JP2008511811A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

プレート式熱交換器が二つの流体用の独立した流路を備えていて、前記流路は、等しい質量流量において異なる圧力損失を有しており、凹部パターンを備えた二つのプレート（４，５）の積層した対により経済的にデザインされていて、対（４，５）における少なくとも一方のプレート（４）は少なくとも二つの異なる凹部深さ（Ｄ₁，Ｄ₂）を備えており、小さい方の凹部（Ｄ₂）は大きい方の凹部（Ｄ₁）の少なくとも４０％である。

Description

本発明は、熱交換をするために、一次流体用と二次流体用との少なくとも二つの独立した流路を備えているプレート式熱交換器に関するものであって、前記二つの流路は、矢箸模様のリッジと凹部とを備えた永久的に相互接続された熱交換プレートにより画成されていて、前記二つの流体の等しい質量流量に対して異なる圧力損失を提供するようになっている。

前述のタイプの多くの熱交換器が高温水により生水を加熱するために使用され、さらに住居の暖防に使用されている。加熱水の入口温度は例えば７５℃であって、出口温度は約６０℃であってもよい。生水の入口温度は約１０℃で出口温度は５５℃であってもよい。このことは、加熱水の質量流量は生水の質量流量の２．５倍であることを表わしている。従って、加熱水用の流路断面を生水のそれよりも広くすることが経済的である。例えば、最下部は変更せずに矢筈模様の最上部を平面にする（従って、より広くする）ことにより、このことが達成される。

熱交換器を”対称”に作ることは改善ではあるが、さらに熱交換器の効率を向上すること、すなわちプレート式熱交換器の重量を増加することなく熱交換流体間の熱交換を増大することが目的となっている。

特許文献１は、等しい質量流量の場合流路における圧力損失が異なるプレート式熱交換器を開示している。

このことはピッチ、すなわち矢筈模様における隣接しているリッジの接触間の距離を増加させることにより行なわれている。この公知な装置は水と冷却流体との間の熱交換に利用されていて、水は小さな圧力損失の流路を流れるようになっている。水チャンネルを形成しているプレートの一部分に小さな凹部を作ることにより、水の泳結がプレート式熱交換器を損傷しないようにすることができる。しかしながら、プレート同士の接触部分が比較的大きなものとなり、流体間の熱交換を低減している。水の流れをガイドしているチャンネルにおける小さな凹部は冷却流体用の流路において非常に小さな流路チャンネルをもたらしている。隣接するプレート間の接触部分はプレート式熱交換器の弾性を増加するために周りに相互接続されているけれども、熱交換器の機械的強度を弱いものにし熱交換器を高圧力流体に対しては不適切なものとなっている。

特許文献２は、等しい質量流量において二つの熱交換流体の圧力損失が異なる熱交換器を開示している。前記開示の図５における実施形態において、矢筈模様を形成している流路がチャンネルを有していて、そのチャンネルはより大きな断面のチャンネルにおいて二つの小さな第二凹部を備えたより大きな断面流路部分を有している。本特許文献において、比較的大きな全体圧力損失を有している流路が、非常に異なる圧力損失をもたらす部分から構成されている。このことは、熱交換用の熱交換器において材料を不経済に使用していることになる。さらに、第二凹部の数の増加に伴なってピッチが増加するので、熱交換器の機械的強度が低下する。というのは、プレートが剛に接続される接触点の数が少なくなるからである。
特開平１１−１７３７７１号公報 特開平１１−２８１２８３号公報

本発明の目的は、”非対称的”なプレート式熱交換器を提供することであって、そのプレート式熱交換器において、プレートの材料はより経済的に利用され、従って熱交換器としての強い機械的強度を保ちつつ、熱効率が改善されている。

この目的は本発明のプレート式熱交換器により達成されていて、プレート式熱交換器において：
少なくとも一部分がより小さな圧力損失を有している前記流路を画成している少なくともある対のプレートにおける凹部においては、前記熱交換プレートの前記矢筈模様のリッジの最上部により画成された平面から測点した二つの異なる凹部深さが交互になっていて、小さい凹部深さは、前記矢筈模様の二つの最上部間に設置されていて、そして大きい凹部深さの４０％であり、従って、大きな圧力損失を有している流路チャンネルを画成するために、隣接するプレートの最上部に係合している前記リッジの最上部が、ほぼ交差線により画成された点に沿ってお互いに接触している。

