JP2001099590A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接する２種類の流体の流路を仕切る伝熱プ
レートに欠陥が発生して流路内の流体が漏洩しても、漏
洩流体をプレート外に確実に排出して両流路間での２種
類の流体の混合を確実に回避する。 【解決手段】 同一形状の２枚の伝熱プレート１、１
と、この伝熱プレートと外形サイズが同じ１枚のスペー
サプレート２０を積層し接合一体化した３枚プレートの
ユニットで、隣接する２種類の流体の流路Ｐ，Ｑを隔絶
して仕切り、各伝熱プレート１，１とスペーサプレート
２０の各プレート間に流路Ｐ，Ｑから伝熱プレートの欠
陥部分を漏洩した流体が流れる隙間Ｇを形成して、漏洩
流体を隙間Ｇからプレート外に排出する。スペーサプレ
ート２０に漏洩流体が流入して流動性を良くする透孔２
１を形成し、また、スペーサプレート２０の周縁部に切
欠き２６を形成して切欠き２６から漏洩流体を積極的に
排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス鋼板等
の複数枚の伝熱プレートを積層して各伝熱プレート間に
２種類の流体の流路を交互に形成したプレート式熱交換
器で、詳しくは、２種類の流体が混合しないように伝熱
プレートの積層構造を改変したブレージングプレート式
熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数枚の伝熱プレートと一対の耐圧フレ
ームをろう材を介し積層し、高温・真空下でろう材を溶
融させることで伝熱プレートと耐圧フレームを永久接合
したブレージングプレート式熱交換器の基本構造例を図
４及び図５に示すと、同図のプレート式熱交換器は複数
枚の同一外形寸法の伝熱プレート１を積層した積層体の
表裏両面側に一対の耐圧フレーム１１、１２を積層して
構成される。伝熱プレート１は板厚１ｍｍ以下の薄板の
ステンレス鋼板等を図６に示すような略矩形の波板にプ
レス成形したもので、中央部に波板状の伝熱部２と、こ
の伝熱部２の４隅部に２種類の流体の出入口である通路
穴３、４と、伝熱部２と通路穴３、４を囲う周縁部に裏
面側に屈曲させたリム部５を有する。

【０００３】各伝熱プレート１を上下に積層した場合の
最上層（１層目）から奇数層の各伝熱プレート１を必要
に応じて１ａ−１、１ａ−２、１ａ−３，…とし、最上
層から偶数層の各伝熱プレート１を必要に応じて１ｂ−
１，１ｂ−２，１ｂ−３，…とすると、奇数層の各伝熱
プレート１ａ−１、１ａ−２、…が同一金型でプレス成
形された同一形状を成し、偶数層の伝熱プレート１ｂ−
１，１ｂ−２，…が同一金型でプレス成形された同一形
状を成している。上下で積層する最上層の伝熱プレート
１ａ−１と２層目の伝熱プレート１ｂ−１の波板状伝熱
部２、２の波方向が相違して、この両者を積層すると両
者間に１種類の流体の流路Ｐが形成される。また、２層
目と３層目の伝熱プレート１ｂ−１、１ａ−２を積層し
て接合すると、両者間に他の１種類の流体の流路Ｑが形
成される。このようにして複数の各伝熱プレート間に２
種類の流路Ｐ，Ｑが交互に形成され、一方の流路Ｐは一
方の通路穴３に連通し、他方の流路Ｑは他の通路穴４に
連通する。また、一対の耐圧フレーム１１，１２の例え
ば一方の耐圧フレーム１１の４隅部に貫通させて一対ず
つの流体導入導出用ノズル１３，１４が固定される。一
方のノズル１３は通路穴３に連通して流路Ｐに１種類の
流体を流出入させ、他方のノズル１４は他の通路穴４に
連通して流路Ｑに他の１種類の流体を流出入させる。隣
接する２つの流路Ｐ，Ｑに高温と低温の２種類の流体が
流通する間に熱交換が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のブレージングプ
レート式熱交換器は、隣接する流路Ｐ，Ｑを仕切るのが
１枚の伝熱プレート１であるため、仮にこの１枚の伝熱
プレート１の一部が腐食や材料欠陥等で割れを生じた場
合に、この割れから隣接する流路Ｐ，Ｑを流れる２種類
の流体が混合する問題がある。そこで、このような熱交
換器内部での２種類の流体の混合を回避するため、隣接
する流体流路間の伝熱プレートを２重化することが行わ
れており、その具体例を図７に示し説明する。

