JP2013521466A - スパイラル熱交換器 - Google Patents

Abstract

アブストラクト
本発明は、第一の媒体のための第一のスパイラル形フローチャンネルと第二の媒体のための第二のスパイラル形フローチャンネルを少なくとも形成しているスパイラル本体を形成するように巻回された少なくとも一枚のスパイラルシートによって形成された前記スパイラル本体を有しているスパイラル熱交換器に関しており、前記スパイラル本体は、前記第一のフローチャンネルと前記第二のフローチャンネルに連絡している連結要素が設けられた実質円筒シェルによって取り囲まれており、前記少なくとも一枚のスパイラルシートは、熱伝達を増大させるための波形を持つ波形付き熱伝達表面と、前記スパイラル本体中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つための支持体を備えている。

Description

本発明は一般に、さまざまな目的のために異なる温度の二つの流体間の熱伝達を可能にするスパイラル熱交換器に言及する。特に、本発明は、波形付き熱伝達表面を有しているスパイラル熱交換器に関する。

通常、スパイラル熱交換器は、巻回作業によって製造される。二つのフラットシートが、それぞれの端で一緒に溶接され、シートの中央部分に溶接接合個所が備えられる。二枚のシートは、二つの別個の通路すなわちフローチャンネルの範囲を定めるように、互いのまわりに巻かれてシートのスパイラル要素を形成する。フローチャンネルの幅に相当する高さを有する複数の間隔部材がシートに取り付けられる。

二つの入口／出口チャンネルが、スパイラル要素の中央に形成される。二つのチャンネルは、シートの中央部分によって互いから分けられる。シェルが、スパイラル要素の外側周囲に溶接される。スパイラル要素の側端が処理され、スパイラルフローチャンネルは、さまざまな手法で側端において側方が閉塞される。一般に、カバーが、端のおのおのに取り付けられる。カバーは、中央の中に延び、二つのフローチャンネルのそれぞれの一つと連絡している連結パイプを有している。スパイラルフローチャンネルの径方向外側端において、それぞれのヘッダーが、シェルまたはスパイラル要素に溶接され、それぞれのフローチャンネルへの出口／入口部材を形成する。

その熱伝達表面が一般に巻回フラットプレートによって形成されているスパイラル熱交換器の流体間の熱伝達を改善するため、プレート熱交換器で使用されている波形付きシートに似たものを使用する試みがなされた。

欧州特許文献EP-B1-1 295 077には、二つの重なり流体巡回路、すなわち、それら自体に巻回された二枚の離間シートの間に含まれる空間によって形成された第一の巡回路と、巻回の連続周回の間に含まれる空間によって形成された巡回路から成るスパイラル交換器が示されている。シートは、それらの反対側の表面に、複数の間隔要素を備えており、間隔要素は、シートの長手軸に沿って配置されており、その結果、一旦、シートが巻かれると、一方のシートの間隔要素が他方のシートの対応間隔要素に押されるように付勢され、二つの押された間隔要素の少なくとも一つの端表面は全体的に平面である。間隔要素と波形はシートから形成される。

中国特許出願CN1667341には、波形付き表面を持つシートを有しているスパイラル波形付きプレート熱交換器が開示される。波形付き表面のピーク谷の高さが、二つの流体チャンネルの幅を決定している。

日本特許文献JP-A-6273081には、スパイラル熱交換器が開示されており、そのスパイラル熱交換器は、熱伝達プレートを巻回することによって形成されており、それは、一方向のチャンネルにあるスペーサーとしてのスタッドピンと、他方のチャンネルにある外乱バーを備えている。バーは、ジグザグに断続的に配置されており、流体の進行方向に角度をもって延びるように装着されている。したがって、断続的バーがジグザグに配置されているので、流体は、熱伝達性能を改善するために、分散および混合される。

ロシア特許文献SU898255には、スパイラルにねじられた波形付きシートを有し、力の負荷を吸収するためにシートの間に配置された間隔ピンを有している熱交換器が開示されている。

スパイラル熱交換器の熱伝達を改善する上記提案の試みはいずれも、良い解決策の提供に完全に成功しておらず、それは、それらの構成が複雑すぎるか、スパイラル熱交換器の特性に適応させることなくプレート熱交換器の特徴をスパイラル熱交換器に模写する単なる試しに過ぎないからである。

