JP4584524B2 - 熱伝達プレートおよびプレート型熱交換器に用いるプレート充填体 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の技術分野
この発明は、請求項１の前文による熱交換プレートおよびプレート型熱交換器に用いるプレート充填体に関する。この発明は更に、そのようなプレートおよびプレート充填体とからそれぞれ構成されるプレート型熱交換器に関する。
従来技術
プレート型熱交換器は、中間にプレートの間隙を形成する多数の組み立てられた熱伝達プレートを構成するプレート充填体を有する。通常は、各２枚目のプレートの間隙部が第１の入り口ダクトおよび第１の出口ダクトに接続され、各プレートの間隙部は、流れのエリアを規定し、前記入り口ダクトと出口ダクトの間に、第１の流体の流れを移送するために設けられる。したがって、他のプレートの間隙部は、第２の流体の流れのための第２の入り口ダクトと第２の出口ダクトに接続される。このように、これらのプレートは、それらのサイド面の１つを通過する一方の流体、および、他のサイド面を通過する他方の流体と接触し、このことによって２つの流体の間の主たる熱交換が可能になる。
【０００２】
近代のプレート型熱交換器は、複数の熱伝達プレートを備えており、これらは大抵の場合、最終的な形状を得るためにプレスされ打ち抜かれる。各熱伝達プレートは、通常、４つまたはそれ以上のプレート内に打ち抜かれた貫通孔によって形成される「ポート」を備える。異なるプレートのポートは、前記の入り口および出口ダクトを規定し、これらは、プレート面を横断してプレート型熱交換器内に延出する。ガスケットまたは他の任意の形態のシール手段が、各２枚目のプレート間隙部にある幾つかのポートの周囲および他のポートの周囲にある他のプレートの間隙部内に設けられ、第１および第２のそれぞれの流体のための別々のダクトを形成する。
【０００３】
熱交換作動中に得られる流体圧は相当に大きいので、プレートは、流体圧によって変形されないために一定の強度を備えることを要する。
【０００４】
シート板材で作られたプレートを利用することは、これらが何とか支持される場合に限って可能である。これは概して、プレート同士が多数のポイントにおいて互いに向き合って接するように或る種の波形を備えるように設計される熱伝達プレートによって解決される。これらのプレートは、「ラック(rack)」をなす２つの強力な端部プレートの間において互いに固定され、それによって、各プレートの間隙部内に流れのダクトを備える強力なユニットを形成する。プレート同士の間に所望の接触を得るには、異なるタイプの２つのプレートが製造され、これらは、熱交換器内の複数のプレートが交互に第１の種類と第２の種類であるようにサンドイッチされる。
【０００５】
このタイプのプレート型熱交換器の近代的な例は、US‐A‐5,226,474号に開示されている。このプレート型熱交換器は、各プレートの下方エッジ部の中心入り口を通って導入される液流を蒸発させることを意図しており、この液流は、蒸気の形態でプレート型熱交換器から放出され、集められた液流がプレートの１つの上部コーナーに配置された出口を通る。第２の流体は、蒸気の形態でプレートの他方の上部コーナーに配置された入り口を通過して導入され、濃縮液と残余の蒸気の形態で各プレートの２つの下方コーナーに配置された２つの出口を通って放出される。
【０００６】
このタイプのプレート型熱交換器の製造には２つの異なるタイプのプレートを要するが、このことは、プレスツールが２組必要なことを意味しており、これが今度は大きな投資になることを示唆している。２つの異なるタイプのプレートの必要性は、また、完成されたプレートとプレスツールのための大きい貯蔵スペースが必要であることをも意味する。更には、これらのツールは、プレートのプレスに関連して交換されなければならない。
【０００７】
シート板で製造される熱伝達プレート付きのプレート型熱交換器の製造が開始されてから、１タイプのプレートだけが必要であることを意味する１つの解決案は、その方がコスト的により有効であるという理由で求められている。
【０００８】
今日では、例えば２つの基本的な設計要件に従って１つのタイプのプレートだけを用いる応用における幾つかのケースが存在する。すなわち、一方においては、各熱交換流体のための入り口と出口がプレートの同じ横方向エッジ部に配置されることができる点であり、他方においては、プレートが、入り口と出口のサイズをそれぞれの流体について同じに設計することができるという設計である。そのようなプレートの例がUS‐A‐4,359,087号に開示されている。
【０００９】
そのような特定のケースにおいては、溶着によって準備される***部および／またはガスケットのようなプレートのポートとシール部材が、２つの流体の入り口と出口の間においてプレートの中心に配置された対称線を中心に対称的に設けられ、両流体の主たる流れの方向を横断して延出する。熱交換器の複数のプレートは、各２枚目のプレートがその対称線を中心に180度だけ回転されるか、「反転(flipped)」されるように設けられる。入り口と出口に関する配置要件は、入り口と出口のダクトを規定するポートに対するシール手段の配置は、すべてのプレートについて同一でなければならないという事実に基づく。しかしながら、入り口と出口をこのように配置することは、プレート表面の一部だけが熱交換に有効に用いられることを意味する。その理由は、入り口から出口への最短路を取る部分流と入り口から出口に向かってプレートの反対側のエッジ部を介して描く本来の通路を取る部分流との間に、大きな流速の差が発生するからである。
【００１０】
標準的な解決として、唯一のタイプの金属プレートが使用されるが、全プレート型熱交換器を構成するために、各２枚目の間隙部毎に異なるタイプのガスケットが用いられる他の応用例も存在する。このタイプの構造においては、各２枚目のプレートが、プレート面に対して相応に垂直に延出する中心線の周りの面内で180度だけ回転される。このことは、上記のケースと全く同様に、異なるポートがすべて同じサイズでなければならないことを意味する。このプレートの設計では、特別なガスケットまたは加圧ベルト(weigh belts)の形態をなす異なる種類の強化手段も使用されることを意味する。しかしながら、このことは、製造と強化手段のマウントに追加的なコストを必要とする結果となる。これに加えて、これらの強化手段は、しばしば、熱交換器の機能に有害な影響を及ぼす、何故ならば、これらは望ましくない態様で流れを妨げるからである。
【００１１】
従来技術の別の例がGB‐A‐2,121,525号に見出される。これは、プレート充填体をなす２つの異なるタイプのプレートを備える蒸発器の形態をなすプレート型熱交換器を開示する。
【００１２】
しかしながら、これには、上記の特別なケースが応用できない多数の応用が存在する。例えば、これらは、一方または両方の流体が相の変化を受けるときは使用不可能である。例えば、蒸発および／または濃縮のプロセスが存在し、液体が上記に変化し、蒸気が液体に変化する。この場合は、それぞれの流体について異なるサイズの入り口と出口を必要とする(上記のUS‐A‐5,226,474号参照)。
【００１３】
このように、プレートのタイプの数を唯１つに減少させる１種類または同一のプレートを有するプレート型熱交換器における一般的な技術は存在しない。この問題を解決するために提案された試みは、極端に特殊な応用に限られるか、より高価でありながら貧弱な構造を招来する特別な強化手段とガスケットを必要とし、これらの手段は、１つのタイプのプレートだけを備えるという経済的利益が失われることを意味する。
【００１４】
濃縮と蒸発に関する様々な応用においてプレートのタイプ数を減少するニーズはとりわけて大きい。何故ならば、これらは、譬え、流体の一方が蒸気相であるとしても、有効な熱交換を達成するには、比較的大きなプレートを必要とするからである。この必要性は大規模な工業的な作業プロセスに関連して、より一層喧伝されている。
発明の概要
この発明の目的は、上記の問題に解決を提供することである。
【００１５】
より特定して言えば、この発明の第１の目的は、熱交換用のプレートを提供することであり、これは、プレート型熱交換器が、最低の可能なコストで製造することができるように構成することであり、プレート型熱交換器内の２つの熱交換流体のそれぞれの流れが、それぞれのプレートの間隙部内において可能な限り一様に分布する。更に、その構造は、熱伝達プレートは、それがプレート型熱交換器中で類似の複数のプレートとともに組み立てられたとき、複数の熱交換流体の間の大きな圧力差に抵抗することができるような構造でなければならない。更には、その構造は、譬え一方または両方の流体が、プレート型熱交換器内における熱交換中に、相の変化を受けることを意図しているとしても、上記の利点が得られるとともに、各熱交換プレートは、したがって、各流体または一方の流体だけについて出口ポートの面積とは異なるサイズの入り口面積を備えなければならないような構造でなければならない。
【００１６】
この発明によれば、この目的は、導入部を介して記載され、請求項１に規定される特徴を有するタイプの熱伝達プレートによって達成される。
【００１７】
この発明はまた、プレート型熱交換器に用いるプレート充填体にも関しており、前記充填体は、上記の多数の熱伝達プレートを有するとともに、請求項１７に規定される特徴を有する。
【００１８】
更にこの発明は、請求項２１に規定される特徴を有するプレート型熱交換器に関する。
【００１９】
