JP2012505366A - プレート熱交換器 - Google Patents

Abstract

本発明は、入口と出口のポートを備えている複数の熱交換器プレートのパッケージであって、少なくとも１つの熱交換流体用であってパッケージを貫通している流路がそれらのポートによって構成されているパッケージと、熱交換器プレートのプレートパッケージが間に配置されている２つの端部プレートとを有し、端部プレートの少なくとも一方に、流路の１つに通じている少なくとも１つの貫通孔が設けられており、接続パイプが、少なくとも一方の端部プレートの貫通孔内に配置されており、接続パイプは、少なくとも１つの熱交換流体を輸送するパイプ系統に通じており、接続パイプは、貫通孔を通して延びており、取り外し可能に、半径方向と長さ方向とに固定可能に少なくとも一方の端部プレートに締結されている、プレート熱交換器に関する。

Description

本発明は概ね、様々な目的で異なる温度の２つの流体同士の間の熱伝導を可能にするプレート熱交換器に関する。本発明は、特に端部プレートを有しており、端部プレートへ強固に接続するための改善されている手段を備えているプレート熱交換器に関する。

プレート熱交換器には、プレート熱交換器へそしてプレート熱交換器から、プレート熱交換器で処理される流体を通し輸送するために、パイプとパイプ系統とが備わっている、つまりプレート熱交換器はパイプとパイプ系統とに接続されている。プレート熱交換器には、パイプつまりパイプ系統をプレート熱交換器に接続する接続機構が備わっている。接続機構は、プレート熱交換器の一方の端部プレートから延びている１つのパイプとして構成されていることが多く、延びている部分には、パイプつまりパイプ系統の対応するねじ山が設けられている部分と相互作用するねじ山が設けられている部分が備わっている。１つのパイプは、１つのパイプを端部プレートに溶接したり、端部プレートと１つのパイプとを一工程で成形したりすることによって、端部プレートと一体の部分とすることが可能であるが、より低コストおよびより高い柔軟性のために、１つのパイプつまり接続パイプを端部プレート上の独立している部分として有することがより一般的である。１つのパイプつまり接続パイプに対する不可欠の要件のいくつかは、漏れを防止するように熱交換器プレートに対して良好な密封を実現しなければならないこと、さらに、接続パイプが熱交換器プレートに対して外部の力によって押し付けられて、熱交換器プレートまたは熱交換器プレートと接続パイプとの間のガスケットや密封を潜在的に損傷するのを防止するように軸線方向の固定を実現しなければならないことである。好ましくは、パイプつまりパイプ系統を接続パイプに取り付ける、つまり相互接続するのを促進するように、回転の固定部分であることが好ましい。

従来技術において、接続パイプに対する多数の解決策が示されている。従来技術の特許文献１において、プレート熱交換器が開示されており、接続パイプは関連している端部プレートの外側表面から各接続ポートに直接ねじ込まれている。他の解決策が特許文献２に開示されており、プレート熱交換器は接続ポートにねじ込まれているライニングと端部プレートに接触している接続スリーブとを有していると記述されている。他の解決策においては、端部プレートに固定されているボルトによって接続部分が端部プレートに取り付けられ、ナット機構が接続部分を端部プレートに保持している。端部プレートの内側から挿入され端部プレートの接続ポートつまり出口を通して延びており、熱交換器プレートまたはプレートパッケージが２つの端部プレート同士の間で押し付けられたときに、熱交換器プレートからの圧力によって定位置に維持されているフランジを備えている接続パイプを有することも知られている。この解決策は、接続パイプを端部プレートにしっかりと固定するために、ブッシュつまりスリーブによって補助することができる。

イギリス特許出願公開明細書第１ ００９ １７８号 ヨーロッパ特許登録明細書第０ ２７７ １７１号

これらの従来技術の解決策は、１つまたは２つの要件を実現するだけなので、良好に動作する接続パイプについての前述の要件を実現することができない。

顧客のさらなる要件のために、接続パイプの大きさと、それにより接続ポートつまり出口の大きさも、顧客の様々な要件ごとに扱うために、さまざまな大きさで供給される。全ての様々な要件に対応するように、数個の異なる端部プレートと接続パイプとを有することは高価になる。全ての要件を網羅する一般的な解決策が有利であろう。

