JP2004524165A - プレート熱交換器用のライニング装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、プレート熱交換器用のライニング装置、プレート熱交換器、および、複数の伝熱板からなるパッケージと少なくとも１つの円形孔を有する端板（５）とを有するプレート熱交換器の製造方法に関する。ライニング装置は、第１の部品（１６）および第２の部品（１７）を含んでいる。これらの部品はそれぞれ、板金で製造され、ほぼ円筒形の管部（１６ａ、１７ａ）と当接部（１６ｂ、１７ｂ）とを有している。第１の部品の管部は円形孔に導入することができ、第２の部品の管部は、それぞれの管部が互いに重なり合う領域（１９）が形成されるように、円形孔内で第１の部品の管部内に導入することができる。これらの部品は、溶接継手（１８）によって互いに連結されている。第１の部品の材料厚さは、少なくとも重なり合う領域において第２の部品の材料厚さよりも厚い。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分によるプレート熱交換器用のライニング装置、請求項８の前提部分による熱交換器、およびプレート熱交換器の製造方法に関し、そのプレート熱交換器は、外側面、プレートパッケージに面する内側面、および少なくとも円形孔を備えた端板と、複数の熱伝版とを有するパッケージとを含んでいる。
【０００２】
プレート熱交換器の端板の円形孔に、ライニングを設けることが知られている。従来の方法によれば、深絞りされた管部と、その管部の一端から、管部の周りに、ほぼ半径方向外側に延びるフランジ部とからなる出発材料が製造される。管部の他端は、端板の円形孔に導入され、フランジ部が端板の一方の側に当たるように円形孔内に貫通される。その後、管部の他端は、端板の他方の側に当接するフランジを形成するように、外側に曲げられる。このようなライニングはある欠点を有している。出発材料の製造は、中間熱処理を含むいくつかのステップで行われる。ある条件の間では、亀裂が形成されることにより湾曲したフランジの品質に問題が起こる可能性がある。ライニングの取付けはいくつかのステップで行われる。
【０００３】
スウェーデン特許出願第４５６８５６号は、プレート熱交換器の円形孔用のライニングを開示している。この文献は２つの実施形態を開示している。第１の実施形態は最も詳しく記載されており、上述した従来の技術に対応している。第２の実施形態は第１の部品と第２の部品の２つの部品に分割されたライニングに関するものである。第１の部品は板金で製造され、ほぼ円筒形の管部と、その管部から外側に延びるフランジ部とを有している。第２の部品も板金で製造され、ほぼ円筒形の管部と、その管部から外側に延びるフランジ部とを有している。各管部は、それらが互いに重なり合う領域が形成されるように、円形孔内に導入される。各管部は、溶接によって互いに連結されるが、溶接継手がどのように形成されているかは明らかではない。
【０００４】
米国特許第４４８２０８９号も、プレート熱交換器の円形孔用のライニングの、いくつかの異なる実施形態を開示している。この場合も、１つの実施形態が上述した従来の技術に対応している。他の実施形態は、円形孔に導入可能な管部で製造されたライニングに関する。フランジは管部の各端部に溶接されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述の問題を解消し、改良された、ライニング装置または端板の円形孔を提供することにある。特に、本発明は、容易に製造でき、しかも品質が改良されたライニング装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、冒頭に定義されたライニング装置であって、第１の部品の材料厚さが、少なくとも互いに重なり合う領域において第２の部品の材料厚さよりも厚いことを特徴とするライニング装置によって実現される。
【０００７】
このようなライニング装置を取り付ける間、２つの部品において材料の変形が起こらないため、内側の当接部に亀裂が形成される可能性はかなり小さくなる。
【０００８】
少なくとも重なり合う領域において、一方の部品の材料厚さが第２の部品の材料厚さよりも厚いため、すなわち、少なくとも一方の管部の材料厚さが他方の管部よりも厚いため、溶接継手の近くや、一般に炭素鋼で製造される各端板と２つの部品との間の遷移部において、材料が汚染される可能性がなくなる。
【０００９】
さらに、第２の部品よりも厚い材料厚さを有するこのような第１の部品では、溶接時に、第２の部品を第１の部品に押し付けることによって、２つの部品の間に存在する可能性のある空気、したがって酸素ガスを押し出すことができる。その結果、いわゆるルートガス、すなわち、この溶接領域から酸素ガスを排気する不活性ガス、例えばアルゴンの供給が不要になる。
