JP2007139344A - Heat exchange cell structure by primary surface recuperator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchange cell structure in a high-temperature heat exchanger, capable of improving fuel efficiency by drift prevention or the like while miniaturizing the structure and retaining high durability to temperature cycle. <P>SOLUTION: In this heat exchange cell structure, drift of low-temperature fluid is prevented using a primary heat transfer surface having a dimple-shaped distributor to raise the recovery rate of high-temperature exhaust heat, whereby fuel efficiency is improved, and durability to temperature cycle is enhanced by adapting a primary surface recuperator. Further, this heat exchange cell structure is easy to manufacture since it is constituted by alternately laminating two kinds of heat transfer plates produced while disposing a spacer bar on the primary heat transfer surface, and can be miniaturized and significantly reduced in manufacturing cost since no passage by secondary heat transfer surface is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、プレート型熱交換器の熱交換用セル構造に関し、より詳しくは、ガスタービン、高温型燃料電池およびこれらを組み合わせたハイブリッドシステム等の高温環境で使用される高温用プレート型熱交換器の一次伝面方式による熱交換用セル構造に関する。   The present invention relates to a cell structure for heat exchange of a plate heat exchanger, and more specifically, a high temperature plate heat exchanger used in a high temperature environment such as a gas turbine, a high temperature fuel cell, and a hybrid system combining these. The present invention relates to a cell structure for heat exchange by the primary transmission system.

近年、エネルギーの有効利用という点に大いに注目が集まっており、将来に向けたエネルギー需給システムを構築するための技術開発が着実に進められている。エネルギーの有効利用という観点から分散型エネルギーシステムは、大型発電システム代わるエネルギーシステムとして有望視されている。   In recent years, much attention has been focused on the effective use of energy, and technological development for constructing an energy supply and demand system for the future is steadily proceeding. From the viewpoint of effective use of energy, a distributed energy system is regarded as promising as an energy system replacing a large power generation system.

分散型エネルギーシステムにはガスエンジン、太陽電池、風力タービンなどの多様な分散型エネルギー変換技術があるが、その中でも、ガスタービン等の熱機関や、化学プロセスを経て燃料から直接発電を行う高温型燃料電池の開発が盛んに行われている。高温型燃料電池としては、例えば、SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)やMCFC(Molten Carbonate Fuel Cell)が挙げられる。また、ガスタービンと高温型燃料電池とを複合化したハイブリッドシステムは、分散電源としての利用を目的とし、その実現に向けて検討が行われている。   Distributed energy systems include a variety of distributed energy conversion technologies such as gas engines, solar cells, and wind turbines. Among them, heat engines such as gas turbines and high-temperature types that generate electricity directly from fuel through chemical processes. Fuel cells are actively being developed. Examples of the high-temperature fuel cell include SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) and MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell). In addition, a hybrid system in which a gas turbine and a high-temperature fuel cell are combined is intended for use as a distributed power source, and is being studied for its realization.

これらの分散型エネルギーシステムにおいては、排熱回収性能がガスタービンや高温型燃料電池の性能に大きく影響することになる。したがって、ガスタービンや高温型燃料電池の設計に際し、熱回収効率がよく有効な熱交換が可能な高性能の再生熱交換器の使用が必須となる。   In these distributed energy systems, exhaust heat recovery performance greatly affects the performance of gas turbines and high-temperature fuel cells. Therefore, when designing a gas turbine or a high-temperature fuel cell, it is essential to use a high-performance regenerative heat exchanger capable of exchanging heat efficiently and effectively.

また、ガスタービンや高温型燃料電池では、頻繁に始動・停止が反復されるので、温度サイクルに対する高い耐久性を備えた熱交換器の採用が要請されている。このような機能を充分に発揮できる再生熱交換器として、高温用プレートフィン型熱交換器が用いられている。   In addition, since gas turbines and high-temperature fuel cells are frequently started and stopped repeatedly, it is required to employ a heat exchanger having high durability against a temperature cycle. A plate fin type heat exchanger for high temperature is used as a regenerative heat exchanger capable of sufficiently exhibiting such a function.

図1は、高温用プレートフィン型熱交換器の熱交換用セル構造の一例を示す斜視図である。図1に示すように、高温用プレートフィン型熱交換器の熱交換用セル構造は、一般的に高温流体通路2と低温流体通路3がチューブプレート7を挟み交互に積層配置された構成からなる。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of a heat exchange cell structure of a plate fin type heat exchanger for high temperature. As shown in FIG. 1, the cell structure for heat exchange of a high-temperature plate fin type heat exchanger generally has a configuration in which high-temperature fluid passages 2 and low-temperature fluid passages 3 are alternately stacked with tube plates 7 interposed therebetween. .

