JP2000514914A - 少なくとも３つの流体間の熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも３つの流体間の熱交換装置であって、細長い密封室（１）と、密封室（１）内に配置され、各々、２つの別々の流体用の回路を備えた少なくとも２つの別々のプレートコア（１０；４０）と、プレートコア（１０；４０）の夫々の回路のための流体入口及び出口手段と、前記プレートコア（１０；４０）の間の流体の循環を可能にする連結手段と、前記密封室（１）内に各プレートコア（１０；４０）の各々を支持するための手段と、を有する前記装置。

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも３つの流体間の熱交換装置 本発明の主題は、第１の流体を、少なくとも２つの他の流体との熱交換によっ て、冷却し、或いは、加熱するのに使用される熱交換装置である。 熱交換装置は、一般的に、２つのタイプの熱交換器からなる。 第１のタイプの熱交換器は、流体の１つが循環するＵ字管の束、又は、直管の 束を有する。 しかしながら、このタイプの交換器は費用のかかる設計であり、管の数が、利 用できるスペースに依存するとすれば、熱効率が制限され、たいていの場合、ス ペースは限られている。 第２のタイプの熱交換器は密封容器を有し、隣接して配置され、そして互いに 平行なプレートの束がこの密封容器内に設置される。 通常、ステンレス鋼で作られた薄いシートからなるプレートは、平滑な面の縁 と、波形中央部分とを有し、この波形中央部分を介してプレートは互いに接触し 、かつ、独立した流体を循環するための回路を形成する流路を構成する。 プレート束を有するこのタイプの熱交換器は、例えば、液体、又は、気体、或 いは、二相混合物のような、様々な流体で作動する。 ２つの液体が夫々の回路の中を循環するこのプレートタイプの交換器では、こ れら２つの流体の間に熱交換があり、この熱交換により、一方の流体を加熱させ 、他方の流体を冷却させ、或いは、その逆に一方の流体を冷却させ、他方の流体 を加熱させる。 或る産業上の適用のためには、プレートタイプの交換器への入口と、熱交換器 からの出口との間に、加熱すべき流体、又は、冷却すべき流体のかなりの温度差 を得ることが必要である。 これは、何故そのような場合に、いくつかのプレートタイプの交換器を次々に 配置するかということである。 各プレートタイプ熱交換器は、２つの回路を構成するプレート束を配置した密 封容器で組立てられ、２つの回路のうちの一方は、加熱され、或いは、冷却され ることになる主流体のためのものである。 種々のプレート束のこれらの主回路は、主流体を種々のプレート束の中を連続 的に循環させるように、密封した仕方で各容器を貫く連結管によって互いに連結 される。 この結果、この種の装置に要求される床面積は大きく、装置を製造し、かつ維 持するコストも高い。 その上、主流体を種々の交換器間に移送するための、これらの交換器間の連結 管は、不必要で、付随する圧力降下がある領域及び、熱が失われる領域を構成し 、これが熱交換装置の効率を減じる。 本発明の目的は、圧力降下と、この装置の重量及び嵩とを減じることを可能に し、かつ、効率を増すことを可能にするコンパクトな熱交換装置を提案すること により、前記の欠点を回避することにある。 従って、発明の主題は、少なくとも３つの流体の間の熱交換装置であって、該 装置は、 −細長い形状の密封容器と、 −密封容器内に配置され、各々、波形を有する金属熱交換プレートの積み重ねで 形成され、金属熱交換プレートの間に、２つの独立した流体の循環のための２つ の回路を構成する、少なくとも２つの別々のプレート束と、 −第１の流体を第１のプレート束の回路に導入するための入口手段と、 −第１の流体を、２つのプレート束の間を循環させるために、第１のプレート束 の一つの回路を第２のプレート束の一つの回路と連結するための手段と、 −前記第１の流体を第２のプレート束の回路から流出させるための出口手段と、 −第２の流体を第１のプレート束の回路に導入するための入口手段、及び、第２ の流体を第１のプレート束の回路から流出させるための出口手段と、 −第３の流体を第２のプレート束の回路に導入するための入口手段、及び、第３ の流体を第２のプレート束の回路から流出させるための出口手段と、 −前記密封容器内に、各プレート束を保持するための手段と、 を有することを特徴とする。 