JPH06508914A - 平板熱交換器 - 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】 発明の名称 多重壁伝熱板 本発明は、−次流体が多重壁伝熱板を通じて二次流体と熱接触状態にされる、平 板熱交換器に用いられる伝熱板、及びかかる平板熱交換器を組み立て且つ密封す る方法に関し、最後に、多重壁伝熱板から成る平板熱交換器に関する。

平板熱交換器は、液体、又はガス状の形態の流体が平板熱交換器を通って連続的 に流れる間に、その流体を適当な温度に加熱し、又は冷却する多くの工程分野で 利用されている。ある流体を加熱しようとするとき、その流体は、平板熱交換器 内の狭い通路を通って流動させられ、該通路は、被加熱流体に対して向流状態で 平板熱交換器を通って流れることが望ましい放熱流体に対し、大きい熱接触面を 有する。流体を冷却すべきとき、熱交換器内の他方の流体が熱を吸収する。

この構造は、周知であるが、その個々の伝熱板が、通常、単一壁のものであるた め、幾つかの欠点がある。

腐食の結果、平板熱交換器の二つの流体が混合される場合があるが、このような ことは、許容し得ないことである。故に、伝熱板の状態を定期的に検査すること が必要とされ、これは、平板熱交換器を分解し、伝熱板の各々を検査して初めて 実施可能である。従って、平板熱交換器が使用されるプロセスシステムの運転を 中断しなければならず、又、この作業は、極めて労働集約的な定常業務である。

更に、平板熱交換器を通って流れる流体は、極めて腐食性に富むことが多く、こ の不利な性質は、運転温度によって一層、顕著となる。

このため、単層壁の伝熱板の場合、最も腐食性に富む流体に合わせて平板材料を 選択しなければならず、このことは、材料コストを著しく増大させる。

例えば、この平板熱交換器を船舶のエンジン装置に使用する場合、高温のエンジ ン水は、低温の海水で冷却される。公知であるように、海水は、ステンレス鋼に 対してすら極めて腐食性があり、このため、例えば、チタン、又はチタン合金製 の伝熱板を使用することが多い。平板熱交換器の、その他の使用例としては、例 えば、食品業界でのフルーツジュースの加熱がある。

このように、平板熱交換器内の流体が互いに接触する前に、平板の欠陥を検出す ることの出来る平板熱交換器がめられている。近年、伝熱板として多重壁平板を 使用する努力が為されており、特に、二重壁伝熱板が非常に注目されている。非 常な金属接触（ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｃｏｎｔａｃｔ）があるものの、層が、機械 的にしか接着されないため、伝熱板の平板層の間から液体が漏洩する可能性があ り、又、漏洩した液体がその漏洩箇所から平板熱交換器の外側に達したところを 適当な時間の後で検査すればその液体が検出されるため、平板の一つの腐食を比 較的早期に検出することが可能である。このように、平板熱交換器の二つの液体 が混合する前に、漏洩を検出し、その損傷を補修することが可能である。

伝熱板はポート穴を有し、このため、ガス炉・ソトを挟んで伝熱板を組み重ねて 、伝熱板に直交する流体通路を形成するとき、ポート穴の縁部が上記流体通路に 面するので、この技術には、大きな欠点がある。このため、流体通路からの流体 が伝熱板の平板層の間から漏洩するのを防止し得るように、ポート穴の縁部を効 果的に密封することが必要となる。このシールは、通常、伝熱板の平板をポート 穴の周りで互いに溶接することで形成される。この解決策は、伝熱板の穴を個々 に溶接することを必要とするが、このことは、機械で溶接してもコストが増す結 果となる。共に溶接すべき伝熱板の平板層として、平板層は略均−な材料性質を 有しなければならず、その結果、ステンレス鋼、チタンのような異なる金属を共 に溶接することは不可能である。溶接工程中にポート穴の周囲で伝熱板に付与さ れる粗な熱処理の結果、その後に平板熱交換器で使用されるときにこれらの箇所 が特に腐食される可能性がある。故に、前記ポート穴を密封して、個々の平板層 の間からの流体の漏洩を防止する形態は、工業用の用途には不適である。

故に、本発明の目的は、ガスケットにより得られる密封以外の密封を必要とせず に組み立て可能であるように、平板熱交換器の製造に使用し得る多重壁伝熱板を 提供し、これにより、二つの伝熱板の間に形成された空洞が−組みの液体人口及 び出口のみに連通ずることを保証し得るようにすることである。

