(57)【要約】  本発明は凝縮器型熱交換器に関するものであり、相互貫通した流体システムを続けて形成している溶接プレートのセットを具備したタイプの凝縮型熱交換器（１）である。本発明による熱交換器は、少なくとも２つの溶接プレートのモジュール（５２，５３）であって、それぞれのモジュールが独立した冷却システム（ＣＦ１，ＣＦ２）を提供している溶接プレートのモジュールと、凝縮される流体のシステムにおいて２つの該溶接プレートのモジュールを直列に接続し、一方の前記モジュールから次のモジュールへと前記流体が移動したときに、前記凝縮される流体（ＶＤ，ＶＡ）の流れる方向が逆転される接続チャンバ（６６）と、を具備しており、流体（ＣＦ２）は好適には流体（ＣＦ１）よりも低温である。
2009500585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互貫通した流体システムを続けて形成している溶接プレートのセットを具備したタイプの凝縮型熱交換器（１）において、
少なくとも２つの溶接プレートのモジュール（５２，５３）であって、それぞれのモジュールが独立した冷却システム（ＣＦ１，ＣＦ２）を提供している溶接プレートのモジュールと、
凝縮される流体Ｖのシステムにおいて２つの該溶接プレートのモジュールを直列に接続し、一方の前記モジュールから次のモジュールへと前記流体が移動したときに、前記凝縮される流体（ＶＤ，ＶＡ）の流れる方向が逆転される接続チャンバ（６６）と、を具備していることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
第２の前記モジュール（５３）内の冷却剤（ＣＦ２）の温度は第１の前記モジュール（５２）内の冷却剤（ＣＦ１）の温度よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記接続チャンバ（６６）は前記モジュールの２つの面（６７，７０）を分割している空間によって形成され、前記面は前記熱交換器の同一の側に向けられて、且つ前記熱交換器の外壁（２）となっていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記接続チャンバ（６６）は前記２つのモジュール（５２，５３）の間に配置された壁（８３）を提供していることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記接続チャンバの壁（８３）は、前記モジュール（５２，５３）の間に配置され、且つ一体に組み立てられた２つの接続領域から成っていることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記壁（８３）は、前記モジュールの間の方向によって弾性変形可能であることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記壁（８３）は拡張ベローズ（８８）を提供していることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記２つのモジュール（５２，５３）は異なった容積を提供していることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記凝縮される流体が流れるシステムが貫通している前記第２のモジュール（５３）の容積は、前記第１のモジュール（５２）の容積よりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
それぞれの前記モジュール内において、前記凝縮される流体のシステムは、対向する方向を向いて直列とされた２つの区域（ＶＤ１，ＶＡ１；ＶＤ２，ＶＡ２）を具備していることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器の分野に関する。特に凝縮器を使用した熱交換器に関する。
【０００２】
本発明は特に溶接プレート型熱交換器のグループに属するプレート型熱交換器に関するものであり、周囲のシールによって全体的に分離されたプレートを組み立てて製造するプレート型熱交換器とは対照的なものである。
