JP4298250B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の伝熱プレートを積層して一対の耐圧フレームで弾性部材のガスケットを介し挟圧したプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄い金属板を凹凸の波形状にプレス成形した複数の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートを積層したプレート積層体を一対の耐圧フレームでガスケットを介し挟圧して、隣接する伝熱プレート間に熱媒体の流体通路を形成している。プレート積層体は、隣接する伝熱プレートをガスケットを介して積層したガスケット型（例えば、特許文献１参照。）や、２枚の伝熱プレートを溶接で袋状にしたプレートカセットをガスケットを介して積層した溶接型（例えば、特許文献２参照。）等がある。
【０００３】
例えば、ガスケット型のプレート式熱交換器は、図２に示すように複数の伝熱プレート１を積層したプレート積層体２と、プレート積層体２を両端側から挟圧する一対の耐圧フレーム３で構成される。隣接する伝熱プレート１の間にガスケット４が介挿され、プレート積層体２の両端の各伝熱プレート１と一対の耐圧フレーム３の間にガスケット５が介挿される。
【０００４】
複数の各伝熱プレート１は、縦長の略矩形の金属薄板を同様な波形状にプレス成形したもので、４隅部に熱媒体流通用の円形の通路孔１ａ〜１ｄを有する。各伝熱プレート１の周縁部には、ガスケット４、５が嵌着される図示しない凹波状のガスケット溝が形成され、中央部には図示しない凹凸波状の伝熱部が形成される。このような伝熱プレート１の波形部分は、伝熱プレート間に形成される流体流路の内圧に対する耐圧性を高め、また、ガスケット４、５を位置決め保持してシール性能を安定させる。
【０００５】
隣接する２枚の伝熱プレート１の間に介挿されるガスケット４は、伝熱プレート１の上下一対の通路孔１ａ、１ｂ（又は１ｃ、１ｄ）を連通状態に囲う流体通路シール部と、他の上下一対の通路孔１ｃ、１ｄ（又は１ａ、１ｂ）の各々を囲ってシールする孔シール部を有する。複数の各伝熱プレート１を１枚毎に向きを反転させ、１枚毎にガスケット４を介して積層することで、各伝熱プレート間に二種の熱媒体の流体流路Ａ、Ｂが交互に形成される。図２の矢印は、二種の流体Ｍ、Ｎが流れる方向を示している。二種の流体Ｍ、Ｎが対応する流体流路Ａ、Ｂを流れる間に、各伝熱プレート１を介して熱交換が行われる。
【０００６】
プレート積層体２の両端の伝熱プレート１と耐圧フレーム３の間は熱媒体の流体を流さない大気開放された間隙で、この間隙に装着されるガスケット５は、伝熱プレート１の４隅部の各通路孔１ａ〜１ｄを囲ってシールする孔シール部５ａ〜５ｄを有する。各孔シール部５ａ〜５ｄは、伝熱プレート１の各通路孔１ａ〜１ｄの周辺に形成した円形のガスケット溝に嵌着され、また、図３に示すような凸壁部１ｐ、１ｑに保持されて、通路孔１ａ〜１ｄを流れる流体からの内圧で変位しないようにしてある。
【０００７】
図３は、プレート積層体２の一番端の伝熱プレート１の一部の概要を示すもので、一方の通路孔１ｃの略下半分の近くに複数の幅狭な凸壁部１ｐが放射状に形成され、他方の通路孔１ａの略下半分の近くに複数の幅広な凸壁部１ｐが放射状に形成される。図３に示す一方の通路孔１ｃの周辺は、図３の矢印方向（逆方向でもよい）に流体を流すようにした部所で、この部所に形成される凸壁部１ｐは流体を流しやくすするために幅狭にして、大きめの間隔でもって放射状に形成されている。この複数の凸壁部１ｐの先端に沿って円弧状のガスケット溝（図示せず）が形成される。また、他方の通路孔１ａの周辺は流体を流さない部所で、この部所には幅広の凸壁部１ｑが微小な間隔で放射状に形成され、この凸壁部１ｑの先端に沿って円弧状のガスケット溝が形成される。そして、両方の通路孔１ａ、１ｃの周辺に図７に示すガスケット５の孔シール部５ａ、５ｃが装着されて、通路孔１ａ、１ｃを全周域から気液密にシールする。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０６−１０９３９４号公報（図面）
【０００９】
【特許文献２】
特開平０９−０８９４８７号公報（図面）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
耐圧フレーム３とこれに圧接される伝熱プレート１の間は大気圧空間であるから、伝熱プレート１の４隅の通路孔１ａ〜１ｄをシールするガスケット５の各孔シール部５ａ〜５ｄには常に安定したシール強度が要求される。ところが、図３の伝熱プレート１において、周辺に幅狭な凸壁部１ｐの在る通路孔１ｃを孔シール部５ｃでシールする場合、通路孔１ｃの内圧が大気圧以上になるとこの内圧で孔シール部５ｃが外側に変位して、孔シール部５ｃのシール性が低下することがある。
