(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ大きさのかつ同じ形の輪郭を有するリング状の板の積層体からなり、これらの板はそれらの前側とそれらの後ろ側が交互に向き合っておりかつ輪郭をつけることにより間隔を置いて保持されるプレート形熱交換器において、
板(1)の一方の側に外周から供給される、熱を放出する媒体が中心に向かって半径方向に流れ、前記媒体はリング状板(1)により囲まれた通路(17)を経て排出されると共に、他方の側では熱を受ける媒体が対向流となって半径方向に流れ、前記熱を受ける媒体はリング状導管(12)および(13)を経て端面側で供給および排出されることを特徴とするプレート形熱交換器。
【請求項２】
板(1)はリングの形状を有し、その外径はその内径より数倍だけいっそう大きくなっており、内側の平らな縁(4)によりおよび外側の平らな縁(5)により囲まれた熱交換器面(6)が波(7)の形状の輪郭を有し、これらの波は螺旋状に延在しておりかつ各波は、その各波形の輪郭の山頂の高さと同じ高さに突出するように押し出された板の外周近くの山頂の平坦部(8)で始まりかつ板の中央近くの山頂の平坦部(8)で終わっており、各平坦部の中央には穴(9)が板(1)を貫通して形成されており、また積層体に接触する内側および外側の縁(4)と(5)、山頂の平坦面(8)および板(1)の交差する波(7)が互いに溶接されるかまたはろー付けされていることを特徴とする、請求項１に記載のプレート形熱交換器。
【請求項３】
波状の輪郭部(7)がアルキメデスの螺旋の形態で延びていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプレート形熱交換器。
【請求項４】
波(7)がサイン状のまたは梯形状の横断面を有することを特徴とする、請求項１から３までのうちのいずれか一つに記載のプレート形熱交換器。
【請求項５】
プレート形熱交換器がハウジング(14)により囲まれており、その外周にフィルタ(15)が配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのうちのいずれか一つに記載のプレート形熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同じ大きさのかつ同じ形の輪郭を有するリング状の板からなるプレート形熱交換器であって、隣接する板はそれらの前側またはそれらの後ろ側が交互に向き合っておりかつ板が接触しかつ互いに支え合う箇所で溶接されるかまたはろー付けされているプレート形熱交換器に関する。この熱交換器の使用範囲は、とりわけ蒸発するおよび凝縮する媒体を有する冷却および冷凍技術、媒体が容器から自由に熱交換器の中へ入る機械冷却ならびに熱伝達過程である。
【０００２】
【従来の技術】
周知の熱交換器では、熱を放出するおよび熱を受ける媒体がほぼ一定の横断面を有する通路を通って貫流する。この横断面は、例えば流れの乱流を高めかつそれと共に熱伝達を改善しなければならない障害物の組み込みにより平均値だけ変動し得るが、しかしながら熱交換中連続的に減少もしなければ増加もしない。このことは、周知の螺旋形熱交換器およびプレート形熱交換器と同様に周知の管形熱交換器にも当てはまる。
【０００３】
熱交換器には、できるだけ大きい熱交換面をできるだけ小さい構造容積に入れおよびできるだけ小さい圧力損失で大きい熱伝達能率を達成するという原理が当てはまる。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許明細書第669442号および第862757号では、この原理を、熱交換に関与した媒体の各々について板の間に螺旋の形態に延びる通路が配置されている上下に積層した板により実現することが試みられた。媒体は、通路をその全長にわたって通って流れることを強制される。そのときに、高い熱伝達能率で平均的な熱伝達を達成することができない。なぜなら、形成される流れにおいて薄層状の境界層が壁に沿って生じ、それが熱伝達を阻害するからである。
【０００５】
