(57)【要約】本発明は、第１のプレートと第２のプレートとの間の第１の流路を有し、この流路は第１の分配通路と、熱伝導通路と、第２の分配通路を有しており、熱伝導通路は、下側と上側の熱伝導通路に垂直方向に分割されており、下側の熱伝導通路は複数の隣接している熱伝導ゾーンに水平方向に分割されており、下側の熱伝導通路のいずれかの熱伝導ゾーン内の尾根と溝との間の中間角度は、上側の熱伝導通路内の尾根と溝との間の中間角度よりも少なくとも３０°大きいプレート熱交換器に関する。本発明の利点は、熱性能が向上し、蒸発能力が改善されている、改善された熱交換器が得られることである。
2011524513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器で使用される熱交換器プレート（１０１；２０１）であって、ポートホール（１０５、１０９、１１０；２０５、２０９、２１０）を有している第１の分配領域（１１５；２１５）と、熱伝導領域（１１６；２１６）と、ポートホール（１０６、１０７；２０６、２０８）を有している第２の分配領域（１１９；２１９）と、を有し、該熱交換器プレートは、該熱交換器プレートの垂直方向の軸線（１０４、２０４）に対して計測されている角度を有する尾根と溝とを有する波形パターンを備えており、前記熱伝導領域（１１６；２１６）は、下側の熱伝導領域（１１７；２１７）と上側の熱伝導領域（１１８；２１８）とに垂直方向に分割されており、前記下側の熱伝導領域（１１７；２１７）は複数の隣接している熱伝導部分（１２３、１２４、１２５、１２６；２２３、２２４、２２５、２２６）に水平方向に分割されており、前記下側の熱伝導領域（１１７；２１７）内のいずれかの前記熱伝導部分（１２３、１２４、１２５、１２６；２２３、２２４、２２５、２２６）の前記尾根と前記溝の最小の前記角度は、前記上側の熱伝導領域（１１８；２１８）の前記角度よりも少なくとも１５°大きいことを特徴とする、プレート。
【請求項２】
前記下側の熱伝導領域（１１７；２１７）内のいずれかの前記熱伝導部分（１２３、１２４、１２５、１２６；２２３、２２４、２２５、２２６）内の前記尾根と前記溝の方向は、隣接している前記熱伝導部分内の前記尾根と前記溝の方向とは異なっている、請求項１に記載のプレート。
【請求項３】
前記下側の熱伝導領域（１１７；２１７）内のいずれかの前記熱伝導部分（１２３、１２４、１２５、１２６；２２３、２２４、２２５、２２６）内の前記尾根と前記溝の前記角度は、隣接している前記熱伝導部分内の前記尾根と前記溝の前記角度とは異なっている、請求項１または２に記載のプレート。
【請求項４】
いずれかの前記熱伝導部分（１２３、１２４、１２５、１２６；２２３、２２４、２２５、２２６）内の前記尾根と前記溝の角度は、４５°と６５°との間の範囲内にある、請求項１から３のいずれかに記載のプレート。
【請求項５】
前記上側の熱伝導領域（１１８；２１８）が、異なる角度と異なる方向の少なくとも一方を備えているパターンを有している、複数の水平方向に延びている熱交換領域（１２０、１２１；２２０、２２１）に垂直方向に分割されている、請求項１から４のいずれかに記載のプレート。
【請求項６】
前記下側の分配領域（１１５；２１５）において、中立平面（２２）と比べた前記溝（２１）の深さ（ｂ）が前記中立平面（２２）と比べた前記尾根の高さ（ａ）よりも大きい、請求項１から５のいずれかに記載のプレート。
【請求項７】
前記上側の分配領域（１１９；２１９）において、中立平面（２２）と比べた前記尾根（２０）の高さ（ａ）が前記中立平面（２２）と比べた前記溝（２１）の深さ（ｂ）よりも大きい、請求項１から６のいずれかに記載のプレート。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の熱伝導プレートを複数有し、フロントプレートとバックプレートとをさらに有する、プレート熱交換器。
【請求項９】
第１のプレート（１０１）と第２のプレート（２０１）との間の第１の流路（２）を有し、前記流路（２）はポート（５、９、１０）を有している第１の分配通路（１５）と、熱伝導通路（１６）と、ポート（６、８）を有している第２の分配通路（１９）とを有しており、前記熱伝導通路（１６）は、下側の熱伝導通路（１７）と上側の熱伝導通路（１８）とに垂直方向に分割されており、前記下側の熱伝導通路（１７）は複数の隣接している熱伝導ゾーン（２３、２４、２５、２６）に水平方向に分割されており、前記下側の熱伝導通路（１７）のいずれかの前記熱伝導ゾーン（２３、２４、２５、２６）内の尾根と溝との間の最小の中間角度は、前記上側の熱伝導通路（１８）内の尾根と溝との間の中間角度よりも少なくとも３０°大きいことを特徴とする、請求項８に記載のプレート熱交換器。
【請求項１０】
いずれかの前記熱伝導ゾーン（２３、２４、２５、２６）内の前記尾根と前記溝との間の前記中間角度は９０°と１３０°との間の範囲内にある、請求項９に記載のプレート熱交換器。
【請求項１１】
前記下側の分配通路（１５）の２つの隣接している前記分配領域（１１５、２１５）における前記中立平面（２２）の間の距離は、前記プレートの１つのプレス深さ未満である、請求項９または１０に記載のプレート熱交換器。
【請求項１２】