これは、請求の範囲第１項の特徴部分に記載した伝熱板により実現される。

伝熱板は、機械的に相互に保持されたばらばらの壁要素から成る。伝熱板の平板 が、異なるボート穴寸法を有するので、同大の周りに沿うように伝熱板の一側部 に係合されたガスケットは、個々の穴の周りで伝熱板の壁層の間に不可避的に存 在する空隙を通って液体、又はガスの形態の流体が漏洩するのを防止することが 出来る。　・ 多重壁伝熱板は、通常、二つの平板層で製造されており、従って、二重壁である 。二つの層の価格が著しく異なる場合、壁の厚さを、それに応じて調整すること が出来る。このように、伝熱板に機械的強度を付与し、従って、主たる厚さを有 する平板層には最も低床な材料を使用する一方、より高価な材料で形成されるそ の他方の要素の層は、伝熱板の、強固な構成要素で、支持し、所望の耐食性に依 存してのみ選択することの出来る厚さにすることが出来る。

又、本発明は、平板熱交換器を組み立てる方法、及び請求の範囲第１項に記載さ れた型式の伝熱板で構成された平板熱交換器に関する。

前記の本発明は、多重壁伝熱板に伴う利点を保持する一方、単一壁の伝熱板の平 板熱交換器の組み立ての場合と同様に容易な組み立て方法を提供するものである 。これら伝熱板は、通常、仕上げた伝熱板の形状に対応する形状に平板（ｐｒｅ −ｐｌａｔｅｓ）を打ち抜いて製造される。伝熱板のポート穴は、個々の平板層 を成形した・後に、打ち抜くことが便宜であり、それは、平板のその他の幾何学 的形状が設定されているとき、穴の位置を最も良く制御し得るからである。配管 路は、伝熱板の同一側、即ち、同じ長手方向縁端に一つずつ人口及び出口を有す ることが出来る。

ガスケットを伝熱板の穴の周囲に配置するとき、該ガスケットは、各平板層の終 端部分に形成される環状の空隙を覆う。更に、該ガスケットは、通常の機能、即 ち、液体が二つの伝熱板の間に形成された空洞内に漏洩するのを防止する機能を 果たす。このように、一つの平板の厚さに等しい高さの段が、伝熱板に組み込ま れた二つの平板間の移行部分に存在する。このようにして、密封用に使用される ガスケットには、相補的な段が形成され、このことは、伝熱板との一層の係合を 保証する点で有利である。

伝熱板には、二枚より多くの平板を使用することが便宜であるならば、例えば、 階段状構造を穴領域に設け、その場合、ガスケットが、相補的な係合面を備えて 形成されることが便宜である。

以下、添付図面に関して、本発明を好適な実施例について、より詳細に説明する 。添付図面において、第１図は、平板熱交換器を提供すべく伝熱板を組み立てる 方法を示す概略図、 第２図は、平板熱交換器用の、本発明による伝熱板を示す図、 第３図は、第２図に示した伝熱板の拡大部分図、第４図は、第２図に示した、本 発明の伝熱板が積み上げられたときの、ガスケットの配置状態を示す断面図、 第５図は、本発明による二重壁伝熱板の好適な実施例において、コーナー穴の周 囲にガスケットを取り付ける状態を示す概略図的な断面図、 第６図は、本発明による多重壁伝熱板の、対応する図、 第７図は、本発明による伝熱板の別の実施例において、ガスケットが平板体の間 の空隙を密封する状態を示す図、 第８図は、本発明による二重壁伝熱板の別の実施例を示す図、 第９図は、伝熱板のガスケットを平板熱交換器の配管路を囲繞する部分と、伝熱 板の周縁に従う部分とに分割する方法を示す図である。

平板熱交換器の機能は、第１図に概略図で示しである。

この原理を理解するのに必要な部品のみが示してあり、かかる理由のため、平板 熱交換器の平板の全体的な組み立て及び平板熱交換器の配管路への液体導管の接 続状態は図示を省略してあり、更に、これらの詳細は、当業者に周知であろう。

本発明は、４つのポート穴を有する略矩形の伝熱板から成る平板熱交換器に関し て以下に説明するが、当業者には、これらの伝熱板の形状及びポート穴の数は、 平板熱交換器の用途及び機能に応じて別のものとすることが可能であることが明 らかである。

