(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱プレート（８）であって、前記伝熱プレートの中央延在平面（Ｃ）に関して交互に配置された山（３６）および谷（３８）を備えた波状パターンを備える伝熱領域（２２）を含み、前記山は、第１の矢形（５８）を備える矢形を形成し、前記第１の矢形は、前記伝熱プレートの縦中心軸（ｌ）に平行に前記伝熱領域全体にわたって延びる第１の個数の仮想直線（６０）のそれぞれ１つの両側に配置された２つのレッグとそのそれぞれ１つに配置された頭部（５９）とをそれぞれ備え、各前記仮想直線（６０）は、少なくとも１つの一次部分（６６）を備え、前記少なくとも１つの一次部分（６６）に沿って前記第１の矢形の頭部（５９）のうちの少なくとも３つが均一な間隔で配置されている、伝熱プレート（８）において、前記仮想直線（６０）の少なくとも過半数は、少なくとも１つの二次部分（６８）をそれぞれ備え、前記少なくとも１つの二次部分（６８）にそれぞれ沿って、前記仮想直線（６０）の一方の側の前記山（３６）および谷（３８）の広がりが、前記仮想直線の別の反対側の前記山および谷の広がりと平行にあり、前記伝熱領域（２２）は、前記伝熱プレート（８）の前記縦中心軸（ｌ）を横切って前記伝熱領域（２２）の第１の長辺（４６）から対向する第２の長辺（４８）まで延びる第２の個数の横断帯（４０、４２、４４）に分けられ、最外の前記横断帯（４０、４２）内で、前記波状パターンが同様である、ことを特徴とする伝熱プレート（８）。
【請求項２】
前記仮想直線（６０）の前記少なくとも過半数の前記二次部分（６８）に沿って、前記仮想直線の前記一方の側の前記山（３６）および谷（３８）の前記広がりは、前記仮想直線の前記反対側の前記山および谷の前記広がりと整合している、請求項１に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項３】
各前記仮想直線（６０）は、前記仮想直線の第１の仮想直線（６０’）を除いて、少なくとも１つの二次部分（６８）を備える、請求項１または２に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項４】
前記第１の仮想直線（６０’）は、前記伝熱プレートの前記縦中心軸（ｌ）と一致する、請求項３に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項５】
前記第１の仮想直線（６０’）のそれぞれの側の前記仮想直線（６０）の少なくとも１つは、少なくとも２つの一次部分（６６）を備え、前記第１の仮想直線（６０’）のそれぞれの側の前記仮想直線（６０）の少なくとも別の１つは、少なくとも２つの二次部分（６８）を備える、請求項３または４に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項６】
各前記横断帯（４０、４２、４４）内の前記波状パターンは、前記横断帯の隣接した横断帯内の前記波状パターンとは異なり、前記仮想直線（６０）の各前記一次部分および二次部分（６６、６８）は、前記横断帯（４０、４２、４４）のそれぞれの横断帯に完全にわたって延びる、請求項１から５のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項７】
前記横断帯のうちの各２つの隣接した横断帯は、前記伝熱プレート（８）の前記中央延在平面（Ｃ）内で前記伝熱領域（２２）の前記第１の長辺（４６）から前記第２の長辺（４８）まで延びるそれぞれの溝（５４、５６）によって分離されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項８】
最外の前記横断帯（４０、４２）の外形は、同様である、請求項１から７のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項９】
各前記横断帯（４０、４２、４４）は、第１および第２の境界線（５０、５２）によって区切られ、前記第１および第２の境界線（５０、５２）の少なくとも１つは、湾曲している、請求項１から８のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項１０】
最外の前記横断帯（４０、４２）それぞれは、前記伝熱プレートの前記縦中心軸（ｌ）に平行に測定されるときに変化する幅を有し、前記幅は、前記伝熱領域（２２）の前記第１の長辺（４６）から前記伝熱プレート（８）の前記縦中心軸（ｌ）に向かう方向に、および前記伝熱領域（２２）の前記第２の長辺（４８）から前記伝熱プレート（８）の前記縦中心軸（ｌ）に向かう方向に減少する、請求項１から９のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項１１】
最外の前記横断帯（４０、４２）間に配置された前記横断帯（４４）の１つは、前記伝熱プレート（８）の前記縦中心軸（ｌ）に平行に測定されるときに変化する幅を有し、前記幅は、前記伝熱領域（２２）の前記第１の長辺（４６）から前記伝熱プレートの前記縦中心軸（ｌ）の方向に、および前記伝熱領域（２２）の前記第２の長辺（４８）から前記伝熱プレート（８）の前記縦中心軸（ｌ）の方向に増加する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項１２】