欧州特許文献EP-B1-1 295 077 中国特許出願CN1667341 日本特許文献JP-A-6273081 ロシア特許文献SU898255

本発明の目的は、従来技術のスパイラル熱交換器について言及された問題を克服することである。より明確には、それは、熱伝達表面が、熱伝達を改善する波形付きパターンと、前記波形付き熱伝達表面の内側の配置された当接支持体を備えたスパイラル熱交換器に向けられている。

この目的は、第一の媒体のための第一のスパイラル形フローチャンネルと、第二の媒体のための第二のスパイラル形フローチャンネルを少なくとも形成しているスパイラル本体を形成するように巻回された少なくとも一枚のスパイラルシートによって形成された前記スパイラル本体を有し、前記スパイラル本体は、前記第一のフローチャンネルと前記第二のフローチャンネルに連絡している連結要素が設けられた実質円筒シェルによって取り囲まれており、前記少なくとも一枚のスパイラルシートは、熱伝達を増大させるための波形付き熱伝達表面と、前記スパイラル本体中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つための支持体を備えているスパイラル熱交換器によって達成される。

本発明のさらなる側面によると、前記支持体は、前記波形の間の前記少なくとも一枚のスパイラルシート上の接線経路上に設けられており、前記波形の間の前記接線経路は、実質的に平らな曲面である。

本発明の別のさらなる側面によると、前記支持体は、前記スパイラル本体中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つための溶接スタッドである。

本発明のまたさらなる側面によると、波形のメインエクステンションは、前記支持体の前記接線経路に平行な長手方向に対して角度をもって傾斜している。

本発明のいっそうさらなる側面によると、前記波形付き熱伝達表面は、少なくとも一つのタイプの波形を有しており、特定の解決策では、二つのタイプの波形を有しており、前記二つのタイプの波形は一緒に、前記支持体の接線経路に対して鏡面対称形波形パターンを形成している。

本発明のいっそうさらなる側面によると、前記波形付き熱伝達表面は、前記波形内に異なる波形付き表面有している、または／および、前記波形を持つ前記異なる波形付き表面は、異なる押し深さを有している。

本発明のまたさらなる側面によると、長手方向に沿った前記支持体の間と、前記長手方向に平行な長手方向に沿った波形の間の相対間隔は実質的に同じであるか、長手方向に沿った前記支持体の間と、前記波形の間と、前記長手方向に平行な長手方向に沿った前記波形の間の相対間隔は実質的に異なっている。

本発明の別の目的は、改善された熱伝達特性と改善された機械強度を有しているスパイラル熱交換器を提供することである。

この目的は、前記波形付きパターン範囲の接線中心線に沿って設けられた支持体を有しているスパイラル熱交換器によって達成される。前記支持体は、前記波形付きパターン範囲に溶接されたスタッドであり、前記支持体の自由端は、前記波形付きパターン範囲の間の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの接線経路に当接している。一つの支持体が、各波形付きパターン範囲に溶接され得る。

本発明のさらなる側面は、従属請求項と説明から明白である。

波形または波形付きパターン範囲が設けられた熱伝達表面を持つスパイラル熱交換器は、スパイラル熱交換器の従来のフラット熱伝達表面と比較して、改善された強さと改善された熱伝達を与える。実際の熱伝達表面はまた、同じ大きさの従来のスパイラル熱交換器と比較して、より大きくなる。

さらなる目的と特徴と利点は、図面と関連した本発明のいくつかの実施形態の続く詳細な説明から現われるであろう。
図１は、本発明によるオープンスパイラル熱交換器の斜視図である。 図２は、本発明によるスパイラル熱交換器の概略断面図である。 図３ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図３ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図４ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図４ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図５ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図５ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図６ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図６ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図７ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図７ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図８ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図８ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図９ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図９ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図１０ａは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図１０ｂは、本発明の第二の実施形態によるスパイラル熱交換器の波形パターンの概略図である。 図１１ａは、波形パターン上に配置された支持体を有している本発明の実施形態の概略図である。 図１１ｂは、波形パターン上に配置された支持体を有している本発明の実施形態の概略図である。 図１１ｃは、波形パターン上に配置された支持体を有している本発明の実施形態の概略図である。

