JP2753298B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

プレート式熱交換器

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JP2753298B2 JP63503713A JP50371388A JP2753298B2 JP 2753298 B2 JP2753298 B2 JP 2753298B2 JP 63503713 A JP63503713 A JP 63503713A JP 50371388 A JP50371388 A JP 50371388A JP 2753298 B2 JP2753298 B2 JP 2753298B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一式の薄い熱交換プレートを含むプレート
式熱交換器に関するものであって、その熱交換プレート
は、プレス加工により両側に峰を具備し、この峰を介し
て互いに接触すると共にプレート間に空間を形成する。
さらにこのプレート式熱交換器は、熱交換媒体が各プレ
ート間の空間中を、向流または並流で、予め定められた
方向に互いに平行に流れるように、一方の熱交換媒体を
１つおきのプレート間の空間に導き、他方の熱交換媒体
をそれ以外のプレート間の空間に導くための手段を含
み、熱交換プレートは、一方の熱交換媒体の流れるプレ
ート間の空間の流れの抵抗が、他方の熱交換媒体の流れ
るプレート間の空間の流れの抵抗よりも大きくなるよう
に形成される。
この種のプレート式熱交換器は、例えば次の特許明細
書により公知である。英国特許第1,486,919号（1974
年）、英国特許第2,025,026号（1979年）英国特許第2,0
67,277号（1980年）、米国特許第4,423,772号（1984
年）、米国特許第4,605,060号（1986年）。
前記のすべての公知のプレート式熱交換器の熱交換プ
レートは平行な峰の形のプレス加工された突出部を有
し、峰はプレート間の空間で、１つのプレートの峰が隣
接するプレートの峰と交差しかつ接触するように配置さ
れる。峰がこのようにプレートに配置されることは多く
の点で都合が良いことがわかっている。例えば、この種
の配置では隣接するプレート間に多数の接点ができ、そ
れによってプレートは大きなクランプ力を受けた場合、
極端に薄い素材でできていても変形しない。プレート素
材が薄いと、熱交換媒体間に可能な限りの最も良い熱伝
達が行われ、かつ最も安価なプレート式熱交換器の製造
が可能になる。さらにこの種の峰の配置では、熱交換媒
体がプレート間の空間を流れる際、強い乱流を受ける。
最後に、プレートに峰を付けることにより、使用される
プレート素材の表面をさらに拡張することができるの
で、熱交換プレートの有効な熱交換面をできる限り広く
することができる。
前記の特許明細書に示すように、プレートにプレス加
工された峰は、熱交換媒体の一方の流れの抵抗をもう一
方よりも大きくするため、一定の配置をされているか、
または様々な種類の変形が成されている。しかし、前記
のすべての特許明細による公知の技術においては、プレ
ートの強度やプレート間の距離がほぼ変わらないことが
望ましいと仮定すると、本技術によって生ずる流れの抵
抗の差が比較的小さいという共通の欠点がある。これ
は、前記の種類の熱交換器では、一方の熱交換媒体の流
れがもう一方の流れよりも実質的に大きい場合の多くの
熱交換の負荷を効果的に満たすことができないことを意
味する。代わりに、チューブ式熱交換器によってしばし
ばこれらの熱交換負荷を満たさなければならないが、い
くつかの点でチューブ式熱交換器はプレート式熱交換器
より有利でない。
本発明の目的は、熱交換媒体の異った流れの抵抗に関
する公知の技術における前記の不利な条件を回避ししか
も、プレート式熱交換器にごく薄いプレート素材を使用
し、かつこのプレート素材を有効に利用することを可能
にする、初めに定義した種類のプレート式熱交換器の新
設計を提供することである。
