JP5563591B2 - 熱交換器のポート開口部 - Google Patents

Description

本発明は、流体間で熱交換するためのろう付けした熱交換器であって、その熱交換器は、プレスされたパターンの***部および溝が設けられている複数の熱交換プレートを備え、その熱交換プレートは、流体チャネルが前記プレートの間に形成されるように、互いに積み重ねられ、前記流体チャネルはポート開口部と選択的に連通する、熱交換器に関する。

熱交換器は流体媒体間で熱交換するために使用され、一般に、流体チャネルがプレート間で形成されるように互いに積み重ねられた複数のプレートを備える。通常、ポート開口部は、流体チャネル内、および流体チャネルから外への選択的な流体の流れを可能にするように設けられる。選択的な流体の流れは、異なる高さでポート開口部を囲む領域を配置することによって設けられるほとんどの熱交換器内に存在し、プレートを囲む領域は、流体チャネルに流体が流れること、または流体チャネルからポート開口部を密封することを可能にするように選択的に互いに係合する。

特許文献１は、流体チャネルとの連通からのポート開口部の選択的密封を達成する代替の方法を開示している。この文献において、ポート開口部周囲の領域は２つの高さで配置されているので、隣接するプレートの対応する領域が互いに接触して密封を与える。連通を配置するために、前記領域と連結する壁は、ポート開口部から流体チャネルまでの流れを可能にする開口部が設けられる。開口部を設けることは、ポート開口部から流体チャネルまでの媒体の流れの所望の偏向を与えることを意図する。

同様のタイプのポート開口部の設計が特許文献２に示されている。しかしながら、特許文献２による設計の主な理由は、ポート開口部において滑面を提供することである。

市場に多くのタイプの熱交換器、例えば管およびフィン熱交換器、気液熱交換器およびプレート熱交換器が存在する。

プレート熱交換器は、しばしば、液状で２つの媒体間で熱を交換するために使用されるが、プレート熱交換器について市場に出ているのはヒートポンプであり、そのプレート熱交換器は、低温液体（例えばブライン）と冷却剤との間で熱を交換するために使用される。一般に、かかる熱交換器は、数十バールの圧力に耐えるように設計される。

ここ最近、熱ポンプ用途における冷却剤として二酸化炭素の使用に対する一般的な傾向が存在する。二酸化炭素がよく選ばれているいくつかの理由は、主に、高温ＣＯＰ（効果）が二酸化炭素について高いからである。

しかしながら、冷却剤としての二酸化炭素の使用は、熱交換器が高い冷却圧力に耐えなければならないことを意味する。これまで、プレート熱交換器は、かかる圧力に耐えることができなかった。

プレート熱交換器を製造する一般的な方法は、熱交換器を形成するために熱交換プレートを一緒にろう付けすることである。熱交換器をろう付けすることは、過剰な複数のプレートにろう付け材料が提供され、その後、プレートは互いに積み重ねられ、ろう付け材料を溶融するのに十分熱い温度を有する炉に入れられることを意味する。ろう付け材料の溶融は、ろう付け材料（毛管力に部分的に起因する）が、熱交換プレートが互いに近接する領域、すなわち、隣接するプレートの***部と溝との間の接触点に集中し、炉の温度が低くなった後、ろう付け材料が凝固し、熱交換プレートが互いに結合してコンパクトかつ強力な熱交換器を形成することを意味する。

ろう付けした熱交換器は、高圧に供されると、ポート開口部付近で壊れやすい傾向があることは当業者により周知である。これは、内圧が、ろう付けしたプレートを***させるように作用し、***させる力はポート開口部付近で最も高いという事実に起因する。なぜなら、ポート開口部は接触点の集中が少ない面を表しているからである。

米国特許出願第２００５／０８２０４９号 国際公開第２００６／１１００９０号

本発明の目的は、高い内圧に耐えるように増大させた強度を有するろう付けしたプレート熱交換器のポート開口部を提供することである。

本発明のこの問題および他の問題は、熱交換プレートに配置されるポートスカートによって解決され、そのポートスカートは、ポート開口部を少なくとも部分的に囲み、熱交換プレートのほぼ平面に対してほぼ垂直方向に延び、管を形成するために互いに接触するように配置される。

ポート開口部と流体チャネルとの間の流体連通を可能にするために、開口部は、ポートと流体チャネルとの間に配置され得る。

従来技術の熱交換器と比べて熱交換領域を増加させるために、複数の積み重ねられた熱交換プレートの１つおきのポートスカートのみに開口部が設けられることができ、ポート開口部と流体チャネルとの間の選択的連通が提供される。これを達成するために、開口部に設けられるポートスカートはまた、密封面を備えてもよい。

以下に本発明を添付の図面を参照して記載する。

図１は、本発明によるポート開口部の第１の実施形態を示す熱交換プレートの一部の部分的断面斜視図である。 図２は、本発明によるポート開口部の第２の実施形態を示す熱交換プレートの一部の部分的断面斜視図である。

図１において、本発明の第１の実施形態による熱交換器１００を示す。熱交換器１００は複数の熱交換プレート１１０を備え、その各々は、プレスされたパターンの***部１２０および溝１３０を備え、プレートが互いに積み重ねられると、隣接するプレート間に流体チャネルを形成するように適合される。さらに、熱交換プレートはポート開口部１４０を備える（図１に１つのみ示す）。ポート開口部付近において、密封面１５０が、大きなプレス深さまたは小さなプレス深さのいずれかを有する１つおきの密封面が、反対のプレス深さを有する隣接するプレートの密封面に隣接するように配置される。この構成により、熱交換器が形成され、ポート開口部と流体チャネルとの間の選択的連通が得られる。

