(57)【要約】  本発明は、プレート熱交換器１２のための熱交換プレート１７に関し、第１の面と第２の面と中心点Ｐとを含み、仮想中心軸線Ａが中心点を通過してプレート１７の平面に直交する方向に延在し、プレート１７は、第１の媒体のための第１のポート３０と第２の媒体のための少なくとも第２のポート３１および第３のポート３２とを備え、さらに、第１のポート３０周りで第２の面に配置される第１のシーリング３５と、プレート１７の周縁で第２の面に配置される第２のシーリング３６と、第１の熱交換領域３８と第２の熱交換領域３９とを形成するよう第１および第２のシーリング３５、３６間に配置される閉じた第３のシーリング３７と、を備える。第２のポート３１が第１の熱交換領域３８に設けられ、かつ第３のポート３２が第２の熱交換領域３９に設けられる。本発明はそうしたプレートを備えるプレート熱交換器およびそうした熱交換器を備える加熱デバイスに関する。
2015537182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート熱交換器（１２）のための熱交換プレート（１７）であって、
第１の面と、第２の面と、中心点（Ｐ）と、を含み、仮想中心軸線（Ａ）が前記中心点を通過して前記プレート（１７）の平面に直交する方向に延在しており、
前記プレート（１７）は、第１の媒体のための第１のポート（３０）と、第２の媒体のための少なくとも第２のポート（３１）および第３のポート（３２）と、を備えており、
シーリング（３７）が、第１の熱交換領域（３８）と第２の熱交換領域（３９）とを形成するよう前記第２の面に配置されており、前記第２のポート（３１）が前記第１の熱交換領域（３８）に設けられており、かつ前記第３のポート（３２）が前記第２の熱交換領域（３９）に設けられており、かつ前記第２の熱交換領域（３９）は、前記第１のポート（３０）周りにおいて前記プレート（１７）を冷却するために、設けられていることを特徴とする熱交換プレート。
【請求項２】
前記第１のポート（３０）周りにおいて前記第２の面に配置された第１のシーリング（３５）と、前記プレート（１７）の周縁において前記第２の面に配置された第２のシーリング（３６）と、を備えており、
前記第１および第２のシーリング（３５、３６）間に配置されて前記熱伝達領域（３８、３９）を形成する前記シーリングは第３のシーリング（３７）であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換プレート。
【請求項３】
前記第１のポート（３０）は、前記プレート（１７）の中央に設けられており、かつ、前記第２の熱交換領域（３９）は、前記第１のポート（３０）と前記第１の熱交換領域（３８）との間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換プレート。
【請求項４】
前記プレート（１７）および前記熱交換領域（３８、３９）は環状であり、かつ前記第１のポート（３０）は円形であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換プレート。
【請求項５】
前記プレート（１７）の前記第１の面には、第１のパターンが設けられており、かつ前記第２の面には、前記第１のパターンとは異なる第２のパターンが設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換プレート。
【請求項６】
前記第１の熱交換領域（３８）において前記第２の媒体のために設けられる第４のポート（３３）と、前記第２の熱交換領域（３９）において前記第２の媒体のために設けられる第５のポート（３４）と、を備えており、
前記第２のポート（３１）および前記第４のポート（３３）は、前記中心軸線（Ａ）を通るとともに前記プレート（１７）の平面上にある仮想的な第１のライン（Ｂ）上において、前記中心軸線（Ａ）の両側に配置されており、前記第３のポート（３２）および前記第５のポート（３４）は、前記中心軸線（Ａ）を通るとともに前記プレート（１７）の平面上にある仮想的な第２のライン（Ｃ）上において、前記中心軸線（Ａ）の両側に配置されており、かつ前記第２のライン（Ｃ）は、前記第１のライン（Ｂ）と前記第２のライン（Ｃ）との間に角度（α）を形成するように、前記第１のライン（Ｂ）に対して前記中心軸線（Ａ）を中心に変位されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換プレート。
【請求項７】
前記第１のラインと前記第２のラインとの間の前記角度（α）は、０から９０度、１０から８０度、または２０から７０度であることを特徴とする請求項６に記載の熱交換プレート。
【請求項８】
前記第１の面は、前記第１の媒体を前記第１のポート（３０）から前記プレート（１７）の前記周縁を越えるよう半径方向に流動させるために設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱交換プレート。
【請求項９】
第１の端部プレート（ｐ１）と、第２の端部プレート（ｐ１２）と、前記第１の端部プレート（ｐ１）と前記第２の端部プレート（ｐ１２）との間に配置される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の複数の熱交換プレート（ｐ２〜ｐ１１）と、を有するプレートパッケージを備えるプレート熱交換器（１２）であって、
前記プレート（ｐ１〜ｐ１２）は、これらプレート間における前記第１の媒体のための第１の間隙を１つおきに、かつこれらプレート間における第２の媒体のための第２の間隙を１つおきに、形成するよう配置され、かつ、
前記プレート（ｐ１〜ｐ１２）は、前記第１の媒体が前記第１の間隙内で前記第１のポート（３０）と前記プレート（ｐ１〜ｐ１２）の周縁の外側のポジションとの間で半径方向に流動可能なように、前記第１の間隙において、前記第１のポート（３０）と前記プレート（ｐ１〜ｐ１２）の周縁との間に半径方向の通路を形成するよう配置されることを特徴とするプレート熱交換器。
【請求項１０】
