JP2004293895A

JP2004293895A - プレート式熱交換器

Info

Publication number: JP2004293895A
Application number: JP2003085753A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nakajima; 伸治中島; Jiro Kitayama; 二朗北山; Shigeyuki Tanaka; 繁之田中; Masashi Tamura; 真史田村; Kenji Okui; 健司奥居; Kensuke Matsuo; 謙介松尾; Kei Yanagimoto; 圭柳本; Shinichiro Hayashi; 慎一郎林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】異種金属接触腐食が生じること無く、また溶接設備が不要でかつ任意の能力を即座に調整できる等のプレート式熱交換器を得る。
【解決手段】この発明に係るプレート式熱交換器は、金属板８およびこの金属板８を囲った樹脂製の樹脂枠体７を有するエレメント２Ａ、２Ｂと、積層された複数個のエレメント２Ａ、２Ｂを一体化した通しボルトおよびナットを備え、エレメント２Ａ、２Ｂの積層方向において、内部に金属板８を境にして水道水および加熱水の２系統の流体経路が交互に形成されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属板を境にして加熱流体および被加熱流体の２系統の流体経路が形成されたプレート式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプレート式熱交換器として、ＳＰＣＣ製の２枚の皿状をしたプレートを重ね合わせ、その周縁部同士を半田溶接すると共に、隣接する連通孔の周縁部同士を溶接して各エレメントを形成し、ついで、各エレメントを順に重ね合わせて、各エレメントの周縁部同士を順に溶接したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−９９５８２号公報（図１〜図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプレート型熱交換器では、溶接不良による漏れの危険性や、溶接材による腐食電位による腐食孔による耐久性に問題点があった。
また、高コストの溶接設備を必要とし、溶接による組立作業にも多くの時間を要してしまい、製造コストが嵩むという問題点もあった。
また、溶接後にはプレートの枚数の調整が不可能であるという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、異種金属接触腐食が生じること無く、また溶接設備が不要でかつ任意の能力を即座に調整できる等のプレート式熱交換器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るプレート式熱交換器は、金属板およびこの金属板を囲った樹脂製の樹脂枠体を有するエレメントと、積層された複数個の前記エレメントを一体化した一体化手段とを備え、前記エレメントの積層方向において、内部に前記金属板を境にして加熱流体および被加熱流体の２系統の流体経路が交互に形成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、同一、相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の形態１によるプレート式熱交換器の斜視図、図２は図１のプレート式熱交換器の主要部材の分解斜視図である。
このプレート式熱交換器１は、給湯器に組み込まれた熱交換器であって、良熱伝導性の例えば銅からなる金属板８およびこの金属板８を囲ったＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）樹脂製の樹脂枠体７から構成された第１および第２のエレメント２Ａ、２Ｂと、積層された複数個の第１および第２のエレメント２Ａ、２Ｂの両側にそれぞれ設けられたＰＰＳ樹脂製樹脂板１０と、第１および第２のエレメント２Ａ、２Ｂおよび樹脂板１０を結合して一体化した一体化手段とを備え、金属板８を境にして加熱流体である加熱水および被加熱流体である水道水の２系統の流体経路がエレメント２Ａ、２Ｂの積層方向に交互に形成されている。樹脂枠体７内には流路を形成する複数の区分板７ａが形成されている。
【０００８】
内部に加熱水が流れる第１のエレメント２Ａと、内部に水道水が流れる第２のエレメント２Ｂとは交互に樹脂枠体７の周縁部に沿って延びたＯリング９を介して積層されている。一対の第１のエレメント２Ａ同士および一対の第２のエレメント２Ｂ同士はＵ字形状の接続管３を介して接続されている。
