JP3969556B2 - Plate heat exchanger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレートを積層させてプレート間に交互に2流体を流して熱交換させるプレート式熱交換器に係り、特に、低圧冷媒を用いる冷凍機の蒸発器、低温再生器、凝縮器のように、少なくとも一方の流体が低圧蒸気である場合(あるいは相変化して蒸気化、又は蒸気から液化させる場合)に好適なプレート式熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、蒸発器出口の蒸気速度、あるいは吸収器入口の蒸気速度は、50m/s以内程度に抑えないと、流動抵抗が増え、冷凍機能が低下する。
従来、プレート式熱交換器として、図5のように、吸収器要素2と蒸発器要素2’とをプレート面同上を向かい合わせにして、交互に配置したものが提案されている。この場合のプレート1面に対する蒸気通路の大きさは、プレート高さ×プレート幅となり、プレート間隙間は蒸気流速からの制限を受けずコンパクト化が可能となる。
図5のような形式の熱交換器においては、2枚のプレートを組み合わせた熱交換要素を1個づつ製作し、冷水ヘッダー、冷却水ヘッダーに1個づつ順次取り付けていく必要があり、製作工数がおおきなものになり、また、吸収器と蒸発器の形状が異なり、部品の種類も多くなる。
【0003】
さらに、例えば吸収器要素と蒸発器要素とを交互に配置した場合、両要素間の隙間のプレート表面の頂部に吸収溶液11と冷媒液12とを同時に供給するため、液滴が飛散し、吸収溶液が冷媒中に入ると冷媒が汚れて、沸点上昇をおこし、蒸発温度が上昇し、冷凍機としての性能が劣化するし、また、伝熱面上の溶液量も減少し、濡れ難くなる問題がある。
一方、冷媒液が液滴として飛散し、吸収器側に入ると溶液濃度が低下して、吸収能力が落ち、冷凍機としての性能が劣化する。また、冷媒液が蒸発せず、液のまま飛び出すことで、本来の冷凍効果を発揮せず、効率が低下するし、また、伝熱面上の冷媒液量も減少し、濡れ難くなる問題もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、熱交換要素間への液体の供給に際して、液滴の飛散がなく、プレート上を液体が平均して流下し、高い熱交換効率を有するプレート式熱交換器を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、それぞれ異なった温度を有する2組の流体を同時に熱交換するプレート式熱交換器において、互いに向かい合うプレート2枚を一組とし、この2枚の内側の密閉された空間を第1流体の通路とし、プレート面を伝熱面として、プレートの外面に沿って流れる流体を第2流体とする熱交換要素(A)と、互いに向かい合うプレート2枚を一組とし、この2枚の内側の密閉された空間を第3流体の通路とし、プレート面を伝熱面として、プレートの外面に沿って流れる流体を第4流体とする熱交換要素(B)とを有し、該熱交換要素(A)と(B)とを、各プレート面が互いに向かい合うようにして、所定の隙間を隔てて、複数交互に並べると共に、前記隙間には、液分配器を設け、該液分配器に設けられた穴から熱交換要素(A)及び(B)の表面上部にそれぞれ第2流体及び第4流体を流すこととしたものである。
【0006】
前記プレート式熱交換器において、液分配器としては、側面にオリフィス穴を設けた樋を用いることができ、また、樋状で、樋の側面としてプレート面を利用することもできる。
前記熱交換要素(A)と(B)とのプレート面上には、該熱交換要素(A)の内側空間同士と熱交換要素(B)の内側空間同士とを別々に連通する連通管が形成されているのがよい。
【0007】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いるプレートは、凹凸部を有する2枚のプレートを内部に空間を形成するように重ね、その周縁部及び両端の開口部の連通管(流体出入口)を単に重ねた時には、全周にわたって軽く接触し(線接触し)、重ね方向に力を加えていくと、その接触部の形状が変化して面接触となり、前記凹凸が接触するまで、力を加えると共に接触面が大きくなり、ろう接(フレージング)で周縁を密封するのに好適な形状のものを用いることができる。
