JP4703831B2

JP4703831B2 - プレート式熱交換器

Info

Publication number: JP4703831B2
Application number: JP2000300909A
Authority: JP
Inventors: 健司楠
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002107087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚一組の伝熱プレートを溶接して形成された中空の伝熱カセットの複数枚をガスケットを介して積層したプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒や薬液等の一種の流体と、海水や工場用水等の他の一種の流体の熱交換器として使用されるプレート式熱交換器に、２枚一組の伝熱プレートの周辺部同士を溶接してプレート間に冷媒や薬液等の流体を流通させる流体流路を形成した溶接シール構造の伝熱カセットの複数枚を、一体成形されているガスケットを介して積層して一体化したものが普及している。このプレート式熱交換器の従来例を、図４乃至図７に示すと、同図に示されるプレート式熱交換器は略長方形の複数枚の伝熱プレート１を積層して、伝熱プレート１を縦置きにして使用される。複数枚の各伝熱プレート１は、縦置きされたときの下部の２隅と上部の２隅に２種の流体を通過させる通路孔２〜５を有する。各伝熱プレート１はステンレス鋼板等の金属板をプレス成形したもので、図７の分解部分断面図に示すように伝熱プレート１の隣接する２枚が溶接で一体化されて１枚の伝熱カセット１０を構成し、この伝熱カセット１０の複数枚がガスケット２１，２２，２３を介して積層される。
【０００３】
２枚一組の伝熱プレート１の内面側の周辺部が図４の破線で示す溶接ラインＬａと、縦長長方形の伝熱プレート１の上下部の図４左側通路孔４，５を囲む円形の溶接ラインＬｂで溶接されて、１枚の中空平板状の伝熱カセット１０の単品が製造される。溶接ラインＬａは、伝熱プレート１の両側２辺の縦直線ラインと、この両縦直線ラインの上下端同士を結ぶ上下の屈曲ラインから成り、屈曲ラインは１種の流体の出入口である通路孔２，３の外側から他の１種の流体の出入口である通路孔４，５の内側を略Ｓ字状に屈曲する。また、伝熱カセット１０の複数枚が、図４の太実線で示す１本の略矩形環状の本体ガスケット２１と２本の環状（円形）の通路孔ガスケット２２，２３を介して積層される。本体ガスケット２１は、伝熱プレート１の縦方向の中心線に対して溶接ラインＬａと線対称を成す形状であり、通路孔ガスケット２２，２３は伝熱プレート１の外面側の通路孔２，３の周辺部に配置される。
【０００４】
伝熱カセット１０の溶接ラインＬａは切れ目の無い連続した１本の環状ラインで、この溶接ラインＬａにおける溶接部が、図５乃至図７に黒丸印６ａで示される。伝熱プレート１の溶接ラインＬａの内側には、伝熱プレート１の上下部の図４右側通路孔２、３が配置され、他の図４左側通路孔４，５は溶接ラインＬａの外側に配置される。１枚の伝熱カセット１０の内部空間は環状の溶接ラインＬａでシールされ、この内部空間に上下の通路孔２，３が連通して、同内部空間が１種の流体の熱交換のための流体流路ｍとして使用される。尚、上下の通路孔２，３の一方が１種の流体の入口に他方が出口に使用される。
【０００５】
また、伝熱カセット１０の間に装着される本体ガスケット２１の内側に図４左側の通路孔４，５が配置されて、２枚の伝熱カセット１０を本体ガスケット２１を介して積層したときに形成される本体ガスケット２１内の内部空間に上下の通路孔４，５が連通して、この内部空間が他の１種の流体の熱交換のための流体流路ｎ（図５に明示）として使用される。この流体流路ｎに連通する通路孔４，５の一方が入口、他方が出口に使用される。本体ガスケット２１の外側に配置される通路孔ガスケット２２，２３は、上下の通路孔２，３の周辺部をシールする。
【０００６】
