JP3346767B2 - 溶接されたプレート型熱交換器 - Google Patents
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Description
い熱伝達プレートの積み重ねを含んで成っていて、それ
ら熱伝達プレートの各々のものが、プレスされてできた
間隔保持用の突起と凹みのパターンが設けられた中央の
熱交換部と、熱伝達プレートのエッジに沿って延びてい
て前記熱交換部を包囲しているエッジ部を有しており、
積み重ねの中の、第1の熱伝達プレート、つまり二つの
他の熱伝達プレートの間に位置している熱伝達プレート
が、それのエッジ部によって、前記の二つの他の熱伝達
プレートのうちの一つのもののエッジ部とは外側ライン
に沿って溶接結合され、前記の二つの他の熱伝達プレー
トのうちの他方のもののエッジ部とは前記外側のライン
の内側に位置している内側ラインに沿って溶接結合され
ており、各熱伝達プレートのエッジ部は、前記の内側ラ
インと外側ラインに沿って相互に接触している、という
プレート型熱交換器に関する。
レート型熱交換器は、先ず熱伝達プレートを、各々の前
記内側ラインに沿って溶接結合して複数の対にして、そ
の後に、既に結合されたプレートの対同志を、各々の前
記外側ラインに沿って溶接結合する、ということで製作
され得る。異なっているが代案の方法で構築されたプレ
ート型熱交換器が、GB−A−2 126 703によって公知に
なっている。
ついては、普通には、溶接ツールがそれらプレートの両
者に接触させられることを必要としている。しかし、レ
ーザ溶接や電子ビーム溶接のような近代的な溶接技術
は、重ねられた2枚のプレートを、それら2枚のプレー
トの一方の側だけに溶接ツールを適用することによって
溶接結合することを可能にしている。近代的な溶接技術
の利点は、溶接結合されるプレートの中で発生する熱が
少なくてすむ、ということにある。
熱伝達プレートを溶接結合するについて、それらプレー
トを順次に相互積み重ねして、順次にそれらを、溶接ツ
ールを一方向からだけ適用することによって溶接結合す
る、ということが可能になるはずである。第1のプレー
トが水平な支持体の上に置かれ、その後に、次から次に
他のプレートがその上に載せられて、下にあるプレート
に溶接される、というのが望ましい。
手の上に積み重ねられた幾つかのプレートを、同時に、
溶接ツールをそのプレートの積み重ねの一方の側だけに
適用することによって溶接結合することをも可能にする
であろう。
型熱交換器を、溶接ツールを溶接結合されるべき熱交換
プレートの一方の側だけに適用することによって製作す
る企てについては、特には上述の外側ラインに沿って、
それらプレート間に全体的に完全な溶接継手を達成する
ことが困難である、ということが知られている。このこ
との一つの理由は、溶接が行われている間に、二つの相
隣る熱伝達プレートの最も外方のエッジ部を、それらプ
レート間の良好な接触が得られるように効果的に相互に
押し当たるようにしておくことの難しさにある。つま
り、一つの熱伝達プレートが他の熱伝達プレートの上に
重ねられたときに、そのような良好な接触を得るために
は、プレートの中央の熱伝達部の領域内において圧縮圧
力を付与することでは十分でなかった。
が行われている間に、熱伝達プレートの中の材料が、溶
接の場所の回りで発生した熱によって局部的に膨脹する
ことと、それの結果として、各プレートのエッジ部が相
互の接触を失うこと、である。溶接点が各プレートエッ
ジ部に沿って動かされるにつれて、ギャップ(上記理由
によりプレート間に生ずる)が大きくなることが明らか
であり、その結果は、プレートのエッジ部の材料が、結
合されるのではなく、あちこちで溶融し、それらエッジ
部において貫通穴を残す、ということになった。(添付
図面の図6参照。) この種の接触の問題を避けるためには、溶接結合され
るべき2枚のプレートの最も外方のエッジ部も、それら
エッジ部に沿って、ある適当な種類の道具でもって極め
て厳重に一緒の状態に維持されなければならない。
重ねの上に新しい熱伝達プレートが溶接されるされるべ
きとき、そのたびごとにエッジ部に道具をあてがうとい
うことは、費用と時間を要する作業になり、それは、近
代的溶接技術の経済的利点を著しく減殺するか、または
全く無効にする。
により、2枚の相隣る熱伝達プレートの最も外側のエッ
ジ部さえもが、それらエッジ部が溶接結合されるとき
