(57)【要約】【課題】プレート型熱交換器ができる限り高い機械的強度を有し、熱交換器ブロックの移行領域における応力が軽減されているようにする。【解決手段】少なくとも２つの熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）を備え、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路（１）を形成する、互いに平行に配置される複数の板（４）を有し、熱交換器ブロックは、結合手段（１１）を介して互いに結合されており、熱交換する流体を両熱交換器ブロックに分配するか、又は熱交換する流体を両熱交換器ブロックから排出する少なくとも１つの共通のヘッダ（１７）を有するプレート型熱交換器であって、隣り合う熱交換器ブロックの、対向する外面（１４ａ，１４ｂ）間に存在する中間室（１２）内に、外面を互いに結合する発泡金属（１３）が存在するようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）を備え、
前記各熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）は、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路（１）を形成する、互いに平行に配置される複数の板（４）を有し、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）は、結合手段（１１）を介して互いに結合されており、熱交換する流体を前記両熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）に分配するか、又は熱交換する流体を前記両熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）から排出する少なくとも１つの共通のヘッダ（１７）を有するプレート型熱交換器であって、
隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の、対向する外面（１４ａ，１４ｂ）間に存在する中間室（１２）内に、前記外面（１４ａ，１４ｂ）を互いに結合する発泡金属（１３）が存在することを特徴とする、プレート型熱交換器。
【請求項２】
前記発泡金属（１３）は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている、請求項１記載のプレート型熱交換器。
【請求項３】
前記発泡金属（１３）は、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の対向する外面（１４ａ，１４ｂ）の中央部まで到達している、請求項１又は２記載のプレート型熱交換器。
【請求項４】
前記発泡金属（１３）は、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の対向する外面（１４ａ，１４ｂ）間の中間室（１２）を略完全に満たしている、請求項１から３までのいずれか１項記載のプレート型熱交換器。
【請求項５】
前記結合手段（１１）は、条片（１１）により形成されており、該条片（１１）は、それぞれ、隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の対向する外面（１４ａ，１４ｂ）に、特に溶接により取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のプレート型熱交換器。
【請求項６】
前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の熱交換通路（１）内に、該熱交換通路（１）を複数の通路に分割する手段（３）、特に波形の板（３）が配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のプレート型熱交換器。
【請求項７】
少なくとも２つの熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）を備えるプレート型熱交換器を製造する方法であって、
前記各熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）は、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路（１）を形成する、互いに平行に配置される複数の板（４）を有し、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）は、結合手段（１１）を介して互いに結合されるプレート型熱交換器を製造する方法において、
隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の対向する外面（１４ａ，１４ｂ）間の中間室（１２）内に、硬化可能な液状の発泡金属（１３）を供給するか、又は前記中間室（１２）内で形成することを特徴とする、プレート型熱交換器を製造する方法。
【請求項８】
