JP3920776B2 - 伝熱プレート、プレートパックおよびプレート熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入口部と、出口部と、入口部と出口部との間に位置し、かつ、伝熱プレートに圧入され、伝熱プレートの幾何学的上面と幾何学的底面との間に延びる多数の突条およびトラフを有する伝熱部とを備え、上記面は、伝熱プレートの幾何学的中央面にほぼ並行であるプレート熱交換器用伝熱プレートに関する。本発明は、さらに、上述の型式の多数の伝熱プレートを備えるプレートパックに関し、このプレートパック内において、流体が、入口部と出口部との間に延びるメインフロー方向に沿ってプレートパックを形成する隙間によって形成される多数の流れ領域内に流入するようになっている。また、本発明は、プレート熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレート熱交換器は、その間にプレート隙間を形成する多数の組立てられた伝熱プレートから成るプレートパックを備える。ほとんどの場合、１つおきのプレート間隙は、第１の入口チャンネルおよび第１の出口チャンネルに連通し、各プレート隙間は、流れ領域を限定し、上記入口および出口チャンネル間に第１の流体を通すようになっている。同様に、他方のプレート間隙は、第２の流体の流れのための第２の入口チャンネルおよび第２の出口チャンネルに連通する。従って、伝熱プレートは、その側面の１を通して１の流体と他の側面を通して他方の流体と接触し、２つの流体間でのかなりの熱交換を許容する。
【０００３】
現代のプレート熱交換器は、ほとんどの場合、その最終形状にプレスされ、穿孔されたシートバーから形成された伝熱プレートを有する。各伝熱プレートは、通常の場合、それに穿孔されたスルーホールから成る４つまたはそれ以上のポートが設けられる。異なる伝熱プレートのポートは、上記入口および出口チャンネルを限定し、これらのチャンネルは、伝熱プレートの面を横切る方向にプレート熱交換器を挿通する。ガスケットあるいは他の形態のシーリング手段が、１つおきのプレート隙間のいくつかのポートの周りに、他方のプレート隙間においては、他のポートの周りに交互に配置されて、第１の流体および第２の流体のそれぞれのための２つの別個のチャンネルを形成する。
【０００４】
作業中の熱交換器において達成される流体圧レベルは、高いために、伝熱プレートは、流体圧によって変形しないように所定の剛性を有することが必要である。シートバーから形成された伝熱プレートの使用は、伝熱プレートが若干支持される場合にのみ可能である。原則として、これは、伝熱プレートが多数の点で互いに支えるある種のパターンを有する伝熱プレートによって解決される。伝熱プレートは、フレーム内の２つの剛性エンドプレート間において一体にクランプされ、これにより、各プレート隙間にフローチャンネルを有する剛性ユニットを形成する。伝熱プレート間に所望の接触を得るために、２つの異なる型式の伝熱プレートが製作され、これらの伝熱プレートは、その後、熱交換器内の伝熱プレートが第１の種類のものと第２の種類のものとで交互になるように交互に配置される。その代わりに、対称軸を中心として交互に回転あるいは反転された同一の伝熱プレートが使用される。
【０００５】
ほとんどの場合、各流れ領域のポートは、伝熱プレートの２つの両縁部の２つのポート部に配置され、上記流れ領域は、ポート部間に配置された熱交換面により形成される。ポートの直近に配置された伝熱プレートの一部（分配面）において、伝熱プレートは、通常の場合、特に、流れ領域の全幅に流体を分配するようになっているパターンを有する。
【０００６】
いくつかの適用例において、伝熱面での圧力降下は、僅かな圧力降下しか生ぜず、これは、横方向での圧力降下差は、流体流における比較的大きな差が流れ領域幅にわたって生じる場合でも比較的小さいということを意味する。不均一な分配は、たとえ大きくても、クリーンな伝熱プレートを有する熱交換器での伝熱に僅かな影響しか与えないが、不均一に分配された流れは、ファウリング(fouling)の危険性がかなり増加するため、ほとんどの場合、許容することはできない。ファウリングが発生すると、熱交換器の伝熱能力は急激に低下する。ファウリングは、熱効率を低下させるだけでなく、熱交換器を通過する製品の品質に決定的影響も与えることがある。さらに、より一層の洗浄が必要となり、深刻な場合には、計画外の停止が必要になることがある。
【０００７】
伝熱面での圧力降下が小さいプロセスの１例が、クライミングフィルムエバポレーション(climbing film evaporation)である。
【０００８】
圧力降下が小さいことを特徴とする適用例においても流れ領域に十分な分配を得るために、流れ領域のパターンは、オープンでなければならず、すなわち、十分な流れが、大きな圧力差がない場合でも得られなければならない。従って、分配のために、パターンは、横方向においてオープンでなければならず、メインフローのために、パターンは、メインフローの方向においてオープンでなければならない。オープンパターンは、伝熱プレートをできるだけ平坦に形成し、伝熱プレートに僅かな数の局部的凹部を形成することによって簡単に得られる。しかし、接触点が僅かな数である場合、各接触点は、かなりの荷重に耐えなければならず、接触点間に位置する伝熱プレートの一部は、かなりの曲げ荷重を受ける。
【０００９】
従来例に関連する１の問題は、個々の伝熱プレートによって形成される強いプレートパックを提供すると共に、圧力降下が小さいときでも完全に満足の行く態様で所望の分配を実現する構造体が存在しないことである。
【００１０】
２つの表面的には両立しない構造上の要求の間での知られている妥協は、分配あるいは強度のいずれの点でも余りにも多数の欠点を有している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の課題に対する解決策を提供すること、あるいは、少なくとも、分配あるいは強度の点においてあまり欠点のない妥協を達成することである。
【００１２】
別の目的は、少なくとも上述の課題に関する有効な妥協を提供しかつ製造するのが容易で安価な伝熱プレートを提供することである。
【００１３】
他の目的は、少なくとも上述の課題に関する有効な妥協も提供しかつ製造するのが容易で安価なプレートパックとプレート熱交換器とを提供することである。
