JP2023512425A - ろう付けプレート式熱交換器及びその使用 - Google Patents

Abstract

複数の第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０を含むろう付けプレート式熱交換器１００であり、第１の熱交換プレート１１０には、***部及び溝部の第１のパターンが形成され、第２の熱交換プレート１２０には、流体が熱交換するためのプレート間流路の形成下で、隣接するプレートの少なくとも一部の交差する***部と溝部との間の接点を提供する***部及び溝部の第２のパターンが形成され、プレート間流路は、ポート開口部を介して選択的に流体連通する。***部及び溝部の第１のパターンが***部及び溝部の第２のパターンと異なるため、第１の熱交換プレート１１０の一方側のプレート間流路容積が第１の熱交換プレート１１０の反対側のプレート間流路容積と異なり、第１のパターンの***部及び溝部の少なくとも一部は第１の角度β１で延び、第２のパターンの***部及び溝部の少なくとも一部は、第１の角度β１とは異なる第２の角度β２で延びている。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体が熱交換するためのプレート間流路の形成下で、隣接するプレートの少なくとも一部の交差する***部と溝部との間の接点を提供する***部及び溝部のパターンを有する複数の熱交換プレートを含む、ろう付けプレート式熱交換器（a brazed plate heat exchanger）に関する。本発明は、そのような熱交換器の使用にも関する。

熱交換器は、流体媒体間で熱交換を行うために用いられる。熱交換器は、一般的に、スタートプレートと、エンドプレートと、プレート間に流路を形成するように互いに積み重ねられた多数の熱交換プレートとを含む。通常、ポート開口部は、当業者によく知られている方式で、流路から出入する流体の流れが選択できるように設けられている。

プレート式熱交換器の共通の製造方法は、熱交換プレートを組み合わせてろう付けすることでプレート式熱交換器を形成することである。熱交換器をろう付けすることは、多数の熱交換プレートにろう付け材料が提供され、その後、熱交換プレートが互いに積み重ねられ、ろう付け材料の少なくとも一部が溶融するのに十分な温度を有する炉内に入れられることを意味する。炉の温度が低くなると、ろう付け材料が固まり、熱交換プレートは互いに接合され、コンパクトで強固な熱交換器を形成する。

プレート式熱交換器の熱交換プレート間の流路が、***部と溝部のプレスされたパターンを有する熱交換プレートの提供によって作り出されることは、当業者によく知られている。多数の熱交換プレートは、典型的には、互いに積み重ねられ、対称型プレート式熱交換器を構成するために同じであってもよく、非対称型プレート式熱交換器を構成するために同じではなくてもよい。積み重ねられるとき、第１の熱交換プレートの***部が隣接する熱交換プレートの溝部と接することにより、プレートは、接点によって、互いにある距離を保つ。したがって、流路が形成される。これらの流路において、第１及び第２の流体媒体などの流体媒体は、これらの媒体間で熱伝達が行われるように導かれる。

ヘリンボーンパターンの***部及び溝部を有するプレスされた波形パターンを有する複数のろう付けプレート式熱交換器は、従来技術において知られている。しかしながら、このような従来技術における熱交換器を改良する必要がある。

本発明の目的は、流体媒体間の流れの分布、圧力損失、熱伝達が好ましいプレート式熱交換器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るろう付けプレート式熱交換器（ＢＰＨＥ）は、複数の第１及び第２の熱交換プレートを含み、第１の熱交換プレートには、***部及び溝部の第１のパターンが形成され、第２の熱交換プレートには、流体が熱交換するためのプレート間流路の形成下で、隣接するプレートの少なくとも一部の交差する***部と溝部との間の接点を提供する***部及び溝部の第２のパターンが形成され、プレート間流路は、ポート開口部を介して選択的に流体連通するろう付けプレート式熱交換器であって、***部及び溝部の第１のパターンが***部及び溝部の第２のパターンと異なるため、第１の熱交換プレートの一方側のプレート間流路容積が第１の熱交換プレートの反対側のプレート間流路容積と異なり、第１のパターンの***部及び溝部の少なくとも一部が第１の角度で延びており、第２のパターンの***部及び溝部の少なくとも一部が第１の角度とは異なる第２の角度で延びることを特徴とする。プレートの両側に異なるプレート間流路容積と、異なる角度を有する少なくとも２つの異なるプレートパターンとの組み合わせにより、流体分布に好ましい特性を備えたＢＰＨＥが得られ、流体の流れの分布と圧力損失のバランスを取り、効率的な熱交換を達成する。これにより、同じプレートの両側にプレート間流路で異なる特性を実現することができ、一方側の流れと圧力損失は、反対側の流れと圧力損失とは異なる可能性がある。また、プレートの両側の異なる流路容積は、異なる種類の媒体に用いることができ、例えば、一方側にある流路容積が液体に用いられ、他方側にある流路容積が気体に用いられる。

