JP2012512382A - プレート熱交換器のためのプレート及びガスケット - Google Patents

Abstract

本発明は、プレート熱交換器のための熱交換器プレートに関する。この熱交換器プレートは、複数のポートと、複数の分配領域と、複数の断熱領域と、熱伝達領域と、これらポート及び領域の外側に延びたエッジ領域とを具備し、熱交換器プレートは、前記領域の外側で、かつこれらポートの周りで、エッジ領域に延びているガスケット溝を有する。ガスケット溝は、プレート熱交換器の隣接している熱交換器プレートに対して当接部を密閉するためのガスケットを収容する。ガスケット溝は、前記熱伝達領域の両側に沿って、前記熱伝達領域の少なくとも１つの凹部を形成し、凹部は、クリップ留めタブが凹部のところでこの熱交換プレートのエッジ領域に固定されることを可能にする。

Description

本発明は、一般的に、さまざまな目的のために異なる温度の２つの流体間で熱伝達を果すプレート熱交換器に関する。特に、本発明は、熱交換器プレート、熱交換器プレートのためのガスケット、及び本発明に係る熱交換器プレートとガスケットとを具備するプレート熱交換器に関する。

ガスケットが設けられたプレート熱交換器は、通常、互いに隣接して配置された熱交換器プレートのプレートパッケージを有する。ガスケットは、熱交換器プレート間に配置される。また、プレートパッケージは、いわゆるカセットを形成するために、それぞれのカセットの間に置かれたガスケットに対して、例えば、溶接又はろう着によって、対で互いに永久的に接合された熱交換器プレートによって形成されることができる。ガスケットは、熱交換器プレートのプレス成形（form-pressing）の間に形成されたガスケット溝中に収容される。プレート熱交換器は、さらに、複数の媒体のために、プレートパッケージを通って延びた入口ポート及び出口ポートを有する。

熱交換器プレートは、通常、シート状の金属のプレス成形によってできており、第１の入口ポート及び第１の出口ポートと連通している第１のプレートの中間スペースと、第２の入口ポート及び第２の入口ポートと連通している第２のプレートの中間スペースとを形成するようにして、プレートパッケージに配置されている。第１及び第２のプレートの中間スペースは、プレートパッケージに交互に配置されている。

プレート熱交換器のための熱交換器プレートのデザインは、複数の媒体間の熱交換のために、できるだけ多くの熱伝達又は熱交換領域を使用することに向けているが、さらに、確実に固定されるために、かつ、その密閉を機能的に果すために、熱交換器プレートにガスケットがどのように適用されることができるかを考慮する必要がある。

熱交換器プレート及び関連するガスケットのさまざまなデザインが、従来技術において知られている。例えば、ＵＳ−Ａ−５０７０９３９からプレート熱交換器が知られており、この熱交換器プレートには、ガスケット溝に対して接着された複数の突起（nub）を備えた対応するガスケットを有するガスケット溝が設けられている。これら突起は、接着剤がどこに適用されるべきかの指標として機能する。他の先行技術文献ＧＢ−Ａ−６６８９０５では、熱伝達面積は、媒体の乱流を増加させるために、搬送方向に沿って交互に引っ込んでいる。また、ＵＳ−Ａ−５９２７３９５、ＷＯ−Ａ１−００／７７４６８及びＷＯ−Ａ１−２００５／０４５３４６には、プレートエッジのまわりにガスケットを留めることによって、及びガスケット溝を形成することによって、ガスケットを熱交換器プレートにどのように固定するかの他の解決策が示されている。

上記の解決策の欠点は、これらが、適用される熱交換器プレートのエッジに沿った多くの領域を必要とし、これにより、潜在的な熱交換領域が減少されるということである。さらに、クランプ手段のデザインが、やや複雑である。

本発明の目的は、改良された熱交換器プレートを提供すること、上に示された欠点を防ぐか少なくとも低減させること、並びにガスケットとガスケット溝とを有する熱交換器プレートのためのより良い解決策を提供することである。特定の目的は、プレートの熱伝達領域の最適な利用を可能にする、新規なより良い熱交換器プレート及びガスケットであり、これによって、所定数のプレートを用いてより良いプレート熱交換器性能をもたらすことである。

この目的は、導入部に示されるようなプレート熱交換器のための熱交換器プレートによって、本発明に従って達成される。この熱交換器プレートは、ガスケット溝が、熱伝達領域の両側に沿って、前記熱伝達領域の少なくとも１つの凹部を有し、前記凹部は、クリップ留めタブが前記凹部のところでこの熱交換器プレートのエッジ領域に固定されることを可能にすることを特徴とする。

