(57)【要約】  本発明は圧こんパターンを持つ熱交換器に関し、特に、伝統的な杉綾模様パターンの代わりに特別なパターンが提供された熱交換器プレート（１）を有する熱交換器に関する。この特別なパターンは、複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）とを持つ少なくとも１つのセクションを含み、この複数のくぼみと複数のでっぱりとは、対応する設計の熱交換器プレートのそれぞれの複数のくぼみと複数のでっぱりに対して配置されるように意図された複数の平らな上端部と複数の平らな下端部を有する。複数の上端部と複数の下端部の表面積は、媒体の流れのための複数の溝（６）が複数のでっぱり間に形成されるように、複数の上端部と複数の下端部の間の距離に関係している。
2008512631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）とを有する少なくとも１つのセクションを含む１つのパターンを持つ複数の熱交換器プレート（１）の組を有し、
前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）とが、複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）とを有して、対応する設計の熱交換器プレートのそれぞれの複数のくぼみと複数のでっぱりに対して配置されており、
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）の表面積は、媒体の流れのための複数の溝（６）が前記複数のでっぱり（２）の間に形成されるように、前記複数の上端部（４）と複数の下端部（５）の間の距離に関係するサイズを有し、
前記複数の熱交換器プレート（１）は、前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）とでしっかり接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器プレート（１）がろう付けによってしっかり接合され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３】
前記熱交換器プレート（１）が溶接、接着剤または拡散によって永久に接合され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】
前記溝（６）は、流れの方向が変化しないことを可能にするギャップ（７）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）は複数の平行な直線に沿って次々に配置されており、前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）の間の距離が等しく、前記複数の平行な直線の間の距離が等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記複数の溝（６）が前記プレートのエッジで約４５°の角度で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）とが円形であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）の半径ｒが０．５×ａから１×ａの範囲であり、ここでａは前記上端部（４）のエッジから前記下端部（５）のエッジまでの距離であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記上端部（４）と前記下端部（５）の半径ｒが０．６４×ａにほぼ等し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】
前記複数の平坦な上端部（４）と複数の平らな下端部が、多角形であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記複数の平坦な上端部（４）と複数の平らな下端部とが四角形であり、前記でっぱり（２）の真っ直ぐなエッジはくぼみ（３）の真っ直ぐなエッジに面することを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部とが楕円形であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧こん（indentation）パターンを有する熱交換器プレートに関し、特に伝統的な杉綾模様（herringbone）パターンの代わりにでっぱり（bulge）とくぼみ（hollow）とを有する特別なパターンが提供された熱交換器プレートに関する。この新しいパターンの結果として、より高強度の設計とより適切な熱伝達特性が得られる。
【背景技術】
【０００２】
最新式の熱交換器は、いわゆる杉綾模様パターン、すなわち、まっすぐな尾根と谷とから成る圧こんを有するパターンを有するプレートをしばしば提供する。杉綾模様に類似しているパターンを生成する、尾根と谷は中心の方向に変化する。熱交換器パックにおいて、交互に現れるプレートは、複数の圧こんが互いに交差するように、回転される。熱交換器は完全にろう付けされるかまたはゴムガスケットとともに提供され得る。
【０００３】
この種類の熱交換器パックが圧力と熱にさらされると、プレート中に曲げモーメントを引き起こし、プレートがねじれる。したがって、高圧に耐えるために、例えば、０．４ｍｍの厚みを有するかなり厚い薄板が使用される。
【０００４】
プレートが杉綾模様パターン中で加圧されると、好ましくない材料の流動が起こる。加圧工具（press tool）が非常に精度良く製造されていないならば、ひびがプレート中に発生し得る。また、かなり厚いプレートは加圧工具中で高圧を必要とする。
