JP4550349B2 - プレートパック、伝熱プレート、及びプレート熱交換機 - Google Patents
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Description
発明の属する技術分野
本発明は、いくつかの伝熱プレート(heat transfer plate)を具備し、プレート熱交換機(plate heat exchanger)のためのプレートパック(plate pack)に関しており、各伝熱プレートは伝熱部と、幾つかの貫通ポート(through port)とを有しており、前記複数のプレートは、以下の方法により相互に作用しあっており、前記方法とは、第1フローダクト(flow duct)は、複数のプレートの間の空間(interspaces)において、これらの間に形成され、第2フローダクトは、複数の他の空間に形成され、そして、前記ポートが、前記各フローダクトのための少なくとも1つの入口ダクト並びに出口ダクトにおいて、形成されていることである。
【0002】
本発明はさらに、上記形式のプレートパックにおいて使用するための伝熱プレートに関している。
【0003】
従来の技術
従来のプレート熱交換機は、フレーム、プレッシャープレート(pressure plate)、フレームプレート、及び、「プレートパック」において互いにきつく締められた(clamped)いくつかの伝熱プレートから構成されている。前記伝熱プレートは、大きい面が隣接する伝熱プレートと対面するとともに、フローダクトを画定する空間が、各伝熱プレートの間に形成されるように、配置されている。各伝熱プレートは、幾つかの貫通ポートが設けられており、これらは一緒に、前記プレート熱交換機を貫通して延びる少なくとも2つの入口ダクト並びに2つの出口ダクトを形成する。一方の入口ダクト及び一方の出口ダクトは、幾つかの前記フローダクトを介して互いに接続されており、他方の入口ダクト及び出口ダクトは、他のフローダクトを介して接続されている。
【0004】
前記プレート熱交換機は、それぞれ別々の入口を介して、別々の2つのフローダクトに提供されている2つの異なる媒体(media)により働き、加熱媒体(warmer medium)は、自身のエンタルピー(heat content)の部分を、他の媒体に、伝熱プレートにより伝える。前記2つの媒体は、異なる液体、蒸気(vapor)、又はこれらの組み合わせであり得、2相媒体(two-phase media)と言われている。
【0005】
前記プレート熱交換機の概念は、所謂2相の使用(two-phase application)を対象としたプレート熱交換機と関連してより詳細に説明されるであろし、19991(IB 67068E)からアルファ ラヴァル エービー 小冊子(Alfa Laval AB brochure)プレート蒸発装置(plate evaporator)(図1参照)において、説明されるであろう。
【0006】
完全又は部分的に蒸気化された(vaporized)前記媒体、例えば濃縮されたジュース(juice)、は、プレートの下部に位置された入口を通り、前記熱交換機に提供される。前記入口は、フレームプレート中の2つの開口により画定されている。これら2つの開口は、前記熱交換機全体を貫通して延びる前記入口ダクトに直接通じている。蒸気は、前記第2入口ダクトを通り、前記フローダクトに提供される。前記第2入口ダクトは、前記プレートの上部の上方の角に位置されており、前記蒸気が比較的多量に上がるため、前記ダクトは、比較的大きい断面領域を有している。
【0007】
前記プレート熱交換機が操作中であるとき、蒸気は、これの間の空間中を下方に流れ、完全又は部分的に、凝縮する。凝縮物は、二つの出口ダクトを通って排出され、前記出口ダクトは、前記プレートの2つの下部の角中のポートにより画定されているとともに、前記フレームプレート中の二つの接続ポートを介して前記プレート熱交換機から外部に通じる。前記第2の媒体は、これの間の空間において上方に運ばれ、出口ダクトを介して最後に排出される前に、完全又は部分的に、蒸発され、前記出口ダクトは、前記プレートの他の上部の角に位置され、前記フレームプレート中の接続ポートを介して前記熱交換機から外部に通じる。
【0008】
この技術に関する問題は、長いプレート熱交換機、即ち、プレートパックにおいて多数の伝熱プレートを備えているプレート熱交換機、において、前記媒体は、前記プレート熱交換機の長さに沿って流れが変化する傾向であることである。このため、プレート熱交換機の最大収容能力(capacity)は、利用され得ない。一つ又は幾つかのプレートの間の空間が最大収容能力で使用された場合でさえ、使用レベルが最大収容能力より相当低い相当多数のプレートの間の空間がある。この問題は、2相の使用において目立ち、このことは、各媒体の蒸気相(vapor phase)が、液体相(liquid phase)より相当により揮発性(volatile)であるためであり、前記蒸気相及び液体相は前記熱交換機中において異なる振る舞いをし、その結果この異なるものは、関係したフローダクトの異なるプレートにおいて流れることを意味する。プレート熱交換機の最も関連するもう1つの問題は、前記プレートの全幅、即ち、前記電熱部全体に渡って流体(fluid)の均一な分配を達成することが困難であることである。前記分配を改善するための試みの1つの方法は、図1中に示されているような、矩形の入口ダクトを作ることである。他の部材への接続を容易にするために、例えば、フレームプレート中の2つの接続ポートを使用することが可能であり、前記ポートは、前記矩形の入口ダクトに直接接続する。一般的に、ダクトにおいて、このような不意な寸法の変化を有していることは望ましくなく、これは流れの乱れの原因である。
【0009】
上記に関する問題は、前記プレート熱交換機が、2相の使用において、使用されない場合においてさえ現れる。この問題は、2相の使用に関して議論されており、このため、これらは、従来のプレート熱交換器のこの種の使用において、より言明されている。
【0010】
