以下、本発明の一実施形態に係るプレート式熱交換器について、添付図面を参照して説明する。
図1及び図2に示す如く、プレート式熱交換器1は、本体部2を備える。本実施形態において、プレート式熱交換器1は、本体部2に対して接続される複数の流路形成ヘッダー3,4,5,6を備える。
本体部2は、図2乃至図5に示す如く、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート7…を含む。本体部2は、図3乃至図5に示す如く、熱交換媒体Aを流通させる第一流路Raと、被熱交換媒体B1,B2,B3を流通させる第二流路Rbとを有する。第一流路Ra及び第二流路Rbは、伝熱プレート7…を境にして、第一方向において交互に形成される。
本体部2は、図3乃至図7に示す如く、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか一方(本実施形態においては入口)になる第一開放部200…であって、該本体部2の外周上で第一方向に整列した複数の第一開放部200…と、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか他方(本実施形態においては出口)になる第二開放部210…であって、該本体部2の外周上で第一方向に整列した複数の第二開放部210…と、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか一方(本実施形態においては入口)になる第三開放部220…であって、該本体部2の外周上で第一方向に整列した複数の第三開放部220…と、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか他方(本実施形態においては出口)になる第四開放部230…であって、該本体部2の外周上で第一方向に整列した複数の第四開放部230…とを備える。
すなわち、本体部2の外周上には、複数の第一開放部200…が第一方向に整列した第一開放部群20と、複数の第二開放部210…が第一方向に整列した第二開放部群21と、複数の第三開放部220…が第一方向に整列した第三開放部群22と、複数の第四開放部230…が第一方向に整列した第四開放部群23とが形成される。
本実施形態において、第一開放部群20及び第二開放部群21のそれぞれは、一つずつあり、第三開放部群22及び第四開放部群23のそれぞれは、複数ある。
第一開放部群20及び第二開放部群21は、互いに対応するものであり、第三開放部群22及び第四開放部群23は、互いに対応するものである。本実施形態において、第一開放部群20及び第二開放部群21は、互いに対となるものであり、第三開放部群22及び第四開放部群23は、互いに対となるものである。
図3、図6及び図7に示す如く、第一開放部群20及び第二開放部群21は、それぞれ本体部2の第一方向における全範囲又は略全範囲に亘って形成される。
本実施形態において、第三開放部群22及び第四開放部群23のそれぞれは、複数あるため、図4乃至図7に示す如く、本体部2の第一方向の一部の範囲に形成される。
複数の第三開放部群22は、第一方向において異なる範囲(位置)に配置される。具体的に説明すると、本実施形態において、本体部2には、それぞれが第一方向の所定範囲に区切られた複数の区画領域S1,S2,S3であって、第一方向に並ぶ複数の区画領域S1,S2,S3が設定されている。これに伴い、第三開放部群22は、各区画領域S1,S2,S3に対して配置される。
そして、第一方向で隣り合う区画領域S1,S2,S3にある第三開放部群22は、第一方向に延びる仮想線(本体部2の中心線)を中心とする周方向の異なる位置に配置される。
具体的には、図6及び図7に示す如く、第一方向に並ぶ複数の区画領域S1,S2,S3のそれぞれには、周方向に並ぶ複数の分割領域D1,D2,D3,D4,D5,D6が設定される。これを基準に、第一方向で隣り合う区画領域S1,S2,S3にある第三開放部群22は、図6に示す如く、周方向で異なる位置にある分割領域D2,D3に配置される。本実施形態において、第一方向で隣り合う区画領域S1,S2,S3のそれぞれに配置された第三開放部群22は、周方向の異なる位置に配置されるように、周方向で隣り合う二つの分割領域D2,D3のうちの何れか一方に配置される。
複数の第四開放部群23は、第一方向において異なる位置に配置される。具体的に説明すると、本実施形態において、本体部2には、上述の如く、それぞれが第一方向の所定範囲に区切られた複数の区画領域S1,S2,S3であって、第一方向に並ぶ複数の区画領域S1,S2,S3が設定されている。これに伴い、第四開放部群23は、図4及び図5に示す如く、各区画領域S1,S2,S3に対して配置される。
そして、第一方向で隣り合う区画領域S1,S2,S3にある第四開放部群23は、第一方向に延びる仮想線(本体部2の中心線)を中心とする周方向の異なる位置に配置される。
具体的には、上述の如く、第一方向に並ぶ複数の区画領域S1,S2,S3のそれぞれには、周方向に並ぶ複数の分割領域D1,D2,D3,D4,D5,D6が設定される。これを基準に、第一方向で隣り合う区画領域S1,S2,S3にある第四開放部群23は、図7に示す如く、周方向で異なる位置にある分割領域D5,D6に配置される。本実施形態において、第一方向で隣り合う区画領域S1,S2,S3のそれぞれに配置された第四開放部群23は、周方向の異なる位置に配置されるように、周方向で隣り合う二つの分割領域D5,D6のうちの何れか一方に配置される。
本実施形態において、第四開放部群23は、対となる第三開放部群22の配置された分割領域D2,D3と対応する位置にある分割領域D5,D6に配置される。