図2は、熱交換用セル内の低温流体通路の一例を示す平面図である。図1および図2に示すように、低温流体通路3は2枚のチューブプレート7間にコルゲートフィン4を挟み、三角形に切り取られたディストリビューターフィン5a、5bを配置し、スペーサーバー6a、6b、6cで閉塞することで構成されている。上記のチューブプレートおよびディストリビューターフィンは、接着接合やろう付け等によりコルゲートフィンと一体化されているが、基本的には別部材であり、二次伝熱面と称される。   FIG. 2 is a plan view showing an example of a low-temperature fluid passage in the heat exchange cell. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the cryogenic fluid passage 3 has a corrugated fin 4 sandwiched between two tube plates 7 and has distributor fins 5a and 5b cut into triangles, and spacer bars 6a, 6b, It is configured by closing at 6c. The above-described tube plate and distributor fin are integrated with the corrugated fin by adhesive bonding, brazing, or the like, but are basically separate members and are referred to as a secondary heat transfer surface.

これに対して、接着接合やろう付け等による別部材の配置を行わず、例えば、ステンレス鋼のような薄い合金シートを、ひだ付けの性質を備えるように波形に形成するか、折り曲げることにより、構成される伝熱面を一次伝熱面という。   On the other hand, without arranging another member by adhesive bonding or brazing, for example, a thin alloy sheet such as stainless steel is formed into a waveform so as to have a pleating property, or bent, The constructed heat transfer surface is called a primary heat transfer surface.

すなわち、上記の例では、コルゲートフィン自体は一次伝熱面であり、チューブプレートおよびディストリビューターフィンは分配機能等の他機能を付加するために配置される二次伝熱面である。   That is, in the above example, the corrugated fin itself is a primary heat transfer surface, and the tube plate and the distributor fin are secondary heat transfer surfaces arranged to add other functions such as a distribution function.

これまで、一次伝熱面と二次伝熱面を組み合わせることで、様々な熱交換用セル構造が提案されてきたが、ガスタービン、高温型燃料電池およびこれらを組み合わせたハイブリッドシステムに用いられる高温用プレートフィン型熱交換器では、温度サイクルに対する高い耐久性という観点から、二次伝熱面に替えて、一次伝熱面のみによる熱交換方式、すなわち、一次伝面方式(Primary Surface Recuperator)を採用した新たな熱交換器の開発が望まれている。   Until now, various heat exchange cell structures have been proposed by combining the primary and secondary heat transfer surfaces, but the high temperature used in gas turbines, high-temperature fuel cells, and hybrid systems combining them has been proposed. In the plate fin type heat exchanger, from the viewpoint of high durability against the temperature cycle, instead of the secondary heat transfer surface, a heat exchange method using only the primary heat transfer surface, that is, a primary surface heat transfer method (Primary Surface Recuperator) is used. Development of a new heat exchanger that is adopted is desired.

一次伝面方式を採用した熱交換器として、特許文献1には、高圧比ガスタービンエンジンで使用する一次表面熱交換器が開示されている。この熱交換器は、第一表面および第二表面を備え、さらに伝熱部分、一対の端部および一対の遷移部分を有する複数の一次表面シートからなる空気室を備える熱交換器であり、高温流体および低温流体による、圧力ヘッドの低下を最小限にすることが可能となる。しかし、特許文献1に記載された発明は、一次伝熱面のメイン通路部に関するものであり、ディストリビューターを含む熱交換用セル構造全体に関するものではない。   As a heat exchanger adopting the primary transmission system, Patent Document 1 discloses a primary surface heat exchanger used in a high-pressure specific gas turbine engine. This heat exchanger is a heat exchanger that includes a first surface and a second surface, and further includes an air chamber composed of a plurality of primary surface sheets having a heat transfer portion, a pair of end portions, and a pair of transition portions. It is possible to minimize pressure head degradation due to fluid and cryogenic fluid. However, the invention described in Patent Document 1 relates to the main passage portion of the primary heat transfer surface, and does not relate to the entire heat exchange cell structure including the distributor.

特表平9−503288号公報JP-T 9-503288

一次伝熱面と二次伝熱面を組み合わせる熱交換用セル構造では、ディストリビューターフィンをチューブプレートまたはプレス等で押し潰した一次伝熱面に接着接合やろう付け等で配置するため、製造コストの上昇を招くことになる。また、熱交換用セルを組み立てる際、幾重にも積層配置する場合はスペーサーバーの位置決めも難しくなる。   In the cell structure for heat exchange that combines the primary heat transfer surface and the secondary heat transfer surface, the distributor fin is placed on the primary heat transfer surface crushed by a tube plate or press etc. by adhesive bonding, brazing, etc. Will lead to an increase. In addition, when assembling the heat exchange cell, it is difficult to position the spacer bar when multiple layers are stacked.

