JPH01102294A - プレート状の熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、プレート状の熱交換器であって、一貫した上
側および下側の閉鎖壁と、該閉鎖壁の間で閉鎖壁と一体
に結合された長手方向にのびる多数のウェブによって仕
切られた、熱伝達媒体用の多数の流れ通路とを備え、該
流れ通路の自由端部範囲に、個々の流れ通路が開口する
横通路を形成する集合導管が配置されていて、該集合導
管が外部に対してシールされて閉じられていてかつ熱伝
達媒体用の統合された流入導管および流出導管を有して
いる形式のものに関する。

従来の技術 ドイツ連邦共和国特許第３２４１８４２号明細書からこ
のようなプレート状の熱交換器が公知であり、このばあ
い横通路内への流入導管用の接続部は偏平ノズルとして
構成されている。

この偏平ノズルは、偏平ノズルの流れ開口が軸方向で整
合して熱交換器の自由端部内にシール作用を以って挿入
されるように、横通路に開口している。

公知の熱交換器の欠点は、横通路を形成する集合導管が
プレート状の熱交換器の自由端部において熱交換器の上
側および下側の閉鎖壁の間の長手方向にのびるウェブを
部分的に除去することによって形成されているというこ
とにある。

このばあい両閉鎖壁間の横ウェブは適当な長さに切込ま
れかつ次いで両閉鎖壁の端部が熱および圧力および必要
であれば接着媒体を介して密に互いに結合される。

上記形式で形成された横通路内には流入導管を介して圧
力によって熱伝達媒体が吹き込まれかつ横通路内に拡散
され次いで長手方向にのびるウェブによって仕切られた
流れ通路を介してプレート状の熱交換器の反対側の自由
端部の横通路にまで流れ、この横通路内には熱伝達媒体
用の流出導管が統合されている。熱伝達媒体で横通路を
圧力負荷することによって不都合には、横通路圧力負荷
のばあい切込まれたウェブの範囲で切込み部の端部範囲
が目標裂断個所として作用しかつ熱伝達媒体の圧力によ
って軸方向でプレート状の熱交換器の流れ通路を仕切る
ウェブが更に裂開されるようになる。従って公知のプレ
ート状の熱交換器全体の耐負荷性は比較的小さい。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５４５２７８号明細
書から別のプレート状の熱交換器が公知であり、この熱
交換器は上記欠点を、プレート状の熱交換器の閉鎖壁の
一方がプレート軸線に対して横方向で流れ通路を解放す
るために端部範囲で完全に又は部分的に開かれているこ
とによって、かつ、集合導管を縦長の中空体として閉鎖
壁の前記開口にかぶせ嵌めることによって回避している
。

個々の流れ通路間で仕切り壁を完全に又は部分的に維持
した状態で閉鎖壁の部分範囲を切除することによってか
つこれによって生せしめられる流れ通路の解放によって
、前記仕切り壁の不都合な軸方向の切込みが不必要にな
る。このことは確かに公知のプレート状の熱交換器に比
して利点ではあるが、このようなプレート状の熱交換器
の構成も、縦長の中空体内への熱伝達媒体の最良の分配
が保証されないという点で欠点をもたらす。

ドイツ連邦共和国特許筒２５０５０１５号明細書からプ
ラスチックから成る別のプレート状の熱交換器が公知で
あり、このばあい縦長の結合部材が結合部材の幅に亘っ
てのびる２つの管状のヘッド部材を備えている。このば
あいプレート状の結合部材の自由端部は管状のヘッド部
材のスリット開口内に挿入されていてかつこの位置で液
密にヘッド部材と結合されている。この構成の欠点はヘ
ッド部材内部における熱伝達媒体の分配問題が解決され
ないという以外に、管状のヘッド部材が対称的にプレー
ト状の結合部材の自由端部に結合されているということ
にあり、これによって管範囲が両側でプレート平面から
突出する。従って付加的な構造措置を講ぜすしてこの熱
交換器金床加熱プレート又は壁加熱プレートとして使用
することができない。