前記発泡金属（１３）を、前記結合手段（１１）を介した前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の結合後、前記中間室（１２）内に供給するか、又は前記中間室（１２）内で形成する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記発泡金属（１３）の供給又は形成後、熱交換する流体を前記熱交換通路（１）のそれぞれ一部へ分配し、熱交換する流体を前記熱交換通路（１）のそれぞれ一部から集めるヘッダ（１７，１８ａ，１８ｂ）を前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）に設け、このとき、隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）に、それぞれ、熱交換する流体を隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）に分配するか、又は熱交換する流体を隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）から排出する少なくとも１つの共通のヘッダ（１７）を取り付ける、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）を備えるプレート型熱交換器の追加装備を行う方法であって、
前記各熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）は、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路（１）を形成する、互いに平行に配置される複数の板（４）を有し、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）は、結合手段（１１）を介して結合されており、熱交換する流体を前記両熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）に分配するか、又は熱交換する流体を前記両熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）から排出する少なくとも１つの共通のヘッダ（１７）を有するプレート型熱交換器の追加装備を行う方法において、
隣り合う前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の外面（１４ａ，１４ｂ）間の中間室（１２）内に、硬化可能な液状の発泡金属（１３）を供給するか、又は前記中間室（１２）内で形成することを特徴とする、プレート型熱交換器の追加装備を行う方法。
【請求項１１】
前記液状の発泡金属（１３）の供給を、噴霧、噴射及び吸引の方法からなる群より選択される単数又は複数の方法により実施する、請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記液状の発泡金属（１３）を、少なくとも１つの噴射装置又は噴霧装置を用いて、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の少なくとも１つの面より前記中間室（１２）内に供給すると同時に、前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の少なくとも１つの他の、特に対向する面にて吸引する、請求項７から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記熱交換器ブロック（１０ａ，１０ｂ）の結合すべき外面（１４ａ，１４ｂ）間に、混合によってかつ／又は周辺条件、特に圧力及び／又は温度の変化によって硬化可能な液状の発泡金属（１３）を形成する単数又は複数の原料を供給する、請求項７から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記原料は、所定の温度及び／又は所定の圧力の上回り又は下回り時に硬化可能な液状の発泡金属（１３）を形成する粉末形態で存在する、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの熱交換器ブロックを備え、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路を形成する、互いに平行に配置される複数の板を有し、熱交換器ブロックは、結合手段を介して互いに結合されており、熱交換する流体を両熱交換器ブロックに分配するか、又は熱交換する流体を両熱交換器ブロックから排出する少なくとも１つの共通のヘッダを有するプレート型熱交換器に関する。
【０００２】
また本発明は、少なくとも２つの熱交換器ブロックを備えるプレート型熱交換器を製造する方法であって、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路を形成する、互いに平行に配置される複数の板を有し、熱交換器ブロックは、結合手段を介して互いに結合されるプレート型熱交換器を製造する方法に関する。
【０００３】
