JP6871365B2 - 熱交換板および熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、熱交換板と、このような板を複数備える熱交換器とに関する。具体的には、本発明は、凝縮器型の板熱交換器において有用である。
異なる種類の熱交換器が多くの異なる用途において使用されている。特定の種類の先行技術の熱交換器はプレート熱変換器であり、プレート熱変換器では、熱交換される異なる媒体の流れ通路が、そのような熱交換板の積層の中で隣接する板の間に形成され、具体的には、このような板における対応する熱交換面によって画定される。
具体的には、プレート熱変換器は、比較的薄いスタンピング加工された金属薄板品から有利に製造できることが分かっており、それらの金属品を結合して熱交換器を形成することができる。このような熱交換器は比較的効率的に作ることができる。
先行技術には、とりわけWO2009112031A3、EP1630510B2、およびEP1091185A3があり、魚の骨状の突出パターンを有する板による熱交換器を記載している。
さらに、EP0186592B1には、窪みが設けられた板によるプレート熱変換器が記載されている。
しかしながら、先に記載した種類のこのようなプレート熱変換器において十分な機械的安定性を達成しつつも、なお十分な熱交換効率を達成するという問題がある。具体的には、これは、より大きな熱交換器において問題となる。
さらなる問題は、熱交換器にわたる特定の最大許容圧力低下の下で、十分な熱交換効率を達成することである。
さらに、この問題は、ヒートポンプ、具体的には、冷却の用途においてなど、凝縮器型の熱交換器において特に存在する。加えて、このような用途では、高い熱交換能力と冷媒の効率的な凝縮とを維持する一方で、使用される冷媒の量を最小限にすることも望まれる。
特に従来の魚の骨状の突出パターンに関して、これらのパターンは大きな接触面と媒体の乱流とによって、良好な熱伝達を提供する。しかしながら、これらのパターンは、圧力低下に対する効率の観点から、良好に機能しないことが分かっている。また、やはり熱媒体の量を最小限に維持しつつ、圧力損失に対して十分な効率を提供する魚の骨型の板を設計することは困難である。
WO2009112031A3 EP1630510B2 EP1091185A3 EP0186592B1
本発明は、先に記載した問題を解決し、非常に効率的で機械的に安定した熱交換器を提供する。具体的には、凝縮器型の熱交換器について、本発明は、これらの利点を提供する一方で、冷媒などの効率的な凝縮を維持しつつ、必要な冷媒の量を最小限に維持する。
したがって、本発明は、第1の媒体と第2の媒体との間の熱交換器のための板であって、板は、延在の主平面と主長手方向とに関連付けられ、実質的に前記主平面と平行に延在し、第1の媒体と接触するように配置された第1の熱伝達面であって、第1の媒体は、概して第1の流れ方向に第1の面に沿って流れる、第1の熱伝達面と、実質的に前記主平面と平行に延在し、第2の媒体と接触するように配置された第2の熱伝達面であって、第2の媒体は、概して第2の流れ方向に第2の面に沿って流れる、第2の熱伝達面と、を備え、第1の面は、第1の流れ方向に延在する少なくとも2つの平行な開放端の通路を定める突出した隆条部を備え、第2の面は、前記隆条部の隣り合うそれぞれの対の間において前記通路に配置された複数の突出した窪みを備えることを特徴とする板に関する。
以下において、本発明は、本発明の例示の実施形態と添付の図面とを参照しつつ、詳細に記載される。
本発明の第1の例示の実施形態による熱交換板の上面図である。 図1に示した熱交換板の斜視図である。 図1に示した熱交換板の一部を除去した斜視図である。 本発明による熱交換器における上記板の配向を3つの追加の対応する熱交換板が概略的に示す、図3に示した熱交換板の断面の平面での側面図である。 本発明による好ましい組み付けの配向で図5に示された、図1に示した熱交換板の平面状の側面図である。 本発明の第2の例示の実施形態による熱交換板の斜視図である。 図6に示した熱交換板の上からの平面図である。 2つの断面A-AおよびB-Bが図示されている、図7に示した上からの平面図である。 本発明による熱交換器の斜視図である。 断面A-Aが図示されている、図9に示した熱交換器の上からの平面図である。
すべての図は、同じ部品を示している符号の共通セットを共有している。さらに、図に示した主な2つの例示の熱交換板100、200について、各々の符号におけるそれぞれ2つの末尾の数字は、適用できる場合、これらの2つの板の対応する部品を示している。
したがって、図1〜図5は、第1の媒体と第2の媒体との間の、熱交換器のための板100を示している。第1および第2の媒体は、各々互いから独立して、液体または気体であることができ、かつ／または、第1および第2の媒体は、本発明による熱交換器内で上記板100を構成部品として使用する上記媒体同士の間で起こる熱交換作用の結果として、一方から他方へと推移する。
板100、200は延在の主平面と関連付けられ、その主平面は図では示されていないが、図1、図5、図7、および図8においては紙面の平面に存在する。板100、200は主長手方向Lおよび交差方向Cとさらに関連付けられている。交差方向Cは、主長手方向Lに対して垂直であり、主平面と平行である。
