JP2000283668A - プレート式熱交換器及びそれを用いた溶液熱交換器 - Google Patents

プレート式熱交換器及びそれを用いた溶液熱交換器

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JP2000283668A JP11088418A JP8841899A JP2000283668A JP 2000283668 A JP2000283668 A JP 2000283668A JP 11088418 A JP11088418 A JP 11088418A JP 8841899 A JP8841899 A JP 8841899A JP 2000283668 A JP2000283668 A JP 2000283668A
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Osayuki Inoue
修行 井上
Akiyoshi Suzuki
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    • F28D2021/0068Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・軽量で安価に量産化が可能で、流
路構成の変更が容易にでき、圧力損失を極力小さくした
プレート式熱交換器とを提供する。 【解決手段】 隔壁Bにより内部を複数のユニット
1、U2に区分された一体構造を有するプレート式熱交
換器において、前記区分された複数のユニットには、少
なくとも一つのユニットU1が複数の流体の入口a1、b
1又は出口a2、b2を有すると共に、該複数のユニット
は、前記入口と出口に接続する少なくとも一方が複数の
異なった加熱流路又は被加熱流路を形成することとした
ものであり、前記複数のユニットに区分する隔壁Bは、
少なくとも1個の隔壁が隔壁前後のユニット間を連通す
る流路を有することができ、また、該流路は、流体の入
口又は出口と接続することができ、前記プレート式熱交
換器は、吸収冷凍機の濃溶液と希溶液との熱交換を行う
溶液熱交換器に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレート式熱交換
器に係り、特に、複数の熱交換器を一体構造とした吸収
冷凍機用溶液熱交換器として有用なプレート式熱交換器
に関する。
【0002】
【従来の技術】吸収冷凍機用の溶液熱交換器は、従来か
ら多管式(バッフル式)熱交換器が、主に使用されてお
り、吸収サイクルにより、低温溶液熱交換器、高温溶液
熱交換器、排熱回収熱交換器等複数の熱交換器が、構成
機器として付属している。また、これらの溶液熱交換器
は、それぞれ単独の熱交換器として配置され、これらを
配管接続し、所定の機能が発揮できるように構成されて
いる。これらは多管式熱交換器であり、かつ単独設置さ
れたものを配管接続しているために、次の欠点があっ
た。 熱交換器内部及び配管中の溶液量が多く、起動特性
が悪い。 溶液熱交換器のサイズが大きく、かつ、重いため、
小型・軽量化が困難で高価。 配管が複雑で製作に時間が掛かる。 量産化しにくい構造である。
【0003】また、これらの溶液熱交換器をプレート式
で構成したとしても、単独設置する場合は、外部で配管
接続する必要がある為、配管が複雑で高価となり、さら
にスペースの縮小もできない。特に、プレート式の場合
は、多管式に比べて圧力損失が大きくなる傾向がある
為、吸収冷凍サイクル中で限られた許容圧力損失の範囲
で、伝熱効果を最大に高める為には、外部配管による圧
力損失を極力小さくする構造が必要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決し、小型・軽量化で安価に量産化が可能で、流路
構成の変更が容易にでき、圧力損失を極力小さくしたプ
レート式熱交換器とそれを用いた吸収冷凍機用溶液熱交
換器を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、隔壁により内部を複数のユニットに区
分された一体構造を有するプレート式熱交換器におい
て、前記区分された複数のユニットには、少なくとも一
つのユニットが複数の流体の入口又は出口を有すると共
に、該複数のユニットは、前記入口と出口に接続する少
なくとも一方が複数の異なった加熱流路又は被加熱流路