WO97/15797は、液体の蒸発、例えば冷却剤(refrigerant)、を対象とするプレート熱交換機が開示されている。このプレート熱交換器は、入口ダクト及び分配ダクトであり、これらはプレート熱交換器を貫通して延びているとともに、前記プレート熱交換機の長さに沿っていくつかの流路(flow passage)を介して互いに接続されている。とりわけ、分配ダクトの目的は、前記入口ダクトとプレートの間の空間との間の膨張もしくは均一化チャンバーとして供給することにより、異なるプレート間の空間の間の流れを均一化させることである。しかしながら、この設計は、従来の工業用プレート熱交換器がさらされる全ての作業状況のための完全に満足な解決を提供することはできない。
【0011】
英国特許2 052 723号及び英国特許2 054 124は、プレート熱交換機の2つの変形を開示しており、これらは、プレートの間の空間の前部並びに後区画に区分けされている。前記プレート熱交換機への流れに、前記後区画まで達することを可能にするために、これらのプレート熱交換機は、パイプにより構成されるバイパスダクトが提供されており、前記バイパスダクトは、前記入口ダクト中において同心的に配置されている。同心のパイプの目的は、前記後区画に、前記一部の流れを運ぶことである。第1区画のプレートの間の空間は、前記入口ダクトの前部に直接接続されている。第2区画のプレートの間の空間は、入口ダクトの後部に直接接続されている。
【0012】
従って、プレート熱交換機の長さに沿う及び前記プレートの幅に渡る両方において十分な流れの分配を与えるような前記従来の技術の構成はない。上記全てにおいて、2相の使用においてのこれらの問題を解決するような、前記従来の技術の構成はない。
【0013】
発明の要旨
本発明の目的は、以下の解決法を提供することであり、前記解決法は、プレート熱交換機の長さに沿う及び前記プレートの幅に渡る十分な流れを可能にすることであり、このことにより、前記2相の使用における上記分配の問題を避けることも可能にする。
【0014】
本発明の目的は、以下の導入方法(way of introduction)により説明される形式のプレートパックにより達成され、前記導入方法は、少なくとも第1フローダクトの入口ダクトが、少なくとも2つの1次ダクト(primary duct)を具備しており、前記1次ダクトが、第1フローダクトの為の流体の流れを受けるように配置されており、また、前記入口ダクトが、少なくとも1つの2次ダクトを具備しており、前記2次ダクトが、前記1次ダクト並びに第1フローダクトに接続されているとともに、1次ダクトからの流体の流れを受け、前記第1フローダクトに流体の流れを運ぶように配置されていることを特徴とする。
【0015】
少なくとも2つの1次ダクト及び1つの2次ダクトを前記プレートパックに提供することにより、前記流体の流れがプレートパックの長さに沿う及び前記プレートの幅に渡る両方の有利な分配が可能であるプレートパックは、達成される。これと同時に、流れにおいて不利な効果が無いと共に、プレートパックと従来の配管システムとの間の特別なアダプタ接続を使用することなく、従来の配管システムに容易に接続することをこのプレートパックに可能にさせる。プレートパックの入口ダクトに運ばれる流体の流れのいくらかの部分は、1次ダクトから逸らされ、プレートパックに沿って延びる2次ダクトに運ばれる。1次ダクトから逸らされた流体の流れは、前記2次ダクト中で渦を巻くであろうし、その結果、プレートパックの長さに沿って均等に分配されるであろう。前記1次ダクト並びに2次ダクトを使用するために、2次ダクトは、各プレートの幅全体に渡って流体の流れを分散させるようにさらに設計され得るとともに、1次ダクトは、従来の円管に、プレートパックへの接続を認めるように設計され得る。前記1次ダクト並びに2次ダクトに適した断面を提供しているため、ダクトと伝熱部表面との接触部分(interface)、及びダクトと外部接続部との間の接触部分は、互いから比較的独立して設計され得る。このことは、前記流路において不意な寸法の変化が避けられ得、この結果、望まない乱流又は圧力低下(pressure drop)もまた、避けられ得る。
【0016】
1つより多い1次ダクトを使用することにより、異なるダクトは、よりいっそう個別に設計され得る。2次ダクトが前記プレートの幅全体に渡って流体の流れを分配することを確実にするために、前記ダクトは、細長い形状を有利に有しており、これは自身の断面領域が、通常円形である1次ダクトのものよりたいがい大きいことを意味している。各2次ダクトに割り当てられた幾つかの1次ダクトの異なる組み合わせ及び、ダクトの相対的な寸法及び形状の異なる組み合わせは、異なる使用のためには可能である。
【0017】
本発明の好ましい実施の形態は、従属する請求項から明らかである。
【0018】
好ましい実施の形態に従って、流れ分配装置(flow distribution device)は、少なくとも1つの1次ダクト中に配置されている。前記1次ダクト中に流れ分配装置を配置することにより、1次ダクトに沿った異なる位置において、1次ダクトから逸らされた流体の流れの大きさが、統制され得る。流れ分配装置の逸らす特性はまた、2次ダクト中の等しい流体の流れを刺激する。
【0019】
各1次ダクトは、プレートパック全体を貫通して有利に延びており、これは、流体を備えているプレートパック全体に供給する単純な方法であるためである。
【0020】
好ましい実施の形態に従って、2次ダクトはまた、プレートパック全体を貫通して延びている。この設計により、1つの2次ダクトは、プレートパック全体のために必要とされる。
【0021】
しかしながら、代わりの実施の形態に従って、2次ダクトは、幾つかの分かれた区画中に分けられることが出来、前記区画は、プレートパックの単に部分的に貫通して各々延びている。この設計は、大きい幾つかのプレートで構成されたプレートパックにおいて適しており、2次ダクト中の幾つかの限定されたプレートの間の空間のために、液体の流れの均一化を達成させ得る。幾つかに分かれた2次ダクトの区画の間において、前記均一化の機能を分配することにより、各2次ダクトの区画のための僅かに低い程度の均一化は、プレートパックの長さ全体に沿った十分な分配を獲得しながら、同一な程度の均一化を備えている長い単一の長い2次ダクトを可能にするものより、許容され得る。このような分割は、プレートパックが主な能力の損失を起こすことなく、より多様の使用において使用され得ることを意味する。
