(57)【要約】  シェル（３）、上カバー（４）および底カバー（５）を有するケーシング（２）であって、前記シェル（３）、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）が結合してエンクロージャ（１４）を形成する、ケーシング（２）と、前記エンクロージャ（１４）の中に配される伝熱プレートの積層体（２０）と、を備える高圧プレート熱交換器において、前記伝熱プレートは、前記伝熱プレートにおける貫通孔の形状の開口であって、前記第１の流体（Ｆ１）が流れる前記プレート積層体（２０）に空間（２４）を形成する前記開口を有し、補強要素（５０）が、前記伝熱プレートの前記開口を通って延在し、前記プレート熱交換器がプレート熱交換器を通り抜けて流れる前記第１の流体（Ｆ１）または第２の流体（Ｆ２）のいずれかからの圧力にさらされたとき前記カバー（４、５）を支持するために、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）のそれぞれに接続されていることを特徴とする高圧プレート熱交換器。
2018536836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル（３）、上カバー（４）および底カバー（５）を有するケーシング（２）であって、前記シェル（３）、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）が結合してエンクロージャ（１４）を形成する、ケーシング（２）と、
互いに恒久的に結合してプレート積層体（２０）を形成する複数の伝熱プレート（２１−２３）であって、前記プレート積層体（２０）が、前記エンクロージャ（１４）の中に配され、かつ、第１の流体（Ｆ１）および第２の流体（Ｆ２）のための互い違いの第１の流路および第２の流路を前記伝熱プレート（２１−２３）の間に有する、複数の伝熱プレート（２１−２３）と、
を備える高圧のプレート熱交換器において、
前記伝熱プレート（２１−２３）は、
前記伝熱プレート（２１−２３）における貫通孔の形状の開口（３１）であって、前記第１の流体（Ｆ１）が流れる前記プレート積層体（２０）内の空間（２４）を形成する前記開口（３１）と、
前記第２の流体（Ｆ２）の流体入口として機能する第１の区画（３６）、および前記第１の区画に相対し、前記第２の流体（Ｆ２）の流体出口として機能する第２の区画と、を有し、
補強要素（４０、５０、６０、７０、８０）が、前記伝熱プレート（２１−２３）の前記開口（３１）を通って前記上カバー（４）から前記底カバー（５）まで延在し、前記補強要素（４０、５０、６０、７０、８０）は、前記プレート熱交換器が前記第１の流体（Ｆ１）または前記第２の流体（Ｆ２）のいずれかから圧力を受けたときに前記上カバー（４）および前記底カバー（５）を支持するために、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）のそれぞれに接続されていることを特徴とするプレート熱交換器。
【請求項２】
前記プレート熱交換器が、前記プレート積層体（２０）の前記空間（２４）に位置する分流器（４２、１４２）を備え、前記分流器（４２、１４２）は第１の区画（４３）と第２の区画（４４）とを備え、前記第１の流体（Ｆ１）が前記第１の区画（４３）から前記プレート積層体（２０）の前記第１の流路（１１）内に流入することができ、前記第１の流体（Ｆ１）が前記プレート積層体（２０）の前記第１の流路（１１）から前記第２の区画（４４）内に流入することができる、請求項１に記載のプレート熱交換器。
【請求項３】
前記補強要素（５０）は、前記プレート積層体（２０）の前記空間（２４）を通って延在し、かつ、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）に接続されている長尺のバーを備える、請求項１または２のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項４】
前記補強要素（６０、７０）は、前記プレート積層体（２０）の前記空間（２４）を通って延在し、かつ、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）に接続されているパイプを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項５】
前記補強要素（４０、６０、７０）は、前記分流器（４２、１４２）を備え、かつ、前記第１の区画（４３）と前記第２の区画（４４）とに分かれており、前記第１の流体（Ｆ１）が前記第１の区画（４３）から前記プレート積層体（２０）の前記第１の流路（１１）内に流入することができ、前記第１の流体（Ｆ１）が前記プレート積層体（２０）の前記第１の流路（１１）から前記第２の区画（４４）内に流入することができることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項６】
前記分流器（４２）の前記第１の区画（４３）は、前記積層体（２０）における一組の伝熱プレートの前記開口（３１）において流体入口（３４）に面し、前記分流器（４２）の前記第２の区画（４４）は、前記積層体（２０）における前記一組と同じ組の伝熱プレートの前記開口（３１）において流体出口（３５）に面している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項７】
前記分流器（１４２）の前記第１の区画（４３）は、前記積層体（２０）における第１の組（４５３）の伝熱プレートの前記開口（３１）において流体入口に面し、前記分流器（１４２）の前記第２の区画（４４）は、前記積層体（２０）における第２の組（４６３）の伝熱プレートの前記開口（３１）において流体出口に面している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項８】
