JP5065383B2 - プレート熱交換器用のプレートとガスケット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分のプレート熱交換器用の熱交換器プレートに関する。本発明は、熱交換器プレート用のガスケットと、本発明の熱交換器プレートとガスケットとを有するプレート熱交換器にも関する。

ガスケットを備えているプレート熱交換器は、互いに隣接して配置されている複数の熱交換器プレートのパッケージを通常有している。ガスケットが熱交換器プレートの間に配置されているか、熱交換器プレートはたとえば半田付けによって取り外せないように１つに接合されている。熱交換器プレートは、いわゆるカセットを構成するように、たとえば、溶接によって、それぞれのカセットの間に配置されているガスケットと共に、取り外せないように一対で接合されている場合もある。ガスケットは、熱交換器プレートの成形プレス中に成形されたガスケット溝内に収容されている。プレート熱交換器は、２つまたは３つ以上の媒体用にプレートパッケージを通して延びている入口ポートと出口ポートとをさらに有している。

熱交換器プレートは、通常、シートメタルの成型プレスによって作製されており、第１の入口ポートと第１の入口ポートとに通じている複数の第１のプレート媒体空間と、第２の入口ポートと第２の出口ポートとに通じている複数の第２のプレート媒体空間とを構成するようにプレートパッケージ内に配置されている。第１と第２のプレート媒体空間は交互にプレートパッケージ内に配置されている。

プレート熱交換器用のプレートの構成は、プレス中のプレート縁の収縮に対応しなければならない。使用されるプレスの方法は、引張りプレスと呼ばれており、プレート材料がプレート内の複数のパターンを構成するように引っ張られる。ツールとプレートとの間で発生する摩擦よりも大きな、材料の収縮に対抗し防止する力がプレート縁の位置に存在しないため、プレートの縁で最も大きな収縮が発生することになる。収縮の量は、材料の品質、プレートの厚さ、ツールの材質、潤滑、プレスの深さ、作られるパターンなどの多くの要素に依存している可能性がある。

プレートのパターンは、領域つまり表面の意図した目的、つまり、領域つまり表面が液体分散領域、熱伝導領域、断熱領域等であるかどうかに依存して変わることがある。そのため、プレート縁内のパターンは、プレートの長い２つの辺に沿って変化することになり、これは、プレス中に発生する収縮もプレートの両縁に沿って変化することになることを意味している。パターンがプレート縁と平行に延びている長い尾根と谷とを有している場所で最も収縮が大きくなる。この構成は、熱交換を行わないためできるだけ最小の抵抗で流れを通過させることを目的とするパターンである、複数の断熱領域においてとりわけ発生する。したがって、この収縮の大きさは、プレートの長い辺全体に沿ったガスケット溝の位置合わせに対して現在、決定的に重要である。その結果、ガスケット溝が熱伝導領域に沿った縁から実際に必要以上に離して配置されることになる。理由は、熱伝導領域に沿った収縮は、通常一様でないためであり、これは、パターンが、プレートの縁の長手方向に対して角度を有している魚の骨のパターンを構成している複数の尾根と谷とを通常有しており、プレス中の収縮に対してより良く対抗するからである。その結果としての欠点は、収縮がより小さいため、ガスケット溝が熱伝導領域に沿った収縮に比例して配置される場合よりもプレートの熱伝導領域を小さく作らなければならないことである。プレートの容量がより小さくなり、プレート熱交換器の特定の性能を達成するには、より多くのプレートを使用しなければならない。

本発明の目的は、前述の欠点を防止するまたは少なくとも減少させ、ガスケットとガスケット溝とを有している熱交換器プレートに対するより良い解決策を提供することである。特に、プレートの熱伝導領域の最適な利用を可能にし、それによって所与の数のプレートを使用してより良いプレート熱交換器の性能を達成する新規でより良い熱交換器プレートとガスケットとを目的としている。

