JP2011185497A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、加熱装置や冷却装置等の各種熱関連装置に用いられる熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger used in various heat-related devices such as a heating device and a cooling device.
流体の加熱や冷却に用いる熱交換の構造として、所定形状に形成した金属板で流体の流通路を形成するものがあり、その代表的なものはプレート式熱交換器である。プレート式熱交換器は、金属板のプレス加工で波形や半球殻形等の連続する凹凸面を形成したプレート(伝熱板)を多層に重ね、伝熱板と伝熱板との間に狭い間隔の流体の流通層を形成し、液−液、液−ガスの2種類の流体を流通層に交互に流通させて熱交換を行うものである。 As a heat exchange structure used for heating and cooling a fluid, there is a structure in which a fluid flow path is formed by a metal plate formed in a predetermined shape, and a typical one is a plate heat exchanger. Plate type heat exchangers are made by stacking multiple layers of plates (heat transfer plates) with corrugated or hemispherical shells formed by pressing metal plates, and narrowing between the heat transfer plates A fluid circulation layer is formed at intervals, and heat exchange is performed by alternately circulating two types of fluids, liquid-liquid and liquid-gas, through the circulation layer.
このプレート式熱交換器の製造方法は、伝熱板の間にろう材を設置して所定治具で組み立て、これを加熱炉に投入し、重ねた伝熱板の凹凸面の頂部をろう付けする手段が用いられている。しかし、当接する頂部の接合面積の不足から接合不良が生じやすく、強度、気密性の確保に課題があり、ろう材の設置、治具による組み立て等の作業が煩雑で、生産性に劣り、製作コストが高価であり、これらの課題を解消するための様々な提案(特許文献1、特許文献2)がされている。また、流体の流通路が複雑となるため、熱交換する流体の圧力損失が比較的大きいことも欠点である。さらに、従来のプレート式熱交換器は、熱交換する一方の流体が水であり、他方の流体が異なる温度のガス(例えば150℃と300℃)であり、この二種類のガスで水を加熱(又はガスを冷却)する熱交換器のように、熱交換する一方の流体に対し、他方の流体が二種類の流体である熱交換器の用途には構造が複雑となり、不適である。 This plate type heat exchanger manufacturing method is a means of installing a brazing material between heat transfer plates, assembling with a predetermined jig, putting this into a heating furnace, and brazing the top of the uneven surface of the stacked heat transfer plates Is used. However, due to insufficient bonding area at the top of the contact, poor bonding is likely to occur, and there are problems in securing strength and airtightness. Installation of brazing material, assembly with jigs, etc. are complicated, resulting in poor productivity and production. The cost is high, and various proposals (Patent Document 1 and Patent Document 2) for solving these problems have been made. In addition, since the fluid flow path is complicated, the pressure loss of the fluid to be heat exchange is relatively large. Further, in the conventional plate heat exchanger, one of the fluids for heat exchange is water, and the other fluid is a gas having a different temperature (for example, 150 ° C. and 300 ° C.). Like a heat exchanger that cools (or cools a gas), the structure is complicated and unsuitable for use in a heat exchanger in which one of the fluids that exchanges heat is two types of fluid.
この発明は、所定形状に形成した金属板で流体の流通路を形成する熱交換器において、接合部材を削減し、組立作業性、生産性に優れるとともに、熱交換する流体の圧力損失を低減し、熱効率に優れた新規構成の熱交換器を提案することを目的とするものである。また、熱交換する一方の流体に対し、他方の流体が二種類の流体である熱交換器に適用した新規構造を提案することを目的とするものである。 The present invention provides a heat exchanger that forms a fluid flow path with a metal plate formed in a predetermined shape, reduces the number of joining members, is excellent in assembly workability and productivity, and reduces the pressure loss of the fluid to be heat exchanged. An object of the present invention is to propose a heat exchanger having a new configuration excellent in thermal efficiency. It is another object of the present invention to propose a new structure applied to a heat exchanger in which the other fluid is two types of fluid with respect to one fluid to be heat exchanged.