【０００５】図７はダブルウォールブレージング熱交換
器で、図５の熱交換器の各伝熱プレート１，…を同一形
状の２枚の伝熱プレート重合体で構成したものに相当す
る。すなわち、図７の熱交換器においては、１層目の伝
熱プレート１ａ−１にこれと同一金型でプレス成形され
た同一形状の伝熱プレート１ａ’−１を重合して部分的
なろう付けで接合一体化し、２層目の伝熱プレート１ｂ
−１にこれと同一形状の伝熱プレート１ｂ’−１を重合
して部分的なろう付けで接合一体化し、同様にして３層
目以降の各層の伝熱プレート１ａ−２，１ｂ−２，…を
同一形状２枚のプレート重合体で構成して、各層の２枚
プレート重合体の間に２種類の流体の流路Ｐ，Ｑを交互
に形成している。

【０００６】図７の熱交換器によると、仮に２枚プレー
ト重合体の一方の例えば１枚の伝熱プレート１ｂ−１に
割れが生じてこの割れに流路Ｐの流体が漏れても、この
漏洩流体は重合する２枚の伝熱プレート１ｂ−１，１
ｂ’−１の間のろう付けされていない部分的な微少間隙
を通って伝熱プレート周縁端から外部に排出される。こ
の漏洩流体の外部排出により、隣接する流路Ｐ，Ｑ間で
の２種類の流体の混合が回避され、また、外部に排出さ
れた漏洩流体の目視確認で伝熱プレートの欠陥発生等が
検知される。しかし、重合される２枚の伝熱プレート１
ｂ−１，１ｂ’−１等が板厚１ｍｍ以下の同一形状の薄
板であるため、この２枚をろう付け接合すると２枚のプ
レート自体が気液密に接合一体化されて両プレート間に
形成されるべき漏洩流体排出用微少間隙が閉塞され、両
プレート間に漏洩した流体の外部排出機能が不十分とな
って、熱交換器内で２種類の流体が混合する可能性が残
されていた。

【０００７】本発明の目的とするところは、隣接する２
種類の流体の流路を仕切る同一形状の２枚の伝熱プレー
トの一方に割れ等の欠陥が生じて流体が漏洩しても、こ
の漏洩流体を確実に伝熱プレート外に排出して２種類の
流体の混合を確実に回避させるようにしたプレート式熱
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、複数の伝熱プレートを積層して隣接する各伝
熱プレート間に熱交換させるべき２種類の流体が流通す
る流路を交互に形成したプレート式熱交換器において、
隣接する２種類の流体の流路間に在ってこの２流路の一
方を形成する１枚の伝熱プレートと他の一方の流路を形
成する異なる１枚の伝熱プレートが同一形状であり、こ
の２枚の伝熱プレートの間に形状の異なる１枚のスペー
サプレートを挟み、これら２枚の各伝熱プレートとスペ
ーサプレートの間に伝熱プレートからの漏洩流体を伝熱
プレート周縁側へと流出させるだけの隙間を形成した状
態で、各伝熱プレートにスペーサプレートを積層して接
合一体化したことを特徴とする。

【０００９】ここで、隣接する流路間の２枚の伝熱プレ
ートと１枚のスペーサプレートは板厚１ｍｍ以下のステ
ンレス鋼板等の薄板をプレス成形したもので、２枚の伝
熱プレートに同一金型でプレス成形した同一形状のもの
を使用し、この２枚を重ねる際に２枚の間に１枚のスペ
ーサプレートを介在させる。スペーサプレートの周縁部
を伝熱プレートと周縁部と同一形状にし、スペーサプレ
ートの周縁部を除く部分を伝熱プレートの波板状伝熱部
と異なる平板状等の形状にして２枚の伝熱プレートの間
にスペーサプレートを挟んで三者の周縁部を積層して一
体化すると、三者の各プレート間に流体排出用隙間が確
実に形成され、この隙間に正規の流体流路から漏洩した
流体がスペーサプレートに沿う形で流れて確実に熱交換
器外に排出されて、熱交換器内での２種類の流体の混合
が確実に回避される。

