JPH0722611Y2 - 多重浮動プレート型熱交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、多重浮動プレート型熱交換装置に関するもの
であり、より詳細には、複数の向流式浮動プレート型熱
交換器ユニットを小さな設置面積でコンパクトに連結し
た多重浮動プレート型熱交換装置に関するものである。

従来の技術 向流式浮動プレート型熱交換器（以下OCAP-ESと称す）
自体は周知のものであり、例えば、特開昭62-252891号
公報に示されている。この向流式浮動プレート型熱交換
器は、多数の浮動プレートを積層して作られ、低コスト
で熱交換効率が高く、構造上ダストの付着が少ないの
で、ボイラ用空気予熱器として用いられている。

しかし、浮動プレート型熱交換器（以下OCAPと称す）の
伝熱板に使用されるプレートは炭素鋼板あるいは合金鋼
板を問わず0.8mm〜2.3mmの板厚のものが標準であり、市
場においては、圧延巾1800mm以上のものは入手困難であ
る。

また、これらの伝熱板を工作するプレスあるいは組立機
器による制限により、OCAPの伝熱板の適正な許容寸法は
巾1800mm×長さ5000mm程度とならざるを得ない。さら
に、伝熱板積層方向の厚みについても、プレートやケー
シングの変形や強度を考慮すると2mを大巾には越えられ
ない。

このように伝熱板に使用される鋼板の大きさ、および伝
熱板を加工するプレスあるいは組立機器の寸法、また、
ケーシングの強度、熱歪みに対する配慮等からOCAP-ES
の大きさは制限され、OCAP-ESの１ユニットを空気予熱
器として使用するのに適するボイラ容量は、概ね蒸発量
50T/Hのものまでであった。

従って、それ以上の容量のボイラの空気予熱器として使
用するためには、複数のOCAP-ESユニットを多段に連結
した多重浮動プレート型熱交換装置とする必要がある。
例えば、第３図に示すよう多数のユニットを伝熱板９に
対して垂直方向に、すなわち、熱交換する流体、例え
ば、空気および排熱ガスが各OCAP-ESユニットに並列に
（すなわち、空気は第３図の紙面に垂直に、また、排熱
ガスは紙面の上下方向に）供給されるように連結してい
た。

考案が解決しようとする課題 上記従来の多重浮動プレート型熱交換装置の構造では、
熱交換される高温流体と低温流体は各OCAP-ESユニット
に対し並列に供給されるので、特別な配慮をしなくても
個々のOCAP-ESに、ほぼ等温、等量の高温流体および低
温流体を供給して、各OCAP-ESでほぼ等しい熱量を交換
することができる。

しかし、上記のように、上記従来の構造の多重浮動プレ
ート型熱交換装置を蒸発量500T/Hのボイラに適用した場
合には、ユニットを10段連結する必要があるため、積み
重ね方向の全長は22m以上となり、さらに大型のボイラ
に使用するには、そのボイラの容量に比例して全長が延
び、1500T/H（約50万kw）のボイラでは、30段のユニッ
トを連結することが必要で、全長は66m程度となり、熱
膨張に対する考慮、敷地上の制限あるいはガス側および
空気側のダクトワークを考慮すると全く実現性のない全
体構成となる。

これを避けるために第４図に示すよう、伝熱板に対して
垂直方向のユニットの連結段数を５段程度に区切り、畝
型に設置することも考えられるが、空気側ダクトの取回
しや、敷地面積の増大等によりやはり現実性を持たな
い。

