JP2005534885A - 熱交換プレート、プレート熱交換器、および熱交換プレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱交換プレート（３）、熱交換プレートのプレートパッケージを備えたプレート熱交換器、および熱交換プレートの製造方法に関する。熱交換プレート（３）は、伝熱領域（２０）と、伝熱領域の外に位置し、かつ伝熱領域に沿って延びて伝熱領域を画定している境界領域（２２）とを含んでいる。硬化型のポリマー材料が、境界領域の全体または一部に沿って延びるように、境界領域に塗布される。ポリマー材料は、硬化後に、プレート熱交換器における隣接するプレートに気密に当接するガスケット（３０）を形成する。

Description

本発明は、プレートが、伝熱領域と、伝熱領域の外に位置し、かつ伝熱領域に沿って延びて伝熱領域を画定している境界領域とを含んでいる、プレート熱交換器用の熱交換プレートに関する。本発明はまた、そのようなプレートを複数含んでいるプレート熱交換器に関する。さらに、本発明は、シートを用意するステップと、シートを切断して、伝熱領域を備え、複数の開口穴と、伝熱領域の外に位置し、かつ伝熱領域に沿って延びて伝熱領域を画定する境界領域とを有する熱交換プレートを形成するステップと、を有する熱交換プレートの製造方法に関する。

特許文献１は、そのような熱交換プレートを備えたプレート熱交換器を開示している。それらの熱交換プレートは、締結ボルトによってプレートパッケージにしっかりと固定されている。

今日では、熱交換プレートは、所望の形状にプレスし、かつ例えば開口穴などの不要な部分を切断して除去することによって製造されている。プレート熱交換器の熱交換プレート同士の間で用いられるガスケットは、例えば圧縮成形または射出成形によって別に作成される。ガスケットは、ニトリル、ＥＰＤＭ、あるいはフッ素ゴムのような任意の比較的硬いゴムで作られている。その後、完成したガスケットは、完成した熱交換プレートに取り付けられる。ガスケットは、熱交換プレートに接着剤で取り付けられることが好ましい。ガスケットは、ガスケットから外側に延び、かつ熱交換プレートの対応する溝内に押圧されて取り付けられる、いわゆるＴタブなどの種々のガイド部材を含んでいてもよい。以前のガスケットは、実質的に矩形の断面形状を一般に有していたが、近年のガスケットは、ガスケットの上面、すなわち隣接する熱交換プレートに面して当接する面に、屋根のような鋭角の断面形状が形成されている。

たとえ、そのように以前から知られている、別途に成形されたガスケットが優れた封止性能と高い信頼性を有していても、そのガスケットは避けられない不都合を伴っている。ガスケットの取り付けは、労力を要し、かつ自動化が難しい、時間がかかる手作業で行われている。様々なサイズの大量のガスケットを、店の在庫に置かなければならない。様々なサイズのガスケットを製造するには種々の成形機械に投資する必要があり、そのことはガスケットの改良のためのコストが高くなることも意味する。ガスケットは、様々なプレート厚や、種々の用途における使用圧力に対して個別に適応していない。プレートをプレートパッケージに取り付ける間、ガスケットが正確に位置決めされているか、例えば全てのＴタブが各々の溝内に正しく備えられているかを、正確に点検する必要がある。ガスケットはたいてい、破損したり、縮んだりするので、プレート熱交換器の点検作業の際に再使用することはできない。したがって、プレートパッケージを分解する点検作業を行う場合には、毎回、ガスケットを取り外して交換しなければならない。

特許文献２は、ガラスまたは任意の同様のシリカ材料からなるプレートを備えた、他の種類のプレート熱交換器を開示している。封止剤とシリコーンを含む接着剤との組み合わせからなるストリングスが、プレート同士の間の縁に沿って設けられている。これらのストリングスは、第１のストリングスと間隔部材が第１のプレート上に載せられるように、連続して配置される。その後、第２のプレートが間隔部材と第１のストリングスに付けられる。次に、第２のストリングスと間隔部材が第２のプレートに付けられ、第３のプレートが第２のストリングス等に付けられる。プレートパッケージがこのように組み立てられると、封止剤と接着剤が硬化し、間隔部材が取り外される。

