JP3906764B2 - Plate heat exchanger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
【0002】
本願発明は、プレート式熱交換器の構成に関するものである。
【従来の技術】
【0003】
例えば蒸発器等の熱交換器を液膜流下型のプレート式熱交換器によって形成するようにした場合、例えば複数枚並設された各液膜流下型の伝熱プレートの上部に、それぞれ第1の流体散布溝を設けて、各伝熱プレートの一側面側伝熱面に第1の流体を液膜状態で流下させ、他面側の第2の流体と熱交換させて、蒸発させるように構成されている(例えば特開2000−283662号公報参照)。
【0004】
また、この種のプレート式熱交換器では、一般に伝熱プレート面の濡れ性、拡散性、伝熱特性を向上させるために、その伝熱面には凹凸溝が形成されている(特開平10−300371号公報参照)。
【0005】
このような液膜流下型プレート式熱交換器において、冷媒等第1の流体を伝熱面に均一に濡らす場合、流量を非常に多くするか、または少ない流量の場合、別部材を取付け、隙間で広げる方法がある。しかし、流量を多くすると液膜が厚くなり性能が低下するし、別部材の取付けは、構造が複雑になること、部品点数が増えることなどにより、製作が難しくなる問題がある。
【0006】
そこで、本件出願の発明者等は、このような技術的背景の下で、例えば図10〜図12および図13、図14に示すような第1,第2の2種類のプレート式熱交換器の伝熱プレートを試作し、上記問題の解決を試みた。
【0007】
先ず第1の試作例である図10〜図12において、符号1は同伝熱プレートである。該伝熱プレート1は、例えば全体として縦に長いステンレス製金属板をプレス成形して形成されており、その伝熱面外周に接合一体化用の鉤形のフレーム部1a、同伝熱面中央側の主たる伝熱面部に上方から下方にジグザグに延びる断面V字状の凹凸溝部3、該凹凸溝部3の両側左右に各々4個の第2の流体の導入、導出用の各分配ヘッダ接続口4a,4a・・、4b,4b・・、上記凹凸溝部3の上部に第1の流体の散布溝5、上記凹凸溝部3の下部に蒸気抜き口部6等が各々設けられている。
【0008】
一方、上記第1の流体の冷媒散布溝5のフラットな底部には、第1の流体の散布孔5aが開孔され、同散布孔5aと上記凹凸溝部3の上部との間には、全体として略台形形状をなして、上方から下方に順次左右方向の幅が広くなる第1,第2,第3の凸部7a,7b,7cとそれらの間に形成される第1,第2の凹部7e,7fよりなる流体拡散部7が設けられている。
【0009】
そして、上記第1の流体の散布孔5aから流出した第1の流体は、例えば図11および図12に示すように、先ず伝熱プレート1のフラットな壁面1cを伝わって、当該流体拡散部7の第1の凸部7aに到達し、その後、同第1の凸部7a部分で停滞、滞留し、量が増加することによって左右に所定幅拡散される。
【0010】
その後、同第1の凸部7aを乗り超えて、同第1の凸部7aと次の第2の凸部7bとの間に形成された第1の凹部7e内に流速を増して流れ落ち、均一に分散される。さらに、その後、第2の凸部7b部分で再び流速が落ちて停滞、滞留し、その量の増大により所定幅左右に拡散する。
【0011】
その後、同第2の凸部7bを乗り超えて、同第2の凸部7bと次の第3の凸部7cとの間に形成された第2の凹部7fに流速を増して流れ落ち、均一に分散される。さらに、その後、第3の凸部7c部分で再び流速が落ちて停滞、滞留し、その量の増大により所定幅左右に拡散する。
【0012】
そして、このようにして、最終的に最も左右方向に幅が広く、厚さの均一な液膜状の流れを形成した上で、当該伝熱プレート1の伝熱面における熱交換作用の主要部を形成する凹凸溝部3の全体に均一に第1の流体を流し、濡れ性を良くして可能な限り効率の良い熱交換(蒸発)作用を行わせる。
【0013】
一方、図13および図14は、第2の試作例であり、上記流体拡散部7の左右方向への拡散効果を、さらに向上させることを意図して、上記流体拡散部7の第1,第2,第3の各凸部7a,7b,7c、第1,第2の凹部7e,7fの左右方向の長さを、より長くしたものであり、その他の構成は、上記第1の試作例と全く同一である。
