JP2011185498A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】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、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に適用する熱交換器を提案する。
【解決手段】コルゲート板１０を側板２０、３０で挟持して側壁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、一方の側板２０の一端の側端部に入口ヘッダー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の一端の側端部に左右に分割した入口ヘッダー３２ａ、３２ｂ、他端にこれに対峙した出口ヘッダー３３ａ、３３ｂを形成し、他方の流体の一種類が一方の入口ヘッダー３２ａから流通路を流通して対峙した出口ヘッダー３３ａへ至り、他の一種類が他方の入口ヘッダー３２ｂから流通路を流通して対峙した出口ヘッダー３３ｂへ至るように構成する。
【選択図】図４

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。

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。

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。

特開平１０−１０３８８３号公報 特開２００６−７８１５４号公報

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。

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の両側端部に左右に分割して膨出部を形成し、一端に入口ヘッダー３２ａ、３２ｂを形成し、他端に、各入口ヘッダー３２ａ、３２ｂに対峙した出口ヘッダー３３ａ、３３ｂを形成し、他方の流体の一種類が一方の入口ヘッダー３２ａから流通路を流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ａへ至り、他の一種類が他方の入口ヘッダー３２ｂから流通路を流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ｂへ至るように構成するものである。

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。

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。

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。

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。

また、コルゲート板１０を側板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。

また、この発明の熱交換器は、他方の側板３０の両側端部に左右に分割して膨出部を形成し、一端に入口ヘッダー３２ａ、３２ｂ、他端に対峙した出口ヘッダー３３ａ、３３ｂを形成し、他方の流体の一種類が一方の入口ヘッダー３２ａから流通路を流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ａへ至り、他の一種類が他方の入口ヘッダー３２ｂから流通路を流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ｂ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。

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。

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。

この発明の実施例の正面図。 平面図。 底面図。 図２中Ａ−Ａ線で切断した拡大端面図。 コルゲート板の平面図。 コルゲート板の拡大断面図。 コルゲート板の他の実施例の平面図。 コルゲート板の拡大断面図。

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。

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。

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。

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。

他方の側板３０は、コルゲート板１０の略半分の面積（図３では上半分）を覆う側板３０ａと残りの略半分の面積（図３では下半分）を覆う側板３０ｂの２枚で形成され、各側板３０ａ、３０ｂ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の略半分が開孔し、一端に入口ヘッダー３２ａ、３２ｂを形成して入口管３５ａ、３５ｂを設け、他端に出口ヘッダー３３ａ、３３ｂを形成して出口管３６ａ、３６ｂを設けている。したがって、側板３０の全体としては、両側端部に左右に分割してヘッダーが設けられ、一端に入口ヘッダー３２ａ、３２ｂが形成され、他端に、各入口ヘッダー３２ａ、３２ｂに対峙した出口ヘッダー３３ａ、３３ｂが形成されている。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。

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は、一方の入口ヘッダー３２ａから流通路Ｇを流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ａへ至り、他の一種類が他方の入口ヘッダー３２ｂから流通路Ｇを流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ｂ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を介して熱交換し、コルゲート板１０の略半分では水とガスの一種類との間で、他の略半分では水とガスの他の一種類との間で熱交換が行われるように構成されている。

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。

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
３３ａ 出口ヘッダー
３３ｂ 出口ヘッダー

Claims (4)

1. 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の両側端部に左右に分割して膨出部を形成し、一端に入口ヘッダー３２ａ、３２ｂを形成し、他端に、各入口ヘッダー３２ａ、３２ｂに対峙した出口ヘッダー３３ａ、３３ｂを形成し、他方の流体の一種類が一方の入口ヘッダー３２ａから流通路を流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ａへ至り、他の一種類が他方の入口ヘッダー３２ｂから流通路を流通してこれに対峙した出口ヘッダー３３ｂへ至る熱交換器。
2. 折り返し面１２、１４に、内側に突出する突起１７を配置した請求項１に記載の熱交換器。
3. 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を形成した請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 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請求項１、２又は３に記載の熱交換器。

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