特表 2023-547408 熱交換器プレートモジュール、プレート熱交換器、およびプレート熱交換器の製造のためのプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-10

(54)【発明の名称】熱交換器プレートモジュール、プレート熱交換器、およびプレート熱交換器の製造のためのプロセス

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/04 20060101AFI20231102BHJP

   F28F 3/00 20060101ALI20231102BHJP

   F28D 9/02 20060101ALI20231102BHJP

   B21D 53/04 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

F28F3/04 B

F28F3/00 311

F28D9/02

B21D53/04 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023524773

(86)(22)【出願日】2021-10-11

(85)【翻訳文提出日】2023-06-21

(86)【国際出願番号】 EP2021078032

(87)【国際公開番号】W WO2022084083

(87)【国際公開日】2022-04-28

(31)【優先権主張番号】20203708.1

(32)【優先日】2020-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509005513

【氏名又は名称】アルファ－ラヴァル・コーポレート・アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】フレードリク・ストレーメル

(72)【発明者】

【氏名】ヘンリク・コックム

(72)【発明者】

【氏名】ホーカン・ラーション

(72)【発明者】

【氏名】アルネ・ボルグ

(72)【発明者】

【氏名】マッツ・ニルソン

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA01

3L103AA05

3L103AA11

3L103BB26

3L103CC26

3L103DD57

(57)【要約】

本開示は、押圧された熱交換器プレート２０１と平らなプレート２０１’を備えた熱交換器プレートモジュール２００を備えた熱交換器１に関し、プレートは、流体ポート１１０を備えた第１の長手端部分１０１と流体ポート１２０を備えた第２の長手端部分１０２と、中間長熱交換部１０３とを備え、熱交換器プレート２０１はさらに波形パターンＰを備える。パターンＰは、流体ポート内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１／流体ポートをバイパスする第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を備える。中間熱交換部１０３では、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３は、第１／第２の流体チャネルパターンと流体連通し、熱交換器プレート２０１が平らなプレート２０１’に取り付けられた場合にモジュール２００の長手方向に流体チャネル３１を形成するよう構成された波形の押圧ライン１０３０を備える。小型の熱交換器構造を提供することができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

押圧された熱交換器プレート（２０１）と平らなプレート（２０１’）とを備えた熱交換器プレートモジュール（２００）であって、前記押圧された熱交換器プレートおよび前記平らなプレートは、２つの対向する側部表面と、前記プレートの長手方向（ｌ）と前記長手方向に垂直な横方向（ｔ）と厚さ方向（ｄ）とにおける延在部と、を有しており、
前記プレート（２０１、２０１’）は、前記長手方向および横方向において略同一の外形を有しており、
前記熱交換器プレートモジュール内の前記プレートは、
少なくとも１つの流体ポート（１１０）を備えた第１の長手端部分（１０１）と、
少なくとも１つの流体ポート（１２０）を備えた第２の長手端部分（１０２）と、
前記第１および第２の長手端部分の間に配置された中間熱交換部（１０３）と、
を備え、
前記押圧された熱交換器プレート（２０１）は、さらに、前記押圧されたプレート（２０１）の前記厚さ方向（ｄ）に交互の上部および底部を備えた押圧された波形パターン（Ｐ）を備え、
前記押圧されたパターン（Ｐ）は、
前記第１および／または第２の長手端部分（１０１；１０２）において、少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１３０）内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）、および／または少なくとも１つの前記流体ポート（１２０；１４０）をバイパスする第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）と、
前記中間熱交換部（１０３）において、前記第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）および／または第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）と流体連通する第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）であって、前記押圧された熱交換器プレート（２０１）が前記平らなプレート（２０１’）に取り付けられた場合に、前記熱交換器プレートモジュール（２００）の前記長手方向（ｌ）に別個の流体チャネル（３１）を形成するように構成された長手方向に延びる波形の押圧ライン（１０３０）を複数備えた第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）と、
を備えた、熱交換器プレートモジュール（２００）。

【請求項2】

前記平らなプレート（２０１’）は、前記第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）、前記第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）および前記第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）の延在部に沿って、前記押圧された熱交換器プレート（２０１）に取り付けられている、請求項１に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項3】

前記第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）および／または前記第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）は、前記第１および／または前記第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２）と前記第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）との間に遮断部分（１５１；１５２）を伴うように前記第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）とともに非連続パターンを形成する、請求項１または２に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項4】

前記平らなプレート（２０１’）とともに前記押圧されたプレート（２０１）においてそれぞれの前記第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）および前記第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）によって形成された流体チャネルの量は、前記押圧されたプレート（２０１）および前記平らなプレート（２０１’）において前記第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）によって形成された別個の流れチャネルの量より少ない、請求項３に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項5】

前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）はそれぞれ、２つの流体ポート（１１０、１３０；１２０、１４０）を備えた、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項6】

それぞれの前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）は、少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１４０）内に流体流れを案内する、および／または少なくとも１つの前記流体ポート（１２０；１３０）をバイパスする前記第１および第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２）を備え、前記第１および第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２）は、前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）において前記流体ポート（１１０、１３０；１２０、１４０）間に対角または平行流れを提供するように構成されている、請求項５に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項7】

それぞれの前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）は、少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１４０）内に流体流れを案内する、および／または少なくとも１つの前記流体ポート（１２０；１３０）をバイパスする前記第１および第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２）を備え、前記第１および第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２）は、前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）で前記流体ポート（１１０、１３０；１２０、１４０）間に平行流れを提供するように構成されている、請求項５に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項8】

前記プレート（２０１、２０１’）は、０．２５から５．０ｍｍ、または０．３から３．０ｍｍの厚さを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項9】

前記流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２；ＦＣＰ３）の押圧深さは、少なくとも０．５ｍｍである、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器プレートモジュール。

【請求項10】

複数のスタックされた熱交換器プレートモジュール（２００）を備えたプレート熱交換器（１）であって、前記スタック（３０１）では、前記熱交換器プレートモジュールは、１つおきのプレートが押圧された熱交換器プレート（２０１）であり、別の１つおきのプレートが平らなプレート（２０１’）であるように配置され、前記平らなプレート（２０１’）および押圧された熱交換器プレート（２０１）はそれぞれ、２つの対向する側部表面と、前記プレートの長手方向（ｌ）と前記長手方向に垂直な横方向（ｔ）と厚さ方向（ｄ）とに延在部を有しており、
前記前記平らなプレート（２０１’）および押圧された熱交換器プレート（２０１）は、
少なくとも１つの流体ポート（１１０）を備えた第１の長手端部分（１０１）と、
少なくとも１つの流体ポート（１２０）を備えた第２の長手端部分（１０２）と、
前記第１および第２の長手端部分の間に配置された中間熱交換部（１０３）と、
を備え、
前記押圧された熱交換器プレートはさらに、前記押圧されたプレート（２０１）の前記厚さ方向に交互の上部および底部を備えた波形パターンを形成する押圧されたパターン（Ｐ）を備え、
前記押圧されたパターン（Ｐ）は、
前記第１および／または第２の長手端部分（１０１；１０２）において、少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１２０）内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）、および／または少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１２０）をバイパスする第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）と、
前記中間熱交換部（１０３）において、前記第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）および／または第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）と流体連通する第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）であって、前記押圧された熱交換器プレート（２０１）が前記平らなプレート（２０１’）に取り付けられた場合に、前記押圧された熱交換器プレート（２０１）の長手方向（ｌ）にフィン付きの別個の流体チャネル（３１）を形成するように構成された複数の長手方向に延びる波形の押圧ラインを備えた第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ３）と、
を備えた、プレート熱交換器（１）。

【請求項11】

各モジュール（２００）の前記平らなプレート（２０１’）は、それぞれの前記モジュール（２００）の押圧されたプレート（２０１）および隣接するモジュール（２００）の押圧されたプレート（２０１）に取り付けられており、
前記第１、第２および第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２；ＦＣＰ３）は、前記流体チャネルパターンの長さに沿う接触表面によって別個の流体チャネルを形成する、請求項１０に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項12】

