プレート熱交換器および給湯機
【課題】プレート熱交換器のスケール付着の防止効果を、より確実に、信頼性がより高く、効率よく得る。
【解決手段】プレート熱交換器１は、中心面どうしが対向して空間を挟んで積層された３枚以上のプレート２と、その３枚以上のプレート２の側面を密閉する積層側面２５とから構成される熱交換器本体を備え、隣り合う２枚のプレート２に挟まれる空間がプレート２ごとに交互に、高温流体が流通する高温流体流路４と、低温流体が流通する低温流体流路９と、に形成される。付勢して振動する振動体２０が、熱交換器本体の端にあるプレート２の中心面に平行な熱交換器本体の外面に、かつプレート２の外縁から離れた位置に固着される。そして、振動体による振動の振幅が熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持する保持部２９を備える。
【解決手段】プレート熱交換器１は、中心面どうしが対向して空間を挟んで積層された３枚以上のプレート２と、その３枚以上のプレート２の側面を密閉する積層側面２５とから構成される熱交換器本体を備え、隣り合う２枚のプレート２に挟まれる空間がプレート２ごとに交互に、高温流体が流通する高温流体流路４と、低温流体が流通する低温流体流路９と、に形成される。付勢して振動する振動体２０が、熱交換器本体の端にあるプレート２の中心面に平行な熱交換器本体の外面に、かつプレート２の外縁から離れた位置に固着される。そして、振動体による振動の振幅が熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持する保持部２９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレートが積層され、プレートを挟んで流通する流体間で熱交換するプレート熱交換器に関し、さらにはプレート熱交換器を用いる給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート熱交換器の流路にスケールが付着するのを防止するために、シェルアンドプレート式熱交換器のシェルの胴板に超音波振動子を取付け、熱プレート間の通路に入る直前で流体が超音波を受けるようにした熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、熱交換器のスケール付着防止効果が十分に発揮され、加えてシェルの胴板が共振作用をなすので同効果が一層増大する、と説明されている。
【０００３】
また、流路ブロック内に流れる冷媒を直接振動させる振動子ブロックと、振動子ブロックによる冷媒の振動を制御する振動子駆動制御装置とを備える熱交換器が知られている。（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、超音波照射によって生じる定在波・音響流に起因した２次流れのマクロな撹乱作用により、伝熱性能を向上させることができる、と説明されている。
【０００４】
その他、高温水を供給するポンプの吐出側に設けられている吐出弁の開閉制御により、高温水を脈動させて高温室に供給し、プレートを振動させるプレート式熱交換器が開示されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３では、運転を停止することなく、プレートを振動させて高温水側に堆積している異物を除去できる、と説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−８３５９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３２５８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２２１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の熱交換器は、シェル内に設けられ、積層されたプレートの積層の側面側から、しかも流体を介して超音波振動を付与する構成である。特許文献１の熱交換器では、距離が離れると振動が減衰されるので、プレートの平面方向に振動面から離れた場所では、スケール付着の防止効果が低くなり、プレート全体としても同効果が不確実で限定的となる問題点があった。また振動が付与された流体とプレートを挟んだ別の流体側には振動は直接付与できず、後者の流体側ではスケール付着の防止効果はより低くなるので、スケール付着の防止が必要な流体は実質上前者の流体だけに限定されていた。
【０００７】
特許文献２の熱交換器は、流路を流れる流体に、超音波振動子が付属した振動面が直接触れるように構成されている。特許文献２の熱交換器では、伝熱性能向上効果とともに、特許文献１におけるスケール付着の防止効果も得られるものと考える。しかし一方で、特許文献２では、個々の積層単位に流体間の隔壁を兼ねた振動子を設置することが必要である上、それぞれ振動子を付勢する電源が必要なため、積層時には複雑かつ専用の構造となり、そのため高コストとなる問題点がある。また振動子が埋め込まれる構成であり、振動子の厚みの分、スペースが増大する上、熱抵抗も増え、伝熱性能向上効果は限定的となる問題点がある。さらに振動子が少なくとも接している流体の温度程度に加熱されるのは避けられず、振動子の使用寿命が短くなる、使用できる流体の温度が限定される、高温に耐える振動子を選択する必要から高コストになる、などの問題点があった。
【０００８】
特許文献３の技術は、プレート式熱交換器全体を機械的に振動し、それによって熱交換器中のプレートを振動させるというものである。そのため、プレート式熱交換器は加振されて空間的に動けるようにした構成とする必要があり、実施例では加振式台座の上にプレート式熱交換器を載せた構成が示されている。特許文献３では、プレート式熱交換器の中の水とプレートが基本的に同一に加振されるので、水に対するプレートの振動には繋がり難く、プレート上などの異物の除去の効果は限定的であるという問題点があった。また少なくとも、加振させるための動力に比してプレートが振動するために費やされる動力が低くなり、プレートを振動させるための動力効率が低い、という問題点があった。また、プレート式熱交換器全体が加振されて空間的に動くので、流体配管との接合部も動き、接合部や流体配管の寿命や信頼性が低下する問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、プレート熱交換器のスケール付着の防止効果を、より確実に、信頼性がより高く、効率よく得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るプレート熱交換器は、中心面どうしが対向して空間を挟んで積層された３枚以上のプレートと、その３枚以上のプレートの側面を密閉する側部とから構成される熱交換器本体を備え、隣り合う２枚のプレートに挟まれる空間がプレートごとに交互に、高温流体が流通する高温流体流路と、低温流体が流通する低温流体流路と、に形成されたプレート熱交換器であって、熱交換器本体の端にあるプレートの中心面に平行な熱交換器本体の外面に、かつプレートの外縁から離れた位置に固着され、付勢して振動する振動体を備える。そして、振動体による振動の振幅が熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持する保持部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プレート熱交換器において、スケール抑制と除去、汚れ抑制と除去が確実に安定して信頼性高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るプレート熱交換器の低振動部を説明するための図である。
【図３】プレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。
【図４】プレート熱交換器の高温流体入口側の側面断面概念図である。
【図５】プレート熱交換器の低温流体出口側の側面断面概念図である。
【図６】プレート熱交換器の奇数番のプレートの平面図である。
【図７】プレート熱交換器の偶数番のプレートの平面図である。
【図８】実施の形態１に係るプレート熱交換器の振動子を振動させる動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２に係るプレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。
【図１０】実施の形態２に係るプレート熱交換器の弾性体の平面図である。
【図１１】実施の形態２に係るプレートと弾性体とを積層した様子を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るプレート熱交換器の構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係る給湯機である蓄熱給湯空調機の構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態７に係る給湯機である蓄熱給湯機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の斜視図である。本実施の形態１のプレート熱交換器１では、プレート２の中心面どうしが対向して空間を挟んで積層されている。ここで、プレート２の中心面とは、プレート２を最も広く見る方向に平面視したときの、平面視の方向のプレート２の厚さの中心または平均を通る面をいう。後述するようにプレート２は平板ではないが、図１ではプレート２を平面に見立てて、中心面を積層面２６で表している。
【００１５】
実施の形態１では、積層方向２４へ板状のプレート２が７枚積層されている。積層したプレート２の側面（積層側面２５）は、ろう付けなどの溶接やカシメなどによりプレート２の外縁２７（図２参照）どうしを密着したり、図示しないあて板などを外縁２７に密着させて、外部に対して流体が洩れないように水密にしている。積層したプレート２の間は、外縁２７以外は流体が流通する空間が形成されており、高温流体が流通する３つの高温流体流路４と低温流体が流通する３つの低温流体流路９とが積層方向２４へプレート２ごとに交互に形成されている。プレート２を積層して、側面を密閉した構造が、熱交換器本体である。
【００１６】
プレート熱交換器１には、熱交換器本体の積層方向２４の端のプレート２に、プレート２の外縁から離れた位置に振動体２０が固着されている。振動体２０は、振動面がプレート２の中心面にほぼ平行に固着される。振動体２０が固着されている方から数えて奇数番のプレート２をプレート２ａ、振動体２０が固着されている方から数えて偶数番のプレート２をプレート２ｂとする。
【００１７】
図３は、プレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。図４は、プレート熱交換器の高温流体入口側の側面断面概念図である。図５は、プレート熱交換器の低温流体出口側の側面断面概念図である。図３〜５に示すように、各プレート２の外縁２７以外の積層面２６は波状の凹凸形状を有しており、積層面２６の凹凸形状のパターンが異なる２種類のプレート２ａ、２ｂが交互に積層されている。
【００１８】
図６は、プレート熱交換器の奇数番のプレートの平面図である。図７は、プレート熱交換器の偶数番のプレートの平面図である。図６または図７は、プレート２ａまたはプレート２ｂを振動体２０の反対側から見た平面図である。図６および図７の斜めに平行に描かれた点線は、プレート２の凹凸の山線（または谷線）の方向を示す。図６および図７に示すように、プレート２ａとプレート２ｂでは、凹凸の方向がクロスしている。このようにすると高温流体と低温流体が、積層面２６の凹凸形状に沿って積層方向２４に対して上下へ流動するとともに、積層面２６側から見て低温流体流れ方向９ａと高温流体流れ方向４ａとが多くの部分でクロスして流動し、熱交換の効率が高くなるようになっている。なお、積層面２６の平面方向への流量分配がより均一になるように、或いはより熱交換の効率が高くなるように、複雑な凹凸の形状パターンや平面方向への配置パターンが提案されており、図示したパターンは一例に過ぎないことはいうまでもない。
【００１９】
積層方向２４へ隣接したプレート２ａとプレート２ｂの積層面２６の間で、積層面２６の外縁以外の部分は、振動体２０による振動の振幅（１０μｍ程度）以上の間隔を開けて非接触に形成されている。このようにすると、熱交換効率の低下を抑制しつつ、積層面２６の剛性を低くして、より一層減衰少なく小さいエネルギーで積層面２６を振動できる。また振動した時に、プレート２どうしが接触しないので、隣接積層面２６間の経時的な衝突による破損や衝突音を抑制できる。
【００２０】
プレート２の積層面２６の４隅の近傍には、高温流体入口５、高温流体出口７、低温流体入口１０および低温流体出口１２が開口される。図１に示すように、端部のプレート２（プレート２ａ）にはそれぞれの開口部に合わせた位置に高温流体流入路６、高温流体流出路８、低温流体流入路１１および低温流体流出路１３が接続されている。図４、図５に示すように、この開口部の積層方向への構成は、積層方向２４へ交互に高温流体流路４あるいは低温流体流路９が流出入するように構成されており、マニホールドの機能を果たしている。
【００２１】
図１および図３に示すように、積層方向２４の一方端のプレート２（この実施の形態１では２ａ）の積層面２６の（プレート２の中心面に平行な）外面に振動体２０を固着している。実施の形態１では、積層面２６の対向する２方の外縁２７から等距離になる位置に、すなわち積層面２６の重心位置に、間に固着部２３を挟んで円筒体形状の振動体２０の一方端の底部を積層面２６に固着している。固着部２３は、固まるまでは一定の流動性のある接着剤としてのエポキシ樹脂（耐熱性が望ましい）などで形成された層である。固着部２３は、振動体２０と積層面２６との間に空隙が生じないようにすることと接着とを兼ねたものとなっている。なお、固着部２３に空隙があると振動が減衰し易くなる上、振動によって空隙部の境界で発熱することで接着が剥がれやすくなる。
【００２２】
振動体２０は、振動体２０の半分程度の高さの円筒体形状をした金属製の２つの狭持体２２と、ほぼ同径の薄い円盤状の圧電素子である振動子２１とを備える。圧電素子２１と狭持体２２との間は、ゴム製のシートなどがさらに挟まれており、絶縁されている。狭持体２２および振動子２１の軸心にねじ穴が開いており、そのねじ穴にボルトを差し込んで、振動子２１を２つの狭持体２２で挟んで締め付けた構成である。これは、超音波振動子などで用いられているいわゆるボルト締めランジュバン型といわれる構造である。
【００２３】
圧電素子である振動子２１の両端に接続した高周波導線３１により、電源３２から高周波電源３０を通して高周波数で通電すると、振動子２１が振動し、定在波を形成する振動周波数で振動体２０が振動する。この振動はこの実施の形態１では、積層方向への振幅による振動で、振動周波数２０ｋＨｚ（一般にこの周波数以上が超音波振動である）、最大振幅数μｍ程度としている。なお、振動周波数は、これに限らず、また超音波振動でなくてもよいが、振動周波数が２０ｋＨｚ以下であると、可聴音域となるので、騒音が問題となる可能性がある。実験では、振動周波数が低い方が洗浄の効果は大きくなる結果を得ている。これは、動力が同じであれば振幅が大きくなることによるのが原因と考えられる。これらのことから上記の値程度とするのが好ましい。ただし、振動体２０がプレート２に固着されると、振動体２０単体での振動周波数と違う周波数になる（振動周波数が単体より高くなる）ので、振動体２０単体では２０ｋＨｚ前後の振動周波数としておけばよい。振動体２０の保持のされ方や流路を流れる流体の流量や温度でも振動周波数は変化するので、高周波電源３０は、振動子２１に印加する電源周波数を可変にできるようにしておくと、保持された状態のプレート熱交換器１の振動面２６を効率よく振動できる適切な周波数に合わせることができる。
【００２４】
図２は、実施の形態１に係るプレート熱交換器の低振動部を説明するための図である。本実施の形態１では、外部から保持された断面Ｌ型の金具である保持体２９を８ヶ所の角部２８に接触させて、プレート熱交換器１の位置を固定して保持している。少なくとも、振動体２０による振動の振幅が熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持することが好ましい。外面で振幅が極小である低振動部は、その周囲より振幅が小さい箇所である。
【００２５】
角部２８は、振動体２０による振動の振幅が極小であって、振幅が無いかまたは低くなる低振動部の１つである。低振動部は他に、図２の中に示す、４本の線上の側面角部２８ａ、８本の線上の外縁２７、４ヶ所の積層側面２５、積層面２６の４隅に接続された高温流体流入路６、高温流体流出路８、低温流体流入路９、高温流体流出路１１である。プレート熱交換器１が直方体でない形状であっても上記に相当する場所が低振動部である。積層面２６の振動体２０が固着された場所が最も振動の振幅が大きいが、上記の低振動部では、構造的な影響などで剛性が高く、ほとんどかまったく振動しない。逆に低振動部以外で固定すると、振動体２０の振動そのものが抑制され、振動が阻害されるので、低振動部以外では固定しないようにすることが望ましい。
【００２６】
低振動部は、実際に振動子２１を振動させて振幅を測定することで簡単に判明するので、測定した結果、振幅をしない上記以外の場所を低振動部（保持体２９を接触して保持する場所）としてもよい。また保持体２９は、接触してプレート熱交換器１を固定位置で保持できれば、上記以外の形状であってもよい。
【００２７】
プレート熱交換器１は、図１の制御器５０によって、高周波電源３０への通電ＯＮ／ＯＦＦ指令により振動体２０を振動する時機および振動体２０の振動を停止する時機を制御する。図１では、制御器５０から各部への線を省略している。プレート熱交換器１は、高温流体流路４、高温流体流入路７、高温流体流出路８、低温流体流路９、低温流体流入路１１、低温流体流出路１３などに、図示しない温度センサを備え、制御器５０は、各部の温度を計測できるようにしてもよい。プレート熱交換器１は、高温流体流入路７、高温流体流出路８、低温流体流入路１１、低温流体流出路１３などに、図示しない流量センサを備え、制御器５０で各部の流量を計測できるようにしてもよい。また、制御器５０は、時間を計測するタイマを備え、高周波電源の通電時間、高温流体または低温流体の流通する時間などの経過時間を計測する。制御器５０は、各センサおよび高周波電源３０への入出力とタイマを備える、論理回路またはマイクロコンピュータで構成できる。
【００２８】
実施の形態１では、下記３つの場合に振動体２０を振動するようにしている。１つ目は凍結の可能性があるとき、２つ目は高温流体を所定時間以上流通したとき、３つ目は顕著にスケール生成が進行する温度以上の高温流体が所定時間以上流通したとき、である。このようにするのは、振動によって振動体２０やプレート熱交換器１の各部に金属疲労などが蓄積するのを抑制するため、振動体２０の振動時間を必要最小限に抑制して、振動体２０自体およびプレート熱交換器１の使用寿命を延ばすことが目的である。以下、振動体２０による振動の作用について説明する。
【００２９】