図8及び図9に示す如く、複数の伝熱プレート7…のそれぞれは、第一方向において、第一面Saと、該第一面Saの反対側の第二面Sbとを有する。
伝熱プレート7…の第一面Saには、図8に示す如く、複数の凹条70及び複数の凸条71が形成される。伝熱プレート7…の第一面Saにおいて、凹条70及び凸条71は、並列に配置され、当該凹条70及び凸条71の長手方向と直交する方向で交互に配置される。
本実施形態において、伝熱プレート7…の第一面Saの凹条70及び凸条71は、連続的に配置される複数の直線部700,710を含む。伝熱プレート7…の第一面Saにおいて、隣り合う直線部700,710は、互いの端部同士が接続され、第一方向と直交する方向に延びる仮想線であって、互いに接続された端部(接続点)Pを通る仮想線(図示しない)に対して傾斜している。本実施形態において、伝熱プレート7…の第一面Saにおいて、隣り合う直線部700,710は、互いに接続された端部(接続点P)を通る仮想線を基準に対称に配置されている。
図9に示す如く、伝熱プレート7…の第二面Sbには、複数の凹条70及び複数の凸条71が形成される。伝熱プレート7…は、金属プレートをプレス成型したもので、第二面Sbの凹条70は、第一面Saの凸条71と表裏の関係にあり、第二面Sbの凸条71は、第一面Saの凹条70と表裏の関係にある。
従って、伝熱プレート7…の第二面Sbの凹条70及び凸条71は、第一方向から見て第一面Saの凸条71及び凹条70と同態様で形成される。すなわち、伝熱プレート7…の第二面Sbにおいて、凹条70及び凸条71は、並列に配置され、当該凹条70及び凸条71の長手方向と直交する方向で交互に配置される。
本実施形態において、伝熱プレート7…の第二面Sbの凹条70及び凸条71は、連続的に配置される複数の直線部700,710を含む。伝熱プレート7…の第二面Sbにおいて、隣り合う直線部700,710は、互いの端部同士が接続され、その接続された端部(接続点)Pを通る仮想線(図示しない)に対して傾斜している。本実施形態において、伝熱プレート7…の第二面Sbにおいて、隣り合う直線部700,710は、接続された端部を通る仮想線を基準に対称に配置されている。
複数の伝熱プレート7…のそれぞれの第一面Sa及び第二面Sbに形成される凸条71は、第一方向で隣り合う伝熱プレート7の凸条71と交差衝合可能な態様で形成される。
複数の伝熱プレート7…のそれぞれは、図8及び図9に示す如く、第一方向から見て少なくとも五つの角部72…を含む多角形状に形成される。本実施形態において、複数の伝熱プレート7…のそれぞれは、第一方向から見て六角形状に形成される。より具体的には、複数の伝熱プレート7…のそれぞれは、第一方向から見て正六角形状に形成される。
これに伴い、伝熱プレート7…の輪郭は、第一方向から見て六つの角部72…を含む。また、伝熱プレート7…は、隣り合う角部72…の頂点同士を結ぶ直線状の六つの辺73,74,75を含む。本実施形態において、六つの角部72…の角度は、同一であり、六つの辺73,74,75の長さは、同一である。従って、伝熱プレート7…の輪郭には、六つの辺73,74,75として、第一方向と直交する第二方向に間隔をあけた一対の第一辺73であって、それぞれが第一方向及び第二方向と直交する第三方向に延びる一対の第一辺73と、第一方向と交差する方向に間隔をあけた一対の第二辺74であって、それぞれが互いに間隔をあける方向に対して直交する方向に延びる一対の第二辺74と、第一方向と交差する方向に間隔をあけた一対の第三辺75であって、それぞれが互いに間隔をあける方向に対して直交する方向に延びる一対の第三辺75とを含む。一対の第二辺74と、一対の第三辺75とは、第一辺73の中央を通って第二方向に延びる仮想線(図示しない)を基準に対称に配置される。
これに伴い、本実施形態において、伝熱プレート7…の第一面Saの凹条70及び凸条71の直線部700,710は、伝熱プレート7…の輪郭に含まれる辺73,74,75(第一辺73、第二辺74、第三辺75)のそれぞれに対して交差する方向に延びるように形成される。上述の如く、第二面Sbの凹条70及び凸条71は、第一面Saの凸条71及び凹条70と表裏の関係にあるため、伝熱プレート7…の第二面Sbの凹条70及び凸条71の直線部700,710も、伝熱プレート7…の輪郭に含まれる辺73,74,75(第一辺73、第二辺74、第三辺75)のそれぞれに対して交差する方向に延びるように形成される。
図10及び図11に示す如く、複数の伝熱プレート7…は、第一方向から見て輪郭を一致させるように重ね合わされる。この状態において、隣り合う伝熱プレート7…の凸条71同士が交差衝合する(図3乃至図5参照)。
本実施形態において、複数の伝熱プレート7…は、第一方向から見て多角形状(六角形状)に形成され、第一方向から見てそれぞれの輪郭を一致させた状態で重ね合わされるため、本体部2は、多角柱状に形成される。
これに伴い、本体部2の外周には、複数の伝熱プレート7…の第一辺73、第二辺74及び第三辺75のそれぞれが第一方向に並ぶ平面状の領域が複数(六つ)形成される。これに伴い、本実施形態では、複数の伝熱プレート7…の辺73,74,75の並ぶ平面状の領域を第一方向で所定範囲毎に区画した領域が区画領域S1,S2,S3とされている。また、本体部2の外周において、複数の伝熱プレート7…の角部72…が第一方向に一列に並ぶため、この角部72…の並ぶラインが分割領域D1,D2,D3,D4,D5,D6の境界線として設定される。
