JP5516075B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、複数枚の熱交換プレート体を積層して構成され、給湯機や湯沸し器等の種々の機器に採用されるプレート式熱交換器に関する。

従来、例えば特許文献１には、微細流路を有するチャンネル構造体（プレート式熱交換器）が開示されている。このプレート式熱交換器には、プレス加工で形成した微細パターンを有する流路波板を微細流路の形成に用いて熱交換媒体（第１流体）を流通させる第一区画（第１流路）と、被熱交換媒体（第２流体）を流通させる第二区画（第２流路）とが交互に形成されている。また、このプレート式熱交換器では、複数の熱交換プレートが有する凹凸のエンボス部を重ね合わせた際のエンボス部の高さとヘッダプレートの厚さとによって、熱交換プレートの積層間隔（流路高さ）を規定している。

特開２００４−２６１９１１号公報

プレート式熱交換器の熱交換プレートには、伝熱面として、複数の凸条および凹条の波形が一般にプレス加工によって形成される。このため、反りを抑制することが困難であり、少なからず反りが発生する。プレート式熱交換器は、この反りが発生した熱交換プレートを複数枚積層して、銅などの硬ろうを用いてろう付けにより接合する構成であるため、ろう付けの際に熱交換プレートの反りを矯正する必要がある。そのような反り矯正のために、所定の支柱部に加圧力を与えた状態で行う加圧ろう付けを用いるのが一般的である。

上記の加圧ろう付けを行う場合に大きな加圧力が支柱部に作用すると、支柱部の表面に割れが生ずる場合がある。プレート式熱交換器では、支柱部に割れが生じた場合に、第１流路と第２流路とが連通する状態（いわゆるクロスコネクション）が発生しないように構成されていることが要求される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、支柱部に割れが生じた場合に、第１流路と第２流路とが連通する状態（いわゆるクロスコネクション）となるのを回避することのできるプレート式熱交換器を提供することを目的とする。

この発明に係るプレート式熱交換器は、凹状断面形状、凸状断面形状もしくは凹凸状断面形状の第１および第２熱交換プレートを接合してなる熱交換プレート体を複数枚積層して構成されたプレート式熱交換器であって、第１熱交換プレートと第２熱交換プレートとの間に形成され、第１流体が流通する第１流路と、隣接する熱交換プレート体の間に形成され、第２流体が流通する第２流路と、プレート式熱交換器のろう付け時に加圧力を受ける支柱部と、を備え、支柱部は、第１熱交換プレートと第２熱交換プレートとを重ね合わせて形成され、かつ、第１流体および第２流体のいずれも流通しない袋構造部を有し、支柱部は、一直線上に積層された袋構造部によって構成されており、袋構造部の高さが、第１流路の高さよりも大きいものである。

この発明によれば、支柱部に割れが生じた場合に、第１流路と第２流路とが連通する状態（いわゆるクロスコネクション）となるのを回避することのできるプレート式熱交換器を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器の外観図（Ａ）、（Ｂ）である。 図１（Ａ）中のＡ−Ａ面でプレート式熱交換器を切断した断面図である。 図１に示すプレート式熱交換器の支柱部の構造を説明するための図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。 本発明の実施の形態２におけるプレート式熱交換器の構成を説明するための図（Ａ）、（Ｂ）である。

以下、本発明におけるプレート式熱交換器の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるプレート式熱交換器１の外観図である。より具体的には、図１（Ａ）はプレート式熱交換器１の全体図であり、図１（Ｂ）はプレート式熱交換器１の出口部４、５の近傍を拡大して示す拡大図である。また、図２は、図１（Ａ）中のＡ−Ａ面でプレート式熱交換器１を切断した断面図である。

本実施形態におけるプレート式熱交換器１は、給湯機や湯沸し器等の種々の機器に採用可能なものである。ここでは、プレート式熱交換器１が、浴槽に湯を供給可能な貯湯式給湯機（図示省略）において、貯湯タンクに貯留された高温のタンク湯と、浴槽保温のための保温回路を流通する浴槽水（第２流体）とを熱交換させる熱交換器として適用された構成を例示している。

