JP4392218B2 - Multi-plate heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、気体と気体の熱交換、例えば高温の排気ガス等の加熱流体を利用して燃料ガス等の被加熱流体を加熱するのに使用する多板式熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchange between a gas and a gas, for example, a multi-plate heat exchanger used to heat a heated fluid such as a fuel gas by using a heated fluid such as high-temperature exhaust gas.
多板式熱交換器として、例えば、図5に示すものが知られている。上記多板式熱交換器1は、所定の隙間Gをもって積層配置されていて内部に熱交換用フィン2(図6、図7参照)を有する複数の偏平な熱交換用のエレメント3…3からなり、互いに隣接するエレメント3,3の一端側を連通している供給側連通口4と、該供給側連通口4に被加熱流体5を供給する供給口部6と、互いに隣接するエレメント3,3の他端側を連通している排出側連通口7と、該排出側連通口7に連通していて被加熱流体5を上記エレメント3の外部に排出する排出口部8とを備えていて、上記供給口部6から供給側連通口4を介して各エレメント3…3に供給された被加熱流体5を、上記隙間G等を流れる排気ガス等の高温の加熱流体で加熱して、上記排出口部8から排出するようにしたものが知られている。なお、上記エレメント3は、一対の略長方形状のプレート11、12の周壁部13を突き合わせて両者をロー付け等により結合することにより構成されている。
As a multi-plate heat exchanger, for example, the one shown in FIG. 5 is known. The
上記プレート11、12には上記供給側連通口4を構成する筒状の突出部14と、上記排出側の連通部7を構成する筒状の突出部15と、多数のエンボス状の突起16が一体に突出形成されている。
The
そして、互いに隣接するエレメント3のプレート11、12の筒状の突出部14相互、筒状の突出部15相互、多数のエンボス状の突起16相互、を互いに突き合わせて両者をロー付け等により結合することによりエレメント相互が結合されている。
Then, the
上記多板式熱交換器は、複数のエレメント3…3を多段に積層するという性質上、上記供給口部6から供給される被加熱流体5の流速が遅く流量が少ないと各段のエレメント3…3に均等に被加熱流体5が供給されない虞がある。このため、被加熱流体5の流速が遅く流量が少ない場合でも各段のエレメント3…3に均等に被加熱流体5を供給するために、多板式熱交換器には流量調整部21が設けられている。
In the multi-plate heat exchanger, the plurality of
図6は、従来の多板式熱交換器の流量調整部21を有するエレメント3の一例を示す。この流量調整部21は、エレメント3の供給側連通口4と熱交換用フィン2の間に設けた隔壁22の幅方向(図6の紙面では上下方向)の中央部にオリフィス23を設けることにより形成されている。
FIG. 6 shows an example of the
図7に示すように、上記熱交換用フィン2は、例えば金属板を波板状に折り曲げることにより幅W、高さHに形成されていて、上記偏平なエレメント3内に取り付けられている。
As shown in FIG. 7 , the
ところで、上記従来の流量調整部21は、隔壁22の幅方向の中央部にオリフィス23を設けることにより形成されていたために、図8の流速(流量)分布特性図に曲線Cで示すように、被加熱流体5の流れは、隔壁22の幅方向の中央部、即ち熱交換用フィン2の幅方向の中央部(図8のPOINT2の部分)に集中し、熱交換用フィン2の幅方向の両端部(図8のPOINT1とPOINT3の部分)においては被加熱流体5の流速(流量)は、極端に遅く(少なく)なり熱交換用フィン2の全域を有効に利用できないという欠点があった。
However, the conventional flow
そこで、上記欠点を解決するために、下流に行くに従って孔数を増すと共に、孔径を小さくした第1から第3の多孔板で流量調整部を形成したものも開発されている(例えば特許文献1)。
ところで、上記従来の多板式熱交換器にあっては、流量調整部を下流に行くに従い次第に孔数を増すと共に、孔径を小さくした第1から第3の多孔板を構成するために、流量調整部の構造が複雑になるとともに、流通抵抗の増加を招くというという問題があった。 By the way, in the conventional multi-plate heat exchanger, the flow rate adjustment is performed in order to form the first to third perforated plates having a smaller hole diameter while gradually increasing the number of holes as the flow rate adjustment unit goes downstream. There is a problem that the structure of the part becomes complicated and the flow resistance increases.
本発明の目的は、流量調整部の構造を簡素化しつつ熱交換効率の優れた多板式熱交換器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a multi-plate heat exchanger having excellent heat exchange efficiency while simplifying the structure of the flow rate adjusting unit.