さらに本発明は、少なくとも２つの熱交換器ブロックを備えるプレート型熱交換器の追加装備を行う方法であって、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路を形成する、互いに平行に配置される複数の板を有し、熱交換器ブロックは、結合手段を介して結合されており、熱交換する流体を両熱交換器ブロックに分配するか、又は熱交換する流体を両熱交換器ブロックから排出する少なくとも１つの共通のヘッダを有するプレート型熱交換器の追加装備を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
硬ろう付されるアルミニウムからなるプレート型熱交換器は、多数のプラントにおいて様々な圧力及び温度で使用される。プレート型熱交換器は、例えば空気分離時、天然ガス液化時、又はエチレンを製造するプラントにおいて使用される。
【０００５】
この種のプレート型熱交換器は、例えば下記非特許文献１の第５頁に図示されるとともに、説明されている。非特許文献１からの抜粋図を図１に従来技術として示し、以下に説明する。
【０００６】
非特許文献１に示されたプレート型熱交換器は、互いに平行に配置される複数の仕切板４を有している。仕切板４は、互いに熱交換すべき媒体用の複数の熱交換通路１を形成している。熱交換通路１は、仕切板４の縁部に面一に取り付けられた板帯材８（以下、サイドバー８ともいう。）により外部に対して閉塞されている。熱交換通路１内には、波形の板３、いわゆるフィン３が配置されている。仕切板４、フィン３及びサイドバー８は、互いに固く結合されており、これにより１つのコンパクトな熱交換器ブロック１０を形成している。熱交換器ブロック１０全体は、被覆板５により外部に対して画定されている。熱交換する媒体を供給及び排出するために、熱交換通路１の流入開口及び流出開口９を覆うように、管体６を有する半円筒形のコレクタ７が取り付けられている。コレクタ７は、供給及び排出する管路を接続するために用いられる。以下、コレクタ７をヘッダ７ともいう。熱交換通路１の流入開口及び流出開口９は、いわゆるディストリビュータプレートあるいはディストリビュータフィン２により形成されている。ディストリビュータプレートあるいはディストリビュータフィン２は、個々の熱交換通路１内での媒体の均等な分配を提供する。媒体は、フィン３及び仕切板４により形成される通路内を流れて、熱交換通路１を貫流する。
【０００７】
フィン３は、仕切板４に接触箇所でろう付されている。これにより、フィン３と仕切板４との間に集中的な伝熱接点が形成されている。これにより、隣接する熱交換通路１内を交互に流れる異なる媒体間の熱交換は、改善される。
【０００８】
この種のプレート型熱交換器は、好ましくはアルミニウムから形成されている。構成部材は、硬ろう付により互いに結合される。ろう材を設けたフィン、仕切板、ディストリビュータフィン、被覆板及びサイドバーを互いに積層し、次に炉内で硬ろう付し、熱交換器ブロックを形成する。次に熱交換器ブロックに、管体を有するヘッダを溶接する。
【０００９】
上述の製造方法によって、ろう付炉のサイズ及び幾何学形状により、この種の熱交換器ブロックの最大のサイズも決定される。しかし、プロセスは、しばしば、この種の炉内で製造可能であるよりも大きな熱交換面、ひいては大きな熱交換器ブロックを要求する。この要求に応えるため、上述の非特許文献１の第６頁の１．２．３の項では、２以上の熱交換器ブロックを溶接により互いに結合することが提案されている。これにより、スタック高さを増した並設の熱交換器ブロックを得ることができる。
【００１０】
複数の熱交換器ブロックを有するプレート型熱交換器を製造するために、まず２以上の熱交換器ブロックを別々に、仕切板、フィン及びディストリビュータフィンから上述のようにろう付炉内で製造する。熱交換器ブロックは、まだヘッダを有していない。第１の熱交換器ブロックの被覆板上に、被覆板の縁部に沿って、条片を溶接する。条片は、被覆板の縁部と面一に終端している。これにより、しばしばサイドバーとも称呼されるこれらの条片は、一種のフレームを被覆板上に形成する。第１の熱交換器ブロックに結合されるべき第２の熱交換器ブロックを、第２の熱交換器ブロックの被覆板でもって、第１の熱交換器ブロックの条片上に載置し、これに溶接する。結合された両熱交換器ブロックからなるアッセンブリは、個々の熱交換器ブロックより大きなスタック高さを有しており、これによりろう付炉のサイズ及び幾何学形状を上回っている。こうして、任意の数の熱交換器ブロックを互いに結合して、任意の大きさの熱交換器ブロックアッセンブリを形成することが可能である。次に、形成された熱交換器ブロックアッセンブリにヘッダ及び管体を設ける。これにより、互いに結合された複数の熱交換器ブロックを有する大型のプレート型熱交換器を得ることが可能である。
【００１１】
この種のプレート型熱交換器の隣り合う２つの熱交換器ブロックの被覆板間には、サイドバーにより囲繞される中空室が存在する。中空室は、空気で満たされている。この中空室は、熱交換に関与する流体媒体の１つにより貫流されない。中空室に圧力はかかっていない。
【００１２】