この目的は、本発明による次のような熱交換器によっ
て達成される。まず熱交換器中の少なくとも二つの隣接
するプレート間の各空間は、各々が各面に平行な峰を有
する熱交換プレートにより形成され、平行な峰は熱交換
媒体を流すために熱交換プレートの熱交換部のかなりの
部分にわたって前記の主たる方向に延在し、かつ、平行
な峰はその間に各熱交換媒体の流れる平行な谷を形成
し、プレートの一方の面の峰の間のプレート部分が、プ
レートの他方の面に峰を形成する。そして、隣接する熱
交換プレートの向かい合う側面上の峰は、一方の熱交換
プレートの峰の間の前記谷がもう一方の熱交換プレート
に対応する谷の向かい側に位置し、かつそれにより各熱
交換媒体の流れる平行な流路を形成するように、前記の
２つのプレート間の空間の各々の中で互いに接触する。
また、少なくとも２つの前記の隣接するプレート間の空
間の壁を形成する熱交換プレートには、少なくとも熱交
換プレートの片面に位置する峰にくぼみを具備し、この
くぼみは熱交換プレートのもう片面の互いに平行な谷の
中に境界部を形成する。前記の種類のくぼみは、熱交換
器の作動中、プレート間の空間の１つの流路中を流れる
１つの熱交換媒体の流れの抵抗が、隣接する他のプレー
ト間の空間の流路中を流れる他の熱交換媒体の流れの抵
抗よりも実質的に大きくなるようなサイズで作られて配
置される。
本発明による設計は、異なった熱交換媒体の流れの抵
抗の度合いの間に望ましい関係を非常に自由に確立する
ことができる。これは、問題の種類の熱交換プレートの
片面の峰のくぼみが、一方の熱交換媒体の流れの抵抗に
対し、もう一方の熱交換媒体の流れの抵抗の実質的な度
合いまで影響を与えることなく、非常に大きな影響を与
えるように形成されると言うことによる。くぼみが前記
の一方の熱交換媒体の流路の中間の位置に境界部を形成
しており、もう一方の熱交換媒体の流路の間に配置され
るからである。
このように、一定のサイズの熱交換プレートの峰と谷
との基本的なパターンは、プレート間の空間を２つの熱
交換媒体の各々からちょうど望ましい流動特性で流れる
ように、例えば別々の道具を用い、無数の様々な方法で
峰部分にくぼみをつけることによって、容易に変えるこ
とができる。また、一方の熱交換媒体が熱交換中に液相
から気相（蒸気）に状態が変わる。すなわち凝縮または
蒸発するか、もう一方の熱交換媒体は液体状または気体
状のままであるという特殊な場合にも対応できるように
なっている。さらに、くぼみは、くぼみによって一方の
熱交換媒体の通るプレート間の空間中に形成される境界
部が、熱交換媒体の流れる方向に見たプレート間の空間
の一方の末端からもう一方の末端までの流れの抵抗を次
第に変えていくように形成される。例えば、プレート間
の空間中の同じ流路沿いの隣接する境界部間の距離は熱
交換媒体の流れる方向に増大すると、プレート間の空間
の容積は流れる方向に見た単位の長さごとに増大する。
英国特許GB−PS第1,183,183号には、隣接する熱交換
プレートの向かい合う平行な峰が互いに接触することに
より、各熱交換媒体の流れるプレート間の各空間中の峰
の間にいくつかの平行な流路が形成される熱交換器中の
熱交換プレートのプレス加工パターンが提案されてい
る。しかしそのプレス加工パターンは完全に対称で、そ
のためにプレート間のすべての空間における両熱交換媒
体の流れの抵抗は同じ大きさになる。
本発明によって得られる２つの熱交換媒体の流れの抵
抗の差は、隣接するプレートの峰の上述のくぼみが互い
にどのような位置にあるかによって、大きくまたは小さ
くすることができる。プレート間の空間の流れの比較的
小さい抵抗の増加はくぼみによって得られ、これらのく
ぼみは、２つの隣接する熱交換プレートの面にそれぞれ
互いに離間する方向に形成され、一方の熱交換プレート
のくぼみがその熱交換プレートの裏面の各谷沿いの互い
に距離を置いて位置する第１の境界部を形成し、他方の
熱交換プレートのくぼみがその裏面の谷沿いに他の境界
部を形成する。
同じ谷沿いの前記の第１の境界部の１つと前記の別の
境界部の１つとの間の距離が短いほど、流れの抵抗は大
