JP3100396B2 - プレート熱交換器 - Google Patents

プレート熱交換器

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JP3100396B2
JP3100396B2 JP03505330A JP50533091A JP3100396B2 JP 3100396 B2 JP3100396 B2 JP 3100396B2 JP 03505330 A JP03505330 A JP 03505330A JP 50533091 A JP50533091 A JP 50533091A JP 3100396 B2 JP3100396 B2 JP 3100396B2
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    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一方の流体から他方の流体へ熱を伝達するプ
レート熱交換器に関し、それはプレートエレメントを積
層することにより構成され、プレートエレメントはその
平面を横切って延びる保持部材により一緒に保持され各
プレートエレメントは、それぞれ、対向する熱交換部お
よびポート部を有する２枚の熱交換板により構成され、
後者は揃えられた貫流開口を有し、各プレートエレメン
ト内の熱交換板はさらに、例えばろうづけ等により、そ
の縁周りおよび熱交換部上に分布されたいくつかの場所
で一緒に永久的に接合されており、各熱交換板はその熱
交換部をプレスして形成された山部と谷部を有し、２つ
の隣接プレートエレメントは各熱交換板の熱交換部を介
して互いに密着しており、したがって熱交換板間の熱伝
達は容易になるがその一方を貫通する孔によりプレート
エレメント間で流体を流出させることができる。
この種のプレート熱交換器は米国特許4,249,597号で
知られている。この公知のプレート熱交換器では、各熱
交換板には２つの貫流開口しかなく、各プレートエレメ
ントはこのような２つの熱交換板により構成され、その
一方は他方に対してプレート面の軸周りに180゜回転し
た向きとされる。この種の２つの隣接プレートエレメン
トは熱交換板の熱交換部上でのみ互いに隣接し、一方の
プレートエレメントは他方のプレートエレメントに対し
てプレート面に直角な軸周りに180゜回転した向きとさ
れ、したがって一方のプレートエレメントのポート部は
一方向へ向けられ他方のプレートエレメントのポート部
は反対方向向きとされる。
公知のプレート熱交換器はさらに２枚の堅固な端板を
有し、それらは最も外側の各熱交換板の熱交換部と隣接
してプレートエレメントの積重ねの外側に延びるロッド
状の２本の保持部材により互いに接続される。
公知のプレート熱交換器の一つの欠点は特種な熱交換
板、すなわち米国特許第4,249,597号による２重壁構成
にしか使用できない熱交換板、を想定して設計とされて
いることがある。
もう一つの欠点は、プレート熱交換器の組立てに関し
て熱交換板は互いにいくつかの異なる方位としなければ
ならないことである。
第３の欠点は、プレートエレメントの積重ねを互いに
保持するロッドはさまざまなプレートエレメント間のあ
るジョイントも一緒に保持するのに使用されず、そのた
め熱交換器の運転中に特に大きな力が作用してプレート
エレメントを互いに分離させてしまうことである。処理
流体が２重熱交換板により継続的に分離される。前記し
た種類の永久的接合プレート熱交換器の設計を提供し、
この設計により米国特許第4,249,597号に開示されてい
る設計よりも低廉かつ簡単にこのようなプレート熱交換
器を製造可能とすることである。
もう一つの目的は、米国特許第4,249,597号によるプ
レート熱交換器よりも高い圧力を問題とする熱交換流体
から加えることができる、前記した種類のプレート熱交
換器を提供することである。
これらの目的は各熱交換板が貫流開口を有する少なく
とも４つのポート部を有し、各プレートエレメント内の
熱交換板は互いに隣接しかつ各熱交換板の熱交換部およ
びその少なくとも２つの貫流開口を包囲する線に沿っ
て、また各熱交換板の他方の２つの各貫流開口周りで互
いに永久的に液封されて接続され、隣接プレートエレメ
