JP2005121240A - 多板式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換用フィンの全域に亘って略均等に被加熱流体を供給する。
【解決手段】多板式熱交換器１は、所定の隙間Ｇをもって積層配置されていて内部に熱交換用フィン２を有する複数の熱交換用のエレメント３…３とからなり、隣接するエレメント３，３の一端側を連通している供給側連通口４と、該供給側連通口４に被加熱流体５を供給する供給口部６と、隣接するエレメント３，３の他端側を連通している排出側連通口７と、該排出側連通口７に連通していて被加熱流体５をエレメント３の外部に排出する排出口部８と、各エレメントの供給側連通口４と熱交換用フィン２の間に設けられた流量調整部２１と、を備えている。流量調整部２１は、供給側連通口４と熱交換用フィン２の間に設けられた隔壁２２の高さ方向の中央部に形成されたオリフィス２３と、該オリフィス２３の後流側に設けられていて上記熱交換用フィン２の高さ方向の全域に亘って被加熱流体５を略均等に分散させて流す流体分散壁２４と、で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体と気体の熱交換、例えば高温の排気ガス等の加熱流体を利用して燃料ガス等の被加熱流体を加熱するのに使用する多板式熱交換器に関するものである。

多板式熱交換器として、例えば、図７に示すものが知られている。上記多板式熱交換器１は、所定の隙間Ｇをもって積層配置されていて内部に熱交換用フィン２（図８、図９参照）を有する複数の偏平な熱交換用のエレメント３…３からなり、互いに隣接するエレメント３，３の一端側を連通している供給側連通口４と、該供給側連通口４に被加熱流体５を供給する供給口部６と、互いに隣接するエレメント３，３の他端側を連通している排出側連通口７と、該排出側連通口７に連通していて被加熱流体５を上記エレメント３の外部に排出する排出口部８とを備えていて、上記供給口部６から供給側連通口４を介して各エレメント３…３に供給された被加熱流体５を、上記隙間Ｇ等を流れる排気ガス等の高温の加熱流体で加熱して、上記排出口部８から排出するようにしたものが知られている。なお、上記エレメント３は、一対の略長方形状のプレート１１、１２の周壁部１３を突き合わせて両者をロー付け等により結合することにより構成されている。

上記プレート１１、１２には上記供給側連通口４を構成する筒状の突出部１４と、上記排出側の連通部７を構成する筒状の突出部１５と、多数のエンボス状の突起１６が一体に突出形成されている。

そして、互いに隣接するエレメント３のプレート１１、１２の筒状の突出部１４相互、筒状の突出部１５相互、多数のエンボス状の突起１６相互、を互いに突き合わせて両者をロー付け等により結合することによりエレメント相互が結合されている。

上記多板式熱交換器は、複数のエレメント３…３を多段に積層するという性質上、上記供給口部６から供給される被加熱流体５の流速が遅く流量が少ないと各段のエレメント３…３に均等に被加熱流体５が供給されない虞がある。このため、被加熱流体５の流速が遅く流量が少ない場合でも各段のエレメント３…３に均等に被加熱流体５を供給するために、多板式熱交換器には流量調整部２１が設けられている。

図８は、従来の多板式熱交換器の流量調整部２１を有するエレメント３の一例を示す。この流量調整部２１は、エレメント３の供給側連通口４と熱交換用フィン２の間に設けた隔壁２２の高さ方向の中央部にオリフィス２３を設けることにより形成されている。

図９に示すように、上記熱交換用フィン２は、例えば金属板を波板状に折り曲げることにより幅Ｗ、高さＨに形成されていて、上記偏平なエレメント３内に取り付けられている。

ところで、上記従来の流量調整部２１は、隔壁２２の高さ方向の中央部にオリフィス２３を設けることにより形成されていたために、図１０の流速（流量）分布特性図に曲線Ｃで示すように、被加熱流体５の流れは、隔壁２２の高さ方向の中央部、即ち熱交換用フィン２の高さ方向の中央部（図１０のＰＯＩＮＴ２の部分）に集中し、熱交換用フィン２の高さ方向の上，下端部（図１０のＰＯＩＮＴ１とＰＯＩＮＴ３の部分）においては被加熱流体５の流速（流量）は、極端に遅く（少なく）なり熱交換用フィン２の全域を有効に利用できないという欠点があった。

そこで、上記欠点を解決するために、下流に行くに従って孔数を増すと共に、孔径を小さくした第１から第３の多孔板で流量調整部を形成したものも開発されている。（例えば特許文献１）
特開平１１−４３３０５号公報（段落００１３、段落００１５、図７等）

ところで、上記従来の多板式熱交換器にあっては、流量調整部を下流に行くに従い次第に孔数を増すと共に、孔径を小さくした第１から第３の多孔板を構成するために、流量調整部の構造が複雑になるとともに、流通抵抗の増加を招くというという問題があった。