図１に示すように、プレート式熱交換器１は、凹凸状断面形状の第１熱交換プレート１０１および第２熱交換プレート１０２を接合してなる熱交換プレート体１０を、伝熱面を対向させた状態で複数枚積層して構成されたものである。個々の第１熱交換プレート１０１と第２熱交換プレート１０２とは、銅ろうによりろう付けされることにより、気密性が保たれている。また、これらの熱交換プレート１０１、１０２の接合体である熱交換プレート体１０同士も、同様に、銅ろうによりろう付けされることにより、気密性が保たれている。

プレート式熱交換器１は、縦置きで使用されている。図１に示すように、プレート式熱交換器１の上部には、熱交換媒体である第１流体（例えばタンク湯）の入口部である第１入口部２と、被熱交換媒体である第２流体（例えば浴槽水）の出口部である第２出口部３とが、ろう付けによってそれぞれ固定されている。また、プレート式熱交換器１の下部には、第１流体の出口部である第１出口部４と、第２流体の入口部である第２入口部５とが、ろう付けによってそれぞれ固定されている。

図２に示すように、個々の第１熱交換プレート１０１と第２熱交換プレート１０２には、複数の凸部１０ａおよび凹部１０ｂが交互に形成されている。そして、個々の第１熱交換プレート１０１と第２熱交換プレート１０２とは、第１熱交換プレート１０１の凹部１０ｂと第２熱交換プレート１０２の凸部１０ａとの接触部１０ｃにおいて接触するようにして、ろう付けによって接合されている（その他の接触部も、別のろう付けによって接合されている）。このようにして接合された第１熱交換プレート１０１と第２熱交換プレート１０２との間には、第１入口部２から第１出口部４に向かう第１流体が流通する第１流路１１が形成されている。

また、図２に示すように、隣接する熱交換プレート体１０同士は、第１熱交換プレート１０１および第２熱交換プレート１０２の各凸部１０ａ同士、並びに第１熱交換プレート１０１および第２熱交換プレート１０２の各凹部１０ｂ同士がそれぞれ非接触となるようにして積層されている。このようにして積層される熱交換プレート体１０の間には、第２入口部５から第２出口部３に向かう第２流体が流通する第２流路１２が形成されている。

図３は、図１に示すプレート式熱交換器１の支柱部１３の構造を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は支柱部１３の設置場所を示す図であり、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）はそれぞれ支柱部１３周辺の構成を示す断面図である。

図３（Ａ）に示す例では、支柱部１３は、プレート式熱交換器１の中央において三箇所に設けられている。この支柱部１３は、図３（Ｂ）に示すように、プレート式熱交換器１のろう付け時に加圧力２０を受ける部位である。本実施形態の支柱部３１は、第１熱交換プレート１０１側に形成された凸部１４ａと第２熱交換プレート１０２側に形成された凹部１４ｂとを重ね合わせて形成された袋構造部１４を備えている。この袋構造部１４は、第１流体および第２流体の何れも流通しない部位として構成されている。

また、図３（Ｃ）（および図２）に示すように、本実施形態の支柱部１３は、各熱交換プレート体１０に形成された各袋構造部１４を一直線上に積層して構成されている。また、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、袋構造部１４は、その高さＡが第１流路１１の高さＢよりも大きくなるように形成されている。

以上説明したように、本実施形態の支柱部１３は、第１熱交換プレート１０１と第２熱交換プレート１０２とを重ね合わせて形成され、かつ、第１流体および第２流体のいずれも流通しない袋構造部１４の積層体として構成されている。これにより、ろう付け時に加圧力２０が支柱部１３に加わった際に、図３（Ｃ）に示す支柱部１３の表面１３ａに割れが発生した場合であっても、第２流路１２を流通する第２流体が袋構造部１４の内部に流入するだけで済む。つまり、第１流路１１と第２流路１２とが連通する状態（いわゆるクロスコネクション）となるのを回避することができる。

また、各熱交換プレート体１０に形成された各袋構造部１４を一直線上に積層して支柱部１３が構成されている。これにより、ろう付け時の加圧力２０をすべての熱交換プレート体１０に伝えることができる。

また、従来技術では、プレート式熱交換器の流路高さは、エンボス部の高さとヘッダプレートの厚さとによって規定されている。これに対し、本実施形態の構成によれば、図３（Ｂ）に示すように、袋構造部１４の高さＡを第１流路１１の高さＢよりも大きくすることで、ヘッダプレートを使用することなく第２流路１２の流路高さを決めることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２におけるプレート式熱交換器３０の構成を説明するための図である。より具体的には、図４（Ａ）はプレート式熱交換器３０の出口部４、５の近傍を拡大して示す拡大図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中のＢ−Ｂ面でプレート式熱交換器３０を切断した断面図である。

