(57)【要約】    本発明は、少なくとも１種の第１の流体（Ｆ１）を流すための第１の一連の通路（１０）と、少なくとも前記第１の流体（Ｆ１）と熱交換関係に置かれる少なくとも１種の第２の流体（Ｆ２）を流すための第２の一連の通路（２０）とを画定するように、平行及び縦方向（ｚ）に平行に配置された複数のプレート（２）と、第１の一連の前記少なくとも１つの通路（１０）に提供された混合装置（３）であって、縦方向（ｚ）に流体（Ｆ１）の第１の相（６１）が流れるための少なくとも１つの第１のチャネル（３１）と、流体（Ｆ１）の第２の相（６２）が流れるための少なくとも１つの第２のチャネル（３２）と、第１のチャネル（３１）及び第２のチャネル（３２）の間の流体接続を確立する複数の開口部（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）であって、縦方向（ｚ）に連続した位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）を占める複数の開口部（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）とを備える混合装置（３）とを備える熱交換器（１）に関する。本発明によれば、縦方向（ｚ）に平行に測定された、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離は可変である。  【選択図】図３
2021517232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第２の流体（Ｆ２）と熱交換関係に置かれる少なくとも第１の流体（Ｆ１）を流すための複数の通路（１０）を画定するように、互いに及び縦方向（ｚ）に平行に配置されたいくつかのプレート（２）と、少なくとも１つの通路（１０）に配置され、
−  前記縦方向（ｚ）に平行な前記第１の流体（Ｆ１）の第１の相（６１）の流れのための少なくとも１つの第１のチャネル（３１）、
−  前記第１の流体（Ｆ１）の第２の相（６２）の流れのための少なくとも１つの第２のチャネル（３２）、及び
−  前記第１のチャネル（３１）を前記第２のチャネル（３２）に流体的に接続する複数のオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）であって、前記縦方向（ｚ）に連続した位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）を占める、複数のオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）、
を備える混合装置（３）とを備える熱交換器（１）であって、
前記縦方向（ｚ）に平行に測定された前記連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離が可変であることを特徴とする、熱交換器（１）。
【請求項２】
前記連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離が、前記縦方向（ｚ）において単調又はほぼ単調に変化することを特徴とする、請求項１に記載の交換器。
【請求項３】
前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の増大を示すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の交換器。
【請求項４】
前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の減少を示すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の交換器。
【請求項５】
前記縦方向（ｚ）において、少なくとも第１の部分（３０１）と第２の部分（３０２）とに分割され、前記第１の部分（３０１）は、前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の増大を示し、前記第２の部分（３０２）は、前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の減少を示すことを特徴とする、請求項１に記載の交換器。
【請求項６】
前記混合装置（３）が、前記第１の相（６１）及び前記第２の相（６２）を、それぞれ少なくとも１つの第１のチャネル（３１）及び少なくとも１つの第２のチャネル（３２）に別々に導入するように構成され、前記第１のチャネル（３１）は、前記第１のチャネル（３１）に前記第１の流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）を供給するように設計された第１の入口（３１１）と、前記少なくとも１つの第２のチャネル（３２）に前記第１の流体（Ｆ１）の前記第２の相（６２）を供給するように設計された、前記第１の入口（３１１）とは別個の第２の入口（３１２）とを備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項７】
前記第１のチャネル（３１）及び前記第２のチャネル（３２）の形状が直線的であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項８】
前記混合装置（３）が、いくつかの第１のチャネル（３１）といくつかの第２のチャネル（３２）とを備え、各第１のチャネル（３１）は、前記第１のチャネル（３１）を所与の第２のチャネル（３２）に流体的に接続する少なくとも１つのオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項９】
前記混合装置（３）が、前記縦方向（ｚ）に直交する横方向（ｙ）において互いに連続するいくつかの第１のチャネル（３１）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項１０】
前記第２のチャネル（３２）が、前記縦方向（ｚ）に直交する横方向（ｙ）に延びることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の交換器において二相の液体／気体混合物を分配する方法であって、
ｉ）前記交換器の少なくとも１つの通路（１０）に混合装置（３）を配置するステップ、
ｉｉ）前記混合装置（３）の前記第１のチャネル（３１）に前記第１の流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）を供給するステップ、
ｉｉｉ）前記混合装置（３）の第２のチャネル（３２）に、前記第１の相（６１）とは異なる前記第１の流体（Ｆ１）の前記第２の相（６２）を供給するステップ、
ｉｖ）前記第１の相（６１）と前記第２の相（６２）との間の混合が前記混合装置（３）内で起こるように、前記オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を介して前記第１のチャネル（３１）と前記第２のチャネル（３２）との間の流体連通を確立するステップ、及び
前記混合装置（３）の出口で、前記第１の相（６１）と前記第２の相（６２）の混合物を分配するステップ
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の交換器内に組み込まれた混合装置（３）の前記オリフィス（３４）の位置を調整するための方法であって、
ａ）前記オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）の連続した位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）が所定の距離（ｄｉ、ｄｉ＋１、…）だけ離されるように前記オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を位置づけるステップ、
ｂ）前記第１のチャネル（３１）に前記流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）を供給して、前記第１の流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）が前記縦方向（ｚ）に流れるようにするステップ、
ｃ）各オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を流れる前記第１の相（６１）の質量流量（Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…）を決定するステップ、
ｄ）各オリフィス（３４ｉ）について、前記所定の距離（ｄｉ、ｄｉ＋１、…）の平均（ｄｍ）に補正係数（Ｆｉ）を掛けた値に等しい修正距離（ｄｉ）だけ前記オリフィス（３４ｉ）から分離されるように次のオリフィス（３４ｉ＋１）を再位置決めするステップであって、前記補正係数は前記オリフィス（３４ｉ）を流れる前記質量流量（Ｑｉ）に基づいて決定されるステップ、
を含む方法。
【請求項１３】
前記補正係数（Ｆｉ）が、前記オリフィス（３４ｉ）を流れる前記質量流量（Ｑｉ）と全てのオリフィスの平均質量流量（Ｑｍ）との間の比（Ｑｉ／Ｑｍ）の関数であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記関数が、前記比（Ｑｉ／Ｑｍ）の多項式関数、好ましくは前記比（Ｑｉ／Ｑｍ）のアフィン関数であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップｄ）で修正された前記距離（ｄｉ、ｄｉ＋１、…）を所定の距離として定義するステップｅ）をさらに含み、ステップｃ）〜ｄ）は、少なくとも１回、好ましくは１〜５回、より好ましくは最大２回繰り返されることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記混合装置（３）がいくつかの第１のチャネル（３１）を備え、前記方法が、ステップａ）の前に、同一の第１のチャネル（３１）に配置されたオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）のサブセットを選択する少なくとも１つのステップを含み、ステップａ）〜ｅ）が前記サブセットに適用されることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換関係に置かれる各流体用の一連の通路を備える熱交換器に関し、熱交換器は、少なくとも１種類の二相の液体／気体混合物を一連の通路の１つに分配するための少なくとも１つの混合装置を含む。
【０００２】
特に、本発明は、液体−気体混合物の少なくとも１種の流れ、特に多成分混合物、例えば炭化水素の混合物の流れを、少なくとも１つの他の流体、例えば天然ガスとの熱交換を介して蒸発させる熱交換器に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
交換器に一般的に使用される技術は、アルミニウム製のろう付けされたプレート及びフィンの交換器の技術であり、これにより非常にコンパクトで熱交換表面積が大きい装置を得ることが可能になる。
【０００４】
これらの熱交換器は、一連のフィン又は波形の脚で形成された熱交換波形部品が間に挿入され、かくして蒸発通路及び凝縮通路のスタックを構成するプレートを備え、前者は冷媒液体を蒸発させることを目的とし、後者は熱産生ガスを凝縮することを目的としている。流体間の熱の交換は相変化を伴って又は伴わずに起こり得る。
【０００５】
液体−気体混合物を使用する交換器の正しい動作を保証するために、液相と気相の比率は全ての通路で同じでなければならず、同一通路内で均一でなければならない。
【０００６】
交換器の寸法は、相の均一な分布を仮定して、したがって、混合物の露点温度に等しい、液相の蒸発の終わりの単一温度を仮定して計算される。
【０００７】
多成分混合物の場合、蒸発の終わりの温度は、通路内の液相と気相の比率に依存する。
【０００８】
２つの相の不均等な分布の場合、第１の流体の温度プロファイルは、通路ごとに変化するか、又は同一通路内でさえ変化する。この不均一な分布により、二相混合物と熱交換関係にある流体は、意図されるよりも高い交換器出口温度を有し得、その結果、熱交換器の性能が低下する可能性がある。
