JP2004218930A

JP2004218930A - プレートフィン型熱交換器

Info

Publication number: JP2004218930A
Application number: JP2003006648A
Authority: JP
Inventors: Sakae Okada; 栄岡田
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】プレートフィン型熱交換器の流体通路に損傷が生じた場合でも、熱交換媒体の直接的な接触や混合を防止する。
【解決手段】容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、その一端側に高温流体を供給する高温側ヘッダ２ａが接続され、他端側に高温流体を排出する高温側ヘッダ２ｂが接続された高温流体通路２、その一端側に低温流体を供給する低温側ヘッダ４ａが接続され、他端側に低温流体を排出する低温側ヘッダ４ｂが接続された低温流体通路４とを備え、前記高温流体通路と低温流体通路との間に熱伝導性の部材を挿入してなる隔離通路が設けられ、且つ前記高温流体通路２と低温側ヘッダ４ａ、４ｂとの間、および前記低温流体通路４と高温側ヘッダ２ａ、２ｂとの間に隔離スペース７が設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器である。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレートフィン型熱交換器の改善に関し、さらに詳しくは、可燃性物質、放射性物質または有害物質等を含む熱交換媒体を取り扱う場合に、流体流路からの漏洩が発生しても、媒体同士の直接的な接触、混合を防止するのに最適なプレートフィン型熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
広い技術分野の産業機器用として、ガスまたは液体等の流体を加熱して所定の温度に昇温させる加熱器に各種の熱交換器が採用されている。特に、小型軽量で熱交換効率に優れる熱交換器として、流体を流通させる通路を交互に積層配置したプレートフィン型熱交換器が多用されている。
【０００３】
図１は、プレートフィン型熱交換器の全体構成を説明する斜視図である。熱交換器の心臓部を構成する容器（コア）１内には、高温流体通路と低温流体通路を仕切る板状のパーティングシートと、熱伝導性を有し伝熱促進を図るコルゲート型や各種の形状からなるフィンとが交互に積層され、さらに、パーティングシート同士の間隔を保ち、流体通路を密封するためのスペーサーバーが両側面に並べられるように構成されている。
【０００４】
同図に示す構造のプレートフィン型熱交換器では、容器の両端に設けられた高温側ヘッダ２ａ、２ｂの間に、ノズル３から供給された高温流体を黒抜きの矢印で示すように流通させるとともに、低温側ヘッダ４ａ、４ｂの間に、ノズル５から供給された低温流体を白抜きの矢印で示すように流通させることによって、流体間で熱交換を行わせている。
【０００５】
その際に、高温流体通路および低温流体通路において、熱伝導性に優れたコルゲート型や各種のフィンを挿入して、熱交換媒体となる流体との接触面積を大きくしている。これにより、熱伝達効率を高めることができ、他の一般的な熱交換器と比較して、熱交換効率を向上させることができる。この結果、気体や液体等の流体間の熱交換に適するとともに、高い熱交換効率に基づいて、装置の小型化を図ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
容器内を流通させる熱交換媒体として可燃性物質、放射性物質または有害物質等を含む流体を使用する熱交換器にあっては、流体通路に損傷が発生した場合に、流体の漏洩、さらに流通する媒体同士の直接的な接触または混合によって、燃焼、爆発、または汚染等といった事態の発生が予測される。したがって、上記のような熱交換媒体の使用が想定される場合には、プレートフィン型熱交換器の設計に際して、流体通路の損傷がこのような燃焼、汚染等の事故に結びつかないような対策が必要になる。