【００１４】
これらの目的は、独立請求項１に規定された特徴を有する伝熱プレートによって達成される。
【００１５】
本発明の種々の側面による好ましい実施形態は、従属請求項から明らかである。
【００１６】
伝熱プレートの新規なパターンが、見かけ上は両立しない構造上の要求に対する解決策である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
創作的概念は、メインフローの方向に沿って延びかつ一方でプレート熱交換器のプレートパック内で使用されるときに、伝熱プレート間に生じる荷重を支え、他方で流れを分配するフロー接続部を提供するようになっている多数列の細長い突条およびトラフと、多数列の突条およびトラフを互いに分離しかつ限界圧力降下のみ生じるメインフローチャンネルを形成するようになっている多数のチャンネル部とを備えるプレートと要約することができる。この結果、伝熱面の圧力降下が小さくなければならない適用例においても満足の行く強度と横方向における満足の行く分配能力とを有するプレートが得られる。請求項１に記載の特徴について以下でより詳細に説明する。
【００１８】
第１に、伝熱部は、並置された複数列の突条およびトラフを備え、これらの列は、入口部と出口部との間に延びるメインフロー方向に沿って延びる。この構造のプレートは、強い伝熱面を有している。ここで、強いとは、とりわけ、プレートが、その法線に沿ってプレートに作用する圧力、すなわち、プレートにより形成されるプレート隙間内に流入する流体の圧力だけでなく、ラックのクランプ力に関連する圧力に抗することができるということを意味する。法線に沿って作用する力は、プレートは通常、大きな伝熱面を有するために、かなりのレベルに達することがある。
【００１９】
第２に、突条およびトラフの列は、プレートの中央面にほぼ並行に延びる伝熱部のほぼ平坦なチャンネル部によって、メインフロー方向にほぼ直交し、プレートの中央面に沿って延びる横方向において互いに分離される。これは、押圧を比較的簡単にするのを助ける。これは、メインフロー方向に延びかつ非常に小さな圧力降下しか生じないメインフローチャンネルが存在することも意味する。上述のように、小さな圧力降下は、ある分野の適用例の条件である。
【００２０】
第３に、各列は、上記メインフロー方向に延びる細長い突条および細長いトラフを交互に有する。２つの並置された伝熱プレートの突条は、互いを支えるようになっている。従って、隣接したプレートを支える細長い突条は、プレートの他側部にトラフを形成し、他側部の隣接したプレートに対応するトラフから所定距離を置いて配置される。これにより、細長い横方向接続部が、メインフロー方向の上記メインフローチャンネル間に形成される。従って、異なるメインフローチャンネル内の流れは、これらの横方向接続部によって、あまり圧力降下を生ぜずに、均一化することができる。突条は、主に、プレス部品の凸側を意味し、トラフは、その凹側を意味する。従って、プレートの大きな面の突条は、そのプレートの反対側の大きな面にトラフを形成する。プレートのパターンは、プレートの大きな面に形成されることは説明済みである。
【００２１】
第４に、同じ列の各突条と隣接したトラフとの間の遷移部は、プレートの連続したほぼ直線状の遷移部により形成され、この遷移部は、プレートの上記中央面に対して傾斜し、その第１の部分は、上記突条の端壁を形成し、第２の部分は、隣接したトラフの端壁を形成する。傾斜した部分により、製造するのが比較的容易なプレスパターンが得られる。傾斜した遷移部は、ほぼ直線状で直接突条からトラフに延びるので、非常に強い構造が得られる。金属シートの直立部は、その法線に沿って荷重を受ける金属シート部に比し、金属シート部の面でかなりの荷重を支えることができる。直接突条から隣接したトラフに延びる直線状の金属シート部により、圧縮力が、中間プレートの両側の２つのプレート間に、直接突条接触点を介して一方のプレートからトラフ接触点を介して他方のプレートに伝達される。従って、小さな荷重の場合でもかなりの曲げを生ずるかなりの曲げ荷重を受けるプレート部は存在しない。この接続の場合、傾斜角は、最適化の問題である。直交した直立部は、優れた剛性を提供するが、材料を極めて薄くすることなく達成することはより困難である。従って、材料のプレス特性およびその固有の剛性、プレートの適用分野などを考慮する必要がある。
【００２２】
上述のプレートパターンの他の利点は、プレートが、対称状に配置され、１の型式のプレートのみを使用してプレート熱交換器内のプレートパックを形成することが可能であるということであり、プレートパック内の１つおきのプレートが対称線を中心として反転する。
【００２３】
プレートのチャンネル部は、それぞれの列の突条およびトラフ列の横方向延長部より大きな横方向延長部を有するのが便宜である。これは、あまり圧力降下がないということを意味する。突条およびトラフの列は、プレートに、必要とされる強度を与え、比較的幅広のチャンネル部は、チャンネルに高流動能力を与える。
【００２４】
チャンネル部は、それぞれの列の突条およびトラフの横方向延長部の略２倍の横方向延長部を有するのが好ましい。このようにプレートを構成することにより、圧力降下は、非常に小さくなり、プレートは、その強度を高めるパターンを有する。
【００２５】
好ましい実施形態において、各細長い突条は、上面に対応する突条の部分が突条の端部の延長部に対して突条の中央部において小さい横方向延長部を有するように、その中央部において幅狭である。突条をこのように構成することにより、潜在的な伝熱面が有効に維持される。隣接したプレートを支える伝熱面の部分は、プレート熱交換器内の２つの媒体あるいは流体間の伝熱のために、大きな範囲にわたって使用されない。隣接したプレート間の荷重伝達能力を維持しつつ、伝熱面を増加させるために、突条は、その端部においてより、メインフロー方向から見て中央部において幅狭に形成される。これは、例えば、プレスされた突条を幅狭に形成することにより行うことができるが、例えば、プレスされた突条をより丸められた形状にすることにより、あるいは、プレス深さを減少することにより行うこともでき、作動中の荷重は、必要な幅が隣接したプレートの対応する突条を支えるように突条に作用することが許容される。
【００２６】