また、従来において一次伝熱面を採用した熱交換器、または一次伝熱面と二次伝熱面を組み合わせた熱交換器等が種々提案されているが、いずれも低温環境での適用に制限されていた。   In addition, various heat exchangers using a primary heat transfer surface or a heat exchanger combining a primary heat transfer surface and a secondary heat transfer surface have been proposed in the past. It had been.

本発明は、上述した状況に鑑みなされたものであり、高温用熱交換器の設計に際し、一次伝面方式を採用することにより、熱交換用セルの積層構造のコンパクト化を図るとともに、温度サイクルに対する高い耐久性を備え、合わせて低温流体の偏流防止により熱交換効率を向上させることが可能である高温用プレート型熱交換器の熱交換用セル構造を低コストで提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and in designing a high-temperature heat exchanger, by adopting a primary transmission method, the stacked structure of the heat exchange cell is made compact and a temperature cycle is achieved. It is intended to provide a low-cost heat exchange cell structure for a high-temperature plate heat exchanger that can improve heat exchange efficiency by preventing drift of low-temperature fluid. .

本発明者らは、ディストリビューター部で二次伝熱面による通路を形成することなく、低温流体の偏流を防止することが可能な構造について種々検討した。その結果、一次伝熱面をプレス等で押し潰すと同時に、一次伝熱面の一部を複数のディンプルとして残し、一次伝熱面と一体化されているディンプル形状のディストリビューターを製造することで、ディストリビューターフィン等の二次伝熱面により形成される通路と同等の偏流防止効果が得られることを知見した。   The present inventors have studied various structures capable of preventing the drift of the low-temperature fluid without forming a passage by the secondary heat transfer surface in the distributor section. As a result, the primary heat transfer surface is crushed with a press or the like, and at the same time, a part of the primary heat transfer surface is left as a plurality of dimples, thereby producing a dimple-shaped distributor integrated with the primary heat transfer surface. It was found that a drift prevention effect equivalent to a passage formed by a secondary heat transfer surface such as a distributor fin can be obtained.

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記(1)〜(5)を要旨としている。
(1)容器内に高温流体と低温流体を流通させる通路が交互に積層配置され、前記低温流体を流通させる通路にはディストリビューター部が設けられる構成からなるプレート型熱交換器のセル構造において、前記ディストリビューター部が設けられる通路では、ディストリビューターフィンおよびコルゲートフィン、並びにチューブプレートで構成される二次伝熱面に替えて、押し潰し加工されたディストリビューターと一体で構成された一次伝熱面を使用する一次伝面方式による熱交換用セル構造。
(2)上記(1)に記載の熱交換用セル構造が、前記一次伝熱面に設けられるスペーサーバーの配置位置を変更した二種類の伝熱プレートを、交互に積層配置し組み立てられることにより製造が容易となるので望ましい。
(3)上記(1)または(2)に記載の熱交換用セル構造において、前記一次伝熱面に形成されるディストリビューター部には、1または2以上のディンプルが形成されるとすれば、偏流防止により熱交換器の熱回収効率が向上するので望ましい。
(4)上記(3)に記載の熱交換用セル構造において、前記ディストリビューター部では前記ディンプルの山部と平面部のコンタクトにより通路が形成されるとすれば、ディンプルの位置決めに精度が必要とならず、製造が容易となり望ましい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の熱交換用セル構造は、400℃以上の高温環境で使用する高温用熱交換器に用いることが望ましい。
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the following (1) to (5).
(1) In a cell structure of a plate-type heat exchanger having a configuration in which passages for circulating a high-temperature fluid and a low-temperature fluid are alternately stacked in a container, and a distributor section is provided in the passage for circulating the low-temperature fluid. In the passage where the distributor part is provided, a primary heat transfer surface configured integrally with a crushed distributor instead of a secondary heat transfer surface configured by a distributor fin, a corrugated fin, and a tube plate Cell structure for heat exchange by primary transmission system using
(2) When the cell structure for heat exchange described in (1) above is assembled by alternately laminating and assembling two types of heat transfer plates in which the arrangement positions of the spacer bars provided on the primary heat transfer surface are changed This is desirable because it facilitates manufacturing.
(3) In the heat exchange cell structure according to (1) or (2) above, if one or more dimples are formed in the distributor portion formed on the primary heat transfer surface, It is desirable because the heat recovery efficiency of the heat exchanger is improved by preventing drift.
(4) In the cell structure for heat exchange as described in (3) above, if the passage is formed by the contact between the crest portion and the flat portion of the dimple in the distributor portion, the dimple positioning needs accuracy. Rather, it is easy to manufacture and desirable.
(5) The heat exchange cell structure according to any one of (1) to (4) is preferably used for a high temperature heat exchanger used in a high temperature environment of 400 ° C. or higher.