そして、上述の如く、複数の伝熱プレート7…が第一方向に重ね合わされた状態において、図3乃至図7に示す如く、第一方向で隣り合って第一流路Raを画定する伝熱プレート7…は、第一開放部200…及び第二開放部210…を画定する辺73以外の辺73,74,75間が封止され、第一方向で隣り合って第二流路Rbを画定した伝熱プレート7…は、第三開放部220…及び第四開放部230…を画定する辺74,75以外の辺73,74,75間が封止される。
本実施形態において、第一方向で隣り合って第一流路Raを画定した伝熱プレート7…は、第一開放部200…及び第二開放部210…を画定する辺73以外の辺73,74,75同士が溶接によって液密或いは気密に接続されている。また、第一方向で隣り合って第二流路Rbを画定した伝熱プレート7…は、第三開放部220…及び第四開放部230…を画定する辺74,75以外の辺73,74,75同士が溶接によって液密或いは気密に接続されている。なお、図6及び図7において、辺73,73,74,74,75,75同士を接続(溶接)した部分に太線にして図示している。
これにより、第一開放部200…、第二開放部210…、第三開放部220…及び第四開放部230…は、隣り合う伝熱プレート7…の輪郭に含まれる直線状の辺73,74,75間によって画定される。
そして、本体部2の外周は、四種類の流路形成ヘッダー3,3,4,5を接続可能に構成される。より具体的に説明すると、本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、図2に示す如く、四つの流路形成ヘッダー3,4,5,6として、第一開放部200…(第一開放部群20)と連通する流路を画定した第一流路形成ヘッダー3と、第二開放部210…(第二開放部群21)と連通する流路を画定した第二流路形成ヘッダー4と、第三開放部220…(第三開放部群22)と連通する流路を画定した第三流路形成ヘッダー5と、第四開放部230…(第四開放部群23)と連通する流路を画定した第四流路形成ヘッダー6とを備える。
これに伴い、図10及び図11に示す如く、本体部2の外周には、第一流路形成ヘッダー3を接続するための第一接続部24、第二流路形成ヘッダー4を接続するための第二接続部25、第三流路形成ヘッダー5を接続するための第三接続部26、及び第四流路形成ヘッダー6を接続するための第四接続部27が設定される。
図10に示す如く、第一接続部24は、第一開放部群20の輪郭に沿って設定された環状の領域である。本実施形態において、第一開放部群20は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、一方の第一辺73)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域において、本体部2の第一方向の全範囲又は略全範囲に亘って形成されるため、第一接続部24は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、一方の第一辺73)の並ぶ平面状の領域(複数の区画領域S1,S2,S3のそれぞれにある分割領域D1を合わせた領域)の輪郭に沿って形成される。
図11に示す如く、第二接続部25は、第二開放部群21の輪郭に沿って設定された環状の領域である。本実施形態において、第二開放部群21は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、他方の第一辺73)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域において、本体部2の第二方向の全範囲又は略全範囲に亘って形成されるため、第二接続部25は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、他方の第一辺73)の並ぶ平面状の領域(複数の区画領域S1,S2,S3のそれぞれにある分割領域D2を合わせた領域)の輪郭に沿って形成される。
図10に示す如く、第三接続部26は、第三開放部群22の輪郭に沿って設定された環状の領域である。本実施形態において、第三開放部群22は、複数の伝熱プレート7…の辺74,75(本実施形態においては、一方の第二辺74及び一方の第三辺75のそれぞれ)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域の一部の領域(区画領域S1,S2,S3内にある単一の分割領域D2,D3)の全域に形成されるため、第三接続部26は、第三開放部群22の存在する区画領域S1,S2,S3内にある単一の分割領域D2,D3の輪郭に沿って形成される。
図11に示す如く、第四接続部27は、第四開放部群23の輪郭に沿って設定された環状の領域である。本実施形態において、第四開放部群23は、複数の伝熱プレート7…の辺74,75(本実施形態においては、他方の第二辺74及び他方の第三辺75のそれぞれ)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域の一部の領域(区画領域S1,S2,S3内にある単一の分割領域D5,D6)の全域に形成されるため、第四接続部27は、第四開放部群23の存在する区画領域S1,S2,S3内にある単一の分割領域D5,D6の輪郭に沿って形成される。
図2に戻り、第一流路形成ヘッダー3は、流路を画定する第一本体部30と、内孔を有する筒状の第一配管接続部31であって、内孔を第一本体部30の画定した流路と連通させた状態で第一本体部30に接続された第一配管接続部31とを含む。