特許文献３は、縁部材と織物とを含む間隔部材を間において互いに重ね合わされた、薄い金属箔を有する熱交換モジュールを開示している。その縁部材は、例えばシリコーンゴムや熱可塑性樹脂等の種々のポリマー材料で構成することが可能な封止手段を含んでいる。
スウェーデン国特許第５４８８０６号明細書 独国特許出願公開第２３５９９７８号明細書 独国特許出願公開第３９０５０６６号明細書

本発明の目的は、プレート熱交換器の製造を簡素化し、かつ上述した不都合を改善することにある。

この目的は、硬化型のポリマー材料が、境界領域の全体または一部に沿って延び、かつプレート熱交換器における隣接するプレートに気密に当接したガスケットを形成するように配置されるように、境界領域上に塗布されて硬化されていることを特徴とする、冒頭に説明した熱交換プレートによって達成される。

このような熱交換プレートによれば、上述した不都合を改善することが可能である。プレートは、粘性を有する未硬化状態のポリマー材料をプレートの境界領域に塗布し、その後、その材料を硬化させることによって、簡単に製造することができる。ポリマー材料が硬化すると、ポリマー材料が境界領域にしっかりと付着し、かつポリマー材料がプレートパッケージにおけるそのような他のプレートに隣接して設けられた熱交換プレートが得られる。したがって、以前に用いられていた完成したガスケットの取り付けを、無くすことができる。粘性を有するポリマー材料はロボットによって塗布することが可能であるので、その製造は簡単な方法で自動化することができる。

本発明の一態様によれば、硬化型のポリマー材料は、良好な封止性能を有するシリコーンを含んでいる。シリコーンはまた、下にある熱交換プレートに対して高い接着能力を有している。硬化型のポリマー材料は液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）を有利に含んでいてもよい。

本発明の他の態様によれば、硬化後の硬化型のポリマー材料は、境界領域に直接付着した、実質的に平らな下側の表面を形成している。したがって、下にあるプレートの境界領域に対する良好な接着が確保されている。さらに、硬化後の硬化型のポリマー材料は、なだらかな曲線状の、凸状の断面形状を有している上側の表面を含んでいてもよい。このような凸状の形状により、隣接するプレートに対する気密当接が確実になる。この当接は、凸状の形状がほぼ連続した形状を有していることによるであろう。この凸状の形状は、特に、下にあるプレートの境界領域に対して接着した場合と比較して、長時間使用した後でも、ガスケットが隣接するプレートに付着してしまうということを比較的少なくすることにも役立つ。したがって、プレートパッケージを簡単に分解することが可能である。

本発明の他の態様によれば、硬化型のポリマー材料は、混合されて塗布可能なポリマー混合物になる、第１の成分と第２の成分とを含んでいる。そのような硬化型のポリマー材料は、それらの成分が混合される前に長時間保管することが可能である。そのような硬化型のポリマー材料は、接着能力、粘度、硬化後の硬度等に関して、所望の特性を付与することができる。硬化前の塗布可能なポリマー混合物は高粘度であることが有利であり、この場合、ポリマー混合物を簡単に塗布することが可能である。例えば、塗布可能なポリマー混合物は３００〜８００Ｐａｓ（パスカル×秒）の粘度を有していてもよい。そのような粘度により、硬化前から硬化が完了するまで、ポリマー混合物を所望の形状に保つことを確実にすることができる。同時に、この水準の粘度を有していることで、材料の塗布始めと塗布終わりとの間での接合部が均質になることを確実にすることが可能である。したがって、選択される粘度は、少なくとも塗布性、形状安定性、および接合部の均質性に関して最適化されている必要がある。

