JP2010519498A - プレート熱交換器 - Google Patents

Abstract

互いに脇に配置され、かつ、ろう付け連結によって互いに連結されてプレートのスタック（２）を形成する多数の伝熱板（１）を含むプレート熱交換器（１００）であって、伝熱板は、クロムを含むステンレススチールで実質的に製造され、プレート熱交換器（１００）は、伝熱板（１）の少なくとも数枚を貫通して延びる多数のポート流路を含み、プレート熱交換器（１００）は、プレートのスタック（２）の各端部を覆いかつポート流路に結合されたポート孔を有する端板（３、５）をさらに含み、少なくとも１枚の端板（３、５）は、カバー（９、１２）を備えた少なくとも１つのポート孔を有し、カバーは、強度を高める手段（９、１２）と、少なくとも１枚の端板（３、５）を隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段（１４、１５）とを含むプレート熱交換器（１００）。

Description

本発明は、プレート熱交換器に関し、具体的にはプレート熱交換器のフレーム板および圧力板の構成に関する。

プレート熱交換器およびその構成を改良するための１つの方法は、伝熱板の厚さを薄くして材料およびコストを節約することである。しかし、厚さを薄くすると、伝熱板の強度が低下する。いくつかのプレート熱交換器では、すべてが互いに積み重ねられた前板、流路板または伝熱板、密封板、および圧力板を含むろう付けされたプレート熱交換器のように、多数の異なる伝熱板も使用されている。プレート熱交換器内のそれぞれの異なる伝熱板の数を減らして、構成を簡略化し、またコストを節約することが望ましい。

ヨーロッパ特許出願Ａ２−０８６６３００号は、伝熱板、フレーム板、および圧力板のスタックを有するオイル冷却器を記載している。伝熱板は互いに脇に配置され、オイル用の第１のプレート空間および冷却媒体用の第２のプレート空間を形成している。フレーム板および各伝熱板は、フレーム板および伝熱板を貫通して延びる４つのポート流路を形成する４つのポート孔を備えている。圧力板は、ポート流路に隣接する変形部によって補強されている。

ヨーロッパ特許出願Ａ１−１２４１４２７号は、基本的に偶数の伝熱板から成るプレート型熱交換器を記載している。このプレート熱交換器は、さらにフレーム板および圧力板から成り、圧力板はフレーム板および伝熱板のポート孔によって形成されたポート流路に隣接する変形部によって補強されている。

米国特許出願Ａ１−２００７／００２３１７５号は、多数の積層板、積層板同士の間に配置された金属乱流板、ベース板、カバー板、および最上積層板とカバー板との間に配置された中間金属板を含む積層プレート熱交換器を記載している。カバー板は、ポート流路内に向けられ、かつポート流路内に延び、さらにカバー板の補強部として働く打抜形成部を備えている。

ヨーロッパ特許出願Ａ２−０８６６３００号 ヨーロッパ特許出願Ａ１−１２４１４２７号 米国特許出願Ａ１−２００７／００２３１７５号

本発明の第１の目的は、上述の問題を解消することである。厳密には、第１の目的は、加えられた圧力に耐えるように構成され、簡略化された構成を有し、必要なそれぞれの異なるプレートの数を減らすプレート熱交換器を提供することである。

この目的は、冒頭に定義されたプレート熱交換器であって、少なくとも１枚の端板が、カバーを備えた少なくとも１つのポート孔を有し、カバーが、強度を高める手段と、少なくとも１枚の端板を、隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段とを含むプレート熱交換器によって実現される。

本発明の他の態様によれば、プレート熱交換器に含まれる補強手段は、端板の表面が端板の表面の長手方向からずれたものとして形成される。

本発明の他の態様によれば、プレート熱交換器に含まれる補強手段は、隣接する伝熱板から離れる方向に延びるバックルまたはドームを形成するポート孔カバーの湾曲面として形成される。

本発明の他の態様によれば、少なくとも１枚の端板をプレート熱交換器に含まれる隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段が、隣接して配置された伝熱板に接触して密封するリング状くぼみ領域を形成するポート孔カバーのくぼみ領域として形成される。

本発明の他の態様によれば、少なくとも１枚の端板をプレート熱交換器に含まれる隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段が、ポート孔カバーのリング状くぼみ領域として形成され、リング状くぼみ領域は、隣接して配置された伝熱板にろう付けによって連結される。

本発明の他の態様では、プレート熱交換器内の１枚の端板の２つのポート孔は、強度を高める手段を有し、かつ１枚の端板を、隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段を有するカバーを備える。

本発明の他の態様によれば、プレート熱交換器内の両方の端板は、端板の少なくとも１つのポート孔を覆うカバーを備え、各カバーは、強度を高める手段と、端板を、隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段とを含む。