【背景技術】
【０００３】
溶接プレート型熱交換器はデザインにおいて、より堅固であり、もっぱら金属部品から成り、エラストマまたはそれに類似し材質で形成された圧縮可能な任意の漏れ止めシールを含んでいない。従って、溶接プレート型熱交換器のデザインは極めて幅広い範囲の流体の処理に準拠し、特にエラストマに有害な流体と相性がよい。特に有機溶剤処理の用途に付託される。
【０００４】
従って、本発明は凝縮器として使用された新しい熱交換器構造に具体的に関係している。
【０００５】
溶接プレート型熱交換器は、一般的には蒸気の凝縮を確実にする目的の用途に使用されることが可能である。そのような凝縮器の原理は、凝縮可能な物質と共に負荷をかけられた蒸気を冷却物質と接触状態に置くことにある。
【０００６】
溶接プレート型熱交換器において、多種のプレートが相互に貫通し合う流体システムを形成している。
【０００７】
凝縮器の分野において、単純な凝縮器の効果を改善するために、さまざまな解決方法がすでに提案されている。蒸気相から最大限の凝縮可能な物質を排除することは重要であり、それは蒸気が凝縮器を通り抜けるときに行われる。その目的は、大気中への放出を制限し、凝縮されて浮遊した過剰な量の物質を、凝縮器の下流の構成部品内に侵入させてそれらを損傷する危険性を排除するためである。
【０００８】
従って、第１の解決方法は、直列に配された２つの単一の凝縮器を結合したものから成り、それによって２つの連続した凝縮段階を確保するというものである。より正確には、第１の凝縮期において、凝縮される流体は下降流であり、蒸気内に含まれた液体の部分が分離可能である。凝縮機内で凝縮する液体は自然に排出され、従って、凝縮器の第１の部分で収集することが可能である。凝縮されていない一部分およびいくらかの留められた水滴を含んだ蒸気は、その後第２の凝縮器へと向かう。第２の凝縮器は一般的に、蒸気の上昇の還流と凝縮物の下降の還流とを備えており、この理由に関しては、還流凝縮器として知られている。ミスト除去器と呼ばれる付加的な装置は、凝縮器内に含まれていてもまたは含まれていなくてもよく、凝縮不可能なガスが第２の凝縮器から出て行くときに、凝縮不可能なガス内に留まった水滴を除去するために必要である。
【０００９】
好適には、冷却流体は、第１の凝縮器内の冷却剤の温度よりも低い温度で第２の凝縮器を通過し、それは処理効率を改善するためである。
【００１０】
別の解決方法がすでに提案されており、２つの対向する方向に流れる蒸気システムを備えた凝縮器を形成することを含んだものである。従って、このタイプの凝縮器はダブルパスコンデンサ（double pass condenser）と呼ばれ、蒸気流が下降する第１の領域を備え、蒸気システムは上方に向かって流れる領域によって拡張されている。この領域において、重力の法則に従って下向きに流れる凝縮物は、微細な水滴のような蒸気の上昇流によって部分的に引き寄せられる。２つの分離した凝縮器に類似して、ミスト除去装置は凝縮器を有効なものとするために必要とされる。さらに、単一の冷却剤の使用は、凝縮器の熱的性能を低下させ、それ故に組み込まれる。
【００１１】
このタイプのいくつかの凝縮器は直列にも配置され、効果を改善することと凝縮物のより多くの排除とを達成するためである。
【特許文献１】欧州特許第０１６５１７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、直列に配置された２つの凝縮器の関連性は、機械的な問題を引き起こす。
【００１３】
そのようなアセンブリは互いに接続される凝縮器内に２つの蒸気システムが要求され、その接続は機械的振動、熱衝撃および処理装置において見られる他の機械的な応力に耐えなければならない。
【００１４】
さらに、これらの凝縮器のセットは一般的に処理装置の上部領域に配置され、十分に有害な機械的な支持を使用し、従って、重量は重大な欠点が提供されることになる。
【００１５】
