JP4871995B2 - 伝熱板およびプレート熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提項部分に準じる伝熱板に関する。本発明は、請求項１０の前提項部分に準じるプレート熱交換器にも関する。

本発明は、粒子、繊維、または他の扱いにくい成分を含んでいる場合がある比較的粘性のある媒体に対する熱交換器の用途に関する。本発明は有利なことに、たとえば以下の応用分野、すなわち、蒸留酒製造業、砂糖精製業、製紙業、繊維産業、食品産業、製薬産業などで使用することができる。前記の応用分野内の比較的粘性のある媒体を対象とする大形プレート熱交換器では、ポートホールのサイズまたは流れの範囲は、顕著な圧力降下を回避するための重要性を決定付けるものである。ポートホール縁部がガスケット溝の近くに配置されることから比較的大きい入口を得ることができる。ガスケット溝とポートホール縁部との間の領域には、ガスケット溝に向かって壁を形成し、ガスケットがガスケット溝内の適切な位置に保持されるのを確かなものにするひだがある。ポートホールのサイズを最大にした場合、このひだはポートホール縁部まで延び、これによって、ポートホールの中心から見てひだ、すなわち波状の形状が得られる。

上述の用途では、同時に、粒子、繊維などを含んでいる場合がある媒体がポートホール縁部に付着するのを防止することが重要である。ポートホール縁部がひだである場合、粒子または繊維が付着する危険性が高くなる。

この危険性を回避するために、ポートホール縁部に平らな形状を与える場合、その代わりに流れの範囲が狭くなる問題が生じる。というのは、この平らな領域内は上記のように形成されたひだから内側に、ポートホールの中心に向かって延びる必要があるからである。

イギリス特許公開明細書第２１０７８４５号は、プレート熱交換器の伝熱板を開示している。この伝熱板は、伝熱領域と、伝熱領域の周りかつ外側を延びる縁部領域と、伝熱板を貫通して延び、縁部領域の内側かつ近くに配置された複数のポートホールとを有する。ポートホールは、ポートホール縁部によって輪郭が定められ、中心を有する。ポートホール縁部は、領域に面する第１の縁部と、伝熱領域に面する第２の縁部とを有する。

本発明の目的は、上述の問題を改善または軽減することである。具体的には、目的は、できるだけ広い流れの範囲を有し、同時に、媒体の粒子または繊維がポートホール縁部に付着する危険性を低下させるポートホールを提供することである。

この目的は、冒頭に定義された伝熱板であって、第１の縁部が、ポートホールの中心から見てひだを有し、かつ第２の縁部が、ポートホールの中心から見てほぼ平らな形状を有することを特徴とする伝熱板によって実現される。

第２の縁部に沿ったこの平らな形状のために、粒子および繊維がポートホール内に付着する危険性が最低限に抑えられ、同時に、波形をした第１の縁部のために、伝熱板の外側縁部に沿って十分に高い強度が実現される。ポートホールの上部／外側縁部、すなわち、ポートホールの、外側に、伝熱板の外側縁部の方を向いた部分に、ひだを設け、ポートホールの下部／内側縁部、すなわち、ポートホールの、内側に、伝熱板の伝熱領域の方を向いた部分に、平坦な、すなわち平らな縁部を設けることによって、ポートホールを著しく大きくし、粒子、繊維などがポートホール縁部に付着する危険性を低くすることが可能になる。

本発明の一実施態様によれば、ひだは第１の縁部の波状形状を形成する。波状形状は、有利なことに、第１の縁部全体に沿って延びていてもよい。第２の縁部は、有利なことに、第２の縁部に沿った平らなまたはほぼ平らな形状を有してよい。

本発明の他の実施態様によれば、上述のポートホールは、ポートホール縁部に隣接する穴縁部領域であって、第１の縁部に隣接する第１の領域部分と、第２の縁部に隣接する第２の領域部分とを有し、第１の領域部分が上記のひだによって波形になっている穴縁部領域に囲まれている。有利なことに、第２の領域部分は、第２の縁部の近くのほぼ平らに広がった部分と、平らに広がった部分と伝熱領域との間に配置されたひだとを有してよい。

本発明のさらに他の実施態様によれば、上記のポートホールは、ガスケットを受け入れるように構成されポートホールの中心から見て穴縁部領域の外側に配置されたガスケット溝に囲まれている。このようなガスケットによって、ポートホールにより形成されるポートをどのプレート隙間と連通させるかを制御可能となる。有利なことに、第１の領域部分のひだおよび第２の領域部分のひだによって形成される壁部によって、ガスケット溝は、ポートホールに対して境界が定められることができる。さらに、ガスケット溝は、第１の縁部に沿ったポートホール縁部までの第１の距離と、かつ第２の縁部に沿ったポートホール縁部までの第２の距離とを有してよく、第１の距離は第２の距離より短い。したがって、ガスケット溝の形状および大きさは、ポートホールの形状およびサイズが最適化されるように適応させられる。