第１図には、通常、平板熱交換器の伝熱板の総数の極く一部にしか過ぎない５つ の矩形の伝熱板１０が示しである。これら伝熱板１０の各々は、４つのポート穴 １２と、流体或は液体か流れ渡る領域１４とを備えており、液体の流れは、平板 熱交換器のポート穴１２を形成して第一の液体のための、平板熱交換器液体入口 に接続された通路である配管路１５から、二つの伝熱板１０の間を通って、平板 熱交換器の、第一の液体のための液体出口に接続された配管路１６に至るまで許 される。このように、第一の液体が通常、伝熱板１０の間に形成された−っおき の空洞（ｃａｖｉｔｉｅｓ）を通って流動する一方、第二の液体は、その他の空 洞を通って流動する。液体の一方かその他方の液体にエネルギを放出して冷却さ れ、又はその他方の液体からエネルギを受け取って加熱されるように、このよう に二つの液体は、伝熱板を介して熱的に接触する。この他方の液体は、配管路１ ６を通じて供給され、伝熱板１ｏの間に形成された空洞を通って流れた後、配管 路１８を通って平板熱交換器から出る。これら二つの液体が、向流状態で空洞を 通って流れ、これにより、最大の熱伝達を実現する点が有利である。

第１図に図示した伝熱板１０の一つが第２図に更に詳細に示しである。この第２ 図には、第１図と同様、本発明及び従来技術による平板熱交換器における伝熱板 が示しである。該伝熱板１ｏには、平板熱交換器を組み立てる前に、例えば、接 着により、又は機械的に保持することにより、伝熱板に便宜に取り付けることの 出来るガスケットが設けられ、全体として符号２゜で示される。該ガスケット２ ０はガスケット部分２２を備えている。ガスケット部分２２は、個々の伝熱板１ ０の外周に略従っていることにより、平板熱交換器を組み立てたとき二つの伝熱 板の間に形成される空洞を密封する。該ガスケット部分２２は、液体が配管路へ の入口から、二つのポート穴１２を介して、その出口まで伝熱板１０上を通って 流れるのを許容する。又、該ガスケット部分２２は、液体が他方のポート穴１２ から二つの伝熱板の間の空洞に流れ込むのを阻止する。

更に、図示した実施例において、伝熱板の間の空洞に連通しないポート穴１３を 囲繞し且つ密封する二つのリング状ガスケット部分２４をガスケット２ｏは備え ている。この場合、該リング状ガスケット部分は、つなぎ部２６を介してガスケ ット部分２２に接続されているので、ガスケット２０の一体部分である。これら のつなぎ部２６は、ガスケット２０の他の部分よりも厚さの薄い部分を備えてい るので、平板熱交換器を組み立てたとき、ガスケット部分２２．２４の間の空洞 を換気し得る点で有利である。

これとは別に、第９図に図示するように、それぞれのガスケット部分が接触する 液体に対する抵抗力の点で個々のガスケット部分が満足し得る必要条件にのみ依 存して、ガスケット部分を異なる材料で形成することが出来るように、ガスケッ ト２０は、環状ガスケット部分２２と、二つの別個のリング状ガスケット部分２ ４とに分けることが出来る。これにより、最も高価な材料は、その材料が必要と される箇所にしか使用されないため、材料コストの節減が可能となる。

第２図から、平板熱交換器を組み立てるときに、ガイドレールを受け入れ、これ により、完全な組み立てを保証する切欠き３０を伝熱板１０が備えていることが 理解される。液体が流れ渡る、伝熱板１０の領域は、例えば、洗濯板形のような パターンに成形された中央領域３４に分割される一方、ポート穴１２．１３の周 囲の領域３２には、略斜めの通路が設けられている。

この通路は、第２図には図示されていないが、当業者に周知であり、又、第３図 から推測することが出来る。

この伝熱板の隆起は、液体の流量を少なくして液体間の良好な熱伝達を保証する 一方、平板熱交換器の圧縮に起因する圧力を伝熱板断面全体に分配するというよ うな、いろいろな機能を果たす。

第３図には、本発明による二重壁伝熱板のポート穴の周囲の詳細が示されている 。該図面には、ポート穴からの液体を第２図に示した中央領域３４まで下方に流 動させる直線状通路を有する領域４０が示されている。二つの伝熱板を互いに圧 接すると、これらの通路は、互いに交差し、これにより、液体は、これらの通路 に対し横に分配される。切欠き３０の周囲には、液体が通らない領域４２があり 、又、この領域４２は、ガスケット２０の外側に配置されている（第２図）。

この領域は、圧力を逃がすため、幾つかの隆起を有し、ガスケットの外側に同様 に配置され且つ波型に曲げられた縁領域４４に合流する。

該伝熱板は、環状ガスケット部分２２（第２図）を受け入れるよう構成された直 線状溝５０と、リング状ガスケット部分２４がその内部に配置される第二の溝５ ４とを備える連続的な（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）平面状ガスケット領域を備えて 製造される。又、第２図に示した型式のガスケットの場合、このガスケット領域 は、つなぎ部２６が収容される二つの接続溝５２を備えている。

