JP6660883B2 - プレート式熱交換器のための熱交換プレートおよび前記熱交換プレートが設けられたプレート式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、特に、プレート式熱交換器のための熱交換プレートおよび前記熱交換プレートが設けられたプレート式熱交換器に関する。

先行技術において、図１〜４が示すとおり、プレート式熱交換器の強度を増し、ポート１１と流体チャネルとの間により大きな圧力低下を引き起こし、それにより、流体チャネル間のより良好な流体分散を達成するために、隆起パターンがプレート式熱交換器の熱交換プレートのポート１１（流体入口および流体出口）の周りに設けられる。既存の製品の構造設計に関して、強度が低いため、強度を増すためにプレートを比較的厚くすることが必要であり、そのためコストが高い。

図１が示すとおり、既存の隆起パターンはクモの巣模様を含むが、このような隆起パターンは特定の条件下では強度が低く、レイアウトは熱交換部の魚の骨状のパターンにより決められる。

図２が示すとおり、図２に示される隆起パターンは熱交換部分のパターンによっては限られず、突起部が独立しており、そのため特定の状況において、強度が低い。

図３に示される隆起パターンは、長い突起部の一部を切り取ることにより形成され、この隆起パターンは強度が低く、製造性に乏しい。

加えて、図４に示される長い突起部により形成された隆起パターンが用いられると、プレート式熱交換器の強度が低く、圧力が均一に支えられない。

上述の様々な構造において、平面の一部が各隣接する２つの突起部間にある基本平面と同一平面でなければならず、すなわち、２つの隣接する突起点間の遷移部分は相対的に低い平面である。結果として、各２つの突起部間の距離が小さすぎるということはあり得ず、したがって強度は限られ、制約が多くなる。

本発明の目的は、熱交換プレートおよびプレート式熱交換器が高い強度を有し、プレートの厚さをコスト節約のために削減し得る、プレート式熱交換器のための熱交換プレートと熱交換プレートを有するプレート式熱交換器とを提供することである。

本発明の別の目的は、二酸化炭素など高圧冷却剤が使用される場合に、より高い耐圧強度およびより良い解決策が提供される、プレート式熱交換器のための熱交換プレートと熱交換プレートを有するプレート式熱交換器とを提供することである。

本発明の一態様によると、本発明は、プレート式熱交換器のための熱交換プレートであって、熱交換プレートが、ポートを形成するための開口部と、開口部を囲む環状ラインに沿って開口部の少なくとも一部の周りに配置される複数の突起部であって、複数の突起部がプレート平面の一方側へ突出する複数の突起部と、少なくとも２つの隣接する突起部間に配置された遷移部分であって、遷移部分がプレート平面の前記側に、プレート平面から所定の距離のところに位置する遷移部分とを含み、突起部の頂部からプレート平面までの距離が遷移部分の最も低いポイントからプレート平面までの距離より大きい、プレート式熱交換器のための熱交換プレートを提供する。

本発明の一態様によると、突起部の頂部は実質的に平らである。

本発明の一態様によると、突起部の頂部から遷移部分の最も低いポイントまでの距離は、遷移部分の最も低いポイントからプレート平面までの距離未満であるかそれに等しい。

本発明の一態様によると、突起部は対応する遷移部分を介して接続され、遷移部分とともに隆起部全体を形成する。

本発明の一態様によると、プレート式熱交換器のための熱交換プレートは、少なくとも２つの隣接する突起部間のプレート平面に位置する結合部分をさらに含む。

本発明の一態様によると、突起部の頂部の、環状ラインの円周方向の寸法は半径方向の寸法より大きい。

本発明の一態様によると、突起部の頂部は環状ラインの円周方向に延在する長尺状部分である。

本発明の一態様によると、遷移部分は曲面の形状を有する。

本発明の一態様によると、遷移部分は、隣接する突起部の頂部に対してプレート平面の別の側、前記側の反対側、の方へ突出する。

本発明の一態様によると、突起部は対応する遷移部分を介して接続され、遷移部分とともに環状隆起部全体を形成する。

本発明の一態様によると、少なくとも第１領域における１つまたは複数の突起部は、第２領域における１つまたは複数の突起部と寸法、形状および／または間隔において異なる。

本発明の一態様によると、プレート式熱交換器のための熱交換プレートは、開口部から離れる方向に少なくとも１つの突起部から延在し、流体チャネルを形成するのに使用されるチャネル隆起部をさらに含む。

