JPH05506496A - 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】 レ一 本発明は一方の流体から他方の流体へ熱を伝達するプレート熱交換器に関し、そ れはプレートエレメントを積層することにより構成され、プレートエレメントは その平面を横切って延びる保持部材により一緒に保持され各プレートエレメント は、それぞれ、対向する熱交換部およびボート部を有する２枚の熱交換板により 構成され、後者は揃えられた貫流開口を有し、各プレートエレメント内の熱交換 板はさらに、例えばるつづけ等により、その縁周りおよび熱交換部上に分布され たいくつかの場所で一緒に永久的に接合されており、各熱交換板はその熱交換部 をプレスして形成された山部と谷部を有し、２つの隣接プレートエレメントは各 熱交換板の熱交換部を介して互いに密着しており、したがって熱交換板間の熱伝 達は容易になるがその一方を貫通する孔によりプレートエレメント間で流体を流 出させることができる。

この種のプレート熱交換器は米国特許４，２４９゜５９７号で知られている。こ の公知のプレート熱交換器では、各熱交換板には２つの貫流開口しがなく、各プ レートエレメントはこのような２つの熱交換板にょす形成され、その一方は他方 に対してプレート面の軸周りに１８０°回転した向きとされる。この種の２つの 隣接プレートエレメントは熱交換板の熱交換部上でのみ互いに隣接し、一方のプ レートエレメントは他方のプレートエレメントに対してプレート面に直角な軸周 りに１８０°回転した向きとされ、したがって一方のプレートエレメントのボー ト部は一方向へ向けられ他方のプレートエレメントのボート部は反対方向向きと される。

公知のプレート熱交換器はさらに２枚の堅固な端板を有し、それらは最も外側の 各熱交換板の熱交換部と隣接してプレートエレメントの積重ねの外側に延びるロ ッド状の２本の保持部材により互いに接続される。

公知のプレート熱交換器の一つの欠点は特種な熱交換板、すなわち米国特許第４ ，２４９，５９７号による２重壁構成にしか使用できない熱交換板、を想定した 設計とされていることがある。

もう−っの欠点は、プレート熱交換器の組立てに関して熱交換板は互いにいくつ かの異なる方位としなければならないことである。

第３の欠点は、プレートエレメントの積重ねを互いに保持するロッドはさまざま なプレートエレメント間のあるジヨイントも一緒に保持するのには使用されず、 そのため熱交換器の運転中に特に大きな力が作用してプレートエレメントを互い に分離させてしまうことである。

本発明の一つの目的は、処理流体が２重熱交換板により継続的に分離される。前 記した種類の永久的接合プレート熱交換器の設計を提供し、この設計により米国 特許第４，２４９，５９７号に開示されている設計よりも低置かつ簡単にこのよ うなプレート熱交換器を製造可能とすることである。

もう一つの目的は米国特許第４，２４９，５９７号によるプレート熱交換器より も高い圧力を問題とする熱交換流体から加えることができる、前記した種類のプ レート熱交換器を提供することである。

これらの目的は各熱交換板が貫流開口を有する少なくとも４つのボート部を有し 、各プレートエレメント内の熱交換板は互いに隣接しかつ各熱交換板の熱交換部 およびその少なくとも２つの貫流開口を包囲する線に沿って、また各熱交換板の 他方の２つの各貫流開口周りで互いに永久的に液封されて接続され、隣接プレー トエレメントは各熱交換板のボート部を介して互いに隣接しかつ各貫流開口周り で互いに接続され、前記保持部材は熱交換板の貫流開口中を延びることを特徴と する設計により達成できる。

この種の設計により公知の種類の熱交換板を使用することが可能となり、したが ってそれを単熱交換板プレート熱交換器および熱交換流体間に２重熱交換板を有 するプレート熱交換器の両方に使用することができる０本発明によるプレート熱 交換器内の各２重壁ユニツトは好ましくは互いに完全に被覆する２枚の同じよう に形成された板により構成され、したがって米国特許第４，２４９，５９７号の ようにその一方を他方に対して回転させることなく一緒にされる。