それというのも各プレート平面においてヘッド部材の管
状の突出部が突出しひいてはこのような加熱プレートの
平らな表面が得られないからである。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、集合導管内における熱伝達媒体の分配
が公知のものよりも改善されかつプレート状の熱交換器
の自由端部における集合導管の配置が未加熱プレートも
しくは壁加熱プレートとしての使用を妨げないように、
プレート状の熱交換器を改良することにちる。

問題点を解決するための手段 前記課題は本発明によれば、集合導管が片側で非対称的
な内部横断面を以って形成されていて、かつ、集合導管
の収容容積が統合された流入もしくは流出導管の範囲か
ら端部制限部まで連続的に減少していることによって解
決された。

発明の作用効果 本発明では集合導管は統合された流入もしくは流出導管
の範囲で最大の内部横断面を有している。

最大の内部横断面の範囲から端部制限部まで収容容積は
連続的に減少する。これによって本発明による集合導管
が圧力負荷を受けたばあい熱伝達媒体は集合導管の最大
の収容容積の範囲から端部制限部まで流入しかつこれに
よって集合導管から比較的均一にプレート状の熱交換器
の流れ通路内に達する。

本発明による集合導管は一体に成形された射出成形部材
によって形成されていて、この射出成形部材内に熱伝達
媒体用の流入もしくは流出導管が一体に統合されている
。この射出成形部材はプレート状の熱交換器の幅全体に
亘ってのびていてかつ熱交換器の端部にかぶせ嵌められ
ている。この位置において射出成形部材はオーバーラツ
プ範囲でプレート状の熱交換器の所属の表面範囲と液密
に溶接されている。このばあい圧力および熱によってオ
ーバーラツプ範囲で射出成形部材の壁厚さは申し分なく
熱交換器の上側および下側の閉鎖壁内に埋め込まれ、こ
のばあいこれによって前記範囲で熱交換器の流れ通路に
不都合な影響が及ぼされることはない。

プレート状の熱交換器の閉鎖部としての端部係合部にお
いて射出成形部材を確保するために射出成形部材の自由
端部範囲に突起が一体成形されていて、該突起は横断面
をプレート状の熱交換器の流れ通路に適合されていてか
つ熱交換器の自由端部に射出成形部材を取付けたばあい
所属の流れ通路内に係合する。このようにして射出成形
部材を保持するということ以外に多段式の熱交換器のば
あい個々の段の間で適当な分離を行なうことができる。

縁部範囲においては前記突起は溶接過程を実施する前に
熱交換器の端部において射出成形部材を固定するのに用
いられる。このようなプレート状の熱交換器の与えられ
た多数の流れ通路に基づいて、前記突起によって単数又
は複数の流れ通路が閉じられたとしても、欠点とはなら
ない。

流れ通路内に挿入するために前記突起をテーパ状に成形
でき、これによって挿入が容易になる。有利にはこのよ
うな突起は熱交換器のそれぞれ縁部に隣接する流れ通路
内に挿入されひいてはこの範囲で増強されたシール作用
を生ぜしめる。前記突起はこのようにして溶接を開始す
る前にプレート端部に射出成形部材を固定するためのか
ぶせ嵌め補助部材を成しかつプレートに射出成形部材を
固定する。

多段式の熱交換器のばあい、例えば二段式の熱交換器の
ばあい、このような突起は熱伝達媒体の流入導管範囲で
中央の流れ通路内に挿入される。このようにしてプレー
ト状の熱交換器の流入部は流出部から分離される。

三段式のプレート状の熱交換器のばあい突起のシール作
用を以った挿入は流入部と流出部との間でそれぞれ最初
のプレート三分の−の範囲でずらして行なわれる。射出
成形部材をプレート端部に液密に固定する溶接過程中に
流れ通路内の突起はその基部において、挿入体の当該流
れ通路内での液密な座を保証するような形式で溶接され
る。

