JP5254244B2 - プレート熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提項による複数の伝熱板を有するプレート熱交換器に関する。このようなプレート熱交換器は、様々な分野、たとえば、燃焼ガスから熱エネルギーを得る燃焼プラントの燃焼ガス流路で使用することができる。

周囲の縁側面に向かって外側に開放され、各伝熱板の縁部に沿った下向きに湾曲したフランジを有さない、上述の種類のプレート熱交換器では、プレートパッケージの取り付けに関連して伝熱板を誘導することは困難である。したがって、プレートパッケージを取り付ける際および伝熱板同士を互いに接合する際、たとえば、取り付け後に行われるプレートパッケージのろう付け時に、個々の各伝熱板を他の伝熱板に対して正しく位置させることは困難である。伝熱板を誘導し位置決めするには、現在の技術では、様々な種類の外付け誘導部材を使用する必要がある。

米国特許第５９１８６６４号は、複数の伝熱板を有する、冒頭に定義された種類のプレート熱交換器を開示している。各伝熱板は、主延伸面に平行に延びている。伝熱板は、互いに近くに設けられ、したがって、周囲の縁側面と、第１の媒体用の第１のプレート隙間および第２の媒体用の第２のプレート隙間とを有するプレートパッケージを形成している。

伝熱板は、１枚おきに第１の伝熱板によって形成され、残りの伝熱板は第２の伝熱板によって形成され、このような第１の伝熱板は、このような第２の伝熱板と一緒に、第１のプレート隙間を囲む一対の伝熱板を形成し、プレートパッケージは複数のこのような伝熱板対を有する。各伝熱板は、プレートパッケージを貫通して延び、かつ第１のプレート隙間と連通するポートを形成する少なくとも２つのポートホールを有する。伝熱板は、第２のプレート隙間が周囲の縁側面を貫通して開放されるように構成される。

米国特許第５９６７２２７号は、それぞれが主延伸面に平行に延びる複数の伝熱板を有する他の種類のプレート熱交換器を開示している。各伝熱板は、交互に互いに近くに設けられ、プレートパッケージを形成する。伝熱板は、第１の媒体用の第１のプレート隙間および第２のプレート隙間を形成する。第１および第２のプレート隙間は周囲のガスケットによって密封される。各伝熱板は、プレートパッケージを貫通して延び、かつ第１のプレート隙間と連通するポートを形成する２つのポートホールと、プレートパッケージを貫通して延び、かつ第１のプレート隙間と連通するポートを形成する２つのポートホールとを有する。各伝熱板は、プレートパッケージ内の隣接する伝熱板の対応する湾曲部と協働する湾曲部を各角部に有する。

本発明の目的は、上述の問題を解消し、プレートパッケージの取り付けおよび接合に関連する伝熱板の誘導および位置決めを容易にすることである。

この目的は、冒頭に定義された種類のプレート熱交換器であって、伝熱板の各対が伝熱板の隣接する対に対して所定の位置につくように、このような第１の伝熱板の各ポートホールが、このような第２の伝熱板の向かい合うポートホールと協働するように構成されることを特徴とするプレート熱交換器によって実現される。

第１の伝熱板が第２の伝熱板と接触するように配置されるときに互いに協働する２つのこのような湾曲部によって、２枚の伝熱板が正しい位置に誘導され、かつこの位置が、プレートパッケージおよびプレート熱交換器の全体的な取り付けおよび接合時に維持されるようにすることができる。２枚の伝熱板が互いに取り付けられると、２つの湾曲部は、伝熱板が、延伸面に平行な平面内で互いに対して変位または回転するのを防止することができる。さらに、ポートホールがプレートパッケージ内の隣接する対の対応するポートホールと協働するように構成されることによって、互いに対して異なる対を正しく位置決めをすることが容易になる。したがって、ポートホールは、伝熱板の対を互いに対する所定の位置に誘導することと、伝熱板の対のこの位置を製造プロセス全体にわたって維持することに寄与する。

