JPH0221519B2

JPH0221519B2 -

Info

Publication number: JPH0221519B2
Application number: JP57030464A
Authority: JP
Inventors: Roje Arekusandoru
Original assignee: ANSUCHI FURANSE DEYU PETOROORU
Current assignee: ANSUCHI FURANSE DEYU PETOROORU
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1990-05-15
Also published as: IT8219820A0; FR2500610A1; GB2093582A; FR2500610B1; GB2093582B; JPS57161485A; US4624305A; DE3206397A1; IT1149672B; DE3206397C2; NL8200707A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、数種の流体間、特に気体間の熱交換
に用いることのできるコンパクトな費用のかから
ぬ熱交換器に関する。

管格子式熱交換器はしばしば用いられているも
のであるが、管の直径及び管の間隔を１cm程度の
値以下に小さくすることが困難なために、その単
位体積あたりの熱交換面積が限られている。

平板式熱交換器を以てすれば、それより大きい
比熱交換面積を得ることはできる。この熱交換器
においては、熱交換に関与する流体が異なるプレ
ートのどちらからも循環するが、プレートの間隔
を過度に小さくしないことが必要であるので、比
熱交換面積は同様に限定される。

コンパクトなあまり費用のかからない熱交換器
を製作するためには、穿孔したプレートを積み重
ねて、穿孔の重ね合わせによつていくつかの流路
を作り、そのあるものには熱交換に関与する流体
の１種が、別の流路には熱交換に関与する他の流
体が流れることができ、これらの流路内を循環す
る流体間の熱交換は前記プレートの少なくとも一
部を形成する材料を通ずる熱伝導によつてこれを
確保するようにすることが既に提案されている。
従つてこのプレートは好ましくは熱の良導体であ
る金属材料を以て製作する。

このような製作方式は、1979年５月２日付のフ
ランス特許出願第11259号に記載され、これは第
１Ａ図及び第１Ｂ図に示すとおりである。このよ
うな従来の装置においては、流体Ａと、これとは
温度の異なる流体Ｂとの間に熱交換が行われる
が、これらの流体は判然と区別される流路群内
を、例えばプレートの積み重ねの平面図を示す第
１Ｂ図の排列によれば、流体の１種の流れる各流
路が他の流体の流れる少なくとも１本の流路に隣
接するように各流体が通過するのである。ここで
第１Ａ図の矢印２ａ〜２ｇが流路を示している。

この排列は流体ＡとＢの間の向流熱交換を行い
得る利点を示している。しかしながら装置の各末
端における流体の各々の配分という問題が出て来
る。このために装置の各末端に少なくとも１枚の
溝を付けた配分プレートを設け、前記の溝がこれ
を経て取込まれ、または排出される流体の循環す
る流路を全部覆つていることが必要である。気体
流体の配分の場合には、これが製作上の問題及び
また圧力損失上の問題を提起することになる。事
実、この場合圧力損失を限定しようとすれば、熱
交換中における通過区間と同程度の大きさの受
入・配分区間を設けることを要する。

本発明は、特に熱交換に関与する流体の配分に
関して、上述の難点を回避しながらも、単位体積
あたりの大きい熱交換面積を得ることができる新
規な重層多孔平板式熱交換装置を提供することを
目的とするものである。