添付図面を用いて本発明を詳述する。

図１は、広く使用されている公知なプレート式熱交換器のプレート１の平面図であって、リッジ２と凹部３との矢筈模様（ｈｅｒｒｉｎｇ ｂｏｎｅ ｐａｔｔｅｒｎ）を備えている。熱交換器において、このタイプのプレートは、お互いのプレートが平面において反転された後に積層されている。図２はリッジ及び凹部がお互いにどのように交差しているかを図示している。

図３は図１における矢視Ａ−Ａから見た断面図であって、ピッチＰと凹部深さＤとを図示していて、両者ともプレート式熱交換器を特性づける値として重要なものである。

図４は図２における矢視Ｂ−Ｂから見た断面図であって、図１−３における熱交換器の四枚のプレートが断面されている。プレートにより区切られた二つの熱交換流体が、異なるハッチングで図示されている。二つの流路は、等しい質量流量において圧力損失が等しいことが理解されるだろう。

ピッチＰを増加しリッジの最上部２を平坦にすることにより、一方の熱交換流体の流路は他方の流路より広い断面となる。

しかしながら、図５に図示するように、熱交換プレート間の接触部分は著しく増大する。この接触部分は二つの熱交換流体間の熱交換に利用することはできない。

図６は、特許文献１により従来のプレート式熱交換器を図示していて、”非対称”なプレート式熱交換器であって、より広い流路を区切っている一対のプレートが、深さＤ₂の凹部を備えていて、深さＤ₂は矢筈模様のリッジの最上部の深さＤ₁より小さい。これは、凍結による損傷に対してプレート式熱交換器の抵抗力をより強化するために行なわれている。プレート間の平面の接触部分で熱交換に利用できないものが本実施形態にも存在している。

”非対称”なプレート式熱交換器の別の製造方法が特許文献２に開示されている。熱交換器のプレート間の接触部分は、平面の接触部分が小さな凹部を含んでいる部分により置きかえられている。このことが図７に図示されていて、より大きな圧力損失の流路が広い断面のチャンネルを形成していて、小さな断面の少なくとも二倍である。このデザインは挾いチャンネルにおける熱交換に対して不利なものとなっている。というのは広い断面の流路チャンネルに比較して流量が著しく少ないからである。

図８は、図４−７に図示する断面に対応する断面であって、本発明による二枚の熱交換プレートを図示している。第一凹部深さ、すなわちリッジ最上部により画定された平面とリッジの最下部により画定された平面との間の距離がＤ₁として図示されている。第二凹部深さは、矢筈模様のリッジの最上部の平面と副次的な凹部の最下部の平面との間の距離として規定され、Ｄ₂として図示されている。矢筈模様のピッチはＰとして図示されている。

図８に図示する二枚のプレート４及び５の矢筈模様は、お互いにミラーイメージであって、二つのプレスがプレートをプレスするために使用されている。さらに、積層されたプレートお互い同士が、平面内において隣接したプレートに対して１８０°回転されていて、交差した矢筈模様を形成するようになっている。図９は、図８に図示するタイプの四枚のプレート４，５，６及び７の断面であって、図４−７に図示する断面Ｃ−Ｃに対応するものである。熱交換する流れ用に形成された三つのチャンネルが二つの異なるハッチングで図示されている。図９からわかるように、プレート５及び６で区切られた流れの抵抗はプレート４及び５で、又は６及び７で区切られた流れの抵抗より大きい。しかしながら、プレート間の接触部分は最小に保たれているけれど、プレートがはんだ付けにより相互接続されている接触の数は相当なものであって、熱交換器に対して機械的な強度を提供している。図９における符号８で付番された断面を通過する流体の多量な質量流量を維持することが重要である。領域８を通過する質量流量はほぼ断面積に比例していて、主に凹部の深さＤ₂に依存している。小さな凹部の深さＤ₂（例えば図７に図示する）は、断面積８を小さくしていて、流体の通過を遮断するかもしれない。小さな第２凹部深さは、図５に図示する矢筈模様のリッジ間の大きな接触部分とほぼ同様の効果を有している。

