WO2016038830A1 - 熱交換装置 - Google Patents

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健太朗 黒田
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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 heat exchange device.
  • a heat pump system using a heat exchange device that exchanges heat between a refrigerant and a coolant is known.
  • an internal heat exchanger IHX
  • IHX internal heat exchanger
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a condenser of a heat pump system, a liquid tank, and an evaporator are integrated.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a plate heat exchanger is applied to an internal heat exchanger.
  • the present invention provides a heat exchange device that can easily perform a design change that adjusts the capacity of each component while integrating a plurality of components of a heat pump system.
  • the heat exchange device includes a plate stacking unit in which a plurality of plates are stacked in succession.
  • the plate lamination part includes a capacitor part, an evaporator part, and an internal heat exchange part.
  • the capacitor unit is configured such that a passage through which a high-pressure refrigerant flows and a passage of a heat medium that absorbs heat from the high-pressure refrigerant are stacked between some of the plurality of plates.
  • the evaporator unit is configured such that a passage through which a low-pressure refrigerant flows and a passage of a heat medium that gives heat to the low-pressure refrigerant are stacked between some of the plurality of plates.
  • the internal heat exchange unit is configured such that a passage through which a high-pressure refrigerant flows and a passage through which a low-pressure refrigerant flow are stacked between some of the plurality of plates.
  • this heat exchanging device it is possible to easily change the design for adjusting the capacity of each component while integrating a plurality of components of the heat pump system.
  • FIG. 2 The block diagram which shows the structure of the heat pump system containing the heat exchange apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • the perspective view of the heat exchange apparatus shown in FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchange device shown in FIG.
  • Patent Document 1 by integrating a plurality of components of the heat pump system, piping between them can be eliminated, and the system can be downsized and the ease of assembly of the system can be improved.
  • the optimum heat exchange amount in the condenser, evaporator, and internal heat exchanger may differ depending on the vehicle type or vehicle option. In such a case, it is preferable that the heat exchange amount of the condenser, the evaporator, and the internal heat exchanger can be adjusted at a low development cost.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a heat pump system 10 according to the present embodiment.
  • the heat pump system 10 includes a condenser unit 110, a liquid tank unit 120, an internal heat exchange unit 130, an expansion valve 20, an evaporator unit 140, and a compressor 30.
  • the heat exchange device 100 has a structure in which a condenser unit 110, a liquid tank unit 120, an internal heat exchange unit 130, and an evaporator unit 140 are integrated.
  • the compressor 30 is arranged upstream of the refrigerant inlet of the condenser unit 110, and the expansion valve 20 is arranged upstream of the refrigerant inlet of the internal heat exchange unit 130 and the evaporator unit 140.
  • the internal heat exchanging unit 130 is between the high-temperature and high-pressure refrigerant (broken arrow) that flows from the condenser unit 110 via the liquid tank unit 120 and the low-temperature and low-pressure refrigerant (dotted line arrow) that flows from the expansion valve 20. Heat exchange.
  • the refrigerant heat-exchanged in each of the internal heat exchange unit 130 and the evaporator unit 140 joins and is sucked into the compressor 30.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the heat exchange device 100 used in the heat pump system 10 shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows a configuration obtained by disassembling a plurality of plates constituting the heat exchange device 100 of FIG. It is a perspective view.
  • the heat exchange device 100 has a plate stacking unit in which a plurality of plates are stacked in succession.
  • the capacitor unit 110, the liquid tank unit 120, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140 are each configured by a part of different plates among the plurality of plates of the plate stacking unit.
  • the capacitor plates 111a to 111d, the IHX plates 131a to 131c, and the evaporator plates 141a to 141c are stacked in the same stacking direction, so that the capacitor unit 110 and the internal heat exchange unit are stacked.
  • 130 and the evaporator part 140 are comprised, respectively.
  • the liquid tank plate 121 is configured by stacking the liquid tank plates 121a to 121c in the same stacking direction.
  • the capacitor plates 111a to 111d are a plurality of capacitor plates 111
  • the liquid tank plates 121a to 121c are a plurality of liquid tank plates 121
  • the IHX plates 131a to 131c are a plurality of IHX plates 131
  • the evaporator plates 141a to 141c are a plurality of evaporator plates. 141, respectively.
  • the capacitor unit 110 is configured by the capacitor plate 111
  • the liquid tank unit 120 is configured by the liquid tank plate 121
  • the internal heat exchange unit 130 is configured by the IHX plate 131
  • the evaporator unit 140 is configured by the evaporator plate 141. Consists of.
  • each of the plurality of condenser plates 111, each of the plurality of liquid tank plates 121, each of the plurality of IHX plates 131, and each of the plurality of evaporator plates 141 have dimensions in the stacking direction. Are substantially the same.
  • each of the plurality of capacitor plates 111, each of the plurality of liquid tank plates 121, each of the plurality of IHX plates 131, and each of the plurality of evaporator plates 141 are orthogonally projected on a plane perpendicular to the stacking direction. The outline and dimensions are the same.
  • a pipe a through which the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 30 flows into the capacitor unit 110, and the capacitor unit 110 and the inside A pipe b that discharges the refrigerant after heat exchange in the heat exchange unit 130 to the expansion valve 20 is connected.
  • a pipe c for allowing the coolant to flow into the capacitor part 110 and a pipe d for discharging the coolant after heat exchange in the capacitor part 110 are connected to the upper part of the capacitor part 110.
  • a pipe f for discharging the refrigerant after heat exchange to the compressor 30 is connected.
  • a pipe g for allowing the coolant to flow into the evaporator section 140 and a pipe h for discharging the coolant after the heat exchange in the evaporator section 140 are connected to the lower portion of the evaporator section 140.
