JP2000508751A - プレート熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱交換器において、熱伝達プレート（７，８）が対になって一体に溶接されてカセット（６）を形成する。全てのカセットにおける二つのプレートは、互いに交差しその間に第１の流体のための流路（３３）を形成する波形峰部（２５）を介して互いに支持し合いっている。カセット（６）は、カセットの外側における波形峰部（２２）よりも高い隆起（２６）を介して互いに支持し合っている。カセット（６）の間には、第２の流体のための流路（３４）が境界付けられている。二つの流体の主流通方向は、並行である。前記各隆起（２６）は、長手軸流体の主流通方向に実質的に並行にして長くなり伸びて、互いに隣接して伸びている波形峰部（２２）の間の多くとも二つの谷部（２３）を橋渡ししている。

Description

【発明の詳細な説明】 プレート熱交換器 本発明は、プレート熱交換器であって、複数のプレートが二種類の流体を流す ためのプレート空間をそれらの間に形成するように配置され；前記流体の入り口 および出口が、主流通方向において第１の流体がプレート空間の一つおきに導か れ第２の流体が残りのプレート空間を導かれ、それらが互いに平行であるように 配置され；各プレートは、前記主流通方向と角度を設けて、互いに隣接して伸び る峰部および谷部を両側に示すようにプレスパターンが設けられ；前記種類の峰 部は、前記第１の流体を流通させるように形成される前記プレート空間において 同じ種類の峰部を支持し；プレート一つおきに、前記第２の流体を流通させるよ うに形成されるプレート空間となる一方の側に、プレートの同じ側にある峰部よ り高い、プレートのプレスにより形成される隆起を有し；前記プレート一つおき の隆起は、二つのプレートの対抗峰部が互いに所定の間隔に維持されるように、 前記第２の流体を流通させるために形成される前記プレート空間において隣接プ レートを支持する熱交換器に関する。このようなプレートの設計により、プレー ト熱交換器を流体が流通する際に、前記第１の流体よりも前記第２の流体がかな り低い流通抵抗を受けることになる。 英国特許1,071,116には、この種のプレート熱交換器であって、気体状流体の 流通のための一つおきのプレート空間において互いに所定の間隔をおいてプレー トを維持するように特別の隆起が設計されており、この間隔が、液状の流体の流 通のための残りのプレート空間における間隔より大きいものが示されている。特 別の隆起は、気体状流体のためのプレート空間において互いに交差する峰部の頂 上部に形成される。 本発明の目的は、前書きで述べた種類のプレート熱交換器であって、流体間の 所望の熱伝達のための英国特許1,071,116による既知の熱交換器の場合よりも効 果的に利用されるようにプレートが設計されているものを形成することである。 この目的は、本発明によれば、長手軸を前記主流通方向に実質的に平行にして 長くなって伸び、それにより問題の隆起としてプレートの同じ側に形成され る互いに隣接して伸びる峰間の多くとも二つの谷部を橋渡しする、一つおきのプ レート上の前記各隆起によって達成することができる。 前記隆起のそのような配置により、互いに隣接して伸びる峰部および谷部の設 計に関する現在の要求を損なう必要なく、任意の高さを得ることができる。すな わち、現在の熱交換器を最大限に用い得るために、プレートの面積を最も拡大す るようにプレートの前記峰部および谷部をプレスすることが望ましい。 英国特許1,071,116（図５および６）により設計されたプレートにおいて、プ レートの最も大きな可能な面積の拡大は、前記峰部の頂上の特別の隆起の面積に より形成される局部的面積拡大により決められる。すなわち、特別の隆起の面積 が最大に拡大されると、それは、残りの部分の峰部が、プレートについての最大 よりはやや小さい面積の拡大がなされることを意味している。 本発明により設計されたプレートにおいて、前記峰部の面積において、隆起の 面積と同様の最大面積拡大を達成することができる。従って、前記峰部の各々の 頂上は、峰部の断面形状でみて、本発明により、隆起の断面でみた長手隆起の頂 上の湾曲と同じ半径が与えら得る。各隆起が、前記第２の流体についての主流通 方向に実質的に平行に伸びていることから、隆起は、前記第２の流体の流通面積 の非常に小さな部分を占めるように設計することができる。プレートの隆起をで きるだけ狭くするため、プレート熱交換器の全てのプレートにそのような隆起が 設けられ、一つのプレートの隆起が隣接プレートの隆起を支持することが好都合 である。このことは、プレートが伸ばされ、熱交換流体の主流通方向に平行に伸 びる長手軸を有する場合に特に重要である。