JP2009192140A - プレート式熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型・薄型に製作されて熱効率に優れ、特に少流量の流体の熱交換に適合するプレート式熱交換器を提案する。
【解決手段】 プレート１０に所定パターンの開孔列１２を形成し、２枚のプレート１０を開孔列１２を交差させて重ねてプレートセット１５とし、四隅に連通孔２１を開孔した隔壁プレート２０とプレートセット１５を交互に積層し、隔壁プレート２０で区画された流体の流通層を形成し、各流通層を上下の一層を隔てた流通層と連通させる。
【選択図】図６
【解決手段】 プレート１０に所定パターンの開孔列１２を形成し、２枚のプレート１０を開孔列１２を交差させて重ねてプレートセット１５とし、四隅に連通孔２１を開孔した隔壁プレート２０とプレートセット１５を交互に積層し、隔壁プレート２０で区画された流体の流通層を形成し、各流通層を上下の一層を隔てた流通層と連通させる。
【選択図】図６
Description
この発明は、多数のプレート（伝熱板）を積層して形成するプレート式熱交換器に関するものである。
加熱装置や冷却装置等に用いられるプレート式熱交換器は、金属板のプレス加工で波型や半球殻型等の連続する凹凸面を形成した伝熱板を多層に重ね、伝熱板と伝熱板との間に狭い間隔の流体の流通層を形成し、液−液、液−ガスの２種類の流体を流通層に交互に流通させて熱交換を行うものである。一般に、交互に重ねる伝熱板は異なる種類が用いられるが、伝熱板を９０度回転させて重ね、１枚のプレートで製作する構造のプレート式熱交換器も提案されている（特許文献１参照）。
特開２０００−１６１８７７号公報
一方、燃料電池装置等に用いられる熱交換器は、熱交換を行う液体（純水）が極めて少流量で、小型で高い熱効率のものが求められ、熱効率の向上には、伝熱面積の増大とともに、流通路の開口面積を小さくして流速の高速化を図る手段等が必要とされる。従来構造のプレート式熱交換器は、小型・薄型化に制限があるとともに、こうした性能要求に十分に対応できないものである。
この発明は、新規構造のプレート式熱交換器を提案し、これらの課題を解決することを目的とするもので、小型・薄型に製作されて熱効率に優れ、特に少流量の流体の熱交換に適合するプレート式熱交換器を提案するものである。
こうした目的を達成するため、この発明のプレート式熱交換器は、プレート１０に所定パターンの開孔列１２を形成し、２枚のプレート１０を開孔列１２を交差させて重ねてプレートセット１５とし、四隅に連通孔２１を開孔した隔壁プレート２０とプレートセット１５を交互に積層し、隔壁プレート２０で区画された流体の流通層を形成し、各流通層を上下の一層を隔てた流通層と連通させたものである。
また、請求項２に記載のプレート式熱交換器は、開孔列１２をくの字状のパターンに形成し、一方のプレート１０を１８０度回転させて重ねてプレートセット１５を形成し、表裏を順次反転した状態でプレートセット１５を交互に積層するものである。
この発明の熱交換器は、隔壁プレート２０で区画された流体の流通層を上下の一層を隔てた流通層と連通させたので、一方の流体と他方の流体が流通層を交互に流通し、隔壁プレート２０を伝熱面として熱交換が行われ、多層に積層した隔壁プレート２０により伝熱面積の増大が図られる。また、２枚重ねのプレートセット１５で流体の流通層が形成され、交差して重なる開孔列１２が流通路となり、交差した開孔列１２を縫うようにして流体が流通し、流通路の開口面積が小さくて流速の高速化が図られる。その結果、燃料電池装置等の少流量の流体の熱交換に用いて熱効率に極めて優れるものである。プレート１０の板厚が流通路の開口面積となるので、板厚の選定で流通路の開口面積（流通抵抗）を設定可能である。
また、従来のプレート式熱交換器と異なり、積層するプレート１０、２０はいずれも平板状で小型・薄型に製作され、組立作業性、生産性、接合性に優れるとともに、スキマ腐食の原因となる間隙が生じることがなく、耐久性にも優れるものである。
また、請求項２に記載したように、開孔列１２をくの字状のパターンに形成したプレート１０を用いることで、一種類のプレート１０でプレートセット１５が形成され、部品点数を削減して製作コストの低減を図ることができる。
以下に、この発明を実施するための最良の形態について、実施例に基づいて具体的に説明する。
図面１〜６はこの発明の最初の実施例で、図１に示すように、プレート１０には四隅に連通孔１１が開孔され、全面にくの字状のパターンの開孔列１２が形成されている。一方の隅とこれの対角に位置する隅の連通孔１１ａは、開孔列１２と連続した開孔とされている。
図面１〜６はこの発明の最初の実施例で、図１に示すように、プレート１０には四隅に連通孔１１が開孔され、全面にくの字状のパターンの開孔列１２が形成されている。一方の隅とこれの対角に位置する隅の連通孔１１ａは、開孔列１２と連続した開孔とされている。