第一本体部30は、箱状に形成され、一面を開放させている。具体的には、第一本体部30は、一方向に厚みを有する板状の第一天板部300と、一方向に第一端と第一端に対して反対側の第二端とを有する環状の第一枠部301であって、第一端が第一天板部300の外周端に接続された第一枠部301とを備え、第一天板部300と第一枠部301とによって包囲された領域を流路としている。
第一枠部301は、第一開放部群20の輪郭に対応して形成される。本実施形態において、第一開放部群20は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、一方の第一辺73)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域において、本体部2の第一方向の全範囲又は略全範囲に亘って形成されるため、第一枠部301は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、一方の第一辺73)の並ぶ平面状の領域の輪郭に対応して形成される。これに伴い、第一枠部301の第二端は、本体部2の第一接続部24に接続される第一被接続部302として機能する。
本実施形態において、第一流路形成ヘッダー3の第一枠部301の第一被接続部302(第二端)は、本体部2の第一接続部24に対して溶接によって液密又は気密に接続される。
第一配管接続部31は、内孔を有する第一筒状部310であって、一方向に一端と他端とを有する第一筒状部310と、配管を接続するための第一フランジ部311であって、第一筒状部310の一端に接続された環状の第一フランジ部311とを備える。第一配管接続部31は、第一筒状部310の他端が第一本体部30に接続されることで、内孔を第一本体部30の画定する流路と連通させている。
第二流路形成ヘッダー4は、流路を画定する第二本体部40と、内孔を有する筒状の第二配管接続部41であって、内孔を第二本体部40の画定した流路と連通させた状態で第二本体部40に接続された第二配管接続部41とを含む。
第二本体部40は、箱状に形成され、一面を開放させている。具体的には、第二本体部40は、一方向に厚みを有する板状の第二天板部400と、一方向に第一端と第一端に対して反対側の第二端とを有する環状の第二枠部401であって、第一端が第二天板部400の外周端に接続された第二枠部401とを備え、第二天板部400と第二枠部401とによって包囲された領域を流路としている。
第二枠部401は、第二開放部群21の輪郭に対応して形成される。本実施形態において、第二開放部群21は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、他方の第一辺73)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域において、本体部2の第一方向の全範囲又は略全長に亘って形成されるため、第二枠部401は、複数の伝熱プレート7…の辺73(本実施形態においては、一方の第一辺73)の並ぶ平面状の領域の輪郭に対応して形成される。これに伴い、第二枠部401の第二端は、本体部2の第二接続部25に接続される第二被接続部402として機能する。
本実施形態において、第二流路形成ヘッダー4の第二枠部401の第二被接続部402(第二端)は、本体部2の第二接続部25に対して溶接によって液密又は気密に接続される。
第二配管接続部41は、内孔を有する第二筒状部410であって、一方向に一端と他端とを有する第二筒状部410と、配管を接続するための第二フランジ部411であって、第二筒状部410の一端に接続された環状の第二フランジ部411とを備える。第二配管接続部41は、第二筒状部410の他端が第二本体部40に接続されることで、内孔を第二本体部40の画定する流路と連通させている。
第三流路形成ヘッダー5は、流路を画定する第三本体部50と、内孔を有する筒状の第三配管接続部51であって、内孔を第三本体部50の画定した流路と連通させた状態で第三本体部50に接続された第三配管接続部51とを含む。
第三本体部50は、箱状に形成され、一面を開放させている。具体的には、第三本体部50は、一方向に厚みを有する板状の第三天板部500と、一方向に第一端と第一端に対して反対側の第二端とを有する環状の第三枠部501であって、第一端が第三天板部500の外周端に接続された第三枠部501とを備え、第三天板部500と第三枠部501とによって包囲された領域を流路としている。
第三枠部501は、第三開放部群22を構成する複数の第三開放部220…のうち必要な数の第三開放部220…を包囲するように形成される。本実施形態において、第三開放部群22は、複数の伝熱プレート7…の辺74,75(本実施形態においては、一方の第二辺74及び一方の第三辺75のそれぞれ)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域の一部である区画領域S1,S2,S3に形成される。そのため、第三枠部501は、区画領域S1,S2,S3内にある必要な数の第三開放部220…を包囲するように形成される。
本実施形態において、第三枠部501は、第三開放部群22を構成する複数の第三開放部220…の全てを包囲するように、区画領域S1,S2,S2内にある単一の分割領域D2,D3の輪郭に対応して形成される。これに伴い、第三枠部501の第二端は、本体部2の第三接続部26に接続される第三被接続部502として機能する。
本実施形態において、第三流路形成ヘッダー5の第三枠部501の第三被接続部502(第二端)は、本体部2の第三接続部26に対して溶接によって液密又は気密に接続される。