板100は、実質的に上記主平面と平行に延在し、熱交換の間に第1の媒体と接触するように配置された第1の熱伝達面101を備え、その第1の媒体は、上記熱交換器における板100の使用の間、概して第1の流れ方向F1に第1の面101に沿って流れる。板100は、実質的に上記主平面と平行に延在し、そのような使用の間、概して第2の流れ方向F2に第2の面102に沿って流れる第2の媒体と接触するように配置された第2の熱伝達面102をさらに備える。両方の流れ方向F1およびF2は、好ましくは長手方向Lと実質的に平行である。
図に示した流れ方向F1およびF2は、板100が向流の熱交換器向けのものとなるような方向であることが留意される。しかしながら、本明細書に記載した原理が並流の熱交換にも適用可能であることは理解され、その場合、F1およびF2は、同じ方向に、または、少なくとも同じ大まかな方向に、向けられる。
板100は、長手方向Lにおける反対の順で、第1の領域110、第2の領域120、および第3の領域130を備える。第1の領域110および第3の領域130は媒体の入口および出口を備え、一方、第2の領域120は、媒体が領域110、130の間で移送されるのに横切る移動領域である。好ましくは、移動領域120に沿って媒体の入口または出口はなく、移動領域120は、好ましくは、長手方向Lにおける板100の全長の少なくとも半分を占める。
板100は、第1の媒体のための入口131および第1の媒体のための出口112と、第2の媒体のための入口111および第2の媒体のための出口132とをさらに備える。これらの入口111、131および出口112、132は、板100における貫通孔の形態であり得る。図では、上記貫通孔は円の形を有する。しかしながら、四角の形など、任意の適切な形が使用できることが理解される。板100、200が好ましくは同一または実質的に同一であるため（鏡像とされているものもあることを除く。第1および第2の種類の板100、200に関しては以下を参照）、板100、200が重ねられるとき、これらの貫通孔は、当該の貫通孔の形と同じである断面形状を有するトンネルを形成するように並ぶことになる。使用中、板100が本発明による熱交換器における複数のこのような板100の1つとして組み付けられるとき、後でさらに詳細に記載されるように、入口および出口131; 112; 111; 132の各々は、概して第1の媒体入口、第1の媒体出口、第2の媒体入口、および第2の媒体出口のポートを形成するように、同じ板の積層における他の板の対応する入口／出口に接続させられる。そして、入口ポートは、第1および第2の媒体を各々の板の入口131; 111へとそれぞれ分配するように配置され、出口ポートは、第1および第2の媒体を、出口112; 132から、そして、熱交換器から離れるように、それぞれ運ぶように配置される。
入口111および出口112は、好ましくは、完全に上記第1の領域110内に配置され、一方、入口131および出口132は、好ましくは、完全に第3の領域130内に配置される。
流れ方向F1、F2に沿って、第1および第2の媒体は、同じ板の積層における隣接する板100によって形成された通路において、それぞれの入口111、131とそれぞれの出口112、132との間で、それぞれ流れる。
より具体的には、本発明による熱交換器は、2つの種類、つまり、第1の種類および第2の種類の複数の板100を備える。上記第1の種類100aと上記第2の種類100bとの両方の板100は、本明細書に記載したこのような種類の板とされ、上記第2の種類の板は、当該の板100の上記主平面に対して、上記第1の種類の板の形と実質的に鏡像とされた形を有する。第1の種類のすべての板は第1の種類の板のグループ内で同一とすることができ、第2の種類のすべての板はそのグループ内で同一とすることができる。さらに、上記第1の種類の板と上記第2の種類の板とが交互に配置されて、板は互いの上へ積層として配置される（板の主平面に対して垂直方向に重ねられ、それら主平面が平行となるように配置される）。第1の種類の板と第2の種類の板とが鏡像であるため、隣接する板において配置された窪みおよび隆条部の対応するものが互いと直接的に接して留まり、そのため、隣接する板の対応する第1の面101および／または第2の面102が互いと直接的に接し、上記第1の媒体および上記第2の媒体のための流れ通路103、104が上記面101、102同士の間に形成される。これは板100を用いて図4に示されており、より明瞭にするために、隣接する板の各々の対の間が小さい距離で示されている。しかしながら、組み付けられた状態では、距離はなく、板100は、隣り合う板100の窪み123と隆条部121とが互いと直接的に接触するように配置される。
板200（以下参照）が、好ましくは、本発明による対応する熱交換器の構成部品を構成するように、対応する手法で重ねられ得ることが理解される。図6から明らかであるように、板200は（板100と対照的に）、板200の周辺の周りで延びる曲がった縁205を有する。縁205は板200の主平面に対して曲げられており、板200の上記積層を形成するために、板200同士を一体に結合する工程を単純化する目的を有する。このような曲がった縁205が存在する場合、縁205は、板200の隆条部および窪みとは対照的に、第1の種類の板と第2の種類の板との間で鏡像とされない。
このような熱交換器では、適切に設計された端板が使用でき、積層の中で積層のいずれかの端における最後の板100、200を封止し、封止された熱交換器を形成し、その熱交換器の入口／出口のみが前述した入口ポートおよび出口ポートとなる。