本発明の一態様によると、少なくとも１つの突起部の頂部とチャネル隆起部の頂部は実質的に同じ平面にある。

本発明の別の態様によると、本発明は上述の熱交換プレートを含むプレート式熱交換器を提供する。

図１、３および４に示される隆起パターンを備えるプレート式熱交換器に比べて、本発明によるプレート式熱交換器はより高い強度を有する。本発明によるプレート式熱交換器は良好な耐凍性を有し、例えば、ある突起部からの漏えいがあった場合、すぐに凍結してしまうこと回避するために、流体は他の突起部へ拡散することができる。

加えて、隆起パターンの代わりとして追加的な装置が設けられたプレート式熱交換器に比べて、本発明によるプレート式熱交換器は、製造コストおよび材料コストが低い。

さらに、本発明によるプレート式熱交換器においてポートを囲む隆起パターンにおける突起部の数は、ポートの周りのスペースにより限られることはなく、圧力低下要求により設定されてもよく、必ずしもスペースにより設定されなくてよい。

既存の熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略図である。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略斜視図である。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略的メインビューである。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの、図６の線ＡＡに沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの、図６の線ＢＢに沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略断面部分拡大図である。 突起部の頂部が長尺状である、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略的メインビューである。 突起部の頂部が溶接部分として示される、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略的メインビューである。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略的メインビューである。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの、図１２の線ＡＡに沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの、図１２の線ＢＢに沿った概略断面図である。 熱交換プレートの一方の側が示される、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略斜視図である。 熱交換プレートの別の側が示される、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの概略斜視図である。

本発明は、添付図面および特定の実施形態と併せて以下でさらに説明される。

本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器は、端部プレートと、第１熱交換流体チャネルと第２熱交換流体チャネルとを少なくとも形成する熱交換プレートとを含む。端部プレートは熱交換プレートの外側に配置される。プレート式熱交換器はまた、ポートとして流体入口と流体出口とを含む。熱交換プレートは互いに積み重ねられ、それにより第１熱交換流体チャネルと第２熱交換流体チャネルとを積み重ね方向に交互に形成する。プレート式熱交換器は、任意の公知のプレート式熱交換器であってよい。本発明の実施形態による熱交換プレートは、以下に詳細に説明される。

実施形態１
図５〜８は本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンを示す。隆起パターンはポート１１と熱交換流体チャネルとの間に接続され、流体は隆起パターンを通って熱交換流体チャネルに入る。図５〜８が示すとおり、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートは、ポートを形成するための開口部１１と、開口部１１の少なくとも一部（全てまたは一部）の周りに、開口部１１を囲む環状ライン（例えば円）に沿って配置される複数の突起部１２を含み、複数の突起部１２はプレート平面１５の一方の側に突出する。環状ラインの開口部１１に近い側にある、開口部１１を囲む環状領域において、および開口部１１から離れた側にある、環状ラインまたは突起部を囲む環状領域において、熱交換プレートのプレート部分は、プレート平面１５内に位置してもよく、またはプレート平面１５内に部分的に位置してもよい。プレート突起部１２は薄いプレートをプレス加工することにより形成されるため、突起部１２は中空の構造を有する。複数の突起部１２は熱交換プレートの溶接部分または接続部分として機能する。熱交換プレートはまた、隣接する突起部１２間に遷移部分１６を含み、遷移部分１６は、プレート平面１５の前記側に、プレート平面から所定の（ゼロより大きい）距離のところに位置する。プレート平面１５は平面であり、そこに熱交換プレートがプレス加工される前に置かれる。突起部１２間に遷移部分１６が存在することにより、突起部１２を密に配置することができ、そのためプレート式熱交換器の強度を増すことができる。図において、全ての隣接する突起部１２は間に遷移部分１６を有するが、任意選択的に、遷移部分１６は少なくとも２つの隣接する突起部１２間に設けられてもよく、遷移部分１６は曲面または滑らかな曲面であり得る。突起部１２は対応する遷移部分１６を介して接続され、遷移部分１６とともに、環状隆起部などの隆起部全体を形成する。遷移部分１６は曲面の形状を有してもよい。遷移部分１６はプレート平面１５の別の側（前記側の反対側）の方へ突出する。すなわち、遷移部分１６は、隣接する突起部１２の頂部に対してプレート平面１５の別の側（前記側の反対側）の方へ突出する。少なくとも第１領域における突起部１２または少なくとも１つの突起部１２は、第２領域における突起部１２または少なくとも別の突起部１２と寸法、形状および／または間隔において異なっており、例えば、突起部１２は、ポート１１の周りに均一または不均一な間隔で配置されてもよい。

