JPH06201287A - プレートフィン型熱交換器 - Google Patents

プレートフィン型熱交換器

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JPH06201287A
JPH06201287A JP5016772A JP1677293A JPH06201287A JP H06201287 A JPH06201287 A JP H06201287A JP 5016772 A JP5016772 A JP 5016772A JP 1677293 A JP1677293 A JP 1677293A JP H06201287 A JPH06201287 A JP H06201287A
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fin
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Masayoshi Hori
政義 堀
Mikiya Ishihara
幹也 石原
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Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 側板近傍位置のコア部に発生する急激な温度
傾斜を緩和して、該温度傾斜に伴う応力の集中を防止す
る。 【構成】 被加熱流体が流通するフィンプレート3及び
加熱流体が流通するフィンプレート3とが隔離板6を介
して交互に多数積層されてなるコア部11と、該コア部
11を挟むように一体に取付けた側板8とを備えたプレ
ートフィン型熱交換器であって、側板8近傍位置のコア
部11を構成するフィンプレート12及び隔離板13の
板厚を、中心部側のフィンプレート3及び隔離板6の板
厚と比べて厚肉とし、側板8とコア部11の中心部側と
の間に熱容量の中間域14を形成した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プレートフィン型熱交
換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から一般に用いられているプレート
フィン型熱交換器は、図6・図7(a)(b)に示すよ
うに、被加熱流体1が流通する被加熱流体流路2を構成
するフィンプレート3と加熱流体4が流通する加熱流体
流路5を構成するフィンプレート3とが隔離板6を介し
て交互に多数積層されたコア部7と、耐圧、耐高温、或
いは配管との連結等の構成上の目的から前記コア部7を
挟むように一体に取付けた側板8と、前記被加熱流体1
を外部から夫々の被加熱流体流路2へ送る被加熱流体入
口側ヘッダ9及び熱交換された被加熱流体1を夫々の被
加熱流体流路2から外部へ送る被加熱流体出口側ヘッダ
10と、前記加熱流体4を外部から夫々の加熱流体流路
5へ送る図示しない加熱流体入口側ヘッダ及び熱交換さ
れた加熱流体4を夫々の加熱流体流路5から外部へ送る
加熱流体出口側ヘッダとから構成されている。
【0003】上記した構成によると、被加熱流体入口側
ヘッダ9から被加熱流体流路2に流入した被加熱流体1
は、矢印Aに示す如く被加熱流体流路2内を流通する際
に図示しない加熱流体入口側ヘッダから流入し矢印Bに
示す如く加熱流体流路5内を流通する加熱流体4と熱交
換を行って被加熱流体出口側ヘッダ10から外部へと流
出して行く。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のプレートフ
ィン型熱交換器を、流量及び温度変化の少ない高温流体
の熱交換に用いる場合には、フィンプレート3の流路形
状に基づく平面内の温度分布による熱応力と、該熱応力
に伴う高温クリープの問題が主であり、この場合は伝熱
部の流路配置、伝熱性能、流体の入出口ヘッダの位置等
による定常温度分布の急傾斜、高温部の排除が重要で、
熱損失による両側板8側への温度傾斜が発生することも
あるが、殆どの問題はフィンプレート3各段で同時に生
じる平面内応力である。
【0005】しかしながら、従来のプレートフィン型熱
交換器は上記した如く平面内熱応力の発生を減少させる
ことが課題であるのに対し、例えばガスタービン等の高
温排ガスの排熱回収に用いるプレートフィン型熱交換器
においては、ガスタービンの大幅な負荷変化時や緊急停
止時等に、数秒から数十秒の間に著しく流量、温度等が
変化することになる。このとき、被加熱流体1と加熱流
体4間の熱交換を受け伝えるフィンプレート3、隔離板
6、側板8の部材の熱的追従性の差によって、流量及び
温度変化の少ない高温流体の熱交換の場合には生じなか
った積層方向の温度分布が生じることになる。特に耐
圧、耐高温、或いは配管との連結等の構成上の目的から
コア部7を挟むように一体に取付けられる側板8は数ミ
リメートルと厚く形成されているのに対して、コア部7
を構成するフィンプレート3及び隔離板6は伝熱性能を
考慮して1ミリメートル以下の薄い部材で構成されてい
るため、急激な温度変化があった場合に、薄く熱容量が
小さいフィンプレート3及び隔離板6は温度変化に直ち
に追従し、厚く熱容量が大きい側板8は温度変化があっ
ても応答が遅れ、そのために図7(b)に示す如く積層
方向に急激な温度傾斜が発生して、側板8の近傍位置の
コア部7に応力が集中するという問題があった。
