JP2582887B2 - 熱交換器の製造方法とこの方法を用いて製造された熱交換器 - Google Patents

熱交換器の製造方法とこの方法を用いて製造された熱交換器

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JP2582887B2 JP63506008A JP50600888A JP2582887B2 JP 2582887 B2 JP2582887 B2 JP 2582887B2 JP 63506008 A JP63506008 A JP 63506008A JP 50600888 A JP50600888 A JP 50600888A JP 2582887 B2 JP2582887 B2 JP 2582887B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の目的は、ほぼ同じ波形をした伝熱プレートを
互いに覆うようにして積み重ね、これらプレート間のス
ペースをプレートの縁を介して熱伝達に関与する媒体用
の入口導管と出口導管に連結し、プレート間の一つおき
のスペースを通じて熱供給媒体の流れが通り抜け、また
プレート間の一つおきのスペースを通じて受熱媒体の流
れが通り抜けるようにした、熱交換器の製造方法を提供
することにある。
流れている２つの媒体同士で熱交換を行なう必要のあ
る場合、一方を他方の上部に積み重ねたプレートからな
るプレート式熱交換器が特に効果のあることが知られて
いる。この形式の熱交換器は、例えば熱搬送媒体に水を
用いる小規模加熱システムに使用されている。水を使用
するこれらの熱交換器は、圧力損失も少なくてすみ、約
2500から3000w/mkの範囲の熱伝導係数が得られる。
互いに上部に積み重ねられるプレートには正方形をし
た波形のプレートが使われ、波形部とこれら波形部の間
の溝が正方形のプレートの相対する２つの縁の向きに位
置しているような形式のプレート式熱交換器は周知であ
る。この構成によれば、プレートは一方が他方の上部に
積み重ねられ、上部に位置するプレートの溝は互いに90
度の角度に設定される。
熱交換器を製造に当たっては、所望の理想的な熱交換
が行なえるようにするために、流通している媒体の圧力
損失とこれらの媒体の熱伝導係数を適切に選択すること
が重要である。これらのパラメータは、箇々の伝熱プレ
ート相互間の距離、プレートの表面積およびプレートの
積層状態を選択することにより調節することができる。
しかしながら、周知の熱交換器によったのでは、箇々の
プレートの寸法を決定し、同時に所定の流量レベルの下
で熱伝達パラメータを設定してしまえばこれらの所要素
を変更することができない。熱交換器の熱伝達特性を変
更したい場合、新たな条件に合わせてプレートの寸法を
適宜選択する必要があった。従って、寸法の異なる熱交
換器毎に、伝熱プレート製作用の特殊な深絞り工具を用
意する必要があった。これら工具類は非常に高価である
ため、熱交換器の製造に当たっての仕様の変更には大き
な制約がある。
本発明の目的は、熱交換器の製造に伴う前述した問題
点を解決することにある。本発明に係る熱交換器の製造
方法の特徴は、伝熱プレートを箇々のプレートの溝が互
いに所定の角度になるように互いに積み重ねてあり、し
かもこうした溝の角度が流動している媒体の圧力損失を
減少させると共に熱伝導係数を特定できるようにしたこ
とにある。このため、本発明の製造方法ではほぼ円形の
伝熱プレートまたは正多角形の伝熱プレートが使用され
ており、これら伝熱プレートに設けてある溝の方向は、
上部に積み重ねられる伝熱プレートの溝が少なくとも２
種類の異なった角度に選択的に互いに交差させることが
できるように設定されている。
本発明の重要な点は、適切な構造をした伝熱プレート
を互いに積み上げ、箇々のプレートの溝が互いに２種類
またはそれ以上の角度で交差するように構成できること
にある。このことは、同一の材料プレートから１種類の
同じ工具を用いて異なった伝熱プレートを製作すること
ができ、溝相互間の角度の違いにより様々な熱伝導特性
の得られることを意味している。こうして熱交換器製造
に大幅な融通性を持たせることができ、製造コストの上
昇を招くこともない。
本発明において、伝熱プレートに最も適した形は円形
であり、こうした形状が用いれば箇々のプレートの溝同
士の角度を０度から90度の連続範囲内から選択できるよ
うになる。尚、本発明の基本思想には適当な正多角形を
した伝熱プレートを使用することも含まれている。ただ
しこうした正多角形の場合には、溝同士の角度の選択に
誓約がある。
熱交換器を本発明に則って構成すれば、互いに積み上
げられる伝熱プレートに設けた溝が熱交換器の熱伝導特
性を決定することになる。互いに積み上げられるプレー
トは縁を互いに溶接するかまたははんだ付けされ、固定