本発明の目的は、流量調整部の構造を簡素化しつつ熱交換効率の優れた多板式熱交換器を提供することにある。

この発明に係る多板式熱交換器は、所定の隙間をもって積層配置されていて内部に熱交換用フィンを有する複数の偏平な熱交換用のエレメントからなり、隣接するエレメントの一端側を連通する供給側連通口と、上記供給側連通口に流体を供給する供給口部と、互いに隣接するエレメントの他端側を連通する排出側連通口と、上記排出側連通口に連通し上記熱交換用フィンにより熱交換された流体を上記エレメントの外部に排出する排出口部と、上記各エレメントの上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けられた流量調整部と、を設けた多板式熱交換器であって、
上記流量調整部を、上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けたオリフィスと、該オリフィスの後流側に設けられていて上記オリフィスを通過した流体を上記熱交換用フィンの高さ方向の全域に亘って分散させる流体分散壁と、で構成している。

より具体的な請求項２の発明では、上記流体分散壁に、熱交換用フィンの高さ方向に伸びるスリットを設けている。

すなわち、供給側連通口より流入した被加熱流体は、流量調整部のオリフィスに流入した後、さらに下流に設けられた流体分散壁の高さ方向に伸びるスリットにより熱交換用フィンの高さ方向の全域に亘って分散され、熱交換されて排出側連通口より流出する。よって、被加熱流体は、熱交換用フィンの高さ方向の一部分に集中することがない。

また、請求項３の発明では、上記流体分散壁を、連続気泡の発泡体で構成している。このようにすることで、連続気泡の発泡体を一種の多管の流通路とすることができ、供給側連通口より流入した流体がオリフィスを通過後、発泡体の多数の入口から出口へと流通し、熱交換用フィンに略均等に分散させることができる。

請求項１の発明は、上記供給側の連通部からエレメント内に供給された流体は、上記オリフィスによって絞られた後に流体分散壁で分散されて、熱交換用フィンの高さ方向に略均等に供給される。

請求項２の発明は、流体分散壁を、熱交換用フィンの高さ方向に伸びるスリットで構成したので、上記オリフィスによって流体を更に絞った状態で熱交換用フィンの高さ方向に分散させることができる。

請求項３の発明は、流体分散壁を、連続気泡の発泡体で構成したので、該発泡体を適当な大きさに形成してエレメント内に取付けることにより流体分散壁を形成することができる。

図７に示すように、多板式熱交換器１は、所定の隙間Ｇをもって積層配置されていて内部に熱交換用フィン２（図１、図９参照）を有する複数の偏平な熱交換用のエレメント３…からなり、互いに隣接するエレメント３，３の一端側を連通している供給側連通口４と、該供給側連通口４に被加熱流体５を供給する供給口部６と、互いに隣接するエレメント３，３の他端側を連通している排出側連通口７と、該排出側連通口７に連通していて被加熱流体５を上記エレメント３の外部に排出する排出口部８と、を備えていて、上記隙間Ｇに排気ガス等の高温の加熱流体を流すようになっている。そして、上記供給口部６から供給側連通口４を介して各エレメント３…３に供給された被加熱流体５は、上記熱交換用フィン２等で加熱されて排出口部８から排出されるようになっている。

上記エレメント３は、一対の略長方形状のプレート１１、１２には上記供給側連通口４を構成する筒状の突出部１４と、上記排出側連通口７を構成する筒状の突出部１５と、多数のエンボス状の突起１６と、周壁部１３とが一体に突出形成されている。

さらに、エレメント３を詳述すると、図１に示すように、排出側連通口７の近傍には熱交換用フィン２が載置されており、供給側連通部口４と熱交換用フィン２の間には流量調整部２１が設けられている。流量調整部２１は、エレメント３を構成する一対のプレート１１、１２に設けられた隔壁２２の高さ方向の略中央部に形成されたオリフィス２３と、該オリフィス２３の後流側に設けられていて上記熱交換用フィン２の高さ方向の全域に亘って被加熱流体５を略均等に分散させて流す流体分散壁２４と、で構成されている。

図２、図３に示すように、上記流体分散壁２４は、エレメント３を構成する一対のプレート１１、１２を、対向部を内面側に突出させたリブ状の突起２５、２６の間にエレメント３の高さ方向に伸びる筋状の隙間（スリット）２７を設けることにより形成されている。なお、上記流量調整部２１は、オリフィス２３と流体分散壁２４とで構成されていることを説明したが、流体分散壁２４に設けられた隙間２７を適宜調整し狭くすれば必ずしもオリフィス２３を設ける必要はない。

そして、互いに隣接するエレメント３のプレート１１、１２の筒状の突出部１４相互、筒状の突出部１５相互、多数のエンボス状の突起１６相互、周壁部１３および流量調整部２１と、を互いに突き合わせて両者をロー付け等により結合することによりエレメント相互が結合されている。そして、プレート１１、１２のロー付け等の結合にあたっては、エンボス状の突起１６相互は結合されなくても良い。