きくなる。従って、境界部が各熱交換プレートの向かい
合う面の谷中に形成され、その境界部が２つずつ対にな
って、言い換えれば各熱交換プレートの境界部が熱交換
プレート間の流路を制約するように協同するよう、２つ
の隣接する熱交換プレートの互いに反対方向を向く側面
中にくぼみが形成されれば、プレート間の空間中の流れ
の抵抗は比較的大きく増加する。例えば、流れの抵抗を
最大にするには、境界部は同一の流路中に互いに向かい
合った位置に置かれる。この場合、最大の流れの抵抗
は、当然境界部が高くなるほど大きくなる。
前記の種類のくぼみはプレート熱交換部全体に均一に
分布させる必要はなく、例えばプレート間の空間に均一
の流れを分配するためにプレート間の空間の流量を制御
する手段として、不均一にくぼみを分布させることもで
きる。
次に本発明を添付の図面を参照して以下に説明する。
第１図は、本発明に関する種類のプレート式熱交換器
を示す。
第２図は、第１図によるプレート式熱交換器への使用
を目的とした２つの熱交換プレートを示す。
第３図と第４図は、熱交換プレートの２つの異なるプ
レス加工パターンを示す。
第５図は、本発明により協同するように重ねられた第
３図および第４図によるプレス加工パターンを有する熱
交換プレートを示す。
第６図から第８図は、それぞれ第５図の線VI−VI、VI
I−VIIおよびVIII−VIII沿いの断面図を示す。
第１図は、フレームプレート１、プレッシャプレート
２、およびその間に位置するいくつかの熱交換プレート
３を有するプレート式熱交換器を示す。プレッシャプレ
ート２と熱交換プレート３は水平ビーム４から吊され、
かつ水平ビーム４沿いに取外し可能である。水平ビーム
４はフレームプレート１とサポート５により支持され
る。プレッシャプレート２と熱交換プレート３は、やは
りフレームプレート１とサポート５により支持される。
ガイドロッド６によって正しい位置に保持される。部材
７および８は、熱交換プレートをフレームプレート１と
プレッシャプレート２との間に保持するようになってい
る。
第２図は、２つの同一の長方形の熱交換プレート3aお
よび3bを示す。プレート3aの平面はプレート3bに対して
180°向きを変えている。各熱交換プレートは第１の熱
交換部９と２つの第２の熱交換部10,11からなる。熱交
換プレートのかどの部分には、２つの熱交換媒体を流す
ことを目的としたポート12〜15がある。各プレートの一
方の側にあるプレートの熱交換部および２つのポート1
3,15の周りにはガスケット16が延在する。別の２つのポ
ート12,14の周りには別のガスケット17,18が延在するの
で、ポート12,14はガスケット16に取り囲まれるプレー
トの部分の外に位置することになる。
熱交換プレート3aおよび3bは第１図によるプレート式
熱交換器中で協同することを目的としたもので、その方
法は公知のものであるから、綿密な説明は必要ない。
各熱交換プレートの第１の熱交換部９はプレス加工に
よりプレートの両面に峰と谷とを有する波形パターンを
具備する。峰および谷はプレート沿いの主な方向に延在
し、その方向は第２図の矢印Ｍによって示される。プレ
ート3aをプレート3bに重ねた場合、プレートの向かい合
う平行な峰はプレート間に形成された空間で互いに峰ご
とに接触する。峰の間の向かい合う谷は、プレート間の
空間中に一方の熱交換媒体の通る平行な流路を形成す
る。
第３図は、熱交換プレートの第１の熱交換部に使用す
ることを目的とした波形パターンの実施例を示す。熱交
換プレートの片面の波形は平行な峰19aとその間に延在
する谷20aとを有する。熱交換プレートの他の片面の峰
は谷20aにより形成され、谷は峰19aにより形成される。
各峰19aは、延長部分沿いに互いに等間隔で配置され
たいくつかのくぼみ21aを具備している。第３図では峰1
9aのいくつかのくぼみ21aは峰を横切って溝が形成され
るように並べられているが、もちろん、そうする必要は
ない。
第３図からわかるように、くぼみ21aは谷20aと同じ深
さではなく、峰19aの22aの部分は谷の底よりも幾分高い
