(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付け炉において別個に製作された少なくとも２つの熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）を有するプレート式熱交換器の製造方法であって、
各熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）は、相互に平行に配置された複数の分断薄板（４）を有しており、当該分断薄板（４）は、熱交換に関与する流体のための、複数の熱交換路（１）を形成する、方法において、
前記ろう付け炉における前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）の別個の製作後、少なくとも１つの、はんだが設けられた担体（１１、１２、１５）を、当該はんだを溶解するために加熱し、
少なくとも１つの前記担体（１１、１２、１５）を、対向している、接続されるべき熱交換器ブロック（１０ａ）の外面（１４ａ）と、接続されるべき熱交換器ブロック（１０ｂ）の外面（１４ｂ）との間に配置し、かつ、
少なくとも１つの前記担体（１１、１２、１５）が、対向している前記外面（１４ａ、１４ｂ）の間に固定されるように、接続されるべき前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）を相互に重ねて、または、相互に並べて配置する、
ことを特徴とする、プレート式熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記担体（１１、１２、１５）を、金属によって製造する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記担体は、金属薄板（１５）である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
１つまたは複数の前記担体は、金属ワイヤー（１１１、１２１）の配列体（１１、１２）から形成されている、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記担体は、ワイヤー格子を形成する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記担体に設けられた担体はんだは、前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）内の部品を接続している部品はんだの融点よりも低い融点を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記担体（１１、１２、１５）は、少なくとも前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）の接続されるべき前記外面（１４ａ、１４ｂ）に相当する面の広さを有している、請求項１または２記載の方法。
【請求項８】
前記担体は、前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）の前記外面（１４ａ、１４ｂ）の部分面に相当する面積を有しており、条片の形態の複数の担体を相互に隣接して配置する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記担体（１１、１２、１５）の片側または両側にはんだを設ける、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記担体上にはんだ層を固定せずに載せる、または、接着する、または、クラッディング、浸漬または吹付けによって前記担体（１１、１２、１５）にはんだを被覆する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記担体（１１、１２、１５）が前記はんだの融解温度に達するとすぐに、前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）を相互に重ねて、若しくは、相互に並べて配置する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
電圧を印加することによって、または、誘導コイルによって、前記担体（１１、１２、１５）を加熱する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
第１の平面において相互に平行に配置されている、はんだが被覆された、複数の第１のワイヤーロッド（１１１）を有している少なくとも１つの第１の担体（１１）と、
当該第１の担体（１１）と同様に、第２の平面において相互に平行に配置されている、はんだが被覆された、複数の第２のワイヤーロッド（１２１）を有している少なくとも１つの第２の担体（１２）とを使用し、
前記第１の平面と前記第２の平面が相互に平行になり、かつ、前記第１のワイヤーロッド（１１１）と前記第２のワイヤーロッド（１２１）とが相互に角度を成すように、前記第１の担体（１１）と前記第２の担体（１２）とを相互に配置する、請求項１または２または４または５または６または７記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも２つの熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）を備えたプレート式熱交換器（１）であって、
各熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）は、相互に平行に配置された複数の分断薄板（４）を有しており、当該分断薄板（４）は、熱交換に関与する流体のための、複数の熱交換路（１）を形成し、
前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）は、外部に対して、カバープレート（５）によって区切られており、かつ、少なくとも１つの共通のヘッダー（１７）を有しており、当該ヘッダー（１７）は、熱交換を行う流体を２つの熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）に分配する、または、熱交換を行う流体を、２つの熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）から排出するために用いられる、プレート式熱交換器（１）において、
前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）は、それぞれ、対向するカバープレート（５）において、少なくとも１つの平坦な担体（１１、１２、１５）を介して接続されており、当該担体は、はんだを介して、前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）の前記カバープレート（５）と接続されている、
ことを特徴とするプレート式熱交換器（１）。
【請求項１５】
前記カバープレート（５）は、前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）内に位置する前記分断薄板（４）よりも厚い、請求項１４記載のプレート式熱交換器（１）。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の担体（１１、１２、１５）は、前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）の前記カバープレート（５）をほぼ全面で覆う、請求項１４または１５記載のプレート式熱交換器。
【請求項１７】
複数個の、相互に平行に配置された担体（１１、１２、１５）が、前記カバープレート（５）の間に位置している、請求項１４から１６までのいずれか１項記載のプレート式熱交換器。
【請求項１８】
前記担体（１１、１２、１５）が、平らな金属薄板（１５）である、請求項１７記載のプレート式熱交換器。
【請求項１９】
前記熱交換器ブロック（１０ａ、１０ｂ）の前記熱交換路（１）内に、前記熱交換路（１）を複数のチャネルに分割する手段（３）が配置されている、請求項１４から１８までのいずれか１項記載のプレート式熱交換器。
【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たプレート式熱交換器の製造方法に関する。ここで、各熱交換器ブロックは、相互に平行に配置されている複数の分断薄板を有している。これらの分断薄板は、熱交換に関与する流体のための複数の熱交換路を形成する。さらに本出願は、複数の熱交換器ブロックが少なくとも１つの共通のヘッダーを有しているプレート式熱交換器に関する。ここでこのヘッダーは、熱交換を行う流体を２つの熱交換器ブロックに分配する、または、熱交換を行う流体を、２つの熱交換器ブロックから排出させるためのものである。
【０００２】
アルミニウムから成る、硬ろう付けされたプレート式熱交換器は、多くの設備において種々の圧力および温度のもとで使用される。プレート式熱交換器は、例えば、空気の分解、天然ガスの液化において、または、エチレンを製造するための設備において使用される。
【背景技術】
【０００３】
この種のプレート式熱交換器は、例えば、「Ｔｈｅ  ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｒａｚｅｄ  ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｐｌａｔｅ−ｆｉｎ  ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ  ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＡＬＰＥＭＡ，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ、２０１０年、第５頁）」に記載されている。この文献から抜き出した図は、図１に、従来技術として示し、以降で説明する。
【０００４】
この文献に示されたプレート式熱交換器は、複数の、相互に平行して配置された分断薄板４を含んでいる。この分断薄板４は、相互に熱交換に用いられるべき複数の媒体のための複数の熱交換路１を形成する。これらの熱交換路１は、分断薄板４の縁部に、同一平面を成すように取り付けられた薄板条片８（以降では、サイドバー８とも称される）によって、外部から閉ざされている。熱交換路１内には、波形状の薄板３、いわゆるフィン３が配置されている。分断薄板４とフィン３とサイドバー８とは、相互に固定して接続されており、これによってコンパクトな熱交換器ブロック１０が形成される。熱交換器ブロック１０全体は、カバープレート５によって外部と区切られている。