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
以上のように、流体拡散部7の流体拡散作用は、伝熱プレート1の伝熱面全体に均一に第1の流体を流し、濡れ性を向上させる上で、極めて重要な役割を果たす。
【0015】
したがって、同流体拡散部7は、第1の流体の流れを、できるだけ左右方向に広く拡散させることができる拡散性能の高いものであることが好ましい。
【0016】
その意味で、本件出願の発明者等は、当初上記第1の試作例(図10〜図12)よりも、第2の試作例(図13および図14)の方が拡散性能に優れていると考えた。
【0017】
ところが、実際に流体を流して見ると、少なくとも散布量が同一である限り、図11と図14に対比して示すように、両者の間の拡散性能には殆ど差がなく、また第1,第2,第3の凸部7a,7b,7cの各々で見ても、壁面1cから第1の凸部7a、第1の凸部7aから第2の凸部7bの凹凸部分では、それぞれ拡散効果が見られるが、第2の凸部7b以降の凹凸部分では、殆ど拡散効果が見られないことが分った。
【0018】
したがって、第2の試作例のように流体拡散部7の凹凸部の幅を広くしただけでは、その拡散性能を向上させることができない。
【0019】
このような事情に鑑み、種々の検討分析を行った結果、上記の原因は、上記流体散布孔から滴下される流体が、一旦フラットな壁面側に付着して流下し、その時点で流速を大きく低下させ、速度エネルギーを小さくしてしまった状態で、第1の凸部に到達するので、同第1の凸部部分自体で、すでに左右方向へ広がろうとする速度成分ベクトルが小さくなってしまっていることにあることが分った。
【0020】
本願発明は、このような知見に基き、流体散布孔から流体拡散部の最初の凸部に流体が直接落下状態で滴下されるようにすることにより、その落下エネルギーを確保せしめ、同落下エネルギーを活用して、有効に拡散性能を向上させるようにしたプレート式熱交換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えている。
【0022】
(1) 第1の課題解決手段
先ず本願発明の第1の課題解決手段は、複数枚の伝熱プレート11A,11B、11A,11B・・・よりなり、それら各伝熱プレート11A,11B、11A,11B・・・の伝熱面の主たる伝熱面部に凹凸溝部13、該凹凸溝部13の両側に第2の流体Yの導入 、導出用の各分配ヘッダ接続口14a,14a・・、14b,14b・・、上記凹凸溝部13の上部に第1の流体Xの散布溝15がそれぞれ設けられているとともに、上記複数枚の伝熱プレート11A,11B、11A,11B・・・の相互に隣合う伝熱プレート11A,11Bの何れか一側面側に上記第1の流体Xを上記流体散布溝15より滴下して液膜状に拡散流下させ、他側面側を流れる上記第2の流体Yと熱交換させる液膜流下型のプレート式熱交換器であって、上記流体散布溝15の底部に設けられた第1の流体Xの散布孔15aと上記伝熱プレート11A,11Bの主たる伝熱面との間に、上記第1の流体Xを伝熱面全体に拡散させる上方から下方に順次左右方向の幅が広くなる複数の凸部17a,17b,17cとそれら各凸部17a,17b,17cの間の凹部7e,7fとよりなる凹凸構造の流体拡散部17を有するとともに、該流体拡散部17は、上記第1の流体Xの散布孔15aよりも所定寸法L以上下方に位置し、当該第1の流体Xの散布孔15aから滴下される第1の流体Xが上記伝熱プレート11A,11Bの壁面11c,11cを伝わることなく、所定の重力加速度をもって直接落下状態で衝突し、同衝突時のエネルギーで左右に広がるように構成されている。
【0023】
したがって、このような構成では、上記第1の流体Xの散布孔15aから滴下された第1の流体Xが、上記上方から下方に順次左右方向の幅が広くなる複数の凸部17a,17b,17cとそれら各凸部17a,17b,17cの間の複数の凹部17e,17fとよりなる凹凸構造の流体拡散部17の最初の凸部17aに所定の重力加速度をもって衝突し、同衝突時の拡散エネルギーで、従来よりも遥かに大きく左右に広がる。
【0024】
そして、該大きく広がった第1の流体Xが、さらに次の凹凸部17e,17b,17f,17cで、従来同様に拡散均一化される。
【0025】