前記上側の分配通路（１９）の２つの隣接している前記分配領域（１１９、２１９）における前記中立平面（２２）の間の距離は、前記プレートの１つのプレス深さよりも長い、請求項９から１１のいずれかに記載のプレート熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を蒸発させるプレート熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、長方形で、且つ基本的に垂直方向に配置されており、間に複数の流れ空間を区分しており、複数の尾根と複数の溝とからなる波形のパターンを備えている、複数の熱伝導プレートのパッケージを有している流体を蒸発させるプレート熱交換器に関し、複数の尾根は各流れ空間の少なくとも一部内で交差するように互いに接触して、隣接している熱伝導プレートの間で多数の支持点を構成しており、各交互の流れ空間は蒸発通路を構成しており、蒸発通路はその下側部分に流体の入口を有し、複数の熱伝導プレートの垂直方向の両側部の一方の近くの上側部分に流体と発生した蒸気との出口を有しており、残りの流れ空間は流体を加熱する複数の通路を構成しており、これらの通路は複数の熱伝導プレートの他方の垂直方向の側部の近くの上側部分に複数の入口を有し、下側部分に複数の出口を有している。
【０００３】
ＤＥ-３７２１１３２に記載されている公知のこの種類のプレート熱交換器において、各熱伝導プレートの熱伝導部分の主要部分は、その表面全体にわたって全く同じ種類の波形のパターンを有している。これは、プレート熱交換器の熱交換性能に関して効率が低い。従来の公知のプレート熱交換器においては、流体と発生した蒸気の出口ダクトは、複数の熱伝導プレートのパッケージを通してさらに延びており、この出口ダクトは複数の熱伝導プレートの揃えられている複数の開口によって構成されている。これら複数の開口は、発生した蒸気に対して出口ダクト内の流れ抵抗を最小にするようにできるだけ大きく作られている。実際には、各熱伝導プレートの上側部分の多くの部分がそのような開口に使用されてきた。加熱流体を対象としている入口ダクトも、複数の熱伝導プレートのパッケージの上側部分を通して延びなければならないため、複数の熱伝導プレートの幅全体を出口ダクトのために使用できなかった。これによって、供給された流体とそれから発生した蒸気の様々な部分に対して、様々な長さの流れ経路が各蒸発通路内の入口と出口との間に構成されることになった。
【０００４】
熱伝導部分にわたって１種類の波形パターンを有しており、そのため、各蒸発通路において流体と発生した蒸気の各流れ経路の単位長さあたりの流れ抵抗が等しくなる公知の複数の熱伝導プレートでは、総流れ抵抗は、最も長い流れ経路に従って最大になるであろう。その結果、最小量の流体と蒸気とがこの経路を通過する。これは、全ての流体が同じ熱処理をされないことになって、最長の流れ経路において、特に加熱流体の入口の近くにおいて、乾燥が存在する危険性がある。
【０００５】
ＥＰ０４７７３４６Ｂ１は、熱交換器プレートがさまざまなゾーンに分割され、それらのゾーンが様々な波形パターンを備えている改善された熱交換器プレートについて記述している。このようにして、流体流路の流れ抵抗が最適化される。
【０００６】
ＥＰ０４５８５５５Ｂ１は、下側の熱伝導領域が様々な部分に水平方向に分割されており、上側の熱伝導領域が垂直方向に分割されている、さらに改善された熱交換器プレートについて記述している。下側の熱伝導領域の複数の部分の最小角度が、上側の熱伝導領域の任意の複数の角度と実質的に同じ大きさである。それによって、一様で改善された流れの分配が流体流路の入口から出口に亘って実現される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの公知の熱交換器プレートは効率が良く、商業的に成功しているが、依然として改善の余地がある。
【０００８】
そのため、本発明の目的は、効率が改善され、したがって流れの分配が改善されている改善された熱交換器を提供することである。本発明のさらなる目的は、排出される流体と発生した蒸気との一様な質を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるこの問題に対する解決策は請求項１の特徴部分に記載されている。請求項２から７は、熱交換器プレートの有利な実施態様を含んでいる。請求項８から１２は、熱交換器の有利な実施態様を含んでいる。
【００１０】
熱交換器で使用される熱交換器プレートであって複数のポートホールを有している第１の分配領域と、熱伝導領域と、複数のポートホールを有している第２の分配領域とを有し、熱交換器プレートは、複数の尾根と複数の溝とからなる波形パターンを有しており、熱伝導領域は、下側の熱伝導領域と上側の熱伝導領域とに垂直方向に分割されており、下側の熱伝導領域は複数の隣接している熱伝導部分に水平方向に分割されている熱交換器プレートにおいて、本発明の目的は、下側の熱伝導領域内のいずれかの熱伝導部分の尾根と溝の最小の角度が、上側の熱伝導領域の尾根と溝の角度よりも少なくとも１５°大きいことによって実現される。
【００１１】
熱交換器用のプレートのこの第１の実施態様によって、最適化された熱伝導と熱交換器内で蒸発させる流体の早期の蒸発とを可能にする熱交換器プレートが得られる。これは、熱伝導通路内の流れ経路の最初の部分、つまり下側の熱伝導通路の高い流れ抵抗によって行われる。上側の熱伝導通路において、流れ抵抗はより低く、それによって蒸発した流体が容易に通過できるようにしている。
【００１２】