発明の他の特徴によれば、 −第１の流体を導入するための入口手段が、密封容器を貫き、第１のプレート束 の回路の入口に配置されたマニホルドに連結されたノズルによって形成されてい ることと、 −第１の流体を２つのプレート束の間に循環させるための連結手段が、一端が、 第１のプレート束の回路の出口に配置されたマニホルドに連結され、他端が、第 ２のプレート束の回路の入口に配置されたマニホルドに連結されたノズルによっ て形成されていることと、 −第１の流体を流出させるための出口手段が、密封容器を貫き、第２のプレート 束の回路の出口に配置されたマニホルドに連結されたノズルによって形成されて いることと、 −第２の流体を第１のプレート束に導入するための入口手段が、密封容器を貫き 、第１のプレート束の回路の入口に配置されたマニホルドに連結されたノズルに よって形成されていることと、 −第２の流体を第１のプレート束から流出させるための出口手段が、密封容器を 貫き、第１のプレート束の回路の出口に配置されたマニホルドに連結されたノズ ルによって形成されていることと、 −第１の流体及び第２の流体を、第１のプレート束の中を循環させるための回路 の入口が、前記流体の並流循環のために、前記第１のプレート束の同じ端に位置 することと、 −第１の流体及び第２の流体を第１のプレート束の中を循環させるための回路の 入口は、各々、前記流体の向流循環のために、前記第１のプレート束の両端に位 置することと、 −第３の流体を導入するための入口手段が、密封容器に通じ、第２のプレート束 の回路の入口と連通するノズルによって形成されていることと、 −第３の流体を流出させるための出口手段が、密封容器を貫き、第２のプレート 束の回路の出口に配置されたマニホルドに連結されたノズルによって形成されて いることと、 −第１の流体及び第３の流体を第２のプレート束の中を循環させるための回路の 入口が、前記流体の並流循環のために、前記第２のプレート束の同じ端に位置す ることと、 −第１の流体及び第３の流体を第２のプレート束の中を循環させるための回路の 入口は、各々、前記流体の向流循環のために、前記第２のプレート束の両端に位 置することと、 −第１のプレート束を保持する手段が、前記プレート束からの第１の流体用の出 口と同じ高さに配置され、そして、一方では、対応するマニホルドに連結された 本質的に半円板の形状をした２枚の取付プレートを有し、他方では、密封容器の 内壁に連結された本質的に半円板の形状をした２枚の取付プレートを有し、前記 取付プレートは互いに当たっていて、この取付プレートにより、前記第１のプレ ート束を第１の流体Ａの入口の方に膨張させることと、 −第２のプレート束を保持する手段が、前記プレート束への第１の流体用の入口 と同じ高さに配置され、そして一方では、対応するマニホルドに連結された本質 的に半円板の形状をした２枚の取付プレートを有し、他方では、密封容器の内壁 に連結された本質的に半円板の形状をした２枚の取付プレートを有し、前記取付 プレートは互いに当たっていて、この取付プレートにより、前記第２のプレート 束を第１の流体の出口の方に膨張させることと、 がある。 発明の特徴及び利点は、単に例示として与えられ、添付図面を参照してなされ る、以下の説明によって明らかになる。 図１は本発明による熱交換装置の、一部分切断概略斜視図である。 図２は本発明による熱交換装置の長手方向断面概略図である。 図３は図２の３−３における断面図である。 図４は本発明の熱交換装置の第１のプレート束の一部分の概略断面図である。 図５は本発明の熱交換装置の第２のプレート束の一部分の概略断面図である。 図６は密封容器内にプレート束を保持する手段を示す拡大長手方向断面図であ る。 