JP4657546B2 - 熱交換器プレート - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の序文（前文）に記載のプレートタイプ熱交換器用のプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレートタイプ熱交換器は、ガスケットにより互いに分離された多数のプレートから構成されている。一般に、各プレートは、方形形状を有し、各隅部に、２つの熱交換器媒体のためのインレット開口及びアウトレット開口を備えている。プレートは、隆起が形成されて波形パターン（畝状パターン）となされ、かつ、ガスケットが備えられるようになっている。なお、ガスケットは、プレートタイプ熱交換器が組立てられた状態の下では、プレート積重ね体の内部において隣接のプレートに当接する。ガスケットは、１つの流れ領域の境界を画定し、この流れ領域は、プレートの隅部の開口のうちの２つの開口に連接し、これにより、第１の熱交換器媒体が、プレートの片側へ流れることを可能にする。残りの２つの隅部の開口は、ガスケットにより遮られている（ブロックされている）。プレート積重ね体内の隣接する熱交換器プレートは、１８０゜回転され、これにより、このプレートのガスケットが境界を画定する流れ領域は、第１のプレートの反対側に位置する他の２つの隅部の開口と連接し、このプレートの片側に或る別の熱交換器媒体が流れることを可能にする。一つ置きに熱交換器プレートを１８０゜回転させることにより、プレートタイプ熱交換器が構築される。この場合、一つ置きの空間は、第１の熱交換器媒体により満たされ、残りの空間は、他方の熱交換器媒体により満たされる。
【０００３】
一般に、各熱交換器プレートは、ガスケット溝を備えており、好ましくはゴムから成るガスケットが配置されるようになっている。プレートタイプ熱交換器の組立を容易にするために、ガスケットは、ガスケット溝内に固定される。その固定は、様々な方法で達成することが可能である。通常、ガスケットは、ガスケット溝内に接着されるが、これは、プレートタイプ熱交換器の以後の組立解除に関連して問題を引き起こすという事実を斟酌して、代替的な機械的取付方法が、開発された。
【０００４】
このような機械的取付法は、２つのグループに分けることが可能である。第１のグループにおいて、取付けは、ガスケットが、ガスケット溝に関連して設けられている開口と係合することが可能である突出部分を備えることにより、達成される。開口は、例えば米国特許第４３７７２０４号明細書に記載のように打抜き加工された開口であってよく、或いは、プレート材料を切断及び畝状に隆起形成（cutting and ridging）することにより形成された開口であってもよい。この場合、開口は、（例えば米国特許第４９０５７５８号明細書に記載のように）材料を除去することなしに形成される。他方のグループでは、ガスケット及びガスケット溝の形状形態
（構成）は、ガスケットが、熱交換器プレートの端縁を越えて延び、その個所で、（例えばヨーロッパ特許出願第０７６２０７１号明細書に記載のように）端縁の周りを把握するフラップにより固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、米国特許第４９０５７５８号明細書に記載のように、プレート材料を切断及び畝状に隆起形成することにより開口を形成するようにした取付法のグループに関する。この方法は、前述の他の方法に比して多数の利点を提供する。
【０００６】
開口がガスケット溝の近傍箇所において熱交換器プレートに打抜きされる方法にあっては、開口の打抜き、又は、実際にはガスケット溝に沿って間隔を置いて配置されている多数の穴の打抜きが、プレートの隆起形成に引き続いて別個の一連の操作を行なうことを前提とするような欠点を伴うか、又は、打抜きが、隆起形成工具が打抜工具も備えることを前提とし、これにより、このような工具のコストが大幅に増加するという欠点を伴う。さらに、後者の解決法は、望ましくない。何故ならば、打抜き部分が畝状隆起形成ツール内に残り、これは、後続の畝状隆起形成／打抜きプロセスに有害である。
【０００７】
