JP6479271B1 - Plate heat exchanger - Google Patents
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Abstract
プレート式熱交換器は、積層された複数の伝熱プレートを用いて熱交換を行う。各伝熱プレートは、プレート本体と、第1媒体用流入部と、第1媒体用流出部と、第2媒体用流入部と、第2媒体用流出部と、流路を形成する突部とを備える。第1媒体用流入部と第1媒体用流出部のうちの少なくとも一方は、突部が接するプレート本体の一端側にある2つの角部のうちの一角部に配置してある。第2媒体用流入部と第2媒体用流出部のうちの少なくとも一方は、突部が離隔するプレート本体の他端側にある2つの角部のうちの一角部に配置してある。 The plate heat exchanger performs heat exchange using a plurality of stacked heat transfer plates. Each heat transfer plate includes a plate main body, a first medium inflow portion, a first medium outflow portion, a second medium inflow portion, a second medium outflow portion, and a protrusion that forms a flow path. Is provided. At least one of the first medium inflow portion and the first medium outflow portion is disposed at one corner portion of the two corner portions on one end side of the plate main body with which the protrusion comes into contact. At least one of the second medium inflow portion and the second medium outflow portion is disposed at one corner portion of the two corner portions on the other end side of the plate body from which the protrusion is separated.
Description
本発明は、プレート式熱交換器に関する。 The present invention relates to a plate heat exchanger.
媒体を用いて熱交換を行うプレート式熱交換器が知られている。例えば、同様にプレス加工した金属板を複数積層し、積層された第1金属板と第2金属板との間の積層空間および、積層された第2金属板と第3金属板との間の積層空間に媒体を流して熱交換を行うプレート式熱交換器が知られている(例えば、特許文献1〜4)。
Plate type heat exchangers that perform heat exchange using a medium are known. For example, a plurality of similarly pressed metal plates are laminated, a lamination space between the laminated first metal plate and the second metal plate, and between the laminated second metal plate and the third metal plate. Plate-type heat exchangers that exchange heat by flowing a medium in a laminated space are known (for example,
プレート式熱交換器は、積層空間に流した媒体とそれを挟む一対の金属板との間で熱交換を行うように構成される。具体的には、1層目の金属板および2層目の金属板が1層目の金属板および2層目の金属板の間の第1積層空間に流れる媒体と熱交換を行い、2層目の金属板および3層目の金属板が2層目の金属板および3層目の金属板の間の第2積層空間に流れる媒体と熱交換を行い、3層目の金属板および4層目の金属板が3層目の金属板および4層目の金属板の間の第3積層空間を流れる媒体と熱交換を行う。 The plate heat exchanger is configured to exchange heat between a medium flowing in the laminated space and a pair of metal plates sandwiching the medium. Specifically, the first metal plate and the second metal plate exchange heat with the medium flowing in the first laminated space between the first metal plate and the second metal plate, and the second layer metal plate. The metal plate and the third layer metal plate exchange heat with the medium flowing in the second laminated space between the second layer metal plate and the third layer metal plate, and the third layer metal plate and the fourth layer metal plate Performs heat exchange with the medium flowing in the third laminated space between the third metal plate and the fourth metal plate.
上述したようなプレート式熱交換器では、第1積層空間に形成された流路と第2積層空間に形成された流路とが同様の距離を有する流路となる。そのため、複数の金属板間での略均一な熱交換をすることができる。 In the plate heat exchanger as described above, the flow path formed in the first stacked space and the flow path formed in the second stacked space are flow paths having the same distance. Therefore, substantially uniform heat exchange can be performed between the plurality of metal plates.
しかしながら、熱交換機構の多様化を考慮した場合、熱容量の異なる複数の媒体を用いて熱交換を行う状況も考えられる。また、熱伝導率の異なる複数種類の媒体を用いる状況も考えられる。上述したような従来のプレート式熱交換器の場合、一方の媒体の熱容量が低くとも、熱容量が大きい他方の媒体に依存して熱交換器の熱交換効率が抑制される虞がある。また、一方の媒体の熱伝導率が高くとも、熱伝導率が低い他方の媒体に依存して熱交換器の熱交換効率が抑制される虞がある。 However, when diversification of the heat exchange mechanism is considered, a situation where heat exchange is performed using a plurality of media having different heat capacities is also conceivable. In addition, a situation in which a plurality of types of media having different thermal conductivities is used can be considered. In the case of the conventional plate heat exchanger as described above, even if the heat capacity of one medium is low, the heat exchange efficiency of the heat exchanger may be suppressed depending on the other medium having a large heat capacity. Moreover, even if the thermal conductivity of one medium is high, the heat exchange efficiency of the heat exchanger may be suppressed depending on the other medium having a low thermal conductivity.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、熱交換を行う複数の媒体で熱容量が異なる場合であっても、熱伝導率の異なる複数の媒体を熱交換に用いる場合であっても、一方の媒体に依存した熱交換効率の抑制を低減することが可能なプレート式熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when heat capacity is different among a plurality of media that perform heat exchange, a plurality of media having different thermal conductivities can be used for heat exchange. Even if it is a case where it uses, it aims at providing the plate type heat exchanger which can reduce suppression of the heat exchange efficiency depending on one medium.