様々な用例において、この種の複数の熱交換器ブロックからなるプレート型熱交換器の場合、高い応力集中が熱交換器ブロックの移行領域に発生してしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｔｈｅ  ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｒａｚｅｄ  ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｐｌａｔｅ−ｆｉｎ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ  ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ(ＡＬＰＥＭＡ、第３版、２０１０年)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、プレート型熱交換器ができる限り高い機械的強度を有し、かつ熱交換器ブロックの移行領域における応力が軽減されている、複数の熱交換器ブロックを備えるプレート型熱交換器及びこのようなプレート型熱交換器を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係るプレート型熱交換器では、隣り合う熱交換器ブロックの、対向する外面間に存在する中間室内に、外面を互いに結合する発泡金属が存在するようにした。
【００１６】
好ましい態様は、従属請求項に係る発明である。
【００１７】
好ましい態様において、発泡金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。
【００１８】
好ましい態様において、発泡金属は、熱交換器ブロックの対向する外面の中央部まで到達している。
【００１９】
好ましい態様において、発泡金属は、熱交換器ブロックの対向する外面間の中間室を略完全に満たしている。
【００２０】
好ましい態様において、結合手段は、条片により形成されており、条片は、それぞれ、隣り合う熱交換器ブロックの対向する外面に、特に溶接により取り付けられている。
【００２１】
好ましい態様において、熱交換器ブロックの熱交換通路内に、熱交換通路を複数の通路に分割する手段、特に波形の板が配置されている。
【００２２】
また上記課題を解決するために、本発明に係るプレート型熱交換器を製造する方法では、隣り合う熱交換器ブロックの対向する外面間の中間室内に、硬化可能な液状の発泡金属を供給するか、又は中間室内で形成するようにした。
【００２３】
好ましい態様は、従属請求項に係る発明である。
【００２４】
好ましい態様において、発泡金属を、結合手段を介した熱交換器ブロックの結合後、中間室内に供給するか、又は中間室内で形成する。
【００２５】
好ましい態様において、発泡金属の供給又は形成後、熱交換する流体を熱交換通路のそれぞれ一部へ分配し、熱交換する流体を熱交換通路のそれぞれ一部から集めるヘッダを熱交換器ブロックに設け、このとき、隣り合う熱交換器ブロックに、それぞれ、熱交換する流体を隣り合う熱交換器ブロックに分配するか、又は熱交換する流体を隣り合う熱交換器ブロックから排出する少なくとも１つの共通のヘッダを取り付ける。
【００２６】
さらに上記課題を解決するために、本発明に係るプレート型熱交換器の追加装備を行う方法では、隣り合う熱交換器ブロックの外面間の中間室内に、硬化可能な液状の発泡金属を供給するか、又は中間室内で形成するようにした。
【００２７】
好ましい態様は、従属請求項に係る発明である。
【００２８】
好ましい態様において、液状の発泡金属の供給を、噴霧、噴射及び吸引の方法からなる群より選択される単数又は複数の方法により実施する。
【００２９】
好ましい態様において、液状の発泡金属を、少なくとも１つの噴射装置又は噴霧装置を用いて、熱交換器ブロックの少なくとも１つの面より中間室内に供給すると同時に、熱交換器ブロックの少なくとも１つの他の、特に対向する面にて吸引する。
【００３０】
好ましい態様において、熱交換器ブロックの、結合すべき外面間に、混合によってかつ／又は周辺条件、特に圧力及び／又は温度の変化によって硬化可能な液状の発泡金属を形成する単数又は複数の原料を供給する。
【００３１】
好ましい態様において、原料は、所定の温度及び／又は所定の圧力の上回り又は下回り時に硬化可能な液状の発泡金属を形成する粉末形態で存在する。
【発明の効果】
【００３２】
したがって、プレート型熱交換器であって、少なくとも２つの熱交換器ブロックを備え、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路を形成する、互いに平行に配置される複数の板を有し、熱交換器ブロックは、結合手段、例えば上述したような縁部と面一の条片を介して結合されており、熱交換する流体を両熱交換器ブロックに分配するか、又は熱交換する流体を両熱交換器ブロックから排出する少なくとも１つの共通のヘッダを有するプレート型熱交換器が提供される。本発明によれば、隣り合う熱交換器ブロックの、対向する外面間に存在する中間室内に、外面を互いに結合する発泡金属が存在する。このことは、従来は空気で満たされていた、熱交換器ブロックの被覆板間の中空室に、本発明では、好ましくは完全に、発泡金属が設けられていることを意味している。
