JPH09280764A - プレ−ト式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】伝熱性能の高いプレ−ト式熱交換器を得る。 【解決手段】伝熱面を蛇行した山形形状に形成し液の出
入口（４，５）の周辺を部分的に接合した伝熱板（２
ａ，２ｂ）を組み合わせて基本プレ−ト（１）をつく
り、この基本プレ−ト（１）を複数枚接続したものを垂
直に配置し、各基本プレ−ト（１）の外側の伝熱面上部
に液を上部より下部へ流下させる散布装置（８）を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば吸収式冷凍
機の蒸発器における冷媒と冷水の熱交換もしくは吸収器
における吸収液と冷却水との熱交換などに使用されるプ
レ−ト式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷凍機の蒸発器もしくは吸収器に
おいて、蒸発器の冷媒と冷水の熱交換、もしくは吸収器
の吸収液と冷却水の熱交換のために、伝熱面を単に一方
向に傾斜する波形形状の突起部（ビ−ド）に形成した伝
熱板を組み込んだプレ−ト式熱交換器がある。このプレ
−ト式熱交換器は、垂直に設置して伝熱板面の外側上部
から液（冷媒もしくは吸収液）を散布するものである。
そのため、伝熱面の外側上部に液を散布するための散布
装置を設け、上部から下部への液の流下に対し突起部で
流動抵抗を生じさせて内外の伝熱面の熱交換の向上を図
ろうとするものである。

【０００３】また、散布装置は、その液溜部に形成した
分配穴から定量の液を滴下しようとするものである。

【０００４】なお、この種のものとして関連するもの
に、例えば特表平７−５０３０５７号公報、特開平６−
１１２０９号公報及び特開平６−１４７６９６号公報に
記載するものが挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】単に一方向に傾斜する
突起部を形成したものにおいては、散布した液は傾斜す
る突起部の下端部に集まり、その位置から直下に流れ落
ちて伝熱板の内外面間での有効な伝熱作用が行なわれな
い。

【０００６】更に、ゴミなどが散布装置の分配孔に詰ま
る、ということに対して配慮されていない。

【０００７】更に詳細に説明すれば、性能の高い熱交換
器を得るには、基本プレ−トを構成する伝熱板の内側及
び外側において（１）伝熱面積が大きいこと、（２）伝
熱板の内側に流す液は全面に亘り乱流が生じること、
（３）液の流下する外側の伝熱面は全面で濡れること、
などが要求される。

【０００８】かかる観点より、波形形状の突起部を形成
した伝熱板による、いわゆるヘリンボ−ン形プレ−ト式
熱交換器が用いられる。しかし、伝熱面積の増加と液の
流れの乱流化は実現できても、伝熱面の十分な濡れ性の
向上を図ることは困難である。

【０００９】吸収式冷凍機の蒸発器を例にとると、プレ
−ト式熱交換器を用いて十分な蒸発作用を達成するため
には、伝熱面上部より下部に向かい散布される冷媒の濡
れ性について、まず伝熱面自体に対し向上策を講じるこ
と、そして伝熱面における冷媒の流下速度と蒸発速度と
の間でバランスがとれる波形形状にすることが必要であ
る。そしてこの条件により冷媒の適正な散布量が決ま
り、蒸発器の性能が決定される。

【００１０】また、複数枚の基本プレ−トを組み合わせ
て構成する蒸発器及び吸収器への冷媒、吸収液の散布量
は、基本プレ−トごとに均一で、かつ信頼性の高い定量
供給が可能なことが要求される。従ってこれを満足する
ことのできる信頼性の高い液散布装置が要求される。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、伝熱面を波
形形状に形成した伝熱板を波形が互いに交差するように
組み合わせ、前記伝熱板の下部に液の入口を形成し上部
に液の出口を形成して基本プレ−トをつくり、この基本
プレ−トを複数枚接続して構成するプレ−ト式熱交換器
において、前記伝熱面を蛇行した山形形状に形成し液の
出入口の周辺を接合した伝熱板を組み合わせて基本プレ
−トをつくり、この基本プレ−トを複数枚接続したもの
を垂直に配置し、各基本プレ−トの外側の伝熱面上部に
液を上部より下部へ流下させる散布装置を設ける、こと
によって達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図１
ないし図６を用いて説明する。