この発明に係る多板式熱交換器は、所定の隙間をもって積層配置されていて内部に熱交換用フィンを有する複数の偏平な熱交換用のエレメントからなり、隣接するエレメントの一端側を連通する供給側連通口と、上記供給側連通口に流体を供給する供給口部と、隣接するエレメントの他端側を連通する排出側連通口と、上記排出側連通口に連通し上記熱交換用フィンにより熱交換された流体を上記エレメントの外部に排出する排出口部と、上記各エレメントの上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けられた流量調整部と、を設けた多板式熱交換器であって、
上記流量調整部は、上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けられ、通路幅を当該熱交換フィンの幅方向中央部に絞っている単一のオリフィスと、該オリフィスの後流側に設けられていて通路高さを当該熱交換フィンの高さ方向で絞ってスリット状の隙間を形成しているとともに、上記オリフィスを通過した流体を上記熱交換用フィンの幅方向の全域に亘って分散させる流体分散壁と、で構成している。
The multi-plate heat exchanger according to the present invention is composed of a plurality of flat heat exchange elements which are arranged in a stack with a predetermined gap and have heat exchange fins inside, and supply one end side of adjacent elements. A side communication port, a supply port for supplying fluid to the supply side communication port, a discharge side communication port communicating with the other end of the adjacent element, and a heat exchange fin communicating with the discharge side communication port. A multi-plate type heat provided with a discharge port for discharging the heat exchanged fluid to the outside of the element, and a flow rate adjusting unit provided between the supply side communication port of each element and the heat exchange fin An exchanger,
The flow rate adjusting unit is provided between the supply side communication port and the heat exchange fin, and has a single orifice that narrows the passage width at the center in the width direction of the heat exchange fin , and the wake of the orifice The passage height is reduced in the height direction of the heat exchange fin to form a slit-like gap, and the fluid that has passed through the orifice is spread over the entire width direction of the heat exchange fin. And a fluid dispersion wall that is dispersed throughout.
上記のスリット状の隙間は、熱交換フィンの幅方向に延びるものとして形成される。The slit-shaped gap is formed as extending in the width direction of the heat exchange fin.
すなわち、供給側連通口より流入した被加熱流体は、流量調整部のオリフィスに流入した後、さらに下流に設けられていて通路高さをスリット状の隙間となるように絞っている流体分散壁により熱交換用フィンの幅方向の全域に亘って分散され、熱交換されて排出側連通口より流出する。よって、被加熱流体は、熱交換用フィンの幅方向の一部分に集中することがない。 That is, the fluid to be heated that has flowed in from the supply-side communication port flows into the orifice of the flow rate adjusting unit, and then is provided further downstream by a fluid dispersion wall that restricts the passage height to a slit-like gap. The heat exchange fins are dispersed over the entire region in the width direction, are heat exchanged, and flow out from the discharge side communication port. Therefore, the fluid to be heated does not concentrate on a part in the width direction of the heat exchange fin.
請求項1の発明によれば、上記供給側の連通部からエレメント内に供給された流体は、上記オリフィスによって絞られた後に流体分散壁で分散されて、熱交換用フィンの幅方向に略均等に供給される。したがって、流量調整部の構造を簡素化しつつ熱交換効率の優れた多板式熱交換器を提供できる。According to the first aspect of the invention, the fluid supplied into the element from the communication portion on the supply side is squeezed by the orifice and then dispersed by the fluid dispersion wall, so that it is substantially uniform in the width direction of the heat exchange fin. To be supplied. Therefore, it is possible to provide a multi-plate heat exchanger with excellent heat exchange efficiency while simplifying the structure of the flow rate adjusting unit.
図5に示すように、多板式熱交換器1は、所定の隙間Gをもって積層配置されていて内部に熱交換用フィン2(図1、図7参照)を有する複数の偏平な熱交換用のエレメント3…からなり、互いに隣接するエレメント3,3の一端側を連通している供給側連通口4と、該供給側連通口4に被加熱流体5を供給する供給口部6と、互いに隣接するエレメント3,3の他端側を連通している排出側連通口7と、該排出側連通口7に連通していて被加熱流体5を上記エレメント3の外部に排出する排出口部8と、を備えていて、上記隙間Gに排気ガス等の高温の加熱流体を流すようになっている。そして、上記供給口部6から供給側連通口4を介して各エレメント3…3に供給された被加熱流体5は、上記熱交換用フィン2等で加熱されて排出口部8から排出されるようになっている。As shown in FIG. 5, the
上記エレメント3は、一対の略長方形状のプレート11、12には上記供給側連通口4を構成する筒状の突出部14と、上記排出側連通口7を構成する筒状の突出部15と、多数のエンボス状の突起16と、周壁部13とが一体に突出形成されている。The