ントは各熱交換板のポート部を介して互いに隣接しかつ
各貫流開口周りで互いに接続され、前記保持部材は熱交
換板の貫流開口中を延びることを特徴とする設計により
達成できる。
この種の設計により公知の種類の熱交換板を使用する
ことが可能となり、したがってそれを単熱交換板プレー
ト熱交換器および熱交換流体間に２重熱交換板を有する
プレート熱交換器の両方に使用することができる。本発
明によるプレート熱交換器内の各２重壁ユニットは好ま
しくは互いに完全に被覆する２枚の同じように形成され
た板により構成され、したがって米国特許第4,249,597
号のようにこの一方を他方に対して回転させることなく
一緒にされる。
本発明によるプレート熱交換器の実施例において、各
保持部材はその各端において１枚の熱交換板よりも剛性
が大で保持部材が延びる貫流開口と揃えられた領域周り
でプレート熱交換器の最外側のプレートエレメントと液
封的に接続される剛性部材に接続される。したがって、
例えば米国特許第4,249,597号に示す種類のプレート熱
交換器ではプレートエレメントを互いに分離させようと
する、プレートエレメントの貫流開口領域内の力は保持
部材により支えられ、後者の貫流開口周りでプレートエ
レメント間の接合を損うことはない。
保持部材の一端にある前記剛性部材は剛性板で構成す
ることができ、他端の剛性部材は熱交換流体を供給排出
するようにされた部材を接続して構成することができ
る。
所望により、本発明によるプレート熱交換器内のプレ
ートエレメントはその終端に従来の比較的厚くそして剛
性の端板を設けないものとすることができる。しかしな
がら、好ましくは剛性端板は各スタック端で使用され、
最外側プレートエレメント内の少なくとも２つの貫流開
口を被覆して２つの接続部材と接続される。接続部材は
プレートエレメントの貫流開口領域内で端板と接続され
るため、端板は比較的薄くすることができる。
次に、添付図を参照して本発明の説明を行う。第１図
〜第３図は本発明によるプレート熱交換器の正面図（第
１図）、側面図（第２図）および第１図III−III線に沿
った断面図（第３図）であり、第４図は第１図〜第３図
に示すプレート熱交換器内の互いに分離された数枚の熱
交換板の略図、第５図は本発明によるプレート熱交換器
内の数枚の熱交換板の第４図のＶ−Ｖ線に沿った断面図
である。
第１図〜第３図のプレート熱交換器は２重の熱交換板
のパッケージ１および４枚の端板2A,2B,3A,3Bにより構
成されている。全てのプレートがろう付けにより互いに
永久的に接合されている。上部の熱交換板にはプレート
のパッケージを貫通する流路4,5を形成する一直線に揃
った貫流開口が設けられている。第３図に示すように、
流路４は熱交換板間のある空間に連通され、流路５は他
のプレート間の空間と連通されている。２本の管状の接
続部材6,7が、それぞれ、流路4,5に対向して配置され、
端板3Aの外側に対して封止されている。接続部材は、そ
れぞれ、端板3Aの外側に位置するワッシャ10,11と接続
された保持部材であるロッド8,9により端板3Aに対して
着脱可能に押圧されている。ロッド8,9は接続部材6,7に
しっかり接続された十字型オーク12,13内の中央孔中を
延在している。ナット14,15が、それぞれ、オーク12,13
の外側でロッド8,9の端部へねじこまれている。第１図
および第２図に示すように、プレートのパッケージの下
部にも対応する流路、接続部材、ロッド、オーク等が設
けられている。
第４図に第１図〜第３図に示すプレート熱交換器内に
含まれる同様な４組の２重の、すなわち８枚の熱交換板
を示す。プレート15〜22の中のプレート17,18および21,
22はそれぞれの平面図でプレート15,16および19,20に対
して180゜回転させた向きにされている。プレート15〜2
2は薄い金属板でありプレスにより山23および谷24状の
波形が形成されている。これらの山谷により各プレート
のいわゆる熱交換部の両側にヘリンボン模様が形成され
る。
各プレートは矩形でありその各コーナー部には、以降
ポート部と呼ぶ、貫流開口が設けられている。したがっ
て、全て同じ方向に向けられたプレート15,16,19,20
は、それぞれ、揃えられた貫流開口A,B,C,Dを有し、各
プレート17,18,21,22は対応する貫流開口Ａ〜Ｄを有し
