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WO2020075238A1 - プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置 - Google Patents

プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置 Download PDF

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WO2020075238A1
WO2020075238A1 PCT/JP2018/037720 JP2018037720W WO2020075238A1 WO 2020075238 A1 WO2020075238 A1 WO 2020075238A1 JP 2018037720 W JP2018037720 W JP 2018037720W WO 2020075238 A1 WO2020075238 A1 WO 2020075238A1
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WO
WIPO (PCT)
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refrigerant
water
flow path
hole
heat exchanger
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/037720
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English (en)
French (fr)
Inventor
博和 南迫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to PCT/JP2019/039230 priority patent/WO2020075630A1/ja
Priority to US17/265,445 priority patent/US20210231355A1/en
Priority to CN201980062298.XA priority patent/CN112771343A/zh
Priority to JP2020551096A priority patent/JP7019068B2/ja
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    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles

Definitions

  • the present invention relates to a plate heat exchanger and a heat pump device.
  • a heat pump device that uses a heat pump cycle
  • a heat pump device that heats water to supply hot water and air conditioning
  • heat exchange between the refrigerant circulating in the refrigerant circuit and the water flowing in the water circuit is performed by a plate-type water-refrigerant heat exchanger to heat the water in the water circuit.
  • a pressure relief valve may be provided in the water circuit (see, for example, Patent Document 1).
  • the temperature of the refrigerant that has entered the water circuit and adiabatically expanded may fall below the freezing point of the water.
  • water is changed to ice by mixing the refrigerant with a temperature below the freezing point of water and the water.
  • the pressure of the refrigerant drops and the refrigerant receives heat from the water, which causes the refrigerant to vaporize.
  • the fluid in which the minute ice is mixed with the refrigerant gas is discharged from the pressure relief valve. If this state continues, ice may gradually adhere to the flow passage in the pressure relief valve, the pressure relief valve may be closed, and water and refrigerant may not be discharged from the pressure relief valve.
  • An object of the present invention is to provide a plate heat exchanger and a heat pump device capable of performing the heat treatment.
  • the plate heat exchanger is provided with a first through hole, a second through hole, a third through hole, and a fourth through hole that penetrate in one direction, and the plate heat exchanger has one direction.
  • a plurality of heat transfer plates for exchanging heat a first through hole connected to the first through hole, for introducing a first fluid into the first flow path, and a second through hole for connecting the first fluid from the first flow path.
  • a connection port for connection with a pressure relief valve is provided, comprising a pair of end plates sandwiching the plurality of heat transfer plates in one direction, a.
  • the compressor, the plate heat exchanger, the expansion mechanism, and the heat source side heat exchanger are connected via a refrigerant pipe, and a refrigerant that circulates the refrigerant.
  • the circuit, the pump, the plate heat exchanger, and the use side heat exchanger are connected via the heat medium pipe, and the heat medium circuit for circulating the heat medium and the heat medium circuit in the plate heat exchanger And a pressure relief valve connected to a connection port provided in a branched manner.
  • the second fluid when the plate heat exchanger is damaged and the first flow path and the second flow path are in communication with each other, the second fluid leaks into the first flow path to cause the flow in the first flow path. Pressure rises and the pressure relief valve opens.
  • the pressure relief valve is provided separately from the first inlet for introducing the first fluid into the first flow passage and the first outlet for leading out the first fluid from the first flow passage, branching from the first flow passage. Is connected to the connection port. Therefore, the second fluid leaking to the first flow path is intensively discharged from the pressure relief valve without being mixed with the first fluid. Therefore, the solidified product of the first fluid can be prevented from closing the pressure relief valve, so that the second fluid leaked to the first flow channel can be more reliably discharged from the first flow channel via the pressure relief valve.
  • the pressure in the heat medium circuit increases due to the refrigerant leaking to the heat medium circuit.
  • the pressure relief valve opens. Since the pressure relief valve is connected to the connection port provided by branching from the heat medium circuit in the plate heat exchanger, the refrigerant leaking to the heat medium circuit hardly mixes the heat medium, Concentrated discharge from the pressure relief valve. Therefore, it is possible to prevent the solidified product of the heat medium from closing the pressure relief valve, so that the refrigerant leaked to the heat medium circuit can be more reliably discharged from the heat medium circuit via the pressure relief valve.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a figure which shows typically the flow of the fluid in the said plate-type heat exchanger. It is a figure which shows typically the flow of the fluid in the said plate-type heat exchanger when a refrigerant leaks. It is a figure which shows schematic structure of the heat pump apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a heat pump device 1 according to the present embodiment.
  • the heat pump device 1 includes a refrigerant circuit 10 that circulates a refrigerant, a water circuit (heat medium circuit) 20 that circulates water (heat medium), and a pressure relief valve 30.
  • a compressor 12 In the refrigerant circuit 10, a compressor 12, a plate heat exchanger 40, an expansion valve (expansion mechanism) 13, and an air heat exchanger (heat source side heat exchanger) 14 are connected via a refrigerant pipe 11. Have a configuration.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 10 has an ozone depletion potential (Ozone Depleting Potential; hereinafter referred to as “ODP”) and a global warming potential (Global Warming Potential; hereinafter, “GWP”).
  • ODP ozone Depleting Potential
  • GWP Global Warming Potential
  • a refrigerant having a low property of “.”) Is used.
  • Specific examples of such a refrigerant include R32, which has a lower GWP than R410A and R407C in HFC (hydrofluorocarbon) refrigerants, HFO (hydrofluoroolefin) refrigerants such as HFO-1234yf and HFO-1234ze, propane, and the like.
  • HC (hydrocarbon) type refrigerant such as butane is used.
  • the refrigerant described above has properties of low ODP and low GWP, but also has flammability. Further, the above-mentioned refrigerant may be used as a single refrigerant or may be used as a mixed refrigerant in which two or more kinds are mixed.
  • the compressor 12 compresses the sucked low-pressure refrigerant and discharges it as high-pressure refrigerant.
  • the compressor 12 includes an inverter device or the like, and the capacity of the compressor 12 (the amount of refrigerant discharged per unit time) can be changed by arbitrarily changing the drive frequency.
  • the plate heat exchanger 40 exchanges heat between the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 10 and the water flowing through the water circuit 20.
  • the detailed configuration of the plate heat exchanger 40 will be described later.
  • the expansion valve 13 adjusts the flow rate of the refrigerant and, for example, adjusts the pressure of the refrigerant flowing into the air heat exchanger 14 (pressure reduction).
  • the expansion valve 13 is an electronic expansion valve whose opening can be changed based on an instruction from a control device (not shown).
  • the air heat exchanger 14 exchanges heat between the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 10 and the air (outside air) blown by the fan.
  • the air heat exchanger 14 is a fin-and-tube heat exchanger made of, for example, copper or aluminum.
  • the heat pump device 1 defrosts the air heat exchanger 14 by causing the refrigerant circuit 10 to perform normal operation of heating the water flowing through the water circuit 20 and causing the refrigerant to flow in the opposite direction to the normal operation. It is configured to be able to perform a defrosting operation for performing.
  • a defrosting operation for performing.
  • the defrosting operation is required under the low temperature environment.
  • a four-way valve 15 is provided in the refrigerant circuit 10 to enable normal operation and defrosting operation.
  • the four-way valve 15 functions as a flow path switching device, and switches the flow direction of the refrigerant in the refrigerant circuit 10 between the normal operation and the defrosting operation.
  • the plate heat exchanger 40 also functions as a radiator (condenser) that heats the water flowing through the water circuit 20 during normal operation, and absorbs heat from the water in the water circuit 20 during defrosting operation (evaporator). Function as.
  • the air heat exchanger 14 functions as a heat absorber (evaporator) during normal operation, and functions as a radiator (condenser) during defrosting operation.
  • the heat pump device 1 is provided with the outdoor unit 51 accommodating the compressor 12, the four-way valve 15, the plate heat exchanger 40, the expansion valve 13, and the air heat exchanger 14 of the refrigerant circuit 10.
