JP4584528B2 - プレートパック、流れ分配装置、及びプレート熱交換機 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、いくつかの伝熱プレート（heat transfer plate)を具備し、プレート熱交換機（plate heat exchanger)のためのプレートパック（plate pack)に関しており、各伝熱プレートは伝熱部と、幾つかの貫通ポート（through port)とを有しており、前記複数のプレートは、以下の方法により相互に作用しあっており、前記方法とは、第１フローダクト（flow duct)は、複数の第１プレートの間の空間（interspaces）において、これらの間に形成され、第２フローダクトは、複数の第２プレートの間の空間に形成され、そして、前記ポートが、前記各フローダクトのための少なくとも１つの入口ダクト並びに出口ダクトにおいて、形成されていることである。また、方法において、少なくとも第１フローダクトの入口ダクトは、少なくとも１つの１次ダクトを具備しており、前記１次ダクトは、前記１次ダクトのための流れを受けるように配置されており、また、前記入口ダクトは、少なくとも１つの２次ダクトを具備しており、前記２次ダクトは、前記１次ダクト並びに第１フローダクトに接続されており、１次ダクトからの流体の流れを受け、第１フローダクトに前記流体の流れを運ぶように配置されている。
【０００２】
更に、この発明は、プレート熱交換機の入口ダクト内で使用するための流れ分配装置（flow distribution device）と、プレート熱交換機とに関する。
【０００３】
従来の技術
従来のプレート熱交換機は、“フレームプレート”、“プレッシャープレート”、及び、「プレートパック」において互いにきつく締められた（clamped）いくつかの中間の伝熱プレートとを具備し得る。前記伝熱プレートは、流路が、少なくとも２つの伝熱媒体（heat transfer medium）のために、これらの間に形成されるように、配置及び設計されている。各伝熱プレートは、幾つかの貫通ポートが設けられており、これらは一緒に、前記プレートパックを貫通して延びる少なくとも２つの入口ダクト並びに２つの出口ダクトを形成する。一方の入口ダクト及び一方の出口ダクトは、幾つかの前記流路を介して互いに接続されており、一方の伝熱媒体のためのフローダクトを形成しており、他方の入口ダクト及び出口ダクトは、他の幾つかの流路を介して連通され、他方の伝熱媒体のためのフローダクトを形成している。
【０００４】
前記プレート熱交換機は、それぞれ別々の入口ダクトを介して、別々の２つのフローダクトに提供されている２つの異なる熱交換媒体（heat exchanging media）により働き、加熱媒体（warmer medium)は、自身のエンタルピー（heat content)の部分を、他の媒体に、伝熱プレートにより伝える。前記２つの媒体は、異なる液体、気体（gases)、蒸気（vapor）、又はこれらの組み合わせであり得、２相媒体（two-phase media)と言われている。
【０００５】
前記プレート熱交換機の概念は、所謂２相の使用（two-phase application)を対象としたプレート熱交換機と関連してより詳細に説明されるであろし、１９９９１（IB 67068E)からアルファ ラヴァル エービー 小冊子（Alfa Laval AB brochure)プレート蒸発装置（plate evaporator)（図１参照）において、説明されるであろう。
【０００６】
完全又は部分的に蒸気化された（vaporized)前記媒体、例えば濃縮されたジュース(juice)、は、フレームプレート中の２つの開口により形成された入口を通り、前記熱交換機に提供される。これら２つの開口は、前記伝熱プレートのパックを貫通して延びる共通の第１入口ダクトに直接通じている。蒸気が、複数の伝熱プレート間に形成された前記フローダクトに提供され、この目的のために、前記第２入口ダクトを通る。前記第２入口ダクトは、前記プレートの上部の上方の角に位置されており、前記蒸気が比較的多量に上がるため、前記ダクトは、比較的大きい断面領域を有している。
【０００７】
前記プレート熱交換機が操作中であるとき、蒸気は、これの間の空間中を下方に流れ、完全又は部分的に、凝縮する。凝縮物は、２つの出口ダクトを通って排出され、前記出口ダクトは、前記プレートの２つの下部の角中のポートにより画定されているとともに、前記フレームプレート中の二つの接続ポートを介して前記プレート熱交換機から外部に通じる。前記第２の媒体は、これの間の空間において上方に運ばれ、出口ダクトを介して最後に排出される前に、完全又は部分的に、蒸発され、前記出口ダクトは、前記プレートの他の上部の角に位置されたポートによって画定されているとともに、前記フレームプレート中の接続ポートを介して前記熱交換機から外部に通じる。
【０００８】
この技術に関する問題は、長いプレート熱交換機、即ち、プレートパックにおいて多数の伝熱プレートを備えているプレート熱交換機において、前記プレートの間の空間中の２つの媒体の流れの量が、前記プレート熱交換機の長さに沿って流れが変化する傾向であることである。このため、プレート熱交換機の最大収容能力（capacity)は、利用され得ない。一つ又は幾つかのプレートの間の空間が最大収容能力で使用された場合でさえ、使用レベルが最大収容能力より相当低い相当多数のプレートの間の空間がある。この問題は、２相の使用において目立ち、これは、媒体の蒸気相（vapor phase）が、液体相(liquid phase)とは異なる特徴を有するためであり、そして、前記蒸気相及び液体相は前記熱交換機中において異なる振る舞いをし、その結果、関係したプレート間の空間内に種々の分配を与えることを意味する。
【０００９】
