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JP3764552B2 - Plate fin heat exchanger - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常圧の高温側燃焼ガスと圧力のある空気または流体のような、高温側流体と低温側流体の温度差が大きい流体を熱交換させるプレートフィン式熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3及び図4に従来のプレートフィン式熱交換器の構造を示す。図3に示したプレートフィン式熱交換器では、高温側流体20が入口ダクト40から供給され、出口ダクト41から排出される。一方、低温側流体30は入口管台50から流入し、出口管台51から流出する。入口ダクト40、出口ダクト41、入口管台50、出口管台51は伝熱エレメント外側に溶接で固定されている。
【0003】
一方、伝熱エレメント部は図4に端部を拡大して示してあるようにプレート(仕切り板)10、フィン11、側板12より構成され、プレート10とフィン11が積層された構造となっている。高温側流体20と低温側流体30は積層されたプレート10の間に形成された流路を1段毎に流れ、プレート10ならびにフィン11を介して熱交換される。
【0004】
プレート10の間に挟まれたフィン11はプレート10にロウ付で固定されており、高温側流体20と低温側流体30が流される流路は、プレート10と側板12を溶接することにより構成され各流体が混合しない一体構造となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、このように高温側流体20と低温側流体30が外気へ流出することを防止するため、高温側流路と低温側流路を構成するプレートと側板が全て溶接されているため、高温側流体20と低温側流体30の流量アンバランスに起因する温度分布により生じる熱伸び差、熱応力を緩和できないため運転時間が長くなるとクラック等の不具合が生じる。
【0006】
また、起動時には高温側流体により伝熱エレメントは加熱されるが、低温側流体の出入口管台50,51は加熱されないためこの温度差により管台の付け根部にクラックが生じることも考えられる。
【0007】
本発明は、プレートとフィンとが交互に積層されてそれらプレート間に低温側流体通路と高温側流体通路とが交互に形成されたプレートフィン式熱交換器において、熱伸び差を吸収し、熱応力の発生を防ぎクラック等の発生を防止できるようにした構成を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プレートとフィンが交互に積層されてそれらプレート間に低温側流体通路と高温側流体通路とが交互に形成されたプレートフィン式熱交換器における前記課題を解決するため、前記プレート端部に配置される側板のうち、低温側流体通路を構成するプレートの間に配置される側板は同プレートとシール固定するが、高温側流体通路を構成するプレートの間に配置される側板は同プレートと溶接などで固定しないで接触しているだけの構造とし、かつ、低温側流体の出入口管台付け根に、同出入口管台付け根を加熱するヒータを設置した構造を採用する
【0009】
本発明によるプレートフィン式熱交換器において高温側流体流路を構成するプレートの間に配置される側板はプレートと溶接等により固定しないで接触しているだけの構造とすることにより、温度分布による熱伸び差を吸収することができ、熱応力によるクラック発生を防止することができる。
【0010】
本発明によるプレートフィン式熱交換器においては、伝熱エレメント外周部に胴を設置することにより高温側流体あるいは低温側流体の外気へのリークを防止することができる構造とするのが好ましい。
【0011】
また、本発明のプレートフィン式熱交換器では、低温側流体の出入口管台における熱交換器の起動時の温度差を緩和させるため、伝熱部に取り付けた管台付け根にヒータを設置して高温側流体と低温側流体の流量に応じヒータで低温側流体の出入口管台取付け部を加熱する構成とす
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプレートフィン式熱交換器について図1及び図2に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態において、図3及び図4に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。
【0013】
図1に示したプレートフィン式熱交換器は、高温側流体20が入口ダクト40から供給され、出口ダクト41から排出される。低温側流体30は入口管台50から流入し、出口管台51から流出する。入口ダクト40、出口ダクト41、入口管台50、出口管台51は伝熱エレメント外側に溶接で固定されている。
【0014】
一方、伝熱エレメント部は図2に示すようにプレート10、フィン11、側板12より構成され、プレート10とフィン11が積層された構造となっている。高温側流体20と低温側流体30は、プレート10が積層されてプレート間に形成された流路を1段毎に流れ、プレート10ならびにフィン11を介して熱交換される。フィン11は仕切り板10にロウ付で固定されている。
以上の構成は、図3に示したプレートフィン式熱交換器と同様である。
【0015】
しかしながら、各プレート10と側板12との間の取付け構造は次のように異なっている。
すなわち、本実施形態によるプレートフィン式熱交換器では、低温側流体30の側板12はプレート10と溶接されており、低温側流体30の高温側流体20への混合はない。一方、高温側流体20の側板12は低温側流体30を構成するプレート10とは溶接されておらず、フィン11がロウ付で固定されているのみである。
【0016】
従って、本実施形態のプレートフィン式熱交換器では低温側流路と高温側流路は全体が固定されておらず、熱伸び差を吸収し熱応力を緩和することができる。また、高温側流体20の流路を形成するフィン11と側板12は流路を構成する為の位置決めとしての効果を有する。
【0017】
高温側流体20の外気への流出を防止するため、伝熱エレメント外周部に胴60が配してある。さらに、低温側流体30の入口管台50と出口管台51の伝熱エレメント部との取付け部にはヒータ70を配設してあり、起動時の伝熱エレメントと管台との温度差をヒータにより緩和させ、管台取付け部のクラック発生を防止することができる。
【0018】
但し、本ヒータは起動時のみの使用であり、温度が高温に達した定常運転時には使用する必要はない。
【0019】
【発明の効果】
以上のように本発明による高温用プレートフィン式熱交換器では、プレート端部の側板のうち、低温側流体通路を構成するプレートの間に配置される側板はプレートとシール固定し、高温側流体通路を構成するプレートの間に配置される側板はプレートと溶接などで固定しないで接触しているだけの構成としているので高温側流体通路と低温側流体通路は固定されておらず、また、低温側流体の出入口管台付け根に、同出入口管台付け根を加熱するヒータを設置しているので、熱応力の発生によるクラックを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態によるプレートフィン式熱交換器の構造図。
【図2】図1のプレートフィン式熱交換器におけるプレートと側板との間の取付け状態を示す拡大断面図。
【図3】従来のプレートフィン式熱交換器の構造図。
【図4】図3のプレートフィン式熱交換器におけるプレートと側板との間の取付け状態を示す拡大断面図。
【符号の説明】
10 プレート
11 フィン
12 側板
20 高温側流体
30 低温側流体
40 入口ダクト
41 出口ダクト
50 入口管台
51 出口管台
60 胴
70 ヒータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate fin type heat exchanger that exchanges heat between fluids having a large temperature difference between a high temperature side fluid and a low temperature side fluid, such as atmospheric high pressure combustion gas and pressurized air or fluid.
[0002]
[Prior art]
