JP2007051804A

JP2007051804A - プレート型熱交換器

Info

Publication number: JP2007051804A
Application number: JP2005236262A
Authority: JP
Inventors: Takuya Iwamoto; 卓也岩本; Maki Saito; 真樹斉藤; Hidetaka Shinnaga; 秀孝新長
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】一対の皿状プレート間に波型プレートを介挿したプレート型熱交換器において、耐圧性の高いものを提供すること。
【解決手段】波形プレート３の各溝部3aに多数の細長い補強用インナーフィン８を介挿し、補強用インナーフィン８と溝部3aとの接触部を一体にろう付け固定する。その補強用インナーフィン８は、長手方向に沿って繰り返し曲折され、その溝部3a内を流体が溝の深さ方向および幅方向に移動可能に形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、周縁が立ち上げられた一対の皿状プレートを互いに逆向きに重ね合わせるとともに、内部に波形プレートを介挿して、その波形プレートの表面側と裏面側とに異なった流体が流通するプレート型熱交換器に関する。

本発明者らは、すでに一対の皿状プレートと波形プレートとを有するコンパクトな熱交換器を提案している。これは、一対の皿状プレートを互いに逆向きに重ね合わせてその周縁部を液密に固定するとともに、内部に波形プレートを設け、その波形プレートの表面側と裏面側とに異なった流体を流通させるものである。

特開２００４−１５０６７２号公報

このような一対の皿状プレートと波形プレートとを用いた熱交換器は、コンパクトで熱交換効率がよい反面、波形プレートの耐圧性に劣る欠点がある。即ち、図１１において、一対の皿状の第１プレート１,第２プレート２間に波形プレート３を介挿したものにおいて、波形プレート３の上面側の第１流路４に冷却水を流通させ、その下面側の第２流路５に高温・高圧のオイル等を流通させたとき、高圧のオイル側の第２流路５が変形し波形プレート３に変形部13が形成され、第１流路４側の流体抵抗が増加するとともに、第１流路４の流路面積が減少し、熱交換性能が低下する欠点があった。
そこで本発明は、これらの問題点を解決することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、周縁を閉塞して対向させた一対の第１プレート(1) および第２プレート(2) と、
両プレート(1) (2) 間に介装され、多数の溝部(3a)が並列されるように、波形に曲折された波形プレート(3) とを有し、
第１プレート(1) と波形プレート(3) との間に第１流路(4) が形成されると共に、第２プレート(2) と波形プレート(3) との間に第２流路(5) が形成され、第１流路(4) に第１流体(6) が流通すると共に、第２流路(5) に第２流体(7) が流通して、両流体(6) (7) 間に熱交換が行われるプレート型熱交換器において、
少なくとも一方の前記流路の前記波形プレート(3) の夫々の溝部(3a)内に、細長い補強用インナーフィン(8) が夫々介装され、
その補強用インナーフィン(8) は、その長手方向に沿って繰り返し曲折されて、前記溝(3a)内を流通する流体がその溝の全深さ方向および全幅方向に移動されつつ、溝の長手方向に進行できるように構成され、
その補強用インナーフィン(8) の両側と、溝部(3a)の両側壁(3b)とが断続的に接して、その接触部が互いにろう付け固定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、
前記補強用インナーフィン(8) は、線材をコイル状に曲折したものからなる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１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、線材を波形に曲折したものからなる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３において、
線材がその長手方向および、直径方向または太さ方向に三次元に曲折されて前記補強用インナーフィン(8) を構成したプレート型熱交換器である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、帯材をその長手方向に平行な中心線の回りに螺旋状に捩じったものからなるプレート型熱交換器である。

請求項６に記載の本発明は、請求項１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、帯材をその長手方向に波状に曲折すると共に、多数の孔(8a)を形成したものからなるプレート型熱交換器である。

請求項７に記載の本発明は、請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記補強用インナーフィン(8) が一方のプレート内面に接触するプレート型熱交換器である。

