CN107735639A - 板式换热器 - Google Patents

Abstract

提供一种能够通过在维持导热面的面积大的状态下增大至少一方的流体的出入口从而维持高导热效率的、清洗容易且实现了紧凑化的板式换热器。板式换热器(10)，其具备具有凹凸部(120、130)的板并列配置而成的多个板(100)；和被夹设于该多个板(100)之间的多个分隔件(200、300)，分隔件(200、300)具备：第一分隔件(200)，其隔开规定间隔地设置与板表面的边缘，并与板表面一起形成第一流路；和第二分隔件(300)，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘、并与板表面一起形成具有与所述第一流路不同方向的出入口的第二流路，第一分隔件(200)和第二分隔件(300)交替地配置于多个板(100)之间。

Description

板式换热器

技术领域

本发明涉及进行流体之间的热交换的板式换热器。

背景技术

进行流体之间的热交换的换热器中有管式换热器和板式换热器，两者均用于多种流体。管式换热器进行在管的内外流动的流体之间的热交换，通过在管内部流动高压流体且在管的外部流动低压流体，从而能够在高压流体之下使用。但是，导热面积限于管表面，因此管的根数变多，容量和重量变大。

另一方面，板式换热器使流体流向平板状的板的两个表面而进行热交换，因此能够实现轻量紧凑化，但是耐压能力有限，大型换热器的开发很困难。另外，板式换热器的出入口一般设置于层叠的板表面(导热面)，因此存在若增大出入口面积则导热面积会减少、热交换能力会降低这一问题。

另外，以往的板式换热器，由两侧的支承板来承担作用于板表面的流体的压力，因此还存在伴随板的面积增大不得不使支承板的厚度增厚这一问题。

而且，加热侧或冷却侧的流体是从该系统外部取得的，因此有可能含有各种污染物质，该各种污染物质对导热面的附着成为导热性能降低的主要原因，因此期望导热面能够清洗的构成。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利第3445387号公报

【专利文献2】日本特开2015-49037号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明是鉴于上述问题点而做出的，本发明的课题在于提供一种能够通过在维持导热面的面积大的状态下增大至少一方的流体的出入口从而维持高导热效率的、清洗容易且实现了紧凑化的板式换热器。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明者们常常思考保持大的导热面的面积、增大至少一方的流体的出入口、至少一方的导热面能够开放清洗、以及可以为了成产成本的降低而进行冲压加工等事项，并且进行了深入研究，结果发现通过在通过冲压加工而形成有凹凸部的多个冲压板之间交替地配置不同的分隔件并形成二个方向的流体的出入口和流路、从而能够解决上述问题，最终完成了本发明。

即，本发明是[1]一种板式换热器，其具备具有凹凸部的板并列配置而成的多个板；和被夹设于该多个板之间的多个分隔件，其特征在于，所述分隔件具备：第一分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘，并与板表面一起形成第一流路；和第二分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘、并与板表面一起形成具有与所述第一流路不同方向的出入口的第二流路，所述第一分隔件和第二分隔件交替地配置于所述多个板之间。

另外，本发明涉及如下板式换热器：

[2]根据上述[1]所述的板式换热器，其特征在于，第二流路的出入口与第一流路的出入口正交；

[3]根据上述[2]所述的板式换热器，其特征在于，

第一分隔件是相对配置于板表面的角部边缘的一对L字状分隔件，并且第二分隔件是平行于板表面的两边缘地延伸设置于该两边缘的一对直线状分隔件；

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

板是通过冲压加工而形成有凹凸部的冲压板；

[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

关于板的凹凸部，在板的中央部为筒状凹凸部，在该筒状凹凸部的轴向两侧为点状凹凸部；

[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

板的凸部与相邻的板的平面部接合；

[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

并列配置有多个一体型导热板，所述一体型导热板在两张板之间夹设第一分隔件或第二分隔件，并且该两张板通过板的凸部与板的平面部接合从而成为一体，而且在两外侧面设置有第二分隔件或第一分隔件而构成；

