JP2005524042A - 熱交換器用の上下を逆にした蓋シーリング板 - Google Patents

熱交換器用の上下を逆にした蓋シーリング板 Download PDF

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Abstract

【解決手段】本発明は、皿状の熱交換板(16)(18)を含む熱交換器(10)であり、１枚の熱交換板は他の熱交換板の次に配置され、組み込まれた熱交換板積層を形成している。熱交換器の端板(12)は、端板の中央平坦部及び該端板の中央平坦部から突出した周辺フランジを有し、端板の周辺フランジは最後の熱交換板とは反対方向に突出し、板積層内の最後の熱交換板の周辺フランジ内に封止可能に組み込まれる。平坦補強板(14)は、端板中央平坦部と最後の熱交換板との間で、端板中央平坦部の内面に取り付けられる。

Description

本発明は、皿状の熱交換板から形成されたタイプの熱交換器に関する。
板タイプの熱交換器の中には、積層して一緒に取り付けられる複数の板を有し、板は隣接する板間に位置するガスケット又はボスを用いて取り付けられ、板の周縁に隣接した経路を横切る。熱交換器内に含まれる２つの流体の流れは、積層板により形成される交互に重なる層を通る。積層板は、種々の要素を蝋付けすることにより一体構造として一緒に結合されるのが一般的である。例えば、そのような板タイプの熱交換器の例は、クールらの米国特許第5,931,219号、及びファーシュバッハらの米国特許第4,872,578号である。
従来から提案されている皿を組み込んだ熱交換器の特徴は、熱交換器積層を強くする為に、熱交換板は一般に一対の薄手端板間に挟まれていることである。端板の１つは、一般に熱交換板の積層内の最後の板のフランジ内に組み込まれており、最後の熱交換板の周辺フランジは端板の外面を越えて相当な距離に延びている。
そのような構成は、結局スペースの無駄である、即ち、端板の外面を越えて延びる最後の熱交換板上の周縁フランジの部分に取り囲まれる領域である。更に、延びたフランジのエッジは、鋭いエッジであり、熱交換器を扱う人への怪我を避けるために、熱交換器を扱うには注意を要する。
従って、皿を組み込んだタイプの熱交換器については不要なスペースを減らす必要がある。積層板の最後の熱交換板の露出した周縁フランジを小さくした板タイプの熱交換器も要望されている。
発明の要旨
本発明に於いて、上下を逆にした皿状の端板の構成が用いられて、流体の流路は、熱交換器の積層板の端板と最後の熱交換板との間に位置する、それによって積層内の不要なスペースを減らし、皿を組み込んだ熱交換器の最後の板のフランジが露出する範囲を小さくする。
本発明の一態様によれば、中央平坦部及びそこから突出した周縁フランジを有する第１の熱交換板、中央平坦部及びそこから突出した周縁フランジを有する端板を有することを特徴とする熱交換器が配備され、端板の周縁フランジは第１の熱交換板とは反対方向に突出して、第１の熱交換板の周縁フランジ内に密に組み込まれ、第１の熱交換板と端板の中央平坦部との間に位置する流路を具えている。
本発明の他の態様によれば、１枚の次に他の１枚が配列されて、組み込まれた熱交換板積層を形成する複数の皿状熱交換板を有する積層板タイプの熱交換器が配備され、各熱交換板は、平坦中央部及びそこから突出した周縁フランジを有し、熱交換器は夫々第１及び第２流体用に、熱交換板間に形成された複数の第１及び第２の流体流路を有する。
熱交換器は、夫々第１及び第２の流路に通じる積層内に形成された第１流体室及び第２流体室を有し、端板中央平坦部及び端板中央平坦部から突出した周縁フランジを有する端板を有し、端板の周縁フランジは、最後の熱交換板とは反対方向に突出し、板積層内の最後の熱交換板の周縁フランジ内に密に組み込まれる。平坦な補強板は、端板中央平坦部と最後の熱交換板との間の端板中央平坦部の内面に取り付けられ、第１及び第２の流体の１つに対して、平坦な補強板と熱交換板との間に位置する更なる流路を具える。