開口を形成するために材料を切断及び隆起形成（畝形成）することは、プレート自体の隆起形成と同一の操作手順で達成することが可能であり、従って、別個の操作手順は必要でなく、同様に、切断工具の公差を大きくすることへの要求は厳しくなく、そのため、切断工具は、比較的安価に、隆起形成工具内に組込まれることが可能である。
【０００８】
ガスケットが、熱交換器プレートの周辺を越えて延び、かつ、その個所に、端縁の周りに係合するフラップにより固定されるようにガスケット及びガスケット溝が構成されるようにした方法では、ガスケットの複雑な形状形態が必要であり、これは、一方では、このようなガスケットの製造のコストを増加し、他方、ガスケットの取付けが煩雑かつ時間がかかることを引き起すこととなる。
【０００９】
材料を切断及び畝状に隆起形成することによって開口内に取付けるためのガスケットは、単純な形状形態を有することもあり、ガスケット溝内に比較的容易に取付けられる。
【００１０】
米国特許第４９０５７５８号明細書が教示するガスケット溝を有する熱交換器プレートでは、ガスケット溝の所々に拡張部が設けられ、拡張部はガスケット自体と同一の平面内に配置され、従って、拡張部は周囲のガスケット材料に対して押し下げられる。この押し下げにより、拡張部の端部は切開され、これにより、開口が、その個所において、ガスケット溝の長手方向に対してほぼ垂直に位置する平面内に形成される。
【００１１】
ガスケットは、突出結合要素を備え、突出結合要素は、ガスケット溝の拡張部内に嵌まり、突出結合要素の形状形態は、突出結合要素が、拡張部の各端部に形成されている開口と係合することが可能であるように定められる。
【００１２】
ガスケットを固定することは、ガスケットの拡張結合要素の端部が、開口内に圧入されることにより達成される。このことは、保持力がガスケットの拡張部と主に開口の上部端縁との間の係合により決定されることを意味する。
【００１３】
米国特許第４９０５７５８号明細書に記載の形状形態に対応する形状形態を有する熱交換器プレートの製造において、開口の２つの上部端縁の間の距離についての必要な公差を順守することは困難である。何故ならば、プレート材料は、最初に平面状のプレートが上方へ押圧されて、所望の横断面輪郭形状になる際に収縮するからである。収縮の程度は、部分的に、周囲の材料の畝状隆起形成に依存し、部分的にプレート材料に依存し、部分的にプレート厚に依存する。開口の２つの上部端縁の間の距離は、このようにして、場所毎に異なり、ガスケット溝に沿って位置する結合要素毎に異なり、これにより、ガスケット溝の拡張部とガスケットの結合要素との間の保持力が不所望に変動する。ガスケットが十分に取付けられていない場合にはガスケットが故意ではなくガスケット溝から外れてしまうこともあるので、このような不規則的な保持力は、プレートタイプ熱交換器を組立てる間に問題を発生させる。
【００１４】
本発明の目的は、前述のタイプの熱交換器プレートを提供することにあり、この場合、ガスケットが係合する端縁と端縁との間の距離は、前述の欠点を克服するために、狭い公差内で製造されることが可能である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
これは、請求項１の特徴記載部分に記載の特徴を有するプレートを形状形成することにより得られる。
【００１６】
これにより得られる熱交換器プレートでは、拡張部が、「畝状に隆起形成された」（ridged）舌状部の各側に固定用の開口を有し、形成された開口と開口との間の距離は、狭い公差内に維持されることが可能であり、畝状に隆起形成された舌状部は、プレートの製造の間に周囲材料自体の収縮パターンにより影響されない。かくして、熱交換器プレートのこのような形状形態は、互いに間隔を置いて配置されている全ての拡張部が、畝状隆起部自体とは独立にそしてプレートの材料及び厚さとは独立に相互間の間隔が同一の狭い公差内に維持されている固定用の開口を有することを可能にする。さらに、このことは、同一の畝状隆起形成工具が、異なる材料から成りかつ異なる厚さを有する熱交換器プレートの製造において使用されることが可能であることも意味する。これらの公差で係合するような形状に形成されているガスケットの結合要素も、狭い公差内で製造されることが可能であるので、プレートとガスケットとの間の空間全体にわたり均一な保持力を得ることが可能である。
【００１７】