本発明の装置は、熱交換に関与する異なる流体
の循環する熱交換帯域、ならびにこの流体の各々
について、この熱交換帯域に連結した供給及び排
出手段を備えている。

本発明の装置の熱交換帯域は、本質的には、少
なくとも１対の相互に平行する辺を示す多角形の
プレート、例えば長方形のプレートの積重ねによ
り直角柱状に形成されており、これらのプレート
は相互に平行する列に沿つて排列された細長い穿
孔を有している。前記穿孔及び前記プレートは、
１つのプレートの穿孔列が他のプレートの穿孔列
と重なり合い、前記プレート及び前記穿孔列の少
なくとも一部については、積重ねの中間にあるプ
レートの穿孔列の少なくとも一部の穿孔列の穿孔
の各々が、このプレートの前にあるプレートに対
応する穿孔列の２個の穿孔及びこれに後続するプ
レートに対応するプレートに対応する穿孔列の２
個の穿孔に連絡するように、これを排列し、積み
重ねてある。このような結果に達する最も簡単な
方法は、すべての穿孔が同じ寸法を有しており、
各プレートの穿孔列に沿つて規則正しく間をあけ
ており、同一の穿孔列に属する隣接する２個の穿
孔の相隣接する末端の間の開きを前記穿孔の長さ
より小さくすることである。これは例えば第２Ａ
図及び第２Ｂ図に示す通りである。特に、第２Ｂ
図では相次ぐプレートの穿孔が交互に食い違つて
いるのを示しているが、１番目のプレート群を形
成するプレート２０，２２及び２４の穿孔は、平
面よりみて相合に重なり合つており、２番目のプ
レート群を形成するプレート２１，２３及び２５
の穿孔も同様である。そして第２プレート群の穿
孔は第１プレート群の穿孔に対して互い違ににな
つて、群の１つに属するプレートの穿孔によつて
他の群に属する隣接するプレートの各々の２個の
穿孔を一部覆うことができるようになつている。

これによつて、プレートの各々の穿孔の排列及
びプレートの積重ね方式によつて相互に連結した
穿孔の一連の網を作ることが可能になり、この穿
孔網の各々は隣りの単数（または複数）の穿孔網
と連結していない。

このように形成された穿孔網の全体は熱交換に
関与する流体の種類と同じだけの別々のセツトに
分かれており、熱交換に関与する流体の１種が流
れる各穿孔網が熱交換に関与する別の流体の流れ
る１個または２個の他の穿孔網に隣接するように
なつている。かくて、例えば第２Ａ図及び第２Ｂ
図に示す如きプレートの形成する熱交換器が２種
の流体の間の熱交換に用いられる場合は、列１０
及び１２の穿孔に１番目の流体が流れ、列１１及
び１３の穿孔に２番目の流体が流れることにな
る。

このようにして各プレート上の穿孔の排列及び
プレートの積み重ね方式は、相互に連結した穿孔
網を作り出すことによつて、熱交換に関与する流
体の各々を積重ねの面のいずれかの部分に連結し
ているダクトを経て導入し、排出することを可能
にするが、この場合各ダクトの連結部は完全に分
離している。事実、同一の穿孔網に属しているす
べての穿孔は、その際、たとえ対応の流体が当該
面の一部の上にだけしか導入されなくても、前記
流体の供給を受けることになる。同様に、前記の
相互に連結している穿孔網内を循環する流体は、
下記にさらに詳細に明らかにするように、別の
面、例えば対向面のある部分にのみこれを排出す
ることができる。これに反して、従来の技術にお
けるように穿孔を有するプレートを積み重ねるこ
とによつて流路を形成する場合は、積重ねの末端
にあるプレート上に開口する流路の各々が受入ダ
クト及び排出ダクトと連絡していなければならな
いが、これは一層複雑な配分系を必要とする。何
故ならば、流体の各々は別々の区間の各部分上に
ではなく、同一の区間の全部の上にこれを配分し
なければならないからである。

さらに詳細には、熱交換に関与する流体の各々
の受入（または供給）及び出発（または排出）に
用いられるべきダクトはプレートの積重ねの別々
の面に連結してあり、当該面上の各ダクトの連結
部が対応の流体の流れるべき穿孔網で前記の面に
接しているものの全体を少なくとも一部覆つてお
り、１本のダクトの連結部に接している穿孔網ま
たは穿孔網の一部であつて、前記ダクト内を循環
する流体が流れることになつているものが前記連
結部に開口し、前記連結部に接している別の穿孔
網または別の穿孔網の一部が閉鎖され、すべての
連結部が相互に分離しており、且つ連結部以外の
積重ねの面に接する穿孔網または穿孔網の各部分
が閉鎖されるようにする。

本発明の熱交換装置の実際の製作をさらに詳細
に以下に説明する。

最もしばしば起る場合においては、穿孔プレー
トは長方形の形態を有し、熱交換帯域は直角平行
六面体であるものとする。相互に連結している各
穿孔網は、その際、積重ねの末端にある２枚のプ
レートの各々の穿孔列に沿つて前記プレート上
に、及び穿孔列の方向に垂直な２つの面上に、重
ね合わせた穿孔列の前記の面の各々との交点に対
する開口部によつて開口すればよい。

