JPH01111194A - プレート型熱交換器の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ａ流体流路とＢ流体流路とを区画プレートを
介して交互に並設した熱交換器、即ち一般にプレート型
熱交換器と呼称される熱交換器に関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 従来の熱交換器は、熱交換面積が一定であったために、
負荷変動により一方の流体の流量及び交換熱量が変化に
応じて増加した場合には、流れ抵抗が増大して流体送入
能力が不足し、逆に減少した場合には、流速が過少とな
って熱交換効率が低下し、何れの場合に於いても熱交換
器の目標機能を実現出来ず、効率の低下を招くこととな
り、限られた範囲の最適条件に於いてのみ所期の機能を
発揮し得るものであった。

従って、コジェネレーション（熱電併給）の場合の如く
供給熱の時間的、季節的変動が大きいシステム又は、燃
料電池のような負荷変動の大きいシステムに於いて、上
記のような従来の熱交換器を使用したのでは、熱交換効
率を最高に維持することが出来ず、システム全体の効率
も低下させることになる。このような問題点を解決する
方法として、小型の熱交換器を複数台並列に接続し、負
荷変動に応じて使用する熱交換器の台数を切り換えるこ
とが考えられるが、設備全体が大型になり、大幅なコス
トアンプは免れない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上のような従来の問題点を解決し得る熱交換
器を提案するものであって、その特徴は、Ａ流体流路と
Ｂ流体流路とを区画フッートを介して交互に並設した熱
交換器に於いて、少なくとも何れか一方の流体流路の入
口部に、流路の開口を開閉して有効流路数を増減する機
構を設けた点にある。

（発明の作用） 前記Ａ流体流路のみが前記流路数増減機構によって有効
流路数を増減し得るように構成したときは、熱交換媒体
によって加熱又は冷却されるべき主たる流体をＡ流体と
して前記Ａ流体流路に送給し、熱交換媒体はＢ流体とし
てＢ流体流路に送給する。例えば、燃料電池の電極用ガ
スを大気で冷却する場合は、前記電極用ガスをＡ流体流
路に送給し、冷却媒体としての大気をＢ流体流路に送給
する。

然して、負荷変動により前記Ａ流体の送給流量が減少し
て各流路中の流速が過少となるときは、前記流路数増減
機構により適当数の流路の開口を閉して実際にＡ流体が
流動する有効流路数を減し、有効流路を流れるＡ流体の
各流路中の流速を所期の設定流速に維持させることが出
来る。逆に前記Ａ流体の送給流量が増加して各流路中の
流れ抵抗が増大するときは、前記流路数増減機構により
閉じられていた流路を開いて有効流路数を増加し、Ａ流
体の各流路中の流れ抵抗を所期の設定値に維持させるこ
とが出来る。

Ａ流体流路及びＢ流体流路の何れにも前記有効法路数増
減機構を設けるときは、前記のようにＡ流体の送給流量
の変動に応してＡ流体流路側の流路数増減機構を作動さ
せることによりＡ流体が実際に流れる有効流路数を増減
させたとき、他方のＢ流体流路側の流路数増減機構も同
期的に作動させて、Ｂ流体流路の有効流路数をＡ流体流
路の有効流路数に対応させて増減させる。勿論このとき
、Ａ流体が流れている有効流路に隣接するＢ流体流路の
みにＢ流体が送給されるように、両流路数増減機構を制
御することは勿論である。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付の例示図に基づいて説明
する。

第１図及び第２図に於いて、１は角筒状の熱交換器本体
であって、内部には、Ａ流体流路２とＢ流体流路３とが
区画プレート４を介して交互に並設されており、各人流
体流路２は、本体１の長さ方向上端の入口部５と本体１
の長さ方向下端の出口部６とを連通させ、各Ｂ流体流路
３は、本体１の長さ方向下端−側面の入口部７と本体１
の長さ方向上端他側面の出口部８とを連通させる。この
熱交換器本体１の具体的構成は従来周知であるから、図
示及び説明は省略する。

前記熱交換器本体１の上端のＡ流体入口部５にはへ流体
流路の流路数増減機構９が設けられている。１０は前記
Ｂ流体入口部７に設けられたＢ流体流路の流路数増減機
構、１１はＡ流体入口用ダクト、１２はＡ流体出口用ダ
クトである。

前記Ａ流体流路の流路数増減機構９は、第３図〜第５図
に示すように前記Ａ流体流路２の開口２ａを開閉するス
ライドゲート板１３とその開閉駆動手段１４とから構成
されている。スライドゲート板１３は、左右一対のガイ
ドレール１５によって本体１の長さ方向に対し直交する
水平方向に摺動可能に支持され、両側辺にはラックギヤ
１６ａ、１６ｂが形成されている。前記駆動手段１４は
、前記ランクギヤ１６ａ、＋６ｂに夫々咬合する左右一
対のピニオンギヤ１７．１８、一方のピニオンギヤ１７
の軸１７ａを正逆任意の方向に回転駆動するサーボモー
ター１９、他方のピニオンギヤ１８の軸１８ａに一組の
ギヤ２０ａ、２０ｂを介して連動連結された中間軸２１
と前記ピニオンギヤ１７の軸１７ａとを歯輪２２ａ、２
２ｂを介して連動連結させるチェノ２３がら構成されて
いる。２４は軸継手である。