【０００５】
完全にろう付けされた熱交換器において、接続部はプレート間に配置される銅はんだでろう付けされる。はんだ材料は圧こんの交差点に集まる。したがって、はんだ付けの表面積と強度とはかなり小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
杉綾模様パターンを有する熱交換器を通して流れる媒体は、尾根を越える流れと谷を下だる流れを強要される。折れ曲がっていないまっすぐな流れのラインはない。尾根の先端では、媒体の流速は早いが、尾根の後ろの谷では媒体の流速は遅い。この流速変化は非常に大きい。熱交換器では、熱伝達速度は流速が高いところで大きいが、熱伝達速度は流速が低いところで小さい。杉綾模様パターンを有する熱交換器の場合は、流速におけるより小さい変化がより好まれている。
【０００７】
流れる媒体が２相、すなわち、ガスと液体の混合物を含む場合、尾根と谷での繰り返えされる方向変化は、ガスが液体をプレートと接触させないように強制する。この濡れの減少は熱伝達速度をも低下させる。
【０００８】
また、熱交換器を通る溝の形状は、媒体が熱交換器を通過するようにときに媒体中に高い圧力損失をもたらす。この圧力損失は、熱交換器を通るように媒体を押し込む際になされる仕事に比例している。その結果、高い圧力損失は高いパワーの消費を意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、でっぱりとくぼみの間に溝が熱交換器を通して形成されている、でっぱりとくぼみの形態の圧こんを有する熱交換器プレート上の１つのパターンを提供することによって、上記および他の問題を解決する。溝の形状は、熱交換器を通る流速の適度な変化を引き起こして、それにより、熱伝達を改善する。
【００１０】
本発明は複数のでっぱりと複数のくぼみを持つ少なくとも１つのセクションを含む１つのパターンを持つ複数の熱交換器プレートを有する熱交換器を提供する。この複数のでっぱりと複数のくぼみとは、対応する設計の熱交換器プレートのそれぞれのくぼみとでっぱりに対して配置されるように意図された複数の平らな上端部と複数の平らな下端部とを有し、この複数の平らな上端部と複数の平らな下端部の表面積は、媒体の流れのための複数の溝が複数のでっぱり間に形成されるように、複数の平らな上端部と複数の平らな下端部の間の距離に関係するサイズを有する。熱交換器プレートは複数のでっぱりと複数のくぼみとの間でしっかりと接合されている。
【００１１】
本発明は請求項１で定められ、好ましい具体例は従属する請求項に示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は付属する図面を参照して以下に詳細に記載される。プレートの熱交換器は通常２つの異なる媒体間の熱伝導用のデバイスとして知られている。熱交換器は多くの異なった文脈で使用され、本発明は特別な応用に制限されるものではない。本発明は、完全にろう付けされた熱交換器、または、溶接、接着剤または拡散などの他の方法によって組み立てられた熱交換器に適用されることが意図される。熱交換器は、２つの媒体の入口と出口のための圧こんと接続のパターンを持つ複数のプレートを有する。複数のプレートは、パック中に集められて、統合されたユニットを形成するために一緒に結合される。プレートの接合は２つの媒体に対する別々の溝を生成し、２つの媒体は、交互のプレートの組の間で向流で循環する。この技術は一般に知られているので、本明細書ではその詳細を記載しない。
【００１３】
図１は本発明に基づく熱交換器プレート１の一例の平面図である。４つのコーナーにおいて、２つの異なる媒体の入口と出口のための従来の接続がある。伝統的な杉綾模様パターンの代わりに、プレートは、でっぱり２とくぼみ３のパターンを有する。
【００１４】
また、図２から明らかなように、でっぱり２は所与の高さで持ち上がっており、一方、くぼみ３はプレート中に所与の深さで沈下している。でっぱりとくぼみは、平らな先端部と平らな下端部を有する。図１において、でっぱり２は円によって表されるが、くぼみ３は円と十字によって表される。図１では、でっぱりとくぼみとは実際の熱交換器中にあるよりもかなり大きく示されている。従来の技術のように、プレートは、工具中に押し込むことによって、製造される。杉綾模様パターンと比べて、本発明のパターンは加圧処理に適合している。
【００１５】
加圧工具は、上向きと下向きに面するスタッドを有する２等分のツールから成る。スタッドには、約４５°の傾きを有する平たんな上面と側面とを有する。圧縮の始めに、プレート材料は、スタッドに対して固定され、でっぱりとくぼみの側面もまた約４５°のエッジ（縁）角（edge angle）を有するような形態となる。与えられた圧力の高さに達したとき、プレートの材料はスタッドから放出される。でっぱり２の先端部４とくぼみ３の下端部５の間のセクションでは、材料はある程度まで自由に流れることが可能である。この固定と開放の組み合わせはプレートにひびが入る危険をかなり減少させる。
【００１６】
熱交換器は、好ましくは、このようなプレートとろう付けによって製造される。図２で示されるように、点線によって示される上側プレートは、その下向きに指しているくぼみ（下端部）が、実線によって示される下側プレートの上向きを示す上端部４に隣接するように回転される。上下のプレートは符号４によって示されるように一緒にろう付けされる。先端部と下端部の大きい表面積のためにここで強いろう付けが形成される。下側のプレートもまたくぼみ５を有する。くぼみ５は上端部４のように同じ部分的な平板中にないので、点線によって示される。くぼみの５はしっかりと下側のプレートの対応する先端部にろう付けされる。