【0022】
前記流れ分配装置は、以下の方法に関連するように1次ダクトの部分に沿って1次ダクトの断面領域の区画を適した範囲に設定しており、前記方法とは、前記断面領域が、流体の流れの流れる方向において1次ダクトに沿って減少することである。その結果、1次ダクトから逸らされた流れは、流体技術(fluid technology)と一致するような方法において、2次ダクトに提供される。
【0023】
好ましい実施の形態に従って、前記流れ分配装置は、傾斜したランプ(ramp)を囲んでいる管状本体(tubular body)を具備している。前記管形状の本体は、プレートパックの入口ダクト中に、容易に配置並びに固定されることを可能にしている。傾斜したランプは、よい逸らし動作を提供し、これは、流体が、流体の流れる向きが徐々に変えられるようにランプに沿ってながれることを可能にするためである。
【0024】
前記傾斜したランプの前部は、1次ダクトの管壁(duct wall)からある距離において有利に位置されている。これは、ランプがダクトの流体の流れ中に延びるとともに流れのポートを逸らすことを確かにする。
【0025】
前記傾斜したランプの後部は、1次ダクトと2次ダクトとの間の流路に隣接する1次ダクトの管壁に好適に接続されている。これは、逸らされた液体が2次ダクトに直接運ばれる結果となる。
【0026】
流体の流れを正確な割り当てを確実に逸らす適切な方法は、前記流れ分配装置の傾斜したランプに、流体の流れと反対の方向に向けられている逸らしエッジ(deflecting edge)を提供することである。
【0027】
好ましい実施の形態において、前記逸らしエッジは、実質的に垂直(vertically)に延びている。この逸らしエッジの方向は、環状若しくは層状の流れのような2相の流れが、各異なる相の略等しい割り当てにおいて分けられる点において、効果的である。これは、蒸気及び液体の夫々又は両方の不均一な分配が、プレート熱交換機の収容能力を減少させ、熱交換機「連続乾燥(running dry)」、言い換えると、一つ又は幾つかのプレートの間の流体の流れが十分でない状態を引き起こす危険を増大させ、この危険は、プレートを焦がすとともにプレートにこびりつかせる(stick)ような、流体の流れ中の固体の粒子の原因となり得るため、重要である。
【0028】
傾斜したランプは、実質的に平面で、半楕円形(semi-elliptical)のシートを具備している。これは、流れ分配装置の逸らし動作を確かにするための単純な方法である。
【0029】
1次ダクトに沿った傾斜したランプの延び(extension)は、1次ダクトを横切った最も大きい延びより有利に大きい。その結果、達成された逸らしは、種々の広範囲の乱流を生じない。
【0030】
本発明の好ましい実施の形態に従って、流れ分配装置は、1次ダクトの周りに互いに隣接して接するプレートの間に固定されるように配置される、いくつかの外方に延びる接続手段を具備している。これによって、流れ分配装置を固定することにより、前記ダクトに流れ分配装置を固定するための追加の手段を必要としない。この結果、プレートパックを圧縮(compress)するために働く結合棒(tie bar)の力はまた、流れ分配装置の固定に使用される。
【0031】
前記本体の好ましい実施の形態に従って、本体は、開放した環状かご構造体(open, tubular cage structure)を具備しており、この環状かご構造体は、前記傾斜したランプを囲うとともに支持する。従って、前記ランプを囲っている本体は、前記ダクト中のランプの正確な位置合わせを容易にする。好ましい実施の形態に従って、前記本体は、ランプを囲うと共に周面中に開口を提供するパイプを具備しており、前記傾斜したランプは、前記開口に接続される。この本体の設計は、とても頑丈であり、ダクト中の流体の流れに大きな悪影響を及ぼさない。これはまた、流体の正確な割り当てが、前記2次ダクトに運ばれることを確かにする。前記管形状は、1次及び2次ダクトの間の望まない漏れの発生を防止することを確かにする。
【0032】
流れ分配装置の外部形状は、1次ダクトの内部形状に好適に一致する。これは、前記流れ分配装置が、とても小さい範囲(extent)に対してのみ、流体の流れを妨害することを意味し、この理由として、おおよそ一致する表面が、使用され得るためであり、また、正確な位置取りを達成することを容易にすることを意味する。
【0033】
好ましい実施の形態に従って、1次ダクトと2次ダクトとの間の前記流路は、1次及び2次ダクトに沿った延伸長さ(extension length)を有しており、これは、互いに沿った各ダクトの延伸長さより小さい。この構成は、2次ダクト中の流れを均一化、循環を示すような流体の流れの傾向を高め、その結果、2次ダクトに接続されている異なるプレートの間の空間を横切った非常によい分配がなされる。
【0034】
好ましい実施の形態に従って、前記1次ダクトと2次ダクトとの間には、単に1つの流路のみがある。これは、2次ダクト中に均一化し、循環する流れを提供するような流体の流れの傾向を高める。
【0035】
プレート熱交換器において上記種類のプレートパックを使用することにより、流体の流れが異なるプレートの間の空間を横切って等しく分配されるプレート熱交換機が達成される。前記等しい分配は、2相の使用、言い換えると、流体が液体相と気体相との両方を有している場合、においてもまた達成される。前記流体分配装置が備えている1次ダクトは、2次ダクトに流体の流れを運び、前記流体の流れは、均一にされている。
【0036】
好ましい実施の形態に従って、前記プレート熱交換機は、少なくとも2つのプレートパックを具備しており、第1プレートパックの1次ダクトは、第2プレートパックの1次ダクトと接続されるとともに実質的に一致しており、第1プレートパックの2次ダクトは、第2プレートパックの2次ダクトと分離されている。この構成は、幾分十分でない分配が、プレートパック中において局部的に達成される場合でさえ、プレート熱交換機の長さに沿って、流体の流れのとても有利な分配を与える。
【0037】
好ましい実施の形態の詳細な説明