冷媒が蒸発し始めると、液体状態から蒸気状態に移行する。液体密度は蒸気密度よりはるかに高い。例えば、Ｔｄｅｗ＝５℃のＲ４１０Ａは、液体密度が蒸気密度の３２倍である。これはまた、蒸気が液体の３２倍の速度で流路内を移動することを意味する。これにより、蒸気の動圧損失は、自動的に液体の動圧損失の３２倍になり、即ち、蒸気は、すべての種類の冷媒に対して、はるかに高い圧力損失が生じる。

熱交換器の性能（温度アプローチ、ＴＡ）は、水出口温度（熱交換器の流路の入口）から熱交換器の流路の出口の蒸発温度（Ｔｄｅｗ）を引いた値で定義される。熱交換器の表面に沿った高い圧力損失により、局所的な飽和温度が異なり、流路の入口と出口との間で冷媒温度の合計差が比較的大きくなる。流路の入口では、温度が高くなる。入口の冷媒温度が高くなる（流路の圧力損失が高すぎるため）と、出口の水を正しい温度まで冷却することが困難になるため、熱交換器の性能に直接的に悪影響を与える。システムが高すぎる入口冷媒温度を補う唯一の方法は、正しい出口水温度に到達できるまで蒸発温度を下げることである。熱伝達特性が高く、かつ圧力損失特性が低い熱交換器の流路のパターンを作成することにより、熱交換器の性能を向上させることができる。流路内の全体的な冷媒圧力損失が低くなると、熱交換器の性能が向上するだけでなく、システム全体の性能、ひいてはエネルギー消費に好影響を与える。

第１の熱交換プレート及び第２の熱交換プレートの少なくとも一方は、非対称型熱交換プレートであってもよい。或いは、第１の熱交換プレートは、第２の熱交換プレートとは別の波形幅（corrugation width）で形成される。第１の熱交換プレートは、対称型熱交換プレートであり、第２の熱交換プレートは、非対称型熱交換プレートであってもよい。したがって、第２の熱交換プレートの第１の溝部は、第１の深さで形成することができ、第２の熱交換プレートの第２の溝部は、第１の深さとは異なる第２の深さで形成することができる。異なる角度と波形深さのパターンを組み合わせることにより、流体の流れの分布と圧力損失は、効率的な熱交換を実現するために、用途に応じてカスタマイズすることができる。***部及び溝部のパターンは、ヘリンボーンパターンであってもよく、***部及び溝部のパターンの角度は、シェブロン角度である。

また、第１の熱交換プレートと第２の熱交換プレートの深さは、プレート間流路が断面視で異なるサイズを有するように、互いに異なっていてもよく、プレート間流路は、プレートの両側に異なる容積を有する。したがって、プレート間流路は、プレートの両側に異なる断面積を有することができる。これにより、好ましい熱伝達と低い圧力損失とを組み合わせた非対称型プレート式熱交換器が得られ、暖房用、冷凍用、又は可逆冷凍システム用などの様々な目的のより効率的な熱交換器を実現することができる。

第１及び第２のパターンは、ヘリンボーンパターン、又は、***部及び溝部が熱交換プレート上に斜めの直線で延びるパターンであってもよい。したがって、この角度は、熱交換プレートの平面内にあり、例えば、熱交換プレートの一側に向かっている。例えば、角度は、長方形の熱交換プレートの短辺と、***部及び溝部の延長部との間にある。第１及び第２のシェブロン角度などの第１及び第２の角度は、０～９０°、２５～７０°又は３０～４５°であってもよい。したがって、好ましい流体分布が得られるように角度を選択することができる。第１の角度と第２の角度との差は、２～３５°であってもよい。第１及び第２のパターンは、逆方向にすることができ、第１及び第２の角度は、長方形の熱交換プレートの対向する短辺に向かうなど、逆方向となる。

