JPH09511565A - 改良されたプレートを備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の波形プレートから成る熱交換器が間示されている。波形プレートの複数のファセット（１２）には、圧力低下を減少すべく複数の隆起部（１３）及び陥凹部（１４）が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 改良されたプレートを備えた熱交換器 詳細な説明 本発明は、変化する断面を有する複数のチャンネルを規定する複数の波形プレ ートの重畳体から構成されるプレート型熱交換器に関する。 波形は、一般に、プレートを介した熱伝達を高めるため流体の流れを分配する 目的を有するものであるが、平板を用いたものよりも圧力損失がかなり大きくな るといった欠点を有している。周知の仏国特許（FR-A-2 648 220）は、流体が実 質的に停滞してしまう滞留領域あるいは再循環領域の体積を減少し得るようにし た波形プレートの形状を開示している。流体の滞留は、熱交換効率の低下、及び 、流体に粒子が含まれている場合にはそれらが非常に堆積しやくすくなるために プレートに付着物が生じる主たる原因の一つとなる。この周知の発明のプレート は、交互に長さのことなる二つのファセット（facct:小面）を有し、これら連続 するプレートの波形部が好ましい約１８０°の角度を形成するように、すなわち 、各チャンネルにおいて長いファセットが該チャンネル内の流体の流れ方向に対 して実質的に同方向に配向され、よって短いファセットはそのより急勾配な傾斜 のために流体に対面し、前記チャンネルを規定している他方のプレートの長いフ ァセットに向けて流れを偏向させるように、互いに組み合わされている。この結 果、流体の流れが前記長いファセットをその面の広い部分にわたって舐め、その 結果、前記チャンネルを限定している前記波形部の背面つまり長いファセットの 前部に形成された再循環領域は減少するものとなる。これにより、より優れた熱 交換効率性と流れ易さとが得られたものとなっている。 本発明の目的は、しかしながらそのようなプレート形状にはいくつかの欠点が 見受けられることにより生じたものである。まず、長いファセットと短いファセ ットから構成される波形部の高さが、同じピッチ（ここで、ピッチとは波形部の 幅のことである）に対し、同様の二つのファセットからなる従来の波形プレート の波形部よりも小さい。すなわち、各チャンネルの平均断面はより小さいもので ある。しかし実際問題としてはこの断面は減少させないことが望ましく、従って 、より大きなピッチを有しより大きな波形部を備えた同様の形状を有したプレー トを用いることが要求される。その上、波形部のラインはより大きな間隔を有し 、かつプレート間の接触点数は少なく、よってこの重畳体の機械的強度は減少し ている。 他の欠点は、隣接するものどうしで交差する各チャンネル内の流体流れの一方 向に対してのみ有利な効果が得られ、よって、常に望ましくない流体の逆流循環 を課すといったことに起因している。結局、圧力の低下が従来の波形プレートを 用いた場合よりも大きい場合に、圧力損失は重大となる。 本発明は上述の周知発明の改良として考えることができる。つまり、本発明は 、プレート間に通常の波形プレートと同数の接触点を有している一方で、熱交換 性能、及びパネル壁面の付着物を減少させることに関しては実質的に等しい利点 を提供し、それだけでなく、渦運動の減少により圧力降下をより小さくもできる 。また本発明は、最良の実施形態のものでは、流体は両方向において同様に流れ るものとなり、従って平行流及び逆流を自由に選択することができる。 本発明は、並設されて複数のチャンネルを設定する複数の波形プレートにより 構成された熱交換器に関するもので、該熱交換器は、その最も一般的な形態にお いては、前記各プレートが、向様のものとされて下端線及び上端線で接合された 複数のファセットから構成され、接触点において互いに接合されて成るものであ って、かつ前記各プレートは交互に上下反転され、該各プレートの上端線又は下 端線を介して接合され、さらに前記ファセットは、前記上端線の近傍に隆起部を 有しかつ前記下端線の近傍に陥凹部を有していることを特徴としている。 従って、上述した陥凹部と隆起部とのこの組合せ及びプレートの交互反転によ って波形部がなだらかになり、該波形部の接触点近傍でチャンネル断面が絞られ た配置が提供される。これに対して米国特許 US-A-4 014 385 は、ファセットが 頂部に陥凹部を有し底部に隆起部を有した構成を開示している。