前記押圧された熱交換器プレート（２０１）の１つおきのプレートは、それぞれの前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）に、少なくとも１つの流体ポート（１１０；１２０）および少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１２０）内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）を備え、前記押圧された熱交換器プレート（２０１）の別の１つおきのプレートは、それぞれの前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）に、少なくとも１つの流体ポート（１１０；１２０）、および少なくとも１つの前記流体ポート（１１０；１２０）をバイパスする第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）を備えた、請求項１０または１１に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項13】

前記押圧された熱交換器プレート（２０１）は、それぞれの前記第１および第２の長手端部分（１０１；１０２）において、２つの流体ポート（１１０、１３０；１２０、１４０）と、前記流体ポート（１１０、１３０）の一方内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１）と、前記流体ポート（１２０、１４０）のもう一方をバイパスする第２の流体チャネルパターン（ＦＣＰ２）と、を備えており、
前記押圧された熱交換器プレート（２０１）は１つおきに、前記平らなプレートに面する第１の表面を備えた前記平らなプレート（２０１’）に固定され、他方の前記押圧された熱交換器プレート（２０１）は１つおきに、前記平らなプレートに面する第２の対向する表面を備えた前記平らなプレートに固定されている、請求項１０または１１に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項14】

前記プレート熱交換器（１）は、少なくとも２つの熱交換器プレートモジュール（２００）のスタック（３０１）が前記熱交換器プレートモジュールの２つの対向する長手側部に沿ってともに前記熱交換器プレートモジュールを取り付けることによって平行に配置されるように構成することができ、または、
少なくとも２つの押圧されたパターンは１つのプレート上で平行に配置され、各パターン（Ｐ）は熱交換器プレートモジュール（２００）の押圧された熱交換器プレート（２０１）の前記押圧されたパターン（Ｐ）に対応する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項15】

前記流体ポート（１１０；１２０；１３０；１４０）は、外部流体コネクタ（８）に接続されてもよい、請求項１０から１４のいずれか一項に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項16】

前記プレート熱交換器は、２つのガスの間の熱交換のために構成されている、請求項１０から１５のいずれか一項に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項17】

前記プレート熱交換器は、高圧用途のために構成されている、請求項１０から１６のいずれか一項に記載のプレート熱交換器（１）。

【請求項18】

請求項１０から１７のいずれか一項に記載のプレート熱交換器（１）の製造のためのプロセスであって、
プレートの長手方向（ｌ）と前記長手方向に垂直な横方向（ｔ）と厚さ方向（ｄ）とにおいて延在部を有する２つ以上の金属プレートを提供するようにシート金属材料を切断するステップと、
押圧ツール内で前記金属プレートの少なくとも１つを押すステップであって、それにより、前記熱交換器プレートに押圧されたパターンＰを提供するように前記押圧ツールが構成されている、ステップと、
前記長手方向および横方向に前記押圧されたプレートとして対応する外形および寸法を有する平らなプレートを提供するステップと、
押圧されたプレートおよび平らなプレートを備えた熱交換器プレートモジュールを提供するステップと、
１つおきのプレートが押圧された熱交換器プレート（２０１）であり、別の１つおきのプレートが平らなプレート（２０１’）であるように、熱交換器プレートモジュールのスタックを組み立てるステップと、
熱交換器プレートモジュールの前記スタックを備えたプレート熱交換器を提供するように前記熱交換器プレートモジュールを一緒に結合するステップとを含む、プロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、本明細書に添付された独立請求項の導入部で定義されるような押圧されたプレートおよび平らなプレートを備えた熱交換器プレートモジュールに関する。本開示はまた、本明細書に添付された独立請求項の導入部で定義されるようなプレート熱交換器に関する。さらに、本開示はまた、プレート熱交換器の製造のためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

プレート熱交換器、またはＰＨＥは、スタックに整列して配置された複数の金属熱伝導プレートを典型的には備えた熱交換器である。金属プレートは、２つの流体を分離し、流体の間で熱を伝導するために使用される。プレート熱交換器では、増加された熱交換面積を提供するいくつかのフィンを備えることができるプレートのそれぞれの表面上に、異なる温度の流体が分配される。フィンは、プレートに波形を付けることによって設けられてもよい。熱交換器プレートのスタックは、エンドプレートの間に配置されてもよく、全てのプレートが例えば、溶接またはろう付けによって結合されてもよい。いくつかの変形形態では、熱交換器プレートおよびエンドプレートを互いに向けて押圧する圧力プレートを使用してもよい。流体間で熱を伝導することを可能にするためには、それぞれの流体用の流れチャネルが必要であり、これは問題となる熱交換器タイプおよび流体によって、異なる方法で達成することができる。

【0003】

異なるタイプのプレート熱交換器（ＰＨＥ）があり、プレート熱交換器は異なるタイプの熱流体に適合されてもよい。よく知られているＰＨＥは、例えば、ろう付けまたは溶融結合された熱交換器を含み、熱流体の流れは通常、別個のチャネル内で向流に配置されている。流体を分離するためにガスケットまたは同様のものは使用されない。また、いわゆるガスケット付きプレート熱交換器（ＧＰＨＥ）があり、ガスケットが熱伝導プレートの間に配置されて、熱流体が互いに混合しないことを保証する。熱交換器では、通常、熱伝導プレートの間に流れチャネルが画定され、これを通して初期に異なる温度のチャネル流体が、熱を一方の流体からもう一方の流体に伝導するように流れることができる。ろう付けまたは溶融結合された熱交換器では、交互の熱い流体および冷たい流体を備えた平行流れチャネルを形成する溝を備えたプレートを使用してもよい。知られているタイプのろう付けされたプレート熱交換器が、特許文献１に記載されている。この文献は、交互の波形プレートおよび平らなプレートを備えた熱交換器表面を形成するプレートを備えた熱交換器を示し、ここでは、各流体が、波形プレートの両側を流れるように配置されている。しかし、プレート熱交換器のアセンブリ内には、いくつかの構成部品、すなわち、例えばスリットを備えた波形ストリップが必要であり、これらは、側壁および金属ディスクによって囲まれた空間内に固定する必要がある。

【0004】

既存のプレート熱交換器解決法にかかわらず、プレート熱交換器の改良へのニーズが依然としてある。特に、小型であり、製造するのが簡単であり、最小量の金属原材料を必要とするプレート熱交換器へのニーズがある。加えて、特に例えば１００バール以上からの高圧での接続の際の使用に適したプレート熱交換器へのニーズがある。また、特に、ガスの少なくとも１つが、本明細書では高圧ガス（ＨＰＧ）プレート技術と呼ばれる、高圧で提供された場合に、熱いガスおよび冷たいガスの間の熱交換のための使用に適した熱交換器が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】英国特許出願公開第７１８９９１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、従来技術の上記欠点の１つ以上を軽減し、緩和し、または取り除き、熱交換器プレートに対する解決法を提供することにより、熱交換器プレートの設計が、頑丈になり、異なるタイプのプレート熱交換器内の効率的な熱交換を可能にすることである。

【0007】

目的はまた、高圧での使用に適した熱交換器プレートを提供することである。

【0008】

別の目的は、最小量の金属原材料を必要とする製造方法を提供することである。

【0009】

目的はまた、プレート用の費用を減らすことである。

【0010】

加えて、プレート上の熱交換プロセスのために使用される面積を増加する要望がある。それゆえ、本発明の別の目的は、熱交換用のプレート面積の増加した利用を可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的は、添付の特許請求の範囲で規定されるように、本発明によって達成される。

【0012】

第１の態様によると、押圧された熱交換器プレートと平らなプレートを備えた熱交換器プレートモジュールが提供され、押圧された熱交換器プレートおよび平らなプレートは、２つの対向する側部表面と、プレートの長手方向と長手方向に垂直な横方向と厚さ方向とにおける延在部と、を有する。プレート、すなわち、押圧されたプレートおよび平らなプレートの両方は、長手方向および横方向に実質的に同じ外形を有し、モジュール内のプレートは、
・少なくとも１つの流体ポートを備えた第１の長手端部分、
・少なくとも１つの流体ポートを備えた第２の長手端部分、および
・第１および第２の長手端部分の間に配置された中間熱交換部
を備えている。