本発明のさらに他の実施態様によれば、上記ひだは、交互に設けられポートホールの中心に向かって延びる山および谷を有する。

目的は、冒頭に定義されたプレート熱交換器であって、第１の縁部が、ポートホールの中心から見てひだを有し、かつ第２の縁部が、ポートホールの中心から見てほぼ平らな形状を有することを特徴とするプレート熱交換器によって実現される。

プレート熱交換器の概略側面図である。 図１のプレート熱交換器の概略平面図である。 図１のプレート熱交換器の伝熱板の概略図である。 ガスケットが設けられた図３の伝熱板を示す図である。 図３の伝熱板のポートホールの概略図である。 プレート熱交換器のポートチャネルの図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った概略部分断面斜視図である。 プレート熱交換器のポートチャネルの図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った概略部分断面斜視図である。 ポートチャネルから伝熱板の第２の縁部に向かう方向に見た図である。 ポートチャネルから伝熱板の第１の縁部に向かう方向に見た図である。

次に、本発明について様々な実施形態の説明によって添付の図面を参照して詳しく説明する。

図１および図２は、互いに近くに設けられた複数の伝熱板３を有するプレートパッケージ２を含むプレート熱交換器１を開示している。プレートパッケージ２は、それぞれフレームプレートおよび圧力板を形成することのできる２枚の端板４および５の間に設けられている。端板４および５は、端板４および５を貫通して延びる締め付けボルト６によって、プレートパッケージ２に押し付けられると共に互いに押し付けられている。締め付けボルト６はねじ山を有しており、したがって、プレートパッケージ２は、公知のように締め付けボルト６にナット７をねじ込むことによって圧縮することができる。開示される実施形態では、４本の締め付けボルト６が示されている。締め付けボルト６の数は変更できるものであり、かつ様々な用途においてそれぞれ異なってよいことに留意されたい。

プレート熱交換器１は、上述の実施形態によれば、第１の媒体用の第１の入口８および第１の出口９と、第２の媒体用の第２の入口１０および第２の出口１１とを有している。入口および出口８〜１１は、開示される実施形態では、１枚の端板４およびプレートパッケージ２を貫通して延びている。入口および出口８〜１１は、多数の異なる方法で構成し、かつ第２の端板５を貫通するように構成することもできる。

各伝熱板３は、圧縮成形された金属板、たとえばステンレス鋼や、チタンや、目的とする用途に適した任意の他の材料で製造される。各伝熱板３は、伝熱領域１５と、伝熱領域１５の周りかつ外側を延びる縁部領域１６とを有している。伝熱領域１５は、開示される実施形態では、伝熱板３のほぼ中央に配置され、公知のように山および谷を含むひだ１７を備えている。ひだ１７は、金属板を圧縮成形することによって得られる。開示される実施形態では、ひだ１７は、伝熱領域１５の上を斜めに延びるように単に概略的に示されている。ひだ１７は、たとえば公知の魚の骨状のパターンに沿った山および谷のずっと複雑な形状で延びている部分を有してよいことに留意されたい。さらに、本発明の範囲内で、ほぼ平らな伝熱領域を有する伝熱板３を使用することができる。

各伝熱板３は、伝熱板３を貫通して延びており縁部領域１６の内側かつ近くに配置された複数のポートホール１８、開示される実施形態では４つのポートホール１８を有している。各ポートホール１８は、ポートホール縁部１９（図３参照）によって輪郭が定められ、中心を有している。ポートホール１８は、伝熱板３のそれぞれの角部の近くに配置され、プレート熱交換器１の上述の入口および出口８〜１１とほぼ同心である。

伝熱板３は、第１の入口８および第１の出口９と連通する第１のプレート隙間２１と、第２の入口１０および第２の出口１１と連通する第２のプレート隙間２２が形成されるようにプレートパッケージ２に設けられている（図１および６参照）。第１および第２のプレート隙間２１および２２はプレートパッケージ２内に交互に設けられている。

プレート隙間２１、２２のこのような分離は、伝熱板３の圧縮成形時に形成されたガスケット溝２３内を延びる１つまたはいくつかのガスケットによって実現することができる。各伝熱板３のガスケット溝２３は、図３を見ると分かるように、伝熱領域１５の周りを延び、かつ各ポートホール１８の周りを延びている。開示される実施形態では、プレート熱交換器１を取り付ける前に各伝熱板３にガスケット２５が設けられる。ガスケット２５は、伝熱領域１５および２つのポートホール１８、さらに残りの２つのポートホール１８のそれぞれを囲むようにガスケット溝２３の一部に中を延びている。したがって、ガスケット２５は、ガスケット２５によって互いに区画された３つの別個の領域を形成している。ガスケット２５を必ずしも単一のガスケットとして形作る必要がなく、いくつかの異なるガスケットで構成することもできることに留意されたい。