従って、本考案の目的は、上記従来技術の問題点を解決
した、コンパクトな大容量の多重浮動プレート型熱交換
装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本考案の提供する浮動プレート型熱交換装置は、多数の
浮動プレートを積層し、２つの流体を各浮動プレートの
互いに反対側の面に沿ったチャンネルを流すことによっ
てこれら２つの流体の間で互いに熱交換するようにした
浮動プレート型熱交換器ユニットを複数個連結すること
によって構成される浮動プレート型熱交換装置におい
て、 上記の浮動プレート型熱交換器ユニットを列方向に複数
個並べ且つ浮動プレート型熱交換器ユニット列をさらに
複数個行方向に並べた浮動プレート型熱交換器ユニット
群と、 この浮動プレート型熱交換器ユニット群の各ユニットに
互いに熱交換される上記２つの流体の中の第１の流体を
均等に分配するダクト（４）と、 互いに熱交換される上記２つの流体の中の第２の流体が
最初に流入する浮動プレート型熱交換器ユニット列に第
２の流体を供給する入口（２）と、 上記第１の流体と熱交換された後の上記第２の流体を最
後の浮動プレート型熱交換器ユニット列から回収するた
めの出口（３）と、 上記の最初の浮動プレート型熱交換器ユニット列と最後
の浮動プレート型熱交換器ユニット列との間に配置され
た中間の浮動プレート型熱交換器ユニット列とを互いに
連通する上記第１の流体に対して上流側と下流側とに設
けられた第２の流体の流路（12）、（13）、（14）、
（15）とを有し、 各浮動プレート型熱交換器ユニットの熱交換部（６）に
第２の流体が均等に流れるように上記第２の流体の流路
（12）、（13）、（14）、（15）の断面が決定されてい
ることを特徴としている。

一般的には、本考案では、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の
向流式浮動プレート型熱交換器ユニットをｍ列×ｎ行＝
Ｎ個多段に連結することができる。各列の各熱交換器ユ
ニットの構造は実質的に同一であり、また、第１の列と
最後の熱交換器ユニット列とを除く中間の熱交換器ユニ
ット列の各ユニットの構造も実質的に同一である。

上記の第２の流体の流路（12）、（13）、（14）、（1
5）は隣接するユニットの上流側と下流側とに設けられ
た流体の出口と入口とを直接連結して形成することもで
きるが、一般にはダクトを介して上記出口と入口とを連
結するのが好ましい。

作用 本考案では、上記第２の流体の流路（12）、（13）、
（14）、（15）の断面を調節することによって、各浮動
プレート型熱交換器ユニットの熱交換部（６）に第２の
流体が均等に流れるようにすることができる。

具体的には、以下のような流路システムにすることがで
きる。

先ず、第２の流体が最初に供給される最初の浮動プレー
ト型熱交換器ユニット列Ａの各向流式浮動プレート型熱
交換器ユニットには、上記第１の流体用のチャンネルに
対して下流側となる位置に第２の流体の取入口21を設
け、各ユニットに熱交換すべき第２の流体のM/mを供給
する（ここで、Ｍは熱交換すべき第２の流体の全量であ
る）。

この最初の浮動プレート型熱交換器ユニット列Ａの各ユ
ニットには、上記取入口21と反対側で且つ第１の流体の
流れの方向において上流側と下流側となる位置に上流側
流路14に連通した出口26と下流側流路12に連通した出口
27とを設ける。これらの上流側流路14と下流側流路12の
断面積の比は1/n対1/（ｎ−１）即ち、（ｎ−１）:nに
する。従って、最初の熱交換器ユニット列Ａの各熱交換
部６にはM/mnの量の第２の流体が流れる。第２の流体の
残り量のM/（ｎ−１）mnはこの最初の熱交換器ユニット
列Ａを横切って隣の第２の熱交換器ユニット列Ｂに入
る。

この第２の熱交換器ユニット列Ｂの各ユニットには、上
記の最初の熱交換器ユニット列Ａの上流側出口26と下流
側出口27のそれぞれ連通した第２の熱交換機器ユニット
列Ｂの各ユニットの上流側入口22と下流側入口21が設け
られている。また、この第２の熱交換器ユニット列Ｂの
各ユニットには、上記取入口21、22と反対側で且つ第１
の流体の流れの方向において上流側と下流側となる位置
に上流側流路26と下流側流路27とが設けられている。