しかも、同流体拡散部17は、上記第1の流体Xの散布孔15aよりも所定寸法L以上下方に位置し、当該第1の流体Xの散布孔15aから滴下される第1の流体Xが上記伝熱プレート11A,11Bの壁面11c,11cを伝わることなく、所定の重力加速度をもって直接落下状態で衝突し、同衝突時のエネルギーで左右に大きく広がるように構成されていることから、拡散効果が高い。
【0026】
したがって、最終的に伝熱プレート11A,11B、11A,11B・・・の上記凹凸溝部13よりなる伝熱面積の大きい主たる伝熱面に供給される第1の流体Xは、同凹凸面よりなり伝熱面積の大きい主たる伝熱面の全体を時間をかけながら一層均一に覆う有効な液膜状の流れとなる。
【0027】
その結果、上記第2の流体Yとの熱交換効率も大きく向上する。
【0028】
(2) 第2の課題解決手段
次に本願発明の第2の課題解決手段は、伝熱プレート11A,11Bの何れか一側面側に第1の流体Xを所定の構造の流体散布溝15より滴下して液膜状に拡散流下させ、他側面側を流れる第2の流体Yと熱交換させる液膜流下型のプレート式熱交換器であって、上記流体散布溝15の第1の流体Xの散布孔15aと上記伝熱プレート11A,11Bの主たる伝熱面との間に、第1の流体Xを伝熱面全体に拡散させる凹凸構造の流体拡散部17を有するとともに、該流体拡散部17は、上記第1の流体Xの散布孔15aよりも所定寸法L以上下方に位置し、かつ当該第1の流体Xの散布孔15aから滴下される第1の流体Xが上記伝熱プレート11A,11Bの壁面11c,11cを伝わることなく、直接落下状態で衝突するように構成されてなるプレート式熱交換器であって、上記流体散布溝15の第1の流体Xの散布孔15aは、相互に隣合う伝熱プレート11A,11B各々の当該流体散布溝15,15底部の相対向する傾斜面に形成して、互いに相手側伝熱プレート11A,11Bの流体拡散部17,17の最初の凸部17a,17a面に向けて吐出状態で 滴下させるように構成している。
【0029】
したがって、このような構成では、上記請求項1の発明の場合と同様に第1の流体Xの散布孔15aから滴下された第1の流体Xが、上記流体拡散部17の最初の凸部17aに所定の重力加速度をもって衝突し、同衝突時の拡散エネルギーで、従来よりも遥かに大きく左右に広がる。
【0030】
しかも、この発明の構成では、その場合において、上記相互に隣合う各伝熱プレート11A,11Bの流体散布溝15底部の第1の流体Xの流体散布孔15aから吐出された第1の流体Xが、互いに相対向する流体拡散部17,17の最初の凸部17a,17a面に、所定の重力加速度をもって衝突し、同衝突時の拡散エネルギーで、従来よりも遥かに大きく左右に広がるようになっている。
【0031】
そして、該特に大きく広がった第1の流体Xが、さらに次の凹凸部17b,17c、17e,17fで、従来同様に拡散均一化される。
【0032】
したがって、最終的に伝熱プレート11A,11Bの主たる伝熱面に供給される第1の流体Xは、同主たる伝熱面の全体を、より均一に覆うより有効な液膜状の流れとなる。
【0033】
その結果、第2の流体Yとの熱交換効率もさらに向上する。
【0034】
(3) 第3の課題解決手段
本願発明の第3の課題解決手段は、上記第1の課題解決手段の構成における流体散布溝15の散布孔15aを、当該流体散布溝15底部のフラット面に形成して、鉛直方向下方に滴下させるようにしている。
【0035】
したがって、このような構成では、当該流体散布溝15底部のフラット面に形成された流体散布孔15aから、鉛直方向下方に滴下する流体Xが、上記流体拡散部17の最初の凸部17aに所定の重力加速度をもって衝突し、同衝突時の拡散エネルギーで、従来よりも遥かに大きく左右に広がる。
【0036】
そして、該大きく広がった第1の流体Xが、さらに次の凹凸部17b,17c、17e,17fで、従来同様に拡散均一化される。
【0037】
(4) 第4の課題解決手段
本願発明の第4の課題解決手段は、上記第1の課題解決手段の構成における流体散布溝15の散布孔15aを、当該流体散布溝15底部の傾斜面に形成して、鉛直方向下方に滴下させるようにしている。
【0038】
