JPH02500994A - 二重壁構造のプレート型熱交換器とその製造方法 - 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】 二　奈　告のプレート刑熱　０ 本発明は、一連の熱交換プレート、ただし、相互間がシールされて、それらプレ ートを通して熱交換する２つの流体が流れるプレート間流路を形成している熱交 換プレートを有するタイプのプレート型熱交換器に関する。より特定的に言うと 本発明は、いずれの流体が漏れるとしても、それが他方の流体を汚染されること なしに大気中に逃げつるような、プレートの新奇な配列の仕方とシール手段に関 する。

星光ユ立Ｒ遣 水道水の加熱や冷却とか電力用変圧器の冷却などに用いられる熱交換器において は、その熱交換器における第１の流れと第２の流れとの間での相互汚染を防止す るために、それら別々の流体が循環させられる互に隣接する流路の間が二重壁構 造になっていることが望ましい。

プレート型熱交換器に関しては、二重壁構造が既にＦＲ−Ａｌ　２４５４０７５ において提案されている。そこで開示されたプレート型熱交換器では、２枚の同 一形状の波形のプレートが合わせられている。二重壁を構成するそれら２枚のプ レートの間にはギャップが形成されており、このギャップが大気と連通している ので、漏れた流体はそこを通って大気中へと逃げつる。なお、プレート相互間の 熱伝達を増進させるために、ワイヤネットを介在させることができる。

ＵＳ　４２４９５９７によっても二重壁構造のプレート型熱交換器が開示されて いる。この熱交換器では、複数の同一形状のプレートが、２枚づつが対をなすよ うに組立てられている。各プレートには一連の突出したチャンネル部があって、 それらチャンネル部は５．プレートの両短辺の間において往復するループをなし ていて、プレートの長辺の方向に偶数個が並んだ互に平行な列をなしている。こ れらの互に平行な列の間には平面部分がある。各プレートの対のそれら平面部分 は互に向き合い、シール性をもって相接しているので、それらの間をろう付は結 合してシールできる。そして、プレートの対と対（隣り合う２つ）を互に１８０ °回転させることにより、それらの対が密に噛み合うようになっている。プレー トのそれらの対の相対する側にあるチャンネル部分は、長さに沿って相互に噛み 合い、それらチャンネル部分の間での面と面の接触ができている。しかし、プレ ートのそれら対の相対する側にある平面部分は互に離れているので、それらの間 には、漏れが起った場合にそれが大気中へと逃げつるための通路が形成されてい る。

上記の２つの参照対象においては、二重壁構造をなすプレート間で面と面との接 触が部分的にしかできていないので、プレート間の熱伝達は十分に効果的には行 われていない。

水Ｘ皿皇貝刀 本発明の主たる目的は、熱交換する２つの流体のどちらが漏れた場合もそれが他 方の流体を汚染しないように、それが大気中に逃げることを可能にし、また、二 重壁構造の従来公知の熱交換器に比べてより高い効率を有するような、シールさ れたプレート型の熱交換器を提供することである。

主ｌ豆Ω！力 本発明によるプレート型熱交換器では、１つおきのプレート（以下交互プレート と記す）と、それらの間に入った他の中間プレートで成って全体として１つのパ ックになっていて、各々は概して長方形をなし、プレス成形でできた山と谷のあ る波形パターンを有すると共に隅部においては熱交換する２つの流体のための貫 通ボートを有している一連の熱交換プレートと、各交互プレートと相隣る２枚の 中間プレートの一方のものとの間において、熱交換する流体の一方のものが流れ るための長い流路つまり一端にある前記ボートから他端にある前記ボートに至る 長い流路な、それら流路の一つおきのものを第１の前記流体が流れその他のもの を第２の前記流体が流れるように規定すると共に、熱交換する前記流体のうちの 前記流路をバイパスする一方のものが流れるための相対するボート間をつなぐチ ャンネルをも規定している第１のシール手段とがあって、 各交互プレートと前記の相隣る２枚の中間プレートのうちの他方のものとは、そ れら２枚のプレートの間の介在領域が、前記流体のいずれかが漏れたときにそれ が大気中に逃げうるための通路を形成するような二重壁ユニットを形成している ０本発明による熱交換器は、各二重壁ユニットを構成する前記プレートが、一方 のプレートの波形パターンの山部が他方のプレートの波形パターンの谷部に（そ して谷部は山部に）密に接し合うように、プレートの金属が塑性変形することで 相互に押し込まれるようにプレス成形されているので、それらプレートの間では 、プレートの全部分にわたって、つまり前記流路を形成する部分においても相対 するボートの各々の対の回りにおいても、面と面との接触が得られるようにそれ らプレートが成形されていることを一つの特徴としており、なお、溶接またはろ う付けの継手の形での第２のシール手段が、前記二重壁ユニットのプレートにお ける相対するボートの各各の対を相互結合させてそこをシールしており、それに より、前記流体のいずれもが前記の介在領域に入ることなく別々に通るためのチ ャンネルを規定することをもう一つの特徴としている。