本発明の一実施態様では、それぞれの第１および第２の伝熱板は、延伸面に対して押圧方向に延びる圧縮成形されたパターンを有し、第１の湾曲部は、第１の伝熱板の延伸面に対して第１の方向に延び、第２の湾曲部は、第２の伝熱板の延伸面に対して第２の方向に延び、第２の方向は、押圧方向と同じ方向で第１の方向とは逆の方向に延びる。湾曲部が、延伸面に対して延びる方向と、圧縮成形されたプレートの熱交換パターンおよびポート領域に対して延びる方向がそれぞれ異なるため、湾曲部は、有利なことに、プレートのパターンおよびポート領域の主要な圧縮成形の後の成形工程で作製される。したがって、第１の方向および第２の方向は、延伸面に対して横方向またはほぼ横方向に延びることができる。さらに、それぞれの第２の伝熱板を、完成したプレートパッケージ内でそれぞれの第１の伝熱板に対して１８０度回転させることができる。このような方法で、第１の湾曲部および第２の湾曲部は、完成したプレートパッケージ内で同じ方向に延びており、それによって、第１の湾曲部と第２の湾曲部の間、したがって各対の第１の伝熱板と第２の伝熱板との間で適切な形状合わせおよび適切な形状固定を行うことが可能になる。

本発明の他の実施態様によれば、各伝熱板は、湾曲部を貫通して延びる長手方向中心線に沿って延びている。さらに、プレートパッケージ内のそれぞれの第２の伝熱板を、伝熱板の中心線の周りを１８０度回転させることができる。

本発明の他の実施態様によれば、第１および第２の伝熱板はプレートパッケージ内で互いに取り外せないように接合される。このように取り外せないように接合されたプレートパッケージは、ろう付け、接着、または溶接によって実現することができる。

本発明の他の実施態様では、それぞれの第１の伝熱板は、２つの第１の湾曲部を有し、それぞれの第２の伝熱板は、２つの第２の湾曲部を有する。各伝熱板の２つのこのような湾曲部は、伝熱板同士を互いに対して上述のように位置決めするのに十分な湾曲部である。

本発明の他の実施態様によれば、２つの第１の湾曲部は、第１の伝熱板のそれぞれの縁部に沿って互いに向かい合うように設けられ、２つの第２の湾曲部は、第２の伝熱板のそれぞれの縁部に沿って互いに向かい合うように設けられる。

本発明の他の実施態様によれば、各ポートホールは周囲のポート領域を有し、各伝熱板の第１のポートホールの周りのポート領域は、延伸面に対して第１の高さに配置され、各伝熱板の第２のポートホールの周りのポート領域は、延伸面に対して他の高さに配置される。有利なことに、第１の対の伝熱板の第１のポートホールの周りのポート領域は、隣接する第２の対の伝熱板の第２のポートホールの周りのポート領域に嵌合いするように構成することができる。そして、第１の対の伝熱板の第２のポートホールの周りのポート領域は、隣接する第２の対の伝熱板の第１のポートホールの周りのポート領域に嵌合いするように構成することができる。このような方法で、ポートホールは、伝熱板の対を互いに対する所定の位置に誘導することと、伝熱板の対のこの位置を製造プロセス全体にわたって維持することに寄与する。

本発明の一実施態様によるプレート熱交換器の分解斜視図である。 図１のプレート熱交換器の、上から見た図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったプレート熱交換器の断面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに沿ったプレート熱交換器の断面図である。 プレート熱交換器の縁部領域Ｖの一部をより詳しく示す図である。 本発明によるプレート熱交換器のプレートパッケージの簡略化された分解斜視図である。

次に、本発明を限定するものではない実施態様の説明によって、かつ添付の図面を参照して、本発明についてより詳しく説明する。

図１〜図５を参照すると、プレート熱交換器の一実施形態が開示されている。プレート熱交換器は複数の伝熱板１、２を有している。伝熱板１、２は、第１の伝熱板１と第２の伝熱板２とから成っている。すべての伝熱板１、２はプレート熱交換器における熱交換機能を有している。各伝熱板１、２は、主延伸面ｐに平行に延びている。図３を参照されたい。延伸面ｐは、各伝熱板１、２が、波形を有する熱交換パターンとポート領域パターンとを含む圧縮成形されたパターンを実現する、それ自体が公知の方法で圧縮成形された各伝熱板１、２の基本面を貫通し、かつ基本面に平行に延びるとみなすことができる。

伝熱板１、２は、プレートパッケージ３の周りを延びる縁側面４を有するプレートパッケージ３を形成するように互いに近くに設けられている。伝熱板１、２は、プレートパッケージ３内で、第１の媒体用の第１のプレート隙間５と第２の媒体用の第２のプレート隙間６とを形成している。図３を参照されたい。伝熱板１、２はまた、１枚おきに第１の伝熱板１が配置され、残りの伝熱板が第２の伝熱板２になるようにプレートパッケージ３内に設けられている。特に図１および図３から分かるように、第１の伝熱板１および隣接する第２の伝熱板２は、プレートパッケージ３内で一対の伝熱板を形成しており、この伝熱板の対が第１のプレート隙間５を囲んでいる。図から分かるように、プレートパッケージ３は、開示される実施形態では、伝熱板１、２の３つのこのような対を有している。ここで、もちろん、プレート熱交換器の有する伝熱板１、２のこのような対が、プレート熱交換器の特定の用途に応じて３つより少なくても多くてもよいことに留意されたい。