スパイラル熱交換器１は、共通の中心軸のまわりのそれぞれのスパイラル形経路に沿って延び、少なくとも二つのスパイラル形フローチャンネル２０ａ，２０ｂを形成している少なくとも一枚のスパイラルシートを有しており、それらのフローチャンネル２０ａ，２０ｂは互いに実質的に平行である。各フローチャンネルは、径方向外側開口部と径方向内側開口部を有しており、径方向外側開口部は、それぞれのフローチャンネルとそれぞれの出口／入口導管の間の連絡を可能にし、また、中心軸に対してそれぞれのフローチャンネルの径方向外側部分に配置されており、径方向内側開口部は、それぞれのフローチャンネルとそれぞれの入口／出口チャンバーの間の連絡を可能にしており、また、中心軸に対してそれぞれのフローチャンネルの径方向外側部分に配置されており、その結果、各フローチャンネルは、熱交換流体が中心軸に対して実質的に接線方向に流れることを可能にする。中心軸は、径方向内側開口部にある入口／出口チャンバーを通って延びている。フローチャンネル２０ａおよび２０ｂの幅に相当する高さを有している間隔部材（図１に示さず）が、シートに取り付けられ得るか、シートの表面に形成され得る。間隔部材またはスタッドは、少なくとも一枚のスパイラルシートと、スパイラル熱交換器１の作業流体の圧力に抵抗するシェルの内側表面によって形成されたスパイラル本体を支持する。

図１には、本発明によるスパイラル熱交換器１の斜視図が示されている。スパイラル熱交換器１はスパイラル本体２を有しており、それは、撤回可能マンドレルのまわりに二枚の金属を巻回することによって従来の方法で形成されている。シートは、シートに取り付けられた間隔部材または支持体６（図１に示さず）を備えている。間隔部材または支持体６は、シートの間にフローチャンネル２０ａ，２０ｂを形成するのに役立ち、フローチャンネル２０ａ，２０ｂの幅に相当する長さを有している。図１には、スパイラル本体２は、多数の巻回を備えて概略的に示されたが、それがさらなる巻回を有してもよく、また、巻回は、スパイラル本体２の中央からさまざまにスパイラル本体２の周囲の外へ形成されることは明白である。スパイラル本体２はシェル４によって取り囲まれている。

シェル４は、オープンエンドを有しているシリンダーとして形成されており、オープンエンドにはフランジが設けられている。シェル４の各端を閉塞するために蓋またはカバー７ａ，７ｂが設けられている。連結要素９ａ，９ｂが、シェル４の外側表面に取り付けられている。蓋またはカバー７ａ，７ｂは連結要素８ａ，８ｂを備えている。連結要素８ａ〜ｂおよび９ａ〜９ｂは、シェル４およびカバー７ａ，７ｂに一般に溶接されており、それらはすべて、スパイラル熱交換器１が一部を成すシステムのパイプ設備にスパイラル熱交換器１を接続するためのフランジを備えている。連結要素の他の外形もまた可能である。

スパイラル熱交換器１は複数のガスケットをさらに備えており、各ガスケットは、シェルのオープンエンドとスパイラル本体２と蓋またはカバー７ａ，７ｂの間に配置されている。ガスケットは、異なる巻回のフローチャンネル２０ａまたは２０ｂを互いに密封して、フローチャンネル中の媒体がフローチャンネル２０ａまたは２０ｂの巻回をバイパスすることと、熱交換を低下させることを防止するのに役立つ。ガスケットは、スパイラル本体２のスパイラルに似たスパイラルとして形成されてよく、スパイラル本体２の各巻回上に押しつぶされる。あるいは、ガスケットは、スパイラル本体２と蓋またはカバーの間で押しつぶされる。ガスケットはまた、密封効果が達成される限り、他の方法で構成されてもよい。

図２は、スパイラル本体２と、スパイラル熱交換器１のカバー７ａ，７ｂに設けられ、スパイラル本体２の中央においてフローチャンネル２０ａ，２０ｂにそれぞれ接続された連結部８ａ，８ｂと、スパイラル熱交換器１のシェル４の外側に設けられ、フローチャンネル２０ａ，２０ｂにそれぞれ接続された連結部９ａ，９ｂを有している図１のスパイラル熱交換器１の概略横断面を示している。