他の好ましい実施形態によれば、各細長いトラフは、底面に対応するトラフの部分がトラフの端部の延長部に対してトラフの中央部で小さい横方向延長部を有するようにその中央部において幅狭である。突条の好ましい実施形態に関連して上述のように、これは、伝熱面の高度の利用をもたらし、強いプレートを提供する。適用分野に応じて、突条およびトラフの双方は、上述のように構成することができるが、突条のみをあるいはトラフのみをこのように構成することも考えられる。突条およびトラフは、例えば、要求される圧力あるいは伝熱能力の点で異なる特性を明らかに有する、２つの流体を含む異なる構成とすることができる。
【００２７】
好ましい実施形態において、１の同じ列の突条およびトラフは、メインフロー方向に同じ延長部を有している。この点で対称状のプレートが、これにより得られる。これは、その製造を容易化し、その結果、ほとんどの適用分野において、周りの環境に対する荷重は対称状になる。
【００２８】
他の好ましい実施形態によれば、１つの同じ列の突条およびトラフは、メインフロー方向において異なる延長部を有する。プレートをこのように構成することにより、メインフローチャンネル間に延びる横方向接続部が得られ、これらの横方向接続部は、流体の圧力がメインフロー方向において僅かに降下し、流体がメインフロー方向の上流側の前の段階で所定の範囲まで既に分配されていることを補償する。従って、メインフローチャンネルと横方向接続部との間の関係は、圧力降下およびメインフロー方向のプレートの全延長部に沿う流体分配の点で最適化することができる。
【００２９】
他の好ましい実施形態において、横方向において互いに隣接して配置された突条およびトラフは、メインフロー方向において同じ延長部を有する。この点で対称状のプレートが、これにより得られ、これは、その製造を容易化し、その結果、ほとんどの適用分野において、周りの環境に対する荷重は対称状になる。
【００３０】
更に他の好ましい実施形態によれば、横方向において互いに隣接して配置された突条およびトラフは、メインフロー方向において異なる延長部を有する。プレートをこのように構成することにより、メインフローチャンネル間に延びかつ流れが、ほとんどの場合にプレートの伝熱面の外側部において僅かに不十分であることを補償する横方向接続部が得られる。これにより、メインフローチャンネルと横方向接続部との間の関係は、例えば、圧力降下および横方向のプレートの全延長部に沿う流体分配の点で最適化することができる。
【００３１】
好ましい実施形態によれば、突条およびトラフの列は、横方向の第１の線に沿って、それぞれが突条を有し、横方向の第２の線に沿って、それぞれがトラフを有するように配置される。従って、流体の満足の行く交差した分配が、圧力降下が小さい場合でも得られる。
【００３２】
他の好ましい実施形態によれば、突条およびトラフの列は、横方向の線に沿って、１つおきの列が突条を有し、１つおきの列がトラフを有するように配置される。メインフローチャンネル間の横方向接続部は、プレートの伝熱面にわたって多数の対角線にほぼ追随し、その結果、横方向接続部を通る流れは、その流れ方向がかなりの範囲まで変えられることなく、（更に他のメインフローチャンネルに対する）次の横方向接続部を容易に通過できるため、プレートの幅にわたって流体が満足の行く態様で分配される。
【００３３】
各チャンネル部は、段階的に、多数のほぼ平坦なステップ部に分割されるのが好ましく、これらのステップ部は、メインフロー方向において交互に配置され、プレートの中央部に対する法線に沿って互いに変位している。この構成は、一方で、ステップ部を連結する部分の少なくとも一部がプレートの法線に沿って延び、従って、荷重の一部を支えるために、他方で、相対的に変位した部分が曲げの際に、プレート、従って、セクションモジュールの回転モーメントをかなり増加させるために、従来より、剛性と強度を高める。これは、所定の荷重で生じる撓みは、ほとんどのプレート構成の場合、撓みと力を受ける部分の長さとの間の関係が、リニアより大きいために、大幅に減少する。チャンネル部をこのように構成することにより、別の利点、すなわち、メインフローチャンネルに形成されるステップ部は、さもなくばプレートの伝熱面に発生することがある流体膜の形成を有効に防止する。膜の形成は、熱交換に決定的な影響を有し、すなわち、熱交換が、減少し、ファウリングの危険性も増す。
【００３４】
１つおきのステップ部は、プレートの中央面にほぼ並行な第１のステップ面に配置され、他方のステップ部は、プレートの中央面にほぼ並行な第２のステップ面に配置されるのが有利である。製造の観点から、これは、力の対称状の分配も可能とする好ましい実施形態である。
【００３５】
各ステップ部は、メインフロー方向の突条およびトラフの延長部の略半分の延長部をメインフロー方向に有するのが好ましい。これは、チャンネル部表面に好適な膜防止能力を与える一方で、並置された列の突条およびトラフ間に特に好ましい力の分配を可能とする。
【００３６】
好ましい実施形態によれば、プレートの中央面の法線に対する各ステップ部の位置は、メインフロー方向において一定し、これらのステップ部は、他のプレートの対応するステップ部と共に、コルゲート状延長部と上記法線に沿ってメインフロー方向に一定のチャンネル幅を有するチャンネルを形成するように配置される。１つおきのステップ部は、第１面に接し、他のステップ部は、第２面に接し、第１面および第２面は、プレートの中央面にほぼ並行である。製造の観点から、これは、同時にチャンネル部表面に好適な膜防止能力を与える好ましい実施形態である。更に、隣接したプレートのステップ部は、相互に作用して、膜防止能力を更に増大する。
【００３７】
更に好ましい実施形態において、プレートの中央面に対する法線に沿う各ステップ部の位置は、メインフロー方向に沿って変化し、これらのステップ部は、他のプレートの対応するステップ部と共に、メインフロー方向に変化するチャンネル幅を上記法線に沿って有するチャンネルを形成するように配置される。その変形例によれば、１つおきのステップ部は、第１面に接し、他のステップ部は、第２面に接し、第１および第２面は、プレートの中央面にほぼ並行である。メインフロー方向におけるチャンネル幅の変動は、優れた膜防止能力を与える。その代わりに、メインフロー方向においてチャンネル幅を多少連続して増減させるためにステップ部が接する平面をある程度傾斜させることが可能である。この構成は、流体の圧力降下あるいは位相の変化（および関連する容積の変化）を考慮することを可能とする。