本発明の他の態様によれば、カバー、カバーの強度を高める手段、およびプレート熱交換器内の隣接して配置された伝熱板に少なくとも１枚の端板を接触させて密封する手段は、端板の一体化された部分である。

本発明の他の態様は、従属クレームに定義されている。
以下では、本発明について図面を参照して詳しく説明する。

本発明によるプレート熱交換器の斜視正面図である。 本発明によるプレート熱交換器の斜視背面図である。 図１に示されている本発明によるプレート熱交換器の部分正面斜視図である。 連結管を備えた本発明によるプレート熱交換器の概略断面図である。 伝熱板の部分斜視図である。

実施形態の詳細な説明
図１〜４は、本発明によるプレート熱交換器の様々な図を示している。プレート熱交換器１００は、互いに脇に配置され、プレートパッケージまたはプレートスタック２を形成する多数の伝熱板１を含んでいる。各伝熱板１は、伝熱を向上させる波形またはパターンを基本的に公知のように含んでいる。図５には、伝熱板１の一例が示されている。このパターンは、プレート熱交換器１００のろう付けまたは半田付け時にプレート同士を連結するのに公知のように使用される接触点を構成するように相互に隣接するプレート上で互いに局所的に当接する山および谷を有している。流路は、互いに積み重ねられた多数のプレートを有するプレートスタック２内で相互に隣接するプレート１の間に公知のように形成されている。相互に隣接する流路は、プレートの伝熱面を通して温度が交換される様々な媒体を収容する。伝熱板１は、プレートパッケージ２を貫通して延び、伝熱板１同士の間に形成された流路に連結された対応する数のポート流路１６、１８を形成する４つのポート孔６〜７および１０〜１１を含んでいる。プレートパッケージ２が図示の実施形態に開示された４つのポート流路とは別の数のポート流路を含んでよいことに留意されたい。

プレートパッケージ２は、第１の外側伝熱板またはフレーム板３と第２の外側伝熱板または圧力板５とを含んでいる。これらの外側伝熱板３、５の間に残りの伝熱板１が配置されている。

開示された実施形態では、フレーム板３と圧力板５の両方が、ポート流路１６、１８に揃えられたポート孔と、２つのポート孔に取り付けられた連結管とを備えている。多くの用途では、フレーム板３と圧力板５のうちの一方のみがポート孔およびそれに取り付けられた連結管８、１３を備えている。しかし、図示の実施形態では、フレーム板３と圧力板５の両方がポート孔６〜７および１０〜１１ならびにそれに取り付けられた連結部８、１３を備えている。フレーム板３または圧力板５のいずれかのポート孔あるいはこれらの任意の他の組み合わせに、奇数の連結管８、１３を取り付けることも可能である。

伝熱板１、フレーム板３、および圧力板５は、共通する主延長平面にほぼ平行に延びるように配置されている。

伝熱板１、３、および５は、クロムを含むステンレススチールで実質的に製造される。伝熱板１は、ろう付け連結によって互いに連結されている。ろう付けは、銅、ニッケル、鉄、または銀、および場合によってはフッソを含んでよい任意の考えられる融剤をベースとするかまたはそれらを含むろう材料によって行われる。ろう材料の薄い箔またはペーストが、伝熱板１同士の間の各隙間に位置させられる。その後、プレートパッケージ２を圧縮することができる。

プレートパッケージ２は、真空状圧力条件時に、あるいはほぼ不活性のガスまたは還元性ガスから成るガス雰囲気において、ろう材料として銅を用いる場合は約１１００℃までであり、ろう材料としてニッケルを用いる場合は約１２００℃までであってよい所望のろう付け温度で、真空炉などの密閉空間（不図示）内に配置することができる。

図１には、上側に４つのポート孔６、７を有し、下側が伝熱板１のスタック２に取り付けられたフレーム板３を有するプレート熱交換器１００を含むプレート熱交換器１００が示されている。ポート孔７は連結部８を備え、ポート孔６はバックル状またはドーム状カバー９で覆われている。

図２には、圧力板５が見えるようにプレート熱交換器１００が裏面から示されており、圧力板５は、一方の側が伝熱板１のスタックの他方の表面に取り付けられている。図示されている圧力板５の他方の側は、４つのポート孔１０、１１を備えている。ポート孔１１は連結部１３を備えており、ポート孔１０はドーム状カバー１２で覆われている。