したがって、このような構成では、当該流体散布溝15底部の傾斜面に形成された流体散布孔15aから、伝熱プレート11A,11Bの壁面に近寄らせることなく、鉛直方向下方に滴下させやすくなり、同滴下する流体が、上記流体拡散部17の最初の凸部17aに所定の重力加速度をもって衝突し、同衝突時の拡散エネルギーで、従来よりも遥かに大きく左右に広がる。
【0039】
そして、該大きく広がった第1の流体Xが、さらに次の凹凸部17b,17c、17e,17fで、従来同様に拡散均一化される。
【0040】
(5) 第5の課題解決手段
本願発明の第5の課題解決手段は、上記第1,第2,3又は第4の課題解決手段の構成における、上記流体拡散部17の最初の凸部17aは、それよりも下方側の凸部17b,17cよりも高さが高く構成されている。
【0041】
したがって、このような構成では、上記第1の流体の散布孔15aから滴下する第1の流体Xが確実に最初の凸部17aに衝突し、より有効に上述の作用を果たすようになる。
【発明の効果】
【0042】
以上の結果、本願発明によると、滴下流体の散布量を増やしたり、隙間形成のための別部材を設けることなく、伝熱面に均一で適度な厚さの液膜を形成することができる。
【0043】
したがって、構造が簡単で、製作も容易となり、低コストで、高性能のプレート式熱交換器を提供することができる。
【発明の実施の形態】
【0044】
以下、添付の図面を参照して、本願発明のいくつかの実施の形態について説明する。
【0045】
(実施の形態1)
先ず図1ないし図5には、本願発明の実施の形態に係るプレート式熱交換器の全体および要部の構造と作用が示されている。
【0046】
このプレート式熱交換器10は、例えば図1〜図3に示すように、前後プレート26,27間に、第1,第2の複数枚の伝熱プレート11A,11A・・および11B,11B・・を交互に重ね合わせて第1の流体通路22と第2の流体通路23とを順次隣接配置してなり、上記第1の流体通路22を上方から下方に向かって流れる第1の流体Xと上記第2の流体通路23を流れる第2の流体Y(図示省略)とを熱交換させるように構成されている。
【0047】
上記第1の流体通路22は、上記第1,第2の各伝熱プレート11A,11Bにそれぞれ形成され、かつ鉛直方向に対して所定の傾斜角で互いに反対向きに傾斜し、その下端において当該傾斜方向が反転を繰り返す複数段の傾斜通路となっている。これらの傾斜通路は、必要に応じて、1段のみとすることもできる。
【0048】
そして、これらの各傾斜通路は、例えば上記第1,第2の伝熱プレート11A,11Bの前後両面に相対関係を有して設けられた断面V字状の凹凸溝部13で構成されるとともに、上記第1の伝熱プレート11A側の傾斜通路と第2の伝熱プレート11B側の傾斜通路とを相互に連通させるように構成している。
【0049】
このように構成したことにより、それぞれ第1の流体通路22を構成する第1の伝熱プレート11A側の傾斜通路と第2の伝熱プレート11B側の傾斜通路とが相互に交差状態で連通されることになり、上記第1の伝熱プレート11A側の傾斜通路あるいは第2の伝熱プレート11B側の傾斜通路を流れる第1の流体Xは、下方に流下する過程において上記第2の伝熱プレート11B側の傾斜通路あるいは第1の伝熱プレート11A側の傾斜通路に流れ込むことができるようになり、第1,第2の各伝熱プレート11A,11Bの伝熱面全体が第1の流体Xによって均一に濡らされることになる。その結果、熱交換が行われない領域がなくなり、熱伝達性能が大幅に向上する。
【0050】
ところで、上記第1,第2の伝熱プレート11A,11Bは、例えば図1に示されるように、それぞれ全体として縦に長いステンレス製金属板をプレス成形して形成されており、その伝熱面外周側に設けられた重合接合用の鉤形に曲げたフレーム部11a,11a、同伝熱面中央部に上方から下方にジグザグに延び、上述した傾斜通路を形成する断面V字状の凹凸溝部13、該凹凸溝部13の両側左右に各々4個設けられた第2の流体Yを導入、導出するための分配ヘッダ接続口14a,14a・・、14b,14b・・、上記凹凸溝部13の上部に設けられた第1の流体散布溝15、上記凹凸溝部13の下部に設けられた蒸気抜き口部16等が、各々配設されている。
【0051】