熱伝達を改良するために、溢流開口を螺旋状に巻かれた仕切り壁の中へ（ドイツ連邦共和国明細書第26 15 977号）または熱交換器のそれぞれの第二の板へ軸方向に（ドイツ連邦共和国明細書第32 10 168）取り入れられた。しかしながら、そのような熱交換器における製造費用や材料の使用が非常に高く、この手段による能率は本質的に改良されることはない。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許公開第38 27 828号による熱交換器では、この欠点を、宇宙飛行での使用さえも考慮されるように除かなければならない。その場合、一方の媒体が螺旋状に配置された管を通って導かれると共に、他方の媒体はこの管を外周から中心へ半径方向に流れ、その中心では外周の圧力より小さい圧力が支配する。
【０００７】
この熱交換器においても、導管内で層をなす境界層が重要である。
【０００８】
乱流が熱伝達を促進するということを認識していたら、障害物を組み込むことにより流れが乱れるように形成したであろう。
【０００９】
プレート形熱交換器では、これを、例えばドイツ連邦共和国公開公報第40 20 757号公報に示されているように、板に輪郭をつけることにより優先的に行なった。輪郭は、大抵、拡張方向を横切って横断面が波形の山と波形の谷を有する波形の押し込まれたくぼみからなる。
【００１０】
正に延びている波形状の輪郭部は板の長手方向軸線と鋭角を形成するので、互いに180°だけ回されている板では、波が交差しかつ板間隔を保持している。形成される板の間の隙間では、その中を流れる媒体が横断面が周期的に変化しながら絶え間のない方向変換にさらされる。さらに、波形の輪郭部は板を安定化し、それにより板を非常に薄く形成することができる。このことは同様に熱伝達を促進する。
【００１１】
この利点は、再生ガスタービンのための熱交換器においても、例えば米国特許第3424240号により利用されている。そのような熱交換器では、波形にされたリング状の熱交換器板の積層体がタービンの熱い排ガスのための中央の入口路を区画している。排ガスは、冷たい圧縮空気の対向流が貫流している板対の間を半径方向に流れ、この板対をタービンの燃焼室と連結している外周に配置さた出口管へ流れる。熱いガス流と圧縮空気の間の熱交換を改良するために、板は波形にされている。タービンの廃熱のエネルギーが圧縮空気に伝達され、それによりタービンの能率が高まる。リング状の板はわずかな幅しか半径方向に有しないので、拡大する板の間の横断面が半径方向外側に向かって流れる熱い排ガスにほとんど影響をもたらさない。
【００１２】
周知のオイル冷却器の場合、ドイツ連邦共和国特許明細書第34 40 064,ドイツ連邦共和国特許公開第39 38 254号、ドイツ連邦共和国特許公開第40 39 776号およびドイツ連邦共和国特許公開第41 28 153号に示されかつ記載されているように、オイルフィルタが軸方向に熱交換器とねじ結合により結合されている。これには、フィルタの構造形式と大きさが冷却器により予め与えられることと、モータに生ずる振動が熱交換器を経てフィルタに伝達され、フィルタは連結の仕方により比較的長いレバーアーム上で振動するという欠点がある。それにより、熱交換器が大きな動的な負荷にさらされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、熱の流入を受けて膨張する媒体に増加する流れ横断面を与えかつ減少する容積と共に冷却する媒体に減少する流れ横断面を与え、かつそれにより流れを安定化しかつ熱伝達を促進する、重量の軽いコンパクトなプレート形熱交換器を提供することである。さらに、このプレート形熱交換器はフィルターの接続のための条件を改良しなければならない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明により、板の一方の側に外周から供給される、熱を放出する媒体が中心に向かって半径方向に流れ、前記媒体はリング状板により囲まれた通路を経て排出されると共に、他方の側では熱を受ける媒体が対向流となって半径方向に流れ、前記熱を受ける媒体はリング状導管を経て端面側に供給および排出されることにより解決される。
【００１５】
これらの板は、隣接する板がそれらの内側と外側の平らな縁でまたはそれらの輪郭で接触して支え合いかつそれらの間に間隙を囲んでいる。螺旋状に、特にアルキメデス螺旋の形態で延びる波形の輪郭に突出するように押し出されるのが好ましい。波の横断面は随意である。それは正弦状または梯形状であることができる。各螺旋状の波は、その各波形の輪郭の山頂の高さと同じ高さに突出するように押し出された板の外周近くの山頂の平坦部で始まりかつ板の中央近くの山頂の平坦部で終わっており、この平坦部の中央に板を貫通して孔が形成されている。
【００１６】