この目的は、断熱領域に沿っている第１の部分内のガスケット溝が、熱伝導領域に沿っている第２の部分内のガスケット溝から熱交換器プレートの長さ方向の中心線までの距離よりも、熱交換器プレート中心線から短い距離に配置されていることを特徴とする、導入部分で説明したプレート熱交換器用の熱交換器プレートによって本発明に従って達成される。

本発明は、プレートの表面のより多くの部分を熱伝導に使用可能な熱交換器プレートの提供を可能にしている。

本発明の実施態様によれば、ガスケット溝は、熱伝導領域に向いている第１の部分の端部において、所定の点で第２のガスケット溝に接続されており、この所定の点で、第２のガスケット溝を中心線とこの所定の点との間で延びている第１の部分と、この所定の点と第２の部分の端部の位置のガスケット溝との間で延びている第２の部分とに分割されている。

本発明のさらなる実施態様によれば、２つの熱交換器プレートは、一対でカセットを構成するため、取り外せないように１つに接合されている。カセットは溶接によって１つに接合されていることが有利である。ガスケットがカセットの間に配置されていることが有利である。

本発明の目的は、断熱領域に沿う第１の部分内の第１のガスケット部分が、熱伝導領域に沿っている第２の部分内の第１のガスケット部分から熱交換器プレートの長さ方向の中心線までの距離よりも、熱交換器プレート中心線から短い距離の位置を延びていることを特徴とする、導入部分で説明したガスケットによっても達成される。

本発明の実施態様によれば、ガスケット部分は、熱伝導領域に向いている第１の部分の端部において、第２のガスケット部分に、所定の点の位置で接続されており、この所定の点で、ガスケット部分を中心線と点との間で延びている第１の部分と、この所定の点と第２の部分の端部の位置のガスケット部分との間で延びている第２の部分とに分割されている。

本発明のさらなる実施態様によれば、第１の部分内の第１のガスケット部分は漏れの検出のための複数の凹部を有している。ガスケットはゴムまたはポリマー材で作られていることが有利である。

本発明のさらなる目的は、本発明の熱交換器プレートとガスケットを有している熱交換器によって達成される。

本発明は、性能が向上している熱交換器を製造可能にする。同じ容量を維持しながらプレートの数を減少させることができるので、材料と空間とのコスト削減になる。たとえば腐食性の媒体用の用途など、多くの用途では非常に高価な材料が関わっているため、熱交換容量としたがって熱交換器プレートの数とがコストに関して決定的に重要である。プレート熱交換器が１０００の熱交換器プレートを有していることは珍しいことではなく、これは本発明の熱交換器プレートと熱交換器の一見わずかな容量の改善でも収益性に非常に大きな影響を持つ可能性があること意味する。

添付の図面を参照して、様々な実施形態の例を説明することによって、本発明を以下でより詳細に説明する。

図１と２は、互いに隣接して配置されている複数の熱交換器プレート３を備えているプレートパッケージ２を有しているプレート熱交換器１を示している。プレートパッケージ２は、フレームプレートと圧力プレートとをそれぞれ構成している場合もある２つの端部プレート４と５との間に配置されている。端部プレート４と５とは、端部プレート４と５とを貫通して延びている複数の引きボルト６によってプレートパッケージ２に互いに押しつけられている。複数の引きボルト６は、ねじ部を有しており、そのためプレートパッケージ２は複数のナット７を複数の引きボルト６上で締め付けることによって圧縮することができる。引きボルト６の数はもちろん変わってもよく、用途によって異なる。

プレート熱交換器１は、図示している実施形態において、第１の媒体用の第１の入口ポート８と第１の出口ポート９と、第２の媒体用の第２の入口ポート１０と第２の出口ポート１１とを有している。入口ポートと出口ポート８〜１１は、端部プレート４とプレートパッケージ２とを貫通して延びている。もちろん、入口ポートと出口ポートをプレート熱交換器の両側に配置することもできる。

