熱伝達プレート

 

熱伝達プレートは、同じ前記列(23)における各隆起(26)と隣接する溝(27)との間に遷移部(transition)が前記中央面(P1)に対して傾斜する前記熱伝達プレートの一部によって形成される、交互する隆起(26)及び溝(27)からなる多数の列(23、24)と、
中央開口部(22)であって、前記中央開口部(22)の第1の部分(32)が流体入口として作動し、前記中央開口部の第2の部分(33)が流体出口として作用できるように、流体分離装置(10)を受けるように構成された中央開口部(22)と、を備え、
前記プレートは、列(23、24)が互いに離間するように隆起(26)及び溝(27)の列(23、24)の間に延在する。

 

 

本発明は、中央開口部の第1の部分が流体入口として作用し、中央開口部の第2の部分が流体出口として作用することを可能にする流体分離装置を受けるための中央開口部を有するタイプの熱伝達プレートに関する。
近年、多数の様々なタイプのプレート熱交換器が存在し、それらのタイプに応じて様々な用途に使用される。幾つかのタイプのプレート熱交換器は、連結される熱伝達プレートが内部に配置される密封筐体を形成するケースから組み立てられる。複数の熱伝達プレートは、熱伝達プレートの積層体を形成する。そこにおいて、第1の流体及び第2の流体のための交互する第1の流路及び第2の流路は熱伝達プレートの間に形成される。
プレート熱交換器の一つのタイプ、いわゆる中央ポートプレート熱交換器において、各熱伝達プレートは、第1の流路のための中央開口部(中央ポート)を有する。第1の流路の流体は、熱伝達プレートの中央開口部の入口セクションで熱伝達プレートに入って、プレート全体にわたって流れて、同じ中央開口部の出口セクションでプレートから出る。出口セクションは入口セクションの反対側にある。そして、流体分離装置は出口セクションからの流体の流れから入口セクションへの流体の流れを分離するために中央開口部に嵌入される。このように、分離装置によって、同じポートが、熱伝達プレートにわたって流れる流体のための流体入口及び流体出口の両方として使われる。基本的に、第1の流体は熱伝達プレートにわたって180°回転を作って、中央開口部を横切って見られるように、第1の流体がプレートに入った位置の反対位置でプレートから出る。
第2の流体はプレートの外周の入口セクション(inlet section)で熱伝達プレートに入って、プレート全体をわたって流れ、プレートの外周の出口セクション(outlet section)でプレートから出る。出口セクションは入口セクションの反対側にある。
明らかに、第1の流体のための入口及び出口はプレートの一つおきに配置されており、第2の流体のための入口及び出口は一つおきに第2の対間で配置される。このように、第1の流体及び第2の流体は、一つおきの対間で、熱伝達プレートのそれぞれの面をわたって流れる。第1の流体のための入口及び出口の有する一対のプレートからなるプレートはその全周に沿って互いに封止され、第2の流体のための入口及び出口を有するプレート対からなるプレートは、その中央開口部で互いに封止される。
熱伝達プレートがケースによって囲まれるので、中央ポートプレート式熱交換器は多数の他のタイプのプレート熱交換器と比較すると高い圧力レベルに耐えることができる。更に、中央ポートプレート式の熱交換器はコンパクトであり、それは良好な伝熱特性を有して、破壊されることなく厳しい動作状況に耐えることができる。
連結される熱伝達プレートは、しばしばプレートパック又は熱伝達プレートの積層体と呼ばれる。熱伝達プレートの積層体は、中央ポートプレート式熱交換器のための特徴である内部中央貫通孔を有する実質的に円筒状形状を有する。ゴム・ガスケット(rubber gasket)が熱伝達プレート間に省略されることができるように、熱伝達プレートの積層体はすべて溶接され得る。これによって、高温且つ高圧で中央ポートプレート式熱交換器が広範囲にわたる積極的な流体を用いた動作に適合するようになる。
中央ポートプレート式熱交換器の保守の間、熱伝達プレートの積層体は、接近可能であり、例えばシェルの上部カバー又は底部カバーを除去して、洗剤で熱伝達プレートの積層体を洗浄することによって洗浄され得る。熱伝達プレートの積層体をそれがシェル内で適切に配置されることができる限り、以前の積層体と同一又は異なることができる新規な積層体に置き換えることも可能である。
通常、中央ポートプレート式熱交換器は、従来の熱交換器としてだけでなくコンデンサ又は再沸器としても適切である。コンデンサ又は再沸器において、シェルは凝縮液(condensate)のための付加的な入口/出口を含むことができ、それは特別なセパレータ・ユニットの必要性を除去できる。
示されているように、熱伝達プレートの積層体を有する中央ポートプレート式熱交換器の設計は、そのタイプに対して全く特有である効果及び特性の組合せを提供する。中央ポートプレート式熱交換器の多くの実施形態は開示されており、それらは、例えば、特許文献EP2002193A1で開示されている。幾つかの他のタイプのプレート熱交換器と比較して、中央ポートプレート式熱交換器は、コンパクトな設計を有して、高い圧力レベルに耐えることができる。しかしながら、中央ポートプレート式熱交換器は、比較的高い圧力レベルに対する対処を維持しつつ、一方の流体から他の流体へ効率的に熱を伝達する能力に関して改善され得ると推定される。
欧州特許出願公開第2002193A1号明細書
本発明の目的は、改良された性能を有する中央ポートプレート式熱交換器を提供することである。特に、プレートが中央ポートプレート式熱交換器において用いられることを可能にするそれぞれの中央開口部を有する熱伝達プレートの熱伝熱能力を高めることが目的である。