何故なら、この場合、プレート間の 二つの流体の流通面積が比較的束縛されるからである。熱交換は、通常、熱交換 流体について向流で起こるようにされるが、また、流体の並流も起こり得る。 前述したように、前記隆起の各一つは、互いに隣接して伸びている峰部間に位 置する多くとも二つの谷部を橋渡しする。しかしながら、好ましくは、全ての隆 起が、二つの隣接する峰部間の一つの谷部のみを橋渡しする。この理由は、プレ ートの一方側に形成されるこの種のすべての隆起は、このプレートの他の側にお いてプレートのくぼみを形成するからである。このくぼみは、プレートのこの他 の側に形成される峰部を交差する、前記第１の流体のための不必要な 通路を構成する。本発明のプート熱交換器のできるだけ有効にするための重要な 条件は、前記第１の流体のためのそのような不必要な流路ができるだけ短いこと である。 本発明は、いかなるタイプのプレート熱交換器についても利用することができ る。従って、プレート間の熱交換流体のための流路を制限するためにいかなる手 段を利用する場合も、本発明を用いることができる。そのような手段は、例えば 、プレート間の交換可能なプラスチック材料のガスケット、あるいは永久溶接ま たはろう付け縫い目でありうる。 本発明は、少なくとも一つおきのプレート空間において、プレートが互いに接 触している全ての場所において、すなわち、プレートの端部に沿ってのみならず 、特に、プレートの実質的熱交換面積上に分散された複数の場所において、隣接 プレートが一体にろう付けされる、いわゆるろう付けプレート熱交換器に特に適 している。 本発明のそのようなプレート熱交換器において、前記第１の流体が流通するプ レート空間においてプレートは好ましくはろう付けされる。これらのプレート空 間において、多くの接続プレートが、それぞれのプレートの峰部が交差して互い に支持し合うように形成される。これにより、比較的低い圧力を示す前記第２の 流体のためのプレート空間における前記隆起の設計に関する特別の要求を必要と するこの関係無しに、前記第１の流体は、前記第２の流体よりもかなり高い圧力 を有することができる。その理由は、これらの隆起が、前記第１の流体がプレー ト熱交換器を流通する高い圧力に依存するプレート間のいかなる力も伝達する必 要がないからであり、この理由により隆起の数は非常に少なくてよい。これは、 隆起が、前記第２の流体のための現在の流通面積の最も小さい可能な面積を占め ることができる。 何らかの理由により、前記第２の流体のためのプレート空間内の峰部の間に形 成されるこれらの谷部の一つのみを、前記隆起の各一つが橋渡しすべきことが強 調された。これは、他の理由によっても重要である。前記種類の隆起の設計は、 前記第１の流体のためのプレート空間内における現在のプレート間においてでき るだけ多くのそしてできるだけ均一に分散された接触および接続の場所が達成さ れるだろうという要望と衝突するかも知れない。隆起を短く形成す るほど、そのような衝突の危険性が小さくなる、または、避けられないとしても 、そのような衝突の否定的結果がより小さくなる。 本発明を、添付の図面を参照して以下に説明する。 図１は、本発明のプレート熱交換器を部分的に断面で示す図である。 図２は、図１のＡ部分の拡大図である。 図３は、図２のＢ部分の拡大図である。 図４は、図３にも示すいくつかの熱交換プレートの断面図である。 図５ａおよびｂは、二つの熱交換プレートを示す図である。 図６ａ、ｂおよびｃは、平面図、および図５ｂの熱伝達プレートの部分Ｃの二 つの断面図である。 図７は、互いに離れて配置された図１によるプレート熱交換器における熱伝達 プレートを示す図である。 図８は、別の態様における熱伝達プレートの一部分の図６ｂと同様の断面図で ある。 図面において、特に比較的少ない流量の油と比較的多い流量の水との熱交換を 意図したプレート熱交換器を示す。この実際の場合、油は比較的高圧で、水は比 較的低圧である。さらに、この場合、油は水により冷却される。 図１から明らかなように、プレート熱交換器は、油のための入り口２および出 口３および水のための入り口４および出口５を有するハウジング１を組み込んで いる。ハウジング１の内側には、各カセットが二つの長い熱伝達プレート７およ び８からなる（図５参照）堆積されたカセット６が置かれている。 二つのプレート７および８は、全てのカセット６において周縁端部に沿って溶 接され、プレート熱交換器内で冷却される油のための流路をそれらの間に境界を 定めている。プレート７および８は、それらの端部に貫通穴９〜１２を有し、そ れらの穴は、油のための入り口２および出口３とそれぞれ連通するように配置さ れている。隣接カセット６は、カセット６の堆積全体を通って伸びる入り口流路 １３および出口流路１４をそれぞれ穴９〜１２が構成するように、穴９〜１２の 周囲においてそれぞれ互いに溶接されている。 