JPH0579281U - プレートフィン型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プレートフィン型熱交換器の流体入口側のヘ
ッダ取付部が熱応力により破壊することを防止する。 【構成】 プレートフィン型熱交換器本体１に取り付け
る流体入口側のヘッダ１５，１９を、外側ヘッダ部１５
ａ，１９ａと内側ヘッダ部１５ｂ，１９ｂの二重構造と
する。外側ヘッダ部１５ａ，１９ａと内側ヘッダ部１５
ｂ，１９ｂの間に流体が滞留できる空間部１５ｃ，１９
ｃを形成する。内側ヘッダ部１５ｂ，１９ｂは熱交換器
本体１に非接触とする。外側ヘッダ部１５ａ，１９ａを
熱交換器本体１に取り付ける。内側ヘッダ部１５ｂ，１
９ｂに供給された流体の一部が隙間１８，２０を通って
空間部１５ｃ，１９ｃに入り滞留する。これにより外側
ヘッダ部１５ａ，１９ａの熱交換器本体１の温度差が小
さくなり、取付部１７，２１の応力が緩和される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は燃料電池発電設備、その他石油、化学、エネルギー分野で使用するプ レートフィン型の熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、高性能でコンパクトなプレートフィン型熱交換器の開発が進められて来 ている。

【０００３】 この種プレートフィン型熱交換器は、図３乃至図５に一例を示す如く、複数枚 の隔壁板２と、角形波状に折り曲げ形成したコルゲート板からなるフィン３を交 互に積層し、各層ごとに隔壁板２とフィン３との間に形成される空間部を、各層 ごとに交互に低温側流路４と高温側流路５とし、且つ上記低温側流路４は一端側 と他端側で９０度の角度に屈折させて低温流体６がＺ字状に流れるようにすると 共に、高温側流路５は一端側と他端側で上記低温側の屈折方向とは反対方向とな るように屈折させて高温流体７がＺ字状に流れるようにしてある熱交換器本体１ を構成し、更に、該熱交換器本体１の両端側の一側には低温流体入口側のヘッダ ８と高温流体入口側のヘッダ９を設けて、又、両端側の反対側には低温流体出口 側のヘッダ１０と高温流体出口側のヘッダ１１とを設けた構成のものがある。１ ２は上下に配したプレート、１３はサイドバーである。

【０００４】 上記構成のプレートフィン型熱交換器では、低温流体６は入口側のヘッダ８か ら低温側流路４内を通り出口側のヘッダ１０へと排出され、一方、高温流体７は 入口側のヘッダ９から高温側流路５内を通り出口側のヘッダ１１へと排出され、 この間に隔壁板２を介して対向流で流れる低温流体６と高温流体７が熱交換し、 低温流体６は加熱されて排出され、高温流体は冷却されて排出されるようにして ある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記従来のプレートフィン型熱交換器において過酷な運転を行うと 、熱交換器本体１へのヘッダ８，９の取付部（溶接部）が熱応力により破壊され ることがある。すなわち、熱交換器へは、低温流体入口側のヘッダ８から低温流 体６が導入されると共に、高温流体入口側のヘッダ９から高温流体７が導入され るが、導入される流体の温度と熱交換器本体の温度差が大きくなると、ヘッダ８ ，９の取付部１４がサーマルストレスで破壊されることがある。

【０００６】 そこで、本考案は、入って来る流体とプレートフィン型熱交換器本体との温度 差が大きくても流体入口側のヘッダの取付部が破壊することがないようにしよう とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記課題を解決するために、フィンと隔壁板を交互に積層して、該 フィンと隔壁板とで形成される空間部を各層ごとに低温側流路と高温側流路とし てある熱交換器本体の低温流体の入口側と出口側となる位置及び高温流体の入口 側と出口側となる位置に、各々ヘッダが取り付けてあるプレートフィン型熱交換 器において、上記低温流体と高温流体の双方又はいずれか一方の入口側のへッダ を二重構造とし、外側ヘッダ部は熱交換器本体に取り付けると共に、内側ヘッダ 部は熱交換器本体に僅かな隙間を保って位置させ、流体は内側ヘッダ部の内部へ 直接入るようにした構成とする。

