JP2001248996A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シェルアンドプレート方式の熱交換器におい
て、コンパクトで熱伝達性能の向上を図る。 【解決手段】 隅部に流体の入口もしくは出口となる孔
１３を有する伝熱プレート１２を重ね合わせ容器１１に
収納し、伝熱プレート間に形成される流路に流体を流し
て流体間で熱交換をする熱交換器において、隅部の孔１
３を積層間でつないで形成される流路のうち、対角の流
路で対の流路を形成し、一方の対の流路と、伝熱プレー
ト間に形成される一方の流路とを連通させて第１の流体
の流れる第１の流路を形成し、他方の対の流路と、積層
した伝熱プレート間の他方の流路とを連通させて第２の
流体の流れる第２の流路を形成し、これら第１及び第２
の流路のうち孔１３によって形成されるそれぞれの流路
の途中に、流路を閉鎖する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプレート式熱交換器
に係り、特に吸収式冷凍機の溶液熱交換器として用いら
れるプレート式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平７−２２９６８７号公報に
記載のように積層した伝熱プレートを容器（シェル）内
に収納して構成されるプレート式熱交換器（以下、シェ
ルアンドプレート方式のプレート式熱交換器という）が
ある。これを図１３を用いて説明する。

【０００３】同図は、プレート式熱交換器の流体の出入
口配管における断面図である。容器１の中には凹凸が形
成された複数の伝熱プレート２が積層され、その間に生
じる隙間が流路を形成して流体が流れるようになってお
り、かつ伝熱プレート２を挟んで隣接する層に温度の異
なる二種類の熱交換される流体が流れるようになってい
る。伝熱プレート２には前記流路に流体を導き、または
放出するための孔３があり、入口もしくは出口となる配
管４へつながっている。孔３の内周５、伝熱プレート２
の外周６、孔部３と配管４との接合部７等は溶接されて
おり、温度の異なる二種類の流体が混じりあわないよう
２種類の通路が形成されている。ここでの溶接には、プ
ラズマ溶接を用いることにより、溶接部を同一金属にす
ることを可能にしている。

【０００４】シェルアンドプレート方式以外のプレート
式熱交換器としては、伝熱プレート１枚づつをパッキン
で挟んで積層し、全体をボルトで締付ける方式や、積層
した伝熱プレート全てをろう付けして密封する方式など
がある。パッキンやろう材で流体を密閉する方式は容器
をもたないため、外部に対する流体の密閉をパッキンも
しくはろう材と伝熱プレートとが担うことになり、長期
にわたって確実に流体を密閉することに対して配慮され
ていない。

【０００５】特に、吸収式冷凍機の溶液熱交換器は、機
械を真空状態に保たなければならないため、空気の侵入
があってはならず、また、吸収式冷凍機の溶液には一般
に臭化リチウム水溶液が使われ、この溶液は腐食性が強
い上、温度も１６０℃といった高温で使用され、過酷な
条件での密閉性が要求される。パッキンを用いる方式で
は、パッキンの耐熱性及び耐久性に考慮する必要があ
り、高温流体の熱交換には使用することができない。ま
た、ろう材を使う方式では、ろう材と伝熱プレートとが
異種金属であるため、電位差を生じて腐食が進行し易く
なる。

【０００６】この対策として、伝熱プレートとろう材と
に高耐食材料を使う方法もあるがコスト高になる。この
ため、腐食性の強い流体に対する熱交換器にろう材を用
いる方式は困難である。シェルアンドプレート方式で
は、伝熱プレートの接合にプラズマ溶接を用いることに
より同一金属で接合され、電位差による腐食が生じな
い。また、外部に対する流体の密閉を容器が担い、容器
に厚肉の板を用いることにより、安価な材料でも信頼性
の高い密閉を実現することができる。

【０００７】また、伝熱プレートに、外部に対する密閉
の必要性がないため、流体と外部との圧力差による応力
もかからず、伝熱プレートを安価な材料で薄肉の板を用
いて作ることができる。伝熱プレートを薄くできると、
製造コストが下がるだけでなく、伝熱プレートを介して
熱交換させる上での熱抵抗も減少し、効率的な熱交換器
となる。このため、シェルアンドプレート方式は吸収式
冷凍機のように高温で腐食性の流体を用いる場合に使用
され、また密閉性の要求されるプレート式熱交換器にも
使用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のシェルアンドプ
レート方式のプレート式熱交換器では、流体が容器の中
を１パスのみで流れ、流体が折返して流れることはなか
った。このため、熱交換能力を上げようとする場合、伝
熱プレートの積層枚数を増やしていた。熱交換器の熱交
換能力は、熱伝達率と伝熱面積との積によって決まる。
伝熱面積は伝熱プレートの枚数に比例するため、伝熱プ
レートの枚数を増やすことで熱交換能力を向上させるこ
とができる。伝熱プレートの枚数を増やすと、伝熱プレ
ートに挟まれた１つの流路に対する流量が減り、流体の
流速が減少する。流体の熱伝達率は流速に依存し、流速
が上がる程熱伝達率も上がる。しかし、伝熱プレートを
増やす場合、流速が下がることで熱伝達率も低下するた
め、伝熱面積が増える程には熱交換能力は向上しない。
このため、１パスのみのシェルアンドプレート方式のプ
レート式熱交換器では、伝熱プレートを効果的に用いた
熱交換能力の向上が出来なかった。

