JPH07508581A - 流量が相異なる２液体のためのプレート型熱交換器 - 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】 流量が相異なる２液体のためのプレート型熱交換器本発明は、流量が相異なる２ 流体間の熱伝達のためのプレート型熱交換器であって、複数の概して長方形の熱 伝達プレートを含んで成り、それら熱伝達プレートの各々が、それの隅部分を貫 通しているそれぞれの流体の入口と出口の開口と、それぞれの入口と出口の開口 の間の中央に位置している熱伝達部分と、熱伝達部分とそれぞれの入口と出口の 開口の間に位置していて二つの流体がそれぞれの入口から熱伝達部分へと流れる ときにその流体を分布させるように形成されている二つの分布部分を有している 。プレート型熱交換器に関する。

従来作られているプレート型熱交換器は、普通、両方の流体のために同じ種類の 入口と出口の開口を有している同形の熱伝達プレートのパッケージを有する。

このような、同じ種類の入口と出口の開口を有する熱交換器は、両方の流体の流 量が等しい場合にのみ最適に用いられる。もし、それら流体の一方のもので他方 の流体よりも、熱交換器を通過する流量が小さいならば、それら流体の圧力降下 が相異なることになる。何故ならば、圧力降下は、体積流量の二乗に比例して変 わるからである。このことは、もし各熱伝達プレートの両側において流体の流れ が相異なるならば、流体と熱伝達プレートの間の熱伝達が最適にはなり得ない、 ということを意味する。

熱交換する両流体間のいわゆる非対称流れとの関係で熱伝達を増大させるために 、以前には、ＥＰ　４７００７３で開示されたように、熱伝達プレートの一方の 側にある流れダクトの体積を減らすこと、または、ＥＰ　８８３１６またはＥＰ 　２０４８８０で開示されたように、複数の熱伝達プレートでの相異なる波型パ ターンの組み合わせによって流れダクトの流れ抵抗を変えること、が提案されて 来た。これらの、以前に提案された構造方法において共通であるのは、２流体間 の非対称流れが少ししか生じないことと、熱伝達プレートを通しての熱伝達が両 方の流体に十分に効果的にはならないことである。

本発明の一つの目的は、前述の種類のプレート型熱交換器における、流量が相異 なる２流体間の改善された熱伝達を達成することにある。追加的な−っの目的は 、流量が相異なる２流体間の、以前から公知のプレート型熱交換器に比べてより 大きい非対称流れを生じさせるプレート型熱交換器を提供することにある。

これらの目的は、熱伝達プレートの、前記の２流体のうちの第１のものの入口と 出口の開口の大きさが、他方の流体の入口と出口の開口の大きさよりも小さくな っており、そして、熱伝達プレートが、それの各分布部分においては、第１の流 体の入口と出口の開口と熱伝達部分の間を流れる第１の流体の流れ抵抗が、第２ の流体の入口と出口の開口と熱伝達部分の間を流れるその第２の流体の流れ抵抗 よりも大きくなるように形作られている、ことによって達成される。

本発明は、熱伝達プレートの両方の側において、二つの熱交換する流体の流量が 相異なっていても、圧力降下は同じ大きさになることを狙っている。つまり、例 えば、第１の流体すなわち流量が最も小さい流体の流れ状態が、熱伝達に関して 最適化され、それと同時に、他方の流体すなわち流量が最も大きい流体の流れは 簡単化される。

各分布部分において、第１の流体の流れ経路を他方の流体の流れ経路よりも長く することによって、第１の流体の流れ抵抗は他方の流体の流れ抵抗よりも大きく できる、ことが望ましい。

また、第１の流体の流れの全幅が他方の流体の流れの全幅よりも小さくなるよう に分布部分を形成することによって、第１の流体の流れ抵抗を他方の流体の流れ 抵抗よりも大きくすることができる。

二つの流体の流れ抵抗は、熱伝達プレートの両分布部分におけるプレス加エバタ ーンを、各熱伝達プレートの一方の側においては他方の側におけるよりもプレス 加工深さがより小さくなるように設計することによっても、不ぞろいにされ得る 。換言すれば、各分布部分のレベルは、熱伝達プレートの、より小さい流量が意 図された側では、より大きい流量が意図された側よりも、流れダクトがより浅く なるように変位させられ得る。これにより、それら熱伝達プレートは、２流体の 非対称流れを大きくして、効果的な熱伝達を可能にする能力を増大させる。