請求項８に記載の本発明は、請求項１において、
前記波形プレート(3) の波の各頂部(3c)が前記第１プレート(1) に離反して位置し、それらの間に第１流路(4) が形成され、その第１流路(4) の各溝部(3a)に前記補強用インナーフィン(8) が介装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、第１流体６と第２流体７との仕切りを構成する波形プレート３の各溝部3aに多数の細長い補強用インナーフィン８が介挿され、その補強用インナーフィン８が溝部3aの両側壁3bにろう付け固定されたものであるから、耐圧性が向上し、波形プレート３の変形を防止して信頼性の高い熱交換器を提供できる。

また補強用インナーフィン８は長手方向に沿って繰り返し曲折されて、その両側が溝部3aの両側壁3bに断続的に接触し、その接触部が互いにろう付け固定されたものであるから、溝部3aを流通する流体を効果的に溝の深さ方向および幅方向に攪拌しつつ、長手方向に円滑に流通させることができる。それにより伝熱性能を向上させる。

上記構成において、線材をコイル状に曲折して補強用インナーフィン８とした場合には、補強用インナーフィン８の製造が容易で、波形プレート３の溝部3aへの装着性がよい。そして、溝部3a内を流通する流体の流れを旋回流にし、比較的流体抵抗を小さくし、攪拌効果を向上できる。それにより伝熱性能が向上する。

上記構成において、線材を波型に曲折し、それを溝部3aに介挿してろう付け固定したものにおいては、耐圧性を有するとともに、溝部3a内を流通する流体の圧力損失を小さくして、それを円滑に流通させることができる。

上記構成において、線材をその長手方向および直径方向または太さ方向に３次元に曲折したものにおいては、補強用インナーフィン８を溝部3aに装着することが容易であるとともに、ろう付け部を大きくとることができ、耐圧性の高いものとなりうる。

補強用インナーフィン８として、帯材をその長手方向に平行な中心線の回りに螺旋状に捻ったものとした場合には、製造が容易で且つ、溝部3a内を流通する流体の流通抵抗を減じ且つ、その流体を螺旋上に効果的に攪拌して、熱交換を促進しうる効果がある。

補強用インナーフィン８として、帯材をその長手方向に波形に曲折するとともに、多数の孔8aを形成したものにおいては、流体が孔8a内を貫通してあらゆる方向へ攪拌され、熱交換性を向上できる。

上記いずれかの構成において、補強用インナーフィン８が一方のプレート内面に接触するようにした場合には、より耐圧性の高いものとなる。
上記構成において、波形プレート３の波の頂部3cを第１プレート１に離反して位置し、それらの間に第１流路４を形成し、その第１流路４の各溝部3aに補強用インナーフィン８を介挿したものにおいて、補強用インナーフィン８の介挿によりその耐圧性を向上しうる効果がある。

次に図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１実施例の熱交換器の要部分解斜視図であり、図２はその組立て状態を示す要部破断斜視図およびその全体的外観を示す斜視図である。
また、図３は図２（Ａ）のIII-III矢視断面図である。

この熱交換器は、周縁を立ち上げて皿状に形成した一対の第１プレート１,第２プレート２間に波形プレート３を介挿する。第１プレート１,第２プレート２は、その周縁部にフランジ部12が形成されている。さらに、第１プレート１にはその対角位置に一対ずつの出入口９，出入口10が設けられている。なお、出入口10は、その周縁に形成された凹陥部14の底部に開口が穿設されている。なお、この例では第２プレート２には、出入り口が設けられていない。

次に波形プレート３は、その長手方向両端部に平坦部3dが設けられるとともに、両側にフランジ部12が形成されており、それ以外の中間部には多数の溝部3aが並列して波形に曲折成形されている。この波形プレート３の波の振幅は図３から明らかなように、上下一対の対向する第１プレート１,第２プレート２の高さより低く形成され、波形プレート３の頂部3cと第１プレート１内面との間に隙間ｔが形成されている。なお、波形プレート３には図１および図２に示す如く、第１プレート１の出入口10に整合した位置に連通孔11が形成されている。

次に、波形プレート３の各溝部3aに挿入される多数の細長い補強用インナーフィン８は、線材をコイル状に形成したものからなり、その直径は図３に示す如く波形プレート３の両側壁3b間にその外面が接触する大きさに形成されている。そして、図２〜図３に示す如く、多数の補強用インナーフィン８を波形プレート３の各溝部3aに挿入するとともに、それらを一対の第１プレート１,第２プレート２間に介挿する。なお、互いに接触される各部品の少なくとも一方の外表面には、ろう材が被覆されている。

