JP2001041676A - プレート式熱交換器 - Google Patents
プレート式熱交換器Info
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- JP2001041676A JP2001041676A JP11218385A JP21838599A JP2001041676A JP 2001041676 A JP2001041676 A JP 2001041676A JP 11218385 A JP11218385 A JP 11218385A JP 21838599 A JP21838599 A JP 21838599A JP 2001041676 A JP2001041676 A JP 2001041676A
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- heat exchanger
- transfer surface
- plate
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】主伝熱面での伝熱性能を高く維持しつつ、しか
も流動抵抗の小さなプレート式熱変換器を提供する。 【解決手段】複数枚のプレートをガスケット４を介し積
層し、異なる流体の通路をプレートの表と裏に交互に形
成とすると共に、中央部に位置する主伝熱面２、および
主伝熱面と開口部をつなぐ出入口流路を有するプレート
式熱交換器において、主伝熱面上流側，入口流路６ａに
渦発生体を設け、渦発生体７により水に縦渦を発生させ
る。これにより小さな流動抵抗の主伝熱面において、高
い伝熱性能を発揮し、熱変換器全体のコンパクト化に貢
献できる。
も流動抵抗の小さなプレート式熱変換器を提供する。 【解決手段】複数枚のプレートをガスケット４を介し積
層し、異なる流体の通路をプレートの表と裏に交互に形
成とすると共に、中央部に位置する主伝熱面２、および
主伝熱面と開口部をつなぐ出入口流路を有するプレート
式熱交換器において、主伝熱面上流側，入口流路６ａに
渦発生体を設け、渦発生体７により水に縦渦を発生させ
る。これにより小さな流動抵抗の主伝熱面において、高
い伝熱性能を発揮し、熱変換器全体のコンパクト化に貢
献できる。
Description
【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、水と冷媒との熱交換を目的とした、高
性能，コンパクトなプレート式熱交換器に関する。
器に係り、特に、水と冷媒との熱交換を目的とした、高
性能，コンパクトなプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】プレート式熱交換器は、特開平7−26038
5号公報，特開平8−271170号公報，特開平10−339590号
公報などに見られるように、複数枚のプレートをガスケ
ットを介して積層し、プレートとプレートの間に流路を
形成し、この流路に異種の流体を交互に流し、プレート
を介して熱交換する構造となっている。
5号公報，特開平8−271170号公報，特開平10−339590号
公報などに見られるように、複数枚のプレートをガスケ
ットを介して積層し、プレートとプレートの間に流路を
形成し、この流路に異種の流体を交互に流し、プレート
を介して熱交換する構造となっている。
【０００３】このようなプレート式熱交換器において
は、例えば、図２，図３に示すようなプレート１が使用
されている。このプレートは、熱伝導率の良好な金属薄
板で長方形に形成され、中央部に伝熱面を有し、四隅に
流体の出入口となる開口部３が夫々設けられている。ま
た、プレートには、上側開口部３ａを伝熱面と連通し、
下側開口部３ｂを伝熱面と遮断するように合成ゴム等の
耐熱性を有する弾性材料から製作されたガスケット４が
装着されている。
は、例えば、図２，図３に示すようなプレート１が使用
されている。このプレートは、熱伝導率の良好な金属薄
板で長方形に形成され、中央部に伝熱面を有し、四隅に
流体の出入口となる開口部３が夫々設けられている。ま
た、プレートには、上側開口部３ａを伝熱面と連通し、
下側開口部３ｂを伝熱面と遮断するように合成ゴム等の
耐熱性を有する弾性材料から製作されたガスケット４が
装着されている。
【０００４】上記プレートの伝熱面は、中央の矩形状の
主伝熱面２と、これにつながるほぼ三角形状の出入口流
路６ａ，６ｂとからなり、主伝熱面には、伝熱性能の向
上とプレート強度の向上を図るため、例えばヘリボーン
状の波形５を設けている。三角形状の出入口部には、流
体の分散と集合を滑らかにするために長さの異なるビー
ド状の突起が設けられることがあるが、図には示してい
ない。
主伝熱面２と、これにつながるほぼ三角形状の出入口流
路６ａ，６ｂとからなり、主伝熱面には、伝熱性能の向
上とプレート強度の向上を図るため、例えばヘリボーン
状の波形５を設けている。三角形状の出入口部には、流
体の分散と集合を滑らかにするために長さの異なるビー
ド状の突起が設けられることがあるが、図には示してい
ない。
【０００５】図３は、図２を上下反転させたもので、隣
接するプレートの内面形状を示している。図２のプレー