[8]根据上述[7]所述的板式换热器，其特征在于，

并列配置有多个一体型导热板，所述一体型导热板在两张板之间夹设L字状分隔件并在两外侧面设置直线状分隔件而构成；

[9]根据上述[1]～[8]中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

在板的下方设置有蓄液部。

进一步，本发明涉及如下的一体型导热板：

[10]一种一体型导热板，用于上述[1]～[9]中任一项所述的板式换热器，其特征在于，在两张板之间设置第一分隔件或第二分隔件，并且该两张板通过板的凸部与板的平面部接合从而成为一体、而且在两外侧面设置第二分隔件或第一分隔件而构成；

[11]根据上述[10]所述的一体型导热板，其特征在于，

在两张板之间夹设L字状分隔件并且在两外侧面设置直线状分隔件而构成。

发明的效果

根据本发明的板式换热器，能够在维持导热面的面积大的状态下增大至少一方的流体的出入口，能够维持高导热效率。另外，板表面的清洗容易，装置自身也紧凑。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式涉及的板式换热器的概要构成的立体图。

图2是示出组合了二百片本发明的一实施方式涉及的板式换热器的冲压板的状态的立体图。

图3是示出冲压板的概要构成的图。

图4是示出在冲压板的一方的导热面配设有L字状分隔件的状态的图。

图5是示出图4所示的冲压板的近前还组装有一片板的状态的图。

图6是示出本发明的另一实施方式涉及的板式换热器的概要构成的立体图。

具体实施方式

本发明的板式换热器，其具备：具有凹凸部的板并列配置而成的多个板；和被夹设于该多个板之间的多个间隔件，其中，所述分隔件具备：第一分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘，与板表面一起形成第一流路；和第二分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘，与板表面一起形成具有与所述第一流路不同方向的出入口的第二流路，所述第一分隔件和第二分隔件交替地配置于所述多个板之间而构成板式换热器，只要是上述的板式换热器则没有特别地限制，本发明的板式换热器能够根据所用流体而发挥各种功能，例如，正好适用于水的蒸发器、水的冷凝器、高温气体与空气的换热器。

以下，对于板式换热器的各构成元件具体地进行说明。

[板]

本发明板由具有高导热性的材料制成，其一方的面成为第一流体所接触的第一导热面，另一方的面成为第二流体所接触的导热面。另外，在导热面为了确保导热效率而形成有凹凸部。

关于板的形状，可以例示正方形、长方形等矩形状的平板状部件，在为长方形的情况下，通常以长边为垂直方向地竖立设置且沿水平方向并排设置，但是也可以配置成在水平方向上层叠。

关于被并列配置的板的片数，可以根据其使用用途等适当地调整到能够充分确保导热面积的程度，但在本发明中能够配置多个板，例如可以设为二百片以上，也可以设为一千片以上。关于并列配置的方法，通常以使凸部(或凹部)向同一方向的方式配设，但是也可以以使凸部向不同方向的方式配设。

优选的是，本发明的板的凹凸部通过冲压加工而成形。由此，能够廉价地制造具有凹凸部的板。

本发明的板中的凹凸部设置于各板的至少一部分、优选的是设置于导热面整面，关于其形状可以是任意形状，例如，可以举出点状凹凸部或筒状凹凸部。点状凹凸部例如可以呈矩阵状地配设，关于其具体的形状可以设为立方体、正方体、半球等形状。

另外，在板中，除点状凹凸部之外，还可以设置筒状凹凸部。在这样的情况下，优选的是，板的中央部为筒状凹凸部，该筒状凹凸部的轴向上的两侧为点状凹凸部。由此，能够有效地对流经流路的流体进行导向并且能够扩大与流体的接触面积来提升导热效果。需要说明的是，优选的是，为了流体顺畅地流通，利用中央部来调整该筒状凹凸部的长度使该筒状凹凸部不存在于通过L字分隔件而形成的流体的出入口(参照图4)。即，在流体的出入口附近形成有点状凹凸部，在中间部形成有筒状凹凸部。