このように組み立てられた熱交換器は、高温の炉内に挿入されて各接触部間が一体的にろう付け固定される。この例では図３に示す如く、波形プレート３の溝部3aの裏面側が第２プレート２に接触してろう付け固定されるとともに、波形プレート３と第１プレート１内面とは離間している。

このようにしてなる熱交換器は、図２（Ｂ）の如く一方の出入口10から第２流体７が流入し、それが波形プレート３と第２プレート２との間の第２流路５内を流通し、他方の出入口10よりそれが流出する。また、第１流体６が第１プレート１の出入口９から流入し、波形プレート３と第１プレート１との間に形成された第１流路４内を流通し、他方の出入口９よりそれが流出する。そして、第１流体６と第２流体７との間に熱交換が行われるものである。

このとき第１流体６,第２流体７のいずれか一方が高温・高圧流体である場合にも、補強用インナーフィン８の存在により波形プレート３の溝部3aが変形することはない。なぜならば、補強用インナーフィン８と溝部3aの一対の側壁3bとが一体にろう付け固定され、溝部3bの変形を防止するからである。また、第１流路４内の補強用インナーフィン８の存在により、第１流体６は各溝部3a内を深さ方向および幅方向のいずれにも攪拌されるとともに、溝部3aの長手方向に円滑に流通される。

なお、図３の例では補強用インナーフィン８は溝部3aの一対の側壁3bのみに接触してろう付け固定されていたが、それに加えて図４の如く補強用インナーフィン８の上下両面が第１プレート１の内面および溝部3aの底面に接触し、その接触部がろう付け固定されたものであってもよい。このようにすることにより、より耐圧性が高く、攪拌性能の大きなものとなる。

また、この例では波形プレート３の頂部3cと第１プレート１内面とを離反し、その隙間に第１流体６が流通するようにして、伝熱面を大きくしたが、それに限らず本発明は、波形プレート３の頂部3cと第１プレート１内面とを接触させたものであってもよい。更には、この例では第１プレート１側に一対づつの出入口９と出入口10とを設けたが、それに変えて、一対の第１の出入口９を第１プレート１側に設け、一対の第２の出入口10を第２プレート２側に設けてもよい。

次に図５は、本発明の他の実施例であり、この例は線材を矩形波状に形成し、それを波形プレート３の溝部3aに嵌着してろう付け固定したものである。なお、第１プレート１および第２プレート２は前記実施例と同一である。この例の補強用インナーフィン８は線材を２次元的に曲折したが、それに変えて図６の如く、３次元的に曲折してもよい。即ち、線材を長手方向およびその直径方向に矩形波状に曲折することもできる。この場合、補強用インナーフィン８の両側は溝部3aの側壁3bに整合するように形成される。このようにすることにより、補強用インナーフィン８を溝部3aに安定して嵌着することができる。

次に、図７は補強用インナーフィン８として、金属製帯状材をその長手方向に平行な中心線の周りに螺旋状にねじったものである。このような補強用インナーフィン８を波形プレート３の溝部3aに嵌着し、その接触部をろう付け固定して用いることができる。この場合、補強用インナーフィン８と溝部3aとの接触部は多数の断続した点状になり、その各点においてろう付けされる。同様に図１〜図４の例も断続した多数の点状になる。これに対して、図５および図６の例は補強用インナーフィン８と溝部3aとの接触部が断続した多数の線状になり、その接触部で波形プレート３と一体にろう付け固定される。

次に、図８の例は、補強用インナーフィン８として、多数の孔8aを有する帯状材を矩形波状に形成する。そして、それを波形プレート３の溝部3aにそれを嵌着し、その接触部を一体にろう付け固定したものである。同図の（Ａ）はその斜視図を示し、（Ｂ）は横断面図を示す。この例では補強用インナーフィン８の波の振幅方向を溝部3aの深さ方向に一致させている。

これに対し、図９の例の補強用インナーフィン８は、同様のものを用い、その波の振幅方向を溝部3aの溝幅方向に一致させている。なお、この例では溝部3aの側壁3bに整合する形状に補強用インナーフィン８の両側面を形成している。また、図８および図９の例は、何れも多数の長円形の孔8aを断続的に穿設している。このようにすることにより、溝部3aを流通する流体が孔8aを貫通して流通し、攪拌効果を高めることができる。

