JP6968187B2 - プレートパッケージ、プレート、および熱交換器デバイス - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器デバイス用のプレートパッケージに関する。本発明は、熱交換器デバイス用のプレートにも関する。本発明は、熱交換器デバイスにも関する。

熱交換器デバイスは、例えば低温を生成するための用途において、アンモニア、フレオン等の様々なタイプの冷却媒体を気化させるためのものとして周知である。気化された媒体は、熱交換器デバイスから圧縮機へと搬送され、圧縮された気体媒体は、その後、凝縮機内で凝縮される。その後、この媒体は、膨張させられ、熱交換器デバイスへと再循環される。かかる熱交換器デバイスの一例が、プレート−シェルタイプの熱交換器である。

プレート−シェルタイプの熱交換器の一例は、実質的に半円形の熱交換器プレートから構成されたプレートパッケージを開示している特許文献１により知られている。半円形熱交換器プレートの使用は、プレートパッケージ上方の領域内においてシェル内部の容積が大きくなり、この容積により液体と気体との分離が改善されるため有利である。分離された液体は、内部空間の上部から内部空間の下部内の収集空間へと間隙を経由して輸送される。この間隙は、シェルの内壁とプレートパッケージの外壁との間に形成される。間隙は、シェルの収集空間に向かって液体を吸い込む熱サイフォンループの一部である。

熱交換器を設計する際、典型的には、検討し、バランスを取るべき複数の設計基準が存在する。熱交換器は、効率的な熱伝達が可能であるべきであり、典型的にはコンパクトかつ頑丈な設計であるべきである。さらに、各プレートの製造は、容易かつ費用対効果が高いものであるべきである。

国際公開第２００４／１１１５６４号 国際公開第２０１３／１４４２５１号

本発明の一目的は、効率的な熱伝達を実現することが可能であり、コンパクトな熱交換器の設計において使用され得るプレートパッケージを提供することである。さらに、好都合かつ費用対効果の高い様式でプレートパッケージのプレートを生産することのできる設計を提供することも本発明の一目的である。

これらの目的は、熱交換器デバイス用のプレートパッケージであって、プレートパッケージが、一方が他方の上に置かれるようにプレートパッケージ内に交互に配置された第1のタイプの複数の熱交換器プレートおよび第2のタイプの複数の熱交換器プレートを含み、各熱交換器プレートが、幾何学的な主要延在平面を有し、熱交換器デバイス内に設置された場合に主要延在平面が実質的に鉛直になるように設けられ、交互に配置された熱交換器プレートが、実質的に開口しており、媒体流が通り気化されるのを可能にするように構成された第1のプレート間隙と、閉じられており、媒体を気化させるために流体流を可能にするように構成された第2のプレート間隙とを形成する、プレートパッケージであって、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートのそれぞれが、プレートパッケージの下部に第1のポート開口を、およびプレートパッケージの上部に第2のポート開口を有し、第1のポート開口および第2のポート開口は、第2のプレート間隙と流体連通状態にあり、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートが、各第2のプレート間隙内に流体分配要素を形成する嵌合当接部分をさらに備え、
流体分配要素が、水平平面に沿った水平延在部を主として有する、鉛直方向において見た場合に第1のポート開口と第2のポート開口との間の位置に位置する長手方向延在部を有し、それにより、各第2のプレート間隙内に、第1のポート開口から流体分配要素の周囲を回り第2のポート開口へ、またはこの逆へ延在する2つの円弧形状流路が形成され、
2つの流路のそれぞれが、各流路に沿って順に配置された少なくとも3つの流路セクタへと分岐され、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートのそれぞれが、各流路セクタ内に複数の相互に平行なリッジを備え、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートのリッジが、相互に当接した場合に、各流路セクタ中に主要流れ方向に対してシェブロンパターンを形成するような向きにされ、各リッジが、各流路セクタ中の主要流れ方向に対して45°よりも大きい角度βを形成し、
少なくとも3つの流路セクタのうちの少なくとも第1の流路セクタが、プレートパッケージの下部に配置され、少なくとも3つの流路セクタのうちの少なくとも第2の流路セクタが、プレートパッケージの上部に配置され、少なくとも3つの流路セクタのうちの少なくとも第3の流路セクタが、上部と下部との間の移行部に配置される、プレートパッケージによって達成された。

各第2のプレート間隙内の流体分配要素は、プレートパッケージの上部と下部との間の実質的境界を構成するということができる。

約言すれば、下部、上部、および移行部分に流路セクタを位置決めすることにより、ならびに各流路セクタ中のリッジを特定的な向きにすることにより、少なくとも3つの流路セクタを提供することに関すると言える、上記によるプレートパッケージを設計することによって、各第2の間隙内の各流路中の流体流を各流路の全幅にわたり行きわたらせることが確保され得る。それにより、全プレート領域の効率的な使用が実現される。特に、少なくとも3つの流路セクタを設けることにより、および上部と下部との間の移行部中に少なくとも1つの流路セクタを位置決めすることにより、流路が流体分配要素の外方端部の周囲に延在する領域内であってもプレートの外方エッジに向かって流体を行きわたらせることを実現することが可能となる。

各リッジが各流路セクタ中に主要流れ方向に対して45°よりも大きい角度βを形成するという特徴は、代替的には、当接するリッジ同士が共に90°よりも大きいシェブロン角度β'を形成すると言い換えてもよく、このシェブロン角度は、シェブロン形状部の内部の一方のプレートのリッジから他方のプレートのリッジまでにおいて測定されたものである。

角度βは、好ましくは50°よりも大きく、より好ましくは55°よりも大きい。シェブロン角度β'は、好ましくは100°よりも大きく、より好ましくは110°よりも大きい。