【０００９】
混合物の液相及び気相をできるだけ均等に分布させる１つの解決策は、それらを別々に熱交換器に導入し、次にそれらが熱交換器内に入った時点でのみそれらを混合することである。
【００１０】
文献ＦＲ−Ａ−２５６３６２０号は、二相混合物を流すことを意図した一連の通路に溝付きバーが挿入されているそのような交換器を記載している。この混合装置は、液相用及び気相用の別々のチャネルと、液体−ガス混合物を熱交換ゾーンに分配するための出口とを備えている。
【００１１】
このタイプの混合装置で発生する問題は、混合装置を組み込んだ通路の幅における液体−気体混合物の分配に関係する。２つの相を混合するために、混合装置は一般に、１つの相の流れのための第１のチャネルを備える。このチャネルは、チャネルに沿って配置された一連のオリフィスを備え、各オリフィスは、他の相の流れのために第２のチャネルと流体連通している。第１のチャネルへの入口に流体が供給されると、流体がチャネルに沿って流れるにつれて、流体の流量は減少する傾向がある。これは、オリフィスが供給されるので流体の流れが減少するためである。
【００１２】
ここでオリフィスは一般に、流体の流れの方向に対して垂直に機械加工され、したがって、流体の速度が高い場合、十分に供給されない。したがって、チャネルの入口の側に配置されたオリフィスは供給不足になる傾向があり、チャネルの底部に配置されたオリフィスは供給過剰になる。これにより、それぞれの相が他の相のチャネルに不均一に導入され、かくして熱交換器の通路の幅に液体−気体混合物が不均一に分配される。
【００１３】
この現象を最小限に抑えるための１つの解決策は、該当するチャネルに、チャネルの２つの反対側の入口を介して供給することである。しかしながら、これは交換器を複雑にし、不均一な分配の問題は少なくともチャネルの中央部に残っている。
【００１４】
チャネルの数を増やすことは、装置の機械的強度及びろう付けの観点から、同じく理想的な解決策ではない。
【００１５】
別の既知の解決策は、チャネルに沿って異なる直径を有する円筒形のオリフィスを配置することである。しかしながら、この解決策は特定のプロセスでは不十分であることを証明する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、特に混合物の液相及び気相の分配が可能な限り均一である熱交換器を提案することにより、前述の問題を完全に又は部分的に解決すること、及び、交換器の構造の複雑さを過度に増すことも、そのサイズを増大することもなくそれを実行することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
したがって本発明による解決策は、少なくとも１種の他の流体と熱交換関係に置かれる少なくとも１種の流体を流すためのいくつかの通路を画定するように、互いに及び縦方向に平行に配置されたいくつかのプレートと、少なくとも１つの通路に配置され、
−  縦方向に平行な流体の第１の相の流れのための少なくとも１つの第１のチャネル、
−  流体の第２の相の流れのための少なくとも１つの第２のチャネル、及び
−  第１のチャネルを第２のチャネルに流体的に接続する複数のオリフィスであって、縦方向に連続した位置を占める、複数のオリフィス、
を備える混合装置とを備える熱交換器であって、
縦方向に平行に測定された連続する位置間の距離が可変であることを特徴とする、熱交換器である。
【００１８】
場合によっては、本発明の交換器は、以下の技術的特徴のうちの１つ又は複数を含み得る：
−  連続する位置間の距離が、縦方向において単調又はほぼ単調に変化する。
−  混合装置が、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の増大を示す。
−  混合装置が、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の減少を示す。
−  混合装置が、縦方向において、少なくとも第１の部分と第２の部分とに分割され、第１の部分は、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の増大を示し、第２の部分は、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の減少を示す。
−  混合装置が、第１の相及び第２の相を、それぞれ少なくとも１つの第１のチャネル及び少なくとも１つの第２のチャネルに別々に導入するように構成され、第１のチャネルは、前記第１のチャネルに第１の流体の第１の相を供給するように設計された第１の入口と、前記少なくとも１つの第２のチャネルに第１の流体の第２の相を供給するように設計された、第１の入口とは別個の第２の入口とを備える。
−  第１のチャネル及び／又は第２のチャネルの形状が直線的である。
−  混合装置が、前記少なくとも１つの第１のチャネルに流体の第１の相を供給するように設計された第１の入口と追加の第１の入口とを備え、第１の部分は第１の入口の側に位置し、第２の部分は追加の第１の入口の側に位置する。
−  混合装置が、いくつかの第１のチャネルといくつかの第２のチャネルとを備え、各第１のチャネルは、前記第１のチャネルを所与の第２のチャネルに流体的に接続する少なくとも１つのオリフィスを備える。
−  混合装置が、縦方向に直交する横方向において互いに連続するいくつかの第１のチャネルを備える。
−  第２のチャネルが、縦方向に直交する横方向に延びる。
【００１９】
さらに、本発明は、本発明による交換器において二相の液体／気体混合物を分配する方法に関し、前記方法は、以下のステップを含む：
ｉ）交換器の少なくとも１つの通路に混合装置を配置するステップ、
ｉｉ）混合装置の前記第１のチャネルに第１の流体の第１の相を供給するステップ、
ｉｉｉ）混合装置の前記第２のチャネルに、第１の相（６１）とは異なる第１の流体（Ｆ１）の第２の相（６２）を供給するステップ、
ｉｖ）第１の相と第２の相との間の混合が混合装置内で起こるように、オリフィスを介して第１のチャネルと第２のチャネルとの間の流体連通を確立するステップ、及び
混合装置の出口で、第１の相と第２の相の混合物を分配するステップ。
【００２０】
別の態様によれば、本発明は、本発明による交換器内に配置された混合装置のオリフィスの位置を調整するための方法に関し、前記方法は以下のステップを含む：
ａ）オリフィスの連続した位置が所定の距離だけ離されるようにオリフィスを位置づけるステップ、
ｂ）第１のチャネルに流体の第１の相を供給して、流体の第１の相が縦方向に流れるようにするステップ、
ｃ）各オリフィスを流れる第１の相の質量流量を決定するステップ、
ｄ）各オリフィスについて、所定の距離の平均に補正係数を掛けた値に等しい修正距離だけオリフィスから分離されるように次のオリフィスを再位置決めするステップであって、前記補正係数はオリフィスを流れる質量流量に基づいて決定されるステップ。
−  補正係数は、オリフィスを流れる質量流量と全てのオリフィスの平均質量流量との間の比の関数である。
−  前記関数は、オリフィスを流れる質量流量と全てのオリフィスの平均質量流量との間の比の多項式関数であり、好ましくは前記比のアフィン関数である。
−  この方法は、ステップｄ）で修正された距離を所定の距離として定義するステップｅ）をさらに含み、ステップｃ）〜ｄ）は、少なくとも１回、好ましくは１〜５回、さらに好ましくは最大２回繰り返される。
−  混合装置はいくつかの第１のチャネルを備え、方法は、ステップａ）の前に、同一の第１のチャネルに配置されたオリフィスのサブセットを選択する少なくとも１つのステップを含み、ステップａ）〜ｅ）は前記サブセットに適用される。
【００２１】
本発明は、少なくとも１種の他の流体、例えば天然ガスとの熱交換を介して、液体−気体混合物の少なくとも１種の流れ、特に多成分混合物、例えば炭化水素の混合物の流れを蒸発させる熱交換器に適用され得る。
【００２２】
「天然ガス」という表現は、少なくともメタンを含む、炭化水素を含む任意の組成物を指す。これには、「粗」組成物（任意の処理又は洗浄前）、並びに、限定されないが、硫黄、二酸化炭素、水、水銀、及び特定の重及び芳香族炭化水素を含む１つ又は複数の化合物の低減及び／又は排除のために部分的、実質的又は完全に処理された任意の組成物が含まれる。
【００２３】
本発明は、非限定的な例としてのみ与えられ、添付の図面を参照して作成された以下の記載によって、より深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による、二相液体−気体混合物が供給された交換器の通路の一部の、熱交換器のプレートに平行な断面における概略図である。
【図２】図１の混合装置の、図１の平面に垂直な平面の概略断面図である。
【図３−４】本発明の様々な実施形態による混合装置を示す三次元概略図である。
【図４】本発明の様々な実施形態による混合装置を示す三次元概略図である。
【図５−７】本発明による混合装置及び本発明外の混合装置を用いて実行されたシミュレーションの結果を示す。
【図６】本発明による混合装置及び本発明外の混合装置を用いて実行されたシミュレーションの結果を示す。
【図７】本発明による混合装置及び本発明外の混合装置を用いて実行されたシミュレーションの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、縦方向ｚ及び横方向ｙによって定義される平面に平行な２次元内に広がるプレート２（図示せず）のスタックを備える熱交換器１を示す。プレート２は、間隔を置いて互いに平行に上下に配置され、したがって、前記プレートを介して間接的な熱交換関係にある流体のための複数の通路を形成する。
【００２６】
好ましくは、各通路は平らな平行六面体の形状を有する。２つの連続するプレート間の分離は、各通路の横方向ｙで測定された長さ及び縦方向ｚで測定された幅と比較して小さい。
【００２７】
交換器１は、２０を超える、又は１００を超える多数のプレートを備えることができ、それらの間に少なくとも１種の第１の流体Ｆ１を流すための第１の一連の通路１０と、少なくとも１種の第２の流体Ｆ２を流すための第２の一連の通路２０（図１では見えない）とを画定し、前記流体の流れは総じてｙ方向にある。第１の一連の通路１０は、全体的又は部分的に、第２の一連の通路２０の全部又は一部と交互に、又は隣接して配置することができる。
【００２８】
それ自体既知の方法で、交換器１は、様々な流体を通路１０、２０に選択的に分配し、前記流体を前記通路１０、２０から排出するように構成された分配及び排出手段４０、５２、４５、５４、５５を備える。
【００２９】
プレート２の縁に沿った通路１０、２０の密閉は、プレート２に取り付けられた横方向及び縦方向の密閉ストリップ４によって概してもたらされる。横方向密閉ストリップ４は、通路１０、２０を完全には塞がず、通路の対角に位置する流体の入口及び出口開口部を有利に残す。
【００３０】
第１の一連の通路１０の開口部は、上下に一致して配置され、一方、第２の一連の通路２０の開口部は、対角に配置される。上下に配置された開口部は、それぞれ、流体の分配及び排出が行われる半管状のマニホルド４０、４５、５０、５５で一体化される。
【００３１】
図１の表現では、半管状マニホルド５０、４５は、流体を交換器１に導入するために使用され、半管状マニホルド４０、５５は、これらの流体を交換器１から排出するために使用される。
【００３２】
この変形実施形態では、一方の流体を供給するマニホルド及び他方の流体を排出するマニホルドは、交換器の同一端部に位置し、したがって流体Ｆ１、Ｆ２は向流的に交換器１内を流れる。
【００３３】
別の変形実施形態によれば、第１及び第２の流体は並流的に等しく循環することもでき、一方の流体を供給するための手段及び他方の流体を排出するための手段は、交換器１の反対側の端部に位置する。
【００３４】
好ましくは、交換器１が作動しているとき、方向ｙは垂直に向けられる。第１の流体Ｆ１は、ほぼ垂直に、その方向の上向きに流れる。本発明の範囲から逸脱することなく、流体Ｆ１、Ｆ２の流れの他の方向及び向きが可能であることは言うまでもない。
【００３５】