前記伝熱領域（２２）の前記波状パターンは、前記伝熱プレート（８）の前記縦中心軸（ｌ）に対して対称である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項１３】
前記仮想直線（６０）の同じ仮想直線に沿って配置された前記第１の矢形（５８）は、同じ方向に向いている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項１４】
前記仮想直線（６０）の最外仮想直線（６０ａ、６０ｂ）の外側の前記山（３６）および谷（３８）は全て、第１の方向に前記最外仮想直線から測定されるときに、前記最外仮想直線（６０ａ、６０ｂ）に対して０〜９０度の最小の角度（α、β）で延びる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の伝熱プレート（８）を複数備える熱交換器（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱プレートおよびその設計に関する。本発明は、複数のそのような伝熱プレートを備えるプレート熱交換器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、プレート熱交換器（ＰＨＥ：plate Heat Exchanger）は、２つのエンドプレートからなり、それらの間には、いくつかの伝熱プレートが、整列状態に、すなわち、スタックまたはパックに配置されている。平行流れチャンネルが伝熱プレート間に形成されており、隣接した伝熱プレートの各ペアの間に１つのチャンネルがある。当初異なる温度の２つの流体が、一方の流体から他方の流体へ熱を伝達するために１つおきのチャンネルを通じて交互に流れることができ、この流体は、伝熱プレート内の入口ポート穴および出口ポート穴を通じてチャンネルに出たり入ったりする。
【０００３】
典型的には、伝熱プレートは、２つの端部領域と、中間伝熱領域とを備える。端部領域は、入口ポート穴および出口ポート穴と、伝熱プレートの中央延在平面に関して山および谷などの凹凸の分散パターンでプレスされた分散領域とを備える。同様に、伝熱領域は、上記中央延在平面に関して、山および谷などの凹凸の熱伝達パターンでプレスされている。プレート熱交換器において、伝熱プレートの分散パターンおよび熱伝達パターンの山および谷は、接触領域内で隣接した伝熱プレートの分散パターンおよび熱伝達パターンの山および谷に接触するように配置され得る。
【０００４】
伝熱プレートの分散領域のメインの仕事は、流体が伝熱領域に到達する前に伝熱プレートの幅にわたってチャンネルに入る流体を広げ、流体が伝熱領域を通った後に流体を集めてチャンネルから外へ流体を案内することである。これに対し、伝熱領域のメインの仕事は、熱伝達である。分散領域および伝熱領域は、異なるメインの仕事を有するので、分散パターンは、熱伝達パターンとは通常異なる。分散パターンは、この分散パターンが比較的弱い流れ抵抗および低い圧力降下をもたらすようになっていることができ、これは、典型的には、比較的少ないが大きい隣接した伝熱プレート間の接触面積をもたらすいわゆるチョコレートパターンなどのより「開放した」パターンの設計に関連している。熱伝達パターンは、この熱伝達パターンが比較的強い流れ抵抗および高い圧力降下をもたらすようになっていることができ、これは、典型的には、より多いがより小さい隣接した伝熱プレート間の接触面積をもたらすより「密度の高い」パターンの設計に関連している。
【０００５】
よく知られている熱伝達パターンの１つは、いわゆるヘリンボーンまたはシェブロンパターンであり、このパターンは、伝熱プレートの両端部領域を通じて延びる伝熱プレートの縦中心軸に平行な伝熱領域にわたって延びる列に配置された頭部を有する矢形を形成する山および谷を備える。図１ａは、特許文献１に由来し、そのようなヘリンボーン型熱伝達パターンを示す。このパターンは、伝熱プレートに良好な熱伝達能力を与えることができるが、それは、特に伝熱プレートが大きい場合、伝熱プレートを寸法的に不安定にもさせ得るとともに取り扱いを難しくもさせ得る。特許文献２は、この問題の解決策を示す。図１ｂは、特許文献２に由来し、伝熱プレートの縦中心軸ｌに平行な伝熱領域にわたって延びる（破線によって示された）列に配置された頭部を有する矢形を備えた熱伝達パターンを備える伝熱プレートを示す。全く同一の列に配置された頭部を有する矢形は、異なる列の部分内で反対方向を向いており、すなわち、熱伝達パターンは、伝熱プレートの縦中心軸ｌに沿って変えられる。それによって、伝熱プレートは、寸法的により安定になり、またはより硬くなり、したがって取り扱いがより容易になる。しかしながら、熱伝達パターンが変化し、矢形が互いの方に向いている、すなわち、伝熱領域の囲まれた領域ａ内の場合、応力集中が形成される可能性があり、これにより伝熱プレートにクラックが形成される場合がある。さらに、図１ｂによる伝熱プレートと同様に図１ａによる伝熱プレートに関して、矢形の頭部の列は、ＰＨＥのチャンネルを通じて流れる流体の囲い込みを引き起こし、ＰＨＥの熱伝達能力に悪影響を及ぼし得る伝熱領域にわたっての流体の分散を妨げ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】英国特許第１４６８５１４号
【特許文献２】米国特許第６７０２００５号
