JP6235141B2 - 熱伝達プレート - Google Patents

Description

本発明は、中央開口部の第１の部分が流体入口として作用し、中央開口部の第２の部分が流体出口として作用することを可能にする流体分離装置を受けるための中央開口部を有するタイプの熱伝達プレートに関する。

近年、多数の様々なタイプのプレート熱交換器が存在し、それらのタイプに応じて様々な用途に使用される。幾つかのタイプのプレート熱交換器は、連結される熱伝達プレートが内部に配置される密封筐体を形成するケースから組み立てられる。複数の熱伝達プレートは、熱伝達プレートの積層体を形成する。そこにおいて、第１の流体及び第２の流体のための交互する第１の流路及び第２の流路は熱伝達プレートの間に形成される。

プレート熱交換器の一つのタイプ、いわゆる中央ポートプレート熱交換器において、各熱伝達プレートは、第１の流路のための中央開口部（中央ポート）を有する。第１の流路の流体は、熱伝達プレートの中央開口部の入口セクションで熱伝達プレートに入って、プレート全体にわたって流れて、同じ中央開口部の出口セクションでプレートから出る。出口セクションは入口セクションの反対側にある。そして、流体分離装置は出口セクションからの流体の流れから入口セクションへの流体の流れを分離するために中央開口部に嵌入される。このように、分離装置によって、同じポートが、熱伝達プレートにわたって流れる流体のための流体入口及び流体出口の両方として使われる。基本的に、第１の流体は熱伝達プレートにわたって１８０°回転を作って、中央開口部を横切って見られるように、第１の流体がプレートに入った位置の反対位置でプレートから出る。

第２の流体はプレートの外周の入口セクション（ｉｎｌｅｔ ｓｅｃｔｉｏｎ）で熱伝達プレートに入って、プレート全体をわたって流れ、プレートの外周の出口セクション（ｏｕｔｌｅｔ ｓｅｃｔｉｏｎ）でプレートから出る。出口セクションは入口セクションの反対側にある。

明らかに、第１の流体のための入口及び出口はプレートの一つおきに配置されており、第２の流体のための入口及び出口は一つおきに第２の対間で配置される。このように、第１の流体及び第２の流体は、一つおきの対間で、熱伝達プレートのそれぞれの面をわたって流れる。第１の流体のための入口及び出口の有する一対のプレートからなるプレートはその全周に沿って互いに封止され、第２の流体のための入口及び出口を有するプレート対からなるプレートは、その中央開口部で互いに封止される。

熱伝達プレートがケースによって囲まれるので、中央ポートプレート式熱交換器は多数の他のタイプのプレート熱交換器と比較すると高い圧力レベルに耐えることができる。更に、中央ポートプレート式の熱交換器はコンパクトであり、それは良好な伝熱特性を有して、破壊されることなく厳しい動作状況に耐えることができる。

連結される熱伝達プレートは、しばしばプレートパック又は熱伝達プレートの積層体と呼ばれる。熱伝達プレートの積層体は、中央ポートプレート式熱交換器のための特徴である内部中央貫通孔を有する実質的に円筒状形状を有する。ゴム・ガスケット（ｒｕｂｂｅｒ ｇａｓｋｅｔ）が熱伝達プレート間に省略されることができるように、熱伝達プレートの積層体はすべて溶接され得る。これによって、高温且つ高圧で中央ポートプレート式熱交換器が広範囲にわたる積極的な流体を用いた動作に適合するようになる。

中央ポートプレート式熱交換器の保守の間、熱伝達プレートの積層体は、接近可能であり、例えばシェルの上部カバー又は底部カバーを除去して、洗剤で熱伝達プレートの積層体を洗浄することによって洗浄され得る。熱伝達プレートの積層体をそれがシェル内で適切に配置されることができる限り、以前の積層体と同一又は異なることができる新規な積層体に置き換えることも可能である。

通常、中央ポートプレート式熱交換器は、従来の熱交換器としてだけでなくコンデンサ又は再沸器としても適切である。コンデンサ又は再沸器において、シェルは凝縮液（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）のための付加的な入口／出口を含むことができ、それは特別なセパレータ・ユニットの必要性を除去できる。

示されているように、熱伝達プレートの積層体を有する中央ポートプレート式熱交換器の設計は、そのタイプに対して全く特有である効果及び特性の組合せを提供する。中央ポートプレート式熱交換器の多くの実施形態は開示されており、それらは、例えば、特許文献ＥＰ２００２１９３Ａ１で開示されている。幾つかの他のタイプのプレート熱交換器と比較して、中央ポートプレート式熱交換器は、コンパクトな設計を有して、高い圧力レベルに耐えることができる。しかしながら、中央ポートプレート式熱交換器は、比較的高い圧力レベルに対する対処を維持しつつ、一方の流体から他の流体へ効率的に熱を伝達する能力に関して改善され得ると推定される。

欧州特許出願公開第２００２１９３Ａ１号明細書

本発明の目的は、改良された性能を有する中央ポートプレート式熱交換器を提供することである。特に、プレートが中央ポートプレート式熱交換器において用いられることを可能にするそれぞれの中央開口部を有する熱伝達プレートの熱伝熱能力を高めることが目的である。

