JP4075413B2 - Plate heat exchanger - Google Patents

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    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の伝熱プレートが積層され、各伝熱プレート層間に流路が形成された構造を有するプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プレート式熱交換器は、伝熱面となる伝熱プレートを多数積層し、その伝熱プレート層間に流路を形成して、伝熱プレートを隔てた各流路に高温流体と低温流体とを交互に流すことによって熱交換を行うものである。
【０００３】
この種の熱交換器には、熱交換される流体のシール性の確保や構造上の強度の維持、また流路を流れる流体の偏りの抑制等を目的として、各伝熱プレート層間に仕切壁が設けられている。そして、その仕切壁により、各伝熱プレート層間に流路が形成されている。ここで、図１６に、従来のプレート式熱交換器における流路構造の斜視図を示す。図１６に示すように、プレート式熱交換器１００は、伝熱プレート１１０と仕切壁１２０とを備える。伝熱プレート１１０は複数積層され、その層間に隙間１３０を有する。隙間１３０には複数の仕切壁１２０が介装されている。仕切壁１２０は角柱状を呈し、互いに離間して平行に配置されている。この仕切壁１２０により、隙間１３０が仕切られ、各隙間１３０ごとに複数の層間流路１４０が形成されている。層間流路１４０は、伝熱プレート１１０の一方の縁部に開口する流入口１４１と、その流入口１４１に対向する他方の縁部に開口する流出口１４２とを持っており、伝熱プレート１１０の面方向に延びている。伝熱プレート１１０を挟んで積層方向に隣り合う隙間１３０では、配置される仕切壁１２０の向きが９０度異なっている。このため、積層方向、つまり上下方向に隣り合う隙間１３０の層間流路１４０は、伝熱プレート１１０を隔てて交差して形成されている。流体は、伝熱プレート１１０を挟んで上下方向に隣り合う隙間１３０に形成された各層間流路１４０の流入口１４１から流入し、流出口１４２から流出して、熱交換される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構造を有する熱交換器では、流体が各伝熱プレート層間に形成された層間流路に流入する際、その層間流路を形成する仕切壁の端部における縮流現象により、流体が仕切壁から剥離するという問題があった。つまり、層間流路へ直進してきた流体は、流入口で仕切壁の端部にぶつかると、流入断面積が減少するとともに流れの向きが変わってしまい、仕切壁から離れる方向に流れるようになる。この流体の剥離により、流体の流入時における圧力損失が増加する。また、剥離点後方では渦が発生し、よどみ域が生じたり、低圧状態となる。すなわち、一旦仕切壁から剥離した流体は、流入口より下流で仕切壁の側部近傍を流れ難く、仕切壁の側部近傍には流れの滞溜した、いわゆるよどみ域が生じることになる。層間流路中によどみ域が生じると、その分だけ実質的に流路が狭くなる。したがって、流路損失が大きくなり、有効な伝熱面積が減少してしまう。つまり、伝熱面積の利用率が低下する。また、層間流路中によどみ域が生じると、仕切壁の側部近傍にごみ等が堆積し易くなるため、流路の閉塞にもつながりかねない。一方、層間流路が直線状ではなく、湾曲して形成されている場合には、層間流路中で流れの偏りが生じるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、層間流路における流れを制御することにより、流体の剥離や偏り、および層間流路におけるよどみ域の発生を抑制し、圧力損失が小さく、伝熱効率の高いプレート式熱交換器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明のプレート式熱交換器は、層間に隙間をもって積層され、温度の異なる流体が積層方向に隣り合う該隙間をそれぞれ交互に流れることにより熱交換が行われる複数の伝熱プレートと、
該隙間に介装され、該伝熱プレートの縁部に開口する流入口と流出口とを持ち該伝熱プレートの面方向に延びる層間流路を仕切り形成する仕切壁と、
を備え、前記層間流路のうち少なくとも一つは、前記流入口から流入し前記流出口から流出する前記流体の流れを制御する流れ制御手段を持つ流れ制御流路であるプレート式熱交換器であって、
前記流れ制御手段は、前記仕切壁の間に位置するとともに、前記流入口の開口端部および／または該流入口付近であって該開口端部よりも上流側に配置され、該仕切壁の端部で発生する前記流体の剥離を抑制する剥離抑制部材を持つことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明のプレート式熱交換器は、伝熱プレート層間に隙間が形成されており、その隙間に層間流路が形成されている。そして、層間流路のうち少なくとも一つを、流体の流れを制御する流れ制御手段をもつ流れ制御流路としたものである。流れ制御手段によって層間流路における流体の流れを制御することにより、流れ制御流路では、上述した流体の剥離、偏流、よどみ域の発生が抑制される。その結果、流れ制御流路では、流量分布の均一な流れが実現できる。例えば、流れ制御流路の流入口での流体の剥離が抑制されると、流体の流入時における圧力損失が小さくなり、また、流入口より下流におけるよどみ域の発生も抑制される。よどみ域の発生が抑制されると、流路が広がるため流路損失は減少する。このように、本発明のプレート式熱交換器は、圧力損失が小さく、また流路損失も小さく伝熱面積を有効に利用することができるため、伝熱効率の高い熱交換器となる。
そして、本発明のプレート式熱交換器によれば、剥離抑制部材により流体の剥離を抑制することで、流入時における圧力損失を小さくすることができる。また、流れ制御流路中のよどみ域の発生も抑制することができる。したがって、圧力損失および流路損失が小さく、伝熱効率の高い熱交換器となる。
また、剥離抑制部材が流入口の開口端部および／または流入口付近であって開口端部よりも上流側に配置されることで、流体が流れ制御流路に流入する際の仕切壁からの剥離が有効に抑制される。その結果、流入時の圧力損失を小さくできる。さらに、流入口から下流の仕切壁の側部近傍に生じるよどみ域の発生をも抑制することができる。
【０００８】
（２）本発明のプレート式熱交換器は、前記流れ制御流路の前記流入口と前記流出口とが、前記伝熱プレートの対向する縁部にそれぞれ配置されている態様で実施することができる。つまり、本態様は、伝熱プレートの一つの縁部に流入口を配置し、その一つの縁部と向かい合う縁部に流出口を配置したものである。本態様によれば、流体はよりスムーズに流れる。特に、流入口と流出口とを向かい合わせて配置することで、流れ制御流路を直線的に形成することができる。この場合には、流体が直線的に流れることにより、流れ制御流路における圧力損失は小さくなり、より伝熱性能に優れた熱交換器を構成することができる。
【０００９】
（３）また、本発明のプレート式熱交換器は、前記流れ制御流路の前記流入口と前記流出口とが、前記伝熱プレートの同じ縁部に配置されている態様で実施することができる。つまり、本態様は、流入口と流出口とを同じ側に配置することで、流れ制御流路を湾曲させて形成したものである。本態様によれば、温度の異なる二つの流体を供給・排出するマニホールドを容易に形成することができる。
【００１０】
（４）上記（２）または（３）の態様において、前記仕切壁は、前記流入口から流入した流体を一旦分岐させた後再び合流させ前記流出口から流出させるように配置されていることが望ましい。つまり、本態様は、流れ制御流路をさらに仕切壁で仕切り、流れ制御流路中に分岐路を形成するものである。例えば、上記湾曲した流れ制御流路では、内側部分で流体が流れやすく、反対に外側部分で流体が流れ難くなるおそれがある。つまり、流れ制御流路で流れの偏りが生じるおそれがある。本態様では、流れ制御流路に分岐路を設けることにより、流れ制御流路中の流れが偏り難くなり、流量分布が均一になる。また、流れを分岐するために仕切壁を多く配置すると、伝熱プレート層間に介装される仕切壁の数が多くなる。つまり、積層される伝熱プレートを支える点が多くなるため、結果的に熱交換器自体の強度が向上する。
【００１１】
（５）また、流体が分岐される上記（４）の態様を採用した場合、前記流れ制御手段は、前記流入口と前記流出口との間に配置され、前記分岐される流れの流量配分を調整する流量配分調整部材を持つことが望ましい。上記のように、湾曲した流れ制御流路では、流れの偏りが生じやすい。このため、仕切壁で分けられた分岐路ごとに流入量が異なるおそれがある。本態様では、流れ制御手段として、分岐路に流入する流量配分を調整する流量配分調整部材を配置する。これにより、流れ制御流路における各分岐路ごとの流量のアンバランスを是正することができる。すなわち、流れ制御流路中の流量分布をより均一にすることができる。
【００１２】
（６）上記（５）の態様において、前記流量配分調整部材は、該流量配分調整部材を挟む二枚の前記伝熱プレートの一方と離間して配置されていることが望ましい。すなわち、本態様は、二枚の伝熱プレートのうち一方の表面に流量配分調整部材が配置され、かつ、その流量配分調整部材ともう一方の伝熱プレートの裏面との間に隙間が存在する態様である。つまり、流量配分調整部材は、仕切壁のように完全に隙間を仕切る機能を有していなくてもよい。したがって、仕切壁とは異なり、流量配分調整部材の材質や形状の選択の幅は広くなる。また、仕切壁は、層間流路を形成することに加え、伝熱プレートを支持する役割をも果たす。このため、流量配分調整部材の高さと仕切壁の高さとを同じにする場合には、流量配分調整部材の寸法精度が要求される。本態様によれば、流量配分調整部材は、仕切壁の高さより低くすることができるため、寸法精度はそれほど必要ではなく、結果的に熱交換器の製造が容易となる。
【００１３】
（７）前記剥離抑制部材は、前記流入口の前記開口端部を複数の開口部に分割するのが望ましい。
【００１４】
（８）前記剥離抑制部材は、前記仕切壁と間隔をもって配設される板状体、角柱または円柱である態様とすることが望ましい。
【００１５】
（９）また、前記流れ制御手段は、さらに、前記仕切壁の端部に一体的に形成され、前記流体の流れの上流側に向かって幅が狭まる狭幅部を持つことが望ましい。剥離抑制部材が仕切壁の端部に配置されることで、流体が流れ制御流路に流入する際の仕切壁からの剥離が抑制される。また、狭幅部は、流体の流れの上流側に向かって幅が狭くなる形状である。このため、仕切壁の端部に衝突する流体の抵抗が小さくなり、流体は仕切壁の側部に沿って流れ易くなる。つまり、流体の仕切壁からの剥離が抑制される。さらに、仕切壁の端部の断面積が小さくなるため、その分流入口の断面積、つまり開口断面積が増加し、流体の流入時における圧力損失も小さくなる。
【００１６】
（１０）本発明のプレート式熱交換器は、前記流れ制御手段が、前記流入口と前記流出口との間に配置され、前記流体の流れ方向を変え該流体のよどみを抑制するよどみ抑制部材を持つ態様とすることが望ましい。よどみ抑制部材により、流れ制御流路中のよどみ域の発生を抑制することで、流路損失を小さくすることができる。したがって、本態様によれば、流路損失が小さく、伝熱面積の利用率が大きい熱交換器となる。なお、本態様は、上記（２）〜（９）の態様と組合わせると、さらに効果的である。
【００１７】
（１１）上記（１０）の態様において、よどみ抑制部材は、前記伝熱プレート表面に配置された突起であることが望ましい。流体が流れ制御流路中で突起に衝突することにより、その突起近傍に渦が発生して流れが攪拌される。この渦による攪拌作用により、仮に流入口で流れの剥離が生じた場合であっても、その後に流れは仕切壁の側部に近づけられる。したがって、仕切壁の側部近傍におけるよどみ域の発生が抑制される。
【００１８】
（１２）また、上記（１０）の態様において、よどみ抑制部材は、前記仕切壁の側部に配置された凹凸部であることが望ましい。流体が凹凸部に衝突すると、凹凸部近傍には渦が発生する。この渦により流れが攪拌されることで、流れは仕切壁の側部に近づけられる。つまり、仕切壁の側部近傍におけるよどみ域の発生は抑制される。
【００１９】
（１３）本発明のプレート式熱交換器は、燃料電池の燃料となる水素を供給するための水素改質装置に用いられることが望ましい。一般に、水素改質装置は、炭化水素系燃料と水蒸気とから改質反応により水素を生成させる改質器と、必要に応じて改質ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させるＣＯ変成器と、改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣＯ除去器とを備える。上記改質器における改質反応は、比較的高温で行われる。一方、一酸化炭素の濃度を低減する、あるいは一酸化炭素を除去する反応は低温で行われる。このため、改質器から出た改質ガスは、熱交換器によりある程度冷却されて、ＣＯ変成器あるいはＣＯ除去器に供給される。本発明のプレート式熱交換器を、このような水素改質装置に組み込んで使用することにより、上記改質ガスを効率よく熱交換させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプレート式熱交換器の実施形態について詳しく説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明のプレート式熱交換器を、燃料電池の燃料となる水素を供給するための水素改質装置に組み込んで使用したものである。
【００２１】
（１）第一実施形態
まず、本実施形態のプレート式熱交換器の構成を説明する。図１に本実施形態のプレート式熱交換器における流路構造の斜視図を示す。なお、図１では、流路構造の一部のみを拡大して示している。つまり、本実施形態のプレート式熱交換器では、図１に示す流路構造が、伝熱プレートの面方向および上下方向に繰り返し展開されている。
【００２２】
図１に示すように、プレート式熱交換器１は、伝熱プレート２と、仕切壁３とを備える。伝熱面となる伝熱プレート２は、ＳＵＳ製であって、薄板状を呈している。伝熱プレート２の大きさは、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ５００μｍである。伝熱プレート２は上下方向に複数積層されている。伝熱プレート２の層間には隙間４が形成されている。
【００２３】
仕切壁３は、隙間４に複数介装されている。仕切壁３はＳＵＳ製であり、幅５００μｍ×高さ５００μｍの角柱状を呈している。仕切壁３は、互いに離間して平行に配置されている。仕切壁３の離間幅は５ｍｍである。仕切壁３により、隙間４が仕切られ、各隙間４ごとに三つの流れ制御流路５が形成されている。
【００２４】
流れ制御流路５は、流入口５１と流出口５２と流れ制御手段６とを持っている。流入口５１は、伝熱プレート２の縁部に開口している。流出口５２は、流入口５１に対向する伝熱プレート２の縁部に開口している。流入口５１と流出口５２とは向かい合って配置され、流れ制御流路５は、伝熱プレート２の面方向に直線的に延びている。流れ制御手段６は、狭幅部６１とフィン６２とからなる。流れ制御手段６については後に詳しく説明する。
【００２５】
伝熱プレート２を挟んで上下方向に隣り合う隙間４では、配置される仕切壁３の向きが９０度異なっている。このため、上下方向に隣り合う隙間４の流れ制御流路５は、伝熱プレート２を隔てて交差するように形成されている。
【００２６】
次に、本実施形態のプレート式熱交換器における熱交換の機構について説明する。流体は、隙間４に形成された各流れ制御流路の流入口５１から流入し、流出口５２から流出する。改質器から供給される高温の改質ガスと、低温の改質ガスもしくは改質用燃料ガスという温度の異なる二つの流体が、伝熱プレート２を挟んで上下方向に隣り合う隙間４をそれぞれ交互に流れることにより、伝熱プレート２を介して熱交換が行われる。
【００２７】
次に、上記図１で示した流路構造における一つの伝熱プレート面を例にとり、流れ制御流路について詳しく説明する。図２に、上記図１で示したプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。上述のように、伝熱プレート２の表面には仕切壁３が離間して配置されている。仕切壁３により三つの流れ制御流路５が形成されている。流れ制御流路５は狭幅部６１とフィン６２とからなる流れ制御手段６を持つ。