第三配管接続部51は、内孔を有する第三筒状部510であって、一方向に一端と他端とを有する第三筒状部510と、配管を接続するための第三フランジ部511であって、第三筒状部510の一端に接続された環状の第三フランジ部511とを備える。第三配管接続部51は、第三筒状部510の他端が第三本体部50に接続されることで、内孔を第三本体部50の画定する流路と連通させる。
第四流路形成ヘッダー6は、流路を画定する第四本体部60と、内孔を有する筒状の第四配管接続部61であって、内孔を第四本体部60の画定した流路と連通させた状態で第四本体部60に接続された第四配管接続部61とを含む。第四本体部60は、箱状に形成され、一面を開放させている。
具体的には、第四本体部60は、一方向に厚みを有する板状の第四天板部600と、一方向に第一端と第一端に対して反対側の第二端とを有する環状の第四枠部601であって、第一端が第四天板部600の外周端に接続された第四枠部601とを備え、第四天板部600と第四枠部601とによって包囲された領域を流路としている。
第四枠部601は、第四開放部群23を構成する複数の第四開放部230…のうち必要な数の第四開放部230…を包囲するように形成される。本実施形態において、第四開放部群23は、複数の伝熱プレート7…の辺74,75(本実施形態においては、他方の第二辺74及び他方の第三辺75のそれぞれ)の並ぶ本体部2の外周に含まれる平面状の領域の一部である区画領域S1,S2,S3に形成される。そのため、第四枠部601は、区画領域S1,S2,S3内にある必要な数の第四開放部230…を包囲するように形成される。
本実施形態において、第四枠部601は、第四開放部群23を構成する複数の第四開放部230…の全てを包囲するように、区画領域S1,S2,S3内にある単一の分割領域D5,D6の輪郭に対応して形成される。これに伴い、第四枠部601の第二端は、本体部2の第四接続部27に接続される第四被接続部602として機能する。
本実施形態において、第四流路形成ヘッダー6の第四枠部601の第四被接続部602(第二端)は、本体部2の第四接続部27に対して溶接によって液密又は気密に接続される。
第四配管接続部61は、内孔を有する第四筒状部610であって、一方向に一端と他端とを有する第四筒状部610と、配管を接続するための第四フランジ部611であって、第四筒状部610の一端に接続された環状の第四フランジ部611とを備える。第四配管接続部61は、第四筒状部610の他端が第四本体部60に接続されることで、内孔を第四本体部60の画定する流路と連通させる。
本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、以上の通りであり、第一流路形成ヘッダー3の第一配管接続部31(第一フランジ部311)には、熱交換媒体Aの供給源に繋がる配管(図示しない)が接続され、第二流路形成ヘッダー4の第二配管接続部41(第二フランジ部411)には、熱交換媒体Aの排出先に繋がる配管(図示しない)が接続される。また、本実施形態において、複数の第三開放部群22のそれぞれに対応する複数の第三流路形成ヘッダー5の第三配管接続部51(第三フランジ部511)のそれぞれには、被熱交換媒体B1,B2,B3の異なる供給源に繋がる配管(図示しない)が接続され、複数の第四開放部群23のそれぞれに対応する複数の第四流路形成ヘッダー6の第四配管接続部61(第四フランジ部611)のそれぞれには、被熱交換媒体B1,B2,B3の異なる排出先或いは共通の排出先に繋がる配管(図示しない)が接続される。
これに伴い、第一流路形成ヘッダー3に供給された熱交換媒体Aは、図12に示す如く、本体部2の外周上にある複数の第一開放部200…のそれぞれを入口として、複数の第一流路Raに流入し、複数の第一流路Raのそれぞれで流通した熱交換媒体Aは、本体部2の外周上にある複数の第二開放部210…のそれぞれを出口として、第二流路形成ヘッダー4内の流路に流れ込み、最終的に排出先に排出される。
そして、図13乃至図15に示す如く、複数の第三流路形成ヘッダー5のそれぞれに供給された供給源を異にする被熱交換媒体B1,B2,B3は、各区画領域S1,S2,S3において、本体部2の外周上にある複数の第三開放部220…であって、第三流路形成ヘッダー5の流路と連通する複数の第三開放部220…のそれぞれを入口として、複数の第二流路Rbに流入し、複数の第二流路Rbのそれぞれで流通した熱交換媒体Aは、本体部2の外周上にある複数の第四開放部230…であって、対応する第四流路形成ヘッダー6の画定する流路と連通する複数の第四開放部230…のそれぞれを出口として、第四流路形成ヘッダー6内の流路に流れ込み、最終的に排出先に排出される。
これにより、第一流路Raを流通する熱交換媒体Aと、第二流路Rbを流通する被熱交換媒体B1,B2,B3とが、伝熱プレート7を介して熱交換を行う。
これにより、本実施形態に係るプレート式熱交換器1においては、一台であっても、供給源を異にする被熱交換媒体B1,B2,B3のそれぞれと、共通の供給源から供給される熱交換媒体Aとを、要求される性能で熱交換させることができる。