本発明の一側面にかかるプレート式熱交換器は、積層された複数の伝熱プレートを用いて熱交換を行う。複数の伝熱プレートは、熱交換を行う第1伝熱プレートと、第1伝熱プレートとの間に第1媒体を流す第1積層空間を設けて積層され、熱交換を行う第2伝熱プレートと、第2伝熱プレートとの間に第2媒体を流す第2積層空間を設けて積層され、熱交換を行う第3伝熱プレートとを備える。第1伝熱プレート、第2伝熱プレートおよび第3伝熱プレートは同一形状であり、それぞれ、熱交換を行う矩形状のプレート本体と、第1媒体を流入出させるための第1媒体用流入部および第1媒体用流出部、または第2媒体を流入出させるための第2媒体用流入部および第2媒体用流出部と、プレート本体の軸長方向の一端側に接して他端側から離隔し、積層方向に突出し、第1媒体または第2媒体の流路を形成する突部とを備える。第1媒体用流出部は、第1媒体用流入部に対し対角の位置に配置され、第2媒体用流出部は、第2媒体用流入部に対し対角の位置に配置されている。 The plate heat exchanger according to one aspect of the present invention performs heat exchange using a plurality of stacked heat transfer plates. The plurality of heat transfer plates are stacked by providing a first heat transfer plate that performs heat exchange and a first stacked space through which the first medium flows between the first heat transfer plate and performing heat exchange. There is provided a third heat transfer plate that is stacked by providing a second stacked space for allowing the second medium to flow between the plate and the second heat transfer plate, and performs heat exchange. The first heat transfer plate, the second heat transfer plate, and the third heat transfer plate have the same shape, and each has a rectangular plate body that performs heat exchange, and an inflow for the first medium that causes the first medium to flow in and out. And the first medium outflow part, or the second medium inflow part and the second medium outflow part for allowing the second medium to flow in and out, from one end side in the axial direction of the plate body from the other end side And a protrusion that protrudes in the stacking direction and forms a flow path for the first medium or the second medium. The first medium outflow portion is disposed at a diagonal position with respect to the first medium inflow portion, and the second medium outflow portion is disposed at a diagonal position with respect to the second medium inflow portion.
本発明の一側面によれば、熱交換を行う複数の媒体で熱容量が異なる場合であっても、熱伝導率の異なる複数の媒体を熱交換に用いる場合であっても、一方の媒体に依存した熱交換効率の抑制を低減することができる。 According to one aspect of the present invention, even when a plurality of media performing heat exchange have different heat capacities, or when a plurality of media having different thermal conductivities are used for heat exchange, they depend on one medium. It is possible to reduce the suppression of the heat exchange efficiency.
以下、添付図面を参照して、本願が開示するプレート式熱交換器の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a plate heat exchanger disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1の構成を表わす説明図である。プレート式熱交換器1は、複数枚の伝熱プレート2,2,2・・・を厚さ方向に積層した熱交換器である。プレート式熱交換器1は、積層した伝熱プレート2と伝熱プレート2との間の積層空間を流路として第1媒体または第2媒体を流すことによって、第1媒体および第2媒体との間で熱交換を行う。図1中の矢印は、各積層空間での媒体の流れ方向を表す。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a
プレート式熱交換器1では、積層した隣接する第1伝熱プレート2と第2伝熱プレート2との間の第1積層空間を流路として第1媒体を流し、積層した隣接する第2伝熱プレート2と第3伝熱プレート2との間の第2積層空間を流路として第2媒体を流し、積層した隣接する第3伝熱プレート2と第4伝熱プレート2との間の第3積層空間を流路として第1媒体を流し、積層した隣接する第4伝熱プレート2と第5伝熱プレート2との間の第4積層空間を流路として第2媒体を流す。つまりプレート式熱交換器1では、一の積層空間では第1媒体が流れ、厚さ方向に一の積層空間と隣接する二の積層空間では第2媒体が流れ、厚さ方向に二の積層空間と隣接する三の積層空間では第1媒体流れ、積層方向で交互に異なる媒体が流れるように構成してある。図1の一例では、最上部の第1伝熱プレート2とその下方に隣接する第2伝熱プレート2との間の第1積層空間を流路として、第1媒体が図面の右から左へ流れ、第2伝熱プレート2とその下方に隣接する第3伝熱プレート2との間の第2積層空間を流路として、第2媒体が左から右へと流れ、第3伝熱プレート2とその下方に隣接する第4伝熱プレート2との間の第3積層空間を流路として、第1媒体が右から左へと流れるというように、積層方向で交互に異なる媒体が流れるように構成してある。
In the
各伝熱プレート2は、矩形状のプレート本体を有する板状部材であり、第1媒体および第2媒体との間で熱交換を行う。例えば各伝熱プレート2は、材料としてステンレス、鉄、アルミ、銅等を有し、プレス加工で製造された部材である。
Each