一方、上記第1の流体散布溝15のフラットな底部には、例えば図4、図5に示すように、流体散布孔15aが開孔され、同流体散布孔15aと上記凹凸溝部13の上部との間には、全体として略台形形状をなして、上方から下方に順次左右方向の幅が広くなる第1,第2,第3の凸部17a,17b,17cと第1,第2の凹部7e,7fよりなる流体拡散部17が設けられている。この流体拡散部17の第1の凸部17aは、それよりも下方側の凸部17b,17cよりも高さが高く構成されている。
【0052】
そして、この流体拡散部17は、上記第1の流体Xの散布孔15aよりも所定寸法(第1,第2の試作例に比べて、遥かに大きい寸法)L以上下方に位置し、かつ当該第1の流体Xの散布孔15aから滴下させる第1の流体Xが、上記第1,第2の伝熱プレート11A,11Bのフラットな壁面11cを伝わることなく、直接落下状態で衝突するように構成されている。なお、このようにした結果、広くなったフラットな壁面部11cには、第1の流体Xの滴下を妨げない範囲で、左右両側に所定の間隔を置いて補強リブ18,18を設けて補強する。
【0053】
したがって、上記第1の流体の散布孔15aから流出した第1の流体Xは、例えば図4に示すように、先ず第1,第2の伝熱プレート11A,11Bのフラットな壁面11cを全く伝わらずに、直接上記流体拡散部17の最初の第1の凸部17a上面に所定の重力加速度をもって衝突し、同衝突時の拡散エネルギーで、従来よりも遥かに大きく左右に広がる。
【0054】
そして、該大きく広がった第1の流体Xが、その後、さらに同第1の凸部7aを乗り超えて、同第1の凸部7aと次の第2の凸部7bとの間に形成された凹部7e内に流速を増して流れ落ち、均一に分散される。その後、さらに第2の凸部7b部分で再び流速が落ちて停滞、滞留し、その量の増大により所定幅左右に拡散する。
【0055】
その後、同第2の凸部7bを乗り超えて、同第2の凸部7bと次の第3の凸部7cとの間に形成された凹部7f内に流速を増して流れ落ち、再び均一に分散される。そして、その後、さらに第3の凸部7c部分で再び流速が落ちて停滞、滞留し、その量の増大により最終的に所定幅左右に拡散する。
【0056】
したがって、最終的に第1,第2の伝熱プレート11A,11Bに供給される第1の流体Xは、その凹凸溝部13を有する主たる伝熱面の全体を均一に覆い、かつジグザグに流れる有効な液膜状の流れとなる。
【0057】
その結果、第2の流体Yとの熱交換効率も一層大きく向上する。
【0058】
以上の結果、従来のように、滴下流体の散布量を増やしたり、隙間形成のための別部材を設けることなく、伝熱面に均一で適度な厚さの液膜を形成することができるようになる。
【0059】
したがって、構造が簡単で、製作も容易となり、低コストで、高性能のプレート式熱交換器を提供することができる。
【0060】
(実施の形態2)
次に図6は、本願発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの要部の構造と作用が示されている。
【0061】
このプレート式熱交換器は、その伝熱プレート11A,11B部の第1の流体Xの散布溝15の底部面を、例えば図6に示すように、傾斜面とし、同傾斜面部分に第1の流体Xの散布孔15aを設けて、下方側流体拡散部17の最も高い第1の凸部17aの上面に衝突させるようにしたことを特徴とするものである。
【0062】
このような構成にすると、より確実に伝熱プレート1のフラットな壁面部11cから離して、第1の凸部17aに衝突させることができる。
【0063】
その他の構成と作用は、上記実施の形態1のものと同様である。
【0064】
(実施の形態3)
次に図7は、本願発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの要部の構造と作用が示されている。
【0065】
このプレート式熱交換器は、上記実施の形態2のように、その伝熱プレート11A,11B部の第1の流体Xの散布溝15の底部面を、例えば図7に示すように、傾斜面としているが、他方同傾斜面部分に相互に隣接する相手側伝熱プレート11A,11Bの第1の凸部17a,17a方向に向けて、それぞれ第1の流体Xの散布孔15a,15aを開口し、同相手側の流体拡散部17の最も高い第1の凸部17a,17aの上面に対して各々第1の流体X,Xを衝突させるようにしたことを特徴とするものである。
【0066】