【００１０】また、本発明は上記スペーサプレートによ
る漏洩流体排出機能をより高めるため、スペーサプレー
トに、このスペーサプレートと隣接する伝熱プレートの
間の隙間に流入した流体の流動性を高める透孔を形成し
たことを特徴とする。更に、本発明は、スペーサプレー
トの伝熱プレートと接合一体化される周縁部に、スペー
サプレートと伝熱プレートの間の隙間と連通して隙間か
ら流入した流体を伝熱プレート外へと積極的に排出する
切欠きを形成したことを特徴とする。

【００１１】ここでのスペーサプレートの透孔は、伝熱
プレートとの間に形成される漏洩流体排出用隙間と対向
する部分の適所に部分的に穿孔して形成される。スペー
サプレートに沿って流れる漏洩流体は、透孔に流入する
ことでスペーサプレートの表裏両面を流れて、その流動
性が良くなり、よりスムーズにプレート外へと排出され
る。また、スペーサプレートの周縁部の切欠きは、２枚
の伝熱プレートと１枚のスペーサプレートの周縁部同士
を積層して接合一体化したときに、２枚の伝熱プレート
の重合周縁部間に流体排出口を積極的に形成するもの
で、この切欠きによる流体排出口から漏洩流体が積極的
に排出されて、漏洩流体のよりスムーズな排出と排出の
目視確認が容易になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図７のダブルウォールブレージン
グ熱交換器に適用した本発明の実施形態を図１乃至図３
を参照して説明する。なお、図７と同一、又は、相当部
分には同一符号を付して説明の重複を避ける。

【００１３】図１の部分断面図に示される実施形態のプ
レート式熱交換器は、図７の熱交換器の２枚プレート重
合体を構成する各２枚の同一形状の伝熱プレート間に１
枚のスペーサプレート２０を追加挿入した構造である。
例えば、図１に示される１層目の伝熱プレートは１枚の
伝熱プレート１ａ−１だけであり、２層目相当の伝熱プ
レートは同一形状の２枚の伝熱プレート１ｂ−１と１
ｂ’−１で上下２段に配置して、この２枚の間に１枚の
スペーサプレート２０ｂ−１を挿入して積層した構成で
あり、３層目相当の伝熱プレートは同一形状の２枚の伝
熱プレート１ａ−２と１ａ’−２を上下２段に配置し
て、この２枚の間に１枚のスペーサプレート２０ａ−２
を挿入して積層した構成である。同様にして４層目以降
の各層の伝熱プレートも同一形状の２枚を上下２段に配
置してその間に１枚のスペーサプレートを挿入した構成
である。なお、１層目の伝熱プレート１ａ−１は１枚に
限らず、同一形状の２枚を重合させたものでもよい。

【００１４】複数のスペーサプレート２０は、複数の伝
熱プレート１と同様なステンレス鋼板等の薄板をプレス
成形した同一形状のもので、例えば図３に示すように平
板状の伝熱部２１とその周縁部を屈曲させたリム部２２
を有し、伝熱部２１の４隅部に流体出入口である通路穴
２３，２４が形成される。伝熱部２１は、後述するよう
に漏洩流体をスムーズに流すための流体排出ガイド板を
兼ねると共に、この伝熱部２１には必要に応じて部分的
に複数の漏洩流体排出促進用透孔２５が形成される。リ
ム部２２は伝熱プレート１のリム部５と同一形状で、こ
のリム部２２には必要に応じて１箇所、或いは、複数箇
所に漏洩流体排出用切欠き２６が形成される。１枚のス
ペーサプレート２０の表裏両面側から２枚の同一形状の
伝熱プレート１が積層されてろう付けで接合一体化され
ると、伝熱プレート１の波板状伝熱部２とスペーサプレ
ート２０の平板状伝熱部２１の間に所定厚で所定形状の
漏洩流体排出用隙間Ｇが形成される。