第二凹部深さＤ₂は凹部深さＤ₁の少なくとも４０％、好ましくは５０％にすべきことが判明した。

図１０は、図９に対応する断面であるけれども、一対のプレート４及び５の一方のプレート４だけが異なる二つの凹部深さになっている。一対のプレート４及び５の他方のプレート５は、一つの凹部深さだけを有している従来の形状のものである。図１０における二枚のプレート４及び５は、お互いにミラーイメージのパターンを有しておらず、交差した接触するリッジを得るためにプレートの反転を必要としないようにデザインすることができる。

図１１における実施形態において、プレート５の第二凹部深さＤ₂はプレート６の第二凹部深さＤ₃より大きい。

図１２における実施形態において、プレート４が異なる二つの第二凹部深さを有している。凹部深さＤ₂はプレートの一部分に使用されていて、凹部深さＤ₄がプレートの他の部分に使用されている。

本発明による熱交換器は前述したもの以外のプレートの対の組合せであってもよい。例えば、ある対は図４に図示した公知の形状であって、同等の質量流量に対して、熱交換媒体用の流路チャンネルにおいて同等の圧力損失を提供するものであってもよい。

図１は、公知の一つのタイプのプレート式熱交換器のプレートの平面図である。 図２は、図１における一方が反転された後にお互いに位置決めされた二枚のプレートの交差しているパターンを概略的に図示している。 図３は、図１における矢視Ａ−Ａから見た断面図である。 図４は、図２における矢視Ｂ−Ｂから見た断面図であって、図１におけるプレート四枚を積層したものである。 図５は、図４と同様な図であるけれども、公知な”対称”なプレート式熱交換器のものである。 図６は、図４及び５と同様な図であるけれども、特許文献１によるプレート式熱交換器のものである。 図７は、図６と同様な図であるけれども、特許文献２によるプレート式熱交換器のものである。 図８は、図４−７と同様な図であるけれど、本発明によるプレート式熱交換器の隣接した二枚のプレートが離間して図示されている。 図９は、本発明によるプレート式熱交換器の四枚のプレートの断面図である。 図１０は、本発明の別の実施形態を図示している。 図１１は、本発明の別の実施形態を図示している。 図１２は、本発明の別の実施形態を図示している。

Claims (5)

1. 熱交換をするために、一次流体用と二次流体用との少なくとも二つの独立した流路を備えているプレート式熱交換器であって、前記二つの流路は、矢筈模様のリッジと凹部（２，３）とを備えた永久的に相互接続された熱交換プレート（４〜７）により画成されていて、前記二つの流体の等しい質量流量に対して異なる圧力損失を提供するようになっている、プレート式熱交換器において：
   少なくとも一部分がより小さな圧力損失を有している前記流路を画成している少なくともある対のプレートにおける凹部においては、前記熱交換プレートの前記矢筈模様のリッジの最上部により画成された平面から測点した二つの異なる凹部深さ（Ｄ，Ｄ₂）が交互になっていて、小さい凹部深さＤ₂は、前記矢筈模様の二つの最上部間に設置されていて、そして大きい凹部深さＤ₁の４０％であり、従って、大きな圧力損失を有している流路チャンネルを画成するために、隣接するプレートの最上部に係合している前記リッジの最上部が、ほぼ交差線により画成された点に沿ってお互いに接触していることを特徴とする、プレート式熱交換器。
2. 前記小さな凹部深さ（Ｄ₂）は、前記大きな凹部深さ（Ｄ₁）の約５０％であることを特徴とする、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 一対のプレートを備えていて、前記一対のプレートの凹部深さを有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。
4. 一対のプレートを備えていて、前記プレートの二つが異なる第二凹部深さを有していることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
5. 一対のプレートを備えていて、前記プレートの一つが二つの異なる第二凹部深さを有していることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。

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