【特許文献３】国際公開第２０１４／０６７７５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一目的は、上述の問題を解決する、または少なくとも大いに減少させる伝熱プレートを提供することである。本発明の基本的な概念は、伝熱領域にわたって矢形の頭部の不連続な列を規定する波状パターン、すなわち、より開放した波状パターンを有する伝熱領域を備えた伝熱プレートを提供することである。本発明の別の目的は、複数のそのような伝熱プレートを備える熱交換器を提供することである。上記の目的を実現するための伝熱プレートおよび熱交換器は、添付の特許請求の範囲によって定められ、以下に説明される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による伝熱プレートは、伝熱領域を含む。伝熱領域は、伝熱プレートの中央延在平面に関して交互に配置された山および谷を備えた波状パターンを備える。山は、第１の矢形を備える矢形を形成する。第１の矢形は、伝熱プレートの縦中心軸に平行に伝熱領域全体にわたって延びる第１の個数の仮想直線のそれぞれ１つの両側に配置された２つのレッグと仮想曲線のそれぞれ１つに配置された頭部とをそれぞれ備える矢形である。各仮想直線は、少なくとも１つの一次部分を備え、この少なくとも１つの一次部分に沿って第１の矢形の頭部のうちの少なくとも３つが均一な間隔で配置されている。この伝熱プレートは、仮想直線の少なくとも過半数は、少なくとも１つの二次部分をそれぞれ備え、この少なくとも１つの二次部分の各々に沿って、仮想直線の一方の側の山および谷の広がりが、仮想直線の別の反対側の山および谷の広がりと平行であることを特徴とする。さらに、伝熱領域は、伝熱プレートの縦中心軸を横切って伝熱領域の第１の長辺から対向する第２の長辺まで延びる第２の個数の横断帯に分けられる。最外横断帯内で、波状パターンは同様である。
【０００９】
したがって、伝熱領域内の波状パターンは、ヘリンボーン型またはシェブロン型の少なくとも一部である。山および谷は、互いに平行に延び、山だけでなく谷も矢形を形成してもよい。矢形は、上記のように定められた第１の矢形を備える。矢形は、伝熱プレートの横中心軸に平行に伝熱領域全体にわたって延びる第３の個数の仮想直線のそれぞれ１つの両側に配置された２つのレッグと、それに配置された頭部とをそれぞれ備え得る第２の矢形を備えることもできる。
【００１０】
したがって、仮想直線の各一次部分の各端点は、第１の矢形のうちの１つの頭部によって定められ、すなわち第１の矢形のうちの１つの頭部と一致し、少なくとも１つのさらなる第１の矢形の頭部は、各一次部分の端点間に配置される。さらに、第１の矢形の頭部のうちの２つの隣接した頭部間の距離は、各一次部分に沿って均一であるが、一次部分間で変わってもよい。
【００１１】
仮想直線の完全な二次部分に沿って、仮想直線の両側かつ仮想直線にすぐ隣接した山および谷の広がりは、平行である。各二次部分に沿って、少なくとも３つの均一に間隔がおかれた山が、対応する仮想直線のそれぞれの側に配置されてもよい。仮想直線の一方の側の隣接した山の間の距離は、仮想直線の他方の側の隣接した山の間の距離に等しくても等しくなくてもよい。
【００１２】
各仮想直線の一次部分および二次部分は、重なり合っていない。さらに、仮想直線の２つの一次部分は、決して連続的に配置されず、これは、仮想直線の２つの二次部分についても当てはまる。
【００１３】
第１の矢形は、角度の付いたまたは曲げられた山によって形成されてもよく、この曲げは、第１の矢形の頭部を定める。代替として、第１の矢形は、互いに対して角度が付いた２つの山、端点と端点、第１の矢形の頭部を定める端点によって形成されてもよい。端点は、互いに接触してもよく、または横中心軸に沿って互いからわずかに離れていてもよく、および／もしくは縦中心軸に沿って互いに対してわずかに変位されていてもよい。
【００１４】
仮想直線の二次部分に沿って、仮想直線の一方の側の山および谷は、仮想直線の他の反対側の山および谷と一体であってもよく、またはそれと分離していてもよい。
【００１５】
当然、中央延在平面は、仮想である。
【００１６】
山によって、伝熱プレートの縦中心軸に対して伝熱領域全体にわたってまたはその一部にわたって斜めに延び得る直線または湾曲の細長い連続した高所が意味されている。同様に、谷によって、伝熱プレートの縦中心軸に対して伝熱領域全体にわたってまたはその一部にわたって斜めに延び得る直線または湾曲の細長い連続したトレンチが意味されている。
【００１７】
当然、仮想直線の第１の個数は、「少なくとも過半数」がどのくらいであるかを決定する。仮想直線の第１の個数は、３つ以上であってもよい。３つの仮想直線の場合、「少なくとも過半数」は、２つまたは３つである。５つの仮想直線の場合、「少なくとも過半数」は、３つ、４つ、または５つである。
【００１８】
第２の個数の横断帯は、≧２であり、より好ましくは≧３である。
【００１９】
