(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の伝熱プレートを積層し、前記伝熱プレート相互間に温度の異なる２流体を交互に流通させるようにしたプレート式熱交換器において、
前記伝熱プレートの表面のほぼ全面に亘って多数散在形成された流路形成用の凹凸パターンと、
前記凹凸パターンの底部および頂部が、隣接する伝熱プレートの頂部および底部と当接した当接部と、
前記当接部近傍の伝熱プレート表面に、前記当接部を通る流体の伝熱プレート上下方向に沿った直線に関して左右非対称をなすように、前記直線に対して傾斜して形成された傾斜畝とを有し、
前記凹凸パターンが、前記流体の伝熱プレート上下方向に沿って形成された縦畝を有し、隣接する伝熱プレート間で前記縦畝の端部同士を当接させて前記当接部を構成すると共に、各伝熱プレートの横方向に隣接する２つの縦畝同士を前記傾斜畝で連結し、かつ上下方向に隣接する当接部の間に、傾斜畝を横断させたものである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、プレート式熱交換器に係り、特に隣接する伝熱プレートの伝熱面相互間に複数設定された当接部の直近下流域における流れの停滞域すなわち死流域を解消して、この部分のスケール付着を防止したプレート式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを積層し、伝熱プレート相互間に温度の異なる２流体を交互に流通させて熱交換を行わせるようにしたものである。このプレート式熱交換器は、図５（Ａ）のように伝熱プレート１ａの表面に傾斜した畝２ａを等間隔でＶ字状ないし山形に連続形成したヘリンボンタイプＨや、図５（Ｂ）のように伝熱プレート１ｂの表面に水平な畝２ｂを等間隔に連続形成したコルゲートタイプＣなどがある。これら伝熱プレート１ａ，１ｂはその伝熱面周縁部にガスケットＧが嵌合され、交互に上下反転されて積層され、かつ、積層方向に締め合わされてプレート式熱交換器とされる。なお、図５（Ａ）（Ｂ）でＸ，Ｘは第１流体の流入流出口、Ｙ，Ｙは第２流体の流入流出口である。
【０００３】
伝熱プレート１ａ，１ｂをそれぞれ積層すると、図５（Ａ）（Ｂ）に黒丸で示すように隣接する伝熱プレート１ａ，１ｂそれぞれの相互間で畝２ａ，２ｂの底部と頂部が当接した当接部３が出来る。この当接部３は、伝熱プレート１ａ，１ｂを積層方向に締付けて組立てた時の締付け圧を受止める支持部になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
伝熱プレート１ａ，１ｂの当接部３は流体流れの中の小島的存在であって、当接部３は流体流れに対する障害物ともいえる。このため当接部３の直近下流域では流体が滞留しやすい。しかし、従来の伝熱プレート１ａ，１ｂの畝２ａ，２ｂによる凹凸パターンは、当接部３の直近下流域に対して流体を積極的に導入する思想がまったくなく、カルシウム等のスケール成分を含む液体を流通させた場合に、当接部３の直近下流域にスケールが付着、堆積および成長して、比較的短期間のうちに流路を狭める結果となっていた。流路が狭まると圧力損失が増大すると共に熱交換性能が低下するのは勿論のこと、プレート式熱交換器の頻繁な分解洗浄が必要となって稼働率低下やメンテナンスコストの上昇といった問題を生じる。
【０００５】
このような問題は、図５（Ｂ）（Ｃ）のコルゲートタイプＣの熱交換器のように、当接部３の数が比較的少ない上に、伝熱プレート１ｂ相互間が平行等間隔を成し、流路の拡大・縮小部分が少ない熱交換器ではそれほど顕著ではないが、図５（Ｃ）の断面図のように、プレート間の最大間隙Ｄ１はプレートの成形深さと同じ間隙となり、また、プレート斜面部の間隙Ｄ２はプレートの成形深さＤ未満となるため、プレート当接部３の直近下流域で堆積したスケールがプレート間隔の狭いＤ２部で成長した場合、短時間で閉塞に至るという問題がある。一方、図５（Ａ）のヘリンボンタイプＨの熱交換器の場合は、当接部３の数が比較的多い上に、伝熱プレート１ａ相互間が非平行不等間隔を成し、流路の拡大・縮小部分が多いので、スケール付着の問題が顕著であって流路がいっそう詰まり易いため、定期的分解洗浄が欠かせないものとなっている。
【０００６】