こうした目的を達成するため、この発明の熱交換器は、熱交換する一方の流体に対し、他方の流体が二種類の流体である熱交換器であって、断面が矩形波形状のコルゲート板10を形成し、このコルゲート板10の両側を側板20、30で挟持してコルゲート板10の側壁15で区画された流体の流通路を形成し、熱交換する一方の流体と他方の流体が、その流通方向が逆方向で流体の流通路を交互に流通する。そして、一方の側板20の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー22、他端に出口ヘッダー23を形成し、一方の流体が入口ヘッダー22から流通路を流通して出口ヘッダー23へ至り、他方の側板30の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー32a、他端に出口ヘッダー33を形成するとともに、入口ヘッダー32aと出口ヘッダー33との間に膨出部を形成してさらに入口ヘッダー32bを形成し、他方の流体の一種類が入口ヘッダー32aから流通路を流通し、他の一種類が入口ヘッダー32bから合流して流通路を流通し、出口ヘッダー33へ至るように構成するものである。
In order to achieve such an object, the heat exchanger of the present invention is a heat exchanger in which the other fluid is two kinds of fluid for one fluid to be heat-exchanged, and the
また、この発明の熱交換器は、熱効率の向上を図るため、折り返し面12、14に、内側に突出する突起17を配置するものである。
Moreover, the heat exchanger of this invention arrange | positions the processus |
また、この発明の熱交換器は、熱交換を行う流体の特性に応じ、熱交換する一方の流体の流通路の幅Aと他方の流体の流通路の幅Bとが相違するようにコルゲート板10を形成してもよい。 Further, the heat exchanger according to the present invention provides a corrugated plate so that the width A of the flow passage of one fluid to be exchanged is different from the width B of the flow passage of the other fluid in accordance with the characteristics of the fluid that performs heat exchange. 10 may be formed.
また、この発明の熱交換器は、一方の流体が水であり、他方の流体が異なる温度のガスである熱交換器に特に適用するものである。 The heat exchanger of the present invention is particularly applicable to a heat exchanger in which one fluid is water and the other fluid is a gas having a different temperature.
この発明の熱交換器は、コルゲート板10の側壁15で区画された流体の流通路を、熱交換する一方の流体と他方の流体が、その流通方向が逆方向で交互に流通し、コルゲート板10の側壁15を介して両流体の熱交換が行われる。このように、両流体は極めて狭間隔の流通路を交互に流通し、伝熱面積の増大により熱効率に優れるとともに、流体の流通路が単純であるから、従来のプレート式熱交換器に比べて流体の圧力損失が大幅に低減される。
In the heat exchanger according to the present invention, the fluid flow path defined by the
また、コルゲート板10を2枚の側板20、30で挟持して簡単に組み立てられ、折り返し面12、14が側板20、30に当接するので接合性に優れ、接合部材が削減され、組立作業性、生産性に優れるので製作コストが安価である。
Further, the
また、この発明の熱交換器は、入口ヘッダー32aと出口ヘッダー33との間にさらに入口ヘッダー32bを形成し、他方の流体の一種類が入口ヘッダー32aから流通路を流通し、他の一種類が入口ヘッダー32bから合流して流通路を流通し、出口ヘッダー33へ至るように構成したので、熱交換する一方の流体に対し、他方の流体が二種類の流体である熱交換器に適用し、特に、熱交換する一方の流体が水であり、他方の流体が異なる温度のガスである熱交換器に適用するものである。
Further, in the heat exchanger of the present invention, an
また、コルゲート板10の折り返し面12、14に、内側に突出する突起17を配置することで、流通路を流通する流体に乱流を生じさせ、さらなる熱効率の向上を図ることができる。
Further, by disposing the
また、この発明の熱交換器は、熱交換する一方の流体の流通路の幅Aと他方の流体の流通路の幅Bとが相違するようにコルゲート板10を形成することで、熱交換を行う流体の種類・流速・流量・温度等の特性に適するように流通路の幅寸法を設定し、効率的な熱交換の促進を図ることができる。
Further, the heat exchanger of the present invention performs heat exchange by forming the
以下に、この発明を実施するための最良の形態について、実施例に基づいて具体的に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be specifically described below based on examples.
図1から6は、この発明の最初の実施例で、水−ガスの流体が熱交換する熱交換器であり、熱交換する一方の流体である水に対し、他方の流体が異なる温度のガス(例えば150℃と300℃)である熱交換器である。 1 to 6 show a first embodiment of the present invention, which is a heat exchanger in which a water-gas fluid exchanges heat, and a gas in which the other fluid has a different temperature with respect to water, which is one fluid to exchange heat It is a heat exchanger (for example, 150 ° C. and 300 ° C.).