第1媒体および第2媒体は、外部の部材と伝熱プレート2との間の熱輸送を行うものであり、水、油、CO2、HFC冷媒、等の液体または気体または気液混合媒体である。例えば第1媒体は、第2媒体の素材とは異なる素材を用い、第1媒体の熱伝導率が第2媒体の熱伝導率よりも高くなるように構成される。The first medium and the second medium perform heat transport between an external member and the
図2は、実施の形態1に係る各伝熱プレート2の形状を記した上面視図である。各伝熱プレート2は、2つの突部8,9と、第1媒体用流入部4と,第1媒体用流出部5と、第2媒体用流入出部6と、第2媒体用流出部7と、ヘリンボーン凹凸部3とをプレート本体に備える。
FIG. 2 is a top view showing the shape of each
2つの突部8,9はそれぞれ、積層された隣接する他の伝熱プレート2との間で積層空間を確保すべく、プレス加工によって一の伝熱プレート2の表面から一方側へ突出するよう構成してある。つまり2つの突部8,9はそれぞれ、積層方向に突出し、後述する第1媒体または第2媒体の流路を形成するよう構成してある。
Each of the two
各突部8,9の裏面側は、各突部8,9が突出する一方側へ窪んだ窪み形状となっている。図2には、矩形板状の伝熱プレート2に対して軸長方向に延出した直線状の突部8,9が示してある。一方の突部8は、伝熱プレート2の一端側に接しているが他端側から離隔しており、他方の突部9は、伝熱プレート2の他端側に接しているが一端側から離隔している。
The back surface side of each
2つの突部8,9は、伝熱プレート2を三分割する位置に配置してある。より詳細に述べると、軸長方向に延出する2つの突部8,9は、伝熱プレート2を三等分する位置から軸短方向の一端側へ偏倚した位置に配置してある。突部8,9が有する積層方向の高さについては、後で詳細に述べる。
The two
第1媒体用流入部4、第1媒体用流出部5はそれぞれ、一方側に積層された他の伝熱プレート2との間に形成された一の積層空間に第1媒体を流入出させるための開口部である。第1媒体用流入部4から一の積層空間内に第1媒体が流入し、第1媒体用流出部5から一の積層空間外へ第1媒体が流出するように構成してある。第1媒体用流入部4と第1媒体用流出部5のうちの一方は、矩形板状の伝熱プレート2の一の対角線上にある一の角部に配置してあり、第1媒体用流入部4と、第1媒体用流入部5とのうちの他方は、矩形板状の伝熱プレート2の一の対角線上にある他の角部に配置してある。
Each of the first
第2媒体用流入部6、第2媒体用流出部7はそれぞれ、他方側に積層された他の伝熱プレート2との間に形成された他の積層空間に第2媒体を流入出させるための開口部である。第2媒体用流入部6から他の積層空間内に第2媒体が流入し、第2媒体用流出部7から他の積層空間外へ第2媒体が流出するように構成してある。第2媒体用流入部6と、第2媒体用流出部7とのうちの一方は、矩形板状の伝熱プレート2の他の対角線上にある一の角部に配置してあり、第2媒体用流入部6と第2媒体用流出部7とのうちの他方は、矩形板状の伝熱プレート2の他の対角線上にある他の角部に配置してある。
Each of the second
ヘリンボーン凹凸部3は、一の積層空間に流れる第1媒体および他の積層空間に流れる第2媒体との熱交換効率を高めるべく、突部8,9を跨いだヘリンボーン形状で表面に凹凸している。言い換えると、2つの突部8,9によって三分割されるようにヘリンボーン凹凸部3が配置してある。
The herringbone concavo-
ヘリンボーン凹凸部3は、プレート式熱交換器1の厚さ方向、言い換えると積層方向に向けて凹凸するよう構成してある。またヘリンボーン凹凸部3は、伝熱プレート2の一端側から他端側に向けて先細りとなるような∨字型となるヘリンボーン形状としてある。
The herringbone concavo-
ヘリンボーン凹凸部3と一方側に積層された他の伝熱プレート2との間には、第1媒体の流速を考慮し、プレート式熱交換器1の厚さ方向に隙間を設けてある。同様に、ヘリンボーン凹凸部3と他方側に積層された他の伝熱プレート2との間には、第2媒体の流速を考慮し、プレート式熱交換器1の厚さ方向に隙間を設けてある。
A gap is provided in the thickness direction of the
伝熱プレート2が上述したようなヘリンボーン凹凸部3を有する場合、一の積層空間を規定する一方の伝熱プレート2の凹凸形状および一の積層空間を規定する他方の伝熱プレート2の凹凸形状によって、一の積層空間の厚さ方向の隙間が狭まる。一の積層空間に流れる媒体は、狭まった隙間において流速が大きくなる。したがって、一の積層空間を流れる媒体と伝熱プレート2との熱交換効率を更に高めることが可能となる。
When the
図3は、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1における複数の伝熱プレート2,2の積層状態を説明する説明図である。プレート式熱交換器1が備える複数の伝熱プレート2,2,・・・のうちの2つの伝熱プレート2,2の積層状態を例として模式的に示してある。図3では、積層される厚み方向とは異なる板状の平面方向に180°反転させた状態の2つの伝熱プレート2,2が右側部分に示してあり、その2つの伝熱プレート2,2を積層した状態が中央部分に示してあり、その積層した状態のA―A断面で切断した状態が左側部分に示してある。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a stacked state of the plurality of
図1および図3に示してあるように、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、同一板状の伝熱プレート2複数が交互に、平面方向へ180°反転させて配置される。
As shown in FIGS. 1 and 3, in the
第1伝熱プレート2と180°反転させて積層した第2伝熱プレート2とは、図1で示してあるように、第1伝熱プレート2の第1媒体用流入部4と第2伝熱プレート2の第1媒体用流入部4とが厚さ方向の隙間を開けて対向するよう積層され、第1伝熱プレート2の第1媒体用流出部5と第2伝熱プレート2の第1媒体用流出部5とが厚さ方向の隙間を開けて対向するよう積層される。一方、第1伝熱プレート2の第2媒体用流入部6と第2伝熱プレート2の第2媒体用流入部6とが接合され、第1伝熱プレート2の第2媒体用流出部7と第2伝熱プレート2の第2媒体用流出部7とが接合される。また、第2伝熱プレート2と第3伝熱プレート2とは、第2伝熱プレート2の第2媒体用流入部6と第3伝熱プレート2の第2媒体用流入部6とが厚さ方向の隙間を開けて対向するよう積層され、第2伝熱プレート2の第2媒体用流出部7と第3伝熱プレート2の第2媒体用流出部7とが厚さ方向の隙間を開けて対向するよう積層され、第2伝熱プレート2の第1媒体用流入部4と第3伝熱プレート2の第1媒体用流入部4とが接合され、第2伝熱プレート2の第1媒体用流出部5と第3伝熱プレート2の第1媒体用流出部5とが接合される。続いて積層される第4伝熱プレート2、第5伝熱プレート2、・・・に対し、同様の180°反転配置が繰り返してある。
As shown in FIG. 1, the second
上述したような伝熱プレート2の180°反転配置が繰り返してあるプレート式熱交換器1では、厚さ方向の隙間を開けて対向する第1媒体用流入部4から第1媒体が第1伝熱プレート2と第2伝熱プレート2との間の第1積層空間へ流入する。一方、第1伝熱プレート2の第2媒体用流入部6と第2伝熱プレート2の第2媒体用流入部6との接合および第1伝熱プレート2の第2媒体用流出部7と第2伝熱プレート2の第2媒体用流出部7との接合によって、第1積層空間に第2媒体は流入出しない。
In the plate-
上述したような伝熱プレート2の180°反転配置が繰り返してあるプレート式熱交換器1では、厚さ方向の隙間を開けて対向する第2媒体用流入部6と、第2媒体用流出部7から第2媒体が第2伝熱プレート2と第3伝熱プレート2との間の第2積層空間へ流入出する。一方、第2伝熱プレート2の第1媒体用流入部4と第3伝熱プレート2の第1媒体用流入部4との接合および第2伝熱プレート2の第1媒体用流出部5と第3伝熱プレート2の第1媒体用流出部5との接合によって、第2積層空間に第1媒体は流入出しない。