本発明の目的は凝縮器を提供することであり、その凝縮器は凝縮効率についてきわめて良好な性能を提供し、一方で、比較的単純に製作され、完成した装置内に組み込まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従って、本発明は凝縮器型の熱交換器に関するものであり、その熱交換器は、相互に貫通した流体システムを共に形成している周知の溶接プレートのセットを具備している。
【００１７】
本発明によれば、その凝縮器は少なくとも２つの溶接プレートのモジュールを具備し、それぞれのモジュールは独立した冷却システムを提供している。熱交換器は接続チャンバも具備し、そのチャンバは凝縮される流体のシステムにおいて２つのモジュールを直列に接続して、凝縮される流体の流れる方向は、流体が１つのモジュールから次のモジュールに移動したときに逆転するようになっている。
【００１８】
言い換えると、本発明はその動作において、単一の熱交換器を使用しているが２つのステージで凝縮工程を行っており、すなわち、凝縮を伴った第１のステージは第１の冷却剤を備えた第１のプレートモジュールにおいて実行される。第１の凝縮は第２の溶接プレートのモジュール内での第２のステージに続いており、第２のステージでは冷却剤がより低い温度で有利に流れている。プレートのプロファイルは凝縮器内でミスと除去を確保するために有利にデザインされている。
【００１９】
そのために、２つのプレートモジュールは直列に配され、凝縮される流体は好適には第１のモジュール内では下降流となり、第２のモジュール内では上昇流となる。上昇流とより低い温度の冷却剤との使用は凝縮の効率を改善し、すなわち、処理された上記内の未凝縮物質の割合を減少する。
【００２０】
上述の結合は単一の熱交換器を獲得し、その熱交換器は、凝縮される蒸気を発生させる装置内に含まれることを必要としている基盤を限定することによって熱交換器の配置を容易にしている。
【００２１】
実際のところ、接続チャンバは、熱交換器の同一の側に配置されたプレートモジュールの２つの面を分離している空間と熱交換器の外壁とによって形成されることが可能である。言い換えると、接続チャンバは、熱交換器の同じ側に配置されたプレートモジュールの２つの入口を接続している。従って、最も単純な形態において、凝縮される蒸気は下降流内において下面を通って第１のもジュールから排出され、上昇流内において第２のモジュールの下面を通って第２のモジュールを貫流している。
【００２２】
接続チャンバは熱交換器のフレームによって外側に形成されており、内面は２つのプレートモジュールの間に延在した壁によって形成されている。壁は２つのプレートモジュールの間に配置された中実の中間部分から構成されてもよく、または、好適には２つのモジュールの間に配置された溶接プレートで構成され接続チャンバの漏れ止めを確保する。従って、単一の材料を使用して、モジュールと接続プレートとの間に蒸気を接触状態とすることが可能である。
【００２３】
有利には、実際のところ、接続チャンバの壁はモジュールの間の方向に関して弾性変形することが可能である。言い換えると、壁を構成しているプレートの形状は２つのモジュール間の温度差による機械的応力を、例えば拡張ベローズを使用して相殺することが可能である。
【００２４】
実際のところ、且つ装置が必要とするところによれば、熱交換器内に含まれている多様なプレートモジュールの容積は異なっていてもよく、特に凝縮される蒸気の構成に準じる。
【００２５】
従って、２つのモジュールを備えた熱交換器の最も単純な形式において、第１のもジュールの容積は第２のモジュールの容積よりも大きく、それは凝縮される物質の量が第２のモジュールにおける量よりも多いことによるものである。
【００２６】
他の記載において、本発明による熱交換器には２つの溶接プレートモジュールの形式が提供されているが、言うまでもなく、独立した冷却システムの数および接続チャンバの数の増加によってモジュールの数を増加させることは可能であり、そのことは本発明の範囲から逸脱することではない。
【００２７】
代替的な実施形態において、それぞれのモジュール内で凝縮される流体のシステムは直列に配された２つの区間を含んでいてもよく、それらは対向した方向に流れている。言い換えると、好適なバッフルプレートがそれぞれのモジュールの内部に使用されて、凝縮される流体のシステムを体系化し、第１の領域では下降流に続いて上昇流の区間を備えるようにすることが可能である。これによって、ダブルパス（double pass）熱交換器がそれぞれのモジュール内で存在するようになり、下降流の凝縮と還流領域の提供との連続が、凝縮とミスと除去との効率を増加させる。