振動体２０に高周波電源３０から高周波数で通電すると、振動体２０が積層方向２４へ振幅する振動が発生する。それに伴い、振動体２０が固着されたプレート２ａの積層面２６が積層方向２４へ振幅する振動が発生する。熱交換器本体の振動は、外縁２７に近づくにしたがって、その振幅は減少する。この振動によって、このプレート２ａの積層面２６に面した低温流体流路９側の低温流体中には、積層面２６近傍の低温流体中でキャビテーションの泡が生じる。さらにはたとえば積層方向２４への音響直進流が生じ、低温流体とキャビテーションの泡ともども低温流体流れ方向９ａとは異なる方向への撹拌が生じる。その結果、音響直進流やキャビテーションの泡が崩壊するときの物理的な衝撃により低温流体が面しているプレート２ａおよび２ｂの表面の異物を除去したり微生物を不活化する作用が生じる。
【００３０】
なお、キャビテーションの泡は、中は水蒸気であり、短時間で泡は崩壊する。その時の局部的な高エネルギー変化で低温流体が水道水などであれば一時的にたとえば亜硝酸を生成する作用（何が生成されるかは流体中に含まれる物質による）なども報告されている。その点でも微生物不活化に利用できる、あるいは洗浄効果を上げる化学的作用が得られる。
【００３１】
上記のような物理的な衝撃は、表面ならず、積層面２６そのものへも作用をなす。その結果、上記の低温流体から積層方向２４へ隣接したプレート２ｂの積層面２６が振動することとなり、プレート２ｂの積層面２６の積層方向２４へ面した高温流体流路４でも上記同様な作用を生じる。このときさらに、熱交換する際に通常生じる低温流体および高温流体の積層方向２４への温度境界層の生成が、音響直進流などにより、抑制される作用が生じる。そのため、低温流体と高温流体間で効率よく熱伝達することが可能となる。
【００３２】
さらに、順次積層方向２４へ隣接したプレートへ振動が伝達され、それに面した流路やプレートにおいて、上記同様な作用、効果を及ぼす。ただし、振動体２０から積層方向２４へ離れるにしたがって、振動は減衰し、効果が減少することになるので、最後の流体流路で必要な作用と効果が得られるように、振動体２０を振動させる強度を高周波電源３０に設定しておくことが好ましい。
【００３３】
なお、積層方向２４の最後、積層面２６の外面が空気に面したプレート２ａ（すなわち図１の最も下のプレート２ａ）では、プレートと空気の音速が大きく違うことにより、空気に面した部分で振動の一部は熱に代わる。そのため、この実施の形態１よりもう一層積層するプレートを増やしてそこに低温流体流路９を追加で形成することが望ましい。このようにすると、低温流体の方が振動での発熱分を回収しやすいので、多少なりとも放熱の無駄が減り、熱効率を向上できる。
【００３４】
図８は、実施の形態１に係るプレート熱交換器の振動子を振動させる動作の一例を示すフローチャートである。制御器５０に電源が入った段階から、振動処理を開始する（ステップ５１）。振動処理は、周期処理部（ステップ５２）によって一定周期でステップ５３以下の処理が進行する。周期処理部から高温流通判断部へ処理が進み、高温流体が流通していなければ（ステップ５３；ＮＯ)、高温流通時間判断部（ステップ５７）へ処理が進む。高温流体が流通していれば（ステップ５３；ＹＥＳ）、高温流通時間積算部で高温流通積算時間を積算し（ステップ５４）、スケール判断部へ処理が進む。高温流体温度がスケール温度以上でなければ（ステップ５５；ＮＯ）、高温流通時間判断部（ステップ５７）へ処理が進む。高温流体温度がスケール温度以上であれば（ステップ５５；ＹＥＳ）、スケール積算時間を積算して（ステップ５６）、高温流通時間判断部（ステップ５７）へ処理が進む。
【００３５】
高温流通時間判断部で、高温流通積算時間が予め設定された積算時間を超えれば（ステップ５７；ＹＥＳ）、振動開始部（ステップ６０）へ処理が進む。高温流通積算時間が積算時間を超えてなければ（ステップ５７；ＮＯ）、スケール時間判断部（ステップ５８）へ処理が進む。スケール時間判断部で、スケール積算時間が予め設定された積算時間を超えれば（ステップ５８；ＹＥＳ）、振動開始部（ステップ６０）へ処理が進む。スケール積算時間が積算時間を超えていなければ（ステップ５８；ＮＯ）、凍結判断部（ステップ５９）へ処理が進む。
【００３６】
凍結判断部で、外気温が予め設定された凍結する可能性のある凍結温度以下であれば（ステップ５９；ＹＥＳ）、振動開始部（ステップ６０）へ処理が進む。外気温が凍結温度より高ければ（ステップ５９；ＮＯ）、振動判断部（ステップ６１）へ処理が進む。振動開始部（ステップ６０）では、振動体２０の振動を開始し、その後振動判断部（ステップ６１）へ処理が進む。
【００３７】
振動判断部で、振動体２０が振動していなければ（ステップ６１；ＮＯ）、周期処理部（ステップ５２）に戻って、次周期まで待機する。振動体２０が振動していれば（ステップ６１；ＹＥＳ）、振動時間積算部（ステップ６２）へ処理が進み、振動積算時間を積算する。振動時間判断部６３で、振動積算時間が予め設定された連続振動時間に達してなければ（ステップ６３；ＮＯ）、周期処理部（ステップ５２）へ戻り、次周期まで待機する。すなわちその間、振動体２０の振動が継続される。
【００３８】
振動積算時間が連続振動時間を超えれば（ステップ６３；ＹＥＳ）、振動後処理で、振動積算時間をリセットし、振動体２０の振動を停止する（ステップ６４）。その後、高温流通時間判断部（ステップ６５）、スケール時間判断部（ステップ６７）を介して、振動体２０の振動が、高温流通積算時間が超過したことが要因であった場合は（ステップ６５；ＹＥＳ）、高温流通積算時間をリセットして（ステップ６６）、周期処理部（ステップ５２）へ戻る。
【００３９】
高温流通積算時間が超過しておらず（ステップ６５；ＮＯ）、スケール積算時間が超過したことが振動開始の要因であった場合は（ステップ６７；ＹＥＳ）、スケール積算時間をリセットして（ステップ６８）、周期処理部（ステップ５２）へ戻る。高温流通積算時間とスケール積算時間のどちらでもない場合（ステップ６５；ＮＯ、ステップ６７；ＮＯ）、単に周期処理部（ステップ５２）へ戻り、次周期まで待機となる。
【００４０】
なお、図８では、振動体２０の振動開始の要因が、高温流通積算時間が超過したことによる場合、スケール積算時間が超過したことによる場合、外気温が凍結温度以下となったことによる場合も、同一の振動積算時間後に振動体２０が停止するものとしている。ただし、外気温が凍結温度以下であれば、次の周期で振動体２０が再度振動開始することになる。また、要因によって異なる振動積算時間後に振動体２０が停止するようにしてもよい。
【００４１】
以上、説明したように、保持部２９によって低振動部である８ヶ所の角部２８でプレート熱交換器１を保持するので、振動減衰を抑制しつつ確実な保持ができる。積層面２６の２方向の外縁２７から等距離になる中心位置に振動体２０を固着しているので、積層面を減衰少なく振動し易くできる。その結果、配管を接合する部位の経時的な破断や漏水の可能性を抑制して信頼性を高くできる。また無駄少なく効率よく積層面を振動できるので、省エネルギーとなり、スケール抑制と除去、汚れ抑制と除去、伝熱性能向上と持続、がより高い効果で得られる。また、スケールや汚れなどの除去と同様に、流路の壁の表面に形成された初期の錆なども除去できる効果が実験では見られ、錆の抑制と除去の効果も得られる。そしてキャビテーションでの雑菌の成育抑制と除去、振動と熱での凍結の抑制と除去によるプレート２の破損防止、がより高い効果で得られる。また振動が最終的に変換される熱の逃げ道が少ないので振動の結果による熱を効率良く活用でき、よりエネルギー効率が高い。上記のような各効果が得られるプレート熱交換器１が従来の構造を大きく変えずに得られ、省スペースかつ低コストに形成できる。さらに、外面固着の振動体２０は外部へ放熱し易く過熱され難いので、寿命が向上し、より高温流体の使用が可能となり、あるいは高温向でない安価な振動体２０を採用し易い、という効果が得られる。またプレート熱交換器１は熱交換の機能を確保すると同時に上記各効果が得られ、利便性が高い。
【００４２】
保持部２９で保持するプレート熱交換器１の部分は角部２８には限らず、プレート２の外縁２７または積層した側面２５、側面角部２８ａ、あるいは高温流体または低温流体の出入りのための配管である高温流体流入路６、高温流体流出路８、低温流体流入路１１、低温流体流出路１３などでの低振動部であってもよい。さらに、保持部２９の一部（保持部２９の途中や低振動部との接触部）または全体を、弾性材料または弾性構造で形成すると、確実な保持をしながら振動減衰をより一層抑制できる。
【００４３】
本実施の形態１のプレート熱交換器１では、前記振動体２０が固着された前記プレート２の積層面２６の反対面に前記低温流体流路１３を形成するように構成したので、振動体２０は、熱伝導で加熱され難くなり、寿命が向上する。
【００４４】
本実施の形態１のプレート熱交換器１では、高温流体の流通積算時間が所定値以上になったときに、一定時間、振動体２０を振動するようにしたので、振動する時間を限定して振動する時間を抑制し、スケール付着防止に要するエネルギー効率が高い。また、キャビテーションによるプレート２の減肉を抑制でき、プレート２や振動体２０の使用寿命を向上できる。必要最小限の時間間隔で振動するので、積層した側面の振動による疲労破壊をより抑制でき、プレート熱交換器１の寿命が向上する。
【００４５】
実施の形態１では、振動体２０を流通積算時間で振動するようにしたが、さらに高温流体が流通しているときに限定してもよい。このようにすると、高温流体が流通しているので、高温流体側から除去したスケール、汚れ、雑菌を、流通によって外部へ排出でき易く、除去したものでの閉塞を抑制でき、より一層プレート熱交換器１の使用寿命が向上する。このとき、流通を直接検知せずに運転モードとして流通している筈であるという条件で間接検知して振動体２０を振動するようにしてもよい。
【００４６】
また実施の形態１では、高温流体の温度が、スケールが生成する温度以上であるときに限定して、さらにその積算時間が所定の時間を超えたときに、振動体２０を振動するようにしている。このため、より一層振動する時間を抑制できるとともに、スケール生成を効率よく抑制でき、振動に要するエネルギーを削減できる。そして、キャビテーションによるプレート２の減肉を抑制でき、プレート２や振動体２０の使用寿命を向上できる。また振動によるプレート２の積層連結部の疲労破壊を抑制でき、プレート熱交換器１の寿命が向上する。
【００４７】
また凍結する可能性を外気温で検知して、外気温が所定温度以下の時に振動体２０を振動するようにしている。このようにすると、振動により、振動と熱で凍結を抑制でき、少ないエネルギーで凍結による弊害（運転不可時間の発生、流路破断、流路閉塞）を抑制できる。その結果、熱だけを発生するヒーターなどの使用を抑制でき、振動により凍結核を除去するので省エネとなる他、凍結の弊害が減って利便性を向上でき、プレート型熱交換器１の使用寿命を向上できる。なお、凍結の可能性を外気温で検知する方法に限らず、流量低下や流体の温度で検知することも可能である。さらに、雑菌が繁殖する一定の温度以下あるいは所定の温度範囲の時に振動させるようにしてもよい。その場合、振動時間を抑制しつつ、雑菌発生を抑制できる。
【００４８】
また逆に、熱交換器内に流通していない積算時間が所定時間以上となった時に振動体２０を振動するようにしてもよい。この場合、流通していないことで、流路の壁面表面に形成される錆が成長する前に、除去することが容易な錆の核を除去でき、その結果、錆の生成を抑制することができる効果がある。このときの流通していない積算時間は、連続的に流通停止している際の積算時間（この場合、途中で流通再開した時点で積算時間はリセットされる）であってもよいし、流通したり流通停止したりする際の流通停止の単純な積算時間（この場合、途中で流通再開しても積算時間はリセットされない）であってもよい。他の要因による積算時間による振動と同様に、振動体２０の振動時間が一定時間以上となったときに、振動体２０の振動は停止され、積算時間もリセットされる。このとき同時に、除去された錆を外部へ排出するために外部のポンプを稼動するようにして流路内に流通が生じるようにすることがより望ましいが、ただ振動するだけであっても錆の生成を抑制する一定の効果は得られる。また振動していても流通が無い場合は、除去された錆などは排出できないので、再付着を抑制するために、流通がある場合に比べて流通停止の積算時間の判定時間を短くする（すなわち頻繁に振動する）ようにし、途中で流通が再開後は、一旦短くした積算時間の判定時間をもとへ戻すようにしてもよい。
【００４９】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係るプレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。図１０は、実施の形態２に係るプレート熱交換器の弾性体の平面図である。図１１は、実施の形態２に係るプレートと弾性体とを積層した様子を示す平面図である。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００５０】
実施の形態２では、実施の形態１の構成に加えて、積層方向のプレート２間に弾性体１６が狭持されており、７枚のプレートの間に６枚の弾性体１６が狭持されている。以上の点が違いであり、他の点は実施の形態１と実施の形態２とは同様である。狭持されている弾性体１６は、図１０、図１１に示すようにプレート２の積層面２６の外縁２７に沿って一周するように形成されている。弾性体１６の材質は、シリコンゴムなどの合成ゴムや天然ゴムなどである。
【００５１】
図１０、図１１では、弾性体１６の低温流体の入出口のマニホールドの部分（左上と右下）は開口され、低温流体流路９が形成されている。また図１１のプレート２ａの裏側の弾性体１６は、図１０を裏返し、左下と右上に高温流体の開口部が来て高温流体流路４が形成できるように狭持される。このようにすると弾性体１６は１種類だけでよくなり、部品の種類が減ることで低コストに形成し易くなる。
【００５２】
プレート２が積層され、外縁２７で水密のために固定されているとき、プレート２が隙間無く積層されていると、構造物としてのプレート熱交換器１の剛性が高くなり、音響インピーダンスも高くなって、低周波数で振動し難くなり、振動伝達方向（積層方向２４）への振動の減衰も大きくなる。一方、プレート２間の隙間が広くなり過ぎると、振動し易くなり、振動の減衰も少なくなるが、水密している外縁２７近傍が破断し易くなる（低振動部であっても全く振動していないわけではないので）。
【００５３】
実施の形態２のように外縁２７に沿った弾性体１６をプレート２間に狭持しながらプレート２が積層されることで、積層間隔は空いているのでプレート熱交換器１の剛性が必要以上に高くなることがない。そして、積層方向２４への振動が減衰され難くなり、また水密のための外縁２７などは振動が抑制され、振動の繰り返しが原因による疲労破壊などが生じにくく、破断し難くなり、プレート熱交換器１の寿命が向上する。さらに、仮に破断したとしても弾性体１６があることによって熱交換器外部への水漏れが抑制できる。
【００５４】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係るプレート熱交換器の構成図である。以下、上記各実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５５】
実施の形態３では、実施の形態１ないし２で説明したような２台の熱交換器本体１ａ、１ｂを１組としたプレート熱交換器１となっている。熱交換器本体１ａと熱交換器本体１ｂの間に１つの振動体２０が挟まれるように配置され、振動体２０の積層方向の両端が熱交換器本体１ａ、１ｂのそれぞれの積層面２６に固着されている。
【００５６】
振動体２０を振動すると、積層方向の両方向へ振幅が生じ、実施の形態１および２では、その一方端の振幅しか利用していないが、実施の形態３のようにすることで、振動体２０の積層方向の両端の振幅を利用できるようになる。その結果、省スペース、省エネかつ低コストでプレート熱交換器１を構成できる。
【００５７】
たとえば、次のような使い方ができる。熱交換能力から考えて８１枚（低温流路が４０層、高温流路が４０層）のプレート２が積層されたプレート熱交換器１が必要な場合に、各４１枚（低温流路が２０層、高温流路が２０層）のプレート２が積層された２つの熱交換器本体１ａ、１ｂを用いることができる。プレート２の積層数が増えると振動体２０の固着面から離れるに従って振動の減衰も大きくなる。そのため、振動体２０が固着された積層面２６から積層方向２４へ一番遠いプレート２で、洗浄やスケール除去などの必要な効果を得ようとすると、振動の減衰を見越して振動体２０を付勢する電力を大きめに投入する必要がある。その結果、振動体２０が固着された積層面２６に近いプレート２では過剰な振動が生じることになり、減肉などが大きくなり寿命が低下する。
【００５８】
図１２のように２つの積層に分けることによって、両端の振幅を利用できるので、振動のための無駄な電力投入が減る上、積層数が減った結果減衰が少なくなって減衰を見越した無駄な電力投入も減り、過剰な振動も縮小するので振動体２０が固着された積層面２６に近いプレート２の減肉も減るという効果がある。
【００５９】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。以下、実施の形態１および２との相違点を中心に説明する。
【００６０】
実施の形態１および２では、低温流体流路９を形成するプレート２ａに固着部２３を挟んで振動体２０を固着していた。実施の形態４では、積層方向２４の最外縁の低温流体流路９を構成するプレート２ａのさらに外側に、プレート２の中心面に平行な端部プレート３を設け、端部プレート３に固着部２３を挟んで振動体２０を固着する。その際、端部プレート３と積層方向２４に隣接したプレート２ａの間である隙間部１４の内、振動体２０が固着された面に対応する部分には、たとえばシリカゲルなどのゲル状の封止物１５を封入する。隙間部１４に気体があることによって振動の伝達が阻害されることがないように構成している。隙間部１４全体に封止物１５を封入してもよい。また封止物１５は固着部２３と同様に固まるまでは流動性のあるエポキシ樹脂などであってもよい。
【００６１】
実施の形態１の構成では、プレート２ａを破損すると漏水する恐れがあるので、低温流体流路９を構成するプレート２ａに固着された振動体２０を着脱交換できないか、着脱交換できるようにするため、プレート２ａの厚みを増す必要があった。実施の形態４では、低温流体流路９を形成するプレート２ａとは別に端部プレート３を設け、その端部プレート３に固着部２３を挟んで振動体２０を固着したので、振動体２０を着脱する際に端部プレート３の面を破損しても漏水することはなく、振動体２０の着脱交換が容易となる。また隙間部１４に封止物１５を封入したので、振動の減衰を抑制できる上、高温流体または低温流体から振動体２０への伝熱が抑制され、振動体２０の過熱が抑制され、振動体２０を長寿命に使用し易くなる。
【００６２】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。以下実施の形態４との相違点を中心に説明する。
【００６３】
実施の形態４は、端部プレート３と振動体２０とを固着部２３による粘着性によって固着していた。実施の形態５では、振動体２０をプレート２の中心面に平行な端部プレート３にボルトで固着する。例えば、振動体２０の狭持体２２の内部にねじ穴１８を積層方向２４へ貫通して形成し、その位置に合わせて端部プレート３にも貫通部を形成する。そして、隙間部１４からねじ穴１８に向けてボルト１７を通して、端部プレート３と振動体２０とをさらに固着部２３を挟んで固着する。この場合、振動体２０はボルト１７の締め付けで端部プレート３と固着されるので、固着部２３は振動の減衰や過熱を生じる空気層の生成が抑制さえできればよく、強い粘着性は無くてもよい。また隙間部１４にはボルト１７と一体または別体のナット部を設けている。ボルト１７と別体のナット部とした場合は、ナット部を端部プレート３の表面や裏面に溶接などで固着したものであってもよい。