すなわち、前記のプレートは、ろう接の場合、プレート同士を密着させるため、力を加えながらろう接を実施するが、この力を加えたときに、周縁部が平行となり、さらにプレートの凹凸が接触するので好ましい。
【0008】
上記のような2枚のプレートを、接触予定部にろう材を置きながら(塗りながら)重ねると、上記プレートの両端部に形成された開口部から上記空間の間に流体流路を有する熱交換器が構成される。
本発明では、ろう接(フレージング)以外に、間にガスケットを入れて外部から力を加える場合あるいは溶接で密閉する場合等も含む。
本発明のプレートの凹凸は、所定方向に延びる波状パターンとして形成することができ、2次元的に屈曲する複雑な流路が比較的簡単な構成で形成できる。
また、プレート両端の開口部連通管は、同一流路の熱交換要素と要素の間には他の流路の熱交換要素及び飛散防止手段が挿入されるので、その要素及び防止手段が挿入できる間隔とプレート外面に流路が形成できる間隔を設けた長さの連通管とし、該連通管をプレートの両端の片側に設けることができ、熱交換器の製造に関しては、該要素間にスペーサを挿入して、炉内で力を加えながら、一挙にろう接することができる。
【0009】
このプレート両端の開口部連通管の一方に、たちあがりを設けることにより、重ね合わせのときに、開口部の嵌め合いで位置決めを簡易にすることができる。これにより、プレートを重ねるだけでプレート同士の2次元的な位置決めが自然に行われるので、製造工程が簡略化される。
本発明の熱交換要素の表面上部に設ける液分配器は、プレート表面と平行して樋状に設けられ、プレート表面に向けて液を流下するオリフィス穴が側面に設けられており、また、該液分配器は、樋の一側面として、プレート面を利用してもよい。これにより、プレート表面に流体を供給する際の液の飛散を防止して、プレート表面上に流体を満遍なく平均に流すことができる。
また、本発明の熱交換要素(A)と(B)との間の液分配器の下部には、飛散防止手段を挿入することができ、それにより、プレート面上に供給される流体の飛散をより防止することができる。該飛散防止手段としては、それぞれの飛散液を飛散元の伝熱面に戻すように2枚の板材で構成される邪魔板とすることができる。
【0010】
本発明の熱交換要素は、外表面を流体が流れ、内部流体との間でプレートの伝熱面を介して熱交換を行うため、外表面を流れる流体は、該伝熱面に広がり、乾いた面がないように濡れ性を良くする必要がある。そのため、熱交換要素の伝熱面を構成するプレートはステンレス鋼製とし、その外表面に、電解的に溶解した多孔質層、クロムの溶融塩浴で処理した酸化クロムの拡散層又は小さな多数の凹みを設けるか、あるいは、梨地状にするのがよい。
前記の外表面に多数の小さな凹みを設けるには、プレートの成形時に、金型表面の多数の小さな突起を転写するように凹みを設けることにより、また、梨地状にするには、素材表面が既に梨地状になっているもの、例えばステンレス鋼素材の表面を薄板製造時にローラーで梨地状に形成したものを用いるか、あるいは、表面を放電加工により形成することができ、放電加工は、水中で行うことが好ましく、また、放電加工は、プレート薄板(素材)のとき行っても、プレート成形後で、プレート熱交換器を製作する際に行ってもよい。素材時であれば、電極形状を平面としておき、電極を動かしながら、あるいは、薄板を動かしながら、パルス電流を与えればよく、電極形状が簡易化できる。
【0011】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明のプレート式熱交換器の一例を示す断面構成図であり、3つずつの熱交換要素2、2’を交互に結合して構成されている。
熱交換要素2は、2つのプレート1を重ね合わせ、凹凸パターンの接触部と周縁部6の間を溶接又はろう接することにより、固着して作成されている。
熱交換要素2と2’の間には、プレート表面を流れる流体の飛散を防止するための邪魔板3が配備され、熱交換要素2、2’の上部には、液分配器4が設置されており、液分配器のオリフィス穴5から流体がプレート表面の伝熱面に沿って流れる。
【0012】
