JP4252132B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを用いたプレート式熱交換器に関するものであり、詳しくは、伝熱面の断面形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートをガスケットを介して交互に上下反転して積層することによって伝熱プレート相互間に複数の流体通路を形成し、この複数の流体通路に熱交換されるべき異なる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わせる。
【０００３】
このようなプレート式熱交換器において、例えば、図４に示す如き、伝熱プレート１１が使用されている。この伝熱プレート１１は、熱伝導率の良い材料で長方形状に形成され、中央部に伝熱面１２を有し、かつ、四隅に流体の出入口となる通路孔１３がそれぞれ穿設されている。伝熱面１２は、プレート縦方向中心線から両側方に向って傾斜したヘリンボン状の畝１４を等間隔でＶ字状ないし山形状に連続形成した波形断面形状に形成されている。畝１４は、上壁１４ａと下壁１４ｂとで構成され、上壁１４ａの角度θ1 と下壁１４ｂの角度θ2 とを同じ角度で形成して伝熱面１２を対称な波形断面形状に形成している（図５および図６参照）。そして、この伝熱プレート１１を交互に上下反転して積層することにより、図５および図６に示すように、伝熱プレート１１相互間に熱交換されるべき異なる流体用の流体通路Ａ，Ｂを交互に形成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のプレート式熱交換器では、伝熱プレート１１の伝熱面１２に形成された畝１４の向かい合う上下の壁１４ａ，１４ｂの角度θ1 ，θ2 が同じ角度を有して伝熱面１２が対称な波形断面形状に形成されているため、伝熱プレート１１相互間には同じ断面形状を有する流体通路Ａ，Ｂが形成されている。このことにより、従来のプレート式熱交換器を凝縮器として用いた場合、即ち、流体通路Ａに凝縮流体（例えば、蒸気）、流体通路Ｂに冷媒（例えば、冷却水）をそれぞれ流通して熱交換した場合、図５に示すように、流体通路Ａの凝縮した液ａは、重力方向に滴下して伝熱プレート１１の伝熱面１２に形成された畝１４の下壁１４ｂの表面に液滴として滞留し、その後は大きな液滴となって下方へ流れ落ちたり、あるいは下壁１４ｂの表面を畝１４の傾斜方向に沿って流れるため、下壁１４ｂの表面には凝縮液膜が形成されて凝縮性能を低下させる。そのため、凝縮器としては大きな伝熱面積が必要となり、多くの伝熱プレート１１を要することからコストアップと凝縮器の寸法増大をもたらすという問題がある。
【０００５】
また、従来のプレート式熱交換器を相変化の伴わないスケール成分を多く含む２液体の熱交換に用いた場合、図６に示すように、伝熱プレート１１の伝熱面１２に形成された畝１４の凸頂部１４ｃの下流で流れの淀み域ｂが生じて伝熱性能を低下させる。また、この淀み域ｂではスケールの付着・堆積の問題が顕著であり、伝熱性能の低下を招くとともに頻繁に洗浄が欠かせない。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決すべく提案されたもので、伝熱性能の向上とスケールの付着・堆積の抑制を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、畝を形成した波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを水平方向に積層し、凝縮器として使用するプレート式熱交換器において、伝熱プレート間に、凝縮流体を下向きに流通させる流路と、冷媒を上向きに流通させる流路とを交互に設け、伝熱プレートの伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁が水平方向に対して異なる角度を有することで、伝熱面が非対称な波形断面形状をなし、凝縮流体の流路を構成する壁面のうち、この流路内で上方を向いている壁面の水平方向に対する角度を、この流路内で下方を向いている壁面の水平方向に対する角度よりも大きくしたことを特徴とするプレート式熱交換器を提供する。また、本発明は、畝を形成した波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを水平方向に積層したプレート式熱交換器において、伝熱プレート間に、相変化の伴わない２液体の流路を交互に設け、伝熱プレートの伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁が水平方向に対して異なる角度を有することで、伝熱面が非対称な波形断面形状をなし、水平方向に対する角度が小さい方の壁を、各流路に突出する畝の凸頂部の上流側に配し、水平方向に対する角度が大きい方の壁を、各流路に突出する畝の凸頂部の下流側に配したことを特徴とするプレート式熱交換器を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基いて説明する。