前記プレート熱交換器は、前記第２の端部プレート（ｐ１２）において、前記第２のポート（３１）と前記第３のポート（３２）との間の通路が設けられており、それにより前記第２の媒体がこれらポート間を流動可能とな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。
【請求項１１】
前記プレート（ｐ２〜ｐ１２）の各々の前記第１のポート（３０）は、隣接するプレートの第１のポート（３０）と向かい合って配置されており、かつ前記プレート（ｐ１〜ｐ１１）の各々の前記第２のポート（３１）は、隣接するプレートの前記第２のポートと向かい合って配置されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプレート熱交換器。
【請求項１２】
前記プレートは対となるよう設けられており、かつ一対の隣接するプレートの前記第３のポート（３２）は、互いに向かい合って配置されており、かつ隣接する一対のプレートの第３のポートは、互いに対して前記中心軸線（Ａ）周りに配置されていることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１３】
前記プレートの前記第１の面は互いに向き合っており、かつ前記プレートの前記第２の面は互いに向き合っていることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１４】
前記プレートパッケージは、プレートアンドシェル熱交換器を形成するシェル（１３）内に配置されることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１５】
燃料の触媒燃焼により第１の媒体を提供するための触媒（１５）が設けられたバーナー（１１）と、
前記第１の媒体から前記第２の媒体へ熱を伝達するために前記バーナー（１１）に接続される請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のプレート熱交換器（１２）と、
を備えることを特徴とする加熱デバイス。
【請求項１６】
前記バーナー（１１）は、燃料のための流入部（１４）を有する外側カバー（２３）と、前記燃料のための流入部（２６）を有するとともに前記外側カバー（２３）内に配置される内側カバー（２４）とを、流入する燃料を前記内側カバー（２４）周りにそして前記内側カバー（２４）の前記流入部（２６）へ向けて導入するための空間（２５）が前記外側カバー（２３）と前記内側カバー（２４）との間に形成されるように、備えており、
前記触媒（１５）は、燃焼ガスの形態の第１の媒体を提供するために前記内側カバー（２４）内に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記外側および内側カバー（２３、２４）は円筒形状のものであり、前記内側カバー（２４）は前記外側カバー（２３）と同心状に設けられており、
前記流入部（１４）は、前記外側カバー（２３）の曲面に設けられており、かつ前記流入開口（２６）は、前記内側カバー（２４）の第１の基部に配置されており、一方で前記内側カバー（２４）の第２の基部は、開放されているとともに前記プレート熱交換器（１２）を向くよう配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記触媒（１５）は先細形状のものであることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記触媒（１５）は円錐形または半球形に形成されたものであることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
複数の熱交換プレート（ｐ１〜ｐ１２）を有する熱交換器（１２）内で第１の媒体および第２の媒体の間で熱交換するための方法であって、
前記熱交換器（１２）は、前記プレートの平面に直交して延在する仮想中心軸線（Ａ）を有しており、かつ第１の媒体のための第１の間隙と第２の媒体のための第２の間隙とを交互に形成しており、
前記方法は、
ａ）前記熱交換プレートに設けられた第１のポート（３０）を介して前記熱交換器内に前記第１の媒体を誘導するステップと、
ｂ）前記熱交換プレートに設けられた第２のポート（３１）を介して前記熱交換器内に第２の媒体を誘導するステップと、
を含み、
ｃ）前記第１の媒体を、前記第１のポート（３０）と前記熱交換プレートの周縁の外側の所定のポジションとの間で、前記第１の間隙内を半径方向に向けて導入するステップと、
ｄ）前記第２の媒体を、前記第２の間隙内で第１の熱交換領域（３８）を通るよう導入するステップと、
ｅ）前記第２の媒体を、前記第１の熱交換領域（３８）から第２の熱交換領域（３９）へ半径方向に導入するステップと、
ｆ）前記第１のポート（３０）周りの前記熱交換プレートを冷却しつつ前記第２の媒体を前記第１のポート（３０）周りに導入するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記熱交換プレートを介して前記第２の媒体を加熱しつつ、前記第１の媒体を前記熱交換プレートの中央ポジションから前記熱交換プレートの周縁を越えるように誘導するステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の間隙内の前記第２の媒体を、前記第１の熱交換領域（３８）から前記第２の熱交換領域（３９）へ、前記中心軸線（Ａ）へ向けて半径方向に導入するステップを含むことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の媒体を、前記プレートパッケージにおける前記第１の間隙間で第１の軸線方向に誘導するステップと、
前記第１および第２の媒体の反対方向の流れを形成しつつ、第２の媒体を、前記プレートパッケージの前記第２の間隙間で反対の軸線方向に誘導するステップと、
を含むことを特徴とする請求項２０から請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
