JPH0674958B2 - プレート型熱交換器の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ａ流体流路とＢ流体流路とを区画プレートを
介して交互に並設した熱交換器、即ち一般にプレート型
の向流式熱交換器と呼称される熱交換器、の制御方法に
関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 従来のこの種のプレート型熱交換器は、熱交換面積が一
定であったために、負荷変動により一方のＡ流体の流量
が増加した場合には、熱交換器のＡ流体流路内での流速
が過大となり、逆にＡ流体の流量が減少した場合には、
Ａ流体流路内での流速が過少となる。このように流路内
の流体流速が変化すると熱交換効率が低下することにな
る。

従って、コジェネレーション（熱電併給）の場合の如く
供給熱の時間的、季節的変動が大きいシステムまたは、
燃料電池のような負荷変動の大きいシステムに於いて、
上記のような従来の熱交換器をそのまま使用したので
は、熱交換効率を最高に維持することが出来ず、システ
ム全体の効率も低下させることになる。このような問題
点を解決する方法として、小型の熱交換器を複数台並列
に接続し、負荷変動に応じて使用する熱交換器の台数を
切り換えることが考えられるが、設備全体が大型にな
り、大幅なコストアップは免れない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上のような従来の問題点を解決し得るプレー
ト型熱交換器の制御方法を提案するものであって、その
特徴は、Ａ流体流路２とＢ流体流路３とを区画プレート
４を介して交互に並設した熱交換器に於いて、少なくと
も一方のＡ流体流路２の入口部５に、流路の開口を開閉
してＡ流体が流入する有効流路数を増減する流路数増減
機構９を設けると共に、少なくとも一方のＡ流体供給路
内に流量検出用センサー32を配設し、流量変動を伴う流
体をＡ流体として前記Ａ流体流路２に供給し、このＡ流
体の流量を前記センサー32によって検出し、この検出信
号に基づき供給流量の増減変化に対応してＡ流体が流入
する有効流路数を増減させるように前記流路数増減機構
９を作動させることにある。

（発明の作用） Ａ流体のみが供給流量の変動を伴う流体であるときは、
当該Ａ流体流路２のみを流路数増減機構９によって有効
流路数を増減し得るように構成し、供給流量の変動を伴
わないＢ流体は、流路数増減機構が並設されていないＢ
流体流路３に供給することになる。

而して、負荷変動によりＡ流体の供給流量が減少して各
流路２中の流速が低下するとき、この供給流量をセンサ
ー32が検出し、その検出信号に基づき前記流路数増減機
構９が自動的に作動して、Ａ流体が実際に流入する有効
流路数を、減少変動後のＡ流体流量に対応する数に減少
させ、有効流路を流れるＡ流体の各流路２中の流速を所
期の設定流速に維持させることが出来る。また、逆にＡ
流体の供給流量が増加して各流路２中の流れ抵抗が増大
するとき、この供給流量をセンサー32が検出し、その検
出信号に基づき前記流路数増減機構９が自動的に作動し
て、有効流路数を増加変動後のＡ流体流量に対応する数
に増加させ、Ａ流体の各流路２中の流速を所期の設定値
に維持させることが出来る。

Ａ流体流路２及びＢ流体流路３の各々に有効流路数増減
機構9,10を設けるときは、前記のようにＡ流体の供給流
量をセンサー32で検出して、その供給流量の増減変動に
応じてＡ流体流路２側の流路数増減機構９を自動的に作
動させ、Ａ流体が実際に流れる有効流路数を増減させた
とき、他方のＢ流体流路３側の流路数増減機構10も同期
的に作動させて、Ｂ流体流路３の有効流路数をＡ流体流
路２の有効流路数に対応させて増減させる。勿論このと
き、Ａ流体が流れている有効流路に隣接するＢ流体流路
３のみにＢ流体が送給されるように、両流路数増減機構
9,10を制御することは勿論である。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付の例示図に基づいて説明
する。