最後に、この発明はまた、上に記載したタイプの熱伝達プレートの利用にも関する。
【００２０】
この発明の好ましい具体例は、従属請求項から明らかである。
【００２１】
プレートが、プレートの前記第１のエッジ部から前記第２のエッジ部に向かって、熱交換流体の主流の方向に延出する対称線を有し、前記対称線に対して、プレートの熱伝達部分、シール部分および前記各流体によって通過されるポートが対称に設けられるという事実は、結果として、その対称線の周りに反転されることができ、対をなすプレート、または、１つ、すなわち同じタイプの数枚のプレートを備えるプレート充填体を形成するために、他の同じプレートと向き合って接するようになる１つのプレートが生じる。
【００２２】
プレートは、それが、プレート型熱交換器内で同一の複数のプレートと一緒に組み立てられるとき、２つの熱交換流体の間の大きな圧力差に抵抗することができることを保証するために、前記凸部と凹部は、２つの同じプレートが互いに向き合って接するようにされたとき、‐プレートの一方が対称線を中心として他方のプレートに対し、180度回転され‐プレートの前記凸部は、プレートの熱伝達部分に亘って分布する多数の場所においてプレートの間に距離手段を形成するように、前記対称線に対して設けられる。
【００２３】
その対称特性のために、唯１つのタイプのプレートが必要なだけであり、このことは、１セットのプレスツールだけが必要なことを意味しており、これが今度は従来技術に比較して、小額の投資を示唆する。
【００２４】
上記の対称要件は、それぞれの流体のための入り口ポートと出口ポートが異なる形状と、異なる合計面積が付与されることであり、このことは、一方または両方の流体が全体または一部の相の変化を受ける場合にも、このプレートがプレート型熱交換器に使用することができることを意味する。
【００２５】
ポートの対称配置はまた、流体の流れが、プレートのエッジ部の一方またはたほうに沿ってのみ流れる代わりに、プレート面の主要部をカバーするという利点を備える。更にこの対称配置は、流れの通路における圧力差が小さくなり、それによって、１つ、すなわち同一プレートの間隙部内の流体の異なる部分流間の流速の差異が小さくなる結果となる。このことによって、熱交換器の大きな効率が保証され、任意の熱交換作業量が小さくなり、したがって、安価なプレートを使用することができることを意味する。更にまた、プレートの任意の部分における流体の流れの危険度が非常に小さくなり、前記の部分が「乾燥」状態になって、一方の流体が燃えてこの部分においてプレートに粘着する場合が減少する。
【００２６】
これらのプレートは、プレートのそれぞれのサイドにおける所望の流れのエリアを規定する外周の***部を備えるように有利に形成される。これらの***部は、距離手段とシール手段の両方を形成する。
【００２７】
距離手段が、対称線に関しポイント毎に対称であることを保証する好ましいやり方は、プレートに、対称線に対して対称に設けられた***部を形成する細長い波形を付与することである。
【００２８】
上記のタイプのプレートがプレート充填体に使用されるときは、各２枚目毎のプレートが、他のプレートに対し前記対称線の周りに180度だけ反転され、対をなして溶着するのに適切なプレート充填体が得られるが、この充填体は、オプションによるシールシステムと組み合わせて使用することもできる。各２毎目のプレートを対称線の周りに反転することは、結果として、ポートと距離手段が隣接プレート面の対応部材と一致することになる。プレートは、各プレート面の第１のサイドが隣接プレート面の第１のサイドと向き合い、各プレートの第２のサイドが、隣接プレートの第２のサイドと向き合うように設けられる。
好ましい具体例の詳細な説明
この発明は、異なる局面によるこの発明の現時点において好ましい具体例を例示を介して図示する添付の略図を参照しつつ、以下に詳細に説明される。
【００２９】
この発明にしたがって設計される熱交換プレートは、従来のプレート型熱交換器に利用することを意図しており、したがって、その作用に付いてはより詳細には説明しない。
【００３０】
この発明の熱交換プレート1は、圧縮された薄いシートから形成されており、図１、図２に見られるように、長方形の主輪郭を有する。その一方の(第１の)側すなわちサイド１ａ(図１参照)において、プレート１は、その一方の(第１の)エッジ部2すなわち短い側に第１の入り口部Ａを有する。更に、プレート1は、その第１のサイド1aにおいて、第１のエッジ部２の反対側に第２のエッジ部3と第１の出口部Ｂを備える。
【００３１】
プレート1は、第１の入り口部Ａと第１の出口部Ｂの間に延出する幾何学的対称線Ｓを有する。
【００３２】
第１の入り口部Ａと第１の出口部Ｂは、流れという観点において、プレート1の第１のサイド1aにおける第１の流れのエリアすなわち熱交換部10を通過して互いに連通している。第１の入り口部Ａは、中央に設けられ、貫通孔によって規定された入り口部11を備えており、前記入り口部11は、対称線Ｓによって横断されるか交叉されるように、そして、この線の両側において対称に造形されるように、中央に配設されている。第１の出口部Ｂは、２つの第１の出口ポート12、13を有し、これらは形状と位置という観点においては対称線Ｓに関して対称である。２つの出口ポート12、13の形状は同一であり、対称線Ｓに関して互いに鏡像をなし対称線Ｓから等距離の部位に配置されている。
【００３３】
プレート1は、そのサイド1b(図２参照)に、第１の出口部Ｂと同じエッジ部3に配置された第２の出口部Ｃを有し、第２の入り口ポート21を備えている。プレートはまた、その第２のサイド1bに、反対側のエッジ部2に配置された第２の出口部Ｄを有し、２つの第２の出口ポート22、23を備えている。２つの出口ポート22、23もまた、形状と位置という観点において対称で同形であり、対称線Ｓに対して互いに鏡像をなし対称線Ｓから等距離の部位に配置されている。第２の入り口部Ｃと第２の出口部Ｄは、第２の流れのエリアすなわちプレート1の第２のサイド1bにおける熱交換部20を通る流れという観点において、互いに連通している。
【００３４】
前に説明した６つのポート11-13および21‐23はすべて対称線Ｓに対して対象に配置されているので、ポート13、12および23、22は、対称線から或る距離の部位に配置されており、他のポート13、12および23、22を有し、これらは前者と正確な鏡像をなすので、ポート11、21は、対称線と交わっており、この線によって２つに分割され、対称線Ｓに対して鏡像をなす２つの同形の半体を有する。
【００３５】
第１の入り口部Ａと第２の出口部Ｄは、同じエッジ部に設けられており、対称線Ｓに沿う同じ延出部を有する。ポート11、22、23は孔を貫通して形成されるので、第１の入り口部Ａは、特定の幾何学的な感覚においては、第２の出口ポート22、23を含むように思われるが、後続のこれらのポート22、23から明らかなように、流れの観点においては第１の入り口部Ａとは接続されていない。対応する幾何学的な感覚と流れの方向に関する規定の関係は、第１の出口部Ｂと第２の入り口部Ｃに形成される第１の入り口ポート11とポート12、13、21にも当て嵌まる。
【００３６】
明確性を目的として、第１の流体を移送することを意図するポートは、円または楕円で描かれるのに対し、第２の流体を移送することを意図するポートは、四辺形で描かれている。ポートの形状は、当然のことながら、プレートが熱交換を意図する流体のタイプにしたがって変化する。
【００３７】
第１の流体のための入り口ポート11は、第１の流体のための２つの出口ポート12、13の合計断面積よりも大きい断面積を有する。これを逆にした関係がポート21‐23に当て嵌まる。出口部の合計断面積は入り口の断面積よりも大きい。このように構成されるので、プレートは、第１の流体を凝縮させ、第２の流体を蒸発させることを意図する。
【００３８】
プレート１は、0.4〜1mmの材料厚を有しており、プレートが、互いに2〜10mm離間して配置された2つの幾何学的平行面Ｐ1およびＰ2の間に延出するように凹部と凸部とを備えている。しかしながら、厚さと離間距離という前記２つの寸法は、使用されるプレートに大きく依存する。凹部と凸部は、一方においては、これらが距離手段すなわちガスケットの溝、および／または、シール面を、他方においては、流体の流れの制御を構成するように形成される。
【００３９】
凸部は、プレート１の第１のサイド1aにおける第１の外周長の連続***部14を備える。***部14は、プレート1の第１のサイド1aにおける上記の第１の流れのエリア10を包囲し、画定するループを形成する。この***部14は、更に、第１の入り口ポート11と前記第１の出口ポート12、13を包囲する。しかしながら、***部14の形態は、第２の入り口ポート21と前記第２の出口ポート22、23がループの外側に位置するような形状である。更には、***部14の高さは、それが、全延出部に沿って第１の幾何学的平面Ｐ1に対して垂直をなす高さである。***部14のこの形状は、プレート1が前記対称線Ｓを中心に180度回動すなわち「反転」されて同一のプレートと向き合って接するとき、２つのプレートの***部14が互いに向き合って接し、第１の入り口ポート11を２つの第１の出口ポート12、13と接続して閉じたスペース10を画定することを意味する。閉じたスペース10は、一緒に溶着されたプレートの２つの***部14の殻体によってシールされるので、２つのプレートは、互いに固定されて結合される。閉じたスペース10は、溶着することによっても、周囲と向き合ってシールされる。
【００４０】