本発明の文脈において、異なる特性の１つ又は複数の第１の流体Ｆ１及び１つ又は複数の第２の流体Ｆ２が、同一交換器の第１及び第２の一連の通路１０、２０内を流れ得ることに留意されたい。
【００３６】
好ましくは、第１の流体Ｆ１は冷媒流体であり、第２の流体Ｆ２は熱産生流体である。
【００３７】
交換器の分配及び排出手段は、入口及び出口開口部から延びる、波形シートの形態の２つの連続するプレート２の間に配置された分配波形部品５１、５４を有利に備える。分配波形部品５１、５４は、通路１０、２０の全幅にわたって流体の均一な分配及び回収を保証する。
【００３８】
さらに、通路１０、２０は、プレート２の間に配置された熱交換構造を有利に備える。これらの構造の目的は、交換器の熱交換表面を増加させること、及び、流れをより乱流にすることによって流体間の交換係数を高めることである。具体的に、熱交換構造は、通路を循環する流体と接触し、熱流束を伝導によって隣接プレート２に伝達する。熱交換構造は隣接プレート２にろう付けによって取り付けることができ、それにより交換器の機械的強度が向上する。
【００３９】
熱交換構造はまた、特に交換器がろう付けによって組み立てられている間、及び圧力下にある流体の使用中にプレートの変形を防ぐために、プレート２の間のスペーサとして機能する。それらはまた、交換器の通路における流体の流れの案内を提供する。
【００４０】
好ましくは、これらの構造は、通路１０、２０の長さに沿った分配波形部品の延長において、プレート２に平行な通路１０、２０の幅及び長さを横切って有利に延びる熱交換波形部品１１を備える。したがって、交換器の通路１０、２０は、熱交換構造でカバーされた本来の熱交換部を構成するそれらの長さの主要部を示し、前記主要部は、分配波形部品５１、５４でカバーされた分配部によって境界を定められている。
【００４１】
図１は、二相性混合物とも呼ばれる二相混合物の形態の第１の流体Ｆ１を分配するように構成された第１の一連１の通路１０を示す。第１の流体Ｆ１は、別個の第１のマニホルド３０及び第２のマニホルド５０を介して熱交換器１に別々に導入される第１の相６１及び第２の相６２に分離装置６で分離される。次に、第１及び第２の相６１、６２は通路１０に配置された混合装置３によって混合される。有利には、第１の一連のいくつかの通路１０、又は全ての通路１０でさえ、混合装置３を備える。図１に示す例では、第１の相６１は液体であり、第２の相６２は気体である。
【００４２】
図２は、通路１０内に収容された、有利にはバー又はロッドを備える混合装置３の、図１の平面に垂直な平面における概略断面図である。
【００４３】
混合装置３は、好ましくは、通路１０の高さのほぼ全て、又は全てにわたって通路１０の断面に延在し、その結果、混合装置は、通路１０を形成する各プレート２と接触する。
【００４４】
混合装置３は、有利には、ろう付けによってプレート２に固定される。
【００４５】
混合装置３は、有利には、概ね平行六面体の形状である。
【００４６】
好ましくは、混合装置３はモノリシックな構成要素である、すなわち、１つのブロックとして又は単一部品として形成される。混合装置３は、横方向ｙに平行に、２０〜２００ｍｍの間の第１の寸法と、縦方向ｚに平行に、１００〜１４００ｍｍの間の第２の寸法とを有し得る。
【００４７】
好ましくは、第１のチャネル３１は、第２の寸法全体にわたって延び、及び／又は第２のチャネルは、第１の寸法全体にわたって延びる。
【００４８】
混合装置３は、縦方向ｚに平行な第１の相６１の流れのための少なくとも第１のチャネル３１と、第２の相６２の流れのための少なくとも第２のチャネル３２とを備える。前記第１のチャネル３１は縦方向ｚに平行に延びる。好ましくは、第１のチャネル３１及び／又は第２のチャネルは、直線形状である。好ましくは、第２のチャネル３２は、縦方向ｚに直交しプレート２に平行な横方向ｙに平行に延びる。
【００４９】
複数のオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…が、少なくとも第１のチャネル３１を、第２の相６２の流れのために設計された少なくとも第２のチャネル３２と流体的に接続するように、混合装置３上に分配される。混合装置３は、第１の相６１が第１のチャネル３１に沿って流れ、第２の相６２が第２のチャネル３２に沿って流れるとき、二相液体／気体混合物Ｆ１が出口で混合装置３から分配されるように構成される。
【００５０】
好ましくは、混合装置３は、第１のマニホルド３０と流体連通する少なくとも１つの第１の入口３１１と、第２のマニホルド５０と流体連通する第１の入口３１１とは別個の第２の入口３２１とを備える。第１のマニホルド３０は、第１の相６１の供給源に流体接続され、第２のマニホルド５０は、第２の相６２の別の供給源に流体接続される。前記少なくとも１つの第１の入口３１１及び前記少なくとも１つの第２の入口３２１は、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を介して流体連通した状態に置かれる。
【００５１】
好ましくは、混合装置３は、オリフィス３４ｉを通る第１の相６１の流れの方向に従った場合、オリフィス３４ｉの下流の第２のチャネル３２に配置された混合容積を備える。二相液体／気体混合物は、第２のチャネル３２の第２の出口３２２を通して分配される。
【００５２】
第１及び第２のチャネル３１、３２は、有利には、混合装置３に形成された縦方向の凹部の形態をとる。
【００５３】
オリフィス３４は、有利には、装置３の材料内に作製され、第１のチャネル３１と第２のチャネル３２との間で、好ましくは垂直方向ｘに延びるボア３４である。好ましくは、オリフィス３４は円筒対称である。
【００５４】
好ましくは、前記少なくとも１つの第１のチャネル３１は底壁３ｃを備え、前記少なくとも１つの第２のチャネルは底壁３ｃに面する上壁３ｄを備え、オリフィス３４は第１のチャネル３１の壁底に穿孔され、第２のチャネル３２の上壁に開口する。
【００５５】
図３は、図２の混合装置３の三次元図であり、図２は、縦方向ｚに直交し、オリフィス３４を通る断面の平面で装置３を概略的に示す。
【００５６】
図３に見られるように、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…は、縦方向ｚにおいて、連続的な位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…を占める。各オリフィス３４ｉは、縦方向ｚに平行に測定されたｄｉで示される距離だけ、後続のオリフィス３４ｉ＋１から分離されている。
【００５７】
従来技術による装置では、オリフィスは、互いに等しい距離に配置された連続的な位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…を占める。ここで第１の相６１は、縦方向ｚの長さに沿って異なる速度で第１のチャネル３１に沿って流れ、各オリフィスを流れる第１の相６１の流れは、考慮されるオリフィスの位置ｚｉにおいて第１の相６１の流れの速さに従って変化する。
【００５８】
この問題を解決するために、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離が可変である混合装置３が提案されている。換言すると、連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離は全て同じではない。連続するオリフィスの少なくとも１つの対は、連続するオリフィスの別の対のそれと異なる２つの連続する位置間の距離を示す。
【００５９】
オリフィス間の距離を縦方向ｚにおいて変化させることにより、混合装置３の幅を横切るオリフィス３４の分配を適合させることによって、縦方向ｚの単位長さあたり、つまり、交換器の通路幅の単位あたりの流量の不均一性を補償することができる。「単位長さあたりの流量」は、通常、あるオリフィスによって分配された流れを、このオリフィスと次のオリフィスとの間の距離で割ったものを意味する。例えば、第１の相６１の流体の流れで過給される傾向があるオリフィス間により長い距離を残すことができ、これは、オリフィスによって分配される単位幅あたりの流量を局所的に低減する効果を有する。実際、その目的は、オリフィス３４又は第１のチャネル３１の構成を調整することにより、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…のそれぞれを通過する流体の流れを均質化することではなく、縦方向ｚの単位長さあたりの第１の相６１の流量を均質化するように、流体がオリフィス３４によって分配される地点の分配を適合させることである。
【００６０】
したがって、この結果、液体−気体混合物のより均一な分布が通路１０の幅にわたってもたらされる。この解決策は、実装が簡単で、交換器のサイズを変更せず、その構造を複雑にしないという利点を提供する。
【００６１】
一実施形態によれば、連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離は、縦方向ｚにおいて単調又はほぼ単調に変化する。換言すると、連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の変化の方向は、縦方向ｚの長さに沿って一定又はほぼ一定である。
【００６２】
一実施形態によれば、混合装置３は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…間の距離の増加を示す。このような構成は、図３の例に示すように、混合装置３が第１の入口３１１を介して第１の相６１を供給され、第１の相が縦方向ｚに流れる場合に実装される。入口３１１の側に位置するオリフィスは、第１の相６１の流れの方向に従った場合にさらに下流に位置するオリフィスとの比較において、供給不足になる傾向を有する。
【００６３】
実施形態の変形（図示せず）によれば、混合装置３は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の減少を示す。このような構成は、第１の相６１が縦方向ｚと平行であるが反対の向きに流れるように配置された追加の第１の入口３１２を介して混合装置３が第１の相６１を供給される場合に実装される。
【００６４】
図４は、混合装置３が第１の相６１の供給のための２つの入口を有するときに特に有利である本発明の別の実施形態を示す。より正確には、混合装置３は、第１の入口３１１と追加の第１の入口３１２を介して第１の相６１を供給される。混合装置３は、縦方向ｚにおいて、少なくとも第１の部分３０１と第２の部分３０２とに分割され、第１の部分３０１は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の増加を示し、第２の部分３０２は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の減少を示す。
【００６５】
この実施形態は、オリフィス３４の下流に分配された第１の相６１の流れが縦方向ｚの長さに沿ってさらにより均質化されることを可能にする。
【００６６】
好ましくは、第１の入口及び追加の第１の入口３１１、３１２は、混合装置３の２つの反対側の端部に配置される。第１の相６１の第１の流れは、第１の入口３１１によって分配され、流れ方向ｚに流れ、第１の相６１の第２の流れは、追加の第１の入口３１２によって分配され、縦方向ｚと平行であるが反対の向きに流れる。
【００６７】
有利には、第１の部分３０１は第１の入口３１１の側に位置し、第２の部分３０２は追加の第１の入口３１２の側に位置する。
【００６８】
好ましくは、第１及び第２の部分３０１、３０２は、混合装置３の中心に対して対称的に配置される。しかしながら、前記部分は、異なる数で配置されてもよく、混合装置３の中心の両側で連続するオリフィス間の距離の変動の振幅を示してもよい。
【００６９】
有利には、本発明による混合装置３は、以下に記載するステップに従ってオリフィス３４の位置を調整することによって構成することができる。これらのステップの全て又は一部は、多数のシミュレーションによって、例えば、計算流体力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて、又は第１のチャネル３１に沿った圧力降下とオリフィス３４の相関関係によって、又は実際の測定等によって実行できることに留意されたい。
