(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の伝熱プレートが気密的に重合され、隣接する伝熱プレート間に流路が形成された熱交換段を多段に連設した多段パス編成のプレート式熱交換器において、前記各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと隣接させてその伝熱プレートとの間で流路を形成しない平行流阻止プレートを配置し、前記各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと平行流阻止プレートとの間に仕切り板を介挿したことを特徴とするプレート式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプレート式熱交換器に関し、詳しくは、二つの流体間で熱交換を行うため、多数の伝熱プレートからなる熱交換段を多段に連設した多段パス編成のプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プレート式熱交換器は、図４に示すように多数の伝熱プレートＰをガスケット１を介して気密的に重合し、それら隣接する伝熱プレートＰ間に流路Ｘ，Ｙを形成し、各伝熱プレートＰ間の流路Ｘ，Ｙを通路口２により連通させたものである。
【０００３】
このプレート式熱交換器には、被熱源側と熱源側の二つの流体が複数のセクションで熱交換を行う構成となっている多段パス編成を採用したものがある。
【０００４】
図５は多段パス編成のプレート式熱交換器の模式図であり、図中、二つの流体のうち、一方の流体（以下、Ａ流体と称す）を実線、他方の流体（以下、Ｂ流体と称す）を破線で示し、Ｘ1 〜Ｘ9 は前述の隣接した伝熱プレートＰ1 〜Ｐ19間に形成されたＡ流体の流路、同様に、Ｙ1 〜Ｙ9 はＢ流体の流路を示す。
【０００５】
このプレート式熱交換器は、Ａ流体の３つの流路Ｘ1 〜Ｘ3 ，Ｘ4 〜Ｘ6 ，Ｘ7 〜Ｘ9 とＢ流体の３つの流路Ｙ1 〜Ｙ3 ，Ｙ4 〜Ｙ6 ，Ｙ7 〜Ｙ9 を交互に形成した熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 を３段に連設した編成を有する。このように編成することにより、例えば、低温側（被熱源側）のＡ流体と高温側（熱源側）のＢ流体との熱交換が、第１の熱交換段Ｚ1 から第３の熱交換段Ｚ3 で行われ、Ａ流体の出口温度を管理するようにしている。
【０００６】
即ち、Ａ流体は、第１の熱交換段Ｚ1 の流路Ｘ1 〜Ｘ3 を通過する際に、伝熱プレートＰ1 〜Ｐ6 を介して隣接する流路Ｙ1 〜Ｙ3 を通過するＢ流体により初期的に昇温され、次に、第２の熱交換段Ｚ2 の流路Ｘ4 〜Ｘ6 を通過する際に、伝熱プレートＰ7 〜Ｐ13を介して隣接する流路Ｙ4 〜Ｙ6 を通過するＢ流体により中間的に昇温され、更に、第３の熱交換段Ｚ3 の流路Ｘ7 〜Ｘ9 を通過する際に、伝熱プレートＰ13〜Ｐ19を介して隣接する流路Ｙ7 〜Ｙ9 を通過するＢ流体により最終的に昇温される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来のプレート式熱交換器では、第１〜第３の各熱交換段Ｚ1 〜Ｚ3 において、各伝熱プレートＰ1 〜Ｐ19を介して相互に隣接するＡ流体の流路Ｘ1 〜Ｘ3 ，Ｘ4 〜Ｘ6 ，Ｘ7 〜Ｘ9 とＢ流体の流路Ｙ1 〜Ｙ3 ，Ｙ4 〜Ｙ6 ，Ｙ7 〜Ｙ9 とでＡ流体とＢ流体とが逆方向に対向して流れるようにして良好な熱交換効率を確保するようにしている。
【０００８】
しかしながら、第１と第２の熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 間及び第２と第３の熱交換段Ｚ2 ，Ｚ3 間に位置する伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13では、その伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13の両側で相互に隣接するＡ流体の流路Ｘ4 とＢ流体の流路Ｙ3 、Ａ流体の流路Ｘ7 とＢ流体の流路Ｙ6 とでＡ流体とＢ流体とが同方向に平行して流れることになる。このようにＡ流体とＢ流体とが同方向に平行して流れる場合、Ａ流体とＢ流体とが逆方向に対向して流れる場合よりも熱交換効率が低下するという問題が生じる。
【０００９】
これは、以下の計算例からも明らかである。即ち、熱交換器における処理温度が同じ場合、低温側のＡ流体の入口温度が３０℃、出口温度が３５℃で、高温側のＢ流体の入口温度が５０℃、出口温度が４０℃とした場合、対向流での対数平均温度差は、｛（５０−３５）−（４０−３０）｝／ｌｎ｛（５０−３５）−（４０−３０）｝＝１２．３℃となり、平行流での対数平均温度差は、｛（５０−３０）−（４０−３５）｝／ｌｎ｛（５０−３０）−（４０−３５）｝＝１０．８℃となる。このように対数平均温度差は、対向流の方が平行流よりも大きくなることから熱交換効率がよいことがわかる。