【００２８】
本発明に到達するために使用された方法および有利な結果は、添付図を参照した以下の実施形態の要約の記載から、より理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
上述のように、本発明は熱交換器に関するものであり、その熱交換器は主に凝縮装置に使用される。そのような熱交換器は図１に示されたものであり、外壁のセットで形成された全体的に略直方体の箱形形状を有し、それらの壁は図２に見られるような底壁（２）、前壁（３）、上壁（４）、側壁（５，６）、および後壁（７）である。
【００３０】
上壁（４）には、凝縮される物質を含んだ流体の流入口（１０）と流出口（１１）とが配置されている。
【００３１】
前壁（３）は双方の冷却システムの流入口を含んでいる。より正確には、図１に示されているように、前壁（３）は、第１の冷却システムの流出口（１５）に続いている流入口（１４）、および第２の冷却システムの流出口（１７）に続いている流入口（１６）を具備している。後壁（７）は冷却液の還流を可能にしている。
【００３２】
熱交換器（１）の底壁（２）は凝縮物の流出口（１８）を具備している。
【００３３】
熱交換器（１）の内部の構成は図２により詳細に示されており、多様な外壁が熱交換器の中心から分離された状態で示されている。従って、上壁（４）は分離して示されており、２つの分離したパネル（４１，４２）を具備し、それぞれのパネルは熱交換器の中心の領域に配置されている。それぞれのパネルは開口部（４３）を具備し、凝縮される流体の流入口と流出口とを接続している導管がその開口部を貫通している。それに類似して、前壁（３）も２つのパネル（３１，３２）を具備し、互いに向き合って集中して配置され、切り出し部（３３，３４）が２つのパネルを共に組み合わせて、開口部（３５）を通して熱交換器の中心に固定する効果を提供することを可能にしている。前壁は、本発明の範囲から逸脱することなく、明らかに単一のパネルから構成されてもよい。
【００３４】
後壁は接続導管が貫通するための開口部を含んでおらず、前壁に類似して、２つのパネルで形成されており、それらのパネルは共に組み合わされて、熱交換器の中心に固定されている。熱交換器（１）の底壁（２）は開口部を具備している単一のパネルからなり、その開口部は凝縮物の接続導管が貫通するためのものである。
【００３５】
前壁（３）のそれぞれのパネル（３１，３２）は、接続導管（１４，１５，１６，１７）をシステムに接続するための開口部（３６，３７，３８，３９）も具備している。熱交換器の中心（５０）は図３において明確に見えており、その図では外壁は図示されていない。
【００３６】
より正確には、熱交換器の内部領域（５０）は、主に２つの溶接プレートモジュール（５２，５３）を具備しており、そのモジュールはコラム（５５−５８）を利用して組み立てられており、そのコラムは整列したエッジに沿って、中間壁（５９）によって互いに離隔されている。
【００３７】
それぞれの溶接プレートモジュール（５２）のデザインはそれ自身周知のものであり、その原理は本願出願人の特許文献１に開示されているものによる。つまり、そのようなモジュール（５２）は、接続領域によって共に溶接された波形板のセットを具備している。従って、そのようなモジュール（５２）は、図３に示されているように、モジュールの前面および後面に開放された第１の流体システムを具備している。第２の流体システムは、本実施例においては凝縮される流体を収集するためのものであり、モジュール（５２）の上面から下面へと熱交換器を貫通している。より正確には、双方のモジュール（５２，５３）の下面（６７，７０）は、底壁（２）によって形成された下部領域の自由空間内に開いている。
【００３８】
