JPH04506996A - 板型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 抜型熱交換器 本発明は互いに対向して当接した長方形でほぼ垂直に配置された熱伝達板のパッ ケージを有し鉄板はそれらの間に流路を形成し隆起部と溝部の形状の波型模様を 与えられている流体蒸発用の抜型熱交換器であって、該隆起部は各流路の少なく とも一部において互いに交差して当接し、隣接する熱伝達板間に多数の支持点を 形成し、流路は一装置きに蒸発用通路を形成し、該Ｍ発月通路はその下方部分に 流体用入口を有し、また前記熱伝達板の一方の垂直側面近傍の上方部分に流体お よび発生した蒸気用の出口を有し、残りの流路は加熱流体用の通路を形成し、該 通路は前記熱伝達板の他の垂直側面近傍の上方部分に入口とそれらの下方部分に 出口を有する抜型熱交換器に関する。

西独特許明細書ＤＥ−ＡＩ−３７２１１３２に記載のこの種類の公知の抜型熱交 換器においては、各熱伝達板の熱伝達部分の主要部は、その全表面上に同一の波 型模様を有する。この抜型熱交換器はその熱伝達容量について非効率的なことが わかる。

従来の抜型熱交換器においては、流体および発生した蒸気の出口導管は熱伝達板 のパッケージを通って更に延長し、前記出口導管は熱伝達板に心合せされた六と して形成される。これらの穴は発生した蒸気の出口導管中の流れ抵抗を最小限に するため可能ながぎり大きく造られている。実用上、各熱伝達板の上部の大部分 はこれらの穴に使われる。また、加熱用流体層に設定された入口導管は熱伝達板 のパッケージの上部を通って延長しなくてはならないので、出口導管用にのみ熱 伝達板の全幅を使用することは不可能であった。このことは、各蒸発通路中の入 口と出口の間に、供給された流体とそれから発生した蒸気の様々な部分のための 異なった長さの流路が形成されることとなっていた公知の熱伝達板がその熱伝達 部分上に同一の波型模様を有し、それにより各蒸発通路では流体と発生した蒸気 用の各流路の長さの単位当りにつき等しい流れ抵抗が生じることにより、総流れ 抵抗は最長の流路において最大となる。従って、この流路は最小量の流体および 蒸気が通る。このことは、すべての流体が同じ熱処理を受けるのではなく、最長 の流路、とりわけ加熱用流体の入口付近では干出がりの危険が付きまとう。

本発明の目的は、前置きに記載された種類の抜型熱交換器の能率を向上させるこ とと、均−質の排出流体と発生蒸気を提供することである。

この目的は、各蒸発用通路中において、流体の入口近くに、少なくとも一つの熱 伝達板が、熱伝達板の垂！側面間に互いに隣接して設置された。異なった波型模 様を有する多数の区域を設けており、前記熱伝達板の隆起部と溝部とは、該区域 のある領域において、蒸発用通路中で流体の主な流れ方向に対して異なった角度 を形成し、この角度は、前記隆起部と溝部がそれらの異なった方向により各蒸発 用通路において主な流れ方向中で流れ抵抗を与えるよう共同するように選ばれ、 前記角度は、前記熱伝達板の垂直側面の該一方がら該他の一方へ徐々に減少する ことを特徴とする本発明により達成される。

２枚の熱伝達板のおのおのとそれら板の間の通路を流れる熱伝達流体との間の熱 伝達は、熱伝達板の互いに対向して当接した波型隆起部がどのように互いに交差 するのか、および熱伝達流体の流れの方向に対してどのように伸長しているかに 影響されることは公知である。もし隆起部が、流体の主な流れ方向に対して鈍角 で互いに交差していれば、隆起部が流体の主な流れ方向に対して鋭角で互いに交 差している場合に比べて、より大きな流体圧力の低下が達成され、またより効率 的な熱伝達が達成される０本発明の抜型熱交換器を用いれば、本技術は異なった 値の流れ抵抗と流体の入口近くの板間の通路の別々の個所において異なった大き さの熱伝達を得ることに利用できる。

