JP4060283B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、プレート全面への流体の流れを均一化するためのプレート式熱交換器に関する。

一般に、プレート式熱交換器は、プレートを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。

図８は縦置きプレート式熱交換器のプレート（１Ａ）、図９は横置きプレート式熱交換器のプレート（１Ｂ）を示すものである。

図８に記載したプレート（１Ａ）は、四隅に流体の出入口となる通路孔（２）（３）（４）（５）を形成し、そのうちの一方の流体の入口側通路孔（２）および出口側通路孔（３）に臨んで三角堰伝面（６）および（７）を上下（縦置きプレートの場合）または左右（横置きプレートの場合）に形成し、この三角堰伝面（６）（７）間に主伝面（８）を形成したもので、一方の流体の入口側通路孔（２）および出口側通路孔（３）を三角堰伝面（６）（７）および主伝面（８）と連通するようにガスケットまたは溶接のシール部（９）を設け、これを交互に上下反転して積層することによりプレート式熱交換器を構成している。

そして、図８に記載したプレート（１Ａ）は、主伝面（８）に、例えばヘリンボーンパターンで凸部（10）と凹部（11）を交互に数多く形成し、この凸部（10）と凹部（11）によって伝熱性能の向上を図るとともに、交互に上下反転して積層した際、隣り合うプレート（１Ａ）の凸部（10）および凹部（11）が交差することにより、図10に示すように、前側（図中の最下位および最上位）のプレート（１Ａ）の凹部（11）と後側（図中の中央）のプレート（１Ａ）の凸部（10）が接して隣り合うプレート間隙を一定に確保している。但し、図８は、プレート（１Ａ）を交互に上下反転して積層した状態での平面図である。図10は、図８および図９のＣ−Ｃ線における拡大断面図である。尚、図８および図９は、プレート（１Ａ）（１Ｂ）の主伝面（８）に形成されたヘリンボーンパターンの凸部（10）を実線で表わしている。そして、隣り合うプレート（１Ａ）（１Ｂ）の主伝面（８）に形成されたヘリンボーンパターンの凹部（11）を点線で表わしている。
特開平９−７９７８２号公報

ところで、縦置きプレート式熱交換器においては、プレート（１Ａ）の入口側通路孔（２）と出口側通路孔（３）を結ぶ最短流路（図中の一点鎖線矢印示す）で流速が大きく、プレート（１Ａ）の図中右方の角部では流体が少なくて流速が小さくなるため、プレート（１Ａ）の全面で均一な流れが得られない。

また、横置きプレート式熱交換器においても、プレート（１Ｂ）の下部（図中の一点鎖線矢印示す部分）で流速が大きく、プレート（１Ｂ）の上部で流速が小さいため、プレート（１Ｂ）の全面で均一な流れが得られない。

前述したように、上記プレート式熱交換器では、プレート（１Ａ）（１Ｂ）の全面で流れが不均一であるため、流速の小さい箇所ではスケール付着が生じ、伝熱性能の低下をもたらす問題があった。しかも、スケールが付着した箇所では、腐食成分の濃縮等によって隙間腐食が発生し易い問題もあった。

そこで、従来、上記プレート式熱交換器におけるスケールの付着を防止する対策として、一通路当たりに多くの流量を流すプレート編成を採用するようにしていたが、これは過大な圧力損失を生じることになり、ポンプ能力を大きくする必要があった。この結果、大きな能力を有するポンプが必要となって、生産設備のコストが高くなる。

このように従来のスケールの付着を防止する対策ではコスト的に不利であることから、現状ではプレート式熱交換器を分解洗浄、或いは化学洗浄するようにしている。しかし、プレート式熱交換器を分解洗浄、或いは化学洗浄するとなると、生産ラインをシャットダウンする必要があり、作業性や環境面で問題があった。