これらの目的を解決するために、熱伝達プレートが提供される。熱伝達プレートは、熱交換器に配置されるように構成されており、複数の列を備える。該複数の列のそれぞれが前記熱伝達プレートの上面及び底面間で前記熱伝達プレートの中央面に沿って延在する交互する隆起と溝とを有し、前記上面及び前記底面が前記中央面に実質的に平行していると共に前記中央面のそれぞれの面上に位置している。同じ前記列における各隆起と隣接する溝との間の遷移部(transition)が前記中央面に対して傾斜する前記熱伝達プレートの一部によって形成される。熱伝達プレートは中央開口部を有し、中央開口部は、前記中央開口部の第1の部分が流体入口として作動し、前記中央開口部の第2の部分が流体出口として作用できるように、流体分離装置を受けるように構成されている。熱伝達プレートは、前記列が互いに離間するように隆起及び溝の列の間で前記中央面に沿って延在するプレート部分を有する。
中央ポートプレート式熱交換器に適応しており、効果的な熱伝達を提供すると同時に非常に硬く強いという点で熱伝達プレートは有利である。
熱伝達プレートの中央面に沿って隆起及び溝の列の間に延在するプレート部分は、補強セクション又は補強部と呼ばれることができる。補強セクションは、中央面に平行する方向に、典型的に隆起及び溝の列より高い剛度(stiffness)を有する。補強セクションの一つ以上は、いかなる組合せにおいて、平坦形状、段差形状、及び波状の何れかであることができる。補強セクションは、細長くなっていることができる。補強セクションは、概して熱伝達プレートの中央面に沿って延在する。補強セクションは熱伝達プレートの第1の面と第2の面との間に延在できる。ここで、第1の面及び第2の面は中央面と実質的に平行しており、中央面のそれぞれの面上に位置する。第1の面は、上面と中央面との間に位置する。第2の面は、中央面と底面との間に位置する。これによって、熱伝達プレートはその面方向の拡張において強固になる。
前記熱伝達プレートの上面上の多くの隆起の上面の接触領域が、熱伝達プレートの底面上の多くの溝の底面の接触領域より大きいことができる。熱伝達プレートが熱伝達プレートの一方側の圧力が熱伝達プレートの他方側により高い状況をよりよく処理できるという点で、これは有利である。
交互する隆起及び溝の多くの列は、熱伝達プレートの接線方向において延在できる。
交互する隆起及び溝の多くの列は、熱伝達プレートの半径方向において延在できる。
半径方向は、プレートの中央から始まってプレートの外周に導かれる如何なる方向であることができる。接線方向は、半径方向に垂直な方向であることができる。
熱伝達プレートは、交互する隆起及び溝の列の多くのセクションを備えることができる。そこにおいて、前記セクションの内側セクションが前記セクションの外側セクションより高い流体抵抗を提供し、前記内側セクションが前記外側セクションより前記中央開口部により近く配置される。より高い流体抵抗を有する内側セクションは、熱伝達プレートが配置される熱交換器の動作中に、水があふれ出ることが意図されたセクションであることができる。
本願明細書中の文脈において、熱伝達プレートのセクションがより高い流体抵抗を有するとき、これはそのセクションがセクションを横断する流体、又は、セクションによって少なくとも部分的に形成されるか又は囲まれたチャネル内に流れる流体に対してより高い流体抵抗を提供することを意味する。
内側セクションは、外側セクションより高い接線方向の流体抵抗を有することができる。
熱伝達プレートは、前記中央開口部の第1の部分を横切って、前記熱伝達プレートの中心を通って、中央開口部の第2の部分を横切って延在する第1の幾何学的な中心軸と、前記第1の幾何学的な中心軸と直交して前記中心を通って延在する第2の幾何学的な中心軸と、を備え、第2の中央軸と平行する方向に沿ってみたとき、前記内側セクションが前記外側セクションより中央開口部のより近く配列されている。熱伝達プレートは、第1の中央軸に対して対称的であることができる。熱伝達プレートは、第2の中央軸に対して対称的であることができる。
前記内側セクションの交互する隆起及び溝の前記列が前記外側セクションの交互する隆起及び溝(63, 64)の列より異なるピッチを有することができる。例えば、同じ列における隆起と溝との間でピッチが異なることができ、異なる列における隆起と溝との間でピッチが異なることができ、異なる列間でピッチ(距離)が異なることができる。
内側セクション及び外側セクションの何れか、曲がった長方形の形状を有することができる。
熱伝達プレートは、前記中央開口部の前記第1の部分のそれぞれの辺上に配置された第1のバッフル及び第2のバッフルと、前記中央開口部の前記第2の部分のそれぞれの辺上に配置された第3のバッフル及び第4のバッフルと、を備え、前記バッフルの各々は、熱伝達プレートの半径方向において拡張部を有する。
熱伝達プレートは、前流体入口として作用できる第1の部分と流体出口として作用できる第2の部分と、を有する外周縁を備え、前記外周縁の前記第1の部分と前記第2の部分との中間に位置する前記外周縁のセクションが前記熱伝達プレートの上面に配置された類似の熱伝達プレートの対応するセクションと共に封止されるように構成されており、前記中央開口部の前記第1の部分と前記第2の部分との中間に位置する前記中央開口部のセクションが前記熱伝達プレートの底面に配置された類似の熱伝達プレートの対応するセクションと共に封止されるように構成されている。
他の態様によれは、複数の熱伝達プレートを備える熱交換器が提供される。各熱交換器は、上述した特徴と、密封筐体を形成するケースと、前記中央開口部が流体入口及び流体出口の両方として動作することができるように前記熱伝達プレートの中央開口部に配置された分離装置と、を組み込んでいる。前記熱伝達プレートは永久的に連結され、且つ前記密封筐体内に配置されて、第1及び第2の流体のための交互する第1及び第2の流路が前記熱伝達プレート間に形成される。提供された熱交換器は、概して中央ポートプレート式熱交換器である。
少なくとも2つの隣接する熱伝達プレートの前記中央面の間の距離は、前記熱伝達プレートの内側セクションで前記熱伝達プレートの外側セクションでより短く、前記内側セクションが前記外側セクションより前記中央開口部により近く配置されている。