【００２８】
狭幅部６１は、仕切壁３の端部に配置され、伝熱プレート２の縁部に向かって尖った形状を呈する。狭幅部６１は仕切壁３と一体的に形成されている。フィン６２は、ＳＵＳ製であり、流入口５１および流出口５２付近（開口端部）にそれぞれ三つずつ配置されている。フィン６２は剥離抑制部材に相当する。
【００２９】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流体は、流入する際に狭幅部６１に衝突する。しかし、狭幅部６１は流入口５１に対して、つまり上流に向かって尖っている。このため流体は、狭幅部６１に沿ってスムーズに流れる。したがって、流入時の圧力損失は小さくなる。狭幅部６１は、仕切壁３の端部に配置されている。このため、仕切壁３が角柱状である場合と比較すると、流入口５１の断面積は増加している。すなわち、仕切壁３の端部に狭幅部６１を配置することにより、開口断面積の変化がゆるやかになり、流体の流入時における流入損失はより減少する。また、流体が狭幅部６１に衝突しても、狭幅部６１に沿ってスムーズに流れるため、図２中、矢印で示すように、流れの向きはあまり変わらない。このため、流体は、流れ制御流路５に流入した後も仕切壁３に沿って流れる。つまり、流体の仕切壁３からの剥離が抑制される。
【００３０】
さらに、流体は、流入時にフィン６２にも衝突する。フィン６２に衝突することによる制流効果により流れの向きが変わり、狭幅部６１と平行になる。そして、剥離等により流れ制御流路５の中央へ流れる流体は、仕切壁３の方向に押しやられる。つまり、流体は仕切壁３に近づけられる。このため、仕切壁３からの剥離は抑制され、流体は仕切壁３に沿って流れるようになる。流体が仕切壁３に沿って流れることで、仕切壁３の側部近傍のよどみ域も発生し難くなる。また、各伝熱プレート２間の隙間４にフィン６２が介装されることで、仕切壁３のみの態様と比較して、積層される伝熱プレート２を支える点が多くなる。このため、各伝熱プレート２間の接合が強固なものとなり、流体のシール性が向上し、熱交換器自体の強度も向上する。
【００３１】
このように、層間流路に流れ制御手段を配置することで、流体の流入時における圧力損失が小さくなり、剥離やよどみ域の発生が抑制される。つまり、流れ制御流路では、流量分布の均一な流れが実現できる。その結果、本実施形態のプレート式熱交換器は、伝熱効率の高い熱交換器となる。
【００３２】
次に、本実施形態のプレート式熱交換器の製造方法を説明する。本実施形態のプレート式熱交換器は、以下の三工程を含む方法で製造することができる。まず、第一工程として、伝熱面となる基板の表面に、ハーフエッチングや機械加工により仕切壁および流れ制御手段を形成する。次いで、第二工程として、仕切壁および流れ制御手段が形成された基板を複数積層し、高圧、高温下で拡散接合法により接合し積層体とする。さらに、第三工程として、得られた積層体の端部を裁断して、目的とする伝熱プレートの積層体を得る。
【００３３】
上記方法では、仕切壁および流れ制御手段と基板、つまり伝熱プレートとを一体的に形成している。これにより、小さな流れ制御流路をもつ熱交換器を容易に製造することができる。しかし、仕切壁および流れ制御手段の形成方法は、上記方法に限定されるものではない。仕切壁や流れ制御手段を基板とは別に形成しておき、それらを基板の表面に配置してもよい。また、積層された基板の接合方法も、上記方法に限定されるものではなく、ロウ付け等の種々の方法を用いることができる。上記方法では、基板を複数積層して積層体とした後に、その端部を裁断して、伝熱プレートの積層体を得ている。しかし、伝熱プレートそのものに、仕切壁および流れ制御手段を形成し、それを複数積層させて伝熱プレートの積層体としてもよい。この場合には、上記方法における基板が伝熱プレートとなり、第三工程は省略される。すなわち、本発明のプレート式熱交換器の製造方法は、伝熱面となる基板の表面に仕切壁および流れ制御手段を形成する第一工程と、仕切壁および流れ制御手段が形成された基板を複数積層し接合する第二工程とを含んで構成すればよい。
【００３４】
（２）第二実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、剥離抑制部材として、狭幅部およびフィンの代わりに角柱を配置した点である。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため、ここでは相違点のみを説明する。
【００３５】
図３に本実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。なお、図２と対応する部材は同じ記号で示す。図３に示すように、伝熱プレート２の表面には仕切壁３が離間して配置されている。仕切壁３により三つの流れ制御流路５が形成されている。流れ制御流路５は流れ制御手段６を持つ。流れ制御手段６は角柱６３からなる。角柱６３は剥離抑制部材に相当する。角柱６３は、ＳＵＳ製であり、流出口５１付近および流入口５２付近（流入口の開口端部よりも上流側）にそれぞれ一つずつ配置されている。角柱６３からその左側に配置された仕切壁３の端部までの距離は、角柱６３からその右側に配置された仕切壁３の端部までの距離とほぼ等しくなっている。また、角柱６３からその左側に配置された仕切壁３の端部までの距離は、仕切壁３の離間幅とほぼ等しい。つまり、角柱６３とその両側に配置された仕切壁３の端部とを結ぶとほぼ正三角形となる。なお、本実施形態は、上記第一実施形態と同様、伝熱プレート２を挟んで上下方向に隣り合う隙間４では、配置される仕切壁３の向きが９０度異なっている。また、複数の伝熱プレート２は、角柱６３とその両側に配置された仕切壁３の端部とを結んだ三角形の重心６３１が、隣り合う隙間４に介装される仕切壁３（図中破線で示す。）の上に位置するよう積層されている。
【００３６】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流体は、流入する際に角柱６３に衝突する。流体が角柱６３に衝突すると、角柱６３の後方には渦が発生する。この渦により流体は攪拌され、その結果、仕切壁３近傍に発生する剥離点が不安定となり、流れの主流が仕切壁３の側部に近づけられる。つまり、仕切壁３からの剥離が抑制される。その結果、流体は仕切壁３に沿って流れ易くなり、仕切壁３の側部近傍のよどみ域の発生も解消されることとなる。
【００３７】
また、角柱６３からその左側に配置された仕切壁３の端部までの距離は、仕切壁３の離間幅とほぼ等しいため、開口断面積はあまり変わらない。同様に、角柱６３からその右側に配置された仕切壁３の端部までの距離も、仕切壁３の離間幅とほぼ等しいため、開口断面積はあまり変わらない。したがって、流体が流入する際の圧力損失の増加は小さい。
【００３８】
さらに、各伝熱プレート２間の隙間４に角柱６３が介装されることで、仕切壁３のみの態様と比較して、積層される伝熱プレート２を支える点が多くなる。このため、各伝熱プレート２間の接合が強固なものとなり、流体のシール性が向上し、熱交換器自体の強度も向上する。加えて、角柱６３とその両側に配置された仕切壁３の端部とを結んだ三角形の重心６３１が、隣り合う隙間４に介装される仕切壁３の上に位置するため、伝熱プレート２をより強固に支持することができる。
【００３９】
（３）第三実施形態
本実施形態と第二実施形態との相違点は、剥離抑制部材として、角柱の代わりにブロックを積層して配置した点である。それ以外の構成は、第二実施形態と同じであるため、相違点のみを説明する。
【００４０】
図４に本実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの斜視図を示す。なお、図３と対応する部材は同じ記号で示す。図４に示すように、伝熱プレート２の表面には仕切壁３が離間して配置されている。仕切壁３により三つの流れ制御流路５が形成されている。流れ制御流路５は流れ制御手段６を持つ。流れ制御手段６はブロック６４からなる。ブロック６４は剥離抑制部材に相当する。ブロック６４は、ＳＵＳ製であり、平板状を呈している。ブロック６４は、流出口５１および流入口５２付近にそれぞれ五つずつ配置されている。ブロック６４は、互いに一部が重なり合うように二段に積層されている。つまり、流入口５１および流出口５２は、ブロック６４が積層することにより格子状に形成されている。
【００４１】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。ブロック６４により小さく分割された流入口５１から流入することにより、流体には、いわゆる整流格子効果が生じる。すなわち、流体は、ブロック６４により小さく分割されるとともに、各ブロック６４の壁面に生じる剪断力により層流化される。この流体の整流格子効果により、流体は、仕切壁３の側部近傍をスムーズに流れる。つまり、仕切壁３からの剥離が抑制される。その結果、流体は仕切壁３に沿って流れ易くなり、仕切壁３の側部近傍のよどみ域の発生も解消されることとなる。
【００４２】
流入口５１は、ブロック６４により格子状に形成されている。つまり、流入口５１は、分割された複数の開口部からなる。流入口５１の断面において、上記開口部は、流入口５１の開口幅方向および上下方向に分散して形成されている。流体は、この分散した開口部を通過して流入する。このように開口部が分散していることで、流れ制御流路５の幅方向および上下方向における流量分布は均一になる。
【００４３】
また、各伝熱プレート２間の隙間４にブロック６４が介装されることで、仕切壁３のみの態様と比較して、積層される伝熱プレート２を支える点が多くなる。このため、各伝熱プレート２間の接合が強固なものとなり、流体のシール性が向上し、熱交換器自体の強度も向上する。さらに、ブロック６４は、互いに一部が重なるように交互に積層されている。この重なり部分が上下方向で一本の柱のような役割を果たすため、伝熱プレート２をより強く支持することができる。
【００４４】
（４）第四実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、剥離抑制部材として、狭幅部およびフィンに代えてフィンのみを配置した点、および流れ制御手段としてさらによどみ抑制部材を持つ点である。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため、相違点のみを説明する。
【００４５】
図５に本実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。なお、図２と対応する部材は同じ記号で示す。図５に示すように、伝熱プレート２の表面には仕切壁３が離間して配置されている。仕切壁３により三つの流れ制御流路５が形成されている。流れ制御流路５は流れ制御手段６を持つ。流れ制御手段６はフィン６２とピン６５とからなる。
【００４６】
フィン６２は、流出口５１および流入口５２付近にそれぞれ三つずつ配置されている。フィン６２は剥離抑制部材に相当する。ピン６５は、ＳＵＳ製であり、円柱状を呈している。ピン６５は、流出口５１と流入口５２との間に複数個配置され、互いに離間している。ピン６５は、伝熱プレート２表面に配置された突起であり、よどみ抑制部材に相当する。
【００４７】
なお、本実施形態は、上記第一実施形態と同様、伝熱プレート２を挟んで上下方向に隣り合う隙間４では、配置される仕切壁３の向きが９０度異なっている。また、複数の伝熱プレート２は、ピン６５の一部が、隣り合う隙間４に介装される仕切壁３（図中破線で示す。）の上に位置するよう積層されている。
【００４８】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流体は、流入する際にフィン６２に衝突する。フィン６２に衝突することにより流れの向きが変わり、流体は仕切壁３と平行な流れに制御される。つまり、流体は仕切壁３と平行に流れるため、仕切壁３からの剥離が抑制され、仕切壁３に沿って流れ易くなる。
【００４９】
また、流入した流体は、流れ制御流路５中でピン６５に衝突する。流体がピン６５に衝突すると、ピン６５の後方には渦が発生する。この渦により流体が攪拌され、発生する周期的な流れが仕切壁３に近づく。仮に流入口５１付近で流体の剥離が生じたとしても、ピン６５に衝突することで、流れは仕切壁の側部に近づけられ、仕切壁３に沿うようになる。このように、ピン６５を配置することで、仕切壁３の側部近傍のよどみ域の発生が解消される。
【００５０】
また、各伝熱プレート２間の隙間４にフィン６２およびピン６５が介装されることで、仕切壁３のみの態様と比較して、積層される伝熱プレート２を支える点が多くなる。このため、各伝熱プレート２間の接合が強固なものとなり、流体のシール性が向上し、熱交換器自体の強度も向上する。なお、ピン６５の一部が、隣り合う隙間４に介装される仕切壁３の上に位置するため、伝熱プレート２をより強固に支持することができる。
【００５１】
（５）第五実施形態
本実施形態と第四実施形態との相違点は、よどみ抑制部材として、ピンに変えて邪魔板を配置した点である。それ以外の構成は、第四実施形態と同じであるため、相違点のみを説明する。
【００５２】
図６に本実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。なお、図５と対応する部材は同じ記号で示す。図６に示すように、伝熱プレート２の表面には仕切壁３が離間して配置されている。仕切壁３により三つの流れ制御流路５が形成されている。流れ制御流路５は流れ制御手段６を持つ。流れ制御手段６はフィン６２と邪魔板６６とからなる。
【００５３】
フィン６２は、流出口５１および流入口５２付近にそれぞれ三つずつ配置されている。フィン６２は、剥離抑制部材に相当する。邪魔板６６は、ＳＵＳ製であり、平板状を呈している。邪魔板６６は、流出口５１と流入口５２との間に、互いに離間して複数個配置されている。邪魔板６６は、仕切壁３の側部に対して垂設されている。そして、邪魔板６６と仕切壁３の側部とで凹凸部が形成されている。邪魔板６６は、よどみ抑制部材に相当する。
【００５４】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流体は、流入する際にフィン６２に衝突する。フィン６２に衝突することにより、フィン６２の先端部では小さな渦が発生する。つまり、仕切壁３の近傍に渦が発生し、この渦により、流体の仕切壁３からの剥離やよどみ域の発生が抑制され、流体は仕切壁３に沿って流れ易くなる。
【００５５】
また、流入口５１から流入した流体は、流れ制御流路５中で邪魔板６６に衝突する。流体が邪魔板６６に衝突すると、邪魔板６６の後方には渦が発生する。この渦により流体が攪拌され、周期的な流れが形成される。仮に流入口５１付近で流体の剥離が生じても、邪魔板６６に衝突することで発生する渦により、流れは仕切壁の側部に近づけられ、仕切壁３に沿うようになる。このように、邪魔板６６を配置することで、仕切壁３の側部近傍のよどみ域の発生が解消される。
【００５６】
また、各伝熱プレート２間の隙間４にフィン６２および邪魔板６６が介装されることで、仕切壁３のみの態様と比較して、積層される伝熱プレート２を支える点が多くなる。このため、各伝熱プレート２間の接合が強固なものとなり、流体のシール性が向上し、熱交換器自体の強度も向上する。
【００５７】
（６）第六実施形態
本発明のプレート式熱交換器では、伝熱プレートを挟んで上下方向に隣り合う隙間を、温度の異なる流体がそれぞれ交互に流れる。本実施形態と第一実施形態との相違点は、伝熱プレートを挟んで上下方向に隣り合う隙間で、流れ制御流路の構成が異なる点である。具体的には、温度の異なる二つの流体のうち、第一流体が流れる流れ制御流路が直線的ではなく、湾曲して形成されている。一方、第二流体が流れる流れ制御流路は、第一実施形態と同様、直線的に形成されている。それ以外の構成は、第一実施形態と同じである。したがって、本実施形態では、相違点を第一流体が流れる流れ制御流路を中心に説明する。
【００５８】
