(57)【要約】  本発明は、プレートスタック（２）と、プレートスタック（２）を包囲するハウジング（１）とからなり、プレートスタック（２）中のプレート（２ａ）は、隣り合ったプレート間隙が交互に一の媒体と少なくとも別の媒体とによって貫流され得るようにして、互いに結合され、一方の媒体は、スタック方向に延びる貫流路を経て、プレートスタック（２）に流入、ないし、同所から流出可能であり、他方の媒体は、ハウジング（１）とプレートスタック（２）との間の外側周囲の間隙を経て、対応するプレート間隙に流入、ないし、同所から流出可能であるプレート式熱交換器に関する。本発明の特徴は、以下の材料コンビネーションが採用されていること、すなわち、プレートスタック（２）中の前記プレート（２ａ）は公知の耐食性材料で構成されているのに対して、ハウジング（１）は、媒体が作用する内面にエナメルコーティングが施された非耐食性材料で構成されている点にある。
2015524044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートスタック（２）と、前記プレートスタック（２）を包囲するハウジング（１）とからなり、
前記プレートスタック（２）中のプレート（２ａ）は、隣り合ったプレート間隙が交互に一の媒体と少なくとも別の媒体とによって貫流され得るようにして、互いに結合され、
前記一方の媒体は、スタック方向に延びる貫流路を経て、前記プレートスタック（２）に流入、ないし、同所から流出可能であり、
前記他方の媒体は、前記ハウジング（１）と前記プレートスタック（２）との間の外側周囲の間隙を経て、前記対応するプレート間隙に流入、ないし、同所から流出可能であるプレート式熱交換器であって、
以下の材料コンビネーションが採用されていること、すなわち、前記プレートスタック（２）中の前記プレート（２ａ）は公知の耐食性材料で構成されているのに対して、前記ハウジング（１）は前記媒体が作用する内面にエナメルコーティングが施された非耐食性材料で構成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ハウジング（１）は、エナメルコーティングが施された黒色鋼板で構成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】
前記エナメルコーティングは、多層コーティング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４】
前記エナメルコーティングは、少なくともベースコーティングと、少なくともトップコーティングとから構成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５】
前記エナメルコーティングは、少なくともそのトップコートに、５０％以上、好ましくは６０％以上のＳｉＯ２を含有していることを特徴とする請求項１または４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記エナメルコーティングは、少なくともそのトップコートに、３．５％以上、好ましくは４．５％以上のＴｉＯ２を含有していることを特徴とする請求項１または４に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記エナメルコーティングは、少なくともそのトップコートに、１２％以上、好ましくは約１５％のＮａ２Ｏを含有していることを特徴とする請求項１または４に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記エナメルコーティングは、少なくともそのトップコートに、Ｂ２Ｏ３および／またはＣａ２Ｏおよび／またはＬｉ２Ｏおよび／またはＭｏＯ３および／またはＭｎＯおよび／またはＺｒＯ２および／またはＦを、好ましくはそれぞれ一桁代の百分率範囲で含有していることを特徴とする請求項１または４に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記エナメルコーティングは、少なくともそのトップコートに、ＢａＯおよび／またはＣｏＯおよび／またはＶ２Ｏ５を、好ましくはそれぞれ千分率範囲で含有していることを特徴とする請求項１または４に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記エナメルコーティングは、約１ｍｍから約３ｍｍの厚さ、好ましくは約１．５ｍｍから約２．５ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記ハウジング（１）は、溶接された、同じくエナメルコーティングが施された黒色鋼板で構成された流れを制御するためのビルトイン部（１ａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記ハウジング（１）は、溶接された、同じくエナメルコーティングが施された黒色鋼板で構成された接続管（５，６）を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記ハウジング（１）は互いにネジ締め可能なハウジング部（１ａ，１ｂ）を有す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、プレートスタックと、前記プレートスタックを包囲するハウジングとからなり、前記プレートスタック中のプレートは、隣り合ったプレート間隙が交互に一の媒体と少なくとも別の媒体とによって貫流され得るようにして、互いに結合され、前記一方の媒体は、スタック方向に延びる貫流路を経て、前記プレートスタックに流入、ないし、同所から流出可能であり、前記他方の媒体は、前記ハウジングと前記プレートスタックとの間の外側周囲の間隙を経て、前記対応するプレート間隙に流入、ないし、同所から流出可能であるプレート式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなプレート式熱交換器は数多くの実施態様が知られている。本発明は、複数のプレートがそれらの周縁およびそれらの一部の貫流口周りにシールを有し、かつ、前記複数のプレートがスタック方向にぴったり圧接された構造形態にも関する。この構造形態は、プレートスタックを容易に開放、点検、クリーニングすることができるという利点を有している。
【０００３】
ただし、本発明はさらに、不要な繰り返しを回避するためそれらの開示内容が本出願の開示内容に含まれる米国特許第６，１５８，２３８号明細書、米国特許出願公開第２００５／００３９８９６号明細書、国際公開第２００８／０４６９５２号および国際公開第２０１０／１４９８５８号に記載の全面溶接されたプレート式熱交換器にも関する。この場合、前記プレートスタックは多数のプレートペアからなり、各プレートペアは、少なくともそれらの外周に沿って互いに溶接された二枚のプレートによって構成される。各プレートは、一方の媒体が貫流するための少なくとも二つの開口を有しており、隣り合ったプレートペアは、これらの開口に沿って溶接されることにより互いに結合されているために、前記媒体はこれらの開口を通って一方のプレートペアから隣のプレートペアに達する。これに対して、他方の媒体は前記ハウジングと前記プレートスタックとの間の間隙を貫流し、前記プレートスタックの外周を経て、前記隣り合ったプレートペア間の間隙に達する。
【０００４】
さらに、本発明はまた、上述した二つのプレート式熱交換器のミックスタイプ、したがって、二枚のプレートが互いに溶接されて構成されるプレートペアがシールを介して互いに押圧され、それゆえ隣り合ったプレートペア間の間隙のみが常に開放されている、一部溶接された熱交換器にも関する。
【０００５】
またこれらのプレート式熱交換器は、二以上の媒体が熱交換に関与するまたは熱交換を行なうプレート間隙が直接に連続するだけではなく、たとえば安全バッファとして機能する不活性のプレート間隙を介在させて構成することも可能であることは言うまでもない。
【０００６】
したがって、冒頭に、隣り合ったプレート間隙は交互に一の媒体と、少なくとも別の媒体とによって貫流され得ると言明されている限りで言えば、そのことは、それが常に直接に隣り合った間隙でなければならない、ということを意味しているわけではない。むしろ、直接に隣り合った間隙の間に、停留媒体であれ、貫流媒体であれ、第三の媒体が収容されていてもよい。
【０００７】
プレート式熱交換器の材料に関して言えば、クロムおよびニッケルが合金化されたステンレス鋼を使用するのが通例である。さらに、たとえば酸に関する耐食性を確保するために、その他の合金成分としてモリブデンを添加する、あるいはチタン、ニッケルまたはそれらの合金製のプレートを使用することも知られている。ただし、これらの材料は、非常に高価であるという短所を有している。それゆえ、国際公開第２００８／０４６９５２号により、多くの使用事例にとって十分な耐食性をもたらすために、０．０５％から２．１％の炭素含有量を有する炭素鋼から、熱交換器のプレートおよびハウジングを製造することが公知となるに至っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，１５８，２３８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００３９８９６号明細書
【特許文献３】国際公開第２００８／０４６９５２号