第１熱交換プレートの前記側および第２熱交換プレートの前記側は互いに面するように、互いに積み重ねられ、第１流体チャネルが２つの熱交換プレート間に形成され、第２熱交換プレートの別の側（前記側の反対側）および第３熱交換プレートの別の側（前記側の反対側）は互いに面するように互いに積み重ねられて、第２流体チャネルを形成する。熱交換プレートはこのようにして順番に積み重ねられてプレート式熱交換器を形成する。第１流体チャネルを形成する２つの熱交換プレートの突起部１２の頂部は、互いに溶接または接続され、第１流体が、ポートへ流れ込んだ後で、突起部１２間の間隙を通じて２つの熱交換プレート間の第１流体チャネルへ入る。ある熱交換プレートの別の側（前記側の反対側）のプレート平面１５および別のプレートの別の側（前記側の反対側）のプレート平面１５は、互いに溶接されて密閉表面を形成し、その結果、第１流体は第１流体チャネルのみに入ることができ、第２流体チャネルには入ることができない。同様の設計が、第２流体が第２流体チャネルのみに入り、第１流体チャネルに入ることができないことを確実にするために、第２流体入口ポートの近傍の熱交換プレートにも適用される。図５〜８が示すとおり、突起部１２の頂部は実質的に平らであってもよく、例えば単一の平面にあってもよい。

図９は、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの断面部分拡大図である。図９が示すとおり、突起部１２の頂部からプレート平面１５までの距離Ｂは、遷移部分１６の最も低いポイントからプレート平面１５までの距離Ａより大きい。距離Ａはゼロより大きくてもゼロに等しくてもよい。突起部１２の頂部から遷移部分１６の最も低いポイントまでの距離は、遷移部分１６の最も低いポイントからプレート平面１５までの距離未満であってもそれに等しくてもよい。

図１０は、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンの一例を示す。図１０が示すとおり、突起部１２の頂部の、環状ラインの円周方向の寸法は半径方向の寸法より大きくてもよい。例えば、突起部１２の頂部は環状ラインの円周方向に延在する長尺状部分である。この理由により、突起部１２の数はより少なくなるが、プレート式熱交換器の強度は高まる。

図１１は、本発明の一実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポート１１の周りの隆起パターンを示し、網掛け線は突起部１２の頂部、すなわち溶接部分または接続部分を示す。溶接部分または接続部分が大きいほど、端部を囲むプレート式熱交換器の熱交換プレートのその部分の強度が高まり、隆起パターンの断面が大きくなる、すなわち、隆起パターンを通過する流体の圧力低下が増す。

本発明の一実施形態によると、突起部１２の数と形は、好適な強度および圧力低下を達成するために必要に応じて調節され得、突起部１２は、より高い強度を達成するために非常に密に配置されてもよい。