前記左右一対のガイドレール１５は、前記スライドゲー
ト板１３の往復移動経路全体を覆うケース２５の内側に
支持され、前記ピニオンギヤ軸１７ａ、１０ａ　は前記
ケース２５を上下に貫通ずるように支承され、サーボモ
ーター１９はケース２５に取り付けられたブラケット２
６に支持されている。又、中間軸２１はケース２５の下
側に支承され、ギヤ２０ａ、２０ｂ、歯輪２２ａ、２２
ｂ及びチェノ２３はケース２５の下側に配置されており
、必要に応してカバーで覆うことが出来る。

前記ケース２５には、Ａ流体入口部５とＡ液体入ロ用ダ
クト１１との間の中継流路２７を構成する隔壁２８が設
けられ、この隔壁２８を前記スライドゲート板１３が貫
通摺動する。２９は前記隔壁２８に設けられたシール用
バッキングでアリ、３０は、各人流体流路２をスライド
ゲート板１３の摺動経路まで延長させるために前記ケー
ス２５内に等間隔おきに並設した流路隔壁である。

尚、Ｂ流体流路の流路数増減機構１０は上記のＡ流体流
路の流路数増減機構９と実質的に同一構造であり、第１
図に示すようにＢ流体流路３の開口３ａを開閉するスラ
イドゲート板３１とその開閉駆動手段を備えている。

以上の構成によれば、Ａ液体入ロ用ダクト１１から送給
されるＡ流体は、流路数増減機構９内の中継流路２７を
経由して熱交換器本体１のＡ流体入口部５からＡ流体流
路２に分配され、各Ａ流体流路２内を流動して出口部６
よりＡ流体出口用ダクト１２から送出される。一方、Ｂ
流体は流路数増減機構１０内の中継流路を経由して熱交
換器本体１のＢ流体入口部７からＢ流体流路３に分配さ
れ、各Ｂ流体流路３内を前記Ａ流体とは逆向きに流動し
て出口部８より送出される。このようにＡ流体とＢ流体
とが熱交換器本体１内の各流路２゜３内を互いに逆向き
に流動する間に、区画プレート４を介して互いに熱交換
することになる。

然して、この熱交換器に送給されるＡ流体の流量が最大
の場合には、第２図〜第４閏に示すようにＡ流体流路２
の流路数増減機構９に於けるスライドゲート板１３は全
開位置（後退限位置）にあって、全てのＡ流体流路２の
開口２ａが開かれており、全てのＡ流体流路２中をＡ流
体が所定の流速で流動する。負荷変動により送給される
Ａ流体の流量が減少すれば、前記流路数増減機構９の開
閉駆動手段１４を作動させてスライドゲート板１３を所
定位置まで閉動させる。

即ち、サーボモーター１９により一方のピニオンギヤ１
７を正転駆動すると、その回転が歯輪２２ａ、チェノ２
３、歯輪２２ｂ、中間軸２１、及ヒキャ２０ｂ、２０ａ
を介して他方のピニオンギヤ１８に伝達され、このピニ
オンギヤ１８が逆転するので、両ピニオンギヤ１７．１
８に咬合するラックギヤ１６ａ、１６ｂを介してスライ
ドゲート板１３が閉動方向へ前進移動し、並列するＡ流
体流路２の開口２ａを一端から順番に閉塞することにな
る。従って、Ａ流体が実際に送給されるＡ流体流路２の
数（有効流路数）を減少変動後のＡ流体流量に対応する
数に前記スライドゲート板１３で減少させることが出来
、この結果、Ａ流体が実際に送給される有効なＡ流体流
路２内でのＡ流体の流速は、送給流量が最大であったと
きと略同−に維持することが出来る。

又、減少したＡ流体の送給流量が再び増加したときは、
前記サーボモーター１９によりピニオンギヤ１７を逆転
駆動することにより、両ピニオンギヤ１７．１８とラッ
クギヤ１６ａ、１６ｂとを介してスライドゲート板１３
が後退移動し、当該スライドゲート板１３によって閉じ
られていたＡ流体流路２の開口が閉じられたときとは逆
の順番で順次開かれることになる。従って、Ａ流体が実
際に送給されるＡ流体流路２の数（有効流路数）を増加
変動後のＡ流体流量に対応する数にスライドゲート板１
３の後退移動により増加させ、Ａ流体が実際に送給され
る有効なＡ流体流路２内でのＡ流体の流速を常に略一定
に維持させることが出来る。