【０００９】
図１は、本発明のプレート式熱交換器における伝熱プレート１を示す。この伝熱プレート１は、従来と同様に、熱伝導率の良い材料で長方形状に形成され、中央部に伝熱面２を有し、かつ、四隅に流体の出入口となる通路孔３がそれぞれ穿設されている。伝熱面２は、プレート縦方向中心線から両側方に向って傾斜したヘリンボン状の畝４を形成した波形断面形状に形成されている（図２および図３参照）。畝４は、上壁４ａと下壁４ｂとで構成され、上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を従来の波形断面形状より一方を大きく他方を小さくなるように異なる角度（例えば凝縮器として用いる場合、図２に示すように、θ1 ＜θ2 ）で形成して伝熱面２を非対称な波形断面形状に形成している。そして、このような伝熱プレート１を交互に上下反転して積層することにより、伝熱プレート１相互間に熱交換されるべき異なる流体用の流体通路Ａ，Ｂを交互に形成するようにしている。
【００１０】
本発明のプレート式熱交換器においては、伝熱プレート１の伝熱面２に形成した畝４の上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を異なる角度で形成して伝熱面２を非対称な波形断面形状に形成したので、流れ方向に対して異なる特性を有する流体通路Ａ，Ｂが形成される（図２および図３参照）。
【００１１】
従って、本発明のプレート式熱交換器を凝縮器として用いた場合、図２に示すように、伝熱プレート１の伝熱面２に形成した畝４の上壁４ａの角度θ1 より下壁４ｂの角度θ2 を大きくすることで、凝縮した液ａは下壁４ａをすぐに流れ落ちるため、下壁４ａの表面に凝縮液膜が生じなくなって凝縮性能の向上が図れる。
【００１２】
また、本発明のプレート式熱交換器を相変化の伴わない２液体の熱交換に用いた場合、図３に示すように、伝熱プレート１の伝熱面２に形成された畝４の凸頂部４ｃの下流では、壁４ｂが液の流れに対して傾きが緩やかであるために流れの淀みが少なくなり、また、流れに対向する側の壁４ａの傾きが従来のものよりも立っていて凸頂部４ｃの下流へ液の流れをより多くもたらすため、伝熱性能の向上を図るとともに、スケールの付着・堆積を抑制することができる。
【００１３】
なお、伝熱プレート１の伝熱面２に形成された畝４の上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を同じ角度で従来の波形断面形状より大きく形成すると、前述した図２および図３に示す実施の形態と同様な効果を得ることができるが、これではプレート伸び率が小さくなり、同一素材から得られる伝熱面積が少なってコストが著しく上昇するといった問題を生じる。また、畝４のピッチが大きくなるとともに、畝４の開き角度が大きくなるため、伝熱プレート１の耐圧強度が著しく低下するといった問題を生じる。
【００１４】
これに対して、本発明のプレート式熱交換器のように、伝熱プレート１の伝熱面２に形成した畝４の上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を、従来の波形断面形状より一方を大きく他方小さくなるように異なる角度で形成して伝熱面２を非対称な波形断面形状に形成すると、プレート伸び率の低下および畝４のピッチ増大を従来の波形断面形状と同等あるいはわずかな変更で抑えることができる。従って、本発明のプレート式熱交換器では、伝熱性能の向上を図るとともに、スケールの付着・堆積を抑制し、かつ、コストアップや耐圧強度の低下も防止できる。
【００１５】
以上は本発明の実施に好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることなく本発明の要旨内において設計変更することができる。例えば、本発明の実施の形態として、伝熱面２は、プレート縦方向中心線から両側方に向って傾斜したヘリンボン形状の畝４を形成した波形断面形状に形成されたもので説明したが、これ以外にプレート縦方向中心線がズレても構わないし、また、コルゲート形状のものであっても構わない。
【００１６】
また、本発明の実施の形態では、流体の流体通路Ａ，Ｂを得る方法として、同一の伝熱プレート１１を交互に上下反転して組み合せているが、これ以外に伝熱プレート１１の表裏を反転して組み合せたり、２枚の異なる伝熱プレートを組み合せるなどしても構わない。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプレート式熱交換器によれば、伝熱プレート１伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁の角度を異なる角度で形成して伝熱面を非対称な波形断面形状に形成したことにより、液膜や流れの淀み等の発生を防止して伝熱性能の向上を図るとともに、スケールの付着・堆積を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレート式熱交換器における伝熱プレートの平面図である。