前記熱伝達プレートは、隣接する前記熱伝達プレートの対応し、且つ折り曲げられた中央端へ折り曲げられ、且つ該中央端と連結されている中央端と、もう一方の隣接する前記熱伝達プレートの対応し、且つ折り曲げられた外周縁へ折り曲げられ、且つ該外周縁と連結されている外周端と、を備える。
他の態様によれば、上記の熱交換器を作動する方法が提供される。そこにおいて、水はバッフルが配置される熱伝達プレートの面の上をわたって通過する。追加的に又は代替的に、液体媒体が中央開口部を介して、第1の流路へ進み、ガス媒質が第2の流路へ進む。液体媒体は、水であることができる。
本発明の更なる他の目的、特徴、態様及び効果は、図面及び以下の詳細な説明から現れる。
以下において、本発明の実施形態は、例えば以下の概略図を参考して記載されている。
図2の線B−Bに沿って見られるように、中央ポートプレート式熱交換器の上面断面図である。 図1の線A−Aに沿って見られるように、図1の熱交換器の側面断面図である。 図1の熱交換器に取り付けられた分流器の側面断面図である。 図3の分流器の側面図である。 図1の熱交換器のような熱交換器に取り付けられ得る熱伝達プレートの主要な上面図である。 図5の断面Dの拡大図である。 熱伝達プレートが類似の熱伝達プレートの上に配置されるとき、図6の線C−Cに沿って見られるような側面断面図である。 図5に示されるタイプの4つの熱伝達プレートの主要な側面断面図である。 図1の熱伝達プレートに取り付けられ得る他の熱伝達プレートの部分の上面図である。 プレートの全てを示す図9に示される熱伝達プレートの上面図である。 熱伝達プレートの他の実施形態の図6に対応する拡大断面図である。 熱伝達プレートが類似の熱伝達プレート上に配置されるとき、図11の線E−Eに沿って見られるような側面断面図である。 熱伝達プレートの他の実施形態の主断面図である。 図13の線F−Fに沿って見られるような側面断面図である。 図13の線G―Gに沿って見られるような側面断面図である。 熱伝達プレートの他の実施形態の主断面図である。 図16の線H−Hに沿って見られるような側面断面図である。 図16の線I−Iに沿って見られるような側面断面図である。
図1及び図2には、中央ポートプレート式熱交換器2が図示されている。熱交換器2は、円筒シェル3、上部カバー4及び底部カバー5を備えるケース19を有する。上部カバー4は円形のディスクの形状を有し、上部カバー4の外周は円筒シェル3の上部端に取り付けられる。底部カバー5は円形のディスク形状を有し、底部カバー5の外周が円筒シェル3の下部端に取り付けられる。例示の実施形態において、カバー4、5は、円筒シェル3に溶接される。もう一つの実施形態において、カバー4、5は、円筒シェル3及びカバー4、5のフランジ(図示せず)に係合するボルトを介して円筒シェル3に取り付けられる。
上部カバー4は、第1の流路F1を介して熱交換器2を通過する第1の流体のための流体入口8を備えている。この流体入口8は第1の流体入口8と呼ばれる。底部カバー5は、第1の流路F1を介して熱交換器2を通過する第1の流体のための流体出口9を備えている。この流体出口9は第1の流体出口9と呼ばれる。第1の流体入口8は上部カバー4の中央に位置する。そして、第1の流体出口9は底部カバー5の中央に位置する。このように、第1の流体入口8及び第1の流体出口9は、ケース19において互いに反対側に位置する。
円筒シェル3は、第2の流路F2を介して熱交換器2を通過する第2の流体のための流体入口6を有する。この流体入口6は第2の流体入口6と呼ばれる。また、円筒シェル3は、第2の流路F2を介して熱交換器2を通過する第2の流体のための流体出口7を有する。出口7は第2の流体出口7と呼ばれる。第2の流体入口6は、円筒シェル3の上部端と円筒シェル3の下部端との中間に円筒シェル3の一側上に位置する。第2の流体出口7は、円筒シェル3の上部端と円筒シェル3の下部端の中間に、第2の流体入口6の反対側にある円筒シェル3の一側上に位置する。
ケース19、すなわち、例示の実施形態における円筒シェル3、上部カバー4及び底部カバー5は、熱伝達プレートの積層体20が中に配置される密封筐体又は内部スペースを形成する。積層体20の熱伝達プレート、例えば熱伝達プレート21’、21及び21’’は永久に連結されて密封された筐体内に配列され、第1の流路F1及び第2の流路F2がそれぞれ、熱伝達プレート間における交互する流路内に流れる。積層体20の熱伝達プレートの各々は、中央開口部22を有する。積層体20の幾つかの熱伝達プレートの中央開口部は共に積層体20の中央空間を形成する。
図3及び図4を更に参照すると、流体分離装置10は、積層体20の中央空間に嵌入される。分離装置10は、積層体20の熱伝達プレート21’,21,21”の中央開口部22とぴったり嵌合するシリンダ12の形を有する。分離装置10の高さは、積層体20の中央空間の高さと同じである。分流器11は、シリンダ12の上部からシリンダ12の下部まで斜めに延在し、シリンダ12の内部を第1のシリンダセクション15及び第2のシリンダセクション16に分割する。分流器11は完全に第1のシリンダセクション15を第2のシリンダセクション16から分離し、流体はセクション15、16の間に直接流れることができない。代替的に、流体は、積層体20の熱伝達プレートを介してだけ第1のシリンダセクション15から第2のシリンダセクション16へと流れることができる。
分離装置10は、第1のシリンダセクション15の第1の開口部13と、第2のシリンダセクション16の第2の開口部14と、を有する。第1の開口部13は、開口部13、14間に対称的に配置される分流器11を有する第2の開口部14の反対側に配列される。
