JP4681528B2 - Heat exchanger header structure - Google Patents
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Description
本発明は、火力発電プラント、高温ガス炉などの原子力発電プラント等に適用され、熱交換器本体の両側に、高温流体が通流する高温側供給ヘッダ及び高温側排出ヘッダと低温流体が通流する低温側供給ヘッダ及び低温側排出ヘッダとを配設したプレートフィン型熱交換器におけるヘッダ構造に関する。 The present invention is applied to a nuclear power plant such as a thermal power plant and a high temperature gas reactor, and a high temperature side supply header through which a high temperature fluid flows and a high temperature side discharge header and a low temperature fluid flow through both sides of a heat exchanger body. The present invention relates to a header structure in a plate fin type heat exchanger provided with a low temperature side supply header and a low temperature side discharge header.
熱交換器本体の両側に、高温流体が通流する高温側供給ヘッダ及び高温側排出ヘッダと
低温流体が通流する低温側供給ヘッダ及び低温側排出ヘッダとを配設し、高温側入口管から高温側供給ヘッダに導入された高温流体を前記熱交換器本体の高温流体層を通流させるとともに低温側入口管から低温側供給ヘッダに導入された低温流体を熱交換器本体の低温流体層を直角方向に通流させることにより該高温流体と低温流体とを熱交換し、熱交換後の前記高温流体を高温側排出ヘッダに導出するとともに低温流体を低温側排出ヘッダに導出するように構成されたプレートフィン型熱交換器の一つに、本件出願人の出願に係る特許文献1(特開2002−323295号公報)の技術がある。
A high-temperature side supply header and a high-temperature side discharge header through which high-temperature fluid flows and a low-temperature side supply header and a low-temperature side discharge header through which low-temperature fluid flows are arranged on both sides of the heat exchanger body, The high temperature fluid introduced into the high temperature side supply header is caused to flow through the high temperature fluid layer of the heat exchanger body, and the low temperature fluid introduced from the low temperature side inlet pipe to the low temperature side supply header is passed through the low temperature fluid layer of the heat exchanger body. The high-temperature fluid and the low-temperature fluid are heat-exchanged by flowing in a right angle direction, and the high-temperature fluid after the heat exchange is led to the high-temperature side discharge header and the low-temperature fluid is led to the low-temperature side discharge header. As one of the plate fin type heat exchangers, there is a technology disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-323295) related to the applicant's application.
かかる技術においては、熱交換器本体の両側に、高温流体が通流する高温側供給ヘッダ及び高温側排出ヘッダと低温流体が通流する低温側供給ヘッダ及び低温側排出ヘッダとを配設し、熱交換器本体を複数枚のプレート間にフィンをそなえた高温流体層と低温流体層とを積層し、前記高温側供給ヘッダからの高温流体と前記低温側供給ヘッダからの低温流体とを直交流で以って通流させて熱交換するようにして、熱交換器本体のフィン構造を高強度に構成している。 In such a technique, on both sides of the heat exchanger body, a high temperature side supply header and a high temperature side discharge header through which a high temperature fluid flows, and a low temperature side supply header and a low temperature side discharge header through which a low temperature fluid flows are disposed, The heat exchanger body is formed by laminating a high-temperature fluid layer and a low-temperature fluid layer with fins between a plurality of plates, and the high-temperature fluid from the high-temperature side supply header and the low-temperature fluid from the low-temperature side supply header are cross-flowed. Thus, the fin structure of the heat exchanger main body is configured to have high strength so as to exchange heat by flowing.
また、特許文献2(特開2005−98617号公報)には、プレートフィン型熱交換器において、高温流体と低温流体とを熱交換器本体内で対向流になるように構成し、オフセットフィンプレートとして、ろう材/基材/ろう材の三層構造の熱交換プレートフィンを用いることにより、熱交換器本体のフィン構造を高強度化している。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-98617) discloses a plate fin type heat exchanger in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid are configured to face each other in a heat exchanger body, and an offset fin plate. As mentioned above, the fin structure of the heat exchanger main body is strengthened by using a heat exchange plate fin having a three-layer structure of brazing material / base material / brazing material.
前記特許文献1(特開2002−323295号公報)の技術は、プレートフィンを高強度化した熱交換器本体をそなえたプレートフィン型熱交換器を得ることができるが、熱交換器本体の両側に配設されて該熱交換器本体内への高温流体及び低温流体が通流する高温側ヘッダ及び低温側ヘッダについては、次のような改良すべき点がある。 The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-323295 can provide a plate fin type heat exchanger having a heat exchanger body with high strength plate fins. The high-temperature header and the low-temperature header that are arranged in the heat exchanger body and allow the high-temperature fluid and low-temperature fluid to flow into the heat exchanger body have the following points to be improved.
(1)高温流体と低温流体とが熱交換器本体内で直交する直交流型であるため、高温流体層と低温流体層とが向流となる対向流型に比べて熱交換効率が低くならざるを得ない。
(2)高温流体はプレートの積層方向に設置された直管型の高温側供給ヘッダから熱交換器本体内の高温流体層に流入し、低温流体はケーシングの側部から熱交換器本体内の低温流体層に高温流体と直交するように流入する構造となっている。従って、高温流体側に関しては、熱交換器本体の高温側流体層における高温側入口及び高温側出口の流路幅(間口)に対して直管型の高温側供給ヘッダの流路幅(流路径)が極端に小さいために、高温側流体層において供給ヘッダ流路径に相当する部分が高流量となり、端部に逆向きに流れるような二次流れが生じるため、高温流体の流動方向に流量分配の偏差が生じやすい。このように高温側流体層もしくは低温側流体層の幅方向流量分配特性に課題がある。
(3)熱交換器本体はプレートの積層方向に(前記特許文献の図より)4組程度の熱交換器モジュールを積層した構造であるため、上部側の高温流体供給側の熱交換器モジュールには多量の高温流体が流入するが、下部側になり供給側から離れるに従い高温側流体の流入量が減少し、最下部の熱交換器モジュールへの高温側流体の流入量は最上部に比べて大幅に低下する。
一方、低温側流体は熱交換器高さ方向中央部のケーシング側部から熱交換器本体内の低温側流体層に高温側流体と直交するように流入、排出されるため、熱交換器高さ方向中央部近傍における低温側流体の流量が大きく、供給側から離れる上部側及び下部側の熱交換部への低温側流体の流量は小さい。
従って、熱交換器本体における高温流体及び低温流体の流量分布が熱交換器高さ方向において流量分配が均一でない。このように同じ流体層の流量分配特性に加えて、積層方向の流量分配特性にも課題を持つ。
(1) Since the high-temperature fluid and the low-temperature fluid are cross-flow types in which the heat exchanger body is orthogonal, the heat exchange efficiency is lower than the counter-flow type in which the high-temperature fluid layer and the low-temperature fluid layer are countercurrent. I must.
(2) The high-temperature fluid flows into the high-temperature fluid layer in the heat exchanger body from the straight pipe-type high-temperature side supply header installed in the stacking direction of the plates, and the low-temperature fluid flows into the heat exchanger body from the side of the casing. The structure flows into the low-temperature fluid layer so as to be orthogonal to the high-temperature fluid. Therefore, for the high-temperature fluid side, the channel width (channel diameter) of the straight pipe-type high-temperature side supply header with respect to the channel width (frontage) of the high-temperature side inlet and the high-temperature side outlet in the high-temperature side fluid layer of the heat exchanger body ) Is extremely small, the portion corresponding to the supply header flow path diameter in the high temperature side fluid layer has a high flow rate, and a secondary flow that flows in the opposite direction occurs at the end, so the flow distribution in the flow direction of the high temperature fluid The deviation is likely to occur. Thus, there is a problem in the flow direction distribution characteristics in the width direction of the high temperature side fluid layer or the low temperature side fluid layer.