前記プレート積層体（２０）における前記空間（２４）を形成する前記伝熱プレート（２１−２３）における前記開口（３１）は、第１の組の開口（３１）を備え、前記伝熱プレート（２１−２３）は、前記プレート積層体（２０）における第２の空間（１２４）を形成する第２の組の開口（１３１）を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項９】
前記補強要素（８０）は、前記第１の組の開口（３１）を通って延在する第１のパイプ（８１）と、前記第２の組の開口（１３１）を通って延在する第２のパイプ（８２）と、を備え、前記第１のパイプ（８１）および前記第２のパイプ（８２）の各々が、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）に接続されている、請求項８に記載のプレート熱交換器。
【請求項１０】
前記補強要素（５０、６０、７０、８０）は、前記上カバー（４）および前記底カバー（５）に溶接されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１１】
前記補強要素（６０、７０、８０）は、前記第１の流体（Ｆ１）を前記伝熱プレート（２１−２３）の間の隙間に流入させるために、前記補強要素（６０、７０、８０）からの流体出口として機能する長尺の開口（４５、７０３）を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１２】
前記プレート熱交換は、少なくとも５ＭＰａの圧力に耐えるように構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１３】
前記ケーシング（２）は、圧力容器である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプレート熱交換器。
【請求項１４】
前記ケーシング（２）は、少なくとも５ＭＰａの圧力に耐えるように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項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、シェルの形状のケーシング、上カバーおよび底カバーが結合してエンクロージャを形成し、その中に伝熱プレートの積層体が配されているプレート熱交換器に関する。伝熱プレートは貫通孔の形状の開口を伝熱プレートに有し、開口は第１の流体が流れるプレート積層体に空間を形成している。プレートは、第２の流体の流体入口として機能する第１の区画、および、前記第１の区画と対向する前記第２の流体の流体出口として機能する第２の区画を有する。
【背景技術】
【０００２】
今日では様々な異なるタイプのプレート熱交換器が存在し、タイプに応じて多様な用途に採用されている。一部のタイプのプレート熱交換器は、中に伝熱プレートが結合されて配された、密閉されたエンクロージャを形成するケーシングから組み立てられている。伝熱プレートは、伝熱プレートの積層体を形成しており、積層体には第１の流体と第２の流体のための、互い違いの第１と第２の流路が伝熱プレートの間に形成されている。
【０００３】
あるタイプのプレート熱交換器は、伝熱プレートに一つ以上の貫通孔の形状の開口（ポート）を有している。流体は直接、または、延在するパイプ構造を通じて開口に流入する。流体は典型的には伝熱プレートの開口の流入口部分から入り、プレートを渡って流れ、同一の開口または異なる開口の流出口部分からプレートを離れていく。流出口部分は、伝熱プレート上で、流入口部分と対向して配されている。
【０００４】
第２の流体は、しばしばプレートの周囲の流入口部分から伝熱プレートに入り、プレートを渡って流れ、プレート周囲の流出口部分、つまり、流入口に対向している流出口部分からプレートを離れていく。いくつかのタイプのプレート熱交換器では、第２の流体は、伝熱プレートの追加の開口を通じて伝熱プレートに入り、プレートを離れる。
【０００５】
明らかなように、第１の流体の流入口と流出口は、一つおきの一対のプレートの間に位置しており、第２の流体の流入口と流出口は一つおきの他の一対のプレートの間に位置している。そのため、第１と第２の流体は、それぞれの側の伝熱プレートの向こう側で、一つおきの一対の伝熱プレートの間に流れる。第１の流体の流入口と流出口を有する一対のプレートのプレートは、第１の流体のための開口が位置しているところを除いて典型的には全ての縁に沿って互いに密封されており、第２の流体の流入口と流出口を有する一対のプレートのプレートは、第２の流体のための開口が位置しているところを除いて全ての縁に沿って互いに密封されている。
【０００６】
このように、密封された伝熱プレートは、互いに結合されており、伝熱プレートは時にはプレートパック、または、伝熱プレートの積層体とも称される。伝熱プレートの積層体は、実質的に円筒形状を有し、一つ以上の内部の貫通穴がある。伝熱プレートの積層体は、伝熱プレートの間のゴムのガスケットを省くことができるように、全溶接されていてもよい。これにより、熱交換器は、侵攻性が強い、高温かつ高圧の広範囲の流体での動作に適したものになる。
【０００７】
伝熱プレートが、ケーシングに囲われていると、プレート熱交換器は多くの他の種類のプレート熱交換器と比較において、高いレベルの圧力に耐えうる。さらに、ケーシングを有するプレート熱交換器は小型であり、良好な熱移動特性を有し、過酷な動作条件にも破壊されることなく耐えうる。
【０００８】
熱交換器のメインテナンス中には、伝熱プレートの積層体は、例えば、シェルの上または底カバーを取り除いてのアクセスおよび清掃や、洗剤での伝熱プレートの積層体の水洗浄が可能である。また、伝熱プレートの積層体を、同一のまたは以前の積層体とは異なる新たな積層体に取り換えることも、シェル内部に適切に配することができる限りは可能である。