図１乃至３は、液体又は気体、若しくは二相の混合物からなる第１の流体Ａと 、各々、液体又は気体、若しくは二相の混合物からなる、少なくとも２つの流体 Ｂ 及びＣとの間で熱交換を行うようにした装置を示す。 この熱交換装置は、例えば、流体Ｂ及びＣを使って、流体Ａを冷却し、或いは 、この流体Ａを加熱するようにした。 図に示す実施形態では、第１の流体Ａは、２つの流体Ｂ及びＣによって夫々冷 却される。 しかしながら、この第１の流体Ａを、２つ以上の他の流体によって冷却しても 良い。 図１乃至３に示す熱交換装置は、細長い形の、そして、例えば、円形断面の密 封容器１を有する。 この密封容器１は、受け面に載るようになった支持部材（図示せず）を備え、 この密封容器１は、好ましくは、縦に配置される。 密封容器１内には、一方では、全体的に参照番号１０によって示される第１の プレート束が、他方では、全体的に参照番号４０によって全体を示される第２の プレート束が、配置されている。 プレート束１０及び４０は互いに分離されている。 第１のプレート束１０は平行六面体の全体形状を有し、かつ流体ＡとＢの間の 熱伝達に必要な熱交換面を構成する。 図４に示すように、第１のプレート束１０は、波形１２を有する、例えばステ ンレス鋼の薄い金属プレート１１の積み重ねによって形成される。 プレート束１０のプレート１１は互いに平行であり、そして独立した流体の循 環のための回路を形成する流路を形成するように、波形１２の所で互いに接触し ている。 これらのプレート１１は、それらの間に、プレート束１０の全長を走る、第１ の流体Ａのための第１の長手方向回路ａと、これ又プレート束１０の全長を走る 、第２の流体Ｂのための第２の長手方向回路ｂとを形成する。 第２のプレート束４０は平行六面体の全体形状を有し、かつ、流体ＡとＣの間 の熱伝達に必要な熱交換面を構成する。 図５に示すように、第２のプレート束４０は波形４２を有する、例えばステン レス鋼の薄い金属プレート４１の積み重ねによって形成される。 プレート束４０のプレート４１は互いに平行であり、そして独立した流体の循 環のための回路を形成する流路を構成するように、波形４２の所で互いに接触し ている。 これらのプレート４１は、それらの間に、プレート束４０の全長を走る、第１ の流体Ａのための第１の長手方向回路ａと、これ又プレート束４０の全長を走る 、第３の流体Ｃのための第２の長手方向回路ｃとを形成する。 その上、熱交換装置は又、 −第１の流体Ａを第１のプレート束１０の回路に導入するための入口手段と、 −第１の流体Ａを、前記プレート束１０と４０の間に循環させるために、第１の プレート束１０の回路ａと第２のプレート束４０の回路ａとを連結するための手 段と、 −第１の流体Ａを第２のプレート束４０の回路ａから流出させるための出口手段 と、 −第２の流体Ｂを第１のプレート束１０の回路ｂに導入する入口手段及び、この 流体を第１のプレート束１０の回路ｂから流出させるための出口手段と、 −第３の流体Ｃを第２のプレート束４０の回路ｃに導入する入口手段及び、この 流体を第２のプレート束４０の回路ｃから流出させるための出口手段と、 −各プレート束１０及び４０を前記密封容器１内に保持するための手段と、 を有する。 図１乃至３に示すように、第１の流体Ａを第１のプレート束１０の回路ａに導 入するための入口手段は、容器１を密封した仕方で貫き、かつ、第１のプレート 束１０の回路ａの入口に配置されたマニホルド１４に連結されたノズル１３によ って形成される。 第１の流体Ａを２つのプレート束１０と４０の間で循環させるための連結手段 はノズル１５によって形成され、該ノズル１５は、一方の端が、第１のプレート 束１０の回路ａの出口に配置されたマニホルド１６に連結され、他方の端が、第 ２のプレート束４０の回路ａの入口に配置されたマニホルド４３に連結されてい る。 第１の流体Ａを第２のプレート束４０から流出させるための出口手段は、容器 １を密封した仕方で貫き、かつ、前記第２のプレート束４０の回路ａの出口に配 置されたマニホルド４５に連結されたノズル４４によって形成されている。 第２の流体Ｂを第１のプレート束１０に導入するための入口手段は、容器１を 密封した仕方で貫き、かつ、前記第１のプレート束１０の回路ｂの入口に配置さ れたマニホルド１８に連結されたノズル１７によって形成される。 