【0006】本発明は、上述の実情に鑑み、側板8の近
傍位置のコア部7に発生する急激な温度傾斜を緩和し
て、該温度傾斜に伴う応力の集中を防止し得るようにし
たプレートフィン型熱交換器を提供することを目的とす
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、被加熱流体が
流通するフィンプレート及び加熱流体が流通するフィン
プレートとが隔離板を介して交互に多数積層されてなる
コア部と、該コア部を挟むように一体に取付けた側板と
を備えたプレートフィン型熱交換器であって、前記側板
に隣接する側のコア部の板厚を該コア部の中心部側の板
厚に比して厚肉に構成したことを特徴とするプレートフ
ィン型熱交換器及び、被加熱流体が流通するフィンプレ
ート及び加熱流体が流通するフィンプレートとが隔離板
を介して交互に多数積層されてなるコア部と、該コア部
を挟むように一体に取付けた側板とを備えたプレートフ
ィン型熱交換器であって、前記側板に隣接する側のコア
部の板厚を該コア部の中心部側の板厚に比して厚肉に構
成すると共に、前記側板の板厚を強度保持可能な薄肉に
構成したことを特徴とするプレートフィン型熱交換器に
係るものである。
【0008】
【作用】請求項1に記載の発明によると、側板側のコア
部の板厚を該コア部の中心部側の板厚に比して厚肉に構
成しているので、側板側のフィンプレートと隔離板の熱
容量が大きくなって側板の熱容量との差が小さくなるの
で、前記側板の近傍位置に発生する急激な温度傾斜が緩
和され、該温度傾斜に伴う応力の集中が防止される。
【0009】請求項2に記載の発明によると、請求項1
に記載の発明と同様にして側板側のフィンプレートと隔
離板の熱容量を大きくすると共に、側板の肉厚を強度保
持可能な限り薄肉に構成してあるので、側板の熱容量が
小さくなり、フィンプレート及び隔離板の熱容量と側板
の熱容量との差がより小さくなるので、前記側板の近傍
位置に発生する急激な温度傾斜が更に緩和され、該温度
傾斜に伴う応力の集中が更に抑えられる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
【0011】図1(a)及び(b)は、請求項1に記載
の発明の第一の実施例であり、又、図中、図6・図7
(a)(b)と同一の構成部分については同一の符号を
付すことによって説明を省略するものとし、以下、本発
明に特有の構成についてのみ説明して行く。
【0012】図中、11はコア部であり、該コア部11
の中心部は前述した従来のコア部7と同様の構成であ
り、側板8近傍位置のコア部11は、フィンプレート1
2及び隔離板13の板厚を中心部のフィンプレート3及
び隔離板6の板厚(1mm以下)と比べて厚肉にして側
板8の板厚(数mm以上)に近付けた構成となってい
る。従って前記側板8の熱容量とコア部11の中心部の
熱容量の間に熱容量の中間域14が形成される。
【0013】尚、前記側板8近傍位置の熱容量の中間域
14の範囲とフィンプレート12及び隔離板13の厚み
は、熱容量差による加熱或いは冷却時のフィンプレート
12及び隔離板13の温度追従の差に伴う側板8に対す
る温度傾斜及び被加熱流体1と加熱流体4の熱交換効率
によって決定する。
【0014】上記した構成によると、例えばガスタービ
ンの排熱回収を行う際におけるガスタービンの負荷変化
時や緊急停止時等による、数秒から数十秒の間に著しく
流量、温度等が変化する場合であっても、前記側板8と
コア部11の中心部のフィンプレート3及び隔離板6と
の間に熱容量の中間域14を形成したことによって、前
記側板8、フィンプレート12及び隔離板13、フィン
プレート3及び隔離板6、夫々の部材の熱的追従性の差
が小さくなって、図1(b)の如く温度傾斜の発生位置
が2ケ所に分散するので、前記側板8に向って全体的に
なだらかな温度傾斜となり、側板8近傍への応力の集中
を防止することができる。
【0015】図2(a)及び(b)は、請求項1に記載
の発明の第二の実施例であり、図中、15はコア部であ
り、該コア部15は、コア部15の中心部側には従来と
同様のフィンプレート3及び隔離板6が積層されて配設
されており、前記コア部15の側板8に隣接する位置に
は、前記フィンプレート3及び隔離板6と比して厚肉の
フィンプレート16a及び隔離板17aが配設され、更
に前記フィンプレート3及び隔離板6とフィンプレート
16a及び隔離板17aとの間には、前記フィンプレー
ト3及び隔離板6の板厚とフィンプレート16a及び隔
離板17aの板厚の略中間の板厚を有するフィンプレー
ト16b及び隔離板17bが配設され、前記フィンプレ
ート16a及び隔離板17aとフィンプレート16b及
び隔離板17bとによって2段階にわたる中間域14が
形成されている他は前記実施例と同様の構成を備えてい
る。
【0016】従って、前記実施例と同様、夫々の部材の
熱的追従性の差が小さくなると共に、温度傾斜の発生位
置を複数箇所(図示の場合3ケ所)に分散し、夫々の温
度傾斜が小さくなるので、前記側板8に向って前記実施
例の場合より全体的になだらかな温度傾斜(図2
(b))となり、側板8近傍への熱応力の集中が防止さ
れる。
【0017】尚、前記中間域14はもっと多段に変化し
ても、或いは一段毎に変化させてもよい。
【0018】尚、図5は請求項1に記載の発明の第三の
実施例であり、前記側板8の熱容量とコア部11の中心
部の熱容量の間に熱容量の中間域14を、フィンプレー
