(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の熱伝達プレート（２）が、少なくとも１つの熱交換流体が流れる熱伝達部（１５）の両側上のポートホール（８，９；１４；２１；２７；２９）と呼ばれる複数の貫通口と、前記熱伝達プレート（２）がプレート熱交換器内で他の熱伝達プレートと互いに隣接している場合に、前記熱交換流体が流れる分配流路（１７；２６）を形成するようになっており、かつ前記ポートホール（１４；２１；２７；２９）の１つから前記熱伝達部（１５）の方へ延びている１つの流路部（１６；２２；２８；３０；３１；３２）とを有している、同一の寸法からなり、かつ同一形状の中央に配置された熱伝達部（１５）を有している複数の熱伝達プレート（２）の前記流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）のプレス加工と、前記複数のポートホール（８，９；１４；２１；２７；２９）を形成する孔開け加工とを別々に行う、熱伝達プレート（２）の製造方法において、
前記熱伝達プレート（２）を形成する、連結されていない、または相互に連結されているシートメタル片に、第１のシートメタル片内の前記１つのポートホール（１４；２１；２７；２９）が、第２のシートメタル片内の対応する１つのポートホール（１４；２１；２７；２９）とは異なる種類となるように、前記孔開け加工によって孔を開け、完成した熱伝達プレート（２）が異なる長さの流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）を有することになるように、前記孔開け加工によって、前記シートメタル片の前記１つのポートホール（１４；２１；２７；２９）を形成することを特徴とする熱伝達プレートの製造方法。
【請求項２】
各シートメタル片に、先ず前記１つのポートホール（１４；２１；２７；２９）を孔開けする孔開け加工を行い、次いで前記流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）を形成するプレス加工を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各シートメタル片に、先ず前記流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）を形成するプレス加工を行い、次いで前記１つのポートホール（１４；２１：２７；２９）を孔開けする孔開け加工を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
異なる種類の前記１つのポートホール（１４；２１；２７）を、異なる直径を有する円形に形成する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記１つのポートホール（１９，３３，３４）の少なくとも１つを円形とは異なる形状にする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記各熱伝達プレート（２）の前記流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）を形成する前記プレス加工を、この熱伝達プレート（２）の前記熱伝達部（１５）に凹凸のプレスパターンを形成するときと同時に行う、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記各熱伝達プレート（２）の前記流路部を、前記流路部が溝（１６，２８）を成すように形成する、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記各熱伝達プレート（２）の前記流路部（２２）に凸部および／または凹部からなるプレスパターンを形成する、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
複数の熱伝達プレート（２）が同一の寸法を有し、かつ同一形状の中央に配置された熱伝達部（１５）を備えており、前記各熱伝達プレート（２）は、少なくとも１つの熱交換流体が流れる熱伝達部（１５）の両側上のポートホール（８，９；１４；２１；２７；２９）と呼ばれる複数の貫通口と、前記熱伝達プレート（２）がプレート熱交換器内で他の熱伝達プレートと互いに隣接している場合に、前記熱交換流体が流れる分配流路（１７；２６）を形成するようになっており、かつ前記ポートホール（１４；２１；２７；２９）の１つから前記熱伝達部（１５）の方へ延びている１つの流路部（１６；２２；２８；３０；３１；３２）とを有している、複数の熱伝達プレート（２）の組立体において、
