JPS63129296A - 交差流型プレ−ト熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交差流型プレート熱交換器に係り、詳しくは、
容器の中に熱交換器本体を備えている熱交換器であって
、熱交換に関与する二つの媒体用の交差流路を、プレス
成形された複数枚のプレートの溶接組立構造で形成する
ようにした熱交換器に関するものである。

〔従来技術〕

熱交換器とは、高温の媒体がもつ熱を低温の媒体へ伝え
るのに用いられるが、その際、両媒体間には付随現象と
して様々に圧力差が生じる。高い熱交換率を得るために
、熱交換器のいわゆる本体が高密度であることが求めら
れる。すなわち、単位体積当りの熱交換面積が大きいこ
とと、熱交換器面を通過する熱量の多いことが要求され
る。こうした条件は、例えばプレス成形されたプレート
からなる熱交換器本体によって満たすことができる。そ
の熱交換器本体を比較的軽量でかつ媒体の流れに通した
流路を有する形態としておくと、高度の流体力学的効果
を生み出す。つまり、熱交換器本体は、目標とされた熱
交換率を発揮する一方、流通損失を最小限度に抑制する
ことができる。

熱交換器本体がプレス成形された幾枚ものプレートから
なり、溶接によって組み立てられているとき、熱交換率
では優れるが、堅牢さの点で問題がでる。それは、機械
的構造に起因してあらゆる方向への応力が生じるからで
ある。こうした応力は、熱交換器本体の自重、溶接の際
に生じた歪、圧力差の結果生じる圧縮および引張さらに
は温度差で生じる膨張により、熱交換器本体と容器、と
りわけ容器の側壁（高い圧力を受けるので一般に比較的
厚く製作されてはいるが）との間で引き起こされる。熱
交換に関与する両媒体間に高い温度差と圧力差が生じる
ことにより、大きな熱膨張が引き起こされ、その結果、
特に溶接継目への移行部分で局所的に強い応力が発生す
る。周知の通り幾枚ものプレートからでｄでいる熱交換
器本体では、プレートが２枚ずつ溶接されて、幾組もの
プレート組を形成している。こうしたプレート組はさら
に最初の溶接継目に対して直角方向に延びるもう一つの
溶接継目によって接合され、山のように積み重ねられる
。最後に、そのようにして積み重ねられたプレートの山
の稜線部分にすみ角溶接継目が作られ、それによって機
械的な堅牢さの確保と、容器への接続がなされている。

ところで、器材の振動という要素が加わると、これが媒
体の圧力変動によって促進され、あらゆる方向へ伝わり
反射によって助長され、局所的に高い応力を生じさせる
。こうした熱による負荷や力学的な負荷に対しては、接
合部を堅牢にすることによって耐えられるようにせざる
を得ない。しかし、極端な場合には応力による破損や振
動によるひび割れが依然として発生する。こうした破損
は、比較的薄く撓みやすいプレートと比較的弾力性がな
く脆い溶接継目との移行部分において発生する。また、
熱交換器の撓みやすい本体と比較的捩れにくい容器との
接続部分においても起こることがある。さらに、熱交換
器本体を組み立てている最も外側のプレートが、外部冷
却のために内側のプレートとは異なる温度変動に曝され
ているという事情が加わり、解決のより困難な事態とな
っている。

そのような熱交換器は、例えばＤＥ−ＰＳ　１６０１２
１５によって知られている。この熱交換器では、プレー
トで組み立てられた本体が弾力性のない止め具を介して
がっちり容器に溶接されている。接合の要領がこのよう
に固定的であるため、また、運転中熱による高い負荷な
らびに力学的に高度な負荷が作用するため、運転後程な
くして幾枚かのプレートが裂け、溶接継目の破損が生じ
る。それゆえに、従来採用されているのは、その熱交換
器本体がプレス成形されたプレートで組み立てられてい
る例えばＧＢ−ＰＳ　１３５７２８２に記載されている
ようなプレート熱交換器だけである。そのプレートは、
頑丈なつなぎ部材の上に積み重ねられ、弾力性のない２
枚の端板によってボルトで固定される。