【特許文献４】国際公開第２０１０／１４９８５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述した構造形態の熱交換器を改良し、一方で優れた耐食性を保証し、同時に、他方で従来よりも製造コストの大幅な低減化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、本発明により、以下の材料コンビネーションが採用されていること、すなわち、前記プレートスタックの前記プレートは公知の耐食性材料、特に特殊鋼で構成されているのに対して、前記ハウジングは前記媒体が作用する内面にエナメルコーティングが施された非耐食性材料で構成されていることにより解決される。
【００１１】
この材料コンビネーションにより、前記ハウジングの材料コストは、耐食性を損なうことなく、大幅に減少する。したがって、コスト削減を実現してなお優れた耐食性を達成することができる。
【００１２】
基本的に、前記熱交換器の前記ハウジングは、十分な安定性と強度を有すると共にエナメルコーティングの支持体として適している限りで、ほぼ任意の材料で構成することが可能である。特に好適なのは、エナメルコーティングを施した黒色鋼板によってハウジングを製造することである。
【００１３】
エナメルコーティングについては、前記ハウジングの金属製支持体材料に対する良好な付着、およびその平滑化の点で優れたベースエナメルコーティングと、優れた科学的耐性、特に耐酸性を有するトップエナメルコーティングとから構成される多層エナメルコーティングを使用するのが好適である。
【００１４】
エナメルコーティングの、少なくともトップコートに関する、物質組成に関しては、前記コーティングは、５０％以上、好ましくは６０％以上のＳｉＯ２および／または３．５％以上、好ましくは４．５％以上のＴｉＯ２および／または１２％以上、好ましくは１５％以上のＮａ２Ｏを含有しているのが望ましい。
【００１５】
さらに、エナメルコーティングは、少なくともそのトップコートに、Ｂ２Ｏ３および／またはＣａ２Ｏおよび／またはＬｉ２Ｏおよび／またはＭｏＯ３および／またはＭｎＯおよび／またはＺｒＯ２および／またはＦを、好ましくはそれぞれ一桁代の百分率範囲で含有しているのが望ましい。加えて、ＢａＯおよび／またはＣｏＯおよび／またはＶ２Ｏ５を好ましくはそれぞれ千分率範囲で添加するのが望ましい。
【００１６】
エナメルコーティングの厚さは約１ｍｍから３ｍｍ、好ましくは約２ｍｍである。
【００１７】
ハウジングに溶接されるのが通例の接続管について、当業者には公知の別法、特に特殊鋼の使用が提供される。ただし、これらの接続管に、それらがハウジングとプレートパケットとの間の間隙を貫流する媒体用に設けられている限りにおいて、同じくエナメルコーティングを施した黒色鋼板を使用することも本発明の範囲に属する。
【００１８】
本発明のその他の特徴および利点は以下に述べる実施形態の説明ならびに図面から判明するとおりであり、各図は以下を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるプレート式熱交換器の、プレートの横断方向による断面図である。
【図２】プレートペアの外側および内側の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面には、公知の方法でプレートパケット２を包囲しているハウジング１が認められる。前記ハウジング及び前記プレートパケットは、長方形の輪郭を有してよいだけでなく、また同じく、円形またはその他の形状の輪郭を有していてもよい。
【００２１】
プレートパケット２は、ペアをなして互いに溶接された複数のプレート２ａで構成されており、各プレートペアは媒体によって貫流され、前記媒体は、前記プレートパケットの上部領域に配された少なくとも一本の接続管３を経て供給され、前記プレートパケットの下部領域に配された少なくとも一本の接続管４を経て排出させられる。これらのプレート２ａは、そのために、それ自体公知のように、接続管３および４と整列する貫流口を有している。
【００２２】
隣り合ったプレートペアは少なくともこれらの貫流口に沿って互いに溶接されているので、すべての隣り合ったプレートペアの間に、別の媒体が貫流するための貫流隙間が生ずる。この別の媒体は、接続管５を経てプレートパケット２の上部周縁に供給され、下部周縁でプレートパケットから出て、接続管６を経て導出される。その際、それ自体公知のビルトイン部１ａがハウジング１に設けられていることにより、後述した媒体はプレートパケットの外側を周回して流れることなく、プレートペア間の前記隙間を貫流せざるを得ないことになる。
【００２３】
上記の熱交換器は、全面的に溶接されて、シールを必要としない態様に製作される。熱交換器は、並流、向流または直交流と、選択された流れ方向に応じて運転が可能である。