凹部は、プレート１の第２のサイド1bにおける第２の外周長の連続***部24を構成する溝を有する。この***部24は、プレート１全体を包囲するループを構成する。プレート1の第２のサイド1bの***部24は、プレート1の第１のサイド1aの***部14よりもプレート1のエッジ部に近く配置されている。第２の***部24は、全ポート11‐13、21‐23およびプレート1の第２のサイド1bの前記第２の流れのエリア20を包囲する。***部24の高さは、その延出部全体に沿って第２の幾何学的平面Ｐ2に対し垂直をなす高さである。***部24のこの形状は、プレート１が前記対称線Ｓを中心に180度回動すなわち「反転」されて同一のプレートと向き合って接するとき、２つのプレートの***部24が互いに向き合って接し、第２の入り口ポート21を２つの第２の出口ポート22、23と接続して閉じたスペース20を画定することを意味する。
【００４１】
閉じたスペース20が、第１の流体のためのポート11‐13と接続されないことを保証するために、プレート1は、その第２のサイド1bに、これらのポート11‐13およびその延出部全体に沿って第２の幾何学的平面Ｐ2に対し垂直をなす多数の連続***部25‐27を備える。これらのポート11‐13は、それによって、これらが前記の閉じたスペース20と接続されないように画定される。閉じたスペース20は、一緒に溶着されるポートに沿って延出しこれを包囲する２つのプレートの***部24‐27の殻体によってシールされるので、２つのプレートは、互いに固定されて結合される。閉じたスペース20は、溶着によっても周囲と向き合ってシールされる。ポートを包囲する***部25‐27は、プレート1の第１のサイド1aの***部14よりもそれぞれのポート11‐13により近く配置されている。数枚のプレートを一緒に溶着することは、例えば、EP‐A‐623 204号により詳細に記載されている。
【００４２】
代替具体例によれば、プレート1の第２のサイド1bの外側の***部24は、第１のサイド1aの***部14の背部によって形成される第２のサイド1bの谷部に適切に配置されるガスケット40によって置換されることができる。この場合は、第１の入り口ポート11と２つの第１の出口ポート12、13の周囲の第２のサイド1bにおける殻体25‐27は、ガスケットの溝とガスケットとによって適切に置換される。対をなして溶着し、ガスケットを第２の間隙毎に設けるこの方法は、導入部を介して説明される特許明細書US‐A‐4,359,087に開示されている。
【００４３】
プレート1の中央部分すなわち入り口部と出口部の間に位置するプレート1の部分は、プレート１の両サイドにおいて***部と谷部を交互に形成する多数の細長い波形30を有する。これらの波形30は、傾斜しているのでプレート1の対称線Ｓと90度以外の角度で交わり、それによって、対称線Ｓに対して非対称的に配置される。波形30同士の相対距離、延出量、断面形状および配向性は、熱交換を意図する流体の流れによって大部分が決定される。これらの波形は、例えば、対称線Ｓに垂直な方向に沿う杉綾(herringbone)パターンをなして設けることができる(図６、７参照)。前記波形の少なくとも一部は、前記の幾何学的平面Ｐ1、Ｐ2に対して垂直であるから、２枚のプレートが互いに向き合って接するようになった場合は、非対称な複数の***部が多数のポイントにおいて横断方向に互いに接するであろう。これらの多数のポイントは、プレート同士が互いに正確に離間し、作動中に流体が各プレートに及ぼす圧力に起因するプレートの変形を避けるために各プレートに必要とされる支持力を付与することを可能にする。互いに向き合う非対称な波形30同士の接触によって規定されるこれらのポイントは、対称線Ｓに対しては比較的対称に配置される。
このように、これらの波形30は、２つの目的に仕える。これらは、流体の流れに影響を与えることを意図する。そして、これらは、プレート間の距離手段として仕える。
【００４４】
非対称な細長い波形30を補完するか１つの代替として、プレートは、短い***部または集中された突起部３１を備えるように製造する事ができ、この場合、これらは、対称線Ｓに比較的対称に配置される。
【００４５】
上に説明したタイプのプレートは、プレート型熱交換器のためのプレート充填体として使用される。多数枚のプレートが、これらが互いに平行で、上記の***部、突起部、波形およびガスケットによって互いに向き合って接するように充填体内で組み立てられる。プレート充填体の各２番目のプレートは、前記対称線Ｓを中心として180度だけ「反転」される。このことによって、一致してダクトを形成するプレートのそれぞれのポートを生じ、これらは、プレート充填体内に延出する。更に、外周部の***部と流れのエリアは、上記の態様で、プレートの間隙内に閉じたスペースすなわち流れのダクトを形成する。各第２枚目のプレートの流れのダクトは、前記第一の入り口および出口ポートに接続され、他の間隙の流れダクトは前記第２の入り口および出口ポートに接続される。
【００４６】
１具体例によれば、プレートの背部にある複数枚のプレートは、一緒に溶着されて互いに結合される(図３、図４参照)。全てのプレートが互いに結合されたとき、流れのエリア10、20をそれぞれ包囲する***部と、第２の流れのエリア20とは接続されてはならないこれらのポート11-13を包囲する***部25-27は一緒に溶着される。
【００４７】
他の具体例によれば、充填体のプレートは、(図示しない)２つのプレートの隣接***部同士を溶着することによって、対をなして互いに固定的に結合されるだけである。例えば、各プレートの第２のサイド1bの***部は、一緒に溶着されることができ、外周部の***部の背部は、該当するプレートの第１のサイド1aにおいてガスケットの溝として利用することができる。このように、１つの単純なガスケットが必要なだけである。したがって、プレート充填体は、対をなす多数枚のプレート、すなわち「カセット」で構成されており、この場合ガスケットは、対をなすプレート同士の間に設けられる。
【００４８】
熱交換器の今日の利用態様が、プレートが対をなして結合されるべきなのか、全く結合されるべきではないのか、全部が全部は、結合されるべきではないのかを決定する。例えば、これらのプレートは対をなして溶着され、ガスケットは第２の間隙毎に設けることができる。これは、例えば、一方の流体が水であって、他方の流体が食品またはプレートを清浄にすることが必要な他の任意の製品であるときに便利である。この場合は、水が固定的に結合された対をなすプレートを通って移送され、第２の流体が、ガスケットによってシールされた間隙部内を通って移送される。これらの間隙部はしたがって、清浄化のためにアクセスが可能である(図５参照)。
【００４９】
１つの代替可能な具体例によれば、長方形の主輪郭を備えるプレート101(図６参照)は、プレート101の第１のエッジ部102に第１のポート部Ｅを、第１のエッジ部102の反対側に位置する第２のエッジ部103に第２のポート部Ｆを備える。これらの２つのポート部Ｅ、Ｆは、それぞれ、３つのポート111-112、121-124を有する。第１のポート部Ｅの中心ポート111は、第１の流体のための入り口ポートであり、第２の部分Ｆの中心ポート112は、第１の流体のための出口ポートである。
【００５０】
図６に示すプレート101は、対をなして溶着することを意図する。すなわち、これらのプレートは、対をなして固定的に結合されなければならず、対をなすプレートは、ガスケットによって互いにシールされなければならない。このプレート101は、多数の凹部すなわち溝114、115a-d、116、117を備えており、これらの幾つかはガスケットを受け入れることを意図する。
【００５１】
このプレート101は、プレート101の全周に沿って延出する溝114を備えており、この溝は、全押圧深さを用いて押圧されており、ガスケットを受け入れるために設けられている。図６におけるプレート101の背面には、前記の溝114が1つの***部を形成し、この***部は隣接プレートの対応する***部と向き合って接し、これらの***部は一緒に溶着される。
【００５２】
このプレート101は更に、プレート101の各コーナーに配置された溝115a‐dを有する。これらコーナーの溝115a‐dは、外周溝114に接続されており、それぞれガスケットを受け入れるために設けられる。しかしながら、溝115a‐dは、全押圧深さを用いて押圧されておらず、このことは、プレート101の第２のサイドにおけるこれらの溝115a‐dによって形成される***部が、隣接プレートの対応する***部と向き合って接しないことを意味する。その理由は、コーナーに配置されたポート121‐124は、プレートの前記第２のサイドにおける熱伝達表面120を通過して互いに接続されなければならないからである。充分なシール圧を獲得するために、コーナーの溝115a‐dは、プレートの第２のサイドに形成される***部が、特定のポイントにおいて互いに向き合って接するように、全押圧深さを用いて押圧される多数の集中的な凹部を備えることができるからである。その代わりに、充分なシール圧を得るためにプレート101の背面に、重量ベルトが設けられることができる。このように、溝115a‐d内のガスケットは、溝114内に設けられたガスケットよりも薄い。
【００５３】
プレート101は、更に、第１の流体のための入り口ポート111を包囲する溝116と、出口ポート112を包囲する溝117を備える。これらの溝は、全押圧深さを用いて押圧され、外周溝114の背面として背面において一緒に溶着することを意図する。しかしながら、ポートを包囲する溝111と112は、ガスケットを受け入れることを意図しない。