上述のように、伝熱領域の最外横断帯のうちの一方の最外横断帯内の波状パターンは、最外横断帯のうちの他方の最外横断帯内の波状パターンと同様である。ここで、「同様」は、必ずしも完全に同一を意味すると解釈されるべきではなく、少なくとも本質的に同一であることを意味する。さらに、ここでは、「同様」は、波状パターンが、最外横断帯内で同じ向きを有することを意味し、すなわち、最外横断帯内の一方の最外横断帯内の波状パターンが伝熱プレートの縦中心軸に沿って変位され得る場合、それは、最外横断帯のうちの他方の最外横断帯内の波状パターンと一致し得ることを意味する。波状パターンが最外横断帯内で同様である場合でも、最外横断帯内の一方の最外横断帯内の波状パターンは、最外横断帯のうちの他方の最外横断帯内の波状パターンに対して変位されていてもよいことが強調されるべきである。言い換えれば、最外横断帯内の一方の最外横断帯の境界に対する最外横断帯内の上記一方の最外横断帯内の波状パターンの位置は、最外横断帯のうちの他方の最外横断帯の境界に対する最外横断帯のうちの上記他方の最外横断帯内の波状パターンの位置とは異なっていてもよい。最外横断帯間のパターンの類似性は、それがプレート熱交換器内で複数の伝熱プレートのスタックになるときに有益である。これは、しばしば、伝熱プレートのうちの１つおきの伝熱プレートが、伝熱プレートの法線方向と平行に延びる軸を中心にして基準プレート向きに対して１８０度回転することを伴う。次いで、パターンの類似性は、パターンの交差を可能にすることができ、２つの隣接した伝熱プレート間の接触点の十分な密度および適切な分散になる。
【００２０】
したがって、第１の矢形の頭部は、伝熱プレートの縦中心軸に平行な伝熱領域を横切って延びる列に配置される。これらの列は、仮想直線と一致する。仮想直線の少なくとも過半数は、少なくとも１つの二次部分をそれぞれ含むので、第１の矢形の頭部の列の少なくとも過半数は、不連続である。したがって、本発明は、伝熱プレートの縦中心軸に沿って伝熱領域内の波状パターンを変化させることを可能にさせ、それによって伝熱プレートを寸法的に安定にさせるとともに、取り扱いを容易にさせる。さらに、波状パターンは、熱伝達パターンが変化し、第１の矢形が互いに向かって向く領域を生成しなくても、または（米国特許第６７０２００５号と比較して）ほんの２、３の生成で変化させられてもよい。それによって、仮想直線に沿った伝熱プレート内の応力集中が低減可能であり、これによってクラック形成のリスクが減少する。さらに、第１の矢形の頭部の不連続な列は、波状パターンをより開放させ、伝熱領域にわたってより容易に流れる流体が、伝熱プレートにわたって流れの分散をより均一にするために仮想直線を交差することができるようになっている。
【００２１】
伝熱プレートは、２つの端部領域をさらに備えてもよく、この２つの端部領域間に、伝熱領域が配置される。各端部領域は、開放していてもよい（すなわち、ポート穴であってもよい）または閉じられていてもよい２つのポート穴領域と、伝熱領域およびポート穴領域間に配置されるとともに伝熱領域の波状パターンとは異なる波状パターンを備えた分散領域とを備えてもよい。伝熱プレートの縦中心軸は、端部領域および伝熱領域を通じて延びる。
【００２２】
伝熱プレートは、仮想直線の上記少なくとも過半数の上記二次部分に沿って、仮想直線の上記一方の側の山および谷の広がりは、仮想直線の上記反対側の山および谷の広がりと整合するようであってよい。これは、仮想直線の両側に同じ波状パターンを有し、ならびに／または仮想直線の向きを変えずに交差する山および谷を有することを可能にし、これにより、取り扱うのがより容易であるより硬い伝熱プレートになり得る。
【００２３】
伝熱プレートは、各仮想直線が、仮想直線の第１の仮想直線を除いて、少なくとも１つの二次部分を備えるようになっていてもよい。これは、第１の矢形の頭部の１つを除いた全ての列が不連続であることを意味し、これにより、特に安定し取り扱いが容易であり、伝熱プレートにわたってさらにより均一な流れの分布のためにさらにより開放した波状パターンを有する伝熱プレートを可能にする。
【００２４】
第１の仮想直線は、伝熱プレートの縦中心軸と一致してもよい。これは、縦中心軸に対して対称である波状パターンを備える伝熱領域を可能にする。
【００２５】
伝熱プレートは、第１の仮想直線のそれぞれの側の仮想直線の少なくとも１つが、少なくとも２つの一次部分を備え、第１の仮想直線のそれぞれの側の仮想直線の少なくとも別の１つが、少なくとも２つの二次部分を備えるように設計されてもよく、これにより、取り扱いがより容易である寸法的により安定な伝熱プレートになり得る。
【００２６】
上述したように、伝熱領域は、第２の個数の横断帯に分けられる。各横断帯内の波状パターンは、横断帯の隣接した横断帯内の波状パターンとは異なってもよい。また、２つの他の横断帯間に配置された横断帯内の波状パターンは、２つの他の横断帯の各々内の波状パターンとは異なり得る。さらに、隣接した横断帯内の波状パターンが異なるか否かにかかわらず、仮想直線の一次部分および二次部分の各々は、横断帯のそれぞれ１つに完全にわたって延びてもよい。
【００２７】
横断帯のうちの各２つの隣接した横断帯は、伝熱プレートの中央延在平面内で伝熱領域の第１の長辺から第２の長辺まで延びるそれぞれの溝によって分離されてもよい。それによって、伝熱領域にわたっての波状パターンの変化が促進され得る。上述したように、そのような変化は、伝熱プレートを寸法的により安定にさせ、またはより硬くさせ、取り扱いをより容易にさせ得る。
【００２８】
伝熱領域の２つの対向した第１および第２の短辺を画定する最外横断帯は、同様の外形または輪郭または境界を有することができる。ここで、「同様」は、必ずしも完全に同一を意味すると解釈されるべきではなく、少なくとも本質的に同一であることを意味する。これは、それがプレート熱交換器内の複数の伝熱プレートのスタックになるときに有益であり、これは、しばしば、伝熱プレートのうちの１つおきの伝熱プレートが、伝熱プレートの法線方向と平行に延びる軸を中心にして基準プレート向きに対して１８０度回転することを伴う。そこで、外形の類似性は、２つの隣接した伝熱プレート間の接触点の十分な密度および適切な分散を可能にし得る。