本発明による抜型熱交換器において、流体が、熱伝達板の一方の垂直側面から始 まって、蒸発用通路を通って上方に流れて徐々に蒸発するとき、発生した蒸気の ために増大していく空間が該一方の側面近くの蒸発用通路で必要である。それに より、下方から流れる流体は、熱伝達板の全幅に互って同じレベルで流体の蒸発 が始まる場合よりも大量の流体が熱伝達板の他の垂直側面近くを流れるように、 蒸発用通路を横切って強制的に分配される。結果として、熱伝達板の熱伝達表面 は最も効率的な方法で使用される。更には、他の場合より大量の流体が加熱用流 体の入口の近くを通過するため、各蒸発用通路の一部での干出がりの危険が減少 する。

本発明の抜型熱交換器の好ましい実施態様において、熱伝達板の波型模様は、前 記波型模様の隆起部と溝部により生じた、前記熱伝達板の垂直側面の該一方から 該他方までの流れ抵抗の差が、主に各蒸発用通路の下方部分に位置し、操作中、 供給された流体が重要となるほどに蒸発していない間は、各蒸発用通路中の他の レベルにおいては、対応する流れ抵抗の差は、僅かに低いか存在しないように構 成される。これにより、通常は蒸気が使われる加熱用流体の通路の上方部分にお いて、流れてくる加熱用流体の効率的な分配に対して望ましくない抵抗が生ずる ことなしに、流体および発生した蒸気の所望の分配効果が蒸発用通路のあらゆる 個所で得られる０本種類の熱伝達板中にプレス成型された隆起部および溝部の波 型模様は、熱伝達板の両側面上の流体の流れに影響する。加熱用蒸気の通路の下 方部分においては、蒸気の大部分はすでに凝縮している。

以下、添付の図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

図１は、本発明にしたがって構成され、２単位の熱伝達板からなる版型熱交換器 の概念的な分解図を示す図２は、第１の種類の熱伝達板の概念的な正面図を示す 。

図３は、第２の種類の熱伝達板の概念的な正面図を示す。

図１に示される版型熱交換器は、異なった波型模様をプレス成型によって与えら れた長方形の延長した２種の熱伝達板、すなわち第１の種類の熱伝達板１と第２ の種類の熱伝達板２とを有する。これらの熱伝達板は通常の方法によって枠（図 示せず）中に共に保持され、それらの間の流路３を限定するようその縁に沿って ラバーガスケットを設けてもよいが、代わりに、はんだ、爆接または接着等によ り互いに恒久的に接合されることもできる。

熱伝達板１および２は、プレス成型により隆起部と溝部の形状に波型模様を与え られており、流路３中の隣り合う２つの熱伝達板の隆起部は、互いに交差し当接 して、熱伝達板間に多数の支持点を形成する。流路３は、１つ置きに流体の蒸発 用通路４を形成し、この通路は熱伝達板の下部を通って延びる流体人口５と、熱 伝達板の上部を通って延びる流体および発生した蒸気用の出口６とを連絡する。

残りの流路は加熱用流体の通路７を形成し、この通路は熱伝達板の上部を通って 延びる蒸気入口８と、熱伝達板の下部を通って延びる二つの凝縮物出口９とを連 絡する。

図１に示す熱交換器は大てい、上昇裏型蒸発による各種の液体製品の蒸発または 凝縮用に計画されている、熱伝達板１および２の長い側の側面は垂直に設けられ ており、蒸発する流体はそれらの下部において通路４に供給され、それらの上部 において排出されるようになっている。

対流熱交換が好ましいときは、版型熱交換器は下降膜製蒸発器用に設定され、熱 媒体としての蒸気は通路７の上部に供給され、発生した凝縮物は通路７の下部で 排出されるようになっている。

熱伝達板ｌおよび２のおのおのは、下方分配部分１５、別々に分割され水平方向 に伸長し異なった波型模様を有する部分１７．１８および１９に分割された熱伝 達部分１６．並びに上部分配部分２０とを有する。