その際、各プレートは互いに支え合わされ、そこに流路
が形成される。プレートとプレートとの間を密閉する目
的で、また各プレートの間隔を一定に保つために、弾力
性のある詰め物がプレート間に填め込まれている。その
「緩い」構造方式を採用することで、前述の応力や振動
が現れないように配慮されているのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した熱交換器では、プレート間を密閉しかつその間
隔を保持するために、弾力性のある詰め物が採用され、
「緩い」構造方式をとっているので、応力や振動は現れ
ないが、先に述べたように、全面的に溶接が採用される
構造では、熱による負荷や力学的な負荷を受けて、いく
ら堅牢に製作しても大なり小なり応力による破損や振動
によるひび割れは避けられない。こうした破損は、熱交
換器の撓みやすい本体と捩れにくい容器との接続部分に
おいても起こる。したがって、全面的に溶接されている
ような構造のプレート熱交換器では、そのような問題の
解決がなければ、信頼性の高い熱交換器として長期的な
運転を望むことが不可能となる。

本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、
その目的は、全体が溶接構造を採るようなプレート熱交
換器においても、「緩い」構造方式を採っている場合と
同様に、熱による負荷や機械的な負荷に対して、接合部
を特に堅牢にすることなく耐えられるようにし、その応
力による破損や振動によるひび割れの発生を、例えば比
較的薄く撓みやすいプレートと比較的弾力性がなく脆い
溶接継目との移行部分や、熱交換器の撓みやすい本体と
比較的捩れにくい容器との接続部分においても抑制する
ことができ、さらに、熱交換器本体を組み立てている最
も外側のプレートが、外部冷却のために内側のプレート
と異なる温度変動に曝されている場合にでも、その高い
耐久性を発揮することができるようにした交差流型プレ
ート熱交換器を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の交差流型プレート熱交換器の特徴とするところ
を、第１図および第３図を参照して説明すると以下のよ
うである。容器Ｇの中に熱交換器本体Ｋを備えている交
差流型プレート熱交換器であって、その熱交換器本体に
は熱交換に関与する二つの媒体Ｍ１、Ｍ２用の相互に交
差する流路Ｓ。

１３を形成するため、相互に列をなす長方形のプレス成
形された複数枚のプレートＫＯ，Ｋ１、に２・・・から
なる、これらのプレートは、その一方の周縁部７．８で
第一溶接継目９によって、一方の媒体Ｍｌ用の波打状の
流路Ｓをもつプレート組ＰＬ、Ｐ２・・・を形成するよ
う接合されている。相互に列をなすプレート組は、隣り
合うプレートごとに他方の周縁部１１．１２において第
二溶接継目１０によって、管状をした他方の媒体Ｍ２用
の流路１３を形成する。このようにして構成された熱交
換器本体には、その四辺において上記した第一溶接継目
９および第二溶接継目１０に垂直に延びる構造溶接継目
として作用する第三溶接継目１４で、容器Ｇの固定構造
部分に接合されている。その熱交換器本体Ｋが、少なく
とも部分的に弾力性のある金属性の構造要素りを介して
、容器Ｇに接合されているのである。

もう少し平易に説明すると、容器Ｇ内に据え付けられた
熱交換器本体には、熱交換に関与する２つの媒体Ｍ１．
Ｍ２のための交差する流路Ｓ、１３を形成するために、
個々に接して並べられた四角のプレートＫＯ，Ｋ１、に
２・・・からなる。

そのプレートは、第一溶接継目９によって、熱供与媒体
Ｍ１のための隙間状の流路Ｓをもつプレート組Ｐ１．Ｐ
２・・・をなす。相接して並べられたプレート組は、２
つのプレート組のそれぞれ隣りのプレートと、第二の溶
接継目１０によって、熱受容媒体Ｍ２のための管状の流
路１３を形成する。このような熱交換器本体には、その
４個所の接続辺で、先の溶接継目９，１０に対して直角
に走る構造溶接継目となる第三溶接継目１４で容器Ｇに
結合される。その際、構造溶接継目１４と容器Ｇもしく
は容器Ｇをしっかり固定させる構造部分（流入口および
流出口）Ｇ１、Ｇ２との間には、その長辺に沿って配置
された２つの接続曲面ＢＫ。