さらに、エレメント3を詳述すると、図1に示すように、排出側連通口7の近傍には熱交換用フィン2が載置されており、供給側連通口4と熱交換用フィン2の間には流量調整部21が設けられている。流量調整部21は、エレメント3を構成する一対のプレート11、12に設けられた隔壁22の幅方向の略中央部に形成されたオリフィス23と、該オリフィス23の後流側に設けられていて上記熱交換用フィン2の幅方向の全域に亘って被加熱流体5を略均等に分散させて流す流体分散壁24と、で構成されている。Further, the
図2、図3に示すように、上記流体分散壁24は、エレメント3を構成する一対のプレート11、12を、対向部を内面側に突出させたリブ状の突起25、26の間にエレメント3の幅方向に伸びる筋状の隙間(スリット)27を設けることにより形成されている。As shown in FIGS. 2 and 3, the
そして、互いに隣接するエレメント3のプレート11、12の筒状の突出部14相互、筒状の突出部15相互、多数のエンボス状の突起16相互、周壁部13および流量調整部21と、を互いに突き合わせて両者をロー付け等により結合することによりエレメント相互が結合されている。そして、プレート11、12のロー付け等の結合にあたっては、エンボス状の突起16相互は結合されなくても良い。Then, the
実施例の多板式熱交換器1は上述のような構成であって、図1に示すように、上記供給口部6及び供給側連通口4を介して各エレメント3…3に供給された被加熱流体5は、先ずオリフィス23を通過する。オリフィス23を通過した被加熱流体5は、図2に示すように、上記流体分散壁24のリブ状の突起25,26の上流側にある傾斜壁25a,26aに当たり収束されながら突起25,26で形成された筋状の隙間(スリット)27に流入する。この筋状の隙間27は、エレメント3の幅方向に、かつ熱交換用フィン2の幅方向全域に跨るように形成されているので、隙間27の下流にある傾斜壁25b,26bによりエレメント3内に充分に拡散されてから被加熱流体5は、熱交換用フィン2の幅方向に分散される。 The
ここで、図8のグラフにおいて、横軸は、エレメント3内に載置された熱交換用フィンを長手方向に略2分し、流通方向に略垂直な位置となる外側の測定点POINT1、中位の測定点POINT2、およびPOINT1とは反対側の外側の測定点POINT3を示しており、縦軸は、上記測定点を流れる流体の流速を示している。したがって、図8の流速(流量)分布図に曲線Aで示すように、熱交換用フィン2の幅方向の中央部のみでなく、熱交換用フィン2の幅方向の左右両端部にも被加熱流体が十分に拡散して流れているのが分かる。Here, in the graph of FIG. 8, the horizontal axis indicates the outer measurement point POINT1 that is substantially bisected in the longitudinal direction of the heat exchange fin placed in the
また、図4に示すように、流体分散壁24から熱交換用フィン2までの距離Lを大きくすれば、図8の流速(流量)分布特性図に曲線Bで示すように、熱交換用フィン2の各POINT1,2,3においては、平均化された被加熱流体が熱交換用フィン2内を流通しているのが分かる。Further, as shown in FIG. 4, if the distance L from the
1…多板式熱交換器
2…熱交換用フィン
3…エレメント
4…供給側連通口
5…被加熱流体
6…供給口部
7…排出側連通口
8…排出口部
11,12…プレート
21…流量調整部
22…隔壁
23…オリフィス
24…流体分散壁
25、26…突起
27…隙間 1 ... Multi-plate heat exchanger
2 ... Fins for heat exchange
3 ... Element 4 ... Supply side communication port
5 ... Heated fluid
6 ... Supply port
7 ... Discharge side communication port
8 ... Discharge port
11, 12 ... Plate
21 ... Flow rate adjuster
22 ... Bulkhead
23: Orifice
24 ... Fluid dispersion wall
25, 26 ... projections
27 ... Gap
Claims (1)
隣接するエレメントの一端側を連通する供給側連通口と、
上記供給側連通口に流体を供給する供給口部と、
隣接するエレメントの他端側を連通する排出側連通口と、
上記排出側連通口に連通し上記熱交換用フィンにより熱交換された流体を上記エレメントの外部に排出する排出口部と、
上記各エレメントの上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けられた流量調整部と、
を設けた多板式熱交換器において、
上記流量調整部は、
上記供給側連通口と上記熱交換用フィンの間に設けられ、通路幅を当該熱交換フィンの幅方向中央部に絞っている単一のオリフィスと、
該オリフィスの後流側に設けられていて通路高さを当該熱交換フィンの高さ方向で絞ってスリット状の隙間を形成しているとともに、上記オリフィスを通過した流体を上記熱交換用フィンの幅方向の全域に亘って分散させる流体分散壁と、
で構成されていることを特徴とする多板式熱交換器。 It consists of a plurality of flat heat exchange elements that are arranged in layers with a predetermined gap and have heat exchange fins inside.
A supply-side communication port communicating with one end side of an adjacent element;
A supply port for supplying fluid to the supply side communication port;
A discharge side communication port communicating with the other end side of the adjacent element;
A discharge port for discharging the fluid exchanged with the heat exchange fins and communicating with the discharge side communication port to the outside of the element;
A flow rate adjusting unit provided between the supply side communication port of each element and the heat exchange fin;
In the multi-plate heat exchanger provided with
The flow rate adjustment unit
A single orifice provided between the supply side communication port and the heat exchange fin, and narrowing the passage width to the center in the width direction of the heat exchange fin ;
Provided on the downstream side of the orifice, the passage height is narrowed in the height direction of the heat exchange fin to form a slit-like gap, and the fluid that has passed through the orifice is allowed to flow through the heat exchange fin. A fluid dispersion wall that is dispersed over the entire width direction;
A multi-plate heat exchanger characterized by comprising:
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