図2中に示されるように、各伝熱プレート100は、上部ポート部A、下部ポート部B、及び中間伝熱部Cを具備している。
【0038】
自身の下部ポート部において、プレート100は、第2流体のための2つ出口ポート120e,fのみならず、第1流体のための2つの1次入口ポート110a,b並びに2次入口ポート110cを有している。2つの出口ポート120e,fは、前記プレートの角に位置されている。2つの1次入口ポート110a、bは、出口ポート120e,fの内側に位置されている。2次入口ポート110cは、細長い形状を有しており、部分的に2つの1次入口ポート110a、bの間、及び、2つの1次入口ポート110a、bと中間伝熱部Cとの間に部分的に位置している。2次入口ポート110cは、細長い形状を有しているとともに、中間伝熱部Cの幅の主要部(major part)を横切るように延びている。
【0039】
前記上部ポート部において、プレート100は、2つの角に2つの2重入口120a,b及び120c、dを有しており、前記ポートは、前記第2流体のために各2つの角部において一連の入口ダクトを形成しており、また、プレート100は、第1流体のための中央出口ポート110dを有している。
【0040】
プレート100は、図4中に示される方法において、プレート熱交換機中に配置されることが意図されている。前記プレート熱交換機は、フレームプレート210と、プレッシャープレート220と、幾つかの中間伝熱プレート100とを具備しており、前記中間伝熱プレート100は、従来の結合棒(図1参照)により互いにきつく締められるように配置されており、前記フレームプレート210及びプレッシャープレート220を噛み合わせ、互いに向かって引き寄せ合う。異なる伝熱プレート100のポート110a乃至d、120a乃至fは、プレート熱交換機を貫通して延びる入口及び出口ダクトを形成するように、一致する。
【0041】
伝熱プレート100は、隣接する伝熱プレート100に略反対に配置されているガスケット溝130若しくは持ち上げられたビード(図示せず)中のガスケット131を有しており、この結果、囲いに関してプレートの間の空間の境界を定める。伝熱プレート100はまた、ガスケット若しくは類似のものを有しており、これらは、幾つかの上述のポート110a乃至d、120a乃至fの周りに延びている。ポート110a乃至d、120a乃至fの周りのガスケットは、プレート100の伝熱部Cの第1の側部100aに沿った互いの接続を、幾つかのポート110a乃至110dに認めるように、プレート100の側部100a、b上において、異なる形状を有しており、これと同時に、他のポート120a乃至fは、プレート100の伝熱部Cの他方の側部100bに沿って互いに接続されている。
【0042】
さらに、プレート100は、多数の点において互いに寄り添うことを認めるようにいくつかの波形状(図示せず)を有しており、故に、前記プレート100がフレームプレート210とプレッシャープレート220との間に圧縮された場合でさえ、空間は、プレート100の間に形成される。
【0043】
図4に示されるように、第1流体は、フレームプレート210を貫通して延びているとともに、プレート100の1次入口ポート110a,bと一致している2つの接続ポート211a,bを介して、プレート熱交換機に供給される。1次入口ポート110a,bは、プレート熱交換機を貫通して延びる2つの1次入口ダクト(図4,16,及び17参照)を形成している。前記第1流体は、1次ダクト230a,b、330a,bから、2次ポートにより形成された2次ダクト240,230に流れる。1次ダクト230a,b、330a,b、及び2次ダクト240,340は、1次並びに2次ダクト230a,b、330a,b、240,340に沿って、制限された延びを有している流路を介して、互いに接続されている。言い換えると、2次ダクト240,340は、第1フローダクト250aを形成するプレートの間の空間250に接続されている。
【0044】
制限された延びを有している流路の提供の異なる方法は、以下で説明する。1次並びに2次ダクト230a,b、330a,b、240,340の間流路の前記制限された延びは、2次ダクト240,340中に、循環し均一な流体の流れの原因となり、この結果として、2次ダクト240,340の長さ、従ってプレート熱交換機の長さL、に沿って、異なるプレートの間の空間を横切った均一な流れの分配を生じさせる。
【0045】
主ダクト230a,b、330a,bと2次ダクト240,340との間の流路の制限された延びは、例えば、流れ分配装置400a,b、500(図5乃至8参照)により達成され得る。この流れ分配装置400a,b、500は、主ダクト230a,b、330a,b中に配置されており、主ダクト230a,b、330a,b中の流れの一部分を逸らし、ダクトの延びに沿った正確な位置(図16、17参照)において2次ダクトにこの部分を運ぶ。
【0046】
流れ分配装置400a,b(図5,6参照)の第1の実施の形態に従って、前記装置は、管状で、引き伸ばされ、開放された、かご状構造体の本体を具備している。図5、6中の2つの流れ分配装置は、互いの変形例であり、同一の参照符号は、上記2つの変形例において、設計の一致する要素に使用されている。前記開放されたかご状構造体は、傾斜したランプ410を囲み、支持している。開放されたかご状構造体は、幾つかのリング411と、幾つかの支柱(strut)412を具備しており、この支柱は、リング411を互いに連結するのに役立つ。両方の変形例に従って、流れ分配装置400a,bは、3つのリング411を具備している。一方の変形例において、流れ分配装置400aは、3つの支柱を具備し、他方において、流れ分配装置400bは、4つの支柱412を具備している。
【0047】
流れ分配装置500の第2の実施の形態に従って、前記装置は、パイプ501を具備しており、パイプ501は、自身の周面中に開口502を有している。前記流れ分配装置500はさらに、傾斜したランプ510を具備しており、このランプは、開口502を覆うように配置されている。
【0048】