  • the outdoor unit 51 is installed outdoors.
  • the outdoor unit 51 is provided with a control device (not shown) that controls the operation of the refrigerant circuit 10. This control device controls, for example, driving of the compressor 12, switching of the flow path of the four-way valve 15, opening of the expansion valve 13, blowing of a fan of the air heat exchanger 14, and the like.
  • the flow direction of the refrigerant in the refrigerant circuit 10 during the normal operation is indicated by a solid arrow
  • the flow direction of the refrigerant during the defrosting operation is indicated by a dashed arrow.
  • the flow path of the refrigerant is switched by the four-way valve 15 as shown by the solid line, and the refrigerant circuit 10 is configured so that the high-temperature and high-pressure refrigerant flows through the plate heat exchanger 40. That is, during normal operation, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit 10 in the order of the compressor 12, the four-way valve 15, the plate heat exchanger 40, the expansion valve 13, the air heat exchanger 14, the four-way valve 15, and the compressor 12.
  • gas refrigerant gas-state refrigerant
  • the plate heat exchanger 40 heat exchange between the refrigerant flowing through the refrigerant flow path and the water flowing through the water flow path (first flow path) of the plate heat exchanger 40 is performed, and the condensation heat of the refrigerant is radiated to water. .
  • the refrigerant flowing into the plate heat exchanger 40 is condensed and becomes a high-pressure liquid-state refrigerant (hereinafter, referred to as “liquid refrigerant”).
  • liquid refrigerant high-pressure liquid-state refrigerant
  • the high-pressure liquid refrigerant condensed in the plate heat exchanger 40 flows into the expansion valve 13 and is decompressed to become a low-pressure two-phase refrigerant (hereinafter referred to as “two-phase refrigerant”).
  • the low-pressure two-phase refrigerant flows into the air heat exchanger 14.
  • heat exchange is performed between the refrigerant flowing inside and the air blown by the fan (outside air).
  • the refrigerant flowing into the air heat exchanger 14 absorbs heat from the air and evaporates to become a low-pressure gas refrigerant.
  • the low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 12 via the four-way valve 15.
  • the refrigerant sucked into the compressor 12 is compressed into a high-temperature and high-pressure gas refrigerant. The above cycle is repeated during normal operation.
  • the flow path of the refrigerant is switched by the four-way valve 15 as shown by the broken line, and the refrigerant circuit 10 is configured so that the high temperature and high pressure refrigerant flows through the air heat exchanger 14. That is, during the defrosting operation, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit 10 in this order through the compressor 12, the four-way valve 15, the air heat exchanger 14, the expansion valve 13, the plate heat exchanger 40, the four-way valve 15, and the compressor 12.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 12 flows into the air heat exchanger 14 via the four-way valve 15.
  • the refrigerant flows inside, so that the frost attached to the surface of the air heat exchanger 14 is heated by the condensation heat of the refrigerant and melted.
  • the refrigerant that has flowed into the air heat exchanger 14 is condensed into high-pressure liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant flowing out of the air heat exchanger 14 flows into the expansion valve 13, becomes a two-phase refrigerant, and flows into the plate heat exchanger 40.
  • the two-phase refrigerant flowing into the plate heat exchanger 40 absorbs heat from the water flowing through the water flow path in the plate heat exchanger 40 and evaporates to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant is sucked into the compressor 12 through the four-way valve 15 and is compressed into a high-temperature and high-pressure gas refrigerant. The above cycle is repeated during the defrosting operation.
  • the water circuit 20 has a configuration in which a pump 22, the plate heat exchanger 40 described above, and a heating terminal (use side heat exchanger) 23 are connected via a water pipe (heat medium pipe) 21. There is.
  • the water circulating in the water circuit 20 is, for example, pure water or tap water.
  • the pump 22 is a device that circulates in the water circuit 20 by applying pressure to the water in the water circuit 20.
  • the heating terminal 23 is installed indoors (indoors) and warms the space 60 that is the target of air conditioning.
  • the heating terminal 23 is, for example, a panel heater, a floor heating panel, or the like, and has a heat exchange section inside.
  • the water in the water circuit 20 heated in the plate heat exchanger 40 flows into the heat exchange section.
  • heat exchange is performed between the inflowing water and the air in the space 60, and heat is radiated from the water to the air in the space 60. This warms the space 60 and cools the water.
  • the water circuit 20 is further provided with an expansion tank 24 and a safety valve 25.
  • the expansion tank 24 is a device for controlling the pressure that changes due to a change in the volume of water in the water circuit 20 due to heating or the like within a certain range.
  • the expansion tank 24 is connected to a pipe branched from the water pipe 21 that connects the pump 22 and the heating terminal 23.
  • the safety valve 25 is provided as a protection device.
  • the safety valve 25 discharges the water in the water circuit 20 to the outside when the pressure in the water circuit 20 exceeds the pressure control range of the expansion tank 24 and becomes high.
  • the safety valve 25 is connected to a pipe branched from the water pipe 21 that connects the plate heat exchanger 40 and the heating terminal 23.
  • the heat pump device 1 is provided with the indoor unit 52 that houses the pump 22, the expansion tank 24, and the safety valve 25 of the water circuit 20.
  • the indoor unit 52 is installed indoors (indoors). Further, the indoor unit 52 is provided with a controller (not shown) that controls the operation of the water circuit 20 such as the driving of the pump 22.
  • the pressure relief valve 30 is connected to the plate heat exchanger 40. More specifically, the pressure relief valve 30 is connected to a connection port 48 of a plate heat exchanger 40 described later.
  • the connection port 48 is provided so as to branch from the water circuit 20 in the plate heat exchanger 40.
  • the pressure relief valve 30 is housed in the outdoor unit 51 together with the plate heat exchanger 40, and is arranged outdoors.
  • the pressure relief valve 30 automatically opens when the pressure of the water circuit 20 exceeds a predetermined set value due to leakage of the refrigerant from the refrigerant circuit 10 in the plate heat exchanger 40 to the water circuit 20, for example, and externally. Emit fluids such as water and refrigerant.
  • the pressure relief valve 30 is automatically closed to stop the discharge of the fluid.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the plate heat exchanger 40.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing the plate heat exchanger 40.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the plate heat exchanger 40 includes a plurality of heat transfer plates 41 and a pair of end plates 43A and 43B.
  • the plurality of heat transfer plates 41 are stacked in a predetermined one direction (hereinafter, referred to as “stacking direction”), and have a water flow path (first flow path) through which water (heat medium, first fluid) flows.
  • a refrigerant flow path (second flow path) through which a refrigerant (second fluid) is circulated is defined, and heat is exchanged between water in the water flow path and the refrigerant in the refrigerant flow path.
  • each heat transfer plate 41 is provided with four through holes that penetrate the stacking direction, that is, a first through hole 42A, a second through hole 42B, a third through hole 42C, and a fourth through hole 42D.
  • the heat transfer plate 41 is formed in a substantially rectangular plate shape when viewed from the stacking direction, and the first through hole 42A, the second through hole 42B, and the third through hole 42C are provided at the four corners of the substantially rectangular shape. And the 4th through-hole 42D is provided, respectively.
  • a heat transfer surface for heat exchange is formed, for example, a plurality of corrugated waveforms that are displaced in the stacking direction are formed in a V shape.
  • the heat transfer plate 41 is produced by pressing a metal plate such as a stainless steel plate.
  • the pair of end plates 43A and 43B sandwich a plurality of heat transfer plates 41 in the stacking direction.
  • the pair of end plates 43A and 43B are provided with a first inlet 44, a first outlet 45, a second inlet 46, a second outlet 47, and a connecting port 48.
  • the first introduction port 44 is connected to the first through hole 42A of the heat transfer plate 41 and is used to introduce water from the water pipe 21 into the water flow path.
  • the first outlet port 45 is connected to the second through hole 42B of the heat transfer plate 41 and is used to lead out water from the water flow path to the water pipe 21.