を形成することとしたものである。前記プレート式熱交
換器において、複数のユニットに区分する隔壁は、少な
くとも1個の隔壁が隔壁前後のユニット間を連通する流
路を有することができ、また前記ユニット間を連通する
流路は、流体の入口又は出口と接続することができる。
【0006】また、本発明では、吸収冷凍機の濃溶液と
希溶液との熱交換を行う溶液熱交換器において、該熱交
換器として前記したプレート式熱交換器を用いることと
したものであり、さらに、吸収冷凍機の濃溶液及び排熱
と希溶液との熱交換を行う溶液熱交換器において、該熱
交換器として前記したプレート式熱交換器を用いること
としたものである。前記吸収冷凍機は、多重効用吸収冷
凍機であり、濃溶液及び/又は希溶液がそれぞれ複数の
流路を形成することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図1は、本発明のプレート式熱交換器の1
例を示す全体構成図であり、(a)は正断面図、(b)
は上から見た平面図、(c)は下から見た平面図であ
る。図1において、H1、H2は熱交換器、Pはプレー
ト、Bは隔壁であり、a14及びb14は、それぞれ被
加熱用流体及び加熱用流体の入口ノズル及び出口ノズル
であり、1a、2a及び1b、2bはそれぞれ被加熱用
流体及び加熱用流体の流れを示している。図1では、隔
壁Bにより、上部のユニット1U1と下部のユニット2
2に区分されている。独立した熱交換器H1、H2が、
一体に形成されている。隔壁Bの構造としては、ユニッ
ト1U1とユニット2U2の圧力差が小さい場合は、プレ
ート熱交換器H1、H2を構成するプレートPの基本形状
は全く同じで、流体1a、流体1b(又は流体2a、流
体2b)を流す流路の無い閉止型プレートPを採用する
ことができる。また、圧力差が大きい場合は、強度上必
要な厚さを有する隔壁Bとすればよい。
【0008】また、隔壁は、例えばプレート複数板を用
いて、内部を真空状態の気密空間にして真空断熱層とし
熱交換器H1とH2の間の熱ロスを少なくすることができ
る。さらに、多パスとする場合は、パス内に真空断熱層
を設けても良い。ユニット1U1おける流体1a(実線
で示す)はノズルa1から入りノズルa2から出る。一方
流体1b(破線で示す)はノズルb1から入りノズルb2
から出る。流体1a、流体1bは交互に流れて熱交換を
する。ユニット2U2の流れもユニット1U1と同様に、
流体2a(実線)はノズルa 3から入りノズルa4から出
て、流体2b(破線)はノズルb3から入りノズルb4
ら出て、流体2aと流体2b間で熱交換をする。図1
は、独立した2つの熱交換器を一体化したものである。
【0009】次に、図2に、本発明のプレート式熱交換
器の他の例の全体構成図を示し、(a)は正断面図、
(b)は上から見た平面図、(c)は下から見た平面図
である。図2では、流路c1、d1を有する隔壁Bによ
り、上部ユニット1U1と下部ユニット2U2に区分され
ている。ユニット1U1には、3個のノズルa1、b1
2があり、ユニット2U2にも、3個のノズルa2
3、a4がある。また、隔壁Bにはノズルa2に相当す
る位置c1とノズルb1に相当する位置d1の2個所に、
ユニット間を連通する流路が設けられている。
【0010】これを吸収冷凍機の溶液熱交換器に当ては
めて説明すると、吸収器からの希溶液1a+2aがノズ
ルa1から入り、ユニット1U1(低温溶液熱交換器)内
のプレート間を流れて、隔壁Bの連通流路c1からユニ
ット2U2(高温溶液熱交換器)に入り、その一部2a
がユニット2U2内のプレート間を流れてノズルa4から
出て、高温再生器へと流れて行く。一方、連通流路c1
から入った希溶液の一部1aは、そのままノズルa2
ら流出し、低温再生器へと流れて行く。高温再生器から
の戻り溶液2bは、ユニット2U2のノズルb3から入
り、ユニット2U2内のプレート間を流れて隔壁Bの連
通流路d1からユニット1U1に流入し、低温再生器から
の戻り溶液1b(ユニット1U1のノズルb1から入って
くる)と合流し、ユニット1U1のプレート間を流れて
ノズルb2から流出し再び吸収器に戻って行く。
【0011】このようにして、低温の希溶液1a+2a
と高温の濃溶液(低温再生器1b又は高温再生器2bか
らの戻り溶液)間で熱交換を行うコンパクトで配管の少
ない吸収冷凍機用溶液熱交換器を具体化している。図2