取り付け時には、伝熱板３を１つおきに、たとえば垂直中心軸または長手方向中心軸の周りに１８０度回転させることができる。その後、伝熱板３は、所望の第１および第２のプレート隙間が得られるように圧縮される。プレートパッケージ２では、第１の媒体を第１の入口８を通して導入し、第１のプレート隙間２１を通過させ、第１の出口９から排出することができる。第２の媒体は、第２の入口１０を通して導入し、第２のプレート隙間２２を通過させ、第２の出口１１から排出することができる。２つの媒体はたとえば、図２および図３に示されているようにお互いに関して向流として流すか、または並流として流すことができる。

ポートホール縁部１９は、伝熱領域１５から外側に近接領域１６の方を向いた第１の縁部１９’と、近接縁部領域１６から内側に伝熱領域１５の方を向いた第２の縁部１９”とを有している（図３および５参照）。第１の縁部１９’は、ポートホール１８の中心から見てひだ２９’を有している（図９参照）。第２の縁部１９”は、ポートホール１８の中心から見て平らなまたはほぼ平らな形状を有している（図８参照）。ひだ２９’は、ポートホール１８の中心から見て波状またはほぼ波状の縁部１９’を形成しており（図９参照）、一方、第２の縁部１９”の平らな形状は、ポートホール１８の中心から見てほぼ真っすぐな線を形成している。ひだ２９’および波状形状は、第１の縁部１９’全体に沿って延びている。

各ポートホール１８は、ポートホール縁部１９に隣接する穴縁部１３に囲まれている。穴縁部領域１３は、第１の縁部１９’に隣接する第１の領域部分３０”と、第２の縁部１９”に隣接する第２の領域部分３０”とを有している。図５を見ると分かるように、第１の縁部１９”のひだ２９’は、ポートホール１８の中心から外側に、したがって第１の領域部分３０’内に延びている。このようにして、第１の領域部分３０’は、縁部１９’の上述のひだ２９’によって波形になっている。

第２の領域部分３０”は、第２の縁部１９”に隣接するほぼ平らに広がった部分３１を有している。第２の領域部分３０”は、平らに広がった部分３１と伝熱領域１５との間、具体的には平らに広がった部分３１とガスケット溝２３との間に配置されたひだ２９”も有している。ひだ２９’とひだ２９”はどちらも、交互に設けられ、ポートホール１８の中心に向かう方向、すなわち、ポートホール１８の中心に対する半径方向、またはほぼ半径方向に延びる山および谷を有している。

上に指摘したように、２つのポートホール１８は、ガスケット２５の一部を受け入れるように構成されたガスケット溝２３の一部分に囲まれている。ガスケット溝２３およびガスケット２５のこれらの部分は、ポートホール１８の中心から見て穴縁部領域３０の外側に配置されている。ガスケット溝２３はここでは、第１の領域部分３０’のひだ２９’および第２の領域部分３０”のひだ２９”によって形成された壁部によってポートホール１８に対して輪郭が定められている。またガスケット溝２３およびガスケット２５に囲まれる他の２つのポートホール１８に関しては、ガスケット２５は、ガスケット溝２３の、第１の領域部分３０’に隣接する部分までしか延びていない。

ひだ２９’しか有していない第１の領域部分３０’は、平らに広がった部分３１とひだ２９”の両方を有する第２の領域部分３０”より薄い。そして、ガスケット溝２３は、第１の縁部１９’に沿ったポートホール１９までの第１の距離と、かつ第２の縁部１９”に沿ったポートホール縁部１９までの第２の距離とを有している。第１の距離は第２の距離より短い。

ガスケット溝２３の、ガスケット２５の対応する部分を受け入れ、かつ第１の領域部分３０’に隣接する部分は、第１の距離に等しいかまたはほぼ等しい縁部１９’までの距離を有している。このことは、異なるプレート隙間２１および２２内のガスケット２５が、第１の領域部分３０’に沿って互いに向かい合って配置されていることを意味する。図７も参照されたい。

本発明は、上述の実施形態に制限されず、特許請求の範囲の記載の範囲内で変更し修正することができる。

本発明が、すべてのプレート隙間２１、２２内にガスケットを有するプレート熱交換器だけでなく、永久的に接合されたプレート熱交換器、たとえばろう付けまたは接着されたプレート熱交換器、および永久的に対として接合された伝熱板、たとえば互いに溶接された伝熱板の対を有するプレート熱交換器にも適用できることに留意されたい。