【００１５】また、図１の１層目の伝熱プレート１ａ−
１と２層目相当の上段伝熱プレート１ｂ−１が積層され
接合一体化されて両者間に１種類の流体の流路Ｐが形成
され、２層目相当の下段伝熱プレート１ｂ’−１と３層
目相当の上段伝熱プレート１ａ−２が積層され接合一体
化されて両者間に他の１種類の流体の流路Ｑが形成され
る。また、２層目相当の上段伝熱プレート１ｂ−１と下
段伝熱プレート１ｂ’−１の間に１枚のスペーサプレー
ト２０ｂ−１が積層され接合一体化されて、スペーサプ
レート２０ｂ−１の表裏面側に隙間Ｇ、Ｇが形成され
る。この場合、図２に示すようにスペーサプレート２０
ｂ−１の通路穴２３の周辺部と下段伝熱プレート１ｂ’
−１の通路穴３周辺部の間に例えばステンレスの円筒状
シールリング３０がろう付けされ、シールリング３０で
流路Ｐ，Ｑと隙間Ｇが隔絶される。同様にして３層目相
当の上段伝熱プレート１ａ−２と下段伝熱プレート１
ａ’−２の間にシールリング３０と１枚のスペーサプレ
ート２０ａ−２が積層され接合一体化されて、スペーサ
プレート２０ａ−２の表裏両面側に隙間Ｇ、Ｇが形成さ
れる。以上のようにして伝熱プレート積層体の内部に２
種類の流体の流路Ｐ，Ｑが上下に交互に形成され、上下
で隣接する流路Ｐ，Ｑの間に２段構造の隙間Ｇが形成さ
れる。以下、同様にして各プレート層間に流路Ｐ，Ｑと
隙間Ｇが形成される。

【００１６】図１の熱交換器において、例えば一方の流
路Ｐを形成する１枚の伝熱プレート１ｂ−１に割れ等の
欠陥が生じてこの欠陥から流路Ｐの１種類の流体が漏れ
ると、この漏洩流体は確実にスペーサプレート２０ｂ−
１の表面側隙間Ｇに入り、スペーサプレート２０ｂ−１
を伝って隙間Ｇ内を流れ、最終的に伝熱プレート１ｂ−
１とスペーサプレート２０ｂ−１の周縁部間（リム部
間）からプレート外に確実に排出される。また、他の流
路Ｑを形成する例えば１枚の伝熱プレート１ｂ’−１に
欠陥が生じてこの欠陥から他の１種類の流体が漏れてる
と、この漏洩流体もスペーサプレート２０ｂ−１の裏面
側隙間Ｇを流れて外部に確実に排出される。而も、１枚
のスペーサプレート２０ｂ−１の表裏両面側の隙間Ｇ
は、隣接する流路Ｐ，Ｑを一定の距離をもって気液密に
隔絶するため、流路Ｐ，Ｑの２種類の流体の混合を確実
に回避させる。このことは他のスペーサプレート２０ａ
−２の全てのスペーサプレート２０においても同様であ
る。

【００１７】また、１枚のスペーサプレート２０の平板
状伝熱部２１に透孔２５を形成すれば、伝熱部２１の表
面側或いは裏面側を流れる漏洩流体が透孔２５から裏面
側或いは表面側へと流れて、伝熱部２１に沿って流れる
漏洩流体の流動性が良くなり、漏洩流体のプレート外へ
の自然排出がよりスムーズに行えるようになる。このよ
うな透孔２５は、伝熱部２１の流体排出用隙間Ｇと対向
する面の複数箇所に形成することが望ましい。

【００１８】また、１枚のスペーサプレート２０の伝熱
部２１を流れる漏洩流体は必ずリム部２２へと流動する
ことから、このリム部２２の漏洩流体が集中し易い一
部、或いは、複数箇所に切欠き２６を形成して隙間Ｇと
連通させる。このようにすれば１枚のスペーサプレート
２０のリム部２２を挟持する２枚の伝熱プレート１，１
のリム部５，５の間に切欠き２６による流体排出口（プ
レート厚の隙間）が確実に形成されて、切欠き２６から
漏洩流体が積極的に、かつ、スムーズに排出される。こ
の場合、熱交換器側面における漏洩流体の排出箇所が切
欠き２６の定箇所と決まることから、漏洩流体排出の目
視確認が容易になる。