本発明の第１の実施形態では、１つの畝状に隆起形成された舌状部が拡張部内の中央に設けられ、ガスケットの結合要素が２つの突出部を含み、前記突出部は、舌状部の各側に設けられている開口と係合するように形成される。この実施形態は、本発明による熱交換器プレートの最も単純な形状形態を構成する。
【００１８】
本発明の１つの代替の実施形態では、２つの畝状に隆起形成された舌状部が、拡張部内において互いに間隔を置いて設けられている。この実施形態では、４つの取付用開口、すなわち、２つの舌状部の各側（両側）にそれぞれ１つの開口が設けられている。従って、ガスケットの結合要素は、様々な方法で製造されることが可能である。その理由は、結合要素は、異なる開口と係合する突出フラップを有して形状形成されることが可能であるからである。このように、ガスケットの結合要素は突出フラップを含み、突出フラップは、２つの中間に位置して互いに面する開口と係合するように形成され、開口は、各開口の舌状部に設けられることが可能である。或いは、結合要素は、２つの突出フラップを含み、突出フラップは、２つの互いに最も離れて位置する開口に係合するように形成され、開口は、各開口の舌状部に設けられることが可能である。このように、ガスケットは、舌状部と舌状部との間に挟まれて締付けられる１つの係合フラップか、又は、２つの舌状部の周りを締付ける複数の係合フラップを有するように形成されることが可能である。
【００１９】
ガスケットの結合要素におけるフラップの形状形態は、フラップが、開口内に部分的に延びて入り込むように構成されることが可能であるか、又は、前記フラップの形状形態は、フラップが、開口内に大幅に入り込むことなしに開口を押圧するように構成されることが可能であり、いずれを選択するかは、どれだけ大きい保持力が望まれるかに依存する。
【００２０】
最後に、ガスケットの結合要素は、結合要素自体に配置されている圧力要素を設けられことが可能であり、前記圧力要素は、ガスケットの結合要素の機能性を損なわしめることがなく、プレートにガスケットを取付けることを容易にする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明につき図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００２２】
図１は、隅部に開口２を有する熱交換器媒体用の方形形状の熱交換器プレート１を示している。このプレート１は、１つの熱交換器媒体のための流れ領域４の境界を画定するガスケット３を備えており、熱交換器媒体は、隅部の４つの開口２のうちの２つと連通している。残りの２つの開口２は、ガスケット３により遮られている。好ましくは、プレート１は、図示のように波形表面を有する形状に形成されている。この波形表面により、一方では、プレートを横断しての熱交換が増進され、他方では、プレート１に剛性が付与される。波形は、プレス工具で起伏を形成することにより達成される。熱交換器が組立てられた状態の下では、ガスケット３を有するプレート１が、１つ置きに１８０゜回転されて配置され、かくして、一方の熱交換器媒体が、１つ置きに隣接されたプレートとプレートとの間を流れ、他方の媒体が、その他のプレートとプレートとの間を流れるようになっている。これは、熱交換器の全く従来通りの１つの構造である。
【００２３】
プレートタイプ熱交換器のマウンティングを容易にするために、ガスケット３は、プレート１に取付けられる。この目的のために、ガスケット３は、ガスケット３の周りに平らに配設された拡張部５を備えている。プレート１は、ガスケット３の拡張部５と相補的であるようなカットアウトを有する形状に形成され、ガスケット３は、プレート１内のこれらのカットアウトによって固定されることが可能である。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換プレート１の一部分を拡大して示す斜視図である。
【００２５】
図示のように、プレート１は、ガスケット３を受入れるためのガスケット溝６を備えている。このガスケット溝６には、ガスケット３上の対応する拡張部５に補足的に設けられ、かつ、互いに間隔を置いて配置された拡張部７が備えられている。拡張部７内の中央には、プレート１を畝のように隆起させることにより形成された開口８が設けられている。このプレス操作の際に、プレート１の波形表面、及び、拡張部７を有するガスケット溝６がそれぞれ設けられる。これと同時に、開口８が形成され、プレス工具の２つの部分により、ガスケット溝６及び拡張部７よりも上方の箇所に舌状部９がプレス成形される。プレス操作中に、２つのスリットがプレート１にカット形成されるが、材料は除去されない。