【図２】図１の伝熱プレートを積層した状態でのＡ−Ａ線における要部断面図で、凝縮器として用いた場合である。
【図３】図１の伝熱プレートを積層した状態でのＡ−Ａ線における要部断面図で、液同士の熱交換器として用いた場合である。
【図４】従来のプレート式熱交換器における伝熱プレートの平面図である。
【図５】図４の伝熱プレートを積層した状態でのＢ−Ｂ線における要部断面図で、凝縮器として用いた場合である。
【図６】図４の伝熱プレートを積層した状態でのＢ−Ｂ線における要部断面図で、液同士の熱交換器として用いた場合である。
【符号の説明】
１ 伝熱プレート
２ 伝熱面
３ 通路孔
４ 畝
４ａ 畝の上壁
４ｂ 畝の下壁
４ｃ 畝の凸頂部
θ1 畝上壁の角度
θ2 畝下壁の角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを用いたプレート式熱交換器に関するものであり、詳しくは、伝熱面の断面形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートをガスケットを介して交互に上下反転して積層することによって伝熱プレート相互間に複数の流体通路を形成し、この複数の流体通路に熱交換されるべき異なる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わせる。
【０００３】
このようなプレート式熱交換器において、例えば、図４に示す如き、伝熱プレート１１が使用されている。この伝熱プレート１１は、熱伝導率の良い材料で長方形状に形成され、中央部に伝熱面１２を有し、かつ、四隅に流体の出入口となる通路孔１３がそれぞれ穿設されている。伝熱面１２は、プレート縦方向中心線から両側方に向って傾斜したヘリンボン状の畝１４を等間隔でＶ字状ないし山形状に連続形成した波形断面形状に形成されている。畝１４は、上壁１４ａと下壁１４ｂとで構成され、上壁１４ａの角度θ1 と下壁１４ｂの角度θ2 とを同じ角度で形成して伝熱面１２を対称な波形断面形状に形成している（図５および図６参照）。そして、この伝熱プレート１１を交互に上下反転して積層することにより、図５および図６に示すように、伝熱プレート１１相互間に熱交換されるべき異なる流体用の流体通路Ａ，Ｂを交互に形成するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のプレート式熱交換器では、伝熱プレート１１の伝熱面１２に形成された畝１４の向かい合う上下の壁１４ａ，１４ｂの角度θ1 ，θ2 が同じ角度を有して伝熱面１２が対称な波形断面形状に形成されているため、伝熱プレート１１相互間には同じ断面形状を有する流体通路Ａ，Ｂが形成されている。このことにより、従来のプレート式熱交換器を凝縮器として用いた場合、即ち、流体通路Ａに凝縮流体（例えば、蒸気）、流体通路Ｂに冷媒（例えば、冷却水）をそれぞれ流通して熱交換した場合、図５に示すように、流体通路Ａの凝縮した液ａは、重力方向に滴下して伝熱プレート１１の伝熱面１２に形成された畝１４の下壁１４ｂの表面に液滴として滞留し、その後は大きな液滴となって下方へ流れ落ちたり、あるいは下壁１４ｂの表面を畝１４の傾斜方向に沿って流れるため、下壁１４ｂの表面には凝縮液膜が形成されて凝縮性能を低下させる。そのため、凝縮器としては大きな伝熱面積が必要となり、多くの伝熱プレート１１を要することからコストアップと凝縮器の寸法増大をもたらすという問題がある。
【０００５】
また、従来のプレート式熱交換器を相変化の伴わないスケール成分を多く含む２液体の熱交換に用いた場合、図６に示すように、伝熱プレート１１の伝熱面１２に形成された畝１４の凸頂部１４ｃの下流で流れの淀み域ｂが生じて伝熱性能を低下させる。また、この淀み域ｂではスケールの付着・堆積の問題が顕著であり、伝熱性能の低下を招くとともに頻繁に洗浄が欠かせない。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決すべく提案されたもので、伝熱性能の向上とスケールの付着・堆積の抑制を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、畝を形成した波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを水平方向に積層し、凝縮器として使用するプレート式熱交換器において、伝熱プレート間に、凝縮流体を下向きに流通させる流路と、冷媒を上向きに流通させる流路とを交互に設け、伝熱プレートの伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁が水平方向に対して異なる角度を有することで、伝熱面が非対称な波形断面形状をなし、凝縮流体の流路を構成する壁面のうち、この流路内で上方を向いている壁面の水平方向に対する角度を、この流路内で下方を向いている壁面の水平方向に対する角度よりも大きくしたことを特徴とするプレート式熱交換器を提供する。