熱伝達プレートに、一つには、相異なる２流体のために相異なる大きさの入口と 出口の開口を設けること、また一つには、分布部分における、大きい方の開口を 通る流れには比較的に広い入口フロントと出口フロントを与え、小さい方の開口 を通る流れには比較的に狭い入口フロントと出口フロントを与えるようなプレス 加エバターンを設けることにより、大きい方の開口を通る流れの容量は増大し、 小さい方の開口を通る流れの容量は減少するようにできる。このようにして、熱 伝達プレートは、二つの相異なる流体の流れの間の大きい非対称を生じさせる一 方で１両方の流体のために、それら流体間の熱伝達にとって好都合な流れ状態を 実現する。

以降においては、添付の図面を用いて本発明をより詳しく説明する。それら図面 においては、図１は、本発明のプレート型熱交換器を概略図的に示し、 図２は、図１のプレート型熱交換器用の第１の熱伝達プレートを示し、 図３は、図１のプレート型熱交換器用の第２の熱伝達プレートを示し、 図４は、本発明のプレート型熱交換器用で、別設計の熱伝達プレートを示してい る。

図１において、複数の薄い熱伝達プレート２のパッケージ、一つの前方エンドプ レート３、及び−っの後方エンドプレート４を含んで成るプレート型熱交換器ｌ が示されている。前方エンドプレート３は、流量が比較的に小さい第１の流体の 入口開口５と出口開口６、さらに、流量が比較的に大きい第２の流体の入口間ロ アと出口開口８を示している。

熱伝達プレート２には、プレス加工によって、尾根と溝の形での一つのパターン が設けられていて、交互にある第１と第２の熱伝達プレートの尾根は相互に突き 当たっている。熱伝達プレート同志間に配置されたシール手段が、一つおきのプ レート間スペースにおいて第１の流体の流れスペースを限界し、残りのプレート 間スペースにおいては他方の流体の流れスペースを限界している。

図１における熱伝達プレート２同志は、ろう付けによって結合されているが、別 案としては、本発明のプレート型熱交換器における熱伝達プレートは、フレーム の利用によるとか、または、その他の適当な方法によって相互に保持され得る。

図２においては、細長くて概して長方形であって、入口と出口の開口、それぞれ ５ａ、６ａと、７ａ、８ａ、を有する第１の熱伝達プレート２ａが示されている 。それら入口と出口の開口は、熱伝達プレートの隔部分９ａ、’１０ａ、１１ａ 、及び１２ａの中に位置している。第１の流体の入口と出口の開口５ａと６ａは 、熱伝達プレートの一つの長辺１３ａの方に位置しており、他方の流体の入口と 出口の開ロアａと８ａは、熱伝達プレートの他方の長辺１４ａの方に位置してい る。

熱伝達プレート２ａは、平行な流れを目的として、つまり熱伝達プレートの各側 で流れる流体の主たる流れ方向が互いに平行であるように設計されている。

本発明によれば、第１の流体の入口と出口の開口５ａと６ａは、相等しいが、他 方の流体の入口と出口の開ロアａと８ａよりは、本質的により小さい、なお。

入口と出口の開ロアａと８ａは、相等しい。

さらに、熱伝達プレート２ａは、上側分布部分１５ａ、下側分布部分１６ａ、及 び、それらの間に配置された。主として熱伝達用に意図された部分１７ａを有す る。

上側分布部分１５ａと下側分布部１分１６ａは、本質的には英国特許ＮＯ，１３ ５７２８２の内容に従って形作られたプレス加工のパターンを示している。つま り、それら分布部分は、熱伝達プレート２ａに平行な一つの面から上向きにプレ ス加工された相互に近接して延びる尾根１８ａと、前記の面から下向きにプレス 加工された尾根１８ａとは角度をなして相互に近接して延びる溝１９ａとを有す る。溝１９ａが熱伝達プレート２ａの反対の側においては尾根を形作っているこ とにより、熱伝達プレートはそれの両側において尾根を有しており、それら尾根 は中間のプレートの部分と共に、分布部分１５ａと１６ａのそれぞれの側での、 熱伝達する流体のためのダクトを形作っている。このようにして形作られたプレ ートの一方の側のダクトは、同様に形作られたプレートの他方の側のダクトに対 して角度をなしている。

図２で見られるように、図示の側における、それぞれの分布部分１５ａと１６ａ の尾根１８ａは、本質的に、比較的に大きい開ロアａと８ａから熱伝達部分１７ ａに向かう方向に延びている一方で、溝１９ａは、本質的に、比較的に小さい開 口５ａと６ａから熱伝達部分１７ａに向かう方向に延びている。