本発明は、プレート表面の比較的大きな割合が熱伝達のために利用されることができる熱交換器プレートを提供することを可能にする。

本発明の一実施の形態によれば、前記熱伝達領域の両側に沿った凹部は、対応する位置に配置され、また、前記熱伝達領域の両側に沿った凹部は、互いに対して等間隔で、又は水平中心線に対して等間隔で配置される。

本発明のさらなる実施の形態によれば、前記エッジ領域は、前記熱伝達領域に沿った凹部のところで前記熱伝達領域に沿った残りのエッジ領域よりも幅広い。

本発明のさらなる実施の形態によれば、前記凹部には、前記クリップ留めタブが前記凹部の２つの異なる位置で交互に受けられることを可能にするために、上側クリップ留めタブ位置及び下側クリップ留めタブ位置が設けられている。

本発明の他の実施の形態によれば、２つの熱交換器プレートが、カセットを形成するために１対として互いに永久的に接合される。前記カセットは、前記プレート熱交換器の隣接しているカセットに対して当接部を密閉するために、これらの間に配置された複数のガスケットを有する。熱交換器プレートは、前記カセットを形成するために、溶接によって対で互いに接合される。

本発明の他の目的は、本発明に係る熱交換器プレートのデザインに適用されたガスケットを提供することである。

この目的は、ガスケット溝の凹部のところでガスケットを前記熱交換器プレートに固定するクリップ留めタブが設けられており、また、前記熱交換器プレートの前記ポートに近い前記熱交換器プレートにこのガスケットを固定するためのクリップ留めタブが設けられているガスケットによって、本発明に従って達成される。

本発明の一実施の形態によれば、前記クリップ留めタブは、前記熱交換器プレートの両側の対応する凹部に、それぞれ、上側及び下側のクリップ留めタブ位置で交互に受けられるように配置されている。前記ガスケットは、ゴム又は高分子材料でできている。

本発明の他の目的は、熱交換器プレートとガスケットパッケージとを具備するプレート熱交換器を提供することである。

本発明は、性能が高められた熱交換器を製造することを可能にする。プレートの数が減少されることができる一方、同じ要領を維持することができ、材料とスペースとの両方に関してコストを節約することができる。多くのアプリケーション、例えば、積極的な媒体用のものは、非常に高価な材料、熱伝達容量を含み、従って熱交換器プレートの数は決定的なコストの重要性に関連している。１０００までの熱交換器プレートを有するプレート熱交換器は珍しくなく、これは、本発明に係る熱交換器プレート及びプレート熱交換器の見たところではわずかな容量の改良でさえも、収益性に非常に大規模な影響を及ぼすことができることを意味する。

本発明のさらなる態様が、従属請求項に規定される。

本発明が、さまざまな実施の形態の説明によって、及びここに添付された図面を参照して、より詳しく説明される。

図１は、プレート熱交換器の側面図である。 図２は、熱交換器プレートの概略的な正面図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る熱交換器プレートの正面図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る熱交換器プレートの第１の部分的な詳細図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る熱交換器プレートの第２の部分的な詳細図である。 図６は、２つの熱交換器プレートが互いの上部に置かれている、本発明の一実施の形態に係る熱交換器プレートの第３の部分的な詳細図である。

熱交換器は、固体によって分離された２つの流体間で熱を伝達するために使用される。熱交換器は、いくつかのタイプであることができ、最も一般的なものは、螺旋状の熱交換器、管状の熱交換器及びプレート熱交換器である。プレート熱交換器は、１組の熱交換プレートの間に形成された交互の流路を流れている熱い流体と冷たい流体との間で熱を伝達するために使用される。上に規定された熱交換器プレートの構成体は、熱交換器プレートよりも比較的厚い複数のエンドプレートの間に囲まれている。各エンドプレートの内面は、熱伝達プレートに面している。

図１は、圧縮成形された複数の熱交換器プレート１を有するプレート熱交換器１００の概略図である。これら熱交換器プレート１は、これら熱交換器プレート１がプレートパッケージ２を形成するようにして、互いに平行に、かつ連続的に設けられている。プレートパッケージ２は、フレームプレートとも呼ばれる第１のエンドプレート４と、圧力プレートとも呼ばれる第２のエンドプレート５との間に設けられている。熱交換器プレート１の間には、第１のプレート間空間と第２のプレート間空間とが形成されている。これらエンドプレート４、５は、これらエンドプレート４、５を通って延びたボルト６を締め付けることによって、プレートパッケージ２に対して、及び互いに対して押し込まれる。