【００１７】
動作中に、熱交換器は離れたプレートを押しつける加圧された媒体で満たされる。また、プレートは高温によって広がることもできる。でっぱりとくぼみのパターンのために、プレート材料中で発生する全応力は材料の方向であり、曲げモーメントは発生しないかわずかに発生する。曲げモーメントが無いので構造強度が増加する。また、改良されたろう付けによって熱交換器の強度が増加する。この改良された強度のために、薄いシート状の金属が熱交換器プレートに使用することができる。代替として、０．４ｍｍの通常のプレート厚さを使用することができるが、このとき同じプレート厚みで杉綾模様パターンを有する熱交換器の２００バールの破裂圧と比べて６００バーの破裂圧を熱交換器に与える。
【００１８】
強度を最適化するために、でっぱり２の先端部４の半径は、でっぱり２とくぼみ３の間の距離と関係して最適化することができる。図３は計算で使用される変数を例示する。
ｒ＝でっぱりの先端部（＝くぼみの下端部）の半径
ｈ＝圧こんの側面の高さ
ｂ＝付加的な変数（製造に関連付けられた寸法）
ａ＝ｈ＋ｂ  先端部のエッジから下端部のエッジまでの距離
σ＝材料の製造強度あるいは破裂限界
ｋ＝プレートに対して直角でない力のための補正
【００１９】
圧こんの側面の高さｈは、先端部がプレート高さ＝０から先端部のエッジまで昇り始める領域の半径の距離である。４つの上端部によって範囲を定められた領域内では、加圧される領域は２（２ｒ＋ａ）2―πr2である。同時に、プレートの抵抗力（resisting force）は＝２rπdσkである。
圧力＝抵抗力/圧力領域
【００２０】
rが変化するときの最大圧力、すなわち、ｄｐ／ｄｒ＝０を探す。
ここで、ｒ＝ａ√（２/（８-π））≒０．６４ａ
【００２１】
したがって、先端部と下端部の半径ｒが約０．６４ａであることは望ましい、ここでａが先端部のエッジから下端部のエッジまでの距離である。また、優れた強度は、ｒが（０．５〜１）・ａの範囲にあるときに得られる。１つの実施例では、ａ＝１．５ｍｍ、ｈ＝１．３ｍｍ、およびｂ＝０．２ｍｍである。圧こんの高さは、４５°の側面の角度でおおよそｈに等しい。ｒが大き過ぎるとはんだ付けポイントの数が少なすぎるが、ｒが小さ過ぎるとはんだ付けポイントは弱過ぎる。
【００２２】
図２は図１の点線に沿ったいくつかのプレートを通る断面を示す。複数の溝６が熱交換器を通して形成されることが明らかである。実線によって示されるプレート上に、複数の溝６が複数の先端部４の間で形成される。また、複数の溝６は５のようなくぼみの上と下を通る。下側の複数のくぼみだけが図示されている。実線によって示されるプレートの下では、複数の溝は同様に複数の先端部４を通過する複数のくぼみ５間で形成される。
【００２３】
図１と図２は、長方形の格子中の場所ごとに複数のでっぱりと複数のくぼみが対称的に配置された複数のでっぱり２と複数のくぼみ３を示している。したがって、それらは、多くの平行な直線に沿って互いに配置されていて、複数のでっぱり２と複数のくぼみ３の間の距離が等しくおよび複数の線の間の距離が等しい。したがって、複数の溝はまっすぐであり、熱交換器を通る明確なまっすぐな通路を有する熱交換器のエッジに４５°で延びている。そのような溝は図１で点線６によって示される。言い換えれば、媒体は、杉綾模様パターンのように尾根と谷を流れることを強制されずに、上端部と出会うはんだ付けポイントの丸みが付いた締め付け部（construction）とくぼみが互いに反対に配置された拡張部（expansion）とのみに遭遇する。しかしながら、でっぱりとくぼみは、まだ流速のある量の変化と媒体中のいくらかの乱れを引き起こす。層流はより不十分な熱伝達を与えるので、乱れを完全に排除することは好ましくないことが知られている。本発明に基づくパターンを用いる適度な乱れは、媒体中に適度な流れ速度の変化を伴って得られる。したがって、熱交換器を横切る圧力損失は媒体の所与の平均流速に対して与えられる。また、媒体が熱交換器を通るように強制するのに必要なパワーもまた低い。
【００２４】
杉綾模様パターンを有する熱交換器と比べて、上記の発明は、同じ入力パワー（圧力損失）でより良い熱伝達を提供することができる。代わりに、同じ熱伝達がより低い入力パワーで得られることができる。
【００２５】
図２に示されるように、溝６は特に中心で、自由な流れに伴うギャップ７を有する。ここで、媒体は先端部４に近いため方向を変える必要はないが、くぼみ５によってある程度だけ影響される。この種類の溝を有する熱交換器が、２相媒体、すなわちガスと液体の両方を含む媒体とともに使用される場合、ガス相は溝６の前記ギャップ７に沿って流れる傾向がある。このことは、液相による熱交換器プレートのぬれ性を損なわずにガスが熱交換器を通って流れることを意味する。このことは、より良い熱伝達を供給する。
【００２６】
いくつかの動作の場合において、特に流速が最も低いくぼみ中で、表面蒸発の代わりに核沸騰を引き起こすことができる。くぼみが連続的な核沸騰を容易にする。このことは、更なる熱伝達を改良する。
【００２７】
圧こんが円形の形状であることは有利であるが、このことは絶対的に必要なものではない。他の形態、例えば、楕円形と多角形状、例えば互いに対面する側面を有する正方形、は可能である。正方形の先端部の一例が図１の９で示される。
【００２８】
代替の実施例において、でっぱりとくぼみが格子中に対称的に配置されるが、図１に示される実施例と異なって、格子が形成された溝が熱交換器（図示しない）の複数のエッジと平行となるように配置される。この構成は、先端部が互いに見えなくするので低い圧力損失をもたらすが、低い熱伝達率をもまたもたらす。このように、異なる構成は、媒体の流れを所望の向きに向けるためにおよび乱れと圧力低下を制御するために使用することができる。