本発明のプレートの有利な発展態様において、下側の熱伝導領域内のいずれかの熱伝導部分内の尾根と溝の方向は、隣接している熱伝導部分内の尾根と溝の方向とは異なっている。本発明のプレートのさらなる有利な発展態様において、下側の熱伝導領域内のいずれかの熱伝導部分内の尾根と溝の角度は、隣接している熱伝導部分内の尾根と溝の角度とは異なっている。これは、下側の熱伝導通路内の流れ抵抗が熱伝導通路の幅にわたって制御可能である点において有利である。このように、圧力低下を流路を通した流れの経路の長さに対応させることによって、流れの分配をさらに改善することができる。いずれかの熱伝導領域の尾根と溝の角度は、４５°と６５°との間の範囲内にあることが好ましい。これにより、下側の熱伝導通路内において比較的高い流れ抵抗が得られる。
【００１３】
本発明のさらなる有利な発展態様において、下側分配領域内のパターンの中立平面は、中立平面と比較した溝の深さが中立平面と比較した尾根の高さよりも大きくなるように偏っている。この利点は、２つの分配領域の間に構成される分配通路の高さが減少し、それが通路内の流れ抵抗を増加させることである。下側の分配通路内の増加した流れ抵抗によって、通路内の背圧が増加することになり、それによって、分配通路内で蒸発がより早く始まることになる。これによって、熱交換器の効率が向上することになる。
【００１４】
本発明のさらなる有利な発展態様において、上側分配領域内のパターンの中立平面は、中立平面と比較した尾根の高さが中立平面と比較した溝の深さよりも大きくなるように偏っている。この利点は、２つの分配領域の間に構成される分配通路の高さが増加し、それが通路内の流れ抵抗を減少させることである。上側の分配通路内の減少した流れ抵抗によって、体積の大きい蒸発した流体をより容易に出口ポートに導くことができるようになる。これによって、熱交換器の効率が向上することになる。
【００１５】
プレート熱交換器において、熱交換器は第１のプレートと第２のプレートとの間の第１の流路を有し、流路は、ポートを有している第１の分配通路と、熱伝導通路と、ポートを有している第２の分配通路を有しており、熱伝導通路は、下側の熱伝導通路と上側の熱伝導通路とに垂直方向に分割されており、下側の熱伝導通路は複数の隣接している熱伝導ゾーンに水平方向に分割されており、本発明の目的は、下側の熱伝導通路の複数の熱伝導ゾーン内の尾根と溝との間の最小の中間角度は、上側の熱伝導通路内の尾根と溝の中間角度よりも少なくとも３０°大きいことによって実現される。
【００１６】
熱交換器のこの第１の実施態様によって、熱交換器内で蒸発させる流体の早期の蒸発を可能にする熱交換器が得られる。これは、熱伝導通路内の流れ経路の最初の部分、つまり下側の熱伝導通路の高い流れ抵抗によって行われる。上側の熱伝導通路において、流れ抵抗はより低く、それによって蒸発した流体が容易に通過できるようにしている。
【００１７】
本発明の熱交換器の有利な発展態様において、いずれかの熱伝導ゾーン内の尾根と溝との間の中間角度は９０°と１３０°との間の範囲内にある。この角度範囲によって、蒸発が早くなるように、下側の熱伝導通路の複数の熱交換ゾーンの角度が十分に大きくなる。少なくともいくつかのゾーンにおける上記角度を異なるよう設定することによって、水平方向のプレートの幅にわたって流れの分配をさらに最適にすることができる。
【００１８】
本発明の熱交換器のさらなる有利な発展態様において、下側の分配通路の２つの隣接している分配領域の中立平面の間の距離は、プレートの１つのプレス深さ未満である。分配通路の高さを減少させることによって、分配通路における流れの抵抗を増加させることになる。これによって、熱交換器内で蒸発させる流体の早期の蒸発が可能になる。
【００１９】
本発明の熱交換器のさらなる有利な発展態様において、上側の分配通路の２つの隣接している分配領域の中立平面の間の距離は、プレートの１つのプレス深さよりも長い。分配通路の高さを増加させることによって、分配通路における流れの抵抗を減少させることになる。これによって、蒸発した流体の熱交換器からの流出が促進される。
【００２０】
本発明を、添付の図面に示している実施形態を参照して以下でさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によって構成され、３つの熱伝導プレートを有しているプレート熱交換器組み立て品の模式的な分解図である。
【図２】本発明のプレート熱交換器で使用される第１の熱伝導プレートの図である。
【図３】本発明のプレート熱交換器で使用される第２の熱伝導プレートの図である。
【図４】本発明の熱伝導プレートの下側の分配領域の詳細な図である。
【図５】本発明の熱伝導プレートの上側の分配領域の詳細な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下で説明するさらなる発展部分を備えている本発明の実施形態は、例としてのみ見なすべきであって、特許請求によってもたらされる保護の範囲を限定するものでは決してない。説明に使用する下側、上側、垂直、および水平という表現は、組み立てられている熱交換器内で使用された時の熱伝導プレート上の位置を指す。したがって、たとえば下側という参照は、使用中の熱交換器の下側部分に配置されている細部を指す。
【００２３】