【0013】

押圧された熱交換器プレートはさらに、プレートの厚さ方向に交互の上部および底部を備えた押圧された波形パターンを備えている。特に、押圧されたパターンは、
・第１および／または第２の長手端部分に、少なくとも１つの流体ポート内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン、および／または少なくとも１つの流体ポートをバイパスする第２の流体チャネルパターンと、
・中間熱交換部に、第１の流体チャネルパターンおよび／または第２の流体チャネルパターンと流体連通し、押圧された熱交換器プレートが平らなプレートに取り付けられた場合に、熱交換器プレートモジュールの長手方向に別個の流体チャネルを形成するように構成された複数の長手方向に延びる波形の押圧ラインを備えた第３の流体チャネルパターンと
を備えている。

【0014】

押圧されたプレートが一体型流体ポートを備え、押圧された流体チャネルパターンにより、一体型ポートを流体が貫通またはバイパスすることが可能になり、ポート間の大きな熱交換面積が提供される本発明の熱交換器プレートモジュールによって、異なるタイプのプレート熱交換器での十分な熱交換を可能にする頑丈な熱交換器プレートモジュールが提供される。プレートモジュールの頑丈な構成により、モジュールは、高い流体圧力のために構成されたプレート熱交換器、または熱い流体および冷たい流体の間の大きな差圧を有する熱交換器での使用に適している。さらに、一体型ポートおよび特定の流体チャネルパターンを備えた熱交換器プレートモジュールの構造により、従来技術の解決法と比較してプレートの厚さを薄くすることができ、それにより最小量の金属原材料が必要になる。それにより、プレートの費用を減らすことが可能である。加えて、構造は、押圧されたプレート内の流れチャネルパターンにより、大きな熱交換面積を提供する。

【0015】

モジュールが流体密閉状態であることを保証するために、平らなプレートは、第１、第２および第３の流体チャネルパターンの延在部に沿って押圧された熱交換器プレートに取り付けられている。

【0016】

第１の流体チャネルパターンおよび／または第２の流体チャネルパターンは、第３の流体チャネルパターンと非連続パターンを形成してもよい。非連続パターンは、第１および／または第２の流体チャネルパターンと第３の流体チャネルパターンの間に遮断部分を備えていてもよい。このように、第１および／または第２の流体チャネルパターンと第３の流体チャネルパターンの間の流体流れの移行を容易にすることが可能である。

【0017】

平らなプレートとともに押圧されたプレート内でそれぞれの第１の流体チャネルパターンおよび第２の流体チャネルパターンによって形成された流体チャネルの量は、押圧されたプレートおよび平らなプレート内の第３の流体チャネルパターンによって形成された別個の流れチャネルの量より少ない。このように、第１および第２の長手端部分に必要な面積が小さくなり、材料削減を得ることができる。

【0018】

一実施形態によると、第１および第２の長手端部分はそれぞれ、２つの流体ポートを備えてもよく、それにより、例えば対角または平行流体流れを、流体間の効率的な熱交換につながるプレート熱交換器に配置してもよい。それぞれの第１および第２の長手端部分は、少なくとも１つの流体ポートに流体流れを案内する、および／または少なくとも１つの流体ポートをバイパスする第１および第２の流体チャネルパターンを備えてもよい。第１および第２の流体チャネルパターンはその後、第１および第２の長手端部分で流体ポート間に対角流れを提供するように構成されてもよい。別の方法では、第１および第２の流体チャネルパターンは、第１および第２の長手端部分で流体ポートの間に平行流れを提供するように構成されてもよい。平行流れは、いくつかの用途では対角流れより望ましいことがある。

【0019】

前述の実施形態のいずれか１つに記載の熱交換器プレートモジュールにおいて、第３の流体チャネルパターンでは、波形の押圧ラインの量、したがって平らなプレートとともに形成された流体チャネルの量は、１０から１５０、または１０から５０、または１２から２０である。それにより、熱交換表面は所望の用途に適合させることができる。第３の流体チャネルパターンでは、波形の押圧ライン内の全波の数は、８から１００、または８から５０、または８から２０であってもよく、所望の用途に適するように量を適合させる可能性につながっている。第３の流体チャネルパターンでは、波形の押圧ラインは互いに一致し、それにより各流れチャネルに対して等しい幅を確保することができることが好ましい。

【0020】

プレート、すなわち、モジュール内の押圧されたプレートおよび平らなプレートの両方または少なくとも１つは、０．２５から５．０ｍｍ、または０．３から３．０ｍｍの厚さを有してもよい。プレートの厚さは、プレートの材料厚さを意味する。押圧されたプレートでは、厚さは押圧の後に測定される。プレートの厚さは、同じである必要はなく、例えば、押圧されたプレートの厚さは平らなプレートの厚さより薄いまたは厚くてもよいが、いくつかの用途では、厚さは同じであってもよい。

【0021】

流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２；ＦＣＰ３）の押圧深さは、少なくとも０．５ｍｍであってもよい。このように、プレートの厚さ方向の交互の上部および底部は、０．５ｍｍの高さの差を有してもよく、流体流れチャネル高さはしたがって、０．５ｍｍである。チャネルの高さを調節することによって、例えば、モジュール内の流れ抵抗が調節されてもよい。

【0022】

上記目的および利点はまた、添付の特許請求の範囲で定義されるようなプレート熱交換器によって達成される。プレート熱交換器は、適切には上に記載したタイプの複数のスタックされた熱交換器プレートモジュールを備えている。スタックには、モジュールは、１つおきのプレートが押圧された熱交換器プレートであり、別の１つおきのプレートが平らなプレートであるように配置されている。平らなおよび押圧された熱交換器プレートはそれぞれ、２つの対向する側部表面と、プレートの長手方向と長手方向に垂直な横方向と厚さ方向とにおける延在部を有する。平らなおよび押圧された熱交換器プレートは、
・少なくとも１つの流体ポートを備えた第１の長手端部分、
・少なくとも１つの流体ポートを備えた第２の長手端部分、および
・第１および第２の長手端部分の間に配置された中間熱交換部
を備えている。

【0023】

押圧された熱交換器プレートはさらに、押圧されたプレートの厚さ方向に交互の上部および底部を備えた波形パターンを形成する押圧されたパターンを備えている。押圧されたパターンは、
・第１および／または第２の長手端部分に、少なくとも１つの流体ポート内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン、および／または少なくとも１つの流体ポートをバイパスする第２の流体チャネルパターンと、
・中間熱交換部に、第１の流体チャネルパターンおよび／または第２の流体チャネルパターンと流体連通し、押圧された熱交換器プレートが平らなプレートに取り付けられた場合に、押圧された熱交換器プレートの長手方向に別個の流体チャネルを形成するように構成された複数の長手方向に延びる波形の押圧ラインを備えた第３の流体チャネルパターンと
を備えている。

【0024】

平らなプレートは、第１の流体チャネルパターン、第２の流体チャネルパターンおよび第３の流体チャネルパターンの延在部に沿って、押圧された熱交換器プレートに取り付けられてもよい。したがって、各モジュールの平らなプレートは、それぞれのモジュールの押圧されたプレートおよび隣接するモジュールの押圧されたプレートに取り付けられている。第１、第２および第３の流体チャネルパターンは、流体チャネルパターンの長さに沿って接触表面で別個の流体チャネルを形成してもよい。このように、モジュールが互いに押されるまたは取り付けられる場合に、スタックに別個の流体密閉チャネルが得られる。

【0025】

一例示的プレート熱交換器によると、押圧された熱交換器プレートの１つおきのプレートは、それぞれの第１および第２の長手端部分に、少なくとも１つの流体ポートおよび少なくとも１つの流体ポート内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターンを備え、押圧された熱交換器プレートの別の１つおきのプレートは、それぞれの第１および第２の長手端部分に、少なくとも１つの流体ポート、および少なくとも１つの流体ポートをバイパスする第２の流体チャネルパターンを備えている。したがって、それぞれの冷たい流体および熱い流体に対する流体チャネルは交互に配置されてもよく、大きな熱交換面積を小型に提供することができる。

