JP2016539305A - 種々のピッチを有する熱交換プレート - Google Patents

Abstract

流体間の熱交換のため直線的な流路が設けられることのないプレート式熱交換器。上記熱交換器は、スタートプレート、エンドプレート、及び隆起部と溝部のプレスパターンが備わる多数の熱交換プレート（伝熱プレート）を含む。このような熱交換プレートは、これらプレートが互いに重ねられたときに、接点における隣接するプレートの隆起部と溝部の間の接触によって、互いにある距離を置いて維持される。これにより、流路は上記プレート間に形成され、上記接点は、熱交換プレートのプレート長に沿った直線に形成されないように位置される。【選択図】図２ｂ

Description

本発明は、流体間で熱交換するためのプレート式熱交換器に関し、スタートプレート、エンドプレート、及び多数の熱交換プレート（伝熱プレート）を含み、それら熱交換プレートは、隆起部と溝部のプレスパターンが設けられ、プレートが互いに重ねられたときに、隣接するプレートの隆起部と溝部の間の接点によって、互いにある距離を置いて維持されるものである。

熱交換器は、液状媒体間の熱交換に利用される。一般に、プレート式熱交換器は、スタートプレート、エンドプレート、及びプレート間に流路を形成するかたちで互いに重ねられる複数の熱交換プレート（伝熱プレート）を含む。一般的に、ポート開口部は、当業者に周知の方式で流路から入出する流体の流れが選択できるように設けられている。

プレート式熱交換器の共通の製造方法は、熱交換プレートを組み合わせてロウ付けすることでプレート式熱交換器を形成する。熱交換器をロウ付けすることは、多数の熱交換プレートにロウ付け材料が提供され、その後、熱交換プレートが互いに重ねられ、ロウ付け材料が溶融する十分な温度を有する炉内に入れられることを意味する。ロウ付け材料の溶融とは、熱交換プレートの隆起部と溝部の間の接点といったような熱交換プレートが互いに接近した領域に、ロウ付け材料が（部分的に毛細管力によって）集中するものであり、その後、炉の温度が低くなり、ロウ付け材料が固まると、熱交換プレートは互いに接合されコンパクトで強固な熱交換器を形成する。

プレート式熱交換器の熱交換プレート間の流路は、隆起部と溝部のプレスパターンを有する熱交換プレートの提供によって作り出される。このことは当業者によく知られている。上記隆起部と溝部の間の距離は一般にピッチと称される。多数の同一の熱交換プレートは、典型的に、一つおきの熱交換プレートが、隣接する熱交換プレートに対し１８０度回転して互いに重ねられている。重ねられる際、熱交換プレートの第１の隆起部が隣接する熱交換プレートの溝部と接し、これにより、互いにある距離を保つ。それゆえ、流路が形成される。これらの流路において、液状媒体、例えば第１、第２の液状媒体の間で伝熱が起こり得るように導かれる。

典型的な従来技術の熱交換器を図１に示す。従来技術における２つの隣接する熱交換プレートの隆起部Ｒと溝部Ｇの間の接点は、熱交換プレートのプレート長に沿って直線上に位置する（点線矢印参照）。これは液状媒体の流路に効率的な伝熱が与えられない線形要素を与える。

スウェーデン特許ＳＥ５２３５８１号には従来技術による熱交換器が示されている。この熱交換器は、ポート開口部に近いプレスパターンのピッチが、結果的に接点がポート開口部に近い、より小さい相互距離で与えられる主伝熱面積のピッチよりも小さいプレートを含む。上記主伝熱面積の接点とポート開口部付近はまた一方、接点が熱交換器の軸に平行に走る直線に沿って分配されるように提供される。

イギリス特許ＧＢ１３３９５４２号ではガスケットが備わる熱交換器が開示されている。その熱交換プレートは波形で乱流誘導形成を備えている。この文献では隣り合うプレートの波形が実際に相互に接触していることが書かれていない。

スウェーデン特許ＳＥ５２３５８１号 イギリス特許ＧＢ１３３９５４２号

本発明の目的は、液状媒体間の効率的な伝熱を有するプレート式熱交換器を提供することにある。

本発明は、流体間の熱交換のために、隣り合う熱交換プレートの隆起部と溝部の間の接点が、熱交換プレートのプレート長に沿った直線に形成されないように位置される、プレート式熱交換器を提供することによって上記あるいは他の問題を解決する。

本発明の第１の実施態様では、熱交換プレートのプレート長（全長）にわたって、プレスパターンのピッチを変化させる（例えば上記プレート長の間で、プレスパターンのピッチが増加する）ことによって達成される。

本発明の第１の実施態様において、プレスパターンのピッチはバーニヤスケールに従って増えている。

本発明の実施態様におけるプレスパターンのピッチは、熱交換プレートのプレート長の一部にわたって変化している。

本発明の実施態様における隆起部と溝部は、より大きいピッチを有する部分で分離される、より小さいピッチを有する隆起部と溝部の部分によって定義されるグループで分配される。