図３〜１０には、波形付き熱伝達表面１０の異なる変形を示されており、波形は支持機能を有していないが、支持機能は、溶接された支持体またはスタッド６によって提供される。熱伝達表面１０は、波形と溶接支持スタッド６を備えており、波形は、スタッド６の接線列の間に配置されている。スタッド６の接線列は、スタッド６が当接し得る実質的に平らな表面を作るために、波形のない狭い経路である。波形は、好ましくは、スタッド６と同じ間隔を持つパターンとして設計されている。それから、波形の間にスタッド６のための空間を作るように、パターンをスタッド６に適応させることが可能であり、たとえば図５ａを参照されたい。

図３ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１２が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１２の間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されている。波形１２は、波形１２のメインエクステンションがスタッド６の列の長手方向Ａに対して傾斜しているように構成されている。スタッド６の列の長手方向Ａに対する波形１２の傾斜角αは、最も最適な熱伝達を達成するために変更されてよい。図３ｂは、一つの波形１２と、波形１２の最も近い周囲表面１１の詳細図と、また一つの波形１２の断面図を示している。

図４ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１３ａ，１３ｂが配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１３ａ，１３ｂの間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されている。波形１３ａ，１３ｂは、スタッド６の一つおきの列の間の波形１３ａは、スタッド６の列の長手方向Ｂ，Ｃに対して同一方向に傾斜しているが、それらの間の波形１３ｂは、スタッド６の列の長手方向Ｂ，Ｃに対してもう一つの方向に傾斜しているように構成されている。波形１３ａ，１３ｂは一緒に、スタッド６の列の長手方向Ｂ，Ｃに対して鏡面対称パターン、たとえばヘリンボンやそれに類するものを形成する。スタッド６の列の長手方向Ｂ，Ｃに対する波形１３ａ，１３ｂの傾斜角βは、最も最適な熱伝達を達成するために変更されてよい。図４ｂは、波形１３ａと、波形１３ａの最も近い周囲表面１１の詳細図と、また一つの波形１３ａの断面図を示している。

図５ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１４が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１４の間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されており、スタッド６の接線列は長手方向Ａに沿って延びている。波形１４は、第一の表面１４ａと第二の押された表面１４ｂを有している実質長方形である。第一の表面１４ａは、波形１４の中央に配置されている。第二の押された表面１４ｂは、波形付き１４の長方形の境界に似ている第一の表面１４ａを囲んでおり、周囲表面１１と第一の表面１４ａに対して押し下げられている。周囲表面１１に対する押された表面１４ｂの押し深さも変更されてよく、また、持ち上げられた／押し下げられた表面１４ｂの方向は、熱伝達特性を最適化するために変更されてよい。図５ｂは、表面１４ａ，１４ｂと、第二の押された表面１４ｂの最も近い周囲表面１１の詳細図と、また波形１４の断面図を示している。

図６ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１５が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１５の間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されており、スタッド６の接線列は長手方向Ａに沿って延びている。波形１５は、第一の表面１５ａと第二の押された表面１５ｂを有している実質長方形である。第一の表面１５ａは、波形付き１５の中央に配置されている。第二の押された表面１５ｂは、波形付き１５の長方形の境界に似ている第一の表面１５ａを囲んでおり、周囲表面１１と第一の表面１５ａに対して押し下げられている。周囲表面１１に対する押された表面１５ｂの押し深さも変更されてよく、また、持ち上げられた／押し下げられた表面１５ｂの方向は、熱伝達特性を最適化するために変更されてよい。波形１５は、スタッド６の一つおきの列の間の波形１５が、それらの間の波形１５に対して縦にずらされたように構成されている。図６ａでは、スタッド６の一つおきの列の間の波形１５の、それらの間の波形１５に対するずれは、おおまかに波形１５の半分の長さであるが、そのずれは、異なる熱伝達特性を達成するために変更されてよい。

図６ａに示されるように、またスタッド６は、波形１５に対して異なるやり方でずらされてよい。図６ｂには、スタッド６が波形１５の押された表面の角付近の配置されていることが示されているが、波形１５に対するスタッド６の他の配置も可能であることは図６ａから明白である。

図６ｂは、表面１５ａ，１５ｂと、第二の押された表面１５ｂの最も近い周囲表面１１の詳細図と、また波形１５の断面図を示している。

図７ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１６が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１６の間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されており、スタッド６の接線列は長手方向Ｄに沿って延びている。

