JP2001508163A - プレート熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プレート熱交換器において、プレート間空間が第１の流体用の第１の流路（１３、１５；１５ａ）と第２の流体用の他の流路（１４）を形成している。プレートには開口があって、一方の流体用にプレート組立物を通る１個の流入路（１０）と１個の流出路（１０ａ）を形成しており、それらの流路は、前記第１の流路（１３、１５；１５ａ）を介して互いに連絡している。１以上の前記第１の流路によって迂回路（１５；１５ａ）が形成されており、これは他の（１３）各第１の流路の場合よりかなり小さい貫通流動抵抗を与える。流入路（１０）もしくは流出路（１０ａ）またはその両方の流路において、弁部材（１７；１８；２６）を配置して、迂回路（１５；１５ａ）を通る所望の液流を設定できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 ブレート熱交換器 本発明は、数枚のプレートが配置されてなることでプレート間空間を有するプ レート組立物を形成しており、 −プレートが、液体用にプレート組立物を通る流入路および流出路を形成する 貫通開口を有し、 −プレート問空間の一部が前記液体用の第１の流路を形成し、他のプレート間 空間が流体用の第２の流路を形成していて、前記流体は、液体が前記第１流路を 流れる際に、前記プレートの少なくとも一部を介して、前記第２流路の貫通流で 、前記液体と熱の授受を行い、 −前記流入路が前記第１流路を介して前記流出路と連絡している プレート熱交換器に関するものである。 この種の熱交換器は公知であり、多くの異なった方面で利用されている。 場合によっては、熱処理される液体の一部がプレート熱交換器を迂回すること が望ましい。そのような場合、プレート熱交換器の外部に、その液体用に交換器 の流入口と流出口の間に通常接続管を接続し、その管状導管を通ってプレート熱 交換器に到達する液体の多量部分または少量部分の方向を決定するような配置に なっている弁がある。望ましい場合、この種の弁は、プレート熱交換器または導 管を通る液流全体の方向を決定するようにできる。上述のこの種の配置は、例え ばＥＰ−０１２２１３３−Ｂ１に示されている。 しかしながら上述の種類の導管は、プレート熱交換器外に比較的大きい空間を 必要とし、プレート熱交換器の流入導管および流出導管にそれを接続するのに追 加の経費が必要となる。 例えばＥＰ−０３１６５１０−Ｂ１から、プレート熱交換器に供給される液体 の一定の部分を迂回流とするように、プレート熱交換器内の配置を行うことがこ れまでに知られている。しかしながら、そのような公知の配置では、熱交換器プ レートの組立物を囲む別個の筐体が必要である。それはすなわち、その筐体が不 要と考えられる場合と比較して、プレート熱交換器がかなり高価なものとなるこ とを意味している。ＥＰ−０３１６５１０−Ｂ１による公知の配置では、液体の 一部の迂回が前記筐体内でのオーバーフロー排出によって起こることを意図して いるものであることから、前記液体を高圧によってプレート熱交換器中にポンプ 送りすることもできない。 本発明の目的は、最初に定義した種類のプレート熱交換器であって、プレート 熱交換器に供給される液体の少なくとも一部を迂回させるための比較的安価な配 置を有することで、その液体部分がプレート熱交換器内で熱処理を受けないかま たは受けてもごくわずかであるプレート熱交換器を提供することにある。 この目的は、前記第１流路がいくつかの熱交換路を有してなり、該熱交換路は 前記液体と前記流体との間で効果的な熱伝達が行われるようになっており、しか もその各熱交換路は前記液体の貫通流に対して一定の流動抵抗を与えるような形 状を有しており、 さらには１以上の迂回路を有してなり、該迂回路においては前記液体と前記流 体の間での熱伝達は効率が低いかもしくは起こらず、しかも該迂回路は前記の各 熱交換路が与える流動抵抗よりかなり低い流動抵抗を与えるような形状のもので あり、 しかも１以上の弁部材が異なる位置間で移動可能な状態で配置されていること で、迂回路を通る所望の液体流を得ることができるようになっているところの本 発明によって達成される。 