【００３８】
好ましい実施形態によれば、プレートの中央面に対する法線に沿う各ステップ部の位置は、横方向に沿って変化し、これらのステップ部は、他のプレートの対応するステップ部と共に、横方向に沿って変化するチャンネル幅を上記法線に沿って有する多数のチャンネルを形成するように配置される。この構成のために、結果として流路の長さがプレートにわたって変化するポートまたは入口および出口部の非対称状の位置決めを、考慮することが可能である。横方向におけるステップ面の位置を変えることによって、横方向におけるプレートの異なる部分に対して所望の圧力降下を選択することができ、これにより、ポートが非対称状に配置された場合でも、あるいは、他の理由で他の非対称が存在する場合でも、均一な熱交換を得ることができる。
【００３９】
本発明のプレートパックは、本発明の複数の伝熱プレートを備える。伝熱プレートの好ましい実施形態により解決される課題および得られる解決手段は、ほとんどの場合、プレートパックおよびプレート熱交換器内でのプレートの使用に関連し、反復しない。しかし、プレートパックあるいはプレート熱交換器内でのプレートの使用と関連してより明瞭に理解することができるので、解決される課題および得られる利点の一部についてより詳細に説明する。
【００４０】
プレートパックは、伝熱部が、複数の並置された列の上記突条およびトラフ列を有し、上記列は、メインフロー方向に沿って延び、突条およびトラフの列は、プレートの中央面にほぼ並行に延びる伝熱部のほぼ平坦なチャンネル部によって、メインフロー方向にほぼ直交しかつプレートの中央面に沿って延びる横方向において互いに分離され、各列は、上記メインフロー方向に沿って延びる細長い突条および細長いトラフを交互に有し、同じ列内の各突条と隣接したトラフとの間の遷移部は、プレートの連続したほぼ直線状の遷移部により形成され、この遷移部は、プレートの上記中央面に対して傾斜し、その第１の部分は上記突条の端壁を形成し、第２の部分は隣接したトラフの端壁を形成し、流体流の主要部が、メインフロー方向に沿って延びかつ２つの隣接した伝熱プレートのほぼ平坦なチャンネル部により形成されるメインフローチャンネル内にメインフローの方向に沿って流入し、流体流の少量部が、２つの隣接した伝熱プレートのトラフがメインフローチャンネル間に開口した横方向接続部を形成する部分に横方向に沿って流入する。
【００４１】
この構成は、プレートパックはあまり圧力降下を生ぜずに強度を有すべきとする一見両立しない構成上の要求の間の満足の行く妥協である。突条列は、互いに支え、材料がちょうど突条と（他側部の隣接プレートに対して突条を形成する）トラフとの間に延びるので、強いプレートが得られる。ほぼ平坦なチャンネル部のために、流体は、あまり圧力降下を生ぜずにプレートパックを通して案内される。更に、横方向接続部は、分配を行うためにかなりの圧力を必要とせずに、プレートの幅にわたって流体を分配可能とする。
【００４２】
好ましい実施形態によれば、プレートパックを形成するプレートは、同一である。プレートパック内の１つおきのプレートは、通常の場合、ある種の対称線を中心として反転あるいは回転され、異なる隙間が熱交換器の異なるポートに連通する。いくつかの異なるプレートを使用するのとは対照的に、プレートパック内で同一のプレートを使用することにより、プレスツールの数を減少することができる。
【００４３】
他の好ましい実施形態によれば、プレートパックを形成するプレートは、１つおきのプレートが、第１のタイプであり、１つおきのプレートが、第２のタイプであるように、２つ異なるタイプから形成される。この構成は、流体流と異なるプレート間での力の伝達との点でプレートの構成を最適化するのをより容易にする。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図３に示すように、本発明の伝熱プレート１は、伝熱プレート１の２つの対向縁部２、３に隣接して配置された第１ポート部Ａと第２ポート部Ｂとを有する。伝熱プレート１はさらに、２つのポート部Ａ、Ｂの間に位置する伝熱面Ｃを備える。ポート部Ａ、Ｂに隣接し、これらのポート部とある程度、重なる態様で、プレート１は、流体分配パターンを備える部分Ｄ、Ｅを有する。
【００４５】
プレート１は、図１に示すように、複数の同一のプレートと共にプレート熱交換器１００内に装着されるようになっている。プレート１は、一体的に圧縮されて、フレームプレート１０２と圧力プレート１０３との間にプレートパック１０１を形成し、フレームプレート１０２と圧力プレート１０３は、多数のタイバー１０４により、一体に引っ張られる。タイバー１０４は、ねじ部を備え、フレームプレート１０２と圧力プレート１０３は、プレート１０２、１０３およびタイバー１０４に係合するナット１０５により一体に引っ張られる。フレームプレート１０２および圧力プレート１０３に加えて、プレート熱交換器１００のフレームは、上部および下部ビーム１０６、１０７と、フレームプレート１０２から離隔した対向ビーム１０６、１０７の端部に隣接して配置されたピラーも備える。ポート部Ａ、Ｂの縁部２、３に、伝熱プレート１は、下部および上部ビーム１０７、１０６のそれぞれに係合するようになっている凹部４、５を備える（図３参照）。
【００４６】
図２に示すように、フレームプレート１０２は、伝熱プレート１のポート１０ａ−ｄ、１１ａ−ｃに連通する接続孔１１０ａ−ｄ、１１１ａ−ｃを備える。これらのポート１０ａ−ｄ、ポート１１ａ−ｃは、プレート１を貫通して延びる孔を有する。ガスケットが、プレート１のポート１０ａ−ｄ、ポート１１ａ−ｃの周りに設けられ、伝熱面Ｃは、プレート１内に圧入された溝に配置されたガスケット１１２によって囲まれる。
【００４７】
ガスケット１１２は、１つおきのプレート隙間１１１ｄに連通する接続部１１１ａ−ｃおよびポート１１ａ−ｃ、並びに、他方のプレート隙間１１０ｅに連通する接続部１１０ａ−ｄおよびポート１０ａ−ｅにより、流体流をそれぞれ遮断し、通すために使用される。したがって、第１の流体は、１つおきのプレート隙間１１１ｄの流れ領域内に流入し、第２の流体は、他方のプレート隙間１１０ｅの流れ領域内に流入する。これらの２つの流体は、直接接触しない。その代わりに、プレート１の伝熱面Ｃを介して、熱が交換される。図２は、３つの別個のプレート対１，１を示し、それぞれは、一体に結合された２つの伝熱プレート１から形成される。残りのプレート１は、組み立てられて、プレートパックを形成する。矢印Ｑは、プレート対１，１を示し、一方のプレート１（図中、前方のプレート）は、プレート対１，１を形成するプレート１間のプレート隙間１１０ｅ内の流れを示すために、部分断面図で示されている。