【００７０】
混合装置３の初期状態は、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…が、所定の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…によって分離された連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…に配置されていると定義される。好ましくは、初期状態では、所定の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…は同一である。
【００７１】
第１のチャネル３１は、第１の相６１が縦方向ｚに流れるように供給される。混合装置３の各オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を流れる第１の相６１の質量流量Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…が決定され、オリフィスは、各オリフィス３４ｉについて、次のオリフィス３４ｉ＋１が、次式で表される修正された距離ｄｉだけ前のオリフィス３４ｉから離れて配置されるように再配置される：
ｄｉ＝Ｆｉ×ｄｍ
式中、ｄｍは所定の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…の平均であり、Ｆｉは、オリフィス３４ｉを流れる流量Ｑｉの関数として各オリフィスについて決定された補正係数である。
【００７２】
好ましくは、初期状態では、オリフィス間の平均距離は、全てのオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を分離する同一の距離に一致することに留意されたい。
【００７３】
有利には、補正係数Ｆｉは、オリフィス３４ｉを流れる質量流量Ｑｉと、全てのオリフィスにわたって平均された質量流量Ｑｍとの間の比Ｑｉ／Ｑｍの関数である。
【００７４】
好ましくは、この関数は、比Ｑｉ／Ｑｍの多項式関数であり、より好ましくは、比Ｑｉ／Ｑｍのアフィン関数であり、次のように表される：
【数１】
2021517232.tif 000003
式中、Ｑｉは、オリフィス３４ｉを流れる質量流量であり、Ｑｍは、全てのオリフィスにわたって平均された質量流量であり、Ａ及びＢは、混合装置３の特性に依存して予め定められた定数である。１つの特定の実施形態によれば、Ａ＝１及び／又はＢ＝０である。
【００７５】
流量Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…の決定において第１のチャネル３１の供給の構成が関与しているので、上記の調整方法は、第１のチャネル３１の第１の相６１の供給の構成に関係なく適用できることが強調される。
【００７６】
考慮される交換方法と、第１の流体Ｆ１の相の不均等な分配に対するその感度とに応じて、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を再配置する単一のステップは、混合装置３の幅にわたり第１の相の分配を均一化するのに十分であり得る。
【００７７】
任意選択的に、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を再配置するステップは、少なくとも１回、好ましくは１〜５回、より好ましくは最大２回、繰り返すことができる。調整方法は次に、所定の距離として以前に修正された距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…を定めるステップを含む。再配置された各オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を流れる第１の相６１の新しい質量流量Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…が決定される。オリフィス間の平均距離ｄｍとオリフィスを流れる平均流量Ｑｍとを計算し、上記の式を用いて新しい修正された距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…を決定する。
【００７８】
複数の第１のチャネル３１を有する混合装置３の場合、本調整方法は、これらのオリフィスが同一の第１のチャネル３１又は異なる第１のチャネル３１に配置されているかどうかにかかわらず、連続する２つのオリフィス間の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…を考慮することによって、一般に全ての第１のチャネル３１において一緒に実行することができる。
【００７９】
或いは、この方法は、各第１のチャネル３１を個別に考慮することによって実行され得る。これを行うために、方法は、任意選択的に、ステップａ）の前に、同一の第１のチャネル３１に配置されたオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…のサブセットを選択する少なくとも１つのステップを含むことができ、ステップａ）〜ｅ）は前記サブセットについて実行される。次に、別の第１のチャネル３１に配置されたオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…の少なくとも１つの他のサブセットを選択し、この他のサブセットに対してステップａ）〜ｅ）が実行される。
【００８０】
本発明の有効性を実証するために、ＣＦＤシミュレーションを、図４に示されるような混合装置３を用いて実行した。一連の３つの第１のチャネル３１に、２つの反対側の入口３０１、３０２を介して液体状態の第１の相６１を供給した。オリフィス３４は円筒形であり、垂直方向ｘに延ばされた。シミュレーションを簡略化するために、第１の相６１のみが考慮され、気体の第２の相６２は、各オリフィス３４を通る液体の第１の相６１の分散に無視できる影響を有すると考えられた。
【００８１】
これらのシミュレーションの結果は、等距離のオリフィスを有する混合装置３（本発明外）と、縦方向ｚにおいて２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１の間の増大を示す第１の部分３０１、及び縦方向ｚにおいて２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１の間の距離の減少を示す第２の部分３０２を備える混合装置３（本発明）との比較とともに、図５及び６に示されている。図５は、縦方向ｚにおけるオリフィス間の距離の変化を示す。初期状態では、オリフィスは等距離である（本発明外）。図６に見られるように、縦方向ｚにおける第１の相６１の流量の不均一性の現象は、本発明による装置によって大幅に低減される。典型的には、オリフィスによって分配される流量の不均一性は、様々なオリフィスの流量間で１０％未満の変動を観察するように低減される。
【００８２】
本発明の文脈内で、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の変化は、実際の、測定された、又はシミュレートされた値の変化と照らし合わせて、又は、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の実際の変化の数学的調整から構築された、いわゆる「調整された」又は「平滑な」変化と照らし合わせて評価することができる。
【００８３】
したがって、「増加」又は「減少」という用語は、図５に示すような単調な変動、又はほぼ単調な変動、つまり実際の、測定された、又はシミュレートされた値を考慮するときに、全体的な変動の方向とは異なる変動の方向を局所的に示す変動をカバーする。例えば、図７は、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の増加を全体的にもたらすシミュレーションの結果を概略的に示すが、特定の点について、１つのオリフィスと次のオリフィスとの間の距離の減少を示している。点線の曲線（−−−−）で表されるこの変化の数学的調整により、前記距離の単調な増加がもたらされる。場合によっては、オリフィス３４ｉは、連続するオリフィス３４ｉ＋１と同じ第１のチャネル３１に配置され得る（特に単一の第１のチャネル３１を有する混合装置３の場合）、又は別の第１のチャネル３１に配置され得ることに留意されたい。複数の第１のチャネル３１を有する混合装置３の場合、第１のチャネル３１の連続するオリフィス３４ｉ＋１は、好ましくは、オリフィス３４ｉとは異なる第１のチャネル３１に配置される。オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…は、横方向ｙの同一位置に配置される必要はなく、位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…に配置される。
【００８４】
装置３は、装置３内で連続的に配置されたいくつかの第１のチャネル３１及び／又はいくつかの第２のチャネル３２を備えることができ、第１及び／又は第２のチャネル３１、３２は、好ましくは互いに平行である。
【００８５】
好ましくは、第１のチャネル３１及び第２のチャネル３２は、プレート２に平行に延在する。図３に示す実施形態によれば、第１のチャネル３１は横方向ｙにおいて互いに連続し、第２のチャネル３２は縦方向ｚにおいて互いに連続する。
【００８６】
チャネル３１及び３２は、同じ又は異なる形状及び数を有し得ることが強調される。第１の連続するチャネル３１間の距離及び第２の連続するチャネル３２間の距離もまた変化し得る。好ましくは、縦方向ｚの方向で測定されたチャネル３２間の距離は、オリフィス３４の位置に応じて調整される。
【００８７】
図３〜４は、バーの形態の混合装置３の例を示し、円筒形状の開口部３４がいくつかの第１のチャネル３１の底部に穿孔されている。
【００８８】
この実施形態では、混合装置３は、交換器の１つのプレート２に面して配置されることが意図される第１の表面３ａと、別のプレート２に面して配置される第２の表面３ｂとによって特に範囲を定められる平行六面体を全体的に形成する。第１及び第２の表面３ａ、３ｂは、好ましくは、プレート２と概ね平行に広がる。混合装置３は、第１及び第２の表面３ａ、３ｂがプレート２と接触するように通路１０内に配置されることが好ましい。
【００８９】
チャネル３１、３２は、有利には、混合装置３内に形成された凹部の形態をとる。それらは、表面３ａ及び／又は３ｂで開口してもしなくてもよい。
【００９０】
オリフィス３４は、有利には、装置３の材料内に作製され、第１のチャネル３１と第２のチャネル３２との間で、好ましくは垂直方向ｘに延びるボア３４である。好ましくは、オリフィス３４は円筒対称である。
【００９１】
オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…は、必ずしも同じ形状又は同じ寸法を有さないことに留意されたい。同一の第１のチャネル３１内の、又はいくつかの第１のチャネル３１間のオリフィスの異なる形状の数、寸法及び分布は、オリフィス３４を通る流体の流量のはるかにより細かい調整を達成するように、液体−気体混合物の所望の分散に応じて変わり得る。特に、入口３１１を有する第１のチャネルの場合、第１の相６１の速度がより速い第１のチャネル３１の上流に、より大きな断面のオリフィスを配置することができ、より小さい入口断面のオリフィスを第１のチャネル３１の下流に配置することができる。第１及び／又は第２のチャネル３１、３２の形状及び寸法はまた、方向ｙ及び／又はｚに沿って、及び１つのチャネル３１、３２から別のチャネルへ変化し得る。
【００９２】
本発明は本出願に記載及び図示された特定の例に限定されないことは言うまでもない。本発明の範囲から逸脱することなく、当業者の手の届く範囲内の他の代替の形態又は実施形態も想定され得る。
【００９３】