図７に本実施形態のプレート式熱交換器における、第一流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。なお、図２と対応する部材は同じ記号で示す。図７に示すように、伝熱プレート２の三方の縁部にはそれぞれ仕切壁３が配置されている。この三つの仕切壁３により、流れ制御流路５の外周が形成されている。また、伝熱プレート２の残りの一つの縁部の中央部分にも仕切壁３が配置されている。この仕切壁３により、同伝熱プレート２の縁部の両端には流入口５１と流出口５２とがそれぞれ形成されている。つまり、流入口５１と流出口５２とは伝熱プレート２の同じ縁部に配置されており、流れ制御流路５はコの字形に湾曲して形成されている。伝熱プレート２の中央部分には、さらに仕切壁３が二つ配置されている。二つの仕切壁３は、流入口５１および流出口５２を形成している仕切壁３と平行に配置されている。この二つの仕切壁３により、流れ制御流路５の中には、三つの分岐路が形成されている。
【００５９】
流れ制御流路５は流れ制御手段６を持つ。流れ制御手段６は、フィン６２と流量配分調整部材６７とからなる。フィン６２は、流出口５１および流入口５２付近にそれぞれ二つずつ配置されている。フィン６２は、剥離抑制部材に相当する。流量配分調整部材６７は、ＳＵＳ製であり、薄板状を呈している。流量配分調整部材６７は、流入口５１と流出口５２との間に二つ配置されている。二つの流量配分調整部材６７は、流出口５１および流入口５２から対向する伝熱プレート２の縁部に向かって、逆ハの字形に配置されている。
【００６０】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流体は、流入する際にフィン６２に衝突する。フィン６２に衝突することにより流れの向きが制御される。また、流入口５１から流入した流体は、仕切壁３で形成された各分岐路に一旦分岐して流入した後、再び合流して流出口５２から流出する。その際、流体は流量配分調整部材６７に案内される。つまり、流量配分調整部材６７により、各分岐路に分岐される流れの流量配分が調整される。このため、流れ制御流路５における各分岐路ごとの流量の偏りがなく、流量分布が均一になる。
【００６１】
また、第二流体が流れる流れ制御流路と、第一実施形態との相違点は、剥離抑制部材として、狭幅部およびフィンに代えてフィンのみを配置した点である。図８に本実施形態のプレート式熱交換器における、第二流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。なお、図７と対応する部材は同じ記号で示す。図８に示すように、伝熱プレート２の表面には仕切壁３が離間して配置されている。仕切壁３により三つの流れ制御流路５が直線的に形成されている。流れ制御流路５は流れ制御手段６を持つ。流れ制御手段６はフィン６２からなる。フィン６２は、流出口５１および流入口５２付近にそれぞれ三つずつ配置されている。フィン６２は剥離抑制部材に相当する。
【００６２】
流体は、流入時にフィン６２に衝突する。フィン６２に衝突することにより流れの向きは制御され、流体は仕切壁３と平行に流れる。つまり、流体は仕切壁３と平行な流れとなるよう制御される。このため、仕切壁３からの剥離は抑制され、流体は仕切壁３に沿って流れるようになる。流体が仕切壁３に沿って流れることで、仕切壁３の側部近傍のよどみ域も発生し難くなる。
【００６３】
本実施形態では、上記二種類の流れ制御流路が伝熱プレートを挟んで上下方向に交互に形成されている。第一流体の流れ制御流路における流れを均一化することで、伝熱プレートの限られた表面積において充分に熱交換させることができる。また、流れ制御流路における流体の剥離や偏りが抑制されるため、流量分布が均一になり伝熱効率が向上する。
【００６４】
（７）第七実施形態
本実施形態と第六実施形態との相違点は、第一流体が流れる流れ制御流路に配置される流量配分調整部材の数を多くした点である。具体的には、流れ制御流路中に形成された分岐路内にも流量配分調整部材を配置した点である。それ以外の構成は、第六実施形態と同じであるため、ここでは相違点のみを説明する。
【００６５】
図９に本実施形態のプレート式熱交換器における、第一流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。なお、図７と対応する部材は同じ記号で示す。図９に示すように、流れ制御流路５はコの字形に形成されている。また、流れ制御流路５の中には、仕切壁３により三つの分岐路が形成されている。そして、三つの分岐路の中には流量配分調整部材６７が配置されている。流量配分調整部材６７は、仕切壁３と平行にそれぞれ三つずつ配置されている。各分岐路は、流量配分調整部材６７によりそれぞれ四等分されている。
【００６６】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流入口５１から流入した流体は、流量配分調整部材６７に案内され、仕切壁３で形成された各分岐路に流入する。この際、各分岐路においても、流量配分調整部材６７により、流れの流量配分が調整されるため、流れの偏りは抑制される。このため、分岐路に流入する流量配分だけでなく、各分岐路における流れの偏りをも抑制されることになる。また、流量配分調整部材６７により流路幅を徐々に狭くすることにより、流れの方向転換に伴う偏りが抑制される。
【００６７】
（８）第八実施形態
本実施形態と第六実施形態との相違点は、第一流体が流れる流れ制御流路に配置される流量配分調整部材を三対配置した点である。また、剥離抑制部材のフィンが配置されていない点である。それ以外の構成は、第六実施形態と同じであるため、相違点のみを説明する。
【００６８】
図１０に本実施形態のプレート式熱交換器における、第一流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。なお、図７と対応する部材は同じ記号で示す。図１０に示すように、流れ制御流路５はコの字形に形成されている。また、流れ制御流路５の中には、仕切壁３により三つの分岐路が形成されている。一方、流量配分調整部材６７は、三対配置されている。三対の流量配分調整部材６７は、いずれも流入口５１および流出口５２から対向する伝熱プレート２の縁部に向かって、逆ハの字形に配置されている。このうち、最も外側に配置された一対の流量配分調整部材６７は、流入口５１から最も遠い分岐路に第一流体を案内する。また、最も内側に配置された一対の流量配分調整部材６７は、流入口５１から最も近い分岐路に第一流体を案内する。残りの一対の流量配分調整部材６７は、中央の分岐路に第一流体を案内する。
【００６９】
流体は、流入口５１から流れ制御流路５に流入する。流入口５１から流入した流体は、流量配分調整部材６７によってそれぞれの分岐路に案内される。流体が強制的に各分岐路に分配されるため、各分岐路に流入する流量の偏りは抑制される。
【００７０】
（９）その他
以上、本発明のプレート式熱交換器の実施形態について説明した。しかしながら、本発明のプレート式熱交換器の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明のプレート式熱交換器は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
【００７１】
例えば、上記実施形態では、層間流路のすべてを流れ制御流路とした。しかし、層間流路の少なくとも一つが流れ制御流路であればよく、流れ制御流路の数は特に限定されるものではない。流れ制御流路は、伝熱プレート層間の一つの隙間に形成された複数の層間流路のうちの一つでもよい。また、伝熱プレート層間の隙間ごとに数が異なっていてもよい。流れ制御流路の幅、つまり仕切壁の離間幅も特に限定されるものではない。
【００７２】
上記実施形態では、流れ制御流路が直線的に、あるいはコの字形に形成されている。しかし、流れ制御流路の形状は特に限定されるものではなく、曲線状やジグザグ状等に形成してもよい。また、流れ制御流路の形状は、伝熱プレート層間の隙間ごとに同じでも異なっていてもよい。なお、上記第一ないし第五実施形態では、上下方向に隣り合う隙間の流れ制御流路は、伝熱プレートを隔てて交差するように形成されている。しかし、上下方向に隣り合う隙間の流れ制御流路を、同じ向きに形成してもよい。
【００７３】
上記実施形態では、ＳＵＳ製の伝熱プレートを使用したが、アルミニウム製、銅製、樹脂製等の種々の材質の伝熱プレートが使用できる。また、伝熱プレートの大きさや積層枚数も、特に限定されるものではなく、用途等を考慮して適宜決定すればよい。また、仕切壁や流れ制御手段も伝熱プレートと同じ材質としたが、仕切壁や流れ制御手段は、それぞれ種々の材質のものを用いることができ、各々異なる材質であってもよい。
【００７４】
上記実施形態では、本発明の熱交換器を水素改質装置に組み込んで使用したが、本発明の熱交換器の用途は特に限定されるものではない。例えば、石油精製装置等の化学プラントに使用することができる。
【００７５】
上記第一実施形態における流れ制御手段は、狭幅部とフィンとからなる。このうち、狭幅部は、伝熱プレートの縁部に向かって尖った形状を呈する。しかし、狭幅部の形状は、円弧状、ナイフ状、階段状、ボトルネック状等種々のものとすることができる。図１１（ａ）〜（ｄ）に狭幅部の形状例を示す。図１１において、（ａ）は円弧状を、（ｂ）はナイフ状を、（ｃ）は階段状を、（ｄ）はボトルネック状を示す。なかでも、狭幅部が円弧状の場合には、より効果的に流体の剥離を抑制することができる。また、狭幅部は、仕切壁の両端部にそれぞれ配置されているが、流入口側の端部のみに配置してもよい。一方、フィンは流入口および流出口付近にそれぞれ三つずつ配置されているが、フィンの数は特に限定されるものではない。また、フィンを流入口のみに配置してもよい。さらに、フィンを配置せず、狭幅部のみを配置してもよい。これら狭幅部とフィンに加えて、よどみ抑制部材を配置すると、より効果的である。
【００７６】
上記第二実施形態における流れ制御手段は、角柱からなる。角柱は、流出口付近および流入口付近（流入口の開口端部よりも上流側）にそれぞれ一つずつ配置されているが、角柱の数は特に限定されるものではない。角柱を流入口のみに配置してもよい。また、角柱は、その両側に配置された仕切壁の端部との距離がほぼ等しくなるように配置されているが、角柱の位置は特に限定されるものではない。図１２に、角柱を流入口付近であって開口端部よりも上流側および流出口付近にそれぞれ二つずつ配置した態様の伝熱プレートの上面図を示す。図１２に示すように、角柱６３は、流入口５１および流出口５２付近にそれぞれ二つずつ配置されている。本態様では、二つの角柱６３と、その両側に配置された仕切壁３の端部とを結ぶと台形となる。このため、伝熱プレート２はより強固に支持される。なお、角柱に加えて狭幅部を配置してもよい。さらによどみ抑制部材を配置すると、より効果的である。
【００７７】
角柱は、剥離抑制部材に相当するものであるが、剥離抑制部材は角柱に限定されるものではなく、上記フィンを始め、円柱、楕円柱、翼形状の板等種々の形状のものを用いることができる。図１３に、フィンと円柱を配置した態様の伝熱プレートの上面図を示す。図１３に示すように、フィン６２は、流入口５１付近であって開口端部よりも上流側および流出口５２付近にそれぞれ三つずつ配置されている。また、剥離抑制部材は、さらに、仕切壁３の延長線上に配置されるものであってもよい。円柱６８は、流入口５１および流出口５２付近における仕切壁３の延長線上に、それぞれ二つずつ配置されている。本態様では、流体は、流入する際にフィン６２および円柱６８に衝突する。流体がフィン６２に衝突すると、流れの向きが変わり、仕切壁３に沿った流れに制御される。また、流体が円柱６８に衝突すると、円柱６８の後方には渦が発生する。この渦により流体が攪拌され、仕切壁３に近づけられる。つまり、二種類の部材が配置されることで、流体の剥離がより抑制される。本態様では円柱を配置しているため、角柱と比較して、流体が衝突した際の圧力損失が小さくなるという利点がある。
【００７８】
上記第三実施形態における流れ制御手段は、積層されたブロックからなる。ブロックは、流出口および流入口付近にそれぞれ五つずつ積層して配置されている。しかし、ブロックの数および積層方法は特に限定されるものではない。ブロックを流入口のみに配置してもよい。さらに、よどみ抑制部材を配置するとより効果的である。
【００７９】
上記第四実施形態における流れ制御手段は、フィンとピンとからなる。ピンは、流出口と流入口との間に複数個配置されているが、その数は特に限定されるものではない。ピンは、円柱状を呈し、よどみ抑制部材に相当するものであるが、よどみ抑制部材はピンに限定されるものではない。例えば、楕円柱、角柱状等種々の形状のものを用いることができる。なお、剥離抑制部材として、フィンに加えて狭幅部を配置するとより効果的である。
【００８０】
上記第五実施形態における流れ制御手段は、フィンと邪魔板とからなる。剥離抑制部材として、フィンに加えて狭幅部を配置するとより効果的である。邪魔板は、流出口と流入口との間に複数個配置されているが、その数は特に限定されるものではない。邪魔板はよどみ抑制部材に相当するものであるが、よどみ抑制部材は邪魔板に限定されるものではない。例えば、表面を波形に成形した薄板を仕切壁の側部に配置してもよい。また、仕切壁自体を波形に成形し、その仕切壁を配置してもよい。この場合は、仕切壁がよどみ抑制部材をも兼ねることになる。図１４に、波形に成形した仕切壁を配置した態様の伝熱プレートの上面図を示す。図１４に示すように、流れ制御流路５は、波形に成形した仕切壁３により形成されている。仕切壁３の側部が凹凸状を呈しているため、その凹凸部により流れが攪拌され、仕切壁の側部近傍に流れが滞溜し難くなる。
【００８１】
上記第六実施形態における、第一流体が流れる流れ制御流路の流れ制御手段は、フィンと流量配分調整部材とからなる。流量配分調整部材は、薄板状を呈しているが、その形状は特に限定されるものではない。例えば、流量配分調整部材は孔を有する板でもよく、また、流量配分調整部材の高さは、仕切壁と同じでもよく、それより低くてもよい。流量配分調整部材は、流入口と流出口との間に二つ配置されているが、その数や配置の仕方も限定されない。例えば、流入口から下流に向かって流れをしぼるものだけが配置されていてもよく、反対に、流れ制御流路の途中から流出口に向かって流れを広げるものだけが配置されていてもよい。なお、流れ制御流路中に、三つの分岐路が形成されているが、分岐路の数や配置も特に限定されるものではない。
【００８２】
また、第六実施形態では、流れ制御流路がコの字形に形成されているが、流量配分調整部材が配置される流れ制御流路の形状は、特に限定されるものではない。例えば、流入口と流出口とが伝熱プレートの対向する縁部にそれぞれ配置されている流れ制御流路においても、流量配分調整部材を配置することができる。その一例として、図１５に、流入口と流出口とが伝熱プレートの対向する縁部にそれぞれ配置されている流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。図１５に示すように、仕切壁３により、流れ制御流路５の外周、流入口５１および流出口５２が形成されている。そして、流入口５１と流出口５２とは伝熱プレート２の対向する縁部に配置されている。伝熱プレート２の中央部分には、さらに仕切壁３が二つ配置されている。この二つの仕切壁３により、流れ制御流路５の中には、三つの分岐路が形成されている。流れ制御流路５は、流れ制御手段６として、フィン６２と流量配分調整部材６７とを持つ。フィン６２は、流出口５１および流入口５２付近にそれぞれ二つずつ配置されている。流量配分調整部材６７は、流入口５１と流出口５２との間に二つ配置されている。二つの流量配分調整部材６７は、流入口５１および流出口５２から対向する伝熱プレート２の縁部に向かって、互いに平行に配置されている。流入口５１から流入した流体は、仕切壁３で形成された各分岐路に一旦分岐して流入した後、再び合流して流出口５２から流出する。その際、流体は流量配分調整部材６７に案内される。つまり、流体は、流量配分調整部材６７によりその流れが制御されることで、流れ制御流路５をスムーズに流れることができる。
【００８３】
上記第七実施形態における、第一流体が流れる流れ制御流路の流れ制御手段は、流量配分調整部材からなる。ここで、三つの分岐路の中にそれぞれ三つずつ流量配分調整部材が配置されているが、その数や配置の仕方は特に限定されるものではない。例えば、各分岐路にそれぞれ一つずつ配置してもよい。