【０００７】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、本来の高い熱交換効率等の長所を生かしながら、熱交換媒体の流体通路に損傷が発生した場合であっても、媒体同士の直接接触や混合を防止して、燃焼、爆発、または汚染等の事故を回避できるプレートフィン型熱交換器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、熱交換媒体の流体通路に損傷が発生した場合であっても、流通する媒体同士の接触、混合を完全に防止することができる構造について種々検討した。その結果、２種以上の媒体を流通させる流体通路の間に、伝熱特性を有する隔離通路を設けること、さらに熱交換器のディストリビューター部では、媒体の流体通路と他の媒体を供給するヘッダとの間に隔離スペースを設けることによって、万一の漏洩発生時にも媒体同士の混合を回避できて、燃焼、汚染等の重大事故への進展を阻止できることを知見した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）〜（３）のプレートフィン型熱交換器を要旨としている。
（１）容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、高温流体を流通させる高温流体通路と、低温流体を流通させる低温流体通路とを備え、前記高温流体通路と低温流体通路との間に熱伝導性を有する部材を挿入してなる隔離通路が設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器である（以下、「第１の熱交換器」という）。
（２）容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、その一端側に高温流体を供給する高温側ヘッダが接続され、他端側に高温流体を排出する高温側ヘッダが接続された高温流体通路と、その一端側に低温流体を供給する低温側ヘッダが接続され、他端側に低温流体を排出する低温側ヘッダが接続された低温流体通路とを備え、前記高温流体通路と低温側ヘッダとの間、および前記低温流体通路と高温側ヘッダとの間に隔離スペースが設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器である（以下、「第２の熱交換器」という）。
（３）容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、その一端側に高温流体を供給する高温側ヘッダが接続され、他端側に高温流体を排出する高温側ヘッダが接続された高温流体通路と、その一端側に低温流体を供給する低温側ヘッダが接続され、他端側に低温流体を排出する低温側ヘッダが接続された低温流体通路とを備え、前記高温流体通路と低温流体通路との間に熱伝導性の部材を挿入してなる隔離通路が設けられ、且つ前記高温流体通路と低温側ヘッダとの間、および前記低温流体通路と高温側ヘッダとの間に隔離スペースが設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器である（以下、「第３の熱交換器」という）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の熱交換器では、高温流体通路を流れる流体と、低温流体通路を流れる流体との間で、隔離通路によって隔離された状態で熱交換が行なわれる。このため、高温流体通路または低温流体通路が破損し、流体が漏洩したとしても、両通路の隔離性は隔離通路によって確保されるので、漏洩した流体が熱交換する相手側の流体と混合することを防止できる。
【００１１】
上記の通り、高温流体通路と低温流体通路両通路の間に設けられる隔離通路は、隔離性を維持するものであるが、高温流体と低温流体の熱交換効率を著しく低下させるものであってはならない。このため、熱伝導性を有する部材を挿入する必要がある。
【００１２】
本発明において、熱伝導性を有する部材としては、コルゲートフィン型や各種の形状からなるフィンが採用されて、隔離通路に挿入される。したがって、第１の熱交換器に設けられた隔離通路では、熱交換媒体の伝熱促進が図られるとともに、高温流体通路または低温流体通路のいずれかが破損した場合にあっても、媒体同士の直接的な接触や混合を防止することができる。
【００１３】
第２の熱交換器では、プレートフィン型熱交換器におけるディストリビューター部における媒体同士の直接的な接触や混合を防止する構造を採用している。ディストリビューター部では、媒体の流体通路と他の媒体を供給するヘッダとが近接して設けられており、流体通路の損傷により、媒体同士の直接的な接触のおそれがある。
【００１４】
図２は、プレートフィン型熱交換器におけるディストリビューター部での通路構成を示す図であり、同（ａ）および（ｂ）はそれぞれ高温流体通路２および低温流体通路４の構成を示している。高温流体通路２には高温流体を供給、または排出するヘッダ２ａ、２ｂが接続され、低温流体通路４には低温流体を供給または排出するヘッダ４ａ、４ｂが接続されている。
【００１５】