次に、図１０は、本発明のさらに他の実施例を示し、この例は補強用インナーフィン８が第１流路４および第２流路５の両者に介挿されたものである。そして、それぞれの補強用インナーフィン８の両側が各溝部3aの側壁3bに接触してろう付け固定されている。このようにすることにより、より耐圧性の高いものとなる。

なお、補強用インナーフィン８の曲折ピッチおよび孔8aの大きさ、その他は適宜設計され、その攪拌性能および流体抵抗を最適なものとすることができる。同様に線材を曲折した補強用インナーフィン８においても、その太さやピッチを換えることにより、溝部3aに流通する流体の攪拌性能および流通抵抗を最適なものとすることができるとともに、耐圧性能を所望の値にすることができる。
また、実施例の波形プレート３はその溝部3aを矩形に形成したが、それに換えて三角波あるいは、断面サインカーブ状に形成することもできる。

本発明のプレート型熱交換器の第１実施例の要部分解斜視図。同組立て状態を示す要部断面斜視図および全体的斜視図。図２のIII−III矢視断面図。本発明の第２実施例の熱交換器の要部横断面図。本発明の第３実施例の熱交換器の要部斜視図。本発明の第４実施例の熱交換器に用いる補強用インナーフィン８の斜視図。

本発明の第５実施例の熱交換器に用いる補強用インナーフィン８の斜視図。本発明の第６実施例の熱交換器の要部斜視図および横断面図。本発明の第７実施例の熱交換器の要部斜視図および横断面図。本発明の第８実施例の熱交換器の横断面図。従来のプレート型熱交換器の説明図

符号の説明

１第１プレート
２第２プレート
３波形プレート
3a 溝部
3b 側壁
3c 頂部
3d 平坦部
４第１流路
５第２流路

６第１流体
７第２流体
８補強用インナーフィン
8a 孔
９出入口
10 出入口
11 連通孔
12 フランジ部
13 変形部
14 凹陥部

Claims

周縁を閉塞して対向させた一対の第１プレート(1) および第２プレート(2) と、
両プレート(1) (2) 間に介装され、多数の溝部(3a)が並列されるように、波形に曲折された波形プレート(3) とを有し、
第１プレート(1) と波形プレート(3) との間に第１流路(4) が形成されると共に、第２プレート(2) と波形プレート(3) との間に第２流路(5) が形成され、第１流路(4) に第１流体(6) が流通すると共に、第２流路(5) に第２流体(7) が流通して、両流体(6) (7) 間に熱交換が行われるプレート型熱交換器において、
少なくとも一方の前記流路の前記波形プレート(3) の夫々の溝部(3a)内に、細長い補強用インナーフィン(8) が夫々介装され、
その補強用インナーフィン(8) は、その長手方向に沿って繰り返し曲折されて、前記溝(3a)内を流通する流体がその溝の全深さ方向および全幅方向に移動されつつ、溝の長手方向に進行できるように構成され、
その補強用インナーフィン(8) の両側と、溝部(3a)の両側壁(3b)とが断続的に接して、その接触部が互いにろう付け固定されたことを特徴とするプレート型熱交換器。
請求項１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、線材をコイル状に曲折したものからなるプレート型熱交換器。
請求項１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、線材を波形に曲折したものからなるプレート型熱交換器。
請求項３において、
線材がその長手方向および、直径方向または太さ方向に三次元に曲折されて前記補強用インナーフィン(8) を構成したプレート型熱交換器。
請求項１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、帯材をその長手方向に平行な中心線の回りに螺旋状に捩じったものからなるプレート型熱交換器。
請求項１において、
前記補強用インナーフィン(8) は、帯材をその長手方向に波状に曲折すると共に、多数の孔(8a)を形成したものからなるプレート型熱交換器。
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記補強用インナーフィン(8) が一方のプレート内面に接触するプレート型熱交換器。
請求項１において、
前記波形プレート(3) の波の各頂部(3c)が前記第１プレート(1) に離反して位置し、それらの間に第１流路(4) が形成され、その第１流路(4) の各溝部(3a)に前記補強用インナーフィン(8) が介装されたプレート型熱交換器。