位置にある。くぼみ21aは熱交換プレートの反対側に位
置する谷の境界部を形成する。
熱交換プレートの片面の峰にのみくぼみ21aを形成す
ることにより、非対称の波形パターンが得られる。従っ
て、１つの熱交換媒体がほぼ妨害されずにプレートの一
方の片面の谷20a内を谷20a沿いに流れ、別の熱交換媒体
がプレートの反対の片面の谷の中を谷沿いに流れる際、
くぼみ21aにより形成される境界部により一定の流れの
抵抗にあう。第４図は、熱交換プレートの第１の熱交換
部に使用することを目的とした波形パターンの別の実施
例を示す。この波形パターンは、熱交換プレートの片面
に平行な峰19aとくぼみ21bを有する。峰19bの間には谷2
0bが形成され、この谷はプレートの反対側の片面の峰を
形成する。これらのプレートの反対側の片面の峰はくぼ
みを有し、くぼみは谷20b中に境界部23bを形成する。第
４図からわかるように、境界部23bは峰19bと同じ高さで
はない。したがって同様に、くぼみ21bがあっても、谷2
0b底よりも上方の位置には、峰19bの部分22bが残る。
境界部23bは、各峰19b沿いに２つの隣接するくぼみ21
bの間に形成される。このようにくぼみ21bと境界部23b
を配置すれば、波形パターンは対称になる。言い換えれ
ば、峰、谷、くぼみおよび境界部は熱交換プレートの両
面に同様に形成され、これによりプレートの片面にある
谷20b内を谷沿いに流れる熱交換媒体の流れの抵抗は、
プレートの反対側の谷内を谷沿いに流れる別の熱交換媒
体の流れの抵抗とちょうど同じになる。
第５図は、第４図による波形パターンを有する２つの
熱交換プレート25,26の部分間に位置した、第３図によ
る波形パターンを有する熱交換プレート24の部分を示
す。３つのプレート間には２つの空間が形成され、株の
プレート間の空間中の矢印Ｈで示す方向には第１の熱交
換媒体が流れ、上部のプレート間の空間中の矢印Ｃによ
る反対方向には別の熱交換媒体が流れる。
第５図の下部のプレート間の空間では、下部プレート
26の峰19bが、中間プレート24の谷20aにより形成される
中間プレート24の下向きの峰に接触する。従って、プレ
ート24と26の向かい合う谷は、流れの方向Ｈに第１の熱
交換媒体の流れるいくつかの平行な流路を形成する。プ
レート26の境界部23bと中間プレート24のくぼみ21aによ
り形成される下向きの境界部はどちらもこれらの流路中
の流れの障害物として働く。プレート24および26のこれ
らの境界部は流路中で互いに向かい合う位置にあるの
で、そこを通る熱交換媒体の流れの抵抗は比較的大きく
なる。
第５図の上部のプレート間の空間では、中間プレート
24の峰19aは、上部プレート25の上側の谷20bにより形成
された上部プレート25の下向きの峰に接触する。プレー
ト24および25の向かい合う谷は、流れの方向Ｃに第２の
熱交換媒体の流れるいくつかの平行な流路を形成する。
これらの流路中の流れの障害物となるのは、上部プレー
ト25のくぼみ21aにより形成される下向きの境界部だけ
である。熱交換媒体の流れる上述の流路の流れの抵抗
は、第５図の下部のプレート間の空間中の流路の流れの
抵抗よりもかなり小さい。
図示した種類の熱交換プレートのくぼみや境界部は非
常に異なるパターンにより形成されることは明らかであ
る。これにより、２つの隣接するプレート間の空間に、
一方のプレート間の流れの抵抗の度合いは、もう一方の
流れの抵抗の度合いとは実質的に無関係に、望ましいい
かなる流れの抵抗をも生じさせることもできる。
第６図から第８図は、それぞれ第５図の線VI−VI、VI
I−VIIおよびVIII−VIII沿いの断面を示し、それにより
プレート24〜26間の流路の流れの面積が流路沿いにどの
ように変化しているかがわかる。
各プレート間の空間中を流れる熱交換媒体の流れの抵
抗が実質的に異なるように、非対称のプレス加工パター
ンを有する熱交換プレート（第３図）と対称のプレス加
工パターンを有する熱交換プレート（第４図）とが協同
する場合を説明してきたが、本発明はそのような熱交換
プレートのプレス加工パターンの組み合わせに限られる