図２に示すように、ヘッダ２ａ、４ａから供給された高温流体および低温流体は、入側のディストリビューター部２ｄ、４ｄを通過して、メインフィン部２ｃ、４ｃに分配される。その後、両流体間で熱交換が行われ、高温流体および低温流体は、出側のディストリビューター部２ｄ、４ｄによって、メインフィン部２ｃ、４ｃから集合されて、ヘッダ２ｂ、４ｂから排出される。
【００１６】
図２に示す入側および出側のディストリビューター部２ｄ、４ｄでは、高温流体通路２若しくは低温流体通路４、および高温側ヘッダ２ａ、２ｂ若しくは低温側ヘッダ４ａ、４ｂとの間を隔離するスペーサーバー１０の部分が破損した場合に、図中の一点鎖線で囲む三角形の領域２ｅ、４ｅにおいて、漏洩した流体が熱交換する相手側の流体と直接接触し、混合するおそれがある。
【００１７】
しかも、図中の一点鎖線で囲む三角形の領域２ｅ、４ｅは、プレートフィン型熱交換器の入側、出側においてディストリビューター部を配置した場合に、流体の本流から外れて流体が滞留し易くなる箇所と該当する。
【００１８】
したがって、図中の一点鎖線で囲む三角形の領域２ｅ、４ｅに、隔離スペースを設けたとしても、流体の流通に淀みを生ずることなく均一な流通が確保できる。これと同時に、高温流体通路２、低温流体通路４、高温側ヘッダ２ａ、２ｂまたは低温側ヘッダ４ａ、４ｂのいずれかが破損し、流体が漏洩したとしても、隔離性は隔離スペースによって確保されるので、漏洩した流体が熱交換する相手側の流体と直接接触し、混合することを防止することができる。
【００１９】
第２の熱交換器に設けられる隔離スペースは、図中の一点鎖線で囲む三角形の領域２ｅ、４ｅに、仕切りバーを配置してバーより先へ流体が浸入滞留するのを防止する構成である。そして、この仕切りバーにより隔離スペースへ流体が漏洩、浸入しないように、熱交換器のディストリビューター部２ｄ、４ｄにろう付け配置される。
【００２０】
前記図２では、ディストリビューター部２ｄ、４ｄの配置がエンド型の場合について示し、また、媒体を供給、または排出するヘッダを入側または出側で反対に配置させている。このような配置構成を採用することによって、容器中での高温流体通路２および低温流体通路４の流量分布を均一にすることができる。
【００２１】
また、前記図２では、一般的に採用されるように、高温流体通路と低温流体通路とが対向流を構成するように配置されている。
【００２２】
しかしながら、第２の熱交換器では、前記図２に示す装置構成に限定されるものではなく、ディストリビューター部の配置がサイド型、エンド型のいずれの構成の場合であっても、さらに、流体種類や平行流、対向流、直交流等の熱交換条件の違いに応じて、適宜設計することができる。
【００２３】
第３の熱交換器では、第１の熱交換器が備える高温流体通路と低温流体通路との間に熱伝導性の部材を挿入してなる隔離通路、並びに第２の熱交換器が備える高温流体通路と低温側ヘッダとの間、および前記低温流体通路と高温側ヘッダとの間に隔離スペースを具備することを特徴としている。
【００２４】
このように、メインフィン部での隔離通路およびディストリビューター部での隔離スペースを兼備することにより、熱交換媒体として可燃性物質、放射性物質または有害物質等を含む流体の使用が想定される場合であっても、流体通路の損傷が燃焼、汚染等の重大事故に結びつくことがない、万全の対策とすることができる。
【００２５】
【実施例】
以下では、本発明の第３の熱交換器の一実施例について、図面にに基づいて説明する。
【００２６】
図３は、高温流体通路と低温流体通路との間に設けられる隔離通路の構成を説明する図である。同図に示すように、高温流体通路２と低温流体通路４との間に隔離通路６が設けられ、各接合部分をろう付け溶接してなる一体構造に形成されている。隔離通路６には波形のコルゲートフィン８が挿入されて、パーティングシート９との各接合部分をろう付け溶接される。さらに、隔離通路６は、スペーサーバー１０が両側面に並べられ密封構造で構成される。
【００２７】
本発明の第３の熱交換器は、図３に示す構成であるため、高温流体通路２または低温流体通路４がメインフィン部で破損し、流体が漏洩したとしても、流体を隔離通路６に留めることができ、両通路２、４の隔離性を確保できる。これにより、漏洩した流体が熱交換する相手側の流体と直接接触し、混合することを防止できる。
【００２８】
一方、隔離通路６にはコルゲートフィン８が挿入されているため、熱交換時の熱伝達性を確保することが可能であり、本来の優れた熱交換効率をそのまま発揮させることができる。
【００２９】
図４は、ディストリビューター部における流体通路とヘッダとの間に設けられる隔離スペースの構成を説明する図である。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、高温流体通路２には高温流体を供給、または排出するヘッダ２ａ、２ｂが接続されており、ヘッダ２ａから供給された高温流体は、入側のディストリビュータフィン部２ｄを通過して、メインフィン部２ｃに分配される。その後、低温流体との間で熱交換が行われ、出側のディストリビュータフィン部２ｄによって、メインフィン部２ｃから集合されヘッダ２ｂから排出される。
