(57)【要約】【課題】  プレート式熱交換器のヘッダ内における流れの特性を向上させる。【解決手段】  一群の熱交換通路を有する熱交換ブロック（１）と、外部配管用のソケット管路に通じる流路開口（３）と熱交換通路との間の連通流路を確立するように熱交換ブロックに取り付けられヘッダ（２）とを備えたプレート式熱交換器。ヘッダは長手方向に熱交換ブロックのヘッダ装着表面（５）の少なくとも一部の領域を覆って延在し、ヘッダ（２）の内部流路は筒状スリーブ壁（７）と熱交換ブロックのヘッダ装着表面（５）の上方に位置する前記筒状スリーブ壁の長手中心軸（１３）に対して平行に延在する平面板（１２）とによって画定されている。ヘッダは、内部の全長に亘って筒状スリーブ壁の長手中心軸が平面板（１２）との間に間隔（１１）を維持するように形成される。【選択図】  図２
2007155317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一群の熱交換通路を有する熱交換ブロック（１）と、外部配管と接続されるソケット管路に通じる流路開口（３）と一群の熱交換通路との間の連通流路を確立するように熱交換ブロックに取り付けられヘッダ（２）とを備え、該ヘッダが自身の長手方向に熱交換ブロックのヘッダ装着表面（５）の少なくとも一部の領域を覆って延在し、ヘッダ（２）の内部流路が、筒状スリーブ壁（７）と熱交換ブロックのヘッダ装着表面（５）の上方に位置する前記筒状スリーブ壁の長手中心軸（１３）に対して平行に延在する平面板（１２）とによって画定されているプレート式熱交換器において、ヘッダ内部の全長に亘って筒状スリーブ壁の長手中心軸が前記平面板（１２）との間に間隔（１１）を維持するようにヘッダが形成されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
ヘッダの筒状スリーブ壁（７）が熱交換ブロックのヘッダ装着表面と接する位置における筒状スリーブ壁とヘッダ装着表面との外面間の角度（８）が８７°以下、特に８１°以下、更に特別には７５°以下であることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
ヘッダの筒状スリーブ壁（７）が熱交換ブロックのヘッダ装着表面と接する位置における筒状スリーブ壁とヘッダ装着表面との外面間の角度（８）が少なくとも４０°、特に少なくとも５５°、更に特別には少なくとも６５°であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
ヘッダ（２）の筒状スリーブ壁（７）及び／又は熱交換ブロックがアルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
ヘッダ（２）の筒状スリーブ壁（７）と熱交換ブロックとが互いに力学的に連続するように接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一群の熱交換通路を有する熱交換ブロックと、外部配管と接続されるソケット管路に通じる流路開口と一群の熱交換通路との間の連通流路を確立するように熱交換ブロックに取り付けられヘッダとを備え、該ヘッダが自身の長手方向に熱交換ブロックのヘッダ装着表面の少なくとも一部の領域を覆って延在し、ヘッダの内部流路が筒状スリーブ壁と熱交換ブロックのヘッダ装着表面の上方に位置する前記筒状スリーブ壁の長手中心軸に対して平行に延在する平面板とによって画定されているプレート式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プレート式熱交換器の基本的な構造は下記の非特許文献１によって公知である。
【非特許文献１】蝋付けアルミニウムプレートフィン熱交換器製造業組合(ALPEMA)規格、第２版、２０００年
【０００３】
プレート式熱交換器の熱交換ブロックは、正面及び背面側が隔板によって互いに対面状に仕切られた複数層の熱交換通路を備えている。熱交換ブロックの四周を構成する左右及び上下の各端面は左右両側の平面板及び上下の平面板からなる外側フレームで閉鎖されている。各層の内部には、互いに異なる熱交換媒体流を別々に流すために熱交換通路を更に仕切るための別の仕切板を設けることができる。
【０００４】