【００２９】
各横断帯は、第１および第２の境界線によって区切られてもよく、第１および第２の境界線の少なくとも１つは、湾曲している。これは、２つの隣接した横断帯の間の境界、または外横断帯の１つおよび端部領域の１つが、湾曲していてもよいことを意味する。それによって、代わりに境界が直線であり、この場合に境界が伝熱プレートの曲げラインとして働き得る場合と比べて、伝熱プレートの曲げ強度が、境界において増加し得る。
【００３０】
各最外横断帯は、伝熱プレートの縦中心軸に平行に測定されるときに変化する幅を有することができる。この幅は、伝熱領域の第１の長辺から伝熱プレートの縦中心軸に向かう方向に、および伝熱領域の第２の長辺から伝熱プレートの縦軸に向かう方向に減少し得る。この実施形態は、伝熱プレートの端部領域が、伝熱プレートの中心に向かって外側に膨らんでいる伝熱領域に面する境界線を有することを可能にさせ得る。以下さらに説明されるように、そのような端部領域は、増加した分散の効率を伴い得る。
【００３１】
最外横断帯間に配置された横断帯の１つは、伝熱プレートの縦中心軸に平行に測定されるときに変化する幅を有し得る。この幅は、伝熱領域の第１の長辺から伝熱プレートの縦中心軸に向かう方向に、および伝熱領域の第２の長辺から伝熱プレートの縦軸に向かう方向に増加し得る。それによって、この中間横断帯は、最外横断帯と共にフィットすることができ、これによって伝熱領域全体を占める横断帯を有することを可能にさせることができる。これは、伝熱プレートの熱伝達能力に関して有益である。
【００３２】
伝熱領域の波状パターンは、伝熱プレートの縦中心軸に対して対称であってもよい。これは、プレート熱交換器内で複数の伝熱プレートのスタックになるときに有益であり、これはしばしば、伝熱プレートのうちの１つおきの伝熱プレートが、伝熱プレートの法線方向と平行に延びる軸を中心にして基準プレート向きに対して１８０度回転することを伴う。そして、この対称性は、２つの隣接した伝熱プレート間の接触点の十分な密度および適切な分散を可能にし得る。
【００３３】
仮想直線の同じ仮想直線に沿って配置された第１の矢形は、同じ方向に向いていてもよい。この実施形態は、熱伝達パターンが変化し、第１の矢形が互いの方に向いている領域が完全にない波状パターンを含む伝熱領域を可能にし得る。従ってこれは、特にクラック耐性のある伝熱プレートを可能にする。
【００３４】
山および谷は、仮想直線の最外仮想直線の外側で、第１の方向に上記最外仮想直線から測定されるときに、上記最外仮想直線に対して０〜９０度の最小の角度で全て延びてもよい。この第１の方向は、時計回り方向または反時計回り方向である。それによって、比較的均一な縁部変位が伝熱プレートのプレスによって生じ、したがって、比較的均一な伝熱プレート縁部が実現され得、これは、伝熱プレートの強度に関して有益である。当然、上記の特徴は、両最外仮想直線の外側に存在してもよい。
【００３５】
本発明による熱交換器は、上述したように複数の伝熱プレートを備える。
【００３６】
本発明のさらに他の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになる。
【００３７】
次に、本発明を、添付した概略図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１ａ】先行技術の伝熱プレートの平面図である。
【図１ｂ】先行技術の伝熱プレートの平面図である。
【図２】本発明によるプレート熱交換器の側面図である。
【図３】本発明の異なる実施形態による伝熱プレートの概略平面図である。
【図４】本発明の異なる実施形態による伝熱プレートの概略平面図である。
【図５】本発明の異なる実施形態による伝熱プレートの概略平面図である。
【図６】本発明の異なる実施形態による伝熱プレートの概略平面図である。
【図７】線Ａ−Ａに沿った図３の伝熱プレートの断面の一部を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図２を参照すると、ガスケット式プレート熱交換器２が示されている。このプレート熱交換器２は、第１のエンドプレート４と、第２のエンドプレート６と、第１のエンドプレート４と第２のエンドプレート６の間のプレートパック１０内にそれぞれ配置されたいくつかの伝熱プレート８とを備える。伝熱プレートは、図３に示されたタイプの全てである。
【００４０】
伝熱プレート８は、ガスケット（図示せず）によって互いから隔てられている。伝熱プレートは、ガスケットと共に、一方の流体から他方の流体へ熱を伝達するために２つの流体を交互に受け入れるように配置された平行なチャンネルを形成する。このために、第１の流体は、チャンネルを１つおきに流れるように配置され、第２の流体は、残りのチャンネル内を流れるように配置される。第１の流体は、入口１２および出口１４を通じてプレート熱交換器２にそれぞれ出たり入ったりする。同様に、第２の流体は、入口および出口を通じて（図には見えない）プレート熱交換器２にそれぞれ出たり入ったりする。チャンネルが漏れないために、伝熱プレートは、互いに押し付けられなければならず、それによってガスケットは、伝熱プレート８間でシールする。このために、プレート熱交換器２は、第１のエンドプレート４および第２のエンドプレート６を互いに向けてそれぞれ押すように配置された、いくつかの締め付け手段１６を備える。
