JP2006528559A - プレート式熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

ロウ付けされた、ダブルウォールプレート式熱交換機の製造において、当該ダブルウォール（５、６）が、熱交換器の通路孔の周辺を互いに接合され、シールされた領域（５a、５b）を備えるようにする。この課題は前記領域（５a、５b）が互いに重ならない領域を有する形状とすることにより解決される。ロウ付けは、ロウ材が毛細管現象によって別のプレート領域から吸引されるように設定する。

Description

本発明は各伝熱プレートがダブルウォール（二重壁）からなるプレート式熱交換器の製造方法に関する。一のプレートからの漏れが、この一の流体が熱交換するもう一方の、食用に供されるかもしれない流体の流路へ侵入することを防ぐため、多くの場合ダブルウォールプレートからなるプレート式熱交換器の使用が法規で規定されている。ダブルウォール伝熱プレートの２つの壁の一方に漏れがある場合には、２つの壁の間に漏れた流体をダブルウォール伝熱プレートの外周へドレーン抜きすることによって検出することができる。

コンパクトなプレート式熱交換器のほとんどにおいて、熱交換流体を分離する多数の重積プレートはステンレススチール製で、銅やニッケルをロウ材としてロウ付けにより連結されている。ロウ付けは普通、全プレートがシールされかつ他のプレートと接合されるように、プレートの片面上にロウ材の薄いシートを供給することによって行われる。前記プレートは次に真空加熱炉の中で重積され、ロウ付けに十分な温度まで加熱される。

ダブルウォールプレートを使ったタイプのプレート式熱交換器が添付図１および図２に表わされており、先行技術特許明細書の例として特許文献１がある。

WO 011 165 44 A1

ロウ付けの、ダブルウォールの、コンパクトなプレート式熱交換器の製造において現在の課題は、プレートの通路孔の周りに信頼できるシール性を与え、流体が通路孔を通って熱交換流体の一またはそれ以上の他の流路に侵入したりダブルウォール間の小間隙へ侵入することを防止することにある。ロウ材の従来の使用では、ダブルウォールの２壁間の、漏れが熱交換器の外周へドレーン排出するための間隙につながっていない通路へ向かうことを可能にしてしまうような場所―それゆえ漏れが検出できない場所―に意図せぬロウ付け接合を生じてしまうことがあった。

本発明の目的はロウ付けのダブルウォール熱交換器の製造方法について、ロウ材が伝熱プレートのどれかの２壁間の間隙に侵入して、漏れ流体が２つの壁の一の壁を通って２壁間の外部ドレーン排出する間隙へ入っていくことを妨げてしまうことを防止する製造方法を提供するものである。

上述の課題は、２以上の分離した流体が前記プレート間で熱交換を行うように、複数の重積プレートを備え、前記プレートが、一の流体が前記プレートの一の壁を通って他方の流体の流路に侵入することを防止するためのダブルウォール設計であって、前記各プレートの２つの壁が通路孔の円周部周りをシール接合されたものであることを特徴とする方法であって、熱交換器の各ダブルウォールプレートがロウ付け作業に先立って他方のダブルウォールプレートに係合する面上にロウ材を供給され、一のダブルウォールプレートを形成する相互に接触する壁面の通路孔の円周部の周りが互いに部分的にしか重ならないように設計されていることを特徴とする方法によって解決される。

２回路のプレート式熱交換器の基本設計を図１に示す。この熱交換器は２枚のエンドプレート１と２、２枚のフローガイドプレート３と４、そして４枚の伝熱プレート５，６，７，８からなる。プレート３から８にはヘリボーン（herring bone）パターンを形成する隆起とくぼみのあるプレス模様が与えられている。熱交換器の２回路を説明するために、プレート１から８は図１の分解図では分離して表わされている。エンドプレート１には加熱流体の入口開口９と出口開口１０が取り付けられ、同様に被加熱流体の入口開口１１と出口開口１２が取り付けられている。

加熱流体は通路孔を介してエンドプレート１とフローガイドプレート３を通過する。通路孔は分解図のためチューブのように描かれている。この加熱流体の一部はプレート３と５の間を上向きに流れ、その後エンドプレート１の出口開口１０へ流れる。加熱流体の残りはプレート６と７の間の間隙かプレート８と４の間隙を通過し、その後出口開口１０へ流れる。被加熱流体の流れは同様に入口開口１１を通り、プレート５と６の間の間隙を通過するか、プレート７と８の間隙を通過して、その後出口開口１２へ流れる。プレート５から８を介して２流体間で熱交換がなされる。