本発明によるプレート熱交換器の実施例において、各保持部材はその各端におい て１枚の熱交換板よりも剛性が大で保持部材が延びる貫流開口と揃えられた領域 周りでプレート熱交換器の最外側のプレートエレメントと液封的に接続される剛 性部材に接続される。したがって、例えば米国特許第４，２４９，５９７号に示 す種類のプレート熱交換器ではプレートエレメントを互いに分離させようとする 、プレートエレメントの貫流開口領域内の力は保持部材により支えられ、後者の 貫流開口周りでプレートエレメント間の接合を損うことはない。

保持部材の一端にある前記剛性部材は剛性板で構成することができ、他端の剛性 部材は熱交換流体を供給排出するようにされた部材を接続して構成することがで きる。

所望により、本発明によるプレート熱交換器内のプレートエレメントはその終端 に従来の比較的厚くそして剛性の端板を設けないものとすることができる。しか しながら、好ましくは剛性端板は各スタック端で使用され、最外側プレートエレ メント内の少なくとも２つの貫流開口を被覆して２つの接続部材と接続される。

接続部材はプレートエレメントの貫流開口領域内で端板と接続されるため、端板 は比較的薄くすることができる。

次に、添付図を参照して本発明の説明を行う、第１図〜第３ＦＭは本発明による プレート熱交換器の正面図（第１図）、側面図（第２図）および第１図１１１− 　ＩＩＩ線に沿った断面図（第３図）であり、第４図は第１図〜第３図に示すプ レート熱交換器内の互いに分離された数枚の熱交換板の略図、第５図は本発明に よるプレート熱交換器内の数枚の熱交換板の第４図のｖ−Ｖ線に沿った断面図で ある。

第１図〜第３図のプレート熱交換器は２重の熱交換板のパッケージ１および４枚 の端板２Ａ、２Ｂ、３Ａ。

３Ｂにより構成されている。全てのプレートがろう付けにより互いに永久的に接 合されている。上部の熱交換板にはプレートのパッケージを貫通する流路４，５ を形成する一直線に揃った貫流開口が設けられている。

第３図に示すように、流路４は熱交換板間のある空間に連通され、流路５は他の プレート間の空間と連通されている。２本の管状の接続部材６，７が、それぞれ 、流路４．５に対向して配置され、端板３Ａの外側に対して封止されている。接 続部材は、それぞれ、端板３Ａの外側に位置するワッシャ１０．１１と接続され た保持部材であるロッド８，９により端板３Ａに対して着脱可能に押圧されてい る。ロッド８，９は接続部材６．７にしつかり接続された十字型オーク１２．１ ３内の中央孔中を延在している。ナツト１４．１５が、それぞれ、オーク１２． １３の外側でロッド８，９の端部へねじこまれている。第１図および第２図に示 すように、プレートのパッケージの下部にも対応する流路、接続部材、ロッド、 オーク等が設けられている。

第４図に第１図〜第３図に示すプレート熱交換器内に含まれる同様な４組の２重 の、すなわち８枚の熱交換板を示す、プレート１５〜２２の中のプレート１７゜ １８および２１．２２はそれぞれの平面図でプレート１５．１６および１９．２ ０に対して１８０°回転させた向きにされている。プレート１５〜２２は薄い金 属板でありプレスにより山２３および谷２４状の波形が形成されている。これら の山谷により各プレートのいわゆる熱交換部の両側にヘリンボン模様が形成され る。

各プレートは矩形でありその各コーナ一部には、以降ポート部と呼ぶ、貫流開口 が設けられている。したがって、全て同じ方向に向けられたプレート１５，１６ ．１９．２０は、それぞれ、揃えられた貫流開口Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄを有し、各プレート１７．１８，２１．２２は対応する貫流開口Ａ− Ｄを有しているが、これらのプレートは他方のプレートに対して１８０°回転し た向きにされているため違った配置となっている。

熱交換板がプレートのパッケージ内で永久的に接合される時に互いにどのように 封止されるかを第４図に点線で示す、プレート１５．１６は貫流開口の周りでの み互いに接合され封止されることが判る。プレート１５．１６はプレートのパッ ケージ内で同じ方向に向いているため、プレート１６の山２３はプレート１５の 裏面での谷内に配置され、この谷はプレート１５の前面では由２３を形成してい る。したがって、プレート１５．１６間には実際上空間は形成されずプレートは 実質的にその全表面にわたって互いに接触する１通常、プレート１５．１６間に は熱交換流体は流れない。