【００４１】
ガスケット式プレート熱交換器の設計および機能はよく知られており、本明細書において詳細には説明されない。
【００４２】
次に、伝熱プレート８の１つを、伝熱プレートおよびこの伝熱プレートの断面をそれぞれ示す図３および図７を参照してさらに説明する。伝熱プレート８は、従来のやり方で、プレス用工具において、所望の構造が与えられるようにプレスされた本質的に長方形のステンレス鋼シートである。それは、上面Ｔ、下面Ｂ、および中央延在平面Ｃを規定し（図２も参照）、これらは互いにおよび図３の図平面に平行である。中央延在平面Ｃは、上面Ｔと下面Ｂの間の途中までそれぞれ延びる。伝熱プレートは、縦中心軸ｌおよび横中心軸ｔをさらに有する。
【００４３】
伝熱プレート８は、第１の端部領域１８と、第２の端部領域２０と、それらの間に配置された伝熱領域２２とを備える。ここで、第１の端部領域１８は、プレート熱交換器２の第１の流体用の入口１２および第２の流体用の出口とそれぞれ連通するために配置された、第１の流体用の開放入口ポート穴領域（すなわち、入口ポート穴）２４と、第２の流体用の開放出口ポート穴領域（すなわち、出口ポート穴）２６とを備える。さらに、第１の端部領域１８は、（図３に示されていないが図６に示されている）いわゆるチョコレートパターンの形態の分散パターンを備えた第１の分散領域２８を備える。同様に、ここで、第２の端部領域２０は、プレート熱交換器２の第１の流体の出口１４および第２の流体の入口とそれぞれ連通するために配置された、第１の流体用の開放出口ポート穴領域（すなわち、出口ポート穴）３０と、第２の流体用の開放入口ポート穴領域（すなわち、入口ポート穴）３２とを備える。さらに、第２の端部領域２０は、（図３に示されていないが図６に示されている）いわゆるチョコレートパターンの形態の分散パターンを備えた第２の分散領域３４を備える。第１および第２の端部領域の構造は、同じであるが、横中心軸ｔに対して逆にされたミラーである。
【００４４】
伝熱領域２２は、伝熱プレートの縦中心軸ｌに対して対称であるヘリンボーン型の波状パターンを備える。この波状パターンは、山と谷の間の境界を定める中央延在平面Ｃに関して交互に配置された山３６および谷３８を備える。ここのことは、図７から明らかである。ただし、図７は、１つの完全な山および２つの谷のみを示す。図３では、ジグザグ線は山を示し、一方、ジグザグ線同士の間の空間は谷を示す。当然、伝熱プレートの一方の側から見る山および谷は、それぞれ、伝熱プレートの他方の側から見る谷および山である。
【００４５】
伝熱領域２２は３つの横断帯、すなわち２つの最外横断帯４０および４２、ならびに最外横断帯間に配置される１つの中間横断帯４４に分けられる。各横断帯は、伝熱プレート８の縦中心軸ｌを横断し、伝熱領域２２の第１の長辺４６から第２の長辺４８へ延びる。最外横断帯４０および４２は本質的に類似し、したがって、それらの内の波状パターンは同様である。しかしながら、最外横断帯４０内の波状パターンは、最外帯４０内の谷の位置が最外帯４２内の山の位置に対応するように最外横断帯４２内の波状パターンに関して変位されている。中間横断帯４４内の波状パターンは、最外帯４０および４２内の波状パターンとは異なる。波状パターンの山および谷のほんの一部が図３（ならびに図４および図５）に示されていることを強調されるべきである。実際には、図６に示されるように、波状パターンは、伝熱領域２２全体を覆う。それによって、山および谷の一部は、ジグザグ形状となり、一部はＶ形状となり、一部は直線になる。
【００４６】
各横断帯は、第１および第２の境界線によって画定され、これについて、最外横断帯４０は、それぞれ５０および５２によって示されている。中間横断帯４４の第１および第２の境界線は、それぞれ、最外横断帯４０の第２の境界線５２および最外横断帯４２の第１の境界線と一致する。横断帯の一致する境界線は、伝熱プレートの中央延在平面Ｃ内において伝熱領域２２の第１の長辺４６から第２の長辺４８へ延びる溝５４および５６と一致する。
【００４７】
図３から明らかなように、最外横断帯４０およびしたがってやはり最外横断帯４２の第１の境界線５０および第２の境界線５２は、湾曲しており、それぞれの最外横断帯内から見るときに内側への膨らみまたは凹形である。これは、最外横断帯４０および４２に変化する幅を与え、この幅は、縦中心軸ｌに平行に測られ、より詳細には、幅は、伝熱領域２２の第１および第２の長辺４６および４８から伝熱プレート８の縦中心軸ｌに向けて減少する。さらに、中間横断帯４４の第１および第２の境界線は、湾曲しており、中間横断帯内から見るときに外側への膨らみまたは凸形である。これは、中間横断帯４４に変化する幅を与え、より詳細には、幅は、第１および第２の長辺４６および４８から縦中心軸ｌに向けて増加する。
【００４８】
