JP2005233558A - プレート型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレート型熱交換器において、そのエレメント４の板厚を増すことなく、耐熱性および耐腐食性の高い熱交換器を提供すること。
【解決手段】 エレメント４の外部流体11の流入側の縁部のみが、断面溝状に形成されたエンドキャップ５により被嵌される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器のエレメント外周に高温ガスまたは腐食性ガスが流通するプレート型の熱交換器に関する。

プレート型熱交換器は、一例として図５に示すものが知られている。これはエレメント４の一方が皿状にプレス成形された一対の金属板１、２よりなり、それらの外周が整合し、内部に偏平流路が形成されると共に、その両端部に出入口３が設けられている。そして他方の金属板２の周縁をカシメると共に、内部にインナーフィン８を挿入してエレメント４を形成し、そのエレメント４を積層すると共に、エレメント４間にアウターフィン９を配置し、全体を一体にろう付け等の手段により固定し、プレート型熱交換器を完成するものである。そして、外部流体11として高温ガスまたは腐食性ガスが流通する場合には、金属板１，２に耐熱性の高いステンレス鋼或いはニッケル合金などが用いられ、夫々の金属板１，２の板厚を充分厚くし、高温ガス等による損耗があっても耐え得るようにしていた。

本発明者の実験によれば、外部流体11として高温の俳ガスが流通し、内部流体10として吸気が流通する再生器の場合、使用に伴い図５（Ｃ）の如く、エレメント４のフランジ部６先端部に欠損部12が生じる。その欠損部12はフランジ部６の外周のみに集中し、他の部分にはそれが存在しない。これは比較的低温の内部流体10が金属板１および金属板２の内部に流通するため、その内部流体10と接触している部分は低温に維持され、接触しないフランジ部６は高温となるためである。それと共に、運動エネルギーを有する外部流体11がフランジ部６先端に最も強く衝突するからであると思われる。このような損耗がさらに進行すると、漏れを起こしてエレメントが機能しなくなるおそれがある。

プレート型熱交換器において、特にフランジ部６外周が損耗することを防止する耐熱性および耐蝕性の高いプレート型熱交換器の提供を目的とする。

請求項１に記載の本発明は、一対の対向する金属板(1) (2) の周縁を互いに閉塞して、内部に偏平な流路が形成されると共に、内部流体(10)の出入口(3) が一対形成されたエレメント(4) を有し、そのエレメント(4) の外周に外部流体(11)として高温ガスまたは腐食性ガスが流通するプレート型熱交換器において、
前記エレメント(4) の前記外部流体(11)の少なくとも流入側の縁部のみが、断面溝状に形成されたエンドキャップ(5) により被嵌されたことを特徴とするプレート型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記エレメント(4) の縁部に突出されたフランジ部(6) のみを前記エンドキャップ(5) により被嵌したプレート型熱交換器である。
請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記エレメント(4) を構成する少なくとも一方の金属板(1) が絞り加工により偏平な皿状に形成され、
皿状の絞り加工が困難なＮｉ基系合金よりなる板材を断面Ｕ字状に曲折して前記エンドキャップ(5) が形成され、そのエンドキャップ(5) が溶接によりエレメント(4) のフランジ部(6) に接合されたプレート型熱交換器である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１において、
前記エレメント(4) の縁部が、そのエレメント(4) の厚み分だけ前記エンドキャップ(5) により被嵌されたプレート型熱交換器である。

本発明のプレート型熱交換器は、そのエレメント４の外部流体11の流入側の縁部が、断面溝状に形成されたエンドキャップ５により被嵌されたものであるから、高温ガスまたは腐食性ガスによって最も損耗しやすい縁部がそのエンドキャップ５により保護され、寿命の長い熱交換器となり得る。また、エンドキャップ５はエレメント４の縁部のみに設ければ足りるから、少ない材料ですみ、構造も簡単で経済性の高いものとなる。

上記構成において、エレメント４の縁部にフランジ部６が存在するものにおいては、そのフランジ部６のみにエンドキャップ５を被嵌することができる。それにより、エンドキャップ５の製作および取付けが容易となる。
上記構成において、エレメント４の厚み分だけその縁部にエンドキャップ５を被嵌することができる。このようにすることにより、より寿命の長い熱交換器となり得る。

次に図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の分解斜視図（Ａ）およびそのエレメント４の要部拡大図（Ｂ）並びにその組立状態を示す要部拡大横断面図（Ｃ）である。このプレート型熱交換器は、外部流体11として排気ガス等の高温腐食性ガスが流通し、各エレメント４の内部に内部流体10として吸気等の被加熱流体が流通する再生器として最適なものである。

それぞれのエレメント４は、外周が互いに整合する一対の金属板１，金属板２を有し、その内部にインナーフィン８が介装されている。この例では、図１（Ｂ），（Ｃ）に示す如く、上側の金属板１が皿状にプレス成形により絞り加工され、その周縁にフランジ部６が僅かに突設されている。そして下側の平板状の金属板２の縁部が金属板１のフランジ部６に、カシメにより締結固定されている。各金属板１，２の長手方向両端には一対の出入口３が設けられ、その口縁部がバーリンク加工により外面側に突出する。この例では、各エレメント４はスペーサ７を介して積み重ね合わされ、各エレメント４間にアウターフィン９が配置される。