図１に示しているプレート熱交換器組み立て品１は、プレスによる異なる波形パターンを備えている２種類の長方形の長い熱伝導プレート１０１、２０１を有している。従来のようにフレーム内で組み立てられることを意図している複数の熱伝導プレートには、それらの熱伝導プレートの間に複数の流路を区分するために、複数の縁に沿って複数のゴムのガスケットを設けてもよいが、熱伝導プレートをたとえばはんだ付け、溶接、または接着によって互いに永久的に結合してもよい。２つのプレートを半溶接組み立て品に組み立て、それから半溶接組み立て品をガスケットと共に組み立てることもできる。完全な熱交換器は、個々の熱交換器プレートよりも厚い特定のフロントプレートとバックプレート（不図示）も有することになる。フロントプレートとバックプレートは、複数の接続部分等を有することになる。
【００２４】
熱伝導プレート１０１と２０１は、プレスによる複数の尾根と複数の溝との波形パターンを有しており、流路３、２内の２つの隣接している熱伝導プレートの複数の尾根は、それらの熱伝導プレート間に多数の支持点を構成するように互いに交差し接触している。プレート２０１と１０１の間に、流体の蒸発のための蒸発流路２が構成されている。流路２には、複数の熱伝導プレートの下側部分を通して延びており複数の入口ポートホール２０５、１０５によって構成されている流れ入口ポート５と、複数の熱伝導プレートの上側部分を貫通して延びている複数の出口ポートホール２０６、１０６によって構成されている流体と発生した蒸気のための出口ポート６とが備わっている。矢印１１は、流路２内のおおまかな流れの向きを示している。
【００２５】
プレート１０１と２０１との間に、流路３が加熱流体または加熱蒸気のために構成されている。蒸気流路３には、複数の熱伝導プレートの上側部分を通して延びている蒸気入口ポートホール１０８、２０８によって構成されている蒸気入口ポート８と、複数の熱伝導プレートの下側部分を通して延びている凝縮物出口ポートホール１０９、２０９と１１０、２１０によって構成されている２つの凝縮物出口ポート９、１０が備わっている。矢印１２は、流路３内のおおまかな流れの向きを示している。
【００２６】
本発明の熱交換器は、主に様々な液体製品の上昇液膜蒸発による蒸発または凝縮を目的としている。熱伝導プレート１０１と２０１の２つの長い辺は、組み立てられた熱交換器内では垂直方向の軸線４に沿って垂直方向に配置されることになり、蒸発させる流体は、流路２に下部で供給され、上部で排出される。熱交換器は、この例では、向流熱交換によって構成されており、加熱媒体としての蒸気は、流路３の上側部分に供給され、発生した凝縮物は流路３の下部で排出されることになる。
【００２７】
図２に示している第１の熱交換器プレート１０１は、下側の分配領域１１５、熱伝導領域１１６および上側の分配領域１１９を有している。熱伝導領域１１６は、下側の熱伝導領域１１７と上側の熱伝導領域１１８とに垂直方向に分割されている。プレートは、長さ方向のつまり垂直方向の軸線１０４を有している。下側の分配領域１１５には、入口ポートホール１０５と２つの出口ポートホール１０９、１１０とが備わっている。
【００２８】
当然、反対側に流体通路のある熱交換器プレートの表面全体は、熱伝導領域である。したがって、熱伝導領域１１６は熱伝導領域と呼ばれ、これは、熱伝導領域でも何らかの流体の分配が行われることになるものの、主な目的が熱伝導であるからである。下側と上側の分配領域は、流体の分配だけではなく熱伝導の両方の２重の目的を有している。
【００２９】
プレートの上側の分配領域１１９には出口ポートホール１０６と蒸気入口ポートホール１０８とが備わっている。さらに詳細に以下で説明するように下側と上側の分配領域のパターンは、この例では棒のパターンを示しているが、他のパターンを使用することもできる。棒のパターンは、流体の良好な流れの分配を実現するため、有利である。
【００３０】
図３に示している第２の熱交換器プレート２０１は、下側の分配領域２１５、熱交換領域２１６、および上側の分配領域２１９を有している。熱伝導領域２１６は、下側の熱伝導領域２１７と上側の熱伝導領域１１８とに垂直方向に分割されている。プレートは、垂直方向の軸線２０４を有している。下側の分配領域２１５には、入口ポートホール２０５と２つの出口ポートホール２０９、２１０とが備わっている。
【００３１】
プレートの上側の分配領域２１９には出口ポートホール２０６と蒸気入口ポートホール２０８とが備わっている。下側と上側の分配領域のパターンは、この例では棒のパターンを示しているが、他のパターンを使用することもできる。棒のパターンは、流体の良好な分配を実現するため、有利である。
【００３２】
したがって、熱伝導プレート１０１と２０１の各々は、下側の分配領域１１５、２１５、波形パターンの異なる上側と下側の水平方向に延びている領域１１７、１１８と２１７、２１８に垂直方向に分割されている熱伝導領域１１６、２１６、および上側の分配領域１１９、２１９を有している。
【００３３】
第１の熱伝導プレート１０１と第２の熱伝導プレート２１０は、共に図１と２に前面図で示されている。流路２が第１のプレート１０１の前側と第２のプレート２０１の後側との間に作られている。流路３が第２のプレート２０１の前側と第１のプレート１０１の後側との間に作られている。したがって、参照番号は、説明している流路によって、プレートの前側と後側の両方に該当すると考えなければならない。
【００３４】