したがって本発明は、各二重壁ユニットの熱交換部分間において完全な面と面と の接触が得られ、なお、前記プレート間では、相対するボートの回りにおいて、 前記第２のシール手段が作られつるためのろう付けまたは溶接が容易に行われつ るような密な接触が得られるという構造を提示している。

【亙生呈！皇韮思 本発明をよりよく理解できるように、以降では添付図面によって説明する０図面 において、第１図は、本発明による一連の熱交換プレートとそれらのシール手段 を分解して示す概略親図、第２図は、第１図のプレートが８枚組合わされてシー ルされたものの一部分の断面図である。

図面の簡単な説明 第１図に示す一連の熱交換プレートは、交互プレート６と、交互プレートの間に ある他種の中間プレート５とで成っている。各プレートは概して長方形をなして いて、その４つの隅部には２つの熱交換する流体のための貫通ボート７．８，９ ．１０がある。各プレートには前面１１と後面（図示せず）がある。

各交互プレート６の前面１１の上には、ボートのうちの２つのもの７．８と、ヘ リングボーン形パターンの波形１４で形成された熱交換面とを含んだ領域を包囲 する境界ガスケット１３と、他の２つのボート９゜１０のそれぞれを囲んでいる ２つのボートガスケット１５．１６で成る第１のシール手段がある。第１のシー ル手段は、ゴムまたはプラスチック材料で作られているのが望ましい。

各中間プレート５の前面の上には、ボート７．８゜９．１０のそれぞれを囲んで いて、それら４つのボートにおいて、中間プレート５の前面とそれに相対してい る交互プレート６の後面とを相互結合させている４つの溶接継手７ａ、８ａ、９ ａ、ｌｏａで成る第２のシール手段がある。

ガスケット１３．１５．１６は、各プレートにプレス成形されている幅の狭い溝 に保持されている。境界ガスケット１３のための溝は第２図に１３ａで示されて いる。なお、図に示されているプレートは１つのパックをなす一連のプレートの 一部分だけであって、パックになったプレートの全体は水平方向の担持バーに取 付けられていて、垂直方向の２枚のフレームメンバー（図示せず）の間において 押圧されており、それらフレームメンバーの一方または両方に、プレートのパッ クに別々に入ってそれから出る２つの熱交換流体が通るための管継手が設けられ ている。このような構造は従来あるものであるからこれ以上説明しない。

各々の交互プレート６は、次の交互プレート６に対して１８０”自らが含まれる 面内において回転させられている。したがって、第１図の３枚の交互プレート６ のうちの真中のものでは波形１４はへリングボーンの中心線から下向きに傾いて 伸びているのに対して、他の２枚のプレートでは波形１４は上向きに傾いて伸び ている。それと同様に、各中間プレート５は、次の中間プレート５に対して１８ ０＠自らが含まれる面内において回転させられている。

ガスケットのついたプレートが１つのパックの中で一緒になって押圧されている とき、各交互プレート６の前面上の第１のシール手段１３．１５．１６は隣接す る中間プレート５の後面と係合し、それによって、熱交換する流体が流れる長い 流路１８つまり一端のボート７から他端のボート８に至る長い流路（第１図参照 ）を規定している。ガスケットの配置は、これら流路１８の１つおきのものを第 １の熱交換流体が流れ、他のものを第２の熱交換流体が流れるようになっている 。したがって、第１図と第２図で、一方の流体は真中にある流路な流れ、他方の 流体は他の２つの流路な流れる。

各々の第１のシール手段のうちのポートガスケット１５．１６は、それらが相対 する隣接の中間プレート５の後面に、対応する流路１８の外側において係合し、 そこにおいて相対するボート９と９．１０と１０をつなげている。したがってガ スケット１５．１６は、対応する流路１８をバイパスする流体（２つの流体の一 方のもの）が流れるためのチャンネルをそれぞれに形成している。