第２の流体Ｂを第１のプレート束１０から流出させるための出口手段は、容器 １を密封した仕方で貫き、かつ、前記第１のプレート束１０の回路ｂの出口に配 置されたマニホルド２０に連結されたノズル１９によって形成される。 図示した実施形態では、第１のプレート束１０の中を通る流体Ａ及びＢの循環 は向流であり、その結果、流体Ａの入口と流体Ｂの出口はプレート束１０の同じ 端に位置し、流体Ａの出口と流体Ｂの入口は前記プレート束１０の反対側の端に 位置する。 別の形態では、第１のプレート束１０の中を通る流体Ａ及びＢの循環は、並流 でも良く、この場合には、流体Ａ及びＢの入口は前記第１のプレート束１０の同 じ端に位置する。 この場合には、流体Ａ及びＢの出口もまた、この第１のプレート束１０の同じ 端に位置する。 第３の流体Ｃを第２のプレート束４０に導入するための入口手段は、密封容器 １に通じ、かつ、前記第２のプレート束４０の回路ｃの入口と連通するノズル４ ６によって形成される。 従って、第３の流体Ｃは第２のプレート束４０の回路ｃの中を循環し、かつ又 、前記プレート束１０及び４０を加圧するように、密封容器１の中へ拡散される 。 第３の流体Ｃを第２のプレート束４０から流出させるための出口手段は、容器 １を密封した仕方で貫き、かつ、前記第２のプレート束４０の回路Ｃの出口に配 置されたマニホルド４８に連結されたノズル４７によって形成される。 図示した実施形態では、第２のプレート束４０の中を通る流体Ａ及びＣの循環 は向流であり、それは、流体Ａ及びＣの入口が第２のプレート束４０の反対側の 端に位置することを意味する。 別の形態では、第２のプレート束４０の中を通る流体Ａ及びＣの循環は並流で も良く、この場合には、流体Ａ及びＣの入口は、第２のプレート束４０の同じ端 に位置する。 プレート束１０及び４０を密封容器１内に、保持する手段を、今、図６を参照 して説明する。 この図に示されたように、第１のプレート束１０を保持する手段は、プレート 束１０からの流体Ａの出口の高さに配置され、第２のプレート束４０を保持する 手段は、プレート束４０に入る流体Ａの入口の高さに配置される。 第１のプレート束１０を保持する手段は、本質的に半円板形状の２枚の取付プ レート２５及び２６を有する。 これらの取付プレート２５及び２６は、前記取付プレートに溶接された補強ブ レース２７を有する。 取付プレート２５、２６及びブレース２７は例えば溶接によってマニホルド１ ６及び１８に連結される。 第１のプレート束１０を保持する手段は又、本質的に半円板形状の２枚の取付 プレート２８及び２９を有する。 取付プレート２８及び２９は又、溶接によって前記取付プレートに固定された 補強ブレース３０を有する。 取付プレート２８及び２９は、それらの外縁を介して、例えば溶接によって密 封容器１の内壁に固定される。 かくして、取付プレート２５及び２６は第１のプレート束１０を支持し、そし て密封容器１に固定された取付プレート２８及び２９に載り、それにより、第１ のプレート束１０を、第１の流体Ａの入口の方に、即ち、密封容器１の端の方に 膨張させる。 第２のプレート束４０を保持する手段は、本質的に半円板形状の２枚の取付プ レート５０及び５１を有し、該取付プレートは補強ブレース５２を備える。 取付プレート５０、５１及び、ブレース５２は、例えば溶接によってマニホル ド４３及び４８に固定される。 その上、第２のプレート束４０を保持する手段は又、本質的に半円板形状の２ 枚の取付プレート５３及び５４を有し、該取付プレート５３及び５４はこれらに 溶接によって固定された補強ブレース５５を備える。 取付プレート５３及び５４は、それらの外縁を介して、例えば溶接によって容 器１の内壁に固定される。 かくして、第２のプレート束４０に固定された取付プレート５０及び５１は、 密封容器１に固定された取付プレート５３及び５４に載り、それにより、第２の プレート束４０を、第２のプレート束４０の第１の流体Ａの出口の方に、即ち、 密封容器１の端の方に膨張させる。 