図5〜図7には、図1の熱交換器2のために用いられ得る熱伝達プレート21が示されている。熱伝達プレート21は、多くの列23、24を有し、列23、24のそれぞれが交互する隆起及び溝、例えば列23における隆起26及び溝27と、列24における隆起26’及び溝27’から成る。熱伝達プレート21の上面P2と底面P3との間に、列23、24は熱伝達プレート21の中央面P1に沿って延在する。例示の実施形態において、熱伝達プレートの上面及び熱伝達プレート21の底面から等しい距離にある中央面P1は、概して熱伝達プレート21の中央に延在する平面である。上面P2及び底面P3は、中央面P1と実質的に平行でおり、中央面P1のそれぞれの面の上に位置する。同じ列23における各隆起26と隣接する溝27との間の遷移部は、中央面P1に対して傾斜する熱伝達プレート21の部分28により形成される。列24は、隆起26’と溝27’との間に対応する傾斜した部分28を有する。平坦な細長いプレート部30、31は、隆起及び溝からなる列23、24間で熱伝達プレートの中央面P1に沿って延在する。これによって、列23、24は、各々から切り離される。平坦な細長いプレート部分30、31は、補強セクションと呼ばれてもよい。通常、中央面P1は、平坦な細長いプレート部分30、31の中央に位置するか又はその中央に沿って延在する。面P1、P2及びP3は、図7において側面から見られる。
隆起26は熱伝達プレート21の上側38上に対応する上面35を有する。溝27は、熱伝達プレート21の底側39上に対応する底面36を有する。上側38は熱伝達プレート21の第1側38と呼ばれてもよい、そして、底側39は熱伝達プレート21の第2側39と呼ばれてもよい。上面35は、熱伝達プレート21(の上側38上に)の上側に配置される熱伝達プレートに当接する接触領域がある。底面36は、熱伝達プレート21(の底側39上に)の下側に配置される熱伝達プレートに当接する接触領域がある。いくつかの隆起及び溝の殆どが又は隆起及び溝の全てにおいて、上面35の接触領域が底面36の接触領域より大きい。
図8を更に参照すると、熱伝達プレート21’,21,22”の主投影図が、熱伝達プレート21の中央Cから熱伝達プレート21の外周縁(外周)29まで延在する断面に沿って更なる熱伝達プレート22’’’と共に図示されている。熱伝達プレート21の外周29は、上部熱伝達プレート21’の対応する外周と連結されてその全長に沿っている。プレート21’,22”は、プレート21の中央面P1に対応する中央面P1’,P1”を有する。
熱伝達プレート21は、熱伝達プレート21の中央開口部22で上部熱伝達プレート21’に部分的に連結される。すなわち、熱伝達プレート21の中央開口部22は、上部熱伝達プレート21’の類似の中央開口部と部分的に連結される。熱伝達プレート21の中央開口部22は、第1の部分(セクション)32及び第2の部分(セクション)33を除いて上部熱伝達プレート21’と連結される。連結されない中央開口部の部分32、33は、それぞれの角度αにより定義される(角度αは第2の部分33のためだけに示されている)。部分32、33は、互いに対向して対称的に配置される。
例示された熱伝達プレート21は半径R2を有する中央開口部22を有する。また、第1の部分32が角度α°によって範囲が定められるので、第1の部分32の長さLはL=α・π・R2/180である。第2の部分33も角度α°によって範囲が定められた、第2の部分33の長さLはL=α・π・R2/180である。これは、熱伝達プレート21が第1の部分第32と第2の部分33との間の2つのセクションにおいでその中央開口部22で上部熱伝達プレート21’と連結されることを意味する。連結されるセクションの全長L1は、熱伝達プレート21の円周から部分32及び33の長さが引かれ、すなわちL1=2・π・R2−2・(α・π・R2/180)となる。
中央開口部22の第1の部分32は、熱伝達プレート21と上部熱伝達プレート21’との間で熱伝達プレート21を超えて流れる流体のための入口として作用するので、第1のプレート入口32と呼ばれる。中央開口部22の第2の部分33は熱伝達プレート21を超えて流れる流体の出口として作用するので、第1のプレート出口33と呼ばれる。熱伝達プレート21と熱伝達プレート21’との間の隙間は、第1の流路F1の一部である。
一実施形態において、それらの中央開口部に沿った全てで熱伝達プレート21及び熱伝達プレート21’を連結することを必要としない。その代わりに、分離装置10は、液体が第1のプレート入口32及び第1のプレート出口33以外の別のセクションを超えて流れることを防止する。それから分離装置10の第1の開口部13は角度α°によって範囲が定められ、第2の開口部14は対応する角度α°によって範囲が定められた。
熱伝達プレート21の中央開口部22は、下部の熱伝達プレート21の対応する中央開口部と結合されるその全長に沿ってある。
熱伝達プレート21は熱伝達プレート21の外周29で下部の熱伝達プレート21”と部分的に連結される。すなわち、熱伝達プレート21の外周29は、下部の熱伝達プレート21”の類似の中央外周と部分的に連結される。外周29の第1の部分(セクション)17及び第2の部分(セクション)18は、下部の熱伝達プレート21と連結されていない。連結されていない部分17、18は、それぞれの角度β°(角度βは、第1の部分17のためにだけに示されている)によって画定される。部分17、18は、対称形で、互いに対して反対側に配置される。
例示された熱伝達プレート21が半径R1を有する円形形状を有し、且つ第1の部分17が角度β°によって範囲が定められるので、第1の部分17の長さLは、L=β・π・R1/180である。第2の部分18部も角度β°によって範囲が定められるので、第2の部分18の長さLは、L=β・π・R1/180である。これは、熱伝達プレート21が第1の部分17と第2の部分18との間の2つのセクションにおいて、外周29で下部の熱伝達プレート21”と連結されることを意味する。そのため、連結されたセクションの全長L2は、熱伝達プレート21の円周から部分17及び18の長さを引いて、すなわち、L2=2・π・R1−2・(β・π・R1/180)である。