一方の第１のエレメント２Ａの隅部には加熱水の入口部４が形成されている。この対角線上の第１のエレメント２Ａの隅部には加熱水の出口部５が形成されている。この出口部５には接続管３の一端部が接続されている。他方の第１のエレメント２Ａの隅部には加熱水の出口部５が形成されている。この対角線上の第１のエレメント２Ａの隅部には加熱水の入口部４が形成されている。この入口部４には接続管３の他端部が接続されている。
【０００９】
一方の第２のエレメント２Ｂの隅部には水道水の入口部４が形成されている。この対角線上の第２のエレメント２Ｂの隅部には水道水の出口部５が形成されている。この出口部５には接続管３の一端部が接続されている。他方の第２のエレメント２Ｂの隅部には水道水の出口部５が形成されている。この対角線上の第２のエレメント２Ｂの隅部には水道水の入口部４が形成されている。この入口部４には接続管３の他端部が接続されている。
前記入口部４および前記出口部５には、図１および図２において上下方向に突出し配管（図示せず）と接続されるつなぎ部３０が形成されている。接続管３の両端部はつなぎ部３０に嵌着されている。
【００１０】
上記一体化手段は、樹脂枠体７および樹脂板１０の四隅に形成された貫通孔を貫通した通しボルト６およびナットから構成されている。
【００１１】
上記構成のプレート式熱交換器では、図２において実線矢印で示すように例えば９０℃の加熱水は一方の第１のエレメント２Ａの入口部４から入り、内部で蛇行して接続管３から流出し、引き続き他方の第１のエレメント２Ａに入り、その内部で蛇行して出口部５から約７０℃の温度で流出する。
これに対して、図２において点線矢印で示すように例えば２０℃の水道水は一方の第２のエレメント２Ｂの入口部４から入り、内部で蛇行して接続管３から流出し、引き続き他方の第２のエレメント２Ｂに入り、その内部で蛇行して出口部５から約４０℃の温度で流出する。
【００１２】
上記構成のプレート式熱交換器によれば、積層された複数個の第１および第２のエレメント２Ａ、２Ｂ同士は、通しボルト６およびナットにより一体化されており、従来必要とした溶接作業が不要となり、組立作業性が向上する。
また、樹脂枠体７はＰＰＳ樹脂で構成されているので、異種金属接触腐食が生じることもなく、信頼性が向上する。
また、水道水、加熱水の温度設定を変えたいときに、通しボルト６およびナットを取り外した後、エレメント２Ａ、２Ｂの枚数を増減し、再度通しボルト６およびナットにより複数のエレメント２Ａ、２Ｂを結合するようにすればよい。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、樹脂枠体７内に区分板７ａを設けて蛇行した流路を形成したが、区分板７ａを削除してもよい。この場合、エレメント２Ａ、２Ｂ内の加熱水、水道水の流速が低減するために、金属板８を境とした熱抵抗が大きくなり、熱交換効率が低下するものの、エレメント２Ａ、２Ｂの数を増大させることで、所望の温度に上昇した水道水を得ることができる。
【００１４】
実施の形態２．
図３（ａ）、（ｂ）はこの発明を実施の形態２のプレート式熱交換器を示すものである。
この実施の形態では、樹脂枠体７の両側面に先端に鈎１３ａを有する係止部であるバー１３が一体に形成されている。第２のエレメント２Ｂの両側面には鈎１３ａに係止する被係止部である穴１４が形成されている。この実施の形態では、バー１３および穴１４により一体化手段を構成している。
このプレート式熱交換機によれば、第１のエレメント２Ａを第２のエレメント２Ｂに押圧することで、図３（ｂ）に示すように、バー１３は弾性変形して鈎１３ａが穴１４に係止し、エレメント２Ａ、２Ｂ同士は、簡単な構成で、容易に一体化される。
なお、一体化手段は、樹脂枠体７の天面、底面に設けてもよいし、樹脂枠体７の全周に間隔をおいて複数設けるようにしてもよい。また、樹脂枠体７の内周面に間隔をおいて複数設けるようにしてもよい。
【００１５】
実施の形態３．
図４（ａ）、（ｂ）はこの発明の実施の形態３のプレート式熱交換器を示すものである。
この実施の形態では、対面した一対の樹脂枠体７同士は超音波等により溶着され、一体化されている。
このプレート式熱交換機では、図４（ａ）に示された樹脂枠体７同士を溶着することで図４（ｂ）に示した一体化手段である溶着部１５が形成され、この溶着部１５によりエレメント２Ａ、２Ｂ同士は接合される。
このプレート式熱交換器によれば、加熱水、水道水の漏れ防止のために必要としたＯリング９が不要となり、部材点数が低減され、プレート式熱交換機の製造コストが低減される。
また、実施の形態１、２では、エレメント２Ａ、２Ｂを一体化するために、樹脂枠体７を加工する必要性があったが、この実施の形態のものでは、そのような加工が不要である。
【００１６】
実施の形態４．
図５はこの発明の形態４によるプレート式熱交換器の斜視図、図６（ａ）は図５のプレート式熱交換器の主要部材の分解斜視図である。
この実施の形態では、エレメント２は、金属板８と、この金属板８の全周を囲った樹脂枠体７と、樹脂枠体７の周縁部に設けられたＯリング８と、樹脂枠体７の内部に形成され流路を形成する区分板７ａとを備えている。