図３には、熱交換器１００の部分拡大図が示されており、フレーム板１上に設けられた連結管８およびドーム状カバー９が見えている。背面圧力板５の１つのポート孔１１に連結された連結管１３は部分的に見えている。ドーム状カバー９は、フレーム板３にくぼみ状に形成されたリング状エンボス部１４に囲まれるか、またはその円周がエンボス部１４として形成されている。このことは、図４により良く示されている。リング状エンボス部１４は、フレーム板３を、隣接して配置された伝熱板１、より具体的には伝熱板１のポート孔の縁部１７に接触させて密封する働きをする。

図４には、線Ａ−Ａに沿って方向Ｂから見た、図１のプレート熱交換器１００の断面図が示されている。フレーム板３は、どちらもポート孔６を覆う各側のドームを囲むエンボス部１４を有するドーム状カバー９と、ポート孔７に取り付けられた連結管８とを含むように示されている。連結管８は、伝熱板１のポート孔によって形成されたポート流路１６の入口または出口であり、ポート流路１６は、プレートスタック２内の相互に隣接する伝熱板１間に公知のように形成され、第１の流体を収容する流路に連結されている。フレーム板３は、プレートスタック２の最上伝熱板１に取り付けられている。エンボス部１４は、最上位置に配置された伝熱板１のポート孔６の縁部またはフランジ１７に接触して密封している。伝熱板１については以下に詳しく論じる。

図４の連結管１３は、上記に論じたようにポート孔１０に取り付けることもでき、ポート孔１１はドーム状カバー１２を備えることができる。同様に、連結部８およびドーム状カバー９を異なるように配置することができ、あるいは図４に示されているすべてのポート孔が、ドーム状カバーもしくは連結管、または任意の他の組み合わせを備えることができる。通常、プレート熱交換器１００は、予定されたポート孔に取り付けられる４つの連結管を有し、これらの連結部は、プレート熱交換器１００の用途に最も適合するように、予定されたポート孔のうちの任意のポート孔に構成することができる。

圧力板５は、ポート孔１０を覆うドーム状カバー１２と、ポート孔１１に取り付けられた連結管１３とを備えるように示されている。連結管１３は、伝熱板１のポート孔によって形成されたポート流路１８の入口または出口であり、ポート流路１８は、プレートスタック２内の相互に隣接する伝熱板１間に公知のように形成され、第２の流体を収容する流路に連結されている。圧力板５は、プレートスタック２の最下伝熱板１にろう付けによって取り付けられている。エンボス部１５は、最下位置に配置された伝熱板１のポート孔１１の縁部またはフランジ１９に接触して密封している。連結管１３は、圧力板５のポート孔１１の縁部またはフランジに取り付けられている。

図５には、本発明によるプレート熱交換器１００で使用される伝熱板１の部分図が示されている。伝熱板１は、上述のように、伝熱板１の各端部における２つのポート孔２１、２２と、ポート孔２１、２２の間に配置された伝熱面２０とを有している。伝熱面２０は、上述のように、伝熱を向上させる波形またはパターンとして構成されている。別個の流路を伝熱板１同士の間に形成するのを可能にするために、伝熱板１の各端部における２つの互いに隣接するポート孔２１、２２を互いに対して密封する必要がある。これは、上述の密封手段１４、１５を互いに異なる平面に配置されたポート孔２１、２２と組み合わせることによって行われる。伝熱板１のポート孔のこのような構成は公知である。傾斜領域または遷移面２３は、ポート孔２１、２２が配置されたそれぞれの異なる平面を連結している。図５の伝熱板１が図４のプレート熱交換器１００の最上位置に配置される伝熱板として構成される場合、フレーム板３のエンボス部１４はポート孔２２の縁部またはフランジ１７に接触して密封し、一方、ポート孔２１はフレーム板３に直接接触して密封される。それによって、２つの異なる流路、すなわち、第１の媒体を収容し、かつポート流路１６に連結された第１の流路と、第２の媒体を収容し、かつポート流路１８に連結された第２の流路が形成される。

説明では、覆われたポート孔６および１０を記載するのに用語「カバー」が使用されており、「カバー」が取り外し可能なカバーではなく、たとえば、深絞りや任意の他の同様な材料形成プロセスによって形成された、それぞれフレームおよび圧力板の一体化部分であることに留意されたい。フレームおよび圧力板をそれぞれ前述のように形成すると、フレームおよび圧力板の圧力を受ける部分が補強されると共に、隣接して配置された伝熱板が密封される。カバー９の内側または中央部分は、前述のようにドーム状であり、特に楕円形のドームとして形作られている。比較的薄い金属材料をこのように形作るかまたは形成すると、製品の強度および剛性が向上する。このことは、半田付けまたはろう付けプロセス中に熱交換器が熱にさらされる間に金属材料の初期または固有の強度の一部が失われるため必要である。