本発明では、ディストリビューター部でディストリビューターフィンおよびチューブプレートといった二次伝熱面を取り付ける必要がないので、熱交換用セル構造のコンパクト化および製造コストの低減が図れるとともに、一次伝面方式を採用することで、温度サイクルに対する高い耐久性を備えた熱交換用セル構造を提供することができる。   In the present invention, since it is not necessary to attach secondary heat transfer surfaces such as distributor fins and tube plates in the distributor, the cell structure for heat exchange can be made compact and the manufacturing cost can be reduced, and the primary surface transfer method is adopted. By doing so, the cell structure for heat exchange provided with the high durability with respect to a temperature cycle can be provided.

また、ディストリビューター部でディンプル形状により圧力損失を増加させ、低温流体の偏流を防止するため、高温排熱の回収率が上昇し、燃料効率の向上を図ることができる。   Moreover, since the pressure loss is increased by the dimple shape in the distributor and the drift of the low temperature fluid is prevented, the recovery rate of the high temperature exhaust heat is increased, and the fuel efficiency can be improved.

以下、本発明に係る熱交換用セル構造について、図面を参照して詳細に説明する。
(1)台形型熱交換用セル構造
図3は、本発明の台形型熱交換用セル構造で用いる一次伝熱面の一例を示す斜視図である。台形型熱交換用セル構造は、同図に示すように、低温流体16の熱交換用セルに対する供給方向と排出方向が逆方向の場合に適した形状である。
Hereinafter, the cell structure for heat exchange according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1) Trapezoidal Heat Exchange Cell Structure FIG. 3 is a perspective view showing an example of a primary heat transfer surface used in the trapezoidal heat exchange cell structure of the present invention. As shown in the figure, the trapezoidal heat exchange cell structure has a shape suitable when the supply direction and the discharge direction of the cryogenic fluid 16 to the heat exchange cell are opposite.

従来の方法であれば、一次伝熱面をプレス等で、ディストリビューター部を押し潰すことで平面化し、当該平面部に二次伝熱面としてディストリビューターフィンの配置を行うが、本発明では、図3に示すように、一次伝熱面8をプレス等で押し潰すと同時に、一次伝熱面の一部をディンプル10a、10bとして残すことにより、平面部9とディンプル形状からなるディストリビューターを一工程で製造する。   If it is a conventional method, the primary heat transfer surface is flattened by crushing the distributor part with a press or the like, and the distributor fin is arranged as a secondary heat transfer surface on the flat part. As shown in FIG. 3, the primary heat transfer surface 8 is crushed with a press or the like, and at the same time, a part of the primary heat transfer surface is left as dimples 10a and 10b. Produced in the process.

本発明の熱交換用セル構造は、ディストリビューター部に、1または2以上のディンプルが形成されることを特徴としており、図3にはディンプルが二種類の場合が例示されている。   The heat exchange cell structure of the present invention is characterized in that one or more dimples are formed in the distributor part, and FIG. 3 illustrates the case of two types of dimples.

ここで、ディンプル10aは、圧力損失による低温流体の偏流防止を図ったものであり、ディンプル10bはスペーサーバーの位置決めを容易にするためのディンプルであり、組立作業効率の向上を図ったものである。   Here, the dimple 10a is intended to prevent the drift of low-temperature fluid due to pressure loss, and the dimple 10b is a dimple for facilitating the positioning of the spacer bar, and is intended to improve the assembly work efficiency. .

図4は、ディストリビューター部にディンプルを有さない場合の低温流体の流れを模式的に示した図である。同図に示すように、ディストリビューター部11にディンプルが設けられない場合は、メイン通路部における低温流体の流れは出入口側に集中するため、偏流が生じ熱交換を効率良く行うことができない。本発明では、ディストリビューター部にディンプル10aを配置することで、このような偏流を防止し、一次伝熱面のメイン通路部全体での熱交換を可能とし、その効率を向上することができる。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow of a low-temperature fluid when the distributor section does not have dimples. As shown in the figure, when the dimples are not provided in the distributor section 11, the flow of the low-temperature fluid in the main passage section is concentrated on the inlet / outlet side, so that a drift occurs and heat exchange cannot be performed efficiently. In the present invention, by arranging the dimple 10a in the distributor portion, such a drift can be prevented, heat exchange can be performed in the entire main passage portion of the primary heat transfer surface, and the efficiency can be improved.