【００８４】
上記第八実施形態における、第一流体が流れる流れ制御流路の流れ制御手段は、流量配分調整部材からなる。ここで、流量配分調整部材は、流入口から流入した流体を各分岐路に案内するよう、逆ハの字形に三対配置されている。しかし、流量配分調整部材の数は、特に限定されるものではなく、例えば、分岐路の一つおきに配置してもよい。また、流入口から流入する流体を各分岐路に案内するもののみが配置されていてもよく、流体を各分岐路から流出口へ案内するもののみが配置されていてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明のプレート式熱交換器は、伝熱プレートの層間に形成される層間流路のうち少なくとも一つを、流体の流れを制御する流れ制御手段を持つ流れ制御流路としたものである。流体の流れを制御することにより、流体の剥離や偏り、およびよどみ域の発生を抑制できる。したがって、本発明のプレート式熱交換器は、圧力損失が小さく、伝熱効率の高いプレート式熱交換器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のプレート式熱交換器における流路構造の斜視図を示す。
【図２】 第一実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。
【図３】 第二実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。
【図４】 第三実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。
【図５】 第四実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。
【図６】 第五実施形態のプレート式熱交換器における伝熱プレートの上面図を示す。
【図７】 第六実施形態のプレート式熱交換器における、第一流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。
【図８】 第六実施形態のプレート式熱交換器における、第二流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。
【図９】 第七実施形態のプレート式熱交換器における、第一流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。
【図１０】 第八実施形態のプレート式熱交換器における、第一流体が流れる流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。
【図１１】 狭幅部の形状例を示す。
【図１２】 角柱を流入口および流出口付近にそれぞれ二つずつ配置した態様の伝熱プレートの上面図を示す。
【図１３】 フィンと円柱を配置した態様の伝熱プレートの上面図を示す。
【図１４】 波形に成形した仕切壁を配置した態様の伝熱プレートの上面図を示す。
【図１５】 流入口と流出口とが伝熱プレートの対向する縁部にそれぞれ配置されている流れ制御流路が形成された伝熱プレートの上面図を示す。
【図１６】 従来のプレート式熱交換器における流路構造の斜視図を示す。
【符号の説明】
１：プレート式熱交換器 ２：伝熱プレート ３：仕切壁 ４：隙間
５：流れ制御流路
５１：流入口 ５２：流出口
６：流れ制御手段
６１：狭幅部 ６２：フィン ６３：角柱 ６４：ブロック ６５：ピン
６６：邪魔板 ６７：流量配分調整部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate heat exchanger having a structure in which a plurality of heat transfer plates are stacked and a flow path is formed between each heat transfer plate layer.
[0002]
[Prior art]
In general, a plate heat exchanger is formed by laminating a large number of heat transfer plates serving as heat transfer surfaces, forming a flow path between the heat transfer plate layers, and a high temperature fluid and a low temperature fluid in each flow path separating the heat transfer plates. Are exchanged alternately to exchange heat.
[0003]
This type of heat exchanger has a partition wall between each heat transfer plate layer for the purpose of ensuring the sealing performance of the fluid to be heat exchanged, maintaining the structural strength, and suppressing the bias of the fluid flowing through the flow path. Is provided. And the flow path is formed between each heat-transfer plate layer by the partition wall. Here, in FIG. 16, the perspective view of the flow-path structure in the conventional plate type heat exchanger is shown. As shown in FIG. 16, the plate heat exchanger 100 includes a heat transfer plate 110 and a partition wall 120. A plurality of heat transfer plates 110 are stacked, and there are gaps 130 between the layers. A plurality of partition walls 120 are interposed in the gap 130. The partition wall 120 has a prismatic shape, and is spaced apart from each other and arranged in parallel. The partition wall 120 partitions the gap 130, and a plurality of interlayer channels 140 are formed for each gap 130. The interlayer flow path 140 has an inlet 141 that opens to one edge of the heat transfer plate 110 and an outlet 142 that opens to the other edge facing the inlet 141. It extends in the surface direction. In the gaps 130 adjacent to each other in the stacking direction with the heat transfer plate 110 in between, the direction of the partition wall 120 arranged is 90 degrees different. For this reason, the interlayer flow path 140 of the gap 130 adjacent in the stacking direction, that is, the vertical direction, is formed so as to intersect with the heat transfer plate 110. The fluid flows in from the inlet 141 of each interlayer flow path 140 formed in the gap 130 adjacent in the vertical direction across the heat transfer plate 110 and flows out from the outlet 142 to exchange heat.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the heat exchanger having the above-described conventional structure, when the fluid flows into the interlayer flow path formed between the heat transfer plate layers, the fluid flows due to the contraction phenomenon at the end of the partition wall forming the interlayer flow path. There was a problem of peeling from the partition wall. In other words, when the fluid that has traveled straight to the interlayer channel collides with the end of the partition wall at the inflow port, the inflow cross-sectional area decreases and the flow direction changes, and the fluid flows away from the partition wall. Due to the separation of the fluid, the pressure loss during the inflow of the fluid increases. Further, vortices are generated behind the separation point, resulting in a stagnation region or a low pressure state. That is, the fluid once separated from the partition wall hardly flows in the vicinity of the side portion of the partition wall downstream from the inflow port, and a so-called stagnation region in which the flow is stagnated is generated in the vicinity of the side portion of the partition wall. When a stagnation region is generated in the interlayer flow path, the flow path is substantially narrowed accordingly. Therefore, the flow path loss increases and the effective heat transfer area decreases. That is, the utilization rate of the heat transfer area is reduced. In addition, if a stagnation region occurs in the interlayer flow path, dust and the like are likely to accumulate near the side of the partition wall, which may lead to blockage of the flow path. On the other hand, when the interlayer flow path is not linear but is formed to be curved, there is also a problem that a flow deviation occurs in the interlayer flow path.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and by controlling the flow in the interlayer flow path, it is possible to suppress fluid separation and bias, and the occurrence of stagnation areas in the interlayer flow path, the pressure loss is small, It is an object to provide a plate heat exchanger having high heat transfer efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  (1) The plate heat exchanger of the present invention isWith a gap between the layersLaminated,Heat exchange is performed by fluids having different temperatures flowing alternately in the gaps adjacent to each other in the stacking direction.A plurality of heat transfer plates;
  A partition wall interposed between the gaps and having an inlet and an outlet opening at an edge of the heat transfer plate and partitioning an interlayer channel extending in the surface direction of the heat transfer plate;
  With,in frontAt least one of the interlayer flow paths is a flow control flow path having flow control means for controlling the flow of the fluid that flows in from the flow inlet and flows out of the flow outlet.A plate heat exchanger,
The flow control means is located between the partition walls, and is disposed near the inlet end of the inlet and / or near the inlet and upstream of the opening end. A peeling suppressing member that suppresses peeling of the fluid generated in the partIt is characterized by that.