プレート熱交換機の最も関連するもう１つの問題は、前記プレートの全幅、即ち、前記電熱部全体に渡って流体（fluid）の均一な分配を達成することが困難であることである。前記分配を改善するための試みの１つの方法は、図１中に示されているような、細長い形状の入口ダクトを形成するように意図された幾つかのプレートポートを提供することである。他の部材への接続を容易にするために、例えば、フレームプレート中の２つの接続ポートを使用することが可能であり、前記ポートは、細長い断面を有する前記入口ダクトに直接接続する。一般的に、ダクトにおいて、このような不意な寸法の変化を有していることは望ましくなく、流れのデッドスペース（dead flow space）が、フレームプレートの接続ポートのすぐ後ろに形成されることから、第１の空間において液体の望ましい分配を得ることができない。あるいは、存在する所定の気体は、プレート間の空間内を流れる傾向を有する。
【００１０】
上記に関する問題は、前記プレート熱交換機が、２相の使用において、使用されない場合においてさえ現れるが、この問題は、特に２相の使用において言明されている。
【００１１】
ＷＯ９７／１５７９７は、液体の蒸発、例えば冷却剤（refrigerant）、を対象とするプレート熱交換機が開示されている。このプレート熱交換器は、入口ダクト及び分配ダクトを有し、これらはプレート熱交換器を貫通して延びているとともに、前記プレート熱交換機の全長に沿って互いに連通されている。特に、分配ダクトの目的は、前記入口ダクトとプレート間の空間との間の膨張もしくは均一化チャンバーとして機能することにより、異なるプレート間の空間内の流れを実質的に均一化させることである。しかしながら、この提案された設計は、従来の工業用プレート熱交換機が使用される際の全ての作業状況のための完全に満足な解決を提供することはできない。
【００１２】
英国特許２ ０５２ ７２３号及び英国特許２ ０５４ １２４は、プレート間の空間の前区画及び後区画を有する、プレート熱交換機の２つの変形を開示している。前記プレート熱交換機への流れが、前記後区画まで達することを可能にするために、これらのプレート熱交換機には、パイプにより構成されるバイパスダクトが設けられており、このバイパスダクトは、前記入口ダクト中において同心的に配置されている。同心のパイプの目的は、前記後区画に、前記一部の流れを運ぶことである。第１区画のプレートの間の空間は、前記入口ダクトの前部に直接接続されている。第２区画のプレートの間の空間は、入口ダクトの後部に直接接続されている。
【００１３】
従って、プレート熱交換機の長さに沿う及び前記プレートの幅に渡る両方において十分な流れの分配を与えるような前記従来の技術の構成はない。上記全てにおいて、２相の使用においてのこれらの問題を解決するような、前記従来の技術の構成はない。
【００１４】
発明の要旨
本発明の目的は、以下の解決法を提供することであり、前記解決法は、プレート熱交換機の長さに沿う及び前記プレートの幅に渡る十分な流れを可能にすることであり、このことにより、前記２相の使用における上記分配の問題を避けることも可能にする。
【００１５】
本発明の目的は、以下の導入方法（way of introduction）により、説明される形式のプレートパックを用いて達成され、前記導入方法は、１次ダクト（primary duct）と２次ダクトとが、複数のプレート間の空間を渡す（spanning)少なくとも１つの流路部によって互いに接続し、また、１次ダクトに沿う流路部の延びが、１次ダクトの延びよりも実質的に小さく、１次ダクトと２次ダクトとの間の流路は、前記流路部の外には実質的に存在しないという特徴を有する。
【００１６】
１つの１次ダクト及び１つの２次ダクトを有する前記プレートパックを提供し、上述されたような流路の構成を追加することによって、前記流体の流れがプレートパックの長さに沿う及び前記プレートの幅に渡る両方において有利に分配され得るプレートパックが、達成される。１次ダクトから流路を通って流れてくる流体の流れは、主に流路の制限された延びのために、２次ダクト内で渦を巻き、その結果、プレートパックの長さに沿って均等に分配される。流体がプレート間の空間内において１次ダクトと２次ダクトとの間で流れるのを制御することによって、２次ダクト内の流れが制御され、これによって、プレートパックの長さに沿う流れ分配が、制御される。更に、１次ダクトの長さに沿う流路部の制限された延びは、異なる流体の相が、１次ダクトと２次ダクトとの間で夫々異なる方法で流れるのではなく、１次ダクト内の２相流体が２次ダクトへ流れ、これによって異なるプレート間の空間の間に分配されるように、ほぼ同じ相で分配されるのを好むことを、意味する。１つの１次ダクト及び１つの２次ダクトを使用することによって、２次ダクトは、各プレートの幅全体に渡って流体の流れを分散させるように更に設計され得、１次ダクトは、従来の円管がプレートパックに接続されるのを可能にするように設計され得る。１つの１次ダクト及び１つの２次ダクトを有する入口ダクトを提供することにより、ダクトと伝熱部表面との接触部分（interface）、及びダクトと外部接続部との間の接触部分は、互いから比較的独立して設計され得る。このことは、前記流路において不意な寸法の変化が避けられ得、この結果、望まない乱流が避けられ得ることを意味する。
【００１７】
この発明の好ましい実施形態が、従属請求項から明らかである。
【００１８】
好ましい実施形態に従って、１次ダクトは、１次ダクトに沿って互いに所定の距離を置いて位置された少なくとも２つの流路部を通って、２次ダクトと接続されている。これは、流体の流れが、上述された明確に定められた（positive）分配の特徴を維持しながら、長いプレートパックを横切って分配されることを意味する。また、この実施形態は、プレートパックの区分けの種々の形式に関して、相当の柔軟性を与える。
【００１９】
更なる好ましい実施形態に従って、流れ分配装置は、１次ダクト中の流体の流れの一部を流路部を介して逸らせるために、１次ダクト内に配置されている。流れ分配装置を１次ダクト内に配置することにより、１次ダクトに沿った様々の位置で１次ダクトから逸らされる所定量の流体の流れが、単純かつ確実な方法で調整され得る。また、流れ分配装置の逸らす特性が、２次ダクト内の流体の流れの均等化を促す。
【００２０】