また、従来の熱交換用セルの製造方法では、幾重にも積層配置する場合は、各層の端部同士にズレが生じ、スペーサーバー(サイドバー)の位置決めも難しくなるが、本発明では、スペーサーバーをディンプル10bに当てることで、正確かつ容易な位置決めが可能となる。   Further, in the conventional method for manufacturing a heat exchange cell, when multiple layers are stacked, the end portions of each layer are displaced from each other, and positioning of the spacer bar (side bar) becomes difficult. By placing the bar against the dimple 10b, accurate and easy positioning is possible.

図5は、本発明の伝熱プレートおよび熱交換用セルの一例を模式的に示す図であり、同(a)は二種類の台形型伝熱プレートの斜視図であり、同(b)は二種類の台形型伝熱プレートを組み合わせて得られる台形型熱交換用単位セルの斜視図である。   FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of the heat transfer plate and heat exchange cell of the present invention, wherein FIG. 5 (a) is a perspective view of two types of trapezoidal heat transfer plates, and FIG. It is a perspective view of the trapezoidal heat exchange unit cell obtained by combining two types of trapezoidal heat transfer plates.

本発明の伝熱プレートは、ディンプル形状のディストリビューターと一体で構成された一次伝熱面にスペーサーバーを配置することで製造する。図5(a)に示すように、二種類の伝熱プレート、すなわち台形型上プレート12および台形型下プレート13は、スペーサーバー6b、6dの配置を変更することで容易に得られる。   The heat transfer plate of the present invention is manufactured by arranging a spacer bar on a primary heat transfer surface formed integrally with a dimple-shaped distributor. As shown in FIG. 5A, two types of heat transfer plates, that is, the trapezoidal upper plate 12 and the trapezoidal lower plate 13 can be easily obtained by changing the arrangement of the spacer bars 6b and 6d.

また、二種類の伝熱プレートのスペーサーバー6b、6c同士を溶接し、上述したように、スペーサーバー6aをディンプル10bに当てることで位置決めした後、溶接を行えば、図5(b)に示すように、台形型熱交換用単位セル14が組み立てられ、高温流体15と低温流体16を流通させる通路を容易に構成することができる。   Further, when the spacer bars 6b and 6c of the two kinds of heat transfer plates are welded to each other and positioned by applying the spacer bar 6a to the dimple 10b as described above, welding is performed as shown in FIG. As described above, the trapezoidal heat exchange unit cell 14 is assembled, and a passage through which the high temperature fluid 15 and the low temperature fluid 16 are circulated can be easily configured.

ここで、熱交換用単位セルとは、二種類の伝熱プレート、すなわち図5(a)に例示する上プレートと下プレートを、それぞれ一枚ずつ組み合わせることで構成されるセル構造をいう。当該熱交換用単位セルを積層配置することで、すなわち二種類の伝熱プレートを交互に積層配置することで、本発明の熱交換用セル構造が得られる。   Here, the unit cell for heat exchange refers to a cell structure configured by combining two types of heat transfer plates, that is, an upper plate and a lower plate illustrated in FIG. By arranging the heat exchange unit cells in a stacked manner, that is, by alternately arranging two types of heat transfer plates, the heat exchange cell structure of the present invention can be obtained.

このように、本発明の熱交換用セル構造は、ディンプル形状のディストリビューターと一体化された一次伝熱面に、スペーサーバーを配置して製作される二種類の伝熱プレートを、交互に積層配置することで容易に得られるので、熱交換用セルのコンパクト化が可能であり、かつディンプル形状の圧力損失効果で低温流体の偏流を防止することができる。加えて、本発明の熱交換用セル構造は、二次伝熱面としてのディストリビューターフィンおよびチューブプレートを使用しない、いわゆる一次伝面方式を採用しているので、温度サイクルに対する高い耐久性も兼ね備えている。   As described above, the cell structure for heat exchange according to the present invention alternately stacks two types of heat transfer plates manufactured by arranging spacer bars on the primary heat transfer surface integrated with the dimple-shaped distributor. Since it can be easily obtained by arranging, it is possible to make the heat exchange cell compact and to prevent the drift of the low temperature fluid due to the pressure loss effect of the dimple shape. In addition, the cell structure for heat exchange according to the present invention employs a so-called primary surface transmission system that does not use distributor fins and tube plates as secondary heat transmission surfaces, so it also has high durability against temperature cycles. ing.