トと図３のプレートを合わせる場合には、図２の下端と
図３の上端をくっつけて、接合する。これにより、隣接
するプレートの主伝熱面では、ヘリボーンの角度が反対
となり、流路が複雑な形状となるので、流れに乱れが生
じ、高い伝熱性能を得ることができる。さらに、ヘリボ
ーンの山と山の部分が点接触するので、内圧による変形
に対し高い強度を得ることができる。
接するプレートの内面形状を示している。図２のプレー
トと図３のプレートを合わせる場合には、図２の下端と
図３の上端をくっつけて、接合する。これにより、隣接
するプレートの主伝熱面では、ヘリボーンの角度が反対
となり、流路が複雑な形状となるので、流れに乱れが生
じ、高い伝熱性能を得ることができる。さらに、ヘリボ
ーンの山と山の部分が点接触するので、内圧による変形
に対し高い強度を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、ヘリボ
ーン状の波形は高い伝熱性能が得られるが、その反面流
動抵抗が大きいという欠点がある。流動抵抗を減らすた
めに、流体の流れ方向とヘリボーンのなす角度βを小さ
くすると、流れやすくなって流動抵抗は減るが、流れの
乱れも減少するために伝熱性能まで低下してしまうとい
う欠点があった。あるいは、流動抵抗を減らすために、
流速を小さくすると、流れの乱れは減少し、やはり伝熱
性能も低下するという欠点があった。
ーン状の波形は高い伝熱性能が得られるが、その反面流
動抵抗が大きいという欠点がある。流動抵抗を減らすた
めに、流体の流れ方向とヘリボーンのなす角度βを小さ
くすると、流れやすくなって流動抵抗は減るが、流れの
乱れも減少するために伝熱性能まで低下してしまうとい
う欠点があった。あるいは、流動抵抗を減らすために、
流速を小さくすると、流れの乱れは減少し、やはり伝熱
性能も低下するという欠点があった。
【０００７】本発明の目的は、上記問題点に鑑みて提案
されたもので、主伝熱面での伝熱性能を高く維持しつ
つ、しかも流動抵抗の小さなプレート式熱交換器を提供
することにある。
されたもので、主伝熱面での伝熱性能を高く維持しつ
つ、しかも流動抵抗の小さなプレート式熱交換器を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、複数枚のプレートをガスケットを介して積層
し、異なる流体の通路をプレートの表と裏に交互に形成
すると共に、上記プレートの中央部に位置する主伝熱
面、および主伝熱面と開口部をつなぐ出入口流路を有す
るプレート式熱交換器において、主伝熱面の流体上流側
で、開口部から広がる入口流路の途中に、渦発生体を設
けた。この渦発生体は、流体の下流側に縦渦を発生させ
ることにより、主伝熱面の伝熱性能を全体にわたって高
めることができる。また渦発生体は、主伝熱面の入口部
のみに設ければその影響が主伝熱面全体に及ぶので、主
伝熱面のヘリボーン角度βを小さくすることができ、そ
の結果流動抵抗を低く抑えることができる。
するため、複数枚のプレートをガスケットを介して積層
し、異なる流体の通路をプレートの表と裏に交互に形成
すると共に、上記プレートの中央部に位置する主伝熱
面、および主伝熱面と開口部をつなぐ出入口流路を有す
るプレート式熱交換器において、主伝熱面の流体上流側
で、開口部から広がる入口流路の途中に、渦発生体を設
けた。この渦発生体は、流体の下流側に縦渦を発生させ
ることにより、主伝熱面の伝熱性能を全体にわたって高
めることができる。また渦発生体は、主伝熱面の入口部
のみに設ければその影響が主伝熱面全体に及ぶので、主
伝熱面のヘリボーン角度βを小さくすることができ、そ
の結果流動抵抗を低く抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプレート式熱
交換器の実施例を図１〜図１０を用いて説明する。尚、
図１に示したものと同一部分には同一符号を付してその
説明を省略する。
交換器の実施例を図１〜図１０を用いて説明する。尚、
図１に示したものと同一部分には同一符号を付してその
説明を省略する。
【００１０】図１は本発明に係るプレート式熱交換器の
一実施例を示すもので、本発明のプレート式熱交換器に
使用するプレートの平面図である。
一実施例を示すもので、本発明のプレート式熱交換器に
使用するプレートの平面図である。
【００１１】本発明は、図１に示すように、渦発生体７
を、入口流路６ａに設けたことを特徴とする。従来のプ
レートを図２，図３に示す。図１において、開口部３ａ
からプレート１間に流入した流体は入口流路６ａで次第
に広げられ、渦発生体７に流入する。渦発生体では、流
体に縦渦を発生させて、主伝熱面に流体を送り込むとい
う作用がある。主伝熱面に流入した流体には、すでに渦
があるので、最初から高い伝熱性能を有している。従っ
て、主伝熱面のヘリボーン角度βは、それ程大きくする
必要がなく、流体はスムースに流れ、流動抵抗は減少す
る。さらに、渦発生体７には、ある程度の流動抵抗があ
るので、流入した流体を均一速度分布にして主伝熱面２
に流し込むという特性を有しており、熱交換器性能が全
体として向上するという利点がある。
を、入口流路６ａに設けたことを特徴とする。従来のプ