１次ダクトは、プレートパック全体を貫通して有利に延びている。こうすることが、プレートパック全体に流体を供給する単純な方法であることによる。
【００２１】
好ましい実施の形態に従って、２次ダクトはまた、プレートパック全体を貫通するように延びている。この設計により、１つの２次ダクトのみがプレートパック全体のために必要とされる。
【００２２】
代わりの実施の形態に従って、２次ダクトは、幾つかの分かれた区画中に分けられることが出来、前記区画は、プレートパックを単に部分的に貫通して各々延びている。この設計は、大きい幾つかのプレートから構成されたプレートパックにおいて特に適しており、各２次ダクト中の幾つかの限定されたプレートの間の空間のために、流体の流れの均一化を果たすことを可能にする。幾つかに分かれた２次ダクトの区画の間において、前記均一化の機能を分配することにより、各２次ダクトの区画のための僅かに低い程度の均一化は、プレートパックの長さ全体に沿った十分な分配を獲得しながら、同一な程度の均一化を備えている長い単一の長い２次ダクトを可能にするものより、許容され得る。このような分割は、プレートパックが主な能力の損失を起こすことなく、より多様の使用において使用され得ることを意味する。
【００２３】
前記流れ分配装置は、１次ダクトの断面領域の区画を適当に画定し、この区画は、流体の流れが流れる方向において１次ダクトに沿って減少される。この結果、１次ダクトから逸らされた流れは、流体技術（fluid technology）と一致するような方法で、２次ダクトに提供される。
【００２４】
好ましい実施の形態に従って、前記流れ分配装置は、傾斜したランプ（ramp)を囲んでいる管状本体（tubular body)を具備している。前記管形状の本体は、プレートパックの入口ダクト中に、容易に配置並びに固定されることを可能にしている。傾斜したランプは、よい逸らし動作を提供し、これは、流体が、流体の流れる向きが徐々に変えられるようにランプに沿ってながれることを可能にするためである。
【００２５】
前記傾斜したランプの前部は、１次ダクトの管壁（duct wall)からある距離において有利に位置されている。これは、ランプがダクトの流体の流れ中に延びるとともに流れのポートを逸らすことを確かにする。
【００２６】
前記傾斜したランプの後部は、１次ダクトと２次ダクトとの間の流路に隣接する１次ダクトの管壁に好適に接続されている。これは、逸らされた液体が２次ダクトに直接運ばれる結果となる。
【００２７】
流体の流れの正確な割り当て（share）を確実に逸らす適切な方法は、前記流れ分配装置の傾斜したランプに、流体の流れと反対の方向に向けられている逸らしエッジ（deflecting edge)を提供することである。
【００２８】
好ましい実施の形態において、前記逸らしエッジは、実質的に垂直(vertically)に延びている。この逸らしエッジの方向は、環状若しくは層状の流れのような２相の流れが、各異なる相の略等しい割り当てにおいて分けられる点において効果的である。これは、蒸気及び液体の夫々又は両方の不均一な分配が、プレート熱交換機の収容能力を減少させ、熱交換機「連続乾燥（running dry)」、言い換えると、一つ又は幾つかのプレートの間の流体の流れが十分でない、の危険を増大させ、この危険は、プレートを焦がすとともにプレートにこびりつかせる（stick)ような、流体の流れ中の固体の粒子の原因となり得るため、重要である。
【００２９】
傾斜したランプは、実質的に平面で、半楕円形（semi-elliptical)のシートを具備している。これは、流れ分配装置の逸らし動作を確かにするための単純な方法である。
【００３０】
１次ダクトに沿った傾斜したランプの延び（extension）は、１次ダクトを交差する最も大きい延びより有利に大きい。その結果、達成された逸らしは、種々の広範囲の乱流を生じない。
【００３１】
本発明の好ましい実施の形態に従って、流れ分配装置は、１次ダクトの周りに互いに隣接して接するプレートの間に固定されるように配置される、いくつかの外方に延びる接続手段を具備している。これによって、流れ分配装置を固定することにより、前記ダクトに流れ分配装置を固定するための追加の手段を必要としない。この結果、プレートパックを圧縮（compress）するように働く結合棒（tie bar）の力はまた、流れ分配装置の固定に使用される。
【００３２】
前記本体の好ましい実施の形態に従って、本体は、開いた環状かご構造体（open, tubular cage structure）を具備しており、この環状かご構造体は、前記傾斜したランプを囲うとともに支持する。従って、前記ランプを囲っている本体は、前記ダクト中のランプの正確な位置合わせを容易にする。好ましい実施の形態に従って、前記本体は、ランプを囲うと共に周面中に開口を提供するパイプを具備しており、前記傾斜したランプは、前記開口に接続される。この本体の設計は、とても頑丈であり、ダクト中の流体の流れに大変悪影響を及ぼさない。これはまた、流体の正確な割り当てが、前記２次ダクトに運ばれることを確かにする。前記管形状は、１次及び２次ダクトの間の望まない漏れの発生を防止することを確かにする。
【００３３】
流れ分配装置の外部形状は、１次ダクトの内部形状に好適に一致する。これは、前記流れ分配装置が、とても小さい範囲(extent)に対してのみ流体の流れを妨害することを意味し、この理由として、おおよそ一致する表面が、使用され得るためであり、また、正確な位置取りを達成することを容易にすることを意味する。
【００３４】
好ましい実施の形態に従って、１次ダクトと２次ダクトとの間の前記流路は、１次及び２次ダクトに沿った伸長長さ（extension length）を有しており、これは、互いに沿った各ダクトの伸長長さより小さい。この構成は、２次ダクト中の流れを均一化、循環を示すような流体の流れの傾向を高め、その結果、２次ダクトに接続されている異なるプレートの間の空間を横切った非常によい分配がなされる。
【００３５】
好ましい実施の形態に従って、前記１次ダクトと２次ダクトとの間には、単に１つの流路のみがある。これは、２次ダクト中に均一化し、循環する流れを提供するような流体の流れの傾向を高める。