【００１３】図１はプレ−ト式熱交換器を構成する基本
プレ−トの平面図、図２は図１のＡ−Ａ′における断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ′における断面図、図４は基本
プレ−トの一部拡大平面図、図５及び図６は基本プレ−
トの突起の説明図である。

【００１４】基本プレ−ト１は伝熱板２ａ，２ｂを組み
合わせて構成され、伝熱板２ａ，２ｂには全幅に多数列
からなり蛇行して内側及び外側に突起もしくは窪む突起
（ビ−ド）３が形成され、このように形成することによ
って伝熱板２ａ，２ｂの内側を流れる液の乱流化が図ら
れる。伝熱板２ａ，２ｂは板厚：０．３〜０．５mm程度
であって、材質は軟鋼，ステンレス鋼，銅板など使用環
境に適合するようにその強度，耐食性，加工性そして経
済性を考慮して用いられる。また、伝熱板２ａ，２ｂは
例えば吸収式冷凍機の蒸発器として用いられる場合の冷
水、もしくは吸収器として用いられる場合の冷却水を導
入するための入り口４が下部に形成され、また排出する
ための出口５が上部に形成されている。６は内側に突起
するひも状の突起であって、伝熱板２ａ，２ｂの入り口
４及び出口５の周囲に部分的に形成され、かつ整流作用
を行なえるよう放射状に形成している。基本プレ−ト１
は複数枚の伝熱板２ａ，２ｂを入り口４及び出口５が一
致するように組み合わせ、その後、突起６同士及び周囲
７をロ−付け，ア−ク・シ−ム・プラズマ・レ−ザ溶
接，拡散接合などの方法により接合されている。

【００１５】８は液を散布するための散布装置であっ
て、伝熱板２ａ，２ｂの外側面に設けられており、出口
５と突起部３との間に位置している。この散布装置８
は、多孔質材でつくられ散布バ−９ａ及び９ｂと液供給
樋１０とから構成され、前記散布バ−９ａ及び９ｂは伝
熱板２ａ，２ｂの外側に形成されたアリ溝１１ａ，１１
ｂに充填されている。このアリ溝１１ａ，１１ｂの深さ
は突起部３の山寸法（ｈ）の１／２の深さとし、その内
側は液流路になっている。散布バ−９ａ，９ｂへの液の
供給は、基本プレ−ト１の両側に設けた液供給樋１０に
より行う。これは液供給樋１０の液面下までに挿入した
散布バ−９ａ，９ｂが毛細管現象で液を吸い上げ伝熱板
２ａ，２ｂまで供給するもので、散布バ−９ａ，９ｂの
幅寸法を選ぶことで液の供給量を決定できる。従って、
液供給樋１０の液面レベルに変動が生じても液の供給量
は散布バ−９ａ及び９ｂの吸い上げ能力により決まるの
で、常に安定した性能が得られる。散布バ−９ａ及び９
ｂは多孔質状の物質、例えば金属の粉末を焼結処理した
ものでつくられ、若干のゴミ詰まりがあっても性能の低
下を生じさせない程度の粗さとする。

【００１６】更に伝熱板２ａ，２ｂの外側面は、液の濡
れ性が十分に高いことが望ましい。濡れ性向上のため、
機械的方法によるものとして素材の段階であらかじめヘ
アライン仕上げしたもの，ショットブラスト処理したも
の，細かな溝を加工をしたもの等を使用する。また、化
学的方法によるものとして、素材の特性を損ねることの
無いよう表層部のみ薬品により腐食する方法を用いる。
更に熱処理方法によるものとして、高温加熱した雰囲気
下で酸化促進ガスを供給することで、伝熱板の表面に薄
い酸化皮膜を生成させる方法を用いる。なお、後者２っ
の方法は、伝熱板２ａ，２ｂを組合せて接合し基本プレ
−ト１とした段階で施工するのが精度及び品質面で好ま
しい。

【００１７】基本プレ−ト１は冷凍機の容量に応じ、垂
直（縦向き姿勢）で順次液の出入口部４及び５の突起６
を接合して組み合わせるが、この基本プレ−ト１の組み
合わせ枚数を変えることによって小容量から中容量まで
自由に対応でき、量産性に富むプレ−ト式熱交換器が得
られる。