このように、プレート表面の伝熱面に接するように、液分配器を設置し、邪魔板を置いておけば、液分配器4から流下する第2流体11又は第4流体12、例えば、吸収溶液11又は冷媒液12の飛散を防止することができ、それぞれ蒸発器側又は吸収器側に入り込むことが防止でき、さらに邪魔板を設置することで、溶液を吸収器側に戻すことができ、また冷媒液を蒸発器側に戻すことができ、吸収溶液量及び冷媒液量をそれぞれ確保することができる。熱交換要素2の下には冷媒受皿7が設けられており、蒸発しない冷媒液12を回収する。回収した冷媒液12は循環して供給できる。
図1において、図示されていないが、第1流体は熱交換要素2’を連通する連通管によって供給されており、また第3流体は熱交換要素2を連通する連通管によって供給されている。そして、第1流体を冷却水、第3流体を冷水として、吸収冷凍機のプレート式吸収・蒸発器とすることができる。
【0013】
また、図2に、液分配器4を邪魔板3と一体に形成した場合を示し、このように構成することもできる。
図3に、吸収冷凍機の再生器/凝縮器の組合わせに適用する場合を示し、熱交換要素2の内部に冷却水、熱交換要素2’の内部に熱源流体を連通管を通して供給し、吸収溶液11を液分配器4を介して熱交換要素2’のプレート表面の伝熱面に流して冷媒液を蒸発させ、熱交換要素2のプレート表面の伝熱面に冷媒12を凝縮させる。凝縮した冷媒液12は冷媒受皿7で回収される。従って、熱交換要素2には液分配器を設置する必要はないが、付いていても液を導入しなければよい。
図4に、本発明の他の液分配器を設置したプレート式熱交換器の概略構成図を示し、(a)は正面図、(b)は部分平面図である。このように、液分配器4の樋状の一側面をプレート表面で兼用することができ、この場合、オリフィス穴は、プレート表面との接触部に設けた切り欠き8とすることができる。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、1種類又は2種類の部分から構成される熱交換要素の内外に凹凸により屈折した流路が形成されると共に、異なった温度の2個の流体から熱交換する複雑なプレート式熱交換器を、少ない部品点数と簡単な製造工程により、低コストで効率の良い熱交換機能を持つ熱交換器を提供することができる。
また、本発明によれば、液滴の飛散を防止できるので、2つの流下する流体が混合することがなく、吸収冷凍機の吸収・蒸発器及び再生・凝縮器として用いた場合、冷凍機としての性能が劣化することがなく、濡れ難くなる問題もなく、高い熱交換機能を有する吸収冷凍機が得られる。
さらに、本発明によれば、プレート面上に流下する流体を満遍なく平均して流すことができるので、熱交換効率の良いプレート式熱交換器が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプレート式熱交換器の一例を示す断面構成図。
【図2】本発明のプレート式熱交換器の他の例を示す断面構成図。
【図3】本発明のプレート式熱交換器の他の例を示す断面構成図。
【図4】本発明のプレート式熱交換器の別の例を示す概略構成図で、(a)正面図、(b)部分平面図。
【図5】従来のプレート式熱交換器を吸収器/蒸発器に適用した部分構成図。
【符号の説明】
1:プレート、2、2’:熱交換要素、3:邪魔板、4:液分配器、5:オリフィス穴、6:周縁部、7:冷媒受皿、8:切り欠き、11:第2流体(吸収溶液)、12:第4流体(冷媒液)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate heat exchanger in which plates are stacked and two fluids are alternately flowed between the plates to exchange heat, and in particular, an evaporator, a low temperature regenerator, and a condenser of a refrigerator using a low-pressure refrigerant. Furthermore, the present invention relates to a plate heat exchanger that is suitable when at least one of the fluids is low-pressure steam (or vaporized by phase change or liquefied from steam).