図6は、本発明の熱交換用セル構造のディストリビューター部の断面を模式的に示した図である。本発明の熱交換用セル構造では、ディストリビューター部において、ディンプル山部同士のコンタクトによる通路形成や、図6に示すように、ディンプル山部10aと平面部9のコンタクトによる通路形成3が可能である。ディンプル山部と平面部のコンタクトにより通路が形成されるとすれば、ディンプルの位置決めに精度が必要とならず、製造が容易となる。
(2)角形型熱交換用セル構造
図7は、本発明の角形型熱交換用セル構造で用いる一次伝熱面の一例を示す斜視図である。角形型熱交換用セル構造は、同図に示すように、低温流体16の熱交換用セルに対する入口方向と出口方向が同方向の場合に適した形状である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of the distributor part of the cell structure for heat exchange according to the present invention. In the heat exchanging cell structure of the present invention, a passage can be formed by contact between the dimple peaks in the distributor portion, and a passage formation 3 can be achieved by contact between the dimple peaks 10a and the flat portion 9 as shown in FIG. is there. If the passage is formed by the contact between the dimple crest and the flat portion, the dimple positioning does not require accuracy, and the manufacture is facilitated.
(2) Rectangular heat exchange cell structure FIG. 7 is a perspective view showing an example of a primary heat transfer surface used in the rectangular heat exchange cell structure of the present invention. As shown in the figure, the rectangular heat exchange cell structure has a shape suitable when the inlet direction and the outlet direction of the cryogenic fluid 16 with respect to the heat exchange cell are the same direction.

図7に示す角形型一次伝熱面は、一次伝熱面8をプレス等でディストリビューター部を押し潰すと同時に、一次伝熱面の一部をディンプル10aとして残すことにより、平面部9とディンプル形状からなるディストリビューターを一工程で製造する。ディンプル10aは、台形型の場合と同様に、圧力損失による低温流体の偏流防止を図ったものである。   The rectangular primary heat transfer surface shown in FIG. 7 has a flat surface portion 9 and dimples by crushing the distributor portion with a press or the like and simultaneously leaving a part of the primary heat transfer surface as dimples 10a. A distributor consisting of shapes is manufactured in one step. As with the trapezoidal shape, the dimple 10a is intended to prevent the drift of low temperature fluid due to pressure loss.

図8は、本発明の伝熱プレートおよび熱交換用セルの一例を模式的に示す図であり、同(a)は二種類の角形型伝熱プレートの斜視図であり、同(b)は二種類の角形型伝熱プレートを組み合わせて得られる角形型熱交換用単位セルの斜視図である。   FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of the heat transfer plate and heat exchange cell of the present invention, in which (a) is a perspective view of two types of square heat transfer plates, and (b) It is a perspective view of a square type heat exchange unit cell obtained by combining two types of square type heat transfer plates.

角形型熱交換用セル構造で用いる伝熱プレートも台形型の場合と同様に、ディンプル形状のディストリビューターと一体で構成された一次伝熱面にスペーサーバーを配置することで製造する。図8(a)に示すように、二種類の伝熱プレート、すなわち角形型上プレート17および角形型下プレート18は、スペーサーバー6a、6b、6dの配置を変更することで容易に得られる。   Similarly to the trapezoidal type, the heat transfer plate used in the square heat exchange cell structure is manufactured by arranging a spacer bar on the primary heat transfer surface formed integrally with the dimple-shaped distributor. As shown in FIG. 8A, two types of heat transfer plates, that is, the rectangular upper plate 17 and the rectangular lower plate 18 can be easily obtained by changing the arrangement of the spacer bars 6a, 6b, 6d.

また図8(a)より、角形型下プレート18において、スペーサーバー6a(サイドバー)をスペーサーバー6bおよび6dに当てることによって、スペーサーバー6aの位置決めが容易に行えることがわかる。   8A that the spacer bar 6a can be easily positioned by placing the spacer bar 6a (side bar) against the spacer bars 6b and 6d in the rectangular lower plate 18. FIG.

そして、二種類の伝熱プレートのスペーサーバー6b同士の溶接を行えば、図8(b)に示すように、角形型熱交換用単位セル19が組み立てられ、高温流体15と低温流体16を流通させる通路を容易に構成することができる。   Then, if the spacer bars 6b of the two types of heat transfer plates are welded together, as shown in FIG. 8B, the rectangular heat exchange unit cell 19 is assembled, and the high temperature fluid 15 and the low temperature fluid 16 are circulated. The passage to be made can be easily configured.