本発明の目的は、接続パイプが熱交換器プレートを損傷することのないプレート熱交換器用の新規の構成を提供することである。

この目的は、入口と出口のポートを備えている熱交換器プレートのパッケージであって、この２つのポートが少なくとも１つの熱交換流体用であって、パッケージを貫通している流路を構成しているパッケージと、熱交換器プレートのプレートパッケージが間に配置されている２つの端部プレートとを有し、２つの端部プレートの少なくとも一方に、流路の１つに通じている少なくとも１つの貫通孔が設けられており、接続パイプが少なくとも一方の端部プレートの貫通孔内に配置されており、接続パイプは少なくとも１つの熱交換流体を輸送するパイプ系統に通じており、接続パイプは貫通孔を通して延びており、取り外し可能に、半径方向と長さ方向とに固定可能に少なくとも一方の端部プレートに締結されているプレート熱交換器の構成によって達成される。

本発明のさらなる態様によれば、接続パイプには、熱交換器プレートに向いており、端部プレートの表面に接触している端部内にフランジが設けられており、端部プレートの表面（１４ａ）は熱交換器プレートの方を向いている。

本発明の他の態様によれば、接着手段が端部プレートの表面と接続パイプのフランジとの間に設けられており、接着手段は両面テープ、のりなどである。

本発明のさらに他の態様によれば、フランジには端部プレートに向けられているフランジの表面から延びているその外側周辺部にリップが設けられており、端部プレートには、フランジのリップと相互作用をする対応している凹部が設けられている。

本発明のさらに他の態様によれば、接続パイプは端部プレートから延びており、パイプ系統のパイプに接続されているおねじを有しており、パイプにはめねじが設けられている。接続パイプのおねじは、接続パイプの実質的に全長にわたって延びている。パイプは端部プレートの外側表面に接触している。

本発明の他の態様によれば、接続パイプのおねじと係合するめねじを有しているブッシュが設けられており、ブッシュは端部プレートの外側表面に接触している。ブッシュにはパイプのめねじに係合するおねじを有している遷移片の役割があって、パイプのめねじは接続パイプのおねじよりも大きい。

本発明のさらなる態様は、従属請求項と説明とから明かである。

さらなる目的、特徴、および利点は、図面を参照した本発明の数個の実施形態の以下の詳細な説明から明らかになろう。

本発明のプレート熱交換器の透視図である。 本発明のプレート熱交換器の透視図である。 本発明の図２のプレート熱交換器の詳細な部分図Ａである。 本発明の接続パイプの透視図である。 本発明のプレート熱交換器の上部の部分側面図である。 本発明の図５のプレート熱交換器の詳細な部分図Ｂである。 接続パイプに取り付けられているパイプを有している本発明のプレート熱交換器の上部の部分側面図である。 本発明の接続パイプの代替の実施形態の透視図である。 本発明のブッシュの透視図である。 本発明の接続パイプと端部プレートの部分透視図である。

熱交換器は固体物によって分離されている２つの流体同士の間の熱の伝導に使用される。数種類の熱交換器が存在し得るが、最も一般的なものは、らせん状熱交換器、筒状熱交換器、およびプレート熱交換器である。プレート熱交換器は、一式の熱交換器プレート同士の間に構成されている交互に流路内を流れている高温流体と低温流体との間の熱を伝導するために使用される。前述のように定められている熱交換器プレートの構成は、熱交換器プレートに比べて相対的に厚い端部プレート同士の間で囲まれている。各端部プレートの内側表面は熱交換器プレートに面している。

図１〜２は媒体の処理のためのプレート熱交換器１を開示している。プレート熱交換器１は、プレートパッケージ３を構成するように互いに平行にそして連続して設けられている、多数の圧縮成形された熱交換器プレート２を有している。プレートパッケージ３は、フレームプレートとも呼ばれる第１の端部プレート６と、圧力プレートとも呼ばれる第２の端部プレート７との間に設けられている。熱交換器プレート２同士の間に、第１のプレートの空間と第２のプレートの空間とが形成されている。

第１のプレートの空間と第２のプレートの空間とは、各第１のプレートの空間が２つの第２のプレートの空間によって実質的に囲まれ、各第２のプレートの空間が２つの第１のプレート空間によって実質的に囲まれるように、プレートパッケージ３内で交互の順番に設けられている。プレートパッケージ３内の様々な部分は、各プレートの空間内のガスケットを使用して互いに区切られている。ゴム材料などの弾性のある材料で作られていることが好ましいガスケットは、構成要素である熱交換器プレート２に沿って、また両ポートの周囲に延びている溝内に配置されている。ガスケットは、場合によっては、金属を有していたり、金属、ＰＴＦＥなどの第２の材料によって囲まれていたりしてもよい。