【００３６】
プレート熱交換器において上記種類のプレートパックを使用することにより、流体の流れが異なるプレートの間の空間を横切って等しく分配されるプレート熱交換機が達成される。前記等しい分配は、２相の使用、言い換えると、流体が液体相と気体相との両方を有している場合、においてもまた達成される。前記流体分配装置が備えている１次ダクトは、２次ダクトに流体の流れを運び、前記流体の流れは、均一にされる。
【００３７】
好ましい実施の形態に従って、前記プレート熱交換機は、少なくとも２つのプレートパックを具備しており、第１プレートパックの１次ダクトは、第２プレートパックの１次ダクトと接続されるとともに実質的に一致しており、第１プレートパックの２次ダクトは、第２プレートパックの２次ダクトと分離されている。この構成は、幾分少ない満足の分配が、プレートパック中において局部的に達成される場合でさえ、プレート熱交換機の長さに沿って、流体の流れのとても有利な分配を与える。
【００３８】
好ましい実施の形態の詳細な説明
図２中に示されるように、各伝熱プレート１００は、上部ポート部Ａ、下部ポート部Ｂ、及び中間伝熱部Ｃを具備している。
【００３９】
自身の下部ポート部において、プレート１００は、第２流体のための２つ出口ポート１２０ｅ，ｆのみならず、第１流体のための２つの１次入口ポート１１０ａ，ｂ並びに２次入口ポート１１０ｃを有している。２つの出口ポート１２０ｅ，ｆは、前記プレートの角に位置されている。２つの１次入口ポート１１０ａ、ｂは、出口ポート１２０ｅ，ｆの内側に位置されている。２次入口ポート１１０ｃは、細長い形状を有しており、部分的に２つの１次入口ポート１１０ａ、ｂの間、及び、２つの１次入口ポート１１０ａ、ｂと中間伝熱部Ｃとの間に部分的に位置している。２次入口ポート１１０ｃは、細長い形状を有しているとともに、中間伝熱部Ｃの幅の主要部（major part)を横切るように延びている。
【００４０】
前記上部ポート部において、プレート１００は、２つの角に２つの２重入口１２０ａ，ｂ及び１２０ｃ、ｄを有しており、前記ポートは、前記第２流体のために各２つの角部において一連の入口ダクトを形成しており、また、プレート１００は、第１流体のための中央出口ポート１１０ｄを有している。
【００４１】
プレート１００は、図４中に示される方法において、プレート熱交換機中に配置されることが意図されている。前記プレート熱交換機は、フレームプレート２１０と、プレッシャープレート２２０と、幾つかの中間伝熱プレート１００とを具備しており、前記中間伝熱プレート１００は、従来の結合棒（図１参照）により互いにきつく締められるように配置されており、前記フレームプレート２１０及びプレッシャープレート２２０を噛み合わせ、互いに向かって引き寄せ合う。異なる伝熱プレート１００のポート１１０ａ乃至ｄ、１２０ａ乃至ｆは、プレート熱交換機を貫通して延びる入口及び出口ダクトを形成するように、一致する。
【００４２】
伝熱プレート１００は、隣接する伝熱プレート１００に略反対に配置されているガスケット溝１３０若しくは持ち上げられたビード（図示せず）中のガスケット１３１を有しており、この結果、囲いに関してプレートの間の空間の境界を定める。伝熱プレート１００はまた、ガスケット若しくは類似のものを有しており、これらは、幾つかの上述のポート１１０ａ乃至ｄ、１２０ａ乃至ｆの周りに延びている。ポート１１０ａ乃至ｄ、１２０ａ乃至ｆの周りのガスケットは、プレート１００の伝熱部Ｃの第１の側部１００ａに沿って互いの接続を、幾つかのポート１１０ａ乃至１１０ｄに認めるように、プレート１００の側部１００ａ、ｂ上において、異なる形状を有しており、これと同時に、他のポート１２０ａ乃至ｆは、プレート１００の伝熱部Ｃの他方の側部１００ｂに沿って互いに接続されている。
【００４３】
さらに、プレート１００は、多数の点において互いに寄り添うことを認めるようにいくつかの波形状（図示せず）を有しており、故に、前記プレート１００がフレームプレート２１０とプレッシャープレート２２０との間に圧縮された場合でさえ、空間は、プレート１００の間に形成される。
【００４４】
図４に示されるように、第１流体は、フレームプレート２１０を貫通して延びているとともに、プレート１００の１次入口ポート１１０ａ，ｂと一致している２つの接続ポート２１１ａ，ｂを介して、プレート熱交換機に供給される。１次入口ポート１１０ａ，ｂは、プレート熱交換機を貫通して延びる２つの１次入口ダクト（図４，１６，及び１７参照）を形成している。前記第１流体は、１次ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂから、２次ポートにより形成された２次ダクト２４０，２３０に流れる。１次ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂ、及び２次ダクト２４０，３４０は、１次並びに２次ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂ、２４０，３４０に沿って、制限された伸張部を有している流路を介して、互いに接続されている。言い換えると、２次ダクト２４０，３４０は、第１フローダクト２５０ａを形成するプレートの間の空間２５０に接続されている。
【００４５】
制限された伸張部を有している流路の提供の異なる方法は、以下で説明する。１次並びに２次ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂ、２４０，３４０の間流路の前記制限された伸張部は、２次ダクト２４０，３４０中に、循環し均一な流体の流れの原因となり、これは、２次ダクト２４０，３４０の長さ、従ってプレート熱交換機の長さＬ、に沿って、異なるプレートの間の空間を横切った均一な流れの分配を結果として生じさせる。
【００４６】
主ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂと２次ダクト２４０，３４０との間の流路の制限された延びは、例えば、流れ分配装置４００ａ，ｂ、５００（図５乃至８参照）により達成され得る。この流れ分配装置４００ａ，ｂ、５００は、主ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂ中に配置されており、主ダクト２３０ａ，ｂ、３３０ａ，ｂ中の流れの一部分を逸らし、ダクトの延びに沿った正確な位置（図１６、１７参照）において２次ダクトにこの部分を運ぶ。
【００４７】
流れ分配装置４００ａ，ｂ（図５，６参照）の第１の実施の形態に従って、前記装置は、管状で、引き伸ばされ、開放された、かご状構造体の本体を具備している。図５、６中の２つの流れ分配装置は、互いの変形例であり、同一の参照符号は、上記２つの変形例において、設計の一致する要素に使用されている。前記開放されたかご状構造体は、傾斜したランプ４１０を囲み、支持している。開放されたかご状構造体は、幾つかのリング４１１と、幾つかの支柱（strut）４１２を具備しており、この支柱は、リング４１２を互いに連結するのに役立つ。両方の変形例に従って、流れ分配装置４００ａ，ｂは、３つのリング４１１を具備している。一方の変形例において、流れ分配装置４００ａは、３つの支柱を具備し、他方において、流れ分配装置４００ｂは、４つの支柱４１２を具備している。
【００４８】
流れ分配装置５００の第２の実施の形態に従って、前記装置は、パイプ５０１を具備しており、パイプ５０１は、自身の周面中に開口５０２を有している。前記流れ分配装置５００はさらに、傾斜したランプ５１０を具備しており、このランプは、開口５０２を覆うように配置されている。
【００４９】
開口５０２は、以下の方法により形づくられている。その方法とは、一方の方向（図８中において矢印Ｆと反対）において、２つのエッジ５０３ａ，ｂにより規定されており、前記２つのエッジ５０３ａ，ｂは、周面５０１上の点から延びており、これらの相対距離は、エッジ５０３ａ，ｂが前記外周方向において互いから増加した距離で位置されるように、次第に増大することである。この方法において、第１端（方向Ｆに従って）で、開口５０２は、周面５０１の周のほぼ半分まで囲まれており、第２端で、開口５０２は、エッジ５０３ａ，ｂが一点に収束し、周面５０１に接続されることにより、終端になっている。開口５０２の前記第１端において、開口５０２により規定されているような周面５０１のエッジ５０３は、もとの周面５０１から第１半径方向Ｈに位置されている。
【００５０】
この方法において開口５０２が設計されるとともに溝を覆う傾斜したランプ５１０を配置していることにより、笛(whistle)状の構造が、達成されている。前記距離Ｈは、逸らされるパイプ５０１中の流れＦの量を決定する。
【００５１】
流れ分配装置４００ａ，ｂ、５００の両方の実施の形態は、同様な方法において使用されることが意図されている。一つまたはそれ以上の流れ分配装置は、図４、１６、及び１７中に示されるように、ダクトの長さに沿った異なる位置において、１次ダクト中に配置される。
【００５２】
傾斜したランプ４１０、５１０は、２次ダクトへの１次ダクト中の流体の流れの一部分を逸らすことの目的に役立つ。図３及ぶ図９乃至１１は、傾斜したランプ４１０，５１０がどのような方向にされて配置されているか示す。図３及ぶ図９乃至１１は、流れ方向Ｆ（図５乃至８参照）から見た際の流れ分配装置を示す。前記傾斜ランプの逸らしエッジ４１０ａ，５１０ａは、前記ランプの前部に位置されており、この逸らしエッジ４１０ａ，５１０ａは、管壁から半径方向の距離Ｈで位置されており、前記分配装置は、前記管壁を貫通して、部分的流れを逸らすように、配置されている。逸らしエッジ４１０ａ、５１０ａは、１次ダクト中の流れを、主流れＦＨ及び、２次ダクトを対象とする２次流れＦＳに分ける。
【００５３】
逸らしエッジ４１０ａ，５１０ａは、垂直に配置されている。これは、２相の使用（図１０，１１）において、有利な分配機能を有することも意味する。「層状の流れ」（気体相が液体相の上に位置される）、及び「管状の流れ」（液体相が気体相を囲う）の両方において、流れ分配装置は、主流れＦＨにおいて示されるような２相の実質的に同一な比率を逸らす。これは、２相の使用において他の方法でも共通である分配の門対を回避され得ることを意味する。伝統的なプレート熱交換器において、第１プレートの間の空間を貫通して範囲全体に上方に流れる。前記逸らしエッジ４１０ａ．５１０ａの半径方向の位置は、多量の流体の流れが逸らされる大きい角度に確定される。
【００５４】
傾斜したランプ４１０，５１０の半径方向の距離Ｈに加えて、傾斜角度及び、１次ダクトに沿った延びもまた変化可能である。前記延びは、中間領域、１次及び２次ダクトの間の流路の延びにより、画定される。前記延びはまた、望まない乱れ、及び導入された圧力降下がなく、使用され得る傾斜の最大角度により画定される。言い換えると、前記傾斜は、前記逸らしエッジの半径方向の位置並びに前記ランプの延びに従っている。パラメータの値の各々の選定は、他のパラメータの値の選定により影響を受けるとともに、プレート熱交換機が使用される使用法により影響を受ける。好ましい実施の形態に従って、前記傾斜されたランプ４１０，５１０は、１５度の傾斜角度を有している（図１６参照）。
【００５５】
図５並びに図６は、１次ダクト中の異なる量の流れを逸らす流れ分配装置の２つの異なる変形例を示している。１次及び２次ダクトの間の流路の制限された延びを提供するもう１つの方法は、幾つかのプレートの間の空間２５０（図１８参照）中の１次ポート１１０ａ，ｂの周りにガスケット１３１を配置することであり、１次流体に、制限された幾つかのプレートの間の空間中の１次及び２次ダクトの間を流れることを認める。前記流路部分に隣接した部分的に凹む若しくは切断されたガスケット１３１’を使用することにより、１次ダクト及び２次ダクトの間の流路中の流れは、調整され得る。ガスケット１３１’の凹みのレベル又は切断量は、逸らすことを画定し、その結果、機能に関して、前記場がレ分配装置において、傾斜したランプのための傾斜、延び、及び半径方向の挿入の角度の選定に対応する。流路は、比較的制限された延びの流路を横切って単に延びているため、この構成はまた、幾つかの２相の使用において、使用され得る。