外周29の第1の部分17は第2のプレート入口17と称される。これは、外周29の第1の部分17は熱伝達プレート21と下部の熱伝達プレート21”との間において熱伝達プレート21の下側を流れる流体のための入口として作用するからである。中央開口部22の第2の部分18は第2のプレート出口18と称される。これは、中央開口部22の第2の部分18が熱伝達プレート21の下側に流れ込んだ流体の出口として作用するからである。熱伝達プレート21及び熱伝達プレート21”間の隙間が第2の流路F2の一部分である。
一実施形態において、それらの外周に沿った全てで熱伝達プレート21、熱伝達プレート21”を連結することを必要としない。それに代えて、円筒シェル3が、第2のプレート入口17及び第2のプレート出口18を除いてすべてのセクションにわたって液体の流れを防止するためにそれらの外周でプレートを封止する。このように、円筒シェル3は、それぞれの角度β°によって範囲が定められたセクション17、18から離れた外周縁を封止する。
熱伝達プレート21’’’,21’,21,21”は典型的に溶接することによって完成される。熱伝達プレート21は、中央端92を有することができる。中央端92は隣接する熱伝達プレート21”の対応し、且つ折り曲げられた中央端92”へ折り曲げられて、中央端92”に連結される。また、熱伝達プレート21は、外周縁91を有することができる。外周縁91は、他の隣接する熱伝達プレート21’の対応し、且つ折り曲げられた外周端91’の方へ折り曲げられて、外周端91’に連結される。
それから、熱伝達プレートはそれらの折り曲げられた端で互いに連結され得る。封止は、プレート21及び21’のようなプレートを封止するために、第1のプレート入口32及び第1のプレート出口33を除いたすべてのセクションでそれらの中央開口部22に沿って分離装置10との熱伝達プレートとの間に配置され得る。封止は、プレート21及び21”のようなプレートを封止するために、第2のプレート入口17及び第2のプレート出口18を除いたすべてのセクションでそれらの外周29に沿って円筒シェル3と熱伝達プレートとの間に配置されることもできる。
図1〜図4に戻ると、熱伝達プレートを超える流れが見られ得る。第1の流体の流れは、第1の流路F1をたどる。分離装置10及びその分流器11によって、第1の流体の流れは、第1の流体入口8を通過して、第1のシリンダセクション15に入って、積層体20の熱伝達プレート21の第1のプレート入口32内へ分離装置10の第1の開口部13を介して流出する。その後、図1の第1の流路F1を参照すると、第1の流体が熱伝達プレートをわたって流れるとき、第1の流体は「回転」し、積層体20の熱伝達プレート21の第1のプレート出口33を経て熱伝達プレートから出て、第2の開口部14を介して第2のシリンダセクション16に入る。第1の流体は第2のシリンダセクション16から第1の流体が熱交換器2を出る第1の流体出口9へと流れる。
第2の流体の流れは、第2の流路F2をたどる。第2の流体の流れは第2の流体入口6を通過して、積層体20における熱伝達プレート21の第2のプレート入口17内へ流れる。熱伝達プレートのすべての第2のプレート入口17への流体の分布を容易にするために、熱交換器2が第2の流体入口6で分配器(図示せず)を備える。分配器と相似形状を有する収集器(図示せず)は、第3の流体出口7に配置されることができる。あるいは、熱伝達プレート21は、第2のプレート入口17に第1の切抜き(cut−out)46を備え、第2のプレート出口18に第2の切抜き47を備える(図1を参照)。このような切抜き46、47が異なる形状の熱伝達プレート21の外周(periphery)29を与える場合であっても、第2のプレート入口17及び第2のプレート出口18はそれぞれの角度β°によって範囲が定められ得る。
図1の第2の流路F2を参照すると、第2の流体が第2のプレート入口17に入るときに、第2の流体は積層体20のプレートをわたって流れ、第2のプレート出口18を経て積層体20の熱伝達プレートを出て、その後に第2の流体出口7を介して熱交換器2を出る。
図9及び図10には、熱伝達プレート121の他の実施形態が例示されている。
熱伝達プレート121は、第1の幾何学的な軸A1及び第2の幾何学的な軸A2に対して対称形である。図9及び図10の熱伝達プレート121は、図5の熱伝達プレート21と同じ幾つかの特徴を有する。例えば、熱伝達プレート121は、第1のプレート入口32及び第1のプレート出口33を有する中央開口部22と、第2のプレート入口48及び第2のプレート出口49を有する外周29と、を有する。第2のプレート入口48及び第2のプレート出口49は、図1に示された切抜き46、47のような対応する第1の及び第2の切抜きを備える。熱伝達プレート121は、図5の熱伝達プレート21が他の熱伝達プレートに接続されて封止される方法に対応する方法で、隣接の類似のプレートに接続されて封止される。
また、熱伝達プレート121は平坦な細長いプレート部分130、131を有する。部分130、131は、列が互いから離れるように隆起及び溝からなる列の間で熱伝達プレート121の中央面に沿って延在する。列は、熱伝達プレート121の異なるセクションにおいて異なって配列される。
例えば、交互する隆起43及び溝44の列42の第1のセクション41は、接線方向D1に延在する。既に知られており、熱伝達プレート121の中心Cからみて、半接線方向は、半径R1を有するプレートの回転半径に対して垂直方向である。熱伝達プレート121の中心Cからみて、半径方向は、プレートの回転半径と平行する方向である。
交互する隆起53及び溝54の列52の第2のセクションは接線方向D1において延在し、交互する隆起63及び溝64の列62の第3セクションは半径方向D2において延在する。交互する隆起及び溝の列の第4セクション81は、半径方向D2に延在する。