本発明は、従来の上記問題点に鑑み、プレート全面への流体の流れを均一化するプレート式熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のプレート式熱交換器は、四隅に流体の出入口となる通路孔を開口し、その間に三角堰伝面、および、ヘリンボーンパターンで凸部と凹部を交互に数多く形成した主伝面からなる伝面部を有し、かつ、四隅の通路孔のうち、一方の入口側通路孔および出口側通路孔を三角堰伝面および主伝面と連通するようにガスケットまたは溶接のシール部を設けたプレートを、複数枚積層してなる斜向流パターンのプレート式熱交換器において、プレートと前側に積層されたプレートの間に形成される流路にて、プレートの入口側通路孔と出口側通路孔を結ぶ最短経路を流れる流体に、プレートの入口側通路孔と出口側通路孔とは反対側のプレートの角部へ分流せしめる方向性を付与するべく、プレートの入口側通路孔から出口側通路孔に至るプレートの主伝面に、ヘリンボーンの凹部に部分的に凸部を形成して、凸部の頂面をプレートの前側に積層されたプレートに形成されたヘリンボーンの凹部に接し或いは概ね接するように線状に延在した流路壁を、プレス成形により形成したことを特徴とする。
また、本発明の請求項２に記載のプレート式熱交換器は、四隅に流体の出入口となる通路孔を開口し、その間に三角堰伝面、および、ヘリンボーンパターンで凸部と凹部を交互に数多く形成した主伝面からなる伝面部を有し、かつ、四隅の通路孔のうち、一方の入口側通路孔および出口側通路孔を三角堰伝面および主伝面と連通するようにガスケットまたは溶接のシール部を設けたプレートを、複数枚積層してなる斜向流パターンのプレート式熱交換器において、プレートと後側に積層されたプレートの間に形成される流路にて、プレートの後側に積層されたプレートの入口側通路孔と出口側通路孔を結ぶ最短経路を流れる流体に、プレートの後側に積層されたプレートの入口側通路孔と出口側通路孔とは反対側のプレートの角部へ分流せしめる方向性を付与するべく、後側に積層されたプレートの入口側通路孔から出口側通路孔に至る伝面部に対応したプレートの主伝面に、ヘリンボーンの凸部を部分的に凹部を形成して、凹部の頂面を前記プレートの後側に積層されたプレートに形成されたヘリンボーンの凸部に接し或いは概ね接するように線状に延在した流路壁を、プレス成形により形成したことを特徴とする。

本発明によれば、プレートの入口側通路孔から出口側通路孔に至る伝面部に、この伝面部を流れる流体に対し流れに方向性を付与する流路壁を設けることにより、この流路壁により流体がプレート全面へ順次分流されてプレート全面の流体の流れを均一化することができる。この結果、伝熱性能の向上を図るとともに、プレートへのスケールの付着を防止することが可能となり、プレート式熱交換器の分解洗浄、或いは化学洗浄を行なう必要性がなくなり、作業性や環境面の問題が回避できる。

以下、プレート式熱交換器の各種実施の形態を図１乃至図７に基いて説明する。尚、図８乃至図10を含む全図を通じて同一又は相当部分には同一符号を付して説明
の重複を避ける。

図１乃至図３は、プレート式熱交換器の第１の実施の形態を示すもので、図１はこの実施の形態の台形流パターンの縦置きプレート式熱交換器のプレート（１Ａ）を交互に上下反転して積層した状態での平面図、図２および図３は図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線における拡大断面図である。

この実施の形態は、図１に示すように、プレート（１Ａ）の主伝面（８）の流体の流れに方向性を付与する複数の流路壁（12）を設けている。この複数の流路壁（12）は、プレート（１Ａ）の入口側通路孔（２）と出口側通路孔（３）を結ぶ最短流路で流速が大きいことから、この最短流路を流れる流体に対し流速の小さいプレート（１Ａ）の図中右方の角部へ方向性を付与するように、最短流路に沿って設ける。流路壁（12）は、図２および図３に示すように、前側（図中の最下位および最上位）のプレート（１Ａ）の主伝面（８）に数多く形成された凹部（11）の任意の凹部（11）を、部分的に後側（図中の中央）のプレート（１Ａ）の凹部（11）に対向するように凸部（12）に形成して、その頂面が後側のプレート（１Ａ）に形成された凹部（11）に接して或いは概ね接してその間に一定長さを有する壁部ができるようプレス成形して形成される。但し、流路壁（12）の長さ、位置、数は、流れる流体の種類に適応して設定される。

この実施の形態においては、プレート（１Ａ）の入口側通路孔（２）から流入した流体は、入口側通路孔（２）と出口側通路孔（３）を結ぶ最短流路を流れる傾向にあるが、プレート（１）の主伝面（８）に設けた複数の流路壁（12）によりプレート（１Ａ）の角部へ方向性が付与されてプレート（１Ａ）の角部へ順次分流せしめられ、プレート（１Ａ）の全面を均一に流れるようになる。

図１乃至図３に示す実施の形態は、流路壁（12）を、前側のプレート（１Ａ）の主伝面（８）にある凹部（11）を、後側のプレート（１Ａ）の主伝面（８）にある凹部（11）に接する或いは概ね接するよう凸部（12）に形成しているが、その逆の形で形成しても構わない。即ち、前側のプレート（１Ａ）の主伝面（８）にある凸部（10）を、後側のプレート（１Ａ）の主伝面（８）にある凸部（10）に接する或いは概ね接するよう凹部に形成する。

また、流路壁（12）を、プレート（１Ａ）の主伝面（８）に形成しているが、プレート（１Ａ）の入口側通路孔（２）から出口側通路孔（３）に至る伝面部、即ち、三角堰伝面（６）（７）および主伝面（８）に流路壁（12）を形成しても構わない。