図１および２から明らかなように、一番下のカセット６の下側の出口流路１４ の直前に、このカセット６の一番下のプレートを通過する穴を覆うように、 環状ワッシャーが配置されている。ワッシャー１５は、一番下のプレートにおい て前記穴の周囲にて封止するようにろう付けされる。同様な方法で、ワッシャー （図示せず）を一番下のカセット６の下側の入り口流路１３の直前に配する。 一番上のカセット６とハウジング１の上部の壁との間に、ハウジングの油入り 口２および堆積カセットの入り口流路１３と同軸の貫通穴としての接続ピアス１ ６を配する。同様な方法で、ハウジング１の油出口３において類似の接続ピアス １７が配される。 一番上のカセット６にろう付けされている接続ピアス１６および１７はそれぞ れ、ハウジング１の上側壁の穴を通って飛び出す(図１)、二つのねじ山付きピン ボルト１８および１９をそれぞれ有する(図７)。堆積カセットは、ハウジング１ の上側壁の内側に押し付けることにより、ピンボルト１８および１９の上にネジ 止めされるナット（図示せず）によりハウジング１に固定することができる。油 入り口２および３の周囲において、ハウジング１と、接続ピアス１６および１７ との間をそれぞれ封止するためにガスケット２０および２１が配される。 全てのカセットにおいて、穴９〜１２の周囲の環状領域においてそれぞれ互い に間隔をおいてプレートが配される。これは図２に最も良く示されている。すな わち、油は、入り口２および入り口流路１３を通って入り、カセット６内の全て のプレート空間を分散され流され、出口流路１４および出口３を通ってプレート 熱交換器を出る。 水は入り口４を通って入り、隣接カセット６間に構成されるコンパートメント を流通し、出口５を通ってプレート熱交換器を出る。 従って、油および水は、互いに実質的に並行な主流路に沿った向流として堆積 カセット６を流通する。 図５ａおよびｂにおいて、ろう付けしてカセット６を形成し得る、薄いプレー トの二つのプレート７および８がそれぞれ示されている。プレート７および８は 、同様に設計され、図５において、それらの一つが、他のものに対して自体の平 面内で180°回転して示されている。 プレートの各一つには、並行な峰部および谷部を含む波形のプレスパターン が設けられている。プレートの一方の側（図５ａ参照）には、峰部２２および谷 部２３が形成されている。図６ｂに示すように、峰部２２は、プレートの他の側 上に谷部２４を形成する。同様な方法で、プレートの一方の側の谷部２３はプレ ートの他の側に峰部２５を形成する。峰部および谷部は、プレート７がプレート ８上に置かれたとき、これらのプレートは図５のように配向されているので、プ レートの峰部と谷部とが互いに交差するように所謂ヘリンボーンパターンとして プレスされている。 峰部および谷部を有するプレスパターン以外に、プレート７および８の各一方 は、長いプレスされた隆起２６を有する。これらの隆起は、プレートの長手方向 に伸び、峰部２２より僅かに高い。隆起２６の各一つは、峰部２２の頂上から隣 接峰部２２の頂上に伸び、その間の谷部２３を橋渡しする。これは、図６ａ〜ｃ において最も良く見えるが、図６ｂおよびｃは、図６ａにおいてそれぞれｂ−ｂ 線およびｃ−ｃ線に沿っての平面を通る断面図である。 図５におけるプレート７および８は、それぞれのプレートの周囲にそって伸び る端部２７，２８を有する。これらの端部は、峰部２５の頂上と同じ平面中に存 在する(図４)。換言すれば、峰部２２および隆起２６はこの平面から出発してい る。 貫通穴９〜１２の周囲において、図５のプレートは、隆起２６の頂上を通って 伸びる平面内に全て配されている環状領域２９〜３２を有する。 カセット６の形成において、プレート７および８は、図５ａおよびｂにおいて は見えないそれぞれの側部のプレートと共に互いに重ねられる。これにより、プ レートの端部２７，２８は、互いに接触し、それにより一つのプレートの峰部２ ５が、図３から明らかなように交差するように他のプレートの峰部２５を支持す る。 複数のカセットを互いに重ね合わせることにより、一つのカセットにおける環 状領域２９〜３２および隆起２６が、堆積されている隣接カセットの同様の環状 領域および隆起を支持することになる。これは、図２〜４からわかる。かくて、 全ての隆起２６は、その全長に沿って同様の隆起２６を支持する。 実際、熱交換器の一部となる全てのプレートは、図７に示される方法で本発明 によりプレート熱交換器を製造するときに堆積される。また、接続ピアス１ ６．１７およびワッシャー１５が、ろう付けにより一体にされる熱交換器のこれ らのプレートおよび他の部分の間において、充分なろう付け材料で一体にされる 。