図３は、成形プレスされた、ステンレス鋼、チタン、または用途に適している何らかのその他の材料などの板金から作られている熱交換器プレート３を示している。熱交換器プレート３は上側と下側の分散領域１２とそれらの間の熱伝導領域１３とをさらに有している。第１のいわゆる断熱領域１４はポート８と９の位置に配置されており、第２の断熱領域１５はポート１０と１１の位置に配置されている。ポート８〜１１と領域１２、１３、１４、および１５との外側と周囲とに縁領域１６がある。

熱交換器プレート３は、図示している実施形態では、熱交換器プレート３を通して延びており、縁領域１６の内部と近くに位置している４つのポート８〜１１を有している。ポート８〜１１は、通常各々が熱交換器プレート３のそれぞれの角部分に位置しているが、ポート８〜１１の他の配置も本発明の範囲に含めることができる。

図４に示しているように、複数の熱交換器プレート３は、第１の入口ポート８と第１の出口ポート９とに連絡している複数の第１のプレート媒体空間１７と、第２の入口ポート１０と第２の出口ポート１１とに連絡している複数の第２のプレート媒体空間１８とを構成するように、プレートパッケージ２内に配置されている。第１と第２のプレート媒体空間１７と１８とは交互にプレートパッケージ２内に配置されている。プレート媒体空間１７と１８との分離は、熱交換器プレート３の成形プレス時に成形された複数のガスケット溝内を延びている複数のガスケット１９によって行われる。

熱交換器プレート３のガスケット溝を図３に示しており、熱伝導領域１３、分散領域１２、第１と第２の断熱領域１４、１５の周囲とポート８〜１１の周囲をプレート縁２１に沿って縁領域１６内を延びている第１のガスケット溝２０を有している。第２のガスケット溝２２は、図３からわかるように、対角線方向に第２の断熱領域１５と隣接している分散領域１２との間を延びている。熱伝導領域１３の可能な最大の大きさを利用できるように、ガスケット溝２０をプレート縁２１のできるだけ近くに配置できることが好ましい。しかし、縁領域１６が強度を確保するため、縁領域１６の特定の最小表面を占めている多数のいわゆるニブを構成している複数の尾根と谷とを備えている波状の襞パターンを備えなければならず、これが制限要因となる。そのため、プレート縁２１とガスケット溝２０との間に少なくとも特定の最小距離が存在しなければならない。

すべての領域１２〜１５には、複数の尾根と谷との襞が設けられている。各領域のパターンは、その領域の特定の目的、つまりその領域が分散領域１２、熱伝導領域１３、または断熱領域１４、１５であるかどうかによって変化することがある。

分散領域１２の目的は、液体を、流れ抵抗をできるだけ少なくしながら、プレートの幅方向にわたって均等に分散させることである。様々なパターンをこの領域に対して使用することが可能で、図示している例では、分散領域１２には、とりわけ英国特許出願公開明細書第Ａ １ ３５７ ２８２号に記載されているいわゆるチョコレートパターンが設けられている。

図示の例の熱伝導領域１３には、可能な最大の熱伝導をもたらすようにプレートパッケージ２内で互いに隣接している複数のプレートの相互に交差している複数の尾根と谷との間で角度を構成している複数の尾根と谷との従来のいわゆる魚の骨パターンが設けられている。

ポート８〜１１と分散領域１２との間に位置している断熱領域１４、１５は、媒体が流れる１４の側にあるのか、密封されているいわゆる漏れ空間である１５の側にあるのかによって、目的が異なる。断熱領域１４の目的は、断熱領域では熱交換が行われないため、液体をポート８、９と分散領域１２との間でできるだけ少ない抵抗で搬送することである。断熱領域１５の目的は、漏れ空間として役割を果たすことであり、これは、断熱領域１５の輪郭を定めているガスケット１９を通過した液体の漏れが漏れ空間内に蓄積し、図５に示しているように、プレート熱交換器１を漏れ溝２３を通して離れることを意味している。これによって、どのような漏れも容易に検出することが可能になり、漏れは熱交換器の外側からはっきり見ることができるようになる。