【０００５】
熱交換媒体を供給および排出するために、熱交換路１の出入口９上に、接続用パイプ６を備えた半円筒状の収集器７が取り付けられている。ここでこの接続用パイプ６は、供給管路および排出管路の接続のために用いられる。収集器７は、以降ではヘッダーとも称される。熱交換路１の出入口９は、いわゆる、分配器ブレード若しくは分配器フィン２によって構成されている。これらは、個々の熱交換路１内での媒体の均一な分配のために用いられる。媒体は、フィン３と分断薄板４とによって形成されたチャネルにおいて、熱交換路１を通って流れる。
【０００６】
フィン３は、自身の接触箇所において、分断薄板４とはんだ付けされている。これによって、フィン３と分断薄板４との間に、集中的な伝熱性接触が形成される。これによって、交互に、隣接する熱交換路１内を流れる、異なる媒体間での熱交換が改善される。
【０００７】
この種のプレート式熱交換器は、有利にはアルミニウムから形成されており、この場合には部品は、硬ろう付けによって相互に接続される。しかし、材料として、特殊鋼を使用することもできる。はんだが設けられたフィン、分断薄板、分配器フィン、カバープレートおよびサイドバーは相互に重ねて積層され、次に、炉において硬ろう付けされて、１つの熱交換器ブロックを成す。次にこの熱交換器ブロック上に、接続用パイプが備えられたヘッダーが融合される。
【０００８】
上述の製造方法では、ろう付け炉のサイズおよび形状によって、この種の熱交換器ブロックの最大サイズも決まってしまう。しかし、しばしば、この種の炉において製造可能であるものよりも、大きい熱交換面、ひいては、より大きい熱交換器ブロックを要求するプロセスがある。このような要求に応じるために、上述した文献の第６頁、１．２．３では、次のことが提案されている。すなわち、２つ以上の熱交換器ブロックを溶接によって相互に接続し、これによって、積層体の高さがより高い、１つにまとめられた熱交換器ブロックを実現することが提案されている。
【０００９】
複数の熱交換器ブロックを有するプレート式熱交換器を製造するために、まずは、２つ以上の熱交換器ブロックが、相互に別個に、分断薄板、フィンおよび分配器フィンから、上述したように、ろう付け炉において作成される。
【００１０】
従ってこれらの熱交換器ブロックは、今日通常のろう付け炉のサイズにおいて、最大で、約８．２ｍの長さと、約１．５ｍの幅と、約３．０ｍの高さとを有することができる。これは、まだヘッダーを有していない。第１の熱交換器ブロックのカバープレート上には、カバープレートの縁に沿って枠縁が融合される。ここでこの枠縁は、カバープレートの縁と同一平面を成すように構成されている。従って、しばしばサイドバーとも称されるこの枠縁は、カバープレート上に、いわば、枠を形成する。第１の熱交換ブロックと接続されるべき第２の熱交換器ブロックは、自身のカバープレートでもって、第１の熱交換器ブロックの枠縁上に載置され、この枠縁と溶接される。接続された２つの熱交換器ブロックから成るこの配列体の積層高さは、個々の熱交換器ブロックの積層高さよりも高く、ろう付け炉のサイズおよび形状を超える。このようにして、任意の多数の熱交換器ブロックを相互に接続して、任意の大きさの熱交換器ブロック配列体を成すことができる。次に、生じた、この熱交換器ブロック配列体にヘッダーと接続用パイプとを設け、これによって、大きいプレート式熱交換器が得られる。このプレート式熱交換器は、相互に接続された複数の熱交換器ブロックを含んでいる。
【００１１】
この種のプレート式熱交換器の隣接する２つの熱交換器ブロックのカバープレートの間には、サイドバーによって包囲された中空空間が存在する。この中空空間は空気で満たされている。熱交換に関与する媒体は、この中空空間を通って流れない。これには、圧力が負荷されていない。
【００１２】
種々の用途において、複数の熱交換器ブロックから成るこの種のプレート式熱交換器では、熱交換器ブロックの移行領域において高い応力集中が生じてしまう。
【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，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ、２０１０年、第５頁）」
【００１４】
本発明の課題は、複数の熱交換器ブロックを含んでいるプレート式熱交換器を製造する方法と、できるだけ大きい機械的安定性を有しているが、熱交換器ブロックの移行領域における応力が低減されているプレート式熱交換器とを提供することである。
【００１５】
上述の課題は、独立請求項１の特徴部分に記載された構成を有する方法と、請求項１３に記載されたプレート式熱交換器とによって解決される。各従属請求項は、有利な実施形態に関する。
【００１６】
