JPH02504181A - 熱交換器の製造方法とこの方法を用いて製造された熱交換器 - 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】

熱交換器の製造方法とこの方法を用いて製造された熱交換器 本発明の目的は、はぼ同じ波形をした伝熱プレートを互いに覆うようにして積み 重ね、これらプレート間のスペースをプレートの緑を介して熱伝達に関与する媒 体用の入口導管と出口導管に連結し、プレート間の一つおきのスペースを通じて 熱供給媒体の流れが通り抜駆ブ、またプレート間の一つおきのスペースを通じて 受熱媒体の流れが通り抜けるようにした、熱交換器の製造方法を提供することに ある。 流れている２つの媒体同士で熱交換を行なう必要のある場合、一方を他方の上部 に積み重ねたプレートからなるプレート式熱交接器が特に効果のあることが知ら れている。この形式の熱交換器は、例えば？！搬送媒体に水を用いる小規模加熱 システムに使用されている。水を使用するこれら熱交換器は、圧力損失も少なく てすみ、約２５００から３０００　＠／ｉＫの範囲の熱伝導係数が得られる。 互いに上部に積み重ねられるプレートには正方形をした波形のプレートが使われ 、波形部とこれら波形部の間の溝が正方形のプレートの相対する２つの縁の向き に位置しているような形式のプレート式熱交換器は周知である。この構成によれ ば、プレートは一方が他方の上部に積み重ねられ、上部に位置するプレートの溝 は互いに９０度の角度に設定される。 熱交換器を製造に当たっては、所望の理想的な熱交換が行なえるようにするため に、流通しているｍ体の圧力損失とこれら媒体の熱伝導係数を適切に選択するこ とが重要である。これらのパラメーターは、箇々の伝熱プレート相互間の距離、 プレートの表面積およびプレートの積層状態を選択することにより調節すること ができる。 しかしながら、周知の熱交換器によったのでは、箇々のプレートの寸法を決定し 、同時に屓定の流量レベルの下で熱伝達パラメーターを設定してしまえばこれら の諸要素を変更することができない。熱交換器の熱伝達特性を変更したい場合、 新たな条件に合わせてプレートの寸法を適宜選択する必要があった。、従って、 寸法の異なる熱交換器毎に、伝熱プレート製作用の特殊なりＩ較り１與を用意す る必要があった。これら工具類は非常にｉｓｍであるため、熱交換器の製造に当 たっての仕様の変更には大きな制約がある。 本発明の目的は、熱交換器の製造に伴う前述した問題点を解決することにある。 本発明に係る熱交換器の製造方法の特徴は、伝熱プレートを箇々のプレートの溝 が互いに所定の角度になるように互いに積み重ねてあり、しかもこうした溝の角 度が流動している媒体の圧力損失を減少させると共に熱伝導係数を特定できるよ うにしたことにある。このため、本発明の製造方性ではほぼ円形の伝熱プレート または正多角形の伝熱プレートが使用されており、これら伝熱プレートに設けで ある溝の方向は、上部に楕み重ねられる伝熱プレートの溝が少なくとも２種類の 異なった角度に選択的に互いに交差させることができるように設定されている。 本発明の！！！要な点は、適切なｉｌｌ造をした伝熱プレートを互いに積み上げ 、箇々のプレートの溝が互いに２種類またはそれ以上の角度で交差するように構 成できることにある。このことは、同一の材料プレートから１種類の同じ工具を 用いて異なった伝熱プレートを製作することができ、溝相互間の角度の通いによ り様々な熱伝導特性の得られることを意味しでいる。こうして熱交換器製造に大 幅な融通性を持たせることができ、製造コストの上昇を招くこともない。 本発明において、伝熱プレートに最も適した形は円形であり、こうした形状を用 いれば箇々のプレートの溝同士の角度を０度から９０度の連続範囲内から選択で きるようになる。尚、本発明の基本思想には適当な正多角形をした伝熱プレート を使用することも含まれている。ただしこうした正多角形の場合には、溝同士の 角度の選択に誓約がある。 熱交１に器を本発明に則って構成すれば、互いに積み上げられる伝熱プレートに 設けた溝が熱交換器の熱伝導特性を決定することになる。互いに積み上げられる プレーゝ　　　トは緑を互いに溶接するかまたははんだ付けされ、固定し　　　 された熱交換器ユニットを構成している。ただし、熱交換器ユニットのパラメー タについては後で変更することはできない。 熱交換器の組立てに伴い、プレート間の一つおきのスペースに連絡する複数対の チャンバをプレートの積重ね体の側部に形成し、熱伝達に関与する媒体が入口導 管から箇々のチャンバを介してプレート間のスペースを通り抜け、またそれぞれ のチャンバを通じて出口導管に流れてい