に、例えばそれらプレートの中央の熱伝達部の領域だけ
に力を付与するというような簡単で効果的な方法でもっ
て一緒の状態に維持され得るようにすることにある。
交換器の接続についての、この問題の極めて簡単な解決
策は、各熱伝達のエッジ部が、ある距離だけ前記外側ラ
インの外側へと延びていて、外側ラインの外側の領域に
おいては、外側ラインに沿って延びる剛性ひだがついた
形に作られている、ということにある。
にそのような剛性ひだがついた形にするならば、溶接に
伴って発生する上記の種類のギャップは、全くないか、
または極めて小さい、ということが実証されている。つ
まり、その剛性ひだは、ギャップを全くなくするか、ま
たは、いずれにしても、ギャップの大きさを、そのギャ
ップが完全に連続した溶接継手を形成することを危うく
することがないように制限する、と見られる。
80 368で見られる方法で形作られたプレート型熱交換器
の間の比較においては、本発明が、前記の剛性ひだを形
作ることを付け加えただけではなく、各熱伝達プレート
に、前記外側ラインの外側のさらなるエッジ部が、前記
のひだを形作るために設けられたことをも意味してい
る、ということが明らかである。
くは各々の、熱伝達プレートが、それの一方の側におい
ては、熱伝達プレートのエッジからある距離だけ離れて
前記エッジ部に沿って延びる第1の尾根(ridge)を有
し、それの他方の側においては、前記第1の尾根の内側
においてエッジ部に沿って延びる第2の尾根を有してい
て、その熱伝達プレートは、前記の一方の側において
は、隣接する熱伝達プレートと前記第1の尾根の頂上部
でそれに沿って溶接結合され、前記の他方の側において
は、別の隣接する熱伝達プレートと前記第2の尾根の頂
上部でそれに沿って溶接結合されている。
施態様においては、各熱伝達プレートのエッジ部は、そ
れぞれの外側ラインの外側において、前記内側ラインに
沿って溶接結合された両プレートの間のプレートインタ
ースペースでは、それら隣接する両プレートのエッジ部
は少なくともそのエッジ部に沿う部分々々において相互
に突き当たっているが、その他のプレートインタースペ
ースでは、前記外側ラインの外側においてエッジ部同志
の間にその種の突き当たりが実質上存在しない、という
ように形作られている。このことにより、溶接が行われ
る間におけるプレートのエッジ部同志間の、前記外側ラ
インに沿っての良好な接触のための前提条件のさらなる
改善が達成され得る。
く本発明を説明する。それら図面において、 図1は、プレート型熱交換器の中におけると同様に、
しかし相互間を離して配置された3枚の熱伝達プレート
を略図的に示している。
よる種々の実施例を、断面図で示している。
それらが本発明によって形作られてはいないならば、溶
接が行われることによって損傷され得るかを図示してい
る。
ト1,2,及び3を示している。それらプレートのすべての
ものは、同形に形作られているが、向きが同じでない。
つまり、プレート1と3は同じ方向に向けられている
が、プレート2は、それの水平の中心線の回りで、プレ
ート1や3に対して180゜回転させられている。図1に
おいて、プレート1の水平の中心線がRで示されてい
る。
板には、中央の熱伝達部4において、尾根と谷の波型パ
ターンがプレス加工によって設けられている。その波型
パターンは、ヘリングボーン形のようであり、幾つかの
プレートが図1に図示したように相互に積み重ねられた
ときに、相隣る両プレートの尾根同志が相互に交差して
突き当たるように形作られている。
ジ部5を有している。熱伝達部の隅において、各プレー
トは四つの貫通穴つまりポートを有している。図1にお
いては、これらは、プレート1,2,及び3のためにそれぞ
れA,B,及びCを付加した、6,7,8,及び9で示されてい
る。
ト全体を巡るように延びていて、その尾根は、熱伝達部
4にある尾根と同じ高さに、または、場合によっては、
それより少しく高くなるようにプレス成形されている。
尾根10Aは、プレート1の反対の側においては一つの溝
を形成していて、その溝は、その故やはり、プレートの
全体を巡るように延びている。そのようなプレート2の
溝が、破線10Bで示されている。
溝11Aを有しており、その溝は、破線で示されていて、
プレートのエッジ部に沿って、プレート全体を巡るよう
に延びている。この溝11Aは、プレート1の反対の側に
おいては、一つの尾根を形成しており、その尾根は、プ
レート2において、実線11Bで示されている相手のもの