図１〜２に示しているように、プレートパッケージ３、つまり熱交換器プレート２とそれらの間に設けられているガスケット（不図示）は、端部プレート６と端板プレート７との間に、それ自体が知られている方法で、ねじ山付きの締め付けボルト３０によって保持されている。締め付けボルト３０は、第１の端部プレート６から延びており、第２の端部プレート７の縁部分内の貫通孔つまり凹部を通過している。熱交換器プレート２は、第１の端部プレート６と支持柱３２との間を延びている支持バー３１に吊り下げられ、および／または、案内バー３３に立っているように構成されている。第１の端部プレート６は、一方の端部が第１の端部プレート６の上側端部に固定されており、他方の端部が支持柱３２の上側端部に固定されている支持バー３１によって支持柱３２に接続されている。支持バー３１に沿って移動可能な第２の端部プレート７は、プレートパッケージ３を構成するように熱交換器プレート２をいっしょに圧縮するために使用される。熱交換器プレート２をそれらの下側端部で案内する案内バー３３は、支持柱の下側部分を第１の端部プレート６の下側部分に接続している。

前述の熱交換器プレート２は、それ自体が知られている方法で、熱伝導を増加させる波形つまりパターンと、プレートパッケージ３を貫通して延びている対応する数のポート流路５を構成し、熱交換器プレート２同士の間で構成されている流路５と接続されている多数のポートホール４と、を有している。

第１の端部プレート６上には、多数の貫通孔８（図５と図７にもっとよく示している）があり、熱交換器プレート２の入口／出口ポートホール４に対応している。図示の実施形態において、端部プレート６には４つの貫通孔８が設けられているが、熱交換器プレート２の構成に依存して、貫通孔８はより少なくてもより多くてもよい。第２の端部プレート７上に貫通孔８を配置したり、両方の端部プレート６、７が多数の貫通孔８を備えたりすることもできる。貫通孔８内には、接続パイプ９が配置されている。図示する実施形態において、第１の端部プレート６には貫通孔８と、対応する数の接続パイプ９とが設けられており、２つの貫通孔８と、対応する数の接続パイプ９とが端部プレート６の下側端部内に設けられており、２つの貫通孔８と、対応する数の接続パイプ９とが端部プレート６の上側端部内に設けられている。

主要な構成を図４に示している接続パイプ９は、プレート熱交換器１つまりより正確にはプレートパッケージ３を、関連するパイプ１２つまりパイプ系統１０に相互接続する接続部分の役割がある。

接続パイプ９は貫通孔２２を有している円柱状部分２１として構成されている。円柱状部分２１の一方の端部には、外向きに、円柱状部分２１の長さ方向の延長部分に対して実質的に垂直に延びているフランジ部分１７が設けられている。円柱状部分２１の、フランジ部分１７が設けられている端部に対向している端部には、おねじ１１が構成されている。おねじ１１は、円柱状部分２１の全長にわたって、つまり、環状フランジ１７が設けられている円柱状部分２１の端部までほぼ構成されていてもよいし、おねじ１１は円柱状部分２１の一部にのみ沿って設けられていてもよい。関連するパイプ１２つまりパイプ系統１０には、プレート熱交換器１とパイプ１２つまりパイプ系統１０との間のしっかりとした接続が作り出されるように、おねじ１１と相互作用する対応するめねじ１３が構成されている。

接続パイプ９は、端部プレート６の貫通孔８内に端部プレート６内側から挿入されており、内側の表面は端部プレート６のプレートパッケージ３に面している表面１４ａであって、接続パイプ９は、接続パイプ９のフランジ１７が端部プレート６の内側表面１４ａに接触するまで貫通孔８を通して押されている。接続パイプ９の対向している端部は、これで端部プレートの外側から延びている状態となり、外側表面は端部プレート６の、プレートパッケージ３から背を向ける、つまり離れる方向を向いている表面１４ｂである。

第１の実施形態によれば、接着手段１６（図６を参照）が接続パイプ９のフランジ１７と端部プレート６の内側表面１４ａとの間に設けられている。接着手段１６は、接続パイプ９を端部プレート６に対して回転方向と軸線方向の両方で固定している。接着手段１６は両面テープ、接着剤などとすることができる。接着剤１６が、環状フランジ１７の全表面上に配置されていることが好ましいが、フランジ表面の選択された箇所に配置することもできる。