従って、少なくとも２つの熱交換器ブロックを有するプレート式熱交換器を製造する方法を提供する。これらの熱交換器ブロックは相互に別個に、ろう付け炉において作成される。ここで各熱交換器ブロックは、相互に平行に配置された複数の分断薄板を有している。これらの分断薄板は、熱交換に関与している流体のための複数の熱交換路を形成する。本発明では、この方法において、ろう付け炉内での熱交換器ブロックの別個の作成に続いて、少なくとも１つの、はんだが設けられた担体を、はんだの溶解のために加熱する。この担体は、接続されるべき熱交換器ブロックの対向する外面の間に配置され、接続されるべき複数の熱交換器ブロックは次のように相互に重ねて、または、相互に並べて設けられる。すなわち、少なくとも１つの担体が、接続されるべきこれらの熱交換器ブロックの対向する外面の間に固定されるように設けられる。すなわち、担体は、熱交換器ブロックの２つの外面の間に固定される。はんだを硬化させた後、熱交換器ブロックのこれらの外面は、材料接続および摩擦接続によって、相互に、少なくとも１つの担体および硬化されたはんだを介して接続されている。担体を既に加熱前に、接続されるべき外面の間に、これら外面と間隔を空けて配置しておくことも可能であり、これによって担体を加熱後に、迅速にかつ距離的に近く、外面の間に固定することが可能になる。しかし、熱交換器ブロックを並べて配置するまたは重ねて配置する直前に、加熱された担体を外面の間に位置付けすることもできる。加熱された担体を、まずは、一方の熱交換器ブロックの外面に当接させ、その後に、他方の熱交換器ブロックをこの担体に当接させる、または、この担体の上に載置することも可能である。
【００１７】
本発明は、少なくとも２つの熱交換器ブロックを有しているプレート式熱交換器も含んでいる。ここで各熱交換器ブロックは相互に平行に配置されている複数の分断薄板を有している。これらの分断薄板は、熱交換に関与する流体のための、複数の熱交換路を形成する。ここで、熱交換器ブロックは、外部に対してカバープレートによって区切られており、少なくとも１つの共通のヘッダーを有している。ここでこのヘッダーは、熱交換を行う流体を２つの熱交換器ブロックに分配する、または、熱交換を行う流体を２つの熱交換器ブロックから排出させる。本発明では、これらの熱交換器ブロックは、それぞれ、対向するカバープレートに、少なくとも１つの平坦な担体によって接続されている。この担体は、はんだを介して、熱交換器ブロックのカバープレートと接続されている。このカバープレートは、通常、熱交換器ブロック内に設けられている分断薄板と比べて、大きい材厚を有している。
【００１８】
はんだが設けられた少なくとも１つの担体を介した、熱交換器ブロックの外面若しくはカバープレートの本発明の接続は、従来技術のケースと比べて格段に平らな接続を保証する。通常は、熱交換器ブロックのカバープレートによって形成されている熱交換器ブロックの外面は、はんだが設けられた少なくとも１つの担体によって熱伝導性に相互に接続されている。この熱伝導によって、隣接する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。これによって、温度によって誘起される、熱交換器ブロックの接続領域における熱交換器ブロック間の応力が低減される。熱交換器ブロック間のこの担体はんだ接続を介して、対向する外面の中央まで摩擦接続が形成され、これによって、熱交換器ブロック接続の機械的安定性が改善され、これによって、プレート式熱交換器の動作安全性および信頼性若しくは寿命が格段に高まる。
【００１９】
これとは異なり、従来技術に即した、複数の熱交換器ブロックから成るプレート式熱交換器では、隣接する２つの熱交換器ブロックの対向する外面若しくはカバープレートは、外面のそれぞれの縁でのみ、周縁と同一平面を成す枠縁を介して、相互に接続されている。従って、従来技術のプレート式熱交換器は、対向する外面の中央において接続されていない。これに相当して、２つの熱交換器ブロック間の熱接続は、空気によって満たされた中空空間が原因で、熱交換ブロック内の熱交換路間の熱接続と比べて格段に劣る。これによって、外側の縁部溶接継ぎ目において、個々の局部的な箇所で、温度によって誘起される締付応力が生じてしまう。これは種々の用途において、プレート式熱交換器内で、熱交換器ブロックの移行部において、過度に高い熱応力を生じさせ得る。本発明の担体はんだ接続によって、これが阻止される。
【００２０】
有利には、少なくとも１つの担体は金属から成る。この金属は例えば、金属薄板の形態または金属ワイヤー配列体の形態を有している。少なくとも１つの担体の有利な厚さは、約０．４ｍｍ〜約５０ｍｍの間にある。
【００２１】
特に有利には、少なくとも１つの担体は少なくとも、熱交換器ブロックの接続されるべき外面に相当する面の広さを有する。この際に、次のことに留意されたい。すなわち、各熱交換器ブロックの接続されるべき外面が、通常、同じ長さと幅を有し、従って、ほぼ同じ面積も有している、ということに留意されたい。全面にわたった担体によって、熱交換器ブロックは、自身の外面全体にわたって相互に接続される。これによって、２つの面相互の極めて安定した機械的な接続が実現される。これによって、熱交換器ブロックの縁でのみ包囲している外側溶接継ぎ目における外面の単に局部的な接続の場合にこれまで生じていたような応力集中が回避される。
【００２２】
担体を全面にわたって形成する他に、熱交換器ブロックの外面の部分面のみ覆うように、担体を構成することも可能である。このような場合には、有利には、例えば条片の形態の、部分的な面にわたった複数の担体が相互に隣接して配置されている。これらの条片は、相互に間隔を空けて配置される。しかし有利には、これらはほぼエッジ同士で相互に配置される。従って、有利な実施形態では、この１つまたは複数の担体は、熱交換器ブロックの対向する外面をほぼ完全に満たす。これによって、熱交換器ブロックの外面全体にわたって熱伝導性の接触が生じ、これによって、熱交換器ブロック間の温度補償が最適に行われる。しかし、上述のように、中間空間の部分領域にだけ、はんだが被覆された担体を設けることもできる。しかし有利には、はんだが被覆された担体は、熱交換器ブロックの対向する外面の中央まで達する。