【００３３】
発泡金属を介した熱交換器ブロックの外面の本発明による結合は、従来技術の場合と比較して明らかに大面積の結合を保証する。一般に熱交換器ブロックの被覆板により形成されている熱交換器ブロックの外面は、発泡金属により素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：化学結合による束縛）式に、ひいては熱を伝えるように結合されている。この伝熱により、隣り合う熱交換器ブロック間の温度差を補償することが可能である。これにより、熱交換器ブロックの結合領域における熱交換器ブロック間の、温度に起因する応力は、軽減されている。熱交換器ブロック間の発泡金属充填物を介して、力結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力等の力による束縛）が、対向する外面の中央部まで形成される。これにより、熱交換器ブロックの結合部の機械的強度は、改善される。これにより、プレート型熱交換器の運転信頼性及び故障信頼性あるいは寿命は、明らかに向上する。
【００３４】
これに対して、従来技術の複数の熱交換器ブロックからなるプレート型熱交換器の場合、２つの隣り合う熱交換器ブロックの対向する外面は、外面のそれぞれの縁部でのみ、縁部と面一の条片を介して互いに結合されているにすぎない。これにより、従来技術のプレート型熱交換器は、対向する外面の中央部に結合部を有しない。これに対応して、２つの熱交換器ブロック間の熱接触は、空気で満たされた中空室に基づいて、熱交換器ブロック内の熱交換通路間の熱接触と比べて明らかに悪い。これにより、外縁部溶接シームにおいて、個々の局所的な部位で、温度に起因する締付応力が発生する。このことは、様々な用例において熱交換器ブロックの移行部におけるプレート型熱交換器内の高い熱応力に至りかねない。このことは、本発明による発泡金属充填物によって阻止される。
【００３５】
好ましくは、発泡金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。
【００３６】
好ましい態様において、発泡金属は、熱交換器ブロックの対向する外面間の中間室を略完全に満たしている。これにより、熱交換器ブロックの外面全体にわたって、伝熱接点が生じる。これにより、熱交換器ブロック間の温度補償は、最適に実施可能である。しかし、中間室の部分領域だけ発泡金属で満たしてもよい。しかし、好ましくは、発泡金属は、熱交換器ブロックの対向する外面の中央部まで到達している。
【００３７】
好ましくは、熱交換器ブロックを互いに結合する結合手段は、条片により形成されており、条片は、それぞれ、隣り合う熱交換器ブロックの対向する外面に、好ましくは溶接により取り付けられている。条片は、好ましくは熱交換器ブロックの対向する外面の外縁部と面一に終端している。好ましくは、条片は、連続した溶接シームを介して熱交換器モジュールの被覆板に溶接されている。条片は、環状のフレームを熱交換器ブロックの外面に沿って形成可能である。プレート型熱交換器の製造中、発泡金属を供給するために、まず少なくとも１つの開口が、対向する外面間の中間室に向かって開放される。
【００３８】
本発明に係るプレート型熱交換器は、熱交換器ブロックの熱交換通路内に、好ましくは、熱交換通路を複数の通路に分割する手段を有している。熱交換通路を複数の通路に分割する手段は、好ましくは波形の板であり、当業者にとって公知の種々の構成を有していてもよい。熱交換通路を複数の通路に分割する手段は、熱交換通路間の伝熱を高め、熱交換通路を介して均等に流体を分配するために用いられ、加えて、熱交換器ブロックの機械的強度を高める。
【００３９】
本発明は、少なくとも２つの熱交換器ブロックを備えるプレート型熱交換器を製造する方法であって、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路を形成する、互いに平行に配置される複数の板を有し、熱交換器ブロックは、結合手段を介して互いに結合されるプレート型熱交換器を製造する方法にも関する。本発明によれば、隣り合う熱交換器ブロックの対向する外面間の中間室内に、硬化可能な液状の発泡金属を供給するか、又は中間室内で形成する。
【００４０】
好ましくは、発泡金属を、結合手段を介した熱交換器ブロックの結合後、中間室内に供給するか、又は中間室内で形成する。発泡金属の供給又は形成に続いて、熱交換器ブロックに、好ましくは、熱交換する流体の分配又は排出用のヘッダを設け、隣り合う熱交換器ブロックに、好ましくは、それぞれ、少なくとも１つの共通のヘッダを取り付ける。
【００４１】
本発明により、既存のプレート型熱交換器に追加装備を行うことも可能である。したがって、少なくとも２つの熱交換器ブロックを備えるプレート型熱交換器の追加装備を行う方法であって、各熱交換器ブロックは、熱交換に関与する流体用の複数の熱交換通路を形成する、互いに平行に配置される複数の板を有し、熱交換器ブロックは、結合手段、例えば上述したような縁部と面一に溶接される条片を介して結合されており、熱交換する流体を両熱交換器ブロックに分配するか、又は熱交換する流体を両熱交換器ブロックから排出する少なくとも１つの共通のヘッダを有するプレート型熱交換器の追加装備を行う方法が提供される。本発明によれば、従来は一般に空気で満たされていた、隣り合う熱交換器ブロックの外面間に存在する中間室内に、硬化可能な液状の発泡金属を供給するか、又は中間室内で形成する。