以上のように、本実施形態に係るプレート式熱交換器1は、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート7…を含み且つ各伝熱プレート7…を境にして熱交換媒体Aを流通させる第一流路Raと被熱交換媒体B1,B2,B3を流通させる第二流路Rbとを交互に形成した本体部2を備え、本体部2は、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか一方になる第一開放部200…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第一開放部200…と、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか他方になる第二開放部210…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第二開放部210…と、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか一方になる第三開放部220…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第三開放部220…と、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか他方になる第四開放部230…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第四開放部230…とを備え、整列する複数の第一開放部200…と連通する単一の流路を画定する第一流路形成ヘッダー3、整列する複数の第二開放部210…と連通する単一の流路を画定する第二流路形成ヘッダー4、整列する複数の第三開放部220…のうちの所望する範囲にある複数の第三開放部220…と連通する単一の流路を画定する第三流路形成ヘッダー5、及び複数の第四開放部230…のうちの所望する範囲にある複数の第四開放部230…と連通する流路を画定する第四流路形成ヘッダー6が接続可能である。
上記構成によれば、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか一方になる第一開放部200…、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか他方になる第二開放部210…、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか一方になる第三開放部220…、及び、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか他方になる第四開放部230…が本体部2の外周上にあるため、第一方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート7…のそれぞれは、第一方向で隣り合う伝熱プレート7…と全面又は略全面を対向させる。これにより、第一流路Raを流通する熱交換媒体Aと、第二流路Rbを流通する被熱交換媒体B1,B2,B3との熱交換に寄与する領域が同一又は略同一となる。従って、複数の第二流路Rbのそれぞれにおける熱交換効率の均一化が図られる。
また、第一流路形成ヘッダー3、第二流路形成ヘッダー4、第三流路形成ヘッダー5、及び第四流路形成ヘッダー6を本体部2に接続することにより、所望する流路形態となる。
すなわち、所望する範囲にある複数の第三開放部220…が第三流路形成ヘッダー5の画定する流路によって連通するとともに、所望する範囲にある複数の第四開放部230…が第四流路形成ヘッダー6の画定する流路によって連通するため、第三流路形成ヘッダー5及び第四流路形成ヘッダー6の数や配置を適宜決定することで、所望する範囲にある複数の第二流路Rbを独立した流路にしたり、異なる範囲にある複数の第二流路Rbを連続した流路にしたりすることができる。
本実施形態において、本体部2は、複数の第三開放部220…が第一方向に整列した第三開放部群22及び複数の第四開放部230…が第一方向に整列した第四開放部群23を複数備え、異なる第三開放部群22は、第一方向を中心とする外周方向の異なる位置に配置され、異なる第四開放部群23は、第一方向を中心とする外周方向の異なる位置に配置される。
かかる構成によれば、第三流路形成ヘッダー5の画定する流路と連通させる第三開放部220…、及び第四流路形成ヘッダー6の画定する流路と連通させる第四開放部230…が外周方向の異なる複数箇所に配置されるため、本体部2に対する第三流路形成ヘッダー5及び第四流路形成ヘッダー6の接続態様(パターン)が増え、種々の流路態様にすることができる。
本実施形態において、複数の伝熱プレート7…のそれぞれは、第一方向から見て少なくとも五つの角部72…を含む多角形状に形成されるとともに、第一方向から見て輪郭を一致させるように重ね合わされ、第一開放部200…、第二開放部210…、第三開放部220…及び第四開放部230…は、隣り合う伝熱プレート7…の輪郭に含まれる直線状の辺73,74,75間によって画定される。
かかる構成によれば、本体部2は外観多角柱状となり、その外周面に含まれる複数の平面状の領域のそれぞれにおいて、複数の第一開放部200…、複数の第二開放部210…、複数の第三開放部220…、及び複数の第四開放部230…が整列する。これにより、第一流路形成ヘッダー3、第二流路形成ヘッダー4、第三流路形成ヘッダー5、及び第四流路形成ヘッダー6の位置合わせ等を容易且つ確実にすることができる。
以上のように、本実施形態に係るプレート式熱交換器1によれば、複数設置することなく、熱交換媒体Aと対象とされる被熱交換媒体B1,B2,B3とを要求される熱交換性能で熱交換させることができるという優れた効果を奏し得る。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態において、第一開放部200が第一流路Raの入口を構成するとともに、第二開放部210が第一流路Raの出口を構成したが、これに限定されない。例えば、第一開放部200が第一流路Raの出口を構成するとともに、第二開放部210が第一流路Raの入口を構成してもよい。すなわち、第一流路形成ヘッダー3が熱交換媒体Aの排出先に接続されるとともに、第二流路形成ヘッダー4が熱交換媒体Aの供給源に接続されてもよい。