断熱領域１４の襞パターンは、図４に示しているように、プレートの外側縁２１に概ね平行に延びている複数の尾根２４と複数の谷２５とを有している。谷２５の下部の平面の幅が尾根２４の上部の平面よりも長いことによって、２つのプレート３が互いに接触して配置されたときに、断熱領域１４内の媒体で満たされるプレート媒体空間１７内のダクト１７Ａ内の容積がより大きくなる。漏れ空間を構成している断熱領域１５は尾根２６と谷２７とを有している。谷２７の下部の平面の幅が尾根２６の上部の平面よりも短いことによって、２つのプレート３が互いに接触して配置されたときに、プレート媒体空間１８内のダクト１８Ａの容積が空間複数のプレート媒体空間１７内のダクト１７Ａの容積よりも小さくなり、ダクト１８Ａはガスケット１９を通過したどのような漏れも除去する役割がある。

前述のように、縁２１内に配置されているパターンは、プレート３の長い両辺に沿って変化することになり、これは、図５、６、および７に示しているように、プレス中に発生する収縮もプレートの両縁に沿って変化することになることを意味している。収縮の量は、材料の品質、プレートの厚さ、ツールの材質、潤滑、プレスの深さ、構成されるパターンなどの多くの要素に依存している場合がある。プレート縁２１に平行に延びている長い複数の部材を構成している尾根２４、２６と谷２５、２７とをパターンが有している断熱領域１４と１５において最も大きな収縮が発生する。熱伝導領域１３内の交差織りパターンつまり魚の骨パターンと、分散領域１２内のチョコレートパターンとは、そのような大きな収縮を発生させないが、これは、これらのパターンの収縮に対抗する能力が断熱領域１４、１５内の熱交換器プレート縁２１に概ね平行に延びている襞パターンよりも大きいためである。プレートの成型中には、ツールとプレートとの間で発生する断熱領域１４、１５内の摩擦が板金の収縮に主に抗する。

断熱領域１４、１５内の収縮の大きさに対する対応が、プレートの長い辺全体に沿って配置されることになるガスケット溝と、そのため、収縮がそれほど大きくない熱伝導領域１３に沿って縁２１から不必要に離れて配置されることになるガスケット溝とに対して重大な影響を確実に与えないようにするために、本発明は、図６に示しているように、熱伝導領域１３に沿っている部分２０Ｂ内のガスケット溝２０から熱交換器プレート３の長さ方向の中心線Ｌまでの距離よりも、熱交換器プレートの中心線Ｌから短い距離に、断熱領域１５に沿って部分２０Ａ内のガスケット溝２０を配置している。

本発明の第２の実施形態によれば、ガスケット溝２０は、熱伝導領域１３に向いている部分２０Ａの端部２０Ａ′において、点Ｐ１の位置で第２のガスケット溝２２に接続しており、点Ｐ１で、ガスケット溝２２を中心線Ｌと点Ｐ１との間を延びている第１の部分２２Ａと、点Ｐ１と部分２０Ｂの端部２０Ｂ′の位置のガスケット溝２０との間を延びている第２の部分２２Ｂとに分割されている。

ガスケット溝を中心線Ｌのさらに近くに熱交換器プレート３上で断熱領域１５に沿って部分２０Ａに配置することで、この縁部分に沿った熱交換器プレートのより大きい収縮の発生に対応することができる。利点は、部分２０Ｂの位置のガスケット溝２０が断熱領域１５に沿った収縮に対応して中心線Ｌからガスケット溝２０Ａと同じ距離に配置される場合よりも、プレートの熱伝導領域１３を大きく作ることができることである。したがって、プレート３とプレート熱交換器１の容量はより大きくなり、所望の性能を達成するために使用する必要のあるプレートが少なくなる。その結果、材料コストが大きく削減される。

本発明の第３の実施形態によれば、２つの熱交換器プレート３は、一対でカセットを構成するように、たとえば溶接によって、取り外せないように１つに接合される。複数のガスケット１９が複数の隣接しているカセットの間に配置されていることが有利である。

