JP3825053B2 - プレート熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、プレート熱交換器であって、複数のプレートが二種類の流体を流すためのプレート空間をそれらの間に形成するように配置され；前記流体の入り口および出口が、主流通方向において第1の流体がプレート空間の一つおきに導かれ第2の流体が残りのプレート空間を導かれ、それらが互いに平行であるように配置され；各プレートは、前記主流通方向と角度を設けて、互いに隣接して伸びる峰部および谷部を両側に示すようにプレスパターンが設けられ；前記種類の峰部は、前記第1の流体を流通させるように形成される前記プレート空間において同じ種類の峰部を支持し；プレート一つおきに、前記第2の流体を流通させるように形成されるプレート空間となる一方の側に、プレートの同じ側にある峰部より高い、プレートのプレスにより形成される隆起を有し；前記プレート一つおきの隆起は、二つのプレートの対抗峰部が互いに所定の間隔に維持されるように、前記第2の流体を流通させるために形成される前記プレート空間において隣接プレートを支持する熱交換器に関する。このようなプレートの設計により、プレート熱交換器を流体が流通する際に、前記第1の流体よりも前記第2の流体がかなり低い流通抵抗を受けることになる。
英国特許1,071,116には、この種のプレート熱交換器であって、気体状流体の流通のための一つおきのプレート空間において互いに所定の間隔をおいてプレートを維持するように特別の隆起が設計されており、この間隔が、液状の流体の流通のための残りのプレート空間における間隔より大きいものが示されている。特別の隆起は、気体状流体のためのプレート空間において互いに交差する峰部の頂上部に形成される。
本発明の目的は、前書きで述べた種類のプレート熱交換器であって、流体間の所望の熱伝達のための英国特許1,071,116による既知の熱交換器の場合よりも効果的に利用されるようにプレートが設計されているものを形成することである。
この目的は、本発明によれば、長手軸を前記主流通方向に実質的に平行にして長くなって伸び、それにより問題の隆起としてプレートの同じ側に形成される互いに隣接して伸びる峰間の多くとも二つの谷部を橋渡しする、一つおきのプレート上の前記各隆起によって達成することができる。
前記隆起のそのような配置により、互いに隣接して伸びる峰部および谷部の設計に関する現在の要求を損なう必要なく、任意の高さを得ることができる。すなわち、現在の熱交換器を最大限に用い得るために、プレートの面積を最も拡大するようにプレートの前記峰部および谷部をプレスすることが望ましい。
英国特許1,071,116（図5および６）により設計されたプレートにおいて、プレートの最も大きな可能な面積の拡大は、前記峰部の頂上の特別の隆起の面積により形成される局部的面積拡大により決められる。すなわち、特別の隆起の面積が最大に拡大されると、それは、残りの部分の峰部が、プレートについての最大よりはやや小さい面積の拡大がなされることを意味している。
本発明により設計されたプレートにおいて、前記峰部の面積において、隆起の面積と同様の最大面積拡大を達成することができる。従って、前記峰部の各々の頂上は、峰部の断面形状でみて、本発明により、隆起の断面でみた長手隆起の頂上の湾曲と同じ半径が与えら得る。各隆起が、前記第2の流体についての主流通方向に実質的に平行に伸びていることから、隆起は、前記第2の流体の流通面積の非常に小さな部分を占めるように設計することができる。プレートの隆起をできるだけ狭くするため、プレート熱交換器の全てのプレートにそのような隆起が設けられ、一つのプレートの隆起が隣接プレートの隆起を支持することが好都合である。このことは、プレートが伸ばされ、熱交換流体の主流通方向に平行に伸びる長手軸を有する場合に特に重要である。何故なら、この場合、プレート間の二つの流体の流通面積が比較的束縛されるからである。熱交換は、通常、熱交換流体について向流で起こるようにされるが、また、流体の並流も起こり得る。
前述したように、前記隆起の各一つは、互いに隣接して伸びている峰部間に位置する多くとも二つの谷部を橋渡しする。しかしながら、好ましくは、全ての隆起が、二つの隣接する峰部間の一つの谷部のみを橋渡しする。この理由は、プレートの一方側に形成されるこの種のすべての隆起は、このプレートの他の側においてプレートのくぼみを形成するからである。このくぼみは、プレートのこの他の側に形成される峰部を交差する、前記第1の流体のための不必要な通路を構成する。本発明のプート熱交換器のできるだけ有効にするための重要な条件は、前記第1の流体のためのそのような不必要な流路ができるだけ短いことである。
