JP2014016144A - 熱交換器用プレート、熱交換器、ならびに熱交換器を備えた空気冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層板状熱交換器のプレートのの熱交換を改善する。
【解決手段】熱交換プレートが第１の面Ａとその反対側の第２の面Ｂを有し、第１の面Ａは少なくとも１体の熱伝導隆起部２と前記隆起部を包囲する少なくとも１つの熱伝導面４を備えるように形成され、第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にするために熱伝導隆起部２と熱伝導面４のいずれか一方あるいは両方の上にディンプル５、７を設け、第２の面Ｂは前記隆起部２に適合する少なくとも１体の熱伝導低没部３を備えるように形成され、前記低没部が第２の媒体のための貫流ダクトＹの一部を定義し、前記プレートの第２の面はさらに前記熱伝導面４に適合していて前記低没部を包囲する少なくとも１つの結合面６を備えるよう形成される熱交換プレート、その積層体を含んだ熱交換器ならびに同種の熱交換器を含んだ空気冷却装置を提供する。
【選択図】図６

Description

この発明は、第１と第２の媒体の間の熱交換のための熱交換器用プレートに関する。プレートは第１の面とその反対側の第２の面を有する。前記プレートの第１の面は少なくとも１体の熱伝導隆起部を備えるように形成されるとともに、第１の媒体のための貫流ダクトの提供を可能にするように構成される。前記プレートの第２の面は、前記第１の面上の隆起部に適合して第２の媒体のための貫流ダクトの一部を定義する少なくとも１体の熱伝導低没部を備えるように形成される。

本発明はさらに熱交換器に係り、その熱交換器が前記のプレートの積層体を含む。プレートは、各プレートの第１の面が積層体内の隣接するプレートの第１の面と接合して組み合わされるように配置され、それによってそれらのプレートの第１の面の間に第１の媒体のための貫流ダクトが定義される。結果としてプレートは、各プレートの第２の面が積層体内の隣接するプレートの第２の面と接合して組み合わされるようにも配置され、それによってそれらのプレートの第２の面の間に第２の媒体のため少なくとも１本の貫流ダクトが定義される。

本発明はさらに、前記の熱交換器を備えた空気冷却装置に関する。

熱交換器は、例えば食品加工産業、ビル内の暖房および冷房システム、ガスタービン、ボイラーならびにその他多くの異なった分野において使用される。熱交換器の熱交換容量の改善は常に関心を集め、小さな改善であっても高く評価される。

本発明の対象は、１次ならびに２次の熱交換を改善するための熱交換器用のプレートならびに熱交換器を提供することである。

上記のならびにその他の対象は、プレートの第１の面が少なくとも１体の熱伝導隆起部を備えるだけでなく前記隆起部を包囲する少なくとも１つの熱伝導面を備えるように形成されるとともに第１の媒体のための貫流ダクトの提供を可能にするために前記熱伝導面および熱伝導隆起部のいずれか一方あるいは両方にディンプルが設けられ、またプレートの第２の面は少なくとも１体の熱伝導低没部を備えるだけでなく前記熱伝導面に適合するとともに前記低没部を包囲する少なくとも１体の結合面も備えるように形成されるようなプレートによって達成される。

従って、プレートの第１の面上の熱伝導隆起部が第１の媒体に対する一次的な熱伝導領域を定義し、前記隆起部を包囲する熱伝導面は第１の媒体にする二次的な熱伝導領域を定義し、プレートの第２の面上の熱伝導低没部は第２の媒体に対する一次的な熱伝導領域を定義する。それによって、例えば水に対する空気等の最も小さな熱伝導係数を有していてより小さな速度／圧力で通流すべき媒体である前記第１の媒体に対してより大きな熱伝導領域を定義する熱交換器用のプレートが提供される。

熱伝導隆起部と対応する熱伝導低没部をそれらの幅がそれらの高さ／深さに比べて何倍も大きくなるとともに２つあるいはそれ以上の直線状、平行、あるいは実質的に平行な部分を有する延長部を備えるように構成することによって第１および第２の媒体に対する一次的な熱伝導領域がそれぞれ拡大される。

上記およびその他の対象は、各プレートの第１の面が積層体内の隣接するプレートの第１の面に接合するようにプレートを配置するだけでなく、前記プレートがさらに積層体内の隣接する２枚のプレートの第１の面上の熱伝導面と熱伝導隆起部のいずれか一方あるいは両方の上のディンプルによって前記プレートの第１の面の間に第１の媒体のための貫流ダクトを提供し、また各プレートの第２の面が積層体内の隣接するプレートの第２の面に接合するように前記プレートを配置するだけでなく、積層体内の隣接する２枚のプレートの第２の面上の熱伝導低没部によって前記プレートの第２の面の間に第２の媒体のための少なくとも１本の貫流ダクトを前記プレートが定義するようにも構成することによって達成される。

従って、積層体内の隣接する２枚のプレートの第１の面上の熱伝導面上の対向し合ったディンプルによって第１の媒体のための貫流ダクトが提供され、また第２の媒体のための貫流ダクトは積層体内の隣接する２枚のプレートの第２の面上の対向し合った熱伝導低没部によって定義されるため、前記第１の媒体のためのより大容量の貫流ダクトが定義される熱交換器が提供される。

深さに比べて数倍も大きな幅を有していてすなわち貫流ダクトの熱伝導面がその容積に比べて大きくなり、また２つあるいはそれ以上の直線状、平行あるいは実質的に平行な部分を有する延長部を備える対向し合った熱伝導低没部によって第２の媒体のための貫流ダクトが定義されるため、熱交換器の一次的な熱交換容量が改善される。