ているが、これらのプレートは他方のプレートに対して
180゜回転した向きにされているため違った配置となっ
ている。
熱交換板がプレートのパッケージ内で永久的に接合さ
れる時に互いにどのように封止されるかを第４図に点線
で示す。プレート15,16は貫流開口の周りでのみ互いに
接合され封止されることが判る。プレート15,16はプレ
ートのパッケージ内で同じ方向に向いているため、プレ
ート16の山23はプレート15の裏面での谷内に配置され、
この谷はプレート15の前面では山23を形成している。し
たがって、プレート15,16間には実際上空間は形成され
ずプレートは実質的にその全表面にわたって互いに接触
する。通常、プレート15,16間には熱交換流体は流れな
い。同様に、プレート17,18および19,20および21,22も
互いに接触して各貫流開口Ａ〜Ｄ周りでのみ接合されて
封止される。
向きの異なるプレート16,17は熱交換流体が流れるプ
レート間の空間を画定しなければならない。このため、
第４図に示すように、これらのプレートはプレートの縁
部に沿いかつ各プレートの２つの貫流開口周りで液封し
て接合されなければならない。したがって、第４図には
プレート17の熱交換部および４つ全部のポート部周りで
プレート17の縁部に沿った点線が示されている。さら
に、プレート17の貫流開口Ｃ周りにも点線が示されてい
る。対応する点線がプレートの貫流開口Ｂ周りにも示さ
れている筈であるが、プレート16の後に隠れている。プ
レート17の開口A,D周りには点線のないことが判る。
プレート16,17間の空間において、プレート17の山23
はプレート16の前面の谷24により形成されるプレート16
の裏面の山と交差して接触する。
プレート16,17は当接する山間に形成される全ての接
触位置において永久的に接合されなければならないが、
これらの接触位置間ではプレートの間にフロー空間が形
成される。このフロー空間は（第４図において）プレー
ト17内の右側の開口A,Dおよびプレート16内の開口A,Dに
対向する開口B,Cと連通するが、これら２つのプレート
の他の開口とは連通しない。
プレート16,17と同様にプレート20,21も互いに接触す
る。プレート18,19も同様に接触するが、この場合には
プレート間のフロー空間は（第４図において）プレート
19の左側開口A,Dおよび反対側のプレート18の開口B,Cと
連通する。
熱交換板の貫流開口Ａ〜Ｄは２つの熱交換流体に対し
てプレートのパッケージの貫通流路を形成する。第４図
の矢符は第１の流体F1がプレート15の開口Ｂを通ってプ
レートのパッケージ内へ導入され同じプレートの開口Ｃ
を通って戻り、第２の流体F2がプレート15の開口Ｄを通
ってパッケージ内へ導入され同じプレートの開口Ａを通
って戻る様子を示す。図示するように、流体F1はプレー
ト熱交換器の動作中にプレート16,17間およびプレート2
0,21間に平行に連結された空間中を流れ、流体F2はプレ
ート18,19間の空間中を流れる。
例えばNo.18の熱交換板の２つのポート部とNo.18のプ
レートに対して180゜回転された向きの隣接する、例え
ばプレート19のプレートの２つのポート部とを当接させ
るためには各プレートの対角位置に配置されたポート部
は異なる平面内に配置される。したがって、各プレート
の図示されている側の開口B,C周りのポート部は山23の
峰と同じ平面内に配置され、プレートの他方側の開口A,
D周りのポート部は谷24によりプレートの裏側に形成さ
れる山の峰と同じ平面内に配置される。
一方が他方に対してそれ自身の平面内で180゜回転し
た向きとされている隣接プレートの縁同士を当接させる
ために、全てのプレートの縁部を同方向に曲げて互いに
一部重なるようにされている。これは本発明によるプレ
ート熱交換器内の隣接するプレートの断面を示す第５図
から明らかである。
プレートのパッケージに組込まれたときのプレートの
第４図のＶ−Ｖ線に沿った断面を示す第５図において、
プレートは対をなして互いに対面して当接して、フロー
空間を形成しておらず、このような当接したプレートの
対の間に２つの熱交換流体用のフロー空間25,26,27を形
成していることが判る。フロー空間25,27は一方の熱交
