向上位移的波形状部，S卩，从所述第一流入口侧朝向所述第一流出口侧反复出现多个顶部及底部的波形状部即第一波部形成在所述热交换流路部分，并且，在设置在所述长边方向的所述一侧的通路孔即与所述流入口不同的另一个通路孔即上游侧相邻孔的所述热交换流路侧，形成有在所述层叠方向上位移的波形状部，即，与所述第一波部连接的波形状部即第二波部，
[0011]所述第一波部的顶部和所述第二波部的顶部形成为平面状，所述第一波部的顶部与所述第二波部的顶部相比，与波形状部的棱线垂直的方向上的宽度即顶宽更宽。[0012]发明的效果
[0013]在本发明的板式换热器中，由于第一波部的顶部的顶宽比第二波部的顶部宽，所以形成有第二波部的区域与形成有第一波部的区域相比，热交换面积大。因此，形成有第二波部的区域中的热交换量比形成有第一波部的热交换量多。因此，在流体在板式换热器内冻结的情况下，形成有第二波部的区域与形成有第一波部的区域相比，流体更早冻结，流体最终不会在形成有第二波部的区域中冻结。由于流体最终不会在封闭区域中冻结，所以能够防止板式换热器损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是板式换热器30的侧视图。
[0015]图2是加强用侧板1的主视图。
[0016]图3是传热板2的主视图。
[0017]图4是传热板3的主视图。
[0018]图5是加强用侧板4的主视图。
[0019]图6是表示层叠传热板2和传热板3的状态的图。
[0020]图7是板式换热器30的分解立体图。
[0021]图8是表示实施方式1的传热板2的一部分的局部主视图。
[0022]图9是表示实施方式1的传热板2的一部分的局部立体图。
[0023]图10是图8、9的A-A’剖视图。
[0024]图11是图8、9的B-B’剖视图。
[0025]图12是图8、9的C-C，剖视图。
[0026]图13是表不实施方式1的传热板3的一部分的局部主视图。
[0027]图14是表示实施方式1的传热板3的一部分的局部立体图。
[0028]图15是图13、14的D-D’剖视图。
[0029]图16是图13、14的E-E’剖视图。
[0030]图17是图13、14的F-F’剖视图。
[0031]图18是表示层叠实施方式1的传热板2、3的状态的立体图。
[0032]图19是表示图18的G-G’截面的立体图。
[0033]图20是表示形成在传热板2、3之间的第一流路13及第二流路14的图。
[0034]图21是表示实施方式2的传热板2的一部分的局部主视图。
[0035]图22是图21的H-H，剖视图。
[0036]图23是图21的1-1’剖视图。
[0037]图24是表示实施方式2的传热板3的一部分的局部主视图。
[0038]图25是图24的J-J’剖视图。
[0039]图26是图24的K-K’剖视图。
[0040]图27是实施方式4的热泵装置100的回路结构图。
[0041]图28是关于图27所示的热泵装置100的制冷剂的状态的莫里尔线图。
【具体实施方式】[0042]在板式换热器中，存在交替地层叠不同的两种传热板而形成板式换热器的情况和改变方向地交替地层叠一种传热板而形成板式换热器的情况。交替地层叠不同的两种传热板而形成板式换热器的情况下，能够分别设计两种传热板的形状，设计的自由度高，但需要制造两种传热板，制造成本变高。另一方面，改变方向地交替地层叠一种传热板而形成板式换热器的情况下，只要制造一种传热板即可，从而制造成本被抑制，但由一种传热板构成板式换热器，设计的自由度低。
[0043]在实施方式1、2中，对交替地层叠不同的两种传热板而形成板式换热器的情况进行说明，在实施方式3中，对改变方向地交替地层叠一种传热板而形成板式换热器的情况进行说明。
[0044]实施方式I
[0045]对实施方式I的板式换热器30的基本结构进行说明。
[0046]图1是板式换热器30的侧视图。图2是加强用侧板I的主视图(从层叠方向观察的图)。图3是传热板2 (第一板)的主视图。图4是传热板3 (第二板)的主视图。图5是加强用侧板4的主视图。图6是表示层叠传热板2和传热板3的状态的图。图7是板式换热器30的分解立体图。
[0047]在实施方式I中，传热板2、3例如是分别使用不同的模具制造的不同的传热板。
[0048]如图1所示，板式换热器30交替地层叠传热板2和传热板3。另外，板式换热器30在最前面层叠加强用侧板1，在最背面层叠加强用侧板4。
[0049]如图2所示，加强用侧板I形成为大致矩形的板状。加强用侧板I在大致矩形的四角上设置有第一流入管5、第一流出管6、第二流入管7、第二流出管8。