上述のように、総熱交換容量が改善されるとともにその製造コストが低減される熱交換器が提供される。

さらに上述のように、前記の熱交換器は１つの媒体を空気とし他方の媒体を液体とすることで例えば改善された空気冷却装置を提供するために使用することができる。

次に、本発明について添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

本発明に係るプレートを概略的に示した立体図である。 図１のプレートを示した別の立体図である。 図１および図２のプレートの実施例の１つの面を示した概略平面図である。 図３のプレートの逆側の面を示した概略平面図である。 図１ないし図４のプレートの一部を示した概略側面図である。 ２枚の図１ないし図４のプレートを組み立て準備完了状態で概略的に示した立体図である。 ２枚の図６のプレートを組み立て後の状態で示した概略側面図である。 ４枚の図１ないし図４のプレートを組み立て後の状態で示した概略図である。 図１ないし図８に示されたプレートの積層体を含んだ本発明に係る熱交換器を概略的に示した立体図である。 図９ａの熱交換器がどのように冷蔵ディスプレーケース内に配置されるかとその際第１および第２の媒体がどのように熱交換器を介して通流するかを概略的に示した説明図である。 本発明に係るプレートの第２の実施例を概略的に示した立体図である。 本発明に係るプレートの第３の実施例の一部を概略的に示した立体図である。

前述したように、本発明は第１と第２の媒体の間の熱交換のための熱交換器用のプレートに関する。

熱交換のための第１および第２の媒体は同じものとすることができ、例えばガス／ガス（空気等）あるいは液体／液体（水等）とすることができる。第１および第２の媒体は２種類の異なった媒体、例えばガス／液体、または２種類の異なったガス、あるいは２種類の異なった液体とすることもできる。

特に図１ないし図６に示されているように、プレート１は第１の面Ａと第２の面Ｂを有する。プレート１の第１の面Ａは少なくとも１本の熱伝導隆起部２を備えるように形成される。プレート１の第１の面Ａはさらに第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にするように形成される（図８参照）。プレート１の第２の面Ｂは、実質的に第１の面Ａ上の隆起部Ａに適合する少なくとも１体の熱伝導低没部３を備えるように形成され、すなわちこの低没部が前記プレートの第１の面の隆起部２を定義し、実質的に同じ長さおよび幅と前記隆起部の高さに匹敵する深さを有する。熱伝導低没部３は第２の媒体のための貫流ダクトＹ（図７および図８参照）の一部を定義するように形成される。熱伝導隆起部２および熱伝導低没部３は、プレート１に例えばスタンピングあるいはパンチング処理を施すことによって相互に適合するようにする。必要であれば、１本より多い隆起部２と対応する低没部３をプレート１の第１の面Ａおよび第２の面Ｂの上にそれぞれ設けることもできる。

図１、図３および図６から明らかなように、プレート１の第１の面Ａはさらに熱伝導隆起部２を包囲する少なくとも１体の熱伝導面４を備えるように形成される。熱伝導面４はディンプル５を備え、それが第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にする。プレート１の第１の面Ａ上の隆起部２は第１の媒体に対する一次的な熱伝導領域を定義し、前記隆起部を包囲する熱伝導面４が第１の媒体に対する二次的な熱伝導領域を定義する。この一次的および二次的な熱伝導領域、すなわち前記隆起部２の領域と前記熱伝導面４の領域４が、合わせてプレート１の第１の面Ａの全領域と実質的に等しくなる。従って、図２、図４および図６に示されるように、プレート１の第２の面Ｂがさらに少なくとも１つの結合面６を備えるように形成され、それが第１の面Ａ上の熱伝導面４に相当、すなわち同じ延伸を有するとともに、熱伝導低没部３を包囲する。低没部３は第２の媒体のための一次的な熱伝導領域を定義する。この一次的な熱伝導領域、すなわち低没部３の領域は、プレートの第２の面の全領域から結合面６の領域を引いたものに実質的に等しくなる。上記のことから、第１の媒体に対する組み合わされた熱伝導領域が第２の媒体に対する熱伝導領域より大きくなることが明らかである。この特徴は、例えば水に対しての空気と言ったように第１の媒体がより小さな熱伝導係数を有するとともに最適な熱伝導の提供のために第２の媒体と比べてより低い速度／圧力で通流すべきである場合に有利である。上述のように構成されたプレートを含んだ熱交換器は、改善された熱交換容量を有する。

従って、上述の一次的な熱伝導領域が１つの媒体と直接的に接触するプレートの部材上の表面によって提供されその際その部材の逆側の表面が別の媒体と直接的に接触し、また二次的な熱伝導領域は１つの媒体と直接的に接触するプレートの部材上の表面によって提供されその際その部材の逆側の表面が別の媒体と直接的に接触しない。