開示される実施形態では、各伝熱板１、２は、プレートパッケージ３を貫通して延び、第１のプレート隙間５と連通するポートを形成する２つのポートホール８、９を有している。したがって、ポートホール８、９の一方は、プレート隙間５への第１の媒体用入口を形成し、一方、他方のポートホール９は、第１のプレート隙間５からの第１の媒体用出口を形成している。

伝熱板１、２は、第２のプレート隙間６が周囲の縁側面４を貫通して開放されるように構成されている。したがって、第２の媒体は、自由にプレート熱交換器の縁側面４を通って第２のプレート隙間６に流入し、縁側面４を通って流出する。プレート熱交換器が第２の媒体の流れに対してどのように配置されるかに応じて、プレート熱交換器を通る第２の媒体の流れ方向を決定することができる。

各ポートホール８、９は周囲のポート領域１０、１１を有している。各伝熱板１、２の第１のポートホール８の周りのポート領域１０は、延伸面ｐに対して第１の高さｐ’に配置され、各伝熱板１、２の第２のポートホール９の周りの第２のポート領域１１は、延伸面ｐに対して第２の高さｐ”に配置されている。図３を参照されたい。開示される実施形態では、どちらのポート領域１０、１１も延伸面ｐの同じ側に配置されており、高さｐ’は、高さｐ”よりも延伸面ｐから離れた位置に配置されている。

プレート熱交換器は、熱交換機能を有さないフレーム板１３および圧板１４も有している。圧板１４は、開示される実施形態では、ポートホールを有さず、一方、フレーム板１３は、それぞれポートホール８および９と同心状のポートホールを有している。連結管１５および１６は、フレーム板１３に連結され、上述のポートのそれぞれと連通している。

それぞれの第１の伝熱板１は２つの第１の湾曲部２１を有し、それぞれの第２の伝熱板２は２つの第２の湾曲部２２を有している。各対の伝熱板１および２が互いに対して所定の位置につき、かつこの位置がプレート熱交換器の製造プロセス全体にわたって維持されるように、第１の湾曲部２１は、伝熱板１、２のこのような各対の第２の湾曲部２２と協働するように構成されている。

開示される実施形態では、第１の湾曲部２１は、第１の伝熱板１の延伸面ｐに対して第１の方向に延び、より正確に言えば延伸面ｐから離れる方向に延びている。第２の湾曲部２２は、第２の伝熱板２の延伸面ｐに対して第２の方向に延び、すなわち、延伸面ｐから離れる方向に延びている。第２の方向は、延伸面ｐに対して第１の方向とは逆の方向である。図１〜図５に示されている実施形態では、第１の方向は上述の押圧方向と逆の方向である。したがって、第２の湾曲部２２は、伝熱板１、２の圧縮成形されたパターンおよびポート領域１０、１１と同じ方向またはほぼ同じ方向に延びている。第１の方向および第２の方向は延伸面ｐに対して横方向またはほぼ横方向に延びている。したがって、プレートパッケージ３内のすべての伝熱板１、２は、互いに逆方向に延びる湾曲部２１、２２に対してを除いて同一である。

プレート熱交換器を取り付ける際、あらゆる第２の伝熱板２は、あらゆる第１の伝熱板１に対して１８０度回転させられる。したがって、第２の伝熱板２をこのように回転させた後、第１の湾曲部２１および第２の湾曲部２２は完成したプレートパッケージ３内で同じ方向に延びる。特に図５を参照されたい。各伝熱板１、２は、延伸面ｐに平行な長手方向中心線ｘに沿って延びている。第２の伝熱板２は、プレートパッケージ内でそれぞれの中心線ｘの周りで１８０度回転させられる。図６は、２対の伝熱板１、２を有するプレートパッケージ３を簡略化して概略的に示しており、この場合、第２の伝熱板２は中心線ｘの周りを１８０度回転させられている。したがって、湾曲部２１、２２はプレートパッケージ３内を同じ方向に延びている。