最初の熱交換器ユニット列Ａを通ってきた第２の流体
は、上記上流側入口22を介してM/mnの量、また、上記下
流側入口21を介してM/（ｎ−１）mnの量だけ第２の熱交
換器ユニット列Ｂの各ユニットに流入する。

この第２の熱交換器ユニット列Ｂにおいては、下流側入
口21を介して入った第２の流体のM/mnの量がその各熱交
換部６を通り、上記の上記上流側入口22を介して供給さ
れたM/mnの量の第２の液体と合流して、上流側出口26を
介して2M/mnの量となって第２の熱交換機器ユニット列
Ｂの各ユニットから出ていく。一方、下流側入口21を介
して入った第２の流体の残りの量である（ｎ−２）M/mn
は各ユニットを横切って上記の下流側出口27から流出す
る。

第ｉ番目の熱交換器ユニット列ｉの場合にも同様に、そ
の熱交換部６にM/mnの量の第２の流体が通り、その上流
側出口と下流側出口からはそれぞれiM/nmとＭ（ｎ−
ｉ）/mnの量の第２の流体が流出する。

最後の熱交換器ユニット列Ｃの各ユニットは、（ｉ−
１）nmの量の第２の流体が流入する上流側入口22と、M/
nmの量の第２の流体が流入する下流側入口21と、これら
を合流した全流量Ｍが流出する最終出口26とを有してい
る。

各OCAP-ESの特に向流熱交換部に流れる第２の流体の量
が実質的に等量となるようにするには、各ユニットの流
入口および流出口の開口部面積を決定すればよい。

以下、添付図面を参照して本考案を具体的に説明する。

実施例１ 第１図（ａ）は、本考案による多重浮動プレート型熱交
換装置の一例の外観図を示している。また、第１図
（ｂ）は、第１図（ａ）の多重浮動プレート型熱交換装
置の線ａ−ａにおいて、伝熱板に平行な方向に沿って切
断した断面図である。

各OCAP-ESユニット１の内部には、ディンプルを有する
複数の浮動プレートが第２図の紙面に垂直に積層されて
いる。従って、互いに熱交換される２つの流体（図では
空気およびガスとして表示されている）は複数の浮動プ
レートの間に相互に設けられたチャンネルを向流に流れ
て熱交換される（第１図（ｂ）の断面図参照）。

以下、各OCAP-ESユニット１内部のチャンネルを長手方
向とみなし、この長方形のチャンネルを地表に対して縦
長に配置した場合を考える。また、第１図（ｂ）におい
て紙面に対して前後方向となる方向を「行」と表現し、
紙面に対して左右方向となる方向を「列」と表現するこ
とにする。

なお、図示した例は、全てのOCAP-ESユニット１の長方
形のチャンネルの短辺が一直線に整合した状態のものが
示されている。このようにすることは必ずしも必要ない
が、傾斜の無い地面に本考案による多重浮動プレート型
熱交換装置を設置する場合には、こうすることが好まし
い。

第１（ａ）図および第１（ｂ）図に示した実施例は、OC
AP-ESユニット１を、行方向（すなわち、第１図（ａ）
において前後方向）に４つ、列方向（すなわち、左右方
向）に３つ並べ、合計３×４個連結して、蒸発量500T/H
のボイラ用空気予熱器としたものである。

本実施例の多重浮動プレート型熱交換装置は、縦×横が
6m×8.8mの寸法になり、従来の約2m×22mに比較して、
極めてコンパクトなものになる。

各列のCAP-ESユニット１に対する２つの流体（すなわ
ち、空気とガス）の流れは同一であるので、以下では、
第１（ｂ）図を用いて、行方向に流れる空気の一つのチ
ャンネル（以下、空気チャンネルという）について説明
する。