このような構成にすると、より確実に伝熱プレート1のフラットな壁面部11cから離して、より衝撃の大きい状態で、相手側第1の凸部17a,17aに衝突させることができる。その結果、より拡散効果が高くなる。
【0067】
その他の構成と作用は、上記実施の形態1のものと同様である。
【0068】
(実施の形態4)
さらに、図8および図9は、本願発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の構造が示されている。
【0069】
上述の実施の形態1に係るプレート式熱交換器10では、第1,第2の各伝熱プレート11A,11A・・・、11B,11B・・・の各々が、それぞれその外周縁に相互に重合して一体に接合されるフレーム部11a,11a・・・を有し、1次側第1、2次側第2の各流体通路22,23共に密閉型に形成されるものであるのに対し、この実施の形態のものでは、2次側第2の流体通路23側は、同様に密閉通路に形成されるが、他方1次側第1の流体通路22の方は、開放型のものに形成され、枠板28を使用して前後両板26,27と共にケーシング内収納構造としたことを特徴とするものである。
【0070】
もちろん、第1,第2の伝熱プレート11A,11A・・・、11B,11B・・・が外周にフレーム部11a,11aを持たず、1次側第1の流体通路22を開放した状態で重合される図示のような形状のものとなっていることを除いて、その基本的な構造および作用は、全て上述の実施の形態1のものと同様であり、もちろん、実施の形態2,3のような構成の採用も可能である。
【0071】
(適用例)
以上の各実施の形態に係るプレート式熱交換器は、上記特性から、例えば(1)フロン圧縮式チラーシステムの蒸発器や、(2)液膜流下型ダイナミック氷蓄熱システムにおける過冷却水生成熱交換器、(3)吸収式冷凍装置の蒸発器、吸収器、その他これらに類するものに適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の伝熱プレート面の構成を示す正面図である。
【図2】 同プレート式熱交換器の伝熱プレート重合状態を示す縦断面図である。
【図3】 同プレート式熱交換器の伝熱プレート重合状態を示す横断面図である。
【図4】 同プレート式熱交換器の伝熱プレートの要部の構成と作用を示す拡大正面図である。
【図5】 同図4の状態の側方から見た断面図である。
【図6】 本願発明の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの要部の構成と作用を示す拡大断面図である。
【図7】 本願発明の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の伝熱プレートの要部の構成と作用を示す拡大断面図である。
【図8】 本願発明の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の伝熱プレート面の構成を示す正面図である。
【図9】 同プレート式熱交換器の伝熱プレート重合状態を示す横断面図である。
【図10】 本件出願の発明者等が検討した第1の試作例に係るプレート式熱交換器の伝熱プレート面の構成を示す正面図である。
【図11】 同プレート式熱交換器の伝熱プレート要部の構成を示す拡大正面図である。
【図12】 同プレート式熱交換器の伝熱プレート要部の構成を示す断面図である。
【図13】 本件出願の発明者等が検討した第2の試作例に係るプレート式熱交換器の伝熱プレート面の構成を示す正面図である。
【図14】 同プレート式熱交換器の伝熱プレート要部の構成を示す拡大正面図である。
【符号の説明】
11A,11Bは、第1,第2の伝熱プレート、13は凹凸溝部、14a,14a・・、14b,14b・・は、2次側第2の流体導入導出用の分配ヘッダ接続口、15は、1次側第1の流体の散布溝、15aは、同第1の流体の散布孔、17は、流体拡散部、17a〜17cは、第1〜第3の凸部、17e,17fは、第1,第2の凹部、18は、補強用リブである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
[0002]
The present invention relates to a configuration of a plate heat exchanger.