熱伝達部分１７ａは、尾根と溝の普通のいわゆるヘリングボーンパターンの形で のプレス加エバターンを示している。

図３において、本発明のプレート型熱交換器において図２の熱伝達プレート２ａ と組み合って働くようになっている第２の熱伝達プレート２ｂが示されている。

熱伝達プレート２ａにおいても見られる熱伝達プレート２ｂ上の諸詳細部分には 、同じ参照番号、ただし。

＝ｉ　ａ”の代わりにｂ”をつけた参照番号を付与しである。

熱伝達プレート２ｂにおいては、分布部分１５ｂと１６ｂの各々において、尾根 １８ｂと１９ｂは、対応する図２の熱伝達プレート２ａの尾根１８ａと１９ａと 比べて異なるように形作られている。つまり、尾根１８ｂは、本質的に、比較的 に小さい開口５ｂと６ｂから熱伝達部分１７ｂに向かう方向に延びている一方で 、溝１９ｂは、本質的に、比較的に大きい開ロアｂと８ｂから熱伝達部分１７ｂ に向かう方向に延びている。

熱伝達プレー）２ｂの熱伝達部分１７ｂも、対応する熱伝達プレート２ａのその 部分１７ａと比べると、プレス加工されたヘリングボーンパターンの尾根と溝の 方向において異なっている。

２枚の熱伝達プレート２ａと２ｂがプレート型熱交換器の中で相互に近接して置 かれたときには、それらプレートの分布部分、それぞれ１５ａ、１６ａと、１５ ｂ、１６ｂ、の領域の中では、それらプレートのうちの一方のものの上の尾根が 、それに平行に延びている他方のプレート上の尾根に当たっている。熱伝達部分 １７ａと１７ｂの領域においては、それらプレートのへリングボーンパターンに おける尾根は、相互にクロスして当たって、いわゆるクロス波型パターンを形作 っている。

熱伝達部分同志が組み合って働いて、相互にクロスする尾根の間において両プレ ート間を流れる流体の流れ方向に見ての鈍角が形成されるようなりロス波型パタ ーンを生成させる。という２枚の熱伝達プレートは、極めて大きい流れ抵抗を流 体に賦課する。この場合、流れ速度は、熱伝達プレートの形状の故に、分布部分 の領域内で主たる熱伝達部分の領域における大きさの約２倍の大きさであるにも かかわらず、熱伝達プレートの分布部分は、普通には、プレート間スペースにお ける流れ抵抗に、割合では極めて小さい寄与しかしていない。

相互にクロスする尾根の間において、上記とは異なって、対応する鋭角を形成す るようなヘリングボーンパターンを有する熱伝達部分は、上記とは異なり、小さ い流れ抵抗を賦課するので、この場合、プレート間スペースにおける流れ抵抗へ の分布部分の寄与は、割合では相応的に大きくなる。

本発明によれば、二つの熱交換する流体の流れの間の非対称性は、流れ抵抗を、 比較的に大きい流れのためには比較的に小さい流れのためよりも小さくすること によって明らかにされる。このことは、熱伝達プレートの入口と出口の開口を、 大きい流れのためには小さい流れのためよりも大きくすることと、分布部分を、 大きい流れのためには比較的に幅広くかつ短くし、その犠牲として、小さい流れ のためには、対応するように、より長く、より幅狭くすること、によって達成さ れる。

例えば、分布部分１５２Ｌと１６ａにおいて、比較的に大きい入口と出口の開ロ アａと８ａを通る流体の流れには、幅広い入口と出口のフロントが与えられてい る。つまり、全流れ幅は、熱伝達プレートの、比較的に大きい流れを意図する一 方の側では比較的に大きく。

熱伝達プレートの、比較的に小さい流れを意図する方の側では比較的に小さい。

さらに、分布部分１５ａと１６ａの流れダクトは、小さい流れ用が、太きい流れ 用に比べて長くなっている。

図２．及び３で示された種類の分布部分のためのプレス加エバターンにおいては 、（プレートの一方の側の）大きい流れのためのダクトの貫流面積をさらに大き くして（プレートの他方の側の）小さい流れのためのダクトの貫流面積は犠牲に する、ということが、上向きにプレス加工された尾根と下向きにプレス加工され た溝の間のプレートの部分を１尾根の頂部よりは溝の底部に近付けて位置させる 二とによって、行われ得る。