第2のセクションは、曲がった長方形の形状を有する。曲がったリアクタンスは、その2つの辺それぞれが弧の形状を有する幾何学的な形状を意味する。そこにおいて、その2つの弧は、異なる半径を有するが同じ半径方向の中心を共有し、同じ角度によって範囲が定められ、且つその2つの辺は半径方向に延在する更なる辺によって連結される。曲がった長方形は、切頭の扇形又は環状の扇形を有するということができる。
第2のセクション51は、第3のセクション61よりも中心Cにより近く配置されて、「内側セクション」と称され得る。第3のセクション61は、中心Cからより遠くに配置されて、外側セクション又は外周セクションと称されてもよい。幾何学的な観点から、第1の幾何学的な軸A1は、熱伝達プレート121の中心Cを通って中央開口部22の第1の部分32及び中央開口部22の第2の部分33を横切って延在する。第2の幾何学的な軸A2は第1の中央軸A1に対して直交しており、中心Cを通って延在する。そして、第2の中央軸A2と平行する方向に沿ってみると、内側セクション51は外側セクション61よりも中央開口部22により近く配置される。
内側セクション51は、外側セクション61より高い流体抵抗を有する。具体的には、内側セクション51は、外側セクション61より高い接線方向の流体抵抗を有する。異なる流体抵抗を達成するために、内側セクション51における交互する隆起53及び溝54の列52は、例えば、外側セクション61の交互する隆起63及び溝4の列62より異なるピッチを有し得る。異なる流体抵抗を達成する他の方法は、異なる方向へ隆起及び溝の列を配列することである。例えば、列の接線方向は、列の半径方向より高い接線方向の流体抵抗を与えることができる。
更に、流体抵抗は、列の間にピッチ(距離)を減少させることによって増加できる。
このようにして流体抵抗を増加させることは、列が接線方向であることができる流れ方向に延在するときに特に効率的である。
流体抵抗は、例えば外側セクション61内において、縦横交互に列を配列することで、すなわち流れ方向において互いの後に続く異なる列において隆起を配列することで、減少され得る。これがなされるときに、異なる列の溝は流れ方向又は接線方向に各々の後に配列される。このように流体抵抗を低減させるのは、列が半径方向に延在し、又は流れ方向を横切るときに、特に効率的である。
セクションの流体抵抗は、平坦な細長いプレート部分30、31を隣接するプレートに比較的より近く配置させる形状を熱伝達プレート21に与えることによって増加し得る。これは流路を効果的に減少させて、これによってセクションのその位置での流体抵抗を増加させる。
熱伝達プレート121は中央開口部22の第1のプレート入口32(第1の部分32)の各辺に配置された第1のバッフル71及び第2のバッフル72と、中央開口部22の第1のプレート出口33(第2の部分32)の各辺に配置された第3のバッフル73及び第4のバッフル74と、を備える。バッフル71、72、73、74の各々は、熱伝達プレートの半径方向D2に拡張部を有する。それらは、一実施形態において、熱伝達プレート121のそれぞれの半径方向と平行に延在できる。バッフルは、概して細長い隆起の形状を有する。
バッフルは、第1のプレート入口32に入って、第1のプレート出口33から出る流体が熱伝達プレート121にわたってより均一に散布されることを確実にして、流体が第1のプレート入口32から第1のプレート出口33へと流れるときに、流体が中央開口部22に非常に近くに流れることによって近道をすることはない。
熱伝達プレート121の1つの用途において、熱伝達プレート121が配置される熱交換器は、バッフル71、72、73、74が配列される熱伝達プレートの一面の上側に、すなわちバッフルがそれぞれの突起又は細長い隆起を形成する面上に水を通すことで作動される。
図11及び図12には、熱伝達プレート221の他の実施形態が例示されている。熱伝達プレート221は、各列223、224が交互する隆起及び溝を備える多くの列223、224を有する。補強セクション230、231は、隆起及び溝の列223、224間で熱伝達プレートの中央面P1に沿って延在する。熱伝達プレートの第1の面P4と第2の面P5との間で、補強セクション230、231の各々は波形であり、熱伝達プレートの中央面P1に沿って延在する。第1の面P4及び第2の面P5は、中央面P1と実質的に平行し、中央面P1のそれぞれの面に位置する。第1の面P4は、上面P2と中央面P1との間に位置する。第2の面P5は、中央面P1と底面P3との間に位置する。この明細書において、隆起及び溝は2つの平面P2、P3の間に延在するときに、これは隆起及び溝のその全部がこれらの平面P2、P3の間に位置することを意味する。これと同様に、補強セクション230、231の全ては第1の面P4と第2の面P5と間に延在する。すなわち、補強セクション230、231の拡張部は第1の面P4及び第2の面P5によって制限される。
図13〜図15には、熱伝達プレート321の他の実施形態が例示される。この実施形態は、補強セクション330によって切り離された交互する隆起及び溝の列323、324を示す。列323、324は縦横交互であり、補強セクション330は階段状である。
図16〜図18には、熱伝達プレート421の他の実施形態が、例示されている。この実施形態は、補強セクション430によって、切り離された交互する隆起及び溝からなる列423、424を示す。列423、424は縦横交互であり、補強セクション430は階段状であり、且つ傾斜している。
上述した記載から本発明の様々な実施形態が記載されて示されたが、本発明はそれに制限されず、以下の請求項において定められる内容の範囲内の他の方法で実施されることもできる。
P1 熱伝達プレートの中央面
P2 熱伝達プレートの上面
P3 熱伝達プレートの底面
2 プレート熱交換器
10 流体分離装置
23、24 複数の列
26 隆起
27 溝
30、31 プレート部分
32 中央開口部の第1の部分
33 中央開口部の第2の部分