第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にするために、プレート１の第１の面Ａ上の熱伝導隆起部２が第１の高さｈ１を有するように形成され、また前記第１の面上の熱伝導面４上のディンプル５は前記第１の高さよりも大きな第２の高さｈ２を有するように形成される（図５の一部を参照）。それによって、ディンプル５は隆起部２から突出する。隆起部２に対応して、プレート１の第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３が結果として前記の第１の高さｈ１に実質的に相当する深さを有するように形成される。プレート１の第１の面Ａ上の熱伝導隆起部２は、図示されたプレートの実施例において第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にするために追加的なディンプル７を備えるように形成される。そのためその追加的なディンプル７は、隆起部２の（第１の）高さｈ１と合わせて前記第１の高さより大きくなるような高さを有する。図示された実施例において、ディンプル７の高さと隆起部２の高さｈ１が実質的に前記第２の高さｈ２、すなわち熱伝導面４上のディンプル５の高さに相当する。従って、ディンプル７の高さはｈ２引くｈ１となる。図１ないし図８に図示されたプレートの実施例において、プレートの第１の面Ａ上の熱伝導隆起部２が約０．５ないし１ｍｍの熱伝導面４からの第１の高さｈ１を有し、プレートの第２の面Ｂ上の対応する熱伝導低没部３は実質的に前記第１の高さに相当する結合面６からの深さを有し、また面Ａの熱伝導面上のディンプル５は約２ないし２．５ｍｍの前記熱伝導面からの第２の高さｈ２を有する。しかしながらそれらの高さはプレートを使用する熱交換器の意図される適用形態およびサイズの視点において変動することが可能である。プレート１の第１の面Ａ上のディンプル５および７は熱伝導隆起部２／低没部３と同様なスタンピングあるいはパンチング処理等の適宜な方式で形成することができ、従って対応する低没部が結合面６内ならびにプレートの第２の面Ｂ上の低没部内にそれぞれ形成され、同時に隆起部／低没部を備える。ディンプル５，７のサイズ、形状、および数も意図される熱交換器の適用形態およびサイズの視点において変更可能であり、またそれらを配列するパターンも変更可能である。プレート１が大きいほど第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にするためにディンプル５，７の設置間隔および支承点がより多く必要とされる。しかしながら、本発明によれば熱伝導面４上のディンプル５のみによって、あるいは熱伝導隆起部２上のディンプル７のみによって第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にすることもできる。図示された実施例においてディンプル５，７は実質的に丸型である。

プレート１の第１の面Ａ上のディンプル５，７は、別のプレートの第１の面上の対応するディンプルに対して接合して組み合わせるために適しており、それによってそのディンプルが第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にする（図８）。プレート１の第２の面Ｂ上の結合面６も同様に別のプレートの第２の面上の対応する結合面に対しての接合および適宜な方式による漏れの無いような取り付けに適しており、従って前記プレート上の熱伝導低没部３が第２の媒体のための貫流ダクトＹを定義する（図７および図８）。しかしながら、プレート１の第１の面Ａ上のディンプル５，７は別のプレートの第１の面上の対応するディンプルに対する接合および取り付けを回避するように配置することもでき、従って両方のプレートの上のディンプルが互いに幾らかずれて配置される。同様に、プレート１の第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３を、別のプレートの第２の面上の熱伝導低没部に対してずれるように配置することも可能である。

プレートの第２の面Ｂ上の第２の媒体のための貫流ダクトＹの一部を定義する熱伝導低没部３とプレートの第１の面Ａ上の対応する熱伝導隆起部２は、形状、サイズ、数および位置に関して変動可能である。従って、低没部３ならびに対応する隆起部２は、例えば２本の平行あるいは実質的に平行な直線状の部分を有するＵ字型とすることができる。しかしながら、第１と第２の媒体の間の熱交換の時間を延長するために、低没部３と対応する隆起部２をそれに換えて３本あるいはそれ以上の平行あるいは実質的に平行な直線部分、すなわち奇数本（図１０）あるいは偶数本（図１ないし図８）の平行あるいは実質的に平行な直線部分を有する正弦形状を有するものとすることもできる。第１と第２の媒体の間の熱交換を最大化するために低没部３ならびに対応する隆起部２の熱伝導領域を第２の媒体のための貫流ダクトＹの容積に対して可能な限り大きくすれば好適である。従って、図示された実施例において低没部３と対応する隆起部２の幅ｗが前記低没部の深さおよび対応する隆起部の高さに比べて実質的に大きくなり、例えば少なくとも約５倍大きくされ、好適には図示された実施例のように約５０ないし７０倍大きくされる。従って、図示された実施例において熱伝導隆起部２が約０．５ないし１ｍｍの第１の高さｈ１を有し、対応する熱伝導低没部３は前記第１の高さに相当する深さを有し、隆起部と対応する低没部の幅ｗは少なくとも約２．５ｍｍ、好適には約２５ないし７０ｍｍとなる。低没部３と対応する隆起部２の幅ｗは一定とするか、または、特に図１ないし図４、図６および図１０に示されているように、その長さに沿って変化するようにもできる。図１ないし図４、図６および図１０には、平行な直線部分の幅がまずどのように縮小しその後元の幅まで再度増加するかが示されている。従って、第１の高さｈ１と対応する深さが約０．５ｍｍとなり熱伝導隆起部２と対応する熱伝導低没部３の幅ｗはまず約３５ｍｍから約２５ｍｍまで縮小しその後再び約３５ｍｍまで増加する。平行な直線部分が接続する低没部３と対応する隆起部２の部分において、幅ｗは前記直線部分に比べて大幅に小さくなり、図示された実施例においては高さｈ１および対応する深さの約２０倍の大きさとなる。さらに、低没部３および対応する隆起部２は、図示された長方形のプレート１を有する実施例のように、プレートの長手方向に対して直角な方向、あるいは実質的に直角な方向に延在する平行な直線部分を有する。必要であれば、それに代えて前記平行な直線部分がプレート１の長手方向に延在するか、あるいはその他の任意の方向に延在することも可能である。