【００５４】
上に述べたプレート101の具体例においては、第１の流体が、中心ポート111と112の間および図６に示すプレートの前側すなわち第１のサイドに沿って流れる。コーナーの溝115a‐dのガスケットおよび外周溝114のガスケットは、この流れとこれを囲む部材およびコーナーに配置されたポート121‐124の間のシールを提供する。プレート101の第２のサイドには、第２の流体が流れる。外周溝114の背面とポートを包囲する溝116と117の溶着は、この流れとこれを囲む部材および中心ポート111、112の間のシールをそれぞれ提供する。コーナーの溝115a‐dは、全押圧深さを用いて押圧されないので、第２の流体は、ポート121‐124と熱交換面の間を流れることができる。このプレート101はまた、プレート101の熱伝達部分110に形成された多数の凹部と凸部を有し、これらが、上に説明したように距離手段を形成する。この場合は、凹部と凸部が「杉綾パターン」をなして設けられた波形として形成される、すなわち、各波形の***部は、互いに対して傾斜し、矢印形を形成したた２つの***部分を構成する。そのような幾つかの矢印形の***部と中間の谷部は、共通の「矢印」すなわち杉綾線(herringbone line)に沿って配置される。
【００５５】
図７は、プレート201を示し、これは、図６のプレート101と同じポートの形状を有し、全部を溶着した構造を意図する。
【００５６】
このプレート201は、細長い長方形の主輪郭を有し、プレート201の２つの短いサイドに位置するポート部分に設けられた６つのポート211、212、221‐224を備える。このプレート201は、ポート部分の間に熱伝達部分210を備える。
【００５７】
プレート201は更に、各ポート部分に中心ポート211、212を有しており、これらのポートは、プレート201の熱伝達部分210の一方のサイド201aを横断する流れのエリアを通って互いに接続されることを意図する。この流れとその周辺部材の間のシールは、プレート201の全周に沿って延出し、互いに向き合って接し隣接プレート面の対応する***部と溶着されることを意図する***部214によって提供される。プレート201は更に、外周の***部214とともに、プレート201の各コーナーに配置された４つのポート221‐224と接続し、これらを包囲しシールする４つの***部215a‐dを有しており、前記のポートは、プレート201の第2のサイドを通って隣接プレートの対応する***部と向き合って接し、これらに溶着されることを意図する。
【００５８】
その第２のサイド(図７に示すサイド201aの裏側)において、プレート201は、外周部に沿って延出する１つの***部244を有する。この***部244は、プレート201の第2のサイドにおける流れのエリアとその周辺部材との間のシールを提供するために、隣接プレートの対応***部と向き合って接しこれらに溶着されることを意図する。中心ポート211、212がこの流れのエリアと接続されないようにするために、プレート201は、それぞれの中心ポート211、212を包囲するその第２のサイドに２つの余分な***部216、217を備える。これらの***部216、217もまた、隣接プレートの対応***部に溶着されることを意図する。
【００５９】
更には、このプレート201は、波形230を有し、プレート201の熱伝達部分にをなす杉綾パターンを形成する。この波形は、距離手段として機能することを意図している。
【００６０】
冒頭に掲げたクレームに規定されるように、この発明の範囲内において、ここに説明された具体例の多数の変形が可能である点を理解すべきである。
【００６１】
例えば、熱伝達プレートにおいて、金属の代わりに、充分な熱交換性能を備える他の材料を使用することができる。このことは、流体が腐蝕性、侵食性であるか、または、どのような態様であれ、金属との関連において使用が不適当な場合に、特に当て嵌まる。異なる金属もまた、熱交換器に使用される流体に応じて異なる応用において使用することができる。
【００６２】
固定的な結合と適切なシールを提供する接着またはハンダ付けのような他の方法は、溶着と置き換えることができる。
【００６３】
更には、固定的な結合およびガスケットにそれぞれ関連するプレートの外観にも変形が存在する。例えば、プレートは、10枚のプレートで構成するプレートの充填体に固定的に結合することができ、この場合、幾つかのプレート充填体が、隣接するプレート充填体の間にシールを提供するために、ガスケットが設けられるプレート型熱交換器を形成するために組み立てられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 プレートの一方の側から眺めたこの発明の熱伝達プレートの平面図。
【図２】 図１に対し他方の側から眺めた同じ熱伝達プレート。
【図３】 図１のIII‐III線に沿う断面図。
【図４】 図１のIV‐IV線に沿う断面図。
【図５】 １つの代替具体例による図１のIV‐IV線に沿う断面図。
【図６】 対をなして溶着することを意図するこの発明の１つの代替具体例の熱伝達プレート。
【図７】 図６に示すプレートに対応するとともに、全体を溶着することを意図する熱伝達プレート。
発明の技術分野
この発明は、請求項１の前文による熱交換プレートおよびプレート型熱交換器に用いるプレート充填体に関する。この発明は更に、そのようなプレートおよびプレート充填体とからそれぞれ構成されるプレート型熱交換器に関する。
従来技術
プレート型熱交換器は、中間にプレートの間隙を形成する多数の組み立てられた熱伝達プレートを構成するプレート充填体を有する。通常は、各２枚目のプレートの間隙部が第１の入り口ダクトおよび第１の出口ダクトに接続され、各プレートの間隙部は、流れのエリアを規定し、前記入り口ダクトと出口ダクトの間に、第１の流体の流れを移送するために設けられる。したがって、他のプレートの間隙部は、第２の流体の流れのための第２の入り口ダクトと第２の出口ダクトに接続される。このように、これらのプレートは、それらのサイド面の１つを通過する一方の流体、および、他のサイド面を通過する他方の流体と接触し、このことによって２つの流体の間の主たる熱交換が可能になる。
【０００２】
近代のプレート型熱交換器は、複数の熱伝達プレートを備えており、これらは大抵の場合、最終的な形状を得るためにプレスされ打ち抜かれる。各熱伝達プレートは、通常、４つまたはそれ以上のプレート内に打ち抜かれた貫通孔によって形成される「ポート」を備える。異なるプレートのポートは、前記の入り口および出口ダクトを規定し、これらは、プレート面を横断してプレート型熱交換器内に延出する。ガスケットまたは他の任意の形態のシール手段が、各２枚目のプレート間隙部にある幾つかのポートの周囲および他のポートの周囲にある他のプレートの間隙部内に設けられ、第１および第２のそれぞれの流体のための別々のダクトを形成する。
【０００３】
熱交換作動中に得られる流体圧は相当に大きいので、プレートは、流体圧によって変形されないために一定の強度を備えることを要する。
【０００４】
シート板材で作られたプレートを利用することは、これらが何とか支持される場合に限って可能である。これは概して、プレート同士が多数のポイントにおいて互いに向き合って接するように或る種の波形を備えるように設計される熱伝達プレートによって解決される。これらのプレートは、「ラック(rack)」をなす２つの強力な端部プレートの間において互いに固定され、それによって、各プレートの間隙部内に流れのダクトを備える強力なユニットを形成する。プレート同士の間に所望の接触を得るには、異なるタイプの２つのプレートが製造され、これらは、熱交換器内の複数のプレートが交互に第１の種類と第２の種類であるようにサンドイッチされる。
【０００５】
このタイプのプレート型熱交換器の近代的な例は、US‐A‐5,226,474号に開示されている。このプレート型熱交換器は、各プレートの下方エッジ部の中心入り口を通って導入される液流を蒸発させることを意図しており、この液流は、蒸気の形態でプレート型熱交換器から放出され、集められた液流がプレートの１つの上部コーナーに配置された出口を通る。第２の流体は、蒸気の形態でプレートの他方の上部コーナーに配置された入り口を通過して導入され、濃縮液と残余の蒸気の形態で各プレートの２つの下方コーナーに配置された２つの出口を通って放出される。
【０００６】
このタイプのプレート型熱交換器の製造には２つの異なるタイプのプレートを要するが、このことは、プレスツールが２組必要なことを意味しており、これが今度は大きな投資になることを示唆している。２つの異なるタイプのプレートの必要性は、また、完成されたプレートとプレスツールのための大きい貯蔵スペースが必要であることをも意味する。更には、これらのツールは、プレートのプレスに関連して交換されなければならない。
【０００７】
シート板で製造される熱伝達プレート付きのプレート型熱交換器の製造が開始されてから、１タイプのプレートだけが必要であることを意味する１つの解決案は、その方がコスト的により有効であるという理由で求められている。
【０００８】
今日では、例えば２つの基本的な設計要件に従って１つのタイプのプレートだけを用いる応用における幾つかのケースが存在する。すなわち、一方においては、各熱交換流体のための入り口と出口がプレートの同じ横方向エッジ部に配置されることができる点であり、他方においては、プレートが、入り口と出口のサイズをそれぞれの流体について同じに設計することができるという設計である。そのようなプレートの例がUS‐A‐4,359,087号に開示されている。