【００４８】
図３に示すように、伝熱プレート１の伝熱面Ｃは、ある種のパターンを有する。このパターンの目的は、隣接するプレートが互いを支える支点を提供すること、および、伝熱面Ｃにおける適切な流体流を達成することの双方である。パターンは、図４により詳しく図示され、突条２１０およびトラフ２２０の多数の列２００により形成され、前記列は、ポート部Ａ、Ｂ間をメインフロー方向に沿って延びる。したがって、メインフロー方向Ｆは、一方のポート部から他方のポート部に向かう。列２００は、メインフロー方向Ｆに沿ってほぼコルゲート状の延長部を有し、幾何学的上面Ｐ２に接する細長い突条２１０と、幾何学的底面Ｐ３に接する細長いトラフ２２０とを形成する（図１２参照）。突条２１０とトラフ２２０は、メインフロー方向に同じ延長部を有する。上面Ｐ２と下面Ｐ３とは、プレート１の幾何学的中央面Ｐ１に対して平行である。図中、トラフ２２０は、突条２１０を示す輪郭線よりもやや濃い輪郭線で示されている（たとえば、図１１参照）。
【００４９】
メインフロー方向Fに直交する横方向Ｇにおいて、突条（２１０）およびトラフ（２２０）の列２００は、メインフロー方向Ｆに沿って延びるチャンネル部２４０によって、分離または区画される。直線状または平坦な遷移部、あるいは、接続部２３０が、列２００の細長い突条２１０およびトラフ２２０のそれぞれの間に延び、前記部分２３０は、プレート１の中央面Ｐ１に対して傾斜する。接続部２３０は、連続し、直線状で途切れのない側面を提供し、これは、これらが、突条２１０とトラフ２２０との間に非常に便宜な態様で圧縮力を伝達することを意味する。
【００５０】
突条２１０は、その中央部２１１で、端部２１２よりも狭くなっている。したがって、中央部２１１は、端部２１２がそれに沿って上面Ｐ２に接する幅Ｈ２よりも小さい幅Ｈ１に沿って上面Ｐ２に接する（図１１および図１２参照）。同様に、トラフ２２０の中央部２２１も端部２２２より狭く、各トラフ２２０は、端部２２２よりも中央部２２１で小さい幅に沿って底面Ｐ３に接する。
【００５１】
チャンネル部２４０は、メインフロー方向Fに沿って交互に配置された多数のステップ部２４１、２４２に分割される。各ステップ部２４１、２４２は、２つの列２００の間のチャンネル部２４０全体の幅にわたって延びる。１つおきのステップ部２４１は、第１のステップ面Ｐ４に配置され、１つおきのステップ部２４２は、プレート１の中央面Ｐ１の方向に法線Ｎに沿って変位し、第２のステップ面Ｐ５に配置される（図９〜１２参照）。ステップ面Ｐ４、Ｐ５は、プレート１の中央面に対して平行である。ステップ部２４１、２４２は、メインフロー方向Ｆに沿って同じ延長部を有する。ステップ部２４１、２４２の延長部は、メインフロー方向Ｆに沿って、突条２１０およびトラフ２２０のそれぞれの延長部の略半分である。連続した側面２４３が、異なるステップ部２４１、２４２間に延び、前記側面２４３は、プレート１の中央面Ｐ１に対して傾斜する。１の同じステップ部２４２の側面２４３は、突条２１０とトラフ２２０との間の側面２３０の両側部に、対称状に配置される。したがって、突条２１０とトラフ２２０との交点ごとにおいて、各チャンネル部２４０は、第２のステップ面Ｐ５にステップ部２４２を提供し、反対側の突条２１０およびトラフ２２０のそれぞれの交点では、各チャンネル部２４０は、第１のステップ面Ｐ４にステップ部２４１を提供する。
【００５２】
図中、形状の点で異なる部分が互いに対応しているために、同じ参照符号が、図４、図５〜１０および図１３の種々の実施形態に対して、突条２１０、トラフ２２０、チャンネル部２４０等を示すために使用されている。種々の実施形態間の主たる相違点は、突条２１０とトラフ２２０とが異なる態様で配置されていることであるが、これは、個々の突条２１０またはトラフ２２０の構造にそれほど影響を及ぼすことはなく、したがって、突条およびトラフは、予定された特定の配置に直接関連づけることなく説明されている。図４および図５、並びに、図１３のＦｉｇｓ．１４〜１５の対比により、配置の相違が明らかになるであろう。
【００５３】
図４に示す実施形態において、突条２１０とトラフ２２０とは、横方向Ｇに平行な線に沿って、全ての列２００がトラフ２２０を提供し、かつ、横方向Ｇに平行な他の線に沿って、全ての列２００が突条２１０を提供するように配置される。メインフロー方向Ｆにおいて、１つおきの横方向の線は、突条２１０の線であり、１つおきの線はトラフ２２０の線である。
【００５４】
図５から１０に示す実施形態において、突条２１０とトラフ２２０とは、横方向Ｇに平行な線に沿って、１つおきの列２００がトラフ２２０を提供し、１つおきの列が突条２１０を提供するように配置される。この場合、突条２１０のみ、あるいは、トラフ２２０のみに接するように引かれる線（図４の実施形態中の線に対応）は、横方向Ｇおよびメインフロー方向Ｆの双方と角度を形成する対角線である。
【００５５】
ステップ部２４１、２４２は、横方向Ｇに平行な線に沿って、すべてのチャンネル部２４０が、同じステップ面に接するステップ部を提供するように配置される。横方向Ｇに平行な線に沿って、すべてのチャンネル部分２４０は、２４１で示されるステップ部を提供し、横方向Ｇに平行な線に沿って、すべてのチャンネル部２４０は、２４２で示されるステップ部を提供する。
【００５６】
ステップ部２４１、２４２を相対的に変位させる目的は、従来可能であったプレートよりも一層強いプレート１を提供することである。さらに、ステップ部２４１、２４２を連結する側面２４３は、チャンネル内での膜形成を防止し、これは利点である。
【００５７】