媒体の蒸発又は凝縮のための、本発明に係るろう付けプレート式熱交換器の使用も開示されている。

本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の実施形態の説明、添付図面及び従属請求項から明らかになる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器の概略的分解斜視図である。 図２は、図１の熱交換器の一部の分解斜視図であり、熱交換器の第１の熱交換プレート及び第２の熱交換プレートを示す。 図３は、一実施形態に係る第１の熱交換プレートの一部の概略的断面図であり、第１の熱交換プレートの溝部の同じ深さを示す。 図４は、一実施形態に係る第２の熱交換プレートの一部の概略的断面図であり、第２の熱交換プレートの溝部の交互の深さを示す。 図５は、一実施形態に係る交互に配置された第１及び第２の熱交換プレートを含む熱交換器の一部の概略的断面図である。 図６ａは、一実施形態に係る第１の熱交換プレートの概略的正面図であり、シェブロン角度の形態の第１の角度を有する第１の熱交換プレートの波形のヘリンボーンパターンを示す。 図６ｂは、代替の実施形態に係る第１の熱交換プレートの概略的正面図であり、第１の角度を有する第１の熱交換プレートの波形パターンを示す。 図７ａは、一実施形態に係る第２の熱交換プレートの概略的正面図であり、シェブロン角度の形態の第２の角度を有する第２の熱交換プレートの波形のヘリンボーンパターンを示す。 図７ｂは、代替の実施形態に係る第２の熱交換プレートの概略的正面図であり、第２の角度を有する第２の熱交換プレートの波形パターンを示す。 図８は、第２の熱交換プレートの上に配置された第１の熱交換プレートの概略的図であり、図５の例に係る第１の熱交換プレートと第２の熱交換プレートとの間の接点を示す。 図９は、第１の熱交換プレートの上に配置された第２の熱交換プレートの概略的図であり、図５の例に係る第１の熱交換プレートと第２の熱交換プレートとの間の接点を示す。 図１０は、他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレートを含む熱交換器の一部の概略的断面図である。 図１１は、他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレートを含む熱交換器の一部の概略的断面図である。 図１２は、更に他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレートを含む熱交換器の一部の概略的断面図である。 図１３は、他の実施形態に係る異なる波形深さを有する第１及び第２の熱交換プレートの熱交換プレートスタックの一部の概略的断面図である。 図１４は、波形パターンの他の実施形態を示すプレート式熱交換器の概略的斜視図であり、中央の主熱交換部の波形パターンの角度が熱交換プレートのポート開口部の角度とは異なる。

図１を参照すると、一実施形態に係るろう付けプレート式熱交換器１００が示され、その一部が図２により詳細に示される。熱交換器１００は、スタックに積み重ねられて熱交換器１００を形成する、複数の第１の熱交換プレート１１０と複数の第２の熱交換プレート１２０とを含む。第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０は、交互に配置され、１枚おきに第１の熱交換プレート１１０であり、１枚おきに第２の熱交換プレート１２０である。或いは、第１及び第２の熱交換プレートは、追加の熱交換プレートとともに他の構成で配置される。熱交換器１００は、非対称型プレート式熱交換器である。

熱交換プレート１１０、１２０は、板金から作られ、流体が熱交換するためのプレート間流路の形成下で、隣接するプレート１１０、１２０の少なくとも一部の交差する***部と溝部との間の接点を提供することにより、プレートがスタックに積み重ねられて熱交換器１００を形成するとき、流体が熱交換するためのプレート間流路がプレート間に形成されるように、***部（ridge）Ｒ１、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部（groove）Ｇ１、Ｇ２ａ、Ｇ２ｂのプレスされたパターンが設けられる。図１及び図２のプレスされたパターンは、ヘリンボーンパターンである。しかしながら、プレスされたパターンは、斜めに延びる直線の形態であってもよい。いずれの場合においても、***部及び溝部のプレスされたパターンは、波形パターン（corrugated pattern）である。プレスされたパターンは、プレート１１０、１２０に対して、接点を除いて、互いに距離を置いて、プレート間流路を形成するように適合される。

図示の実施形態では、熱交換プレート１１０、１２０の各々は、熱交換プレートの平面にほぼ垂直に延びており、かつ熱交換器の円周に沿ってシールを提供するために、隣接するプレートのスカートに接するように適合されるスカートＳで囲まれる。スカートＳとポートＯ１～Ｏ４とは別に、熱交換プレート１１０、１２０の実質的に残りの部分は、熱交換面１３０、１４０を形成する。

熱交換プレート１１０、１２０には、プレート間流路に熱交換する流体を出入させるためのポート開口部Ｏ１～Ｏ４が配置される。図示の実施形態では、熱交換プレート１１０、１２０には、第１のポート開口部Ｏ１、第２のポート開口部Ｏ２、第３のポート開口部Ｏ３、及び第４のポート開口部Ｏ４が配置される。ポート開口部Ｏ１～Ｏ４を囲む領域は、ポート開口部とプレート間流路との間の選択的な連通が達成されるように、異なる高さに設けられる。熱交換器１００において、ポート開口部Ｏ１～Ｏ４を囲む領域は、第１及び第２のポート開口部Ｏ１及びＯ２が一部のプレート間流路によって互いに流体連通しているのに対し、第３及び第４のポート開口部Ｏ３及びＯ４が隣接するプレート間流路によって互いに流体連通しているように配置される。図示の実施形態では、熱交換プレート１１０、１２０は、角部が丸められた長方形であり、ポート開口部Ｏ１～Ｏ４は、角部の近傍に配置される。或いは、熱交換プレート１１０、１２０は、例えば、角部が丸められた正方形である。或いは、熱交換プレート１１０、１２０は、円形、楕円形、又は他の適切な形状で配置され、ポート開口部Ｏ１～Ｏ４は、適切な方法で分布する。図示の実施形態では、熱交換プレート１１０、１２０の各々には、４つのポート開口部Ｏ１～Ｏ４が形成される。