【０００９】
そのような特定のケースにおいては、溶着によって準備される***部および／またはガスケットのようなプレートのポートとシール部材が、２つの流体の入り口と出口の間においてプレートの中心に配置された対称線を中心に対称的に設けられ、両流体の主たる流れの方向を横断して延出する。熱交換器の複数のプレートは、各２枚目のプレートがその対称線を中心に180度だけ回転されるか、「反転(flipped)」されるように設けられる。入り口と出口に関する配置要件は、入り口と出口のダクトを規定するポートに対するシール手段の配置は、すべてのプレートについて同一でなければならないという事実に基づく。しかしながら、入り口と出口をこのように配置することは、プレート表面の一部だけが熱交換に有効に用いられることを意味する。その理由は、入り口から出口への最短路を取る部分流と入り口から出口に向かってプレートの反対側のエッジ部を介して描く本来の通路を取る部分流との間に、大きな流速の差が発生するからである。
【００１０】
標準的な解決として、唯一のタイプの金属プレートが使用されるが、全プレート型熱交換器を構成するために、各２枚目の間隙部毎に異なるタイプのガスケットが用いられる他の応用例も存在する。このタイプの構造においては、各２枚目のプレートが、プレート面に対して相応に垂直に延出する中心線の周りの面内で180度だけ回転される。このことは、上記のケースと全く同様に、異なるポートがすべて同じサイズでなければならないことを意味する。このプレートの設計では、特別なガスケットまたは加圧ベルト(weigh belts)の形態をなす異なる種類の強化手段も使用されることを意味する。しかしながら、このことは、製造と強化手段のマウントに追加的なコストを必要とする結果となる。これに加えて、これらの強化手段は、しばしば、熱交換器の機能に有害な影響を及ぼす、何故ならば、これらは望ましくない態様で流れを妨げるからである。
【００１１】
従来技術の別の例がGB‐A‐2,121,525号に見出される。これは、プレート充填体をなす２つの異なるタイプのプレートを備える蒸発器の形態をなすプレート型熱交換器を開示する。
【００１２】
しかしながら、これには、上記の特別なケースが応用できない多数の応用が存在する。例えば、これらは、一方または両方の流体が相の変化を受けるときは使用不可能である。例えば、蒸発および／または濃縮のプロセスが存在し、液体が上記に変化し、蒸気が液体に変化する。この場合は、それぞれの流体について異なるサイズの入り口と出口を必要とする(上記のUS‐A‐5,226,474号参照)。
【００１３】
このように、プレートのタイプの数を唯１つに減少させる１種類または同一のプレートを有するプレート型熱交換器における一般的な技術は存在しない。この問題を解決するために提案された試みは、極端に特殊な応用に限られるか、より高価でありながら貧弱な構造を招来する特別な強化手段とガスケットを必要とし、これらの手段は、１つのタイプのプレートだけを備えるという経済的利益が失われることを意味する。
【００１４】
濃縮と蒸発に関する様々な応用においてプレートのタイプ数を減少するニーズはとりわけて大きい。何故ならば、これらは、譬え、流体の一方が蒸気相であるとしても、有効な熱交換を達成するには、比較的大きなプレートを必要とするからである。この必要性は大規模な工業的な作業プロセスに関連して、より一層喧伝されている。
発明の概要
この発明の目的は、上記の問題に解決を提供することである。
【００１５】
より特定して言えば、この発明の第１の目的は、熱交換用のプレートを提供することであり、これは、プレート型熱交換器が、最低の可能なコストで製造することができるように構成することであり、プレート型熱交換器内の２つの熱交換流体のそれぞれの流れが、それぞれのプレートの間隙部内において可能な限り一様に分布する。更に、その構造は、熱伝達プレートは、それがプレート型熱交換器中で類似の複数のプレートとともに組み立てられたとき、複数の熱交換流体の間の大きな圧力差に抵抗することができるような構造でなければならない。更には、その構造は、譬え一方または両方の流体が、プレート型熱交換器内における熱交換中に、相の変化を受けることを意図しているとしても、上記の利点が得られるとともに、各熱交換プレートは、したがって、各流体または一方の流体だけについて出口ポートの面積とは異なるサイズの入り口面積を備えなければならないような構造でなければならない。
【００１６】
この発明によれば、この目的は、導入部を介して記載され、請求項１に規定される特徴を有するタイプの熱伝達プレートによって達成される。
【００１７】
この発明はまた、プレート型熱交換器に用いるプレート充填体にも関しており、前記充填体は、上記の多数の熱伝達プレートを有するとともに、請求項１７に規定される特徴を有する。
【００１８】
更にこの発明は、請求項２１に規定される特徴を有するプレート型熱交換器に関する。
【００１９】
最後に、この発明はまた、上に記載したタイプの熱伝達プレートの利用にも関する。
【００２０】
この発明の好ましい具体例は、従属請求項から明らかである。
【００２１】
プレートが、プレートの前記第１のエッジ部から前記第２のエッジ部に向かって、熱交換流体の主流の方向に延出する対称線を有し、前記対称線に対して、プレートの熱伝達部分、シール部分および前記各流体によって通過されるポートが対称に設けられるという事実は、結果として、その対称線の周りに反転されることができ、対をなすプレート、または、１つ、すなわち同じタイプの数枚のプレートを備えるプレート充填体を形成するために、他の同じプレートと向き合って接するようになる１つのプレートが生じる。
【００２２】
プレートは、それが、プレート型熱交換器内で同一の複数のプレートと一緒に組み立てられるとき、２つの熱交換流体の間の大きな圧力差に抵抗することができることを保証するために、前記凸部と凹部は、２つの同じプレートが互いに向き合って接するようにされたとき、‐プレートの一方が対称線を中心として他方のプレートに対し、180度回転され‐プレートの前記凸部は、プレートの熱伝達部分に亘って分布する多数の場所においてプレートの間に距離手段を形成するように、前記対称線に対して設けられる。
【００２３】
その対称特性のために、唯１つのタイプのプレートが必要なだけであり、このことは、１セットのプレスツールだけが必要なことを意味しており、これが今度は従来技術に比較して、小額の投資を示唆する。
【００２４】
上記の対称要件は、それぞれの流体のための入り口ポートと出口ポートが異なる形状と、異なる合計面積が付与されることであり、このことは、一方または両方の流体が全体または一部の相の変化を受ける場合にも、このプレートがプレート型熱交換器に使用することができることを意味する。
【００２５】
ポートの対称配置はまた、流体の流れが、プレートのエッジ部の一方またはたほうに沿ってのみ流れる代わりに、プレート面の主要部をカバーするという利点を備える。更にこの対称配置は、流れの通路における圧力差が小さくなり、それによって、１つ、すなわち同一プレートの間隙部内の流体の異なる部分流間の流速の差異が小さくなる結果となる。このことによって、熱交換器の大きな効率が保証され、任意の熱交換作業量が小さくなり、したがって、安価なプレートを使用することができることを意味する。更にまた、プレートの任意の部分における流体の流れの危険度が非常に小さくなり、前記の部分が「乾燥」状態になって、一方の流体が燃えてこの部分においてプレートに粘着する場合が減少する。
【００２６】
これらのプレートは、プレートのそれぞれのサイドにおける所望の流れのエリアを規定する外周の***部を備えるように有利に形成される。これらの***部は、距離手段とシール手段の両方を形成する。
【００２７】
距離手段が、対称線に関しポイント毎に対称であることを保証する好ましいやり方は、プレートに、対称線に対して対称に設けられた***部を形成する細長い波形を付与することである。
【００２８】
上記のタイプのプレートがプレート充填体に使用されるときは、各２枚目毎のプレートが、他のプレートに対し前記対称線の周りに180度だけ反転され、対をなして溶着するのに適切なプレート充填体が得られるが、この充填体は、オプションによるシールシステムと組み合わせて使用することもできる。各２毎目のプレートを対称線の周りに反転することは、結果として、ポートと距離手段が隣接プレート面の対応部材と一致することになる。プレートは、各プレート面の第１のサイドが隣接プレート面の第１のサイドと向き合い、各プレートの第２のサイドが、隣接プレートの第２のサイドと向き合うように設けられる。
好ましい具体例の詳細な説明
この発明は、異なる局面によるこの発明の現時点において好ましい具体例を例示を介して図示する添付の略図を参照しつつ、以下に詳細に説明される。
【００２９】
この発明にしたがって設計される熱交換プレートは、従来のプレート型熱交換器に利用することを意図しており、したがって、その作用に付いてはより詳細には説明しない。
【００３０】
この発明の熱交換プレート1は、圧縮された薄いシートから形成されており、図１、図２に見られるように、長方形の主輪郭を有する。その一方の(第１の)側すなわちサイド１ａ(図１参照)において、プレート１は、その一方の(第１の)エッジ部2すなわち短い側に第１の入り口部Ａを有する。更に、プレート1は、その第１のサイド1aにおいて、第１のエッジ部２の反対側に第２のエッジ部3と第１の出口部Ｂを備える。