【００５６】
図１４乃至１７から示されるように、プレート熱交換機のプレートパック１９が幾つかの区画に分けられることは好ましい。幾つかの区画中に分けられた２次ダクト２４０，３４０、６４０により、区分けは行われ、前記各区画は、幾つかのプレートの間の空間に接続している。２次ダクトの各区画は、幾つかの確かなプレートの間の空間の役に立つ。２次ダクト２４０，３４０，６４０の区分けを行うことの１つの方法は、２次ポート１１０ｃが消滅（stamped out)されないように、プレート１００を補助的に配置することである。
【００５７】
この設計は、長いプレート熱交換機のために特に適している。前記２次ダクトの区分けは、２次ダクト中の均一な流れを創造する、流路及び流れ分配装置の傾向がまた、長いプレート熱交換機で使用され得ることを意味する。
【００５８】
区分けされていない従来のプレート熱交換機は、図１２並びに図１３中に示されており、特に２相の使用において、図１２並びに図１３は、プレート熱交換機に沿った制限された流れの分配傾向を説明している。プレート熱交換機中の一致された傾向は、図１４及び１５に示されている。前記区分けをすることにより、プレート熱交換機の長さに沿って概して良い流れの分配は、獲得される。
【００５９】
さらに、区分けは、各区画において十分に少ない分配を認め、全体に良い分配さえ認め得ることを意味する。しかしながら、区分けすることにより、各区画のために十分な分配を容易に獲得する。これは、全体の分配が、区分けされていない長いプレート熱交換機よりも確実によいことを意味する。
【００６０】
図１６は、流れ分配装置２３１及び２つの区画２４０ａ，ｂ中の２次ダクトの区分けが追加されている１次ダクト２３０ａ，ｂ及び２次ダクト２４０の構成を示す。この実施の形態において、各１次ダクト２３０ａ，ｂは、２つの流路部を介して各２次ダクト２４０ａ，ｂに接続されており、前記２つの流路部に隣接するように、流れ分配装置が１次ダクト２３０ａ，ｂ中に配置される。１次ダクトから導く異なる通路部は、互いに距離Ｐで位置されていることは、悪くない。さらに、１次ダクト２３０ａから導く前記流路部は、他方の１次ダクト２３０ｂから導く流路部を一致することに対して、置き換えられる。このことは、２次ダクト２４０の異なる区画２４０ａ，ｂ中の均一な流れを達成させることを認める。
【００６１】
図１７は、２つの１次ダクト３３０ａ，ｂ及び、２つの区画３４０ａ，ｂ中に分けられた２次ダクト３４０の構成を示す。２次ダクト３４０の第１区画３４０ａは、１つの１次ダクト３３０ｂからの流体が供給され、２次ダクト３４０の第２区画３４０ｂは、他方の１次ダクト３３０ａからの流体が提供される。この実施の形態において、流路部３３１が示されており、この流路部３３１は、完全なシーリングガスケット（fully sealing gasket)（図１９参照）の欠如（absence）により画定されている。前記流路部３３１は、２次ダクトの区画３４０ａ，ｂ中において十分に均一な流れを提供するように、流れ方向Ｆに関して、２次ダクト３４０ａ，ｂの後部中に位置されている。２次ダクトの後部区画３４０ｂに供給する前記１次ダクト３４０ａは、プレートの間の空間中のガスケット３３２により２次ダクトの全部の区画３４ａから分離されている。２次ダクト３４０の区画３４０ａ，ｂは、プレート１００’により互いから分離されており、この場合において、２次ポートが、消滅されていない（図２中の２次ポート１１０ｃ参照）。２次ダクトの前部の区画３４０ａを供給する１次ダクト３３０の後部は、ガスケット３３２により２次ダクトの後部区画から部分的に分けられるとともに、プレート１００’を用いた１次ダクト３３０ｂの前部から部分的に分けられる。プレートパックが流体の圧力を支持することを確実にするために、小さい流れは、プレート１００’中の小さい開口を通るだけでなく前記部分に平行に走っている２次ダクトから後部に運ばれる。代わりに、１次ダクト３３０ｂ’と２次ダクト３４０ｂとの間の全てのガスケットは、取り外され得る。
【００６２】
２次ダクト３４０及び１次ダクト３３０ｂの前部に関する範囲設定外では、１次ダクト３３０ｂの後部３３０ｂ’中に、淀んだ流体があり得る。
【００６３】
図２０は、１次ダクト６３０及び２次ダクト６４０の構成を示す。前記２次ダクトは、３つの区画６４０ａ乃至ｃに分割され、各々プレートの間の幾つかの空間を提供する。この構成は、３つの流れ分配装置を具備しており、これらは、１次ダクト６３０中に配置されており、１次ダクト６３０中の流体の流れの一部分を２次ダクトの対応する区画６４０ａ乃至ｃに逸らすことが意図されている。
【００６４】
図中に示されるように、前記流れ分配装置６３１ａ乃至ｃの各傾斜したランプは、１次ダクト中において異なる延びを有している。異なる傾斜したランプが１次ダクト６３０中に延びることに関する距離は、プレート熱交換機中の流れＦの方向において、増大する。第１流れ分配装置６３１ａは、１次ダクト６３０中の流体の流れの正確な量を逸らす。同一の流量が、第２区画６４０ｂに運ばれることを確実にするために、第２流れ分配装置は、１次ダクト中の留まっている流体の流れの大きい割り当てを逸らす。次の流れ分配装置６３１ｃは、１次ダクト６３０中のさらに減少し残った流れの同等の大きい割り当てを逸らす。流れ分配装置の異なる導入距離により獲得されたこの動作は、プレート熱交換機の長さに沿った流路部分の寸法を変更することにより、前記ガスケットの変形例において有る程度達成され得る。この結果、小さい流路部分は、小さい導入距離と一致し、大きい流路部分は、大きい導入距離に一致する。
【００６５】