第１図及び第２図に於いて、１は角筒状の熱交換器本体
であって、内部には、Ａ流体流路２とＢ流体流路３とが
区画プレート４を介して交互に並設されており、各Ａ流
体流路２は、本体１の長さ方向上端の入口部５と本体１
の長さ方向下端の出口部６とを連通させ、各Ｂ流体流路
３は、本体１の長さ方向下端一側面の入口部７と本体１
の長さ方向上端他側面の出口部８とを連通させる。この
熱交換器本体１の具体的構成は従来周知であるから、図
示及び説明は省略する。

前記熱交換器本体１の上端のＡ流体入口部５にはＡ流体
流路２の流路数増減機構９が設けられている。10は前記
Ｂ流体入口部７に設けられたＢ流体流路の流路数増減機
構、11はＡ流体入口用ダクト、12はＡ流体出口用ダクト
である。

また第１図に示すように、両流路数増減機構9,10よりも
それぞれ上手側のＡ流体供給路及びＢ流体供給路内には
流量検出用センサー32,33が設置されている。これらの
センサー32,33は、Ａ流体流路２側へ供給されるＡ流体
の流量及びＢ流体流路３側へ供給されるＢ流体の流量を
それぞれ自動的に検出するもので、それらの検出信号を
マイクロコンピューター等に送って流路数増減量を自動
的に演算させ、その演算結果に基づいて上記の流路数増
減機構9,10を、供給流量の増減変化に対応してＡ流体及
びＢ流体がそれぞれ流入する有効流路数を増減させるべ
くそれぞれ自動運転させるようにしている。

前記Ａ流体流路２の流路数増減機構９は、第３図〜第５
図に示すように前記Ａ流体流路２の開口2aを開閉するス
ライドゲート板13とその開閉駆動手段14とから構成され
ている。スライドゲート板13は、左右一対のガイドレー
ル15によって本体１の長さ方向に対し直交する水平方向
に摺動可能に指示され、両側辺にはラックギヤ16a,16b
が形成されている。前記駆動手段14は、前記ラックギヤ
16a,16bにそれぞれ咬合する左右一対のピニオンギヤ17,
18、一方のピニオンギヤ17の軸17aを正逆任意の方向に
回転駆動するサーボモーター19、他方のピニオンギヤ18
の軸18aに一組のギヤ20a,20bを介して連動連結された中
間軸21と前記ピニオンギヤ17の軸17aとを歯輪22a,22bを
介して連動連結させるチェン23から構成されている。24
は軸継手である。

前記左右一対のガイドレール15は、前記スライドゲート
板13の往復移動経路全体を覆うケース25の内側に支持さ
れ、前記ピニオンギヤ軸17a,18aは前記ケース25を上下
に貫通するように支承され、サーボモーター19はケース
25に取り付けられたブラケット26に支持されている。
又、中間軸21はケース25の下側に支承され、ギヤ20a,20
b、歯輪22a,22b及びチェン23はケース25の下側に配置さ
れており、必要に応じてカバーで覆うことが出来る。

前記ケース25には、Ａ流体入口部５とＡ流体入口用ダク
ト11との間の中継流路27を構成する隔壁28が設けられ、
この隔壁28を前記スライドゲート板13が貫通摺動する。
29は前記隔壁28に設けられたシール用パッキングであ
り、30は、各Ａ流体流路２をスライドゲート板13の摺動
経路まで延長させるために前記ケース25内に等間隔おき
に並設した流路隔壁である。

尚、Ｂ流体流路の流路数増減機構10は上記のＡ流体流路
の流路数増減機構９と実質的に同一構造であり、第１図
に示すようにＢ流体流路３の開口3aを開閉するスライド
ゲート板13とその開閉駆動手段を備えている。