【００４２】
上述の本発明に係る方法において、液状の発泡金属の供給を、噴霧、噴射及び吸引の方法からなる群より選択される単数又は複数の方法により実施する。
【００４３】
本発明に係る方法の好ましい態様は、液状の発泡金属を、少なくとも１つの噴射装置又は噴霧装置を用いて、熱交換器ブロックの少なくとも１つの面より中間室内に供給すると同時に、熱交換器ブロックの少なくとも１つの他の、好ましくは対向する面にて吸引することにある。これにより、条片により形成されるフレーム内のアクセス開口が小さくても、中間室に完全に発泡金属を設ける可能性が生じる。
【００４４】
熱交換器ブロックの結合すべき外面間に、混合によってかつ／又は周辺条件、好ましくは圧力及び／又は温度の変化によって硬化可能な液状の発泡金属を形成する単数又は複数の原料を供給してもよい。好ましくは、原料は、所定の温度及び／又は所定の圧力の上回り又は下回り時に硬化可能な液状の発泡金属を形成する粉末形態で存在する。
【００４５】
本発明に係るプレート型熱交換器の場合、２つの隣り合う熱交換器ブロック間の機械的かつ熱的な結合は、従来技術と比較して大幅に改善される。複数の熱交換器ブロックからなるプレート型熱交換器ブロック全体は、従来技術のプレート型熱交換器と比較して明らかに剛性及び機械的安定性の高い構成となっている。付加的に、本発明に係るプレート型熱交換器は、２つの隣り合う熱交換器ブロック間の明らかに良好な温度補償を示す。本発明の範囲内で、２以上、例えば３つ又は４つの熱交換器ブロックを有するプレート型熱交換器も提供可能である。個々の熱交換器ブロック間の結合の機械的強度は、従来技術と比較して高まっているので、従来一般的であって、実現可能と見なされていたものより多くの数の熱交換器ブロックからなるプレート型熱交換器も実現可能である。
【００４６】
本発明に係るプレート型熱交換器は、特に好ましくは、隣り合う熱交換器ブロックの外面間の特に集中的な熱接触を必要とする方法のために使用可能である。これは、例えば急峻な温度勾配、すなわち温度勾配における強い変化又は熱交換に関与する流体の不均等な分布（誤分布又は不均等分布）の場合に該当する。このような状態は、しばしば、二相の混合物又は純粋な物質の所定の気化プロセス、非対称的な通路配置、不特定の運転状態、停止プロセス又は始動プロセスにおいて発生する場合がある。
【００４７】
以下、本発明について、図２乃至図４に示した本発明の実施の形態を参照しながら詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来技術を示す図である。
【図２】本発明により互いに結合される２つの熱交換器ブロックの斜視図である。
【図３】図２に示した熱交換器ブロックからなるアッセンブリの、両熱交換器ブロックの結合領域における断面図である。
【図４】図２及び図３に示した熱交換器ブロックを有するプレート型熱交換器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図２は、２つの熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂを示している。熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、図１に示したブロック１０と同様に、多数の平板としての板、特に金属薄板４を有している。板４は、以下では仕切板４ともいう。板４は、スタック内で互いに平行にかつ互いに間隔を置いて配置されている。仕切板４上には、それぞれ、仕切板４の外縁部に面一になるように、板帯材、特に金属薄板帯材８が配置されている。板帯材８は、仕切板４間の間隔を固定しており、以下ではサイドバー８ともいう。この構造により、仕切板４間には、多数の熱交換通路１が形成されている。熱交換通路１は、２以上の流体の間接的な熱交換を提供する。熱交換通路１は、サイドバー８により外部に対して閉塞されている。
【００５０】
熱交換通路１内には、コルゲート加工された波形の板、特に金属薄板３が配置されている。波形の板３は、フィン３ともいう。フィン３は、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂ内に存在するため、図３には見て取ることができない。したがって、熱交換器ブロック１０の立面図にフィン３が看取可能となっている図１を参照されたい。熱交換通路１の流入開口及び流出開口９には、いわゆるディストリビュータプレートあるいはディストリビュータフィン２が存在する。ディストリビュータプレートあるいはディストリビュータフィン２は、個々の熱交換通路１の流動横断面にわたって流体の均等な分配を提供する。両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、それぞれ、図面で見て上方及び下方に向かって被覆板、特に被覆金属薄板５により外部に対して画定されている。被覆板５の材料厚さは、一般に、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂ内に存在する仕切板４より厚い。熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの上述の構成部材の材料として、アルミニウム合金、例えば３００３又は５０８３のアルミニウム合金が使用される。しかし、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、特殊鋼から製造されてもよい。