本明細書で定義される種類の迂回路は、前記プレート組立物の任意の所望の部 分に配置することができる。好ましくは迂回路は、プレート組立物の最外プレー ト間空間の一つに形成する、すなわち、プレート組立物の一つの末端プレートを 用いて、迂回路を仕切る。この種のプレートパッケージ末端プレートは多くの場 合完全な平面状である。すなわち、乱流を発生させる波形構造などを有する実際 に見られる熱交換プレートとは異なるものである。そのためには、迂回路を仕切 る２枚のプレート間の距離を特に大きくすることによって、比較的大きい通過流 能力を迂回路に与える必要はない。 山と谷の押型波形パターンを有する２枚のプレート間で迂回路を仕切る場合、 迂回路に存在する山と谷は好ましくは、前記熱交換路の一つにある山と谷とは、 形状および／または方向が異なるようにする。そのような場合、迂回路の貫通流 領域は必ずしも、熱交換路の場合より大きくする必要はない。 本発明の範囲内で、迂回路を、平行に組み合わせたいくつかの流路が形成され たものとし、その各流路を前記熱交換路のものと全く同様に形成することができ る。そのような平行に組み合わせたいくつかの流路は全体で、そこを通る液流に 対して流動抵抗を与え、それは各熱交換路が与える流動抵抗よりかなり小さい。 迂回路内に配置され得るが、好ましくはプレート組立物の流入路または流出路 のいずれかに配置されている前記弁部材は、本発明の範囲内において、各種形態 で形成することができる。本発明の好ましい実施態様によれば、弁部材は、流入 路または流出路のいずれかにあるスリープを有してなるものである。このスリー ブは例えば、流入路または流出路の長軸周囲に回転することによって弁の機能を 行うようにすることができるが、好ましくはスリーブは、前記長軸に沿って軸方 向に位置可変とする。 弁部材は、それによって該部材の位置とは無関係に前記熱交換路の貫通流が可 能となるように、あるいは迂回路が貫通流に対して完全に開放された状態となっ ている場合は熱交換路の貫通流を妨げるかもしくはその逆を行うような配置およ び形状とすることができる。当然のことながら弁部材は、２つの末端位置間の所 望の位置に調節可能であることで、迂回路と熱交換路の間でプレート熱交換器に 入る液流の望ましい分配を行うことができるような配置および形状とすることが できる。 本発明は、ろう付もしくは溶接プレート熱交換器またはプレート組立物の一部 もしくは全てのプレート間にガスケットが配置されているプレート熱交換器など の各種プレート熱交換器で使用することができる。 以下、添付の図面を参照しながら、本発明について説明する。 図１は、いわゆるろう付プレート熱交換器を示す図であり、図２は、図１のプ レート熱交換器のＡ−Ａ線で切った断面図である。 図３および図４は、本発明の特定の実施態様によるプレート熱交換器の模式的 断面図である。 図５および図５はそれぞれ、本発明の別の実施態様によるプレート熱交換器の 模式的な断面図と平面図である。 図１は、いわゆるろう付プレート熱交換器１を示す図であり、この交換器は、 積層され互いにろう付けされた長方形プレート２〜４の組立物と、相互間でプレ ート熱交換器内での熱伝達が行われる２液用の接続管５〜８を有してなる。図２ に図示したように、プレート２は波形の薄い熱伝達プレートであるが、プレート ３および４はそれよりやや厚い平坦プレートであって、プレート組立物の末端プ レートとなっている。接続管５および６はそれぞれ、前記液体の一方用の流入口 および流出口を形成しており、接続管７および８はそれぞれ、前記液体の他方用 の流入口および流出口を形成している。 熱伝達プレート２および末端プレート４の角部には、接続管と位置合わせされ て、それぞれ前記液体用のプレート組立物を通る流入路および流出路を形成して いる貫通開口を有している。そこで図２において、熱伝達プレート２における開 口９が前記一方の液体用のプレート組立物を通る流入路１０を形成し、同じプレ ートにおける開口１１が前記他方の液体用の流出路１２を形成している。 