[Prior art]
[0003]
For example, when a heat exchanger such as an evaporator is formed by a liquid film flow-down type plate heat exchanger, for example, a plurality of first liquid film flow-down heat transfer plates arranged side by side are arranged on the first side. The first fluid is allowed to flow in a liquid film state on one side heat transfer surface of each heat transfer plate, heat exchange with the second fluid on the other surface side, and evaporated. (For example, refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2000-283661).
[0004]
Further, in this type of plate heat exchanger, in order to improve the wettability, diffusibility, and heat transfer characteristics of the heat transfer plate surface, concave and convex grooves are formed on the heat transfer surface (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10). -300371).
[0005]
In such a liquid film flow-down type plate heat exchanger, when the first fluid such as the refrigerant is uniformly wetted on the heat transfer surface, if the flow rate is very high or low, a separate member is attached and the gap There is a way to spread with. However, when the flow rate is increased, the liquid film becomes thicker and the performance is deteriorated, and the attachment of another member has a problem that it is difficult to manufacture due to a complicated structure and an increased number of parts.
[0006]
In view of this, the inventors of the present application have developed the first and second plate-type heat exchangers as shown in FIGS. 10 to 12, 13, and 14, for example. An attempt was made to solve the above problem.
[0007]
First, in FIGS. 10 to 12 as the first prototype,
[0008]
On the other hand, a first
[0009]
And the 1st fluid which flowed out from the
[0010]
Thereafter, over the
[0011]
After that, over the
[0012]
In this way, after finally forming a liquid film-like flow that is widest in the left-right direction and has a uniform thickness, the main part of the heat exchange action on the heat transfer surface of the
[0013]
On the other hand, FIG. 13 and FIG. 14 show a second prototype example, which is intended to further improve the diffusion effect of the
[Problems to be solved by the invention]
[0014]
As described above, the fluid diffusing action of the
[0015]
Therefore, it is preferable that the
[0016]
In that sense, the inventors of the present application initially have better diffusion performance in the second prototype (FIGS. 13 and 14) than in the first prototype (FIGS. 10 to 12). I thought.
[0017]
However, when the fluid is actually flowed, there is almost no difference in the diffusion performance between the two as shown in FIG. 11 and FIG. Even in each of the second and third
[0018]
Therefore, the diffusion performance cannot be improved only by increasing the width of the uneven portion of the
[0019]
In view of such circumstances, as a result of conducting various studies and analysis, the cause described above is that the fluid dropped from the fluid spray hole once adheres to the flat wall surface and flows down, and the flow velocity is increased at that time. Since the first convex portion is reached in a state where the velocity energy has been reduced and the velocity energy has been reduced, the velocity component vector already spreading in the left-right direction has become smaller in the first convex portion itself. I found out that
[0020]
Based on such knowledge, the present invention ensures that the drop energy is ensured by dropping the fluid directly from the fluid spray hole to the first convex part of the fluid diffusion part in the fall state. It is an object of the present invention to provide a plate heat exchanger that is utilized to effectively improve diffusion performance.
[Means for Solving the Problems]
[0021]
In order to achieve the object, the present invention includes the following problem solving means.
[0022]
(1) First Problem Solving Means First, the first problem solving means of the present invention comprises a plurality of
[0023]
Therefore, in such a configuration, the first fluid X dropped from the
[0024]
Then, the first fluid X that has spread greatly is further diffused and made uniform in the following
[0025]
Moreover, the
[0026]
Thus, finally the
[0027]
As a result, significantly improved heat exchange efficiency between the second fluid Y.
[0028]
(2) Second problem solving means
Next , the second problem-solving means of the present invention is that the first fluid X is dropped from one of the
[0029]
Therefore, in such a configuration, the first fluid X dropped from the
[0030]
Moreover, in the configuration of the present invention, in that case, the first fluid X discharged from the
[0031]
Then, the first fluid X that spreads particularly greatly is further diffused and uniformed in the following
[0032]
Accordingly, the first fluid X that is finally supplied to the main heat transfer surfaces of the
[0033]
As a result, the efficiency of heat exchange with the second fluid Y is further improved.