実施例の多板式熱交換器１は上述のような構成であって、図１に示すように、上記供給口部６及び供給側連通口４を介して各エレメント３…３に供給された被加熱流体５は、先ずオリフィス２３を通過する。オリフィス２３を通過した被加熱流体５は、図２に示すように、上記流体分散壁２４のリブ状の突起２５，２６の上流側にある傾斜壁２５ａ，２６ａに当たり収束されながら突起２５，２６で形成された筋状の隙間（スリット）２７に流入する。この筋状の隙間２７は、エレメント３の高さ方向に、かつ熱交換用フィン２の高さ方向全域に跨るように形成されているので、隙間２７の下流にある傾斜壁２５ｂ，２６ｂによりエレメント３内に充分に拡散されてから被加熱流体５は、熱交換用フィン２の高さ方向に分散される。ここで、図１０のグラフにおいて、横軸は、エレメント３内に載置された熱交換用フィンを長手方向に略２分し、流通方向に略垂直な位置となる最高位の側定点ＰＯＩＮＴ１、中位の側定点ＰＯＩＮＴ２および最下位の側定点ＰＯＩＮＴ３を示しており、縦軸は、上記側定点を流れる流体の流速を示している。したがって、図１０の流速（流量）分布図に曲線Ａで示すように、熱交換用フィン２の高さ方向の中央部のみでなく、熱交換用フィン２の高さ方向の上，下端部にも被加熱流体が十分に拡散して流れているのが分かる。

図４は、第２の実施例における流体分散壁２４を示す。この実施例において、流体分散壁２４Ａは、一対のプレート１１Ａ、１２Ａを対向部を内面側に突出させた突起２５Ａ、２６Ａの間に、エレメント３Ａの高さ方向に断続的に断面が多角形状、例えば六角形、四角形等あるいは、円形状、例えば丸、楕円等の隙間２８…２８を設けることにより形成されている。この場合も上記筋状の隙間２７を設けた場合と略同じ効果を得ることができる。なお、図５に示すように、流体分散壁２４から熱交換用フィン２までの距離Ｌを大きくすれば、図１０の流速（流量）分布特性図に曲線Ｂで示すように、熱交換用フィン２の各ＰＯＩＮＴ１，２，３においては、平均化された被加熱流体が熱交換用フィン内を流通しているのが分かる。

図６は、第３の実施例における流体分散壁２４を示す。この実施例において、流体分散壁２４は、連続気泡の発泡体、例えばステンレス製の発泡金属で形成されており、流体の入口および出口となる独立した細孔からなる流通路が多管状に無数寄せ集まったものから成っている。この発泡体を一対のプレート１１Ｂ，１２Ｂの間に挟み込み流体分散壁としている。それにより、上記オリフィス２３を通過した被加熱流体５を連続気泡の発泡体の無数の小さな孔２９…２９を通過させることにより、被加熱流体５を分散させるようになっている。

エレメントを構成するプレートの正面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 他の実施例のエレメント断面図。 他の実施例のエレメントを構成するプレートの正面図。 他の実施例のエレメント断面図。 多板式熱交換器の平面図。 従来の多板式熱交換器のエレメントを構成するプレートの正面図。 熱交換用フィンの斜視図。 被加熱流体の流速（流量）分布特性図。

符号の説明

１…多板式熱交換器
２…熱交換用フィン
３、３Ａ…エレメント
４…供給側連通口
５…被加熱流体
６…供給口部
７…排出側連通口
８…排出口部
１１，１２…プレート
２１…流量調整部
２２…隔壁
２３…オリフィス
２４、２４Ａ…流体分散壁
２５、２５Ａ、２６、２６Ａ…突起
２７、２８…隙間

Claims (3)

1. 所定の隙間をもって積層配置されていて内部に熱交換用フィンを有する複数の偏平な熱交換用のエレメントからなり、隣接するエレメントの一端側を連通する供給側連通口と、上記供給側連通口に流体を供給する供給口部と、隣接するエレメントの他端側を連通する排出側連通口と、上記排出側連通口に連通し上記熱交換用フィンにより熱交換された流体を上記エレメントの外部に排出する排出口部と、上記各エレメントの上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けられた流量調整部と、を設けた多板式熱交換器において、
   上記流量調整部は、上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けたオリフィスと、該オリフィスの後流側に設けられていて上記オリフィスを通過した流体を上記熱交換用フィンの高さ方向の全域に亘って分散させる流体分散壁と、で構成されていることを特徴とする多板式熱交換器。
2. 上記流体分散壁は、熱交換用フィンの高さ方向に伸びるスリットで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の多板式熱交換器。
3. 上記流体分散壁は、連続気泡の発泡体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の多板式熱交換器。
   
   

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