优选的是，本发明的板构成为，(上下)旋转了180°的板的点状凸部与相邻的未旋转的板的平面部相接。即，例如，优选的是，构成为，在呈矩阵状地形成有点状凸部的情况下，通过使板180°旋转，从而点状凸部错开半个间距。优选的是，该点状凸部与平面部通过点焊等而接合，由此，能够成为能够充分耐受在内部流通的高压流体的压力的牢固构造。因此，能够使以往的板式换热器所必需的从两侧对板进行支承的支承板变薄，能够实现板式换热器自身的轻量化、紧凑化。此外，如后所述，优选的是，将由通过点焊等而接合了的两张板构成的一体型导热板并列配置。

另外，在板的周缘设置有螺纹件用贯通孔，在该螺纹件用贯通孔安装组装用螺栓，多个板被固定成一体。通过设为将组装用螺栓仅安装于板的四个角中的一角的状态，从而各板变得能够以组装用螺栓为轴而旋转，能够容易地将导热面取出(使其露出)，因此板式换热器的导热面的清洗变得容易。即，换热器的加热源的流体例如地热水、温泉水、生物质燃烧气体、垃圾焚烧气体等含有污染物质，该污染物质会附着于导热板表面而成为妨碍导热的主要原因，要能够定期清洗这样的附着物。此外，在由两张板构成的一体型导热板的情况下，没有接合的面也可以设为开放的，因此能够容易地进行清洗。

[分隔件]

分隔件具备：第一分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘，并与板表面一起形成第一流路；和第二分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘，与板表面一起形成具有与所述第一流路不同方向的出入口的第二流路，该第一分隔件和第二分隔件交替配置于多个板之间。

作为第一分隔件和第二分隔件，例如，能够举出相对地配置于板表面的角部边缘的一对L字状分隔件和平行于板表面的两边缘地延伸设置于该两边缘的一对直线状分隔件。即，通过板的相对的面和分隔件的相对的内侧面来形成薄的空间，并且不存在分隔件的部位(2个部位)成为入口和出口，从而形成流路。

在本发明的板式换热器中，通过并列配置一种分隔件或交替地并列配置二种分隔件，从而形成出入口的方向不同的第一流路和第二流路，优选的是，两者的出入口正交。具体而言，优选的是，第一分隔件是相对地配置于板表面的角部边缘的一对L字状分隔件，并且第二分隔件是平行于板表面的两边缘地延伸设置于该两边缘的一对直线状分隔件。

例如，通过将第一L字状分隔件设置于板表面的角部边缘(参照图4)，从而出入口(511，521)设置于横向并且在板中形成锯齿状的第一流路。在该第一流路流通第一流体(例如低温的压缩空气)。对构成该第一流路的导热面传递在相邻的第二流路流通的高温的第二流体的热能，例如，若约30℃的温度的第一流体从入口管道流入，经过第一流路从而以被加热至约500℃的状态从出口管道排出。

另外，通过将第二直线状分隔件在板表面的边缘设置于铅垂方向(上下方向)(参照图2)，从而出入口被设置于纵向，并且第二流路形成于板的铅垂方向。在第二流路流通的第二流体(例如高温气体)的热能经由导热面被传递到第一流路，因此，例如，以约800℃的温度流入了入口管道的第二流体，经过第二流路，从而以被冷却至约500℃的状态从出口管道排出。

需要说明的是，第一和第二流路的入出口的开口面积，能够通过适当地调整分隔件的厚度和板的片数而决定，尤其是，设置有直线状分隔件一侧可以增大出入口。

优选的是，分隔件由具备如下性能的材料制成，所述材料具备：不使流体漏出的程度的气密性、用于和板一起构成板式换热器的壳体的适度的强度以及作为换热器使热不向外部排出的程度的保温性。

[一体型导热板]

本发明的多个板(板组)，优选的是，并列配置多个如下的一体型导热板的构成，所述一体型导热板是在两张板之间夹设第一或第二分隔件并且该两张板通过板的凸部与板的平面部接合从而成为一体，而且，在两个外侧面设置有第二或第一分隔件而构成。特别是，优选的是如下构成：并列配置多个在两张板之间夹设L字状分隔件并且在两个外侧面设置直线状分隔件而构成的一体型导热板。由此，能够使高压流体在接合了的板表面之间所形成的流路流通，另一方面，没有接合的面能够设为开放状态，因此清扫变得容易。

[蓄液部]