本発明は前記課題を解決すべく創案するに至ったものであって、その目的は、当接部の下流側に死流域が生じない伝熱プレートの凹凸パターンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明に係るプレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを積層し、前記伝熱プレート相互間に温度の異なる２流体を交互に流通させるようにしたプレート式熱交換器において、前記伝熱プレートの表面のほぼ全面に亘って多数散在形成された流路形成用の凹凸パターンと、前記凹凸パターンの底部および頂部が、隣接する伝熱プレートの頂部および底部と当接した当接部と、前記当接部近傍の伝熱プレート表面に、前記当接部を通る流体の伝熱プレート上下方向に沿った直線に関して左右非対称をなすように、前記直線に対して傾斜して形成された傾斜畝とを有し、前記凹凸パターンが、前記流体の伝熱プレート上下方向に沿って形成された縦畝を有し、隣接する伝熱プレート間で前記縦畝の端部同士を当接させて前記当接部を構成すると共に、各伝熱プレートの横方向に隣接する２つの縦畝同士を前記傾斜畝で連結し、かつ上下方向に隣接する当接部の間に、傾斜畝を横断させたものである。なお、当接部を通る流体の伝熱プレート上下方向に沿った直線は、一般的には当接部を通る垂直線である。
【０００８】
このように当接部の近傍に傾斜畝を非対称に形成することにより、当接部の下流側近傍に一方向に揃って流れる強い斜行流を形成することができ、スケールの付着しにくい伝熱プレートにすることができる。
【０００９】
また、流体の伝熱プレート上下方向に沿って形成した多数の縦畝によって伝熱プレートの凹凸パターンの一部を形成し、隣接する伝熱プレート間で縦畝の端部同士を当接させて当接部を構成すると共に、各伝熱プレートの横方向に隣接する２つの縦畝同士を傾斜畝で連結することにより、当接部の下流側の死流域範囲が最小に絞られ、かつ、その最小の死流域に流体が斜めに横断することになるから、スケール付着性がいっそう小さくなる。この場合、上下方向に隣接する当接部の間に傾斜畝を横断させることがスケール付着性を小さくする上で最も効果的である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１〜図４に基づき説明する。図１は伝熱プレート１ｃ表面の凹凸パターンを示したものであって、ハッチングを施した部分が凹部たる谷畝４と凸部たる山畝５である。この実施形態では、同図で左下がりの傾斜谷畝４ｂを有する方が谷畝４であり、右下がりの傾斜山畝５ｂを有する方が山畝５である。ただし、谷畝４と山畝５の位置はこの反対であっても構わない。
【００１１】
詳しくは、山畝５は縦山畝５ａと傾斜山畝５ｂとで構成され、谷畝４は縦谷畝４ａと傾斜谷畝４ｂとで構成されている。縦山畝５ａと縦谷畝４ａは上下方向に交互直線状に等間隔で整列し、また各縦山畝５ａと縦谷畝４ａは、横方向に等間隔かつ平行に並んで形成されている。そして、上下の縦山畝５ａと縦谷畝４ａの間を、傾斜山畝５ｂと傾斜谷畝４ｂが斜めに横断している。なお、縦山畝５ａの上下両端部に黒丸で示しているものは、隣接の伝熱プレート１ｃとの当接部３である。
【００１２】
伝熱プレート１ｃの凹凸パターンは前述の如く形成されて成り、このような凹凸パターンを有する複数枚の伝熱プレート１ｃを、例えば図５（Ａ）と同様に交互に上下反転して多数積層することにより、伝熱プレート１ｃ相互間に凹凸パターンによる流路が形成されたプレート式熱交換器が出来る。勿論、伝熱プレート１ｃの周縁部や流体の出入口のシール構造等は従来とまったく同様である。
【００１３】
図２は２枚の伝熱プレート１ｃを上下に重ねた状態での凹凸パターンの重なり具合を透視的に示したもので、上から順番に、上側伝熱プレートの山畝５（実線）と谷畝４（右下がりハッチング）、下側伝熱プレートの山畝５’（左下がりハッチング）と谷畝４’（点線）の位置関係になっている。図中、白矢印は流体流れを表す。
【００１４】
伝熱プレート１ｃ相互間には、図３のように横方向に並ぶ当接部３相互間に縦流路６が形成されている。この縦流路６は、上下方向一列に所定間隔で並んだ縦山畝５ａの端部相互間を、隣接する他の伝熱プレート１ｃの縦谷畝４’ａが中継する形で連続しているが、図４のように、縦谷畝４’ａの中間部を傾斜谷畝４ｂが斜行横断するため、縦流路６が伝熱プレート１ｃの表面側と裏面側を行き来するいわゆる蛇行流路となっている。また傾斜谷畝４ｂないし傾斜山畝５ｂはそれ自体傾斜流路７を形成し、この傾斜流路７によって隣接する縦流路６が連通されている。
【００１５】
プレート式熱交換器は以上のように構成され、図２の伝熱プレート上部から下側伝熱プレートの縦流路６（縦谷畝４’ａの下端）に流れて来た流体は、そこから上側伝熱プレート１ｃの縦流路６（縦山畝５ａの上端）に乗り上げ、さらに上側伝熱プレート１ｃの縦流路６から下側伝熱プレート１ｃの縦流路６に流れ落ちる。以後、縦方向では前述の流れを繰り返す。