【００２４】
ところで、重要な点は、ハウジング１は非耐食性材料で構成されており、その、少なくとも前記媒体が作用する限りの、内壁には、すべて約２ｍｍの厚さの工業的なエナメルコーティングが施されていることである。それに対して、プレートパケット２とその接続管３および４とは、耐食性の特殊鋼で構成されている。
【００２５】
上述したハウジング１の内壁のエナメルコーティングについて言えば、前記コーティングは、プレートスタック２の端面側だけでなく前記プレートスタックの円周領域にも配置されている上述した流れを制御するためのビルトイン部１ａにも当てはまることは言うまでもない。
【００２６】
ハウジング１の形成については、その少なくとも一端が開放され、同所に着脱可能な蓋が設けられていることが好ましい。この蓋の、前記媒体が作用する側面にも、同じく上記のエナメルコーティングが施されていてよいことは言うまでない。蓋をネジ締めする際に、対向するエナメル層が直接接触してしまう場合には、耐食性のプラスチック製の弾性的なシールを介在させて、直接的な接触が回避されるようにするのが好ましい。
【００２７】
エナメルコーティング、少なくともその外側トップコート、の特に好適な組成は、次のように定義することができる：
６５％のＳｉＯ２、１５％のＮａ２Ｏ、５％のＴｉＯ２、３．５％のＺｒＯ２、２．５％のＢ２Ｏ３、１．８％のＦ、１．７％のＬｉ２Ｏ２、１．４％のＭｎＯ、１．１％のＭｏＯ３、１％のＣａ２Ｏ、０．３％のＢａＯ、０．２５％のＶ２Ｏ５および０．１％のＣｏＯ。
この場合、上記の百分率を当初の値からそれぞれ５％から１０％だけ増減することも本発明の範囲に属することは言うまでもない。
【００２８】
図２は、隣り合ったプレートペア同士、及びプレートペアのプレート同士が、互いに結合され、または着脱式に接続する方法を示したものであり、図２の左半分は前者すなわち隣り合ったプレートペア同士の結合を示しており、図の右半分は後者すなわちプレートペアのプレート同士の結合を示している。
【００２９】
図１において接続管に使用された符号に基づいて、上部の接続管３に対応するプレート２ａの貫流口には符号３ａが付され、下部の接続管４に対応する貫流口には符号４ａが付されている。
【００３０】
左に示す平面図においてプレートペアの外側でなされる隣り合ったプレートペア同士の接続は、着脱式であるか非着脱式であるかにかかわりなく、貫流口３ａおよび４ａの円周に沿って、したがって、黒く塗りつぶした領域１３ａおよび１４ａにて行なわれる。隣り合ったプレートペア同士はこれらの領域、前記領域は実際には、図示した１８０°の半円周領域ではなく３６０°に及ぶ全円周領域として思量されなければならない、で互いに溶接されていてよい。
【００３１】
溶接に代えて、着脱式の接続を思量することも同じく可能である。その場合には、黒く塗りつぶした領域、この場合にも前記領域は開口の全円周に及んでいることは言うまでもない、にシールが配置され、プレートペアは外側から軸方向に圧縮されることにより、隣り合った一連のプレートペア同士は貫流口３ａおよび４ａの円周領域で封止されて連続的に連結されることになる。
【００３２】
いずれの場合にあっても、溶接またはシールの領域１３ａおよび１４ａの外側の、隣り合ったプレートペア同士の間に生ずる間隙は、接続管５および６を経て供給ないし排出される別の媒体によって貫流されることになる。
【００３３】
図２の右側半分には、同一プレートペアを形成する二枚のプレート同士の結合が、プレートペアの内側から見た図によって、示されている。この場合、プレート同士はそれぞれそれらの外周に沿って互いに溶接されているまたは着脱式に中間シールに圧接されている。この溶接領域またはシール領域には符号１５が付されており、この場合にも、前記溶接領域またはシール領域は全円周領域、したがって３６０°に及んでいると思量されなければならない。
【００３４】
貫流口３ａおよび４ａは、前記媒体が貫流口３ａからプレートペア内部の空間を通って貫流口４ａに流入することができるように、プレートペア内部の空間に向かって開放されている。
【００３５】
この熱交換器は図１および２に概略的に示されているだけであるが、それは本願発明が特別な材料コンビネーションのみに係わり、流れ方式ならびにプレートの溶接態様は従来の技術と同じだからである。
【００３６】
結果として、本発明は上述した材料コンビネーションを通じ比較的低い製造コストにて優れた耐食性の実現を可能とする点で卓越している旨確認することができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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