プレート熱交換器１００は、第１の媒体のための第１の入口ポート及び第１の出口ポートと、第２の媒体のための第１の入口ポート及び第２の出口ポートとを有する。これら入口ポート及び出口ポートは、エンドプレート４及びプレートパッケージ２を通って延びている。もちろん、これら入口ポート及び出口ポートは、さらに、プレート熱交換器１００の両側に、即ちエンドプレート４、５の両面に配置されることもまた可能である。２つの媒体は、互いに対して同じ方向、又は逆方向に導かれることができる。

熱交換器プレート１は、１つのプレートのタイプがプレート熱交換器１００を組み立てるのに十分なようにして設計されている。従って、他の全ての熱交換器プレート１は、プレート熱交換器１００が組み立てられたとき、異なるフローチャネルを得るために水平軸（Ｂ）に対して上下逆さまに向きを変えられる（反転される）。このようにして、熱交換器プレートのパターンが相互作用し、この結果、１つの熱交換器プレート１のパターンが、他の熱交換器プレート１のパターンに影響し、複数の中間接触点を生じる。

図２は、例えば、ステンレス鋼、チタン又はこのアプリケーションに適したいくつかの他の材料であるプレス成形されたシート金属でできた熱交換器プレート１の概略図である。上に述べられたように、熱交換器プレート１は、さらに、上側及び下側分配領域１２と、これらの間に、熱伝達領域１３とを有する。また、第１のいわゆる断熱領域１４が、ポート８、９のところに配置され、また、第２の断熱領域１５は、ポート１０、１１のところに配置される。ポート８〜１１及び領域１２、１３、１４、１５の外側及び周りには、エッジ領域１６がある。

前記領域１２〜１５の全てには、山部（ridge）と谷部（valley）とからなる波形が設けられている。各領域のパターンは、その特定の目的に依存して、即ち、それが分配領域１２、熱伝達領域１３又は断熱領域１４、１５であるかどうかによって、変わることができる。１つの一般的なパターンのデザインは、いわゆるシェブロン（chevron）又は魚の骨（fish-bone）のパターンであり、波形は、少なくとも１つの方向変化を示す。シェブロン形状のパターンの単純な形状は、Ｖ形状である。図示される例では、波形パターンは、直線状の長手方向の波形を有する。波形面、即ち山部と谷部とのパターンは、熱交換器プレート１の長手軸に対して角度をなしている。使用されるパターンによって、パターンは、熱交換器プレート１の水平軸に対してミラー反転されていてもよいし、されていなくてもよい。熱伝達領域１３の外側のプレートの領域、即ち、上側及び下側分配領域１２は、図示される例では、常にミラー反転されている。

熱交換器プレート１は、図示される実施の形態では、熱交換器プレート１を通って延びた４つのポート８〜１１を有する。これらポート８〜１１は、通常、各々、熱交換器プレート１のそれぞれのコーナ部分に隣接して位置されているが、さらに、ポート８〜１１の他の位置もまた、本発明の範囲内で可能である。

図示された実施の形態における熱交換器プレート１は、プレートパッケージ２において、第１の入口ポート８及び第１の出口ポート９と連通する第１のプレート中間スペースと、第２の入口ポート１０及び第２の出口ポート１１と連通する第２のプレート中間スペースとを形成するようにして配置されている。第１及び第２のプレート中間スペースは、プレートパッケージ２に交互に配置されている。プレートの中間スペースの間隔は、ガスケット３０によって、熱交換器プレート１のプレス成形中に形成されたガスケット溝２０、２２中に延びていることができる。ガスケット３０は、通常、ゴム又は高分子材料でできている。

図２では、熱交換器プレート１の第１のガスケット溝２０が、熱伝達領域１３、分配領域１２、第１及び第２の断熱領域１４、１５の周りで、及びポート８〜１１の周りで、プレートエッジ２１に沿ってどのように延びているかを示している。第２のガスケット溝２２は、第２の断熱領域１５と、隣接している分配領域１２との間に対角線上に延びている。最大の可能な大きさの熱伝達領域１３を利用することを可能にするために、プレートエッジ２１にできるだけ近くガスケット溝２０を位置決めることができることが望ましい。しかし、限定要因が、強度の理由から、エッジ領域１６の所定の最小面を占める、複数のいわゆる先端（nib）を形成している山部及び谷部を備えた波状の波形パターンが設けられるべきである。それ故、プレートエッジ２１とガスケット溝２０との間の少なくとも１つの所定の最小間隔があるべきである。