最初と最後のCAP-ESユニット列以外の中間のCAP-ESユニ
ット列では、各行の互いに隣接する２つのユニットは、
第１図（ｂ）に示されるように、その流入口21、22と流
出口26、27が互いに直接連通するように各空気流路すな
わちダクト12、13、14および15によって連結されてい
る。これらの各OCAP-ESユニットの流入口21、22、流出
口26、27、空気流路12、13、14および15の寸法は、各ユ
ニットに流れる空気量に見合った断面積を有している。
本実施例の場合は、空気流路12および15とそれらに直接
連結されているOCAP-ESユニットの流入口と流出口の断
面積は、空気取入口２、空気排出口３およびそれらに直
接連結されているOCAP-ESユニットの流入口と流出口の
断面積に対してほぼ３分の２になっており、一方、空気
流路13および14とそれらに直接連結されているOCAP-ES
ユニットの流入口と流出口の断面積はそのほぼ３分の１
になっている。

以下、上記の構成を有する多重浮動プレート型熱交換装
置の運転方法を説明する。

先ず、各列のCAP-ESユニット１の空気取入口２から流入
した空気は、第１のユニットの空気チャンネルに入り、
次いで、３行に並んだ３つのOCAP-ESユニットのいずれ
かの向流熱交換部分６を通過し、最後のユニット（図の
場合には第３番目のユニット）の空気排出口３から排出
される。一方、高温のボイラの排ガスは、ガス取入口４
（図示した実施例では上側）から流入し、12台の全ての
OCAP-ESユニットのガス取入口７に均等に供給され、上
記空気チャンネルに隣接した隣のチャンネル（以下、ガ
スチャンネルという）を短辺から短辺へ流れた後、12台
の全てのOCAP-ESユニットの共通ダクトであるガス排出
口５から排出される。

従って、ボイラ排ガスは、各OCAP-ESユニットの長方形
のガスチャンネルをその長辺に平行に流れる間に空気チ
ャンネル中を流れる空気と熱交換された後に、対向する
短辺に設けられたガス排出口８から流出する。一方、最
初の行のOCAP-ESユニットＡに設けられた空気取入口２
から流入した空気は、このOCAP-ESユニットＡの流入口2
1に流入後、２分される。すなわち、流入空気のほぼ３
分の１はOCAP-ESユニットＡの向流熱交換部６へ流れ、
残りの約３分の２の空気は、OCAP-ESユニットＡの下流
をその短辺に平行に通過しながらガスと熱交換した後
に、第２の流出口27から空気流路12を経て隣のOCAP-ES
ユニットＢへと流れる。

上記向流熱交換部６へ流れた空気は、向流熱交換部６を
通過する間にボイラ排ガスと熱交換を行い、OCAP-ESユ
ニットＡの第１の流出口26から空気流路14を経て上記の
OCAP-ESユニットＢへと流れる。

空気流路12からOCAP-ESユニットＢの第１の流入口21へ
流れ込んだ空気の約２分の１、すなわち空気取入口２に
流入した空気の約３分の１は、このOCAP-ESユニットＢ
の向流熱交換部６で同様に熱交換し、その第１の流出口
26から空気流路15を経て隣のOCAP-ESユニットＣへと流
れる。

上記流入口21から流れ込んだ残りの空気、すなわち空気
取入口２に流入した空気の約３分の１はOCAP-ESユニッ
トＢを横に流れて熱交換した後、その第２の流出口27か
ら空気流路13を経て隣のOCAP-ESユニットＣへと流れ
る。

空気流路14からOCAP-ESユニットＢの第２の流入口22へ
流れ込んだ空気は、OCAP-ESユニットＢ中をその短辺に
平行に通過して、直交流でさらにボイラ排ガスと熱交換
し、OCAP-ESユニットＢの向流熱交換部６を通過してき
た別の空気と合流した後、その第１の流出口26から空気
流路15を経て隣のOCAP-ESユニットＣへと流れる。

空気流路13からのOCAP-ESユニットＣの第１の流入口21
へ流れ込んだ空気は、その向流熱交換部６で熱交換し、
高温となってその第１の流出口26から空気排出口３へ排
出される。

一方、空気流路15からOCAP-ESユニットＣの第２の流入
口22へ流れ込んだ空気は、OCAP-ESユニットＣ中を短辺
に平行に通過しながら、直交流でさらに熱交換し、OCAP
-ESユニットＣの向流熱交換部６を通過してきた上記の
空気と合流し、その第１の流出口26から空気排出口３へ
排出される。