第２の実施形態によれば、ブッシュつまりスリーブ１５が端部プレート６の外側表面１４ｂに接触するように、ブッシュ１５は接続パイプ９のおねじ部分１１上に配置つまりねじ止めされている。ブッシュ１５は、端部プレート６に対して少なくとも軸線方向に接続パイプ９を固定する。接続パイプ９が端部プレート６に対して回転方向に固定されることをさらに保証するために、フランジ１７は、フランジ１７の外側周辺部分にリップ１８を設けることができる。リップ１８は軸線方向に延びている、つまり端部プレート６に向いている。端部プレート６には、フランジ１７のリップ１８と相互作用をする、対応する凹部１９が設けられており、フランジ１７が端部プレート６の内側表面１４ａに接触する時に、リップ１８が凹部１９に入って、接続パイプ９が端部プレート６に対して回転できないようになる。リップ１８は、フランジの表面から延びており（図１０を参照）、端部プレート６に向いている小さい部分を形成するようにフランジ表面から上に曲げられているフランジ１７の小さい部分として形作ることができるが、フランジ１７の周囲に取り付けられ、端部プレート６に向けて延びている小さいピン、ペグ、または同様の物として形作ることもできる。回転方向に固定するためにリップ１８を使用する代わりに、接着手段を、同様に実現するために使用することができる。

ブッシュ１５が端部プレート６に接触するように構成できるようにすることは、接続パイプ９が、接続パイプの全長に沿っておねじ１１を使用して形成されることを意味している。これを図８に示している。

顧客は、パイプの大きさが様々なパイプ１２つまりパイプ系統１０を使用する。これらのパイプ１２つまりパイプ系統１０をプレート熱交換器１に接続できるようにするために、貫通孔８の大きさが様々な端部プレートを有することができるが、これはかなり高価な解決策である。同一のプレート熱交換器１をパイプサイズがさまざまなパイプ１２つまりパイプ系統１０に接続できることが好ましい。これを実現するには、接続パイプ９のおねじ１１に対応している内径とめねじ１３と、さらに、接続される対象のパイプ１２つまりパイプ系統１０に対応しているおねじ２５も有している遷移片２４（図７を参照）を使用することができる。

接続パイプ９のおねじ１１（不図示）の部分に配置するように遷移片２４を構成することができるが、遷移片２４の一方の端部が端部プレート６の外側表面１４ｂに接触して、接続パイプ９が端部プレート６に固定できるように、遷移片２４を形作ることもできる。それに応じて、遷移片２４を図７に示しているように、その長さの少なくとも一部に沿ってめねじ１３を有していたり、その全長に沿ってめねじ１３を有していたりするパイプ片つまり円柱として構成することができる。おねじ２５は遷移片２４の長さの少なくとも一部に沿って形成することができる。図９に示しているように、遷移片２４は、６角、８角、または適切な縁のある頭部２３を一方の端部に有しており、外部表面に沿っておねじ２０を有しているブッシュ１５として形作ることもできる。図９のブッシュ１５は、接続パイプ９を端部プレート６に容易に固定する固定手段と、プレート熱交換器１を様々な大きさのパイプ１２つまりパイプ系統１０に対応させる遷移片１５または２４とをもたらす。

本発明の前述の説明と図面とでは、接続パイプ９が第１の端部プレート６上に配置されるように記述したが、プレート熱交換器１の機能と目的とに全て依存して接続パイプ９を第２の端部プレート７または両方の端部プレート６、７上に同時に配置できることも明かである。

前述の説明において、接続パイプという用語を、端部プレートを貫通して延びており、複数の熱交換器プレートに対して密封する部分について使用した。当該技術において、ライニングという用語が該当する部分について使用されてきたが、端部プレートに対する保護機能に焦点が置かれ、この部分は端部プレートから実質的に延びていない。

さらに、ブッシュという用語が接続パイプを端部プレートに固定する部分に対して使用されてきた。ブッシュという用語は、スリーブ、クイル、ケーシング、および貫通片も含んでいる。同様に、接続パイプのフランジの周辺部から延びている小さい部分を記述するリップという用語は、ピン、ペグ、タップ、スタッド、タブラグ、ラップ、およびヘッドを含んでいる。