【０００９】
一般的に、プレート熱交換器は、従来の熱交換機としての使用に適しているだけでなく、コンデンサーやレボイラーとしての使用にも適している。後の２つのケースでは、凝縮物のためにシェルは追加の注入口／排出口を有することができ、これにより専用の分離ユニットの必要性がなくなる可能性がある。
【００１０】
ケーシングとプレート積層体を中に配するプレート熱交換器は、上述のように、利点とその種類特有の特性を併せ持つ。そのような熱交換器の複数の実施形態は、例えば特許文献の欧州特許出願公開第２００２１９３Ａ１号明細書に開示されている。いくつかの他の種類のプレート熱交換器と比較し、ケーシングを有するプレート熱交換器は小型設計であり、高圧レベルにも耐えうる。しかし、そのような熱交換器は、熱交換器の動作中に起きる温度変化や流体圧力のばらつきによる内部ストレスへの対処能力の点で改善の余地があると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２００２１９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、耐久性を改善したケーシングを有するプレート熱交換器を提供することである。特に、プレート熱交換器の温度のばらつきおよび流体圧力の変動に対するより高い耐性といった能力を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、プレート熱交換器が提供される。プレート熱交換器は、高圧熱交換器である。プレート熱交換器は、シェル、上カバーおよび底カバーを有するケーシングを備え、シェル、上カバーおよび底カバーが結合してエンクロージャを形成する。複数の伝熱プレートは、互いに恒久的に結合してプレート積層体を形成し、前記プレート積層体は、前記エンクロージャの中に配され、かつ、第１の流体と第２の流体のための互い違いの第１の流路と第２の流路を前記伝熱プレートの間に有する。伝熱プレートは、伝熱プレートにおける貫通孔の形状の開口であって、前記第１の流体が流れる前記プレート積層体内の空間を形成する前記開口と、前記第２の流体の流体入口として機能する第１の区画、および前記第１の区画と対向する前記第２の流体の流体出口として機能する第２の区画と、を有する。補強要素は、前記伝熱プレートの前記開口を通って前記上カバーから前記底カバーまで延在し、前記補強要素は、前記プレート熱交換器が前記第１の流体または前記第２の流体のいずれかから圧力を受けたときに前記カバーを支持するために、前記上カバーおよび前記底カバーのそれぞれに接続されている。補強要素は、上カバーおよび底カバーのたわみを防止する。プレート熱交換器が高圧熱交換器であるとの規定に代えて、または補完して、プレート熱交換器は少なくとも５ＭＰａの圧力に耐えうると特定してもよい。
【００１４】
提供されるプレート熱交換器は、温度のばらつきおよび流体圧力の変動に耐えうる高い能力を有する点で有利である。更に、プレート熱交換器に所望の耐久性と機械強度を実現するために、シェルに必要とされる材料が比較的少ない。プレート熱交換器は、以下に説明するような複数の追加の特徴をもさらに有し得る。これら追加点は、単独でまたは組合せにより、温度のばらつきおよび流体圧力の変動に効果的に耐えるプレート熱交換器の能力に寄与しつつも、依然として比較的少ない材料のシェルを用いることができる。
【００１５】
本発明の更に他の目標、特徴、態様および利点は、以下の発明な詳細な説明および図面に表れている。
【００１６】
本発明の実勢形態は、例示として、以下の添付図面を参照しつつ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、補強されたプレート熱交換器の図２のＢ−Ｂ線に沿った平面断面図である。
【図２】図２は、図１の熱交換器の図１のＡ−Ａ線に沿った側面断面図である。
【図３】図３は、図１の熱交換器に配される分流器の側面断面図である。
【図４】図４は、図３の分流器の側面図である。
【図５】図５は、同様の伝熱プレートと共に、図１の熱交換器のプレート積層体を形成しうる伝熱プレートの主要平面図である。
【図６】図６は、図５に示す種類の４枚の伝熱プレートの主要側面断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態の補強されたプレート熱交換器の平面断面図である。
【図８】図８は、図７の熱交換器の図７のＣ−Ｃ線に沿った側面断面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態の補強されたプレート熱交換器の側面断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態の補強されたプレート熱交換器の側面断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の熱交換器の側面断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の熱交換器に用いられうる伝熱プレートの主要平面図である。
【図１３】図１３は、第５の実施形態の補強されたプレート熱交換器の側面断面図である。
