(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全長に渡って凹部と凸部とを交互に形成した凹凸状の流路を有する伝熱板と平板状の隔板とを交互に積層し、前記伝熱板の間に介在する前記隔板によって前記伝熱板の流路を仕切るとともに、積層する前記伝熱板を交互に交叉方向に積み重ねて前記流路を直交させ、この流路に沿って流れる授熱媒体と受熱媒体とを互いに交叉させる積層型熱交換器であって、前記伝熱板又は隔板のいずれか一方に前記流路内に突出する障壁部を形成するとともに、前記凹部と凸部とを仕切る立上り部を備え、該立上り部は、湾曲した山部と谷部が連続する対称な波形曲線を成し、前記流路を前記流路方向に向かって幅広部と幅狭部とを交互に連続させて形成し、前記障壁部を前記幅広部に備えたことを特徴とする積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉等から排気される排ガスの熱を回収する積層型熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からこの種の積層型熱交換器として種々のものが提案され、例えば、特開平８−９４２７７号公報等には、全長に渡って波形の凹凸部を有する波形フィンを板材を介して互いに交叉するようにして積層し、波形フィンの凹凸部と板材によって形成される流路に温度の異なる二つ流体（気体や液体）を流通させることによって、両流体間で熱の移動を行わせる熱交換器が開示されている。しかし、この熱交換器は、波形に折曲した波形フィンに沿わせて授熱媒体と受熱媒体とを互いに交叉させて流すことから、授熱媒体と受熱媒体は、波型曲線状の波型凹凸部によって形成される滑らかな流路に沿って流れ、かつ、この波型凹凸部は波形フィンの全長に沿って直線的に形成されているから、流路を流れる授熱媒体及び受熱媒体は、熱交換器の内部に長く滞留することなく直線的に抜け出てしまう。このため、授熱及び受熱媒体が短時間で通過することから、授熱媒体及び受熱媒体との熱交換効率が低いものであった。
【０００３】
本発明は、このような問題を解決して授熱媒体及び受熱媒体を熱交換器の内部に長く滞留させ熱交換効率を向上することができる積層型熱交換器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、全長に渡って凹部と凸部とを交互に形成した凹凸状の流路を有する伝熱板と平板状の隔板とを交互に積層し、前記伝熱板の間に介在する前記隔板によって前記伝熱板の流路を仕切るとともに、積層する前記伝熱板を交互に交叉方向に積み重ねて前記流路を直交させ、この流路に沿って流れる授熱媒体と受熱媒体とを互いに交叉させる積層型熱交換器であって、前記伝熱板又は隔板のいずれか一方に前記流路内に突出する障壁部を形成するとともに、前記凹部と凸部とを仕切る立上り部を備え、該立上り部は、湾曲した山部と谷部が連続する対称な波形曲線を成し、前記流路を前記流路方向に向かって幅広部と幅狭部とを交互に連続させて形成し、前記障壁部を前記幅広部に備えたものである。
【０００５】
請求項１の発明の構成により、例えば焼却炉などから排気させる８００℃前後の排ガスと空気とを熱交換器の内部に送り込む。熱交換器は、伝熱板を互いに交叉させて積層することから、熱交換器の直交する二辺に入口部と出口部とが互いに交叉する方向に形成され、この直交する入口部から排ガスと空気とを互いに交叉させて送り出す。そして、熱交換器へと送り出された授熱媒体側の排ガスと受熱媒体側の空気は、熱交換器の伝熱部から凹部と凸部によって形成される流路を通って出口部から排出され、こうして排ガスと空気が相互に交叉状に流れて排ガスと空気とが熱交換される。このとき、排ガスと空気とが流れる流路にはそれぞれ障壁部が形成され、流路を流れる排ガスと空気は、障壁部に衝突して障壁部を迂回するように分岐するため、熱交換器の内部での排ガスと空気の滞留時間が長くなる。このため、長時間に渡って排ガスと空気との熱の授受が行われ、熱交換効率が高められる。
【０００６】
【発明の実施形態】