各流路が、少なくとも4つのセクタに分岐されてもよく、少なくとも4つの流路セクタのうちの少なくとも2つが、上部と下部との間の移行部に配置される。これにより、流路が流体分配要素の外方端部の周囲に延在する領域内であってもプレートの外方エッジに向かって流体を行きわたらせることがさらに改善される。

流体分配要素は、主に水平方向に延在する中央部分と、中央部分の各端部から上方かつ外方に延在する2つのウィング部分とを備え得る。これにより、流路が流体分配要素の外方端部の周囲に延在する領域内であってもプレートの外方エッジに向かって流体を行きわたらせることがさらに改善される。

流体分配要素は、連続曲線とされ得るか、または直線状相互連結セグメントからもしくは連続曲線と直線状相互連結セグメントとの組合せから形成され得る。

流体分配要素は、主要延在平面に対して横断方向にならびに第1のポート開口および第2のポート開口の中心を通り延在する鉛直平面に関して鏡像対称となる。これは、プレートの製造を容易にし、対称的な熱伝達負荷を実現することになるため有利である。

隣接し合うセクタ間の各区画ラインは、流体分配要素から外方へと、好ましくは直線状に、各熱交換器プレートの外方エッジに向かって延在し得る。好ましくは、各区画ラインは、流路の全てにわたり延在する。

好ましくは、第1のセクタ中の主要流れ方向は、入口ポートから、第1のセクタと隣接する下流セクタとの間の区画ラインの中央部分まで延在し、
セクタ中の各主要流れ方向が、セクタと隣接する上流セクタとの間の各区画ラインの中央部分から、セクタと隣接する下流セクタとの間の各区画ラインの中央部分まで延在し、
第2のセクタ中の主要流れ方向は、第2のセクタと隣接する上流セクタとの間の区画ラインの中央部分から出口ポートまで延在し、
各区画ラインの中央部分は、各区画ラインの中間点と、中間点の両側における各区画ラインの長さの最大で15%、好ましくは最大で10%の範囲とを含む。

各流路セクタ中におけるこれらの主要流れ方向と、各流路セクタの相互に平行なリッジの向きとの組合せにより、流れの良好な行きわたりが流路の全長に沿って実現される。

互いに対してある角度で延在するリッジを有する2つの隣接し合う流路セクタの間において、2つのレッグへと分岐するステムとしての第1の移行リッジが、第1のタイプのプレートまたは第2のタイプのプレートのいずれかの中に形成され得る。かかる設計は、リッジ同士の間の角度が40°より小さいなど比較的小さい場合に有用であり、この設計は、この角度が30°未満またはさらには25°未満である場合には特に有用である。2つのレッグへと分岐するステムを移行リッジに与えることにより、隣接プレートのリッジにしっかりと当接することが可能な、および各流路セクタのリッジパターンから極小逸脱を伴う場合でもリッジパターンを維持することのできるリッジを実現することが可能となる。さらに、小径の形状を加圧成形することは困難である。したがって、この種の移行リッジを実現することにより、2つのレッグ間の距離が十分な大きさの径の圧縮成形器具を受け入れる余地がないほどまで小さすぎる場合に、2つのレッグがステムへと変わり得ることによって大径の使用が可能となる。

ステムは、第1のタイプのプレートおよび第2のタイプのプレートの他方の、複数の、好ましくは少なくとも3つの連続するシェブロン形状リッジ移行部に当接し、リッジ移行部は、互いに対してある角度で延在するリッジを有する2つの隣接し合う流路セクタ間に形成され得る。これにより、各流路セクタのリッジ同士の間の角度が小さい場合でも、プレート間の強力な当接が可能となる。

長手方向延在部に沿った2つのレッグおよび/またはステムのうちの少なくとも一方が、長手方向延在部に対する横断方向において見た場合に局所的に拡張された幅を有する部分を有し得る。これは、各流路セクタのリッジパターンからの逸脱を最小限に抑えるために利用され得る。

第1のレッグは、その隣接するセクタのリッジに対して平行に延在し、第2のレッグは、その隣接するセクタのリッジに対して平行に延在し得る。このようにすることで、各流路セクタのリッジパターンからの逸脱が最小限に抑えられる。

第2の移行リッジが、好ましくは2つのレッグへと分岐するステムとして形成されてもよく、第2の移行リッジのステムは、第1の移行リッジの2つのレッグの間に配置される。第2の移行リッジが2つのレッグに分岐するステムを有する設計では、第1の移行リッジおよび第2の移行リッジは、同一方向の向きにされる。ある意味において、第1の移行リッジおよび第2の移行リッジは、同一方向に向いた矢印に類似すると言うことができる。このように位置決めされた第2の移行リッジを設けることにより、区画ラインがリッジ間距離に比べて有意な長さである場合でも、平滑な移行を実現することが可能となる。また、第2の移行リッジは、上記の第1の移行リッジに関連して指定された設計にしたがって設計され得る点に留意されたい。

さらに対処される具体的な問題は、小径を有する形状を圧縮成形することが困難である点である。この問題は、プレート熱交換器などの熱交換器デバイス用のプレートであって、プレートが、相互に平行なリッジを有する第1のセクタと、第1のセクタのリッジに対してある角度で延在する相互に平行なリッジを有する、隣接する第2のセクタとを備え、プレートが、2つのレッグへと分岐するステムとして形成された少なくとも1つの移行リッジをさらに備える、熱交換器デバイス用のプレートによって対処される。この種の移行リッジを設けることにより、2つのレッグ間の距離が十分な大きさの径の圧縮成形器具を受け入れる余地がないほどまで小さすぎる場合に、2つのレッグがステムへと変わり得ることによって大径の使用が可能となる。