(3) Since the heat exchanger body has a structure in which about 4 heat exchanger modules are stacked in the stacking direction of the plates (from the figure of the above-mentioned patent document), the heat exchanger module on the upper side of the high-temperature fluid supply side A large amount of high-temperature fluid flows in, but the inflow amount of the high-temperature side fluid decreases as it goes to the lower side and moves away from the supply side, and the inflow amount of the high-temperature side fluid to the heat exchanger module at the bottom is lower than that at the top Decrease significantly.
On the other hand, the low temperature side fluid flows in and out of the casing side portion at the center of the heat exchanger height direction into the low temperature side fluid layer in the heat exchanger body so as to be orthogonal to the high temperature side fluid. The flow rate of the low temperature side fluid in the vicinity of the central portion in the direction is large, and the flow rate of the low temperature side fluid to the upper and lower heat exchanging parts that are separated from the supply side is small.
Therefore, the flow distribution of the high-temperature fluid and the low-temperature fluid in the heat exchanger body is not uniform in the heat exchanger height direction. Thus, in addition to the flow distribution characteristics of the same fluid layer, there is a problem with the flow distribution characteristics in the stacking direction.
また、前記特許文献2(特開2005−98617号公報)の技術は、次のような問題点がある。
(1)熱交換器本体における高温側流体及び低温側流体の流路開口に比べて、高温側流体の入口管及び出口管、並びに低温側流体の入口管及び出口管の径は1/3程度であるため、高温側ヘッダ及び低温側ヘッダは高温側流体の入口管及び出口管、並びに低温側流体の入口管及び出口管と、
熱交換器本体の流路開口とを接続するために、
熱交換器本体の流路開口側に向けてテーパ状に拡開された形状となっている。
このため、高温流体及び低温流体の流速は、高温側流体の入口管及び出口管、並びに低温側流体の入口管及び出口管等の配管部分において最大で、熱交換器本体の流体層において最小となり、かかる流速が流体供給配管→熱交換器本体の流体層→流体排出配管の流路において急拡大・急縮小し、流体供給側ヘッダでは急拡大となり流速が低下し流体排出側ヘッダでは急縮小となり流速が増大することとなって、流体供給側ヘッダ及び流体排出側ヘッダにおける圧力損失が著しく大きくなる。
(2)高温側流体及び低温側流体がプレートの積層方向において下向きに熱交換器本体の流体層に供給され、上向きに排出されるようになっているため、供給側の熱交換器の流体層ほど流量が大きく、供給側から離れた側の熱交換器の流体層ほど流量が小さくなって、プレートの積層方向に流量分配が不均一となる。
Further, the technique disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-98617) has the following problems.
(1) The diameters of the inlet pipe and outlet pipe of the high temperature side fluid and the inlet pipe and outlet pipe of the low temperature side fluid are about 1/3 compared to the flow path openings of the high temperature side fluid and the low temperature side fluid in the heat exchanger body. Therefore, the high temperature side header and the low temperature side header are an inlet pipe and an outlet pipe for the high temperature side fluid, and an inlet pipe and an outlet pipe for the low temperature side fluid,
In order to connect the flow channel opening of the heat exchanger body,
It has a shape that is expanded in a tapered shape toward the flow channel opening side of the heat exchanger body.
For this reason, the flow velocity of the high-temperature fluid and the low-temperature fluid is maximum in the piping portion such as the inlet pipe and outlet pipe of the high-temperature side fluid and the inlet pipe and outlet pipe of the low-temperature side fluid, and is minimum in the fluid layer of the heat exchanger body. The flow velocity suddenly expands / shrinks in the flow path of the fluid supply piping → fluid layer of the heat exchanger body → fluid discharge piping, rapidly increases in the fluid supply header, decreases in flow velocity, and rapidly decreases in the fluid discharge header. As the flow velocity increases, the pressure loss in the fluid supply header and the fluid discharge header increases significantly.
(2) Since the high temperature side fluid and the low temperature side fluid are supplied downward to the fluid layer of the heat exchanger body in the stacking direction of the plates and discharged upward, the fluid layer of the supply side heat exchanger The higher the flow rate, the smaller the flow rate of the fluid layer of the heat exchanger farther from the supply side, and the non-uniform flow distribution in the plate stacking direction.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、熱交換器本体の両側に高温側流体あるいは低温側流体の供給ヘッダ及び排出ヘッダを配置した熱交換器において、プレートの積層方向の流量分配特性を均一にするとともに、不均一な流量分配特性に伴う圧力損失を低減し、かつ熱交換効率を向上した熱交換器のヘッダ構造を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention provides a uniform heat flow distribution characteristic in the stacking direction of plates in a heat exchanger in which a supply header and a discharge header for high-temperature side fluid or low-temperature side fluid are arranged on both sides of the heat exchanger body. In addition, an object of the present invention is to provide a header structure of a heat exchanger that reduces pressure loss due to non-uniform flow distribution characteristics and improves heat exchange efficiency.
本発明はかかる目的を達成するものであり、熱交換器の各流体層の供給・排出側に、高温側流体が通流する高温側供給ヘッダ及び高温側排出ヘッダと低温側流体が通流する低温側供給ヘッダ及び低温側排出ヘッダとを配設し、高温側入口管から前記高温側供給ヘッダに導入された前記高温流体を前記熱交換器本体の高温側流体層を通流させるとともに低温側入口管から前記低温側供給ヘッダに導入された前記低温側流体を前記熱交換器本体の低温流体層を通流させることにより該高温側流体と低温側流体とを熱交換させ、熱交換後の前記高温側流体を前記高温側排出ヘッダに導出するとともに前記低温側流体を前記低温側排出ヘッダに導出するように構成された熱交換器のヘッダ構造において、
前記高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに前記高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダを、前記高温側供給ヘッダから高温側排出ヘッダに向かう高温側流体の流れと前記低温側供給ヘッダから低温側排出ヘッダに向かう低温側流体の流れとが対向流、直交流、もしくは並流になるように配置して、前記高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに前記高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダをそれぞれ流体層幅方向に複数に分割して配置し、
プレートの積層方向において前記各高温側供給ヘッダの流路面積を前記高温流体の入口側から高温流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成するとともに、プレートの積層方向において前記各低温側供給ヘッダの流路面積を前記低温流体の入口側から低温流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成したことを特徴とする(請求項1)。
かかる発明に加えて、好ましくは、プレートの積層方向において前記熱交換器本体の高温流体層側から高温側出口管側に向けて前記各高温側排出ヘッダの流路面積を先端拡大状に形成するとともに、
プレートの積層方向において前記熱交換器本体の低温流体層側から低温側出口管側に向けて前記各低温側排出ヘッダの流路面積を先端拡大状に形成する(請求項2)。
The present invention achieves such an object, and the high temperature side supply header through which the high temperature side fluid flows and the high temperature side discharge header and the low temperature side fluid flow through the supply / discharge side of each fluid layer of the heat exchanger. A low temperature side supply header and a low temperature side discharge header are arranged, and the high temperature fluid introduced from the high temperature side inlet pipe to the high temperature side supply header is allowed to flow through the high temperature side fluid layer of the heat exchanger body and the low temperature side The low-temperature side fluid introduced from the inlet pipe to the low-temperature side supply header is caused to flow through the low-temperature fluid layer of the heat exchanger main body to exchange heat between the high-temperature side fluid and the low-temperature side fluid. In the header structure of the heat exchanger configured to lead the high temperature side fluid to the high temperature side discharge header and lead the low temperature side fluid to the low temperature side discharge header,
The high temperature side supply header and the low temperature side supply header, and the high temperature side discharge header and the low temperature side discharge header are connected to the high temperature side fluid flow from the high temperature side supply header to the high temperature side discharge header and from the low temperature side supply header to the low temperature side. The high-temperature side supply header and the low-temperature side supply header, and the high-temperature side discharge header and the low-temperature side discharge header are arranged so that the flow of the low-temperature side fluid toward the discharge header is counterflow, orthogonal flow, or parallel flow. Are each divided into a plurality of fluid layer width directions,
The flow path area of each high-temperature side supply header in the stacking direction of the plate is formed in a reduced tip shape that is reduced from the high-temperature fluid inlet side toward the high-temperature fluid layer side, and each low-temperature side in the plate stacking direction The flow path area of the supply header is formed in a reduced tip shape that is reduced from the inlet side of the cryogenic fluid toward the cryogenic fluid layer side (Claim 1).
