(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側縁部に立ち上がり壁を有し、底部に段差を有した複数のプレートを備え、このプレートの段差を境にして一半部及び他半部に異なる流体流路を形成するように、各プレートを重ね合わせると共に、各流路を流れる流体が混じらないように、隣接するプレートの立ち上がり壁同士を接合し、これらプレートを両端が開口した外箱内に当該開口部に各流路が臨むように収納し、この外箱の両端の開口部に出入口部を構成するヘッダを溶接し、このヘッダは内部が仕切体でそれぞれ仕切られ、この仕切体がプレートの段差に対応した外箱の仕切体に溶接され、第１系統の流体は、入口部のヘッダの開口８１から入って、一半部に形成される流体流路を通じて、出口部のヘッダの開口８２から排出され、第２系統の流体は、入口部のヘッダの開口８３から入って、他半部に形成される流体流路を通じて、出口部のヘッダの開口８４から排出され、第１系統の流体と第２系統の流体との間で熱交換を行うことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
両側縁部に立ち上がり壁を有し、底部に段差を有した２枚のプレートを、当該段差を境にして底部の一半部同士が密着して、他半部に第一の流路を形成するように重ね合わせ、２枚のプレートの立ち上がり壁同士を接合して複数のエレメントを形成し、各エレメントを、前記段差を境にして前記一半部側に第二の流路を形成するように、両端が開口した外箱内に当該開口部に各流路が臨むように収納し、この外箱の両端の開口部に出入口部を構成するヘッダを溶接し、このヘッダは内部が仕切体でそれぞれ仕切られ、この仕切体がプレートの段差に対応した外箱の仕切体に溶接され、第１系統の流体は、入口部のヘッダの開口８１から入って、第一の流路を通じて、出口部のヘッダの開口８２から排出され、第２系統の流体は、入口部のヘッダの開口８３から入って、第二の流路を通じて、出口部のヘッダの開口８４から排出され、第１系統の流体と第２系統の流体との間で熱交換を行う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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の皿状のプレートを積層して各プレート間に２系統の流体流路を交互に形成したプレート式熱交換器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複数の皿状プレートを上下に積層し、各プレート間に２系統の流体流路を交互に形成したプレート式熱交換器が知られている。
【０００３】
この種のものでは、一般に、２系統の流体流路を流れる流体が外部に漏れることがなく、しかも内部で各流体が混じらないこと、熱交換性能に優れること、イニシャルコストが安価なこと、等が要求される。
【０００４】
この従来のプレート式熱交換器は、各プレートの底部にプレス成形によって波形状（ヘリンボーン）の凹凸を形成すると共に、段差を形成し、この段差を合わせて各プレートを積層し、各プレートの周縁部を溶接し、さらに各プレートに形成された連通孔の周縁部を溶接して組み立てられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、各プレートに形成された連通孔の隣接する周縁部同士を溶接するので、溶接作業が困難になる。また、各連通孔の位置合わせ精度を向上させるため、各連通孔の加工に寸法精度が要求されるので、これがネックとなって、溶接の自動化が図れない。さらに、溶接後は、各連通孔の周縁部が熱交換器の内部に位置するので、溶接漏れが合っても修正できない。また、プレートの連通孔の内、最も外側に位置する連通孔に、流体の入口管、或いは出口管を溶接しているので、その部分に配管応力が集中し、或いは熱応力が集中し、配管の接合部に亀裂等が入り易い等の問題がある。
【０００６】
さらに、従来の構成では、例えば２枚のプレートを溶接接合した後、これらをまとめて接合する等のように、１，２枚ずつの組立しかできず、溶接作業が繁雑であり、作業性が悪い等の問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、組立が容易で、溶接の自動化が容易で、配管部に応力集中せず、しかも組立時間の短縮が図れるプレート式熱交換器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、両側縁部に立ち上がり壁を有し、底部に段差を有した複数のプレートを備え、このプレートの段差を境にして一半部及び他半部に異なる流体流路を形成するように、各プレートを重ね合わせると共に、各流路を流れる流体が混じらないように、隣接するプレートの立ち上がり壁同士を接合し、これらプレートを両端が開口した外箱内に当該開口部に各流路が臨むように収納し、この外箱の両端の開口部に出入口部を構成するヘッダを溶接