【０００９】パッキンやろう材で流体を密閉する方式の
プレート式熱交換器では、熱交換器中の流れを多段パス
に構成することで熱伝達率が向上するため、孔の開いて
いないプレートを途中に挟む方法が用いられている。

【００１０】しかし、シェルアンドプレート方式のプレ
ート式熱交換器では、袋状にした伝熱プレートを積層し
ながら溶接していくため、孔の開いていないプレートが
あるとその下にある流路の孔が見えなくなり、孔部分の
溶接が出来なかった。

【００１１】このため、シェルアンドプレート方式のプ
レート式熱交換器では１パスの構成しか出来なかった。

【００１２】本発明の目的は、流体を多段パスで流すこ
とによって熱交換能力を向上させ、また、コンパクトな
プレート式熱交換器を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るプレート式熱交換器の発明の構成は、
隅部に流体の入口もしくは出口となる孔を有する伝熱プ
レートを重ね合わせ、周囲を接合して袋状にし、この袋
状にした伝熱プレートを積層して容器に収納し、伝熱プ
レート間に形成される流路に流体を流して流体間で熱交
換をするプレート式熱交換器において、前記隅部の孔を
積層間でつないで形成される流路のうち、対角の流路で
対の流路を形成し、この対の流路のうち一方の対の流路
と、前記伝熱プレート間に形成される一方の流路とを連
通させて第１の流体の流れる第１の流路を形成し、他方
の対の流路と、前記積層した伝熱プレート間の他方の流
路とを連通させて第２の流体の流れる第２の流路を形成
し、これら第１及び第２の流路の孔によって形成される
それぞれの流路の途中に、流路を閉鎖する手段を設け、
流れの方向を変えて流路を多段に構成するものである。

【００１４】そして好ましくは、前記流路を閉鎖する手
段は、第１の流路の閉鎖に、伝熱プレートで行い、第２
の流路の閉鎖に、袋状にした伝熱プレートに伝熱プレー
トの孔を閉鎖する閉鎖板を取り付けるものである。

【００１５】また好ましくは、前記閉鎖板は、切り欠き
を有し孔より大きな板の間に、孔より小さな板を挟んで
伝熱プレートの孔に固定したものである。

【００１６】また本発明に係るプレート式熱交換器の他
の発明の構成は、隅部に流体の入口もしくは出口となる
孔を有する伝熱プレートを重ね合わせ、周囲を接合して
袋状にし、この袋状にした伝熱プレートを積層して容器
に収納し、伝熱プレート間に形成される流路に流体を流
して流体間で熱交換をするプレート式熱交換器におい
て、前記隅部の孔を積層間でつないで形成される流路の
うち、対角の流路で対の流路を形成し、この対の流路の
うち一方の対の流路と、前記伝熱プレート間に形成され
る一方の流路とを連通させて第１の流体の流れる第１の
流路を形成し、他方の対の流路と、前記積層した伝熱プ
レート間の他方の流路とを連通させて第２の流体の流れ
る第２の流路を形成し、これら第１及び第２の流路の孔
によって形成されるそれぞれの流路の途中に流路を閉鎖
する手段を設けて流れの方向を変えて流路を多段に構成
し、この流路を閉鎖する手段の前後のいずれかの伝熱プ
レート間の流路に、流路を狭めて流量を制限する手段を
設けるものである。

【００１７】そして好ましくは、前記流量を制限する手
段は、隅部の流体の入口もしくは出口となる孔に流量調
整リングを嵌め込むものである。

【００１８】本発明に係るプレート式熱交換器のさらに
他の発明の構成は、隅部に流体の入口もしくは出口とな
る孔を有する伝熱プレートを重ね合わせ、周囲を接合し
て袋状にし、この袋状にした伝熱プレートを積層して容
器に収納し、伝熱プレート間に形成される流路に流体を
流して流体間で熱交換をするプレート式熱交換器におい
て、前記隅部の孔を積層間でつないで形成される流路の
うち、対角の流路で対の流路を形成し、この対の流路の
うち一方の対の流路と、前記伝熱プレート間に形成され
る一方の流路とを連通させて第１の流体の流れる第１の
流路を形成し、他方の対の流路と、前記積層した伝熱プ
レート間の他方の流路とを連通させて第２の流体の流れ
る第２の流路を形成し、これら第１及び第２の流路の孔
によって形成されるそれぞれの流路の途中に、流路を閉
鎖する手段を設けて流れの方向を変えて流路を多段に構
成し、前記伝熱プレートの最外側の伝熱プレートの隅部
において、流体の入口もしくは出口になる孔で、かつ、
対角の隅部より高くなる位置に孔を設け、容器に蓄積す
るガスを排出する流路を設けるものである。