【００６４】
図１４では、積層方向２４への長さが短いボルト１７で示すが、長いボルトを使用してもよい。振動体２０の積層方向２４の長さより長いボルトとすると、振動体２０の固着面とは反対側からボルトを回転操作できるようになるので、振動体２０の端部プレート３への着脱操作がより容易となる。
【００６５】
また、実施の形態５では積層方向２４への低温流体流路９から隙間部１４に対して一部開口して、低温流体を隙間部１４へ還流させるように構成し、還流させた低温流体を封止物１５ａとしている。勿論、隙間部１４に高温流体流路４から還流させるように構成して、高温流体を封止物１５ａとしてもよい。実施の形態４のように、隙間部１４にゲル状の封止物１５を封入することも可能である。
【００６６】
以上のように、隙間部１４の空間的余裕を使って、端部プレート３を貫通したボルト１７で振動体２０と端部プレート３とを固定したので、より一層、端部プレート３と振動体２０の固着が確実となる。また振動体２０の端部プレート３への着脱操作もより容易となる。さらに、低温流体流路９から還流させた低温流体を封止物１５ａとしたので、封止物１５ａの確保が容易である。またプレート熱交換器１の製作時に封止物を確保しなくてよいので、プレート熱交換器１の製作がより容易となり、また低コストに製作できる。
【００６７】
実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６に係る給湯機である蓄熱給湯空調機の構成図である。実施の形態６は、実施の形態１ないし５で示すプレート熱交換器１を用いる蓄熱給湯空調機１００である。
【００６８】
給湯機である蓄熱給湯空調機１００は、ヒートポンプ１０２、第１熱交換器１１１、第２熱交換器１０１、蓄熱槽１２１および空調熱交換器１１２から構成される。蓄熱給湯空調機１００は、給水源１２４ａから供給される水を加熱して蓄熱槽１２１に貯湯し、外部の給湯先１２５ａへ給湯する。また、空調熱交換器１１２で、熱交換により室内空気を冷房または暖房する。第２熱交換器１０１は、実施の形態１ないし５のいずれかに示すプレート熱交換器１である。
【００６９】
蓄熱給湯空調機１００は、ヒートポンプ１０２を温熱および冷熱の熱源とする。第１熱交換器１１１によって、ヒートポンプ循環路１０４を循環する第１熱媒体１０３と第２熱媒体１１０との間で熱交換する。そして、第１循環路１１４によって熱媒体である第２熱媒体１１０が熱需要部１４０へ供給されることで室内を冷暖房する。また、高温流体であり熱媒体である第２熱媒体１１０が第１熱交換器１１１から第２熱交換器１０１へ供給されて、第２熱交換器１０１と蓄熱槽１２１との間の第２循環路１２３によって循環される低温流体である給湯水１４２との間で熱交換されて、蓄熱槽１２１へ高温となった給湯水１４２が蓄熱される。蓄熱槽１２１へ蓄熱された給湯水１４２は、外部の給湯先１２５ａへ必要に応じて給湯路１２５を通って給湯される。これらの機能を満たすために、ポンプ、弁、圧縮機などの稼働部品を操作することで、必要な各部の温度や流量や熱量などを制御するための制御装置１５０を備えている。
【００７０】
ヒートポンプ１０２（ヒートポンプ機構、装置とも呼ばれる）は、ヒートポンプ循環路１０４と、圧縮機１０５と、循環切替弁１０６と、膨張弁１０７と、外気熱交換器１０９と、第１熱交換器１１１とを備えている。ヒートポンプ循環路１０４は、炭化水素系や二酸化炭素など、使用温度圧力範囲内で気液２相化可能な第１熱媒体１０３を圧縮と膨張とをさせながら循環させる。圧縮機１０５は、第１熱媒体１０３を気相の状態で圧送して高温高圧化する。循環切替弁１０６は、圧縮機１０５の圧送方向、すなわちヒートポンプ循環路１０４での第１熱媒体１０３の循環方向を、冷房と暖房とを切り替えるために変更する。膨張弁１０７は、高圧の液相の第１熱媒体１０３を気液混合相へ膨張させて低温低圧化する。外気熱交換器１０９は、ファン１０８で送風された外気と第１熱媒体１０３とを熱交換する。第１熱交換器１１１は、グリセリン等を水に混ぜて低温まで凝固しないようにした不凍液である第２熱媒体１１０と第１熱媒体１０３とを熱交換する。
【００７１】
ヒートポンプ１０２は、ヒートポンプ循環路１０４内の第１熱媒体１０３の凝縮と気化とを利用して外気と第２熱媒体１１０との何れか一方から吸熱した熱を他方へ放熱する。ヒートポンプ１０２は、圧縮機１０５の圧縮に要する動力に比して効率よく、第１熱媒体１０３を介して外気と第２熱媒体１１０との間で熱を移動させる。第１熱交換器１１１では、第１熱媒体１０３と第２熱媒体１１０とは熱交換するだけで混合されない構成である。
【００７２】
第２熱媒体１１０を冷却する際は、膨張弁１０７から第１熱交換器１１１へ気液２相化された低温低圧の第１熱媒体１０３が流れる（流動方向１５１の逆方向）。一方、第２熱媒体１１０を加熱する際は、圧縮機１０５から第１熱交換器１１１へ高温高圧の気相の第１熱媒体１０３が流れる（流動方向１５１）。このように、ヒートポンプ循環路１０４の第１熱媒体１０３の循環方向は加熱時と冷却時では反転する。
【００７３】
循環切替弁１０６は４方弁である。４方弁は、４つの接続路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが接続されており、接続路Ａと接続路Ｂ、および接続路Ｃと接続路Ｄが流通している状態と、接続路Ａと接続路Ｃ、および接続路Ｂと接続路Ｄが流通している状態とを変更することができるようになっている。すなわち、ヒートポンプ１０２の加熱時には、外気熱交換器１０９から圧縮機１０５の入路へ流通し、圧縮機１０５の出路からヒートポンプ循環路１０４へ流通する。ヒートポンプ１０２の冷却時には、ヒートポンプ循環路１０４から圧縮機１０５の入路へ流通し、圧縮機１０５の出路から外気熱交換器１０９へ流通する。
【００７４】
蓄熱給湯空調機１００には、第１熱交換器１１１と熱需要部１４０としての空調熱交換器１１２との間で第１ポンプ１１３によって第２熱媒体１１０が循環する第１循環路１１４が形成されている。すなわち第１循環路１１４は、第１熱交換器１１１、蓄熱切替弁１１９、空調熱交換器１１２、第１ポンプ１１３、第１熱交換器１１１の経路である。第１循環路の往路１１４ａは、第１熱交換器１１１、蓄熱切替弁１１９、空調熱交換器１１２の経路である。第１循環路の復路１１４ｂは、空調熱交換器１１２、第１ポンプ１１３、第１熱交換器１１１の経路である。なお、空調熱交換器１１２の用途は、第２熱媒体１１０を熱源とした熱交換により室内空気を冷房または暖房することである。
【００７５】
第２熱交換器１０１は、第２熱媒体１１０と給湯水１４２とを熱交換する。第１熱交換器１１１から空調熱交換器１１２へ第２熱媒体１１０が流れる第１循環路の往路１１４ａの途中から供給路１１５が分岐され、供給路１１５の他端は第２熱交換器１０１へ接続されている。第２熱交換器１０１には、供給路１１５で供給された第２熱媒体１１０が流出する側に排出路１１７が接続されている。この排出路１１７の他端は、空調熱交換器１１２から第１熱交換器１１１へ第２熱媒体１１０が流れる第１循環路の復路１１４ｂの途中に合流している。第１熱交換器１１１、第１循環路の往路１１４ａの供給路１１５に分岐前の部分、供給路１１５、第２熱交換器１０１、排出路１１７、第１循環路の復路１１４ｂの排出路１１７へ合流後の部分、第１熱交換器１１１の経路は、蓄熱槽１２１へ給湯水１４２を蓄熱するためにまたは給湯先１２５ａへ給湯水１４２を供給するために、給湯水１４２を加熱する際に第２熱媒体１１０が流動する経路である。
【００７６】
第２熱交換器１０１と蓄熱槽１２１との間には、第２ポンプ１２２によって給湯水１４２が循環する第２循環路１２３が形成されている。すなわち第２循環路１２３は、第２熱交換器１０１、蓄熱槽１２１、第２ポンプ１２２、第２熱交換器１０１の経路である。第２循環路の往路１２３ａは、第２熱交換器１０１、蓄熱槽１２１の経路である。第２循環路の復路１２３ｂは、蓄熱槽１２１、第２ポンプ１２２、第２熱交換器１０１の経路である。第２熱交換器１０１では、第２熱媒体１１０と給湯水１４２とは熱交換するだけで混合されない構成である。
【００７７】
第２熱交換器１０１は、上記実施の形態１〜５で示したようなプレート熱交換器１であり、振動体２０ａが付設されている。
【００７８】
蓄熱槽１２１は、所定量（たとえば２００リットル）の給湯水１４２が常に収容されている。蓄熱槽１２１には、槽内上部側から給湯水１４２を流入したり流出したりするように第２循環路の往路１２３ａが接続されている。また蓄熱槽１２１には、槽内下部側から給湯水１４２を流入したり流出したりするように第２循環路の復路１２３ｂが接続されている。第２循環路の復路１２３ｂの途中に給水路１２４が、また第２循環路の往路１２３ａの途中に給湯路１２５が接続されている。蓄熱槽１２１から給湯水１４２が給湯先１２５ａへ第２循環路の往路１２３ａの一部と給湯路１２５とを通って給湯されるに応じて、給水源１２４ａから給水路１２４と第２循環路の復路１２３ｂの一部を通って給湯水１４２が蓄熱槽１２１へ流入する。
【００７９】
なお、給湯水１４２が蓄熱槽１２１へ流入する前提は、給水源１２４ａに給水圧力が充分にあることであるが、給水源１２４ａに充分な給水圧力が無い場合は、給水路１２４の途上に給水用のポンプ（図示しない）を設ける。また、図１５では、給湯路１２５は第２循環路の往路１２３ａの途上から分岐され、給水路１２４は第２循環路の復路１２３ｂの途上に合流しているが、それぞれ蓄熱槽１２１に直接接続されていてもよい。
【００８０】
空調熱交換器１１２は、冷房あるいは暖房用の室内機に設けられている。空調熱交換器１１２では、室内空気と、第１循環路１１４を循環している第２熱媒体１１０との間で熱が移動し、第２熱媒体１１０が温熱を循環している場合は室内が暖房され、第２熱媒体１１０が冷熱を循環している場合は室内が冷房される。室内空気を空調熱交換器１１２に対して送風するファン（図示していない）を設けることで熱交換効率をより高くできる。空調熱交換器１１２による冷暖房は、ファンなど設けずに、輻射によるだけのものであってもよい。
【００８１】
第１ポンプ１１３は、第１循環路の復路１１４ｂに排出路１１７が合流する位置と、第１熱交換器１１１との間に設けられている。第１ポンプ１１３は、第１循環路の往路１１４ａと第１循環路の復路１１４ｂとによって空調熱交換器１１２での空調運転（暖房運転または冷房運転）する時に、第１熱交換器１１１と空調熱交換器１１２との間で第２熱媒体１１０を循環する。また、第１ポンプ１１３は、供給路１１５、第２熱交換器１０１、排出路１１７の経路において、蓄熱運転時や給湯運転時など、第２熱交換器１０１を流通する給湯水１４２を加熱運転する時に、第１熱交換器１１１と第２熱交換器１０１との間で第２熱媒体１１０を循環させる。なお、第１ポンプ１１３は、回転数を可変に調節することができ、第１熱交換器１１１を流通する第２熱媒体１１０の流量を変更できるようになっている。
【００８２】
実施の形態６では、第１循環路の往路１１４ａから供給路１１５へ分岐する部分に、３方弁である蓄熱切替弁１１９が設けられている。３方弁は、３つの接続路Ａ、Ｂ、Ｃが接続されており、接続路Ａと接続路Ｂとを流通させるか、接続路Ａと接続路Ｃとを流通させるか、を変更する。また３方弁は一方向の流通が全開となれば、他方向の流通は全閉となるように、２方向の流通量が排他的に変更される。蓄熱切替弁１１９は、供給路１１５へ分岐する第２熱媒体１１０の流通量と、供給路１１５に分岐されずに第１循環路の往路１１４ａへ流通する第２熱媒体１１０の流通量とを排他的に変更できるようになっている。
【００８３】
図１５の制御装置１５０は、ヒートポンプ１０２、各種の弁およびポンプに接続し、それらを制御する。また、制御装置１５０は、プレート熱交換器としての第２熱交換器１０１の制御器を兼ねる。図１５では、制御装置１５０から各部への配線を省略している。制御装置１５０は、各センサからの入力、弁およびポンプならびに振動体２０ａとの入出力とタイマを備える、論理回路またはマイクロコンピュータで構成できる。
【００８４】
以下、種々の運転（蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、冷房運転の単独または組み合わせ）状態における、蓄熱切替弁１１９、第１ポンプ１１３、第２ポンプ１２２などの稼働部の切り替え制御または流量制御（あるいは回転数制御）に基づく第２熱媒体１１０と給湯水１４２の流れを説明する。蓄熱切替弁１１９、第１ポンプ１１３、第２ポンプ１２２は、運転状態に合わせて連動または非連動で作動するが、制御装置１５０によってこれらを制御するのは下記のとおりである。なお、運転状態が切り替わった直後や蓄熱量や給湯量などに変動が生じた場合、あるいは稼働部の制御動作などにより流量、温度などは過渡的には変動するが、下記では主に定常状態での動作を記載している。
【００８５】
蓄熱給湯空調機１００の蓄熱運転時には、蓄熱切替弁１１９が供給路１１５側へ全開となる。このとき第１熱交換器１１１で加熱された第２熱媒体１１０は全量が、第２熱交換器１０１へ供給される。第２熱交換器１０１で給湯水１４２と熱交換して冷却された第２熱媒体１１０は、排出路１１７へ流れ、第１循環路の復路１１４ｂに合流して第１熱交換器１１１へ再び戻される。また、第２熱交換器１０１の給湯水１４２側では、第２循環路１２３により蓄熱槽１２１との間で給湯水１４２が第２ポンプ１２２によって循環している。第２熱交換器１０１で第２熱媒体１１０と熱交換して加熱された給湯水１４２は、蓄熱槽１２１の上部側へ流入する。蓄熱槽１２１の下部側から排出された給湯水１４２は、第２熱交換器１０１へ再び戻される。この動作の結果、加熱された給湯水１４２が蓄熱槽１２１の上部から徐々に蓄熱される。このような蓄熱方法を温度成層蓄熱という。また、効率よく温度成層蓄熱するには、蓄熱槽１２１の上部側から流入する給湯水１４２の温度を一定の高温（蓄熱したい温度、たとえば６０℃）へ維持することが必要である。
【００８６】
第２ポンプ１２２の回転数を変更して、第２熱交換器１０１を流通する給湯水１４２の流量を変更することで、第２熱交換器１０１での交換熱量に合わせることができ、蓄熱槽１２１へ流入する給湯水１４２の温度を一定に制御している。一方、第２熱交換器１０１の第２熱媒体１１０側では、第１ポンプ１１３の回転数を変更して、第２熱交換器１０１を流通する第２熱媒体１１０の流量を変更することで、第１熱交換器１１１での交換熱量に合わせることができ、第２熱交換器１０１へ流入する第２熱媒体１１０の温度を、上記蓄熱したい温度よりも若干高い温度（たとえば６３℃）へ制御している。
【００８７】
蓄熱運転中の給湯運転時は、第２熱交換器１０１の第２熱媒体１１０側の流れは、蓄熱運転時と同じである。一方、給湯水１４２側の流れは、下記２つの場合がある。
【００８８】
（１）給湯先１２５ａへ給湯される給湯水１４２の流量Ａが、第２熱媒体１１０との熱交換で加熱されて第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂより少ない場合
第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂの内、流量Ａの給湯水１４２は給湯路１２５を通って給湯先１２５ａへ給湯され、流量（Ｂ−Ａ）の給湯水１４２が、蓄熱槽１２１へ流入し、蓄熱槽１２１へ蓄熱される。一方、蓄熱槽１２１へ流入する給湯水１４２と同量（流量Ｂ−Ａ）が蓄熱槽１２１から流出し、給湯先１２５ａへ給湯されている給湯水１４２の流量と同量（流量Ａ）が、給水路１２４から第２循環路の復路１２３ｂへ合流する。
【００８９】
（２）給湯先１２５ａへ給湯される給湯水１４２の流量Ａが、第２熱媒体１１０との熱交換で加熱されて第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂより多い場合
第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂに加え、流量（Ａ−Ｂ）の給湯水１４２が蓄熱槽１２１から流出し、徐々に蓄熱槽１２１の蓄熱分が減っていく。一方、蓄熱槽１２１から流出する給湯水１４２と同量（流量Ａ−Ｂ）が給水路１２４から第２循環路の復路１２３ｂに合流して蓄熱槽１２１へ流入し、また、給湯水１４２の流量と同量（流量Ｂ）が、給水路１２４から第２循環路の復路１２３ｂへ合流して第２熱交換器１０１へ供給される。
【００９０】
蓄熱給湯空調機１００の暖房運転時は、蓄熱切替弁１１９は供給路１１５側へ全閉となっていて、ヒートポンプ循環路１０４を第１熱媒体１０３が流動方向１５１の方向へ流れる。また、外気から外気熱交換器１０９を通して第１熱交換器１１１へと熱移動し、第２熱媒体１１０が熱交換によって第１熱交換器１１１で加熱される運転となる。第１熱交換器１１１で加熱され高温（たとえば４０℃）になった第２熱媒体１１０は、空調熱交換器１１２へ供給され、空調熱交換器１１２で室内の空気を加熱する暖房運転となる。なお、暖房する部屋の室温により第２熱媒体１０の暖房運転時の温度を可変に変えるようにしてより低温で運転するようにするとヒートポンプ１０２の効率が向上する。
【００９１】
蓄熱切替弁１１９が途中の開度で停止できる調節弁でない場合は、蓄熱運転と暖房運転とは同時運転できず、どちらか一方の運転となる。蓄熱切替弁１１９が、途中の開度で停止できる調節弁である場合、蓄熱運転しながら暖房運転することが可能である。ただし蓄熱運転中に暖房運転時は、ヒートポンプ１０２は最大能力で運転し、暖房運転をしつつ、余った能力で蓄熱運転することとなり、そのような熱量比になるように蓄熱切替弁１１９の開度を調節する。また蓄熱運転中は第２熱媒体１１０の温度が高くなっているので、暖房運転のため熱需要部１４０へ供給する第２熱媒体１１０は温度を低下させるため、たとえば、熱需要部１４０から排出される低温の第２熱媒体１１０と混合して供給するなどの手段を採る必要がある。
【００９２】
蓄熱給湯空調機１００の冷房運転時は、蓄熱切替弁１１９は供給路１１５側へ全閉となっていて、ヒートポンプ循環路１０４を第１熱媒体１０３が流動方向１５１の逆方向へ流れ、第１熱交換器１１１から外気熱交換器１０９を通して外気へと熱移動し、第２熱媒体１１０が熱交換によって第１熱交換器１１１で冷却される運転となる。第１熱交換器１１１で冷却され低温（たとえば１０℃）になった第２熱媒体１１０は、空調熱交換器１１２へ供給され、空調熱交換器１１２で室内の空気を冷却する冷房運転となる。冷房する部屋の室温により第２熱媒体１１０の冷房運転時の温度を可変に変えるようにしてより高温で運転するようにするとヒートポンプ２の効率が向上する。
【００９３】
冷房運転中の給湯運転時（暖房運転中の給湯運転時も同じ）は、第１循環路１１４と第１ポンプ１１３とによって冷房運転（暖房運転時も同じ）のための第２熱媒体１１０が第１熱交換器１１１と熱需要部１４０の間で循環されている。給湯運転はその経路とは独立して、蓄熱槽１２１に高温（たとえば６０℃）で蓄熱された給湯水１４２を給湯路１２５から給湯先１２５ａへ給湯される。このとき、蓄熱槽１２１から流出する給湯水１４２の分だけ、給水路１２４を通って給水源１２４ａから蓄熱槽１２１へ給湯水１４２が補充される。
【００９４】
蓄熱給湯空調機１００は以上のように構成されるので、蓄熱運転時には第２熱交換器１０１では高温の給湯水１４２が生成されるため、給湯水１４２に含まれるスケール源が常に供給されることとなり、第２熱交換器１０１の給湯水１４２の流路の特に高温となる出口にはスケールが生成し易くなる。なお第２熱媒体１１０はスケール源が新規に補給されない構成であるので、スケール生成は大きくなることはなく、継続的なスケール生成もない。
【００９５】