  • the second introduction port 46 is connected to the third through hole 42C of the heat transfer plate 41 and is used to introduce the refrigerant from the refrigerant pipe 11 into the refrigerant flow path.
  • the second outlet 47 is connected to the fourth through hole 42D of the heat transfer plate 41, and is used to lead out the refrigerant from the refrigerant flow path to the refrigerant pipe 11.
  • the pressure relief valve 30 is connected to the connection port 48.
  • the connection port 48 is connected to the second through hole 42B of the heat transfer plate 41 and is provided so as to branch from the water flow path. In the present embodiment, the connection port 48 is arranged at a position that is continuous with the second through hole 42B of the heat transfer plate 41 and that faces the first outlet port 45.
  • the refrigerant and water flows are described with reference to the normal operation for ease of description. Therefore, for example, during the defrosting operation, the refrigerant is introduced into the plate heat exchanger 40 from the second outlet 47 and is discharged from the second inlet 46.
  • the pair of end plates 43A and 43B are formed in a substantially rectangular plate shape when viewed from the stacking direction.
  • the second inlet port 46, the second outlet port 47, and the connection port 48 out of the four corners of the substantially rectangular shape are the third through hole 42C, the fourth through hole 42D, and the second through hole of the heat transfer plate 41. It is provided at each of the three corners corresponding to the position of 42B.
  • the first inlet 44 and the first outlet 45 are located at two corners of the substantially rectangular four corners corresponding to the positions of the first through hole 42A and the second through hole 42B of the heat transfer plate 41, respectively. It is provided.
  • connection port 48 is provided on an end plate different from the first inlet 44 and the first outlet 45. Further, each of the first inlet 44, the first outlet 45, the second inlet 46, the second outlet 47 and the connecting port 48 is provided with a cylindrical nozzle.
  • the plurality of heat transfer plates 41 and the pair of end plates 43A and 43B are superposed so that the edges of the outer peripheries thereof overlap, and are joined by brazing or the like. As a result, a water flow path and a refrigerant flow path are formed between the adjacent heat transfer plates 41. Further, in the state where the plurality of heat transfer plates 41 are overlapped, the water flow passages and the coolant flow passages are alternately arranged, the first through holes 42A and the second through holes 42B communicate with the water flow passages, and the third through holes 42C. Also, the fourth through hole 42D is configured to communicate with the refrigerant flow path.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the flow of fluid in the plate heat exchanger 40.
  • the flow of water in the plate heat exchanger 40 is shown by a solid line, and the flow of the refrigerant is shown by a broken line.
  • the water in the water circuit 20 is introduced into the plate heat exchanger 40 from the first inlet 44 and flows through the water flow path formed between the heat transfer plates 41. , Through the first outlet 45.
  • the refrigerant in the refrigerant circuit 10 is introduced into the plate heat exchanger 40 through the second inlet 46, flows through the refrigerant flow path formed between the heat transfer plates 41, and is led out through the second outlet 47. At this time, heat exchange is performed between the water flowing through the water flow path and the refrigerant flowing through the refrigerant flow path.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the flow of fluid in the plate heat exchanger 40 when the refrigerant leaks.
  • the heat transfer plate 41 may be damaged due to, for example, corrosion of the heat transfer plate 41 or metal fatigue fracture due to deterioration over time.
  • the refrigerant absorbs heat from the water, so the water is cooled.
  • the water temperature is low, the water flowing through the water circuit of the plate heat exchanger 40 may freeze.
  • the heat transfer plate 41 may be deformed and broken due to volume expansion when water freezes.
  • the pressure of water in the water circuit 20 is about 0.3 MPa
  • the pressure of the refrigerant in the refrigerant circuit 10 when flowing into the plate heat exchanger 40 is about 1.0 MPa. Therefore, since the pressure of the refrigerant is higher than the pressure of water, when the heat transfer plate 41 is damaged and the water flow path and the coolant flow path communicate with each other at the communication portion A as shown in FIG. The refrigerant flows into the water flow path through the communication portion A. As a result, the pressure in the water channel increases. When the pressure of the water flow path exceeds the set value of the pressure relief valve 30 connected to the connection port 48, the pressure relief valve 30 opens.
  • the refrigerant flowing into the water flow path from the communication portion A flows toward the pressure relief valve 30 while pushing the water existing between the communication portion A and the pressure relief valve 30, and discharges the water from the pressure relief valve 30. After the water is completely discharged, the pressure relief valve 30 discharges the refrigerant. At this time, there is a possibility that the refrigerant flowing from the communication part A into the water flow path may flow from the first inlet 44 or the first outlet 45 to the water circuit 20. However, since water is incompressible, the flow of the refrigerant to the first inlet 44 or the first outlet 45 is prevented by the water.
  • the path from the communication portion A through the first outlet 45 to the safety valve 25 is a pressure relief valve from the communication portion A. It is much longer than the path to 30 and the pressure loss is large, so that the possibility of the refrigerant flowing toward the safety valve 25 is very small. Therefore, after the pressure relief valve 30 is opened, almost all the refrigerant is discharged from the pressure relief valve 30. On the other hand, since the connection port 48 to which the pressure relief valve 30 is connected is provided separately from the first inlet port 44 and the first outlet port 45, the water in the water circuit 20 flowing into the water flow path is not released by the pressure relief valve.
  • the water can flow from the first inlet 44 through the water flow path to the first outlet 45.
  • the refrigerant prevents water from flowing to the pressure relief valve 30. Therefore, although the water existing between the communication portion A and the pressure relief valve 30 when the pressure relief valve 30 is opened is discharged from the pressure relief valve 30, most of the other water is discharged from the pressure relief valve 30. Is not discharged and flows from the first outlet 45 to the water circuit 20. In this way, the refrigerant that has flowed into the water flow path from the communication portion A is intensively discharged from the pressure relief valve 30 without being mixed with water.
  • the refrigerant that has flowed into the water channel is discharged from the first outlet together with the water in the water channel. Since the refrigerant flows to the water pipe toward the pressure relief valve, the refrigerant is discharged from the pressure relief valve together with water. For this reason, when the refrigerant cools the water, the water changes into ice and adheres to the flow path of the pressure relief valve, and closes the pressure relief valve.
  • the refrigerant that has flowed into the water flow path from the communicating portion A is discharged from the pressure relief valve 30 in a concentrated manner, with almost no mixing of water. Further, since the amount of water discharged from the pressure relief valve 30 is small, even if the refrigerant flowing from the communication portion A into the water flow path adiabatically expands to a temperature below the freezing point of water, the pressure relief valve 30 is closed. I can't let it happen. Therefore, since the pressure relief valve 30 can be prevented from being closed, the refrigerant leaked into the water flow channel can be more reliably discharged from the water flow channel via the pressure relief valve 30.
  • a compressor 12, a plate heat exchanger 40, an expansion valve 13, and an air heat exchanger 14 are connected via a refrigerant pipe 11 to circulate a refrigerant.
  • the circuit 10, the pump 22, the plate heat exchanger 40, and the heating terminal 23 are connected via a water pipe 21, and a water circuit 20 for circulating water and a water circuit 20 in the plate heat exchanger 40 are connected.
  • a pressure relief valve 30 connected to a connection port 48 provided by branching.
  • the refrigerant leaks to the water circuit 20 to increase the pressure in the water circuit 20,
  • the pressure relief valve 30 opens. Since the pressure relief valve 30 is connected to the connection port 48 provided by branching from the water circuit 20 in the plate heat exchanger 40, the refrigerant leaking to the water circuit 20 is almost mixed with water. Instead, it is exhausted intensively from the pressure relief valve 30. Therefore, since it is possible to prevent the ice generated by cooling the water by the refrigerant from closing the pressure relief valve 30, the refrigerant leaked to the water circuit 20 can be more reliably discharged from the water circuit 20 via the pressure relief valve 30. Can be discharged.