前記各流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）における前記熱伝達プレート（２）の前記１つのポートホール（１４；２１；２７；２９）は、異なる種類からなり、かつ前記熱伝達プレート（２）の前記流路部（１６；２２；２８；３０，３１，３２）が異なる長さを有するように形成されていることを特徴とする熱伝達プレートの組立体。
【請求項１０】
前記各熱伝達プレート（２）の前記流路部（１６；２８；３０，３１，３２）は異なる長さを有する溝（１６；２８；３０，３１，３２）を形成している、請求項９に記載の熱伝達プレートの組立体。
【請求項１１】
前記各熱伝達プレート（２）の前記流路部（２２）は凸部および／または凹部（２３）からなるプレスパターンを備えている、請求項９に記載の熱伝達プレートの組立体。
【請求項１２】
異なる種類からなる前記１つのポートホール（１４；２１；２７）は異なる直径を有する円形である、請求項９から１１のいずれか１項に記載の熱伝達プレートの組立体。
【請求項１３】
異なる種類からなる前記１つのポートホール（２９，３３，３４）の少なくとも１つが円形とは異なる形状を有している、請求項９から１１のいずれか１項に記載の熱伝達プレートの組立体。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか１項に記載の組立体に含まれる少なくとも１つの種類からなる複数の熱伝達プレート（２）を有しており、前記各熱伝達プレート（２）は、中央熱伝達部（１５）と、少なくとも１つの熱交換流体が流れる熱伝達部（１５）の両側上のポートホール（８，９；１４；２１；２７；２９）と呼ばれる複数の貫通口と、前記熱伝達プレート（２）がプレート熱交換器内で他の熱伝達プレートと互いに隣接している場合に、前記熱交換流体が流れる分配流路（１７；２６）を形成するようになっており、かつ前記ポートホール（１４；２１；２７；２９）の１つから前記熱伝達部（１５）内またはその近傍の、前記各熱伝達プレート（２）において前記熱伝達部（１５）に対して同じ位置にある領域へ延びている１つの流路部（１６；２２；２８；３０；３１；３２）とを有している、熱交換器において、
前記分配流路（１７；２６）の最小貫流面積と前記１つのポートホール（１４；２１；２７；２９）の貫流面積との比が０．０００２から０．０５の範囲内、好ましくは０．０００７から０．０１７の範囲内であることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
本発明は、同一の寸法で、同一の形状の中央熱伝達部を有する熱伝達プレートの製造方法に関する。熱交換プレートは、各々、その熱伝部にポートホールと呼ばれるスルーホールを有し、このスルーホール内を少なくとも１つの熱交換流体が流れる。更に、各熱伝達プレートに流路部分を有し、この流路部分は、熱伝達プレートが他の熱伝達プレートに熱交換器内で突合わされているとき、前述の熱交換流体の流れる分配流路を限定するようになっている。この流路部分は前述のポートホールの一つから熱伝達部の内部、又は近傍の部分へ延び、この部分は、他の熱伝達プレートの熱伝達部に対して同じ位置にある。熱伝達プレートの製造中においては、熱伝達プレートの流路部分のプレス加工と、ポートホールを形成する穴明け（ｐｕｎｃｈ）加工とは別々に行われる。
プレート熱交換器においては、熱伝達プレート間に熱伝達流路を有するプレートパッケージを形成するように熱伝達プレートが互いに突合わされて配置される。熱伝達プレートのポートホールはプレートパッケージ内にポートチャンネルを形成する。
プレート熱交換器は、冷却システムの蒸発器として用いられることが多い。このようなプレート熱交換器においては、殆どの場合、冷媒からなる一つの熱交換流体が、液−ガスの混合体としてポートチャンネルの一つに流入する。この冷媒は、ポートチャンネルから、最初に述べたように、分配流路を通じて冷媒用の熱伝達流路へ流入する。分配流路を流れるとき、冷媒に圧力降下が生じる。このため、異なる熱伝達流路間の冷媒の配分は均等化される。熱伝達流路内で冷媒は、隣接する熱伝管内を流れる他の熱交換流体から熱を取入れて蒸発する。