本発明の他の態様によれば、境界領域は、実質的に境界領域の全体に沿っている底面と、境界領域の全体に沿って、かつ底面と伝熱領域との間を延びている第１の側面とを含んでいる。第１の側面は、伝熱領域の波形のしわが第１の側面に達するところに折れ目が生じるという意味で、折り目がつけられている。第１の側面は底面に対してある角度を成している。このようにして、ポリマー材料用の位置が示された経路が形成されている。境界領域は、底面の外側で境界領域の全体に沿って延びており、底面に対してある角度を成している第２の側面を含んでいてもよい。ポリマー材料は、このようにしてそれらの側面の間に封入され、プレート熱交換器を長時間使用した後でも所望の位置に保持される。プレートは、境界領域の外側に位置し、かつ境界領域を取り囲むように延びて境界領域を画定している縁領域を含んでいてもよく、この場合、第２の側面は底面と縁領域との間を延びていてもよい。

また、この目的は、上述した種類の熱交換プレートのパッケージを含んでいる、冒頭に説明したプレート熱交換器によって達成される。そのような熱交換プレートは、プレートパッケージが締結ボルトまたは任意の同様の部材でしっかりと固定されるプレート熱交換器のプレートパッケージに、簡単な方法で取り付けることができる。

また、この目的は、硬化型のポリマー材料を、境界領域の全体または一部に沿って延びるように、境界領域に塗布するステップと、ポリマー材料を硬化させて、プレート熱交換器の隣接するプレートに対して気密に当接したガスケットを形成するステップと、を有することを特徴とする、冒頭に説明した方法によって達成される。

その方法の有利な態様が、従属請求項１５から２５に記載されている。

有利なことに、硬化型のポリマー材料は第１の成分と第２の成分とを含んでおり、その方法は、塗布の実質的に直前に、２つの成分を混合して塗布可能な好ましくは高粘度のポリマー混合物にするステップを含んでいる。第１の成分は例えばＬＳＲであるシリコーンと場合によっては 触媒を含み、かつ第２の成分は例えばＬＳＲであるシリコーンと例えば架橋剤の形態の活性剤を含み、ポリマー混合物における２つの成分の割合が実質的に同じであってもよい。２つの成分の粘度が実質的に同じであることが有利である。

さらに、硬化型のポリマー材料を、ポリマー材料を排出させ、かつ境界領域に沿ってノズルを案内するようにノズルを動かすように構成された自動操作装置によって塗布してもよい。塗布後に、硬化型のポリマー材料を、例えば１５０℃〜２５０℃である高い温度で硬化させてもよい。硬化型のポリマー材料を、少なくとも０．５時間の硬化時間の間に硬化させてもよい。

以下に、本発明を、一例として添付図面を参照して開示した種々の実施形態の説明を通じて、より詳しく説明する。

図１および図２は、互いに隣接して配置された熱交換プレート３を備えたプレートパッケージ２を含んでいるプレート熱交換器１を示している。パッケージは２枚のエンドプレート４および５の間に設けられている。エンドプレート４および５は、エンドプレート４および５を通って延びている締結ボルト６によって、パッケージ２に対して、かつ互いに押圧されている。締結ボルト６はねじを含んでおり、したがって、プレートパッケージ７は、締結ボルト６上のねじ付きナット７によって、自ずと知られている方法で締め付けられている。図示した例では、４つの締結ボルト６が示されている。締結ボルトの数は変更することが可能であり、種々の用途ごとに異なることに留意されたい。