【００１０】
２つの部品はそれぞれ、中間熱処理をともなうことなく単一の製造ステップで製造することができる。ライニング装置を端板に取り付ける時間は非常に短く、しかも、有利なことに溶接継手を自動的に形成することができる。
【００１１】
本発明の実施態様によれば、第１の板金は、少なくとも重なり合う領域において、１．５ｍｍよりも厚い。この厚さは、材料の汚染を防止するとともに、前述の、各部の相互の押付けにともなってかけられる力に抵抗するのに十分なものである。
【００１２】
本発明の他の実施態様によれば、溶接継手は、第１の部品の管部のほぼ全周にわたって延びている。さらに、第２の部品の管部は、第１の部品の管部に導入される第１の端部を有していてもよく、この場合、溶接継手はこの第１の端部に形成される。
【００１３】
本発明の他の実施態様によれば、第１の部品および第２の部品のうちの一方の当接部は、外側の当接部を形成し、かつ端板の外側面に当たるように構成され、第２の部品および第１の部品のうちの一方の当接部は、内側の当接部を形成し、かつ端板の内側面に当たるように構成され、外側の当接部の材料厚さが、内側の当接部の材料厚さよりも厚い。そして、外側の当接部は、プレートパッケージから離れる方向を向く外側面を有し、その外側面は、外側面と管の連結部との間に密封要素を受けるための少なくとも１つの凹部、例えば１つまたはいくつかの溝を含み、密封要素は、上記外側面にしっかりと確実に押し付けられる。有利なことに、第１の部品の当接部は、管部の周りに、管部からほぼ半径方向外側に延びるフランジ部として形作られ、第２の部品の当接部は、管部の周りに、管部からほぼ半径方向外側に延びるフランジ部として形作られている。
【００１４】
本発明の他の実施態様によれば、第１の部品の管部は端板の外側面から円形孔内に導入可能であり、第２の部品の管部は端板の内側面から円形孔に導入可能である。このような実施態様は有利であり、相対的に厚い材料厚さを有する単一の材料片で第１の外側部品を製造し、相対的に薄い材料厚さを有する他の単一の材料片で第２の内側部品を製造することができる。
【００１５】
本発明の目的は、冒頭に定義されたプレート熱交換器であって、第１の部品の材料厚さが、少なくとも重なり合う領域において第２の部品の材料厚さよりも熱いことを特徴とするプレート熱交換器によっても実現される。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、冒頭に定義された方法であって、
ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部および当接部を有する第１の部品を用意するステップと、
ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部および当接部を有する第２の部品を用意するステップと、
第１の部品の管部を円形孔に導入するステップと、
第１の部品の材料厚さが、少なくとも重なり合う領域において第２の部品の材料厚さよりも厚くなるように構成された第２の部品の管部を、それぞれの管部が互いに重なり合う領域が形成されるように、円形孔内において、第１の部品の管部に導入するステップと、
溶接継手を形成することにより、第２の部品の管部を第１の部品の管部に連結するステップとを含む方法によって実現される。
【００１７】
この方法の好ましい実施態様は、請求項１２から１５に定義されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、一例として開示された様々な実施形態の記載および添付の図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態によるプレート熱交換器を示している。プレート熱交換器は、プレートパッケージを形成する数枚の伝熱板１を含んでいる。各伝熱板１は、互いに近づけられてプレートパッケージとして構成されたときに、プレート１のそれぞれの対の間にプレート間空間が形成されるような形状にプレス加工されている。各プレート間空間は、第１の流体用の第１の通路３および第２の流体用の第２の通路４を形成するように構成されている。第１の通路３は、第２の流路４から分離されている。プレート熱交換器はまた、間にプレートパッケージが設けられる２枚の端板５、６を含んでいる。
【００２０】
さらに、プレート熱交換器は、図１にはそのうちの２つが示されている、４つの円形孔流路７、８を含んでいる。各円形孔流路７、８は、すべてのプレート１および少なくとも１枚の端板５、６を貫通して延びている。円形孔流路７、８のうちの２つは第１の通路３と連通し、他の２つの円形孔流路は第２の通路４と連通している。本発明によるプレート熱交換器はまた、他の数の円形孔流路７、８、例えば２つまたは６つの円形孔流路、および／または、他の数の、伝熱流体用の通路３、４を有する種類であってもよいことに留意されたい。