【００１８】例えば蒸発器における冷媒の散布量と蒸発
量との関係について考察して見ると、伝熱板２ａ，２ｂ
の全幅に冷媒を均一に散布すると、伝熱面を濡らしつゝ
蒸発作用を開始するが、伝熱板２ａ，２ｂの上部は蒸発
量に比べ散布量が多いため、冷媒の多くは蛇行状の突起
部３に沿い比較的短い時間で流下する。その後、中央部
から下部伝熱面へ流下し、突起部３の山部での流動抵抗
と相俟って基本プレ−ト１の全面で熱交換が行われ、有
効な蒸発器を形成する。

【００１９】上記現象を完全に達成するために、図５、
図６に示す突起部３の山の高さ（ｈ），ピッチ（ｐ）及
び横ピッチ（α１），縦ピッチ（α２），角度（θ）な
どあらかじめ実験により適正値を選定しておくことで、
高性能な蒸発器が得られる。

【００２０】上記構成において、伝熱板２ａ，２ｂの外
側の伝熱面に散布される冷媒及び吸収液は内側を上方に
向かって流れる冷水もしくは冷却水と熱交換を行なう。
このとき、入口４の周囲に部分的に接合された突起６が
冷水もしくは冷却水の整流作用を行なう。

【００２１】

【発明の効果】伝熱面を蛇行状の波形形状に形成したこ
とで伝熱板外側を流下する液の流下速度及び流下方向が
制御され、伝熱板の内側と外側とを流れる液間の熱交換
が効率よく行なわれる。

【００２２】また、伝熱板の表面処理を行なうことによ
って伝熱面の濡れ性の向上が図られ、伝熱板の内側と外
側とを流れる液間の熱交換が効率よく行なわれる。

【００２３】更にまた、多孔質部材を液の散布装置に用
いることによって、均一に液の散布を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプレ−ト熱交換器を構成する基本プレ
−トの平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ′における断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ′における断面図。

【図４】基本プレ−トの一部拡大平面図。

【図５】図１の基本プレ−トの突起の説明図。

【図６】図１の基本プレ−トの突起の説明図。

【符号の説明】

１…基本プレ−ト ２ａ，２ｂ…伝熱板 ３…突起部 ４…液の入口 ５…液の出口 ６…突起 ８…散布装置 ９…散布バ− １０…液供給樋 １１ａ，１１ｂ…アリ溝 １２・・液供給樋

フロントページの続き (72)発明者 渡瀬 一雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝熱面を波形形状に形成した伝熱板を波形
   が互いに交差するように組み合わせ、前記伝熱板の下部
   に液の入口を形成し上部に液の出口を形成して基本プレ
   −トをつくり、この基本プレ−トを複数枚接続して構成
   するプレ−ト式熱交換器において、前記伝熱面を蛇行し
   た山形形状に形成し液の出入口の周辺を接合した伝熱板
   を組み合わせて基本プレ−トをつくり、この基本プレ−
   トを複数枚接続したものを垂直に配置し、各基本プレ−
   トの外側の伝熱面上部に液を上部より下部へ流下させる
   散布装置を設けることを特徴とするプレ−ト式熱交換
   器。
2. 【請求項２】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、伝熱板の外側上部の伝熱面に横溝を形成し、この横
   溝に多孔質部材を充填して液散布装置を構成することを
   特徴とするプレ−ト式熱交換器。
3. 【請求項３】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、基本プレ−トの外側伝熱面に機械的手段によって微
   細な凹凸を形成し、毛細管作用により流下する液の濡れ
   性を向上させることを特徴とするプレ−ト式熱交換器。
4. 【請求項４】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、機械的手段はヘアライン仕上げもしくはショットブ
   ラスト処理のいずれかでありことを特徴とするプレ−ト
   式熱交換器。
5. 【請求項５】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、基本プレ−トの外側伝熱面に化学的手段により表層
   部に多孔質層を形成し、毛細管作用により流下する液の
   濡れ性を向上させることを特徴とするプレ−ト式熱交換
   器。
6. 【請求項６】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、化学的手段は薬品により腐食させるものであること
   を特徴とするプレ−ト式熱交換器。
7. 【請求項７】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、基本プレ−トの外側伝熱面に熱処理手段により表層
   部に酸化皮膜層を形成し、毛細管作用により流下する液
   の濡れ性を向上させることを特徴とするプレ−ト式熱交
   換器。
8. 【請求項８】請求項１記載のプレ−ト式熱交換器におい
   て、熱処理手段は高温加熱した雰囲気下で酸化促進ガス
   を供給することによって行なうものであることを特徴と
   するプレ−ト式熱交換器。