考慮に入れる必要のある他の限定要因は、ガスケット３０が、確実に固定され、かつその密閉の機能性を果すために、熱交換器プレート１にどのように適用されることができるかである。ガスケット３０を熱交換器プレート１に確実に固定しただけでなくガスケット３０の容易な交換を可能にする最も良い方法は、ガスケット３０に沿って配置されたクリップ留めタブ（clip-on tab）を使用することである。ガスケットに設けられるこのようなクリップの一例は、設計レジストレーションＥＵ０００７８８６７４−０００１に示される。クリップ留めタブは、ガスケットを熱交換器プレート１に固定するために、プレートエッジ２１のまわりで折り曲げられる。ガスケット３０を熱交換器プレート１に固定する代わりの方法は、接着されたガスケットを使用することである。毎回、組合せが、熱交換器プレートに接着されたクリップ留めタブに設けられたガスケットを有するように使用される。

できるだけ大きな熱伝達面を有し、かつ、なおも、プレートエッジの安定性及びガスケットを確実に固定するための可能性を有する最適化された解決策を達成するために、熱伝達領域１３は、クリップ留めタブ４１を有するガスケット３０の使用を可能にするために、及び、最大熱伝達領域１３を受けるために、図３ないし図６を参照して、熱伝達領域１３へのガスケット溝２０の局所的な窪み、即ち凹部４０が設けられている。図３の熱交換器プレート１では、各プレートエッジ２１に沿って熱伝達領域１３の５つの凹部４０が設けられているが、熱交換器プレート１の全長によってより多い又は少ないこともできる。凹部４０及び対応するクリップ留めタブ４１の数は、ガスケット３０が確実に固定されることを確実にするために調節される。

１つのタイプの熱交換器プレート１のみがプレート熱交換器１００に使用されるので、クリップ留めタブ４１が、プレートエッジ２１に対応する位置されない、即ち、クリップ留めタブが、熱交換器プレート１の長手方向の中心線Ａに対して鏡のように映されないことが必須である。図３並びに図５参照。熱交換器プレート１へのガスケットのアセンブリをかなり簡単にするために、凹部４０は、クリップ留めタブ４１が、２つの異なる位置、下側位置４２及び上側位置４３で装着されることができるように設計されている。図５では、右側のクリップ留めタブ４４は、下側位置４２に装着されており、また、左側のクリップ留めタブ４５は、上側位置４３に装着されている。また、図３では、クリップ留めタブ４１が、下側及び上側位置４２、４３に交互に装着されることが示される。

図６には、部分的な詳細図が示されており、２つの熱交換器プレート１が、互いの上部に置かれている。理解しやすくするために、熱交換器プレート１は、透明である。２つの熱交換プレート１のクリップ留めタブ４１は、これらが凹部４０の異なる位置４２、４３に装着されたとき、互いにそばに位置されている。クリップ留めタブ４１が凹部４０の同じ位置４２、４３に装着されていたならば、クリップ留めタブ４１は、互いの上部に置かれ、これにより、プレート熱交換器１００のアセンブリはうまくいかない。

熱伝達領域１３の両側に沿った凹部４０の間の間隔は、好ましくは、図３に示されるように、等しいが、凹部４０の間の間隔はまた、凹部と、対応する凹部４０に対する熱交換プレート１の中央部の水平中心線Ｃとの間の間隔が等しいようにして変化することができる。かくして、水平軸線Ｂに対して１８０度、隣接している熱交換器プレートを回転させて、隣接している凹部４０の間の間隔とは関係なく（独立して）、クリップ留めタブ４１及び隣接している熱交換器プレートの凹部４０とに適合させることが可能である。

熱伝達領域１３が拡大されることができ、また、所望の性能の達成のために、より少数のプレートを使用する必要があるので、かくして、熱交換器プレート１及びプレート熱交換器１００の容量はより大きい。この結果、材料コストをかなり節約する。

図４ないし図６では、あたかもガスケット３０がガスケット溝２０全体を占めないかのように解釈されるかもしれないが、占める。ガスケット３０には、（図４に示される）中心の山部３１が設けられている。ガスケット３０もまた、ポートの周りのガスケット溝２０、２２、及び隣接している断熱領域及び分配領域に受けられる。