下部分配部分１５は、流体を各通路４中を入口５から熱伝達部分１６までほぼ垂 直に上方に運び、また各通路７中では、凝縮物を垂直に下方にかつ出口９の方向 に水平に運ぶよう設けられている。上部分配部分は、米国特許第３，７８３，０ ９０号中に、より詳細に示されている方法により形成される。

下方の水平に伸長した部分１７は、異なった波型模様を有し各蒸発用通路４中の 流体用人口５の近くに互いに隣接して設置された多数の区域２３．２４．２５お よび２６に分割されている０区域２３．２４．２５および２６中の隆起部および 溝部は各蒸発用通路４中の上方に流れる流体および発生する蒸気に流れ抵抗を与 えるよう共同するように配向されており、熱伝達板の長い側面の一方から他方に 徐々に減少している。これにより、流体の流れについて所望の分配が前記長（Ｘ 側面間の蒸発用通路４中で行われる。

図２および図３に示される熱伝達板１および２は、それらの各端部に穿孔された 六を有する。これらの穴は、底部にそれぞれ蒸発する流体のための出入り口ＩＯ ＡおよびＩＯＢ、頂部にそれぞれ凝縮された流体および発生した蒸気用の出入り 口ＩＩＡおよびＩＩＢ、頂部にそれぞれ加熱用蒸気のための出入り口１２Ａおよ び１２Ｂ、ならびに底部にそれぞれ凝縮物および加熱用媒体の結果的に未凝縮の 蒸気のための２つの出入り口１３Ａ、１４Ａおよび１３Ｂ、１４Ｂを形成する熱 伝達板１および２は更に、下部分配部分１５Ａおよび１５Ｂ、上部分配部分２０ Ａおよび２０Ｂ、ならびに熱伝達部分１６Ａおよび１６Ｂを設け、後者はそれぞ れ異なった波型模様を有し、別々に分割されて水平に伸長した部分１７Ａ、１８ Ａ、１９Ａおよび１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂに分割されている。各板の下方部分１ ７Ａおよび１７Ｂは、それぞれ異なった波型模様を有する水平に伸長した区域２ ３Ａ、２４Ａ、２５Ａ、２６Ａおよび２３Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ、２６Ｂにそれぞ れ別々に分割されている。

熱伝達板ｌはその両側面の一方に、継ぎ目なし番；形成されたガスケットを収容 する多数の溝部２１を有する。ガスケットは出入り口ＩＯＡおよびＩＯＢのそれ ぞれの周囲およびこの板の全外縁の周囲に延びる。同様に、熱交換板２は多数の 溝部２２を有し、出入り口１２Ｂ、１３Ｂおよび１４Ｂの各周囲およびこの板の 全外縁の周囲に延びるガスケットをその中に有してしする。ガスケットは、隣接 する熱伝達板ｌおよび２の間をシールするため設けられている。ガスケットの溝 部は、代わりに、二枚の隣接する板が互いの溝部の底部を背面を対向して溶接さ れ、板間の空間の１つ置きのみにガスケットが設けられ、このガスケットはこの 場合隣接する熱伝達板中において互いに対面する二つの溝部を占めるように形成 されていてもよい。

水平に伸長した部分１７Ａ−１９Ａおよび１７Ｂ−１９Ｂそれぞれにおいて、隆 起部と溝部は、流体の所定の主な流れの方向に対して傾きが異なっている。従っ て、その勾配は、下方から上方に向かう領域ごとに減少していく。

完全にまたは部分的に蒸発される流体は、熱伝達板の下部に位置する流体入口５ を通して版型熱交換器中に供給され、次に通路４を通して上方に流れる。流体は 、下部分配部分１５Ａおよび１５Ｂの間で熱伝達板の幅に互って平等に分配され る。熱伝達部分１６Ａおよび１６Ｂ間において、流体はまずそれぞれ４つの区域 ２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ、２６Ａおよび２３Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ、２６Ｂを有す る部分１７Ａおよび１７Ｂを通過する。前記板の一方の側面に位置する区域２３ Ａおよび２３Ｂは、上方に流れる流体に対し蒸発用通路４中において比較的大き な流れ抵抗を与える波型模様を有する。即ち板の隆起部が流体の流れ方向に対し て比較的大きな干渉角度をもって互いに交差する。