複数枚の伝熱カセット１０を積層した熱交換器の複数の各伝熱プレート間に２種の流体の流体流路ｍ、ｎが交互に形成され、この両流路ｍ、ｎに２種の流体が上下逆方向に、或いは、同方向に流通して２種流体間で熱交換が行われる。例えば、冷媒と水の熱交換器においては、図６の矢印で示すように伝熱カセット１０の下部の入口用通路孔２から冷媒が溶接側流体流路ｍを上方に流れて上部の出口用通路孔３から流出する。一方の水は、隣接する伝熱カセット１０の間のガスケット側流体流路ｎに上部の入口用通路孔４から下方に流れて下部の出口用通路孔５から流出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記プレート式熱交換器における伝熱カセット１０の下部に位置する流体入口用通路孔２から溶接側流体流路ｍに１種の流体を流すために、図６に示すように通路孔２の周縁部全周に通路孔２と流体流路ｍを連通させる隙間ｇを設けているが、通路孔２に流入した流体は溶接側流体流路ｍを上昇すると共に、通路孔２の下方位置に在る下部隙間ｇ’にも流入する。この下部隙間ｇ’の真下には溶接ラインＬａの一部を構成する溶接部６ａが在るため、この溶接部６ａと下部隙間ｇ’の間に溶接側流体通路ｍを自重で流下する液体の一部が流入すると溜まる液溜まり部７が形成される。
【０００８】
プレート式熱交換器における上記のような液溜まり部７は、熱交換器全体の熱交換効率にほとんど影響を及ぼさないが、溶接側流体流路ｍに流す流体の種類によっては液溜まり部７の伝熱プレート１が残留した液で腐食等して、熱交換器の寿命が短くなることがある。例えば、通常のプレート式熱交換器は、伝熱カセット１０の溶接側流体流路ｍが隣接する伝熱カセット１０との間のガスケット側流体流路ｎよりもガスケットシール部が少なくシール性に優れることから、冷媒や薬液等の高いシール性が要求される液種を高いシール性を有する溶接側流体流路ｍに流し、一方のガスケット側流体流路ｎには海水や工業用水などの液種を流して熱交換するようにしているが、この場合、上記液溜まり部７に冷媒や薬液等の金属を腐食させ易い液体が溜まると、液溜まり部７の周辺の伝熱プレート１が腐食して貫通孔を形成し外部漏れを生じることがある。また、液溜まり部７の腐食等を抑制するために、伝熱プレート１の素材に耐腐食性に優れた高級材を使用すればよいが、このような高級材の伝熱プレートは高価で熱交換器の材料コストを高くしている。
【０００９】
また、プレート式熱交換器は、複数の伝熱カセット１０を図７に示すように分離して点検や修理等するメンテナンス作業が可能である利便性を有するが、このメンテナンス時に隣接する伝熱カセット１０の間のガスケット側流体流路ｎから自重で落下する海水や工業用水などの落下液滴８が溶接側流体流路ｍの下部に在る下部隙間ｇ’から液溜まり部７に落下して、液溜まり部７で２種類の液体が混合する不具合が発生することがある。例えば、溶接側流体流路ｍに流す流体がフロン冷媒の場合は、水との化学反応により加水分解して強酸成分が生成されて熱交換器を含めたシステム全体が損傷を受けることがあり、メンテナンス作業に多大の注意と時間を要する不具合があった。
【００１０】
また、以上の問題の解決策として、伝熱カセット１０の上記液溜まり部７を特別なガスケット類で覆って液体の流入を防止する構造が知られている。この構造ではメンテナンス作業が容易になるが、液溜まり部を覆うガスケット類の劣化や材料面での耐薬液性に新たな問題が生じて信頼性に欠け、また、熱交換器に使用するガスケットの数、種類が多くなり、管理が煩雑になったり熱交換器の組立工数が多くなる不具合がある。
【００１１】
本発明の目的は、伝熱プレート間の流体流路に液溜まり部が形成されないようにすることで熱交換器の寿命を長くし、伝熱プレートの材料コストを低減させ、また、メンテナンス作業を容易にしたプレート式熱交換器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体の入口用と出口用の２つの通路孔を有する２枚の伝熱プレートの内面側の周辺部を前記両通路孔を連通させた状態で環状の溶接ラインで溶接した中空平板状の伝熱カセットの複数枚を、各伝熱カセットの伝熱プレート外面側の前記両通路孔の周辺部をシールする環状の通路孔ガスケットを含む複数のガスケットを介して積層し、前記両通路孔が上下に設置されるプレート式熱交換器において、上記環状溶接ラインが、上記通路孔ガスケットより内方の通路孔の周縁部で、前記２枚の伝熱プレートの下部に在る通路孔の円形周縁部の下部側の半円形の部所の周縁部同士を重合させてこの部所の上端部を閉塞する断面形状で溶接した１枚板構造の溶接部で形成された部分溶接ラインを通るようにしたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、伝熱カセットの溶接ラインは伝熱プレートの周辺部に直線ラインや屈曲ラインを１本に繋いだ環状ラインとして形成され、この溶接ラインの内側に１種の流体の出入口となる２つの通路孔が配置され、溶接ラインの外側に他の１種の流体の出入口となる２つの通路孔が配置される。この溶接ラインの内側に配置される１種の流体の通路孔の周縁部に溶接ラインの一部が形成されるように溶接ラインの形状が設定される。１つの通路孔の周縁部に設けられる部分溶接ラインは、同通路孔の周辺をシールする通路孔ガスケットより内側に在り、かつ、同通路孔を流通する流体の流通を妨げないようにすることで、部分溶接ラインを有する通路孔の周辺部が液溜まりをさせない形状となる。