図示された例では、ガスケット溝及びガスケット溝の局所的な配置が、全ての熱交換器プレートの間にガスケットを有するプレートパッケージに配置された熱交換器プレートに関連して説明されてきたが、２つの熱交換器プレートが、例えば、溶接によって、カセットを形成するために１対として互いに永久的に接合されたとき、ガスケット溝が配置される。ガスケットは、隣接しているカセットの間に配置される効果を奏する。

本発明は、上に説明され図面に示された実施の形態に限定されないが、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内で補足され変更されることができる。

Claims (13)

1. プレート熱交換器（１００）のための熱交換器プレート（１）であって、この熱交換器プレート（１）は、
   複数のポート（８，９，１０，１１）と、
   複数の分配領域（１２）と、
   複数の断熱領域（１４，１５）と、
   熱伝達領域（１３）と、
   前記複数のポート（８，９，１０，１１）及び前記領域（１２，１３，１４，１５）の外側に延びたエッジ領域（１６）とを具備し、
   この熱交換器プレート（１）は、前記領域（１２，１３，１４，１５）の外側で、かつ前記複数のポート（８，９，１０，１１）の周りで、前記エッジ領域（１６）に延びているガスケット溝（２０）を有し、
   前記ガスケット溝（２０）は、前記プレート熱交換器（１００）の隣接している熱交換器プレート（１）に対して当接部を密閉するためのガスケット（３０）を収容する、熱交換器プレート（１）において、
   前記ガスケット溝（２０）は、前記熱伝達領域（１３）の両側に沿って、前記熱伝達領域（１３）の少なくとも１つの凹部（４０）を有し、
   前記凹部（４０）は、クリップ留めタブ（４１）が前記凹部（４０）のところでこの熱交換器プレート（１）の前記エッジ領域（１６）に固定されることを可能にすることを特徴とする熱交換器プレート（１）。
2. 前記熱伝達領域（１３）の両側に沿った前記凹部（４０）は、対応する位置に配置されている請求項１の熱交換器プレート。
3. 前記熱伝達領域（１３）の両側に沿った前記凹部（４０）は、互いに対して等間隔で配置されている請求項２の熱交換器プレート。
4. 前記熱伝達領域（１３）の両側に沿った前記凹部（４０）は、水平中心線（Ｃ）に対して等間隔で配置されている請求項２の熱交換器プレート。
5. 前記エッジ領域（１６）は、前記熱伝達領域（１３）に沿った前記凹部（４０）のところで前記熱伝達領域（１３）に沿った残りのエッジ領域（１６）よりも幅広い請求項１ないし３のいずれか１の熱交換器プレート。
6. 前記凹部（４０）には、前記クリップ留めタブ（４１）が前記凹部（４０）の２つの異なる位置（４２，４３）に交互に受けられることを可能にするために、上側クリップ留めタブ位置（４３）及び下側クリップ留めタブ位置（４２）が設けられている請求項１ないし５のいずれか１の熱交換器プレート。
7. ２つの熱交換器プレート（１）が、カセットを形成するために１対として互いに永久的に接合される請求項１ないし６のいずれか１の熱交換器プレート。
8. 前記カセットは、前記プレート熱交換器（１００）の隣接しているカセットに対して当接部を密閉するために、カセットの間に配置された複数のガスケット（３０）を有する請求項７の熱交換器プレート。
9. 熱交換器プレート（１）が、前記カセットを形成するために、溶接によって互いに接合される請求項７又は８の熱交換器プレート。
10. 請求項１ないし９のいずれか１の熱交換器プレート（１）のためのガスケット（３０）において、
    このガスケット（３０）には、前記ガスケット溝（２０）の前記凹部（４０）のところでこのガスケット（３０）を前記熱交換器プレート（１）に固定するクリップ留めタブ（４１）が設けられており、また、前記熱交換器プレート（１）の前記ポート（８，９，１０，１１）に近い前記熱交換器プレート（１）にこのガスケット（３０）を固定するためのクリップ留めタブ（４１）が設けられているガスケット（３０）。
11. 前記クリップ留めタブ（４１）は、前記熱交換器プレート（１）の両側の対応する凹部（４０）に、それぞれ、前記上側クリップ留めタブ位置及び下側クリップ留めタブ位置（４３）で交互に受けられるように配置されている請求項１０のガスケット。
12. このガスケット（３０）は、ゴム又は高分子材料でできている請求項１０又は１１のガスケット（３０）。
13. 熱交換器プレート（１）のパッケージ（２）と、
    請求項１ないし１２のいずれか１のガスケット（３０）とを具備するプレート熱交換器（１００）。

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