それゆえ、板と流体間の熱伝送は、比較的効率的となり、従って蒸気は通路４中 で比較的早く発生させられる。

波型模様２３Ａ−２６Ａおよび２３Ｂ−２６Ｂそれぞれにおいて、隆起部と溝部 は流体の所定の主な流れ方向に対して傾きが異なっている。従って、勾配は各板 の長い側面の一方から他の側面に向けて区毎に減少する。図示された本発明の実 施態様において、流体の主な流れの方向（縦の破点線で示す）と波型にうねる隆 起部の延長との間の板１の角度αは、区域２３Ａにおいては一４０°１．領域２ ４Ａにおいでは一３６°、区域２５Ａにおい°〔（。１・〜３０°、”ぺ・；、 ″ビ区１ｔＸ２６Ａにおいては一２２゛である。板２１：、之、ＪＬ’・℃、流 体の流れの方向と波型に）ねる隆起部の延長との間の角度βは、区域２３Ｂにお いては＋４０°、区域２４Ｂにおいては＋３６°、区域２５Ｂにおいては＋３０ ３、そして区域２６Ｂにおいては＋２２°である。結果として、板ｌおよび２の 交差する隆起部間に介在する角度は、区域２３Ａと８間においては８０゛、区域 ２４Ａと８間においては７２°、区域２５Ａと８間においては６０゛、そして区 域２６Ａと８間においては４４°である６部分１７Ａおよび１７Ｂについては、 平均角は約６４′である９部分１８Ａおよび１８Ｂについては、対応する角は５ ０°１部分１９Ａおよび１９Ｂについては、４０°である。これらの角度の数値 は、本熱交換器の成る熱交換の負担を参照して選ばれる。他の数値は、もちろん 他の熱交換負担に対して選ばれる。

部分１７Ａおよび１７Ｂの間の空間から、流体および発生した蒸気は１部分１８ Ａおよび１８Ｂ間と部分１９Ａおよび１９Ｂ間とを上部に連続し、これらの領域 では交差する隆起部間の角度が徐々に減少する、即ち、これら隆起部により、流 れ方向に対してますます鋭角の交差角が形成される。流体および発生した蒸気へ の流れ抵抗は、−ｍは、部分１７Ａおよび１７Ｂの領域においては各板の長い側 の側面の一方から他方へ、また一部は、部分１７Ａ−１９Ａおよび１７Ｂ−１９ Ｂの領域においては流体の流れ方向に徐々に減少する。流体および発生した蒸気 は次に上部分配区域２０Ａおよび２０Ｂ、更には出口６を通って連続する。

加熱媒体用通路７中では、流れは反対方向に進む。

蒸気は蒸気入口８（図１）を通って供給され、通路７において徐々に増加する流 れ抵抗を受ける０図１では２つの凝縮物出口９が図示されているが、１つだけ使 用してもよい、板の部分１７Ａおよび１７Ｂの間の流れ抵抗は、各熱伝達板の一 方の長い側面においては、各熱伝達板の他方の長い側面におけるよりも大きいた め、このことは通路７の下方部分における加熱用流体の分配に影響する。横方向 に変化する流れ抵抗は、供給された蒸気の大部分が凝縮される通路７の下方部分 に対して限定されているため、このことは通路７の上方部分における蒸気の分配 にとってはほとんど影響しない。

図面中に示される本発明の実施態様において、熱伝達板１および２の両方は異な った波型模様を持つ幾つかの水平方向に伸長した部分１７．１８および１９を有 し、部分１７には幾つかの異なった区域がある。しかし、仮に一種類の熱伝達板 のみがこの様な方法に分割された熱伝達部分を与えられており、−力値の種類の 熱伝達板はそれらの熱伝達部分の全面に互って同一の波型模様を持っているのみ であったとしても、本発明の意図する効果を得ることは可能のはずである。更に は、板の異なる部分１７Ａ−１９Ａ、２３Ａ−２６Ａおよび１７Ｂ−１９Ｂ、２ ３Ｂ−２６Ｂはそれぞれ。