【0026】

別の実施例によると、それぞれの第１および第２の長手端部分内に、２つの流体ポート、流体ポートの一方内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターン、および流体ポートのもう一方をバイパスする第２の流体チャネルパターンを備えた押圧された熱交換器プレートの１つおきのプレートは、平らなプレートに面する第１の表面を備えた平らなプレートに固定され、押圧された熱交換器プレートの別の１つおきのプレートは、平らなプレートに面する第２の対向する表面を備えた平らなプレートに固定されている。このように、対角または平行流れを１つのプレートモジュールに配置することができ、それにより、プレート熱交換器の可撓性および熱交換能力が増加する。

【0027】

プレート熱交換器は、少なくとも２つの熱交換器プレートモジュールのスタックが、モジュールの２つの対向する長手側部に沿ってともにモジュールを取り付けることによって平行に配置されるように構成されてもよい。別の方法では、少なくとも２つの押圧されたパターンは１つのプレート上で平行に配置することができ、各パターンはモジュールの押圧された熱交換器プレートの押圧されたパターンに対応する。このように、いくつかの平行ポートを備えた一体型の押圧された熱交換器プレートがプレート熱交換器に提供されてもよい。各ポートが押圧されたプレートまたはプレートパターンの各長手端部分に配置された、一体型の押圧された熱交換器プレート内の平行ポートの量は、例えば、２から２０またはそれより多く変更することができる。

【0028】

本開示のプレート熱交換器はしたがって、回収熱交換器であることが適切であり、別個の流れ経路が各流体に配置される。

【0029】

流体ポートは、外部流体コネクタに接続されてもよい。

【0030】

プレート熱交換器は、溶融結合、ろう付け、溶接、拡散溶接、またはガスケット付き熱交換器であってもよい。

【0031】

プレート熱交換器は、２つのガスの間の熱交換のために構成されてもよい。変更形態によると、プレート熱交換器は、高圧用途のために構成されている。

【0032】

本発明の別の態様によると、本発明は、上に記載したようなプレート熱交換器の製造のプロセスに関し、プロセスは、
・プレートの、長手方向に垂直な横方向（ｔ）と厚さ方向（ｄ）とにおける延在部を有する２つ以上の金属プレートを提供するようにシート金属材料を切断するステップと、
・押圧ツール内で金属プレートの少なくとも１つを押すステップであって、それにより、熱交換器プレートに押圧されたパターンＰを提供するように押圧ツールが構成されている、ステップと、
・長手方向および横方向に押圧されたプレートとして対応する外形および寸法を有する平らなプレートを提供するステップと、押圧されたプレートおよび平らなプレートを備えた熱交換器プレートモジュールを提供するステップと、
・１つおきのプレートが押圧された熱交換器プレート（２０１）であり、別の１つおきのプレートが平らなプレート（２０１’）であるように、熱交換器プレートモジュールのスタックを組み立てるステップと、
・熱交換器モジュールのスタックを備えたプレート熱交換器を提供するようにモジュールを一緒に結合するステップと
を含む。

【0033】

本発明は、以下に与える詳細な説明から明らかになるだろう。詳細な説明および特定の例は、単に例示として本発明を開示する。当業者は、詳細な説明の助言から、変化および変更を、添付の特許請求で定義された本発明の範囲内で行ってもよいことが分かる。

【0034】

本発明の上記目的と、追加の目的、特性および利点は、添付の図面と合わせて解釈した場合に、本発明の例示的実施形態の以下の例示的かつ非限定的な詳細な記載を参照してより完全に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1a】側面図で熱交換器プレートのスタックを備えたプレート熱交換器の一例を示す略図である。

【図1b】図１ａに示すタイプのものであってもよい、プレート熱交換器内のプレートのスタックの上からの略拡大断面図である。

【図2】図１ａに示す熱交換器に適した端部プレートの略正面図である。

【図3a】本開示の一実施形態による４つの一体型ポートを備えた熱交換器プレートを示す図である。

【図3b】図３ａの鏡像熱交換器プレートを示す図である。

【図4a】本開示による熱交換器プレートの別の実施形態を示す図であって、プレートは第１のプレートタイプに対応し、２つの一体型ポート、およびポートをバイパスする流れチャネルパターンを備えている。

【図4b】本開示による熱交換器プレートモジュールの一実施形態に対する上からの第２のプレートタイプを示す図であって、モジュールは図４ａのプレート、および図４ａのプレートと図４ｂに示す最上部プレートの間に挟まれた平らなプレートを備え、プレートは２つのポート、およびいわゆる「Ｕ字流れ」でポート内に流体流れを案内する流れチャネルパターンを備えている。

【図5】冷たい流体用のいわゆる「Ｕ字流れ」のために構成されたプレート熱交換器の一例を示す図であって、熱交換器は図４ｂのモジュールを備えた９つの平行プレートスタックを備えた熱交換器プレートのスタック、または幅広いプレートのスタックを備え、各幅広いプレートは図４ａに図示したタイプの９つの平行プレートパターン、または図４ｂの最上部を含む。

【図6a】９つの平行に配置されたプレートパターンを備えた幅広いプレート内の流体流れを示す略図であって、プレートパターンの１つが図４ａに示すプレートに対応する。

【図6b】９つの平行に配置されたプレートパターンを備えた幅広いプレート内の流体流れを示す略図であって、プレートパターンの１つが図４ｂに示すプレートに対応する。

【図7a】それぞれ９つの平行に配置されたプレートパターンを有するプレートのスタックを備えたプレート熱交換器を示す図であって、プレートはモジュール内に配置され、冷たい流れ用のいわゆる「Ｚ字流れ」に対して配置されている。

【図7b】図７ａの１つの平行プレート内に配置された流れ、または幅広いプレートの一部に配置された図７ａのパターンに対応する１つの平行プレートパターンを示す図である。

【図8a】それぞれ９つの平行に配置されたプレートパターンを有し、冷たい流れおよび熱い流れの両方用のいわゆる「Ｌ字流れ」に対して配置されたプレートのスタックを備えたプレート熱交換器を示す図である。

【図8b】本開示による熱交換器プレートの別の実施形態を示す図であり、プレートは２つの一体型ポートおよび２つの流れチャネルパターンを備え、一方はポート内に流れを案内し、一方はポートをバイパスし、プレートまたはプレートパターンは図８ａに示すように「Ｌ字流れ」のために構成されたプレート熱交換器に適している。

【発明を実施するための形態】

【0036】

今日のプロセス技術はしばしば、プロセスのエネルギー効率を改善するための熱交換器を必要とする。一般的に使用される熱交換器の１つのタイプは、いわゆるシェルおよび管熱交換器であり、例えばクーラとして使用されてもよい。これらのクーラでは、流入ガスを冷媒として使用してもよい。これらは効果的であり、高圧での流体に耐え得るが、しばしば空間の要求がある。このような熱交換器は一般的に、例えば、触媒床間のアンモニア変換器内で使用される。変換器は、約２００バールに設計された、２つないし３つの触媒床および２つないし３つの熱交換器を含む高圧容器であってもよい。しかし、これらは圧力容器内にあり、熱いガスおよび冷たいガスの間の圧力差がほとんどないことが多い。より小型の熱交換器は、変換器容器容量を解放して、より多くの触媒、したがって容量増加を、大きな容器を必要とすることなく可能にする。さらに、例えば燃焼機関に関連したより高いエネルギー効率への需要により、例えば、流出ガスで流入ガスを予熱するために、回収する方法で燃焼エネルギーを利用することへの増加するニーズがある。同時に、高圧プロセス技術環境は、高温および大量の塵および他の粒子および腐食性ガスへの要求が多くなることがあり、支配的な状態に耐える頑丈な構成を必要とする。したがって、要求の厳しい高圧状態で使用可能な小型、頑丈および効率的な熱交換器技術への大きなニーズがある。したがって、これらのニーズに応じる熱交換器技術を提供することが本発明の目的である。

【0037】

上記目的は、本発明によるプレート熱交換器によって達成されることが分かっており、本発明の例を示す添付の図面を参照して次に記載する。しかし、本発明は、他の形態で実施されてもよく、本明細書に開示した例示的な実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。開示した実施形態は、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるために提供される。