し、このヘッダは内部が仕切体でそれぞれ仕切られ、この仕切体がプレートの段差に対応した外箱の仕切体に溶接され、第１系統の流体は、入口部のヘッダの開口８１から入って、一半部に形成される流体流路を通じて、出口部のヘッダの開口８２から排出され、第２系統の流体は、入口部のヘッダの開口８３から入って、他半部に形成される流体流路を通じて、出口部のヘッダの開口８４から排出され、第１系統の流体と第２系統の流体との間で熱交換を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、両側縁部に立ち上がり壁を有し、底部に段差を有した２枚のプレートを、当該段差を境にして底部の一半部同士が密着して、他半部に第一の流路を形成するように重ね合わせ、２枚のプレートの立ち上がり壁同士を接合して複数のエレメントを形成し、各エレメントを、前記段差を境にして前記一半部側に第二の流路を形成するように、両端が開口した外箱内に当該開口部に各流路が臨むように収納し、この外箱の両端の開口部に出入口部を構成するヘッダを溶接し、このヘッダは内部が仕切体でそれぞれ仕切られ、この仕切体がプレートの段差に対応した外箱の仕切体に溶接され、第１系統の流体は、入口部のヘッダの開口８１から入って、第一の流路を通じて、出口部のヘッダの開口８２から排出され、第２系統の流体は、入口部のヘッダの開口８３から入って、第二の流路を通じて、出口部のヘッダの開口８４から排出され、第１系統の流体と第２系統の流体との間で熱交換を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１において、符号１は、例えば吸収式冷凍機に用いられて好適な比較的大型のプレート式熱交換器を示している。
【００１２】
このプレート式熱交換器１は、図２に示すように、外箱５１を有し、この外箱５１内に複数のＳＰＣＣ製プレート（例えば、厚さｔ＝０．５ｍｍ）３を重ね合わせて収納・構成されている。各プレート３は、図４に示すように、両側縁部に立ち上がり壁３ａを有し、底部３ｂに段差５３を有し、かつ両端縁部３ｃが切落とし状に形成されている。
【００１３】
また、各プレート３の底部３ｂには、プレス成形によって波形状（ヘリンボーン）の突部５５が一体に形成され、この突部５５は、図２に示すように各プレート３が組み合わされた場合、各プレート３間に形成される流路Ａ、Ｂ間に突出して、その流れに乱流を形成する。
【００１４】
図４を参照して、各プレート３の段差５３について詳述すると、下のプレート３Ａでは、図中で底部３ｂの左半部（一半部）１０が浅く、底部３ｂの右半部（他半部）２０が深く形成され、その中央部に段差５３Ａが形成されている。一方、上のプレート３Ｂでは、図中で底部３ｂの左半部（一半部）３０が深く、底部３ｂの右半部（他半部）４０が浅く形成され、その中央部に段差５３Ｂが形成されている。これらプレート３Ａ、３Ｂを、この段差５３Ａ、５３Ｂを合わせて積層した場合、図５に示すように、一半部１０，３０同士が密着し、他半部２０，４０側には空間（第一の流路）Ａが形成される。
【００１５】
この状態で、各プレート３Ａ、３Ｂの立ち上がり壁同士をシーム溶接１１すると共に、相互に密着した一半部１０，３０の端縁同士をティグ溶接１２して１つのエレメント４１を形成する。
【００１６】
このプレート式熱交換器１は、図２に示すように、エレメント４１の他に、２つのエレメント４２，４３を有し、これらは各プレート３Ｃ、３Ｄ及び３Ｅ、３Ｆの立ち上がり壁同士、及び相互に密着した一半部１０，３０の端縁同士を同様の手順で溶接して形成される。なお、最上位のエレメント４３は、その断面形状が、他のエレメント４１，４２と異なっているが、製造手順は同じであり、このエレメント４３の段差５３の上面と後述する蓋５１ａとの間は図示を省略したシール手段でシールされる。
【００１７】
各エレメント４１〜４３は外箱５１の蓋５１ａをあけ、その開口部から内部に順に収納され、その後、蓋５１ａが外箱５１に溶接される。なお、各エレメント４１〜４３を外箱５１内に収納する場合、各プレート３の立ち上がり壁３ａの傾斜角度を利用して、当該立ち上がり壁３ａの先端が外箱５１の内面に圧接するように、各エレメント４１〜４３が収納される。
【００１８】
これによれば、各エレメント４１〜４３は、上記段差５３を境にして一半部１０，３０側に空間（第二の流路）Ｂを形成するように重ね合わされて、外箱５１内に収納される。そして、これらが収納されると、この空間Ｂ及び上記の空間Ａは、外箱５１の両端の開口部に臨む。
【００１９】
この外箱５１の両端の開口部には、図３に示すように、それぞれ仕切体５７が設けられている。そして、この外箱５１内に収納された各プレート３Ａ〜３Ｆの端縁が、仕切体５７にティグ溶接され、これによって各プレート間の流路Ａ、Ｂが完全に仕切られる。各プレート３Ａ〜３Ｆの端縁と仕切体５７間の溶接の容易化のため、そこに溶接ピース５８を介在させることが望ましい。
【００２０】