上記の構造から明らかなように、本実施例の多重浮動プ
レート型熱交換装置では、各OCAP-ESユニットの向流熱
交換部にほぼ等量の流体を流すことが可能となる。

実施例２ 第２図は、OCAP-ESユニットを３行×７列連結して、蒸
発量1000T/Hのボイラ用空気予熱装置とした本考案の多
重浮動プレート型熱交換装置の他の実施例の外観図を示
している。

この実施例の構成および運転方法は第１図のものと実質
的に同じであるので、説明は省略する。

本実施例の多重浮動プレート型熱交換装置をもちいる
と、従来、全長40mを超える寸法であったものが、縦×
横が8m×16.1mの寸法と大幅に小型化される。

考案の効果 本考案の多重浮動プレート型熱交換装置は、熱効率が高
い向流式浮動プレート型熱交換器ユニットを伝熱板に対
して平行な方向およびそれに垂直な方向に複数台連結す
ることによって、外形寸法を小さくし、従来のものに対
し、設置効率を極めて大きくすることができる。また、
ダクトの配管を短縮できるため、結果として熱効率も向
上する。従って、従来容量の問題から多重浮動プレート
型熱交換装置を用いることができなかった分野へも応用
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本考案の多重浮動プレート型熱交換装
置の一例の外観図であり、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）に示した多重浮動プレー
ト型熱交換装置の（ａ）−（ａ）線において伝熱板に平
行に切断した断面図であり、 第２図は、本考案の多重浮動プレート型熱交換装置の別
の実施例の外観図であり、 第３図は、従来の多重浮動プレート型熱交換装置におけ
るOCAP-ESユニットの配列の仕方を示した概念図であ
り、 第４図は、従来の多重浮動プレート型熱交換装置におけ
るさらに他のOCAP-ESユニットの配列の仕方を示した概
念図である。 〔主な参照番号〕 １……OCAP-ESユニット、２……空気取入口、３……空
気排出口、４、７……ガス取入口、５、８……ガス排出
口、６……向流熱交換部、12、13、14、15……空気流
路、21……第１の流入口、22……第２の流入口、26……
第１の流出口、27……第２の流出口

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の浮動プレートを積層し、２つの流体
   を各浮動プレートの互いに反対側の面に沿って流すこと
   によってこれら２つの流体の間で互いに熱交換するよう
   にした浮動プレート型熱交換器ユニットを複数個連結す
   ることによって構成される浮動プレート型熱交換装置に
   おいて、 上記の浮動プレート型熱交換器ユニットを列方向に複数
   個並べ且つ浮動プレート型熱交換器ユニット列をさらに
   複数個行方向に並べた浮動プレート型熱交換器ユニット
   群と、 この浮動プレート型熱交換器ユニット群の各ユニットに
   互いに熱交換される上記２つの流体の中の第１の流体を
   均等に分配するダクト（４）と、 互いに熱交換される上記２つの流体の中の第２の流体が
   最初に流入する浮動プレート型熱交換器ユニット列に第
   ２の流体を供給する入口（２）と、 上記第１の流体と熱交換された後の上記第２の流体を最
   後の浮動プレート型熱交換器ユニット列から回収するた
   めの出口（３）と、 上記の最初の浮動プレート型熱交換器ユニット列と最後
   の浮動プレート型熱交換器ユニット列との間に配置され
   た中間の浮動プレート型熱交換器ユニット列とを互いに
   連通する上記第１の流体に対して上流側と下流側とに設
   けられた第２の流体の流路（12）、（13）、（14）、
   （15）とを有し、 各浮動プレート型熱交換器ユニットの熱交換部（６）に
   第２の流体が均等に流れるように上記第２の流体の流路
   （12）、（13）、（14）、（15）の断面が決定されてい
   ることを特徴とする浮動プレート型熱交換装置。