このプレート式熱交換機の各エレメント２においては、図６（ｂ）に示すように、インサートモールド成形により内部に金属板８を境にして加熱水が流れる流路と水道水が流れる流路が併存している点が実施の形態１と異なり、実施の形態１と比較して、樹脂枠体７の数を削減することができるとともに、エレメント２の積層方向の寸法が小さくすることができる。なお、図６において、実線矢印は加熱水の流れを示し、点線矢印は水道水の流れを示す。
【００１７】
なお、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、金属板８の周縁部に、樹脂枠体７に作用する熱応力を低減させる熱応力低減手段であるリブ１７を形成するようにしてもよい。このリブ１７は金属板８の全周縁部にプレス加工により突出して形成されているとともに撓み変形可能である。
この例では、プレス成形で形成された断面円弧状のリブ１７を有することで、エレメント２内に加熱水および水道水を通過させたときに、ＰＰＳ製の樹脂で成形された樹脂枠体７と銅で形成された金属板８との線膨張係数の違いにより、樹脂枠体７には金属板８からの熱応力を受けるが、リブ１７が撓み変形するので、周辺の樹脂枠体７に作用する応力は低減される。
なお、熱応力低減手段の形状としては、断面コの字形状や蛇腹形状であってもよい。
【００１８】
また、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、金属板８の全周縁部に樹脂枠体７に埋設された熱応力低減手段である弾性体１８を設けるようにすることで、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したリブ１７と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
また、インサートモールド成形によりエレメント２を形成するときに、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、入口部４および出口部５から突出したつなぎ部３０も同時に形成するようにしてもよい。
【００２０】
実施の形態５．
図１０（ａ）、（ｂ）はこの発明の形態５のプレート式熱交換器を示す図である。
この実施の形態では、各樹脂枠体７に形成された入口部４に、隣接した樹脂枠体７側または樹脂板１０側に突出したつなぎ部３１が接続されている。このつなぎ部３１は、周囲にＯリング１９が設けられているとともに、隣接した樹脂枠体７に形成された凹部３２に嵌着されるようになっている。
図示されていないが、同様に、各樹脂枠体７に形成された出口部５に、隣接した樹脂枠体７側または樹脂板１０側に突出したつなぎ部３１が接続されている。このつなぎ部３１は、周囲にＯリング１９が設けられているとともに、隣接した樹脂枠体７に形成された凹部３２に嵌着されるようになっている。
なお、このプレート式熱交換器の場合には、樹脂枠体７の水道水の入口部４の対角線上に水道水の出口部５が形成されており、樹脂枠体７の加熱水の入口部４の対角線上に加熱水の出口部５が形成されている。
【００２１】
このプレート式熱交換器では、インサートモールド成形により、樹脂枠体７および金属板８が一体化されたエレメント２を金属板８を介して積層した際に、つなぎ部３１は隣接した樹脂枠体７の凹部３２に嵌合し、各エレメント２は一体化される。そして、水道水は図１０（ｂ）の矢印Ａの方向に各エレメント２内で並流し、またこの水道水と逆方向の矢印Ｂの方向に加熱水が並流することで、水道水と加熱水とは熱交換される。
このプレート式熱交換器によれば、エレメント２を金属板８を介して積層するだけで、隣接したエレメント２間をつなぐ加熱水、水道水の流体通路が形成され、組立が簡単であるとともに、実施の形態１〜４のプレート式熱交換器に必要とした接続管３が不要となり、製造コストが低減される。
【００２２】
なお、上記各実施の形態では、金属板８の表面が円滑平面であったが、金属板の表面をプレス加工またはショットブラスト、エッチングにより凹凸形状にするようにしてもよい。
この金属板を用いた場合には、金属板を境にした熱抵抗が小さくなり、熱交換効率が向上する。また、インサート成形により、樹脂枠体と金属板とが一体化されたときには、金属板の凹凸面に樹脂枠体が入り込み、樹脂枠体と金属板との密着性が向上する。
また、金属板の材料としては、銅以外に例えばステンレス鋼であってもよい。また、樹脂枠体７、７Ａ、７Ｂの材料として、ＰＰＳ樹脂材料以外に、例えばポリ四フッ化エチレン樹脂、シリコーン樹脂であってもよい。
また加熱流体として加熱水、被加熱流体として水道水を用いたが、勿論このものに限定されるものではなく、他の液体であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のプレート式熱交換器によれば、金属板およびこの金属板を囲った樹脂製の樹脂枠体を有するエレメントと、積層された複数個の前記エレメントを一体化した一体化手段とを備え、前記エレメントの積層方向において、内部に前記金属板を境にして加熱流体および被加熱流体の２系統の流体経路が交互に形成されているので、異種金属接触腐食が生じることは無い。