射出成形部材とプレート端部との間のオーバ一ランプ範
囲は任意に選ぶことができる。このばあいオーバーラツ
プは、プレート端部と射出成形部材との間の液密な接続
が完全に製作されるように深く行なわれねばならない。

このばあい最良のオーバーラツプ量は５闘乃至８酎であ
ることが確認された。流れ通路内の同じ取付は深さで突
起も保持される。

本発明による熱交換器を製作するばあい有利には、プレ
ート状の熱交換器の自由端部がプレート軸線に対して９
０度の平面内でのびかつ統合された流入および流出導管
を有する集合導管が非対称的に形成される。つまりこの
ばあい射出成形部材は統合された流入もしくは流出導管
範囲で最大の収容容積を以って端部制限部にまで連続的
に減少する非対称的な形状を有している。前記端部制限
部は一段式の熱交換器のばあいプレート幅の端部である
のに対して、多段式の熱交換器のばあい中央範囲（二段
式）又は最初のプレート三分の一範囲（三段式）である
。

本発明では、これとは異ってプレート状の熱交換器の自
由端部は非対称的にのびていてかつ統合された流入もし
くは流出導管を有する集合導管の底部はプレート軸線に
対して９０度の、平面内で形成されてもよい。このよう
にして外部に対する直線的な閉鎖部を得ることができ、
このことは所定の使用ケースにおいて利点を生ぜしめる
。

集合導管内での熱伝達媒体の最良の分配を助勢するため
に有利には、流入導管によって形成された収容室の範囲
で集合導管の外壁内の収縮部によって熱伝達媒体の偏向
部材が形成される。

これによって集合導管内で熱交換媒体の容積流が所望の
ように偏向される。

このばあい集合導管の外壁内の収縮部は迎え角ベータ（
β）を有していて、この迎え角βは流入導管の流入角ア
ルファ（α）の方向並びに熱伝達媒体の流れ速度および
横通路の幅に関連している。このばあい実験により、流
入角αは０度乃至１８０度であるのに対して、迎え角β
は０度乃至９０度であることが確認された。時間当り熱
伝達媒体１００Ｌｔｒ、の容積流のばあ□いおよび流入
導管内の１３．８　ｃｒｆＬ／　ｓｅｃの流れ速度のば
あい流入角α９０度でかつ集合導管幅２００１１１Ｍで
（三段式の構成）２１度の迎え角βが得られた。これに
対して、同じ条件で、しかし集合導管幅６００市で（−
段式の構成）１８度の迎え角βが確認された。同じ条件
で、しかし流入角α７５度および集合導管幅２００社で
（三段式の構成）２６度の最良の迎え角βが確認された
。基本的にはこのばあい、容積流が減少したばあいひい
ては流れ速度が減少したばあい迎え角βはその都度小さ
くなることから出発する。

有利には流入および流出導管は集合導管の外側に位置す
る端部範囲に配置されている。しかし本発明では、流入
および流出導管を集合導管の規定された中間範囲に配置
することもできる。

実施例 第１図では流れ通路１１と個々の流れ通路間の仕切りウ
ェブ１２とを有するプレート状の熱交換器１が示されて
いる。プレート状の熱交換器の自由端部１３はプレート
軸線に対して９０度の平面で切断されている。プレート
状の熱交換器１の自由端部１３には統合された流入導管
２１を有する集合導管２がかぶせ嵌められている。集合
導管２は流入導管２１の範囲で最大の収容容積２２を以
った非対称構造の射出成形部材であり、このばあい最大
の収容容積２２はこれとは反対側の集合導管端部の最小
の収容容積２３まで連続的に減少している。集合導管２
はオーバーラツプ範囲２４でプレート状熱交換器１の自
由端部１３にかぶせられかつオーバーラツプ範囲ですで
に述べたように溶接によって液密に固定されている。

第１図では熱伝達媒体用の流入導管２１および集合導管
２を有する一段式のプレート状の熱交換器を示している
。プレート状の熱交換器１は所定の長さに裁断されてい
てかつ統合された流出導管３１を有する集合導管３は図
示されていない。