図２は、プレート１０を１８０度回転させた状態を示し、プレート１０に１８０度回転させたプレート１０を重ねた状態を図３に示す。図に示すように、この２枚重ねのプレートセット１５は、開孔列１２が格子状に交差し、開孔列１２と連続した連通孔１１ａが重なり、開孔列１２と連続せずに独立した連通孔１１が重なった状態である。
図４に示す四隅に連通孔２１を開孔した隔壁プレート２０とプレートセット１５を交互に重ね、所定枚数のプレート１０、２０が積層され、各プレートセット１５が上下の隔壁プレート２０で挟持され、隔壁プレート２０で区画された流体の流通層が形成されている。プレートセット１５は表裏を順次反転した状態で交互に積層され、その結果、各流通層は上下の一層を隔てた流通層と連通している。
最上段のプレート３０には四隅に流体の入口管、出口管が接合され、一方の流体の入口３１、これの対角の位置に出口３２、他方の流体の入口３３、これの対角の位置に出口３４が形成されている。最下段のプレート３５で底部が閉塞され、多層に積層した各プレート１０、２０、３０、３５を接合し、図５に示す熱交換器が製作される。
次に、このプレート式熱交換器の流体の流れを説明する。
図６に示すように、入口３１から熱交換器内へ流入した一方の流体は、最初のプレートセット１５ａの流通層へ流入し、交差した開孔列１２を縫うようにして流通層を対角状に流通する。入口３３から熱交換器内へ流入した他方の流体は、最初のプレートセット１５ａの流通層を通過して次段のプレートセット１５ｂの流通層へ流入し、同様にこの流通層を対角状に流通する。このようにして、隔壁プレート２０で区画された流通層を一方の流体と他方の流体が交互に流通し、隔壁プレート２０を伝熱面として熱交換が行われる。各流通層では流体が対角方向に流通し、隔壁プレート２０を隔てた上下の流通層を流体が交差して流通し、効率の良い熱交換が行われる。
図６に示すように、入口３１から熱交換器内へ流入した一方の流体は、最初のプレートセット１５ａの流通層へ流入し、交差した開孔列１２を縫うようにして流通層を対角状に流通する。入口３３から熱交換器内へ流入した他方の流体は、最初のプレートセット１５ａの流通層を通過して次段のプレートセット１５ｂの流通層へ流入し、同様にこの流通層を対角状に流通する。このようにして、隔壁プレート２０で区画された流通層を一方の流体と他方の流体が交互に流通し、隔壁プレート２０を伝熱面として熱交換が行われる。各流通層では流体が対角方向に流通し、隔壁プレート２０を隔てた上下の流通層を流体が交差して流通し、効率の良い熱交換が行われる。
図７〜９は、この発明の他の実施例で、２種類のプレート１０ａ、１０ｂを用いるものである。図７に示すように、一方のプレート１０ａには四隅に連通孔１１が開孔され、全面に斜め直線状のパターンの開孔列１２ａが形成され、一方の隅とこれの対角に位置する隅の連通孔１１ａは、開孔列１２ａと連続した開孔とされている。図８に示すように、他方のプレート１０ｂには四隅に連通孔１１が開孔され、プレート１０ａの開孔列１２ａと反対方向へ傾斜する斜め直線状のパターンの開孔列１２ｂが形成され、一方の隅とこれの対角に位置する隅の連通孔１１ａは、開孔列１２ｂと連続した開孔とされている。
図９に、２枚のプレート１０ａ、１０ｂを重ねたプレートセット１５を示す。図に示すように、プレートセット１５は、開孔列１２ａ、１２ｂが格子状に交差し、開孔列１２ａ、１２ｂと連続した連通孔１１ａが重なり、開孔列１２ａ、１２ｂと連続せずに独立した連通孔１１が重なった状態である。このプレートセット１５と隔壁プレート２０を交互に積層し、前例と同様に、プレートセット１５を表裏を順次反転した状態で交互に積層し、各流通層が上下の一層を隔てた流通層と連通した熱交換器が製作される。
１０ プレート
１２ 開孔列
１５ プレートセット
２０ 隔壁プレート
２１ 連通孔
１２ 開孔列
１５ プレートセット
２０ 隔壁プレート
２１ 連通孔
Claims (2)
- プレート１０に所定パターンの開孔列１２を形成し、２枚のプレート１０を開孔列１２を交差させて重ねてプレートセット１５とし、四隅に連通孔２１を開孔した隔壁プレート２０とプレートセット１５を交互に積層し、隔壁プレート２０で区画された流体の流通層を形成し、各流通層を上下の一層を隔てた流通層と連通させたプレート式熱交換器。
- 開孔列１２をくの字状のパターンに形成し、一方のプレート１０を１８０度回転させて重ねてプレートセット１５を形成し、表裏を順次反転した状態でプレートセット１５を交互に積層した請求項１に記載のプレート式熱交換器。
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|---|---|---|---|---|
| JPH04505046A (ja) * | 1989-05-04 | 1992-09-03 | チャート・マーストン・リミテッド | 熱交換器 |
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2008
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