JP3650657B2

JP3650657B2 - プレート式熱交換器

Info

Publication number: JP3650657B2
Application number: JP24754695A
Authority: JP
Inventors: 淳一中村; 雅史矢川
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: JPH0989482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主伝熱面がヘリンボーン波形に形成されたプレートを複数枚積層してなるプレート式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プレート式熱交換器は、プレートをガスケットを介して複数枚積層してプレート相互間に複数の流路を形成し、これら流路に異種の流体を交互に流通して両流体間でプレートを介して熱交換を行なっている。
【０００３】
このようなプレート式熱交換器において、例えば、図８に示す如き、プレート（１）が使用されている。このプレート（１）は、四隅に流体の出入口となる通路孔（２）を設け、このうち一側上下の通路孔（２）に臨んで堰（３）および三角堰（４）を上下に設け、この上下の堰（３）および三角堰（４）間に主伝熱面（５）を設けたもので、一側上下の通路孔（２）を上下の堰（３）および三角堰（４）並びに主伝熱面（５）と連通し、かつ、他側上下の通路孔（２）を上下の堰（３）および三角堰（４）並びに主伝熱面（５）と二重に遮断するように合成ゴム等の耐熱性を有する弾性材から製作されたガスケット（６）を装着し、これを交互に平面上で１８０°回転させて、即ち、上下反転させて積層することにより複数の流路を有するプレート式熱交換器を形成している。
【０００４】
そして、この種のプレート式熱交換器においては、プレート（１）の主伝熱面（５）をヘリンボーンと呼ばれる波形に形成し、このヘリンボーン波形によって熱交換率を向上させるとともに、プレート（１）を上下反転させて積層した際に、ヘリンボーン波形が交差衝合して隣接するプレート（１）同士を支持し合わせている。
【０００５】
従来、上記プレート式熱交換器のプレート（１）は、上下反転させて積層した際に、ヘリンボーン波形が交差するように主伝熱面（５）の横方向（プレート上下周縁と平行方向）において偶数個に形状分割されており、その形状分割ライン（ヘリンボーン波形の折れ曲り点を結ぶライン）（Ｌ）は縦方向（プレート両側周縁と平行方向）の一直線で形成されている。また、プレート（１）のサイズが大きくなると、主伝熱面（５）での歪みや反りが大きくなるため、その対応として主伝熱面（５）の横方向における分割はほぼ均等幅で２，４，６，８個と増やす方法が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記プレート式熱交換器におけるプレート（１）の形状分割ライン（Ｌ）では、ヘリンボーン波形の角度が変化するために横方向の流動抵抗が大きく、ヘリンボーン波形の凹溝に沿った流体の流れは、プレート（１）の横方向へ分散し難いため、形状分割ライン（Ｌ）を横方向にほぼ均等幅で設けた場合には、その幅で主伝熱面（５）での流路が区画され、これによって偏流が大きくなって伝熱性能を阻害する問題があった。そのため、流れの出入口にある堰（３）や三角堰（４）に、流体の流れを均一に分散させるための各種形状が採用されているが、十分な効果を発揮するには至っていない。
【０００７】
本発明は、従来の上記問題点に鑑み、伝熱性能の向上を図るとともに、プレートの歪みや反りを小さく抑えることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、主伝熱面がヘリンボーン波形に形成され、そのヘリンボーン波形が主伝熱面の横方向における形状分割により横方向で折れ曲るプレートを複数枚積層してなるプレート式熱交換器において、上記ヘリンボーン波形の折れ曲り点が縦方向に連なる形状分割ラインを、縦方向の１箇所以上で内側に屈曲する左右対称な屈曲線、或いは内側に湾曲する左右対称な曲線、若しくは内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線で形成したものである。
【０００９】