[0050]如图3、4所示，各传热板2、3与加强用侧板I同样地形成为大致矩形的板状，在四角设置有第一流入口 9、第一流出口 10、第二流入口 11 (上游侧相邻孔)、第二流出口 12 (下游侧相邻孔)。另外，各传热板2、3形成有在板的层叠方向上位移的波形状部15、16 (第一波部)。波形状部15、16从层叠方向观察时形成为大致V字形，从第一流入口 9及第二流入口 11朝向第一流出口 10及第二流出口 12，反复出现多个顶部和底部。尤其是，在形成在传热板2上的波形状部15和形成在传热板3上的波形状部16中，大致V字形的方向成为相反方向。
[0051]如图5所示，加强用侧板4与加强用侧板I等同样地形成为大致矩形的板状。加强用侧板4没有设置第一流入管5、第一流出管6、第二流入管7、第二流出管8。此外，在图5中，在加强用侧板4上，用虚线表示第一流入管5、第一流出管6、第二流入管7、第二流出管8的位置，但在加强用侧板4上并没有设置它们。
[0052]如图6所示，层叠传热板2和传热板3的情况下，方向不同的大致V字形的波形状部15、16重叠，由此，在传热板2和传热板3之间形成引起复杂流动的流路。
[0053]如图7所示，各传热板2、3以第一流入口 9彼此、第一流出口 10彼此、第二流入口11彼此、第二流出口 12彼此分别重叠的方式被层叠。另外，加强用侧板I和传热板2以第一流入管5和第一流入口 9重叠、第一流出管6和第一流出口 10重叠、第二流入管7和第二流入口 11重叠、第二流出管8和第二流出口 12重叠的方式被层叠。而且，各传热板2、3及加强用侧板1、4的外周的边缘重叠地被层叠，通过焊料等被接合。此时，各传热板2、3不仅外周的边缘被接合，在从层叠方向观察的情况下，层叠在上侧(前面侧)的传热板的波形状部的底部和层叠在下侧(背面侧)的传热板的波形状部的顶部重叠的部分也被接合。
[0054]由此，从第一流入管5流入的水(第一流体的一例)从第一流出管6流出的第一流路13形成在传热板3的背面和传热板2的前面之间。同样地，从第二流入管7流入的制冷齐[J(第二流体的一例)从第二流出管8流出的第二流路14形成在传热板2的背面和传热板3的前面之间。
[0055]从外部向第一流入管5流入的水在由各传热板2、3的第一流入口 9重叠而形成的通路孔中流动，并向各第一流路13流入。向第一流路13流入的水朝向短边方向逐渐扩展，同时，朝向长边方向流动并从第一流出口 10流出。从第一流出口 10流出的水在由第一流出口 10重叠而形成的通路孔中流动，从第一流出管6向外部流出。
[0056]同样地，从外部向第二流入管7流入的制冷剂在由各传热板2、3的第二流入口 11重叠而形成的通路孔中流动，并向各第二流路14流入。流入第二流路14的制冷剂朝向短边方向逐渐扩展，同时，朝向长边方向流动，并从第二流出口 12流出。从第二流出口 12流出的制冷剂在由第二流出口 12重叠而形成的通路孔中流动，并从第二流出管8向外部流出。
[0057]当在第一流路13中流动的水和在第二流路14中流动的制冷剂在形成有波形状部
15、16的部分中流动时，通过传热板2、3进行热交换。此外，在第一流路13和第二流路14中，将形成有波形状部15、16的部分称为热交换流路17 (参照图3、4、6)。
[0058]以下，对实施方式1的板式换热器30的特征进行说明。
[0059]图8至图12是表示实施方式1的传热板2的图。图8是表示实施方式1的传热板2的一部分的局部主视图。图9是表不实施方式1的传热板2的一部分的局部立体图。图10是图8、9的A-A’剖视图。图11是图8、9的B-B’剖视图。图12是图8、9的C-C’剖视图。
[0060]图13至图17是表示实施方式1的传热板3的图。图13是表示实施方式1的传热板3的一部分的局部主视图。图14是表不实施方式1的传热板3的一部分的局部立体图。图15是图13、14的D-D’剖视图。图16是图13、14的E-E’剖视图。图17是图13、14的F-F，首IJ视图。
[0061]图18是表示实施方式1的层叠传热板2、3的状态的立体图。图19是表示图18的G-G’截面的立体图。
[0062]如图8、9所示，在传热板2的第一流入口 9、第二流入口 11的波形状部15侧，形成有棱线以第一流入口 9、第二流入口 11为中心辐射状扩展的波形状部18 (第三波部)和波形状部19 (第二波部)。波形状部18、19的一端与波形状部15连接。