In the
プレート式熱交換器1では、上述したような伝熱プレート2の180°反転配置が繰り返されることによって、第1媒体が流入出するが第2媒体が流入出しない第1媒体用流入出型の積層空間と第2媒体が流入出するが第1媒体が流入出しない第2媒体用流入出型の積層空間とが、プレート式熱交換器1の厚さ方向に交互で現れるように構成される。
In the
上述したような第1媒体用流入出型の積層空間では、第1伝熱プレート2の第1媒体用流入部4と第2伝熱プレート2の第1媒体用流入部4とが対向した一方の対向部が形成され、第1伝熱プレート2の第1媒体用流出部5と第2伝熱プレート2の第1媒体用流出部5とが対向した他方の対向部が形成される。第1媒体が流入出する一方の第1媒体用流入出部4,5の対向部が、矩形の伝熱プレート2の一対角線上において一端側にある一角部に位置し、他方の第1媒体用流入部4,第1媒体用流出部5の対向部が、この一角部と同一対角線上にある他端側の他角部に位置する。図1の一例では、伝熱プレート2の一端側に接して他端側から離隔する直線状の突部8と伝熱プレート2の他端側に接して一端側から離隔する直線状の突部9と伝熱プレート2の外周と2つの第1媒体用対向部とによってS字型の流路が規定され、2つの対向部は、そのS字型の流路の両端側に位置する。そのためプレート式熱交換器1では、第2媒体と比較して熱伝導率が高い又は熱容量が小さい第1媒体に対し、伝熱プレート2の軸長方向の一端側から他端側へ向かった後に他端側から一端側へ向かって更に一端側から他端側へと向かう折返流路が形成される。
In the first medium inflow / outflow type laminated space as described above, the first
上述したような第2媒体用流入出型の積層空間では、第1伝熱プレート2の第2媒体用流入出部6と第2伝熱プレート2の第2媒体用流入出部7とが対向した一方の対向部が形成され、第1伝熱プレート2の第2媒体用流入出部7と第2伝熱プレート2の第2媒体用流入出部6とが対向した他方の対向部が形成される。第2媒体が流入出する一方の第2媒体用流入出部6,7の対向部が、矩形の伝熱プレート2の他対角線上において一端側にある一角部に位置し、他方の第2媒体用流入出部6,7の対向部が、この一角部と同一対角線上にある他端側の他角部に位置する。図1の一例では、伝熱プレート2の一端側に接して他端側から離隔する直線状の突部8と伝熱プレート2の他端側に接して一端側から離隔する直線状の突部9と伝熱プレート2の外周と2つの第2媒体用対向部とによって、S字型の流路の中央を占めるZ字型流路が規定され、2つの対向部は、そのZ字型流路の両端に位置する。そのためプレート式熱交換器1では、第1媒体と比較して熱伝導率が低い又は熱容量が大きい第2媒体に対し、一端側から他端側へと向かった後に他端側から一端側へと折り返すことなく伝熱プレート2の軸長方向の一端側から他端側へ向かう非折返流路が形成される。
In the second medium inflow / outflow type laminated space as described above, the second medium inflow /
上述したように、2つの突部8,9は、軸長方向に延出する2つの突部8,9は、伝熱プレート2を三等分する位置から軸短方向の一端側へ偏倚した位置に配置してある。そのため、図3の左側部分に示してあるように、伝熱プレート2の180°反転配置が繰り返された積層構造において、一の伝熱プレート2の下面に他の伝熱プレート2の2つの突部8,9が接触する。この接触によって、S字型の折返流路の形成精度を高めることが可能となる。またこの接触によって、Z字型の非折返流路の形成精度を高めることが可能となる。
As described above, the two
同様の容積を有する積層空間中において、第1媒体が流れることになるS字型の折返流路の両端間距離と比較し、S字型の折返流路の一部であって第2媒体が流れることになるZ字型の非折返流路の両端間距離は短くなる。また、第1媒体が流れることになるS字型の折返流路の一端からS字型流路に沿って他端へ向かうベクトルの変化量と比較し、S字型の折返流路の一部であって第2媒体が流れることになるZ字型の非折返流路の一端からZ字型流路に沿って他端へ向かうベクトルの変化量は小さくなる。そのため、第1媒体と比較して熱伝導率が低い又は熱容量が大きい第2媒体の流速を第1媒体の流速と比較して大きくすることができる。したがって、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1は、熱交換を行う複数の媒体で熱容量が異なる場合であっても、熱伝導率の異なる複数の媒体を熱交換に用いる場合であっても、一方の媒体に依存した熱交換効率の抑制を低減することができる。
Compared to the distance between both ends of the S-shaped folded flow path in which the first medium flows in the laminated space having the same volume, the second medium is a part of the S-shaped folded flow path. The distance between both ends of the Z-shaped non-folding flow path that will flow becomes short. Further, a part of the S-shaped folded flow path is compared with the amount of change in the vector from one end of the S-shaped folded flow path through which the first medium flows to the other end along the S-shaped flow path. Thus, the amount of change in the vector from one end of the Z-shaped non-folding flow path through which the second medium flows to the other end along the Z-shaped flow path becomes small. Therefore, the flow rate of the second medium having a low thermal conductivity or a large heat capacity compared to the first medium can be increased compared to the flow rate of the first medium. Therefore, the
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、上述したように、第1媒体が流れる第1媒体用流路と第2媒体が流れる第2媒体流路とを別々に形成している。具体的には、第1積層空間に第1媒体用流路が形成され、伝熱プレート2を介して第1積層空間に隣接する第2積層空間に第2媒体流路が形成される。そのため、第1媒体と第2媒体とが混ざることがない。また実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、第1媒体用流路において流入部から流出部へ向かう道のりが第2媒体用流路において流入部から流出部へ向かう道のりよりも長くなり、第1媒体用流路において流入部から流出部へ向かうベクトルの変化量が第2媒体用流路において流入部から流出部へ向かうベクトルの変化量よりも大きくなるよう形成してある。そのため、熱伝導率が高い方または熱容量が小さい方の第1媒体の流速よりも、熱伝導率が低い方または熱容量が大きい方の第2媒体の流速が大きくなるように構成することが可能となる。