複数の連続した第２の間隙の第１の熱交換領域（３８）に平行に前記第２の媒体を誘導するステップを含むことを特徴とする請求項２０から請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の熱交換領域（３９）に平行にかつ／または連続して交互に前記第２の媒体を誘導するステップを含むことを特徴とする請求項２０から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の熱交換領域（３９）に平行にかつ連続して前記第２の媒体を誘導するステップを含み、前記第２の媒体は、複数の連続的な第２の間隙を介して平行に誘導されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレート熱交換器のための熱交換プレートに関するものである。さらに本発明は、そうした熱交換プレートを複数備えるプレート熱交換器に関するものである。熱交換器は、例えば第１の媒体から熱を回収するよう、第１の媒体からの熱エネルギーを第２の媒体に伝達するために使用される。あるタイプの熱交換器は、プレートパッケージの形態で、いわゆるプレートアンドシェル熱交換器を形成するようシェル内に配置される複数の熱交換プレートを備える。
【０００２】
本発明はまた、バーナーと、該バーナーによって生成された燃焼ガスから熱エネルギーを回収するための熱交換器と、を備える加熱のためのデバイスに関するものである。このタイプの加熱デバイスは、熱や温水を生成するためにセントラルヒーターに使用することができる。本発明はさらに第１の媒体と第２の媒体との間の熱交換のための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、さまざまなタイプの熱交換器および加熱デバイスが存在してきた。加熱産業において、燃料と空気の混合体の有炎燃焼によって生成される燃焼ガスから熱エネルギー（いわゆる燃焼熱）を回収するために、成型熱交換器あるいはチューブ形状の熱交換器が使用される。有炎燃焼は高温で行われ、気相における複雑なラジカル反応を含む。コンパクトなバーナーや熱交換器の設計の実現性は燃焼技術によって制限されており、その際、効率的な燃焼を実現するように特定の炎長さが要求される。さらに炎自体があるいは炎領域が熱交換器の熱交換面に直接接触する恐れがあり、それにより多量の一酸化炭素の放出が引き起こされたり、材料の破損のリスクが引き起こされたりする。手頃で耐久性のあるものを実現するために、こうした技術的課題を埋め合わせるよう材料厚さを過剰なオーバーサイズなものとする解決法が採られてきた。そのため従来のデバイスは非効率であり、多くの空間を必要とし、また重くて高価なものであった。したがって、改善された熱交換器および加熱デバイスが必要とされていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上述の欠点および従来の課題を解消することである。本発明は、より効率的な燃焼ガスからの熱回収性と、よりコンパクトでより費用効率の高い加熱デバイスを得る実現性とをもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、プレート熱交換器のための熱交換プレートであって、該熱交換プレートは、複数のポートと第１の面と第２の面と中心点とを含み、仮想中心軸線が該中心点を通過してプレートの平面に直交する方向に延在し、該プレートが、第１の媒体のための第１のポートと、第２の媒体のための少なくとも第２のポートおよび第３のポートとを備えており、シーリングが第１の熱交換領域と第２の熱交換領域とを形成するよう第２の面に配置されており、前記第２のポートが、第１の熱交換領域に配置されており、かつ第３のポートが、第２の熱交換領域に配置されていることを特徴とする、熱交換プレートに関するものである。プレートは、第１のポートの周りにおいて第２の面に配置される第１のシーリングと、プレートの周縁において第２の面に配置される第２のシーリングと、第１の熱伝達領域と第２の熱伝達領域とを形成する第３のシーリングと、をさらに備えることができ、例えば第３のシーリングは閉じられている。第１の熱伝達領域は、第２の熱交換領域から離間される。熱交換プレートのこうしたデザインによって、第１の媒体から第２の媒体への効率的な熱伝達が可能となると同時に、過熱、特に第１のポート周りのリムでの過熱が避けられる。さらにこれによって、熱機械的現象および非常に高い温度に起因するクラックの形成が防止され、かつそうしたプレートを備える熱交換器が長い耐用期間を得ることが可能となる。加えて熱交換器は、熱交換器内での流れ方向が半径方向に反対となりかつ第２の媒体が熱交換器のプレートパッケージを経て平行に順に流動できるように構成できる。効率的な熱伝達器によって、例えば水の形態の第２の媒体の沸騰を避けることができ、さらに湯垢化合物の析出を低減できる。また燃焼ガスの形態の第１の媒体の凝縮不良を避けることができる。
【０００６】
第１のポートはプレートの中央に設けることができ、かつ第１の熱交換領域は第２の熱交換領域の半径方向外側に配置できる。これら熱交換領域は環状のものとすることができ、第２の熱交換領域は第１のポートを取り囲み、第１の熱交換領域は第２の熱交換領域を取り囲む。第１のポートは円形とすることができる。プレートは円形とすることができる。
【０００７】
プレートの第１の面には、第１の媒体の半径方向の流れを提供するために第１のパターンを形成できる。プレートの第２の面には、第２の媒体の外側流および内側流を提供するために異なるパターンを形成できる。
【０００８】
第２および第３のポートは、中心軸線周りで相互に角度方向に変位されてもよい。プレートはまた、第１の熱交換領域内において第２の媒体のために設けられる第４のポートと、第２の熱交換領域において第２の媒体のために設けられる第５のポートを備えることができる。
【０００９】
本発明はまたプレート熱交換器であって、該熱交換器は、第１の端部プレートと、第２の端部プレートと、これら端部プレート間に配置される上述の複数の熱交換プレートとを有するプレートパッケージを備えており、これらプレートは、プレート間に第１の媒体のための第１の間隙を１つおきに形成するとともにプレート間に第２の媒体のための第２の間隙を１つおきに形成するように配置されており、これらプレートは、第１の間隙内において複数の第１のポートとプレートの周縁との間に半径方向の通路を形成するよう構成されており、それにより第１の媒体は、第１のポートとプレートの周縁の外側の所定のポジションとの間で半径方向に流動できる、プレート熱交換器に関するものである。第２の端部プレートにおいて、熱交換器には、第２のポートと第３のポートとの間に通路を設けることができ、それにより第２の媒体はこれらポート間で流動可能となる。このようにして燃焼ガスなどの第１の媒体からの熱を水などの第２の媒体に伝達するためのコンパクトでありかつ効率的な熱交換器が得られる。