レートを図２，図３に示す。図１において、開口部３ａ
からプレート１間に流入した流体は入口流路６ａで次第
に広げられ、渦発生体７に流入する。渦発生体では、流
体に縦渦を発生させて、主伝熱面に流体を送り込むとい
う作用がある。主伝熱面に流入した流体には、すでに渦
があるので、最初から高い伝熱性能を有している。従っ
て、主伝熱面のヘリボーン角度βは、それ程大きくする
必要がなく、流体はスムースに流れ、流動抵抗は減少す
る。さらに、渦発生体７には、ある程度の流動抵抗があ
るので、流入した流体を均一速度分布にして主伝熱面２
に流し込むという特性を有しており、熱交換器性能が全
体として向上するという利点がある。
【００１２】渦発生体の具体的な構造例を図８に示す。
帯状の薄板２１に、長手方向にほぼ４５°の角度に薄板
の一部を切り起こし、渦発生体２２とする。この場合に
は、帯状の薄板２１上に切り起こし穴２３が存在する。
渦発生体２２は、流れに対し４５°の迎え角度を設ける
と、渦が最も発生し易くなることがこれまでの研究で分
かっている。さらに、切り起こした渦発生体２２は帯状
の薄板２１に垂直に立てないで、流れに対して６０°の
前傾姿勢を持たせるようにすると、垂直に立てるより、
渦が発生しやすいことも、これまでの研究から明らかに
なっている。
帯状の薄板２１に、長手方向にほぼ４５°の角度に薄板
の一部を切り起こし、渦発生体２２とする。この場合に
は、帯状の薄板２１上に切り起こし穴２３が存在する。
渦発生体２２は、流れに対し４５°の迎え角度を設ける
と、渦が最も発生し易くなることがこれまでの研究で分
かっている。さらに、切り起こした渦発生体２２は帯状
の薄板２１に垂直に立てないで、流れに対して６０°の
前傾姿勢を持たせるようにすると、垂直に立てるより、
渦が発生しやすいことも、これまでの研究から明らかに
なっている。
【００１３】図８に示した寸法は、プレートとプレート
の間隔が１０mmの場合を代表例として示したものであ
る。プレートとプレートの間隔が１０mmよりずれてきた
ら、それに比例して各寸法も変化させることが望まし
い。
の間隔が１０mmの場合を代表例として示したものであ
る。プレートとプレートの間隔が１０mmよりずれてきた
ら、それに比例して各寸法も変化させることが望まし
い。
【００１４】本発明の本質は、従来、主伝熱面が併せ持
っていた伝熱性能と流動抵抗を分離したことにある。す
なわち従来は、伝熱性能を高くしようとすると、ヘリボ
ーン角度βを大きくしなければならず、流動抵抗の増大
は避けられなかった。反対に、流動抵抗を低減しようと
すると、ヘリボーン角度βを小さくせざるを得ず、その
結果伝熱性能の低下は避けられなかった。
っていた伝熱性能と流動抵抗を分離したことにある。す
なわち従来は、伝熱性能を高くしようとすると、ヘリボ
ーン角度βを大きくしなければならず、流動抵抗の増大
は避けられなかった。反対に、流動抵抗を低減しようと
すると、ヘリボーン角度βを小さくせざるを得ず、その
結果伝熱性能の低下は避けられなかった。
【００１５】本発明では、渦発生体という新しい要素を
取り入れることにより、渦発生体で伝熱性能を確保し、
主伝熱面での流動抵抗を低減できることに着目したもの
である。しかも渦発生体は、主伝熱面に比較して、流れ
方向の奥行がずっと小さいので、全体の流動抵抗を低減
できるという利点がある。
取り入れることにより、渦発生体で伝熱性能を確保し、
主伝熱面での流動抵抗を低減できることに着目したもの
である。しかも渦発生体は、主伝熱面に比較して、流れ
方向の奥行がずっと小さいので、全体の流動抵抗を低減
できるという利点がある。
【００１６】図４は、別の実施例である。図５に示すよ
うに、主伝熱面のヘリボーン端面が流れに垂直でない場
合には、図４に示すように、渦発生体７を流れの方向に
対して斜めに設置することができる。渦発生体は、性能
的には流れの入口流路６ａだけに設ければ十分である
が、図４においては、対称の方が加工しやすく、どちら
からも流せるとの理由から、出口流路６ｂにも設けた例
を示した。
うに、主伝熱面のヘリボーン端面が流れに垂直でない場
合には、図４に示すように、渦発生体７を流れの方向に
対して斜めに設置することができる。渦発生体は、性能
的には流れの入口流路６ａだけに設ければ十分である
が、図４においては、対称の方が加工しやすく、どちら
からも流せるとの理由から、出口流路６ｂにも設けた例
を示した。
【００１７】この場合の渦発生体の構造は、図９，図１
０に示すように、渦発生体を材料の長手方向に垂直に製
作すれば良いので、製作しやすいという利点がある。図
９は、帯状の薄板２１に渦発生体を切り起こしたもので
ある。図１０は、帯状の薄板を折り曲げて渦発生体とし
たものである。図１０の場合には、図９のような切り起
こし穴が存在しない。図９，図１０の場合とも、流れに
対して前傾角度６０°が付いている。また寸法は、プレ
ートとプレートの間隔が１０mmの場合を対象としたもの
である。
０に示すように、渦発生体を材料の長手方向に垂直に製
作すれば良いので、製作しやすいという利点がある。図
９は、帯状の薄板２１に渦発生体を切り起こしたもので
ある。図１０は、帯状の薄板を折り曲げて渦発生体とし
たものである。図１０の場合には、図９のような切り起