この第２熱交換器１０１が、上記実施の形態１〜５に示した、振動体２０ａを付設したプレート熱交換器１であり、高温流体が第２熱媒体１１０であり、低温流体が給湯水１４２である。第２熱交換器１０１では、第２熱媒体１１０が熱源で加熱された熱媒体である。また給湯水１４２が、外部の給湯先へ給湯する給湯水あるいは蓄熱運転の場合などに貯湯槽である蓄熱槽１２１と第２熱交換器１０１との間で循環する貯湯水である。蓄熱運転時に振動体２０ａを適宜振動することで、低温流体である給湯水１４２側にスケールが生成され難くなり、また生成されたスケールを剥離することができるようになる。その結果、第２熱交換器１０１内の目詰まりを防止し、熱交換器としての使用寿命を向上し、熱交換能力を維持できる。また蓄熱運転時、第２熱媒体１１０と給湯水１４２とが流通中に振動体２０が振動すると、温度境界層が生成され難くなり、第２熱交換器１０１の熱交換能力が向上し、第２熱媒体１１０と給湯水１４２との熱交換の温度差を縮小でき、第２熱媒体１１０の供給と排出の温度がともに下げられるようになり、ヒートポンプ１０２における第１熱媒体１０３の凝縮温度を低減できて、凝縮温度が低い方が効率向上できるので、ヒートポンプ１０２の効率が向上する。
【００９６】
実施の形態７．
図１６は、本発明の実施の形態７に係る給湯機である蓄熱給湯機の構成図である。実施の形態７は、実施の形態１ないし５で示すプレート熱交換器１を用いる蓄熱給湯機２００である。
【００９７】
給湯機である蓄熱給湯機２００は、ヒートポンプ２０２、第１熱交換器２１１、追焚熱交換器２３４、蓄熱槽２２１および浴槽２３１から構成される。蓄熱給湯空調機２００は、給水源２２４ａから供給される水を加熱して蓄熱槽２２１に貯湯し、外部の給湯先１２５ａまたは浴槽２３１へ給湯する。また、追焚熱交換器２３４で、熱交換により浴槽２３１の浴槽水を加熱する。第１熱交換器２１１および追焚熱交換器２３４は、実施の形態１ないし５のいずれかに示すプレート熱交換器１である。
【００９８】
蓄熱給湯機２００は、ヒートポンプ２０２を熱源とする。第１熱交換器２１１は、ヒートポンプ２０２の第１熱媒体２０３と給湯水２１０とを熱交換する。蓄熱槽２２１は、給湯水２１０を蓄熱のために収容する。第１循環路２１４は、第１熱交換器２１１と蓄熱槽２２１との間で給湯水２１０を循環する。第１循環路２１４には、第１ポンプ２１３が取り付けられ、第１循環路２１４において蓄熱槽２２１をバイパスする蓄熱バイパス路２２０、第１循環路２１４の給湯水２１０を蓄熱槽２２１経由で循環するか蓄熱バイパス路２２０経由で循環するかを切り替える蓄熱切替弁２１９を備える。
【００９９】
追焚熱交換器２３４は、熱需要部２４０として浴槽２３１の浴槽水２３０を再加熱するために、蓄熱槽２２１の給湯水２１０と浴槽水２３０とを熱交換する。蓄熱槽２２１と追焚熱交換器２３４との間で給湯水２１０を循環する第２循環路２２３には、第２ポンプ２２２が取り付けられる。浴槽循環路２３３は、追焚熱交換器２３４と浴槽２３１との間で浴槽水２３０を循環する。浴槽循環路２３３には、浴槽ポンプ２３２が取り付けられる。給水路２２４は、給水源２２４ａから蓄熱槽２２１などへ給湯水を給水する。蓄熱槽２２１の給湯水２１０と給水路２２４から分岐された給水バイパス路２２６の水は、一般給湯混合弁２４１で所定の温度に混合して、給湯路２２５を経由して給湯先２２５ａへ給湯される。ふろ給湯混合弁２４２は、蓄熱槽２２１の給湯水２１０と給水路２２４から分岐された給水バイパス路２２６の水とを所定の温度に混合して浴槽２３１へ給湯する。制御装置２５０は、これらのポンプ、弁、圧縮機などの稼働部品を操作し、温度や熱量や水量などを制御する。
【０１００】
図１６の制御装置２５０は、ヒートポンプ２０２、各種の弁およびポンプに接続し、それらを制御する。また、制御装置２５０は、プレート熱交換器としての第１熱交換器２１１および追焚熱交換器２３４の制御器を兼ねる。図１６では、制御装置２５０から各部への配線を省略している。制御装置２５０は、各センサからの入力、弁およびポンプならびに振動体２０ｂ、２０ｃとの入出力とタイマを備える、論理回路またはマイクロコンピュータで構成できる。
【０１０１】
以下、蓄熱給湯機２００についてより詳しく説明する。ヒートポンプ２０２は、ヒートポンプ循環路２０４と、その途上に圧縮機２０５と、膨張弁２０７と、外気熱交換器２０９と、第１熱交換器２１１とを備えている。ヒートポンプ循環路２０４は、炭化水素系や二酸化炭素など使用温度圧力範囲内で気液２相化可能な第１熱媒体２０３を、圧縮と膨張とをさせながら流動方向２５１へ循環させる。圧縮機２０５は、第１熱媒体２０３を気相の状態で圧送して高温高圧化する。膨張弁２０７は、高圧の液相の第１熱媒体２０３を気液混合相へ膨張させて低温低圧化する。外気熱交換器２０９は、ファン２０８で送風された外気と第１熱媒体２０３とを熱交換する。第１熱交換器２１１は、給湯水２１０と第１熱媒体３とを熱交換して給湯水２１０を加熱する。
【０１０２】
ヒートポンプ２０２は、ヒートポンプ循環路２０４内の第１熱媒体２０３の凝縮と気化とを利用して外気から吸熱した熱を給湯水２１０へ放熱する。ヒートポンプ２０２は、圧縮機２０５の圧縮に要する動力に比して効率良く、第１熱媒体２０３を介して外気と給湯水２１０との間で熱を移動させる。第１熱交換器２１１では、第１熱媒体２０３と給湯水２１０とは熱交換するだけで混合されない構成である。
【０１０３】
第１熱交換器２１１は、実施の形態１〜５で示した、振動体２０ｂが取り付けられたプレート熱交換器であり、高温流体が第１熱媒体２０３、低温流体が給湯水２１０である。また追焚熱交換器２３４は、実施の形態１〜５で示した、振動体２０ｃが取り付けられたプレート熱交換器であり、高温流体が給湯水２１０、低温流体が浴槽水２３０である。
【０１０４】
第１熱交換器２１１と蓄熱槽２２１との間の第１循環路２１４は、第１熱交換器２１１、蓄熱切替弁２１９、蓄熱槽２２１、第１ポンプ２１３、第１熱交換器２１１の経路である。第１循環路の往路２１４ａは、第１熱交換器２１１、蓄熱切替弁２１９、蓄熱槽２２１の経路である。第１循環路の復路１４ｂは、蓄熱槽２２１、第１ポンプ２１３、第１熱交換器２１１の経路である。なお、蓄熱槽２２１の用途は、高温にした給湯水２１０を溜めておき、浴槽水２３０を追い焚きするための熱源としたり、給湯することである。
【０１０５】
所定量（たとえば４００リットル）の給湯水２１０が常に収容されている蓄熱槽２２１には、上部側から給湯水２１０を流入したり流出したりするように第１循環路の往路２１４ａが接続され、下部側には給湯水２１０が流入したり流出したりするように第１循環路の復路２１４ｂが接続される。第１循環路の復路２１４ｂの途中に給水路２２４が、また第２循環路の往路２１４ａの途中に第２循環路の往路２２３ａが、第１循環路の復路２１４ｂの途中に第２循環路の復路２２３ｂが接続されている。さらに第２循環路の往路２２３ａの途中から、一般給湯混合弁２４１を介して給湯水２１０を給湯先２２５ａへ、あるいはふろ給湯混合弁２４２を介して給湯水２１０を浴槽２３１へ給湯する構成となっている。そのため、蓄熱槽２１から給湯水２１０が給湯先２２５ａへまたは浴槽２３１へ、第１循環路の往路２１４ａと第２循環路の往路２２３ａとを通って給湯されるに応じて、給水源２２４ａから給水路２２４と第２循環路の復路２１４ｂの一部を通って、給湯水２１０が蓄熱槽２２１へ流入する。なお、給湯水２１０が蓄熱槽２２１へ流入する前提は、給水源２２４ａに給水圧力が充分あることであるが、給水源２２４ａに充分な給水圧力が無い場合、給水路２２４の途上に給水用のポンプ（図示しない）を設けておけばよい。
【０１０６】
第１循環路の往路２１４ａの途中からは、蓄熱槽２２１をバイパスする蓄熱バイパス路２２０が分岐され、第１循環路の復路２１４ｂに接続されている。分岐部分に設けられた蓄熱切替弁２１９によって、第１熱交換器２１１で加熱された給湯水２１０が充分な高温に達していないときは蓄熱バイパス弁２２０側へ流すように切替制御がなされ、高温な給湯水２１０のみを蓄熱槽２２１上部から流入するようにして、蓄熱槽２２１内に確実に温度成層蓄熱ができるようにしている。
【０１０７】
蓄熱槽２２１と追焚熱交換器２３４との間の第２循環路２２３は、蓄熱槽２２１、追焚熱交換器２３４、追焚ポンプ２２２、蓄熱槽２２１の経路である。第２循環路の往路２２３ａは、蓄熱槽２２１、追焚熱交換器２３４の経路である。第２循環路の復路２２３ｂは、追焚熱交換器２３４、追焚ポンプ２２２、蓄熱槽２２１の経路である。第２循環路の往路２２３ａの途中からは、一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２へそれぞれ給湯水２１０を供給する経路が設けられている。
【０１０８】
追焚熱交換器２３４と浴槽２３１との間の浴槽循環路２３３は、追焚熱交換器２３４、浴槽２３１、浴槽ポンプ２３２、追焚熱交換器２３４の経路である。浴槽循環路の往路２３３ａは、追焚熱交換器２３４、浴槽２３１の経路である。浴槽循環路の復路２３３ｂは、浴槽２３１、浴槽ポンプ２３２、追焚熱交換器２３４の経路である。浴槽循環路の往路２３３ａの途中には、給湯水２１０と給水バイパス路２２６の水とを混合するふろ給湯混合弁２４２からの経路が接続され、給湯できるようになっている。
【０１０９】
一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２はともに、３方弁かつ途中の任意の開度で停止できる調節弁である。また一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２はともに、第２循環路の往路２２３ａの途中から分岐されて供給される給湯水２１０と、給水バイパス路２２６の水とを任意の合流比率で合流させて、給湯先２２５ａまたは浴槽２３１へ給湯する。一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２はそれぞれ合流比率を変えることで、任意の温度の給湯水を生成可能である。なお、給湯先２２５ａや浴槽循環路の往路２３３ａに合流する前には、給湯のための図示しない給湯弁が付いており、この給湯弁を開閉することで初めて流れが生じ、図示しない流量センサや流量スイッチで給湯が必要かどうかを検知する。
【０１１０】
第１ポンプ２１３は、回転数を可変に調節することができ、第１熱交換器２１１を流通する給湯水２１０の流量を変更できるようになっている。流量を変更することで、第１熱交換器２１１から流出する給湯水２１０の温度を所望値（蓄熱槽２２１へ蓄熱する際は、たとえば９０℃）に制御する。
【０１１１】
追焚ポンプ２２２、浴槽ポンプ２３２もともに回転数を可変に調節でき、流量を変更できるようになっている。浴槽ポンプ２３２の回転数を変えて、追焚熱交換器２３４から流出する浴槽水２３０の温度が所定値（たとえば４５℃）になるように浴槽水の流量を調節する。追焚ポンプ２２２の回転数を変えて、追い焚きの熱量を所望値に調節し、高速で追い焚きしたい場合は大きな流量を流す様にし、省エネに追い焚きしたい場合は、追焚熱交換器２３４から流出する給湯水２１０の温度をなるべく低くなるように調節する。追焚熱交換器２３４の熱交換能力にもよるが、たとえば、浴槽循環路２３３ｂの浴槽水２３０の温度より＋５℃となるようにする。
【０１１２】
以上のように、第１熱交換器２１１を上記実施の形態１〜５で示す、振動体２０ｂが取り付けられたプレート熱交換器として、高温流体を第１熱媒体２０３、低温流体（この構成を採るエコキュート（登録商標）の場合、低温流体といっても９０℃程度であり、スケール生成が促進されやすい）を給湯水２１０としたので、給湯水２１０を加熱することで生じるスケール生成を抑制あるいはスケールを除去でき、目詰まりを防止し、熱交換器としての使用寿命を向上し、熱交換能力を維持できる。そして、振動により熱交換能力を向上でき、給湯能力を向上できる。また第１熱媒体２０３と給湯水２１０との熱交換の温度差を縮小でき、特に第１熱交換器２１１へ流入する給湯水２１０の温度を下げられ、第１熱媒体２０３の凝縮温度が下がり、熱源としてのヒートポンプ２０２の運転効率が向上する。
【０１１３】
なお、第１熱交換器２１１では、第１熱媒体２０３が、熱源で加熱された熱媒体である。また給湯水２１０が、給湯先へ給湯する給湯水であり、あるいは蓄熱運転時に貯湯槽である蓄熱槽２２１と第１熱交換器２１１との間で循環する貯湯水である。また特にこの構成の場合の運転状態では、第１熱交換器２１１内で第１熱媒体２０３は気液２相の状態が存在するので、プレートの重心位置ではなく、確実に液化されている位置に（第１熱媒体２０３が第１熱交換器２１１から流出する位置寄りに）振動子２０ｂを取り付けておく必要がある。これは気相部では振動の伝搬が阻害されることによる。
【０１１４】
追焚熱交換器２３４を上記実施の形態１〜５で示す、振動体２０ｃが取り付けられたプレート熱交換器として、高温流体を給湯水２１０、低温流体を浴槽水２３０としたので、浴槽水２３０を再加熱する際に、浴槽水２３０に含まれる汚れの付着を抑制あるいは汚れを除去でき、目詰まりを防止し、熱交換器としての使用寿命を向上し、熱交換能力を維持できる。また特に浴槽水２３０中に含まれる雑菌の発生を抑制、除去できる効果も同時に得られ、衛生性と清潔性とを高められる。さらに、振動により熱交換能力を向上でき、再加熱能力を向上できる。また給湯水２１０と浴槽水２３０との熱交換の温度差を縮小でき、給湯水２１０の供給と排出の温度がともに下がり、特に給湯水２１０の追焚熱交換器２３４からの排出の温度が下がって、第１熱交換器２１１で熱交換する第１熱媒体２０３の温度も下げられ、熱源としてのヒートポンプ２０２の運転効率が向上する。また一旦蓄熱された熱媒体と熱交換する場合は、蓄熱の減少が抑制され、蓄熱の有効活用ができる。なお、追焚熱交換器２３４では、追焚熱交換器２３４へ流入出する給湯水２１０が熱源で加熱された熱媒体である。また浴槽水２３０が、追焚熱交換器２３４と貯湯槽である浴槽２３１との間で循環する貯湯水である。
【符号の説明】
【０１１５】
１ プレート熱交換器、１ａ、１ｂ 熱交換器本体、２、２ａ、２ｂ プレート、３ 端部プレート、４ 高温流体流路、４ａ 高温流体流れ方向、５ 高温流体入口、６ 高温流体流入路、７ 高温流体出口、８ 高温流体流出路、９ 低温流体流路、９ａ 低温流体流れ方向、１０ 低温流体入口、１１ 低温流体流入路、１２ 低温流体出口、１３ 低温流体流出路、１４ 隙間部、１５、１５ａ 封止物、１６ 弾性体、１７ ボルト、１８ ねじ穴、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 振動体、２１ 振動子、２２ 狭持体、２３ 固着部、２４ 積層方向、２５ 積層側面、２６ 積層面、２７ 外縁、２８ 角部、２８ａ 側面角部、２９ 保持部、３０ 高周波電源、３１ 高周波導線、３２ 電源、５０ 制御器、１００ 蓄熱給湯空調機、１０１ 第２熱交換器、１０２、２０２ ヒートポンプ、１０３、２０３ 第１熱媒体、１０４、２０４ ヒートポンプ循環路、１０５、２０５ 圧縮機、１０６ 循環切替弁、１０７、２０７ 膨張弁、１０８、２０８ ファン、１０９、２０９ 外気熱交換器、１１０ 第２熱媒体、１１１、２１１ 第１熱交換器、１１２ 空調熱交換器、１１３、２１３ 第１ポンプ、１１４、２１４ 第１循環路、１１４ａ、２１４ａ 第１循環路の往路、１１４ｂ、２１４ｂ 第１循環路の復路、１１５ 供給路、１１９、２１９ 蓄熱切替弁、１２１、２２１ 蓄熱槽、１２２ 第２ポンプ、１２３、２２３ 第２循環路、１２３ａ、２２３ａ 第２循環路の往路、１２３ｂ、２２３ｂ 第２循環路の復路、１２４、２２４ 給水路、１２４ａ、２２４ａ 給水源、１２５、２２５ 給湯路、１２５ａ、２２５ａ 給湯先、１４０、２４０ 熱需要部、１４２、２１０ 給湯水、１５０、２５０ 制御装置、１５１、２５１ 第１熱媒体の流動方向、２００ 蓄熱給湯機、２２０ 蓄熱バイパス路、２２２ 追焚ポンプ、２２６ 給水バイパス路、２３０ 浴槽水、２３１ 浴槽、２３２ 浴槽ポンプ、２３３ 浴槽循環路、２３３ａ 浴槽循環路の往路、２３３ｂ 浴槽循環路の復路、２３４ 追焚熱交換器、２４１ 一般給湯混合弁、２４２ ふろ給湯混合弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレートが積層され、プレートを挟んで流通する流体間で熱交換するプレート熱交換器に関し、さらにはプレート熱交換器を用いる給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート熱交換器の流路にスケールが付着するのを防止するために、シェルアンドプレート式熱交換器のシェルの胴板に超音波振動子を取付け、熱プレート間の通路に入る直前で流体が超音波を受けるようにした熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、熱交換器のスケール付着防止効果が十分に発揮され、加えてシェルの胴板が共振作用をなすので同効果が一層増大する、と説明されている。
【０００３】
また、流路ブロック内に流れる冷媒を直接振動させる振動子ブロックと、振動子ブロックによる冷媒の振動を制御する振動子駆動制御装置とを備える熱交換器が知られている。（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、超音波照射によって生じる定在波・音響流に起因した２次流れのマクロな撹乱作用により、伝熱性能を向上させることができる、と説明されている。
【０００４】
その他、高温水を供給するポンプの吐出側に設けられている吐出弁の開閉制御により、高温水を脈動させて高温室に供給し、プレートを振動させるプレート式熱交換器が開示されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３では、運転を停止することなく、プレートを振動させて高温水側に堆積している異物を除去できる、と説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−８３５９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３２５８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２２１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の熱交換器は、シェル内に設けられ、積層されたプレートの積層の側面側から、しかも流体を介して超音波振動を付与する構成である。特許文献１の熱交換器では、距離が離れると振動が減衰されるので、プレートの平面方向に振動面から離れた場所では、スケール付着の防止効果が低くなり、プレート全体としても同効果が不確実で限定的となる問題点があった。また振動が付与された流体とプレートを挟んだ別の流体側には振動は直接付与できず、後者の流体側ではスケール付着の防止効果はより低くなるので、スケール付着の防止が必要な流体は実質上前者の流体だけに限定されていた。
【０００７】
特許文献２の熱交換器は、流路を流れる流体に、超音波振動子が付属した振動面が直接触れるように構成されている。特許文献２の熱交換器では、伝熱性能向上効果とともに、特許文献１におけるスケール付着の防止効果も得られるものと考える。しかし一方で、特許文献２では、個々の積層単位に流体間の隔壁を兼ねた振動子を設置することが必要である上、それぞれ振動子を付勢する電源が必要なため、積層時には複雑かつ専用の構造となり、そのため高コストとなる問題点がある。また振動子が埋め込まれる構成であり、振動子の厚みの分、スペースが増大する上、熱抵抗も増え、伝熱性能向上効果は限定的となる問題点がある。さらに振動子が少なくとも接している流体の温度程度に加熱されるのは避けられず、振動子の使用寿命が短くなる、使用できる流体の温度が限定される、高温に耐える振動子を選択する必要から高コストになる、などの問題点があった。