In the
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、上述したように、複数の異なる形状の伝熱プレートを使用せずとも、同一形状の伝熱プレート2を180°反転させて複数積層させた180°反転配置を用いて媒体流速、ベクトル変化量、または道のりを第1媒体と第2媒体とで変化させる構成を実現した。したがって、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1は、製造コストの削減にも寄与することができる。
In the
実施の形態1では、各伝熱プレート2が2つの突部8,9を有する一例について説明していた。しかしながら本発明は、上記一例に限定されない。各伝熱プレート2が3つ以上の突部8,9を有するように構成しても良い。そうすることにより、流路の道のりを更に長くすることができ、熱交換効率の抑制を更に低減することができる。
In the first embodiment, an example in which each
実施の形態1では、プレス加工によって表面から一方側へ突出した2つの突部8,9を各伝熱プレート2が一体的に有する一例について説明していた。しかしながら本発明は、上記一例に限定されない。積層された他の伝熱プレート2との間で積層空間を確保すべく、各伝熱プレート2が別体として2つの突部8,9を有する構成としてもよい。例えば、伝熱プレート2と伝熱プレート2との間に2つの突部8,9を設けた枠状プレートを設けるように構成しても良い。そうすることにより、プレート式熱交換器1の製造に対する柔軟性が増加する。
In the first embodiment, an example in which each
実施の形態1では、ヘリンボーン凹凸部3と積層された一方側の他の伝熱プレート2および積層された他方側の他の伝熱プレート2との間には、プレート式熱交換器1の厚さ方向に隙間を設ける一例について説明していた。しかしながら本発明は、上記一例に限定されない。熱交換効率の向上を考慮し、隙間を設けないようヘリンボーン凹凸部3の厚さ方向の凹凸を大きくしてもよい。また、熱交換効率の低下または媒体流速の増加等を考慮するような場合には、ヘリンボーン凹凸部3の厚さ方向の凹凸をより小さくしてもよい。更なる熱交換効率の低下または媒体流速の増加等を考慮するような場合には、ヘリンボーン凹凸部3を設けない構成を採用してもよい。
In the first embodiment, the thickness of the
実施の形態1では、軸長方向に延出する直線状の突部8,9を伝熱プレート2に設ける一例について説明していた。しかしながら本発明は、上記一例に限定されない。第1媒体が流れることになる流路の一端から他端へ向かうベクトルの変化量と第2媒体が流れることになる流路の一端から他端へ向かうベクトルの変化量とが異なるように構成すれば、曲線状の突部8,9を設けても良い。
In the first embodiment, an example in which the
実施の形態1では、軸長方向に延出する2つの突部8,9を伝熱プレート2に設ける一例について説明していた。しかしながら本発明は、上記一例に限定されない。第1媒体が流れることになる流路の一端から他端へ向かうベクトルの変化量と第2媒体が流れることになる流路の一端から他端へ向かうベクトルの変化量とが異なるように構成すれば、3つ以上の突部を設けるようにしても良い。例えば、3つ以上で奇数の突部を設ける場合、一端側に接するが他端側から離隔する突部と他端側に接するが一端側から離隔する突部とが交互に並設されるようにし、最近接の突部が端部に接している一角部に第1媒体用流入出部4を配置し、伝熱プレート2の軸短方向に位置する別の角部に第1媒体用流入出部5を配置すれば良い。また例えば、3つ以上で偶数の突部を設ける場合、一端側に接するが他端側から離隔する突部と他端側に接するが一端側から離隔する突部とが交互に並設されるようにし、最近接の突部が端部に接している一角部に第1媒体用流入出部4を配置し、その角部に対して伝熱プレート2上の対角線上に位置する別の角部に第1媒体用流入出部5を配置すれば良い。
In
実施の形態1では、伝熱プレート2の軸長方向の一端側から他端側に向けて先細りとなるような∨字型となるヘリンボーン形状のヘリンボーン凹凸部3を各伝熱プレート2に設ける一例について説明していた。しかしながら本発明は、上記一例に限定されない。伝熱プレート2の軸短方向の一側端から他側端へ向けて先細りとなるような∨字型となるヘリンボーン形状のヘリンボーン凹凸部3を各伝熱プレート2に設けてもよい。
In the first embodiment, an example is provided in which each of the
実施の形態2.
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、図2に示すように、第1媒体用流入部4と、第1媒体用流出部5および第2媒体用流入部6と、第2媒体用流出部7とが略同一開口面積を有する構成について例示していた。しかしながら実施の形態2に係るプレート式熱交換器1では、第1媒体用流入部4、第1媒体用流出部5および第2媒体用流入部6と第2媒体用流出部7の開口面積が異なる構成について、図4を用いて説明する。実施の形態2にかかるプレート式熱交換器1について、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1と同様の構成については説明を省略する。
In the
図4は、実施の形態2に係る各伝熱プレート2の形状を記した上面視図である。各伝熱プレート2は、2つの突部8,9と、第1媒体用流入部4と、第1媒体用流出部5と、第2媒体用流入部6、第2媒体用流出部7と、ヘリンボーン凹凸部3とを備える。
FIG. 4 is a top view showing the shape of each
実施の形態2では、各第1媒体用流入部4,第1媒体用流出部5の開口面積が各第2媒体用流入部6,第2媒体用流入部7の開口面積よりも小さい。その他の構成については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
In the second embodiment, the opening area of each first
第1媒体用流入部4および第2媒体用流出部7に最近接する突部8は、伝熱プレート2の一端側から離隔しているが他端側に接している。突部8の接触構造および突部8の離隔構造によって、第1媒体用流入部4近傍における第1媒体の流路は第2媒体用流出部7近傍における第2媒体の流路よりも小さくなる。しかしながら実施の形態2では、第1媒体用流入部4の開口面積を第2媒体用流入部7の開口面積よりも小さくしているため、第1媒体用流入部4および第1媒体用流出部5の第1媒体の圧力損失と、第2媒体用流入部6および第2媒体用流出部7における第2媒体の圧力損失との差を抑制することが可能となる。
The
第1媒体用流出部5および第2媒体用流入出部6に最近接する突部9は、伝熱プレート2の一端側に接しているが他端側から離隔している。突部9の接触構造および突部9の離隔構造によって、第1媒体用流出部5近傍における第1媒体の流路は第2媒体用流入部6近傍における第2媒体の流路よりも小さくなる。しかしながら実施の形態2では、第1媒体用流入部5の開口面積を第2媒体用流出部6の開口面積よりも小さくしているため、第1媒体用流入部5における第1媒体の圧力損失と第2媒体用流出部6における第2媒体の圧力損失との差を抑制することが可能となる。そのため、実施の形態2に係るプレート式熱交換器1は、熱伝導率または熱容量の異なる複数の媒体を用いる場合であっても、圧力損失との差を抑制しつつ、一方の媒体に依存した熱交換効率の抑制を低減することができる。
The
実施の形態3.