  • the condenser unit 110 condenses the refrigerant by exchanging heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant sent from the compressor 30 and the coolant.
  • the cooling liquid is an antifreeze liquid such as LLC (Long Life Coolant), and is a liquid for transporting heat.
  • the capacitor part 110 has a plurality of capacitor plates 111 stacked.
  • a passage (refrigerant passage) through which a high-pressure refrigerant flows and a coolant passage (coolant passage) that absorbs heat from the high-pressure refrigerant are laminated between the plurality of capacitor plates 111 that are stacked.
  • a refrigerant passage and a coolant passage are alternately formed between the plurality of capacitor plates 111. The refrigerant and the coolant pass through the refrigerant passage and the coolant passage, respectively, without being mixed.
  • the refrigerant and the coolant pass through the refrigerant passage and the coolant passage in opposite directions, respectively.
  • condenser part 110 when a refrigerant
  • the coolant that has passed through the capacitor unit 110 is discharged from the upper part of the capacitor unit 110 to the pipe d.
  • the refrigerant that has passed through the condenser unit 110 flows into the liquid tank unit 120.
  • FIG. 3 illustrates the case where the refrigerant and the coolant pass through the refrigerant passage and the coolant passage in opposite directions, respectively.
  • the present invention is not limited to this, and the refrigerant and the coolant are in the same direction.
  • path may be sufficient.
  • the size (area of the heat exchange part) of the capacitor part 110 is adjusted by adjusting the number of the capacitor plates 111b and the capacitor plates 111c that are alternately stacked.
  • the liquid tank unit 120 holds the refrigerant flowing in from the capacitor unit 110 and performs gas-liquid separation of the refrigerant and adjustment of the refrigerant amount.
  • the liquid tank unit 120 has a plurality of liquid tank plates 121 stacked.
  • the liquid tank plates 121a and 121b have a window frame shape having a hole in the center.
  • the plurality of liquid tank plates 121 are continuously stacked on the plurality of capacitor plates 111.
  • the liquid tank unit 120 is stacked on the capacitor unit 110 in the same direction as the stacking direction of the capacitor plates 111.
  • a refrigerant holding unit 122 which is a space communicating with the refrigerant passage (exit) of the capacitor unit 110, is formed inside the stacked liquid tank plates 121. . That is, in the liquid tank unit 120, a space is formed between the plurality of liquid tank plates 121 or through the liquid tank plate 121 and leading to the high-pressure refrigerant outlet of the capacitor unit 110.
  • the side surfaces of the refrigerant holding unit 122 are configured by the plurality of stacked liquid tank plates 121a and 121b, and the upper surface of the refrigerant holding unit 122 is configured by the lowermost plate (condenser plate 111d) of the capacitor unit 110.
  • the bottom surface of the refrigerant holding part 122 is constituted by the liquid tank plate 121c.
  • the refrigerant flowing from the capacitor unit 110 is mixed with a gas phase refrigerant in addition to the liquid phase refrigerant.
  • the refrigerant holding unit 122 performs gas-liquid separation of the refrigerant, moves the gas-phase refrigerant vertically upward, and moves the liquid-phase refrigerant vertically downward. Therefore, the lower part of the refrigerant holding unit 122 serves as a liquid phase refrigerant holding unit.
  • the liquid phase refrigerant holding unit in the refrigerant holding unit 122 communicates with the refrigerant passage of the internal heat exchange unit 130.
  • the size (capacity) of the liquid tank unit 120 is adjusted by adjusting the number of liquid tank plates 121a and liquid tank plates 121b that are alternately stacked.
  • the internal heat exchange unit 130 exchanges heat between the refrigerant that flows from the condenser unit 110 via the liquid tank unit 120 and the refrigerant that flows from the expansion valve 20 via the evaporator unit 140. After the heat exchange in the internal heat exchanging unit 130, the refrigerant flowing from the condenser unit 110 is discharged to the expansion valve 20, and the refrigerant flowing from the expansion valve 20 is sucked into the compressor 30. As described above, the internal heat exchanging unit 130 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant flowing from the condenser unit 110 and the low-temperature and low-pressure refrigerant sucked into the compressor 30.
  • the internal heat exchange unit 130 has a plurality of IHX plates 131 stacked.
  • the plurality of IHX plates 131 are continuously stacked with the plurality of capacitor plates 111 and the plurality of liquid tank plates 121.
  • the internal heat exchanging unit 130 is stacked on the liquid tank unit 120 stacked on the capacitor unit 110 in the same direction as the stacking direction of the capacitor plate 111 and the liquid tank plate 121.
  • the second refrigerant passage through which the low-pressure refrigerant (a dashed-dotted arrow) from the evaporator section 140) flows is stacked.
  • the IHX plates 131 a and 131 b are stacked, so that the first refrigerant passage and the second refrigerant passage are alternately formed between the plurality of IHX plates 131. .
  • the refrigerant from the condenser unit 110 and the refrigerant from the expansion valve 20 pass through the first refrigerant passage and the second refrigerant passage, respectively, without being mixed.
  • the refrigerant from the condenser 110 and the refrigerant from the expansion valve 20 respectively pass through the first refrigerant passage and the second refrigerant passage in opposite directions.
  • the refrigerant from the condenser unit 110 passes through the first refrigerant passage
  • the refrigerant from the expansion valve 20 passes through the second refrigerant passage, whereby a high-pressure refrigerant and a low-pressure refrigerant are obtained.
  • the heat exchange with is performed.
  • the refrigerant that has passed through the first refrigerant passage of the internal heat exchange unit 130 passes through the pipe 150 and is discharged from the upper part of the capacitor unit 110 to the expansion valve 20 through the pipe b.