ＢＧに連続する半円形が特徴的である弾性頸部りが設け
られる。そして、この弾性頸部りによって熱交換器本体
Ｋが容器Ｇの内部に弾力的に取り付けられているのであ
る。

〔作　　　用〕

本発明が適用された熱交換器本体Ｇの懸架部は、運転中
の負荷により引き起こされる膨張力を弾力的に受けるこ
とができ、その結果、熱交換器本体Ｇ内の熱量差で引き
起こされる幾つもの高い応力の発生は、緩和されるかも
しくは回避される。同様に、本体を破損させるような振
動も、弾性頸部りにより緩和され、素早く吸収させるこ
とができる。したがって、熱交換器の各プレートとりわ
け溶接継目にできる局所的な裂けめは発生しなくなる。

弾性頸部りおよびその両側面にある接続曲面ＢＫ、ＢＧ
の弾力性ないし撓みやすさを高めるためには、弾性頸部
りの頭頂部と接続曲面ＢＫ、ＢＧに縦長に設置される緩
衝溝１９が効果的に作用する。そのようなりｔ　ｔＥ溝
１９を配置する場合、その溝の深さを変更したり、部分
的に深さを変えたりすることで、弾性頸部りおよび接続
曲面ＢＫ、ＢＧの弾性度をできるだけ所望のものに近づ
けることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、全面溶接構造のプレート熱交換器にお
いて、容器内にある熱交換器本体を吊り下げる懸架部を
新たに形成し、この懸架部で運転中に熱の負荷により発
生する応力を許容することができる。その結果、長時間
運転した後にも、負荷による亀裂や溶接継目の破損を生
じさせることはない。

〔実　施　例〕

以下に、本発明の交差流型プレート熱交換器をその実施
例を示す図面をもとに詳細に説明する。

第１図から明らかなように、この熱交換器の容器Ｇは、
流体に応じて２つの容器部分に分けられている。第一は
、熱交換に関与している流動媒体すなわち熱供与媒体Ｍ
１のための流入口Ｇ１およびその熱供与媒体Ｍ１が熱交
換器本体Ｋを通り抜けた後これを回収するための流出口
Ｇ２を取り付ける目部分である。そして、第二は、熱交
換に関与する第二媒体つまり熱受容媒体Ｍ２のための管
側の流入部分Ｇ３および熱せられた媒体Ｍ２のための流
出部分Ｇ４および容器側壁１８のところに示している幾
つかの方向を変えるための仕切６を備えた容器胴部Ｇ５
、これら３つの部分を備えた箱型部分である。したがっ
て、容器Ｇは上記の目部分と箱型部分との２つの部分か
らなっているのである。

この熱交換器本体には、第３図においてより詳細に示さ
れているように、個々のワツフル状にプレス成形された
薄いプレートＫＯ，Ｋ１、に２゜Ｋ３．に４．に５等か
らなる。個々のプレートＫＯとに１やに２とに３もしく
はに４とに５などは、常に「巻き継目」と称される第一
溶接継目９によって、対峙する周縁部７と８とを接合し
て、その都度Ｐ１からＰｎまでのプレート組を形成する
。

これらの各プレートはそれぞれ適切なプレス成形によっ
て、熱供与媒体Ｍ１のための波打状の流路Ｓを形成する
。そして、例えばプレート組Ｐ２は、隣のプレート組Ｐ
３と第一溶接継目９に対して直角に走るプレート組周縁
部の「横断継目」と称される第二溶接継目１０によって
しっかりと結合されている。すなわち、隣り合うプレー
ト例えばに３とに４は鏡像的に設置され、溶接継目１０
によって周縁部１１と１２でお互いに結合されている。

その際、向い合ったプレートに３とに４は、適切なプレ
ス成形によって熱を受は取る媒体Ｍ２のた　５めの流路
１３を形成する。

このようにして、熱交換能力に応じた高さのプレートの
構造物ができあがる。それは、プレートの積み重ねの方
向に沿って、かつ巻き継目９および横断継目１０に対し
て直角に、この構造物の各角部の４個所のいわば「構造
溶接継目」として作用する第三溶接継目１４によってし
っかりと固定されている。この第三溶接継目１４は、先
に述べた熱交換器の容器Ｇへの結合にも役立っている。