したがって、第1の媒体が、制限する側壁として第1の面101を有する通路103（図4参照）において移送され、第2の媒体が、制限する側壁として第2の面102を有する通路104において移送され、それら通路103、104が上記板100のみによって分離されている結果、各々の板100は、上記第1の媒体と上記第2の媒体との間で熱を伝達する。より具体的には、第1の媒体は、隣接する板100a、100bの相対するそれぞれの面101によって定められた通路において流れ、第1の媒体が熱交換される第2の媒体は、隣接する板100b、100aの相対するそれぞれの面102によって定められた対応する通路において流れる。図9および図10をさらに参照する。
本発明によれば、第1の面101は、突出した隆条部121を備え、第1の流れ方向F1に延在する少なくとも2つの平行な開放端の通路122を定める。さらに、第2の面102は、上記隆条部121の隣り合うそれぞれの対の間において上記通路122に配置された複数の突出した窪み123を備える。
本明細書で、「隆条部」は、隆条部が配置される当該の面101の細長い突出した幾何学的特徴部を言う。好ましくは、第1の面101のこのような隆条部121は、反対の面102の対応する細長い圧痕または凹部と関連付けられる。
同様に、「窪み」は、本明細書では、当該の窪みが配置される当該の面102の点状に突出した幾何学的特徴部を言う。好ましくは、このような窪みは、反対の面101の対応する点状の圧痕または凹部と関連付けられる。図では、窪みは概して円の形で示されている。しかしながら、四角または八角形など、任意の適切な形が用途に応じて使用できることは理解される。したがって、「点状」という語は、「当該の板の主平面において、細長いと言うよりは概して特定の点を中心とする形を有する」を意味するように意図されている。
隆条部と窪みとの両方は、好ましくは、平面状の上面と共に配置され、平面状の上面は、隣接して配置された鏡像の熱交換板の対応する隆条部または窪みの対応する平面状の上面にそれぞれ接するように配置される。
板100は、好ましくは板100全体の主平面にわたって、具体的には、隆条部121および窪み123、113、114、133、134（以下参照）にわたって、実質的に等しい材料厚さを有する金属薄板から好ましくは製造される。有利には、板100は、所望の形へとスタンピング加工された金属薄板の品から製造される。
形成された通路122において配置された通路を形成する隆条部121および窪み123のこのようなパターンを有する熱交換板100が、本明細書に記載した種類の熱交換器における構成部品として使用されるときに非常に良好な機械的安定性を提供する一方で、幅広い用途にわたって、上記第1の媒体と上記第2の媒体との間で熱をなおも非常に効率的に伝達できることが見出されている。このような板100を使用することは、隆条部および窪みが非常に小さい高さで設計されることをも可能にし（下記参照）、そのため、非常に小さい体積の第1および／または第2の媒体だけを使用する熱交換器を達成する。具体的には、隆条部高さは非常に小さくすることができ、それによって第1の媒体の量が低減できる。このような小型化は、効率および圧力低下の要件を危険にさらすことなく行われ得る。
図6〜図8は、対応する第1の面201および第2の面202と、領域210、220、および230と、入口211、231と、出口212、232と、隆条部221と、通路222と、窪み223とを有する第2の例示の熱交換板200を示している。この第2の熱交換板200は、第1の板100と同様の利点を提供する。
図に示しているように、上記突出した隆条部121、221は、第1の流れ方向F1に延在する少なくとも3つ、好ましくは少なくとも5つの平行な開放端の通路122を定める（例示の板100では6つの通路122がある一方で、例示の板200では7つの通路222がある）。発明者らは、小さい熱交換器については、実質的な利点は2つのこのような通路ですでに達成できるが、一部の場合には少なくとも3つのこのような通路で達成でき、より大きい熱交換器については、より多くの通路が第1の媒体のより良好な分配を提供することを見出した。
通路122が、長手方向Lに沿って、実質的に板100の第2の領域120全体に沿って延在することは、好ましい。具体的には、通路122のうちの少なくとも3つは、好ましくは、板100の長手方向Lにおける全長の少なくとも50%、好ましくは少なくとも60%に沿って各々延在している。
窪み123が、通路122のうちの少なくとも3つに沿って、好ましくはすべての通路122に沿って配置されることは、好ましい。好ましくは、窪み123は、実質的に各々個別の通路122の全長に沿って、好ましくは実質的に等距離に分配される。好ましくは、窪み123を有する各々の通路には、そのそれぞれの長さに沿って、少なくとも3箇所、好ましくは少なくとも5箇所、好ましくは少なくとも10箇所に、このような窪み123が配置される。隣接する平行な通路122の窪み123は、好ましくは、図に開示されているように互いに対して長手方向Lにいくらかずらされるように配置される。
好ましい一実施形態によれば、通路122は、第1の媒体が液体の形態であり、かつ板100が使用のために図5に示した組み付けられた状態で構成されるとき、通路122、103から第1の媒体を完全に抜いて空にできるようにする形状で構成される（ここで、通路103は、前述したような2つの相対する鏡像とされた開放通路部分122によって形成される）。この組み付け状態において、板100の主平面は実質的に垂直に配向され、交差方向Cが垂直Vに対して角度Aで配置され、長手方向Lが水平方向Hに対して同じ角度Aで傾斜されている。角度Aは、好ましくは5°から40°の間である。上記第1の媒体を完全に抜いて空にするために、隆条部121の各々の少なくとも1つのそれぞれの側壁（図5では、側壁は垂直方向において上方を向く）の曲がり方（curvature）は、主平面および上記交差方向Cにおいて極小値となる箇所（local minima）がない。板100が図5に示した配向で組み付けられたときに隆条部121の側壁が通路122の床を形成するので、このような極小値となる箇所がないことは、液体の第1の媒体が動作中にこのような極小値となる箇所の中に捕らえられることがないことを保証し、結果として、通路122は完全に空にされ得る。当然ながら、各々の隆条部121の長手方向端において、当該の隆条部側壁の曲がり方は下方に曲がるが、これは、ここで意図されている意味における極小値となる箇所とは見なさない。