これらの目的を解決するために、熱伝達プレートが提供される。熱伝達プレートは、熱交換器に配置されるように構成されており、複数の列を備える。該複数の列のそれぞれが前記熱伝達プレートの上面及び底面間で前記熱伝達プレートの中央面に沿って延在する交互する隆起と溝とを有し、前記上面及び前記底面が前記中央面に実質的に平行していると共に前記中央面のそれぞれの面上に位置している。同じ前記列における各隆起と隣接する溝との間の遷移部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が前記中央面に対して傾斜する前記熱伝達プレートの一部によって形成される。熱伝達プレートは中央開口部を有し、中央開口部は、前記中央開口部の第１の部分が流体入口として作動し、前記中央開口部の第２の部分が流体出口として作用できるように、流体分離装置を受けるように構成されている。熱伝達プレートは、前記列が互いに離間するように隆起及び溝の列の間で前記中央面に沿って延在するプレート部分を有する。

中央ポートプレート式熱交換器に適応しており、効果的な熱伝達を提供すると同時に非常に硬く強いという点で熱伝達プレートは有利である。

熱伝達プレートの中央面に沿って隆起及び溝の列の間に延在するプレート部分は、補強セクション又は補強部と呼ばれることができる。補強セクションは、中央面に平行する方向に、典型的に隆起及び溝の列より高い剛度（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）を有する。補強セクションの一つ以上は、いかなる組合せにおいて、平坦形状、段差形状、及び波状の何れかであることができる。補強セクションは、細長くなっていることができる。補強セクションは、概して熱伝達プレートの中央面に沿って延在する。補強セクションは熱伝達プレートの第１の面と第２の面との間に延在できる。ここで、第１の面及び第２の面は中央面と実質的に平行しており、中央面のそれぞれの面上に位置する。第１の面は、上面と中央面との間に位置する。第２の面は、中央面と底面との間に位置する。これによって、熱伝達プレートはその面方向の拡張において強固になる。

前記熱伝達プレートの上面上の多くの隆起の上面の接触領域が、熱伝達プレートの底面上の多くの溝の底面の接触領域より大きいことができる。熱伝達プレートが熱伝達プレートの一方側の圧力が熱伝達プレートの他方側により高い状況をよりよく処理できるという点で、これは有利である。

交互する隆起及び溝の多くの列は、熱伝達プレートの接線方向において延在できる。

交互する隆起及び溝の多くの列は、熱伝達プレートの半径方向において延在できる。

半径方向は、プレートの中央から始まってプレートの外周に導かれる如何なる方向であることができる。接線方向は、半径方向に垂直な方向であることができる。

熱伝達プレートは、交互する隆起及び溝の列の多くのセクションを備えることができる。そこにおいて、前記セクションの内側セクションが前記セクションの外側セクションより高い流体抵抗を提供し、前記内側セクションが前記外側セクションより前記中央開口部により近く配置される。より高い流体抵抗を有する内側セクションは、熱伝達プレートが配置される熱交換器の動作中に、水があふれ出ることが意図されたセクションであることができる。

本願明細書中の文脈において、熱伝達プレートのセクションがより高い流体抵抗を有するとき、これはそのセクションがセクションを横断する流体、又は、セクションによって少なくとも部分的に形成されるか又は囲まれたチャネル内に流れる流体に対してより高い流体抵抗を提供することを意味する。

内側セクションは、外側セクションより高い接線方向の流体抵抗を有することができる。

熱伝達プレートは、前記中央開口部の第１の部分を横切って、前記熱伝達プレートの中心を通って、中央開口部の第２の部分を横切って延在する第１の幾何学的な中心軸と、前記第１の幾何学的な中心軸と直交して前記中心を通って延在する第２の幾何学的な中心軸と、を備え、第２の中央軸と平行する方向に沿ってみたとき、前記内側セクションが前記外側セクションより中央開口部のより近く配列されている。熱伝達プレートは、第１の中央軸に対して対称的であることができる。熱伝達プレートは、第２の中央軸に対して対称的であることができる。

前記内側セクションの交互する隆起及び溝の前記列が前記外側セクションの交互する隆起及び溝（６３， ６４）の列より異なるピッチを有することができる。例えば、同じ列における隆起と溝との間でピッチが異なることができ、異なる列における隆起と溝との間でピッチが異なることができ、異なる列間でピッチ（距離）が異なることができる。

内側セクション及び外側セクションの何れか、曲がった長方形の形状を有することができる。

熱伝達プレートは、前記中央開口部の前記第１の部分のそれぞれの辺上に配置された第１のバッフル及び第２のバッフルと、前記中央開口部の前記第２の部分のそれぞれの辺上に配置された第３のバッフル及び第４のバッフルと、を備え、前記バッフルの各々は、熱伝達プレートの半径方向において拡張部を有する。

熱伝達プレートは、前流体入口として作用できる第１の部分と流体出口として作用できる第２の部分と、を有する外周縁を備え、前記外周縁の前記第１の部分と前記第２の部分との中間に位置する前記外周縁のセクションが前記熱伝達プレートの上面に配置された類似の熱伝達プレートの対応するセクションと共に封止されるように構成されており、前記中央開口部の前記第１の部分と前記第２の部分との中間に位置する前記中央開口部のセクションが前記熱伝達プレートの底面に配置された類似の熱伝達プレートの対応するセクションと共に封止されるように構成されている。

他の態様によれは、複数の熱伝達プレートを備える熱交換器が提供される。各熱交換器は、上述した特徴と、密封筐体を形成するケースと、前記中央開口部が流体入口及び流体出口の両方として動作することができるように前記熱伝達プレートの中央開口部に配置された分離装置と、を組み込んでいる。前記熱伝達プレートは永久的に連結され、且つ前記密封筐体内に配置されて、第１及び第２の流体のための交互する第１及び第２の流路が前記熱伝達プレート間に形成される。提供された熱交換器は、概して中央ポートプレート式熱交換器である。