【００２３】
熱交換器ブロックの外面の凸凹を補償するために、複数の担体、特に金属薄板を、有利には２〜４つ、相互に平行に、すなわち積層体状に、接続されるべき熱交換器ブロックの外面の間に配置することができる。ここでこの担体はそれぞれ、接続されるべき熱交換器ブロックの外面の面積にほぼ相当する面積を有している。担体に設けられているはんだは、熱交換器ブロックの接続の間に種々のはんだ層厚を形成し、これによって、外面内および接続されるべき外面間の間隙内に存在する凸凹が補償される。
【００２４】
熱交換器ブロックの外面の方を向いている１つの面または２つの面で、少なくとも１つの担体にはんだが設けられる。金属薄板の場合には、これらの金属薄板には、有利には両面から、連続するはんだ層が設けられている。担体として、金属ワイヤーの配列体が使用される場合には、これらのワイヤーは有利には、完全に、はんだによって被覆される。例えば複数の金属薄板が、積層体の形態で、熱交換器ブロックの外面の間に配置される場合には、個々の担体の片側にのみはんだが設けられていてもよい。
【００２５】
有利には、少なくとも１つの担体に、有利には除去できないように担体上に被着されているはんだ層が被覆されている。このはんだ層は、例えば、クラッディングによって、吹付けによって、または、浸漬によって形成可能である。約０．７ｍｍ〜約０．１７ｍｍのはんだ層の厚さが有利である。複数のはんだ層を、いわゆる多重はんだクラッディングにおいて相互に重ねて被着することも可能である。これは特に、接続されるべき熱交換器ブロックの外面上の凸凹が補償されるべき場合に有利である。しかし、担体原材料とはんだ原材料の接続を接着層によって形成することも可能である。はんだ層を、例えば薄膜の形状で、担体の加熱前に、固定しないで、担体上に載せることも可能である。担体として特に有利には、はんだがクラッドされた金属薄板が使用される。これは、欧州の規格では、はんだクラッドＡｌＳｉ１０Ｍｇを有するＥＮ−ＡＷ３００３またはＥＮ−ＡＷ５０８３である。
【００２６】
有利には、プレート式熱交換器の熱交換器ブロックは、ワイヤー格子はんだ接続を介して相互に接続されている。本発明の方法若しくはプレート式熱交換器の有利な実施形態では、少なくとも１つの第１の担体と少なくとも１つの第２の担体とが設けられている。第１の担体は、複数の、第１の平面において相互に平行に配置されている、はんだが被覆された第１のワイヤーロッドを有しており、第２の担体は、同様に、第２の平面において相互に平行に配置されている、はんだが被覆された第２のワイヤーロッドを有している。ここでこの第１の担体と第２の担体は次のように相互に配置されている。すなわち、第１の平面と第２の平面とが相互に平行に配置されており、第１のワイヤーロッドと第２のワイヤーロッドとが、相互に角度を成して配置されているように、配置されている。ここでの第１のワイヤーロッドと第２のワイヤーロッドとは有利には、相互に、約９０°の角度を成す。このワイヤーは、有利には、約０．２ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の厚さを有している。
【００２７】
はんだを溶融するために、担体を加熱する方法がいくつかある。この担体またはこれらの担体は、抵抗加熱の意味において、電圧を印加することによって加熱される。これに対する選択肢は、１つまたは複数の担体を誘導手段によって加熱することである。これは例えば、誘導コイルによって行われる。誘導加熱の作用原理は、例えば、１回巻かれた、または、複数回巻かれた動作コイル（誘導体）に交流が流されることである。この誘導体は、自身の周囲に交番電磁界を形成する。少なくとも１つの担体がこの交番電磁界に入ると、この中で電圧が誘導される。この電圧は交流を生成する。ジュールの法則に応じて、この場合には、結果として、担体の電流が通る表面領域に熱が生成される。担体内に誘導されたこの熱によって、および、場合によっては、はんだ自体の加熱によって、はんだは溶解する。
【００２８】
はんだの融解温度に担体が達するとすぐに、有利には、以降の熱生成が迅速に停止され、有利には直接的にこれに続いて、複数の熱交換器ブロックが相互に重ねて若しくは並べて配置される。熱交換器ブロック内で使用されているはんだを溶かさないようにするため、または、熱応力が熱交換器ブロック内で生じないようにするために、熱交換器ブロック間の接続部に過度に大きい熱エネルギーを加えることは避けられるべきである。有利には、１つまたは複数の担体に設けられている担体はんだは、熱交換器ブロック内の部品を接続している部品はんだと比べて、低い融解温度を有している。これによって、複数の熱交換器ブロックをまとめる際に、部品はんだが、加えられた熱によって溶解されてしまうことが回避される。
【００２９】
これらの熱交換器ブロックは、担体の加熱およびはんだの融解後に、相互に重ねて配置される。これは一方の熱交換器ブロックが、他方の熱交換器ブロックの上に載置されることによって行われる。上方に位置する熱交換器ブロックの重さによって、はんだを備えた担体が外面の間に固定される。
【００３０】
