JP2021110516A - シェルアンドプレート式熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
横方向に重ね合わされて互いに接合された複数の伝熱プレート(50a,50b)を有して、上記シェル(20)内の上記内部空間(21)に収容されるプレート積層体(40)とを備え、
上記シェル(20)内の上記内部空間(21)へ流入した冷媒を蒸発させるシェルアンドプレート式熱交換器であって、
上記プレート積層体(40)には、上記シェル(20)の上記内部空間(21)に連通して冷媒が流れる冷媒流路(41)と、上記シェル(20)の上記内部空間(21)から遮断されて熱媒体が流れる熱媒体流路(42)とが、上記伝熱プレート(50a,50b)を挟んで隣り合うように複数ずつ形成され、
上記伝熱プレート(50a,50b)は、
上記熱媒体流路(42)に連通して該熱媒体流路(42)へ熱媒体を導入する第1連通孔(52a,52b)と、
上記第1連通孔(52a,52b)の下方に形成され、上記熱媒体流路(42)に連通して該熱媒体流路(42)から熱媒体を導出する第2連通孔(54a,54b)とを有し、
上記熱媒体流路(42)には、上記第1連通孔(52a,52b)と上記第2連通孔(54a,54b)との間を横断するように設けられ、上記第1連通孔(52a,52b)から上記熱媒体流路(42)に流入した熱媒体を上記伝熱プレート(50a,50b)の側部に向かって案内するガイド部(70)が設けられる。
上記第2連通孔(54a,54b)の下端と上記伝熱プレート(50a,50b)の下端との距離は、上記第1連通孔(52a,52b)の上端と上記伝熱プレート(50a,50b)の上端との距離よりも大きい。
上記第2連通孔(54a,54b)の中心の高さ位置は、上記ガイド部(70)の下端の高さ位置よりも高い
第4の態様では、第2連通孔(54a,54b)に流入する熱媒体は、第2連通孔(54a,54b)の下方から流れる。そのため、伝熱プレート(50a,50b)の下端での熱媒体の流通量が増加し、伝熱プレート(50a,50b)下端での熱交換効率の低下を抑制できる。
上記ガイド部(70)は、重ね合わされて互いに接合された上記複数の伝熱プレート(50a,50b)を貫通するように設けられた板部材(75)である。
上記ガイド部(70)は、上記伝熱プレート(50a,50b)に形成された凸部(57a,57b)または凹部(56a,56b)によって構成される。
〈全体構成〉
本実施形態のシェルアンドプレート熱交換器(10)(以下では、「熱交換器」という)は、冷凍装置の冷媒回路(図示省略)に接続されている。この冷凍装置では、圧縮機で圧縮された冷媒が、凝縮器(放熱器)で放熱し、減圧機構で減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器として機能する熱交換器(10)で蒸発して圧縮機に吸入される。このように冷凍装置の冷媒回路では、冷凍サイクルが行われる。
シェル(20)は、横長の円筒状の密閉容器で構成される。シェル(20)は、胴部(20a)と第1側壁(20b)と第2側壁(20c)とを有する。胴部(20a)は円筒状に形成される。第1側壁(20b)は、円形に形成され、胴部(20a)の左端を閉塞する。第2側壁(20c)は、円形に形成され、胴部(20a)の右端を閉塞する。シェル(20)は、胴部(20a)、第1側壁(20b)、第2側壁により、内部空間(21)を形成する。内部空間(21)内に液冷媒が貯留される。
プレート積層体(40)は、横方向に重ね合わされて互いに接合された複数の伝熱プレート(50a,50b)によって構成される。プレート積層体(40)は、伝熱プレート(50a,50b)の積層方向が横方向となる姿勢で、シェル(20)の内部空間(21)に収容される。
第1プレート(50a)には、入口凸部(51a)と出口凸部(53a)とが形成される。入口凸部(51a)と出口凸部(53a)のそれぞれは、第1プレート(50a)の表面側に膨出した円形の部分である。入口凸部(51a)と出口凸部(53a)のそれぞれは、第1プレート(50a)の幅方向の中央部に形成される。入口凸部(51a)は、第1プレート(50a)の上部に形成される。出口凸部(53a)は、第1プレート(50a)の下部に形成される。入口凸部(51a)の中心部には、第1入口孔(52a)が形成される。第1入口孔(52a)は第1プレート(50a)の第1連通孔に対応する。出口凸部(53a)の中心部には、第1出口孔(54a)が形成される。第1入口孔(52a)と第1出口孔(54a)のそれぞれは、第1プレート(50a)を厚さ方向に貫通する円形の孔である。