ここにおいて本発明の特徴とするところは、エレメント４のフランジ部６の外周に整合する断面Ｕ字状のエンドキャップ５が少なくとも外部流体11の流入側縁部に被嵌される。そして、シーム溶接等の溶接によりエンドキャップ５がフランジ部６と一体化される。
なお、このエンドキャップ５をエレメント４の周縁の全周に渡って被嵌することもできる。

このようにしてなるエレメント４は図１（Ａ）の如く、エレメント４の厚み方向に積層され、ろう付けまたは溶接等の手段により各部品間が一体に接合される。そして外部流体11として高温の排ガスが各エレメント４の幅方向の一方側から他方側に流通する。その外部流体11の少なくても流入側にエンドキャップ５が被嵌されている。また、各エレメント４内には一方側の出入口３から内部流体10が流入し、内部の偏平流路を流通して他方側の出入口３より外部に導かれる。そして外部流体11と内部流体10との間に熱交換が行われるものである。

なおこの例では、下側の金属板２が平板状に形成されているが、それに代えて図２の如く、下側の金属板２も皿状に周縁を立ち上げ形成し、その縁部にフランジ部６を設け、その端縁をカシメによって、金属板１，２のフランジ部６どうしを締結してもよい。そして、このようなフランジ部６の外周にエンドキャップ５が被嵌され、それがフランジ部６に一体に溶接される。なお、フランジ部６とエンドキャップ５との間をろう付けにより接合してもよい。

次に図３は、本発明の更に他の実施の形態を示し、この例はエンドキャップ５がその断面を頭巾状とした溝形に形成され、その幅をエレメント４の厚みに等しくしたものである。このようなエンドキャップ５を用いることにより、外部流体11の流入側の縁部全てを覆うことができ、より耐熱性、耐腐食性の高い熱交換器となり得る。

次に図４は、更に他の実施の形態を示し、金属板１，２の縁部に平板的なフランジ部６が形成され、その外周を挟持するようにエンドキャップ５が被嵌され、それらの間が一体にシーム溶接等により溶接或いはろう付け手段により固定されるものである。

各実施例における金属板１，２の板厚は、一例として0.23〜0.5mm 程度の耐熱性金属板を用いることができる。また、エンドキャップ５は金属板１，２と同一の板材を曲折形成して製作することができる。或いは、金属板１，２の如く、皿状に絞り加工できないような硬く耐蝕性の大きなＮｉ基合金をＵ字状に曲折して作ることができる。即ち、Ｎｉ基合金は耐熱性、耐腐食性が高いものの、硬く絞り加工に適さない。しかしながら、Ｕ字状に板材を形成することは容易である。このようにして、金属板１，金属板２よりも耐熱性の高い材料によってエンドキャップ５を形成すれば、更に寿命の長いプレート型熱交換器となり得る。

係るエンドキャップ５は、熱交換器の最も損耗しやすい縁部のみを被嵌すれば寿命の長い熱交換器となり得る。
なお、外部流体11の高温排ガスは、一例として900 〜950 ℃程度を予定する。このように、各金属板１，２の板厚を厚くすることなく、最も損耗の激しい部分のみをエンドキャップ５で被覆すれば足りるので、熱交換性能を損なうことなく、安価に耐熱性を向上させることができる。

本発明の熱交換器の分解斜視図およびその一部拡大斜視図、並びにそのエレメント４の要部横断面拡大図。 本発明の他の実施の形態を示すエレメント４の要部横断面拡大図。

同さらに他の例を示すエレメント４の要部横断面拡大図。 同さらに、他の例を示すエレメント４の要部横断面拡大図。 従来のプレート型熱交換器の斜視略図およびその横断面図ならびに、その使用後の要部横断面拡大図。

符号の説明

１ 金属板
２ 金属板
３ 出入口
４ エレメント
５ エンドキャップ
６ フランジ部
７ スペーサ

８ インナーフィン
９ アウターフィン
10 内部流体
11 外部流体
12 欠損部
13 ろう材

Claims (4)

1. 一対の対向する金属板(1) (2) の周縁を互いに閉塞して、内部に偏平な流路が形成されると共に、内部流体(10)の出入口(3) が一対形成されたエレメント(4) を有し、そのエレメント(4) の外周に外部流体(11)として高温ガスまたは腐食性ガスが流通するプレート型熱交換器において、
   前記エレメント(4) の前記外部流体(11)の少なくとも流入側の縁部のみが、断面溝状に形成されたエンドキャップ(5) により被嵌されたことを特徴とするプレート型熱交換器。
2. 請求項１において、
   前記エレメント(4) の縁部に突出されたフランジ部(6) のみを前記エンドキャップ(5) により被嵌したプレート型熱交換器。
3. 請求項２において、
   前記エレメント(4) を構成する少なくとも一方の金属板(1) が絞り加工により偏平な皿状に形成され、
   皿状の絞り加工が困難なＮｉ基系合金よりなる板材を断面Ｕ字状に曲折して前記エンドキャップ(5) が形成され、そのエンドキャップ(5) が溶接によりエレメント(4) のフランジ部(6) に接合されたプレート型熱交換器。
4. 請求項１において、
   前記エレメント(4) の縁部が、そのエレメント(4) の厚み分だけ前記エンドキャップ(5) により被嵌されたプレート型熱交換器。
   

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