リッジ同士の間の、すなわち第1のセクタのリッジと第2のセクタのリッジとの間の角度は、30°未満、25°未満など、40°未満であってもよい。

ステムは、第1のセクタおよび第2のセクタの相互に平行なリッジのリッジ間の距離の2倍を、好ましくは3倍を超える長さを有し得る。これは、ステムが、第1のタイプのプレートおよび第2のタイプのプレートの他方の、複数の、好ましくは少なくとも3つの連続するシェブロン形状リッジ移行部に当接するのを確保するために使用されてもよく、これらのリッジ移行部は、互いに対してある角度で延在するリッジを有する2つの隣接し合う流路セクタ間に形成される。これにより、各流路セクタのリッジ同士の間の角度が小さい場合でも、プレート同士の間の強力な当接が可能となる。

長手方向延在部に沿った2つのレッグおよび/またはステムのうちの少なくとも一方が、長手方向延在部に対する横断方向において見た場合に局所的に拡張された幅を有する部分を有し得る。これは、各流路セクタのリッジパターンからの逸脱を最小限に抑えるために使用され得る。

第1のレッグは、その隣接するセクタのリッジに対して平行に延在し、第2のレッグは、その隣接するセクタのリッジに対して平行に延在し得る。

第2の移行リッジが、好ましくは2つのレッグへと分岐するステムとして形成され、第2の移行リッジのこのステムは、第1の移行リッジの2つのレッグの間に配置され得る。このように位置決めされた第2の移行リッジを設けることにより、区画ラインがリッジ間距離に比べて有意な長さである場合でも、平滑な移行を実現することが可能となる。また、第2の移行リッジは、上記の第1の移行リッジに関連して指定された設計にしたがって設計され得る点を留意されたい。

また、効率的な熱伝達に関する上述の目的は、実質的に閉じられた内部空間を形成するシェルを含む熱交換器デバイスであって、熱交換器デバイスが、プレートパッケージを備え、プレートパッケージが、一方が他方の上に置かれるようにプレートパッケージ内に交互に配置された第1のタイプの複数の熱交換器プレートおよび第2のタイプの複数の熱交換器プレートを備え、各熱交換器プレートが、幾何学的な主要延在平面を有し、熱交換器デバイス内に設置された場合に主要延在平面が実質的に鉛直になるように設けられ、交互に配置された熱交換器プレートが、実質的に開口しており、媒体流が通り気化されるのを可能にするように構成された第1のプレート間隙と、閉じられており、媒体を気化させるために流体流を可能にするように構成された第2のプレート間隙とを形成する、熱交換器デバイスであって、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートのそれぞれが、プレートパッケージの下部に第1のポート開口を、およびプレートパッケージの上部に第2のポート開口を有し、第1のポート開口および第2のポート開口が、第2のプレート間隙と流体連通状態にあり、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートが、各第2のプレート間隙内に流体分配要素を形成する嵌合当接部分をさらに備え、
流体分配要素が、水平平面に沿った水平延在部を主として有する、鉛直方向において見た場合に第1のポート開口と第2のポート開口との間の位置に位置する長手方向延在部を有し、それにより、各第2のプレート間隙内に、第1のポート開口から流体分配要素の周囲を回り第2のポート開口へ、またはこの逆へ延在する2つの円弧形状流路が形成され、
2つの流路のそれぞれが、各流路に沿って順に配置された少なくとも3つの流路セクタへと分岐され、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートのそれぞれが、各流路セクタ内に複数の相互に平行なリッジを備え、
第1のタイプの熱交換器プレートおよび第2のタイプの熱交換器プレートのリッジが、相互に当接した場合に、各流路セクタ中に主要流れ方向に対してシェブロンパターンを形成するような向きにされ、各リッジが、各流路セクタ中の主要流れ方向に対して45°よりも大きい角度βを形成し、
少なくとも3つの流路セクタのうちの少なくとも第1の流路セクタが、プレートパッケージの下部に配置され、少なくとも3つの流路セクタのうちの少なくとも第2の流路セクタが、プレートパッケージの上部に配置され、少なくとも3つの流路セクタのうちの少なくとも第3の流路セクタが、上部と下部との間の移行部に配置される、熱交換器デバイスによっても達成された。

本設計による利点は、プレートパッケージに関して詳細に論じられているので、それを参照されたい。

一態様によれば、本発明は、約言すれば、各第2のプレート間隙内に流体分配要素を形成する嵌合当接部分を有することにより、各第2のプレート間隙内に2つの円弧形状流路を形成する複数の熱交換器プレートを備える熱交換器デバイス用のプレートパッケージであって、これらの2つの流路のそれぞれが、各流路に沿って順に配置された少なくとも3つの流路セクタへと分岐される、プレートパッケージに関すると言える。

本発明の現時点において好ましい実施形態を示す、添付の概略図を参照しつつ、本発明を例としてさらに詳細に説明する。

本発明の一実施形態による熱交換器デバイスの側部からの概略断面図である。 図1の熱交換器デバイスの別の概略断面図である。 プレートパッケージの一部を形成する熱交換器プレートの一実施形態の斜視図である。 図3のプレートの平面図である。 図3〜図4のプレートのリッジに当接している第2のプレートのリッジパターンをさらに示す、図3のプレートの平面図である。 図5においてVIと印をつけられたボックスセクションの拡大図である。 図5においてVIIと印をつけられたラインに沿った断面図である。 別のプレートの複数の連続するシェブロン形状リッジ移行部に当接している移行リッジを示す図である。 図8の一点鎖線および実線に沿った2つの断面図である。

図1および図2を参照すると、プレート−シェルタイプの典型的な熱交換器デバイスの概略断面図が開示されている。この熱交換器デバイスは、シェル1を備えており、シェル1は、実質的に閉じられた内部空間2を形成する。開示される実施形態において、シェル1は、実質的に円筒状のシェル壁部3(図1を参照)と、2つの実質的に平面上の端壁部(図2に示すように)とを有する、実質的に円筒状の形状を有する。また、これらの端壁部は、例えば半球形状を有してもよい。また、他の形状のシェル1も可能である。シェル1は、内部空間2に対面する円筒状内壁表面3を備える。断面pが、シェル1および内部空間2を貫通して延在する。シェル1は、断面pが実質的に鉛直になるように構成される。シェル1は、例としては炭素鋼からなるものであってもよい。