また、本発明は、畝を形成した波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを水平方向に積層したプレート式熱交換器において、伝熱プレート間に、相変化の伴わない２液体の流路を交互に設け、伝熱プレートの伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁が水平方向に対して異なる角度を有することで、伝熱面が非対称な波形断面形状をなし、水平方向に対する角度が小さい方の壁を、各流路に突出する畝の凸頂部の上流側に配し、水平方向に対する角度が大きい方の壁を、各流路に突出する畝の凸頂部の下流側に配したことを特徴とするプレート式熱交換器を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基いて説明する。
【０００９】
図１は、本発明のプレート式熱交換器における伝熱プレート１を示す。この伝熱プレート１は、従来と同様に、熱伝導率の良い材料で長方形状に形成され、中央部に伝熱面２を有し、かつ、四隅に流体の出入口となる通路孔３がそれぞれ穿設されている。伝熱面２は、プレート縦方向中心線から両側方に向って傾斜したヘリンボン状の畝４を形成した波形断面形状に形成されている（図２および図３参照）。畝４は、上壁４ａと下壁４ｂとで構成され、上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を従来の波形断面形状より一方を大きく他方を小さくなるように異なる角度（例えば凝縮器として用いる場合、図２に示すように、θ1 ＜θ2 ）で形成して伝熱面２を非対称な波形断面形状に形成している。そして、このような伝熱プレート１を交互に上下反転して積層することにより、伝熱プレート１相互間に熱交換されるべき異なる流体用の流体通路Ａ，Ｂを交互に形成するようにしている。
【００１０】
本発明のプレート式熱交換器においては、伝熱プレート１の伝熱面２に形成した畝４の上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を異なる角度で形成して伝熱面２を非対称な波形断面形状に形成したので、流れ方向に対して異なる特性を有する流体通路Ａ，Ｂが形成される（図２および図３参照）。
【００１１】
従って、本発明のプレート式熱交換器を凝縮器として用いた場合、図２に示すように、伝熱プレート１の伝熱面２に形成した畝４の上壁４ａの角度θ1 より下壁４ｂの角度θ2 を大きくすることで、凝縮した液ａは下壁４ａをすぐに流れ落ちるため、下壁４ａの表面に凝縮液膜が生じなくなって凝縮性能の向上が図れる。
【００１２】
また、本発明のプレート式熱交換器を相変化の伴わない２液体の熱交換に用いた場合、図３に示すように、伝熱プレート１の伝熱面２に形成された畝４の凸頂部４ｃの下流では、壁４ｂが液の流れに対して傾きが緩やかであるために流れの淀みが少なくなり、また、流れに対向する側の壁４ａの傾きが従来のものよりも立っていて凸頂部４ｃの下流へ液の流れをより多くもたらすため、伝熱性能の向上を図るとともに、スケールの付着・堆積を抑制することができる。
【００１３】
なお、伝熱プレート１の伝熱面２に形成された畝４の上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を同じ角度で従来の波形断面形状より大きく形成すると、前述した図２および図３に示す実施の形態と同様な効果を得ることができるが、これではプレート伸び率が小さくなり、同一素材から得られる伝熱面積が少なってコストが著しく上昇するといった問題を生じる。また、畝４のピッチが大きくなるとともに、畝４の開き角度が大きくなるため、伝熱プレート１の耐圧強度が著しく低下するといった問題を生じる。
【００１４】
これに対して、本発明のプレート式熱交換器のように、伝熱プレート１の伝熱面２に形成した畝４の上壁４ａの角度θ1 と下壁４ｂの角度θ2 を、従来の波形断面形状より一方を大きく他方小さくなるように異なる角度で形成して伝熱面２を非対称な波形断面形状に形成すると、プレート伸び率の低下および畝４のピッチ増大を従来の波形断面形状と同等あるいはわずかな変更で抑えることができる。従って、本発明のプレート式熱交換器では、伝熱性能の向上を図るとともに、スケールの付着・堆積を抑制し、かつ、コストアップや耐圧強度の低下も防止できる。
【００１５】
以上は本発明の実施に好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることなく本発明の要旨内において設計変更することができる。例えば、本発明の実施の形態として、伝熱面２は、プレート縦方向中心線から両側方に向って傾斜したヘリンボン形状の畝４を形成した波形断面形状に形成されたもので説明したが、これ以外にプレート縦方向中心線がズレても構わないし、また、コルゲート形状のものであっても構わない。
【００１６】