少なくとも２つの隣接する熱伝達プレートの前記中央面の間の距離は、前記熱伝達プレートの内側セクションで前記熱伝達プレートの外側セクションでより短く、前記内側セクションが前記外側セクションより前記中央開口部により近く配置されている。

前記熱伝達プレートは、隣接する前記熱伝達プレートの対応し、且つ折り曲げられた中央端へ折り曲げられ、且つ該中央端と連結されている中央端と、もう一方の隣接する前記熱伝達プレートの対応し、且つ折り曲げられた外周縁へ折り曲げられ、且つ該外周縁と連結されている外周端と、を備える。

他の態様によれば、上記の熱交換器を作動する方法が提供される。そこにおいて、水はバッフルが配置される熱伝達プレートの面の上をわたって通過する。追加的に又は代替的に、液体媒体が中央開口部を介して、第１の流路へ進み、ガス媒質が第２の流路へ進む。液体媒体は、水であることができる。

本発明の更なる他の目的、特徴、態様及び効果は、図面及び以下の詳細な説明から現れる。

以下において、本発明の実施形態は、例えば以下の概略図を参考して記載されている。

図２の線Ｂ−Ｂに沿って見られるように、中央ポートプレート式熱交換器の上面断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って見られるように、図１の熱交換器の側面断面図である。 図１の熱交換器に取り付けられた分流器の側面断面図である。 図３の分流器の側面図である。 図１の熱交換器のような熱交換器に取り付けられ得る熱伝達プレートの主要な上面図である。 図５の断面Ｄの拡大図である。 熱伝達プレートが類似の熱伝達プレートの上に配置されるとき、図６の線Ｃ−Ｃに沿って見られるような側面断面図である。 図５に示されるタイプの４つの熱伝達プレートの主要な側面断面図である。 図１の熱伝達プレートに取り付けられ得る他の熱伝達プレートの部分の上面図である。 プレートの全てを示す図９に示される熱伝達プレートの上面図である。 熱伝達プレートの他の実施形態の図６に対応する拡大断面図である。 熱伝達プレートが類似の熱伝達プレート上に配置されるとき、図１１の線Ｅ−Ｅに沿って見られるような側面断面図である。 熱伝達プレートの他の実施形態の主断面図である。 図１３の線Ｆ−Ｆに沿って見られるような側面断面図である。 図１３の線Ｇ―Ｇに沿って見られるような側面断面図である。 熱伝達プレートの他の実施形態の主断面図である。 図１６の線Ｈ−Ｈに沿って見られるような側面断面図である。 図１６の線Ｉ−Ｉに沿って見られるような側面断面図である。

図１及び図２には、中央ポートプレート式熱交換器２が図示されている。熱交換器２は、円筒シェル３、上部カバー４及び底部カバー５を備えるケース１９を有する。上部カバー４は円形のディスクの形状を有し、上部カバー４の外周は円筒シェル３の上部端に取り付けられる。底部カバー５は円形のディスク形状を有し、底部カバー５の外周が円筒シェル３の下部端に取り付けられる。例示の実施形態において、カバー４、５は、円筒シェル３に溶接される。もう一つの実施形態において、カバー４、５は、円筒シェル３及びカバー４、５のフランジ（図示せず）に係合するボルトを介して円筒シェル３に取り付けられる。

上部カバー４は、第１の流路Ｆ１を介して熱交換器２を通過する第１の流体のための流体入口８を備えている。この流体入口８は第１の流体入口８と呼ばれる。底部カバー５は、第１の流路Ｆ１を介して熱交換器２を通過する第１の流体のための流体出口９を備えている。この流体出口９は第１の流体出口９と呼ばれる。第１の流体入口８は上部カバー４の中央に位置する。そして、第１の流体出口９は底部カバー５の中央に位置する。このように、第１の流体入口８及び第１の流体出口９は、ケース１９において互いに反対側に位置する。

円筒シェル３は、第２の流路Ｆ２を介して熱交換器２を通過する第２の流体のための流体入口６を有する。この流体入口６は第２の流体入口６と呼ばれる。また、円筒シェル３は、第２の流路Ｆ２を介して熱交換器２を通過する第２の流体のための流体出口７を有する。出口７は第２の流体出口７と呼ばれる。第２の流体入口６は、円筒シェル３の上部端と円筒シェル３の下部端との中間に円筒シェル３の一側上に位置する。第２の流体出口７は、円筒シェル３の上部端と円筒シェル３の下部端の中間に、第２の流体入口６の反対側にある円筒シェル３の一側上に位置する。

ケース１９、すなわち、例示の実施形態における円筒シェル３、上部カバー４及び底部カバー５は、熱伝達プレートの積層体２０が中に配置される密封筐体又は内部スペースを形成する。積層体２０の熱伝達プレート、例えば熱伝達プレート２１’、２１及び２１’’は永久に連結されて密封された筐体内に配列され、第１の流路Ｆ１及び第２の流路Ｆ２がそれぞれ、熱伝達プレート間における交互する流路内に流れる。積層体２０の熱伝達プレートの各々は、中央開口部２２を有する。積層体２０の幾つかの熱伝達プレートの中央開口部は共に積層体２０の中央空間を形成する。

図３及び図４を更に参照すると、流体分離装置１０は、積層体２０の中央空間に嵌入される。分離装置１０は、積層体２０の熱伝達プレート２１’，２１，２１”の中央開口部２２とぴったり嵌合するシリンダ１２の形を有する。分離装置１０の高さは、積層体２０の中央空間の高さと同じである。分流器１１は、シリンダ１２の上部からシリンダ１２の下部まで斜めに延在し、シリンダ１２の内部を第１のシリンダセクション１５及び第２のシリンダセクション１６に分割する。分流器１１は完全に第１のシリンダセクション１５を第２のシリンダセクション１６から分離し、流体はセクション１５、１６の間に直接流れることができない。代替的に、流体は、積層体２０の熱伝達プレートを介してだけ第１のシリンダセクション１５から第２のシリンダセクション１６へと流れることができる。