板100が図5に示したような若干斜めの組み付けられた配向にあるときに通路122が完全に空にされ得ることは、効率および堅牢性の観点における前述の利点をなおも達成するため、本発明の重要な態様であり、後でより完全に詳細に記載されている好ましく凝縮する熱交換器の用途にとって優れた効率を達成する一方で、また、凝縮物が捉えられる領域における過熱に伴う問題が回避される。
好ましくは、上記隆条部121のうちの、少なくとも1つ、または好ましくは少なくとも2つの隣り合う上記隆条部121が、上記第1の流れ方向F1に沿う少なくとも1つの場所において断絶されて、上記通路122のうち対応する隣り合う通路を通じて流れる第1の媒体のための、それぞれの混合領域124を定める。さらに好ましくは、上記混合領域124は、第1の流れ方向F1に沿う上記少なくとも1つの場所に存在する上記平行な通路122のすべてまたは少なくとも大部分と相互接続する。これは、熱交換器の構造的な堅牢性を保つ一方で、良好な熱伝達効率を提供する。第1の媒体を交差方向にわたって均一に分配することで、熱伝達過程が均一となるため、板100の張力も最小に維持される。代替の一実施形態によれば、混合領域124は、第1の流れ方向F1に沿う上記少なくとも1つの場所に存在する上記平行な通路122のすべては相互接続しない。
具体的には、いくつかのこのような混合領域124が、等距離で配置されるなど、長手方向Lに沿って異なる場所に配置されることが好ましい。図に示されているように、隣り合う混合領域124が交差方向Cに互いに対してずらされ、そのため、少なくとも1つの通路122が少なくとも1つの混合領域を越えて断絶なく延在することも好ましい。
図1〜図5において、混合領域124は、対応する隆条部121の単純な断絶として配置されており、第1の媒体を当該の混合領域124において通路122同士の間で混合させる。しかしながら、図6〜図8に示しているように、第2の面202が、少なくとも1つの突出した障壁構造であり、好ましくは、第2の流れ方向F2に対して実質的に垂直な方向に延在すると共に上記混合領域224に配置される、隆条部225を備えて、第2の媒体について通り抜け可能な障壁を定めることが、代替的に好ましい。隆条部225は、第2の媒体へと通り抜け可能ではないが、第1の媒体を通過させ、ただし曲線を成す経路（curvilinear path）に沿って移動させるように、交差方向C全体にわたっては延びていない連結された障壁を代替的に備えてもよい。
先に記載したように、板100は好ましくは、主長手方向Lに沿った反対の順で、領域110、120、および130を備える。領域130は、第1の面101に、第1の媒体入口領域を備え得る。領域120は、第1の面101に、第1の媒体移動領域を備え得る。領域110は、第1の面101に、第1の媒体出口領域を備え得る。
好ましい一実施形態では、第1の面101は、第1の流れ方向F1において異なる場所に配置された、先に記載した種類の少なくとも3つの混合領域124を備え、上記混合領域124は、第1の流れ方向F1において見たとき、第1の媒体入口領域130から遠ざかるのではなく第1の媒体入口領域130に近づくにつれて、より密に、またはより近くに配置される。このような変化する混合領域124の密度が図に示されていないことは留意されたい。
さらに、第1の媒体入口領域、第1の媒体移動領域、および第1の媒体出口領域を有する好ましい場合では、板100は、好ましくは、その反対の第2の面102に、第1の媒体出口領域と重なる第2の媒体入口領域と、第1の媒体入口領域と重なる第2の媒体出口領域とをさらに備える。これは、向流の熱交換器で使用するための板を定めている。代替的に、並流の熱交換器について、板100は、第2の面102に、第1の媒体出口領域と重なる第2の媒体出口領域と、第1の媒体入口領域と重なる第2の媒体入口領域とを備えてもよい。両方の熱交換器の種類について、板100は、好ましくは、第2の面102に、第1の媒体移動領域と重なる第2の媒体移動領域を備える。
具体的には、上記第1の媒体入口領域が第1の媒体入口131を備え、第1の媒体出口領域が第1の媒体出口112を備えることは、好ましい。そして、具体的には、熱交換器が凝縮器型の熱交換器である場合、第1の媒体入口131が第1の媒体出口112と比べて、好ましくは主平面において少なくとも2倍の大きさの、より大きい断面を有することは、好ましい。したがって、この断面の大きさは、入口131および出口112が貫通孔である好ましい場合には、孔の大きさである。このような構成は、熱交換の結果として気相から液相へと凝縮される第1の媒体を使用するとき、効率的な構造を提供する。
さらに、第1の媒体入口領域が突出部235のパターンを備え（図6および図7参照）、突出部235は好ましくは短い隆条部であり、上記平行な通路222のうちの少なくとも2つのそれぞれの入口へと第1の媒体を分配するように配置され、第1の媒体の流れ方向F1に沿う成分を伴って延在することは、好ましい。