第２の媒体のための貫流ダクトＹの圧縮を防止するために、プレート１の第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３が耐圧性のディンプル８を備えて形成される。この耐圧性のディンプル８は図示された実施例において実質的に高さｈ１、すなわち熱伝導隆起部２の高さおよび結果として対応する熱伝導低没部の深さに相当する高さを有し、従ってディンプル８は実質的に低没部が突出するところと同じレベルで終止する。プレート１の第２の面Ｂ上の結合面６と同じレベルで終止することによって、前記ディンプル８は第２の媒体のための貫流ダクトＹの圧縮を防止するために別のプレートの第２の面上の対応するディンプルに係合することができ、また前記ディンプルを適宜な方式で互いに結合することによって前記第２の面と別のプレートの第２の面の安全かつ効果的な取り付けに寄与することができる。また、ディンプル８は通流に乱流を形成することによって貫流ダクトＹを介した第２の媒体の通流を促進し、従って熱交換作用が改善される。しかしながら、必要であればディンプル８の高さを第１の高さｈ１より小さくすることもできる。図示された実施例において、ディンプル８は円形ならびに長円形の形状を有する。長円形のディンプルのいくつかはさらに曲折している。ディンプル８は熱交換作用を最適化するために任意の適宜なパターンで構成することができる。

図１１に概略的に示されている一実施例によれば、耐圧性のディンプル８が延伸されて熱伝導低没部３を介して斜めで、好適には、さらにそれぞれが互いに平行に延在し、プレート１の第２の面Ｂが相互に結合された際には第２の媒体のための貫流ダクトＹを介して斜めで、好適には、熱伝導低没部／貫流ダクトの全幅にわたって延在し、また前記延伸されたディンプルは前記熱伝導低没部／貫流ダクトの長手方向においてそれぞれ互いに離間して配置される。熱伝導隆起部２／低没部３は延伸された各ディンプル８の間の所要の特定点で分岐して直後に再度合流することができ、それによって熱伝導隆起部２から突立するディンプル７に代えて熱伝導面４から突立するディンプル５のための空間を提供し、従って高さｈ２を有するディンプル５のみがプレート１の第１の面Ａ上に存在するようにする。延伸されたディンプル８は三角形の断面を有することが好適であるが、例えば図１１に示されているような円錐台形断面等の任意の所要の断面形を有することもできる。２枚のプレート１の第２の面Ｂが結合された際にディンプル８が相互に接合し、ディンプルが好適には直角方向に互いに交差して延在し、前記ディンプル相互間の複数の係合および可能な組み合わせのための点を提供する。

プレート１の逆側の第１の面Ａ上において、結果的にプレートの第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３内の延伸されたディンプル８によって熱伝導隆起部２が遮断され、それによってそれらのディンプルが適宜に形成された“溝部”８ａを熱伝導隆起部内に定義し、それが第１の媒体のための貫流ダクトＸの一部を形成する。従ってそれらの“溝部”８ａは、熱伝導隆起部２を介して好適にはその一側辺から他の側辺まで斜めに延在し、熱伝導隆起部の“リブ状”の各部分２ａを定義しながら互いに離間する。上述したように、ディンプル５のための空間を提供するために“リブ状”の部分２ａのいくつかが、好適にはその長手方向の延長の中央において遮断される。図１１に示されるように、この実施例はさらに、プレート１の第１の面Ａ上の熱伝導隆起部を分離して延伸されて平行かつ斜めに延在しまた間に延在する熱伝導面４（“溝部”８ａによって定義される）の部分を有した複数の熱伝導隆起部を含むものとしてみなすことができる。

上述し図１１に概略的に示した実施例は、部分的に第２の媒体のための強固な貫流ダクトＹを提供するが、前述の説明から延伸されたディンプル８が必要であれば相互に非平行な方向に延在することも可能でありまた熱伝導隆起部２の“リブ状”の部分２ａから突立するディンプル７を設け得ることが明らかである。

従って貫流ダクトを補強することによって貫流ダクトＸを介しての第１の媒体の通流を促進しまた崩壊を防止するために、プレート１の第１の面Ａ上の熱伝導面４が同様な方式で補強ディンプル９を備える。この補強ディンプル９は図示された実施例において実質的に前記の高さｈ１、すなわち熱伝導隆起部２の高さに相当する高さを有し、従ってそのディンプルは実質的に隆起部２と同じレベルで終止する。しかしながら、必要であればディンプル９の高さを前記第１の高さｈ１より小さくし、また貫流ダクトＸ内の第１の媒体流れの圧力効果を最小化してさらにディンプルの強化能力を維持するために可能な限り小さくすることが好適である。ディンプル９の高さは、ディンプル５の高さｈ２（第２の高さ）を超えない範囲において前記第１の高さより大きくすることもできる。図示された実施例においてディンプル９は延伸された形状を有する。また、ディンプル９は熱交換作用を最適化するために任意の適宜なパターンで構成することもできる。

熱伝導隆起部２／低没部３と上記の第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にするディンプル５，７の場合と同様に、ディンプル８および９も例えばスタンピング、パンチング、あるいはその他の適宜な方法で形成することができ、また前記隆起部／低没部と前記ディンプル５，７と同時に形成することができる。それによって対応する低没部がそれぞれプレート１の対向する面Ａ，Ｂ上に形成され、すなわち面Ａ上の隆起部２内および面Ｂ上の結合面６内にそれぞれ形成される。