最後に、外箱５１の両端の開口部に、図１に示すように、この熱交換器の出入口を構成するヘッダ７１，７３がティグ溶接される。そして、このヘッダ７１，７３は内部が仕切体７５でそれぞれ仕切られ、この仕切体７５が外箱５１の仕切体５７に溶接されている。各ヘッダ７１，７３に形成された開口８１〜８４は、それぞれ２系統の流体流路の出入口を構成する。
【００２１】
すなわち、第１系統の流体は、開口８１から入って、交互に設けた第一の流路Ａを通じて熱交換器１内を流れ、開口８２から排出される。また、第２系統の流体は、開口８３から入って、交互に設けた第二の流路Ｂを通じて熱交換器１内を流れ、開口８４から排出される。この間に、第１系統の流体と第２系統の流体との間で熱交換が行われる。
【００２２】
なお、図１において、開口８１及び開口８２は、第一の流路Ａにのみ連通し、開口８３及び開口８４は、第二の流路Ｂにのみ連通し、それ以外の連通は不可能なように、熱交換器の出入口を構成するヘッダ７１，７３が、外箱５１の両端の開口部に取り付けられている。
【００２３】
このプレート式熱交換器１を吸収式冷凍機に用いる場合、一方が濃液で、他方が稀液である。両者の圧力差は小さい。
【００２４】
この実施形態では、各エレメント４１〜４３を製造する場合、プレート３の立ち上がり壁同士をシーム溶接できるので、溶接作業が容易であり、しかも漏れのない溶接を短時間の内に実行できる。
【００２５】
なお、この実施形態では、各プレート３の底部３ｂにプレス成形によって凹凸５５を形成しているが、これに限定されず、各プレート３の底部３ｂは平坦面に形成して、その代わりに、各プレート３間に、別の部材で構成された遮蔽材（図示せず）を介装することが可能である。
【００２６】
この遮蔽材は、各流体流路（領域Ａ、Ｂ）中に延在し、当該プレート３間の寸法を略均一に保持し、かつ乱流を発生させる機能を有している。この遮蔽材は、例えば、複数本の丸棒材を直交させて配置し、各丸棒材の交点を溶接して構成される。この遮蔽材は、各プレート間に配置されるが、好ましくは、プレート３の底部に例えばスポット溶接する。
【００２７】
この実施形態では、各ヘッダ７１，７３が溶接により設けられ、そこに開口８１〜８４が形成され、この開口８１〜８４を通じて、それぞれ２系統の流体流路が出入する構成であるので、従来のように、各プレート３に連通孔を形成する必要がなく、また、各連通孔の隣接する周縁部同士を溶接する必要がないので、溶接作業の工程を削減できる。また、各連通孔の位置合わせを行う必要がなく、各エレメント４１〜４３を外箱５１に収納するだけであるので、各エレメント４１〜４３を製造する工程を含めて、溶接の自動化が図られる。
【００２８】
さらに、各プレート３に連通孔を有しないので、溶接の箇所が減少し、溶接不良に起因する漏れが少なくなる。
【００２９】
また、各ヘッダ７１，７３に開口８１〜８４を形成して、流体の出入口を構成しているので、従来のように、プレート３の連通孔の内、最も外側に位置する連通孔に、流体の入口管、或いは出口管を溶接したものと比べて、その部分に配管応力が集中したり、或いは熱応力が集中したりすることがなく、配管の接合部に亀裂等が入り易い等の欠点が解消される。
【００３０】
さらに、従来の構成では、例えば２枚のプレートを溶接接合した後、これらをまとめて接合する等のように、１，２枚ずつの組立しかできず、溶接作業が繁雑であり、作業性が悪かったが、この実施形態では、各エレメント４１〜４３を製造した後、外箱５１内に収納し、この外箱５１の両端の開口部に各ヘッダ７１，７３を溶接するだけなので、作業性を向上させることができ、プレート式熱交換器１の製造コストを低減できる。
【００３１】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、外箱５１或いはヘッダ７１，７３は上記のものに限定されず、その形態は任意に変更可能である。また溶接はいかなる溶接形式であってもよく、上記形式に限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、プレート式熱交換器の組立が容易で、溶接の自動化が容易で、配管部に応力集中せず、しかも組立時間の短縮が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレート式熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】２枚のプレートの分解斜視図である。
【図５】２枚のプレートの組立斜視図である。
【符号の説明】
１  プレート式熱交換器
３  プレート
１０，３０  一半部
２０，４０  他半部
４１〜４３  エレメント
５１  外箱
５３  段差
７１，７３  ヘッダ
８１〜８４  開口
【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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