こし穴が存在しない。図９，図１０の場合とも、流れに
対して前傾角度６０°が付いている。また寸法は、プレ
ートとプレートの間隔が１０mmの場合を対象としたもの
である。
【００１８】図６は、渦発生体を適用したさらに別の実
施例である。図７に示すようなプレート１１とパイプ１
２，１３を組み合わせた熱交換器が考えられる。水が、
左側入口１４ａからはいり、パイプの外側を流れて、右
側出口１４ｂから出る。冷媒は右側入口１５ａから入
り、蛇行する２本のパイプ１２，１３内を流れ、左側出
口１５ｂから出る。この間に水と冷媒が熱交換する。蛇
行する２本のパイプ１２，１３は、それぞれ別の角度に
折り曲げられていて、水に対してヘリボーンの波形と同
じような作用を及ぼす。この熱交換器の特徴は、高圧の
冷媒がパイプの中を流れるので、プレートとプレートの
接合の耐圧強度は、水に耐えるだけで良く、加工が容易
である。
施例である。図７に示すようなプレート１１とパイプ１
２，１３を組み合わせた熱交換器が考えられる。水が、
左側入口１４ａからはいり、パイプの外側を流れて、右
側出口１４ｂから出る。冷媒は右側入口１５ａから入
り、蛇行する２本のパイプ１２，１３内を流れ、左側出
口１５ｂから出る。この間に水と冷媒が熱交換する。蛇
行する２本のパイプ１２，１３は、それぞれ別の角度に
折り曲げられていて、水に対してヘリボーンの波形と同
じような作用を及ぼす。この熱交換器の特徴は、高圧の
冷媒がパイプの中を流れるので、プレートとプレートの
接合の耐圧強度は、水に耐えるだけで良く、加工が容易
である。
【００１９】また、水側の流動抵抗は小さい割に、伝熱
性能が良いという特徴がある。このようなタイプの熱交
換器においても、図６に示すように、渦発生体１７を水
の入口側１４ａに設けることにより、水に縦渦を発生さ
せて、さらに高い伝熱性能を確保することができ、熱交
換器全体のコンパクト化に貢献できる。
性能が良いという特徴がある。このようなタイプの熱交
換器においても、図６に示すように、渦発生体１７を水
の入口側１４ａに設けることにより、水に縦渦を発生さ
せて、さらに高い伝熱性能を確保することができ、熱交
換器全体のコンパクト化に貢献できる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、主伝熱
面の流体上流側で、開口部から広がる入口流路の途中
に、渦発生体を設けたので、主伝熱面の伝熱性能を高く
維持すると同時に、流動抵抗を低減することができ、そ
の結果コンパク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。
面の流体上流側で、開口部から広がる入口流路の途中
に、渦発生体を設けたので、主伝熱面の伝熱性能を高く
維持すると同時に、流動抵抗を低減することができ、そ
の結果コンパク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。
【図１】本発明のプレート式熱交換器に使用するプレー
トの平面図を示す。
トの平面図を示す。
【図２】従来のプレート式熱交換器に使用するプレート
の平面図を示す。
の平面図を示す。
【図３】従来のプレート式熱交換器に使用するプレート
の平面図を示す。
の平面図を示す。
【図４】本発明の別の実施例であるプレート式熱交換器
に使用するプレートの平面図を示す。
に使用するプレートの平面図を示す。
【図５】図４に対応する従来のプレート式熱交換器に使
用するプレートの平面図を示す。
用するプレートの平面図を示す。
【図６】本発明の別の実施例である熱交換器の平面構造
の図を示す。
の図を示す。
【図７】図６に対応する従来の熱交換器の平面構造の図
を示す。
を示す。
【図８】本発明のプレート式熱交換器に使用する縦渦発
生体の一実施例の斜視図を示す。
生体の一実施例の斜視図を示す。
【図９】本発明のプレート式熱交換器に使用する縦渦発
生体の一実施例の斜視図を示す。
生体の一実施例の斜視図を示す。
【図１０】本発明のプレート式熱交換器に使用する縦渦
発生体の一実施例の斜視図を示す。
発生体の一実施例の斜視図を示す。
１…プレート、２…主伝熱面、３ａ…上側開口部、３ｂ
…下側開口部、４…ガスケット、５…ヘリボーン状の波
形、６ａ…入口流路、６ｂ…出口流路、７…渦発生体、
β…ヘリボーン角度、１１…別の熱交換器のプレート、
１２…蛇行パイプ１、１３…蛇行パイプ２、１４ａ…水
入口、１４ｂ…水出口、１５ａ…冷媒入口、１５ｂ…冷
媒出口、２１…帯状薄板、２２…渦発生体、２３…切り
起こし穴。
…下側開口部、４…ガスケット、５…ヘリボーン状の波
形、６ａ…入口流路、６ｂ…出口流路、７…渦発生体、
β…ヘリボーン角度、１１…別の熱交換器のプレート、
１２…蛇行パイプ１、１３…蛇行パイプ２、１４ａ…水
入口、１４ｂ…水出口、１５ａ…冷媒入口、１５ｂ…冷
媒出口、２１…帯状薄板、２２…渦発生体、２３…切り
起こし穴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松島 均 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 3L103 AA05 AA35 CC01 CC02 DD12 DD17 DD57