  • the refrigerant that has passed through the second refrigerant passage of the internal heat exchange unit 130 merges with the refrigerant that has passed through the evaporator unit 140, and is discharged to the compressor 30 via the pipe f.
  • the size (area of the heat exchanging portion) of the internal heat exchanging portion 130 is adjusted by adjusting the number of IHX plates 131a and IHX plates 131b that are alternately stacked.
  • the evaporator unit 140 evaporates the refrigerant by exchanging heat between the low-temperature and low-pressure refrigerant sent from the expansion valve 20 and the coolant.
  • the passage of the refrigerant flowing from the expansion valve 20 through the pipe e is branched to the evaporator unit 140 and the internal heat exchange unit 130.
  • the evaporator section 140 has a plurality of stacked evaporator plates 141.
  • a passage (refrigerant passage) through which a low-pressure refrigerant flows and a coolant passage (coolant passage) that gives heat to the low-pressure refrigerant are laminated between the stacked evaporator plates 141.
  • a refrigerant passage and a coolant passage are alternately formed between the plurality of evaporator plates 141. The refrigerant and the coolant pass through the refrigerant passage and the coolant passage, respectively, without being mixed.
  • the refrigerant and the coolant pass through the refrigerant passage and the coolant passage in opposite directions, respectively.
  • the evaporator section 140 when the refrigerant passes through the refrigerant passage and the cooling liquid passes through the cooling liquid passage, heat exchange between the refrigerant and the cooling liquid is performed, and the refrigerant is evaporated.
  • the coolant that has passed through the evaporator unit 140 is discharged from the lower part of the evaporator unit 140 to the pipe h.
  • the refrigerant that has passed through the evaporator section 140 and the internal heat exchange section 130 is discharged from the lower portion of the evaporator section 140 to the compressor 30 through the pipe f.
  • FIG. 3 illustrates the case where the refrigerant and the coolant pass through the refrigerant passage and the coolant passage in opposite directions, respectively.
  • the present invention is not limited to this, and the refrigerant and the coolant are in the same direction.
  • path may be sufficient.
  • the size of the evaporator section 140 (area of the heat exchange section) is adjusted by adjusting the number of the evaporator plates 141a and the evaporator plates 141b that are alternately stacked.
  • the configuration of the heat exchange device 100 has been described above.
  • the plurality of capacitor plates 111, the IHX plates 131, and the evaporator plates 141 are stacked in the same stacking direction.
  • the exchange unit 130 and the evaporator unit 140 are configured.
  • the liquid tank plate 120 is formed by stacking the liquid tank plates 121a to 121c.
  • the heat exchange device 100 has a plate stacking unit in which a plurality of plates are stacked in succession.
  • the plate stacking unit includes a capacitor unit 110, an evaporator unit 140, and an internal heat exchange unit 130.
  • the capacitor unit 110 is configured such that a passage through which a high-pressure refrigerant flows and a passage of a heat medium that absorbs heat from the high-pressure refrigerant are stacked between some of the plurality of plates.
  • the evaporator unit 140 is configured such that a passage through which a low-pressure refrigerant flows and a passage of a heat medium that gives heat to the low-pressure refrigerant are stacked between some of the plurality of plates.
  • the internal heat exchange unit 130 is configured such that a passage through which a high-pressure refrigerant flows and a passage through which a low-pressure refrigerant flow are stacked between some of the plurality of plates.
  • the internal heat exchange unit 130 is configured integrally with the capacitor unit 110 and the evaporator unit 140. For this reason, in order to provide the internal heat exchange part 130, the piping which passes the outside of the capacitor
  • the heat exchanging device 100 includes the condenser unit 110, the liquid tank unit 120, the internal heat exchanging unit 130, and the evaporator unit 140, so that the heat exchanging unit 100 passes outside these integrated components. Piping, sealing, and the like for connecting a plurality of components to each other can be removed, there is no risk of leakage at the joint, and manufacturing costs can be reduced.
  • the heat exchanging apparatus 100 having such a structure adjusts the number of layers of the capacitor plate 111, the liquid tank plate 121, the IHX plate 131, and the evaporator plate 141 according to the performance of the heat pump system and the restrictions on the arrangement space, respectively. By doing so, the sizes of the capacitor unit 110, the liquid tank unit 120, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140 can be individually adjusted.
  • the capacitor plate 111, the liquid tank plate 121, the IHX plate 131, and the evaporator plate 141 have substantially the same dimension (thickness) in the stacking direction. Moreover, the shape of the outline of each plate is also the same. Therefore, the heat exchange apparatus 100 can be manufactured at low cost by a general plate-type heat exchanger manufacturing method.
  • size of an outline may differ and the dimension of a lamination direction may differ.
  • the condenser unit 110 (and the liquid tank unit 120), the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140 are the condenser unit 110 (and the liquid tank unit 120), the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140.
  • the internal heat exchange unit 130 is configured between the capacitor unit 110 (and the liquid tank unit 120) and the evaporator unit 140.
  • the heat exchange device 100 has been described with respect to the case where the condenser unit 110, the liquid tank unit 120, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140 are arranged in this order.
  • the order of the components to be stacked is not limited to this.
  • the condenser unit 110, the liquid tank unit 120, the evaporator unit 140, and the internal heat exchange unit 130 may be arranged in this order.
  • the heat exchange device 100 may not include the liquid tank unit 120. That is, the heat exchange device 100 only needs to include at least the capacitor unit 110, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140. At this time, a tank-shaped liquid tank unit may be added to the outside of the heat exchange device 100 having the capacitor unit 110, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140.