[0002]
[Prior art]
In general, unless the vapor velocity at the evaporator outlet or the vapor velocity at the absorber inlet is suppressed to about 50 m / s or less, the flow resistance increases and the refrigeration function decreases.
Conventionally, as a plate heat exchanger, as shown in FIG. 5, an
In the heat exchanger of the type as shown in Fig. 5, it is necessary to manufacture one heat exchange element combining two plates one by one and attach it to the chilled water header and the chilled water header one by one. In addition, the shape of the absorber and the evaporator is different, and the types of parts are increased.
[0003]
Further, for example, when the absorber element and the evaporator element are alternately arranged, the absorbing
On the other hand, when the refrigerant liquid scatters as droplets and enters the absorber side, the solution concentration decreases, the absorption capacity decreases, and the performance as a refrigerator deteriorates. In addition, since the refrigerant liquid does not evaporate and jumps out as a liquid, the original refrigeration effect is not exhibited, the efficiency is reduced, and the amount of the refrigerant liquid on the heat transfer surface is reduced, making it difficult to wet. is there.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-described conventional technology, the present invention provides a plate heat exchanger that has high heat exchange efficiency because liquid does not scatter and drops on the plate on the average when the liquid is supplied between the heat exchange elements. It is an issue to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention, in a plate heat exchanger for simultaneously exchanging two sets of fluids each having a different temperature, two plates facing each other are set as one set, A heat exchange element (A) having a hermetically sealed space as a first fluid passage, a plate surface as a heat transfer surface, and a fluid flowing along the outer surface of the plate as a second fluid, and a pair of two plates facing each other A heat exchange element (B) in which the sealed space inside the two sheets serves as a third fluid passage, the plate surface serves as a heat transfer surface, and the fluid flowing along the outer surface of the plate serves as a fourth fluid. The heat exchange elements (A) and (B) are arranged alternately with a predetermined gap so that the plate surfaces face each other, and a liquid distributor is provided in the gap. , Provided in the liquid distributor From each hole to the surface top of the heat exchange elements (A) and (B) is obtained by and score the flow of the second fluid and the fourth fluid.
[0006]
In the plate heat exchanger, as the liquid distributor, a tub having an orifice hole on the side surface can be used, or a plate surface can be used as the side surface of the tub in a bowl shape.
On the plate surfaces of the heat exchange elements (A) and (B), there are communication pipes that separately communicate the inner spaces of the heat exchange elements (A) and the inner spaces of the heat exchange elements (B). It is good that it is formed.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail.
When the plate used in the present invention is overlapped so as to form a space inside the two plates having uneven portions, and the communication pipes (fluid inlets and outlets) at the peripheral edge and the openings at both ends are simply overlapped, the entire circumference is covered. When lightly touching (contacting line) and applying force in the overlapping direction, the shape of the contact part changes to surface contact, and force is applied and the contact surface increases until the unevenness comes into contact. The thing of a suitable shape can be used for sealing a peripheral edge by phrasing.
That is, in the case of brazing, in order to bring the plates into close contact with each other, brazing is performed while applying a force, but when this force is applied, the peripheral portion becomes parallel and the unevenness of the plate is in contact with the plate. This is preferable.
[0008]
When the two plates as described above are overlapped while placing (waxing) the brazing material on the part to be contacted, heat exchange having a fluid flow path between the openings from the openings formed at both ends of the plate A vessel is constructed.
In the present invention, in addition to brazing (phrasing), a case in which a gasket is inserted therebetween and a force is applied from the outside, or a case of sealing by welding is included.
The unevenness of the plate of the present invention can be formed as a wavy pattern extending in a predetermined direction, and a complicated flow path that is two-dimensionally bent can be formed with a relatively simple configuration.
In addition, since the opening communication pipes at both ends of the plate are inserted between the heat exchange element of the same flow path and the heat exchange element of other flow paths and the scattering prevention means, the elements and the prevention means can be inserted. The length of the communication pipe is such that a space can be formed on the outer surface of the plate, and the communication pipe can be provided on one side of both ends of the plate. It can be inserted and brazed at once while applying force in the furnace.
