JPH04227480A - プレート熱交換器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、刻印により波状の刻み
目を設けられるとともに、互いに列状に並んだ実質的に
四角形の複数のプレートからなるプレート熱交換器であ
って、前記プレートは交互に引っ繰り返されて互いに封
止し合いながら方向づけられた刻み目に重なり合って隣
のプレートに接当するように締め付けられることにより
必要の場合分解可能に１つの積み重ね体として形成され
、

【０００２】前記プレートは互いの間に交互に第１媒体
及びこの第１媒体に対して実質的に平行に導入される第
２媒体のために周囲封止により囲まれた流れ空間を形成
し、この流れ空間にはプレートのコーナ部に配設された
打ち抜き部によって形成されて直線状に並ぶ流入口と流
出口を通じてそれぞれの媒体が供給され、さらにプレー
トは１つの実質的に四角形の中央熱交換領域部と、この
中央熱交換領域部の向かい合うそれぞれの側と接続する
とともに前記流入口と流出口を含む２つの実質的に三角
形の熱交換領域とを備え、前記中央熱交換領域部のプレ
ート刻み目の少なくとも１つが前記三角形状熱交換領域
部の間を接続する流れ線に対して角度を有しているもの
に関する。

【０００３】

【従来の技術】このようなプレート熱交換器では、隣り
合うプレートは、周囲に沿って配置された、例えば弾性
的な封止材、溶接、あるいはろう付けを用いた封止手段
を介して締め付けられ、その封止によってプレート間の
空間に境界を作り出す。以下の説明は実質的に弾性的な
周囲封止に関しているが、このことによって周囲封止に
ついての何らかの限定を行なっているわけではない。

【０００４】この種の熱交換器のプレートでは、その刻
み目は普通波状の多重正弦波刻印で作られ、その断面に
おいて同じ大きさの波の山と波の谷を有している。しか
しながら、同一断面形状とは異なる刻印も一般に用いら
れており、以下これも含まれていることにする。

【０００５】刻み目の波の山や波の谷の移行は、一般に
はプレート垂直線であるところの三角形状熱交換領域部
間の流れ線に対してプレート熱交換器の利用形態に応じ
て異なる角度を有しており、４５度以下の角度でいわゆ
るソフトプレートとなり、４５度以上の角度でいわゆる
ハードプレートとなる。ハードプレート、つまり強い乱
れを引き起こすプレートは、一般的には少ない流量の媒
体のために用いられ、高い熱交換係数を与える。これに
対し、ソフトプレートは大きな流量のためのもので低い
熱交換係数を持つ。

【０００６】前述した形式のプレートは互いに重ね合わ
されて押しつけられる場合、プレートへのプレス圧は積
み重なった刻み目の支持部を介してプレートの変位傾向
に影響を及ぼし、プレートは流れ線つまり垂直軸の横断
方向に延びる。周囲封止領域において相対変位を、つま
り問題を引き起こすこの傾向は、いわゆるハードプレー
トの場合、その刻み目が垂直軸の横断方向に大きくそろ
っており、この方向に支え作用が働くので、比較的小さ
いものとなる。これに対して、ソフトプレートの刻み目
は、上記のようなプレス圧がかけられた際かなり大きな
側方へのずれが生じうる。これに対処するため、ソフト
プレートでは刻み目が流れ線の横断方向に見てプレート
の幅にわたって複数のジグザグ状又は魚の骨状に屈曲さ
せられ、プレートに前述の横断方向の安定性を与える。

【０００７】ソフトプレートの刻み目のこの複数の屈曲
が、これによって流れに対して与えられる偏向点のとこ
ろで偏向点領域の不完全なへり流路を作り出し、さらに
圧力損失を引き起こす反射を特に周囲封止の傍のプレー
トへり部に作り出す。この圧力損失とこれとともに生じ
る乱れは、一方ではソフトプレートの場合に形成される
層流形成を壊すために望ましいものである。しかし、他
方では、この圧力損失は完全に熱伝達能力の向上に転換
せず、結果として前述したように、特にソフトプレート
の強度上の理由から避けることのできない能力低下をも
たらす。