熱交換帯域は、厚さが約１mm〜１cmまたはそれ
以上であればよいプレート数十枚乃至数百枚を以
て、これを構成することができる。

熱交換帯域を構成するプレートはすべて同じ厚
さであつても、異なる厚さであつてもよい。異な
る厚さのプレートを積み重ねの中に入れることを
望むならば、その簡単な方法は、与えられた１枚
だけのプレートの代わりに、穿孔が重なり合つて
いるプレートを２枚または数枚入れ、このような
プレートのセツトを同じく穿孔が重なり合つてい
るが上記のセツトのプレートの穿孔と食い違つて
いる２枚または数枚のプレートと交互にすること
である。従つて、本発明において「プレート」と
は、単一のプレート、あるいは穿孔が重なり合つ
ているが、食い違つていない数枚のプレートのセ
ツトのいずれかと解すればよい。

さらに、各プレートは数十から数百の平行列の
穿孔を備えることができる。この穿孔列は好まし
くは等間隔とする。

穿孔は種々の形態のものであつてもよい。たと
えば第３Ａ図に示すように長方形であつてもよ
い。しかしながら、第２Ａ図に示すように末端を
丸くしたものが好ましい。けだし、鋭い角は穿孔
の際に局部的にプレートの変形あるいは裂傷をさ
え導くことがあるからである。

穿孔は、また第３Ｂ図に示すように、卵形、実
質的な楕円形であつてもよい。さらに例えば第３
Ｃ図、第３Ｄ図に示すような複雑な形態を有する
ものも熱交換面積を増大せしめるために用いるこ
とができる。

本発明においては、如何なる幾何学的形態で
も、同一の流体の流れる穿孔列の方向に沿つた穿
孔の最大の長さが隣接する２個の穿孔の相隣接す
る末端間の最小距離より大きく、プレートの重合
わせに際して、１つのプレートの２個の穿孔が直
ぐ上方のプレートの１個の穿孔で確実に一部覆わ
れるようになりさえすれば使用可能である。

一層完全に覆うことを確実にするためには、細
長い形の穿孔が好ましいが、穿孔列の方向に沿つ
た最大巾の少なくとも２倍とする。なお、穿孔の
最大の長さは有利には最大幅の10倍以下とする。
ここで、穿孔の長さは、例えば３〜100mmであれ
ばよい。

プレートは熱の良導体でなければならないの
で、好ましくは金属製であり、例えば普通鋼、ス
テンレス鋼、アルミニウム、銅、モネルメタル、
チタンもしくはその他一切の熱の良導体である材
料を以てこれを製作する。熱交換が高温において
行われる場合は、上記の各材料ほど熱の良導体で
はないが、例えばセラミツクのような耐熱材料が
必要になることがある。複合材料もまた考慮して
もよい。

熱交換帯域を形成するプレートは各種の方法、
すなわち機械的方法、化学的方法もしくは電気化
学的方法によつてこれを穿孔すればよい。例えば
亀裂または格子のような別の種類の開口部を有す
るプレートは除いて、穿孔プレートを熱交換帯域
に用いることは、穿孔プレートが例えばポンチ加
工によつて簡単且つ経済的に製作することがで
き、また良好な機械的強度を示すという事実があ
るので有利である。その上、すべてが同じ形の穿
孔を有するプレートを用いることは製作上の問題
を単純にするものである。

そしてこれらのプレートは、プレート間の適切
な接着を保つための各種の既知の技術によつて、
これを支え、相互に固定すればよい。例えばエポ
キシ樹脂接着剤のような流動接着剤を以て貼付け
てもよいし、コーテイングを施して熱間でシール
してもよいし、さらにはハンダ付けでもよい。

多くの場合においては、熱交換器を分解して、
清掃または場合によつては若干のプレートを交換
し得ることが望ましい。この場合、プレートは相
互に接着して支えるのではなく、単に積み重ねる
だけである。

高度の気・水密性が求められていない場合は、
異なる流体の流れる穿孔列の間の気・水密性は単
なるプレートの締付けでこれを保てばよい。この
気・水密性を向上せしめるには、変形し得る材料
で出来たパツキングをプレートの間に挿入すれば
よい。