分離装置１０は、第１のシリンダセクション１５の第１の開口部１３と、第２のシリンダセクション１６の第２の開口部１４と、を有する。第１の開口部１３は、開口部１３、１４間に対称的に配置される分流器１１を有する第２の開口部１４の反対側に配列される。

図５〜図７には、図１の熱交換器２のために用いられ得る熱伝達プレート２１が示されている。熱伝達プレート２１は、多くの列２３、２４を有し、列２３、２４のそれぞれが交互する隆起及び溝、例えば列２３における隆起２６及び溝２７と、列２４における隆起２６’及び溝２７’から成る。熱伝達プレート２１の上面Ｐ２と底面Ｐ３との間に、列２３、２４は熱伝達プレート２１の中央面Ｐ１に沿って延在する。例示の実施形態において、熱伝達プレートの上面及び熱伝達プレート２１の底面から等しい距離にある中央面Ｐ１は、概して熱伝達プレート２１の中央に延在する平面である。上面Ｐ２及び底面Ｐ３は、中央面Ｐ１と実質的に平行でおり、中央面Ｐ１のそれぞれの面の上に位置する。同じ列２３における各隆起２６と隣接する溝２７との間の遷移部は、中央面Ｐ１に対して傾斜する熱伝達プレート２１の部分２８により形成される。列２４は、隆起２６’と溝２７’との間に対応する傾斜した部分２８を有する。平坦な細長いプレート部３０、３１は、隆起及び溝からなる列２３、２４間で熱伝達プレートの中央面Ｐ１に沿って延在する。これによって、列２３、２４は、各々から切り離される。平坦な細長いプレート部分３０、３１は、補強セクションと呼ばれてもよい。通常、中央面Ｐ１は、平坦な細長いプレート部分３０、３１の中央に位置するか又はその中央に沿って延在する。面Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、図７において側面から見られる。

隆起２６は熱伝達プレート２１の上側３８上に対応する上面３５を有する。溝２７は、熱伝達プレート２１の底側３９上に対応する底面３６を有する。上側３８は熱伝達プレート２１の第１側３８と呼ばれてもよい、そして、底側３９は熱伝達プレート２１の第２側３９と呼ばれてもよい。上面３５は、熱伝達プレート２１（の上側３８上に）の上側に配置される熱伝達プレートに当接する接触領域がある。底面３６は、熱伝達プレート２１（の底側３９上に）の下側に配置される熱伝達プレートに当接する接触領域がある。いくつかの隆起及び溝の殆どが又は隆起及び溝の全てにおいて、上面３５の接触領域が底面３６の接触領域より大きい。

図８を更に参照すると、熱伝達プレート２１’，２１，２２”の主投影図が、熱伝達プレート２１の中央Ｃから熱伝達プレート２１の外周縁（外周）２９まで延在する断面に沿って更なる熱伝達プレート２２’’’と共に図示されている。熱伝達プレート２１の外周２９は、上部熱伝達プレート２１’の対応する外周と連結されてその全長に沿っている。プレート２１’，２２”は、プレート２１の中央面Ｐ１に対応する中央面Ｐ１’，Ｐ１”を有する。

熱伝達プレート２１は、熱伝達プレート２１の中央開口部２２で上部熱伝達プレート２１’に部分的に連結される。すなわち、熱伝達プレート２１の中央開口部２２は、上部熱伝達プレート２１’の類似の中央開口部と部分的に連結される。熱伝達プレート２１の中央開口部２２は、第１の部分（セクション）３２及び第２の部分（セクション）３３を除いて上部熱伝達プレート２１’と連結される。連結されない中央開口部の部分３２、３３は、それぞれの角度αにより定義される（角度αは第２の部分３３のためだけに示されている）。部分３２、３３は、互いに対向して対称的に配置される。

例示された熱伝達プレート２１は半径Ｒ２を有する中央開口部２２を有する。また、第１の部分３２が角度α°によって範囲が定められるので、第１の部分３２の長さＬはＬ＝α・π・Ｒ２／１８０である。第２の部分３３も角度α°によって範囲が定められた、第２の部分３３の長さＬはＬ＝α・π・Ｒ２／１８０である。これは、熱伝達プレート２１が第１の部分第３２と第２の部分３３との間の２つのセクションにおいでその中央開口部２２で上部熱伝達プレート２１’と連結されることを意味する。連結されるセクションの全長Ｌ１は、熱伝達プレート２１の円周から部分３２及び３３の長さが引かれ、すなわちＬ１＝２・π・Ｒ２−２・（α・π・Ｒ２／１８０）となる。

中央開口部２２の第１の部分３２は、熱伝達プレート２１と上部熱伝達プレート２１’との間で熱伝達プレート２１を超えて流れる流体のための入口として作用するので、第１のプレート入口３２と呼ばれる。中央開口部２２の第２の部分３３は熱伝達プレート２１を超えて流れる流体の出口として作用するので、第１のプレート出口３３と呼ばれる。熱伝達プレート２１と熱伝達プレート２１’との間の隙間は、第１の流路Ｆ１の一部である。