スカート１６０は各熱交換プレート１１０の周囲全体に沿って延びる。隣接するプレートのスカート１６０は、前記隣接する熱交換プレートのスカート間の相互作用によって密封を形成するように適合される。

さらに、第１の実施形態の熱交換プレートは、各々、ポートスカート１７０が設けられる。ポートスカート１７０は、スカート１６０が熱交換プレート１００を囲む方法と同様の方法でポート開口部を囲む。

組み立てられると、１つの熱交換プレート１００の１つのポート開口部のポートスカート１７０は、隣接する熱交換プレートのポート開口部のポートスカートと接触する、すなわち、重なる。重なっているポートスカートは、ポート開口部において管状の構造を形成する。

ポート開口部から、プレスされたパターンの熱交換プレートによって形成される流体チャネルまで流体が流れることを可能にするために、開口部１８０がスカート１７０に設けられる。図１において、これらの開口部はわずかに楕円形になっているが、ポートから、プレスされたパターンの熱交換プレートによって形成される流体チャネルまで流体が流れることを可能にする任意の形状が使用されてもよい。本発明の一実施形態において、開口部はスカートの高さ全体にわたって延びる。すなわち、１つの開口部１８０は密封面１５０から下方へ下ったところのスカート１７０の反対端まで延びる。

図２において、本発明による熱交換器２００の別の実施形態を示す。第１の実施形態による熱交換器のように、熱交換器２００は、流体チャネルを形成するためにプレスされたパターンの***部および溝が設けられる複数の熱交換プレート、熱交換プレートを囲むスカート２３５およびポートスカートが設けられるポート開口部を備えるが、第２の実施形態による熱交換器は、熱交換プレートに密封面１５０が設けられていないという点で第１の実施形態の熱交換器と異なる。

さらに図２を参照し、上記の一般的観点に記載したように、第２の実施形態による熱交換器２００は、隣接する熱交換プレート２１０の間に流体チャネル２１１、２１２を形成するように適合されたプレスされたパターンの***部２２０および溝２３０が設けられる複数の熱交換プレート２１０を備える。少なくとも２つのポート開口部２４０（図２に１つのみを示す）は、熱交換プレートによって形成される流体チャネルと選択的に連通し、通常、１対のポート開口部は、１つおきの流体チャネルと連通し、ポート開口部の別の対は他の流体チャネルと連通する。

ポートスカート２５０、２６０は、各々のポート開口部を囲み、ポートスカートは、１つの熱交換プレートのポートスカート２６０が、隣接するプレートのポートスカート２５０と重なるように配置される。ポートスカート２５０は、スカートの下部から前記スカートの上部まで延びる開口部２７０が設けられる。しかしながら、スカートの密封部２８０には開口部が設けられず、密封面が開口部２７０より上に設けられる。

互いに積み重ねられると、上記のようにポートスカート２５０、２６０は互いに重なる。ポートスカート２５０、２６０のこの連続した重なりにより、ポートスカート２５０の開口部２７０が作製され、ポート２４０が１つおきの流体チャネル２１１、２１２と連通するように密封部２８０およびポートスカート２６０は相互作用する。ポート開口部２４０と流体チャネル２１２との間の連通が開始する。この連通は開口部２７０によって調整される。反対に、ポート開口部２４０と流体チャネル２１１との間に連通は生じない。この連通は、密封部２８０とポートスカート２８０との間の相互作用に起因して遮断される。

開口部２７０を有するポートスカート、および開口部を有さないポートスカート２６０と協動する密封面２８０を設けることによって、ポート開口部２４０と流体チャネル２１１、２１２との間の選択的連通を調整することによって、十分な熱交換領域が第１の実施形態と比べて得られ得る。

第１の実施形態のポートスカートが、ポート開口部の周囲の一部のみ、例えばプレスされたパターンの***部および溝に面する部分のみを覆うように配置され得ることに留意されるべきである。かかる配置によって、十分な負荷が、スカート１６０を介して移動されるが、記載されるタイプの熱交換器の場合、「重要な（ｃｒｉｔｉｃａｌ）」領域、すなわちポート開口部の間の領域はかなり強化される。

Claims (4)

1. 流体間で熱交換するためのろう付けした熱交換器（１００；２００）であって、前記熱交換器は、プレスされたパターンの***部（１２０；２２０）および溝（１３０；２３０）が設けられる熱交換プレート（１１０；２１０）を複数備え、前記熱交換プレートは、流体チャネル（２１１、２１２）が前記プレートの間に形成されるように互いに積み重ねられ、前記流体チャネルはポート開口部（１４０、２４０）と選択的に連通し、ポートスカート（１７０；２５０、２６０）が前記熱交換プレートに配置され、前記ポートスカートは、前記ポート開口部を少なくとも部分的に囲み、前記熱交換プレートの平面に対してほぼ垂直方向に延び、管状の構造またはその一部を形成するように互いに重なって配置され、１つの前記熱交換プレートの前記ポートスカートは、隣接する複数の前記熱交換プレートの複数の前記ポートスカートと、前記管状の構造の管の軸と直交する方向から見て接触して重なるようになっている、熱交換器。
2. 前記ポートスカートにおける開口部（１８０；２７０）が、前記ポートと前記流体チャネルとの間を連通できるように配置される、請求項１に記載の熱交換器。
3. 複数の積み重ねられた前記熱交換プレートの１つおきのポートスカートのみに開口部が設けられる、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記ポート開口部周囲に設けられる前記ポートスカートはまた、密封面（１８０）を備える、請求項３に記載の熱交換器。

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