相互に接続されている熱交換器ブロックの外面のサイズを側方で超えている、１つ若しくは複数の担体の部分を、熱交換器ブロックをまとめた後に切り離すことができる。有利には、これに続いて、ヘッダーと接続用パイプとが、熱交換器ブロックに取り付けられる。この下に、少なくとも１つのヘッダーも取り付けられている。これはそれぞれ少なくとも２つの熱交換器ブロックに接続されている。
【００３１】
本発明のプレート式熱交換器は、熱交換器ブロックの熱交換路において、有利には、熱交換路を複数のチャネルに分割するための手段を有している。有利にはこれは波形状の薄板である。これは、当業者に公知の種々の形状を有することができる。この薄板は、熱交換路間の熱伝導を高めるため、および、流体を熱交換路にわたって均一に分配するために用いられる。さらにこの板は、熱交換器ブロックの機械的安定性を高める。
【００３２】
本発明のプレート式熱交換器では、従来技術に比べて、隣接する２つの熱交換器ブロックの間の機械的および熱的な接続が格段に改善される。複数の熱交換器ブロックから形成されるプレート式熱交換器全体は、従来技術のプレート式熱交換器に比べて、格段に剛性の高い、機械的に安定した構築物である。さらに、本発明のプレート式熱交換器は、２つの隣接した熱交換器ブロックの間の、格段に改善された温度補償を有している。本発明では、２つ以上の、有利には２〜５個の熱交換器ブロックを含んでいるプレート式熱交換器が提供可能である。個々の熱交換器ブロック間の接続の機械的安定性は、従来技術と比べて高いので、これまで通常であった数、および、実現可能であると思われていた数よりも多くの数のブロックから成るプレート式熱交換器も実現可能である。
【００３３】
本発明のプレート式熱交換器は、隣接する熱交換器ブロックの外面の間で特に集中的な熱接触が必要である方法に、特に有利に使用される。これは例えば、急峻な温度勾配、温度勾配の強い変化または熱交換に関与する流体の不均衡な分配の場合である（不均衡配分）。この種の状態は、しばしば、二相混合物または純物質の特定の蒸発過程において、非対称の通路配置において、特定されていない動作状態において、シャッドダウン過程または始動過程において生じ得る。
【００３４】
以下では本発明を、図２〜４に示された本発明の実施例に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術のプレート式熱交換器
【図２】金属ワイヤー格子を介して相互に接続された２つの熱交換器ブロックの斜視図
【図３】はんだがクラッドされた２枚の薄板を介して相互に接続された２つの熱交換器ブロックの斜視図
【図４】図２または図３において接続された熱交換器ブロックを有するプレート式熱交換器
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図２は、２つの熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂを示している。熱交換器ブロック１０ａの構造は、熱交換器ブロック１０ｂの構造より詳細に示されている。しかしこれらは両方とも同じ構造を有している。熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂは、図１に示されているブロック１０のように、複数の平らな薄板４を含んでいる。ここでこれらの薄板は以降では、分断薄板４とも称される。これらは積層体の形態で、相互に平行に、かつ、相互に間隔を空けて配置されている。分断薄板４上には、その外側縁部とそれぞれ同一平面を成すように薄板条片８が配置されている。これらの薄板条片８は、分断薄板４間の間隔を固定し、以降ではサイドバー８とも称される。このような構造によって、２つの分断薄板４の間に複数の熱交換路１が形成される。ここでこれらの熱交換路１は、２つ以上の流体の間接的な熱交換のために供される。このサイドバー８によって、熱交換路１は外部に対して閉ざされている。
【００３７】
熱交換路１内には、波形状の薄板３、いわゆるフィン３が配置されている。これらの波形状の薄板は図３に示されていない。なぜなら、これらは、熱交換ブロック１０ａおよび１０ｂ内に位置しているからである。従って、熱交換ブロック１０の正面図においてフィン３を示している図１を参照されたい。熱交換路１の出入口９には、いわゆる分配器ブレード若しくは分配器フィン２が位置している。これらは、個々の熱交換路１の流れ断面にわたった、液体の均一な分配に寄与する。２つの熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂはそれぞれ、この図においては、上方に対して、および、下方に対して、カバープレート５によって外部と区切られている。このカバープレート５は、通常、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂ内に位置している分断薄板４よりも大きい材厚を有している。熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの上述した部品のための材料として、アルミニウム合金が使用され、これは例えば、アルミニウム合金３００３または５０８３である。
【００３８】
熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂを製造するためには、はんだがクラッドされた分断薄板４、フィン３、分配器フィン２、およびサイドバー８が、まずは、交互に相互に重ねて積層される。次のこの配列体が、はんだ炉において硬はんだ付けされる。このはんだ付けの後、全ての詳述した部品が相互に固定して接続され、これによってコンパクトな直方体状の熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとが形成される。２つの熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂは、相互に別個にはんだ付けされる。これら２つの熱交換器ブロックは、通常のろう付け炉内部空間の場合に最大寸法である寸法を有している。特定の設備およびプロセスのために、最も大きいろう付け炉のサイズの熱交換器ブロックが提供することができる熱交換面積よりも大きな熱交換面積が必要になる場合には、本発明に従って、２つ以上の熱交換器ブロックが相互に接続される。
【００３９】
図２および図３は、熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとを接続する択一的な方法を開示している。はじめに、図２を参照されたい。
【００４０】
図２では、熱交換器ブロック１０ａと１０ｂを上述したように別個に作成した後に、接続されるべき熱交換器ブロック１０ａと１０ｂのカバープレート５の間に、平坦な２つのワイヤー配列体１１および１２が配置される。第１のワイヤー配列体１１は、第１の平面において、はんだが被覆された、相互に平行に配置された複数の第１のワイヤーロッド１１１を有している。これらのワイヤーロッドは、並列回路において、電気的な電圧源１３と接続されている。第２のワイヤー配列体１２は同様に、第２の平面において、はんだが被覆された、相互に平行に配置された複数の第２のワイヤーロッド１２１を有している。これらのワイヤーロッドも、並列回路において、電圧源１３と接続されている。ワイヤーロッド１１１および１２１は、はんだによって被覆されている。ここでこのはんだは、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの部品を相互に接続しているはんだと比べて、低い融解温度を有している。これらのワイヤーロッドは、有利には、約０．２ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の直径を有している。ワイヤーロッドの間の間隔は、有利には約５ｍｍ〜約５０ｍｍである。
【００４１】
電圧源１３を介して、それぞれ電圧が、ワイヤーロッド１１１および１２１に印加される。これによって、電流がワイヤーロッド１１１および１２１を通って流れる。これは、金属ワイヤーの抵抗によって、金属ワイヤー１１１および１２１の加熱を生じさせる。加熱された金属ワイヤー１１１および１２１は、被着されているはんだを溶解させる。金属ワイヤー１１１および１２１が、はんだの融解温度に達するとすぐに、電圧源１３への接続が中断され、それまでは空間的に相互に間隔が空けられていたワイヤー配列体１１および１２が、下方の熱交換器ブロック１０ａ上に載置され、上方の熱交換器ブロック１０ｂが、下方の熱交換器ブロック１０ａ上に一直線に並んで載置される。これは、２つの熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂ上への共通のヘッダーの後続の配置にとって、重要である。ここで、ワイヤー配列体１１および１２は、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの対向する外面１４ａと１４ｂとの間に固定される。はんだの冷却ひいては硬化後に、２つの熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂは、材料接続または摩擦接続によって、ワイヤー配列体１１および１２および硬化されたはんだを介して接続されている。第１のワイヤーロッド１１１と第２のワイヤーロッド１１２とは、相互に約９０°の角度を成す。これによってワイヤー格子が形成される。
【００４２】
次に、外面１４ａおよび１４ｂの寸法を超えて存在するワイヤーロッド１１１と１１２とが切り離される。図示された接続方法によって、任意の多くの数の熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとを相互に接続し、熱交換面積が拡大された、任意の大きさの熱交換器ブロック配列体を成すことができる。はんだが被覆された金属ワイヤーロッド１１１および１２１ははんだとともに、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂのカバープレート５の間に伝熱ブリッジを形成する。これによって、伝熱性の接触が、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの対向するカバープレート５の間に形成される。この熱伝導性接続によって、カバープレート面の広さにわたって延在する熱伝導性コンタクトが、熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとの間に形成される。これによって、ブロック１０ａと１０ｂとの間の温度差が無くなり、温度によって誘起される応力が低減される。
【００４３】