上述のように、プレート１は、プレート熱交換器１００内のプレートパック１０１で使用されるようになっている。このため、ひとつおきのプレートは、メインフロー方向Ｆに平行な対称軸Ｓを中心として反転する。１のプレート１の突条２１０は、隣接するプレート１の対応する突条２１０を支える。同様に、前記プレート１のトラフ２２０は、他側部に突条２１０を形成し、この突条２１０は、他の隣接するプレートの突条２１０を支える。これは図７から１０に明瞭に示されている。したがって、チャンネル部２４０は、メインフロー方向Fに延びるメインフローチャンネルＦ’を形成する。さらに、横方向接続部Ｇ’が、隣接するプレート１が互いに支え合わない箇所のメインフローチャンネルＦ’間に形成される。図７はメインフローチャンネルＦ’間の横方向接続部Ｇ’を示す。図８は、突条２１０が、互いを支え、メインフローチャンネルＦ’を分離する状態を示す断面図である。また、メインフローチャンネルＦ’および横方向接続部Ｇ’は、図４および図５の右側部のフローラインにより概略的に示唆されている。
【００５８】
上述の実施形態は、ポート部Ａ、Ｂ間の伝熱面Ｃにおける流体流の主要部が、大きな圧力降下を伴うことなく、メインフローチャンネルＦ’内に流入する構造を導く。さらに、上述の実施形態により、伝熱面Ｃ全体にわたって均一な流れが得られるように、流体流を異なるメインフローチャンネルＦ’間に分配することができる。この構造により、必要とされる横方向流が、大きな圧力を必要とせずに発生する。したがって、大部分の流体流は、メインフローチャンネルＦ’内に流入し、僅かな部分の流れだけが、個々の横方向接続部Ｇ’を介してメインフローチャンネルＦ’間に流れる。
【００５９】
図４および図５において、メインフローＦ’および横方向フローＧ’の経路が、非常に概略的に示されている。図示されているように、図４中のすべてのチャンネル部は、メインフロー方向Ｆに沿って、同じ位置で互いに連通するが、図５中のチャンネル部２４０は、メインフロー方向Ｆに沿って、異なる位置で連通する。
【００６０】
特に図４および図５に示したように、チャンネル部２４０は、横方向Ｇに沿う各列２００の延長部の略２倍の横方向延長部を有する。ステップ面Ｐ４およびＰ５の位置調整は、２つの隣接するプレート１のステップ部２４１および２４２が、メインフローチャンネルＦ’を形成し、これらのチャンネルの幅Ｋ（もしくは高さ）が、プレートの法線Ｎに沿って、２つの一定のチャンネル幅Ｋ１、Ｋ２（図１０参照）の間を、メインフロー方向Fに変化することを意味する。
【００６１】
図１３のＦｉｇｓ．１４および１５に示すように、ステップ面Ｐ４およびＰ５の位置は、横方向Ｇに沿って変えてもよい。明瞭にするために、ステップ面Ｐ４のみが、図１３のＦｉｇｓ．１４および１５に示されている。他の実施形態と同様に、Ｐ５は、法線Ｎに沿って、僅かな距離変位している。さらに、突条２１０およびトラフ２２０は非常に簡素化されて示されている。ステップ面Ｐ４、Ｐ５は、支点２１０、２２０に対して、いかなる任意の位置にも配置可能であるので、そのプレス深さ（法線に沿う幅Ｋ）が横方向Ｇあるいはメインフロー方向Ｆに沿って変化するチャンネル２４０が形成可能である。プレート１の他側部のチャンネル２４０（隣接するプレート隙間）は、対応する態様で増減するチャンネル幅Ｋを有する。異なるチャンネル幅Ｋを選択することにより、異なる流路に沿う圧力降下が制御され、前記流路の幾何学的長さの変動に関係なく、同じ圧力降下を得ることができる。図１３に示すポート配置において、たとえば、流路Ｌは、流路Ｍより、はるかに長い。これは、流路Ｌに沿う流体流がより多くの熱を伝達することを示唆する。同じ出口温度、または、蒸気品質を得るために、流路Ｌに沿う流れは、流路Ｍに沿う流れより大きくなくてはならない。したがって、流れは、より長い流路では、より大きくなくてはならず、流路Ｌに沿う１メートルあたりの圧力降下は、流路Ｍのそれよりもさらに小さくなければならないということを意味する。
【００６２】
本明細書中に記載の本発明による実施形態の多数の変形が、添付請求項により、規定された本発明の範囲内で可能である。
【００６３】
たとえば、１の同じ列の突条とトラフは、メインフロー方向に沿って、異なる延長部を有してもよい。突条の延長部は、トラフの延長部よりも長くても短くてもよい。他の代替例によると、突条および／またはトラフの延長部は、メインフロー方向に沿って、変化してもよい。他の代替例では、突条およびトラフの延長部は、互いに、メインフロー方向に沿って変化してもよく、これにより、たとえば、圧力降下および／または１つのまたは双方の流体の状態における変化を補償する解決策が得られる。突条およびトラフの相対的延長部は、適用分野によって、非常に多くの態様で変えてもよい。さらに、突条およびトラフの延長部、ならびに、それらの関係を、たとえば、横方向に沿って変え、たとえば、ほとんどの場合に、流体流が当初は若干不均一に分配されるという事実を補償してもよい。
【００６４】
他の実施形態によると、ステップ部は、プレート法線に沿うメインフローチャンネルのチャンネル幅が一定で、かつ、チャンネルの側璧（即ち、ステップ面）がメインフロー方向に沿って、同じ方向で同じ位置に移動するような態様で配置されてもよい。これは、たとえば、横方向の線に沿って、異なるステップ部の面を交互に配置することによって達成してもよい。
【００６５】
更に他の実施形態によると、ステップ面は、傾斜し、チャンネルの幅が、メインフロー方向に沿って連続的に変化する。チャンネル幅は、２つの面だけではなく、ステップ部を、メインフロー方向に沿ってその相対距離が変化する多数の異なる面に配置することにより変化させてもよい。ステップ部の相対位置および高さは、メインフロー方向および横方向の双方において、多数の態様で変えることができる。
【００６６】
２つまたはそれより多くの異なるタイプのプレートを使用して、プレート熱交換器内にプレートパックを形成するさまざまな実施形態を考えることもできる。一般的な解決策は、プレート熱交換器内のプレートパックに交互に配置される２つの異なるプレートを使用することである。他の一般的な変形は、同一のプレート(プレスされたシートメタルプレート)と２つの異なるタイプのガスケットを使用することであり、１つのプレスツールだけで、２つの異なる伝熱プレートを得ることができる。しかし、上述のタイプのプレートパターンの利点は、設計するプレートは１タイプでよく、それを反転させ、使用してプレートパックの全てのプレートを形成できるということである。
【００６７】
ガスケット１１２は、他のタイプのガスケット、たとえば、隣接するプレートを支え、これらのプレート上に溶着される突条で代えてもよい。
【００６８】