第1の媒体出口領域に関して、図1〜図3および図5に示しているように、上記領域が、第1の面101に、少なくとも2つ、好ましくは少なくとも3つの隆条部115を備え、それら隆条部115が、第1の流れ方向F1に対して傾斜した方向において延びる少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つの、好ましくは平行な通路116を定めることは、好ましい。好ましくは、通路116は、第1の媒体を第1の媒体出口112へと向かわせる方向に延びる。これは、具体的には図5に示したもののような傾斜した配向で組み付けられるとき、熱交換器の非常に効率的な排液（液相の凝縮された第1の媒体から）を提供する。好ましくは、第1の面101の通路116は、通路116に沿う第2の面102の窪み117を備える。
非常に好ましい一実施形態によれば、通路122、222に配置された前述の隆条部121、221および窪み123、223とは別に、第1の表面101および第2の表面102の少なくとも一方、好ましくは両方が、それぞれ複数の追加の突出した窪みを備える。図では、これらの追加の窪みは、第1の領域110、210における第1の面101、201の窪み113、213、第3の領域130、230における第1の面101、201の窪み133、233、第1の領域110、210における第2の面102、202の窪み114、214、および第3の領域130、230における第2の面102、202の窪み134、234として示されている。板100、200が、すべての4つの種類またはこれらの種類の窪み113、133、114、134; 213、233、214、234を備えることは、好ましい。
これらの窪みは、板100; 200のそれぞれの表面101、102; 201、202にわたってそれぞれの媒体を分配し、熱伝達効率を増加させ、機械的安定性を熱交換器に提供するという共通の目的を共有している。
具体的には、第1の面101、201は、第2の面102、202の追加の窪み114、134; 214、234の数と比較して、上記追加の窪み113、133; 213、233を、好ましくは少なくとも2倍の数、好ましくは少なくとも3倍の数など、より多く備えることが好ましい。これは、その機械的安定性を危険にさらすことなく、具体的には凝縮器型の熱交換器の場合に、非常に効率的な熱伝達を達成することが判明している。また、これは、熱交換器に対してより大きい媒体圧力抵抗を取り扱う能力を達成する。
図4から明らかであるように、第1の媒体通路103は、（各々の板100の主平面に対して垂直な方向において）第2の媒体通路104より低い。これは、第1の媒体が熱交換の結果として凝縮される凝縮器型の熱交換器の場合において特に好ましい。
具体的には、上記主平面に対して垂直での、先に記載した窪みおよび隆条部のそれぞれの高さが、上記第1の媒体通路103における第1の媒体についての第1の流れ高さと、上記第2の通路104における第2の媒体についての第2の流れ高さとを定めることは、好ましい。そして、第2の流れ高さが、第1の流れ高さより、少なくとも2倍、好ましくは少なくとも5倍大きいことは、好ましい。
すべての対応する窪みおよび隆条部が、隣接する鏡像とされた板同士の間で接するためには、いずれかの面101、102; 201、202におけるすべての窪みおよび隆条部が好ましくは、上記主平面から測定されたときに同じ高さであることが理解される。
特に好ましい一実施形態では、第1の媒体通路103の第1の流れ高さは、最大で1.5mmであり、好ましくは最大で1mmであり、好ましくは少なくとも0.4mmである。これは、接する窪みと隆条部との間のロウ付け材料など、板同士を一体に結合するために使用される、個々の窪みおよび隆条部の任意の追加の材料を含む高さが、最大で0.75mmであり、好ましくは0.50mmであり、好ましくは少なくとも0.20mmであることを意味している。ロウ付けされた一体の構造（下記参照）の好ましい場合には、銅箔などの好ましくは箔の形態の、使用されるロウ付け材料が、加熱の前に0.01mm〜0.08mmの厚さであることは、好ましい。
平行な通路122、222に関して、それら通路は、交差方向Cにおいて、好ましくは5〜20mmの間、好ましくは8〜15mmの間の幅である。
非常に好ましい一実施形態によれば、板100、200は、前述した積層構造において一体にロウ付けされることで熱交換器を一体になって形成し、そのため、隣接する鏡像とされた板100、200の上記上記の対応するものは、上面に上面が当たって一体にロウ付けされる。これは、上記隆条部と上記窪みとの間に形成される複雑な通路の完全性を危険にさらすことなく、非常に頑丈な構造を形成する。具体的には、板100、200は、好ましくはステンレス鋼から製造され、銅もしくはニッケルを用いて一体にロウ付けされ、または代替的に、板100、200は、アルミニウムから製造され、アルミニウムを用いて一体にロウ付けされ得る。実際には、板100、200は、間にロウ付けの箔材料を有し、上記積層構造として配置される。次に、積層全体が炉において熱にさらされ、ロウ付け材料を溶解させ、前述した窪みおよび隆条部を介して板100、200を共に永久的に結合させる。