【００２６】
開口８は、舌状部９の反対側に位置する対応する開口と共働して、ガスケットのためのプレート１の結合手段を形成する。この場合、開口８の上方側の端縁は、後続の相互接続に際し、後述するように、ガスケット３の拡張部７における係合部分となされる。舌状部９の幅は、適切に定められ、舌状部９を形成するプレート材料は、隆起形成によりさらなる伸張又は収縮に本質的にさらされない。このことは、２つの係合用開口８の上部端縁と上部端縁との間の距離が、狭い公差内で正確に定められることを意味する。
【００２７】
図３は、図２のシート状のプレート１に設けられたガスケット溝６に適合するガスケット３の一部を示している。ガスケット３には、所々に、結合要素１０が設けられており、この結合要素１０は、図示の実施形態では、２つの波形フラップ１１から構成されている。ガスケット３及び突出状のフラップ（舌片）１１の形状形態は、プレート１のガスケット溝６及び拡張部７の形状形態に高精度で対応している。フラップ１１の形状形態は、互いに対面するフラップ１１の一部分が、プレート１の開口８とスナップ・ロック式に係合することが可能であるように構成されている。
【００２８】
好ましくは、ガスケット３はゴムから成るが、ガスケット３は、他の材料から構成することも可能である。ガスケット３の上面及び底面には、図示のように、密封リップ１２が設けられ、これにより、プレートタイプ熱交換器を形成すべく組み立てを行う際に、熱交換器プレート１と熱交換器プレート１との間の改善された密封が達成される。
【００２９】
図４は、図２の熱交換器プレート１に図３のガスケット３を取付けた状態を示している。図示のように、ガスケット３のフラップ１１の一部は、プレート１の開口８内に入り込んでいる。好ましくは、フラップ１１は、開口８内にスナップ式に嵌め込まれるが、この取付けは、純粋なクランプ作用によって達成することも可能である。なお、この場合、ガスケット３の軟質材によって、開口８の周りが単に締付けられる。前述のような開口８は、切断及び隆起形成の作業の結果として、ばりを有することもある。ガスケット３の取付けに引き続いて、このようなばりは、ゴム材料と係合して、ガスケット３をさらに固定するのに寄与することが可能である。
【００３０】
図５は、本発明による熱交換器プレート２１の１つの代替の実施形態を示している。
【００３１】
この場合にも、プレート２１は、拡張部２７を有するガスケット溝２６を備えている。本実施形態では、拡張部２７は、２つの同一の舌状部２９が形成されるようにガスケット溝２６からプレート材料を排除して畝状に隆起形成にすることによって形成される。これらの舌状部２９の各々は、図２の実施形態における舌状部９にほぼ相応するように形成される。双方の舌状部２９の上部端縁は拘束のない位置にあるので、舌状部２９は、プレート２１の他のプレート要素と、前記他のプレート要素が収縮する場合であってもこの収縮により影響を受けることがなく、その結果として、形成された開口２８と開口２８（このような開口は全部で４つ存在し、各舌状部２９において２つ存在する）との間の距離は、狭い限界値内で正確に定められる。
【００３２】
１つの舌状部ではなく２つの舌状部２９を形成するということは、これらに関連するガスケットの形状形態についてのより多くのオプションが存在することを意味している。ガスケットについての３つのオプションが図６〜図８に示されている。
【００３３】
図６は、中央に突出する結合フラップ３１の形をとる結合要素３０を備えるガスケット３３を示している。中央結合フラップ３１の幅は、一般に、プレート２１の拡張部２７に形成された２つの畝形状の舌状部２９の間の距離を僅かに越えるように設定され、これにより、中央結合フラップ３１は、２つの舌状部２９の開口２８の間に挟まれてしっかりと締付けられ得るようになっている。２つの外側フラップ３２は、プレート２１の拡張部２７の最外側領域に対して相補的であるような形状に形成され、ガスケット３３は、プレーと２１に取付けられると、拡張部２７の全体を充填するように構成されている。