各中間プレート５の前面とそれに相対する交互プレート６の後面とは介在領域２ ０を形成しており、この領域は、それら２枚のプレートの間に境界ガスケットが ないので、大気に直接的に連通して、いる、介在領域２０の各々は、ボート７〜 ｌＯのそれぞれを囲む溶接継手の形のシール手段７８〜１０ａを含んでいる。

したがって、これらの溶接継手は、各中間プレート５の４つのボートを、それら に相対してプレート５のすぐ前方の交互プレート６にある４つのボートとつなげ ていて、それにより、それぞれのバイパスチャンネルを形成している。これら４ つのチャンネルは、２つの熱交換流体が、対応する介在領域２ｏに入ることなし に流れるための通路となっている。

運転時には、熱交換する２つの流体は第１図の左側にあるＡとＢで示した所から 、パックになったプレートへと導入され、破線で示しである経路を通る。流体Ａ はプレートの左上隅にあるボートを通る経路Ａ１の中を流れるが、この流体の分 流が第１と第３の流路１８を下方に向けて流れ、プレートの左下隅にあるボート を通る経路Ａ２の中を流れる帰りの流体に合流する。他方の流体Ｂは、プレート の右下隅にあるボートを通る経路Ｂ１の中を流れ、その流体の分流は第２の流路 １８を上方に向けて流れ、プレートの左上隅にあるボートを通る経路Ｂ２の中を 流れる帰りの流体に合流する。

帰りの経路Ａ２とＢ２はヘッダー（図示せず）にある管継手を通して外に出てい るが、このヘッダーには２つの流体を供給するための管継手もついている。しか し、ある場合には、熱交換器の両端にヘッダーがあって、各ヘッダーに２つの流 体のそれぞれのための２つの管継手がついている。つまり、流体がそれを供給し たヘッダーと同じへラダーには帰らないようになっている。さらにまた、図示の ガスケット配置は各流体が並列流れになるようにされているが、ガスケット配置 は流れが直列流れになるようにもできる。

第１図で示されているように、各流路１８は互に１８０°位相ずれしているプレ ート５と６によって形成されているので、一方のプレートの波形１４は他方のプ レートの波形と交差して相接する。したがって２枚のプレートが互に接触する。

一方、各介在領域２０は互に位相が合っているプレート５と６によって形成され ているので、プレート５の前面の波形１４の山部は、それらに対応する谷部、つ まり相対している隣接のプレート６の後面の波形１４の谷部の中に入り込むこと になる（第２図参照）。

二重壁式の熱交換器での最大の問題は、二重壁を経ての２つの流路間の熱交換が 不活発であることにある。二重壁を有する従来公知のプレート型熱交換器におい ては、熱交換は実質上、二重壁を構成している２枚のプレートの間にある熱伝導 率の低いエアギャップに依存している。この問題が本発明によって解決されてい る。つまり本発明は、二重壁構造であって従来公知のプレート型熱交換器に比べ てより効率の高いプレート型熱交換器を提供する。

第２図で示されているように、２枚の交互プレート６と１枚の中間プレート５と が１つの二重壁ユニットを形成していて、その二重壁ユニットが相異る２つの流 路１８相互間を隔離している。そのこととの関係上、それら２枚のプレートは、 それらが可能な限り相互に近接するような方法で成形されている。

つまり、それら２枚のプレートは、一方のプレートの前面の波形の山部がそれら に相対する谷部つまり相対する隣接のプレートの後面の波形の谷部に（そして谷 部は山部に）入り込んで、それによりプレート間で面と面との接触が得られるよ うに、プレートの金属が塑性変形することで相互にプレスで押し込められている 。そのような接触が、相対するボートの各々の対の回りにおいても得られる。し たがって、溶接またはろう付けの継手の形での第２のシール手段が、前記二重壁 ユニットのプレートにおける相対するボートの各々の対の間をつないでそこを囲 み、それによって前記の両方の流体が前記の介在領域に入ることなく別々に通る ためのチャンネルを規定するというようにできる。

第１の方法によるならば、２枚の金属板をプレス機械の中に挿入したうえで、こ のプレス機械によって２枚のプレートの波形のパターンを同時に成形する。そう することにより、２枚のプレートの間にある空気は押し出され、したがって、二 重壁を構成する２枚のプレート間の極めて良い金属の接触が得られる。

このプレス工程の後に、それら２枚のプレートは、プレートのボート部において 、各ボートを囲んで一方のプレートの４つのボートをそれらに相対して他方のプ レートにある４つのボートとつなぐような溶接継手によって、相互に溶接結合さ れ、その結果、２つの熱交換流体が２枚のプレートの間の介在領域に入ることな しに流れるための通路となるバイパスチャンネルが形成される。