また、第三開放部220が第二流路Rbの入口を構成するとともに、第四開放部230が第二流路Rbの出口を構成したが、これに限定されない。例えば、第三開放部220が第二流路Rbの出口を構成するとともに、第四開放部230が第二流路Rbの入口を構成してもよい。すなわち、第三流路形成ヘッダー5が被熱交換媒体B1,B2,B3の排出先に接続されるとともに、第四流路形成ヘッダー6が被熱交換媒体B1,B2,B3の供給源に接続されてもよい。
上記実施形態において、複数の伝熱プレート7…のそれぞれが第一方向から見て少なくとも六つの角部72…を含んだ六角形状にされることで、本体部2が六角柱状に形成されたが、これに限定されない。例えば、複数の伝熱プレート7…のそれぞれが第一方向から見て多角形状にされる場合、複数の伝熱プレート7…のそれぞれが第一方向から見て少なくともと三つの角部72…を含んだ多角形状にされることで、本体部2が多角柱状に形成されてもよい。
また、上記実施形態において、複数の伝熱プレート7…のそれぞれが第一方向から見て多角形状にされることで、本体部2が多角形柱状に形成されたが、これに限定されない。例えば、複数の伝熱プレート7…のそれぞれが第一方向から見て円形状にされることで、本体部2が円柱状に形成されてもよい。
この場合においても、本体部2は、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか一方になる第一開放部200…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第一開放部200…と、第一流路Raに熱交換媒体Aを供給する入口又は第一流路Raから熱交換媒体Aを排出させる出口の何れか他方になる第二開放部210…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第二開放部210…と、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか一方になる第三開放部220…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第三開放部220…と、第二流路Rbに被熱交換媒体B1,B2,B3を供給する入口又は第二流路Rbから被熱交換媒体B1,B2,B3を排出させる出口の何れか他方になる第四開放部230…であって、外周上で第一方向に整列した複数の第四開放部230…とを備えることは勿論である。
上記実施形態において、本体部2が、複数の第三開放部群22及び複数の第四開放部群23を備え、隣り合う区画領域S1,S2,S3にある第三開放部群22が周方向で異なる位置に配置されるとともに、隣り合う区画領域S1,S2,S3にある第四開放部群23が周方向で異なる位置に配置されたが、これに限定されない。
例えば、第三開放部群22及び第四開放部群23のそれぞれが、第一開放部群20及び第二開放部群21と同様に、本体部2の第一方向における全範囲(複数の区画領域S1,S2,S3を合わせた領域の全範囲)又は略全範囲に形成されてもよい。
この場合、複数の第三流路形成ヘッダー5のそれぞれが、第三開放部群22を構成する複数の第三開放部220…のうちの必要数の第三開放部220…に対して自身の画定する流路を連通させるように本体部2に接続されるとともに、複数の第四流路形成ヘッダー6のそれぞれが、第四開放部群23を構成する複数の第四開放部230…のうちの必要数の第四開放部230…に対して自身の画定する流路を連通させるように本体部2に接続されればよい。
上記実施形態において、複数の第三流路形成ヘッダー5のそれぞれに、被熱交換媒体B1,B2,B3の異なる供給源に繋がる配管を接続し、複数の第四流路形成ヘッダー6のそれぞれに、被熱交換媒体B1,B2,B3の異なる排出先又は共通する排出先に繋がる配管を接続したが、これに限定されない。
例えば、一つ以上に区画領域S2を挟む二つの区画領域S1,S3のそれぞれに対応して独立した第四流路形成ヘッダー6を配置し、各第四流路形成ヘッダー6の画定する流路を対応する区画領域S1,S3にある第四開放部群23(複数の第四開放部230)と連通させることを前提に、図16に示す如く、一つ以上に区画領域S2を挟む二つの区画領域S1,S3にある第三開放部群22に対応して設けられる複数の第三流路形成ヘッダー5同士を配管接続してもよい。
また、一つ以上に区画領域S2を挟む二つの区画領域S1,S3のそれぞれに対応して独立した第四流路形成ヘッダー6を配置し、各第四流路形成ヘッダー6の画定する流路を対応する区画領域S1,S3にある第四開放部群23(複数の第四開放部230)と連通させることを前提に、図17に示す如く、一つ以上に区画領域S2を挟む二つの区画領域S1,S3にある第三開放部群22を跨ぐように単一の第三流路形成ヘッダー5を配置してもよい。
このようにすれば、図18に示す如く、異なる区画領域S1,S3にある複数の第二流路Rbが第三流路形成ヘッダー5の画定する流路を介して連続した流路となる。
具体的には、一方の区画領域S1にある第四開放部230(一方の第四流路形成ヘッダー6の流路と連通する第四開放部230)が該一方の区画領域S1にある第二流路Rbの入口になるとともに、一方の区画領域S1にある第三開放部220(第三流路形成ヘッダー5の流路と連通する第三開放部220)が一方の区画領域S1にある第二流路Rbの出口になる。