多くの冷却システムにおいては、長期間に亘って、少数の類似の冷媒のみが用いられていた。このような冷却システム用のプレート熱交換器はいくつかの異なったサイズで製作されているが、同一のサイズのプレート熱交換器は、それに用いられる冷媒の種類に拘わらず同じ設計になってる。このため分配流路も同一のサイズになっており、冷媒に生じる圧力降下が必ずしも最適にはなっていない。
従来の冷媒は環境に危険なため使用を禁止され来ており多数の新しい環境にやさしい冷媒が導入されているため、プレート熱交換毎に分配流路における圧力降下を使用する冷媒ごとに変える必要が生じて来ている。新しい冷媒は特定の温度においてそれぞれ異なる蒸発圧力を持っている。
スエーデン特許８７０２６０８−４には、冷媒がポートチャンネルからいくつかの熱伝達流路へ流入するときの冷媒の圧力を下げるための制限物を形成したプレート熱交換器が開示されている。この制限物はリングに明けられた孔からなっていて、この孔はポートチャンネル周りで熱伝達プレート間に配置されるか、又は、冷媒に対する入口チャンネルを構成するポートチャンネルに設けられた管に孔が明けられる。他の実施例によると、冷媒の入口チャンネルを形成するポートホールの周りで、熱伝達プレートが２枚ずつ互いに突合わされている。これらの制限物は冷媒の種類、圧力降下、および温度差に合わせることができる。
本発明の目的は、分配流路において得られる圧力降下が異なる、プレート熱交換器用の熱伝達プレートを簡単に低コストで製造することである。
この目的は、初めに述べた熱伝達プレートの製造方法を用いて達成することができる。すなわち、熱伝達プレートを形成する単独又は互いに連結されたシートメタル片をパンチ加工し、第１のシートメタル片のポートホールが第２のシートメタル片とは異なるものとし、これらのシートメタル片のポートホールが、仕上がった熱伝達プレートが異なった寸法の流路部分になるようにパンチ加工により形成される。
異なる冷媒に対して個々に対応する本願のプレート熱交換器用の熱伝達プレートは、異なる冷媒に対して個々には対応しない熱伝達プレートと殆ど同じコストで製造することができる。本願によると異なるポートホールのパンチ加工には異なるパンチ工具が用いられるが、個々の熱伝達プレートのコスト増は量産の場合問題にならない。
ポートホールのパンチ加工は流路部分のプレス加工の前に行うことができるが、その逆でもよい。
前述の異なる種類のポートホールは円形に形成できるが径が異なるものとする。又は、ポートホールは円形と異なる形状にしてもよい。これらの方法においては、熱伝達プレートには、異なる寸法の流路部分を容易に設けることができる。
一般的に熱伝達プレートの熱伝達部は、プレス加工による凹部と凸部のプレスパターンを備えている。熱伝達プレートの流路部は同じくプレス加工により形成するのが便利である。
本発明の方法を実施する場合、各熱伝達プレートの流路部は溝を形成するように加工される。これにより隣接する２枚のプレート間の分配流路には、チャンネル形の特定の均等の流れ面が与えられる。このため、チャンネル内を流れる冷媒に所望の圧力降下を生ぜしむるチャンネルの長さは簡単に計算することができる。
又は、流路部には凸部および又は凹部のプレスパターンを形成することができる。
本発明は又、熱伝達プレートの組立体に関する。この組立体は、同じサイズで同形の中央熱伝達部を備えている。熱伝達プレートはそれぞれポートホールと呼ばれるスルーホールを少なくとも１つの熱交換流体の通る熱伝達部の両側に持っている。そして１つの流路部が、熱伝達プレートが互いに突合わされているとき、前述の熱交換流体の流れる分配流路の境界を形成している。この流路部はポートホールの１つから熱伝達部内又は近傍の部分へ延び、この部分は異なる熱伝達プレートの熱伝達部に関して同じ位置にある。
この組立体の熱伝達プレートの特徴は、各流路部におけるポートホールが、熱伝達プレートの流路部が異なる寸法を持つように形成されていることである。
熱伝達プレートの組立体は、少なくとも２種類の異なった熱伝達プレートと考えられる。本発明の組立体の熱伝達プレートからなる熱交換器においては、一種類、二種類又は数種類の熱伝達プレートが備えられている。この数種の熱伝達プレートは、プレート熱交換のプレートパッケージが多くの熱伝達プレートからなる場合に適する。このときは、長いポートチャンネルになる。このような長いポートチャンネルの場合は熱交換流体には圧力降下が起こる。この場合、熱伝達流路間に冷媒を均等に分配するためには、分配流路はプレート熱交換器の入口を形成するポートチャンネルに沿って異なる寸法を持つことが必要となる。