【図１４】図１４は、図１３の熱交換器に用いられうる伝熱プレートの主要平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１および図２を参照し、プレート熱交換器１０１を説明する。プレート熱交換器１０１は、円筒形のシェル３、上カバー４および底カバー５を有するケーシング２を備える。上カバー４は、円板の形状を有し、上カバー４の周囲は円筒形のシェル３の上縁に取り付けられている。底カバー５は、円板の形状を有し、底カバー５の周囲は円筒形のシェル３の下縁に取り付けられている。カバー４、５は、円筒形のシェル３に溶接された実施形態において説明されている。他の実施形態においては、カバー４、５は、円筒形のシェルのフランジ（不図示）とカバー４、５とを拘束するボルトを経由して円筒形のシェル３に取り付けられている。恒久的に互いに結合している複数の伝熱プレート２１、２２、２３は、ケーシング２の中のエンクロージャ１４の中に配されているプレート積層体２０を形成している。積層体２０は、伝熱プレート２１、２２、２３の間に、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２のための互い違いの第１と第２の流路１１、１２を有し、例えば、第１の流体Ｆ１は、一つおきの一対の伝熱プレートの間に流れる。
【００１９】
上カバー４は、熱交換器１０１を第１の流路１１を経由して通過する第１の流体Ｆ１のための流体入口６を有する。この流体入口６は、第１の流体入口６と称される。底カバー５は、熱交換器１０１を第１の流路１１を経由して通過する第１の流体Ｆ１のための流体出口７を有する。この流体出口７は、第１の流体出口７と称される。第１の流体入口６は、上カバー４の中央に位置し、第１の流体出口７は、底カバー５の中央に位置する。第１の流体入口６と、第１の流体出口７とは、ケーシング２において互いに対向して位置している。
【００２０】
円筒形のシェル３は、熱交換器１０１を第２の流路１２を経由して通過する第２の流体Ｆ２のための流体入口８を有する。この流体入口８は、第２の流体入口８と称される。円筒形のシェル３はまた、熱交換器１０１を第２の流路１２を経由して通過する第２の流体Ｆ２のための流体出口９を有する。この流体出口９は、第２の流体出口９と称される。第２の流体入口８は、円筒形のシェル３の側面の、円筒形のシェル３の上縁と円筒形のシェル３の下縁との中間に位置している。第２の流体出口９は、第２の流体入口８と対向する円筒形のシェル３の側面の、円筒形のシェル３の上縁と円筒形のシェル３の下縁との中間に位置している。
【００２１】
ケーシング２は、例えば、説明されている実施形態においては、円筒形のシェル３、上カバー４および底カバー５が、エンクロージャ１４または内部空間１４を形成しており、その中に伝熱プレートの積層体２０が配されている。伝熱プレート２１、２２、２３のような積層体２０における伝熱プレートは、第１と第２の流路１１、１２がそれぞれ互い違いの第１と第２の流路として伝熱プレートの間に流れるように、恒久的に互いに結合して密閉されたエンクロージャ内に配されている。それぞれの積層体２０の伝熱プレートは、中央開口３１を有する。積層体２０のいくつかの伝熱プレートの中央開口３１が一緒になって、積層体２０の中央空間２４を形成している。
【００２２】
更に図３および図４を参照すると、流体分離デバイス４０が積層体２０の中央空間２４に挿入されている。分離デバイス４０は、積層体２０の伝熱プレート２１、２２、２３の中央開口３１にぴったり合う円筒４１の形状を有する。分離デバイス４０の高さは、積層体２０の中央空間２４の高さと同じである。分流器４２は、円筒４１の上部から円筒４１の下部に斜めに延在し、円筒４１の内部を第１円筒区画４３と第２円筒区画４４とに分離している。分流器４２は、第１円筒区画４３を第２円筒区画４４から分離して、流体が直接区画４３、４４の間で流れないようにしている（仮に漏れがあれば別）。かわりに、第１円筒区画４３から第２円筒区画４４への流体の流れは積層体２０における伝熱プレートを経由する。
【００２３】
分離デバイス４０は、第１円筒区画４３に第１の開口４５を有し、第２円筒区画４４に第２の開口４６を有する。第１の開口４５は、第２の開口４６に対向して配され、分流器４２は開口４５、４６の間に対称に配されている。
【００２４】
図５を参照すると、積層体２０に用いられる一つの伝熱プレート２１が示されている。伝熱プレート２１は、中央開口３１と、互い違いの隆起と溝のある複数の列３２、３３を有する。平板区画３８は、列３２、３３を互いに分離する。伝熱プレート２１が有する中央開口３１は、積層体２０における他の伝熱プレートの中央開口と一緒になってプレート積層体２０における中央空間２４を形成し、その中に流体分離デバイス４０が配される。そして、中央開口３１の第１の部分３４は、第１の流体Ｆ１のための流体入口３４として機能し、中央開口３１の第２の部分３５は、第１の流体Ｆ１のための流体出口３５として機能する。流入口３４は、第１の流体Ｆ１を一つおきの伝熱プレートの間の空間に流入させ、流出口３５は、一つおきの伝熱プレートの間の同じ空間から流体を流出させる。伝熱プレート２１の中心Ｃの向こう側から見ると、流出口３５は流入口３４に対向して位置している。伝熱プレート２１はまた、第２の流体Ｆ２のための流体入口３６として機能する第１の側３６、または第１の区画３６と、第２の流体Ｆ２のための流体出口３７として機能する第２の側３７、または第２の区画３７と、を有する。流体出口３７は、流体入口３６に対向して配されている。積層体２０の全ての伝熱プレートは、図５に示す伝熱プレート２１の形を有し、一つおきの伝熱プレートが、伝熱プレートの面に沿って伝熱プレートの中心Ｃを通って延在する軸Ａ１に対して１８０度回転していてもよい。
【００２５】
図６を更に参照すると、伝熱プレート２１、２２、２３の主要図が示されており、伝熱プレート２１の中心Ｃから伝熱プレート２１の周辺縁（周囲）３９に至って延在する断面に沿った、更なる伝熱プレートが併せて表されている。伝熱プレート２１の周囲３９は、その全長に渡って、対応する上部の伝熱プレート２２と結合されている。プレート２２、２３は、プレート２１の中央面Ｐ１と平行な中央面Ｐ２、Ｐ３を有する。プレート２１、２２の間の隙間は、第１の流体Ｆ１のための第１の流路１１の一部を形成している。中央面Ｐ１は、伝熱プレート２１を通って、伝熱プレート２１の上表面（図５に示す）および伝熱プレート２１の底表面と平行に延在している。