【００１９】そして好ましくは、前記ガスを排出する流
路を、熱交換器からでる流体の出口に接続するものであ
る。

【００２０】また好ましくは、前記伝熱プレートは、傾
斜して波形の凹凸を形成したプレートを波形が互いに交
差するようにして積層されるものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１及び図２は、本発明に係るプ
レート式熱交換器の第１の実施例の断面図である。図３
は伝熱プレート単板の平面図、図４は伝熱プレート単板
の重ね合わせの状態を示す図である。図５は、プレート
式熱交換器の流体の流れを示す模式図で、図１は断面
（１）、図２は断面（２）における断面図である。図６
は、プレート式熱交換器を３段の熱交換段（３パス方
式）で構成する例を示し、各熱交換段ごとの流体の流れ
を示す図である。

【００２２】まず、図５及び図６によって、流体の流れ
の大略を説明する。図５は、プレート式熱交換器へＴ
ｉ，Ｔｏで示す２種類の流体（第１の流体及び第２の流
体）が入り、また流出する状態を示している。

【００２３】図６は、３段の熱交換段で構成されたプレ
ート式熱交換器の流体の流れを示し、第１の流体（実線
で示す）は温度Ｔｉ１で熱交換器に入り、１段目の熱交
換段Ｐ１を通過した時点で温度Ｔｉ２になり、２段目の
熱交換段Ｐ２を通過した時点で温度Ｔｉ３、３段目の熱
交換段Ｐ３を通過して温度Ｔｉ４になって、熱交換器か
ら流出する。

【００２４】第２の流体（破線で示す）は、第１の流体
と反対向きに流れ（対向流）、温度Ｔｏ１で１段目の熱
交換段Ｐ１から熱交換器に入り、各熱交換段Ｐ２，Ｐ３
を通過するごとに温度Ｔｏ２，Ｔｏ３，Ｔｏ４となって
熱交換器から流出する。それぞれの流体は、４隅の角部
に設けられた一方の孔から対角に位置する他方の孔方向
に流れる。

【００２５】図１ないし図３によって、上記図６で示す
流体の流れを実現するための具体的な構成を説明する。
容器１１には、多層に積層された伝熱プレート１２が収
納されている。この伝熱プレート１２には、図３に示す
２種類のプレート１２（１），１２（２）が図４に示す
よう袋上に接合されて交互に積層される。伝熱プレート
１２の４隅の角部には孔１３が設けられており、中央部
には異なる方向に傾斜して波形の凹凸１４が形成され、
外周にはフランジ１５が形成されている。孔１３には高
低差があり、一方の対角の孔１３Ａ同士は高く、他方の
対角の孔１３Ｂ同士は低く形成されている。これら伝熱
プレート１２を重ね合わせると、断面（３）及び断面
（４）では、図４に示すようになる。この重ね合わせた
２枚の伝熱プレート１２の外周及び伝熱プレート１２の
積層時に接触する孔１３の内周をプラズマ溶接などで接
合して袋状に形成する。

【００２６】積層した伝熱プレート１２は容器１１に収
納される。閉鎖板１６は、後述する図８で示されるよう
に構成されるものであって、一方の対角の孔１３の２箇
所１６Ａに取り付けられ、孔１３を閉鎖している。他方
の対角の孔１３の２箇所（１６Ｂ）には、開口しない伝
熱プレート１２を用いることによって閉鎖板を使用せず
に、孔１３を閉鎖している。２箇所にする理由は、３段
の熱交換段を構成するためである。

【００２７】流入側もしくは流出側の位置１６Ａ及び位
置１６Ｂの孔１３ｉ，１３ｏには、流体流量を制御する
流量調整リング（流量調整部材）１７ないし２４が嵌め
込まれている。以下、第１の流体Ｔｉの流れる孔１３で
形成される流路を孔１３ｉ、第２の流体Ｔｏの流れる孔
１３で形成される流路を孔１３ｏとして、流れの状況を
説明する。