互いに正反対に設置されて図示されているが、代わりにこれらは互いに部分的に のみ重複して設置されていてもよい、また、前記部分の数および大きさはもちろ ん変えてもよい。

巳９ユ 要　約　書 上昇模型流体蒸発用の板を熱交換器において、垂直に配置された熱伝達板（１， ２）は、それらの間に蒸発用通路（４）と凝縮用通路（７）を画定する。各蒸発 用通路（４）は、その下方部分に流体人口（５）を有し、上方部分に凝縮流体と 発生蒸気用の出口（６）を有する。この出口（６）は、熱伝達板の垂直側面の一 方に配置される。各蒸発用通路（４）において、流体と蒸気を要望どおりに分配 するために、少なくとも一つ置きの熱伝達板（１）が流体の入口（５）に近接し た下方部分（１７Ａ）において、様々にプレス成形された波形模様の隆起部およ び溝部を有する多数の領域（２３Ａ−２６Ａ）を設けられてきた。波を模様の隆 起部および溝部は、蒸発用通路（４）における流体の主な流れ方向に対して異な った角度を形成する。それらの角度は、熱伝達板（１，２）の隆起部と溝部が様 々な方向をなしていることにより、各蒸発通路において、主な流れ方向の流行に 対し、共同して流れ抵抗を与えるように選定される。そしてその流れ抵抗が熱伝 達板（１，２）の垂直側面の一方から垂直側面の他方へ向かい徐々に減小する。

蒸発用通路（４）に対し横方向の流れ抵抗の変化は、蒸発用通路の下方部分に集 中されることが望ましい。

国際調査報告 国際調査報告 ρＣＴ／ＳＥ　９１１００３０３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．互いに対向して当接した長方形でほぼ垂直に配置された熱伝達板（１、２） のパッケージを有し該板はそれらの間に流路を形成し隆起部と溝部の形状の波型 模様を与えられている流体蒸発用の板型熱交換器であって、該隆起部は各流路の 少なくとも一部で互いに交差して当接し、隣接する熱伝達板（１、２）間に多数 の支持点を形成し、前記流路は一つ置きに流体の蒸発用通路（４）を形成し、該 蒸発用流路はその下方部分に流体用入口（５）を有し、前記熱伝達板の一方の垂 直側面近傍の上方部分に流体と発生した蒸気用の出口（６）を有し、残りの流路 は加熱流体用の通路（７）を形成し、該通路は前記熱伝達板の他方の垂直側面近 傍の上方部分に入口（８）とそれらの下方部分に出口（９）を有する板型熱交換 器において、各蒸発用通路（４）中において、流体の入口（５）近くに、少なく とも一つの熱伝達板（１）が、熱伝達板の垂直側面間に互いに隣接して設置され た、異なった波型模様を有する多数の区域（２３Ａ−２６Ａ）を設けており、前 記熱伝達板（１、２）の前記隆起部と溝部とは、該区域のある領域において、蒸 発用通路（４）中で流体の主な流れ方向に対して異なった角度を形成し、この角 度は、前記隆起部と溝部がそれらの異なった方向により各蒸発用通路（４）にお いて主な流れ方向中で流れ抵抗を与えるよう共同するように選ばれ、前記角度は 前記熱伝達板の垂直側面の該一方から該他の一方へ徐々に減少する板型熱交換器 。
2. ２．前記熱伝達板の波型模様が、前記波型模様の隆起部と溝部とにより生ずる前 記熱伝達板の垂直側面の該一方から該他方への流れ抵抗の差が、操作中に供給さ れた流体がまだほとんど蒸発していない各蒸発用通路（４）の下方部分に集中す るように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の板型熱交換器。
3. ３．前記熱伝達板（１）が少なくとも１つ置きに、互いに隣接して設置され異な った波型模様を与えられた少なくとも３つの区域を有することを特徴とする請求 項１または２に記載の板型熱交換器。