２つのプレートの間の複数の流路において、流体通路が作られる。流路２において、両プレートが熱交換器内で組み立てられたときに、下側の分配領域２１５、１１５の間に、下側の分配通路１５が得られる。両プレートが熱交換器内で組み立てられたときに、熱伝導領域２１６、１１６の間に熱伝導通路１６が得られ、上側の分配領域２１９、１１９の間に上側の分配通路１９が得られる。流路３において、両プレートが熱交換器内で組み立てられたときに、下側の分配領域１１５、２１５の間に、下側の分配通路６５が得られる。両プレートが熱交換器内で組み立てられたときに、熱伝導領域１１６、２１６の間に熱伝導通路６６が得られ、上側の分配領域２１９、１１９の間に上側の分配通路６９が得られる。熱伝導領域２１６、１１６の間に作られた熱伝導通路１６は、下側の熱伝導領域２１７、１１７の間に作られた下側の熱伝導通路１７と、上側の熱伝導領域２１８、１１８の間に作られた上側の熱伝導通路１８とに分割される。
【００３５】
したがって、下側の分配領域２１５、１１５は、下側の分配通路１５を形成するように構成されている。下側の分配通路の主な目的は、流体を流路２の中を入口ポート５から上向きに熱伝導通路１６に向けて運び、分配することである。同時に、下側の分配領域１１５、２１５は、流路３内に下側の分配通路６５を形成して、凝縮物を垂直方向下向き及び水平方向に出口ポート９と１０に向けて運ぶように構成されている。
【００３６】
下側の水平方向に延びている熱伝導通路１７は、熱伝導領域２１７、１１７の間に作られており、下側の分配通路に隣接して、互いに隣接している多数の熱伝導ゾーン２３、２４、２５、および２６に水平方向に分割されている。図示の例では、隣接している複数のゾーンは、異なる波形のパターンを有している。両プレートのゾーン２３、２４、２５、および２６の複数の尾根と複数の溝は、共同で、蒸発流路２内で上向きに流れている流体と発生した蒸気とに対して流れ抵抗になるように向けられており、流れ抵抗は熱伝導プレートの垂直方向の辺の一方から他方へと減少している。これによって、流体の流れの所望の分配が垂直方向の両辺の間の蒸発流路２内で実現される。ゾーン２３、２４、２５、および２６内の複数の尾根と複数の溝に垂直方向の軸線、したがって主な流れの方向に対して比較的大きな角度が与えることによって、効率的な蒸発処理が実現される。
【００３７】
熱伝導プレート１０１と２０１とは、それらの端部の各々の位置に複数の穴が穿孔されている。流路２については、入口ポートホール２０５、１０５が蒸発させる流体のために下側端部の位置に設けられており、出口ポートホール２０６、１０６が凝縮された流体と発生した蒸気のために上側端部の位置に設けられている。流路３については、蒸気入口ポートホール１０８、２０８が加熱蒸気が流路に流入するように上側端部の位置に設けられており、２つの出口ポートホール１０９、１１０と２０９、２１０がそれぞれ加熱媒体の凝縮物と最終的に凝縮していない蒸気が流出するように下側端部の位置に設けられている。
【００３８】
熱伝導プレート１０１は、一体のガスケット受け入れるように構成されている多数の密封溝１２２をその辺の１つに有している。ガスケットは、ポートホール１０５と１０６の各々の周囲とプレートの周辺部全体の周囲を延びている。同様に熱交換プレート２０１は、ポートホール２０９、２１０、および２０８とプレートの周辺部全体の周囲を延びているガスケットを収容するように構成されている多数の密封溝２２２を有している。これらの複数のガスケット溝は、代替物として、２つの隣接しているプレートが１つに溶接され、これらの溝の底が互いに対して反対を向くように構成してもよく、その場合、交互のプレートの間の空間にだけガスケットが設けられ、そのような場合、隣接している熱伝導プレート内の対向している溝内に配置される。図示している例において、ガスケットは隣接している熱伝導プレート２０１と１０１との間を密封し、したがって流路２を定めるように構成されている。この図示している例において、流路３が溶接されているまたははんだ付けされているプレートによって密封され定められるように、プレート１０１、２０１は半溶接されることになる。
【００３９】
水平方向に延びている熱伝導領域１１７、１１８と２１７、２１８において、それぞれ、複数の尾根と複数の溝は流体の意図している主な流れの方向に対して異なるように傾斜している。完全にまたは部分的に蒸発させる流体は、熱交換器の下側部分内に位置している流体入口ポート５を通してプレート熱交換器内に供給され、それから流体は流路２を通して上向きに流れる。流体は、下側の分配領域２１５と１１５の間に構成されている下側の分配通路１５によって両熱伝導プレートの幅方向にわたって均一に分配される。熱伝導領域２１６と１１６の間の熱伝導通路１６内において、流体は４つの部分２２３、２２４、２２５、および２２６と１２３、１２４、１２５、および１２６をそれぞれ有している領域２１７と１１７をまず通過する。
【００４０】
プレートの垂直方向の一方の辺の位置に位置している部分２２３と１２３とは、上向きに流れている流体に対して蒸発流路２内において比較的大きな流れ抵抗となる大きなパターン角度を有している波形パターンを有している、つまり、２つのプレートの複数の尾根は流体の流れの方向に対して向けられている比較的大きな干渉角度で互いに交差する。パターンつまり複数の尾根と溝の角度は、垂直軸線に対して時計回りまたは反時計回りの方向に計測される。したがって、２つのプレートと流体との間の熱伝導は比較的効果的であって、その結果、流路２のこれらの部分内で蒸気が比較的すぐに発生する。図示の例では、部分２２３の複数の尾根と複数の溝とは、垂直方向の軸線に対して反時計回りに計測した場合に６０°の角度を有している。部分１２３の複数の尾根と複数の溝は、同様であるが、鏡像のように反転している。