波形１６は、多数の局所波形表面１６ａが実質平面表面１６ｂ上かつ第一および第二の連続波形１６ｃおよび１６ｄの中間に配置されて構成されている。第一および第二の連続波形１６ｃ，１６ｄは、長手方向Ｄに平行な長手方向に実質的に延びている。局所波形表面１６ａは実質的に、仮想長方形を形成している四つのスタッド６の間の空間内に配置されており、それらの波形表面１６ａは、へこんだひし形として形成されている。さらに、最良の熱伝達特性を達成するために、正方形や長方形や円形など、局所波形表面１６ａの他の形も可能である。

図７ａに示されるように、第一および第二の連続波形１６ｃ，１６ｄは、直線ではなく、実質的に、スタッド６の近傍において局所波形表面の列１６ａに向かう繰り返し凹部を伴って、局所波形表面の列１６ａとスタッド６の列の間に延びている曲線として形成されている。第一および第二の連続波形１６ｃ，１６ｄのエクステンションの他の形状も可能である。第一および第二の連続波形１６ｃ，１６ｄは一緒に、スタッド６の列の長手方向Ｄに対して鏡面対称パターンを形成している。

図７ｂは、局所波形表面１６ａと、実質平面表面１６ｂと、第一および第二の連続波形１６ｃおよび１６ｄを備えた波形１６の部分詳細図を示している。それはまた、波形１６の二つの断面図を含んでいる。

図８ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１７が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１７間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されている。波形１７は実質的に、スタッド６の列の長手方向Ａに平行なメインエクステンションを有している平行四辺形として構成されている。図８ｂは、一つの波形１７と、波形１７の最も近い周囲表面１１の詳細図と、また一つの波形１７の断面図を示している。

図９ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１８が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１８間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されている。波形１８は実質的に、スタッド６の列の長手方向Ａに垂直なメインエクステンションを有している楕円形として構成されている。図９ｂは、一つの波形１８と、波形１８の最も近い周囲表面１１の詳細図と、また波形１８の断面図を示している。

図１０ａには、多数のスタッド６の接線列を有し、スタッド６の列の間に波形１９が配置されている熱伝達表面１０が示されている。スタッド６は、波形１９間に延びている熱伝達表面１０の実質的に平らな曲面１１上に形成されている。波形１９は実質的に、スタッド６の列の長手方向Ｅに垂直なメインエクステンションを有している楕円形として構成される。図９ｂは、一つの波形１９と、波形１９の最も近い周囲表面１１の詳細図と、また波形１９の断面図を示している。

図１０ａの波形１９は実質的に図９ａの波形１８に似ているが、図１０ａのスタッド６は、図９ａのスタッド６が波形１８に対して配置されているのとは異なる風に、波形１９に対して配置されている。図９ａでは、スタッド６は、スタッド６が波形１８に対して対称的に位置するように、線Ａに沿って波形１８と同じスタッド６の間の相対間隔をもって配置されている。図１０ａでは、スタッド６は、波形１９に対するスタッド６の相対位置が熱伝達表面１０にわたって変化するように、線Ｅに沿って波形１９と比較してスタッド６の間の別の相対間隔をもって配置されている。

図１１ａには、多数のスタッド６が波形２１の接線中心線Ｆに沿って波形２１の上に配置されている熱伝達表面１１が示されている。図１１ｂは、図１１ａのＧ−Ｇに沿った横断面を示し、図１１ｃは、図１１ａのＨ−Ｈに沿った横断面を示し、スタッド６は波形２１に溶接されている。図１１ａに示された実施形態では、一つのスタッド６だけが、各波形２１に溶接されるように示されているが、いくつかのスタッド６が各波形２１に溶接されていてもよい。好ましくは、スタッドは、スタッド６の間に等しい間隔をもって配置されている。波形２１は、スタッド６の自由端６ａが波形２１の間のフラット領域２２に当接するように、スパイラルシートの一つおきの周回または巻回ごとに間隔の半分のオフセットを伴って配置されている。スタッド６の間の間隔は、二つのチャンネル２０ａ，２０ｂにおいて異なっていてよい。たとえば、第一のチャンネルのスタッドは、すべての波形上に配置されているが、第二のチャンネルのスタッドは、接線中心線Ｆに沿って一つおきの波形上に配置されているようであってもよい。スパイラル本体を形成する二枚のスパイラルシートは、異なるタイプの波形を有していてもよいが、波形の間の軸の間隔は同じでなければならない。