本発明は、いかなるタイプのプレート熱交換器についても利用することができる。従って、プレート間の熱交換流体のための流路を制限するためにいかなる手段を利用する場合も、本発明を用いることができる。そのような手段は、例えば、プレート間の交換可能なプラスチック材料のガスケット、あるいは永久溶接またはろう付け縫い目でありうる。
本発明は、少なくとも一つおきのプレート空間において、プレートが互いに接触している全ての場所において、すなわち、プレートの端部に沿ってのみならず、特に、プレートの実質的熱交換面積上に分散された複数の場所において、隣接プレートが一体にろう付けされる、いわゆるろう付けプレート熱交換器に特に適している。
本発明のそのようなプレート熱交換器において、前記第１の流体が流通するプレート空間においてプレートは好ましくはろう付けされる。これらのプレート空間において、多くの接続プレートが、それぞれのプレートの峰部が交差して互いに支持し合うように形成される。これにより、比較的低い圧力を示す前記第２の流体のためのプレート空間における前記隆起の設計に関する特別の要求を必要とするこの関係無しに、前記第１の流体は、前記第２の流体よりもかなり高い圧力を有することができる。その理由は、これらの隆起が、前記第１の流体がプレート熱交換器を流通する高い圧力に依存するプレート間のいかなる力も伝達する必要がないからであり、この理由により隆起の数は非常に少なくてよい。これは、隆起が、前記第２の流体のための現在の流通面積の最も小さい可能な面積を占めることができる。
何らかの理由により、前記第２の流体のためのプレート空間内の峰部の間に形成されるこれらの谷部の一つのみを、前記隆起の各一つが橋渡しすべきことが強調された。これは、他の理由によっても重要である。前記種類の隆起の設計は、前記第１の流体のためのプレート空間内における現在のプレート間においてできるだけ多くのそしてできるだけ均一に分散された接触および接続の場所が達成されるだろうという要望と衝突するかも知れない。隆起を短く形成するほど、そのような衝突の危険性が小さくなる、または、避けられないとしても、そのような衝突の否定的結果がより小さくなる。
本発明を、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明のプレート熱交換器を部分的に断面で示す図である。
図２は、図１のA部分の拡大図である。
図３は、図２のB部分の拡大図である。
図４は、図３にも示すいくつかの熱交換プレートの断面図である。
図５ａおよびｂは、二つの熱交換プレートを示す図である。
図６ａ、ｂおよびｃは、平面図、および図５ｂの熱伝達プレートの部分Cの二つの断面図である。
図７は、互いに離れて配置された図１によるプレート熱交換器における熱伝達プレートを示す図である。
図８は、別の態様における熱伝達プレートの一部分の図６ｂと同様の断面図である。
図面において、特に比較的少ない流量の油と比較的多い流量の水との熱交換を意図したプレート熱交換器を示す。この実際の場合、油は比較的高圧で、水は比較的低圧である。さらに、この場合、油は水により冷却される。
図１から明らかなように、プレート熱交換器は、油のための入り口２および出口３および水のための入り口４および出口５を有するハウジング１を組み込んでいる。ハウジング１の内側には、各カセットが二つの長い熱伝達プレート７および８からなる（図５参照）堆積されたカセット６が置かれている。
二つのプレート７および８は、全てのカセット６において周縁端部に沿って溶接され、プレート熱交換器内で冷却される油のための流路をそれらの間に境界を定めている。プレート７および８は、それらの端部に貫通穴９〜１２を有し、それらの穴は、油のための入り口２および出口３とそれぞれ連通するように配置されている。隣接カセット６は、カセット６の堆積全体を通って伸びる入り口流路１３および出口流路１４をそれぞれ穴９〜１２が構成するように、穴９〜１２の周囲においてそれぞれ互いに溶接されている。
図１および２から明らかなように、一番下のカセット６の下側の出口流路１４の直前に、このカセット６の一番下のプレートを通過する穴を覆うように、環状ワッシャーが配置されている。ワッシャー１５は、一番下のプレートにおいて前記穴の周囲にて封止するようにろう付けされる。同様な方法で、ワッシャー（図示せず）を一番下のカセット６の下側の入り口流路１３の直前に配する。
一番上のカセット６とハウジング１の上部の壁との間に、ハウジングの油入り口２および堆積カセットの入り口流路１３と同軸の貫通穴としての接続ピアス１６を配する。同様な方法で、ハウジング１の油出口３において類似の接続ピアス１７が配される。