上述したように、プレート１は向かい合った２本の長辺１ａおよび１ｂと向かい合った２本の短辺１ｃおよび１ｄからなる長方形の形状とすることができ、また両方の長辺のうちの一方の近傍および／または両方の短辺のうちの一方の近傍に第２の媒体のための第１および第２のポートホール１０および１１を備えることができる。ポートホール１０，１１の位置は、プレート１の形状ならびにプレート上の熱伝導隆起部２および対応する熱伝導低没部３の形状および位置に依存する。隆起部２とそれに対応していて偶数の平行な直線部分を有する低没部３を備えた長方形のプレート１の図示された実施例において、各ポートホール１０，１１が同じ長辺１ａと短辺１ｃ，１ｄのうちの一方に近接して、前記長辺と該当する短辺によって定義される角部内に配置される（図１ないし図４参照）。隆起部２とそれに対応し奇数の平行な直線部分を有する低没部３の場合、各ポートホール１０，１１は例えば長辺１ａ，１ｂのうちの一方と短辺１ｃ、１ｄのうちの一方に近接して、該当する長辺と該当する短辺によって定義される角部内に配置され、すなわちプレート１上で対角線上の別の位置に配置される（図１０参照）。前記ポートホール１０，１１のそれぞれが前記プレートの第１の面Ａ上でそれぞれそのポートホールを包囲するエッジ部１０ａ，１１ａを備えて形成される。各エッジ部１０ａ，１１ａは隆起部２の一部を形成し、図示された実施例において第２の高さｈ２に相当する高さ、すなわちディンプル５の高さおよび隆起部２（ｈ１）とディンプル７（ｈ２−ｈ１）を組み合わせた高さにそれぞれ相当する高さを有し、また前記ディンプルと同じ機能を有することができ、すなわち第１の媒体のための貫流ダクトＸの提供を可能にする機能ならびに第１の媒体のための貫流ダクトＸ内への第２の媒体の流入を防止する機能を有することができる。他方、プレート１が４本の均等な長さの辺からなる正方形の形状を有するか、あるいはその他の適宜な四辺形、三角形、多角形、円形、菱型、楕円形、あるいは意図する応用あるいは使用形態に従ってその他任意の形状を有することができる。

プレート１の意図される使用形態が冷蔵ディスプレーケースのための熱交換器である図１ないし図８に示された実施例において、プレート１は約２７０ｍｍの長さと約１５０ｍｍの幅を有することができる。しかしながら、プレート１は意図される応用形態に従って最適化したその他の任意のサイズを有することができる。従って、プレート１の長さが例えば１ｍ超過し、またその幅が０．５ｍ超過することもできる。プレート１のサイズは図示された実施例のプレートよりも小さくすることもでき、また、例えば熱交換器内においてどのようにプレートが配置されるかおよび／または第１および第２の媒体のための貫流ダクトＸ，Ｙがどのように指向するかに基づいてプレートの幅としてみなされているものを長さとしてみなされているものよりも大きくすることもできる。

上述したように、本発明はさらに第１および第２の媒体の間の熱交換のための熱交換器に係り、その際前記熱交換器が前述した構成のプレート１の積層体を有する。従ってプレート１の積層体は、図９ａに示されているように向かい合ったプレート要素１３および１４を備えていて幾分開放されたフレーム構造１２内に配置することができ、その際向かい合ったプレート要素のうちの少なくとも一方（図９ａにおいてプレート要素１３）が第２の媒体のためのパイプ接続部１５および１６を備え、さらに上面パネル１７と部分的に開放された底面パネル１８が設けられる。プレート１の積層体は図中でフレーム構造１２内に配置することができ、これは３６０枚のプレートからなるとともに、各プレートが約２．５ｍｍの全高を有するとすると合計約９００ｍｍの高さとなる。しかしながら、積層体中のプレート１の数が変更可能であり、従って意図される応用あるいは使用形態に応じて熱交換器のサイズも変更可能である。

図９ｂに示されているように、フレーム構造１２の下を向いた底板１８とフレーム構造の上を向いた天板とフレーム構造の向かい合ったプレート要素１３，１４を備えた冷蔵ディスプレーケース内に熱交換器が配置される場合、積層体中のプレート１は実質的に平行な垂直面内に順次延在し第１の媒体（例えば冷却される空気）が実質的に水平に熱交換器内にならびに熱交換器を介して通流する。従って、第１の媒体は、例えば熱交換器の左側から実質的に水平に右方向に向かってその熱交換器を介して通流して右側で熱交換器から流出するか、あるいは図９ｂに図示されているように、熱交換器の右側から実質的に水平で左方向（図９ｂにおいて矢印Ｄ２で示される）に向かって前記熱交換器を介して通流し左側で熱交換器から流出することができる。第２の媒体（例えば空気を冷却するための水）は、プレート要素１３に設けられたパイプ接続部１５，１６のうちの一方を介して熱交換器内に流入し、実質的に正弦状の経路に沿って熱交換器内を水平に通流し、その際正弦状の経路の平行あるいは実質的に平行な直線部分が実質的に（図９ｂの矢印Ｄ１によって示される）垂直方向に延在し、さらに第２の媒体は前記プレート要素のパイプ接続部１５，１６の別の方を介して熱交換器から流出する。図９ｂに示された実施例において、第２の媒体はプレート要素１３の左側のパイプ接続部１５を介して熱交換器内に流入し、右側のパイプ接続部１６を介して熱交換器から流出する。従って図９ｂにおいて、第１の媒体が熱交換器を介して実質的に水平な方向に通流し、第２の媒体は実質的に垂直かつ実質的に正弦状の経路に沿って熱交換を介して前記第１の媒体と逆向きの水平方向に通流し、従って冷却されるべき第１の媒体と冷却用の第２の媒体がそれら両方の媒体が最高の温度を有している際に熱移転あるいは熱交換するような方式で遭遇し、その結果前記第１の媒体は漸進的に低温になっている第２の媒体によって漸進的に冷却される。冷却されるべき第１の媒体を実質的に垂直かつ実質的に正弦状の経路に沿って熱交換を介して前記第１の媒体と逆向きの水平方向に通流する冷却用の第２の媒体と接触させることによってマルチステップの向流が達成される。第１の媒体の凝縮体が熱交換器の底部で部分的に開放された底板１８を介して流出する。凝縮体を収集するためにドレイン（図示されていない）が熱交換器の底部に設けられる。従って、熱交換器のフレーム構造１２がその熱交換器からの凝縮体の排出を促進する。また、熱交換器の点検、清掃、および修理も図示されたフレーム構造１２によって容易になる。