開口502は、以下の方法により形づくられている。その方法とは、一方の方向(図8中において矢印Fと反対)において、2つのエッジ503a,bにより画定されており、前記2つのエッジ503a,bは、周面501上の点から延びており、これらの相対距離は、エッジ503a,bが前記外周方向において互いから増加した距離で位置されるように、次第に増大することである。この方法において、第1端(方向Fに従って)で、開口502は、周面501の周のほぼ半分まで囲まれており、第2端で、開口502は、エッジ503a,bが一点に収束し、周面501に接続されることにより、終端になっている。開口502の前記第1端において、開口502により画定されているような周面501のエッジ503は、もとの周面501から第1半径方向Hに位置されている。
【0049】
この方法において開口502が設計されるとともに溝を覆う傾斜したランプ510を配置していることにより、笛(whistle)状の構造が、達成されている。前記距離Hは、逸らされるパイプ501中の流れFの量を決定する。
【0050】
流れ分配装置400a,b、500の両方の実施の形態は、同様な方法において使用されることが意図されている。一つまたはそれ以上の流れ分配装置は、図4、16、及び17中に示されるように、ダクトの長さに沿った異なる位置において、1次ダクト中に配置される。
【0051】
傾斜したランプ410、510は、2次ダクトへの1次ダクト中の流体の流れの一部分を逸らすことの目的に役立つ。図3及び図9乃至11は、傾斜したランプ410,510がどのような方向にされて配置されているか示す。図3及び図9乃至11は、流れ方向F(図5乃至8参照)から見た際の流れ分配装置を示す。前記傾斜ランプの逸らしエッジ410a,510aは、前記ランプの前部に位置されており、この逸らしエッジ410a,510aは、管壁から半径方向の距離Hで位置されており、前記分配装置は、前記管壁を貫通して、部分的流れを逸らすように、配置されている。逸らしエッジ410a、510aは、1次ダクト中の流れを、主流れFH及び、2次ダクトを対象とする2次流れFSに分ける。
【0052】
逸らしエッジ410a,510aは、垂直に配置されている。これは、2相の使用(図10,11)において、有利な分配機能を有することも意味する。「層状の流れ」(気体相が液体相の上に位置される)、及び「管状の流れ」(液体相が気体相を囲う)の両方において、流れ分配装置は、主流れFHにおいて示されるような2相の実質的に同一な比率を逸らす。これは、2相の使用において他の方法でも共通である分配の問題が回避され得ることを意味する。伝統的なプレート熱交換器において、第1プレートの間の空間を貫通して範囲全体に上方に流れる。前記逸らしエッジ410a.510aの半径方向の位置は、多量の流体の流れが逸らされる大きい角度に確定される。
【0053】
傾斜したランプ410,510の半径方向の距離Hに加えて、傾斜角度及び、1次ダクトに沿った延びもまた変化可能である。前記延びは、中間領域、1次及び2次ダクトの間の流路の延びにより、画定される。前記延びはまた、望まない乱れ、及び導入された圧力低下がなく、使用され得る傾斜の最大角度により画定される。言い換えると、前記傾斜は、前記逸らしエッジの半径方向の位置並びに前記ランプの延びに従っている。パラメータの値の各々の選定は、他のパラメータの値の選定により影響を受けるとともに、プレート熱交換機が使用される使用法により影響を受ける。好ましい実施の形態に従って、前記傾斜されたランプ410,510は、15度の傾斜角度を有している(図16参照)。
【0054】
図5並びに図6は、1次ダクト中の異なる量の流れを逸らす流れ分配装置の2つの異なる変形例を示している。1次及び2次ダクトの間の流路の制限された延びを提供するもう1つの方法は、幾つかのプレートの間の空間250(図18参照)中の1次ポート110a,bの周りにガスケット131を配置することであり、1次流体に、制限された幾つかのプレートの間の空間中の1次及び2次ダクトの間を流れることを認める。前記流路部分に隣接した部分的に凹む若しくは切断されたガスケット131’を使用することにより、1次ダクト及び2次ダクトの間の流路中の流れは、調整され得る。ガスケット131’の凹みのレベル又は切断量は、逸らすことを画定し、その結果、機能に関して、前記流れ分配装置において、傾斜したランプのための傾斜、延び、及び半径方向の挿入の角度の選定に対応する。流路は、比較的制限された延びの流路を横切って単に延びているため、この構成はまた、幾つかの2相の使用において、使用され得る。
【0055】
図14乃至17、及び20から示されるように、プレート熱交換機のプレートパックが幾つかの区画に分けられることは好ましい。幾つかの区画中に分けられた2次ダクト240,340、640により、区分けは行われ、前記各区画は、幾つかのプレートの間の空間に接続している。2次ダクトの各区画は、幾つかの確かなプレートの間の空間の役に立つ。2次ダクト240,340,640の区分けを行うことの1つの方法は、2次ポート110cが消滅(stamped out)されないように、プレート100を補助的に配置することである。
【0056】
この設計は、長いプレート熱交換機のために特に適している。前記2次ダクトの区分けは、以下のことを意味し、この意味とは、2次ダクト中の均一な流れを創造する、流路及び流れ分配装置の傾向はまた、長いプレート熱交換機で使用され得ることである。
【0057】
区分けされていない従来のプレート熱交換機は、図12並びに図13中に示されており、特に2相の使用において、図12並びに図13は、プレート熱交換機に沿った制限された流れの分配傾向を説明している。プレート熱交換機中の一致された傾向は、図14及び15に示されている。前記区分けをすることにより、プレート熱交換機の長さに沿って概して良い流れの分配は、獲得される。
【0058】
さらに、区分けは、各区画において十分に少ない分配を認め、全体に良い分配さえ認め得ることを意味する。しかしながら、区分けすることにより、各区画のために十分な分配を容易に獲得する。これは、全体の分配が、区分けされていない長いプレート熱交換機よりも確実によいことを意味する。
【0059】