第２図では非対称的にのびる自由端部１３を有するプレ
ート状の熱交換器１を示していて、自由端部１３には統
合された流入導管２１を有する集合導管２がかぶせ嵌め
られている。

集合導管自体はプレート軸線に対して９０度の平面内で
形成されている。

第２図では流入導管２１はα＝９０度の流入角を成して
集合導管２内に案内されている。第２図のばあいも一段
式のプレート状の熱交換器であり、このばあい統合され
た流出導管３１を有する集合導管の反対側の主要構成部
材は図示の部分断面図では図示されていない。

第６図は容積流の統合された偏向部材を有する第２図に
よる配置形式に基づく多段式のプレート状の熱交換器を
部分断面図で示している。

集合導管２は射出成形部材としてプレート状の熱交換器
１の斜めに切断された自由端部１３にかぶせ嵌められて
いる。オーバーラツプ範囲２４は一点鎖線で示されてい
る。集合導管２は外側に位置する端部範囲２５でプレー
ト状の熱交換器１の所属の側壁にかぶせられかつこの側
壁に溶接によって結合されている。外側に位置する流れ
通路１１内にはテーパ状の突起１２’が係合していて、
この突起はほぼオーバーラツプ範囲２４の幅に亘っての
びている。テーパ状の突起１２■はプレート状の熱交換
器１の自由端部１３に集合導管２のオーバーラツプ範囲
２４を溶接するばあい、突起が流れ通路１１を液密に閉
鎖するように、溶接される。

第６図では三段式のプレート状の熱交換器１を示してい
て、このばあい幅の最初の部分の一範囲に応じて適当な
液密な閉鎖部が得られねばならない。この閉鎖部は突起
１４によって得られ、この突起は突起１２’に相応して
所属の流れ通路内に差込まれかつ液密に溶接される。集
合導管１２の最大の収容容積２２の範囲では流入導管２
１の下側で壁収縮部によって熱伝達媒体用の偏向部材２
６が形成されている。

壁収縮部は図面では迎え角β＝２１度を成している。こ
の迎え角βは、流入角αがプレート軸線に対して９０度
を成して配置されているという事実に基づいて得られる
。

この例では流入導管２１内での熱伝達媒体の流れ速度は
Ｖ　Ａ　＝　１３．８ｃｍ　／　ｓｅａ、Ｔある。

このばあい１Ｑ　Ｑ　ｌｔｒ　／ｈの容積流から出発す
る。プレート状の熱交換器１を有する集合導管２の図示
の構成ではプレート状の熱交換器の流れ通路内での流れ
速度はＶ　Ｐ　＝　２．２ｃｒＩＬ／　ｓｅｅ。

である。このばあい集合導管２内での流れ速度は流れ速
度ＶＡよりも大きくしてはならずかつ流れ速度ｖｐより
も小さくしてはならない。集合導管２内での流れ速度Ｖ
Ｓが流れ速度ｖｐ＝２．２　ｃｍ　／　ｓｅｃ、に等し
いばあいプレート状の熱交換器１の自由端部１３におけ
る傾斜角もしくは集合導管の傾斜角は２６度になる。

流れ速度ＶＳ＝２ＸＶＰ＝４．４ｃｍ／ｓｅｃ、配置形
式のばあい傾斜角は１１．５度を上回ってはならない。

流れ速度ｖｓ＝３ｘｖｐ＝６．６ｃｍ／θｅＣ０配置形
式のばあいこのために角度７．５度が該当する。更に１
／２　Ｖ　Ａ　＋　Ｖ　Ｐ　＝　８　ｃｍ／　ｓｅｃ。

配置形式のばあい集合導管の迎え角は６度である。この
例が最も良い。それというのも集合導管内の流れ速度は
このばあいＶＡ＝ＶＰの平均値をとるからである。

従って、プレート状の熱交換器１を介した熱伝達媒体の
最良の流過を得るために壁収縮部の迎え角βおよび流入
角αが熱伝導媒体の容積流／流れ速度並びに集合導管２
の幅に関連するのは明らかである。上記評価は６段式の
プレート状の熱交換器のばあい２００酎の集合導管の幅
から出発する。