前述したように、熱交換器内の積層体中のプレート１は各プレートの第１の面Ａが積層体中の隣接するプレートの第１の面Ａと接合するように配置され、従って熱伝導面４上のディンプル５によっておよび／または積層体中の隣接する２枚のプレートの第１の面上の熱伝導隆起部２上のディンプル７によって前記各プレートの第１の面の間に第１の媒体のための貫流ダクトＸを提供する。加えて、プレート１は各プレートの第２の面Ｂが積層体中の隣接するプレートの第２の面Ｂと接合するように配置され、従って隣接する２枚のプレートの第２の面上の熱伝導低没部３によって前記各プレートの第２の面の間に第２の媒体のための少なくとも１本の貫流ダクトＹを定義する。

上述したように、例えばプレートの第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３の深さ（熱伝導隆起部の第１の高さｈ１に相当）よりも大きいものである第２の高さｈ２をプレートの第１の面Ａ上のディンプル５が有し、また前記プレートの第１の面上の熱伝導隆起部２と熱伝導面４の領域がプレートの第２の面上の熱伝導低没部の領域よりも大きくなるように各プレート１を形成することにより、隣接する２枚のプレート１の第１の面Ａと隣接する２枚のプレートの第２の面Ｂをそれぞれ相互に結合した際に第１の媒体のための貫流ダクトＸの容積が第２の媒体のための貫流ダクトＹの容積よりも大きくなるように形成することができる。このことは、ディンプルおよび隆起部／低没部がオフセットに配置される場合でも成立する。図７および図８に示されているように、積層体中の隣接する２枚のプレートの第１の面Ａ上の熱伝導面４上の対向するディンプル５および／または隆起部２上の対向するディンプル７によって第１の媒体のための貫流ダクトが提供される際、また積層体中の隣接する２枚のプレートの第２の面Ｂ上の対向する低没部３によって第２の媒体のための貫流ダクトが定義される際に、前記第２の媒体の貫流ダクトＹの容積に対しての前記第１の媒体のための貫流ダクトＸの容積がさらに増加する。

プレート１の安全かつ持続的な積層を提供するために、積層体中の隣接する２枚のプレートの第１の面Ａが、オフセットに配置するかどうかにかかわらず、その第１の面上の熱伝導面４上のディンプル５上で組み合わされ、積層体中の隣接する２枚のプレートの第２の面Ｂはその第２の面上の結合面６上で組み合わされる。積層体中の隣接する２枚のプレート１の第１の面Ａは、さらにあるいは代替的に隆起部２上のディンプル７が存在する場合その上で組み合わせることもできる。従って、プレート１の第１の面Ａ上の組み合わされた熱伝導領域がプレートの第２の面Ｂ上の熱伝導領域よりも大きいことの結果として、前記プレートの第１の面上の全結合領域が前記プレートの第２の面上の結合領域よりも小さくなる。隣接するプレート１は例えばブレージング処理あるいはその他の適宜な取り付け方法によって組み立てることができる。少なくとも積層体中の隣接する２枚のプレート１のそれぞれの第２の面Ｂ上の対向する結合面６と、積層体中の隣接する２枚のプレートの第１の面Ａ上のポートホール１０，１１の対向するエッジ部１０ａ，１１ａについて漏れのない組み立てが必要とされる。

上述のことから、第１の媒体のための貫流ダクトＸに対してディンプル５と熱伝導隆起部２／低没部３の異なった高さが与えられ、前記貫流ダクトＸが変化する高さを有し、すなわち前記第１の媒体が図８の左から右あるいは右から左に通流する場合、または図９ｂのように右から左に通流する場合に変化することが理解される。この変化する高さが前記貫流ダクトＸを介して通流する間の第１の媒体の速度／圧力を変化させる。従って、図１ないし図８に示された実施例において、第１の媒体のための貫流ダクトＸは隣接する２枚のプレートの第１の面Ａ上の熱伝導隆起部２の間の第３の高さｈ３と、前記隣接する２枚のプレートの第１の面上の前記隆起部を包囲する熱伝導面４の間にあって前記第３の高さｈ３より大きいものである第４の高さｈ４を備えるように構成される。従って、第４の高さｈ４が各プレート１の第１の面Ａ上の熱伝導面４上のディンプル５の高さｈ２（第２の高さ）の２倍に実質的に等しくなり、また第３の高さｈ３は前記第４の高さから各プレートの第１の面上の隆起部２の高さｈ１（第１の高さ）の２倍を引いたものに等しくなる（特に図８参照）。