In addition to this invention, preferably, the flow path area of each high-temperature side discharge header is formed in an enlarged tip shape from the high-temperature fluid layer side of the heat exchanger body toward the high-temperature side outlet pipe side in the plate stacking direction. With
In the stacking direction of the plates, the flow path area of each of the low-temperature side discharge headers is formed in an enlarged shape from the low-temperature fluid layer side of the heat exchanger body toward the low-temperature side outlet pipe side (claim 2).
かかる発明によれば、高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに前記高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダを高温流体の流れと低温流体の流れとが対向流、直交流、もしくは並流になるように配置して、前記高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダをそれぞれ流体層幅方向に複数に分割して配置したうえで、
プレートの積層方向において各高温側供給ヘッダの流路面積を高温流体の入口側から高温流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成するとともに、前記各低温側供給ヘッダの流路面積を入口側から低温流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成したので(請求項1)、
高温側供給ヘッダの高温流体入口からのプレートの積層方向あるいは低温側供給ヘッダの低温流体入口からのプレートの積層に沿って、高温側供給ヘッダから熱交換器の高温側流体層への高温側流体の累計流入量が増加しあるいは低温側供給ヘッダから熱交換器の低温側流体層への低温流体の累計流入量が増加するのに対応して、各高温側供給ヘッダの流路面積あるいは各低温側供給ヘッダの流路面積を縮小して行くことにより、高温側供給ヘッダ及び各低温側供給ヘッダのプレートの積層方向の流量分配特性を均一化することができる。
According to this invention, the flow of the high-temperature fluid and the flow of the low-temperature fluid in the high-temperature side supply header and the low-temperature side supply header, and the high-temperature side discharge header and the low-temperature side discharge header are counterflow, orthogonal flow, or parallel flow. The high-temperature side supply header and the low-temperature side supply header, and the high-temperature side discharge header and the low-temperature side discharge header are each divided into a plurality in the fluid layer width direction.
The flow area of each high-temperature side supply header in the stacking direction of the plates is formed in a reduced tip shape that is reduced from the high-temperature fluid inlet side toward the high-temperature fluid layer side, and the flow area of each low-temperature side supply header is Since it is formed in a reduced tip shape that is reduced from the inlet side toward the low temperature fluid layer side (Claim 1),
Hot fluid from the hot feed header to the hot fluid layer of the heat exchanger along the stacking direction of the plate from the hot fluid inlet of the hot feed header or along the stack of plates from the cold fluid inlet of the cold feed header In response to an increase in the cumulative inflow volume or an increase in the cumulative inflow volume of low temperature fluid from the low temperature supply header to the low temperature fluid layer of the heat exchanger, the flow area of each high temperature supply header or each low temperature By reducing the flow path area of the side supply header, the flow distribution characteristics in the stacking direction of the plates of the high temperature side supply header and each low temperature side supply header can be made uniform.
これにより、高温側供給ヘッダ及び各低温側供給ヘッダからの高温側流体及び低温側流体を熱交換器の高温側流体層及び低温側流体層に均一に流入せしめることができる。また、前記のように高温側流体の流れと低温側流体の流れとを望ましくは対向流とすることによって、熱交換効率を向上できる。
また、前記のように、高温側供給ヘッダの高温流体入口からのプレートの積層方向あるいは低温側供給ヘッダの低温流体入口からのプレートの積層方向に沿った熱交換器の流体層に流入する高温側流体あるいは低温側流体の流量分配特性が均一化されることにより、熱交換器の流体層における高温側流体あるいは低温側流体の流動分配特性が均一化されることとなって、熱交換器の流体層での不均一な流量分配特性に伴う圧力損失を低減できる。
Thereby, the high temperature side fluid and the low temperature side fluid from the high temperature side supply header and each low temperature side supply header can be made to uniformly flow into the high temperature side fluid layer and the low temperature side fluid layer of the heat exchanger. Moreover, the heat exchange efficiency can be improved by making the flow of the high-temperature side fluid and the flow of the low-temperature side fluid preferably counterflows as described above.
Also, as described above, the high temperature side flowing into the fluid layer of the heat exchanger along the plate stacking direction from the high temperature fluid inlet of the high temperature side supply header or the plate stacking direction from the low temperature fluid inlet of the low temperature side supply header. Since the flow distribution characteristics of the fluid or the low temperature side fluid are made uniform, the flow distribution characteristics of the high temperature side fluid or the low temperature side fluid in the fluid layer of the heat exchanger are made uniform, and the fluid of the heat exchanger Pressure loss associated with non-uniform flow distribution characteristics in the bed can be reduced.
また、プレートの積層方向において各高温側排出ヘッダの流路面積を熱交換器本体側からの高温側流体層側から出口側に向けて拡大される先端拡大状に形成するとともに、前記各低温側排出ヘッダの流路面積を熱交換器本体側からの低温流体層側から出口側に向けて拡大されるように先端拡大状に形成したので(請求項2)、前記のようにプレートの積層方向において高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダのプレートの積層方向における先端縮小状の流路面積変化に対応して、高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダのプレートの積層方向における流路面積変化を先端拡大状に形成することにより、高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダのプレートの積層方向における流量分配特性の均一化効果がさらに向上する。 Further, in the stacking direction of the plates, the flow area of each high-temperature side discharge header is formed in an enlarged shape that extends from the high-temperature side fluid layer side toward the outlet side from the heat exchanger body side, and each low-temperature side Since the flow path area of the discharge header is formed so as to expand from the low-temperature fluid layer side to the outlet side from the heat exchanger body side (Claim 2), the plate stacking direction as described above Corresponding to the change in flow area of the tip of the high temperature side supply header and the low temperature side supply header in the stacking direction, the flow path area change in the stacking direction of the high temperature side discharge header and the low temperature side discharge header is By forming in an enlarged shape, the effect of equalizing the flow distribution characteristics in the stacking direction of the plates of the high temperature side supply header and the low temperature side supply header is further improved.
かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
(1)前記複数の高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに前記複数の高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダをそれぞれ熱交換器の幅方向において複数の流路に分割し、前記高温側流体を前記複数の高温側供給ヘッダの流路から前記熱交換器本体の高温流体層を経て前記複数の高温側排出ヘッダの流路にそれぞれ導出するとともに前記低温側流体を前記複数の低温側供給ヘッダの流路から前記熱交換器本体の低温流体層を経て前記複数の低温側排出ヘッダの流路にそれぞれ導出するように構成する(請求項3)。
In this invention, specifically, the following configuration is preferable.