同様に、プレート１７．１８および１９．２０および２１．２２も互いに接触し て各貫流間ロＡ−Ｄ周りでのみ接合されて封止される。

向きの異なるプレート１６．１７は熱交換流体が流れるプレート間の空間を画定 しなければならない、このため、第４図に示すように、これらのプレートはプレ ートの縁部に沿いかつ各プレートの２つの貫流開口周りで液封して接合されなけ ればならない、したがって、１１４ＦＭにはプレート１７の熱交換部および４つ 全部のボート部周りでプレート１７の縁部に沿った点線が示されている。さらに 、プレート１７の貫流開口０周りにも点線が示されている。対応する点線がプレ ートの貫流開口８周りにも示されている筈であるが、プレート１６の後に隠れて いる。プレート１７の開口Ａ。

０周りには点線のないことが判る。

プレート１６．１７間の空間において、プレート１７の山２３はプレート１６の 前面の谷２４により形成されるプレート１６の裏面の由と交差して接触する。

プレート１６．１７は当接する山間に形成される全ての接触位置において永久的 に接合されなければならないが、これらの接触位置間ではプレートの間にフロー 空間が形成される。このフロー空間は（第４図において）プレート１７内の右側 の開口Ａ、Ｄおよびプレート１６内の開口Ａ、Ｄに対向する開口Ｂ、Ｃと連通す るが、これら２つのプレートの他の開口とは連通しない。

プレート１６．１７と同様にプレーｈ２０，２１も互いに接触する。プレート１ ８．１９も同様に接触するが、この場合にはプレート間のフロー空間は（第４図 において）プレー１−１９の左側開口Ａ、Ｄおよび反対側のプレート１８の開口 Ｂ、Ｃと連通する。

熱交換板の貫流開口Ａ−Ｄは２つの熱交換流体に対してプレートのパッケージの 貫通流路を形成する。第４図の矢符は第１の流体Ｆ１がプレート１５の開口Ｂを 通ってプレートのパッケージ内へ導入され同じプレートの開口Ｃを通って戻り、 第２の流体Ｆ２がプレート１５の開口りを通ってパッケージ内へ導入され同じプ レートの開口Ａを通って戻る様子を示す０図示するように、流体Ｆ１はプレート 熱交換器の動作中にプレート１６．１７問およびプレート２０．２１間に平行に 連結された空間中を流れ、流体Ｆ２はプレート１８゜１９間の空間中を流れる。

例えば隘１８の熱交換板の２つのボート部と隘１８のプレートに対してＩ８０° 回転された向きの隣接する、例えばプレート１９のプレートの２つのボート部と を当接させるためには各プレートの対角位置に配置されたボート部は異なる平面 内に配置される。したがって、各プレートの図示されている側の開口８．Ｃ周り のボート部は山２３の峰と同じ平面内に配置され、プレートの他方側の開ロＡ、 Ｄ周りのボート部は谷２４によりプレートの裏側に形成される山の峰と同じ平面 内に配置される。

一方が他方に対してそれ自身の平面内で１８０°回転した向きとされている隣接 プレートの縁同士を当接させるために、全てのプレートの縁部を同方向に曲げて 互いに一部重なるようにされている。これは本発明によるプレート熱交換器内の 隣接するプレートの断面を示す第５図から明らかである。

プレートのパッケージに組込まれたときのプレートの第４国のＶ−Ｖ線に沿った 断面を示す第５図において、プレートは対をなして互いに対面して当接して、フ ロー空間を形成しておらず、このような当接したプレートの対の間に２つの熱交 換流体用のフロー空間２５．２６．２７を形成していることが判る。フロー空間 ２５．２７は一方の熱交換流体用でありフロー空間２６は他方の熱交換流体用で ある。最後に述べたフロー空間２６だけがプレートのパッケージを介して図示す る流路５に連通されている（第３図参照）。