本発明の実施態様におけるプレスパターンのピッチは、熱交換プレートのプレート長の様々な部分で異なっている。

実施態様における隆起部と溝部は、へリンボーンパターンに配置される。他の実施態様における隆起部と溝部は、曲線パターンに配置される。他の実施態様において、隆起部と溝部は、傾斜した直線パターンに配置される。

本発明の実施態様において、隣り合う熱交換プレートは、異なるデザインのものである。

実施態様において、上記熱交換プレートは、一緒にロウ付けされる。このような構成の利点は、熱交換プレートのより良い安定性にある。

本発明は、以下の図面を参照して記述される。

図１は、従来の２つの熱交換プレートの概略上面図である。 図２ａは、隆起部と溝部のプレスパターンのピッチが変化している２つの熱交換プレートの概略上面図である。 図２ｂは、本発明に含まれる２つの熱交換プレート間の接点を示す概略上面図である。 図３ａは、ピッチの変化した２つの熱交換プレートの概略上面図である。 図３ｂは、熱交換プレートのプレート長にわたって等差級数的にピッチが増加する２つの熱交換プレートの概略上面図である。 図４ａは、本発明による熱交換プレートの概略上面図である。 図４ｂは、図４ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図４ｃは、図４ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５ａは、部分的にピッチが変化し、かつ隆起部と溝部のヘリンボーンパターンを有する熱交換プレートの概略上面図である。 図５ｂは、部分的にピッチが変化し、かつ傾斜した直線パターンの隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。 図６ａは、部分的にグループ化したヘリンボーンパターンの隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。 図６ｂは部分的にグループ化したヘリンボーンパターンの隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。 図７ａは、熱交換プレートのプレート長の様々な部分においてヘリンボーン形状の異なるピッチを有する隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。 図７ｂは、熱交換プレートのプレート長の様々な部分において傾斜した直線の異なるピッチを有する隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。 図８ａは、曲線パターンの隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。 図８ｂは、曲線パターンの隆起部と溝部を有する熱交換プレートの概略上面図である。

熱交換器の従来例は図１に見られ、従来技術の章で記述されている。

図２ａ、２ｂにおいて、本発明の第１実施形態による熱交換器１００に含まれる２つの熱交換プレート間の接点パターンを示す２つの上面図が示される。熱交換器１００は、多数の熱交換プレート（伝熱プレート）１１０を含み、隣接するものどうしを比べると平面において１８０°回転した各プレートが互いに重ね合わされたプレートとして、隣接するプレート間に流路を形成するように構成されたプレスされたヘリンボーンパターンの隆起部１２０と溝部１３０をそれぞれ含む。同一のプレートが熱交換器のために用いられる場合、プレスパターンのヘリンボーン形状は重要である。熱交換プレートは、当業者によく知られている形で流路を有する流体連結であるポート開口部１４０を含む。隣り合う熱交換プレートの隆起部１２０と溝部１３０の間の接点は、熱交換プレート１１０のプレート長に沿って形成される接点が直線で結び付くことなく、図２ｂの曲線ＣＰで結び付くように位置する。

図３ａ、３ｂにおいて、一つの熱交換プレート１１０’及び隣り合う一つの熱交換プレート１１０’’が示される。熱交換プレート１１０’は、熱交換プレート１１０’’の上に置かれる。熱交換プレート１１０’、１１０’’は、隆起部１２０’、１２０’’と溝部１３０’、１３０’’がそれぞれ設けられている。隆起部と溝部のパターンは、隣り合う熱交換プレートが互いに重なり合う際、隆起部１２０’、１２０’’と溝部１３０’、１３０’’の間に接することで、互いの熱交換プレートの離間距離を保つように構成されている。ポート開口部１４０’、１４０’’は、当業者によく知られている方式で異なる高さが与えられる。ポート開口部を様々な高さに置くことで、熱交換プレートの対によって区切られた一つの空間に流量が与えられるポートを提供することが可能であるとともに、別の、多くの場合、熱交換プレート１１０’、１１０’’で区切られる隣り合う空間によって区切られた他の空間への流量の閉鎖が可能である。

上記により得られた熱交換器１００は、隆起部と溝部間の接点によって結合される熱交換流体のための流路を示す。流路を通じては一直線に流れるように位置することは不可能になる。言い換えれば、第１、第２の液状媒体における熱交換経路は、より乱流化して流れる。

このような熱交換経路の乱流化は、たいていの場合、大変望ましい。しかしながら、乱流生成の要求度合いは状況によって変化し得る。

このような熱交換流体の利点は、より効果的な伝熱をもたらす、より乱流化した流入にある。

図４ａ，４ｂにおいて、より明確に非線形性を表す実施形態が示される。図４ａにおける矢印Ａ−Ａは、熱交換プレート１１０を通しての断面を意味し、その断面は図４ｂに示される。隆起部１２０ａと溝部１３０ａの間の最小ピッチの距離Ｘは、隆起部１２０ｂと溝部１３０ｂの間の次のピッチの距離Ｘ＋Ｙよりも小さく、該距離Ｘ＋Ｙは、同様にして次の隆起部１２０ｃと溝部１３０ｃの間のピッチの距離Ｘ＋Ｚよりも小さい。互いに関し１８０°反転した２つの熱交換プレートの組み合わせの場合、隣り合う熱交換プレートの隆起部１２０と溝部１３０の間の接点は、熱交換プレート１１０のプレート長に沿う直線で形成されないように位置される。