本発明の他の態様によれば、一緒に密に取り付けられて積層を形成する複数の熱交換板を有する積層板タイプの熱交換器が配備され、各熱交換板は平坦中央部及び流路用の入口及び出口通路を有し、複数の流路は平坦中央部間に形成され、幾つかの流路は、第１流体の経路であり、幾つかの流路は、第２流体の経路であって、第１及び第２の流体間で熱交換を容易にし、少なくとも積層内の最後の熱交換板は、平坦中央部から突出する周縁フランジを有する。熱交換器は、端板中央平坦部及び端板中央平坦部から突出した周縁フランジを有する端板を有し、端板の周縁フランジは、最後の熱交換板とは反対方向に突出し、最後の熱交換板の周縁フランジ内に密に位置して周縁フランジに取り付けられ、更に第１及び第２流体の１つに対する流路は、端板と最後の熱交換板の間に位置する。
〈好ましい実施例の詳細な記載〉
先ず図１に於いて、本発明に基づく積層板タイプの熱交換器の好ましい実施例の分解斜視図が、符号(10)で略示されている。熱交換器(10)は、端板(12)、補強板(14)、交互に組み込まれた複数の皿板(16)(18)、及び接続板(20)を有する。板(12)−(20)は、図１に於いて縦に配列されて示されているが、これは図示のためにそう描いているだけであって、熱交換器(10)は、所望の如何なる方向にも向けることができる。
好ましい一実施例に於いて、板(12)−(20)は、夫々真鍮で被覆したアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されるが、しかし、例えばステンレス鋼又は銅合金のような他の材料をもまた用いることができる。図２に示すように、皿状の熱交換板(16)(18)は、１枚の熱交換板が他の熱交換板の次に交互に積層されて、コアとなる熱交換器積層(24)を形成する。図３に示すように、夫々第１及び第２の流体に対する第１の流体流路(26)及び第２の流体流路(28)は、熱交換板(16)(18)の間でコア積層(24)を通って交互に形成される。最後の流体流路(30)は、補強板(14)と最後の皿状の熱交換板(16)(図では最上位の熱交換板(16))の間に形成される。図示された実施例では、オフセットした渦巻き列を有する攪拌板(22)は、流路(26)(28)(30)内に配置されて、流路を通る流体流れを増やすとともに、隣接する板を支持している。
図１、図４及び図５において、皿状の熱交換板(16)(18)の構成は、更に詳しく説明される。図４及び図５に示す熱交換板(18)は、矩形状の平坦中央部(32)を有し、該中央部は一体形成され周縁部で上に延びるフランジ(34)を有する。
フランジ(34)は、平坦中央部(32)に対して９０゜よりも稍大きな角度を形成する。第１及び第２流れ開口(36)(38)は、平坦中央部(32)を通り、何れか一方は第１の流体の通路入口として機能し、他方は第１の流体の通路出口として働く。図４に示すように、流れ開口(36)(38)は、平坦部(32)の対角線上の対向するエッジの近傍にて、互いに対角線上に位置するのが好ましい。しかし、流れ開口(36)(38)は、異なる位置に位置することもできる、 例えば、両開口は板の共通のエッジから同じ距離に位置することができる。熱交換板(18)は、また隆起した第１及び第２のボス(40)(42)を有し、それらは平坦中央部(32)と一体に形成される。各ボス(40)(42)は、環状支持部(46)で終わっている環状壁(44)を有する。第１のボス(40)の環状支持部(46)は、流路(50)に通じる開口(48)を形成し、流路はボス(40)の環状壁(44)によって形成される。同様に、第２のボス(42)の環状支持部(46)は、ボス(42)の環状壁(44)によって形成される流路に通じる開口(52)を形成する。
別の熱交換板(16)は、熱交換板(18)と略同一であり、図６に於いて、熱交換板(16)は平坦中央部(54)、第１及び第２流れ開口(58)(60)、第１及び第２のボス(62)(64)を夫々有し、各ボス(62)(64)は流れ開口(66)(68)を形成する。一体形成された周縁部のフランジ(70)は、平坦中央部(54)から延びる。