された熱交換器ユニットを構成している。ただし、熱交
換器ユニットのパラメータについては後で変更すること
はできない。
熱交換器の組立てに伴い、プレート間の一つおきのス
ペースに連絡する複数対のチャンバをプレートの積重ね
体の側部に形成し、熱伝達に関与する媒体が入口導管か
ら箇々のチャンバを介してプレート間のスペースを通り
抜け、またそれぞれのチャンバを通じて出口導管に流れ
ているように構成することができる。プレートの積重ね
体の上部と下部には端部プレートを配置することができ
る。これら端部プレートは引張ロッドを用いて互いに固
定されている。
前述したチャンバの相対位置を変化させれば、熱交換
器の仕様の変更を行ない易くなる。通常の場合には、熱
供給媒体の入口チャンバと出口チャンバは互いに対角線
方向に向かい合って配置され、受熱媒体の入口チャンバ
と出口チャンバも同じように対角線方向に向かい合い熱
供給媒体のチャンバから90度ずれた位置に配置されてい
る。これに対し、90度の角度とは異なる任意の角度を選
択してこうした媒体の出し入れを行なうこともできる。
しかも、チャンバを対角線位置からずらして熱供給媒体
と受熱媒体の入口チャンバと出口チャンバを互いに180
度ずれた角度から任意の角度までの範囲で置き換えるこ
とも可能である。そうした位置にずらすことにより、ク
ロスフロー熱交換方式をカウンタフロー方式に変更し、
熱供給回路受熱回路間の温度差を効果的に利用するこも
できる。
また本発明は、前述した方法により構成された熱交換
器にも関係している。本発明に係る熱交換器は、従来か
ら周知のエレメントに類似した互いに上部に積み重ねら
れる波形の伝熱プレートと、熱伝達に関与する媒体用の
入口導管および出口導管とを有し、これら導管はプレー
トの積重ね体の側部に連結されていて、プレート間の一
つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れは通り抜け
ることができ、またプレート間の一つおきのスペースを
通じて受熱媒体の流れを通すことができる。この熱交換
器にとて重要な点は、伝熱プレートがほぼ円形をしてい
て互いに上部に積み重なっているプレートの溝が互いに
交差しているか、正多角形の形状をしていて平坦な側面
をもつ積重ね体を構成するようにし、互いの上部に乗っ
ている互いに積み上げられているプレートの溝が０度よ
り大きいが90度よりは小さくなるように構成したことに
ある。
以下、実施例を参考にし添付図面を参照しながら本発
明を詳細に説明する。
第１図は、本発明に係る熱交換器の一部を切除して示
す側面図である。
第２図は、第１図のII−IIに沿って切断した第１図に
示す熱交換器の断面図である（第２図は水平面に沿って
45度回転させてある）。
第３図と第４図は、本発明に係る２種類の熱交換器を
示す概略図にして、伝熱プレートの溝の角度は互いに異
なっているが、他の構造は第１図と第２図に示した熱交
換器と同じである。
第５図と第６図は、本発明に係る別の２種類の熱交換
器を示す概略図にして、正八角形の形態にした伝熱プレ
ートは互いに角度の異なる２種類の溝を備えている。
第７図は、本発明に係る熱交換器の変更例の概略図に
して、熱供給媒体と受熱媒体の流入チャンバと流出チャ
ンバは互いに45度の角度で配置されているが、他の構造
は第１図と第２図に示した熱交換器と同じである。
第１図と第２図に示す熱交換器では、基本エレメント
である円形の伝熱プレート１が互いに積み重ねられてい
る。プレート１は規則正しい波形をしたプレートから切
り出されており、これらプレートはすべて同じ形をして
いる。第２図に示すように、プレート１は互いに積み重
ねられ、各プレートの波形部とこれら波形部の間の溝が
このプレートに隣接するプレートの両側の波形部と溝に
対し90度の角度をなしている。
図面に示す熱交換器の外板の一部は、湾曲した円筒状
のシート２から構成されている。互いに積み重ねた伝熱
プレートの縁ｆは、例えば溶接により円筒状のシートに
固定されている。また外板の他の部分は円筒状の突出し
たシート３により形作られている。これらのシートは最
初に述べた円筒状のシート２の間に設置され、円筒状の
シート２よりも曲率が小さい。シート３は熱交換器の側
部４にほぼ半円形の４つのチャンバを形成している。こ
れらチャンバ４は熱供給用の伝熱媒体のための入口導管
５と出口導管６に連結され、さらに受熱媒体用の入口導
管７と出口導管８に連結されている。各チャンバ４の内
部には積み重ねた伝熱プレート間のスペースが一つおき
に開口しており、流体はチャンバからスペース内に、あ
るいはスペースからチャンバ内に流入することができ
る。一方、プレート間の一つおきのスペースは、これら
スペース相互間を媒体の流れが導通しないように閉じら
れている。従って、熱供給媒体に向けて開口したスペー
スは受熱媒体の流れから遮られており、同様に受熱媒体