  • the plate heat exchanger 40 is provided with a first through hole 42A, a second through hole 42B, a third through hole 42C, and a fourth through hole 42D that penetrate in the stacking direction, A plurality of heat transfer plates 41 that are superposed in the stacking direction and partition a water flow passage for circulating water and a coolant flow passage for flowing a coolant, and exchange heat between the water in the water flow passage and the coolant in the coolant flow passage; A first introduction port 44 connected to the first through hole 42A for introducing water into the water passage, a first introduction port 45 connected to the second through hole 42B for leading out water from the water flow passage, A second introduction port 46 for introducing the refrigerant into the refrigerant passage, which is connected to the three through-holes 42C, a second outlet port 47 for leading out the refrigerant from the refrigerant passage, which is connected to the fourth through hole 42D, Pressure relief valve connected to the second through hole 42B and branched from the water flow path 0
  • the pressure relief valve 30 is a connection port that is provided separately from the water channel, apart from the first inlet port 44 for introducing water into the water channel and the first outlet port 45 for leading out water from the water channel. Connected to 48. Therefore, the refrigerant that has leaked to the water flow path is concentratedly discharged from the pressure relief valve 30 without being mixed with water. Therefore, it is possible to prevent the ice generated by cooling the water by the refrigerant from closing the pressure relief valve, so that the refrigerant leaked to the water channel is more reliably discharged from the water channel via the pressure relief valve 30. be able to.
  • the pressure relief valve 30 is located outdoors. For this reason, when the refrigerant is discharged from the pressure relief valve 30, the refrigerant is discharged outdoors without flowing into the room where the heating terminal 23, the indoor unit 52, etc. are installed. Possibility can be reduced. Further, when the refrigerant has flammability, the refrigerant does not flow into the indoor, so that the possibility that the refrigerant gas burns indoors can be reduced. Therefore, indoor safety can be improved.
  • connection port 48 is arranged at a position which is continuous with the second through hole 42B of the heat transfer plate 41 and faces the first outlet port 45, but is not limited to this.
  • the connection port 48 may be arranged at a position which is continuous with the first through hole 42A and faces the first introduction port 44.
  • the end plate 43A is provided with the second introduction port 46, the second derivation port 47, and the connection port 48, and the end plate 43B is provided with the first introduction port 44 and the first derivation port 45.
  • the arrangement of each inlet and each outlet is not limited to this.
  • the end plate 43A may be provided with only the connection port 48, and the end plate 43B may be provided with the first inlet port 44, the first outlet port 45, the second inlet port 46, and the second outlet port 47. .
  • the plate heat exchanger 40 is housed in the outdoor unit 51 and arranged outdoors, but the invention is not limited to this.
  • the plate heat exchanger 40 may not be housed in the outdoor unit 51 but may be placed outdoors alone. Further, the plate heat exchanger 40 may be placed indoors.
  • the pressure relief valve 30 connected to the plate heat exchanger 40 does not have to be arranged outdoors, and is a discharge for discharging a fluid such as a refrigerant discharged from the pressure relief valve 30 to the outdoors. It suffices that the working pipe is connected to the pressure relief valve 30.
  • the heat medium may be, for example, an antifreeze liquid such as ethylene glycol, or may be water mixed with the antifreeze liquid.
  • the heating side heat exchanger connected to the heat medium circuit is the heating terminal 23, but the present invention is not limited to this.
  • the utilization side heat exchanger may be, for example, a hot water storage tank or the like having a heat exchange section inside to generate and retain hot water.
  • the safety valve 25 is provided in the water circuit 20, but the safety valve 25 is not limited to this, and the safety valve 25 may not be provided in the water circuit 20.
  • the pressure relief valve 30 since the pressure relief valve 30 is connected to the water circuit 20 as shown in FIG. 1, the pressure relief valve 30 can also function as the safety valve 25. That is, for example, even when an abnormal pressure rise occurs in the water circuit 20 due to a cause other than the leakage of the refrigerant in the plate heat exchanger 40, the pressure relief valve 30 opens to remove the water in the water circuit 20 to the outside. By discharging to, it is possible to protect parts and equipment of the water circuit 20 from water pressure breakage.