横断帯内のジグザクおよびＶ形の山は、それぞれの頭部５９を有する第１の矢形５８を形成する。谷は山の間でこれらに平行に延びるので、これらは、それぞれの頭部を有する矢形も形成する。各横断帯内の第１の矢形の頭部は、横断帯の第１の境界線から第２の境界線へ延びる順序に配置され、第１の矢形の頭部５９は、隣接した第１の矢形の頭部の間に均一な距離を持って完全なシーケンスに沿って配置される。このシーケンスは、その第１の短辺６２から第２の短辺６４へ伝熱領域全体にわたって延びるここでは５つの仮想直線６０と一致する連続または不連続の列を形成する。仮想直線６０は、互いからある距離で伝熱プレート８の縦中心軸ｌに平行に延びる。
【００４９】
仮想直線の同じ１つに沿った第１の矢形５８は、全て同じ方向に向いている。さらに、図３から明らかなように、全ての第１の矢形は、同じ角度γを有する。したがって、全ての山３６および谷３８は、最外仮想直線６０ａおよび６０ｂの外側で平行に延びる。より詳細には、最外仮想直線６０ａの外側では、山３６および谷３８は全て、最外仮想直線６０ａから時計回り方向に測定されるときに最外仮想直線６０ａに対して同じ最小の角度α＝γ／２＝６０度で延びる。同様に、最外仮想直線６０ｂの外側では、山３６および谷３８は全て、最外仮想直線６０ｂから反時計回り方向に測定されるときに最外仮想直線６０ｂに対して同じ最小の角度β＝γ／２＝６０度で延びる。
【００５０】
第１の矢形の頭部５９のシーケンスによって占められた仮想直線６０の部分、すなわち、それに沿った複数の第１の矢形は、均一間隔をおいて配置され、本明細書中において一次部分６６と呼ばれる。図３から明らかなように、伝熱領域２２の横断帯４０、４２、および４４の各々の内に３つの一次部分６６がある。さらに、各仮想直線６０は、１つ、２つ、または３つの一次部分６６を含む。一次部分の外側の仮想直線６０の部分は、本明細書中において二次部分６８と呼ばれる。二次部分６８に沿って、仮想直線６０を横切る山３６および谷３８は曲がらず、すなわち、方向が変わらない状態で、仮想直線のすぐ一方の側の山および谷の広がりが、仮想直線のすぐ反対側の山および谷の広がりと整合しているようになっている。図３から明らかなように、伝熱領域２２の各横断帯４０、４２、および４４内に２つの二次部分６８がある。さらに、縦中心軸ｌと一致する第１の中央の仮想直線６０’を除く全ての仮想直線６０は、１つまたは２つの二次部分６８を含む。第１の仮想直線６０’には、二次部分がない。
【００５１】
このようにして、図３から明らかなように、最外仮想直線６０ａおよび６０ｂは、それぞれ１つの一次部分および２つの二次部分を含み、一方、第１の中央の仮想直線と各最外仮想直線の間に配置された中間仮想直線は、１つの二次部分および２つの一次部分をそれぞれ含む。
【００５２】
上述したように、伝熱領域２２の横断帯４０、４２、および４４の境界線は湾曲している。さらに、図３から明らかなように、また、端部領域１８および２０のそれぞれの第１の境界線７０および７２は、湾曲しており、それぞれの端部領域内から見るときに外側への膨らみまたは凸形である。端部領域１８および２０のそれぞれの第１の境界線７０および７２は、それぞれ最外横断帯４０の第１の境界線５０、および最外横断帯４２の第２の境界線と一致するとともに、それぞれ溝７４および７６と一致する。溝は、伝熱プレート８の中央延在平面Ｃ内で、かつ伝熱領域２２の第１の長辺４６から第２の長辺４８まで延びる。
【００５３】
横断帯および端部領域の境界線は、全て均一である。それによって、端部領域に隣接した横断帯の追加／削減によって異なる個数の横断帯を含む異なるサイズの伝熱プレートを製造するために使用されるモジュールツールを用いた伝熱プレートのプレスが、可能とされる。
【００５４】
第１の境界線７０および７２が外側への膨らみである点で、それらは、第１の境界線である対応する直線よりも長い。これは、端部領域のより大きい「出口」という結果になり、これは、伝熱領域の幅にわたっての流体の分散に関して有益である。
【００５５】
プレート熱交換器２の伝熱プレート８は、第１のエンドプレート４と第２のエンドプレート６の間にスタックされ、１つの伝熱プレートの（図３に見える）正面側および背面側は、それぞれ、隣接した伝熱プレートの背面側および正面側に面している。さらに、１つおきの伝熱プレートは、伝熱プレートの中心を通じて延びかつ伝熱プレートの中央延在平面（Ｃ）に直交する伝熱プレートの中心軸（Ｘ）周りに基準向きに対して１８０度回転される。それによって、上記１つの伝熱プレートの山および谷は、上記隣接した伝熱プレートのそれぞれの谷および山に点で交差するとともに接触する。伝熱プレートは、伝熱プレートの縦中心軸に平行な伝熱領域全体にわたって延びる等間隔の第１の矢形の連続した列だけを含むのではないので、伝熱プレートのうちの２つの隣接した伝熱プレートの間に形成されたチャンネルは、伝熱プレートの伝熱領域にわたって広がる有効な流体を可能にするように比較的開放している。さらに、互いの方を向いている第１の矢形を有するパターンの変化を含む領域がないので、伝熱プレートは、クラックの形成に耐性がある。
【００５６】
図４および図５は、本発明による伝熱プレートの他の可能な設計の例を示す。明らかに、上記の説明の大部分は、図４および図５の伝熱プレートにも有効である。しかしながら、図４および図５による伝熱プレートについて５つの代わりに３つの仮想直線がある。図４による伝熱プレートについての３つの仮想直線のうちの２つは、２つの二次部分をそれぞれ含み、一方、図５による伝熱プレートについての３つの仮想直線のうちの２つは、１つの二次部分をそれぞれ含む。さらに、両伝熱プレートについての第１の中心仮想直線に沿って、中間横断帯内の第１の矢形および最外横断帯内の第１の矢形は、反対方向に向いている。したがって、両伝熱プレートは、（図４および図５に見るように）上側最外と中間横断帯の間に境界に中心がある１つの領域をそれぞれ含み、この内で波状パターンが変化し、第１の矢形が互いの方に向いている。