例えば、本発明による交換器は、通路１０、２０が横方向ｙに延び、第１の縦方向チャネル３１が流れ方向ｚに延び、横方向チャネル３２が方向ｚに直交する横方向ｙに延びる場合について主に記載される。逆もまた考えられ、例えば、第１の縦方向チャネル３１が横方向ｙに延び、横方向チャネル３２が流れ方向ｚに延びる。方向ｙ及びｚは互いに直交しなくてもよい。
【図１】
2021517232.tif 000004
【図２】
2021517232.tif 000005
【図３】
2021517232.tif 000006
【図４】
2021517232.tif 000007
【図５】
2021517232.tif 000008
【図６】
2021517232.tif 000009
【図７】
2021517232.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月23日(2020.9.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、熱交換関係に置かれる各流体用の一連の通路を備える熱交換器に関し、熱交換器は、少なくとも１種類の二相の液体／気体混合物を一連の通路の１つに分配するための少なくとも１つの混合装置を含む。【０００２】    特に、本発明は、液体−気体混合物の少なくとも１種の流れ、特に多成分混合物、例えば炭化水素の混合物の流れを、少なくとも１つの他の流体、例えば天然ガスとの熱交換を介して蒸発させる熱交換器に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】    交換器に一般的に使用される技術は、アルミニウム製のろう付けされたプレート及びフィンの交換器の技術であり、これにより非常にコンパクトで熱交換表面積が大きい装置を得ることが可能になる。【０００４】    これらの熱交換器は、一連のフィン又は波形の脚で形成された熱交換波形部品が間に挿入され、かくして蒸発通路及び凝縮通路のスタックを構成するプレートを備え、前者は冷媒液体を蒸発させることを目的とし、後者は熱産生ガスを凝縮することを目的としている。流体間の熱の交換は相変化を伴って又は伴わずに起こり得る。【０００５】    液体−気体混合物を使用する交換器の正しい動作を保証するために、液相と気相の比率は全ての通路で同じでなければならず、同一通路内で均一でなければならない。【０００６】    交換器の寸法は、相の均一な分布を仮定して、したがって、混合物の露点温度に等しい、液相の蒸発の終わりの単一温度を仮定して計算される。【０００７】    多成分混合物の場合、蒸発の終わりの温度は、通路内の液相と気相の比率に依存する。【０００８】    ２つの相の不均等な分布の場合、第１の流体の温度プロファイルは、通路ごとに変化するか、又は同一通路内でさえ変化する。この不均一な分布により、二相混合物と熱交換関係にある流体は、意図されるよりも高い交換器出口温度を有し得、その結果、熱交換器の性能が低下する可能性がある。【０００９】    混合物の液相及び気相をできるだけ均等に分布させる１つの解決策は、それらを別々に熱交換器に導入し、次にそれらが熱交換器内に入った時点でのみそれらを混合することである。【００１０】    文献ＦＲ−Ａ−２５６３６２０号は、二相混合物を流すことを意図した一連の通路に溝付きバーが挿入されているそのような交換器を記載している。この混合装置は、液相用及び気相用の別々のチャネルと、液体−ガス混合物を熱交換ゾーンに分配するための出口とを備えている。【００１１】    このタイプの混合装置で発生する問題は、混合装置を組み込んだ通路の幅における液体−気体混合物の分配に関係する。２つの相を混合するために、混合装置は一般に、１つの相の流れのための第１のチャネルを備える。このチャネルは、チャネルに沿って配置された一連のオリフィスを備え、各オリフィスは、他の相の流れのために第２のチャネルと流体連通している。第１のチャネルへの入口に流体が供給されると、流体がチャネルに沿って流れるにつれて、流体の流量は減少する傾向がある。これは、オリフィスが供給されるので流体の流れが減少するためである。【００１２】    ここでオリフィスは一般に、流体の流れの方向に対して垂直に機械加工され、したがって、流体の速度が高い場合、十分に供給されない。したがって、チャネルの入口の側に配置されたオリフィスは供給不足になる傾向があり、チャネルの底部に配置されたオリフィスは供給過剰になる。これにより、それぞれの相が他の相のチャネルに不均一に導入され、かくして熱交換器の通路の幅に液体−気体混合物が不均一に分配される。【００１３】    この現象を最小限に抑えるための１つの解決策は、該当するチャネルに、チャネルの２つの反対側の入口を介して供給することである。しかしながら、これは交換器を複���にし、不均一な分配の問題は少なくともチャネルの中央部に残っている。【００１４】    チャネルの数を増やすことは、装置の機械的強度及びろう付けの観点から、同じく理想的な解決策ではない。【００１５】    別の既知の解決策は、チャネルに沿って異なる直径を有する円筒形のオリフィスを配置することである。しかしながら、この解決策は特定のプロセスでは不十分であることを証明する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】    本発明の目的は、特に混合物の液相及び気相の分配が可能な限り均一である熱交換器を提案することにより、前述の問題を完全に又は部分的に解決すること、及び、交換器の構造の複雑さを過度に増すことも、そのサイズを増大することもなくそれを実行することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】    したがって本発明による解決策は、少なくとも１種の他の流体と熱交換関係に置かれる少なくとも１種の流体を流すためのいくつかの通路を画定するように、互いに及び縦方向に平行に配置されたいくつかのプレートと、少なくとも１つの通路に配置され、    −  縦方向に平行な流体の第１の相の流れのための少なくとも１つの第１のチャネル、    −  流体の第２の相の流れのための少なくとも１つの第２のチャネル、及び    −  第１のチャネルを第２のチャネルに流体的に接続する複数のオリフィスであって、縦方向に連続した位置を占める、複数のオリフィス、    を備える混合装置とを備える熱交換器であって、    縦方向に平行に測定された連続する位置間の距離が可変であることを特徴とする、熱交換器である。【００１８】    場合によっては、本発明の交換器は、以下の技術的特徴のうちの１つ又は複数を含み得る：    −  連続する位置間の距離が、縦方向において単調又はほぼ単調に変化する。    −  混合装置が、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の増大を示す。    −  混合装置が、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の減少を示す。    −  混合装置が、縦方向において、少なくとも第１の部分と第２の部分とに分割され、第１の部分は、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の増大を示し、第２の部分は、縦方向において、２つの連続する位置間の距離の減少を示す。    −  混合装置が、第１の相及び第２の相を、それぞれ少なくとも１つの第１のチャネル及び少なくとも１つの第２のチャネルに別々に導入するように構成され、第１のチャネルは、前記第１のチャネルに第１の流体の第１の相を供給するように設計された第１の入口と、前記少なくとも１つの第２のチャネルに第１の流体の第２の相を供給するように設計された、第１の入口とは別個の第２の入口とを備える。    −  第１のチャネル及び／又は第２のチャネルの形状が直線的である。    −  混合装置が、前記少なくとも１つの第１のチャネルに流体の第１の相を供給するように設計された第１の入口と追加の第１の入口とを備え、第１の部分は第１の入口の側に位置し、第２の部分は追加の第１の入口の側に位置する。    −  混合装置が、いくつかの第１のチャネルといくつかの第２のチャネルとを備え、各第１のチャネルは、前記第１のチャネルを所与の第２のチャネルに流体的に接続する少なくとも１つのオリフィスを備える。    −  混合装置が、縦方向に直交する横方向において互いに連続するいくつかの第１のチャネルを備える。    −  第２のチャネルが、縦方向に直交する横方向に延びる。【００１９】    さらに、本発明は、本発明による交換器において二相の液体／気体混合物を分配する方法に関し、前記方法は、以下のステップを含む：    ｉ）交換器の少なくとも１つの通路に混合装置を配置するステップ、    ｉｉ）混合装置の前記第１のチャネルに第１の流体の第１の相を供給するステップ、    ｉｉｉ）混合装置の前記第２のチャネルに、第１の相（６１）とは異なる第１の流体（Ｆ１）の第２の相（６２）を供給するステップ、    ｉｖ）第１の相と第２の相との間の混合が混合装置内で起こるように、オリフィスを介して第１のチャネルと第２のチャネルとの間の流体連通を確立するステップ、及び    混合装置の出口で、第１の相と第２の相の混合物を分配するステップ。【００２０】    別の態様によれば、本発明は、本発明による交換器内に配置された混合装置のオリフィスの位置を調整するための方法に関し、前記方法は以下のステップを含む：    ａ）オリフィスの連続した位置が所定の距離だけ離されるようにオリフィスを位置づけるステップ、    ｂ）第１のチャネルに流体の第１の相を供給して、流体の第１の相が縦方向に流れるようにするステップ、    ｃ）各オリフィスを流れる第１の相の質量流量を決定するステップ、    ｄ）各オリフィスについて、所定の距離の平均に補正係数を掛けた値に等しい修正距離だけオリフィスから分離されるように次のオリフィスを再位置決めするステップであって、前記補正係数はオリフィスを流れる質量流量に基づいて決定されるステップ。    −  補正係数は、オリフィスを流れる質量流量と全てのオリフィスの平均質量流量との間の比の関数である。    −  前記関数は、オリフィスを流れる質量流量と全てのオリフィスの平均質量流量との間の比の多項式関数であり、好ましくは前記比のアフィン関数である。    −  この方法は、ステップｄ）で修正された距離を所定の距離として定義するステップｅ）をさらに含み、ステップｃ）〜ｄ）は、少なくとも１回、好ましくは１〜５回、さらに好ましくは最大２回繰り返される。    −  混合装置はいくつかの第１のチャネルを備え、方法は、ステップａ）の前に、同一の第１のチャネルに配置されたオリフィスのサブセットを選択する少なくとも１つのステップを含み、ステップａ）〜ｅ）は前記サブセットに適用される。【００２１】    本発明は、少なくとも１種の他の流体、例えば天然ガスとの熱交換を介して、液体−気体混合物の少なくとも１種の流れ、特に多成分混合物、例えば炭化水素の混合物の流れを蒸発させる熱交換器に適用され得る。【００２２】    「天然ガス」という表現は、少なくともメタンを含む、炭化水素を含む任意の組成物を指す。これには、「粗」組成物（任意の処理又は洗浄前）、並びに、限定されないが、硫黄、二酸化炭素、水、水銀、及び特定の重及び芳香族炭化水素を含む１つ又は複数の化合物の低減及び／又は排除のために部分的、実質的又は完全に処理された任意の組成物が含まれる。【００２３】    本発明は、非限定的な例としてのみ与えられ、添付の図面を参照して作成された以下の記載によって、より深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による、二相液体−気体混合物が供給された交換器の通路の一部の、熱交換器のプレートに平行な断面における概略図である。
【図２】図１の混合装置の、図１の平面に垂直な平面の概略断面図である。
【図３−４】
本発明の様々な実施形態による混合装置を示す三次元概略図である。
【図５−７】
本発明による混合装置及び本発明外の混合装置を用いて実行されたシミ    ュレーションの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】    図１は、縦方向ｚ及び横方向ｙによって定義される平面に平行な２次元内に広がるプレート２（図示せず）のスタックを備える熱交換器１を示す。プレート２は、間隔を置いて互いに平行に上下に配置され、したがって、前記プレートを介して間接的な熱交換関係にある流体のための複数の通路を形成する。