プレート熱交換器１はまた、２つの入口部材８と２つの出口部材９とを含んでいる。入口および出口部材８，９は、一方のエンドプレート５とプレートパッケージ３とを通って延びている。プレート３は、自ずと知られた方法で開口穴１０（図３参照）が形成されており、隣接する熱交換プレート３との間のどの第２の空間も入口および出口部材８，９の第１の対に連通するのに対し、隣接する熱交換プレート３との間のどの他の空間も入口および出口部材８，９の他の対に連通するように、圧縮成形されている。開口穴１０の周囲の領域が、熱交換プレート３の中位の平面に実質的に位置するようにプレートをプレス加工することで、空間をこのような分離することができる。空間をこのように分離するために、開口穴１０をガスケットで取り囲んでもよい。これらのガスケットは、以下に詳しく説明する。

したがって、第１の媒体は、第１の入口部材８を通じて導入され、プレート間空間の第１の半分を通り、第１の出口部材９を通って出ることが可能である。第２の媒体は、第２の入口部材８を通じて導入され、プレート間空間の第２の半分を通り、第２の出口部材９を通って出ることが可能である。２つの媒体は、互いに対して逆流または並流に運ばれる。

個々の熱交換プレート３の構成を、図３および図４を参照して説明する。図３は熱交換プレート３の正面図を示している。熱交換プレート３は、好ましくはステンレス鋼である金属シートで作成されており、上述の開口穴１０が形成されている熱交換領域２０を実質的に中央に含んでいる。伝熱領域２０は、金属シートを圧縮成形することで得られる、自ずと知られた方法で形成された波形のしわ２１を有している。図示した例では、波形のしわ２１は、伝熱領域２０の一面に対角線状に延びるように概略的に示されているだけである。波形のしわ２１は、例えば自ずと知られたヘリンボン模様のような、山と谷からなるかなり複雑な延長部を含みうることに留意されたい。本発明の範囲内において、実質的に完全に平面のプレートを用いることも可能である。

熱交換プレート３はまた、伝熱領域２０の外に位置し、かつ伝熱領域２０に沿って延びて伝熱領域２０を画定している境界領域２２を含んでいる。熱交換プレート３はまた、境界領域２２の外側に位置し、かつ境界領域２２を取り囲むように延びて境界領域２２を画定している縁領域２３を含んでいる。図２から分かるように、境界領域２２は、実質的に境界領域の全体に沿っている底面２５と、境界領域２２に沿って、かつ底面２５と伝熱領域２０との間を延びている第１の側面２６と、境界領域２２の全体に沿って、底面２５と縁領域２３との間を延びている第２の側面２７とを含んでいる。第１の側面２６は、伝熱領域２０の波形のしわが第１の側面２６に達するところで折り目がつけられていてもよい。側面２６，２７は、それぞれ、底面２５に対して角度を成している。したがって、境界領域２２は、図示した例では、断面において台形のような形状を有する溝のような構成を有している。

各熱交換プレート３は、境界領域２２に設けられ、かつそのため伝熱領域２０に沿って延びているガスケット３０を含んでいる。図示した例では、ガスケット３０は、２つの開口穴１０の近くに排液通路３４を形成する４つの中断部を除いて、実質的に境界領域２２の全体に沿って延びている。図４はガスケット３０の断面図を示している。ガスケット３０は、境界領域２２の実質的に平らな底面２５に当接する実質的に平らな底面３１を含んでいる。ガスケット３０は、境界領域２２の側面２６，２７に当接して支持されている。ガスケット３０はまた、断面において、穏やかな曲線状の、凸状の形状を有している、上側の表面３２を含んでいる。したがって、ガスケット３０は、上側の表面３２が隣接する熱交換プレート３’に当接して力が中心線に沿って集中した状態で、プレートパッケージ２内に取り付けられている。

ガスケット３０は硬化型のポリマー材料で構成されている。ポリマー材料は、境界領域内に、３００〜８００Ｐａｓ、好ましくは４５０〜６５０Ｐａｓの粘度を有する高粘度のポリマー混合物である未硬化の状態で供給される。そのような粘度により、ポリマー混合物を簡単に塗布することができ、かつ塗布後に図４に示した断面形状を得ることができる。同時に、このような粘度を有していることで、特にガスケットの始まりの部分とガスケット３０の終わりの部分との間の接合部において、ポリマー材料の粘度が高すぎて形が不揃いになることを防ぐことができる。