Claims (1)
- 【請求項１】複数枚のプレートをガスケットを介して積
層し、異なる流体の通路をプレートの表と裏に交互に形
成すると共に、上記プレートの中央部に位置する主伝熱
面、および主伝熱面と開口部をつなぐ出入口流路を有す
るプレート式熱交換器において、主伝熱面の流体上流側
で、開口部から広がる入口流路の途中に、渦発生体を設
けたことを特徴とするプレート式熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11218385A JP2001041676A (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | プレート式熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11218385A JP2001041676A (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | プレート式熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001041676A true JP2001041676A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16719087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11218385A Pending JP2001041676A (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | プレート式熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001041676A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002097352A1 (fr) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | Maruyasu Industries Co., Ltd. | Echangeur thermique multitubulaire |
| WO2014147804A1 (ja) | 2013-03-22 | 2014-09-25 | 三菱電機株式会社 | プレート式熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置 |
| JP2020134109A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-08-31 | 株式会社Ihi | 熱交換構造 |
| CN112313466A (zh) * | 2018-06-28 | 2021-02-02 | 阿法拉伐股份有限公司 | 传热板和垫圈 |
-
1999
- 1999-08-02 JP JP11218385A patent/JP2001041676A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002097352A1 (fr) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | Maruyasu Industries Co., Ltd. | Echangeur thermique multitubulaire |
| US7055586B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-06-06 | Maruyasu Industries Co., Ltd. | Multitubular heat exchanger |
| WO2014147804A1 (ja) | 2013-03-22 | 2014-09-25 | 三菱電機株式会社 | プレート式熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置 |
| EP2977704A4 (en) * | 2013-03-22 | 2017-02-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Plate-type heat exchanger and refrigeration cycle device with same |
| JPWO2014147804A1 (ja) * | 2013-03-22 | 2017-02-16 | 三菱電機株式会社 | プレート式熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置 |
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| JP7263833B2 (ja) | 2019-02-26 | 2023-04-25 | 株式会社Ihi | 熱交換構造 |
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