【００２１】
各円形孔流路７、８は、各プレート１および一方の端板５の、開口部または円形孔で形成されている。円形孔は、円形孔流路７、８の方向から見たときに円形であることが好ましいが必ずしもそうでなくてもよい。各円形孔流路７、８は、プレート熱交換器から延びる管９に接続されている。より厳密に言えば、円形孔流路７は、第１の流体を第１の通路３に移送するように構成された第１の入口流路を形成し、円形孔流路８は、第１の流体を第１の通路３からプレート熱交換器の外に移送するように構成された第１の出口流路を形成している。他の２つの円形孔流路も同様に、第２の流体を第２の通路に移送するように構成された第２の入口流路と、第２の流体を第２の通路４からプレート熱交換器の外に移送するように構成された第２の出口流路を形成している。
【００２２】
図１に示されたプレート熱交換器では、各プレート１は、各プレート１および端板５、６を貫通して延びるボルト１２によって、２枚の端板５、６の間で互いに押し付けられている。ただし、プレート熱交換器を、貫通ボルト以外の他の部材、例えば、プレートパッケージと端板５、６との周りを締め付ける細長い要素を用いてまとめてもよい。また、通路３、４を互いに分離するために、各プレート１間にガスケット（開示せず）を設けてもよい。
【００２３】
端板５の円形孔には、ライニング装置１５が設けられている。ライニング装置１５は、図２、３により詳しく示されている。ライニング装置は、第１の外側部品１６および第２の内側部品１７を含んでいる。２つの部品１６、１７は、溶接継手１８によって互いに連結されている。２つの部品１６、１７は、円形孔の中に延びる、それぞれほぼ円筒状の管部１６ａ、１７ａを含んでいる。さらに、２つの部品１６、１７はともに、管部１６ａ、１７ａの周りにそれぞれ延び、端板５の両面にそれぞれ当接する当接部１６ｂ、１７ｂを含んでいる。開示された実施形態では、当接部１６ｂ、１７ｂは、それぞれ管部１６ａ、１７ａからほぼ半径方向外側に延びるフランジ部１６ｂ、１７ｂとして形作られている。ただし、これらの当接部が他の形状であってもよいことに留意されたい。外側の当接部は、例えば、導管などに接続できるように形成してもよいし、ねじや差込み取付具などを含んでもよい。このようにして、第１の部品１６のフランジ部１６ｂは端板５の外側面に当たり、第２の部品１７のフランジ部１７ｂは端板５の内側面に当たる。さらに、第１の部品の管部１６ａは、円形孔の周りの境界面に当たる。第２の部品１７の管部１７ａは、管部１６ａよりも少し小さい直径を有し、図２から分かるように、管部１６ａの内側の面に当たる。これにより、２つの管部１６ａ、１７ａが互いに重なる領域１９が、円形孔内に形成されている。
【００２４】
溶接継手１８により互いに連結された２つの部品１６、１７によって、円形孔の周りの領域に、効果的な、端板５のライニングが得られる。このようにして、比較的簡単な炭素鋼で製造可能な端板５を、腐食性媒体や、別な面で侵攻的な伝熱媒体から保護することができる。２つの部品１６、１７は、端板５よりも高品質で、かつ、端板５よりも高い耐食性を有する板金で製造されている。２つの部品１６、１７は、例えば、それぞれの管部１６ａ、１７ｂを形成するように深絞りされたほぼ平面状の板金から製造することができる。図２から分かるように、第１の部品１６の板金は、第２の部品１７よりも厚い材料厚さを有している。開示された実施形態では、第１の部品１６の、フランジ部１６ｂおよび管部１６ａはいずれも、第２の部品１７の、対応する部分１７ａ、１７ｂよりも厚い材料厚さを有している。開示された実施形態では、より厚い材料厚さを有する第１の部品１６は、プレート熱交換器の外側面に接触するように配置されており、一方、より薄い材料厚さを有する第２の部品１７は、プレート熱交換器の内側面に接触し、すなわちプレートパッケージに接触するように配置されている。第１の部品１６は、１．５ｍｍよりも厚く、特に２ｍｍよりも厚く、かつ、好ましくは８ｍｍよりも薄い材料厚さであればよく、一方、第２の部品１７は、０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下であり、特に約１ｍｍの材料厚さであればよい。
【００２５】