一番上のカセット６にろう付けされている接続ピアス１６および１７はそれぞれ、ハウジング１の上側壁の穴を通って飛び出す（図１）、二つのねじ山付きピンボルト１８および１９をそれぞれ有する（図７）。堆積カセットは、ハウジング１の上側壁の内側に押し付けることにより、ピンボルト１８および１９の上にネジ止めされるナット（図示せず）によりハウジング１に固定することができる。油入り口２および３の周囲において、ハウジング１と、接続ピアス１６および１７との間をそれぞれ封止するためにガスケット２０および２１が配される。
全てのカセットにおいて、穴９〜１２の周囲の環状領域においてそれぞれ互いに間隔をおいてプレートが配される。これは図２に最も良く示されている。すなわち、油は、入り口２および入り口流路１３を通って入り、カセット６内の全てのプレート空間を分散され流され、出口流路１４および出口３を通ってプレート熱交換器を出る。
水は入り口４を通って入り、隣接カセット６間に構成されるコンパートメントを流通し、出口５を通ってプレート熱交換器を出る。
従って、油および水は、互いに実質的に並行な主流路に沿った向流として堆積カセット６を流通する。
図５ａおよびｂにおいて、ろう付けしてカセット６を形成し得る、薄いプレートの二つのプレート７および８がそれぞれ示されている。プレート７および８は、同様に設計され、図５において、それらの一つが、他のものに対して自体の平面内で180°回転して示されている。
プレートの各一つには、並行な峰部および谷部を含む波形のプレスパターンが設けられている。プレートの一方の側（図５ａ参照）には、峰部２２および谷部２３が形成されている。図６ｂに示すように、峰部２２は、プレートの他の側上に谷部２４を形成する。同様な方法で、プレートの一方の側の谷部２３はプレートの他の側に峰部２５を形成する。峰部および谷部は、プレート７がプレート８上に置かれたとき、これらのプレートは図５のように配向されているので、プレートの峰部と谷部とが互いに交差するように所謂ヘリンボーンパターンとしてプレスされている。
峰部および谷部を有するプレスパターン以外に、プレート７および８の各一方は、長いプレスされた隆起２６を有する。これらの隆起は、プレートの長手方向に伸び、峰部２２より僅かに高い。隆起２６の各一つは、峰部２２の頂上から隣接峰部２２の頂上に伸び、その間の谷部２３を橋渡しする。これは、図６ａ〜ｃにおいて最も良く見えるが、図６ｂおよびｃは、図６ａにおいてそれぞれｂ−ｂ線およびｃ−ｃ線に沿っての平面を通る断面図である。
図５におけるプレート7および８は、それぞれのプレートの周囲にそって伸びる端部２７，２８を有する。これらの端部は、峰部２５の頂上と同じ平面中に存在する（図４）。換言すれば、峰部２２および隆起２６はこの平面から出発している。
貫通穴９〜１２の周囲において、図5のプレートは、隆起２６の頂上を通って伸びる平面内に全て配されている環状領域２９〜３２を有する。
カセット６の形成において、プレート７および８は、図５ａおよびｂにおいては見えないそれぞれの側部のプレートと共に互いに重ねられる。これにより、プレートの端部２７，２８は、互いに接触し、それにより一つのプレートの峰部２５が、図3から明らかなように交差するように他のプレートの峰部２５を支持する。
複数のカセットを互いに重ね合わせることにより、一つのカセットにおける環状領域２９〜３２および隆起２６が、堆積されている隣接カセットの同様の環状領域および隆起を支持することになる。これは、図２〜４からわかる。かくて、全ての隆起２６は、その全長に沿って同様の隆起２６を支持する。
実際、熱交換器の一部となる全てのプレートは、図7に示される方法で本発明によりプレート熱交換器を製造するときに堆積される。また、接続ピアス１６．１７およびワッシャー１５が、ろう付けにより一体にされる熱交換器のこれらのプレートおよび他の部分の間において、充分なろう付け材料で一体にされる。すなわち、全てのカセット６において、二つのプレートが、プレートの峰部２５が互いに交差するように支持し合う全ての場所において、その端部に沿うのに加えて一体にろう付けされる。隣接カセットは、その環状領域２９〜３２に加えて、隆起２６において一体にろう付けされる。
図4から、それぞれ油および水のためにプレート熱交換器内においてカセット６が境界を定めている流路は明らかである。カセット6内に形成される油のための流路を３３で示し、カセット６の間に形成される水のための流路を３４で示す。
図６ｂから明らかなように、プレートの一方の側の峰部２２は、プレートの他の側の峰部２５よりも幅広い。しかしながら、本発明の好ましい態様によれば、プレート上のプレスパターンは、プレートの一方側の峰部がプレートの他の側の峰部と同じ形状および寸法を有するようになっている。これにより、波形パターンのプレスにおいて、プレートの最良の面積拡大を達成することができる。このようにプレスされるプレートを、図6ｂと同じ種類の断面を示す図8に示す。図8は、プレートの一方の側の二つの峰部２２ａ、プレートの他の側の一つの峰部２５ａ、および峰部２２ａの間の谷部２３ａを橋渡しする峰部２２ａの頂上の間に伸びる隆起２６ａを示している。隆起２６ａは、峰部２２ａより明らかに僅かに高い。