【ブるように構成することができる。プ レートの積重勾体の上部と下部には端部プレートを配置することができる。これ ら端部プレートは引張ロッドを用いて互いに固定されている。 前述したチャンバの相対位置を変化させれば、熱交換器の仕様の変更を行ない易 くなる。通常の場合には、熱供給媒体の入口チャンバと出口チャンバは互いに対 角線方向に向かい台って配置され、受熱媒体の入口チャンバと出口チャンバも同 じように対角線方向に向かい合い熱供給媒体のチャンバから９０度ずれた位置に 配置されている。これに対し、９０度の角度とは異なる任意の角度を選択してこ うした媒体の出し入れを行なうこともできるわしかも、チャンバを対角線位置か らずらして熱供給媒体と受熱媒体の入口チャンバと出口チャンバを互いに１８０ 度ずれた角度から任意の角度までの範囲で置き換えることも可能である。そうし た位置にずらすことにより、クロスフロ・−熱交換方式をカウンタフロ一方式に 変更し、熱供給回路受熱回路間の温度差を効果的に利用することもできる。 また本発明は、前述した方法により構成された熱交換器にも関係している。本発 明に係る熱交換器は、従来から周知のエレメントに類似した互いに上部に積み！ ねられる波形の伝熱プレートと、熱伝達に関与する媒体用の入口導管および出口 導管とを有し、これら導管はプレートの積重ね体のｆ！ｓ部に連結されていて、 プレート間の一つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れは通り抜Ｃノること ができ、またプレート間の一つおきのスペースを通じて受熱媒体の流れを通すこ とができる。この熱交換器にとって重要な点は、伝熱プレートがほぼ円形をして いて互いに上部に積み重なっているプレートの渦が互いに交差しているか、正多 角形の形状をしていて平坦な側面をもつ積重ね体を構成するようにし、互いの上 部に乗っている互いに積み上げられているプレートの溝が０度より大きいが９０ 度よりは小さくなるように構成したことにある。 以下、実施例を参考にし添付図面を参照しながら本発明をＩＪａに説明する。 第１図は、本発明に係る熱交換器の一部を切除して示す側面図である。 第２図は、第１図の■−■に沿フて切断した第１図に示す熱交換器の断面図であ る〈第２図は水平面に沿って４５度回転させである）。 第３図と第４図は、本発明に係る２種類の熱交！！に器を示す概略図にして、伝 熱プレートの溝の角度は互いに異なっているが、他のＩｔＩ造は第１図と第２図 に示した熱交換器と同じである。 第５図と第６図は、本発明に係る別の２種類の熱交換器を示１′療略図にして、 正八角形の形態をした伝熱プレートは互いに角度の異なる２種類の溝を備えてい る。 第７図は、本発明に係る熱交換器の変更例の概略図にして、熱供給媒体と受Ｓ皿 体の流入チャンバと流出チャンバは互いに４５度の角度で配置されているが、他 の構造は第１図と第２図に示した熱交換器と同じである。 第１図と第２図に示す熱交換器では、基本エレメントである円形の伝熱プレート １が互いに積み重ねられている。プレート１は規則正しい波形をしたプレートか ら切り出されており、これらプレートはすべて同じ形をしている。第２図に示す ように、プレート１は互いに積み重ねられ、各プレートの波形部とこれら波形部 の間の渦がこのプレートに隣接するプレートの両側の波形部と溝に対し９０度の 角度をなしている。 図面に示す熱交換器の外板の一部は、湾曲した円筒状のシート２から構成されて いる。互いに積み重ねた伝熱プレートの縁ｆは、例えば溶接により円筒状のシー トに固定されている。また外板の他の部分は円筒状の突出したシート３により形 作られている。これらシートは最初に述べた円筒状のシート２の間に設置され、 円筒状のシート２よりも曲率が小ざい。シート３は熱交換器の側部４にほぼ半円 形の４つのチャンバを形成している。これらチャンバ４は熱供給用の伝熱媒体の ための入口導管５と出口導管６に連結され、さらに受？！媒体用の入口導管７と 出口導管８に連結されている。各チャンバ４の内部には積み重ねた伝熱プレート 間のスペースが一つおきに開口しており、流体はチャンバからこれらスペース内 に、あるいはスペースからチャンバ内に流入することができる。一方、プレート 間の一つおきのスペースは、これらスペース相互間を媒体の流れが１通しないよ うに閉じられている。