ト3の板厚(1mm以下)を変えず隔離板6(板厚1m
m以下)を2枚重ねることによって隔離板6の熱容量
(熱的追従性)を大きくして形成した構成を有するもの
である。
【0019】図3(a)及び(b)は請求項2に記載の
発明の第一の実施例であり、側板18を、該側板18が
耐圧、耐高温、或いは配管との連結等の目的を達し得る
強度を保持し且つ側板18の板厚を該側板18近傍のフ
ィンプレート12の肉厚に近付けて構成した他は、図1
(a)に示した実施例と同様の構成を備えている。尚、
図示の場合、側板18をリブ18aを残して他の部分を
削ることによって側板18の熱容量を小さくするように
している。
【0020】この実施例によれば、前記側板18とフィ
ンプレート12及び隔離板13との熱的追従性の差を前
記実施例の場合より更に小さくすることができるので、
側板18近傍の温度傾斜(図3(b))が更に小さくな
り、側板18近傍への応力の集中を更に抑えることがで
きる。
【0021】図4(a)及び(b)は請求項2に記載の
発明の第二の実施例であり、図3(a)に示した側板1
8と、図2(a)に示したコア部15を備えたプレート
フィン型熱交換器であって、コア部15の夫々の部材の
熱的追従性の差が小さくなると共に、温度傾斜の発生位
置を複数箇所(図示の場合3ケ所)に分散して夫々の温
度傾斜を小さくし、更に、側板18とフィンプレート1
6との熱的追従性の差を図2(b)の場合より更に小さ
くすることができるので、側板18近傍の温度傾斜(図
4(b))が更に小さくなり、前記側板18に向って図
2(b)の場合より全体的になだらかな温度傾斜(図4
(b))となり、側板18近傍への熱応力の集中を防止
できる。
【0022】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、図5の実施例に図3(a)の側板の
構成を適用することもできること、側板近傍位置のコア
部を構成するフィンプレート及び隔離板のうち少なくと
も一方の肉厚をコア部の中心部に比して厚く構成するよ
うにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明によると、側板側のコア部の肉厚を該コア部の中心
部側に比して厚く構成しているので、側板近傍のフィン
プレート及び隔離板の熱容量が大きくなって側板の熱容
量との差が小さくなるので、前記側板の近傍位置に発生
する急激な温度傾斜が緩和されて、該温度傾斜に伴う応
力の集中を防止することができ、更に請求項2に記載の
発明によると、請求項1に記載の発明と同様にして側板
側のフィンプレート及び隔離板の熱容量を大きくすると
共に、側板の肉厚を該側板の強度保持可能且つ側板近傍
のフィンプレートの肉厚に近付けて薄く構成してあるの
で、側板の熱容量を更に小さくして、フィンプレート及
び隔離板の熱容量と側板の熱容量との差をより小さくす
ることができ、前記側板の近傍位置に発生する温度傾斜
が更に緩和され、該温度傾斜に伴う応力の集中を更に確
実に抑えることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は請求項1に記載の発明の第一の実施例
の部分断面図、(b)は(a)に示すプレートフィン型
熱交換器に急激な温度変化が起こった際の温度応答性を
示す線図である。
【図2】(a)は請求項1に記載の発明の第二の実施例
の部分断面図、(b)は(a)に示すプレートフィン型
熱交換器に急激な温度変化が起こった際の温度応答性を
示す線図である。
【図3】(a)は請求項2に記載の発明の第一の実施例
の部分断面図、(b)は(a)に示すプレートフィン型
熱交換器に急激な温度変化が起こった際の温度応答性を
示す線図である。
【図4】(a)は請求項2に記載の発明の第二の実施例
の部分断面図、(b)は(a)に示すプレートフィン型
熱交換器に急激な温度変化が起こった際の温度応答性を
示す線図である。
【図5】請求項1に記載の発明の第三の実施例の部分断
面図である。
【図6】プレートフィン型熱交換器の全体斜視図であ
る。
【図7】(a)は従来のプレートフィン型熱交換器の側
板及びコア部の部分断面図、(b)は(a)に示すプレ
ートフィン型熱交換器に急激な温度変化が起こった際の
温度応答性を示す線図である。
【符号の説明】
1 被加熱流体 3 フィンプレート 4 加熱流体 6 隔離板 8 側板 11 コア部 12 フィンプレート 13 隔離板 15 コア部 16a フィンプレート 16b フィンプレート 17a 隔離板 17b 隔離板 18 側板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加熱流体が流通するフィンプレート及
    び加熱流体が流通するフィンプレートとが隔離板を介し
    て交互に多数積層されてなるコア部と、該コア部を挟む
    ように一体に取付けた側板とを備えたプレートフィン型
    熱交換器であって、前記側板に隣接する側のコア部の板
    厚を該コア部の中心部側の板厚に比して厚肉に構成した
    ことを特徴とするプレートフィン型熱交換器。
  2. 【請求項2】 側板の板厚を強度保持可能な薄肉に構成
    したことを特徴とする請求項1記載のプレートフィン型
    熱交換器。
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