【００５７】
図６は、本発明による伝熱プレートの別の可能な設計の例を示す。図６の伝熱プレートは、移行領域７８が各分散領域２８および３４と伝熱領域２２の間に配置されていることを除いて、図３の熱交換器プレートと本質的に同様である。そのような移行領域の設計、機能、および目的は、特許文献３に説明されている。
【００５８】
当然、多くの他の伝熱プレートの設計が、本発明の範囲内で可能である。
【００５９】
本発明の上述の実施形態は、単に例として見るべきである。当業者は、本発明の概念から逸脱することなく、説明した実施形態をいくつかのやり方で変更および組み合わせることができると理解する。
【００６０】
一例として、分散領域内の波状パターンは、チョコレートパターンである必要はなく、他のタイプであってもよい。
【００６１】
さらに、伝熱プレートは、３つの横断帯および５つまたは３つの仮想直線を含む必要はなく、別の個数の横断帯および仮想直線を含んでもよく、したがって、本発明の範囲内で一次部分および二次部分の他の個数および組み合わせを含んでもよい。一例として、伝熱プレートは、５つの横断帯を含んでもよく、そのうち、最外帯および中央帯は凹形であり、中央帯と各最外帯の間の帯は凸形である。
【００６２】
横断帯の境界線および端部領域の第１の境界線のうちの１つまたは全部は、湾曲の代わりに直線としてもよい。それに応じて、横断帯は、均一の幅を有し得る。
【００６３】
伝熱領域内の第１の矢形は、上記のように同じ第１の矢形の角度を全て有する必要はないが、変化するシャープネスを有してもよい。さらに、αおよびβは、等しいまたは６０度に等しい必要はない。さらに、仮想直線は、伝熱領域にわたって均一に分散していてもよい。
【００６４】
プレート熱交換器内で、伝熱プレートは、上述したようにスタックされる必要はなく、代わりに、伝熱プレートの正面側および背面側がそれぞれ隣接した伝熱プレートの正面側および背面側に面している状態でスタックされても、１つおきの伝熱プレートが１８０度回転された状態でスタックされてもよい。
【００６５】
山および谷は、図７に示されるような断面を有する必要はなく、山および谷を接続する１つまたは複数の肩部または側面を含む断面などの任意の断面を有してもよい。
【００６６】
上記のプレート熱交換器は、平行な対向流タイプであり、すなわち、流体ごとの入口および出口は、プレート熱交換器の同じ半分に配置され、流体は、伝熱プレート間のチャンネルを通じて反対方向に流れる。当然、プレート熱交換器は、代わりに、斜流タイプおよび／または並行流タイプであってもよい。
【００６７】
上記のプレート熱交換器は、１つのプレートタイプだけを含む。当然、プレート熱交換器は、代わりに、２つ以上の異なるタイプの交互に配置された伝熱プレートを含んでもよい。さらに、伝熱プレートは、ステンレス鋼以外の他の材料で作製されてもよい。
【００６８】
本発明は、全溶接、半溶接、およびろう付けのプレート熱交換器などのガスケット式プレート熱交換器以外の他のタイプのプレート熱交換器と関連して使用されてもよい。
【００６９】
本発明に関連していない細部の説明は省略されており、図は、概略に過ぎず、原寸通りに示されていないことが強調されるべきである。図のうちのいくつかは、他の図よりも簡略化されていることも言われるべきである。したがって、一部の構成部品は、ある図に示され、別の図で省略される場合がある。
【符号の説明】
【００７０】
２  ガスケット式プレート熱交換器、プレート熱交換器
４  第１のエンドプレート
６  第２のエンドプレート
８  伝熱プレート
１０  プレートパック
１２  入口
１４  出口
１６  締め付け手段
１８  第１の端部領域、端部領域
２０  第２の端部領域、端部領域
２２  伝熱領域
２４  入口ポート穴
２６  出口ポート穴
２８  第１の分散領域、分散領域
３０  開放出口ポート穴領域、すなわち、出口ポート穴
３２  開放入口ポート穴領域、すなわち、入口ポート穴
３４  第２の分散領域、分散領域
３６  山
３８  谷
４０  最外横断帯、最外帯、横断帯
４２  最外横断帯、最外帯、横断帯
４４  中間横断帯、横断帯
４６  第１の長辺
４８  第２の長辺
５０  第１の境界線
５２  第２の境界線
５４  溝
５６  溝
５８  第１の矢形
５９  第１の矢形頭部、頭部
６０  仮想直線
６０ａ  最外仮想直線
６０ｂ  最外仮想直線
６０’  第１の中央の仮想直線、第１の仮想直線
６２  第１の短辺
６４  第２の短辺
６６  一次部分
６８  二次部分
７０  第１の境界線
７２  第１の境界線
７４  溝
７６  溝
７８  移行領域
Ｃ  中央延在平面
ｌ  縦中心軸
【図１ａ】
0006823200.tif 000002
【図１ｂ】
0006823200.tif 000003
【図２】
0006823200.tif 000004
【図３】
0006823200.tif 000005
【図４】
0006823200.tif 000006
【図５】
0006823200.tif 000007
【図６】
0006823200.tif 000008
【図７】
0006823200.tif 000009