シェル1は、液体状態の二相媒体を内部空間2へ供給するための入口5と、気体状態のこの媒体を内部空間2から排出するための出口6とを備える。入口5は、内部空間2の下部空間2'内で終端する入口導管を備える。出口6は、出口導管を備え、この出口導管は、内部空間2の上部空間2''から延在する。低温を生成するための用途では、この媒体は、例としてはアンモニアであってもよい。

熱交換器デバイスは、プレートパッケージ10を備え、このプレートパッケージ10は、内部空間2内に設けられ、相互に隣接して設けられた複数の熱交換器プレート11a、11bを備える。これらの熱交換器プレート11a、11bは、図3を参照しつつ、以下でさらに詳細に論じる。熱交換器プレート11は、例えば溶接、銅ろう付けなどのろう付け、融着、または接着によりプレートパッケージ10内で互いに対して永久連結される。溶接、ろう付け、および接着は、周知の技術であり、融着は、特許文献２に記載されるように実施され得る。熱交換器プレートは、鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、またはコバルトベース材料などの金属材料、すなわち鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、またはコバルトを主要構成成分として有する金属材料(例えば合金)から作製され得る。鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、またはコバルトは、主要構成成分であってもよく、したがって最大重量パーセントを有する構成成分であってもよい。これらの金属材料は、少なくとも50重量%、少なくとも70重量%など、少なくとも30重量%の鉄、ニッケル、チタン、アルミニウム、銅、またはコバルトの含有量を有し得る。好ましくは、熱交換器プレート11は、例えばステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性材料で製造される。

各熱交換器プレート11a、11bは、主要延在平面qを有し、この延在平面qが実質的に鉛直かつ断面pに対して実質的に垂直になるように、プレートパッケージ10内におよびシェル1内に設けられる。また、断面pは、各熱交換器プレート11a、11bを通り横断して延在する。したがって、開示される実施形態では、断面pは、各個々の熱交換器プレート11a、11bを通る鉛直中央平面をさらに形成する。また、平面qは、例えば図4が描かれる紙面に対して平行な平面であると説明することができる。

熱交換器プレート11a、11bは、内部空間2に向かって開口する第1のプレート間隙12と、内部空間2に向かって閉じられた第2のプレート間隙13とをプレートパッケージ10内に形成する。したがって、入口5を経由してシェル1に供給される上述の媒体は、プレートパッケージ10内に、および第1のプレート間隙12内に進む。

各熱交換器プレート11a、11bは、第1のポート開口14および第2のポート開口15を備える。第1のポート開口14は、入口導管16に連結された入口チャネルを形成する。第2のポート開口15は、出口導管17に連結された出口チャネルを形成する。代替的な構成では、第1のポート開口14が出口チャネルを形成し、第2のポート開口15が入口チャネルを形成する点を留意されたい。断面pは、第1のポート開口14および第2のポート開口15の両方を通り延在する。これらの熱交換器プレート11は、入口チャネルおよび出口チャネルが第1のプレート間隙12に対して閉じられるが、第2のプレート間隙13に対しては開かれるように、ポート開口14および15の周囲で互いに対して連結される。したがって、流体は、入口導管16と第1のポート開口14により形成された関連する入口チャネルとを経由して第2のプレート間隙13へと供給され、第2のポート開口15により形成された出口チャネルと出口導管17とを経由して第2のプレート間隙13から排出され得る。

図1に示すように、プレートパッケージ10は、上方側部および下方側部、ならびに2つの両側方側部を有する。プレートパッケージ10は、下部空間2'内に実質的に位置するように、および収集空間18がプレートパッケージの下方側部と内壁表面3の底部部分との間でプレートパッケージ10の下方に形成されるように、内部空間2内に設けられる。

さらに、再循環チャネル19は、プレートパッケージ10の各側部に形成される。これらは、内壁表面3と各側方側部との間の間隙により、またはプレートパッケージ10内に形成された内部再循環チャネルとして形成され得る。

各熱交換器プレート11は、熱交換器プレート11の実質的に全体の周囲に延在する、および熱交換器プレート11同士の相互に対する前記永久連結を可能にする、周縁部分20を備える。これらの周縁部分20は、側方側部に沿って、シェル1の内方円筒状壁部表面3に当接する。再循環チャネル19は、各対の熱交換器プレート11間においてこれらの側方側部に沿って延在する内部間隙または外部間隙により形成される。また、熱交換器プレート11同士は、第1のプレート間隙12が側方側部に沿って、すなわち内部空間2の再循環チャネル19に向かって閉じられるように、互いに対して連結される点に留意されたい。

本出願で開示される熱交換器デバイスの実施形態は、入口5を経由して液体状態で供給され出口6を経由して気体状態で排出される二相媒体を気化するために使用され得る。気化に必要な熱は、プレートパッケージ10により供給され、プレートパッケージ10は、入口導管16を経由して例えば水などの流体を送給され、この流体は、第2のプレート間隙13を通り循環され出口導管17を経由して排出される。したがって、気化される媒体は、内部空間2内において液体状態で少なくとも部分的に存在する。液体水位は、図1に示す水位22に及ぶ。結果として、下部空間2'の実質的に全体が、液体状態の媒体により充填され、その一方で上部空間2''は、主として気体状態の媒体を収容する。

熱交換器プレート11aは、図3に開示される種類のものであってもよい。また、熱交換器プレート11bは、図3に開示される種類のものであるが、断面pと主要延在平面qとの間の交差部を形成する線pqを中心として180°であってもよい。代替的には、第2の熱交換器プレート11bは、熱交換器プレート11aと同様であるが、直立フランジ24の全てまたは一部が除去されたものであってもよい。また、ポート開口14、15の周囲において、第2の間隙13側で各ポート開口14、15を囲む分配パターンが設けられる点を留意されたい。しかし、かかるパターンは当技術では周知であり、本発明の一部を形成するものではないため、明瞭化のために図面では省略される。

