JP4352295B2 - プレートフィン熱交換器の構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレートフィン熱交換器のフィンの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
プレートフィン熱交換器は、図5に示すように対向流部2とこの左右の斜交流部3、各斜交流部3に設けられたヘッダー4からなり、一方の斜交流部3から他方の斜交流部に加熱ガスが流れ、空気が一方のヘッダー4から入り、他方のヘッダーから出てゆく。加熱ガスと空気は対向流部2で熱交換する。
【0003】
図6は図5の内部構造を示す。図6Aは周囲が立ち上がった隔離板4、図6Bはこの隔離板4に配置された空気用のフィンで、対向流部1にはオフセットフィン6が設けられ、斜交流部2にはヘッダー4と連通するストレートフィン7が設けられている。オフセットフィン6はフィンをずらして並べ、流速を遅くし熱交換を促進する。図6Cは周囲が下がった隔離板5、図6Dは隔離板5に配置された加熱ガス用のフィンで対向流部2にはオフセットフィン6が設けられ、斜交流部3にはストレートフィン7が設けられている。この隔離板5a,5b を積層し、隔離板5a,5b が接触する部分を接合(ロー付け、ティグ溶接、レーザー溶接などの方法)して、内部に空気用フィンを包み込みヘッダー3に連通させる。加熱ガス用フィンは外部に開放され、ヘッダーとは連通せず、加熱ガスが入出する。隔離板5 a 、5bをへだてて対向流部2で加熱ガスと空気の熱交換が行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図6Bに示すようにへッダーの外部に近い所の隔離板5は加熱ガスと空気の境界になり熱応力が厳しく、破損しやすい。斜交流部3において、隔離板に挟まれ、空気が流れるフィンの構造は、隔離板がプレス成形の場合は、図6Bのようにストレートフィン7が設けられている。ストレートフィン7は、流路長さの長い端部で流れが悪く、均一の流れにはなりにくい。また、ディスタンスプレート方式の場合は、ディスタンスプレートのみで、空気流は考慮せず、単に隔離板の高さのみ確保している。このため、空気の流れがなく、更にその部分の熱容量が大きい。このようにヘッダーの外部近傍の部分の空気流路は、過渡変化期などに隔離板とフィンとの間に温度差が生じ、熱サイクルを繰り返すと割れを生ずるなどの不具合が生ずることがある。また、斜交流部3のストレートフィン7と、対向流部2のオフセットフィン7が接近し過ぎていると、ストレートフィンがオフセットフィンの流路を塞ぐなどやストレートフィン部流路長さの違いによる幅方向の不均一流量などの流れが円滑にならないという問題があった。
【0005】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、ヘッダーの外部近傍の隔離板の温度変化を少なくするフィンを用いることを目的とする。対向流部と斜交流部との境の流れを円滑にすることを目的とする。
【0006】
【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、対向流部の左右に斜交流部があり斜交流部にはヘッダーが貫通している層からなる層が複数からなり、ヘッダーは1つおきの層と連通し他の層は外部の加熱ガスが通過するプレートフィン熱交換器の構造において、前記ヘッダーには前記加熱ガスより低温の気体が流れ、前記ヘッダーが連通する前記層では、前記ヘッダーが外部に近い斜交流部の範囲をオフセットフィンとし、他の斜交流部の範囲をストレートフィンとし、他の斜交流部の範囲をストレートフィンとし、前記ストレートフィンの一部は、前記対向流部との境界から、前記オフセットフィンの前記範囲との境界まで延びている。
【0007】
ヘッダーからの空気流が通過する層のヘッダーとその外部近傍の斜交流部の範囲はオフセットフィンとする。これによりヘッダーに入る空気(低温ガス)、出る空気(低温ガス)が抵抗の多く, 伝熱面積の広いオフセットフィンを通ることにより、これと接する斜交流部を包む隔離板を冷却する。また、他の斜交流部は熱交換はしないので、流れを良くするストレートフィンとする。
【0008】
また好ましい実施形態では、斜交流部のフィンと対向流部のフィンとの間には間隙が設けられている。対向流部の縦方向の比較的密に配置されたオフセットフィンに斜交流部の斜めの比較的粗く配置されたストレートフィンが接すると、ストレートフィンがオフセットフィンの流路入口を塞ぐことやストレートフィンの場所による流路長さの違いによる対向流部オフセットフィン部の幅方向の流量の不均一など流れがうまく繋がらない。そこで幅を開くことにより、幅方向の流れがでて均一に流れが分布するようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本実施のプレートフィン熱交換器の平面図である。図2は図1のA−A断面図である。プレートフィン熱交換器1は対向流部2の左右に斜交流部3を配置した層を積層し、斜交流部3ではヘッダー4が下部まで達し1つおきの層(空気層)と連通しており、空気(または低温流体)を流している。ヘッダー4と連通していない層では、一方の斜交流部3から加熱ガスが入り、他方の斜交流部3から放出される。空気流と加熱ガスとは対向流部2で隔離板を介して熱交換する。フィンおよび隔離板はロー付けされ, 流路の圧力による健全性と伝熱性の向上を図っている。但し, ロー付けされていない場合でも本件の技術を適用できる。