なお、本発明の他の実施形態では、ポート開口部の数は、４よりも大きくてもよく、即ち、６、８、又は１０であってもよい。例えば、ポート開口部の数は、少なくとも６であり、熱交換器は、少なくとも３つの流体の間で熱交換するように構成される。したがって、一実施形態では、熱交換器は、少なくとも６つのポート開口部を有し、かつ少なくとも１つの統合された吸気熱交換器を有して配置されるか又はそれなしで配置される、３回路の熱交換器である。或いは、ポート開口部の数は、少なくとも６であり、熱交換器は、１つ以上の統合された吸気熱交換器を含む。

図示の実施形態では、熱交換器１００は、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０のみを含む。或いは、熱交換器１００は、第３の熱交換プレートを含み、任意に第４の熱交換プレートも含み、第３の熱交換プレート及び任意の第４の熱交換プレートには、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０とは異なるプレスされたパターンが配置され、熱交換プレートは、適切な順序で配置される。

図示の実施形態では、熱交換器１００は、スタートプレート１５０及びエンドプレート１６０を更に含む。スタートプレート１５０には、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０によって形成されたプレート間流路に流体を出入させるためのポート開口部Ｏ１～Ｏ４に対応する開口部が形成される。エンドプレート１６０は、例えば、従来のエンドプレートである。

図３を参照すると、一実施形態に係る第１の熱交換プレート１１０の断面図が概略的に示される。第１の熱交換プレート１１０には、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンが形成される。第１の熱交換プレートの溝部Ｇ１は、同じ深さＤ１で形成される。したがって、全ての溝部Ｇ１は、同じ深さＤ１で形成される。例えば、深さＤ１は、０．５～５ｍｍであり、例えば、１～３ｍｍ又は１．５～３ｍｍである。例えば、全ての***部Ｒ１は、対応する方法で同じ高さで形成される。換言すれば、第１の熱交換プレート１１０の波形深さ（corrugation depth）は、プレート全体又は少なくとも実質的にプレート全体にわたって、対称的で類似している。

図４を参照すると、一実施形態に係る第２の熱交換プレート１２０の断面図が概略的に示される。例えば、全ての第２の熱交換プレート１２０は同じである。第２の熱交換プレート１２０には、第１及び第２の***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂと第１及び第２の溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂとの第２のパターンが形成される。第２の熱交換プレート１２０の第１及び第２の溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは、異なる深さで形成され、第１の溝部Ｇ２ａは、第１の深さＤ２ａで形成され、第２の溝部Ｇ２ｂは、第２の深さＤ２ｂで形成され、第２の深さＤ２ｂは、第１の深さＤ２ａとは異なる。例えば、第１の深さＤ２ａは、０．５～５ｍｍ、例えば、０．５～３ｍｍであり、第２の深さＤ２ｂは、第１の深さＤ２ａの３０～８０％、例えば、４０～６０％である。***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂは、対応する方法で異なる高さを有する。図示の実施形態では、第１の深さＤ２ａは、第２の深さＤ２ｂよりも大きい。第１及び第２の溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂは、交互に配置される。或いは、第１及び第２の溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂ、及び他の深さを有する任意のさらなる溝部は、任意の所望のパターンで配置される。例えば、第２の熱交換プレート１２０の***部及び溝部のパターンは、非対称型パターンであり、即ち、第２の熱交換プレート１２０は、図５を参照して以下に示すように、第１の熱交換プレート１１０と組み合わされるとき、非対称型熱交換器を形成する。一実施形態では、第２の熱交換プレート１２０の熱交換面全体には、溝部の少なくとも２つの異なる波形深さ（corrugation depth）Ｄ２ａ、Ｄ２ｂを有する***部及び溝部の第２パターンが形成される。

図５を参照すると、一実施形態に係るプレート間流路の形成を概略的に示すために、複数の第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０が積み重ねられる。図示の実施形態では、１枚おきのプレートは、第１の熱交換プレート１１０であり、残りのプレートは、第２の熱交換プレート１２０であり、第１及び第２の熱交換プレートは、交互に配置されて、非対称型熱交換器１００を形成し、プレート間流路は、異なる容積で形成される。或いは、プレート間流路の異なる容積は、同じプレス深さ又は波形深さの拡張プロファイルによって形成される。例えば、第１及び第２の熱交換プレートは、異なる波形深さを備える。例えば、第１及び／又は第２の熱交換プレートは、非対称型熱交換プレートである。或いは、第１及び／又は第２の熱交換プレートは、対称型熱交換プレートである。

