JP2009174841A

JP2009174841A - プレート式熱交換器

Info

Publication number: JP2009174841A
Application number: JP2008103760A
Authority: JP
Inventors: Yon-Te Kan; ヨン−テカン，; Hyun-Soku Cho; ヒュン−ソクチョ，; Sun-Kuku An; スン−ククアン，; Jin-He Jon; ジン−ヘジョン，; Sang Chul Nam; サン−チュルナン，; Jun-Ha Park; ジュン−ハパク，
Original assignee: LS Corp
Current assignee: LS Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-08-06
Also published as: KR20090080808A; CN101493293A

Abstract

【課題】低い圧力降下特性を有し、作動流体の温度による熱変形によって伝熱板が損傷されることを最小化できるプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】本発明によるプレート式熱交換器は、互いに重ねられた状態で接合され、それらの間の空間には作動流体の流路が形成される複数枚の伝熱板１を備える。各伝熱板１は、その表面に所定の間隔を置いて繰り返し形成されるシェブロン（Ｃｈｅｂｒｏｎ）または楕円形状（ｅｌｌｉｐｔｉｃ）の多数の凸部２と凹部３を有する。伝熱板１は、外周が溶接されることで接合される。この種のプレート式熱交換器では、作用流体の流動抵抗を低減することで低い圧力降下特性を有し、作動流体の温度による熱変形によって伝熱板が損傷されることを最小化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレート式熱交換器に係り、より詳しくは、吸収式冷凍機における液−液の熱交換に特に適合したプレート式熱交換器に関する。

吸収式冷凍機における熱交換器は、低温の稀溶液と高温の濃溶液とを熱交換して再生器に流れていく稀溶液を加熱することで再生器における溶液の加熱に必要な加熱量を低減し、吸収器に流れ込む高温の濃溶液の温度を下げて吸収器における冷却熱量を低減させることで燃料の消費率を抑え且つ熱効率を向上させている。一方、二重効用吸収式冷凍機の場合、再生器が高温再生器と低温再生器とに分けられているため、熱交換器も二つを備えている。高温再生器に流れていく稀溶液と高温再生器から流れてくる濃溶液とが熱交換されるものを高温溶液熱交換器、低温再生器に流れていく稀溶液と低温再生器から流れてくる濃溶液とが熱交換されるものを低温溶液熱交換器という。高温溶液熱交換器の場合、作動流体の温度が１５０℃以上と作動温度が非常に高い。

従来、吸収式冷凍機用熱交換器として、主にシェル・アンド・チューブ（ｓｈｅｌｌｅａｎｄｔｕｂｅ）方式のものを使用していた。しかしながら、シェル・アンド・チューブ方式の熱交換器は、吸収式冷凍機の特性上、熱交換効率が落ちていたため、近年はプレート式熱交換器の採用が増えつつある。

この種のプレート式熱交換器の一例として、ブレージングプレート式熱交換器が挙げられ、該ブレージングプレート式熱交換器は、連続した凹凸のヘリングボーンパターン（Ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅｐａｔｔｅｒｎ）が形成された一対の伝熱板が互いに重ねられた状態で、伝熱板の外周が溶接によって接合され、伝熱板のヘリングボーンパターンが互いに交差することで生成する接触面がブレージング接合されることで製造される。高温の作動流体と低温の作動流体は、伝熱板同士の間に形成される空間を通じて流動しながら熱交換される。（特許文献１参照）
しかしながら、このようなブレージングプレート式熱交換器では、伝熱板の全体に連続した凹凸のヘリングボーンパターンが形成されていることから伝熱板間の接触面積が大きく、それにより伝熱板間の隙間が小さいため、伝熱板同士の間を流動する作動流体の圧力降下が大きいという問題がある。また、作動流体の温度が高い場合、熱変形によって伝熱板にクラックが発生しやすいという問題点がある。特に、高温及び低温の作動流体間の温度差による伝熱板内部のブレージング接合部におけるクラックが多発する。
ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００６／０２４３４０号公報

本発明は、上記した従来のブレージングプレート式熱交換器の問題点を勘案してなされたものであって、その目的とするところは、低い圧力降下特性を有し、作動流体の温度による熱変形によって伝熱板が損傷されることを最小化できるプレート式熱交換器を提供することである。

上記のような本発明の目的は、互いに重ねられた状態で接合され、それらの間の空間には作動流体の流路が形成される複数枚の伝熱板を備えるプレート式熱交換器であって、上記各伝熱板は、その表面に所定の間隔を置いて繰り返し形成される多数の凸部と凹部を有するプレート式熱交換器を提供することにより達成される。