すなわち、全てのカセット６において、二つのプレートが、プレートの峰部２ ５が互いに交差するように支持し合う全ての場所において、その端部に沿うのに 加えて一体にろう付けされる。隣接カセットは、その環状領域２９〜３２に加え て、隆起２６において一体にろう付けされる。 図４から、それぞれ油および水のためにプレート熱交換器内においてカセット ６が境界を定めている流路は明らかである。カセット６内に形成される油のため の流路を３３で示し、カセット６の間に形成される水のための流路を３４で示す 。 図６ｂから明らかなように、プレートの一方の側の峰部２２は、プレートの他 の側の峰部２５よりも幅広い。しかしながら、本発明の好ましい態様によれば、 プレート上のプレスパターンは、プレートの一方側の峰部がプレートの他の側の 峰部と同じ形状および寸法を有するようになっている。これにより、波形パター ンのプレスにおいて、プレートの最良の面積拡大を達成することができる。この ようにプレスされるプレートを、図６ｂと同じ種類の断面を示す図８に示す。図 ８は、プレートの一方の側の二つの峰部２２ａ、プレートの他の側の一つの峰部 ２５ａ、および峰部２２ａの間の谷部２３ａを橋渡しする峰部２２ａの頂上の間 に伸びる隆起２６ａを示している。隆起２６ａは、峰部２２ａより明らかに僅か に高い。 先の記載に従って設計された本発明のプレート熱交換器において、カセット６ の間の水のための流路３４は、カセット内の油のための流路３３よりも大きな流 通面積を達成している。これは、隆起２６が、隣接カセット６の峰部２２を互い に間隔をおいて維持することによる。 全てのカセットにおけるプレートが、峰部２５が交差するように互いに支持し 合う全ての場所において一体にろう付けているので、プレートを対応する大きな 力でプレスして合わせる必要なく油を非常に高い圧力で熱交換器を流通させるこ とができる。従って、水は、油よりもかなり低い圧力で熱交換器を流通させるこ とができる。 カセットは、図１の一番上および一番下のカセットを含む全てのカセットが 両側を水が迂回するように配されているので、互いに支持し合っている隆起２６ において一体にろう付けする必要はない。しかしながら、熱交換器の操作中にカ セットが振動することを避けるために、カセットは、何からの方法で一体の保持 されることが都合よい。隆起２６によりカセットを一体にろう付けすることの別 法として、従来の機械的装置を用いてカセットを互いに一体に加圧保持してもよ い。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年５月２９日（１９９８．５．２９） 【補正内容】 請求の範囲 １．複数のプレート（７，８）が二種類の流体を流すためのプレート空間（３ ３，３４）をそれらの間に形成するように配置され 前記流体の入り口（２，４）および出口（３，５）が、主流通方向において第 １の流体が一つおきのプレート空間（３３）に導かれ第２の流体が残りのプレー ト空間（３４）に導かれ、それらが互いに平行であるように配置され 各プレート（７，８）は、前記主流通方向と角度を設けて、互いに隣接して伸 びる峰部（２２，２５）および谷部（２３，２４）をプレートがその両側に示す ようにプレスパターンが設けられ 前記種類の峰部（２５）は、前記第１の流体を流通させるように形成される前 記プレート空間の峰部において交差するように同じ種類の峰部（２５）を支持し プレート一つおきに、前記第２の流体を流通させるように形成されるプレート 空間（３４）となる一方の側に、プレートの同じ側にある峰部（２２）より高い 、プレートのプレスにより形成される隆起（２６）を有し、 前記プレート一つおきの隆起（２６）は、二つのプレートの対抗峰部（２２） が互いに所定の間隔に維持されるように、前記第２の流体を流通させるために形 成される前記プレート空間（３４）において隣接プレートを支持しているプレー ト熱交換器において、 前記第２の流体を流通させるために形成されるプレート空間（３４）中におい て全てのプレート（７，８）に前記種類の隆起（２６）が設けられ、前記各隆起 （２６）が長くなっていて、前記主流通方向に実質的に平行にその長手軸方向に 伸びていて、問題の隆起（２６）としてプレートの同じ側に形成される互いに隣 接して伸びる峰部（２２）間の多くとも二つの谷部（２３）を橋渡ししているこ とを特徴とする、 熱交換器。 ２．前記各隆起（２６）が、二つの隣接する峰部（２２）間の一つの谷部（２ ３）のみを橋渡ししている請求項１に記載の熱交換器。 ３．プレートにおける前記種類の隆起（２６）が、隣接プレートにおける同じ 種類の隆起（２６）を支持する請求項１または２に記載のプレート熱交換器。 ４．