具体的には、本発明によるこのような熱交換器は、好ましくは、上記板100の上記第1の面101と接触しているそれぞれの第1の媒体通路103へと第1の媒体を分配するために配置された第1の媒体入口ポート353と、上記第1の面101と接触している上記第1の通路103から第1の媒体を案内し、かつ上記熱交換器から外へ第1の媒体を案内するように配置された第1の媒体出口ポート351と、上記板の上記第2の面102と接触しているそれぞれの第2の媒体通路104へと第2の媒体を分配するために配置された第2の媒体入口ポート350と、上記第2の面102と接触している上記第2の媒体通路104から第2の媒体を案内し、かつ上記熱交換器から外へ第2の媒体を案内するように配置された第2の媒体出口ポート352とを備える閉じた向流または並流の熱交換器であり得る。対応する構成が、図6〜図8において示したような板200を使用する熱交換器に関して当てはまる。
具体的には、先に言及したように、熱交換器は、第1の媒体が液体の形態へと凝縮するように、気相における第1の媒体を第2の媒体へと熱交換するために配置された凝縮器型の熱交換器である。この場合、凝縮された液体の第1の媒体がその後に第1の媒体出口ポート351から流れ出るように熱交換器が配置されることは好ましい。
具体的には、本発明は、第1の媒体が冷媒であり、好ましくは炭化水素であり、好ましくはプロパンである特定の場合に有用である。同様に、第2の媒体は好ましくは液体であることができ、好ましくは水であることができる。
このような熱交換器の好ましい使用には、冷凍庫または冷蔵庫などの冷却装置、室内空気、水、または同様の性質のものを加熱するためのヒートポンプ、食品産業などでの産業用の熱交換および冷却の目的のためなどの、熱交換器としての使用を含む。
好ましくは、本発明による熱交換器は、その最も長い寸法において最大1メートルである。
図9および図10は、図6〜図8に示して前述した種類の熱交換板200を複数（示した例では、10枚）備える熱交換器300を示している。板200は、同じく先に記載したように、板200の一枚ごとにその隣接する隣り合う板に対して鏡像とされて、次々に上に重ねられる。各々の板200の曲がった縁205が熱交換器300において鏡像とされていないことは、留意される。
第1の媒体は、それぞれの板200の隣接する対同士の間に形成された、それぞれの板200の第1の面201によって画定されたすべての通路と連通している第1の媒体入口ポート353を介して、熱交換器300に入る。好ましくは、これらの通路は平行であり、そのため第1の媒体は第1の流れ方向F1に沿って並流で流れる。次に、第1の媒体はこれらの通路から集められ、第1の媒体出口ポート351を介して出て行く。
第2の媒体は、それぞれの板200の隣接する対同士の間に形成され、それぞれの板200の第2の面202によって画定されたすべての通路と連通している第2の媒体入口ポート350を介して、熱交換器300に入る。好ましくは、これらの通路は平行であり、そのため第2の媒体は第2の流れ方向F2に沿って並流で流れる。次に、第2の媒体はこれらの通路から集められ、第2の媒体出口ポート352を介して出て行く。
したがって、第1の媒体と第2の媒体との両方の流れが、上記積層における個々の板200の対の間で、それぞれ入口ポートと出口ポートとの間で、上記種類の複数の通路を通じて、並流の様態で流れることが理解される。
図10において最も良く分かるように、熱交換器300は、板200の積層の各々の末端において上記通路を画定するための端板360、361も備え、熱交換器300が完全に閉じられて、ポート350〜353を除いては液密および気密であることを保証している。
上記において、好ましい実施形態が説明されている。しかしながら、多くの変更が、本発明の基本的な考えから逸脱することなく、開示されている実施形態に行われ得ることは、当業者には明らかである。
概して、適用できる場合、板100、200および熱交換器の前述した特徴は自由に組み合わせ可能である。
適用できる場合、上記板100に関して言及したすべてのことは板200に等しく関連し、逆もまた然りである。したがって、例えば、板200は、板100において示しているような傾斜した隆条部115のパターンで配置等されてもよい。
図に示した窪みおよび隆条部の特定のパターンは、前述の設計の原理が遵守される限り、異なってもよい。
したがって、本発明は、前述の実施形態に限定されないが、添付の特許請求の範囲内で変えられ得る。
100、200 熱交換板
101、201 第1の熱伝達面
102、202 第2の熱伝達面
103 第1の媒体通路
104 第2の媒体通路
110、210 第1の領域
111、211 第2の媒体入口
112、212 第1の媒体出口
113、213 窪み
114、214 窪み
115 隆条部
116 通路
117 窪み
120 第2の領域、移動領域
121、221 隆条部
122、222 通路
123、223 窪み
124 混合領域
130、230 第3の領域、第1の媒体入口領域
131、231 第1の媒体入口
132、232 第2の媒体出口
133、233 窪み
134、234 窪み
205 縁
225 隆条部
235 突出部
300 熱交換器
350 第2の媒体入口ポート
351 第1の媒体出口ポート
352 第2の媒体出口ポート
353 第1の媒体入口ポート
A 角度
C 交差方向
F1 第1の流れ方向
F2 第2の流れ方向
H 水平方向
L 主長手方向
V 垂直

Claims (16)

  1. 第1の媒体が液体の形態へと凝縮するように、気相の前記第1の媒体を第2の媒体へと熱交換するために配置される凝縮器型の熱交換器のための板(100; 200)であって、前記板(100; 200)は、延在の主平面と主長手方向(L)とに関連付けられ、