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する。図１〜図５は、本発明の一実施例を示し、同図において熱交換器１は、それぞれステンレス等の金属製薄板から成る伝熱板４と隔板５とを交互に積層して構成されている。伝熱板４と隔板５はそれぞれ正方形に形成され、伝熱板はプレス成型などによって全長に渡って凹部２と突部３とを交互に形成し、一方、隔板５は平板状に形成されている。このようにして伝熱板４に形成する凹部２と凸部３を伝熱板４の間に介在する隔板５で遮蔽して後述する授熱媒体と受熱媒体を流す流路８，８Ａを形成する。すなわち、上面側に積層する隔板５と凹部２との間に流路８Ａが形成され、さらに、下面側に重ね合わせる隔板５と凸部３との間に流路８Ｂが形成されることになる。なお、多数の伝熱板４を積層する際、図１に示すように、伝熱板４に形成された凹部２と凸部３が互いに直交するように一枚毎に伝熱板４を交叉させて積層する。これにより、伝熱板４に形成する流路８Ａ，８Ｂが互いに交叉し、この流路８Ａ，８Ｂ内の授熱媒体と受熱媒体とは互いに交叉して流れる。なお、流路８Ａ，８Ｂは、各伝熱板４と隔板５の側縁部で開口し、これが熱媒体と受熱媒体の入口部10と出口部11となる。
【０００７】
また、前記凹部２と凸部３とを仕切る立上り部12は、図４の平面図で示すように、湾曲した山部と谷部が連続する上下対称な波形曲線を成し、かつ、図５の断面図で示すように、凹部２から凸部３に向かって山型に傾斜したテーパ面となっている。すなわち、凹部２と凸部３との境界部分を波形曲線状の立上り部12で仕切ることによって凹部２と凸部３によって形成される授熱媒体と受熱媒体の流路８Ａ，８Ｂは、立上り部12における山部の頂部の間が最も広く、立上り部12の谷部に向かって次第に狭くなる。すなわち、流路８Ａ，８Ｂの流路方向に向かって凸弧状に湾曲した幅広部13と凹弧状に湾曲した幅狭部14とが交互に連続する。そして、前記伝熱板４の凹部２と凸部３の幅広部13には、その中心部に位置して山型に傾斜したテーパ面からなる円錐形の障壁部15，16が伝熱板４に一体形成されている。この障壁部15，16は、流路８の内側に突出するように凹部２に形成される障壁部15は凸状に突出して上面側の隔板５に当接し、一方、凸部３に形成される障壁部16は、凹状に陥没して下面側の隔板５に当接している。つまり、凸状の障壁部15は、凸部３と同じ高さであり、一方、凹状の障壁部16は、凹部２と同じ深さである。
【０００８】
また、前記熱交換器１を構成する伝熱板４と隔板５は、一枚の伝熱板４と一枚の隔板５をスポット溶接等によって接合してユニット化され、このようにしてユニット化した一組の伝熱板４と隔板５を互いに交叉させて組み付ける。また、伝熱板４の両端縁には、前記凸部３及び凹部３と平行する段差部20が折曲され、この段差部20の内側に側縁プレート21を嵌め入れ、側縁プレート21を介して前記隔板５と伝熱板４の段差部20とを接合する。なお、前記側縁プレート21を伝熱板４及び隔板５より長く、また、前記伝熱板４に形成する段差部20の両端部も伝熱板４の端部から突出し、この該伝熱板４及び隔板５から突出した側縁プレート21の裏面側に位置決め用の段部22を形成している。これにより、熱交換器１の組み付けに際して伝熱板４を積層するとき、伝熱板４と隔板５の両側縁に設けた側縁プレート21を井桁状に組んで伝熱板４のコーナー部分に形成される位置決め用の段部22を下段側の伝熱板４に係合させて伝熱板４同志を相互に位置決めできる。
【０００９】
以上のように構成される本実施例の熱交換器１は、授熱媒体としての例えば焼却炉などから排気させる８００℃前後の排ガスと受熱媒体としての常温の空気とを図示しない送風手段及びエアダクトにより熱交換器１の内部に送り込む。なお、熱交換器１は、ユニット化した一組の伝熱板４と隔板５とを互いに交叉させて積層することから、熱交換器１の直交する二辺に授熱媒体側の排ガスと受熱媒体側の空気の入口部10と出口部11とが互いに交叉する方向に形成され、排ガスと空気は互いに交叉する方向から熱交換器１に送り出される。そして、図４中矢印ａ方向から熱交換器１へと送り出された排ガスは、熱交換器１の入口部10から立上り部12によって仕切られた凹部２と凸部３によって形成される流路８，８Ａ内を通って出口部11から排出され、同様に図４中矢印ｂ方向から熱交換器１へと送り出された空気は、熱交換器１の入口部10から立上り部12によって仕切られた凹部２と凸部３によって形成される流路８，８Ａ内を通って出口部11から排出される。こうして排ガスと空気が相互に交叉して流れ、授熱媒体側の排ガスと受熱媒体側の空気とが熱交換され、排ガスの熱を回収して高温となったクリーンな空気を回収することができる。また、排ガスと空気の流路８，８Ａとなる凹部２と凸部３は、これら凹部２と凸部３を仕切る立上り部12を湾曲した山部と谷部とからなる上下対称な波形曲線で形成して凸弧状の幅広部13と凹弧状の幅狭部14とを交互に連続させて形成するとともに、各幅広部13の中心部にそれぞれ障壁部15，16を形成することにより、幅狭部14から幅広部13へ流れる排ガス及び空気は、図４中矢印ｃで示すように障壁部15，16に衝突して障壁部15，16を迂回するように分岐した後、幅狭部14で合流し、幅狭部14から再び、幅広部13へと向かう。このように、流路８，８Ａを流れる排ガスと空気とは幅広部13の中心に設けた障壁部15，16により、分岐させて障壁部15，16を迂回するように流れることから、熱交換器１の内部での排ガスと空気の滞留時間が長くなる。このため、長時間に渡って排ガスと空気との熱の授受が行われ、熱交換効率を高めることができる。