一実施形態において、それらの中央開口部に沿った全てで熱伝達プレート２１及び熱伝達プレート２１’を連結することを必要としない。その代わりに、分離装置１０は、液体が第１のプレート入口３２及び第１のプレート出口３３以外の別のセクションを超えて流れることを防止する。それから分離装置１０の第１の開口部１３は角度α°によって範囲が定められ、第２の開口部１４は対応する角度α°によって範囲が定められた。

熱伝達プレート２１の中央開口部２２は、下部の熱伝達プレート２１の対応する中央開口部と結合されるその全長に沿ってある。

熱伝達プレート２１は熱伝達プレート２１の外周２９で下部の熱伝達プレート２１”と部分的に連結される。すなわち、熱伝達プレート２１の外周２９は、下部の熱伝達プレート２１”の類似の中央外周と部分的に連結される。外周２９の第１の部分（セクション）１７及び第２の部分（セクション）１８は、下部の熱伝達プレート２１と連結されていない。連結されていない部分１７、１８は、それぞれの角度β°（角度βは、第１の部分１７のためにだけに示されている）によって画定される。部分１７、１８は、対称形で、互いに対して反対側に配置される。

例示された熱伝達プレート２１が半径Ｒ１を有する円形形状を有し、且つ第１の部分１７が角度β°によって範囲が定められるので、第１の部分１７の長さＬは、Ｌ＝β・π・Ｒ１／１８０である。第２の部分１８部も角度β°によって範囲が定められるので、第２の部分１８の長さＬは、Ｌ＝β・π・Ｒ１／１８０である。これは、熱伝達プレート２１が第１の部分１７と第２の部分１８との間の２つのセクションにおいて、外周２９で下部の熱伝達プレート２１”と連結されることを意味する。そのため、連結されたセクションの全長Ｌ２は、熱伝達プレート２１の円周から部分１７及び１８の長さを引いて、すなわち、Ｌ２＝２・π・Ｒ１−２・（β・π・Ｒ１／１８０）である。

外周２９の第１の部分１７は第２のプレート入口１７と称される。これは、外周２９の第１の部分１７は熱伝達プレート２１と下部の熱伝達プレート２１”との間において熱伝達プレート２１の下側を流れる流体のための入口として作用するからである。中央開口部２２の第２の部分１８は第２のプレート出口１８と称される。これは、中央開口部２２の第２の部分１８が熱伝達プレート２１の下側に流れ込んだ流体の出口として作用するからである。熱伝達プレート２１及び熱伝達プレート２１”間の隙間が第２の流路Ｆ２の一部分である。

一実施形態において、それらの外周に沿った全てで熱伝達プレート２１、熱伝達プレート２１”を連結することを必要としない。それに代えて、円筒シェル３が、第２のプレート入口１７及び第２のプレート出口１８を除いてすべてのセクションにわたって液体の流れを防止するためにそれらの外周でプレートを封止する。このように、円筒シェル３は、それぞれの角度β°によって範囲が定められたセクション１７、１８から離れた外周縁を封止する。

熱伝達プレート２１’’’，２１’，２１，２１”は典型的に溶接することによって完成される。熱伝達プレート２１は、中央端９２を有することができる。中央端９２は隣接する熱伝達プレート２１”の対応し、且つ折り曲げられた中央端９２”へ折り曲げられて、中央端９２”に連結される。また、熱伝達プレート２１は、外周縁９１を有することができる。外周縁９１は、他の隣接する熱伝達プレート２１’の対応し、且つ折り曲げられた外周端９１’の方へ折り曲げられて、外周端９１’に連結される。

それから、熱伝達プレートはそれらの折り曲げられた端で互いに連結され得る。封止は、プレート２１及び２１’のようなプレートを封止するために、第１のプレート入口３２及び第１のプレート出口３３を除いたすべてのセクションでそれらの中央開口部２２に沿って分離装置１０との熱伝達プレートとの間に配置され得る。封止は、プレート２１及び２１”のようなプレートを封止するために、第２のプレート入口１７及び第２のプレート出口１８を除いたすべてのセクションでそれらの外周２９に沿って円筒シェル３と熱伝達プレートとの間に配置されることもできる。

図１〜図４に戻ると、熱伝達プレートを超える流れが見られ得る。第１の流体の流れは、第１の流路Ｆ１をたどる。分離装置１０及びその分流器１１によって、第１の流体の流れは、第１の流体入口８を通過して、第１のシリンダセクション１５に入って、積層体２０の熱伝達プレート２１の第１のプレート入口３２内へ分離装置１０の第１の開口部１３を介して流出する。その後、図１の第１の流路Ｆ１を参照すると、第１の流体が熱伝達プレートをわたって流れるとき、第１の流体は「回転」し、積層体２０の熱伝達プレート２１の第１のプレート出口３３を経て熱伝達プレートから出て、第２の開口部１４を介して第２のシリンダセクション１６に入る。第１の流体は第２のシリンダセクション１６から第１の流体が熱交換器２を出る第１の流体出口９へと流れる。

第２の流体の流れは、第２の流路Ｆ２をたどる。第２の流体の流れは第２の流体入口６を通過して、積層体２０における熱伝達プレート２１の第２のプレート入口１７内へ流れる。熱伝達プレートのすべての第２のプレート入口１７への流体の分布を容易にするために、熱交換器２が第２の流体入口６で分配器（図示せず）を備える。分配器と相似形状を有する収集器（図示せず）は、第３の流体出口７に配置されることができる。あるいは、熱伝達プレート２１は、第２のプレート入口１７に第１の切抜き（ｃｕｔ−ｏｕｔ）４６を備え、第２のプレート出口１８に第２の切抜き４７を備える（図１を参照）。このような切抜き４６、４７が異なる形状の熱伝達プレート２１の外周（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ）２９を与える場合であっても、第２のプレート入口１７及び第２のプレート出口１８はそれぞれの角度β°によって範囲が定められ得る。