[0007]
  That is, in the plate heat exchanger of the present invention, a gap is formed between the heat transfer plate layers, and an interlayer flow path is formed in the gap. Then, at least one of the interlayer flow paths is a flow control flow path having flow control means for controlling the flow of fluid. By controlling the flow of the fluid in the interlayer flow path by the flow control means, in the flow control flow path, the above-described fluid separation, drift, and stagnation region are suppressed. As a result, a flow with a uniform flow rate distribution can be realized in the flow control flow path. For example, when fluid separation at the inlet of the flow control channel is suppressed, pressure loss at the time of fluid inflow is reduced, and the occurrence of a stagnation region downstream from the inlet is also suppressed. When the occurrence of the stagnation area is suppressed, the flow path is widened and the flow path loss is reduced. As described above, the plate heat exchanger of the present invention has a small pressure loss and a small flow path loss, so that the heat transfer area can be used effectively, so that the heat exchanger has a high heat transfer efficiency.
And according to the plate type heat exchanger of this invention, the pressure loss at the time of inflow can be made small by suppressing peeling of a fluid with a peeling suppression member. Moreover, the occurrence of a stagnation region in the flow control channel can be suppressed. Therefore, it becomes a heat exchanger with low pressure loss and flow path loss and high heat transfer efficiency.
Further, the separation suppressing member is disposed near the inlet end and / or near the inlet and upstream of the inlet end, so that the fluid can flow from the partition wall when flowing into the flow control channel. Peeling is effectively suppressed. As a result, the pressure loss during inflow can be reduced. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of a stagnation region that occurs in the vicinity of the side portion of the partition wall downstream from the inflow port.
[0008]
(2) The plate heat exchanger according to the present invention may be implemented in a mode in which the inlet and the outlet of the flow control flow path are respectively disposed at opposing edges of the heat transfer plate. it can. That is, this aspect arrange | positions an inflow port in one edge part of a heat exchanger plate, and arrange | positions an outflow port in the edge part facing the one edge part. According to this aspect, the fluid flows more smoothly. In particular, the flow control channel can be formed linearly by arranging the inlet and the outlet to face each other. In this case, when the fluid flows linearly, the pressure loss in the flow control flow path is reduced, and a heat exchanger with more excellent heat transfer performance can be configured.
[0009]
(3) Moreover, the plate type heat exchanger of this invention may be implemented in the aspect by which the said inflow port and the said outflow port of the said flow control flow path are arrange | positioned at the same edge part of the said heat-transfer plate. it can. That is, in this aspect, the flow control flow path is formed by bending the inflow port and the outflow port on the same side. According to this aspect, a manifold that supplies and discharges two fluids having different temperatures can be easily formed.
[0010]
(4) In the above aspect (2) or (3), the partition wall may be arranged so that the fluid that has flowed in from the inflow port is once branched and then merged again to flow out of the outflow port. desirable. That is, in this aspect, the flow control flow path is further partitioned by the partition wall, and a branch path is formed in the flow control flow path. For example, in the curved flow control flow path, the fluid tends to flow in the inner portion, and conversely, the fluid may hardly flow in the outer portion. That is, there is a possibility that a flow deviation occurs in the flow control flow path. In this aspect, by providing a branch path in the flow control flow path, the flow in the flow control flow path is less likely to be biased, and the flow rate distribution is uniform. Moreover, when many partition walls are arranged to branch the flow, the number of partition walls interposed between the heat transfer plate layers increases. That is, since the points supporting the heat transfer plates to be stacked increase, the strength of the heat exchanger itself is improved as a result.
[0011]
(5) When the aspect of the above (4) in which the fluid is branched is adopted, the flow control means is disposed between the inlet and the outlet, and distributes the flow of the branched flow. It is desirable to have a flow distribution adjusting member to be adjusted. As described above, in the flow control flow path that is curved, flow bias is likely to occur. For this reason, there exists a possibility that the inflow amount may differ for every branch path divided by the partition wall. In this aspect, a flow rate distribution adjusting member for adjusting the flow rate distribution flowing into the branch path is disposed as the flow control means. Thereby, the unbalance of the flow volume for each branch path in the flow control flow path can be corrected. That is, the flow distribution in the flow control channel can be made more uniform.
[0012]
(6) In the aspect of the above (5), it is desirable that the flow rate distribution adjusting member is disposed apart from one of the two heat transfer plates that sandwich the flow rate distribution adjusting member. That is, in this aspect, the flow distribution adjusting member is disposed on one surface of the two heat transfer plates, and a gap exists between the flow distribution adjusting member and the back surface of the other heat transfer plate. It is an aspect. That is, the flow rate distribution adjusting member may not have a function of completely partitioning the gap like the partition wall. Therefore, unlike the partition wall, the range of selection of the material and shape of the flow distribution adjusting member is widened. In addition to forming the interlayer flow path, the partition wall also serves to support the heat transfer plate. For this reason, when making the height of a flow distribution adjustment member and the height of a partition wall the same, the dimensional accuracy of a flow distribution adjustment member is requested | required. According to this aspect, since the flow distribution adjusting member can be made lower than the height of the partition wall, the dimensional accuracy is not so much required, and as a result, the heat exchanger can be easily manufactured.
[0013]
  (7)It is desirable that the peeling suppressing member divides the opening end portion of the inflow port into a plurality of opening portions.
[0014]
  (8)It is preferable that the peeling suppressing member is a plate-like body, a prism, or a cylinder disposed with a space from the partition wall.
[0015]
  (9) Also,Said flow control meansIsfurther,At the end of the partition wallIntegrally formedAnd a narrow portion whose width narrows toward the upstream side of the fluid flow.haveIt is desirable. By disposing the separation suppressing member at the end of the partition wall, separation from the partition wall when the fluid flows and flows into the control flow path is suppressed. Further, the narrow width portion has a shape in which the width becomes narrower toward the upstream side of the fluid flow. For this reason, the resistance of the fluid which collides with the edge part of a partition wall becomes small, and a fluid becomes easy to flow along the side part of a partition wall. That is, separation of the fluid from the partition wall is suppressed. Furthermore, since the cross-sectional area of the end of the partition wall is reduced, the cross-sectional area of the flow dividing inlet, that is, the opening cross-sectional area is increased, and the pressure loss at the time of fluid inflow is also reduced.
[0016]
(10) In the plate type heat exchanger according to the present invention, the flow control means is disposed between the inflow port and the outflow port, and changes the flow direction of the fluid to suppress the stagnation of the fluid. It is desirable to have an embodiment having By suppressing the generation of the stagnation region in the flow control flow path by the stagnation suppressing member, the flow path loss can be reduced. Therefore, according to this aspect, the heat exchanger has a small flow path loss and a large utilization rate of the heat transfer area. In addition, this aspect is more effective when combined with the above aspects (2) to (9).
[0017]
(11) In the above aspect (10), the stagnation suppressing member is preferably a protrusion disposed on the surface of the heat transfer plate. When the fluid collides with the protrusion in the flow control flow path, a vortex is generated in the vicinity of the protrusion and the flow is stirred. Even if the flow separation occurs at the inlet due to the stirring action by the vortex, the flow is brought closer to the side portion of the partition wall after that. Therefore, the occurrence of a stagnation region in the vicinity of the side portion of the partition wall is suppressed.
[0018]
(12) Moreover, in the aspect of said (10), it is desirable that a stagnation suppression member is an uneven | corrugated | grooved part arrange | positioned at the side part of the said partition wall. When the fluid collides with the uneven part, a vortex is generated in the vicinity of the uneven part. The flow is agitated by this vortex, and the flow is brought closer to the side of the partition wall. That is, the occurrence of a stagnation region in the vicinity of the side portion of the partition wall is suppressed.
[0019]
(13) The plate heat exchanger of the present invention is preferably used in a hydrogen reformer for supplying hydrogen as fuel for a fuel cell. In general, a hydrogen reformer includes a reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based fuel and steam by a reforming reaction, and a CO converter that reduces the concentration of carbon monoxide in the reformed gas as necessary. And a CO remover for removing carbon monoxide in the reformed gas. The reforming reaction in the reformer is performed at a relatively high temperature. On the other hand, the reaction for reducing the concentration of carbon monoxide or removing carbon monoxide is performed at a low temperature. For this reason, the reformed gas discharged from the reformer is cooled to some extent by the heat exchanger and supplied to the CO converter or CO remover. By using the plate heat exchanger of the present invention incorporated in such a hydrogen reformer, the reformed gas can be efficiently heat-exchanged.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the plate heat exchanger of the present invention will be described in detail. In the following embodiment, the plate heat exchanger of the present invention is used by being incorporated into a hydrogen reformer for supplying hydrogen as fuel for a fuel cell.
[0021]
(1) First embodiment
First, the configuration of the plate heat exchanger of the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a perspective view of a flow path structure in the plate heat exchanger of the present embodiment. In FIG. 1, only a part of the flow channel structure is shown enlarged. That is, in the plate heat exchanger of the present embodiment, the flow path structure shown in FIG. 1 is repeatedly developed in the surface direction and the vertical direction of the heat transfer plate.
[0022]
As shown in FIG. 1, the plate heat exchanger 1 includes a heat transfer plate 2 and a partition wall 3. The heat transfer plate 2 serving as a heat transfer surface is made of SUS and has a thin plate shape. The size of the heat transfer plate 2 is 150 mm long × 150 mm wide × 500 μm thick. A plurality of heat transfer plates 2 are stacked in the vertical direction. A gap 4 is formed between the layers of the heat transfer plate 2.
[0023]
A plurality of partition walls 3 are interposed in the gap 4. The partition wall 3 is made of SUS and has a prismatic shape with a width of 500 μm and a height of 500 μm. The partition walls 3 are spaced apart from each other and arranged in parallel. The separation width of the partition wall 3 is 5 mm. A gap 4 is partitioned by the partition wall 3, and three flow control flow paths 5 are formed for each gap 4.
[0024]
The flow control channel 5 has an inflow port 51, an outflow port 52, and a flow control means 6. The inlet 51 is open at the edge of the heat transfer plate 2. The outlet 52 is open at the edge of the heat transfer plate 2 facing the inlet 51. The inflow port 51 and the outflow port 52 are arranged to face each other, and the flow control channel 5 extends linearly in the surface direction of the heat transfer plate 2. The flow control means 6 includes a narrow portion 61 and fins 62. The flow control means 6 will be described in detail later.
[0025]
In the gap 4 adjacent in the vertical direction across the heat transfer plate 2, the direction of the partition wall 3 arranged is 90 degrees different. For this reason, the flow control flow path 5 of the clearance gap 4 adjacent to the up-down direction is formed so that it may cross | intersect across the heat-transfer plate 2. As shown in FIG.
[0026]
Next, a heat exchange mechanism in the plate heat exchanger of the present embodiment will be described. The fluid flows in from the inlet 51 of each flow control channel formed in the gap 4 and flows out from the outlet 52. Two fluids having different temperatures, that is, a high-temperature reformed gas supplied from the reformer and a low-temperature reformed gas or a reforming fuel gas, are formed in the gaps 4 adjacent to each other in the vertical direction across the heat transfer plate 2. Heat exchange is performed via the heat transfer plate 2 by flowing alternately.
[0027]
Next, the flow control flow path will be described in detail by taking one heat transfer plate surface in the flow path structure shown in FIG. 1 as an example. FIG. 2 shows a top view of the heat transfer plate in the plate heat exchanger shown in FIG. As described above, the partition wall 3 is spaced from the surface of the heat transfer plate 2. Three flow control flow paths 5 are formed by the partition wall 3. The flow control channel 5 has a flow control means 6 composed of a narrow portion 61 and fins 62.
[0028]
  The narrow portion 61 is disposed at the end of the partition wall 3 and has a sharp shape toward the edge of the heat transfer plate 2. The narrow portion 61 is formed integrally with the partition wall 3. The fins 62 are made of SUS and are near the inlet 51 and the outlet 52.(Open end)Three are arranged in each. The fins 62 correspond to peeling prevention members.