先の記載に従って設計された本発明のプレート熱交換器において、カセット６の間の水のための流路３４は、カセット内の油のための流路３３よりも大きな流通面積を達成している。これは、隆起２６が、隣接カセット６の峰部２２を互いに間隔をおいて維持することによる。
全てのカセットにおけるプレートが、峰部２５が交差するように互いに支持し合う全ての場所において一体にろう付けているので、プレートを対応する大きな力でプレスして合わせる必要なく油を非常に高い圧力で熱交換器を流通させることができる。従って、水は、油よりもかなり低い圧力で熱交換器を流通させることができる。
カセットは、図１の一番上および一番下のカセットを含む全てのカセットが両側を水が迂回するように配されているので、互いに支持し合っている隆起２６において一体にろう付けする必要はない。しかしながら、熱交換器の操作中にカセットが振動することを避けるために、カセットは、何からの方法で一体の保持されることが都合よい。隆起２６によりカセットを一体にろう付けすることの別法として、従来の機械的装置を用いてカセットを互いに一体に加圧保持してもよい。

Claims (8)

1. 複数のプレート（７，８）が二種類の流体を流すためのプレート空間（３３，３４）をそれらの間に形成するように配置され
   前記流体の入り口（２，４）および出口（３，５）が、主流通方向において第1の流体が一つおきのプレート空間（３３）に導かれ第2の流体が残りのプレート空間（３４）に導かれ、それらが互いに平行であるように配置され
   各プレート（７，８）は、前記主流通方向と角度を設けて、互いに隣接して伸びる峰部（２２，２５）および谷部（２３，２４）をプレートがその両側に示すようにプレスパターンが設けられ
   前記種類の峰部（２５）は、前記第1の流体を流通させるように形成される前記プレート空間の峰部において交差するように同じ種類の峰部（２５）を支持し
   プレート一つおきに、前記第2の流体を流通させるように形成されるプレート空間（３４）となる一方の側に、プレートの同じ側にある峰部（２２）より高い、プレートのプレスにより形成される隆起（２６）を有し、
   前記プレート一つおきの隆起（２６）は、二つのプレートの対向峰部（２２）が互いに所定の間隔に維持されるように、前記第2の流体を流通させるために形成される前記プレート空間（３４）において隣接プレートを支持しているプレート熱交換器において、
   前記第２の流体を流通させるために形成されるプレート空間（３４）中において全てのプレート（７，８）に前記種類の隆起（２６）が設けられ、前記各隆起（２６）が長くなっていて、前記主流通方向に実質的に平行にその長手軸方向に伸びていて、問題の隆起（２６）としてプレートの同じ側に形成される互いに隣接して伸びる峰部（２２）間の多くとも二つの谷部（２３）を橋渡ししていることを特徴とする、
   熱交換器。
2. 前記各隆起（２６）が、二つの隣接する峰部（２２）間の一つの谷部（２３）のみを橋渡ししている請求項１に記載の熱交換器。
3. プレートにおける前記種類の隆起（２６）が、隣接プレートにおける同じ種類の隆起（２６）を支持する請求項１または２に記載のプレート熱交換器。
4. 前記第１の流体のためのプレート空間（３３）中において前記峰部（２５）が交差するように互いに支持し合う場所において、プレート（７，８）が互いに一体に溶接されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. プレート（７，８）が長くなっていて、前記主流通方向に平行に、その長手軸方向に伸びている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. プレートのプレスパターンは、プレートの一方側の峰部（２２ａ）がプレートの他の側の峰部（２５ａ）と実質的に同じ形状および寸法を有するものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. プレート（７，８）が、対になってカセット（６）を形成し、それにより、プレートの峰部（２５）が交差するように互いに支持し合っている場所において部分的に、プレートの端部（２７，２８）に沿って部分的に、全てのカセットにおいて一体に溶接されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. カセット（６）が、前記隆起（２６）を介して互いに支持し合い一体にろう付けされている請求項７に記載の熱交換器。

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