さらに、第２の部品の管部１７ａは、円形孔内において、第１の部品１６の管部１６ａより半径方向内側に設けられている。これにより、製造時に、溶接継手１８の形成にともない内側の管部１７ａを半径方向外側の管部１６ａに押し付けることが可能となっている。図３に概略的に示されている押付け部材２０によって実現されるような押付け具によって、空気、したがって酸素ガスを、溶接継手１８が形成される領域すなわち開示された実施形態では管部１７ａの外側の端部から押し出すことができる。半径方向外側の管部１６ａの方がその材料厚さが厚いため、半径方向内側の管部１７ａに比較的大きな押付け力をかけることができる。溶接継手１８は、開示された実施形態では、図３に概略的に示されているＴＩＧ溶接装置２１によって実現可能である。溶接継手１８は、管部１７ａの外側の端部、より厳密に言えば管部１６ａと管部１７ａとの間の遷移部に形成するのが好ましい。溶接継手１８は、円形孔のほぼ全周にわたって延びている。相対的に厚い材料厚さとすることにより、溶け落ちの可能性が小さくなるため、溶接継手１８の形成に関して有利である。
【００２６】
第１の部品１６のフランジ部１６ｂはまた、円形孔の周りに広がるフライス削りされた３つの溝２２を含んでいる。フランジ部１６ｂの外側面の外側には、例えばガスケットの形状である密封要素２３が設けられている。溝２２があることにより、密封要素２３をフランジ部１６ｂに押し付けしっかりと当てることができる。密封要素２３の外側には、管９のフランジ２４が配置されている。フランジ２４は、密封要素２３に当接するとともに、端板５にねじ込まれ円形孔の周りに配置された数本のボルト２５によってしっかりと当たるように取り付けられている。
【００２７】
本発明は、開示された実施形態に限らず、特許請求の範囲の範囲内で変形および修正してもよい。
【００２８】
例えば、プレート熱交換器の内側面に面する部品に、相対的に厚い管部を設け、これにともなって、相対的に薄い管部を有する部品を、プレート熱交換器の外側面から、このより薄い管部がより厚い管部の内側の面に当たるように構成することもできる。そして、外側の部品の管部の内側の端部に溶接継手が適切に形成される。
【００２９】
開示された実施形態では、第１の部品のフランジ部１６ｂおよび管部１６ａは同じ材料厚さを有し、第２の部品のフランジ部１７ｂおよび管部１７ａも同じ材料厚さを有している。これにより、２つの部品は容易に製造可能となる。ただし、それぞれの部品のフランジ部および管部を異なる厚さとすることも可能である。例えば、第１の部品１６の管部１６ａが、第１の部品１６のフランジ部１６ｂよりも厚い材料厚さを有してよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】プレート熱交換器の概略断面図である。
【図２】図１のプレート熱交換器の端板のライニング装置の円形孔についてのより詳細な断面図である。
【図３】溶接継手がライニング装置にどのように形成されるかを概略的に示す図である。

Claims (15)

1. 伝熱板（１）からなるパッケージと、外側面、前記プレートパッケージに面する内側面、および少なくとも１つの円形孔を有する端板（５、６）とを含むプレート熱交換器に用いられるライニング装置であって、
   ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部（１６ａ）および当接部（１６ｂ）を有する第１の部品（１６）と、ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部（１７ａ）および当接部（１７ｂ）を有する第２の部品（１７）とを有し、
   前記第１の部品の前記管部（１６ａ）は、前記円形孔に導入可能であり、かつ、前記第２の部品の前記管部（１７ａ）は、前記それぞれの管部が互いに重なり合う領域（１９）が形成されるように、前記円形孔内で前記第１の部品の前記管部（１６ａ）の中に導入可能であり、溶接継手（１８）によって前記第１の部品（１６）が前記第２の部品（１７）に連結されているプレート熱交換器用のライニング装置（１５）において、
   前記第１の部品（１６）の材料厚さは、少なくとも前記重なり合う領域（１９）において、前記第２の部品（１７）の材料厚さよりも厚いことを特徴とする、プレート熱交換器用のライニング装置。
2. 前記第１の部品（１６）の前記板金は、少なくとも前記重なり合う領域（１９）において、１．５ｍｍよりも厚いことを特徴とする、請求項１に記載のプレート熱交換器用のライニング装置。
3. 前記溶接継手（１８）は、前記第１の部品の管部（１６ａ）のほぼ全周にわたって延びていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプレート熱交換器用のライニング装置。
4. 前記第２の部品の前記管部（１７ａ）は、前記第１の部品の前記管部（１６ａ）に導入可能な第１の端部を有し、前記溶接継手（１８）は、前記第１の端部に形成されることを特徴とする、請求項３に記載のプレート熱交換器用のライニング装置。