【0038】

図１ａは、押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’を備えたスタックされた熱交換器モジュール２００からなるスタック３０１を備えた、プレート熱交換器１の一例を略図的に示す。プレート熱交換器１は、一方は「冷たい」（Ｃ）流体、もう一方は「熱い」（Ｈ）流体と呼ばれる、異なる温度の２つの流体媒体の間の熱交換を目的としている。冷たい流体は、熱い流体より低い温度を有する。熱交換は、異なる目的、例えば、加熱、冷却、熱回収、蒸発および濃縮のために行ってもよい。流体は、ガスまたは水などの液体であってもよい。変更形態によると、プレート熱交換器は、高い流体圧力の使用を必要とするが、これに限定されない、アンモニアの製造で使用される。本開示のプレート熱交換器は、高圧のために構成され、したがって、例えば、アンモニア製造中に流体の高圧／圧力差に耐えることが可能である。

【0039】

プレート熱交換器１のプレートスタック３０１は、互いに対して押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’を交互にすることによって、および１つおきのプレートが押圧されたプレートであり、別の１つおきのプレートが平らなプレートであるプレートスタック３０１を形成するような方法で連続的に、互いの上部にスタックされた複数の熱交換器プレート２０１、２０１’を備えている。熱交換器プレート２０１は、本発明による押圧された設計を有し、以下により詳細に説明する。平らなプレートは、押圧された流れチャネルパターンを備えていないが、完全に平らである必要はない、すなわち、平らなプレートは小さな屈曲部を備えていてもよい。プレートスタック３０１は、プレートスタック３０１の第１の側に配置された第１の端部プレート６とプレートスタック３０１の第２の側に配置された第２の端部プレート７の間に提供される。端部プレート６、７は、プレートスタック３０１内に熱交換器プレート２０１、２０１’として同じ外周面形状を有してもよいが、外力に対する増加する機械的保護を提供するために僅かにより厚くてもよい。スタック内のプレートの外形は、丸みを帯びたコーナを備えた矩形であるが、他の形状、例えば、角付けされたコーナ（すなわち、８つのコーナ、例えば図３ａ参照）または鋭いコーナを備えた矩形が可能である。

【0040】

各モジュール２００の押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’は、プレートスタック３０１内で互いに恒久的に結合されてもよい。スタック３０１内では、交互の押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’を備えたモジュール２００は、それぞれ第１の流体および第２の流体用の交互の第１および第２の流れチャネルまたは経路を形成する。流れチャネルは、押圧されたプレート２０１が平らなプレート２０１’のそれぞれの側部表面に取り付けられた場合に、平らなプレート２０１’のそれぞれの側部に形成されている。

【0041】

プレート熱交換器１は、入口であってもよい第１の流体ポート１０、および出口であってもよい第２の流体ポート１１を備えていてもよい。第１の流体ポート１０は、入口として働いてもよく、第１の流体を受け、第１の流体をプレートスタック３０１内のプレート間の第１の流れ経路に案内する。出口として働く第２の流体ポート１１は、第１の流れ経路から第１の流体を受け、流体がプレート熱交換器１から出ることを可能にする。プレート熱交換器１は、図２の例に示すように、入口として働く第３の流体ポート１２、および出口として働く第４の流体ポート１３を含んでもよい。第３の流体ポート１２は、第２の流体を受け、第２の流体をプレートの間の第２の流れ経路に案内する。第４の流体ポート１３は、第２の流れ経路から第２の流体を受け、第２の流体がプレート熱交換器１から出ることを可能にする。

【0042】

コネクタ８は、いくつかの実施形態では、入口および出口として働く各ポートに接続することができ、各コネクタ８はパイプの形を有してもよい。２つの流体用の流体ラインはその後、コネクタ８を介してプレート熱交換器１に接続されてもよい。このような接続を達成するために、あらゆる適切な技術を使用してもよく、コネクタ８は典型的には、プレートスタック３０１内のプレートと同じ材料で作られている。流体の１つに対する入口および出口は、図示したような向流の代わりに、流体の並流があるように逆にされてもよい。しかし、このタイプのコネクタは、本発明の全ての実施形態に必要ではない。

【0043】

本発明は、一態様によると、プレートの中間部の断面図で図１ｂによって略図的に示されたように、すなわち、熱交換器スタック３０１の上部側からポート１０、１３；１１、１２の間で、互いに取り付けられるように構成された、平らなプレート２０１’および押圧された熱交換器プレート２０１を備えた熱交換器プレートモジュール２００に関する。プレートは、例えば、互いに恒久的に取り付けられてもよく、一緒にろう付け、溶融結合、または溶接されてもよい。図１ｂから、プレートの厚さ方向ｄに交互の上部Ｔおよび底部Ｂを備えた押圧されたパターンを備えた３つの押圧されたプレート２０１は、厚さ方向ｄに波形の外側輪郭またはフィン２１を形成することが分かる。これらのフィン２１は、平らなプレート２０１’および／または端部または側部プレート６および７と一緒に、平らなプレート２０１’の対向する側にそれぞれの熱い流れおよび冷たい流れ用の別個の流れチャネルを形成する。加えて、その２つのみが参照符号を備えたフィン２１は、プレート熱交換器に対して増加した熱交換表面を提供する。

【0044】

熱交換器モジュール２００はそれぞれ、２つの鏡像押圧されたプレート２０１の間に、押圧されたプレート２０１のそれぞれの表面に取り付けられた平らなプレート２０１’があるように配置されている。押圧されたプレート２０１は、波形の流れチャネルパターンＰが押圧されたプレート２０１に押される場合に形成される、上記フィン２１を備えている。このように、プレート２０１のフィン２１は平らなプレート２０１’と一緒に、別個の流体チャネル３１を形成し、その中をガスなどの熱い（Ｈ）流体または冷たい（Ｃ）流体が流れることができる。チャネル３１の高さ、すなわち、プレートの厚さ方向ｄの延在部は、プロセスにおいて流体および圧力のタイプに適合されてもよい。チャネルが高くなればなるほど、熱交換面積が大きくなる。チャネルの高さは加えて、チャネル内の流れに対する圧力低下に影響を与え得る。加えて、押圧によってプレートを製造する場合、チャネルの強度性状は選択した高さによって影響されることがあり、すなわち、チャネルが所与のプレート厚さに対して高くなればなるほど、より大きなプレートの強度性状が影響を受ける。チャネルの高さは、１から５ｍｍなどの例えば０．５ｍｍから１０ｍｍ、例えば、約１．５ｍｍであってもよい。金属プレート、すなわち、平らなプレートおよび押圧されたプレートは両方とも通常は、すなわち、プレートに対してパターンＰを押す前に、約０．１から１．０ｍｍの初期厚さを有してもよい。プレートの厚さは、押圧された熱交換器プレート全体を通して適切に均一である。それにより、平らなプレートへの取り付けが、制御された方法で行われてもよい。加えて、チャネルの高さは、押圧された熱交換器プレート全体を通して適切に均一である。しかし、いくつかの実施形態では、チャネルの高さは変化してもよい。平らなプレート２０１’および押圧された熱交換器プレート２０１はそれぞれ、２つの対向する側部表面２１１’、２１２’および２１１、２１２を有する。

【0045】

図３ａおよび図３ｂは、本開示の一実施形態による押圧された熱交換器プレート２０１をより詳細に示している。プレート２０１は、プレートの長手方向（ｌ）と、長手方向に垂直な横方向（ｔ）と、厚さ方向（ｄ）とにおける延在部を有する。図３ａから図３ｂに示した押圧された熱交換器プレート２０１は、長手方向ｌおよび横方向ｔに押圧されたプレート２０１とほぼ同じ外形を有する、平らなプレート２０１’（図１ｂを参照）に取り付けられるように構成されている。モジュール２００内の平らなプレート２０１’および押圧された熱交換器プレート２０１はそれぞれ、２つの流体ポート１１０、１３０を備えた第１の長手端部分１０１、２つの流体ポート１２０、１４０を備えた第２の長手端部分１０２、および第１および第２の長手端部分１０１、１０２の間に配置された中間熱交換部１０３を備えている。押圧された熱交換器プレート２０１はさらに、図１ｂに示すように、横および長手方向における延在部の平面に延び、プレートの厚さ方向（ｄ）に上部および底部を備えたフィン２１を形成する押圧された波形パターンＰを備えている。