[0063]如图13、14所示，在传热板3的第一流入口 9、第二流入口 11的波形状部16侧，形成有棱线以第一流入口 9、第二流入口 11为中心辐射状扩展的波形状部20 (第二波部)和波形状部21 (第三波部)。波形状部20、21的一端与波形状部16连接。
[0064]如图18、19所示，在形成在传热板2上的波形状部18、19和形成在传热板3上的波形状部20、21中，波形状部18、19的顶部和波形状部20、21的底部重叠，并且波形状部18、19的底部和波形状部20、21的顶部重叠。
[0065]波形状部15、16、18、19、20、21的顶部及底部形成为平面状。将与波形状部的棱线垂直的方向的顶部的宽度作为顶宽，将底部的宽度作为底宽。图10、15所示的波形状部15、16的顶宽及底宽(宽度a)比图11、16所示的波形状部19、21的顶宽及底宽(宽度b)宽(a>b)。另外，图12、17所示的波形状部18、20的顶宽及底宽(宽度c)比图10、15所示的波形状部15、16的顶宽及底宽(宽度a)宽(c > a)。也就是说，宽度a、b、c是c>a>b的关系。
[0066]图20是表示形成在传热板2、3之间的第一流路13及第二流路14的图。水流动的流路是第一流路，制冷剂流动的流路是第二流路。
[0067]在形成在传热板2、3上的波形状部的顶部及底部(图20的宽度X所示的部分)中，水彼此或制冷剂彼此经由传热板2、3接触。因此，在顶部及底部中，水和制冷剂不进行热交换。另一方面，在传热板2的波形状部的倾斜部分(图20的宽度y所示的部分)中，水和制冷剂经由传热板2、3接触。因此，在倾斜部分中，水和制冷剂进行热交换。
[0068]顶部及底部的宽度X越窄，倾斜部分的宽度y越宽。也就是说，顶部及底部的宽度X越窄，水和制冷剂进行热交换的热交换面积越大。如上所述，波形状部15、16、18、19、20、21的顶部及底部的宽度X (宽度a、b、c)是c > a > b的关系。也就是说，形成有顶宽及底宽为宽度b的波形状部19、21的区域的热交换面积最大，形成有顶宽及底宽为宽度a的波形状部15、16的区域、形成有顶宽及底宽为宽度c的波形状部18、20的区域按顺序热交换面积变小。
[0069]从第一流入口 9流入的水在第一流路13中流动期间逐渐被冷却，在第一流出口 10附近，温度最低。因此，在水在板式换热器30内冻结的情况下，通常，水首先在下游侧即第一流出口 10、第二流出口 12的附近冻结，从首先冻结的部分逐渐向上游侧即第一流入口 9、第一流出口 10侧冻结。而且，最后，水在第一流入口 9、第二流入口 11的附近冻结。
[0070]在水首先在第一流出口 10附近冻结的情况下，在第一流出口 10内和第一流入口9这一侧等具有膨胀的空间。因此，不会因水的冻结产生膨胀而向层叠方向施加力，传热板
2、3之间被剥离而使板式换热器30损坏的可能性低。同样地，在水在第一流入口 9附近冻结的情况下，在第一流入口 9内具有膨胀的空间，板式换热器30损坏的可能性低。但是，在水最后在第二流入口 11冻结的情况下，第一流路13在第二流入口 11附近封闭，没有膨胀的空间。因此，因水的冻结产生的膨胀向层叠方向施加力，传热板2、3之间可能被剥离而使板式换热器30损坏。
[0071]但是，如上所述，形成有波形状部19、21的区域的热交换面积比形成有波形状部15,16的区域大。因此，形成有波形状部19、21的区域与形成有波形状部15、16的区域相t匕，水更早冻结。另外，形成有波形状部15、16的区域的热交换面积比形成有波形状部18、20的区域大。因此，形成有波形状部15、16的区域与形成有波形状部18、20的区域相比，水
更早冻结。
[0072]因此，水在板式换热器30内冻结的情况下，与上述通常的情况不同，水首先在第一流出口 10附近、形成有波形状部19、21的区域冻结，从首先冻结的部分逐渐向第一流入口 9侧冻结。而且，最后，水在形成有波形状部18、20的区域冻结。
[0073]水首先在第一流出口 10附近冻结的情况下，在第一流出口 10内、第一流入口 9侧等具有膨胀的空间。另外，水在形成有波形状部19、21的区域冻结的情况下，在形成有波形状部15、16的区域侧具有膨胀的空间。然后，水在形成有波形状部15、16的区域冻结的情况下，具有朝向形成有波形状部18、20的区域侧膨胀的空间。最后，水在形成有波形状部18、20的区域冻结的情况下，在第一流入口 9内具有膨胀的空间。因此，只要水以这样的顺序冻结，就始终有膨胀的空间，不会水的冻结所导致的膨胀而产生朝向层叠方向施加力，传热板
2、3之间被剥离而使板式换热器30损坏的可能性低。