【００１９】なお、スペーサプレート２０の伝熱部２１
を平板状に形成したが、平板状に限らず伝熱プレート１
の波板状伝熱部２の形状に対応させて波板状等にするこ
とも可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、隣接する２流路間の２
枚の伝熱プレートと１枚のスペーサプレートを積層して
３枚の各プレート間に漏洩流体排出用隙間を形成したの
で、２枚の伝熱プレートのいずれかに欠陥が生じて正規
の流体流路内の流体が漏洩しても、この漏洩流体はスペ
ーサプレートを伝って確実にプレート外に排出されて、
隣接する２流路間での２種類の流体の混合が確実に回避
される信頼性の高いプレート式熱交換器が提供できる。
また、漏洩流体が熱交換器側面から確実に排出されて容
易に目視確認されるため、伝熱プレートの欠陥発生等の
検知が容易な、したがって保守点検が容易なプレート式
熱交換器が提供できる。

【００２１】また、スペーサプレートに透孔を形成する
ことで、スペーサプレートに沿って流れる漏洩流体の流
動性が良くなって、漏洩流体のプレート外への排出がよ
りスムーズに行えるようになる。

【００２２】更に、スペーサプレートの周縁部に切欠き
を形成することで、２枚の伝熱プレートと１枚のスペー
サプレートの周縁部同士を積層して接合一体化したとき
に、２枚の伝熱プレートの重合周縁部間に切欠きによる
流体排出口が形成されて、この切欠きによる流体排出口
から漏洩流体が積極的に排出され、漏洩流体のよりスム
ーズな排出が可能となり、また、切欠きの在る体箇所で
漏洩流体が排出されてその目視確認が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すプレート式熱交換器の
部分断面図。

【図２】図１熱交換器における伝熱プレートとスペーサ
プレートの分解断面図。

【図３】図１熱交換器におけるスペーサプレートの斜視
図。

【図４】（Ａ）は従来のプレート式熱交換器の正面図、
（Ｂ）は部分断面を含む側面図。

【図５】図４（Ａ）のＴ−Ｔ線に沿う部分拡大断面図。

【図６】図４熱交換器における伝熱プレートの平面図。

【図７】他の従来のプレート式熱交換器の部分断面図。

【符号の説明】

１ 伝熱プレート ２０ スペーサプレート ２５ 透孔 ２６ 切欠き Ｐ １種類の流体の流路 Ｑ 他の１種類の流体の流路 Ｇ 漏洩流体排出用隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の伝熱プレートを積層して隣接する
   各伝熱プレート間に熱交換させるべき２種類の流体が流
   通する流路を交互に形成したプレート式熱交換器におい
   て、隣接する２種類の流体の流路間に在ってこの２流路
   の一方を形成する１枚の伝熱プレートと他の一方の流路
   を形成する異なる１枚の伝熱プレートが同一形状であ
   り、この２枚の伝熱プレートの間に形状の異なる１枚の
   スペーサプレートを挟み、これら２枚の各伝熱プレート
   とスペーサプレートの間に伝熱プレートからの漏洩流体
   を伝熱プレート周縁側へと流出させるだけの隙間を形成
   した状態で、各伝熱プレートにスペーサプレートを積層
   して接合一体化したことを特徴とするプレート式熱交換
   器。
2. 【請求項２】 スペーサプレートに、このスペーサプレ
   ートと隣接する伝熱プレートの間の隙間に流入した流体
   の流動性を高める透孔を形成した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】 スペーサプレートの伝熱プレートと接合
   一体化される周縁部に、スペーサプレートと伝熱プレー
   トの間の隙間と連通して隙間から流入した流体を伝熱プ
   レート外へと積極的に排出する切欠きを形成したことを
   特徴とする請求項１又は２記載のプレート式熱交換器。