のように実施すれば、配管取合いは6箇所ですむが、従
来のように単独で配置した場合は、配管取合いは8箇所
となる。ここでは、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換
器とも説明を簡単にするため流路構成を1パスとしてあ
るが、もちろん複数パスにしてもよい。また、ユニット
2U2の入口部分における希溶液の流量分配(低温再生
器側と高温再生器側)を調整するためにノズルa2部分
に流量調節機構(オリフィスOL等)を設けることも可
能である。図2で、a、cを付した符号は、希溶液の流
れ、ノズルを示し、b、dを付した符号は、濃溶液の流
れ、ノズルを示す。次の図3も同様である。
【0012】図3に、本発明のプレート式熱交換器の別
の例の全体構成図を示し、(a)は正断面図、(b)は
上から見た平面図、(c)は下から見た平面図である。
図3では、流路c2、d2を有する隔壁Bにより、上部ユ
ニット1U1と下部ユニット2U2に区分されている。ユ
ニット1U1には、4個のノズルa1、a2、b1、b2
あり、ユニット2U2には2個のノズルb3、a4があ
る。また、隔壁Bにはノズルa1に相当する位置c2とノ
ズルb2に相当する位置d2の2箇所にユニット間を連通
する流路が設けられている。これを吸収冷凍機の溶液熱
交換器に当てはめて説明すると、吸収器からの希溶液1
a+2aがノズルa1からユニット1U1(低温溶液熱交
換器)に入り、その一部がユニット1U1のプレート間
を流れてノズルa2から出て、低温再生器へと流れて行
く。
【0013】ユニット1U1に流入した希溶液1a+2
aの一部は、隔壁Bの連通流路c2を通ってユニット2
2に入り、プレート間を流れてノズルa4を出て、高温
再生器に流れて行く。高温再生器からの戻り溶液2b
は、ユニット2U2のノズルb3から入り、ユニット2U
2のプレート間を流れて、隔壁Bの連通流路d2を通って
ユニット1U1に流入し、低温再生器からの戻り溶液1
b(ユニット1U1のノズルb1から入ってくる)と合流
し、そのままノズルb2から流出し、再び吸収器に戻っ
て行く。また、ユニット2U2のノズルa3(鎖線にて図
示)を追加し、他系統の溶液2cをユニット2U2に導
入することも可能である。
【0014】このようにして、低温の希溶液1a+2a
と高温の濃溶液(低温再生器1b又は高温再生器2bか
らの戻り溶液)間で熱交換を行う、コンパクトで配管の
少ない吸収冷凍機用溶液熱交換器を具体化している。図
3のように実施すれば、配管取合いは6箇所ですむが、
従来のように単独で配置した場合は、配管取合いは8箇
所となる。図3では、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交
換器とも説明を簡単にするため流路構成を1パスとして
あるが、もちろん複数パスにしてもよい。また、ユニッ
ト1U1の入口部分における希溶液1a+2aの流量分
配(低温再生器側1aと高温再生器側2a)を調整する
ために、図2と同様にノズルa2部分に流量調節機構
(オリフィス等)をもうけることも可能である(図示せ
ず)。
【0015】図4に、本発明を適用する二重効用吸収冷
温水機のフロー構成図を示す。図4において、Aは吸収
器、GLは低温再生器、GHは高温再生器、Cは凝縮
器、Eは蒸発器、HLは低温熱交換器、HHは高温熱交
換器、SPは溶液ポンプ、RPは冷媒ポンプであり、1
〜7は溶液流路で、8〜11は冷媒流路、12は冷却水
流路である。この装置の冷房運転において、冷媒を吸収
した希溶液は、吸収器Aから溶液ポンプSPにより低温
熱交換器HLの被加熱側を通り、一部は高温熱交換器H
Hの被加熱側を通り流路2から高温再生器GHに導入さ
れる。高温再生器GHでは希溶液は加熱熱源13より加
熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、濃縮された濃溶液は
流路3を通り高温熱交換器HHで熱交換され、低温再生
器からの濃溶液と合され、低温熱交換器HLを通り流路
7から吸収器Aに導入される。
【0016】一方、低温溶液熱交換器HLを通った希溶
液は、流路4で分岐され高温再生器GH側へ流れた残部
が、低温再生器GLに導入される。低温再生器では高温
再生器からの冷媒蒸気により加熱濃縮された後、流路5
で高温再生器からの濃溶液と合されて、低温熱交換器H