また、本発明の実施の形態では、流体の流体通路Ａ，Ｂを得る方法として、同一の伝熱プレート１１を交互に上下反転して組み合せているが、これ以外に伝熱プレート１１の表裏を反転して組み合せたり、２枚の異なる伝熱プレートを組み合せるなどしても構わない。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプレート式熱交換器によれば、伝熱プレート１伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁の角度を異なる角度で形成して伝熱面を非対称な波形断面形状に形成したことにより、液膜や流れの淀み等の発生を防止して伝熱性能の向上を図るとともに、スケールの付着・堆積を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレート式熱交換器における伝熱プレートの平面図である。
【図２】図１の伝熱プレートを積層した状態でのＡ−Ａ線における要部断面図で、凝縮器として用いた場合である。
【図３】図１の伝熱プレートを積層した状態でのＡ−Ａ線における要部断面図で、液同士の熱交換器として用いた場合である。
【図４】従来のプレート式熱交換器における伝熱プレートの平面図である。
【図５】図４の伝熱プレートを積層した状態でのＢ−Ｂ線における要部断面図で、凝縮器として用いた場合である。
【図６】図４の伝熱プレートを積層した状態でのＢ−Ｂ線における要部断面図で、液同士の熱交換器として用いた場合である。
【符号の説明】
１ 伝熱プレート
２ 伝熱面
３ 通路孔
４ 畝
４ａ 畝の上壁
４ｂ 畝の下壁
４ｃ 畝の凸頂部
θ1 畝上壁の角度
θ2 畝下壁の角度
Claims (2)
- 畝を形成した波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを水平方向に積層し、凝縮器として使用するプレート式熱交換器において、
伝熱プレート間に、凝縮流体を下向きに流通させる流路と、冷媒を上向きに流通させる流路とを交互に設け、
伝熱プレートの伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁が水平方向に対して異なる角度を有することで、伝熱面が非対称な波形断面形状をなし、
凝縮流体の流路を構成する壁面のうち、この流路内で上方を向いている壁面の水平方向に対する角度を、この流路内で下方を向いている壁面の水平方向に対する角度よりも大きくしたことを特徴とするプレート式熱交換器。 - 畝を形成した波形断面形状の伝熱面を有する伝熱プレートを水平方向に積層したプレート式熱交換器において、
伝熱プレート間に、相変化の伴わない２液体の流路を交互に設け、
伝熱プレートの伝熱面に形成した畝の向かい合う上下の壁が水平方向に対して異なる角度を有することで、伝熱面が非対称な波形断面形状をなし、
水平方向に対する角度が小さい方の壁を、各流路に突出する畝の凸頂部の上流側に配し、水平方向に対する角度が大きい方の壁を、各流路に突出する畝の凸頂部の下流側に配したことを特徴とするプレート式熱交換器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP26997498A JP4252132B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | プレート式熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26997498A JP4252132B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | プレート式熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097590A JP2000097590A (ja) | 2000-04-04 |
| JP4252132B2 true JP4252132B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
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Family Applications (1)
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| JP26997498A Expired - Fee Related JP4252132B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | プレート式熱交換器 |
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-
1998
- 1998-09-24 JP JP26997498A patent/JP4252132B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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Legal Events
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