上記のようにＡ流体流路２の有効流路数を流路数増減機
構９により調節した場合、この調節動作に同期させてＢ
流体流路３の有効流路数を増減する流路数増減機構１０
を作動させ、前記流路数増減機構９のスライドゲート板
１３で閉しられたＡ流体流路数と同一数のＢ流体流路３
をスライドゲート板３１により閉しることにより、Ａ流
体が流動するＡ流体流路２に隣接するＢ流体流路３にの
みＢ流体を流動させ、スライドゲート板１３で閉じられ
た流体流路２に隣接するＢ流体流路３にまでＢ流体を送
給させることなく、両流体間の熱交換作用を行わせるこ
とが出来る。この場合、この熱交換器に送給するＢ流体
の送給流量を、前記のように調節された有効流路数に対
応させて調節することも出来る。

勿論、この熱交換器に送給されるＢ流体の流量が負荷変
動により減少又は増加する場合には、Ｂ流体流路３の入
口部７に設けられている前記流路数増減機構１０の開閉
駆動手段を作動させてスライドゲート板３１　（第１図
）を、前記流路数増減機構９に於いて説明したと同様に
閉動方向又は閉動方向にスライドさせ、実際にＢ流体が
流れるＢ流体流路３の数を、この熱交換器に送給される
Ｂ流体の流量に応じて増減調節し、有効なり流体流路３
内でのＢ流体の流速を常に略一定に維持させることが出
来る。この場合も前記のようにＢ流体流路３の有効流路
数の増減調節に応じて、他方のＡ流体流路２の有効流路
数を流路数増減機構９により追従調節すれば良い。

しかし、例えばＢ流体を冷却用媒体としての空気とし、
Ａ流体を前記Ｂ流体（空気）で冷却される処理ガスとし
てこの熱交換器を使用している場合には、前記のように
負荷変動により処理ガス（Ａ流体）の送給流量が変化し
、これに対応して熱交換器に於けるＡｉ！ｉ！体流路２
の有効流路数を流路数増減機構９により調節しても、冷
却媒体としての空気（Ｂ流体）が流動するＢ流体流路３
の流路数増減調節は行わず、空気（Ｂ流体）は常に全て
のＢ流体流路３に送給しても良い。この場合は、Ｂ流体
流路３の有効流路数の増減機構１０は省くことが出来る
。

尚、第１図に示すように流路数増Ｈａ構９，１０よりも
上手側のＡ流体送給路及びＢ流体送給路内に設置したセ
ンサー３２．３３によりＡ流体及びＢ流体の送給状況（
流量、温度、圧力等）を自動的に検出させ、この検出結
果から流路数増減量をマイクロコンピュータ−等により
自動的に演算させ、この演算結果に基づいて上記の流路
数増減機構９．１０を自動運転させて所期の目的を達成
することが出来る。

又、流路数増減機構は上記実施例のスライドゲート板を
使用するものに限定されず、供給される流体の種類、圧
力、温度、その他の使用条件に適したものであれば、如
何なる構造のものであっても良い。例えば、各流体流路
の開口を個々に開閉するバルブを利用した流路数増減機
構であっても良い。

（発明の効果） 以上のように本発明の熱交換器によれば、冷却又は加熱
される主たる流体の送給流量が負荷変動等によって増減
変化しても、この送給流量の変動に対応して当該流体が
送給される流路数を増減調節して、この熱交換器に於け
る有効熱交換面積を前記流体の送給流量に適合した面積
に増減調節することが出来、常にこの熱交換面上での前
記流体の流速を略一定に維持して熱交換効率の低下を抑
制することが出来る。

しかも並列接続された複数台の熱交換器を選択的に使用
する場合と比較して、装置全体を小型軽量に構成するこ
とが出来、所期の目的を経済的に達成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は全体の正面図、第２図は熱交換器本体と流路数
増減用スライドゲート板とを示す概略斜視図、第３図は
流路数増減機構の構成を示す一部縦断正面図、第４図は
同横断平面図、第５図は同機構の伝動系を説明する側面
図である。 １・・・熱交換器本体、２・・・Ａ流体流路、３・・・
Ｂ流体流路、４・・・区画プレート、５・・・Ａ流体入
口部、６・・・Ａ流体出口部、７・・・Ｂ流体入口部、
８・・・Ｂ流体出口部、９，１０・・・流路数増減機構
、１３，３１・・・スライドゲート板、１４・・・開閉
駆動手段、１５・・・ガイドレール、１６ａ、１６ｂ・
・・ラックギヤ、１７．１８・・・ピニオンギヤ、１９
・・・サーボモーター、２８・・・隔壁、３０・・・流
路隔壁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ流体流路とＢ流体流路とを区画プレートを介し
   て交互に並設した熱交換器に於いて、少なくとも何れか
   一方の流体流路の入口部に、流路の開口を開閉して有効
   流路数を増減する機構を設けて成る熱交換器。
2. （２）前記流路数増減機構が、流路並列方向に出退移動
   自在なスライドゲート板と、このスライドゲート板を出
   退駆動する駆動手段とから構成してなる特許請求の範囲
   第（１）項に記載の熱交換器。