波形の間のギャップは、フラット領域２２の間のギャップよりも小さい。フラット領域２２は波形よりも実質的に低い摩擦抵抗を有しており、それは、フラット領域２２のより大きいギャップと一緒に、波形の間のギャップの中よりも実質的に低い粘性をもたらす。それにより、フローは、波形の間よりもフラット領域２２の間のより大きいギャップの中においてはるかに大きくなり、それにより圧力低下を低下させる。したがって、熱伝達も低くなる。波形２１の接線中心線Ｆに沿ってスタッド６を各スタッド６の間に小さい距離で配置することによって、スタッド６は抵抗を作り出し、それはある程度摩擦低下を中和する。しかし、スタッド６が各スタッド６間に大きい距離で配置されると、それはバイパス結果を招く。

自由端をフラット領域２２に当接させてスタッドを配置することによってスパイラルシートの強度も改善される。

周囲表面１１に対する、または異なる波形表面の間の、図３ａ〜１１ａの上記図示実施形態の波形または波形表面の押し深さも、熱伝達特性を最適化するために変更されてよい。

図３〜１１は、熱伝達表面の七つの異なるパターンを示しているが、他の可能なパターンも本発明の範囲内において可能である。

スパイラル熱交換器１の機能は以下のとおりである。第一の媒体は、入口として形成された第一の連結要素８ａを介してスパイラル熱交換器１に入り、第一の連結要素８ａは配管設備に接続されている。第一の連結要素８ａはスパイラル本体２の第一のフローチャンネルと連絡しており、第一の媒体は、第一のフローチャンネルを介して、出口として形成された第二の連結要素９ｂに輸送され、第一の媒体はスパイラル熱交換器１を去る。第二の連結要素９ｂは、第一の媒体のさらなる輸送のための配管設備に接続されている。

第二の媒体は、入口として形成された第二の連結要素９ａを介してスパイラル熱交換器１に入り、第二の連結要素９ａは配管設備に接続されている。第二の連結要素９ａはスパイラル本体２の第二のフローチャンネルと連絡しており、第二の媒体は、第二のフローチャンネルを介して、出口として形成された第一の連結要素８ｂに輸送され、第二の媒体はスパイラル熱交換器１を去る。第一の連結要素８ｂは、第二の媒体のさらなる輸送のための配管設備に接続されている。

スパイラル本体２の内側において、第一および第二の媒体の間で熱交換が生じ、その結果、一方の媒体が加熱され、他方の媒体が冷却される。スパイラル熱交換器１の特定用途に依存して、二つの媒体の選択が変わる。上記では、二つの媒体が、スパイラル熱交換器を通って反対方向に循環すると説明されたが、それらが平行方向に循環してもよいことは明白である。

上記の説明において、連結要素の用語は、スパイラル熱交換器に、より明確にはスパイラル熱交換器のフローチャンネルに接続された要素として使用されたが、連結要素は、一般にスパイラル熱交換器に溶接され、さらなる配管設備を連結要素に接続するための手段を含み得る連結パイプまたはそれに類するものであると理解されるべきである。

試験は、スパイラル熱交換器の熱伝達表面が波形付きであるならば、熱伝達表面の波形が熱伝達を改善するだけでなく、材料節約を得られることを示した。これは、改善された機械的強度と、改善された伝熱能力と、材料のより良い利用のおかげである。さらに、スパイラル熱交換器が低い圧力低下で滑らかなセルフクリーニングフローチャンネルを有していると考えることは重要である。これは、他の熱交換器と比較して利点である。したがって、スパイラル熱交換器のパターンまたは波形は、スパイラル熱交換器特性に適していなければならない。それは、通常のプレート熱交換器の慣例にしたがって設計されるべきでない。

波形とスタッドの両方について類似パターンを備えた熱伝達表面のパターンは、増大した機械的強度を与えるとともに、伝熱能力を改善する効率的な乱流も作り出す。

説明では、波形付きまたは波形の用語は、周囲領域に比べて持ち上げられた／押し下げられた表面の領域を有している表面を定義するために使用された。波形付き表面は、分離されたスポットまたは範囲であってよく、表面の間は実質的に平らである。図に示された実施形態では、スパイラル熱交換器のシートのエクステンションは実質的に平面または平らであると思われるかも知れないが、シートとその上に形成された表面および波形は、スパイラルを形成するように湾曲されていることは明白である。