また、一体化手段により、隣接したエレメント同士は簡単に一体化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のプレート式熱交換器の斜視図である。
【図２】図１のプレート式熱交換器の主要部材の分解斜視図である。
【図３】図３（ａ）は実施の形態２のプレート式熱交換器の要部斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の樹脂枠体のバーが穴に係止される様子を示す図である。
【図４】図４（ａ）は実施の形態３のプレート式熱交換器のエレメント同士が溶着される前の斜視図、図４（ｂ）はエレメント同士が溶着された状態の斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４のプレート式熱交換器の斜視図である。
【図６】図６（ａ）は図５のプレート式熱交換器の主要部材の分解斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のエレメントの半断面斜視図である。
【図７】図７（ａ）は金属板の変形例を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）の要部断面図である。
【図８】図８（ａ）は金属板の他の変形例を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）の要部断面図である。
【図９】図９（ａ）は実施の形態４のプレート式熱交換器の要部斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）の一方のつなぎ部を含む断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）の他方のつなぎ部を含む断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は実施の形態５のプレート式熱交換器の各エレメントが積層される前の断面図、図１０（ｂ）は積層された状態での断面図である。
【符号の説明】
１プレート式熱交換器、２Ａ第１のエレメント、２Ｂ第２のエレメント、２エレメント、３接続管、４入口部、５出口部、６通しボルト、７樹脂枠体、８金属板、１３バー、１３ａ鈎（係止部）１４穴（被係止部）、１５溶着部１７リブ（熱応力低減手段）、１８弾性体（熱応力低減手段）、３０，３１つなぎ部、３２凹部。

Claims

金属板およびこの金属板を囲った樹脂製の樹脂枠体を有するエレメントと、
積層された複数個の前記エレメントを一体化した一体化手段とを備え、
前記エレメントの積層方向において、内部に前記金属板を境にして加熱流体および被加熱流体の２系統の流体経路が交互に形成されているプレート式熱交換器。
前記一体化手段は、一方の前記エレメントの前記樹脂枠体に形成された係止部と、この係止部を有する前記樹脂枠体に隣接した他方のエレメントの樹脂枠体に形成され前記係止部に係止される被係止部とから構成され、隣接した前記エレメント同士は、押圧されることで一体化されるようになっている請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記一体化手段は、対面した一対の前記エレメントの前記樹脂枠体同士を溶着した溶着部である請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記エレメントは、前記金属板および前記樹脂枠体がインサートモールド成形で一体化されている請求項１ないし請求項３の何れかに記載のプレート式熱交換器。
前記金属板の周縁部には、前記樹脂枠体に作用する熱応力を低減させる熱応力低減手段が設けられている請求項１ないし請求項４の何れかに記載のプレート式熱交換器。
前記熱応力低減手段は、前記金属板の全周縁部に突出して形成され撓み変形可能なリブである請求項５に記載のプレート式熱交換器。
前記熱応力低減手段は、前記金属板の全周縁部で前記樹脂枠体に埋設された弾性体である請求項５に記載のプレート式熱交換器。
各前記エレメントは、前記２系統の前記流体経路を有する請求項１ないし請求項７の何れかに記載のプレート式熱交換器。
前記樹脂枠体には、前記加熱流体および前記被加熱流体のそれぞれの入口部および出口部に、それぞれ隣接した樹脂枠体側に突出したつなぎ部が形成され、各前記エレメントが積層された際に、前記つなぎ部は隣接した前記樹脂枠体の凹部に嵌合し、各前記エレメント同士は一体化されるようになっている請求項１ないし請求項８の何れかに記載のプレート式熱交換器。
前記金属板は、前記加熱流体および前記被加熱流体が接触する面が凹凸形状である請求項１ないし請求項９の何れかに記載のプレート式熱交換器。