【００３１】
プレート1は、第１の入り口部Ａと第１の出口部Ｂの間に延出する幾何学的対称線Ｓを有する。
【００３２】
第１の入り口部Ａと第１の出口部Ｂは、流れという観点において、プレート1の第１のサイド1aにおける第１の流れのエリアすなわち熱交換部10を通過して互いに連通している。第１の入り口部Ａは、中央に設けられ、貫通孔によって規定された入り口部11を備えており、前記入り口部11は、対称線Ｓによって横断されるか交叉されるように、そして、この線の両側において対称に造形されるように、中央に配設されている。第１の出口部Ｂは、２つの第１の出口ポート12、13を有し、これらは形状と位置という観点においては対称線Ｓに関して対称である。２つの出口ポート12、13の形状は同一であり、対称線Ｓに関して互いに鏡像をなし対称線Ｓから等距離の部位に配置されている。
【００３３】
プレート1は、そのサイド1b(図２参照)に、第１の出口部Ｂと同じエッジ部3に配置された第２の出口部Ｃを有し、第２の入り口ポート21を備えている。プレートはまた、その第２のサイド1bに、反対側のエッジ部2に配置された第２の出口部Ｄを有し、２つの第２の出口ポート22、23を備えている。２つの出口ポート22、23もまた、形状と位置という観点において対称で同形であり、対称線Ｓに対して互いに鏡像をなし対称線Ｓから等距離の部位に配置されている。第２の入り口部Ｃと第２の出口部Ｄは、第２の流れのエリアすなわちプレート1の第２のサイド1bにおける熱交換部20を通る流れという観点において、互いに連通している。
【００３４】
前に説明した６つのポート11-13および21‐23はすべて対称線Ｓに対して対象に配置されているので、ポート13、12および23、22は、対称線から或る距離の部位に配置されており、他のポート13、12および23、22を有し、これらは前者と正確な鏡像をなすので、ポート11、21は、対称線と交わっており、この線によって２つに分割され、対称線Ｓに対して鏡像をなす２つの同形の半体を有する。
【００３５】
第１の入り口部Ａと第２の出口部Ｄは、同じエッジ部に設けられており、対称線Ｓに沿う同じ延出部を有する。ポート11、22、23は孔を貫通して形成されるので、第１の入り口部Ａは、特定の幾何学的な感覚においては、第２の出口ポート22、23を含むように思われるが、後続のこれらのポート22、23から明らかなように、流れの観点においては第１の入り口部Ａとは接続されていない。対応する幾何学的な感覚と流れの方向に関する規定の関係は、第１の出口部Ｂと第２の入り口部Ｃに形成される第１の入り口ポート11とポート12、13、21にも当て嵌まる。
【００３６】
明確性を目的として、第１の流体を移送することを意図するポートは、円または楕円で描かれるのに対し、第２の流体を移送することを意図するポートは、四辺形で描かれている。ポートの形状は、当然のことながら、プレートが熱交換を意図する流体のタイプにしたがって変化する。
【００３７】
第１の流体のための入り口ポート11は、第１の流体のための２つの出口ポート12、13の合計断面積よりも大きい断面積を有する。これを逆にした関係がポート21‐23に当て嵌まる。出口部の合計断面積は入り口の断面積よりも大きい。このように構成されるので、プレートは、第１の流体を凝縮させ、第２の流体を蒸発させることを意図する。
【００３８】
プレート１は、0.4〜1mmの材料厚を有しており、プレートが、互いに2〜10mm離間して配置された2つの幾何学的平行面Ｐ1およびＰ2の間に延出するように凹部と凸部とを備えている。しかしながら、厚さと離間距離という前記２つの寸法は、使用されるプレートに大きく依存する。凹部と凸部は、一方においては、これらが距離手段すなわちガスケットの溝、および／または、シール面を、他方においては、流体の流れの制御を構成するように形成される。
【００３９】
凸部は、プレート１の第１のサイド1aにおける第１の外周長の連続***部14を備える。***部14は、プレート1の第１のサイド1aにおける上記の第１の流れのエリア10を包囲し、画定するループを形成する。この***部14は、更に、第１の入り口ポート11と前記第１の出口ポート12、13を包囲する。しかしながら、***部14の形態は、第２の入り口ポート21と前記第２の出口ポート22、23がループの外側に位置するような形状である。更には、***部14の高さは、それが、全延出部に沿って第１の幾何学的平面Ｐ1に対して垂直をなす高さである。***部14のこの形状は、プレート1が前記対称線Ｓを中心に180度回動すなわち「反転」されて同一のプレートと向き合って接するとき、２つのプレートの***部14が互いに向き合って接し、第１の入り口ポート11を２つの第１の出口ポート12、13と接続して閉じたスペース10を画定することを意味する。閉じたスペース10は、一緒に溶着されたプレートの２つの***部14の殻体によってシールされるので、２つのプレートは、互いに固定されて結合される。閉じたスペース10は、溶着することによっても、周囲と向き合ってシールされる。
【００４０】
凹部は、プレート１の第２のサイド1bにおける第２の外周長の連続***部24を構成する溝を有する。この***部24は、プレート１全体を包囲するループを構成する。プレート1の第２のサイド1bの***部24は、プレート1の第１のサイド1aの***部14よりもプレート1のエッジ部に近く配置されている。第２の***部24は、全ポート11‐13、21‐23およびプレート1の第２のサイド1bの前記第２の流れのエリア20を包囲する。***部24の高さは、その延出部全体に沿って第２の幾何学的平面Ｐ2に対し垂直をなす高さである。***部24のこの形状は、プレート１が前記対称線Ｓを中心に180度回動すなわち「反転」されて同一のプレートと向き合って接するとき、２つのプレートの***部24が互いに向き合って接し、第２の入り口ポート21を２つの第２の出口ポート22、23と接続して閉じたスペース20を画定することを意味する。
【００４１】
閉じたスペース20が、第１の流体のためのポート11‐13と接続されないことを保証するために、プレート1は、その第２のサイド1bに、これらのポート11‐13およびその延出部全体に沿って第２の幾何学的平面Ｐ2に対し垂直をなす多数の連続***部25‐27を備える。これらのポート11‐13は、それによって、これらが前記の閉じたスペース20と接続されないように画定される。閉じたスペース20は、一緒に溶着されるポートに沿って延出しこれを包囲する２つのプレートの***部24‐27の殻体によってシールされるので、２つのプレートは、互いに固定されて結合される。閉じたスペース20は、溶着によっても周囲と向き合ってシールされる。ポートを包囲する***部25‐27は、プレート1の第１のサイド1aの***部14よりもそれぞれのポート11‐13により近く配置されている。数枚のプレートを一緒に溶着することは、例えば、EP‐A‐623 204号により詳細に記載されている。
【００４２】
代替具体例によれば、プレート1の第２のサイド1bの外側の***部24は、第１のサイド1aの***部14の背部によって形成される第２のサイド1bの谷部に適切に配置されるガスケット40によって置換されることができる。この場合は、第１の入り口ポート11と２つの第１の出口ポート12、13の周囲の第２のサイド1bにおける殻体25‐27は、ガスケットの溝とガスケットとによって適切に置換される。対をなして溶着し、ガスケットを第２の間隙毎に設けるこの方法は、導入部を介して説明される特許明細書US‐A‐4,359,087に開示されている。
【００４３】
プレート1の中央部分すなわち入り口部と出口部の間に位置するプレート1の部分は、プレート１の両サイドにおいて***部と谷部を交互に形成する多数の細長い波形30を有する。これらの波形30は、傾斜しているのでプレート1の対称線Ｓと90度以外の角度で交わり、それによって、対称線Ｓに対して非対称的に配置される。波形30同士の相対距離、延出量、断面形状および配向性は、熱交換を意図する流体の流れによって大部分が決定される。これらの波形は、例えば、対称線Ｓに垂直な方向に沿う杉綾(herringbone)パターンをなして設けることができる(図６、７参照)。前記波形の少なくとも一部は、前記の幾何学的平面Ｐ1、Ｐ2に対して垂直であるから、２枚のプレートが互いに向き合って接するようになった場合は、非対称な複数の***部が多数のポイントにおいて横断方向に互いに接するであろう。これらの多数のポイントは、プレート同士が互いに正確に離間し、作動中に流体が各プレートに及ぼす圧力に起因するプレートの変形を避けるために各プレートに必要とされる支持力を付与することを可能にする。互いに向き合う非対称な波形30同士の接触によって規定されるこれらのポイントは、対称線Ｓに対しては比較的対称に配置される。
このように、これらの波形30は、２つの目的に仕える。これらは、流体の流れに影響を与えることを意図する。そして、これらは、プレート間の距離手段として仕える。
【００４４】
非対称な細長い波形30を補完するか１つの代替として、プレートは、短い***部または集中された突起部３１を備えるように製造する事ができ、この場合、これらは、対称線Ｓに比較的対称に配置される。
【００４５】