【０００８】
特許文献３の技術は、プレート式熱交換器全体を機械的に振動し、それによって熱交換器中のプレートを振動させるというものである。そのため、プレート式熱交換器は加振されて空間的に動けるようにした構成とする必要があり、実施例では加振式台座の上にプレート式熱交換器を載せた構成が示されている。特許文献３では、プレート式熱交換器の中の水とプレートが基本的に同一に加振されるので、水に対するプレートの振動には繋がり難く、プレート上などの異物の除去の効果は限定的であるという問題点があった。また少なくとも、加振させるための動力に比してプレートが振動するために費やされる動力が低くなり、プレートを振動させるための動力効率が低い、という問題点があった。また、プレート式熱交換器全体が加振されて空間的に動くので、流体配管との接合部も動き、接合部や流体配管の寿命や信頼性が低下する問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、プレート熱交換器のスケール付着の防止効果を、より確実に、信頼性がより高く、効率よく得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るプレート熱交換器は、中心面どうしが対向して空間を挟んで積層された３枚以上のプレートと、その３枚以上のプレートの側面を密閉する側部とから構成される熱交換器本体を備え、隣り合う２枚のプレートに挟まれる空間がプレートごとに交互に、高温流体が流通する高温流体流路と、低温流体が流通する低温流体流路と、に形成されたプレート熱交換器であって、熱交換器本体の端にあるプレートの中心面に平行な熱交換器本体の外面に、かつプレートの外縁から離れた位置に固着され、付勢して振動する振動体を備える。そして、振動体による振動の振幅が熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持する保持部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プレート熱交換器において、スケール抑制と除去、汚れ抑制と除去が確実に安定して信頼性高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るプレート熱交換器の低振動部を説明するための図である。
【図３】プレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。
【図４】プレート熱交換器の高温流体入口側の側面断面概念図である。
【図５】プレート熱交換器の低温流体出口側の側面断面概念図である。
【図６】プレート熱交換器の奇数番のプレートの平面図である。
【図７】プレート熱交換器の偶数番のプレートの平面図である。
【図８】実施の形態１に係るプレート熱交換器の振動子を振動させる動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２に係るプレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。
【図１０】実施の形態２に係るプレート熱交換器の弾性体の平面図である。
【図１１】実施の形態２に係るプレートと弾性体とを積層した様子を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るプレート熱交換器の構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係る給湯機である蓄熱給湯空調機の構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態７に係る給湯機である蓄熱給湯機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプレート熱交換器の斜視図である。本実施の形態１のプレート熱交換器１では、プレート２の中心面どうしが対向して空間を挟んで積層されている。ここで、プレート２の中心面とは、プレート２を最も広く見る方向に平面視したときの、平面視の方向のプレート２の厚さの中心または平均を通る面をいう。後述するようにプレート２は平板ではないが、図１ではプレート２を平面に見立てて、中心面を積層面２６で表している。
【００１５】
実施の形態１では、積層方向２４へ板状のプレート２が７枚積層されている。積層したプレート２の側面（積層側面２５）は、ろう付けなどの溶接やカシメなどによりプレート２の外縁２７（図２参照）どうしを密着したり、図示しないあて板などを外縁２７に密着させて、外部に対して流体が洩れないように水密にしている。積層したプレート２の間は、外縁２７以外は流体が流通する空間が形成されており、高温流体が流通する３つの高温流体流路４と低温流体が流通する３つの低温流体流路９とが積層方向２４へプレート２ごとに交互に形成されている。プレート２を積層して、側面を密閉した構造が、熱交換器本体である。
【００１６】
プレート熱交換器１には、熱交換器本体の積層方向２４の端のプレート２に、プレート２の外縁から離れた位置に振動体２０が固着されている。振動体２０は、振動面がプレート２の中心面にほぼ平行に固着される。振動体２０が固着されている方から数えて奇数番のプレート２をプレート２ａ、振動体２０が固着されている方から数えて偶数番のプレート２をプレート２ｂとする。
【００１７】
図３は、プレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。図４は、プレート熱交換器の高温流体入口側の側面断面概念図である。図５は、プレート熱交換器の低温流体出口側の側面断面概念図である。図３〜５に示すように、各プレート２の外縁２７以外の積層面２６は波状の凹凸形状を有しており、積層面２６の凹凸形状のパターンが異なる２種類のプレート２ａ、２ｂが交互に積層されている。
【００１８】
図６は、プレート熱交換器の奇数番のプレートの平面図である。図７は、プレート熱交換器の偶数番のプレートの平面図である。図６または図７は、プレート２ａまたはプレート２ｂを振動体２０の反対側から見た平面図である。図６および図７の斜めに平行に描かれた点線は、プレート２の凹凸の山線（または谷線）の方向を示す。図６および図７に示すように、プレート２ａとプレート２ｂでは、凹凸の方向がクロスしている。このようにすると高温流体と低温流体が、積層面２６の凹凸形状に沿って積層方向２４に対して上下へ流動するとともに、積層面２６側から見て低温流体流れ方向９ａと高温流体流れ方向４ａとが多くの部分でクロスして流動し、熱交換の効率が高くなるようになっている。なお、積層面２６の平面方向への流量分配がより均一になるように、或いはより熱交換の効率が高くなるように、複雑な凹凸の形状パターンや平面方向への配置パターンが提案されており、図示したパターンは一例に過ぎないことはいうまでもない。
【００１９】
積層方向２４へ隣接したプレート２ａとプレート２ｂの積層面２６の間で、積層面２６の外縁以外の部分は、振動体２０による振動の振幅（１０μｍ程度）以上の間隔を開けて非接触に形成されている。このようにすると、熱交換効率の低下を抑制しつつ、積層面２６の剛性を低くして、より一層減衰少なく小さいエネルギーで積層面２６を振動できる。また振動した時に、プレート２どうしが接触しないので、隣接積層面２６間の経時的な衝突による破損や衝突音を抑制できる。
【００２０】
プレート２の積層面２６の４隅の近傍には、高温流体入口５、高温流体出口７、低温流体入口１０および低温流体出口１２が開口される。図１に示すように、端部のプレート２（プレート２ａ）にはそれぞれの開口部に合わせた位置に高温流体流入路６、高温流体流出路８、低温流体流入路１１および低温流体流出路１３が接続されている。図４、図５に示すように、この開口部の積層方向への構成は、積層方向２４へ交互に高温流体流路４あるいは低温流体流路９が流出入するように構成されており、マニホールドの機能を果たしている。
【００２１】
図１および図３に示すように、積層方向２４の一方端のプレート２（この実施の形態１では２ａ）の積層面２６の（プレート２の中心面に平行な）外面に振動体２０を固着している。実施の形態１では、積層面２６の対向する２方の外縁２７から等距離になる位置に、すなわち積層面２６の重心位置に、間に固着部２３を挟んで円筒体形状の振動体２０の一方端の底部を積層面２６に固着している。固着部２３は、固まるまでは一定の流動性のある接着剤としてのエポキシ樹脂（耐熱性が望ましい）などで形成された層である。固着部２３は、振動体２０と積層面２６との間に空隙が生じないようにすることと接着とを兼ねたものとなっている。なお、固着部２３に空隙があると振動が減衰し易くなる上、振動によって空隙部の境界で発熱することで接着が剥がれやすくなる。
【００２２】
振動体２０は、振動体２０の半分程度の高さの円筒体形状をした金属製の２つの狭持体２２と、ほぼ同径の薄い円盤状の圧電素子である振動子２１とを備える。圧電素子２１と狭持体２２との間は、ゴム製のシートなどがさらに挟まれており、絶縁されている。狭持体２２および振動子２１の軸心にねじ穴が開いており、そのねじ穴にボルトを差し込んで、振動子２１を２つの狭持体２２で挟んで締め付けた構成である。これは、超音波振動子などで用いられているいわゆるボルト締めランジュバン型といわれる構造である。
【００２３】
圧電素子である振動子２１の両端に接続した高周波導線３１により、電源３２から高周波電源３０を通して高周波数で通電すると、振動子２１が振動し、定在波を形成する振動周波数で振動体２０が振動する。この振動はこの実施の形態１では、積層方向への振幅による振動で、振動周波数２０ｋＨｚ（一般にこの周波数以上が超音波振動である）、最大振幅数μｍ程度としている。なお、振動周波数は、これに限らず、また超音波振動でなくてもよいが、振動周波数が２０ｋＨｚ以下であると、可聴音域となるので、騒音が問題となる可能性がある。実験では、振動周波数が低い方が洗浄の効果は大きくなる結果を得ている。これは、動力が同じであれば振幅が大きくなることによるのが原因と考えられる。これらのことから上記の値程度とするのが好ましい。ただし、振動体２０がプレート２に固着されると、振動体２０単体での振動周波数と違う周波数になる（振動周波数が単体より高くなる）ので、振動体２０単体では２０ｋＨｚ前後の振動周波数としておけばよい。振動体２０の保持のされ方や流路を流れる流体の流量や温度でも振動周波数は変化するので、高周波電源３０は、振動子２１に印加する電源周波数を可変にできるようにしておくと、保持された状態のプレート熱交換器１の振動面２６を効率よく振動できる適切な周波数に合わせることができる。
【００２４】
図２は、実施の形態１に係るプレート熱交換器の低振動部を説明するための図である。本実施の形態１では、外部から保持された断面Ｌ型の金具である保持体２９を８ヶ所の角部２８に接触させて、プレート熱交換器１の位置を固定して保持している。少なくとも、振動体２０による振動の振幅が熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持することが好ましい。外面で振幅が極小である低振動部は、その周囲より振幅が小さい箇所である。
【００２５】
角部２８は、振動体２０による振動の振幅が極小であって、振幅が無いかまたは低くなる低振動部の１つである。低振動部は他に、図２の中に示す、４本の線上の側面角部２８ａ、８本の線上の外縁２７、４ヶ所の積層側面２５、積層面２６の４隅に接続された高温流体流入路６、高温流体流出路８、低温流体流入路９、高温流体流出路１１である。プレート熱交換器１が直方体でない形状であっても上記に相当する場所が低振動部である。積層面２６の振動体２０が固着された場所が最も振動の振幅が大きいが、上記の低振動部では、構造的な影響などで剛性が高く、ほとんどかまったく振動しない。逆に低振動部以外で固定すると、振動体２０の振動そのものが抑制され、振動が阻害されるので、低振動部以外では固定しないようにすることが望ましい。
【００２６】
低振動部は、実際に振動子２１を振動させて振幅を測定することで簡単に判明するので、測定した結果、振幅をしない上記以外の場所を低振動部（保持体２９を接触して保持する場所）としてもよい。また保持体２９は、接触してプレート熱交換器１を固定位置で保持できれば、上記以外の形状であってもよい。
【００２７】
プレート熱交換器１は、図１の制御器５０によって、高周波電源３０への通電ＯＮ／ＯＦＦ指令により振動体２０を振動する時機および振動体２０の振動を停止する時機を制御する。図１では、制御器５０から各部への線を省略している。プレート熱交換器１は、高温流体流路４、高温流体流入路７、高温流体流出路８、低温流体流路９、低温流体流入路１１、低温流体流出路１３などに、図示しない温度センサを備え、制御器５０は、各部の温度を計測できるようにしてもよい。プレート熱交換器１は、高温流体流入路７、高温流体流出路８、低温流体流入路１１、低温流体流出路１３などに、図示しない流量センサを備え、制御器５０で各部の流量を計測できるようにしてもよい。また、制御器５０は、時間を計測するタイマを備え、高周波電源の通電時間、高温流体または低温流体の流通する時間などの経過時間を計測する。制御器５０は、各センサおよび高周波電源３０への入出力とタイマを備える、論理回路またはマイクロコンピュータで構成できる。
【００２８】
実施の形態１では、下記３つの場合に振動体２０を振動するようにしている。１つ目は凍結の可能性があるとき、２つ目は高温流体を所定時間以上流通したとき、３つ目は顕著にスケール生成が進行する温度以上の高温流体が所定時間以上流通したとき、である。このようにするのは、振動によって振動体２０やプレート熱交換器１の各部に金属疲労などが蓄積するのを抑制するため、振動体２０の振動時間を必要最小限に抑制して、振動体２０自体およびプレート熱交換器１の使用寿命を延ばすことが目的である。以下、振動体２０による振動の作用について説明する。
【００２９】
振動体２０に高周波電源３０から高周波数で通電すると、振動体２０が積層方向２４へ振幅する振動が発生する。それに伴い、振動体２０が固着されたプレート２ａの積層面２６が積層方向２４へ振幅する振動が発生する。熱交換器本体の振動は、外縁２７に近づくにしたがって、その振幅は減少する。この振動によって、このプレート２ａの積層面２６に面した低温流体流路９側の低温流体中には、積層面２６近傍の低温流体中でキャビテーションの泡が生じる。さらにはたとえば積層方向２４への音響直進流が生じ、低温流体とキャビテーションの泡ともども低温流体流れ方向９ａとは異なる方向への撹拌が生じる。その結果、音響直進流やキャビテーションの泡が崩壊するときの物理的な衝撃により低温流体が面しているプレート２ａおよび２ｂの表面の異物を除去したり微生物を不活化する作用が生じる。
【００３０】
なお、キャビテーションの泡は、中は水蒸気であり、短時間で泡は崩壊する。その時の局部的な高エネルギー変化で低温流体が水道水などであれば一時的にたとえば亜硝酸を生成する作用（何が生成されるかは流体中に含まれる物質による）なども報告されている。その点でも微生物不活化に利用できる、あるいは洗浄効果を上げる化学的作用が得られる。
【００３１】
上記のような物理的な衝撃は、表面ならず、積層面２６そのものへも作用をなす。その結果、上記の低温流体から積層方向２４へ隣接したプレート２ｂの積層面２６が振動することとなり、プレート２ｂの積層面２６の積層方向２４へ面した高温流体流路４でも上記同様な作用を生じる。このときさらに、熱交換する際に通常生じる低温流体および高温流体の積層方向２４への温度境界層の生成が、音響直進流などにより、抑制される作用が生じる。そのため、低温流体と高温流体間で効率よく熱伝達することが可能となる。
【００３２】
さらに、順次積層方向２４へ隣接したプレートへ振動が伝達され、それに面した流路やプレートにおいて、上記同様な作用、効果を及ぼす。ただし、振動体２０から積層方向２４へ離れるにしたがって、振動は減衰し、効果が減少することになるので、最後の流体流路で必要な作用と効果が得られるように、振動体２０を振動させる強度を高周波電源３０に設定しておくことが好ましい。
【００３３】
なお、積層方向２４の最後、積層面２６の外面が空気に面したプレート２ａ（すなわち図１の最も下のプレート２ａ）では、プレートと空気の音速が大きく違うことにより、空気に面した部分で振動の一部は熱に代わる。そのため、この実施の形態１よりもう一層積層するプレートを増やしてそこに低温流体流路９を追加で形成することが望ましい。このようにすると、低温流体の方が振動での発熱分を回収しやすいので、多少なりとも放熱の無駄が減り、熱効率を向上できる。
【００３４】
図８は、実施の形態１に係るプレート熱交換器の振動子を振動させる動作の一例を示すフローチャートである。制御器５０に電源が入った段階から、振動処理を開始する（ステップ５１）。振動処理は、周期処理部（ステップ５２）によって一定周期でステップ５３以下の処理が進行する。周期処理部から高温流通判断部へ処理が進み、高温流体が流通していなければ（ステップ５３；ＮＯ)、高温流通時間判断部（ステップ５７）へ処理が進む。高温流体が流通していれば（ステップ５３；ＹＥＳ）、高温流通時間積算部で高温流通積算時間を積算し（ステップ５４）、スケール判断部へ処理が進む。高温流体温度がスケール温度以上でなければ（ステップ５５；ＮＯ）、高温流通時間判断部（ステップ５７）へ処理が進む。高温流体温度がスケール温度以上であれば（ステップ５５；ＹＥＳ）、スケール積算時間を積算して（ステップ５６）、高温流通時間判断部（ステップ５７）へ処理が進む。
【００３５】
高温流通時間判断部で、高温流通積算時間が予め設定された積算時間を超えれば（ステップ５７；ＹＥＳ）、振動開始部（ステップ６０）へ処理が進む。高温流通積算時間が積算時間を超えてなければ（ステップ５７；ＮＯ）、スケール時間判断部（ステップ５８）へ処理が進む。スケール時間判断部で、スケール積算時間が予め設定された積算時間を超えれば（ステップ５８；ＹＥＳ）、振動開始部（ステップ６０）へ処理が進む。スケール積算時間が積算時間を超えていなければ（ステップ５８；ＮＯ）、凍結判断部（ステップ５９）へ処理が進む。
【００３６】
凍結判断部で、外気温が予め設定された凍結する可能性のある凍結温度以下であれば（ステップ５９；ＹＥＳ）、振動開始部（ステップ６０）へ処理が進む。外気温が凍結温度より高ければ（ステップ５９；ＮＯ）、振動判断部（ステップ６１）へ処理が進む。振動開始部（ステップ６０）では、振動体２０の振動を開始し、その後振動判断部（ステップ６１）へ処理が進む。
【００３７】
振動判断部で、振動体２０が振動していなければ（ステップ６１；ＮＯ）、周期処理部（ステップ５２）に戻って、次周期まで待機する。振動体２０が振動していれば（ステップ６１；ＹＥＳ）、振動時間積算部（ステップ６２）へ処理が進み、振動積算時間を積算する。振動時間判断部６３で、振動積算時間が予め設定された連続振動時間に達してなければ（ステップ６３；ＮＯ）、周期処理部（ステップ５２）へ戻り、次周期まで待機する。すなわちその間、振動体２０の振動が継続される。
【００３８】
振動積算時間が連続振動時間を超えれば（ステップ６３；ＹＥＳ）、振動後処理で、振動積算時間をリセットし、振動体２０の振動を停止する（ステップ６４）。その後、高温流通時間判断部（ステップ６５）、スケール時間判断部（ステップ６７）を介して、振動体２０の振動が、高温流通積算時間が超過したことが要因であった場合は（ステップ６５；ＹＥＳ）、高温流通積算時間をリセットして（ステップ６６）、周期処理部（ステップ５２）へ戻る。