を有している。代案として、溝11Aは、ポート7Aと9Aの
領域においては、それらポートの外側のエッジ部に沿っ
て延びる代わりに、熱伝達部4と、ポート7A及び9Aとの
それぞれの間を延びていてもよい。
根、それぞれ12A,13Aを有している。それら、ポート6A
と8Aの回りの尾根は、プレート1の反対の側においては
環状の溝を形成しており、プレート2にあるそれら溝の
相手のものが、破線、それぞれ12Bと13Bで示されてい
る。さらに、プレート1は、ポート7Aと9Aの各々の回り
で凹んだ環状の溝、それぞれ14Aと15Aを有しており、そ
れら溝は、プレート1の反対の側においては環状の尾根
を形成している。プレート2のそのような環状の尾根の
一つが、ポート9Bの回りの実線15Bで示されている。
きになっている。したがって、プレート1の種々の部分
のためと同じ参照番号が、対応するプレート3の部分の
ために用いられている。ただし、付随する文字は、Aの
代わりにCとなっている。
緒にプレスされるときには、形成される二つのプレート
インタースペースにおいては、相隣る両プレートの熱伝
達部4にある尾根同志が、前述したように、相互に交差
して突き当たることとなる。さらに、プレート2のポー
ト9Bの回りの環状の尾根15Bが、プレート1の溝14Aによ
って形成された環状の尾根に、頂上部が頂上部への関係
で、突き当たることとなる。プレート1と2の間の対応
する突き当たりが、プレート1のポート9Aとそれに向き
合ったプレート2のポート(図示されていない)の回り
で得られることになる。しかし、ポート6A,8Bや、8A,6B
の回りにおいては対応する突き当たりは存在しない。
ポート8B,6C、及び6B,8Cの回りにおいて両プレート間に
対応する突き当たりが得られるが、両プレートの突き当
たりは、ポート9B、7Cや、プレート2と3の二つの他の
ポート(図示されていない)の回りでは得られないこと
になる。
て、プレート1の、それの溝11Aによって形成された尾
根に突き当たることになる。さらに、プレート3の尾根
10Cが、プレート2の、それの溝10Bによって形成された
尾根に突き当たることになる。
ころに沿ったラインに沿って溶接結合されるときに、プ
レート1と2の間では、プレート2の尾根11Bと同じく
延びている内側エッジラインに沿って形成された溶接継
手によって限界された一つのインタースペース、つまり
流れのスペースが生ずる。この流れのスペースは、プレ
ート1と2のポート、それぞれ6B,8A、及び8B,6Aと連通
しているが、同じ両プレートの他のポートとは連通を遮
断されている。プレート2と3の間では、プレート2の
溝10Bと同じく延びている外側エッジラインに沿って形
成された溶接継手によって限界されたもう一つのプレー
トインタースペース、つまり流れのスペースが生ずる。
この流れのスペースは、プレート2と3のポート、それ
ぞれ9B,7C、及びこれらプレートの図示されていない二
つのポートと連通しているが、同じ両プレートのポート
8B,6C,及び6B,8Cとは連通を遮断されている。したがっ
て、それら二つのプレートインタースペースは、相互に
連通しておらず、相異なる別々の熱交換流体が通って流
れるように意図されている。
例を示している。このエッジ部は、図1におけるプレー
ト3での線II−IIで示された所の断面で示されている。
前述したプレート1と2のエッジ部同志間の溶接継手は
16で示されており、プレート2と3のエッジ部同志間の
溶接継手は17で示されている。
部は、溶接継手17のための所定のラインにおいて、また
はそのすぐ外側において終わっているようにできよう。
しかし、幾つかのプレートが相互に積み重ねられて、順
次に、一方向からだけの溶接で結合されるべき場合に
は、そのような形にされたプレートにおいては、完全な
溶接継手を得ることが困難である、ということが明らか
になっている。図6は、往々得られる結果を図示してい
る。相隣る両プレートにおける局部的熱発生によって、
それらプレートが膨脹し、その結果、溶接継手が形成さ
れるべきところに狭いギッヤップが生じている。そのこ
とによって、溶接継手ではなく、貫通穴が両プレートに
おいて形成されている。
式で形成することによって、そのような避け難いプレー
トの局部加熱という結果を避けることができる、という
ことが明らかになっている。
のは、溶接継手17に沿って連続して延びている一つのひ
だ18がついた形に作られている。このことによって、そ