さらに、２つの熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとが、はんだ固定された金属ワイヤーロッドによって、材料接続によって、外面１４ａおよび１４ｂの全体的な拡がりにわたって、すなわち、外面１４ａおよび１４ｂの中央においても相互に接続されている。これによって、これまで縁部にのみ存在していた溶接接続と比べて、熱交換器ブロック接続部の機械的安定性が改善される。
【００４４】
図４に示されているように、２つの熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとを接続した後、接続用パイプ６を備えた、共通のヘッダー１７、別個のヘッダー１８ａおよび１８ｂが、溶接によって、熱交換器ブロック１０および１０ｂ上に被着される。これらは、熱交換に関与する流体の分配および収集に用いられる。図４は、本発明のプレート式熱交換器の可能な実施形態を示している。
【００４５】
図２に示された接続方法に対して択一的に、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂが、１つまたは複数の、ここでは２つの、はんだがクラッドされた金属薄板１５を介して相互に接続されてもよい。このために、これらの金属薄板は、両側で、全面的にはんだ層によって覆われる。担体として特に有利には、欧州規格ＡｌＳｉ１０Ｍｇはんだクラッディングを有するＥＮ−ＡＷ３００３またはＥＮ−ＡＷ５０８３に即した、はんだがクラッドされた金属薄板が使用される。
【００４６】
はんだがクラッドされた金属薄板１５は、まずは空間的に相互に分けて配置され、電圧源１３に接続される。金属薄板１５が形成する抵抗によって、これは加熱される。はんだがクラッドされた金属薄板１５が、はんだの融解温度に達するとすぐに、これは、電圧源１３から分断され、下方の熱交換器ブロック１０ａ上に載置され、上方の熱交換器ブロック１０ｂが一直線に並んで載置される。これらの金属薄板１５は、それぞれ、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの、接続されるべき外面１４ａおよび１４ｂにほぼ相当する面積を有している。金属薄板１５の一部が、熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとの接続後に、外面１４ａおよび１４ｂから突出している場合には、これらの部分は、はんだの完全な硬化の後に切り離される。
【００４７】
はんだがクラッドされた２つの金属薄板１５を使用することによって、外面１４ａおよび１４ｂ上の凸凹を、より良好に補償することができる。なぜなら、３つの液体のはんだ層が、２つの金属薄板１５と、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの各外面１４ａおよび１４ｂとの間で、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの組み立ての間、異なる厚さを形成することができるからである。図示の実施形態とは異なり、１つの金属薄板１５による接続も可能である。これには例えば、多重クラッドを設けることができる。これによっても、外面１４ａおよび１４ｂ上の凸凹を良好に補償することができる。
【００４８】
はんだがクラッドされた金属薄板１５は、全面的な材料接続を、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂのカバープレート５の間に形成する。これによって、最適な熱伝導性接触が、熱交換器ブロック１０ａおよび１０ｂの対向するカバープレート５の間に形成される。さらに、全面的な接続の結果、高い機械的安定性が得られる。
【００４９】
図示された実施形態とは異なり、別の形状に形成された平らな金属担体も使用可能である。担体の加熱を、誘導手段、例えば誘導コイルによって行うこともできる。一般的に、担体を他の熱源、例えば放射熱、対流熱等によって加熱することも可能である。目標は、担体の全体的な延在部分にわたったはんだの均一かつ迅速な溶解を実現するために、担体を均一に加熱することである。
【００５０】
図４に示されているように、２つの熱交換器ブロック１０ａと１０ｂとを接続した後、接続用パイプ６を有する共通のヘッダー、別個のヘッダー１８ａおよび１８ｂが、溶接によって、熱交換器ブロック１０および１０ｂ上に被着される。これらのヘッダーは、熱交換に関与する流体の分配若しくは収集のために用いられる。
【符号の説明】
【００５１】
１  熱交換路、  ２  分配器フィン、  ３  ブレード、フィン、  ４  分断薄板、  ５  カバープレート、  ６  接続用パイプ、  ７  収集器、ヘッダー、  ８  サイドバー、  ９  出入口、  １０、１０ａ、１０ｂ  熱交換器ブロック、  １１  第１のワイヤー配列体、  １１１  第１のワイヤーロッド、  １２  第２のワイヤー配列体、  １２１  第２のワイヤーロッド、  １３  電圧源、  １４ａ、１４ｂ  外面、  １５  はんだがクラッドされた金属薄板、  １７  共通のヘッダー、  １８ａ、１８ｂ  別個のヘッダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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