【０００８】

【作用】

内側ヘッダ部に入った流体は、該内側ヘッダ部と熱交換器本体との間の隙間か ら外側ヘッダ部の内側へ入って滞留するので、この滞留した流体に接している外 側ヘッダ部と熱交換器本体との温度差は小さくなり、厳しい温度条件で使用して も外側ヘッダ部の取付部が破壊することがなくなる。

【０００９】

【実施例】 以下、図面に基づき本考案の実施例を説明する。

【００１０】 図１及び図２は本考案の実施例を示すもので、図３乃至図５に示してある従来 のプレートフィン型熱交換器と同様に、隔壁板２とフィン３とを交互に積層し、 該隔壁板２とフィン３とで形成される空間部を各層ごとに交互に低温側流路４と 高温側流路５としてある熱交換器本体１の片側に、低温流体６と高温流体７が対 向流で流されるように低温流体入口側のヘッダ８及び高温流体入口側のヘッダ９ を設けると共に、反対側に低温流体出口側のヘッダ１０及び高温流体出口側のヘ ッダ１１を設けた構成において、上記低温流体入口側のヘッダ８及び高温流体入 口側のヘッダ９に相当するものを二重構造とする。すなわち、上記低温流体入口 側のヘッダ１５を、径を大きくした筒状の外側ヘッダ部１５ａと、径を小さくし 且つ長さを短かくした筒状の内側ヘッダ部１５ｂとを同心状に配置して両ヘッダ 部１５ａと１５ｂ間に流体が滞留できる空間部１５ｃを形成した二重構造とし、 低温流体入口管１６を外側ヘッダ部１５ａを貫通させた後、内側ヘッダ部１５ｂ 内に開口させ、内外のヘッダ部１５ｂと１５ａを低温流体入口管１６に溶接にて 固定して外側ヘッダ部１５ａと内側ヘッダ部１５ｂを一体化させ、更に、上記外 側ヘッダ部１５ａは、熱交換器本体１に当接して取付部１７を溶接にて固定させ るが、内側ヘッダ部１５ｂは熱交換器本体１との間に僅かな隙間１８を形成する ように非接触状態にし、内側ヘッダ部１５ｂに入って来た低温流体６の一部が隙 間１８を通り外側ヘッダ部１５ａの内側の空間部１５ｃへ入って滞留できるよう にする。

【００１１】 高温流体入口側のヘッダ１９も、上記低温流体入口側のヘッダ１５と同様に、 外側ヘッダ部１９ａと内側ヘッダ部１９ｂの間に空間部１９ｃを形成した二重構 造とし、外側ヘッダ部１９ａは熱交換器本体１に固定するが、内側ヘッダ部１９ ｂは熱交換器本体１に隙間２０を形成して非接触状態にした構成とする。

【００１２】 低温流体６と高温流体７の熱交換を行わせるために、低温流体入口側のヘッダ １５に低温流体６を供給すると同時に高温流体入口側のヘッダ１９に高温流体７ を供給すると、低温流体６はヘッダ１５から各層の低温側流路４内へ入って流れ た後、排出側のヘッダ１０へ出て排出され、一方、高温流体７はヘッダ１９から 各層の高温側流路５内へ入って流れた後、排出側のヘッダ１１を出て排出される 。この間に隔壁板２を介して伝熱作用が行われて低温流体６と高温流体７の熱交 換が行われ、低温流体６は加熱されて温度が上げられ、高温流体７は冷却されて 温度が下げられる。

【００１３】 上記の熱交換の運転において、低温流体６の温度が非常に低く、又、高温流体 ７の温度が非常に高いという厳しい温度条件で実施しようとすると、低温流体入 口側のヘッダ１５に供給された低温流体６と熱交換器本体１の温度差が非常に大 きくなるが、低温流体６が導入された内側ヘッダ部１５ｂは熱交換器本体１に非 接触状態とされているため、両者の間に熱応力が作用するようなことはなく、又 、外側ヘッダ部１５ａは熱交換器本体１に取り付けてあるが、該外側ヘッダ部１ ５ａの内側の空間部１５ｃには内側ヘッダ部１５ｂに導入された低温流体６の一 部が隙間１８を通って入り込んで滞留することになるので、この滞留した低温流 体６の温度は内側ヘッダ部１５ｂ内の低温流体の温度より高くなるため、外側ヘ ッダ部１５ａと熱交換器本体１の温度差は小さくなる。これにより外側ヘッダ部 １５ａの取付部１７に作用する応力を緩和することができて、該取付部１７が破 壊することを防止することができることになる。