また、本説明全体において、プレート11a、11bの特徴は、第1のタイプのプレート11aまたは第2のタイプのプレート11bのいずれにおいて形成されるかに関する具体的言及を伴わずにしばしば論じられるが、その理由は、多くの場合において、具体的特徴が、プレート同士の連携または当接により実現され、そのためこれらのプレートのいずれかにまたは両プレートに部分的に形成され得るからであるという点を留意されたい。

上述のように、プレートパッケージ10は、一方が他方の上に置かれるようにプレートパッケージ10内に交互に配置された(例えば図2に示すように)、第1のタイプの複数の熱交換器プレート11aと第2のタイプの複数の熱交換器プレート11bとを備える。各熱交換器プレート11a、11bは、幾何学的な主要延在平面qを有し、熱交換器デバイス内に設置された場合にこの主要延在平面qが実質的に鉛直になる(図1および図2に示すように)ように設けられる。交互に配置された熱交換器プレート11a、11bは、実質的に開口しており媒体流が通り気化されるのを可能にするように構成された第1のプレート間隙12と、閉じられており媒体を気化させるために流体流を可能にするように構成された第2のプレート間隙13とを形成する。

第1のタイプの熱交換器プレート11aおよび第2のタイプの熱交換器プレート11bのそれぞれが、プレートパッケージ10の下部に第1のポート開口14を、およびプレートパッケージ10の上部に第2のポート開口15を有し、第1のポート開口14および第2のポート開口15は、第2のプレート間隙13と流体連通状態にある。

第1のタイプの熱交換器プレート11aおよび第2のタイプの熱交換器プレート11bは、各第2のプレート間隙13内に流体分配要素31を形成する嵌合当接部分30をさらに備える。これらの嵌合当接部分30は、例えば図3に示すプレート11a中において上方に延在するリッジ30として形成されてもよく、このリッジ30は、線pqの周囲においてプレート11aを180°回転させることにより形成される当接中のプレート11bの対応するリッジと連携することにより、図7に示すような当接をもたらす。

流体分配要素31は、水平平面Hに沿った水平延在部を主として有する、および鉛直方向Vにおいて見た場合に第1のポート開口14と第2のポート開口15との間の位置に位置する長手方向延在部L31を有し、それにより、各第2のプレート間隙13内に、第1のポート開口14から流体分配要素31の周囲を回り第2のポート開口15まで、またはこの逆へ延在する2つの円弧形状流路40が形成される。

2つの流路40のそれぞれが、各流路40に沿って順に配置された少なくとも3つの流路セクタ40a、40b、40c、40dへと分岐される。

第1のタイプの熱交換器プレート11aおよび第2のタイプの熱交換器プレート11bのそれぞれが、各流路セクタ40a〜40d中に複数の相互に平行なリッジ50a〜50d、50a'〜50d'を備える。

第1のタイプの熱交換器プレート11aおよび第2のタイプの熱交換器プレート11bのリッジ50a〜50d、50a'〜50d'は、相互に当接した場合に(図5におよび図6の拡大図に示すように)、各流路セクタ40a〜40d中に主要流れ方向MFに対してシェブロンパターンを形成するような向きにされ(図4を参照)、各リッジは、各流路セクタ40a〜40d中の主要流れ方向MFに対して45°よりも大きい角度βを形成する。各流路セクタの主要流れ方向MFは、図5に示すように各流路中の4つの矢印により示される。

プレートの右側の第1のセクタ40a中のリッジ50aは、左側の第1のセクタ40a'中のリッジ50a'とは異なる向きにされる点を留意されたい。各第2のプレートが線pqを中心として180°回転されると、リッジ50a'は、リッジ50aに当接し、それにより上述のシェブロンパターンを形成することになる。図5に示すように、これと同等のことが、図4における右側のリッジ50b〜50dおよび左側のリッジ50b'〜50d'に対して当てはまる。

各リッジが各流路セクタ中の主要流れ方向に対して45°よりも大きい角度βを形成するという特徴は、代替的には、当接するリッジ同士が共に90°よりも大きいシェブロン角度β'を形成すると言い換えてもよく、このシェブロン角度は、シェブロン形状部の内部の一方のプレートのリッジから他方のプレートのリッジまでにおいて測定されたものである。

角度βは、好ましくは50°よりも大きく、より好ましくは55°よりも大きい。シェブロン角度β'は、好ましくは100°よりも大きく、より好ましくは110°よりも大きい。

図5に示すように、流路セクタ40a〜40dのうちの少なくとも第1の流路セクタ40aは、プレートパッケージ10の下部に配置され、流路セクタ40a〜40dのうちの少なくとも第2の流路セクタ40bは、プレートパッケージ10の上部に配置され、流路セクタ40a〜40dのうちの少なくとも第3の流路セクタ40cおよび好ましくはさらに第4の流路セクタ40dは、上部と下部との間の移行部に配置される。

流体分配要素31は、主に水平方向に延在する中央部分31a〜31bと、中央部分31a〜31bの各端部から上方かつ外方に延在する2つのウィング部分31c、31dとを備える。

分配要素31は、第2のプレート間隙13内の障壁として基本的に機能する点を留意されたい。しかし、流体分配要素31は、例えば中央部分31a、31bとウィング部分31c、31dとの間の隅部などに小開口を備えてもよい。かかる開口は、例えば排水開口として使用され得る。