この構造によって、熱交換装置が作動すると、プレート束１０及び４０は、主 として、２つの反対方向に膨張することができ、かくして、これら２つのプレー ト束１０と４０の間を連結するノズル１５に加わる応力を減ずる。 熱交換装置が作動すると、加熱されるべき、或いは、冷却されるべき第１の流 体Ａはノズル１３及びマニホルド１４を介して第１のプレート束１０の回路ａに 導入される。 この流体Ａは、第１のプレート束１０の全長に沿って回路ａの中を循環する。 第２の流体Ｂは、ノズル１７及びマニホルド１８を経て、第１のプレート束１ ０の回路ｂに導入される。 この流体Ｂは、第１のプレート束１０の全長に沿って循環し、マニホルド２０ 及び出口ノズル１９を通って熱交換装置を出る。 流体Ａ及びＢが第１のプレート束１０の中を循環すると、これらの流体の間に 熱の交換があり、これにより、第１の流体Ａを冷却させ、或いは加熱させる。 次に、この流体Ａは、マニホルド１６、連結ノズル１５、マニホルド４３を通 って、第２のプレート束４０の回路ａに入り、この第２のプレート束４０の全長 を循環する。 第３の流体Ｃは、入口ノズル４６を経て、第２のプレート束４０の回路ｃに導 入され、この第２のプレート束４０の全長を循環する。 第３の流体Ｃは、マニホルド４８及び出口ノズル４７を経て、第２のプレート 束４０の回路ｃを出る。 流体Ａ及びＣが第２のプレート束４０を通過するとき、これらの流体ＡとＣの 間に熱の交換があり、これにより、流体Ａを冷却させ、或いは加熱させる。 かくして冷却され、或いは、加熱された流体Ａは、マニホルド４５及びノズル ４４を通って熱交換装置を出る。 密封容器１を構成するケーシングは、大気に対する密封を行い、このケーシン グにより、プレート束１０及び４０を、密封容器１に導入された流体Ｃによって 、外部から圧力をかける。 別の形態によれば、いくつかのプレート束を、密封容器の中に、次々に配置し ても良い。 本発明による熱交換装置は、主流体の入口温度とその出口温度との間に著しい 差を得ることを可能にし、従って、効率を高めることを可能にすると同時に装置 の嵩を減じる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも３つの流体Ａ、Ｂ、Ｃ間の、熱交換装置において、 細長い形状の密封容器（１）と、 密封容器（１）の中に配置され、各々、波形（１２；４２）を有する金属熱 交換プレート（１１；４１）の積み重ねで形成され、金属熱交換プレートの間 に、２つの独立した流体の循環用の２つの回路を構成する、少なくとも２つの 別々のプレート束（１０；４０）と、 第１の流体Ａを第１のプレート束（１０）の回路に導入するための入口手段 （１３、１４）と、 第１の流体Ａを前記プレート束（１０；４０）の間に循環させるために、第 １のプレート束（１０）を第２のプレート束（４０）の一つの回路と連結する ための手段（１５、１６、４３）と、 前記第１の流体Ａを第２のプレート束（４０）の回路から流出させるための 出口手段（４４、４５）と、 第２の流体Ｂを第１のプレート束（１０）の回路に導入するための入口手段 （１７、１８）及び、第２の流体Ｂを第１のプレート束（１０）の回路から流 出させるための出口手段（１９、２０）と、 第３の流体Ｃを第２のプレート束（４０）の回路に導入するための入口手段 （４６）及び第３の流体Ｃを第２のプレート束（４０）の回路から流出させる ための出口手段（４７、４８）と、 各プレート束（１０；４０）を前記密封容器（１）内に保持するための手段 と、を有することを特徴とする前記熱交換装置。 ２．第１の流体（Ａ）を導入するための入口手段が、密封容器（１）を貫き、第 １のプレート束（１０）の回路の入口に配置されたマニホルド（１４）に連結 されたノズル（１３）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記 載の装置。 ３．第１の流体Ａを２つのプレート束（１０；４０）の間に循環させるための連 結手段が、一端が、第１のプレート束（１０）の回路の出口に配置されたマニ ホルド（１６）に連結され、他端が、第２のプレート束（４０）の回路の入口 に配置されたマニホルド（４３）に連結されたノズル（１５）によって形成さ れていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ４．