本発明によれば、プレートの主伝熱面における中央部分の出入口幅寸法が大きくなり、形状分割ラインにおける横方向の大きな流動抵抗を利用して通路孔から流入する流体の流れを主伝熱面の中央部に集合させて伝熱性能の向上が図れるとともに、形状分割ラインが斜めに形成されてプレートの強度が増し、主伝熱面の歪みや反りを小さく抑えることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプレート式熱交換器の幾つかの実施の形態を図１乃至図７に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明のプレート式熱交換器において使用されるプレート（１）を示すもので、従来技術を示す図８と同一部分には、原則として同一の符号を付して重複する事項に関しては説明を省略する。
【００１２】
図１に示すプレート（１）は、この発明の第１の実施の形態として、主伝熱面（５）を横方向で４分割に形状分割させ、その形状分割ライン（Ｌ）のうちの中央の形状分割ライン（Ｌ）を除く左右２本の形状分割ライン（Ｌ）を縦方向の１箇所で内側に屈曲する左右対称な屈曲線で形成させたものである。
【００１３】
この第１の実施の形態では、プレート（１）の主伝熱面（５）を横方向で４分割に形状分割させる形状分割ライン（Ｌ）のうちの中央の形状分割ライン（Ｌ）を除く左右２本の形状分割ライン（Ｌ）を縦方向の１箇所で内側に屈曲する左右対称な屈曲線で形成させたことにより、プレート（１）の主伝熱面（５）における中央部分の出入口幅寸法が大きくなり、これにより形状分割ライン（Ｌ）における横方向の大きな流動抵抗を利用して通路孔（２）から流入する流体の流れを主伝熱面（５）の中央部に集合させることができるため、偏流が減少して伝熱性能の向上が図れる。また、左右の形状分割ライン（Ｌ）を内側に屈曲させたことにより、形状分割ライン（Ｌ）が斜めに形成されていることから主伝熱面（５）の歪みや反りを小さく抑えることが可能である。
【００１４】
図２乃至図７は本発明の他の実施の形態に係わるプレート式熱交換器において使用されるプレート（１）の主伝熱面（５）を示すもので、いずれも形状分割ライン（Ｌ）における横方向の大きな流動抵抗を利用して通路孔（２）から流入する流体の流れを主伝熱面（５）の中央部に集合させるようにしたものである。尚、図２乃至図７ではヘリンボーン波形が一部しか図示されていないが、主伝熱面（５）にはヘリンボーン波形が全面に形成されている。
【００１５】
図２および図３に示す各々の実施の形態は、主伝熱面（５）を横方向で４分割に形状分割させる形状分割ライン（Ｌ）のうちの中央の形状分割ライン（Ｌ）を除く左右２本の形状分割ライン（Ｌ）を縦方向の２箇所および３箇所で内側に屈曲する左右対称な屈曲線で形成させたもので、いずれも通路孔（２）から流入する流体の流れを主伝熱面（５）の中央部に集合させて伝熱性能の向上が図れるとともに、主伝熱面（５）の歪みや反りを小さく抑えることができるという図１に示す実施の形態と同様の効果が得られ、屈曲箇所はこれらに限定されるものではなく、４箇所以上であってもよい。
【００１６】
図４に示す実施の形態は、主伝熱面（５）を横方向で４分割に形状分割させる形状分割ライン（Ｌ）のうちの中央の形状分割ライン（Ｌ）を除く左右２本の形状分割ライン（Ｌ）を内側に湾曲する左右対称な曲線で形成させたもので、通路孔（２）から流入する流体の流れを主伝熱面（５）の中央部に集合させて伝熱性能の向上が図れるとともに、主伝熱面（５）の歪みや反りを小さく抑えることができるという図１に示す実施の形態と同様の効果が得られる。
【００１７】
図５に示す実施の形態は、主伝熱面（５）を横方向で４分割に形状分割させる形状分割ライン（Ｌ）のうちの中央の形状分割ライン（Ｌ）を除く左右２本の形状分割ライン（Ｌ）を内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線で形成させたもので、通路孔（２）から流入する流体の流れを主伝熱面（５）の中央部に集合させて伝熱性能の向上が図れるとともに、主伝熱面（５）の歪みや反りを小さく抑えることができるという図１に示す実施の形態と同様の効果が得られ、組み合わせる曲線と直線の数はこれに限定されるものではない。
【００１８】