ものではなく、すべてのプレートが、対称なプレス加工
パターンか非対称なプレス加工パターンのいずれかを有
することもある。重要なことは、くぼみによりプレート
間の流路中に形成される境界部があるプレート間の空間
中を流れの抵抗がもう一方の空間中を流れの抵抗よりも
大きくなるように協同することである。
本発明の範囲では、プレート式熱交換器のほんの一部
で熱交換媒体の流れの抵抗を変えることも、もちろん可
能である。また、例えば米国特許第4,303,123号に説明
された原理により、プレート式熱交換器の２つの異なる
部分における流れの抵抗差の度合いを変えることも可能
である。
望ましければ、熱交換プレートは異なる高さの境界部
を具備してよい。そのような高さの異なる境界部は同一
の熱交換プレートにあって、例えばプレートの片面の境
界部がプレートの他の片面の境界部より高くなっていて
よい。あるいは、あるプレートの境界部がある高さで、
別の熱交換プレートの境界部の高さはそれとは異なって
いてよい。しかし、すべての熱交換プレートにプレス加
工された峰は同じ高さで、異なるプレート間の空間中に
同じ種類のガスケットを使用することができることが望
ましい。
熱交換媒体の流れの抵抗を変えるためには、さらにプ
レート式熱交換器（またはその一部）の１つおきの熱交
換プレートが、プレートの平面に延在する軸線の周りに
180°回転され、種々の境界部が位置および高さ、ある
いは位置または高さに関して、各熱交換媒体の通るプレ
ート間に形成された空間中において様々な方法で協同す
べく形成されるよう、熱交換プレートを形成することが
可能である。熱交換プレートがそのように配置されれ
ば、峰、谷、くぼみおよび境界部が同一のプレス加工パ
ターンを有することになる。
本発明は、添付の特許請求の範囲内で、熱交換プレー
トのいくつかまたはすべてが、例えばはんだ付けまたは
溶接により互いに永久的に接続された熱交換器にも使用
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−73393（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−502016（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−154874（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−22503（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F28F 3/00 - 3/08 F28D 9/02

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プレス加工により両面に峰が設けられた一
    式の薄い熱交換プレートを含み、前記熱交換プレートは
    前記峰を介して互いに接触するとともにプレート間の空
    間を形成し、さらに、熱交換媒体同士が各々のプレート
    間の空間中を向流または並流に予め定められた主方向に
    ついて互いに平行に流れるように、一方の熱交換媒体を
    １つおきのプレート間の空間に導き、他方の熱交換媒体
    を上記以外のプレート間の空間に導くための手段を含
    み、前記熱交換プレートが前記一方の熱交換媒体のプレ
    ート間の空間の流れ抵抗が、前記他方の熱交換媒体のプ
    レート間の空間の流れ抵抗よりも大きくなるように形成
    されているプレート式熱交換器において、 前記熱交換中の少なくとも２つの隣接するプレートの空
    間（C,H）は、各々が、各面に平行な峰（19a,19b）を有
    する熱交換プレートにより形成され、これら平行な峰は
    熱交換媒体を流すために熱交換プレートの熱交換部の大
    部分にわたって前記主方向に延在し、かつ、前記平行な
    峰はその間に各熱交換媒体の流れる平行な谷（20a,20
    b）を形成し、プレートの一方の面の峰（19a,19b）の間