図16は、流れ分配装置231及び2つの区画240a,b中の2次ダクトの区分けが追加されている1次ダクト230a,b及び2次ダクト240の構成を示す。この実施の形態において、各1次ダクト230a,bは、2つの流路部を介して各2次ダクト240a,bに接続されており、前記2つの流路部に隣接するように、流れ分配装置が1次ダクト230a,b中に配置される。1次ダクトから導く異なる通路部は、互いに距離Pで位置されていることは、悪くない。さらに、1次ダクト230aから導く前記流路部は、他方の1次ダクト230bから導く流路部を一致することに対して、置き換えられる。このことは、2次ダクト240の異なる区画240a,b中の均一な流れを達成させることを認める。
【0060】
図17は、2つの1次ダクト330a,b及び、2つの区画340a,b中に分けられた2次ダクト340の構成を示す。2次ダクト340の第1区画340aは、1つの1次ダクト330bからの流体が供給され、2次ダクト340の第2区画340bは、他方の1次ダクト330aからの流体が供給される。この実施の形態において、流路部331が示されており、この流路部331は、オールシーリングガスケット(all-sealing gasket)(図19参照)の欠如(absence)により画定されている。前記流路部331は、2次ダクトの区画340a,b中において十分に均一な流れを提供するように、流れ方向Fに関して、2次ダクト340a,bの後部中に位置されている。2次ダクトの後部区画340bに供給する前記1次ダクト340aは、プレートの間の空間中のガスケット332により2次ダクトの前部の区画340aから分離されている。2次ダクト340の区画340a,bは、プレート100’により互いから分離されており、この場合において、2次ポートが、消滅されていない(図2中の2次ポート110c参照)。2次ダクトの前部の区画340aを供給する1次ダクト330の後部は、ガスケット332により2次ダクトの後部区画から部分的に分けられるとともに、プレート100’を用いた1次ダクト330bの前部から部分的に分けられる。プレートパックが流体の圧力を支持することを確実にするために、小さい流れは、プレート100’中の小さい開口を通るだけでなく前記部分に平行に走っている2次ダクトから後部に運ばれる。代わりに、1次ダクト330b’と2次ダクト340bとの間の全てのガスケットは、取り外され得る。
【0061】
2次ダクト340及び1次ダクト330bの前部に関する範囲設定外では、1次ダクト330bの後部330b’中に、淀んだ流体があり得る。
【0062】
図20は、1次ダクト630及び2次ダクト640の構成を示す。前記2次ダクトは、3つの区画640a乃至cに分割され、各々プレートの間の幾つかの空間を提供する。この構成は、3つの流れ分配装置を具備しており、これらは、1次ダクト630中に配置されており、1次ダクト630中の流体の流れの一部分を2次ダクトの対応する区画640a乃至cに逸らすことが意図されている。
【0063】
図中に示されるように、前記流れ分配装置631a乃至cの各傾斜したランプは、1次ダクト中において異なる延びを有している。異なる傾斜したランプが1次ダクト630中に延びることに関する距離は、プレート熱交換機中の流れFの方向において、増大する。第1流れ分配装置631aは、1次ダクト630中の流体の流れの正確な量を逸らす。同一の流量が、第2区画640bに運ばれることを確実にするために、第2流れ分配装置は、1次ダクト中の留まっている流体の流れの大きい割り当てを逸らす。次の流れ分配装置631cは、1次ダクト630中のさらに減少し残った流れの同等の大きい割り当てを逸らす。流れ分配装置の異なる導入距離により獲得されたこの動作は、プレート熱交換機の長さに沿った流路部分の寸法を変更することにより、前記ガスケットの変形例において有る程度達成され得る。この結果、小さい流路部分は、小さい導入距離と一致し、大きい流路部分は、大きい導入距離に一致する。
【0064】
図20中に示される実施の形態において、流れ分配装置は、設定若しくは調整され得る。この調整は、例えば、種々の傾斜角度を有する前記傾斜したランプにより達成される。前記プレート熱交換機は、必要なコントロール機器を含んでいるコントロールユニット700と、作動手段(actuating means)632a乃至cとを具備している。図20中において、作動手段632a乃至cは、伸長支柱(elongate strut)をとして示されている。この伸長支柱は、前記コントロールユニット中の幾つかの種類のモータ、若しくはピストンにより、作動される。幾つかの他の方法において、調整を達成し得る。上記調整は、例えば、前記傾斜したランプを支持するサーボモータ(servomotor)を使用すること、又は、示された支柱の代わりにワイヤーロープ(wire rope)を使用することにより達成され得、これは、前記ランプの種々のバックスプリングサスペンション(back spring suspension)を正確な傾斜角度αにこれらが呈することを認めるように組み合わせる。
【0065】
流れ分配装置を調整可能に作成することにより、全く同一のプレート熱交換機は、従来のプレート熱交換機より、相当大きい収容能力範囲内において、使用され得る。入ってくる全体の流体の流れに従って、小さい又は大きい量は、プレート熱交換機の異なる区画に逸らされ得る。流れ分配装置631a乃至cを完全に閉じることにより、異なる収容能力の要求を処理する又は、これらを清掃するために前記プレート熱交換機の一つ又はそれ以上の区画を除外することさえ可能である。1次若しくは2次ダクト又は区画が設けられていない従来のプレート熱交換機において、もし提供された流体の流れが、熱交換機が設計された際の流体の流れに一致しない場合、流体の流れは、他の点で均一でない分配につながる。
【0066】
ここで説明された実施の形態の幾つかの変形例が、添付の特許請求の範囲中に規定された発明の範囲内で可能であることは、認識されるであろう。
【0067】
例えば、1次及び2次ダクト、流れ分配装置(固定並びに調整可能)、凹み若しくは部分的に切断されたガスケットの異なる構成は、異なる使用法のための現在の要求に従って、変形され得る。なお、前記流れ分配装置の導入距離は、プレート熱交換機の長さに沿って、増大する若しくはしなくされ得る。
【0068】