以下、本発明の熱交換装置の種々の個々の利用
方式を説明する。

熱交換に関与する２種の流体の供給及び取出し
を行う方式の例を第４Ａ図及び第４Ｂ図に示す。

この熱交換器によつて、穿孔網３０，３２，３
４及び３６内を循環する１番目の流体１と穿孔網
３１，３３，３５及び３７内を循環する２番目の
流体２との熱交換を実施することができる。

第４Ｂ図に示す断面図は流体１の流れる穿孔網
３０を切つている。この流体１はダクトEF₁によ
つて受入れ、相互に連結した穿孔網を通過してダ
クトSF₁より出て行く。このために穿孔網３０に
ついては、一対になつている他の穿孔網と同様に
プレートは流体２の受入ダクトEF₂及び流体２の
出発ダクトSF₂に対してこれを閉塞しなければな
らない。反対に穿孔網３１，３３，３５及び３７
は流体２の受入ダクトEF₂及び流体２の出発ダク
トSF₂に対しては開いているが、流体１の受入ダ
クトEF₁及び流体１の排出ダクトSF₁に対しては
閉塞している。

第４Ａ図と第４Ｂ図においては、２種の流体は
プレートに垂直な２つの面を通つてこれを導入
し、排出する。

流体の１つをプレートに垂直な面の１つを通し
て導入し、これを対向面を経て排出し、別の流体
を積重ねの末端にあるプレートによつて導入し、
対向面によつてこれを排出することもまた可能で
ある。

このような排列は第５Ａ図及び第５Ｂ図に示
す。熱交換に関与する流体の１種のダクトEF₂に
よつてこれを受入れ、ダクトSF₂より出て行く。
この流体の通過に対応する穿孔網はダクトEF₂の
受入部及びダクトSF₂の排出部に向つて開いてい
る（第５Ａ図）。ダクトEF₁によつて受入れられ
かつダクトSF₁により出て行く流体の通過に対応
する穿孔網はダクトEF₂の受入部及びダクトSF₂
の排出部に向つて閉じている（第５Ｂ図）。

これとは異なるが、本発明による熱交換器の一
般原理に依然適合する排列を考えることができ
る。

このようにしてダクトEF₁，EF₂，SF₁または
SF₂の各々は、積重ねの対応の面の全表面の一部
分の上にのみしか開口することはない。積重ねの
各プレートが水平であるとすれば、例えば第６Ａ
図及び第６Ｂ図に示すように、ダクトEF₁を積重
ねの上部に連結してある部分を経て接せしめ、ダ
クトSF₁を積重ねの下部に連結してある部分を経
て出発せしめることが可能である。このことによ
つて、特に熱交換に関与する２種の流体の間の熱
交換の過程において向流の効果を得ることができ
る。

この流体の受入部及び排出部を積重ねに垂直な
面上に開口せしめることによつて、相互に連結し
ている穿孔網に沿つて、上に述べた一般原理に従
つて流体の１つを循環せしめるが、穿孔の重合わ
せによつて得られる、連絡していない流路に沿つ
て、他の流体を循環せしめることも同様に可能で
ある。その際、前記の流路はその中を循環する流
体の受入及び排出ダクト内において積重ねの末端
プレート上に開口している。これは例えば積重ね
の中において一列になつた穿孔を有するプレート
と、第７Ａ図及び第７Ｂ図に示すプレートのよう
に千鳥に食い違わせた穿孔に沿つて穿孔したプレ
ートを交互にすることによつて達成することがで
きる。

流体の配分帯域とは判然と区別されるプレート
の積重ねの中間部分を設け、その中を２種の流体
の少なくとも１種が、連絡していない流路の列を
通つて循環するようにすることもまた可能であ
る。

本発明による熱交換器は各種の相の間の熱交換
に適している。

気体の特徴となつている相対的に小さい熱伝達
係数のために大きい熱交換面積を必要とする気体
−気体の熱交換に特によく適合している。例えば
室内から抜取つた空気よりの熱の回収に用いるこ
とができる。ボイラーあるいは炉からの煙の含ん
でいる熱を、例えば予熱する燃焼用空気との熱交
換によつて回収するのにもまた同様に用いること
ができる。プレートが単に積み重ねただけであ
り、気体漏れがある場合は、この漏れが新鮮な空
気から煙のほうへ向つて起るのが一般に有利であ
る。これによつて煙の含んでいる媒の沈着を減少
せしめることができる。