ファセットは直 角を形成して互いに接続され、これにより各プレートが補剛されるが、流体に対 しては本発明とは逆の効果を有したものとなっている。 陥凹部及び隆起部はファセットに沿って不連続となるとともに、隆起部は接触 点の近傍に位置し、従ってそれら陥凹部及び隆起部が、流れの停滞又は淀みの領 域が最も形成され易い部位のみにおいてチャンネル体積の減少役割を果たせるよ うにすることが推奨される。その他の部位で隆起部が役立つことはほとんどない 。ファセットが交互となる陥凹部及び隆起部を備えていることで単純な構造とな っている。最後に、各接触点が同一のプレートの隣接するファセットに属する二 つの隆起部間に位置している場合には、チャンネル内での逆流が保証される。 以下、下記の図面を参照して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明はこれ らの図のものに限定されるものではない。 図１はプレート型熱交換器の該略図で、明瞭化のためプレートを分解して示し た図； 図２は本発明によるプレートの部分断面図； 図３は本発明のプレートの上面図で、複数の隆起部及び陥凹部の分布を示した 図； 図４は、プレートがどのように重ねられるか、特にその波打ち角度を示した図 ；そして、 図５は図３におけるＶ−Ｖ線に沿った矢視図で、重ねられた二つのプレートに おける陥凹部と隆起部の位置をそれぞれ示したものである。 図１は、現行のプレート型熱交換器の一つを示している。この熱交換器は複数 の矩形のプレート１を重ねることにより構成されている。各プレート１は、角部 に設けられた四つの孔２、滑らかな周縁を持った溝３、及びその残りの面部分に 形成された複数の波形部４を有している。これらのプレートは、スタンピング加 工、機械加工、あるいは成型等の種々の手段により製造することができ、実際の 熱交換器内では、これらのプレートは前記複数の波形部により互いに支持される ものとなる。前記複数の溝３間には図示しないガスケットが組み込まれており、 漏れが防止されている。この重畳体（stack）はクランプによって保持される。 図示の実施形態においては流体の逆流が生ずるが、そうしないことも可能であ る。前記複数の波形部４はヘリンボン形状のものであるが直線状であってもよい 。ここで説明する実施の形態においては、流体は一般に液体であるが、それには 限定されず、状態変化するものであってもよい。本発明は、このような範疇に入 るあらゆる熱交換器、そして異なる種類の熱交換器に対しても適用可能である。 本発明（図２ないし図５）によれば、前記プレート１の波形部４は、複数の上 端線１０、及びそれと交互になる下端線１１とに分解して見ることができる。こ れら上端線１０及び下端線１１は全て互いに平行であり、隣接するファセット（ 小面）１２を分離している。ファセット１２は粗い面を持っている。すなわちそ れらは、従来の波形プレートとは異なって全長の本質的な部分において直線では なく、複数の隆起部１３及び複数の陥凹部１４を現している。説明の都合上、プ レート１の上方のチャンネル６について説明するものとすると、前記上端線１０ は下端線１１の上方にあり、隆起部１３はこのチャンネル６における凸状のレリ ーフ、陥凹部１４は凹状のレリーフとなっている。 陥凹部１４及び隆起部１３は、例えば特殊なダイを用いたスタンピングにより 、波形部４と共に困難なく成形される。図３は、陥凹部１４及び隆起部１３が波 形部４の全長を超えて延びることはないが不連続でもないこと、及び、隆起部１ ３は波形部４のほぼ半分の長さにわたって上端線１０の近傍、すなわち隣接する プレート１の接触点１５の近傍位置まで延びていることを概略的に示している。 より詳細には、隣接するファセット１２の隆起部１３は、対を成す接触点１５を 囲むように中間上端線１０の両側に延びている。陥凹部１４は下端線１１に近接 しており、各々、該陥凹部の属するファセット１２の二つの連続した隆起部１３ 間に延びており（従って、陥凹部１４及び隆起部１３は各ファセット１２に沿っ て交互になる）、これによって、陥凹部１４は、各下端線に接する二つのファセ ット１２において交互に、各下端線１１に沿ってほぼ途切れることのない連続体 を形成している。本実施形態において、チャンネル６内の流体の通常の流れ方向 は（この図３に示すように）垂直であり、この方向を持った波形部４の角度αは ６０°である。チャンネル６を規定する他方のプレート１も同様であるが、各波 形部４が交差して６０°の角度を形成した状態で各プレート１がその上端線１０ を介して接合されるよう（図４及び図５）、向きを変えた後に設置される。