【００３１】
一方、同（ｂ）には低温流体通路４の構成が示されており、低温流体を供給または排出するヘッダ４ａ、４ｂが接続されている。ヘッダ４ａから供給された低温流体は、入側のディストリビュータフィン部４ｄを通過して、メインフィン部４ｃに分配され、高温流体との間で熱交換が行われ、出側のディストリビュータフィン部４ｄによってメインフィン部４ｃから集合されて、ヘッダ４ｂから排出される。
【００３２】
図４に示すように、入側および出側のディストリビューター部２ｄ、４ｄに隔離スペース７を設けている。そして、この隔離スペース７は、高温流体通路２と低温側ヘッダ４ａ、４ｂとの間、および低温流体通路４と高温側ヘッダ２ａ、２ｂとの間に配置しているので、高温側ヘッダ２ａ、２ｂと隔離スペース７との間、若しくは低温側ヘッダ４ａ、４ｂと隔離スペース７との間が破損した場合に、漏洩した流体を隔離スペース７に留めることができ、それぞれの隔離性を維持することができる。このため、漏洩した流体が熱交換する相手側の流体と直接接触し、混合する事態を回避することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のプレートフィン型熱交換器によれば、熱交換媒体として可燃性物質、放射性物質または有害物質等を含む流体を使用する場合に、本来の高い熱交換効率等の長所を生かしながら、熱交換媒体の流体通路の損傷を媒体同士の直接的な接触や混合に結びつけることなく、燃焼、爆発、または汚染等の重大事故の発生を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プレートフィン型熱交換器の全体構成を説明する斜視図である。
【図２】プレートフィン型熱交換器におけるディストリビューター部での通路構成を示す図であり、同（ａ）および（ｂ）はそれぞれ高温流体通路および低温流体通路の構成を示している。
【図３】本発明のプレートフィン型熱交換器における高温流体通路と低温流体通路との間に設けられる隔離通路の構成を説明する図である。
【図４】本発明のプレートフィン型熱交換器におけるディストリビューター部における流体通路とヘッダとの間に設けられる隔離スペースの構成を説明する図である。
【符号の説明】
１：容器（コア）、２：高温流体通路
２ａ、２ｂ：高温側ヘッダ、２ｃ：メインフィン部
２ｄ：ディストリビューター部
３：ノズル、４：低温流体通路
４ａ、４ｂ：低温側ヘッダ、４ｃ：メインフィン部
４ｄ：ディストリビューター部
５：ノズル、６：隔離通路
７：隔離スペース、８：コルゲートフィン
９：パーティングシート、１０：スペーサーバー

Claims

容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、高温流体を流通させる高温流体通路と、低温流体を流通させる低温流体通路とを備え、前記高温流体通路と低温流体通路との間に熱伝導性を有する部材を挿入してなる隔離通路が設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器。
容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、その一端側に高温流体を供給する高温側ヘッダが接続され、他端側に高温流体を排出する高温側ヘッダが接続された高温流体通路と、その一端側に低温流体を供給する低温側ヘッダが接続され、他端側に低温流体を排出する低温側ヘッダが接続された低温流体通路とを備え、前記高温流体通路と低温側ヘッダとの間、および前記低温流体通路と高温側ヘッダとの間に隔離スペースが設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器。
容器内に２種以上の流体を流通させる通路が交互に積層配置された構成からなるプレートフィン型熱交換器において、その一端側に高温流体を供給する高温側ヘッダが接続され、他端側に高温流体を排出する高温側ヘッダが接続された高温流体通路と、その一端側に低温流体を供給する低温側ヘッダが接続され、他端側に低温流体を排出する低温側ヘッダが接続された低温流体通路とを備え、前記高温流体通路と低温流体通路との間に熱伝導性を有する部材を挿入してなる隔離通路が設けられ、且つ前記高温流体通路と低温側ヘッダとの間、および前記低温流体通路と高温側ヘッダとの間に隔離スペースが設けられていることを特徴とするプレートフィン型熱交換器。