図２０中に示される実施の形態において、流れ分配装置は、設定若しくは調整され得る。この調整は、例えば、種々の傾斜角度を有する前記傾斜したランプにより達成される。前記プレート熱交換機は、必要なコントロール機器を含んでいるコントロールユニット７００と、作動手段（actuating means)６３２ａ乃至ｃとを具備している。図２０中において、作動手段６３２ａ乃至ｃは、伸長支柱（elongate strut)をとして示されている。この伸長支柱は、前記コントロールユニット中の幾つかの種類のモータ、若しくはピストンにより、作動される。幾つかの他の方法において、調整を達成し得る。上記調整は、例えば、前記傾斜したランプを支持するサーボモータ（servomotor)を使用すること、又は、示された支柱の代わりにワイヤーロープ（wire rope)を使用することにより達成され得、これは、前記ランプの種々のバックスプリングサスペンション（back spring suspension)を正確な傾斜角度αにこれらが呈することを認めるように組み合わせる。
【００６６】
流れ分配装置を調整可能に作成することにより、全く同一のプレート熱交換機は、従来のプレート熱交換機より、相当大きい収容能力範囲内において、使用され得る。入ってくる全体の流体の流れに従って、小さい又は大きい量は、プレート熱交換機の異なる区画に逸らされ得る。流れ分配装置６３１ａ乃至ｃを完全に閉じることにより、異なる収容能力の要求を処理する又は、これらを清掃するために前記プレート熱交換機の一つ又はそれ以上の区画を除外することさえ可能である。１次若しくは２次ダクト又は区画が設けられていない従来のプレート熱交換機において、もし提供された流体の流れが、熱交換機が設計された際の流体の流れに一致しない場合、流体の流れは、他の点で均一でない分配につながる。
【００６７】
ここで説明された実施の形態の幾つかの変形例が、添付の特許請求の範囲中に規定された発明の範囲内で可能であることは、認識されるであろう。
【００６８】
例えば、１次及び２次ダクト、流れ分配装置（固定並びに調整可能）、凹み若しくは部分的に切断されたガスケットの異なる構成は、異なる使用法のための現在の要求に従って、変形され得る。なお、前記流れ分配装置の導入距離は、プレート熱交換機の長さに沿って、増大する若しくはしなくされ得る。
【００６９】
本発明は、添付の概略的な図面を参照し、上述のように説明されるであろうし、前記図面により、異なる態様に従った本発明の目下の好ましい実施の形態が示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の技術に従ったプレート熱交換機の作用の概略図である。
【図２】 図２は、本発明に従ったプレートパックにおいて使用するための伝熱プレートを示す。
【図３】 図３は、伝熱プレートを示し、１次ダクト中の流れ分配装置の位置並びに方向を概略的に提案する。
【図４】 図４は、本発明に従ったプレート熱交換装置の好ましい実施の形態の分解図である。
【図５】 図５は、第１の好ましい実施の形態に従った流れ分配装置を示す。
【図６】 図６は、図５中に示された流れ分配装置の変形例を示す。
【図７】 図７は、第２の好ましい実施の形態に従った流れ分配装置を示す。
【図８】 図８は、図７中の流れ分配装置の部分を示す。
【図９】 図９は、異なる２相の流れにおいて、流れ分配装置の好ましい実施の形態の機能を示す。
【図１０】 図１０は、異なる２相の流れにおいて、流れ分配装置の好ましい実施の形態の機能を示す。
【図１１】 図１１は、異なる２相の流れにおいて、流れ分配装置の好ましい実施の形態の機能を示す。
【図１２】 図１２は、流体が従来の技術に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図１３】 図１３は、流体が従来の技術に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図１４】 図１４は、流体が本発明の好ましい実施の形態に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図１５】 図１５は、流体が本発明の好ましい実施の形態に従ったプレート熱交換機の長さに沿ってどのように分配されるかを示す。
【図１６】 図１６は、流れ分割装置が、本発明の実施の形態に従って１次ダクト中においてどのように配置されるかを示す上面図である。
【図１７】 図１７は、１次並びに２次ダクトの代替えの構成を備えている代替えの実施の形態の上面図である。
【図１８】 図１８は、１次ダクト並びに２次ダクトの間のガスケットの構成を概略図である。
【図１９】 図１９は、１次ダクト並びに２次ダクトの間のガスケットの構成を概略図である。
【図２０】 図２０は、傾斜したランプの勾配が変更された場合においての本発明の実施の形態を示す。
【符号の説明】
１００ 伝熱プレート
１１０ａ,ｂ；２３０ａ,ｂ；３３０ａ,ｂ；６３０ａ,ｂ １次ダクト
１１０ｃ２４０；６４０ ２次ダクト
２３１；４００；５００；６３１ａ乃至ｃ 流れ分配装置
２４０ａ，ｂ；３４０ａ，ｂ；６４０ａ，ｃ 区画
２５０ 第１プレートの間の空間
４１０；５１０ ランプ
４１０ａ：５１０ａ 逸らしエッジ
４１３，５１３ 接続手段
２３１，３３１，６３１ 流路部

Claims (23)

1. プレート熱交換機のためのプレートパックは、幾つかの伝熱プレート（１００）を具備しており、前記各プレートは、伝熱部（Ｃ）及び幾つかの貫通ポート（１１０ａ及びｂ、１２０ａ乃至ｆ）を有しており、前記プレート（１００）は、以下の方法により互いに作用し、前記方法とは、第１フローダクトが、複数の第１プレートの間の空間（２５０）中のプレート（１００）の間に形成され、第２フローダクトは、複数の第２プレートの間の空間（２５０）中のこれらの間に形成され、前記ポート（１１０ａ及びｂ、１２０ａ乃至ｆ）は、前記各フローダクトのための少なくとも１つの入口ダクト及び少なくとも１つの出口ダクト（１１０ａ乃至ｄ、１２０ａ乃至ｆ；２３０，２４０；３３０，３４０；６３０，６４０）を形成し、前記少なくとも第１フローダクトの前記入口ダクトは、少なくとも１つの１次ダクト（２３０ａ並びにｂ、３３０ａ並びにｂ、６３０）を具備し、前記１次ダクトは、前記１次ダクトのための流体の流れを受けるように配置されており、また、前記入口ダクトは、少なくとも１つの２次ダクト（２４０；３４０；６４０）を具備し、前記２次ダクトは、流路を介して１次ダクト及び第１フローダクトに接続されているとともに、１次ダクトからの流体の流れを受け、前記第１フローダクトにこの流れを運ぶように配置されていることであり、このような前記プレートパックにおいて、