図４（Ａ）に示すように、本実施形態のプレート式熱交換器３０は、既述した支柱部１３に加え、第１出口部４および第２出口部５のそれぞれの近傍に、支柱部３１を備えている。図４（Ｂ）に示すように、この支柱部３１は、支柱部１３が備える袋構造部１４と同様の袋構造部３２を積層して構成されている。

より具体的には、袋構造部３２は、第１熱交換プレート１０１に形成された凸部３２ａと第２熱交換プレート１０２に形成された凹部３２ｂとを重ね合わせて形成されており、かつ、第１流体および第２流体の何れも流通しない部位として構成されている。また、図４（Ｂ）に示すように、支柱部３１も、各熱交換プレート体１０に形成された各袋構造部３２を一直線上に積層して構成されている。

以上説明した本実施形態のプレート式熱交換器３０によれば、第１流体および第２流体の出口部４、５の近傍に上記支柱部３１を設けたことで、ろう付け時の加圧力２０による熱交換プレート体１０の撓みを抑制することができる。これにより、ろう付け接合不良の改善を図ることができる。また、支柱部３１の形状を図４（Ｂ）に示すように袋構造部３２のように構成したことで、加圧力２０が支柱部３１に加わった際に支柱部３１の表面に割れが発生した場合であっても、第２流路１２を流通する第２流体が袋構造部３２の内部に流入するだけで済む。このため、プレート式熱交換器３０全体において、第１流路１１と第２流路１２とが連通する状態（いわゆるクロスコネクション）となるのをより効果的に回避できるようになる。

また、支柱部３１も、支柱部１３と同様に、各熱交換プレート体１０に形成された袋構造部３２を一直線上に積層して構成されているので、ろう付け時の加圧力２０をすべての熱交換プレート体１０に伝えることができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、第１出口部４および第２出口部５のそれぞれの近傍に上記支柱部３１が設けられた構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における支柱部の設置場所は、これに限定されず、第１流路の入口部、第１流路の出口部、第２流路の入口部、および第２流路の出口部のうちの少なくとも１つの近傍であればよい。

また、上述した実施の形態１および２においては、複数の凸部１０ａおよび凹部１０ｂが交互に形成された第１熱交換プレート１０１および第２熱交換プレート１０２を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における第１および第２熱交換プレートは、両者を接合することによって両者の間に第１流路が形成されるようになっていれば、上記のような凹凸状断面形状を有するものに限定されず、凹状断面形状もしくは凸状断面形状を有するものであってもよい。

１、３０ プレート式熱交換器
２ 第１入口部
３ 第２出口部
４ 第１出口部
５ 第２入口部
１０ 熱交換プレート体
１０１ 第１熱交換プレート
１０２ 第２熱交換プレート
１０ａ 熱交換プレート１０１、１０２の凸部
１０ｂ 熱交換プレート１０１、１０２の凹部
１０ｃ 接触部
１１ 第１流路
１２ 第２流路
１３、３１ 支柱部
１４、３２ 袋構造部
１４ａ、３２ａ 袋構造部の凸部
１４ｂ、３２ｂ 袋構造部の凹部

Claims (2)

1. 凹状断面形状、凸状断面形状もしくは凹凸状断面形状の第１および第２熱交換プレートを接合してなる熱交換プレート体を複数枚積層して構成されたプレート式熱交換器であって、
   前記第１熱交換プレートと前記第２熱交換プレートとの間に形成され、第１流体が流通する第１流路と、
   隣接する前記熱交換プレート体の間に形成され、第２流体が流通する第２流路と、
   前記プレート式熱交換器のろう付け時に加圧力を受ける支柱部と、
   を備え、
   前記支柱部は、前記第１熱交換プレートと前記第２熱交換プレートとを重ね合わせて形成され、かつ、前記第１流体および前記第２流体のいずれも流通しない袋構造部を有し、
   前記支柱部は、一直線上に積層された前記袋構造部によって構成されており、
   前記袋構造部の高さが、前記第１流路の高さよりも大きいことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記袋構造部を有する前記支柱部が、前記第１流路の入口部、前記第１流路の出口部、前記第２流路の入口部、および前記第２流路の出口部のうちの少なくとも１つの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。

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