Lの加熱側を通り、流路7から吸収器Aに導入される。
高温再生器GHで蒸発した冷媒ガスは、冷媒流路8を通
り、低温再生器GLの熱源として用いられたのち凝縮器
Cに導入される。凝縮器Cでは低温再生器GLからの冷
媒ガスと共に冷却水12より冷却されて凝縮する。凝縮
した冷媒液は、流路9から蒸発器Eに入る。蒸発器Eで
は冷媒が冷媒ポンプRP、流路10、11により循環さ
れて蒸発し、その際に蒸発熱を負荷側の冷水14から奪
い、冷水14を冷却し、冷房に供される。
【0017】蒸発した冷媒は吸収器Aで濃溶液により吸
収されて、希溶液となり溶液ポンプSPで循環されるサ
イクルとなる。図4中で、バイパス管15、16は、こ
の吸収冷温水機を暖房用に使用するための配管であり、
暖房運転時には、冷暖切換弁V1、V2を開として、高温
再生器の蒸気をA/E(吸収器/蒸発器)缶胴に導き、
蒸発器チューブ内を通る温水14を加熱する。ここで、
冷媒蒸気は凝縮し、ドレン(冷媒液)となるわけである
が、冷媒液をV2を通して、希溶液循環系に戻すことに
より、暖房用にも用いることができる。図4の吸収冷温
水器において、溶液熱交換器(低温HL、高温HH)に
本発明のプレート式熱交換器を用いている。図4の吸収
冷温水器は、低温溶液熱交換器HLを出た後に希溶液1
が低温再生器GLと高温溶液熱交換器HHに分岐して流
れる分岐フローであり、前記図2のプレート式熱交換器
を適用できる。
【0018】図2と図4を対比すると、図4の熱交換器
HL、HHがそれぞれ図2のH1、H2に相当し、図4の
流路1、2、4がそれぞれ図2のa1、a4、a2に相当
し、流路3、5、6、7が図2のb3、b1、d1、b2
相当する。図5に、溶液熱交換器(低温、高温)と排熱
回収熱交換器の配置と溶液流れの種々の方式の説明図を
示し、本発明では、破線で囲まれた部分を一体化してプ
レート式熱交換器としている。図5(a)は、低温溶液
熱交換器HLと高温溶液熱交換器HHが直列に配列さ
れ、低温溶液熱交換器HLを出たあとに、希溶液が低温
再生器GL側と高温溶液熱交換器HHに分岐して流れる
場合であり、分岐フローで図2のプレート式熱交換器に
具体化されている。
【0019】図5(b)は、低温溶液熱交換器HLと高
温溶液熱交換器HHが並列に配列され、希溶液がそれぞ
れに並列に流れる場合であり、パラレルフローで図3に
具体化されている。図5(c)は、低温溶液熱交換器H
Lと排熱回収熱交換器HO及び高温溶液熱交換器HHが
直列に配列され、希溶液が排熱回収熱交換器HOを出た
後に低温再生器側GLと高温溶液熱交換器HH側に分岐
して流れる場合であり、分岐フローである。ここで、排
熱回収熱交換器HOとは加熱源に蒸気を使った場合の蒸
気ドレーンから熱を回収するドレーン熱交換器、エンジ
ンや各種排熱から回収した温水からの熱を、冷凍サイク
ルに回収する為の熱交換器類を総称している。
【0020】図6に、プレート熱交換器の流れを説明す
る為の一般的な模式図を示す。積層された複数枚のプレ
ートP間を、低温流体と高温流体が交互に流れてプレー
ト間で熱交換している。各プレートPには、流体1a、
流体1bの出入口用として4個の流通穴があいている。
図7に、図6に対する断面構造の一般的な模式図を示
す。断面図は流体aの出入口ノズル部分のものであり、
流路aを流れることになる。流体aはノズルa1から入
り、プレート熱交換器の流路を通って反対側のノズルa
2に出る。また流体aの出口をノズルb1とすることも可
能である。一方、流体1bはノズルb1から入り、プレ
ート熱交換器の流路bを通って反対側のノズルb2に出
る。また、流体b2の出口をノズルa1とすることも可能
である。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
ることができる。 (1) プレート熱交換器化することによリ溶液量を少
なくし、安価に量産化が可能である。 (2) 複数の溶液熱交換器を隔壁を介して一体化する
ことにより、高機能化が図れ、配管が容易になるととも
に、大幅な小型軽量化が可能となる。 (3) 熱交換器の機能、目的により、隔壁部の構造を
変えることで自由な流路構成(吸収サイクル)が可能で
ある。即ち、隔壁部の通路構成により、分岐フロー、パ
ラレルフロー、シリーズフロー等の溶液流れに自由に対
応可能となる。 (4)隔壁は、プレート熱交換器を構成するプレートと同