図１の第２の流路Ｆ２を参照すると、第２の流体が第２のプレート入口１７に入るときに、第２の流体は積層体２０のプレートをわたって流れ、第２のプレート出口１８を経て積層体２０の熱伝達プレートを出て、その後に第２の流体出口７を介して熱交換器２を出る。

図９及び図１０には、熱伝達プレート１２１の他の実施形態が例示されている。
熱伝達プレート１２１は、第１の幾何学的な軸Ａ１及び第２の幾何学的な軸Ａ２に対して対称形である。図９及び図１０の熱伝達プレート１２１は、図５の熱伝達プレート２１と同じ幾つかの特徴を有する。例えば、熱伝達プレート１２１は、第１のプレート入口３２及び第１のプレート出口３３を有する中央開口部２２と、第２のプレート入口４８及び第２のプレート出口４９を有する外周２９と、を有する。第２のプレート入口４８及び第２のプレート出口４９は、図１に示された切抜き４６、４７のような対応する第１の及び第２の切抜きを備える。熱伝達プレート１２１は、図５の熱伝達プレート２１が他の熱伝達プレートに接続されて封止される方法に対応する方法で、隣接の類似のプレートに接続されて封止される。

また、熱伝達プレート１２１は平坦な細長いプレート部分１３０、１３１を有する。部分１３０、１３１は、列が互いから離れるように隆起及び溝からなる列の間で熱伝達プレート１２１の中央面に沿って延在する。列は、熱伝達プレート１２１の異なるセクションにおいて異なって配列される。

例えば、交互する隆起４３及び溝４４の列４２の第１のセクション４１は、接線方向Ｄ１に延在する。既に知られており、熱伝達プレート１２１の中心Ｃからみて、半接線方向は、半径Ｒ１を有するプレートの回転半径に対して垂直方向である。熱伝達プレート１２１の中心Ｃからみて、半径方向は、プレートの回転半径と平行する方向である。

交互する隆起５３及び溝５４の列５２の第２のセクションは接線方向Ｄ１において延在し、交互する隆起６３及び溝６４の列６２の第３セクションは半径方向Ｄ２において延在する。交互する隆起及び溝の列の第４セクション８１は、半径方向Ｄ２に延在する。

第２のセクションは、曲がった長方形の形状を有する。曲がったリアクタンスは、その２つの辺それぞれが弧の形状を有する幾何学的な形状を意味する。そこにおいて、その２つの弧は、異なる半径を有するが同じ半径方向の中心を共有し、同じ角度によって範囲が定められ、且つその２つの辺は半径方向に延在する更なる辺によって連結される。曲がった長方形は、切頭の扇形又は環状の扇形を有するということができる。

第２のセクション５１は、第３のセクション６１よりも中心Ｃにより近く配置されて、「内側セクション」と称され得る。第３のセクション６１は、中心Ｃからより遠くに配置されて、外側セクション又は外周セクションと称されてもよい。幾何学的な観点から、第１の幾何学的な軸Ａ１は、熱伝達プレート１２１の中心Ｃを通って中央開口部２２の第１の部分３２及び中央開口部２２の第２の部分３３を横切って延在する。第２の幾何学的な軸Ａ２は第１の中央軸Ａ１に対して直交しており、中心Ｃを通って延在する。そして、第２の中央軸Ａ２と平行する方向に沿ってみると、内側セクション５１は外側セクション６１よりも中央開口部２２により近く配置される。

内側セクション５１は、外側セクション６１より高い流体抵抗を有する。具体的には、内側セクション５１は、外側セクション６１より高い接線方向の流体抵抗を有する。異なる流体抵抗を達成するために、内側セクション５１における交互する隆起５３及び溝５４の列５２は、例えば、外側セクション６１の交互する隆起６３及び溝４の列６２より異なるピッチを有し得る。異なる流体抵抗を達成する他の方法は、異なる方向へ隆起及び溝の列を配列することである。例えば、列の接線方向は、列の半径方向より高い接線方向の流体抵抗を与えることができる。

更に、流体抵抗は、列の間にピッチ（距離）を減少させることによって増加できる。
このようにして流体抵抗を増加させることは、列が接線方向であることができる流れ方向に延在するときに特に効率的である。

流体抵抗は、例えば外側セクション６１内において、縦横交互に列を配列することで、すなわち流れ方向において互いの後に続く異なる列において隆起を配列することで、減少され得る。これがなされるときに、異なる列の溝は流れ方向又は接線方向に各々の後に配列される。このように流体抵抗を低減させるのは、列が半径方向に延在し、又は流れ方向を横切るときに、特に効率的である。

セクションの流体抵抗は、平坦な細長いプレート部分３０、３１を隣接するプレートに比較的より近く配置させる形状を熱伝達プレート２１に与えることによって増加し得る。これは流路を効果的に減少させて、これによってセクションのその位置での流体抵抗を増加させる。

熱伝達プレート１２１は中央開口部２２の第１のプレート入口３２（第１の部分３２）の各辺に配置された第１のバッフル７１及び第２のバッフル７２と、中央開口部２２の第１のプレート出口３３（第２の部分３２）の各辺に配置された第３のバッフル７３及び第４のバッフル７４と、を備える。バッフル７１、７２、７３、７４の各々は、熱伝達プレートの半径方向Ｄ２に拡張部を有する。それらは、一実施形態において、熱伝達プレート１２１のそれぞれの半径方向と平行に延在できる。バッフルは、概して細長い隆起の形状を有する。