  • FIG. 2 illustrates the state of arrangement of the heat exchange device 100 with the upper portion of the capacitor unit 110 facing vertically upward and the lower portion of the evaporator portion 140 facing vertically downward.
  • FIG. The arrangement of is not limited to this.
  • coolant water
  • oil may be used instead of the coolant as the heat medium.
  • air may be used.
  • the configuration in which the refrigerant from the expansion valve 20 flows in parallel to the internal heat exchange unit 130 and the evaporator unit 140 (parallel configuration) is described, but the configuration of the heat exchange device 100 is not limited to this.
  • the heat exchange device 100 may have a configuration (series configuration) in which the refrigerant after passing through the evaporator unit 140 flows into the internal heat exchange unit 130.
  • FIG. 3 illustrates the case where the refrigerant holding portion 122 of the liquid tank portion 120 is configured through a plurality of liquid tank plates 121 having a window frame shape having a hole in the center.
  • the plate 121 does not necessarily have a window frame shape in which holes are formed.
  • the liquid tank plate 121 may have a plate-like shape in which no hole is formed, such as the capacitor plate 111, the IHX plate 131, or the evaporator plate 141.
  • a passage (space) leading to the outlet of the high-pressure refrigerant in the capacitor unit 110 can be formed between the plurality of liquid tank plates 121, and the refrigerant can be held in this passage.
  • the liquid tank unit 120 may have an integrated block shape having an accommodation space (corresponding to the refrigerant holding unit 122) inside, instead of stacking a plurality of plates.
  • the shape and size of the outer shape of the block-shaped liquid tank unit 120 may be different from the shape and size of the outer shape of the capacitor unit 110, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140. .
  • the shape and size of the outer shape of the capacitor unit 110, the internal heat exchange unit 130, and the evaporator unit 140 viewed in the stacking direction may be different from those of other components.
  • the present invention can be applied to an air conditioner mounted on a vehicle.

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Abstract

　熱交換装置は、複数のプレートが連続して積層されたプレート積層部を有する。このプレート積層部は、コンデンサ部と、エバポレータ部と、内部熱交換部とを含む。コンデンサ部では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と、高圧の冷媒から熱を吸収する熱媒体の通路とが積層するように構成されている。エバポレータ部では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、低圧の冷媒が流される通路と、低圧の冷媒に熱を与える熱媒体の通路とが積層するように構成されている。内部熱交換部では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と、低圧の冷媒が流される通路とが積層するように構成されている。

Description

熱交換装置
　本発明は、熱交換装置に関する。
　従来、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う熱交換装置を用いたヒートポンプシステムが知られている。また、熱交換装置において、コンデンサ（凝縮器）で凝縮された後の高温高圧の冷媒と、コンプレッサに吸入される前の低温低圧の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（ＩＨＸ：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を設けた構成が知られている。