(1) dividing the plurality of high temperature side supply headers and low temperature side supply headers, and the plurality of high temperature side discharge headers and low temperature side discharge headers into a plurality of flow paths in the width direction of the heat exchanger, respectively; From the flow paths of the plurality of high-temperature side supply headers to the flow paths of the plurality of high-temperature side discharge headers through the high-temperature fluid layer of the heat exchanger main body, and the low-temperature side fluid is supplied to the plurality of low-temperature side supply headers. The flow path is led out to the flow paths of the plurality of low-temperature side discharge headers through the low-temperature fluid layer of the heat exchanger main body (Claim 3).
このように構成すれば、前記複数の高温側供給ヘッダと高温側排出ヘッダ、及び複数の低温側供給ヘッダと低温側排出ヘッダをそれぞれ対応させて、熱交換器の幅方向において複数の流路に分割し、熱交換器の幅方向に配置された複数の流路から高温流体及び低温流体を熱交換器本体に送り込むので、高温流体及び低温流体が熱交換器幅方向に広く且つ均一に分配され、コンパクトな構造で熱交換器幅方向における高温流体及び低温流体の流量分配性を向上できる。 With this configuration, the plurality of high-temperature side supply headers and the high-temperature side discharge headers, and the plurality of low-temperature side supply headers and the low-temperature side discharge headers are respectively associated with each other in the plurality of flow paths in the width direction of the heat exchanger. Since the high temperature fluid and the low temperature fluid are sent to the heat exchanger main body from a plurality of flow paths divided and arranged in the width direction of the heat exchanger, the high temperature fluid and the low temperature fluid are distributed widely and uniformly in the width direction of the heat exchanger. The flow distribution of the high temperature fluid and the low temperature fluid in the heat exchanger width direction can be improved with a compact structure.
(2)前記高温側供給ヘッダ及び高温側排出ヘッダの一方のヘッダを熱交換器の幅方向において複数の流路に分割し他方のヘッダは単一の流路とし、前記低温側供給ヘッダ及び低温側排出ヘッダの一方のヘッダを熱交換器の幅方向において複数の流路に分割し他方のヘッダは単一の流路とし、前記高温側流体を前記高温側供給ヘッダの流路から前記熱交換器本体の高温流体層を経て前記高温側排出ヘッダの流路にそれぞれ導出するとともに前記低温流体を前記低温側供給ヘッダの流路から前記熱交換器本体の低温側流体層を経て前記低温側排出ヘッダの流路にそれぞれ導出するように構成する(請求項4)。 (2) One header of the high temperature side supply header and the high temperature side discharge header is divided into a plurality of flow paths in the width direction of the heat exchanger, and the other header is a single flow path. One header of the side discharge header is divided into a plurality of flow paths in the width direction of the heat exchanger, the other header is a single flow path, and the high temperature side fluid is transferred from the flow path of the high temperature side supply header to the heat exchange. The low-temperature fluid is led out to the flow path of the high-temperature side discharge header through the high-temperature fluid layer of the heat exchanger body and the low-temperature fluid is discharged from the flow path of the low-temperature supply header through the low-temperature fluid layer of the heat exchanger main body. It is configured to lead out to the flow path of the header.
このように構成すれば、前記高温側供給ヘッダと高温側排出ヘッダの一方側は単一の流路構造であり、また同様に前記低温側供給ヘッダと低温側排出ヘッダの一方側は単一の流路構造であるため、ヘッド構造が簡単化されるとともに、他方側が複数の流路からなるため、高温流体及び低温流体が熱交換器幅方向に広く且つ均一に分配されて、熱交換器幅方向における高温流体及び低温流体の流量分配性を向上できる。 If comprised in this way, the one side of the said high temperature side supply header and the high temperature side discharge header is a single flow path structure, and similarly, one side of the said low temperature side supply header and the low temperature side discharge header is a single channel structure. The flow path structure simplifies the head structure and the other side is composed of a plurality of flow paths, so that the high-temperature fluid and the low-temperature fluid are widely and uniformly distributed in the heat exchanger width direction, and the heat exchanger width The flow distribution characteristics of the hot fluid and the cold fluid in the direction can be improved.
(3)前記各高温側供給ヘッダの流路幅寸法と、前記各高温側供給ヘッダにそれぞれ接続される前記熱交換器本体の前記高温流体層のフィン厚み分等を除いた正味幅寸法とをほぼ同一寸法に形成する(請求項5)。もしくは、前記各低温側供給ヘッダの流路幅寸法と、前記各低温側供給ヘッダにそれぞれ接続される前記熱交換器本体の前記低温流体層のフィン厚み分等を除いた正味幅寸法とをほぼ同一寸法に形成する(請求項6)。
このように構成すれば、各高温側供給ヘッダあるいは低温側供給ヘッダの内部で高温側流体あるいは低温側流体の流速をほぼ一定として、該高温側流体あるいは低温側流体を熱交換器本体の流体層に送り込むことができるので、高温側供給ヘッダ内あるいは低温側供給ヘッダ内での高温側流体あるいは低温側流体の圧力損失を低減できる。
(3) The flow path width dimension of each of the high temperature side supply headers and the net width dimension excluding the fin thickness of the high temperature fluid layer of the heat exchanger body connected to each of the high temperature side supply headers. They are formed with substantially the same dimensions (claim 5). Alternatively, the flow path width dimension of each low temperature side supply header and the net width dimension excluding the fin thickness of the low temperature fluid layer of the heat exchanger body connected to each low temperature side supply header, respectively. The same dimension is formed (claim 6).
If comprised in this way, the flow velocity of the high temperature side fluid or the low temperature side fluid is made substantially constant inside each high temperature side supply header or low temperature side supply header, and the high temperature side fluid or the low temperature side fluid is fluidized in the fluid layer of the heat exchanger body. Therefore, the pressure loss of the high temperature side fluid or the low temperature side fluid in the high temperature side supply header or the low temperature side supply header can be reduced.
(4)前記各高温側供給ヘッダ及び各低温側供給ヘッダの複数の流路と、前記各高温側排出ヘッダ及び各低温側排出ヘッダの複数の流路とを、熱交換器の幅方向において一定量ずらして配置する(請求項7)。好ましくは前記ずらし量を、各ヘッダの幅方向ピッチの1/2程度とする。
このように構成すれば、高温側供給ヘッダあるいは低温側供給ヘッダから熱交換器本体内を通って高温側排出ヘッダあるいは低温側排出ヘッダに流れる高温側流体あるいは低温側流体の熱交換器本体内の幅方向における流量分配を均一化できて、均一な熱交換性能を得ることができる。
(4) The plurality of flow paths of the high temperature side supply header and the low temperature side supply header and the plurality of flow paths of the high temperature side discharge header and each low temperature side discharge header are constant in the width direction of the heat exchanger. The amount is shifted (claim 7). Preferably, the shift amount is about ½ of the width direction pitch of each header.
If comprised in this way, in the heat exchanger main body of the high temperature side fluid or the low temperature side fluid which flows into the high temperature side discharge header or the low temperature side discharge header through the inside of the heat exchanger body from the high temperature side supply header or the low temperature side supply header The flow distribution in the width direction can be made uniform, and uniform heat exchange performance can be obtained.