れらプレートは、エッジ部の長さの方向において、より
剛性的になっており、それにより、溶接継手17が形成さ
れるべき領域の中での両プレートの間の良好な接触のた
めの条件が作り出されている。
例においては、ひだ18に加えて、さらなる一つの連続し
たひだ19が、各プレートにおいて、ひだ18とプレートの
エッジの間に形成されている。図で見られ得るように、
この場合には、プレート2が延びて、溶接継手17の外側
でプレート1と接触するに至っている。それにより、既
に16において溶接結合されたプレート1と2の上にプレ
ート3が置かれた場合に、プレート2の最も外側のエッ
ジ部がプレート1のエッジ部によって良好に支持される
ことが確実になる。別の言葉で言うならば、溶接17が形
成されるべき領域において、プレート2と3の間の満足
すべき接触のための良好な条件が作り出されている。
触が予期されるので、プレート2と3の間の良好な接触
が危うくなる領域に溶接継手17が形成され、そのような
非接触という危険性が避けられる。
り、その実施例においては、各プレートの、ひだ18とプ
レートのエッジの間に位置した部分は、一つの異なった
方式で形作られている。溶接継手17に沿ってプレート3
と結合されている中間のプレート2について言うなら
ば、プレート2のエッジ部が延びて、ひだ18とプレート
2のエッジの間に位置した領域20においてプレート1と
接触するに至っている。図3の実施例のひだ19に似た、
さらなるひだ21が、ひだ18と前記の領域20の間に形成さ
れている。
該エッジ部にはひだ18とプレートのエッジの間の領域に
複数の局部的な突起22が設けられている。対応する局部
的な突起23が、突起22と向き合ってプレート3において
作られているので、プレート2と3は、これら突起22と
23によって局部的に、相互に突き当たっている。
びを有して、なお、前述したように、それぞれのプレー
トのエッジに沿って比較的に大きな間隔で位置している
べきであるので、それら突起が、ひだ18によって得られ
る前述の剛性を危うくするはずがない。プレートの積み
重ねを圧縮したときには、領域20と、局部的突起22と23
における各プレート間の接触により、プレートのエッジ
部でプレートの積み重ね全体におけるすべての隣接する
プレート間の支持が得られることになる。
施例においては、各プレートにおける連続したひだ18の
外側に、プレートのエッジ部からある距離だけ離れて位
置し、エッジ部に沿って相互に揃っている各尾根24が形
成されている。プレート2について言うならば、それら
尾根24は、同じプレートの尾根11Bの半分の高さになっ
ている。尾根24の外側では、プレート2は、領域25にお
いてプレート3に突き当たっている。
て間隔をおいて複数の突起26が設けられていて、それら
突起は尾根11Bと同じ高さになっている。対応する突起2
7がプレート1において、プレート1と2が突起26と27
によって相互に突き当たるように位置している。本発明
のこの実施例においても、すべての隣接するプレートの
エッジ部同志間の支持が得られている。しかし、この場
合には、ひだ18が各プレートのエッジ部全体に沿って連
続的に延びているので、尾根24と突起26は、エッジ部に
沿ったどんな所望の長さにでもされ得る。
形作られてはいない2枚のプレートを溶接結合するにつ
いての、好ましくない結果を図示している。
Claims (9)
- 【請求項1】プレート型熱交換器、すなわち、複数の薄
い熱伝達プレート(1〜3)の積み重ねを含んで成って
いて、それら熱伝達プレートの各々のものが、プレスさ
れてできた間隔保持用の突起と凹みのパターンが設けら
れた中央の熱交換部(4)と、熱伝達プレートのエッジ
に沿って延びていて前記熱交換部(4)を包囲している
エッジ部(5)を有しており、積み重ねの中の、第1の
熱伝達プレート(2)、つまり二つの他の熱伝達プレー
ト(1,3)の間に位置している熱伝達プレートが、それ
のエッジ部によって、前記の二つの他の熱伝達プレート
のうちの一つのもの(3)のエッジ部とは外側ラインに
沿って溶接結合(17)され、前記の二つの他の熱伝達プ
レートのうちの他方のもの(1)のエッジ部とは前記外
側のラインの内側に位置している内側ラインに沿って溶
接結合されており、各熱伝達プレートのエッジ部(5)
は、前記の内側ラインと外側ラインに沿って相互に接触
している、というプレート型熱交換器において、各熱伝
達プレートのエッジ部(5)が、前記外側ラインの外側