【００４１】
水平方向に部分２２３と１２３の隣に位置している部分２２４と１２４は、部分２２３、１２３とは異なる方向のしかし同じ角度の波形パターンを有している。この角度も、上向きに流れている流体に対して蒸発流路２内で比較的大きな流れ抵抗となる。したがって、２つのプレートと流体との間の熱伝導は比較的効果的であって、その結果、流路２のこれらの部分内で蒸気が比較的すぐに発生する。図示の例では、部分２２４の複数の尾根と複数の溝とは、垂直方向の軸線に対して時計回りに計測した場合に６０°の角度を有している。部分１２４の複数の尾根と複数の溝は、同様であるが、鏡像のように反転している。
【００４２】
水平方向に部分２２４と１２４の隣に位置している部分２２５と１２５は、部分２２４、１２４とは異なる方向と角度の波形パターンを有している。本明細書では、部分２２５、１２５の角度は、部分２２３、１２３および２２４、１２４の角度よりも幾分小さい。この角度は、上向きに流れている流体に対して蒸発流路２内で、依然として高い流れ抵抗をもたらすが、部分２２３と１２３との間および２２４と１２４との間の流れ抵抗に比べて幾分減少することになる。図示の例では、部分２２５の複数の尾根と複数の溝とは、垂直方向の軸線に対して反時計回りに計測した場合に５４°の角度を有している。部分１２５の複数の尾根と複数の溝は、同様であるが、鏡像のように反転している。
【００４３】
水平方向に部分２２５と１２５の隣に位置している部分２２６と１２６は、部分２２５、１２５とは異なる方向と角度の波形パターンを有している。部分２２６、１２６の角度は、部分２２５、１２５の角度よりも幾分小さい。この角度は、上向きに流れている流体に対して蒸発流路２内で、依然として高い流れ抵抗をもたらすが、部分２２５、１２５の間の流れ抵抗に比べて幾分減少することになる。図示の例では、部分２２６の複数の尾根と複数の溝とは、垂直方向の軸線に対して時計回りに計測した場合に４８°の角度を有している。部分１２６の複数の尾根と複数の溝は、同様であるが、鏡像のように反転している。
【００４４】
熱伝導ゾーン２３〜２６において、それぞれ熱伝導部分２２３〜２２６と１２３〜１２６との間に、複数の尾根と複数の溝が作られており、したがって、前述の流体の意図している流れの主な方向に対して異なるように傾斜している。その結果、プレート２０１と１０１の交差している複数の尾根と溝の中間角度は、ゾーン２３と２４において１２０°に、ゾーン２５において１０８°に、ゾーン２６において９６°になる。
【００４５】
ゾーン２３と２４において、通路１７の流れ抵抗が最も高くなる。流れ抵抗は、ゾーン２５において幾分減少し、ゾーン２６においてさらに幾分減少することになる。このように、流体の流れの分配が最適化されるが、これは、ゾーン２３と２４を通して流れている流体の流れの経路は、たとえばゾーン２６を通した流体の流れよりも幾分短いからである。
【００４６】
上側の熱伝導領域２１８、１１８において、複数の尾根と複数の溝の角度ははるかに小さい。熱伝導領域２１８、１１８の間では、比較的低い流れ抵抗を有している上側の熱伝導通路１８が作られる。図示している例において、上側の熱伝導領域２１８、１１８は、第１の熱伝導領域２２０、１２０と第２の熱伝導領域２２１、１２１の２つの領域に分割されている。第１と第２の熱伝導領域の複数の尾根と複数の溝との角度は、同じであるが、方向が異なっている。したがって、角度は、熱伝導領域に応じて、時計回りまたは反時計回りの方向に計測されることになる。上側の熱伝導領域全体が表面全体にわたって同じ角度を有するようにすることも可能である。
【００４７】
図示している例において、熱伝導領域２１８の複数の尾根と複数の溝の角度は２４°である。領域１２８の複数の尾根と複数の溝は、同様であるが、鏡像のように反転している。したがって、プレート２０１と１０１の交差している複数の尾根と複数の溝の中間の角度は上側の熱伝導通路１８については４８°になる。
【００４８】
これらの角度に対して設定されている値は、本熱交換器の特定の熱交換の課題を考慮して選択されている。もちろん、他の熱交換の課題に対しては、他の値も選択することができる。下側の熱伝導領域２１７、１１７の部分の角度は、４５°〜６５°の間の範囲になることが好ましい。上側の熱伝導領域２１８、１１８の角度は、２０°〜３０°の間の範囲になることが好ましい。領域２１７、１１７の最小角度と領域２１８、１１８の最小角度との差は、１５°よりも大きいことが好ましい。この角度の差によって、通路１７内の流れの抵抗と通路１８内の流れの抵抗との間の良好な釣り合いが得られ、蒸発過程を早く開始することを助け、同時に蒸発した流体が上側の熱伝導通路を容易に通過できるようにすることになる。
【００４９】
下側の熱伝導通路１７内で複数の尾根と複数の溝との角度を比較的大きくすると、流れの抵抗が比較的高くなる。これによって、熱伝導通路内、つまり熱伝導通路の下側部分で蒸発を早期に開始させることができ、それが今度は熱交換器内の蒸発と熱伝導の効率を向上させることになる。上側の熱伝導通路１８内の複数の尾根と複数の溝の角度は、比較的小さい値が設定されている。これによって、流れの抵抗が小さくなり、それが通路内の圧力低下を小さくすることになる。流体はこの通路内で多少蒸発するので、流体の体積ははるかに大きくなり、そのため低い流れ抵抗は有利である。
【００５０】