好ましい実施例に於いて、図４と図６を比較して明らかに読めるように、熱交換板(16)と(18)は、１つの例外を除いて同じであり、それはボス及び流れ開口の位置が、熱交換板(16)と(18)では逆であることである。特に、板(18)上の第１のボス(40)は、他の板(16)の第１の流れ開口(58)の位置に対応して配置されている。板(18)上の第２のボス(42)は、他の板(16)を貫通した第２の流れ開口(60)の位置に対応して配置されている。板(18)を貫通した第１の流れ開口(36)は、他の板(16)を貫通した第１のボス(62)の位置に対応して位置し、板(18)を貫通した第２の流れ開口(38)は、他の板(16)を貫通した第２のボス(64)の位置に対応して位置する。流れ開口(36)(38)(及び対応するボス)は対角線上に位置する必要はなく、例えば互いに板上の長手方向に位置してもよい。
図１、図７及び図８に於いて、端板(12)は、端板の平坦中央部(72)を有し、それは一体形成され周縁部で下に延びるフランジ(74)に囲まれる。補強板(14)は、略平坦な部材であり、端板の平坦中央部(72)のサイズと略近似したサイズを有して、フランジ(74)内に組み込まれている。以下に詳細に説明する理由から、誤り検査孔(76)が、端板の平坦中央部(72)を貫通して配備されているのが好ましい。
一実施例に於いて、板(12)(16)(18)の中央平坦部は、夫々同じ厚みの材料から形成され、補強板(14)は、最後の流路に対し必要な強度を付与するのに十分な、より薄い材質から形成される。
図１及び図２に於いて、コア積層(24)が接続板(20)上に設けられ、接続板は一般に板(12)(16)(18)の平坦部よりも薄い材料から作られる。接続板(20)は、コア積層(24)内の第１の熱交換板(図２では底板(18)である)の中央平坦部(32)に十分に対応している形状を有する。接続板(20)は、貫通している第１流体の第１及び第２のポート(78)(82)を有し、ポートの一方は熱交換器(10)用の第１流体の入口ポートとして働き、他方は熱交換器(10)用の第１流体の出口ポートとして働く。接続板(20)は、また第２流体の第１及び第２のポート(80)(84)を貫通させて形成し、ポートの一方は熱交換器(10)用の第２流体の入口ポートとして働き、他方は熱交換器(10)用の第２流体の出口ポートとして働く。接続板(20)は、１又は２以上の横に延びて貫通した開口を形成した接続部(86)を有し、熱交換器(10)は所定の位置に固定され、又は取り付けられる。
図に於いて、特に図１−図３に於いて、熱交換器(10)の構成要素の組立品をより詳細に示す。コア積層(24)は、皿形の熱交換板(16)(18)を交互に積層して構成される。図３に最も良く示されるように、各熱交換板(16)のフランジ(70)の外側低部は、隣接する一段低い熱交換板(18)のフランジ(34)の内側上部に受けられる。同様に各熱交換板(18)(積層(24)内の第１の熱交換板(18)を除く)は、そのフランジ(34)の低い外側部分を具え、該外側部分は、隣接する一段低い熱交換板(16)のフランジ(70)の内側上部に受けられる。そのようにして、各熱交換板(16)(18)のフランジは、夫々隣接する熱交換板(16)(18)を受け、支持する(積層(24)内の最高位及び最低位の熱交換板を除く)。ボス(40)(42)(62)(64)及び板間に位置する攪拌板(22)は、更に板を支持する。
第１流体の流路(26)は、熱交換板(16)の中央平坦部(54)の底面と、熱交換板(18)の中央平坦部(32)の上面との間に形成される。同様に、第２流体の流路(28)は、熱交換板(16)の中央平坦部(54)の上面と、熱交換板(18)の中央平坦部(32)の低面との間に形成される。図３に最も良く示されるように、組み立てられた熱交換器(10)に於いて、接続板(20)を通る第１流体の第１ポート(78)、板(18)を貫通する第１の流れ開口(36)、別の熱交換板(16)の第１ボス(62)を貫通する開口(68)は、全て互いに一直線上にあり、それによって図２に仮想線(88)で示す第１流体用の第１流体流れ室を形成し、該流れ室は、各第１流体の流路(26)に通じる。熱交換板(16)の各第１ボス(62)の平坦支持部(46)の環状壁(44)は、第２流体の流路(28)を第１流体の流れ室(88)から隔てる。