本発明は、前述のそして図面に示した実施形態に限定されず、含まれている特許請求の範囲に定められている発明の範囲内で任意の態様で補ったり修正したりすることができる。

Ａ：図２の詳細図
Ｂ：図５の詳細図
１：プレート熱交換器
２：熱交換器プレート
３：プレートパッケージ
４：入口と出口のポート
５：流路
６：端部プレート
７：端部プレート
８：貫通孔
９：接続パイプ
１０：パイプ系統
１１：おねじ
１２：パイプ
１３：めねじ
１４ａ：内側表面
１４ｂ：外側表面
１５：ブッシュ
１６：接着手段
１７：フランジ
１８：リップ
１９：凹部
２０：おねじ
２１：円柱状部分
２２：貫通孔
２３：縁のある頭部
２４：遷移片
２５：おねじ
３０：締め付けバー
３１：支持バー
３２：支持柱
３３：案内バー

Claims (10)

1. 入口と出口のポート（４）を備えている熱交換器プレート（２）のパッケージ（３）であって、少なくとも１つの熱交換流体用の、前記パッケージ（３）を貫通している流路（５）を前記入口と出口のポート（４）が構成しているパッケージ（３）と、前記熱交換器プレート（２）の前記プレートパッケージ（３）が間に配置されている２つの端部プレート（６、７）と、を有しており、
   ２つの前記端部プレート（６、７）の少なくとも一方に、前記流路（５）の１つに通じている少なくとも１つの貫通孔（８）が設けられており、前記少なくとも一方の端部プレート（６、７）の前記貫通孔（８）内に接続パイプ（９）が配置されており、
   前記接続パイプ（９）は、少なくとも１つの熱交換流体を輸送するパイプ系統（１０）に通じており、前記接続パイプ（９）が、前記貫通孔（８）を通して延びており、取り外し可能に、半径方向にそして長さ方向に固定可能に前記少なくとも一方の端部プレート（６、７）に締結されているプレート熱交換器（１）において、
   前記少なくとも一方の端部プレート（６、７）と前記接続パイプ（９）との間に設けられている取り外し可能な接着手段（１６）が、前記接続パイプ（９）を半径方向にそして長さ方向に、前記少なくとも一方の端部プレート（６、７）に固定されていることを特徴とする、プレート熱交換器（１）。
2. 前記接続パイプ（９）には、前記熱交換器プレート（２）を向いており、前記端部プレート（６、７）の表面（１４ａ）に接触している端部内にフランジ（１７）が設けられており、前記端部プレート（６、７）の前記表面（１４ａ）は、前記熱交換器プレート（２）を向いている、請求項１に記載のプレート熱交換器。
3. 前記接着手段（１６）が前記端部プレート（６、７）の前記表面（１４ａ）と前記接続パイプ（９）の前記フランジ（１７）との間に設けられており、前記接着手段（１６）は両面テープ、のりなどである、請求項２に記載のプレート熱交換器。
4. 前記フランジ（１７）には、前記端部プレート（６、７）を向いている前記フランジ（１７）の表面から延びている外側周辺部にリップ（１８）が設けられており、前記端部プレート（６、７）には、前記フランジ（１７）の前記リップ（１８）と相互作用をする対応している凹部（１９）が設けられている、請求項２に記載のプレート熱交換器。
5. 前記接続パイプ（９）は前記端部プレート（６、７）から延びており、前記パイプ系統（１０）のパイプ（１２）に接続されているおねじ（１１）を有しており、前記パイプ（１２）には、めねじ（１３）が設けられている、請求項２から４のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
6. 前記接続パイプ（６、７）の前記おねじ（１１）は、前記接続パイプ（９）の実質的に全長にわたって延びている、請求項５に記載のプレート熱交換器。
7. 前記パイプ（１２）は、前記端部プレート（６、７）の外側表面（１４ｂ）に接触している、請求項５に記載のプレート熱交換器。
8. 前記パイプ（１２）は、前記接続パイプ（９）の前記おねじ（１１）と係合するめねじ（１３）を有しているブッシュ（１５）として構成可能であって、前記ブッシュ（１５）は前記端部プレート（６、７）の外側表面（１４ｂ）に接触している、請求項５に記載のプレート熱交換器。
9. 前記パイプ（１２）の前記めねじ（１３）は、前記ブッシュ（１５）のおねじ（２０、２５）と連動している、請求項８に記載のプレート熱交換器。
10. 前記ブッシュ（１５）には、前記パイプ（１２）の前記めねじ（１３）に係合するおねじ（２０、２５）を有している遷移片（２４）の役割があって、前記パイプ（１２）の前記めねじ（１３）は、前記接続パイプ（９）の前記おねじ（１１）よりも大きい、請求項８または９に記載のプレート熱交換器。

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