流体分配要素31は、主要延在平面qに対して横断方向にならびに第1のポート開口14および第2のポート開口15の中心を通り延在する鉛直平面pに関して鏡像対称となる。

隣接し合うセクタ40a〜40d間の各区画ラインL1、L2、L3は、流体分配要素31から外方へと、好ましくは直線状に、各熱交換器プレート11a〜11bの外方エッジに向かって延在する。区画ラインL1、L2、L3は流路エリア40a〜40dを完全に通って延在することに留意されたい。シェブロンパターン外部の白色領域は、内部再循環チャネル19を提供するために使用され得る。

第1のセクタ40a中の主要流れ方向MFは、入口ポート14から、第1のセクタ40aと隣接する下流セクタ40cとの間の区画ラインL1の中央部分まで延在する。

セクタ40cなどのセクタ中の各主要流れ方向MFは、セクタ40cと隣接する上流セクタ40aとの間の各区画ラインL1の中央部分から、セクタ40cと隣接する下流セクタ40dとの間の各区画ラインL2の中央部分まで延在する。

第2のセクタ40b中の主要流れ方向MFは、第2のセクタ40bと隣接する上流セクタ40dとの間の区画ラインL3の中央部分から出口ポート15まで延在する。

各区画ラインL1、L2、L3の中央部分は、各区画ラインの中間点と、この中間点の両側における各区画ラインの長さの最大で15%、好ましくは最大で10%の範囲とを含む。図面に示す実施形態では、セクタ中の各主要流れ方向MFは、実質的にそのセクタと隣接する上流セクタとの間の各区画ラインの中間点から、実質的にそのセクタと隣接する下流セクタとの間の各区画ラインの中間点まで延在する。

流れは、ポート15が入口ポートを形成しポート14が出口ポートを形成する場合には、逆方向となり得る点を留意されたい。

図4に示唆するようにおよび図8において詳細に示すように、互いに対してある角度で延在するリッジを有する図4の右側の40c、40d間および図4の左側の40a、40c間などの2つの隣接し合う流路セクタの間において、2つのレッグ62a〜62bへと分岐するステム61としての第1の移行リッジ60が、第1のタイプのプレートまたは第2のタイプのプレートのいずれかの中に形成される。

図8に示すように、ステム61は、第1のタイプのプレートおよび第2のタイプのプレートの他方の、複数の、好ましくは少なくとも3つの、および図8では4つの、連続するシェブロン形状リッジ移行部70に当接し、これらのリッジ移行部70は、互いに対してある角度で延在するリッジを有する2つの隣接し合う流路セクタ間に形成される。

図8では、長手方向延在部L62a、L62bに沿った2つのレッグ62a、62bは、長手方向延在部L62a、L62bに対する横断方向において見た場合に局所的に拡張された幅を有する部分62a'、62b'を有することが図示される。

図8に示すように、第1のレッグ62aは、その隣接するセクタのリッジに対して平行に延在し、第2のレッグ62bは、その隣接するセクタのリッジに対して平行に延在する。

第2の移行リッジ80が、2つのレッグへと分岐するステムとして形成され、第2の移行リッジ80のこのステムは、第1の移行リッジの2つのレッグの間に配置され得る。図示する実施形態では、第2の移行リッジは、ステム81のみである。

本明細書において説明された実施形態の多数の修正形態が存在することが予期されるが、それらは、添付の特許請求の範囲により定義されるような本発明の範囲内に依然として含まれる。

例えば、局所的に拡張された幅は、代わりにステム61上に形成されても、すなわちレッグ62a、62bの局所的に拡張された幅に対する相補的部分として形成されてもよい。

1 シェル
2 内部空間
2' 下部空間
2'' 上部空間
3 シェル壁部、円筒状内壁表面、内方円筒状壁部表面、内壁表面
5 入口
6 出口
10 プレートパッケージ
11 熱交換器プレート
12 第1のプレート間隙
13 第2のプレート間隙
14 第1のポート開口、入口ポート
15 第2のポート開口、出口ポート
16 入口導管
17 出口導管
18 収集空間
19 再循環チャネル、内部再循環チャネル
20 周縁部分
22 水位
24 直立フランジ
30 嵌合当接部分、リッジ
31 流体分配要素
40 流路
60 第1の移行リッジ
70 シェブロン形状リッジ移行部、リッジ移行部、ステム
80 第2の移行リッジ
81 ステム
11a 熱交換器プレート、第1のタイプの熱交換器プレート
11b 熱交換器プレート、第2のタイプの熱交換器プレート、第2の熱交換器プレート
31a 中央部分
31b 中央部分
31c ウィング部分
31d ウィング部分
40 円弧形状流路
40a 流路セクタ、第1の流路セクタ、第1のセクタ
40a' 第1のセクタ
40b 流路セクタ、第2の流路セクタ
40c 流路セクタ、第3の流路セクタ
40d 流路セクタ、第4の流路セクタ
50a リッジ
50a' リッジ
50b リッジ
50c リッジ
50c' リッジ
50d リッジ
50d' リッジ
62a レッグ、第1のレッグ
62a' 局所的に拡張された幅を有する部分
62b レッグ、第2のレッグ
62b' 局所的に拡張された幅を有する部分
L62a 長手方向延在部
L62b 長手方向延在部
L1 区画ライン
L2 区画ライン
L3 区画ライン
L31 長手方向延在部
β 角度
β' シェブロン角度
p 断面、鉛直平面
q 主要延在平面
pq 線
V 鉛直方向
H 水平平面
MF 主要流れ方向

Claims (14)