上記説明は、１つのプレートパックのみを備えるプレート熱交換器を参照している。しかし、１の、同じプレート熱交換器内のみでいくつかのプレートパックを使用することが考えられる。その場合、異なるプレートパックは、互いに完全に分離してもよいし、または、流れの点で連通してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 プレート熱交換器の側面図。
【図２】 図１のプレート熱交換器の分解図。
【図３】 本発明による伝熱プレートを示す図。
【図４】 図３に示す伝熱プレートの伝熱面に圧入されたパターンの実施形態の部分詳細図。
【図５】 図３に示す伝熱プレートの伝熱面に圧入されたパターンの第２の実施形態の部分詳細図。
【図６】 図５の部分詳細図の拡大図に対応する部分詳細図。
【図７】 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う断面図。
【図８】 図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面図。
【図９】 図６の線ＩＸ−ＩＸに沿う断面図。
【図１０】 図６の線Ｘ−Ｘに沿う断面図。
【図１１】 図６の部分詳細図に対応する部分詳細図。
【図１２】 図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿う断面図。
【図１３】 他の実施形態におけるプレートの概略図であり、Fig.１４およびFig. 15は、プレートの断面図である。

Claims (25)

1. 入口部（A）と、出口部（B）と、入口部（A）と出口部（B）との間に位置し、かつ、伝熱プレートに圧入され、幾何学的上面（P2）と幾何学的底面（P3）との間に延びる多数の突条（２１０）およびトラフ（２２０）を有する伝熱部（C）とを備え、前記面は、伝熱プレート（１）の幾何学的中央面（P1）にほぼ並行であるプレート熱交換器用伝熱プレート（１）であって、
   伝熱部（C）は、並置された複数列（２００）の前記突条（２１０）およびトラフ（２２０）を有し、これらの列（２００）は、入口部（A）と出口部（B）との間に延びるメインフロー方向（F）に沿って延び、
   突条（２１０）およびトラフ（２２０）の列（２００）は、プレートの中央面（P１）にほぼ並行に延びる伝熱部（C）のほぼ平坦なチャンネル部（２４０）によって、メインフロー方向（F）にほぼ直交し、プレート（１）の中央面（P１）に沿って延びる横方向（G）において互いに分離され、
   各列（２００）は、前記メインフロー方向（F）に延びる細長い突条（２１０）および細長いトラフ（２２０）を交互に有し、
   同じ列（２００）の各突条（２１０）と隣接したトラフ（２２０）との間の遷移部は、プレート（１）の連続したほぼ直線状の遷移部（２３０）により形成され、この遷移部は、プレート（１）の前記中央面（P１）に対して傾斜し、その第１の部分は、前記突条（２１０）の端壁を形成し、第２の部分は、隣接したトラフ（２２０）の端壁を形成すること、を特徴とする伝熱プレート。
2. チャンネル部（２４０）は、それぞれの列（２００）の突条（２１０）およびトラフ（２２０）の横方向（G）延長部より大きな横方向（G）延長部を有する請求項１に記載の伝熱プレート。
3. チャンネル部（２４０）は、それぞれの列（２００）の突条（２１０）およびトラフ（２２０）の横方向（G）延長部の略２倍の横方向（G）延長部を有する請求項１または請求項２に記載の伝熱プレート。
4. 各細長い突条（２１０）は、上面（P２）に対応する突条（２１０）の部分（２１１）が突条（２１０）の端部（２１２）の延長部に対して突条（２１０）の長さの中央部（２１１）において小さい横方向（G）延長部を有するように、その中央部（２１１）において幅狭である請求項１から３のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
5. 各細長いトラフ（２２０）は、底面（P３）に対応するトラフ（２２０）の部分（２１１）がトラフ（２２０）の端部（２２２）の延長部に対してトラフ（２２０）の長さの中央部（２２１）で小さい横方向（G）延長部を有するようにその中央部（２２１）において幅狭である請求項１から4のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
6. １の同じ列（２００）の突条（２１０）およびトラフ（２２０）は、メインフロー方向（F）に同じ延長部を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
7. １の同じ列（２００）の突条（２１０）およびトラフ（２２０）は、メインフロー方向（F）において異なる延長部を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
8. 横方向（G）において互いに隣接して配置された突条（２１０）およびトラフ（２２０）は、メインフロー方向（F）において同じ延長部を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
9. 横方向（G）において互いに隣接して配置された突条（２１０）およびトラフ（２２０）は、メインフロー方向（F）において異なる延長部を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
10. 列（２００）は、横方向（G）の第１の線に沿って、それぞれが突条（２１０）を有し、横方向（G）の第２の線に沿って、それぞれがトラフ（２２０）を有するように配置される請求項１から９のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
11. 列（２００）は、横方向（G）の線に沿って、１つおきの列（２００）が突条（２１０）を有し、１つおきの列（２００）がトラフ（２２０）を有するように配置される請求項１から９のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
12. 各チャンネル部（２４０）は、段階的に、多数のほぼ平坦なステップ部（２４１、２４２）に分割され、これらのステップ部は、メインフロー方向（F）において交互に配置され、プレート（１）の中央部（P1）に対する法線（N）に沿って互いに変位している請求項１から１１のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