【００３９】
高温流通積算時間が超過しておらず（ステップ６５；ＮＯ）、スケール積算時間が超過したことが振動開始の要因であった場合は（ステップ６７；ＹＥＳ）、スケール積算時間をリセットして（ステップ６８）、周期処理部（ステップ５２）へ戻る。高温流通積算時間とスケール積算時間のどちらでもない場合（ステップ６５；ＮＯ、ステップ６７；ＮＯ）、単に周期処理部（ステップ５２）へ戻り、次周期まで待機となる。
【００４０】
なお、図８では、振動体２０の振動開始の要因が、高温流通積算時間が超過したことによる場合、スケール積算時間が超過したことによる場合、外気温が凍結温度以下となったことによる場合も、同一の振動積算時間後に振動体２０が停止するものとしている。ただし、外気温が凍結温度以下であれば、次の周期で振動体２０が再度振動開始することになる。また、要因によって異なる振動積算時間後に振動体２０が停止するようにしてもよい。
【００４１】
以上、説明したように、保持部２９によって低振動部である８ヶ所の角部２８でプレート熱交換器１を保持するので、振動減衰を抑制しつつ確実な保持ができる。積層面２６の２方向の外縁２７から等距離になる中心位置に振動体２０を固着しているので、積層面を減衰少なく振動し易くできる。その結果、配管を接合する部位の経時的な破断や漏水の可能性を抑制して信頼性を高くできる。また無駄少なく効率よく積層面を振動できるので、省エネルギーとなり、スケール抑制と除去、汚れ抑制と除去、伝熱性能向上と持続、がより高い効果で得られる。また、スケールや汚れなどの除去と同様に、流路の壁の表面に形成された初期の錆なども除去できる効果が実験では見られ、錆の抑制と除去の効果も得られる。そしてキャビテーションでの雑菌の成育抑制と除去、振動と熱での凍結の抑制と除去によるプレート２の破損防止、がより高い効果で得られる。また振動が最終的に変換される熱の逃げ道が少ないので振動の結果による熱を効率良く活用でき、よりエネルギー効率が高い。上記のような各効果が得られるプレート熱交換器１が従来の構造を大きく変えずに得られ、省スペースかつ低コストに形成できる。さらに、外面固着の振動体２０は外部へ放熱し易く過熱され難いので、寿命が向上し、より高温流体の使用が可能となり、あるいは高温向でない安価な振動体２０を採用し易い、という効果が得られる。またプレート熱交換器１は熱交換の機能を確保すると同時に上記各効果が得られ、利便性が高い。
【００４２】
保持部２９で保持するプレート熱交換器１の部分は角部２８には限らず、プレート２の外縁２７または積層した側面２５、側面角部２８ａ、あるいは高温流体または低温流体の出入りのための配管である高温流体流入路６、高温流体流出路８、低温流体流入路１１、低温流体流出路１３などでの低振動部であってもよい。さらに、保持部２９の一部（保持部２９の途中や低振動部との接触部）または全体を、弾性材料または弾性構造で形成すると、確実な保持をしながら振動減衰をより一層抑制できる。
【００４３】
本実施の形態１のプレート熱交換器１では、前記振動体２０が固着された前記プレート２の積層面２６の反対面に前記低温流体流路１３を形成するように構成したので、振動体２０は、熱伝導で加熱され難くなり、寿命が向上する。
【００４４】
本実施の形態１のプレート熱交換器１では、高温流体の流通積算時間が所定値以上になったときに、一定時間、振動体２０を振動するようにしたので、振動する時間を限定して振動する時間を抑制し、スケール付着防止に要するエネルギー効率が高い。また、キャビテーションによるプレート２の減肉を抑制でき、プレート２や振動体２０の使用寿命を向上できる。必要最小限の時間間隔で振動するので、積層した側面の振動による疲労破壊をより抑制でき、プレート熱交換器１の寿命が向上する。
【００４５】
実施の形態１では、振動体２０を流通積算時間で振動するようにしたが、さらに高温流体が流通しているときに限定してもよい。このようにすると、高温流体が流通しているので、高温流体側から除去したスケール、汚れ、雑菌を、流通によって外部へ排出でき易く、除去したものでの閉塞を抑制でき、より一層プレート熱交換器１の使用寿命が向上する。このとき、流通を直接検知せずに運転モードとして流通している筈であるという条件で間接検知して振動体２０を振動するようにしてもよい。
【００４６】
また実施の形態１では、高温流体の温度が、スケールが生成する温度以上であるときに限定して、さらにその積算時間が所定の時間を超えたときに、振動体２０を振動するようにしている。このため、より一層振動する時間を抑制できるとともに、スケール生成を効率よく抑制でき、振動に要するエネルギーを削減できる。そして、キャビテーションによるプレート２の減肉を抑制でき、プレート２や振動体２０の使用寿命を向上できる。また振動によるプレート２の積層連結部の疲労破壊を抑制でき、プレート熱交換器１の寿命が向上する。
【００４７】
また凍結する可能性を外気温で検知して、外気温が所定温度以下の時に振動体２０を振動するようにしている。このようにすると、振動により、振動と熱で凍結を抑制でき、少ないエネルギーで凍結による弊害（運転不可時間の発生、流路破断、流路閉塞）を抑制できる。その結果、熱だけを発生するヒーターなどの使用を抑制でき、振動により凍結核を除去するので省エネとなる他、凍結の弊害が減って利便性を向上でき、プレート型熱交換器１の使用寿命を向上できる。なお、凍結の可能性を外気温で検知する方法に限らず、流量低下や流体の温度で検知することも可能である。さらに、雑菌が繁殖する一定の温度以下あるいは所定の温度範囲の時に振動させるようにしてもよい。その場合、振動時間を抑制しつつ、雑菌発生を抑制できる。
【００４８】
また逆に、熱交換器内に流通していない積算時間が所定時間以上となった時に振動体２０を振動するようにしてもよい。この場合、流通していないことで、流路の壁面表面に形成される錆が成長する前に、除去することが容易な錆の核を除去でき、その結果、錆の生成を抑制することができる効果がある。このときの流通していない積算時間は、連続的に流通停止している際の積算時間（この場合、途中で流通再開した時点で積算時間はリセットされる）であってもよいし、流通したり流通停止したりする際の流通停止の単純な積算時間（この場合、途中で流通再開しても積算時間はリセットされない）であってもよい。他の要因による積算時間による振動と同様に、振動体２０の振動時間が一定時間以上となったときに、振動体２０の振動は停止され、積算時間もリセットされる。このとき同時に、除去された錆を外部へ排出するために外部のポンプを稼動するようにして流路内に流通が生じるようにすることがより望ましいが、ただ振動するだけであっても錆の生成を抑制する一定の効果は得られる。また振動していても流通が無い場合は、除去された錆などは排出できないので、再付着を抑制するために、流通がある場合に比べて流通停止の積算時間の判定時間を短くする（すなわち頻繁に振動する）ようにし、途中で流通が再開後は、一旦短くした積算時間の判定時間をもとへ戻すようにしてもよい。
【００４９】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係るプレート熱交換器の一部の側面断面概念図である。図１０は、実施の形態２に係るプレート熱交換器の弾性体の平面図である。図１１は、実施の形態２に係るプレートと弾性体とを積層した様子を示す平面図である。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００５０】
実施の形態２では、実施の形態１の構成に加えて、積層方向のプレート２間に弾性体１６が狭持されており、７枚のプレートの間に６枚の弾性体１６が狭持されている。以上の点が違いであり、他の点は実施の形態１と実施の形態２とは同様である。狭持されている弾性体１６は、図１０、図１１に示すようにプレート２の積層面２６の外縁２７に沿って一周するように形成されている。弾性体１６の材質は、シリコンゴムなどの合成ゴムや天然ゴムなどである。
【００５１】
図１０、図１１では、弾性体１６の低温流体の入出口のマニホールドの部分（左上と右下）は開口され、低温流体流路９が形成されている。また図１１のプレート２ａの裏側の弾性体１６は、図１０を裏返し、左下と右上に高温流体の開口部が来て高温流体流路４が形成できるように狭持される。このようにすると弾性体１６は１種類だけでよくなり、部品の種類が減ることで低コストに形成し易くなる。
【００５２】
プレート２が積層され、外縁２７で水密のために固定されているとき、プレート２が隙間無く積層されていると、構造物としてのプレート熱交換器１の剛性が高くなり、音響インピーダンスも高くなって、低周波数で振動し難くなり、振動伝達方向（積層方向２４）への振動の減衰も大きくなる。一方、プレート２間の隙間が広くなり過ぎると、振動し易くなり、振動の減衰も少なくなるが、水密している外縁２７近傍が破断し易くなる（低振動部であっても全く振動していないわけではないので）。
【００５３】
実施の形態２のように外縁２７に沿った弾性体１６をプレート２間に狭持しながらプレート２が積層されることで、積層間隔は空いているのでプレート熱交換器１の剛性が必要以上に高くなることがない。そして、積層方向２４への振動が減衰され難くなり、また水密のための外縁２７などは振動が抑制され、振動の繰り返しが原因による疲労破壊などが生じにくく、破断し難くなり、プレート熱交換器１の寿命が向上する。さらに、仮に破断したとしても弾性体１６があることによって熱交換器外部への水漏れが抑制できる。
【００５４】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係るプレート熱交換器の構成図である。以下、上記各実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５５】
実施の形態３では、実施の形態１ないし２で説明したような２台の熱交換器本体１ａ、１ｂを１組としたプレート熱交換器１となっている。熱交換器本体１ａと熱交換器本体１ｂの間に１つの振動体２０が挟まれるように配置され、振動体２０の積層方向の両端が熱交換器本体１ａ、１ｂのそれぞれの積層面２６に固着されている。
【００５６】
振動体２０を振動すると、積層方向の両方向へ振幅が生じ、実施の形態１および２では、その一方端の振幅しか利用していないが、実施の形態３のようにすることで、振動体２０の積層方向の両端の振幅を利用できるようになる。その結果、省スペース、省エネかつ低コストでプレート熱交換器１を構成できる。
【００５７】
たとえば、次のような使い方ができる。熱交換能力から考えて８１枚（低温流路が４０層、高温流路が４０層）のプレート２が積層されたプレート熱交換器１が必要な場合に、各４１枚（低温流路が２０層、高温流路が２０層）のプレート２が積層された２つの熱交換器本体１ａ、１ｂを用いることができる。プレート２の積層数が増えると振動体２０の固着面から離れるに従って振動の減衰も大きくなる。そのため、振動体２０が固着された積層面２６から積層方向２４へ一番遠いプレート２で、洗浄やスケール除去などの必要な効果を得ようとすると、振動の減衰を見越して振動体２０を付勢する電力を大きめに投入する必要がある。その結果、振動体２０が固着された積層面２６に近いプレート２では過剰な振動が生じることになり、減肉などが大きくなり寿命が低下する。
【００５８】
図１２のように２つの積層に分けることによって、両端の振幅を利用できるので、振動のための無駄な電力投入が減る上、積層数が減った結果減衰が少なくなって減衰を見越した無駄な電力投入も減り、過剰な振動も縮小するので振動体２０が固着された積層面２６に近いプレート２の減肉も減るという効果がある。
【００５９】
実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。以下、実施の形態１および２との相違点を中心に説明する。
【００６０】
実施の形態１および２では、低温流体流路９を形成するプレート２ａに固着部２３を挟んで振動体２０を固着していた。実施の形態４では、積層方向２４の最外縁の低温流体流路９を構成するプレート２ａのさらに外側に、プレート２の中心面に平行な端部プレート３を設け、端部プレート３に固着部２３を挟んで振動体２０を固着する。その際、端部プレート３と積層方向２４に隣接したプレート２ａの間である隙間部１４の内、振動体２０が固着された面に対応する部分には、たとえばシリカゲルなどのゲル状の封止物１５を封入する。隙間部１４に気体があることによって振動の伝達が阻害されることがないように構成している。隙間部１４全体に封止物１５を封入してもよい。また封止物１５は固着部２３と同様に固まるまでは流動性のあるエポキシ樹脂などであってもよい。
【００６１】
実施の形態１の構成では、プレート２ａを破損すると漏水する恐れがあるので、低温流体流路９を構成するプレート２ａに固着された振動体２０を着脱交換できないか、着脱交換できるようにするため、プレート２ａの厚みを増す必要があった。実施の形態４では、低温流体流路９を形成するプレート２ａとは別に端部プレート３を設け、その端部プレート３に固着部２３を挟んで振動体２０を固着したので、振動体２０を着脱する際に端部プレート３の面を破損しても漏水することはなく、振動体２０の着脱交換が容易となる。また隙間部１４に封止物１５を封入したので、振動の減衰を抑制できる上、高温流体または低温流体から振動体２０への伝熱が抑制され、振動体２０の過熱が抑制され、振動体２０を長寿命に使用し易くなる。
【００６２】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５に係るプレート熱交換器の側面断面概念図である。以下実施の形態４との相違点を中心に説明する。
【００６３】
実施の形態４は、端部プレート３と振動体２０とを固着部２３による粘着性によって固着していた。実施の形態５では、振動体２０をプレート２の中心面に平行な端部プレート３にボルトで固着する。例えば、振動体２０の狭持体２２の内部にねじ穴１８を積層方向２４へ貫通して形成し、その位置に合わせて端部プレート３にも貫通部を形成する。そして、隙間部１４からねじ穴１８に向けてボルト１７を通して、端部プレート３と振動体２０とをさらに固着部２３を挟んで固着する。この場合、振動体２０はボルト１７の締め付けで端部プレート３と固着されるので、固着部２３は振動の減衰や過熱を生じる空気層の生成が抑制さえできればよく、強い粘着性は無くてもよい。また隙間部１４にはボルト１７と一体または別体のナット部を設けている。ボルト１７と別体のナット部とした場合は、ナット部を端部プレート３の表面や裏面に溶接などで固着したものであってもよい。
【００６４】
図１４では、積層方向２４への長さが短いボルト１７で示すが、長いボルトを使用してもよい。振動体２０の積層方向２４の長さより長いボルトとすると、振動体２０の固着面とは反対側からボルトを回転操作できるようになるので、振動体２０の端部プレート３への着脱操作がより容易となる。
【００６５】
また、実施の形態５では積層方向２４への低温流体流路９から隙間部１４に対して一部開口して、低温流体を隙間部１４へ還流させるように構成し、還流させた低温流体を封止物１５ａとしている。勿論、隙間部１４に高温流体流路４から還流させるように構成して、高温流体を封止物１５ａとしてもよい。実施の形態４のように、隙間部１４にゲル状の封止物１５を封入することも可能である。
【００６６】
以上のように、隙間部１４の空間的余裕を使って、端部プレート３を貫通したボルト１７で振動体２０と端部プレート３とを固定したので、より一層、端部プレート３と振動体２０の固着が確実となる。また振動体２０の端部プレート３への着脱操作もより容易となる。さらに、低温流体流路９から還流させた低温流体を封止物１５ａとしたので、封止物１５ａの確保が容易である。またプレート熱交換器１の製作時に封止物を確保しなくてよいので、プレート熱交換器１の製作がより容易となり、また低コストに製作できる。
【００６７】
実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６に係る給湯機である蓄熱給湯空調機の構成図である。実施の形態６は、実施の形態１ないし５で示すプレート熱交換器１を用いる蓄熱給湯空調機１００である。
【００６８】
給湯機である蓄熱給湯空調機１００は、ヒートポンプ１０２、第１熱交換器１１１、第２熱交換器１０１、蓄熱槽１２１および空調熱交換器１１２から構成される。蓄熱給湯空調機１００は、給水源１２４ａから供給される水を加熱して蓄熱槽１２１に貯湯し、外部の給湯先１２５ａへ給湯する。また、空調熱交換器１１２で、熱交換により室内空気を冷房または暖房する。第２熱交換器１０１は、実施の形態１ないし５のいずれかに示すプレート熱交換器１である。
【００６９】
蓄熱給湯空調機１００は、ヒートポンプ１０２を温熱および冷熱の熱源とする。第１熱交換器１１１によって、ヒートポンプ循環路１０４を循環する第１熱媒体１０３と第２熱媒体１１０との間で熱交換する。そして、第１循環路１１４によって熱媒体である第２熱媒体１１０が熱需要部１４０へ供給されることで室内を冷暖房する。また、高温流体であり熱媒体である第２熱媒体１１０が第１熱交換器１１１から第２熱交換器１０１へ供給されて、第２熱交換器１０１と蓄熱槽１２１との間の第２循環路１２３によって循環される低温流体である給湯水１４２との間で熱交換されて、蓄熱槽１２１へ高温となった給湯水１４２が蓄熱される。蓄熱槽１２１へ蓄熱された給湯水１４２は、外部の給湯先１２５ａへ必要に応じて給湯路１２５を通って給湯される。これらの機能を満たすために、ポンプ、弁、圧縮機などの稼働部品を操作することで、必要な各部の温度や流量や熱量などを制御するための制御装置１５０を備えている。
【００７０】
ヒートポンプ１０２（ヒートポンプ機構、装置とも呼ばれる）は、ヒートポンプ循環路１０４と、圧縮機１０５と、循環切替弁１０６と、膨張弁１０７と、外気熱交換器１０９と、第１熱交換器１１１とを備えている。ヒートポンプ循環路１０４は、炭化水素系や二酸化炭素など、使用温度圧力範囲内で気液２相化可能な第１熱媒体１０３を圧縮と膨張とをさせながら循環させる。圧縮機１０５は、第１熱媒体１０３を気相の状態で圧送して高温高圧化する。循環切替弁１０６は、圧縮機１０５の圧送方向、すなわちヒートポンプ循環路１０４での第１熱媒体１０３の循環方向を、冷房と暖房とを切り替えるために変更する。膨張弁１０７は、高圧の液相の第１熱媒体１０３を気液混合相へ膨張させて低温低圧化する。外気熱交換器１０９は、ファン１０８で送風された外気と第１熱媒体１０３とを熱交換する。第１熱交換器１１１は、グリセリン等を水に混ぜて低温まで凝固しないようにした不凍液である第２熱媒体１１０と第１熱媒体１０３とを熱交換する。
【００７１】
ヒートポンプ１０２は、ヒートポンプ循環路１０４内の第１熱媒体１０３の凝縮と気化とを利用して外気と第２熱媒体１１０との何れか一方から吸熱した熱を他方へ放熱する。ヒートポンプ１０２は、圧縮機１０５の圧縮に要する動力に比して効率よく、第１熱媒体１０３を介して外気と第２熱媒体１１０との間で熱を移動させる。第１熱交換器１１１では、第１熱媒体１０３と第２熱媒体１１０とは熱交換するだけで混合されない構成である。
【００７２】
第２熱媒体１１０を冷却する際は、膨張弁１０７から第１熱交換器１１１へ気液２相化された低温低圧の第１熱媒体１０３が流れる（流動方向１５１の逆方向）。一方、第２熱媒体１１０を加熱する際は、圧縮機１０５から第１熱交換器１１１へ高温高圧の気相の第１熱媒体１０３が流れる（流動方向１５１）。このように、ヒートポンプ循環路１０４の第１熱媒体１０３の循環方向は加熱時と冷却時では反転する。
【００７３】