[0029]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. The fluid collides with the narrow portion 61 when flowing in. However, the narrow portion 61 is pointed with respect to the inlet 51, that is, toward the upstream. For this reason, the fluid flows smoothly along the narrow width portion 61. Therefore, the pressure loss at the time of inflow becomes small. The narrow portion 61 is disposed at the end of the partition wall 3. For this reason, compared with the case where the partition wall 3 is prismatic, the cross-sectional area of the inflow port 51 is increasing. That is, by disposing the narrow portion 61 at the end of the partition wall 3, the change in the opening cross-sectional area becomes gentle, and the inflow loss during the inflow of fluid is further reduced. Further, even if the fluid collides with the narrow width portion 61, the fluid flows smoothly along the narrow width portion 61. Therefore, as shown by the arrows in FIG. For this reason, the fluid flows along the partition wall 3 even after flowing into the flow control flow path 5. That is, separation of the fluid from the partition wall 3 is suppressed.
[0030]
Furthermore, the fluid also collides with the fins 62 when flowing in. The direction of the flow is changed by the flow control effect caused by the collision with the fin 62, and becomes parallel to the narrow portion 61. Then, the fluid flowing toward the center of the flow control channel 5 due to peeling or the like is pushed toward the partition wall 3. That is, the fluid is brought close to the partition wall 3. For this reason, peeling from the partition wall 3 is suppressed, and the fluid flows along the partition wall 3. When the fluid flows along the partition wall 3, a stagnation region near the side portion of the partition wall 3 is hardly generated. Moreover, the point which supports the heat-transfer plate 2 laminated | stacked increases compared with the aspect only of the partition wall 3 by interposing the fin 62 in the clearance gap 4 between each heat-transfer plate 2. As shown in FIG. For this reason, joining between each heat-transfer plate 2 becomes strong, the sealing performance of a fluid improves, and the intensity | strength of heat exchanger itself also improves.
[0031]
Thus, by disposing the flow control means in the interlayer flow path, the pressure loss at the time of fluid inflow is reduced, and the occurrence of separation and stagnation is suppressed. That is, in the flow control flow path, a flow having a uniform flow distribution can be realized. As a result, the plate heat exchanger of the present embodiment is a heat exchanger with high heat transfer efficiency.
[0032]
Next, the manufacturing method of the plate type heat exchanger of this embodiment is demonstrated. The plate heat exchanger of this embodiment can be manufactured by a method including the following three steps. First, as a first step, a partition wall and a flow control means are formed on the surface of the substrate to be a heat transfer surface by half etching or machining. Next, as a second step, a plurality of substrates on which partition walls and flow control means are formed are stacked and bonded by a diffusion bonding method under high pressure and high temperature to obtain a stacked body. Furthermore, as a third step, the end of the obtained laminate is cut to obtain a target heat transfer plate laminate.
[0033]
In the above method, the partition wall and the flow control means and the substrate, that is, the heat transfer plate are integrally formed. Thereby, a heat exchanger having a small flow control channel can be easily manufactured. However, the method of forming the partition wall and the flow control means is not limited to the above method. The partition wall and the flow control means may be formed separately from the substrate and arranged on the surface of the substrate. Further, the method for joining the stacked substrates is not limited to the above method, and various methods such as brazing can be used. In the above method, a plurality of substrates are laminated to form a laminated body, and then the edge portion is cut to obtain a laminated body of heat transfer plates. However, a partition wall and flow control means may be formed on the heat transfer plate itself, and a plurality of them may be stacked to form a stacked body of heat transfer plates. In this case, the substrate in the above method becomes a heat transfer plate, and the third step is omitted. That is, the manufacturing method of the plate heat exchanger of the present invention includes a first step of forming the partition wall and the flow control means on the surface of the substrate serving as the heat transfer surface, and a substrate on which the partition wall and the flow control means are formed. What is necessary is just to comprise including the 2nd process of laminating | stacking and joining multiple.
[0034]
(2) Second embodiment
The difference between this embodiment and 1st embodiment is a point which has arrange | positioned the prism as a peeling suppression member instead of a narrow part and a fin. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, only the differences will be described here.
[0035]
  FIG. 3 shows a top view of the heat transfer plate in the plate heat exchanger of the present embodiment. Members corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same symbols. As shown in FIG. 3, the partition wall 3 is disposed on the surface of the heat transfer plate 2 so as to be separated. Three flow control flow paths 5 are formed by the partition wall 3. The flow control channel 5 has flow control means 6. The flow control means 6 comprises a prism 63. The rectangular column 63 corresponds to a peeling suppressing member. The prism 63 is made of SUS and has an outlet 51.nearAnd near the inlet 52(Upstream from the opening end of the inlet)One is arranged in each. The distance from the prism 63 to the end of the partition wall 3 disposed on the left side thereof is substantially equal to the distance from the prism 63 to the end of the partition wall 3 disposed on the right side thereof. Further, the distance from the prism 63 to the end of the partition wall 3 disposed on the left side thereof is substantially equal to the separation width of the partition wall 3. That is, when the prism 63 is connected to the ends of the partition walls 3 arranged on both sides thereof, a substantially equilateral triangle is formed. In the present embodiment, as in the first embodiment, in the gap 4 adjacent in the vertical direction across the heat transfer plate 2, the direction of the partition wall 3 arranged is 90 degrees different. In addition, the plurality of heat transfer plates 2 includes a partition wall 3 (in the drawing) in which a triangular center of gravity 631 connecting the prism 63 and the ends of the partition walls 3 arranged on both sides thereof is interposed in the adjacent gap 4. (Shown by broken lines)
[0036]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. The fluid collides with the prism 63 as it flows in. When the fluid collides with the prism 63, a vortex is generated behind the prism 63. The fluid is stirred by this vortex, and as a result, the separation point generated in the vicinity of the partition wall 3 becomes unstable, and the main flow is brought closer to the side of the partition wall 3. That is, peeling from the partition wall 3 is suppressed. As a result, the fluid easily flows along the partition wall 3, and the occurrence of the stagnation region near the side portion of the partition wall 3 is also eliminated.
[0037]
Further, since the distance from the prism 63 to the end of the partition wall 3 arranged on the left side thereof is substantially equal to the separation width of the partition wall 3, the opening cross-sectional area does not change much. Similarly, since the distance from the prism 63 to the end of the partition wall 3 disposed on the right side thereof is substantially equal to the separation width of the partition wall 3, the opening cross-sectional area does not change much. Therefore, the increase in pressure loss when the fluid flows in is small.
[0038]
Further, the prisms 63 are interposed in the gaps 4 between the heat transfer plates 2, so that the number of points supporting the stacked heat transfer plates 2 is increased as compared with the mode of the partition wall 3 alone. For this reason, joining between each heat-transfer plate 2 becomes strong, the sealing performance of a fluid improves, and the intensity | strength of heat exchanger itself also improves. In addition, since the triangular center of gravity 631 connecting the prism 63 and the ends of the partition walls 3 arranged on both sides thereof is located on the partition wall 3 interposed in the adjacent gap 4, the heat transfer plate 2 can be supported more firmly.
[0039]
(3) Third embodiment
The difference between this embodiment and 2nd embodiment is a point which laminated | stacked and arrange | positioned the block instead of a prism as a peeling suppression member. Since the other configuration is the same as that of the second embodiment, only the differences will be described.
[0040]
FIG. 4 shows a perspective view of the heat transfer plate in the plate heat exchanger of the present embodiment. In addition, the member corresponding to FIG. 3 is shown with the same symbol. As shown in FIG. 4, the partition wall 3 is disposed on the surface of the heat transfer plate 2 so as to be separated. Three flow control flow paths 5 are formed by the partition wall 3. The flow control channel 5 has flow control means 6. The flow control means 6 comprises a block 64. The block 64 corresponds to a peeling suppressing member. The block 64 is made of SUS and has a flat plate shape. Five blocks 64 are arranged in the vicinity of the outlet 51 and the inlet 52, respectively. The blocks 64 are stacked in two stages so that some of them overlap each other. That is, the inflow port 51 and the outflow port 52 are formed in a lattice shape by stacking the blocks 64.
[0041]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. By flowing in from the inlet 51 divided into smaller blocks 64, a so-called rectifying grid effect is generated in the fluid. That is, the fluid is divided into small blocks by the blocks 64 and is laminarized by the shearing force generated on the wall surface of each block 64. Due to the fluid rectifying grid effect, the fluid smoothly flows in the vicinity of the side portion of the partition wall 3. That is, peeling from the partition wall 3 is suppressed. As a result, the fluid easily flows along the partition wall 3, and the occurrence of the stagnation region near the side portion of the partition wall 3 is also eliminated.
[0042]
The inflow ports 51 are formed in a lattice shape by blocks 64. That is, the inflow port 51 includes a plurality of divided openings. In the cross section of the inflow port 51, the openings are formed in a distributed manner in the opening width direction and the vertical direction of the inflow port 51. The fluid flows through the dispersed openings. Since the openings are dispersed in this way, the flow rate distribution in the width direction and the vertical direction of the flow control channel 5 becomes uniform.
[0043]
Moreover, the point which supports the heat-transfer plate 2 laminated | stacked increases compared with the aspect only of the partition wall 3 by interposing the block 64 in the clearance gap 4 between each heat-transfer plate 2. As shown in FIG. For this reason, joining between each heat-transfer plate 2 becomes strong, the sealing performance of a fluid improves, and the intensity | strength of heat exchanger itself also improves. Further, the blocks 64 are alternately stacked so that a part thereof overlaps. Since this overlapping portion plays a role like a single column in the vertical direction, the heat transfer plate 2 can be supported more strongly.
[0044]
(4) Fourth embodiment
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that only the fins are arranged in place of the narrow width portion and the fins as the peeling suppressing member, and that the stagnation suppressing member is further provided as the flow control means. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, only the differences will be described.
[0045]
FIG. 5 shows a top view of the heat transfer plate in the plate heat exchanger of the present embodiment. Members corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same symbols. As shown in FIG. 5, the partition wall 3 is disposed on the surface of the heat transfer plate 2 so as to be separated. Three flow control flow paths 5 are formed by the partition wall 3. The flow control channel 5 has flow control means 6. The flow control means 6 includes fins 62 and pins 65.
[0046]
Three fins 62 are arranged near the outlet 51 and the inlet 52, respectively. The fins 62 correspond to peeling prevention members. The pin 65 is made of SUS and has a cylindrical shape. A plurality of pins 65 are arranged between the outlet 51 and the inlet 52 and are separated from each other. The pin 65 is a protrusion disposed on the surface of the heat transfer plate 2 and corresponds to a stagnation suppressing member.
[0047]
In the present embodiment, as in the first embodiment, in the gap 4 adjacent in the vertical direction across the heat transfer plate 2, the direction of the partition wall 3 arranged is 90 degrees different. The plurality of heat transfer plates 2 are stacked such that a part of the pin 65 is positioned on the partition wall 3 (shown by a broken line in the figure) interposed between the adjacent gaps 4.
[0048]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. As the fluid flows in, the fluid collides with the fins 62. The direction of the flow is changed by colliding with the fin 62, and the fluid is controlled to flow parallel to the partition wall 3. That is, since the fluid flows in parallel with the partition wall 3, separation from the partition wall 3 is suppressed, and the fluid easily flows along the partition wall 3.
[0049]
Further, the fluid that has flowed in collides with the pin 65 in the flow control flow path 5. When the fluid collides with the pin 65, a vortex is generated behind the pin 65. The fluid is stirred by this vortex, and the generated periodic flow approaches the partition wall 3. Even if fluid separation occurs in the vicinity of the inflow port 51, by colliding with the pin 65, the flow is brought closer to the side portion of the partition wall and comes along the partition wall 3. Thus, by arranging the pin 65, the occurrence of the stagnation region near the side portion of the partition wall 3 is eliminated.
[0050]
In addition, since the fins 62 and the pins 65 are interposed in the gaps 4 between the heat transfer plates 2, the number of points that support the heat transfer plates 2 to be stacked increases as compared with the mode of the partition wall 3 alone. For this reason, joining between each heat-transfer plate 2 becomes strong, the sealing performance of a fluid improves, and the intensity | strength of heat exchanger itself also improves. In addition, since a part of pin 65 is located on the partition wall 3 interposed by the adjacent clearance gap 4, the heat-transfer plate 2 can be supported more firmly.
[0051]
(5) Fifth embodiment
The difference between the present embodiment and the fourth embodiment is that a baffle plate is arranged instead of a pin as a stagnation suppressing member. Since the other configuration is the same as that of the fourth embodiment, only the differences will be described.
[0052]
FIG. 6 shows a top view of the heat transfer plate in the plate heat exchanger of the present embodiment. In addition, the member corresponding to FIG. 5 is shown with the same symbol. As shown in FIG. 6, the partition wall 3 is disposed on the surface of the heat transfer plate 2 so as to be separated. Three flow control flow paths 5 are formed by the partition wall 3. The flow control channel 5 has flow control means 6. The flow control means 6 includes fins 62 and baffle plates 66.
