JP2968041B2 - 板型蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互いに対向して当接し互いの間に流路を形成
し隆起部と溝部の形状の波型模様を与えられている多数
の熱伝達板を有し、この隆起部は流路中で互いに当接
し、隣接する熱伝達板間に多数の支持点を形成し、流路
は一つ置きに流体の通路を形成し、残りの流路は加熱流
体用の通路を形成し、各通路は入口と出口を有する、流
体蒸発用の板型熱交換器に関する。

西独特許明細書DE−A1−3721132に記載のこの種類の
公知の板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。この板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。

本発明の目的は、前提部に記載された種類の板型熱交
換器の効率を向上させることである。

この目的は、熱伝達板が少なくとも一つ置きに、通路
のそれぞれに流体の流路に沿って続けて設けられた異な
る波型模様を有する多数の区域を有することと、熱伝達
板の前記隆起部と溝部とは、各流体用通路中でそれらが
流体及び発生した蒸気に、その入口から出口までのほぼ
全通路に沿って徐々に低下していく流れ抵抗を与えるた
めに共同するように配向されていることを特徴とする本
発明により達成される。

流体が蒸発用通路を通って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必要であ
る。板の合間にそのような増大していく空間を求めるこ
とは困難である、したがって発生した蒸気の徐々に増加
する流速を受容しなくてはならない。

しかしながら、とりわけ板型熱交換器の効率改良を目
的とする蒸気の熱伝達板の波型模様は、発生した蒸気に
対して大きな流れ抵抗を生ずる。このことは、高速で流
れる蒸気に相当な圧力低下を生じ、それゆえ蒸発が開始
される蒸発用通路域における絶対圧力はむしろ高く維持
されなくてはならない、すなわち流体の沸点はむしろ高
く維持されることを伴う。

当然の要望として、加熱用流体ができるだけ低い温度
をもつように、前記沸点はできるだけ低く保たれるべき
である。同時に、熱伝達板は熱伝達のためにできるだけ
効率的な波型模様を有すべきであるという要望がある。

本発明の板型熱交換器において、流れの方向中で徐徐
に減少する流れ抵抗は流体と発生した蒸気の蒸発用通路
中で得られる。流体への非常に効率的な熱伝達は、それ
ゆえ流体の比較的低い流速にもかかわらず、蒸発用通路
の始点で行われ、同時に、発生した蒸気への大きな流れ
抵抗、すなわち、該蒸気の大きな圧力低下が、蒸発用通
路の終点において避けられる。実用上、このことは、も
しすでに使用されている板の大きさがそのまま維持され
るのであれば、総熱伝達表面を減少させ、板型熱交換器
の板の数を減らし、多少の蒸発による負担を解決するこ
とを可能にする。換言すれば、本発明では、発生した蒸
気の限定の飽和圧力において最適の熱伝達を提供するよ
う板型熱伝達器を設計することができる。これはまた、
降下膜型熱交換器及び上昇膜型熱交換器のどちらにも適
用可能である。

２枚の熱伝達板の各々とそれら板の間の通路を流れる
流体との間の熱交換は、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、及び
どのように熱伝達流体の流れの方向に対して伸長してい
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起こり、
より効率的な熱伝達が達成される。本発明によれば、熱
伝達板の波型模様の構造は、共同する熱伝達板の交差し
合う隆起部同志が板間の通路の異なった部分において異
なった値の流れ抵抗を与えるように変化させられること
ができる。

熱伝達板が垂直に設定され、蒸発する流体が板の合間
に一つ置きにその下方から供給されるような、上昇膜型
蒸発用に設定された板型熱交換器において、熱伝達板の
高さは、発生した蒸気の飽和圧力にとっては極めて重要
である。

それは該板の合間の流体の靜水圧に依存する。本発明
において、最高の熱伝達は、熱伝達板の最適の高さによ
り得られる。

以下、添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明す
る。

図１は、本発明に従って形成された、２単位の熱伝達
板を含んでる板型熱交換器の概念的な分解図である。

図２は、第１の種類の熱伝達板の概念的な正面図であ
る。

図３は、第２の種類の熱伝達板の概念的な正面図であ
る。

図１に示される板型熱交換器は、異なった波型模様を
もつ２種類の熱伝達板、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とを有し、これらの熱伝達
板は従来の方法によって枠（図示せず）中にともに保持
されるようになっている。熱伝達板１及び２は、従来の
方法によりそれらの間の流路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、溶接または接着等により互いに恒久的に接合さ
れていてもよい。

熱伝達板１及び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設けられており、流路３中の隣り合
う二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、一つ
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入口５と、熱伝達板の上部
を通って延びる流体及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抵、上昇膜型蒸発による各種
の液体製品の蒸発または凝縮用に意図されている。熱伝
達板１及び２は垂直に設けられており、蒸発される流体
はそれらの下部において通路４に供給され、それらの上
部に置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、板型熱交換器は下降膜型蒸発器用に設
定され、熱媒体としての蒸気は通路７の上部に供給され
るようになっており、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１及び２の各々は、下部分配域15、異なった
波型模様を有する個別領域17,18及び19に分割されてい
る熱伝達部分16、ならびに上部分配域20とを有する。下
部分配域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平板の各面上の出口９の方向
に水平に運ぶように設けられている。上部分配域は、米
国特許第3,783,090号中により詳細に示されている方法
により形成される。