図６ａを参照すると、第１の熱交換プレート１１０の***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンが概略的に示される。上記パターンは、プレスされたヘリンボーンパターンであり、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１には、中央に配置された頂点などの頂点で交わる２つの傾斜した脚部が配置されて、矢印の形状を形成する。例えば、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の上記脚部は、等しい長さを有する。例えば、頂点は、長方形の熱交換プレートの長手方向の中心線などの仮想の中心線に沿って分布する。例えば、ヘリンボーンパターンは、***部Ｒ及び溝部Ｇが第１の熱交換プレート１１０の一方側の長辺から他方側の長辺に延びるように、例えば、全ての頂点が１つの短辺を向いているように配置される。第１の熱交換プレート１１０のパターン、即ち、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンは、第１のシェブロン角度β１を示す。シェブロン角度は、***部と、長方形のプレートの長辺に垂直な、プレートを横切る仮想線との間の角度であり、仮想線は、破線Ｃによって概略的に示される。したがって、シェブロン角度は、頂点が向いている熱交換プレートの***部の脚部と短辺との間の角度である。熱交換プレートの長辺は、短辺に対して垂直に延びるため、***部及び溝部のパターンも、***部が長辺に対して角度を有するように配置される。例えば、シェブロン角度は、頂点の両側で同じである。例えば、***部及び溝部の第１のパターンの全体又は実質的に全体には、プレートの熱交換面１３０の全体にわたって第１のシェブロン角度β１が形成される。例えば、第１のシェブロン角度β１は、５°～８５°、２５°～７０°、又は４０°～６５°である。

図６ｂを参照すると、代替の実施形態に係る第１の熱交換プレート１１０の***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンが概略的に示され、プレスされたパターンは、斜めに延びる直線の形態である。したがって、***部及び溝部のプレスされたパターンは、斜めに延びる直線の波形パターン（corrugated pattern）である。第１の熱交換プレート１１０の斜めに延びる直線は、角度β１で配置される。例えば、パターンは、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１が、第１の熱交換プレート１１０の一方側の長辺から他方側の長辺まで、例えば平行に延びるように配置される。

図７ａを参照すると、第２の熱交換プレート１２０の***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第２のパターンが概略的に示される。上記第２のパターンは、第１の熱交換プレート１１０を参照して上述したように、プレスされたヘリンボーンパターンであるが、第１のシェブロン角度β１とは異なる第２のシェブロン角度β２を有する。したがって、第２の熱交換プレート１２０には、第１の熱交換プレートのパターンとは異なる角度を有するヘリンボーンパターンが配置される。例えば、第２のシェブロン角度β２は、５°～８５°、２５°～７０°、又は４０°～６５°である。例えば、第２の熱交換プレート１２０の***部及び溝部のパターン全体又は実質的に全体は、プレートの熱交換面１４０の全体にわたって第２のシェブロン角度β２で形成される。***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第２のパターンは、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンと逆方向に配置される。第２の熱交換プレート１２０のヘリンボーンパターンの頂点は、第１の熱交換プレート１１０のヘリンボーンパターンの頂点と逆方向を向いている。このため、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンの頂点は、第１の熱交換プレート１１０の一方側の短辺を向いており、***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第２のパターンの頂点は、第２の熱交換プレート１２０の反対側の短辺を向いていることにより、ヘリンボーンパターンは、熱交換器１００の全体にわたって交互に逆方向に配置される。したがって、第１の角度β１と第２の角度β２とは、逆方向となる。例えば、第１の角度β１は、熱交換プレートの一方側の短辺に向かっており、第２の角度β２は、反対側の短辺に向かっている。

図７ｂを参照すると、代替の実施形態に係る第２の熱交換プレート１２０の***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第２のパターンが概略的に示され、プレスされたパターンは、斜めに延びる直線の形態である。したがって、***部及び溝部のプレスされたパターンは、斜めに延びる直線の波形パターン（corrugated pattern）である。第２の熱交換プレート１２０の斜めに延びる直線は、角度β２で配置される。例えば、パターンは、***部Ｒ及び溝部Ｇが、第２の熱交換プレート１２０の一方側の長辺から他方側の長辺まで、例えば平行に延びるように配置される。***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第２のパターンは、***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンと逆方向に配置される。第２の熱交換プレート１２０のパターンは、第１の熱交換プレート１１０の斜めに延びる直線のパターンと逆方向に斜めになっているため、両方のパターンは、熱交換器１００の全体にわたって交互に逆方向に配置される。例えば、第１の角度β１は、熱交換プレートの一方側の短辺に向かっており、第２の角度β２は、反対側の短辺に向かっている。