【００２６】
伝熱プレート２１の中央開口３１は、流体入口３４と流体出口３５が位置する開口の区画を除いて、上部の伝熱プレート２２の同様な中央開口と結合しうる。流入口３４と流出口３５は、それぞれ角度α（角度αは流出口３５にのみ示されている）により定義されている。流入口および流出口３４、３５は、互いに対向して対称に配されている。オプションとしては、プレート２２、２３がこれらの中央開口３１には結合していない。そして、分離デバイス４０の開口４５、４６が、流体が流体入口３４および流体出口３５においてプレートに入り、出るように第１の流体Ｆ１の流れを制限する。分離デバイス４０の開口４５、４６は、それぞれの角度αの範囲を定めている。
【００２７】
伝熱プレート２１の中央開口３１は、その全長に渡って、対応する下部の伝熱プレート２３の中央開口と結合されている。プレート２１、２３の間の隙間は、第２の流体Ｆ２のための第２の流路１２の一部を形成している。
【００２８】
伝熱プレート２１は、伝熱プレート２１の周囲３９において、一部が下の伝熱プレート２３に結合してもよい。例えば、伝熱プレート２１の周囲３９において、一部が同様の下の伝熱プレート２３の周囲に結合してもよい。プレートの周囲３９における流体入口３６および流体出口３７は、下の伝熱プレート２３とは結合していない。流体入口３６および流体出口３７のような、結合されていない部分は、それぞれ角度βと定義される。部分３６、３７は対称であり、たがいに対向して配されて、の第２の流体Ｆ２の流体入口および流体出口として機能するよう形成されている。伝熱プレート２１、２３をこれら周囲で結合する必要はない。この場合、第１の側３６が依然として第２の流体Ｆ２の流体入口３６として機能し、第２の側３７が依然として第２の流体Ｆ２の流体出口３７として機能する。第２の流体Ｆ２が入口３６および出口３７以外の箇所からプレートに入り、出ることを防ぐために、ガスケットが配されてもよい。
【００２９】
過多の第２の流体Ｆ２が、例えば円筒形のシェル３とプレート積層体２０の間に生じうる隙間に流れることによって、プレート積層体２０を通過することを防ぐため、ガスケットやその他のバイパス遮断具（不図示）が円筒形のシェル３とプレート積層体２０の間に配されてもよい。無論、これらガスケットや遮断具は、流体入口３６および流体出口３７の外部に位置する。
【００３０】
伝熱プレート２１、２２、２３の結合は、典型的には溶接で実現される。伝熱プレート２１は、下に隣り合う伝熱プレート２３の、対応する折り曲げられた中央縁に向かって折り曲げられ、かつ、結合される中央縁５２を有しうる。伝熱プレート２１はまた、上に隣り合う他の伝熱プレート２２の、対応する折り曲げられた周囲縁に向かって折り曲げられ、かつ、結合される周囲縁５１を有しうる。
【００３１】
伝熱プレート２１、２２、２３は、これらの折り曲げられた縁で互いに結合されうる。密閉箇所は、分離デバイス４０とプレート２１と２２などの伝熱プレートの間に配され、流入口３４と流出口３５を除くすべての箇所でこれらの中央開口３１に沿って密閉される。
【００３２】
図１から図４に戻り、伝熱プレートを越えた流れについて説明する。第１の流体の流れは、「Ｆ１」と示される経路に従っている。分離デバイス４０とその分流器４２によって、第１の流体Ｆ１の流れは、第１の流体入口６を通過し、第１円筒区画４３に入り、分離デバイス４０の第１の開口４５から流出し、積層体２０の伝熱プレート２１の第１のプレートの流入口３４に流入する。第１の流体Ｆ１は、そこで伝熱プレートを渡って流れると共に、図１の経路Ｆ１に示すように「回転し」、積層体２０の伝熱プレート２１の第１のプレートの流出口３５を経由して伝熱プレートを離れ、第２の開口４６を経由して第２円筒区画４４に流入する。第２円筒区画４４から、第１の流体Ｆ１は第１の流体出口７に流入し、そこで熱交換器１０１を離れる。
【００３３】
理解されるであろうことは、分流器４０の第１の区画４３は、積層体２０の一組の（複数の）伝熱プレートの中央開口３１において流体入口３４に面しており、分流器４２の第２の区画４４は、積層体の同じ一組の伝熱プレートの中央開口３１において流体出口３５に面している。
【００３４】
第２の流体の流れは、「Ｆ２」と示される経路に従っている。第２の流体Ｆ２の流れは、第２の流体入口８を通過して、積層体２０における伝熱プレート２１の第２のプレートの流入口３６に流入する。全ての第２のプレートの流入口３６への流体の分配を容易にするため、熱交換器１０１は第２の流体入口８において、シェル３とプレート積層体２０との間のチャネルとして形成される分配器を備える。この分配器、またはチャネルは、切り欠き２８を伝熱プレート２１に配し、流入口８において伝熱プレート２１とシェル３との間に空間を作り出している。同様に、第２の流体出口９において、分配器と同様の形状を有するコレクタを配してもよい。コレクタは、シェル３とプレート積層体２０との間のチャネルとして形成され、切り欠き２９を伝熱プレート２１に配し、流出口９において伝熱プレート２１とシェル３との間に空間を作り出している。伝熱プレート２１の第１の側３６、または流体入口３６は、切り欠き２８において形成され、また、第２の側３７、または流体出口３７は、切り欠き２９において形成される。
【００３５】
第２の流体Ｆ２は、プレートの入口３６に流入すると、積層体２０のプレートを渡って流れ、図１のＦ２の経路のように、出口３７を経由して積層体２０の伝熱プレートを離れて、そして第２の流体出口９を経由して熱交換器１０１を離れる。
【００３６】