熱伝達プレート２は、山と谷の押型パターンを持ち、隣接するプレートの山は 互いに交差・接触しあっている。この種の山が違いに接触しあっているプレート はいずれも、隣接するプレート同士ろう付けによってつながっている。 前記山によって、プレート２は互いに空間を設けて配置された状態となり、そ れによりそのプレート間に前記液体の流路が形成される。そこで、２番目ごとの プレート間空間に前記一方の液体用の流路１３が形成され、残りのプレート間空 間には、他方の液体用の流路１４が形成されている。 プレート２は、一方の液体のみが流路１３に流れ、他方の液体のみが流路１４ に流れるような形で、前記流入路および流出路で一対として互いにろう付けされ ている。 図２からわかる通り、２枚の熱伝達プレート２の中央部分はなくなっており、 それによって流路１５が形成されて、それが流入路１０と連絡している。この流 路１５はさらに、不図示であるか接続管６（図１）とは反対に配置されている組 立物を通る流出路とも連絡している。リング１６が流路１５の流出路１２周囲に ろう付けして固定してあることから、後者は流出路１２と連絡していない。不図 示であるが、流入管７（図１）とは反対に配置された不図示の流入路周囲の流路 １５に同じ種類のリングが配置されている。 前記各流路１３の場合の３倍の貫通流面積を有する流路１５が、これらの流路 １３と平行に組み合わされて、前記一方の液体用のプレート熱交換器内でそれを 通るいわゆる迂回路を形成している。 流路１３および流路１５を介して、前記一方の液体の流動に対して所望の制御 を行うため、プレート熱交換器に１以上の弁部材を設けることができる。そのよ うな各種弁部材を図３〜５に示してあり、以下にそれについて説明する。 図３〜６では、図１および図２で対応するものがある詳細については、図１お よび図２で使用したものと同じ符号を用いている。 非常に模式的な図３および図４では、高温の第１液を低温の第２液で冷却する プレート熱交換器を図示してある。この図面においては、前記第１流については 流路１３および１５ａのみを示してある。当然のことながら、第２液のための他 の流路があるが、これらの図には示してない。この場合は、各流路１３より小さ い流動抵抗を有する迂回路を形成している流路１５ａが、平坦な末端プレート３ およびその末端プレート３に最も近い位置にある最下部の熱伝達プレート２との 間に形成されている。前記第１液用の流出管６ａはこの場合、下側の末端プレー ト３につながっていることから、そのプレート３には、流出管６ａおよび前記第 １液用のプレート組立物の流出路１０ａと位置合わせした貫通開口がある。そこ で、流入路１０および流出路１０ａは、流路１３および１５ａを介して互いに連 絡している。 流入路１０には第１の弁部材１７が配置されており、流出路１０ａには第２の 弁部材１８が配置されている。各弁部材には、円柱形部分すなわちスリーブ１９ があり、その一端には、互いに隔たったいくつかの軸方向***物２０がスリーブ の中心軸周囲に分配配置されている。 第１の弁部材１７は、その***物２０とともに、軸方向で接続管５中にわずか に延びていて、その中で駆動部材２１と軸方向で接触している。末端プレート３ に最も近い位置にある末端部分で弁部材を、迂回路１５ａを仕切る熱伝達プレー ト２とつながっている円環状封止部材２２が囲んで封止している。弁部材１７は 、図３で見ることができる第１の位置と図４で見ることができる第２の位置の間 で軸方向に移動可能である。図３による位置では、***物２０は完全に流入管５ の内側にあり、従ってプレート熱交換器に入る液体は、流入管５を通り、弁部材 １７の全体を軸方向に通って、迂回路１５ａに入る。弁部材１７がこの位置にあ ると、液体は結果的に、流路１３に流入することはできない。 駆動部材２１は、以下のようにして動作する形状記憶合金の温度制御バネとす ることができる。流入する液体が所定の温度より低い温度である場合、バネは図 ３で見ることができるような形状を取って、液体流は迂回路１５ａに向かい、そ こに進入する。