【０００８】ソフトプレートにおけるこの問題に対処す
るため、ソフトプレートの場合に生じる層流をけば立ち
、つまり“障害物領域”の形成によって、つまり部分的
な乱流の形成によって壊すことはすでに知られている。 しかしながら、これは工作工程費用を増大させるし、媒
体の粘度が高くなると乱れ区域が層流層によって覆われ
ていまい、大きな乱れが生じなくなるので、粘度の低い
媒体の場合にのみ熱交換係数の有効な改善がみられる。 ソフトプレートによって形成される流れ空間の流れ状態
には何らかの影響を与えるが、このソフトプレートの上
述した流れ線の横断方向での強度の問題は改善されず、
不完全なへり流路の形成やその結果としての圧力損失を
引き起こす反射の発生のため刻み目の屈曲にもかかわら
ずこの問題は残る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
部に述べた形式のプレート熱交換器のソフトプレートの
ために以下のことを可能にする構造を提供することであ
り、その構造によりまず刻み目の内側での方向転換点が
減少され、前述した流れ線の横断方向においてハードプ
レートと比較しえる安定度がプレートに与えられ、さら
に所望の箇所で層流状態の“打破”が行なわれるのであ
る。この課題の解決にあたっては、この種のプレートを
製作するための普通の工作機械によって簡単に実現され
なければならない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】冒頭部で述べたプレート
熱交換器を改善して、上記課題を解決するために、本発
明によれば、ソフトプレートにおいて、プレートの中央
熱交換領域部の刻み目が流れ線の方向には短くそして流
れ線の横断方向にはプレートの幅にわたって延びている
少なくとも１つの区画によって分断され、その区画の刻
み目は流れ線に対して他の刻み目に較べて大きな角度を
有している。その際、前記中央熱交換領域部のプレート
刻み目が前記三角形状熱交換領域部間を接続する流れ線
に対して４５度以下の角度を有し、前記区画の刻み目が
４５度以上の角度を有するとよい。さらに、前記区画の
刻み目が前記中央熱交換領域部の普通の刻み目より細か
いピッチで設けられることも好ましい。

【００１１】

【発明の効果】本発明による解決策では、ソフトプレー
トにハードプレートの形態を持つ短い区画を取り入れて
いることが重要である。このことにより、ソフトプレー
トが、三角形状領域の間を結ぶ流れの中でこの流れの横
断方向に関してプレート積層体を形成するためのプレス
圧による延伸に対する十分な安定性を与えられ、ソフト
プレートの刻み目がその方向転換点数の減少を可能にす
る。このことは不完全なへり流路と反射の発生の減少に
結びつく。

【００１２】ハードプレートの場合のような短いゾーン
が効果的な乱れを生成するソフトプレートの層流形成部
を作り出し、適当の数の前述の区画を適当に配置するこ
とで、ソフトプレートのところに疑似的な層流が生じて
も乱れが生じるようになる。

【００１３】本発明による構造のさらに別な利点は、ハ
ードプレートの場合のような区画によって生じる圧力損
失が完全に熱交換能力に変換されることである。

【００１４】また、このように形成された流れ空間の全
体的なハード性、つまり同じ流れ速度において隣接プレ
ート間で受け渡される熱は少し増加し、それによってこ
れと同時に起こる良好な熱の移行によって、熱交換領域
のトータル表面積を小さくすることが可能となる。

【００１５】本発明による“ソフト”プレートの製造は
非常に経済的である。これは、ハードな刻印による前述
した区画が刻印部分内にハードな刻印のプレートの製作
のための一部として問題なく組み入れられるからである
。この区画は、ハードプレートの場合では普通の方法で
一部分として製作される。

【００１６】全体として、本発明によるプレート熱交換
器にいえることは、ハードな刻印、つまりハードなプレ
ート刻み目の部分はできるだけ短くしておくべきであり
、すなわちそれが中央熱交換領域部のかなりの部分を占
めるべきでないということである。とは言っても、熱交
換プレートの大きさによってはその横断方向の安定性や
形成された層流の破壊が要求されることも多いという事
情により、他方ではかなりの数のハードの刻み目が設け
られることもある。

【００１７】その他、隣り合うプレートにおいて、前記
短い区画は相互に重なり合わないように配置されると好
都合であり、これによりこの区画の形成によって大きな
流れ抵抗が引き起こされることは避けられる。

【００１８】さらに好都合なことは、中央熱交換領域部
と短い区画とが流れ線を横切って配置されたプレート中
心線上に方向転換部を有するＶ字状刻み目を備えること
である。これは、１つには対称性の理由から生じるもの
である。さらには、この発明による構造によって、その
箇所において方向変換点つまり刻み目の屈曲部の減少を
可能にする。

【００１９】さらには、中央熱交換領域部の刻み目が流
れ線に対して３０度程度の角度を有し、短い区画の刻み
目が６０度程度の角度を有するように構成するのもよい
。

【００２０】本発明の更に別な特徴とその詳細は以下図
面を用いた実施例の説明によって明らかにされるだろう
。

【００２１】

【実施例】図１はプレート熱交換器の実質的に四角形の
外形を有するプレート１を示している。プレート１は、
中央熱交換領域部２とこの領域部２の両端に接続してい
る実質的に三角形の熱交換領域部３，４を備えており、
プレート１のコーナ部となる三角形状熱交換領域部３，
４の内部には流入・流出口５，６，７，８が設けられて
いる。

【００２２】中央熱交換領域部２が実質的にはプレート
１の垂直中心線であるところの主流れ方向９に対して対
称的な刻み目１０を備えており、この刻み目１０は軸に
対して明らかに４５度以下の角度を有している。

【００２３】先ほど説明した言葉をかりれば、ソフトな
刻み目１０がプレート１の垂直方向に沿って２度にわた
って１１のところで、開口部５，６の間の流れ方向に短
いプレート刻み目区画によって分断されており、その刻
み目は垂直軸９に対して４５度以上の角度を有している
。またこの刻み目は垂直中心軸に関して対称に配設され
ており、刻み目の屈曲部はこの垂直軸９上に位置する。

