JPH0285694A - プレートフィン式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プレートフィン式熱交換器に関し、特に高温
高圧流体の熱交換にも適したプレートフィン式熱交換器
に関する。

（従来の技術） 各種化学装置においては、流体を加熱または冷却するた
めに各種の熱交換器が用いられている。

その中で、例えば第３図及び第４図に示すように、多数
のプレート１．１の両側端部にシーリングバー２，２を
配置するとともに、該シーリングバー２．２間に折曲げ
成形した伝熱フィン３．３を、その折曲線をシーリング
バー２と平行に配設し、各プレート１の両側に温流体Ｗ
の流路と冷流体Ｃの流路とを隣接して、かつ温流体Ｗと
冷流体Ｃが逆方向に流れるように形成したプレートフィ
ン式熱交換器Ｐは、製作容易で性能も良いため深冷ガス
分離、例えば空気液化分離装置やエチレン製造装置等に
広く用いられている。このプレートフィン式熱交換器Ｐ
は、現在実用に供されている殆ん゛　　　どのものがア
ルミニウムあるいはその合金（以下単にアルミニウムと
いう）製であり、ブレージング（鑞付）接合等の加工が
容易であること、熱伝導度が１５０　ｋｃａｌ／ｍ　ｈ
　”Ｃ程度と大きいこと等のアルミニウムの特性が活用
されている。

しかしながら、上述のアルミニウム製のプレートフィン
式熱交換器は、常温以下−２００℃附近までの温度条件
下では低温脆性をおこすことなく、反って抗張力等の機
械的強度が増す等の長所を有しているものの、常温以上
、例えば温度２００℃では抗張力が常温域に比べて半減
するので、このような温度条件下では高圧流体を処理す
ることができなかった。また酸、アル−カリによって侵
され易いので、取扱う流体の種類も制限されている。

一方、多くの化学装置や燃料電池等においては、２００
℃付近またはそれ以上の温度域で用いる高性能、コンパ
クトな熱交換器の製作が課題となっており、このため、
ステンレスＩＩのプレートフィン式熱交換器が開発され
実用段階に向かっている。このステンレス鋼は、上記ア
ルミニウムに比べて遥かに使用可能な温度範囲が広く、
抗張力が常温値と比べて半減するのは約６００℃であり
、しかもその値は２００℃におけるアルミニウムの値よ
り数倍も大きい。即ち、高温域での機械的強度はアルミ
ニウムより遥かに大きく優れており、さらに耐酸、耐ア
ルカリ性も比較的大きいので、燃料電池の熱回収用また
は一般化学装置用として広い範囲での利用が可能である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このステンレス鋼製のプレートフィン式熱交
換器は、ステンレス鋼の熱伝導度が１５ｋｃａｌ／　ｍ
　ｈ　’Ｃ程度でアルミニウムの約１／１０しかなく、
特に熱移動距離の長い伝熱フィン部において熱伝達の効
率が低下するため、伝熱面積を広くとる必要があり、小
型化することが困難であった。

即ち、一般にプレートフィン式熱交換器における有効伝
熱面積へ〇（ＴＩｔ〕は次式で表わされる。

Ａｅ＝Ａｐ＋ηＡｆ ここで、Ａｅ：有効伝熱面積　　　　　（ｍ）Ａρニブ
レートの表面積　　　〔ＴＩＬ〕Ａｆ：フィンの表面積
　　　　（ｍ） η：フィン効率　　　Ｏくη〈１ 従って、有効伝熱面積Ａｅはプレートとフィンの幾何学
的な表面積の和よりもフィン効率ηが含まれているため
の分だけ小さくなる。このフィン効率ηはフィン材の熱
伝動率と厚さが大きくなる程大きくなり、流体の境膜熱
伝達係数が大きくなる程減少する。従って、前記の如く
ステンレス鋼は、熱伝導度が小さいためフィン効率ηは
小さく、特に流体の蒸発、１縮のような境膜熱伝達係数
の大きい条件下でフィン材として使用した場合は、しば
しば０．３を下まわる値となる。これはフィンの有効伝
熱面積が１／３以下になることを意味し、折角表面積の
大きなフィン材を使用した効果がなくなってしまってい
ることになり、この点の改善が望まれていた。