上記の説明では、支持体と波形がさまざまな組み合わせで示された。さらに、本発明の範囲内において、波形と波形に対する支持体の位置の異なる方向および形状で他の組み合わせが可能であることは明白である。

本発明は、上に説明され、図面に示された実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって定義される本発明の範囲内の任意の方法で補足および修正されてよい。

本発明は、上に説明され、図面に示された実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって定義される本発明の範囲内の任意の方法で補足および修正されてよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］第一の媒体のための第一のスパイラル形フローチャンネル（２０ａ）と、第二の媒体のための第二のスパイラル形フローチャンネル（２０ｂ）を少なくとも形成しているスパイラル本体（２）を形成するように巻回された少なくとも一枚のスパイラルシートによって形成された前記スパイラル本体（２）を有し、前記スパイラル本体（２）は、前記第一のフローチャンネルと前記第二のフローチャンネル（２０ａ，２０ｂ）に連絡している連結要素（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）が設けられた実質円筒シェル（４）によって取り囲まれているスパイラル熱交換器（１）において、前記少なくとも一枚のスパイラルシートは、熱伝達を増大させるための波形を持つ波形付き熱伝達表面と、前記スパイラル本体（２）中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つための支持体（６）を備えていることを特徴とするスパイラル熱交換器（１）。
［２］前記支持体（６）は、前記波形の間の前記少なくとも一枚のスパイラルシート（３）上の接線経路上に設けられている、［１］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［３］前記波形の間の前記接線経路は、実質的に平らな曲面（１１）である、［２］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［４］前記支持体（６）は、前記スパイラル本体（２）中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つように前記少なくとも一枚のスパイラルシートに溶接されたスタッド（６）であり、前記巻回が前記フローチャンネル（２０ａ，２０ｂ）を形成している、［２］または［３］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［５］前記支持体（６）は、波形（２１）の接線中心線（Ｆ）に沿って設けられている、［１］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［６］前記支持体（６）はスタッド（６）であり、そのスタッド（６）は、前記波形付き熱伝達表面の前記波形（２１）上に溶接されており、前記スタッド（６）の自由端（６ａ）は、前記波形（２１）の間の前記少なくとも一枚のスパイラルシート（３）の前記接線経路（２２）に当接している、［５］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［７］一つのスタッド（６）が、各波形（２１）に溶接されている、［５］または［６］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［８］前記波形のメインエクステンションは、前記支持体（６）の前記接線経路に平行な長手方向（Ａ，Ｂ，Ｃ）に対して角（α，β）で傾斜している、［１］ないし［７］のいずれかに記載のスパイラル熱交換器（１）。
［９］前記スパイラル熱交換器（１）の前記波形付き熱伝達表面は、少なくとも一つのタイプの波形（１２，１３ａ〜ｂ，１４，１４ａ〜ｃ，１５，１５ａ〜ｃ，１６，１６ａ〜ｄ，１７）を有している、［１］ないし［８］のいずれかに記載のスパイラル熱交換器（１）。
［１０］前記スパイラル熱交換器（１）の前記波形付き熱伝達表面は、二つのタイプの波形（１４ａ〜ｂ，１６ｃ〜ｄ）を有しており、前記二つのタイプの波形は一緒に、前記支持体（６）の接線経路に対して鏡面対称形波形パターンを形成している、［９］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［１１］前記波形は、前記波形内に異なる波形付き表面（１３ａ〜ｂ，１４ａ〜ｃ，１５ａ〜ｃ，１６ａ〜ｄ）を有している、［９］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［１２］前記波形内の前記異なる波形付き表面（１３ａ〜ｂ，１４ａ〜ｃ，１５ａ〜ｃ，１６ａ〜ｄ）は、異なる押し深さを有している、［１１］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［１３］長手方向（Ａ〜Ｄ）に沿った前記支持体（６）の間と、前記長手方向（Ａ〜Ｄ）に平行な長手方向に沿った波形の間の相対間隔は実質的に同じである、［１］に記載のスパイラル熱交換器（１）。
［１４］長手方向（Ａ〜Ｄ）に沿った前記支持体（６）の間と、前記波形の間と、前記長手方向（Ａ〜Ｄ）に平行な長手方向に沿った前記波形の間の相対間隔は実質的に異なっている、［１］に記載のスパイラル熱交換器（１）。

Claims (14)