本発明は、プレート熱交換器の特定の用途によって異なる連結部の配置位置に応じて、フレーム板または圧力板のいずれか、あるいはフレーム板と圧力板の両方に対して同時に実施することができる。用語「端板」は、フレーム板と圧力板の両方を含む一般的な語として使用される。

フレーム板と圧力板の両方についての上記の説明では、フレーム板と圧力板のそれぞれが４つのポート孔を含むと記載されている。ただし、上述の実施形態は、フレーム板と圧力板のそれぞれ上の２つのみの真のポート孔と、２つのいわゆるポート孔とを含んでおり、いわゆるポート孔は、本発明によれば、実際にはフレームおよび圧力板の形作られた領域であり、この形作られた領域の位置は隣接するポート流路の仮想延長部に相当する。

本発明は、上記に説明しかつ図示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で任意に補足し修正することができる。

Claims (10)

1. 互いに脇に配置され、かつ、ろう付け連結によって互いに連結されてプレートのスタック（２）を形成する多数の伝熱板（１）を含むプレート熱交換器（１００）であって、前記伝熱板（１）が、クロムを含むステンレススチールで実質的に製造され、前記プレート熱交換器（１００）が、前記伝熱板（１）の少なくとも数枚を貫通して延びる多数のポート流路（１６、１８）を含み、前記プレート熱交換器（１００）が、前記プレートのスタック（２）の各端部を覆いかつ前記ポート流路（１６、１８）に関連したポート孔（６、７、１０、１１）を有する端板（３、５）をさらに含むプレート熱交換器（１００）において、少なくとも１枚の端板（３、５）は、カバー（９、１２）を備えた少なくとも１つのポート孔（６、７、１０、１１）を有し、前記カバーは、前記カバー（９、１２）の強度を高める手段（９、１２）と、少なくとも１枚の端板（３、５）を隣接して配置された伝熱板（１）に接触させて密封する手段（１４、１５）とを含み、前記強度を高める手段（９、１２）および前記密封手段（１４、１５）は、前記カバー（９、１２）の表面からのずれによって形成されることを特徴とするプレート熱交換器（１００）。
2. 前記強度を高める手段（９、１２）および前記密封手段（１４、１５）の表面からのずれは、前記端板表面の長手方向に対して互いにほぼ逆方向に延びるように形成される、請求項１に記載のプレート熱交換器（１００）。
3. 前記補強手段（９、１２）は、前記端板の表面が、前記端板表面の長手方向からずれたものとして形成される、請求項１に記載のプレート熱交換器（１００）。
4. 前記補強手段（９、１２）は、隣接する伝熱板（１）から離れる方向に延びるバックルまたはドームを形成する前記ポート孔カバーの湾曲面として形成される、請求項３に記載のプレート熱交換器（１００）。
5. 前記少なくとも１枚の端板（３、５）を隣接して配置された伝熱板（１）に接触させて密封する手段（１４、１５）は、前記隣接して配置された伝熱板（１）に接触して密封するリング状くぼみ領域を形成するポート孔カバーのくぼみ領域として形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
6. 前記少なくとも１枚の端板（３、５）を、隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する手段（１４、１５）は、前記ポート孔カバー（９、１２）のリング状くぼみ領域として形成され、前記リング状くぼみ領域は、前記隣接して配置された伝熱板（１）にろう付けによって連結される、請求項５に記載のプレート熱交換器（１００）。
7. 前記プレート熱交換器内の１枚の前記端板（３、５）の２つのポート孔は、前記強度を高める手段を有し、かつ前記１枚の端板（３、５）を隣接して配置された伝熱板（１）に接触させて密封する手段を有するカバーを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のプレート熱交換器（１００）。
8. 前記プレート熱交換器（１００）内の両方の前記端板（３、５）は、前記端板（３、５）の少なくとも１つのポート孔を覆うカバー（９、１２）を備え、各カバーは、前記強度を高める手段と、前記端板（３、５）を隣接して配置された伝熱板（１）に接触させて密封する手段とを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のプレート熱交換器（１００）。
9. 前記カバー、前記カバーの強度を高める前記手段（９、１２）、および前記少なくとも１枚の端板（３、５）を隣接して配置された伝熱板に接触させて密封する前記手段（１４、１５）は、前記端板（３、５）の一体化された部分である、請求項１から８のいずれか１項に記載のプレート熱交換器（１００）。
10. 前記カバーの強度を高める手段（９、１２）および隣接して配置された伝熱板（１）を密封する前記手段（１４、１５）は、深絞りまたは任意の他の形成プロセスによって形成される、請求項７に記載のプレート熱交換器（１００）。

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