【００１０】
したがって熱交換器は、複数の第１の間隙の周縁が開放されて第１の媒体のための流出開口を形成することに起因して、第１の媒体が第１のポートからプレートの平面に沿う方向に流動できそしてプレートパッケージから流出できるように、構成されている。このように熱交換器は、第１の媒体が中心軸線に直交する方向において第１の間隙から流出するように構成できる。シェルがプレートパッケージを封入できるため、第１の媒体を例えばプレートパッケージの周縁とシェルとの間の間隙内を軸線方向に誘導でき、そしてシェルの流出開口へ向けてもたらすことができる。
【００１１】
本発明はさらに、燃料の触媒燃焼により第１の媒体を提供するための触媒が設けられたバーナーと、第１の媒体から第２の媒体へ熱を伝達するためにバーナーに接続される上述のプレート熱交換器と、を備える加熱デバイスに関するものである。そのため第１の媒体は燃焼ガスであり、第２の媒体は水などの液体とすることができる。得られるデバイスは、効率的であり、かつコンパクトに形成でき、さらに長期耐久性を有する。
【００１２】
バーナーは、燃料のための流入部を有する外側カバーと、燃料のための流入開口を有するとともに外側カバー内に配置される内側カバーと備えており、流入する燃料を内側カバー周りにそして内側カバーの流入開口へ向けて誘導するための空間が外側カバーと内側カバーとの間に形成されており、上記触媒は、燃焼ガスの形態の第１の媒体を提供するために内側カバー内に配置される。そのため流入する燃料または燃料および空気の混合体によってバーナーが冷却され、バックファイアリングを避けるための簡単化されたバーナーの冷却が実現される。
【００１３】
バーナーの外側から内側へ向けて燃焼が実施されるように、上記触媒は、円錐形などの先細形状のものとすることができ、または半球状にあるいは他の適切な様式で先細形状のものとすることができる。さらに燃焼が上から下へ向けて実施されるように上記デバイスを構成することもできる。それによってバーナーのカバーの過熱が避けられる。加えて該カバーは、流入する燃料または該燃料と空気との混合体によって、さらに熱交換器との熱伝導接触によって、冷却される。
【００１４】
本発明のさらなる特性および利点は、添付の図面および特許請求の範囲における従属請求項ならびに以下の実施形態に関する説明から明らかとなろう。
【００１５】
以下では添付の図面を参照して実施形態を用いて本発明について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】バーナーと熱交換器とデバイスのシェルとが互いから分離された状態の、本発明の一実施形態に基づく加熱デバイスの概略斜視図である。
【図２】バーナーの触媒が別に図示された、図１のバーナーの、一部が長手方向断面図になされた概略斜視図である。
【図３】バーナーの触媒が取り除かれた図２のバーナーの長手方向概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に基づく熱交換プレートを上から見た概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態に基づく熱交換プレートを上から見た図である。
【図６】第１の媒体の流れが一点鎖線で図示されかつ第２の媒体の流れが破線で図示された、本発明の基本的な実施形態に基づく熱交換器の第１の端部分の概略分解斜視図である。
【図７】図６に基づく熱交換器の中間部分の概略分解斜視図である。
【図８】図６および図７に基づく熱交換器の第２の端部分の概略分解斜視図である。
【図９】第２の媒体の流れがより詳細に図示された、本発明の基本的な実施形態に基づく熱交換プレートの第２の面の概略図である。
【図１０】代替的な実施形態に基づくバーナーの、部分的に長手方向断面図になされた、概略斜視図である。
【図１１】バーナーの触媒が取り除かれた、図１０のバーナーの長手方向における概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照すると、一実施形態に基づく加熱のためのデバイス１０が概略的に図示される。デバイス１０は、バーナー１１と、熱交換器１２と、熱交換器１２を収容するためのシェル１３と、を備える。例えば熱交換器１２は熱交換プレートのプレートパッケージであり、その場合、プレートパッケージおよびシェル１３はプレートアンドシェル熱交換器を形成する。例えばデバイス１０は、液体または気体などの媒体を加熱するよう構成される。例えばデバイス１０は、住宅や産業施設やオフィスビルなどの建物内で熱やお湯を生成するよう構成される。一実施形態によれば、デバイス１０は、熱を発生させたりお湯を沸かしたりするための壁に取り付けられた加熱ボイラーなどのセントラルヒーターに取り付けられる。
【００１８】
バーナー１１は、天然ガスなどの燃料または他の適切なタイプの燃料をバーナー１１内に導入するための流入部１４を備える。例えば流入部１４は、燃料および空気の混合体をバーナー１１に導入するよう構成される。代替的にはバーナー１１には、図面には図示しないが空気または酸素のための別の流入部が設けられる。バーナー１１は燃料の触媒燃焼のための触媒１５をさらに備える。触媒１５はバーナー１１内部に配置される。なお図１では、触媒１５はバーナー１１の外側に示されている。そのためバーナー１１は、燃料の触媒燃焼と同時に高温の燃焼ガスを生成するよう構成されている。バーナー１１は燃焼ガスのための流出部１６をさらに備える。バーナー１１については図２および図３を参照して以下で詳述する。
【００１９】