(5)前記各高温側供給ヘッダ及び各低温側供給ヘッダの複数の流路を、熱交換器の幅方向において高温側入口部及び低温側入口部の中心に対してそれぞれ対称位置に配置する(請求項8)。
このように構成すれば、高温側入口部あるいは低温側入口部から高温側供給ヘッダあるいは低温側供給ヘッダに、高温側流体あるいは低温側流体を均一に流入せしめることができて、熱交換器の幅方向における流量分配特性を均一化できる。
(5) The plurality of flow paths of the high-temperature side supply header and the low-temperature side supply header are arranged in symmetrical positions with respect to the centers of the high-temperature side inlet portion and the low-temperature side inlet portion in the width direction of the heat exchanger ( Claim 8).
With this configuration, the high temperature side fluid or the low temperature side fluid can be uniformly introduced from the high temperature side inlet portion or the low temperature side inlet portion into the high temperature side supply header or the low temperature side supply header. The flow distribution characteristics in the direction can be made uniform.
本発明によれば、高温側供給ヘッダの高温流体入口からのプレートの積層方向あるいは低温側供給ヘッダの低温側流体入口からのプレートの積層方向に沿って、高温側供給ヘッダから熱交換器の高温側流体層への高温流体の累計流入量が増加し、あるいは低温側供給ヘッダから熱交換器の低温側流体層への低温側流体の累計流入量が増加するのに対応して、各高温側供給ヘッダの流路面積あるいは各低温側供給ヘッダの流路面積を縮小して行くことにより、高温側供給ヘッダ及び各低温側供給ヘッダのプレートの積層方向の流量分配を均一化することができる。
また、幅方向に分割することによる小型コンパクトな構造で以って、高温側供給ヘッダ及び各低温側供給ヘッダからの高温側流体及び低温側流体を高温側流体層及び低温側流体層に均一に流入せしめることができて、高温側流体の流れと低温側流体の流れとを望ましくは対向流とすることと相俟って、熱交換効率を向上できる。
According to the present invention, the high temperature of the heat exchanger from the hot supply header along the stacking direction of the plate from the hot fluid inlet of the hot supply header or the stacking direction of the plate from the cold fluid inlet of the cold supply header. As the cumulative inflow of high-temperature fluid into the side fluid layer increases or the cumulative inflow of low-temperature fluid from the low-temperature supply header into the low-temperature fluid layer of the heat exchanger increases, By reducing the flow area of the supply header or the flow area of each low-temperature supply header, the flow distribution in the stacking direction of the plates of the high-temperature supply header and the low-temperature supply header can be made uniform.
Moreover, the small and compact structure by dividing in the width direction makes the high temperature side fluid and the low temperature side fluid from the high temperature side supply header and each low temperature side supply header uniformly in the high temperature side fluid layer and the low temperature side fluid layer. The heat exchange efficiency can be improved in combination with the flow of the high-temperature side fluid and the flow of the low-temperature side fluid being desirably counterflow.
また、本発明によれば、複数の高温側供給ヘッダと高温側排出ヘッダ、及び複数の低温側供給ヘッダと低温側排出ヘッダをそれぞれ対応させて、熱交換器の幅方向において複数の流路に分割し、熱交換器の幅方向に配置された複数の流路から高温側流体及び低温側流体を熱交換器の流体層に送り込むことにより、高温側流体及び低温側流体が高温側流体層及び低温側流体層幅方向に広く且つ均一に分配され、コンパクトな構造で高温側流体及び低温側流体の高温側流体層及び低温側流体層幅方向における流量分配特性を均一化できる。 Further, according to the present invention, a plurality of high-temperature side supply headers and high-temperature side discharge headers, and a plurality of low-temperature side supply headers and low-temperature-side discharge headers are respectively associated with each other in a plurality of flow paths in the width direction of the heat exchanger. The high temperature side fluid and the low temperature side fluid are divided into a plurality of flow paths arranged in the width direction of the heat exchanger and sent to the fluid layer of the heat exchanger, so that the high temperature side fluid and the low temperature side fluid are Wide and uniform distribution in the low temperature side fluid layer width direction, and the flow distribution characteristics of the high temperature side fluid and the low temperature side fluid in the high temperature side fluid layer and the low temperature side fluid layer width direction can be made uniform with a compact structure.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図9は本発明が適用される高温ガス炉間接発電装置の系統図である。
図9において、103は原子炉、100は後述する中間熱交換器106からのヘリウムガスにより駆動されるタービン、101は該タービン100に直結駆動される圧縮機、102は該タービン100に直結駆動される発電機であり、該タービン100駆動後の高温ヘリウムガスは再生熱交換器104で前記圧縮機101からの低温ヘリウムガスと熱交換して該低温ヘリウムガスを昇温させて中間熱交換器106に送り込む。また、該再生熱交換器104出口のヘリウムガスは前置冷却器105で冷却された後、前記圧縮機101に送り込まれる。
前記中間熱交換器106においては、前記原子炉103で発生した1次流体と前記再生熱交換器104からのヘリウムガスとを熱交換して該ヘリウムガスを加熱する。この加熱ヘリウムガスによりタービン100が駆動される。
また、図10は本発明が適用される高温ガス炉直接発電装置の系統図であり、この場合は前記再生熱交換器104で昇温されたヘリウムガスを原子炉103に直接送り込む。
FIG. 9 is a system diagram of a HTGR indirect power generator to which the present invention is applied.
In FIG. 9, 103 is a nuclear reactor, 100 is a turbine driven by helium gas from an
The
FIG. 10 is a system diagram of a HTGR direct power generation apparatus to which the present invention is applied. In this case, the helium gas heated by the
本発明は、図9〜10に示される高温ガス炉発電装置の再生熱交換器104や中間熱交換器106に適用されるプレートフィン型熱交換器のヘッダ構造に関するものである。
図1は本発明の第1実施例に係るプレートフィン型熱交換器の構成を模式的に示す側面構成図、図2は前記第1実施例における高温側ヘッダ及び熱交換器本体の平面図で、図1におけるA−A線矢視図である。図3は前記第1実施例における高温側ヘッダプレートの要部平面図、図4は前記第1実施例における低温側ヘッダプレートの要部平面図、図5は前記第1実施例におけるB−B線矢視図である。また図6は前記第1実施例における熱交換器の流体層における部分断面図でありフィンとプレートである。
The present invention relates to a header structure of a plate fin type heat exchanger applied to the
FIG. 1 is a side configuration diagram schematically showing the configuration of a plate fin heat exchanger according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a high temperature side header and a heat exchanger body in the first embodiment. FIG. 2 is a view taken along line AA in FIG. 1. 3 is a plan view of the main part of the high temperature side header plate in the first embodiment, FIG. 4 is a plan view of the main part of the low temperature side header plate in the first embodiment, and FIG. 5 is a BB view in the first embodiment. FIG. FIG. 6 is a partial sectional view of the fluid layer of the heat exchanger in the first embodiment, showing fins and plates.
図1において、80は熱交換器で次のように構成されている。
1は高温側供給ヘッダ、3は高温側排出ヘッダ、2は低温側供給ヘッダ、4は低温側排出ヘッダであり、前記ヘッダ間には熱交換器本体5が配置されている。
前記高温側供給ヘッダ1及び高温側排出ヘッダ3は、図2及び図3のように、1枚の高温側ヘッダプレート1sに形成され、また前記低温側供給ヘッダ2及び低温側排出ヘッダ4は、図4のように、1枚の低温側ヘッダプレート2sに形成されている。
そして、前記高温側ヘッダプレート1sと低温側ヘッダプレート2sとを積層して、前記熱交換器の流体層5の左右に配置された左側ヘッダ部61及び右側ヘッダ部62を構成している。
In FIG. 1, 80 is a heat exchanger and is comprised as follows.