   １次ダクト（２３０ａ並びにｂ；３３０ａ並びにｂ；６３０）と２次ダクトとが、複数のプレート間の空間（２５０）を渡す少なくとも１つの流路部（２３１，３３１，６３１）によって互いに接続し、
   前記１次ダクト（２３０ａ並びにｂ；３３０ａ並びにｂ；６３０）に沿う流路部（２３１，３３１，６３１）の延びが、１次ダクト（２３０ａ並びにｂ；３３０ａ並びにｂ；６３０）の延びよりも実質的に小さく、
   １次ダクトと２次ダクト（２３０ａ並びにｂ、２４０；３３０ａ並びにｂ、３４０；６３０、６４０）との間の流路は、前記流路部（２３１，３３１，６３１）の外には実質的に存在しないということを特徴とするプレートバック。
2. 前記１次ダクトは、前記１次ダクトに沿って互いからある距離に位置された少なくとも２つの流路部を通って、前記２次ダクトに接続されている請求項１に記載のプレートパック。
3. 流れ分配装置（４００，５００）は、前記流路部（２３１，３３１，６３１）及び、少なくとも１つの前記流路部（２３１，３３１，６３１）の各々において、前記１次ダクト中の前記流体の流れの一部分を前記２次ダクトに逸らすために、１次ダクト中に配置されている請求項１又は２に記載のプレートパック。
4. 前記１次ダクトは、前記プレートパック全体を貫通して延びている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプレートパック。
5. 前記２次ダクトは、前記プレートパック全体を貫通して延びている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプレートパック。
6. 前記２次ダクトは、幾つかの区画（２４０ａ並びにｂ；３４０ａ並びにｂ；６４０ａ乃至ｃ）に分けられており、前記区画の各々は、前記プレートパックの一部分のみに延びている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプレートパック。
7. 前記流れ分配装置は、前記１次ダクトの断面領域の区画の範囲を設定し、前記区画は、前記流体の流れの流れる方向において、前記１次ダクトに沿って減少される請求項３乃至６のいずれか１項に記載のプレートパック。
8. 前記流れ分配装置は、管状の本体を具備しており、この本体は、傾斜したランプ（４１０；５１０）を囲んでいる請求項３乃至７のいずれか１項に記載のプレートパック。
9. 前記傾斜したランプ（４１０；５１０）の前部（４１０ａ；５１０ａ）は、前記１次ダクトの管壁からのある距離に位置されている請求項８に記載のプレートパック。
10. 前記傾斜したランプ（４１０；５１０）の後部は、前記１次ダクトと２次ダクトとの間の流路に隣接する前記１次ダクトの管壁に接続されている請求項８又は９に記載のプレートパック。
11. 前記流れ分配装置の傾斜したランプ（４１０；５１０）は、逸らしエッジ（４１０ａ：５１０ａ）を有しており、前記逸らしエッジは、前記流体の流れと反対方向に向けられている請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のプレートパック。
12. 前記逸らしエッジは（４１０ａ；５１０ａ）は、実質的に垂直な延びを有している請求項１１に記載のプレートパック。
13. 前記傾斜したランプは、実質的に平らで、半楕円形のシートを具備している請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のプレートパック。
14. 前記逸らしエッジ（４１０ａ；５１０ａ）は、前記シートの主な楕円の軸の一つにより画定されている請求項１２及び１３に記載のプレートパック。
15. 前記１次ダクトに沿った前記傾斜したランプ（４１０；５１０）の延びは、前記１次ダクトを横切った自身の最大の延びより大きい請求項８乃至１４のいずれか１項に記載のプレートパック。
16. 前記流れ分配装置（４００，５００）は、幾つかの外方に延びる接続手段（４１３，５１３）を具備しており、前記接続手段は、前記１次ダクトの周りで、互いに隣接するプレートにおいて、これらのプレートの間に固定されるように配置されている請求項３乃至１５のいずれか１項に記載のプレートパック。
17. 前記本体は、開放された管状のかご状構造体（４００ａ並びにｂ）を具備しており、前記構造体は、傾斜したランプ（４１０）を囲うとともに支持している請求項８乃至１６のいずれか１項に記載のプレートパック。
18. 前記本体は、パイプ（５０１）を具備しており、このパイプは、前記傾斜したランプを囲んでいるとともに、自身の周面中に開口（５０２）が設けられており、前記傾斜したランプ（５１０）は、前記開口（５０２）に接続されている請求項８乃至１６のいずれか１項に記載のプレートパック。
19. 前記流れ分配装置は、前記１次ダクトの内部形状に一致している外部形状を有している請求項３乃至１８のいずれか１項に記載のプレートパック。
20. 前記１次ダクト並びに２次ダクトに沿った前記１次ダクト並びに２次ダクトの間の流路（２３１，３３１，６３１）は、互いに沿った各ダクトの延びより小さい延びを有している請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のプレートパック。
21. 前記各１次ダクトと２次ダクトとの間には、１つの流路のみがある請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のプレートパック。
22. 前記第１フローダクトの前記入口ダクトは、２つの１次ダクト（３３０ａ、３３０ｂ）を具備しており、前記１次ダクトの一方（３３０ｂ）は、前記２次ダクトの第１区画（３４０ａ）に流路を介して接続されており、第２の１次ダクト（３３０ａ）は、第２ダクトの第２区画（３４０ｂ）に流路を介して接続されている請求項６乃至２１のいずれか１項に記載のプレートパック。
23. プレート熱交換機において、請求項１乃至２２に従った少なくとも１つのプレートパックを具備していることを特徴とするプレート熱交換機。

Images