熱交換器本体にの、前述の容器Ｇへの取り付けは、４個
所の接続辺で行われている。第２図に示すように、それ
は、熱交換器本体Ｋを弾力的に取り付けるための、本体
に側の接続曲面ＢＫおよび容器Ｇ側の接続曲面ＢＧに連
続する半円形のもしくは樋状の形をした弾性頸部りであ
る。本体に側の接続曲面ＢＫは、構造溶接継目１４のと
ころで熱交換器本体にと固（結合されている。容器Ｇ側
の接続曲面ＢＧは第三溶接継目１４に対して平行に走る
溶接継目１５のところで、流入口Ｇ１もしくは流出口Ｇ
２と固く結合される。これに関しては、側壁１８の一方
側が示された第４図をも参照すると、理解が一層容易で
あろう。

上記の弾性頸部りは、端部１６のところで接続曲面ＢＫ
およびＢＧともども、いま一つの横断継目である溶接継
目１７〔第２図および第４図参照〕を介して、容器Ｇの
側壁１８と固く結合されている。第三溶接継目１４があ
ることにより、そこで溶接継目１７が終わっているが、
その溶接継目１４によって、および弾性頸部りならびに
接続曲面ＢＫ、ＢＧによって、２つの媒体Ｍ１とＭ２も
しくはそれらの流路Ｓや１３は２つの圧力空間に分けら
れ、密閉して互いに隔てられる。

熱交換器の外部では、熱交換器本体にのところも容器Ｇ
の構造部分のところも、比較的強靭で大きな熱容量を有
する側壁１８により、およそ同じ温度となることから、
溶接継目１７の破損は避けられる。すなわち、運転中そ
こでの温度差はさほど大きくならないので、熱膨張があ
っても溶接継目１７を危険に陥れることはない。これに
対し中央部分、とりわけ熱供与媒体Ｍ１が流入すること
ろでは熱膨張は最大となる。この膨張量は弾性頸部りお
よび接続曲面ＢＫ、ＢＧの全面で柔軟に吸収されるので
ある。

図示したように、弾性頸部りの頭頂部および接続曲面Ｂ
Ｋ、ＢＧにはそれぞれ緩衝溝１９が設けられていて、弾
性頸部りおよび接続曲面ＢＫ、ＢＧの弾力性を高めてい
る。なお、この緩衝溝１９による直接的な大きい効果は
得られないが、弾性頸部りおよび接続曲面ＢＫ、ＢＧの
弾力性を高めたり、弾力性を場所によって変化させるこ
とができる。もう少し厳密に述べれば、例えば緩衝溝１
９の深さを変更したり、部分的に深さを変えたりするこ
とによって、熱膨張量の吸収の能力を向上させることが
できる。このようにして、どの弾性頸部りも、側壁１８
によって封じ込められた部分の中央部において、最大の
弾力性を発揮するようになっている。

以上の説明から判るように、熱交換器本体の懸架部は、
運転中の負荷により引き起こされる膨張力が場所により
異なることがあるが、それを弾力的に受けることができ
、その結果、熱交換器本体内の場所的に異なる熱量差か
ら引き起こされる幾つもの高度な応力は、緩和されたり
回避されたりする。同様に、本体を破損させる振動も、
弾性頸部により素早く吸収される。その結果、熱交換器
の各プレートとりわけ溶接継目にできる局所的な裂けめ
の発生は起こらなくなる。弾性頸部およびその両側面に
ある接続曲面の弾力性ないし撓みやすさを高めるために
は、弾性頸部の頭頂部と接続曲面に縦長に設置さ糺る緩
衝溝が役立っていることは上述した通りである。そのよ
うな緩衝溝を配置する場合に溝の深さを変更したり、ま
た、場所により深さを変えることで、弾性頸部および接
続曲面の弾性度をできるだけ望ましいものにすることが
できる。