以上の構成によれば、Ａ流体入口用ダクト11から送給さ
れるＡ流体は、流路数増減機構９内の中継流路27を経由
して熱交換器本体１のＡ流体入口部５からＡ流体流路２
に分配され、各Ａ流体流路２内を流動して出口部６より
Ａ流体出口用ダクト12から送給される。一方、Ｂ流体は
流路数増減機構10内の中継流路を経由して熱交換器本体
１のＢ流体入口部７からＢ流体流路３に分配され、各Ｂ
流体流路３内を前記Ａ流体とは逆向きに流動して出口部
８より送出される。このようにＡ流体とＢ流体とが熱交
換器本体１内の各流路2,3内を互いに逆向きに流動する
間に、区画プレート４を介して互いに熱交換することに
なる。

而して、この熱交換器に供給されるＡ流体の流量が最大
の場合には、第２図〜第４図に示すようにＡ流体流路２
の流路数増減機構９に於けるスライドゲート板13は全開
位置（後退限位置）にあって、全てのＡ流体流路２の開
口2aが開かれており、全てのＡ流体流路２中をＡ流体が
所定の流速で流動する。負荷変動により送給されるＡ流
体の流量が減少すれば、これをセンサー32が検出し、そ
の検出信号により前記流路数増減機構９が自動的に作動
してスライドゲート板13を所定位置まで閉動させる。

即ち、前記検出信号に基づくサーボモーター19の所要回
転により一方のピニオンギヤ17が正転駆動すると、その
回転が歯輪22a,チェン23、歯輪22b、中間軸21、及びギ
ヤ20b,20aを介して他方のピニオンギヤ18に伝達され、
このピニオンギヤ18が逆転するので、両ピニオンギヤ1
7,18に咬合するラックギヤ16a,16bを介してスライドゲ
ート板13が閉動方向へ前進移動し、並列するＡ流体流路
２の開口2aを一端から順番に閉塞することになる。従っ
て、Ａ流体が実際に送給されるＡ流体流路２の数（有効
流路数）を減少変動後のＡ流体流量に対応する数に前記
スライドゲート板13で減少させることが出来、この結
果、Ａ流体が実際に供給される有効なＡ流体流路２内で
のＡ流体の流速は、送給流量が最大であったときと略同
一に維持することが出来る。

また、減少したＡ流体の供給流量が再び増加すると、前
記サーボモーター19によりピニオンギヤ17が逆転駆動
し、両ピニオンギヤ17,18とラックギヤ16a,16bとを介し
てスライドゲート板13が後退移動し、当該スライドゲー
ト板13によって閉じられていたＡ流体流路２の開口2aが
閉じられたときとは逆の順番で順次開かれることにな
る。従って、Ａ流体が実際に供給されるＡ流体流路２の
数（有効流路数）を増加変動後のＡ流体流量に対応する
数にスライドゲート板13の後退移動により増加させ、Ａ
流体が実際に送給される有効なＡ流体流路２内でのＡ流
体の流速を常に略一定に維持させることが出来る。

上記のようにＡ流体流路２の有効流路数を流路数増減機
構９により調節した場合、この調節動作に同期させてＢ
流体流路３の有効流路数を増減する流路数増減機構10を
作動させ、前記流路数増減機構９のスライドゲート板13
で閉じられたＡ流体流路数と同一数のＢ流体流路３をス
ライドゲート板31により閉じることにより、Ａ流体が流
動するＡ流体流路２に隣接するＢ流体流路３にのみＢ流
体を流動させ、スライドゲート板13で閉じられた流体流
路２に隣接するＢ流体流路３にまでＢ流体を供給させる
ことなく、両流体間の熱交換作用を行わせることが出来
る。この場合、この熱交換器に供給するＢ流体の供給流
量を、前記のように調節された有効流路数に対応させて
調節することも出来る。