分離デバイス４０は、その上端で上カバー４に溶接され、その下端で底カバー５に溶接されている。典型的には、円筒４１はその上周縁で上カバー４に溶接され、その下終縁で底カバー５に溶接されている。そして、分離デバイス４０は、伝熱プレート２１−２３の開口３１を通って上カバー４から底カバー５まで延在し、補強要素４０として機能している。結果として、補強要素４０の形をとる分離デバイス４０は、プレート熱交換器が前記第１の流体および／または前記第２の流体のいずれかから圧力を受けたときにカバー４、５を支持する。補強要素４０が、分離デバイスの形をとるときには、分流器４２を備え、第１の区画４３と第２の区画４４とに分離している。
【００３７】
図７および図８に移り、第２のプレート熱交換器１０２の実施形態について説明する。プレート熱交換器１０２は、図１に関連して説明したプレート熱交換器１０１と同様であり、円筒形のシェル３、上カバー４および底カバー５を有するケーシング２を備える。分流器４２を有する流体分離デバイス４０は、エンクロージャ１４に配されている伝熱プレートの積層体２０における空間２４の中に配されている。図７および図８のプレート熱交換器１０２は、上カバー４から底カバー５まで、伝熱プレートの開口３１を通って延在する補強要素５０を有する点で図１のプレート熱交換器１０１と異なる。補強要素５０は、上カバー４および底カバー５のそれぞれに接続されている。補強要素５０は、プレート積層体２０の空間２４を通って延在する長尺のバー形状を有し、上カバー４および底カバー５に接続されている。示されている実施形態おいては、１６本のバーが流体分離デバイス４０の周りに対称に配されている。バーは、カバー４、５を通って延在するねじ切りされた端部を有し、ナットが、バーをカバーに固定するためにねじ切りされた端部に配されている。流体分離デバイス４０の開口４５、４６は、伝熱プレート２１の中央開口３１の流体入口および流体出口３４、３５に直接接続されている（図５参照）。この接続は、流体分離デバイス４０の開口４５、４６から積層体２０の伝熱プレート２１の流体入口および流体出口３４、３５まで延在する、二つのフローガイド４５１、４６１により実現されている。第２の流体Ｆ２のための流入口および流出口、ならびに第２の流体Ｆ２の流れは、図７のプレート熱交換器１０２については、図１のプレート熱交換器１０１と同じである。
【００３８】
図９に移り、第３のプレート熱交換器１０３の実施形態について説明する。プレート熱交換器１０３は図１に関連して説明したプレート熱交換器１０１と同様であり、円筒形のシェル３、上カバー４および底カバー５を有するケーシング２を備える。図９のプレート熱交換器１０３は、流体分離デバイス４０がカバー４、５を通って延在するパイプ６０の形状を有する点で図１のプレート熱交換器と異なる。パイプ６０は補強要素６０として機能し、両端部に第１の流体Ｆ１のための流体入口６および流体出口７を有する。補強要素６０は分流器４２と、図１のプレート熱交換器１０１に用いられる流体分離デバイス４０のものと同様の第１の区画４３および第２の区画４４と、を有する。補強要素６０は、伝熱プレート２１の流体入口３４および流体出口３５に面している長尺の開口４５、４６を有する。補強要素６０は、積層体２０の中央空間２４を通って延在し、周囲において、両カバー４、５に溶接されている。これにより、プレート熱交換器１０３の、温度のばらつきおよび流体圧力の変動に耐える能力を改善する。流入口および流出口、ならびに第２の流体Ｆ２の流れは、図９のプレート熱交換器１０３については、図１のプレート熱交換器１０１と同じである。
【００３９】
図１０、図１１および図１２に移り、第４の実施形態のプレート熱交換器１０４および伝熱プレート２１２の一つについて説明する。プレート熱交換器１０４は、互いに結合する円筒形のシェル３、上カバー４および底カバー５を有するケーシング２を備える。恒久的に互いに結合している複数の伝熱プレートは、ケーシング２の中のエンクロージャ１４の中に配されているプレート積層体２０を形成している。積層体２０は、その伝熱プレートの間に、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２のための互い違いの第１と第２の流路１１、１２を有し、例えば、第１の流体Ｆ１は、一つおきの一対の伝熱プレートの間に流れ、第２の流体Ｆ２は、一つおきの他の一対の伝熱プレートの間に流れる。パイプ形状の補強要素７０は、上カバー４、伝熱プレート２１２の中央開口３１、および底カバー５を通って延在する。積層体２０のいくつかの伝熱プレートの中央開口３１は、一緒になって積層体２０の中央空間２４を形成し、この中央空間２４を通って補強要素７０が延在する。補強要素７０の第１の端部は、第１の流体Ｆ１のための流体入口６として機能し、補強要素７０の第２の端部は、第１の流体Ｆ１のための流体出口７として機能する。
【００４０】
補強要素７０は、補強要素７０を第１の区画４３と第２の区画４４とに分離している分流器１４２を有する。分流器１４２は、ディスク形状を有し、補強要素７０を形成するパイプの中央に位置しており、二つの区画４３、４４の間を密封している。第１の区画４３は、積層体２０の伝熱プレートの第１の組４５３について、一つおきの伝熱プレートの間の隙間に向かっている開口４５を有している。第１の区画４３の開口４５は、伝熱プレートの第１の組４５３の中央開口３１において、流体入口に面している。第２の区画４４は、積層体２０の伝熱プレートの第２の組４６３について、一つおきの伝熱プレートの間の隙間に向かっている開口４６を有している。第２の区画４４の開口４６は、伝熱プレートの第１の組４６３の中央開口３１において、流体入口に面している。
【００４１】