  • the water circuit 20 When the water circuit 20 is provided with the safety valve 25, the water circuit 20 is protected against water pressure breakage by both the pressure relief valve 30 and the safety valve 25. Therefore, the reliability of the water circuit 20 against water pressure breakage can be improved. For example, even if one of the pressure relief valve 30 and the safety valve 25 fails, the other can protect the water circuit 20. Further, in this case, for example, by setting the setting value of the safety valve 25 to be slightly higher than the setting value of the pressure relief valve 30, the safety valve 25 is released when the refrigerant leaks in the plate heat exchanger 40 and the pressure rises. Instead, the pressure relief valve 30 may be more surely opened.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the heat pump device 2.
  • symbol is attached
  • the heat pump device 2 according to the present embodiment differs from the heat pump device 1 according to the first embodiment in that a check valve 26 is provided in the water circuit 20. As shown in FIG. 7, the check valve 26 is provided in the water circuit 20 between the pump 22 and the plate heat exchanger 40. The check valve 26 always keeps the flow of water in the water circuit 20 in the direction from the pump 22 to the plate heat exchanger 40, and prevents backflow. Further, in the present embodiment, the check valve 26 is housed in the indoor unit 52.

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Abstract

このプレート式熱交換器は、一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流路と第二流路とを区画する複数の伝熱プレートと、第一貫通孔に連なる、第一流路に第一流体を導入する第一導入口と、第二貫通孔に連なる、第一流路から第一流体を導出する第一導出口と、第三貫通孔に連なる、第二流路に第二流体を導入する第二導入口と、第四貫通孔に連なる、第二流路から第二流体を導出する第二導出口と、第二貫通孔に連なり第一流路から分岐した、圧力逃がし弁と接続するための接続口と、が設けられ、複数の伝熱プレートを一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、を備える。

Description

プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置
　本発明は、プレート式熱交換器およびヒートポンプ装置に関する。
　従来、ヒートポンプサイクルを利用するヒートポンプ装置として、水を加熱し、給湯や空気調和を行うヒートポンプ装置が知られている。このようなヒートポンプ装置では、冷媒回路を循環する冷媒と水回路を流れる水との熱交換をプレート式の水冷媒熱交換器で行い、水回路内の水を加熱している。ここで、加熱によって水が膨張することがあるため、水回路内に圧力逃がし弁が設けられることがある（例えば特許文献１参照）。
日本国特許第５２４６０４１号公報（段落００１７、図２）
　水冷媒熱交換器（プレート式熱交換器）が損傷して水回路（第一流路、熱媒体回路）と冷媒回路（第二流路）とが連通した場合、水（第一流体、熱媒体）よりも圧力の高い冷媒（第二流体）が水回路に漏洩する。通常、冷媒が水回路に漏洩した場合には、水回路の圧力が上昇するので、水回路の部品や配管を保護するために水回路の圧力逃がし弁が開き、圧力逃がし弁から水および冷媒が排出される。このとき、水回路に漏洩した冷媒の圧力は水回路の圧力と同じになり、水回路の圧力は圧力逃がし弁の設定圧力となる。ここで、圧力逃がし弁の設定圧力によっては、水回路に流入して断熱膨張した冷媒の温度が水の凝固点を下回る場合がある。この場合、水の凝固点を下回る温度の冷媒と水とが混合することで、水は氷に変化する。加えて、冷媒の圧力が低下すること、および冷媒が水から熱を受け取ることによって、冷媒が気化する。その結果、冷媒ガスに微小な氷が混合した流体が圧力逃がし弁から排出される。この状態が継続することで、圧力逃がし弁内の流路に徐々に氷が付着して圧力逃がし弁が閉塞し、圧力逃がし弁から水および冷媒を排出することができなくなる可能性がある。
　本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、圧力逃がし弁の閉塞を防止し、第一流路に漏洩した第二流体をより確実に第一流路から圧力逃がし弁を介して排出することが可能なプレート式熱交換器およびヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様によれば、プレート式熱交換器は、一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、一方向に重ね合わせられ、第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とを区画し、第一流路内の第一流体と第二流路内の第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、第一貫通孔に連なる、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口と、第二貫通孔に連なる、第一流路から第一流体を導出するための第一導出口と、第三貫通孔に連なる、第二流路に第二流体を導入するための第二導入口と、第四貫通孔に連なる、第二流路から第二流体を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔のいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した、圧力逃がし弁と接続するための接続口と、が設けられ、複数の伝熱プレートを一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、を備える。
　本発明の第二の態様によれば、ヒートポンプ装置は、圧縮機と、プレート式熱交換器と、膨張機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、ポンプと、プレート式熱交換器と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、プレート式熱交換器内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口に接続された圧力逃がし弁と、を備える。
　上記のプレート式熱交換器によれば、プレート式熱交換器が損傷して第一流路と第二流路とが連通した場合、第二流体が第一流路に漏洩することによって第一流路内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁が開く。圧力逃がし弁は、第一流路に第一流体を導入するための第一導入口および第一流路から第一流体を導出するための第一導出口とは別に、第一流路から分岐して設けられた接続口に接続される。このため、第一流路に漏洩した第二流体は、第一流体がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁から集中的に排出される。したがって、第一流体の凝固物が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、第一流路に漏洩した第二流体をより確実に第一流路から圧力逃がし弁を介して排出することができる。
　また、上記のヒートポンプ装置によれば、プレート式熱交換器が損傷して冷媒回路と熱媒体回路とが連通した場合、冷媒が熱媒体回路に漏洩することによって熱媒体回路内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁が開く。圧力逃がし弁は、プレート式熱交換器内の熱媒体回路から分岐して設けられた接続口に接続されているので、熱媒体回路に漏洩した冷媒は、熱媒体がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁から集中的に排出される。したがって、熱媒体の凝固物が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、熱媒体回路に漏洩した冷媒をより確実に熱媒体回路から圧力逃がし弁を介して排出することができる。
本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器を模式的に示す分解斜視図である。 前記プレート式熱交換器を模式的に示す正面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 前記プレート式熱交換器内の流体の流れを模式的に示す図である。 冷媒が漏洩した場合の前記プレート式熱交換器内の流体の流れを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の概略構成を示す図である。
　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１について、図１から図６を参照して説明する。各図において同一または相当する部分には同一の符号を付している。