前述のように、プレート熱交換器１を組み立てる前に、複数のガスケット１９が、２つの隣接している熱交換器プレート３の間に、または２つのカセットの間に嵌められ、図５と７に示しているように、ガスケット１９の形状は、原則として、ガスケット溝２０、２２の形状と範囲とに対応している。ガスケットは、通常、ゴムまたはポリマー材からなる。

本発明のガスケット１９の第１の実施形態によれば、ガスケット１９は、ガスケット溝２０に収容される第１のガスケット部分２８と、ガスケット溝２２に収容される第２のガスケット部分２９とを有している。断熱領域１５に沿っている部分２８ａ内を延びているガスケット部分２８は、熱伝導領域１３に沿っている部分２８Ｂ内の第１ガスケット部分２８から熱交換器プレート３の長さ方向の中心線Ｌまでの距離よりも、熱交換器プレート中心線Ｌから短い距離の位置を延びている。

他の実施形態によれば、ガスケット部分２８は、熱伝導領域１３に向いている第１部分２８Ａの端部２８Ａ′の位置で、第２のガスケット部分２９に、点Ｐ２の位置で接続されており、点Ｐ２でガスケット部分２９を中心線Ｌと点Ｐ２との間で延びている第１部分２９Ａと、点Ｐ２と部分２８Ｂの端部２８Ｂ′の位置のガスケット溝２８との間で延びている第２部分２９Ｂとに分割されていることを特徴とする。

漏れている媒体を熱伝導領域１３から断熱領域１５を通って熱交換器１の外側に運ぶことができるようにするために、さらなる実施形態のガスケットは断熱領域１５に沿った部分２８Ａ内のガスケット部分２８内に複数の凹部２３を備えている。

本発明のプレート熱交換器１は、本発明の複数の熱交換器プレート３と複数のガスケット１９とのパッケージ２を有している。図示の例のプレート熱交換器１の組み立て時に、１つおきの熱交換器プレート３はプレートの平面に垂直な軸線を中心に１８０°回転している。その後、複数のガスケット１９が付属している複数の熱交換器プレート３が所望の第１と第２のプレート媒体空間１７、１８を作るように圧縮される。プレートパッケージ２において、第１の媒体は第１の入口ポート８を通して進入し、複数の第１のプレート媒体空間１７を通過し、第１の出口ポート９を通して離れてもよい。第２の媒体は第２の入口ポート１０を通して進入し、複数の第２のプレート媒体空間１８を通過し、第２の出口ポート１１を通して離れてもよい。２つの媒体は、互いに同じ方向または逆の方向に導かれてもよい。

ガスケット部分２９はプレートパッケージ内の隣接しているプレート上に対応する部分を有していないため、ガスケットのこの部分が滑りやすくなる危険性がある。点Ｐ２の位置の端部２８Ａ′の位置でガスケット部分２９に接続するガスケット部分２８Ａによってもたらされるさらなる支持によって、滑る危険とその結果として発生する本発明のガスケットの位置での漏れとが減少する。

ただし、本明細書には記述されていない本発明の他の実施形態も添付の請求項に示している本発明の範囲から逸脱することなく可能である。

プレート熱交換器の模式的な側面図である。 図１のプレート熱交換器の模式的な平面図である。 図１のプレート熱交換器の熱交換器プレートの模式図である。 本発明のプレート熱交換器のプレートパッケージのＩ−Ｉに沿った模式的断面図である。 ガスケットが取り付けられている図１のプレート熱交換器の熱交換器プレートの模式図である。 本発明の熱交換器プレートの模式図である。 本発明のガスケットが取り付けられている熱交換器プレートの模式図である。

Claims (10)