本発明の一実施の形態によるプレート式熱交換器は、上記各伝熱板が外周で互いに接合されてなることを特徴とする。

また、本発明の一実施の形態によるプレート式熱交換器は、上記凸部と上記凹部が縦方向に並んで配列されて一対をなし、上記一対の凸部と凹部が縦方向及び横方向に繰り返し形成されていることを特徴とする。

また、本発明の一実施の形態によるプレート式熱交換器は、上記凸部と上記凹部の対が、縦方向にジグザグ状に互い違いに配列されていることを特徴とする。

さらに、本発明の一実施の形態によるプレート式熱交換器は、上記凸部と上記凹部が、シェブロン形状であってよく、上記凸部と上記凹部が、一つの行とそれに隣接した他の行において１８０°回転した対称形状を有してもよい。

また、本発明の他の一実施の形態によるプレート式熱交換器は、上記凸部と上記凹部が、楕円形状を有してもよい。

本発明によるプレート式熱交換器は、凸部と凹部とが離間しており且つ伝熱板同士の接触面積も相対的に小さいため、従来のブレージングプレート式熱交換器に比べて作動流体の流動時における抵抗が小さく、それにより低い圧力降下特性を有するようになる。

また、本発明によるプレート式熱交換器では、作動流体と直接に接触する伝熱板の内側には溶接が行なわれないため、作動流体の温度による熱変形によって伝熱板が損傷されることを最小化できる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態によるプレート式熱交換器の伝熱板１の平面図である。

図１に示すように、伝熱板１は、所定の間隔を置いて規則的に配列された多数の凸部２と凹部３を有する。本実施の形態において、凸部２と凹部３は所定の大きさのシェブロン形状を有する。具体的に、凸部２と凹部３は、縦方向に並んで配列されて一対をなし、この一対の凸部２と凹部３が縦方向及び横方向に繰り返し形成されることで伝熱板１の形態が完成する。また、一つの行とそれに隣接した他の行において凸部２と凹部３の対が、１８０°回転した対称形状をなしており、縦方向にジグザグ状に互い違いに配列されている。

プレート式熱交換器は、上記伝熱板１が互いに逆向きに重ねられることで形成される。図２は、図１に示す２枚の伝熱板１が互いに重ねられた状態で凸部２と凹部３とが交差している状態を示す。図２に示すように、２枚の伝熱板１は、凹部３同士が交差する部分（図２においてハッチングされた部分）でのみ互いに接触する。したがって、本実施の形態によるプレート式熱交換器では、伝熱板１同士の接触面積が従来のブレージングプレート式熱交換器に比べて非常に小さい。

本実施の形態によるプレート式熱交換器は、平板材に多数の凸部２と凹部３がエムボス加工された後、伝熱板１同士の内側接触面（すなわち、凹部１の交差点）には溶接が行なわれず、伝熱板１の外周だけに溶接が行なわれて製造される。

図３は、図１に示す３枚の伝熱板１が重ねられた状態で、図２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図を示す。図３に示すように、伝熱板１同士の間の空間には、高温及び低温の作動流体が流動することができる流路が形成される。高温及び低温の作動流体は、伝熱板１同士の間の流路に沿って逆向きに流動しながら互いに熱交換される（図３の矢印参照）。

本実施の形態によるプレート式熱交換器は、凸部２と凹部３とが離間していてそれらの間の空間からも作動流体が流動することができ、伝熱板１同士の接触面積も相対的に小さいため、従来のブレージングプレート式熱交換器に比べて作動流体の流動時における抵抗が小さく、それにより低い圧力降下特性を有するようになる。

また、本実施の形態によるプレート式熱交換器では、作動流体と直接に接触する伝熱板１の内側には溶接が行なわれないため、作動流体の温度による熱変形によって伝熱板１が損傷されることを最小化できる。

図４は、本実施の形態によるプレート式熱交換器と従来のブレージングプレート式熱交換器の圧力降下特性を比べたグラフである。

図４に示すように、本実施の形態によるプレート式熱交換器と従来のブレージングプレート式熱交換器とを、同じ作動流体の流量及び温度条件にて差圧特性を比べて実験した結果、本実施の形態によるプレート式熱交換器が従来のブレージングプレート式熱交換器に比べて作動流体の流量が増加するほど２〜３倍の低い圧力降下特性を示すことが分かった。