図３から最も良く理解されるように、各ボス(62)の環状壁(44)及び中央支持部(46)は、第１の流れ開口(36)の周縁周りにて、隣接する一段高い板(18)の中央平坦部の底面に密に係合するような大きさに形成される。ボス(40)(42)(64)は、夫々互いに同様に形成されて、熱交換積層(24)の他の３つの角部近傍にて、同様に働く。
第１流体の第２ポート(82)は、板(18)を貫通する第２流れ開口(38)及び他の板(16)の第２ボス(64)を貫通する開口(66)と一直線上にあって、第１流体の第２流れ室を形成し、該第２流れ室は第１流れの流路(26)に通じる。第１流体の流れ室(88)及び第１流体に対する第２流体の流れ室の一方は、入口室として機能し、他方は出口室として機能する。
第２流体の第１ポート(80)は、図２に概念的に仮想線(90)で示すように、熱交換板(18)の第１ボス(40)を貫通する開口(48)及び板(16)の開口(58)と一直線上にあって、第２流体の流れ室を形成し、該流れ室は第２流体の流路(28)に通じ、更に流路(30)に通じる。第２流体の第２ポート(84)は、板(18)のボス(42)を貫通する開口(52)及び板(16)の開口(60)と一直線上にあって、第２流体の更なる流れ室を形成し、該流れ室は流体流路(28)に通じ、更に流路(30)に通じる。流体流れ室(90)及び第２流体の更なる流体流れ室の一方は、入口室として機能し、他方は出口室として機能する。
端板(12)の周縁フランジ(74)は、積層(24)内の最後の熱交換板(16)のフランジ(70)よりも逆方向に突出している。熱交換板(12)は、フランジ(74)が最後の熱交換板のフランジ(70)の上部内に接近して受け入れられるように大きさが決められ、図３に示すように、フランジ(74)の外面は、フランジ(70)の内面と重なっている。溶接材料(92)は夫々フランジ(70)(74)の周縁周りに密着して取り付けられる。補強板(14)は、端板の中央平坦部(72)の内面に溶接され、板(16)の隆起ボス部、及び攪拌板(22)に溶接される。
上記の如く、最後の流体流路(30)は、補強板(14)及び積層(24)内の最後の熱交換板との間に形成される。図示した実施例にでは、最後の流体流路は、第２流体用の流体流路であるが、異なる構成では、第１流体用の流路として作用してもよい。ボス(62)の平坦支持部(46)は、補強板(14)に密に係合し、それによって第１流体の流れ室(88)は、最後の流体流路(30)に通じないことを確実にする。同様に、最後の熱交換板(16)の第２ボス(64)の平坦支持部もまた、補強板(14)に密に係合する。
補強板(14)及び端板(12)は、積層板(24)の先端に存在する圧力に抵抗するのに必要な結合力を付与する。同様に、接続板(20)は、積層(24)の底端を補強して、その端部に要求される強度を付与する。端板(14)と補強板(12)を結合して使用することにより、同じ厚みの１枚の板よりも、より大きな圧力に耐えることができる。なぜならば、フランジ(74)と(70)の重なったジョイントは、分離した板(12)(14)の代わりに単一の薄い１枚の板が使った場合にできるジョイントよりも強くなるからである。
図示された実施例では、フランジ(74)は平坦な中央端部(72)の内面から、補強板(14)の厚みに略等しい距離だけ突出する。そのような構成によって、最後の流体の流路(30)内の攪拌板(22)がフランジ(70)の内面部分に比較的接近して延びることができ、それによって流路(30)の周縁を形成する。
図１に於いて、端板(12)を貫通する誤り検査孔(76)が配備されていて、誤り検査が実行されて、熱交換器の組立中に補強板(14)が適切に熱交換器(10)内に配備されることを確実にする。一実施例に於いて、孔(76)は人がそれを通して見ることにより、補強板(14)が存在することを視覚的に確認できるように十分大きいことが好ましい。
同時に、孔(76)は端板(12)の全体構造又は強度に影響を与えることを避けるのに、十分小さいことが好ましい。視覚的に点検することに加えて、誤り検査孔(76)は、検査流体を最終段の流体室(30)へ圧力下で圧入するテストの際、補強板(14)が所定の位置に密に存在しているか否かの機能確認に用いることができる。検査流体が誤り検査孔(76)を通って漏れたならば、補強板の紛失、又は端板と補強板との間からの漏れのような問題となる状態が現れる。１つ以上の誤り検査孔が端板(12)を通って配備され得ることが判るだろう。