図において、金属板(例えばアルミの薄板)を波形成形したコルゲート板10が形成され、コルゲート板10は、折り返し面12、14が平坦状で断面が矩形波形状に形成されている。コルゲート板10の両側を側板20、30で挟持し、折り返し面12、14に側板20、30が当接し、コルゲート板10の側壁15で区画された流体の流通路が形成されている。コルゲート板10の前後端面は端板11で閉塞され、図4に示すように、水の流通路Wとガスの流通路Gが交互に形成されている。図6に示すように、水の流通路Wの幅Aとガスの流通路Gの幅Bは同一寸法となるように、コルゲート板10が形成されている。なお、熱交換を行う流体の種類・流速・流量・温度等の特性に適するように、一方の流体の流通路の幅Aと他方の流体の流通路の幅Bとが相違するように、折り返し面12、14の幅寸法を設定してもよい。
In the figure, a
一方の側板20の両側端部に膨出部が形成され、膨出部は流体の流通路の両端位置に位置している。この膨出部によって形成される膨出空間に水の流通路Wが開孔し、一端に入口ヘッダー22を形成して入口管25を設け、他端に出口ヘッダー23を形成して出口管26を設けている。
The bulging portions are formed at both end portions of one
他方の側板30の両側端部に膨出部が形成され、この膨出部によって形成される膨出空間にガスの流通路Gが開孔し、一端に入口ヘッダー32aを形成して入口管35aを設け、他端に出口ヘッダー33を形成して出口管36を設けている。入口ヘッダー32aと出口ヘッダー33との間の側板30の適宜の位置に膨出部が形成され、この膨出空間にガスの流通路Gが開孔し、さらに入口ヘッダー32bを形成して入口管35bを設けている。なお、水とガスがそれぞれの流通路W、Gを逆方向へ流通するように、入口ヘッダーと出口ヘッダーの位置関係は両側板20、30で反対である。
A bulging portion is formed at both end portions of the
この熱交換器において、熱交換する一方の流体である水は、入口ヘッダー22から流通路Wを流通して出口ヘッダー23へ至る。熱交換する他方の流体であるガスの一種類(ガスA−300℃の高温ガス)は、入口ヘッダー32aから流通路Gを流通し、他の一種類(ガスB−150℃の低温ガス)が入口ヘッダー32bから合流して流通路Gを流通し、出口ヘッダー33へ至る。水とガスは逆方向(クロス方向)へ流通し、極めて狭間隔の流通路W、Gを交互に流通し、コルゲート板10の側壁15を介して熱交換が行われるように構成されている。
In this heat exchanger, water, which is one fluid for heat exchange, flows from the
図7及び8は、コルゲート板の他の実施例である。この実施例のコルゲート板10は、折り返し面12、14に内側に突出する突起17を配置したものである。突起17は、隣接する流通路に同位置になるように配置されている。突起17により流通路を流通する流体に乱流を生じさせることで、熱効率の向上が図られる。突起17は、図に示すように、内側に膨出して形成する他、切り欠いた小片を内側に起こした切り起こし片で形成してもよい。突起17は、隣接する流通路に同位置になるように配置する他、千鳥の位置に配置することもでき、一方の流通路にのみ設けてもよい。また、流通路を流通する流体に同じく乱流を生じさせ、熱交換の促進を図るために、流通路にコイルバネやネジリ板を挿入する手段も有益である。
7 and 8 show another embodiment of the corrugated plate. In the
10 コルゲート板
12 折り返し面
14 折り返し面
15 側壁
17 突起
20 側板
22 入口ヘッダー
23 出口ヘッダー
30 側板
32a 入口ヘッダー
32b 入口ヘッダー
33 出口ヘッダー
DESCRIPTION OF
Claims (4)
断面が矩形波形状のコルゲート板10を形成し、このコルゲート板10の両側を側板20、30で挟持してコルゲート板10の側壁15で区画された流体の流通路を形成し、熱交換する一方の流体と他方の流体が、その流通方向が逆方向で流体の流通路を交互に流通し、
一方の側板20の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー22、他端に出口ヘッダー23を形成し、一方の流体が入口ヘッダー22から流通路を流通して出口ヘッダー23へ至り、
他方の側板30の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー32a、他端に出口ヘッダー33を形成するとともに、入口ヘッダー32aと出口ヘッダー33との間に膨出部を形成してさらに入口ヘッダー32bを形成し、他方の流体の一種類が入口ヘッダー32aから流通路を流通し、他の一種類が入口ヘッダー32bから合流して流通路を流通し、出口ヘッダー33へ至る熱交換器。 A heat exchanger in which one fluid to be exchanged with heat is two types of fluid,
A corrugated plate 10 having a rectangular wave cross section is formed, and both sides of the corrugated plate 10 are sandwiched between side plates 20 and 30 to form a fluid flow path defined by the side wall 15 of the corrugated plate 10 and heat exchange is performed. The other fluid and the other fluid circulate alternately in the fluid flow path with the flow direction being opposite,
A bulge is formed at both end portions of one side plate 20 and an inlet header 22 is formed at one end, and an outlet header 23 is formed at the other end. One fluid flows from the inlet header 22 through the flow path to the outlet header 23. To
A bulge is formed at both ends of the other side plate 30 to form an inlet header 32a at one end, an outlet header 33 at the other end, and a bulge between the inlet header 32a and the outlet header 33. Further, the inlet header 32b is formed, and one type of the other fluid flows from the inlet header 32a through the flow path, and the other type merges from the inlet header 32b and flows through the flow path to reach the outlet header 33. Exchanger.
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