【００１１】
すなわち、他方の通路孔１ａの周辺は幅広な凸壁部１ｑが微小な間隔で配置されているため、この凸壁部１ｑの幅広な先端部でガスケット５の孔シール部５ａの略下半分が安定して保持されて、通路孔１ａの内圧で孔シール部５ａが変位する虞がない。しかし、通路孔１ｃの周辺は幅狭な凸壁部１ｐが大きな間隔（流体の通路となる）を空けて配置されているため、この凸壁部１ｐの幅狭な先端部が孔シール部５ｃの略下半分の離隔した複数箇所だけしか保持せず、凸壁部１ｐによる孔シール部５ｃの保持力が弱い。そのため、通路孔１ｃを流体が流れて内圧が上がると、この内圧で孔シール部５ｃの略下半分が外側に移動や蛇行するなどの変位をして、シール性が低下することがあった。
【００１２】
また、上記通路孔１ｃの周辺のシール性を高くするため、孔シール部５ｃを保持する凸壁部１ｐの幅や数を増やす設計変更が行われている。しかし、凸壁部１ｐの幅や数を増やすほど、通路孔１ｃの周辺に流す流体の流路面積が小さくなり、流体の流動抵抗（圧損）が大きくなる不具合が発生して、伝熱プレート側の設計変更で通路孔１ｃのシール性を改善することが難しい。
【００１３】
本発明の目的は、耐圧フレームとこの耐圧フレームに圧接される伝熱プレートの間に装着されるガスケットの変位を、伝熱プレートを設計変更することなく抑制して、ガスケットによる耐圧フレームと伝熱プレート間のシール性を高く確保した高品質なプレート式熱交換器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、周縁部に熱媒体の通路孔を有する複数の波形状伝熱プレートを積層したプレート積層体を、一対の耐圧フレームでガスケットを介し挟圧して、隣接する伝熱プレート間に前記通路孔に連通する流体流路を形成したプレート式熱交換器において、前記伝熱プレートの通路孔の周囲に複数の凸壁部を放射状に形成すると共に、積層体の端部の伝熱プレートと耐圧フレームとの間に配されるガスケットのうち、前記伝熱プレートの通路孔を囲ってシールする環状の孔シール部に、その外周域から一体に突出させた突出部を設け、この突出部を、前記凸壁部の間に配すると共に、前記耐圧フレームと伝熱プレートとで圧縮することにより固定したことを特徴とする。
【００１５】
ここで、補強手段を有するガスケットの孔シール部は、伝熱プレートの通路孔のうちの、少なくとも孔周辺が流体を流す流路として設計されている通路孔をシールする孔シール部であればよい。補強手段は、ガスケットの環状の孔シール部の外周一部、或いは、全周に亘り付設することができる。また、補強手段は、ガスケットと同一材料の一体物や、ガスケットと別材料の別部材で構成することができる。さらに、補強手段は一種類のものを孔シール部に付設することや、異なる二種類のものを組み合わせて孔シール部に付設することができる。このような補強手段でガスケットの孔シール部を積極的に補強することで、伝熱プレート側を設計変更することなく、既存の伝熱プレートの全ての通路孔がガスケットで高いシール性でシールされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。
【００１７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に第１の実施の形態を示す。図１（Ａ）は、図２のガスケット型のプレート式熱交換器の要部の拡大断面図であり、図２と同一部分又は相当部分には同一符号が付してある。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるプレート積層体２の一番端の伝熱プレート１の部分拡大正面図である。
【００１８】
複数の伝熱プレート１をガスケット４を介し積層したプレート積層体２の両端の伝熱プレート１に一対の耐圧フレーム３がガスケット５を介し圧接されて、ガスケット型のプレート式熱交換器が構成される。このプレート式熱交換器の従来構造と相違するところは、プレート積層体２の一番端の伝熱プレート１と耐圧フレーム３の間に装着されるガスケット５の要所に補強手段１０を付設したことである。例えば、図２で示すガスケット５の上下２箇所の孔シール部５ｃ、５ｄに補強手段１０が付設される。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）にはガスケット５の１つの孔シール部５ｃだけを示すが、他方の孔シール部５ｄも同様な構造であり、以下、一方の孔シール部５ｃだけについて説明する。また、図１（Ａ）の鎖線Ｌは、孔シール部５ｃでシールされる通路孔１ｃの中心線である。