【００１６】
縦畝すなわち縦流路６の中間部は、図４のように傾斜谷畝４ｂないし傾斜山畝５’ｂによって若干流路を絞られる形で斜行横断されているため、ここを流体が流れる際に傾斜谷畝４ｂないし傾斜山畝５’ｂが旋回流発生羽根と同じ作用を流体に与える。これによって傾斜山畝５ｂを乗越えた流体は旋回しつつ流下する流れとなる。また、縦流路６が傾斜山畝５ｂによって絞られる結果、この傾斜山畝５ｂの直近上流側において縦流路６から分岐している傾斜流路７へ流体の一部が逃げる。この分岐して逃げる流体の量は、傾斜畝による旋回流の影響でやや多くなる。逃げた流体は当接部３の直近下流側を斜行して隣接縦流路６の流体に傾斜畝の直近下流側で合流する。
【００１７】
従来のプレート式熱交換器は、例えばヘリンボンタイプＨの熱交換器のように、当接部３の近傍に傾斜した畝２ａはあるが、この畝２ａが当接部３を縦方向に通る直線（垂線）に関して左右対称を成すために、傾斜した畝２ａに沿ったいわゆる斜行流が左下がりと右下がりの両方とも左右対称に生じる結果、当接部の下流側においてこれら２方向の斜行流が互いに相殺し合う形で死流域となっていたのである。また、傾斜した畝同士の襷掛け状の当接で当接部が構成されるため、死流域の範囲が当接部自体の幅を大きく越えて拡大し、スケール付着性が大きいものとなっていた。
【００１８】
しかし、本発明のプレート式熱交換器においては当接部３の直近下流側を傾斜畝に沿った斜行流が一方向に強く流れるので、当接部３の直近下流側にスケールが一時的に付着してもすぐに流体によって押し流されるいわゆるセルフクリーニング作用が発揮され、スケール成分の多い流体でも熱交換器の分解清掃なしで長期間流すことが可能となる。また、縦畝同士の当接で当接部が構成されるから、死流域自体の範囲が最小に絞られ、このこともスケール付着性を小さくする要因になっている。
【００１９】
なお、図４において縦畝長さを長くすると共に傾斜畝の間隔を広げることにより、プレートの斜面間隔Ｄ２をプレート成形深さＤ以上に設定することが出来る。また、傾斜畝の成形深さを低くすることにより、縦流路６の高さＤ１を伝熱プレート１ｃ成形深さＤ以上に確保可能となる。このような対策によって、主として縦流路６を中心とする領域においても、スケールの付着、堆積、成長を防止して圧力損失を小さくすることができ、またスケールで流路が閉塞するまでの時間を延長できて、熱交換器の分解洗浄の必要頻度を低減することができる。
【００２０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、伝熱プレートの図１に示す凹凸パターンは本発明の一例に過ぎず、当接部の直近下流域に対して流体を片側から斜め方向に通過させるものであれば、凹凸パターンはどのようなものであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は前述の如く、伝熱プレートの当接部近傍の伝熱プレート表面に左右非対称の傾斜畝を形成したので、当接部の下流側近傍に一方向に揃って流れる強い斜行流を形成することができ、スケールの付着しにくい伝熱プレートにすることができる。また、縦畝同士の当接で当接部を構成することにより死流域自体の範囲を最小に絞ってスケール付着性をいっそう小さくすることができる。特に上下方向に隣接する当接部の間に傾斜畝を横断させることにより、死流域に流体を直接的に作用させることができて、スケール付着性をさらに小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  伝熱プレート１ｃの凹凸パターンを示す正面図。
【図２】  ２枚の伝熱プレート１ｃを重ねた状態での凹凸パターンの重なり具合を示す正面図。
【図３】  図２のIII −III 線矢視断面図。
【図４】  図２のI Ｖ−I Ｖ線矢視断面図。
【図５】  （Ａ）はヘリンボンタイプの熱交換器の伝熱プレート１ｃの正面図、（Ｂ）はコルゲートタイプの熱交換器の伝熱プレート１ｃの正面図。（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ  伝熱プレート
３  当接部
４  谷畝
４ａ  縦谷畝
４ｂ  傾斜谷畝
５  山畝
５ａ  縦山畝
５ｂ  傾斜山畝
６  縦流路
７  傾斜流路
【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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