最後に、本発明は、少なくとも上述の組立体の一種類を含む熱伝達プレートからなるプレート熱交換器に関する。この種の熱交換器においては、分配流路の最小貫流面積とポートホールの貫流面積との比は、０．０００２から０．０５の範囲内であり、好ましくは０．０００７から０．０１７の範囲である。これらの比は冷却システムの蒸発器として用いられるプレート熱交換器に適用できるものである。
以下に本発明を図面を参照してより詳しく説明する。図１は半田付けのプレート熱交換器を示し、図２は、図１のプレート熱交換器のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３、５、７、８は本発明の実施例のポート部を有する熱伝達プレートの角部を示す。熱伝達プレートのポート部のみが、図３、５、７、８について正しく示されているが、残りのプレート部は概略のみ示されている。図４、６には図３、５の熱伝達プレートの断面がそれぞれ示されている。
図１は、冷却システムの蒸発器として用いられるプレート熱交換器１を示す。プレート熱交換器１は、凸と部と凹部のプレスパターンを有し、プレートパッケージに半田付けされた熱伝達プレート２からなる。熱伝達プレート２は互いに突合わされ、第１と第２の熱伝達流路が熱伝達プレート２の間に２種類の熱交換流体が貫流するように形成されている。２枚のプレートパッケージの外側の熱伝達プレートの上には、それぞれ、エンドプレートが半田付けされている。このエンドプレート３は４個の接続管４−７を備えている。
熱伝達プレート２は各々４個のポートホールを有し、その各々は接続管４−７に揃えられている。熱伝達プレート２内のポートホールは、プレートパッケージを貫通して４個のポートチャンネルを形成する。接続管４、５に揃えられた２個のポートチャンネルは、熱伝達流路の第１の組に連通し、接続管６、７に揃えられた他の２個のポートチャンネルは熱伝達流路の第２の組に連通している。一方の熱交換流体は冷媒からなり、熱伝達流路の第１の組内を接続管４から５へ流れるようになっている。そして他方の熱交換流体は、プレート熱交換器１の熱伝達流路の第２の組内を接続管６から７へ流れるようになっている。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったプレート熱交換器の断面図である。熱伝達プレート２は、その２つのポートホール８、９の周りで互いに突合わされて２つのポートチャンネル１０、１１を形成して熱伝達流路１２、１３の第１と第２の組を形成している。ポートチャンネル１０と接続管５とは冷媒の出口を形成し、そして、第１の熱伝達流路１２に接続されている。接続管６とポートチャンネル１１とは第２の熱交換流体の入口を形成して第２の熱伝達流路１３に接続されている。
図３は、本発明の一実施例の熱交換プレート２の隅部を示す。この隅部においては、熱伝達プレート２は、接続管４と同心のポートホール１４を有する。プレートパッケージにおいて、数枚の熱伝達プレート２が互いに突合わされると、熱伝達プレート２のポートホール１４は、接続管４と共にプレート熱交換器の冷媒の入口を形成する。各熱伝達プレート２のポートホール１４と熱伝達部１５の間には、プレス加工された溝１６の形をした流路部が設けられている。
図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った４枚の熱伝達プレート２の断面を示す。熱伝達プレート２は対をなしてポートホール１４の周りで互いに突合わされて重ね合わされ、そして、対をなすプレート２の溝１６がチャンネル１７の形をなす分配流路を形成している。ポートホール１４はポートチャンネル１８を形成している。熱伝達プレート２内に異なる寸法のポートホール１４をパンチ加工で形成することにより、例えば図３の線１９、又は２０に沿って形成することによって、長さの異なる分配流路、すなわち、チャンネル１７が設けられる。
冷媒がポートチャンネル１８からチャンネル１７を経て熱伝達プレート２の熱伝達部１５間に形成された熱伝達流路１２内に流入すると、冷媒にはチャンネル１７の長さに依存する圧力降下が生ずる。チャンネル１７の長さを変えることにより、所望の圧力降下が得られ、従って、特定の冷媒の最適の蒸発が得られる。