【００３４】
ガスケット３３の取付けは、ガスケット溝２６内にガスケット３３を配置し、２つの舌状部２９の間に中央結合フラップ３１を押し下げ、これにより、中央結合フラップ３１を舌状部２９の開口２８内に嵌め込み（スナップ嵌合）、舌状部２９の上部端縁の下方において開口２８内に固定することにより、達成される。
【００３５】
ガスケット３３の取付けを容易にするために、図７に示されているように、ガスケット３３は、破線で示されたガスケット３３の結合要素３０の上方に配置されている圧力要素３４を備えている。この圧力要素３４は、中央結合フラップ３１及び外側フラップ３２に密着しているが、中央結合フラップ３１の機能性は影響されない。圧力要素３４は、その上面に、上方へ弓状に湾曲された肥大部の形をとる圧力クッション３５を備えている。図７のガスケット３３が、プレート２１に取付けられる際に、ガスケット３３の結合要素３０は、圧力クッション３５に下方への圧力が加えられるのに伴って、プレート２１の拡張部２７内に圧入される。上方の位置に圧力要素３４を有する結合要素３０の構成は、ガスケット３３がガスケット溝２６内に機械的に取付けられる場合に特に興味深いが、このような構成は、ガスケット３３の製造に関する製作性の観点から見てある利点も提供する。
【００３６】
図８は、図５のプレート２１に取付けられることが可能なガスケットのさらなる１つの代替の実施形態を示している。
【００３７】
図６及び７に示されているガスケット３３上の結合要素３０と同様に、このガスケット４３の結合要素４０は、１つの中央フラップ４１と、２つの外側フラップ４２とから構成されている。この実施形態では、外側フラップ４２の各々は、内方へ突出する部分を備えており、外側フラップ４２を熱交換器プレート２１に取付ける際に、これらの外側フラップ４２の突出する部分が、畝状に隆起形成された舌状部２９の外側に形成されている開口２８に係合するようになっている。ガスケット４３の結合要素４０の形状形態は、このようにして、原理的には、ガスケット３の結合要素１０の形状形態（図３参照）に相応するが、但し、突出フラップ１１と突出フラップ１１との間の距離に比して、外側フラップ４２と外側フラップ４２との間の距離がより長い。
【００３８】
畝状に隆起形成された舌状部２９と舌状部２９との間に中央フラップ４１が押し下げられて密着状態で嵌め込まれるように、中央フラップ４１を構成することが可能であり、これにより、中央フラップ４１は、ガスケット４３がプレート２１に取付けられる時にガスケット４３を固定するのに寄与する。しかし、中央フラップ４１も、畝状に隆起形成された舌状部２９と舌状部２９との間の距離に比してより短い幅を有することもある。
【００３９】
本発明は、図面に示されている好ましい実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲内にある代替の実施形態が理解され得る。例えば、ガスケット３（図３参照）及びガスケット４３（図８参照）の結合要素１０，４０はそれぞれ、図７の圧力要素３４に対応するような、前記結合要素１０，４０のそれぞれの上方に位置する圧力要素を備えることも可能であり、これにより、それぞれ熱交換器プレート１及び２１にガスケット３，４３を取付けることを容易にする。
【００４０】
ガスケットの結合要素１０，３０，４０は、実施形態において、強度及び製作に関してある好適な特徴をガスケットに付与する丸みのあるソフトな輪郭（外形）を有するようにガスケット３，３３，４３から突出した形状で示されている。しかし、結合要素が、他の方法で形成されることは何ら支障ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスケットを備える本発明の熱交換器プレートを示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器プレートの一部分を拡大して示す図である。
【図３】 図２に示されている熱交換プレートに取付けることが可能なガスケットの一部分を示す図である。
【図４】 図２の熱交換器プレートに図３のガスケットを取付けた状態を示す図である。
【図５】 本発明の１つの代替の実施形態に係る熱交換器プレートの一部分を拡大して示す図である。
【図６〜図８】 図５の熱交換器プレートに取付けることが可能なガスケットの一部分をそれぞれ示す図である。