組立に際しては、先ず組み合わせただけの未だ完全には相互固定されていない構成部品からなる熱交換ブロックを蝋付け炉内で蝋付けし、それによって全ての構成部品が互いに密に接合される。その後、流路開口を有するヘッダが例えば上部平面板に開口する各熱交換通路の入口孔又は出口孔を覆うようにブロックの表面に溶接によって装着される。ヘッダのシェルは一般に半円筒形スリーブ壁によって形成されるが、別形状のシェルとすることも可能である。ヘッダのスリーブ壁端縁が熱交換ブロックの対応するヘッダ装着表面と接する位置においてスリーブ壁とヘッダ装着表面との外面間に形成される角度は一般に９０°である（例えば非特許文献１の図１−５参照）。流路開口は、熱交換媒体流をヘッダ内に流入させ又はそこから流出させるために使用される。この流路開口は、外部配管と接続される導管とヘッダの半円筒状スリーブ壁との結合部に設けられ、一般的にはヘッダによって覆われている熱交換通路の入口孔又は出口孔に対面する領域のスリーブ壁に配置される。この導管は、熱交換媒体流を流入又は流出させるために外部配管と接続されるソケット管路である。尚、流路開口は熱交換ブロックのヘッダ装着表面に対してほぼ直交するヘッダ端面に配置してもよい。ソケット管路は、例えば熱交換ブロックの稜縁部でヘッダに結合され（特許文献１又はそれに対応する特許文献２参照）、このソケット管路に続いてヘッダがその長手方向に各層の熱交換通路に亘って延在している。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１４５２８１７号明細書
【特許文献２】米国特許第２００５００６０７６号明細書
【０００５】
隔壁と仕切板を適切に配置することにより、プレート式熱交換器を使用して多数の別々の熱交換媒体流の間で同時に熱交換を行わせることができる。この場合、各媒体流毎に熱交換通路のそれぞれの入口孔及び出口孔を覆って個々に対応するヘッダを取り付ける必要があり、同時にこれら各ヘッダに別々にソケット管路を設ける必要がある（例えば非特許文献１の図１−１参照）。
【０００６】
ここで、熱交換ブロックのヘッダ装着表面について、三次元空間における面形状に関して「表面」という用語は、通常は直方体状に形成される熱交換ブロックの一端面を構成する平面を対象としているものと理解されたい。従って、本発明においてヘッダが取り付けられる前記ヘッダ装着表面は一般的に四角形の平面である。
【０００７】
このようなヘッダ構造では、比較的高い流速の偏在が頻繁に生じ、また個々の熱交換通路における高い圧力損失及び／又は流体の誤分配が生じる虞もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、このようなプレート式熱交換器のヘッダ内における流れの特性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明によれば、冒頭に記載した形式のプレート式熱交換器において、筒状スリーブ壁の長手中心軸が、筒状スリーブ壁と共にヘッダ内部流路を形成する平面板、即ち熱交換ブロックのヘッダ装着表面の上方に位置する筒状スリーブ壁の長手中心軸に対して平行に延在する平面板、との間に間隔を維持したまま、ヘッダ内部の全長に亘って延在するようにヘッダを形成することによって解決される。即ち、ヘッダの横断面は半円を超える範囲に亘る円弧で囲まれたかまぼこ形状に形成され、熱交換器に接する側のヘッダ開口角は１８０°未満である。
【００１０】
ヘッダの筒状スリーブ壁が熱交換ブロックのヘッダ装着表面と接する位置において筒状スリーブ壁とヘッダ装着表面とが外面間に成す角度は９０°未満である。以下の説明においては、この筒状スリーブ壁とヘッダ装着表面とが互いの外面間に成す角度を「外角」と呼ぶ。ヘッダの筒状スリーブ壁が熱交換ブロックの稜縁部に合わせて正確に接合されている場合は、筒状スリーブ壁部と熱交換ブロック側面との外面間に形成される開き角は、前記稜縁部を中心に上記外角に９０°を加えた角度になる。
【００１１】
本発明によるヘッダ構造によれば、ヘッダの筒状スリーブ壁と熱交換ブロックのスリーブ装着表面とが直角ではなく互いの外面間に９０°未満の外角を形成して接合されることから、熱交換ブロックに対面するヘッダの基礎面を拡大する必要なしにヘッダ内の流路断面積を拡大することができる。従ってヘッダ内における熱交換媒体の流れの特性を向上することができ、このことによって更にヘッダの内部流路における圧力損失の低減及び熱交換媒体流のより均一な分配を果たすことが可能である。
【００１２】
本発明によれば、例えば従来の半円筒形スリーブ壁に代わって、半円を超える範囲に亘る円弧で囲まれた横断面形状を有する膨出円弧筒状スリーブ壁からなるヘッダが使用される。筒状スリーブ壁の横断面の円弧の直径が等しい場合、この直径の１０％だけヘッダの筒状スリーブ壁の長手中心軸を熱交換ブロックのヘッダ装着表面から離反方向へずらすとヘッダ内部流路における圧力損失を約３５％低減できることが確認されている。この利点は、同一のヘッダ呼び径（即ち同一のソケット管路接続寸法及び同一壁厚）でも縮小されたヘッダ基礎面でも実現される。この偏心度合いは連続的に変更することが可能である。従って、ヘッダに高い隆起部を設けて別の呼び径とする形態とは対照的に、ヘッダの内部流路の断面積をそれぞれの用途に適切に適合させることができ、特に各熱交換通路に対する媒体の不適正な分配を効果的に回避することができる。
【００１３】
本発明は、膨出円弧筒状スリーブ壁とは異なる別のヘッダ形状、例えば楕円形、非対称形及び／又は角張った形状の断面形状を有する筒状スリーブ壁にも適用可能である。
【００１４】