プレートの組を構成する２枚のプレート相互を溶接で結合する代わりに、ろう付 けでこの結合を行うこともできる。

第２の方法によるならば、波形パターンを有する１枚のプレートを得るべく、先 ず１枚の金属板をプレス加工する。その工程の後に、もう１枚の金属板を第１の プレートの上側または下側において当るように第１のプレートと合わせ、その後 に第２の金属板を第１のプレートに向けてプレスで押し込む、それにより第２の プレートに第１のプレートにおけるような対応する波形のパターンが成形される 。そしてなお、プレートの一方のものの前面の波形の山部が他方のプレートの波 形における対応する谷部に密接するので、極めてタイトな二重壁ユニットが作ら れることになる。

このプレス工程の後に、２枚のプレートは、ボート部において、第１の方法の場 合と同じようにして相互に溶接結合される。

前述したように、二重壁ユニットを形成する２枚のプレートは、相対するボート の各々の対を囲む溶接またはろう付けの継手によって相互間シールされてい゛る 。そうすることによって、２枚のプレートは、互にタイトに結合され、完全に漏 れのない、そしてコンパクトな二重壁構造を形成する。

第２図で見られるように、このプレート型熱交換器は多数の二重壁ユニットが集 って作られていて、それら二重壁ユニットの各々が相異る２つの流路１８相互間 を隔離している。相隣る２つの二重壁ユニットの相互間はシール手段によって隔 離されていて、それらシール手段はゴムでできている。しかし、シール手段は、 ゴムの代わりにプラスチック材料または金属で作られていてもよく、その場合シ ール手段は溶接またはろう付けの継手として形成されつる。

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Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．１つおきのプレートとそれらの間に入った他の中間プレートで成って１つの バックに配列されていて、各プレートはブレス成形でできた山と谷のある波形パ ターンを有する概して長方形をなし、その隅部においては熱交換する２つの流体 のための貫通ボートを有する一連の熱交換プレートと、各１つおきのプレートと その相隣る２枚の中間プレートの一方との間に第１のシール手段とを有し、前記 第１のシール手段は一端にある前記ボートから他端にある前記ボートまで熱交換 する流体の一方のものが流れるための、細く延びている流路を画定し、それら流 路は１つおきに第１の前記流体の流れを収容し、他の流路は第２の前記流体の流 れを収容し、さらに前記第１のシール手段は熱交換する前記流体の互いに他方の 流れを収容する相対するボート間を接続して前記流路をバイパスするチャンネル を画定し、各１つおきのプレートと前記の相隣る２枚の中間プレートのうちの他 方のものとは、それら２枚のプレートの間の領域が、該２枚のプレートのうちの 一方を通って漏れた前記流体が該プレート間を通って大気中に逃げうるための通 路を形成するように二重壁ユニットを形成しているプレート型熱交換器において 、 各二重壁ユニットを構成する前記プレートが、一方のプレートの波形パターンの 山部が他方のプレートの波形パターンの対応する谷部に、そして谷部は山部に、 近接して位置するように、プレートの金属が塑性変形によって相互にプレスで押 し込まれていて、それによってそれらプレートの間で、前記流路を形成するプレ ートの部分においても、前記ボートを囲んでいるプレートの部分においても、面 と面との接触が得られるようにそれらプレートが成形されており、溶接またはろ う付けされた継手の形の第２のシール手段は、前記二重壁ユニットのプレートを 、相対するボートの各々の対を囲んでいる前記の接触する部分において相互結合 させ、それにより、前記流体のいずれもがプレート間の前記領域に入ることなく 別々に通るためのチャンネルを形成していることを特徴とするプレート型熱交換 器。
2. ２．前記の第２のシール手段が、前記の領域における唯一のシール手段となって いる、請求項１に記載のプレート型熱交換器。
3. ３．各プレートの波形がヘリングボーン形パターンのものである、請求項１に記 載のプレート型熱交換器。
4. ４．前記交互プレートの１つおきのものが、他の交互プレートに対して１８０° 自らが含まれる面内で回転させられており、前記中間プレートの１つおきのもの も、他の中間プレートに対して１８０°回転させられている、請求項１に記載の プレート型熱交換器。
5. ５．多数の、互に分離されうる二重壁ユニットが集って構成されているという構 造方式の、請求項１に記載のプレート型熱交換器。 特許出願人アルフアーラヴアル サーマルアーべー 代理人若林忠