13. １つおきのステップ部（２４１）は、プレート（１）の中央面（P１）にほぼ並行な第１のステップ面（P４）に配置され、他方のステップ部（２４２）は、プレート（１）の中央面（P１）にほぼ並行な第２のステップ面（P５）に配置される請求項１２に記載の伝熱プレート。
14. 各ステップ部（２４１、２４２）は、メインフロー方向（F）の突条（２１０）およびトラフ（２２０）の延長部の略半分の延長部をメインフロー方向（F）に有する請求項１２または請求項１３に記載の伝熱プレート。
15. プレート（１）の中央面（P１）に対する法線（N）に沿う各ステップ部（２４１、２４２）の位置は、メインフロー方向（F）において一定し、これらのステップ部（２４１、２４２）は、他のプレートの対応するステップ部と共に、コルゲート状延長部とメインフロー方向（F）に一定のチャンネル幅（K）を前記法線（N）に沿って有するチャンネルを形成するように配置される請求項１２から１４のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
16. プレート（１）の中央面（P1）に対する法線（N）に沿う各ステップ部（２４１、２４２）の位置は、メインフロー方向（F）に沿って変化し、これらのステップ部（２４１、２４２）は、他のプレートの対応するステップ部と共に、メインフロー方向（F）に変化するチャンネル幅（K）を前記法線（N）に沿って有するチャンネルを形成するように配置される請求項１２から１４のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
17. プレート（１）の中央面（P1）に対する法線（N）に沿う各ステップ部（２４１、２４２）の位置は、横方向（G）に沿って変化し、これらのステップ部（２４１、２４２）は、他のプレートの対応するステップ部と共に、横方向（G）に変化するチャンネル幅（K）を前記法線（N）に沿って有する多数のチャンネルを形成するように配置される請求項１２から１６のいずれか１項に記載の伝熱プレート。
18. 複数の伝熱プレートを備え、各伝熱プレートは、入口部（A）と、出口部（B）と、入口部（A）と出口部（B）との間に位置し、かつ、伝熱プレートに圧入され、幾何学的上面（P２）と幾何学的底面（P３）との間に延びる多数の突条（２１０）およびトラフ（２２０）を有する伝熱部（C）とを備え、前記面は、伝熱プレートの幾何学的中央面（P1）にほぼ並行であり、流体が、入口部（A）と出口部（B）との間に延びるメインフロー方向（F）に沿ってそれを形成する伝熱プレート（１）間の隙間によって形成される多数の流れ領域（１１０e）内に流入するようになっているプレートパックであって、
    伝熱部（C）が、複数の並置された列（２００）の前記突条（２１０）およびトラフ（２２０）を有し、前記列（２００）は、メインフロー方向（F）に沿って延び、
    突条（２１０）およびトラフ（２２０）の列（２００）は、プレートの中央面（P１）にほぼ並行に延びる伝熱部（C）のほぼ平坦なチャンネル部（２４０）によって、メインフロー方向（F）にほぼ直交しかつプレート（１）の中央面（P１）に沿って延びる横方向（G）において互いに分離され、
    各列（２００）は、前記メインフロー方向（F）に沿って延びる細長い突条（２１０）および細長いトラフ（２２０）を交互に有し、
    ２つの並置された伝熱プレート（１）の突条（２１０）は、互いを支え、
    同じ列（２００）の各突条（２１０）と隣接したトラフ（２００）との間の遷移部は、プレート（１）の連続したほぼ直線状の遷移部（２３０）により形成され、この遷移部は、プレート（１）の前記中央面（P１）に対して傾斜し、その第１の部分は前記突条（２１０）の端壁を形成し、第２の部分は隣接したトラフ（２００）の端壁を形成し、
    流体流の主要部が、メインフロー方向（F）に沿って延びかつ２つの並置された伝熱プレート（１）のほぼ平坦なチャンネル部（２４０）により形成されるメインフローチャンネル内にメインフローの方向（F）に沿って流入し、
    流体流の少量部が、２つの並置された伝熱プレート（１）のトラフ（２２０）がメインフローチャンネル間に、開口した横方向接続部を形成する部分に横方向（G）に沿って流入することを特徴とするプレートパック。
19. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の複数の伝熱プレートを備える請求項１８に記載のプレートパック。
20. 各プレート（１）の中央面（P1）に対する法線（N）に沿うチャンネル部（２４０）の位置は、メインフロー方向（F）においてほぼ一定し、プレート（１）のチャンネル部（２４０）は、隣接したプレート（１）の対応するチャンネル部（２４０）と共に、メインフロー方向（F）のコルゲート状延長部とメインフロー方向（F）に一定のチャンネル幅（K）を前記法線（N）に沿って有するチャンネルを形成する請求項１８または請求項１９に記載のプレートパック。
21. 各プレート（１）の中央面（P1）に対する法線（N）に沿うチャンネル部（２４０）の位置は、メインフロー方向（F）において変化し、プレート（１）のチャンネル部（２４０）は、隣接したプレート（１）の対応するチャンネル部（２４０）と共に、メインフロー方向（F）に変化するチャンネル幅（K）を前記法線（N）に沿って有するチャンネルを形成する請求項１８または請求項１９に記載のプレートパック。
22. プレートパックを形成するプレート（１）は、同一である請求項１８から２１のいずれか１項に記載のプレートパック。
23. プレートパックを形成するプレート（１）は、１つおきのプレートが、第１のタイプであり、１つおきのプレートが、第２のタイプであるように、２つ異なるタイプから形成される請求項１８から２１のいずれか１項に記載のプレートパック。
24. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の複数の伝熱プレートを備えることを特徴とするプレート熱交換器。
25. 請求項１８から２３のいずれか１項に記載の多数のプレートパック内に配置された複数の伝熱プレートを備えることを特徴とするプレート熱交換器。

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