[0074]以上，实施方式I的板式换热器30在流体在板式换热器30内冻结的情况下，能够防止板式换热器30损坏。
[0075]此外，在没有形成波形状部18、19、20、21的情况下，从第一流入口 9流入第一流路13的水直接与形成为V字形的波形状部15、16碰撞。此时,产生压力损失,并且传热板2、3的短边方向的速度分布变得不均匀。另外，水难以向图18所示的阻滞区域26流动，水停滞在阻滞区域26。
[0076]同样地，从第二流入口 11流入第二流路14的制冷剂直接与形成为V字形的波形状部15、16碰撞。此时，发生压力损失，并且传热板2、3的短边方向的速度分布变得不均匀。另外，制冷剂难以向图18所示的阻滞区域27流动，制冷剂在阻滞区域27中停滞。
[0077]在水、制冷剂停滞的区域中，热交换不能有效率地进行。因此，与阻滞区域26、27相应地，热交换面积减少。
[0078]但是，在形成有波形状部18、19、20、21的情况下，从第一流入口 9流入第一流路13的水在与形成为V字形的波形状部15、16碰撞之前，与棱线以第一流入口 9为中心辐射状扩展的波形状部18、20碰撞。波形状部18、20的棱线与平行于传热板2、3的长边的线所成的角(图8、13的β )比波形状部15、16与平行于传热板2、3的长边的线所成的角(图8、13的α)小。因此，与直接碰撞波形状部15、16的情况相比，能够减小压力损失，能够使短边方向的速度分布均匀化。关于在第二流路14中流动的制冷剂，也是同样的，能够减小压力损失，并能够使短边方向的速度分布均匀化。
[0079]另外，在形成有波形状部18、19、20、21的情况下，如图18的虚线的箭头所示，从第一流入口 9流入第一流路13的水通过棱线以辐射状扩展的波形状部18、20被导向阻滞区域26。因此，水没有停滞在阻滞区域26中。关于在第二流路14中流动的制冷剂也是同样的，制冷剂不会停滞在阻滞区域27中。因此，在阻滞区域26、27中也进行热交换。
[0080]另外，在形成有波形状部18、19、20、21的情况下，波形状部18、19、20、21部分也在传热板2、3之间被接合，所以传热板2、3之间的接合强度变高。只要传热板2、3之间的接合强度变高，就能够使加强用侧板1、4的板厚变薄，并能够抑制材料成本。
[0081]如上所述，实施方式I的板式换热器30的热交换效率高，压力损失低，强度高。因此，还能够使用在高压下工作的CO2、烃、低GWP制冷剂这样的低密度、可燃性制冷剂。
[0082]另外，波形状部18、20的棱线与平行于传热板2、3的长边的线所成的角(图8、13的β)也可以与所使用的第一流体、第二流体的粘性等相应地改变。关于波形状部19、21也是同样的。
[0083]另外，在上述说明中，波形状部15、16、18、19、20、21的顶部及底部形成为平面状。这里，平面状不仅包含完全的平面，还包含平缓的曲面。顶部及底部由平缓的曲面形成的情况下，也可以通过曲率调整宽度a、b、c的关系。也就是说，波形状部15、16的顶部及底部的曲率Ga、波形状部19、21的顶部及底部的曲率0b、波形状部18、20的顶部及底部的曲率Θ c的关系也可以为9c> Θ a > Θ bo
[0084]实施方式2
[0085]在实施方式I中，对传热板2、3的第一流出口 10及第二流出口 12侧没有进行特别说明。在实施方式2中，对传热板2、3的第一流出口 10及第二流出口 12侧进行说明。
[0086]图21至图23是表示实施方式2的传热板2的图。图21是表示实施方式2的传热板2的一部分的局部主视图。在图9中，示出了传热板2的第一流入口 9及第二流入口11侦彳，而在图21中，示出了传热板2的第一流出口 10及第二流出口 12侧。图22是图21的H-H’剖视图。图23是图21的1-1’剖视图。
[0087]图24至图26是表示实施方式2的传热板3的图。图24是表示实施方式2的传热板3的一部分的局部主视图。在图9中，示出了传热板3的第一流入口 9及第二流入口11侦彳，而在图24中，示出了传热板3的第一流出口 10及第二流出口 12侧。图25是图24的J-J’剖视图。图26是图24的K-K’剖视图。
[0088]如图21所示，在传热板2的第一流出口 10、第二流出口 12的波形状部15侧，形成有棱线以第一流出口 10、第二流出口 12为中心辐射状扩展的波形状部22和波形状部23(第四波部)。波形状部22、23的一端与波形状部15连接。
[0089]如图24所示，在传热板3的第一流出口 10、第二流出口 12的波形状部16侧，形成有棱线以第一流出口 10、第二流出口 12为中心呈辐射状扩展的波形状部24和波形状部25(第四波部)。波形状部24、25的一端与波形状部16连接。