また、他方の区画領域S1にある第三開放部220(第三流路形成ヘッダー5の流路と連通する第三開放部220)が他方の区画領域S3にある第二流路Rbの入口になるとともに、他方の区画領域S3にある第四開放部230(他方の第四流路形成ヘッダー6の流路と連通する第四開放部230)が該他方の区画領域S3にある第二流路Rbの出口になる。
従って、一方の第四流路形成ヘッダー6に被熱交換媒体B1が供給されると、その被熱交換媒体B1は、一方の区画領域S1の第二流路Rbを流通した後に、第三流路形成ヘッダー5の画定する流路を介して他方の区画領域S3の第二流路Rbを流通して他方の第四流路形成ヘッダー6の画定する流路に流出する。
これにより、被熱交換媒体B1が第二流路Rbを流通する機会(熱交換媒体Aと熱交換する機会)が増えるため、被熱交換媒体B1が第二流路Rbを一回通過するだけでは必要な熱交換を行うことができない場合に、被熱交換媒体B1を要求される性状又は温度状態にすることができる。
また、単一の区画領域S1にある第四開放部群23を構成する複数の第四開放部230のうちの必要数の第四開放部230に対応するように第四流路形成ヘッダー6を配置するとともに、該単一の区画領域S1にある第四開放部群23を構成する複数の第四開放部230のうちの残りの第四開放部230に対応するように別の第四流路形成ヘッダー6を配置することを前提に、図19に示す如く、該単一の区画領域S1にある第三開放部群22(複数の第三開放部220)と対応するように単一の第三流路形成ヘッダー5を配置してもよい。
このようにすれば、図20に示す如く、複数の第二流路Rbが第三流路形成ヘッダー5の画定する流路を介して連続した流路となる。これにより、図16及び図17に示したプレート式熱交換器1と同様に、被熱交換媒体B1が第二流路Rbを流通する機会(熱交換媒体Aと熱交換する機会)が増えるため、被熱交換媒体B1が第二流路Rbを一回通過するだけでは必要な熱交換を行うことができない場合に、被熱交換媒体B1を要求される性状又は温度状態にすることができる。
なお、上記何れの態様においても、第三流路形成ヘッダー5において被熱交換媒体B1,B2,B3の流通方向を一回変更するようにしているが、例えば、少なくとも供給源に繋がる第四流路形成ヘッダー6と、排出先に繋がる第四流路形成ヘッダー6との間に、別の第四流路形成ヘッダー6を配置することで、第三流路形成ヘッダー5において被熱交換媒体B1,B2,B3の流通方向を二回変更するようにしてもよい。また、第一方向における異なる範囲の第二流路Rbを連通させるための第三流路形成ヘッダー5及び第四流路形成ヘッダー6の少なくとも何れか一方を複数配置することで、被熱交換媒体B1,B2,B3の流通方向を三回以上変更するようにしてもよい。すなわち、被熱交換媒体B1,B2,B3の流通態様(形態)に応じて、第三流路形成ヘッダー5及び第四流路形成ヘッダー6の配置や数を変更しても勿論よい。
上記実施形態において、対となる(対応関係にある)第一開放部群20及び第二開放部群21のそれぞれが一つずつ設けられたが、これ限定されない。例えば、対となる(対応関係にある)第一開放部群20及び第二開放部群21の少なくとも何れか一方が複数設けられてもよい。このようにすれば、図21に示す如く、第一流路Raの入口及び出口の少なくとも何れか一方(図21においては出口)を複数にすることができる。すなわち、第一流路Ra内で熱交換媒体Aを合流させたり分配させたりすることができる。
また、対となる(対応関係にある)第三開放部群22及び第四開放部群23の少なくとも何れか一方が複数設けられてもよい。このようにすれば、図22乃至図24に示す如く、第二流路Rbの入口及び出口の少なくとも何れか一方(図22乃至図24においては出口)を複数にすることができる。すなわち、第二流路Rb内で被熱交換媒体B1,B2,B3を合流させたり分配させたりすることができる。なお、第二流路Rbの入口を複数にすれば、異なる被熱交換媒体B1,B2,B3を第二流路Rb内で混合できるため、例えば、異なる被熱交換媒体B1,B2,B3を混合と加熱によって反応する化学材料にすれば、プレート式熱交換器1を反応器として機能させることもできる。
上記実施形態において、伝熱プレート7の第一面Sa及び第二面Sbのそれぞれに、複数の直線部700、710を含む凹条70及び凸条71であって、隣り合う直線部700,710の端部(接続点P)同士が接続されて屈曲形状をなす凹条70及び凸条71が形成されたが、これに限定されない。
例えば、伝熱プレート7の第一面Sa及び第二面Sbのそれぞれに、全長に亘って直線状の凹条70及び凸条71が形成されたものであってもよい。また、凹条70及び凸条71に代え、伝熱プレート7の第一面Sa及び第二面Sbのそれぞれに複数の凹部(窪み)及び凸部(突起)を形成してもよい。すなわち、伝熱プレート7の第一面Sa及び第二面Sbの形態は、流通させる熱交換媒体A及び被熱交換媒体B1,B2,B3の性状や、要求される性能に応じて適宜変更をすればよい。
上記実施形態において、第一流路形成ヘッダー3、第二流路形成ヘッダー4、第三流路形成ヘッダー5、及び第四流路形成ヘッダー6のそれぞれが箱状に形成されたが、これに限定されない。例えば、第一流路形成ヘッダー3、第二流路形成ヘッダー4、第三流路形成ヘッダー5、及び第四流路形成ヘッダー6の全て又は一部は、周壁の一部を開放させ且つ周壁によって流路を画定したパイプ状のものであってもよい。このようにしても、ヘッダー3,4,5,6を本体部2に接続し、周壁の一部(開放した部分)を介して周壁によって画定した流路と開放部群(第一開放部群20、第二開放部群21、第三開放部群22、第四開放部群23)とを連通させることで、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。