【００２８】袋状にした伝熱プレート１２の内側を流れ
る流体Ｔｉは、温度Ｔｉ１で熱交換器に流入する（実線
で示す）。伝熱プレート１２の孔１３ｉ（１）を通って
流入した流体Ｔｉは閉鎖板１６Ａで流路を閉ざされ、流
れの向きを変え、１段目の熱交換段Ｐ１を手前から斜め
向う側へ流れる。伝熱プレート１２の孔１３を対角に流
れた流体Ｔｉは熱交換することによって温度Ｔｉ１から
温度Ｔｉ２になる。温度Ｔｉ２になった流体Ｔｉは孔１
３ｉ（２）を通って流れるが、閉鎖板１６Ａで流路を閉
ざされ、流れの向きを変え、２段目の熱交換段Ｐ２を向
う側から手前へ流れる。２段目の熱交換段Ｐ２を流れる
ことで温度Ｔｉ２から温度Ｔｉ３になった流体Ｔｉは孔
１３ｉ（３）を通って、３段目の熱交換段Ｐ３に流入す
る。３段目の熱交換段Ｐ３を流れることで流体Ｔｉの温
度がＴｉ３から温度Ｔｉ４になり、孔１３ｉ（４）を通
って熱交換器から流出する。

【００２９】同様に、袋状にした伝熱プレート１２の外
側を流れる流体Ｔｏは温度Ｔｏ１で熱交換器に流入する
（破線で示す）。伝熱プレート１２の孔１３ｏ（１）を
通って流入した流体Ｔｏは閉鎖板１６Ｂで流路を閉ざさ
れ、流れの向きを変え、１段目の熱交換段Ｐ１（流体Ｔ
ｉでは３段目になっている）を向う側から斜め手前へ流
れる。袋の外側を流れる流体Ｔｏにとっての１段目の熱
交換段Ｐ１を通過することによって温度Ｔｏ１から温度
Ｔｏ２になった流体Ｔｏは孔１３ｏを通って、２段目の
熱交換段Ｐ２に流入する。流体Ｔｏは閉鎖板１６Ｂで流
路を閉ざされ、流れの向きを手前から斜め向こう側へ変
え、２段目の熱交換段Ｐ２を流れる。２段目の熱交換段
Ｐ２を流れることで温度Ｔｏ２から温度Ｔｏ３になった
流体Ｔｏは孔１３ｏ（３）を通って、３段目の熱交換段
Ｐ３に流入する。３段目の熱交換段Ｐ３を流れることで
流体Ｔｏの温度がＴｏ３から温度Ｔｏ４になり、孔１３
ｏ（４）を通って熱交換器から流出する。

【００３０】袋の内側を流れる流体Ｔｉにとっての２段
目の熱交換段Ｐ２と、袋の外側を流れる流体Ｔｏにとっ
ての３段目の熱交換段Ｐ３とは、伝熱プレート１２
（３）を挟んで袋の内側と外側で平行に流れる。この平
行に流れている流体同士は、温度差が逆転し、内部的な
熱損失を生じるため、流量を減らすことが好ましい。

【００３１】このため本実施例では、袋の内側の流体Ｔ
ｉの流量を減らす手段として、入口部に流量調整リング
１７、出口部に流量調整リング１８を嵌め込んでいる。
また、袋の外側の流体Ｔｏの流量を減らす手段として、
入口部に流量調整リング１９、出口部に流量調整リング
２０を嵌め込んでいる。

【００３２】同様に、袋の内側を流れる流体Ｔｉにとっ
ての３段目の熱交換段Ｐ３と、袋の外側を流れる流体Ｔ
ｏにとっての２段目の熱交換段Ｐ２とは、伝熱プレート
１２（４）を挟んで袋の内側と外側で平行に流れる。こ
の平行に流れている部分の袋の内側の流体Ｔｉの流量を
減らす手段として、入口部に流量調整リング２１、出口
部に流量調整リング２２を嵌め込んでいる。また、袋の
外側の流体Ｔｏの流量を減らす手段として、入口部に流
量調整リング２３、出口部に流量調整リング２４を嵌め
込んでいる。

【００３３】図７は、各熱交換段の温度分布の模式図を
示し、袋の内側を流れる流体Ｔｉの方が袋の外側を流れ
る流体Ｔｏよりも温度が高い場合を例にとり、内部的な
熱損失が生じる原因を説明する。

【００３４】袋の内側を流れる流体Ｔｉは２段目の熱交
換段Ｐ２を通過する際、温度Ｔｉ２からＴｉ３になり、
袋の外側を流れる流体Ｔｏは３段目の熱交換段Ｐ３を通
過する際、温度Ｔｏ３からＴｏ４になる。しかし、この
熱交換段Ｐ２，Ｐ３の境界では、温度Ｔｉ２からＴｉ３
になる流れと、温度Ｔｏ３からＴｏ４になる流れが平行
で、１枚の伝熱プレート１２（３）に接して流れること
になる。温度Ｔｉ２と温度Ｔｏ３との関係は正常である
が、温度Ｔｉ３とＴｏ４との関係は熱交換させたい方向
と逆転している。温度効率の低い熱交換器の場合は、Ｔ
ｏ４とＴｉ１との温度差が広がるため、Ｔｏ４がＴｉ３
より低くなり、温度Ｔｉ３とＴｏ４との逆転は生じない
が、温度効率が高くなった場合に、この温度の逆転が顕
著に現われる。