図１、図２、および図６を見ると分かるように、それぞれの第１の伝熱板１の第１の部分２１は、第１の伝熱板１のそれぞれの縁部２３に沿って互いに向かい合うように設けられている。より正確に言えば、それぞれの第１の湾曲部２１は、長手方向中心線ｘが第１の湾曲部２１の中心を通って延びるように長手方向中心線ｘに対して同心に設けられている。同様に、それぞれの第２の伝熱板２の第２の部分２２は、第２の伝熱板２のそれぞれの縁部に沿って互いに向かい合うように設けられている。より正確に言えば、それぞれの第２の湾曲部２２は、長手方向中心線ｘが第２の湾曲部２２の中心を通って延びるように長手方向中心線ｘに対して同心に設けられている。

各伝熱板は、図１〜図５に示されている実施形態では、２つの互いに向かい合う短い縁部２３と２つの互いに向かい合う長い縁部２４とを有している。図を見ると分かるように、第１および第２の部分２１、２２は２つの短い縁部２３に設けられている。もちろん、各伝熱板の２つの湾曲部による他の方法または各伝熱板の４つの湾曲部による補足的な方法として、長い縁部２４に沿って湾曲部を設けることが可能である。

開示される実施形態では、各伝熱板１、２は、短い縁部２３および長い縁部２４に隣接し、伝熱板１、２の圧縮成形されたパターンおよびポート領域１０、１１の周りを延びる縁部領域２５を有している。縁部領域２５は、ほぼ平面状であり、延伸面ｐに平行である。開示される実施形態では、延伸面ｐも縁部領域２５に位置している。図３を見ると分かるように、第１の伝熱板１の縁部領域２５は、伝熱板１、２の各対内で第２の伝熱板２の縁部領域２５に当接している。

したがって、プレート熱交換器は、上述の伝熱板２１、２２の対を有している。これらの対はプレートパッケージ内で互いに近くに配置されている。したがって、伝熱板１、２の各対が、伝熱板１、２の隣接する対に対して所定の位置につくように、このような対の第１の伝熱板１のポートホール８、９はそれぞれ、隣接するこのような対の第２の伝熱板２の向かい合うポートホール８、９と協働するように構成されている。より具体的には、第１の対の伝熱板１、２の第１のポートホール８の周りのポート領域１０は、隣接する第２の対の伝熱板１、２の第２のポートホール９の周りのポート領域１１に嵌合いするように構成されている。第１の対の第２のポートホール９の周りのポート領域１１は、第２の対の第１のポートホール８の周りのポート領域１０に嵌合いするように構成されている。

湾曲部２１、２２およびポート領域１０、１１によって実現される伝熱板１、２の誘導によって、プレートパッケージ３のすべての部分、すなわち、少なくともすべての伝熱板１、２、場合によってはフレーム板１３、圧板１４、および連結管１５、１６もまた、部品同士の間で適切なろう材料によってその最終位置に取り付けて配置することができ、その後プレートパッケージ３は、炉内に配置され、それ自体が公知の方法でろう付けされる。第１のステップで、２枚の伝熱板１、２を上述の対にろう付けし、第２のステップで、このように形成された対同士をろう付けすることも考えられる。ろう付け以外の接合方法、たとえば溶接または接着を使用することもできる。

他の実施形態によれば、湾曲部２１および２２は、延伸面ｐから離れる同じ方向に延びてよい。プレートパッケージ３が取り付けられ、伝熱板が１枚おきに１８０度回転させられる際、各対の伝熱板１、２の湾曲部２１、２２は互いに向かって逆方向に延びる。そして位置を固定するには、次に、湾曲部２１、２２を、中心線ｘに隣接するように中心線ｘから変位させることができる。この実施形態は、すべての伝熱板１、２をまったく同一にすることができるという利点を有する。場合によっては、各縁部２３、２４に沿って湾曲部がある場合に位置の固定を改善することができる。

本発明は、開示される実施形態に限定されないが、特許請求の範囲内で変更し修正してよい。

Claims (10)