【0010】
図2において、図6で示した隔離板5a,5bで挟まれた空気用フィンよりなる空気層10と、この上に加熱用フィンを重ねた加熱層11があり、この2つの層10、11を積層している。ヘッダー4は空気層10と連通しており、加熱層11はヘッダーとはその周囲で隔離されており加熱ガスと空気は混合しない。ヘッダー4は円筒の頂部4aと内部に設けられたステー4bと、下部のエンドプレート4cから構成されている。積層部の上下は側板12で覆われ、ヘッダー円筒4aとは補強リング13で接続されている。また下部の側板12はエンドプレート4cに接続されている。エンドプレート4cは上部補強リング13、ヘッダー4とステー4bを介して連結し、ヘッダー部の内圧による反力を支える構造としている。ヘッダー4から入る空気は空気層10へ入る。
【0011】
図3は空気層10の平面図である。対向流部2にはオフセットフィン6が設けられ、斜交流部3には対向流部2からヘッダー4に向ってストレートフィン7が設けられている。ヘッダー4の外部近傍の範囲14にはオフセットフィン6が設けられている。この外部近傍の範囲14は積層された上下の加熱ガス層11の加熱ガスが当たり、空気側の熱伝達が悪いと隔離板やフィンは高温になる。一方対向流部に近い部分は熱伝達がよいから低温となり隔離板5には大きな温度差を生ずる。オフセットフィン6は流れる空気に抵抗を与え熱交換を良くし、隔離板5の温度差を少くする。またオフセットフィン6により空気を分散させる効果があるので、ヘッダー4への空気の取り入れと送り出しがスムーズになる。ストレートフィン7はヘッダー4と対向流部2の空気の流れをスムーズに行なうもので、熱交換が目的でないので、フィンピッチを大きくし圧力損失を少くする。斜交流部3のストレートフィン7と対向流部2のオフセットフィン6は隙間tを数mm開けておく。これにより幅方向への空気の流れが生じ、幅方向の圧力が均一化され、ストレートフィンによる閉塞もなくなり、対向流部のオフセットフィン6の流れも均一化され熱交換を効率よく行なうことができる。
【0012】
図4は加熱ガス層11の平面図である。対向流部2にはオフセットフィン6が設けられ、斜交流部3には外側から対向流部2へ向ってストレートフィン7が設けられている。空気層10の場合と同じく斜交流部3のストレートフィン7と対向流部2のオフセットフィン6は隙間tを数mm開けておく。
【0013】
上記の実施形態ではヘッダーは2本であったが、4本にすれば空気の分布がより均一になる。またヘッダーを通過する気体は空気としたが、他のガスでもよい。上記でストレートフィンと対向流部オフセットライン6の隙間は2〜3mm とし、大きすぎると内圧強度の低下を招く。
【0014】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ヘッダーの外側近傍の範囲の空気層のフィンをオフセットフィンにすることにより、熱伝達を良くし、隔離板のヘッダー側からの空気による低温と加熱ガスの高温による温度差を少くしてクラック等の発生を防止する。また対向流部のオフセットフィンと斜交流部のストレートフィンとの間隔を開けることにより、オフセットフィンの流れを均一にして熱効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態のプレートフィン熱交換器の平面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】空気層の平面図である。
【図4】加熱ガス層の平面図である。
【図5】プレートフィン熱交換器の斜視図である。
【図6】プレートフィン熱交換器内部の斜視図である。
【符号の説明】
1 プレートフィン熱交換器
2 対向流部
3 斜交流部
4 ヘッダー
5 隔離板
6 オフセットフィン
7 ストレートフィン
10 空気層
11 加熱ガス層
12 側板
13 補強リング
14 外部近傍の範囲
Claims (2)
- 対向流部の左右に斜交流部があり斜交流部にはヘッダーが貫通している層からなる層が複数からなり、ヘッダーは1つおきの層と連通し他の層は外部の加熱ガスが通過するプレートフィン熱交換器の構造において、
前記ヘッダーには前記加熱ガスより低温の気体が流れ、前記ヘッダーが連通する前記層では、前記ヘッダーが外部に近い斜交流部の範囲をオフセットフィンとし、他の斜交流部の範囲をストレートフィンとし、
前記ストレートフィンの一部は、前記対向流部との境界から、前記オフセットフィンの前記範囲との境界まで延びている、ことを特徴とするプレートフィン熱交換器の構造。 - 斜交流部のフィンと対向流部のフィンとの間には間隙が設けられていることを特徴とする請求項1記載のプレートフィン熱交換器の構造。
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