したがって、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０には、異なるシェブロン角度β１、β２と、異なるプレスされたパターンとが形成され、その結果、異なるプレート間容積をもたらす。例えば、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０は、異なる波形深さ（corrugation depth）を備える。或いは、又は更に、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０は、異なる波形周波数（corrugation frequency）を備える。例えば、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０は、同じ波形深さを備えるが、異なる波形周波数を備える。したがって、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０は、異なる波形深さ及び／又は異なる波形周波数を備える。例えば、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０の一方は、対称型熱交換プレートであり、他方は、非対称型熱交換プレートである。或いは、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０の両方は、非対称型熱交換プレートである。或いは、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０の両方は、対称型熱交換プレートである。

図８及び図９では、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０の間の接点が図５の例を用いて概略的に示される。交差する***部と溝部との間の接点（contact point）１７０内及び／又はその周囲に、ろう付け接合部（brazing joint）１７０が形成される。図８及び図９の実施形態では、ろう付け接合部１７０が全ての接点内に形成される。或いは、ろう付け接合部１７０が一部の接点のみ内に形成される。図８では、第１の熱交換プレート１１０は、第２の熱交換プレート１２０の上に配置され、接点は、第１のパターン内に形成される。図８では、第１の熱交換プレート１１０の***部Ｒ１と第２の熱交換プレート１２０の***部又は溝部との全ての交差は、接点となる。

図９は、第１の熱交換プレート１１０の上に配置された第２の熱交換プレート１２０の概略図であり、接点は、第２のパターン内に形成される。図９では、第２の熱交換プレート１２０の第１の***部Ｒ２ａ間の交差のみが、ろう付け接合部１７０を形成し得る接点となり、第２の***部Ｒ２ｂは、第１の熱交換プレート１１０の交差する***部又は溝部と隙間をあけて配置される。したがって、第２の熱交換プレート１２０の第２の***部Ｒ２ｂと第１の熱交換プレート１１０との間には、接点が形成されず、ろう付け接合部が形成されない。図９では、全ての接点がろう付け接合部１７０で示される。

一実施形態では、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０の間のろう付け接合部１７０は、楕円形などの細長い形状であり、ろう付け接合部１７０は、所望のプレート間流路内に好ましい圧力損失を与えるために、大きな容積を有するプレート間流路に第１の方向で、小さな容積を有するプレート間流路に第２の方向で配置される。例えば、ろう付け接合部１７０は、プレート１１０、１２０の長手方向に対して、大きな容積を有するプレート間流路に第１の角度で配置され、残りのプレート間流路に第２の角度で配置される。一実施形態では、第１の角度は、第２の角度よりも大きい。

図１０を参照すると、他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０を含む熱交換器の一部の断面が概略的に示される。図１０の実施形態では、上述したように、第１の熱交換プレート１１０は、対称型熱交換プレートであり、第２の熱交換プレート１２０は、非対称型熱交換プレートである。したがって、第１の熱交換プレート１１０の波形深さは一定であり、第２の熱交換プレート１２０の波形深さは変化する。第２の熱交換プレート１２０は、少なくとも２つの異なる波形深さで形成される。また、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０には、上述したように、シェブロン角度などの角度が異なる波形パターンが形成される。図１０の実施形態では、第１の熱交換プレート１１０のシェブロン角度は、５４度であり、第２の熱交換プレート１２０のシェブロン角度は、６１度である。例えば、隣接するプレート間容積が異なるため、第１の熱交換プレート１１０の一方側のプレート間容積と第１の熱交換プレート１１０の反対側のプレート間容積とが異なる。当然ながら、第２の熱交換プレート１２０についても同様である。したがって、第１及び第２の熱交換プレートの間のプレート間容積は、第２及び第１の熱交換プレートの間のプレート間容積と異なる。同様に、第１の熱交換プレート１１０の一方側の断面積は、第１の熱交換プレート１１０の反対側の断面積と異なる。

図１１を参照すると、更に他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０を含む熱交換器の一部の断面が概略的に示される。図１１の実施形態では、上述したように、第１の熱交換プレート１１０は、対称型熱交換プレートであり、第２の熱交換プレート１２０は、非対称型熱交換プレートである。図１１の実施形態では、第１の熱交換プレート１１０のシェブロン角度は、４５度であり、第２の熱交換プレート１２０のシェブロン角度は、６１度である。

図１２を参照すると、更に他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０を含む熱交換器の一部の断面が概略的に示される。図１２の実施形態では、第１の熱交換プレート１１０は、非対称型熱交換プレートであり、第２の熱交換プレート１２０も、非対称型熱交換プレートである。図１２の実施形態では、上述したように、第１の熱交換プレート１１０のシェブロン角度は、第２の熱交換プレート１２０のシェブロン角度と異なる。また、プレート間流路は、上述したように、異なる容積を有する。例えば、ろう付け接合部は、楕円形などの細長い形状であり、大きな容積を有するプレート間流路に第１の方向で、小さな容積を有するプレート間流路に異なる第２の方向で配置される。