勿論、この熱交換器に送給されるＢ流体の流量が負荷変
動により減少又は増加する場合には、Ｂ流体流路３の入
口部７に設けられている前記流路数増減機構10の開閉駆
動手段を作動させてスライドゲート板31（第１図）を、
前記流路数増減機構９に於いて説明したと同様に閉動方
向又は開動方向にスライトさせ、実際にＢ流体が流れる
Ｂ流体流路３の数を、この熱交換器に送給されるＢ流体
の流量に応じて増減調節し、有効なＢ流体流路３内での
Ｂ流体の流速を常に略一定に維持させることが出来る。
この場合も前記のようにＢ流体流路３の有効流路数の増
減調節に応じて、他方のＡ流体流路２の有効流路数を流
路数増減機構９により追従調節すれば良い。

しかし、例えばＢ流体を冷却用媒体としての空気とし、
Ａ流体を前記Ｂ流体（空気）で冷却される処理ガスとし
てこの熱交換器を使用している場合には、前記のように
負荷変動により処理ガス（Ａ流体）の供給流量が変化
し、これに対応して熱交換器に於けるＡ流体流路２の有
効流路数を流路数増減機構９により調節しても、冷却媒
体としての空気（Ｂ流体）が流動するＢ流体流路３の流
路数増減調節は行わず、空気（Ｂ流体）は常に全てのＢ
流体流路３に送給しても良い。この場合は、Ｂ流体流路
３の有効流路数の増減機構10は省くことが出来る。

また、流路数増減機構は上記実施例のスライドゲート板
を使用するものに限定されず、供給される流体の種類、
圧力、温度、その他の使用条件に適したものであれば、
如何なる構造のものであっても良い。例えば、各流体流
路の開口を個々に開閉するバルブを利用した流路数増減
機構であっても良い。

（発明の効果） 本発明のプレート型熱交換器の制御方法によれば、流量
変化を伴う流体をＡ流体として、Ａ流体流路に供給した
Ａ流体の供給流量が負荷変動等によって増減変化したと
き、その増減変化に応じて、つまり供給流量の増加又は
減少の度合いに応じて、Ａ流体が流入する有効流路数を
自動的に増減させることが出来るので、熱交換器内に於
ける有効熱交換面積を常に当該Ａ流体の供給流量に適合
した面積に増減調節することが出来、この熱交換面上で
のＡ流体の流速を常に略一定に維持して熱交換効率の低
下を抑制することが出来る。

しかも並列接続された複数台の熱交換器を選択的に使用
する場合と比較して、装置全体を小型軽量に構成するこ
とが出来、所期の目的を経済的に達成し得る。

【図面の簡単な説明】 第１図は全体の正面図、第２図は熱交換器本体と流路数
増減用スライドゲート板とを示す概略斜視図、第３図は
流路数増減機構の構成を示す一部縦断正面図、第４図は
同横断平面図、第５図は同機構の伝動系を説明する側面
図である。 １……熱交換器本体、２……Ａ流体流路、３……Ｂ流体
流路、４……区画プレート、５……Ａ流体入口部、６…
…Ａ流体出口部、７……Ｂ流体入口部、８……Ｂ流体出
口部、9,10……流路数増減機構、13,31……スライドゲ
ート板、14……開閉駆動手段、15……ガイドレール、16
a,16b……ラックギヤ、17,18……ピニオンギヤ、19……
サーボモーター、28……隔壁、30……流路隔壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ａ流体流路とＢ流体流路とを区画プレート
   を介して交互に並設した熱交換器に於いて、少なくとも
   一方のＡ流体流路の入口部に、流路の開口を開閉してＡ
   流体が流入する有効流路数を増減する流路数増減機構を
   設けると共に、少なくとも一方のＡ流体供給路内に流量
   検出用センサーを配設し、流量変動を伴う流体をＡ流体
   として前記Ａ流体流路に供給し、このＡ流体の流量を前
   記センサーによって検出し、この検出信号に基づき供給
   流量の増減変化に対応してＡ流体が流入する有効流路数
   を増減させるように前記流路数増減機構を作動させるこ
   とを特徴とするプレート型熱交換器の制御方法。