The high temperature
And the said high temperature
即ち、かかる熱交換器80は、前記高温側供給ヘッダ1及び低温側供給ヘッダ2、並びに前記高温側排出ヘッダ3及び低温側排出ヘッダ4を、前記熱交換器の流体層5の供給側・排出側に配置して、前記各ヘッダ1,2,3,4の間に前記熱交換器の流体層5を挟んだ熱交換器80を構成する。
このように構成すれば、4つのヘッダ1,2,3,4の間に熱交換器の流体層5を挟んだ形状に熱交換器80を構成することにより、熱交換器を小型コンパクトな構造とすることができて、設置スペースを低減できる。
That is, the heat exchanger 80 connects the high temperature
If comprised in this way, the heat exchanger 80 is comprised in the shape which pinched | interposed the
前記高温側ヘッダプレート1sを示す図2及び図3において、前記高温側供給ヘッダ1を熱交換器の幅方向において複数の流路(この例では流路幅S1の2個の流路)に分割するとともに、前記高温側排出ヘッダ3を熱交換器の幅方向において複数の流路(この例では2個の流路)に分割して、図3のM矢印のように、前記各高温側供給ヘッダ1からの高温側流体が前記熱交換器の高温側流体層5内を経て前記高温側排出ヘッダ3に送り込まれるようになっている。
前記高温側供給ヘッダ1の各流路には、高温流体を熱交換器本体5に向けて案内するフィン10が設置されている。
そして、前記各高温側供給ヘッダ1の2個の流路と、前記各高温側排出ヘッダ3の2個数の流路とを、熱交換器の幅方向において一定量(好ましくは高温側供給ヘッダ1の幅方向ピッチPの1/2程度)ずらして配置する。
2 and 3 showing the high temperature
Then, the two flow paths of the high temperature
また、前記低温側ヘッダプレート2sを示す図4において、前記低温側供給ヘッダ2を熱交換器の幅方向において複数の流路(この例では2個)に分割するとともに、前記低温側排出ヘッダ4を熱交換器の幅方向において複数の流路(この例では2個)に分割して、図4のN矢印のように、前記各低温側供給ヘッダ2からの低温流体が前記熱交換器の高温側流体層5内を経て前記低温側排出ヘッダ4に送り込まれるようになっている。
前記低温側供給ヘッダ2の各流路には、低温側流体を熱交換器本体5に向けて案内するフィン15が設置されている。
そして、前記各低温側供給ヘッダ2の2個の流路と、前記各低温側排出ヘッダ4の2個数の流路とを、熱交換器の幅方向において一定量(好ましくは高温側供給ヘッダ1の幅方向ピッチPの1/2程度)ずらして配置する。
In FIG. 4 showing the low-temperature header plate 2s, the low-
Each flow path of the low-temperature
Then, the two flow paths of the low-temperature
このように、前記各高温側供給ヘッダ1及び各低温側供給ヘッダ2の2個の流路と、前記各高温側排出ヘッダ3及び低温側排出ヘッダ4の2個数の流路とを、熱交換器の幅方向において一定量(好ましくは高温側供給ヘッダ1の幅方向ピッチPの1/2程度)ずらして配置する構成とすることにより、高温側供給ヘッダ1あるいは低温側供給ヘッダ2から熱交換器の流体層5内を通って高温側排出ヘッダ3あるいは低温側排出ヘッダ4に流れる高温側流体あるいは低温側流体の熱交換器の流体層5内の幅方向における流量分配を均一化できて、均一な熱交換性能を得ることができる。
Thus, heat exchange is performed between the two flow paths of the high temperature
また、高温側供給ヘッダ1及び高温側排出ヘッダ3、並びに低温側供給ヘッダ2及び低温側排出ヘッダ4のそれぞれのヘッダを2個の流路とせずに、高温側供給ヘッダ1及び高温側排出ヘッダ3の何れか一方のヘッダを熱交換器の幅方向において2個の流路に分割し他方のヘッダは単一の流路としてもよく、また、低温側供給ヘッダ2及び低温側排出ヘッダ4の何れか一方のヘッダを熱交換器の幅方向において2個の流路に分割し他方のヘッダは単一の流路としてもよい。
この場合には、ヘッド構造が簡単化されるとともに、他方側が複数の流路からなるため、高温流体及び低温流体が熱交換器幅方向に広く且つ均一に分配されて、熱交換器幅方向における高温流体及び低温流体の流量分配性を向上でき、均一な熱交換性能を得ることができる。
Also, the high-temperature
In this case, since the head structure is simplified and the other side includes a plurality of flow paths, the high temperature fluid and the low temperature fluid are widely and uniformly distributed in the heat exchanger width direction, and the heat exchanger width direction is The flow distribution of the high temperature fluid and the low temperature fluid can be improved, and uniform heat exchange performance can be obtained.
図6に示す前記熱交換器本体5は、たとえば本件出願人の出願に係る前記特許文献1(特開2002−323295号公報)と同様に、高温側流体層51と低温側流体層52とが伝熱用のプレート53を挟んで、前記高温側ヘッダプレート1s及び低温側ヘッダプレート2sと同数の複数層形成され、各高温側流体層51が前記高温側ヘッダプレート1sの各高温側供給ヘッダ1及び各高温側排出ヘッダ3に連通され、各低温側流体層52が前記低温側ヘッダプレート2sの各低温側供給ヘッダ2及び各低温側排出ヘッダ4に連通されている。
54は前記各高温側流体層51及び各低温側流体層52内に設置された伝熱用のフィンである。
The heat exchanger
図1において、6は高温側流体が供給される高温側入口部(高温側入口管)、7は低温側流体が供給される低温側入口部(低温側入口管)、8は高温側流体が排出される高温側出口部(高温側出口管)、9は低温側流体が排出される低温側出口部(低温側出口管)である。前記高温側入口部6は前記各高温側供給ヘッダ1に連通され、前記低温側入口部7は前記各低温側供給ヘッダ2に連通され、前記高温側出口部8は前記各高温側排出ヘッダ3に連通され、前記低温側出口部9は前記各低温側排出ヘッダ4に連通されている。
そして、前記高温側流体は、前記左側ヘッダ部61に配置された前記各高温側供給ヘッダ1から前記熱交換器本体5内の高温側流体層51を流れて右側ヘッダ部62に配置された各高温側排出ヘッダ3に流出する一方、前記低温側流体は、前記右側ヘッダ部62に配置された前記各低温側供給ヘッダ2から前記熱交換器本体5内の低温側流体層52を流れて左側ヘッダ部61に配置された各低温側排出ヘッダ4に流出することにより、高温流体の流れと低温流体の流れとが前記熱交換器本体5内を流れる方向が逆方向の対向流になるように構成されている。
In FIG. 1, 6 is a high temperature side inlet (high temperature side inlet pipe) to which a high temperature side fluid is supplied, 7 is a low temperature side inlet (low temperature side inlet pipe) to which a low temperature side fluid is supplied, and 8 is a high temperature side fluid. A high temperature side outlet portion (high temperature side outlet pipe) to be discharged and 9 is a low temperature side outlet portion (low temperature side outlet pipe) from which the low temperature side fluid is discharged. The high temperature
And the said high temperature side fluid flows through the high temperature
前記のように、前記高温入口部6に接続される高温側供給ヘッダ1の高温側流体入口と前記高温側排出ヘッダ3の高温側流体出口とをプレート積層方向において同じ方向に配置するとともに、前記低温入口管7に接続される前記低温側供給ヘッダ2の低温流体入口と前記低温側排出ヘッダ4の低温流体出口とをプレート積層方向において同じ方向に配置することにより、高温流体と低温流体とをプレート積層方向にクロスした形態で、熱交換器本体5内を流すことによって、ヘッダにおける熱損失を抑制できる。
As described above, the high temperature side fluid inlet of the high temperature
また、図1に示すように、前記各高温側ヘッダプレート1sにおける前記高温側供給ヘッダ1の流路面積は、図1にX1線のF1で示されるように、プレート積層方向において前記高温側流体の入口側(高温入口管6側)から出口側(下方)に向けて縮小される先端縮小状になるように形成する。
また、前記各低温側ヘッダプレート2sにおける前記低温側供給ヘッダ2の流路面積は、図1にY1線のF3で示されるように、プレート積層方向において前記低温側流体の入口側(低温入口管7側)から出口側(下方)に向けて縮小される先端縮小状になるように形成する。
Further, as shown in FIG. 1, the flow area of the high temperature
Further, the flow path area of the low-
また、前記各高温側ヘッダプレート1sにおける前記各高温側排出ヘッダ3の流路面積は、図1にX2線のF2で示されるように、前記熱交換器の流体層5の高温側流体層51側から高温側流体の出口側に向けて拡大される先端拡大状に形成される。そして、前記各低温側ヘッダプレート2sにおける前記各低温側排出ヘッダ4の流路面積は、図1にY2線のF4で示されるように、前記熱交換器の流体層5の低温側流体層52側から低温側流体の出口側に向けて拡大される先端拡大状に形成される。