【００２６】    好ましくは、各通路は平らな平行六面体の形状を有する。２つの連続するプレート間の分離は、各通路の横方向ｙで測定された長さ及び縦方向ｚで測定された幅と比較して小さい。
【００２７】    交換器１は、２０を超える、又は１００を超える多数のプレートを備えることができ、それらの間に少なくとも１種の第１の流体Ｆ１を流すための第１の一連の通路１０と、少なくとも１種の第２の流体Ｆ２を流すための第２の一連の通路２０（図１では見えない）とを画定し、前記流体の流れは総じてｙ方向にある。第１の一連の通路１０は、全体的又は部分的に、第２の一連の通路２０の全部又は一部と交互に、又は隣接して配置することができる。
【００２８】    それ自体既知の方法で、交換器１は、様々な流体を通路１０、２０に選択的に分配し、前記流体を前記通路１０、２０から排出するように構成された分配及び排出手段４０、５２、４５、５４、５５を備える。
【００２９】    プレート２の縁に沿った通路１０、２０の密閉は、プレート２に取り付けられた横方向及び縦方向の密閉ストリップ４によって概してもたらされる。横方向密閉ストリップ４は、通路１０、２０を完全には塞がず、通路の対角に位置する流体の入口及び出口開口部を有利に残す。
【００３０】    第１の一連の通路１０の開口部は、上下に一致して配置され、一方、第２の一連の通路２０の開口部は、対角に配置される。上下に配置された開口部は、それぞれ、流体の分配及び排出が行われる半管状のマニホルド４０、４５、５０、５５で一体化される。
【００３１】    図１の表現では、半管状マニホルド５０、４５は、流体を交換器１に導入するために使用され、半管状マニホルド４０、５５は、これらの流体を交換器１から排出するために使用される。
【００３２】    この変形実施形態では、一方の流体を供給するマニホルド及び他方の流体を排出するマニホルドは、交換器の同一端部に位置し、したがって流体Ｆ１、Ｆ２は向流的に交換器１内を流れる。
【００３３】    別の変形実施形態によれば、第１及び第２の流体は並流的に等しく循環することもでき、一方の流体を供給するための手段及び他方の流体を排出するための手段は、交換器１の反対側の端部に位置する。
【００３４】    好ましくは、交換器１が作動しているとき、方向ｙは垂直に向けられる。第１の流体Ｆ１は、ほぼ垂直に、その方向の上向きに流れる。本発明の範囲から逸脱することなく、流体Ｆ１、Ｆ２の流れの他の方向及び向きが可能であることは言うまでもない。
【００３５】    本発明の文脈において、異なる特性の１つ又は複数の第１の流体Ｆ１及び１つ又は複数の第２の流体Ｆ２が、同一交換器の第１及び第２の一連の通路１０、２０内を流れ得ることに留意されたい。
【００３６】    好ましくは、第１の流体Ｆ１は冷媒流体であり、第２の流体Ｆ２は熱産生流体である。
【００３７】    交換器の分配及び排出手段は、入口及び出口開口部から延びる、波形シートの形態の２つの連続するプレート２の間に配置された分配波形部品５１、５４を有利に備える。分配波形部品５１、５４は、通路１０、２０の全幅にわたって流体の均一な分配及び回収を保証する。
【００３８】    さらに、通路１０、２０は、プレート２の間に配置された熱交換構造を有利に備える。これらの構造の目的は、交換器の熱交換表面を増加させること、及び、流れをより乱流にすることによって流体間の交換係数を高めることである。具体的に、熱交換構造は、通路を循環する流体と接触し、熱流束を伝導によって隣接プレート２に伝達する。熱交換構造は隣接プレート２にろう付けによって取り付けることができ、それにより交換器の機械的強度が向上する。
【００３９】    熱交換構造はまた、特に交換器がろう付けによって組み立てられている間、及び圧力下にある流体の使用中にプレートの変形を防ぐために、プレート２の間のスペーサとして機能する。それらはまた、交換器の通路における流体の流れの案内を提供する。
【００４０】    好ましくは、これらの構造は、通路１０、２０の長さに沿った分配波形部品の延長において、プレート２に平行な通路１０、２０の幅及び長さを横切って有利に延びる熱交換波形部品１１を備える。したがって、交換器の通路１０、２０は、熱交換構造でカバーされた本来の熱交換部を構成するそれらの長さの主要部を示し、前記主要部は、分配波形部品５１、５４でカバーされた分配部によって境界を定められている。
【００４１】    図１は、二相性混合物とも呼ばれる二相混合物の形態の第１の流体Ｆ１を分配するように構成された第１の一連１の通路１０を示す。第１の流体Ｆ１は、別個の第１のマニホルド３０及び第２のマニホルド５０を介して熱交換器１に別々に導入される第１の相６１及び第２の相６２に分離装置６で分離される。次に、第１及び第２の相６１、６２は通路１０に配置された混合装置３によって混合される。有利には、第１の一連のいくつかの通路１０、又は全ての通路１０でさえ、混合装置３を備える。図１に示す例では、第１の相６１は液体であり、第２の相６２は気体である。
【００４２】    図２は、通路１０内に収容された、有利にはバー又はロッドを備える混合装置３の、図１の平面に垂直な平面における概略断面図である。
【００４３】    混合装置３は、好ましくは、通路１０の高さのほぼ全て、又は全てにわたって通路１０の断面に延在し、その結果、混合装置は、通路１０を形成する各プレート２と接触する。
【００４４】    混合装置３は、有利には、ろう付けによってプレート２に固定される。
【００４５】    混合装置３は、有利には、概ね平行六面体の形状である。
【００４６】    好ましくは、混合装置３はモノリシックな構成要素である、すなわち、１つのブロックとして又は単一部品として形成される。混合装置３は、横方向ｙに平行に、２０〜２００ｍｍの間の第１の寸法と、縦方向ｚに平行に、１００〜１４００ｍｍの間の第２の寸法とを有し得る。
【００４７】    好ましくは、第１のチャネル３１は、第２の寸法全体にわたって延び、及び／又は第２のチャネルは、第１の寸法全体にわたって延びる。
【００４８】    混合装置３は、縦方向ｚに平行な第１の相６１の流れのための少なくとも第１のチャネル３１と、第２の相６２の流れのための少なくとも第２のチャネル３２とを備える。前記第１のチャネル３１は縦方向ｚに平行に延びる。好ましくは、第１のチャネル３１及び／又は第２のチャネルは、直線形状である。好ましくは、第２のチャネル３２は、縦方向ｚに直交しプレート２に平行な横方向ｙに平行に延びる。
【００４９】    複数のオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…が、少なくとも第１のチャネル３１を、第２の相６２の流れのために設計された少なくとも第２のチャネル３２と流体的に接続するように、混合装置３上に分配される。混合装置３は、第１の相６１が第１のチャネル３１に沿って流れ、第２の相６２が第２のチャネル３２に沿って流れるとき、二相液体／気体混合物Ｆ１が出口で混合装置３から分配されるように構成される。
【００５０】    好ましくは、混合装置３は、第１のマニホルド３０と流体連通する少なくとも１つの第１の入口３１１と、第２のマニホルド５０と流体連通する第１の入口３１１とは別個の第２の入口３２１とを備える。第１のマニホルド３０は、第１の相６１の供給源に流体接続され、第２のマニホルド５０は、第２の相６２の別の供給源に流体接続される。前記少なくとも１つの第１の入口３１１及び前記少なくとも１つの第２の入口３２１は、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を介して流体連通した状態に置かれる。
【００５１】    好ましくは、混合装置３は、オリフィス３４ｉを通る第１の相６１の流れの方向に従った場合、オリフィス３４ｉの下流の第２のチャネル３２に配置された混合容積を備える。二相液体／気体混合物は、第２のチャネル３２の第２の出口３２２を通して分配される。
【００５２】    第１及び第２のチャネル３１、３２は、有利には、混合装置３に形成された縦方向の凹部の形態をとる。
【００５３】    オリフィス３４は、有利には、装置３の材料内に作製され、第１のチャネル３１と第２のチャネル３２との間で、好ましくは垂直方向ｘに延びるボア３４である。好ましくは、オリフィス３４は円筒対称である。
【００５４】    好ましくは、前記少なくとも１つの第１のチャネル３１は底壁３ｃを備え、前記少なくとも１つの第２のチャネルは底壁３ｃに面する上壁３ｄを備え、オリフィス３４は第１のチャネル３１の壁底に穿孔され、第２のチャネル３２の上壁に開口する。
【００５５】    図３は、図２の混合装置３の三次元図であり、図２は、縦方向ｚに直交し、オリフィス３４を通る断面の平面で装置３を概略的に示す。
【００５６】    図３に見られるように、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…は、縦方向ｚにおいて、連続的な位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…を占める。各オリフィス３４ｉは、縦方向ｚに平行に測定されたｄｉで示される距離だけ、後続のオリフィス３４ｉ＋１から分離されている。
【００５７】    従来技術による装置では、オリフィスは、互いに等しい距離に配置された連続的な位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…を占める。ここで第１の相６１は、縦方向ｚの長さに沿って異なる速度で第１のチャネル３１に沿って流れ、各オリフィスを流れる第１の相６１の流れは、考慮されるオリフィスの位置ｚｉにおいて第１の相６１の流れの速さに従って変化する。
【００５８】    この問題を解決するために、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離が可変である混合装置３が提案されている。換言すると、連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離は全て同じではない。連続するオリフィスの少なくとも１つの対は、連続するオリフィスの別の対のそれと異なる２つの連続する位置間の距離を示す。
【００５９】    オリフィス間の距離を縦方向ｚにおいて変化させることにより、混合装置３の幅を横切るオリフィス３４の分配を適合させることによって、縦方向ｚの単位長さあたり、つまり、交換器の通路幅の単位あたりの流量の不均一性を補償することができる。「単位長さあたりの流量」は、通常、あるオリフィスによって分配された流れを、このオリフィスと次のオリフィスとの間の距離で割ったものを意味する。例えば、第１の相６１の流体の流れで過給される傾向があるオリフィス間により長い距離を残すことができ、これは、オリフィスによって分配される単位幅あたりの流量を局所的に低減する効果を有する。実際、その目的は、オリフィス３４又は第１のチャネル３１の構成を調整することにより、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…のそれぞれを通過する流体の流れを均質化することではなく、縦方向ｚの単位長さあたりの第１の相６１の流量を均質化するように、流体がオリフィス３４によって分配される地点の分配を適合させることである。
【００６０】    したがって、この結果、液体−気体混合物のより均一な分布が通路１０の幅にわたってもたらされる。この解決策は、実装が簡単で、交換器のサイズを変更せず、その構造を複雑にしないという利点を提供する。
【００６１】    一実施形態によれば、連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離は、縦方向ｚにおいて単調又はほぼ単調に変化する。換言すると、連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の変化の方向は、縦方向ｚの長さに沿って一定又はほぼ一定である。