【００１０】
以上のように、本実施例においては、凹部２と凸部３を仕切る立上り部12を湾曲した山部と谷部とからなる上下対称な波形曲線で形成して凸弧状の幅広部13と凹弧状の幅狭部14とを交互に連続する流路８，８Ａを形成し、かつ、幅広部13の中心部にそれぞれ障壁部15，16を形成することにより、熱交換器１を貫流する排ガスと空気は、障壁部15，16を有する幅広部13と幅狭部14とによって、分岐と合流を繰り返して流路８，８Ａを流れるため、直線的に排ガスと空気を流す場合に比べて流路８，８Ａが迷路状となり、流路８，８Ａの距離も長くなるため、結果的に熱交換器１の内部での排ガスと空気との滞留時間も長くなる。このため、長時間に渡って排ガスと空気との熱の授受が行われ、熱交換効率を高めることができる。
【００１１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施例では流路を波形曲線状の立上り部で凹部と突部を仕切って流路を形成したが、流路の形状は前記実施例に限るものではない。また、熱交換器を構成する伝熱板や隔板の形状等も正方形型に限らず、例えば図６に示すように、長方形型に形成してもよく、また、正方形の伝熱板や隔板からなる熱交換器を多数並設して長方形型の熱交換器を構成してもよい。さらに、授熱媒体として焼却炉の排ガスを例にして説明したが、必ずしも焼却炉用に限るものではなく、各種の熱交換用として用いることが可能である。また、授熱媒体及び受熱媒体としては気体に限らず液体など各種の流体の熱交換用として適用可能なものである。また、前記実施例では、プレス成型により、凹部と突部とからなる流路と、その流路の幅広部の中心に位置する障壁部とを伝熱板に形成した例を示したが、伝熱板側に凹部と突部とからなる流路を形成し、隔板側に障壁部を形成してもよく、要は流路に障壁部が突設する構造であればよい。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、全長に渡って凹部と凸部とを交互に形成した凹凸状の流路を有する伝熱板と平板状の隔板とを交互に積層し、前記伝熱板の間に介在する前記隔板によって前記伝熱板の流路を仕切るとともに、積層する前記伝熱板を交互に交叉方向に積み重ねて前記流路を直交させ、この流路に沿って流れる授熱媒体と受熱媒体とを互いに交叉させる積層型熱交換器であって、前記伝熱板又は隔板のいずれか一方に前記流路内に突出する障壁部を形成するとともに、前記凹部と凸部とを仕切る立上り部を備え、該立上り部は、湾曲した山部と谷部が連続する対称な波形曲線を成し、前記流路を前記流路方向に向かって幅広部と幅狭部とを交互に連続させて形成し、前記障壁部を前記幅広部に備えたものであるから、流路を流れる排ガスと空気が障壁部に衝突して分岐するため、熱交換器の内部での排ガスと空気との滞留時間が長くなり、長時間に渡って排ガスと空気との熱の授受が可能となり、熱交換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す熱交換器の分解斜視図である。
【図２】同上伝熱板の一部を切り欠いた熱交換器の平面図である。
【図３】同上熱交換器の正面図である。
【図４】同上熱交換器の平面図である。
【図５】同上図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の熱交換器の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 熱交換器
２ 凹部
３ 凸部
４ 伝熱板
５ 隔板
８，８Ａ 流路
12 立上り部
13 幅広部
14 幅狭部
15，16 障壁部
【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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【図６】
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