前述したように、２流体の一が食用の場合にしばしば法規で伝熱プレート５から８にダブルウォール（図１には表わしていない。）を使用することが要求される。

図２は図１の矢視Ａ−Ａで示された断面図である。図２は加熱流体の入口開口９と被加熱流体の出口開口１２を表わし、２流体を案内するプレート３から８がどのようにして相互に接触して同一サイズ同一形状のプレートの重積を形成するかを表わし、また、重積する各プレートは隣接するプレートと１８０度回転した関係にあることを表わしている。プレート５から８のダブルウォールは太線で表わされている。

図３―これは図２の矢視Ｂ−Ｂ方向から見た拡大平面図で、本発明からなる伝熱プレートの重積の一の通路孔を囲む部分図であるが―符号１３はプレート５の通路孔の円周部を表わし、プレート３と５の間の間隙とプレート６と７の間の間隙を連結している。プレート５と６は通路孔の円周部１３周りのリング状の接触部に沿ってシールされ、ロウ付けされることが望ましい。

図４と図５はそれぞれ図３の矢視Ｂ１−Ｂ１方向と矢視Ｂ２−Ｂ２方向から見た断面図で、プレート５は、壁５aの４つの切り欠き１４を付けた領域と壁５bの４つの切り欠き１５を付けた領域を除いて、相互に接触する２つの壁５aと５bとから構成されている。

図４と図５に示すように、プレート５から８の下側にはロウ材―例えば銅又はニッケル―の薄い箔―太線で表わされている―が供給されている。ここで伝熱プレートを構成する２つの壁―例えば５aと５b―の接触面間にはロウ材の箔は供給されていないことに注意すべきである。図４と図５はプレート５から８の重積が真空加熱炉でロウ付けのために加熱される前を表わしている。

図６と図７は図４と図５に対応し、ロウ材が通常の真空加熱炉での処理後どのように位置を変えるかを表わしている。ロウ材は隣接するプレートに接触する部分を除いて伝熱プレートの下側からほとんど無くなっている。しかし、２面間の非接触表面領域から狭い間隙へと続く部分に毛細管現象による吸引が起こるため、ロウ材が侵入して２つの壁５aと５bの間にシールを与え、ダブルウォール伝熱プレートを形成する。この非接触表面領域には切り欠き１４と１５が設けられている。シールを与えるロウ材は図６と図７でも太線で示されている。切り欠き１４と１５の数は経験的に定められる。切り欠き間の円周上の距離は５mm以下が望ましい。

必要ならばロウ材の小さいリング状の箔をダブルウォールプレートの表面間で通路孔周りの接触する部分に置いてもよい。しかし、ダブルウォールが熱交換機能を持つ領域までロウ材が侵入するほど置いてはいけない。多くの場合、ロウ材の箔のこのような使用は必要ない。

図８は図３に対応する図２の矢視Ｂ−Ｂで示された伝熱プレートの１部分の平面図であるが、毛細管現象による吸引を与える別の案を表わしている。

図９と図１０はそれぞれ図８の矢視Ｃ１−Ｃ１と矢視Ｃ２―Ｃ２によって示される断面図である。２表面間の狭い隙間へと続く非接触領域には４つの穴１６が壁５aに、４つの穴１７が壁５bに設けられている。

図１１と図１２はプレート式熱交換器の製作においてプレートの重積を接合する伝統的な方法によって、ロウ材が真空加熱炉内で溶けた後どのように毛細管現象による吸引によって各伝熱プレートの２つの壁の間に侵入するかを示す。ロウ材を太線で表わす。

ロウ材の毛細管現象による吸引によってシールを与える別の例を図１３から図１５に示す。ここでは壁５aの通路孔の円周部１８と壁５bの通路孔の円周部１９とがどのように相対的にずらして配置され、毛細管現象による吸引を生じる非接触領域を形成しているかを表わす。図１４と図１５はともに図１３の矢視Ｄ−Ｄによって示された断面であり、それぞれロウ付けの加熱の前と後を表わしている。