プレート積層体(40)では、伝熱プレート(50a,50b)を挟んで冷媒流路(41)と熱媒体流路(42)とが隣り合うように複数ずつ形成される。冷媒流路(41)と熱媒体流路(42)は、伝熱プレート(50a,50b)によって互いに仕切られる。第1プレート(50a)及び第2プレート(50b)にはそれぞれ、細長い畝状の凹凸とが繰り返し形成された第1凹凸パターン(62a)及び第2凹凸パターン(62b)が形成されている。図3に示すように、第1凹凸パターン(62a)及び第2凹凸パターン(62b)はそれぞれ、凹凸の稜線が水平方向Xに対する第1角度α1及び第2角度α2をもって延びている。第1角度α1と第2角度α2とは互いに逆の大きさである。例えば、第1角度α1が45度である場合、第2角度α2は135度である。第1角度α1は、15度〜75度である。第2角度α2は、165度〜105度である。
図2及び図3に示すように、熱媒体流路(42)には、ガイド部(70)が設けられる。ガイド部(70)は、伝熱プレート(50a,50b)を正面から見たときに、第1連通孔(52a,52b)と第2連通孔(54a,54b)との間を横断するように設けられる。ガイド部(70)について以下詳細に説明する。
熱交換器(10)内における熱媒体及び冷媒の流れについて、図4及び図5を参照して具体的に説明する。なお、図4中に示す矢印は、熱媒体の流れを示す。図5ではシェル内に液冷媒が貯留されている状態が示され、実線の矢印は、熱媒体の流れを表し、破線の矢印は冷媒の流れを表す。
熱媒体流路(42)には、第1連通孔(52a,52b)と第2連通孔(54a,54b)との間を横断するように設けられ、第1連通孔(52a,52b)から熱媒体流路(42)に流入した熱媒体を伝熱プレート(50a,50b)の側部に向かって案内するガイド部(70)が設けられる。
ガイド部(70)の下端は、第2連通孔(54a,54b)の上端よりも下方に位置する。
本実施形態の熱交換器において、第2連通孔(54a,54b)の下端と伝熱プレート(50a,50b)の下端との距離は、第1連通孔(52a,52b)の上端と伝熱プレート(50a,50b)の上端との距離よりも大きい。
本実施形態の熱交換器において、第2連通孔(54a,54b)の中心の高さ位置は、ガイド部(70)の下端の高さ位置よりも高い。
上記ガイド部(70)は、上記伝熱プレート(50a,50b)に形成された凸部(57a,57b)または凹部(58a,58b)によって構成される。
実施形態の熱交換器(10)については、次のような変形例を適用してもよい。なお、以下の変形例は、熱交換器(10)の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
図6に示すように、第1変形例の伝熱プレート(50a,50b)は、概ね円形に形成される。第1連通孔(52a,52b)は、伝熱プレート(50a,50b)の上端近傍に設けられる。第2連通孔(54a,54b)は第1連通孔(52a,52b)の下端と伝熱プレート(50a,50b)の中心との間に設けられる。図中の矢印は熱媒体の流れを示す。
図7に示すように、変形例2の伝熱プレート(50a,50b)は、概ね楕円形に形成される。第1連通孔(52a,52b)は、伝熱プレート(50a,50b)の上端近傍に設けられる。図中の矢印は熱媒体の流れを示す。
図8に示すように、第3変形例のガイド部(70)は、細長の板部材(75)により形成される。板部材(75)は、第1板部(75a)と第2板部(75b)とにより構成される。第1板部(75a)は、第1連通孔(52a,52b)と第2連通孔(54a,54b)との間に設けられる。第2板部(75b)は、第1板部(75a)の両端から下方に延びる。第1板部(75a)の長さL1は、伝熱プレート(50a,50b)の一側端から他側端までの長さの概ね半分である。第2板部(75b)の長さL2は、第1板部(75a)の長さL1の概ね3分の1程度の長さである。第2板部(75b)の下端は、第2連通孔(54a,54b)の中心Oと第2連通孔(54a,54b)の下端との中間の高さに位置する。
図9に示すように、実施形態の熱交換器(10)はエリミネータ(15)を備えていてもよい。エリミネータ(15)は、ガス冷媒と共に流れる滴状の液冷媒を捕捉するための部材である。このエリミネータ(15)は、例えば金属製のメッシュを積層することによって形成された厚板状に形成され、その厚さ方向に冷媒が通過可能である。