[0053]
Three fins 62 are arranged near the outlet 51 and the inlet 52, respectively. The fins 62 correspond to peeling prevention members. The baffle plate 66 is made of SUS and has a flat plate shape. A plurality of baffle plates 66 are disposed between the outlet 51 and the inlet 52 so as to be separated from each other. The baffle plate 66 is suspended from the side portion of the partition wall 3. An uneven portion is formed by the baffle plate 66 and the side portion of the partition wall 3. The baffle plate 66 corresponds to a stagnation suppressing member.
[0054]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. As the fluid flows in, the fluid collides with the fins 62. By colliding with the fin 62, a small vortex is generated at the tip of the fin 62. That is, a vortex is generated in the vicinity of the partition wall 3, and the vortex suppresses separation of the fluid from the partition wall 3 and generation of a stagnation region, and the fluid easily flows along the partition wall 3.
[0055]
Further, the fluid flowing in from the inflow port 51 collides with the baffle plate 66 in the flow control flow path 5. When the fluid collides with the baffle plate 66, a vortex is generated behind the baffle plate 66. This vortex stirs the fluid and forms a periodic flow. Even if fluid separation occurs in the vicinity of the inflow port 51, the flow is brought closer to the side of the partition wall by the vortex generated by colliding with the baffle plate 66, and becomes along the partition wall 3. Thus, by arranging the baffle plate 66, the occurrence of the stagnation area in the vicinity of the side portion of the partition wall 3 is eliminated.
[0056]
In addition, since the fins 62 and the baffle plates 66 are interposed in the gaps 4 between the heat transfer plates 2, the number of points supporting the stacked heat transfer plates 2 is increased as compared with the mode of only the partition wall 3. . For this reason, joining between each heat-transfer plate 2 becomes strong, the sealing performance of a fluid improves, and the intensity | strength of heat exchanger itself also improves.
[0057]
(6) Sixth embodiment
In the plate heat exchanger of the present invention, fluids having different temperatures alternately flow through gaps adjacent in the vertical direction across the heat transfer plate. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the configuration of the flow control flow path is different in a gap adjacent in the vertical direction across the heat transfer plate. Specifically, of the two fluids having different temperatures, the flow control flow path through which the first fluid flows is not linear but is curved. On the other hand, the flow control flow path through which the second fluid flows is formed linearly as in the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the difference will be described focusing on the flow control channel through which the first fluid flows.
[0058]
FIG. 7 shows a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which the first fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the present embodiment. Members corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same symbols. As shown in FIG. 7, the partition walls 3 are arranged on the three sides of the heat transfer plate 2. The outer periphery of the flow control channel 5 is formed by the three partition walls 3. A partition wall 3 is also arranged at the center of the remaining one edge of the heat transfer plate 2. With this partition wall 3, an inflow port 51 and an outflow port 52 are respectively formed at both ends of the edge portion of the heat transfer plate 2. That is, the inflow port 51 and the outflow port 52 are disposed at the same edge portion of the heat transfer plate 2, and the flow control flow path 5 is formed in a U shape. Two partition walls 3 are further arranged in the central portion of the heat transfer plate 2. The two partition walls 3 are arranged in parallel with the partition walls 3 forming the inlet 51 and the outlet 52. Three branch paths are formed in the flow control flow path 5 by the two partition walls 3.
[0059]
The flow control channel 5 has flow control means 6. The flow control means 6 includes fins 62 and a flow rate distribution adjusting member 67. Two fins 62 are arranged near the outlet 51 and the inlet 52, respectively. The fins 62 correspond to peeling prevention members. The flow distribution adjusting member 67 is made of SUS and has a thin plate shape. Two flow distribution adjusting members 67 are arranged between the inlet 51 and the outlet 52. The two flow distribution adjusting members 67 are arranged in an inverted C shape from the outlet 51 and the inlet 52 toward the edge of the opposing heat transfer plate 2.
[0060]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. As the fluid flows in, the fluid collides with the fins 62. The direction of the flow is controlled by colliding with the fin 62. In addition, the fluid that has flowed in from the inflow port 51 is once branched into the respective branch paths formed by the partition walls 3, and then merges again and flows out from the outflow port 52. At that time, the fluid is guided to the flow distribution adjusting member 67. That is, the flow distribution adjustment member 67 adjusts the flow distribution of the flow branched into each branch path. For this reason, there is no deviation of the flow rate for each branch path in the flow control flow path 5, and the flow rate distribution becomes uniform.
[0061]
Further, the difference between the flow control flow path through which the second fluid flows and the first embodiment is that only the fins are arranged as the peeling suppressing member in place of the narrow width portion and the fins. FIG. 8 shows a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which the second fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the present embodiment. Members corresponding to those in FIG. 7 are denoted by the same symbols. As shown in FIG. 8, the partition wall 3 is disposed on the surface of the heat transfer plate 2 so as to be separated. Three flow control flow paths 5 are linearly formed by the partition wall 3. The flow control channel 5 has flow control means 6. The flow control means 6 includes fins 62. Three fins 62 are arranged near the outlet 51 and the inlet 52, respectively. The fins 62 correspond to peeling prevention members.
[0062]
The fluid collides with the fins 62 when entering. The direction of the flow is controlled by colliding with the fin 62, and the fluid flows parallel to the partition wall 3. That is, the fluid is controlled to flow parallel to the partition wall 3. For this reason, peeling from the partition wall 3 is suppressed, and the fluid flows along the partition wall 3. When the fluid flows along the partition wall 3, a stagnation region near the side portion of the partition wall 3 is hardly generated.
[0063]
In the present embodiment, the two types of flow control flow paths are alternately formed in the vertical direction with the heat transfer plate interposed therebetween. By making the flow in the flow control flow path of the first fluid uniform, it is possible to sufficiently exchange heat in a limited surface area of the heat transfer plate. In addition, since fluid separation and unevenness in the flow control flow path are suppressed, the flow distribution is uniform and heat transfer efficiency is improved.
[0064]
(7) Seventh embodiment
The difference between the present embodiment and the sixth embodiment is that the number of flow distribution adjusting members arranged in the flow control flow path through which the first fluid flows is increased. Specifically, the flow distribution adjusting member is also arranged in the branch path formed in the flow control flow path. Since the other configuration is the same as that of the sixth embodiment, only the differences will be described here.
[0065]
FIG. 9 shows a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which the first fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the present embodiment. Members corresponding to those in FIG. 7 are denoted by the same symbols. As shown in FIG. 9, the flow control channel 5 is formed in a U-shape. Further, in the flow control flow path 5, three branch paths are formed by the partition wall 3. A flow rate distribution adjusting member 67 is disposed in the three branch paths. Three flow distribution adjusting members 67 are arranged in parallel with the partition wall 3. Each branch path is divided into four equal parts by a flow rate distribution adjusting member 67.
[0066]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. The fluid that has flowed in from the inflow port 51 is guided by the flow distribution adjusting member 67 and flows into each branch path formed by the partition wall 3. At this time, also in each branch path, the flow distribution of the flow is adjusted by the flow distribution adjusting member 67, so that the uneven flow is suppressed. For this reason, not only the distribution of the flow rate flowing into the branch path but also the flow deviation in each branch path is suppressed. Further, by gradually narrowing the flow path width by the flow distribution adjusting member 67, the bias accompanying the change of the flow direction is suppressed.
[0067]
(8) Eighth embodiment
The difference between the present embodiment and the sixth embodiment is that three pairs of flow distribution adjusting members arranged in the flow control flow path through which the first fluid flows are arranged. Moreover, it is the point by which the fin of a peeling suppression member is not arrange | positioned. Since the other configuration is the same as that of the sixth embodiment, only the differences will be described.
[0068]
FIG. 10 shows a top view of the heat transfer plate in which the flow control flow path through which the first fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the present embodiment. Members corresponding to those in FIG. 7 are denoted by the same symbols. As shown in FIG. 10, the flow control channel 5 is formed in a U-shape. Further, in the flow control flow path 5, three branch paths are formed by the partition wall 3. On the other hand, the flow distribution adjusting member 67 is arranged in three pairs. The three pairs of flow distribution adjusting members 67 are all arranged in an inverted C shape from the inlet 51 and the outlet 52 toward the edge of the opposing heat transfer plate 2. Among these, the pair of flow rate distribution adjusting members 67 arranged on the outermost side guide the first fluid to the branch path farthest from the inflow port 51. The pair of flow rate distribution adjusting members 67 arranged on the innermost side guide the first fluid from the inflow port 51 to the nearest branch path. The remaining pair of flow distribution adjusting members 67 guide the first fluid to the central branch path.
[0069]
The fluid flows into the flow control channel 5 from the inflow port 51. The fluid flowing in from the inflow port 51 is guided to the respective branch paths by the flow rate distribution adjusting member 67. Since the fluid is forcibly distributed to each branch path, the deviation of the flow rate flowing into each branch path is suppressed.
[0070]
(9) Other
The embodiment of the plate heat exchanger of the present invention has been described above. However, the embodiment of the plate heat exchanger of the present invention is not limited to the above embodiment. The plate heat exchanger of the present invention can be implemented in various forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
[0071]
For example, in the above embodiment, all of the interlayer flow paths are flow control flow paths. However, at least one of the interlayer flow paths may be a flow control flow path, and the number of flow control flow paths is not particularly limited. The flow control channel may be one of a plurality of interlayer channels formed in one gap between the heat transfer plate layers. Further, the number may be different for each gap between the heat transfer plate layers. The width of the flow control channel, that is, the separation width of the partition wall is not particularly limited.
[0072]
In the above embodiment, the flow control flow path is formed linearly or in a U shape. However, the shape of the flow control channel is not particularly limited, and may be formed in a curved shape or a zigzag shape. The shape of the flow control channel may be the same or different for each gap between the heat transfer plate layers. In the first to fifth embodiments, the flow control flow paths in the gaps adjacent to each other in the vertical direction are formed so as to intersect with each other across the heat transfer plate. However, the flow control flow paths in the gaps adjacent in the vertical direction may be formed in the same direction.
[0073]
In the above embodiment, the heat transfer plate made of SUS is used, but heat transfer plates made of various materials such as aluminum, copper, and resin can be used. Further, the size of the heat transfer plate and the number of stacked layers are not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the use and the like. Moreover, although the partition wall and the flow control means are made of the same material as the heat transfer plate, the partition wall and the flow control means can be made of various materials, and can be made of different materials.
[0074]
In the said embodiment, although the heat exchanger of this invention was incorporated and used for the hydrogen reforming apparatus, the use of the heat exchanger of this invention is not specifically limited. For example, it can be used for chemical plants such as petroleum refining equipment.
[0075]
The flow control means in the first embodiment includes a narrow portion and fins. Among these, the narrow portion exhibits a sharp shape toward the edge of the heat transfer plate. However, the narrow portion may have various shapes such as an arc shape, a knife shape, a step shape, and a bottle neck shape. 11A to 11D show examples of the shape of the narrow portion. In FIG. 11, (a) shows an arc shape, (b) shows a knife shape, (c) shows a step shape, and (d) shows a bottle neck shape. Especially, when a narrow part is circular arc shape, peeling of a fluid can be suppressed more effectively. Moreover, although the narrow part is arrange | positioned at the both ends of a partition wall, respectively, you may arrange | position only at the edge part by the side of an inflow port. On the other hand, three fins are arranged near the inlet and the outlet, respectively, but the number of fins is not particularly limited. Moreover, you may arrange | position a fin only to an inflow port. Further, only the narrow portion may be disposed without arranging the fins. In addition to these narrow portions and fins, it is more effective to arrange a stagnation suppressing member.
[0076]
  The flow control means in the second embodiment is a prism. The prism is the outletnearAnd near the inlet(Upstream from the opening end of the inlet)However, the number of prisms is not particularly limited. You may arrange | position a prism in only an inflow port. Further, the prisms are arranged so that the distances from the ends of the partition walls arranged on both sides thereof are substantially equal, but the positions of the prisms are not particularly limited. Figure 12 shows the prism as the inletNear and upstream from the open endThe top view of the heat-transfer plate of the aspect arrange | positioned 2 each near the outflow port is shown. As shown in FIG. 12, two prisms 63 are arranged near the inflow port 51 and the outflow port 52, respectively. In this aspect, it becomes a trapezoid when the two prisms 63 and the ends of the partition walls 3 arranged on both sides thereof are connected. For this reason, the heat transfer plate 2 is supported more firmly. In addition to the prism, a narrow portion may be arranged. Furthermore, it is more effective to arrange a stagnation suppressing member.
[0077]
  The prism is equivalent to the peeling prevention member, but the peeling prevention member is not limited to the prism, and various shapes such as the fins, a cylinder, an elliptical column, and a blade-shaped plate are used. Can do. In FIG. 13, the top view of the heat-transfer plate of the aspect which has arrange | positioned the fin and the cylinder is shown. As shown in FIG. 13, the fins 62 are connected to the inlet 51.Near and upstream from the open endAnd three each in the vicinity of the outlet 52.Further, the peeling suppressing member may be further disposed on an extension line of the partition wall 3.Two cylinders 68 are arranged on the extension line of the partition wall 3 in the vicinity of the inflow port 51 and the outflow port 52, respectively. In this aspect, the fluid collides with the fins 62 and the cylinders 68 when flowing in. When the fluid collides with the fins 62, the flow direction is changed and the flow along the partition wall 3 is controlled. Further, when the fluid collides with the cylinder 68, a vortex is generated behind the cylinder 68. The fluid is stirred by this vortex and brought close to the partition wall 3. That is, fluid separation is further suppressed by arranging two types of members. Since the cylinder is arranged in this aspect, there is an advantage that the pressure loss when the fluid collides is smaller than that of the prism.