さらに近年上記ステンレス鋼よりも高温度での機械的強
度が優れたチタンあるいはその合金（以下単にチタンと
いう）を用いてプレートフィン式熱交換器を製造するこ
とが行われているが、このチタンもステンレス鋼と同程
度の熱伝導度である。

そこで、本発明は、機械的強度が大きく、かつ高温でも
使用に耐えるステンレス鋼製やチタン製等のプレートフ
ィン式熱交換器の伝熱性能を向上させることを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的を達成するために本発明は、シーリングバ
ーを介して多数枚積層したプレート間に伝熱フィンを配
設したプレートフィン式熱交換器において、前記伝熱フ
ィンの表面を、該伝熱フィンの母材よりも熱伝導度の大
きい物質層で被覆したことを特徴とするプレートフィン
式熱交換器を提供するものである。

第１図及び第２図にその要部を示すごとく、本発明のプ
レートフィン式熱交換器Ｐは、前記第３図に示したプレ
ートフィン式熱交換器と同様に、多数のプレート１．１
間にシーリングバー２，２と伝熱フィン３．３とを配設
して形成されるもので、第１図に示すように伝熱フィン
３の表面、あるいは第２図に示すように伝熱フィン３．
プレート１及びシーリングバー２の表面を、伝熱フィン
３の母材よりも熱伝導度の大きい物質１！！４．４で被
覆している。

このプレートフィン式熱交換器Ｐの各部品として、前述
のごとく高温域での特性に優れたステンレス鋼またはチ
タン等の材料を用いることにより、高温高圧流体を扱う
のに適したプレートフィン式熱交換器Ｐを形成すること
ができる。さらに各部材の厚さ等は、母材の種類等によ
り適宜選定されるものであるが、従来から用いられてい
る一般的な１１ＭＩ以下の適宜な厚さとすることができ
る。またその組立ては、従来から採用されているブレー
ジング接合等により行うことができる。

そして熱伝導度の大きい物質層４は、前記伝熱フィン３
の母材、特に上記ステンレス鋼あるいはチタン等よりも
熱伝導度の大きい物質により形成されるもので、例えば
銅、銀、アルミニウム、モリブデン６タングステン、ニ
ッケルまたはクロムあるいはこれらの合金、または炭素
等により形成することができる。この物質層４を形成す
る手段としては、組立前の伝熱フィン３の母材に、あら
かじめクラッド、鍍金または気相からの蒸着により被覆
する方法、あるいはプレートフィン式熱交換器Ｐの組立
後に、該熱交換器Ｐ全体に鍍金または気相からの蒸着に
より被覆する方法等を挙げることができる。この物質層
４の厚さは、素材の種類や伝熱フィン３の母材の種類、
厚さ、折り曲げ高さ、ビッヂ等により異なるが、通常は
数印乃至数十１ｍとすれば十分である。

組立前に上記物質層４の被覆を行うと、前記第１図に示
すように伝熱フィン３の表面にのみ熱伝導度の大きい物
質層４が形成され、また組立後に被覆を行うと、前記第
２図に示すように伝熱フィン３．プレート１及びシーリ
ングバー２のそれぞれの表面に熱伝導度の大きい物質層
４が形成される。いずれの手段により被覆を行うかは、
伝熱フィン３の母材の種類、熱伝導度の大きい物質の種
類、その他プレートフィン式熱交換器Ｐの使用条件等に
より適宜最適なものを選定することができる。尚、上記
クラッド、！２Ｉ金、蒸着等の方法は、従来から用いら
れている一般的な方法により行うことができる。

このように、伝熱フィン３の表面を、該伝熱フィン３の
母材よりも熱伝導度の大きい物質層４で被覆することに
より、伝熱フィン３の母材が有する各種の有用な特性を
損うことなく熱伝導度を向上させることができる。

例えば、熱伝導度が１５ｋｃａｌ／ｍｈ’ｃのステンレ
ス鋼からなる０、２麿厚の伝熱フィンの表面に、熱伝導
度が３００　ｋｃａｌ／ｍ　ｈ　’Ｃの銅を１０膓の厚
さにメツキすれば、伝熱フィンの両面に２０抑の良熱伝
導体層が形成されることになり、伝熱フィンの熱伝導度
を母材の約３倍に増加させることができる。