　従来、ヒートポンプシステムのコンデンサとリキッドタンクとエバポレータとを一体化した構成が提案されている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２には、プレート式熱交換器を内部熱交換器に適用した構成が開示されている。
特開平１０－７６８３７号公報 国際公開第２０１２／１５３６１０号
　本発明は、ヒートポンプシステムの複数の構成要素を一体化しつつ、各構成要素の容量を調整する設計変更を容易に行うことのできる熱交換装置を提供する。
　本発明の一態様に係る熱交換装置は、複数のプレートが連続して積層されたプレート積層部を有する。このプレート積層部は、コンデンサ部と、エバポレータ部と、内部熱交換部とを含む。コンデンサ部では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と、高圧の冷媒から熱を吸収する熱媒体の通路とが積層するように構成されている。エバポレータ部では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、低圧の冷媒が流される通路と、低圧の冷媒に熱を与える熱媒体の通路とが積層するように構成されている。内部熱交換部では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と、低圧の冷媒が流される通路とが積層するように構成されている。
　この熱交換装置によれば、ヒートポンプシステムの複数の構成要素を一体化しつつ、各構成要素の容量を調整する設計を容易に変更することができる。
本発明の実施の形態に係る熱交換装置を含むヒートポンプシステムの構成を示すブロック図 図１に示す熱交換装置の斜視図 図２に示す熱交換装置の分解斜視図 本発明の実施の形態に係る熱交換装置を含むヒートポンプシステムの他の構成を示すブロック図
　本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の熱交換装置における問題点を簡単に説明する。特許文献１のように、ヒートポンプシステムの複数の構成要素を一体化することで、これらの間の配管を排除でき、システムの小型化、および、システムの組み立て容易性の向上を図ることができる。
　一方、車両に搭載されるヒートポンプシステムなどでは、車種または車両のオプションごとに、コンデンサ、エバポレータ、内部熱交換器における最適な熱交換量が異なる場合がある。このような場合には、低い開発コストで、コンデンサ、エバポレータ、内部熱交換器の熱交換量を調整できると好ましい。
　しかしながら、ヒートポンプシステムの複数の構成要素を一体化することと、コンデンサ、エバポレータ、内部熱交換器の熱交換量を低い開発コストで調整容易にすることとは、なんら工夫がないと、相容れない。
　例えば、特許文献１のように、コンデンサとリキッドタンクとエバポレータとを一体化する構成を採用した場合、コンデンサを大きくして熱交換量を大きく調整しようとすると、コンデンサの設計変更と、コンデンサと他の構成要素との接合部分の設計変更とを行う必要がある。接合部分の設計変更を伴うことから、開発コストが高騰する。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　［ヒートポンプシステムの構成］
　図１は、本実施の形態に係るヒートポンプシステム１０の構成を示すブロック図である。
　ヒートポンプシステム１０は、コンデンサ部１１０、リキッドタンク部１２０、内部熱交換部１３０、膨張弁２０、エバポレータ部１４０、及び、コンプレッサ３０を有する。図１に示すヒートポンプシステム１０のうち、熱交換装置１００は、コンデンサ部１１０、リキッドタンク部１２０、内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０が一体化された構造を有する。
　コンプレッサ３０は、コンデンサ部１１０の冷媒の入口の上流に配置され、膨張弁２０は内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０の冷媒の入口の上流に配置されている。
　内部熱交換部１３０は、コンデンサ部１１０からリキッドタンク部１２０を介して流入される高温高圧の冷媒（破線矢印）と、膨張弁２０から流入される低温低圧の冷媒（一点鎖線矢印）との間で熱交換させる。内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０の各々で熱交換された冷媒は、合流してコンプレッサ３０に吸入される。
　［熱交換装置１００の構成］
　図２は、図１に示すヒートポンプシステム１０に用いられる熱交換装置１００の構成を示す斜視図であり、図３は、図２の熱交換装置１００を構成する複数のプレートを分解した構成を示す斜視図である。
　図２及び図３に示すように、熱交換装置１００は、複数のプレートが連続して積層されたプレート積層部を有する。コンデンサ部１１０、リキッドタンク部１２０、内部熱交換部１３０、及び、エバポレータ部１４０はそれぞれ、プレート積層部の複数のプレートのうちの互いに異なる一部のプレートによって構成される。具体的には、熱交換装置１００では、コンデンサプレート１１１ａ～１１１ｄ、ＩＨＸプレート１３１ａ～１３１ｃ、及び、エバポレータプレート１４１ａ～１４１ｃが同一の積層方向に積み重ねられることにより、コンデンサ部１１０と、内部熱交換部１３０とエバポレータ部１４０とがそれぞれ構成される。またリキッドタンクプレート１２１ａ～１２１ｃが上記同一の積層方向に積み重ねられることにより、リキッドタンク部１２０が構成される。
　以下、コンデンサプレート１１１ａ～１１１ｄを複数のコンデンサプレート１１１、リキッドタンクプレート１２１ａ～１２１ｃを複数のリキッドタンクプレート１２１、ＩＨＸプレート１３１ａ～１３１ｃを複数のＩＨＸプレート１３１、エバポレータプレート１４１ａ～１４１ｃを複数のエバポレータプレート１４１とそれぞれ称することがある。
　すなわち、コンデンサ部１１０は、コンデンサプレート１１１によって構成され、リキッドタンク部１２０は、リキッドタンクプレート１２１によって構成され、内部熱交換部１３０は、ＩＨＸプレート１３１によって構成され、エバポレータ部１４０は、エバポレータプレート１４１によって構成される。
　これらの複数のプレートは、積層方向の寸法（厚さ）が略同一である。すなわち、熱交換装置１００において、複数のコンデンサプレート１１１の各々と、複数のリキッドタンクプレート１２１の各々と、複数のＩＨＸプレート１３１の各々と、複数のエバポレータプレート１４１の各々とは、積層方向の寸法が略同一である。