上に説明したタイプのプレートは、プレート型熱交換器のためのプレート充填体として使用される。多数枚のプレートが、これらが互いに平行で、上記の***部、突起部、波形およびガスケットによって互いに向き合って接するように充填体内で組み立てられる。プレート充填体の各２番目のプレートは、前記対称線Ｓを中心として180度だけ「反転」される。このことによって、一致してダクトを形成するプレートのそれぞれのポートを生じ、これらは、プレート充填体内に延出する。更に、外周部の***部と流れのエリアは、上記の態様で、プレートの間隙内に閉じたスペースすなわち流れのダクトを形成する。各第２枚目のプレートの流れのダクトは、前記第一の入り口および出口ポートに接続され、他の間隙の流れダクトは前記第２の入り口および出口ポートに接続される。
【００４６】
１具体例によれば、プレートの背部にある複数枚のプレートは、一緒に溶着されて互いに結合される(図３、図４参照)。全てのプレートが互いに結合されたとき、流れのエリア10、20をそれぞれ包囲する***部と、第２の流れのエリア20とは接続されてはならないこれらのポート11-13を包囲する***部25-27は一緒に溶着される。
【００４７】
他の具体例によれば、充填体のプレートは、(図示しない)２つのプレートの隣接***部同士を溶着することによって、対をなして互いに固定的に結合されるだけである。例えば、各プレートの第２のサイド1bの***部は、一緒に溶着されることができ、外周部の***部の背部は、該当するプレートの第１のサイド1aにおいてガスケットの溝として利用することができる。このように、１つの単純なガスケットが必要なだけである。したがって、プレート充填体は、対をなす多数枚のプレート、すなわち「カセット」で構成されており、この場合ガスケットは、対をなすプレート同士の間に設けられる。
【００４８】
熱交換器の今日の利用態様が、プレートが対をなして結合されるべきなのか、全く結合されるべきではないのか、全部が全部は、結合されるべきではないのかを決定する。例えば、これらのプレートは対をなして溶着され、ガスケットは第２の間隙毎に設けることができる。これは、例えば、一方の流体が水であって、他方の流体が食品またはプレートを清浄にすることが必要な他の任意の製品であるときに便利である。この場合は、水が固定的に結合された対をなすプレートを通って移送され、第２の流体が、ガスケットによってシールされた間隙部内を通って移送される。これらの間隙部はしたがって、清浄化のためにアクセスが可能である(図５参照)。
【００４９】
１つの代替可能な具体例によれば、長方形の主輪郭を備えるプレート101(図６参照)は、プレート101の第１のエッジ部102に第１のポート部Ｅを、第１のエッジ部102の反対側に位置する第２のエッジ部103に第２のポート部Ｆを備える。これらの２つのポート部Ｅ、Ｆは、それぞれ、３つのポート111-112、121-124を有する。第１のポート部Ｅの中心ポート111は、第１の流体のための入り口ポートであり、第２の部分Ｆの中心ポート112は、第１の流体のための出口ポートである。
【００５０】
図６に示すプレート101は、対をなして溶着することを意図する。すなわち、これらのプレートは、対をなして固定的に結合されなければならず、対をなすプレートは、ガスケットによって互いにシールされなければならない。このプレート101は、多数の凹部すなわち溝114、115a-d、116、117を備えており、これらの幾つかはガスケットを受け入れることを意図する。
【００５１】
このプレート101は、プレート101の全周に沿って延出する溝114を備えており、この溝は、全押圧深さを用いて押圧されており、ガスケットを受け入れるために設けられている。図６におけるプレート101の背面には、前記の溝114が1つの***部を形成し、この***部は隣接プレートの対応する***部と向き合って接し、これらの***部は一緒に溶着される。
【００５２】
このプレート101は更に、プレート101の各コーナーに配置された溝115a‐dを有する。これらコーナーの溝115a‐dは、外周溝114に接続されており、それぞれガスケットを受け入れるために設けられる。しかしながら、溝115a‐dは、全押圧深さを用いて押圧されておらず、このことは、プレート101の第２のサイドにおけるこれらの溝115a‐dによって形成される***部が、隣接プレートの対応する***部と向き合って接しないことを意味する。その理由は、コーナーに配置されたポート121‐124は、プレートの前記第２のサイドにおける熱伝達表面120を通過して互いに接続されなければならないからである。充分なシール圧を獲得するために、コーナーの溝115a‐dは、プレートの第２のサイドに形成される***部が、特定のポイントにおいて互いに向き合って接するように、全押圧深さを用いて押圧される多数の集中的な凹部を備えることができるからである。その代わりに、充分なシール圧を得るためにプレート101の背面に、重量ベルトが設けられることができる。このように、溝115a‐d内のガスケットは、溝114内に設けられたガスケットよりも薄い。
【００５３】
プレート101は、更に、第１の流体のための入り口ポート111を包囲する溝116と、出口ポート112を包囲する溝117を備える。これらの溝は、全押圧深さを用いて押圧され、外周溝114の背面として背面において一緒に溶着することを意図する。しかしながら、ポートを包囲する溝111と112は、ガスケットを受け入れることを意図しない。
【００５４】
上に述べたプレート101の具体例においては、第１の流体が、中心ポート111と112の間および図６に示すプレートの前側すなわち第１のサイドに沿って流れる。コーナーの溝115a‐dのガスケットおよび外周溝114のガスケットは、この流れとこれを囲む部材およびコーナーに配置されたポート121‐124の間のシールを提供する。プレート101の第２のサイドには、第２の流体が流れる。外周溝114の背面とポートを包囲する溝116と117の溶着は、この流れとこれを囲む部材および中心ポート111、112の間のシールをそれぞれ提供する。コーナーの溝115a‐dは、全押圧深さを用いて押圧されないので、第２の流体は、ポート121‐124と熱交換面の間を流れることができる。このプレート101はまた、プレート101の熱伝達部分110に形成された多数の凹部と凸部を有し、これらが、上に説明したように距離手段を形成する。この場合は、凹部と凸部が「杉綾パターン」をなして設けられた波形として形成される、すなわち、各波形の***部は、互いに対して傾斜し、矢印形を形成したた２つの***部分を構成する。そのような幾つかの矢印形の***部と中間の谷部は、共通の「矢印」すなわち杉綾線(herringbone line)に沿って配置される。
【００５５】
図７は、プレート201を示し、これは、図６のプレート101と同じポートの形状を有し、全部を溶着した構造を意図する。
【００５６】
このプレート201は、細長い長方形の主輪郭を有し、プレート201の２つの短いサイドに位置するポート部分に設けられた６つのポート211、212、221‐224を備える。このプレート201は、ポート部分の間に熱伝達部分210を備える。
【００５７】
プレート201は更に、各ポート部分に中心ポート211、212を有しており、これらのポートは、プレート201の熱伝達部分210の一方のサイド201aを横断する流れのエリアを通って互いに接続されることを意図する。この流れとその周辺部材の間のシールは、プレート201の全周に沿って延出し、互いに向き合って接し隣接プレート面の対応する***部と溶着されることを意図する***部214によって提供される。プレート201は更に、外周の***部214とともに、プレート201の各コーナーに配置された４つのポート221‐224と接続し、これらを包囲しシールする４つの***部215a‐dを有しており、前記のポートは、プレート201の第2のサイドを通って隣接プレートの対応する***部と向き合って接し、これらに溶着されることを意図する。
【００５８】
その第２のサイド(図７に示すサイド201aの裏側)において、プレート201は、外周部に沿って延出する１つの***部244を有する。この***部244は、プレート201の第2のサイドにおける流れのエリアとその周辺部材との間のシールを提供するために、隣接プレートの対応***部と向き合って接しこれらに溶着されることを意図する。中心ポート211、212がこの流れのエリアと接続されないようにするために、プレート201は、それぞれの中心ポート211、212を包囲するその第２のサイドに２つの余分な***部216、217を備える。これらの***部216、217もまた、隣接プレートの対応***部に溶着されることを意図する。
【００５９】
更には、このプレート201は、波形230を有し、プレート201の熱伝達部分にをなす杉綾パターンを形成する。この波形は、距離手段として機能することを意図している。
【００６０】
冒頭に掲げたクレームに規定されるように、この発明の範囲内において、ここに説明された具体例の多数の変形が可能である点を理解すべきである。
【００６１】
例えば、熱伝達プレートにおいて、金属の代わりに、充分な熱交換性能を備える他の材料を使用することができる。このことは、流体が腐蝕性、侵食性であるか、または、どのような態様であれ、金属との関連において使用が不適当な場合に、特に当て嵌まる。異なる金属もまた、熱交換器に使用される流体に応じて異なる応用において使用することができる。
【００６２】
固定的な結合と適切なシールを提供する接着またはハンダ付けのような他の方法は、溶着と置き換えることができる。
【００６３】