図５は、ポリマー材料を塗布する自動操作装置を概略的に示している。この操作装置は、塗布部材４２を保持する把持部材４１を備えたロボットアーム４０を含んでいる。塗布部材４２は、混合室４３と、ポリマー材料を排出するノズル４４とを含んでいる。ロボットアーム４０は、この事例では、位置が示されている境界領域２２に沿っている所定の移動経路を辿るように、自ずと知られた方法でプログラムされている。

硬化型のポリマー材料はシリコーンを含んでいることが都合よく、図示した例では液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）が用いられている。ポリマー材料は、ＬＳＲと場合によっては触媒を含んでいる第１の成分と、ＬＳＲおよび例えば架橋剤の形態の活性剤を含んでいる第２の成分とで構成されている。２つの成分は、各々の供給導管４５，４６を通じて混合室４３に供給され、したがって、ポリマー混合物がノズル４４から熱交換プレート３に供給される実質的に直前に混合室４３内で混合される。ポリマー混合物を塗布した後、ポリマー混合物は硬化する。硬化は、室温で比較的長時間の間に行われうるが、硬化オーブン内で１５０℃〜２５０℃の間、例えば２００℃の温度で行うことが好ましい。硬化時間は３０分から２時間の間、例えば１時間であってもよい。硬化後、ガスケット３０は、その上に設けられたプレート３’に対して強く接着してしまうおそれがなく、その上に設けられたプレート３’に対して気密に当接することができるような適切な硬度を有している。硬化後、ガスケット３０は、下にあるプレート３にしっかりと付着する。

上述した各熱交換プレート３はまた、２つの開口穴５０を画定するガスケット５０を含んでいてもよい。さらに、更なるガスケット５１が、各開口穴１０の周りに、開口穴１０の縁のすぐ近くに配置されていてもよい。これらのガスケット５０および５１は、ガスケット３０と同様に、かつ同時に作成することができる。したがって、ガスケット５０および５１はガスケット３０と同じ特性を有している。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではないが、添付した特許請求の範囲の範囲内において変更し、修正することができる。

例えば、熱交換プレート３は、様々な熱交換器の用途に用いることが可能であり、示した開口穴よりも少ないか、あるいは多い開口穴を含んでいてもよい。さらに、本発明は、入口部材と出口部材がプレートパッケージの別個の側に接続している、開口穴が無いプレート熱交換器に適用可能である。

この出願明細書において用いられている「下」および「上」の表現は、図面に示したガスケット３０，５０に対する位置を表すだけのものあることに留意されたい。そのため、プレート熱交換器１が使用されるときは、もちろん、他の向きを有するであろう。

本発明によるプレート熱交換器の概略側面図である。 図１に示したプレート熱交換器の概略正面図である。 図１に示したプレート熱交換器の熱交換プレートの概略正面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図３に示したプレートにポリマー材料を塗布する操作装置を示す概略図である。

Claims (25)