上述の実施形態では、ポートホール１８は、円筒形またはほぼ円形を有している。しかしながら、ポートホール１８は、他の適切な規則的または不規則な形状、たとえば、楕円形や多角形、たとえば、好適にいくらか丸められた角部を有する三角形、四方形、五角形などを有してもよい。

Claims (11)

1. プレート熱交換器（１）用の伝熱板（３）であって、
   伝熱領域（１５）と、
   前記伝熱領域（１５）の周りかつ外側を延びている縁部領域（１６）と、
   前記伝熱板（３）を貫通して延び、かつ前記縁部領域（１６）の内側かつ近くに配置された、複数のポートホール（１８）とを有し、
   前記ポートホール（１８）はポートホール縁部（１９）によって輪郭が定められ、かつ中心を有し、
   前記ポートホール縁部（１９）が、前記縁部領域（１６）に面する第１の縁部（１９’）と、前記伝熱領域（１５）に面する第２の縁部（１９”）とを有する、伝熱板（３）において、
   前記第１の縁部（１９’）は、前記ポートホール（１８）の前記中心から見てひだを有し、前記第２の縁部（１９”）は、前記ポートホール（１８）の前記中心から見てほぼ平らな形状を有することを特徴とする、伝熱板。
2. 前記ひだは、前記第１の縁部（１９’）の波状形状を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の伝熱板。
3. 前記波状形状は、前記第１の縁部（１９’）全体に沿って延びていることを特徴とする、請求項２に記載の伝熱板。
4. 前記ポートホール（１８）は、前記ポートホール縁部（１９）に隣接する穴縁部領域（３０）であって、前記第１の縁部（１９’）に隣接する第１の領域部分（３０’）と、前記第２の縁部（１９”）に隣接する第２の領域部分（３０”）とを有する穴縁部領域（３０）に囲まれ、前記第１の領域部分（３０’）は前記ひだにより波形になっていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の伝熱板。
5. 前記第２の領域部分（３０”）は、前記第２の縁部（１９”）に隣接するほぼ平らに広がった部分（３１）と、前記平らに広がった部分（３１）と前記伝熱領域（１５）との間に配置されたひだ（２９”）とを有することを特徴とする、請求項４に記載の伝熱板。
6. 前記ポートホール（１８）は、ガスケット（２５）を受け入れるように構成され前記ポートホール（１８）の前記中心から見て前記穴縁部領域（３０）の外側に配置されたガスケット溝（２３）に囲まれていることを特徴とする、請求項４または５に記載の伝熱板。
7. 前記ガスケット溝（２３）は、前記第１の領域部分（３０’）の前記ひだ（２９’）および前記第２の領域部分（３０”）の前記ひだ（２９”）によって形成された壁部によって、前記ポートホール（１８）に対して境界が定められていることを特徴とする、請求項５または６に記載の伝熱板。
8. 前記ガスケット溝（２３）は、前記第１の縁部（１９’）に沿った前記ポートホール縁部（１９）までの第１の距離と、前記第２の縁部（１９”）に沿った前記ポートホール縁部（１９）までの第２の距離とを有し、前記第１の距離は前記第２の距離より短いことを特徴とする、請求項６または７に記載の伝熱板。
9. 前記ひだ（２９’、２９”）は、交互に設けられ前記ポートホール（１８）の前記中心に向かう方向に延びている山および谷を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の伝熱板。
10. 複数の電熱板（３）を有するプレート熱交換器（１）であって、前記各伝熱板（３）が、
    伝熱領域（１５）と、
    前記伝熱領域（１５）の周りかつ外側を延びている縁部領域（１６）と、
    前記伝熱板（３）を貫通して延び、かつ前記縁部領域（１６）の内側かつ近くに配置された、複数のポートホール（１８）とを有し、
    前記ポートホール（１８）がポートホール縁部（１９）によって輪郭が定められ、かつ中心を有し、
    前記ポートホール縁部（１９）が、前記縁部領域（１６）に面する第１の縁部（１９’）と、前記伝熱領域（１５）に面する第２の縁部（１９”）とを有する、伝熱板（３）を有するプレート熱交換器において、
    前記第１の縁部（１９’）は、前記ポートホール（１８）の前記中心から見てひだを有し、前記第２の縁部（１９”）は、前記ポートホール（１８）の前記中心から見てほぼ平らな形状を有することを特徴とする、プレート熱交換器。
11. 請求項２から９のいずれか１項に記載の構成を有することを特徴とする、請求項１０に記載のプレート熱交換器。

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