図１ないし図８に示された実施例において、第２の媒体のための貫流ダクトＹは、各プレート１の第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３の深さ（熱伝導隆起部２の高さｈ１（第１の高さ）に相当）の２倍に実質的に等しいものである第５の高さｈ５を備えるように構成される（特に図７参照）。

熱交換器内のプレート１の積層体は一種類のプレートを含むものとすることができる。これは、各プレートの第１の面Ａ上の熱伝導隆起部２と各プレートの第２の面Ｂ上の対応する熱伝導低没部３が偶数の平行あるいは実質的に平行な直線部分を含んだ実質的に正弦状の形状を有するケースに該当し得る（図１ないし図８のプレートの実施例と同様）。それに代えて、プレート１の積層体が２種類のプレートを含むこともできる。これは、例えば各プレートの第１の面Ａ上の隆起部２と各プレートの第２の面Ｂ上の対応する熱伝導低没部３が奇数の平行あるいは実質的に平行な直線部分を含んだ実質的に正弦状の形状を有するケースに該当し得る（図１０のプレートの実施例と同様）。２種類のプレート１は、例えば隣接する２枚のプレート上のディンプル５および／または熱伝導隆起部２／低没部３が相互にオフセットに配置される場合、およびプレートの第１の面Ａ上の前記隆起部および／または前記ディンプルの高さが別のプレートの第１の面Ａ上の前記隆起部および／または前記ディンプルの高さと異なる場合にも必要とされる。これらのディンプル５および／または隆起部２および／または低没部３の高さは極めて広範囲に変化させることができるが、前述した２種類のプレートを有する後者の実施例において、隣接する２枚のプレートの第１の面Ａの間に第１の媒体のための貫流ダクトＸを提供するために、少なくとも向かい合ったディンプルの合計の高さが向かい合った隆起部の高さより常に大きくなることが重要である。

本発明に係る熱交換器は交差通流タイプとすることができ、その際第２の媒体のための貫流ダクトＹを定義する隣接する２枚のプレート１の第２の面Ｂ上の熱伝導低没部３の実質的に平行な直線部分がプレートの第１の方向Ｄ１に向かって延在し、また隣接する２枚のプレートの第１の面Ａの間に設けられる第１の媒体のための貫流ダクトＸはプレートの前記第１の方向に対して実質的に直角な第２の方向に向かって延在する。前述した熱交換器は、原則的に前記の種類とすることができる。本発明に係る熱交換器はそれに代えて交差通流型とは異なった種類とすることもできる。

特に前述したプレートの積層体を含んだ上述の熱交換器を使用することによって、例えば冷蔵ディスプレーケースの空気を冷却するために水を使用する際に冷却用のエネルギー消費を約２０％削減することができる。この好適な結果の第１の理由は、充分な空気の冷却を提供するために従来の構造ほど冷却水の温度を下げる必要が無い点にある。次いでこのことは、延長されより広範囲である直接的および間接的な空気と水の接触に起因する。

当業者においては、本発明に係るプレートならびに熱交換器が本発明の理念および目的を逸脱することなく添付の特許請求の範囲の請求項の範囲内で設計変更し得ることが理解される。すなわち、プレート１はアルミニウムから形成することが好適であるが、その他の任意の材料によって形成することも可能である。熱交換器内のプレートの積層体は図９ａに示された実施例に比べてより開放されたフレーム構造内に配置することができ、またそのフレーム構造も任意の適宜な材料から形成することができる。加えて、熱交換器は意図される適用形態に従って任意の適宜な位置に配置し得ることも明らかであり、必要であれば、あるいは要望されれば、図示された実施例のように水平に配置するか、垂直に配置するか、あるいは傾斜して配置することもできる。上述の熱交換器は、冷却されるべき媒体である第１の媒体を空気とし得ることから空気冷却装置内での使用に適している。

Claims (15)