[0090]在形成在传热板2上的波形状部22、23和形成在传热板3上的波形状部24、25中，波形状部22、23的顶部和波形状部24、25的底部重叠，并且波形状部22、23的底部和波形状部24、25的顶部重叠。
[0091]波形状部22、23、24、25的顶部及底部形成为平面状。图23、26所示的波形状部23,25的顶宽及底宽(宽度b’)比图11、16所示的波形状部19、21的顶宽及底宽(宽度b)宽(b’ >b)且比图10、15所示的波形状部15、16的顶宽及底宽(宽度a)窄(a>b’)。另外，图22、25所示的波形状部22、24的顶宽及底宽(宽度c’)比图10、15所示的波形状部15、16的顶宽及底宽(宽度a)宽(c’ > a)。另外，宽度c为宽度c’以下的宽度。也就是说，宽度a、b、b，、c、c，的关系为 C，= c>a>b，>b。
[0092]如上所述，顶宽及底宽越窄，水和制冷剂被热交换的热交换面积越大。也就是说，形成有顶宽及底宽为宽度b的波形状部19、21的区域的热交换面积最大，形成有顶宽及底宽为宽度b’的波形状部23、25的区域、形成有顶宽及底宽为宽度a的波形状部15、16的区域、形成有顶宽及底宽为宽度c的波形状部18、20的区域、形成有顶宽及底宽为宽度c’的波形状部22、24的区域按顺序热交换面积变小。
[0093]因此，水在板式换热器30内冻结的情况下，水首先在形成有波形状部19、21的区域、形成有波形状部23、25的区域冻结，从首先冻结的部分逐渐向形成有波形状部15、16的区域冻结。而且，水最后在形成有波形状部18、20、22、24的区域冻结。
[0094]水首先在形成有波形状部19、21、23、25的区域冻结的情况下，在形成有波形状部15,16的区域侧具有膨胀的空间。然后，水在形成有波形状部15、16的区域冻结的情况下，具有朝向形成有波形状部18、20、22、24的区域这一侧膨胀的空间。最后，在水在形成有波形状部18、20、22、24的区域冻结的情况下，在第一流入口 9或第一流出口 10内具有膨胀的空间。因此，只要水以这样的顺序冻结，就始终有膨胀的空间，不会因水的冻结产生膨胀而向层叠方向施加力，传热板2、3之间被剥离而使板式换热器30损坏的可能性低。
[0095]如实施方式I说明的那样，通常情况下，水首先在下游侧即第一流出口 10、第二流出口 12的附近冻结，并逐渐向上游侧即第一流入口 9、第一流出口 10侧冻结。因此，通常情况下，最后几乎没有水在第二流出口 12附近的封闭区域冻结。但是，根据情况，还有水首先在第一流出口 10冻结，逐渐向第二流出口 12侧冻结的情况。该情况下，在第二流出口 12附近，没有膨胀的空间，板式换热器30可能会损坏。
[0096]但是，在实施方式2的板式换热器30中，不仅能够防止水最后在第二流入口 11附近的封闭区域冻结，还能够防止水最后在第二流出口 12附近的封闭区域冻结。因此，与实施方式1相比，能够更可靠地防止板式换热器30损坏。
[0097]实施方式3
[0098]在实施方式3中,对改变方向地交替地层叠一种传热板而形成板式换热器的情况进行说明。对传热板改变方向是指以替换第一流入口 9和第二流出口 12的位置的方式使传热板旋转180度。
[0099]此外，实施方式3的板式换热器30原则上采用与实施方式2的板式换热器30相同的形状，仅波形状部的顶宽及底宽的关系不同。因此，这里，仅对波形状部的顶宽及底宽的关系进行说明。
[0100]由于改变方向地交替地层叠一种传热板而形成板式热交换器，所以传热板2、3是同一种板，仅方向不同。
[0101]因此，波形状部18和波形状部23是相同的形状、相同的尺寸。也就是说，波形状部18的顶宽及底宽(图8、10的宽度c)和波形状部23的顶宽及底宽(图21、22的宽度b’)是相同的宽度(c = b’)。关于与波形状部18重叠的波形状部20和与波形状部23重叠的波形状部25也是相同的。
[0102]另外，波形状部19和波形状部22为相同的形状、相同的尺寸。也就是说，波形状部19的顶宽及底宽(图8、10的宽度b)和波形状部22的顶宽及底宽(图21、22的宽度c’)为相同的宽度(b = c’)。关于与波形状部19重叠的波形状部21和与波形状部22重叠的波形状部24也是相同的。
[0103]因此，波形状部19、21、22、24的顶宽及底宽比波形状部15、16、18、20、23、25的顶宽及底宽窄。另外，波形状部15、16、18、20、23、25的顶宽及底宽是相同的宽度。也就是说，宽度 a、b、c、b’、c’ 的关系为 a = b’ = c>b = c’。