　図１は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、ヒートポンプ装置１は、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、水（熱媒体）を循環させる水回路（熱媒体回路）２０と、圧力逃がし弁３０と、を備える。
　冷媒回路１０は、圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張弁（膨張機構）１３と、空気熱交換器（熱源側熱交換器）１４とが冷媒配管１１を介して接続された構成を有している。
　冷媒回路１０を循環する冷媒には、環境に対する負荷を考慮して、オゾン層破壊係数（Ｏｚｏｎｅ　Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；以下、「ＯＤＰ」と称する。）および地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ　Ｗａｒｍｉｎｇ　Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；以下、「ＧＷＰ」と称する。）の低い性質を有する冷媒が用いられる。このような冷媒として、具体的には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒においてＲ４１０ＡやＲ４０７ＣよりもＧＷＰが低いＲ３２や、ＨＦＯ－１２３４ｙｆやＨＦＯ－１２３４ｚｅ等のＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）系冷媒、プロパンやブタン等のＨＣ（ハイドロカーボン）系冷媒等が用いられる。上述した冷媒は、低ＯＤＰおよび低ＧＷＰの性質を有しているが、可燃性も有している。また、上述した冷媒は、単一冷媒として用いられてもよいし、２種以上が混合された混合冷媒として用いられてもよい。
　圧縮機１２は、吸入した低圧の冷媒を圧縮し、高圧の冷媒として吐出する。本実施の形態では、圧縮機１２は、インバータ装置等を備え、駆動周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１２の容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。
　プレート式熱交換器４０は、冷媒回路１０を流れる冷媒と水回路２０を流れる水との熱交換を行う。プレート式熱交換器４０の詳細な構成については後述する。
　膨張弁１３は、冷媒の流量を調整し、例えば空気熱交換器１４に流入する冷媒の圧力調整（減圧）を行う。本実施の形態では、膨張弁１３は、不図示の制御装置からの指示に基づいて、開度を変化させることが可能な電子膨張弁が用いられている。
　空気熱交換器１４は、冷媒回路１０を流れる冷媒と、ファンによって送風される空気（外気）との熱交換を行う。本実施の形態では、空気熱交換器１４は、例えば銅やアルミニウム等で構成されるフィンアンドチューブ熱交換器である。
　本実施の形態では、ヒートポンプ装置１は、冷媒回路１０において、水回路２０を流れる水を加熱する通常運転と、通常運転に対して冷媒を逆方向に流通させて空気熱交換器１４の除霜を行う除霜運転とを行うことができるように構成されている。外気が低温の環境下で通常運転を行うと、空気熱交換器１４に結露した水が氷結して、空気熱交換器１４の表面に霜が付着する場合がある。この霜は通常運転を継続することで成長し、空気熱交換器１４の熱交換効率を低下させる。このため、低温環境下では、除霜運転が必要となる。
　具体的に、通常運転と除霜運転とを可能にするため、冷媒回路１０には四方弁１５が設けられている。四方弁１５は、流路切替え装置として機能し、通常運転時と除霜運転時とで冷媒回路１０内の冷媒の流れ方向を切り替える。また、プレート式熱交換器４０は、通常運転時には水回路２０を流れる水を加熱する放熱器（凝縮器）として機能し、除霜運転時には水回路２０の水から吸熱する吸熱器（蒸発器）として機能する。空気熱交換器１４は、通常運転時には吸熱器（蒸発器）として機能し、除霜運転時には放熱器（凝縮器）として機能する。
　また、本実施の形態では、ヒートポンプ装置１には、冷媒回路１０の圧縮機１２、四方弁１５、プレート式熱交換器４０、膨張弁１３および空気熱交換器１４を収容した室外機５１が設けられている。室外機５１は、屋外に設置されている。また、室外機５１には、冷媒回路１０の動作を制御する、不図示の制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば、圧縮機１２の駆動、四方弁１５の流路切替え、膨張弁１３の開度、空気熱交換器１４のファンの送風等を制御する。
　次に、冷媒回路１０の動作の例について図１を参照して説明する。図１において、冷媒回路１０における通常運転時の冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、除霜運転時の冷媒の流れ方向を破線の矢印で示している。
　通常運転時には、四方弁１５によって冷媒の流路が実線で示すように切り替えられ、プレート式熱交換器４０に高温高圧の冷媒が流れるように冷媒回路１０が構成される。すなわち、通常運転時には、冷媒回路１０において圧縮機１２、四方弁１５、プレート式熱交換器４０、膨張弁１３、空気熱交換器１４、四方弁１５、圧縮機１２の順に冷媒が循環する。
　圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒（以下、「ガス冷媒」と称する。）は、四方弁１５を経てプレート式熱交換器４０の冷媒流路（第二流路）に流入する。プレート式熱交換器４０では、冷媒流路を流れる冷媒とプレート式熱交換器４０の水流路（第一流路）を流れる水との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が水に放熱される。これにより、プレート式熱交換器４０に流入した冷媒は、凝縮して高圧の液状態の冷媒（以下、「液冷媒」と称する。）となる。プレート式熱交換器４０の水流路を流れる水は、冷媒からの放熱によって加熱される。
　プレート式熱交換器４０で凝縮した高圧の液冷媒は、膨張弁１３に流入し、減圧されて低圧の二相状態の冷媒（以下、「二相冷媒」と称する。）となる。低圧の二相冷媒は、空気熱交換器１４に流入する。空気熱交換器１４では、内部を流通する冷媒と、ファンにより送風される空気（外気）との熱交換が行われる。これにより、空気熱交換器１４に流入した冷媒は、空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四方弁１５を経て圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２に吸入された冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。通常運転時には、以上のサイクルが繰り返される。
　除霜運転時には、四方弁１５によって冷媒の流路が破線で示すように切り替えられ、空気熱交換器１４に高温高圧の冷媒が流れるように冷媒回路１０が構成される。すなわち、除霜運転時には、冷媒回路１０において圧縮機１２、四方弁１５、空気熱交換器１４、膨張弁１３、プレート式熱交換器４０、四方弁１５、圧縮機１２の順に冷媒が循環する。
　圧縮機１２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１５を経て空気熱交換器１４に流入する。空気熱交換器１４では、冷媒が内部を流通することで、空気熱交換器１４の表面に付着した霜が冷媒の凝縮熱により加熱されて溶融する。空気熱交換器１４に流入した冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。空気熱交換器１４から流出した液冷媒は、膨張弁１３に流入して二相冷媒となり、プレート式熱交換器４０に流入する。プレート式熱交換器４０に流入した二相冷媒は、プレート式熱交換器４０において水流路を流れる水から吸熱して蒸発し、ガス冷媒となる。ガス冷媒は、四方弁１５を経て圧縮機１２に吸入され、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。除霜運転時には、以上のサイクルが繰り返される。
　水回路２０は、ポンプ２２と、上述のプレート式熱交換器４０と、暖房端末（利用側熱交換器）２３とが水配管（熱媒体配管）２１を介して接続された構成を有している。水回路２０を循環する水は、例えば純水や水道水等である。
　ポンプ２２は、水回路２０内の水に圧力を与えて水回路２０内を循環させる装置である。暖房端末２３は、室内（屋内）に設置され、空気調和を行う対象である空間６０を暖める。本実施の形態では、暖房端末２３は、例えばパネルヒーターや床暖房パネル等であり、内部に熱交換部を有している。この熱交換部内に、プレート式熱交換器４０において加熱された水回路２０の水が流入する。暖房端末２３の熱交換部では、流入した水と空間６０の空気との熱交換が行われ、水から空間６０の空気に放熱される。これにより、空間６０が暖められるとともに、水が冷却される。
　本実施の形態では、水回路２０には、膨張タンク２４と、安全弁２５と、がさらに設けられている。膨張タンク２４は、加熱等に伴う水回路２０内の水の容積変化により変化する圧力を一定範囲内に制御するための装置である。膨張タンク２４は、ポンプ２２と暖房端末２３とを接続する水配管２１から分岐した配管に接続されている。安全弁２５は、保護装置として設けられている。安全弁２５は、水回路２０の圧力が膨張タンク２４の圧力制御範囲を超えて高くなった場合に、水回路２０内の水を外部へ放出する。安全弁２５は、プレート式熱交換器４０と暖房端末２３とを接続する水配管２１から分岐した配管に接続されている。
　また、本実施の形態では、ヒートポンプ装置１には、水回路２０のポンプ２２、膨張タンク２４および安全弁２５を収容した室内機５２が設けられている。室内機５２は、室内（屋内）に設置されている。また、室内機５２には、ポンプ２２の駆動等の水回路２０の動作を制御する、不図示の制御装置が設けられている。
　圧力逃がし弁３０は、プレート式熱交換器４０に接続されている。より具体的には、圧力逃がし弁３０は、後述するプレート式熱交換器４０の接続口４８に接続されている。接続口４８は、プレート式熱交換器４０内の水回路２０から分岐して設けられている。本実施の形態では、圧力逃がし弁３０は、プレート式熱交換器４０とともに室外機５１に収容されて、屋外に配置されている。圧力逃がし弁３０は、例えばプレート式熱交換器４０内の冷媒回路１０から水回路２０に冷媒が漏洩することによって、水回路２０の圧力が予め定めた設定値を超えると自動的に開き、外部に水や冷媒等の流体を放出する。流体の放出によって水回路２０の圧力が設定値以下となると圧力逃がし弁３０は自動的に閉じ、流体の放出を停止する。
　次に、プレート式熱交換器４０の構成について図２から図６を参照して説明する。図２は、プレート式熱交換器４０を模式的に示す分解斜視図である。図３は、プレート式熱交換器４０を模式的に示す正面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。