本発明は、添付の概略的な図面を参照し、上述のように説明されるであろうし、前記図面により、異なる態様に従った本発明の目下の好ましい実施の形態が示される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来の技術に従ったプレート熱交換機の作用の概略図である。
【図2】 図2は、本発明に従ったプレートパックにおいて使用するための伝熱プレートを示す。
【図3】 図3は、伝熱プレートを示し、1次ダクト中の流れ分配装置の位置並びに方向を概略的に提案する。
【図4】 図4は、本発明に従ったプレート熱交換装置の好ましい実施の形態の分解図である。
【図5】 図5は、第1の好ましい実施の形態に従った流れ分配装置を示す。
【図6】 図6は、図5中に示された流れ分配装置の変形例を示す。
【図7】 図7は、第2の好ましい実施の形態に従った流れ分配装置を示す。
【図8】 図8は、図7中の流れ分配装置の部分を示す。
【図9】 図9は、異なる2相の流れにおいて、流れ分配装置の好ましい実施の形態の機能を示す。
【図10】 図10は、異なる2相の流れにおいて、流れ分配装置の好ましい実施の形態の機能を示す。
【図11】 図11は、異なる2相の流れにおいて、流れ分配装置の好ましい実施の形態の機能を示す。
【図12】 図12は、流体が従来の技術に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図13】 図13は、流体が従来の技術に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図14】 図14は、流体が本発明の好ましい実施の形態に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図15】 図15は、流体が本発明の好ましい実施の形態に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図16】 図16は、流れ分割装置が、本発明の実施の形態に従って1次ダクト中においてどのように配置されるかを示す上面図である。
【図17】 図17は、1次並びに2次ダクトの代替えの構成を備えている代替えの実施の形態の上面図である。
【図18】 図18は、1次ダクト並びに2次ダクトの間のガスケットの構成を示す概略図である。
【図19】 図19は、1次ダクト並びに2次ダクトの間のガスケットの構成を示す概略図である。
【図20】 図20は、傾斜したランプの勾配が変更された場合においての本発明の実施の形態を示す。
【符号の説明】
100 伝熱プレート
110a,b;230a,b;330a,b;630a,b 1次ダクト
110c240;640 2次ダクト
231;400;500;631a乃至c 流れ分配装置
240a,b;340a,b;640a,c 区画
250 第1プレートの間の空間
410;510 ランプ
410a:510a 逸らしエッジ
413,513 接続手段
Claims (30)
- プレート熱交換機のためのプレートパックは、幾つかの伝熱プレート(100)を具備しており、前記各プレートは、伝熱部(C)及び幾つかの貫通ポート(110a及びb、120a乃至f)を有しており、前記プレート(100)は、以下の方法により互いに作用し、前記方法とは、第1フローダクトが、複数の第1プレートの間の空間(250)中のプレート(100)の間に形成され、第2フローダクトは、複数の第2プレートの間の空間(250)中のこれらの間に形成され、前記ポート(110a及びb、120a乃至f)は、前記各フローダクトのための少なくとも1つの入口ダクト及び少なくとも1つの出口ダクト(110a乃至d、120a乃至f;230,240;330,340;630,640)を形成することであり、このような前記プレートパックにおいて、
少なくとも前記第1フローダクトの前記入口ダクトは、流体の流れを受けるように配置された少なくとも2つの1次ダクト(110a並びにb;230a並びにb;330a並びにb;630a並びにb)を具備しており、この流れは、前記第1フローダクトに向かっており、また、前記入口ダクトは、少なくとも1つの2次ダクト(110c)を具備しており、前記2次ダクトは、流路を介して前記1次ダクト(110a並びにb)及び前記第1フローダクトに接続されているとともに、前記1次ダクト(110a並びにb)からの前記流体を受け、この流体を前記第1フローダクトに運ぶように配置されていることを特徴とするプレートバック。 - 流れ分配装置(231;400;500;631a乃至c)は、前記流路を介して前記2次ダクト(110c;240;640)へ、前記1次ダクト中の流体の流れの部分を逸らすことのために、前記1次ダクト(110a並びにb;230a並びにb;630)の少なくとも1つの中に配置されている請求項1に記載のプレートパック。
- 各1次ダクトは、前記プレートパック全体を貫通して延びている請求項1又は2に記載のプレートパック。
- 前記2次ダクトは、前記プレートパック全体を貫通して延びている請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記2次ダクトは、幾つかの区画(240a並びにb;340a並びにb;640a乃至c)に分けられており、前記区画の各々は、前記プレートパックの一部分のみに延びている請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記流れ分配装置は、前記1次ダクトの断面領域が、前記流体の流れの流れる方向において1次ダクトに沿って減少するように、関係される前記1次ダクトに沿って、前記1次ダクトの断面領域の区画の範囲を設定する請求項2乃至5のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記流れ分配装置は、管状の本体(400a乃至b;501)を具備しており、この本体は、傾斜したランプ(410;510)を囲んでいる請求項2乃至6のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記傾斜したランプ(410;510)の前部(410a;510a)は、前記1次ダクトの管壁からのある距離に位置されている請求項7に記載のプレートパック。