【００２９】
対称的なパターンは最大強度を提供するが、パターンは全体のプレートにわたって対称である必要はない。
【００３０】
本発明に基づくパターンは、熱交換器プレート１の全体を覆う必要ない。このパターンは、完全に平たんな表面を有する偏向バリアおよびじゃま板とともに、また従来の杉綾模様パターンが本発明に直接関連しない理由のために要求される場合にこれとともに結合させることができる。更に、変形もまた当業者にとって明白である。本発明の範囲は付属の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の熱交換器プレートの平面図である。
【図２】多数の本発明の熱交換器プレートの断面図である。
【図３】４つのでっぱりと１つのくぼみを有する熱交換器プレートの面積を示す平面図である。
【図１】
2008512631.tif 000003
【図２】
2008512631.tif 000004
【図３】
2008512631.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月13日(2006.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のでっぱり（２）と、複数のくぼみ（３）とを有する少なくとも１つのセクションを含む１つのパターンを持つシート状の金属で形成された複数の熱交換器プレート（１）の組を有し、
前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）とが、複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）とを有して、対応する設計の熱交換器プレートのそれぞれの複数のくぼみと複数のでっぱりに対して配置されており、
前記上端部（４）と前記下端部（５）の表面積は、媒体の流れのための複数の溝（６）が前記複数のでっぱり（２）の間に形成されるように、前記複数の上端部（４）と複数の下端部（５）の間の距離に関係するサイズを有し、
前記複数の熱交換器プレート（１）は、前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）との表面積全体にわたってしっかり接合されており、
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）との間のセクションが自由に流れる材料によって形成されたサドル形状で提供され、
前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）の側面は約４５°のエッジ角度を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器プレート（１）の厚さが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器プレート（１）がろう付けによってしっかり接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換器プレート（１）が溶接、接着剤または拡散によって永久に接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記溝（６）は、流れの方向が変化しないことを可能にするギャップ（７）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）は複数の平行な直線に沿って次々に配置されており、前記複数のでっぱり（２）と複数のくぼみ（３）の間の距離が等しく、前記複数の平行な直線の間の距離が等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記複数の溝（６）が前記プレートのエッジで約４５°の角度で形成され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】
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）とが円形であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部（５）の半径ｒが０．５×ａから１×ａの範囲であり、ここでａは前記上端部（４）のエッジから前記下端部（５）のエッジまでの距離であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記上端部（４）と前記下端部（５）の半径ｒが０．６４×ａにほぼ等しいことを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記複数の平坦な上端部（４）と複数の平らな下端部が、多角形であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記複数の平坦な上端部（４）と複数の平らな下端部とが四角形であり、前記でっぱり（２）の真っ直ぐなエッジはくぼみ（３）の真っ直ぐなエッジに面することを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記複数の平らな上端部（４）と複数の平らな下端部とが楕円形であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【国際調査報告】
2008512631.tif 000006
2008512631.tif 000007
2008512631.tif 000008