  1. プレート熱交換器(2)に配置されるように構成された熱伝達プレートであって、
    複数の列(23、24)であって、該複数の列(23、24)のそれぞれが前記熱伝達プレートの上面(P2)及び底面(P3)間で前記熱伝達プレートの中央面(P1)に沿って延在する交互する隆起(26)と溝(27)とを有し、前記上面(P2)及び前記底面(P3)が前記中央面に実質的に平行していると共に前記中央面(P1)のそれぞれの面上に位置しており、同じ前記列(23)における各隆起(26)と隣接する溝(27)との間に遷移部(transition)が前記中央面(P1)に対して傾斜する前記熱伝達プレートの一部によって形成される複数の列(23、24)と、
    中央開口部(22)であって、前記中央開口部(22)の第1の部分(32)が流体入口として作動し、前記中央開口部の第2の部分(33)が流体出口として作用できるように、流体分離装置(10)を受けるように構成された中央開口部(22)と、
    を備え、
    前記列(23,24)が互いに離間するように隆起(26)及び溝(27)の前記列(23、24)の間で前記熱伝達プレートの前記中央面(P1)に沿って延在するプレート部分(30、31)によって特徴づけられる熱伝達プレート。

  2. 前記熱伝達プレートの上面(38)上の複数の隆起(26)の上面(35)の接触領域が、前記熱伝達プレートの底面(39)上の多くの溝(27)の底面(36)の接触領域より大きい、請求項1に記載の熱伝達プレート。