本発明による熱交換器は液相とともに、また相
転移においてもまた用いることができる。この後
者の場合においては、あるいは凝縮に、あるいは
気化のいずれかに有利な種々の面積状態を穿孔の
周辺において利用すればよい。

本発明による熱交換器は広い温度範囲において
適合している。相対的な高温にも、また反対に冷
却工程において見られるものの如き低温のいずれ
にも適合し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図と第１Ｂは従来例を示すもので、第１
Ａ図は縦断面図で、第１Ｂ図のＡ−Ａ線に沿うも
のである。第１Ｂ図は平面図である。第２Ａ図〜
第７Ｂ図は本発明の実施例を示すもので、第２Ａ
図は第１実施例の部分平面図、第２Ｂ図は第２Ａ
図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。第３Ａ図、第
３Ｂ図、第３Ｃ図および第３Ｄ図は変形例の平面
図である。第４Ａ図は第２実施例の熱交換器の末
端プレートを取り除いた状態の平面図、第４Ｂ図
は第４Ａ図Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。第５Ａ
図は第３実施例の縦断面図、第５Ｂ図は同縦断面
図で、第５Ａ図とは別の穿孔網の部分を切断して
いる。第６Ａ図は第４実施例の縦断面図、第６Ｂ
図は同縦断面図で、第６Ａ図とは別の穿孔網の部
分を切断している。第７Ａ図は第５実施例の部分
平面図、第７Ｂ図は同平面図で、第７Ａ図とは別
の層のプレート部分を示している。１０，１１，１２，１３……列、２０，２１…
…（ｎ）……プレート、３０〜３７……穿孔網、
EF₁，EF₂、SF₁，SF₂……ダクト、PE……末端
プレート。