下側の熱伝導通路１７から、流体と発生した蒸気とは上側の熱伝導通路１８を通して蒸発通路内を上昇し続ける。流体と発生した蒸気に対するこの流れ抵抗は、下側の熱伝導通路１７内の一方の垂直の側から他方の側へ減少する。流れ抵抗は、熱伝導通路１７と１８内の流体の流れの方向に沿っても減少する。それから流体と発生した蒸気とは、上側の分配領域２１９と１１９の間に作られている上側の分配通路１９まで流れ続け、さらに出口ポート６を通して流れる。
【００５１】
加熱媒体用の流路３内では、流れは反対方向に発生する。ここでは、蒸気が蒸気入口ポート８を通して供給され、流路３内では流れ経路に沿って増加する流れ抵抗を受ける。図示している例において、２つの凝縮物出口９、１０を示しているが、１つだけを使用することもできる。
【００５２】
蒸気が入口ポート８を通して流路３に流入すると、蒸気は、中間の分配通路を通して上側の分配領域１１９、２１９の間に作られている上側の分配通路６９まで運ばれ、そこで蒸気は通路の幅にわたって均等に分配される。蒸気の凝縮も上側の分配通路内で始まる。それから、蒸気と凝縮物は、熱伝導通路６６に流入し、そこで、凝縮の大部分が行われる。熱伝導通路６６は、上側の熱伝導通路６８と下側の熱伝導通路６７とを有している。上側の熱伝導通路６８は、熱伝導領域１１８、２１８の間に作られており、下側の熱伝導通路は熱伝導領域１１７、２１７の間に作られている。この例において、熱伝導領域１１８、２１８は、第１の熱伝導領域１２０、２２０と第２の熱伝導領域１２１、２２１とに分割されている。上側の熱伝導通路６８内の複数の尾根と複数の溝の角度は比較的小さいので、上側の熱伝導通路内の流れ抵抗は比較的小さい。これによって、凝縮していない蒸気はかなり容易に上側の熱伝導通路を通って移動できるようになる。下側の熱伝導通路６７内の複数の尾根と複数の溝の角度は、比較的高い流れ抵抗になるように比較的大きい。
【００５３】
下側の熱伝導領域１１７、２１７の間に作られている下側の熱伝導通路６７内の流れ抵抗は、複数の尾根と複数の溝の大きい角度のせいで比較的高いため、流路３内の熱伝導はいくらか改善されることになる。流れ抵抗が熱伝導通路６７の水平方向にいくらか変化することが、流路３内の流れに大きく影響することはないが、それは、流体が通路６７に流入する前に供給された蒸気の主な部分または全部が凝縮しているからである。下側の熱伝導通路６７内の流れ抵抗も上側の熱伝導通路６８内の蒸気の流れの分配に本質的な程は影響しない。
【００５４】
熱交換器の効率をさらに向上させるために、下側の分配通路１５内の圧力低下を増加させ、上側分配通路１９内の圧力低下を減少させるように、流路２の複数の分配経路、つまり蒸発流路内の圧力低下を制御してもよい。これらの分配通路内の圧力低下は、熱伝導プレート２０１、２０１の分配領域２１５、１１５内の中立平面のプレス深さを変更することによって制御することができる。
【００５５】
分配通路１５内の流れ抵抗が増加すると、この通路内の流体の蒸発がより早く始まることになって、それが熱交換器の効率を向上させることになる。図４は下側の分配領域の分配パターンの図を示している。パターンは複数の尾根２０、複数の溝２１、および中立平面２２を有している。中立平面からの尾根の高さはａと表され、中立平面からの溝の深さはｂと表される。溝から尾根への高さ、つまりａ＋ｂはプレートのプレス深さである。
【００５６】
同じ種類の分配パターンを有している従来の熱伝導プレートの分配パターンにおいては、ａとｂの寸法は通常同じである。本発明の熱伝導プレートの下側の分配領域においては、流れ抵抗を制御するために、この関係は変更されている。したがって、寸法ｂは寸法ａよりも大きい、つまり溝は尾根の高さよりも深い。分配通路が間に造られるように２つのプレートが隣接して取り付けられると、２つの隣接している領域の複数の尾根２０は支持し合うことになる。これは、２つの中立平面の間の距離がａ＋ａとなることを意味し、寸法ａはより小さいため、通路の高さは１プレス深さよりも短いことになる。複数の尾根は主な流れの方向に並行に配置されているため、流れの主な部分は複数の尾根の間のこの通路を通して流れることになる。したがって、分配通路１５を通した流れの抵抗は増加することになる。
【００５７】
尾根の高さに相当している中立平面の高さ位置の偏りは、３０〜８０％の領域にあることが有利である。これは、下側の分配領域内の尾根の高さが、プレートのプレス深さの半分の０．３から０．８となることを意味している。それに応じて、溝の深さがプレス深さの半分の１．７から１．２になるように、寸法ｂは逆になる。
【００５８】
同時に、流路３の分配通路６５の流れ抵抗は、幾分減少する。分配通路６５内の流れの方向は、出口ポート９、１０に向けられているため、流れの方向は、複数の溝におおよそ並行である。両中立平面の間の距離は、ここではｂ＋ｂ、つまり、１プレス深さよりも長く、したがって、流れの抵抗は幾分減少する。分配通路６５内において、複数の分配領域の複数の溝は支持し合うことになる。
【００５９】
上側の分配通路１９内において、流れ抵抗は幾分減少する。流体のほとんどまたは全てが上側の分配通路内では蒸発していることになるので、体積が大きい蒸気の流れが促進される。これによっても、熱交換器の効率が向上することになる。図５は上側の分配領域の分配パターンの図を示している。パターンは複数の尾根２０、複数の溝２１、および中立平面２２を有している。中立平面からの尾根の高さはａと表され、中立平面からの溝の深さはｂと表される。溝から尾根への高さ、つまりａ＋ｂはプレートのプレス深さである。