    実質的に前記主平面と平行に延在し、前記第1の媒体と接触するように配置された第1の熱伝達面(101; 201)であって、前記第1の媒体は、第1の流れ方向(F1)に前記第1の面(101; 201)に沿って流れる、第1の熱伝達面(101; 201)と、
    実質的に前記主平面と平行に延在し、前記第2の媒体と接触するように配置された第2の熱伝達面(102; 202)であって、前記第2の媒体は、第2の流れ方向(F2)に前記第2の面(102; 202)に沿って流れる、第2の熱伝達面(102; 202)と、
    を備え、
    前記第1の面(101; 201)は、前記第1の流れ方向(F1)に延在する少なくとも2つの平行な開放端の通路(122; 222)を定める突出した隆条部(121; 221)を備え、前記第2の面(102; 202)は、前記隆条部(121; 221)の隣り合うそれぞれの対の間において前記通路(122; 222)に配置された複数の点状に突出した幾何学的特徴部(123; 223)を備え、
    前記主平面に対して垂直での前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)のそれぞれの高さが前記第1の媒体についての第1の流れ高さおよび前記第2の媒体についての第2の流れ高さを定め、前記第2の流れ高さが前記第1の流れ高さよりも少なくとも2倍大きいことを特徴とする板(100; 200)。
  2. 前記突出した隆条部(121; 221)は、前記第1の流れ方向(F1)に延在する少なくとも3つの平行な開放端の通路(122; 222)を定めることを特徴とする、請求項1に記載の板(100; 200)。
  3. 前記板(100; 200)は、前記主長手方向(L)に対して垂直で前記主平面と平行な交差方向(C)と関連付けられ、前記隆条部(121; 221)の各々の少なくとも1つのそれぞれの側壁の曲がり方が、前記主平面および前記交差方向(C)において極小値となる箇所がないことを特徴とする、請求項1または2に記載の板(100; 200)。
  4. 前記隆条部(121; 221)のうちの少なくとも1つが、前記第1の流れ方向(F1)に沿う少なくとも1つの場所において断絶されて、前記通路(122; 222)のうち対応する隣り合う通路を通じて流れる前記第1の媒体のためのそれぞれの混合領域(124; 224)を定めることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の板(100; 200)。
  5. 前記混合領域(124; 224)は、前記第1の流れ方向(F1)に沿う前記少なくとも1つの場所に存在している前記平行な通路(122; 222)を相互に接続させることを特徴とする、請求項4に記載の板(100; 200)。
  6. 前記第2の面(202)は、前記第2の流れ方向(F2)に対して実質的に垂直な方向に延在すると共に前記混合領域(224)に配置される、前記第2の媒体について通り抜け可能な障壁を定める、少なくとも1つの突出した障壁構造(225)を備えることを特徴とする、請求項4または5に記載の板(200)。
  7. 前記板(100; 200)は、前記主長手方向(L)に沿った順番で、第1の媒体入口領域と、第1の媒体移動領域と、第1の媒体出口領域とを備え、前記通路(122; 222)は前記第1の媒体移動領域に配置されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の板(100; 200)。
  8. 前記板(100; 200)は、
    前記板(100; 200)の反対の面(102; 202)において前記第1の媒体出口領域と重なる第2の媒体入口領域および前記板(100; 200)の反対の面(102; 202)において前記第1の媒体入口領域と重なる第2の媒体出口領域、または、
    前記板(100; 200)の反対の面(102; 202)において前記第1の媒体出口領域と重なる第2の媒体出口領域および前記板(100; 200)の反対の面(102; 202)において前記第1の媒体入口領域と重なる第2の媒体入口領域と、
    前記板(100; 200)の反対の面(102; 202)において前記第1の媒体移動領域と重なる第2の媒体移動領域と、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項7に記載の板(100; 200)。
  9. 前記第1の媒体入口領域は、前記平行な通路(222)のうちの少なくとも2つのそれぞれの入口へと前記第1の媒体を分配するように配置された突出部(235)のパターンを備えることを特徴とする、請求項7または8に記載の板(200)。
  10. 前記第1の流れ方向(F1)は、前記主長手方向(L)と実質的に平行であることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の板(100; 200)。
  11. 前記第1の熱伝達面(101; 201)と前記第2の熱伝達面(102; 202)との両方が、前記通路(122; 222)に配置された前記幾何学的特徴部(123; 223)とは別にそれぞれ複数の追加の点状に突出した幾何学的特徴部(113、114、133、134; 213、214、233、234)を備えることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の板(100; 200)。