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、図1および図3に示すように、複数の伝熱プレート2,2,・・・を交互に180°反転させるよう積層する構成について例示していた。しかしながら実施の形態3に係るプレート式熱交換器1では、複数の伝熱プレート2,2,・・・の少なくとも一部を180°反転することなく同方向のまま積層する構成について、図5を用いて説明する。実施の形態3にかかるプレート式熱交換器1について、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1と同様の構成については説明を省略する。
In the
図5は、実施の形態3に係るプレート式熱交換器1における複数の伝熱プレート2,2,・・・の積層状態を説明する説明図である。プレート式熱交換器1が備える複数の伝熱プレート2,2,・・・に含まれる少なくとも2つの伝熱プレート2,2の積層状態を例として模式的に示してある。図5では、積層される厚み方向とは異なる板状の平面方向に180°反転させることなく同方向の状態の2つの伝熱プレート2,2が右側部分に示してあり、その2つの伝熱プレート2,2を積層した状態が中央部分に示してあり、その積層した状態のB―B断面で切断した状態が左側部分に示してある。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a stacked state of a plurality of
実施の形態3に係るプレート式熱交換器1では、同一形状の2つの伝熱プレート2,2が同一方向で積層されることによって、下側の伝熱プレート2が有する2つの突部8,9は、上側の伝熱プレート2に接触しない。言い換えると、下側の伝熱プレート2が有する2つの突部8,9と上側の伝熱プレート2との間に隙間が形成される。そのため、2つの突部8,9による伝熱プレート2の軸短方向の流路分断が抑制され、媒体用流出部から媒体用流入部へ向かう流れが促される。
In the
第2媒体を流す流路を形成する積層空間に対し、上述したような同一方向積層構造を用いた場合、第1媒体よりも熱伝導率の低いまたは熱容量の大きい第2媒体の流速を更に増加させることが可能となる。したがって、実施の形態3に係るプレート式熱交換器1は、熱伝導率または熱容量の異なる複数の媒体を用いる場合であっても、一方の媒体に依存した熱交換効率の抑制を更に低減することが可能となる。
When the same direction laminated structure as described above is used for the laminated space forming the flow path for flowing the second medium, the flow rate of the second medium having a lower thermal conductivity or a larger heat capacity than the first medium is further increased. It becomes possible to make it. Therefore, the
実施の形態4.
実施の形態1に係るプレート式熱交換器1では、図2に示すように、各伝熱プレート2が2つの突部8,9を備える構成について例示していた。しかしながら実施の形態4に係るプレート式熱交換器1では、各伝熱プレート2が1つの突部8を備える構成について、図6を用いて説明する。実施の形態4にかかるプレート式熱交換器1について、実施の形態1に係るプレート式熱交換器1と同様の構成については説明を省略する。
In the
図6は、実施の形態4に係る各伝熱プレート2の形状を記した上面視図である。伝熱プレート2は、1つの突部8と、第1媒体用流入部4と、第1媒体用流出部5と、第2媒体用流入部6、第2媒体用流出部7と、ヘリンボーン凹凸部3とを備える。
FIG. 6 is a top view showing the shape of each
実施の形態4では、伝熱プレート2の軸長方向の一端から離隔して他端に接する突部8が1つ配置してある。突部8と離隔してある一端の側の軸短方向の一方の角部に第2媒体用流入部6が配置してあり、他方の角部に第2媒体用流出部7が配置してある。突部8と接する他端の側の単軸方向の一方の角部に第1媒体用流入部4が配置してあり、他方の角部に第1媒体用流出部5が配置してある。
In the fourth embodiment, one
上述したような実施の形態4では、図6にも示してあるように、第1媒体が流れることになる∪字型の折返流路が形成され、∪字型の折返流路の一部であって第2媒体が流れることになるI字型の非折返流路が形成される。∪字型の折返流路の道のりの両端間距離と比較し、I字型の非折返流路の道のりの両端間距離は短くなる。また、第1媒体が流れることになる∪字型の折返流路の一端から他端へ向かうベクトルの変化量と比較し、∪字型の折返流路の一部であって第2媒体が流れることになるI字型の非折返流路の一端から他端へ向かうベクトルの変化量は小さくなる。そのため、第1媒体と比較して熱伝導率が低いまたは熱容量が大きい第2媒体の流速を第1媒体の流速と比較して大きくすることができる。したがって、実施の形態4に係るプレート式熱交換器1は、熱交換を行う複数の媒体で熱容量が異なる場合であっても、熱伝導率の異なる複数の媒体を熱交換に用いる場合であっても、一方の媒体に依存した熱交換効率の抑制を低減することができる。
In the fourth embodiment as described above, as shown in FIG. 6, a cross-shaped folded flow path through which the first medium flows is formed, and a part of the cross-shaped folded flow path is formed. Thus, an I-shaped non-folding flow path through which the second medium flows is formed. The distance between both ends of the path of the I-shaped non-return channel is shorter than the distance between both ends of the path of the U-shaped folded channel. In addition, compared with the amount of change in vector from one end to the other end of the square-shaped folded flow path through which the first medium flows, the second medium flows as a part of the square-shaped folded flow path. The amount of change in the vector from one end of the I-shaped non-folding flow path to the other end becomes small. Therefore, the flow rate of the second medium having a low thermal conductivity or a large heat capacity compared to the first medium can be increased compared to the flow rate of the first medium. Therefore, the
実施の形態5.