　図２および図４に示すように、プレート式熱交換器４０は、複数の伝熱プレート４１と、一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂと、を備える。
　複数の伝熱プレート４１は、所定の一方向（以下、「積層方向」と称する。）に重ね合わせられており、水（熱媒体、第一流体）を流通させる水流路（第一流路）と冷媒（第二流体）を流通させる冷媒流路（第二流路）とを区画し、水流路内の水と冷媒流路内の冷媒とを熱交換させる構成を有している。また、各伝熱プレート４１には、積層方向に貫通する４つの貫通孔である第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが設けられている。本実施の形態では、伝熱プレート４１は、積層方向から見て略矩形の板状に形成されており、略矩形の四隅に第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄがそれぞれ設けられている。伝熱プレート４１の表面には、例えば積層方向に変位する波形がＶ字状に複数列形成された、熱交換のための伝熱面が形成されている。伝熱プレート４１は、例えばステンレス鋼板等の金属プレートをプレス加工することによって作製される。
　一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂは、複数の伝熱プレート４１を積層方向に挟み込んでいる。また、一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂには、第一導入口４４と、第一導出口４５と、第二導入口４６と、第二導出口４７と、接続口４８と、が設けられている。第一導入口４４は、伝熱プレート４１の第一貫通孔４２Ａに連なっており、水配管２１から水流路に水を導入するために用いられる。第一導出口４５は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なっており、水流路から水配管２１に水を導出するために用いられる。第二導入口４６は、伝熱プレート４１の第三貫通孔４２Ｃに連なっており、冷媒配管１１から冷媒流路に冷媒を導入するために用いられる。第二導出口４７は、伝熱プレート４１の第四貫通孔４２Ｄに連なっており、冷媒流路から冷媒配管１１に冷媒を導出するために用いられる。接続口４８には、圧力逃がし弁３０が接続されている。また、接続口４８は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なり水流路から分岐して設けられている。本実施の形態では、接続口４８は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なって第一導出口４５と対向する位置に配置されている。なお、上述の説明では、説明を容易にするため、通常運転時を基準とした冷媒および水の流れを記載している。したがって、例えば除霜運転時では、冷媒は第二導出口４７からプレート式熱交換器４０に導入され、第二導入口４６から導出されることになる。
　本実施の形態では、図２から図４に示すように、一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂは、積層方向から見て略矩形の板状に形成されている。エンドプレート４３Ａには、第二導入口４６、第二導出口４７および接続口４８が略矩形の四隅のうち、伝熱プレート４１の第三貫通孔４２Ｃ、第四貫通孔４２Ｄおよび第二貫通孔４２Ｂの位置に対応する三隅にそれぞれ設けられている。エンドプレート４３Ｂには、第一導入口４４および第一導出口４５が略矩形の四隅のうち、伝熱プレート４１の第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂの位置に対応する二隅にそれぞれ設けられている。よって、接続口４８は、第一導入口４４および第一導出口４５とは異なるエンドプレートに設けられている。また、第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６、第二導出口４７および接続口４８には、円筒状のノズルがそれぞれ設けられている。
　複数の伝熱プレート４１および一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂは、各々の外周の縁が重なるように重ね合わせられて、ろう付け等により接合されている。これにより、隣り合う伝熱プレート４１の間に水流路および冷媒流路がそれぞれ形成されている。また、複数の伝熱プレート４１を重ね合わせた状態では、水流路および冷媒流路が交互に配置され、第一貫通孔４２Ａおよび第二貫通孔４２Ｂが水流路と連通し、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが冷媒流路と連通するように構成されている。
　図５は、プレート式熱交換器４０内の流体の流れを模式的に示す図である。図５では、プレート式熱交換器４０内の水の流れを実線で示し、冷媒の流れを破線で示している。通常運転時は、図５に示すように、水回路２０の水は、第一導入口４４からプレート式熱交換器４０に導入され、各伝熱プレート４１間に形成された水流路を流通し、第一導出口４５から導出される。冷媒回路１０の冷媒は、第二導入口４６からプレート式熱交換器４０に導入され、各伝熱プレート４１間に形成された冷媒流路を流通し、第二導出口４７から導出される。このとき、水流路を流れる水と冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
　次に、プレート式熱交換器４０内で冷媒が水流路に漏洩した場合の動作について、図６を参照して説明する。図６は、冷媒が漏洩した場合のプレート式熱交換器４０内の流体の流れを模式的に示す図である。プレート式熱交換器４０では、例えば伝熱プレート４１の腐食や経年劣化による金属疲労破断等によって、伝熱プレート４１が破損する可能性が考えられる。また、例えば、除霜運転の際にプレート式熱交換器４０では冷媒は水から吸熱するので、水が冷却される。このとき、水温が低い場合には、プレート式熱交換器４０の水回路を流れる水が凍る可能性がある。この場合、水が凍る際の体積膨張によって伝熱プレート４１が変形し、破断する可能性が考えられる。
　通常運転時には、例えば、水回路２０の水の圧力は０．３ＭＰａ程度であるに対して、プレート式熱交換器４０に流入する際の冷媒回路１０の冷媒の圧力は１．０ＭＰａ程度である。このため、冷媒の圧力が水の圧力よりも大きいので、図６に示すように伝熱プレート４１が破損して水流路と冷媒流路とが連通部分Ａで連通した場合、冷媒流路を流れる冷媒が連通部分Ａを通って水流路に流入する。これにより、水流路の圧力が上昇する。水流路の圧力が接続口４８に接続された圧力逃がし弁３０の設定値を超えると、圧力逃がし弁３０が開く。
　連通部分Ａから水流路に流入した冷媒は、連通部分Ａと圧力逃がし弁３０との間に存在する水を押しながら、圧力逃がし弁３０に向かって流れ、圧力逃がし弁３０から水を排出する。水の排出が完了した後、圧力逃がし弁３０から冷媒が排出される。このとき、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒が第一導入口４４または第一導出口４５から水回路２０へ流れる可能性も考えられる。しかし、水は非圧縮性であるため、冷媒が第一導入口４４または第一導出口４５へ流れることは水によって妨げられる。また、仮に安全弁２５が開いており安全弁２５から水や冷媒を放出可能な状態であっても、連通部分Ａから第一導出口４５を通って安全弁２５までの経路は連通部分Ａから圧力逃がし弁３０までの経路よりもはるかに長く、圧力損失が大きくなるため、冷媒が安全弁２５に向かって流れる可能性は非常に小さい。このため、圧力逃がし弁３０が開いた後は、ほぼ全ての冷媒が圧力逃がし弁３０から排出される。その一方で、圧力逃がし弁３０が接続された接続口４８は第一導入口４４および第一導出口４５とは別に設けられているので、水流路に流れ込む水回路２０の水は、圧力逃がし弁３０が開いた後も、第一導入口４４から水流路を通って第一導出口４５に流れることができる。加えて、水の圧力は圧力逃がし弁３０に向かって流れる冷媒の圧力よりも低いため、水が圧力逃がし弁３０へ流れることは冷媒によって妨げられる。このため、圧力逃がし弁３０が開いたときに連通部分Ａと圧力逃がし弁３０との間に存在した水は圧力逃がし弁３０から排出されるものの、これ以外の水はほとんどが圧力逃がし弁３０からは排出されずに、第一導出口４５から水回路２０へ流れる。このようにして、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。
　従来の構成のように、例えばプレート式熱交換器の下流の水回路に圧力逃がし弁が設けられている場合には、水流路に流入した冷媒は水流路の水と一緒に第一導出口から水配管に流れて圧力逃がし弁に向かうので、冷媒は水を伴って圧力逃がし弁から排出される。このため、冷媒が水を冷却することによって水が氷に変化して圧力逃がし弁の流路に付着していき、圧力逃がし弁を閉塞させてしまう。一方で、本実施の形態に係る構成では、上述したように、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。また、圧力逃がし弁３０から排出される水は少量であるので、連通部分Ａから水流路に流入した冷媒が断熱膨張して水の凝固点を下回る温度になったとしても、圧力逃がし弁３０を閉塞させるには至らない。したがって、圧力逃がし弁３０の閉塞を防止できるので、水流路に漏洩した冷媒をより確実に水流路から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる。
　本実施の形態に係るヒートポンプ装置１は、圧縮機１２と、プレート式熱交換器４０と、膨張弁１３と、空気熱交換器１４とが冷媒配管１１を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、ポンプ２２と、プレート式熱交換器４０と、暖房端末２３とが水配管２１を介して接続され、水を循環させる水回路２０と、プレート式熱交換器４０内の水回路２０から分岐して設けられた接続口４８に接続された圧力逃がし弁３０と、を備える。
　上述した構成によれば、プレート式熱交換器４０が損傷して冷媒回路１０と水回路２０とが連通した場合、冷媒が水回路２０に漏洩することによって水回路２０内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁３０が開く。圧力逃がし弁３０は、プレート式熱交換器４０内の水回路２０から分岐して設けられた接続口４８に接続されているので、水回路２０に漏洩した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。したがって、水が冷媒に冷却されることによって生成される氷が圧力逃がし弁３０を閉塞させることを防止できるので、水回路２０に漏洩した冷媒をより確実に水回路２０から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる。