熱交換器(10)の用途の１つに於いて、第１流体がポート(78)を通って熱交換器(10)に入り、第１流体の流路(26)を通って流路に平行に流れ、その後、接続板(20)内のポート(82)を通って熱交換器の外に出る。第２流体は、流体ポート(80)を通って熱交換器に入り、各第２流体流路(28)及び最後の流体流路(30)を通って流路に平行に流れ、接続板(20)内の流体ポート(84)を通って熱交換器(10)から出る。そのようにして、熱が積層(24)の別の流路を通って流れる際に、２つの流体の間で熱が交換される。
本発明は、積層型皿板タイプの熱交換器を提供し、熱交換器にて積層内の最後の皿状熱交換板は、熱交換過程にて積極的に用いられ、それによって使用されないスペースを無くしている。端板と最後の皿状熱交換板との間の重なりジョイントは、圧力に抗する構成を提供する。積層内の最後の熱交換板のフランジの露出したエッジは、最も小さくなる。図示した例では、図３に示すように、端板(12)は、フランジ(70)の上縁と略同一面内にあり、それによって、突出したフランジによって負傷することを減らしている。
記載した実施例から複数の変形が可能であることが判るだろう。例えば、板は矩形に記載されているが、円形又は楕円形の板のような異なる形状の板が、本発明に適合して用いられる。他の流路は同じ高さに示されている。しかし、他の板が異なるフランジ高さで、他の流路が対応して異なる高さであることもできる。幾つかの構成に於いて、別個のカラーがボス(62)(64)(40)(42)に代えて、用いられる。流れ開口及びボスの位置は変えることができ、例えば、各板を貫通する流れ開口は対角線上に位置するよりもむしろ、互いに長手方向に位置し、又は並んで位置して、バリアによって分離し、流路は強制的にＵ字形に曲がるようにしてもよい。
攪拌板(22)は、熱交換器の端から端まで延び、又は流れ開口の前で止まってもよい。幾つかの実施例では、攪拌板(22)に代えて、板(16)(18)上に凹み又はリブを一体に形成することにより、流れの拡大及び支持構造とすることができる。幾つかの実施例に於いて、幾つか又は全ての流路から、攪拌(22)が完全に除去されてもよい。これまで、熱交換器は、２つの熱伝導流体を扱う点から述べてきたが、上記の原理に近似した原理を用いる上記の構造を単に内包し、又は拡げるだけで、２つ以上の流体に対応できる。幾つかの実施例に於いて、端板(12)は、加えられる如何なる圧力に耐えるのに十分厚く、または十分支持されている限り、補強板は必要でない。幾つかの実施例に於いて、補強板(14)には凹み、又はリブが設けられ、波状に渦巻いてもよい。
上記の熱交換器の実施例は、複数の皿タイプの板(16)(18)のコア積層に、上下を逆にした皿状の端板(12)を具えるが、幾つかの実施例に於いて、上下を逆にした皿状の端板(12)が１枚の皿状の板(16)又は(18)と組みあわされて、補強板(14)とともに、又は補強板(14)無しで用いられ、及び攪拌(22)とともに、又は攪拌(22)無しで用いられる(この場合、皿タイプの板(16)又は(18)は、貫通する開口を有する隆起したボスを有する必要はない)。例えば、小規模の熱交換器には、端板(12)と隣の１つの皿状の板(16)又は(18)との間に１つの閉じた流体流路を有する構成も用いられる。
前記の開示に照らして、当業者には明らかなように、発明の精神又は範囲から離れることなく、多くの変形及び修正が本発明の実施に際し、可能である。従って、発明の範囲は、以下の請求の範囲にて定義される内容に基づいて構成される。
本発明の好ましい実施例が、添付の関連した図面とともに、実施例として記載されており、同じ符号は同じ構成要素に用いられている。
本発明に従って作られた第１実施例の好ましい積層板タイプの熱交換器の分解斜視図である。 組み立てられた図１の熱交換器の側面図である。 組み立てられた図１の熱交換器の一部を拡大した正面図である。 図１の熱交換器に用いられる熱交換板の１つの平面図である。 図４の５−５線に沿う断面図である。 図１の熱交換器に用いられる別の熱交換板の平面図である。 図１の熱交換器の端板の平面図である。 図７の８−８線に沿う断面図である。