従って、底壁（２）とモジュール（５２）の下方に延在している領域（６１，６２）との間に形成された容積（６３）は、特有の接続チャンバ（６６）の領域を決定している。従って、接続チャンバ（６６）は熱交換器の全長に沿って延在している。そのチャンバは、第1のモジュール内で凝縮される流体のシステムの流出口を構成している第１のモジュール（５２）の底面（６７）を、新しいモジュール内で凝縮される流体のシステムの入口を構成している第２のモジュールの底面に接続している。
【００３９】
双方のモジュール（５２，５３）は、側面を介して中間壁（５９）と機械的に接触されている。中間壁は、熱交換器の長手方向に沿ったチャンバを連続して接続することを確実にするための凹部（７２）を具備している。
【００４０】
凹部（７２）の内面は図２に示されている接続プレート（８３）を備え、そのプレートは２つのモジュール（５２，５３）の間のチャンバの接続を形成する壁を形成している。図３に示されているように、接続プレート（８３）は２つの接続領域（８１，８２）を組み合わせて溶接されたものからなる。図４に示されている好適な実施形態において、それぞれの接続領域（８１）は、モジュール（５２，５３）の１つに溶接される平坦領域（８５）を具備している。それぞれの接続領域（８１，８２）は好適には単一の領域で形成されており、脚部（８７）によって伸ばされた逆Ｕ字形状（８６）内に中央領域を提供している。
【００４１】
本発明の他の特徴によると、接続プレート（８３）のそれぞれの接続領域（８１，８２）は、それぞれの接続領域（８１）の中央領域（８６）の中心において、拡張ベローズ（８８）を提供している。ベローズ（８８）は、前記プレートがＤ方向に曲がることを可能にしており、その方向は接続チャンバ（６６）内で凝縮される流体が流れる方向と一致しており、したがって、モジュール（５２，５３）の間に定義された方向と一致している。拡張ベローズはプレス加工によって複数形成されてもよい。
【００４２】
接続プレートの２つの領域（８１，８２）はモジュールが組みつけられる前に、それぞれプレートモジュール（５２，５３）の１つに溶接される。その後２つの接続領域は共に接続されて、接続プレート（８３）を構成する。溶接によるあらゆる悪影響を回避するために、凹部（７２）は中間壁（５９）と接続プレートの２つの領域（８１，８２）との間に、一般的な逆Ｕ字形状内に組み合わされる保護プレート（７４）を受容している。保護プレート（７４）は接続領域（８１，８２）と同じ高級な材料で構成されており、モジュール（５２，５３）が組み立てのために溶接されたときに、低級な材料で構成された中間壁（５９）から接続領域を分離させている。
【００４３】
上述の熱交換器の操作は図５に示されている。凝縮される流体Ｖは熱交換器を貫通し（ＶＩＮ）、溶接プレートの第１のモジュールに流入する。第１のモジュール内部の凝縮される流体（Ｖ）のシステムは、従って第１の領域ＶＤを貫流し、それは第１のもジュール（５２）内に下向きの矢印で示されている。第１の冷却システム（ＣＦ１）との接触を介して、凝縮される流体は第１のもジュール内で凝縮された液体の部分から分離され、第１の液体は接続チャンバ（６６）内および凝縮物の流出口（Ｃ）に流れる。
【００４４】
凝縮される物質を含んだ流体は接続チャンバ（６６）内で連続して流れ、その流れは矢印ＶＬであり、第２のモジュール（５３）を貫流している。その流れは、第２のモジュール内において矢印ＶＡで示された上向きの順路を通り、第２のモジュールは、例えばグリコール水などを使用した冷却システムＣＦ２によって冷却されている。第２のモジュール（５３）内において、凝縮される流体は上昇し、それによって還流となり、ミスとの除去を改善している。
【００４５】
本発明は異なった冷却剤を有利に選択して、凝縮現象を最適化することを可能にしている。冷却剤の体積と流速とは調整されて、熱交換器の熱的性能を最適化することも可能である。
【００４６】
従って、凝縮物の一部は還流の方向とは対向する方向に流れて、凝縮工程の効果を改善している。凝縮物の追加的な部分は、凝縮物を排出するために使用される流出口（１８）を通って排出される。
【００４７】
利得のために、これまでの図に示された２つの溶接プレートよりも、より多数の溶接プレートが使用されてもよく、そこではより多数の冷却システムから適切なシステムが使用されることを記しておく。