ガスケット用の溝の間の領域４６には、ポート穴１２の周囲の領域を補強するた めに、放射状の通路が設けられている。ポート穴１２の縁部４８は、波形であり 、このことは、本発明による多重壁伝熱板にとって重要なことであり、伝熱板の 一つの壁層が、ポート穴の縁端から成る距離の箇所で終っていることが理解され る。

ガスケットに面した、この壁層の端末、或は縁端６０は、リング状ガスケット溝 ５４内の中央に配置されることが望ましく、この理由により、実際の縁部４８は 、単一壁であり、故に、前記成形（ｔｈｅ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ）により強化され ている。一方の壁層はリング状ガスケット通路５４の中央で終端となるため、既 存のガスケットを使用して、これらの壁の間と二重壁の伝熱板間との空隙を密封 することが出来る。これにより、簡単な方法で伝熱板の壁の間で配管路からの液 体の漏洩が防止される。このように、ポート穴において相互に溶接し、又は公知 の技術を利用して別の方法で密封することができない二つの異なる平板材料で伝 熱板を製造することが可能となる。

第４図には、ポート穴の周囲の部分について、伝熱板を組み立てる方法を断面図 で示しである。縁部４８の波形の形状が示してあり、圧縮力の逃がし方が理解さ れよう。この図には、液体の一部が配管路から二つの伝熱板の間の空洞に、又、 一部が伝熱板の個々の壁の間に漏洩するのをガスケット２４がどのように防止す るかが示されている。ガスケット２４．２６は、弾性的なものとして示してあり 、このため、これらガスケットは、圧縮されたときに変形し、良好なシールを形 成する。伝熱板の間に形成された空洞にこのように、液体が配管路から流れ込む 様子を矢印で示しである。

第５図乃至第８図には、多重壁伝熱板のためにポート穴に緊密なシールを形成す る各種の方法が概略図的に示しである。第３図及び第４図に関して説明した本発 明の伝熱板の好適な実施例に第５図が対応するように、実際の縁部４８（第３図 ）は、わかり易いように省略しである。第５図に図示した実施例は、二重壁伝熱 板を備えており、ガスケット１００に面した壁１１２は、ガスケットに、あまり 面していない壁１１０よりも穴の直径が大きい。この段の高さが高く、即ち、０ ．２ないし０．５ｍｍ以上であり、ガスケットの材料がかた過ぎて、十分なシー ルを提供し難い場合にガスケツｌ−１００が、対応する相補的な段付き構造に対 し相補的な係合面を備えて有利であるように、このように、段付き構造が形成さ れる。

第６図には、四重壁伝熱板が示してあり、ここで、これらの壁１１０ないし１１ ６は、ガスケット１００の方向に向けて穴の直径が増大し、該ガスケット１００ は、壁により形成された段の形状に対応する相補的な係合面を備える点で有利で ある。この構造は、貴金属、チタン等のような耐食性材料で外壁を形成する場合 に有利であり、この理由のため、材料コストに鑑みて、最小の肉厚にされるべき である。故に、組み立てた伝熱板を支承し得る−又は複数の中央壁が必要とされ る。第７図には、第６図に示した実施例の一つの変形例が示してあり、実際のガ スケット領域が、第５図に示した実施例におけると同様に終るように、ここで、 壁１１８は、壁１１２．１１４を越えて内方に伸びている。