の流れに向けて開口したスペースは、熱供給媒体の流れ
から遮られている。このようにして、熱供給媒体と受熱
媒体の両方の媒体はプレート間の一つおきのスペースを
経て熱交換器を通り抜け、これら両方の媒体は互いに混
じり合うことがない。さらに、プレートの積重ね体は下
側と上側を端部プレート９により塞がれ、図示したロッ
ド10により互いに固定されている。こうしたロッドはプ
レートの積重ね体の側部に取り付けられている。
第２図の例では、伝熱プレート１の溝の向きは互いに
90度に設定されており、これら溝は実線11と破線12を用
いて示されている。ただし、熱交換器の製作に当たり、
これら溝の方向および溝同士の角度は第３図および第４
図に示すように自由に選択することができる。これらの
図には、２種類の異なった形式の熱交換器が示されてい
る。互いに積み重ねた伝熱プレート１の溝11と12は第２
図に示す熱交換器とは異なった方向に向けられている
が、これら熱交換器の他の構造は第１図と第２図に示し
た熱交換器に類似している。いずれの熱交換器も正確な
同じ円形をした波形の伝熱プレートを用いて構成されて
いる。
第５図と第６図には、正多角形の伝熱プレートを使用
して構成されている本発明に係るプレート熱交換器の２
種類の実例を示している。これら２種類の熱交換器に用
いられている伝熱プレートは正八角形の形をしている。
伝熱プレートは両方の実例とも同じものが使われている
が、第５図に示した熱交換器では、互いに上部に積み重
ねたプレートの溝11と12の間の角度は90度であり、第６
図の熱交換器では、互いに上部に積み重ねたプレートの
溝11と12の間の角度は45度である。
第２図に示した熱交換器では、伝熱媒体の入口導管
５、出口導管６とこれら導管に連結されたチャンバ４は
両側にあって対角線方向に配置されている。また同じよ
うに、受熱媒体の入口導管７および出口導管８とこれら
導管に連結されたチャンバ４は前記導管に対し90度ずれ
た両側の位置にあって対角線方向に配置される。しかし
ながら、導管とチャンバの位置は変更することができ
る。例えば第７図には、両媒体の入口導管と出口導管は
対角線方向に配置されているが受熱媒体用の導管7,8と
チャンバ４は導管5,6と共に45度の角度にわたり位置が
ずれている。円形の伝熱プレートを使用しこれらを積み
重ねた構成に関して言えば、第７図に示す熱交換器は第
１図と第２図に示した熱交換器と同じものである。
当業者にとって、本発明の各種の実施例が前述した具
体例に限定されるわけではなく、請求の範囲内でいかよ
うにも変更できることは明らかである。例えば、伝熱プ
レート１は円形や八角形以外の形状に形作ることがで
き、例えば正五角形の形態をした伝熱プレートを互いに
積み重ね、各プレートの溝の方向が互いに36度または72
度の角度をなすように随時選択することもできる。波形
のプレートから多角形の伝熱プレートを切り出し、溝の
方向がプレートの縁の向きとは異なるようにして波形の
プレート材料から多角形の伝熱プレートを切り出すこと
により、様々に変更を加えることができる。また積層ね
の過程では、積層ね体内のプレートを一つおきに裏返し
にして積み重ねていくこともできる。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】規則的に波形を付けられて、波形部とこれ
    ら波形部の間を一方向に延在する溝とを有するほぼ同じ
    伝熱プレート（１）を用いて熱交換器を製造する方法に
    して、伝熱プレート（１）は互いに覆い合うように積み
    重ねられ、伝熱プレート間のスペースは、伝熱プレート
    間の一つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れが通
    り抜け、また伝熱プレート間の一つおきのスペースを通
    じて受熱媒体の流れが通り抜けるように、これら伝熱プ
    レートの縁部にて、熱伝達に関与する媒体用の入口導管
    と出口導管（5,6,7,8）とに連結される熱交換器の製造
    方法において、前記伝熱プレート（１）は箇々の伝熱プ
    レートの溝（11,12）が互いに所定の角度をなすように
    積み重ねられ、流れる媒体の圧力損失並びに熱伝達率が
    前記角度により定まり、そのためこの製造方法はほぼ円
    形な伝熱プレート又は正多角形の伝熱プレートを使用
    し、互いに上部に積み重ねられた伝熱プレートの溝が互
    いに対し少なくとも２つの異なる角度で選択的に交差で
    きるように前記溝の方向が定められることを特徴とする
    熱交換器の製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の製造方法において、熱交
    換器は、箇々の伝熱プレートの溝（11,12）の間の角度