前記第１の流体のためのプレート空間（３３）中において前記峰部（２５ ）が交差するように互いに支持し合う場所において、プレート（７，８）が互い に一体に溶接されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。 ５．プレート（７，８）が長くなっていて、前記主流通方向に平行に、その長 手軸方向に伸びている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。 ６．プレートのプレスパターンは、プレートの一方側の峰部（２２ａ）がプレ ートの他の側の峰部（２５ａ）と実質的に同じ形状および寸法を有するものであ る請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。 ７．プレート（７，８）が、対になってカセット（６）を形成し、それにより 、プレートの峰部（２５）が交差するように互いに支持し合っている場所におい て部分的に、プレートの端部（２７，２８）に沿って部分的に、全てのカセット において一体に溶接されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。 ８．カセット（６）が、前記隆起（２６）を介して互いに支持し合い一体にろ う付けされている請求項７に記載の熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数のプレート（７，８）が二種類の流体を流すためのプレート空間（３ ３，３４）をそれらの間に形成するように配置され 前記流体の入り口（２，４）および出口（３，５）が、主流通方向において第 １の流体が一つおきのプレート空間（３３）に導かれ第２の流体が残りのプレー ト空間（３４）に導かれ、それらが互いに平行であるように配置され 各プレート（７，８）は、前記主流通方向と角度を設けて、互いに隣接して伸 びる峰部（２２，２５）および谷部（２３，２４）をプレートがその両側に示す ようにプレスパターンが設けられ 前記種類の峰部（２５）は、前記第１の流体を流通させるように形成される前 記プレート空間の峰部において交差するように同じ種類の峰部（２５）を支持し プレート一つおきに、前記第２の流体を流通させるように形成されるプレート 空間（３４）となる一方の側に、プレートの同じ側にある峰部（２２）より高い 、プレートのプレスにより形成される隆起（２６）を有し、 前記プレート一つおきの隆起（２６）は、二つのプレートの対抗峰部（２２） が互いに所定の間隔に維持されるように、前記第２の流体を流通させるために形 成される前記プレート空間（３４）において隣接プレートを支持しているプレー ト熱交換器に於いて、 一つおきのプレートにおける前記各隆起（２６）が長くなっていて、前記主流 通方向に実質的に平行に長手軸方向に伸びていて、問題の隆起（２６）としてプ レートの同じ側に形成される互いに隣接して伸びる峰部（２２）間の多くとも二 つの谷部（２３）を橋渡ししていることを特徴とする、 熱交換器。 ２．前記各隆起（２６）が、二つの隣接する峰部（２２）間の一つの谷部（２ ３）のみを橋渡ししている請求項１に記載の熱交換器。 ３．前記第２の流体を流通させるために形成されるプレート空間（３４）中に おいて全てのプレート（７，８）に前記種類の隆起（２６）が設けられる請 求項１または２に記載の熱交換器。 ４．プレートにおける前記種類の隆起（２６）が、隣接プレートにおける同じ 種類の隆起（２６）を支持する請求項３に記載のプレート熱交換器。 ５．前記第１の流体のためのプレート空間（３３）中において前記峰部（２５ ）が交差するように互いに支持し合う場所において、プレート（７，８）が互い に一体に溶接されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。 ６．プレート（７，８）が長くなっていて、前記主流通方向に平行に、その長 手軸方向に伸びている請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。 ７．プレートのプレスパターンは、プレートの一方側の峰部（２２ａ）がプレ ートの他の側の峰部（２５ａ）と実質的に同じ形状および寸法を有するものであ る請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。 ８．プレート（７，８）が、対になってカセット（６）を形成し、それにより 、プレートの峰部（２５）が交差するように互いに支持し合っている場所におい て部分的に、プレートの端部（２７，２８）に沿って部分的に、全てのカセット において一体に溶接されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。 ９．カセット（６）が、前記隆起（２６）を介して互いに支持し合い一体にろ う付けされている請求項８に記載の熱交換器。