図7は、実施の形態5に係るプレート式熱交換器1の第1冷媒および第2媒体用流入出部の構成を表わす説明図である。プレート式熱交換器1の伝熱プレート2における第1媒体用流入部4、第1媒体用流出部5、第2媒体用流入部6および第2媒体用流出部7の位置を模式的に示してある。図7では、1層目の伝熱プレート2を平面方向に180°反転させ、2層目の伝熱プレートを同方向に配置し、3層目の伝熱プレートを平面方向に180°反転させるように、奇数層目は180°反転させ、偶数層目は同方向に積層させた積層状態を示している。また、図7の左側には伝熱プレート2の軸長方向の一端に第1媒体用流入部4および第2冷媒用流入部6を配置し、軸長方向の他端に第1媒体用流出部5および第2冷媒用流出部7を配置した場合の図を、図7の右側には伝熱プレート2の軸長方向の一端に第1媒体用流入部4および第2冷媒用流出部7を配置し、軸長方向の他端に第1媒体用流出部5および第2冷媒用流入部6を配置した場合の図を示してある。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating configurations of the first refrigerant and the second medium inflow / outflow portion of the
実施の形態5に係る図7の左側および右側に示すプレート式熱交換器1では、奇数層目の積層空間では伝熱プレート2の軸長方向の一端側から他端側へ向かった後に他端側から一端側へ向かって更に一端側から他端側へと向かう折返流路が形成され、偶数層目の積層空間では伝熱プレート2の軸長方向の一端側から他端側へ向かう非折返流路が形成される。また、図7の左側に示すプレート式熱交換器1において第1媒体は第1媒体用流入部4から流入し、直線状の突部8に沿って流れながら、第2媒体用流入部6から流入する第2媒体と熱交換し、直線状の突部8に沿って折り返し、第2媒体用流出部7から流出する第2媒体と熱交換し、第1媒体用流出部5から流出する。また、図7の右側に示すプレート式熱交換器1において、第1媒体は第1媒体用流入部4から流入し、直線状の突部8に沿って流れながら、第2媒体用流出部7から流出する第2媒体と熱交換し、直線状の突部8に沿って折り返し、第2媒体用流入部6から流入する第2媒体と熱交換し、第1媒体用流出部5から流出する。
In the
図8は、図7に示す実施の形態5に係るプレート式熱交換器1の第1媒体および第2媒体の流路長における温度分布を模式的に示した図である。図7の左側に示すプレート式熱交換器1において第1媒体の温度と第2媒体の温度差は第2媒体用流入部6において最も大きくなり、また平均温度差ΔTは次式に沿って規定される。ここで、T1は第1媒体の第1媒体用流入部4における温度、T2は第1媒体の第1媒体用流出部5における温度、t1は第2媒体の第2媒体用流入部6における温度、t2は第2媒体の第2媒体用流出部7における温度である。
上述したように温度差と第1媒体の出口温度と第2媒体の出口温度とが図7の左側に示すプレート式熱交換器1と図7の右側に示すプレート式熱交換器1とで異なるため、熱交換器の設定温度を変更することができ、目標温度に応じた自由度の高い設計が可能となる。
As described above, the temperature difference, the outlet temperature of the first medium, and the outlet temperature of the second medium differ between the
本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、および代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も発明に含まれる。したがって、特許請求項の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The invention is not limited to the specific details and exemplary embodiments described and described above. Variations and effects that can be easily derived by those skilled in the art are also included in the invention. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the claims and their equivalents.
1 プレート式熱交換器、2 伝熱プレート、3 ヘリンボーン凹凸部、4 第1媒体用流入部、5 第1媒体用流出部、6 第2媒体用流入部、7 第2媒体用流出部、8 突部、9 突部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の伝熱プレートは、
前記熱交換を行う第1伝熱プレートと、
前記第1伝熱プレートとの間に第1媒体を流す第1積層空間を設けて積層され、前記熱交換を行う第2伝熱プレートと、
前記第2伝熱プレートとの間に第2媒体を流す第2積層空間を設けて積層され、前記熱交換を行う第3伝熱プレートとを備え、
前記第1伝熱プレート、前記第2伝熱プレートおよび前記第3伝熱プレートは同一形状であり、それぞれ、
前記熱交換を行う矩形状のプレート本体と、
前記第1媒体を流入出させるための第1媒体用流入部および第1媒体用流出部、または前記第2媒体を流入出させるための第2媒体用流入部および第2媒体用流出部と、
前記プレート本体の軸長方向の一端側に接して他端側から離隔し、積層方向に突出し、前記第1媒体または前記第2媒体の流路を形成する突部とを備え、
前記第1媒体用流出部は、前記第1媒体用流入部に対し対角の位置に配置され、
前記第2媒体用流出部は、前記第2媒体用流入部に対し対角の位置に配置されている
ことを特徴とするプレート式熱交換器。 In a plate heat exchanger that performs heat exchange using a plurality of laminated heat transfer plates,
The plurality of heat transfer plates are:
A first heat transfer plate for performing the heat exchange;
A first heat transfer plate is provided between the first heat transfer plate and the first heat transfer plate is stacked, and a second heat transfer plate that performs the heat exchange;
A second heat transfer plate is provided between the second heat transfer plate and a third heat transfer plate for performing the heat exchange, the second heat transfer plate being stacked by providing a second stacked space for flowing a second medium;
The first heat transfer plate, the second heat transfer plate, and the third heat transfer plate have the same shape ,
A rectangular plate body for performing the heat exchange;
A first medium inflow portion and a first medium outflow portion for causing the first medium to flow in and out; or a second medium inflow portion and a second medium outflow portion for causing the second medium to flow in and out;
A projecting portion that is in contact with one end side in the axial length direction of the plate body, is spaced apart from the other end side, projects in the stacking direction, and forms a flow path for the first medium or the second medium;
The first medium outflow portion is disposed at a diagonal position with respect to the first medium inflow portion,
The second medium outflow portion is arranged at a diagonal position with respect to the second medium inflow portion.