1. プレート（３）が、伝熱領域（２０）と、該伝熱領域（２０）の外に位置し、かつ前記伝熱領域（２０）に沿って延びて前記伝熱領域（２０）を画定している境界領域（２２）とを含んでいる、プレート熱交換器（１）用の熱交換プレートにおいて、
   硬化型のポリマー材料が、前記境界領域の全体または一部に沿って延び、かつ前記プレート熱交換器（１）における隣接するプレート（３）に気密に当接したガスケット（３０，５０）を形成するように配置されるように、前記境界領域（２２）上に塗布されて硬化されていることを特徴とする、プレート熱交換器用の熱交換プレート。
2. 前記硬化型のポリマー材料はシリコーンを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換プレート。
3. 前記硬化型のポリマー材料は液体シリコーンゴムを含んでいることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換プレート。
4. 硬化後の前記硬化型のポリマー材料は、前記境界領域（２２）に直接付着した、実質的に平らな下側の表面（３１）を形成していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換プレート。
5. 前記硬化後の硬化型のポリマー材料は、なだらかな曲線状の、凸状の断面形状を有している上側の表面（３２）を含んでいることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換プレート。
6. 前記硬化型のポリマー材料は、混合されて塗布可能なポリマー混合物になる、第１の成分と第２の成分とを含んでいることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換プレート。
7. 硬化前の前記塗布可能なポリマー混合物は高粘度であることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換プレート。
8. 前記塗布可能なポリマー混合物は３００〜８００Ｐａｓの粘度を有していることを特徴とする、請求項７に記載の熱交換プレート。
9. 前記境界領域（２２）は、実質的に境界領域の全体に沿っている底面（２５）と、前記境界領域の全体に沿って、かつ前記底面と前記伝熱領域（２０）との間を延びている第１の側面（２６）とを含んでおり、前記第１の側面は前記底面に対してある角度を成していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換プレート。
10. 前記境界領域（２２）は、前記底面（２５）の外側で前記境界領域の全体に沿って延びている第２の側面（２７）を含み、該第２の側面は前記底面に対してある角度を成していることを特徴とする、請求項９に記載の熱交換プレート。
11. 前記プレート（３）は、前記境界領域（２２）の外側に位置し、かつ前記境界領域を取り囲むように延びて前記境界領域を画定している縁領域（２３）を含んでいることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換プレート。
12. 前記第２の側面（２７）は前記底面（２５）と前記縁領域（２３）との間を延びていることを特徴とする、請求項１０および１１に記載の熱交換プレート。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の熱交換プレート（３）を備えたパッケージ（２）を含んでいるプレート熱交換器。
14. シートを用意するステップと、
    前記シートを切断して、伝熱領域を備え、複数の開口穴と、前記伝熱領域の外に位置し、かつ前記伝熱領域に沿って延びて前記伝熱領域を画定する境界領域とを有する熱交換プレートを形成するステップと、
    を有する、熱交換プレートの製造方法において、
    硬化型のポリマー材料を、前記境界領域の全体または一部に沿って延びるように、前記境界領域に塗布するステップと、
    前記ポリマー材料を硬化させて、プレート熱交換器の隣接するプレートに対して気密に当接したガスケットを形成するステップと、
    を有することを特徴とする、熱交換プレートの製造方法。
15. 前記硬化型のポリマー材料はシリコーンを含んでいることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記硬化型のポリマー材料は液体シリコーンゴムを含んでいることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記硬化型のポリマー材料は第１の成分と第２の成分とを含んでおり、
    前記塗布の実質的に直前に、前記２つの成分を混合して塗布可能なポリマー混合物にするステップを含んでいることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 硬化前の前記塗布可能なポリマー混合物は高粘度であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記塗布可能なポリマー混合物は３００〜８００Ｐａｓの粘度を有していることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の成分はシリコーンと場合によっては触媒を含んでおり、かつ前記第２の成分はシリコーンと活性剤を含んでおり、前記ポリマー混合物における前記２つの成分の割合が実質的に同じであることを特徴とする、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記２つの成分の粘度が実質的に同じであることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 前記硬化型のポリマー材料を、前記ポリマー材料を排出させ、かつ前記境界領域に沿ってノズルを案内するようにノズルを動かすように構成された自動操作装置によって塗布する、請求項１４から２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記硬化型のポリマー材料を高い温度で硬化させることを特徴とする、請求項１４から２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 前記高い温度は１５０℃〜２５０℃であることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
25. 前記硬化型のポリマー材料を、少なくとも０．５時間の硬化時間の間に硬化させることを特徴とする、請求項１４から２４のいずれか１項に記載の方法。

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