プレ ート１の各組についても同様であり、プレート１の各組は、各上端線１０又は各 下端線１１の何れかを介して接合される。チャンネル６の形状は対称形であるの で、流れ方向が上昇方向あるいは下降方向に拘わらず流れ特性は変わらない。特 に、隆起部１３が、前記接触点１５の周囲においてチャンネル６の断面が非常に 小さくなる領域を形成し、それにより流体は停滞するかもしれないが、これら隆 起部１３は、チャンネル６のその他の部位では流れを邪魔することはないことが 注目される。 同様に、隣接する四つの接触点１５によって形成されるダイヤモンド形の中心 に位置した、隣接する他方のプレート１との接触点１６は、関連する二つのプレ ート１の二組の陥凹部１４によって囲まれる。ただし、それら陥凹部は、これら 二つのプレート１によって定められる近接したチャンネル６内では隆起部１３と して見られる。このように、全てのチャンネルは同じ形状を有していることが解 かる。 陥凹部１４は、チャンネル６内での流れに影響を及ぼすことはほとんどない。 プレートどうしを正しく位置決めできるように、上端線１０上の、隆起部１３ 間の接触点１５には陥凹部１７が設けられている。これら陥凹部により、各プレ ートを正確に位置決めすることができ、かつ波形部周り流れをより良好なものと することができる。これらの陥凹部１７は約０.５ｍｍ（０.３ｍｍ〜１ｍｍ）の 深さであり、その形状によって上方のプレートの接触点１５と当接できる。これ ら陥凹部はプレートの他の部分と同じ方法によって形成することができ、追加の コストは生じない。陥凹部１７は、前記プレートについて一つ置きに設けられ、 その他のプレート１については、上端線１０は直線状とされる。 隆起部を接触点１６の位置で下端線１１に形成し、プレート１のこれら下端線 １１による当接を容易にすることも可能である。 特に、波形部により形成される通常の流れ方向に対する角度次第で、他の実施 形態も可能である。 実際に試験した実施例では、流れに対する前記角度αが６０°となる波形部４ を有し、プレート１が１３ｍｍのピッチｐ（図２及び図３）及び３.９ｍｍの高 さｅ（図２）のものであり、前記隆起部１３及び前記陥凹部１４の最大高さ及び 深さが０.８ｍｍ、径が３〜４ｍｍのプレートを使用した。各チャンネル６は、 長さ０.４ｍ、幅０.１４ｍである。各チャンネルにおける流量は６〜４０ｍ³で ある。本発明によるプレート１は、従来の波形プレート、すなわち隆起部１３及 び陥凹部１４を持たない波形プレートよりも、損失水頭（あるいは圧力損失）が ３０〜５０％小さくなる。一方、熱交換効率は５％以下の差でほぼ同一である。 前記プレートは０.６ｍｍ厚のステンレス鋼のスタンピングから成した。 本発明は本タイプの熱交換器を使用するあらゆる事業分野、特には、化学、パ ラケミカル（para-chcmical）、石油、環境、農業、エネルギー生産、及び冶金 等の各種工業に適用可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月１６日 【補正内容】 トを用いることが要求される。その上、波形部のラインはより大きな間隔を有し 、かつプレート間の接触点数は少なく、よってこの重畳体の機械的強度は減少し ている。 他の欠点は、隣接するものどうしで交差する各チャンネル内の流体流れの一方 向に対してのみ有利な効果が得られ、よって、常に望ましくない流体の逆流循環 を課すといったことに起因している。結局、圧力の低下が従来の波形プレートを 用いた場合よりも大きい場合に、圧力損失は重大となる。 本発明は上述の周知発明の改良として考えることがてきる。つまり、本発明は 、プレート間に通常の波形プレートと同数の接触点を有している一方で、熱交換 性能、及びパネル壁面の付着物を減少させることに関しては実質的に等しい利点 を提供し、それだけでなく、渦運動の減少により圧力降下をより小さくもできる 。また本発明は、最良の実施形態のものでは、流体は両方向において同様に流れ るものとなり、従って平行流及び逆流を自由に選択することができる。 本発明は、並設されて複数のチャンネルを設定する複数の波形プレートにより 構成された熱交換器に関するもので、該熱交換器は、その最も一般的な形態にお いては、前記各プレートが、同様のものとされて下端線及び上端線で接合された 複数のファセットから構成され、接触点において互いに接合されて成るものであ って、かっ前記各プレートは交互に上下反転され、該各プレートの上端線又は下 端線を介して接合され、さらに前記ファセットは、前記上端線の近傍に隆起部を 有しかつ前記下端線の近傍に陥凹部を有していることを特徴としている。 