プレート１５〜１８はプレート１９〜２２と同様に流路５周りで互いに液密的に 接続されている。プレートの縁部では、プレート１６．１７および１８．１９お よび２０．２１だけが液密的に相互に接続され、プレート１５．１６および１７ ．１８および１９．２０および２１．２２は互いに当接している。

本発明による２つの熱交換流体がプレート熱交換器内をどのように流れるかを第 ４図のプレート構成に関して記述した。一方の流体、例えば流体Ｆｌが強腐食性 でしばらく熱交換器を動作した後である熱交換板、例えばプレート１７に孔が形 成されると、プレート１７．１８間から流体Ｆ１の一部が漏洩する。これらのプ レートは互いに密着してはいるが、プレート１６゜１７間のフロー空間内の圧力 により流体は押し出されてプレート１７．１８間を通って、ある方向でこれらの プレートの縁に向う、さらに縁を越えて流出する。

そこで漏洩に気ずき、流体Ｆ１によりプレート１８にも孔ができて流体Ｆｌ、Ｆ ２が混合する前に対策をとることができる、 前述したように、間に流体Ｆｌ、Ｆ２用のフロー空間を形成する隣接プレートは その縁に沿いかつプレートの熱交換部に分布された多くの場所で互いに永久的に 接合されるため、フロー空間内の流体Ｆｌ、Ｆ２の圧力は熱交換板自体により支 えられる。したがって、流体によって熱交換板へ加わる力に対しては交換プレー トのパッケージを保持する必要はない、しかしながら、熱交換板の貫流開口Ａ− Ｄにより形成される流路４．５内の流体圧により（第４図）、端板２Ａ、２Ｂお よび接続部材６，７に接続された（図示せぬ）流体管路に対する力が生成される 。これらの力は異なる方向に作用し、熱交換板のパッケージから端板を分離させ ようとし、かつ熱交換板を互いに分離させようとする。

本発明によるプレート熱交換器における上述の力はロッド８，９により支えられ 、熱交換板は互いに分離されることはない、特に分離力を受け易いのは貫流間ロ Ａ−Ｄ周りだけで接合されている隣接する熱交換板、すなわちプレート１７．１ ８である。

本発明によるプレート熱交換器は次のようにして製造することができる。最初に 数枚のプレートを第４図に示すように積み重ね、プレートと同じサイズの薄いろ う付は材がプレート１６．１７間の各空間、プレート１８．１９問およびプレー ト２０．２１間に配置される。プレート１５．１６間、プレート１７．１８間、 プレート１９．２０問およびプレート２１．２２間の各空間内ではろう付は材は プレートのボート部のみに配置される。その後、端板２Ａ、２Ｂおよび３Ａ、３ Ｂを載置し、これら端板と熱交換プレートのパッケージとの間にろう付は材を配 置する。プレートのパッケージ全体を圧縮してプレート間の接触を良くし、その 後プレートのパッケージを炉内で加熱してプレートを互いにろう付けする。

プレートのパッケージを炉から取り出した後ワッシャ１０．１１付きのロッド８ ，９を取り付け、ナツト１４．１５を締めることによりオーク１２．１３付きの 接続部材６，７を固定する。プレート熱交換器の実施例において、端板２Ａ、ｊ Ｂおよび３Ａ、３Ｂは数箇所で各隣接する熱交換プレートにしつかりろう付けさ れかつ流路４，５の周りのエリアで液密封止されている。

所望により、端板を書いて替りにロッド８，９を、その一端において流路４，５ より直径が僅かに大きく接続部材６，７を取り付けたときプレートのパッケージ の最外側熱交換板の背面に液封されて押圧される、ワッシャ１０に対応する、円 板と接続することができる。また、この円板はプレートのパッケージのプレート を互いにろう付けするのと同時に、ロッド８，９と共にプレートのパッケージ上 へろう付けすることもできる。