【００２４】熱交換領域部３，４，１０，１１を囲む外
形１２の外側で、プレート１の外形１３の内側に周囲封
止２０が配設されており、図１ではプレートの紙面側を
流れる媒体が開口部５，６の間を移動し、開口部７，８
に対する流れは封鎖されている。図２に示された相手側
のプレート１では同様な封止２０が配設されており、流
れを形成する次の隙間では他の媒体が開口部７，８の間
を、開口部５，６を封鎖した状態で流れる。

【００２５】その他の点では、図１と図２によるプレー
トは同じように形成されており、図２によるプレートは
図１によるプレートをプレート面において１８０度回転
させた、つまり引っ繰り返した形である。さらに、領域
部１１はプレートを重ね合わせた状態で図１と図２に示
すように相互に重なり合わないようになっている。

【００２６】図３は複数の重なり合うプレート１の展開
図を示しており、そのプレートは大流量用であるととも
に集められた媒体の間の熱交換が低い“ソフト”な刻印
面を有し、その媒体は、略式で示された流れ図では、流
れ線１４，１５にしたがって流出する。

【００２７】ここで、今一度明確にしたいことは、垂直
軸９の横断方向に設けられたハードな刻み目区画１１は
プレートを重ね合わせた場合重なり合わず、プレートの
高さにわたって十分な数が設けられることで、適当な箇
所において、中央のプレート領域のソフトな刻み目１０
のところに形成される層流を妨害する。さらには、この
プレート１は垂直軸９の横断方向において矢印１８，１
９によって示されたプレス圧に対する十分な安定性が得
られる。このプレス圧は複数のプレート１を締め付けて
合体させるものであり、プレートを垂直軸９の横断方向
に延伸させようとする力となるのである。

【００２８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプレート熱交換器の平面図

【図２
】図１によるプレートを裏返した形の相手側プレートの
平面図

【図３】プレート積層体の内部構造として図１と図２に
よる複数のプレートの概略展開図

【符号の説明】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　刻印により波状の刻み目を設けられる
   とともに、互いに列状に並んだ実質的に四角形の複数の
   プレートからなるプレート熱交換器であって、前記プレ
   ートは交互に引っ繰り返されて互いに封止し合いながら
   方向づけられた刻み目に重なり合って隣のプレートに接
   当するように締め付けられることにより必要の場合分解
   可能に１つの積み重ね体として形成され、前記プレート
   は互いの間に交互に第１媒体及びこの第１媒体に対して
   実質的に平行に導入される第２媒体のために周囲封止に
   より囲まれた流れ空間を形成し、この流れ空間にはプレ
   ートのコーナ部に配設された打ち抜き部によって形成さ
   れて直線状に並ぶ流入口と流出口を通じてそれぞれの媒
   体が供給され、さらにプレートは１つの実質的に四角形
   の中央熱交換領域部と、この中央熱交換領域部の向かい
   合うそれぞれの側と接続するとともに前記流入口と流出
   口を含む２つの実質的に三角形の熱交換領域とを備え、
   前記中央熱交換領域部のプレート刻み目の少なくとも１
   つが前記三角形状熱交換領域部の間を接続する流れ線に
   対して角度を有しているものにおいて、前記プレート（
   １）の中央熱交換領域部の刻み目（１０）が前記流れ線
   （９）の方向には短くそして流れ線（９）の横断方向に
   はプレート（１）の幅にわたって延びている少なくとも
   １つの区画（１１）によって分断され、その区画（１１
   ）の刻み目は前記流れ線（９）に対して他の刻み目（１
   ０）に較べて大きな角度を有していることを特徴とする
   プレート熱交換器。
2. 【請求項２】　　前記中央熱交換領域部（２）のプレー
   ト刻み目（１０）が前記三角形状熱交換領域部間を接続
   する流れ線（９）に対して４５度以下の角度を有し、前
   記区画（１１）の刻み目が４５度以上の角度を有してい
   ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 【請求項３】　　前記区画（１１）の刻み目が前記中央
   熱交換領域部（２）の普通の刻み目（１０）より細かい
   ピッチで設けられていることを特徴とする請求項１に記
   載のプレート熱交換器。
4. 【請求項４】　　隣り合うプレート（１）において前記
   短い区画（１１）は相互に重なり合わないように配置さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のプレート熱
   交換器。
5. 【請求項５】　　前記中央熱交換領域部（２）と前記短
   い区画（１１）とが流れ線を横切って配置されたプレー
   ト中心線（９）上に方向転換部を有するＶ字状刻み目を
   備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいず
   れかに記載のプレート熱交換器。
6. 【請求項６】　　前記中央熱交換領域部（２）の刻み目
   （１０）が流れ線（９）に対して３０度程度の角度を有
   し、前記短い区画（１１）の刻み目が６０度程度の角度
   を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれ
   かに記載のプレート熱交換器。