第１の流体Ａを流出させるための出口手段が、密封容器（１）を貫き、第２ のプレート束（４０）の回路の出口に配置されたマニホルド（４５）に連結さ れたノズル（４４）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載 の装置。 ５．第２の流体Ｂを第１のプレート束（１０）に導入するための入口手段が、密 封容器（１）を貫き、第１のプレート束（１０）の回路の入口に配置されたマ ニホルド（１８）に連結されたノズル（１７）によって形成されていることを 特徴とする請求項１に記載の装置。 ６．第２の流体Ｂを第１のプレート束（１０）から流出させるための出口手段が 、密封容器（１）を貫き、第１のプレート束（１０）の回路の出口に配置され たマニホルド（２０）に連結されたノズル（１９）によって形成されているこ とを特徴とする請求項１に記載の装置。 ７．第１の流体Ａ及び第２の流体Ｂを、第１のプレート束（１０）の中を循環さ せるための回路の入口が、前記流体の並流循環のために、前記第１のプレート 束（１０）の同じ端に位置することを特徴とする請求項２及び５に記載の装置 。 ８．第１の流体Ａ及び第２の流体Ｂを第１のプレート束（１０）の中を循環させ るための回路の入口は、各々、前記流体の向流循環のために、前記第１のプレ ート束（１０）の両端に位置することを特徴とする請求項２及び５に記載の装 置。 ９．第３の流体Ｃを導入するための入口手段が、密封容器（１）に通じ、第２の プレート束（４０）の回路の入口と連通するノズル（４６）によって形成され ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 10．第３の流体Ｃを流出させるための出口手段が、密封容器（１）を貫き、第２ のプレート束（４０）の回路の出口に配置されたマニホルド（４８）に連結さ れたノズル（４７）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載 の装置。 11．第１の流体Ａ及び第３の流体Ｃを第２のプレート束（４０）の中を循環させ るための回路の入口が、前記流体の並流循環のために、前記第２のプレート束 （４０）の同じ端に位置することを特徴とする請求項４及び９に記載の装置。 12．第１の流体Ａ及び第３の流体Ｃを第２のプレート束（４０）の中を循環させ るための回路の入口は、各々、前記流体の向流循環のために、前記第２のプレ ート束（４０）の両端に位置することを特徴とする請求項４及び９に記載の装 置。 13．第１のプレート束（１０）を保持する手段が、前記プレート束（１０）から の第１の流体Ａ用の出口と同じ高さに配置され、そして、一方では、対応する マニホルド（１６、１８）に連結された本質的に半円板の形状をした２枚の取 付プレート（２５、２６）を有し、他方では、密封容器（１）の内壁に連結さ れた本質的に半円板の形状をした２枚の取付プレート（２８、２９）を有し、 前記取付プレート（２５、２６；２８、２９）は互いに当たっていて、この取 付プレートにより、前記第１のプレート束（１０）を第１の流体Ａの入口の方 に膨張させること、を特徴とする上記請求項の何れか１項に記載の装置。 14．第２のプレート束（４０）を保持する手段が、前記プレート束（４０）への 第１の流体Ａ用の入口と同じ高さに配置され、そして一方では、対応するマニ ホルド（４３、４８）に連結された本質的に半円板の形状をした２枚の取付プ レート（５０、５１）を有し、他方では、密封容器（１）の内壁に連結された 本質的に半円板の形状をした２枚の取付プレート（５３、５４）を有し、前記 取付プレート（５０、５１；５３、５４）は互いに当たっていて、この取付プ レートにより、前記第２のプレート束（４０）を第１の流体（Ａ）の出口の方 に膨張させること、を特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の装置 。