【００５１】
熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂを製造するには、ろう材がめっきされた仕切板４、フィン３、ディストリビュータフィン２及びサイドバー８をまず交互に積層し、次に、このアッセンブリをろう付炉内で硬ろう付する。ろう付後、上述のすべての構成部材は、互いに固く結合されており、これによりコンパクトな直方体形の熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂを形成する。両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、それぞれ別々にろう付される。両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、通常のろう付炉内室にとって最大限可能な寸法の範囲内にある寸法を有している。あるプラント及びプロセスのために、提供し得る最大限可能なろう付炉サイズの熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂよりも大きな熱交換面が必要とされる場合は、本発明により、２以上の熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂが互いに結合される。
【００５２】
以下、図２に加え、図３も合わせて参照されたい。
【００５３】
熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの個別の製造後、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂのうちの一方の熱交換器ブロック、例えばまず熱交換器ブロック１０ａの被覆板５上に、被覆板５の縁部に沿って、金属製の結合条片１１を溶接する。結合条片１１は、被覆板５の縁部と面一に終端している。結合条片１１は、一般に、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂ内で使用される上述の板帯材あるいはサイドバー８と略同じ材料厚さを有している。
【００５４】
熱交換器ブロック１０ａと結合すべき熱交換器ブロック１０ｂを、熱交換器ブロック１０ｂの被覆板５でもって熱交換器ブロック１０ａの結合条片１１上に載置する。その際、熱交換器ブロック１０ｂは、熱交換器ブロック１０ａに対して正確に位置の整合が取られて一列に配置される。このことは、追って実施される、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂへの共通のヘッダの取付にとって重要である。
【００５５】
次に結合条片１１を被覆板５の縁部に沿って熱交換器ブロック１０ｂに溶接する。こうして両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、互いに固く結合されている。両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂからなるアッセンブリは、個々の熱交換器ブロック自体よりも大きな、ひいてはろう付炉のサイズ及び幾何学形状を上回るスタック高さを有している。こうして任意の数の熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂを互いに結合し、熱交換面が増大された任意の大きさの熱交換器ブロックアッセンブリを形成することが可能である。
【００５６】
互いに溶接される熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの被覆板５間には、中間室１２が形成されている。中間室１２は、追って発泡金属１３で満たされる。発泡金属１３は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。
【００５７】
以下、発泡金属１３を如何に中間室１２内に供給し得るか、様々な可能性を列挙する。以下に列挙する可能性は、それぞれ、単独で使用されても、様々に組み合わされて使用されてもよい。
−噴射装置を用いて単数又は複数の箇所で液状の発泡金属を噴射する。
−噴霧装置を用いて単数又は複数の箇所で液状の発泡金属を噴霧する。
−所定の圧力の上回り時若しくは下回り時及び／又は所定の温度の上回り時若しくは下回り時に発泡金属を形成する単数又は複数の固状又は液状、例えば粉末状の原料を中間室内に供給する。