    が０度から90度の連続した範囲より選択できるように、
    円形の伝熱プレート（１）から構成されている製造方
    法。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載の製造方法におい
    て、互いに上部に積み重ねられる伝熱プレート（１）は
    これら伝熱プレートの縁部を互いに溶接ないしはんだ付
    けされ、固定された単一体エレメントを構成している製
    造方法。
  4. 【請求項４】請求項１から３の何れか一項に記載の製造
    方法において、伝熱プレートの積み重ね体の側部には伝
    熱プレート間の一つおきのスペースに開口した複数対の
    チャンバ（４）が形成され、熱伝達に関与する媒体が、
    入口導管（5,7）から箇々のチャンバを通じ伝熱プレー
    ト間のスペースに、さらに個々のチャンバを通じて出口
    導管（6,8）に流れていく製造方法。
  5. 【請求項５】請求項１から４の何れか一項に記載の製造
    方法において、伝熱プレートの積重ね体の下部と上部に
    は端部プレート（９）が配置され、これら端部プレート
    は引張ロッド（10）により互いに固定されている製造方
    法。
  6. 【請求項６】請求項１から５の何れか一項に記載の製造
    方法により構成された熱交換器にして、規則的に波形を
    付けられて、波形部およびこれら波形部の間を一方向に
    延在する溝を備え、互いに上部に積み重ねられるほぼ同
    じ伝熱プレート（１）と、熱伝達に関与する媒体用の入
    口および出口導管（5,6,7,8）とを有し、これら導管
    は、伝熱プレート間の一つおきのスペースを通じて熱供
    給媒体の流れが通り抜けることができ、また伝熱プレー
    ト間の一つおきのスペースを通じて受熱媒体の流れが通
    ることができるように、伝熱プレートの積重ね体の縁部
    に連結されている熱交換器において、前記伝熱プレート
    （１）はほぼ円形であり、互いの上部に載っている伝熱
    プレートの溝（11,12）が互いに交差するように積み重
    ねられることを特徴とする熱交換器。
  7. 【請求項７】請求項１から５の何れか一項に記載の製造
    方法により構成された熱交換器にして、規則的に波形を
    付けられて、波形部及びこれら波形部の間を一方向に延
    在する溝を備え、一方が他方の上に積み重ねられて規則
    的な積重ね体を構成するほぼ同じ伝熱プレート（１）
    と、熱伝熱に関与する媒体用の入口および出口導管（5,
    6,7,8）とを有し、これら導管は、伝熱プレート間の一
    つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れが通り抜け
    ることができ、また伝熱プレート間の一つおきのスペー
    スを通じて受熱媒体の流れが通ることができるように、
    伝熱プレートの積重ね体の側部に連結されている熱交換
    器において、前記伝熱プレート（１）は規則的な多角形
    の形状であり、互いの上部に載っている伝熱プレートの
    溝（11,12）が互いに０度より大きく90度未満の角度を
    成すように積み重ねられることを特徴とする熱交換器。
  8. 【請求項８】請求項６または７に記載の熱交換器におい
    て、伝熱プレート（１）はこれら伝熱プレートの縁部に
    て互いに結合され、熱交換器が固定された単一体ユニッ
    トを構成している熱交換器。
  9. 【請求項９】請求項６から８のいずれか一項に記載の熱
    交換器において、伝熱プレートの積重ね体の側部には、
    互いに向かい合い熱供給媒体と受熱媒体の両方の媒体に
    用いる複数対のチャンバ（４）が設けてあり、各チャン
    バは伝熱プレート間の一つおきのスペースに開口し、そ
    れぞれの媒体が入口（5,7）から伝熱プレート間のスペ
    ースに流れ、それぞれのチャンバを通じ出口（6,8）か
    ら流出する熱交換器。
  10. 【請求項１０】請求項６から８のいずれか一項に記載の
    熱交換器において、伝熱プレートの積重ね体の下部と上
    部には端部プレート（９）が配置され、これら端部プレ
    ートは伝熱プレートの積重ね体の側部に立設した引張ロ
    ッド（10）により互いに固定されている熱交換器。
JP63506008A 1987-07-13 1988-07-07 熱交換器の製造方法とこの方法を用いて製造された熱交換器 Expired - Lifetime JP2582887B2 (ja)

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