5. 前記第１の部品（１６）および第２の部品（１７）の一方からなる前記当接部（１６ｂ）は、外側の当接部（１７ｂ）を形成し、かつ前記端板（５）の外側面に当たるように構成され、前記第２の部品（１７）および前記第１の部品（１６）の一方からなる前記当接部（１７ｂ）は、内側の当接部を形成し、かつ前記端板（５）の内側面に当たるように構成され、前記外側の当接部の材料厚さが、前記内側の当接部の材料厚さよりも厚いことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のプレート熱交換器用のライニング装置。
6. 前記外側の当接部（１６ｂ）は、前記プレートパッケージから離れる方向を向き、密封要素（２３）を受ける少なくとも１つの凹部（２２）を、前記外側面とパイプ連結部（９、２４）との間に含む外側面を有することを特徴とする、請求項５に記載のプレート熱交換器用のライニング装置。
7. 前記第１の部品の前記管部（１６ａ）は、前記端板（９）の前記外側面から前記円形孔に導入可能であり、前記第２の部品の前記管部（１７ａ）は、前記端板（５）の前記内側面から前記円形孔に導入可能であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のプレート熱交換器用のライニング装置。
8. 前記第１の部品の前記当接部（１６ｂ）は、前記管部の周りに、前記管部からほぼ半径方向外側に延びるフランジ部として形作られ、前記第２の部品の前記当接部（１７ｂ）は、前記管部の周りに、前記管部からほぼ半径方向外側に延びるフランジ部として形作られていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の、プレート熱交換器用のライニング装置。
9. 伝熱板（１）からなるパッケージと、
   外側面、前記プレートパッケージに面する内側面、および少なくとも１つの円形孔を有する端板（５、６）と、
   ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部（１６ａ）および当接部（１６ｂ）を有する第１の部品（１６）と、ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部（１７ａ）および当接部（１７ｂ）を有する第２の部品（１７）とを含むライニング装置（１５）とを有し、
   前記第１の部品の前記管部（１６ａ）は、前記円形孔に導入可能であり、かつ、前記第２の部品の前記管部（１７ａ）は、前記各管部が互いに重なり合う領域（１９）が形成されるように、前記円形孔内で前記第１の部品の前記管部（１６ａ）の中に導入可能であり、溶接継手（１８）によって前記第１の部品（１６）が前記第２の部品（１７）に連結されているライニング装置（１５）を含むプレート熱交換器において、
   前記第１の部品（１６）の材料厚さは、少なくとも前記重なり合う領域（１９）において、前記第２の部品（１７）の材料厚さよりも厚いことを特徴とするプレート熱交換器。
10. 請求項１から８の特徴のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 伝熱板からなるパッケージと、外側面、前記プレートパッケージに面する内側面、および少なくとも１つの円形孔を有する端板とを含むプレート熱交換器の製造方法であって、
    ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部および当接部を有する第１の部品を用意するステップと、
    ある材料厚さを有する板金で製造され、ほぼ円筒形の管部および当接部を有する第２の部品を用意するステップと、
    前記第１の部品の前記管部を前記円形孔に導入するステップと、
    前記第１の部品の材料厚さが、少なくとも互いに重なり合う領域において前記第２の部品の材料厚さよりも厚くなるように構成された前記第２の部品の前記管部を、それぞれの前記管部が互いに重なり合う領域が形成されるように、前記円形孔内において、前記第１の部品の前記管部内に導入するステップと、
    溶接継手を形成することにより、前記第２の部品の前記管部を前記第１の部品の前記管部に連結するステップとを含む、プレート熱交換器の製造方法。
12. 前記第２の部品の前記管部は、前記溶接継手の形成にともない前記第１の部品の前記管部に押し付けられる、請求項１１記載の、プレート熱交換器の製造方法。
13. 前記溶接継手は、前記第１の部品の前記管部のほぼ全周にわたって形成される、請求項１１または１２に記載の、プレート熱交換器の製造方法。
14. 前記第２の部品の前記管部は、前記第１の部品の前記管部に導入可能な第１の端部を有し、前記溶接継手が前記第１の端部に形成されることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の、プレート熱交換器の製造方法。
15. 前記溶接継手は、何ら材料を供給せずにＴＩＧ溶接を用いて形成される、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の装置。