[0104]如上所述，顶宽及底宽越窄，水和制冷剂进行热交换的热交换面积越大。也就是说，形成有顶宽及底宽为宽度b或c’的波形状部19、21、22、24的区域的热交换面积大，形成有顶宽及底宽为宽度a、b’或c的波形状部15、16、18、20、23、25的区域的热交换面积变小。
[0105]因此，水在板式换热器30内冻结的情况下，水首先在形成有波形状部22、24的区域、形成有波形状部19、21的区域冻结。另外，由于形成有波形状部23、25的区域也位于下游侧，所以水较早地冻结。而且，从冻结的部分开始，形成有波形状部15、16的区域逐渐地冻结，水最后在形成有波形状部18、20的区域冻结。
[0106]水首先在形成有波形状部19、21、22、24的区域冻结的情况下，在形成有波形状部15,16的区域侧等具有膨胀的空间。水在形成有波形状部23、25的区域冻结的情况下，在形成有波形状部15、16的区域侧等也具有膨胀的空间。然后，水在形成有波形状部15、16的区域冻结的情况下，具有向形成有波形状部18、20的区域侧膨胀的空间。最后，水在形成有波形状部18、20的区域冻结的情况下，在第一流入口 9内具有膨胀的空间。因此，只要水以这样的顺序冻结，就始终具有膨胀的空间，不会因水冻结产生膨胀而向层叠方向施加力，传热板2、3之间被剥离而使板式换热器30损坏的可能性低。
[0107]以上，实施方式3的板式换热器30是改变方向地交替地层叠一种传热板而形成的，虽然设计的自由度低，但是在流体在板式换热器30内冻结的情况下，能够防止板式换热器30损坏。
[0108]实施方式4
[0109]在实施方式4中，对使用了板式换热器30的热泵装置100的回路结构的一例进行说明。
[0110]在热泵装置100中，作为制冷剂使用例如C02、R410A、HC等。虽然还具有如CO2这样的高压侧成为超临界区域的制冷剂，但在这里，以作为制冷剂使用R410A的情况为例进行说明。
[0111]图27是实施方式4的热泵装置100的回路结构图。
[0112]图28是关于图27所示的热泵装置100的制冷剂的状态的莫里尔线图。在图28中，横轴表示比洽，纵轴表示制冷剂压力。
[0113]热泵装置100是通过配管依次连接压缩机51、换热器52、膨胀机构53、接收器54、内部换热器55、膨胀机构56和换热器57而形成的，并具有供制冷剂循环的主制冷剂回路58。此外，在主制冷剂回路58中，在压缩机51的排出侧设置有四通阀59，能够切换制冷剂的循环方向。另外，在换热器57的附近设置有风扇60。另外，换热器52是上述实施方式中说明的板式换热器30。
[0114]而且，热泵装置100具有从接收器54和内部换热器55之间通过配管连接到压缩机51的喷射管的喷射回路62。在喷射回路62中依次连接有膨胀机构61、内部换热器55。
[0115]在换热器52上连接有供水循环的水回路63。此外，在水回路63上连接有热水器、暖气、地热等的散热器等利用水的装置。
[0116]首先，关于热泵装置100的制热运转时的工作进行说明。在制热运转时，四通阀59设定为实线方向。此外，该制热运转不仅是指空调所使用的制热，还包括向水提供热量来产生热水的热水供应。
[0117]通过压缩机51成为高温高压的气相制冷剂(图28的点I)从压缩机51被排出，在冷凝器即成为散热器的换热器52中被热交换而液化(图28的点2)。此时，通过从制冷剂散发的热量，加热在水回路63中循环的水，而用于制热或热水供应。
[0118]在换热器52中液化了的液相制冷剂在膨胀机构53中被减压而成为气液二相状态(图28的点3)。在膨胀机构53中成为气液二相状态的制冷剂在接收器54中与被吸入压缩机51的制冷剂进行热交换而被冷却液化(图28的点4)。在接收器54中被液化的液相制冷剂向主制冷剂回路58和喷射回路62分叉地流动。
[0119]在主制冷剂回路58中流动的液相制冷剂在内部换热器55中与被膨胀机构61减压而成为气液二相状态并在喷射回路62中流动的制冷剂进行热交换，进而被冷却(图28的点5)。在内部换热器55中被冷却的液相制冷剂在膨胀机构56中被减压成为气液二相状态(图28的点6)。在膨胀机构56中成为气液二相状态的制冷剂在成为蒸发器的换热器57中与外部空气进行热交换而被加热(图28的点7)。而且，在换热器57中被加热的制冷剂在接收器54中进一步被加热(图28的点8)，并被吸入压缩机51。