　また、これらの複数のプレートは、同じ大きさ且つ同一の外形を有している。例えば、複数のコンデンサプレート１１１の各々と、複数のリキッドタンクプレート１２１の各々と、複数のＩＨＸプレート１３１の各々と、複数のエバポレータプレート１４１の各々とは、積層方向に垂直な面に正射影された輪郭線および寸法が同一である。
　また、図２に示すように、熱交換装置１００において、コンデンサ部１１０の上部には、コンプレッサ３０により圧縮された高温高圧の冷媒をコンデンサ部１１０へ流入させる配管ａ、及び、コンデンサ部１１０及び内部熱交換部１３０での熱交換後の冷媒を膨張弁２０へ排出させる配管ｂが接続される。また、コンデンサ部１１０の上部には、コンデンサ部１１０へ冷却液を流入させる配管ｃ、及び、コンデンサ部１１０での熱交換後の冷却液を排出させる配管ｄが接続される。
　また、エバポレータ部１４０の下部には、膨張弁２０により膨張された低温低圧の冷媒をエバポレータ部１４０及び内部熱交換部１３０へ流入させる配管ｅ、及び、エバポレータ部１４０及び内部熱交換部１３０での熱交換後の冷媒をコンプレッサ３０へ排出させる配管ｆが接続される。また、エバポレータ部１４０の下部には、エバポレータ部１４０へ冷却液を流入させる配管ｇと、エバポレータ部１４０での熱交換後の冷却液を排出させる配管ｈと、が接続される。
　＜コンデンサ部１１０の構成＞
　コンデンサ部１１０は、コンプレッサ３０から送られる高温高圧の冷媒と、冷却液との間で熱交換を行うことにより、冷媒を凝縮させる。冷却液は、例えばＬＬＣ（Ｌｏｎｇ　Ｌｉｆｅ　Ｃｏｏｌａｎｔ）などの不凍液であり、熱を輸送するための液体である。
　図３に示すように、コンデンサ部１１０は、積層された複数のコンデンサプレート１１１を有する。コンデンサ部１１０において、積層された複数のコンデンサプレート１１１の間に、高圧の冷媒が流される通路（冷媒通路）と、高圧の冷媒から熱を吸収する冷却液の通路（冷却液通路）とが積層するように構成される。具体的には、図３に示すように、コンデンサプレート１１１ａ～ｄが積層されることにより、複数のコンデンサプレート１１１の間には、冷媒通路と冷却液通路とが交互に形成される。冷媒及び冷却液は、混合されることなく、それぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する。冷媒及び冷却液は、互いに反対方向に、それぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する。このように、コンデンサ部１１０では、冷媒が冷媒通路を通過し、冷却液が冷却液通路を通過することにより、冷媒と冷却液との熱交換が行われ、冷媒が凝縮される。
　コンデンサ部１１０を通過した冷却液は、コンデンサ部１１０の上部から配管ｄへ排出される。一方、コンデンサ部１１０を通過した冷媒は、リキッドタンク部１２０へ流入される。
　なお、図３では、冷媒及び冷却液が互いに反対方向にそれぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する場合について例示しているが、これに限定されず、冷媒及び冷却液が同一方向にそれぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する構成であってもよい。
　熱交換装置１００の設計段階において、コンデンサプレート１１１ｂとコンデンサプレート１１１ｃとを交互に積層させる枚数を調整することにより、コンデンサ部１１０の大きさ（熱交換部の面積）が調整される。
　＜リキッドタンク部１２０の構成＞
　リキッドタンク部１２０は、コンデンサ部１１０から流入される冷媒を保持して、冷媒の気液分離および、冷媒量の調整を行う。
　図３に示すように、リキッドタンク部１２０は、積層された複数のリキッドタンクプレート１２１を有する。リキッドタンクプレート１２１ａ，１２１ｂは、中央に穴を有する窓枠状をしている。複数のリキッドタンクプレート１２１は、複数のコンデンサプレート１１１に連続して積層される。これにより、リキッドタンク部１２０は、コンデンサプレート１１１の積層方向と同じ方向に、コンデンサ部１１０に積み重ねられる。
　図３に示すように、リキッドタンク部１２０において、積層された複数のリキッドタンクプレート１２１の内部には、コンデンサ部１１０の冷媒の通路（出口）に通じる空間である冷媒保持部１２２が構成される。すなわち、リキッドタンク部１２０では、複数のリキッドタンクプレート１２１の間、或いは、リキッドタンクプレート１２１を通して、コンデンサ部１１０の高圧の冷媒の出口に通じる空間が構成されている。
　より詳細には、積層された複数のリキッドタンクプレート１２１ａ、１２１ｂによって冷媒保持部１２２の側面が構成され、コンデンサ部１１０の最下部のプレート（コンデンサプレート１１１ｄ）によって冷媒保持部１２２の上面が構成され、リキッドタンクプレート１２１ｃによって冷媒保持部１２２の底面が構成される。
　コンデンサ部１１０から流入される冷媒には、液相冷媒に加えて気相冷媒が混合されている場合がある。冷媒保持部１２２は、冷媒の気液分離を行い、気相冷媒を鉛直上方に移動させ、液相冷媒を鉛直下方に移動させる。よって、冷媒保持部１２２の下部が液相冷媒の保持部となる。この冷媒保持部１２２の中の液相冷媒の保持部は、内部熱交換部１３０の冷媒の通路に通じている。
　熱交換装置１００の設計段階において、リキッドタンクプレート１２１ａとリキッドタンクプレート１２１ｂとを交互に積層させる枚数を調整することにより、リキッドタンク部１２０の大きさ（容量）が調整される。
　＜内部熱交換部１３０の構成＞
　内部熱交換部１３０は、コンデンサ部１１０からリキッドタンク部１２０を介して流入される冷媒と、膨張弁２０からエバポレータ部１４０を介して流入される冷媒との間で熱交換させる。内部熱交換部１３０での熱交換後、コンデンサ部１１０から流入された冷媒は膨張弁２０へ排出され、膨張弁２０から流入された冷媒はコンプレッサ３０に吸入される。このように、内部熱交換部１３０は、コンデンサ部１１０から流入される高温高圧の冷媒と、コンプレッサ３０に吸入される低温低圧の冷媒とを熱交換させる。
　図３に示すように、内部熱交換部１３０は、積層された複数のＩＨＸプレート１３１を有する。複数のＩＨＸプレート１３１は、複数のコンデンサプレート１１１及び複数のリキッドタンクプレート１２１と連続して積層される。これにより、内部熱交換部１３０はコンデンサプレート１１１及びリキッドタンクプレート１２１の積層方向と同じ方向に、コンデンサ部１１０に積み重ねたリキッドタンク部１２０に積み重ねられる。