【0046】

図３ａ～図３ｂに示す実施形態では、押圧されたパターンＰは、それぞれの第１および第２の長手端部分１０１および１０２内に、流体流れをそれぞれの流体ポート１１０、１４０内に案内する第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１、およびそれぞれの流体ポート１３０、１２０をバイパスする第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を備えている。このように、押圧された熱交換器プレートは、合計４つのポート、すなわち各長手端部分１０１および１０２に２つのポートを備えている。それぞれの長手端部分に、流体が１つのポート１１０、１４０に案内されもう一方１３０、１２０がバイパスされる、２つの流体ポートを提供することによって、金属プレート内の温度範囲および勾配はより小さくなり、その結果、より低い熱応力およびより良い疲労強度につながる。図３ａ～図３ｂから分かるように、ポート内への流れは対角に配置される。このように、好ましい流れ分配を提供することが可能であり、それにより、例えば、プレートの熱応力を高温でさらに減少させることができる。しかし、ポートおよび流れパターンは別の方法では、流体が平行に流れるように配置されてもよい。

【0047】

図３ａ～図３ｂに関連して示すように、押圧された熱交換器プレート２０１は、中間熱交換部１０３内に、第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１および第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２と流体連通して配置された、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３を備えている。第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３は、厚さ方向ｄにフィン２１を形成するように構成された、複数の長手方向に延びる波形の押圧ライン１０３０を備えている。

【0048】

「押圧ライン」は、本開示では、熱交換器プレートに押圧された別個の細長く狭いリッジ、ビームまたはトラックを意味し、それにより、押圧ラインは長手、横および厚さ方向おける延在部を有し、長手方向における延在部は横および厚さ方向における延在部より長い。「波形の」は、正弦曲線に似た形状を意味する。振幅および波長は、１つの押圧ラインに沿って同じであってもよい、または１つの押圧ライン内で変化してもよい。押圧ラインは適切には、全ての方向（長手、横および深さ）に湾曲縁部を有し、したがって、鋭い縁部を有していないが、鋭い縁部はいくつかの実施形態で生じてもよい。

【0049】

押圧された波形のライン１０３０によって形成されるフィン２１はその後、図１ｂに示すように、押圧された熱交換器プレート２０１が平らなプレート２０１’に取り付けられた場合に、熱交換器プレートの長手方向（ｌ）に別個の流体チャネル３１を形成する。第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３は、プレート２０１の中間部１０３に熱交換表面の主な部分を形成する。押圧ライン１０３０の波形は、長手方向ｌおよび横方向ｔの平面で主に延びている。厚さ方向ｄでは、波形の押圧ラインの高さ、したがって、形成された別個のチャネル３１は、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３の全長を通してほぼ同じ延在部を有する。このように、モジュール２００内で押圧されたプレート２０１への平らなプレート２０１’の取り付けを、流体密閉状態で行うことができる。加えて、熱交換器の最終外形は、全ての方向で一貫している。平らなプレート２０１’は、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３全体の延在部に沿って押圧された熱交換器プレート２０１に取り付けられてもよく、それにより、別個のチャネルが形成され、別個のチャネル間の漏洩のリスクが最小限に抑えられる。

【0050】

図４ａ～図４ｂには、本開示による押圧された熱交換器プレート２０１の別の実施形態が示されている。各モジュール２００のそれぞれの押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’内の４つのポートの代わりに、２つのポートのみがあり、プレートのそれぞれの端部分１０１、１０２に１つある。加えて、図４ａ～図４ｂに示すように、各プレートは、第１および第２の端部分１０１、１０２の両方に第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１または第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２のいずれかを有してもよい。しかし、変形形態では、各プレートは、第１の端部分に第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１、および第２の端部分に第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を有してもよい。

【0051】

図４ａでは、ポート１１０、１２０をバイパスすることによって、それぞれの端部分１０１、１０２に第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を有するタイプの押圧された熱交換器プレート２０１が示されている。図４ｂでは、ポート１１０、１２０内に流れを案内するそれぞれの端部分１０１、１０２に第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１を有するタイプの押圧された熱交換器プレート２０１が示されている。ポート１１０、１２０をバイパスする流れは、本実施例では、熱く（Ｈ）、ポート１１０、１２０を通して案内される流れは本実施例では冷たい（Ｃ）。

【0052】

図５は、図４ａ～図４ｂの熱交換器プレートモジュールを使用することができるが、１つの大きな一体型熱交換器プレート内に押圧される熱交換器の一実施形態を示し、図６ａ～図６ｂはそれぞれの一体型の幅広いプレート内の流体流れを示している。

【0053】

図４ａを参照すると、本開示の２ポート実施形態による押圧された熱交換器プレート２０１の第１のタイプが、より詳細に示されている。各プレート２０１は、プレートの長手方向（ｌ）と、長手方向に垂直な横方向（ｔ）と、厚さ方向（ｄ）とにおける延在部を有する。図４ａに示す実施形態では、押圧されたパターンＰは、それぞれ第１および第２の長手端部分１０１、１０２内に、それぞれの流体ポート１１０、１２０をバイパスする第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を備えている。図４ｂに示す実施形態では、押圧されたパターンＰは、それぞれ第１および第２の長手端部分１０１および１０２内に、それぞれの流体ポート１１０、１２０内に流体を案内する第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１を備えている。さらに、図４ａ～図４ｂに示す実施形態では、押圧された熱交換器プレート２０１は、中間熱交換部１０３内に、図４ａに示したプレートの第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１、または図４ｂに示したプレートの第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２と流体連通して配置された第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３を備えている。

【0054】

図３ａ～図３ｄに示す実施形態に関連するのと同じ方法で、図４ａ～図４ｂの実施形態の第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３は、押圧された熱交換器プレートが図１ｂに示すように平らなプレートに取り付けられている場合に、熱交換器プレートの長手方向（ｌ）に別個の流体チャネルをその後に形成するフィンを形成するように構成された複数の長手方向に延びる波形の押圧ライン１０３０を備えている。第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３は、プレート２０１の熱交換表面の主な部分を形成する。波形は主に、長手方向ｌおよび横方向ｔの平面に延びている。厚さ方向ｄにおける波形の押圧ラインの高さは、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３全体を通してほぼ同じ広がりを有する。このように、平らなプレート２０１’の取り付けは、流体密閉状態で、熱交換器の最終外形が一貫しているように行うことができる。

【0055】

本開示の押圧されたプレートの変更形態全てでは、第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１および／または第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２は、図３ａ～図３ｂおよび図４ａ～図４ｂに示されるように、それぞれ第１および／または第２の流体チャネルパターンＦＣＰ１およびＦＣＰ２と第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３の間で、それぞれ遮断部分１５１および１５２を使用することによって、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３と非連続パターンを形成してもよい。遮断部分１５１および１５２を使用することによって、端部分１０１、１０２内とは異なる数の流体チャネルを、中間部１０３内で使用することができる単純な構成を提供することが可能である。変更形態によると、それぞれ第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１および第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２によって形成される流体チャネルの数は、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３によって形成される別個の流れチャネルの量より少ない。このように、一般的により少ない熱交換器プレートを提供し、したがって、流体の連続流れを可能にしながら、より小型の熱交換器構造を提供し、加えて、材料費用を抑えることが可能である。

【0056】

平らなプレート２０１’（図１ｂを参照）は、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３全体の延在部に沿って押圧された熱交換器プレート２０１に取り付けられてもよく、それにより、別個のチャネルが形成され、それぞれの熱い流体および冷たい流体の間の漏洩のリスクが最小限に抑えられる。

【0057】

一般的に、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３内の波形の押圧ライン１０３０の量は、１０から１５０、または１０から５０、または１２から２０であってもよい。押圧ラインの数は、プレートの横方向ｔの別個のチャネルの幅に影響を与える。幅はその後、例えば、押圧されたプレートの強度、および流体に対して得られた圧力低下に影響を与える。押圧された波形のラインの数は、プロセス内の流体、圧力および温度を含むプロセスパラメータに適合するようになっていてもよい。さらに、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３では、波形の押圧ライン内の全波の数は、プレートのサイズによって変化してもよく、８～１００、または８から５０、または８から２０であってもよい。加えて、第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３では、波形の押圧ラインは互いに一致してもよく、それにより各別個のチャネル内の均一な流れを提供することができる。