要　約 プレート熱交換器において、プレートエレメントの１つの積重ね（よ各プレート エレメントの間に熱交換流体（Ｆｌ）の流動空間を画定する２枚の熱交換板（１ ６，１７）を有し、これらの熱交換板の縁部およびプレートの熱交換部に分布さ れたいくつかの場所において、例えばろう付は等により、互いに永久的に接合さ れている。各熱交換板はその熱交換部にプレスにより形成された山部と谷部（２ ３，２４）を有しかつ少くとも４つの貫流開口（Ａ−Ｄ）のあるボート部を持っ ている。隣接するプレートエレメント（１６，１７＋１８．１９）は各貫流開口 周りだけが、例えばろう付けにより、−緒に永久的に接合されている。プレート エレメントの積重ねは貫流開口中を延びる部材（８゜９）により保持される。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年８月２７日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．一方の流体から他方の流体へ熱を伝達するプレート熱交換器であって、該熱 交換器はプレートエレメントの積層により構成され、該プレートエレメントはそ のプレートエレメントの面を横切って延びる保持部材により一緒に保持され、各 プレートエレメントは、それぞれ、対向する熱交換部およびポート部を有する２ 枚の熱交換板から構成され、該ポート部は揃った貫流開口を有し、各プレートエ レメントの熱交換板はさらに、ろう付けにより、その縁周りおよび熱交換部上に 分布されたいくつかの場所で一緒に永久的に接合されており、各熱交換板はその 熱交換部をプレスして形成された山部および谷部を有し、隣接する２つのプレー トエレメントは各熱交換板の熱交換部を介して互いに密着して熱交換板間の熱伝 達を容易にし、熱交換板に生じた孔を通しての熱交換エレメント間の流体の漏れ が外部へ流出される、プレート熱交換器において、各熱交換板（１５〜２２）は 貫流開口（Ａ〜Ｄ）を有する少なくとも４つのポート部を有し、各プレートエレ メントの熱交換板（１８，１９）は互いに当接し、かつ各熱交換板の熱交換部お よびその少くとも２つの貫流開口を包囲する線に沿って、そしてまた、各熱交換 板の他方の２つの貫流開口それぞれの周りで互いに永久的に液密に接続され、隣 接するプレートエレメント（１６，１７；１８，１９）は各熱交換板のポート部 を介して互いに隣接しかつその各貫流開口（Ａ〜Ｄ）周りで互いに永久的に液封 されて接続され、 該保持部材（８，９）は熱交換板の貫流開口の中を延びている、 ことを特徴とするプレート熱交換器。
2. ２．熱交換板の熱交換部内にプレスにより形成された山（２３）および谷（２４ ）のパターンにおいて、各プレートエレメントの一方の熱交換板の山が他方の魚 交換板の山と交差しかつ当接し、２つの隣接するプレートエレメント間の空間に おいては、一方の熱交換板の山が他方の熱交換板の谷内に延びている、請求項１ 記載のプレート熱交換器。
3. ３．熱交換板は同一であり、各プレートエレメント（１８，１９）の一方の熱交 換板（１８）がそれ自身の平面内で他方の熱交換板（１９）に対して１８０°回 転した向きとされている、請求項１または２記載のプレート熱交換器。
4. ４．全ての熱交換板の縁部がプレート面を横切って同じ方向へ彎曲され互いに重 ねられている、請求項１〜３のいずれか１項に記帳のプレート熱交換器。
5. ５．各保持部材（８，９）の各端部が１枚の熱交換板よりも剛性が大きい剛性の 部材に接続されており、該剛性の部材が保持部材がその中を延びている貫流開口 と同心に揃えられている領域の周りで積重ねられている最外側のプレートエレメ ントに液封されて接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレー ト熱交換器。
6. ６．保持部材の一端における剛性の部材が一方の流体を供給および排出する接続 部材（６，７）により構成されている、請求項５記載のプレート熱交換器。
7. ７．接続部材（６，７）が保持部材（８，９）に着脱可能に接続されている、請 求項６記載のプレート熱交換器。
8. ８．保持部材の一端における剛性の部材がプレートエレメントの貫流開口と同心 に揃えられた領域の周りで、積重ねられた最外側のプレートエレメントに液封さ れて接続されている剛性板（２Ａ）からなる、請求項５記載のプレート熱交換器 。
9. ９．剛性板（２Ａ）がプレートエレメントの貫流開口と同心に揃えられた最外側 のプレートエレメントの領域の少くとも２つの領域を覆いかつ少くとも２つの保 持部材（８，９）に接続されている、請求項８記載のプレート熱交換器。