換流体用でありフロー空間26は他方の熱交換流体用であ
る。最後に述べたフロー空間26だけがプレートのパッケ
ージを介して図示する流路５に連通されている（第３図
参照）。
プレート15〜18はプレート19〜22と同様に流路５周り
で互いに液密的に接続されている。プレートの縁部で
は、プレート16,17および18,19および20,21だけが液密
的に相互に接続され、プレート15,16および17,18および
19,20および21,22は互いに当接している。
本発明による２つの熱交換流体がプレート熱交換器内
をどのように流れるかを第４図のプレート構成に関して
記述した。一方の流体、例えば流体F1が強腐食性でしば
らく熱交換器を動作した後である熱交換板、例えばプレ
ート17に孔が形成されると、プレート17,18間から流体F
1の一部が漏洩する。これらのプレートは互いに密着し
てはいるが、プレート16,17間のフロー空間内の圧力に
より流体は押し出されてプレート17,18間を通って、あ
る方向でこれらのプレートの縁に向う、さらに縁を越え
て流出する。そこで漏洩に気ずき、流体F1によりプレー
ト18にも孔ができて流体F1,F2が混合する前に対策をと
ることができる。
前述したように、間に流体F1,F2用のフロー空間を形
成する隣接プレートはその縁に沿いかつプレートの熱交
換部に分布された多くの場所で互いに永久的に接合され
るため、フロー空間内の流体F1,F2の圧力は熱交換板自
体により支えられる。したがって、流体によって熱交換
板へ加わる力に対しては交換プレートのパッケージを保
持する必要はない。しかしながら、熱交換板の還流開口
Ａ〜Ｄにより形成される流路4,5内の流体圧により（第
４図）、端板2A,2Bおよび接続部材6,7に接続された（図
示せぬ）流体管路に対する力が生成される。これらの力
は異なる方向に作用し、熱交換板のパッケージから端板
を分離させようとし、かつ熱交換板を互いに分離させよ
うとする。
本発明によるプレート熱交換器における上述の力はロ
ッド8,9により支えられ、熱交換板は互いに分離させる
ことはない。特に分離力を受け易いのは貫流開口Ａ〜Ｄ
周りだけで接合されている隣接する熱交換板、すなわち
プレート17,18である。
本発明によるプレート熱交換器は次のようにして製造
することができる。最初に数枚のプレートを第４図に示
すように積み重ね、プレートと同じサイズの薄いろう付
け材がプレート16,17間の各空間、プレート18,19間およ
びプレート20,21間に配置される。プレート15,16間、プ
レート17,18間、プレート19,20間およびプレート21,22
間の各空間内ではろう付け材はプレートのポート部のみ
に配置される。その後、端板2A,2Bおよび3A,3Bを載置
し、これら端板と熱交換プレートのパッケージとの間に
ろう付け材を配置する。プレートのパッケージ全体を圧
縮してプレート間の接触を良くし、その後プレートのパ
ッケージを炉内で加熱してプレートを互いにろう付けす
る。
プレートのパッケージを炉から取り出した後ワッシャ
10,11付きのロッド8,9を取り付け、ナット14,15を締め
ることによりオーク12,13付きの接続部材6,7を固定す
る。プレート熱交換器の実施例において、端板2A,2Bお
よび3A,3Bは数箇所で各隣接する熱交換プレートにしっ
かりろう付けされかつ流路4,5の周りのエリアで液密封
止されている。
所望により、端板を省いて替りにロッド8,9を、その
一端において流路4,5より直径が僅かに大きく接続部材
6,7を取り付けたときプレートのパッケージの最外側熱
交換板の背面に液封されて押圧される、ワッシャ10に対
応する、円板と接続することができる。また、この円板
はプレートのパッケージのプレートを互いにろう付けす
るのと同時に、ロッド8,9と共にプレートのパッケージ
上へろう付けすることもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 3/00 - 3/08

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一方の流体から他方の流体へ熱を伝達する
    プレート熱交換器であって、該熱交換器はプレートエレ
    メントの積層により構成され、該プレートエレメントは