バーナー１１の流出部１６は、燃焼ガスが熱交換器１２に導入されるように熱交換器１２に関連して構成される。図示される実施形態ではバーナー１１および熱交換器１２は、バーナー１１および熱交換器１２を貫通する中心軸線Ａに沿って配置される。例えばバーナー１１は、熱交換器１２の第１の端部に関連して配置される。図１から明らかなように触媒１５は円錐形である。代替的には触媒１５は半球などの形態で設けられる。例えば触媒１５はネット（網目状）の形態で設けられる。熱交換器１２は、プレートパッケージを形成する複数の熱交換器プレート１７を備える。熱交換器プレートについては以下で詳述する。熱交換器１２は、バーナー１１からの燃焼ガスなどの第１の媒体からの熱エネルギーを水または他の適切な媒体などの第２の媒体に伝達するために構成される。図示される実施形態では、熱交換器１２は、円形または楕円形のベースを有する円筒などのシリンダとして形成され、熱交換器１２の該ベースにバーナー１１が接続される。熱交換器１２は、第２の媒体のための流入部１８および流出部１９を備える。例えば流入部１８および流出部は軸線方向に延在する。図示される実施形態では、流入部１８および流出部１９は、互いに平行に延在し、かつ熱交換器１２の第２の端部から突出する。
【００２０】
図示される実施形態では、デバイス１０は、燃焼プロセスを開始するためにスパークプラグやヒータープラグなどの点火手段２０を備える。点火手段２０は、例えば熱交換器１２の第２の端部（つまりバーナー１１が配置される端部とは反対側の端部）に配置される。
【００２１】
シェル１３は熱交換器１２を受容するよう構成される。シェル１３は半径方向において熱交換器１２を包囲する。図示される実施形態では、シェル１３は、熱交換器１２を包囲する湾曲面を有するシリンダとして構成される。このときシェル１３は熱交換器１２と同心となるよう配置される。シェル１３は、燃焼ガスのための流入部２１と流出部２２とを備える。例えばシェル１３の流出部２２は、冷却された燃焼ガスおよび該冷却された燃焼ガスによる凝縮液のために設けられる。代替的にはシェル１３は、冷却された燃焼ガスによる凝縮液のための別の凝縮液流出部を備える（図示せず）。シェル１３の流入部２１は、軸線方向においてシェル１３内に高温の燃焼ガスを導入するように、シェル１３の第１のベースなどのシェル１３の第１の端部に配置される。シェル１３の流出部２２は、例えばシェル１３の第２のベースなどのシェル１３の第２の端部に設けられており、該流出部２２は軸線方向に延在する。例えば重力を利用して凝縮液が流出できるように、任意の凝縮液流出部がシェル１３の下部に設けられる。
【００２２】
図２および図３を参照してバーナー１１について詳細に説明する。図２では、触媒１５が分離された状態で図示されており、図３では触媒１５が取り外されている。バーナー１１は、外側カバー２３と、外側カバー２３内に配置される内側カバー２４とを備え、外側カバー２３と内側カバー２４との間には空間２５が形成される。バーナー１１の流入部１４は、燃料または空気と燃料の混合体を空間２５に導入するために外側カバー２３に配置される。内側カバー２４は、内側カバー２４内で燃焼チャンバなどのチャンバ２７を空間２５と接続する開口２６を備えるよう構成され、それにより燃料または燃料と空気との混合体を空間２５からチャンバ２７へ導入できる。触媒１５は、燃料の燃焼のために内側カバー２４内のチャンバ２７の内側に配置される。空間２５は内側カバー２４周りに広がっており、これにより、流入する燃料または燃料と空気との混合体が内側カバー２４の外面と接触し、燃料または燃料と空気との混合体が、開口２６を経てチャンバ２７内に導入される前に内側カバー２４を冷却する。このため、内側カバー２４における開口２６は、バーナー１１の流入部１４に対して所定の角度をなすように配置されている。例えば外側カバー２３は、該外側カバー２３よりも小さな直径を有するシリンダとして形成される。図示される実施形態では、内側カバー２４は、内側カバー２４の外側湾曲面と外側カバー２３の内側湾曲面との間に空間２５が形成されるように、外側カバー２３と同心となるよう配置される。このようにして空間２５は半径方向に広がる。さらに、図示された実施形態では、内側カバー２４は、外側カバー２３の第１の端部２８または第１のベースから所定の距離をおいて配置され、このとき外側カバー２３の第１の端部２８と内側カバー２４の第１の端部２９との間にも空間２５が設けられる。このように空間２５は、外側カバー２３の第１の端部２８と内側カバー２４の第１の端部２９との間において軸線方向に広がる。内側カバー２４における開口２６は、例えば内側カバー２４の第１の端部２９に設けられる。開口２６は、例えば円形であり、例えば内側カバー２４の第１の端部２９の中央に配置される。例えば外側カバー２３の第１の端部２８はデバイス１０の上端である。
【００２３】
触媒１５は、内側カバー２４の第２の端部（例えば下側端部）からチャンバ２７内に突出する。例えば触媒１５は、内側カバー２４と同心となるよう配置される。触媒１５は図示される実施形態では円錐形あるいは半球状などの先細形状である。それにより触媒１５の薄手部分は、触媒１５の幅広部分よりもチャンバ２７内にさらに配置される。例えば触媒１５の幅広部分は、熱交換器１２へ向かう方向において、内側カバー２４の第２の端部と関連して配置される。
【００２４】
図４を参照すると、一実施形態に基づく熱交換プレート１７が図示される。例えばプレート１７は、シート状金属から形成される。例えばプレート１７は、３０４、３０４Ｌ、３１６もしくは同様の品質のスチール、アルミニウムまたは他の適切な材料で形成される。シート状金属の厚さは例えば０．２〜１ｍｍ、０．４〜０．６ｍｍまたは０．５ｍｍである。例えばプレート１７はプレス加工により形成される。図示される実施形態ではプレート１７は円形である。代替的にはプレート１７は楕円形である。
【００２５】
プレート１７は、第１の面と、第２の面と、図１に図示される熱交換器１２の中心軸線Ａが通る中心点Ｐとを備える。それゆえ中心軸線Ａはプレート１７の平面に直交する。図４には図示しないが、第１の面は第１の媒体が係り合うよう構成される一方で、図４に図示される第２の面は第２の媒体が係り合うように構成される。例えばプレート１７は、第１の面には第１のパターンを、第２の面には第２のパターンを備えるよう構成される。
【００２６】