　内部熱交換部１３０において、積層された複数のＩＨＸプレート１３１の間に、コンデンサ部１１０（リキッドタンク部１２０）からの高圧の冷媒（破線矢印）が流される第１冷媒通路と、膨張弁２０（エバポレータ部１４０）からの低圧の冷媒（一点鎖線矢印）が流される第２冷媒通路とが積層するように構成される。具体的には、図３に示すように、ＩＨＸプレート１３１ａ、１３１ｂが積層されることにより、複数のＩＨＸプレート１３１の間には、第１冷媒通路と第２冷媒通路とが交互に形成される。コンデンサ部１１０からの冷媒及び膨張弁２０からの冷媒は、混合されることなく、それぞれ第１冷媒通路及び第２冷媒通路を、通過する。コンデンサ部１１０からの冷媒及び膨張弁２０からの冷媒は、それぞれ第１冷媒通路及び第２冷媒通路を、互いに反対方向に通過する。このように、内部熱交換部１３０では、コンデンサ部１１０からの冷媒が第１冷媒通路を通過し、膨張弁２０からの冷媒が第２冷媒通路を通過することにより、高圧の冷媒と低圧の冷媒との熱交換が行われる。
　内部熱交換部１３０の第１冷媒通路を通過した冷媒は、配管１５０を通って、コンデンサ部１１０の上部から配管ｂを介して膨張弁２０へ排出される。一方、内部熱交換部１３０の第２冷媒通路を通過した冷媒は、エバポレータ部１４０を通過した冷媒と合流し、配管ｆを介してコンプレッサ３０へ排出される。
　熱交換装置１００の設計段階において、ＩＨＸプレート１３１ａとＩＨＸプレート１３１ｂとを交互に積層させる枚数を調整することにより、内部熱交換部１３０の大きさ（熱交換部の面積）が調整される。
　＜エバポレータ部１４０の構成＞
　エバポレータ部１４０は、膨張弁２０から送られる低温低圧の冷媒と、冷却液との間で熱交換を行うことにより、冷媒を蒸発させる。配管ｅを介して膨張弁２０から流入される冷媒の通路は、エバポレータ部１４０及び内部熱交換部１３０に分岐される。
　図３に示すように、エバポレータ部１４０は、積層された複数のエバポレータプレート１４１を有する。エバポレータ部１４０において、積層された複数のエバポレータプレート１４１の間に、低圧の冷媒が流される通路（冷媒通路）と、低圧の冷媒に熱を与える冷却液の通路（冷却液通路）とが積層されるように構成される。具体的には、図３に示すように、エバポレータプレート１４１ａ、１４１ｂが積層されることにより、複数のエバポレータプレート１４１の間には、冷媒通路と冷却液通路とが交互に形成される。冷媒及び冷却液は、混合されることなく、それぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する。冷媒及び冷却液は、互いに反対方向に、それぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する。このように、エバポレータ部１４０では、冷媒が冷媒通路を通過し、冷却液が冷却液通路を通過することにより、冷媒と冷却液との熱交換が行われ、冷媒が蒸発される。
　エバポレータ部１４０を通過した冷却液は、エバポレータ部１４０の下部から配管ｈへ排出される。一方、エバポレータ部１４０及び内部熱交換部１３０を通過した冷媒は、エバポレータ部１４０の下部から配管ｆを介してコンプレッサ３０へ排出される。
　なお、図３では、冷媒及び冷却液が互いに反対方向にそれぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する場合について例示しているが、これに限定されず、冷媒及び冷却液が同一方向にそれぞれ冷媒通路及び冷却液通路を通過する構成であってもよい。
　熱交換装置１００の設計段階において、エバポレータプレート１４１ａとエバポレータプレート１４１ｂとを交互に積層させる枚数を調整することにより、エバポレータ部１４０の大きさ（熱交換部の面積）が調整される。
　以上、熱交換装置１００の構成について説明した。
　このように、本実施の形態に係る熱交換装置１００では、それぞれ複数のコンデンサプレート１１１、ＩＨＸプレート１３１、及び、エバポレータプレート１４１が同一の積層方向に積み重ねられることにより、コンデンサ部１１０と、内部熱交換部１３０とエバポレータ部１４０とがそれぞれ構成される。さらにリキッドタンクプレート１２１ａ～１２１ｃを積み重ねてリキッドタンク部１２０が構成される。
　言い換えれば、熱交換装置１００は、複数のプレートが連続して積層されたプレート積層部を有する。このプレート積層部は、コンデンサ部１１０と、エバポレータ部１４０と、内部熱交換部１３０とを含む。コンデンサ部１１０では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と、高圧の冷媒から熱を吸収する熱媒体の通路とが積層するように構成されている。エバポレータ部１４０では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、低圧の冷媒が流される通路と、低圧の冷媒に熱を与える熱媒体の通路とが積層するように構成されている。内部熱交換部１３０では、複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と、低圧の冷媒が流される通路とが積層するように構成されている。
　すなわち、熱交換装置１００において、内部熱交換部１３０は、コンデンサ部１１０及びエバポレータ部１４０と一体的に構成される。このため、内部熱交換部１３０を設けるために、コンデンサ部１１０又はエバポレータ部１４０の外を通ってこれらと内部熱交換部１３０と連結する配管が不要となる。
　更に、熱交換装置１００は、コンデンサ部１１０とリキッドタンク部１２０と内部熱交換部１３０とエバポレータ部１４０とが一体的に構成されるので、一体化されたこれらの構成部の外を通って当該複数の構成部を互いに連結するための配管、シーリングなどを除去することができ、継ぎ手部分での漏れの懸念が無く、かつ、製造コストを抑えることができる。
　また、このような構造を有する熱交換装置１００は、ヒートポンプシステムの性能ならびに配置スペースの制約等に応じて、コンデンサプレート１１１、リキッドタンクプレート１２１、ＩＨＸプレート１３１及びエバポレータプレート１４１の積層数をそれぞれ調整することにより、コンデンサ部１１０、リキッドタンク部１２０、内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０の大きさを個別に調整することができる。
　よって、本実施の形態によれば、ヒートポンプシステム１０の複数の構成要素を一体化しつつ、各構成要素の容量を調整する設計変更を容易に行うことができる。
　更に、熱交換装置１００では、コンデンサプレート１１１、リキッドタンクプレート１２１、ＩＨＸプレート１３１及びエバポレータプレート１４１の各々では、積層方向の寸法（厚さ）が略同一である。また、各プレートの外形線の形状も同一である。よって、一般的なプレート型熱交換器の製造方法によって、熱交換装置１００を低コストに製造することができる。
　なお、熱交換装置１００を構成する複数のプレートは、積層可能であれば、外形線の形状、大きさが異なってもよく、積層方向の寸法が異なってもよい。