さらに別の例を図１６から図２０に示す。伝熱プレート５を形成する２つの壁５aと壁５bの通路孔の円周部２０、２１は楕円形で、壁の互いに接触する領域に近接する非接触領域ができるように配置されている。図１７と図１９は図１６の矢視Ｅ１−Ｅ１によって示される断面に沿って、ロウ付け加熱炉の中でのそれぞれ加熱前と加熱後のロウ材の配置状態を表わす。図１８と図２０はこれに対応する図１６の矢視Ｅ２−Ｅ２によって示される断面に関する図面である。

伝熱プレートがダブルウォールで、熱交換器の部品すべてがロウ付けで連結されている既知の設計のプレート式熱交換器の分解図の斜視図。 図１のタイプの熱交換器で、図１の矢視Ａ−Ａ方向の拡大断面図。 図２の矢視Ｂ−Ｂ方向の拡大平面図で、本発明により製造された熱交換器の伝熱プレートの重積の部分図であって、通路孔を囲む部分の図。 図３の矢視Ｂ１−Ｂ１方向の拡大垂直断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図３の矢視Ｂ２−Ｂ２方向の拡大垂直断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図４に対応する図で、ロウ付け後の図。 図５に対応する図で、ロウ付け後の図。 図３の熱交換器の代案。 図８の矢視Ｃ１−Ｃ１方向の垂直断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図８の矢視Ｃ２−Ｃ２方向の垂直断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図９に対応する図で、ロウ付け後の図。 図１０に対応する図で、ロウ付け後の図。 図３の熱交換器の代案の他の実施例。 図１３の矢視Ｄ−Ｄ方向の断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図１３の矢視Ｄ−Ｄ方向の断面図でロウ付けの加熱の後の図。 図３の熱交換器の代案の更なる実施例。 図１６の矢視Ｅ１−Ｅ１方向の断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図１６の矢視Ｅ２−Ｅ２方向の断面図でロウ付けの加熱の前の図。 図１６の矢視Ｅ１−Ｅ１方向の断面図でロウ付けの加熱の後の図。 図１６の矢視Ｅ２−Ｅ２方向の断面図でロウ付けの加熱の後の図。

符号の説明

１ エンドプレート
２ エンドプレート
３、４ フローガイドプレート
５a プレートの壁
５b プレートの壁
５、６、７、８ 伝熱プレート
９ 加熱流体入口
１０ 加熱流体出口
１１ 被加熱流体入口
１２ 被加熱流体出口
１３ 通路孔の円周部
１４、１５ 切り欠き
１６、１７ 壁板の穴
１８、１９、２０、２１ 通路孔の円周部

Claims (6)

1. ２以上の分離した流体がプレート間で熱交換を行うように、複数の重積プレート（５から８）を備え、
   前記プレート（５から８）が、一の流体がプレート（５から８）の一の壁を通って他方の流体の流路に侵入することを防止するためのダブルウォール（二重壁）設計であって、
   前記各プレートのダブルウォールがプレート（５から８）の通路孔の円周部周りをシールするように接合されたものであって、
   熱交換器の各ダブルウォールプレート（５から８）がロウ付け作業に先立って他のダブルウォールプレート（５から８）に係合する面上にロウ材を供給され、
   １枚のダブルウォールプレートを構成する２枚のプレートの相互に接触する壁面の、通路孔の円周部（図３と図８の符号１３；図１３の符号１８，１９；図１６の符号２０，２１）の周りの領域が、互いに部分的にしか重ならないように設計されていることを特徴とする、
   プレート式熱交換器の製造方法。
2. プレート式熱交換器の一のプレート（５）の互いに係合する壁（５a,５b）における通路孔の円周部（図３から図７の符号１３）が同一直径で、相対的に位置をずらした切り欠き（１４，１５）を有することを特徴とする請求項１の方法。
3. 伝熱プレート1枚（５）の２つの壁（５a,５b）の通路孔の円周部（図８から図１２の符号１３）の周りの領域に複数の穴（１６，１７）を有し、1つの壁（５a）の前記穴（１６）と他方の壁（５b）の前記穴（１７）とが角度をずらして配置されていることを特徴とする請求項１の方法。
4. 伝熱プレート1枚の２つの壁（５a,５b）の通路孔が相対的にずらして設けられ、通路孔開口（図１３から図１５）周りの接触面領域に隣接して非接触領域を残したことを特徴とする請求項１の方法。
5. 一の伝熱プレートの一の通路孔を形成する1対の壁の２つの穴が楕円形で角度をずらして設置されている（図１６から図２０）ことを特徴とする請求項１の方法。
6. 以上の請求項のいずれかの方法で作られたプレート式熱交換器。

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