図５は、本発明の他の実施の形態によるプレート式熱交換器の伝熱板１０の平面図である。

図５に示すように、伝熱板１０は、所定間隔を置いて規則的に配列された多数の凸部１１と凹部１２を有する。本実施の形態において、凸部１１と凹部１２は所定の大きさの楕円形状を有する。具体的に、凸部１１と凹部１２が縦方向に並んで配列されて一対をなし、このような一対の凸部１１と凹部１２が縦方向及び横方向に繰り返し形成されることで伝熱板１０の形態が完成する。また、凸部１１と凹部１２の対が、縦方向にジグザグ状に互い違いに配列されている。

図６は、図５に示す２枚の伝熱板１０が互いに重ねられた状態で凸部１１と凹部１２とが交差している状態を示す。図６に示すように、２枚の伝熱板１０は、凹部１２同士が重ねられた部分（図６においてハッチングされた部分）でのみ互いに接触する。したがって、本実施の形態によるプレート式熱交換器では、伝熱板１０同士の接触面積が、図１に示す実施の形態よりは大きいが、従来のブレージングプレート式熱交換器に比べては小さい。

図７は、図５に示す３枚の伝熱板１０が重ねられた状態で図６のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図を示す。図７に示すように、伝熱板１０同士の間の空間には高温及び低温の作動流体が流動することができる流路が形成される。高温及び低温の作動流体は、伝熱板１０同士の間の流路に沿って逆向きに流動しながら互いに熱交換される（図６の矢印参照）。

本実施の形態によるプレート式熱交換器も、平板材に多数の凸部１１と凹部１２がエムボシング加工された後、伝熱板１０同士の内側接触面（すなわち、凹部１２が重ねられる部分）には溶接が行なわれず、伝熱板１０の外周だけに溶接が行なわれることで製造される。

また、本実施の形態によるプレート式熱交換器でも、凸部１１及び凹部１２同士の間の離間した空間から作動流体が流動することができ、伝熱板１０同士の接触面積も相対的に小さいため、従来のブレージングプレート式熱交換器に比べて作動流体の流動時における抵抗が小さく、それにより低い圧力降下特性を有するようになる。

また、本実施の形態によるプレート式熱交換器でも、作動流体と直接に接触する伝熱板１０の内側には溶接が行なわれないため、作動流体の温度による熱変形によって伝熱板１０が損傷されることを最小化できる。

以上、本発明の特定の好適な実施の形態について図示しまた説明したが、本発明が上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない範囲内で発明が属する技術分野における通常の知識を有する者ならば何人でも種々の変形実施が可能であろう。

特に、上述の実施の形態では凸部及び凹部の形状としてシェブロン形状や楕円形状を例に挙げたが、凸部及び凹部の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、直四角形や円形などの種々の形状であってもよい。

本発明の一実施の形態に係るプレート式熱交換器の伝熱板の平面図である。図１に示す２枚の伝熱板が互いに重ねられた状態で凸部と凹部とが交差している状態を示す図である。図１に示す３枚の伝熱板が重ねられた状態で図２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。図１に示すプレート式熱交換器と従来のブレージングプレート式熱交換器の圧力降下特性を比べたグラフである。本発明の他の実施の形態によるプレート式熱交換器の伝熱板の平面図である。図５に示す２枚の伝熱板が互いに重ねられた状態で凸部と凹部とが交差している状態を示す図である。図５に示す３枚の伝熱板が重ねられた状態で図６のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

符号の説明

１、１０：伝熱板
２、１１：凸部
３、１２：凹部

Claims

互いに重ねられた状態で接合され、それらの間の空間には作動流体の流路が形成される複数枚の伝熱板を備えるプレート式熱交換器であって、
前記各伝熱板は、その表面に所定の間隔を置いて繰り返し形成される多数の凸部と凹部を有することを特徴とするプレート式熱交換器。
前記各伝熱板が、外周で互いに接合されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記凸部と前記凹部が縦方向に並んで配列されて一対をなし、前記一対の凸部と凹部が縦方向及び横方向に繰り返し形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記凸部と前記凹部の対が、縦方向にジグザグ状に互い違いに配列されていることを特徴とする請求項３に記載のプレート式熱交換器。
前記凸部と前記凹部が、シェブロン（Ｃｈｅｖｒｏｎ）形状であることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
前記凸部と前記凹部が、一つの行とそれに隣接した他の行において１８０°回転した対称形状を有することを特徴とする請求項５に記載のプレート式熱交換器。
前記凸部と前記凹部が、楕円形状を有することを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。