Claims

【特許請求の範囲】１温度の異なる少なくとも２種の流体間の熱交
換を実施するために用いられるべき１つの熱交換
帯域と前記流体の各々について前記熱交換帯域と
連結した供給及び排出手段を備えており、前記熱
交換帯域が、相互に平行する列１０，１１，１
２，１３に沿つて排列した細長い穿孔を有する多
角形のプレート２０，２１……（ｎ）の直角柱を
形成する積重ねで出来ており、１枚のプレートの
穿孔列が別のプレートの穿孔列に重なり合い、前
記プレート及び前記穿孔列の少なくとも一部分に
ついて、当該積重ねの中間のプレートの穿孔列の
少なくとも一部の穿孔の各々が、当該プレートに
先行するプレートに対応する穿孔列の２個の穿孔
及び当該プレートに後続するプレートの対応する
穿孔列の２個の穿孔と連絡し、かくて相互に連結
した穿孔の一連の網３０〜３７を形成するように
前記穿孔およびプレートが排列され及び積み重ね
られており、前記穿孔網の各々が相互に連絡はし
ていないが、当該積重ねの末端プレートより成る
熱交換帯域の２面ならびに前記積重ねの側面の少
なくとも一部分に接することができ、前記穿孔網
が、各々熱交換に関与する流体の１つの循環に用
いられるべき少なくとも２個のセツト、一方は３
０，３２，３４，３６及び他方は３１，３３，３
５，３７に配分されており、当該流体の１つの循
環に用いられるべき各穿孔網が１種または２種の
別の流体の循環に用いられるべき１つまたは２つ
の別の穿孔網に隣接するようになつていること、
及び前記供給及び排出手段が、熱交換に関与する
流体の各々について、当該積重ねの別々の２面に
連結してある受入ダクト及び出発ダクトより成つ
ており、当該面上の各ダクトの連結部が、対応す
る流体の流れるべき、且つ前記の面に接している
穿孔網の全体を少なくとも一部覆うようになつて
おり、１つのダクトの連結部に接し、かつ前記ダ
クト内に循環する流体の流れるべき穿孔網あるい
は穿孔網の各部分が前記連結部に開口しており、
前記連結部に接している他の穿孔網あるいは他の
穿孔網の各部分が閉鎖されており、すべての連結
部が相互に分離されており、しかして前記連結部
を除く当該積重ねの面に接する穿孔網あるいは穿
孔網の各部分がすべて閉鎖されていることを特徴
とする、多孔平板式熱交換器。２前記熱交換帯域が、少なくとも１対の相互に
平行する辺を示す多角形の形態を有するプレート
２０，２１……（ｎ）の積重ねを以て形成されて
おり、穿孔列１０，１１，１２，１３が前記の辺
に平行していること、及び穿孔網３０〜３７がプ
レートの積重ねの末端プレートPEの作る２つの
面ならびに前記穿孔列の方向に平行していない当
該積重ねの側面に接することができることを特徴
とする、特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。３前記熱交換帯域が長方形のプレート２０，２
１……（ｎ）の積重ねを以て形成されていること
を特徴とする、特許請求の範囲第２項記載の熱交
換器。４プレート２０，２１……（ｎ）の穿孔がすべ
て同一の形態を有し、前記プレートの各々の穿孔
列１０，１１，１２，１３に沿つて規則正しい間
隔を有し、同一の穿孔列の隣接する２個の穿孔の
相隣接する末端の間隔が前記穿孔の長さ以下であ
り、且つ前記プレートが穿孔列の方向に沿つて相
次ぐプレートの穿孔の交互の食い違いを生ずるよ
うに種重ねられていることを特徴とする、特許請
求の範囲第２項または第３項に記載の熱交換器。５熱交換に関与する第１の流体の受入ダクト
EF₁が穿孔列の方向に平行していない側面のいず
れかに連結しており、前記第１流体の流れる穿孔
網３０，３２，３４，３６が前記受入ダクト上に
開口しており、また前記第１流体の流れない穿孔
網３１，３３，３５，３７が前記ダクトの到達点
において閉塞されており、前記第１流体の排出ダ
クトSF₁が前記流体を対向面より取込み、前記流
体の流れる穿孔網が前記排出ダクト上に開口して
おり、しかして前記流体の流れない穿孔網が前記
排出ダクトの出発点において閉塞されていること
を特徴とする、特許請求の範囲第２〜４項のいず
れか１項に記載の熱交換器。６熱交換に関与する第２の流体の受入ダクト
EF₂が、第１流体の受入及び出発部から切離され
た部分に沿つて、穿孔列の方向に平行していない
側面のいずれかに連結していること、及び前記第
２流体の排出ダクトSF₂が、第１流体の受入及び
出発部から切離された部分に沿つて対向面に連結
しており、前記第２流体の流れる穿孔網が前記流
体の受入ダクト及び排出ダクトに開口しており、
且つ前記流体の流れない穿孔網が前記受入及び排
出ダクトに対して閉塞していることを特徴とす
る、特許請求の範囲第５項記載の熱交換器。７熱交換に関与する第２の流体の受入ダクト
EF₂が積重ねの末端プレートPEのいずれかに連
結していること、及び前記第２流体の排出ダクト
SF₂が当該積重ねの別の末端プレートに連結して
おり、前記第２流体の流れる穿孔網が前記流体の
受入ダクト及び排出ダクト上に開口しており、且
つ前記流体の流れない穿孔網が前記受入及び排出
ダクトに対して閉塞していることを特徴とする、
特許請求の範囲第５項記載の熱交換器。８積重ねの末端プレートPEのいずれかが第１
流体の受入ダクトEF₁及び第２流体の排出ダクト
SF₂に連結していること、及び当該積重ねの別の
末端プレートPEが前記第１流体の排出ダクト
SF₁及び前記第２流体の受入ダクトEF₂に連結し
ており、流体の各々の流れる穿孔網がこの流体に
対応するダクトの受入部及び出発部に対して開口
しており、且つ熱交換に関与する他の流体に対応
するダクトの受入部及び出発部に対して閉鎖して
おり、異なる２種の流体の受入部及び出発部が同
一面上において分離していることを特徴とする、
特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載
の熱交換器。９穿孔が末端を丸くした長方形の形態を有して
いることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜８
項のいずれか１項に記載の熱交換器。１０穿孔の最大の長さがその最大幅の２〜10倍
であることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜
９項のいずれか１項に記載の熱交換器。