【００４８】
図６に示しているような、代替的な実施形態の熱交換器の特徴を作り出すことも可能である。この実施例において、バッフルプレート（９０，９１）はそれぞれの溶接プレートモジュール内に配置され、それらのバッフルプレートは２つのそれぞれ基本的なモジュール（９２，９３）を異なった区間（９５，９６，９７，９８）に分割している。この実施例において、第１のモジュール（９２）の第１の区間（９５）内では、凝縮される流体ＶＩＮは下降流ＶＤ１として流れ、同一のモジュール（９２）の第２の区間（９６）において上昇し、上昇流ＶＡ１となる。中間壁（９９）は下向きに延長され、開放区間（１００）を形成している。開放区間は、凝縮される流体ＶＬ１が第１のモジュール内の第１の区間（９５）から第２の区間（９６）へと流れることを可能にしており、一方で第２のモジュール（９３）から開放区間（１０１）が分離されている。流体システムは第１のモジュール（９２）の上部を通って出て行くことによって延長されており、接続チャンバ（１０３）の開口部はバッフルプレート（９０，９１）とプレート（１０５）とによって形成されている。そのプレート（１０５）は、２つの接続領域（８１，８２）を具備した接続プレートに類似したものであって、図４に示されているうちの１つである。
【００４９】
従って、流体システムは第２のモジュール（９３）内の第１の区間（９７）の下降区間ＶＤ２によって延長され、その後区間ＶＬ２は接続チャンバ（１０１）に入り、最終的に第２のモジュール（９３）内の第２の区間（９８）の上昇区域ＶＡ２によって延長されている。
【００５０】
従って、熱交換器は、それぞれの冷却システム（ＣＦ１，ＣＦ２）内で生成される還流（ＶＡ１，ＶＡ２）を伴った２つのミスト除去段階が獲得される。
【００５１】
この種の熱交換器において、凝縮物（Ｃ１，Ｃ２）は独立して収集され、蒸留塔ないで異なったレベルにおける凝縮物の戻りがあるようなアプリケーションと比較して有利である。
【００５２】
上述の記載から明らかなように、本発明による熱交換器は、凝縮工程において特に高いレベルの効率を結合することによる多くの利点を備え、多くの装置に容易に適合するコンパクトさを備えている。さらに、そのような凝縮器は、凝縮される流体が容易に接続可能であることを意味している。
【００５３】
このタイプの熱交換器の工業的な応用例は、化学または薬品工業で使用される蒸留塔の上部での凝縮、または反応炉からの排出物の凝縮を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による熱交換器の概略的な斜視図を示している。
【図２】図１の熱交換器の概略的な分解斜視図を示しており、外部パネルが分離して示された図である。
【図３】図１の熱交換器内部の概略的な分解斜視図を示しており、溶接プレートモジュールが分離して示された図である。
【図４】接続チャンバを作り出すために使用された接続プレートの実施形態の概略的な斜視図を示している。
【図５】図１の熱交換器の動作を示した系統図を示している。
【図６】代替的な実施形態の動作を示した系統図を示している。
【符号の説明】
【００５５】
１  熱交換器
２  底壁
３  前壁
４  上壁
５、６  側壁
７  後壁
３１，３２  パネル
３３，３４  切り出し部
３５  開口部
３６，３７，３８，３９  開口部
４１，４２  パネル
５２  第１の溶接プレートモジュール
５３  第２の溶接プレートモジュール
６６  接続チャンバ
７４  保護プレート
８３  接続プレート
８８  拡張ベローズ
【図１】
2009500585.tif 000003
【図２】
2009500585.tif 000004
【図３】
2009500585.tif 000005
【図４】
2009500585.tif 000006
【図５】
2009500585.tif 000007
【図６】
2009500585.tif 000008
【国際調査報告】
2009500585.tif 000009
2009500585.tif 000010
2009500585.tif 000011
2009500585.tif 000012