1. 第一の媒体のための第一のスパイラル形フローチャンネル（２０ａ）と、第二の媒体のための第二のスパイラル形フローチャンネル（２０ｂ）を少なくとも形成しているスパイラル本体（２）を形成するように巻回された少なくとも一枚のスパイラルシートによって形成された前記スパイラル本体（２）を有し、前記スパイラル本体（２）は、前記第一のフローチャンネルと前記第二のフローチャンネル（２０ａ，２０ｂ）に連絡している連結要素（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）が設けられた実質円筒シェル（４）によって取り囲まれているスパイラル熱交換器（１）において、前記少なくとも一枚のスパイラルシートは、熱伝達を増大させるための波形を持つ波形付き熱伝達表面と、前記スパイラル本体（２）中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つための支持体（６）を備えていることを特徴とするスパイラル熱交換器（１）。
2. 前記支持体（６）は、前記波形の間の前記少なくとも一枚のスパイラルシート（３）上の接線経路上に設けられている、請求項１に記載のスパイラル熱交換器（１）。
3. 前記波形の間の前記接線経路は、実質的に平らな曲面（１１）である、請求項２に記載のスパイラル熱交換器（１）。
4. 前記支持体（６）は、前記スパイラル本体（２）中の前記少なくとも一枚のスパイラルシートの巻回を一定間隔に保つように前記少なくとも一枚のスパイラルシートに溶接されたスタッド（６）であり、前記巻回が前記フローチャンネル（２０ａ，２０ｂ）を形成している、請求項２または３に記載のスパイラル熱交換器（１）。
5. 前記支持体（６）は、波形（２１）の接線中心線（Ｆ）に沿って設けられている、請求項１に記載のスパイラル熱交換器（１）。
6. 前記支持体（６）はスタッド（６）であり、そのスタッド（６）は、前記波形付き熱伝達表面の前記波形（２１）上に溶接されており、前記スタッド（６）の自由端（６ａ）は、前記波形（２１）の間の前記少なくとも一枚のスパイラルシート（３）の前記接線経路（２２）に当接している、請求項５に記載のスパイラル熱交換器（１）。
7. 一つのスタッド（６）が、各波形（２１）に溶接されている、請求項５または６に記載のスパイラル熱交換器（１）。
8. 前記波形のメインエクステンションは、前記支持体（６）の前記接線経路に平行な長手方向（Ａ，Ｂ，Ｃ）に対して角（α，β）で傾斜している、先行請求項のいずれかに記載のスパイラル熱交換器（１）。
9. 前記スパイラル熱交換器（１）の前記波形付き熱伝達表面は、少なくとも一つのタイプの波形（１２，１３ａ〜ｂ，１４，１４ａ〜ｃ，１５，１５ａ〜ｃ，１６，１６ａ〜ｄ，１７）を有している、先行請求項のいずれかに記載のスパイラル熱交換器（１）。
10. 前記スパイラル熱交換器（１）の前記波形付き熱伝達表面は、二つのタイプの波形（１４ａ〜ｂ，１６ｃ〜ｄ）を有しており、前記二つのタイプの波形は一緒に、前記支持体（６）の接線経路に対して鏡面対称形波形パターンを形成している、請求項９に記載のスパイラル熱交換器（１）。
11. 前記波形は、前記波形内に異なる波形付き表面（１３ａ〜ｂ，１４ａ〜ｃ，１５ａ〜ｃ，１６ａ〜ｄ）を有している、請求項９に記載のスパイラル熱交換器（１）。
12. 前記波形内の前記異なる波形付き表面（１３ａ〜ｂ，１４ａ〜ｃ，１５ａ〜ｃ，１６ａ〜ｄ）は、異なる押し深さを有している、請求項１１に記載のスパイラル熱交換器（１）。
13. 長手方向（Ａ〜Ｄ）に沿った前記支持体（６）の間と、前記長手方向（Ａ〜Ｄ）に平行な長手方向に沿った波形の間の相対間隔は実質的に同じである、請求項１に記載のスパイラル熱交換器（１）。
14. 長手方向（Ａ〜Ｄ）に沿った前記支持体（６）の間と、前記波形の間と、前記長手方向（Ａ〜Ｄ）に平行な長手方向に沿った前記波形の間の相対間隔は実質的に異なっている、請求項１に記載のスパイラル熱交換器（１）。

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