第８図には、壁１０８が曲げられ、ガスケット１００に面するように壁１１２の 上に重ね合わせられた一つの実施例が図示されている。この実施例では、例えば 、プラスチック、又は延性のある弾性的金属のような、適当な性質の、屈曲可能 な材料で壁１０８を形成することが必要である。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年１２月２８　ｍ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．二以上の平板を圧締することにより製造され、幾つかの伝熱板が組み合わせ られるときに平板熱交換器の配管路を形成する複数の穴を該伝熱板が有する、平 板熱交換器に使用される多重壁伝熱板において、該伝熱板に組み入れられる壁層 の一つが伝熱板の当該穴に対応する穴断面を有するように、並びに、該伝熱板に 組み入れられた一又は複数のその他の壁層が、異なる穴断面を有するように、前 記伝熱板の穴の少なくとも幾つかが設けられたことを特徴とする多重壁伝熱板。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の伝熱板であって、複数組みの対の穴を提供すべき ポート穴を備えた二重壁伝熱板として形成され、前記伝熱板が、平板熱交換器を 提供するために他方の伝熱板に積み重ね得るように構成され、二つの伝熱板の間 にガスケットが配置され、配管路の入口及び出口が他方の組みのポート穴を通じ て二伝熱板間の流れを介して連通することが出来るように該ガスケットが、伝熱 板の外周に沿って且つ一組のポート穴の周りに延設された伝熱板において、前記 ガスケット付きポート穴の周囲の領域それぞれの内で、該ガスケットに面した壁 層がガスケットの介在しない方向寄りの壁層よりも大きい穴直径を有するように 前記伝熱板を構成し、前記ガスケットが、勝接する壁層の穴終端部の周りの領域 及び他方の平板の裏側の双方に係合させられたことを特徴とする多重壁伝熱板。
3. ３．組み立てられたときに組み重ねられる複数の多重壁伝熱板を備え、該伝熱板 の各々が、該伝熱板が組み重ねられたときに平板熱交換器の配管路を形成する複 数の穴を有し、組み重ねられた伝熱板の間に空洞が形成され、該空洞が一組みの 穴を通じて配管路の入口及び出口に連通し、平板熱交換器を組み立てたときにガ スケットが配置され、該ガスケットが二つの隣接する伝熱板の外周に沿い且つ他 方の穴の周囲に延設された平板熱交換器を組み立てる方法において、組み重ねら れる間にガスケットが設けられる穴の周囲のそれぞれの領域内において、ガスケ ットの介在しない方向寄りの、伝熱板の壁層の穴が、ガスケットに、より近接し て配置された一又は複数の壁の、対応する穴よりも小さい直径を有するように伝 熱板が構成され、ガスケットが、該当する穴を囲繞し且つ伝熱板における最も離 れた壁層の後側に係合し、更に、伝熱板に組み込まれた他方の壁層の終端部分を 越えて内方に伸長し、これにより、該壁層に重なり合うことによって、当該配管 路と伝熱板間に形成された空洞との間を流体が通過するのを防止し、更に、流体 が前記伝熱板に組み込まれた前記壁層の間から漏洩するのを防止し得るように、 伝熱板を組み立てるときにガスケットが二つの伝熱板の間に配置されたことを特 徴とする平板熱交換器の組立方法。
4. ４．組み立て時に組み重ねられる複数の多重壁伝熱板を備えた平板熱交換器であ って、該伝熱板の各々が、伝熱板が積み重ねられるときに平板熱交換器の配管路 を形成する複数の穴を有し、組み重ねられた伝熱板の間に形成された空洞が一組 みの穴を通じて一つの配管路の入口及び出口と連通し、伝熱板の外周に沿って且 つ他方の穴の周囲でガスケットが二つの隣接する伝熱板の間に配置された平板熱 交換器において、組み立て時にガスケットが設けられた穴の周囲のそれぞれの領 域内において、ガスケットの介在しない方向寄りの、伝熱板の壁層の穴が、ガス ケットに、より近接して配置された一又は複数の壁層の、対応する穴よりも小さ い直径を有するように伝熱板が構成され、当該配管路と、隣接伝熱板間に形成さ れた空洞との間を液体が通過するのを防止するために二つの伝熱板の間に配置さ れたガスケットが、該ガスケットが、伝熱板の、該ガスケットに対して最も離れ た壁層の後側に係合し且つ伝熱板に組み込まれた他方の壁層の終端部分を越えて 内方に伸長し、これにより該壁層に重なり合うことによって、当該配管路と、二 つの伝熱板間に形成された穴との問を流体が通過するのを防止し、更に、流体が 前記伝熱板に組み込まれた前記壁層の間から漏洩するのを防止するようにしたこ とを特徴とする平板熱交換器。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の平板熱交換器において、対向する二つの伝熱板の 間に配置され且つ配管路を囲繞するガスケットが、二つの伝熱板の外周に沿って 伸長したガスケットの一体部分であることを特徴とする平板熱交換器。
6. ６．請求の範囲第４項又は第５項に記載の平板熱交換器において、二つの対向す る伝熱板の間に配置され且つ配管路を囲繞するガスケットには、伝熱板の壁層終 端部分に対応する階段状断面が付与されたことを特徴とする平板熱交換器。
7. ７．請求の範囲第４項に記載の平板熱交換器において、二つの対向する伝熱板の 間に設けられ且つ配管路を囲繞するガスケットが、二つの伝熱板の外周に沿って 伸長したガスケットとは別に設けられ、これと異なる材料で作られたことを特徴 とする平板熱交換器。