また、流路壁（12）を、プレート（１Ａ）の主伝面（８）にある凹部（11）にプレート（１Ａ）のプレス成形時に同時に一体形成しているが、図４および図５に示すように、プレート（１Ａ）の主伝面（８）にある凹部（11）に三角形断面の壁部材（13）を固定させて成形しても構わない。壁部材（13）はゴム、金属、プラスチック等で形成されて、プレート（１Ａ）に接着、溶接等で固定される。壁体（13）の断面形状は三角形に限らず、プレート（１Ａ）の主伝面（８）に形成した凸部（10）および凹部（11）の形状に応じて台形断面、半円形断面等が可能である。

また、流路壁（12）を、プレート（１Ａ）の両面に形成して両流体流路に設けても構わないし、プレート（１Ａ）の片面に形成してどちらか一方の流体流路に設けても構わない。

更に、台形流パターンの縦置きプレート式熱交換器に適用しているが、台形流パターンの縦置きプレート式熱交換器に限らず、他のパターンを有するのプレート式熱交換器にも適用が可能である。例えば、図６は斜向流パターンの縦置きプレート式熱交換器に適用したもので、プレート（１Ｃ）の入口側通路孔（２）と出口側通路孔（３）を結ぶ対角線流路（図中の一点鎖線矢印示す）で流速が大きいことから、この対角線流路を流れる流体に対し流速の小さいプレート（１Ｃ）の両側へ方向性を付与するように、複数の流路壁（12）を対角線流路に沿って設ける。また、図７は斜向流パターンの横置きプレート式熱交換器に適用したもので、プレート（１Ｂ）の下部で流速が大きいことから、この下部を流れる流体に対し流速の小さいプレート（１Ｃ）の上部へ方向性を付与するように、複数の流路壁（12）を下部に沿って設ける。

第１の実施の形態を示すプレート式熱交換器のプレートを交互に上下反転して積層した状態での平面図である。 図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。 図１のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。 第２の実施の形態での図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。 第２の実施の形態での図１のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。 第３の実施の形態を示すプレート式熱交換器のプレートを交互に上下反転して積層した状態での平面図である。 第４の実施の形態を示すプレート式熱交換器のプレートを交互に上下反転して積層した状態での平面図である。 従来の縦置きプレート式熱交換器のプレートを交互に上下反転して積層した状態での平面図である。 従来の横置きプレート式熱交換器のプレートの平面図である。 図８および図９のＣ−Ｃ線における拡大断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ プレート
２ 入口側通路孔
３ 出口側通路孔
４，５ 通路孔
６，７ 三角堰伝面
８ 主伝面
９ シール部
10 凸部
11 凹部
12 流路壁
13 壁部材

Claims (3)

1. 四隅に流体の出入口となる通路孔を開口し、その間に三角堰伝面、および、ヘリンボーンパターンで凸部と凹部を交互に数多く形成した主伝面からなる伝面部を有し、かつ、四隅の通路孔のうち、一方の入口側通路孔および出口側通路孔を三角堰伝面および主伝面と連通するようにガスケットまたは溶接のシール部を設けたプレートを、複数枚積層してなる斜向流パターンのプレート式熱交換器において、
   前記プレートと前側に積層されたプレートの間に形成される流路にて、前記プレートの入口側通路孔と出口側通路孔を結ぶ最短経路を流れる流体に、前記プレートの入口側通路孔と出口側通路孔とは反対側のプレートの角部へ分流せしめる方向性を付与するべく、
   前記プレートの入口側通路孔から出口側通路孔に至るプレートの主伝面に、ヘリンボーンの凹部に部分的に凸部を形成して、前記凸部の頂面を前記プレートの前側に積層されたプレートに形成されたヘリンボーンの凹部に接し或いは概ね接するように線状に延在した流路壁を、プレス成形により形成したことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 四隅に流体の出入口となる通路孔を開口し、その間に三角堰伝面、および、ヘリンボーンパターンで凸部と凹部を交互に数多く形成した主伝面からなる伝面部を有し、かつ、四隅の通路孔のうち、一方の入口側通路孔および出口側通路孔を三角堰伝面および主伝面と連通するようにガスケットまたは溶接のシール部を設けたプレートを、複数枚積層してなる斜向流パターンのプレート式熱交換器において、
   前記プレートと後側に積層されたプレートの間に形成される流路にて、前記プレートの後側に積層されたプレートの入口側通路孔と出口側通路孔を結ぶ最短経路を流れる流体に、前記プレートの後側に積層されたプレートの入口側通路孔と出口側通路孔とは反対側のプレートの角部へ分流せしめる方向性を付与するべく、
   前記後側に積層されたプレートの入口側通路孔から出口側通路孔に至る伝面部に対応したプレートの主伝面に、ヘリンボーンの凸部を部分的に凹部を形成して、前記凹部の頂面を前記プレートの後側に積層されたプレートに形成されたヘリンボーンの凸部に接し或いは概ね接するように線状に延在した流路壁を、プレス成形により形成したことを特徴とするプレート式熱交換器。
3. 前記プレート式熱交換器が、縦置きプレート式熱交換器であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。