図１３を参照すると、更に他の実施形態に係る第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０のスタックの一部の断面が概略的に示される。図１３の実施形態では、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０は、異なる波形深さを備える。第１の熱交換プレート１１０は、対称型熱交換プレートであり、第２の熱交換プレート１２０は、非対称型熱交換プレートである。或いは、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０の両方は対称型又は非対称型熱交換プレートである。第１の熱交換プレート１１０のシェブロン角度は、第２の熱交換プレート１２０のシェブロン角度と異なり、第１及び第２の熱交換プレート１１０、１２０がろう付け接合部で一体にろう付け接合されたときに形成されたプレート間流路容積は異なる。

本発明に係る熱交換器は、例えば、凝縮又は蒸発に用いられ、ある時点で少なくとも１つの媒体が気相である。例えば、熱交換器は、熱交換のために用いられ、凝縮又は蒸発は、大きな容積を有するプレート間流路で行われる。例えば、水又はブラインなどの液体媒体は、小さな容積を有するプレート間流路を通って導かれる。

図１４を参照すると、第１の熱交換プレート１１０の***部Ｒ１及び溝部Ｇ１の第１のパターンが概略的に示される。図１４の実施形態に係るプレスされたパターンは、図６ａ及び図６ｂを参照して一般的に上述したように、ヘリンボーンパターンであるが、代替的には斜線のパターンであってもよいため、第１の角度β１を示す。しかしながら、図１４の実施形態では、第１の角度β１は、熱交換プレート１１０の中央の主熱交換部にある。したがって、第１のプレスされたパターンは、部分的に第１の角度β１を有する。例えば、中央の主熱交換部は、第１の熱交換プレート１１０の一方側から反対側に延びる。中央の主熱交換部は、本明細書において端部と呼ばれる、熱交換プレートのポート開口部の第１及び第２の熱交換部の間に配置される。第１及び第２の端部は、例えば、第１の熱交換プレート１１０の両端部に配置される。例えば、第１の端部及び第２の端部は、第１の熱交換プレート１１０の一方側から反対側に延びており、必要に応じて、熱交換プレートの短辺などの第３の側にも延びる。第１の端部は、第１のポート開口部Ｏ１及び第３のポート開口部Ｏ３などのポート開口部を含む。第２の端部は、第２及び第４のポート開口部Ｏ２、Ｏ４などのポート開口部を含む。***部Ｒ１及び溝部Ｇ１のプレスされたパターンは、第１及び／又は第２の端部などの少なくとも１つの端部で、角度β１’で配置され、角度β１’は、中央の主熱交換部におけるプレスされたパターンの角度β１と異なる。例えば、プレスされたパターンの方向は、中央の主部分と端部とにおいて同じである。例えば、角度は、両端部において同じである。或いは、第１の端部における角度は、第２の端部における角度と異なる。任意に、第２の熱交換部１４０は、第１の端部と異なるパターン又は角度で配置される。したがって、第１の熱交換プレート１１０の***部及び溝部の少なくとも一部は、第１の角度β１で延びており、他の部分は、異なる角度β１’で延びる。したがって、第１のパターンは、少なくとも一部が第１の角度β１で配置される。例えば、第１の角度β１は、異なる角度β１’よりも大きい。

図１４では、第１の熱交換プレート１１０が一例として示されるが、第２の熱交換プレート１２０の第２のプレスされたパターンは、対応する方法で設計され、***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの第２のパターンは、中央の主熱交換部で、角度β２で配置され、１つ以上の端部は、異なる角度β２’（図示せず）で配置されることを理解されたい。したがって、第２の熱交換プレート１２０についても、***部Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ及び溝部Ｇ２ａ、Ｇ２ｂの少なくとも一部は角度β２で延びており、他の部分は、異なる角度β２’で延びる。したがって、第２のパターンは、少なくとも一部が第２の角度β２で配置される。第２の角度β２は、例えば、第１の角度度β１と逆方向となる。したがって、ヘリンボーンパターンの実施形態では、第１のパターンは、第２のパターンのシェブロンと逆方向のシェブロンを示し、したがって、逆方向のシェブロン角度を示す。

図１４では、第１の熱交換プレート１１０は、小ポート開口部ＳＯ１、ＳＯ２及び分割面ＤＷを含み、このような設計の第１及び第２のプレート１１０、１２０を交互に配置してなる熱交換器の統合された吸気熱交換器を形成できる別の熱交換部を提供することができる。

Claims (17)