（実施例） 以下、本発明を実施例及び比較例に基づいてさらに詳し
く説明する。

温流体と冷流体とを表１の条件で熱交換させるプレート
フィン式熱交換器を表２に示す構成条件で製作した。そ
して伝熱フィンの表面に１０μｍの銅メツキを施したも
のと、母材のままのものとでブロックの必要長さ、及び
圧力損失を測定した。

尚−１伝熱フインには、その表面に伝熱促進用の凹凸を
形成したものを用いた。

表１ その結果、伝熱フィンの表面に１０印の銅メツキを施し
た本発明のプレートフィン式熱交換器は、熱交換器ブロ
ック長さを従来の１３２０ｍ＋から９８０ｍに短縮でき
、これにともなって流体の圧力損失を１８５ｍｍＡＧか
ら１４０１１ｍＡＱに低減することができた。

このように、同一の性能仕様を満足させるための熱交換
器ブロックを小さく形成することができ、同じ断面サイ
ズで作成した場合には、その長さを短縮することができ
るから、処理する流体の圧力損失を低減することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、伝熱フィンの表面を、該
伝熱フィンの母材よりも熱伝導度の大きい物質層で被覆
することで、伝熱フィンの母材が有する各種の特性を損
うことなく熱伝導度を向上させることができる。特に伝
熱フィンの母材として、高温域での特性が優れたステン
レス鋼またはチタンあるいはチタン合金を用い、その表
面に熱伝導度の大きい銅、銀、アルミニウム、モリブデ
ン、タングステン、ニッケルまたはクロムあるいはこれ
らの合金、または炭素等の物質層を被覆することにより
、高温域での強度等の特性が優れ、伝熱性能も優れたプ
レートフィン式熱交換器を得ることができる。これによ
って、同一の性能仕様を満足するための熱交換ブロック
の大きさを小さくすることができる。従って、同じ断面
サイズで製作した場合は、その長さを短縮できることに
なり、処理流体の圧力損失を小さくすることができる。

また上記熱伝導度の大きい物質層は、プレートフィン式
熱交換器組立前の伝熱フィンの母材に、クラッド、鍍金
または気相からの蒸着手段により、あるいはプレートフ
ィン式熱交換器の組立後に鍍金または気相からの蒸着手
段により容易に被覆することができる。

このようにプレートフィン式熱交換器を小型高性能とす
ることで、圧力損失も低減でき、多くの応用分野におけ
るプレートフィン式熱交換器の適用範囲を拡大すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプレートフィン式熱交換器の一例
を示す要部拡大断面図、第２図は同じく他の例を示す要
部拡大断面図、第３図はプレートフィン式熱交換器の構
造を示す全体斜視図、第４図は従来のプレートフィン式
熱交換器の要部拡大断面図である。 １・・・プレート　　２・・・シーリングバー　　３・
・・伝熱フィン　　４・・・熱伝導度の大きい物質層Ｐ
・・・プレートフィン式熱交換器 特　許　出　願　人　日本酸素株式会社族１因 ｆブし一トフイン式書も交櫟名き。 瑯２因 １′　　＼・　　　　　　　　Ｖ カ３因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シーリングバーを介して多数枚積層したプレート間
   に伝熱フィンを配設したプレートフィン式熱交換器にお
   いて、前記伝熱フィンの表面を、該伝熱フィンの母材よ
   りも熱伝導度の大きい物質層で被覆したことを特徴とす
   るプレートフィン式熱交換器。 ２、前記伝熱フィンの母材は、ステンレス鋼またはチタ
   ンあるいはチタン合金であることを特徴とする請求項１
   記載のプレートフィン式熱交換器。 ３、前記伝熱フィンの母材よりも熱伝導度の大きい物質
   層は、銅、銀、アルミニウム、モリブデン、タングステ
   ン、ニッケルまたはクロムあるいはこれらの合金、また
   は炭素であることを特徴とする請求項１記載のプレート
   フィン式熱交換器。 ４、前記伝熱フィンの母材よりも熱伝導度の大きい物質
   層は、プレートフィン式熱交換器組立前の伝熱フィンの
   母材に、クラッド、鍍金または気相からの蒸着手段によ
   り被覆したことを特徴とする請求項１記載のプレートフ
   ィン式熱交換器。 ５、前記伝熱フィンの母材よりも熱伝導度の大きい物質
   層は、プレートフィン式熱交換器の組立後に鍍金または
   気相からの蒸着手段により被覆したことを特徴とする請
   求項１記載のプレートフィン式熱交換器。