【００６２】    一実施形態によれば、混合装置３は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…間の距離の増加を示す。このような構成は、図３の例に示すように、混合装置３が第１の入口３１１を介して第１の相３１を供給され、第１の相が縦方向ｚに流れる場合に実装される。入口３１１の側に位置するオリフィスは、第１の相６１の流れの方向に従った場合にさらに下流に位置するオリフィスとの比較において、供給不足になる傾向を有する。
【００６３】    実施形態の変形（図示せず）によれば、混合装置３は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の減少を示す。このような構成は、第１の相６１が縦方向ｚと平行であるが反対の向きに流れるように配置された追加の第１の入口３１２を介して混合装置３が第１の相６１を供給される場合に実装される。
【００６４】    図４は、混合装置３が第１の相６１の供給のための２つの入口を有するときに特に有利である本発明の別の実施形態を示す。より正確には、混合装置３は、第１の入口３１１と追加の第１の入口３１２を介して第１の相６１を供給される。混合装置３は、縦方向ｚにおいて、少なくとも第１の部分３０１と第２の部分３０２とに分割され、第１の部分３０１は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の増加を示し、第２の部分３０２は、縦方向ｚにおいて、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の減少を示す。
【００６５】    この実施形態は、オリフィス３４の下流に分配された第１の相６１の流れが縦方向ｚの長さに沿ってさらにより均質化されることを可能にする。
【００６６】    好ましくは、第１の入口及び追加の第１の入口３１１、３１２は、混合装置３の２つの反対側の端部に配置される。第１の相６１の第１の流れは、第１の入口３１１によって分配され、流れ方向ｚに流れ、第１の相６１の第２の流れは、追加の第１の入口３１２によって分配され、縦方向ｚと平行であるが反対の向きに流れる。
【００６７】    有利には、第１の部分３０１は第１の入口３１１の側に位置し、第２の部分３０２は追加の第１の入口３１２の側に位置する。
【００６８】    好ましくは、第１及び第２の部分３０１、３０２は、混合装置３の中心に対して対称的に配置される。しかしながら、前記部分は、異なる数で配置されてもよく、混合装置３の中心の両側で連続するオリフィス間の距離の変動の振幅を示してもよい。
【００６９】    有利には、本発明による混合装置３は、以下に記載するステップに従ってオリフィス３４の位置を調整することによって構成することができる。これらのステップの全て又は一部は、多数のシミュレーションによって、例えば、計算流体力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて、又は第１のチャネル３１に沿った圧力降下とオリフィス３４の相関関係によって、又は実際の測定等によって実行できることに留意されたい。
【００７０】    混合装置３の初期状態は、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…が、所定の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…によって分離された連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…に配置されていると定義される。好ましくは、初期状態では、所定の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…は同一である。
【００７１】    第１のチャネル３１は、第１の相６１が縦方向ｚに流れるように供給される。混合装置３の各オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を流れる第１の相６１の質量流量Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…が決定され、オリフィスは、各オリフィス３４ｉについて、次のオリフィス３４ｉ＋１が、次式で表される修正された距離ｄｉだけ前のオリフィス３４ｉから離れて配置されるように再配置される：    ｄｉ＝Ｆｉ×ｄｍ  式中、ｄｍは所定の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…の平均であり、Ｆｉは、オリフィス３４ｉを流れる流量Ｑｉの関数として各オリフィスについて決定された補正係数である。
【００７２】    好ましくは、初期状態では、オリフィス間の平均距離は、全てのオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を分離する同一の距離に一致することに留意されたい。
【００７３】    有利には、補正係数Ｆｉは、オリフィス３４ｉを流れる質量流量Ｑｉと、全てのオリフィスにわたって平均された質量流量Ｑｍとの間の比Ｑｉ／Ｑｍの関数である。
【００７４】    好ましくは、この関数は、比Ｑｉ／Ｑｍの多項式関数であり、より好ましくは、比Ｑｉ／Ｑｍのアフィン関数であり、次のように表される：【数１】
2021517232.tif 000011
式中、Ｑｉは、オリフィス３４ｉを流れる質量流量であり、Ｑｍは、全てのオリフィスにわたって平均された質量流量であり、Ａ及びＢは、混合装置３の特性に依存して予め定められた定数である。１つの特定の実施形態によれば、Ａ＝１及び／又はＢ＝０である。
【００７５】    流量Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…の決定において第１のチャネル３１の供給の構成が関与しているので、上記の調整方法は、第１のチャネル３１の第１の相６１の供給の構成に関係なく適用できることが強調される。
【００７６】    考慮される交換方法と、第１の流体Ｆ１の相の不均等な分配に対するその感度とに応じて、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を再配置する単一のステップは、混合装置３の幅にわたり第１の相の分配を均一化するのに十分であり得る。
【００７７】    任意選択的に、オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を再配置するステップは、少なくとも１回、好ましくは１〜５回、より好ましくは最大２回、繰り返すことができる。調整方法は次に、所定の距離として以前に修正された距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…を定めるステップを含む。再配置された各オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…を流れる第１の相６１の新しい質量流量Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…が決定される。オリフィス間の平均距離ｄｍとオリフィスを流れる平均流量Ｑｍとを計算し、上記の式を用いて新しい修正された距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…を決定する。
【００７８】    複数の第１のチャネル３１を有する混合装置３の場合、本調整方法は、これらのオリフィスが同一の第１のチャネル３１又は異なる第１のチャネル３１に配置されているかどうかにかかわらず、連続する２つのオリフィス間の距離ｄｉ、ｄｉ＋１、…を考慮することによって、一般に全ての第１のチャネル３１において一緒に実行することができる。
【００７９】    或いは、この方法は、各第１のチャネル３１を個別に考慮することによって実行され得る。これを行うために、方法は、任意選択的に、ステップａ）の前に、同一の第１のチャネル３１に配置されたオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…のサブセットを選択する少なくとも１つのステップを含むことができ、ステップａ）〜ｅ）は前記サブセットについて実行される。次に、別の第１のチャネル３１に配置されたオリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…の少なくとも１つの他のサブセットを選択し、この他のサブセットに対してステップａ）〜ｅ）が実行される。
【００８０】    本発明の有効性を実証するために、ＣＦＤシミュレーションを、図４に示されるような混合装置３を用いて実行した。一連の３つの第１のチャネル３１に、２つの反対側の入口３０１、３０２を介して液体状態の第１の相６１を供給した。オリフィス３４は円筒形であり、垂直方向ｘに延ばされた。シミュレーションを簡略化するために、第１の相６１のみが考慮され、気体の第２の相６２は、各オリフィス３４を通る液体の第１の相６１の分散に無視できる影響を有すると考えられた。
【００８１】    これらのシミュレーションの結果は、等距離のオリフィスを有する混合装置３（本発明外）と、縦方向ｚにおいて２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１の間の増大を示す第１の部分３０１、及び縦方向ｚにおいて２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１の間の距離の減少を示す第２の部分３０２を備える混合装置３（本発明）との比較とともに、図５及び６に示されている。図５は、縦方向ｚにおけるオリフィス間の距離の変化を示す。初期状態では、オリフィスは等距離である（本発明外）。図６に見られるように、縦方向ｚにおける第１の相６１の流量の不均一性の現象は、本発明による装置によって大幅に低減される。典型的には、オリフィスによって分配される流量の不均一性は、様々なオリフィスの流量間で１０％未満の変動を観察するように低減される。
【００８２】    本発明の文脈内で、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の変化は、実際の、測定された、又はシミュレートされた値の変化と照らし合わせて、又は、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の実際の変化の数学的調整から構築された、いわゆる「調整された」又は「平滑な」変化と照らし合わせて評価することができる。
【００８３】    したがって、「増加」又は「減少」という用語は、図５に示すような単調な変動、又はほぼ単調な変動、つまり実際の、測定された、又はシミュレートされた値を考慮するときに、全体的な変動の方向とは異なる変動の方向を局所的に示す変動をカバーする。例えば、図７は、２つの連続する位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…の間の距離の増加を全体的にもたらすシミュレーションの結果を概略的に示すが、特定の点について、１つのオリフィスと次のオリフィスとの間の距離の減少を示している。点線の曲線（−−−−）で表されるこの変化の数学的調整により、前記距離の単調な増加がもたらされる。場合によっては、オリフィス３４ｉは、連続するオリフィス３４ｉ＋１と同じ第１のチャネル３１に配置され得る（特に単一の第１のチャネル３１を有する混合装置３の場合）、又は別の第１のチャネル３１に配置され得ることに留意されたい。複数の第１のチャネル３１を有する混合装置３の場合、第１のチャネル３１の連続するオリフィス３４ｉ＋１は、好ましくは、オリフィス３４ｉとは異なる第１のチャネル３１に配置される。オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…は、横方向ｙの同一位置に配置される必要はなく、位置ｚｉ、ｚｉ＋１、…に配置される。
【００８４】    装置３は、装置３内で連続的に配置されたいくつかの第１のチャネル３１及び／又はいくつかの第２のチャネル３２を備えることができ、第１及び／又は第２のチャネル３１、３２は、好ましくは互いに平行である。