　また、熱交換装置１００では、コンデンサ部１１０（及びリキッドタンク部１２０）、内部熱交換部１３０、エバポレータ部１４０は、コンデンサ部１１０（及びリキッドタンク部１２０）、内部熱交換部１３０、エバポレータ部１４０の順番で並んでいる。すなわち、コンデンサ部１１０（及びリキッドタンク部１２０）とエバポレータ部１４０との間に内部熱交換部１３０が構成される。こうすることで、熱交換装置１００では、内部熱交換部１３０で熱交換される高圧の冷媒及び低圧の冷媒の各々を、内部熱交換部１３０へ流入させるまでの、一体化されたこれらの構成部の内部での経路を単純化することができる。
　なお、図２及び図３では、熱交換装置１００において、コンデンサ部１１０、リキッドタンク部１２０、内部熱交換部１３０、エバポレータ部１４０の順番で並んでいる場合について説明したが、熱交換装置１００において積み重ねられる構成部の順番は、これに限定されるものではない。例えば、コンデンサ部１１０、リキッドタンク部１２０、エバポレータ部１４０、内部熱交換部１３０の順番で並べられてもよい。
　また、本実施の形態では、熱交換装置１００が、リキッドタンク部１２０を有する場合について説明したが、熱交換装置１００は、リキッドタンク部１２０を有していなくてもよい。つまり、熱交換装置１００は、少なくとも、コンデンサ部１１０、内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０を有していればよい。また、その際、コンデンサ部１１０、内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０を有する熱交換装置１００の外部にタンク状のリキッドタンク部を付加してもよい。
　また、図２では、コンデンサ部１１０の上部を鉛直上方に向け、エバポレータ部１４０の下部を鉛直下方に向けた熱交換装置１００の配置の状態を例示しているが、熱交換装置１００の使用時の配置はこれに限定されない。
　また、本実施の形態では、冷媒との間で熱交換する熱媒体の一例として冷却液（水）を用いる場合について説明したが、熱媒体としては、冷却液の代わりに、油を用いてもよく、空気を用いてもよい。
　また、図１では、膨張弁２０からの冷媒が内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０へ並列に流れる構成（並列構成）について説明したが、熱交換装置１００の構成はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、熱交換装置１００は、エバポレータ部１４０を通過した後の冷媒が内部熱交換部１３０に流れる構成（直列構成）でもよい。
　また、図３では、リキッドタンク部１２０の冷媒保持部１２２が、中央に穴を有する窓枠状の形態の複数のリキッドタンクプレート１２１を通して構成される場合について例示しているが、しかし、リキッドタンクプレート１２１は、必ずしも穴が形成された窓枠状の形態とする必要はない。リキッドタンクプレート１２１は、コンデンサプレート１１１、ＩＨＸプレート１３１、又は、エバポレータプレート１４１のように穴が形成されていないプレート状の形態としてもよい。穴が形成されていない場合、複数のリキッドタンクプレート１２１の間に、コンデンサ部１１０の高圧の冷媒の出口に通じる通路（空間）を形成し、この通路で冷媒を保持することができる。
　また、図３では、複数のリキッドタンクプレート１２１が積層されてリキッドタンク部１２０が構成される場合について説明した。しかし、リキッドタンク部１２０は、複数のプレートが積層される代わりに、内部に収容空間（冷媒保持部１２２に相当）を有する一体化されたブロック形状の構成であってもよい。また、積層方向に見て、ブロック形状のリキッドタンク部１２０の外形線の形状、大きさは、コンデンサ部１１０、内部熱交換部１３０及びエバポレータ部１４０の外形線の形状、大きさと異なってもよい。
　また、コンデンサ部１１０、内部熱交換部１３０、及び、エバポレータ部１４０の各々の積層方向に見た外形線の形状、大きさは、他の構成部と異なってもよい。
　本発明は、車両に搭載される冷暖房装置に適用できる。
１０　　ヒートポンプシステム
２０　　膨張弁
３０　　コンプレッサ
１００　　熱交換装置
１１０　　コンデンサ部
１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ　　コンデンサプレート
１２０　　リキッドタンク部
１２１，１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ　　リキッドタンクプレート
１２２　　冷媒保持部
１３０　　内部熱交換部
１３１，１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ　　ＩＨＸプレート
１４０　　エバポレータ部
１４１，１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ　　エバポレータプレート
１５０　　配管

Claims (6)

  1. 複数のプレートが連続して積層されたプレート積層部を備え、
    前記プレート積層部は、
    　　　前記複数のプレートのうち一部のプレートの間に、高圧の冷媒が流される通路と前記高圧の冷媒から熱を吸収する熱媒体の通路とが積層するように構成されたコンデンサ部と、
    　　　前記複数のプレートのうち別の一部のプレートの間に、低圧の冷媒が流される通路と前記低圧の冷媒に熱を与える熱媒体の通路とが積層するように構成されたエバポレータ部と、
    　　　前記複数のプレートのうちさらに別の一部のプレートの間に、前記高圧の冷媒が流される通路と、前記低圧の冷媒が流される通路とが積層するように構成された内部熱交換部と、を有する、
    熱交換装置。
  2. 前記コンデンサ部、前記内部熱交換部、前記エバポレータ部は、前記コンデンサ部、前記内部熱交換部、前記エバポレータ部の順番で並んでいる、
    請求項１に記載の熱交換装置。
  3. 前記複数のプレートのうちさらに他の一部のプレートの間、或いは、前記さらに他の一部のプレートを通して、前記コンデンサ部の前記高圧の冷媒の出口に通じる空間が構成されたリキッドタンク部をさらに備えた、
    請求項１に記載の熱交換装置。
  4. 前記コンデンサ部、前記リキッドタンク部、前記内部熱交換部、前記エバポレータ部は、前記コンデンサ部、前記リキッドタンク部、前記内部熱交換部、前記エバポレータ部の順番で並んでいる、
    請求項３に記載の熱交換装置。
  5. 前記熱媒体は、冷却液、油、又は、空気のうちの何れかである、
    請求項１に記載の熱交換装置。
  6. 前記複数のプレートは、同じ大きさ且つ同一の外形を有している、
    請求項１に記載の熱交換装置。
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