また、ディストリビューター部においても、台形型の場合と同様に、ディンプル山部同士のコンタクトによる通路形成や、図6に示すように、ディンプル山部10aと平面部9のコンタクトによる通路形成3が可能である。ディンプル山部と平面部のコンタクトにより通路が形成されるとすれば、ディンプルの位置決めに精度が必要とならず、製造が容易となる。   Also in the distributor section, as in the case of the trapezoidal shape, a passage can be formed by contact between the dimple ridges, and a passage formation 3 by contact between the dimple ridge 10a and the flat portion 9 can be performed as shown in FIG. It is. If the passage is formed by the contact between the dimple crest and the flat portion, the dimple positioning does not require accuracy, and the manufacture is facilitated.

本発明で提案する熱交換用セル構造は、上記の台形型熱交換用セルおよび角形型熱交換用セルに限られるものではなく、様々な形状の熱交換用セル構造に適用できる。そして、どのような形状の場合でも、二次伝熱面を取り付ける必要がないので、熱交換用セル構造のコンパクト化が可能であり、製造コストが低減できる。また、スペーサーバーの配置変更により、出入口の配置が自由に構成できるので、用途に応じた使用が可能となる。   The cell structure for heat exchange proposed in the present invention is not limited to the trapezoidal heat exchange cell and the square heat exchange cell, and can be applied to various shapes of heat exchange cell structures. And in any shape, since it is not necessary to attach a secondary heat-transfer surface, the cell structure for heat exchange can be made compact, and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, since the arrangement of the entrance / exit can be freely configured by changing the arrangement of the spacer bar, it can be used according to the application.

本発明の熱交換用セル構造では、その構成材料を特に限定しないが、高温環境で使用する高温用熱交換器に用いる場合には、例えば、400〜600℃ではステンレス鋼(SUS321、SUS347等)、600℃以上ではNi基耐熱合金(インコネル625、ハステロイX等)が適宜採用できる。   In the cell structure for heat exchange of the present invention, the constituent material is not particularly limited, but when used in a heat exchanger for high temperature used in a high temperature environment, for example, stainless steel (SUS321, SUS347, etc.) at 400 to 600 ° C. At 600 ° C. or higher, a Ni-based heat-resistant alloy (Inconel 625, Hastelloy X, etc.) can be appropriately employed.

本発明では、ディストリビューター部でディストリビューターフィンおよびチューブプレートといった二次伝熱面による通路を形成しないので、熱交換用セル構造のコンパクト化および製造コストの低減が図れるとともに、一次伝面方式を採用することで、温度サイクルに対する高い耐久性を備えた熱交換用セル構造を提供することができる。   In the present invention, since the passage by the secondary heat transfer surface such as the distributor fin and the tube plate is not formed in the distributor section, the heat exchange cell structure can be made compact and the manufacturing cost can be reduced, and the primary surface transfer method is adopted. By doing so, the cell structure for heat exchange provided with the high durability with respect to a temperature cycle can be provided.

また、ディストリビューター部でディンプル形状により圧力損失を増加させ、低温流体の偏流を防止するため、高温排熱の回収率が上昇し、燃料効率の向上を図ることができる。   Moreover, since the pressure loss is increased by the dimple shape in the distributor and the drift of the low temperature fluid is prevented, the recovery rate of the high temperature exhaust heat is increased, and the fuel efficiency can be improved.

これにより、ガスタービン、高温型燃料電池およびこれらを組み合わせたハイブリッドシステム等の高温環境で使用される高温用プレートフィン型熱交換器の性能を向上させることが可能となり、分散型エネルギーシステムの開発に大いに貢献できる。   This makes it possible to improve the performance of high-temperature plate fin heat exchangers used in high-temperature environments such as gas turbines, high-temperature fuel cells, and hybrid systems that combine these, and this will contribute to the development of distributed energy systems. You can contribute a lot.