図５は本発明の他の実施例の熱伝達プレート２の隅部を示す。熱伝達プレート２はポートホール２１を有し、プレート熱交換器の他の熱伝達プレート２の対応するポートホールと共に冷媒の入口チャンネルを形成する。この実施例においては、プレス加工による熱伝達プレート２の流路部２２は凹部及び凸部２３のパターンが設けられている。点線２４、２５はポートホールがパンチ加工される線を示し、この点線は異なる直径を持っている。
図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った４枚の熱伝達プレート２の断面である。しかし、熱伝達プレート２は、一枚おきにのみ凹凸２３がその流路部に設けられている。これら熱伝達プレート２は、流路部の近傍を除いて、互いに対をなしてポート２１周りで密着され、これにより熱伝達プレート２間に分配流路２６が形成されている。分配流路２６の長さはポートホール２１の直径を大きくすることにより短くすることができる。更に他の実施例を図７に示す。熱伝達プレート２のポートホール２７周りの面には流路部が設けられ、螺旋形の溝２８がプレス加工により設けられている。更に、この実施例では、溝２８の長さは、ポートホール２７の直径を大きくすることにより減らすことができる。
図８は、他の実施例の熱伝達プレート２の隅部を示す。ポートホール２９と熱伝達プレート２の熱伝達部１５間の流路部には３個のプレス加工された異なる長さの溝３０、３１、３２が設けられている。熱伝達プレート２が、同じ寸法のポートホールを持つ他の熱伝達プレートにポートホール２９周りで突合わされていると、溝３０のみがポートホール２９の線と熱伝達部１５との間にチャンネルを形成する。熱伝達プレート２を線３３、３４に沿ってパンチ加工すると、溝３１と溝３１、３２は、各々、ポートホールの線と熱伝達部１５の間にチャンネルを形成する。チャンネルを多くする程、ポートホールから熱伝達部１５へ流れる冷媒の圧力降下は小さくなる。
他にも多くの実施例は可能である。例えば、図６に示す熱伝達プレート２は、その流路部２２に凹凸部を設けることができ、そして、図６の実施例においては、プレス加工の溝１６を熱伝達プレート一枚おきに設ける必要がある。図３、４及び図５、６の実施例では、チャンネル１７と分配流路２６は共に、ポートホール１４、２１の直径を大きくするかわりに、図８の線３３、３４により示す方法により熱伝達プレート２をパンチ加工することにより変えることができる、図１に示すプレート熱交換器１は、ダイアゴナル流れ、すなわち、冷媒がプレート熱交換器１内を接続管４から接続管６へ向かって流れ、他の熱交換流体が接続管５、７間を流れるように設計することができる。
上述したように、分配流路に異なる流動抵抗を生じさせるために、熱伝達プレート内に異なる種類のポートホールを形成し、その流路部に溝又は他の凹凸部を設け分配流路が異なる流動抵抗を発生させる。本発明の範囲内においては、又、上述の機能は異なった種類のポートホールを形成する替りに、例えば異なる寸法又は形のポートホールを設けることで達成でき、熱伝達プレートに滑らかな流れが生じる。従って、例えば図６のプレート２には、流路部に凹凸２３を有するプレート２より大きなポートホールを設けることができる。更に、このような分配流路は、図６に示すような、熱伝達プレートのポートホールの有するものに比べて流動抵抗が小さくなる。換言すれば、２枚の隣接する熱伝達プレートの流路部が図６に示すように異なるときは、熱伝達プレート間に形成される分配流路によって与えられる流動抵抗は、大きなポートホール又は異なるポートホールを有する熱伝達プレートの一方又は他方、或いは双方によって変えることができる。
本発明の熱伝達プレート２は一枚又は連結された金属板から製造することができる。各金属板には、冷媒の入口チャンネルを形成するポートホール１４、２１、２７、２９を先ず孔明けし、ついで流路部がプレス加工される。全ての金属板に同様の孔明け加工が行われる。そして流路部は、熱伝達部１５にプレス加工のパターンを有する金属板のプレス加工と同じプレス加工により形成される。孔明け加工とプレス加工は上述のような方法で行われる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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