1. 熱交換器デバイス（１）用のプレートパッケージ（１０）であって、前記プレートパッケージ（１０）は、一方が他方の上に置かれるように前記プレートパッケージ（１０）内に交互に配置された第１のタイプの複数の熱交換器プレート（１１ａ）および第２のタイプの複数の熱交換器プレート（１１ｂ）を含み、各熱交換器プレート（１１ａ、１１ｂ）は、幾何学的な主要延在平面（ｑ）を有し、前記熱交換器デバイス（１）内に設置された場合に前記主要延在平面（ｑ）が鉛直になるように設けられ、前記交互に配置された熱交換器プレート（１１ａ、１１ｂ）は、開口しており、媒体流が通り気化されるのを可能にするように構成された第１のプレート間隙（１２）と、閉じられており、媒体を気化させるために流体流を可能にするように構成された第２のプレート間隙（１３）とを形成する、プレートパッケージ（１０）であって、
   前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）のそれぞれが、前記プレートパッケージ（１０）の下部に第１のポート開口（１４）を、および前記プレートパッケージ（１０）の上部に第２のポート開口（１５）を有し、前記第１のポート開口（１４）および前記第２のポート開口（１５）は、前記第２のプレート間隙（１３）と流体連通状態にあり、
   前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）は、前記各第２のプレート間隙（１３）内に流体分配要素（３１）を形成する嵌合当接部分（３０）をさらに備え、
   前記流体分配要素（３１）は、水平平面（Ｈ）に沿った水平延在部を主として有する、鉛直方向（Ｖ）において見た場合に前記第１のポート開口（１４）と前記第２のポート開口（１５）との間の位置に位置する長手方向延在部（Ｌ３１）を有し、それにより、前記各第２のプレート間隙内に、前記第１のポート開口（１４）から前記流体分配要素（３１）の周囲を回り前記第２のポート開口（１５）へ、またはこの逆へ延在する２つの円弧形状流路（４０）が形成され、
   前記２つの円弧形状流路（４０）のそれぞれが、各円弧形状流路（４０）に沿って順に配置された少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）へと分岐され、
   前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）のそれぞれが、各流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）内に複数の相互に平行なリッジ（５０ａ〜５０ｄ、５０ａ´〜５０ｄ´）を備え、
   前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）の前記リッジ（５０ａ〜５０ｄ、５０ａ´〜５０ｄ´）は、相互に当接した場合に、前記各流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）中に主要流れ方向（ＭＦ）に対してシェブロンパターンを形成するような向きにされ、各リッジは、各流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）中の前記主要流れ方向（ＭＦ）に対して４５°よりも大きい角度βを形成し、
   前記少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも第１の流路セクタ（４０ａ）が、前記プレートパッケージ（１０）の前記下部に配置され、前記少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも第２の流路セクタ（４０ｂ）が、前記プレートパッケージ（１０）の前記上部に配置され、前記少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも第３の流路セクタ（４０ｃ、４０ｄ）が、前記上部と前記下部との間の移行部に配置され、
   隣接し合う流路セクタ間の各区画ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、前記流体分配要素（３１）から外方へと、前記各熱交換器プレート（１１ａ〜１１ｂ）の外方エッジ（２０）に向かって延在する、プレートパッケージ。
2. 各円弧形状流路（４０）が、少なくとも４つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）に分岐され、前記少なくとも４つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも２つ（４０ｃ、４０ｄ）が、前記上部と前記下部との間の前記移行部に配置される、請求項１に記載のプレートパッケージ。
3. 前記流体分配要素（３１）は、主に水平方向に延在する中央部分（３１ａ〜３１ｂ）と、前記中央部分（３１ａ〜３１ｂ）の各端部から上方かつ外方に延在する２つのウィング部分（３１ｃ、３１ｄ）とを備える、請求項１または２に記載のプレートパッケージ。
4. 前記流体分配要素（３１）は、前記主要延在平面（ｑ）に対して横断方向にならびに前記第１のポート開口（１４）および前記第２のポート開口（１５）の中心を通り延在する鉛直平面（ｐ）に関して鏡像対称となる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプレートパッケージ。
5. 前記隣接し合う流路セクタ間の各区画ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、前記流体分配要素（３１）から外方へと直線状に前記各熱交換器プレート（１１ａ〜１１ｂ）の外方エッジ（２０）に向かって延在する、請求項１から４のいずれか一項に記載のプレートパッケージ。
6. 第１の流路セクタ（４０ａ）中の前記主要流れ方向（ＭＦ）は、入口ポート（１４）から、前記第１の流路セクタ（４０ａ）と隣接する下流流路セクタ（４０ｃ）との間の区画ライン（Ｌ１）の中央部分まで延在し、
   流路セクタ（４０ｃ、４０ｄ）中の各主要流れ方向（ＭＦ）が、前記流路セクタ（４０ｃ、４０ｄ）と隣接する上流流路セクタ（４０ａ、４０ｃ）との間の各区画ライン（Ｌ１、Ｌ２）の中央部分から、前記流路セクタ（４０ｃ、４０ｄ）と隣接する下流流路セクタ（４０ｄ、４０ｂ）との間の各区画ライン（Ｌ２、Ｌ３）の中央部分まで延在し、
   第２の流路セクタ（４０ｂ）中の前記主要流れ方向（ＭＦ）は、前記第２の流路セクタ（４０ｂ）と隣接する上流流路セクタ（４０ｄ）との間の前記区画ライン（Ｌ３）の中央部分から出口ポート（１５）まで延在し、
   各区画ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の前記中央部分は、各区画ラインの中間点と、前記中間点の両側における前記各区画ラインの長さの最大で１５％の範囲とを含む、請求項５に記載のプレートパッケージ。