Further, the flow path area of each high temperature
この場合、図5に示されるように、前記各高温側供給ヘッダ1の2個の流路1A,1Aを前記高温側入口部6の中心6aに対して距離aなる対称位置とするとともに、前記各低温側供給ヘッダ2の2個の流路2A,2Aを前記低温側入口部7の中心7aに対して距離bなる対称位置になるように配置している。
このように構成すれば、前記高温側入口部6あるいは低温側入口部7から高温側供給ヘッダ1,1あるいは低温側供給ヘッダ2,2に、高温側流体あるいは低温側流体を均一に流入せしめることができて、熱交換器の幅方向における流量分配特性を均一化できる。
In this case, as shown in FIG. 5, the two
If comprised in this way, a high temperature side fluid or a low temperature side fluid will be made to flow in uniformly from the said high temperature
また、図3のように、前記各高温側供給ヘッダ1の流路幅S1寸法は、前記各高温側供給ヘッダ1にそれぞれ接続される前記熱交換器の流体層5の前記高温側流体層51の正味幅寸と、すなわち高温側流体層51内に設置された伝熱用のフィン54の厚みを除いた寸法をヘッダ分割数で割った値とほぼ同一寸法に形成される。
さらに、前記各低温側供給ヘッダ21の流路幅S2寸法は、前記各低温側供給ヘッダ2にそれぞれ接続される前記熱交換器の流体層5の前記低温側流体層52の正味幅寸と、すなわち低温側流体層52内に設置された伝熱用のフィン54の厚みを除いた寸法をヘッダ分割数で割った値とほぼ同一寸法に形成される。
このように構成すれば、各高温側供給ヘッダ1あるいは低温側供給ヘッダ2の内部で高温側流体あるいは低温側流体の流路幅を急拡大・急縮小させることなく、該高温側流体あるいは低温側流体を熱交換器の流体層に送り込むことができるので、高温側供給ヘッダ1内あるいは低温側供給ヘッダ内での高温側流体あるいは低温側流体の圧力損失を低減できる。
Further, as shown in FIG. 3, the flow path width S1 dimension of each of the high temperature
Further, the flow path width S2 dimension of each low temperature
With this configuration, the high temperature side fluid or the low temperature side of each of the high temperature
かかる構成からなる熱交換器80においては、前記高温側入口部から前記高温側供給ヘッダ1に導入された高温側流体を前記熱交換器の流体層5の高温側流体層51を通流させるとともに、低温側入口部7から前記低温側供給ヘッダ2に導入された低温側流体を前記熱交換器の流体層5の低温側流体層52を通流させることにより、該高温側流体と低温側流体とを熱交換し、熱交換後の前記高温側流体を前記高温側排出ヘッダ3に導出するとともに、前記低温側流体を前記低温側排出ヘッダ4に導出する。
In the heat exchanger 80 having such a configuration, the high temperature side fluid introduced into the high temperature
以上の第1実施例によれば、高温側供給ヘッダ1及び低温側供給ヘッダ2、並びに高温側排出ヘッダ3及び低温側排出ヘッダ4を高温側流体の流れと低温側流体の流れとが望ましくは逆方向の対向流になるように配置して、前記高温側供給ヘッダ1及び低温側供給ヘッダ2、並びに高温側排出ヘッダ3及び低温側排出ヘッダ4をそれぞれ、または供給ヘッダと排出ヘッダとの何れか一方を熱交換器の幅方向に複数に分割積層して構成したうえで、プレート積層方向において各高温側供給ヘッダ1の流路面積を高温側流体の入口側から高温側流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成するとともに、前記各低温側供給ヘッダ2の流路面積を低温側流体の入口側から低温側流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成したので、
高温側供給ヘッダ1の高温側流体入口からのプレート積層方向あるいは低温側供給ヘッダ2の低温流体入口からのプレート積層方向に沿って、高温側供給ヘッダ1から熱交換器の高温流体層への高温側流体の必要な積算流量が減少しあるいは低温側供給ヘッダ2から熱交換器の低温流体層への低温側流体の必要な積算流量が減少するのに対応して、各高温側供給ヘッダ1の流路面積あるいは各低温側供給ヘッダ2の流路面積を縮小して行くことにより、高温側供給ヘッダ1及び各低温側供給ヘッダ2のプレート積層方向の流量分配を均一化することができる。
According to the first embodiment described above, the high temperature
High temperature from the high temperature
これにより、高温側供給ヘッダ1及び各低温側供給ヘッダ2からの高温側流体及び低温側流体を熱交換器の流体層5に均一に流入せしめることができて、前記のように高温側流体の流れと低温側流体の流れとを望ましくは対向流とすることと相俟って、熱交換効率を向上できる。
また、前記のように、高温側供給ヘッダ1の高温流体入口からのプレート積層方向あるいは低温側供給ヘッダ2の低温流体入口からのプレート積層方向に沿った熱交換器の流体層5へ流入する高温側流体あるいは低温側流体の流量分配が均一化されることにより、熱交換器の流体層5における高温側流体あるいは低温側流体の流動特性が均一化されることとなって、熱交換器本体5内における圧力損失を低減できる。
Thereby, the high temperature side fluid and the low temperature side fluid from the high temperature
Further, as described above, the high temperature flowing into the
また、熱交換器80のプレート積層方向において各高温側排出ヘッダ3の流路面積を高温側流体の流体層側から出口側に向けて拡大される先端拡大状に形成するとともに、前記各低温側排出ヘッダ4の流路面積を低温側流体の流体層入口側から出口側に向けて拡大されるように先端拡大状に形成したので、前記のようにプレート積層方向において高温側供給ヘッダ1及び低温側供給ヘッダ2のプレート積層方向における先端縮小状の流路面積変化に対応して、高温側排出ヘッダ1及び低温側排出ヘッダ2のプレート積層方向における流路面積変化を先端拡大状に形成することにより、高温側供給ヘッダ1及び低温側供給ヘッダ2のプレート積層方向における流量分配特性の均一化効果がさらに向上する。
Further, in the plate stacking direction of the heat exchanger 80, the flow passage area of each high-temperature
図7は本発明の第2実施例における高温側ヘッダ及び熱交換器流体層5の平面図で、図1におけるA−A線矢視相当図である。
この第2実施例においては、前記高温側ヘッダプレート1sの各高温側供給ヘッダ1の前記熱交換器流体層5への高温側流体の導入通路全体にストレートフィン11を設置している。
また、図示を省略したが、前記低温側供給ヘッダ2の前記熱交換器流体層5への低温側流体の導入通路全体にもストレートフィン11を設置している。
このように構成すれば、高温側供給ヘッダ1あるいは低温側供給ヘッダ2からの高温側流体あるいは低温側流体がストレートフィン11に案内されて熱交換器流体層5に均一に流入するので熱交換器流体層5の流量分配効果がさらに向上する。なお図7でストレートフィンを導入通路全体に配置するが、部分的な配置でも良い。
FIG. 7 is a plan view of the high-temperature header and the heat
In this 2nd Example, the
Although not shown,
If comprised in this way, since the high temperature side fluid or low temperature side fluid from the high temperature
図8は本発明の第3実施例における高温側ヘッダ及び熱交換器流体層5の平面図で、図1におけるA−A線矢視相当図である。
この第3実施例においては、前記高温側ヘッダプレート1sの各高温側供給ヘッダ1(この実施例では4個)の高温流体の導入通路に、サポートバー12を立設している。
このように構成すれば、サポートバー12に案内されて熱交換器流体層5に均一に流入するので熱交換器流体層5の流量分配効果が得られるとともに、高温側ヘッダプレート1sおよび低温側ヘッダプレート2sとを交互に複数枚積層してプレス機にて積層方向に圧力をかけて熱交換器80を成形する際の圧力に対する各ヘッダプレート1s,2sの剛性を高める作用も発揮することができる。なお図8でサポートバーが1本であるが、複数本でも良い。
なお、この剛性を高める作用についてはフィン10、ストレートフィン11においても同様に有している。
なお、以上の実施例において熱交換器は長方体であり、供給ヘッダと排出ヘッダは五角形状であるが、適用条件が高温域であり、当実施例の形状で強度不足になる場合が想定される。そのような場合はヘッダ形状を半円状等に変更しても良い。
FIG. 8 is a plan view of the high-temperature header and the heat
In the third embodiment, support bars 12 are erected in the high temperature fluid introduction passages of the high temperature side supply headers 1 (four in this embodiment) of the high temperature
If comprised in this way, since it will guide to the
Note that the