1. プレート熱交換器（１）用の熱交換器プレート（３）であって、該熱交換器プレート（３）は、多数のポート（８、９、１０、１１）と、分散領域（１２）と、熱伝導領域（１３）と、第１の断熱領域（１４）と、第２の断熱領域（１５）と、前記多数のポート（８、９、１０、１１）及び複数の前記領域（１２、１３、１４、１５）の外側を延びている縁領域（１６）とを有し、該熱交換器プレート（３）は、複数の前記領域（１２、１３、１４、１５）の外側の前記縁領域（１６）内に延びているとともに前記多数のポート（８、９、１０、１１）の周囲を延びている第１のガスケット溝（２０）と、前記断熱領域（１５）と隣接している前記分散領域（１２）との間を延びている第２のガスケット溝（２２）とを有し、前記第１と第２のガスケット溝（２０、２２）は、前記プレート熱交換器（１）内の隣接している該熱交換器プレート（３）に対して密封して接触させるためのガスケット（１９）を収容するように互いに接続されており、前記断熱領域（１５）に沿っている第１の部分（２０Ａ）内の前記ガスケット溝（２０）は、前記熱伝導領域（１３）に沿っている第２の部分（２０Ｂ）内の前記ガスケット溝（２０）から該熱交換器プレート（３）の長さ方向の中心線（Ｌ）までの距離よりも、前記熱交換器プレート中心線（Ｌ）から短い距離に配置されていることを特徴とする、熱交換器プレート。
2. 前記ガスケット溝（２０）は、前記熱伝導領域（１３）に向いている前記第１の部分（２０Ａ）の端部（２０Ａ′）において、点（Ｐ１）の位置で前記第２のガスケット溝（２２）に接続されており、前記点（Ｐ１）で、前記第２のガスケット溝（２２）が、前記中心線（Ｌ）と前記点（Ｐ１）との間で延びている第１の部分（２２Ａ）と、前記点（Ｐ１）と前記第２の部分（２０Ｂ）の端部（２０Ｂ′）における前記ガスケット溝（２０）との間で延びている第２の部分（２２Ｂ）とに分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器プレート。
3. ２つの前記熱交換器プレート（３）は、一対でカセットを構成するため、取り外せないように１つに接合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の複数の熱交換器プレート。
4. 複数の前記カセットは、前記プレート熱交換器（１）内で隣接しているカセットに対して密封して接触させるために、複数の前記カセットの間に配置されている複数のガスケット（１９）を有していることを特徴とする、請求項３に記載の複数の熱交換器プレート。
5. 前記複数の熱交換器プレートは、複数の対の形態で複数のカセットを構成するように、溶接によって１つに接合されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の複数の熱交換器プレート。
6. 前記ガスケット（１９）は、前記第１のガスケット溝（２０）内に収容されている第１のガスケット部分（２８）と、前記第２のガスケット溝（２２）内に収容されている第２のガスケット部分（２９）とを有し、前記断熱領域（１５）に沿っている第１の部分（２８Ａ）内の前記第１のガスケット部分（２８）は、前記熱伝導領域（１３）に沿っている第２の部分（２８Ｂ）内の前記第１のガスケット部分（２８）から該熱交換器プレート（３）の長さ方向の中心線（Ｌ）までの距離よりも、前記熱交換器プレート中心線（Ｌ）から短い距離の位置を延びていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器プレート（３）用のガスケット（１９）。
7. 前記ガスケット部分（２８）は、前記熱伝導領域（１３）に向いている前記第１の部分（２８Ａ）の端部（２８Ａ′）において、点（Ｐ２）の位置で前記第２のガスケット部分（２９）に接続されており、前記点（Ｐ２）で、前記ガスケット部分（２９）が、前記中心線（Ｌ）と前記点（Ｐ２）との間で延びている第１の部分（２９Ａ）と、前記点（Ｐ２）と前記第２の部分（２８Ｂ）の端部（２８Ｂ′）の位置の前記ガスケット部分（２８）との間で延びている第２の部分（２９Ｂ）とに分割されていることを特徴とする、請求項６に記載のガスケット（１９）。
8. 前記第１の部分（２８Ａ）内の前記第１のガスケット部分（２８）は、漏れの検出のための複数の凹部（２３）を有していることを特徴とする、請求項６または７に記載のガスケット（１９）。
9. 前記ガスケットは、ゴム材またはポリマー材で作られていることを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載のガスケット（１９）。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の、熱交換器プレート（３）とガスケット（１９）とのパッケージ（２）を有するプレート熱交換器（１）。

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