【００３５】図７の温度分布のように、高い温度効率で
熱交換される場合、Ｔｏ４の温度からＴｉ３の温度に向
かって熱が流れ、熱交換段Ｐ２，Ｐ３の境界の伝熱プレ
ート１２（４）に接して流れる流体Ｔｉ，Ｔｏはそれぞ
れ温度Ｔｉ３′と温度Ｔｏ４′とになる。この結果、内
部的な熱損失は温度Ｔｏ４′と温度Ｔｉ３′との逆転し
た温度関係が駆動力になって生じる。

【００３６】同様に、袋の内側を流れる流体Ｔｉが温度
Ｔｉ３からＴｉ４になり、袋の外側を流れる流体Ｔｏが
温度Ｔｏ２からＴｏ３になる際、境界部で１枚の伝熱プ
レート１２（４）に接して平行に流れる。温度Ｔｉ４と
温度Ｔｏ３との関係は熱交換させたい方向と逆転してい
る。このため、Ｔｏ３の温度からＴｉ４の温度に向かっ
て熱が流れ、熱交換段Ｐ３，Ｐ２の境界の伝熱プレート
１２（４）に接して流れる流体はそれぞれ温度Ｔｉ４′
と温度Ｔｏ３′とになる。この結果、温度Ｔｏ３′と温
度Ｔｉ４′との逆転した温度関係が駆動力になって内部
的な熱損失が生じる。

【００３７】図１における位置１６Ｂ及び図２における
位置１６Ｂとは、袋の外側に流す流体Ｔｏの流路を閉鎖
する個所であり、開孔しない伝熱プレート１２を用いる
ことで閉鎖する。また、位置１６Ａ及び図２における位
置１６Ａは、袋の内側に流す流体Ｔｉの流路を閉鎖する
個所であり、袋状にした伝熱プレート１２を積層した後
に伝熱プレート１２に閉鎖板１６を取り付ける。

【００３８】図８は、孔を閉鎖する閉鎖手段の構成図
で、（ａ）は組図、（ｂ）は展開図である。閉鎖板１６
（１）、１６（２）は伝熱プレート１２の孔１３よりも
径が大きい円板であり、中心にボルト２５を通すための
孔２６と、半径方向に切り欠き２７が設けられている。
閉鎖板１６（３）は、伝熱プレート１２の孔１３よりも
わずかに径が小さい円板であり、中心にボルト２５を通
すための孔２６のみが設けられている。

【００３９】同図は、伝熱プレート１２を積層すること
により袋の内側を流れる流体Ｔｉの流路が形成される部
分を示すものであり、これらの孔１３の内周５をプラズ
マ溶接することで、袋の内側と外側の流体Ｔｉ，Ｔｏと
が混じり合わないようにしている。閉鎖板１６の取り付
けだけでは流体Ｔｉ，Ｔｏの密閉は保てないため、閉鎖
板１６の取り付けは内周５の接合を行った上で行う。閉
鎖板１６（１），１６（２）の切り欠き２７は、伝熱プ
レート１２の孔１３よりも大きな径の板を通すためのも
のである。この切り欠き２７があることで、伝熱プレー
ト１２が積層された後に、孔１３よりも径の大きな板を
はめ込むことができ、孔１２を閉鎖板１６（１），１６
（２）で挟んで閉鎖することができる。閉鎖板１６
（３）は、孔１３に対する位置決めと、流体Ｔｉ，Ｔｏ
の漏れを減らすために取り付けるものである。これらの
閉鎖板１６（１）ないし１６（３）はボルト２５とナッ
ト２８とによって締め付けて固定される。

【００４０】さらに、ナット２８を閉鎖板１６（１）に
接合しておくことで、ナット２８を手で持つ必要がなく
なり、ボルト２５の側からの作業のみでボルト・ナット
の締め結けが容易に出来ようになる。

【００４１】図１における流路２９は、袋の内側を流れ
る流体Ｔｉに含まれるガスを抜き出すためのものであ
り、図５に示すように、配管３０によって出口流体Ｔｉ
に接続することにより、常にガスが排出される。また、
流路３１は、袋の外側を流れる流体Ｔｏに含まれるガス
を抜き出すためのものであり、図５に示すように、配管
３２によって出口流体Ｔｏに接続することにより、常に
ガスが排出される。

【００４２】図２において、位置１６Ｂは、袋の外側を
流れる流体Ｔｏが熱交換器に流入して最初に流れの向き
を変える場所であり、流体を流入させるためのポンプの
吐出圧を直接的に受ける場所である。このため、位置１
６Ｂで孔１３を閉鎖する部材にはある程度の強度が要求
されるが、位置１６Ｂでは、孔の開いていない伝熱プレ
ート１２が２枚重ね合わされているためポンプ圧に対す
る強度を保つことができる。