バッフルは、第１のプレート入口３２に入って、第１のプレート出口３３から出る流体が熱伝達プレート１２１にわたってより均一に散布されることを確実にして、流体が第１のプレート入口３２から第１のプレート出口３３へと流れるときに、流体が中央開口部２２に非常に近くに流れることによって近道をすることはない。

熱伝達プレート１２１の１つの用途において、熱伝達プレート１２１が配置される熱交換器は、バッフル７１、７２、７３、７４が配列される熱伝達プレートの一面の上側に、すなわちバッフルがそれぞれの突起又は細長い隆起を形成する面上に水を通すことで作動される。

図１１及び図１２には、熱伝達プレート２２１の他の実施形態が例示されている。熱伝達プレート２２１は、各列２２３、２２４が交互する隆起及び溝を備える多くの列２２３、２２４を有する。補強セクション２３０、２３１は、隆起及び溝の列２２３、２２４間で熱伝達プレートの中央面Ｐ１に沿って延在する。熱伝達プレートの第１の面Ｐ４と第２の面Ｐ５との間で、補強セクション２３０、２３１の各々は波形であり、熱伝達プレートの中央面Ｐ１に沿って延在する。第１の面Ｐ４及び第２の面Ｐ５は、中央面Ｐ１と実質的に平行し、中央面Ｐ１のそれぞれの面に位置する。第１の面Ｐ４は、上面Ｐ２と中央面Ｐ１との間に位置する。第２の面Ｐ５は、中央面Ｐ１と底面Ｐ３との間に位置する。この明細書において、隆起及び溝は２つの平面Ｐ２、Ｐ３の間に延在するときに、これは隆起及び溝のその全部がこれらの平面Ｐ２、Ｐ３の間に位置することを意味する。これと同様に、補強セクション２３０、２３１の全ては第１の面Ｐ４と第２の面Ｐ５と間に延在する。すなわち、補強セクション２３０、２３１の拡張部は第１の面Ｐ４及び第２の面Ｐ５によって制限される。

図１３〜図１５には、熱伝達プレート３２１の他の実施形態が例示される。この実施形態は、補強セクション３３０によって切り離された交互する隆起及び溝の列３２３、３２４を示す。列３２３、３２４は縦横交互であり、補強セクション３３０は階段状である。

図１６〜図１８には、熱伝達プレート４２１の他の実施形態が、例示されている。この実施形態は、補強セクション４３０によって、切り離された交互する隆起及び溝からなる列４２３、４２４を示す。列４２３、４２４は縦横交互であり、補強セクション４３０は階段状であり、且つ傾斜している。

上述した記載から本発明の様々な実施形態が記載されて示されたが、本発明はそれに制限されず、以下の請求項において定められる内容の範囲内の他の方法で実施されることもできる。

Ｐ１ 熱伝達プレートの中央面
Ｐ２ 熱伝達プレートの上面
Ｐ３ 熱伝達プレートの底面
２ プレート熱交換器
１０ 流体分離装置
２３、２４ 複数の列
２６ 隆起
２７ 溝
３０、３１ プレート部分
３２ 中央開口部の第１の部分
３３ 中央開口部の第２の部分

Claims (17)