【００８５】    好ましくは、第１のチャネル３１及び第２のチャネル３２は、プレート２に平行に延在する。図３に示す実施形態によれば、第１のチャネル３１は横方向ｙにおいて互いに連続し、第２のチャネル３２は縦方向ｚにおいて互いに連続する。
【００８６】    チャネル３１及び３２は、同じ又は異なる形状及び数を有し得ることが強調される。第１の連続するチャネル３１間の距離及び第２の連続するチャネル３２間の距離もまた変化し得る。好ましくは、縦方向ｚの方向で測定されたチャネル３２間の距離は、オリフィス３４の位置に応じて調整される。
【００８７】    図３〜４は、バーの形態の混合装置３の例を示し、円筒形状の開口部３４がいくつかの第１のチャネル３１の底部に穿孔されている。
【００８８】    この実施形態では、混合装置３は、交換器の１つのプレート２に面して配置されることが意図される第１の表面３ａと、別のプレート２に面して配置される第２の表面３ｂとによって特に範囲を定められる平行六面体を全体的に形成する。第１及び第２の表面３ａ、３ｂは、好ましくは、プレート２と概ね平行に広がる。混合装置３は、第１及び第２の表面３ａ、３ｂがプレート２と接触するように通路１０内に配置されることが好ましい。
【００８９】    チャネル３１、３２は、有利には、混合装置３内に形成された凹部の形態をとる。それらは、表面３ａ及び／又は３ｂで開口してもしなくてもよい。
【００９０】    オリフィス３４は、有利には、装置３の材料内に作製され、第１のチャネル３１と第２のチャネル３２との間で、好ましくは垂直方向ｘに延びるボア３４である。好ましくは、オリフィス３４は円筒対称である。
【００９１】    オリフィス３４ｉ、３４ｉ＋１、…は、必ずしも同じ形状又は同じ寸法を有さないことに留意されたい。同一の第１のチャネル３１内の、又はいくつかの第１のチャネル３１間のオリフィスの異なる形状の数、寸法及び分布は、オリフィス３４を通る流体の流量のはるかにより細かい調整を達成するように、液体−気体混合物の所望の分散に応じて変わり得る。特に、入口３１１を有する第１のチャネルの場合、第１の相６１の速度がより速い第１のチャネル３１の上流に、より大きな断面のオリフィスを配置することができ、より小さい入口断面のオリフィスを第１のチャネル３１の下流に配置することができる。第１及び／又は第２のチャネル３１、３２の形状及び寸法はまた、方向ｙ及び／又はｚに沿って、及び１つのチャネル３１、３２から別のチャネルへ変化し得る。
【００９２】    本発明は本出願に記載及び図示された特定の例に限定されないことは言うまでもない。本発明の範囲から逸脱することなく、当業者の手の届く範囲内の他の代替の形態又は実施形態も想定され得る。
【００９３】    例えば、本発明による交換器は、通路１０、２０が横方向ｙに延び、第１の縦方向チャネル３１が流れ方向ｚに延び、横方向チャネル３２が方向ｚに直交する横方向ｙに延びる場合について主に記載される。逆もまた考えられ、例えば、第１の縦方向チャネル３１が横方向ｙに延び、横方向チャネル３２が流れ方向ｚに延びる。方向ｙ及びｚは互いに直交しなくてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第２の流体（Ｆ２）と熱交換関係に置かれる少なくとも第１の流体（Ｆ１）を流すための複数の通路（１０）を画定するように、互いに及び縦方向（ｚ）に平行に配置されたいくつかのプレート（２）と、少なくとも１つの通路（１０）に配置され、    −  前記縦方向（ｚ）に平行な前記第１の流体（Ｆ１）の第１の相（６１）の流れのための少なくとも１つの第１のチャネル（３１）、    −  前記第１の流体（Ｆ１）の第２の相（６２）の流れのための少なくとも１つの第２のチャネル（３２）、及び    −  前記第１のチャネル（３１）を前記第２のチャネル（３２）に流体的に接続する複数のオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）であって、前記縦方向（ｚ）に連続した位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）を占める、複数のオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）、    を備える混合装置（３）とを備える熱交換器（１）であって、    前記縦方向（ｚ）に平行に測定された前記連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離が可変であることを特徴とする、熱交換器（１）。
【請求項２】
前記連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離が、前記縦方向（ｚ）において単調又はほぼ単調に変化することを特徴とする、請求項１に記載の交換器。
【請求項３】
前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の増大を示すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の交換器。
【請求項４】
前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の減少を示すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の交換器。
【請求項５】
前記縦方向（ｚ）において、少なくとも第１の部分（３０１）と第２の部分（３０２）とに分割され、前記第１の部分（３０１）は、前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の増大を示し、前記第２の部分（３０２）は、前記縦方向（ｚ）において、２つの連続する位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）間の距離の減少を示すことを特徴とする、請求項１に記載の交換器。
【請求項６】
前記混合装置（３）が、前記第１の相（６１）及び前記第２の相（６２）を、それぞれ少なくとも１つの第１のチャネル（３１）及び少なくとも１つの第２のチャネル（３２）に別々に導入するように構成され、前記第１のチャネル（３１）は、前記第１のチャネル（３１）に前記第１の流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）を供給するように設計された第１の入口（３１１）と、前記少なくとも１つの第２のチャネル（３２）に前記第１の流体（Ｆ１）の前記第２の相（６２）を供給するように設計された、前記第１の入口（３１１）とは別個の第２の入口（３１２）とを備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項７】
前記第１のチャネル（３１）及び前記第２のチャネル（３２）の形状が直線的であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項８】
前記混合装置（３）が、いくつかの第１のチャネル（３１）といくつかの第２のチャネル（３２）とを備え、各第１のチャネル（３１）は、前記第１のチャネル（３１）を所与の第２のチャネル（３２）に流体的に接続する少なくとも１つのオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項９】
前記混合装置（３）が、前記縦方向（ｚ）に直交する横方向（ｙ）において互いに連続するいくつかの第１のチャネル（３１）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項１０】
前記第２のチャネル（３２）が、前記縦方向（ｚ）に直交する横方向（ｙ）に延びることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の交換器において二相の液体／気体混合物を分配する方法であって、    ｉ）前記交換器の少なくとも１つの通路（１０）に混合装置（３）を配置するステップ、    ｉｉ）前記混合装置（３）の前記第１のチャネル（３１）に前記第１の流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）を供給するステップ、    ｉｉｉ）前記混合装置（３）の第２のチャネル（３２）に、前記第１の相（６１）とは異なる前記第１の流体（Ｆ１）の前記第２の相（６２）を供給するステップ、    ｉｖ）前記第１の相（６１）と前記第２の相（６２）との間の混合が前記混合装置（３）内で起こるように、前記オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を介して前記第１のチャネル（３１）と前記第２のチャネル（３２）との間の流体連通を確立するステップ、及び    前記混合装置（３）の出口で、前記第１の相（６１）と前記第２の相（６２）の混合物を分配するステップ    を含む方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の交換器内に組み込まれた混合装置（３）の前記オリフィス（３４）の位置を調整するための方法であって、    ａ）前記オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）の連続した位置（ｚｉ、ｚｉ＋１、…）が所定の距離（ｄｉ、ｄｉ＋１、…）だけ離されるように前記オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を位置づけるステップ、    ｂ）前記第１のチャネル（３１）に前記流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）を供給して、前記第１の流体（Ｆ１）の前記第１の相（６１）が前記縦方向（ｚ）に流れるようにするステップ、    ｃ）各オリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）を流れる前記第１の相（６１）の質量流量（Ｑｉ、Ｑｉ＋１、…）を決定するステップ、    ｄ）各オリフィス（３４ｉ）について、前記所定の距離（ｄｉ、ｄｉ＋１、…）の平均（ｄｍ）に補正係数（Ｆｉ）を掛けた値に等しい修正距離（ｄｉ）だけ前記オリフィス（３４ｉ）から分離されるように次のオリフィス（３４ｉ＋１）を再位置決めするステップであって、前記補正係数は前記オリフィス（３４ｉ）を流れる前記質量流量（Ｑｉ）に基づいて決定されるステップ、    を含む方法。
【請求項１３】
前記補正係数（Ｆｉ）が、前記オリフィス（３４ｉ）を流れる前記質量流量（Ｑｉ）と全てのオリフィスの平均質量流量（Ｑｍ）との間の比（Ｑｉ／Ｑｍ）の関数であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記関数が、前記比（Ｑｉ／Ｑｍ）の多項式関数、好ましくは前記比（Ｑｉ／Ｑｍ）のアフィン関数であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップｄ）で修正された前記距離（ｄｉ、ｄｉ＋１、…）を所定の距離として定義するステップｅ）をさらに含み、ステップｃ）〜ｄ）は、少なくとも１回、好ましくは１〜５回、より好ましくは最大２回繰り返されることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記混合装置（３）がいくつかの第１のチャネル（３１）を備え、前記方法が、ステップａ）の前に、同一の第１のチャネル（３１）に配置されたオリフィス（３４ｉ、３４ｉ＋１、…）のサブセットを選択する少なくとも１つのステップを含み、ステップａ）〜ｅ）が前記サブセットに適用されることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【国際調査報告】
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2021517232.tif 000016
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