[0120]另一方面，在喷射回路62中流动的制冷剂如上所述地在膨胀机构61中被减压(图28的点9)，并在内部换热器55中进行热交换(图28的点10)。在内部换热器55中进行了热交换的气液二相状态的制冷剂(喷射制冷剂)保持气液二相状态地从压缩机51的喷射管流入压缩机51内。
[0121]在压缩机51中，从主制冷剂回路58被吸入的制冷剂(图28的点8)被压缩、加热到中间压(图28的点11)。喷射制冷剂(图28的点10)与被压缩、加热到中间压的制冷剂(图28的点11)合流，温度降低(图28的点12)。而且，温度降低的制冷剂(图28的点12)进一步被压缩、加热而成为高温高压，并被排出(图28的点1)。
[0122]此外，在不进行喷射运转的情况下，使膨胀机构61的开度成为全闭。也就是说，在进行喷射运转的情况下，膨胀机构61的开度变得比规定的开度大，但在进行喷射运转时，使膨胀机构61的开度比规定的开度小。由此，制冷剂不流入压缩机51的喷射管。
[0123]这里，膨胀机构61的开度通过微机等控制部并通过电子控制而被控制。
[0124]以下，对热泵装置100的制冷运转时的工作进行说明。在制冷运转时，四通阀59被设定为虚线方向。此外，该制冷运转不仅是指空调所使用的制冷，还包括从水夺取热量而生成冷水或冷冻等。
[0125]在压缩机51中成为高温高压的气相制冷剂(图28的点1)从压缩机51被排出，在冷凝器即成为散热器的换热器57中进行热交换而液化(图28的点2)。在换热器57中被液化了的液相制冷剂在膨胀机构56中被减压，成为气液二相状态(图28的点3)。在膨胀机构56中成为气液二相状态的制冷剂在内部换热器55中进行热交换，被冷却液化(图28的点4)。在内部换热器55中，在膨胀机构56中成为气液二相状态的制冷剂与在内部换热器55中被液化了的液相制冷剂在膨胀机构61中减压而成为气液二相状态的制冷剂(图28的点9)进行热交换。在内部换热器55中进行了热交换的液相制冷剂(图28的点4)向主制冷剂回路58和喷射回路62分叉地流动。
[0126]在主制冷剂回路58中流动的液相制冷剂在接收器54中与被吸入压缩机51的制冷剂进行热交换，进一步被冷却(图28的点5)。在接收器54中被冷却的液相制冷剂在膨胀机构53中被减压而成为气液二相状态(图28的点6)。在膨胀机构53中成为气液二相状态的制冷剂在成为蒸发器的换热器52中进行热交换，从而被加热(图28的点7)。此时，通过制冷剂吸热，在水回路63中循环的水被冷却，并被用于制冷或冷冻。
[0127]而且，在换热器52中被加热的制冷剂在接收器54中进一步被加热(图28的点8)，并被吸入压缩机51。
[0128]另一方面，在喷射回路62中流动的制冷剂如上所述地在膨胀机构61中被减压(图28的点9)，并在内部换热器55中进行热交换(图28的点10)。在内部换热器55中进行了热交换的气液二相状态的制冷剂(喷射制冷剂)保持气液二相状态地从压缩机51的喷射管流入。
[0129]关于压缩机51内的压缩工作，与制热运转时相同。
[0130]此外，在不进行喷射运转时，与制热运转时同样地，使膨胀机构61的开度成为全闭，制冷剂不流入压缩机51的喷射管。
[0131]附图标记的说明[0132] I加强用侧板，2、3传热板，4加强用侧板，5第一流入管，6第一流出管，7第二流入管，8第二流出管，9第一流入口，10第一流出口，11第二流入口，12第二流出口，13第一流路，14第二流路，15、16、18、19、20、21、22、23、24、25波形状部，17热交换流路，26、27阻滞区域，30板式换热器，51压缩机，52换热器，53膨胀机构，54接收器，55内部换热器，56膨胀机构，57换热器，58主制冷剂回路，59四通阀，60风扇，61膨胀机构，62喷射回路，100热泵装置。
【权利要求】
1.一种板式换热器，在该板式换热器中，四角设置有成为第一流体或第二流体的流出流入口的通路孔的矩形的第一板及第二板交替地层叠，供所述第一流体流动的第一流路和供所述第二流体流动的第二流路沿层叠方向交替地形成在相邻的所述第一板和所述第二板之间，其特征在于，所述第一流路是使从第一流入口流入的所述第一流体从第一流出口流出的流路，所述第一流入口是设置在所述第一板及所述第二板的长边方向的一侧的通路孔，所述第一流出口是设置在所述长边方向的另一侧的通路孔，在所述第一流入口和所述第一流出口之间，形成有使所述第一流体与在相邻的第二流路中流动的所述第二流体进行热交换的热交换流路，在所述第一板上，在所述热交换流路部分形成有第一波部，所述第一波部是在所述层叠方向上位移的波形状部，是从所述第一流入口侧朝向所述第一流出口侧反复出现多个顶部及底部的波形状部，另外，在上游侧相邻孔的所述热交换流路侧，形成有第二波部，所述上游侧相邻孔是设置在所述长边方向的所述一侧的通路孔，是与所述流入口不同的另一个通路孔，所述第二波部是在所述层叠方向上位移的波形状部，是与所述第一波部连接的波形状部，所述第一波部的顶部和所述第二波部的顶部形成为平面状，所述第一波部的顶部与所述第二波部的顶部相比，与波形状部的棱线垂直的方向上的宽度即顶宽更宽。