在本发明的板式换热器中，优选的是，在板的下方设置有蓄液部。由此，能够减轻在板部产生的液体的量、防止作为导热面来发挥作用的面积的减少从而防止导热效果的下降。

例如，在伴随蒸发冷凝的换热器中，在水的情况下，有时蒸汽的体积会变为液体的约1000倍，在发生了这样的体积变化的情况下，如何确保流路截面面积就成了问题，而板式换热器的截面面积又已固定，因此，通常以容积大的蒸汽为基准来进行设计。若考虑冷凝器的情况，则从上进入的蒸汽逐渐冷凝而变化成液体，并蓄积于下部使液面上升，用于冷凝的导热面积减少，冷凝能力下降。因此，通过在板的下方设置蓄液部，从而可防止因液面的上升导致的导热面的减少。

另外，在蒸发器中，假定：液面从下往上走，温度边界层沿着两侧的导热面发展并上升，相伴于此，蒸发不断进行。在该蒸发过程中，液面上升到换热器的导热面的高度的何种程度的高度为止是传热状态推定的基本信息，因此，多进行该高度计测。在蒸发器的情况下，潜热比为10％～20％左右，因此，需要进行控制使得导热面积的20％～30％左右与液体接触。通过在板下方设置蓄液部，从而能够保持该水位，能够利用供水泵的转速和流量控制阀的开度来控制压力和流量。

如以上说明了的那样，本发明的板式换热器成为，在维持导热面的面积大的情况下增大至少一方的流体的出入口，由此能够维持高导热效率，另外清洗容易且实现了紧凑化的构造。

即，通过设为通过本发明的分隔件将出入口设置于板侧面的构造，从而能够不减少导热面积地、增大至少一方的流体的出入口面积。例如，在进行水的冷凝的情况下，能够增大蒸汽的入口的面积，因此能够抑制冷凝前的大体积的蒸汽的流速，可抑制压力损失。出入口面积能够伴随板片数的增加而增加，不像以往的板式换热器那样使用片数受限制，容量增加容易。因此，能够提供通用性高的板式换热器。特别是，通过将板和形状不同的第一分隔件以及第二分隔件组合从而构成流路，因此能够根据用途来简便地改变流路。

以下，关于上述的板式换热器的具体的实施方式，参照附图进行说明。图1是示出本发明的一实施方式涉及的板式换热器的概要构成的立体图，图2是示出组合了二百片本发明的一实施方式涉及的板式换热器的冲压板的状态的立体图，图3是示出冲压板的概要构成的图，图4是示出在冲压板的一方的导热面配设有L字状分隔件的状态的图，图5是示出在图4所示冲压板的近前还组合有一片板的状态的图。

如图1和图2所示，本实施方式涉及的板式换热器10(以下简单称为换热器)，并列配置地设置有很多冲压加工而得的冲压板100(参照图2)。如图3所示，在冲压板100的外周部设置有螺纹件用贯通孔140，如图1所示，在该螺纹件用贯通孔140插通有对并列配置的多个冲压板100进行固定的组装用螺栓400。例如二百片左右的多个冲压板以并列配置的状态固定。另外，在冲压板100的两侧设置有侧板600。

在冲压板之间交替地夹设有L字状分隔件(第一分隔件)200(参照图4)和直线状分隔件(第二分隔件)300(参照图2)，如图1所示，由板表面和L字状分隔件200形成的第一流路的入口管道510和出口管道520设置于换热器10的侧面部上下，由板表面和直线状分隔件300形成的第二流路的入口管道530和出口管道540设置于换热器10的上下部。这些出入口510、520、530、540的开口面积根据板100的片数来决定。

如图3和图4所示，冲压板100是例如纵2m、横1m左右的长方形平板，在其上下两侧呈矩阵状地配设有多个具有直径5cm左右的大小的半球状凹凸部120。另外，在中央部以避开第一流路的入口511和出口521的一部分的方式设置有长度75cm左右的筒状凹凸部130。