[0078]
The flow control means in the third embodiment is composed of stacked blocks. Five blocks are stacked in each of the outlet and the vicinity of the inlet. However, the number of blocks and the stacking method are not particularly limited. You may arrange | position a block only to an inflow port. Furthermore, it is more effective to arrange a stagnation suppressing member.
[0079]
The flow control means in the fourth embodiment includes fins and pins. A plurality of pins are arranged between the outlet and the inlet, but the number is not particularly limited. The pin has a cylindrical shape and corresponds to a stagnation suppressing member, but the stagnation suppressing member is not limited to the pin. For example, various shapes such as an elliptical column and a prismatic shape can be used. In addition, it is more effective if a narrow width part is disposed in addition to the fin as the peeling suppressing member.
[0080]
The flow control means in the fifth embodiment includes a fin and a baffle plate. It is more effective to arrange a narrow portion in addition to the fin as the peeling suppressing member. A plurality of baffle plates are arranged between the outlet and the inlet, but the number is not particularly limited. The baffle plate corresponds to a stagnation suppressing member, but the stagnation suppressing member is not limited to the baffle plate. For example, you may arrange | position the thin plate which shape | molded the surface in the waveform on the side part of a partition wall. Further, the partition wall itself may be formed into a corrugated shape, and the partition wall may be disposed. In this case, the partition wall also serves as a stagnation suppressing member. In FIG. 14, the top view of the heat-transfer plate of the aspect which has arrange | positioned the partition wall shape | molded by the waveform is shown. As shown in FIG. 14, the flow control flow path 5 is formed by a partition wall 3 formed into a waveform. Since the side portion of the partition wall 3 has an uneven shape, the flow is stirred by the uneven portion, and the flow is less likely to stay near the side portion of the partition wall.
[0081]
The flow control means of the flow control flow path through which the first fluid flows in the sixth embodiment includes fins and a flow rate distribution adjusting member. Although the flow distribution adjusting member has a thin plate shape, the shape is not particularly limited. For example, the flow distribution adjusting member may be a plate having holes, and the height of the flow distribution adjusting member may be the same as or lower than the partition wall. Two flow distribution adjusting members are disposed between the inlet and the outlet, but the number and arrangement of the members are not limited. For example, only the one that squeezes the flow from the inlet to the downstream may be arranged, and conversely, only the one that widens the flow from the middle of the flow control channel toward the outlet may be arranged. In addition, although three branch paths are formed in the flow control flow path, the number and arrangement of the branch paths are not particularly limited.
[0082]
In the sixth embodiment, the flow control flow path is formed in a U shape, but the shape of the flow control flow path in which the flow distribution adjusting member is arranged is not particularly limited. For example, the flow rate distribution adjusting member can be arranged also in the flow control flow path in which the inflow port and the outflow port are respectively disposed at the opposing edges of the heat transfer plate. As an example, FIG. 15 shows a top view of a heat transfer plate in which a flow control flow path is formed in which an inlet and an outlet are respectively arranged at opposing edges of the heat transfer plate. As shown in FIG. 15, the partition wall 3 forms an outer periphery of the flow control flow path 5, an inlet 51 and an outlet 52. And the inflow port 51 and the outflow port 52 are arrange | positioned at the edge part which the heat-transfer plate 2 opposes. Two partition walls 3 are further arranged in the central portion of the heat transfer plate 2. Three branch paths are formed in the flow control flow path 5 by the two partition walls 3. The flow control channel 5 has fins 62 and a flow rate distribution adjusting member 67 as the flow control means 6. Two fins 62 are arranged near the outlet 51 and the inlet 52, respectively. Two flow distribution adjusting members 67 are arranged between the inlet 51 and the outlet 52. The two flow distribution adjusting members 67 are arranged in parallel to each other from the inflow port 51 and the outflow port 52 toward the edge of the opposing heat transfer plate 2. The fluid that has flowed in from the inflow port 51 is once branched into each branch path formed by the partition wall 3, and then merges again and flows out from the outflow port 52. At that time, the fluid is guided to the flow distribution adjusting member 67. In other words, the flow of the fluid is controlled by the flow distribution adjusting member 67, so that the fluid can flow smoothly through the flow control flow path 5.
[0083]
In the seventh embodiment, the flow control means of the flow control flow path through which the first fluid flows includes a flow rate distribution adjusting member. Here, three flow distribution adjusting members are arranged in each of the three branch paths, but the number and arrangement method are not particularly limited. For example, you may arrange | position one each to each branch path.
[0084]
In the eighth embodiment, the flow control means of the flow control channel through which the first fluid flows is composed of a flow distribution adjusting member. Here, three pairs of flow distribution adjusting members are arranged in a reverse C shape so as to guide the fluid flowing in from the inlet to each branch path. However, the number of the flow distribution adjusting members is not particularly limited, and may be arranged every other branch path, for example. Moreover, only what guides the fluid which flows in from an inflow port to each branch path may be arrange | positioned, and only what guides the fluid from each branch path to an exit may be arrange | positioned.
[0085]
【The invention's effect】
In the plate heat exchanger of the present invention, at least one of the interlayer flow paths formed between the layers of the heat transfer plate is a flow control flow path having flow control means for controlling the flow of fluid. By controlling the flow of the fluid, it is possible to suppress the separation and bias of the fluid and the occurrence of the stagnation region. Therefore, the plate heat exchanger of the present invention is a plate heat exchanger with low pressure loss and high heat transfer efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a flow path structure in a plate heat exchanger according to a first embodiment.
FIG. 2 is a top view of a heat transfer plate in the plate heat exchanger according to the first embodiment.
FIG. 3 is a top view of a heat transfer plate in the plate heat exchanger of the second embodiment.
FIG. 4 is a top view of a heat transfer plate in a plate heat exchanger according to a third embodiment.
FIG. 5 is a top view of a heat transfer plate in a plate heat exchanger according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a top view of a heat transfer plate in a plate heat exchanger according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which a first fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the sixth embodiment.
FIG. 8 is a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which a second fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the sixth embodiment.
FIG. 9 is a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which a first fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the seventh embodiment.
FIG. 10 is a top view of a heat transfer plate in which a flow control channel through which a first fluid flows is formed in the plate heat exchanger of the eighth embodiment.
FIG. 11 shows an example of the shape of a narrow portion.
FIG. 12 is a top view of a heat transfer plate in a mode in which two prisms are arranged in the vicinity of the inlet and the outlet, respectively.
FIG. 13 is a top view of a heat transfer plate in an embodiment in which fins and cylinders are arranged.
FIG. 14 is a top view of a heat transfer plate in an embodiment in which partition walls formed into corrugations are arranged.
FIG. 15 is a top view of a heat transfer plate in which a flow control flow path is formed in which an inflow port and an outflow port are respectively arranged at opposing edges of the heat transfer plate.
FIG. 16 is a perspective view of a flow path structure in a conventional plate heat exchanger.
[Explanation of symbols]
1: Plate heat exchanger 2: Heat transfer plate 3: Partition wall 4: Gap
5: Flow control flow path
51: Inlet 52: Outlet
6: Flow control means
61: Narrow part 62: Fin 63: Square pillar 64: Block 65: Pin
66: baffle plate 67: flow distribution adjusting member

Claims (13)

層間に隙間をもって積層され、温度の異なる流体が積層方向に隣り合う該隙間をそれぞれ交互に流れることにより熱交換が行われる複数の伝熱プレートと、
該隙間に介装され、該伝熱プレートの縁部に開口する流入口と流出口とを持ち該伝熱プレートの面方向に延びる層間流路を仕切り形成する仕切壁と、
を備え、前記層間流路のうち少なくとも一つは、前記流入口から流入し前記流出口から流出する前記流体の流れを制御する流れ制御手段を持つ流れ制御流路であるプレート式熱交換器であって、
前記流れ制御手段は、前記仕切壁の間に位置するとともに、前記流入口の開口端部および／または該流入口付近であって該開口端部よりも上流側に配置され、該仕切壁の端部で発生する前記流体の剥離を抑制する剥離抑制部材を持つことを特徴とするプレート式熱交換器。 A plurality of heat transfer plates that are stacked with gaps between the layers and heat exchange is performed by fluids having different temperatures alternately flowing through the gaps adjacent to each other in the stacking direction ;
A partition wall interposed between the gaps and having an inlet and an outlet opening at an edge of the heat transfer plate and partitioning an interlayer channel extending in the surface direction of the heat transfer plate;
The wherein at least one of the previous SL interlayer passages, the flow enters from the inlet plate type heat exchanger is the flow control channel having a flow control means for controlling the flow of the fluid flowing from the outlet port Because
The flow control means is located between the partition walls, and is disposed near the inlet end of the inlet and / or near the inlet and upstream of the opening end. A plate-type heat exchanger having a separation suppressing member that suppresses separation of the fluid generated in the section . 前記流れ制御流路の前記流入口と前記流出口とは、前記伝熱プレートの対向する縁部にそれぞれ配置されている請求項１に記載のプレート式熱交換器。  2. The plate heat exchanger according to claim 1, wherein the inlet and the outlet of the flow control channel are respectively disposed at opposing edges of the heat transfer plate. 前記流れ制御流路の前記流入口と前記流出口とは、前記伝熱プレートの同じ縁部に配置されている請求項１に記載のプレート式熱交換器。  The plate heat exchanger according to claim 1, wherein the inlet and the outlet of the flow control channel are arranged at the same edge of the heat transfer plate. 前記仕切壁は、前記流入口から流入した流体を一旦分岐させた後再び合流させ前記流出口から流出させるように配置されている請求項２または請求項３に記載のプレート式熱交換器。  The plate-type heat exchanger according to claim 2 or 3, wherein the partition wall is arranged so that the fluid flowing in from the inflow port is once branched, and then merged again to flow out from the outflow port. 前記流れ制御手段は、さらに、前記流入口と前記流出口との間に配置され、前記分岐される流体の流れの流量配分を調整する流量配分調整部材を持つ請求項４に記載のプレート式熱交換器。The plate-type heat according to claim 4, wherein the flow control means further includes a flow distribution adjusting member that is disposed between the inlet and the outlet and adjusts a flow distribution of the branched fluid flow. Exchanger. 前記流量配分調整部材は、該流量配分調整部材を挟む二枚の前記伝熱プレートの一方と離間して配置されている請求項５に記載のプレート式熱交換機。  The plate-type heat exchanger according to claim 5, wherein the flow rate distribution adjusting member is spaced apart from one of the two heat transfer plates sandwiching the flow rate distribution adjusting member. 前記剥離抑制部材は、前記流入口の前記開口端部を複数の開口部に分割する請求項１に記載のプレート式熱交換器。The plate-type heat exchanger according to claim 1, wherein the separation suppressing member divides the opening end of the inlet into a plurality of openings . 前記剥離抑制部材は、前記仕切壁と間隔をもって配設される板状体、角柱または円柱である請求項１に記載のプレート式熱交換器。The plate heat exchanger according to claim 1 , wherein the separation suppressing member is a plate-like body, a prism, or a cylinder that is disposed with a space from the partition wall . 前記流れ制御手段は、さらに、前記仕切壁の端部に一体的に形成され、前記流体の流れの上流側に向かって幅が狭まる狭幅部を持つ請求項１に記載のプレート式熱交換器。Said flow control means further said integrally formed on the end portion of the partition wall, plate heat exchanger according to claim 1 having a narrow portion whose width is narrowed toward the upstream side of flow of said fluid . 前記流れ制御手段は、さらに、前記流入口と前記流出口との間に配置され、前記流体の流れ方向を変え該流体のよどみを抑制するよどみ抑制部材を持つ請求項１に記載のプレート式熱交換器。2. The plate-type heat according to claim 1, wherein the flow control means further includes a stagnation suppressing member that is disposed between the inflow port and the outflow port and changes a flow direction of the fluid to suppress stagnation of the fluid. Exchanger. 前記よどみ抑制部材は、前記伝熱プレート表面に配置された突起である請求項１０に記載のプレート式熱交換器。  The plate-type heat exchanger according to claim 10, wherein the stagnation suppressing member is a protrusion disposed on the surface of the heat transfer plate. 前記よどみ抑制部材は、前記仕切壁の側部に配置された凹凸部である請求項１０に記載のプレート式熱交換器。  The plate-type heat exchanger according to claim 10, wherein the stagnation suppressing member is a concavo-convex portion disposed on a side portion of the partition wall. 燃料電池の燃料となる水素を供給するための水素改質装置に用いられる請求項１に記載のプレート式熱交換器。  The plate heat exchanger according to claim 1, wherein the plate heat exchanger is used in a hydrogen reformer for supplying hydrogen as fuel for a fuel cell.
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