従って、上述した陥凹部と隆起部とのこの組合せ及びプレートの交互反転によ って波形部がなだらかになり、該波形部の接触点近傍でチャンネル断面か絞られ た配置が提供される。これに対して米国特許 US-A-4 014 385 は、ファセットが 頂部に陥凹部を有し底部に隆起部を有した構成を開示している。ファセットは直 角を形成して互いに接続され、これにより各プレートが補剛されるが、流体に対 しては本発明とは逆の効果を有したものとなっている。米国特許 US-A-3661 203 には別の構成が示されている：一つ置きのプレートの上端線は、他方のプレー トの下端線が入り込む陥凹部によって途切れている。この、相互進入によって各 プレート間の良好な密着生、及びチャンネル幅の優れた一様性が得られている 。 陥凹部及び隆起部はファセットに沿って不連続となるとともに、隆起部は接触 点の近傍に位置し、従ってそれら陥凹部及び隆起部が、流れの停滞又は淀みの領 域が最も形成され易い部位のみにおいてチャンネル体積の減少役割を果たせるよ 請求の範囲 １． 並設されて複数のチャンネル（６）を規定する複数の波形プレート（１ ）により構成され、 前記各プレート（１）は、同様のものであって、下端線（１１）及び上端線（ １０）で接合された複数のファセット（１２）から構成され、接触点（１５，１ ６）において互いに接合されて成り、 前記各プレートは交互に反転され、該各プレートの上端線（１０，１０）又は 下端線（１１，１１）を介して接合されて成る、熱交換器において、 前記ファセット（１２）は、前記上端線（１０）の近傍に隆起部（１３）を有 し、かつ前記下端線（１１）の近傍に陥凹部（１４）を有している、ことを特徴 とする熱交換器。 ２． 請求項１記載の熱交換器において、陥凹部及び隆起部は前記ファセット に沿って不連続であり、前記隆起部（１３）は前記接触点（１５）の近傍に配置 されていることを特徴とする熱交換器。 ３． 請求項２記載の熱交換器において、各ファセット（１２）は、陥凹部（ １４）と隆起部（１３）とを交互に備えていることを特徴とする熱交換器。 ４． 請求項２記載の熱交換器において、各接触点（１５）は、同一のプレー ト（１）の隣接するファセット（１２）に属する二つの隆起部（１３）間に位置 していることを特徴とする熱交換器。 ５． 請求項１記載の熱交換器において、いくつかのプレート（１）は、前記 接触点（１５）の位置に、他方のプレート（１）の上端線（１０）がその内部に 適合する陥凹部（１７）を有していることを特徴とする熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィディル，ローランド フランス国 38000 グルノーブル リュ アンリ−ル−シャトリエ ６ (72)発明者 ルセル，クロウド フランス国 38130 エシロール リュ ドゥ ラ リベルテ ９ (72)発明者 グリロット，ジャン−ミシェル フランス国 38700 ラ トロンシュ シ ュマン ドュ コトー 42

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 並設されて複数のチャンネル（６）を規定する複数の波形プレート（１ ）により構成され、 前記各プレート（１）は、同様のものであって、下端線（１１）及び上端線（ １０）で接合された複数のファセット（１２）から構成され、接触点（１５，１ ６）において互いに接合されて成る、熱交換器において、 前記各プレートは交互に反転され、該各プレートの上端線（１０，１０）又は 下端線（１１，１１）を介して接合され、 さらに、前記ファセット（１２）は、前記上端線（１０）の近傍に隆起部（１ ３）を有し、かつ前記下端線（１１）の近傍に陥凹部（１４）を有している、 ことを特徴とする熱交換器。 ２． 請求項１記載の熱交換器において、陥凹部及び隆起部は前記ファセット に沿って不連続であり、前記隆起部（１３）は前記接触点（１５）の近傍に配置 されていることを特徴とする熱交換器。 ３． 請求項２記載の熱交換器において、各ファセット（１２）は、陥凹部（ １４）と隆起部（１３）とを交互に備えていることを特徴とする熱交換器。 ４． 請求項２記載の熱交換器において、各接触点（１５）は、同一のプレー ト（１）の隣接するファセット（１２）に属する二つの隆起部（１３）間に位置 していることを特徴とする熱交換器。 ５． 請求項１記載の熱交換器において、いくつかのプレート（１）は、前記 接触点（１５）の位置に、他方のプレート（１）の上端線（１０）が適合する陥 凹部（１７）を有していることを特徴とする熱交換器。