プレート１７は、第１のポート３０と第２のポート３１と第３のポート３２とを備える。図示される実施形態では、プレート１７は、第４のポート３３と第５のポート３４とをさらに備える。第１のポート３０が第１の媒体のために構成される一方で残りのポート３１〜３４は第２の媒体のために構成される。第１のポート３０はプレート１７の中央に配置され、かつ例えば円形である。例えば第１のポート３０はプレート１７と同心状に構成される。残りのポート３１〜３４は、第１のポート３０とプレート１７の周縁との間に配置される。
【００２７】
第１の面は、第１のポート３０とプレートの周縁を越えるポジションとの間で第１の媒体が半径方向に流動するよう構成される。その詳細は以下で詳述する。第２の面は、第１のポート３０周りの第１のシーリング３５と、プレート１７の周縁における第２のシーリング３６と、第１のシーリング３５と第２のシーリング３６との間に配置される第３のシーリング３７と、を備える。第１のシーリング３５は、第１の媒体がプレート１７の第２の面に係り合うことを防止するべく第１のポート３０を包囲する。第２のシーリング３６は、第２の媒体が半径方向に漏出することを防止するためにプレート１７の周縁の周りに連続的に延在する。例えば第２のシーリング３６はガスケットである。代替的には、第２のシーリング３６は、他の様式で、例えば熱交換器１２の隣接するプレート１７同士を溶着またははんだ付けすることによって設けられる。第３のシーリング３７は、第１の熱交換領域３８と、第１の熱交換領域３８とは別の第２の熱交換領域３９とを形成する連続リング内に延在する。第２のポート３１は（適用可能ならば第４のポート３３も）第１の熱交換領域３８内に配置される。第３のポート３２は（適用可能ならば第５のポート３４も）第２の熱交換領域３９内に配置される。第１および第２の熱交換領域３８、３９は、第２の媒体のために構成されている。そのため第２の熱交換領域３９は、第１のポート３０と第１の熱交換領域３８との間に配置される。例えば第１および第２の熱交換領域３８、３９は環状であり、第１の熱交換領域３８は、該第１の熱交換領域３８が第２の熱交換領域３９の半径方向外側に設けられるように第２の熱交換領域３９を取り囲む。このようにして第１の熱交換領域３８は半径方向において外側熱交換領域を形成し、同時に第２の熱交換領域３９は半径方向において内側熱交換領域を形成する。第２および第４のポート３１、３３は、第３および第５のポート３２、３４の半径方向外側に配置される。
【００２８】
図示される実施形態において第２および第４のポート３１、３３は、中心点Ｐおよび中心軸線Ａの両側において互いに対向するよう配置される。中心軸線Ａは中心点Ｐを通って延在する。第２および第４のポート３１、３３は、中心点Ｐを通るとともにプレート１７の平面上に延在する仮想的な第１のラインＢ上に配置される。また第３および第５のポート３２、３４は、中心点Ｐの両側において互いに対向するよう配置される。第３のポート３２および第５のポート３４は、中心点Ｐを通るとともにプレート１７の平面上に延在する仮想的な第２のラインＣ上に設けられる。第２のラインＣは、第１のラインＢと第２のラインＣとの間に角度αを形成するように第１のラインＢに対して中心点Ｐ周りで変位されており、そのため第３および第５のポート３２、３４は、第２のポート３３および第４のポート３３に対して中心点Ｐ周りで角度方向に変位されている。第１のラインＢと第２のラインＣとの間の角度αは、０から９０度、１０〜８０度または２０〜７０度である。
【００２９】
図示される実施形態においては、第１の熱交換領域３８には、第２のポート３１と第４のポート３３との間で中心点Ｐの両側に２つの略平行な通路を形成する第１の仕切り４０および第２の仕切り４１が設けられる。
【００３０】
プレート１７の第１の面（図４には図示せず）には例えば第２、第３、第４および第５のポート３１〜３４周りにシーリングが設けられており、第２の媒体が第１の媒体に混入することが防止される。
【００３１】
図５を参照すると、プレート１７の別の実施形態が図示されており、該図面ではプレート１７には、特定の熱交換および流動特性を得るためのパターンが設けられている。図５の実施形態ではプレート１７の第２の面が示される。図５の実施形態ではプレート１７には、凹部４２とエンボス加工部４３とが設けられる。
【００３２】
プレート１７の第２の面は、第２の媒体に係り合うように構成されている。例えば第２の媒体は、第１の媒体からの熱を回収するよう構成される。例えばプレート１７の第２の面には、有孔金属またはセラミック材料などの多孔質の層が設けられており、熱交換器１２の効率的な熱交換および効率的な冷却のためにプレート１７の第２の面の拡張された特定の表面領域を形成する。例えば触媒は水素ガスの生成のためなどの多孔質層内に配置される。
【００３３】
図６〜図８を参照すると熱交換器１２のプレートパッケージが概略的に図示されており、図６にはプレートパッケージの第１の端部分が図示されており、図７にはプレートパッケージの中間部分が図示されており、図８にはプレートパッケージの第２の端部分が図示されている。図６〜図８では、複数のプレート１７にはｐ１〜ｐ１２の連続した参照符号が付されている。図６〜図８において、第１の媒体の流れが一点鎖線で示されており、第２の媒体の流れが破線で示される。図９には、プレート１７の第２の面に沿う第２の媒体の流れがより詳細に図示される。
【００３４】
熱交換器１２は、複数のプレート１７を備えており、これらプレートは、プレート間に第１および第２の媒体のための間隙を形成するよう構成されている。プレート１７は、第１の媒体のための第１の間隙と、第２の媒体のための第２の間隙とを交互に形成するよう構成される。隣接するプレート１７はこれら間隙を形成するよう相互作用する。例えばプレート１７は、これらプレート１７の第１の面が互いに面するとともに第２の面が互いに面するように配置される。例えばプレート１７は、レーザー溶接などの溶接により相互連結され、レーザー溶接熱交換器などの溶接熱交換器１２を形成する。あるいはプレート１７は、ろう付け熱交換器１２を形成するようにろう付けによって相互連結される。例えば熱交換器１２は、天然ガスなどの燃焼による燃焼ガスを冷却することに起因する熱交換器１２内での酸凝縮物に耐えるように耐食はんだを備える。熱交換器１２が該凝縮物を形成したり冷却が酸凝縮物を発生したりしない場合には標準的なはんだを使用できる。代替的にプレート１７には、該プレート１７と隣接するプレート１７とを互いに連結して熱交換器１２を形成するように、隣接するプレート１７にはともに溶融するポリマーが提供される。