1. プレート熱交換器（２）に配置されるように構成された熱伝達プレートであって、
   複数の列（２３、２４）であって、該複数の列（２３、２４）のそれぞれが前記熱伝達プレートの上面（Ｐ２）及び底面（Ｐ３）間で前記熱伝達プレートの中央面（Ｐ１）に沿って延在する交互する隆起（２６）と溝（２７）とを有し、前記上面（Ｐ２）及び前記底面（Ｐ３）が前記中央面に実質的に平行していると共に前記中央面（Ｐ１）のそれぞれの面上に位置しており、同じ前記列（２３）における各隆起（２６）と隣接する溝（２７）との間に遷移部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が前記中央面（Ｐ１）に対して傾斜する前記熱伝達プレートの一部によって形成される複数の列（２３、２４）と、
   中央開口部（２２）であって、前記中央開口部（２２）の第１の部分（３２）が流体入口として作動し、前記中央開口部の第２の部分（３３）が流体出口として作用できるように、流体分離装置（１０）を受けるように構成された中央開口部（２２）と、
   を備え、
   前記列（２３，２４）が互いに離間するように隆起（２６）及び溝（２７）の前記列（２３、２４）の間で前記熱伝達プレートの前記中央面（Ｐ１）に沿って延在するプレート部分（３０、３１）によって特徴づけられる熱伝達プレート。
2. 前記熱伝達プレートの上側（３８）上の複数の隆起（２６）の上面（３５）の接触領域が、前記熱伝達プレートの底側（３９）上の多くの溝（２７）の底面（３６）の接触領域より大きい、請求項１に記載の熱伝達プレート。
3. 交互する隆起（４３）及び溝（４４）の複数の前記列（４２）が前記熱伝達プレートの接線方向（Ｄ１）に延在する、請求項１又は２に記載の熱伝達プレート。
4. 交互する隆起（６３）及び溝（６４）の複数の前記列（６２）が前記熱伝達プレートの半径方向（Ｄ２）に延在する、請求項１〜３の何れか一項に記載の熱伝達プレート。
5. 交互する隆起（５３、６３）及び溝（５４、６４）の列（５２、６２）の複数のセクションを備え、前記セクション（５１，６１）の内側セクション（５１）が前記セクション（５１，６１）の外側セクション（６１）より高い流体抵抗を提供し、前記内側セクション（５１）が前記外側セクション（６１）より前記中央開口部（２２）により近く配置される、請求項１〜４の何れか一項に記載の熱伝達プレート。
6. 前記内側セクション（５１）が、前記外側セクション（６１）より接線方向において高い流体抵抗を有する、請求項５に記載の熱伝達プレート。
7. 前記中央開口部（２２）の第１の部分を横切って、前記熱伝達プレート（３３）の中心（Ｃ）を通って、中央開口部（２２）の第２の部分（３３）を横切って延在する第１の幾何学的な中心軸（Ａ１）と、
   前記第１の幾何学的な中心軸（Ａ１）と直交して前記中心（Ｃ）を通って延在する第２の幾何学的な中心軸（Ａ２）と、
   を備え、
   前記第２の中心軸（Ａ２）と平行する方向に沿ってみたとき、前記内側セクション（５１）が前記外側セクション（６１）より前記中央開口部（２２）のより近くに配列されている、請求項５又は６に記載の熱伝達プレート。
8. 前記内側セクション（５１）の交互する隆起及び溝（５３、５４）の前記列（５２）が前記外側セクション（６１）の交互する隆起及び溝（６３，６４）の列（６２）より異なるピッチを有する、請求項５〜７の何れか一項に記載の熱伝達プレート。
9. 前記内側セクション（５１）及び外側のセクション（６１）の何れかが曲がった長方形の形状を有する、請求項５〜８の何れか一項に記載の熱伝達プレート。
10. 前記中央開口部（２２）の前記第１の部分（３２）のそれぞれの辺上に配置された第１のバッフル（７１）及び第２のバッフル（７２）と、
    前記中央開口部（２２）の前記第２の部分（３３）のそれぞれの辺上に配置された第３のバッフル（７３）及び第４のバッフル（７４）と、
    を備え、
    前記バッフル（７１、７２、７３、７４）の各々は、前記熱伝達プレートの半径方向（Ｄ２）に拡張部を有する、請求項１〜９の何れか一項に記載の熱伝達プレート。
11. 流体入口として作用できる第１の部分（１７、４８）と流体出口として作用できる第２の部分（１８、４９）と、を有する外周縁（２９）を備え、
    前記外周縁（２９）の前記第１の部分（１７、４８）と前記第２の部分（１８、４９）との中間に位置する前記外周縁（２９）のセクションが前記熱伝達プレートの上側（３８）に配置された類似の熱伝達プレート（２１’）の対応するセクションと共に封止されており、
    前記中央開口部（２２）の前記第１の部分（３２）と前記第２の部分（３３）との中間に位置する前記中央開口部（２２）のセクションが前記熱伝達プレートの底側（３９）に配置された類似の熱伝達プレート（２１”）の対応するセクションと共に封止されている、請求項１〜１０の何れか一項に記載の熱伝達プレート。
12. 密封筐体を形成するケース（３、４、５）と、
    前記中央開口部（２２）が流体入口（３２）及び流体出口（３２）の両方として動作することができるように前記熱伝達プレート（２１’，２１，２１”）の中央開口部（２２）に配置された分離装置（１０）と、
    を備え、
    前記熱伝達プレート（２１’，２１，２１”）は永久的に連結され、且つ前記密封筐体内に配置されて、第１及び第２の流体のための交互する第１及び第２の流路（Ｆ１，Ｆ２）が前記熱伝達プレート（２１’，２１， ２１”）間に形成される、請求項１〜１１の何れか一項に記載の熱伝達プレートを複数備える熱交換器。
13. 少なくとも２つの隣接する熱伝達プレートの前記中央面（Ｐ１，Ｐ１’）の間の距離が、前記熱伝達プレート（２１’，２１，２１”）の内側セクション（５１）で前記熱伝達プレート（２１’，２１，２１”）の外側セクション（６１）においてより短く、
    前記内側セクション（５１）が前記外側セクション（６１）より前記中央開口部（２２）により近く配置されている、請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記熱伝達プレート（２１）は
    隣接する前記熱伝達プレート（２１”）に対応し、且つ折り曲げられた中央端（９２”）へ折り曲げられ、且つ該中央端（９２”）と連結されている中央端（９２）と、
    もう一方の隣接する前記熱伝達プレート（２１’）の対応し、且つ折り曲げられた外周縁（９１’）へ折り曲げられ、且つ該外周縁（９１’）と連結されている外周端（９１）と、を備える、請求項１２又は１３に記載の熱交換器。
15. 第１の流体が前記中央開口部（２２）の第１部分（３２）を経て第１の流路（Ｆ１）に入って、１８０°回転すると共に前記熱伝達プレート（２１’，２１，２１”）にわたって流れ、前記中央開口部（２２）の第２部分（３３）を経て第１の流路（Ｆ１）を出るようになっており、前記第１の流体は第１の流路（Ｆ１）を出るとき、前記第１の流路に入るときの流れ方向と反対の流れ方向を有し、
    第２の流体は、流体入口として作用する外周縁（２９）の第１部分（１７）を経て第２の流路（Ｆ２）に入って、前記熱伝達プレート（２１’，２１，２１”）にわたって流れ、前記外周縁（２９）の第２部分（１８）を経て前記第２の流路（Ｆ２）を出る、請求項１２〜１４の何れか一項に記載の熱交換器を操作する方法。
16. 前記第１の流体が１８０°だけ回転し、前記第２の流体は前記第１部分（１７）から前記外周縁（２９）の前記第２の部分（１８）まで直接流れる、請求項１５に記載の方法。
17. 流体が前記中央開口部（２２）を通って、前記第２の流路（Ｆ２）を通過する流体の圧力より低い圧力で前記第１の流路（Ｆ１）を通過する、請求項１５又は１６に記載の方法。

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