【００１４】 一方、高温流体入口側のヘッダ１９に非常に温度が高い流体７が供給された場 合でも、この供給された高温流体と熱交換器本体１の温度差が大きくなるが、高 温流体７が接する内側ヘッダ部１９ｂは熱交換器本体１に非接触であり、高温流 体が滞留している外側ヘッダ部１９ａと熱交換器本体１の温度差は小さくなるの で、該外側ヘッダ部１９ａの取付部２１の応力を緩和することが可能となる。

【００１５】 このように、低温流体６が供給されるヘッダ１５及び高温流体７が供給される ヘッダ１９では、内側ヘッダ部１５ｂ，１９ｂを熱交換器本体１から切り離し、 外側ヘッダ部１５ａ，１９ａを熱交換器本体１に取り付けて、外側ヘッダ部１５ ａ，１９ａの内側に流体が滞留できるようにしてあることから、厳しい温度条件 下で使用しても外側ヘッダ部１５ａ，１９ａの各取付部１７，２１の応力を緩和 することが可能となって、厳しい温度条件下での使用が可能となる。

【００１６】 なお、上記実施例では、低温流体入口側のヘッダ１５及び高温流体入口側のヘ ッダ１９の双方を二重構造にした場合について示したが、いずれか一方のみを二 重構造にしてもよいこと、低温流体６及び高温流体７の各入口側と出口側のヘッ ダ１５，１９，１０，１１は筒状の軸心方向を熱交換器本体１の長手方向と平行 となるようにして取り付けた例を示したが、各ヘッダ１５，１９，１０，１１を ９０度向きを変えて筒状の軸心方向が隔壁板２の積層方向となるように取り付け てもよいこと、その他本考案の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得るこ とは勿論である。

【００１７】

【考案の効果】

以上述べた如く、本考案のプレートフィン型熱交換器によれば、低温流体入口 側のヘッダと高温流体入口側のヘッダの双方又はいずれか一方を二重構造とし、 内側ヘッダ部と外側ヘッダ部との間に流体の滞留する空間部を設け、内側ヘッダ 部は熱交換器本体に非接触状態にして外側ヘッダ部を熱交換器本体に取り付け、 流体を内側ヘッダ部内へ直接供給し、一部の流体が内側ヘッダ部内から外側ヘッ ダ部内へ入って滞留するようにしてあるので、内側ヘッダ部へ供給された流体と 熱交換器本体の温度差が大きくても、熱交換器本体に対して内側ヘッダ部は自由 に動くことができ、且つ流体が滞留する外側ヘッダ部と熱交換器本体の温度差は 小さくなって、該外側ヘッダ部の取付部に作用する応力を緩和することができ、 これにより厳しい温度条件下での使用が可能になる、という優れた効果を奏し得 る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のプレートフィン型熱交換器の一実施例
を示す一部切断面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】従来のプレートフィン型熱交換器の一例を示す
一部切断平面図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】図３のＡ−Ａ矢視拡大図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器本体 ２ 隔壁板 ３ フィン ４ 低温側流路 ５ 高温側流路 ６ 低温流体 ７ 高温流体 １０ 低温流体出口側のヘッダ １１ 高温流体出口側のヘッダ １５ 低温流体入口側のヘッダ １５ａ 外側ヘッダ部 １５ｂ 内側ヘッダ部 １５ｃ 空間部 １７ 取付部 １９ 高温流体入口側のヘッダ １９ａ 外側ヘッダ部 １９ｂ 内側ヘッダ部 １９ｃ 空間部 ２１ 取付部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 平田 哲也 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィンと隔壁板を交互に積層して、該フ
   ィンと隔壁板とで形成される空間部を各層ごとに低温側
   流路と高温側流路としてある熱交換器本体の低温流体入
   口側と出口側となる位置及び高温流体入口側と出口側と
   なる位置に各々ヘッダを取り付けた構成のプレートフィ
   ン型熱交換器において、上記低温流体入口側のヘッダと
   高温流体入口側のヘッダの双方又はいずれか一方のみを
   二重構造とし、且つ流体が供給される内側ヘッダ部とそ
   の外側の外側ヘッダ部の間に流体が滞留できる空間部を
   形成し、外側ヘッダ部のみを熱交換器本体に取り付けた
   構成を有することを特徴とするプレートフィン型熱交換
   器。