1. 複数の第１及び第２の熱交換プレート（１１０、１２０）を含み、前記第１の熱交換プレート（１１０）には、***部及び溝部の第１のパターンが形成され、前記第２の熱交換プレート（１２０）には、流体が熱交換するためのプレート間流路の形成下で、隣接するプレートの少なくとも一部の交差する***部と溝部との間の接点を提供する***部及び溝部の第２のパターンが形成され、前記プレート間流路は、ポート開口部を介して選択的に流体連通するろう付けプレート式熱交換器（１００）であって、
   ***部及び溝部の前記第１のパターンが***部及び溝部の前記第２のパターンと異なるため、前記第１の熱交換プレート（１１０）の一方側のプレート間流路容積が前記第１の熱交換プレート（１１０）の反対側のプレート間流路容積と異なり、
   前記第１のパターンの***部及び溝部の少なくとも一部が第１の角度（β１）で延びており、前記第２のパターンの***部及び溝部の少なくとも一部が前記第１の角度（β１）とは異なる第２の角度（β２）で延びることを特徴とする、ろう付けプレート式熱交換器（１００）。
2. 前記第１の熱交換プレート（１１０）の一方側の前記プレート間流路は、反対側のプレート間流路と異なる断面積を有する、請求項１に記載のろう付けプレート式熱交換器。
3. 前記第１の熱交換プレート（１１０）の少なくとも中央の主熱交換部は、第１の角度（β１）を示し、前記第２の熱交換プレート（１２０）の少なくとも中央の主熱交換部は、第２の角度（β２）を示す、請求項１又は２記載のろう付けプレート式熱交換器。
4. 前記第１の熱交換プレート（１１０）は、対称型熱交換プレートである、請求項１～３のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
5. 前記第１の熱交換プレート（１１０）の溝部（Ｇ１）は、同じ波形深さ（Ｄ１）で形成され、前記第２の熱交換プレート（１２０）の第１の溝部（Ｇ２ａ）は、第１の深さ（Ｄ２ａ）で形成され、前記第２の熱交換プレート（１２０）の第２の溝部（Ｇ２ｂ）は、前記第１の深さ（Ｄ２ａ）と異なる第２の深さ（Ｄ２ｂ）で形成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
6. 前記第１の熱交換プレート（１１０）の溝部（Ｇ１）の深さ（Ｄ１）は、０．５～５ｍｍの範囲内にあり、好ましくは０．６～２ｍｍの範囲内にある、請求項１～５のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
7. 前記第２の熱交換プレート（１２０）の第１の深さ（Ｄ２ａ）は、０．５～５ｍｍの範囲内にあり、好ましくは、０．６～３ｍｍの範囲内にあり、前記第２の熱交換プレート（１２０）の第２の深さ（Ｄ２ｂ）は、前記第１の深さ（Ｄ２ａ）の３０～８０％の範囲内にある、請求項１～６のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
8. ***部及び溝部の前記第１のパターンの前記第１の角度（β１）は、２５～７０°の範囲にある、請求項１～７のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
9. ***部及び溝部の前記第２のパターンの前記第２の角度（β２）は、２５～７０°の範囲にある、請求項１～８のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
10. ***部及び溝部の前記第１のパターンの前記第１の角度（β１）と、***部及び溝部の前記第２のパターンの前記第２の角度（β２）との差は、２～３５°の範囲内にある、請求項１～９のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
11. 前記第１の熱交換プレート（１１０）と前記第２の熱交換プレート（１２０）とは、異なる波形深さを有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
12. 前記第１の熱交換プレート（１１０）と前記第２の熱交換プレート（１２０）とは、異なる波形幅を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
13. 前記第１のパターンは、第１のヘリンボーンパターン又は斜めに延びる直線の第１のパターンであり、前記第２のパターンは、第２のヘリンボーンパターン又は斜めに延びる直線の第２のパターンであり、前記第１のパターンの***部及び溝部並びに前記第２のパターンの***部及び溝部は、前記第１及び第２の熱交換プレートの一方側の長辺から他方側の長辺に延びており、前記第１の角度は、前記第１及び第２の熱交換プレートの一方側の短辺に向かっており、前記第２の角度は、反対側の短辺に向かっている、請求項１～１２のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
14. 前記第１の熱交換プレート（１１０）と前記第２の熱交換プレート（１２０）とは、交互に配置され、熱交換器（１００）の全体にわたって、１枚おきに第１の熱交換プレート（１１０）であり、１枚おきに第２の熱交換プレート（１２０）である、請求項１～１３のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
15. 前記第１の熱交換プレート（１１０）と前記第２の熱交換プレート（１２０）との間のろう付け接合部（１７０）は、細長い形状であり、大きな容積を有するプレート間流路に第１の方向で配置され、小さな容積を有するプレート間流路に第２の方向で配置される、請求項１～１４のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器。
16. 媒体の蒸発又は凝縮のための、請求項１～１５のいずれか一項に記載のろう付けプレート式熱交換器の使用。
17. 媒体は、小さな容積のプレート間流路で蒸発又は凝縮され、液体媒体は、大きな容積のプレート間流路に導かれる、請求項１６に記載のろう付けプレート式熱交換器の使用。

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