该冲压板100以半球状的凸部朝向一个方向的方式排列，对每一片冲压板都排列有上下旋转180°后的另一片冲压板。即，如图3所示，当在图面上在左侧设置有空间、旋转180°组合了的情况下，半球状的凸部抵接于半球状凸部之前的平面部，该凸部与平面部接合，从而由两张冲压板变为一体的导热板。如图4和图5所示，该一体的导热板，在两张板之间夹设有L字状分隔件200而且在两外侧面设置有直线状分隔件300而构成，并成为一体型导热板，并列地配置有多个该一体型导热板。

如图3所示，L字状分隔件200安装于冲压板100的导热面的左上和右下的角部边缘。另一方面，如图2所示，直线状分隔件300以立起的状态在板100的导热面的两边缘延伸设置于铅垂方向。该L字状分隔件200和直线状分隔件300交替配设于冲压板100之间。

在具有上述构成的板式换热器10中，例如，从第一入口管道510流入作为第一流体的约30℃的压缩空气，其经过第一流路而被从第一出口管道520排出。另一方面，从第二入口管道530流入作为第二流体的约750℃的高温气体，其在第二流路上升而被从第二出口管道540排出。由此，在板式换热器10中进行热交换，750℃的高温气体被冷却至500℃，并且30℃的压缩空气被加热至500℃。

接着，关于本发明的另一实施方式涉及的板式换热器进行说明(参照图6)。本实施方式的板式换热器在流体的入出口管道510～540设置有用于安装于外部设备的凸缘550～580，关于其他构成，与上述的一实施方式涉及的板式换热器相同。

【产业上的应用可能性】

本发明的板式换热器在水汽循环发电系统的蒸发器、冷凝器等中很有用，产业上的应用价值高。

【附图标记说明】

10 板式换热器

10A 板式换热器

100 冲压板

105 第一导热面

110 第二导热面

120 半球状凹部

130 圆筒面凹凸部

140 螺纹件用贯通孔

200 L字状分隔件(第一分隔件)

300 直线状分隔件(第二分隔件)

400 组装用螺栓

510 第一流路的入口管道

511 第一流路的入口

520 第一流路的出口管道

521 第一流路的出口

530 第二流路的入口管道

540 第二流路的出口管道

550 入口凸缘

560 出口凸缘

570 入口凸缘

580 出口凸缘

600 侧板(支承板)

Claims (11)

1.一种板式换热器，其具备多个板和多个分隔件，所述多个板是将具有凹凸部的板并列配置而成，所述多个分隔件被夹设于所述多个板之间，所述板式换热器的特征在于，

所述分隔件具备：第一分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘，并与板表面一起形成第一流路；和第二分隔件，其隔开规定间隔地设置于板表面的边缘、并与板表面一起形成具有与所述第一流路不同方向的出入口的第二流路，

所述第一分隔件和第二分隔件交替地配置于所述多个板之间。

2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，

第二流路的出入口与第一流路的出入口正交。

3.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，

第一分隔件是相对地配置于板表面的角部边缘的一对L字状分隔件，并且第二分隔件是平行于板表面的两边缘地延伸设置于该两边缘的一对直线状分隔件。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

板是通过冲压加工而形成凹凸部的冲压板。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

关于板的凹凸部，在板的中央部为筒状凹凸部，并且在该筒状凹凸部的轴向两侧为点状凹凸部。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

板的凸部与相邻的板的平面部接合。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

并列配置有多个一体型导热板，所述一体型导热板是在两张板之间夹设第一分隔件或第二分隔件，并且该两张板通过板的凸部与板的平面部接合从而成为一体，而且在两外侧面设置有第二分隔件或第一分隔件而构成。

8.根据权利要求7所述的板式换热器，其特征在于，

并列配置有多个一体型导热板，所述一体型导热板是在两张板之间夹设L字状分隔件并在两外侧面设置直线状分隔件而构成。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的板式换热器，其特征在于，

在板的下方设置有蓄液部。

10.一种一体型导热板，用于权利要求1～9中任一项所述的板式换热器，所述导热板的特征在于，

在两张板之间设置第一分隔件或第二分隔件，并且该两张板通过板的凸部与板的平面部接合从而成为一体、而且在两外侧面设置第二分隔件或第一分隔件而构成。

11.根据权利要求10所述的一体型导热板，其特征在于，

在两张板之间夹设L字状分隔件并且在两外侧面设置直线状分隔件而构成。