筒状スリーブ壁とヘッダ装着表面とが互いの外面間に成す外角は、好ましくは８７°以下、特に８１°以下、更に特別には７５°以下であり、また少なくとも４０°、特に少なくとも５５°、更に特別には少なくとも６５°とすることが望ましい。
【００１５】
ヘッダの筒状スリーブ壁及び／又は熱交換ブロックはアルミニウム材で製造されていることが好ましい。即ち、例えば前出の非特許文献１に原理が説明されているようなアルミニウムプレート式熱交換器が本発明の主な適用対象として挙げられる。この場合、例えば蝋付け又は溶接など、封止と同時に充分な剛性を得ることのできる接合法でヘッダの筒状スリーブ壁と熱交換ブロックとが互いに力学的に連続するように接合されていることが特に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の特徴と利点を図示の実施形態と共に詳述すれば以下の通りである。
【００１７】
図１〜図４には、本発明を説明するのに重要な部分のみ、即ち直方体形状の熱交換ブロック１と、本発明に従って形成されたヘッダ２と、流路開口３と、これに結合されたソケット管路４が示されている。ヘッダの流路開口は、熱交換媒体流をヘッダ内に流入させ又はそこから流出させるために使用される。勿論、本発明によるプレート式熱交換器は図示のヘッダとは別の位置に別のヘッダを備えている。これらの別のヘッダは、従来のヘッダ構成と同様に、或いは図示のヘッダと同様の構成にて設けることができる。本発明による構成のヘッダと従来の構成によるヘッダとの組み合わせが本発明の範囲内で可能である。
【００１８】
ヘッダ２は、熱交換ブロック１の上部表面５に配置され、１８０°よりも大きい角度範囲６、例えば約２００°の角度範囲６に亘る円弧で囲まれた膨出円弧筒状スリーブ壁７を備えている。ヘッダ２の内部流路は、この筒状スリーブ状壁７と平面板１２とによって画定されている。平面板１２は熱交換ブロック１の上部表面５を密に覆っており、但しこの平面板には熱交換ブロック内の熱交換通路に通じる入口孔又は出口孔が貫設されている。ヘッダ２の円筒スリーブ状壁７の縁部外面は熱交換ブロックの上部表面５との間に外角８を形成している（この外角を見易くするため、図２にはヘッダ壁の接線面９が示されている）。
【００１９】
筒状スリーブ壁７の長手中心軸１３、即ち該スリーブ壁の円弧の中心を通る軸心は、平面板１２に対して上方に間隔１１を維持したままヘッダ２の内部に延在している。
【００２０】
図１及び図２は本発明の第１実施形態を、また図３及び図４は本発明の第２実施形態を示している。両実施形態の相違点は、主に流路開口３の配置の向きにある。第１実施形態では、図１に示すように流路開口３はブロック１の上部表面５に対して直交する面内に配置されている。即ち、熱交換媒体流はソケット管路４を介して上部表面５と平行な向きで流路開口を通過する。特に流れを攪乱なしに導く必要がある場合には、ソケット管路４内の流路開口３側の端部に整流案内板１０を取り付けてもよい。この整流案内板は、本実施例においてはソケット管路の中心軸上ではなく、これに対して下方に間隔１１だけ離れた位置に配置されている。ソケット管路４はほぼ円筒形状を有し、また図１で左方に接続される外部配管（図示せず）に通じている。
【００２１】
これに対して、図３及び図４に示す第２実施形態では、流路開口３は熱交換ブロックの上部表面５に対して平行な面内に配置されている。熱交換媒体流は、図３及び図４においてソケット管路４を介して上部表面５と直交する向きで流路開口３を通過する。
【００２２】
図３及び図４に示す実施形態の変形例として、図示しないが、ヘッダ２を熱交換ブロックの上部表面５の全幅に亘る大口径の膨出円弧筒状スリーブ壁７で構成することも可能である。この場合、ヘッダの大口径膨出円弧筒状スリーブ壁の両側の長手方向縁部は熱交換ブロックの上部表面の両側の稜縁部に沿って接合され、大口径膨出円弧筒状スリーブ壁は熱交換ブロックの両側面との間で前記稜縁部を中心に前記外角に９０°を加えた角度で拡がる開き角を成すことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】熱交換ブロックの正面側にソケット管路との結合部を有する本発明の第１実施形態によるプレート式熱交換器の模式側面図である。
【図２】図１とは９０°異なる方向から見た本発明の第１実施形態によるプレート式熱交換器の模式正面図である。
【図３】ヘッダの略中央部に熱交換通路の入口孔又は出口孔と対面する向きでソケット管路との結合部を有する本発明の第２実施形態によるプレート式熱交換器の模式側面図である。
【図４】図３とは９０°異なる方向から見た本発明の第２実施形態によるプレート式熱交換器の模式正面図である。
【図１】
2007155317.tif 000003
【図２】
2007155317.tif 000004
【図３】
2007155317.tif 000005
【図４】
2007155317.tif 000006