任意選択的に、プレート平面に位置する結合部分は少なくとも２つの隣接する突起部１２間に配置され得る。

実施形態２
図１２〜１６は、本発明の別の実施形態によるプレート式熱交換器のための熱交換プレートのポートの周りの隆起パターンを示す。この実施形態は、チャネル隆起部１７が加えられているという点で、上述の実施形態とは異なる。すなわち、熱交換プレートが、チャネル隆起部１７であって、少なくとも１つの突起部１２から開口部１１から離れる方向に延在し、流体チャネルを形成するのに使用されるチャネル隆起部１７をさらに含む。形成された流体チャネルは熱交換チャネルの一部として機能してもよく、または熱交換領域の熱交換チャネルへ接続されてもよい。図において、全ての突起部１２にチャネル隆起部１７が設けられているが、任意選択的に、１つのみまたは複数の突起部１２にチャネル隆起部１７が設けられてもよく、突起部１２の幅は隆起部１７の幅より広いが、任意選択的に、突起部１２の幅は隆起部１７の幅と等しいかまたはそれより小さくてもよい。少なくとも１つの突起部１２の頂部は、チャネル隆起部１７の頂部と実質的に同じ平面にあってもよい。任意選択的に、少なくとも１つの突起部１２の頂部はチャネル隆起部１７の頂部と同じ平面になくてもよい。

上記の実施形態の１つまたは複数の特徴が組み合わされて新しい実施形態を形成してもよいことが説明されなければならない。

Claims (13)

1. プレート式熱交換器のための熱交換プレートであって、前記熱交換プレートが、
   ポートを形成するための開口部と、
   前記開口部を囲む環状ラインに沿って前記開口部の少なくとも一部の周りに配置されるように一体成形された複数の突起部であって、前記複数の突起部が加工基準面であるプレート平面の一方側へ突出する、複数の突起部と、
   少なくとも２つの隣接する突起部間に配置されるように一体成形された遷移部分であって、前記プレート平面の前記一方側に、前記プレート平面から所定の距離を隔てたところに位置する遷移部分と
   を含み、
   前記突起部の頂部から前記プレート平面までの距離が、前記遷移部分の最も低いポイントから前記プレート平面までの距離より大きい、プレート式熱交換器のための熱交換プレート。
2. 前記突起部の前記頂部が実質的に平らである、請求項１に記載のプレート式熱交換器の
   ための熱交換プレート。
3. 前記突起部の前記頂部から前記遷移部分の前記最も低いポイントまでの距離が、前記遷
   移部分の前記最も低いポイントから前記プレート平面までの距離未満であるかそれに等し
   い、請求項１に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
4. 前記突起部が対応する遷移部分を介して接続され、前記遷移部分とともに隆起部全体を
   形成する、請求項１に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
5. 少なくとも２つの隣接する突起部間の前記プレート平面に位置し、他の熱交換プレート
   と前記一方側と反対側で互いに面するように積み重ねられて結合する結合部分をさらに含
   む、請求項１に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
6. 前記突起部の前記頂部の、前記環状ラインの円周方向の寸法が半径方向の寸法より大き
   い、請求項１または２に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
7. 前記突起部の前記頂部が前記環状ラインの円周方向に延在する長尺状部分である、請求
   項１または２に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
8. 前記遷移部分が曲面の形状を有する、請求項１に記載のプレート式熱交換器のための熱
   交換プレート。
9. 前記突起部が対応する遷移部分を介して接続され、前記遷移部分とともに環状隆起部全
   体を形成する、請求項１に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
10. 少なくとも第１領域における１つまたは複数の突起部が、第２領域における１つまたは
    複数の突起部と寸法、形状および／または間隔において異なる、請求項１に記載のプレー
    ト式熱交換器のための熱交換プレート。
11. 前記開口部から離れる方向に少なくとも１つの突起部から延在し、流体チャネルを形成
    するのに使用されるチャネル隆起部をさらに含む、請求項１に記載のプレート式熱交換器
    のための熱交換プレート。
12. 前記少なくとも１つの突起部の頂部と前記チャネル隆起部の頂部が実質的に同じ平面に
    ある、請求項１１に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレート。
13. 請求項１に記載のプレート式熱交換器のための熱交換プレートを含む、プレート式熱交
    換器。

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