  12. 前記第2の流れ高さが前記第1の流れ高さよりも少なくとも5倍大きいことを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の板(100; 200)。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載の板(100; 200)である第1の種類(100a)および第2の種類(100b)の複数の板(100; 200)を備える熱交換器であって、前記第2の種類の前記板(100; 200)は、前記第1の種類の前記板(100; 200)の形と実質的に鏡像である形を有し、前記板(100; 200)は、前記第1の種類および前記第2の種類の前記板(100; 200)が交互に配置された状態で互いの上へ積層として配置されることにより、隣接する板(100; 200)の前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)のうちの対応する前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)が互いと直接的に接触して留まり、隣接する板(100; 200)の対応する第1の面(101; 201)および／または第2の面(102; 202)が互いと接し、前記第1の媒体および前記第2の媒体のための流れ通路(103,104)が前記面(101、102; 201、202)同士の間に形成される、熱交換器。
  14. 隣接する鏡像とされた板(100; 200)の前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)のうちの対応する前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)が一体にロウ付けされるように、前記板(100; 200)は一体にロウ付けされることを特徴とする、請求項13に記載の熱交換器。
  15. 前記熱交換器は、閉じた向流または並流の熱交換器であり、
    前記熱交換器は、
    前記板(100; 200)のそれぞれの前記第1の熱伝達面(101; 201)に前記第1の媒体を分配するように配置された第1の媒体入口ポート(353)と、
    前記第1の熱伝達面(101; 201)から前記第1の媒体を案内し、かつ前記熱交換器から外へ前記第1の媒体を案内するように配置された第1の媒体出口ポート(351)と、
    前記板(100; 200)のそれぞれの前記第2の熱伝達面(102; 202)に前記第2の媒体を分配するように配置された第2の媒体入口ポート(350)と、
    前記第2の熱伝達面(102; 202)から前記第2の媒体を案内し、かつ前記熱交換器から外へ前記第2の媒体を案内するように配置された第2の媒体出口ポート(352)と
    を備えることを特徴とする、請求項13または14に記載の熱交換器。
  16. 第1の種類(100a)および第2の種類(100b)の複数の板(100; 200)を備える、第1の媒体と第2の媒体との間の熱交換器であって、前記第1の種類(100a)および前記第2の種類(100b)の両方の板(100; 200)は、延在の主平面と主長手方向(L)とに関連付けられ、
    実質的に前記主平面と平行に延在し、前記第1の媒体と接触するように配置された第1の熱伝達面(101; 201)であって、前記第1の媒体は、第1の流れ方向(F1)に前記第1の面(101; 201)に沿って流れる、第1の熱伝達面(101; 201)と、
    実質的に前記主平面と平行に延在し、前記第2の媒体と接触するように配置された第2の熱伝達面(102; 202)であって、前記第2の媒体は、第2の流れ方向(F2)に前記第2の面(102; 202)に沿って流れる、第2の熱伝達面(102; 202)と、
    を備え、
    前記第1の面(101; 201)は、前記第1の流れ方向(F1)に延在する少なくとも2つの平行な開放端の通路(122; 222)を定める突出した隆条部(121; 221)を備え、前記第2の面(102; 202)は、前記隆条部(121; 221)の隣り合うそれぞれの対の間において前記通路(122; 222)に配置された複数の点状に突出した幾何学的特徴部(123; 223)を備え、
    前記第2の種類の前記板(100; 200)は、前記第1の種類の前記板(100; 200)の形と実質的に鏡像である形を有し、前記板(100; 200)は、前記第1の種類および前記第2の種類の前記板(100; 200)が交互に配置された状態で互いの上へ積層として配置されることにより、隣接する板(100; 200)の前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)のうちの対応する前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)が互いと直接的に接触して留まり、隣接する板(100; 200)の対応する第1の面(101; 201)および第2の面(102; 202)が互いと接し、前記第1の媒体および前記第2の媒体のための流れ通路(103,104)が前記面(101、102; 201、202)同士の間に形成され、
    隣接する鏡像とされた板(100; 200)の前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)のうちの対応する前記幾何学的特徴部(123; 223)および前記隆条部(121; 221)が一体にロウ付けされるように、前記板(100; 200)は一体にロウ付けされる、熱交換器。
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