そうではなく、液温が所定の温度を一定の値だけ超える場合、バ ネは図４で見ることができる形状を取って、弁部材１７は末端プレート３に対し て押圧される。次に、液体は全て***物２０間を通って、流入路１０とさらには 流動空間１３に進入する。封止部材２２は、液体が迂回路１５ａに進入するのを 防止する。 流出路１０ａにはさらに、迂回路１５ａを仕切り、弁部材１８を囲む熱伝達プ レート２とつながった円環状封止部材２２ａもある。弁部材１８の駆動を行うた め、流出管６ａには駆動部材２１ａが配置されている。 この場合、弁部材１８はそのスリーブ１９とともに流出管６ａ中に延びている が、流出路１０ａには常時軸方向の***物２０がある。弁部材１８は、流路１３ と流出管６ａ内部との間の連絡を防止することができない。図３で見ることがで きる位置では、弁部材１８は迂回路１５ａと流出管６ａ内部との間の連絡を開放 状態としているが、弁部材が図４による位置にある時は、この連絡を閉じている 。 駆動部材２１ａは、駆動部材２１の場合と同様に動作し得るものであり、例え ば迂回路に所定温度を超える温度の液休が来たら図４による位置に弁部材１８が 来るようにすることで、直ちにその迂回路を開鎖するようにすることができる。 流入路１０と流出路１０ａの両方に常に弁部材を使用する必要があるとは限ら ない。しかしながら、例えば前記の高温第１液がある一定の温度を超える温度で プレート熱交換器を出ることが起きないようにする上での安全性をさらに確保す る場合のように、それが望ましい場合もあり得る。 当然のことながら、上記のものとは異なる種類の駆動部材を配置して、それぞ れ流入路１０および流出路１０ａ中で弁部材を駆動させることができる。 図３および図４からわかる通り、熱伝達プレート２には、同じ方向に曲がった エッジ部２４がある。隣接する一対のプレート２では、一方のプレートのエッジ 部が部分的に他方のプレートのエッジ部に重なっている。図３および図４での最 も下の熱伝達プレート２は、その曲がったエッジ部２４とともに末端プレート３ と接触していて、迂回路１５ａが相対的に広くなるようになっている。 図５および６には、水によってオイルを冷却するための、本発明によるろう付 プレート熱交換器のそれぞれ断面図および平面図を模式的に示してある。プレー ト熱交換器は、オイルがプレート熱交換器を通過した後にオイルの浄化を行うた めのフィルターにつながっている。図５は、図６のＶ−Ｖ線に沿った断面図であ る。 図５および６でのプレート熱交換器には、弁部材２６を駆動して、それがオイ ル用の流入路１０で異なる位置を取ることができるような配置を持つ駆動手段２ ５が設けられている。図５に示した弁部材２６の位置では、弁部材と熱伝達プレ ート２とが共同して、流入路１０と迂回路１５ａとの間の連絡を閉じている。そ こで進入するオイルは全て、第１の熱交換路１３を通って流出路１０ａに導かれ 、他の熱交換路１４を流れる水によって冷却される。後者は、図６で点線にて示 した水用の流入口７および流出口８と連絡している。 オイル用の流出路１０ａは、フィルター２７の内部と連絡しており、そのフィ ルターの流出口は、管２８によって形成されている。この管２８は軸方向に流出 路１０ａの中心部を通って延びていて、さらにそこから外に延びている。 別法として、オイル圧が所定の値を超える場合に、オイルが圧力制御流出弁２ ９を通って流出路１０ａから流れ出るようにしてもよい。 駆動手段２５には好適な構造を持たせることができる。例えば、該手段を、小 さい電動モータまたは油圧駆動式ピストン／シリンダーユニットで構成すること ができる。駆動手段はさらに、２つの末端位置の一方に弁部材を保持するように するか、あるいは弁部材を調節して２つの末端位置間のいずれか所望の位置に配 置することで、流入路１０に進入するオイルの所望の部分が迂回路１５ａに導か れ、それを通るようにすることができる。 機能面では、例えば処理対象のオイルあるいはプレート熱交換器で処理された オイルの温度、圧力または粘度などの何らかの好適なパラメータによって駆動手 段が制御されるようにすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ボロムグレン、ラルフ スウェーデン国 エス−239 34 スカノ ル エルグヴェーゲン 13