図２及び図３に示される熱伝達板１及び２は、伸長し
た長方形であり、その各端部に穿孔された穴を有する。
これらの穴は、底部にそれぞれ蒸発用流体のための出入
り口10A及び10B、頂部にそれぞれ凝縮された流体及び発
生した蒸気用の出入り口11A及び11B、頂部にそれぞれ加
熱用蒸気のための出入り口12A及び12B、及び底部にそれ
ぞれ凝縮物及び蒸発用媒体の実質的に未凝縮の蒸気のた
めの二つの出入り口13A,14A及び13B,14Bを形成する。

熱伝達板１及び２はそれぞれ、下部分配域15A及び15
B、上部分配域20A及び20B、及び異なった波型模様を有
しそれぞれ別個の領域17A,18A,19A及び17B,18B,19Bに分
割された熱伝達部分16A及び16Bを示す。

熱伝達板１（図２）はその両側面の一方に、継ぎ目な
しに形成されたガスケット21を収容する多数の溝部を有
する。ガスケットは出入り口10A及び10Bのそれぞれの周
囲及びこの板の全外縁の周囲に延びている。同様に、熱
交換板２（図３）は多数の溝部を有し、出入り口12B,13
B及び14Bのそれぞれの周囲及びこの板の全外縁の周囲に
延びているガスケットをその中に設けている。ガスケッ
ト21及び22は、隣接する熱伝達板１及び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部を対向
して溶接され、板間の空間の一つ置きにガスケットが設
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。

波型領域17A−19A及び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異
なって傾いている。したがって、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。

本発明の実施態様において、板１（図２）の図面に示
されるように、流体の主な流れの方向と波型にうねる隆
起部の延長との間の角度αは、領域17Aにおいては約30
゜、領域18Aにおいては25゜、及び領域19Aにおいては20
゜である。板２（図３）において、領域17B−19Bの隆起
部は流体の主な流れ方向に対して大きな角度を形成する
が、これらの隆起部は、板１の隆起部が板２の隆起部に
向かって交差して当接するよう板１の領域17A−19Aの隆
起部とは別の方向に伸長する。角度αの数値は、本熱交
換器のあ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。

完全にまたは部分的に蒸発する流体は、熱伝達板の下
部に位置する流体入口５を通して板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
分配域15A及び15Bの間で熱伝達板の幅方向にわたって平
等に分配される。熱伝達部分16A及び16Bにおいて、流体
はまず領域17A及び17Bを通過し、これらの領域は比較的
大きな流れ抵抗を与える波型態様を有する。すなわち隆
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。この波型模様が比較的大きな流
れ抵抗を与えることにより、蒸気は通路４中で比較的早
く発生させられる。流体及び発生した蒸気は、領域18A
及び18B間と領域19A及び19B間とを連続し、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。すな
わち、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。流体及び発生した蒸気への
流れ抵抗は通路４の流れ方向においてこのように徐々に
減少する。流体及び発生した蒸気は次に上部分配域20A
及び20B、さらには出口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。図面では二つの凝縮物出
口９が図示されているが、所望であれば一つだけ使用し
てもよい。

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及び２の両方が異なった波型模様をもつ幾つかの異
なる領域を有する。しかし、熱伝達板のうち一方のみが
幾つかの異なる領域を有し、他の熱伝達板の全てが同一
の波型角度をもってもよい。さらには、異なる熱伝達板
の領域が互いに正反対に位置して示されていたが、代わ
りに、これらが部分的にのみ互いに重複するように位置
してもよい。また、領域の数及び領域の大きさはもちろ
ん変えてよい。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向して当接し互いの間に流路を形
   成し隆起部と溝部の形状の波型模様を与えられている多
   数の熱伝達板（1,2）を有し、前記隆起部は流路中で互
   いに当接し、隣接する熱伝達板（1,2）の間に多数の支
   持点を形成し、流路は一つ置きに該流体の通路（４）を
   形成し、残りの流路は加熱流体用の通路（７）を形成
   し、各通路は入口と出口を有する流体蒸発用の板型熱交
   換器において、前記熱伝達板が少なくとも一つ置きに、
   通路（４）の各々の中に流体の流路に沿って続けて設け
   られた異なる波型模様を有する多数の領域（17,18,19）
   を有することと、熱伝達板の前記隆起部と溝部が、各流
   体用通路（４）中でそれらが流体及び発生した蒸気に、
   その入口から出口までのほぼ全通路に沿って徐々に低下
   していく流れ抵抗を与えるよう共同するように配向され
   ていることを特徴とする板型熱交換器。
2. 【請求項２】前記隣接した熱伝達板の隆起部が互いに対
   向し、交差して当接することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の板型熱交換器。
3. 【請求項３】前記領域（17,18,19）の隆起部及び溝部が
   流体用各通路（４）の中の流体の設定された主な流れ方
   向に対して角度（α）をもって傾き、前記角度（α）は
   前記通路（４）に沿ってその入口から出口方向に各領域
   毎に減少することを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の板型熱交換器。
4. 【請求項４】熱伝達板が少なくとも一つ置きに、熱伝達
   板の熱伝達部分（16）に位置する少なくとも二つの異な
   った領域（17,.18,19）を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の
   板型熱交換器。
5. 【請求項５】二つの隣接する熱伝達板の各々が、異なっ
   た波型模様をもつ領域を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の板
   型熱交換器。
6. 【請求項６】一つの熱伝達板の各領域（17A,18A,19A）
   は、他の熱伝達板の領域（17B,18B,19B）の真ぐ前に配
   置されることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   板型熱交換器。