【００１４】
また、本発明は、環状溶接ラインが上記伝熱カセットの流体出入口の両通路孔が上下に設置される熱交換器における下部位置にある通路孔の周縁部近傍を通るようにしたことを特徴とする。
さらに、本発明は、環状溶接ラインが上記伝熱カセットの流体出入口の両通路孔が上下の高低差をもって設置される熱交換器における下通路孔の周縁部近傍を通るようにしたことを特徴とする。
【００１５】
以上の本発明は、伝熱カセットが縦置き仕様で使用される熱交換器の場合において、伝熱カセットの上下部に形成される１種の流体の出入口用通路孔の片方にだけ溶接ラインの部分溶接ラインを設置するかしたものである。部分溶接ラインを上下部の両通路孔に設置すると、伝熱カセットの天地無用の縦置き仕様が可能となる。また、部分溶接ラインを上下部の通路孔の片方にだけ設置する場合は、部分溶接ラインを設けた通路孔が下部に位置するように伝熱カセットが縦置き仕様される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
プレート式熱交換器に適用した実施の形態を図１及び図２に、実施の形態を図３に示し、順に説明する。なお、図１乃至図３のプレート式熱交換器の構造において、図４乃至図７と同一又は相当部分には同一符号を付して、説明の重複を避ける。
【００１７】
プレート式熱交換器は、図１に示すように２枚一組の伝熱プレート１を溶接した縦長の伝熱カセット１０を縦置き仕様で使用するもので、図４のプレートと相違するところは伝熱カセット１０の溶接ラインＬａの一部を図１（Ａ）の破線で示すように伝熱カセット１０の下部の入口用通路孔２の周縁一部に部分溶接ラインＬｃとして設けたことである。この部分溶接ラインＬｃは、２枚一組の伝熱プレート１の下部に在る入口用通路孔２の円形周縁部の下部側の略半円形の部所だけに形成され、同じ通路孔２の円形周縁部の上部側の残り略半円形の部所は通路孔２から溶接側流体流路ｍに所定の１種の流体が流入するように隙間を開けてある。このように通路孔２の周縁部に部分溶接ラインＬｃを設けることで、溶接側流体流路ｍに下部の通路孔２から上部の通路孔３に向けて流動する１種の流体の流れが部分溶接ラインＬｃで妨げられないようにしてある。また、通路孔２の周縁部の部分溶接ラインＬｃは、図１（Ｂ）に示すように伝熱プレート１の外面側の通路孔２を囲む部所に設置される通路孔ガスケット２２より内側の部所に設定される。なお、環状の溶接ラインＬａの一部の部分溶接ラインＬｃ以外の溶接ラインは図４と同一である。
【００１８】
１枚の伝熱カセット１０の下部の入口用通路孔２の周縁一部に設けた部分溶接ラインＬｃは、図１（Ｂ）や図２に示すように２枚の伝熱プレート１の通路孔２の周縁部同士を重合させて溶接した１枚板構造の溶接部６ｃで形成される。この溶接部６ｃは、１枚の伝熱カセット１０の通路孔２の下方に形成される（従来構造における）液溜まり部相当の開口部分の上端部を閉塞する断面形状を成し、したがって、伝熱カセット１０の溶接側流体流路ｍを流下する液体が伝熱カセット１０の下部で一時的に溜まるといった液溜まりの問題が無くなる。この液溜まりの問題解消により、伝熱プレート１が腐食等で短寿命となることが回避され、伝熱プレート１に高価な高級材を使用する必要が無くなる。また、部分溶接ラインＬｃの溶接部６ｃは、ガスケットや樹脂シール材に比べて高いシール性を有すると共に、高い耐薬液性、耐久性を有して、上記液溜まり防止機能の信頼性に優れる。尚、溶接部６ｃは、平坦部の略中央に設けているが、溶接位置は中央部に限定されるものではない。
【００１９】
さらに、熱交換器のメンテナンス時に図２に示すように複数の各伝熱カセット１０を分離させた場合、隣接する伝熱カセット１０の間のガスケット側流体流路からの落下液滴８が伝熱カセット１０の部分溶接ラインＬｃの溶接部６ｃに落下しても、この落下液滴８は伝熱カセット１０の伝熱プレート側面を伝って流下する。そのため、メンテナンス時に熱交換器で熱交換されていた２種類の液体が混合した状態でプレート内に滞留する心配が無くなくなり、熱交換器のメンテナンス作業が容易になる。