図６および図７に示す各々の実施の形態は、主伝熱面（５）を横方向で６分割に形状分割させたもので、図６に示す実施の形態は、主伝熱面（５）を横方向で６分割に形状分割させる形状分割ライン（Ｌ）のうちの最も外側に位置する左右２本の形状分割ライン（Ｌ）を、図１乃至図５に示すように、縦方向の１箇所以上で内側に屈曲する左右対称な屈曲線、或いは内側に湾曲する左右対称な曲線、若しくは内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線で形成することで（図６は縦方向の１箇所で内側に屈曲される屈曲線で形成された場合を示す）、図１に示す実施の形態と同様の効果が得られ、図７に示す実施の形態は、主伝熱面（５）を横方向で６分割に形状分割させる形状分割ライン（Ｌ）のうちの中央の形状分割ライン（Ｌ）を除く左右２本ずつ合計４本の形状分割ライン（Ｌ）を、図１乃至図５に示すように、縦方向の１箇所以上で内側に屈曲する左右対称な屈曲線、或いは内側に湾曲する左右対称な曲線、若しくは内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線とすることで（図７は縦方向の２箇所で内側に屈曲する屈曲線で形成された場合を示す）、図１に示す実施の形態と同様の効果が得られ、主伝熱面（５）を横方向で４分割および６分割以外の偶数分割に形状分割した場合にも、その分割数に関係なく形状分割ライン（Ｌ）を図１乃至図５に示すように、縦方向の１箇所以上で内側に屈曲する左右対称な屈曲線、或いは内側に湾曲する左右対称な曲線、若しくは内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線とすることで、図１に示す実施の形態と同様の効果が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、形状分割ラインを縦方向の１箇所以上で内側に屈曲する左右対称な屈曲線、或いは内側に湾曲する左右対称な曲線、若しくは内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線で形成したことにより、プレートの主伝熱面における中央部分の出入口幅寸法が大きくなり、形状分割ラインにおける横方向の大きな流動抵抗を利用して通路孔から流入する流体の流れを主伝熱面の中央部に集合させて伝熱性能の向上が図れるため、プレート枚数を少なくしてコストの低減、資源の有効利用、小さな機器設置スペースをもたらす利点がある。また、形状分割ラインが斜めに形成されて主伝熱面の歪みや反りを小さく抑えることも可能となり、従来の２つの問題である形状分割ラインによる伝熱性能の阻害とプレートの歪みや反りを合わせて解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレート式熱交換器において使用されるプレートの平面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態のプレート式熱交換器において使用されるプレートの主伝熱面の平面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態のプレート式熱交換器において使用されるプレートの主伝熱面の平面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態のプレート式熱交換器において使用されるプレートの主伝熱面の平面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態のプレート式熱交換器において使用されるプレートの主伝熱面の平面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態のプレート式熱交換器において使用されるプレートの主伝熱面の平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態のプレート式熱交換器において使用されるプレートの主伝熱面の平面図である。
【図８】従来のプレート式熱交換器において使用されるプレートを示す図面で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。
【符号の説明】
１プレート
２通路孔
３堰
４三角堰
５主伝熱面
６ガスケット
Ｌ形状分割ライン

Claims

主伝熱面がヘリンボーン波形に形成され、そのヘリンボーン波形が主伝熱面の横方向における形状分割により横方向で折れ曲るプレートを複数枚積層してなるプレート式熱交換器において、
上記ヘリンボーン波形の折れ曲り点が縦方向に連なる形状分割ラインを、縦方向の１箇所以上で内側に屈曲する左右対称な屈曲線、或いは内側に湾曲する左右対称な曲線、若しくは内側に湾曲する曲線と直線の左右対称な組み合わせ線で形成したことを特徴とするプレート式熱交換器。