    そのプレートエレメントの面を横切って延びる保持部材
    により一緒に保持され、各プレートエレメントは、それ
    ぞれ、対向する熱交換部およびポート部を有する２枚の
    熱交換板から構成され、該ポート部は揃った貫流開口を
    有し、各プレートエレメントの熱交換板はさらに、ろう
    付けにより、その縁周りおよび熱交換部上に分布された
    いくつかの場所で一緒に永久的に接合されることによ
    り、プレート熱交換器の動作中に熱交換流体から前記熱
    交換部へ加わる圧力は熱交換板自体により支持され、そ
    して、各熱交換板はその熱交換部をプレスして形成され
    た山部および谷部を有し、隣接する２つのプレートエレ
    メントはそれぞれ密着された２つの熱交換板の熱交換部
    を介して互いに当接してこれら２つの熱交換板間の熱伝
    達を促進し、そして熱交換板に生じた孔を通しての熱交
    換エレメント間の流体の漏れが外部へ流出されるプレー
    ト熱交換器において、 全ての熱交換板の縁部がプレート面を横切って同じ方向
    に弯曲されて重ねられており、各熱交換板（15〜22）は
    貫流開口（Ａ〜Ｄ）を有する少くとも４つのポート部を
    有し、 各プレートエレメントの熱交換板（18,19）は互いに当
    接し、かつ各熱交換板の熱交換部およびその少くとも２
    つの貫流開口を包囲する線に沿って、そしてまた、各熱
    交換板の他方の２つの貫流開口それぞれの周りで互いに
    永久的に液密に接続され、 隣接するプレートエレメント（16,17;18,19）は各熱交
    換板のポート部を介して互いに隣接しかつその各貫流開
    口（Ａ〜Ｄ）周りで互いに永久的に液封されて接続さ
    れ、 該保持部材（8,9）は熱交換板の貫流開口の中を延びて
    いる、 ことを特徴とするプレート熱交換器。
  2. 【請求項２】熱交換板の熱交換部内にプレスにより形成
    された山（23）および谷（24）のパターンにおいて、各
    プレートエレメントの一方の熱交換板の山が他方の熱交
    換板の山と交差しかつ当接し、２つの隣接するプレート
    エレメント間の空間においては、一方の熱交換板の山が
    他方の熱交換板の谷内に延びている、請求項１記載のプ
    レート熱交換器。
  3. 【請求項３】熱交換板は同一であり、各プレートエレメ
    ント（18,19）の一方の熱交換板（18）がそれ自身の平
    面内で他方の熱交換板（19）に対して180゜回転した向
    きとされている、請求項１、または２記載のプレート熱
    交換器。
  4. 【請求項４】各保持部材（8,9）の各端部が１枚の熱交
    換板よりも剛性が大きい剛性の部材に接続されており、
    該剛性の部材が保持部材がその中を延びている貫流開口
    と同心に揃えられている領域の周りで積重ねられている
    最外側のプレートエレメントに液封されて接続されてい
    る、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート熱交
    換器。
  5. 【請求項５】保持部材の一端における剛性の部材が一方
    の流体を供給および排出する接続部材（6,7）により構
    成されている、請求項４記載のプレート熱交換器。
  6. 【請求項６】接続部材（6,7）が保持部材（8,9）に着脱
    可能に接続されている、請求項５記載のプレート熱交換
    器。
  7. 【請求項７】保持部材の一端における剛性の部材がプレ
    ートエレメントの貫流開口と同心に揃えられた領域の周
    りで、積重ねられた最外側のプレートエレメントに液封
    されて接続されている剛性板（2A）からなる、請求項４
    記載のプレート熱交換器。
  8. 【請求項８】剛性板（2A）がプレートエレメントの貫流
    開口と同心に揃えられた最外側のプレートエレメントの
    領域の少くとも２つの領域を覆いかつ少くとも２つの保
    持部材（8,9）に接続されている、請求項７記載のプレ
    ート熱交換器。
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