【００１９】
図１（Ｂ）で分かるように、伝熱プレート１の通路孔１ｃの周辺には複数の幅狭な凸壁部１ｐが放射状に配置され、複数の凸壁部１ｐの間に流体の流路が形成される。また、伝熱プレート１の通路孔１ｃを囲うガスケット溝にガスケット５の孔シール部５ｃが設置され、この孔シール部５ｃを伝熱プレート１と耐圧フレーム３で挟圧することで、通路孔１ｃが孔シール部５ｃでシールされる。かかる孔シール部５ｃの外周部分に補強手段１０を付設する。
【００２０】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示される補強手段１０は、孔シール部５ｃと同材質の一体物で、孔シール部５ｃの外周の複数箇所から突出させた複数の突出部１１で構成される。複数の各突出部１１は、伝熱プレート１の複数の凸壁部１ｐの間に食い込むように突出して、伝熱プレート１と耐圧フレーム３で挟圧される。耐圧フレーム３で挟圧される前の突出部１１の厚さは、伝熱プレート１と耐圧フレーム３で挟圧されるときに圧縮される厚さに設定される。各突出部１１を伝熱プレート１と耐圧フレーム３で圧縮して取付けることにより、突出部１１が伝熱プレート１と耐圧フレーム３の間に強固に固定されて、孔シール部５ｃの補強力が増大する。
【００２１】
伝熱プレート１の通路孔１ｃの内圧が流体圧で上昇すると、ガスケット５の孔シール部５ｃの全周に亘り均等な内圧が掛かる。従来は孔シール部５ｃの略下半分の部所５ｃ’を保持する凸壁部１ｐによる保持力が弱くて、略下半分の部所５ｃ’が内圧で移動したり蛇行することがあったが、この部所５ｃ’の外周域に一体に突設した複数の突出部１１が部所５ｃ’を外側から補強して、孔シール部５ｃの内圧による移動、蛇行の変位を阻止する。また、複数の突出部１１が複数の凸壁部１ｐの間に食い込むため、孔シール部５ｃの円弧方向の蛇行が効果的に阻止されて、耐圧フレーム３と伝熱プレート１の間の通路孔１ｃ周辺でのシール性が安定し、高い内圧でも安定したシール性が確保される。
【００２２】
なお、本発明はガスケット型プレート式熱交換器に限らず、２枚の伝熱プレートを溶接で袋状にした複数のプレートカセットをガスケットを介して積層したプレート積層体を一対の耐圧フレームでガスケットを介して挟圧したような溶接型のプレート式熱交換器等にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、プレート積層体の一番端の伝熱プレートと耐圧フレームの間に装着されるガスケットの孔シール部を、ガスケットと同体又は別体の補強手段で補強したので、伝熱プレートの形状等の設計変更をすることなく、既存の伝熱プレートの通路孔の周辺を高いシール性でシールすることができて、ガスケットのシール性の良い高品質なプレート式熱交換器が提供できる。
【００２４】
また、補強手段をガスケットの孔シール部と一体で、穴シール部の外側に突出させた突出部にすることで、突出部が伝熱プレートの凹凸面の凹部に食い込むなどして、孔シール部の補強が確実にできるようになる。さらに、この突出部を耐圧フレームと伝熱プレートで圧縮するようにすることで、突出部の取付強度が増して、孔シール部の補強力が増大する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態を示すプレート式熱交換器の要部の断面図、（Ｂ）は、図１（Ａ）における伝熱プレートの部分正面図である。
【図２】一般的なガスケット型のプレート式熱交換器の分解斜視図である。
【図３】図２の熱交換器における伝熱プレートの概略的な部分正面図である。
【符号の説明】
１ 伝熱プレート
１ｐ 凸壁部
１ｑ 凸壁部
１ａ〜１ｄ 通路孔
２ プレート積層体
３ 耐圧フレーム
４ ガスケット
５ ガスケット
５ａ〜５ｄ 孔シール部
１０ 補強手段
１１ 突出部
Ａ 流体流路
Ｂ 流体流路
Ｍ 流体
Ｎ 流体

Claims (1)

1. 周縁部に熱媒体の通路孔を有する複数の波形状伝熱プレートを積層したプレート積層体を、一対の耐圧フレームでガスケットを介し挟圧して、隣接する伝熱プレート間に前記通路孔に連通する流体流路を形成したプレート式熱交換器において、
   前記伝熱プレートの通路孔の周囲に複数の凸壁部を放射状に形成すると共に、積層体の端部の伝熱プレートと耐圧フレームとの間に配されるガスケットのうち、前記伝熱プレートの通路孔を囲ってシールする環状の孔シール部に、その外周域から一体に突出させた突出部を設け、この突出部を、前記凸壁部の間に配すると共に、前記耐圧フレームと伝熱プレートとで圧縮することにより固定したことを特徴とするプレート式熱交換器。

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