【００３５】
熱交換器１２は、第１の端部プレートｐ１と、第２の端部プレートｐ１２と、これら端部プレート間に配置される複数の中間プレートｐ２〜ｐ１１と、を備える。中間プレートｐ２〜ｐ１１は、例えば図４または図５の実施形態に基づいて構成される。
【００３６】
プレートｐ２〜ｐ１２は、第１のポート３０が互いに面して第１の媒体のためのチャネルを形成するように構成されており、第１の媒体は、図６〜図８において矢印Ｄで示されるように第２の端部プレートｐ１２を介して第１のポート３０を経て熱交換器１２を通るよう軸線方向へ向けて、熱交換器１２内をその軸線方向に誘導される。あるいは、第１の媒体は、熱交換器１２内へ別の任意の方向に導入される。熱交換器１２の内部では、第１の媒体は、図６〜図８で矢印Ｅで示されるようにプレートｐ１〜ｐ１２の間の第１の間隙を経て半径方向に誘導される。そのため第１の間隙は第１のシーリング３５および第２のシーリングを欠いており、その一方で第１の間隙には第２、第３、第４および第５のポート３１〜３４を取り囲む複数のシーリングが設けられる。第１の端部プレートｐ１は例えば、第１の媒体を第１の間隙を介して熱交換器１２から半径方向に押し出すために、第１のポート３０を備えていない。例えば第１の媒体の軸線方向の流れは略垂直方向下方に向き付けられる。例えば第１の媒体は、図１に図示されるようにバーナー１１からシェル１３の流入部２１を経て熱交換器１２内へ導入される。第１の媒体は、プレートｐ１〜ｐ１２の周縁から離れた後は例えばシェル１３内に集められ、そしてシェル１３の流出部２２から導出される。
【００３７】
図示される実施形態では、プレートｐ１〜ｐ１１は、複数の第２のポート３１が第２の媒体のための軸線方向におけるチャネルを形成するように互いに面するよう、配置される。代替的には複数のプレートは対として構成され、プレート平面上で１８０度回転される。第１の端部プレートｐ１の第２のポート３１は、これら第２のポート３１によって形成されるチャネルを経て第２の媒体が矢印Ｆで示されるように熱交換器１２内にもたらされるように、熱交換器１２の流入部１８に接続される。それにより例えば第２の媒体は、矢印Ｆで図示されるように第２のポート３１によって形成されるチャネルを通って熱交換器１２内に導入可能となる。例えば第２の媒体は、第２のポート３１を通って略垂直方向上方へ誘導される。第２の媒体は、これらポートを取り囲む複数のシーリングによって第１の間隙を通常の様式で通り過ぎ、第２の間隙内に誘導される。第２の間隙内では、第２の媒体は、矢印Ｇで示されるように第１の熱交換領域３８に沿って第４のポート３３までプレートの平面に沿って誘導される。代替的にはプレートｐ１〜ｐ１２は対となるよう構成されており、この場合はすべての他の対のプレートがプレート平面上で１８０度回転されており、このものにおいて第４のポート３３は省略可能である。図示される実施形態において、第４のポート３３は、第２の媒体のための軸線方向に延在するチャネルを形成するように互いへ向けて配置されており、それにより第２の媒体は、矢印Ｈで示されるようにそれらチャネルを通って第２の端部プレート１２へ向けて誘導可能となる。第２の端部プレートｐ１２は、フレームプレート（図８には図示せず）などによってカバーされる。図示される実施形態において、第２の端部プレートｐ１２は、第４のポート３３を備えるが第３のシーリング３７を欠いており、それにより第２の媒体は、図８において矢印Ｉで示されるように第４のポート３３から第２の端部プレートｐ１２の平面に沿って所定の方向に誘導され、そして第３のポート３２へ向けて（図示された形態ではさらに第５のポート３４へ向けて）半径方向内側方向に誘導される。このようにして熱交換器１２はその一端において、第２の媒体が第２および第４のポート３１、３３から第３および第５のポート３２、３４へ誘導可能となるように、第１の熱交換領域３８と第２の熱交換領域３９との間の通路を備えるよう構成される。２つの隣接するプレートの第３のポート３２および第５のポート３４は、矢印Ｊで示されるように第２の媒体が軸線方向において第１の間隙を通り過ぎて第２の間隙内に誘導可能となるように、互いに対向するよう配置される。第２の間隙では、第２の媒体は、矢印Ｋで示されるように第２の熱交換領域３９に沿ってプレートの平面に沿って誘導される。そのため第２の媒体の流れは、半径方向（例えば半径方向内側）に誘導されると同時に軸線方向において１８０度方向転換するようもたらされる。そのため半径方向透視図から見て、熱交換器１２は、第１の軸線方向において第２のポート３１と第１の熱交換領域３８と第４のポート３３とを通る第２の媒体の外側流と、それとは反対の第２の軸線方向において第２の熱交換領域３９と第３のポート３２と第５のポート３４を通る第２の媒体の内側流と、を提供するよう構成される。例えば第２の媒体は、熱交換器１２の半径方向外側部分を通る際には第１の媒体とは反対方向に流動し、その一方で第２の媒体は、熱交換器１２の半径方向内側部分を通る際には第１の媒体と同じ方向に流動する。例えば、熱交換器１２の半径方向外側部分を通る第２の媒体の流れは上昇流であり、一方で熱交換器１２の半径方向内側部分を通る第２の媒体の流れは下降流である。
【００３８】
図示される実施形態においてプレートｐ１〜ｐ１２は、第３のポート３２が互いに面するとともに第５のポート３４が互いに面するように対として構成されており、これにより第２の媒体は第１の間隙を通り過ぎることが可能となる。なお一対の隣接するプレートの第３および第５のポート３２、３４は、互いに対して熱交換器１２の中心軸線Ａ周りで角度方向において変位される。これにより第２の媒体は、次の第２の間隙へ進む前に、第２の熱交換領域３９の少なくとも一部を強制的に通過させられる。例えば複数の対の中間プレートｐ２〜ｐ１１は、第３および第５のポート３２、３４に関して鏡反転されたプレートによって形成される。
【００３９】
第１の端部プレートｐ１の第３のポート３２は、熱交換器１２の流出部１９に接続される。例えば第１の端部プレートｐ１はさらに第５のポート３４を備えており、該第５のポート３４は、熱交換器１２の流出部１９または第２の流出部（図示せず）に連結される。
【００４０】