第３図では本発明にとって重要な構成、例えば容積流の
偏向部材２６およびテーパ状にのびる集合導管２を明瞭
に示している。この構成がないと、流入する熱伝達媒体
は直接プレート状の熱交換器の個々の流れ通路１１内に
分配される。このばあい直線的にのびる集合導管内に残
される容積流はその都度、プレート状の熱交換器の個々
の流れ通路１１によって受取られる量だけ減少する。こ
のことは集合導管の横断面が均一であるばあい流入通路
から出発して熱伝達媒体の流れ速度の減少を生ぜしめひ
いてはプレート状の熱交換器の流れ通路の不均一な負荷
を生ぜしめる。これによってプレート状の熱交換器内で
不均一な不都合な熱分布が生ずる。

本発明による偏向部材２６によってかつ実際に課せられ
た要求に集合導管２の室形状を適合することによって、
プレート状の熱交換器内での熱伝達媒体の均一な流れ速
度が得られる。

更に第４図では集合導管２の中央範囲での流入導管２１
の接続形式が示されている。このばあい熱伝達媒体の容
積流の偏向は２方向で行なわれねばならない。このため
に流入導管２１の流入開口のすぐ下で集合導管２内に集
合導管内部で二重の偏向部材２６が統合されている。第
６図の実施例で記載された利点は第４図の実施例のばあ
いにも完全に得られる。

第５ａ図、第５ｂ図および第５Ｃ図ではプレート状の熱
交換器構造の種々の可能性を示している。

第５ａ図では左上側範囲で流入導管２１をかつ右下側範
囲で流出導管３１を有する一段の構造を示している。

流入導管２１および集合導管２を介してプレート状の熱
交換器の流れ通路内に達する熱伝達媒体はプレート状の
熱交換器を貫流した後で集合導管３内に流入しかつ集合
導管３から流出導管３１を介してシステムから流出する
。

第５ｂ図では集合導管２内への流入導管２１を有する二
段式のプレート状の熱交換器１を示している。集合導管
２から熱伝達媒体はプレート状の熱交換器の流れ通路１
１内に流入する。

このばあい集合導管２，３は射出成形部材として、プレ
ート状の熱交換器の自由端部に射出成形部材を溶接した
ばあい中央範囲で突起１４によって集合導管２と集合導
管３との間で液密な閉鎖部が生せしめられるように、製
作される。

つまり熱伝達媒体は集合導管２からプレート状の熱交換
器の左側半分の流れ通路１１内に流入しかつこの流れ通
路からプレート状の熱交換器の反対側の端部の共通の集
合導管４にまで質流する。ここから熱伝達媒体はプレー
ト状の熱交換器の右側半分の流れ通路１１内に案内され
、次いで他方の端部で集合導管３内に流れて流出導管３
１から流出する。

更に第５Ｃ図では集合導管２および流入導管２１を有す
る三段式のプレート状の熱交換器を示している。集合導
管２から熱伝達媒体はプレート状の熱交換器の左側三分
の一範囲の個々の流れ通路１１を貫流して反対側の端部
の集合導管４にまで達する。ここから熱伝達媒体はプレ
ート状の熱交換器の中央三分の一範囲の流れ通路１１を
介して再び上方に集合導管５に向けて導びかれ、次いで
ここからプレート状の熱交換器の最後の三分の一範囲を
介して集合導管３に向けて案内されて流出導管３１を介
してシステムから流出する。