【００２０】
以上の実施の形態は、伝熱カセット１０の上下部に一対形成された通路孔２，３の下部の通路孔２だけに部分溶接ラインＬｃを設置するようにした。熱交換される２種の流体の流れ方によっては、上部の通路孔３だけに部分溶接ラインを設けることも可能であり、上下部の両通路孔２，３に部分溶接ラインを設けることも可能である。この上下両通路孔に部分溶接ラインを設けた形態が図３（Ａ）、（Ｂ）に示される。
【００２１】
すなわち、図３（Ａ）の破線で示されるように、上部の通路孔３の周縁部にも部分溶接ラインＬｄを設ける。この部分溶接ラインＬｄは、伝熱カセット１０の幅方向の中心線に対して下部の通路孔２の部分溶接ラインＬｃと線対称の形状で形成される。図３（Ｂ）に示すように上部の部分溶接ラインＬｄの溶接部６ｄは、液体が溜まらない下向きの姿勢にあって、下部の部分溶接ラインＬｃのような液溜まり防止の機能を必要としないが、縦置き仕様の熱交換器のプレートを上下逆にして使用すると、図３の上部にある部分溶接ラインＬｄが下部に移動して液溜まり防止の機能を発揮するようになる。つまり、縦置き仕様の熱交換器の上下一対の通路孔２，３の両方に線対称形の部分溶接ラインＬｃ、Ｌｄを設けると、天地無用に熱交換器が縦置き仕様で使用できて、熱交換器の現場施工が容易になる。
【００２２】
なお、縦置き仕様のプレート式熱交換器に限らず、横置き仕様等のプレート式熱交換器においても適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、２枚一組の伝熱プレートを溶接して内部に１種の流体の流体流路を形成する伝熱カセットの溶接ラインの一部を流体流路の通路孔の周縁部で同通路孔の周辺をシールする通路孔ガスケットより内側の部所に形成したので、この通路孔周縁部の部分溶接ラインの溶接部が通路孔周辺への液溜まりを回避させて、液溜まりに伴う伝熱プレートの部分的な劣化による寿命低下が防止され、伝熱プレートに高価な高級材を使用する必要性が無くなって熱交換器の材料費低減が可能となる。また、通路孔周縁部の部分溶接ラインはガスケット等のシール材に比べて高いシール性、耐薬液性、耐久性を有するので、長期に亘り高品質を維持するプレート式熱交換器が提供できる。さらに、伝熱カセットの環状の溶接ラインの一部を通路孔の周縁部に迂回させるようにして２枚一組の伝熱プレートを溶接すればよいので、従来の溶接設備を使用して溶接箇所を増やすことなく溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１の実施の形態を示すプレート式熱交換器のプレートの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＴ₁−Ｔ₁線に沿う拡大断面図。
【図２】図１（Ｂ）のメンテナンス時での分解断面図。
【図３】（Ａ）は第２の実施の形態を示すプレート式熱交換器のプレートの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＴ₂−Ｔ₂線に沿う拡大断面図。
【図４】従来のプレート式熱交換器のプレートの斜視図。
【図５】図４のＴ₃−Ｔ₃線に沿う拡大断面図。
【図６】図４のＴ₄−Ｔ₄線に沿う拡大断面図。
【図７】図６のメンテナンス時での分解断面図。
【符号の説明】
１伝熱プレート
２入口用通路孔
３出口用通路孔
６ａ溶接部
６ｃ溶接部
６ｄ溶接部
１０伝熱カセット
ｍ溶接側流体流路
ｎガスケット側流体流路
Ｌａ溶接ライン
Ｌｃ部分溶接ライン
Ｌｄ部分溶接ライン
２１本体ガスケット
２２通路孔ガスケット
２３通路孔ガスケット

Claims

流体の入口用と出口用の２つの通路孔を有する２枚の伝熱プレートの内面側の周辺部を前記両通路孔を連通させた状態で環状の溶接ラインで溶接した中空平板状の伝熱カセットの複数枚を、各伝熱カセットの伝熱プレート外面側の前記両通路孔の周辺部をシールする環状の通路孔ガスケットを含む複数のガスケットを介して積層し、前記両通路孔が上下に設置されるプレート式熱交換器において、
上記環状溶接ラインが、上記通路孔ガスケットより内方の通路孔の周縁部で、前記２枚の伝熱プレートの下部に在る通路孔の円形周縁部の下部側の半円形の部所だけに周縁部同士を重合させてこの部所の上端部を閉塞する断面形状で溶接した１枚板構造の溶接部で形成された部分溶接ラインを通るようにしたことを特徴とするプレート式熱交換器。