図９を参照すると、プレート１７間の第２の間隙内の第２の媒体の流れまたはプレートの第２の面に沿う第２の媒体の流れがより詳細に示される。図示される実施形態では第２の媒体は、第２のポート３１を介して誘導される。このとき第２の媒体の一部は、第２の媒体の半径方向外側流を形成しながら、矢印Ｇで示されるように第２のポート３１から第１の熱交換領域３８に沿って誘導され、そして隣接するプレート１７の第４のポート３３を経て導出される。また第２の媒体の一部を第４のポート３３を通過させることもできる。第２のポート３１と第４のポート３３との間に延在する第１の仕切り４０によって、第２の媒体の流れは、第１の熱交換領域３８内で、第２および第４のポート３１、３３間の２つの平行な略半円形の通路に分割される。同様に第２の仕切り４１は、第１のポート３０の他側において第２の媒体のための２つの平行な通路を形成する。
【００４１】
第２の媒体が軸線方向において１８０度方向転換された後、第２の媒体は、矢印Ｋで示されるように第２の熱交換領域３９に沿って第２の間隙内へ導入され、第２の媒体の半径方向内側流を形成する。そのため第２の媒体の内側流は、その外側流とは反対の軸線方向を向き、例えば第１の媒体の軸線方向流と同じ方向となる。第２の媒体の内側流は第２の間隙内に導入され、そして第３および第５のポート３２、３４に対してずらされたポジションＸで次のプレート１７の第２の熱交換領域３９と接触する。このようにポジションＸは第３および第５のポート３２、３４間に設けられており、第２の媒体は、ポジションＸから第３のポート３２へ向かう第１の方向および第５のポート３４へ向かう反対方向へ流動させられ、続いて同様の様式で次の第２の間隙へ向けてさらに流動させられる。
【００４２】
一実施形態は、デバイス１０を用いた加熱方法を含む。例えばこの方法は、ボイラーなどで温水を生成するために液体または水などを第２の媒体を加熱することを目的とする。例えばこの方法は、高温の燃焼ガスの形態の第１の媒体を提供するために燃料または燃料と空気の混合体をバーナー１１で触媒を用いて燃焼させるステップと、第１の媒体を熱交換器１２内に導入するステップと、熱交換器１２を通るよう第１の媒体を軸線方向に移動させ、熱交換器１２の第１の間隙を通るよう半径方向に移動させるステップと、熱交換器１２の第２の間隙内に第２の媒体を誘導するステップと、第２の媒体を第１の軸線方向において熱交換器内を流動させ、続いて半径方向にそして反対の軸線方向に方向転換されるようにもたらすステップと、を含む。例えば第２の媒体は、半径方向外側流に続いて内側流になるよう流動させられ、その一方で第１の媒体は、中央に配置された第１のポート３０から半径方向外側へ向けて誘導される。例えば第２の媒体は、第１の媒体からの熱エネルギーが第２の媒体の半径方向内側流へ続いて第２の媒体の外側流へ伝達されるように、熱交換器１２を通るように誘導される。例えば上記方法は、バーナー１１内に燃料を導入すると同時にバーナーの内側カバー２４を冷却するためのステップを含む。これは図２および図３に関連して説明されている。例えば上記方法は、図４〜図９を参照して説明したように第１および第２の媒体を熱交換器１２を通ってプレート１７に沿って誘導するためのステップを含む。
【００４３】
図１０および図１１を参照すると、代替的な実施形態に基づくバーナー１１が図示されている。バーナー１１は、図２および図３を参照して説明したように流入部１４と、触媒１５と、流出部１６と、流出部カバー２３と、流入部カバー２４と、空間２５と、前記空間とチャンバ２７とを接続する開口２６とを備える。図１０および図１１の実施形態では、ガイドデバイス４４が、開口２６の前方において流入部カバー２４の内側に設けられている。開口２６は図１１では破線で図示される。ガイドデバイス４４は、内側カバー２４の周縁を冷却しつつカバー２３、２４の第１の端部２８、２９を燃焼から遮蔽すると同時に、効率的な燃焼を実現するとともに燃料のバックファイアリングを避けるために、流入する燃料の流れを内側カバー２４の周辺へ向けて案内するよう構成される。例えばガイドデバイス４４は、ガイドデバイス４４と内側カバー２４の第１の端部２９との間にギャップ４５を形成するように、開口２６と同心となるよう内側カバー２４の第１の端部２９内に設けられるプレートとして形成される。それゆえガイドデバイス４４は、ギャップ４５を形成するよう軸線方向において内側カバー２４の第１の端部２９から所定の距離をおいて配置される。これにより、流入する燃料は、開口２６を通ってガイドデバイス４４まで軸線方向に流動でき、その後、燃料は、燃料が触媒１５に到達する前に内側カバー２４の内側湾曲面へ向けて半径方向に強制的に流動させられる。ガイドデバイス４４は、例えば内側カバー２４の直径よりも小さな直径を有する円形プレートである。例えばギャップは１〜１０ｍｍまたは２〜５ｍｍである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  デバイス
１１  バーナー
１２  熱交換器
１３  シェル
１４  流入部
１５  触媒
１６  流出部
１７  複数の熱交換プレート
１８  流入部
１９  流出部
２０  点火手段
２１  流入部
２２  流出部
２３  内側カバー
２４  内側カバー
２５  空間
２６  流入開口
２７  燃焼チャンバ
２８  外側カバー２３の第１の端部
２９  内側カバー２４の第１の端部
３０  第１のポート
３１  第２のポート
３２  第３のポート
３３  第４のポート
３４  第５のポート
３５  第１のシーリング
３６  第２のシーリング
３７  第３のシーリング
３８  第１の熱交換領域
３９  第２の熱交換領域
４０  第１の仕切り
４１  第２の仕切り
４２  凹部
４３  エンボス加工部
４４  ガイドデバイス
４５  ギャップ
ｐ１  第１の端部プレート
ｐ２〜ｐ１１  中間プレート
ｐ１２  第２の端部プレート
【図１】
2015537182.tif 000003
【図２】
2015537182.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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