【００６０】
上側の分配領域において、寸法ａは寸法ｂよりも大きくなるように、つまり尾根の高さが溝の深さよりも大きくなるように、中立平面からの複数の尾根の高さは幾分より大きい。分配通路が間に造られるように２つのプレートが隣接して取り付けられると、２つの隣接している領域の複数の尾根２０は互いに支持することになる。これは、２つの中立平面の間の距離がａ＋ａとなることを意味し、寸法ａはより大きいため、通路の高さは１プレス深さよりも長いことになる。上側の分配通路内の流れの分配は、分配パターンの複数の尾根に対して主に平行である。したがって、分配通路１９を通した流れ抵抗は減少することになる。
【００６１】
上側の分配領域については、尾根の高さに対応している中立平面の高さ位置の偏りは、１７０〜１２０％の領域にあることが有利である。これは、上側の分配領域内の尾根の高さが、プレートのプレス深さの半分の１．７から１．２となることを意味している。それに応じて、溝の深さがプレス深さの半分の０．３から０．８になるように、寸法ｂは逆になる。
【００６２】
流路３内の上側の分配通路６９内の流れ抵抗は、同時に幾分増加することになる。分配通路６９内の流れの方向は、入口ポート８から熱伝導通路６６に向けられており、これは流れがパターンの複数の溝に主に並行になることを意味している。通路内の両中立平面の間の距離はｂ＋ｂであり、寸法ｂはより小さいため、流れ抵抗は幾分増加することになる。分配通路６９内において、複数の分配領域の複数の溝は支持し合うことになる。
【００６３】
下側の分配通路内の流れ抵抗は、単独でまたは上側分配通路と組み合わせて変更してもよい。得られた流れ抵抗は、もちろん、取り付けられている装置全体の中の圧力低下に対応していなければならない。
【００６４】
図面に示している本発明の実施形態において、熱伝導プレート２０１と１０１との両方が、熱交換器内に取り付けられたときに、通路１７において、異なる複数の波形パターンと５、６個の異なる熱伝導ゾーンとを備えている、下側の熱伝導通路１７と上側の熱伝導通路１８とを構成する。しかし、熱伝導プレートが１つだけこのように分割され、他方の熱伝導プレートは熱伝導領域全体にわたって同じ波形パターンを有している場合でも、本発明の目的としている効果を得ることができる。さらに、両プレートの様々な領域２１７〜２１８と１１７〜１１８と、下側の熱伝導領域の様々な部分２２３〜２２６と１２３と１２６は、互いに直接対向して配置されているように示しているが、代替として、これらは部分的にのみ重なるように位置していてもよい。また、領域と部分との数と大きさは、もちろん変化してもよい。
【００６５】
本発明によって、熱交換器の全体的な熱性能が相当に改善されている、改良されたプレート熱交換器を得ることができる。これは主に蒸発流路の熱伝導通路の下側部分の流れの抵抗の増加のためである。本発明は、前述の実施形態によって制限されると見なされるべきではなく、以降の特許請求の範囲において多数の追加の変形と修正とが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  熱伝導プレート組み立て品
２  流路
３  流路
４  垂直方向の軸線
５  流体入口ポート
６  出口ポート
８  蒸気入口ポート
９  凝縮物出口ポート
１０  凝縮物出口ポート
１１  流れの方向
１２  流れの方向
１５  下側の分配通路
１６  熱伝導通路
１７  下側の熱伝導通路
１８  上側の熱伝導通路
１９  上側の分配通路
２０  尾根
２１  溝
２２  中立平面
２３  第１の熱伝導ゾーン
２４  第２の熱伝導ゾーン
２５  第３の熱伝導ゾーン
２６  第４の熱伝導ゾーン
６５  下側の分配通路
６６  熱伝導通路
６７  下側の熱伝導通路
６８  上側の熱伝導通路
６９  上側の分配通路
１０１  熱伝導プレート
１０４  垂直方向の軸線
１０５  流体入口ポートホール
１０６  出口ポートホール
１０８  蒸気入口ポートホール
１０９  凝縮物出口ポートホール
１１０  凝縮物出口ポートホール
１１５  下側の分配領域
１１６  熱伝導領域
１１７  下側の熱伝導領域
１１８  上側の熱伝導領域
１１９  上側の分配領域
１２０  第１の熱伝導領域
１２１  第２の熱伝導領域
１２２  密封溝
１２３  第１の熱伝導部分
１２４  第２の熱伝導部分
１２５  第３の熱伝導部分
１２６  第４の熱伝導部分
２０１  熱伝導プレート
２０４  垂直方向の軸線
２０５  流体入口ポートホール
２０６  出口ポートホール
２０８  蒸気入口ポートホール
２０９  凝縮物出口ポートホール
２１０  凝縮物出口ポートホール
２１５  下側の分配領域
２１６  熱伝導領域
２１７  下側の熱伝導領域
２１８  上側の熱伝導領域
２１９  上側の分配領域
２２０  第１の熱伝導領域
２２１  第２の熱伝導領域
２２２  密封溝
２２３  第１の熱伝導部分
２２４  第２の熱伝導部分
２２５  第３の熱伝導部分
２２６  第４の熱伝導部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2011524513.tif 000009
2011524513.tif 000010
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