このように、全面的に溶接されているプレート熱交換器
のもつ前述した欠点の解消は、容器内にある本体を吊り
下げるための懸架部を、新たに形　　成することによっ
て達成されている。この懸架部は運転中に熱の負荷によ
り発生する膨張を許容することができ、その結果、長時
間運転しても、熱交換器本体で応力による亀裂や溶接継
目の破損が生じないのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例における交差流型プレート熱交換器の
断面図、第２図は手前の側壁を省略した熱交換器の部分
斜視図、第３図は熱交換器本体の部分斜視図、第４図は
第２図における矢印Ｍ２方向で眺めた部分図である。 ７．８．１１．１２−・−周縁部、９−・−第一溶接継
目（巻き継目）、１０−第二溶接継目（横断継目）、１
３−流路、１４−第三溶接継目（構造溶接継目）、１１
３−曲面の端部、１８−側壁、１９−緩衝溝、ＢＫ、Ｂ
Ｇ・−接続曲面、Ｄ・−構造要素（弾性頸部）、Ｇ−容
器、Ｇ１、Ｇ２・−構造部分（流入口、流出口）、Ｋ−
熱交換器本体、ＫＯ，に１、に２・・・−プレート、Ｍ
ｌ−熱供与媒体、Ｍ２・・−熱受容媒体、ＰＬ、Ｐ２・
・・−プレート組、ｓ−流路。 特許出願人　パパリア　アンラーゲンバウゲーエムベー
ハー 代　理　人　弁理士　吉村勝俊（ほか１名）第１図 横幕体 Ｍ） ↓ 第　２　図 Ｍ　１　　　　Ｍｌ 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕容器（Ｇ）の中に熱交換器本体（Ｋ）を備えてい
   る交差流型プレート熱交換器であって、その熱交換器本
   体（Ｋ）は熱交換に関与する二つの媒体（Ｍ１、Ｍ２）
   用の相互に交差する流路（Ｓ、１３）を形成するため、
   相互に列をなす長方形のプレス成形された複数枚のプレ
   ート（Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２・・・）からなり、 これらのプレートは、その一方の周縁部（７、８）で第
   一溶接継目（９）によって、一方の媒体（Ｍ１）用の波
   打状の流路（Ｓ）をもつプレート組（Ｐ１、Ｐ２・・）
   を形成するよう接合され、相互に列をなすプレート組は
   、隣り合うプレートごとに他方の周縁部（１１、１２）
   において第二溶接継目（１０）によって、管状をした他
   方の媒体（Ｍ２）用の流路（１３）を形成し、 このようにして構成された熱交換器本体（Ｋ）は、その
   四辺において上記した第一溶接継目（９）および第二溶
   接継目（１０）に垂直に延びる構造溶接継目として作用
   する第三溶接継目（１４）で、容器（Ｇ）の固定構造部
   分に接合されており、その熱交換器本体（Ｋ）が、少な
   くとも部分的に弾力性のある金属性の構造要素（Ｄ）を
   介して、容器（Ｇ）に接合されていることを特徴とする
   交差流型プレート熱交換器。 〔２〕前記構造要素（Ｄ）は、構造溶接継目（１４）と
   容器（Ｇ）、あるいは容器（Ｇ）に固定する構造部分、
   とりわけ熱供与媒体（Ｍ１）を熱交換器本体（Ｋ）へ導
   く流入口（Ｇ１）およびその媒体を送り出す流出口（Ｇ
   ２）との間に設置され、さらに、この構造要素（Ｄ）は
   半円形の断面をした弾性頸部（Ｄ）を有し、その弾性頸
   部（Ｄ）は、その両辺において上記構造溶接継目（１４
   ）と流入口（Ｇ１）および流出口（Ｇ２）に連続してい
   る接続曲面（ＢＫ、ＢＧ）を備え、その曲面の両端部（
   １６）が容器（Ｇ）の両側壁（１８）に溶接され、熱交
   換器本体（Ｋ）の懸架部が弾性的に撓むことができるよ
   うになっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の交差流型プレート熱交換器。 〔３〕前記半円形の弾性頸部（Ｄ）の頭頂部および前記
   両接続曲面（ＢＫ、ＢＧ）には、応力を軽減する緩衝溝
   （１９）が形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の交差流型プレート熱交換器。 〔４〕前記弾性頸部（Ｄ）おらび両接続曲面（ＢＫ、Ｂ
   Ｇ）の弾力は、前記緩衝溝（１９）の深さ、部分的な深
   さの相違あるいはその空間的形状によって決定されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の交差
   流型プレート熱交換器。