【００１０】
この両流体の平行流による熱交換効率の低下は、例えば、１段当たりの伝熱プレートの枚数が多い場合や熱移動単位数（ＮＴＵ）が小さい場合にはその影響が少ない。逆に、１段当たりの伝熱プレートの枚数が少ない場合や熱移動単位数（ＮＴＵ）が大きい場合にはその影響が大きく熱交換効率の低下が顕著となる。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、両流体の平行流による熱交換効率の低下を未然に防止し得るプレート式熱交換器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、多数の伝熱プレートが気密的に重合され、隣接する伝熱プレート間に流路が形成された熱交換段を多段に連設した多段パス編成のプレート式熱交換器において、前記各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと隣接させてその伝熱プレートとの間で流路を形成しない平行流阻止プレートを配置し、前記各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと平行流阻止プレートとの間に仕切り板を介挿したことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明に係るプレート式熱交換器では、各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと隣接させてその伝熱プレートとの間で流路を形成しない平行流阻止プレートを配置したことにより、一つの伝熱プレートの両側に位置する流路で二つの流路が同方向に平行して流れることがなくなる。また、前記各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと平行流阻止プレートとの間に仕切り板を介挿したことにより、前記平行流の阻止がより一層確実となる。
【００１５】
【実施例】
本発明に係るプレート式熱交換器の実施例を図１乃至図３に示して説明する。尚、図４及び図５と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。
【００１６】
図１に示す実施例のプレート式熱交換器は、Ａ流体の３つの流路Ｘ1 〜Ｘ3 ，Ｘ4 〜Ｘ6 ，Ｘ7 〜Ｘ9 とＢ流体の３つの流路Ｙ1 〜Ｙ3 ，Ｙ4 〜Ｙ6 ，Ｙ7 〜Ｙ9 を交互に形成した熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 を３段に連設した編成を有する。本発明では、第１〜第３の各熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 の連設端部間に、一つの伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13の両側に位置する流路で平行流となることを阻止する平行流阻止手段として平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 を設ける。この平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 は、第１と第２の熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 及び第２と第３の熱交換段Ｚ2 ，Ｚ3 のそれぞれの連設端部に位置する伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13と隣接してその伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13との間で流路を形成しないようにする。
【００１７】
尚、図２（ａ）に示すように各熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 を構成する伝熱プレートＰ1 〜Ｐ6 ，Ｐ8 〜Ｐ12，Ｐ14〜Ｐ19が図示のような形状のガスケット１を有するのに対して、前記平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 は、隣接する伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13との間で流路を形成しないようにするため、図２（ｂ）に示すように通路口ガスケット３及びこれと分離したディスタンスピース４を有する。