[0009]
By providing an opening in one of the opening communicating pipes at both ends of the plate, positioning can be simplified by fitting the opening when overlapping. Thereby, since the two-dimensional positioning of the plates is naturally performed only by overlapping the plates, the manufacturing process is simplified.
The liquid distributor provided on the upper surface of the heat exchange element of the present invention is provided in a bowl shape in parallel with the plate surface, and has orifice holes on the side surface for flowing the liquid toward the plate surface. The liquid distributor may use a plate surface as one side surface of the bottle. Thereby, scattering of the liquid at the time of supplying the fluid to the plate surface can be prevented, and the fluid can flow evenly on the plate surface evenly.
Further, a splash prevention means can be inserted in the lower part of the liquid distributor between the heat exchange elements (A) and (B) of the present invention, thereby scattering the fluid supplied onto the plate surface. Can be prevented more. The scattering prevention means may be a baffle plate composed of two plates so that the respective scattered liquids are returned to the heat transfer surface of the scattering source.
[0010]
In the heat exchange element of the present invention, the fluid flows on the outer surface and exchanges heat with the inner fluid via the heat transfer surface of the plate. Therefore, the fluid flowing on the outer surface spreads on the heat transfer surface and is dry. It is necessary to improve wettability so that there is no surface. Therefore, the plate constituting the heat transfer surface of the heat exchange element is made of stainless steel, and on its outer surface, a porous layer dissolved electrolytically, a diffusion layer of chromium oxide treated with a molten salt bath of chromium or a large number of small It is better to provide a dent or a satin finish.
In order to provide a large number of small depressions on the outer surface, by forming depressions so as to transfer a large number of small protrusions on the mold surface during the molding of the plate, It is possible to use a material that has already been satin-finished, for example, a surface of a stainless steel material that has been formed into a satin-finished surface with a roller during the production of a thin plate, or the surface can be formed by electrical discharge machining. The electric discharge machining is preferably performed when the plate is a thin plate (raw material) or when the plate heat exchanger is manufactured after the plate is formed. When the material is used, the electrode shape may be set to a plane, and a pulse current may be applied while moving the electrode or moving the thin plate, and the electrode shape can be simplified.
[0011]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a plate heat exchanger according to the present invention, which is formed by alternately connecting three
The
A baffle plate 3 is provided between the
[0012]
Thus, if the liquid distributor is installed so as to be in contact with the heat transfer surface of the plate surface and the baffle plate is placed, the
Although not shown in FIG. 1, the first fluid is supplied by a communication pipe that communicates the
[0013]
FIG. 2 shows a case where the
FIG. 3 shows a case where the present invention is applied to a regenerator / condenser combination of an absorption refrigerator, in which cooling water is supplied into the
In FIG. 4, the schematic block diagram of the plate-type heat exchanger which installed the other liquid distributor of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is a partial top view. As described above, one side surface of the bowl-like shape of the
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the flow path refracted by the unevenness is formed inside and outside the heat exchange element composed of one or two kinds of portions, and from two fluids having different temperatures. A complex plate heat exchanger for heat exchange can be provided with a low cost and efficient heat exchange function with a small number of parts and a simple manufacturing process.
Also, according to the present invention, since the droplets can be prevented from scattering, the two flowing fluids are not mixed, and when used as an absorption / evaporator and a regeneration / condenser of an absorption refrigerator, Thus, an absorption refrigerator having a high heat exchange function can be obtained.
Furthermore, according to the present invention, since the fluid flowing down on the plate surface can be flown evenly on average, a plate heat exchanger with good heat exchange efficiency was obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing an example of a plate heat exchanger of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram showing another example of the plate heat exchanger of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram showing another example of the plate heat exchanger of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another example of the plate heat exchanger of the present invention, (a) a front view and (b) a partial plan view.
FIG. 5 is a partial configuration diagram in which a conventional plate heat exchanger is applied to an absorber / evaporator.
[Explanation of symbols]
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