様な構造とし、流路の構成のみを変えることにより対応
できるため、安価に量産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプレート式熱交換器の一例を示す全体
構成図で、(a)は正断面図、(b)は上から見た平面
図、(c)は下から見た平面図。
【図2】本発明のプレート式熱交換器の他の例を示す全
体構成図で、(a)は正断面図、(b)は上から見た平
面図、(c)は下から見た平面図。
【図3】本発明のプレート式熱交換器の別の例を示す全
体構成図で、(a)は正断面図、(b)は上から見た平
面図、(c)は下から見た平面図。
【図4】本発明を適用する二重効用吸収冷温水機のフロ
ー構成図。
【図5】本発明を適用する熱交換器と溶液流れの種々の
方式の説明図。
【図6】プレート熱交換器の流れを説明するための模式
図。
【図7】図6の断面構造を説明する模式図。
【符号の説明】 a、1a、2a:被加熱流体又は流体流路、b、1b、
2b:加熱流体又は流体流路、a1〜a4:被加熱流体ノ
ズル、b1〜b4:加熱流体ノズル、c1、c2:隔壁被加
熱流体流路、d1、d2:隔壁加熱流体流路、H1、H2
熱交換器、P:プレート、B:隔壁、U1:ユニット
1、U2:ユニット2、A:吸収器、E:蒸発器、G
H:高温再生器、GL:低温再生器、C:凝縮器、H
H:高温熱交換器、HL:低温熱交換器、HO:排熱回
収熱交換器、SP:溶液ポンプ、RP:冷媒ポンプ、V
1、V2:冷暖切換弁、1〜7:溶液流路、8〜11:冷
媒流路、12:冷却水流路、13:熱源流路、13':
排熱源流路、14:冷温水流路、15、16:バイパス
管、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 宏樹 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 内村 知行 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 井上 修行 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 鈴木 晃好 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 3L103 AA01 AA05 AA17 BB33 DD15 DD55 DD58

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隔壁により内部を複数のユニットに区分
    された一体構造を有するプレート式熱交換器において、
    前記区分された複数のユニットには、少なくとも一つの
    ユニットが複数の流体の入口又は出口を有すると共に、
    該複数のユニットは、前記入口と出口に接続する少なく
    とも一方が複数の異なった加熱流路又は被加熱流路を形
    成することを特徴とするプレート式熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記複数のユニットに区分する隔壁は、
    少なくとも1個の隔壁が隔壁前後のユニット間を連通す
    る流路を有することを特徴とする請求項1記載のプレー
    ト式熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記ユニット間を連通する流路は、流体
    の入口又は出口と接続することを特徴とする請求項2記
    載のプレート式熱交換器。
  4. 【請求項4】 吸収冷凍機の濃溶液と希溶液との熱交換
    を行う溶液熱交換器において、該熱交換器が請求項1、
    2又は3記載のプレート式熱交換器であることを特徴と
    する吸収冷凍機用溶液熱交換器。
  5. 【請求項5】 吸収冷凍機の濃溶液及び排熱と希溶液と
    の熱交換を行う溶液熱交換器において、該熱交換器が請
    求項1、2又は3記載のプレート式熱交換器であること
    を特徴とする吸収冷凍機用溶液熱交換器。
JP08841899A 1998-10-19 1999-03-30 プレート式熱交換器及びそれを用いた溶液熱交換器 Expired - Fee Related JP4030219B2 (ja)

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