に、ある距離だけ延びていて、前記外側ラインの外側の
領域においては、前記外側ラインに沿って延びる剛性ひ
だ(18)がついた形に作られている、ということを特徴
とするプレート型熱交換器。 - 【請求項2】各熱伝達プレート(2)が、それの一方の
側においては、熱伝達プレートのエッジからある距離だ
け離れて前記エッジ部に沿って延びる第1の尾根(10
B)を有し、それの他方の側においては、前記第1の尾
根の内側においてエッジ部に沿って延びる第2の尾根
(11B)を有していて、その熱伝達プレート(2)は、
前記の一方の側においては、隣接する熱伝達プレート
(3)と前記第1の尾根(10B)の頂上部でそれに沿っ
て溶接結合(17)され、前記の他方の側においては、別
の隣接する熱伝達プレート(1)と前記第2の尾根(11
B)の頂上部でそれに沿って溶接結合(16)されてい
る、ということを特徴とする請求項1記載のプレート型
熱交換器。 - 【請求項3】熱伝達プレートのエッジ部が、それぞれの
外側ラインの外側において、前記内側ラインに沿って溶
接結合(16)された両プレート(1,2)の間のプレート
インタースペースでは、それら隣接する両プレート(1,
2)のエッジ部は少なくともそのエッジ部に沿う部分々
々において相互に突き当たっているが、その他のプレー
トインタースペースでは、前記外側ラインの外側におい
てエッジ部同志の間にその種の突き当たりが実質上存在
しない、というように形作られている、ということを特
徴とする請求項1または2記載のプレート型熱交換器。 - 【請求項4】積み重ねの中の熱伝達プレートの各々のも
のが、それの前記外側ラインのの外側においては、前記
第1の熱伝達プレート(2)のエッジ部が、前記の二つ
の他の熱伝達プレートのうちの前記一方のもの(3)の
エッジ部と前記他方のもの(1)のエッジ部とに、それ
ら三つのエッジ部に沿って見たときに交互に突き当たっ
ており、それにより、積み重ねの中のすべての相隣る熱
伝達プレート(1〜3)が、それぞれの外側ラインの外
側で相互に支持している、ということを特徴とする請求
項1または2記載のプレート型熱交換器。 - 【請求項5】各熱伝達プレートの前記外側ラインの外側
のエッジ部が、熱伝達プレートの一方の側において、前
記エッジ部に沿って分布した複数の突起(22)を有して
いて、前記の突起(22)は、積み重ねの中の隣接する熱
伝達プレート(3)の対応する突起(23)に突き当たっ
ている、ということを特徴とする請求項4記載のプレー
ト型熱交換器。 - 【請求項6】前記の剛性ひだ(18)が、熱伝達プレート
の回りを、実質上連続して延びている、ということを特
徴とする請求項1記載のプレート型熱交換器。 - 【請求項7】熱伝達プレートのエッジ部が、それぞれ
の、実質上連続した剛性ひだ(18)の外側において、前
記内側ラインに沿って溶接結合(16)された両プレート
(1,2)の間のプレートインタースペースでは、それら
隣接する両プレート(1,2)のエッジ部は少なくともそ
のエッジ部に沿う部分々々において相互に突き当たって
いるが、その他のプレートインタースペースでは、前記
外側ラインの外側においてエッジ部同志の間にその種の
突き当たりが実質上存在しない、というように形作られ
ている、ということを特徴とする請求項6記載のプレー
ト型熱交換器。 - 【請求項8】積み重ねの中の熱伝達プレートの各々のも
のが、それの実質上連続した剛性ひだ(18)の外側にお
いては、前記第1の熱伝達プレート(2)のエッジ部
が、前記の二つの他の熱伝達プレートのうちの前記一方
のもの(3)のエッジ部と前記他方のもの(1)のエッ
ジ部とに、それら三つのエッジ部に沿って見たときに交
互に突き当たっており、それにより、積み重ねの中のす
べての相隣る熱伝達プレート(1〜3)が、それぞれの
外側ラインの外側で相互に支持している、ということを
特徴とする請求項6記載のプレート型熱交換器。 - 【請求項9】各熱伝達プレートの、それの実質上連続し
た剛性ひだ(18)の外側のエッジ部が、熱伝達プレート
の一方の側において、前記エッジ部に沿って分布した複
数の突起(22)を有していて、前記の突起(22)は、積
み重ねの中の隣接する熱伝達プレート(3)の対応する
突起(23)に突き当たっている、ということを特徴とす
る請求項8記載のプレート型熱交換器。
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