3 and 4 show the structure of a conventional plate fin heat exchanger. In the plate fin heat exchanger shown in FIG. 3, the high temperature side fluid 20 is supplied from the inlet duct 40 and discharged from the outlet duct 41. On the other hand, the low temperature side fluid 30 flows in from the inlet nozzle 50 and flows out from the outlet nozzle 51. The inlet duct 40, the outlet duct 41, the inlet nozzle 50, and the outlet nozzle 51 are fixed to the outside of the heat transfer element by welding.
[0003]
On the other hand, the heat transfer element portion is composed of a plate (partition plate) 10, fins 11, and side plates 12 as shown in an enlarged end portion in FIG. 4, and has a structure in which the plate 10 and the fins 11 are laminated. Yes. The high temperature side fluid 20 and the low temperature side fluid 30 flow through the flow path formed between the stacked plates 10 step by step, and heat exchange is performed via the plates 10 and the fins 11.
[0004]
The fins 11 sandwiched between the plates 10 are fixed to the plate 10 with brazing, and the flow path through which the high temperature side fluid 20 and the low temperature side fluid 30 are flowed is formed by welding the plate 10 and the side plate 12. It has an integrated structure that does not mix each fluid.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technique, in order to prevent the high temperature side fluid 20 and the low temperature side fluid 30 from flowing out to the outside air, the plates and the side plates constituting the high temperature side flow channel and the low temperature side flow channel are all welded. Further, since the thermal expansion difference and thermal stress caused by the temperature distribution due to the flow rate imbalance between the high temperature side fluid 20 and the low temperature side fluid 30 cannot be relieved, problems such as cracks occur when the operation time becomes long.
[0006]
In addition, although the heat transfer element is heated by the high temperature side fluid at the time of start-up, the inlet / outlet nozzles 50 and 51 for the low temperature side fluid are not heated.
[0007]
The present invention provides a plate fin type heat exchanger in which plates and fins are alternately stacked and low temperature side fluid passages and high temperature side fluid passages are alternately formed between the plates to absorb a difference in thermal expansion, It is an object of the present invention to provide a configuration that can prevent generation of stress and generation of cracks.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem in a plate fin type heat exchanger in which plates and fins are alternately stacked and low temperature side fluid passages and high temperature side fluid passages are alternately formed between the plates, Of the side plates arranged in the section, the side plate arranged between the plates constituting the low temperature side fluid passage is sealed with the same plate, but the side plate arranged between the plates constituting the high temperature side fluid passage is the same. A structure in which the plate is merely fixed without being welded or the like is used , and a heater for heating the inlet / outlet pipe base is installed at the inlet / outlet base of the low-temperature side fluid.
In the plate fin type heat exchanger according to the present invention, the side plate disposed between the plates constituting the high temperature side fluid flow path is not fixed by welding or the like, but is simply in contact with the plate, thereby depending on the temperature distribution. The difference in thermal elongation can be absorbed, and the generation of cracks due to thermal stress can be prevented.
[0010]
In the plate fin type heat exchanger according to the present invention, it is preferable to install a cylinder on the outer peripheral portion of the heat transfer element so as to prevent the high temperature side fluid or the low temperature side fluid from leaking to the outside air.