従って、熱供給媒体に向けて開口したスペースは受熱媒体 の流れから遮られており、同様に受熱媒体の流れに向けて開口したスペースは、 熱供給媒体の流れから遮られている。このようにして、熱供給媒体と受熱媒体の 両方の媒体はプレート間の一つおきのスペースを経て熱交換器を通り抜け、これ ら両方の媒体は互いに混じり合うことがない。さらに、プレートの積重ね体は下 側と上側を端部プレート９により塞がれ、図示したＯラド１０により互いに固定 されている。こうしたロンドはプレートの積重ね体の側部に取り付けられている 。 第２図の例では、伝熱プレート１の溝の向きは互いに９０度に設定されており、 これら溝は実＊ｉｉと破線１２を用いて示されている。ただし、熱交換器の製作 に当たり、これら溝の方向および溝同士の角度は第３図および第４図に示すよう に自由に選択することができる。これらの図には、２種類の異なった形式の熱交 換器が示されている。互いに積み重ねた伝熱プレート１の溝１１と１２はＭ２図 に示す熱交換器とは異なった方向に向けられているが、これら熱交換器の他の構 造は第１図と第２図に示した熱交換器に類似している。いずれの熱交！１１！器 も正確な同じ円形をした波形の伝熱プレートを用いて構成されている。 第５図と第６図には、正多角形の伝熱プレートを使用して構成されている本発明 に係るプレート熱交換器の２種類の実例を示している。これら２種類の熱交換器 に用いられている伝熱プレートは正八角形の形をしている。 伝熱プレートは両方の実例とも同じものが使われているが、第５図に示した熱交 換器では、互いに上部に積み重ねたプレートの溝１１と１２の間の角度は９０度 であり、第６図の熱交換器では、互いに上部に積み重ねたプレートの１１１と１ ２の間の角度は４５度である。 第２図に示した熱交換器では、伝熱媒体の入口導管５、出口導管６とこれら１管 に連結されたチャンバ４は両側にあって対角線方向に配置されている。また同じ ように、受熱媒体の入口導管７および出口導管８とこれら導管に連結されたチャ ンバ４は前記Ｓ管に対し９０度ずれた両側の位置にあって対角線方向に配置され ている。しかしながら、導管とチャンバの位置は変更することができる。 例えば第７図には、両媒体の入口導管と出口導管は対角線方向に配置されている が受熱媒体用の導管７，８とチャンバ４は導管５．６と共に４５度の角度にわた り位置がずれている。円形の伝熱プレートを使用しこれらを積み重ねた構成に関 して言えば、第７図に示す熱交換器は第１図と第２図に示した熱交換器と同じも のである。 当業者にとって、本発明の各種の実施例が前述した具体例に限定されるわけでは なく、請求の範囲内でいかようにも変更できることは明らかである。例えば、伝 熱プレート１は円形やへ角形以外の形状に形作ることができ、例えば正五角形の 形態をした伝熱プレートを互いに積み重ね、各プレートの溝の方向が互いに３６ 度または７２度の角度をなすように随時選択することもできる。波形のプレート から多角形の伝熱プレートを切り出し、溝の方向がプレートの縁の向きとは異な るようにして波形のプレート材料から多角形の伝熱プレートを切り出すことによ り、様々に変更を加えることができる。また！ｉ層ねの過程では、積層ね体内の プレートを一つおきに裏返しにして積み重ねていくこともできる。 補正書の翻訳文提出書　（！許法制８４船７第１４住所（居所）　フィンランド 国　１１１２０　　リーヒマキ、ライスキイランカッ　】０補正された請求の範 囲 （１９８８年１２月１２日国際事務局受領オリジナルクレーム１．６および７が 補正され、他のクレームに変更なしく３ページ）） １、一方向に延びている波形部とこれら波形部の間に位置した溝とを有するほぼ 同じ規則的な波形の伝熱プレート（１）を用いて熱交換器を製造する方法にして 、プレート（１）は互いに覆うようにして積み重ねられ、またプレート間のスペ ースはこれらプレートの縁を介して、熱伝達に関与する媒体用の入口導管と出口 導管（５゜６．７．８）に連結されており、プレート間の一つおきのスペースを 通じて熱供給媒体の流れが通り抜け、またプレート間の一つおきのスペースを通 じて受熱媒体の流れが通り抜けるようにした熱交換器の製造方法において、箇々 のプレートの満（１１，１２）が互いに所定の角度をなすように伝熱プレート（ １）は互いに上部に積み重ねられ、そうした角度が以下の媒体のＥ力損失並びに 熱伝達ケースを決定しており、このため当該製造方法はほぼ円形な伝熱プレート または正多角形の伝熱プレートを使用し、互いに上部に積み重ねられるプレート の溝が互いに対し少なくとも２種類の角度にわたり選択的に交差させることがで きることを特徴とする熱交換器の製造方法。 ２、請求項１に記載された製造方法において、熱交換器は、箇々のプレートの溝 （１１，１２）の間の角度が０度から９０度の連続した範囲より選択できるよう に、円形の伝熱プレート（１）から＃ｌ或されていることを特徴とする製造方法 。 ３、　請求項１諌たは２に記載された製造方法において、互いに上部に積み重ね られる伝熱プレート（１）はこれらプレートの緑を互いに溶接するかはんだ付け され、固定された単一体エレメントを構成していることを特徴とする製造方法。 ４、請求項１から３の何れか一つの項に記載された製造方法において、プレート の積重ね体の側部にはプレート間の一つおきのスペースに開口した対のチャンバ （４）が形成され、熱伝達に関与する媒体が、入口Ｓ管（５，７）から箇々のチ ャンバを通じプレート間のスペースに、ざらに箇々のチャンバを通じて出口導管 （６゜８）に流れていくことを特徴とする製造方法。 ５、請求項１から４の何れか一つの項に記載されたラド（１０）により互いに固 定されていることを特徴とする製造方法。 θ、　前述した請求項の何れか一つの項に記載された製造方法により構成された 熱交換器にして、一方向に延びている波形部およびこれら波形部の間に位置した 溝を備え、互いに上部に積み岨ねられるほぼ同じ規則的な波形をした伝熱プレー ト（１）と、熱伝達に関与する媒体用の入口および出口ｉｌ管（５，６，７，８ ＞とを有し、これら導管はプレートの８１更ね体の縁に連結されていて、プレー ト間の一つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れは通り抜けることができ、 またプレート間の一つおきのスペースを通じて受熱媒体の流れを通すことのでき る熱交換装置において、伝熱プレート（１）はほぼ円形をしており、また上部に 載っているプレートの溝（１１゜１２）がお互いに交差プるように積み重ねであ ることを特徴とする熱交換器。 ７、請求項１から５の何れか一つの項に記載された製造方法により構成された熱 交換器にして、一方向に延びている波形部およびこれら波形部の間に位置した溝 を備え、一方が他方の上部に積み重ねられるほぼ同じ規則的な形をした積重ね体 を構成プるような伝熱プレート（１）と、熱伝達に関与する媒体用の入口および 出口導管（５，６，７，８）とを有し、これら導管はプレートの積重ね体の側部 に連結されていて、プレート間の一つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れ は通り抜ｌプることができ、またプレート間の一つおきのスペースを通じて受熱 媒体の流れを通すことのできる熱交換装置において、伝熱プレート（１）は規則 的な多角形をしており、また上部に載っているプレートの％（１１，１２＞がお 互いに０度より大きく９０度未満の角度を成していることを特徴とする熱交換器 。 ８、　請求項６または７に記載された熱交換器において、伝熱プレート（１）は これら伝熱プレートの縁の位置が互いに拘束され、熱交換器が固定された単一体 ユニットを構成していることを特徴とする熱交換器。 ９、　請求項６から８のいずれか一つの項に記載された熱交換器において、プレ ートの積重ね体の側部には、互いに向かい合い熱供給媒体と受熱媒体の両方の媒 体に用いる対のチャンバ（４）が設けてあり、また各チャンバはプレート間の一 つおきのスペースに開口し、それぞれの媒体は入口（５，７＞からはプレート間 のスペースに向けて流れ、それぞれのチャンバを通じ出口（６，８）から流出し ていくことを特徴とする熱交換器。 １０、請求項６から８のいずれか一つの項に記載された熱交換器において、プレ ートの積重ね体の）部と上部には端部プレート（９）が配！され、これら端部プ レートはプレートの前記積重ね体の側部に立設した引張ロッド（１ｏ）により互 いに固定されていることを特徴とする熱交＊ａ。 