2.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，在所述第一板上，在所述流入口的所述热交换流路侧，形成有第三波部，所述第三波部是在所述层叠方向上位移的波形状部，是与所述第一波部连接的波形状部，所述第三波部的顶部形成为平面状，所述第三波部的顶部和所述第一波部的顶部的所述顶宽相同，或者，所述第三波部的顶部与所述第一波部的顶部相比，所述顶宽更宽。
3.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，`在所述第一板上，在下游侧相邻孔的所述热交换流路侧，形成有第四波部，所述下游侧相邻孔是设置在所述长边方向的所述另一侧的通路孔，是与所述流出口不同的另一个通路孔，所述第四波部是在所述层叠方向上位移的波形状部，是与所述第一波部连接的波形状部，所述第四波部的顶部形成为平面状，所述第四波部的顶部与所述第二波部的顶部相t匕，所述顶宽更宽，所述第四波部的顶部和所述第一波部的顶部的所述顶宽相同，或者，所述第四波部的顶部与所述第一波部的顶部相比，所述顶宽更窄。
4.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述第二波部是棱线以所述上游侧相邻孔为中心呈辐射状扩展的波形状部。
5.如权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，所述第三波部是棱线以所述上游侧相邻孔为中心呈辐射状扩展的波形状部。
6.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述第二流路是使从所述上游侧相邻孔流入的所述第二流体从下游侧相邻孔流出的流路，所述下游侧相邻孔是设置在所述长边方向的所述另一侧的通路孔，是与所述流出口不同的另一个通路孔。
7.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，在所述第二板上，当从层叠方向观察时，形成有底部与形成在所述第一板上的第一波部及第二波部的顶部重叠、且顶部与形成在所述第一板上的第一波部及第二波部的底部重叠的波形状部。
8.一种热泵装置，其特征在于，具有通过配管连接压缩机、第一换热器、膨胀机构和第二换热器而成的制冷剂回路， 与所述制冷剂回路连接的所述第一换热器是板式换热器，在该板式换热器中，四角设置有成为第一流体或第二流体的流出流入口的通路孔的矩形的第一板及第二板交替地层叠，供所述第一流体流动的第一流路和供所述第二流体流动的第二流路沿层叠方向交替地形成在相邻的所述第一板和所述第二板之间， 所述第一流路是使从第一流入口流入的所述第一流体从第一流出口流出的流路，所述第一流入口是设置在所述第一板及所述第二板的长边方向的一侧的通路孔，所述第一流出口是设置在所述长边方向的另一侧的通路孔，在所述第一流入口和所述第一流出口之间，形成有使所述第一流体与在相邻的第二流路中流动的所述第二流体进行热交换的热交换流路， 在所述第一板上，在所述热交换流路部分形成有第一波部，所述第一波部是在所述层叠方向上位移的波形状部，是从所述第一流入口侧朝向所述第一流出口侧反复出现多个顶部及底部的波形状部，另外，在上游侧相邻孔的所述热交换流路侧，形成有第二波部，所述上游侧相邻孔是设置在所述长边方向的所述一侧的通路孔，是与所述流入口不同的另一个通路孔，所述第二波部是在所述层叠方向上位移的波形状部，是与所述第一波部连接的波形状部， 所述第一波部的顶部和所述 第二波部的顶部形成为平面状，所述第一波部的顶部与所述第二波部的顶部相比，与波形状部的棱线垂直的方向上的宽度即顶宽更宽。
【文档编号】F28F3/04GK103688128SQ201180072256
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2011年7月13日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】伊东大辅 申请人:三菱电机株式会社