1. 主延伸面（ｐ）に平行に延び、かつ周囲の縁側面（４）と第１の媒体用の第１のプレート隙間（５）および第２の媒体用の第２のプレート隙間（６）とを有するプレートパッケージ（３）を形成するように互いに近くに設けられた複数の伝熱板（１、２）を有し、
   伝熱板が、１枚おきに第１の伝熱板（１）によって形成され、残りの伝熱板が第２の伝熱板（２）によって形成され、前記第１の伝熱板（１）が、前記第２の伝熱板（２）と一緒に、前記第１のプレート隙間（５）を囲む一対の伝熱板（１、２）を形成し、前記プレートパッケージ（３）が、前記伝熱板（１、２）の複数の対を有し、
   前記各伝熱板は、前記プレートパッケージ（３）を貫通して延び、かつ前記第１のプレート隙間（５）と連通するポートを形成する少なくとも２つのポートホール（８、９）を有し、
   前記伝熱板（１、２）が、前記第２のプレート隙間（６）が前記周囲の縁側面（４）を貫通して開放されるように構成されるプレート熱交換器であって、
   それぞれの前記第１の伝熱板（１）が、２つの別個の第１の湾曲部（２１）を有し、それぞれの前記第２の伝熱板（２）が、２つの別個の第２の湾曲部（２２）を有し、
   ２つの前記第１の湾曲部（２１）は、前記第１の伝熱板（１）のそれぞれの縁部に沿って互いに向かい合うように設けられ、２つの前記第２の湾曲部（２２）は、前記第２の伝熱板（２）のそれぞれの縁部に沿って互いに向かい合うように設けられ、
   伝熱板（１、２）の各対において、各対の前記２つの伝熱板（１、２）が互いに対して所定の位置につくように、前記第１の湾曲部（２１）が第２の湾曲部（２２）と協働するように構成され、
   前記第１の伝熱板（１）の各ポートホール（８、９）は、伝熱板（１、２）の各対が伝熱板（１、２）の隣接する対に対して所定の位置につくように誘導するために前記第２の伝熱板（２）の向かい合うポートホール（８、９）と協働するように構成され、
   それぞれの前記第１および第２の伝熱板（１、２）は、前記延伸面（ｐ）に対して押圧方向に延びる圧縮成形されたパターンを有し、
   各前記第１の湾曲部（２１）は、前記第１の伝熱板（１）の前記延伸面（ｐ）に対して第１の方向に延び、かつ、曲面を有しており、
   各前記第２の湾曲部（２２）は、前記第２の伝熱板（２）の前記延伸面（ｐ）に対して第２の方向に延び、かつ、曲面を有しており、前記第２の方向は、前記押圧方向と同じ方向で前記第１の方向とは逆の方向に延びることを特徴とする、プレート熱交換器。
2. 前記第１の方向および前記第２の方向は、前記延伸面（ｐ）に対して横方向に延びることを特徴とする、請求項１に記載のプレート熱交換器。
3. それぞれの第２の伝熱板（２）は、完成した前記プレートパッケージ（３）内でそれぞれの第１の伝熱板（１）に対して１８０度回転させられることを特徴とする、請求項１または２に記載のプレート熱交換器。
4. 前記第１の湾曲部（２１）および前記第２の湾曲部（２２）は、完成した前記プレートパッケージ（３）内で同じ方向に延びることを特徴とする、請求項１または３に記載のプレート熱交換器。
5. 各伝熱板（１、２）は、湾曲部（２１、２２）を貫通して延びる長手方向中心線（ｘ）に沿って延びることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
6. 前記プレートパッケージ（３）内のそれぞれの第２の伝熱板（２）は、前記伝熱板の前記中心線（ｘ）の周りを１８０度回転させられることを特徴とする、請求項５に記載のプレート熱交換器。
7. 前記第１および第２の伝熱板は前記プレートパッケージ内で互いに取り外せないように接合されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
8. 各ポートホール（８、９）は周囲のポート領域（１０、１１）を有し、各伝熱板（１、２）の第１のポートホール（８）の周りの前記ポート領域（１０）は、前記延伸面（ｐ）に対して第１の高さ（ｐ’）に配置され、各伝熱板（１、２）の前記第２のポートホール（９）の周りの前記ポート領域（１１）は、前記延伸面（ｐ）に対して第２の高さ（ｐ”）に配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のプレート熱交換器。
9. 第１の対の伝熱板（１、２）の前記第１のポートホール（８）の周りの前記ポート領域（１０）は、隣接する第２の対の伝熱板（１、２）の前記第２のポートホール（９）の周りの前記ポート領域（１１）に嵌合いするように構成されることを特徴とする、請求項８に記載のプレート熱交換器。
10. 前記第１の対の伝熱板（１、２）の前記第２のポートホール（９）の周りの前記ポート領域（１１）は、前記隣接する第２の対の伝熱板（１、２）の前記第１のポートホール（８）の周りの前記ポート領域（１０）に嵌合いするように構成されることを特徴とする、請求項９に記載のプレート熱交換器。

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