【００４３】また、位置１６Ａは、袋の内側を流れる流
体Ｔｉが熱交換器に流入して最初に流れの向きを変える
場所であり、位置１６Ｂと同様に、流体を流入させるた
めのポンプの吐出圧を直接的に受ける場所である。この
ため、位置１６Ａで孔１３を閉鎖するにもある程度の強
度が要求されるが、図８に示す閉鎖手段では、閉鎖板１
６（１），１６（２）の２枚で強度を持っており、さら
に閉鎖板１６（１），１６（２）は伝熱プレート１２よ
りも肉厚の厚い板を使用することが可能なので、ポンプ
圧に対する十分な強度を保つことができる。

【００４４】以上に説明する本実施例によれば、伝熱プ
レートが容器の中に収まっているシェルアンドプレート
方式のプレート式熱交換器において、伝熱プレートを多
段パスに構成することにより、１パスの場合よりも流速
を増加させ、熱伝達率を向上させることができ、伝熱プ
レートを効果的に用いた熱交換能力の向上が図れる。

【００４５】また、袋状にした伝熱プレートの外側の流
体に対するシールがされていないときは、１段目の熱交
換段を通過後に熱交換器出口に流れてしまったり、熱交
換器入口から直接３段目の熱交換段に入ったりしてしま
い、熱交換段をショートカットする流れが出来てしまう
が、本実施例では、袋状にした伝熱プレートの周囲が接
触して積層されているために、袋の外側の流体もシール
され、熱交換段をショートカットする流れを抑えること
ができる。このため、各熱交換段が有効に働き、熱交換
能力が向上する。

【００４６】さらに、多段パス構成にして、高い温度効
率のプレート式熱交換器にした場合、熱交換段の境界で
温度差の逆転が生じ、内部的な熱損失が生じるが、熱交
換段の境界を流れる流体の流速を低下させることで、流
体の熱伝達率が低下し、損失になる熱伝達を抑えること
ができる。内部的な熱損失は熱交換能力の低下をもたら
すものであるが、流速の低減により損失になる部分の熱
伝達率を低下することで、熱損失を減らし、熱交換能力
の向上が図られる。

【００４７】この熱交換段の境界の流路には、全く流体
を流さないと腐食抑制剤を流すことができないため、腐
食が進行しやすいことと、伝熱プレートが有効に使われ
ない。このため、熱交換段の境界の流路にも低減したあ
る程度の流量を流すことで、腐食を抑え、伝熱プレート
を有効に使うことができるようになる。

【００４８】図９及び図１０は、本発明に係るプレート
式熱交換器の第２の実施例の断面図で、図５に示すプレ
ート式熱交換器の断面（１）を図９に、断面（２）を図
１０に示してある。なお本実施例では、ガス抜き流路を
設けない場合を示している。

【００４９】本実施例は、前記第１の実施例に対し、熱
交換段の境界部での流体の流し方が異なる。すなわち、
第１の実施例では、熱交換段の境界の伝熱プレートに接
して流れる両方の流体の流量を減少させたが、本実施例
では一方の流体のみ流量を減少させている。

【００５０】同図において、袋状にした伝熱プレート１
２の内側を流れる流体Ｔｉは温度Ｔｉ１で熱交換器に流
入し、１段目の熱交換段Ｐ１を通過し、孔１３ｉ（２）
を通過し、２段目の熱交換段Ｐ２を流れる。第１の実施
例では伝熱プレート１２（３）に接して流れる袋の内側
の流体Ｔｉの流量を減少させるが、本実施例ではこれを
行わない。

【００５１】ただし、伝熱プレート１２（３）に接して
流れる袋の外側の流体Ｔｏに対しては、流量調整リング
３４を用いて十分に流量を減少させる。一方、袋の内側
を流れる流体Ｔｏが３段目の熱交換段Ｐ３を流れる際
は、伝熱プレート１２（４）が熱交換段の境界になる
が、このときは伝熱プレート１２（４）に接して流れる
袋の内側の流体Ｔｉを流量調整リング３４を用いて十分
に流量を減少させ、伝熱プレート１２（４）に接して流
れる袋の外側の流体Ｔｏの流量調整はしない。流量を減
少させる流路の数を減らすことにより、使用する伝熱プ
レートの数を抑え、低コストで製造することができると
ともに、熱交換器もコンパクトにすることができる。

【００５２】本実施例によれば、熱交換能力の向上とと
もに、低コストでコンパクトなプレート式熱交換器を提
供することができる。

【００５３】図１１及び図１２は、本発明に係るプレー
ト式熱交換器の第３の実施例の断面図で、図５に示すプ
レート式熱交換器の断面（１）を図１１に、断面（２）
を図１２に示してある。本実施例も、ガス抜き流路を設
けない場合を示している。