積層体の板が接触している位置で、板が溶接されるかまたはろー付けされ、すなわち内側および外側の平らな縁で、交差する波の山と山頂の平坦部で溶接またはろー付けされる。山頂平坦部の中央の孔は、熱吸収媒体のための間隙の間に軸方向に位置する通路になる。
【００１７】
板は引き続いてレーザーにより溶接されるのが好ましい。しかしながら、板にはろー付け層を設けることもできかつ積層体に熱を供給しながらろー付けされる。プレート形熱交換器はハウジングにより囲まれており、ハウジング内にはフィルタ、例えばオイルフィルタを配置できるのが有利であり、このフィルタは熱交換器の全周を囲んでおりかつそれ故周知の軸方向に接続すべきフィルタより何倍も大きいフィルタ面を有する。このフィルタは、より小さい圧力損失およびより大きい利用寿命により優れている。
【００１８】
フィルタのこの配置で、モータにより伝達される振動が緩衝されかつなお熱交換器の安定性もほとんど害することができない。
【００１９】
熱伝達の最高の能率は、本発明のプレート形熱交換器の場合、熱交換中ガス状相から液状相へまたは液状相からガス状相への移行部を通り抜ける媒体で達成される。これらの相移行中、媒体の容積が極端な程度に変化する。それとともに慣用の熱交換器で発生する極端な圧力の変化が提案されたプレート形熱交換器で大幅に避けられる。なぜなら、膨張する媒体は、半径とともに増大する流れ横断面を有しかつ凝縮する媒体は同じ程度に狭くなる流れ横断面を有するからである。これにより、熱伝達の能率が高められかつ熱交換器の強度に対して出される要求がいっそうわずかになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
プレート形熱交換器は、同じ大きさのかつ同じ形の輪郭を有するリング状の板１の積層体からなり、この積層体では隣接する板１が互いに180°だけ引っ繰り返されかつその前方側２またはその後ろ側３が向き合っている。
【００２２】
各板１の内縁４および外縁５は熱交換器６を取り囲んでおり、熱交換器は波７の形の輪郭を有し、それらの波の山はアルキメデス螺旋のように延びておりかつ各波は、その各波形の輪郭の山頂の高さと同じ高さに突出するように押し出された板の外周近くの山頂の平坦部８で始まりかつ板の中央近くの山頂の平坦部８で終わっており、それらの平坦部の中央にそれぞれ一つの穴９が板１を貫通して形成されている。
【００２３】
板１の外径は、大きな熱交換器面６を維持するために、その内径より何倍も大きい。
【００２４】
隣接する板１において、接触する平らな縁４および５または接触する山頂の平坦部８および交差する波７がそれらの接触点でレーザーにより溶接されている。
【００２５】
穴９により形成された軸方向通路１０および１１が環状導管１２および１３とプレート形熱交換器の端面で連結されている。
【００２６】
プレート形熱交換器はハウジング１４により囲まれており、その外周にはフィルタ１５が配置されている。
【００２７】
フィルタ１５にはモータから導管１６を経て熱い油が供給され、この熱い油がフィルタ１５を通ってプレート形熱交換器の中へ流入し、熱い油は冷却後導管１７を経て再びモータに供給される。油は水により冷却され、水は環状導管１２および１３を経て供給および排出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】板の正面を示す図である。
【図２】ハウジングのないプレート形熱交換器の半径方向断面を示す図である。
【図３】ハウジングを有するプレート形熱交換器の軸方向断面ＡＡを示す図である。
【符号の説明】
１    プレート形熱交換器の板
２    板１の前側
３    板１の後ろ側
４    板１の内側の平らな縁
５    板１の外側の平らな縁
６    板１の熱交換器面
７    熱交換器面６に、突出するように押し出された波
８    各波７の始めと終わりにある、突出するように押し出された山頂の平坦部
９    板１の穴
１０  内縁４にある軸方向通路
１１  外縁５にある軸方向通路
１２  通路１０の環状導管
１３  通路１１の環状導管
１４  プレート形熱交換器のハウジング
１５  フィルター
１６  プレート形熱交換器用モータの導管
１７  モータのためのプレート形熱交換器の導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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