高温用プレートフィン型熱交換器の熱交換用セル構造の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the cell structure for heat exchange of the plate fin type heat exchanger for high temperature. 熱交換用セル内の低温流体通路の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the low temperature fluid channel | path in the cell for heat exchange. 本発明の台形型熱交換用セル構造で用いる一次伝熱面の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the primary heat-transfer surface used with the cell structure for trapezoid type heat exchange of this invention. ディストリビューター部にディンプルを有さない場合の低温流体の流れを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the flow of the low temperature fluid when not having a dimple in a distributor part. 本発明の伝熱プレートおよび熱交換用セルの一例を模式的に示す図であり、同(a)は二種類の台形型伝熱プレートの斜視図であり、同(b)は二種類の台形型伝熱プレートを組み合わせて得られる台形型熱交換用単位セルの斜視図である。It is a figure which shows typically an example of the heat-transfer plate of this invention, and the cell for heat exchange, (a) is a perspective view of two types of trapezoid type heat-transfer plates, (b) is two types of trapezoids It is a perspective view of the unit cell for trapezoid type heat exchange obtained combining a type | mold heat-transfer plate. 本発明の熱交換用セル構造のディストリビューター部の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the distributor part of the cell structure for heat exchange of this invention. 本発明の角形型熱交換用セル構造で用いる一次伝熱面の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the primary heat-transfer surface used with the square-shaped heat exchange cell structure of this invention. 本発明の伝熱プレートおよび熱交換用セルの一例を模式的に示す図であり、同(a)は二種類の角形型伝熱プレートの斜視図であり、同(b)は二種類の角形型伝熱プレートを組み合わせて得られる角形型熱交換用単位セルの斜視図である。It is a figure which shows typically an example of the heat-transfer plate of this invention, and the cell for heat exchange, The same (a) is a perspective view of two types of square-shaped heat-transfer plates, The same (b) is two types of square. It is a perspective view of the unit cell for square type heat exchange obtained by combining a type heat transfer plate.

符号の説明Explanation of symbols

1.熱交換用セル 2.高温流体通路
3.低温流体通路 4.コルゲートフィン
5a、5b.ディストリビューターフィン
6a、6b、6c、6d.スペーサーバー
7.チューブプレート 8.一次伝熱面
9.押し潰し加工後の一次伝熱面の平面部
10a、10b.ディンプル
11.ディストリビューター部
12.台形型上プレート 13.台形型下プレート
14.台形型熱交換用単位セル
15.高温流体 16.低温流体
17.角形型上プレート 18.角形型下プレート
19.角形型熱交換用単位セル
1. 1. Heat exchange cell 2. Hot fluid passage 3. Cryogenic fluid passage Corrugated fins 5a, 5b. Distributor fins 6a, 6b, 6c, 6d. Spacer bar 7. Tube plate 8. Primary heat transfer surface 9. Planar portions 10a, 10b of the primary heat transfer surface after crushing. Dimple 11. Distributor section 12. Trapezoidal upper plate 13. Trapezoidal lower plate 14. 15. Trapezoidal heat exchange unit cell High temperature fluid 16. Cryogenic fluid 17. Square plate 18. Square-shaped lower plate 19. Unit cell for square heat exchange

Claims (5)

容器内に高温流体と低温流体を流通させる通路が交互に積層配置され、前記低温流体を流通させる通路にはディストリビューター部が設けられる構成からなるプレート型熱交換器のセル構造において、
前記ディストリビューター部が設けられる通路では、ディストリビューターフィンおよびコルゲートフィン、並びにチューブプレートで構成される二次伝熱面に替えて、押し潰し加工されたディストリビューターと一体で構成された一次伝熱面を使用することを特徴とする一次伝面方式による熱交換用セル構造。
In the cell structure of the plate-type heat exchanger, the passages for circulating the high temperature fluid and the low temperature fluid are alternately stacked in the container, and the passage for circulating the low temperature fluid is provided with a distributor.
In the passage where the distributor part is provided, a primary heat transfer surface configured integrally with a crushed distributor instead of a secondary heat transfer surface configured by a distributor fin, a corrugated fin, and a tube plate A cell structure for heat exchange by a primary transmission system, characterized in that the use of
前記一次伝熱面に設けられるスペーサーバーの配置位置を変更した二種類の伝熱プレートを、交互に積層配置し組み立てられることを特徴とする請求項1に記載の一次伝面方式による熱交換用セル構造。   The heat exchange by the primary surface transfer system according to claim 1, wherein two types of heat transfer plates in which the arrangement positions of the spacer bars provided on the primary heat transfer surface are changed are alternately stacked and assembled. Cell structure. 前記一次伝熱面に形成されるディストリビューター部には、1または2以上のディンプルが形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の一次伝面方式による熱交換用セル構造。   3. The cell structure for heat exchange according to claim 1, wherein one or two or more dimples are formed in the distributor portion formed on the primary heat transfer surface. 前記ディストリビューター部では前記ディンプルの山部と平面部のコンタクトにより通路が形成されることを特徴とする請求項3に記載の一次伝面方式による熱交換用セル構造。   4. The heat transfer cell structure according to claim 3, wherein a passage is formed in the distributor portion by contact between a crest portion and a flat portion of the dimple. 400℃以上の高温環境で使用する高温用熱交換器に用いられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の一次伝面方式による熱交換用セル構造。
It is used for the heat exchanger for high temperature used in a high temperature environment of 400 degreeC or more, The cell structure for heat exchange by the primary transmission system in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
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