【００５４】本実施例は、前記第１及び第２の実施例に
対し、袋の内側を流れる流体Ｔｉの流路を閉鎖する手段
が異なる。本実施例では、袋内の流体の流路を閉鎖する
ため、袋状の伝熱プレート１２の間に閉鎖板３５、３６
を置き、これに伝熱プレート１２を接合する。また、袋
状の伝熱プレート１２の間に閉鎖板３５、３６が置かれ
たことで、袋状の伝熱プレート１２間に閉鎖板３５、３
６の厚さ分だけ余分の隙間ができる。伝熱プレート１２
の隙間が他よりも大きいと効率的な熱交換が出来ないた
め、この隙間に袋状にしていない伝熱プレート３９，４
０を置き、通常の隙間の伝熱流路と閉鎖板３５、３６の
板厚分の隙間の流路とに分ける。

【００５５】閉鎖板３５は、袋の内側の流体Ｔｉに対す
る１段目の熱交換段Ｐ１と２段目の熱交換段Ｐ２とを仕
切るものであり、上下にある袋状の伝熱プレート１２の
孔１３と閉鎖板３５とは接合され、袋内の流体が袋の外
に漏れないようにする。

【００５６】同様に、閉鎖板３６は、袋の内側の流体Ｔ
ｉに対する２段目の熱交換段Ｐ２と３段目の熱交換段Ｐ
３とを仕切るものであり、上下にある袋状の伝熱プレー
ト１２の孔１３と閉鎖板３６とが接合される。

【００５７】袋の外側の流体Ｔｏは温度Ｔｏ１で熱交換
器に入り、位置１６Ｂで伝熱プレート１２に孔が開いて
いないことで、流れの向きを変え、１段目の熱交換段Ｐ
１を通過し、孔１３ｏ（２）を通過して２段目の熱交換
段Ｐ２に入る。ここで、熱交換段の境界になるのは、伝
熱プレート１２（４）であり、ここでの熱損失を抑える
ため、伝熱プレート１２（４）に接して流れる袋の外側
の流体Ｔｏの流量を、流量調整板４１で減少させる。

【００５８】同様に、袋の外側の流体Ｔｏが３段目の熱
交換段Ｐ３を流れる際、伝熱プレート１２（３）が熱交
換段の境界になり、これに接して流れる流量を流量調整
板４２で減少させる。本実施例によれば、第２の実施例
と同様な効果が得られる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
容器内を流体が多段パスで流れ、流速が上がり、熱伝達
率が高い状態で熱交換を行なうことが可能なため、熱交
換能力が向上するプレート式熱交換器を提供することが
できる。

【００６０】また本発明によれば、熱交換能力の向上と
ともに、低コストでコンパクトなプレート式熱交換器を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプレート式熱交換器の第１の実施
例の断面図である（図５の断面１）。

【図２】本発明に係るプレート式熱交換器の第１の実施
例の断面図である（図５の断面２）。

【図３】図１及び図２の伝熱プレート単板の平面図であ
る。

【図４】伝熱プレート単板の重ね合わせの状態を示す図
である。

【図５】プレート式熱交換器の流体の流れを示す模式図
である。

【図６】プレート式熱交換器を３段の熱交換段（３パス
方式）で構成する例を示し、各熱交換段ごとの流体の流
れを示す図である。

【図７】各熱交換段の温度分布の模式図を示し、内部的
な熱損失が生じる原因の説明図である。

【図８】閉鎖手段の構成図で、（ａ）は組図、（ｂ）は
展開図である。

【図９】本発明に係るプレート式熱交換器の第２の実施
例の断面図である（図５の断面１）。

【図１０】本発明に係るプレート式熱交換器の第２の実
施例の断面図である（図５の断面２）。

【図１１】本発明に係るプレート式熱交換器の第３の実
施例の断面図である（図５の断面１）。

【図１２】本発明に係るプレート式熱交換器の第３の実
施例の断面図である（図５の断面２）。

【図１３】従来のプレート式熱交換器の断面図である。

【符号の説明】

１，１１…容器 ２，１２，３９，４０…伝熱プレート ３，１３…孔 ４，３０，３２…配管 ５…内周 ６…外周 １４…凹凸 １５…フランジ １６，３５，３６．３７，３８…閉鎖板 １７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，３
３，３４…流量調整リング ２５…ボルト ２６…孔 ２７…切り欠き ２８…ナット ２９，３１…流路 ３４…ボルト ４１，４２…流量調整板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000221834 東邦瓦斯株式会社 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 (72)発明者 西岡 明 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 (72)発明者 大内 富久 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 (72)発明者 相沢 道彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 (72)発明者 設楽 敦 東京都北区赤羽南１−10−３−810 (72)発明者 大橋 俊邦 大阪府大阪市此花区北港白津一丁目１番３ 号 (72)発明者 松原 光治 愛知県東海市新宝町507番地の２ Ｆターム(参考） 3L093 MM02 3L103 AA05 AA37 DD15 DD57