- 前記傾斜したランプの後部は、前記1次ダクトと2次ダクトとの間の流路に隣接する前記1次ダクトの管壁に接続されている請求項7又は8に記載のプレートパック。
- 前記流れ分配装置の傾斜したランプは、逸らしエッジ(410a:510a)を有しており、前記逸らしエッジは、前記流体の流れと反対方向に向けられている請求項7乃至9のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記逸らしエッジは(410a;510a)は、実質的に垂直な延びを有している請求項10に記載のプレートパック。
- 前記傾斜したランプは、実質的に平らで、半楕円形のシートを具備している請求項7乃至11のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記逸らしエッジ(410a;510a)は、前記シートの主な楕円の軸の一つにより画定されている請求項11及び12に記載のプレートパック。
- 前記1次ダクトに沿った前記傾斜したランプ(410;510)の延びは、前記1次ダクトを横切った自身の最大の延びより大きい請求項7乃至13のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記流れ分配装置は、幾つかの外方に延びる接続手段(413,513)を具備しており、前記接続手段は、前記1次ダクトの周りで、互いに隣接するプレートにおいて、これらのプレートの間に固定されるように配置されている請求項2乃至14のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記本体は、開放された管状のかご状構造体(400a並びにb)を具備しており、前記構造体は、傾斜したランプ(410)を囲うとともに支持している請求項7乃至15のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記本体は、パイプ(501)を具備しており、このパイプは、前記傾斜したランプを囲んでいるとともに、自身の周面中に開口(502)が設けられており、前記傾斜したランプ(510)は、前記開口(502)に接続されている請求項7乃至15のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記流れ分配装置は、前記1次ダクトの内部形状に一致している外部形状を有している請求項2乃至17のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記1次ダクト並びに2次ダクトに沿った前記1次ダクト並びに2次ダクトの間の流路は、互いに沿った各ダクトの延びより小さい延びを有している請求項1乃至18のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記各1次ダクトと2次ダクトとの間には、1つの流路のみがある請求項1乃至19のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 少なくとも1つの流れ分配装置は、前記1次ダクト中に配置されている請求項2乃至20のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記流れ分配装置は、前記流れ分配装置により、前記流路を経由して前記2次ダクトに逸らされる前記1次ダクト中の流れの一部分が調整されるように、調整可能である請求項2乃至21のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記一方の1次ダクトは、前記2次ダクトの第1部分に接続されており、他方の前記1次ダクトは、前記2次ダクトの第2部分に接続されている請求項5乃至22のいずれか1項に記載のプレートパック。
- 前記各1次ダクトは、前記2次ダクトの異なる部分に接続されている請求項22に記載のプレートパック。
- プレート熱交換機において、請求項1乃至24に従った少なくとも1つのプレートパックを具備していることを特徴とするプレート熱交換機。
- プレート熱交換機のためのプレートパックに使用するための伝熱プレートであって、前記プレート(100)は、伝熱部(C)及び幾つかの貫通孔(110a乃至d、120a乃至f)を有しており、前記プレート(100)は、プレートパック中の他のプレート(100)に以下の方法において、相互に作用するように、配置されており、この方法とは、第1フローダクトが、幾つかの第1プレートの間の空間(250)中のプレート(100)の間に形成され、第2フローダクトは、幾つかの第2プレートの間の空間(250)中のこれらの間に形成され、前記ポート(110a及びb、120a乃至f)は、前記各フローダクトのための少なくとも1つの入口ダクト及び少なくとも1つの出口ダクトを形成することであり、このような前記伝熱プレートにおいて、
前記伝熱プレート(100)は、少なくとも2つの1次ポート(110a並びにb)を有しており、前記1次ポートは、前記プレートパック中の他の伝熱プレートの1次ポートと互いに一致して形成するように配置されており、前記2つの1次ダクトは、前記第1フローダクトのための流体の流れを受けることを意図された前記1つの入口ダクトを構成しており、また、前記伝熱プレートは、2次ポート(110c)を有しており、前記2次ポートは、前記他のプレートの2次ポートと互いに一致して形成するように配置されており、2次ダクトは、流路を介して、前記1次ダクト及び前記第1フローダクトに接続するように意図されていることを特徴とする伝熱プレート。 - 前記2次ポート(110c)は、1次ポート(110a並びにb)と前記伝熱部(C)との間に配置されている請求項26に記載の伝熱プレート。
- 前記2次ポート(110c)は、各1次ポート(110a並びにb)よりも大きい断面領域を有している請求項26又は27に記載の伝熱プレート。
- 請求項1乃至24のいずれか1つに従ったプレートパックの製造のために、請求項26乃至28のいずれか1つに従った伝熱プレートの使用。
- 請求項25に従ったプレート熱交換機の製造のために請求項26乃至28のいずれか1つに従った伝熱プレートの使用。
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