この実施例ではプレート状の熱交換器の上側および下側
の閉鎖部のためにそれぞれ２つの射出成形部材が必要に
され、この射出成形部材は一方は流入導管２１を有する
集合導管２．５をかつ他方は流出導管３１を有する集合
導管３゜４を有する。集合導管２，５および３，４のそ
れぞれ部分範囲間ではそれぞれ部分の一範囲に応じて突
起１４゛（図示せず）によって隣接する集合導管２，５
および３，４の間で液密な閉鎖部が形成される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は本
発明による成形された集合導管を有するプレート状の熱
交換器の直線的に切断された端部区分を示す図、第２図
は直線的にのびる集合導管を有するプレート状の熱交換
器の斜めに切断された端部区分を示す図、第３図は容積
流の統合された偏向部材を有する第２図配置形式に基づ
く多段式のプレート状の熱交換器を示す図、第４図は集
合導管の中央範囲に流入導管を配置した第６図によるプ
レート状の熱交換器の部分断面図、第５ａ図、第５ｂ図
および第５Ｃ図は一段式から三段式までのプレート状の
熱交換器構造の種々の実施例を示した図である。 １・・・プレート状の熱交換器、２．　３．　４．　５
・・・集合導管、１１・・・流れ通路、１２・・・仕切
りつニブ、１２．１４・・・突起、１３・・・自由端部
、２１・・・流入導管、２２．２３・・・収容容積、２
４・・・オーバーラツプ範囲、２５・・・端部範囲、２
６・・・偏向部材、３１・・・流出導管 派

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プレート状の熱交換器であつて、一貫した上側およ
   び下側の閉鎖壁と、該閉鎖壁の間で閉鎖壁に一体に結合
   された長手方向にのびるウェブによつて仕切られた、熱
   伝達媒体用の多数の流れ通路とを備え、該流れ通路の自
   由端部範囲に、個々の流れ通路が開口する横通路を形成
   する集合導管が配置されていて、該集合導管が外部に対
   してシールされて閉じられていてかつ熱伝達媒体用の統
   合された流入および流出導管を有している形式のものに
   おいて、集合導管（２、３）が片側で非対称的な内部横
   断面を以つて形成されていて、集合導管の収容容積が統
   合された流入もしくは流出導管（２１、３１）の範囲か
   ら端部制限部にまで連続的に減少していることを特徴と
   するプレート状の熱交換器。 ２、プレート状の熱交換器の自由端部（３）がプレート
   軸線に対して９０度の平面内でのびていてかつ統合され
   た流入および流出導管を有する集合導管（２、３）が非
   対称的に形成されている請求項１項記載の熱交換器。 ３、プレート状の熱交換器の自由端部（１３）が非対称
   的にのびていてかつ統合された流入および流出導管（２
   １、３１）を有する集合導管（２、３）の底部がプレー
   ト軸線に対して９０度の平面内で形成されている請求項
   １項記載の熱交換器。 ４、流入導管（２１）によつて形成された収容容積（２
   ２）の範囲に集合導管（２）の外壁内の収縮部（２６）
   によつて熱伝達媒体用の容積流偏向部材が形成されてい
   る請求項１から３までのいずれか１項記載の熱交換器。 ５、集合導管（２）の外壁内の収縮部（２６）が、一方
   は流入導管（２１）の流入角（α）の方向並びに他方で
   は熱伝達媒体の流れ速度および集合導管（２）の幅に関
   連した迎え角（β）を有している請求項４項記載の熱交
   換器。 ６、集合導管（２、３）が液密にプレート状の熱交換器
   の自由端部に結合されている請求項１から５までのいず
   れか１項記載の熱交換器。 ７、プレート状の熱交換器の自由端部および／または集
   合導管（２、３、４、５）が単段又は多段式のプレート
   状の熱交換器のために非対称的に形成されている請求項
   ６項記載の熱交換器。 ８、流入および流出導管（２１、３１）が集合導管（２
   、３）の外側に位置する端部範囲に配置されている請求
   項１から７までのいずれか１項記載の熱交換器。 ９、流入および流出導管（２１、３１）が集合導管（２
   、３）の規定された中間範囲に配置されている請求項８
   項記載の熱交換器。