【００１８】
このプレート式熱交換器において、Ａ流体は、第１の熱交換段Ｚ1 の流路Ｘ1 〜Ｘ3 を通過する際に、伝熱プレートＰ2 〜Ｐ6 を介して隣接する流路Ｙ1 〜Ｙ3 を通過するＢ流体により初期的に昇温され、次に、第２の熱交換段Ｚ2 の流路Ｘ4 〜Ｘ6 を通過する際に、伝熱プレートＰ8 〜Ｐ12を介して隣接する流路Ｙ4 〜Ｙ6 を通過するＢ流体により中間的に昇温され、更に、第３の熱交換段Ｚ3 の流路Ｘ7 〜Ｘ9 を通過する際に、伝熱プレートＰ14〜Ｐ18を介して隣接する流路Ｙ7 〜Ｙ9 を通過するＢ流体により最終的に昇温される。
【００１９】
この時、第１〜第３の各熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 では、各伝熱プレートＰ2 〜Ｐ6 ，Ｐ8 〜Ｐ12，Ｐ14〜Ｐ18を介して相互に隣接するＡ流体の流路Ｘ1 〜Ｘ3 ，Ｘ4 〜Ｘ6 ，Ｘ7 〜Ｘ9 とＢ流体の流路Ｙ1 〜Ｙ3 ，Ｙ4 〜Ｙ6 ，Ｙ7 〜Ｙ9 とでＡ流体とＢ流体とが逆方向に対向して流れる。また、第１と第２の熱交換段間Ｚ1 ，Ｚ2 及び第２と第３の熱交換段Ｚ2 ，Ｚ3 間でも、平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 を挿入したことにより、それら熱交換段Ｚ1 とＺ2 ，Ｚ2 とＺ3 間に位置する伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13との間で流路が形成されず、前記伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13の両側でＡ流体とＢ流体との平行流が存在しない。即ち、伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13の一方の側では、流路Ｙ3 ，Ｙ6 にＢ流体が流れるが、他方の側（平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 との間）では流路が形成されず、Ａ流体とＢ流体との平行流が存在しない。
【００２０】
尚、上記実施例の変形例として、図３に示すように第１と第２の熱交換段Ｚ1 ，Ｚ2 間及び第２と第３の熱交換段Ｚ2 ，Ｚ3 間に位置する伝熱プレートＰ7 ，Ｐ13と平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 との間に、仕切り板Ｒ1 ，Ｒ2 を挿入配置することも可能である。この仕切り板Ｒ1 ，Ｒ2 と平行流阻止プレートＱ1 ，Ｑ2 とにより、Ａ流体とＢ流体との平行流をより一層確実に阻止できる。
【００２１】
また、上記実施例及び変形例では、第１〜第３の熱交換段を有する３段のプレート式熱交換器について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、３段以外で多段のプレート式熱交換器についても適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係るプレート式熱交換器によれば、各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと隣接させてその伝熱プレートとの間で流路を形成しない平行流阻止プレートを配置したことにより、一つの伝熱プレートの両側に位置する流路で二つの流路が同方向に平行して流れることがなくなる。また、前記各熱交換段の連設端部に位置する伝熱プレートと平行流阻止プレートとの間に仕切り板を介挿したことにより、前記平行流の阻止がより一層確実となる。両流体の平行流による熱交換効率の低下を未然に防止できて、簡便な手段による熱交換効率の低下防止を実現した実用的価値大なるプレート式熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプレート式熱交換器の実施例を示す模式図
【図２】（ａ）は各熱交換段を構成する伝熱プレートを示す側面図、（ｂ）は平行流阻止プレートを示す側面図
【図３】本発明の変形例を示すプレート式熱交換器の模式図
【図４】プレート式熱交換器を構成する各伝熱プレートを示す斜視図
【図５】プレート式熱交換器の従来例を示す模式図
【符号の説明】
Ｐ1 〜Ｐ19    伝熱プレート
Ｘ1 〜Ｘ9     流路
Ｙ1 〜Ｙ9     流路
Ｚ1 〜Ｚ3     熱交換段
Ｑ1 ，Ｑ2     平行流阻止プレート
Ｒ1 ，Ｒ2     仕切り板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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