第１の流体Ｆ１は、流体入口６においてプレート熱交換器１０４に入り、第１の区画４３に流入し、第１の区画４３から開口４５を経由して流出し、第１の組４５３の中央の、一つおきの伝熱プレートの間の隙間に流入する。流体Ｆ１は伝熱プレートを渡って流れ、これらの周縁におけるプレートの切り欠き３１１、３１２において、伝熱プレートを離れる。切り欠き３１１、３１２は、伝熱プレートとケーシング２との間のチャネルを形成している。第１の流体Ｆ１はこれらのチャネル内を、伝熱プレートの第２の組４６３に向かって流れ、そこで第２の組４６３の、一つおきの伝熱プレートの間の隙間に流入する。第１の流体Ｆ１は、プレートの切り欠き３１１、３１２において伝熱プレートに入り、伝熱プレートを渡って流れ、開口４６を経由して第２の区画４４に入る。その後、第１の流体Ｆ１は流体出口７を経由してプレート熱交換器１０４を離れる。
【００４２】
第１の区画４３の開口４５は、補強要素７０において長尺の貫通孔の形状を有していてもよく、伝熱プレートの第１の流体Ｆ１を均等に分配するために対称に配されている。第２の区画４４の開口４６も、同様に配されている。補強要素７０は、カバー４、５に溶接されており、これにより、プレート熱交換器１０４の、温度のばらつきおよび流体圧力の変動に耐える能力を向上させる。
【００４３】
図１１に示されるように、プレート熱交換器１０４は、上カバー４から底カバー５まで延在する更に二つのパイプ７０１、７０２を有する。第１のパイプ７０１の第１の端部は、第２の流体Ｆ２のための流入口８を形成しており、第１のパイプ７０１の第２の端部は、溶接により底カバー５に取り付けられている。第１のパイプ７０１は、その周囲に沿った、上カバー４を通過して延在する箇所で、溶接により上カバー４に取り付けられている。
【００４４】
第２のパイプ７０２の第１の端部は、第２の流体Ｆ２のための流出口９を形成しており、第２のパイプ７０２の第２の端部は、溶接により底カバー５に取り付けられている。第２のパイプ７０２は、その周囲に沿った、上カバー４を通過して延在する箇所で、溶接により上カバー４に取り付けられている。そのため、両パイプ７０１、７０２はプレート熱交換器１０４の補強要素として機能する。
【００４５】
第１のパイプ７０１は、プレート積層体２０を通り、第２の流体Ｆ２のための流体入口３６として機能する伝熱プレート２１２の第１の区画３６を経由して延在する。第２のパイプ７０２は、プレート積層体２０を通り、第２の流体Ｆ２のための流体出口３７として機能する伝熱プレート２１２の第１の区画３７を経由して延在する。流体入口３６は、伝熱プレート２１２において貫通孔の形状を有し、第２の流体Ｆ２は流体入口３６で伝熱プレートの間の隙間に入るという意味で、第２の流体Ｆ２のための流体入口３６として機能する。流体出口３７は、伝熱プレート２１２において貫通孔の形状を有し、第２の流体Ｆ２は流体出口３７で伝熱プレートの間の隙間から出るという意味で、第２の流体Ｆ２のための流体出口３７として機能する。第１のパイプ７０１は一つ以上の流体入口３６に面している開口７０３を有し、第２のパイプ７０２は一つ以上の流体出口３７に面している開口７０４を有する。
【００４６】
第２の流体Ｆ２は、流体入口８においてプレート熱交換器１０４に入り、第１のパイプ７０１に流入し、第１のパイプ７０１から開口７０３を経由して流出し、一つおきの伝熱プレートの間の隙間で流体入口３６に流入する。第２の流体Ｆ２は、そして、伝熱プレートを渡って流れ、流体出口３７に向かい、そこで開口７０４を経由して第２のパイプ７０２に入ることにより伝熱プレートを離れる。第２の流体Ｆ２は、そして、第２のパイプ７０２に流入し、そこで流体出口９を経由して離れる。
【００４７】
図１３および図１４に移り、第５の実施形態のプレート熱交換器１０５および伝熱プレート２１２の一つについて説明する。プレート熱交換器１０５は、互いに結合する円筒形のシェル３、上カバー４および底カバー５を有するケーシング２を備える。恒久的に互いに結合している複数の伝熱プレートは、ケーシング２の中のエンクロージャ１４の中に配されているプレート積層体２０を形成している。積層体２０は、その伝熱プレートの間に、第１の流体Ｆ１と第２の流体Ｆ２のための互い違いの第１と第２の流路１１、１２を有し、例えば、第１の流体Ｆ１は、一つおきの一対の伝熱プレートの間に流れ、第２の流体Ｆ２は、一つおきの、他の一対の伝熱プレートの間ごとに流れる。
【００４８】
２つのパイプ８１、８２の形状の補強要素８０は、上カバー４から底カバー５まで延在する。第１のパイプ８１の第１の端部は、第１の流体Ｆ１のための流体入口６を形成しており、第１のパイプ８１の第２の端部は、溶接により底カバー５に取り付けられている。第１のパイプ７０１は、その周囲に沿った、上カバー４を通過して延在する箇所で、溶接により上カバー４に取り付けられている。第２のパイプ８２の第１の端部は、第１の流体Ｆ１のための流出口７を形成しており、第２のパイプ８２の第２の端部は、溶接により底カバー５に取り付けられている。第２のパイプ８２は、その周囲に沿った、上カバー４を通過して延在する箇所で、溶接により上カバー４に取り付けられている。２つのパイプ８１、８２の形状の補強要素８０は、プレート熱交換器１０５の、温度のばらつきおよび流体圧力の変動に耐える能力を向上させることができる。
【００４９】
第１のパイプ８１は、プレート積層体２０を通り、伝熱プレート２１３の第１の開口３１を通って延在する。第１の開口３１は、プレート積層体２０に第１の空間２４を形成する。第２のパイプ８２は、プレート積層体２０を通り、伝熱プレート２１３の第２の開口１３１を通って延在する。第２の開口１３１は、プレート積層体２０に第２の空間１２４を形成する。第１のパイプ８１および第２のパイプ８２の配置は、図１１の第１および第２のパイプ７０１、７０２の配置に対応する。
【００５０】