　また、本実施の形態に係るプレート式熱交換器４０は、積層方向に貫通する第一貫通孔４２Ａ、第二貫通孔４２Ｂ、第三貫通孔４２Ｃおよび第四貫通孔４２Ｄが各々に設けられ、積層方向に重ね合わせられ、水を流通させる水流路と冷媒を流通させる冷媒流路とを区画し、水流路内の水と冷媒流路内の冷媒とを熱交換させる複数の伝熱プレート４１と、第一貫通孔４２Ａに連なる、水流路に水を導入するための第一導入口４４と、第二貫通孔４２Ｂに連なる、水流路から水を導出するための第一導出口４５と、第三貫通孔４２Ｃに連なる、冷媒流路に冷媒を導入するための第二導入口４６と、第四貫通孔４２Ｄに連なる、冷媒流路から冷媒を導出するための第二導出口４７と、第二貫通孔４２Ｂに連なり水流路から分岐した、圧力逃がし弁３０と接続するための接続口４８と、が設けられ、複数の伝熱プレート４１を積層方向に挟み込む一対のエンドプレート４３Ａ、４３Ｂと、を備える。
　上述した構成によれば、プレート式熱交換器４０が損傷して水流路と冷媒流路とが連通した場合、冷媒が水流路に漏洩することによって水流路内の圧力が上昇し、圧力逃がし弁３０が開く。圧力逃がし弁３０は、水流路に水を導入するための第一導入口４４および水流路から水を導出するための第一導出口４５とは別に、水流路から分岐して設けられた接続口４８に接続される。このため、水流路に漏洩した冷媒は、水がほとんど混合されることなく、圧力逃がし弁３０から集中的に排出される。したがって、水が冷媒に冷却されることによって生成される氷が圧力逃がし弁を閉塞させることを防止できるので、水流路に漏洩した冷媒をより確実に水流路から圧力逃がし弁３０を介して排出することができる。
　また、圧力逃がし弁３０は、屋外に配置されている。このため、冷媒を圧力逃がし弁３０から排出する場合に、暖房端末２３や室内機５２等が設置された屋内に冷媒が流入することなく屋外に放出されるので、屋内での冷媒ガスによる窒息の可能性を低減することができる。さらに、冷媒が可燃性を有する場合には、屋内に冷媒が流入しないので、屋内で冷媒ガスが燃焼する可能性を低減することができる。したがって、屋内での安全性を高めることができる。
　なお、本実施の形態では、接続口４８は、伝熱プレート４１の第二貫通孔４２Ｂに連なって第一導出口４５と対向する位置に配置されているとしたが、これに限らない。接続口４８は、第一貫通孔４２Ａに連なって第一導入口４４と対向する位置に配置されていてもよい。また、エンドプレート４３Ａに、第二導入口４６、第二導出口４７および接続口４８が設けられており、エンドプレート４３Ｂに、第一導入口４４および第一導出口４５が設けられているとしたが、各導入口および各導出口の配置はこれに限らない。例えば、エンドプレート４３Ａに、接続口４８のみが設けられ、エンドプレート４３Ｂに、第一導入口４４、第一導出口４５、第二導入口４６および第二導出口４７が設けられていてもよい。
　また、プレート式熱交換器４０は、室外機５１に収容されて、屋外に配置されているとしたが、これに限らない。プレート式熱交換器４０は、室外機５１には収容されずに、単独で屋外に配置されていてもよい。また、プレート式熱交換器４０は、屋内に配置されていてもよい。この場合に、プレート式熱交換器４０に接続された圧力逃がし弁３０は、屋外に配置されていなくてもよく、圧力逃がし弁３０から排出される冷媒等の流体を屋外へ放出するための放出用配管が圧力逃がし弁３０に接続されていればよい。
　また、熱媒体回路を循環する熱媒体を水としたが、これに限らない。熱媒体は、例えばエチレングリコール等の不凍液であってもよいし、不凍液を混合した水であってもよい。また、熱媒体回路に接続される利用側熱交換器を暖房端末２３としたが、これに限らない。利用側熱交換器は、例えば内部に熱交換部を有して温水を生成し留める貯湯タンク等であってもよい。
　また、水回路２０には安全弁２５が設けられていたが、これに限らず、水回路２０に安全弁２５が設けられていなくてもよい。この場合には、図１に示すように圧力逃がし弁３０が水回路２０に接続されているので、圧力逃がし弁３０が安全弁２５の機能を兼ねることが可能である。すなわち、例えばプレート式熱交換器４０での冷媒の漏洩以外の原因によって水回路２０で異常な圧力上昇が生じた場合であっても、圧力逃がし弁３０が開いて水回路２０内の水を外部へ放出することで、水回路２０の部品や機器等を水圧破壊から保護することができる。なお、水回路２０に安全弁２５が設けられている場合には、水回路２０は圧力逃がし弁３０と安全弁２５との両方によって水圧破壊に対して保護されることになる。このため、水回路２０において水圧破壊に対する信頼性を向上させることができる。例えば、圧力逃がし弁３０と安全弁２５とのうち一方が故障した場合であっても、他方によって水回路２０を保護することができる。また、この場合には、例えば圧力逃がし弁３０の設定値よりも安全弁２５の設定値を若干高くする等して、プレート式熱交換器４０で冷媒が漏洩して圧力が上昇したときに安全弁２５ではなく圧力逃がし弁３０がより確実に開くようにしてもよい。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置２について、図７を参照して説明する。図７は、ヒートポンプ装置２の概略構成を示す図である。なお、上述した実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と同様の構成を有する部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　本実施の形態に係るヒートポンプ装置２は、水回路２０に逆止弁２６が設けられている点で、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と異なっている。図７に示すように、逆止弁２６は、水回路２０においてポンプ２２とプレート式熱交換器４０との間に設けられている。逆止弁２６は、水回路２０の水の流れを常にポンプ２２からプレート式熱交換器４０に向かう方向に保ち、逆流を防止する。また、本実施の形態では、逆止弁２６は、室内機５２に収容されている。
　プレート式熱交換器４０において伝熱プレート４１が破損して水流路と冷媒流路とが連通した場合に、冷媒が水流路に流入して水流路内の圧力が上昇する。これによって、水回路２０の逆止弁２６に逆流方向の圧力が発生する。このとき、逆止弁２６が閉じて、水回路２０の水が逆流方向に流れることを防止し、水の流れを止める。このため、水流路に流入した冷媒が第一導入口４４から水回路２０へより流れにくくなるので、水流路に流入した冷媒をより集中的に圧力逃がし弁３０から排出することができる。
　また、このように構成されたヒートポンプ装置２においても、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１と同様の効果を得ることができる。
　以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
　上記のプレート式熱交換器およびヒートポンプ装置によれば、圧力逃がし弁の閉塞を防止し、第一流路に漏洩した第二流体をより確実に第一流路から圧力逃がし弁を介して排出することができる。
　１、２：ヒートポンプ装置、１０：冷媒回路、１１：冷媒配管、１２：圧縮機、１３：膨張弁（膨張機構）、１４：空気熱交換器（熱源側熱交換器）、１５：四方弁、２０：水回路（熱媒体回路）、２１：水配管（熱媒体配管）、２２：ポンプ、２３：暖房端末（利用側熱交換器）、２４：膨張タンク、２５：安全弁、２６：逆止弁、３０：圧力逃がし弁、４０：プレート式熱交換器、４１：伝熱プレート、４２Ａ：第一貫通孔、４２Ｂ：第二貫通孔、４２Ｃ：第三貫通孔、４２Ｄ：第四貫通孔、４３Ａ、４３Ｂ：エンドプレート、４４：第一導入口、４５：第一導出口、４６：第二導入口、４７：第二導出口、４８：接続口、５１：室外機、５２：室内機、６０：空間、Ａ：連通部分。

Claims (6)

  1. 　一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、前記一方向に重ね合わせられ、第一流体を流通させる第一流路と第二流体を流通させる第二流路とを区画し、前記第一流路内の前記第一流体と前記第二流路内の前記第二流体とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、
    　前記第一貫通孔に連なる、前記第一流路に前記第一流体を導入するための第一導入口と、前記第二貫通孔に連なる、前記第一流路から前記第一流体を導出するための第一導出口と、前記第三貫通孔に連なる、前記第二流路に前記第二流体を導入するための第二導入口と、前記第四貫通孔に連なる、前記第二流路から前記第二流体を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔のいずれか一方に連なり前記第一流路から分岐した、圧力逃がし弁と接続するための接続口と、が設けられ、前記複数の伝熱プレートを前記一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、
    　を備えるプレート式熱交換器。
  2. 　圧縮機と、プレート式熱交換器と、膨張機構と、熱源側熱交換器とが冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、
    　ポンプと、前記プレート式熱交換器と、利用側熱交換器とが熱媒体配管を介して接続され、熱媒体を循環させる熱媒体回路と、
    　前記プレート式熱交換器内の前記熱媒体回路から分岐して設けられた接続口に接続された圧力逃がし弁と、
    　を備えるヒートポンプ装置。
  3. 　前記プレート式熱交換器は、
    　　一方向に貫通する第一貫通孔、第二貫通孔、第三貫通孔および第四貫通孔が各々に設けられ、前記一方向に重ね合わせられ、前記熱媒体を流通させる第一流路と前記冷媒を流通させる第二流路とを区画し、前記第一流路内の前記熱媒体と前記第二流路内の前記冷媒とを熱交換させる複数の伝熱プレートと、
    　　前記第一貫通孔に連なる、前記熱媒体配管から前記第一流路に前記熱媒体を導入するための第一導入口と、前記第二貫通孔に連なる、前記第一流路から前記熱媒体配管に前記熱媒体を導出するための第一導出口と、前記第三貫通孔に連なる、前記冷媒配管から前記第二流路に前記冷媒を導入するための第二導入口と、前記第四貫通孔に連なる、前記第二流路から前記冷媒配管に前記冷媒を導出するための第二導出口と、前記第一貫通孔に連なって前記第一導入口と対向する位置に配置されたまたは前記第二貫通孔に連なって前記第一導出口と対向する位置に配置された前記接続口と、が設けられ、前記複数の伝熱プレートを前記一方向に挟み込む一対のエンドプレートと、
    　を有する請求項２に記載のヒートポンプ装置。
  4. 　前記圧力逃がし弁は、屋外に配置されている
    　請求項２または３に記載のヒートポンプ装置。
  5. 　前記圧力逃がし弁には、前記圧力逃がし弁から排出される流体を屋外へ放出するための放出用配管が接続されている
    　請求項２または３に記載のヒートポンプ装置。
  6. 　前記熱媒体回路には、前記ポンプと前記プレート式熱交換器との間に逆止弁が設けられている
    　請求項２から５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
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