1. 第１と第２の媒体の間の熱交換のための熱交換器用プレートであって、
   プレート（１）が第１の面（Ａ）とその反対側の第２の面（Ｂ）を有し、
   前記プレート（１）の第１の面（Ａ）は少なくとも１体の熱伝導隆起部（２）と前記隆起部を包囲する少なくとも１つの熱伝導面（４）を備えるように形成され、
   第１の媒体のための貫流ダクト（Ｘ）の提供を可能にするために熱伝導隆起部（２）と熱伝導面（４）のいずれか一方あるいは両方の上にディンプル（５；７）を設け、
   前記プレート（１）の第２の面（Ｂ）は前記隆起部（２）に適合する少なくとも１体の熱伝導低没部（３）を備えるように形成され、前記低没部が第２の媒体のための貫流ダクト（Ｙ）の一部を定義し、前記プレートの第２の面はさらに前記熱伝導面（４）に適合していて前記低没部を包囲する少なくとも１つの結合面（６）を備えるよう形成され、
   プレート（１）の第１の面（Ａ）上の熱伝導隆起部（２）がプレートの第２の面（Ｂ）上の熱伝導低没部（３）の深さに相当する第１の高さ（ｈ１）を有するとともに熱伝導低没部（３）の幅に相当する幅（ｗ）を有してなり、
   プレート（１）の第２の面（Ｂ）上の熱伝導低没部（３）が前記熱伝導隆起部（２）の第１の高さ（ｈ１）ならびに前記対応する低没部の深さに相当する高さを有する耐圧性のディンプル（８）を備えてなるプレート。
2. プレート（１）の第１の面（Ａ）上の熱伝導面（４）上に設けられるディンプル（５）が第１の高さ（ｈ１）よりも大きな第２の高さ（ｈ２）を有し、および／または前記プレート（１）の第１の面（Ａ）上の熱伝導隆起部（２）上に設けられたディンプル（７）が隆起部の高さ（ｈ１）と合わせてその第１の高さ（ｈ１）より大きくなるような高さ（ｈ２−ｈ１）を有する請求項１記載のプレート。
3. 熱伝導隆起部（２）ならびに対応する熱伝導低没部（３）の幅（ｗ）が前記熱伝導隆起部の高さ（ｈ１）および前記対応する熱伝導低没部の深さに比べて少なくとも５倍の大きさとなる請求項１または２記載のプレート。
4. プレート（１）の第１の面（Ａ）上の熱伝導隆起部（２）とプレートの第２の面（Ｂ）上の対応する熱伝導低没部（３）が２本あるいはそれ以上の平行あるいは実質的に平行な直線部分を備えるように構成される請求項１ないし３のいずれかに記載のプレート。
5. 耐圧性のディンプル（８）が延伸されて熱伝導低没部（３）を介して斜めに延在しかつ前記熱伝導低没部の長手方向において相互に離間するように配置される請求項１ないし４のいずれかに記載のプレート。
6. プレート（１）の第１の面（Ａ）上の熱伝導面（４）が強化ディンプル（９）を備える請求項１ないし５のいずれかに記載のプレート。
7. プレート（１）が第２の媒体のための第１および第２のポートホール（１０および１１）を備え、前記ポートホール（１０，１１）のそれぞれが前記プレート（１）の第１の面（Ａ）上でそのポートホールを包囲するエッジ部（１０ａ，１１ａ）を備えるように構成され、前記エッジ部が熱伝導隆起部（２）の一部を形成するとともに、ディンプル（５）の第２の高さ（ｈ２）に相当する高さ、および／または熱伝導隆起部（２）上に設けられたディンプル（７）の高さ（ｈ２−ｈ１）に前記熱伝導隆起部の高さ（ｈ１）を合わせたのに相当する高さを有する請求項２ないし６のいずれかに記載のプレート。
8. 第１および第２の媒体の間の熱交換のための熱交換器であり、
   前記熱交換器が請求項１ないし６のいずれかに記載のプレート（１）の積層体を含み、
   各プレートの第１の面（Ａ）が積層体中の隣接するプレート（１）の第１の面（Ａ）と接合し、従って積層体中の隣接する２枚のプレートの第１の面（Ａ）上の熱伝導面（４）および熱伝導隆起部（２）のいずれか一方あるいは両方の上のディンプル（５；７）によって前記各プレートの第１の面の間に第１の媒体のための貫流ダクト（Ｘ）を提供し、また、
   各プレート（１）の第２の面（Ｂ）が積層体中の隣接するプレート（１）の第２の面（Ｂ）と接合し、従って積層体中の隣接する２枚のプレートの第２の面（Ｂ）上の熱伝導低没部（３）によって前記各プレートの第２の面の間に第２の媒体のための少なくとも１本の貫流ダクト（Ｙ）を定義する
   ような方式で前記プレート（１）を配置する熱交換器。
9. 積層体中の隣接する２枚のプレート（１）の各第１の面（Ａ）は、その各第１の面上の熱伝導面（４）および熱伝導隆起部（２）のいずれか一方あるいはそれら両方の上の対向するディンプル（５；７）上で組み合わされ、またプレート内の第１の面上において第２の媒体のためのポートホール（１０，１１）を包囲する向かい合ったエッジ部（１０ａ，１１ａ）の上で前記エッジ部の相互間の漏れのない結合によって組み合わされる請求項８記載の熱交換器。
10. 積層体中の隣接する２枚のプレート（１）の各第２の面（Ｂ）が相互に接合した際に前記積層体中の隣接する２枚のプレート（１）の各第２の面（Ｂ）上の熱伝導低没部（３）内の耐圧性のディンプル（８）が互いに嵌合するように構成される請求項８または９記載の熱交換器。
11. 積層体中の隣接する２枚のプレート（１）の各第２の面（Ｂ）が前記各第２の面上の向かい合った結合面（６）の漏れの無い結合によって相互に組み合わされ、また前記各第２の面上の熱伝導低没部（３）内の向かい合ったディンプル（８）の上で組み合わされる請求項１０記載の熱交換器。
12. 第２の媒体のための貫流ダクト（Ｙ）を定義する、隣接する２枚のプレート（１）の第２の面（Ｂ）上の熱伝導低没部（３）の平行あるいは実質的に平行な各直線部分がプレートの第１の方向（Ｄ１）に向かって延在し、また、
    隣接する２枚のプレート（１）の各第１の面（Ａ）の間に設けられた第１の媒体のための貫流ダクト（Ｘ）はプレートの第２の方向（Ｄ２）に向かって延在し、その第２の方向が前記第１の方向（Ｄ１）に対して実質的に直角である請求項８ないし１１のいずれかに記載の熱交換器。
13. 熱交換器のプレート（１）の積層体が互いに向かい合ったプレート要素（１３および１４）を備えたフレーム構造（１２）内に配置される請求項８ないし１２のいずれかに記載の熱交換器。
14. 互いに向かい合ったプレート要素（１３，１４）のうちの少なくとも一方が第２の媒体のためのパイプ接続部（１５および１６）を備える請求項１３記載の熱交換器。
15. 請求項８ないし１４のいずれかに記載の熱交換器を含んでなり、第１の媒体が空気で第２の媒体が液体である空気冷却装置。

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