  3. 交互する隆起(43)及び溝(44)の複数の前記列(42)が前記熱伝達プレートの接線方向(D1)に延在する、請求項1又は2に記載の熱伝達プレート。

  4. 交互する隆起(63)及び溝(64)の複数の前記列(62)が前記熱伝達プレートの半径方向(D2)に延在する、請求項1〜3の何れか一項に記載の熱伝達プレート。

  5. 交互する隆起(53、63)及び溝(54、64)の列(52、62)の複数のセクションを備え、前記セクション(51,62)の内側セクション(51)が前記セクション(51,62)の外側セクション(51)より高い流体抵抗を提供し、前記内側セクション(51)が前記外側セクション(51)より前記中央開口部(22)により近く配置される、請求項1〜4の何れか一項に記載の熱伝達プレート。

  6. 前記内側セクション(51)が、前記外側セクション(61)より接線方向において高い流体抵抗を有する、請求項5に記載の熱伝達プレート。

  7. 前記中央開口部(22)の第1の部分を横切って、前記熱伝達プレート(33)の中心(C)を通って、中央開口部(22)の第2の部分(33)を横切って延在する第1の幾何学的な中心軸(A1)と、
    前記第1の幾何学的な中心軸(A1)と直交して前記中心(C)を通って延在する第2の幾何学的な中心軸(A2)と、
    を備え、
    前記第2の中央軸(A2)と平行する方向に沿ってみたとき、前記内側セクション(51)が前記外側セクション(61)より前記中央開口部(22)のより近くに配列されている、請求項5又は6に記載の熱伝達プレート。

  8. 前記内側セクション(51)の交互する隆起及び溝(53、54)の前記列(52)が前記外側セクション(61)の交互する隆起及び溝(63,64)の列(62)より異なるピッチを有する、請求項5〜7の何れか一項に記載の熱伝達プレート。

  9. 前記内側セクション(51)及び外側のセクション(61)の何れかが曲がった長方形の形状を有する、請求項5〜8の何れか一項に記載の熱伝達プレート。

  10. 前記中央開口部(22)の前記第1の部分(32)のそれぞれの辺上に配置された第1のバッフル(71)及び第2のバッフル(72)と、
    前記中央開口部(22)の前記第2の部分(33)のそれぞれの辺上に配置された第3のバッフル(73)及び第4のバッフル(74)と、
    を備え、
    前記バッフル(71、72、73、74)の各々は、前記熱伝達プレートの半径方向(D2)に拡張部を有する、請求項1〜9の何れか一項に記載の熱伝達プレート。

  11. 流体入口として作用できる第1の部分(17、48)と流体出口として作用できる第2の部分(18、49)と、を有する外周縁(29)を備え、
    前記外周縁(29)の前記第1の部分(17、48)と前記第2の部分(18、49)との中間に位置する前記外周縁(29)のセクションが前記熱伝達プレートの上面(38)に配置された類似の熱伝達プレート(21’)の対応するセクションと共に封止されており、
    前記中央開口部(22)の前記第1の部分(32)と前記第2の部分(33)との中間に位置する前記中央開口部(22)のセクションが前記熱伝達プレートの底面(39)に配置された類似の熱伝達プレート(21”)の対応するセクションと共に封止されている、請求項1〜10の何れか一項に記載の熱伝達プレート。

  12. 密封筐体を形成するケース(3、4、5)と、
    前記中央開口部(22)が流体入口(32)及び流体出口(32)の両方として動作することができるように前記熱伝達プレート(21’,21,21”)の中央開口部(22)に配置された分離装置(10)と、
    を備え、
    前記熱伝達プレート(21’,21,21”)は永久的に連結され、且つ前記密封筐体内に配置されて、第1及び第2の流体のための交互する第1及び第2の流路(F1,F2)が前記熱伝達プレート(21’,21, 21”)間に形成される、請求項1〜11の何れか一項に記載の熱伝達プレートを複数備える熱交換器。

  13. 少なくとも2つの隣接する熱伝達プレートの前記中央面(P1,P1’)の間の距離が、前記熱伝達プレート(21’,21,21”)の内側セクション(51)で前記熱伝達プレート(21’,21,21”)の外側セクション(61)においてより短く、
    前記内側セクション(51)が前記外側セクション(61)より前記中央開口部(22)により近く配置されている、請求項12に記載の熱交換器。

  14. 前記熱伝達プレート(21)は
    隣接する前記熱伝達プレート(21”)に対応し、且つ折り曲げられた中央端(92”)へ折り曲げられ、且つ該中央端(92”)と連結されている中央端(92)と、
    もう一方の隣接する前記熱伝達プレート(21’)の対応し、且つ折り曲げられた外周縁(91’)へ折り曲げられ、且つ該外周縁(91’)と連結されている外周端(91)と、を備える、請求項12又は13に記載の熱交換器。

  15. 第1の流体が前記中央開口部(22)の第1部分(32)を経て第1の流路(F1)に入って、180°回転すると共に前記熱伝達プレート(21’,21,21”)にわたって流れ、前記中央開口部(22)の第2部分(33)を経て第1の流路(F1)を出るようになっており、前記第1の流体は第1の流路(F1)を出るとき、前記第1の流路に入るときの流れ方向と反対の流れ方向を有し、
    第2の流体は、流体入口として作用する外周縁(29)の第1部分(17)を経て第2の流路(F2)に入って、前記熱伝達プレート(21’,21,21”)にわたって流れ、前記外周縁(29)の第2部分(18)を経て前記第2の流路(F2)を出る、請求項12〜14の何れか一項に記載の熱交換器を操作する方法。

  16. 前記第1の流体が180°だけ回転し、前記第2の流体は前記第1部分(17)から前記外周縁(29)の前記第2の部分(18)まで直接流れる、請求項15に記載の方法。

  17. 流体が前記中央開口部(22)を通って、前記第2の流路(F2)を通過する流体の圧力より低い圧力で前記第1の流路(F1)を通過する、請求項15又は16に記載の方法。

 

 

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