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隅部に流体の入口もしくは出口となる孔
   を有する伝熱プレートを重ね合わせ、周囲を接合して袋
   状にし、この袋状にした伝熱プレートを積層して容器に
   収納し、伝熱プレート間に形成される流路に流体を流し
   て流体間で熱交換をするプレート式熱交換器において、 前記隅部の孔を積層間でつないで形成される流路のう
   ち、対角の流路で対の流路を形成し、 この対の流路のうち一方の対の流路と、前記伝熱プレー
   ト間に形成される一方の流路とを連通させて第１の流体
   の流れる第１の流路を形成し、 他方の対の流路と、前記積層した伝熱プレート間の他方
   の流路とを連通させて第２の流体の流れる第２の流路を
   形成し、 これら第１及び第２の流路のうち孔によって形成される
   それぞれの流路の途中に、流路を閉鎖する手段を設け、
   流れの方向を変えて流路を多段に構成することを特徴と
   するプレート式熱交換器。
2. 【請求項２】 前記流路を閉鎖する手段は、第１の流路
   の閉鎖に、開口しない伝熱プレートを用い、第２の流路
   の閉鎖に、袋状にした伝熱プレートに伝熱プレートの孔
   を閉鎖する閉鎖板を取り付けるものであることを特徴と
   する請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 【請求項３】 前記閉鎖板は、切り欠きを有し孔より大
   きな板の間に、孔より小さな板を挟んで伝熱プレートの
   孔に固定したものであることを特徴とする請求項２に記
   載のプレート式熱交換器。
4. 【請求項４】 隅部に流体の入口もしくは出口となる孔
   を有する伝熱プレートを重ね合わせ、周囲を接合して袋
   状にし、この袋状にした伝熱プレートを積層して容器に
   収納し、伝熱プレート間に形成される流路に流体を流し
   て流体間で熱交換をするプレート式熱交換器において、 前記隅部の孔を積層間でつないで形成される流路のう
   ち、対角の流路で対の流路を形成し、 この対の流路のうち一方の対の流路と、前記伝熱プレー
   ト間に形成される一方の流路とを連通させて第１の流体
   の流れる第１の流路を形成し、 他方の対の流路と、前記積層した伝熱プレート間の他方
   の流路とを連通させて第２の流体の流れる第２の流路を
   形成し、 これら第１及び第２の流路のうち孔によって形成される
   それぞれの流路の途中に流路を閉鎖する手段を設けて流
   れの方向を変えて流路を多段に構成し、 この流路を閉鎖する手段の前後のいずれかの伝熱プレー
   ト間の流路に、流路を狭めて流量を制限する手段を設け
   ることを特徴とするプレート式熱交換器。
5. 【請求項５】 前記流量を制限する手段は、隅部の流体
   の入口もしくは出口となる孔に流量調整部材を嵌め込む
   ものであることを特徴とする請求項４に記載のプレート
   式熱交換器。
6. 【請求項６】 隅部に流体の入口もしくは出口となる孔
   を有する伝熱プレートを重ね合わせ、周囲を接合して袋
   状にし、この袋状にした伝熱プレートを積層して容器に
   収納し、伝熱プレート間に形成される流路に流体を流し
   て流体間で熱交換をするプレート式熱交換器において、 前記隅部の孔を積層間でつないで形成される流路のう
   ち、対角の流路で対の流路を形成し、 この対の流路のうち一方の対の流路と、前記伝熱プレー
   ト間に形成される一方の流路とを連通させて第１の流体
   の流れる第１の流路を形成し、 他方の対の流路と、前記積層した伝熱プレート間の他方
   の流路とを連通させて第２の流体の流れる第２の流路を
   形成し、 これら第１及び第２の流路のうち孔によって形成される
   それぞれの流路の途中に、流路を閉鎖する手段を設けて
   流れの方向を変えて流路を多段に構成し、 前記伝熱プレートの最外側の伝熱プレートの隅部におい
   て、流体の入口もしくは出口になる孔で、かつ、対角の
   隅部より高くなる位置に孔を設け、容器に蓄積するガス
   を排出する流路を設けることを特徴とするプレート式熱
   交換器。
7. 【請求項７】 前記ガスを排出する流路を、熱交換器か
   らでる流体の出口に接続することを特徴とする請求項６
   に記載のプレート式熱交換器。
8. 【請求項８】 前記伝熱プレートは、傾斜して波形の凹
   凸を形成したプレートを波形が互いに交差するようにし
   て積層されるものであることを特徴とする請求項１ない
   し７に記載のプレート式熱交換器。