Claims (3)

1. プレートタイプ熱交換器用の熱交換器プレート（２１）であって、
   前記プレート（２１）は、窪み形状をなすガスケット溝（２６）を含み、
   前記ガスケット溝（２６）は、少なくとも前記プレート（２１）の周辺に近い部分を横断して延び、
   前記ガスケット溝（２６）の所々には、対応するガスケット（３３）に設けられた結合要素（３０）を受入れるように構成され、かつ前記ガスケット溝（２６）と実質的に同一の平面内に配置された拡張部（２７）が設けられている、熱交換器プレートにおいて、
   前記ガスケット溝（２６）の拡張部（２７）の各々には、前記プレート（２１）の材料を切断及び畝状に隆起形成することによって、前記ガスケット溝（２６）の長手方向に対してほぼ垂直に形成される２つの舌状部（２９）が、前記ガスケット溝（２６）の長手方向に互いに間隔を置いて配置され、
   前記ガスケット溝（２６）の長手方向における前記舌状部（２９）の各側に、前記ガスケット溝（２６）の長手方向に対してほぼ垂直に広がる開口（２８）が形成され、
   前記ガスケットの結合要素（３０）が、前記ガスケット（３３）から外方へ突出し、前記２つの舌状部（２９）の開口（２８）のうち中央に位置し、かつ互いに対向する２つの開口（２８）にそれぞれ部分的に延びて入るように形成されることによって、前記開口（２８）に係合するように構成される中央フラップ（３１）と、前記ガスケット（３３）から外方へ突出し、前記ガスケット溝（２６）の長手方向における前記中央フラップ（３１）の両側にそれぞれ配置され、かつ前記拡張部（２７）の前記２つの舌状部（２９）より外側領域に対して相補的に形成されている２つの突出フラップ（３２）とを備えていることを特徴とする、熱交換器プレート。
2. プレートタイプ熱交換器用の熱交換器プレート（２１）であって、
   前記プレート（２１）は、窪み形状をなすガスケット溝（２６）を含み、
   前記ガスケット溝（２６）は、少なくとも前記プレート（２１）の周辺に近い部分を横断して延び、
   前記ガスケット溝（２６）の所々には、対応するガスケット（４３）に設けられた結合要素（４０）を受入れるように構成され、かつ前記ガスケット溝（２６）と実質的に同一の平面内に配置された拡張部（２７）が設けられている、熱交換器プレートにおいて、
   前記ガスケット溝（２６）の拡張部（２７）の各々には、前記プレート（２１）の材料を切断及び畝状に隆起形成することによって、前記ガスケット溝（２６）の長手方向に対してほぼ垂直に形成される２つの舌状部（２９）が、前記ガスケット溝（２６）の長手方向に互いに間隔を置いて配置され、
   前記ガスケット溝（２６）の長手方向における前記舌状部（２９）の各側に、前記ガスケット溝（２６）の長手方向に対してほぼ垂直に広がる開口（２８）が形成され、
   前記ガスケットの結合要素（４０）が、前記２つの舌状部（２９）の間に押し下げられて密着状態で嵌め込まれるように、前記ガスケット（４３）から外方へ突出する中央フラップ（４１）と、前記ガスケット（４３）から外方へ突出し、前記ガスケット溝（２６）の長手方向における前記中央フラップ（４１）の両側にそれぞれ配置され、かつ前記２つの舌状部（２９）における互いに最も離れた開口（２８）にそれぞれ部分的に延びて入るように形成されることによって、前記開口（２８）に係合するように構成される２つの突出フラップ（４２）とを備えていることを特徴とする、熱交換器プレート。
3. 前記ガスケットの結合要素（３０；４０）が、前記結合要素（３０；４０）の上方に位置する圧力要素（３４）を備え、
   前記圧力要素（３４）は、その上面を、上方に突出する弓状に湾曲した肥大部の形に形成される圧力クッション（３５）とするように構成され、
   前記ガスケット（３３；４３）を前記プレート（２１）に取付ける際に、前記圧力要素（３４）の圧力クッション（３５）に下方への圧力を加えることによって、前記結合要素（３０；４０）が前記プレート（２１）の拡張部（２７）内に圧入されるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱交換器プレート。

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