図５ａ，５ｂにおいては、熱交換プレート１１０のプレート長の第１部分５００にわたって、変化する熱交換プレート１１０のプレスパターンのピッチを表すとともに、熱交換プレート１１０のプレート長の第２部分５１０にわたって、プレスパターンのピッチが一定である実施形態が示される。熱交換プレート１１０のプレート長はまた、変化するピッチと一定のピッチを交互に有する、２つ以上の部分に分けることも可能である。熱交換プレート１１０のプレート長は、例えば５０／５０、７０／３０、３０／７０、３３／３３／３３、２５／２５／５０等、あらゆる適切な比率に従って変化するピッチと一定のピッチを交互に有する部分に細分され得る。

図６ａ、６ｂによる実施形態では、隆起部と溝部は、より大きいピッチ６１０を有する部分で分離される、より小さいピッチ６００の隆起部と溝部の部分によって定義されるグループで分配される。幾つもの隆起部と溝部は、個数が例えば３、４、５、６、７、８の隆起部と溝部など、より小さいピッチ６００を有する隆起部と溝部の部分によって定義されたグループで使用され得る。

図７ａ、７ｂにおいて、熱交換プレート１１０のプレスパターンのピッチについて、熱交換プレート１１０のプレート長の第１部分７００にわたって一定のもの、そして熱交換プレート１１０のプレート長の第２部分７１０にわたって異なるもの、を表す実施形態が示される。熱交換プレート１１０のプレート長はまた、異なる値のピッチで二つ以上の部分に分けることが可能である。熱交換プレート１１０のプレート長は、図５ａ，５ｂに示した実施形態に従って異なる値のピッチで二つ以上の部分に分けることが可能である。

隣接する熱交換プレートの隆起部と溝部が接点において相互作用する場合、直線的な流路が形成されないように接点が位置されるよう上記熱交換プレートが互いに重ねられたときに、互いに離間した熱交換プレートを維持するために、隆起部と溝部の異なるパターンが用いられ得る。図５ａ、図６ａ、図７ａによれば、実施形態は、ヘリンボーンパターンが用いられる。図５ｂ、図６ｂ、図７ｂによれば、実施形態は、傾斜した直線のパターンが用いられる。図８によれば、さらなる実施形態は、曲線パターンが用いられる。隆起部と溝部との離間距離のあらゆる可能な組み合わせ、あるいは隆起部と溝部のあらゆる可能なグループ化または分布は、熱交換プレートを重ねる際、熱交換プレートを１８０°回転させて、あるいは１８０°回転させることなく、一直線の流路が形成されないように位置される接点が得られる限りは、あらゆるパターンと組み合わせて用いられ得る。

熱交換プレートどうしは、例えばロウ付け、加圧形成、その他、当業者に知られているあらゆる手段で固定され得る。

本発明は、添付の請求項で定義されたように、本発明の要旨を逸脱しない範囲で有意に変更可能である。

Claims (10)

1. 流体間の熱交換のためのプレート式熱交換器（１００）であって、
   スタートプレート、エンドプレート、及び多数の熱交換プレート（１１０）を含み、
   前記熱交換プレートは、隆起部（１２０）と溝部（１３０）のプレスパターンが設けられ、
   前記熱交換プレートは、前記プレートが互いに重ねられたときに、接点における隣接するプレート（１１０）の隆起部（１２０）と溝部（１３０）の間の接触によって、互いにある距離を置いて維持され、
   前記隣接する熱交換プレートの隆起部（１２０）と溝部（１３０）の間の接点は、熱交換プレート（１１０）のプレート長に沿って形成される前記接点を結ぶライン（ＣＰ）が曲線状となるように位置されることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記隆起部（１２０）と前記溝部（１３０）のプレスパターンのピッチは、前記熱交換プレート（１１０）のプレート長にわたって変化する、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記プレスパターンのピッチは、前記プレート長にわたって増加する、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記プレスパターンのピッチは、等差級数に従って増加する、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記プレスパターンのピッチは、前記熱交換器の前記プレート長の一部にわたって変化する、請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記隆起部（１２０）と溝部（１３０）は、より大きいピッチの部分で分離される、より小さいピッチの前記隆起部（１２０）と溝部（１３０）の部分によって定義されるグループで分配される、請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記プレスパターンの前記隆起部（１２０）と溝部（１３０）のピッチは、前記熱交換プレート（１１０）の前記プレート長にわたって様々な部分において異なる、請求項１に記載の熱交換器。
8. 前記隆起部（１２０）と溝部（１３０）は、ヘリンボーンパターンに配置される、請求項１〜７いずれかに記載の熱交換器。
9. 前記隆起部（１２０）と溝部（１３０）は、曲線パターンに配置される、請求項１〜７いずれかに記載の熱交換器。
10. 前記隆起部（１２０）と溝部（１３０）は、傾斜した直線のパターンに配置される、請求項１〜７いずれかに記載の熱交換器。
    

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