循環切替弁１０６は４方弁である。４方弁は、４つの接続路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが接続されており、接続路Ａと接続路Ｂ、および接続路Ｃと接続路Ｄが流通している状態と、接続路Ａと接続路Ｃ、および接続路Ｂと接続路Ｄが流通している状態とを変更することができるようになっている。すなわち、ヒートポンプ１０２の加熱時には、外気熱交換器１０９から圧縮機１０５の入路へ流通し、圧縮機１０５の出路からヒートポンプ循環路１０４へ流通する。ヒートポンプ１０２の冷却時には、ヒートポンプ循環路１０４から圧縮機１０５の入路へ流通し、圧縮機１０５の出路から外気熱交換器１０９へ流通する。
【００７４】
蓄熱給湯空調機１００には、第１熱交換器１１１と熱需要部１４０としての空調熱交換器１１２との間で第１ポンプ１１３によって第２熱媒体１１０が循環する第１循環路１１４が形成されている。すなわち第１循環路１１４は、第１熱交換器１１１、蓄熱切替弁１１９、空調熱交換器１１２、第１ポンプ１１３、第１熱交換器１１１の経路である。第１循環路の往路１１４ａは、第１熱交換器１１１、蓄熱切替弁１１９、空調熱交換器１１２の経路である。第１循環路の復路１１４ｂは、空調熱交換器１１２、第１ポンプ１１３、第１熱交換器１１１の経路である。なお、空調熱交換器１１２の用途は、第２熱媒体１１０を熱源とした熱交換により室内空気を冷房または暖房することである。
【００７５】
第２熱交換器１０１は、第２熱媒体１１０と給湯水１４２とを熱交換する。第１熱交換器１１１から空調熱交換器１１２へ第２熱媒体１１０が流れる第１循環路の往路１１４ａの途中から供給路１１５が分岐され、供給路１１５の他端は第２熱交換器１０１へ接続されている。第２熱交換器１０１には、供給路１１５で供給された第２熱媒体１１０が流出する側に排出路１１７が接続されている。この排出路１１７の他端は、空調熱交換器１１２から第１熱交換器１１１へ第２熱媒体１１０が流れる第１循環路の復路１１４ｂの途中に合流している。第１熱交換器１１１、第１循環路の往路１１４ａの供給路１１５に分岐前の部分、供給路１１５、第２熱交換器１０１、排出路１１７、第１循環路の復路１１４ｂの排出路１１７へ合流後の部分、第１熱交換器１１１の経路は、蓄熱槽１２１へ給湯水１４２を蓄熱するためにまたは給湯先１２５ａへ給湯水１４２を供給するために、給湯水１４２を加熱する際に第２熱媒体１１０が流動する経路である。
【００７６】
第２熱交換器１０１と蓄熱槽１２１との間には、第２ポンプ１２２によって給湯水１４２が循環する第２循環路１２３が形成されている。すなわち第２循環路１２３は、第２熱交換器１０１、蓄熱槽１２１、第２ポンプ１２２、第２熱交換器１０１の経路である。第２循環路の往路１２３ａは、第２熱交換器１０１、蓄熱槽１２１の経路である。第２循環路の復路１２３ｂは、蓄熱槽１２１、第２ポンプ１２２、第２熱交換器１０１の経路である。第２熱交換器１０１では、第２熱媒体１１０と給湯水１４２とは熱交換するだけで混合されない構成である。
【００７７】
第２熱交換器１０１は、上記実施の形態１〜５で示したようなプレート熱交換器１であり、振動体２０ａが付設されている。
【００７８】
蓄熱槽１２１は、所定量（たとえば２００リットル）の給湯水１４２が常に収容されている。蓄熱槽１２１には、槽内上部側から給湯水１４２を流入したり流出したりするように第２循環路の往路１２３ａが接続されている。また蓄熱槽１２１には、槽内下部側から給湯水１４２を流入したり流出したりするように第２循環路の復路１２３ｂが接続されている。第２循環路の復路１２３ｂの途中に給水路１２４が、また第２循環路の往路１２３ａの途中に給湯路１２５が接続されている。蓄熱槽１２１から給湯水１４２が給湯先１２５ａへ第２循環路の往路１２３ａの一部と給湯路１２５とを通って給湯されるに応じて、給水源１２４ａから給水路１２４と第２循環路の復路１２３ｂの一部を通って給湯水１４２が蓄熱槽１２１へ流入する。
【００７９】
なお、給湯水１４２が蓄熱槽１２１へ流入する前提は、給水源１２４ａに給水圧力が充分にあることであるが、給水源１２４ａに充分な給水圧力が無い場合は、給水路１２４の途上に給水用のポンプ（図示しない）を設ける。また、図１５では、給湯路１２５は第２循環路の往路１２３ａの途上から分岐され、給水路１２４は第２循環路の復路１２３ｂの途上に合流しているが、それぞれ蓄熱槽１２１に直接接続されていてもよい。
【００８０】
空調熱交換器１１２は、冷房あるいは暖房用の室内機に設けられている。空調熱交換器１１２では、室内空気と、第１循環路１１４を循環している第２熱媒体１１０との間で熱が移動し、第２熱媒体１１０が温熱を循環している場合は室内が暖房され、第２熱媒体１１０が冷熱を循環している場合は室内が冷房される。室内空気を空調熱交換器１１２に対して送風するファン（図示していない）を設けることで熱交換効率をより高くできる。空調熱交換器１１２による冷暖房は、ファンなど設けずに、輻射によるだけのものであってもよい。
【００８１】
第１ポンプ１１３は、第１循環路の復路１１４ｂに排出路１１７が合流する位置と、第１熱交換器１１１との間に設けられている。第１ポンプ１１３は、第１循環路の往路１１４ａと第１循環路の復路１１４ｂとによって空調熱交換器１１２での空調運転（暖房運転または冷房運転）する時に、第１熱交換器１１１と空調熱交換器１１２との間で第２熱媒体１１０を循環する。また、第１ポンプ１１３は、供給路１１５、第２熱交換器１０１、排出路１１７の経路において、蓄熱運転時や給湯運転時など、第２熱交換器１０１を流通する給湯水１４２を加熱運転する時に、第１熱交換器１１１と第２熱交換器１０１との間で第２熱媒体１１０を循環させる。なお、第１ポンプ１１３は、回転数を可変に調節することができ、第１熱交換器１１１を流通する第２熱媒体１１０の流量を変更できるようになっている。
【００８２】
実施の形態６では、第１循環路の往路１１４ａから供給路１１５へ分岐する部分に、３方弁である蓄熱切替弁１１９が設けられている。３方弁は、３つの接続路Ａ、Ｂ、Ｃが接続されており、接続路Ａと接続路Ｂとを流通させるか、接続路Ａと接続路Ｃとを流通させるか、を変更する。また３方弁は一方向の流通が全開となれば、他方向の流通は全閉となるように、２方向の流通量が排他的に変更される。蓄熱切替弁１１９は、供給路１１５へ分岐する第２熱媒体１１０の流通量と、供給路１１５に分岐されずに第１循環路の往路１１４ａへ流通する第２熱媒体１１０の流通量とを排他的に変更できるようになっている。
【００８３】
図１５の制御装置１５０は、ヒートポンプ１０２、各種の弁およびポンプに接続し、それらを制御する。また、制御装置１５０は、プレート熱交換器としての第２熱交換器１０１の制御器を兼ねる。図１５では、制御装置１５０から各部への配線を省略している。制御装置１５０は、各センサからの入力、弁およびポンプならびに振動体２０ａとの入出力とタイマを備える、論理回路またはマイクロコンピュータで構成できる。
【００８４】
以下、種々の運転（蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、冷房運転の単独または組み合わせ）状態における、蓄熱切替弁１１９、第１ポンプ１１３、第２ポンプ１２２などの稼働部の切り替え制御または流量制御（あるいは回転数制御）に基づく第２熱媒体１１０と給湯水１４２の流れを説明する。蓄熱切替弁１１９、第１ポンプ１１３、第２ポンプ１２２は、運転状態に合わせて連動または非連動で作動するが、制御装置１５０によってこれらを制御するのは下記のとおりである。なお、運転状態が切り替わった直後や蓄熱量や給湯量などに変動が生じた場合、あるいは稼働部の制御動作などにより流量、温度などは過渡的には変動するが、下記では主に定常状態での動作を記載している。
【００８５】
蓄熱給湯空調機１００の蓄熱運転時には、蓄熱切替弁１１９が供給路１１５側へ全開となる。このとき第１熱交換器１１１で加熱された第２熱媒体１１０は全量が、第２熱交換器１０１へ供給される。第２熱交換器１０１で給湯水１４２と熱交換して冷却された第２熱媒体１１０は、排出路１１７へ流れ、第１循環路の復路１１４ｂに合流して第１熱交換器１１１へ再び戻される。また、第２熱交換器１０１の給湯水１４２側では、第２循環路１２３により蓄熱槽１２１との間で給湯水１４２が第２ポンプ１２２によって循環している。第２熱交換器１０１で第２熱媒体１１０と熱交換して加熱された給湯水１４２は、蓄熱槽１２１の上部側へ流入する。蓄熱槽１２１の下部側から排出された給湯水１４２は、第２熱交換器１０１へ再び戻される。この動作の結果、加熱された給湯水１４２が蓄熱槽１２１の上部から徐々に蓄熱される。このような蓄熱方法を温度成層蓄熱という。また、効率よく温度成層蓄熱するには、蓄熱槽１２１の上部側から流入する給湯水１４２の温度を一定の高温（蓄熱したい温度、たとえば６０℃）へ維持することが必要である。
【００８６】
第２ポンプ１２２の回転数を変更して、第２熱交換器１０１を流通する給湯水１４２の流量を変更することで、第２熱交換器１０１での交換熱量に合わせることができ、蓄熱槽１２１へ流入する給湯水１４２の温度を一定に制御している。一方、第２熱交換器１０１の第２熱媒体１１０側では、第１ポンプ１１３の回転数を変更して、第２熱交換器１０１を流通する第２熱媒体１１０の流量を変更することで、第１熱交換器１１１での交換熱量に合わせることができ、第２熱交換器１０１へ流入する第２熱媒体１１０の温度を、上記蓄熱したい温度よりも若干高い温度（たとえば６３℃）へ制御している。
【００８７】
蓄熱運転中の給湯運転時は、第２熱交換器１０１の第２熱媒体１１０側の流れは、蓄熱運転時と同じである。一方、給湯水１４２側の流れは、下記２つの場合がある。
【００８８】
（１）給湯先１２５ａへ給湯される給湯水１４２の流量Ａが、第２熱媒体１１０との熱交換で加熱されて第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂより少ない場合
第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂの内、流量Ａの給湯水１４２は給湯路１２５を通って給湯先１２５ａへ給湯され、流量（Ｂ−Ａ）の給湯水１４２が、蓄熱槽１２１へ流入し、蓄熱槽１２１へ蓄熱される。一方、蓄熱槽１２１へ流入する給湯水１４２と同量（流量Ｂ−Ａ）が蓄熱槽１２１から流出し、給湯先１２５ａへ給湯されている給湯水１４２の流量と同量（流量Ａ）が、給水路１２４から第２循環路の復路１２３ｂへ合流する。
【００８９】
（２）給湯先１２５ａへ給湯される給湯水１４２の流量Ａが、第２熱媒体１１０との熱交換で加熱されて第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂより多い場合
第２熱交換器１０１から流出する給湯水１４２の流量Ｂに加え、流量（Ａ−Ｂ）の給湯水１４２が蓄熱槽１２１から流出し、徐々に蓄熱槽１２１の蓄熱分が減っていく。一方、蓄熱槽１２１から流出する給湯水１４２と同量（流量Ａ−Ｂ）が給水路１２４から第２循環路の復路１２３ｂに合流して蓄熱槽１２１へ流入し、また、給湯水１４２の流量と同量（流量Ｂ）が、給水路１２４から第２循環路の復路１２３ｂへ合流して第２熱交換器１０１へ供給される。
【００９０】
蓄熱給湯空調機１００の暖房運転時は、蓄熱切替弁１１９は供給路１１５側へ全閉となっていて、ヒートポンプ循環路１０４を第１熱媒体１０３が流動方向１５１の方向へ流れる。また、外気から外気熱交換器１０９を通して第１熱交換器１１１へと熱移動し、第２熱媒体１１０が熱交換によって第１熱交換器１１１で加熱される運転となる。第１熱交換器１１１で加熱され高温（たとえば４０℃）になった第２熱媒体１１０は、空調熱交換器１１２へ供給され、空調熱交換器１１２で室内の空気を加熱する暖房運転となる。なお、暖房する部屋の室温により第２熱媒体１０の暖房運転時の温度を可変に変えるようにしてより低温で運転するようにするとヒートポンプ１０２の効率が向上する。
【００９１】
蓄熱切替弁１１９が途中の開度で停止できる調節弁でない場合は、蓄熱運転と暖房運転とは同時運転できず、どちらか一方の運転となる。蓄熱切替弁１１９が、途中の開度で停止できる調節弁である場合、蓄熱運転しながら暖房運転することが可能である。ただし蓄熱運転中に暖房運転時は、ヒートポンプ１０２は最大能力で運転し、暖房運転をしつつ、余った能力で蓄熱運転することとなり、そのような熱量比になるように蓄熱切替弁１１９の開度を調節する。また蓄熱運転中は第２熱媒体１１０の温度が高くなっているので、暖房運転のため熱需要部１４０へ供給する第２熱媒体１１０は温度を低下させるため、たとえば、熱需要部１４０から排出される低温の第２熱媒体１１０と混合して供給するなどの手段を採る必要がある。
【００９２】
蓄熱給湯空調機１００の冷房運転時は、蓄熱切替弁１１９は供給路１１５側へ全閉となっていて、ヒートポンプ循環路１０４を第１熱媒体１０３が流動方向１５１の逆方向へ流れ、第１熱交換器１１１から外気熱交換器１０９を通して外気へと熱移動し、第２熱媒体１１０が熱交換によって第１熱交換器１１１で冷却される運転となる。第１熱交換器１１１で冷却され低温（たとえば１０℃）になった第２熱媒体１１０は、空調熱交換器１１２へ供給され、空調熱交換器１１２で室内の空気を冷却する冷房運転となる。冷房する部屋の室温により第２熱媒体１１０の冷房運転時の温度を可変に変えるようにしてより高温で運転するようにするとヒートポンプ２の効率が向上する。
【００９３】
冷房運転中の給湯運転時（暖房運転中の給湯運転時も同じ）は、第１循環路１１４と第１ポンプ１１３とによって冷房運転（暖房運転時も同じ）のための第２熱媒体１１０が第１熱交換器１１１と熱需要部１４０の間で循環されている。給湯運転はその経路とは独立して、蓄熱槽１２１に高温（たとえば６０℃）で蓄熱された給湯水１４２を給湯路１２５から給湯先１２５ａへ給湯される。このとき、蓄熱槽１２１から流出する給湯水１４２の分だけ、給水路１２４を通って給水源１２４ａから蓄熱槽１２１へ給湯水１４２が補充される。
【００９４】
蓄熱給湯空調機１００は以上のように構成されるので、蓄熱運転時には第２熱交換器１０１では高温の給湯水１４２が生成されるため、給湯水１４２に含まれるスケール源が常に供給されることとなり、第２熱交換器１０１の給湯水１４２の流路の特に高温となる出口にはスケールが生成し易くなる。なお第２熱媒体１１０はスケール源が新規に補給されない構成であるので、スケール生成は大きくなることはなく、継続的なスケール生成もない。
【００９５】
この第２熱交換器１０１が、上記実施の形態１〜５に示した、振動体２０ａを付設したプレート熱交換器１であり、高温流体が第２熱媒体１１０であり、低温流体が給湯水１４２である。第２熱交換器１０１では、第２熱媒体１１０が熱源で加熱された熱媒体である。また給湯水１４２が、外部の給湯先へ給湯する給湯水あるいは蓄熱運転の場合などに貯湯槽である蓄熱槽１２１と第２熱交換器１０１との間で循環する貯湯水である。蓄熱運転時に振動体２０ａを適宜振動することで、低温流体である給湯水１４２側にスケールが生成され難くなり、また生成されたスケールを剥離することができるようになる。その結果、第２熱交換器１０１内の目詰まりを防止し、熱交換器としての使用寿命を向上し、熱交換能力を維持できる。また蓄熱運転時、第２熱媒体１１０と給湯水１４２とが流通中に振動体２０が振動すると、温度境界層が生成され難くなり、第２熱交換器１０１の熱交換能力が向上し、第２熱媒体１１０と給湯水１４２との熱交換の温度差を縮小でき、第２熱媒体１１０の供給と排出の温度がともに下げられるようになり、ヒートポンプ１０２における第１熱媒体１０３の凝縮温度を低減できて、凝縮温度が低い方が効率向上できるので、ヒートポンプ１０２の効率が向上する。
【００９６】
実施の形態７．
図１６は、本発明の実施の形態７に係る給湯機である蓄熱給湯機の構成図である。実施の形態７は、実施の形態１ないし５で示すプレート熱交換器１を用いる蓄熱給湯機２００である。
【００９７】
給湯機である蓄熱給湯機２００は、ヒートポンプ２０２、第１熱交換器２１１、追焚熱交換器２３４、蓄熱槽２２１および浴槽２３１から構成される。蓄熱給湯空調機２００は、給水源２２４ａから供給される水を加熱して蓄熱槽２２１に貯湯し、外部の給湯先１２５ａまたは浴槽２３１へ給湯する。また、追焚熱交換器２３４で、熱交換により浴槽２３１の浴槽水を加熱する。第１熱交換器２１１および追焚熱交換器２３４は、実施の形態１ないし５のいずれかに示すプレート熱交換器１である。
【００９８】
蓄熱給湯機２００は、ヒートポンプ２０２を熱源とする。第１熱交換器２１１は、ヒートポンプ２０２の第１熱媒体２０３と給湯水２１０とを熱交換する。蓄熱槽２２１は、給湯水２１０を蓄熱のために収容する。第１循環路２１４は、第１熱交換器２１１と蓄熱槽２２１との間で給湯水２１０を循環する。第１循環路２１４には、第１ポンプ２１３が取り付けられ、第１循環路２１４において蓄熱槽２２１をバイパスする蓄熱バイパス路２２０、第１循環路２１４の給湯水２１０を蓄熱槽２２１経由で循環するか蓄熱バイパス路２２０経由で循環するかを切り替える蓄熱切替弁２１９を備える。
【００９９】
追焚熱交換器２３４は、熱需要部２４０として浴槽２３１の浴槽水２３０を再加熱するために、蓄熱槽２２１の給湯水２１０と浴槽水２３０とを熱交換する。蓄熱槽２２１と追焚熱交換器２３４との間で給湯水２１０を循環する第２循環路２２３には、第２ポンプ２２２が取り付けられる。浴槽循環路２３３は、追焚熱交換器２３４と浴槽２３１との間で浴槽水２３０を循環する。浴槽循環路２３３には、浴槽ポンプ２３２が取り付けられる。給水路２２４は、給水源２２４ａから蓄熱槽２２１などへ給湯水を給水する。蓄熱槽２２１の給湯水２１０と給水路２２４から分岐された給水バイパス路２２６の水は、一般給湯混合弁２４１で所定の温度に混合して、給湯路２２５を経由して給湯先２２５ａへ給湯される。ふろ給湯混合弁２４２は、蓄熱槽２２１の給湯水２１０と給水路２２４から分岐された給水バイパス路２２６の水とを所定の温度に混合して浴槽２３１へ給湯する。制御装置２５０は、これらのポンプ、弁、圧縮機などの稼働部品を操作し、温度や熱量や水量などを制御する。
【０１００】
図１６の制御装置２５０は、ヒートポンプ２０２、各種の弁およびポンプに接続し、それらを制御する。また、制御装置２５０は、プレート熱交換器としての第１熱交換器２１１および追焚熱交換器２３４の制御器を兼ねる。図１６では、制御装置２５０から各部への配線を省略している。制御装置２５０は、各センサからの入力、弁およびポンプならびに振動体２０ｂ、２０ｃとの入出力とタイマを備える、論理回路またはマイクロコンピュータで構成できる。
【０１０１】
以下、蓄熱給湯機２００についてより詳しく説明する。ヒートポンプ２０２は、ヒートポンプ循環路２０４と、その途上に圧縮機２０５と、膨張弁２０７と、外気熱交換器２０９と、第１熱交換器２１１とを備えている。ヒートポンプ循環路２０４は、炭化水素系や二酸化炭素など使用温度圧力範囲内で気液２相化可能な第１熱媒体２０３を、圧縮と膨張とをさせながら流動方向２５１へ循環させる。圧縮機２０５は、第１熱媒体２０３を気相の状態で圧送して高温高圧化する。膨張弁２０７は、高圧の液相の第１熱媒体２０３を気液混合相へ膨張させて低温低圧化する。外気熱交換器２０９は、ファン２０８で送風された外気と第１熱媒体２０３とを熱交換する。第１熱交換器２１１は、給湯水２１０と第１熱媒体３とを熱交換して給湯水２１０を加熱する。
【０１０２】
ヒートポンプ２０２は、ヒートポンプ循環路２０４内の第１熱媒体２０３の凝縮と気化とを利用して外気から吸熱した熱を給湯水２１０へ放熱する。ヒートポンプ２０２は、圧縮機２０５の圧縮に要する動力に比して効率良く、第１熱媒体２０３を介して外気と給湯水２１０との間で熱を移動させる。第１熱交換器２１１では、第１熱媒体２０３と給湯水２１０とは熱交換するだけで混合されない構成である。