第１の流体Ｆ１は、流体入口６においてプレート熱交換器１０５に入り、第１のパイプ８１に流入し、第１のパイプ８１から第１のパイプ８１の開口７０３を経由して流出し、一つおきの伝熱プレートの間の隙間で伝熱プレートの第１の開口３１に流入する。第１の流体Ｆ１は、そして、伝熱プレートを渡って流れ、伝熱プレートの第２の開口１３１に向かい、そこで第２の開口１３１を経由して第２のパイプ８２に入ることにより伝熱プレートを離れる。第１の流体Ｆ１は、第２のパイプ８２の開口７０４経由で第２のパイプ８２に流入し、そこで流体出口７を経由してパイプ８２を離れる。
【００５１】
プレート熱交換器１０５における第２の流体Ｆ２の流れは、図１のプレート熱交換器１０１の第２の流体Ｆ２の流れと同じだが、示された実施形態との比較においては流れが逆転している点において異なる。詳細には、プレート熱交換器１０５を通る第２の流体Ｆ２の流れは、円筒形のシェル３の中間における流体入口８に始まる。流体は、伝熱プレート２１３における切り欠き２８によって、積層体とシェル３との間に形成されたチャネルに入る。このチャネルから第２の流体Ｆ２は、第２の流体Ｆ２のための流体入口３６として機能する伝熱プレート２１３の第１の区画において、積層体２０における一つおきの他の隙間に流入する。第２の流体Ｆ２は、そして、伝熱プレートを渡って流れ、伝熱プレート２１３の第２の区画３７に向かう。第２の区画は、第２の流体Ｆ２のための流体出口３７として機能する。第２の流体Ｆ２は、そして、流体出口３７を経由して伝熱プレート２１３を離れ、伝熱プレート２１３の切り欠き２９によって積層体２０とシェル３との間に形成されたチャネルに入る。このチャネルは、他の切り欠き２８により形成されたチャネルと比較し、積層体２０の反対側に位置している。第２の流体Ｆ２は、切り欠き２９におけるチャネルから流入し、流体出口９に向かい、そこでプレート熱交換器１０５を離れる。
【００５２】
一方または両方の流体の流れは、異なる実施形態１０１、１０２、１０３、１０４、１０５のプレート熱交換器においては逆転している。更に、どのような望ましい組合せにおいても、異なる方式の流体分配が用いられてもよい。例えば、図９の補強要素６０は、図１１のパイプ７０１、７０２との組み合わせ、または、図１３の補強要素８０との組み合わせにおいて用いられてもよい。
【００５３】
プレート熱交換器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５は、高圧プレート熱交換器である。これは、熱交換器が高圧での動作用に設計されていることを意味する。そのため、熱交換器は高圧に耐えることができる。ここで用いられるように、高圧とは少なくとも５ＭＰａを意味する。ケーシング２は、圧力容器である。シェル３、上カバー４および底カバー５は圧力容器を形成している。圧力容器は高圧に耐える。ケーシング２は高圧に耐えるように構成されており、すなわち、少なくとも５ＭＰａの圧力をいう。ケーシングの剛性は、高圧に耐えるために十分である。シェル３、上カバー４および底カバー５の厚さは高圧に耐えるために十分である。また、溶接および／またはクランプ／ボルト接続のようなシェル３と上カバー４と底カバー５とのそれぞれの間の接続は、高圧に耐えるために十分な強度を有する。しかしながら、ケーシングが高圧にさらされたときに補強要素４０、５０、６０、７０、８０は上および底カバー４、５を支持し、上および底カバー４、５のたわみを防止している。これにより、カバー４、５を、補強要素なしの設計と比較してより薄くすることができる。なぜなら、上および底カバーは、補強要素に補助されることから、これらそのもののたわみを減少させる、または防止するための剛性をすべて備える必要がないためである。また、プレート積層体２０は、高圧に耐えるように構成されている。プレート熱交換器１０１、１０２、１０３、１０４、１０５は、プレートおよびシェル熱交換器であり、高圧熱交換器である。
【００５４】
上記説明に加えて、本発明の様々な実施形態が示されているが、本発明はこれに限定されず、以下の特許請求の範囲に定義された主題の範囲において他の実施形態を取りうる。
【符号の説明】
【００５５】
２  ケーシング
３  シェル
４  上カバー
５  底カバー
６  流体入口
７  流体出口
８  流体入口
９  流体出口
１４  エンクロージャ
２０  積層体
２１  プレート
２４  空間
３５  流体出口
３６  流体入口
３７  流体出口
３９  周囲
４０  流体分離デバイス（補強要素）
４１  円筒
４２  分流器
４３  第１の区画
４４  第２の区画
４５  開口
４６  開口
５０  補強要素
６０  補強要素
７０  補強要素
８０  補強要素
８１  パイプ
８２  パイプ
１０１  プレート熱交換器
１０２  プレート熱交換器
１０３  プレート熱交換器
１０４  プレート熱交換器
１０５  プレート熱交換器
１４２  分流器
２１２  伝熱プレート
２１３  伝熱プレート
４５１  フローガイド
４６１  フローガイド
７０１  パイプ
７０２  パイプ
７０３  開口
７０４  開口
【図１】
2018536836.tif 000003
【図２】
2018536836.tif 000004
【図３】
2018536836.tif 000005
【図４】
2018536836.tif 000006
【図５】
2018536836.tif 000007
【図６】
2018536836.tif 000008
【図７】
2018536836.tif 000009
【図８】
2018536836.tif 000010
【図９】
2018536836.tif 000011
【図１０】
2018536836.tif 000012
【図１１】
2018536836.tif 000013
【図１２】
2018536836.tif 000014
【図１３】
2018536836.tif 000015
【図１４】
2018536836.tif 000016
【国際調査報告】
2018536836.tif 000017
2018536836.tif 000018