国際調査報告 １＋−１−−・・１１−１１−−１−豐−−１ｌ＾−ｍ−−電−に＝ＰＣＴ／Ｆ 工８８１００１１）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １． ほぼ同じ波形の伝熱ブレート（１）を互いに覆うようにして積み重ね、ま たブレート間のスぺースはこれらブレートの縁を介して、熱伝達に関与する媒体 用の入口導管の出口導管（５，６，７，８）に連結されており、ブレート間の一 つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れが通り抜け、またブレート間の一つ おきのスペースを通じて受熱媒体の流れが通り抜けるようにした熱交換器の製造 方法にむいて、箇々のブレートの溝（１１，１２）が互いに所定の角度をなすよ うに伝熱ブレート（１）は互いに上部に積み重ねられ、そうした角度が以下の媒 体の圧力損失並びに熱伝達ケースを決定しており、このため当該製造方法はほぼ 円形な伝熱ブレートまたは正多角形の伝熱ブレートを使用し、互いに上部に積み 重ねられるブレートの溝が互いに対し少なくとも２種類の角度にわたり選択的に 交差させることができることを特徴とする熱交換器の製造方法。
2. ２．　請求項１に記載された製造方法において、熱交換器は、箇々のブレートの 溝（１１，１２）の間の角度が０度から９０度の連続した範囲より選択できるよ うに、円形の伝熱ブレート（１）から構成されていることを特徴とする製造方法 。
3. ３．請求項１または２に記載された製造方法において、互いに上部に積み重ねら れる伝熱ブレート（１）はこれらブレートの縁を互いに溶接するかはんだ付けさ れ、固定された単一体エレメントを構成していることを特徴と守る製造方法。
4. ４．請求項１から３の何れか一つの項に記載された製造方法において、ブレート の積重ね体の側部にはブレート間の一つおきのスペースに開口した対のチャンバ （４）が形成され、熱伝達に関与する媒体が、入口導管（５，７）から箇々のチ ャンバを通じブレート間のスペースに、さらに箇々のチャンバを通じて出口導管 （６，８）に流れていくことを特徴とする製造方法。
5. ５．請求項１から４の何れか一つの項に記載された製造方法において、ブレート の積重ね体の下部と上部には端部プート（９）が配置され、これら端部ブレート は引張ロッド（１０）により互いに固定されていることを特徴とする製造方法。
6. ６．前述した請求項の何れか一つの項に記載された製造方法により構成された熱 交換器にして、互いに上部に積み重ねられるほぼ同じ波形をした伝熱ブレート（ １）と、熱伝達に関与する媒体用の入口および出口導管（５，６，７，８）とを 有し、これら導管はブレートの積重ね体の縁に連結されていて、ブレート間の一 つおきのスペースを通じて熱供給媒体の流れは通り抜けることができ、またブレ ート間の一つむきのスペースを通じて受熱媒体の流れを通すことのでまる熱交換 装置において、伝熱ブレート（１）はほぼ円形をしており、また上部に載ってい るブレートの溝（１１，１２）がむ互いに交差するように積み重ねてあることを 特徴とする熱交換器。
7. ７．　請求項１から５の何れか一つの項に記載された製造方法により構成された 熱交換器にして、一方が他方の上部に積み重ねられた規則的な形の積重ね体を構 成するほぼ同じ波形をした伝熱ブレート（１）と、熱伝達に関与する媒体用の入 口むよび出口導管（５，６，７，８）とを有し、これら導管はブレートの積重ね 体の側部に連結されていて、ブレート間の一つむきのスペースを通じて熱供給媒 体の流れは通り抜けることができ、またブレート間の一つおきのスペースを通じ て受熱媒体の流れを通すことのできる熱交換装置において、伝熱ブレート（１） は規則的な多角形をしてむり、また上部に載っているブレートの溝（１１，１２ ）がお互いに０度より大きく９０度未満の角度を成していることを特徴とする熱 交換器。
8. ８．請求項６または７に記載された熱交換器にむいて、伝熱ブレート（１）はこ れら伝熱ブレートの縁の位置が互いに拘束され、熱交換器が固定された単一体ユ ニットを構成していることを特徴とする熱交換器。
9. ９．請求項６から８のいずれか一つの項に記載された熱交換器において、ブレー トの積重ね体の側部には、互いに向かい合い熱供給媒体と受熱媒体の両方の媒体 に用いる対のチャンバ（４）が設けてあり、また各チャンバはブレート間の一つ おきのスぺースに開口し、それぞれの媒体は入口（５，７）からはブレート間の スペースに向けて流れ、それぞれのチャンバを通じ出口（６，８）から流出して いくことを特徴とする熱交換器。
10. １０．請求項６から８のいずれか一つの項に記載された熱交換器にむいて、ブレ ートの積重ね体の下部と上部には端部ブレート（９）が配置され、これら端部ブ レートはブレートの前記積重ね体の側部に立設した引張ロッド（１０）により互 いに固定されていることを特徴とする熱交換器。