図４においては、別に設計された熱伝達プレート２０が示されていて、この熱伝 達プレートは、図２の熱伝達プレー）２ａと比べると、主な差異は、第１の流体 の入口開口２５は熱伝達プレートの一つの長辺２１の方に位置しており同じ流体 の出口開口２６は熱伝達プレートの第２の長辺２２の方に位置していることと、 第２の流体の入口開口２７は熱伝達プレートの前記の一つの長辺２１の方に位置 しておりその他方の流体の出口開口２８は熱伝達プレートの第２の長辺２２の方 に位置していることである。熱伝達プレート２０は、いわゆる対角線流れを狙っ て設計されている。つまり、両流体の主たる流れの方向が相互に交差しており、 各々の流れは、熱伝達プレート２０上を対角線的に通り抜けている。

対角線流れに関して言うならば、プレート型熱交換器において隣接する両プレー トのプレス加エバターンの間での所望の組み合っての働きを得るためには、相異 なる２種類の熱伝達プレート（プレス加エバターンが相異なる）が必要である０ 本発明による中央の熱伝達部分の機能も分布部分の機能も、対角線流れを狙った プレート（図４）において、平行流れを狙ったプレート（因２、及び３）と同様 である。

平行流れに関して言うならば、もし、一つおきのプレートを残りのプレートに対 して　１８０°だけ一つの軸線の回りでプレートの面の中で回転させるならば１ 本発明のプレート型熱交換器が１分布部分においても熱伝達部分においてもプレ ス加エバターンが同形に設けられた。ただ１種類の複数プレートによって得られ る。

しかし、このためには、プレート同志間のシール、すなわち、プレートのエツジ に沿ってのシールとプレートの入口と出口の回りのシール、のための構造方法に ついての特別な要求が必要である。

熱伝達プレートの分布部分の領域内において、フロントを、大きい方の流れのた めには小さい方の流れのためよりも　５０％広（することと、ダクトを、小さい 方の流れのためには大きい方の流れのためよりも５０％長くすることを組み合わ せることにより、それぞれのプレート間スペースを通過する流れの両者で圧力降 下は同じくして、大きい方の流れのためのダクトの流れ容量を、小さい方の流れ のためのダクトに比べて２倍にできる。

小さい方の流れのためのダクトをより浅くすることと、大きい方の流れのための ダクトをより深くすることを組み合わせることにおいて１分布部分の領域内にお いての、大きい方の流れと小さい方の流れの間の比が３：１であるような非対称 性が設けられて来た。

熱伝達部分が、鋭角を有して比較的に流れ抵抗が小さいヘリングボーンパターン を有する場合には、プレート型熱交換器全体を通しての熱交換する流体の比３： １が達せられ得る。

熱伝達部分が、鈍角を有して比較的に流れ抵抗が大きいヘリングボーンパターン を有する場合には、プレート型熱交換器を通る大きい方と小さい方の流れの間で の熱交換する流体の比　１．２〜１．５　：　１が達せられ得る。

本発明のプレート型熱交換器においては、熱伝達プレートの両側で、流量が相異 なるにもかかわらず、流れている熱交換する流体の圧力降下は、維持され得る。

このことは、比較的に流量の小さい流体の流れ経路には、熱伝達プレートにおい て同じ大きさの入口と出口の開口を有する従来のプレート型熱交換器における対 応する流れ経路よりも、より小さい貫流面積が与えられている、ということによ って可能になった。このことにより、一方では、比較的に流量の大きい流体の流 れ経路に、従来のプレート型熱交換器における対応する流れ経路よりも、より大 きい貫流面積が与えられる、ということが可能になった。したがって、本発明の プレート型熱交換器には、一つには、従来のプレート型熱交換器よりも、より大 きい高流量の流れ容量が与えられ得るし、また一つには、熱交換する両流体の流 れの一種の非対称性との関係において、従来のプレート型熱交換器よりも、本質 的により大きい熱伝達能力が与えられ得る。

このような、熱伝達プレートのより大きい熱伝達能力は、種々の方法で利用され 得る。つまり、ある決まった熱交換の要求に対しては、本発明のプレート型熱交 換器は、従来のプレート型熱交換器よりも、より少数の熱伝達プレートを用いれ ばよいか、または、各々の熱伝達プレートが、従来の方法で設計された熱伝達プ レートと比べて、より小さく作られてよいか、いずれかになる、後者の場合には 、熱伝達プレートのコストのほか、熱伝達プレートのパッケージを一緒にして保 持するフレームのコストも低減され得る０例えば、後者の場合には１本発明によ って形成された一方に長い形の熱伝達プレートは、対応する従来の熱伝達プレー トよりも、より薄く作られてよい、それにより、フレームも、より薄く作られて よく、したがって、より安価になる。