【０１０３】
第１熱交換器２１１は、実施の形態１〜５で示した、振動体２０ｂが取り付けられたプレート熱交換器であり、高温流体が第１熱媒体２０３、低温流体が給湯水２１０である。また追焚熱交換器２３４は、実施の形態１〜５で示した、振動体２０ｃが取り付けられたプレート熱交換器であり、高温流体が給湯水２１０、低温流体が浴槽水２３０である。
【０１０４】
第１熱交換器２１１と蓄熱槽２２１との間の第１循環路２１４は、第１熱交換器２１１、蓄熱切替弁２１９、蓄熱槽２２１、第１ポンプ２１３、第１熱交換器２１１の経路である。第１循環路の往路２１４ａは、第１熱交換器２１１、蓄熱切替弁２１９、蓄熱槽２２１の経路である。第１循環路の復路１４ｂは、蓄熱槽２２１、第１ポンプ２１３、第１熱交換器２１１の経路である。なお、蓄熱槽２２１の用途は、高温にした給湯水２１０を溜めておき、浴槽水２３０を追い焚きするための熱源としたり、給湯することである。
【０１０５】
所定量（たとえば４００リットル）の給湯水２１０が常に収容されている蓄熱槽２２１には、上部側から給湯水２１０を流入したり流出したりするように第１循環路の往路２１４ａが接続され、下部側には給湯水２１０が流入したり流出したりするように第１循環路の復路２１４ｂが接続される。第１循環路の復路２１４ｂの途中に給水路２２４が、また第２循環路の往路２１４ａの途中に第２循環路の往路２２３ａが、第１循環路の復路２１４ｂの途中に第２循環路の復路２２３ｂが接続されている。さらに第２循環路の往路２２３ａの途中から、一般給湯混合弁２４１を介して給湯水２１０を給湯先２２５ａへ、あるいはふろ給湯混合弁２４２を介して給湯水２１０を浴槽２３１へ給湯する構成となっている。そのため、蓄熱槽２１から給湯水２１０が給湯先２２５ａへまたは浴槽２３１へ、第１循環路の往路２１４ａと第２循環路の往路２２３ａとを通って給湯されるに応じて、給水源２２４ａから給水路２２４と第２循環路の復路２１４ｂの一部を通って、給湯水２１０が蓄熱槽２２１へ流入する。なお、給湯水２１０が蓄熱槽２２１へ流入する前提は、給水源２２４ａに給水圧力が充分あることであるが、給水源２２４ａに充分な給水圧力が無い場合、給水路２２４の途上に給水用のポンプ（図示しない）を設けておけばよい。
【０１０６】
第１循環路の往路２１４ａの途中からは、蓄熱槽２２１をバイパスする蓄熱バイパス路２２０が分岐され、第１循環路の復路２１４ｂに接続されている。分岐部分に設けられた蓄熱切替弁２１９によって、第１熱交換器２１１で加熱された給湯水２１０が充分な高温に達していないときは蓄熱バイパス弁２２０側へ流すように切替制御がなされ、高温な給湯水２１０のみを蓄熱槽２２１上部から流入するようにして、蓄熱槽２２１内に確実に温度成層蓄熱ができるようにしている。
【０１０７】
蓄熱槽２２１と追焚熱交換器２３４との間の第２循環路２２３は、蓄熱槽２２１、追焚熱交換器２３４、追焚ポンプ２２２、蓄熱槽２２１の経路である。第２循環路の往路２２３ａは、蓄熱槽２２１、追焚熱交換器２３４の経路である。第２循環路の復路２２３ｂは、追焚熱交換器２３４、追焚ポンプ２２２、蓄熱槽２２１の経路である。第２循環路の往路２２３ａの途中からは、一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２へそれぞれ給湯水２１０を供給する経路が設けられている。
【０１０８】
追焚熱交換器２３４と浴槽２３１との間の浴槽循環路２３３は、追焚熱交換器２３４、浴槽２３１、浴槽ポンプ２３２、追焚熱交換器２３４の経路である。浴槽循環路の往路２３３ａは、追焚熱交換器２３４、浴槽２３１の経路である。浴槽循環路の復路２３３ｂは、浴槽２３１、浴槽ポンプ２３２、追焚熱交換器２３４の経路である。浴槽循環路の往路２３３ａの途中には、給湯水２１０と給水バイパス路２２６の水とを混合するふろ給湯混合弁２４２からの経路が接続され、給湯できるようになっている。
【０１０９】
一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２はともに、３方弁かつ途中の任意の開度で停止できる調節弁である。また一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２はともに、第２循環路の往路２２３ａの途中から分岐されて供給される給湯水２１０と、給水バイパス路２２６の水とを任意の合流比率で合流させて、給湯先２２５ａまたは浴槽２３１へ給湯する。一般給湯混合弁２４１、ふろ給湯混合弁２４２はそれぞれ合流比率を変えることで、任意の温度の給湯水を生成可能である。なお、給湯先２２５ａや浴槽循環路の往路２３３ａに合流する前には、給湯のための図示しない給湯弁が付いており、この給湯弁を開閉することで初めて流れが生じ、図示しない流量センサや流量スイッチで給湯が必要かどうかを検知する。
【０１１０】
第１ポンプ２１３は、回転数を可変に調節することができ、第１熱交換器２１１を流通する給湯水２１０の流量を変更できるようになっている。流量を変更することで、第１熱交換器２１１から流出する給湯水２１０の温度を所望値（蓄熱槽２２１へ蓄熱する際は、たとえば９０℃）に制御する。
【０１１１】
追焚ポンプ２２２、浴槽ポンプ２３２もともに回転数を可変に調節でき、流量を変更できるようになっている。浴槽ポンプ２３２の回転数を変えて、追焚熱交換器２３４から流出する浴槽水２３０の温度が所定値（たとえば４５℃）になるように浴槽水の流量を調節する。追焚ポンプ２２２の回転数を変えて、追い焚きの熱量を所望値に調節し、高速で追い焚きしたい場合は大きな流量を流す様にし、省エネに追い焚きしたい場合は、追焚熱交換器２３４から流出する給湯水２１０の温度をなるべく低くなるように調節する。追焚熱交換器２３４の熱交換能力にもよるが、たとえば、浴槽循環路２３３ｂの浴槽水２３０の温度より＋５℃となるようにする。
【０１１２】
以上のように、第１熱交換器２１１を上記実施の形態１〜５で示す、振動体２０ｂが取り付けられたプレート熱交換器として、高温流体を第１熱媒体２０３、低温流体（この構成を採るエコキュート（登録商標）の場合、低温流体といっても９０℃程度であり、スケール生成が促進されやすい）を給湯水２１０としたので、給湯水２１０を加熱することで生じるスケール生成を抑制あるいはスケールを除去でき、目詰まりを防止し、熱交換器としての使用寿命を向上し、熱交換能力を維持できる。そして、振動により熱交換能力を向上でき、給湯能力を向上できる。また第１熱媒体２０３と給湯水２１０との熱交換の温度差を縮小でき、特に第１熱交換器２１１へ流入する給湯水２１０の温度を下げられ、第１熱媒体２０３の凝縮温度が下がり、熱源としてのヒートポンプ２０２の運転効率が向上する。
【０１１３】
なお、第１熱交換器２１１では、第１熱媒体２０３が、熱源で加熱された熱媒体である。また給湯水２１０が、給湯先へ給湯する給湯水であり、あるいは蓄熱運転時に貯湯槽である蓄熱槽２２１と第１熱交換器２１１との間で循環する貯湯水である。また特にこの構成の場合の運転状態では、第１熱交換器２１１内で第１熱媒体２０３は気液２相の状態が存在するので、プレートの重心位置ではなく、確実に液化されている位置に（第１熱媒体２０３が第１熱交換器２１１から流出する位置寄りに）振動子２０ｂを取り付けておく必要がある。これは気相部では振動の伝搬が阻害されることによる。
【０１１４】
追焚熱交換器２３４を上記実施の形態１〜５で示す、振動体２０ｃが取り付けられたプレート熱交換器として、高温流体を給湯水２１０、低温流体を浴槽水２３０としたので、浴槽水２３０を再加熱する際に、浴槽水２３０に含まれる汚れの付着を抑制あるいは汚れを除去でき、目詰まりを防止し、熱交換器としての使用寿命を向上し、熱交換能力を維持できる。また特に浴槽水２３０中に含まれる雑菌の発生を抑制、除去できる効果も同時に得られ、衛生性と清潔性とを高められる。さらに、振動により熱交換能力を向上でき、再加熱能力を向上できる。また給湯水２１０と浴槽水２３０との熱交換の温度差を縮小でき、給湯水２１０の供給と排出の温度がともに下がり、特に給湯水２１０の追焚熱交換器２３４からの排出の温度が下がって、第１熱交換器２１１で熱交換する第１熱媒体２０３の温度も下げられ、熱源としてのヒートポンプ２０２の運転効率が向上する。また一旦蓄熱された熱媒体と熱交換する場合は、蓄熱の減少が抑制され、蓄熱の有効活用ができる。なお、追焚熱交換器２３４では、追焚熱交換器２３４へ流入出する給湯水２１０が熱源で加熱された熱媒体である。また浴槽水２３０が、追焚熱交換器２３４と貯湯槽である浴槽２３１との間で循環する貯湯水である。
【符号の説明】
【０１１５】
１ プレート熱交換器、１ａ、１ｂ 熱交換器本体、２、２ａ、２ｂ プレート、３ 端部プレート、４ 高温流体流路、４ａ 高温流体流れ方向、５ 高温流体入口、６ 高温流体流入路、７ 高温流体出口、８ 高温流体流出路、９ 低温流体流路、９ａ 低温流体流れ方向、１０ 低温流体入口、１１ 低温流体流入路、１２ 低温流体出口、１３ 低温流体流出路、１４ 隙間部、１５、１５ａ 封止物、１６ 弾性体、１７ ボルト、１８ ねじ穴、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 振動体、２１ 振動子、２２ 狭持体、２３ 固着部、２４ 積層方向、２５ 積層側面、２６ 積層面、２７ 外縁、２８ 角部、２８ａ 側面角部、２９ 保持部、３０ 高周波電源、３１ 高周波導線、３２ 電源、５０ 制御器、１００ 蓄熱給湯空調機、１０１ 第２熱交換器、１０２、２０２ ヒートポンプ、１０３、２０３ 第１熱媒体、１０４、２０４ ヒートポンプ循環路、１０５、２０５ 圧縮機、１０６ 循環切替弁、１０７、２０７ 膨張弁、１０８、２０８ ファン、１０９、２０９ 外気熱交換器、１１０ 第２熱媒体、１１１、２１１ 第１熱交換器、１１２ 空調熱交換器、１１３、２１３ 第１ポンプ、１１４、２１４ 第１循環路、１１４ａ、２１４ａ 第１循環路の往路、１１４ｂ、２１４ｂ 第１循環路の復路、１１５ 供給路、１１９、２１９ 蓄熱切替弁、１２１、２２１ 蓄熱槽、１２２ 第２ポンプ、１２３、２２３ 第２循環路、１２３ａ、２２３ａ 第２循環路の往路、１２３ｂ、２２３ｂ 第２循環路の復路、１２４、２２４ 給水路、１２４ａ、２２４ａ 給水源、１２５、２２５ 給湯路、１２５ａ、２２５ａ 給湯先、１４０、２４０ 熱需要部、１４２、２１０ 給湯水、１５０、２５０ 制御装置、１５１、２５１ 第１熱媒体の流動方向、２００ 蓄熱給湯機、２２０ 蓄熱バイパス路、２２２ 追焚ポンプ、２２６ 給水バイパス路、２３０ 浴槽水、２３１ 浴槽、２３２ 浴槽ポンプ、２３３ 浴槽循環路、２３３ａ 浴槽循環路の往路、２３３ｂ 浴槽循環路の復路、２３４ 追焚熱交換器、２４１ 一般給湯混合弁、２４２ ふろ給湯混合弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心面どうしが対向して空間を挟んで積層された３枚以上のプレートと、該３枚以上のプレートの側面を密閉する側部とから構成される熱交換器本体を備え、隣り合う２枚の前記プレートに挟まれる空間が前記プレートごとに交互に、高温流体が流通する高温流体流路と、低温流体が流通する低温流体流路と、に形成されたプレート熱交換器であって、
前記熱交換器本体の端にある前記プレートの中心面に平行な前記熱交換器本体の外面に、かつ前記プレートの外縁から離れた位置に固着され、付勢して振動する振動体と、
前記振動体による振動の振幅が前記熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持する保持部と、
を備えるプレート熱交換器。
【請求項２】
前記プレートの外縁以外の部分は、前記振動体による振動の振幅以上の間隔を開けて前記プレートどうしが非接触に配置されている、請求項１に記載のプレート熱交換器。
【請求項３】
前記振動体が固着された外面を構成する前記プレートの反対面に、前記低温流体流路が形成されている、請求項１または２に記載のプレート熱交換器。
【請求項４】
前記振動体は、前記高温流体流路または前記低温流体流路のいずれか一方を形成する前記プレートの更に前記熱交換器本体の端側に隙間部を形成して積層された板状の端部プレートに固着され、
前記隙間部の、少なくとも前記振動体を固着した前記端部プレートの外面の反対面に接する部分には、液体または固体の封止物を備える、請求項１または２に記載のプレート熱交換器。
【請求項５】
前記封止物は、前記高温流体流路から前記隙間部へ還流する前記高温流体、または、前記低温流体流路から前記隙間部へ還流する前記低温流体、のいずれか一方である、請求項４に記載のプレート熱交換器。
【請求項６】
積層された前記プレート間に狭持される、少なくとも前記プレートの外縁を一周するように形成された弾性体をさらに備える、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項７】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方の流通に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項８】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方の温度に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項９】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいすれか一方が流通した積算時間または積算流量の少なくともいずれか一方に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１０】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方の流通が停止した積算時間に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１１】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方が凍結する可能性があるときに、前記振動体を付勢する、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１２】
前記熱交換器本体を２つ備え、前記振動体の前記プレートの積層方向の両端が、それぞれの前記熱交換器本体の前記プレートの積層方向の外面側に固着されている、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のプレート熱交換器を備え、
前記プレート熱交換器は、外部の給水源から給水され外部の給湯先へ給湯する給湯水と、熱源で加熱された熱媒体とを熱交換する給湯機。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のプレート熱交換器を備え、
前記プレート熱交換器は、再加熱のために貯湯槽との間で循環される貯槽水と、熱源で加熱された熱媒体とを熱交換して、前記貯槽水を加熱する給湯機。
【請求項１】
中心面どうしが対向して空間を挟んで積層された３枚以上のプレートと、該３枚以上のプレートの側面を密閉する側部とから構成される熱交換器本体を備え、隣り合う２枚の前記プレートに挟まれる空間が前記プレートごとに交互に、高温流体が流通する高温流体流路と、低温流体が流通する低温流体流路と、に形成されたプレート熱交換器であって、
前記熱交換器本体の端にある前記プレートの中心面に平行な前記熱交換器本体の外面に、かつ前記プレートの外縁から離れた位置に固着され、付勢して振動する振動体と、
前記振動体による振動の振幅が前記熱交換器本体の外面で極小である低振動部に接触して、外部から固定して保持する保持部と、
を備えるプレート熱交換器。
【請求項２】
前記プレートの外縁以外の部分は、前記振動体による振動の振幅以上の間隔を開けて前記プレートどうしが非接触に配置されている、請求項１に記載のプレート熱交換器。
【請求項３】
前記振動体が固着された外面を構成する前記プレートの反対面に、前記低温流体流路が形成されている、請求項１または２に記載のプレート熱交換器。
【請求項４】
前記振動体は、前記高温流体流路または前記低温流体流路のいずれか一方を形成する前記プレートの更に前記熱交換器本体の端側に隙間部を形成して積層された板状の端部プレートに固着され、
前記隙間部の、少なくとも前記振動体を固着した前記端部プレートの外面の反対面に接する部分には、液体または固体の封止物を備える、請求項１または２に記載のプレート熱交換器。
【請求項５】
前記封止物は、前記高温流体流路から前記隙間部へ還流する前記高温流体、または、前記低温流体流路から前記隙間部へ還流する前記低温流体、のいずれか一方である、請求項４に記載のプレート熱交換器。
【請求項６】
積層された前記プレート間に狭持される、少なくとも前記プレートの外縁を一周するように形成された弾性体をさらに備える、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項７】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方の流通に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項８】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方の温度に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項９】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいすれか一方が流通した積算時間または積算流量の少なくともいずれか一方に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１０】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方の流通が停止した積算時間に応じて、前記振動体を付勢する、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１１】
前記高温流体または前記低温流体の少なくともいずれか一方が凍結する可能性があるときに、前記振動体を付勢する、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１２】
前記熱交換器本体を２つ備え、前記振動体の前記プレートの積層方向の両端が、それぞれの前記熱交換器本体の前記プレートの積層方向の外面側に固着されている、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のプレート熱交換器を備え、
前記プレート熱交換器は、外部の給水源から給水され外部の給湯先へ給湯する給湯水と、熱源で加熱された熱媒体とを熱交換する給湯機。
【請求項１４】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のプレート熱交換器を備え、
前記プレート熱交換器は、再加熱のために貯湯槽との間で循環される貯槽水と、熱源で加熱された熱媒体とを熱交換して、前記貯槽水を加熱する給湯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−８８０４４（Ｐ２０１３−８８０４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９５０２（Ｐ２０１１−２２９５０２）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]