【0058】

加えて、図４ａ～図４ｂに示す２ポート実施形態によると、押圧された熱交換器プレート２０１および平らな熱交換器プレート２０１’は両方とも、長手方向および横方向ｌ、ｔにほぼ同じ外形を有する。モジュール内の平らなおよび押圧された熱交換器プレートはそれぞれ、流体ポート１１０を備えた第１の長手端部分１０１、流体ポート１２０を備えた第２の長手端部分１０２、および第１および第２の長手端部分１０１、１０２の間に配置された中間熱交換部１０３を備えていてもよい。押圧された熱交換器プレート２０１はさらに、図１ｂに示すように、プレートの厚さ方向（ｄ）に上部および底部を備えたフィン２１を形成する押圧された波形パターンＰを備えている。

【0059】

一般的に、押圧された熱交換器プレート２０１および平らなプレート２０１’は両方とも、０．２５から５．０ｍｍ、または０．３から３．０ｍｍの厚さを有してもよい。押圧された熱交換器プレート２０１の厚さは同じであってもよい、または冷たい側／熱い側で異なっていてもよい。平らなプレート２０１’の厚さはまた、より厚くてもよい、図１ａおよび図１ｂに示された、端部プレート６、７を除いて、同じであることが好ましい。押圧された熱交換器プレート２０１は、平らなプレート２０１’と同じ厚さを有してもよい、または最初は同じ厚さを有してもよい。しかし、押圧動作中、押圧されたプレート２０１の厚さは影響が与えられてもよく、それにより、押圧されたプレート２０１の最終厚さが平らなプレート２０１’の厚さより小さくてもよい。いくつかの場合ではまた、押圧されたプレート２０１は平らなプレート２０１’より厚いまたは薄い可能性があってもよい。一般的に、押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’の材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、チタンまたはその合金などのあらゆる適切な一般的に使用されているものでもよいが、これに限定されるものではない。材料は、押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’に対して同じまたは異なっていてもよい。

【0060】

本開示はまた、上に記載したタイプのものであってもよい、複数のスタックされた熱交換器プレートモジュール２００を備えたプレート熱交換器１に関する。スタック３０１では、モジュール２００は、図１ｂに略図的に示すように、１つおきのプレートとして、押圧された熱交換器プレート２０１、および別の１つおきのプレートとして、平らなプレート２０１’を備えている。平らなおよび押圧された熱交換器プレートはそれぞれ、上に説明したように、２つの対向する側部表面と、プレートの長手方向（ｌ）と長手方向に垂直な横方向（ｔ）と厚さ方向（ｄ）とにおける延在部を有する。

【0061】

プレート熱交換器は、上に記載したような構造を有する押圧されたプレート２０１を備えた熱交換器モジュール２００のために構成されてもよい。平らな熱交換器プレート２０１’および押圧された熱交換器プレート２０１はそれぞれ、少なくとも１つの流体ポート１１０を備えた第１の長手端部分１０１、少なくとも１つの流体ポート１２０を備えた第２の長手端部分１０２、および第１および第２の長手端部分の間に配置された中間熱交換部１０３を備えていてもよい。

【0062】

押圧された熱交換器プレート２０１はそれぞれ、さらに、厚さ方向ｄに上に記載されたように、上部Ｔおよび底部Ｂを備えた波形パターンを形成する押圧されたパターンＰを備えている。押圧されたパターンＰは、それぞれの第１および第２の長手端部分１０１、１０２内に、少なくとも１つの流体内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１、および／または少なくとも１つの流体ポートをバイパスする第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を備えている。押圧されたパターンＰはさらに、中間熱交換部１０３内に、第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１および／または第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２と流体連通する第３の流体チャネルパターンＦＣＰ３を備え、押圧された熱交換器プレート２０１が平らなプレート２０１’に取り付けられる場合、押圧された熱交換器プレートの長手方向（ｌ）に別個の流体チャネルを形成するように構成された複数の長手方向に延びる波形の押圧ライン１０３０を備えている。熱交換器では、第１、第２および第３の流体チャネルパターン（ＦＣＰ１；ＦＣＰ２；ＦＣＰ３）は、スタック３０１内で平らなプレート２０１’に向けて押圧された場合に、流体チャネルパターンの長さに沿って接触表面で別個の流体チャネルを形成する。

【0063】

熱交換器は、異なるタイプの流れ方向のために構成されていてもよい。したがって、押圧されたパターンＰ、特に、押圧熱交換器プレート２０１内の第１および第２の流体チャネルパターンは、所望の流れ方向に適合するようになっていてもよい。

【0064】

図４ａおよび図４ｂの押圧された熱交換器プレート２０１内に示すように、押圧された熱交換器プレート２０１の１つおきのプレートは、それぞれ第１および第２の長手端部分１０１；１０２内に、１つの流体ポート１１０；１２０を備えている。図４ａおよび図４ｂに最もよく示すように、１つおきのプレートは、第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１が流体流れを流体ポート１１０；１２０（図４ｂ参照）内に案内するタイプのものであり、押圧された熱交換器プレート２０１の別の１つおきのプレートは、少なくとも１つの流体ポート１１０；１２０をバイパスする第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を備えている、図４ａ参照。平らなプレート２０１’は、押圧されたプレート２０１の間に位置決めされている。このように、プレート熱交換器内では、冷たい流れは、「Ｃ」で示された矢印ラインによって図示されたように、「Ｕ字流れ」と呼ばれる流れを形成してもよい。冷たい流れＣは、上から第１の長手端部分１０１に入り、流れは中間部１０３内でチャネルを通して第１の流れパターンＦＣＰ１によって案内される。流れは、第２の長手部分１０２内で第２のポート１２０を介して押圧されたプレート２０１から出る。

【0065】

上に記載された熱交換器モジュール２００は、熱交換器内でスタック３０１に配置されている。プレート熱交換器は、プレート熱交換器１内に平行に配置された少なくとも２つのスタック３０１を備えていてもよい。図５は、図１ｂ、図４ａおよび図４ｂに示すように、押圧されたプレートの間に押圧された熱交換器プレート２０１および平らなプレート２０１’を備えた熱交換器プレートモジュール２００の９つの平行熱交換器スタック３０１を備えた熱交換器の一例を示している。平行スタックは、モジュールの２つの対向する長手側に沿って一緒に９つのモジュールを取り付けることによって得られてもよい。別の方法では、押圧されたプレートは、９つの押圧されたパターンが１つのプレート上で平行に配置される１つの幅広いプレート内にともに一体化されてもよく、各パターンはモジュールの押圧された熱交換器プレートの押圧パターンに対応する。

【0066】

図５に図示した例では、冷たい流れＣは「Ｕ字流れ」として配置されている。また、図６ａおよび図６ｂを参照すると、熱い流れＨおよび冷たい流れＣはそれぞれ、９つの平行な押圧されたプレートパターンに関連してより詳細に示されている。参照符号が、図面の左手側にのみ追加されているが、参照符号は図面全体に適用される。図６ａに示すように、熱い流体Ｈは、押圧されたプレート２０１の中間部１０３内で第３の流れチャネルパターンＦＣＰ３によって形成された別個のチャネルに沿って流れ、一体化された押圧されたプレート２０１０のそれぞれ第１および第２の端部分１０１および１０２内で第２の流れパターンＦＣＰ２によって形成されたチャネル内の第１および第２のポート１１０、１２０をバイパスする。図６ｂに示すように、冷たい流れＣは、一体化された押圧されたプレート２０１０の中間部１０３内で第３の流れチャネルパターンＦＣＰ３によって形成された別個のチャネルに沿って流れ、押圧されたプレート２０１０のそれぞれ第１および第２の端部分１０１および１０２内で第１の流れパターンＦＣＰ１によって形成されたチャネル内の第１および第２のポート１１０、１２０内に案内される。