ことを特徴とする請求項1に記載のプレート式熱交換器。 The plate heat exchanger according to claim 1, wherein the first heat transfer plate and the second heat transfer plate are stacked so that the one end side contacts the other end side of the second heat transfer plate.
前記第1伝熱プレートが備える前記第2媒体用流入部と前記第2伝熱プレートが備える前記第2媒体用流入部とが接合し、
前記第2伝熱プレートが備える前記第2媒体用流出部と前記第3伝熱プレートが備える前記第2媒体用流出部とが、間隔を空けて対向し、
前記第2伝熱プレートが備える前記第1媒体用流出部と前記第3伝熱プレートが備える前記第1媒体用流出部とが接合する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のプレート式熱交換器。 The first medium inflow portion provided in the first heat transfer plate and the first medium inflow portion provided in the second heat transfer plate are opposed to each other with a gap therebetween,
The inflow part for the second medium provided in the first heat transfer plate and the inflow part for the second medium provided in the second heat transfer plate are joined,
The second medium outflow portion provided in the second heat transfer plate and the second medium outflow portion provided in the third heat transfer plate are opposed to each other with a gap therebetween,
The plate type according to claim 1 or 2, wherein the first medium outflow portion provided in the second heat transfer plate and the first medium outflow portion provided in the third heat transfer plate are joined. Heat exchanger.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 The distance between the first medium inflow portion and the first medium outflow portion of the second heat transfer plate along the protrusion of the second heat transfer plate in the first stacked space is It is longer than a path between the second medium inflow portion and the second medium outflow portion of the third heat transfer plate along the protrusion of the third heat transfer plate in the second stacked space. The plate-type heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the plate-type heat exchanger is characterized.
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 The amount of change in velocity vector from one of the two first medium inflow / outflow portions of the second heat transfer plate along the protrusion of the second heat transfer plate in the first stacked space toward the other. Is a velocity vector from one of the two second medium inflow / outflow portions of the third heat transfer plate along the protrusion of the third heat transfer plate in the second stacked space to the other. The plate-type heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein the plate-type heat exchanger is larger than the amount of change.
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 6. The plate according to claim 1, wherein a flow rate of the first medium in the first stacked space is smaller than a flow rate of the second medium in the second stacked space. Type heat exchanger.
前記プレート本体の前記軸長方向の前記他端側に接して前記一端側から離隔し、前記積層方向に突出し、前記第1媒体または前記第2媒体の流路を形成する他の突部を備え、
前記第1媒体用流入部と前記第1媒体用流出部とのうちの一方は、前記他の突部が離隔する前記プレート本体の前記一端側にある2つの角部のうちの一角部に配置され、
前記第2媒体用流入部と前記第2媒体用流出部のうちの一方は、前記他の突部が接する前記プレート本体の前記他端側にある2つの角部のうちの一角部に配置され、
前記第1媒体用流入部と前記第1媒体用流出部とのうちの他方は、前記他の突部が接する前記プレート本体の前記他端側にある2つの角部のうちの他角部に配置され、
前記第2媒体用流入部と前記第2媒体用流出部のうちの他方は、前記他の突部が離隔する前記プレート本体の前記一端側にある2つの角部のうちの他角部に配置されている
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 The first heat transfer plate, the second heat transfer plate, and the third heat transfer plate are respectively
Other protrusions that contact the other end side of the plate body in the axial length direction and are spaced apart from the one end side, protrude in the stacking direction, and form a flow path for the first medium or the second medium. ,
One of the first medium inflow portion and the first medium outflow portion is arranged at one corner of the two corners on the one end side of the plate body from which the other protrusion is separated. And
One of the second medium inflow portion and the second medium outflow portion is disposed at one corner of the two corners on the other end side of the plate body with which the other protrusion is in contact. ,
The other of the first medium inflow portion and the first medium outflow portion is at the other corner portion of the two corner portions on the other end side of the plate body with which the other protrusion is in contact. Arranged ,
The other of the second medium inflow portion and the second medium outflow portion is disposed at the other corner portion of the two corner portions on the one end side of the plate body where the other protrusions are separated from each other. plate heat exchanger according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is.
前記プレート本体の前記軸長方向の前記一端側から前記他端側に向けて先細りとなるような∨字型となるヘリンボーン形状のヘリンボーン凹凸部を備え、
前記突部は、前記ヘリンボーン凹凸部を分割するよう配置してある
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 The first heat transfer plate, the second heat transfer plate, and the third heat transfer plate are respectively
A herringbone concavo-convex portion of a herringbone shape that is tapered from the one end side in the axial direction of the plate body toward the other end side;
The plate type heat exchanger according to any one of claims 1 to 7, wherein the protrusion is arranged so as to divide the herringbone concavo-convex portion.
前記第3伝熱プレートの前記一端側と前記第4伝熱プレートの前記一端側とが接するよう積層してある
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 The plurality of heat transfer plates further include a fourth heat transfer plate that is stacked with a third stacked space between the third heat transfer plate and performs the heat exchange,
The plate-type heat according to any one of claims 1 to 8, wherein the one end side of the third heat transfer plate and the one end side of the fourth heat transfer plate are in contact with each other. Exchanger.
ことを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載のプレート式熱交換器。 The opening area of the first medium inflow portion and the opening area of the first medium outflow portion are smaller than the opening area of the second medium inflow portion and the opening area of the second medium outflow portion. The plate heat exchanger according to any one of claims 1 to 9, wherein
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