更には、固定的な結合およびガスケットにそれぞれ関連するプレートの外観にも変形が存在する。例えば、プレートは、10枚のプレートで構成するプレートの充填体に固定的に結合することができ、この場合、幾つかのプレート充填体が、隣接するプレート充填体の間にシールを提供するために、ガスケットが設けられるプレート型熱交換器を形成するために組み立てられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 プレートの一方の側から眺めたこの発明の熱伝達プレートの平面図。
【図２】 図１に対し他方の側から眺めた同じ熱伝達プレート。
【図３】 図１のIII‐III線に沿う断面図。
【図４】 図１のIV‐IV線に沿う断面図。
【図５】 １つの代替具体例による図１のIV‐IV線に沿う断面図。
【図６】 対をなして溶着することを意図するこの発明の１つの代替具体例の熱伝達プレート。
【図７】 図６に示すプレートに対応するとともに、全体を溶着することを意図する熱伝達プレート。
Claims (23)
- プレート型熱交換器用の熱伝達プレートであって、
プレート(1;101;201)の２つの反対側のエッジ部(2,3;102,103;202,203)の間に配置され、そして、プレートの第１のサイド(1a;101a;201a)に、プレートの裏側の第２のサイド(1b;101b;201b)に対応する凸部と凹部を形成する凸部と凹部(30;130;230)を有する熱伝達部分(10,20;110,120,210,220)と、
前記エッジ部の第１のエッジ部(2;102;202)に配置され、そして、第１の流体によって通過される少なくとも１つのポート(11;111;211)と、第２の流体によって通過される少なくとも１つのポート(22,23;123,124;223,224)を有する第１のポート部分(A,D;E;G)と、
前記エッジ部の第２のエッジ部(3,103,203)に配置され、そして、前記第１の流体によって通過される少なくとも１つのポート(12,13;112;212)と、前記第２の流体によって通過される少なくとも１つのポート(21;121,122;221,222)を有する第２のポート部分(B,C;F;H)と、
一方において、プレートの前記第１のサイド(1a;101a;201a)に、前記第１の流体によって通過されるポート(11-13;11,112:211,212)のみならず、プレートの熱伝達部分(10;110;210)を被覆する第１の表面を包囲し、他方において、前記第２の流体によって通過されるポート(21-23;121-124;221-224)を別途包囲する第１のシール部分(14;114,115a-d;214,215a‐d)と、
一方において、プレートの前記裏側の第２のサイド(1b;101b;201b)に、前記第２の流体によって通過されるポート(21‐23;121‐124;221)のみならず、プレートの熱伝達部分(10;110;210)を被覆する第２の表面を包囲し、他方において、前記第１の流体によって通過されるポート(11‐13;111,112;211,212)を別途包囲する第２のシール部分(24‐27;114,116,117;244,216,217)と、を備え、
プレートが、プレート型熱交換器の一部を形成するとき、前記第１の流体のためのポートが、前記熱伝達部分のエリアにおいてプレートの前記第１のサイドによって規定される第１の通過間隙部と連通するように設けられ、
前記第２の流体のためのポートは、熱伝達部分のエリアにおいてプレートの裏側の第２のサイドによって規定される第２の通過間隙部と連通するように設けられ、
プレートは、対称線(Ｓ)を有し、前記対称線は、プレートの前記第１のエッジ部(2;102;202)から前記第２のエッジ部(3;103;203)に延出しており、前記対称線に関して、プレートの熱伝達部分、シール部分および前記各流体によって通過されるポートが、対称的に設けられる点、および、
前記凸部と凹部(30;130;230)が、
２つの同じプレートが互いに向き合って接するようにされたとき、‐プレートの一方が対称線(Ｓ)を中心として他方のプレートに対し、180度反転され‐プレートの前記凸部(30;130;230)は、プレートの熱伝達部分(10;110;210)に亘って分布する多数の場所においてプレートの間に距離手段を形成するように、前記対称線(Ｓ)に対して設けられる点に特徴を有するプレート型熱交換器用の熱伝達プレート。 - 前記第１のシール部分は、プレートの第１のサイドに配置され、前記第１の表面の周囲に延出する第１の***部(14;114;214)を有する請求項１記載の熱伝達プレート。
- ***部(14;114;214)の延出部が、対象線(Ｓ)に対して対称である請求項２記載の熱伝達プレート。
- ***部(14;114;214)の背面がプレートの第２のサイドにおいてガスケットの溝を形成する請求項２または３記載の熱伝達プレート。
- 前記第２のシール部分は、プレートの第２のサイドに配置され、前記第２の表面の周囲に延出する第２の***部(24;114;244)を有する請求項２〜４のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- 前記第２の***部(24;114;244)の延出部は、対称線(Ｓ)に対し対称である請求項５記載の熱伝達プレート。
- 前記第１のポート部(A,D;E;G)における１つの流体のための合計ポート面積は、前記第２のポート部(B,C;F;H)における同じ流体のための異なる大きさを備える先行請求項のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- 前記第１のポート部(A,D;E;G)における各流体のための合計ポート面積は、前記第２のポート部(B,C;F;H)における各流体のための合計ポート面積とは異なる大きさを備える先行請求項のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- 各流体のための合計ポート面積は、前記第２のポート部(B,C;F;H)におけるよりも前記第１のポート部(A,D;E;G)における方が大きい請求項７または８記載の熱伝達プレート。
- 前記第１のポート部(A,D;E;G)は、対称線(Ｓ)によって交差される中心入り口ポート(11;111;211)を有する先行請求項のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- プレートの前記第１のエッジ部(2;102;202)における少なくとも３つのポートと前記第２のエッジ部(3;103;203)における３つのポートを備える先行請求項のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- 各ポート部における３つのポートと、前記第２のエッジ部において２つの外側ポート(12,13)に接続された前記第１のエッジ部における中間ポート(11)と、第１のエッジ部において２つの外側ポート(22,23)に接続された前記第２のエッジ部における中間ポート(21)とを有する請求項１１記載の熱伝達プレート。
- 各ポート部における３つのポートと、前記第２のエッジ部において中間ポート(112;212)に接続された前記第１のエッジ部における中間ポート(111;211)と、第１のエッジ部において２つの外側ポート(123,124)に接続された第２のエッジ部における２つの外側ポート(121,122)とを有する請求項１１記載の熱伝達プレート。
- 必須要件として細長い長方形の形状を有し、ポート部がそれぞれの短いサイドに配置されている先行請求項のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- 距離手段が、対称線に対して非対称に設けられた多数の***部(30;130;230)を有し、２つの同一のプレートが互いに向き合って接するようになったとき‐一方のプレートが他方のプレートに対し180度反転されるので‐各プレートにおける前記***部は、プレートの熱伝達部分(10;110;210)に亘って分布された多数の位置を横断して互いに向き合って接する先行請求項のいずれか１記載の熱伝達プレート。
- ***部(30;130;230)は、対称線と或る角度を形成する方向に、平行に延出する請求項１５記載の熱伝達プレート。
- 先行請求項のいずれか１記載の複数の熱伝達プレートを有し、各２枚目毎の熱伝達プレートが、前記対称線を中心に180度回転されるので、プレート充填体の複数の熱伝達プレートは、それぞれのプレートの第１のサイド(1a;101a;201a)が隣接プレートの第１のサイド(1a;101a;201a)と対面し、それぞれのプレートの第２のサイド(1b;101b;201b)が隣接プレートの第２のサイド(1b;101b;201b)と対面するように、互いに向き合って接する点に特徴を有するプレート型熱交換器用のプレート充填体。
- 複数のプレートが、プレートの対を形成するために対をなして永久的にシール態様で相互に接続される請求項１７記載のプレート充填体。
- プレートの隣接対の間にガスケットが設けられる請求項１８記載のプレート充填体。
- プレートの複数対が永久的にシール態様で相互に接続される請求項１８記載のプレート充填体。
- 請求項１７〜２０のいずれか１記載の少なくとも１つのプレート充填体を有する点に特徴を有するプレート型熱交換器。
- 請求項２１記載のプレート型熱交換器を製造するための請求項１〜１６のいずれか１記載の熱伝達プレートの利用。
- 請求項２１記載のプレート型熱交換器を製造するための請求項１〜１７のいずれか１記載のプレート充填体の利用。
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