In the above embodiment, the heat exchanger is a rectangular parallelepiped, and the supply header and the discharge header are pentagonal, but the application condition is a high temperature range, and it is assumed that the shape of this embodiment is insufficient in strength. Is done. In such a case, the header shape may be changed to a semicircular shape.
本発明によれば、熱交換器流体層の供給・排出側に高温側流体あるいは低温側流体の供給ヘッダ及び排出供給ヘッダを配置した熱交換器において、プレート積層方向の流量分配特性を均一化するとともに圧力損失を低減し、熱交換効率を向上した熱交換器のヘッダ構造を提供できる。 According to the present invention, in the heat exchanger in which the supply header and the discharge supply header of the high temperature side fluid or the low temperature side fluid are arranged on the supply / discharge side of the heat exchanger fluid layer, the flow distribution characteristics in the plate stacking direction are made uniform. At the same time, it is possible to provide a header structure of a heat exchanger that reduces pressure loss and improves heat exchange efficiency.
1 高温側供給ヘッダ
1s 高温側ヘッダプレート
2 低温側供給ヘッダ
2s 低温側ヘッダプレート
3 高温側排出ヘッダ
4 低温側排出ヘッダ
5 熱交換器の流体層
6 高温入口部
7 低温入口部
8 高温出口部
9 低温出口部
10 フィン
11 ストレートフィン
12 サポートバー
51 高温側流体層
52 低温側流体層
61 左側ヘッダ部
62 右側ヘッダ部
80 熱交換器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに前記高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダを、前記高温側供給ヘッダから高温側排出ヘッダに向かう高温側流体の流れと前記低温側供給ヘッダから低温側排出ヘッダに向かう低温側流体の流れとが対向流、直交流、もしくは並流になるように配置して、前記高温側供給ヘッダ及び低温側供給ヘッダ、並びに前記高温側排出ヘッダ及び低温側排出ヘッダをそれぞれ流体層幅方向に複数に分割して配置し、
前記各高温側供給ヘッダの流路面積をプレートの積層方向において前記高温側流体の入口側から高温側流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成するとともに、前記各低温側供給ヘッダの流路面積をプレートの積層方向において前記低温流体の入口側から低温側流体層側に向けて縮小される先端縮小状に形成したことを特徴とする熱交換器のヘッダ構造。 A high-temperature side supply header and a high-temperature side discharge header through which the high-temperature side fluid flows and a low-temperature side supply header and a low-temperature side discharge header through which the low-temperature side fluid flows are arranged on the supply / discharge side of the heat exchanger fluid layer. The high temperature side fluid introduced from the high temperature side inlet to the high temperature side supply header is caused to flow through the high temperature side fluid layer of the heat exchanger body and the low temperature side inlet is introduced to the low temperature side supply header. By passing the low temperature side fluid through the low temperature side fluid layer of the heat exchanger body, the high temperature side fluid and the low temperature side fluid are heat exchanged, and the high temperature side fluid after the heat exchange is led to the high temperature side discharge header. And in the header structure of the heat exchanger configured to lead the low temperature side fluid to the low temperature side discharge header,
The high temperature side supply header and the low temperature side supply header, and the high temperature side discharge header and the low temperature side discharge header are connected to the high temperature side fluid flow from the high temperature side supply header to the high temperature side discharge header and from the low temperature side supply header to the low temperature side. The high-temperature side supply header and the low-temperature side supply header, and the high-temperature side discharge header and the low-temperature side discharge header are arranged so that the flow of the low-temperature side fluid toward the discharge header is counterflow, orthogonal flow, or parallel flow. Are each divided into a plurality of fluid layer width directions,
The flow path area of each high temperature side supply header is formed in a reduced tip shape that is reduced from the high temperature side fluid inlet side to the high temperature side fluid layer side in the stacking direction of the plates, A header structure for a heat exchanger, characterized in that a flow path area is formed in a reduced tip shape that is reduced from the low-temperature fluid inlet side toward the low-temperature fluid layer side in the plate stacking direction.
前記各低温側排出ヘッダの流路面積をプレートの積層方向において前記熱交換器流体層の低温側流体層側から低温側流体の出口側に向けて拡大されるように先端拡大状に形成したことを特徴とする請求項1記載の熱交換器のヘッダ構造。 The flow passage area of each of the high temperature side discharge headers is formed in an enlarged tip shape so as to expand from the high temperature side fluid layer side of the heat exchanger fluid layer toward the outlet side of the high temperature side fluid in the stacking direction of the plates. ,
The flow path area of each low-temperature side discharge header is formed in an enlarged shape so as to expand from the low-temperature side fluid layer side of the heat exchanger fluid layer toward the outlet side of the low-temperature side fluid in the plate stacking direction. The header structure of the heat exchanger according to claim 1.
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