[0011]
In the plate fin heat exchanger of the present invention, a heater is installed at the base of the nozzle attached to the heat transfer section in order to reduce the temperature difference at the start of the heat exchanger in the inlet / outlet nozzle of the low temperature side fluid. It shall be the structure of heating the inlet and outlet pipe stand mounting part of the cold side fluid heater according to the flow rate of the high-temperature side fluid and the low temperature side fluid.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plate fin heat exchanger according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS. In the following embodiments, the same reference numerals are given to the same components as those of the conventional apparatus shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of simplicity.
[0013]
In the plate fin heat exchanger shown in FIG. 1, the high temperature side fluid 20 is supplied from the inlet duct 40 and discharged from the outlet duct 41. The low temperature side fluid 30 flows in from the inlet nozzle 50 and flows out from the outlet nozzle 51. The inlet duct 40, the outlet duct 41, the inlet nozzle 50, and the outlet nozzle 51 are fixed to the outside of the heat transfer element by welding.
[0014]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the heat transfer element portion is composed of a plate 10, fins 11, and side plates 12, and has a structure in which the plate 10 and the fins 11 are laminated. The high temperature side fluid 20 and the low temperature side fluid 30 flow through the flow path formed between the plates by laminating the plates 10, and are heat-exchanged via the plates 10 and the fins 11. The fins 11 are fixed to the partition plate 10 with brazing.
The above structure is the same as that of the plate fin type heat exchanger shown in FIG.
[0015]
However, the mounting structure between each plate 10 and the side plate 12 is different as follows.
That is, in the plate fin type heat exchanger according to the present embodiment, the side plate 12 of the low temperature side fluid 30 is welded to the plate 10 and the low temperature side fluid 30 is not mixed with the high temperature side fluid 20. On the other hand, the side plate 12 of the high temperature side fluid 20 is not welded to the plate 10 constituting the low temperature side fluid 30, and the fins 11 are only fixed by brazing.
[0016]
Therefore, in the plate fin type heat exchanger of the present embodiment, the low temperature side flow path and the high temperature side flow path are not fixed as a whole, and can absorb the difference in thermal elongation and relieve the thermal stress. Further, the fins 11 and the side plates 12 forming the flow path of the high temperature side fluid 20 have an effect as positioning for forming the flow path.
[0017]
In order to prevent the high temperature side fluid 20 from flowing out to the outside air, a body 60 is disposed on the outer periphery of the heat transfer element. Further, a heater 70 is provided at the attachment portion between the inlet nozzle 50 and the outlet nozzle 51 of the low temperature side fluid 30, and the temperature difference between the heat transfer element and the nozzle at the time of activation is arranged. It can be mitigated by a heater, and crack generation at the nozzle mounting portion can be prevented.
[0018]
However, this heater is used only at the time of start-up, and it is not necessary to use it during steady operation when the temperature reaches a high temperature.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, in the high-temperature plate fin heat exchanger according to the present invention, among the side plates at the end of the plate, the side plate disposed between the plates constituting the low-temperature side fluid passage is sealed with the plate, and the high-temperature side fluid is fixed. Since the side plate arranged between the plates constituting the passage is configured to be in contact with the plate without being fixed by welding or the like, the high temperature side fluid passage and the low temperature side fluid passage are not fixed, and the low temperature Since the heater that heats the inlet / outlet pipe base is installed at the inlet / outlet pipe base of the side fluid, cracks due to generation of thermal stress can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of a plate fin heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a mounting state between a plate and a side plate in the plate fin heat exchanger of FIG.
FIG. 3 is a structural diagram of a conventional plate fin heat exchanger.
4 is an enlarged cross-sectional view showing a mounting state between a plate and a side plate in the plate fin heat exchanger of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plate 11 Fin 12 Side plate 20 High temperature side fluid 30 Low temperature side fluid 40 Inlet duct 41 Outlet duct 50 Inlet nozzle stand 51 Outlet nozzle stand 60 Body 70 Heater

Claims (1)

プレートとフィンとが交互に積層されて各プレート間に低温側流体通路と高温側流体通路とが交互に形成されたプレートフィン式熱交換器において、前記プレートの端部に配置される側板のうち、低温側流体通路を構成する前記プレートの間に配置される側板は同プレートとシール固定するとともに、高温側流体通路を構成する前記プレートの間に配置される側板は同プレートと溶接などで固定しないで接触しているだけの構造とし、かつ、低温側流体の出入口管台付け根に、同出入口管台付け根を加熱するヒータを設置したことを特徴とするプレートフィン式熱交換器。In a plate fin heat exchanger in which plates and fins are alternately stacked and a low temperature side fluid passage and a high temperature side fluid passage are alternately formed between the plates, of the side plates disposed at the end of the plate The side plate disposed between the plates constituting the low temperature side fluid passage is sealed and fixed to the plate, and the side plate disposed between the plates constituting the high temperature side fluid passage is fixed to the plate by welding or the like. A plate fin type heat exchanger having a structure that is not in contact with each other , and a heater that heats the inlet / outlet pipe base at the base of the low-temperature side fluid .
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