図10に示すように、ガイド部(70)は、伝熱プレート(50a,50b)を正面から見て、逆V字形状に形成されていてもよい。ガイド部(70)の頂点は、第1連通孔(52a,52b)の下端と第2連通孔(54a,54b)の上端との間に形成される。また、図示はしないが、ガイド部(70)は逆U字形状に形成されていてもよい。
第1凹凸パターン(62a)の第1角度α1及び第2凹凸パターン(62b)の第2角度α2は同じ角度であってもよい。例えば、第1凹凸パターン(62a)の第1角度α1及び第2凹凸パターン(62b)の第2角度α2は共に0度、言い換えると水平方向であってもよい。
実施形態の熱交換器(10)は、流下液膜化式のシェルアンドプレート式熱交換器であってもよい。厳密に、熱交換器(10)は、シェル(20)内におけるプレート積層体(40)の上方に、プレート積層体(40)に液冷媒を散布する散布器を備えていてもよい。また、熱交換器(10)は、液冷媒を散布する構造を有したプレート積層体を有していてもよい。
40 プレート積層体
41 冷媒流路
42 熱媒体流路
50a 第1プレート(伝熱プレート)
50b 第2プレート(伝熱プレート)
52a 第1入口孔(第1連通孔)
54a 第1出口孔(第2連通孔)
52b 第2入口孔(第1連通孔)
54b 第2出口孔(第2連通孔)
70 ガイド部(ガイド部)
75 板部材
57a 第1裏側凸部(凸部)
57b 第2表側凸部(凸部)
56a 第1表側凹部(凹部)
56b 第2裏側凹部(凹部)
Claims (6)
- 内部空間(21)を形成するシェル(20)と、
横方向に重ね合わされて互いに接合された複数の伝熱プレート(50a,50b)を有して、上記シェル(20)内の上記内部空間(21)に収容されるプレート積層体(40)とを備え、
上記シェル(20)内の上記内部空間(21)へ流入した冷媒を蒸発させるシェルアンドプレート式熱交換器であって、
上記プレート積層体(40)には、上記シェル(20)の上記内部空間(21)に連通して冷媒が流れる冷媒流路(41)と、上記シェル(20)の上記内部空間(21)から遮断されて熱媒体が流れる熱媒体流路(42)とが、上記伝熱プレート(50a,50b)を挟んで隣り合うように複数ずつ形成され、
上記伝熱プレート(50a,50b)は、
上記熱媒体流路(42)に連通して該熱媒体流路(42)へ熱媒体を導入する第1連通孔(52a,52b)と、
上記第1連通孔(52a,52b)の下方に形成され、上記熱媒体流路(42)に連通して該熱媒体流路(42)から熱媒体を導出する第2連通孔(54a,54b)とを有し、
上記熱媒体流路(42)には、上記第1連通孔(52a,52b)と上記第2連通孔(54a,54b)との間を横断するように設けられ、上記第1連通孔(52a,52b)から上記熱媒体流路(42)に流入した熱媒体を上記伝熱プレート(50a,50b)の側部に向かって案内するガイド部(70)が設けられることを特徴とするシェルアンドプレート熱交換器。 - 請求項1において、
上記ガイド部(70)の下端は、上記第2連通孔(54a,54b)の上端よりも下方に位置することを特徴とするシェルアンドプレート熱交換器。 - 請求項1または2において、
上記第2連通孔(54a,54b)の下端と上記伝熱プレート(50a,50b)の下端との距離は、上記第1連通孔(52a,52b)の上端と上記伝熱プレート(50a,50b)の上端との距離よりも大きいことを特徴とするシェルアンドプレート熱交換器。 - 請求項1〜3のいずれか1つにおいて、
上記第2連通孔(54a,54b)の中心の高さ位置は、上記ガイド部(70)の下端の高さ位置よりも高いことを特徴とするシェルアンドプレート熱交換器。 - 請求項1〜4のいずれか1つにおいて、
上記ガイド部(70)は、重ね合わされて互いに接合された上記複数の伝熱プレート(50a,50b)を貫通するように設けられた板部材(75)であることを特徴とするシェルアンドプレート熱交換器。 - 請求項1〜4のいずれか1つにおいて、
上記ガイド部(70)は、上記伝熱プレート(50a,50b)に形成された凸部(57a,57b)または凹部(56a,56b)によって構成されることを特徴とするシェルアンドプレート熱交換器。
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