    のプレート部分がプレートの他方の面に峰を形成し、 隣接する熱交換プレートの向かい合う側面上の峰は、一
    方の熱交換プレート（26）の峰（19b）の間の前記谷（2
    0b）が他方の熱交換プレート（24）の対応する谷の向か
    い側に位置し、かつそれにより各熱交換媒体の流れる平
    行な流路を形成するように、前記２つのプレート間の空
    間（C,H）の各々の中で互いに接触し、 少なくとも、２つの前記の隣接するプレート間の空間の
    壁を形成する熱交換プレート（24）は、少なくとも熱交
    換プレートの一方の面に位置する峰（19a）中にくぼみ
    （21a）を具備し、前記くぼみは熱交換プレートの他方
    の面上の互いに平行な谷の中に境界部を形成し、 前記の種類のくぼみ（21a）は、熱交換器の作動中、一
    方のプレート間の空間（Ｃ）の流路中を流れる一方の熱
    交換媒体の流れ抵抗が、隣接する他のプレート間の空間
    （Ｈ）の流路中を流れる他方の熱交換媒体の流れの抵抗
    よりも実質的に大きくなるようなサイズで作られ、かつ
    配置されることを特徴とするプレート式熱交換器。
  2. 【請求項２】くぼみが、２つの隣接した熱交換プレート
    の面の峰に、互いに離間する方向に形成され、一方の熱
    交換プレートのくぼみがこの熱交換プレートの裏側の谷
    沿いに沿って互に距離を置いて位置する第１の境界部を
    形成し、そして、他方の熱交換プレートのくぼみがこの
    熱交換プレートの裏面の谷沿いに他の境界部を形成し、
    これら２つの熱交換プレートの境界部が熱交換プレート
    間の各流路中の制約となることを特徴とする請求項１記
    載のプレート式熱交換器。
  3. 【請求項３】くぼみ（21a）が、２つの隣接した熱交換
    プレート（24,26）の面の峰に互いに離間する方向に形
    成され、各熱交換プレートの向かい合う面の谷の中に境
    界部が形成され、この境界部が２つずつ対になって、各
    熱交換プレートの境界部が熱交換プレート間の流路中の
    制約となるよう協同することを特徴とする請求項１記載
    のプレート式熱交換器。
  4. 【請求項４】３つの連続する熱交換プレートが、プレー
    ト間に形成された一方の空間が請求項２に記載の位置に
    制約を有するが、他方のプレート間の空間は請求項３に
    記載の位置に制約を有するように形成されていることを
    特徴とする請求項２または３記載のプレート式熱交換
    器。
  5. 【請求項５】いくつかの連続する熱交換プレートのう
    ち、１つおきの熱交換プレート（24）が第１の種類で、
    そのほかの熱交換プレート（25,26）が第２の種類であ
    ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
    のプレート式熱交換器。
  6. 【請求項６】プレートの峰の中のくぼみが、このくぼみ
    により境界部が、プレート間の空間に１つの熱交換媒体
    に対して熱交換媒体の流れる方向に見てプレート間の空
    間の一方の端からもう一方の端に向かって流れの抵抗を
    次第に変えていくように形成されていることを特徴とす
    る請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレート式熱交
    換器。
  7. 【請求項７】プレート間の空間中の同じ流路沿いに隣接
    する境界部間の距離が熱交換媒体の流れる方向に変化す
    ることを特徴とする請求項６記載のプレート式熱交換
    器。
  8. 【請求項８】異なる種類の熱交換プレートが同一パター
    ンの峰（19a,19b）と谷（20a,20b）を有するが、異なる
    くぼみ（21a,21b,23b）がそれぞれの峰に形成されてい
    ることを特徴とする請求項５記載のプレート式熱交換
    器。
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