Claims (13)

  1. 中央平坦部及びそこから突出した周縁フランジを有する第１の熱交換板と、
    中央平坦部及びそこから突出した周縁フランジを有する端板を具え、
    端板の周縁フランジは、第１の熱交換板の周縁フランジとは反対方向に突出し、第１の熱交換板の周縁フランジ内に密に組み込まれ、
    第１の熱交換板の中央平坦部と端板の中央平坦部との間に流路が位置することを特徴とする熱交換器。
  2. 更に複数の熱交換板を具え、各熱交換板は中央平坦部及びそこから突出した周縁フランジを有して、１枚の板は他の板の次に配列されて、第１の熱交換板とともに、組み込まれた熱交換板積層を形成し、第１の熱交換板は積層の端に位置し、第１及び第２の流体用の複数の第１及び第２の流体流路が、夫々熱交換板間に形成され、
    積層内に形成された第１流体室及び第２流体室が、夫々第１及び第２流路に通じ、第１及び第２流体室の１つは、第１の熱交換板と端板の中央平坦部との間に位置する流路に通じる、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 平坦な補強板は、端板の内面に取り付けられる、請求項１又は２に記載の熱交換器。
  4. 補強板は、端板の中央平坦部の内面を略全て覆う、請求項３に記載の熱交換器。
  5. 端板の中央平坦部を貫通して誤り検査孔が設けられ、該誤り検査孔は、内側が補強板によって密に覆われるような位置にあり、誤り検査孔によって補強板が存在しているとの確認ができる、請求項３又は４の何れかに記載の熱交換器。
  6. 誤り検査孔は、補強板が存在していることを視覚的に確認するのに適切な大きさである、請求項５に記載の熱交換器。
  7. 誤り検査孔は、補強板がなければ、第１熱交換板と端板との間の流路から、検査流体が通過することができる適切な大きさである、請求項５に記載の熱交換器。
  8. 補強板は端板の中央平坦部よりも薄い、請求項３乃至７の何れかに記載の熱交換器。
  9. 端板の周縁フランジは、端板の中央平坦部の内面から突出し、突出距離は平坦な補強板の厚みに略等しい、請求項３乃至８の何れかに記載の取付けブラケット。
  10. 流路の少なくとも幾つかには、流れ増大手段が位置して、流路の流体流れを増大させる、請求項２に記載の熱交換器。
  11. 端板の周縁フランジの外面は、第１の熱交換板の周縁フランジの内面に重なり、該重なった面は一緒に密に結合されている、請求項１乃至１０の何れかに記載の熱交換器。
  12. 流体入口及び出口通路は、第１及びそれ以上の各熱交換板の平坦中央部の離れた部分を通って形成され、第１及びそれ以上の熱交換板は更に、離れた第１及び第２のボスを有し、両ボスは平坦中央部の面から第１の熱交換板の周縁フランジと同じ方向に延びて、各ボスは流れ開口を囲む平坦な支持面を有し、
    第１及びそれ以上の熱交換板は、各熱交換板の第１ボスを通る流れ開口が、隣接する熱交換板の入口通路と一直線上に位置するように配列され、第１のボスの平坦な支持面は、入口通路の周りで隣の熱交換板に密に係合し、
    各熱交換板の第２のボスを通る流れ開口は、隣接する熱交換板の出口通路と一直線上に位置し、第２のボスの平坦な支持面は、出口通路の周りで隣の熱交換板に密に係合し、
    一直線上の流れ開口と通路は、第１流体が出入りする第１入口及び第１出口流れ室を夫々具え、第１流体用の流路を具え、第２流体が出入りする第２入口及び第２出口流れ室を夫々具え、第２流体用の流路を具え、第１流体と第２流体の流路は、積層に亘って交互に並んだ、請求項２に記載の熱交換器。
  13. 更に、積層の端板の熱交換板に接続されて、熱交換器を支持面に取り付けるための基板を有し、基板は、そこを通って夫々第１入口及び第１出口流れ室及び第２入口及び第２出口流れ室に通じる第１流体入口及び出口及び通路、及び第２流体入口及び出口通路を有する、請求項１２に記載の積層板熱交換器。
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