−単数又は複数の箇所で液状の発泡金属を噴射又は噴霧し、単数又は複数の好ましくは対向する別の箇所で液状の発泡金属を吸引する。
【００５８】
本実施の形態では、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの対向する２方の面より、金属条片１５間において中間室１２に向かって開放されている開口１５を通して、２つの噴霧装置１６を中間室１２内に導入する。噴霧装置１６は、液状の発泡金属１３の噴霧中、漸次、矢印方向で中間室１２から引き抜かれる。これにより、液状の発泡金属１３は、均等に中間室１２内に分配される。発泡金属１３の硬化後、開口１５を介して中間室１２から流出した発泡金属１３を熱交換器ブロックアッセンブリから切り離す。
【００５９】
図３に看取可能であるように、硬化あるいは凝固した発泡金属１３は、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの対向する外面１４ａ，１４ｂ間の中間室１２全体に充満している。これにより、対向する被覆板５の外面１４ａ，１４ｂ間の面結合が形成されている。発泡金属１３は、ヒートブリッジを形成する。これにより、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの対向する被覆板５間に、伝熱接点が形成されている。伝熱接続により、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂ間に、被覆板５の全面にわたって延在する伝熱接点が形成されている。これにより、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂ間の温度差は緩和あるいは解消可能であり、温度に起因する応力は回避される。
【００６０】
加えて、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、発泡金属１３により全面的に力結合を介して結合されており、これにより、熱交換器ブロック結合部の機械的な強度は、従来は縁部においてのみ金属条片１１を介して成立していた結合と比較して改善されている。
【００６１】
本実施の形態では、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂは、４つの結合条片１１を介して互いに溶接されている。結合条片１１の数及び配置は、図２及び図３に示した実施の形態に限られない。周囲を大部分取り巻くように閉鎖された形で結合条片１１を取り付けることも可能である。しかし、液状の発泡金属や、発泡金属を形成する原料を供給するために、少なくとも１つの開口１４が中間室１２に向かって開放されていることが必要である。結合条片１１は、一般に、追って図４に示すように、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂのための共通のヘッダが設けられているところに必要とされる。これにより、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの結合領域において、中間室１２に対するヘッダの、流体に対して密な封止を保証することができる。
【００６２】
図４に示すように、両熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂの結合後、管体６を有する共通のヘッダ１７及び別体のヘッダ１８ａ，１８ｂは、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂに溶接により取り付けられる。ヘッダ１７，１８ａ，１８ｂは、熱交換に関与する流体の分配あるいは集合のために用いられる。
【００６３】
図４に示すような既に完成した、場合によっては運転が開始されたプレート型熱交換器に、熱交換器ブロック１０ａ，１０ｂを結合するための発泡金属充填物を事後的に装備することも可能である。例えば結合条片１１が周囲を取り巻くように閉鎖されたフレームを形成している（図３の破線参照）ため、中間室１２への開口１５が設けられていない場合には、単数又は複数の孔１９を結合条片１１に設けるという可能性がある。その後、孔１９を通して液状の発泡金属又は相応の原料を中間室１２内に供給することが可能である。孔１９は、次に、必要であれば、流体に対して密に、例えば溶接により再閉鎖される。
【符号の説明】
【００６４】
１  熱交換通路、  ２  ディストリビュータフィン、  ３  プレート、フィン、  ４  仕切板、  ５  被覆板、  ６  管体、  ７  コレクタ、ヘッダ、  ８  サイドバー、  ９  流入開口又は流出開口、  １０，１０ａ，１０ｂ  熱交換器ブロック、  １１  結合条片、  １２  中間室、  １３  発泡金属、  １４ａ，１４ｂ  外面、  １５  中間室１２への開口、  １６  噴霧装置、  １７  共通のヘッダ、  １８ａ，１８ｂ  別体のヘッダ、  １９  孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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