本発明の利点は、なお、熱伝達プレートの厚さを維持しつつ、高い流体圧力に耐 える熱伝達プレートの能力を犠牲にすることなしに、両流体の流れの非対称性を 簡単化するという行動が行われ得ることである。熱伝達プレート同志間の支持点 や接触点は、従来の熱伝達プレートにおけると同様に近接していればよい。

上記においては、熱伝達プレートの分布部分のための、１種類だけのプレス加エ バターンと、プレートの熱伝達部分のための、１種類だけのプレス加エバターン を説明した。もちろん、後述の「特許請求の範囲」において説明されているとお りの本発明の枠の中において、他の適当なプレス加エバターンが可能になるはず である。

Ｆｉ　ｇ、　２ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、。ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＥ、　ＩＴ、　ＬＵ、　ＭＣ，ＮＬ、 　ＰＴ、　ＳＥ）、　ＣＺ、　ＦＩ、　ＪＰ、　ＫＲ，ＰＬ、　ＲＵ、　ＵＳ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．流量が相異なる２流体間の熱伝達のためのプレート型熱交換器であって、複 数の概して長方形の熱伝達プレート（２ａ，２０）を含んで成り、それら熱伝達 プレートの各々のものが、それの隅部分（９ａ，１０ａ，１１ａ，１２ａ）を貫 通しているそれぞれの流体のための入口と出口の開口（５ａ，６ａと、７ａ，８ ａ；２５，２６と、２７，２８）と、それぞれの入口と出口の開口の間の中央に 位置している熱伝達部分（１７ａ）と、熱伝達部分（１７ａ）とそれぞれの入口 と出口の開口の間に位置していて二つの流体がそれぞれの入口から熱伝達部分へ と流れるときにその流体を分布させるように形成されている二つの分布部分（１ ５ａ，１６ａ）を有している、プレート型熱交換器において、熱伝達プレートの 、前記の２流体のうちの第１のものの入口と出口の開口（５ａ，６ａ；２５，２ ６）の大きさが、他方の流体の入口と出口の開口（７ａ，８ａ；２７，２８）の 大きさよりも小さくなっており、そして，熱伝達プレートが、それの各分布部分 においては、第１の流体の入口と出口の開口（５ａ，６ａ；２５，２６）と熱伝 達部分（１７ａ）の間を流れるその第１の流体の流れ抵抗が、第２の流体の入口 と出口の開口（７ａ，８ａ；２７，２８）と熱伝達部分（１７）の間を流れるそ の他方の流体の流れ抵抗よりも大きくなるように形成されている、ことを特徴と するプレート型熱交換器。
2. ２．第１の流体の分布部分（１５ａ，１６ａ）上の流れ経路が、他方の流体の分 布部分（１５ａ，１６ａ）上の流れ経路よりも長い、ことを特徴とする請求項１ 記載のプレート型熱交換器。
3. ３．分布部分（１５ａ，１６ａ）の全流れ幅が、第１の流体のためには、他方の 流体のためよりも狭くなっている、ことを特徴とする請求項１または２記載のプ レート型熱交換器。
4. ４．分布部分（１５ａ，１６ａ）が、熱伝達プレート（２ａ，２０）の一方の側 においては他方の側におけるよりも小さいプレス加工深さを有するプレス加工パ ターンを示し、それにより、第１の流体のために形成された流れダクトが、他方 の流体のために形成された流れダクトよりも浅い、ことを特徴とする請求項１な いし３のいずれか１項に記載のプレート型熱交換器。
5. ５．熱伝達プレートが一方に長い形になっていて、第１の流体のための入口と出 口の開口（５ａ，６ａ）は、各熱伝達プレートの一方の長辺（１３ａ）の方に位 置しており、他方の流体の入口と出口の開口（７ａ，８ａ）は、各熱伝達プレー トの第２の長辺（１４ａ）の方に位置している、ことを特徴とする請求項１ない し４のいずれか１項に記載のプレート型熱交換器。
6. ６．熱伝達プレートの入口と出口の開口（２５〜２８）は、熱伝達プレート同志 の間の流体の流れの二つの主たる流れ方向が相互に交差していて熱伝達プレート 上を対角線的に延びているように配置されている、ことを特徴とする請求項１な いし４のいずれか１項に記載のプレート型熱交換器。