[0034]
(3) Third Problem Solving Means The third problem solving means of the present invention is that the
[0035]
Therefore, in such a configuration, the fluid X dripping vertically downward from the
[0036]
Then, the first fluid X that has spread greatly is further diffused and made uniform in the following
[0037]
(4) Fourth Problem Solving Means According to a fourth problem solving means of the present invention, the
[0038]
Therefore, in such a configuration, the
[0039]
Then, the first fluid X that has spread greatly is further diffused and made uniform in the following
[0040]
(5) Fifth Problem Solving Means A fifth problem solving means of the present invention is the first
[0041]
Therefore, in such a configuration, the first fluid X dripping from the first
【The invention's effect】
[0042]
As a result, according to the present invention, it is possible to form a liquid film having a uniform and appropriate thickness on the heat transfer surface without increasing the amount of sprayed dropped fluid or providing another member for forming a gap.
[0043]
Therefore, the structure is simple, the manufacture is easy, and a high-performance plate heat exchanger can be provided at low cost.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0044]
Hereinafter, several embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0045]
(Embodiment 1)
First, FIG. 1 to FIG. 5 show the structure and operation of the entire plate-type heat exchanger according to the embodiment of the present invention and the main part.
[0046]
As shown in FIGS. 1 to 3, for example, the
[0047]
The
[0048]
Each of these inclined passages is composed of, for example, an
[0049]
With this configuration, the inclined passage on the first
[0050]
By the way, the first and second
[0051]
On the other hand, at the flat bottom of the first
[0052]
The
[0053]
Therefore, the first fluid X flowing out of the first
[0054]
Then, the first fluid X that has spread greatly is further formed over the first
[0055]
After that, over the second
[0056]
Therefore, the first fluid X that is finally supplied to the first and second
[0057]
As a result, the efficiency of heat exchange with the second fluid Y is further greatly improved.
[0058]
As a result, a liquid film having a uniform and appropriate thickness can be formed on the heat transfer surface without increasing the amount of dripping fluid applied or providing a separate member for forming a gap as in the prior art. become.
[0059]
Therefore, the structure is simple, the manufacture is easy, and a high-performance plate heat exchanger can be provided at low cost.
[0060]
(Embodiment 2)
Next, FIG. 6 shows the structure and operation of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention.
[0061]
In this plate heat exchanger, the bottom surface of the first fluid
[0062]
With such a configuration, the
[0063]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0064]
(Embodiment 3)
Next, FIG. 7 shows the structure and operation of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger according to
[0065]
As shown in the second embodiment, the plate heat exchanger has a bottom surface of the
[0066]
With such a configuration, it is possible to more reliably move away from the flat
[0067]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0068]
(Embodiment 4)
8 and 9 show the structure of a plate heat exchanger according to Embodiment 4 of the present invention.
[0069]
In the
[0070]
Of course, the first and second
[0071]
(Application example)
From the above characteristics, the plate heat exchanger according to each of the above embodiments has, for example, (1) an evaporator of a chlorofluorocarbon compression chiller system and (2) heat generated by supercooled water in a liquid film flow-down dynamic ice heat storage system. It is suitable for exchangers, (3) evaporators and absorbers of absorption refrigeration equipment, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a configuration of a heat transfer plate surface of a plate heat exchanger according to
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a heat transfer plate superposition state of the plate heat exchanger.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a heat transfer plate polymerization state of the plate heat exchanger.
FIG. 4 is an enlarged front view showing the configuration and operation of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger.
5 is a cross-sectional view seen from the side of the state shown in FIG.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration and operation of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration and operation of the main part of a heat transfer plate of a plate heat exchanger according to
FIG. 8 is a front view showing a configuration of a heat transfer plate surface of a plate heat exchanger according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a heat transfer plate polymerization state of the plate heat exchanger.
FIG. 10 is a front view showing a configuration of a heat transfer plate surface of a plate heat exchanger according to a first prototype studied by the inventors of the present application.
FIG. 11 is an enlarged front view showing the configuration of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger.
FIG. 13 is a front view showing a configuration of a heat transfer plate surface of a plate heat exchanger according to a second prototype studied by the inventors of the present application.
FIG. 14 is an enlarged front view showing the configuration of the main part of the heat transfer plate of the plate heat exchanger.
[Explanation of symbols]
11A and 11B are first and second heat transfer plates, 13 is an uneven groove portion, 14a, 14a,..., 14b, 14b,. Is a primary side first fluid spray groove, 15a is the first fluid spray hole, 17 is a fluid diffusion portion, 17a to 17c are first to third convex portions, and 17e and 17f are The first and
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