7. 互いに対してある角度で延在するリッジを有する２つの隣接し合う流路セクタの間において、２つのレッグ（６２ａ〜６２ｂ）へと分岐するステム（６１）としての第１の移行リッジ（６０）が、前記第１のタイプのプレートまたは前記第２のタイプのプレートのいずれかの中に形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のプレートパッケージ。
8. 前記ステム（６１）は、前記第１のタイプのプレートおよび前記第２のタイプのプレートの他方の、複数の連続するシェブロン形状のリッジ移行部（７０）に当接し、前記リッジ移行部（７０）は、互いに対してある角度で延在するリッジを有する前記２つの隣接し合う流路セクタ間に形成される、請求項７に記載のプレートパッケージ。
9. 長手方向延在部（Ｌ６２ａ、Ｌ６２ｂ）に沿った前記２つのレッグ（６２ａ、６２ｂ）および／または前記ステム（６１）のうちの少なくとも一方が、前記長手方向延在部（Ｌ６２ａ、Ｌ６２ｂ）に対する横断方向において見た場合に局所的に拡張された幅を有する部分（６２ａ´、６２ｂ´）を有する、請求項７または８に記載のプレートパッケージ。
10. 第１のレッグ（６２ａ）は、その隣接する流路セクタの前記リッジに対して平行に延在し、第２のレッグ（６２ｂ）は、その隣接する流路セクタの前記リッジに対して平行に延在する、請求項７から９のいずれか一項に記載のプレートパッケージ。
11. 第２の移行リッジ（８０）が、ステム（８１）として形成され、前記第２の移行リッジの前記ステムは、前記第１の移行リッジ（６０）の前記２つのレッグ（６２ａ、６２ｂ）の間に配置される、請求項７から１０のいずれか一項に記載のプレートパッケージ。
12. 熱交換器デバイス用のプレートであって、前記プレートは、相互に平行なリッジを有する第１の流路セクタと、前記第１の流路セクタの前記リッジに対してある角度で延在する相互に平行なリッジを有する、隣接する第２の流路セクタと、を備え、前記プレートは、２つのレッグ（６２ａ、６２ｂ）へと分岐するステム（６１）として形成された少なくとも１つの移行リッジ（６０）をさらに備え、
    前記ステム（６１）は、前記第１の流路セクタおよび前記第２の流路セクタの前記相互に平行なリッジのリッジ間の距離（ｄ）の２倍または３倍を超える長さ（Ｌ６１）を有する、プレート。
13. 長手方向延在部（Ｌ６２ａ、Ｌ６２ｂ）に沿った前記２つのレッグ（６２ａ、６２ｂ）および／または前記ステム（６１）のうちの少なくとも一方が、前記長手方向延在部（Ｌ６２ａ、Ｌ６２ｂ）に対する横断方向において見た場合に局所的に拡張された幅を有する部分（６２ａ´、６２ｂ´）を有する、請求項１２に記載のプレート。
14. 閉じられた内部空間（２）を形成するシェル（３）を含む熱交換器デバイス（１）であって、前記熱交換器デバイス（１）は、プレートパッケージ（１０）を備え、前記プレートパッケージ（１０）は、一方が他方の上に置かれるように前記プレートパッケージ（１０）内に交互に配置された第１のタイプの複数の熱交換器プレート（１１ａ）および第２のタイプの複数の熱交換器プレート（１１ｂ）を備え、各熱交換器プレート（１１ａ、１１ｂ）は、幾何学的な主要延在平面（ｑ）を有し、前記熱交換器デバイス（１）内に設置された場合に前記主要延在平面（ｑ）が鉛直になるように設けられ、前記交互に配置された熱交換器プレート（１１ａ、１１ｂ）は、開口しており、媒体流が通り、気化されるのを可能にするように構成された第１のプレート間隙（１２）と、閉じられており、媒体を気化させるために流体流を可能にするように構成された第２のプレート間隙（１３）とを形成する、熱交換器デバイス（１）であって、
    前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）のそれぞれが、前記プレートパッケージ（１０）の下部に第１のポート開口（１４）を、および前記プレートパッケージ（１０）の上部に第２のポート開口（１５）を有し、前記第１のポート開口（１４）および前記第２のポート開口（１５）は、前記第２のプレート間隙（１３）と流体連通状態にあり、
    前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）は、前記各第２のプレート間隙（１３）内に流体分配要素（３１）を形成する嵌合当接部分（３０）をさらに備え、
    前記流体分配要素（３１）は、水平平面（Ｈ）に沿った水平延在部を主として有する、鉛直方向（Ｖ）において見た場合に前記第１のポート開口（１４）と前記第２のポート開口（１５）との間の位置に位置する長手方向延在部（Ｌ３１）を有し、それにより、前記各第２のプレート間隙（１３）内に、前記第１のポート開口（１４）から前記流体分配要素（３１）の周囲を回り前記第２のポート開口（１５）へ、またはこの逆へ延在する２つの円弧形状流路（４０）が形成され、
    前記２つの円弧形状流路（４０）のそれぞれが、各円弧形状流路（４０）に沿って順に配置された少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）へと分岐され、
    前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）のそれぞれが、各流路セクタ内に複数の相互に平行なリッジ（５０ａ〜５０ｄ、５０ａ´〜５０ｄ´）を備え、
    前記第１のタイプの熱交換器プレート（１１ａ）および前記第２のタイプの熱交換器プレート（１１ｂ）の前記リッジ（５０ａ〜５０ｄ、５０ａ´〜５０ｄ´）は、相互に当接した場合に、前記各流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）中に主要流れ方向（ＭＦ）に対してシェブロンパターンを形成するような向きにされ、各リッジ（５０ａ〜５０ｄ、５０ａ´〜５０ｄ´）は、各流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）中の前記主要流れ方向（ＭＦ）に対して４５°よりも大きい角度βを形成し、
    前記少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも第１の流路セクタ（４０ａ）が、前記プレートパッケージ（１０）の前記下部に配置され、前記少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも第２の流路セクタ（４０ｂ）が、前記プレートパッケージ（１０）の前記上部に配置され、前記少なくとも３つの流路セクタ（４０ａ〜４０ｄ）のうちの少なくとも第３の流路セクタ（４０ｃ、４０ｄ）が、前記上部と前記下部との間の移行部に配置され、
    隣接し合う流路セクタ間の各区画ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、前記流体分配要素（３１）から外方へと、前記各熱交換器プレート（１１ａ〜１１ｂ）の外方エッジ（２０）に向かって延在する、熱交換器デバイス。

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