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．数枚のプレート（２〜４）が配置されてなることでプレート間空間を有す るプレート組立物を形成しており、 −プレートが、液体用にプレート組立物を通る流入路（１０）および流出路（ １０ａ）を形成する貫通開口を有し、 −プレート間空間の一部が前記液体用の第１の流路（１３、１５；１５ａ）を 形成し、他のプレート間空間が流体用の第２の流路（１５）を形成していて、前 記流体は、液体が前記第１流路（１３、１５；１５ａ）を流れる際に、前記プレ ートの少なくとも一部を介して、前記第２流路（１４）の貫通流で、前記液体と 熱の授受を行い、 −前記流入路（１０）が前記第１流路（１３、１５；１５ａ）を介して前記流 出路（１０ａ）と連絡しているプレート熱交換器において、 −前記第１流路がいくつかの熱交換路（１３）を有してなり、該熱交換路は前 記液体と前記流体との間で効果的な熱伝達が行われるようになっており、しかも 各熱交換路は前記液体の貫通流に対して一定の流動抵抗を与えるような形状を有 しており；さらには１以上の迂回路（１５；１５ａ）を有してなり、該迂回路に おいては前記液体と前記流体の間での熱伝達は効率が低いかもしくは起こらず、 しかも該迂回路は前記の各熱交換路（１３）が与える流動抵抗よりかなり低い流 動抵抗を与えるような形状であり； −しかも１以上の弁部材（１７；１８；２６）が異なる位置間で移動可能な状 態で配置されていることで、迂回路（１５；１５ａ）を通る所望の液体流が得ら れることを特徴とするプレート熱交換器。 ２．２番目ごとのプレート間空間が前記第１の流路（１３、１５；１５ａ）を 形成し、残りのプレート間空間が前記第２の流路（１４）を形成している請求項 １記載のプレート熱交換器。 ３．２枚のプレート間で迂回路（１５；１５ａ）が形成されており、該プレー トの一方が前記プレート組立物の末端プレート（３）である請求項１または２記 載のプレート熱交換器。 ４．迂回路（１５；１５ａ）の貫通流面積が前記各熱交換路（１３）のものよ り大きい請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。 ５．迂回路（１５；１５ａ）を仕切るプレートの少なくとも１枚が実質的に平 坦である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。 ６．前記弁部材（１７；１８；２６）が２つの位置のみに調節可能であって、 そのうちの一方の位置では、迂回路（１５；１５ａ）は前記液体の貫通流に対し て開放された状態となり、別の位置では、そのような貫通流が防止される請求項 １ないし５のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。 ７．前記弁部材（１７；１８；２６）が流入路（１０）および流出路（１０ａ ）の一方に配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプレート熱 交換器。 ８．弁部材（１７；１８）がスリーブを有してなる請求項７記載のプレート熱 交換器。 ９．弁部材（１７；１８；２６）がそれぞれ、流入路（１０）または流出路（ １０ａ）の縦方向に移動可能である請求項７または８記載のプレート熱交換器。 １０．迂回路（１５ａ）が貫通流に対して開放された状態の場合には、弁部材 （１７）が熱交換路（１３）の貫通流を防止し、逆の場合には流すように、該弁 部材が配置・形成されている請求項７ないし９のいずれか１項に記載のプレート 熱交換器。 １１．流入路（１０）および流出路（１０ａ）のそれぞれに弁部材（１７；１ ８）がある請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。