【0067】

図７ａでは、「Ｚ字流れ」変更形態のために構成された熱交換器１が示され、図７ｂでは、熱交換器１が「Ｚ字流れ」のために構成された場合に、１つの押圧された熱交換器プレート２０１内にどのように熱い流れＨおよび冷たい流れＣが配置されるかの詳細な図が示されている。図６ａおよび図６ｂに示した変更形態と同様に、図７ｂの押圧されたプレートは、１つの一体型の幅広いプレート２０１０内に配置することができ、９つの平行な押圧パターンＰが１つのプレート内に配置されている。

【0068】

図７ｂは、プレートの長手方向中心の上側の押圧されたプレート２０１および平らなプレート２０１’の部分切取図である。下側の押圧されたプレート２０１は、熱い流れＨが第１および第２のポート１１０、１２０をバイパスすることができるように、それぞれ第１および第２の端部分１０１、１０２内に第２の流れチャネルパターンＦＣＰ２を備えている。上側の押圧されたプレート２０１は、それぞれ第１および第２の端部分１０１、１０２内に第１の流れチャネルパターンＦＣＰ１を備え、それにより冷たい流れはそれぞれ第１および第２のポート１１０、１２０内に案内される。冷たい流れは押圧されたプレート２０１の裏側から第１のポート１１０内に案内され、それにより、冷たい流体Ｃが流入する冷たい流体Ｃと比較して、反対方向に向けて第２のポート１２０を通して押圧されたプレート２０１の中間部１０３内で第３の流れチャネルパターンＦＣＰ３によって形成された別個のチャネルに沿って流れることが分かる。これはまた、プレート２０１、２０１’の９つの平行スタック３０１を備えたプレート熱交換器１を示す図７ａから分かり、第１のポート１１０は例示した図で熱交換器１の前側に配置され、第２のポート１２０（図示せず）は例示した図で熱交換器の後側に配置されている。

【0069】

図８ａでは、「Ｌ字流れ」変更形態のために構成された熱交換器１が示され、図８ｂでは、「Ｌ字流れ」での熱交換器のために構成された押圧されたプレート２０１の詳細図が示されている。図８ｂは、冷たい流体流れＣが第２のポート１２０を介して押圧された熱交換器プレート２０１に入ることができるように、第２の端部分１０２内で第１の流れチャネルパターンＦＣＰ１を備えた押圧されたプレート２０１を示している。押圧されたプレート２０１は、第１の端部分１０１内に、第２の流れチャネルパターンＦＣＰ２を備え、それによって冷たい流れは第１のポート１１０をバイパスすることができる。冷たい流れＣは、熱交換器１の前から第２のポート１２０内に案内することができることが、図８ａから分かる。冷たい流体Ｃは、押圧されたプレート２０１の中間部１０３内で第３の流れチャネルパターンＦＣＰ３によって形成された別個のチャネルに沿って流れ、その後、「Ｌ字流れ」内で第１のポート１１０をバイパスする。これはまた、プレート２０１、２０１’の９つの平行スタック３０１、または９つの平行ポートを有する一体化されたプレート１０２０のスタックを備えたプレート熱交換器を示す図８ａから分かり、第２のポート１２０は例示した図では熱交換器１の前側に配置されている。熱い流れＨは、同様の方法であるが、熱交換器１内に流れる向流方法で配置されてもよい。熱い流れＨはしたがって、第２のポート１２０を介して熱交換器の背面から熱交換器１に入り、押圧されたプレート２０１の中間部１０３内で第３の流れチャネルパターンＦＣＰ３に沿って流れてもよく、その後、「Ｌ字流れ」で第１のポート１１０をバイパスする。明らかなように、それぞれの熱い流れおよび冷たい流れは、多くの異なる方法で熱交換器プレートに入るおよびそこから出るように配置されてもよい。

【0070】

図８ａの熱交換器と、図１ａ、図１ｂおよび図２に示すタイプの熱交換器では、このタイプのプレート熱交換器１内で、それぞれ第１および第２の長手端部分１０１；１０２内に、１つまたは２つの流体ポート、および流体ポートの一方内に流体流れを案内する第１の流体チャネルパターンＦＣＰ１および／または流体ポートのもう一方をバイパスする第２の流体チャネルパターンＦＣＰ２を備えた押圧された熱交換器プレート２０１の１つおきが、平らなプレートに面する第１の表面で平らなプレート２０１’に固定され、押圧された熱交換器プレート２０１の別の１つおきが、平らなプレートに面する第２の対向する表面で平らなプレートに固定されていることに留意されたい。このように、押圧されたプレートは、交互に平らなプレートに取り付けられ、１つの押圧ツールのみが押圧されたプレートを提供するのに必要である。

【0071】

一般的に、プレート熱交換器は、向流エネルギー回収を備えた回収熱交換器であってもよい。回収熱交換器は効率的であり、単位表面積毎の優れた伝熱速度を提供する。

【0072】

熱交換器は、図２に示すように、内部流体ポート１１０；１２０；１３０；１４０に加えて、少なくとも１つの外部流体コネクタ８を備えてもよい。流体流れは、「Ｌ字流れ」に対して、図８ａおよび図８ｂに図示するように構成された熱交換器内で特に有利であってもよい外部コネクタ内で収集されてもよい。

【0073】

本開示のプレート熱交換器は、２つの流体間の熱交換のために構成されてもよく、流体はガスである可能性がある。プレート熱交換器は、高圧用途のために構成されていてもよい。

【0074】

本開示はさらに、以下に記載するような熱交換器プレートモジュールの製造のためのプロセスに関する。プロセスは、
・プレートの長手方向（ｌ）と、長手方向に垂直な横方向（ｔ）と、厚さ方向（ｄ）とにおける延在部と、を有する２つ以上の金属プレートを提供するようにシート金属材料を切断するステップと、
・押圧ツール内で金属プレートの少なくとも１つを押すステップであって、それにより、熱交換器プレートに押圧されたパターンＰを提供するように押圧ツールが構成されている、ステップと、
・長手方向および横方向に押圧されたプレートとして対応する外形および寸法を有する平らなプレートを提供するステップと、
・押圧されたプレートおよび平らなプレートを備えた熱交換器プレートモジュールを提供するステップと、
・１つおきのプレートが押圧された熱交換器プレート（２０１）であり、別の１つおきのプレートが平らなプレート（２０１’）であるように、熱交換器プレートモジュールのスタックを組み立てるステップと、
・熱交換器モジュールのスタックを備えたプレート熱交換器を提供するようにモジュールを一緒に結合するステップと
を含む。

【0075】

本発明はまた、フレームおよび複数のスタックされた熱交換器プレートモジュールを備えたプレート熱交換器に関する。熱交換器を提供するためのモジュールの結合は、溶融結合、ろう付け、溶接、または拡散溶接によって行うことができる。熱交換器は、代替形態によると、ガスケット付き熱交換器であってもよい。

【0076】

当業者は、本発明は上に記載した例に限定されるものではないことが分かる。当業者はさらに、変更形態、組合せおよび変形形態は添付の特許請求の範囲内で可能であることが分かる。加えて、開示した実施形態に対する変更は、図面、開示および添付の特許請求の範囲の研究から、請求する発明を行う際に当業者によって理解および行うことができる。

【符号の説明】

【0077】

１ プレート熱交換器
６ 第１の端部プレート
７ 第２の端部プレート
８ コネクタ
１０ 第１の流体ポート
１１ 第２の流体ポート
１２ 第３の流体ポート
１３ 第４の流体ポート
２１ 波形の外側輪郭またはフィン
３１ 流体チャネル
１０１ 第１の長手端部分
１０２ 第２の長手端部分
１０３ 中間熱交換部
１１０ 流体ポート
１２０ 流体ポート
１３０ 流体ポート
１４０ 流体ポート
１５１ 遮断部分
１５２ 遮断部分
２００ 熱交換器モジュール
２０１ 押圧されたプレート
２０１’ 平らなプレート
２１１ 側部表面
２１１’ 側部表面
２１２ 側部表面
２１２’ 側部表面
３０１ プレートスタック
１０３０ 波形の押圧ライン
２０１０ 押圧されたプレート

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【国際調査報告】